KR20080071312A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 이차 전지는 리드부를 용이하게 절곡하고 내부 저항을 감소시킴으로써 생산성 및 출력을 향상시킬 수 있도록, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스와, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 전극 단자를 갖는 캡 조립체, 및 상기 전극군과 상기 캡 조립체에 전기적으로 연결되는 리드부를 포함하고, 상기 리드부는 복수의 용접부에서 용접으로 접합된 복수의 리드부재들로 이루어지며, 상기 용접부들 사이에서 상기 리드부재들의 길이는 서로 다르게 형성된다.
이차 전지, 리드부, 길이, 절곡, 용접부

Description

이차 전지{RECHARGEABEL BATTERY}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드부를 절곡시키는 과정을 도시한 단면도이다.
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두께를 두껍게 형성하여 저항이 감소되면서도 용이하게 절곡될 수 있도록 구성된 리드부를 갖는 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 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 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군과 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 케이스를 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.
이차 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, 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 하게 된다.
양극 집전판과 캡 조립체는 도전성 금속으로 이루어진 리드부에 의하여 전기적으로 연결된다. 이러한 리드부는 저항 감소를 위해서 두껍게 형성하는 것이 바람직한 반면, 양극 집전판은 무지부와의 레이저 용접을 위하여 두께가 3mm이하로 제작되어야 한다. 이에 리드부와 양극 집전판은 통상적으로 별개의 부재로 형성되며, 리드부는 캡 조립체와 양극 집전판에 용접으로 고정되어 이들을 전기적으로 연결한다.
캡 조립체는 리드부와 용접된 상태로 케이스에 끼워지는데, 이때 리드부는 절곡된 상태로 케이스 내로 삽입되어 캡 조립체와 전극군 사이의 공간에 위치하게 된다.
리드부는 저항 감소를 위해 충분한 두께를 가져야 하지만, 리드부의 두께가 너무 두꺼우면 리드부가 잘 접혀지지 않아서 케이스 내부에 설치하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 두께가 증가하여 작은 저항을 가지면서도 용이하게 접혀지는 리드부를 포함하는 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 밀폐하며 전극 단자를 갖는 캡 조립체, 및 상기 전극군과 상기 캡 조립체에 전기적으로 연결되는 리드부를 포함하고, 상기 리드부는 복수의 용접부에서 용접으로 접합된 복수의 리드부재들로 이루어지며, 상기 용접부들 사이에서 상기 리드부재들의 길이는 서로 다르게 형성된다.
상기 전극군에는 집전판이 부착 설치되고, 상기 리드부는 상기 집전판과 상기 캡 조립체에 각각 부착될 수 있다.
상기 리드부재들 중 하나의 리드부재는 상기 집전판과 일체로 형성될 수 있 다.
상기 용접부는 상기 리드부의 길이 방향으로 이격되어 배열될 수 있다.
상기 리드부는 상기 전극군에 부착 설치된 집전판과 일체로 형성된 집전 리드부재와, 상기 집전 리드부재와 복수 개소에서 용접으로 접합된 확장 리드부재를 포함할 수 있다.
상기 용접부와 용접부 사이의 구간들에서 상기 확장 리드부재와 상기 집전 리드부재의 길이는 교대로 다른 리드부재보다 길게 형성될 수 있다.
상기 집전 리드부재와 상기 확장 리드부재는 상기 집전판과 인접한 제1 용접부, 상기 캡 조립체와 인접한 제2 용접부, 및 상기 제1 용접부와 상기 제2 용접부 사이에 배치된 중간 용접부에서 용접으로 접합되고, 상기 제1 용접부와 상기 중간 용접부 사이에서는 상기 확장 리드부재의 길이가 상기 집전 리드부재의 길이보다 길게 형성될 수 있다.
상기 중간 용접부와 상기 제2 용접부 사이에서는 상기 집전 리드부재의 길이가 상기 확장 리드부재의 길이보다 길게 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 전지(100)는 양극(112)과 음극(113)이 세퍼레이터(114)를 사이에 두고 위치하는 전극군(110)과, 전해액과 함 께 전극군(110)을 수용할 수 있도록 일측 선단에 개구부가 형성된 케이스(120)를 포함한다. 그리고 케이스(120)의 개구부에는 케이스(120)를 밀봉하는 캡 조립체(140)가 개스킷(144)을 매개로 설치된다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 케이스(120)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 이루어진다.
그리고 본 실시예에 따른 케이스(120)의 형상은 전극군(110)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.
캡 조립체(140)를 케이스(120)에 끼운 후, 클램핑하여 캡 조립체(140)를 케이스(120)에 고정시키게 되는데, 이 과정에서 케이스(120)에는 비딩부(123)와 크림핑부(125)가 형성된다.
전극군(110)은 양극(112)과 세퍼레이터(114) 및 음극(113)이 적층된 후, 와류상으로 감겨진 원통형 타입으로 이루어지나, 전극군(110)의 구조가 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니고 다른 구조로도 이루어질 수 있다. 전극군(110)의 중심에는 전극군(110)이 원통형의 형상을 유지할 수 있도록 센터핀(126)이 설치된다.
그리고 양극(112)의 상단(도 1 기준)에는 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부(112a)가 형성되어 양극 집전판(138)과 전기적으로 연결된다. 또한, 음극(113)의 하단(도 1 기준)에는 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부(113a)가 형성되어 음극 집전판(132)과 전기적으로 연결된다.
캡 조립체(140)는 돌출된 외부 단자와 배기구(143a)가 형성된 캡 플레이트(143)와, 캡 플레이트(143)의 아래에 설치되며 설정된 압력 조건에서 파손되어 가스를 방출하는 벤트 플레이트(142)를 포함한다. 벤트 플레이트(142)는 설정된 압력 조건에서 전극군(110)과 캡 플레이트(143)의 전기적 연결을 차단하는 역할을 한다.
캡 플레이트와 벤트 플레이트의 사이에는 양성온도소자(positive temperature coefficient element, 141)가 설치되는 바, 상기 양성온도소자(141)는 일정 온도를 넘으면 전기저항이 거의 무한대까지 커지는 장치로서, 이차 전지(100)가 정해진 값 이상의 온도가 되었을 때, 충전 및 방전 전류의 흐름을 차단시키는 역할을 한다.
벤트 플레이트(142)는 아래로 돌출된 돌기를 갖는데, 이 돌기의 하면에는 서브 플레이트(147)가 부착된다. 돌기의 외측에는 리드부(150)를 통해서 전극군(110)과 전기적으로 연결되며 서브 플레이트(147)에 고정된 미들 플레이트(146)와 이 미들 플레이트(146)와 벤트 플레이트(142) 사이에서 미들 플레이트(146)와 벤트 플레이트(142)를 절연 시키는 절연체(145)가 설치된다. 도 1에는 도시하지 않았지만, 돌기의 모서리에는 노치가 형성되어 있다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 리드부(150)는 일측 단부가 양극 집전판(138)에 고정되고 타측 단부가 서브 플레이트(147)에 고정되어 양극 집전판(138)과 캡 조립체(140)를 전기적으로 연결하고 있다.
리드부(150)는 양극 집전판(138)과 일체로 형성된 집전 리드부재(151)와 집 전 리드부재(151)에 용접으로 부착된 확장 리드부재(152)를 포함한다. 이와 같이 양극 집전판(138)과 일체로 리드부(150)를 형성함으로써 양극 집전판(138)과 리드부(150) 사이의 접촉저항을 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 양극 집전판(138)은 양극 무지부(112a)와 레이저 용접으로 접합되기 위해서 0.3mm 이하의 두께를 가져야 하는 바, 리드부(150)의 두께가 0.3mm 이하로 형성되면 리드부(150)의 저항이 증가하는 문제가 발생하나, 집전 리드부재(151)에 확장 리드부재(152)를 용접으로 접합함으로써 리드부(150)의 두께를 증가시켜 저항을 감소시킬 수 있다.
집전 리드부재(151)와 확장 리드부재(152)는 용접으로 상호 부착되는 바, 양극 집전판(138)과 인접한 제1 용접부(P1)와, 캡 조립체(140)와 인접한 제2 용접부(P2), 및 제1 용접부(P1)와 제2 용접부(P2)의 사이에 형성된 중간 용접부(Pm)에서 상호 접합된다.
한편, 확장 리드부재(152)는 제1 용접부(P1)와 중간 용접부(Pm) 사이에 위치하는 제1 확장 리드부재(152a)와 중간 용접부(Pm)와 제2 용접부(P2) 사이에 위치하는 제2 확장 리드부재(152b)를 포함하여 구성된다.
또한, 집전 리드부재(151)는 제1 용접부(P1)와 중간 용접부(Pm) 사이에 위치하는 제1 집전 리드부재(151a)와 중간 용접부(Pm)와 제2 용접부(P2) 사이에 위치하는 제2 집전 리드부재(151b)를 포함하여 구성된다.
이에 따라, 제1 확장 리드부재(152a)와 제1 집전 리드부재(151a)는 서로 마주하도록 배치되며, 제2 확장 리드부재(152b)와 제2 집전 리드부재(151b)도 서로 마주하도록 배치된다.
제1 확장 리드부재(152a)와 제1 집전 리드부재(151a)는 서로 다른 길이를 가지며, 제2 확장 리드부재(152b)와 제2 집전 리드부재(151b)도 서로 다른 길이를 갖는다.
본 실시예에 따른 제1 확장 리드부재(152a)는 제1 집전 리드부재(151a)보다 길게 형성되며, 제2 확장 리드부재(152b)는 제2 집전 리드부재(151b)보다 짧게 형성된다. 이러한 길이의 차이는 집전 리드부재(151)와 확장 리드부재(152)를 용접으로 접합할 때, 한 부분에서 용접한 후, 길게 형성할 부분을 만곡시켜서 다음 용접부에서 용접함으로써 형성할 수 있다.
이에 따라 도 1a에 도시된 바와 같이, 리드부(150)가 케이스(120) 내에 삽입되어 접히기 전에는 제1 확장 리드부재(152a)는 길이의 차이만큼 볼록하게 만곡된 부분을 가지며, 제2 집전 리드부재(151b)도 볼록하게 만곡된 부분을 가지게 된다.
확장 리드부재(152)와 집전 리드부재(151)가 접합된 상태에서 절곡될 때, 외측에 위치한 제1 확장 리드부재(152a)는 제1 집전 리드부재(151a)보다 상대적으로 큰 궤적을 그리면서 절곡되므로 이러한 궤적의 길이 차이만큼 제1 확장 리드부재(152a)는 제1 집전 리드부재(151a)보다 길게 형성된다. 즉, 길이가 길게 형성되는 리드부재는 절곡되는 구간에서 바깥쪽에 위치하는 리드부재인 것이다.
이에 의하면 도 2b에 도시된 바와 같이 집전부재(150)를 절곡시킬 때, 절곡되는 부분의 바깥쪽에 위치한 제1 확장 리드부재(152a)가 제1 집전 리드부재(151a)보다 길게 형성되어 큰 궤적을 그리면서 절곡되더라도 제1 확장 리드부재(152a)가 절곡을 방해하지 않고 용이하게 절곡될 수 있다. 또한, 제1 확장 리드부재(152a) 는 미리 굽혀져 있으므로 절곡과정에서 굽혀지지 않은 제1 집전 리드부재(151a)에 큰 힘이 가해져 보다 용이하게 절곡 작업을 수행할 수 있다.
또한, 도 2c에 도시된 바와 같이, 반대 방향으로 절곡할 경우에는 절곡되는 부분의 바깥쪽에 위치하는 제2 집전 리드부재(151b)가 상대적으로 제2 확장 리드부재(152b)보다 길게 형성되어 리드부(150)를 보다 용이하게 절곡시킬 수 있게 된다. 이와 같이, 리드부(150)는 통상적으로 지그재그 형태로 절곡되므로 용접부 사이에서 각 리드부재의 길이는 교대로 다른 리드부재보다 길게 형성된다.
본 실시예에서는 제1 확장 리드부재(152a)가 제1 집전 리드부재(151a)보다 길게 형성되며, 제2 집전 리드부재(151b)가 제2 확장 리드부재(152b)보다 길게 형성된 것으로 예시하고 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 리드부를 절곡함에 있어서 절곡되는 부분의 바깥쪽에 배치되는 리드부의 부분을 만곡시켜서 상대적으로 길게 형성하면 족하므로, 절곡되는 방향과 각 리드부재의 배치에 따라 선택적으로 길이를 달리 설정할 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 복수 개의 리드부를 용접으로 접합하고 각 용접부 사이의 길이를 달리 설정함으로써 리드부를 용이하게 절곡시킬 수 있으 며 이에 따라 작업 능률이 향상된다.
또한, 양극 집전판과 리드부재를 일체로 형성하여 양극 집전판과 리드부 사이의 접촉저항을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극 집전판과 일체로 형성된 리드부재에 별개의 리드부재를 덧대어 리드부재의 두께를 두껍게 형성함으로써 리드부의 저항을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 이차 전지의 출력이 향상된다.

Claims (8)

  1. 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군;
    상기 전극군이 내장되는 케이스;
    상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 전극 단자를 갖는 캡 조립체; 및
    상기 전극군과 상기 캡 조립체에 전기적으로 연결되는 리드부;
    를 포함하고,
    상기 리드부는 복수의 용접부에서 용접으로 접합된 복수의 리드부재들로 이루어지며, 상기 용접부들 사이에서 상기 리드부재들의 길이는 서로 다르게 형성되는 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전극군에는 집전판이 부착 설치되고, 상기 리드부는 상기 집전판과 상기 캡 조립체에 각각 부착되는 이차 전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 리드부재들 중 하나의 리드부재는 상기 집전판과 일체로 형성된 이차 전지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 용접부는 상기 리드부의 길이 방향으로 이격되어 배열된 이차 전지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 리드부는 상기 전극군에 부착 설치된 집전판과 일체로 형성된 집전 리드부재와,
    상기 집전 리드부재와 복수 개소에서 용접으로 접합된 확장 리드부재를 포함하는 이차 전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 용접부와 용접부 사이의 구간들에서 상기 확장 리드부재와 상기 집전 리드부재의 길이는 교대로 다른 리드부재보다 길게 형성된 이차 전지.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 집전 리드부재와 상기 확장 리드부재는 상기 집전판과 인접한 제1 용접부, 상기 캡 조립체와 인접한 제2 용접부, 및 상기 제1 용접부와 상기 제2 용접부 사이에 배치된 중간 용접부에서 용접으로 접합되고,
    상기 제1 용접부와 상기 중간 용접부 사이에서는 상기 확장 리드부재의 길이가 상기 집전 리드부재의 길이보다 길게 형성된 이차 전지.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 중간 용접부와 상기 제2 용접부 사이에서는 상기 집전 리드부재의 길이가 상기 확장 리드부재의 길이보다 길게 형성된 이차 전지.
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