KR20110128084A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 리드탭의 지지력을 향상시키고, 리드탭과 전극단자의 체결력을 향상시키는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예의 이차 전지는, 세퍼레이터의 양면에 구비되는 양극과 음극을 상기 세퍼레이터와 함께 권취하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 상기 케이스의 일측 개구를 밀폐하는 캡플레이트, 상기 캡플레이트의 단자홀에 설치되는 전극단자, 및 상기 케이스 내에서 상기 전극단자와 상기 전극 조립체를 용접으로 연결하는 리드탭을 포함하며, 상기 전극단자는, 상기 캡플레이트의 내측에 형성되는 내측 단자 플레이트, 및 상기 내측 단자 플레이트에서 돌출되어, 상기 리드탭의 제1 체결구와 제2 체결구에 각각 결합되는 주결합돌기와 보조결합돌기를 포함한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 리드탭과 전극단자의 체결력을 향상시키는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 세퍼레이터(separator) 및 이의 양면에 구비되는 양극과 음극을 권취한 젤리롤 형태의 전극 조립체, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 케이스의 개구를 밀폐하는 캡플레이트, 전극 조립체에 전기적으로 연결되며 캡플레이트에 형성된 단자홀을 통하여 캡플레이트 밖으로 돌출되는 전극단자, 및 전극 조립체의 음극과 양극을 전극단자에 각각 연결하는 리드탭을 포함한다.
리드탭은 캡플레이트의 내측에서 전극단자에 코킹 및 용접으로 체결된다. 전극 조립체에 체결되는 리드탭은 전극단자에 비하여 얇은 판으로 형성되므로 자체적으로 약한 지지력을 가지며, 이로 인하여, 약간의 진동에 의해서도 용접 부분에서 멀어지면서 처지는 현상을 발생시킬 수 있다. 즉 리드탭이 용접 부분에서 절곡될 수 있다.
용접 부분에서 리드탭의 처짐 또는 절곡이 심화되면, 리드탭이 용접 부분에서 전극단자로부터 분리되어, 양자간의 전기적 연결이 차단된다. 특히, 음극에 연결되는 리드탭이 구리로 형성되는 경우, 리드탭이 전극단자와의 용접 부분에서 더 쉽게 처지거나 절곡되어, 전극단자로부터 쉽게 이탈될 수 있다.
본 발명의 일 측면은 리드탭의 지지력을 향상시키고, 리드탭과 전극단자의 체결력을 향상시키는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예의 이차 전지는, 세퍼레이터의 양면에 구비되는 양극과 음극을 상기 세퍼레이터와 함께 권취하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 상기 케이스의 일측 개구를 밀폐하는 캡플레이트, 상기 캡플레이트의 단자홀에 설치되는 전극단자, 및 상기 케이스 내에서 상기 전극단자와 상기 전극 조립체를 연결하는 리드탭을 포함하며, 상기 전극단자는, 상기 캡플레이트의 내측에 형성되는 내측 단자 플레이트, 및 상기 내측 단자 플레이트에서 돌출되어, 상기 리드탭의 제1 체결구와 제2 체결구에 각각 결합되는 주결합돌기와 보조결합돌기를 포함한다.
상기 보조결합돌기는 하나 또는 복수로 형성될 수 있다. 상기 보조결합돌기는 상기 제2 체결구에 코킹 또는 억지끼움 결합될 수 있다.
상기 주결합돌기는 상기 내측 단자 플레이트의 중심에 형성되고, 상기 보조결합돌기는 상기 주결합돌기와 상기 캡플레이트의 끝 사이에 형성될 수 있다.
상기 보조결합돌기는 상기 주결합돌기를 중심으로 하여 양쪽에서 상기 제2 체결구에 결합될 수 있다.
상기 전극단자는, 상기 캡플레이트의 외측에 설치되는 외측 단자 플레이트와, 상기 외측 단자 플레이트에 연결되는 나사부를 더 포함할 수 있다.
상기 외측 단자 플레이트와 상기 나사부는 동종재질로 형성 및 용접될 수 있다. 상기 외측 단자 플레이트와 상기 전극단자는 이종재질로 형성 및 코킹 체결될 수 있다.
상기 전극단자는 상기 캡플레이트의 외측에 설치되는 너트로 체결되는 나사부를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극단자의 내측 단자 플레이트에 주결합돌기와 보조결합돌기를 구비하여 리드탭의 제1, 제2 체결구에 체결함으로써, 리드탭의 지지력을 향상시키고, 또한 리드탭과 전극단자의 체결력을 향상시키는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도3은 전극 조립체와 리드탭의 분해 사시도이다.
도4는 전극단자와 리드탭의 연결부를 도시한 단면도이다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에서 전극단자와 리드탭의 연결부를 도시한 단면도이다.
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지에서 전극단자와 리드탭의 연결부를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다. 도1 및 도2를 참조하면, 제1 실시예의 이차 전지(100)는 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(20), 케이스(20)의 일측에 형성되는 개구를 밀폐하는 캡플레이트(30), 캡플레이트(30)의 단자홀(311, 312)에 설치되는 전극단자(41, 42), 및 전극단자(41, 42)를 전극 조립체(10)에 용접으로 연결하는 리드탭(51, 52)을 포함한다.
전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13), 세퍼레이터(13)의 양면에 배치되는 양극(11)과 음극(12)을 포함하며, 양극(11)과 음극(12) 및 세퍼레이터(13)를 함께 권취함으로써 젤리롤 형태로 이루어진다. 양극(11)과 음극(12)은 박판의 금속 호일로 이루어지는 집전체와, 집전체의 표면에 코팅되는 활물질을 포함한다. 또한 양극(11)과 음극(12)은 집전체에 활물질이 코팅되는 코팅부(C, 도3 참조)와, 집전체에 활물질이 코팅되지 않는 무지부(111, 121)로 구획될 수 있다. 코팅부(C)는 전극 조립체(10)에서 양극(11)과 음극(12)의 대부분을 형성하며, 무지부(111, 121)는 젤리롤 상태에서 코팅부(C)의 양쪽에 각각 배치된다.
도3은 전극 조립체 및 리드탭의 분해 사시도이다. 도3을 참조하면, 무지부(111, 121) 및 리드탭(51, 52)은 양극(11)과 음극(12)에서 각각 동일하게 형성된다. 따라서 양극(11) 측 무지부(111)와 리드탭(51)을 예로 들어 설명하면, 무지부(111)는 연속적으로 권취되므로 무지부(111)의 끝이 동일 중심선에서 점진적으로 커져나가는 라인들을 형성한다. 리드탭(51)은 전극단자(41)에 연결되는 연결부(511)와, 연결부(511)의 일측에 절곡 형성되어 무지부(111)에 초음파 용접 또는 레이저 용접되는 집전부(512)를 포함한다. 연결부(511)는 전극단자(41)에 연결되도록 전극단자(41)를 향하여 개구된 제1 체결구(61) 및 제1 체결구(61)와 나란한 제2 체결구(62)를 형성한다.
다시 도1 및 도2를 참조하면, 케이스(20)는 이차 전지(100)의 전체적인 외관을 형성하며, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성된다. 케이스(20)는 전극 조립체(10)를 내장하는 공간을 제공한다. 예를 들면, 케이스(20)는 육면체의 전극 조립체(10)를 수용하도록 일측에 개구를 가지는 육면체의 각형으로 이루어질 수 있다. 개구는 도면에서 상방을 향한다.
캡플레이트(30)는 얇은 판재로 이루어지며, 케이스(20)의 개구에 결합되어 개구를 밀폐한다. 캡플레이트(30)는 밀폐된 케이스(20)의 내부를 외부와 차단하면서, 필요에 따라 내부와 외부를 서로 연결할 수 있도록 구성된다. 예를 들면, 캡플레이트(30)는 밀폐된 케이스(20)의 내부로 전해액을 주입하는 전해액 주입구(32)를 가진다. 전해액 주입구(32)는 전해액 주입 후, 밀봉마개(33)에 의하여 밀봉된다.
또한 캡플레이트(30)는 벤트 구멍(35)을 형성하고, 벤트 구멍(35)에 캡플레이트(30)보다 얇은 판재로 이루어져 용접되는 벤트 플레이트(34)를 구비한다. 벤트 플레이트(34)는 전극 조립체(10)의 충전 및 방전 작용으로 발생되는 가스에 의하여, 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상으로 상승할 때, 절개되어 가스를 배출하여 이차 전지(100)의 폭발을 방지한다.
전극단자(41, 42)는 캡플레이트(30)에 형성된 단자홀(311, 312)에 각각 설치되어, 전극 조립체(40)의 양극(11)과 음극(12)을 외부로 각각 인출한다. 예를 들면, 전극단자(41, 42)는 각각 단자홀(311, 312)에 외측 인슐레이터(431, 432)와 내측 인슐레이터(441, 442)를 개재하여 설치됨으로써 캡플레이트(30)와 전기적으로 절연된다. 단자홀(311, 312), 내측 인슐레이터(441, 442) 및 외측 인슐레이터(431, 432)는 2개의 전극단자(41, 42)에서 동일한 구조로 형성될 수 있으므로 일측 전극단자(41), 단자홀(311), 내측 인슐레이터(441) 및 외측 인슐레이터(431)를 예로 들어 설명한다.
외측 인슐레이터(431)는 캡플레이트(30)의 외측에서 단자홀(311)에 부분적으로 삽입되어 전극단자(41)와 캡플레이트(30)를 전기적으로 절연시킨다. 즉 외측 인슐레이터(431)는 전극단자(41)의 외면과 캡플레이트(30)의 외면을 절연시키고, 동시에 전극단자(41)의 외면과 단자홀(311)의 내면을 서로 절연시킨다. 내측 인슐레이터(441)는 캡플레이트(30)의 내측에서 단자홀(311)에 대응하여 캡플레이트(30)와 리드탭(51)을 전기적으로 절연시킨다. 즉 내측 인슐레이터(441)는 리드탭(51)의 상면과 캡플레이트(30)의 내면을 서로 절연시킨다.
도4는 전극단자와 리드탭의 연결부를 도시한 단면도이다. 도4를 참조하면, 전극단자(41)와 리드탭(51)은 결합 및 용접되어 전기적으로 서로 연결된다. 전극단자(41)와 리드탭(51)의 결합 구조는 전극단자(41)와 리드탭(51)의 체결력을 높이고, 리드탭(51)의 자체 지지력을 높일 수 있도록 형성되어 있다. 예를 들면, 전극단자(41)는 캡플레이트(30)의 내측에 위치하는 내측 단자 플레이트(411), 리드탭(51)의 연결부(511)에 결합되는 주결합돌기(412)와 보조결합돌기(413), 캡플레이트(30)의 외측에 위치하는 외측 단자 플레이트(414) 및 나사부(415)를 포함한다.
내측 단자 플레이트(411)는 전극단자(41)의 캡플레이트(30) 내측에서 리드탭(51)의 연결부(511)와 내측 인슐레이터(441) 사이에 개재된다. 내측 단자 플레이트(411), 리드탭(51)의 연결부(511) 및 내측 인슐레이터(441)는 캡플레이트(30)와 서로 수평 상태를 형성한다. 이때, 내측 단자 플레이트(411)는 내측 인슐레이터(441)에 의하여 캡플레이트(30)와 전기적으로 절연 상태를 유지한다.
주결합돌기(412)는 전극단자(41)에서 연장되는 구조로 내측 단자 플레이트(411)에서 케이스(20) 내측으로 돌출 형성되어, 리드탭(51) 연결부(511)의 제1 체결구(61)에 결합되어, 내측 단자 플레이트(411)와 연결부(511) 사이의 용접 상태를 견고하게 한다. 예를 들면, 주결합돌기(412)는 제1 체결구(61)에 삽입되어 코킹으로 체결되어, 리드탭(51)의 연결부(511)와 전극단자(41)의 내측 단자 플레이트(411)를 전기적으로 연결한다. 주결합돌기(412)는 내측 단자 플레이트(411)의 중심에 형성되어 리드탭(51) 연결부(511)와 내측 단자 플레이트(411)의 전기적 연결을 안정적으로 구현한다.
보조결합돌기(413)는 주결합돌기(412)의 일측에서 주결합돌기(412)에 평행한 상태로 내측 단자 플레이트(411)에서 케이스(20) 내측으로 돌출 형성되어, 리드탭(51) 연결부(511)의 체2 체결구(62)에 결합되어, 내측 단자 플레이트(411)와 연결부(511) 사이의 용접 상태를 견고하게 한다. 즉 제2 체결구(62)에 결합된 보조결합돌기(413)는 리드탭(51)의 연결부(511) 좌측이 아래로(도4에서) 처지는 것을 방지함으로써, 내측 단자 플레이트(411)와 연결부(511)의 용접 상태를 지지하게 된다. 연결부(511)의 좌측은 집전부(512)를 통하여 전극 조립체(10)에 연결되므로 연결부(511)의 우측에 비하여, 진동 등에 의하여 아래로 끌리는 힘이 크게 작용할 수 있다. 예를 들면, 보조결합돌기(413)는 제2 체결구(62)에 삽입되어 코킹으로 체결되어, 리드탭(51)의 연결부(511)와 전극단자(41)의 내측 단자 플레이트(411)를 전기적으로 연결한다. 보조결합돌기(413)는 주결합돌기(412)와 캡플레이트(30)의 끝 사이에 형성되어, 리드탭(51) 연결부(511)의 지지력을 증대시킨다. 따라서 리드탭(51)의 연결부(511)는 주결합돌기(412)에 더하여, 보조결합돌기(413)로 내측 단자 플레이트(411)에 매달리는 구조를 형성한다.
도시된 바와 같이, 주결합돌기(412)의 직경이 보조결합돌기(413)의 직경보다 크게 형성되므로 제1 체결구(61)의 직경이 제2 체결구(62)의 직경보다 크게 형성된다. 제1 실시예서, 보조결합돌기(413)는 내측 단자 플레이트(411)에서 1개로 형성되고, 이에 대응하여, 제2 체결구(62)가 연결부(511)에 1개로 형성되어 있다. 도시하지는 않았지만, 보조결합돌기와 제2 체결구는 서로 결합하는 복수로 형성될 수 있다. 또한 보조결합돌기(413)는 연결부(511)의 제2 체결구(62)에 삽입되어 코킹으로 체결될 수 있으나, 억지 끼움 또는 헐거운 끼움으로 결합될 수도 있다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에서 전극단자와 리드탭의 연결부를 도시한 단면도이다. 도5를 참조하는 이차 전지(200)의 설명에서, 제1 실시예의 이차 전지(100)와 비교하여 서로 동일 내지 유사한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
제2 실시예의 이차 전지(200)에 따르면, 내측 단자 플레이트(411)에 형성되는 보조결합돌기(413, 424)는 주결합돌기(412)를 중심으로 하여 양쪽에 1쌍으로 형성된다. 리드탭(251)의 연결부(511)에서 제1 체결구(61)의 양쪽에 형성되는 제2 체결구(62, 63)는 보조결합돌기(413, 424)에 각각 결합되는 1쌍으로 형성된다. 1쌍의 보조결합돌기(413, 424)는 제1 체결구(61)의 양쪽에서 리드탭(251)의 연결부(511)와 내측 단자 플레이트(411)를 더욱 긴밀하게 결합시킨다.
도5에서 보조결합돌기(413, 424)는 제2 체결구(62, 63)에 삽입된 상태를 유지한다. 주결합돌기(412)가 제1 체결구(61)에 삽입되어 코킹으로 체결되어 있고 연결부(511)가 내측 단자 플레이트(411)에 용접되어 있으므로 보조결합돌기(413)가 제2 체결구(62)에서 코킹되지 않고 삽입된 상태를 유지하는 경우에도, 리드탭(251) 연결부(511)는 자체 지지력을 향상시키고 또한 처짐을 방지할 수 있다. 이때, 보조결합돌기(413)는 제2 체결구(62)에 헐거운 끼움 또는 억지 끼움으로 결합될 수 있다. 헐거운 끼움에 비하여, 억지 끼움으로 결합되는 경우, 보조결합돌기(413)는 리드탭(251) 연결부(511)의 지지력을 더 향상시킬 수 있다. 물론, 보조결합돌기(413, 424)는 제2 체결구(62, 63)에서 각각 코킹되어, 리드탭(251)의 연결부(511)를 더 효과적으로 지지할 수도 있다.
도4 및 도5를 참조하면, 외측 단자 플레이트(414)는 외측 인슐레이터(431)를 개재하여 캡플레이트(30)의 외측에 설치되어 전극단자(41)에 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 외측 단자 플레이트(414)는 전극단자(41)와 이종재질로 형성되어, 전극단자(41)에 코킹으로 연결될 수 있다. 또한 나사부(415)는 외측 단자 플레이트(414)와 동일재질로 형성되어, 외측 단자 플레이트(414)에 용접될 수 있다. 전극단자(41)를 외측 단자 플레이트(414)에 코킹으로 결합하여 구비함으로써, 외측 단자 플레이트(414)에 나사부(415)를 용접할 수 있게 한다. 이때, 외측 단자 플레이트(414) 및 나사부(415)를 전극단자(41)보다 기계적 강도가 큰 재질로 형성함으로써, 나사부(415)에 버스바(미도시)를 연결하고 너트(미도시)를 체결할 때, 나사부(415)가 토크에 대하여 강한 내구성을 가질 수 있게 한다.
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지에서 전극단자와 리드탭의 연결부를 도시한 단면도이다. 도6을 참조하면, 제3 실시예의 이차 전지(300)에서 전극단자(341)는 캡플레이트(30)의 외측에 형성되어 너트(342)로 체결되는 나사부(343)를 포함한다. 제3 실시예에서, 전극단자(341), 내측 단자 플레이트(411) 및 나사부(343)는 동일 재질로 형성된다. 따라서 주결합돌기(412)와 보조결합돌기(413) 및 이들에 대응하는 제1, 제2 체결구(61, 62)를 가지는 연결부(511) 및 리드탭(51)은 제1, 제2 실시예에 한정되지 않고, 제3 실시예에서와 같이 전극단자(341)와 나사부(343)를 동일 재료로 형성하는 경우에 적용될 수 있음을 예시한다.
이상을 통해 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.
100, 200, 300 : 이차 전지 10 : 전극 조립체
11 : 양극 2 : 음극
13 : 세퍼레이터 20 : 케이스
30 : 캡플레이트 32 : 전해액 주입구
33 : 밀봉마개 34 : 벤트 플레이트
35 : 벤트 구멍 41, 42, 341 : 전극단자
51, 52, 251 : 리드탭 61 : 제1 체결구
62, 63 : 제2 체결구 111, 121 : 무지부
311, 312 : 단자홀 342 : 너트
412 : 주결합돌기 413, 424 : 보조결합돌기
414 : 외측 단자 플레이트 415, 343 : 나사부
431, 432 : 외측 인슐레이터 441, 442 : 내측 인슐레이터
511 : 연결부 C : 코팅부

Claims (9)

  1. 세퍼레이터의 양면에 구비되는 양극과 음극을 상기 세퍼레이터와 함께 권취하여 형성되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 내장하는 케이스;
    상기 케이스의 일측 개구를 밀폐하는 캡플레이트;
    상기 캡플레이트의 단자홀에 설치되는 전극단자; 및
    상기 케이스 내에서 상기 전극단자와 상기 전극 조립체를 연결하는 리드탭을 포함하며,
    상기 전극단자는,
    상기 캡플레이트의 내측에 형성되는 내측 단자 플레이트, 및
    상기 내측 단자 플레이트에서 돌출되어, 상기 리드탭의 제1 체결구와 제2 체결구에 각각 결합되는 주결합돌기와 보조결합돌기를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 보조결합돌기는,
    하나 또는 복수로 형성되는 이차 전지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 보조결합돌기는,
    상기 제2 체결구에 코킹 또는 억지끼움 결합되는 이차 전지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 주결합돌기는 상기 내측 단자 플레이트의 중심에 형성되고,
    상기 보조결합돌기는 상기 주결합돌기와 상기 캡플레이트의 끝 사이에 형성되는 이차 전지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 보조결합돌기는,
    상기 주결합돌기를 중심으로 하여 양쪽에서 상기 제2 체결구에 결합되는 이차 전지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 전극단자는,
    상기 캡플레이트의 외측에 설치되는 외측 단자 플레이트와,
    상기 외측 단자 플레이트에 연결되는 나사부를 더 포함하는 이차 전지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 외측 단자 플레이트와 상기 나사부는 동종재질로 형성 및 용접되는 이차 전지.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제7 항에 있어서,
    상기 외측 단자 플레이트와 상기 전극단자는 이종재질로 형성 및 코킹 체결되는 이차 전지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 전극단자는,
    상기 캡플레이트의 외측에 설치되는 너트로 체결되는 나사부를 더 포함하는 이차 전지.
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