KR102606265B1

KR102606265B1 - 이차 전지

Info

Publication number: KR102606265B1
Application number: KR1020180066833A
Authority: KR
Inventors: 김성갑; 강선영; 두진우; 이혜란
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2023-11-23
Also published as: KR20190140263A

Abstract

본 발명의 일 실시예는 전극단자와 캡 플레이트의 높이 차이에도 불구하고 버스바의 연결 작업을 용이하게 하는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되어 상기 케이스를 밀폐하고 상기 제1전극에 연결되는 캡 플레이트, 및 상기 제2전극에 연결되고 상기 캡 플레이트의 단자홀을 통하여 외부로 인출되는 전극단자를 포함하며, 상기 캡 플레이트는 버스바의 일측 연결부에 결합하도록 대응하는 면적으로 설정된 깊이를 가지는 셋팅홈을 구비한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}

본 기재는 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극단자(예, 음극단자로 작용)와 캡 플레이트(예, 양극단자로 작용)를 버스바로 연결 가능하게 하는 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.

이차 전지는 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 및 전극 조립체를 캡 플레이트의 외부로 인출하는 음극단자와 양극단자를 포함한다.

일례를 들면, 캡 플레이트는 전극 조립체의 양극에 연결되어, 양극단자로 작용한다. 이러한 이차 전지를 복수로 구비하여 이차 전지 모듈을 형성하는 경우, 한 이차 전지의 음극단자와 다른 이차 전지의 양극단자인 캡 플레이트를 버스바로 연결한다.

이때, 음극단자와 캡 플레이트의 높이 차이로 인하여, 통상적인 플레이트 형상의 버스바가 적용될 수 없다. 또한 높이 차이에 대응하여 절곡된 형상의 버스바를 사용하는 경우, 버스바를 음극단자와 캡 플레이트에 용접하기 전, 일시적으로 버스바를 셋팅할 것이 요구된다. 따라서 버스바의 연결 작업이 복잡하고 어려워질 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 전극단자와 캡 플레이트의 높이 차이에도 불구하고 버스바의 연결 작업을 용이하게 하는 이차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되어 상기 케이스를 밀폐하고 상기 제1전극에 연결되는 캡 플레이트, 및 상기 제2전극에 연결되고 상기 캡 플레이트의 단자홀을 통하여 외부로 인출되는 전극단자를 포함하며, 상기 캡 플레이트는 버스바의 일측 연결부에 결합하도록 대응하는 면적으로 설정된 깊이를 가지는 셋팅홈을 구비한다.

상기 셋팅홈은 개구와 바닥을 형성하고, 상기 개구와 상기 바닥을 연결하는 측면을 상기 바닥에 대하여 수직면으로 형성할 수 있다.

상기 셋팅홈은 개구와 바닥을 연결하는 측면을 상기 바닥에 대하여 경사면으로 형성할 수 있다.

상기 개구는 제1면적으로 형성되고, 상기 바닥은 상기 제1면적보다 확장된 제2면적으로 형성될 수 있다.

상기 셋팅홈은 상기 개구와 상기 바닥을 연결하는 측면에 요철을 구비할 수 있다.

상기 버스바의 일측 연결부는, 여러 번 절곡되어 상기 셋팅홈에 대응하는 바닥부와 측부를 포함하고, 상기 셋팅홈의 상기 개구로 삽입되어 상기 측부로 상기 측면의 요철에 접촉될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예는, 전극단자(음극단자로 작용)가 캡 플레이트의 외부로 돌출되고, 캡 플레이트(양극단자로 작용)의 외표면에 셋팅홈을 구비하므로 전극단자와 캡 플레이트의 높이 차이에도 불구하고 버스바 연결시, 버스바의 일측 연결부에 대한 일시적인 셋팅을 용이하게 한다.

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 전극단자(예, 음극단자로 작용) 측의 단면도이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 캡 플레이트(예, 양극단자로 작용) 측의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트(예, 양극단자로 작용) 측의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트(예, 양극단자로 작용) 측의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 이차 전지의 캡 플레이트(예, 양극단자로 작용) 측과 버스바의 일측이 결합된 상태를 도시한 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 전극단자(예, 음극단자로 작용) 측의 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1실시예의 이차 전지(1)는 전류를 충전 및 방전하며, 제1전극(이하에서 "양극"이라 함)(12)과 제2전극(이하에서 "음극"이라 함)(11)을 세퍼레이터(13)의 양측에 배치하여 형성되는 전극 조립체(10)를 포함한다.

이차 전지(1)는 전극 조립체(10)를 수용하는 케이스(30), 케이스(30)의 개구(31)에 결합되어 케이스(30)를 밀폐하고 양극(12)에 연결되는 캡 플레이트(40)("양극단자"로 작용함), 및 음극(11)에 연결되고 캡 플레이트(40)의 단자홀(H)을 통하여 외부로 인출되는 전극단자("음극단자"로 작용하고, 이하에서 "음극단자"라 함)(51)를 포함한다.

케이스(30)는 플레이트 모양의 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 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 밀폐한다. 일례로써, 케이스(30)와 캡 플레이트(40)는 알루미늄으로 형성되어 개구(31)에서 서로 용접될 수 있다.

캡 플레이트(40)는 전해액 주입구(42)와 벤트홀(41)을 더 구비한다. 전해액 주입구(42)는 케이스(30)에 캡 플레이트(40)를 결합하여 서로 용접한 후, 케이스(30)의 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(42)는 밀봉 마개(421)로 밀봉된다.

벤트홀(41)은 전극 조립체(10)의 충전 및 방전 작용에 의하여, 이차 전지(1)의 내부에서 발생되는 가스에 의한 내부 압력을 외부로 배출할 수 있도록 형성되며, 벤트 플레이트(411)로 밀폐된다.

일례로써, 벤트홀(41) 및 벤트 플레이트(411)는 코이닝(coining) 공정을 통하여 캡 플레이트(40)와 일체로 형성된다. 벤트 플레이트를 별도로 제조하여 벤트홀에 용접하는 구성(미도시)에 비하여, 제1실시예에서 벤트홀(41) 및 벤트 플레이트(411)는 구성 요소들의 개수를 감소시키고 구조를 단순하게 한다.

이차 전지(1)의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(411)가 절개되어 벤트홀(41)을 개방하므로 과충전으로 발생되는 가스 및 내부 압력이 벤트홀(41)을 통하여 배출된다. 이를 위하여, 벤트 플레이트(411)는 절개를 유도하는 노치(412)를 가진다.

전극 조립체(10)는 전기 절연재인 세퍼레이터(13)의 양측에 양극(12)과 음극(11)을 구비하고, 양극(12), 세퍼레이터(13) 및 음극(11)을 권취하여 형성된다. 도시하지 않았으나, 전극 조립체는 양극, 세퍼레이터 및 음극을 적층하여 형성될 수도 있다.

양, 음극(12, 11)은 각각 금속박(예를 들면, Al. Cu 포일)의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(12a, 11a), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(12b, 11b)를 포함한다.

양극(12)의 무지부(12b)는 권취되는 양극(12)의 한 쪽 단부에 형성된다. 음극(11)의 무지부(11b)는 권취되는 음극(11)의 한 쪽 단부에 형성된다. 즉 양, 음극(12, 11)의 무지부들(12b, 11b)은 전극 조립체(10)의 양단에 각각 배치된다.

양극 리드탭(54)은 절곡되어 캡 플레이트(40)의 내면에 넓은 면적으로 용접되어 전기적으로 연결된다. 따라서 캡 플레이트(40)는 양극단자로 작용하게 된다.

음극단자(51)는 캡 플레이트(40)의 단자홀(H)에 설치되고, 전극 조립체(10)의 음극(11)에 전기적으로 연결되어 케이스(30)의 외부로 인출된다. 일례를 들면, 음극단자(51)는 리벳 터미널(511), 플랜지(512), 및 플레이트 터미널(513)을 포함한다.

리벳 터미널(511)은 캡 플레이트(40)의 단자홀(H)에 설치되고, 플랜지(512)는 캡 플레이트(40)의 내측에서 리벳 터미널(511)에 일체로 넓게 형성되며, 플레이트 터미널(513)은 캡 플레이트(40)의 외측에 배치되어 리벳 터미널(511)에 리벳팅 또는 용접으로 연결된다.

음극 개스킷(36)은 음극단자(51)의 리벳 터미널(511)과 단자홀(H)의 내면 사이에 설치되어, 음극단자(51)의 리벳 터미널(511)과 캡 플레이트(40) 사이를 실링하고 전기적으로 절연한다.

음극(11)에 연결되는 음극단자(51)에서, 플레이트 터미널(513)은 리벳 터미널(511)에 전기적으로 연결되고, 절연부재(631)를 개재하여 캡 플레이트(40)의 외측에 배치된다. 절연부재(631)는 플레이트 터미널(513)과 캡 플레이트(40)를 전기적으로 절연시킨다.

음극 개스킷(36)은 플랜지(512)와 캡 플레이트(40)의 내면 사이로 더 연장 설치되어, 플랜지(512)와 캡 플레이트(40) 사이를 더 실링하고 전기적으로 절연한다. 즉 음극 개스킷(36)은 캡 플레이트(40)의 단자홀(H) 및 절연부재(631)의 홀(H31)에 음극단자(51)의 리벳 터미널(511)를 설치함으로써, 단자홀(H)과 홀(H31)을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지한다.

음극 리드탭(53)은 음극단자(51)를 음극(11)의 무지부(11b)에 전기적으로 연결한다. 음극 리드탭(53)을 리벳 터미널(511)의 하단에 결합하여 하단을 코킹(caulking)함으로써, 음극 리드탭(53)은 플랜지(512)에 지지되면서 리벳 터미널(511)의 하단에 연결된다.

음극 절연부재(515)는 음극 리드탭(53)과 캡 플레이트(40) 사이에 설치되어, 음극 리드탭(53)과 캡 플레이트(40)를 전기적으로 절연시킨다. 또한 음극 절연부재(515)는 일측으로 캡 플레이트(40)에 결합되고, 다른 일측으로 음극 리드탭(53)과 리벳 터미널(511) 및 플랜지(512)를 감싸므로 이들의 연결 구조를 견고하게 안정시킨다.

전극 조립체(10)는 하나 또는 복수로 형성될 수도 있으나(미도시) 제1실시예에서 2개로 형성되어 있다. 즉 전극 조립체(10)는 대략 직육면체 형상의 케이스(30)에 수용될 수 있도록 각각 y축 방향 양단에서 반원을 형성하는 플레이트 모양으로 형성될 수 있다.

도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 캡 플레이트(예, 양극단자로 작용) 측의 단면도이다. 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 캡 플레이트(40)는 버스바의 일측 연결부(미도시)에 결합하도록 대응하는 면적(xy 평면에서)으로 설정된 깊이를 가지는 셋팅홈(52)을 구비한다. 셋팅홈(52)의 깊이는 캡 플레이트(40)의 두께 방향(z축 방향)으로 설정된다.

캡 플레이트(40)는 양극(12)의 무지부(12b) 및 양극 리드탭(54)을 통하여 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되어, 양극단자로 작용한다. 셋팅홈(52)은 두께 방향(z축 방향) 외측에 개구(521)를 형성하고, 두께 방향(z축 방향) 내측에 바닥(522)을 형성한다.

양극단자로 작용하기 위하여, 캡 플레이트(40)는 셋팅홈(52)의 바닥(522)을 집전부로 사용할 수 있다. 셋팅홈(52)의 바닥(522)의 내면은 양극 리드탭(54)에 전기적으로 연결된다. 즉 양극 리드탭(54)은 셋팅홈(52)의 바닥(522) 내면에 용접으로 연결된다.

셋팅홈(52)에서 개구(521)와 바닥(522)을 연결하는 측면(523)은 평면인 바닥(522)에 대하여 수직면으로 형성된다. 즉 셋팅홈(52)은 개구(521)의 면적과 바닥(522)의 면적이 동일하게 형성된다.

또한, 제1실시예에서 개구(521) 및 바닥(522)은 사각형으로 형성되고, 셋팅홈(52)은 직육면체의 공간을 형성한다. 버스바 연결을 위한 버스바의 일시적 셋팅시, 직육면체의 공간은 버스바의 일측 형상에 대응하여 버스바 일측의 결합을 용이하게 하고, 결합을 견고하게 할 수 있다.

캡 플레이트(40)가 양극단자로 작용하므로 캡 플레이트(40)에 형성된 셋팅홈(52)이 버스바(미도시)와 연결시, 양극단자로 작용하게 된다. 이와 같이, 음극단자(51)가 캡 플레이트(40)의 외부로 돌출되고, 캡 플레이트(40)가 양극단자를 형성하면서 외표면에 셋팅홈(52)을 구비한다.

따라서 음극단자(51)와 캡 플레이트(40)의 셋팅홈(52)은 높이 차이(ΔH)를 형성한다. 높이 차이(ΔH)에도 불구하고, 셋팅홈(52)의 개구(521), 바닥(522) 및 측면(523)은 이웃하는 2개의 이차 전지(미도시)를 버스바로 연결하기 위하여, 버스바의 일측을 캡 플레이트(40)에 용접하기에 앞서서 버스바의 일시적 셋팅시, 버스바의 일측을 견고하게 고정시킨다. 따라서 복수의 이차 전지들로 모듈을 형성할 때, 버스바의 셋팅이 용이하게 된다.

이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 이하의 실시예들을 제1실시예 및 기 설명된 실시예와 비교하여, 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성들에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트(예, 양극단자로 작용) 측의 단면도이다. 도 5를 참조하여, 제2실시예의 이차 전지(2)에서 양극단자로 작용하는 캡 플레이트(240)의 셋팅홈(530)에 대하여 설명한다.

셋팅홈(530)에서 개구(531)와 바닥(532)을 연결하는 측면(533)은 평면인 바닥(532)에 대하여 경사면으로 형성된다. 또한, 개구(531)는 제1면적(xy 평면에서)으로 형성되고, 바닥(532)은 제1면적보다 확장된 제2면적(xy 평면에서)으로 형성된다. 즉 개구(531)가 바닥(532)보다 더 작은 면적으로 형성된다. 이때, 측면(533)은 바닥(532)과 예각의 경사면을 형성한다.

개구(531)보다 바닥(532)이 더 확정된 면적을 가지며 측면(533)이 예각을 형성하는 셋팅홈(530)의 공간은 버스바(미도시)의 일측 형상에 대응하여 버스바의 일측 연결부와 체결력을 더욱 향상시킬 수 있다.

도시하지 않았으나, 개구보다 바닥이 축소된 면적을 가지며 측면이 둔각의 경사면을 형성하는 셋팅홈의 공간은 제2실시예의 셋팅홈(530)과 비교할 때, 버스바의 일측 연결부의 형상에 대응하여, 버스바의 일측 연결부와의 체결 작업을 더 용이하게 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트(예, 양극단자로 작용) 측의 단면도이다. 도 6을 참조하여, 제3실시예의 이차 전지(3)에서 양극단자로 작용하는 캡 플레이트(340)의 셋팅홈(540)에 대하여 설명한다.

셋팅홈(540)에서 개구(521)와 바닥(522)을 연결하는 측면(543)은 요철을 구비한다. 셋팅홈(540)의 공간에서 측면(543)에 형성되는 요철은 버스바의 일측 연결부에 대응하여 마찰력을 제공하므로 제1실시예의 셋팅홈(52)과 비교할 때, 버스바의 일측 연결부와의 일시적 셋팅시, 버스바의 일측 연결부와의 체결력을 더욱 견고하게 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 이차 전지의 캡 플레이트(예, 양극단자로 작용) 측과 버스바의 일측이 결합된 상태를 도시한 단면도이다. 도 7을 참조하면, 제3실시예의 이차 전지(3)에서 양극단자로 작용하는 캡 플레이트(240)의 셋팅홈(540)과 버스바(103)에 대하여 설명한다.

버스바(103)의 일측 연결부(132)는 여러 번 절곡되어 셋팅홈(540)에 대응하는 바닥부(321)와 측부(322)를 포함하고, 셋팅홈(540)의 개구(521)로 삽입되어 측부(322)로 셋팅홈(540) 측면(543)의 요철에 접촉된다. 즉 연결부(132)는 셋팅홈(540)에 요철 결합 및 억지끼움으로 결합될 수 있다.

셋팅홈(540)의 공간에서 측면(543)에 형성되는 요철은 버스바(103)의 일측 연결부(132)의 측부(322)에 대응하여 마찰력을 제공하므로 연결부(132)와의 체결력을 견고하게 할 수 있다.

즉 버스바(103)의 연결부(132)를 캡 플레이트(40)에 용접하기에 앞서서 진행되는 버스바(103)의 일시적 셋팅시, 버스바(103)의 연결부(132)가 셋팅홈(540)에 견고하게 고정될 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.

1, 2, 3: 이차 전지 10: 전극 조립체
11: 제2전극(음극) 12: 제1전극(양극)
12a, 11a: 코팅부 12b, 11b: 무지부
13: 세퍼레이터 30: 케이스
31: 개구 40, 240, 340: 캡 플레이트(양극단자)
41: 벤트홀 42: 전해액 주입구
51: 전극단자(음극단자) 52, 253, 540: 셋팅홈
53: 음극 리드탭 54: 양극 리드탭
103: 버스바 132: 연결부
321: 바닥부 322: 측부
411: 벤트 플레이트 412: 노치
421: 밀봉 마개 511: 리벳 터미널
512: 플랜지 513: 플레이트 터미널
515: 음극 절연부재 521, 531: 개구
522, 532: 바닥 523, 533, 543: 측면
631: 절연부재 H: 단자홀
H31: 홀 ΔH: 높이 차이

Claims

전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
상기 케이스의 개구에 결합되어 상기 케이스를 밀폐하고 상기 전극 조립체의 제1전극에 연결되는 캡 플레이트; 및
상기 전극 조립체의 제2전극에 연결되고 상기 캡 플레이트의 단자홀을 통하여 외부로 인출되는 전극단자
를 포함하며,
상기 캡 플레이트는
버스바의 일측 연결부에 결합하도록 대응하는 면적으로 설정된 깊이를 가지는 셋팅홈을 구비하고,
상기 셋팅홈은
개구와 바닥을 형성하고,
상기 개구와 상기 바닥을 연결하는 측면을 포함하며,
상기 측면의 높이는
상기 캡 플레이트의 두께 범위 내에서 설정되고,
상기 바닥의 내면은 상기 캡 플레이트의 내면과 동일 평면을 형성하여 리드탭에 전기적으로 연결되는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 셋팅홈은
상기 측면을 상기 바닥에 대하여 수직면으로 형성하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 셋팅홈은
상기 측면을 상기 바닥에 대하여 경사면으로 형성하는 이차 전지.
제3항에 있어서,
상기 개구는 제1면적으로 형성되고,
상기 바닥은 상기 제1면적보다 확장된 제2면적으로 형성되는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 셋팅홈은
상기 측면에 요철을 구비하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 버스바의 일측 연결부는
여러 번 절곡되어 상기 셋팅홈에 대응하는 바닥부와 측부를 포함하고,
상기 셋팅홈의 상기 개구로 삽입되어 상기 측부로 상기 측면의 요철에 접촉되는 이차 전지.