KR20050052220A - 이차전지 - Google Patents

Abstract

외장캔과, 상기 외장캔에 장착되는 것으로 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층 또는 권취되어 이루어진 전극 조립체와, 상기 외장캔과 결합되어 이를 밀폐하며 외부단자를 가지는 캡 조립체 및 상기 전극 조립체의 양극과 상기 캡 조립체를 전기적으로 결하는 것으로, 상기 캡 조립체에 면 접촉되어 연결되는 제1 단자부와, 이 제1 단자부로부터 연장되어 상기 양극에 연결되는 제2 단자부를 포함하는 집전부재를 포함하여 구성된다.

Description

이차전지{secondary battery}

본 발명의 이차 전지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 외장캔의 내부에 장착된 전극 조립체와 캡 조립체의 외부단자를 연결하는 탭의 구조가 개선된 이차전지에 관한 것이다.

최근, 소형화, 휴대화가 가능한 전자기기 및 친환경적인 모터 구동용 고출력전지에는 주로 고에너지 밀도의 비수전해액 이차전지가 이용된다. 이러한 비수전해액 이차전지의 양극 및 음극에는 리튬 등의 알칼리금속이 사용되고 있기 때문에, 리튬 등의 알칼리금속이 대기중의 수분과 반응하지 않도록 전지용기에는 밀폐구조가 채용되고 있다.

이러한 밀폐구조의 이차전지는 상부가 개방된 외장캔과, 상기 외장캔의 내부에 장착되며 전해액이 함침된 전극 조립체와, 상기 외장캔과 결합되어 이를 밀폐하고 외부단자 즉, 양극단자부가 형성된 캡 조립체를 포함한다. 그리고 상기 전극조립체의 양극판은 캡 조립체와 탭에 의해 연결된 구조를 가진다.

이와 같이 구성된 이차전지에 있어서, 상기 전극조립체와 외부단자를 연결하는 하나의 탭은 전극 조립체의 각부위로부터 발생된 전압의 인출이 용이하지 않으며, 전극 조립체와 탭이 용접된 영역과 이로부터 멀어지는 영역의 사이에 전위차의 발생을 야기시킨다. 이러한 전위 차는 충방전이 계속됨에 따라 탭과 용접되는 부위의 열화를 심화시키게 되고 결과적으로는 전지의 출력저하와 수명을 감소시킨다. 이와 같은 현상은 짧은 시간에 충방전이 반복되는 모터구동용 전지의 경우 더욱 심하게 나타난다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 이차전기가 일본국 공개특허 2003-7346호에 개시되어 있다.

개시된 이차전지는 전극 조립체에 일방향으로 복수개의 탭을 형성하고, 이들 탭을 외부 단자부와 연결되는 내부 단자부와 결합한 구조를 가진다.

상기와 같이 구성된 이차전지의 탭들은 집전체와 일체로 형성하거나 별도로 제작되어 집전체와 용접된다. 상기 탭들이 집전체와 일체로 형성되는 경우 집전체 재료의 소모가 심하고, 상기 탭을 집전체와 별도로 제작하여 용접하는 경우 많은 작업공수가 수요되는 문제점이 있다. 특히, 다수탭을 내부단자와 용접하는 경우 탭으로부터 발생되는 열에 의해 전극 조립체에 미치는 영향을 최소화하기 위해 탭의 길이가 상대적으로 길어지게 된다. 상기 탭의 길이 증가는 외장캔 내부에서의 탭 점유 공간이 커지게 되고 나아가서는 이차전지의 단위 체적당 에너지 밀도를 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다.

일본국 공개특허 제2001-102029호, US6193765호, US6372380호에는 다수의 탭을 가지는 이차전지의 다른 예들이 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안한 것으로, 집전체와 탭들의 용접에 따른 작업공수를 줄이고, 외장캔 내부에서 집전탭이 차지하는 공간을 줄여 단위 체적당 에너지밀도를 높일 수 있는 이차전지를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 전극 조립체의 집전능력을 향상시키고, 전위차에 의한 열의 발생을 최소화시켜 출력 및 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이차전지를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 순간방출이 용이하여 전기자동차나 하이브리드 전기자동차에 적용 가능한 이차전지를 제공함에 그 목적이 있다.

이에 본 발명에 따른 이차 전지는,

외장캔과, 상기 외장캔에 장착되는 것으로 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층 또는 권취되어 이루어진 전극 조립체와, 상기 외장캔과 결합되어 이를 밀폐하며 외부단자를 가지는 캡 조립체 및 상기 전극 조립체의 양극과 상기 캡 조립체를 전기적으로 결하는 것으로, 상기 캡 조립체에 면 접촉되어 연결되는 제1 단자부와, 이 제1 단자부로부터 연장되어 상기 양극에 연결되는 제2 단자부를 포함하는 집전부재를 포함하여 구성된다.

상기에서 캡 조립체는 외부단자가 형성된 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트와 상기 주단자부와 사이에 설치되어 이들을 전기적으로 연결하며 안전변을 가지는 밴트 플레이트를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 집전부재에 있어서, 상기 제1 단자부는 원통형의 몸체와 이 몸체의 일측으로 형성되어 상기 밴트 플레이트에 결합되는 플랜지부를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 플랜지부는 상기 안전변을 제외한 밴트 플레이트 부위에 밀착되어 고정된다.

또한, 상기 집전부재에 있어서, 상기 제2 단자부는 상기 제1 단자부로부터 분기되어, 예를 들어, 십자상으로 배치되어 형성될 수 있다.

더욱어, 상기 집전부재에 있어서, 상기 플랜지부에는 레이저 용접으로 상기 제2 단자부를 상기 양극에 고정시키기 위한 레이저 통과용 슬릿이 다수로 형성될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 본 발명에 따른 이차전지(10)의 일 실시예를 나타내 보였다. 도면을 참조하면, 이차전지(10)는 원통형 또는 육면체 형상을 가지며 상면이 개방된 외장캔(11)과 상기 외장캔(11)의 내부에 삽입되는 전극 조립체(20)와, 상기 외장캔(11)과 결합되어 이 외장캔(11)을 밀폐하며 외부단자(31)를 가지는 캡 조립체(30)와, 상기 전극 조립체(20)의 양극(21)과 캡 조립체(31)를 전기적으로 연결하는 집전부재(40)를 포함한다.

이하에 상기와 같이 구성된 이차전지를 구성요소 별로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 외장캔(11)은 알루미늄이나 알루미늄 합금 등과 같은 도전성 금속재로 이루어지는데, 이의 형상은 상술한 바와 같이 전극 조립체(20)가 설치되는 공간부를 가진 원통형 또는 육면체로 한정되지 않고 전극 조립체(20)를 내장할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 본 실시예에서 이 외장캔(11)은 원통형으로 구성되고 있다.

상기 전극 조립체(20)는 양극(21)과 음극(22)들이 세퍼레이터(23)를 사이에 두고 적층되어 이루어지거나, 이 양극(21), 세퍼레이터(22) 및 음극(23)이 적층된 상태에서 감긴 모양으로 형성된 젤리롤(jelly roll) 타입으로 이루어 질 수 있다. 본 실시예에서 상기 전극 조립체(20)는 젤리롤 타입으로 구성되고 있다.

상기와 같이 구성된 전극 조립체(20)의 음극(23)의 하부 가장자리에는, 이 음극(23)을 구성하는 집전체에 음극 활물질이 도포되지 않아 이루어진 무지부(미도시)가 형성되어 상기 외장캔(11)과 접촉되고, 상기 양극(21)의 상부 가장자리에는 역시 이 양극(21)을 구성하는 집전체에 양극 활물질이 도포되지 않아 이루어진 무지부(21a)가 형성되어 상기 집전부재(40)와 접촉된다.

상기 캡 조립체(30)는 외장캔(11)과 결합되어 외장캔(11)을 밀폐하는 것으로, 외부단자(31a)를 가지는 캡 플레이트(31)와, 상기 외장캔(11)과 상기 캡 플레이트(31)를 절연시키는 가스킷(32)과, 내부 압력을 완충시킬수 있는 공간부를 가지며 설정된 압력에서 파손되어 가스를 방출함으로써 전지의 폭발을 방지하는 안전변(33a)을 가지는 밴트 플레이트(33)를 구비한다. 여기서 상기 안전변(33a)은 밴트 플레이트에 형성된 것에 한정되지 않고, 설정된 압력 하에서 상기 집전부재(40)를 통한 전극 조립체(20)와 외부단자를 전기적으로 단락시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.

본 발명에 있어 상기 집전부재(40)는 상기 캡 조립체(30) 즉, 상기 밴트 플레이트(33)에 면접촉될 수 있도록 구성되는 바, 이의 구성은 도 2에 도시된 바와 같이 상단부에 플랜지부(41)가 형성된 제1 단자부(42)와 이 제1 단자부(42)의 하단부로부터 방사 상으로 연장되어 상기 전극 조립체(20)의 양극(21)의 무지부(21a)에 용접(예: 레이저 용접)되는 제2 단자부(43)를 포함한다. 상기 제1 단자부(42)는 중공상의 원통형인 몸체를 가지면서 이 몸체의 상단부에 형성된 플랜지부(41)를 상기 안전변(33a)이 형성된 밴트플레이트(33)에 용접시켜 고정된다. 여기에서 상기 밴트 플레이트(33)의 안전변(33a)은 상기 원통형 제1 단자부(42)의 내부공간과 대응되는 영역에 위치되도록 함이 바람직하다. 즉, 상기 플랜지부(41)는 상기 안전변(33a)을 제외한 나머지 밴트 플레이트(33)의 부위에 밀착되어 이에 고정된다.

그리고, 상기 제2 단자부(43)는, 상기 양극(21)의 무지부와의 접촉 및 용접이 용이하도 상기 제1 단자부(42)로부터 십사상으로 배치되도록 분기되며, 이의 형상은 도면에 도시한 사각형상은 물론, 삼각형 또는 기타 다른 형상을 가지고 형성될 수 있다.

그리고 상기 양극(21)의 무지부(21a)에 상기 제2 단자부(43)는 전술한 바와 같이, 레이저에 의해 용접될 수 있으며 이를 위해 상기 플랜지부(41)는 레이저가 통과되어 상기 제2 단자부(43)에 조사될 수 있도록 상기 제2 단자부(43)에 맞추어 다수의 슬릿(41a)이 형성될 수 있다.

물론, 본 발명에 있어, 상기 제2 단자부(43)와 상기 양극(21)의 무지부(21a)와의 결합이 반드시 레이저 용접으로만 이루어지는 것은 아니고, 음파 용접이나 다른 기타 결합방식으로도 결합 가능하다.

상기와 같이 구성된 이차 전지(10)는 짧은 시간 내에 충방전이 반복되는 경우 집전부재(40)의 제2 단자부(43)가 다수개로 갈라져 상기 양극(21)과 연결되어 있으므로, 상기 제2 단자부(43) 사이의 전위차를 줄여 제2 단자부(43)와 양극(21)의 무지부(21a)의 용접부위가 열화되는 것을 방지할 수 있다. 또한 종래와 같이 다수의 탭들을 각각 용접하는 것에 비하여 집전부재와 양극과의 용접에 따른 작업공수를 줄일 수 있다.

더욱이, 상기 집전부재(40)의 제1 단자부(42)는 상기 캡 조립체 측으로 면접촉되어 이에 고정되므로, 종래에 비해 상기 캡 조립체와의 사이 길이를 상대적으로 짧게 형성함으로써 집전부재의 점유공간을 줄일 수 있고, 나아가서는 단위 체적당 에너지 밀도를 높일 수 있다.

본 발명의 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 이차 전지는 집전부재를 구조를 개선함으로써, 캡 조립체 및 전극 조립체와의 결합(용접)을 간단히 하여 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

그리고 본 발명의 이차 전지는 짧은 시간 내에 반복적인 충방전에 의해 용접부위의 열화와 열의 발생을 줄일 수 있으므로 전기 자동차나 하이브리드 전기자동차의 모터 구동용으로 적합하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 일부절제 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 집전탭과 전극조립체가 결합되는 상태를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 집전탭과 양극판의 집전체와 용접된 상태를 도시한 단면도이다.

Claims (7)

1. 외장캔과;

   상기 외장캔에 장착되는 것으로 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층 또는 권취되어 이루어진 전극 조립체와;

   상기 외장캔과 결합되어 이를 밀폐하며 외부단자를 가지는 캡 조립체; 및

   상기 전극 조립체의 양극과 상기 캡 조립체를 전기적으로 결하는 것으로, 상기 캡 조립체에 면 접촉되어 연결되는 제1 단자부와, 이 제1 단자부로부터 연장되어 상기 양극에 연결되는 제2 단자부를 포함하는 집전부재

   를 포함하는 이차 전지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 캡 조립체는 외부단자가 형성된 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트와 상기 주단자부와 사이에 설치되어 이들을 전기적으로 연결하며 안전변을 가지는 밴트 플레이트를 포함하는 이차 전지.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 단자부는 원통형의 몸체와 이 몸체의 일측으로 형성되어 상기 밴트 플레이트에 결합되는 플랜지부를 포함하는 이차 전지.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 플랜지부가 상기 안전변을 제외한 밴트 플레이트 부위에 밀착되어 고정되는 이차 전지.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 단자부가 상기 제1 단자부로부터 분기되어 형성되는 이차 전지.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제2 단자부가 십자상으로 배치되어 형성되는 이차 전지.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 플랜지부에 레이저 용접으로 상기 제2 단자부를 상기 양극에 고정시키기 위한 레이저 통과용 슬릿이 다수로 형성되어 있는 이차 전지.