KR101693294B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는 양극과 음극을 포함하는 전극 어셈블리와, 상기 전극 어셈블리가 내장되는 공간을 갖는 케이스와, 상기 케이스에 결합된 캡 플레이트, 및 상기 전극 어셈블리와 전기적으로 연결되며 캡 플레이트의 외측으로 돌출된 단자를 포함하고, 상기 캡 플레이트의 상면에는 경사면이 형성된다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캡 플레이트의 구조를 개선한 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 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 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지로 구성된다.
또한, 하나의 대용량 이차 전지는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.
알루미늄 등의 금속 등의 재질로 이루어진 이차 전지의 외부에 수분이 응축되면 단락의 위험이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안전성이 향상된 이차 전지를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는 양극과 음극을 포함하는 전극 어셈블리와, 상기 전극 어셈블리가 내장되는 공간을 갖는 케이스와, 상기 케이스에 결합된 캡 플레이트, 및 상기 전극 어셈블리와 전기적으로 연결되며 캡 플레이트의 외측으로 돌출된 단자를 포함하고, 상기 캡 플레이트의 상면에는 경사면이 형성된다.
상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 측단에 형성될 수 있으며, 상기 캡 플레이트는 사각판 형태로 이루어지고, 상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 폭방향 양쪽 측단에 형성될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트는 사각판 형태로 이루어지고, 상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 길이방향 양쪽 측단에 형성될 수도 있다.
상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 폭 방향 일측 측단에서 타측 측단까지 이어져 형성될 수 있으며, 상기 케이스의 상단에는 상기 경사면과 연결되는 경사부가 형성될 수 있다.
상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 길이방향 중심에서 길이방향 양쪽 단부를 향하여 이어져 형성될 수 있으며, 상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 폭방향 중심에서 폭방향 양쪽 단부를 향하여 이어져 형성될 수 있다.
상기 경사면은 하부를 향하여 경사지게 형성될 수 있으며, 상기 단자의 하부에는 상기 단자를 상기 캡 플레이트에서 절연하는 상부 절연부재가 설치되고, 상기 상부 절연부재는 상부로 갈수록 횡단면적이 점진적으로 커지도록 형성될 수 있다.
상기 단자의 하부에는 상기 단자를 상기 캡 플레이트에서 절연하는 상부 절연부재가 설치되고, 상기 상부 절연부재의 측면에는 상부를 향하여 경사진 회피부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 경사면에는 발수코팅막이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캡 플레이트에 경사면이 형성되어 캡 플레이트 상에서 응축된 수분을 용이하게 배출시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 정면면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 측면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된 전극 어셈블리(10)와, 전극 어셈블리(10)가 내장되는 케이스(26)와, 케이스(26)의 개구에 결합된 캡 어셈블리(30)를 포함한다.
본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
양극(11) 및 음극(12)은 박판의 금속 호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부(11a, 12a)를 포함한다. 양극 무지부(11a)는 양극(11)의 길이 방향을 따라 양극(11)의 한 쪽 측단에 형성되고, 음극 무지부(12a)는 음극(12)의 길이 방향을 따라 음극(12)의 다른 쪽 측단에 형성된다. 그리고 양극(11) 및 음극(12)은 절연부재인 세퍼레이터(13)를 사이에 개재한 후 권취된다.
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기한 전극 어셈블리(10)은 복수 개의 시트(sheet)로 이루어진 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 구조로 이루어질 수도 있다.
케이스(26)는 대략 직육면체로 이루어지며, 일면에는 개방된 개구가 형성된다. 케이스(26)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
캡 어셈블리(30)는 케이스(26)의 개구를 덮는 캡 플레이트(31)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며, 양극(11)과 전기적으로 연결된 양극 단자(21), 및 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며 음극(12)과 전기적으로 연결된 음극 단자(22)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 일방향으로 이어진 길쭉한 사각판 형태로 이루어지며, 케이스(26)의 개구에 결합된다. 캡 플레이트(31)는 알루미늄 등의 금속으로 형성된다. 캡 플레이트(31)에는 전해액 주입구(32)에 설치된 밀봉 마개(38)와 벤트 홀(34)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(39a)가 형성된 벤트부재(39)가 설치된다.
양극 단자(21) 및 음극 단자(22)는 캡 플레이트(31) 상부로 돌출되도록 설치된다. 양극 단자(21)는 집전탭(41)을 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결되며, 음극 단자(22)는 집전탭(42)을 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결된다.
양극 단자(21)와 집전탭(41) 사이에는 양극 단자(21)와 집전탭(41)을 전기적으로 연결하는 단자 연결부재(25)가 설치된다. 단자 연결부재(25)는 양극 단자(21)에 형성된 홀에 삽입되어 상단이 양극 단자(21)에 용접으로 고정되며, 하단은 집전탭(41)에 용접으로 고정된다.
단자 연결부재(25)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(65)이 단자 연결부재(25)가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 단자 연결부재(25)의 하부가 삽입되는 하부 절연부재(45)가 설치된다.
양극 단자(21)의 하부에는 양극 단자(21)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 절연하는 상부 절연부재(62)가 설치된다. 상부 절연부재(62)에는 단자 연결부재(25)가 끼워져 설치된다.
음극 단자(22)와 집전탭(42) 사이에는 음극 단자(22)와 집전탭(42)을 전기적으로 연결하는 단자 연결부재(25)가 설치된다. 단자 연결부재(25)는 음극 단자(22)에 형성된 홀에 삽입되어 상단이 음극 단자(22)에 용접으로 고정되며, 하단은 집전탭(42)에 용접으로 고정된다.
음극 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(55)이 단자 연결부재(25)가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 음극 단자(22) 및 집전탭(42)을 캡 플레이트(31)에서 절연하는 하부 절연부재(43)가 설치된다.
음극 단자(22)의 하부에는 양극 단자(21)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 절연하는 상부 절연부재(52)가 설치된다. 상부 절연부재(52)에는 단자 연결부재(25)가 끼워져 설치된다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(31)의 측단에는 제1 경사면과 제2 경사면이 형성된다.
캡 플레이트(31)는 사각판 형상으로 이루어지는 바, 캡 플레이트(31)의 폭 방향 양쪽 측단에는 제1 경사면(31a)이 형성되고, 캡 플레이트(31)의 길이방향 양쪽 측단에는 제2 경사면(31b)이 형성된다.
제1 경사면(31a)은 하부로 갈수록 횡단면적이 증가하도록 경사지게 형성되며, 제1 경사면(31a)은 캡 플레이트(31)의 상면에서 케이스를 향하여 경사지게 형성된다. 제1 경사면(31a)은 캡 플레이트의 상면과 평행한 면에 대하여 하부(단자(21, 22)가 상부를 향하도록 케이스(26)를 세웠을 때를 기준)를 향하여 빗각으로 경사지게 형성된다. 여기서 캡 플레이트(31)의 상면에 대한 제1 경사면(31a)의 경사각 θ1은 1° 보다 크고, 85° 보다 작게 이루어질 수 있다.
제2 경사면(31b)은 하부로 갈수록 횡단면적이 증가하도록 경사지게 형성되며 제2 경사면(31b)은 캡 플레이트(31)의 상면에서 하부를 향하여 경사지게 형성된다. 제2 경사면(31b)은 캡 플레이트(31)의 상면과 평행한 면에 대하여 빗각으로 경사지게 형성되며 여기서 캡 플레이트(31)의 상면에 대한 제2 경사면(31b)의 경사각 θ2은 1° 보다 크고, 85° 보다 작게 이루어질 수 있다.
또한, 케이스(26)의 상단에는 제1 경사면(31a) 및 제2 경사면(31b)과 연결되는 경사부(26a)가 형성된다. 경사부(26a)는 제1 경사면(31a) 및 제2 경사면(31b)과 동일하거나 유사한 경사를 갖도록 형성된다. 경사부(26a)의 경사각은 제1 경사면(31a) 및 제2 경사면(31b) 보다 크게 형성될 수도 있고, 작게 형성될 수도 있다.
한편, 상부 절연부재(52, 62)의 측면에는 상단이 외측으로 돌출되도록 회피부(52a, 62a)가 형성되어 상부 절연부재(52, 62)는 상부로 갈수록 횡단면적이 점진적으로 커지도록 형성된다.
상부 절연부재(52, 62)의 회피부(52a, 62a)는 상부를 향하여 경사지도록 형성되며 캡 플레이트(31)의 상면에 대하여 빗각으로 경사지게 형성된다. 캡 플레이트(31)의 상면에 대한 회피부(52a, 62a)의 경사각 θ3는 30° 보다 크고, 85° 보다 작게 이루어질 수 있다.
본 실시예와 같이, 캡 플레이트에 경사면이 형성되면 캡 플레이트(31) 상에서 응축된 물을 용이하게 하부로 이동시켜서 배출할 수 있다. 캡 플레이트(31)의 상에는 단자(21, 22)가 설치되어 있으므로 캡 플레이트(31) 상에서 응축된 수분이 고여있으면 캡 플레이트(31)와 단자(21, 22) 사이에 전기적인 통로를 형성하여 단락의 위험이 매우 커지게 된다. 그러나 본 실시예에 따르면 캡 플레이트(31)의 상부에서 형성된 응축수를 용이하게 배출시켜서 안전성이 향상된다.
또한, 상부 절연부재(52, 62)에 회피부(52a, 62a)가 형성되므로, 단자(21, 22) 주변에 수분이 응축되더라도 상부 절연부재(52, 62)의 상면까지 이동하는 것을 차단할 수 있어서 안전성이 더욱 향상된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 정면도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 측면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(102)는 캡 플레이트의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 이차 전지(102)는 케이스(71)와 케이스(71)의 상부에 결합된 캡 플레이트(72) 및 캡 플레이트(72)의 상부로 돌출된 양극 단자(21)와 음극 단자(22)를 포함한다.
캡 플레이트(72)는 사각판 형상으로 이루어지는 바, 캡 플레이트(72)에는 폭 방향으로 경사지게 형성된 제1 경사면(72a)이 형성되고, 캡 플레이트의 길이방향 양쪽 측단에는 제2 경사면(72b)이 형성된다.
제1 경사면(72a)은 캡 플레이트(72)의 일측 측단에서 타측 측단까지 이어져 형성된다. 제1 경사면(72a)은 하부를 향하여 경사지게 형성되어 캡 플레이트(72)의 상부에 형성된 응축수를 아래로 배출시킨다.
한편, 제2 경사면(72b)은 캡 플레이트(72)의 상면에서 하부를 향하여 경사지게 형성되며, 이에 따라 캡 플레이트(72)의 길이방향 양쪽 측단은 하부로 갈수록 외측으로 돌출된다.
양극 단자(21)의 하부에는 양극 단자(21)와 캡 플레이트(72)를 절연하는 상부 절연부재(64)가 설치되고, 음극 단자(22)의 하부에는 음극 단자(22)와 캡 플레이트(72)를 절연하는 상부 절연부재(54)가 설치된다.
상부 절연부재(54, 64)의 측면에는 상단이 외측으로 돌출되도록 회피부(54a, 64a)가 형성되어 상부 절연부재(54, 64)는 상부로 갈수록 횡단면적이 점진적으로 커지도록 형성된다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 정면도이고, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 측면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(103)는 캡 플레이트(74)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 이차 전지(103)는 케이스(73)와 케이스(73)의 상부에 결합된 캡 플레이트(74) 및 캡 플레이트(74)의 상부로 돌출된 양극 단자(21)와 음극 단자(22)를 포함한다.
캡 플레이트(74)는 사각판 형상으로 이루어지는 바, 캡 플레이트(74) 는 폭 방향 양쪽 측단을 향하여 경사지게 형성된 제1 경사면(74a)과 캡 플레이트의 길이방향 양쪽 측단을 향하여 경사지게 형성된 제2 경사면(74b)을 갖는다.
제1 경사면(74a)은 캡 플레이트(74)의 폭방향 중앙에서 폭방향 양쪽 측단을 향하여 경사지게 형성된다. 제1 경사면(74a)은 하부를 향하여 경사지게 형성되어 캡 플레이트(74)의 상부에 형성된 응축수를 아래로 배출시킨다.
한편, 제2 경사면(74b)은 캡 플레이트(74)의 길이방향 중앙에서 길이방향 양쪽 측단을 향하여 경사지게 형성된다. 제2 경사면(74b)은 하부를 향하여 경사지게 형성되며, 이에 따라 캡 플레이트(74)의 길이방향 양쪽 측단은 하부로 갈수록 외측으로 돌출된다.
또한, 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)은 발수코팅 처리된다. 이에 따라 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)에는 발수코팅막이 형성되어 있다. 발수코팅막은 캡 플레이트(74)의 상면에 오일 또는 이산화규소액을 포함하는 성분을 코팅하여 형성된다. 본 실시예와 같이 발수코팅막이 형성되면 마찰력이 감소하여 응축된 수분을 용이하게 배출시킬 수 있다.
양극 단자(21)의 하부에는 양극 단자(21)와 캡 플레이트(72)를 절연하는 상부 절연부재(64)가 설치되고, 음극 단자(22)의 하부에는 음극 단자(22)와 캡 플레이트(72)를 절연하는 상부 절연부재(54)가 설치된다.
상부 절연부재(54, 64)의 측면에는 상단이 외측으로 돌출되도록 회피부(54a, 64a)가 형성되어 상부 절연부재(54, 64)는 상부로 갈수록 횡단면적이 점진적으로 커지도록 형성된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
101, 102, 103: 이차 전지
10: 전극 어셈블리 11: 양극
12: 음극 13: 세퍼레이터
21: 양극 단자 22: 음극 단자
25: 단자 연결부재 26, 71, 73: 케이스
30: 캡 어셈블리 31, 72, 74: 캡 플레이트
31a, 72a, 74a: 제1 경사면 31b, 72b, 74b: 제2 경사면
39: 벤트부재 39a: 노치
41, 42: 집전탭 43, 45: 하부 절연부재
52, 62, 54, 64: 상부 절연부재 52a, 62a, 54a, 64a: 회피부
55, 65: 가스켓

Claims (12)

  1. 양극과 음극을 포함하는 전극 어셈블리;
    상기 전극 어셈블리가 내장되는 공간을 갖는 케이스;
    상기 케이스에 결합된 캡 플레이트;
    상기 전극 어셈블리와 전기적으로 연결되며 캡 플레이트의 외측으로 돌출된 단자;
    를 포함하고,
    상기 캡 플레이트의 상면에는 경사면이 형성되고,
    상기 단자의 하부에는 상기 단자를 상기 캡 플레이트에서 절연하는 상부 절연부재가 설치되며, 상기 상부 절연부재는 상부로 갈수록 횡단면적이 점진적으로 커지도록 형성된 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 측단에 형성된 이차 전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 사각판 형태로 이루어지고, 상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 폭방향 양쪽 측단에 형성된 이차 전지.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 사각판 형태로 이루어지고, 상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 길이방향 양쪽 측단에 형성된 이차 전지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 폭 방향 일측 측단에서 타측 측단까지 이어져 형성된 이차 전지.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 케이스의 상단에는 상기 경사면과 연결되며 경사진 경사부가 형성된 이차 전지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 길이방향 중심에서 길이방향 양쪽 단부를 향하여 이어져 형성된 이차 전지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 캡 플레이트의 폭방향 중심에서 폭방향 양쪽 단부를 향하여 이어져 형성된 이차 전지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 경사면은 하부를 향하여 경사지게 형성된 이차 전지.
  10. 삭제
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 단자의 하부에는 상기 단자를 상기 캡 플레이트에서 절연하는 상부 절연부재가 설치되고, 상기 상부 절연부재의 측면에는 상부를 향하여 경사진 회피부가 형성된 이차 전지.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 경사면은 발수코팅 처리된 이차 전지.
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