KR101553583B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 이차전지가 개시된다. 상기 이차전지는, 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 케이스를 마감하는 캡 플레이트를 포함하는 적어도 하나의 전지 셀과, 캡 플레이트를 관통하도록 형성되며, 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 유닛과, 전극 유닛과 캡 플레이트 사이에 개재된 실 몰딩을 포함하고, 상기 전극 유닛은, 전극 조립체와 인접하게 배치된 집전 부재와, 집전 부재로부터 상기 캡 플레이트 위로 연장된 전극 단자를 포함하고, 집전 부재와 전극 단자는 서로 다른 이종 금속으로 형성되며, 실 몰딩은 상기 집전 부재와 전극 단자의 결합부를 둘러싼다.
본 발명에 의하면, 이종 금속의 결합부를 포함하는 단자 유닛의 내부식성 및 결합력이 향상되며, 이웃한 전지 셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바의 접속 구조를 개선함으로써 소재 특성에 따른 용접성 저하의 문제를 원천적으로 해소할 수 있는 이차전지가 제공된다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 전지 모듈이 선호되며, 전지 모듈은 내장된 전지의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 목적은 이종 금속의 결합부를 포함하는 단자 유닛의 내부식성 및 결합력이 향상되는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 이웃한 전지 셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바의 접속 구조를 개선함으로써 소재 특성에 따른 용접성 저하의 문제를 원천적으로 해소할 수 있는 이차전지를 제공한다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지는,
전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 상기 케이스를 마감하는 캡 플레이트를 포함하는 적어도 하나의 전지 셀;
상기 캡 플레이트를 관통하도록 형성되며, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 유닛; 및
상기 전극 유닛과 캡 플레이트 사이에 개재된 실 몰딩을 포함하고,
상기 전극 유닛은,
상기 전극 조립체와 인접하게 배치된 집전 부재; 및
상기 집전 부재로부터 상기 캡 플레이트 위로 연장된 전극 단자를 포함하고,
상기 집전 부재와 전극 단자는 서로 다른 이종 금속으로 형성되며,
상기 실 몰딩은 상기 집전 부재와 전극 단자의 결합부를 둘러싼다.
예를 들어, 상기 결합부는 상기 집전 부재와 전극 단자 간의 이종 금속 계면을 포함한다.
예를 들어, 상기 결합부는, 판금 압착 성형(Tox), 리벳팅(revetting), 또는 코킹(caulking) 중의 어느 하나로 형성된다.
예를 들어, 상기 집전 부재는 구리 소재로 형성되고,
상기 전극 단자는 알루미늄 소재로 형성된다.
예를 들어, 상기 실 몰딩은,
상기 캡 플레이트의 개구 내에 끼워지는 결합 홈부;
상기 결합 홈부의 상부에 형성된 상부 블록; 및
상기 결합 홈부의 하부에 형성된 하부 블록을 포함한다.
예를 들어, 상기 결합 홈부는, 실 몰딩 중 가장 얇은 폭의 목 부분을 형성한다.
예를 들어, 상기 상부 블록은, 상기 캡 플레이트로부터 전극 단자를 절연시킨다.
예를 들어, 상기 전극 단자와 집전 부재 간의 결합부는, 적어도 상기 결합 홈부 및 하부 블록에 의해 둘러싸인다.
예를 들어, 상기 실 몰딩은 이음새 없이 매끄럽게(seamless) 형성된다.
예를 들어, 상기 실 몰딩은,
캡 플레이트를 관통하도록 조립된 전극 유닛을 가 고정한 성형 틀 내에 몰딩 수지를 주입하는 인서트 사출 성형으로 형성된다.
예를 들어, 상기 전극 유닛은 제1 전극 유닛이고,
상기 집전 부재, 전극 단자 및 실 몰딩은, 각각 제1 집전 부재, 제1 전극 단자 및 제1 실 몰딩이며,
상기 이차전지는 상기 제1 전극 유닛과 다른 극성을 갖는 제2 전극 유닛을 더 포함한다.
예를 들어, 상기 제2 전극 유닛은 동종 금속으로 일체적으로 형성된 제2 집전 부재 및 제2 전극 단자를 포함한다.
예를 들어, 상기 제2 집전 부재 및 제2 전극 단자는 알루미늄 소재로 형성된다.
예를 들어, 상기 제2 전극 유닛은 캡 플레이트를 관통하도록 형성되며,
상기 이차전지는, 상기 제2 전극 유닛과 캡 플레이트 사이에 개재된 제2 실 몰딩을 더 포함한다.
예를 들어, 상기 제2 실 몰딩은,
상기 캡 플레이트의 개구 내에 끼워지는 결합 홈부;
상기 결합 홈부의 상부에 형성된 상부 블록; 및
상기 결합 홈부의 하부에 형성된 하부 블록을 포함한다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 전지 셀은,
서로 이웃하게 배치되는 제1, 제2 전지 셀을 포함하며,
상기 제1, 제2 전지 셀의 전극 단자는 버스 바를 통해 전기적으로 연결되며,
상기 제1, 제2 전지 셀의 전극 단자 및 버스 바는, 제1 금속 소재로 형성된다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 이종 금속의 결합부를 포함하는 단자 유닛의 내부식성 및 결합력이 향상된다.
본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 이웃한 전지 셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바의 접속 구조를 개선함으로써, 소재 특성에 따른 용접성 저하의 문제를 원천적으로 해소할 수 있는 이차전지가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전지 셀의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전지 셀의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 주요 구성에 대한 사시도이다.
도 5는 도 4의 V-V 선을 따라 취한 단면도이다.
도 6 내지 도 8은, 전극 단자와 집전 부재 간의 다양한 결합부의 형태를 보여주는 단면도들이다.
도 9는 도 4의 IX-IX 선을 따라 취한 단면도이다.
도 10은 본 발명과 대비되는 이차전지의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지(10)가 도시되어 있다. 상기 이차전지(10)는 적어도 하나 이상의 전지 셀(100)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 실시형태에서, 상기 이차전지(10)는 서로 전기적으로 연결된 제1, 제2 전지 셀(100)들을 포함할 수 있다. 그리고, 배열방향을 따라 서로 이웃하게 배치된 제1, 제2 전지 셀(100)들은 버스 바(15)를 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 전지 셀(100)이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 전지 셀(100)은, 전극 조립체(150, 도 3 참조)를 수납한 케이스(180)와, 케이스(180)를 밀봉하는 캡 플레이트(130)와, 캡 플레이트(130) 상에 배치된 전극 단자(111,121)를 포함할 수 있다. 상기 전극 단자(111,121)는 서로 다른 극성을 갖는 제1, 제2 전극 단자(111,121)의 쌍을 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(130)에는 케이스(180) 내부의 압력이 사전에 설정된 포인트를 초과하는 이상 동작시 파단을 일으키며 내압을 해소하기 위한 벤트부(135)와, 전해질 주입구를 밀봉하기 위한 전해질 주입구 실링(138)이 형성될 수 있다.
도 3에는 도 2에 도시된 전지 셀(100)의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 케이스(180) 내부에는 전극 조립체(150)가 수용될 수 있다. 상기 전극 조립체(150)는, 서로 반대 극성의 제1, 제2 전극판 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체(150)는, 제1, 제2 전극판 및 세퍼레이터가 젤리 롤 형태로 권취된 권취형으로 형성되거나, 제1, 제2 전극판 및 세퍼레이터가 교번되게 적층된 적층형으로 형성될 수 있다.
전극 조립체(150)를 수용한 상단 개방부에는 캡 플레이트(130)가 조립되어 전극 조립체(150)를 밀봉할 수 있으며, 상기 전극 조립체(150)와 외부 회로(미도시) 또는 전극 조립체(150)와 이웃한 전지 셀(100) 간의 전기 접속을 위하여, 캡 플레이트(130)의 외부로는 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결된 전극 단자(111,121)가 형성될 수 있다. 상기 전극 단자(111,121)는 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극 단자(111) 및 제2 전극 단자(121)를 포함할 수 있으며, 각각의 전극 조립체(150)의 제1 전극판 및 제2 전극판과 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 단자(111,121)는, 케이스(180) 내부에 수용된 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결되며, 각각의 제1, 제2 전극 단자(111,121)는, 전극 조립체(150)의 제1, 제2 전극판과 전기적으로 연결되어 양극 및 음극 단자의 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 단자(111,121)는 각각 전지 셀(100)의 좌우 양측에 형성될 수 있다.
상기 제1, 제2 전극 단자(111,121)는, 제1, 제2 전극 유닛(110,120)의 일부를 형성한다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 유닛(110,120)은 전극 조립체(150) 내에 축적된 방전 전력을 외부로 공급하기 위해 전극 조립체(150)로부터 인출되는 전기 패스를 형성하거나, 또는 외부로부터의 충전 전력을 입력받기 위하여 전극 조립체(150)와 연결되는 전기 패스를 형성할 수 있다.
상기 제1, 제2 전극 유닛(110,120)은 전지 셀(100)의 양극 및 음극 측을 형성할 수 있다. 상기 제1, 제2 전극 유닛(110,120)은, 실질적으로 동일한 구조로 형성될 수 있으며, 이하에서 설명하는 전극 유닛(110,120)에 관한 기술적 사항은, 제1, 제2 전극 유닛(110,120)에 대해 공히 적용될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이하의 기술적 사항은, 상기 제1, 제2 전극 유닛(110,120) 중에서 선택된 어느 일 전극 유닛(110,120)에만 적용될 수도 있다.
이하에서는 제1 전극 유닛(110)의 구조에 대해 먼저 설명하고, 이후 제2 전극 유닛(120)에 대해 설명하기로 한다.
도 4에는 도 3에 도시된 주요 구성에 대한 분해 사시도가 도시되어 있다. 그리고, 도 5에는 도 4의 V-V 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 상기 전극 유닛(110)은 캡 플레이트(130)의 개구(130`)를 관통하도록 조립된다. 그리고, 상기 전극 유닛(110)과 캡 플레이트(130) 사이에는 실 몰딩(115)이 개재된다. 상기 전극 유닛(110)은, 캡 플레이트(130) 상에 배치된 전극 단자(111, 제1 전극 단자에 해당)와, 상기 전극 단자(111)와 전극 조립체(150)를 전기적으로 연결해주는 집전 부재(112, 제1 집전 부재에 해당)를 포함한다. 예를 들어, 상기 전극 단자(111)는 제1 금속 소재로 형성될 수 있고, 상기 집전 부재(112)는 제1 금속 소재와는 다른 제2 금속 소재로 형성될 수 있다. 즉, 상기 전극 단자(111)와 집전 부재(112)는 각각 서로 다른 제1, 제2 금속 소재로 형성되며, 이들은 결합부(113)에서 서로 다른 이종 금속 간의 결합을 형성한다.
이렇게 전극 단자(111)를 집전 부재(112)와는 다른 이종 금속 소재로 형성함으로써, 전극 단자(111)와 버스 바(15) 간의 결합이 동종 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 단자(111)와 버스 바(15)를 모두 동일한 제1 금속 소재로 형성함으로써, 전극 단자(111)와 버스 바(15) 간에 동종 금속 간의 결합을 형성할 수 있다.
다만, 상기 집전 부재(112)는 전극 조립체(150)와의 안정적인 연결을 위하여, 제1 금속 소재와는 다른 제2 금속 소재로 형성될 수 있다. 결론적으로, 제2 금속 소재의 집전 전극(112)과, 제1 금속 소재의 전극 단자(111) 간에는 이종 금속 간의 결합이 형성되는 한편으로, 제1 금속 소재의 전극 단자(111)와 제1 금속 소재 간의 버스 바(15) 사이에는 동종 금속 간의 결합이 형성된다. 구체적인 예로서, 상기 제1 전극 유닛(110)이 음극 측을 형성한다고 할 때, 상기 집전 부재(112)는 구리 소재로, 상기 전극 단자(111)는 알루미늄 소재로 형성되어, 상기 집전 부재(112)와 전극 단자(111) 간에는 이종 금속 간의 결합이 형성된다(결합부 113). 이와 같이, 구리 소재의 집전 부재(112)와, 알루미늄 소재의 전극 단자(111) 간에는 이종 금속 간의 결합이 형성되며(결합부 113), 후술하는 바와 같이, 판금 압착 성형(Tox), 코킹(caulking), 또는 용접 등의 가공 방식을 통하여 서로에 대해 결합될 수 있다.
한편, 상기 전극 단자(111)와 상기 버스 바(15)는 모두 동일한 알루미늄 소재로 형성되어, 상기 전극 단자(111)와 버스 바(15) 간에는 동종 금속 간의 결합이 형성될 수 있다.
상기 전극 단자(111)와 집전 부재(112)는 결합부(113)를 통하여 서로에 대해 결합된다. 상기 결합부(113)는 전극 단자(111)와 집전 부재(112) 간의 판금 압착 성형(Tox), 리벳팅(rivetting), 코킹(caulking), 또는 용접 등과 같은 다양한 결합 기술을 통하여 서로에 대해 결합될 수 있다.
도 5 내지 도 8에는 전극 단자(111)와 집전 부재(112) 간의 다양한 결합부의 형태들이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 상기 전극 단자(111)와 집전 부재(112)는 용접을 통하여 서로에 대해 결합될 수 있다. 예를 들어, 결합의 대상이 되는 두 개의 부재, 즉, 상기 전극 단자(111)와 집전 부재(112)를 서로에 대해 겹쳐지게 배치하고, 이들의 중첩된 부분에 대해 용접 가공을 적용함으로써 전극 단자(111)와 집전 부재(112)를 결합시킨다. 이때, 상기 용접은 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접과 같은 다양한 형태의 용접 방식이 적용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 결합부(213)는 판금 압착 성형(Tox) 결합에 의해 형성될 수 있다. 즉, 상기 전극 단자(211)와 집전 부재(212)는 판금 압착 성형(Tox) 결합에 의해 서로에 대해 결합될 수 있다. 예를 들어, 결합의 대상이 되는 두 개의 부재, 즉, 전극 단자(211)와 집전 부재(212)를 서로에 대해 겹쳐지게 배치한 후에, 이들의 중첩되는 부분 중 어느 일 편에는 프레스 펀치와 같은 성형 툴(미도시)을 위치시키고, 다른 편에는 오목한 홈이 형성된 다이(미도시)를 위치시킨 다음에, 소정의 압력을 적용하여 성형 툴을 가압하면, 서로에 대해 겹쳐진 부재(211,212)들이 다이의 오목한 홈으로 밀려 들어가면서 두 개의 부재(211,212)가 서로에 대해 밀착되어 결합을 형성하게 된다. 한편, 도면부호 215는 실 몰딩을 나타내며,이에 대한 기술적 사항은 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 도면부호 210은 제1 전극 유닛을 나타낸다.
도 7에는 도 6에 도시된 결합부(213`)의 변형된 실시형태가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 본 실시형태의 결합부는, 도 6의 실시형태와 같은 판금 압착 성형(Tox) 결합에 의해 형성될 수 있다. 다만, 본 실시형태에서는, 결합의 대상이 되는 두 개의 부재, 즉, 전극 단자(211)와 집전 부재(212)를 서로에 대해 겹쳐지게 배치한 후에, 이들의 중첩되는 부분에 홀(210`)을 형성한다. 그리고, 전극 단자(211)와 집전 부재(212)의 정렬된 홀(210`)을 통하여 실 몰딩(215`)의 몰딩 수지가 채워지도록 인서트 사출 성형을 수행함으로써, 전극 단자(211)와 집전 부재(212)의 홀(210`)을 관통하여 형성된 몰딩 수지가 결합력을 높여주게 된다. 상기 홀 성형과 판금 압착 성형은, 성형 툴(미도시)과 다이(미도시) 사이에 개재된 전극 단자(211)와 집전 부재(212)에 소정의 압력을 가함으로써 동시에 이루어지거나 또는 별도의 공정으로 이루어질 수도 있다. 한편, 도면번호 215`는 실 몰딩을 나타내며 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 상기 전극 단자(311)와 집전 부재(312)는 리벳팅(rivetting) 또는 코킹(caulking) 가공으로 서로에 대해 결합될 수 있다(결합부 313). 즉, 상기 전극 단자(311)와 집전 부재(312)는 리벳팅 또는 코킹 가공에 의해 서로에 대해 결합될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 결합의 대상이 되는 두 개의 부재, 즉, 상기 전극 단자(311)와 집전 부재(312)를 서로에 대해 겹쳐지게 배치한 후에, 이들 각각의 전극 단자(311)와 집전 부재(312)에 형성된 결합 홀이 일치하도록 정렬시킨다. 그런 다음에, 이들의 결합 홀을 관통하도록 리벳 부재(314)를 끼워 조립하고, 리벳 부재(314)의 일단 측에는 해머와 같은 성형 툴(미도시)을 위치시키고, 리벳 부재(314)의 타단 측에는 다이(미도시)를 위치시키고, 리벳 부재(314)를 성형 툴로 타격함으로써 리벳 부재(314)의 단부를 결합 홀 주변에 압착시키는 방식으로 두 개의 부재(311,312)가 압착 결합되는 것이다.
예를 들어, 상기 리벳 부재(314)는 대경의 머리부(314a)와 소경의 몸통부(314b)를 갖고, 이러한 몸통부(314b)의 말단을 타격하여 소정의 압력을 가함으로써 몸통부(314b)의 말단에 결합 홀 보다 큰 직경의 머리부(314a)를 형성하고, 이렇게 두 개의 머리부(314a) 사이에서 부재(311,312)들이 밀착되어 결합을 형성하는 것이다. 한편, 도면부호 315는 실 몰딩을 나타내며, 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 도면부호 310은 제1 전극 유닛을 나타낸다.
이상에서 설명된 바와 같이, 상기 전극 단자(111)와 집전 부재(112)는 다양한 결합 방식을 통하여 결합부(113)를 형성할 수 있으며, 본 발명의 기술적 범위는 상기 예시한 바에 의해 한정되지 않고, 이외의 다양한 결합 방식을 통하여 결합부(113)를 형성할 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여, 실 몰딩(115, 제1 실 몰딩에 해당)에 대해 설명하기로 한다. 상기 전극 단자(111)와 집전 부재(112) 간의 결합부(113)는, 실 몰딩(115)에 의해 둘러싸일 수 있다. 상기 실 몰딩(115)은, 전극 단자(111)와 집전 부재(112) 간의 결합부(113)를 둘러싸며, 이종 금속 간의 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다. 소재의 특성상 이종 금속 간의 결합력은 상대적으로 떨어질 수 있으므로, 실 몰딩(115)을 통하여 이종 금속 간의 결합부(113)를 둘러쌈으로써, 결합부(113)의 결합 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 전극 단자(111)와 집전 부재(112) 간의 결합부(113)는 실 몰딩(115)에 의해 둘러싸이며 밀봉된다. 상기 실 몰딩(115)은 서로 다른 이종 금속 간의 계면을 포함하는 결합부(113)를 덮어 보호하며 수분의 침투를 차단함으로써 이종 금속 계면에서의 부식을 억제할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 실 몰딩(115)은, 전극 단자(111)와 집전 부재(112) 간의 결합부(113)를 외부환경으로부터 절연시킴으로써 결합부(113)의 부식을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 전극 단자(111)와 집전 부재(112)를 포함하는 전극 유닛(110)은, 캡 플레이트(130)의 개구(130`)를 통하여 캡 플레이트(130)를 관통하도록 설치된다. 이때, 상기 전극 유닛(111)과 캡 플레이트(130) 사이에는 실 몰딩(115)이 개재된다. 보다 구체적으로, 상기 실 몰딩(115)은 상기 전극 유닛(110)과 캡 플레이트(130) 사이에 개재되어 양자를 상호 결합하며, 캡 플레이트(130)에 대해 전극 유닛(110)을 위치 고정하는 역할을 할 수 있다.
상기 실 몰딩(115)은 전극 유닛(110)과 캡 플레이트(130) 사이에 개재되어 이들 간의 전기적인 절연을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 유닛(110)과 캡 플레이트(130)는 서로 다른 극성을 가질 수 있으며, 실 몰딩(115)을 개재함으로써 전극 유닛(110)과 캡 플레이트(130)가 서로로부터 전기적인 절연을 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 실 몰딩(115)은 전기 절연 특성을 갖는 고분자 수지 소재로 형성될 수 있다.
상기 실 몰딩(115)은 전극 유닛(110)이 관통하는 캡 플레이트(130)의 개구(130`)를 빈틈없이 밀폐시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 실 몰딩(115)은 케이스(180) 내에 수납된 전극 조립체(150) 및 전해질(미도시)을 밀봉하고, 이들을 외부 유해물질로부터 보호할 수 있다.
예를 들어, 상기 실 몰딩(115)은 캡 플레이트(130)의 개구(130) 내에 전극 유닛(110)을 삽입한 후에, 이들 사이로 몰딩 수지(미도시)를 주입시킴으로써 실 몰딩(115)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 실 몰딩(115)은 인서트 사출 성형으로 형성될 수 있는데, 몰딩 수지가 주입될 성형 틀(미도시) 내에, 전극 유닛(110)이 삽입된 캡 플레이트(130)를 위치시킨다. 다음에, 이들을 성형 틀 내에 가 고정하고, 성형 틀 내로 몰딩 수지를 주입하는 인서트 사출 성형을 통하여, 도 5에 도시된 바와 같은 실 몰딩(115)을 형성할 수 있다. 이때, 주입되는 몰딩 수지는 캡 플레이트(130)와 전극 유닛(110) 사이를 빈틈없이 채울 수 있으며, 이들 사이를 기밀성 있게 결합할 수 있다. 이로써, 케이스(180) 내에 수납된 전극 조립체(150)와 전해질이 밀봉될 수 있고, 외부의 유해물질이 케이스(180) 내부로 침투하거나 또는 내부의 전해질이 누설되는 등의 문제가 발생되지 않는다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 실 몰딩(115)은, 캡 플레이트(130)의 개구(130`)에 끼워지는 결합 홈부(115c)와, 상기 결합 홈부(115c)의 상부에 형성된 상부 블록(115a)과, 상기 결합 홈부(115c)의 하부에 형성된 하부 블록(115b)을 포함할 수 있다. 상기 결합 홈부(115c)는, 실 몰딩(115) 중 가장 얇은 폭을 갖는 목 부분을 형성할 수 있다. 그리고, 상기 결합 홈부(115c)를 기준으로 상하방향으로 광폭의 상부 블록(115a)과 하부 블록(115b)이 배치됨으로써 캡 플레이트(130)가 결합 홈부(115c)에 견고하게 끼워질 수 있다.
상기 실 몰딩(115)은 이음새 없이 매끄럽게(seamless) 일체적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 실 몰딩(115)의 결합 홈부(115c)와 상부 블록(115a) 및 하부 블록(115b)은 이음새 없이 일체로 연결되며, 인서트 사출 성형에 의해 각 부분들이 동시에 함께 형성될 수 있다.
한편, 상기 상부 블록(115a)은 전극 단자(111)와 캡 플레이트(130) 사이에 개재되어 캡 플레이트(130)로부터 전극 단자(111)를 절연시킬 수 있다.
상기 전극 단자(111)와 집전 부재(112) 간의 결합부(113)는, 적어도 결합 홈부(115c) 및 하부 블록(115b)에 의해 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 상기 결합부(113)는 결합 홈부(115c) 및 하부 블록(115b)에 걸쳐서 연장될 수 있으며, 상기 결합 홈부(115c) 및 하부 블록(115b)은, 결합부(113)를 둘러싸서 이종 금속 계면을 부식으로부터 보호할 수 있고, 결합 강도를 향상시킬 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 결합부(113)는 실 몰딩(115)의 결합 홈부(115c)와 상부 블록(115a) 및 하부 블록(115b)에 걸쳐서 형성될 수도 있으며, 이들 결합 홈부(115c) 및 상하부 블록(115a,115b)은 모두 협력하여 전극 단자(111) 및 집전 부재(112)의 결합부(113)를 둘러싸서 보호할 수 있다.
이하에서는 제2 전극 유닛(120)에 대해 설명하기로 한다. 도 9에는 도 4의 IX-IX 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 제2 전극 유닛(120)은 캡 플레이트(130) 상에 배치된 전극 단자(121, 제2 전극 단자에 해당)와, 상기 전극 단자(121)와 전극 조립체(150) 간의 전기적인 연결을 매개하기 위한 집전 부재(122, 제2 집전 부재에 해당)를 포함한다. 예를 들어, 상기 전극 단자(121)와 집전 부재(122)는 하나의 부재로 일체적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 전극 단자(121)와 집전 부재(122)는 이음새 없이 매끄럽게(seamless) 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극 유닛(120)이 양극 측을 형성할 때, 상기 전극 단자(121)와 집전 부재(122)는 알루미늄 소재로 형성될 수 있으며, 하나의 부재로 일체적으로 형성될 수 있다.
상기 전극 유닛(120)은 캡 플레이트(130)의 개구(130`)를 관통하도록 끼워 조립되고, 상기 전극 유닛(120)과 캡 플레이트(130) 사이에는 실 몰딩(125, 제2 실 몰딩에 해당)이 개재될 수 있다.
도 4 및 도 9를 함께 참조하면, 상기 실 몰딩(125)은, 캡 플레이트(130)가 끼워지는 결합 홈부(125c)와, 상기 결합 홈부(125c)의 상하로 배치된 상부 블록(125a) 및 하부 블록(125b)을 포함할 수 있다. 상기 결합 홈부(125c)는 실 몰딩(125) 중 가장 얇은 목 부분을 형성할 수 있다. 상기 결합 홈부(125c)를 중심으로, 상하방향으로는 상대적으로 광폭의 상부 블록(125a)과 하부 블록(125b)이 배치됨으로써 캡 플레이트(130)가 결합 홈부(125c)에 견고하게 끼워질 수 있다.
상기 실 몰딩(125)은 이음새 없이 매끄럽게(seamless) 일체적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 실 몰딩(125)의 결합 홈부(125c)와 상부 블록(125a) 및 하부 블록(125b)은 이음새 없이 일체로 연결되며, 인서트 사출 성형에 의해 각 부분들이 동시에 함께 형성될 수 있다.
한편, 상기 상부 블록(125a)은 캡 플레이트(130) 상에 배치된 전극 단자(121)와 캡 플레이트(130) 간의 전기적인 절연을 구현할 수 있다.
도 5 및 도 9를 함께 참조하면, 제1 전극 유닛(110)과 제2 전극 유닛(120)의 실 몰딩(115, 125, 제1, 제2 실 몰딩)은 실질적으로 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 전극 유닛(110)의 실 몰딩(115)은 서로 다른 이종 금속으로 형성된 전극 단자(111)와 집전 부재(112) 간의 결합부(113)를 둘러싸서 보호하는 기능을 하는데 반하여, 제2 전극 유닛(120)의 실 몰딩(125)은 일체적으로 형성된 전극 단자(121)와 집전 부재(122)의 일부를 덮는다는 점에서 기능상의 차이가 있을 수 있다.
도 1을 참조하면, 배열방향을 따라 서로 이웃한 전지 셀(100)들을 전기적으로 연결하는 버스 바(15)는 전체적으로 제1 금속 소재로 형성된다. 이때, 상기 버스 바(15)와 연결되는 각 전지 셀(100)의 전극 단자(111,121)들은 역시 제1 금속 소재로 형성된다. 이렇게 이웃한 전지 셀(100)의 전극 단자(111,121)들과 버스 바(15)를 모두 동종의 제1 금속 소재로 형성함으로써, 버스 바(15)의 접속 구조가 동종 금속 결합으로 형성될 수 있다. 구체적인 실시형태에서, 이웃한 전극 단자(111,121)와 버스 바(15)는 알루미늄 소재로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전극 단자(111)와 버스 바(15) 간의 결합, 및 제2 전극 단자(121)와 버스 바(15) 간의 결합은 동종 금속 간의 용접으로 형성될 수 있다. 구체적인 실시예로서, 상기 버스 바(15)와 제1, 제2 전극 단자(111,121) 간의 결합은 알루미늄 용접으로 이루어질 수 있으며, 후술하는 바와 같이, 알루미늄 용접은 구리 용접에 비해 용접성이 우수하므로, 생산 수율 및 용접 강도 측면에서 유리한 점이 많다.
도 10은 본 발명의 비교대상이 되는 비교예에 따른 버스 바(5) 접속 구조를 보여주는 도면이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 서로 이웃한 전지 셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바(5)는 이종 금속의 클래드 메탈(clad metal)로 형성된다. 예를 들어, 상기 버스 바(5)는 제1 전극 단자(11)와 동종의 제1 금속 소재로 형성된 제1 부분(5a)과, 제2 전극 단자(12)와 동종의 제2 금속 소재로 형성된 제2 부분(5b)을 포함한다.
이때, 버스 바(5)와 제1 전극 단자(11)는 제1 금속 소재의 동종 금속 결합을 형성하고, 버스 바(5)와 제2 전극 단자(12)는 제2 금속 소재의 동종 금속 결합을 형성한다. 예를 들어, 상기 버스 바(5)와 제1 전극 단자(11) 간에는 구리의 동종 금속 간 용접이 이루어질 수 있고, 상기 버스 바(5)와 제2 전극 단자(12) 간에는 알루미늄의 동종 금속 간 용접이 이루어질 수 있다. 관건은, 구리-구리 간의 용접성은 알루미늄-알루미늄 용접성에 비해 현저하게 떨어지게 된다. 즉 비교예에 따른 버스 바(5)의 접속 구조에서는 구리-구리 간의 용접이 필연적인데, 소재의 특성상 용접성이 떨어지게 되므로, 특수한 용접 기술이 요구되며 충분한 용접 강도를 확보하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 제1, 제2 전극 단자(111,121)와 버스 바(15)를 모두 알루미늄 소재로 형성함으로써, 구리-구리 간의 용접성 문제 및 특수한 용접을 피할 수 있으며, 보다 용접 특성이 우수한 알루미늄-알루미늄 용접을 이용할 수 있다.
한편, 도 1에서 볼 수 있듯이, 상기 버스 바(15)는, 이웃한 전지 셀(100)들을 전기적으로 연결하는데, 서로 반대 극성의 전극 단자(111,121)들을 버스 바(15)로 결속함으로써 이웃한 전지 셀(100)들을 직렬 연결할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 서로 동일한 극성의 전극 단자(111,121)들을 버스 바(15)로 결속함으로써 이웃한 전지 셀(100)들을 병렬 연결할 수도 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10 : 이차전지 100 : 전지 셀
110,210,310 : 제1 전극 유닛 111 : 제1 전극 단자
112 : 제1 집전 부재 113,213,213`,313 : 결합부
115,115`,215,215`,315 : 제1 실 몰딩
115a : 제1 실 몰딩의 상부 블록 115b: 제1 실 몰딩의 하부 블록
115c: 제1 실 몰딩의 결합 홈부 120 : 제2 전극 유닛
121 : 제2 전극 단자 122 : 제2 집전 부재
125: 제2 실 몰딩
125a : 제2 실 몰딩의 상부 블록
125b : 제2 실 몰딩의 하부 블록
125c : 제2 실 몰딩의 결합 홈부
130 : 캡 플레이트 130`: 캡 플레이트의 개구
135 : 벤트 홀 138 : 전해질 주입구 실링
150 : 전극 조립체 180 : 케이스
314 : 리벳 부재

Claims (15)

  1. 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 상기 케이스를 마감하는 캡 플레이트를 포함하는 적어도 하나의 전지 셀;
    상기 캡 플레이트를 관통하도록 형성되며, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 유닛; 및
    상기 전극 유닛과 캡 플레이트 사이에 개재된 실 몰딩을 포함하고,
    상기 전극 유닛은,
    상기 전극 조립체와 인접하게 배치된 집전 부재; 및
    상기 집전 부재로부터 상기 캡 플레이트 위로 연장된 전극 단자를 포함하고,
    상기 집전 부재와 전극 단자는 서로 다른 이종 금속으로 형성되며,
    상기 실 몰딩은 상기 집전 부재와 전극 단자의 결합부를 둘러싸고,
    상기 결합부는 상기 집전 부재와 전극 단자 간의 이종 금속 계면을 포함하며,
    상기 실 몰딩은,
    상기 캡 플레이트의 개구 내에 끼워지는 결합 홈부;
    상기 결합 홈부의 상부에 형성된 상부 블록; 및
    상기 결합 홈부의 하부에 형성된 하부 블록을 포함하고,
    상기 전극 단자와 집전 부재 간의 결합부는, 적어도 상기 결합 홈부 및 하부 블록에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 결합부는, 판금 압착 성형(Tox), 리벳팅(revetting), 또는 코킹(caulking) 중의 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 집전 부재는 구리 소재로 형성되고,
    상기 전극 단자는 알루미늄 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결합 홈부는, 실 몰딩 중 가장 얇은 폭의 목 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 블록은, 상기 캡 플레이트로부터 전극 단자를 절연시키는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실 몰딩은,
    캡 플레이트를 관통하도록 조립된 전극 유닛을 가 고정한 성형 틀 내에 몰딩 수지를 주입하는 인서트 사출 성형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전극 유닛은 제1 전극 유닛이고,
    상기 집전 부재, 전극 단자 및 실 몰딩은, 각각 제1 집전 부재, 제1 전극 단자 및 제1 실 몰딩이며,
    상기 제1 전극 유닛과 다른 극성을 갖는 제2 전극 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 전극 유닛은 동종 금속으로 일체적으로 형성된 제2 집전 부재 및 제2 전극 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 집전 부재 및 제2 전극 단자는 알루미늄 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 전극 유닛은 캡 플레이트를 관통하도록 형성되며,
    상기 제2 전극 유닛과 캡 플레이트 사이에 개재된 제2 실 몰딩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 실 몰딩은,
    상기 캡 플레이트의 개구 내에 끼워지는 결합 홈부;
    상기 결합 홈부의 상부에 형성된 상부 블록; 및
    상기 결합 홈부의 하부에 형성된 하부 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전지 셀은,
    서로 이웃하게 배치되는 제1, 제2 전지 셀을 포함하며,
    상기 제1, 제2 전지 셀의 전극 단자는 버스 바를 통해 전기적으로 연결되며,
    상기 제1, 제2 전지 셀의 전극 단자 및 버스 바는, 제1 금속 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
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