KR20130053026A - 이차전지 - Google Patents
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Abstract
이차전지가 개시된다. 이차전지는, 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 집전판과, 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 집전판과, 전극 조립체와 제1 집전판 및 제2 집전판을 수용하는 케이스를 포함하며, 제1 집전판은 케이스의 내벽면에 전기적으로 연결된다.
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전달 성능이 개선된 이차전지에 관한 것이다.
이차전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차전지를 직렬로 연결하여 대용량의 이차전지로 구성된다.
상기한 이차전지는 전기 생성 과정에서 이차전지의 내부에서 온도 상승이 발생됨으로써, 냉각을 위해 적절한 방열 수단의 형성이 필요하다.
그러나, 이차전지의 냉각을 위한 방열 수단을 마련하는데 있어서 추가적인 부품이 필요하여 제조 원가가 상승되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 이차전지의 내부에서 발생하는 열을 외부로 용이하게 전달이 가능한 이차전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 집전판과, 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 집전판과, 전극 조립체와 제1 집전판 및 제2 집전판을 수용하는 케이스를 포함한다. 제1 집전판은 케이스의 내벽면에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 집전판은 케이스의 내벽면에 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 집전판의 표면에는 용접 돌부가 돌출되어 케이스의 내벽면에 용접될 수 있다.
용접 돌부는 제1 집전판에 적어도 2개 이상으로 돌출될 수 있다. 용접 돌부는 케이스의 외부로부터의 레이저 용접에 의해 케이스의 내벽면에 용접될 수 있다. 용접 돌부는 제1 집전판중을 케이스의 내벽면 방향으로 돌출하도록 굴곡시켜 형성될 수 있다. 용접 돌부는 사각, 삼각 또는 원호 형상의 단면일 수 있다.
제1 집전판은 케이스의 내벽면을 향하는 측면의 일부분이 절개되어 돌출한 탄성 편부를 포함하며, 탄성 편부의 표면에는 용접 돌부가 돌출하여 케이스의 내벽면에 용접될 수 있다.
탄성 편부는, 제1 집전판의 측면에서 절개되어 케이스의 내벽면 방향으로 돌출하는 제1 편부와, 제1 편부의 근접 위치의 제1 집전판의 측면에서 절개되어 케이스의 내벽면 방향으로 돌출하는 제2 편부를 포함하고, 제1 편부 및 제2 편부의 표면에는 용접 돌부가 돌출할 수 있다.
용접 돌부는, 제1 편부 및 제2 편부를 케이스의 내벽면 방향으로 돌출하도록 굴곡시켜 형성될 수 있다. 용접 돌부는 사각, 삼각 또는 원호 형상의 단면일 수 있다. 용접 돌부는 케이스의 외부로부터의 레이저 용접에 의해 케이스에 용접될 수 있다.
제1 전극은 양극이며, 제2 전극은 음극일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극 집전판을 케이스의 내벽면에 용접하는 것으로 이차전지에서 발생한 열을 외부로 용이하게 발산하는 것이 가능함으로써, 적은 비용으로 이차전지의 방열 효과를 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 집전판이 용접 돌부에 의해 케이스의 내벽면에 결합된 상태를 개략적으로 도시한 부분 사시도이다.
도 4는 도 3의 양극 집전판에 용접 돌부가 돌출된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 집전판에 돌출된 용접 돌부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극 집전판에 돌출된 용접 돌부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 양극 집전판이 용접 돌부에 의해 케이스의 내벽면에 결합된 상태를 개략적으로 도시한 부분 사시도이다.
도 9는 도 8의 양극 집전판에 용접 돌부가 돌출된 상태를 개략적으로 도시한 부분 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 집전판이 용접 돌부에 의해 케이스의 내벽면에 결합된 상태를 개략적으로 도시한 부분 사시도이다.
도 4는 도 3의 양극 집전판에 용접 돌부가 돌출된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 집전판에 돌출된 용접 돌부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극 집전판에 돌출된 용접 돌부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 양극 집전판이 용접 돌부에 의해 케이스의 내벽면에 결합된 상태를 개략적으로 도시한 부분 사시도이다.
도 9는 도 8의 양극 집전판에 용접 돌부가 돌출된 상태를 개략적으로 도시한 부분 분해 사시도이다.
이하 본 발명의 실시예들에 따른 이차전지를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는, 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 및 세퍼레이터(13)를 포함하는 전극군(10)과, 제1 집전판(32)과 제2 집전판(34), 및 케이스(20)를 포함하여 형성된다. 여기서, 제1 집전판(32) 또는 제2 집전판(34) 중 어느 하나는 케이스(20)의 내벽면에 전기적으로 연결될 수 있다. 이하에서 제1 집전판(32)은 양극 집전판이고, 제2 집전판(34)은 음극 집전판이다. 본 실시예에서 양극 집전판(32)이 케이스(20)의 내벽면에 전기적으로 연결되는 것을 예시적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며 양극 집전판(32)을 대신하여 음극 집전판(34)이 케이스(20)의 내벽면에 전기적으로 연결되는 것도 가능하다. 본 실시예에서 양극 집전판(32)과 케이스(20)의 전기적인 연결은 용접에 의해 연결되는 것을 예시적으로 설명한다.
이차전지(100)는 리튬 이온 이차전지로서 각형인 것을 예로서 설명하지만 이에 제한되는 것은 아니며, 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지도 가능하다.
전극군(10)은 양극(11)과 음극(12) 및 세퍼레이터(13)를 포함하여 형성된다. 양극(11) 및 음극(12)은 박판의 금속호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 활물질이 코팅되지 않은 영역인 무지부(11a. 12a)를 포함한다. 양극 무지부(11a)는 양극(11)의 길이 방향을 따라 일측단에 형성되고, 음극 무지부(12a)는 음극(12)의 길이 방향을 따라 타측단에 형성될 수 있다. 이하에서 양극(11)은 제1 전극이고, 음극(12)은 제2 전극이다.
양극(11) 및 음극(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 중심에 개재하여 적층되며 권취롤 등을 이용해서 권취되어 젤리-롤 형태의 전극군(10)을 이룬다. 전극군(10)은 케이스(20)에 내장될 수 있도록 프레스 등으로 가압되어 납작한 형태를 이룰 수 있다.
케이스(20)는 대략 직육면체 형상을 갖는 금속으로 이루어지며, 일면에는 개방된 개구부가 형성된다. 캡 어셈블리(30)는 케이스(20)의 개구부에 결합된 캡 플레이트(31)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며, 양극(11)과 전기적으로 연결된 양극 단자(40)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며 음극(12)과 전기적으로 연결된 음극 단자(50) 및 설정된 내부 압력에 따라 파단될 수 있도록 노치(33a)가 형성된 벤트부재(33)를 포함할 수 있다.
캡 플레이트(31)는 얇은 판으로 이루어지며, 일측에 전해액 주입을 위한 전해액 주입구(35)가 형성될 수 있고 전해액 주입구(35)를 밀봉하는 밀봉 마개(37)가 캡 플레이트(31)에 고정 설치될 수 있다.
양극 집전판(32)은 양극 무지부(11a)에 용접으로 연결되고, 음극 집전판(34)은 음극 무지부(12a)에 용접으로 연결된다.
양극 집전판(32)은 케이스(20)의 내벽면에 용접에 의해 전기적으로 연결된다. 양극 집전판(32)을 케이스(20)의 내벽면에 용접하기 위해, 양극 집전판(32)의 표면에는 용접 돌부(60)가 돌출된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 집전판이 용접 돌부에 의해 케이스의 내벽면에 결합된 상태를 개략적으로 도시한 부분 사시도이고, 도 4는 도 3의 양극 집전판에 용접 돌부가 돌출된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 용접 돌부(60)는, 양극 집전판(32)의 길이 방향을 따라 케이스(20)의 내벽면 방향으로 돌출한다.
용접 돌부(60)는 양극 집전판(32)을 상하 길이 방향을 따라 요철(凹凸) 형상으로 굴곡시켜 형성될 수 있다. 그러나 용접 돌부(60)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 양극 집전판(32)의 표면에 돌기 형상의 부재(미도시)를 별도로 결합할 수도 있다.
용접 돌부(60)는 사각형의 단면을 갖도록 케이스(20)의 내벽면 방향으로 적어도 2개 이상으로 복수개가 등간격으로 돌출된다. 이와 같이, 용접 돌부(60)를 양극 집전판(32)의 표면에 돌출되게 형성하는 것은, 케이스(20)의 내벽면과의 사이에서 접촉 저항을 높여 용접 효율을 향상시키도록 하기 위한 것이다.
도 5는 레이저 용접에 의해 용접 돌부가 케이스에 용접되는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 양극 집전판(32)이 케이스(20)의 내부에 삽입되면, 용접 돌부(60)의 돌출된 선단은 케이스(20)의 측벽의 내부 표면에 접한다.
용접 돌부(60)가 케이스(20)에 접한 상태에서 케이스(20)의 외부로부터 레이저 용접이 실시되면, 케이스(20)와 용접 돌부(60)는 서로간에 용접에 의해 안정적으로 결합된다. 레이저 용접은 용접 돌부(60)의 상하 길이 방향을 따라 선형으로 케이스(20)의 외측에서 실시될 수 있다.
상기한 바와 같이, 용접 돌부(60)를 케이스(20)의 내벽면에 레이저 용접으로 고정하면, 양극 집전판(32)과 케이스(20) 및 양극 단자(40)은 전기적으로 연결된다. 이 때, 이차전지(100)의 내부열은 용접 돌부(60)를 통해 케이스(20) 외측으로 용이하게 전달된다.
다시 도 2를 참조하면, 음극 집전판(34)은 하부가 음극 무지부(12a)에 용접으로 연결되고, 상부가 음극 단자기둥(36)에 용접으로 고정되어 음극(12)과 음극 단자기둥(36)을 전기적으로 연결한다. 음극 단자기둥(36)의 일측 단부에는 음극 집전판(34)과 접하는 플랜지부(36a)가 형성되고, 반대편 단부에는 음극 단자(50)에 끼워진 삽입부(36b)가 형성된다. 또한 플랜지부(36a)의 아래에는 음극 집전판(34)에 삽입되어 용접으로 부착되는 돌부(36c)가 형성될 수 있다.
음극 단자기둥(36)은 캡 플레이트(31)와 음극 단자(50)에 끼워진 상태에서 상단과 하단이 가압되어 캡 플레이트(31)와 음극 단자(50)에 고정된다.
음극 단자기둥(36)과 캡 플레이트(31) 사이에는 절연을 위한 제1 개스킷(21)이 설치되고, 음극 단자(50)와 캡 플레이트(31) 사이에는 절연을 위한 제2 개스킷(23)이 설치된다.
음극 단자기둥(36)은 캡 플레이트(31)와 음극 단자(50)에 끼워진 상태에서 상단과 하단이 가압되어 캡 플레이트(31)와 음극 단자(50)에 고정된다. 여기서, 음극 집전판(34), 음극 단자기둥(36)은 구리로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 집전판에 돌출된 용접 돌부를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 1 내지 도 5와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재이다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 용접 돌부(160)는, 삼각 형상의 단면을 이루도록 양극 집전판(32)에 돌출된다. 용접 돌부(160)는 양극 집전판(32)이 케이스(20)의 내벽면 방향으로 굴곡되어 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극 집전판에 돌출된 용접 돌부를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 1 내지 도 6과 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재이다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 용접 돌부(260)는, 원호 형상의 단면을 이루도록 양극 집전판(32)에 돌출된다. 이러한 용접 돌부(260)는 양극 집전판(32)이 케이스(20)의 내벽면 방향으로 굴곡되어 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 양극 집전판이 용접 돌부에 의해 케이스의 내벽면에 결합된 상태를 개략적으로 도시한 부분 사시도이고, 도 9는 도 8의 양극 집전판에 용접 돌부가 돌출된 상태를 개략적으로 도시한 부분 분해 사시도이다. 도 1 내지 도 7과 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재이다. 이하에서는 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 양극 집전판(332)은 케이스(20)의 내벽면을 향하는 측면의 일부분이 절개된 탄성 편부(340)를 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 탄성 편부(340; 341, 343)는, 양극 집전판(332)의 측면의 일부분이 절개되어 케이스(20)의 내벽면 방향으로 돌출하는 제1 편부(341)와, 제1 편부(341)의 근접 위치에서 케이스(20)의 내벽면 방향으로 돌출하는 제2 편부(343)를 포함한다.
제1 편부(341) 및 제2 편부(343)의 표면에는 용접 돌부(360)가 각각 돌출된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 용접 돌부(360)는 제1 편부(341) 및 제2 편부(343)가 굴곡되어 형성된다. 용접 돌부(360)는 사각형상으로 제1 편부(341) 및 제2 편부(343)에 각각 돌출되는 것을 예시적으로 설명하지만, 이에 한정되지 않고 삼각, 원호 형상 등으로 돌출되는 것도 가능하다.
제1 편부(341) 및 제2 편부(343)가 케이스(20)의 내벽면 방향으로 돌출됨으로써, 양극 집전판(32)이 케이스(20)의 내부에 설치되면 제1 편부(341) 및 제2 편부(343)는 탄성력에 의해 케이스(20)의 내벽면 방향으로 가압된다. 따라서, 제1 편부(341) 및 제2 편부(343)의 표면에 돌출된 용접 돌부(360)는 케이스(20)의 내벽면에 밀착됨으로써, 레이저 용접시에 용접 오류를 방지할 수 있다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.
10...전극군 11...양극
11a..양극 무지부 12...음극
12a..음극 무지부 13...세퍼레이터
20...케이스 21...제1 개스킷
23...제2 개스킷 30...캡 어셈블리
31...캡 플레이트 32, 332...양극 집전판
33...벤트부재 33a..노치
34...음극 집전판 36...음극 단자기둥
36a..플랜지부 36b..삽입부
37...밀봉마개 40...양극 단자
50...음극 단자 60, 160, 260, 360...용접 돌부
340..탄성 편부 341..제1 편부
343..제2 편부
11a..양극 무지부 12...음극
12a..음극 무지부 13...세퍼레이터
20...케이스 21...제1 개스킷
23...제2 개스킷 30...캡 어셈블리
31...캡 플레이트 32, 332...양극 집전판
33...벤트부재 33a..노치
34...음극 집전판 36...음극 단자기둥
36a..플랜지부 36b..삽입부
37...밀봉마개 40...양극 단자
50...음극 단자 60, 160, 260, 360...용접 돌부
340..탄성 편부 341..제1 편부
343..제2 편부
Claims (13)
- 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군;
상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 집전판;
상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 집전판; 및
상기 전극 조립체와 상기 제1 집전판 및 상기 제2 집전판을 수용하는 케이스;
를 포함하며,
상기 제1 집전판은 상기 케이스의 내벽면에 전기적으로 연결되는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 집전판은 상기 케이스의 내벽면에 용접에 의해 전기적으로 연결되는 이차전지. - 제2항에 있어서,
상기 제1 집전판의 표면에는 용접 돌부가 돌출되어 상기 케이스의 내벽면에 용접되는 이차전지. - 제3항에 있어서,
상기 용접 돌부는 상기 제1 집전판에 적어도 2개 이상으로 돌출되는 이차전지. - 제3항에 있어서,
상기 용접 돌부는 상기 케이스의 외부로부터의 레이저 용접에 의해 상기 케이스의 내벽면에 용접되는 이차전지. - 제3항에 있어서,
상기 용접 돌부는 상기 제1 집전판을 상기 케이스의 내벽면 방향으로 돌출하도록 굴곡시켜 형성되는 이차전지. - 제3항에 있어서,
상기 용접 돌부는 사각, 삼각 또는 원호 형상의 단면을 갖는 이차전지. - 제2항에 있어서,
상기 제1 집전판은 상기 케이스의 내벽면을 향하는 측면의 일부분이 절개되어 돌출한 탄성 편부를 포함하며,
상기 탄성 편부의 표면에는 용접 돌부가 돌출하여 상기 케이스의 내벽면에 용접되는 이차전지. - 제8항에 있어서,
상기 탄성 편부는,
상기 제1 집전판의 측면에서 절개되어 상기 케이스의 내벽면 방향으로 돌출하는 제1 편부; 및
상기 제1 편부의 근접 위치의 상기 제1 집전판의 측면에서 절개되어 상기 케이스의 내벽면 방향으로 돌출하는 제2 편부;
를 포함하고,
상기 제1 편부 및 상기 제2 편부의 표면에는 상기 용접 돌부가 돌출하는 이차전지. - 제9항에 있어서,
상기 용접 돌부는,
상기 제1 편부 및 상기 제2 편부를 상기 케이스의 내벽면 방향으로 돌출하도록 굴곡시켜 형성되는 이차전지. - 제8항에 있어서,
상기 용접 돌부는 사각, 삼각 또는 원호 형상의 단면을 갖는 이차전지. - 제8항에 있어서,
상기 용접 돌부는 상기 케이스의 외부로부터의 레이저 용접에 의해 상기 케이스에 용접되는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 양극이며, 상기 제2 전극은 음극인 이차전지.
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