KR20080010148A - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이차 전지는 생산성을 향상시킬 수 있도록, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스와, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 및 적어도 하나의 벤딩부를 가지고 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 리드부재를 포함하고, 상기 벤딩부에는 굽힘 응력을 집중시키는 응력 집중 수단이 형성된다.

이차 전지, 리드부재, 벤딩부, 절곡, 홈

Description

이차 전지{RECHARGEABEL BATTERY}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 리드부재를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 케이스에 캡 조립체가 결합되는 과정을 도시한 사시도이다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 이차 전지의 리드부재를 도시한 단면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극군과 캡 조립체를 전기적으로 연결하는 리드부재의 구조를 개선한 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 셀로 이루어진 저용량 이차 전지의 경우, 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 복수개의 셀이 팩 형태로 연결된 대용량 이차 전지는 하이브리드 전기 자동 차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다.

그리고 이러한 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 직렬로 연결되어 대용량의 이차 전지 모듈을 구성하게 된다.

이차 전지 모듈(이하, 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 '단위전지'라 칭한다)은 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하, 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 '전지 모듈'이라 칭한다)로 이루어진다.

각각의 단위 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군과 상기 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 상기 케이스를 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.

단위 전지가 원통형으로 형성되는 경우, 전극군의 양극 및 음극에는 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성되고, 양극 무지부와 음극 무지부는 서로 다른 방향을 향하도록 배치된다.

음극 무지부에는 음극 집전판이 부착되고, 양극 무지부에는 양극 집전판이 부착되며, 상기 음극 집전판은 케이스와 전기적으로 연결되고, 상기 양극 집전판은 캡 조립체와 전기적으로 연결되어 외부로 전류를 유도하게 된다. 따라서 케이스는 음극 단자 역할을 하고, 캡 조립체에 설치된 캡 플레이트가 음극 단자 역할을 하게 된다.

양극 집전판과 캡 조립체는 도전성 금속으로 이루어진 리드부재에 의하여 전기적으로 연결되는데, 리드부재는 캡 조립체와 양극 집전판에 용접으로 고정된다.

캡 조립체는 리드부재와 용접된 상태로 케이스에 끼워지는데, 이때 리드부재는 접혀진 상태로 케이스 내로 삽입되어 캡 플레이트와 전극군 사이의 공간에 위치하게 된다.

리드부재는 저항 감소를 위해 충분한 두께를 가져야 하지만, 리드부재의 두께가 너무 두꺼우면 리드부재가 잘 접혀지지 않는 문제가 있다. 이를 해소하기 위해 종래에는 얇게 형성된 복수개의 리드부재를 겹쳐서 집전판과 캡 조립체에 용접시키는 방법을 사용하였다.

그러나 이러한 방법은 복수의 리드부재를 제작하여 겹치게 배치하고 이들을 용접하여야 하므로 공정이 복잡하고 생산성이 저하되는 문제가 있다.

또한, 리드부재들이 부착되는 부분에서 용접이 제대로 이루어지지 않는 경우, 부착부위에서 저항이 발생하는 문제가 있다.

특히, 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV), 전기 자전거, 전기 스쿠터 등에 사용되는 모터 구동용 이차 전지는 대전류로 충,방전되므로 상기와 같이 용접이 제대로 이루어지지 않을 경우, 이들 사이에서 큰 저항이 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 작업 공정을 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제 공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 집전판과 캡 조립체 사이의 저항을 감소시켜, 안정적인 출력을 얻을 수 있는 이차 전지를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과 상기 전극군이 내장되는 케이스와 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체 및 적어도 하나의 벤딩부를 가지고 상기 전극군과 상기 캡 조립체에 전기적으로 연결되는 리드부재를 포함한다. 상기 벤딩부에는 굽힘 응력(Bending Stress)을 집중시키는 응력 집중 수단이 형성될 수 있다.

상기 리드부재에는 복수개의 응력 집중 수단이 형성되고 상기 응력 집중 수단은 상기 리드부재의 양면에 번갈아 배치될 수 있다.

상기 응력 집중 수단은 홈으로 이루어질 수 있으며, 상기 홈은 상기 리드부재를 폭방향으로 가로지르도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 홈은 삼각형, 사각형 또는 호형 단면에서 선택되는 어느 하나의 단면 형태로 이루어질 수 있다.

상기 벤딩부는 리드부재의 평균 두께보다 두께가 얇은 구조로 이루어질 수 있다.

상기 벤딩부의 두께는 리드부재의 두께의 1/5 내지 1/2로 이루어질 수 있다.

상기 벤딩부는 일측 표면에 홈이 형성되고 타측 표면에 돌출부가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 상기 홈 및 돌출부는 삼각형, 사각형, 호형 단면에서 선 택되는 어느 하나의 단면 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 리드 부재는 0.3mm 내지 0.8mm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.

상기한 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 이차 전지는 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 위치하는 전극군(10)과, 전해액과 함께 전극군(10)을 수용할 수 있도록 일측 선단에 개구부가 형성된 케이스(20)를 포함한다. 그리고 상기 케이스(20)의 개구부에는 케이스(20)를 밀봉하는 캡 조립체(30)가 개스킷(31)을 매개로 설치된다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 케이스(20)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 이루어진다.

그리고 본 실시예에 따른 케이스(20)의 형상은 전극군(10)이 위치하는 내부 공간을 가진 원통형으로 이루어진다. 편의상 본 실시예에서는 원통형 이차 전지를 예로서 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 원통형 이외에 각형이나 그 이외의 형상으로 이루어질 수 있다.

전극군(10)은 양극(11)과 세퍼레이터(13) 및 음극(12)이 적층된 후, 와류상으로 감겨진 젤리롤 타입으로 이루어지나, 전극군의 구조가 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니고 다른 구조로도 이루어질 수 있다.

그리고 양극(11)의 상단(도 1 기준)에는 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부(11a)가 형성되어 양극 집전판(40)과 전기적으로 연결된다. 또한, 음극(12)의 하단(도 1 기준)에는 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부(12a)가 형성되어 음극 집전판(50)과 전기적으로 연결된다.

캡 조립체(30)는 외부 단자(32a)가 형성된 캡 플레이트(32)와, 캡 플레이트(32)의 아래에 설치되며 설정된 압력 조건에서 파손되어 가스를 방출하는 벤트 플레이트(33)를 포함한다. 벤트 플레이트(33)는 리드부재(60)를 매개로 양극 집전판(40)과 전기적으로 연결되며 설정된 압력 조건에서 전극군과 외부 단자(32a)의 전기적 연결을 차단하는 역할을 한다.

리드부재(60)는 양극 집전판(40)과 외부 단자(32)를 전기적으로 연결할 수 있도록 양측 가장자리가 양극 집전판(40)과 상기 캡 조립체(30)에 각각 용접으로 고정된다. 그리고 리드부재(60)는 벤딩부(61)를 포함한다. 이 벤딩부(61)는 리드부재(60)가 양극 집전판(40)과 캡 조립체(30)에 연결될 때 필요에 의해 벤딩되는 부위이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 리드부재(60)는 길게 형성된 하나의 판 형태로 이루어지고, 리드부재(60)의 표면에는 리드부재(60)에 작용하는 벤딩응력을 집중시키는 응력 집중 수단이 형성된다. 본 실시예에 따른 응력 집중 수단은 오목하게 파여진 홈(63)으로 이루어진다.

이 홈(63)은 벤딩부(61)가 형성될 부위에 배치되며 그 수는 어느 특정 수로 한정되지 않고 적절하게 조절 가능하다. 벤딩부(61)는 이 홈(63)에 의해 실질적으 로 벤딩을 용이하게 이룰 수 있게 된다.

본 실시예에서 이 홈(63)은 리드부재(60)의 길이방향(Y축 방향)에 수직한 방향으로 자른 단면을 기준으로 삼각형상으로 이루어진다. 또한, 본 실시예에서 리드부재(60)는 양극 집전판(40, 도 1에 도시)에 집전된 전류를 캡 조립체(30, 도 1에 도시)로 용이하게 전달할 수 있도록 0.3mm 내지 0.8mm의 두께를 가지고 이루어진다.

리드부재(60)의 두께가 0.3mm보다 작게 형성되면, 저항이 증가하여 단위 전지의 출력이 저하되는 문제가 있으며, 리드부재(60)의 두께가 0.8mm보다 크게 형성되면, 두께가 너무 두꺼워 절곡시키기 어려운 문제가 있다.

상기한 리드부재(60)의 구조로 인해 벤딩부(61)의 두께(T2)는 리드부재(60)의 두께(T1)보다 작게 형성되며, 바람직하게는 리드부재(60)의 두께(T1)의 1/5 내지 1/2로 형성된다.

벤딩부(61)의 두께(T2)가 리드부재(60)의 두께(T1)의 1/5보다 작게 형성되면, 벤딩부(61)의 두께(T2)가 너무 얇아서 실질적으로 이 벤딩부(61)가 벤딩될 때, 벤딩부(61)가 부러지거나, 벤딩부(61)에서 저항이 증가하는 문제가 있으며, 벤딩부(61)의 두께(T2)가 리드부재(60)의 두께(T1)의 1/2보다 크게 형성되면, 벤딩부(61)의 두께가 너무 두꺼워서 실질적으로 이 벤딩부(61)가 벤딩될 때 절곡되기 어려운 문제가 있다.

본 실시예에 따른 리드부재(60)에는 복수개의 벤딩부(61)가 형성되는데, 리드부재(60)가 반대방향으로 번갈아 절곡될 수 있도록 벤딩부(61)는 리드부재(60)의 양면에 번갈아 배치된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 캡 조립체(30)는 리드부재(60)의 일단과 용접된 상태로 케이스(20)에 끼워져 조립되는데, 이 과정에서 리드부재(60)는 벤딩부(61)에서 절곡되어 전극군과 캡 조립체(30) 사이의 공간에 위치한다.

즉, 리드부재(60)는 벤딩부(61)를 통해 용이하게 벤딩될 수 있게 되므로 그 두께를 두껍게 하더라도 케이스(20)와 캡 조립체(30)가 결합될 때, 용이하게 절곡되면서 전극군(10)과 캡 조립체(30)에 전기적으로 연결될 수 있다.

따라서, 본 실시예의 이차 전지는 전극군으로부터 캡 조립체로 전류가 유도될 때, 리드부재(60)의 저항을 줄일 수 있어, 전기 에너지의 출력을 안정적으로 확보할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 본 실시예에서 리드부재(60)는 하나의 판재로 이루어지고 있으므로 그 설치 또한 용이하게 이룰 수 있다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 리드부재를 도시한 단면도이다.

상기한 도면들을 참조하여 설명하면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 리드부재(71)의 표면에는 상기한 단면을 기준으로 사다리꼴 형상의 홈(71a)을 갖는 벤딩부(71b)가 형성될 수 있으며, 도 4b에 도시된 바와 같이, 리드부재(72)의 표면에는 상기한 단면을 기준으로 반구형의 홈(72a)을 갖는 벤딩부(72b)가 형성될 수 있다.

한편, 도 4c에 도시된 바와 같이, 리드부재(73)에는 함몰된 구조로 이루어진 벤딩부(73a)가 형성될 수 있다.

즉, 상기 리드부재(73)의 일측 표면에는 홈(73b)이 형성되고, 이 홈(73b)의 반대 면에는 돌출부(73c)가 형성되어 벤딩부(73a)가 이루어진다. 이때, 홈(73b)과 돌출부(73c)는 상기한 단면을 기준으로 도면에 도시한 삼각형을 비롯하여 여러가지 형상을 가지고 형성될 수 있다.

즉, 도 4d는 벤딩부(74a)의 홈(74b)과 돌출부(74c)가 상기한 단면을 기준으로 사다리꼴 형상을 갖는 것을, 도 4e는 벤딩부(75a)의 홈(75b)과 돌출부(75c)가 상기한 단면을 기준으로 반구형으로 이루어지는 것을 도시하고 있다.

이처럼 벤딩부가 함몰된 구조로 이루어지게 되면 이 벤딩부에 굽힘 응력이 집중되므로, 작은 힘으로도 리드부재가 이 벤딩부를 통해 용이하게 절곡될 수 있다. 또한, 벤딩부에서 리드부재의 두께가 감소되지 않으므로 벤딩부에서 발생하는 전기저항을 최소화할 수 있다.

본 발명의 이차 전지는 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle: HEV), 전기 자동차(Electric Vehicle: EV), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다.

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.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 일체로 형성된 하나의 리드부재가 적용 되어 작업공정이 단순화되므로 생산성이 향상된다.

또한, 본 발명에 따르면 두께가 두꺼운 리드부재가 설치되어 리드부재의 저항을 감소되므로 단위 전지의 출력이 향상된다.

Claims (12)

1. 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군;

   상기 전극군이 내장되는 케이스;

   상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체; 및

   적어도 하나의 벤딩부를 가지고 상기 전극군과 상기 캡 조립체에 전기적으로 연결되는 리드부재;

   를 포함하고

   상기 벤딩부에는 굽힘 응력(Bending Stress)을 집중시키는 응력 집중 수단이 형성되는 이차 전지.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 리드부재에는 복수개의 응력 집중 수단이 형성되고, 상기 응력집중 수단은 상기 리드부재의 양면에 번갈아 배치되는 이차 전지.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 응력 집중 수단은 홈인 이차 전지.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 홈은 상기 리드부재를 폭방향으로 가로지르도록 형성되는 이차 전지.
5. 제3 항에 있어서,

   상기 홈은 삼각형, 사각형, 또는 반구형 단면에서 선택되는 어느 하나의 단면 형태로 이루어지는 이차 전지.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 벤딩부는 상기 리드부재보다 두께가 얇은 구조로 이루어지는 이차 전지.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 벤딩부의 두께는 상기 리드부재의 두께의 1/5 내지 1/2로 이루어지는 이차 전지.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 벤딩부는 일측 표면에 홈이 형성되고 타측 표면에 돌출부가 형성된 구조로 이루어지는 이차 전지.
9. 제8 항에 있어서,

   상기 홈 및 돌출부는 삼각형, 사각형, 또는 반구형 단면에서 선택되는 어느 하나의 단면 형상으로 이루어지는 이차 전지.
10. 제1 항에 있어서,

    상기 리드 부재는 0.3mm 내지 0.8mm의 두께를 갖는 이차 전지.
11. 제1 항에 있어서,

    상기 리드 부재는 일체로 형성된 하나의 판재로 이루어지는 이차 전지.
12. 제1 항에 있어서,

    상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지.

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