KR102297831B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR102297831B1
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Abstract

본 기재의 이차전지는 제1 전극 및 제2 전극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 귄취된 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스 및 상기 케이스에 결합되어 상기 케이스의 일측 개구를 밀봉하는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 설치되며 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 단자 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 단자를 포함하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 케이스는 외측 일면이 오목하게 만곡져 형성된 제1 만곡부를 포함한다.

Description

이차전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 전극조립체를 수용하는 이차전지에 관한 것이다.
이차전지(rechargeable battery)는 일차전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차전지는 전기 자전거, 스쿠터, 전기 자동차(electric vehicle) 및 지게차(fork lift) 등의 모터 구동용 전원으로 사용된다.
이차전지는 세퍼레이터를 사이에 두고 양극과 음극을 적층하여 젤리롤 형태로 권취한 전극 조립체, 전극 조립체를 전해액과 함께 내부에 수용하는 케이스, 케이스의 일측 개구를 밀봉하는 캡 플레이트, 및 캡 플레이트에 설치되어 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함한다.
전자기기는 곡면 형상으로 제작될 수 있다. 반면에 에너지 공급장치인 전지는 곡면의 전자기기 형상에 부합되도록 제작되지 못함에 따라 형상의 변경이나 불필요한 형상의 추가가 필요한 경우가 있다.
상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명은 곡면을 갖는 전자기기의 형상에 부합하도록 복수의 전극 조립체를 수용하는 케이스의 외측 일면 및 다른 일면이 만곡부를 갖는 이차전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 제1 전극 및 제2 전극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 귄취된 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스 및 상기 케이스에 결합되어 상기 케이스의 일측 개구를 밀봉하는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 설치되며 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 단자 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 단자를 포함하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 케이스는 외측 일면이 오목하게 만곡져 형성된 제1 만곡부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 케이스는 외측 다른 일면이 볼록하게 만곡져 형성된 제2 만곡부를 가지며, 상기 제1 만곡부와 상기 제2 만곡부는 같은 방향으로 굽어져 형성될 수 있다.
또한, 상기 케이스 내부에 복수 개의 상기 전극 조립체가 수용될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 전극 조립체는 상기 케이스 내에서 상기 제1 단자에서 상기 제2 단자로 향하는 방향으로 잇달아 배열되도록 수용될 수 있다.
또한, 상기 케이스는 제1 만곡부와 상기 제2 만곡부를 연결하는 연결부를 더 포함하고, 상기 전극 조립체는 제1 만곡부 및 제2 만곡부의 내부면 과 어느 하나의 연결부의 내부면에 접하여 상기 케이스의 내부공간에 밀착되어 수용될 수 있다.
또한, 상기 연결부는 라운드 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈은 제1 만곡부와 제2 만곡부를 갖는 케이스에 복수의 전극 조립체가 수용된 이차전지, 상기 이차전지는 복수 개가 서로 연결되되, 상기 제1 만곡부와 상기 제2 만곡부가 잇달아 배열되어 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 만곡부는 상기 이차전지의 외측 일면이 오목하게 만곡져 형성되고, 상기 제2 만곡부는 상기 이차전지의 외측 다른 일면이 볼록하게 만곡져 형성될 수 있다.
또한, 상기 케이스는 상기 제1 만곡부와 상기 제2 만곡부을 연결하는 연결부를 더 포함하고, 상기 복수 개의 이차전지는 상기 연결부와 맞닿아 연결될 수 있다.
또한, 상기 연결부는 라운드 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 이차전지는 고리형상을 이루어 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지에 따르면, 전극 조립체는 휘어지지 않고 권취된 채로 제1 및 제2 만곡부가 형성된 케이스 내에 복수 개로 수용됨으로써, 곡면을 갖는 전자기기의 형상에 부합하도록 제작이 가능하다.
또한, 권취된 전극 조립체가 케이스 내부에 제1 및 제2 만곡부 사이에 삽입될 때 고정 부재 없이도, 케이스 내부에 고정되는 이점을 갖게 되어 이차전지의 제작비가 절감되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제1 및 제2 만곡부가 형성된 케이스를 갖는 다수의 이차전지를 연결하여 이차전지 모듈을 형성하여 모터 주위 또는 풍력발전기 내에 설치할 때, 이차전지 모듈의 설치공간을 줄일 수 있어, 공간 활용 면에서 유리하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 이차전지(100)는 캡 플레이트(30)에 제1 단자(32) 및 제2 단자(34)가 결합된 캡 조립체와 연결되는 케이스(10)는 외측 일면에 오목하게 만곡져 형성된 제1 만곡부(12)와 다른 외측 일면에는 볼록하게 만곡져 형성된 제2 만곡부(14, 도 3에 도시함)를 포함하고, 케이스(10) 내부에는 복수개의 전극 조립체(20, 도 2에 도시함)를 포함 할 수 있다.
케이스(10)의 내부에 수용되는 전극 조립체(20)는 제1 전극과 세퍼레이터 및 제2 전극이 함께 권취된다. 전극 조립체(20)의 제1 전극과 제2 전극에는 각각 제1 전극탭(22) 및 제2 전극탭(24)이 부착되어 후술할 연결부재(40,42)를 통하여 각 전극 단자(32,34)와 전기적으로 연결된다. 전극 조립체(20)의 권취수는 전지 용량과, 케이스의 크기에 따라 정해진다.
케이스(10)의 제1 및 제2 만곡부(12,14)은 나란하게 배열되어 같은 방향으로 굽어져 형성된다. 따라서 이차전지(100)의 외형은 전체적으로 구부러진 구조이다. 이차전지(100)의 제1 및 제2 만곡부(12,14)의 만곡진 정도는 전자기기 등의 형상에 따라 변할 수 있다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 2를 참고하면, 본 실시예의 이차전지(100)에서는 2개의 전극 조립체(20)가 제1 단자(32)에서 제2 단자(34)로 향하는 방향으로 잇달아 배열되도록 케이스(10) 내부에 수용된다.
각 전극 조립체(20)의 좌측과 우측에는 제1 전극탭(22) 및 제2 전극탭(44)이 형성되어 있고, 각 전극 조립체(20)의 동일한 극성의 전극탭끼리 연결부재(40,42)로 연결되어 캡 조립체의 제1 및 제2 단자(32,34)에 연결된다.
전극 조립체(20)는 권취된 상태로 더 이상 휘어지지 않고 케이스(10)내부에 수용될 수 있다. 전극 조립체(20)가 구부러져 케이스(10)에 수용되는 경우에는 전극 조립체(20)의 상면과 하면에 서로 길이차이가 발생하고 길이가 줄어든 하면에는 응력이 작용하고 간격이 좁아져서 충전과 방전을 거듭할수록 열화가 발생할 수 있다. 이렇게 열화가 발생하게 되면, 수명이 단축되는 문제가 발생하며, 구부러진 집전체에서 활물질이 탈락할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 경우처럼, 만곡부를 갖는 케이스(10) 내부에 복수의 전극 조립체(20)는 권취된 상태로 더 이상 휘어지지 않고 수용됨으로써, 앞서 열거한 전극 조립체(20)가 구부러져 수용될 경우 예상 되는 상기의 문제점을 해결 할 수 있다.
도 3은 도 1의 III-III선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3을 참조하면, 캡 조립체의 제1 단자(32)에서 제2 단자(34) 방향으로 잇달아 배열된 전극 조립체(20)는 케이스(10) 제1 및 제2 만곡부(12,14)의 내부면에 접하면서 케이스(10)의 내부공간을 따라 배열된다. 또한, 전극 조립체(20)는 서로 이격 되어 수용될 수 있다.
케이스(10)는 제1 및 제2 만곡부(12,14)를 연결하는 연결부(50,52)를 더 포함할 수 있다. 연결부는 라운드 형상으로 이루어질 수 있다. 케이스(10) 내부에서 2개의 전극 조립체(20)의 유동을 방지하기 위해 각 전극 조립체(20)는 케이스(10)의 제1 만곡부(12) 및 제2 만곡부(14)의 내부면과 어느 하나의 연결부(50,52)의 내부면과 접하여 내부 공간에 밀착될 수 있다. 이때, 전극 조립체(20)는 케이스(10) 내부에서 단단히 고정될 수 있다. 전극 조립체(20)가 케이스(10)의 내부면에 밀착되어 고정되는 구조이므로, 별도의 고정 부재 없이도 고정될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(20)가 케이스(10) 내부에 제1 만곡부(12) 및 제2 만곡부(14) 사이에 삽입될 때 별도의 고정 부재 없이 케이스(10) 내부에 고정되는 이점을 갖게 된다. 이로 인하여 고정 부재들을 절감하여 전지의 제작비가 절감되는 효과를 얻을 수 있다.
각 제1 전극탭(22)을 연결하는 연결부재(40)는 케이스(10)의 오목하게 만곡져 형성된 제1 만곡부(12)를 따라 제1 전극 단자(32)와 연결될 수 있다. 또한, 각 제2 전극탭(24)을 연결하는 연결부재(42)는 케이스(10)의 볼록하게 만곡져 형성된 제2 만곡부(14)를 따라 제2 전극 단자(34)와 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 제1 만곡부(12) 및 제2 만곡부(14)을 포함하는 복수개의 이차전지(100)가 연결되어 이차전지 모듈(200)을 구성할 수 있다.
제1 만곡부(12)는 이차전지(100)의 외측 일면에 오목하게 만곡져 형성되고, 제2 만곡부(14)는 이차전지(100)의 외측 다른 일면에 볼록하게 만곡져 형성될 수 있다. 또한, 이차전지(100)의 제1 만곡부(12)와 제2 만곡부(14)의 양측은 라운드 형상으로 이루어진 연결면(50,52)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 이차전지 모듈(200)에서, 서로 다른 이차전지(100)의 제1 만곡부(12)와 제2 만곡부(14)는 잇달아 배열될 수 있다. 예를 들면, 서로 다른 이차전지(100)의 제1 만곡부(12)끼리 인접하게 되면, 이차전지 모듈(200)의 형상은 폐곡면을 형성하게 되어 고리형상이 될 수 있다.
복수 개의 이차전지(100)는 연결부(50,52)가 인접하여 맞닿아 각 전극 단자(32,34)에 버스바(bus-bar, 45)로 연결된다.
이차전지 모듈(200)의 크기 및 수량은 사용자의 요구사항에 따라 마련할 수 있어, 3개의 이차전지(100)를 연결하는 것에 제한 되지 않는다. 즉 인접한 서로 다른 이차전지(100)의 제1 단자(32)와 제2 단자(34)를 연결함으로써, 직렬연결 할 수 있다.
예를 들면, 모터에 본 실시예에 따른 이차전지 모듈(200)을 적용하면, 모터의 본체를 이차전지 모듈(200)이 감싸며 설치 될 수 있다. 이를 통해 모터와 일체형처럼 보일 수 있어 외형적인 심미감을 높일 수 있고, 이차전지 모듈(200)을 위한 별도의 공간이 불필요해지므로, 공간 활용 면에서 유리한 점을 갖게 된다. 또한, 충전 및 방전이 가능한 이차전지가 모터와 근접하게 설치되어 거리가 멀어 발생되는 손실을 줄일 수 있는 부수적인 효과를 얻게 되고, 유지보수 시에도 매우 유리하다.
다른 예로, 풍력발전기의 허브 등에 본 실시예에 따른 이차전지 모듈(200)을 설치하면, 풍력발전기가 정지 상태일 때 이차전지 모듈(200)은 풍력발전기의 나셀(nacelle)에 필요 전원을 공급하고, 풍력발전기가 작동 상태일 때에는 발전기를 통해 생산된 전기를 저장하는 용도로 사용될 수 있다. 이차전지는 풍력발전기의 회전 축 주위 등에 설치가 가능하므로, 나셀 내에 이차전지 모듈(200) 설치를 위한 공간이 불필요 하여, 공간 활용 면에서 유리한 효과를 발생 시킬 수 있다.
또한, 다른 예로, 자동차의 바퀴의 외주면을 따라 본 실시예에 따른 이차전지 모듈(200)을 설치하게 되면, 종래의 전기자동차 또는 하이브리드 자동차 본체에 수용된 이차전지의 수용공간이 불필요하게 되어, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 내부 설계가 용이해지는 효과를 발생 시킬 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10 : 케이스 12 : 제1 만곡부 14 : 제2 만곡부
20 : 전극 조립체 22 : 제1 전극탭 24 : 제2 전극탭
30 : 캡 플레이트 32 : 제1 단자 34 : 제2 단자
40,42 : 연결부재 45 : 버스바 50,52 : 연결부
100 : 이차전지 200 : 이차전지 모듈

Claims (11)

  1. 제1 전극 및 제2 전극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 귄취된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수용되는 케이스; 및
    상기 케이스에 결합되어 상기 케이스의 일측 개구를 밀봉하는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 설치되며 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 단자 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 단자를 포함하는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 케이스는 외측 일면이 오목하게 만곡져 형성된 제1 만곡부를 가지며,
    상기 전극 조립체는 상기 케이스 내부에 수용되는 제1전극 조립체와 제2전극 조립체를 포함하고,
    상기 제1전극 조립체와 상기 제2전극 조립체 각각은 제1전극탭과 제2전극탭을 포함하며,
    상기 제1단자는 상기 제1전극 조립체와 상기 제2전극 조립체의 상기 제1전극탭들에 연결되고,
    상기 제2단자는 상기 제1전극 조립체와 상기 제2전극 조립체의 상기 제2전극탭들에 연결되는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 외측 다른 일면이 볼록하게 만곡져 형성된 제2 만곡부를 가지며, 상기 제1 만곡부와 상기 제2 만곡부는 같은 방향으로 굽어져 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수 개의 전극 조립체는 상기 케이스 내에서 상기 제1 단자에서 상기 제2 단자로 향하는 방향으로 잇달아 배열되도록 수용되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 케이스는 제1 만곡부와 상기 제2 만곡부를 연결하는 연결부를 더 포함하고, 상기 전극 조립체는 제1 만곡부 및 제2 만곡부의 내부면 과 어느 하나의 연결부의 내부면에 접하여 상기 케이스의 내부공간에 밀착되어 수용되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연결부는 라운드 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제1 만곡부와 제2 만곡부를 갖는 케이스에 복수의 전극 조립체가 수용되며, 제1항, 제2항, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 이차전지;
    상기 이차전지는 복수 개가 서로 연결되되, 상기 제1 만곡부와 상기 제2 만곡부가 잇달아 배열되어 연결되는 이차전지 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 만곡부는 상기 이차전지의 외측 일면이 오목하게 만곡져 형성되고, 상기 제2 만곡부는 상기 이차전지의 외측 다른 일면이 볼록하게 만곡져 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 제1 만곡부와 상기 제2 만곡부을 연결하는 연결부를 더 포함하고,
    상기 복수 개의 이차전지는 상기 연결부와 맞닿아 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 연결부는 라운드 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수 개의 이차전지는 고리형상을 이루어 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
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