KR101275791B1 - 이차 전지 및 그 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 캡 플레이트, 캡 플레이트 어셈블리 및 셀의 치수 안정성을 향상시키는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양면에 전극을 구비하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트의 단자홀에 조립되는 전극단자, 상기 전극단자와 상기 캡 플레이트의 제1 표면 사이에 설치되는 인슐레이터, 상기 전극단자와 상기 캡 플레이트의 제2 표면 사이에 설치되는 개스킷, 및 상기 개스킷의 일측에 배치되어 상기 전극단자를 상기 전극 조립체에 연결하는 리드탭을 포함하며, 상기 전극단자 및 상기 캡 플레이트는, 서로 관통하여 형성되는 벤트 구멍을 형성하고, 상기 벤트 구멍은 벤트 플레이트로 밀폐된다.

Description

이차 전지 및 그 모듈 {RECHARGEABLE BATTERY AND MODULE THEREOF}
본 기재는 전극단자와 벤트 구멍을 가지는 이차 전지 및 그 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
예를 들면, 이차 전지는 세퍼레이터의 양면에 전극을 구비하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 및 캡 플레이트에 설치되어 전극에 리드탭(lead tab)으로 연결되는 전극단자를 포함한다.
캡 플레이트는 충전 및 방전 작용으로 케이스의 내부에서 발생되는 내부 가스를 외부로 배출시키는 벤트 구멍을 구비한다. 벤트 구멍은 벤트 플레이트에 의하여 밀폐되며, 내부 압력 상승으로 벤트 플레이트가 절개되면 내부 가스를 배출하여 이차 전지의 폭발을 방지한다.
벤트 구멍은 캡 플레이트의 중심부에 독립적으로 형성되므로 캡 플레이트, 캡 플레이트에 전극단자를 결합한 캡 플레이트 어셈블리, 및 케이스에 캡 플레이트 어셈블리를 조립한 셀(cell)의 치수 불안정을 발생시키고, 캡 플레이트의 강성을 약화시키며, 가스 배출 유로에 대한 설계를 제한하고, 벤트 플레이트의 실링을 어렵게 한다.
본 발명의 일 실시예는 캡 플레이트, 캡 플레이트 어셈블리 및 셀의 치수 안정성을 향상시키는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 캡 플레이트의 강성을 확보하며, 벤트 구멍의 실링을 향상시키는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 벤트 플레이트 절개시, 내부 가스의 배출 유로에 대한 설계의 자유도를 확보하고, 내부 가스의 배출로 인한 벤트 구멍 주위의 오염을 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 상기 이차 전지를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양면에 전극을 구비하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트의 단자홀에 조립되는 전극단자, 상기 전극단자와 상기 캡 플레이트의 제1 표면 사이에 설치되는 인슐레이터, 상기 전극단자와 상기 캡 플레이트의 제2 표면 사이에 설치되는 개스킷, 및 상기 개스킷의 일측에 배치되어 상기 전극단자를 상기 전극 조립체에 연결하는 리드탭을 포함하며, 상기 전극단자 및 상기 캡 플레이트는, 서로 관통하여 형성되는 벤트 구멍을 형성하고, 상기 벤트 구멍은 벤트 플레이트로 밀폐된다.
상기 전극단자는, 상기 인슐레이터의 외면에 위치하는 플레이트 터미널, 및 상기 플레이트 터미널에 연결되어 상기 단자홀을 통하여 상기 리드탭에 연결되는 리벳 터미널을 포함할 수 있다.
상기 전극단자는, 상기 플레이트 터미널의 볼트홀에 삽입되고 상기 볼트홀의 외측에 대응하여 형성되는 홈에 돌기로 결합되어 상기 캡 플레이트와의 사이에 개재되는 상기 인슐레이터로 지지되는 볼트 터미널을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 상기 개스킷과 상기 리드탭 사이에 배치되는 서포트 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 단자홀은 상기 캡 플레이트에 복수 개로 형성되고, 상기 서포트 플레이트는 상기 단자홀에 대응하는 리벳홀을 복수 개로 형성할 수 있다.
상기 리벳 터미널은, 상기 단자홀 중 상기 캡 플레이트의 제1 방향에서, 상기 플레이트 터미널의 일측에 대응하여 상기 캡 플레이트에 구비되는 단자홀에 삽입되는 제1 리벳, 상기 제1 리벳에서 이격되어 상기 플레이트 터미널의 중간부에 대응하여 구비되는 단자홀에 삽입되는 제2 리벳, 및 상기 제2 리벳에서 이격되어 상기 플레이트 터미널의 다른 일측에 대응하여 상기 캡 플레이트에 구비되는 단자홀에 삽입되는 제3 리벳을 포함할 수 있다.
상기 볼트 터미널은, 상기 제1 리벳과 상기 제2 리벳 사이에 대응하여 위치할 수 있다.
상기 벤트 구멍은, 상기 제2 리벳과 상기 제3 리벳 사이에 대응하여 위치할 수 있다.
상기 제1 리벳의 직경은, 상기 제2 리벳 및 상기 제3 리벳의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제1 리벳과 상기 제2 리벳 각각은 1개로 형성되고, 상기 제3 리벳은 상기 캡 플레이트의 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이격되어 2개로 형성될 수 있다.
상기 벤트 구멍은, 상기 캡 플레이트에 형성되는 제1 벤트 구멍부, 및 상기 전극단자에 형성되어 상기 제1 벤트 구멍부에 연결되는 제2 벤트 구멍부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 상기 벤트 구멍은, 상기 서포트 플레이트에 형성되어 상기 제1 벤트 구멍부에 연결되는 제3 벤트 구멍부를 더 포함할 수 있다.
상기 벤트 플레이트는, 상기 제1 벤트 구멍부와 상기 제3 벤트 구멍부 사이에서, 상기 제1 벤트 구멍부의 외주에 형성되는 홈에 용접되어, 상기 제1 벤트 구멍부와 상기 제3 벤트 구멍부의 연통을 단속할 수 있다.
상기 제1 벤트 구멍부의 직경은, 상기 제2 벤트 구멍부의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 제1 벤트 구멍부의 직경은, 상기 제3 벤트 구멍부의 직경보다 작게 형성되어, 상기 벤트 플레이트는, 상기 개스킷을 개재하는 상기 서포트 플레이트로 지지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 상기 제2 벤트 구멍부로 삽입되는 배기관을 더 포함할 수 있다.
상기 배기관은 단부에 돌기를 형성하며, 상기 돌기는, 상기 제1 벤트 구멍부의 외측에서 상기 캡 플레이트와 상기 플레이트 터미널로 지지될 수 있다.
상기 배기관은 고무, 합성수지 및 금속 중 하나로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 전기적으로 연결되는 복수의 이차 전지를 수용하는 하우징, 상기 하우징에 수용되는 상기 이차 전지 각각의 벤트 구멍에 연결되는 복수의 서브 배기관, 및 상기 서브 배기관을 연결하는 메인 배기관을 포함한다.
상기 메인 배기관은 적어도 일단에 개구를 형성하며, 상기 개구는 상기 하우징의 최외곽을 벗어나서 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 결합되는 전극단자와 캡 플레이트에 벤트 구멍을 형성하므로 캡 플레이트의 강성을 확보하여, 캡 플레이트, 캡 플레이트 어셈블리 및 셀의 치수 안정성을 향상시키고, 벤트 구멍의 실링을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 벤트 플레이트 절개시, 내부 가스의 배출 유로에 대한 설계의 자유도를 확보하고, 내부 가스의 배출로 인한 벤트 구멍 주위의 오염을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 캡 플레이트와 음극단자의 조립 부분에 대한 상세 단면도이다.
도 4는 캡 플레이트와 양극단자의 조립 부분에 대한 상세 단면도이다.
도 5는 도 3의 분해 사시도이다.
도 6은 도 1의 이차 전지를 적용한 전지 모듈의 사시도이다.
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 자른 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는 반복적으로 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)와 전해액을 내장하는 케이스(20), 케이스(20)의 개구(21)에 결합되는 캡 플레이트(30), 및 캡 플레이트(30)에 설치되는 전극단자, 즉 음, 양극단자(41, 42)를 포함한다.
이차 전지(100)는 서로 조립되는 음, 양극단자(41, 42)와 캡 플레이트(30)의 제1 표면(외표면) 사이에 개재되어 양자를 서로 전기적으로 절연하는 인슐레이터(61, 62), 및 음, 양극단자(41, 42)와 캡 플레이트(30)의 제2 표면(내표면) 사이에 개재되어 양자를 전기적으로 절연하고 양자 사이를 실링하는 개스킷(51, 52)을 더 포함한다.
예를 들면, 전극 조립체(10)는 전기 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 전극, 즉 음극(11)과 양극(12)을 구비하여, 적층되는 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 젤리롤 상태로 귄취하여 형성된다.
또한, 전극 조립체는 세퍼레이터를 사이에 두고 단일 판으로 각각 이루어지는 음극과 양극을 적층하여 조립되거나, 음극, 세퍼레이터 및 양극을 지그재그(zigzag) 형상으로 접어서 적층하여 조립될 수 있다(미도시).
음, 양극(11, 12)은 집전체에 활물질(미도시)을 도포하여 형성되는 코팅부(11a, 12a), 및 코팅부(11a, 12a)의 각 일측에서 활물질이 도포되지 않은 집전체의 노출부로 형성되는 무지부(11b, 12b)를 포함한다. 예를 들면, 음극(11)의 집전체는 구리 박막으로 형성되고, 양극(12)의 집전체는 알루미늄 박막으로 형성될 수 있다.
음극(11)의 무지부(11b)는 권취되는 음극(11)의 코팅부(11a)를 따라 음극(11)의 일 단부에 형성된다. 양극(12)의 무지부(12b)는 권취되는 양극(12)의 코팅부(12a)를 따라 양극(12)의 일 단부에 형성된다. 즉 무지부들(11b, 12b)은 전극 조립체(10)의 양단에 각각 배치되어, 음, 양극단자(41, 42)와의 전기적인 연결을 가능하게 한다.
케이스(20)는 일측에 개구(21)를 형성하며, 개구(21)를 통하여 전극 조립체(10)의 삽입을 가능하게 하고, 전극 조립체(10)와 전해액의 수용 공간을 형성하는 직육면체 형상을 가질 수 있다.
캡 플레이트(30)는 케이스(20)의 개구(21)에 결합되어, 케이스(20)와 함께 밀폐되는 수용 공간을 설정한다. 예를 들면, 케이스(20)와 캡 플레이트(30)는 알루미늄으로 형성되고, 이 경우, 상호 결합 후 용접될 때, 동일 재질에 의하여 우수한 용접성을 가질 수 있다.
캡 플레이트(30)는 전해액 주입구(31)와 벤트 구멍(32)을 가진다. 전해액 주입구(31)는 캡 플레이트(30)를 케이스(20)에 결합한 후, 케이스(20)의 내부로 전해액의 주입을 가능하게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(31)는 밀봉 마개(33)로 밀봉된다.
한편, 캡 플레이트(30)는 케이스(20)의 내부와 외부를 전기적으로 연결하도록 관통되는 단자홀(H1, H2)을 가진다(도 3 및 도 4 참조). 전극단자, 즉 음, 양극단자(41, 42)는 캡 플레이트(30)의 단자홀(H1, H2)에 각각 설치되어, 전극 조립체(10)에 리드탭, 즉 음, 양극 리드탭(43, 44)을 개재하여 연결된다.
즉, 음극단자(41)는 도전성을 가지는 음극 리드탭(43)에 의하여 전극 조립체(10)의 음극(11)에 연결되고, 양극단자(42)는 도전성을 가지는 양극 리드탭(44)에 의하여 전극 조립체(10)의 양극(12)에 연결된다.
도 3은 캡 플레이트(30)와 음극단자(41)의 조립 부분에 대한 상세 단면도이고, 도 4는 캡 플레이트(30)와 양극단자(42)의 조립 부분에 대한 상세 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 음, 양극단자(41, 42)는 플레이트 터미널(412, 422)과 이에 일체로 형성되는 리벳 터미널(411, 421)을 포함하여 형성된다. 리벳 터미널(411, 421)은 캡 플레이트(30)의 단자홀(H1, H2)에 삽입되어, 캡 플레이트(30)의 내측과 외측으로 연장된다.
또한, 음, 양극단자(41, 42)는 플레이트 터미널(411, 421)의 볼트홀(H3, H4)에 삽입되어 플레이트 터미널(412, 422) 밖으로 돌출되는 볼트 터미널(413, 423)을 더 포함할 수 있다.
볼트 터미널(413, 423)은 플레이트 터미널(412, 422)에서 볼트홀(H3, H4)의 외측에 대응하여 형성되는 홈(G1, G2)에 돌기(P1, P2)로 접촉 결합된다. 즉 돌기(P1, P2)는 플레이트 터미널(412, 422)과 인슐레이터(61, 62) 사이에 고정된다.
따라서 볼트 터미널(413, 423)은 캡 플레이트(30에 지지되면서 볼트홀(H3, H4)에 고정되고, 인슐레이터(61, 62)의 자체 탄성에 의하여 플레이트 터미널(412, 422)에 견고히 체결된다.
또한, 볼트 터미널(413, 423)은 너트(414, 424)로 체결되어 플레이트 터미널(411, 421)에 고정된다. 볼트 터미널(413, 423)은 너트(414, 424) 위에 배치되는 버스바(미도시)를 관통하여, 버스바 위에 놓여지는 너트(미도시)와 체결됨으로써 이웃하는 다른 이차 전지들(미도시)을 버스바로 직렬 또는 병렬 연결을 가능하게 한다.
음, 양극단자(41, 42)와 음, 양극 리드탭(43, 44)은 캡 플레이트(30)의 내측에서 각각 전기적으로 서로 연결되며, 서포트 플레이트(45, 46)를 개재하여 연결된다.
즉 서포트 플레이트(45, 46)는 리벳 터미널(411, 421)의 하단에 끼워서 리벳 터미널(411, 421)의 하단을 코킹(caulking)함으로써 리벳 터미널(411, 421)에 전기적 및 기계적으로 연결된다.
그리고 음, 양극 리드탭(43, 44)은 리벳 터미널(411, 421)의 하단 및 서포트 플레이트(45, 46)에 용접되어 서포트 플레이트(45, 46) 및 리벳 터미널(411, 421)에 전기적으로 연결된다. 따라서 서포트 플레이트(45, 46)는 평면의 양면에 리벳 터미널(411, 421)과 음, 양극 리드탭(43, 44)을 연결하여, 이들의 연결 구조를 안정적이고 견고하게 한다.
이때, 개스킷(51, 52)은 음, 양극단자(41, 42)와 단자홀(H1, H2) 사이에 설치된다. 즉 개스킷(51, 52)은 리벳 터미널(411, 421)의 외주면과 단자홀(H1, H2)의 내주면 사이에 설치되어, 리벳 터미널(411, 421)과 단자홀(H1, H2) 사이를 실링하고 전기적으로 절연한다.
서포트 플레이트(45, 46)가 개스킷(51, 52)을 지지하므로 개스킷(51, 52)의 절연 및 실링 구조가 안정될 수 있다. 이때, 서포트 플레이트(45, 46)는 굽지 않는(unbent) 성질을 가지므로 개스킷(51, 52)을 평면으로 안정적으로 가압할 수 있다. 따라서 개스킷(51, 52)은 우수한 실링성 및 전연성을 발휘한다.
또한, 개스킷(51, 52)은 음, 양극 리드탭(43, 44), 서포트 플레이트(45, 46) 및 리벳 터미널(411, 421)을 캡 플레이트(30)에 대하여 전기적으로 절연한다. 즉 개스킷(51, 52)은 캡 플레이트(30) 내측에서, 캡 플레이트(30)의 제2 표면(내표면)과 서포트 플레이트(45, 46) 및 음, 양극 리드탭(43, 43)을 전기적으로 절연한다.
한편, 서포트 플레이트가 사용되지 않은 경우, 개스킷은 캡 플레이트 내측에서, 캡 플레이트의 내표면과 음, 양극 리드탭을 전기적으로 절연할 수 있다(미도시). 이때, 음, 양극 리드탭은 리벳 터미널에 직접 연결된다.
인슐레이터(61, 62)는 캡 플레이트(30)를 사이에 두고 개스킷(51, 52)의 반대측에서 캡 플레이트(30)와 음, 양극단자(41, 42) 사이에 설치된다. 즉 인슐레이터(61, 62)는 캡 플레이트(30)의 제2 표면(외표면)과 플레이트 터미널(412, 422)의 하면 사이에 설치되어, 캡 플레이트(30)와 플레이트 터미널(412, 422)을 전기적으로 절연한다.
한편, 벤트 구멍(32)은 음극단자(41)와 이에 대응하는 캡 플레이트(30)를 서로 관통하여 형성된다. 벤트 구멍(32)은 충전 및 방전 작용으로 발생되는 내부 가스를 이차 전지(100)의 외부로 배출하여 이차 전지(100)의 폭발을 방지할 수 있도록 벤트 플레이트(34)로 밀폐된다.
이차 전지(100)의 내부 압력이 설정치에 이르면, 벤트 플레이트(34)가 절개된다. 벤트 플레이트(34)는 노치(미도시)를 형성하여 절개를 유도할 수 있다. 벤트 플레이트(34)의 절개로 벤트 구멍(32)이 개방되면, 이차 전지(100)의 내부 가스가 배출된다.
본 실시예는 벤트 구멍(32) 및 벤트 플레이트(34)를 음극단자(41)에 구비한 구성을 예시한다. 그러나 벤트 구멍 및 벤트 플레이트는 양극단자에 구비될 수도 있다(미도시).
도 5는 도 3의 분해 사시도이다. 도 3 및 도 5를 참조하여, 음극단자(41)와 벤트 구멍(32) 및 벤트 플레이트(34)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 양극단자(42)의 구성은 음극단자(41)에 동일하게 포함되어 있으므로 음극단자(41)를 예로 들어 설명한다.
캡 플레이트(30)에 음극단자(41)를 설치하기 위한 단자홀(H1; H11, H12, H13)은 캡 플레이트(30)에 복수 개로 형성되고, 리벳홀(H5; H51, H52, H53)은 단자홀(H1; H11, H12, H13)에 대응하도록 서포트 플레이트(45)에 복수 개로 형성된다.
이에 따라, 리벳 터미널(411)은 제1, 제2, 제3 리벳(R1, R2, R3)을 포함한다. 제1 리벳(R1)은 단자홀(H1) 중 캡 플레이트(30)의 제1 방향(x축 방향)에서 플레이트 터미널(412)의 일측에 대응하여 캡 플레이트(30)에 구비되는 단자홀(H11)에 삽입되고, 서포트 플레이트(45)의 리벳홀(H51)에 삽입되어 단부를 코킹함으로써 서포트 플레이트(45)에 전기적 및 기계적으로 연결된다.
제2 리벳(R2)은 제1 리벳(R1)에서 이격되어 캡 플레이트(30)의 제1 방향(x축 방향)에서 플레이트 터미널(412)의 중간부에 대응하여 캡 플레이트(30)에 구비되는 단자홀(H12)에 삽입되고, 서포트 플레이트(45)의 리벳홀(H52)에 삽입되어 단부를 코킹함으로써 서포트 플레이트(45)에 전기적 및 기계적으로 연결된다.
제3 리벳(R3)은 제2 리벳(R2)에서 이격되어 캡 플레이트(30)의 제1 방향(x축 방향)에서 플레이트 터미널(412)의 다른 일측에 대응하여 캡 플레이트(30)에 구비되는 단자홀(H13)에 삽입되고, 서포트 플레이트(45)의 리벳홀(H53)에 삽입되어 단부를 코킹함으로써 서포트 플레이트(45)에 전기적 및 기계적으로 연결된다.
제1 리벳(R1)의 직경(D11)은 제2, 제3 리벳(R2, R3)의 직경(D12)보다 더 크게 형성된다. 제1 리벳(R1)은 플레이트 터미널(412)과 음극 리드탭(43) 사이에서 전류 흐름을 담당할 수 있도록 저항을 최소화한다.
볼트 터미널(413)은 플레이트 터미널(412)에서 제1 리벳(R1)과 제2 리벳(R2) 사이에 대응하여 위치한다. 따라서 제2 리벳(R2)과 제1 리벳(R1)은 서로의 사이에 위치하는 인슐레이터(61, 62) 및 개스킷(51, 52)을 압축하면서 볼트 터미널(413)을 캡 플레이트(30)의 외표면에 안정적으로 고정시키며, 또한 서포트 플레이트(45)를 캡 플레이트(30)의 내표면에 안정적으로 고정시킨다. 제1 리벳(R1)과 제2 리벳(R2)은 각각 1개로 형성될 수 있다.
벤트 구멍(32)은 플레이트 터미널(412)에서 제2 리벳(R2)과 제3 리벳(R3) 사이에 대응하여 위치한다. 따라서 제2 리벳(R2)과 제3 리벳(R3)은 서로의 사이에 위치하는 벤트 구멍(32)을 개스킷(51)과 인슐레이터(61)에 의하여 안정적으로 실링할 수 있다. 제3 리벳(R3)은 캡 플레이트(30)의 제1 방향(x축 방향)에 교차하는 제2 방향(y축 방향)으로 이격되어 2개로 형성되어 벤트 구멍(32)의 실링성을 더욱 향상시킬 수 있다.
벤트 구멍(32)은 제1, 제2 방향에 직교하는 제3 방향(z축 방향)으로 서로 연통되는 제1 벤트 구멍부(321)과 제2 벤트 구멍부(322)를 포함한다. 제1 벤트 구멍부(321)는 캡 플레이트(30)에 형성되고, 제2 벤트 구멍부(322)는 음극단자(41)의 플레이트 터미널(412)에 형성되어, 제1 벤트 구멍부(321)에 z축 방향으로 서로 연통된다.
또한, 서포트 플레이트(45)를 구비하는 경우, 벤트 구멍(32)은 서포트 플레이트(45)에 형성되는 제3 벤트 구멍부(323)을 더 포함한다. 제3 벤트 구멍부(323)는 제1 벤트 구멍(321)에 z축 방향으로 서로 연통된다.
도시된 바와 같이, 서포트 플레이트(45)를 구비하는 경우, 벤트 플레이트(34)는 제1 벤트 구멍부(321)와 제3 벤트 구멍부(323) 사이에서, 제1 벤트 구멍부(321)의 외주에 형성되는 홈(G3)에 용접되어, 제1 벤트 구멍부(321)와 제3 벤트 구멍부(323)의 연통을 단속한다.
또한, 서포트 플레이트를 구비하지 않는 경우, 벤트 플레이트는 캡 플레이트의 내표면에서 제1 벤트 구멍에 용접으로 형성될 수 있다(미도시).
서포트 플레이트(45)는 제2, 제3 리벳(R2, R3)에 의하여 캡 플레이트(30) 측으로 당겨지면서 개스킷(51)을 압착한다. 따라서 서포트 플레이트(45)로 지지되는 개스킷(51)은 벤트 플레이트(34)와 홈(G3) 사이에서 실링성을 향상시킬 수 있다.
또한 제1, 제2, 제3 리벳(R1, R2, R3)이 서포트 플레이트(45)를 갭 플레이트(30) 측으로 당기는 힘을 가하므로 서포트 플레이트(45)와 터미널 플레이트(412) 및 캡 플레이트(30)가 일체화된다.
따라서 캡 플레이트(30)는 제1 벤트 구멍부(321) 및 단자홀(H1)을 형성함에도 플레이트 터미널(412) 및 서포트 플레이트(45)로 지지되어 강한 강성을 가진다. 이로 인하여, 캡 플레이트(30), 캡 플레이트 어셈블리 및 이차 전지(100)의 셀은 치수의 안정성을 가질 수 있다.
한편, 제1 벤트 구멍부(321)의 직경(D21)은 제3 벤트 구멍부(323)의 직경(D23)보다 작게 형성된다. 따라서 제1, 제3 벤트 구멍부(321, 323) 사이에 위치하는 벤트 플레이트(34)는 개스킷(51)을 개재하는 서포트 플레이트(45)에 의하여 견고하게 지지될 수 있다.
또한, 제1 벤트 구멍부(321)의 직경(D21)은 제2 벤트 구멍부(322)의 직경(D22)보다 작게 형성된다. 따라서 배기관(71)은 제2 벤트 구멍부(322)로 삽입되어 내부 가스의 배출을 가능하게 한다. 즉 제2 벤트 구멍부(322)는 배기관(71)의 연결을 가능하게 하여, 내부 가스 배출을 위한 유로의 설계 자유도를 높인다.
도 6은 도 1의 이차 전지(100)를 적용한 전지 모듈의 사시도이다. 도 6을 참조하면, 전지 모듈은 전기적으로 연결되는 복수의 이차 전지(100)를 수용하는 하우징(200), 및 하우징(200)에 수용되는 이차 전지(100)의 벤트 구멍(32)에 연결되는 배기관(71)을 포함한다.
배기관(71)은 이차 전지(100) 각각의 벤트 구멍(32)에 연결되는 복수의 서브 배기관(711), 및 서브 배기관(711)을 하나로 연결하는 메인 배기관(712)를 포함한다. 각 서브 배기관(711)으로 배출되는 내부 가스는 메인 배기관(712)을 통하여 동일한 장소로 배출될 수 있다.
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 7을 참조하면, 서브 배기관(711)은 단부에 돌기(713)를 형성한다. 돌기(713)는 제1 벤트 구멍부(321)의 외측에서 캡 플레이트(30)와 플레이트 터미널(412)로 압축하여 지지된다. 이때, 돌기(713)는 인슐레이터(61)와 같은 두께로 형성되어 캡 플레이트(30)와 플레이트 터미널(412) 사이에서 기밀 구조를 형성할 수 있다.
예를 들면, 배기관(71)은 고무, 합성수지 및 금속 중 하나로 형성될 수 있다. 즉 서브 배기관(711)은 탄성을 가지거나, 캡 플레이트(30)와 플레이트 터미널(412) 사이의 체결력에 따라 변형될 수 있는 재질로 형성된다.
메인 배기관(712)은 적어도 일단에 개구를 형성하며, 개구(714)는 하우징(200)의 최외곽을 벗어나서 위치한다. 따라서 메인 배기관(712)은 개구(714)를 통하여 전해액에 의한 유해 가스 및 내부 가스를 하우징(200)의 외측으로 배출한다. 즉 내부 가스의 배출로 인한 벤트 구멍(32) 및 전지 모듈 주위의 오염이 방지될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 : 전극 조립체 11 : 음극
11a, 12a : 코팅부 11b, 12b : 무지부
12 : 양극 13 : 세퍼레이터
20 : 케이스 21, 714 : 개구
30 : 캡 플레이트 31 : 전해액 주입구
32 : 벤트 구멍 33 : 밀봉 마개
34 : 벤트 플레이트 41 : 음극단자
42 : 양극단자 51, 52 : 개스킷
61, 62 : 인슐레이터 H1, H11, H12, H13, H2 : 단자홀
43, 44 : 음, 양극 리드탭 414, 424 : 너트
45, 46 : 서포트 플레이트 71 : 배기관
100 : 이차 전지 200 : 하우징
321, 322, 323 : 제1, 제2, 제3 벤트 구멍부
411, 421 : 리벳 터미널 412, 422 : 플레이트 터미널
413, 423 : 볼트 터미널 711 : 서브 배기관
712 : 메인 배기관 713 : 돌기
G1, G2, G3 : 홈 H3, H4 : 볼트홀
H5, H51, H52, H53 : 리벳홀 P1, P2 : 돌기
R1, R2, R3 : 제1, 제2, 제3 리벳 D11, D12, D21, D22, D23 : 직경

Claims (20)

  1. 세퍼레이터의 양면에 전극을 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 내장하는 케이스;
    상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트의 단자홀에 조립되는 전극단자;
    상기 전극단자와 상기 캡 플레이트의 제1 표면 사이에 설치되는 인슐레이터;
    상기 전극단자와 상기 캡 플레이트의 제2 표면 사이에 설치되는 개스킷; 및
    상기 개스킷의 일측에 배치되어 상기 전극단자를 상기 전극 조립체에 연결하는 리드탭
    을 포함하며,
    상기 전극단자 및 상기 캡 플레이트는, 서로 관통하여 형성되는 벤트 구멍을 형성하고,
    상기 벤트 구멍은 벤트 플레이트로 밀폐되는
    이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전극단자는,
    상기 인슐레이터의 외면에 위치하는 플레이트 터미널, 및
    상기 플레이트 터미널에 연결되어 상기 단자홀을 통하여 상기 리드탭에 연결되는 리벳 터미널
    을 포함하는 이차 전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 전극단자는,
    상기 플레이트 터미널의 볼트홀에 삽입되고 상기 볼트홀의 외측에 대응하여 형성되는 홈에 돌기로 결합되어 상기 캡 플레이트와의 사이에 개재되는 상기 인슐레이터로 지지되는 볼트 터미널
    을 더 포함하는 이차 전지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 개스킷과 상기 리드탭 사이에 배치되는 서포트 플레이트
    를 더 포함하는 이차 전지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 단자홀은 상기 캡 플레이트에 복수 개로 형성되고,
    상기 서포트 플레이트는
    상기 단자홀에 대응하는 리벳홀을 복수 개로 형성하는
    이차 전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 리벳 터미널은,
    상기 단자홀 중 상기 캡 플레이트의 제1 방향에서,
    상기 플레이트 터미널의 일측에 대응하여 상기 캡 플레이트에 구비되는 단자홀에 삽입되는 제1 리벳,
    상기 제1 리벳에서 이격되어 상기 플레이트 터미널의 중간부에 대응하여 상기 캡 플레이트에 구비되는 단자홀에 삽입되는 제2 리벳, 및
    상기 제2 리벳에서 이격되어 상기 플레이트 터미널의 다른 일측에 대응하여 상기 캡 플레이트에 구비되는 단자홀에 삽입되는 제3 리벳
    을 포함하는 이차 전지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 볼트 터미널은,
    상기 제1 리벳과 상기 제2 리벳 사이에 대응하여 위치하는
    이차 전지.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 벤트 구멍은,
    상기 제2 리벳과 상기 제3 리벳 사이에 대응하여 위치하는
    이차 전지.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 리벳의 직경은,
    상기 제2 리벳 및 상기 제3 리벳의 직경보다 크게 형성되는
    이차 전지.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 리벳과 상기 제2 리벳 각각은 1개로 형성되고,
    상기 제3 리벳은 상기 캡 플레이트의 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이격되어 2개로 형성되는
    이차 전지.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 벤트 구멍은,
    상기 캡 플레이트에 형성되는 제1 벤트 구멍부, 및
    상기 전극단자에 형성되어 상기 제1 벤트 구멍부에 연결되는 제2 벤트 구멍부
    를 포함하는 이차 전지.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 개스킷과 상기 리드탭 사이에 배치되는 서포트 플레이트
    를 더 포함하며,
    상기 벤트 구멍은,
    상기 서포트 플레이트에 형성되어 상기 제1 벤트 구멍부에 연결되는 제3 벤트 구멍부
    를 더 포함하는 이차 전지.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트는,
    상기 제1 벤트 구멍부와 상기 제3 벤트 구멍부 사이에서, 상기 제1 벤트 구멍부의 외주에 형성되는 홈에 용접되어, 상기 제1 벤트 구멍부와 상기 제3 벤트 구멍부의 연통을 단속하는
    이차 전지.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 벤트 구멍부의 직경은,
    상기 제2 벤트 구멍부의 직경보다 작게 형성되는
    이차 전지.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 벤트 구멍부의 직경은,
    상기 제3 벤트 구멍부의 직경보다 작게 형성되어,
    상기 벤트 플레이트는,
    상기 개스킷을 개재하는 상기 서포트 플레이트로 지지되는
    이차 전지
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 벤트 구멍부로 삽입되는 배기관을 더 포함하는
    이차 전지.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 배기관은 단부에 돌기를 형성하며,
    상기 돌기는,
    상기 제1 벤트 구멍부의 외측에서 상기 캡 플레이트와 상기 플레이트 터미널로 지지되는
    이차 전지.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 배기관은 고무, 합성수지 및 금속 중 하나로 형성되는
    이차 전지.
  19. 전기적으로 연결되는 복수의 이차 전지를 수용하는 하우징;
    상기 하우징에 수용되는 상기 이차 전지 각각의 벤트 구멍에 연결되는 복수의 서브 배기관; 및
    상기 서브 배기관을 연결하는 메인 배기관
    을 포함하는 전지 모듈.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 메인 배기관은 적어도 일단에 개구를 형성하며,
    상기 개구는 상기 하우징의 최외곽을 벗어나서 위치하는
    이차 전지.
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