KR20080028091A - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이차 전지는 전극군 내부에서 발생한 가스를 용이하게 배출할 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 상기 전극군 및 캡 조립체와 전기적으로 연결되는 양극 집전판과 상기 전극군 및 케이스와 전기적으로 연결되는 음극 집전판을 포함하고, 상기 음극 집전판은 상기 전극군을 향하여 돌출되고 상기 전극군과 연통되는 관통구를 갖는 무지부 접촉부를 포함한다.

이차 전지, 음극 집전판, 배기 홀, 코어 공간, 관통구

Description

이차 전지{RECHARGEABEL BATTERY}

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

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 집전판을 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극군과 음극 집전판을 도시한 사시도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 음극 집전판의 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 자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV) 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

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

그리고 이러한 이차 전지(이하, 단위 전지)는 대전력을 필요로 하는 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 직렬로 연결되어 대용량의 이차 전지 모듈을 구성하게 된다.

상기 전지 모듈에 있어, 각각의 단위 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 케이스를 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.

전극군의 양극 및 음극에는 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성되고, 양극 무지부와 음극 무지부는 서로 다른 방향을 향하도록 배치된다.

단위 전지가 원통형으로 형성되는 경우, 음극 무지부에는 음극 집전판이 부착되고, 양극 무지부에는 양극 집전판이 부착된다. 음극 집전판은 케이스와 전기적으로 연결되고, 양극 집전판은 캡 조립체와 전기적으로 연결되어 외부로 전류를 유도하게 된다. 따라서 케이스는 음극 단자 역할을 하고, 캡 조립체에 설치된 캡 플레이트가 음극 단자 역할을 한다.

단위 전지가 충전과 방전을 되풀이하는 동안 단위 전지의 내부에서 가스가 발생하는데, 이러한 가스가 전극군 사이에 잔류하면 전극의 틈새가 벌어져 충전과 방전 효율이 저하되는 문제가 발생한다.

따라서 이러한 가스를 전극군의 외측으로 배출시켜야만 전극군이 그 형태를 안정적으로 유지할 수 있다.

그러나 종래의 음극 집전판은 전극군이 위치하는 공간과 음극 집전판아래의 공 간이 격리되어 음극 집전판 근처에 형성된 가스가 원활하게 배출되지 못한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단위 전지 내부에서 발생된 가스를 원활하게 배출할 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 상기 전극군 및 캡 조립체와 전기적으로 연결되는 양극 집전판과 상기 전극군 및 케이스와 전기적으로 연결되는 음극 집전판을 포함하고, 상기 음극 집전판은 상기 전극군을 향하여 돌출되고 상기 전극군과 연통되는 관통구를 갖는 무지부 접촉부를 포함한다.

상기 전극군의 중심에는 코어 공간이 형성될 수 있다.

상기 관통구는 상기 코어 공간과 연통될 수 있다.

상기 관통구는 상기 음극 집전판의 중심 주위에 배치되어 형성될 수 있다.

상기 음극 집전판은 상기 케이스를 향해 돌출되어 상기 케이스와 접하는 케이스 부착부를 포함할 수 있다.

상기 케이스 부착부는 상기 음극 집전판의 중앙에 형성될 수 있다.

상기 음극 집전판은 상기 전극군에서 발생한 가스를 배출시키기 위한 배기 홀을 포함할 수 있다.

상기 배기 홀은 상기 전극군의 상기 음극이 갖는 음극 무지부 영역에대응되어 배치될 수 있다.

상기 음극 집전판은 원판형으로 형성되고, 상기 배기 홀이 상기 관통구보다 음극 집전판의 중심부터 멀리 배치되어 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, 전극군(10)을 수용할 수 있도록 일측 선단에 개구부가 형성된 케이스(20)를 포함한다. 그리고 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, 권취 롤 등을 이용하여 와류상으로 감겨져 원통형상을 이룬다. 감겨진 전극군에서 권취 롤이 제거된 후에는 권취 롤이 있던 전극군의 중앙에 코어 공간(15)이 형성된다.

전극군(10)의 양쪽 단부에는 활물질이 도포되지 않은 무지부(11a, 12a)가 형성된다. 양극(11)의 상단(도 1 기준)에는 양극 무지부(11a)가 형성되어 양극 집전판(40)과 전기적으로 연결된다. 또한, 음극(12)의 하단(도 1 기준)에는 음극 무지부(12a)가 형성되어 음극 집전판(50)과 전기적으로 연결된다. 여기서 양극 무지부와 음극 무지부는 그 위치가 바뀌어 배치될 수 있다.

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), 및 캡 플레이트(32)와 벤트 플레이트(33) 사이에 설치되어 고온에서 전류를 차단하는 PTC(positive temperature coefficient) 소자(34)를 포함한다. 벤트 플레이트(33)는 리드부재(35)를 매개로 양극 집전판(40)과 전기적으로 연결되며 설정된 압력 조건에서 전극군과 외부 단자(32a)의 전기적 연결을 차단하는 역할을 한다.

이러한 캡 조립체(30)는 절연을 위하여 개스킷(31)을 매개로 케이스(20)에 설치된다.

양극 집전판(40)의 중앙에는 구멍(41)이 형성되는데, 이를 통해서 코어 공간부(15)와 양극 집전판(40)의 상부 공간이 서로 연통된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 음극 집전판(50)은 전극군(10)을 향하여 돌출되어 음극 무지부(12a)에 접촉하는 무지부 접촉부(52)와 케이스(20)의 바닥을 향하여 돌출되어 케이스 바닥(21)과 접촉하는 케이스 부착부(56)를 포함한다.

케이스 부착부(56)는 음극 집전판(50)의 중앙에 형성되어 케이스 바닥(21)에 용접으로 고정된다. 본 실시예에서는 케이스 부착부(56)가 원형의 횡단면을 갖는 것으로 예시하고 있지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 무지부 접촉부(52)는 직사각형의 종단면을 갖고 음극 집전판(50)의 가장자리에서 중앙을 향하여 일자로 이어져 형성된다. 본 실시예에서는 케이스 부착부(56)의 주변에 4개의 무지부 접촉부(52)가 형성된 것으로 예시하고 있지만 무지부 접촉부(52)의 개수에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.

무지부 접촉부(52)는 얇은 판 구조로 이루어져 무지부를 향하는 면의 뒷면은 오목하게 함몰되어 채널이 형성된다. 무지부 접촉부(52)에서 음극 집전판(50)의 중앙을 향하는 면에 관통구(53)가 형성되어 코어 공간부(15)와 연통된다. 이에 따라 음극 집전판(50)의 뒷면에 있는 기체가 관통구(53)를 통해서 코어 공간부(15)로 이동할 수 있다.

그리고 무지부 접촉부(52)의 사이에는 전극군(10)에서 발생된 가스가 음극 집전판(50)과 케이스 바닥(21) 사이의 공간으로 배출될 수 있도록 배기 홀(51)이 형성된다. 이 배기 홀(51)은 전극군(10)이 위치하는 공간과 연통되며 원형의 단면을 갖는다. 다만, 배기 홀(51)의 형상 및 수량에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전극군(10) 내부에서 가스가 발생하면 전극군(10) 이 위치한 부분의 압력이 증가하고 이에 따라 화살표로 도시한 바와 같이 가스는 배기 홀(51)을 통해서 음극 집전판(50)의 뒤쪽으로 이동한다. 음극 집전판(50)과 이 부분의 가스는 무지부 접촉부(52)의 관통구(53)를 통해서 코어 공간(15)으로 이동할 수 있으며, 코어 공간부(15)와 양극 집전판(40)의 상부 공간은 서로 연통되므로 이 가스는 양극 집전판(40)의 위쪽까지 이동할 수 있다.

이와 같이, 음극 집전판(50)에 배기 홀(51)이 형성되어 있어서 음극 집전판(50) 근처에서 발생한 가스는 음극 집전판(50)을 통과하여 음극 집전판의 뒤쪽으로 이동할 수 있다. 또한, 음극 집전판(50)에 관통구(53)가 형성되어 음극 집전판의 뒤쪽에 있는 가스가 코어 공간을 통해서 케이스의 위쪽으로 용이하게 이동할 수 있다.

음극 집전판(50)과 동일하게 양극 집전판(40)에도 배기 홀(미도시)이 형성될 수 있는데, 이에 따라 양극 집전판(40) 근처에서 발생한 가스는 양극 집전판(40)의 배기 홀로 배출되고 음극 집전판(50) 근처의 가스는 음극 집전판(50)의 배기 홀(51)로 배출될 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 음극 집전판의 뒷면에 포집된 가스를 관 통구를 통해서 케이스의 상부로 용이하게 이동시킬 수 있다.

또한, 전극군 내부에서 발생한 가스를 전극군의 밖으로 용이하게 배출할 수 있어서 이차 전지의 충전과 방전효율이 향상된다.

Claims (9)

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

   상기 전극군 및 캡 조립체와 전기적으로 연결되는 양극 집전판;

   상기 전극군 및 케이스와 전기적으로 연결되는 음극 집전판;

   을 포함하고,

   상기 음극 집전판은 상기 전극군을 향하여 돌출되고 상기 전극군과 연통되는 관통구를 갖는 무지부 접촉부를 포함하는 이차 전지.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 전극군의 중심에는 코어 공간이 형성되는 이차 전지.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 관통구는 상기 코어 공간과 연통되는 이차 전지.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 관통구는 상기 음극 집전판의 중심 주위에 배치되어 형성된 이차 전지.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 음극 집전판은 상기 케이스를 향해 돌출되어 상기 케이스와 접하는 케이스 부착부를 포함하는 이차 전지.
6. 제5 항에 있어서,

   상기 케이스 부착부는 상기 음극 집전판의 중앙에 형성되는 이차 전지.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 음극 집전판은 상기 전극군에서 발생한 가스를 배출시키기 위한 배기 홀을 포함하는 이차 전지.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 배기 홀은 상기 전극군의 상기 음극이 갖는 음극 무지부 영역에 대응되어 배치된 이차 전지.
9. 제7 항에 있어서,

   상기 음극 집전판은 원판형으로 형성되고, 상기 배기 홀이 상기 관통구보다 음극 집전판의 중심부터 멀리 배치되어 형성된 이차 전지.

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