KR102496391B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 전극 조립체가 상하 방향에서의 충격에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 내부에 수용 공간을 구비한 케이스; 상기 케이스에 실장되고 복수개로 구비된 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 단자부; 및 상기 케이스를 밀봉하고, 상기 단자부를 외부로 노출시키는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 전극 조립체와 단자부의 사이에 위치하고, 상기 캡 플레이트에 대해 힌지 결합된 절연 플레이트를 더 포함하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명은 전극 조립체가 상하 방향에서의 충격에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있는 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 외부로 인출하는 전극단자를 포함한다.
최근 들어, 고용량 전지를 형성하기 위한 노력들이 지속되어 왔으며, 특히 전극 조립체의 무지부로부터 멀티 탭을 형성하는 기술이 개발되었다. 그러나, 이러한 멀티 탭은 두께로 인하여 용접시 불량이 발생하거나 구조적으로 취약한 문제를 갖는다.
본 발명은 전극 조립체가 상하 방향에서의 충격에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 내부에 수용 공간을 구비한 케이스; 상기 케이스에 실장되고 복수개로 구비된 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 단자부; 및 상기 케이스를 밀봉하고, 상기 단자부를 외부로 노출시키는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 전극 조립체와 단자부의 사이에 위치하고, 상기 캡 플레이트에 대해 힌지 결합된 절연 플레이트를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 절연 플레이트는 상기 캡 플레이트에 대해 폭 방향에서 유동될 수 있도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 단자부의 상부를 커버하고 적어도 일측에 결합홀을 구비하는 가스켓을 더 포함하고, 상기 절연 플레이트는 적어도 일측에 후크부가 형성되어 상기 결합홀과 체결될 수 있다.
또한, 상기 결합홀의 높이는 상기 후크부의 높이에 비해 크도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 결합홀의 내부에서 상기 후크부는 상하 방향으로 유동 가능하도록 결합될 수 있다.
또한, 상기 후크부는 상기 결합홀의 내부에서 상기 절연 플레이트의 폭 방향으로 힌지 동작을 수행할 수 있다.
또한, 상기 후크부는 상기 결합홀을 관통하여 상기 가스켓의 내측 영역까지 연장되어 결합될 수 있다.
또한, 상기 절연 플레이트는 길이 방향을 기준으로 양 가장자리에 수직하게 형성된 지지부를 형성하고, 상기 후크부는 상기 지지 영역의 내측을 향해 돌출되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 후크부는 상기 지지 영역의 중앙 영역에 형성될 수 있다.
또한, 상기 후크부는 상기 지지 영역으로부터 돌출된 돌출부 및 상기 돌출부의 단부에 형성된 체결부를 포함하고, 상기 체결부의 두께는 상기 돌출부의 두께에 비해 두껍게 형성될 수 있다.
또한, 상기 가스켓의 체결홀의 높이는 상기 돌출부의 두께보다 크고, 상기 체결부의 두께보다 작도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트는 하면의 적어도 일측에 상기 케이스의 수용 공간을 향하는 방향으로 돌출된 돌기를 포함하고, 상기 절연 플레이트는 상기 돌기에 대응되는 영역에 오목하게 형성된 결합홈을 더 포함하여 힌지 결합될 수 있다.
또한, 상기 돌기는 상기 캡 플레이트의 길이 방향을 기준으로 양 가장자리 또는 중앙 영역에 형성될 수 있다.
또한, 상기 돌기는 단부가 원뿔형, 곡면 또는 다면체 중 선택된 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체가 결합되는 절연 플레이트에 돌출부를 형성하고, 돌출부가 캡 플레이트에 고정된 가스켓의 결합홀과 결합되도록 하여, 절연 플레이트가 돌출부를 중심으로 힌지 동작을 하도록 함으로써, 전극 조립체의 균형을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 전극 조립체가 캡 플레이트와 결합된 상태를 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 절연 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 절연 플레이트를 도시한 정면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트와 절연 플레이트가 결합된 상태를 도시한 측면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 전극 조립체가 캡 플레이트와 결합된 상태를 도시한 것이다. 도 4는 도 1의 A-A'선 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 절연 플레이트를 도시한 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 절연 플레이트를 도시한 정면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 케이스(110), 상기 케이스(110)에 내장되는 전극 조립체(120), 상기 케이스(110)를 밀봉하는 캡 플레이트(130), 상기 전극 조립체(120)에 전기적으로 연결되는 전극 단자(140, 145), 상기 전극 단자(141, 145)와 캡 플레이트(130)의 사이에 위치하는 가스켓(150, 155), 상기 전극 단자(140, 145)와 전극 조립체(120)의 사이에 위치하는 절연 플레이트(160), 상기 절연 플레이트(160)에 형성되어 상기 전극 단자(141, 145)와 전극 조립체(120) 사이의 연결 경로를 형성하는 리드 탭(170, 171), 상기 캡 플레이트(130)의 상부에 형성된 절연 부재(180, 181) 및 단자 플레이트(190, 191)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(110)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(120)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 상기 케이스(110)가 상기 캡 플레이트(130)와 접하는 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다.
상기 케이스(110)의 내면은 기본적으로 절연 처리되어, 내부에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 경우에 따라, 상기 전극 조립체의 일 전극이 상기 캡 플레이트(130)를 통해 상기 케이스(110)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이 경우에도 케이스(110) 내부의 절연 처리에 의해 내부적인 전기적 단락은 방지된다.
상기 전극 조립체(120)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판, 세퍼레이터 및 제 2 전극판의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판은 양극으로서 동작할 수 있으며, 제 2 전극판은 음극으로서 동작할 수 있다. 물론, 당업자의 선택에 따라 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판은 서로 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 제 1 전극판은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 1 전극 무지부를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부는 제 1 전극판과 외부 간의 전류 흐름의 통로를 제공한다. 한편, 상기 제 1 전극판의 재질로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제 1 전극판의 무지부는 제 1 집전 탭(121)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 집전 탭(121)은 다수개로 구비되어 상기 제 1 전극 무지부로부터 돌출되도록 형성되며, 상기 제 1 집전 탭(121)은 상기 제 1 전극판이 권취될 때 일정한 위치에서 형성되어 중첩될 수 있도록 형성된 멀티 탭 구조를 형성한다. 이를 위해, 상기 제 1 전극판은 다수의 제 1 집전 탭(121)들을 기설정된 거리로 이격시켜서 배치한 상태에서 권취될 수 있다. 상기 제 1 집전 탭(121)은 상기 제 1 전극판에 일체로 형성된 구조를 갖고, 권취된 제 1 전극판 각각으로부터 인출되기 때문에 상기 전극 조립체(120)로부터의 집전 효율을 높일 수 있는 장점을 갖는다. 다만, 상기 제 1 집전 탭(121)은 당업자의 선택에 따라 상기 제 1 전극판과 별도의 부재를 통해 형성되는 것도 가능하다.
상기 제 2 전극판은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부를 포함한다.
또한, 상기 제 2 전극판의 무지부로부터 상기 제 1 집전 탭(121)과 대응되도록 제 2 집전 탭(122)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 집전 탭(122) 역시 상기 제 2 전극판에 이격된 다수개로 배열된 상태에서, 상기 제 2 전극판을 권취함으로써 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 제 1 전극판과 제 2 전극판의 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 수행한다. 상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 세퍼레이터의 재질로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(120) 전해액과 함께 상기 케이스(110)에 수납된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다. 상기 제 1 집전 탭(121) 및 제 2 집전 탭(122)은 상기 리드 탭(170, 171)과 전기적으로 연결된다. 비록 도 2에서는 설명을 위해 상기 집전 탭(121, 122)이 수직하게 연장되어 있는 상태로 도시되어 있으나, 보다 구체적으로는 두 개의 전극 조립체(120)에 대해 상기 집전 탭(121, 122)을 상기 리드 탭(170, 171)에 초음파 용접한 이후, 그 하부에 상기 절연 플레이트(160)를 삽입하고, 상기 집전 탭(121, 122)을 대략 90도로 벤딩하여, 도 3 및 도 4와 같은 구조를 완성하게 된다.
상기 캡 플레이트(130)는 판상으로 구비되어, 상기 케이스(110)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(110)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(130)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(110)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(130)는 전기적으로 독립하거나, 경우에 따라 상기 제 1 집전 탭(121) 또는 제 2 집전 탭(122) 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 캡 플레이트(130)는 상기 제 1 집전 탭(121)과 전기적으로 연결될 수 있고, 이 때 상기 캡 플레이트(130) 및 케이스(110)는 이와 동일한 제 1 극성을 갖게 되며, 물론 상기 캡 플레이트(130)가 상기 제 2 집전 탭(122)와 전기적으로 연결되는 것도 가능하다.
상기 캡 플레이트(130)는 대략 중앙에 타 영역에 비해 얇은 두께로 형성된 안전 벤트(131)를 포함한다. 상기 안전 벤트(131)는 내부의 압력이 기설정된 압력에 비해 높은 경우, 타 영역에 비해 먼저 개방되어 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)가 폭발하는 것을 방지한다.
또한, 상기 캡 플레이트(130)는 적어도 일측에 전해액을 주입하기 위해 주입구(132)를 구비한다. 상기 주입구(132)를 통해 내부로 전해액이 주입되며, 그 이후 상기 주입구(132)는 주입 마개(135)에 의해 밀봉된다.
또한, 상기 캡 플레이트(130)는 양측에 각각 전극 단자(140, 145)가 관통되기 위한 관통홀(133, 134)을 포함한다. 상기 관통홀(133, 134)를 통해 상기 전극 단자(140, 145)가 상기 캡 플레이트(130)의 상부로 노출되어, 상기 단자 플레이트(190, 191)에 연결될 수 있다.
상기 전극 단자(140, 145)는 상기 전극 조립체(120)의 제 1 집전 탭(121) 및 제 2 집전 탭(122) 각각에 대해 전기적으로 연결된다. 상기 전극 단자(140, 145) 중 제 1 전극 단자(140)는 상기 제 1 집전탭(121)에 연결된 리드 탭(170)과 결합되고, 제 2 전극 단자(145)는 제 2 집전탭(122)에 연결된 리드 탭(171)과 결합될 수 있다. 그리고 여기서, 상기 결합의 방식은 초음파 용접을 이용할 수 있다.
상기 제 1 전극 단자(140)는 상기 리드 탭(170)과 결합되기 위한 바디부(141), 상기 바디부(141)로부터 수직 방향으로 돌출된 단자부(142)를 포함한다. 그리고 상기 단자부(142)는 상기 캡 플레이트(130)의 외부로 노출되는 높이로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극 단자(145) 역시 상기 제 1 전극 단자(140)에 대응되도록 바디브(146)와 단자부(147)를 포함한다.
상기 가스켓(150, 155)은 상기 전극 단자(140, 145)와 캡 플레이트(130)의 사이에 위치한다. 상기 가스켓(150, 155)은 상기 전극 단자(140, 145)의 바디부(141, 146)를 커버하도록 형성되고, 상기 단자부(142, 147)에 의해서는 관통된다. 상기 가스켓(150, 155)은 평탄하게 형성된 플레이트부(151, 156)와, 상기 플레이트부(151, 156)로부터 수직 방향으로 아래를 향해 형성된 커버부(152, 157), 상기 플레이트부(151, 156)로부터 수직 방향으로 상부를 행해 형성된 밀봉부(153, 158)를 포함한다.
그 중에서, 상기 커버부(152, 157)는 상기 전극 단자(140, 145)의 바디부(141, 146)를 측면에서 커버한다. 또한, 상기 커버부(152, 157)는 내측에 결합홀(152a, 158a)을 포함한다. 상기 결합홀(152a, 158a)는 상기 커버부(152, 157)의 가장 바깥면에 형성되며, 상기 바깥면의 수평 방향을 기준으로 중앙 영역에 형성된다. 상기 결합홀(152a, 158a)에는 후술할 상기 절연 플레이트(160)의 후크부(163)가 결합되어, 상기 가스켓(150, 155)과 상기 절연 플레이트(160)가 결합된 상태를 유지할 수 있다. 또한, 상기 결합홀(152a, 158a)의 높이는 상기 절연 플레이트(160)의 후크부(163)의 높이에 비해 크게 설정되어, 상기 후크부(163)는 상기 결합홀(152a, 158a)의 내부에서 상하 방향으로 유동될 수 있다. 따라서, 상기 후크부(163)를 통해 상기 가스켓(151, 155) 및 캡 플레이트(130)에 결합된 상기 전극 조립체(120)는 상기 후크부(163)를 기준으로 상하 방향으로 유동될 수 있다. 이에 따라, 상기 전극 조립체(120)가 복수개로 구비된 경우, 전극 조립체(120)가 상기 후크부(163)를 힌지(hinge)로서 이용하게 되어, 상호간에 높이 밸런스를 맞출 수 있다.
상기 밀봉부(153, 158)는 상기 캡 플레이트(130)의 관통홀(133, 134)을 관통하여 형성된다. 또한, 상기 밀봉부(153, 158)는 내부에 홀을 통해 상기 전극 단자(140, 145)의 단자부(142, 147)에 의해 관통되고, 상기 밀봉부(154, 159)는 상기 단자부(142, 147)를 커버하면서 상기 캡 플레이트(130)의 관통홀(133, 134)을 관통한다. 따라서, 상기 전극 단자(140, 145)의 단자부(142, 147)는 상기 캡 플레이트(130)로부터 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 절연 플레이트(160)는 상기 전극 단자(140, 145)와 전극 조립체(120)의 사이에 위치한다. 상기 절연 플레이트(160)는 상기 전극 조립체(120)를 보호하며, 특히 상기 캡 플레이트(130)가 내부로 변형되는 경우 상기 전극 조립체(120)가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 절연 플레이트(160)는 상기 케이스(110)의 내부에서 상기 전극 조립체(120)의 위치를 고정시키고, 전기적으로 상기 캡 플레이트(130)와 독립시킬 수 있다. 또한, 별도로 도시하지는 않았지만, 상기 절연 플레이트(160) 외에도 상기 전극 단자(140, 145)의 상부에 추가적인 절연 플레이트가 더 형성되어 절연성을 높이는 것도 가능하다.
상기 절연 플레이트(160)는 양측 가장자리에 플레이트로 형성된 한 쌍의 플레이트 영역(161), 상기 플레이트 영역(161)의 길이 방향에서의 각 단부에 돌출되어 형성된 한 쌍의 지지 영역(162), 상기 플레이트 영역(161)의 길이 방향을 따라 배열된 두 쌍의 후크부(163), 상기 플레이트 영역(161)의 사이에 위치하며 상기 플레이트 영역(161)의 경사면(161a)에 연결되어 상기 플레이트(161)에 비해 더 높게 형성되는 중앙 영역(164)을 포함한다.
여기서, 상기 지지 영역(162)은 상기 후크부(163)가 상기 가스켓(150, 155)에 체결될 수 있는 높이로 형성되어, 상기 절연 플레이트(160)의 위치를 상기 캡 플레이트(130)와 전극 조립체(120)의 사이로 고정시킨다.
상기 후크부(163)는 상기 지지 영역(162)의 내측으로 돌출되어 형성된다. 또한, 상기 후크부(163)는 상기 가스켓(150, 155)의 결합홀(152a, 157a)에 체결된다. 이 때, 상기 후크부(163)는 돌출부(163a) 및 상기 돌출부(163a)의 단부에 형성된 체결부(163b)를 구비한다. 상기 체결부(163b)는 상기 돌출부(163a)에 비해 더 두꺼운 두께를 갖도록 형성되어, 일단 상기 체결부(163b)가 상기 결합홀(152a, 157a)을 관통하여 삽입된 이후에는 상기 체결부(163b)가 빠지지 않을 수 있다. 이를 위해, 상기 결합홀(152a, 157a)의 높이는 상기 돌출부(163a)의 두께보다는 높고, 상기 체결부(163b)의 두께보다는 작을 수 있다.
상기 후크부(163)는 상기 결합홀(152a, 157a)을 관통하는 형태로 결합되며, 상기 결합홀(152a, 157a)의 내부에서 상하 방향으로 유동될 수 있다. 따라서, 상기 절연 플레이트(160)는 상기 가스켓(150, 155)에 결합된 상태로, 상기 캡 플레이트(130)의 하측에 매달리는 형태로 유지될 수 있다. 따라서, 상기 절연 플레이트(160)는 상기 후크부(163)를 힌지 중심으로 수직 방향에서 동작하여, 상기 전극 조립체(120)의 균형을 유지할 수 있다.
또한, 이 경우, 상기 절연 플레이트(160)의 길이는 상기 케이스(110)의 수용홈의 길이와 대략 비슷하게 설정되어 있기 때문에, 상기 절연 플레이트(160)는 수평 방향에서는 위치가 고정된다. 따라서, 상기 절연 플레이트(160)의 유동에 의해 상기 절연 플레이트(160) 및 전극 조립체(120)가 상기 가스켓(150, 155)과 분리되는 것이 방지될 수 있다.
상기 중앙 영역(164)은 상기 경사면(161a)에 의해 상기 플레이트 영역(161)에 비해 높게 위치하며, 이에 따라 상기 전극 조립체(120)에 형성된 집전 탭(121, 122)의 절곡된 높이에 대응된다. 보다 구체적으로, 상기 집전 탭(121, 122)은 상단부가 상기 절연 플레이트(160)의 외부로부터 내부를 향하는 방향으로 대략 90도로 절곡되고, 이 상태에서 상기 절연 플레이트(160)에 형성된 리드 탭(170, 171)와 초음파 용접된다. 따라서, 상기 집전 탭(121, 122)은 상기 전극 조립체(120)의 타 영역에 비해 높은 위치에서 상기 리드 탭(170, 171)과 결합된 상태를 유지하여야 하기 때문에, 상기 중앙 영역(164)이 상기 플레이트 영역(161)에 비해 높게 위치하여 이러한 높이 차이를 보정할 수 있다. 또한, 상기 중앙 영역(164)에는 상기 캡 플레이트(130)의 안전 벤트(131)에 대응되는 위치에 벤트 홀(164a), 상기 주입구(132)에 대응되는 위치에 주입 홀(164b)이 형성될 수 있다.
상기 리드 탭(170, 171)은 한 쌍으로 구비되어 상기 절연 플레이트(160)의 상부에 형성된다. 상기 리드 탭(170, 171)은 상기 절연 플레이트(160)의 플레이트 영역(161)으로부터 경사면(161a)을 따라 상기 중앙 영역(164)까지 연장되어 형성된다. 상기 리드 탭(170, 171)은 상기 중앙 영역(164)의 위치의 일단부가 절곡된 집전 탭(121, 122)와 용접되어 결합한다. 따라서, 상기 리드 탭(170, 171)은 각각 상기 집전 탭(121, 122)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 리드 탭(170, 171)은 상기 플레이트 영역(161)에 위치한 타단부가 상기 전극 단자(140, 141)의 바디부(141)에 용접되어 결합된다. 따라서, 상기 리드 탭(170, 171)으로 인해, 상기 집전 탭(121, 122)과 전극 단자(140, 141) 사이의 전기적 경로가 형성된다.
상기 절연 부재(180, 181)는 상기 캡 플레이트(130)의 상부에 형성된다. 상기 절연 부재(180, 181)는 상기 캡 플레이트(130)를 상기 단자 플레이트(190, 191)와 각각 절연시킨다. 또한, 상기 절연 부재(180, 181)는 내부에 관통홀을 통해 상기 가스켓(150)의 밀봉부(153, 158)와 상기 전극 단자(140)의 단자부(142, 147)에 의해 관통된다.
또한, 별도로 도시하지는 않았지만, 당업자의 선택에 따라, 상기 절연 부재(180, 181)의 하면에 체결 돌기가 더 형성되고, 상기 캡 플레이트(130)에 이와 결합되는 체결홈이 더 형성되어, 상기 절연 부재(180, 181)가 상기 캡 플레이트(130)와 고정된 상태를 유지할 수 있도록 하는 것도 가능하다.
상기 단자 플레이트(190, 191)는 상기 절연 부재(180, 181)의 상부에 형성된다. 상기 단자 플레이트(190, 191)는 관통홀을 통해 노출된 상기 전극 단자(140)의 단자부(142, 147)에 결합된다. 여기서, 상기 단자부(142, 147)는 리벳팅 또는 용접을 통해 상기 단자 플레이트(190, 191)와 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 전극 조립체(120)의 전극판은 상기 단자 플레이트(190, 191)를 통해 외부와 충방전 동작을 수행할 수 있다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(120)가 결합되는 절연 플레이트(160)에 돌출부(163)을 형성하고, 돌출부(163)가 캡 플레이트(130)에 고정된 가스켓(150, 155)의 결합홀(152a, 157a)과 결합되도록 하여, 절연 플레이트(160)가 돌출부(163)를 중심으로 힌지 동작을 하도록 함으로써, 전극 조립체(120)의 균형을 유지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트와 절연 플레이트가 결합된 상태를 도시한 측면도이다. 앞선 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 케이스(110), 상기 케이스(110)에 내장되는 전극 조립체(120), 상기 케이스(110)를 밀봉하는 캡 플레이트(230), 상기 전극 조립체(120)에 전기적으로 연결되는 전극 단자(140, 145), 상기 전극 단자(141, 145)와 캡 플레이트(230)의 사이에 위치하는 가스켓(250, 255), 상기 전극 단자(140, 145)와 전극 조립체(120)의 사이에 위치하는 절연 플레이트(260), 상기 절연 플레이트(160)에 형성되어 상기 전극 단자(141, 145)와 전극 조립체(120) 사이의 연결 경로를 형성하는 리드 탭(170, 171), 상기 캡 플레이트(130)의 상부에 형성된 절연 부재(180, 181) 및 단자 플레이트(190, 191)를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(230)는 상기 케이스(110)에 의해 커버되는 하면 영역 중에서, 길이 방향에서의 양 가장자리에 형성된 한 쌍의 돌기(236)를 포함한다. 상기 돌기(236)는 상기 캡 플레이트(230)의 폭을 기준으로 보면, 중앙 영역에 형성된다. 상기 돌기(236)는 상기 캡 플레이트(230)의 하면으로부터 상기 케이스(110)의 내부를 향하는 방향으로 돌출되어 형성되며, 그 단부가 원뿔 형상을 갖도록 연마되어 있다. 다만, 상기 돌기(236)의 단부 형상은 당업자의 선택에 따라 달라질 수 있으며, 곡면을 갖거나 다면체의 형상을 갖도록 구비되는 것도 가능하다. 상기 돌기(236)는 상기 절연 플레이트(260)의 돌출된 지지 영역(262)과 접촉되도록 결합되며, 이에 따라 상기 지지 영역(262)에 대한 힌지 중심축을 형성하게 된다. 따라서, 상기 전극 조립체(120)의 유동에 따라 전극 조립체(120)간 불균형이 발생되는 경우, 상기 절연 플레이트(260)는 상기 돌기(236)를 중심으로 힌지 동작하여 상기 전극 조립체(120)간 불균형을 해소할 수 있다.
상기 가스켓(250, 255)은 플레이트부(151, 156)와, 상기 플레이트부(151, 156)로부터 수직 방향으로 아래를 향해 형성된 커버부(252, 257), 상기 플레이트부(151, 156)로부터 수직 방향으로 상부를 행해 형성된 밀봉부(153, 158)를 포함한다.
그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)에서 상기 절연 플레이트(260)에 별도의 후크가 형성되지 않기 때문에, 상기 커버부(252, 257)는 측면에 별도의 결합홀을 구비하지 않는다. 상기 가스켓(250, 255)의 형상은 결합홀의 부재 이외에는 앞서 설명한 실시예에서의 구조와 동일하다.
상기 절연 플레이트(260)는 플레이트 영역(161), 상기 플레이트 영역(161)의 길이 방향에서의 각 단부에 돌출되어 형성된 한 쌍의 지지 영역(262), 상기 플레이트 영역(161)의 사이에 위치하며 상기 플레이트 영역(161)의 경사면(161a)에 연결되어 상기 플레이트(161)에 비해 더 높게 형성되는 중앙 영역(164)을 포함한다.
상기 지지 영역(262)은 상기 플레이트 영역(161)의 길이 방향을 중심으로 양 가장자리에 한 쌍으로 형성된다. 또한, 상기 지지 영역(262)은 각각 상기 플레이트 영역(161)의 폭 방향을 중심으로 볼 때, 도 9에 도시된 것과 같이 오목하게 형성된 결합홈(262a)을 구비한다.
상기 결합홈(262a)은 상기 캡 플레이트(230)의 돌기(236)과 접촉하도록 배치되며, 바람직하게는 각 결합홈(262a)에 대해 상기 돌기(236)가 1점 지지되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연 플레이트(260)는 상기 전극 단자(140, 141)를 통해 상기 캡 플레이트(230)에 매달린 형태이기 때문에, 상기 절연 플레이트(260)의 결합홈(262a)과 상기 캡 플레이트(230)의 돌기(262)의 사이에서의 결합 구조로 인해 상기 절연 플레이트(260)는 상하 방향으로 힌지 동작을 할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 상기 전극 조립체(120)간 유동으로 불균형이 발생하는 경우, 상기 절연 플레이트(260)의 힌지 동작을 통해 불균형을 해소할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 케이스(110), 상기 케이스(110)에 내장되는 전극 조립체(120), 상기 케이스(110)를 밀봉하는 캡 플레이트(330), 상기 전극 조립체(120)에 전기적으로 연결되는 전극 단자(140, 145), 상기 전극 단자(141, 145)와 캡 플레이트(230)의 사이에 위치하는 가스켓(250, 255), 상기 전극 단자(140, 145)와 전극 조립체(120)의 사이에 위치하는 절연 플레이트(360), 상기 절연 플레이트(160)에 형성되어 상기 전극 단자(141, 145)와 전극 조립체(120) 사이의 연결 경로를 형성하는 리드 탭(170, 171), 상기 캡 플레이트(130)의 상부에 형성된 절연 부재(180, 181) 및 단자 플레이트(190, 191)를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(330)는 길이 방향 및 폭 방향의 중앙 영역에 하부로 돌출된 돌기(336)를 구비한다. 상기 돌기(336)는 하부에 결합된 상기 절연 플레이트(360)에 대해 폭 방향 및 길이 방향 모두에서 힌지 동작의 중심축으로 동작한다. 상기 돌기(336)는 하부가 원뿔형으로 도시되어 있으나, 앞선 실시예와 마찬가지로 곡면 또는 다면체의 형상을 갖도록 형성되는 것도 가능하다.
상기 절연 플레이트(360)는 플레이트 영역(161), 지지 영역(362), 중앙 영역(164) 및 상기 중앙 영역(164)으로부터 상부로 돌출된 돌출 영역(365)을 포함한다.
상기 지지 영역(362)은 앞서 설명한 실시예의 이차 전지(200)에서의 지지 영역(262)과 유사하며, 다만 별도로 결합홈을 구비하지 않는 차이점이 있다. 이것은 상기 캡 플레이트(330)의 돌기(336)가 상기 절연 플레이트(360)의 중앙에 위치하고 있기 때문이다.
상기 돌출 영역(365)는 상기 중앙 영역(164)로부터 일체로 또는 별도의 부재를 통해 일정 부분 돌출되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 돌출 영역(365)은 내부에 오목하게 형성된 결합홈(365a)을 포함한다. 상기 결합홈(365a)은 상기 캡 플레이트(330)의 돌기(336)와 접촉하도록 결합되어, 상기 돌기(336)를 중심으로 힌지 동작을 수행할 수 있다. 다만, 상기 절연 플레이트(360)가 충분한 두께로 형성된다면, 상기 돌출 영역(365)은 별도로 구비되지 않고, 상기 중앙 영역(164)에 직접 상기 결합홈(365a)이 형성되는 것도 가능하다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 200, 300; 이차 전지 110; 케이스
120; 전극 조립체 130, 230, 330; 캡 플레이트
140, 145; 전극 단자 150, 155; 가스켓
152a, 157a; 결합홀 160, 260, 360; 절연 플레이트
161; 플레이트 영역 162, 262, 362; 지지 영역
163; 후크부 163a; 돌출부
163b; 체결부 164; 중앙 영역
365; 돌출 영역 262a, 365a; 결합홈
170, 171; 리드 탭 180, 181; 절연 부재
190, 191; 단자 플레이트 236, 336; 돌기

Claims (14)

  1. 내부에 수용 공간을 구비한 케이스;
    상기 케이스에 실장되고 복수개로 구비된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 단자부; 및
    상기 케이스를 밀봉하고, 상기 단자부를 외부로 노출시키는 캡 플레이트를 포함하고,
    상기 전극 조립체와 단자부의 사이에 위치하고, 상기 캡 플레이트에 대해 힌지 결합된 절연 플레이트를 더 포함하고,
    상기 단자부의 상부를 커버하고 적어도 일측에 결합홀을 구비하는 가스켓을 더 포함하고,
    상기 절연 플레이트는 적어도 일측에 후크부가 형성되어 상기 결합홀과 체결되며,
    상기 캡 플레이트는 하면의 적어도 일측에 상기 케이스의 수용 공간을 향하는 방향으로 돌출된 돌기를 포함하고,
    상기 절연 플레이트는 상기 돌기에 대응되는 영역에 오목하게 형성된 결합홈을 더 포함하여, 상기 돌기가 상기 결합홈에 접촉된 상태를 유지하여 상기 절연 플레이트가 상기 돌기를 중심으로 유동하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 플레이트는 상기 캡 플레이트에 대해 폭 방향에서 유동될 수 있도록 형성된 이차 전지.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합홀의 높이는 상기 후크부의 높이에 비해 크도록 설정된 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합홀의 내부에서 상기 후크부는 상하 방향으로 유동 가능하도록 결합된 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 후크부는 상기 결합홀의 내부에서 상기 절연 플레이트의 폭 방향으로 힌지 동작을 수행하는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 후크부는 상기 결합홀을 관통하여 상기 가스켓의 내측 영역까지 연장되어 결합된 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 플레이트는 길이 방향을 기준으로 양 가장자리에 수직하게 형성된 지지 영역을 형성하고, 상기 후크부는 상기 지지 영역의 내측을 향해 돌출되어 형성된 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 후크부는 상기 지지 영역의 중앙 영역에 형성된 이차 전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 후크부는 상기 지지 영역으로부터 돌출된 돌출부 및 상기 돌출부의 단부에 형성된 체결부를 포함하고, 상기 체결부의 두께는 상기 돌출부의 두께에 비해 두껍게 형성된 이차 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스켓의 체결홀의 높이는 상기 돌출부의 두께보다 크고, 상기 체결부의 두께보다 작도록 형성된 이차 전지.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 캡 플레이트의 길이 방향을 기준으로 양 가장자리 또는 중앙 영역에 형성된 이차 전지.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌기는 단부가 원뿔형, 곡면 또는 다면체 중 선택된 어느 하나의 형상으로 형성된 이차 전지.
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