KR101275785B1 - 이차 전지 - Google Patents

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김덕중
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Abstract

본 기재의 이차 전지는, 충전과 방전을 행하는 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체와, 제1 전극 조립체와 상기 제2 전극 조립체가 내장되는 케이스와, 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체에 공통으로 접속되는 제1 탭과, 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체에 각각 접속되는 제2 탭을 포함하는 리드탭과, 리드탭을 통해 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 케이스의 외부로 돌출하는 단자를 포함한다.

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 전극 조립체의 지지를 개선하고 버스바의 오조립을 방지하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 대용량 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 대용량 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 고출력의 전지 모듈로 구성된다.
또한, 하나의 대용량 고출력 이차 전지는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형, 파우치형 등으로 이루어질 수 있다.
각형 이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 전극 조립체가 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 케이스를 밀폐하며 단자가 삽입되는 단자 홀이 형성된 캡 플레이트, 전극 조립체와 전기적으로 연결되며 단자 홀에 삽입되어 케이스의 외측으로 돌출하는 단자를 포함한다.
최근 이차 전지의 용량을 증대하기 위해 하나의 케이스의 내부에 복수의 전극 조립체가 설치될 수 있다.
그러나, 케이스의 내부에 복수의 전극 조립체가 설치되는 경우에 외부 충격 등에 의해 전극 조립체가 케이스 내부에서 이동되어 쇼트가 발생되어 안정성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 케이스의 내부에 복수의 전극 조립체를 설치하기 위한 부수적인 부품이 과다하게 소요될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 케이스 내부에서 전극 조립체를 복수로 설치하는 경우에 안정성을 향상시키고 부품 소모를 감소시키는 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 충전과 방전을 행하는 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체와, 제1 전극 조립체와 상기 제2 전극 조립체가 내장되는 케이스와, 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체에 공통으로 접속되는 제1 탭과, 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체에 각각 접속되는 제2 탭을 포함하는 리드탭과, 리드탭을 통해 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 케이스의 외부로 돌출하는 단자를 포함한다.
전극 조립체와 케이스 사이에 삽입되어 케이스의 내부에서 전극 조립체의 위치를 고정하는 전극 고정부를 더 포함할 수 있다.
전극 고정부는, 케이스의 바닥면에 삽입되는 베이스부와, 베이스부에서 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체의 사이로 돌출하여 전극 조립체의 위치를 규제하는 돌출부를 포함할 수 있다.
제1 탭에는 돌출부 방향의 단부에서 그 내부 방향으로 삽입홈이 형성되어 돌출부의 일부분이 제1 탭의 내부로 삽입될 수 있다.
돌출부는, 베이스부에 돌출하는 제1 돌출부와, 제1 돌출부의 선단에서 연장되어 제1 탭의 내부에 선단의 일부가 삽입되어 제1 돌출부보다 작은 단면적으로 형성되는 제2 돌출부를 포함할 수 있다.
제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체는 활물질이 도포되지 않은 무지부에 의해 서로간에 연결될 수 있다.
전극 조립체는 제1 탭 방향으로 활물질이 도포되지 않은 한 쌍의 무지부가 돌출되어 제1 탭의 측면에 결합될 수 있다.
리드탭은 내부에 공간이 형성될 수 있다.
케이스에는 단자가 돌출하며 제2 탭과 일체로 형성되는 캡 플레이트가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차 전지의 전극 조립체를 복수로 설치하기 위한 소요 부품을 절감할 수 있어 제조 원가의 절감이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차 전지의 전극 조립체가 케이스 내부에서 안정적으로 고정되는 것이 가능하여 이차 전지의 안정성이 향상된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차 전지의 단자에 방향성을 부여하여 버스바의 오조립을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시이다.
도 2는 도 1의 이차 전지에서 케이스를 제거하고, 양극 무지부의 일부를 절개한 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 이차 전지를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 A-A 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
이하 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차 전지에서 케이스를 제거하고, 양극 무지부의 일부를 절개한 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 충전과 방전을 행하는 제1 전극 조립체(10a)와 제2 전극 조립체(10b)와, 제1 전극 조립체(10a)와 제2 전극 조립체(10b)가 내장되는 케이스(20)와, 제1 전극 조립체(10a)와 제2 전극 조립체(10b)에 공통으로 접속되는 제1 탭(41)과 제1 전극 조립체(10a)와 제2 전극 조립체(10b)에 각각 접속되는 제2 탭(43)을 포함하는 리드탭(40)과, 리드탭(40)을 통해 전극 조립체(10a, 10b)와 전기적으로 연결되어 케이스의 외부로 돌출하는 단자(30)를 포함한다. 전극 조립체(10a, 10b)와 케이스(20) 사이에는 케이스(20)의 내부에서 전극 조립체(10a, 10b)의 위치를 고정하는 전극 고정부(50)가 삽입될 수 있다. 또한, 케이스(20)의 개구(21)에는 캡 플레이트(23)가 설치되고, 캡 플레이트(23)에는 양극 단자(31) 및 음극 단자(33)로 이루어진 단자(30)가 설치된다.
도 3은 도 1의 이차 전지를 분해하여 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 A-A 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 양극(11) 및 음극(13)은 박판의 금속호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부(11a, 13a)를 포함한다. 양극 무지부(11a)는 양극(11)의 길이 방향을 따라 한 쪽 측단에 형성되고, 음극 무지부(13a)는 음극(13)의 길이 방향을 따라 다른 쪽 측단에 형성될 수 있다.
양극(11) 및 음극(13)은 절연체인 세퍼레이터(15)를 중심에 개재하여 적층되며 권취롤을 이용해서 권취되어 젤리??롤 형태의 전극 조립체(10a, 10b)를 이루게 된다.
전극 조립체(10a,10b)는 케이스(20)에 내장될 수 있도록 프레스 등으로 가압되어 납작한 형태를 이룰 수 있다. 전극 조립체(10a,10b)의 일 측에는 양극 무지부(11a)가 돌출하고, 전극 조립체(10a,10b)의 타 측에는 음극 무지부(13a)가 돌출한다. 본 실시예에서 양극 무지부(11a)는 후술하는 리드탭(40)의 제2 탭(43)이 연결되는 부분이며, 음극 무지부(13a)는 후술하는 리드탭(40)의 제1 탭(41)이 연결되는 부분이다. 이러한 양극 무지부(11a) 및 음극 무지부(13a)와 리드탭(40)이 연결되는 구성은 이하에서 리드탭(40)을 설명하면서 보다 구체적으로 설명한다.
본 실시예에서 전극 조립체(10a, 10b)는 한 쌍으로 케이스(20)의 내부에 설치된다. 전극 조립체(10a,10b)를 구성하는 제1 전극 조립체(10a)와 제2 전극 조립체(10b)는 음극 무지부(13a)에 의해 서로간에 연결될 수 있다. 그러나 전극 조립체(10a, 10b)는 음극 무지부(13a)를 이용하여 연결되지 않고 독립적으로 케이스(20)의 내부에 설치되는 것도 가능하다.
케이스(20)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성금속으로 제작되고, 그 형상은 전극 조립체(10a, 10b)가 내장되는 공간을 가진 일면에 개구(21)가 형성된 육면체 형태의 각형으로 형성될 수 있다. 케이스(20)의 개구(21)에는 캡 플레이트(23)가 설치된다. 캡 플레이트(23)에는 양극 단자(31) 및 음극 단자(33)로 구성된 단자(30)가 돌출된다. 본 실시예에서 양극 단자(31)는 캡 플레이트(23)와 일체로 형성되고, 음극 단자(33)는 캡 플레이트(23)와 분리 가능하게 설치된다. 여기서 음극 단자(33)는 캐스킷(35)에 캡 플레이트(23)로부터 절연될 수 있다.
리드탭(40)은 단자(30)와 전극 조립체(10a, 10b)를 전기적으로 연결하며 제1 탭(41)과 제2 탭(43)을 포함한다. 제1 탭(41)은 전극 조립체(10a, 10b)에 공통으로 접속되며, 제2 탭(43)은 전극 조립체(10a, 10b)의 각각에 개별적으로 접속된다. 이하에서는 제1 탭(41) 및 제2 탭(43)의 설치된 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
제1 탭(41)은 제1 전극 조립체(10a)와 제2 전극 조립체(10b) 사이에 위치하여, 제1 전극 조립체(10a)와 제2 전극 조립체(10b)의 음극(13)과 음극 단자(33)에 각각 연결된다. 이와 같이, 본 실시예에서 하나의 제1 탭(41)으로 제1 전극 조립체(10a)와 제2 전극 조립체(10b)의 음극(13)에 공통으로 연결되는 것에 의해, 제1 전극 조립체(10a)와 제2 전극 조립체(10b)와 음극 단자(33)를 연결하는 부품의 감소가 가능하다.
제2 탭(43)은 전극 조립체(10a, 10b)에 각각 접속되어, 전극 조립체(10a, 10b)의 양극(11)과 양극 단자(31)를 연결한다. 제2 탭(43)과 전극 조립체(10a, 10b)의 연결은, 전극 조립체(10a, 10b)의 측면에서 한 쌍으로 돌출하는 양극 무지부(11a)에 연결된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10a, 10b)의 측면으로 양극 무지부(11a)가 한 쌍으로 돌출되고, 이 양극 무지부(11a)의 사이에 제2 탭(43)이 삽입된다. 즉, 제2 탭(43)의 대향된 양측에 양극 무지부(11a)가 각각 연결되어, 제2 탭(43)과 양극 무지부(11a)가 보다 안정적으로 연결될 수 있다. 제2 탭(43)과 양극 단자(31)는 도전성 소재의 캡 플레이트(23)로 연결될 수 있다. 본 실시예서 양극 단자(31)는 캡 플레이트(23)의 일부가 단자 형상으로 변형되는 것으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 양극 단자(31)는 캡 플레이트(23)에 선택적으로 분리 가능하게 설치되는 것도 가능하다. 제2 탭(43)은 내부에 공간이 형성되어, 제1 탭(43)을 구성하는 소재를 감소시켜 원가 절감을 이룰 수 있다.
한편, 케이스(20)의 내부에는 전극 조립체(10a, 10b)를 케이스(20) 내부에 안정적으로 고정하는 전극 고정부(50)가 설치될 수 있다.
전극 고정부(50)는 케이스(20)의 바닥면에 삽입되는 베이스부(51)와, 베이스부(51)에서 제1 전극 조립체(10a)와 제2 전극 조립체(10)의 사이로 돌출하여 전극 조립체(10a, 10b)의 위치를 규제하는 돌출부(53)를 포함한다.
베이스부(51)는 플레이트 형상으로 케이스(20)의 바닥면과 전극 조립체(10a, 10b)의 사이에 설치된다. 베이스부(51)는 케이스(20)의 길이에 대응하는 길이로 형성되어 케이스(20)의 내부에서 유동되지 않도록 설치된다. 이러한 베이스부(51)에는 케이스(20)의 개구(21) 방향으로 돌출부(53)가 돌출된다.
돌출부(53)는 베이스부(51)의 길이 방향의 대략 중앙 위치에서 케이스(20)의 개구(21) 방향으로 돌출한다. 돌출부(53)는 베이스부(51)에 돌출하는 대단면적의 제1 돌출부(53a)와, 제1 돌출부(53a)의 선단에서 연장되는 소단면적의 제2 돌출부(53b)를 포함한다.
제1 돌출부(53a)는 제1 전극 조립체(10a)와 제2 전극 조립체(10b)의 이격된 거리에 해당하는 폭으로 형성된다. 이러한 제1 돌출부(53a)에 의해 전극 조립체(10a, 10b)는 외부 충격이 발생되어도 케이스(20)의 내부에서 유동되지 않는다. 이에 따라, 이차 전지(100)에 충격이 전달되어도 쇼트 등의 이상 작동이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
제2 돌출부(53b)는 제1 돌출부(53a)의 돌출된 단부에서 제1 돌출부(53a)의 단면적보다 작은 단면적으로 돌출된다. 이러한 제2 돌출부(53b)의 단면적이 제1 돌출부(53a)의 단면적보다 작은 것은 제2 돌출부(53b)의 돌출된 선단의 일부분을 제1 탭(41)의 내부로 삽입하기 위한 것이다. 제1 탭(41)에는 제2 돌출부(53b)의 삽입을 위한 삽입홈(41a)이 형성될 수 있다. 이와 같이, 제2 돌출부(53b)가 제1 탭(41)에 삽입됨으로써, 전극 고정부(50)가 케이스(20)의 내부에 안정적으로 고정될 수 있다. 또한 제2 돌출부(53b)가 제1 탭(41)에 삽입됨으로써, 제1 탭(41)의 위치 고정도 안정적으로 가능하다.
한편, 양극 단자(31) 및 음극 단자(33)는 캡 플레이트(23)의 상측에서 일 측으로 편심된 상태로 돌출한다. 즉, 본 실시예의 음극 단자(33)는 캡 플레이트(23)의 대략 중앙 부분에서 돌출하고, 양극 단자(31)는 음극 단자(33)와 캡 플레이트(23)의 모서리 사이에서 돌출한다. 따라서, 버스바(미도시)를 조립할 경우에 음극 단자(33) 및 양극 단자(31)의 돌출된 방향성에 의해 오조립되는 것을 방지하는 것도 가능하다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.
10a..제1 전극 조립체 10b..제2 전극 조립체
11...양극 11a..양극 무지부
13...음극 13a..음극 무지부
15...세퍼레이터 20...케이스
21...개구 30...단자
31...양극 단자 33...음극 단자
40...리드탭 41...제1 탭
43...제2 탭 50...전극 고정부
51...베이스부 53...돌출부

Claims (9)

  1. 충전과 방전을 행하는 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체;
    상기 제1 전극 조립체와 상기 제2 전극 조립체가 내장되는 케이스;
    상기 제1 전극 조립체와 상기 제2 전극 조립체에 공통으로 접속되는 제1 탭과, 상기 제1 전극 조립체와 상기 제2 전극 조립체에 각각 접속되는 제2 탭을 포함하는 리드탭;
    상기 리드탭을 통해 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 상기 케이스의 외부로 돌출하는 단자; 및
    상기 전극 조립체와 상기 케이스 사이에 삽입되어 상기 케이스의 내부에서 상기 전극 조립체의 위치를 고정하는 전극 고정부를 포함하는 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 고정부는,
    상기 케이스의 바닥면에 삽입되는 베이스부; 및
    상기 베이스부에서 상기 제1 전극 조립체와 상기 제2 전극 조립체의 사이로 돌출하여 상기 전극 조립체의 위치를 규제하는 돌출부;
    를 포함하는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 탭에는 상기 돌출부 방향의 단부에서 그 내부 방향으로 삽입홈이 형성되어 상기 돌출부의 일부분이 상기 제1 탭의 내부로 삽입되는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 베이스부에 돌출하는 제1 돌출부; 및
    상기 제1 돌출부의 선단에서 연장되어 상기 제1 탭의 내부에 선단의 일부가 삽입되어 상기 제1 돌출부보다 작은 단면적으로 형성되는 제2 돌출부;
    를 포함하는 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체와 상기 제2 전극 조립체는 활물질이 도포되지 않은 무지부에 의해 서로간에 연결되는 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 제1 탭 방향으로 활물질이 도포되지 않은 한 쌍의 무지부가 돌출되어 상기 제1 탭의 측면에 결합되는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리드탭은 내부에 공간이 형성되는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 케이스에는 상기 단자가 돌출하며 상기 제2 탭과 일체로 형성되는 캡 플레이트가 설치되는 이차 전지.
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