KR102264700B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 무지부 탭들의 접힘을 방지하고, 케이스 내부에서 무지부 탭들에 의한 단락 및 셀 이벤트를 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 코팅부와 무지부 탭들을 가지는 전극을 세퍼레이터의 양측에 배치하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 탑 인슐레이터, 및 상기 캡 플레이트의 단자홀에 설치되고 상기 캡 플레이트의 폭 방향에서 상기 탑 인슐레이터의 외측을 경유하는 상기 무지부 탭들에 연결되는 전극단자를 포함하며, 상기 탑 인슐레이터는 상기 캡 플레이트의 폭 방향의 적어도 일측 단부에서 상기 무지부 탭들의 경유 경로를 증대시키는 방향으로 확장되는 확장부를 포함한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 조립체를 복수의 무지부 탭들로 전극단자에 연결하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
예를 들면, 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 및 전극 조립체를 캡 플레이트의 외측으로 인출하는 전극단자를 포함한다.
전극 조립체는 하나의 케이스에 하나씩 수용될 수도 있으나, 복수로 구비되어 케이스에 수용될 수도 있다. 전극단자와 전극 조립체 사이에 개재되는 탑 인슐레이터는 전극 조립체와 탑 플레이트를 전기적으로 절연시킨다. 그리고 전극 조립체에 연결되는 무지부 탭들은 탑 인슐레이터의 측면을 돌아서 전극단자에 용접으로 연결된다.
무지부 탭들은 전극단자와 전극 조립체 사이에서 느슨한 구조를 가진다. 따라서 캡 플레이트와 일체로 연결된 전극 조립체를 케이스에 삽입하는 과정에서, 무지부 탭들이 케이스의 개구에서 접히게 되고, 접힌 상태로 케이스 내부로 삽입되어 케이스 내부에서 서로 다른 전극에 접촉될 수 있다. 즉무지부 탭들은 단락(short circuit) 및 셀 이벤트(cell event)를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 무지부 탭들의 접힘을 방지하고, 케이스 내부에서 무지부 탭들에 의한 단락 및 셀 이벤트를 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 코팅부와 무지부 탭들을 가지는 전극을 세퍼레이터의 양측에 배치하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 탑 인슐레이터, 및 상기 캡 플레이트의 단자홀에 설치되고 상기 캡 플레이트의 폭 방향에서 상기 탑 인슐레이터의 외측을 경유하는 상기 무지부 탭들에 연결되는 전극단자를 포함하며, 상기 탑 인슐레이터는 상기 캡 플레이트의 폭 방향의 적어도 일측 단부에서 상기 무지부 탭들의 경유 경로를 증대시키는 방향으로 확장되는 확장부를 포함한다.
상기 전극 조립체는 상기 폭 방향으로 나란하게 배치되는 제1조립체와 제2조립체를 포함하며, 상기무지부 탭들은 상기 제1조립체의 전극들에 연결되는 제1탭군과 상기 제2조립체의 전극들에 연결되는 제2탭군을 포함할 수 있다.
상기 탑 인슐레이터는 상기 전극 조립체 상에 배치되는 플레이트부를 더 포함하며, 상기 확장부는 상기 플레이트부의 상기 폭 방향의 제1측에서 상기 전극 조립체를 향하여 볼록하고 상기 전극단자를 향하여 오목하게 형성되는 제1개방부, 및 상기 플레이트부의 상기 제1측의 반대측인 제2측에서 상기 전극 조립체를 향하여 볼록하고 상기 전극단자를 향하여 오목하게 형성되는 제2개방부를 포함할 수 있다.
상기 제1탭군은 상기 제1측에서 상기 제1개방부의 외면을 경유하여 상기 제2측으로 휘어져 상기 전극단자에 연결되고, 상기 제2탭군은 상기제2측에서 상기 제2개방부의 외면을 경유하여 상기 제1측으로 휘어져 상기 전극단자에 연결될 수 있다.
상기 전극단자는 상기 단자홀에 설치되는 리벳부, 상기 캡 플레이트의 외측에 배치되어 상기 리벳부에 연결되는 외부 플레이트, 및 상기 캡 플레이트의 내측에 배치되어 상기 리벳부에 연결되는 내부 플레이트를 포함하며, 상기 제1탭군과 상기 제2탭군은 상기 내부 플레이트에 용접될 수 있다.
상기 제1탭군과 상기 제2탭군은 상기 폭 방향에서 상기 내부플레이트의 하면에 설정되는 용접 라인에서 마주하여 용접되고, 상기 리벳부는 상기 용접 라인에 대응하는 상기 내부 플레이트의 상면에서 상기 제1탭군과 상기 제2탭군의 단부 사이에 연결될 수 있다.
상기 확장부는 상기 전극단자의 단부보다 상기 폭 방향으로 더 확장될 수 있다.
상기 확장부는 상기 전극단자의 최하면 보다 더 높게 높이 차를 가지고 돌출될 수 있다.
상기 확장부는 상기 전극 조립체에서 상기 무지부 탭들이 모이는 중심 위치보다 상기 폭 방향으로 더 넓게 너비 차를 가지고 확장될 수 있다.
상기 확장부는 상기 전극 조립체를 향하여 볼록한 구조를 가질 수 있다.
상기 탑 인슐레이터는 상기 전극 조립체 상에 배치되는 플레이트부를 더 포함하며, 상기 확장부는 상기 플레이트부의 상기 폭 방향의 제1측에서 상기 폭 방향에 교차하는 방향으로 설정되는 원형 단면으로 형성되는 제1원형부, 및 상기 플레이트부의 상기 제1측의 반대측인 제2측에서 상기 교차하는 방향으로 설정되는 원형 단면으로 형성되는 제2원형부를 포함할 수 있다.
상기 제1탭군은 상기 제1측에서 상기 제1원형부의 외면을 경유하여 상기 제2측으로 휘어져 상기 전극단자에 연결되고, 상기 제2탭군은 상기제2측에서 상기 제2원형부의 외면을 경유하여 상기 제1측으로 휘어져 상기 전극단자에 연결될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 조립체의 무지부 탭들이 탑 인슐레이터의 단부(폭 방향의 단부)에 구비되는 확장부를 경유하여 전극단자에 연결되므로 확장부에 의하여 무지부 탭들의 경로가 증대된다. 즉 무지부 탭들이 긴장된다.
따라서 긴장된 무지부 탭들은 전극 조립체를 케이스 내에 삽입하는 경우에도 접히지 않게 되고, 케이스 내부에 삽입된 상태에서도 다른 전극과 접촉되지 않을 수 있게 된다. 즉 무지부 탭들에 의한 단락 및 셀 이벤트가 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 2에 적용된 전극 조립체의 사시도이다.
도 5는 도 2에 적용되는 탑 인슐레이터를 개재하여 전극 조립체에 전극단자를 연결한 상태의 사시도이다.
도 6은 탑 인슐레이터에 의하여 무지부 탭에 긴장을 부여하는 작동 상태도이다.
도 7은 탑 인슐레이터를 개재하여 전극단자에 무지부 탭들을 연결한 상태의 부분 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
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 제1실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1실시예에 따른 이차 전지(100)는 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(30), 케이스(30)의 개구(31)에 결합되는 캡 플레이트(40), 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(40) 사이에 배치되는 탑 인슐레이터(20), 및 전극단자(51, 52)를 포함한다.
케이스(30)는 플레이트 모양의 전극 조립체(10)를 수용할 수 있도록 공간을 설정한다. 예를 들면, 케이스(30)는 대략 직육면체로 형성되고, 전극 조립체(10)를 삽입하도록 그 일측에 사각형의 개구(31)를 구비한다.
캡 플레이트(40)는 케이스(30)의 개구(31)에 결합되어 케이스(30)를 밀폐하고, 2개의 단자홀(H1, H2)을 구비한다. 예를 들면, 단자홀(H1, H2)에는 전극단자(51, 52)가 설치된다. 일례로써, 케이스(30)와 캡 플레이트(40)는 알루미늄으로 형성되어 개구(31)에서 서로 용접될 수 있다.
또한, 캡 플레이트(40)는 벤트홀(41)과 전해액 주입구(42)를 더 구비한다. 벤트홀(41)은 전극 조립체(10)의 충전 및 방전 작용에 의하여 이차 전지(100)의 내부에서 발생되는 가스에 의한 내부 압력을 배출할 수 있도록 벤트 플레이트(411)로 밀폐된다.
이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(411)가 절개되어 벤트홀(41)을 개방하여 과충전으로 발생되는 가스 및 내부 압력을 배출한다. 벤트 플레이트(411)는 절개를 유도하는 노치(412)를 가진다.
전해액 주입구(42)는 케이스(30)에 캡 플레이트(40)를 결합 및 용접한 후, 케이스(30)의 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(42)는 밀봉 마개(421)로 밀봉된다.
탑 인슐레이터(20)는 전기 절연재로 형성되어, 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(40) 사이에 배치되므로 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(40)를 전기적으로 절연시킨다.
탑 인슐레이터(20)는 내부 벤트홀(27)을 구비한다. 내부 벤트홀(27)은 캡 플레이트(40)에 구비되는 벤트홀(41)에 대응하여 형성되므로 전극 조립체(10)에서 발생되는 가스에 의하여 상승되는 내부 압력을 벤트홀(41)로 전달하여 원활히 배출할 수 있게 한다.
탑 인슐레이터(20)는 내부 전해액 주입구(28)를 구비한다. 내부 전해액 주입구(28)는 캡 플레이트(40)에 구비되는 전해액 주입구(42)에 대응하여 형성되므로 전해액 주입구(42)를 경유한 전해액이 탑 인슐레이터(20)의 내부로 원활히 주입될 수 있게 한다.
도 4는 도 2에 적용된 전극 조립체의 사시도이다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 전극 조립체(10)는 전기 절연재인 세퍼레이터(13)의 양측에 제1전극(11, 예를 들면, 음극)과 제2전극(12, 예를 들면 양극)을 구비하고, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 접합하여 형성된다. 도시하지 않았으나, 전극 조립체는 음극, 세퍼레이터 및 양극을 권취 또는 적층하여 형성될 수도 있다.
음, 양극(11, 12)은 각각 금속박(예를 들면, Cu, Al 포일)의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(111, 121), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부 탭(112, 122)을 포함한다. 무지부 탭(112, 122)은 전극 조립체(10)의 일단에 배치되고, 전극 조립체(10)의 폭 범위(T) 내에서 거리(D)를 두고 서로 배치된다.
즉 음극(11)의 무지부 탭들(112)은 전극 조립체(10)의 일단(도 4의 상단)에서 일측(도 4의 좌측)에 배치되고, 양극(12)의 무지부 탭들(122)은 전극 조립체(10)의 동일단(도 4의 상단)에서 거리(D)를 두고 다른 측(도 4의 우측)에 서로 배치된다.
이와 같이, 음, 양극(11, 12)에서 코팅부(111, 121)의 면적이 최대로 넓어지고, 무지부 탭들(112, 122)에 의하여 무지부의 면적이 최소로 좁아짐에 따라 전극 조립체(10)의 충전 용량이 증대될 수 있다.
전극 조립체(10)는 하나로 형성될 수도 있으나(미도시) 제1실시예에서 2개로 형성되어 있다. 즉 전극 조립체(10)는 캡 플레이트(40)의 폭 방향(x축 방향)으로 나란하게 배치되는 제1조립체(101)와 제2조립체(102)를 포함한다. 또한 제1, 제2조립체(101, 102)는 대략 직육면체 형상의 케이스(30)에 수용될 수 있도록 y축 방향의 양단에서 반원을 형성하는 플레이트 모양으로 형성될 수 있다.
도 5는 도 2에 적용되는 탑 인슐레이터를 개재하여 전극 조립체에 전극단자를 연결한 상태의 사시도이다. 도 2 내지 도 5를 참조하면, 전극 조립체(10), 즉 제1, 제2조립체(101, 102)는 병렬로 배치된다.
전극단자(51, 52)는 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1, H2)에 각각 설치되어, 각각의 무지부 탭(112, 122)을 통하여 제1, 제2조립체(101, 102)에 전기적으로 연결된다.
무지부 탭들(112, 122)은 복수의 군으로 형성될 수 있다. 무지부 탭들(112, 122)은 캡 플레이트(40)의 폭 방향(x축 방향)에서 탑 인슐레이터(20)의 적어도 일측 단부에 구비되는 확장부(21)를 경유하여 전극단자(51, 52)에 연결된다. 따라서 확장부(21)에 의하여, 설정된 길이를 가지는 무지부 탭들(112, 122)의 경유 경로가 길어진다.
제1실시예에서 무지부 탭들(112, 122)은 제1탭군(G11, G21)과 제2탭군(G12, G22)을 포함한다. 제1탭군(G11, G21)은 제1조립체(101)의 제1, 제2전극들(11, 12)에 각각 연결되고, 제2탭군(G12, G22)은 제2조립체(102)의 제1, 제2전극들(11, 12)에 각각 연결된다.
전극단자(51, 52)는 제1, 제2조립체(101, 102)로부터 전류를 방전시키거나 제1, 제2조립체(101, 102)에 전류를 충전시킬 수 있도록 무지부 탭(112, 122)에 각각 연결된다.
전극단자(51, 52)는 동일 구조로 형성될 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 전극단자(51, 52)는 리벳부(512, 522)와 내부 플레이트(511, 521) 및 외부 플레이트(513, 523)를 포함한다. 전극단자(51, 52)는 캡 플레이트(40) 내면과의 사이에 내부 절연부재(611, 612)와 개스킷(621, 622)을 개재하여, 캡 플레이트(40)와 전기적으로 절연된다.
내부 절연부재(611, 612)는 일측으로 캡 플레이트(40)에 밀착되고 다른 일측으로 전극단자(51, 52)의 내부 플레이트(511, 521)와 리벳부(512, 522) 일부를 감싸므로 전극단자(51, 52)와 무지부 탭(112, 122)의 연결 구조를 안정시킨다.
개스킷(621, 622)은 전극단자(51, 52)의 리벳부(512, 522)와 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1, H2) 내면 사이에 설치되어, 리벳부(512, 522)와 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1, H2) 사이를 실링하고 전기적으로 절연한다.
또한, 개스킷(621, 622)은 내부 절연부재(611, 612)와 캡 플레이트(40)의 내면 사이에 더 연장 설치되어, 내부 절연부재(611, 612)와 캡 플레이트(40) 사이를 더욱 실링한다.
개스킷(621, 622)을 개재하여 리벳부(512, 522)를 단자홀(H1, H2)에 삽입하고, 외부 절연부재(631, 632)를 개재하여 외부 플레이트(513, 523)의 결합홀(514, 524)에 삽입한 후, 결합홀(514, 524)의 주위를 코킹(caulking) 또는 용접함으로써, 리벳부(512, 522)가 외부 플레이트(513, 523)에 고정된다. 이로써 전극단자(51, 52)가 캡 플레이트(40)에 설치될 수 있다.
이와 같이, 리벳부(512, 522)는 단자홀(H1, H2)에 설치되어 캡 플레이트(40)의 외부로 돌출된다. 리벳부(512, 522)는 캡 플레이트(40)의 내측에서 내부 플레이트(511, 521)에 연결되고, 캡 플레이트(40)의 외측에서 외부 플레이트(513, 523)에 연결된다. 즉 리벳부(512, 522)는 내부 플레이트(511, 521)와 외부 플레이트(513, 523)를 기계적 및 전기적으로 서로 연결한다.
내부 플레이트(511, 521)는 리벳부(512, 522)의 면적보다 넓게 일체로 형성되어 무지부 탭(112, 122)에 넓은 면적으로 용접되고, 캡 플레이트(40)의 내부에 위치한다.
이때, 제1, 제2조립체(101, 102)의 무지부 탭(112, 122)은 제1탭군(G11, G21)과 제2탭군(G12, G22)으로 나누어져서 제1, 제2측에서 탑 인슐레이터(20)의 x축 방향 양단의 외면을 경유하여 휘어져서 내부 플레이트(511, 521)에 용접된다.
따라서 전극 조립체(10), 즉 제1, 제2조립체(101, 102)는 무지부 탭(112, 122) 및 전극단자(51, 52)를 통하여 케이스(30)의 외부로 인출될 수 있다. 또한 무지부 탭(112, 122)이 전극단자(51, 52)에 직접 연결되므로 전극 조립체(10)를 케이스(30) 외부로 인출하는 구조가 간단해질 수 있다.
도 6은 탑 인슐레이터에 의하여 무지부 탭에 긴장을 부여하는 작동 상태도이다. 도 2 내지 도 6을 참조하면, 탑 인슐레이터(20)의 확장부(21)는 x축 방향에서 전극단자(51, 52)의 단부, 즉 후술하게 되는 내부 플레이트(511)의 단부보다 폭 방향(x축 방향)으로 더 확장된다. 따라서 확장부(21)를 경유하는 무지부 탭(112, 122)은 x축 방향으로 긴장된다.
탑 인슐레이터(20)의 확장부(21)는 전극단자(51, 52)의 최하면, 즉 내부 플레이트(511)의 하면보다 더 높게 높이 차(ΔH)를 가지고 돌출된다(z축 방향). 따라서 확장부(21)를 경유하는 무지부 탭(112, 122)은 z축 방향으로 긴장된다.
탑 인슐레이터(20)의 확장부(21)는 전극 조립체(10)에서 무지부 탭들(112, 122)이 모이는 중심 위치(P1, P2)보다 폭 방향(x축 방향)으로 더 넓게 너비 차(ΔW)를 가지고 확장된다. 따라서 확장부(21)를 경유하는 무지부 탭(112, 122)은 x축 방향으로 더 긴장된다.
탑 인슐레이터(20)의 확장부(21)는 전극 조립체(10)를 향하여 볼록한 구조를 가진다. 따라서 확장부(21)를 경유하는 무지부 탭(112, 122)은 확장부(21)의 볼록한 외면을 경유하여 긴장되면서 내부 플레이트(511)에 연결될 수 있다.
탑 인슐레이터(20)는 전극 조립체(10) 상에 배치되는 플레이트부(22)를 더 포함한다. 확장부(21)는 캡 플레이트(40)의 폭 방향(x축 방향)에서 플레이트부(22)의 양측에 구비되는 제1개방부(211)와 제2개방부(212)를 포함한다.
제1개방부(211)는 플레이트부(22)의 폭 방향(x축 방향)의 제1측(도 2, 6의 좌측 및 도 3, 5의 후방)에서 전극 조립체(10)를 향하여 볼록하고, 전극단자(51, 52)를 향하여 오목하게 형성된다.
제2개방부(212)는 플레이트부(22)의 제1측의 반대측인 제2측(도 2, 6의 우측 및 도 3, 5의 전방)에서 전극 조립체(10)를 향하여 볼록하고 전극단자(51, 52)를 향하여 오목하게 형성된다.
제1탭군(G11, G21)은 폭 방향(x축 방향) 제1측(도 2의 좌측 및 도 4의 후방)에 형성되어, 제1측에서 탑 인슐레이터(20)의 확장부(21), 즉 제1개방부(211)의 외면을 경유하여 제2측으로 휘어져 전극단자(51, 52)에 연결된다. 이때, 제1탭군(G11, G21)은 제1개방부(211)에 의하여 x축 방향(후방) 및 z축 방향(상방)으로 긴장된다.
제2탭군(G12, G22)은 제1탭군(G11, G21)의 반대측인 폭 방향(x축 방향) 제2측(도 2의 우측 및 도 4의 전방)에 형성되어 제2측에서 탑 인슐레이터(20)의 확장부(21), 즉 제2개방부(212)의 외면을 경유하여 제1측으로 휘어져 전극단자(51, 52)에 연결된다. 이때, 제2탭군(G12, G22)은 제2개방부(212)에 의하여 x축 방향(후방) 및 z축 방향(상방)으로 긴장된다.
도 7은 탑 인슐레이터를 개재하여 전극단자에 무지부 탭들을 연결한 상태의 부분 평면도이다. 도 7을 참조하면, 편의상, 양극(12)의 무지부 탭들(122)을 생략하고, 음극(11)의 무지부 탭들(112)을 예로써 설명한다. 무지부 탭들(112)은 제1탭군(G11)과 제2탭군(G12)으로 형성되어, 전극단자(51)의 내부 플레이트(511)에 연결된다.
제1탭군(G11)과 제2탭군(G12)은 폭 방향(x축 방향)에서 내부 플레이트(511)의 하면에 설정되는 용접 라인(WL)에서 서로 마주하여 용접된다. 리벳부(512)는 용접 라인(WL)에 대응하는 내부 플레이트(511)의 상면에서 제1탭군(G11)과 제2탭군(G12)의 단부 사이에 연결된다.
따라서 무지부 탭들(112), 즉 제1탭군(G11)과 제2탭군(G12)에서 내부 플레이트(511) 및 리벳부(512)로 이어지는 전류의 경로가 최단으로 형성되어, 전극 조립체(10)와 전극단자(51) 사이에서 불필요한 저항 증가가 방지될 수 있다.
또한 무지부 탭들(112), 즉 제1탭군(G11)과 제2탭군(G12)은 설정된 길이를 가진 상태에서, 제1, 제2개방부(211, 212)에 의하여 경유 길이가 길어지므로 긴장된 상태를 유지할 수 있다.
따라서 전극 조립체(10)를 케이스(30) 내에 삽입하는 경우에도, 무지부 탭들(112, 122)은 접히지 않게 된다. 전극 조립체(10)가 케이스(30)에 삽입된 상태에서도 긴장된 상태를 유지하는 무지부 탭들(112, 122)은 음, 양극(11, 12)과 접촉되지 않는다. 즉 무지부 탭들(112, 122)에 의한 단락 및 셀 이벤트가 방지될 수 있다.
이하에서 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지에 대하여 설명한다. 편의상, 제1, 제2실시예의 구성을 비교하여, 동일한 구성을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2실시예의 이차 전지(200)에서, 탑 인슐레이터(70)는 무지부 탭들(312)의 경유 경로를 확장시키는 확장부(71) 및 전극 조립체(10) 상에 배치되는 플레이트부(72)를 포함한다. 확장부(71)는 제1원형부(711)와 제2원형부(712)를 포함한다.
제1원형부(711)는 플레이트부(72)의 폭 방향(x축 방향)의 제1측(도 8의 좌측)에서 폭 방향(x축 방향)에 교차하는 방향(zx 단면)으로 설정되는 원형 단면으로 형성된다. 제2원형부(712)는 플레이트부(72)의 제1측의 반대측인 제2측(도 8의 우측)에서 교차하는 방향(zx 단면)으로 설정되는 원형 단면으로 형성된다.
탑 인슐레이터(70)의 제1, 제2원형부(711, 712)는 전극단자(51)의 최하면, 즉 내부 플레이트(511)의 하면보다 더 높게 높이 차(ΔH2)를 가지고 돌출된다(z축 방향). 따라서 제1, 제2원형부(711, 712)를 경유하는 무지부 탭(312)은 z축 방향으로 긴장된다.
탑 인슐레이터(70)의 제1, 제2원형부(711, 712)는 전극 조립체(10)에서 무지부 탭들(312)이 모이는 중심 위치(P1, P2)보다 폭 방향(x축 방향)으로 더 넓게 너비 차(ΔW2)를 가지고 확장된다. 따라서 제1, 제2원형부(711, 712)를 경유하는 무지부 탭(312)은 x축 방향으로 더 긴장된다.
제1, 제2원형부(711, 712)는 전극 조립체(10)를 향하여 볼록한 구조를 가진다. 따라서 탑 인슐레이터(70)의 제1, 제2원형부(711, 712)를 경유하는 무지부 탭(312)은 제1, 제2원형부(711, 712)의 볼록한 외면을 경유하여 긴장되면서 내부 플레이트(511)에 연결될 수 있다.
제1탭군(G31)은 폭 방향(x축 방향) 제1측(도 8의 좌측)에서 탑 인슐레이터(70)의 확장부(71), 즉 제1원형부(711)의 외면을 경유하여 제2측으로 휘어져 전극단자(51)의 내부 플레이트(511)에 연결된다. 이때, 제1탭군(G31)은 제1원형부(711)에 의하여 x축 방향(후방) 및 z축 방향(상방)으로 긴장된다.
제2탭군(G32)은 제1탭군(G31)의 반대측인 폭 방향(x축 방향) 제2측(도 8의 우측)에서 탑 인슐레이터(70)의 확장부(71), 즉 제2원형부(712)의 외면을 경유하여 제1측으로 휘어져 전극단자(51)의 내부 플레이트(511)에 연결된다. 이때, 제2탭군(G32)은 제2원형부(712)에 의하여 x축 방향(후방) 및 z축 방향(상방)으로 긴장된다.
무지부 탭들(312), 즉 제1탭군(G31)과 제2탭군(G32)은 설정된 길이를 가진 상태에서, 제1, 제2원형부(711, 712)에 의하여 경유 길이가 길어지므로 긴장된 상태를 유지할 수 있다.
따라서 전극 조립체(10)를 케이스(30) 내에 삽입하는 경우에도, 무지부 탭들(312)은 접히지 않게 된다. 전극 조립체(10)가 케이스(30)에 삽입된 상태에서도 긴장된 상태를 유지하는 무지부 탭들(312)은 음, 양극(11, 12)과 접촉되지 않는다. 즉 무지부 탭들(312)에 의한 단락 및 셀 이벤트가 방지될 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: 제1전극(음극)
12: 제2전극(양극) 13: 세퍼레이터
20: 탑 인슐레이터 21, 71: 확장부
22, 72: 플레이트부 27: 내부 벤트홀
28: 내부 전해액 주입구 30: 케이스
31: 개구 40: 캡 플레이트
41: 벤트홀 42: 전해액 주입구
51, 52: 전극단자 70: 탑 인슐레이터
100, 200: 이차 전지 101: 제1조립체
102: 제2조립체 111, 121: 코팅부
112, 122, 312: 무지부 탭 211: 제1개방부
212: 제2개방부 411: 벤트 플레이트
412: 노치 421: 밀봉 마개
511, 521: 내부 플레이트 513, 523: 외부 플레이트
512, 522: 리벳부 514, 524: 결합홀
611, 612: 내부 절연부재 621, 622: 개스킷
631, 632: 외부 절연부재 711: 제1원형부
712: 제2원형부 D: 거리
G11, G21, G31: 제1탭군 G12, G22, G32: 제2탭군
H1, H2: 단자홀 P1, P2: 중심 위치
T: 권취 범위 WL: 용접 라인
ΔH, ΔH2: 높이 차 ΔW, ΔW2: 너비 차

Claims (12)

  1. 코팅부와 무지부 탭들을 가지는 전극을 세퍼레이터의 양측에 배치하여 형성되는 전극 조립체
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스
    상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트
    상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 탑 인슐레이터 및
    상기 캡 플레이트의 단자홀에 설치되고 상기 캡 플레이트의 폭 방향에서 상기 탑 인슐레이터의 외측을 경유하는 상기 무지부 탭들에 연결되는 전극단자
    를 포함하며,
    상기 탑 인슐레이터는
    상기 전극 조립체 상에 배치되는 플레이트부, 및
    상기 캡 플레이트의 폭 방향의 적어도 상기 플레이트부의 일측 단부에 구비되어 상기 단부에서 상기 무지부 탭들의 경유 경로를 증대시키는 방향으로 확장되는 확장부
    를 포함하며,
    상기 확장부는
    상기 전극 조립체를 향하여 볼록하고 상기 전극단자를 향하여 오목하게 형성되는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는
    상기 폭 방향으로 나란하게 배치되는 제1조립체와 제2조립체를 포함하며,
    상기 무지부 탭들은
    상기 제1조립체의 전극들에 연결되는 제1탭군과 상기 제2조립체의 전극들에 연결되는 제2탭군을 포함하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 확장부는 제1개방부와 제2개방부를 포함하며,
    상기 제1개방부는
    상기 플레이트부의 상기 폭 방향의 제1측에서 상기 전극 조립체를 향하여 볼록하고 상기 전극단자를 향하여 오목하게 형성되고,
    상기 제2개방부는
    상기 플레이트부의 상기 제1측의 반대측인 제2측에서 상기 전극 조립체를 향하여 볼록하고 상기 전극단자를 향하여 오목하게 형성되는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1탭군은
    상기 제1측에서 상기 제1개방부의 외면을 경유하여 상기 제2측으로 휘어져 상기 전극단자에 연결되고,
    상기 제2탭군은
    상기 제2측에서 상기 제2개방부의 외면을 경유하여 상기 제1측으로 휘어져 상기 전극단자에 연결되는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전극단자는
    상기 단자홀에 설치되는 리벳부,
    상기 캡 플레이트의 외측에 배치되어 상기 리벳부에 연결되는 외부 플레이트, 및
    상기 캡 플레이트의 내측에 배치되어 상기 리벳부에 연결되는 내부 플레이트를 포함하며,
    상기 제1탭군과 상기 제2탭군은
    상기 내부 플레이트에 용접되는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1탭군과 상기 제2탭군은
    상기 폭 방향에서 상기 내부 플레이트의 하면에 설정되는 용접 라인에서 마주하여 용접되고,
    상기 리벳부는
    상기 용접 라인에 대응하는 상기 내부 플레이트의 상면에서 상기 제1탭군과 상기 제2탭군의 단부 사이에 연결되는 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 확장부는
    상기 전극단자의 단부보다 상기 폭 방향으로 더 확장되는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 확장부는
    상기 전극단자의 최하면 보다 더 높게 높이 차를 가지고 돌출되는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 확장부는
    상기 전극 조립체에서 상기 무지부 탭들이 모이는 중심 위치보다 상기 폭 방향으로 더 넓게 너비 차를 가지고 확장되는 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 확장부는
    상기 전극 조립체를 향하여 볼록한 구조를 가지는 이차 전지.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 확장부는 제1원형부와 제2원형부를 포함하며,
    상기 제1원형부는
    상기 플레이트부의 상기 폭 방향의 제1측에서 상기 폭 방향에 교차하는 방향으로 설정되는 원형 단면으로 형성되고,
    상기 제2원형부는
    상기 플레이트부의 상기 제1측의 반대측인 제2측에서 상기 교차하는 방향으로 설정되는 원형 단면으로 형성되는 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1탭군은
    상기 제1측에서 상기 제1원형부의 외면을 경유하여 상기 제2측으로 휘어져 상기 전극단자에 연결되고,
    상기 제2탭군은
    상기 제2측에서 상기 제2원형부의 외면을 경유하여 상기 제1측으로 휘어져 상기 전극단자에 연결되는 이차 전지.
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