KR20120081547A - 이차 전지, 그 조립 방법 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

이차 전지, 그 조립 방법 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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KR20120081547A
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Abstract

본 발명에서는 전극 단자의 체결력을 향상시키고, 저항을 낮출 수 있으며, 제조 단가를 낮출 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 전극 조립체를 내장하는 케이스와, 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트와, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고, 상기 캡 플레이트의 상부로 돌출된 집전 단자와, 상기 캡 플레이트의 상부에 위치하고, 상기 집전 단자에 결합되며, 내부에 수평 방향의 슬라이드홀을 구비하는 단자 플레이트와, 상기 단자 플레이트의 슬라이드홀에 삽입되어 상기 단자 플레이트와 결합된 체결 단자를 포함하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지, 그 조립 방법 및 이를 포함하는 배터리 팩{Secondary Battery, Method Of Assembling The Same And Battery Pack Including The Secondary battery}
본 발명은 이차 전지, 그 조립 방법 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
본 발명은 전극 단자의 체결력을 향상시키고, 저항을 낮출 수 있으며, 제조 단가를 낮출 수 있는 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 전극 조립체를 내장하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고, 상기 캡 플레이트의 상부로 돌출된 집전 단자; 상기 캡 플레이트의 상부에 위치하고, 상기 집전 단자에 결합되며, 내부에 수평 방향의 슬라이드홀을 구비하는 단자 플레이트; 및 상기 단자 플레이트의 슬라이드홀에 삽입되어 상기 단자 플레이트와 결합된 체결 단자를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단자 플레이트는 상기 슬라이드홀의 상부에 형성되어 상기 체결 단자의 수직 위치를 고정하는 고정턱을 더 구비할 수 있다.
그리고 상기 체결 단자는 상기 슬라이드홀에 삽입되는 방향의 전후단에서 하부를 향해 구부려져서 상기 단자 플레이트와 체결되는 벤딩부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 체결 단자의 벤딩부는 상기 단자 프레이트의 측부에 수직 방향으로 형성된 결합홈에 결합될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지의 조립 방법은 전극 조립체에 연결되고 캡 플레이트의 상부로 돌출된 집전 단자에 슬라이드홀을 구비하는 단자 플레이트를 결합하는 단계; 상기 단자 플레이트의 슬라이드홀에 체결 단자를 삽입하여 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 체결 단자를 결합하는 단계는 한 쌍의 벤딩부 중 하나를 구부린 상태에서 나머지 하나를 전단으로 하여 상기 단자 플레이트의 슬라이드홀에 상기 체결 단자를 삽입하는 것일 수 있다.
그리고 상기 체결 단자를 결합하는 단계는 상기 구부려진 벤딩부가 상기 단자 플레이트의 측부에 맞닿은 때, 나머지 하나의 벤딩부를 구부려서 상기 단자 플레이트의 측부에 결합하는 것일 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 단자를 형성함에 있어서, 단자 플레이트에 체결 단자를 슬라이딩 삽입하여 체결 단자의 수평 위치를 고정하고, 체결 단자의 벤딩부를 구부림으로써 체결 단자의 수직 위치를 고정시킴으로써, 체결 단자를 단자 플레이트에 강하게 결합하여, 체결력을 향상시킬 수 있고, 전기적 저항을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 별도의 용접이 없이도 체결력이 향상되는바, 조립성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지와 집전 단자를 분리하여 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 I-I'선 단면도이다.
도 4는 도 2의 A 부분 확대도이다.
도 5는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선 확대도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 전극 단자를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지와 버스 바의 결합 방법을 도시한분해 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 전극 단자에서 전류 경로를 도시한 것이다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 조립 방법을 설명한 순차 설명도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지와 집전 단자를 분리하여 도시한 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 I-I'선 단면도이다. 도 4는 도 2의 A 부분 확대도이다. 도 5는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선 확대도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 전극 단자를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 제 2 전극판(112) 및 그 사이에 위치한 세퍼레이터(113)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 음극으로서 동작할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 양극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제 1 전극판(111)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부(111a)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(111a)는 제 1 전극판(111)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(112)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 2 전극 무지부(112a)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부(112a)는 제 2 전극판(112)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 각각에 전기적으로 연결되는 제 1 단자(120) 및 제 2 단자(130)가 결합된다.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(140)에 수납된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
상기 제 1 단자(120)는 금속 또는 그 등가물로 이루어지며, 상기 제 1 전극 집전판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 단자(120)는 제 1 집전판(121), 제 1 집전 단자(122), 제 1 단자 플레이트(123) 및 제 1 체결 단자(124)를 포함한다.
상기 제 1 집전판(121)은 상기 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(111a)와 접촉된다. 실질적으로, 상기 제1집전판(121)은 상기 제1전극 무지부(111a)에 용접된다. 상기 제 1 집전판(121)은 대략 '┎' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(121d)이 형성된다. 상기 단자홀(121d)에는 상기 제 1 집전 단자(122)가 끼워져 결합된다. 이러한 제 1 집전판(121)은 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조된다. 그러나, 이러한 재질로 제 1 집전판(121)을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 집전 단자(122)는 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제 1 집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 집전 단자(122)는 상기 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 상기 캡 플레이트(151)의 하부에는 제 1 집전 단자(122)가 상기 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(122a)가 형성되어 있다. 상기 제 1 집전 단자(122) 중 상기 플랜지(122a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제 1 집전판(121)의 단자홀(121d)에 끼워지고 용접된다. 또한, 상기 제 1 집전 단자(122) 중 상기 플랜지(122a)의 상부에 형성된 영역은 제 1 단자 플레이트(123)에 고정된다. 즉, 상기 제 1 집전 단자(122)의 상단은 하기할 제 1 단자 플레이트(123)에 결합된 후 리벳팅된다. 여기서, 상기 제1 집전 단자(122)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 이러한 제 1 집전 단자(122)는 예를 들면 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 상기 제 1 집전 단자(122)가 한정되는 것은 아니다.
상기 제 1 단자 플레이트(123)는 몸체를 기본으로 몸체의 내부에 수직 방향을 따라 형성된 관통홀(123a), 수평 방향으로 형성된 체결홀(123b) 및 상기 슬라이드홀(123b)의 상부에 형성된 고정턱(123c)을 구비한다. 상기 제 1 단자 플레이트(123)는 대략 육면체 형태로 형성되며, 상기 관통홀(123a)이 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 중앙에 대략 수직 방향으로 형성되어 상기 제 1 집전 단자(122)에 의해 관통 결합된다.
또한, 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 대략 상측 내부에는 수평 방향으로 슬라이드홀(123b)이 형성되어 상기 제 1 체결 단자(124)가 상기 슬라이드홀(123b)을 따라 삽입된다.
또한, 상기 슬라이드홀(123b)의 상부에는 고정턱(123c)이 형성되어 상기 슬라이드홀(123b) 내부에 삽입된 상기 제 1 체결 단자(124)를 수직 방향에서 고정시킨다.
또한, 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 측부에는 상기 슬라이들홀(123b)에 수직한 방향으로 형성된 결합홈(123d)을 포함한다. 상기 결합홈(123d)에는 이후 설명할 상기 제 1 체결 단자(124)의 벤딩부(124c)가 결합된다. 따라서, 상기 제 1 체결 단자(124)는 상기 제 1 단자 플레이트(123)와 결합되어, 수평 방향에서 위치가 고정된다.
상기 제 1 단자 플레이트(123)는 스텐레스 스틸, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성되며, 여기서 그 재질이 한정되지 않는다. 더불어 상기 제 1 단자 플레이트(123)와 상기 캡 플레이트(151)는 서로 절연되어 있다.
상기 제 1 집전 단자(122)와 와 제 1 단자 플레이트(123)는 상호간 결합 및 고정되어 있다. 즉, 상기 제 1 집전 단자(122)가 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 관통홀(123a)을 관통한 후, 상기 제 1 집전 단자(122)의 상단이 리벳팅되어 있다. 따라서, 상기 제 1 집전 단자(122)와 상기 제 1 단자 플레이트(123)는 기계적 및 전기적으로 결합된다. 상기 제 1 집전 단자(122)는 상단이 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 슬라이드홀(123b)과 동일 평면을 이루도록 형성되거나 또는 더 낮은 면을 이룬다. 따라서, 상기 제 1 집전 단자(122)가 상기 제 1 단자 플레이트(123)와 제 1 체결 단자(124) 사이의 체결 또는 결합을 방해하지 않는다.
상기 제 1 체결 단자(124)는 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 상측에 슬라이딩되어 결합되고 고정된다. 상기 제 1 체결 단자(124)는 몸체를 기본으로 하측에 위치한 삽입부(124a)를 구비한다. 상기 삽입부(124a)는 상기 슬라이드홀(123b)에 대응되는 폭과 두께를 갖도록 형성된다. 이러한 상기 삽입부(124a)는 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 슬라이드홀(123b)을 따라 수평 방향으로 슬라이드 방식을 통해 삽입된다.
또한, 상기 제 1 체결 단자(124)는 상기 삽입부(124a)의 상부에 형성된 고정부(124b)를 구비한다. 상기 고정부(124b)는 상기 삽입부(124a)보다 작은 폭을 갖도록 형성되며, 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 고정턱(123c)의 사이 영역에 대응되는 폭을 갖도록 형성된다. 상기 고정부(124b)는 상기 고정턱(123c)의 사이로 슬라이드되며, 그 결과, 상기 삽입부(124a)가 상기 고정턱(123c)에 의해 수직 방향으로 고정된다.
또한, 상기 제 1 체결 단자(124)는 상기 삽입부(124a)의 사이에 형성된 벤딩부(124c)를 구비한다. 상기 벤딩부(124c)는 상기 삽입부(124a)의 사이 영역에 형성되며, 상기 삽입부(124a)가 슬라이딩되는 방향으로 전단과 후단에 각각 형성된다. 상기 벤딩부(124c)는 상기 제 1 체결 단자(124)가 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 슬라이드홀(123b) 내부로 삽입된 이후, 상기 제 1 단자 플레이트(123)을 향하는 방향인 하부로 약 90도 구부러진다. 그리고 상기 벤딩부(124c)는 상기 제 1 단자 플레이트(123)를 상기 슬라이딩 되는 방향을 기준으로 전단과 후단을 고정하게 된다. 특히, 상기 벤딩부(124c)는 상기 제 1 단자 플레이트(123)에 형성된 결합홈(123d)에 체결된다. 따라서, 상기 벤딩부(124c)와 결합홈(123d)의 결합을 통해 상기 제 1 체결 단자(124)는 슬라이딩 되는 전단 및 후단으로 모두 이동할 수 없게 되어, 수평 방향에서 위치가 고정된다. 본 실시예에서 상기 제 1 체결 단자(124)는 상기 단자 플레이트(123)에 상기 고정부(124b)와 고정턱(123c)의 사이에서 용접부(125)를 통해 용접될 수 있다.
또한, 상기 제 1 체결 단자(124)는 상기 고정부(124b)의 상부로 돌출된 단자부(124d)를 구비한다. 상기 단자부(124d)는 표면에 버스 바 체결을 위한 나사산이 형성될 수 있다.
상기 제 1 체결 단자(124)는 스텐레스 스틸, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 단자(130) 역시 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제 2 전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 단자(130)는 제 2 집전판(131), 제 2 집전 단자(132), 제 2 단자 플레이트(133) 및 제 2 체결 단자(134)를 포함한다. 여기서, 상기 제 2 단자(130)의 형태는 상기 제 1 단자(120)의 형태와 동일할 수 으므로, 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 제 2 집전판(131) 및 제 2 집전 단자(132)는 주로 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 2 단자 플레이트(133) 및 제 2 체결 단자(134)는 주로 스텐레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제 2 단자 플레이트(133)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 이하에서 설명될 케이스(140) 및 캡 플레이트(151)는 상기 제2단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.
한편, 상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제 1 단자(120) 및 제 2 단자(130)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 3에서는, 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제 1 단자(120), 제 2 단자(130) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)에 결합된다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 실 가스켓(152), 마개(153), 안전 벤트(154), 제 1 절연 부재(155) 및 제 2 절연 부재(156)를 포함한다. 물론, 상기 실 가스켓(152), 제 1 절연 부재(155) 및 제 2 절연 부재(156)는 상기 제1단자(120) 및 제2단자(130)의 구성 요소로 볼 수도 있다.
상기 캡 플레이트(151)는 상기 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(140)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)는 상술한 바와 같이 상기 제 2 단자(130)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 상기 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 실 가스켓(152)은 절연성 재질로 상기 제 1 집전 단자(122) 및 상기 제 2 집전 단자 (132) 각각과 상기 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 상기 제 1 집전 단자(122) 및 제 2 집전 단자(132)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이를 밀봉시킨다. 이러한 실 가스켓(152)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 마개(153)는 상기 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉하며, 상기 안전 벤트(154)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되고, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(154a)가 형성될 수 있다.
상기 제 1 절연 부재(155)는 상기 제 1 단자 플레이트(123) 및 제 2 단자 플레이트(133)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성된다. 또한, 상기 제 1 절연 부재(155)는 상기 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상기 제 1 절연 부재(155)는 상기 실 가스켓(152)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상기 제 1 절연 부재(155)는 상기 제 1 단자 플레이트(123) 및 제 2 단자 플레이트(133)의 각각과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
상기 제 2 절연 부재(156)는 상기 제 1 집전판(121) 및 제 2 집전판(131)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 제 2 절연 부재(156)는 상기 제 1 집전판(121)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트, 그리고 상기 제 2 집전판(131)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트를 방지한다. 더불어, 이러한 제 2 절연 부재(156)는 상기 제 1 집전 단자(122)와 제 2 집전 단자(132)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에도 형성됨으로써, 상기 제 1 집전 단자(122)와 제 2 집전 단자(132)의 각각과 상기 캡 플레이트(151) 사이의 불필요한 쇼트도 방지한다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 단자(120, 130)를 형성함에 있어서, 집전 단자(122, 132)를 단자 플레이트(123, 133)에 리벳 체결하여 고정시킨 상태에서, 단자 플레이트(123, 133)에 체결 단자(124, 134)를 슬라이딩 삽입하여 체결 단자(124, 134)의 수평 위치를 고정한다. 또한, 체결 단자(124, 134)의 벤딩부(124c, 134c)를 구부림으로써 체결 단자(124, 134)의 수직 위치를 고정시킨다. 따라서, 체결 단자(124, 134)를 단자 플레이트(123, 133)에 강하게 결합하여, 체결력을 향상시킬 수 있고, 전기적 저항을 줄일 수 있다. 또한, 별도의 용접이 없이도 체결력이 향상되는바, 조립성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 전극 단자내 전류의 경로를 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지와 버스 바의 결합 방법을 도시한분해 사시도이다. 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 전극 단자에서 전류 경로를 도시한 것이다. 도 8a 및 도 8b에서 화살표는 방전 전류의 경로를 도시한 것이다.
도 7 및 도 8a를 참조하면, 전지 팩을 형성하기 위해 버스 바(310)는 체결 단자(124)에 결합된다. 즉, 버스 바(310)의 관통홀(310d)에 체결 단자(124)의 단자부(124b)가 결합된다. 또한, 상기 버스 바(310)의 상부 영역과 대응되는 단자부(124b)에는 넛트(311)가 결합됨으로써, 상기 버스 바(310)는 단자 플레이트(123)에 강하게 밀착된다. 따라서, 집전 단자(122)와 버스 바(310) 사이에 상대적으로 단면적이 큰 단자 플레이트(123)가 개재됨으로써, 전류 통로가 증가하며 또한 접촉 전기 저항이 감소한다. 또한, 도 8b를 참조하면, 경우에 따라 상기 버스 바(310) 및 너트(311)는 상기 단자 플레이트(123)의 고정턱(123c) 내측으로 위치하여 결합되는 것도 가능하다.
한편, 상기 버스 바(310)는 스텐레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 상기 단자 플레이트(123, 133)와 상기 체결 단자(124, 134)는 서로 재질이 동일하거나 또는 다를 수 있다. 더불어, 상기 단자 플레이트(123, 133)와 상기 버스 바(310) 역시 서로 재질이 동일하거나 다를 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 리벳팅 방법으로 집전 단자(122, 132)와 단자 플레이트(123, 133)가 체결된다. 그리고 상기 체결 단자(124, 134)는 상기 단자 플레이트(123, 133)의 슬라이드부(123b, 133b)에 슬라이딩 삽입 이후 벤딩부(124c, 134c)의 변형을 통해 강하게 고정된다. 또한 넛트(311)에 의해 상기 체결 단자(124)와 버스 바(310)가 결합되므로, 이종 재료 간의 결합시에도 전기 저항이 크게 증가하지 않는다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 조립 방법을 설명하도록 한다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 조립 방법을 설명한 순차 설명도이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 먼저 상기 제 1 집전 단자(122)가 캡 플레이트(151)에 결합된다. 물론, 이때 상기 제1집전 단자(122)는 실 가스켓(152)에 의해 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)의 표면에는 돌기(151b)가 형성되어 있으며, 상기 돌기(151)는 하기할 제 1 절연 부재(155)의 요홈에 결합된다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 집전 단자(122)에 제 1 절연 부재(155)가 결합된다. 다르게 설명하면, 상기 제 1 절연 부재(155)에 관통홀(155d)이 형성되어 있는데, 상기 관통홀(155d)에 상기 제 1 집전 단자(122)가 관통되어 결합된다.
물론, 상기 제 1 절연 부재(155)는 상기 캡 플레이트(151)에 안착되고, 또한 상기 돌기(151b)에도 결합된다. 따라서, 상기 제 1 절연 부재(155)는 상기 제 1 집전 단자(122)를 중심으로 회전하지 않는다. 더불어, 상기 제 1 집전 단자(122)는 여전히 상기 제 1 절연 부재(155)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장된 형태를 한다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 제 1 단자 플레이트(123)가 상기 제 1 집전 단자(122)에 결합된다. 보다 상세히 설명하면, 상기 제 1 단자 플레이트(123)는 몸체 중앙에 관통홀(123a)이 형성되어 있는데, 상기 관통홀(123a)에 상기 제 1 집전 단자(122)가 관통되어 결합된다. 물론 이때, 상기 제 1 단자 플레이트(123)는 상기 제 1 절연 부재(155)에 밀착된다. 따라서, 상기 제 1 단자 플레이트(123)와 캡 플레이트(151)는 전기적으로 절연된다.
더불어, 상기 제 1 집전 단자(122)의 상단은 리벳팅 툴에 의해 리벳팅된다. 이 때, 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 관통홀(123a) 주변에 형성된 홈에 상기 제 1 집전 단자(122)의 상단이 리벳팅된다. 따라서, 상기 리벳팅에 의해 상기 제 1 집전 단자(122)의 상단은 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 슬라이드홀(123b)보다 하부에 위치하여, 이후 제 1 체결 단자(124)의 체결을 방해하지 않는다.
도 9d에 도시된 바와 같이, 제 1 체결 단자(124)가 상기 제 1 단자 플레이트(123)에 결합된다. 보다 상세히 설명하면, 상기 제 1 체결 단자(124)는 한 쌍의 벤딩부(124c) 중에서 하나를 하부를 향해 대략 90도로 구부린 반면, 나머지 하나는 슬라이드부(124a)와 수평하게 유지한 상태로 구비될 수 있다. 그리고 상기 제 1 체결 단자(124)는 수평하게 유지된 벤딩부(124c)를 전단 방향으로 하여, 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 슬라이드홀(123b) 내부에 삽입부(124a)가 삽입된 상태에서 수평하게 슬라이딩된다. 그리고 상기 슬라이딩 동작은 후단에 위치한 구부려진 벤딩부(124c)가 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 결합홈(123d)에 결합되는 시점까지 이루어지게 된다. 이 때, 상기 제 1 단자 프레이트(123)이 고정턱(123c)은 상기 체결 단자(124)의 삽입부(124a)를 상부에서 고정시키기 때문에, 상기 제 1 체결 단자(124)의 수직 방향에서의 위치가 고정된다.
도 9e 및 도 9f에 도시된 바와 같이, 전단의 수평하게 유지된 벤딩부(124c)는 프레스를 통해 대략 90도로 수직하게 구부려진다. 상기 벤딩부(124c)는 구부려져서, 상기 제 1 단자 플레이트(123)의 결합홈(123d)와 결합된다. 따라서, 상기 제 1체결 단자(124)의 전단과 후단에 위치한 벤딩부(124c)가 모두 대략 90도로 구부려져서 상기 제 1 단자 플레이트(123)과 결합되므로, 상기 제 1 체결 단자(124)의 수평 방향에서의 위치 역시 고정된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 조립 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 이차 전지 110: 전극 조립체
120: 제 1 단자 121: 제 1 집전판
122: 제 1 집전 단자 123: 제1단자 플레이트
124; 제 1 체결 단자 130: 제 2 단자
131: 제 2 집전판 132: 제 2 집전 단자
133: 제 2 단자 플레이트 134; 제 2 체결 단자
140: 케이스 150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트 152: 실 가스켓
153: 마개 154: 안전 벤트
155: 제 1 절연 부재 156: 제 2 절연 부재

Claims (19)

  1. 전극 조립체;
    상기 집전 단자에 전기적으로 연결된 집전 단자;
    상기 집전 단자에 전기적으로 연결되고, 그 상면에 슬라이드 홈을 포함하는 단자 플레이트; 및
    상기 집전 플레이트에 전기적으로 연결되고, 상기 단자 플레이트의 슬라이드홈에 슬라이드 결합된 체결 단자를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전 단자와 전극 조립체의 사이에 전기적으로 연결된 집전 플레이트를 더 포함하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 체결 단자는 벤딩부를 포함하고, 상기 벤딩부는 상기 단자 플레이트의 측면으로 벤딩되는 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단자 플레이트는 그 수평한 측면에 체결홈을 포함하고, 상기 체결 단자의 벤딩부는 상기 단자 플레이트의 체결홈에 결합된 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단자 플레이트의 체결홈은 상기 단자 플레이트의 대응되는 측면에 위치한 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자 플레이트는 상기 슬라이드 홈의 상부에 고정턱를 포함하는 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 체결 단자는 바디부와 상기 바디부의 하부에 삽입부를 포함하고, 상기 삽입부는 상기 단자 플레이트의 슬라이드홈과 슬라이드 체결되는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 삽입부의 폭 및 두께는 상기 슬라이드홈의 폭 및 두께에 대응되는 이차 전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 체결 단자는 상기 삽입부의 상부에 고정부를 포함하고, 상기 고정부의 폭은 상기 삽입부의 폭보다 작은 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 고정부의 폭은 상기 단자 플레이트의 고정턱 사이의 거리에 대응되는 이차 전지.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 체결 단자는 상기 고정부와 고정턱의 사이에서 상기 단자 플레이트에 용접된 이차 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤딩부는 상기 단자 플레이트의 상면에 대해 약 90도의 각도로 하부로 벤딩되는 이차 전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자 플레이트는 그 중앙에 관통홀을 포함하고, 상기 집전 단자는 상기 관통홀에 위치한 이차 전지.
  14. 전극 조립체에 집전 단자를 결합하는 단계;
    상기 집전 단자에 상면에 슬라이드 홈을 포함하는 단자 플레이트를 결합하는 단계; 및
    상기 단자 플레이트의 슬라이드 홈에 체결 단자를 삽입함으로써 단자 플레이트에 체결 단자를 슬라이딩 결합하는 단계를 포함하는 이차 전지의 조립 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 결합 단자는 측면에 벤딩부를 포함하고,
    상기 체결 단자를 슬라이딩 결합하는 단계는 상기 벤딩부의 제 1 단부가 아래로 벤딩되고 상기 벤딩부의 제 2 단부가 상기 체결 단자의 삽입 방향에서 대략 평행하게 연장된 상태에서 상기 단자 플레이트의 슬라이드홈에 상기 체결 단자를 삽입하는 것을 포함하는 이차 전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 체결 단자를 슬라이드 체결하는 단계는 상기 벤딩부의 제 1 단부가 상기 단자 플레이트의 제 1 측면에 접하는 때, 상기 단자 플레이트의 제 2 수평 측면에 대해 상기 제 2 단부를 결합하도록 상기 제 2 단부를 벤딩하는 단계를 더 포함하는 이차 전지의 조립 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 벤딩부의 제 2 단부를 벤딩하는 단계는 상기 단자 플레이트의 상면에 대해 대략 90도의 각도로 하부로 상기 벤딩부의 제 2 단부를 벤딩하는 단계를 더 포함하는 이차 전지의 조립 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 단자 플레이트는 그 제 1 및 제 2 측면에 결합홈을 포함하고,
    상기 체결 단자를 슬라이딩 체결하는 단계는 상기 벤딩부의 제 1 및 제 2 단부를 상기 체결홈에 결합하는 단계를 포함하는 이차 전지의 조립 방법.
  19. 복수개의 이차 전지를 포함하는 배터리 팩에 있어서,
    각각의 상기 이차 전지는
    전극 조립체;
    상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전 단자;
    상기 집전 단자에 전기적으로 연결되고, 상부에 슬라이드홈을 포함하는 단자 플레이트; 및
    상기 단자 플레이트와 결합되고, 상기 단자 플레이트의 슬라이드홈과 슬라이드 결합되는 체결 단자를 포함하고,
    적어도 두 개의 상기 이차 전지들을 전기적으로 연결하고, 적어도 두 개의 상기 이차 전지들의 단자 플레이트들을 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하는 배터리 팩.
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