KR102213663B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

이차 전지가 개시된다. 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체와, 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 단자와, 전극 조립체를 수납하는 케이스와, 케이스의 개구에 설치되어 케이스를 밀폐하도록 설치되며 단자홀이 형성된 캡 플레이트를 포함한다. 전극 단자는, 캡 플레이트의 단자홀에 설치되어 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 리벳 터미널과, 캡 플레이트의 외측에 배치되어 리벳 터미널에 전기적으로 연결되는 플레이트 터미널 및 플레이트 터미널의 측면으로 연장되는 리드 터미널를 포함한다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTER00Y}
본 발명은 전극 단자가 일정한 변위 이동이 가능한 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 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.
대표적인 이차 전지에는 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.
이러한 이차 전지는 계속적인 사용 과정에서 이차 전지가 일정 부분 부풀어 오르는 스웰링(sewlling)이 발생하는 경우, 전극 단자에 연결되는 버스바의 연결 부분의 파단이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 이차 전지의 전극 단자가 버스바에 연결되는 부분에서 파단이 발생되지 않도록 하는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체와, 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 단자와, 전극 조립체를 수납하는 케이스와, 케이스의 개구에 설치되어 케이스를 밀폐하도록 설치되며 단자홀이 형성된 캡 플레이트를 포함한다. 전극 단자는, 캡 플레이트의 단자홀에 설치되어 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 리벳 터미널과, 캡 플레이트의 외측에 배치되어 리벳 터미널에 전기적으로 연결되는 플레이트 터미널 및 플레이트 터미널의 측면으로 연장되는 리드 터미널를 포함한다.
리드 터미널에는 플레이트 터미널에 연결되는 부분에서 홈 형상의 노치가 형성될 수 있다.
노치는 리드 터미널의 마주하는 가장자리에 각각 형성될 수 있다.
리드 터미널은 탄성 변형되는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
노치는 리드 터미널의 가장자리에서 내부로 인입되게 형성되는 다각홈일 수 있다. 노치는 리드 터미널의 가장자리에서 내부로 인입되게 형성되는 삼각홈일 수 있다.
노치는 플레이트 터미널에 연결되는 부분의 마주하는 가장자리에 적어도 2개 이상이 각각 형성될 수 있다.
플레이트 터미널과 리드 터미널은 동일 평면을 이루는 동일 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 단자가 일정 변위 이동되는 것이 가능하여 이차 전지의 일부 변형이 발생되는 경우에도 전극 단자와 버스바가 연결되는 부분에서 파단이 발생되지 않도록 함으로써, 이차 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 본 도면이다.
도 3은 도 1의 전극 단자에 버스바가 연결된 상태의 평면도이다.
도 4는 도 1의 전극 단자에 다각홈 형상의 노치가 형성된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1의 전극 단자에 다각홈 형상의 노치가 형성된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 단자에 노치가 형성된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
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 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 본 도면이며, 도 3은 도 1의 전극 단자에 버스바가 연결된 상태의 평면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 전류를 충전 및 방전을 행하는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되며 제1 전극 단자(21)와 제2 전극 단자(22)를 포함하는 전극 단자(21, 22)와, 전극 조립체(10)를 수납하는 케이스(15) 및 케이스(15)의 개구에 설치되어 케이스(15)를 밀폐하도록 설치되며 단자홀(H1, H2)이 형성된 캡 플레이트(20)를 포함한다.
예를 들면, 전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 제1 전극(이하, "음극"이라 한다)(11)과 제2 전극(이하, "양극"이라 한다)(12)을 배치하고, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 젤리롤 상태로 귄취하여 형성된다.
음극(11) 및 양극(12)은, 각각 금속판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(11a, 12a), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11b, 12b)를 포함한다.
음극(11)의 무지부(11b)는 권취되는 음극(11)을 따라 음극(11)의 한 쪽 단부에 형성된다. 양극(12)의 무지부(12b)는 권취되는 양극(12)을 따라 양극(12)의 한 쪽 단부에 형성된다. 따라서 무지부들(11b, 12b)은 전극 조립체(10)의 양단에 각각 배치된다.
예를 들면, 케이스(15)는 내부에 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어지며, 외부와 내부 공간을 연결하는 개구를 직육면체의 일면에 형성한다. 개구는 전극 조립체(10)를 케이스(15)의 내부로 삽입할 수 있게 한다.
캡 플레이트(20)는 케이스(15)의 개구에 설치됨으로써 케이스(15)를 밀폐한다. 예를 들면, 케이스(15)와 캡 플레이트(20)는 알루미늄으로 형성되어 서로 용접될 수 있다.
또한, 캡 플레이트(20)는 전해액 주입구(29)와 벤트 홀(24) 및 단자홀(H1, H2)을 구비한다. 전해액 주입구(29)는 케이스(15)에 캡 플레이트(20)를 결합한 후, 케이스(15)의 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(29)는 밀봉 마개(27)로 밀봉된다.
벤트 홀(24)은 이차 전지(100)의 내부 압력을 배출할 수 있도록 벤트 플레이트(25)로 밀폐된다. 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(25)가 절개되어 벤트 홀(24)을 개방한다. 벤트 플레이트(25)는 절개를 유도하는 노치홈(25a)을 가질 수 있다.
전극 단자(21, 22)는 음극 단자(21) 및 양극 단자(22)로 구성되는 것으로서, 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1, H2)에 설치되고 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된다. 즉, 음극 단자(21)는 전극 조립체(10)의 음극(11)에 전기적으로 연결되고, 양극 단자(22)는 전극 조립체(10)의 양극(12)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 전극 조립체(10)는 음극 단자(21) 및 양극 단자(22)를 통하여 케이스(15)의 외부로 인출될 수 있다.
이러한 전극 단자(21, 22)를 보다 구체적으로 설명하면, 전극 단자(21, 22)는 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1, H2)에 설치되어 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 리벳 터미널(21a, 22a)과 캡 플레이트(20)의 내측에서 리벳 터미널(21a, 22a)에 일체로 넓게 형성되는 플렌지(21b, 22b)와, 캡 플레이트(20)의 외측에 배치되어 리벳 터미널(21a, 22a)에 전기적으로 연결되는 플레이트 터미널(21c, 22c)의 측면으로 연장되는 리드 터미널(21d, 22d)을 포함한다.
리드 터미널(21d, 22d)은 전극 단자(21, 22)를 구성하는 플레이트 터미널(21c, 22c)의 측면에 일체로 돌출되게 형성될 수 있다. 리드 터미널(21d, 22d)은 플레이트 터미널(21c, 22c)과 동일한 알루미늄 등의 재질로 형성될 수 있다. 이러한 리드 터미널(21d, 22d)은 버스바(30)가 전기적으로 연결될 수 있다. 리드 터미널(21d, 22d)과 버스바(30)는 용접 등에 의해 전기적으로 연결되는 것을 예시적으로 설명하며, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 볼트 등의 소정의 체결 수단(미도시)에 의해 연결되는 것도 가능하다.
리드 터미널(21d, 22d)이 플레이트 터미널(21c, 22c)의 측면으로 돌출되게 형성되는 것은, 이차 전지(100)의 계속적인 사용에 의해 스웰링(swelling)이 발생되어 부풀어 변형되는 경우에도 리드 터미널(21d, 22d)과 버스바(30)의 안정적인 결합 상태를 유지하기 위한 것이다. 즉, 리드 터미널(21d, 22d)은 알루미늄 등의 가요성 재질로 형성됨으로써, 일정 부분 변형이 발생될 수 있다.
따라서, 이차 전지(100)의 변형 발생시에 리드 터미널(21d, 22d)과 버스바(30)의 연결 부분이 플레이트 터미널(21c, 22c) 위치에 대해 일측 또는 타측 방향으로 탄성 변형되도록 하는 것이 가능하여, 버스바(30)가 리드 터미널(21d, 22d)로부터 탈착 또는 결합 위치에서 손상이 발생되지 않고 안정적인 연결 상태를 유지하는 것이 가능하다. 본 실시예에서, 리드 터미널(21d, 22d)에는 가요성의 향상을 위해 노치(21e, 22e)가 형성된다.
노치(21e, 22e)는 리드 터미널(21d, 22d)의 가장자리의 마주하는 양측에 각각 형성될 수 있다.
도 4는 도 1의 전극 단자에 다각홈 형상의 노치가 형성된 것을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 5는 도 1의 전극 단자에 다각홈 형상의 노치가 형성된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 노치(21e, 22e)는 리드 터미널(21d, 22d)의 마주하는 가장자리에서 그 내측 방향으로 홈의 형상으로 인입된 다각홈 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 리드 터미널(21d, 22d)은 노치(21e, 22e)가 형성된 위치를 중심으로 일측 또는 타측으로 탄성 변형이 용이함으로써, 이차 전지(100)의 변형이 발생하여도 리드 터미널(21d, 22d)과 버스바(30)의 안정적인 연결 상태가 유지될 수 있다. 노치(21e, 22e)는 도 4에 도시된 바와 같이 다각홈의 형상으로 형성되는 것을 예시적으로 설명하지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 삼각홈 형상으로 형성되는 것도 가능하다. 즉, 노치(21e, 22e)는 리드 터미널(21d, 22d)과 플레이트 터미널(21c, 22c)의 연결되는 부분에서 폭이 좁아지는 홈의 형상을 이루는 것으로서 특정 형상에 한정되지 않고 적절한 홈의 형상으로 적용될 수 있다.
전극 단자(21, 22)는 리드 터미널(21d, 22d) 부분과 플레이트 터미널(21c, 22c) 부분이 동일 평면을 이루는 동일 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 리드 터미널(21d, 22d)과 플레이트 터미널(21c, 22c)의 연결 상태를 안정적으로 유지한 상태에서, 노치(21e, 22e) 부분을 중심으로 탄성 변형이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
음, 양극 개스킷(36, 37)은 음, 양극 단자(21, 22)의 리벳 터미널(21a, 22a)과 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1, H2) 내면 사이에 각각 설치되어, 음, 양극 단자(21, 22)의 리벳 터미널(21a, 22a)과 캡 플레이트(20) 사이를 실링하고 전기적으로 절연한다.
음, 양극 개스킷(36, 37)은 플랜지(21b, 22b)와 캡 플레이트(20)의 내면 사이에 더 연장 설치되어, 플랜지(21b, 22b)와 캡 플레이트(20) 사이를 더 실링하고 전기적으로 절연한다. 즉 음, 양극 개스킷(36, 37)은 캡 플레이트(20)에 음, 양극 단자(21, 22)를 설치함으로써 단자홀(H1, H2)을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지한다.
음, 양극 집전 탭(51, 52)은 음, 양극 단자(21, 22)를 전극 조립체(10)의 음, 양극(11, 12)에 각각 전기적으로 연결한다. 즉 음, 양극 집전 탭(51, 52)을 리벳 터미널(21a, 22a)의 하단에 결합하여 하단을 코킹(caulking)함으로써, 음, 양극 집전 탭(51, 52)은 플랜지(21b, 22b)에 지지되면서 리벳 터미널(21a, 22a)의 하단에 연결된다.
하부 절연부재(53, 54)는 음, 양극 집전 탭(51, 52)과 캡 플레이트(20) 사이에 각각 설치되어, 음, 양극 집전 탭(51, 52)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킨다. 또한 하부 절연부재(53, 54)는 일측으로 캡 플레이트(20)에 결합되고, 다른 일측으로 음, 양극 집전 탭(51, 52)과 리벳 터미널(21a, 22a) 및 플랜지(21b, 22b)를 감싸므로 이들의 연결 구조를 안정시킨다.
음극 단자(21) 측의 상부 절연부재(31)는 플레이트 터미널(21c)과 캡 플레이트(20) 사이에 설치되어, 플레이트 터미널(21c)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킨다. 즉 캡 플레이트(20)는 음극 단자(21)와 전기적으로 절연된 상태를 유지한다.
예를 들면, 상부 절연부재(31)는 플레이트 터미널(21c)과 캡 플레이트(20) 사이에 개재되고 리벳 터미널(21a)을 관통시킨다. 따라서 상부 절연부재(31)와 플레이트 터미널(21c)을 리벳 터미널(21a)의 상단에 결합하여 상단을 코킹함으로써, 상부 절연부재(31)와 플레이트 터미널(21c)은 리벳 터미널(21a)의 상단에 결합된다.
한편, 음극 개스킷(36)은 리벳 터미널(21a)과 상부 절연부재(31) 사이로 더 연장되어 설치된다. 즉 음극 개스킷(36)은 리벳 터미널(21a)과 상부 절연부재(31) 사이의 실링 및 전기 절연을 더 보강한다.
양극 단자(22) 측의 탑 플레이트(32)는 도전성 부재로 형성되고, 플레이트 터미널(22c)과 캡 플레이트(20) 사이에 설치되어, 플레이트 터미널(22c)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 연결시킨다. 즉 캡 플레이트(20)는 양극 단자(22)를 통하여 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된 상태를 유지한다.
예를 들면, 탑 플레이트(32)는 플레이트 터미널(22c)과 캡 플레이트(20) 사이에 개재되고 리벳 터미널(22a)을 관통시킨다. 따라서 탑 플레이트(32)와 플레이트 터미널(22c)을 리벳 터미널(22a)의 상단에 결합하여 상단을 코킹함으로써, 탑 플레이트(32)와 플레이트 터미널(22c)은 리벳 터미널(22a)의 상단에 결합된다.
한편, 양극 개스킷(37)은 리벳 터미널(22a)과 탑 플레이트(32) 사이로 더 연장되어 설치된다. 즉 양극 개스킷(37)은 리벳 터미널(22a)과 탑 플레이트(32)가 전기적으로 직접 연결되는 것을 방지한다. 즉 리벳 터미널(22a)은 플레이트 터미널(22c)을 통하여 탑 플레이트(32)에 전기적으로 연결되고, 탑 플레이트(32)를 통하여 캡 플레이트(20)에 전기적으로 연결된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 단자에 노치가 형성된 것을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 5와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지(200)의 전극 단자(121, 122)는 플레이트 터미널(121c, 122c)의 마주하는 가장자리에 적어도 2개 이상의 노치(121e)가 각각 형성될 수 있다. 이와 같이, 전극 단자(121, 122)의 리드 터미널(121d, 122d)과 플레이트 터미널(121c, 122c)의 사이 위치의 가장자리 각각에 적어도 2개 이상으로 형성됨으로써, 가요성을 더욱 향상시켜 이차 전지의 변형 발생시에도 변형 자유도가 더욱 향상되어 전극 단자(121, 122)와 버스바(30)가 안정적으로 연결될 수 있도록 할 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...제1 전극
11a, 12a.코팅부 11b, 12b.무지부
12...제2 전극 15...케이스
20...캡 플레이트 21, 22..전극 단자
21a, 22a.리벳 터미널 21b, 22b.플렌지
21c, 22c.플레이트 터미널 21d, 22d. 리드 터미널
21e, 22e. 노치 24...벤트 홀
25...벤트 플레이트 25a..노치홈
29...전해액 주입구 31...상부 절연부재
32...탑 플레이트 36...음극 개스킷
37...양극 개스킷 51...음극 집전탭
52...양극 집전탭 53, 54. 하부 절연부재

Claims (8)

  1. 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 단자;
    상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 및
    상기 케이스의 개구에 설치되어 상기 케이스를 밀폐하도록 설치되며 단자홀이 형성된 캡 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 전극 단자는,
    상기 캡 플레이트의 상기 단자홀에 설치되어 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 리벳 터미널과, 상기 캡 플레이트의 외측에 배치되어 상기 리벳 터미널에 전기적으로 연결되는 플레이트 터미널 및 상기 플레이트 터미널의 측면으로 연장되는 리드 터미널;
    을 포함하고,
    상기 리드 터미널에는 상기 플레이트 터미널에 연결되는 부분에서 홈 형상의 노치가 형성되며,
    상기 노치는 상기 플레이트 터미널에 연결되는 부분의 마주하는 가장자리에 적어도 2개 이상이 각각 형성되는 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노치는 상기 리드 터미널의 마주하는 가장자리에 각각 형성되는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리드 터미널은 탄성 변형되는 알루미늄 재질로 형성되는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노치는 상기 리드 터미널의 가장자리에서 내부로 인입되게 형성되는 다각홈인 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노치는 상기 리드 터미널의 가장자리에서 내부로 인입되게 형성되는 삼각홈인 이차 전지.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트 터미널과 상기 리드 터미널은 동일 평면을 이루는 동일 두께를 갖도록 형성되는 이차 전지.
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