KR101689215B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 이차전지가 개시된다. 상기 이차전지는, 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 케이스를 마감하는 캡 플레이트와, 캡 플레이트 상에 배치된 제1 단자 플레이트와, 캡 플레이트를 관통하도록 형성되며, 전극 조립체와 제1 단자 플레이트를 상호 전기적으로 연결하는 제1 집전 단자와, 제1 집전 단자를 캡 플레이트로부터 절연시키는 실 가스켓을 포함하고, 제1 집전 단자는, 전극 조립체와 가깝게 배치된 하부 단자와, 제1 단자 플레이트와 가깝게 배치된 것으로, 하부 단자와 다른 금속을 포함하며 이종금속 계면을 통하여 하부 단자와 접촉하는 상부 단자를 포함하고, 실 가스켓은 상기 이종금속 계면 측면을 덮는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 멀티 메탈 단자의 내부식 특성이 향상되는 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 자건거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 전기적으로 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.
본 발명의 일 실시형태는 멀티 메탈 단자의 내부식 특성이 향상되는 이차전지를 제공한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 이차전지는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스를 마감하는 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트 상에 배치된 제1 단자 플레이트;
상기 캡 플레이트를 관통하도록 형성되며, 상기 전극 조립체와 제1 단자 플레이트를 상호 전기적으로 연결하는 제1 집전 단자; 및
상기 제1 집전 단자를 캡 플레이트로부터 절연시키는 실 가스켓;을 포함하고,
상기 제1 집전 단자는,
상기 전극 조립체와 가깝게 배치된 하부 단자; 및
상기 제1 단자 플레이트와 가깝게 배치된 것으로, 상기 하부 단자와 다른 금속을 포함하며 이종금속 계면을 통하여 상기 하부 단자와 접촉하는 상부 단자;를 포함하고,
상기 실 가스켓은 상기 이종금속 계면 측면을 덮는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 상기 캡 플레이트에는 상기 제1 집전 단자가 관통하기 위한 단자 홀이 형성되고,
상기 단자 홀의 측면을 따라 상기 실 가스켓이 형성된다.
예를 들어, 상기 제1 단자 플레이트의 단자 홀의 주변에는 상기 실 가스켓을 향하여 하방으로 돌출된 돌출부가 형성되어 있다.
예를 들어, 상기 돌출부는 상기 단자 홀의 둘레를 따라 연속적으로 형성된다.
예를 들어, 상기 실 가스켓은, 상기 제1 단자 플레이트와 맞닿고, 측 방향으로 넓게 확장된 플랜지 형상의 상단부를 갖는다.
예를 들어, 상기 제1 단자 플레이트와 캡 플레이트 사이에 개재된 절연 부재를 더 포함하고,
상기 실 가스켓의 상단부의 적어도 일부는 상기 제1 단자 플레이트와 절연 부재 사이에서 압착된다.
예를 들어, 상기 실 가스켓 중에서, 상기 상단부의 폭(W1)과 상기 캡 플레이트의 단자 홀 내에 배치된 부분의 폭(W2)은, W1 > W2의 관계를 갖는다.
예를 들어, 상기 실 가스켓은 상기 제1 집전 단자의 길이방향을 따라 형성되되, 적어도 상기 이종금속 계면을 덮는 높이까지는 형성된다.
예를 들어, 상기 이종금속 계면의 높이(H1)와 상기 실 가스켓의 상단부의 높이(H2)와 H1 < H2 관계를 갖는다.
예를 들어, 상기 상부 단자는 제1 단자 플레이트의 상면에 대해 압착 고정되고,
상기 하부 단자는 전극 조립체와 전기적으로 연결된 제1 집전 부재에 결합된다.
예를 들어, 상기 상부 단자의 상단에는 측 방향으로 넓게 확장되어 제1 단자 플레이트의 상면에 대해 가압 접촉되는 플랜지 형상이 형성되어 있다.
예를 들어, 상기 하부 단자에는 상기 제1 집전 단자가 관통하는 단자 홀을 통하여 제1 집전 단자가 빠져나가지 않도록 상기 단자 홀 보다 넓은 폭으로 확장된 걸림턱이 형성되어 있다.
예를 들어, 상기 상부 단자는 상기 제1 단자 플레이트와 동일한 제1 금속을 포함하고,
상기 하부 단자는 제1 집전 부재와 동일한 제2 금속을 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 집전 단자는 양극 또는 음극 중에서 어느 한 극성을 갖고,
상기 제1 집전 단자와 다른 극성을 갖는 제2 집전 단자를 더 포함한다.
예를 들어, 상기 제2 집전 단자는,
상기 캡 플레이트 상에 배치된 제2 단자 플레이트와,
상기 캡 플레이트를 관통하여, 상기 전극 조립체와 제2 단자 플레이트를 서로 전기적으로 연결하는 제2 집전 단자를 포함하고,
상기 제2 집전 단자는, 상기 전극 조립체와 가깝게 배치된 하부 단자 및 상기 제2 단자 플레이트와 가깝게 배치된 상부 단자를 포함한다.
예를 들어, 상기 제2 집전 단자에서, 하부 단자 및 상부 단자는 동종의 제1 금속을 포함한다.
예를 들어, 상기 상부 단자는 제2 단자 플레이트의 상면에 대해 압착 고정되고,
상기 하부 단자는 전극 조립체와 전기적으로 연결된 제2 집전 부재에 결합된다.
예를 들어, 상기 상부 단자는 상기 제2 단자 플레이트와 동일한 제1 금속을 포함하고,
상기 하부 단자는 상기 제2 집전 부재와 동일한 제1 금속을 포함한다.
본 발명에 의하면, 멀티 메탈 단자로 형성된 집전 단자를 도입함으로써, 동종 금속 간의 결합을 통하여 결합 강도 및 작업성을 높이면서도, 집전 단자의 절연을 담당하는 실 가스켓을 이용하여, 집전 단자의 이종 금속 간의 계면을 보호함으로써, 이종 금속 간의 계면에서 발생될 수 있는 부식 문제를 원천적으로 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이차전지의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 3의 제1 전극 단자 측을 확대 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3의 제2 전극 단자 측을 확대 도시한 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 실 가스켓 상단부의 형성을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 단자 플레이트의 돌출부 형상을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 이차전지에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1에 도시된 이차전지의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도면들을 참조하면, 상기 이차전지에는 서로 반대 극성을 갖는 한 쌍의 전극 단자(110,120), 즉, 제1, 제2 전극 단자(110,120)가 돌출 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 단자(110,120)는 이차전지의 내부에 수용된 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결되며, 각각의 제1, 제2 전극 단자(110,120)는, 전극 조립체(150)의 제1, 제2 전극판과 전기적으로 연결되어 이차전지에 축적된 방전 전력을 외부로 공급하거나, 외부로부터의 충전 전력을 입력받기 위한 양극 및 음극 단자의 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 단자(110,120)는 이차전지의 양측 부분에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 이차전지의 캡 플레이트(100)가 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결되어 단자의 기능을 수행할 수도 있으며, 이때 상기 제1, 제2 전극 단자(110,120) 중에서 어느 한 전극 단자(110,120)는 생략될 수도 있다.
도 3에는 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 도 4 및 도 5는 도 3의 일부에 대한 확대 단면도로서, 각각 제1 전극 단자(110) 측과 제2 전극 단자(120) 측이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 이차전지는, 전극 조립체(150)와, 전극 단자(110,120)와, 상기 전극 조립체(150)와 전극 단자(110,120) 간의 전기적인 연결을 매개하는 집전 부재(117,127)를 포함한다. 그리고, 상기 이차전지는 상기 전극 조립체(150)를 수용하는 케이스(180)와, 전극 조립체(150)가 수용된 케이스(180)의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트(100)를 포함할 수 있다. 상기 캡 플레이트(100)는 전극 조립체(150)가 수용된 케이스(180)의 상단에 결합되며, 케이스(180)의 개구부를 밀봉할 수 있다. 예를 들어, 상기 캡 플레이트(100)와 케이스(180)는 캡 플레이트(100)의 가장자리를 따라 용접 결합될 수 있다.
상기 캡 플레이트(100)에는 케이스(180) 내부의 압력이 사전에 설정된 포인트를 초과하는 이상동작시 파단을 일으키며 내압을 해소하기 위한 벤트부(108)와, 전해액 주입구를 밀봉하기 위한 밀봉부(109)가 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체(150)는, 이차전지의 케이스(180) 내부에 수용될 수 있으며, 서로 반대 극성의 제1, 제2 전극판(151,152) 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터(153)를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체(150)는, 제1, 제2 전극판(151,152) 및 세퍼레이터(153)가 젤리 롤 형태로 권취된 권취형으로 형성되거나, 제1, 제2 전극판(151,152) 및 세퍼레이터(153)가 교번되게 적층된 적층형으로 형성될 수 있다. 전극 조립체(150)를 수용한 케이스(180)의 상단 개방부에는 캡 플레이트(100)가 조립되어 전극 조립체(150)를 밀봉할 수 있으며, 상기 전극 조립체(150)와 외부 회로(미도시) 또는 상기 전극 조립체(150)와 이웃한 이차전지 간의 전기 접속을 위하여, 캡 플레이트(100) 외부로는 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결된 전극 단자(110,120)가 형성될 수 있다.
상기 전극 단자(110,120)는 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극 단자(110) 및 제2 전극 단자(120)를 포함할 수 있으며, 각각 전극 조립체(150)의 제1 전극판(151) 및 제2 전극판(152)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 제1 전극 단자(110)는, 제1 집전 단자(115), 제1 집전 단자(115)와 결합된 제1 단자 플레이트(111)를 포함할 수 있다. 유사하게, 상기 제2 전극 단자(120)는, 제2 집전 단자(125), 제2 집전 단자(125)와 결합된 제2 단자 플레이트(121)를 포함할 수 있다. 이하에서 집전 단자(115,125)란, 제1, 제2 집전 단자(115,125)를 통칭하거나, 선택적으로 제1 집전 단자(115) 또는 제2 집전 단자(125)의 어느 하나를 지칭할 수 있다. 또한, 단자 플레이트(111,121)란, 제1, 제2 단자 플레이트(111,121)를 통칭하거나, 선택적으로, 제1 단자 플레이트(111) 또는 제2 단자 플레이트(121)의 어느 하나를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 제1 집전 단자(115)와 결합된 단자 플레이트(111)는, 제1 단자 플레이트(111)를 의미할 수 있고, 제2 집전 단자(125)와 결합된 단자 플레이트(121)는, 제2 단자 플레이트(121)를 의미할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 제1, 제2 집전 단자(115,125)는 각각 제1, 제2 집전 부재(117,127)와 결합되는데, 집전 부재자(117,127)란, 제1, 제2 집전 부재(117,127)를 통칭하거나, 선택적으로 제1 집전 부재(117) 또는 제2 집전 부재(127)를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 제1 집전 단자(115)와 결합된 집전 부재(117)란, 제1 집전 부재(117)를 의미하고, 제2 집전 단자(125)와 결합된 집전 부재(127)란, 제2 집전 부재(127)를 의미할 수 있다.
상기 집전 단자(115,125)는, 캡 플레이트(100)를 관통하여 캡 플레이트(100)의 외부로 인출될 수 있다. 이를 위해, 상기 캡 플레이트(100)에는 상기 집전 단자(115,125)가 끼워 조립되는 단자 홀(100`)이 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 집전 단자(115,125)는 캡 플레이트(100)의 하방으로부터 상방을 향하여 끼워지며, 캡 플레이트(100)의 단자 홀(100`)을 관통하도록 끼워질 수 있다.
상기 집전 단자(115,125)는, 집전 단자(115,125)의 길이방향을 따라 상부를 형성하며 단자 플레이트(111,121)와 결합을 형성하는 상부 단자(115a,125a)와, 집전 단자(115,125)의 하부를 형성하며 집전 부재(117,127)와 결합을 형성하는 하부 단자(115b,125b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 단자(115a,125a)는 집전 단자(115,125)의 길이방향을 따라 단자 플레이트(111,121)와 상대적으로 가깝게 형성된 부분을 의미할 수 있고, 상기 하부 단자(115b,125b)는 집전 단자(115,125)의 길이방향을 따라 전극 조립체(150)와 상대적으로 가깝게 형성된 부분을 의미할 수 있다.
상기 집전 단자(115,125)는 캡 플레이트(100)를 관통하도록 연장되며, 캡 플레이트(100) 하부의 전극 조립체(150)와, 캡 플레이트(100) 상부의 단자 플레이트(111,121)를 서로 전기적으로 연결해줄 수 있다. 상기 집전 단자(115,125)의 하부 단자(115b,125b)는 캡 플레이트(100)의 하부에서 집전 부재(117,127)를 통하여 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결되며, 한편 상기 집전 단자(115,125)의 상부 단자(115a,125a)는 캡 플레이트(100)의 상부에서 단자 플레이트(111,121)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 집전 단자(115,125)는 전극 조립체(150)의 서로 반대 극성과 각각 연결되며, 서로 차별화된 구성을 갖는 제1, 제2 집전 단자(115,125)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 집전 단자(115,125)는 극성에 따라 전극 조립체(150, 또는 전극 조립체 150와 결합된 집전 부재 117,127)의 서로 다른 제1, 제2 금속과 결합을 형성하므로, 동종 금속끼리의 결합을 형성하기 위해, 상기 제1, 제2 집전 단자(115,125)는 서로 차별화된 구성을 가질 수 있다. 동종 금속끼리의 결합을 형성함으로써 용접성 저하와 같은 결합강도의 저하 문제를 원천적으로 해소할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4에 도시된 제1 집전 단자(115)의 상하부 단자(115a,115b)는 서로 다른 이종 금속을 포함할 수 있다. 즉, 상부 단자(115a)는 제1 금속을 주된 소재로 하여 형성될 수 있으며, 상기 하부 단자(115b)는 제1 금속과는 다른 제2 금속을 주된 소재로 하여 형성될 수 있다. 제1 집전 단자(115)와 달리, 도 5에 도시된 제2 집전 단자(125)의 상하부 단자(125a,125b)는 서로 동일한 금속을 포함할 수 있다. 즉, 상하부 단자(125a,125b)가 동일한 제2 금속을 주된 금속으로 하여 형성될 수 있다.
참고로, 본 명세서를 통하여, 제1, 제2 금속으로 형성된다거나, 또는 제1, 제2 금속을 포함한다고 할 때, 상기 제1, 제2 금속은 특정 금속이거나 또는 특정 금속을 주된 소재로 하는 합금을 모두 포괄하는 광범위한 의미로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 금속은 알루미늄 또는 알루미늄을 주된 성분으로 하는 알루미늄 합금을 의미할 수 있으며, 제2 금속은 구리 또는 구리를 주된 성분으로 하는 구리 합금을 의미할 수 있다.
이하, 먼저 제1 집전 단자(115)의 구성에 대해 살펴보고, 이후에 제2 집전 단자(125)에 대해 살펴보기로 한다. 도 4를 참조하면, 제1 집전 단자(115)의 상부 단자(115a)는, 단자 플레이트(111)와 결합을 형성하며, 상기 하부 단자(115b)는 집전 부재(117)와 결합을 형성하게 된다. 이때, 상부 단자(115a)와 하부 단자(115b)를 서로 다른 이종 금속으로 형성함으로써, 제1 금속을 포함하는 단자 플레이트(111)와 상부 단자(115a) 간에 동종 금속끼리의 결합이 가능한 동시에, 제2 금속을 포함하는 집전 부재(117)와 하부 단자(115b) 간에도 동종 금속끼리의 결합이 가능하게 된다. 이렇게 상호 결합을 형성하는 이웃한 부재(111,115,117) 사이에 동종 금속끼리 결합됨으로써, 이종 금속끼리의 결합, 예를 들어, 이종 금속끼리의 용접으로부터 야기되는 결합 강도의 저하와 같은 용접성 문제를 원천적으로 해소할 수 있다. 또한, 서로 다른 이종 금속 간의 결합 계면에서 야기될 수 있는 부식 문제도 해소할 수 있다.
본 명세서를 통하여, 상호 결합을 형성하는 제1 집전 단자(115)의 상부 단자(115a)와 단자 플레이트(111)가 동종의 제1 금속 소재로 형성된다는 것은, 상기 상부 단자(115)와 단자 플레이트(111)가 같은 제1 금속 소재로 형성되는 경우는 물론이고, 상기 상부 단자(115)와 단자 플레이트(111)가 제1 금속 소재를 주된 소재로서 포함하는 경우를 포함하는 것이다.
유사하게, 상호 결합을 형성하는 제1 집전 단자(115)의 하부 단자(115b)와 집전 부재(117)가 동종의 제2 금속 소재로 형성된다는 것은, 상기 하부 단자(115b)와 집전 부재(117)가 같은 제2 금속 소재로 형성되는 경우는 물론이고, 상기 하부 단자(115b)와 집전 부재(117)가 제2 금속 소재를 주된 소재로서 포함하는 경우를 포함하는 것이다.
상기 제1 집전 단자(115)는 서로 다른 이종 금속을 포함하는 상부 단자(115a)와 하부 단자(115b)를 일체화시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 단자(115a)와 하부 단자(115b)는, 마찰교반용접(Friction Stir Welding), 리벳팅(riveting), 코킹(caulking), 스피닝(spining), 볼록부-오목부 간의 압입, 나사 결합과 같은 다양한 결합 방식을 통하여 상호 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 마찰교반용접에서는, 서로 다른 이종 금속을 포함하는 상부 단자(115a) 및 하부 단자(115b)를 서로 맞닿게 접촉시키고, 이들 상부 단자(115a) 및 하부 단자(115b)를 상대적으로 고속으로 회전시키면, 상부 단자(115a) 및 하부 단자(115b)의 계면에서는 마찰열이 발생하면서 접촉 부위가 국부적으로 용융되어 뒤섞이면서 견고한 용접이 이루어질 수 있다.
상기 제1 집전 단자(115) 측에서는 단자 플레이트(111)와 집전 부재(117)가 각각 서로 다른 제1 금속 및 제2 금속으로 형성되므로, 각각의 접합 개소에 따라 서로 다른 이종의 금속을 포함하는 이른바, 멀티-메탈 단자를 형성하게 된다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 집전 단자(125) 측에서는 단자 플레이트(121)와 집전 부재(127)가 동종의 제2 금속으로 형성되므로, 제2 집전 단자(125)를 동종의 제2 금속을 포함하는 단일 소재로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 집전 단자(125)의 상부 단자(125a) 및 하부 단자(125b)는 동종의 제2 금속을 포함할 수 있다.
구체적인 일례를 들면, 상기 제1 집전 단자(115)는 음극 단자에 해당될 수 있고, 이에 따라, 제1 집전 단자(115)와 연결되는 집전 부재(117)와 단자 플레이트(111)는 음극 측을 형성할 수 있다. 이때, 상기 집전 부재(117)는 전극 조립체(150)의 음극 측과 같은 구리 소재로 형성될 수 있고, 상기 단자 플레이트(111)는 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 집전 부재(117)와 단자 플레이트(111)를 전기적으로 연결하는 제1 집전 단자(115) 중에서, 상부 단자(115a)는 알루미늄 소재를 포함할 수 있고, 하부 단자(115b)는 구리 소재를 포함할 수 있다. 이로써, 제1 집전 단자(115)의 상부 단자(115a)와 단자 플레이트(111)는 알루미늄 소재의 동종 금속끼리의 결합이 가능하고, 제1 집전 단자(115)의 하부 단자(115b)와 집전 부재(117)는 구리 소재의 동종 금속끼리의 결합이 가능하게 된다.
한편, 상기 제1, 제2 단자 플레이트(111,121)는 양극 측 및 음극 측이 모두 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 다수의 이차전지들이 전기적으로 결속된 모듈구조에서, 이웃한 이차전지의 제1, 제2 단자 플레이트(111,121)는 버스 바(미도시)를 통하여 전기적으로 접속됨으로써 이웃한 이차전지들이 서로 직렬 접속된 모듈구조를 형성할 수 있기 때문에, 제1, 제2 단자 플레이트(111,121)는 버스 바(미도시)와 같은 알루미늄 소재로 형성할 수 있다.
상기 제2 집전 단자(121)는 양극 단자에 해당될 수 있고, 이에 따라, 제2 집전 단자(121)와 연결되는 집전 부재(127)와 단자 플레이트(121)는 양극 측을 형성할 수 있다. 이때, 상기 집전 부재(127)는 전극 조립체(150)의 양극 측과 같은 알루미늄 소재로 형성될 수 있고, 상기 단자 플레이트(121) 역시 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 집전 부재(127)와 단자 플레이트(121)를 전기적으로 연결하는 제2 집전 단자(125)의 상하부 단자(125a,125b)를 모두 알루미늄 소재로 형성함으로써, 제2 집전 단자(125)의 상부 단자(125a)와 단자 플레이트(121)는 알루미늄 소재의 동종 금속끼리의 결합이 가능하고, 제2 집전 단자(125)의 하부 단자(125b)와 집전 부재(127)도 알루미늄 소재의 동종 금속끼리의 결합이 가능하게 된다.
상기 집전 단자(115,125)는 캡 플레이트(100)를 관통하도록 연장되어, 캡 플레이트(100) 하부의 집전 부재(117,127)와 캡 플레이트(100) 상부의 단자 플레이트(111,121)를 상호 전기적으로 연결하며, 캡 플레이트(100)의 하부에서 집전 부재(117,127)와 결합을 형성하는 하부 단자(115b,125b)와, 캡 플레이트(100) 상부에서 단자 플레이트(111,121)와 결합을 형성하는 상부 단자(115a,125a)를 포함할 수 있다.
상기 상부 단자(115a,125a)는, 상기 집전 단자(115,125)를 위치 고정할 수 있으며, 예를 들어, 단자 플레이트(111,121)의 상면에 대해 리벳팅 방식으로 고정될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 상부 단자(115a,125a)는, 캡 플레이트(100)의 상면으로부터 소정 길이로 돌출되어 단자 플레이트(111,121)를 관통하고, 단자 플레이트(111,121)의 상면에 대해 가압 접촉됨으로써, 단자 플레이트(111,121)와 결합을 형성할 수 있다. 상기 상부 단자(115a,125a)의 상단에는 고속으로 회전하는 가공 툴(미도시)의 가압에 따라 오목하게 인입된 홈(미도시)이 형성될 수 있으며, 가공 툴(미도시)의 가압에 따라 상부 단자(115a,125a)의 상단이 측 방향으로 밀려나면서 단자 플레이트(111,121)의 상면에 대해 밀착될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 단자(115a,125a)의 상단 내측에는 오목하게 인입된 홈(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 상부 단자(115a,125a)의 상단 외측에는 측 방향으로 넓게 확장된 플랜지 형상이 형성될 수 있다.
상기 하부 단자(115b,125b)는, 상기 집전 단자(115,125)가 캡 플레이트(100)의 단자 홀(100`)을 통하여 빠져나오지 않도록 단자 홀(100`) 보다 넓은 외경으로 확장된 플랜지 형상의 걸림턱(115ba,125ba)을 가질 수 있다. 이때, 상기 집전 단자(115,125)는, 캡 플레이트(100)의 하방으로부터 단자 홀(100`)에 끼워지도록 조립되며, 하부 단자(115b,125b)의 걸림턱(115ba,125ba)을 통하여 캡 플레이트(100) 하측에 지지된 상태에서 캡 플레이트(100)의 상방으로 노출된 상부 단자(115a,125a)의 상단에 리벳팅 가공함으로써 집전 단자(115,125)가 위치 고정될 수 있다.
상기 집전 단자(115,125)는 캡 플레이트(100)와 전기적으로 절연된 상태로, 캡 플레이트(100)의 단자 홀(100`)에 끼워질 수 있다. 예를 들어, 상기 단자 홀(100`)에는 실 가스켓(113,123)이 끼워질 수 있으며, 실 가스켓(113,123)을 개재하여 집전 단자(115,125)가 끼워짐으로써, 집전 단자(115,125)가 캡 플레이트(100)로부터 절연될 수 있다. 상기 실 가스켓(113,123)은 단자 홀(100`) 주변을 실링하여, 케이스(180) 내부에 수용된 전해액의 누액을 방지하고, 외부 불순물의 침투를 저지하기 위한 실링 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 집전 단자(115)는 서로 다른 이종 금속을 포함하는 멀티-메탈 단자로 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 집전 단자(115)의 둘레를 따라 형성된 실 가스켓(113)은 서로 다른 이종 금속으로 형성된 상하부 단자(115a,115b)의 계면(115c)을 덮어 보호하며 수분의 침투를 차단함으로써, 이종 금속 간의 부식을 억제할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 실 가스켓(113)은 제1 집전 단자(115)의 측면을 둘러쌈으로써, 제1 집전 단자(115)의 측면과 단자 홀(100`) 사이를 기밀성 있게 절연시키는데, 제1 집전 단자(115)의 측면 중에서 특히 상하부 단자(115a,115b)의 계면(115c)을 덮어, 수분과 같은 외부 유해물질이 상하부 단자(115a,115b)의 계면(115c)으로 침투하지 않도록 한다. 제1 집전 단자(115)의 계면(115c)이 노출되지 않도록 제1 집전 단자(115)의 계면(115c)이 제1 높이(H1)에 형성된다고 할 때, 상기 실 가스켓(113)의 상단(113a)은 적어도 제1 높이(H1) 보다는 높은 제2 높이(H2)로 형성될 수 있다. 즉, 실 가스켓(113)이 제1 높이(H1) 보다 높은 제2 높이(H2)까지 커버함으로써, 실 가스켓(113)은 제1 집전 단자(115)의 계면(115c)을 충분히 덮을 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 높이(H1,H2)는 제1 집전 단자(115)의 길이방향을 따라 측정될 수 있으며, 서로 같은 레벨로부터 측정되면 충분하고, 예를 들어, 이차전지의 바닥면으로부터 측정될 수 있다.
상기 실 가스켓(113)의 상단부(113a)에는 단자 플레이트(111)와 대면하게 측 방향으로 확장된 플랜지 형상이 형성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 플랜지 형상의 상단부(113a)는, 예를 들어, 상부 및 하부 다이(D1,D2)의 가압을 통하여 단자 플레이트(111)와 집전 단자(115)를 결합시키는 과정에서, 단자 플레이트(111)의 압하에 따라 하방으로 압력을 받은 실 가스켓(113)의 상단부(113a)가 눌려 측 방향으로 밀려나면서 플랜지 형상을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상부 단자(115a)의 상단을, 단자 플레이트(111)의 상면에 가압 압착시키면서, 단자 플레이트(111)가 하방으로 압하되고, 이에 따라 단자 플레이트(111)의 돌출부(111a)와 맞닿는 실 가스켓(113)의 상단부(113a)가 눌리고 측 방향으로 밀려나면서 단자 플레이트(111)의 하면에서 플랜지 형상을 형성하게 된다.
상기 단자 플레이트(111)의 단자 홀(111`) 주변에는 실 가스켓(113)을 압박하기 위한 돌출부(111a)가 형성될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 돌출부(111a)는 단자 홀(111`)의 둘레를 따라 형성될 수 있으며, 원형의 단자 홀(111`) 형상에 대응하여 단자 홀(111`)의 외주를 따라 형성될 수 있다. 상기 돌출부(111a)는 단자 플레이트(111)의 하면으로부터 하방, 그러니까 실 가스켓(113) 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 상기 돌출부(111a)는 단자 플레이트(111)의 단자 홀(111`) 둘레를 따라 연속적으로 형성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 실 가스켓(113)의 상단부(113a)를 압박할 수 있는 한도에서, 예를 들어, 단자 홀(111`) 둘레의 일부 영역에만 국부적으로 형성되거나 또는 단자 홀(111`)의 둘레를 따라 단속적으로 형성될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 상기 돌출부(111a)는 실 가스켓(113)의 상단부(113a)를 압박하여 상단부(113a)에 플랜지 형상을 형성할 수 있다. 즉, 상기 돌출부(111a)는 실 가스켓(113)의 상단부(113a)를 국부적으로 압박하여 플랜지 형상을 형성하고, 실 가스켓(113)과 이웃한 단자 플레이트(111) 주변이나, 실 가스켓(113)과 이웃한 상부 절연 부재(112) 주변을 빈틈없이 밀봉할 수 있다. 이렇게 실 가스켓(113)의 상단부(113a)에 국부적인 압력을 형성하면, 실 가스켓(113)의 상단부(113a)를 통한 수분 침투를 효과적으로 억제할 수 있고, 실 가스켓(113)의 상단부(113a)에 폭 넓은 플랜지 형상을 형성하여, 수분 침투의 경로를 그만큼 길게 형성할 수 있으므로, 수분 침투를 억제 내지 지연시킬 수 있다.
상기 실 가스켓(113)의 상단부(113a)는 단자 플레이트(111)의 하면과 접촉하고, 단자 플레이트(111)의 하면과 접촉하는 상단부(113a)의 폭(W1)은, 상단부(113a) 주변보다 넓게 형성되어 플랜지 형상을 갖는다. 보다 구체적으로, 단자 플레이트(111)와 접촉하는 상단부(113a)의 폭(W1)은, 제1 집전 단자(115)를 둘러싸는 단자 홀(110`) 주변의 실 가스켓(113)의 폭(W2) 보다 넓게 형성된다. 실 가스켓(113)의 상단부(113a)가 플랜지 형상으로 폭 넓게 형성됨으로써, 수분의 침투 경로가 그만큼 길게 형성될 수 있고, 수분의 침투를 효과적으로 억제할 수 있다. 한편, 상기 실 가스켓(113)의 상단부(113a)는 단자 플레이트(111)의 하면과 접촉하는데, 상기 상단부(113a)의 일부는, 단자 플레이트(111)와 상부 절연 부재(112) 사이에서 압착될 수 있다.
상기 단자 플레이트(111)의 돌출부(111a) 및 실 가스켓 상단부(113a)의 플랜지 형상은, 멀티-메탈 단자인 제1 집전 단자(115)를 보호하고, 특히 이종 금속 간의 계면(115c)을 수분 침투로부터 보호하는데 효과적인 부식방지구조를 형성할 수 있다. 이러한 부식방지구조는 동종 금속으로 형성된 제2 집전 단자(125)에도 사실상 동일하게 적용될 수 있으며, 수분 침투를 억제하고 부식을 방지하는데 기여할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 단자 플레이트(111)의 돌출부(111a) 및 실 가스켓 상단부(113a)의 플랜지 형상은, 수분 침투를 억제하고 부식을 방지할 필요성이 큰 멀티-메탈 단자인 제1 집전 단자(115)에 대해서만 선택적으로 적용될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 집전 단자(115,125)와 캡 플레이트(100) 사이에는 하부 절연 부재(114,124)가 개재될 수 있으며, 상기 하부 절연 부재(114,124)는 집전 단자(117,127)를 캡 플레이트(100)로부터 절연시킬 수 있다. 이렇게 집전 단자(115,125)가 관통하는 단자 홀(100`) 주변으로 실 가스켓(113,123)을 배치하고, 집전 단자(115,125)와 캡 플레이트(100) 사이에 하부 절연 부재(114,124)를 개재함으로써, 집전 단자(115,125)와 캡 플레이트(100)를 절연시킬 수 있다. 상기 하부 절연 부재(114,124)는 집전 부재(117,127)와 캡 플레이트(100) 사이에도 확장 형성될 수 있다.
상기 집전 단자(115,125)는 집전 부재(117,127)를 통하여 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 집전 부재(117,127)는, 집전 부재(117,127)의 하부를 형성하며 전극 조립체(150)에 대해 결합되는 집전판(117b,127b)과, 집전 부재(117,127)의 상부를 형성하며 집전 단자(115,125)에 대해 결합되는 리드부(117a,127a)를 포함할 수 있다.
상기 집전판(117b,127b)은 전극 조립체(150)의 양측 가장자리에 결합될 수 있으며, 전극 조립체(150)의 가장자리에 형성된 무지부, 그러니까, 제1, 제2 전극판(151,152) 중에서 전극 활물질이 형성되어 있지 않은 무지부에 대해 용접 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 집전판(117b)은 제1 전극판(151)의 무지부에 결합될 수 있으며, 제2 집전판(127b)은 제2 전극판(152)의 무지부에 결합될 수 있다.
상기 리드부(117a,127a)는 상기 집전판(117b,127b)에 대해 절곡된 방향으로 연장되어, 집전 단자(115,125)와 마주하는 방향으로 배치될 수 있으며, 집전 단자(115,125)와의 결합을 위해 단자 홀(117`,127`, 도 2 참조)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 집전 단자(115,125)의 하단부가 리드부(117a,127a)의 단자 홀(117`,127`)에 끼워지고, 집전 단자(115,125)와 리드부(117a,127a)가 서로 맞닿는 단자 홀(117`,127`)의 주변을 따라 용접을 수행하여, 이들을 서로 결합시킬 수 있다.
상기 단자 플레이트(111,121)는 캡 플레이트(110) 상에 배치될 수 있다. 상기 단자 플레이트(111,121)는 집전 단자(115,125)와 전기적으로 연결되며, 집전 단자(115,125)보다 넓은 단자 영역을 제공할 수 있다. 상기 단자 플레이트(111,121)는 리벳팅을 통하여 집전 단자(115,125)와 연결될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 용접, 나사 결합 등과 같은 다양한 결합 방식을 통하여 집전 단자와 연결될 수 있다.
상기 단자 플레이트(111,121)에는 집전 단자(115,125)가 관통하기 위한 단자 홀(111`,121`)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 단자 플레이트(111)의 단자 홀(111`) 주변에는 실 가스켓(113)을 압박하기 위한 돌출부(111a)가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 단자 플레이트(111)의 하면에는 하방, 그러니까 실 가스켓(113) 방향으로 돌출 형성된 돌출부(111a)가 형성된다. 예를 들어, 상기 돌출부(111a)는 원형의 단자 홀(111`)에 대응하여, 단자 홀(111`)의 외주를 따라 연장 형성될 수 있다. 이렇게 단자 홀(111`)의 주변을 따라 연속적으로 돌출부(111a)가 형성됨으로써, 단자 홀(100`)에 끼워진 실 가스켓(113)의 상단부(113a)를 모든 개소에서 압박하여, 실 가스켓(113)의 상단부(113a)를 따라 전체적으로 플랜지 형상을 형성할 수 있고, 수분 침투에 국부적으로 취약한 부분을 제거할 수 있다. 또한, 단자 홀(111`) 둘레를 따라 연속적으로 돌출부(111a)를 형성함으로써, 실 가스켓(113)의 상단부를 전체적으로 압박하여, 실 가스켓(113)과 이웃한 단자 플레이트(111) 또는 실 가스켓(113)과 이웃한 상부 절연 부재(112) 사이가 빈틈없이 접촉될 수 있다. 다만, 상기 돌출부(111a)는 단자 홀(100`)에 끼워진 실 가스켓(113)의 상단부(113a)를 압박할 수 있는 한도에서, 단자 홀(111`)의 둘레를 따라 연속적으로 형성되거나 또는 단속적으로 형성될 수 있으며, 국부적인 위치에 형성될 수도 있다.
상기 단자 플레이트(111,121)와 캡 플레이트(100) 사이에는 상부 절연 부재(112,122)가 개재될 수 있다. 상기 상부 절연 부재(112,122)는 단자 플레이트(111,121)를 캡 플레이트(100)로부터 절연시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 단자 플레이트(111,121)와 캡 플레이트(100)가 서로 같은 극성을 갖는 경우라면, 상부 절연 부재(112,122)는 생략될 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.
100 : 캡 플레이트 110 : 제1 전극 단자
111,121 : 단자 플레이트 111a : 돌출부
112,122 : 상부 절연 부재 113,123 : 실 가스켓
114,124 : 하부 절연 부재 115,125 : 집전 단자
115a,125a : 상부 단자 115b,125b : 하부 단자
115ba,125ba : 걸림턱 115c : 이종금속의 계면
117,127 : 집전 부재 117a,127a : 리드부
117b,127b : 집전판 150 : 전극 조립체
151 : 제1 전극판 152 : 제2 전극판
153 : 세퍼레이터 120 : 제2 전극 단자
H1 : 이종금속 계면의 높이 H2 : 실 가스켓 상단부의 높이
W1 : 실 가스켓 상단부의 폭 W2 : 실 가스켓의 단자 홀 부분의 폭

Claims (18)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스를 마감하는 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트 상에 배치된 제1 단자 플레이트;
    상기 캡 플레이트를 관통하도록 형성되며, 상기 전극 조립체와 제1 단자 플레이트를 상호 전기적으로 연결하는 제1 집전 단자; 및
    상기 제1 집전 단자를 캡 플레이트로부터 절연시키는 실 가스켓;을 포함하고,
    상기 제1 집전 단자는,
    상기 전극 조립체와 가깝게 배치된 하부 단자; 및
    상기 제1 단자 플레이트와 가깝게 배치된 것으로, 상기 하부 단자와 다른 금속을 포함하며 이종금속 계면을 통하여 상기 하부 단자와 접촉하는 상부 단자;를 포함하고,
    상기 실 가스켓은 상기 이종금속 계면 측면을 덮고,
    상기 제1 단자 플레이트의 단자 홀의 주변에는 상기 실 가스켓을 가압하도록 하방으로 돌출된 라운드진 돌출부가 형성되어 있고,
    상기 실 가스켓은, 상기 돌출부를 감싸면서 측 방향으로 넓게 확장된 플랜지 형상의 상단부를 갖고,
    상기 제1 단자 플레이트와 캡 플레이트 사이에 개재된 절연 부재를 더 포함하며,
    상기 실 가스켓의 상단부의 적어도 일부는 상기 제1 단자 플레이트와 절연 부재 사이에서 압착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트에는 상기 제1 집전 단자가 관통하기 위한 단자 홀이 형성되고,
    상기 단자 홀의 측면을 따라 상기 실 가스켓이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 단자 홀의 둘레를 따라 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실 가스켓 중에서, 상기 상단부의 폭(W1)과 상기 캡 플레이트의 단자 홀 내에 배치된 부분의 폭(W2)은, W1 > W2의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실 가스켓은 상기 제1 집전 단자의 길이방향을 따라 형성되되, 적어도 상기 이종금속 계면을 덮는 높이까지는 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이종금속 계면의 높이(H1)와 상기 실 가스켓의 상단부의 높이(H2)는, H1 < H2의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상부 단자는 제1 단자 플레이트의 상면에 대해 압착 고정되고,
    상기 하부 단자는 전극 조립체와 전기적으로 연결된 제1 집전 부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상부 단자의 상단에는 측 방향으로 넓게 확장되어 제1 단자 플레이트의 상면에 대해 가압 접촉되는 플랜지 형상이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하부 단자에는 상기 제1 집전 단자가 관통하는 캡 플레이트의 단자 홀을 통하여 제1 집전 단자가 빠져나가지 않도록 상기 단자 홀 보다 넓은 폭으로 확장된 걸림턱이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 상부 단자는 상기 제1 단자 플레이트와 동일한 제1 금속을 포함하고,
    상기 하부 단자는 제1 집전 부재와 동일한 제2 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 집전 단자는 양극 또는 음극 중에서 어느 한 극성을 갖고,
    상기 제1 집전 단자와 다른 극성을 갖는 제2 집전 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 집전 단자는,
    상기 캡 플레이트 상에 배치된 제2 단자 플레이트와,
    상기 캡 플레이트를 관통하여, 상기 전극 조립체와 제2 단자 플레이트를 서로 전기적으로 연결하는 제2 집전 단자를 포함하고,
    상기 제2 집전 단자는, 상기 전극 조립체와 가깝게 배치된 하부 단자 및 상기 제2 단자 플레이트와 가깝게 배치된 상부 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 집전 단자에서, 하부 단자 및 상부 단자는 동종의 제1 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 상부 단자는 제2 단자 플레이트의 상면에 대해 압착 고정되고,
    상기 하부 단자는 전극 조립체와 전기적으로 연결된 제2 집전 부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 상부 단자는 상기 제2 단자 플레이트와 동일한 제1 금속을 포함하고,
    상기 하부 단자는 상기 제2 집전 부재와 동일한 제1 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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