KR20120095290A - 이차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지들의 연결을 위해 필요한 부품의 수를 감소시킬 수 있으며, 이차 전지의 제조 공정을 단순화시킬 수 있고, 제 1 체결 단자 및 제 2 체결 단자와 버스바의 체결력을 높일 수 있으며, 이차 전지들 간 또는 이차 전지와 외부 전자 기기 간 전기적 신뢰성을 높일 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
일례로, 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자; 상기 전극 조립체와 단자를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 단자는 상기 전극 조립체와 연결되는 집전판; 상기 집전판과 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하는 집전 단자; 및 집전 단자용 홀과 나사산을 가지며, 상기 집전 단자용 홀을 통해 상기 집전 단자와 결합하는 체결 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 개시된다.
일례로, 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자; 상기 전극 조립체와 단자를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 단자는 상기 전극 조립체와 연결되는 집전판; 상기 집전판과 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하는 집전 단자; 및 집전 단자용 홀과 나사산을 가지며, 상기 집전 단자용 홀을 통해 상기 집전 단자와 결합하는 체결 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 개시된다.
Description
본 발명은 이차 전지 및 그 제조 방법에 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, 양, 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 및 돌출된다.
본 발명의 목적은 이차 전지들의 연결을 위해 필요한 부품의 수를 감소시킬 수 있고, 이차 전지의 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 제 1 체결 단자 및 제 2 체결 단자와 버스바의 결합력을 높일 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 이차 전지들 간 또는 이차 전지와 외부 전자 기기 간 전기적 신뢰성을 높일 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자; 상기 전극 조립체와 단자를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 단자는 상기 전극 조립체와 연결되는 집전판; 상기 집전판과 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하는 집전 단자; 및 집전 단자용 홀과 나사산을 가지며, 상기 집전 단자용 홀을 통해 상기 집전 단자와 결합하는 체결 단자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 및 제 2 집전 단자용 홀을 통해 제 1 및 제 2 집전 단자와 결합되며 제 1 및 제 2 나사산을 포함하는 제 1 및 제 2 체결 단자를 구비함으로써, 이차 전지들의 연결을 위한 버스바를 너트를 통해 제 1 및 제 2 체결 단자에 결합시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 이차 전지들의 연결을 위해 필요한 부품의 수를 감소시킬 수 있고, 이차 전지의 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 체결 단자에 제 1 회전 방지 돌기를 형성하고 제 2 체결 단자에 제 2 회전 방지홈을 형성함으로써, 제 1 체결 단자를 캡 플레이트에 고정시키고 제 2 체결 단자를 상부 절연 부재에 고정시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 집전 단자 및 제 2 집전 단자에 영향을 주지 않고 강한 토크로 너트를 제 1 체결 단자 및 제 2 체결 단자에 체결시킴으로써, 제 1 체결 단자 및 제 2 체결 단자와 버스바의 결합력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 베이스부와 제 1 연장부를 통해 제 1 집전 단자와 너트 간 넓은 접촉 면적을 확보시킬 수 있으며, 제 2 베이스부와 제2 연장부를 통해 제 2 집전 단자와 너트 간 넓은 접촉 면적을 확보시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 이차 전지들 간 또는 이차 전지와 외부 전자 기기 간 전기적 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 A 부분의 확대 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 B 부분의 확대 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자의 제조 방법을 도시한 순차 설명도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지와 버스바의 결합 방법을 도시한 설명도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자와 버스바의 결합 상태를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 A 부분의 확대 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 B 부분의 확대 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자의 제조 방법을 도시한 순차 설명도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지와 버스바의 결합 방법을 도시한 설명도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자와 버스바의 결합 상태를 도시한 단면도이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 A 부분의 확대 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 B 부분의 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제 1 단자(120), 제 2 단자(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 양극으로서 동작할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 음극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제 1 전극판(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않은 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 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 활물질이 도포되지 않는 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 수 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.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 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.
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.
상기 제 1 단자(120)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 단자(120)는 제 1 집전판(121), 제 1 집전 단자(122) 및 제 1 체결 단자(123)를 포함한다.
상기 제 1 집전판(121)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(111a)와 접촉된다. 실질적으로, 상기 제 1 집전판(121)은 제 1 전극 무지부(111a)에 용접된다. 상기 제 1 집전판(121)은 대략 '┎' 형태로 형성되며, 상부에 형성되는 제 1 단자홀(121a)을 갖는다. 상기 제 1 단자홀(121a)에는 제 1 집전 단자(122)가 끼워져 결합된다. 이러한 제 1 집전판(121)은 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 제 1 집전판(121)을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 집전 단자(122)는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 캡 플레이트(151)의 하부에서 제 1 집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 이러한 제 1 집전 단자(122)는 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 상기 제 1 집전 단자(122)를 한정하는 것은 아니다. 상기 제 1 집전 단자(122)는 구체적으로 제 1 몸체부(122a), 제 1 플랜지부(122b) 및 제 1 고정부(122c)를 포함한다.
상기 제 1 몸체부(122a)는 캡 플레이트(151)의 상부로 돌출되는 상부 기둥과, 상부 기둥의 하부에 연결되며 캡 플레이트(151)의 하부로 연장되는 하부 기둥으로 구분된다. 여기서, 상기 제 1 몸체부(122a)는 원기둥 형상일 수 있지만, 이러한 형상으로 제 1 몸체부(122a)를 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 플랜지부(122b)는 제 1 몸체부(122a)의 하부 기둥의 측부로부터 수평 방향으로 연장되게 형성된다. 이러한 제 1 플랜지부(122b)는 제 1 집전 단자(122)가 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 한다. 한편, 상기 제 1 몸체부(122a)의 하부 기둥 중 제 1 플랜지부(122b)의 하부에 연결된 부분은 제 1 집전판(121)의 제 1 단자홀(121a)에 끼워져 용접된다.
상기 제 1 고정부(122c)는 제 1 집전 단자(122)의 상부 기둥의 끝단의 측부로부터 수평 방향으로 연장되게 형성된다. 이러한 제 1 고정부(122c)는 제 1 집전 단자(122)를 제 1 체결 단자(123)에 고정되게 한다. 여기서, 상기 제 1 고정부(122c)는 제 1 집전 단자(122)의 상부 기둥의 끝단을 리벳팅함으로써 형성될 수 있다.
상기 제 1 체결 단자(123)는 캡 플레이트(151)의 상부에 배치되고, 제 1 집전 단자(122)의 상부 기둥이 관통되어 결합될 수 있도록 형성되며, 대략 볼트 형상이다. 이러한 제 1 체결 단자(123)는 제 1 집전 단자(122) 및 캡 플레이트(151)와 전기적 기계적으로 연결된다. 상기 제 1 체결 단자(123)는 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 제 1 체결 단자(123)를 한정하는 것은 아니다. 상기 제 1 체결 단자(123)는 구체적으로 제 1 베이스부(123a), 제 1 연장부(123b), 제 1 나사산(123c), 제 1 회전 방지 돌기(123d), 제 1 집전 단자용 홀(123e) 및 제 1 고정홈(123f)을 포함한다.
상기 제 1 베이스부(123a)는 캡 플레이트(151)와 접촉하는 부분이며, 제 1 체결 단자(123)를 캡 플레이트(151)에 안정적으로 안착시키고 제 1 체결 단자(123)와 캡 플레이트(151)의 접촉 면적을 높이기 위해 제 1 체결 단자(123) 중 가장 큰 면적을 가진다. 여기서, 상기 제 1 베이스부(123a)는 사각 기둥일 수 있지만, 이러한 형상으로 제 1 베이스부(123a)를 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 연장부(123b)는 제 1 베이스부(123a)로부터 상부 방향으로 연장되며, 제 1 베이스부(123a)보다 작은 면적을 가진다. 여기서, 상기 제 1 연장부(123b)와 제 1 베이스부(123a)의 면적 차이로 인해 생긴 공간에는, 버스바(도 6의 210)를 제 1 체결 단자(123)에 결합시키기 위한 너트(도 6의 211)가 배치될 수 있다. 한편, 상기 제 1 연장부(123b)는 원기둥 형상으로 형성될 수 있지만, 이러한 형상으로 제 1 연장부(123b)를 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 나사산(123c)은 제 1 연장부(123b)의 외면에 형성되며, 너트(도 6의 211)가 제 1 체결 단자(123)에 체결되게 가이드 한다.
상기 제 1 회전 방지 돌기(123d)는 제 1 베이스부(123a)의 하면에 형성되며, 캡 플레이트(151)의 회전 방지홈(151c)에 결합된다. 이러한 제 1 회전 방지 돌기(123d)는 너트(도 6의 211)를 제 1 체결 단자(123)에 체결시 제 1 체결 단자(123)의 회전을 방지하는 역할을 한다.
상기 제 1 집전 단자용 홀(123e)은 제 1 베이스부(123a)와 제 1 연장부(123b)에 형성되며, 제 1 집전 단자(122)의 상부 기둥이 통과하는 공간을 제공한다.
상기 제 1 고정홈(123f)은 제 1 연장부(123b)의 상부 끝단에 제 1 집전 단자용 홀(123e)의 직경보다 큰 직경을 가지도록 형성되며, 제 1 고정부(122c)가 걸쳐져 고정되는 공간을 제공한다.
상기와 같이 구성되는 제 1 체결 단자(123)는 제 1 집전 단자(122)뿐만 아니라, 버스바(도 6의 210)를 제 1 체결 단자(123)에 결합시키기 위한 너트(도 6의 211)와 전기적 기계적으로 체결된다. 이에 따라, 상기 제 1 체결 단자(123)는 이차 전지들의 연결을 위한 부품의 수를 감소시키게 할 수 있고, 이차 전지의 제조 공정을 단순화하게 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 체결 단자(123)는 제 1 회전 방지 돌기(123d)를 통해 캡 플레이트(151)에 결합된다. 이에 따라, 버스바(도 6의 210)를 제 1 체결 단자(123)에 결합시키기 위한 너트(도 6의 211)가 제 1 집전 단자(122)에 영향을 주지 않고 강한 토크로 제 1 체결 단자(123)에 체결되어, 버스바(도 6의 210)의 결합력을 높아지게 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 체결 단자(123)는 제 1 베이스부(123a)와 제 1 연장부(123b)를 통해 제 1 집전 단자(122), 캡 플레이트(151) 및 너트(도 6의 211) 간 넓은 접촉 면적을 확보하게 하여, 이차 전지들 간 또는 이차 전지와 외부 전자 기기 간 전기적 신뢰성을 높이게 할 수 있다.
상기 제 2 단자(130)는 제 1 단자(120)와 마찬가지로 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) 및 제 2 체결 단자(133)를 포함한다.
상기 제 2 집전판(131)은 전극 조립체(110)의 타측 단부로 돌출된 제 2 전극 무지부(112a)와 접촉된다. 실질적으로, 상기 제 2 집전판(131)은 제 2 전극 무지부(112a)에 용접된다. 상기 제 2 집전판(131)은 대략 '┓' 형태로 형성되며, 상부에 형성되는 제 2 단자홀(131a)을 갖는다. 상기 제 2 단자홀(131a)에는 제 2 집전 단자(132)가 끼워져 결합된다. 이러한 제 2 집전판(131)은 예를 들면 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 제 2 집전판(131)을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 집전 단자(132)는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 캡 플레이트(151)의 하부에서 제 2 집전판(131)과 전기적으로 연결된다. 이러한 제 2 집전 단자(132)는 예를 들면 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 상기 제 2 집전 단자(132)를 한정하는 것은 아니다. 상기 제 2 집전 단자(132)는 구체적으로 제 2 몸체부(132a), 제 2 플랜지부(132b) 및 제 2 고정부(132c)를 포함한다.
상기 제 2 몸체부(132a)는 상부 기둥과 하부 기둥으로 구분되며, 제 1 몸체부(122a)와 유사하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 2 플랜지부(133b)는 제 1 플랜지부(122b)와 유사하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 한편, 제 2 몸체부(132a)의 하부 기둥 중 제 2 플랜지부(132b)의 하부에 연결된 부분은 제 2 집전판(131)의 제 2 단자홀(131a)에 끼워져 용접된다.
상기 제 2 고정부(132c)는 제 1 고정부(122c)와 유사하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 2 체결 단자(133)는 캡 플레이트(151)의 상부, 구체적으로 상부 절연 부재(157)의 상면에 배치되고, 제 2 집전 단자(132)의 상부 기둥이 관통되어 결합될 수 있도록 형성되며, 대략 볼트 형상이다. 이러한 제 2 체결 단자(133)는 제 2 집전 단자(132)와 전기적으로 연결되며, 상부 절연 부재(157)를 통해 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 상기 제 2 체결 단자(133)는 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 제 2 체결 단자(133)는 구체적으로 제 2 베이스부(133a), 제 2 연장부(133b), 제 2 나사산(133c), 제 2 회전 방지홈(133d), 제 2 집전 단자용 홀(133e), 제 2 고정홈(133f) 및 제 2 결합홈(133g)을 포함한다.
상기 제 2 베이스부(133a)는 상부 절연 부재(157)와 접촉하는 부분이며, 제 2 체결 단자(133)를 상부 절연 부재(157)에 안정적으로 안착시키기 위해 제 2 체결 단자(133) 중 가장 큰 면적을 가진다. 여기서, 상기 제 2 베이스부(133a)는 사각 기둥일 수 있지만, 이러한 형상으로 제 2 베이스부(133a)를 한정하는 것은 아니다. 한편, 상기 제 2 베이스부(133a)가 캡 플레이트(151)가 아닌 상부 절연 부재(157)와 접촉하는 이유는 제 2 체결 단자(133)가 캡 플레이트(151)와 다른 극성을 가지기 때문이다.
상기 제 2 연장부(133b)는 제 2 베이스부(133a)로부터 상부 방향으로 연장되며, 제 2 베이스부(133a)보다 작은 면적을 가진다. 여기서, 상기 제 2 연장부(133b)와 제 2 베이스부(133a)의 면적 차이로 인해 생긴 공간에는, 버스바(도 6의 210)를 제 2 체결 단자(133)에 결합시키기 위한 너트(도 6의 211)가 배치될 수 있다. 한편, 상기 제 2 연장부(133b)는 원기둥 형상으로 형성될 수 있지만, 이러한 형상으로 제 2 연장부(133b)를 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 나사산(133c)은 제 2 연장부(123b)의 외면에 형성되며, 너트(도 6의 211)가 제 2 체결 단자(133)에 체결되게 가이드 한다.
상기 제 2 회전 방지홈(133d)은 제 2 베이스부(133a)의 하면에 형성되며, 상부 절연 부재(157)의 상면에 형성된 제 2 돌기(157b)에 결합된다. 이러한 제 2 회전 방지홈(123d)은 너트(도 6의 211)를 제 2 체결 단자(133)에 체결시 제 2 체결 단자(133)의 회전을 방지하는 역할을 한다.
상기 제 2 집전 단자용 홀(133e)은 제 2 베이스부(133a)와 제 2 연장부(133b)에 형성되며, 제 2 집전 단자(132)의 상부 기둥이 통과하는 공간을 제공한다.
제 2 고정홈(133f)은 제 2 연장부(133b)의 상부 끝단에 제 2 집전 단자용 홀(133e)의 직경보다 큰 직경을 가지도록 형성되며, 제 2 고정부(132c)가 걸쳐지는 공간을 제공한다.
제 2 결합홈(133g)은 제 2 베이스부(133a)의 외측 가장자리와 상부 절연 부재(157)가 접하는 부분에 형성되며, 절연 리드(158)의 돌기(158a)와 결합한다. 이러한 제 2 결합홈(133g)은 절연 리드(158)가 제 2 체결 단자(133)에 결합되도록 한다.
상기와 같이 구성되는 제 2 체결 단자(133)는 제 2 집전 단자(132)뿐만 아니라, 버스바(도 6의 210)를 제 2 체결 단자(133)에 결합시키기 위한 너트(도 6의 211)와 전기적 기계적으로 체결된다. 이에 따라, 상기 제 2 체결 단자(133)는 이차 전지들 간 연결을 위한 부품의 수를 감소시키게 할 수 있고, 이차 전지의 제조 공정을 단순화하게 할 수 있다.
또한, 상기 제 2 체결 단자(133)는 제 2 회전 방지홈(133d)을 통해 상부 절연 부재(157)에 결합된다. 이에 따라, 버스바(도 6의 210)를 제 2 체결 단자(133)에 결합시키기 위한 너트(도 6의 211)가 제 2 집전 단자(132)에 영향을 주지 않고 강한 토크로 제 2 체결 단자(133)에 체결되어, 버스바(도 6의 210)의 결합력을 높아지게 할 수 있다.
또한, 상기 제 2 체결 단자(133)는 제 2 베이스부(133a)와 제 2 연장부(133b)를 통해 제 2 집전 단자(132) 및 너트(도 6의 너트) 간 넓은 접촉 면적을 확보하게 하여, 이차 전지들 간 또는 이차 전지와 외부 전자 기기 간 전기적 신뢰성을 높이게 할 수 있다.
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 2에서는, 상기 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 상기 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 케이스(140)에 결합된다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 연결판(152), 마개(153), 안전 벤트(154), 하부 절연 부재(155), 시일 가스켓(sealing gasket)(156), 상부 절연 부재(157) 및 절연 리드(insulating lid)(158)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(151)는 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(151)는 전해액 주입구(151a), 벤트홀(151b), 회전 방지홈(151c) 및 결합홈(151d)을 가질 수 있다. 이러한 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(140)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)는 제 1 전극판(111) 및 제 1 단자(120)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 연결판(152)은 캡 플레이트(151) 중 제 1 집전 단자(122)가 관통하는 부분에 형성되며, 제 1 집전 단자(122)와 캡 플레이트(151)를 전기적으로 연결한다.
상기 마개(153)는 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉하며, 안전벤트(154)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되고 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(154a)를 포함한다.
상기 하부 절연 부재(155)는 제 1 집전판(121) 및 제 2 집전판(131)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연 부재(155)는 제 1 집전판(121)과 캡 플레이트(151) 사이의 전기적 쇼트 및 제 2 집전판(131)과 캡 플레이트(151) 사이의 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 더불어, 이러한 하부 절연 부재(155)는 제 1 집전 단자(122)와 제 2 집전 단자(132)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에도 형성됨으로써, 제 1 집전 단자(122)와 제 2 집전 단자(132)의 각각과 상기 캡 플레이트(151) 사이의 불필요한 전기적 쇼트의 발생도 방지한다.
상기 시일 가스켓(156)은 절연성 재질로 제 2 집전 단자(132)와 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 제 2 집전 단자(132)와 캡 플레이트(151)의 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(156)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 상부 절연 부재(157)는 제 2 체결 단자(133)와 캡 플레이트(151)의 사이에 형성된다. 즉, 상기 상부 절연 부재(157)는 캡 플레이트(151)와 결합된다. 이를 위해, 상기 상부 절연 부재(157)는 하면에 형성되어 캡 플레이트(151)의 결합홈(151d)과 결합하는 제 1 돌기(157a)를 포함한다. 또한, 상기 상부 절연 부재(157)는 제 2 체결 단자(133)와 결합한다. 이를 위해, 상기 상부 절연 부재(157)는 상면에 형성되어 제 2 체결 단자(133)의 제 2 회전 방지홈(133d)과 결합하는 제 2 돌기(157b)를 포함한다. 또한, 상기 상부 절연 부재(157)는 시일 가스켓(156)과 밀착된다. 이러한 상부 절연 부재(157)는 제 2 체결 단자(133)와 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
상기 절연 리드(158)는 제 2 체결 단자(133)의 제 2 베이스부(133a)의 외측면을 감싸도록 상부 절연 부재(157)의 상부에 형성된다. 이러한 절연 리드(158)는 절연성 재질로 형성되어, 제 2 체결 단자(133)와 외부 장치 사이의 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 여기서, 상기 절연 리드(158)는 하부 끝단에 형성되는 돌기(158a)를 포함하며, 돌기(158a)는 제 2 체결 단자(133)의 제 2 결합홈(133g)에 결합되어 절연 리드(158)와 제 2 체결 단자(133)를 결합시킨다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 및 제 2 집전 단자용 홀(122e, 132e)을 통해 제 1 및 제 2 집전 단자(122, 132)와 결합되며 제 1 및 제 2 나사산(123c, 133c)을 포함하는 제 1 및 제 2 체결 단자(123, 133)를 구비함으로써, 이차 전지들의 연결을 위한 버스바(도 6의 210)를 너트(도 6의 211)를 통해 제 1 및 제 2 체결 단자(123, 133)에 결합시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 이차 전지들의 연결을 위해 필요한 부품의 수를 감소시킬 수 있고, 이차 전지의 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 체결 단자(123)에 제 1 회전 방지 돌기(123d)를 형성하고 제 2 체결 단자(133)에 제 2 회전 방지홈(133d)을 형성함으로써, 제 1 체결 단자(123)를 캡 플레이트(151)에 고정시키고 제 2 체결 단자(133)를 상부 절연 부재(157)에 고정시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 집전 단자(122) 및 제 2 집전 단자(132)에 영향을 주지 않고 강한 토크로 너트(도 6의 211)를 제 1 체결 단자(123) 및 제 2 체결 단자(133)에 체결시킴으로써, 제 1 체결 단자(123) 및 제 2 체결 단자(133)와 버스바(도 6의 210)의 결합력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 베이스부(123a)와 제 1 연장부(123b)를 통해 제 1 집전 단자(122)와 너트(도 6의 211) 간 넓은 접촉 면적을 확보시킬 수 있으며, 제 2 베이스부(133a)와 제2 연장부(133b)를 통해 제 2 집전 단자(132)와 너트(도 6의 211) 간 넓은 접촉 면적을 확보시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 이차 전지들 간 또는 이차 전지와 외부 전자 기기 간 전기적 신뢰성을 높일 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자의 제조 방법을 도시한 순차 설명도이다. 이하에서는 제 1 단자(120)를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 기둥 형상의 제 1 집전 단자(122')가 캡 플레이트(151)에 결합된다. 물론, 이때 상기 제 1 집전 단자(122)는 연결판(152)에 의해 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)의 표면에는 회전 방지홈(151c)이 형성되어 있으며, 회전 방지홈(151c)은 제 1 체결 단자(123)의 하면에 형성된 제 1 회전 방지 돌기(도 3의 123d)와 결합된다.
한편, 도시하진 않았지만 제 2 단자(도 4의 130)의 경우, 기둥 형상의 제 2 집전 단자가 캡 플레이트(151)에 결합된다. 이때, 기둥 형상의 제 2 집전 단자와 캡 플레이트(151)는 시일 가스켓(도 4의 156)을 통해 서로 절연된다. 그리고, 기둥 형상의 제 2 집전 단자가 위치하는 캡 플레이트(151) 부분에 상부 절연 부재(도 4의 157)가 결합된다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 집전 단자(122')에 제 1 체결 단자(123)가 결합된다. 다르게 설명하면, 상기 제 1 체결 단자(123)에 제 1 집전 단자용 홀(123e)이 형성되어 있는데, 제 1 집전 단자용 홀(123e)에 제 1 집전 단자(122')가 관통되어 결합된다.
물론, 상기 제 1 체결 단자(123)는 제 1 회전 방지 돌기(도 3의 123d)를 통해 캡 플레이트(151)에 고정된다. 따라서, 상기 제 1 체결 단자(123)는 제 1 집전 단자(122')를 중심으로 회전하지 않는다. 여기서, 상기 제 1 집전 단자(122')의 상부 끝단은 제 1 체결 단자(123)의 상부로 돌출되어 노출된다.
한편, 도시하진 않았지만 제 2 단자(도 4의 130)의 경우, 기둥 형상의 제 2 집전 단자에 제 2 체결 단자(도 4의 133)가 결합된다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 집전 단자(122')의 상부 끝단은 리벳팅 툴(미도시)에 의해 리벳팅된다. 이에 따라, 제 1 체결 단자(123)의 제 1 고정홈(123f)에 걸쳐져 고정되는 제 1 집전 단자(122)가 형성된다. 따라서, 상기 제 1 집전 단자(122)는 제 1 체결 단자(123)에 전기적으로뿐만 아니라 기계적으로도 완전히 고정된다.
한편, 도시하진 않았지만 제 2 단자(도 4의 130)의 경우, 기둥 형상의 제 2 집전 단자의 상부 끝단은 리벳팅 툴(미도시)에 의해 리벳팅되어 제 2 집전 단자(도 4의 133)가 형성된다. 그리고 나서, 제 2 집전 단자(133)에는 절연 리드(도 4의 158)가 결합된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지와 버스바의 결합 방법을 도시한 설명도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 이차 전지(100)는 도전성 버스바(210)에 의해 직렬 또는/및 병렬로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 버스바(210)는 양측에 관통홀(210d)이 형성되어 있으며, 이러한 관통홀(210d)에 이차 전지(100)에 구비된 제 1 체결 단자(123) 및 제 2 체결 단자(133)가 결합된다. 더불어, 상기 버스바(210)를 관통한 제 1 체결 단자(123) 및 제 2 체결 단자(133)에는 너트(211)가 강한 토크로 결합된다.
따라서, 상기 버스바(210)는 제 1 체결 단자(123) 또는 제 2 체결 단자(133)에 너트(211)로 결합되는 동시에, 제 1 체결 단자(123) 또는 제 2 체결 단자(133)에 강하게 밀착된다.
이와 같이 하여, 버스바(210)가 제 1 및 제 2 체결 단자(123, 123)에 너트(211)를 통하여 강하게 결합됨으로써, 버스바(210)와 제 1 및 제 2 체결 단자(123, 123) 사이의 체결력이 향상된다. 더욱이, 제 1 및 제 2 집전 단자(122, 132) 및 버스바(210)를 통하여 상대적으로 큰 전류 통로가 형성됨으로써, 제 1 및 제 2 단자(120, 13)의 전기 저항이 작아진다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단자와 버스바의 결합 상태를 도시한 단면도이다. 이하에서는 제 1 단자(120)를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 버스바(210)는 제 1 체결 단자(123)에 결합된다. 즉, 버스바(210)의 관통홀(210d)에 제 1 체결 단자(123)의 연장부(123b)가 결합된다. 또한, 상기 버스바(210)의 상부 영역과 대응되는 제 1 연장부(123b)가 결합됨으로써, 버스바(210)는 제 1 체결 단자(123)에 강하게 밀착된다. 따라서, 제 1 집전 단자(122)와 버스바(210) 사이에 넓은 넓이를 가지는 제 1 체결 단자(123)가 개재됨으로써, 전류 통로가 증가하며 또한 접촉 전기 저항이 감소한다.
또한, 상기 너트(211)는 상대적으로 강한 토크로 제 1 연장부(123b)에 조여질 수 있다. 즉, 너트(211)에 강한 토크가 적용되어도, 제 1 집전 단자(122)에는 어떠한 악영향도 가지 않기 때문이다. 다르게 설명하면, 너트(211)에 강한 토크가 가해질 경우, 강한 토크는 모두 제 1 체결 단자(123)에 전달될 뿐이며, 이와 같이 제 1 체결 단자(123)에 가해진 강한 토크가 제 1 집전 단자(122)에까지 전달되지 않는다. 따라서, 종래에 비해 너트(211)를 강한 토크로 조일 수 있고 이에 따라 버스바(210)와 제 1 단자(120) 사이의 조립 강도가 향상되고, 따라서 진동 및 충격에 대한 내성이 향상된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지의 단자 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기일 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: 제 1 체결 단자
130: 제 2 단자 131: 제 2 집전판
132: 제 2 집전 단자 133: 제 2 체결 단자
140: 케이스 150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트 152: 연결판
153: 마개 154: 안전벤트
155: 하부 절연 부재 156: 시일 가스켓
157: 상부 절연 부재 158: 절연 리드
120: 제 1 단자 121: 제 1 집전판
122: 제 1 집전 단자 123: 제 1 체결 단자
130: 제 2 단자 131: 제 2 집전판
132: 제 2 집전 단자 133: 제 2 체결 단자
140: 케이스 150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트 152: 연결판
153: 마개 154: 안전벤트
155: 하부 절연 부재 156: 시일 가스켓
157: 상부 절연 부재 158: 절연 리드
Claims (19)
- 이차 전지의 전지 단자에 있어서,
상기 전지 단자는
상기 이차 전지의 케이스 내부에 있는 전극 조립체와 전기적으로 연결되고, 몸체부를 갖는 집전 단자; 및
상기 몸체부와 전기적 기계적으로 연결되는 체결 단자를 포함하며,
상기 체결 단자는
상기 몸체부를 관통하는 몸체홀;
상기 체결 단자를 또 다른 이차 전지 또는 외부 장치와 전기적으로 연결하는 나사산; 및
회전 방지 부재를 포함하는 전지 단자. - 제 1 항에 있어서,
상기 체결 단자는 고정홈을 더 가지며,
상기 집전 단자는 상기 고정홈에서 상기 몸체부를 체결 단자와 전기적 기계적으로 연결하는 고정부를 더 포함하는 전지 단자. - 제 2 항에 있어서,
상기 몸체부는 상기 고정부를 통해 상기 고정홈에서 상기 체결 단자에 고정하는 전지 단자. - 제 1 항에 있어서,
상기 나사산은 너트와 기계적으로 연결되는 전지 단자. - 제 4 항에 있어서,
상기 너트는 체결 단자를, 상기 이차 전지와 또 다른 이차 전지를 전기적 기계적으로 연결하는 버스바와 전기적 기계적으로 연결하는 전지 단자. - 제 1 항에 있어서,
상기 체결 단자는 베이스부와 상기 나사산을 갖는 연장부를 더 갖고,
상기 몸체홀은 상기 베이스부와 상기 연장부를 관통하고,
상기 베이스부는 상기 연장부보다 큰 직경을 가지는 전지 단자. - 제 1 항에 있어서,
상기 몸체부는 상기 이차 전지의 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 관통하기 위한 것인 전지 단자. - 제 1 항에 있어서,
상기 회전 방지 부재는 상기 이차 전지의 대응하는 돌기 또는 대응하는 홈 각각과 결합되는 회전 방지홈 또는 회전 방지 돌기인 전지 단자. - 제 8 항에 있어서,
상기 회전 방지 부재는 상기 이차 전지의 대응하는 돌기 또는 대응하는 홈 각각과 결합되는 다수의 회전 방지홈 또는 회전 방지 돌기인 전지 단자. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극 조립체를 상기 집전 단자와 전기적으로 연결하는 집전판을 더 포함하는 전지 단자. - 전극 조립체;
상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전지 단자;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 포함하고,
상기 전지 단자는
상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 집전판;
상기 집전판과 전기적으로 연결되며, 상기 캡 플레이트를 관통하는 몸체부를 갖는 집전 단자; 및
상기 몸체부와 전기적 기계적으로 연결되는 체결 단자를 포함하며,
상기 체결 단자는
상기 몸체부를 관통하는 몸체홀;
상기 체결 단자를 또 다른 이차 전지 또는 외부 장치와 전기적으로 연결하는 나사산; 및
회전 방지 부재를 포함하는 이차 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 몸체부는 상기 체결 단자에 결합되는 이차 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 체결 단자는 베이스부와, 상기 나사산을 가지는 연장부를 더 갖고,
상기 몸체홀은 상기 베이스부와 상기 연장부를 관통하고,
상기 베이스부는 상기 연장부보다 큰 직경을 갖는 이차 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 전지 단자는 제 1 전지 단자 및 제 2 전지 단자를 포함하고,
상기 캡 플레이트는
상기 캡 플레이트에 상기 제 1 전지 단자의 몸체부를 물리적 전기적으로 결합하는 연결판; 및
상기 제 2 전지 단자의 몸체부를 상기 캡 플레이트와 기계적으로 결합하고 상기 캡 플레이트와 전기적으로 절연시키는 실링 가스켓을 더 포함하는 이차 전지. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 전지 단자의 상기 회전 방지 부재는 상기 캡 플레이트(151)의 대응하는 제 1 돌기 또는 대응하는 제 1 홈과 각각 결합하는 제 1 회전 방지홈 또는 제 1 회전 방지 돌기인 이차 전지(100). - 제 14 항에 있어서,
상기 제 2 전지 단자에 대해,
상기 캡 조립체는 상기 체결 단자를 상기 캡 플레이트로부터 전기적으로 절연시키는 절연 부재를 더 포함하고;
상기 회전 방지 부재는 상기 절연 부재의 해당 제 1 돌기 또는 해당 제 1 홈과 각각 결합하는 제 1 회전 방지홈 또는 제 1 회전 방지 돌기이고,
상기 절연 부재는 상기 캡 플레이트에 대하여 회전을 방지하기 위한 제 1 회전 방지 부재를 갖는 이차 전지. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 회전 방지 부재는 상기 절연 부재 내에서 또는 절연 부재 상에서 제 2 회전 방지홈 또는 제 2 회전 방지 돌기이고, 상기 캡 플레이트의 대응하는 제 2 돌기 또는 대응하는 제 2 홈과 각각 결합하는 이차 전지. - 제 16 항에 있어서,
상기 캡 조립체는 상기 체결 단자의 베이스부의 일측과 전기적으로 절연되는 절연 리드를 더 포함하는 이차 전지. - 제 18 항에 있어서,
상기 절연 리드는 절연 리드 돌기를 갖고,
상기 베이스부는 상기 절연 리드 돌기와 결합하며 상기 절연 리드를 상기 베이스부의 일측 및 상기 절연 부재에 기계적으로 연결하는 체결홈을 갖는 이차 전지.
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