KR20120123168A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 외부 충격 및 진동에 강인한 단자 구조를 갖는 이차 전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 케이스의 내측에 위치된 전극 조립체에 전기적으로 연결되고, 상기 케이스의 외측으로 연장된 단자부를 갖는 이차 전지에 있어서, 상기 단자부는 상기 전극 조립체에 제1평평 영역이 전기적으로 접속되고, 상기 제1평평 영역으로부터 제2평평 영역이 절곡되어 이루어진 집전판; 및 상기 집전판에 전기적으로 접속된 동시에 상기 케이스 외측으로 연장된 전극 단자를 포함하고, 상기 집전판의 제1평평 영역 및 제2평평 영역 사이에는 적어도 하나의 보강부가 형성된 이차 전지를 개시한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 케이스의 내측에 위치된 전극 조립체에 전기적으로 연결되고, 상기 케이스의 외측으로 연장된 단자부를 갖는 이차 전지에 있어서, 상기 단자부는 상기 전극 조립체에 제1평평 영역이 전기적으로 접속되고, 상기 제1평평 영역으로부터 제2평평 영역이 절곡되어 이루어진 집전판; 및 상기 집전판에 전기적으로 접속된 동시에 상기 케이스 외측으로 연장된 전극 단자를 포함하고, 상기 집전판의 제1평평 영역 및 제2평평 영역 사이에는 적어도 하나의 보강부가 형성된 이차 전지를 개시한다.
Description
본 발명의 일실시예는 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, 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 발명의 일 실시예는 외부 충격 및 진동에 강인한 단자 구조를 갖는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 제1전극판, 제2전극판, 상기 제1,2전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 제1전극 단자; 상기 제1전극판 또는 상기 제2전극판에 접촉하는 제1평평 영역, 상기 제1평평 영역에 대하여 각도를 가지며 연장된 제2평평 영역, 및 상기 양쪽의 제1,2평평 영역에 대하여 각도를 가지며 연장된 제1보강부를 갖는 제1집전판; 상기 전극 조립체 및 상기 제1집전판을 수용하는 하우징; 및 상기 케이스를 밀봉하는 캡 조립체를 포함한다.
상기 제1보강부의 테두리는 상기 제1집전판의 제2평평 영역에 접촉할 수 있다.
상기 제1집전판의 상기 제2평평 영역은 상기 제1전극 단자를 수용하도록 하는 단자 홀을 가질 수 있다.
상기 제2평평 영역의 폭W2는 제1평평 영역의 폭 W1보다 클 수 있다.
상기 제1보강부의 폭 W3은 상기 제2평평 영역의 길이 L2보다 작을 수 있다.
상기 제1보강부의 길이L3은 상기 제1평평 영역의 길이L1보다 작을 수 있다.
상기 제1평평 영역의 폭은 상기 제2평평 영역의 폭보다 클 수 있다.
상기 제1보강부의 폭은 상기 제1평평 영역의 길이보다 작을 수 있다.
상기 제1보강부의 길이는 상기 제2평평 영역의 길이보다 작을 수 있다.
상기 제1집전판은 상기 제1보강부에 대하여 마주보고 있는 제2보강부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1집전판은 종축을 따라 대칭일 수 있다.
상기 제1보강부는 곡면 모서리를 가질 수 있다.
상기 제1집전판은 하나의 통합 재료를 포함할 수 있다.
상기 제1보강부와 상기 제2평평 영역 사이의 테두리는 곡면일 수 있다.
상기 보강부와 상기 제1평평 영역 사이의 테두리는 활 모양일 수 있다.
상기 제1보강부는 상기 제1평평 영역에 일체일 수 있다.
상기 제1보강부는 상기 제2평평 영역에 일체일 수 있다.
상기 제1평평 영역 및 상기 제2평평 영역은 평평하고, 상기 제1평평 영역은 상기 제2평평 영역에 대하여 직각일 수 있다.
상기 제1보강부는 상기 제2평평 영역에 접촉할 수 있다.
상기 제1보강부는 상기 제1평평 영역에 접촉할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 단자부를 이루는 집전판의 제1평평 영역 및 제2평평 영역의 사이에 적어도 하나의 보강부가 더 형성됨으로써, 집전판의 휨에 대항하는 강도가 향상된다. 특히, 이러한 보강부는 집전판의 횡방향 및/또는 종방향에 대한 휨강도를 향상시킴으로써, 횡방향 및/또는 종방향으로부터 전달되는 외부 충격 및 진동에 대한 이차 전지의 안전성 및 신뢰성이 향상된다. 예를 들면, 충격 및 진동이 횡방향 및/또는 종방향으로부터 이차 전지에 전달된다고 해도, 이차 전지 내부의 전극 조립체가 횡방향 및/또는 종방향으로 움직이지 않게 된다. 따라서, 전극 조립체와 케이스 사이의 불필요한 전기적 쇼트가 방지되고, 이에 따라 이차 전지의 안전성 및 신뢰성이 향상된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 I-I선을 취한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 이차 전지를 이용한 배터리 팩의 일례를 도시한 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 이차 전지를 이용한 배터리 팩의 일례를 도시한 사시도이다.
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 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 I-I선을 취한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1단자부(120), 제2단자부(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제1전극판(111)은 양극으로서 동작할 수 있으며, 제2전극판(112)은 음극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제1전극판(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제1전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제1활물질이 도포되지 않은 영역인 제1전극 무지부(111a)를 포함한다. 상기 제1전극 무지부(111a)는 제1전극판(111)과, 제1전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제1전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2전극판(112)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제2전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제2활물질이 도포되지 않는 영역인 제2전극 무지부(112a)를 포함한다. 상기 제2전극 무지부(112a)는 제2전극판(112)과, 제2전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제2전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제1전극판(111) 및 제2전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어 전기적 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 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 각각에 전기적으로 연결되는 제1단자부(120) 및 제2단자부(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 제1단자부(120)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 상기 제1전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1단자부(120)는 제1집전판(121), 제1전극 단자(123) 및 제1체결 부재(124)를 포함한다.
상기 제1집전판(121)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1전극 무지부(111a)와 접촉된다. 실질적으로, 상기 제1집전판(121)은 상기 제1전극 무지부(111a)에 용접된다. 상기 제1집전판(121)은 대략 '┒' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(121d)이 형성될 수 있다. 상기 단자홀(121d)에는 상기 제1전극 단자(123)가 끼워져 결합된다. 이러한 제1집전판(121)은 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 제1집전판(121)의 재질이 한정되는 것은 아니다.
좀더 구체적으로, 상기 제1집전판(121)은 제1평평 영역(121a), 제2평평 영역(121b) 및 보강부(122)를 포함한다. 상기 제1평평 영역(121a)은 상기 전극 조립체(110)의 무지부(111a)에 용접되며, 대략 종방향으로 세워진 형태를 한다. 상기 제2평평 영역(121b)은 상기 제1평평 영역(121a)의 상단에서 대략 직각 방향으로 절곡되어 소정 길이 연장됨으로써, 전반적으로 대략 횡방향으로 누워 있는 형태를 한다. 더불어, 상기 제2평평 영역(121b)에는 제1전극 단자(123)가 결합될 수 있도록 단자홀(121d)이 형성될 수 있다. 상기 보강부(122)는 상기 제1평평 영역(121a)과 상기 제2평평 영역(121b)의 사이에 형성되어 있다. 더불어, 상기 보강부(122)는 상기 제1평평 영역(121a)과 상기 제2평평 영역(121b)에 연결 또는 접촉되어 있다.
이와 같이 하여, 집전판은 별도의 보강부를 가짐으로써, 횡방향 및/또는 종방향으로부터의 충격 및 진동에 대하여 휨 강성이 향상된다. 따라서, 횡방향 및/또는 종방향으로부터 충격 및 진동이 이차 전지에 전달된다고 해도, 이차 전지의 내부에 있는 전극 조립체가 횡방향 및/또는 종방향으로 움직이지 않게 된다. 따라서 전극 조립체와 케이스 사이의 불필요한 전기적 쇼트가 방지되고, 이에 따라 이차 전지의 안전성 및 신뢰성이 향상된다. 이러한 집전판의 다양한 형태에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
상기 제1전극 단자(123)는 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 또한 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제1집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1전극 단자(123)는 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 연장 및 돌출된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에는 제1전극 단자(123)가 상기 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(123a)가 형성될 수 있다. 상기 제1전극 단자(123)중 플랜지(123a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제1집전판(121)의 단자홀(121d)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제1전극 단자(123)중 상기 플랜지(123a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 연장 및 돌출된 영역에는 제1체결 부재(124)가 고정될 수 있다. 더불어, 상기 제1전극 단자(123)의 상부 연장 영역에는 나사산이 형성됨으로써, 상기 제1체결 부재(124)가 나사 방식으로 결합될 수 있다. 여기서, 상기 제1전극 단자(123)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연될 수 있다. 이러한 제1전극 단자(123)는 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 상기 제1전극 단자(123)의 재질이 한정되는 것은 아니다.
상기 제1체결 부재(124)는 대략 육각 넛트 형태로 형성되고, 중앙에 상기 제1전극 단자(123)가 관통 결합되도록 대략 수직 방향으로 관통홀이 형성될 수 있다. 이러한 제1체결 부재(124)는 스텐레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성되며, 여기서 그 재질이 한정되지 않는다. 더불어 상기 제1체결 부재(124)와 상기 캡 플레이트(151)는 서로 절연될 수 있다.
상기 제2단자부(130) 역시 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제2전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2단자부(130)는 제2집전판(131), 제2전극 단자(133), 제2체결 부재(134)를 포함한다. 여기서, 상기 제2단자부(130)의 형태는 상기 제1단자부(120)의 형태와 동일할 수 있다. 따라서, 구체적 형태의 설명은 생략한다.
물론, 상기 제2집전판(131) 역시 제1평평 영역(131a), 제2평평 영역(131b) 및 보강부(132)를 포함한다. 상기 제1평평 영역(131a)은 상기 전극 조립체(110)의 무지부(112a)에 용접되며, 대략 종방향으로 세워진 형태를 한다. 또한, 상기 제2평평 영역(131b)은 상기 제1평평 영역(131a)의 상단에서 대략 직각 방향으로 절곡되어 소정 길이 연장됨으로써, 전반적으로 대략 횡방향으로 누워 있는 형태를 한다. 상기 보강부(132)는 상기 제1평평 영역(131a)과 상기 제2평평 영역(131b)의 사이에 형성되어 있다. 즉, 상기 보강부(132)는 상기 제1평평 영역(131a)과 상기 제2평평 영역(131b)에 연결 또는 접촉되어 있다. 이러한 제2집전판(131)은 실질적으로 상기 제1집전판(121)과 동일한 구조를 한다.
더불어, 상기 제2집전판(131) 및 제2전극 단자(133)는 주로 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제2체결 부재(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.
상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제1단자부(120) 및 제2단자부(130)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 1b에서는, 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), 제1단자부(120), 제2단자부(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), 시일 가스켓(152), 마개(153), 안전벤트(154), 상부 절연부재(155) 및 하부 절연부재(156)를 포함한다. 물론, 상기 시일 가스켓(152), 상부 절연부재(155) 및 하부 절연부재(156)는 상기 제1단자부(120) 및 제2단자부(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, 만약 상기 캡 플레이트(151)가 상기 제1단자부(120)에 전기적으로 접속된 다면, 상기 캡 플레이트(151)는 상기 제1단자부(120)와 같은 극성을 가질 수 있다. 물론, 이에 따라 상기 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 시일 가스켓(152)은 절연성 재질로 제1전극 단자(123) 및 제2전극 단자 (133) 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 제1전극 단자(123) 및 제2전극 단자(133)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 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 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 제1체결 부재(124) 및 제2체결 부재(134)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성된다. 또한, 상기 상부 절연부재(155)는 상기 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(155)는 시일 가스켓(152)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(155)는 제1체결 부재(124) 및 제2체결 부재(134)의 각각과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(156)는 제1집전판(121) 및 제2집전판(131)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(156)는 제1집전판(121)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트, 그리고 상기 제2집전판(131)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트를 방지한다. 더불어, 이러한 하부 절연부재(156)는 제1전극 단자(123)와 제2전극 단자(133)의 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에도 형성됨으로써, 제1전극 단자(123)와 제2전극 단자(133)의 각각과 상기 캡 플레이트(151) 사이의 불필요한 쇼트도 방지한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 집전판(121)은 제1평평 영역(121a), 제2평평 영역(121b) 및 보강부(122)를 포함한다. 여기서, 상기 제1평평 영역(121a) 및 제2평평 영역(121b)은 상호간 대략 직각 방향으로 절곡된 형태를 한다. 또한, 상기 제2평평 영역(121b)에는 전극 단자(123)의 결합을 위한 관통홀(121d)이 형성될 수 있다. 더불어, 상기 보강부(122)는 상기 제1평평 영역(121a)을 중심으로 양측 방향으로 일정 길이 연장된 형태를 한다. 더욱이, 상기 보강부(122)는 상기 제1평평 영역(121a)으로부터 대략 직각 방향으로 절곡된 형태를 한다.
도 2b에서 도면 부호 121e, 121f 및121g는 절곡 라인 또는 절개 라인을 표시한 것이다. 즉, 도면 부호 121e는 제1평평 영역(121a)과 제2평평 영역(121b)의 사이에 형성된 절곡 라인이다. 이러한 절곡 라인을 중심으로 제1평평 영역(121a)과 제2평평 영역(121b)은 상호간 대략 직각 방향으로 절곡된다. 또한, 도면 부호 121f는 제1평평 영역(121a)과 보강부(122)의 사이에 형성된 절곡 라인이다. 이러한 절곡 라인을 중심으로 제1평평 영역(121a)과 보강부(122)는 상호간 대략 직각 방향으로 절곡된다. 또한, 도면 부호 121g는 제2평평 영역(121b)과 보강부(122)의 사이에 형성된 절개 라인이다. 이러한 절개 라인에 의해, 상기 보강부(122)가 상기 제2평평 영역(121b)의 하부 방향으로 용이하게 절곡될 수 있다.
또한, 도 2b에서 도면 부호 121h는 제2평평 영역(121b)의 하부에 상기 보강부(122)가 접촉되는 영역이다. 즉, 상기 제1평평 영역(121a)과 상기 제2평평 영역(121b)이 상호간 대략 직각 방향으로 절곡된 후, 상기 보강부(122)가 상기 제1평평 영역(121a)으로부터 대략 직각 방향으로 절곡되면, 상기 보강부(122)의 상면은 상기 제2평평 영역(121b)의 하면에 접촉된다. 이를 위해, 제2평평 영역(121b)의 폭(W2)이 제1평평 영역(121a)의 폭(W1)보다 상대적으로 더 크게 형성된다. 물론, 상기 보강부(122)가 상기 제1평평 영역(121a)으로부터 대략 직각 방향으로 절곡된 후, 상기 제1평평 영역(121a)과 상기 제2평평 영역(121b)이 상호간 대략 직각 방향으로 절곡되어도, 상술한 바와 동일하게 상기 보강부(122)의 상면이 상기 제2평평 영역(121b)의 하면에 접촉된다.
이와 같이 하여, 상기 제1평평 영역(121a)과 상기 제2평평 영역(121b)의 사이에, 상기 제1평평 영역(121a) 및 상기 제2평평 영역(121b)을 연결 또는 접촉시키는 보강부(122)가 더 형성됨으로써, 상기 집전판(121)의 휨에 대항하는 강도가 향상된다. 더불어, 상기 제2평평 영역(121b)과 상기 보강부(122)의 접촉 영역에 용접이 수행되거나 또는 솔더링이 수행된다면, 상기 집전판(121)의 휨 강도는 더욱 향상된다.
한편, 제2평평 영역(121b)의 폭(W2)이 제1평평 영역(121a)의 폭(W1)과 동일하거나 상대적으로 작다면, 상기 보강부(122)를 예각으로 절곡시켜야만 상기 보강부(122)가 제2평평 영역(121b)에 접촉된다. 그러나, 이러한 절곡 구조는 제조 공정이 어려울 뿐만 아니라, 절곡 영역이 돌출된 형태를 함으로써, 다른 구조물이 손상될 수 있다.
더불어, 상기 보강부(122)의 폭(W3)은 크면 클수록 좋다. 즉, 상기 보강부(122)의 폭(W3)이 클수록 상기 제2평평 영역(121b)과 접촉하는 영역이 커지기 때문이다. 다만, 상기 보강부(122)의 폭(W3)은 상기 제2평평 영역(121b)의 길이(L2)보다 크지 않게 형성됨으로써, 원하지 않는 다른 구조물과의 전기적 쇼트가 방지되도록 한다. 실질적으로 상기 보강부(122)의 폭(W3)은 상기 제2평평 영역(121b)이 갖는 길이(L2)의 대략 1% 내지 99% 정도이면 적절하다. 바람직하기로, 상기 보강부(122)의 폭(W3)은 상기 제2평평 영역(121b)이 갖는 길이(L2)의 대략 10% 내지 90% 정도이면 적절하고, 더욱 바람직하기로 대략 30% 내지 70% 정도이면 적절하다.
또한, 상기 보강부(122)의 길이(L3) 역시 크면 클수록 좋다. 즉, 상기 보강부(122)의 길이(L3)가 클수록 상기 제1평평 영역(121a)과의 연결 영역이 커지기 때문이다. 다만, 상기 보강부(122)의 길이(L3)는 상기 제1평평 영역(121a)의 길이(L1)보다 크지 않게 형성됨으로써, 원하지 않는 다른 구조물과의 전기적 쇼트가 방지되도록 한다. 실질적으로 상기 보강부(122)의 길이(L3)는 상기 제1평평 영역(121a)이 갖는 길이(L1)의 대략 1% 내지 99% 정도이면 적절하다. 바람직하기로, 상기 보강부(122)의 길이(L3)는 상기 제1평평 영역(121a)이 갖는 길이(L1)의 대략 10% 내지 90% 정도이면 적절하고, 더욱 바람직하기로 대략 30% 내지 70% 정도이면 적절하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 집전판(221)은 라운드형 보강부(122)를 가질 수 있다. 즉, 제1평평 영역(121a)과 제2평평 영역(121b) 사이에 형성된 보강부(122)의 하단 모서리에 라운드부(221a)가 형성될 수 있다. 실질적으로, 제1평평 영역(121a)을 중심으로 양측에 절곡되어 형성된 보강부(122)의 사이에 전극 조립체가 결합된다. 이때, 상기 보강부(122)의 하단 모서리가 대략 직각 형태로 날카롭게 형성되어 있다만, 상기 전극 조립체의 결합 공정에서 전극 조립체가 쉽게 손상될 수 있다. 그러나, 도 3에서와 같이, 보강부(122)의 하단 모서리에 라운드부(221a)가 형성된다면, 상기 전극 조립체의 결합 공정에서 전극 조립체가 손상되지 않는다. 이러한 라운드부(221a)의 직경은 한정되지 않으며, 전극 조립체를 손상시키지 않는 정도의 직경이면 바람직하다. 더불어, 도면에 도시되어 있지는 않지만 상기 라운드부(221a) 대신 챔퍼부가 형성될 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 집전판(321)은 제1평평 영역(321a), 제2평평 영역(321b) 및 보강부(322)를 포함한다. 여기서, 상기 보강부(322)는 상기 제2평평 영역(321b)을 중심으로 양측 방향으로 일정 길이 연장된 형태를 한다. 또한, 상기 보강부(322)는 상기 제2평평 영역(321b)으로부터 대략 직각 방향으로 절곡된 형태를 한다.
도 4b에서 도면 부호 321e, 321f 및321g는 절곡 라인 또는 절개 라인을 표시한 것이다. 즉, 도면 부호 321e는 제1평평 영역(321a)과 제2평평 영역(321b)의 사이에 형성된 절곡 라인이다. 이러한 절곡 라인을 중심으로 제1평평 영역(321a)과 제2평평 영역(321b)은 상호간 대략 직각 방향으로 절곡된다. 또한, 도면 부호 321f는 제2평평 영역(321b)과 보강부(322)의 사이에 형성된 절곡 라인이다. 이러한 절곡 라인을 중심으로 제2평평 영역(321b)과 보강부(322)는 상호간 대략 직각 방향으로 절곡된다. 또한, 도면 부호 321g는 제1평평 영역(321a)과 보강부(322)의 사이에 형성된 절개 라인이다. 이러한 절개 라인에 의해, 상기 보강부(322)가 상기 제1평평 영역(321a)의 후면 방향으로 용이하게 절곡될 수 있다.
또한, 도 4b에서 도면 부호 321h는 제1평평 영역(321a)의 후면에 상기 보강부(322)가 접촉되는 영역이다. 즉, 상기 보강부(322)가 상기 제2평평 영역(321b)으로부터 대략 직각 방향으로 절곡되면, 상기 보강부(322)의 전면은 상기 제1평평 영역(321a)의 후면에 접촉된다. 이를 위해, 제1평평 영역(321a)의 폭(W1)이 제2평평 영역(321b)의 폭(W2)보다 상대적으로 크게 형성된다.
이와 같이 하여, 상기 제1평평 영역(321a)과 상기 제2평평 영역(321b) 사이에, 상기 제1평평 영역(321a) 및 상기 제2평평 영역(321b)을 연결하는 보강부(322)가 더 형성됨으로써, 상기 집전판(321)의 휨 강도가 향상된다. 더불어, 상기 제1평평 영역(321a)과 상기 보강부(322)의 접촉 영역에 용접이 수행되거나 또는 솔더링이 수행된다면, 상기 집전판(321)의 휨 강도는 더욱 향상된다.
한편, 제1평평 영역(321a)의 폭(W1)이 제2평평 영역(321b)의 폭(W2)과 동일하거나 상대적으로 작다면, 상기 보강부(322)를 예각으로 절곡시켜야만 상기 보강부(322)가 제1평평 영역(321a)에 접촉된다. 그러나, 이러한 절곡 구조는 제조 공정이 어려울 뿐만 아니라, 절곡 영역이 돌출된 형태를 함으로써, 다른 구조물이 손상될 수 있다.
더불어, 상기 보강부(322)의 폭(W3)은 크면 클수록 좋다. 즉, 상기 보강부(322)의 폭(W3)이 클수록 상기 제1평평 영역(321a)과 접촉하는 영역이 커지기 때문이다. 다만, 상기 보강부(322)의 폭(W3)은 상기 제1평평 영역(321a)의 길이(L1)보다 크지 않게 형성됨으로써, 원하지 않는 다른 구조물과의 전기적 쇼트가 방지되도록 한다. 실질적으로 상기 보강부(322)의 폭(W3)은 상기 제1평평 영역(321a)이 갖는 길이(L1)의 대략 1% 내지 99% 정도이면 적절하다. 바람직하기로, 상기 보강부(322)의 폭(W3)은 상기 제1평평 영역(321a)이 갖는 길이(L1)의 대략 10% 내지 90% 정도이면 적절하고, 더욱 바람직하기로 대략 30% 내지 70% 정도이면 적절하다.
또한, 상기 보강부(322)의 길이(L3) 역시 크면 클수록 좋다. 즉, 상기 보강부(322)의 길이(L3)가 클수록 상기 제2평평 영역(321b)과의 연결 영역이 커지기 때문이다. 다만, 상기 보강부(322)의 길이(L3)는 상기 제2평평 영역(321b)의 길이(L2)보다 크지 않게 형성됨으로써, 원하지 않는 다른 구조물과의 전기적 쇼트가 방지되도록 한다. 실질적으로 상기 보강부(322)의 길이(L3)는 상기 제2평평 영역(321b)이 갖는 길이(L2)의 대략 1% 내지 99% 정도이면 적절하다. 바람직하기로, 상기 보강부(322)의 길이(L3)는 상기 제2평평 영역(321b)이 갖는 길이(L2)의 대략 10% 내지 90% 정도이면 적절하고, 더욱 바람직하기로 대략 30% 내지 70% 정도이면 적절하다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 집전판(421)은 라운드형 보강부(322)를 포함할 수 있다. 즉, 제1평평 영역(321a)과 제2평평 영역(321b) 사이에 형성된 보강부(322)의 하단 모서리에 라운드부(421a)가 형성될 수 있다. 상기 라운드부(421a)의 직경은 한정되지 않으며, 전극 조립체를 손상시키지 않는 정도의 직경이면 바람직하다. 더불어, 도면에 도시되어 있지는 않지만 상기 라운드부(421a) 대신 챔퍼부가 형성될 수도 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 집전판(521)은 제1평평 영역(121a), 제2평평 영역(121b) 및 보강부(122)를 포함한다. 여기서, 상기 보강부(122)는 실질적으로 제1평평 영역(121a)으로부터 연장되어 형성되어 있다.
상기 제1평평 영역(121a), 제2평평 영역(121b) 및 보강부(122)의 경계 영역에는 절개홈(521g)이 형성되어 있다. 이와 같은 절개홈(521g)에 의해, 상기 경계 영역의 폭은 상대적으로 감소하고, 이에 따라 제1평평 영역(121a)으로부터 제2평평 영역(121b)이 용이하게 절곡된다. 물론, 반대로 제2평평 영역(121b)으로부터 제1평평 영역(121a)이 용이하게 절곡될 수 있다.
한편, 상기 절개홈(521g)은, 도 6b를 참조하면, 대략 원형 형태로 형성되어 있으나, 이러한 형태로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 삼각 또는 사각 등의 형태로 다양한 모양을 가질 수 있다. 더불어, 상기 절개홈(521g)은, 도 6a를 참조하면, 제1평평 영역(121a), 제2평평 영역(121b) 및 보강부(122)의 절곡 공정 이후, 대략 삼각 형태로 변형될 수 있으나, 이밖에도 다양한 형태로 변형될 수 있다.
더불어, 상기와 같은 구조를 제외한 나머지 구조는 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 집전판(621)은 라운드형 보강부(122)를 포함할 수 있다. 즉, 제1평평 영역(121a)과 제2평평 영역(121b) 사이에 형성된 보강부(122)의 하단 모서리에 라운드부(621a)가 형성될 수 있다. 더불어, 도면에 도시되어 있지는 않지만 상기 라운드부(621a) 대신 챔퍼부가 형성될 수도 있다.
상기와 같은 구조를 제외한 나머지 구조는 도 6a 및 도 6b에 도시된 것과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도 및 조립전의 평면도이다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 집전판(721)은 제1평평 영역(321a), 제2평평 영역(321b) 및 보강부(322)를 포함한다. 여기서, 상기 보강부(322)는 실질적으로 제2평평 영역(321b)으로부터 연장되어 형성되어 있다.
상기 제1평평 영역(321a), 제2평평 영역(321b) 및 보강부(322)의 경계 영역에는 절개홈(721g)이 형성되어 있다. 이와 같은 절개홈(721g)에 의해, 상기 경계 영역의 폭은 상대적으로 감소하고, 이에 따라 제1평평 영역(321a)으로부터 제2평평 영역(321b)이 용이하게 절곡된다. 물론, 반대로 제2평평 영역(321b)으로부터 제1평평 영역(321a)이 용이하게 절곡될 수 있다.
이러한 구조를 제외한 나머지 구조는 도 4a 및 도 4b에 도시된 것과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 집전판을 도시한 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 집전판(821)은 라운드형 보강부(322)를 포함할 수 있다. 즉, 제1평평 영역(321a)과 제2평평 영역(321b) 사이에 형성된 보강부(322)의 하단 모서리에 라운드부(821a)가 형성될 수 있다. 더불어, 도면에 도시되어 있지는 않지만 상기 라운드부(821a) 대신 챔퍼부가 형성될 수도 있다.
상기와 같은 구조를 제외한 나머지 구조는 도 8a 및 도 8b에 도시된 것과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명에 따른 이차 전지를 이용한 배터리 팩의 일례를 도시한 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(900)은 다수의 이차 전지(100,100')와 다수의 버스바(910)를 포함한다. 즉, 다수의 이차 전지(100,100')는 수평 방향으로 배열될 수 있으며, 버스바(910)는 어느 한 이차 전지(100)의 제1단자부(120)와, 이웃한 다른 이차 전지(100')의 제2단자부(130')를 상호간 전기적으로 연결한다. 즉, 버스바(910)의 어느 한 관통홀(911)이 제1단자부(120)에 결합되고, 다른 관통홀(912)이 제2단자부(130')에 결합된다. 또한, 상기 버스바(910)를 통해 돌출된 제1단자부(120) 및 제2단자부(130')에는 각각 체결 부재(125,125')가 결합됨으로써, 상기 버스바(910)가 제1,2단자부(120,130')에 강하게 밀착된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 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: 제1단자부 121: 제1집전판
121a; 제1평평 영역 121b; 제2평평 영역
122; 보강부 123: 제1전극 단자
124: 제1체결 부재 130: 제2단자부
131: 제2집전판 133: 제2전극 단자
134: 제2 체결 부재 140: 케이스
150: 캡 조립체 151: 캡 플레이트
152: 시일 가스켓 153: 마개
154: 안전벤트 155: 상부 절연부재
156: 하부 절연부재
120: 제1단자부 121: 제1집전판
121a; 제1평평 영역 121b; 제2평평 영역
122; 보강부 123: 제1전극 단자
124: 제1체결 부재 130: 제2단자부
131: 제2집전판 133: 제2전극 단자
134: 제2 체결 부재 140: 케이스
150: 캡 조립체 151: 캡 플레이트
152: 시일 가스켓 153: 마개
154: 안전벤트 155: 상부 절연부재
156: 하부 절연부재
Claims (20)
- 제1전극판, 제2전극판, 상기 제1,2전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
제1전극 단자;
상기 제1전극판 또는 상기 제2전극판에 접촉하는 제1평평 영역, 상기 제1평평 영역에 대하여 각도를 가지며 연장된 제2평평 영역, 및 상기 양쪽의 제1,2평평 영역에 대하여 각도를 가지며 연장된 제1보강부를 갖는 제1집전판;
상기 전극 조립체 및 상기 제1집전판을 수용하는 하우징; 및
상기 케이스를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1보강부의 테두리는 상기 제1집전판의 제2평평 영역에 접촉함을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1집전판의 상기 제2평평 영역은 상기 제1전극 단자를 수용하도록 하는 단자 홀을 가짐을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2평평 영역의 폭W2는 제1평평 영역의 폭 W1보다 큼을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1보강부의 폭 W3은 상기 제2평평 영역의 길이 L2보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1보강부의 길이L3은 상기 제1평평 영역의 길이L1보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1평평 영역의 폭은 상기 제2평평 영역의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1보강부의 폭은 상기 제1평평 영역의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1보강부의 길이는 상기 제2평평 영역의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1집전판은 상기 제1보강부에 대하여 마주보고 있는 제2보강부를 더 포함함을 특징으로 하는 이차 전지. - 제10항에 있어서,
상기 제1집전판은 종축을 따라 대칭인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1보강부는 곡면 모서리를 가짐을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1집전판은 하나의 통합 재료를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1보강부와 상기 제2평평 영역 사이의 테두리는 곡면인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 보강부와 상기 제1평평 영역 사이의 테두리는 활 모양인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1보강부는 상기 제1평평 영역에 일체인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1보강부는 상기 제2평평 영역에 일체인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1평평 영역 및 상기 제2평평 영역은 평평하고,
상기 제1평평 영역은 상기 제2평평 영역에 대하여 직각인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1보강부는 상기 제2평평 영역에 접촉함을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1보강부는 상기 제1평평 영역에 접촉함을 특징으로 하는 이차 전지.
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