KR20120096157A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집전판에 제1 리테이너와 제2 리테이너를 결합하여, 전극 조립체를 고정시키고 외부 충격으로 인한 손상을 방지할 수 있으며, 쇼트를 방지하여 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 일단에 제1 전극 무지부를 가지는 제1 전극판, 상기 일단과 반대방향인 타단에 제2 전극 무지부를 가지는 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 소정간격으로 이격되어 상기 제1 전극 무지부 및 상기 제2 전극 무지부와 전기적으로 연결되는 제1 집전판 및 제2 집전판; 상기 전극 조립체와 상기 제1 집전판 및 제2 집전판을 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트; 및 상기 제1 집전판 및 제2 집전판에 전기적으로 연결되고, 상기 캡 플레이트를 관통하는 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 포함하고, 상기 캡 플레이트의 일면에 인접하고, 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제1 영역에 결합되는 제1 리테이너; 및 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제2 영역 또는 상기 제1 전극 무지부 및 제2 전극 무지부에 결합되는 제2 리테이너를 더 포함하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Rechargeable battery}
본 발명은 이차 전지에 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 일 실시예는 집전판에 제1 리테이너와 제2 리테이너를 결합하여, 전극 조립체를 고정시키고 외부 충격으로 인한 손상을 방지할 수 있으며, 쇼트를 방지하여 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 제2 리테이너에 탄성 플레이트를 결합하여, 용접시 탄성역할을 하게 하고 진동에너지를 흡수하여 내구성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 일단에 제1 전극 무지부를 가지는 제1 전극판, 상기 일단과 반대방향인 타단에 제2 전극 무지부를 가지는 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 소정간격으로 이격되어 상기 제1 전극 무지부 및 상기 제2 전극 무지부와 전기적으로 연결되는 제1 집전판 및 제2 집전판; 상기 전극 조립체와 상기 제1 집전판 및 제2 집전판을 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트; 및 상기 제1 집전판 및 제2 집전판에 전기적으로 연결되고, 상기 캡 플레이트를 관통하는 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 포함하고, 상기 캡 플레이트의 일면에 인접하고, 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제1 영역에 결합되는 제1 리테이너; 및 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제2 영역 또는 상기 제1 전극 무지부 및 제2 전극 무지부에 결합되는 제2 리테이너를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 집전판 및 제2 집전판은 상기 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자에 접속되는 제1 영역; 및 상기 제1 영역으로부터 연장되어 제1 방향으로 절곡되어 형성된 제2 영역을 포함할 수 있다.
상기 제1 리테이너는 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제1 영역이 끼워지도록 각각 수용홀이 형성되는 제1 수용부 및 제2 수용부; 및 상기 제1 수용부와 제2 수용부를 연결하는 제1 지지부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 지지부는 제1 수용부 및 제2 수용부와 수직으로 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 수용부 및 제2 수용부는 외측벽부와 내측벽부, 및 상기 외측벽부과 내측벽부를 연결하는 좌우측벽부를 포함하되, 상기 내측벽부에는 상하방향으로 개구된 개방홀이 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1 전극 무지부 및 제2 전극 무지부는 상기 개방홀을 통하여 상기 제1 집전판 및 제2 집전판에 결합되어 있다.
상기 제2 리테이너는 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제2 영역이 끼워지도록 각각 결합홀이 형성되는 제1 결합부 및 제2 결합부; 및 상기 제1 결합부와 제2 결합부를 연결하는 제2 지지부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 지지부는 상기 제1 결합부 및 제2 결합부와 수직으로 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 결합부 및 제2 결합부는 외측벽부와 내측벽부, 상기 외측벽부와 내측벽부를 연결하는 좌우측벽부, 및 상기 외측벽부와 내측벽부를 연결하는 기둥부를 포함하되, 상기 내측벽부에는 상기 기둥부의 좌측 및 우측 방향에 각각 상하방향으로 슬릿이 형성되어 있다. 그리고, 상기 제2 리테이너는 상기 기둥부의 양측에 제1 결합홀 및 제2 결합홀이 형성되어 있다. 또한, 상기 기둥부의 일측면 또는 양측면에는 돌기부가 형성되고, 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제2 영역에는 각각 결합홀이 형성되어 있다. 여기서, 상기 돌기부는 상기 결합홀에 결합되어 있다. 또한, 상기 제2 지지부는 상기 케이스의 바닥면에 밀착되어 있다. 또한, 상기 제2 지지부에는 적어도 하나의 개구홀이 형성되어 있고, 상기 개구홀에는 탄성 플레이트가 설치되어 있다. 여기서, 상기 탄성 플레이트는 아래로 볼록한 라운드부; 및 상기 제2 리테이너의 제2 지지부에 고정되도록 테두리부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 테두리부의 끝단에는 상기 탄성 플레이트의 양단이 결합되도록 단차가 형성되어 있다.
상기 제1 결합부 및 제2 결합부는 제1 측벽부 및 제2 측벽부를 포함하되, 상기 제1 측벽부 및 제2 측벽부는 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제2 영역의 하부에 위치하는 상기 전극 조립체의 양측면을 감싸도록 형성되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는, 집전판에 제1 리테이너와 제2 리테이너를 결합하여, 전극 조립체를 고정시키고 외부 충격으로 인한 손상을 방지할 수 있으며, 쇼트를 방지하여 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는, 제2 리테이너에 탄성 플레이트를 결합하여, 용접시 탄성역할을 하게 하고 진동에너지를 흡수하여 내구성을 향상시킬 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 2의 제1 리테이너를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2의 제2 리테이너를 도시한 사시도이다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립과정을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 A영역을 도시한 확대 단면도이다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
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 2의 제1 리테이너를 도시한 사시도이다. 도 4는 도 2의 제2 리테이너를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1 단자(120), 제2 단자(130), 케이스(140), 캡 조립체(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 상기 전극 조립체(110)는 대략 젤리 롤(Jelly Roll) 형태로 권취된 형태를 가진다. 여기서, 제1 전극판(111)은 음극으로서 동작할 수 있으며, 제2 전극판(112)은 양극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다. 또한, 상기와 같은 제1 전극판(111) 및 제2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
상기 제1 전극판(111)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제1 전극 집전판에 흑연 또는 탄소 등의 제1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 그 일단에 형성된 제1 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1 전극 무지부(111a)를 포함한다. 그러나, 본 발명에서 상기 제1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제1 전극 무지부(111a)는 제1 전극판(111)과, 제1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
상기 제2 전극판(112) 역시 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제2 전극 집전판에 전이금속산화물 등의 제2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 상기 제1 전극 무지부(111a)가 형성된 일단과 반대방향인 타단에 형성된 제 2 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2 전극 무지부(112a)를 포함한다. 그러나, 본 발명에서 상기 제2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제2 전극 무지부(112a)는 제2 전극판(112)과, 제2 전극판(112) 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
상기 세퍼레이터(113)는 제1 전극판(111)과 제2 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 제1 전극판(111)과 제2 전극판(112) 각각에 전기적으로 연결되는 제1 단자(120) 및 제2 단자(130)가 결합된다. 즉, 상기 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 상기 제1 전극판(111)의 제1 무지부(111a) 및 상기 제2 전극판(112)의 제2 무지부(112a)에 연결되는 제1 단자(120) 및 제2 단자(130)가 결합된다.
상기 제1 단자(120)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제1 전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 단자(120)는 제 1 집전판(121), 제1 전극 단자(122) 및 제1 단자 플레이트(123)를 포함한다.
상기 제1 집전판(121)은 전극 조립체(110)의 일측의 상측 단부로 돌출된 제1 전극 무지부(111a)와 접촉된다. 실질적으로, 상기 제1 집전판(121)은 상기 제1 전극 무지부(111a)에 용접된다. 이러한 제1 집전판(121)은 제1 영역(121a)과 제2 영역(121b)을 포함하여, 대략 '┏' 형태로 형성된다. 상기 제1 영역(121a)은 판형으로 형성되어, 상기 제1 전극 단자(122)에 접속된다. 여기서, 상기 제1 영역(121a)의 일측에는 단자홀(121d)이 형성된다. 상기 단자홀(121d)에는 상기 제1 전극 단자(122)가 끼워져 결합된다. 또한, 상기 제2 영역(121b)은 상기 제1 영역(121a)으로부터 제1 방향, 즉 상기 제1 전극 무지부(111a) 방향으로 연장되어 형성되어 있다. 이러한 제1 집전판(121)은 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조된다. 그러나, 이러한 재질로 제1 집전판(121)을 한정하는 것은 아니다. 한편, 상기 제1 집전판(121)의 하부의 제2 영역에는 소정크기의 결합홀(121c)이 형성되어 있다. 이러한 결합홀(121c)은 후술하는 제2 리테이너(180)의 기둥부(181g)의 일측면 또는 양측면에 형성된 돌기부(181h)에 결합될 수 있다.
상기 제1 전극 단자(122)는 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제1 집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 전극 단자(122)는 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에는 제1 전극 단자(122)가 상기 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(122a)가 형성되어 있다.
상기 제1 전극 단자(122)중 플랜지(122a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제1 집전판(121)의 단자홀(121d)에 끼워지고 용접된다. 또한, 상기 제1 전극 단자(122)중 상기 플랜지(122a)의 상부에 형성된 영역은 제1 단자 플레이트(123)에 고정된다. 즉, 상기 제1 집전 단자(122)중 상기 플랜지(122a)의 상부에 형성된 영역은 상기 캡 플레이트(151)를 관통하는 제1 몸체부(122b)와, 상기 제1 몸체부(122b)의 상단에서 상기 제1 단자 플레이트(123)에 나사결합되는 제1 체결부(122c)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 체결부(122c)의 외주연에는 나사산이 형성되어 있다. 그러나, 상기 제1 체결부(122c)는 상기 제1 단자 플레이트(123)에 리벳팅될 수도 있다. 또한, 상기 제1 전극 단자(122)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 이러한 제1 전극 단자(122)는, 예를 들면 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 상기 제1 전극 단자(122)가 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 단자 플레이트(123)는 상기 제1 체결부(122c)에 결합되도록 대략 육각 기둥 형상의 너트일 수 있다. 그러나, 상기 제1 단자 플레이트(123)는 그 중앙에 상기 제1 집전 단자(122)가 관통 결합되도록 대략 수직 방향으로 관통홀(미도시)이 형성되고, 대략 상부에는 상기 제1 체결부(122c)가 안착되도록 일정 깊이의 안착홈(미도시)이 형성된 구조일 수도 있다. 한편, 상기 제1 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 제1 단자 플레이트(123)와 상기 캡 플레이트(151)는 서로 절연되어 있다.
상기 제2 단자(130) 역시 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제2 전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2 단자(130)는 제2 집전판(131), 제2 전극 단자(132), 제2 단자 플레이트(133)를 포함한다. 여기서, 상기 제2 단자(130)의 형태는 상기 제1 단자(120)의 형태와 동일할 수 있다. 따라서, 그 형태의 설명은 생략한다. 다만, 상기 제2 집전판(131) 및 제2 전극 단자(132)는 주로 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재료로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제2 단자 플레이트(133)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 제2 단자 플레이트(133)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 이하에서 설명될 케이스(140) 및 캡 플레이트(151)는 상기 제2 단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.
한편, 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제1 영역(121a, 131a)에는 제1 리테이너(170)가 결합되고, 제2 영역(121b, 131b)에는 제2 리테이너(180)가 결합되어 있다. 본 발명에서는 상기 제2 리테이너(180)가 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제2 영역(121b, 131b)에 결합되는 것을 일 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 제2 리테이너(180)가 상기 제1 전극 무지부(111a) 및 제2 전극 무지부(112a)에 결합되거나 또는 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제2 영역(121b, 131b)의 외측을 감싸는 구조로 형성될 수도 있다.
상기 제1 리테이너(170)는 제1 수용부(171) 및 제2 수용부(172)와 제1 지지부(173)를 포함한다.
상기 제1 수용부(171) 및 제2 수용부(172)는 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제1 영역(121a, 131a)이 끼워지도록 각각 수용홀(171e, 172e)이 형성되어 있다. 상기 제1 수용부(171) 및 제2 수용부(172)는 외측벽부(171a, 172a)와 내측벽부(171b, 172b), 및 상기 외측벽부(171a, 172a)과 내측벽부(171b, 172b)를 연결하는 좌우측벽부(171c, 171d, 172c, 172d)를 포함한다. 여기서, 상기 외측벽부(171a, 172a)의 상단부(171f, 172f)는 상기 제1 지지부(173)보다 높게 형성되어 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 외측을 커버한다. 또한, 상기 내측벽부(171b, 172b)에는 상하방향으로 개구된 개방홀(171g, 172g)이 형성되어 있다. 이러한 개방홀(171g, 172g)은 상기 제1 수용부(171) 및 제2 수용부(172)에 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제1 영역(121a, 131a)이 수용되는 공간을 보정하여 보다 용이하게 조립될 수 있도록 한다. 또한, 상기 개방홀(171g, 172g)을 통하여 상기 제1 전극 무지부(111a) 및 제2 전극 무지부(112a)가 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)에 결합되게 된다.
상기 제1 지지부(173)는 상기 제1 수용부(171)와 제2 수용부(172)를 연결하도록 형성되어 있다. 여기서, 상기 제1 수용부(171) 및 제2 수용부(172)와 상기 제1 지지부(173)가 연결되는 지점은 그 단면형상이 곡선일 수 있다. 즉, 상기 제1 수용부(171) 및 제2 수용부(172)와 상기 제1 지지부(173)가 연결되는 부분이 곡면형상으로 형성되어 그 내부에 상기 전극조립체(110)를 수용하게 된다. 또한, 상기 제1 지지부(173)는 상기 제1 수용부(171) 및 제2 수용부(172)의 높이보다 낮게 형성되어, 상기 제1 수용부(171) 및 제2 수용부(172)의 외측벽(171a, 172a)이 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 외측벽을 감싸도록 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 지지부(173)는 평평하게 형성되어, 평평한 상면이 캡 플레이트(151) 하면에 위치되는 하부절연부재(156)에 밀착될 수 있도록 한다. 즉, 상기 제1 지지부(173)는 상기 제1 수용부(171) 및 제2 수용부(172)와 수직으로 형성되어 있다.
상기 제2 리테이너(180)는 제1 결합부(181) 및 제2 결합부(182)와 제2 지지부(183)를 포함한다.
상기 제1 결합부(181) 및 제2 결합부(182)는 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제2 영역(121b, 131b)이 끼워지도록 각각 결합홀(181e, 182e)이 형성되어 있다. 상기 제1 결합부(181) 및 제2 결합부(182)는 외측벽부(181a, 182a)와 내측벽부(181b, 182b), 상기 외측벽부(181a, 182a)와 내측벽부(181b, 182b)를 연결하는 좌우측벽부(181c, 181d, 182c, 182d), 및 상기 외측벽부(181a, 182a)와 내측벽부(181b, 182b)를 연결하는 기둥부(181g, 182g)를 포함한다. 이때, 상기 내측벽부(181b, 182b)에는 상기 기둥부(181g, 182g)의 좌측 및 우측 방향에 각각 상하방향으로 슬릿(181f, 182f)이 형성되어 있다. 이러한 슬릿(181f, 182f)은 상기 제1 결합부(181) 및 제2 결합부(182)에 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제2 영역(121b, 131b)이 수용되는 공간을 보정하여 보다 용이하게 조립될 수 있도록 한다. 즉, 상기 제2 리테이너(180)는 상기 기둥부(181g, 182g)의 좌측 및 우측 방향에 슬릿(181f, 182f)이 형성되어, 결과적으로 상기 기둥부(181g, 182g)의 양측에 제1 결합홀(181e) 및 제2 결합홀(182e)이 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 이를 한정하는 것은 아니고, 상기 슬릿(181f, 182f)이 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제2 영역의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 결합홀(181e) 및 제2 결합홀(182e)을 통하여 상기 제1 전극 무지부(111a) 및 제2 전극 무지부(112a)가 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)에 결합되게 된다. 또한, 상기 기둥부(181g, 182g)의 일측면 또는 양측면에는 돌기부(181h, 182h)가 형성되어 있다. 즉, 상기 돌기부(181h, 182h)는 상기 기둥부(181g, 182g)의 일측면 또는 양측면에 그 외측방향으로 돌출되도록 형성되어 있다. 이러한 돌기부(181h, 182h)는 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제2 영역(121b, 131b)에 형성된 결합홀(121c, 131c)에 결합되어 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제2 영역(121b, 131b)과 상기 제2 리테이너(180)가 조립되게 된다.
한편, 상기 제1 결합부(181) 및 제2 결합부(182)는 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제2 영역(121b, 131b)의 하부에 위치하는 상기 전극 조립체(110)의 양측면을 감싸도록 형성된 제1 측벽부(181', 도 6 참조) 및 제2 측벽부(182', 도 6 참조)일 수 있다.
상기 제2 지지부(183)는 상기 제1 결합부(181)와 제2 결합부(182)의 하부를 연결하도록 형성되어 있다. 여기서, 상기 제1 결합부(181) 및 제2 결합부(182)와 상기 제2 지지부(183)가 연결되는 지점은 그 단면형상이 곡선일 수 있다. 즉, 상기 제1 결합부(181) 및 제2 결합부(182)와 상기 제2 지지부(183)가 연결되는 부분이 곡면형상으로 형성되어 그 내부에 상기 전극조립체(110)를 수용하게 된다. 또한, 제2 지지부(183)는 평평하게 형성되어, 그 평평한 하면이 상기 케이스(140)의 바닥면에 밀착될 수 있도록 한다. 즉, 상기 제2 지지부(183)는 상기 제1 결합부(181) 및 제2 결합부(182)와 수직으로 형성되어 있다. 이때, 상기 제2 지지부(183)의 상면은 상기 전극조립체(110)의 하면에 밀착될 수 있다.
상기 케이스(140)는 전극 조립체(110)와 제1 전극단자(122) 및 제2 전극단자(132)를 수용한다. 이러한 케이스(140)에는 상기 전극 조립체(110)가 전해액과 함께 수용된다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)에 결합된다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 시일 가스켓(152), 마개(153), 안전벤트(154), 상부 절연부재(155) 및 하부 절연부재(156)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(151)는 상기 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
상기 시일 가스켓(152)은 절연성 재질로 제1 집전 단자(122) 및 제2 집전 단자(132) 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 제1 집전 단자(122) 및 제2 집전 단자(132)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이를 밀봉시킨다.
상기 마개(153)는 상기 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉하며, 상기 안전벤트(154)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되고, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(154a)가 형성될 수 있다.
상기 상부 절연부재(155)는 제1 단자 플레이트(123) 및 제2 단자 플레이트(133)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성된다. 이러한 상부 절연부재(155)는 제1 단자 플레이트(123) 및 제2 단자 플레이트(133)의 각각과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(156)는 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 더불어, 이러한 하부 절연부재(156)는 제1 전극 단자(122)와 제2 전극 단자(132)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에도 형성됨으로써, 제1 전극 단자(122)와 제2 전극 단자(132)의 각각과 상기 캡 플레이트(151) 사이의 불필요한 쇼트도 방지한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 집전판에 제1 리테이너와 제2 리테이너를 결합하여, 전극 조립체를 고정시키고 외부 충격으로 인한 손상을 방지할 수 있으며, 쇼트를 방지하여 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립과정을 도시한 사시도이다. 우선, 제1 단자(120) 및 제2 단자(130)와 캡조립체(150)는 조립된 상태이다.
도 5a를 참조하면, 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 하부에 제1 리테이너(170)를 위치시킨 다음, 상기 제1 리테이너(170)를 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제1 영역(121a, 131a) 방향으로 이동시켜 상기 제1 리테이너(170)의 수용홀(171, 172)에 결합시킨다. 이때, 상기 수용홀(171, 172)의 외측벽(171a, 172a)은 상기 캡 플레이트(151)의 하면과 밀착되고, 상기 수용홀(171, 172)의 내측벽(171b, 172b)은 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제1 영역(121a, 131a)의 하면과 밀착되도록 결합된다.
도 5b를 참조하면, 상기 제1 리테이너(170)가 결합된 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 하부에 전극 조립체(110)를 위치시킨 다음, 상기 제1 리테이너(170)의 제1 수용부(171) 및 제2 수용부(172)와 제1 지지부(173)가 이루는 내부 공간에 상기 전극조립체(110)를 결합시키게 된다. 즉, 상기 제1 리테이너(170)의 내부에 상기 전극조립체(110)를 밀착시키고, 상기 전극조립체(110)의 전극무지부(111a, 112a)와 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)이 용접결합된다. 이때, 상기 전극 조립체(110)의 상면은 상기 제1 리테이너(170)의 제1 지지부(173)에 밀착되도록 결합된다.
도 5c를 참조하면, 상기 전극조립체(110)가 결합된 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 하부에 제2 리테이너(180)를 위치시킨 다음, 상기 제2 리테이너(180)를 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제2 영역(121b, 131b) 방향으로 이동시켜 그 결합홀(121c, 131c)에 결합시킨다. 이때, 상기 전극 조립체(110)의 하면은 상기 제2 리테이너(180)의 제2 지지부(183)에 밀착되도록 결합된다.
도 5d를 참조하면, 상기 제1 리테이너(170)와 제2 리테이너(180)가 결합된 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)을 케이스(140)에 수용시키게 된다. 이때, 상기 케이스(140)의 내측 하면은 상기 제2 지지부(183)의 하면과 밀착되도록 결합된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 7은 도 6의 A영역을 도시한 확대 단면도이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는, 상기 제2 리테이너(180)의 제2 지지부(183)에 적어도 하나의 개구홀(185)이 형성되어 있다. 이러한 개구홀(185)에는 탄성력을 가지는 탄성플레이트(184)가 설치되어 있다. 또한, 상기 제2 리테이너(180)는 상기 제1 집전판(121) 및 제2 집전판(131)의 제2 영역(121b, 131b)의 하부에 위치하는 상기 전극 조립체(110)의 양측면을 감싸도록, 제1 측벽부(181') 및 제2 측벽부(182')와, 상기 제1 측벽부(181') 및 제2 측벽부(182')를 연결하는 제2 지지부(183)를 포함하고 있다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 제1 측벽부(181') 및 제2 측벽부(182')를 통하여 상기 전극 조립체(110)의 양측면을 감싸줌으로써, 상기 전극 조립체(110)를 고정시켜 외부 충격으로 인한 손상을 방지할 수 있게 된다.
상기 탄성플레이트(184)는 아래로 볼록한 라운드부(184b)와 그 테두리부(184a)를 포함한다.
상기 라운드부(184b)는 상기 케이스(140)의 바닥면에 접촉되도록 설치되어, 상기 케이스(140)의 외부에서 진동이 가해지게 되면 탄성력을 이용하여 그 진동에너지를 흡수하게 함으로써, 기계적 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 테두리부(184a)는 상기 탄성플레이트(184)의 양단이 상기 제2 리테이너(180)의 제2 지지부(183)에 고정되도록 형성된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 탄성플레이트(184)의 양단이 상기 제2 리테이너(180)의 제2 지지부(183)에 고정되도록 하기 위하여, 상기 테두리부(184a)의 끝단에 상기 탄성 플레이트(184)의 양단이 결합되도록 단차(183a)가 형성되어 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 제2 리테이너(180)에 탄성 플레이트(184)를 결합하여, 용접시 탄성역할을 하게 하고 진동에너지를 흡수하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
100: 이차 전지 110: 전극 조립체
111: 제1 전극판 111a: 제1 전극 무지부
112: 제2 전극판 112a: 제2 전극 무지부
113: 세퍼레이터 120: 제1 단자
121: 제1 집전판 121a, 131a: 제1 영역
121b, 131b: 제2 영역 121c, 131c: 결합홀
121d: 단자홀 122: 제1 전극 단자
122a: 플랜지 122b: 제1 몸체부
122c: 제1 체결부 123: 제1 단자 플레이트
130: 제2 단자 131: 제2 집전판
132: 제2 전극 단자 133: 제2 단자 플레이트
140: 케이스 150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트 151a: 전해액 주입구
151b: 벤트홀 152: 시일가스켓
153: 마개 154: 안전벤트
154a: 노치 155: 상부 절연부재
156: 하부 절연부재 170: 제1 리테이너
171: 제1 수용부 171a, 172a: 외측벽부
171b, 172b: 내측벽부 171c, 171d, 172c, 172d: 좌우측벽부
171e, 172e: 수용홀 171f, 172f: 외측벽부의 상단부
171g, 172g: 개방홀 172: 제2 수용부
173: 제1 지지부 180: 제2 리테이너
181: 제1 결합부 181a, 182a: 외측벽부
181b, 182b: 내측벽부 181c, 181d, 182c, 182d: 좌우측벽부
181e, 182e: 결합홀 181f, 182f: 슬릿
181g, 182g: 기둥부 181h, 182h: 돌기부
181': 제1 측벽부 182: 제2 결합부
182': 제2 측벽부 183: 제2 지지부
183a: 단차 184: 탄성 플레이트
184a: 테두리부 184b: 라운드부
185: 개구홀

Claims (18)

  1. 일단에 제1 전극 무지부를 가지는 제1 전극판, 상기 일단과 반대방향인 타단에 제2 전극 무지부를 가지는 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    소정간격으로 이격되어 상기 제1 전극 무지부 및 상기 제2 전극 무지부와 전기적으로 연결되는 제1 집전판 및 제2 집전판;
    상기 전극 조립체와 상기 제1 집전판 및 제2 집전판을 수용하는 케이스;
    상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트; 및
    상기 제1 집전판 및 제2 집전판에 전기적으로 연결되고, 상기 캡 플레이트를 관통하는 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 포함하고,
    상기 캡 플레이트의 일면에 인접하고, 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제1 영역에 결합되는 제1 리테이너; 및 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제2 영역 또는 상기 제1 전극 무지부 및 제2 전극 무지부에 결합되는 제2 리테이너를 더 포함하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 집전판 및 제2 집전판은
    상기 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자에 접속되는 제1 영역; 및
    상기 제1 영역으로부터 연장되어 제1 방향으로 절곡되어 형성된 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 리테이너는 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제1 영역이 끼워지도록 각각 수용홀이 형성되는 제1 수용부 및 제2 수용부; 및 상기 제1 수용부와 제2 수용부를 연결하는 제1 지지부를 포함하는 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 지지부는 상기 제1 수용부 및 제2 수용부와 수직으로 형성되는 이차전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 수용부 및 제2 수용부는 외측벽부와 내측벽부, 및 상기 외측벽부과 내측벽부를 연결하는 좌우측벽부를 포함하되,
    상기 내측벽부에는 상하방향으로 개구된 개방홀이 형성되어 있는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극 무지부 및 제2 전극 무지부는 상기 개방홀을 통하여 상기 제1 집전판 및 제2 집전판에 결합되는 이차전지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2 리테이너는 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제2 영역이 끼워지도록 각각 결합홀이 형성되는 제1 결합부 및 제2 결합부; 및 상기 제1 결합부와 제2 결합부를 연결하는 제2 지지부를 포함하는 이차전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 지지부는 상기 제1 결합부 및 제2 결합부와 수직으로 형성되는 이차전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 결합부 및 제2 결합부는 외측벽부와 내측벽부, 상기 외측벽부와 내측벽부를 연결하는 좌우측벽부, 및 상기 외측벽부와 내측벽부를 연결하는 기둥부를 포함하되,
    상기 내측벽부에는 상기 기둥부의 좌측 및 우측 방향에 각각 상하방향으로 슬릿이 형성되어 있는 이차전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 리테이너는 상기 기둥부의 양측에 제1 결합홀 및 제2 결합홀이 형성되는 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기둥부의 일측면 또는 양측면에는 돌기부가 형성되고,
    상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제2 영역에는 각각 결합홀이 형성되는 이차전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 결합홀에 결합되는 이차전지.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제2 지지부는 상기 케이스의 바닥면에 밀착되는 이차전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 지지부에는 적어도 하나의 개구홀이 형성되는 이차전지.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 개구홀에는 탄성 플레이트가 설치되는 이차전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 탄성 플레이트는 아래로 볼록한 라운드부; 및 상기 제2 리테이너의 제2 지지부에 고정되도록 테두리부를 포함하는 이차전지.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 테두리부의 끝단에는 상기 탄성 플레이트의 양단이 결합되도록 단차가 형성되어 있는 이차전지.
  18. 제7항에 있어서,
    상기 제1 결합부 및 제2 결합부는 제1 측벽부 및 제2 측벽부를 포함하되, 상기 제1 측벽부 및 제2 측벽부는 상기 제1 집전판 및 제2 집전판의 제2 영역의 하부에 위치하는 상기 전극 조립체의 양측면을 감싸도록 형성되어 있는 이차 전지.
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