KR102046879B1 - 2차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크기를 줄일 수 있는 2차 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 음극과 양극이 형성된 전극 집합체, 상기 전극 집합체를 내부에 수용하는 캔부재 및 상기 캔부재에 마련되고 상기 캔부재와 전기적으로 절연되는 음극 단자를 포함하며, 상기 음극의 음극탭은 상기 음극 단자에 결합되고 상기 양극의 양극탭은 상기 캔부재에 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 2차 전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 크기를 줄일 수 있는 2차 전지에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 집합체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

일본 공개특허공보 제2002-164025호에는 종래의 각형 2차 전지가 개시되어 있다.

이와 같은 종래의 각형 2차 전지는 탑캡 조립체가 캔에 결합되어 캔을 밀봉하면서 캔의 내부에 내장된 전극조립체를 캔의 외부와 전기적으로 연결한다.

일반적으로 전극조립체와 연결되어 전극조립체를 캔의 외부와 전기적으로 연결하는 음극 단자의 리베트는 탑캡 조립체의 베이스 플레이트를 관통하게 조립된다.

그런데 최근에는 스마트(smart) 전자기기의 발전으로 전자기기를 포터블(portable)하게 설계하기 위해 소형화 및 슬림(slim)화 시키는 추세이기 때문에 이러한 전자기기에 이차전지를 설치하기 위하여 이차전지의 크기를 줄일 수 있는 설계가 필요하나 종래의 이차전지는 음극 단자를 탑캡 조립체에 조립하는 구성에 의해 크기 및 형상의 설계에 한계가 있는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 탑캡 조립체를 제거하여 음극 단자를 캔부재에 직접 설치할 수 있는 2차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 2차 전지는 음극과 양극이 형성된 전극 집합체, 상기 전극 집합체를 내부에 수용하는 캔부재 및 상기 캔부재에 마련되고 상기 캔부재와 전기적으로 절연되는 음극 단자를 포함하며, 상기 음극의 음극탭은 상기 음극 단자에 결합되고 상기 양극의 양극탭은 상기 캔부재에 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 음극 단자는 상기 캔부재에 형성된 관통홀에 설치될 수 있다.

상기 음극 단자는, 상기 관통홀에 결합되며, 상기 음극의 음극탭과 전기적으로 연결되는 리베트와, 상기 리베트와 상기 캔부재의 사이를 전기적으로 절연하고, 상기 관통홀의 외측을 밀봉하는 외부 가스켓과, 상기 리베트와 대응하는 상기 캔부재의 내면에 구비되고 상기 리베트와 상기 음극의 음극탭을 전기적으로 연결하는 이너 플레이트를 포함할 수 있다.

상기 이너 플레이트와 상기 캔부재 사이를 전기적으로 절연하는 내부 가스켓을 포함할 수 있다.

상기 내부 가스켓은 상기 전극 집합체와 상기 캔부재와의 단락을 방지할 수 있다.

상기 내부 가스켓은 상기 캔부재의 일측 모서리에서 타측 모서리까지 연장되게 형성될 수 있다.

상기 음극 단자는 상기 캔부재의 일측 단부 또는 일측 측부에 설치할 수 있다.

상기 캔부재는 일측면이 개구되며, 상기 전극 집합체가 내부에 안착되는 베이스 플레이트와 상기 베이스 플레이트의 개구된 일측면을 커버하도록 상기 일측면에 결합되는 사이드 플레이트를 포함할 수 있다.

상기 사이드 플레이트의 일단은 상기 베이스 플레이트의 일단에 회전 가능하게 연결될 수 있다.

상기 양극탭은 상기 사이드 플레이트에 결합될 수 있다.

상기 음극단자는 상기 음극탭이 향하는 상기 캔부재의 측벽에 설치될 수 있다.

상기 음극단자는 상기 음극탭이 위치한 상기 사이드 플레이트에 설치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 음극 단자를 캔부재에 직접 설치함에 따라 이차전지의 크기를 줄여 종래보다 슬림한 형상의 설계를 가능하게 하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 음극 단자를 캔부재에 직접 설치함에 따라 탑캡 조립체를 제거하여 부품수를 감소함에 따라 원가를 절감하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전극 단자를 캔부재의 단부 또는 측면에 자유롭게 설치할 수 있어 전극 집합체의 전극을 캔부재의 단부 또는 측면에 자유롭게 결합할 수 있게 하여 이차전지 설계의 자유성을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 사이드 플레이트와 전극 집합체를 제거하여 베이스 플레이트의 일측 단부에 설치된 음극 단자를 분해하여 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에서 음극 단자가 분해된 부분을 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 베이스 플레이트에 전극 집합체의 전극이 연결된 것을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 베이스 플레이트에 전극 집합체의 전극이 연결된 것을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 베이스 플레이트와 사이드 플레이트에 전극 집합체의 전극이 연결된 것을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7에서 베이스 플레이트와 전극 집합체를 제거하여 사이드 플레이트의 일측 단부에 설치된 음극 단자를 분해하여 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 9는 도 8에서 음극 단자가 분해된 부분을 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 사이드 플레이트에 전극 집합체의 전극이 연결된 것을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 사이드 플레이트를 개구하여 베이스 플레이트에 음극 단자가 설치된 것을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 사이드 플레이트와 전극 집합체를 제거하여 베이스 플레이트의 일측 단부에 설치된 음극 단자를 분해하여 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에서 음극 단자가 분해된 부분을 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 베이스 플레이트에 전극 집합체의 전극이 연결된 것을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지는 음극과 양극이 형성된 전극 집합체(1), 상기 전극 집합체(1)를 내부에 수용하는 캔부재(10) 및 상기 캔부재(10)에 마련되는 음극 단자(100)를 포함하며, 상기 음극의 음극탭(3)은 상기 음극 단자(100)에 결합되고 상기 양극의 양극탭(5)은 상기 캔부재(10)에 결합되는 것을 특징으로 한다.

전극 집합체(1)는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 복수 회 적층하여 제작할 수 있다.

양극은 알루미늄 판일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.

양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.

양극 활물질부는 예를 들어, 알루미늄 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄 판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.

그리고 양극탭(5)은 양극 무지부로부터 연장되게 형성되어 양극이 외부와 전기적으로 연결될 수 있도록 한다.

음극은 구리 판일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.

음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.

음극 활물질부는 예를 들어, 구리 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리 판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.

그리고 음극탭(3)은 음극 무지부로부터 연장되게 형성되어 음극이 외부와 전기적으로 연결될 수 있도록 한다.

분리막은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있다.

캔부재(10)는 금속재질의 용기이며, 일반적으로 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다.

캔부재(10)는 베이스 플레이트(13)와 사이드 플레이트(15)를 포함한다.

베이스 플레이트(13)는 일측면이 개구되며, 개구된 일측면을 통해 전극 집합체(1)를 내부에 안착하여 전해액과 함께 수용한다.

사이드 플레이트(15)는 베이스 플레이트(13)의 개구된 일측면을 커버하도록 상기 베이스 플레이트(13)의 일측면에 밀봉 결합된다.

한편, 사이드 플레이트(15)는 일단이 베이스 플레이트(13)의 일단에 회전 가능하게 연결될 수 있다.

일 실시예로 사이드 플레이트(15)의 일단과 베이스 플레이트(13)의 일단은 힌지 결합 등과 같이 일반적으로 공개된 다양한 방식으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

음극 단자(100)는 캔부재(10)와 전기적으로 절연되도록 캔부재(10)의 베이스 플레이트(13) 또는 사이드 플레이트(15) 중 어느 하나에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 음극 단자(100)가 캔부재(10)의 베이스 플레이트(13)에 설치된다.

특히, 음극 단자(100)가 베이스 플레이트(13)의 일측 단부에 설치된다.

그리고 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(13)는 일측 단부에 음극 단자(100)를 설치하기 위한 관통홀(11)이 천공된다.

음극 단자(100)는 리베트(120)와 외부 가스켓(130)과 내부 가스켓(140)과 이너 플레이트(150)를 포함한다.

리베트(120)는 관통홀(11)을 관통하도록 관통홀(11)에 끼움 결합되어 베이스 플레이트(13)의 내부에 삽입된 내측 단부가 전극 집합체(1)의 음극탭(3)과 전기적으로 연결된다.

외부 가스켓(130)은 리베트(120)가 관통홀(11)에 삽입된 상태에서 베이스 플레이트(13)의 외부로 노출된 리베트(120)의 외측 단부와 베이스 플레이트(13)의 외면 사이에 결합되어 리베트(120)와 캔부재(10)의 사이를 전기적으로 절연하면서 관통홀(11)의 외측을 밀봉시킨다.

이너 플레이트(150)는 상기 리베트(120)의 내측 단부와 전기적으로 연결되도록 베이스 플레이트(13)의 내면에 구비되어 전극 집합체(1)의 음극탭(3)이 접촉 가능한 면적을 충분히 확보하게 함에 따라 전극 집합체(1)의 음극탭(3)과 상기 리베트(120)의 내측 단부가 전기적으로 연결되기 쉽도록 유도한다.

내부 가스켓(140)은 리베트(120)가 관통홀(11)에 삽입된 상태에서 베이스 플레이트(13)의 내부에 삽입된 리베트(120)의 내측 단부와 베이스 플레이트(13)의 내면 사이에 결합되어 이너 플레이트(150)와 캔부재(10)의 사이를 전기적으로 절연하면서 관통홀(11)의 내측을 밀봉시킨다.

그리고 전극 집합체(1)의 양극탭(5)은 베이스 플레이트(13)의 일측 단부에 전기적으로 연결된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 베이스 플레이트에 전극 집합체의 전극이 연결된 것을 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는 전극 집합체(1)의 음극탭(3)이 베이스 플레이트(13)의 일측 단부에 설치된 음극 단자(100)에 전기적으로 연결되고, 전극 집합체(1)의 양극탭(5)은 베이스 플레이트(13)의 측면에 전기적으로 연결된다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 베이스 플레이트와 사이드 플레이트에 전극 집합체의 전극이 연결된 것을 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 전극 집합체(1)의 음극탭(3)이 베이스 플레이트(13)의 일측 단부에 설치된 음극 단자(100)에 전기적으로 연결되고, 전극 집합체(1)의 양극탭(5)은 사이드 플레이트(15)에 전기적으로 연결된다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7에서 베이스 플레이트와 전극 집합체를 제거하여 사이드 플레이트의 일측 단부에 설치된 음극 단자를 분해하여 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 9는 도 8에서 음극 단자가 분해된 부분을 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 사이드 플레이트에 전극 집합체의 전극이 연결된 것을 도시한 도면이다.

도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 음극 단자(100)가 사이드 플레이트(15)에 설치된다.

그리고 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 사이드 플레이트(15)에 음극 단자(100)를 설치하기 위한 관통홀(11)이 천공된다.

음극 단자(100)는 사이드 플레이트(15)의 측면에 천공된 관통홀(11)에 설치된다.

전극 집합체(1)의 음극탭(3)은 음극 단자(100)에 전기적으로 연결된다.

그리고 전극 집합체(1)의 양극탭(5)은 사이드 플레이트(15)에 전기적으로 연결된다.

상술한 다양한 실시예와 같이 본 발명은 음극단자(100)가 전극 집합체(1)의 음극탭(3)에 대응하도록 캔부재(10)의 베이스 플레이트(13)의 단부 또는 측면에 설치되거나 사이드 플레이트(15)에 설치되고, 전극 집합체(1)의 양극탭(5)을 베이스 플레이트(13) 또는 사이드 플레이트(15)에 연결할 수 있게 하여 2차 전지의 설계 자유성을 높이는 효과가 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 사이드 플레이트를 개구하여 베이스 플레이트에 음극 단자가 설치된 것을 도시한 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 내부 가스켓(140)이 케이스(10)의 일측 모서리에서 타측 모서리까지 연장되도록 내부 가스켓(140)의 길이를 충분히 길게 하여 별도의 절연체를 설치하지 않고도 전극 집합체(1)의 음극탭(3)과 베이스 플레이트(13)와의 단락을 방지하게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 음극 단자를 캔부재에 직접 설치함에 따라 이차전지의 크기를 줄여 종래보다 슬림한 형상의 설계를 가능하게 하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 음극 단자를 캔부재에 직접 설치함에 따라 탑캡 조립체를 제거하여 부품수를 감소함에 따라 원가를 절감하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전극 단자를 캔부재의 단부 또는 측면에 자유롭게 설치할 수 있어 전극 집합체의 전극을 캔부재의 단부 또는 측면에 자유롭게 결합할 수 있게하여 이차전지 설계의 자유성을 높이는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 2차 전지를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 전극 집합체
3: 음극
5: 양극
10: 캔부재
11: 관통공
13: 베이스 플레이트
15: 사이드 플레이트
100: 음극 단자
110: 베이스 플레이트
120: 리베트
130: 외부 가스켓
140: 내부 가스켓
150: 이너 플레이트

Claims (12)

1. 음극과 양극이 형성된 전극 집합체(1);
   상기 전극 집합체(1)를 내부에 수용하는 캔부재(10); 및
   상기 캔부재(10)에 마련되고 상기 캔부재와 전기적으로 절연되는 음극 단자(100); 를 포함하며,
   상기 음극의 음극탭(3)은 상기 음극 단자(100)에 결합되고 상기 양극의 양극탭(5)은 상기 캔부재(10)에 결합되며,
   상기 캔부재(10)는,
   일측면이 개구되며, 상기 전극 집합체(1)가 내부에 안착되는 베이스 플레이트(13)와
   상기 베이스 플레이트(13)의 개구된 일측면을 커버하도록 상기 일측면에 결합되는 사이드 플레이트(15)를 포함하고,
   상기 사이드 플레이트(15)의 일단은 상기 베이스 플레이트(13)의 일단에 회전 가능하게 연결되며,
   상기 음극 단자(100)는 상기 베이스 플레이트(13)에 설치되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 음극 단자(100)는 상기 캔부재(10)에 형성된 관통홀(11)에 설치되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 음극 단자(100)는,
   상기 관통홀(11)에 결합되며, 상기 음극의 음극탭(3)과 전기적으로 연결되는 리베트(120)와,
   상기 리베트(120)와 상기 캔부재(10)의 사이를 전기적으로 절연하고, 상기 관통홀(11)의 외측을 밀봉하는 외부 가스켓(130)과,
   상기 리베트(120)와 대응하는 상기 캔부재(10)의 내면에 구비되고 상기 리베트(120)와 상기 음극의 음극탭(3)을 전기적으로 연결하는 이너 플레이트(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 이너 플레이트(150)와 상기 캔부재(10) 사이를 전기적으로 절연하는 내부 가스켓(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 내부 가스켓(140)은 상기 전극 집합체(1)와 상기 캔부재(10)와의 단락을 방지하는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
   상기 내부 가스켓(140)은 상기 캔부재의 일측 모서리에서 타측 모서리까지 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 음극 단자(100)는 상기 캔부재(10)의 일측 단부 또는 일측 측부에 설치되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 음극단자(100)는 상기 음극탭(3)이 향하는 상기 캔부재(10)의 측벽에 설치되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
12. 삭제

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