KR20120085643A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 셀 내부 공간을 극대화하고, 외부 충격시 전극 조립체의 단락을 줄일 수 있으며, 부품의 자유도를 향상시킬 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 내부에 공간을 구비하는 캔과, 코팅부와 무지부를 포함하고 상기 캔의 내부에 삽입되는 적어도 하나의 전극 조립체와, 일단이 상기 무지부에 연결된 적어도 하나의 가요성 전류 집전체와, 상기 가요성 전류 집전체의 타단에 연결된 전극 단자와, 상기 전극 단자의 상부에 형성된 절연 부재와, 상기 절연 부재의 상부에 형성되어 상기 전극 단자에 의해 관통되는 캡 플레이트를 포함하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 의미한다. 이러한 이차 전지는 소형의 경우 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고, 대형의 경우 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 모터를 구동하기 위해 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 캔 내부에 전극 조립체, 집전체, 전극 단자를 포함하여 이루어짐이 일반적이다. 그리고 이차 전지는 대형의 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용됨에 따라 내부 공간 효율을 높여서 용량을 증가시키고, 외부 충격으로부터 전극 조립체를 보호하여 신뢰성을 향상시키는 것이 요구된다.
본 발명은 셀 내부 공간을 극대화하고, 외부 충격시 전극 조립체의 단락을 줄일 수 있으며, 부품의 자유도를 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 내부에 공간을 구비하는 캔과, 코팅부와 무지부를 포함하고 상기 캔의 내부에 삽입되는 적어도 하나의 전극 조립체와, 일단이 상기 무지부에 연결된 적어도 하나의 가요성 전류 집전체와, 상기 가요성 전류 집전체의 타단에 연결된 전극 단자와, 상기 전극 단자의 상부에 형성된 절연 부재와, 상기 절연 부재의 상부에 형성되어 상기 전극 단자에 의해 관통되는 캡 플레이트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가요성 전류 집전체는 상기 무지부와 초음파 용접을 통해 결합될 수 있다.
그리고 상기 가요성 전류 집전체는 표면이 피복되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 가요성 전류 집전체는 복수개의 가닥으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 가요성 전류 집전체는 복수개의 가닥이 꼬여 있는 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 절연 부재는 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트의 사이에 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체의 무지부와 전극 단자의 사이를 가요성 전류 집전체를 연결하여 부품 선택의 자유도를 높임으로써, 제조 단가를 낮추고 생산 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 가요성 전류 집전체를 복수개의 가닥으로 구비하여, 전극 조립체의 유동에 따른 가요성 전류 집전체의 유동성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 가요성 전류 집전체를 복수개의 가닥이 꼬여있는 형태로 구비하여, 가요성 전류 집전체의 내구성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
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 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 캔(110), 전극 조립체(120), 가요성 전류 집전체(140), 전극 단자(150, 151), 제 1 절연 부재(160), 캡 플레이트(170), 제 2 절연 부재(180)를 포함한다. 또한, 상기 캡 플레이트(170)의 상부에는 상기 전극 단자(150, 151)에 결합된 너트(190)가 더 형성될 수도 있다.
상기 캔(110)은 육면체 또는 그 이외의 형상으로 형성된다. 또한, 상기 캔(110)은 내부에 상기 전극 조립체(120)와 전해액을 수용하기 위한 공간을 구비한다. 상기 캔(110)은 통상적으로 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틱과 같은 도전성 금속으로 형성된다. 또한, 상기 캔(110)의 내부에는 절연 물질이 형성되어, 상기 캔(110)은 상기 전극 조립체(120)와 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 전극 조립체(120)는 상기 캔(110)의 내부에 실장된다. 상기 전극 조립체(120)는 양극판과 음극판의 사이에 형성된 세퍼레이터(도시되지 않음)를 포함하여 형성된다. 상기 전극 조립체(120)는 상기 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 와류상으로 권취한 젤리롤 타입으로 이루어진다. 상기 전극 조립체(120)는 활물질이 코팅된 코팅부(121) 및 상기 활물질이 코팅되지 않아 극판이 노출되는 무지부(122)를 포함하여 이루어진다. 상기 무지부(122)는 상기 코팅부(121)의 양 옆으로 돌출되어 형성되며, 상기 가요성 전류 집전체(140)와 체결된다.
상기 가요성 전류 집전체(140)는 상기 전극 조립체(120)의 무지부(122)에 결합된다. 상기 가요성 전류 집전체(140)는 쌍을 이루어 형성되며, 상기 전극 조립체(120)를 구성하는 양극판 및 음극판 각각에 연결된다.
상기 가요성 전류 집전체(140)의 일단은 상기 무지부(122)에 결합되어, 상기 극판 중 하나와 연결된다. 이 때, 상기 가요성 전류 집전체(140)는 상기 무지부(122)에 초음파 용접을 통해 결합될 수 있다. 또한,상기 가요성 전류 집전체(140)의 타단은 상기 전극 단자(150) 중 하나와 연결되어, 상기 무지부(122)와 상기 전극 단자(150)를 상호간에 전기적으로 연결한다.
그리고 상기 가요성 전류 집전체(140)는 일정 정도 가요성(flexible)이 있는 재질로 구성되기 때문에, 외부에서 충격이 가해지는 경우에도 상기 무지부(122)와 가요성 전류 집전체(140) 사이의 결합이 파손되는 것이 줄어들 수 있다. 일 예로, 상기 가요성 전류 집전체(140)는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 가요성 전류 집전체(140)는 상기 전극 조립체(120) 및 전극 단자(150, 151)의 형성 위치에 자유도를 제공한다. 따라서, 상기 전극 단자(150, 151)의 위치를 원하는 위치에 설계할 수 있으므로, 내부 부품 선택의 자유도를 높일 수 있다. 따라서, 부품수 및 단가를 낮추는 것이 가능하다.
또한, 상기 가요성 전류 집전체(140)는 종전의 집전체에 비해 공간을 적게 차지하기 때문에 공간 효율을 높일 수 있고, 전체적인 중량을 감소시킬 수 있다. 상기 가요성 전류 집전체(140)는 필요에 따라서 외부에 상기 가요성 전류 집전체는 불소 고무(fluoro elastomet), 탄성 플라스틱(elastic plastic), 실리콘(Silicon), 불소(fluorice) 및 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 피복이 더 이루어질 수도 있다.
상기 전극 단자(150, 151)는 상기 가요성 전류 집전체(140)에 연결되어, 상기 전극 조립체(120)와 전기적으로 연결된다. 상기 전극 단자(150, 151)는 상기 제 1 절연 부재(160)를 통해 상기 캡 플레이트(170)에 고정됨과 동시에 상기 캡 플레이트(170)와 전기적으로 절연된다. 상기 전극 단자(150, 151)는 상기 가요성 전류 집전체(140)에 연결된 제 1 극성의 전극 단자(150)와 제 2 극성의 전극 단자(151)를 포함하여 이루어진다. 상기 전극 단자(150, 151)는 상기 캡 플레이트(170)의 외부로 돌출되는 형상으로 구성된다.
상기 제 1 절연 부재(160)는 상기 전극 단자(150, 151)의 상부에 결합된다. 상기 제 1 절연 부재(160)의 하부는 상기 전극 단자(150, 151)에 의해 지지되고, 상기 전극 단자(150, 151)의 너트(190) 체결에 의해 위치가 고정될 수 있다.
상기 제 1 절연 부재(160)는 상기 전극 단자(150, 151) 및 가요성 전류 집전체(140)가 상기 캔(110)에 접촉하는 것을 방지하여 상기 캔(110)이 이들로부터 전기적으로 독립될 수 있도록 한다. 또한, 상기 제 1 절연 부재(160)는 상기 전극 조립체(120)의 상기 캔(110)내 위치를 고정하여 상기 전극 조립체(120)가 상기 캔(110)의 내부에서 유동하는 것을 방지한다.
또한, 상기 제 1 절연 부재(160)는 상기 캡 플레이트(170)와의 사이에 전해액 누출을 방지하기 위한 가스켓(160a)을 더 구비할 수도 있다. 상기 가스켓(160a)은 상기 제 1 절연 부재(160)와 상기 캡 플레이트(170)의 사이에 형성된 틈을 메워서, 상기 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지한다.
상기 캡 플레이트(170)는 상기 캔(110)의 상부에 결합된다. 상기 캡 플레이트(170)는 상기 캔(110)을 밀봉한다. 상기 캡 플레이트(170)는 상기 캔(110)의 가장자리를 따라서 용접을 통해 결합된다. 상기 캡 플레이트(170)는 상기 캔(110)의 내부로 전해액을 주입된 이후 주입 마개(171)를 통해 주입구를 밀봉할 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(170)의 다른 영역에 비해 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 상기 캔(110)의 내부 압력이 증가함에 따라 먼저 개방되도록 형성된 안전 벤트(172)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트(170)는 상기 전극 단자(150, 151)에 의해 관통되어, 상기 전극 단자(150, 151)는 상기 캡 플레이트(170)의 상부로 돌출된다. 이 때, 상기 전극 단자(150, 151)는 상기 제 1 절연 부재(160) 및 가스켓(160a)에 의해 상기 캡 플레이트(170)와 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제 2 절연 부재(180)는 상기 캡 플레이트(170)의 상부로부터 상기 전극 단자(150, 151)에 대응되어 결합된다. 상기 제 2 절연 부재(180)는 상기 전극 단자(150, 151)의 주변을 따라 형성되며, 상기 전극 단자(150, 151)와 상기 캡 플레이트(170)의 사이에 형성된다. 상기 제 2 절연 부재(180)는 상기 전극 단자(150, 151)가 상기 캡 플레이트(170)와 접촉하는 것을 방지하여 상호간에 전기적으로 절연되도록 한다.
상기 너트(190)는 상기 제 2 절연 부재(180)의 상부로부터 상기 전극 단자(150, 151)에 결합된다. 상기 너트(190)는 상기 전극 단자(150, 151)의 상측 둘레를 따라 형성된 나사산과 결합한다. 상기 너트(190)는 상기 전극 단자(150)를 상기 캡 플레이트(170)와 물리적으로 결합시켜서, 상기 전극 단자(150)의 위치를 고정시킨다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(120)의 무지부(122)와 전극 단자(150, 151)의 사이를 가요성 전류 집전체(140)로 연결하여, 외부 충격시 전극 조립체(120)의 무지부(122)에서 결합이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 집전체에 비해 적은 부피를 갖는 가요성 전류 집전체(140)를 통해 캔(110)의 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 전극 단자(150, 151)의 설계 자유도를 제공할 수 있다. 또한, 가요성 전류 집전체(140)를 통해 전체 중량을 줄일 수 있고, 부품수 및 단가를 낮출 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다. 앞선 실시예와 동일한 구성 및 작용을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 캔(110), 전극 조립체(120), 가요성 전류 집전체(240), 전극 단자(150, 151), 제 1 절연 부재(160), 캡 플레이트(170), 제 2 절연 부재(180), 너트(190)를 포함한다.
상기 가요성 전류 집전체(240)는 복수개로 가닥으로 구비된다. 상기 가요성 전류 집전체(240)는 서로간에 분리된 복수개의 가닥으로 이루어져 있기 때문에, 단일한 하나의 가닥으로 이루어진 경우에 비해, 상대적으로 전극 조립체(120)의 유동에 대한 유동성을 높일 수 있다.
또한, 이에 따라 상기 가요성 전류 집전체(140)는 하나의 가닥에 비해 상기 전극 조립체(120)의 유동에 의한 스트레스를 상대적으로 적게 받게 되어, 상기 전극 조립체(120) 및 전극 단자(150, 151)와의 결합 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 상기 가요성 전류 집전체(240)는 결합의 신뢰도를 보다 높일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(300)는 캔(110), 전극 조립체(120), 가요성 전류 집전체(340), 전극 단자(150, 151), 제 1 절연 부재(160), 캡 플레이트(170), 제 2 절연 부재(180), 너트(190)를 포함한다.
상기 가요성 전류 집전체(340)는 복수개의 가닥으로 형성되어 있다. 더불어, 상기 가요성 전류 집전체(340)는 복수개의 가닥이 서로 꼬여져 있는 상태로 형성되어 있다. 따라서, 상기 가요성 전류 집전체(340)는 상기 전극 조립체(120)의 유동시 유동성을 확보함과 동시에, 가요성 전류 집전체(340)의 자체의 내구성을 확보할 수 있다.
따라서, 상기 가요성 전류 집전체(340)는 상기 전극 조립체(120)의 유동에 의한 피로 피괴를 방지하고, 상기 전극 조립체(120) 및 전극 단자(150, 151)와의 전기적인 결합 상태를 유지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(400)는 캔(110), 복수개의 전극 조립체(420), 가요성 전류 집전체(440), 전극 단자(150, 151), 제 1 절연 부재(160), 캡 플레이트(170), 제 2 절연 부재(180), 너트(190)를 포함한다.
상기 전극 조립체(420)는 복수개로 구비된다. 상기 전극 조립체(420)는 적어도 2개 이상으로 구비되어 상기 캔(110)의 내부에 삽입된다. 상기 전극 조립체(420)는 각각 코팅부(421) 및 무지부(422)를 포함한다. 상기 전극 조립체(420)는 수평 방향으로 나란하게 배열된 형상으로 도시되어 있으나, 설계에 따라서는 수직 방향으로 스택되는 형상으로 구비될 수도 있다.
상기 가요성 전류 집전체(440)는 상기 전극 조립체(420)의 무지부(422)에 결합된다. 또한, 상기 가요성 전류 집전체(440)는 각각 상기 전극 단자(150, 151)에 결합되어, 상기 전극 조립체(420)와 전극 단자(150, 151)를 전기적으로 결합시킨다.
이 때, 상기 가요성 전류 집전체(440)는 상기 전극 조립체(420)의 동일한 극성을 갖는 무지부(422)를 동일한 전극 단자(150, 151)와 연결하여, 상기 전극 조립체(420)가 상호간에 병렬로 연결되도록 할 수 있다. 또한, 별도로 도시하지는 않았지만, 상기 가요성 전류 집전체(440)는 상기 전극 조립체(420)의 무지부(422)간을 상호간에 결합하여 직렬로 연결한 뒤, 상기 전극 단자(150, 151)와 연결할 수도 있음은 물론이다.
상기 가요성 전류 집전체(440)는 상기 캔(110) 내부에서 공간을 적게 차지하여, 상기 저늑 조립체(420)가 복수개로 형성되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 가요성 전류 집전체(440)를 갖는 이차 전지(400)는 상기 전극 조립체(420)를 보다 확보하여 용량을 늘릴 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예들에 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, 200, 300, 400; 이차 전지 110; 캔
120, 220; 전극 조립체
140, 240, 340, 440; 가요성 전류 집전체
150, 151; 전극 단자 160; 제 1 절연 부재
170; 캡 플레이트 180; 제 2 절연 부재
190; 너트

Claims (20)

  1. 제 1 방향에서 연장된 축에 대해 권취되고, 활물질을 갖는 코팅부 및 상기 제 1 방향을 따른 일단에 무지부를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 캔;
    상기 캔의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트;
    상기 캔의 외부로 돌출되는 단자; 및
    상기 전극 조립체의 무지부와 단자의 사이에 전기적으로 연결된 가요성 전류 집전체를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 전류 집전체의 일단은 상기 무지부에 결합되고, 상기 가요성 전류 집전체의 타단은 상기 단자에 결합된 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가요성 전류 집전체의 일단은 상기 가요성 전류 집전체의 타단에 대해 상대적으로 이동할 수 있는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 전류 집전체는 알루미늄 또는 구리를 포함하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 전류 집전체는 적어도 하나의 와이어를 포함하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 가요성 전류 집전체는 상기 가요성 전류 집전체의 길이를 따라 함께 꼬여있는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트 및 단자의 사이에 절연 부재를 더 포함하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 절연 부재는 상기 제 1 방향에서 상기 캔과 상기 전극 조립체의 일단의 사이에 접하면서 형성된 이차 전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 절연 부재는 상기 캔 내부에서 움직임으로부터 상기 전극 조립체를 고정하는 이차 전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 캔에 다른 전극 조립체를 더 포함하고, 상기 다른 전극 조립체는 활물질을 갖는 코팅부 및 상기 제 1 방향을 따라 단부에 활물질이 없는 무지부를 포함하는 이차 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다른 전극 조립체의 무지부 및 단자의 사이에 전기적으로 연결된 다른 가요성 전류 집전체를 더 포함하는 이차 전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트 및 상기 단자의 사이에 절연 부재를 더 포함하고, 상기 절연 부재는 상기 캔 내부에서 움직임으로부터 상기 전극 조립체 및 다른 전극 조립체를 고정하는 이차 전지.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 가요성 전류 집전체 및 다른 가요성 전류 집전체는 각각 상기 전극 조립체 및 다른 전극 조립체를 상기 단자에 대해 서로 병렬로 결합하는 이차 전지.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체의 일단에 반대되는 타단에 다른 무지부를 더 포함하고,
    상기 이차 전지는 상기 캔의 외부로 돌출되는 다른 단자, 상기 전극 조립체의 다른 무지부와 다른 단자의 사이에 전기적으로 연결된 다른 가요성 전류 집전체를 더 포함하는 이차 전지.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 전류 집전체는 원형의 단면 형상을 갖는 이차 전지.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 전류 집전체는 평평한 단면 형상을 갖는 이차 전지.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 전류 집전체는 상기 무지부에 초음파 용접을 통해 결합된 이차 전지.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 전류 집전체는 불소 고무(fluoro elastomet), 탄성 플라스틱(elastic plastic), 실리콘(Silicon), 불소(fluorice) 및 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 코팅되어 있는 이차 전지.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 무지부는 상기 제 1 방향에서 상기 전극 조립체의 최외부층에 제 1 무지부 및 상기 전극 조립체의 가장자리에 제 2 무지부를 포함하고, 상기 가요성 전류 집전체는 상기 제 1 무지부 또는 제 2 무지부에 결합된 이차 전지.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 무지부는 상기 캔으로부터 전기적으로 절연된 이차 전지.
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