KR20060010482A - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극군의 무지부를 보호하여 외부 충격에 대해 파손을 방지할 수 있도록, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군을 케이스 내부에 설치하고 있는 이차 전지에 있어서, 상기 전극군의 무지부에 끼워져 전극군과 케이스 사이에 놓여지는 보호 구조물을 포함하는 이차 전지를 제공한다.

전극군, 무지부, 보호 구조물, 홈부

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 개략적인 분해 사시도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스페이서를 도시한 사시도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 조립 상태를 도시한 단면도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 조립상태를 도시한 평 단면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각형을 이루는 이차 전지에 있어서 전지 내부 공간을 최소화시킬 수 있도록 된 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 최근들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전 자기기에 사용되고, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원의 경우에는 상기 전지 셀을 수십 개 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 띠 상의 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 상으로 감아 전극군(또는, 젤리롤)을 형성하거나, 양극판과 음극판 및 세퍼레이터를 복수개로 적층하여 전극군을 형성한 후 이를 케이스에 내장 설치하고, 상기 케이스에 외부 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 전지를 구성한다.

이러한 구조 특히, 각형의 이차 전지에 있어서 전극군의 구조는 일본공개특허 제2000-40501호나 일본공개특허 제2001-38475호를 통해 개시되어 있다.

그런데 상기 각형 이차 전지의 경우에는 원통형 이차전지에 비하여 케이스와 케이스 내부에 내장설치되는 전극군 사이에 불필요한 공간(dead space)가 발생할 소지가 높다는 문제점이 있으며, 전극군의 무지부와 전극의 접합이 약해 외부 충격 발생시 무지부와 전극의 접합부위가 보호받지 못하는 문제점이 있다.

즉, 종래 구조의 이차 전지의 경우 전극군을 이루는 양,음극판과 세퍼레이터가 평평한 축심에 감겨 평평한 젤리롤 형태를 이루고, 상기 무지부를 중합하여 탭이나 집전판을 매개로 단자에 연결시키게 되는 데, 탭이나 집전판과 무지부의 연결 상태가 양호하지 못해 외부 충격에 상기 연결 부위가 파손될 수 있다.

또한, 전극군의 무지부를 중합하는 과정에서 무지부의 형태에 변형이 가해지 는 데, 이에 따라 각형의 케이스 내에 상기 전극군을 내장 설치하였을 때 케이스의 직각 모서리부분과 상기 무지부 사이에 틈새가 발생하게 된다.

이에 따라 상기 케이스 내에 전해액을 주입하는 과정에서 상기 틈새가 차지하는 부피만큼 전해액이 과도하게 주입되어 전해액의 낭비를 초래하고 전지의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.

특히 HEV용 이차 전지의 경우 상기한 문제는 더욱 심각해지는 데, HEV용처럼 대전류가 요구되는 전지에 있어서는 전극군의 권취 회수가 더욱 많아져 무지부를 중합하고 이를 집전판과 접합시키기 매우 어려워 지며 이에 따라 접합 불량이 발생할 소지가 높다. 따라서 외부 충격에 대해 무지부에서의 단락 발생 위험이 높고 또한, 고출력 대용량을 위해 수 십개의 전지를 연결하여 하나의 전지 팩을 구성하게 되므로 하나의 전지 팩에서 낭비되는 전해액의 양은 더욱 커지게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전극군의 무지부를 보호하여 외부 충격에 의한 손상을 방지할 수 있도록 된 이차 전지를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 이차 전지의 각형의 케이스와 이 케이스에 내장되는 전극군 사이의 틈새를 최소화함으로써 전해액의 낭비를 줄일 수 있도록 된 이차 전지를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이차 전지는 전극군의 무지부에 끼워져 전극군의 무지부와 케이스 사이의 틈새에 위치하는 보호 구조물이 설치됨을 그 요지로 한다.

이를 위해 본 발명은

양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군을 케이스 내부에 설치하고 있는 이차 전지에 있어서,

상기 전극군은 무지부에 끼워져 무지부를 덮는 보호 구조물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 이차 전지는 전극군이 젤리롤 형태로 감기고 상기 케이스는 각형으로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 이차 전지는 HEV용 이차 전지일 수 있다.

한편, 상기 보호 구조물은 상기 전극군의 무지부와 케이스 사이의 틈새에 대응되는 크기로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 보호 구조물은 케이스 내측면에 밀착되는 사각 구조물로 전극군의 무지부 밀착면에는 무지부의 외형에 대응되는 홈부가 형성된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 이차 전지는 상기 무지부에 설치되어 단자와 전기적으로 연결되는 탭 또는 집전판이 더욱 구비될 수 있으며, 이 경우 상기 보호 구조물에 형성되는 홈부에는 상기 탭 또는 집전판의 외형과 대응되는 슬롯부가 더욱 형성될 수 있다.

또한, 상기 보호 구조물은 절연 재질로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 보호 구조물은 전극군의 양측 무지부에 각각 구비되어 케이스와 전극군 사이에 놓여짐이 바람직하다.

또한, 상기 보호 구조물은 케이스에 대한 전극군의 삽입방향에 따라 상기 케이스에 설치되는 캡 조립체가 상부를 향하도록 케이스를 세웠을 때, 케이스의 측면에 배치되거나 케이스의 하단 또는 상단에 배치될 수 있다.

여기서 상기 전극군을 이루는 상기 양,음극판은 집전체와 활물질이 코팅된 코팅부와, 코팅되지 않은 무지부로 이루어지는 데, 본 이차 전지의 경우 상기 무지부는 각 극판의 일측단을 따라 연속적으로 형성되며, 상기 양극판과 음극판에 대해 서로 대향하는 방향으로 배치되어 전극군의 양단을 이루도록 함이 바람직하다.

더욱 바람직하게는 캡 조립체가 상부를 향하도록 케이스를 세웠을 때 음극판의 무지부와 양극판의 무지부가 케이스의 양 측면에 배치되도록 하여 상기 캡 조립체에 설치된 양,음극단자가 탭(또는 집전판)을 매개로 상기 양,음극판의 무지부와 전기적으로 연결되도록 한다.

이에 따라 상기 보호 구조물은 케이스의 양 측면에 각각 배치될 수 있다.

한편, 상기 보호 구조물은 케이스의 측면에 수직으로 배치되는 경우 상단에 캡 조립체에 설치된 단자가 전극군의 무지부로 연장될 수 있도록 단자구멍이 절결 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 도시한 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보호 구조물을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 조립 상태를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 조립상태를 도시한 평 단면도이다.

상기한 도면에 의하면, 본 이차 전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하여 젤리롤 형태로 감긴 전극군(12)과; 상기 전극군(12)이 내장되는 각형의 케이스(13)와; 상기 케이스(13)의 개구부에 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군(12)의 무지부(11a,12a)에 탭(17)을 매개로 전기적으로 연결되는 양,음극단자(31,32)를 포함하는 캡 조립체(30); 상기 전극군의 무지부에 끼워지고 상기 케이스와 전극군의 무지부 사이의 틈새에 설치되는 보호 구조물(20)를 포함한다.

상기 케이스(13)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극군(10)이 위치하는 내부 공간부를 가진 육면체 형태의 각형이나 원통형 또는 그 이외의 형상으로 이루어진다.

상기 전극군(12)은 각각의 활물질이 집전체에 코팅되어 구성된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 구성으로 이루어지거나, 양극판과 세퍼레이터 및 음극판이 적층된 상태에서 이들이 와류상으로 감겨 형성된 젤리롤 타입으로 이루어진다.

이하 본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 각형의 케이스(13)에 젤리롤 타입으로 감아진 전극군(12)이 위치하는 경우를 예로써 설명한다.

또한, 본 실시예에서는 각 단자와 전기적으로 연결되는 무지부(11a,12a)가 상기 전극군(12)을 이루는 각 극판의 일 측단을 따라 형성된 구조를 예로써 설명한다. 물론, 본 발명은 상기 구조에 한정되지 않으며 전지의 형상이나 무지부의 구조 에 관계없이 모두 적용가능하다 할 것이다.

이에 본 실시예에 따라 상기 이차 전지를 이루는 전극군(12)은 각각의 활물질이 집전체에 코팅되어 구성된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 상태에서 이들이 와류상으로 감겨 형성된 젤리롤 타입으로 이루어지며, 양극판의 무지부(11a)와 음극판의 무지부(12a)가 전극군(12)의 양단에 대향 배치되어, 케이스(13)를 수직으로 세워 캡 조립체(30)가 상,하방향으로 놓여졌을 때를 기준(이하 설명에서 특별한 언급이 없는 한 이 기준을 따르도록 한다.)으로 케이스(13)의 양 측면에 전극군(12)의 무지부(11a,12a)가 위치할 수 있도록 내장설치되며, 전극군(12)의 양단 무지부(11a,12a)에는 각각 탭(17)이 설치되고 상기 캡 조립체(30)상으로 돌출 설치되는 양,음극단자(31,32)가 상기 각 탭(17)과 전기적으로 연결된다.

이에 따라 상기 케이스(13)를 기준으로 케이스의 양 측면에 전극군(12)의 무지부(11a,12a)가 배치되는 대략 직사각형 모양을 이루게 된다.

또한, 상기 전극군의 무지부(11a,12a)는 자체적으로 중합되도록 중앙의 평평한 부분이 양쪽에서 접합 용접됨에 따라 측면에서 보았을 때 중앙부분이 잘록한 절구모양을 이루게 된다.

그리고 상기 캡 조립체(30)는 상기 케이스 상단에 기밀을 유지한 상태로 결합되는 캡 플레이트(32)와, 이 캡 플레이트(32) 양쪽에 설치되고 각각 탭(17)을 매개로 전극군의 무지부(11a,12a)와 전기적으로 연결되는 양,음극단자(31,32)를 포함한다.

상기 탭(17)은 전극군의 무지부(11a,12a) 내측으로 삽입되어 무지부와 용접 등으로 부착되며 무지부에 대해 외측으로 돌출되며, 상단은 캡 플레이트(32)쪽으로 연장되어 양,음극단자(31,32)를 이루는 구조로 되어 있다.

물론, 상기 탭(17)의 구조에 대해서는 본 실시예 이외에 다양한 구조가 적용될 수 있다.

상기한 구조의 이차 전지에 있어서 본 실시예에 따른 상기 보호 구조물(20)은 상기 무지부(11a,12a)에 끼워져 탭(17)과 무지부를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 것으로, 전극군의 무지부에 끼워져 무지부와 케이스의 내측면 사이에 설치되며, 외측면 즉, 케이스(13)와의 접면은 직각의 육면체로 이루어지고, 전극군(12)의 무지부와 접하는 내측면은 무지부(11a,12a)가 끼워지도록 홈부(21)가 형성되며, 상기 홈부(21)에는 전극군의 무지부에 설치되어 무지부에 대해 돌출되어 있는 탭(17)이 안착될 수 있도록 상기 탭(17)의 외형과 대응되는 형태를 갖는 슬롯부(23)가 형성된 사각 구조물로 이루어진다.

즉, 상기 홈부(21)는 도 2에 도시된 바와 같이 무지부(11a,12a)의 형태와 대응되도록 전면에서 보았을 때, 측면 중앙부 즉 상기 무지부(11a,12a)와 탭(17)의 용접 부위와 대응되는 부분은 내측으로 비스듬하게 경사지고 바닥면은 중앙부분이 잘록한 절구모양을 이룬다.

또한, 상단과 하단은 무지부의 상부와 하부에 대응되도록 원호형태로 이루어져 전체적으로 무지부의 외형과 대응되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 슬롯부(23)는 상기 홈부의 바닥면에 길이방향으로 형성되며, 상기 무지부에 설치되는 탭(17)의 외형과 동일한 형태로 이루어진다.

이에 따라 상기 보호 구조물(20)을 전극군의 무지부(11a,12a)에 끼우게 되면 무지부가 홈부(21)에 안착되고 상기 무지부에 설치되어 무지부 외측으로 돌출된 탭(17)은 상기 홈부(21)에 형성된 슬롯부(23)에 안착되면서 보호 구조물(20)이 무지부(11a,12a)를 감싸게 되는 것이다.

여기서 상기 보호 구조물(20)을 무지부(11a,12a)에 끼우는 과정에서 상기 탭(17)과 연결되어 캡 조립체(30)에 설치되는 단자(31,32)와 상기 보호 구조물(20)이 서로 간섭되지 않도록 상기 보호 구조물(20)의 상단에는 외측에서 내측으로 단자(31,32)의 측면이 진입할 수 있는 단자구멍(22)이 절결 형성된다.

또한, 상기 보호 구조물(20)은 실질적으로 전지의 특성에 영향을 주지 않는 절연 재질로 이루어짐이 바람직하다.

상기한 본 발명의 이차 전지는, 고출력/대용량을 요구받는 HEV용 전지로서 효과적으로 사용될 수 있으나, 반드시 그 용도가 HEV용으로만 한정되는 것은 아니다.

상기에서는 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.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 이차 전지에서 전극군의 무지부를 감싸 보호함으로써 외부 충격 발생시 무지부가 파손되는 것을 방지하고 전지의 신뢰성을 내 구성을 높일 수 있게 된다.

이차 전지에서 전극군과 케이스 사이의 틈새를 최소화함으로써 틈새로 전해액이 유입되는 것을 방지하여 전해액의 낭비를 줄일 수 있게 되며, 전해액의 과도한 유입으로 인한 전지 특성 저하를 방지할 수 있게 된다.

이에 따라 수십개의 전지가 구비된 HEV 용 전지의 경우 전지의 원가를 낮춤과 더불어 전지의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

Claims (9)

1. 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군을 케이스 내부에 설치하고 있는 이차 전지에 있어서,

   상기 전극군의 무지부에 끼워져 전극군과 케이스 사이에 놓여지는 보호 구조물을 포함하는 이차 전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보호 구조물은 상기 전극군과 케이스 사이의 틈새에 대응되는 크기로 이루어진 이차 전지.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보호 구조물은 케이스 내측면에 밀착되는 사각 구조물로 전극군과의 밀착면에는 전극군의 무지부에 대응되는 형태의 홈부가 형성된 이차 전지.
4. 제 3 항에 있어서, 사기 보호 구조물은 홈부에 상기 무지부에 설치되는 탭이 삽입되는 슬롯부가 형성된 이차 전지.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 보호 구조물은 캡 조립체에 설치된 단자가 진입되도록 일측 선단에 단자구멍이 절결 형성된 이차 전지.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 보호 구조물은 절연 재질로 이루어진 이차 전지.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 전극군이 젤리롤 형태인 이차 전지.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지가 각형으로 형성되는 이차 전지.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지는 HEV용인 이차 전지.

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