KR20130121517A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 제1고정슬릿을 갖는 제1측부와, 제2고정슬릿을 갖는 제2측부 및 제1측부와 제2측부의 하단을 연결 및 고정하는 저면부로 이루어진 리테이너를 전극조립체와 케이스 사이에 개재하여, 전극 조립체 및 집전판을 3축에서 고정할 수 있으므로, 전극 조립체 및 집전판의 변형을 억제하고 이동 변위를 최소화시킬 수 있으며, 리테이너가 절연물질로 이루어지므로 전극 조립체와 케이스 사이의 불필요한 전기적 쇼트를 방지하여 안전성 및 신뢰성이 향상시킬 수 있다.
Description
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, 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 일실시예는 전극 조립체 및 집전판을 3축에서 고정하여 보호함으로써, 전극 조립체의 이동 변위를 최소화하고 집전판의 소성 굽힘 변형 등을 억제하여 신뢰성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 전극 조립체와 케이스 사이에 절연물질로 이루어진 리테이너를 개재하여 절연 효과를 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지는 제1전극 무지부를 포함하는 제1전극판과, 제2전극 무지부를 포함하는 제2전극판 및 상기 제1전극판과 상기 제2전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하며, 상기 제1전극 무지부와 상기 제2전극 무지부가 양측으로 각각 노출된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체의 제1전극 무지부 및 제2전극 무지부에 각각 접촉되어 고정된 제1 및 제2집전판과, 상기 전극 조립체에 연결된 상기 제1 및 제2집전판을 각각 수용하는 제1 및 제2고정슬릿을 갖는 리테이너와, 상기 전극 조립체와 상기 제1집전판을 수용한 상기 리테이너를 내측에 수용하고 상단 개구를 구비한 케이스 및 상기 전극 조립체, 제1 및 제2집전판 및 리테이너가 수용된 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하며, 상기 리테이너는 상기 제1고정 슬릿을 갖는 제1 측부와, 상기 제1측부에 대향되고 상기 제2고정슬릿을 갖는 제2측부 및, 상기 제1 및 제2측부를 연결하는 저면부로 이루어질 수 있다.
상기 리테이너는 절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1집전판은 판 형상으로, 상기 리테이너의 제1고정슬릿에 수용되는 제1평평 영역과, 상기 제1평평 영역의 상단에서 절곡되어, 상기 집전판의 상부로 연장된 제2평평 영역 및 상기 제1평평 영역의 양측부에서 상기 전극 조립체 방향으로 절곡되어 연장되며, 상기 전극 조립체의 제1전극 무지부에 접촉되어 용접된 접촉영역을 포함할 수 있다.
상기 제1집전판의 상기 제2평평 영역은 상기 캡 플레이트의 상부로 노출된 제1전극단자를 수용하도록 하는 단자홀을 가질 수 있다.
상기 리테이너의 제1측부는 판 형상으로 상기 저면부에서 절곡되어 연결된 제1평판부 및 상기 제1평판부와의 사이에 제1고정 슬릿이 형성 되도록, 상기 제1평판부에서 일정 거리 이격되며, 상기 저면부에서 절곡되어 고정된 제2평판부를 포함할 수 있다.
상기 제1평판부는 양측단에 상기 제1집전판을 고정하기 위해서 상기 전극조립체 방향으로 돌출된 제1돌출부를 더 구비할 수 있다.
상기 제1돌출부는 상기 저면부에 접촉되어 고정되며, 상기 제1평판부에서 각도를 가지며 연장될 수 있다.
상기 제1돌출부는 상기 제1평판부에 대하여 직각일 수 있다.
상기 리테이너의 제1측부의 상기 제2평판부는 상기 제1돌출부 사이에 일정 거리 이격되도록 개재되어, 상기 제1돌출부와의 사이에 제1보조 슬릿을 갖을 수 있다.
상기 리테이너의 제1측부의 상기 제2평판부는 동일 평면을 이루는 적어도 두 개 이상의 판을 가지며, 제1보조슬릿을 갖도록 이격되도록 배치되어 저면부에 고정될 수 있다.
상기 제1집전판의 접촉영역은 상기 전극 조립체의 제1전극 무지부와 용접되어 상기 제2평판부의 상기 제1보조 슬릿에 수용될 수 있다.
상기 리테이너의 제1측부의 상기 제2평판부는 상기 제1전극 무지부가 돌출된 상기 전극 조립체의 모서리 형상과 대응되어, 상기 전극 조립체를 고정하기 위한 제1오목부를 더 구비할 수 있다.
상기 제1 및 제2집전판에 의해 전기적으로 연결되는 전극 조립체는 적어도 두 개 이상일 수 있다.
상기 리테이너의 제1측부의 상기 제2평판부는 상기 적어도 두 개 이상의 전극 조립체를 고정하기 위한 적어도 두 개 이상의 제1오목부를 구비하며, 복수의 제1오목부 사이에는 상기 복수의 전극 조립체를 고정하기 위한 제1날개부가 더 구비될 수 있다.
상기 리테이너의 상기 제1측부 및 상기 제2측부는 상기 저면부에 일체일 수 있다.
상기 리테이너의 제1측부 및 제2측부는 판형상인 상기 저면부에서 직각일 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 제1고정슬릿을 갖는 제1측부와, 제2고정슬릿을 갖는 제2측부 및 제1측부와 제2측부의 하단을 연결 및 고정하는 저면부로 이루어진 리테이너를 전극조립체와 케이스 사이에 개재하여, 전극 조립체 및 집전판을 3축에서 고정할 수 있으므로 전극조립체 및 집전판의 변형을 억제하고 이동 변위를 최소화시킬 수 있다. 예를 들어 외부에서 가해지는 충격에 의해서 진동 및 충격이 이차전지에 전달되어도, 리테이너에 의해서 전극 조립체 및 집전판은 3축으로 고정되어 케이스 내부에서 흔들리거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 이차전지는 절연물질로 이루어진 리테이너가 케이스와 전극 조립체 사이에 개재되어, 전극 조립체와 케이스 사이의 불필요한 전기적 쇼트를 방지하여 안전성 및 신뢰성이 향상시킬 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 I-I'선을 취한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 중에서 전극 조립체, 집전판 및 리테이너를 도시한 사시도, 도 2b 내지 도 2c는 도 2a의 분해사시도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 일 실시예에 따른 이차전지 중 리테이너를 도시한 사시도, 저면도, 평면도 및 정면도이다.
도 4a는 도 3a의 A부분을 확대한 확대도이고, 도 4b는 도 4a의 B-B'선을 취한 단면도이며, 도 4c는 도 4a의 C-C'선을 취한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 중에서 전극 조립체, 집전판 및 리테이너를 도시한 사시도, 도 2b 내지 도 2c는 도 2a의 분해사시도이다.
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본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이가 도시되어 있고, 도 1b를 참조하면, 도 1a의 I-I선을 취한 단면도가 도시되어 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(110), 제1단자부(120), 제2단자부(130), 리테이너(140), 케이스(150) 및 캡 조립체(160)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 포일(foil)로 형성된 제1전극 집전판에 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 집전판에 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, 폴리프로필렌이나, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 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(150)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(122) 및 제1체결 부재(123)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(122)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.
좀 더 구체적으로, 상기 제1집전판(121)은 제1평평 영역(121a), 제2평평 영역(121b) 및 접촉영역(121c)을 포함한다. 상기 제1평평 영역(121a)은 판 형상으로, 리테이너(140)에 구비된 제1고정슬릿(141d)에 수용되는 대략 종방향으로 세워진 형태를 갖는다. 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 접촉영역(121c)은 제1평평 영역(121a)의 측부에서 대략 직각 방향으로 절곡되어 소정 길이 연장됨으로써, 상기 전극 조립체(110)의 무지부(111a)와 접촉되어 용접된다. 이러한 집전판의 구조에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
상기 제1전극 단자(122)는 후술되는 캡 플레이트(161)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 또한 상기 캡 플레이트(161)의 하부에서 상기 제1집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1전극 단자(122)는 캡 플레이트(161)의 상부로 일정 길이 연장 및 돌출된 동시에, 캡 플레이트(161)의 하부에는 제1전극 단자(122)가 상기 캡 플레이트(161)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(122a)가 형성될 수 있다. 상기 제1전극 단자(122)중 플랜지(122a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제1집전판(121)의 단자홀(121d)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제1전극 단자(122)중 상기 플랜지(122a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(161)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 연장 및 돌출된 영역에는 제1체결 부재(123)가 고정될 수 있다. 더불어, 상기 제1전극 단자(122)의 상부 연장 영역에는 나사산이 형성됨으로써, 상기 제1체결 부재(123)가 나사 방식으로 결합될 수 있다. 여기서, 상기 제1전극 단자(122)는 상기 캡 플레이트(161)와 전기적으로 절연될 수 있다. 이러한 제1전극 단자(122)는 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나 이러한 재질로 상기 제1전극 단자(122)의 재질이 한정되는 것은 아니다.
상기 제1체결 부재(123)는 대략 육각 너트 형태로 형성되고, 중앙에 상기 제1전극 단자(122)가 관통 결합되도록 대략 수직 방향으로 관통홀이 형성될 수 있다. 이러한 제1체결 부재(122)는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성되며, 여기서 그 재질이 한정되지 않는다. 더불어 상기 제1체결 부재(123)와 상기 캡 플레이트(161)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(132), 제2체결 부재(133)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 접촉영역(131c)을 포함한다. 상기 제1평평 영역(131a)은 판 형상으로, 리테이너(140)에 구비된 제2고정슬릿(142d)에 수용되는 대략 종방향으로 세워진 형태를 갖는다. 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. 더불어, 상기 제2평평 영역(131b)에는 제1전극 단자(133)가 결합될 수 있도록 단자홀(131d)이 형성될 수 있다. 상기 접촉영역(131c)은 제1평평 영역(131a)의 측부에서 대략 직각 방향으로 절곡되어 소정 길이 연장됨으로써, 상기 전극 조립체(110)의 무지부(112a)와 접촉되어 용접된다. 이러한 제2집전판(131)은 실질적으로 상기 제1집전판(121)과 동일한 구조를 갖는다.
더불어, 상기 제2집전판(131) 및 제2전극 단자(132)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(133)는 주로 스테인리스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 리테이너(140)는 절연물질로 형성되며, 제1측부(141), 제2측부(142) 및 저면부(143)를 포함한다. 상기 리테이너(140)는 상기 제1집전판(121) 및 제2집전판(131)을 각각 제1측부(141)와 제2측부(142)에 수용하며, 상기 제1집전판(121)과 제2집전판(132)에 용접된 상기 전극 조립체(110)를 저면부(143)의 상부에 수용한다.
상기 리테이너(140)는 저면부(143)가 대략 판 형상으로, 횡방향으로 누워 있는 형태를 한다. 이러한 저면부(143)는 제1측부(141)와 제2측부(142)의 하단을 연결 및 고정하며, 제1측부(141) 및 제2측부(142)와 일체로 이루어질 수 있다.
그리고 제1측부(141)는 저면부(143)의 일단에서 상부 방향으로 절곡되어 대략 종방향으로 세워진 형태를 한다. 이러한 제1측부(141)는 판형상의 제1평판부(141a)와 제2평판부(141b)로 이루어지며, 상기 제1평판부(141a)와 제2평판부(141b)의 이격에 의해, 제1집전판(121)의 제1평평 영역(121a)을 수용하기 위한 제1고정슬릿(141d)이 형성된다.
그리고 제2측부(142)는 저면부(143)의 일단의 반대 방향의 타단에서 상부방향으로 절곡 되어 대략 종방향으로 세워진 형태를 한다. 이러한 제2측부(142)는 판형상의 제1평판부(142a)와 제2평판부(142b)로 이루어지며, 상기 제1평판부(142a)와 제2평판부(142b)의 이격에 의해, 제2집전판(131)의 제1평평 영역(131a)을 수용하기 위한 제2고정슬릿(142d)이 형성된다.
이와 같은 리테이너(140)는 저면부(143)에 의해 연결된 양측부(141, 142)에 각각 형성된 제1고정슬릿(141d)과 제2고정슬릿(142d)을 통해, 전극 조립체(110)와 용접된 제1집전판(121) 및 제2집전판(131)을 각각 수용함으로써, 전극 조립체(110), 제1집전판(121) 및 제2집전판(131)을 고정 및 보호할 수 있다. 또한 리테이너(140)는 절연물질로 이루어지고 제1측부(141) 및 제2측부(142) 사이를 연결하는 저면부(143)를 통해 뒤틀림을 방지하고, 저면부(143)의 상부에 전극 조립체(110)를 수용하여 이동 변위를 최소화 시킬 수 있으므로, 안전성 및 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 이러한 리테이너(140)의 구체적인 형태에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
상기 케이스(150)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제1단자부(120), 제2단자부(130) 및 리테이너(140)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 1b에서는, 케이스(150)와 캡 조립체(160)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(160)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(150)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1단자부(120), 제2단자부(130) 및 캡 조립체(160)와 절연될 수 있다.
상기 캡 조립체(160)는 상기 케이스(150)에 결합된다. 상기 캡 조립체(160)는 구체적으로 캡 플레이트(161), 시일 가스켓(162), 마개(163), 안전벤트(164), 상부 절연부재(165) 및 하부 절연부재(166)를 포함한다. 물론, 상기 시일 가스켓(162), 상부 절연부재(165) 및 하부 절연부재(166)는 상기 제1단자부(120) 및 제2단자부(130)의 구성 요소로 볼 수도 있다.
상기 캡 플레이트(161)는 상기 케이스(150)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(150)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(161)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(150)에 결합될 수 있다. 여기서, 만약 상기 캡 플레이트(161)가 상기 제1단자부(120)에 전기적으로 접속된 다면, 상기 캡 플레이트(161)는 상기 제1단자부(120)와 같은 극성을 가질 수 있다. 물론, 이에 따라 상기 캡 플레이트(161) 및 케이스(150)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 시일 가스켓(162)은 절연성 재질로 제1전극 단자(123) 및 제2전극 단자 (133) 각각과 캡 플레이트(161)의 사이에 형성되어, 제1전극 단자(123) 및 제2전극 단자(133)의 각각과 캡 플레이트(161)의 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(162)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 마개(163)는 상기 캡 플레이트(161)의 전해액 주입구(161a)를 밀봉하며, 상기 안전벤트(164)는 캡 플레이트(161)의 벤트홀(161b)에 설치되고, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(164a)가 형성될 수 있다.
상기 상부 절연부재(165)는 제1체결 부재(124) 및 제2체결 부재(134)의 각각과 캡 플레이트(161)의 사이에 형성된다. 또한, 상기 상부 절연부재(165)는 상기 캡 플레이트(161)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(165)는 시일 가스켓(162)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(165)는 제1체결 부재(124) 및 제2체결 부재(134)의 각각과 캡 플레이트(161)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(166)는 제1집전판(121) 및 제2집전판(131)의 각각과 캡 플레이트(161)의 사이에 형성되어, 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(166)는 제1집전판(121)과 캡 플레이트(161) 사이의 쇼트, 그리고 상기 제2집전판(131)과 캡 플레이트(161) 사이의 쇼트를 방지한다. 더불어, 이러한 하부 절연부재(166)는 제1전극 단자(123)와 제2전극 단자(133)의 각각과 캡 플레이트(161)의 사이에도 형성됨으로써, 제1전극 단자(123)와 제2전극 단자(133)의 각각과 상기 캡 플레이트(161) 사이의 불필요한 쇼트도 방지한다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 중에서 전극 조립체, 집전판 및 리테이너의 구성을 도시한 사시도 및 분해사시도가 도시되어 있다.
우선 도 2a 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 리테이너(140)에 수용되며 제1집전판(121) 및 제2집전판(131)에 용접되는 전극 조립체(110)는 적어도 두 개 이상일 수 있다. 도 2a 및 도 2c에서 전극 조립체(110)의 개수를 4개로 도시하였으며 이를 중심으로 설명하겠으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
이와 같은 복수개의 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 각각의 제1전극 무지부(111a)는 제1집전판(121)의 제1평평 영역(121a)에서 전극 조립체(110) 방향으로 절곡되어 돌출된 접촉영역(121c, 121e)과 접촉되어 용접된다.
상기 제1집전판(121)의 접촉 영역(121c, 121e)은 전극 조립체(110)의 개수와 동일하게 형성된다. 이러한 제1집전판(121)의 접촉영역(121c, 121e)은 제1평평 영역(121a)의 양 측부에서 제1평평 영역(121a)의 중심축 방향으로 절곡된 2개의 접촉 영역(121c)과 제1평평 영역(121a)의 하단으로 부터 중심축이 일정 길이로 절개되고, 제1평평 영역(121a)의 양 측부 방향으로 각각 절곡된 2개의 접촉영역(121e)으로 이루어질 수 있다. 여기서 접촉영역(121e)은 제1평평 영역(121a)의 하단으로부터 종방향으로 일정길이 절개된 절개 끝단에 횡방향인 제1평평 영역(121a)의 양측부 방향으로 각각 추가 절개에 의해 구비된 영역을 제1평평 영역(121a)의 양측부 방향으로 각각 절곡함으로써 형성된다. 이때 제1집전판(121)은 하단에서 종방향으로 절개된 접촉영역(121e)이 절곡되면서, 중심축 하단부에 개구부(121f)를 갖는다.
이러한 접촉영역(121c, 121e)은 제1집전판(121)이 리테이너(140)의 제1고정 슬릿(141d)에 수용될 때, 리테이너(140)의 제1측부에 형성된 제1보조 슬릿(141f)에 수용된다. 즉, 접촉영역(121c, 121e)은 리테이너(140)의 제1보조 슬릿(141f)이 형성된 위치와 대응되는 위치에 형성되며, 전극 조립체(110)의 제1전극 무지부(111a)와 용접된 후 리테이너(140)의 제1보조 슬릿(141f)에 수용된다.
이러한 제1집전판(121)의 구성은 일예로, 4개의 전극 조립체(110)의 제1전극 무지부(111a)와 연결되기 위한 4개의 접촉영역을 갖도록 하는 다른 형태로 구성할 수 있다. 또한 제2집전판(131)은 제1집전판(121)의 형태와 동일 할 수 있다. 따라서 구체적인 형태의 설명은 생략한다.
그리고 리테이너(140)의 구성은 도 2a 내지 도 2c 뿐만 아니라 도 3a 내지 3d 및 도 4a 내지 도 4c를 더 참조하여 설명하고자한다.
도 3a 내지 3d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 중에서 리테이너의 사시도, 저면도, 평면도 및 정면도가 도시되어 있다. 그리고 도 4a를 참조하면, 도 3a의 A부분을 확대한 확대도가 도시되어 있고, 도 4b를 참조하면 도 4a의 B-B'선을 취한 단면도가 도시되어 있으며, 도 4c를 참조하면 도 4a의 C-C'선을 취한 단면도가 도시되어 있다.
이러한 리테이너(140)는 제1측부(141), 제2측부(142) 및 저면부(143)로 이루어진다. 여기서 제1측부(141) 및 제2측부(142)는 저면부(143)와 일체로 이루어질 수 있다. 또한 제1측부(141)와 제2측부(142)는 저면부(143)의 양측 끝단에서 상부 방향으로 수직으로 절곡된 형상으로, 제1측부(141)와 제2측부(142)의 하단부가 저면부(143)와 연결된다. 상기 리테이너(140)의 정면 및 단면은 "U"형상으로 이루어질 수 있다.
그리고 제1측부(141)와 제2측부(142)는 전극 조립체(110)의 X축 방향으로 흔들리는 것을 방지하고 고정할 수 있다.
상기 리테이너(140)는 상기 제1집전판(121) 및 제2집전판(131)을 각각 제1측부(141)와 제2측부(142)에 수용하고, 상기 제1집전판(121)과 제2집전판(132)에 용접된 상기 전극 조립체(110)를 저면부(143)의 상부에 수용하여, 상기 제1집전판(121), 제2집전판(131) 및 전극 조립체(110)를 고정한다.
상기 제1측부(141)는 저면부(143)의 일단에서 상부 방향으로 절곡되어 대략 종방향으로 세워진 형태를 하며, 판형태의 제1평판부(141a) 및 제2평판부(141b)를 포함한다. 또한 제1측부(141)는 제1평판부(141a)에서 제2평판부(141b)로 돌출된 제1돌출부(141c)와, 제2평판부(141b)와 저면부(143) 사이에 형성된 제1오목부(141g) 및 제1날개부(141h)를 포함한다. 또한 제1측부(141)는 일정 거리 이격되어 서로 대향하도록 배치된 제1평판부(141a)와 제2평판부(141b) 사이에 제1고정슬릿(141d)이 형성된다. 또한 제1측부(141)는 제2평판부(141b)와 제1돌출부(141c)가 일정 거리 이격되어 배치되어, 제2평판부(141b)와 제1돌출부(141c) 사이에는 제1보조슬릿(141e)이 형성된다. 또한 제2평판부(141b)는 하단부터 상단 방향으로 종방향으로 절개된 제1보조슬릿(141f)이 더 형성될 수 있다. 이러한 제1측부(141)는 저면부(143)와 일체로 이루어질 수 있다.
우선 제1평판부(141a)는 판 형태로, 저면부(143)의 일단에서 직각으로 절곡되어 연장된 형태이다. 그리고 제1평판부(141a)의 양측단에는, 상기 제2평판부(141b)의 방향으로 연장 및 절곡된 제1돌출부(141c)가 일체로 형성된다. 이러한 제1돌출부(141c)는 제1평판부(141a)의 양측단에서 수직으로 절곡된다. 즉 제1평판부(141a)와 제1돌출부(141c)의 평면은 "ㄷ" 형상으로 이루어질 수 있다. 이러한 제1돌출부(141c)에 의해서 제1고정슬릿(141d)에 수용된 제1집전판(121)이 y축으로 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 또한 제1평판부(141a)와 제2평판부(141b)에 의해 제1고정슬릿(141d)에 수용된 제1집전판(121)이 X축으로 흔들리는 것을 방지할 수 있다.
그리고 제2평판부(141b)는 제1평판부(141a)의 양측에서 돌출된 제1돌출부(141c) 사이에 개재될 수 있다. 그리고 제2평판부(141b)는 제1평판부(141a)와 대향하여, 제1고정슬릿(141d)을 갖도록 이격되어 저면부(143)에 고정된다. 이때 제1돌출부(141c)는 제2평판부(141b)의 양측단에서 일정거리 이격되어 위치한다. 그리고 제2평판부(141b)가 제1돌출부(141c)에서 일정거리 이격됨으로써, 상기 이격된 공간이 제1보조슬릿(141e)이 된다.
또한 제2평판부(141b)는 동일 평면을 이루는 복수개의 판이 제1보조슬릿(141f)을 갖도록 이격되어 저면부(143)에 고정될 수 있다. 이때 제2평판부(141b)는 리테이너(140)에 4개의 전극 조립체(110)가 수용될 경우, 적어도 2개의 제1보조슬릿(141f)을 가질 수 있으며, 이러한 제1보조슬릿(141f)의 개수는 전극 조립체(110)의 개수에 따라 달라질 수 있다. 그리고 제2평판부(141b)는 중심판부(141b_1)와 중심판부(141b_1)와 동일평면에 위치하도록 중심판부(141b_1)의 양측단에서 각각 일정거리 이격되어 위치하는 보조판부(141b_2)로 이루어질 수 있다. 이때, 중심판부(141b_1)와 보조판부(141b_2)의 이격된 거리가 제1보조슬릿(141f)에 해당한다.
그리고 제2평판부(141b)의 중심판부(141b_1)의 하단부와 이와 대향한 제1평판부(141a) 사이에는 연결부(141i)가 개재될 수 있다. 이러한 연결부(141i)는 제1평판부(141a) 및 제2평판부(141b)와 일체로 형성될 수 있다. 이러한 연결부(141i)는 저면부(143)에서 종방향(Z축)으로 형성되며, 중심판부(141b_1)의 종방향 길이보다 짧게 형성된다. 또한 연결부(141i)는 중심판부(141b_1)의 Y축 폭과 동일하거나 작게 형성된다. 이와 같은 연결부(141i)에 의해서 중심판부(141b_1)의 흔들림을 방지하고 고정시킬 수 있다. 바람직하게 연결부(141i)는 제1집전판(121)의 하단 중심축에 형성된 개구(121f)에 대응되도록 형성될 수 있다.
또한 제2평판부(141b)와 저면부(143)가 연결되는 내측 절곡부에는 제1전극 무지부(111a)가 돌출된 전극 조립체(110)의 하단 모서리 형상과 대응되도록 형성된 제1오목부(141g)가 구비된다.
또한, 복수의 제1오목부(141g)가 각각의 전극 조립체(110)와 대응하도록 형성됨에 따라, 인접하는 전극 조립체(110)들의 사이를 고정하기 위해 제1날개부(141h)가 더 구비된다. 상기 제1날개부(141h)는 저면부(143)에서 종방향(Z축)으로 형성되며, 종방향(Z축) 길이가 제2평판부(141b)의 종방향 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
이러한 제1날개부(141h)는 복수의 제1오목부(141g)가 반복적으로 형성될 때, 제1오목부(141g)와 제1오목부(141g) 사이의 돌출된 영역에 형성될 수 있다. 이때 제1날개부(141h)는 저면부(143)와 일체형으로 형성되며, 인접한 전극 조립체(110)의 측부 모서리 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1날개부(141h)는 제1돌출부(141c)에도 더 형성될 수 있다.
상기 제1날개부(141h)와 제1오목부(141g)는 전극 조립체(110)를 고정하기 위한 구성으로, 전극 조립체(110)의 Y축 방향의 흔들림 및 변형으로부터 보호할 수 있다.
상기 제2측부(142)는 저면부(143)의 일단의 반대측인 타단에서 상부 방향으로 절곡되어 대략 종방향으로 세워진 형태를 하며, 판형태의 제3평판부(142a) 및 제4평판부(142b)를 포함한다. 또한 제2측부(142)는 제3평판부(142a)에서 제4평판부(142b)로 돌출된 제2돌출부(142c)와, 제4평판부(142b)와 저면부(143) 사이에 형성된 제2오목부(142g) 및 제2날개부(142h)를 포함한다. 또한 제2측부(142)는 일정 거리 이격되어 서로 대향하도록 배치된 제3평판부(142a)와 제4평판부(142b) 사이에 제2고정슬릿(142d)이 형성된다. 또한 제2측부(142)는 제4평판부(142b)와 제2돌출부(142c)가 일정 거리 이격되어 배치되어, 제4평판부(142b)와 제2돌출부(142c) 사이에는 제2보조슬릿(142e)이 형성된다. 또한 제4평판부(142b)는 하단부터 상단 방향으로 종방향으로 절개된 제2보조슬릿(142f)이 더 형성될 수 있다. 이러한 제2측부(142)는 저면부(143)와 일체로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제2측부(142)의 형태는 상기 제1측부(141)의 형태와 동일할 수 있다. 따라서 구체적 형태의 설명은 생략한다.
그리고 저면부(143)는 제1보조슬릿(141e, 141f)과 대응되는 위치에 형성된 저면홀(143)을 가질 수 있다. 이러한 저면부(143)는 전극 조립체(110)의 하부와 접촉될 수 있다. 또한 저면부(143)는 제1측부(141)와 제2측부(142)사이를 연결함과 동시에 고정할 수 있다. 이와 같은 저면부(143)를 통해 전극 조립체(110)의 Z축 방향의 흔들림을 고정할 수 있다. 이때 전극 조립체(110)는 Z축 방향으로 보면 리테이너(140)의 저면부(143)와 캡 조립체(160) 사이에 개재되어 고정될 수 있다. 또한 제1집전판(121) 및 제2집전판(131)도 Z축 방향으로 보면 저면부(143)와 캡 조립체(160) 사이에 개재되어 고정될 수 있다.
이와 같이 제1측부(141), 제2측부(142) 및 저면부(143)로 이루어진 리테이너(140)는 전극 조립체(110), 제1집전판(121) 및 제2집전판(131)을 3축(X축, Y축, Z축)으로 모두 고정하여 보호할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 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; 이차전지
110; 전극 조립체 120; 제1단자부
121; 제1집전판 130; 제2단자부
131; 제2집전판 140; 리테이너
141; 제1측부 142; 제2측부
143; 저면부 150; 케이스
160; 캡 조립체
110; 전극 조립체 120; 제1단자부
121; 제1집전판 130; 제2단자부
131; 제2집전판 140; 리테이너
141; 제1측부 142; 제2측부
143; 저면부 150; 케이스
160; 캡 조립체
Claims (16)
- 제1전극 무지부를 포함하는 제1전극판과, 제2전극 무지부를 포함하는 제2전극판 및 상기 제1전극판과 상기 제2전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하며, 상기 제1전극 무지부와 상기 제2전극 무지부가 양측으로 각각 노출된 전극 조립체;
상기 전극 조립체의 제1전극 무지부 및 제2전극 무지부에 각각 접촉되어 고정된 제1 및 제2집전판;
상기 전극 조립체에 연결된 상기 제1 및 제2집전판을 각각 수용하는 제1 및 제2고정슬릿을 갖는 리테이너;
상기 전극 조립체와 상기 제1집전판을 수용한 상기 리테이너를 내측에 수용하고 상단 개구를 구비한 케이스; 및
상기 전극 조립체, 제1 및 제2집전판 및 리테이너가 수용된 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하며,
상기 리테이너는 상기 제1고정 슬릿을 갖는 제1 측부와, 상기 제1측부에 대향되고 상기 제2고정슬릿을 갖는 제2측부 및, 상기 제1 및 제2측부를 연결하는 저면부로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 리테이너는 절연물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1집전판은
판 형상으로, 상기 리테이너의 제1고정슬릿에 수용되는 제1평평 영역;
상기 제1평평 영역의 상단에서 절곡되어, 상기 집전판의 상부로 연장된 제2평평 영역; 및
상기 제1평평 영역의 양측부에서 상기 전극 조립체 방향으로 절곡되어 연장되며, 상기 전극 조립체의 제1전극 무지부에 접촉되어 용접된 접촉영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1집전판의 상기 제2평평 영역은 상기 캡 플레이트의 상부로 노출된 제1전극단자를 수용하도록 하는 단자홀을 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 3에 있어서,
상기 리테이너의 제1측부는
판 형상으로 상기 저면부에서 절곡되어 연결된 제1평판부; 및
상기 제1평판부와의 사이에 제1고정 슬릿이 형성 되도록, 상기 제1평판부에서 일정 거리 이격되며, 상기 저면부에서 절곡되어 고정된 제2평판부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 5에 있어서,
상기 제1평판부는 양측단에 상기 제1집전판을 고정하기 위해서 상기 전극조립체 방향으로 돌출된 제1돌출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 6에 있어서,
상기 제1돌출부는 상기 저면부에 접촉되어 고정되며, 상기 제1평판부에서 각도를 가지며 연장된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1돌출부는
상기 제1평판부에 대하여 직각인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 6에 있어서,
상기 리테이너의 제1측부의 상기 제2평판부는 상기 제1돌출부 사이에 일정 거리 이격되도록 개재되어, 상기 제1돌출부와의 사이에 제1보조 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 5에 있어서,
상기 리테이너의 제1측부의 상기 제2평판부는
동일 평면을 이루는 적어도 두 개 이상의 판을 가지며, 제1보조슬릿을 갖도록 이격되도록 배치되어 저면부에 고정된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 9항 내지 10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1집전판의 접촉영역은 상기 전극 조립체의 제1전극 무지부와 용접되어 상기 제2평판부의 상기 제1보조 슬릿에 수용되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 5에 있어서,
상기 리테이너의 제1측부의 상기 제2평판부는
상기 제1전극 무지부가 돌출된 상기 전극 조립체의 모서리 형상과 대응되어, 상기 전극 조립체를 고정하기 위한 제1오목부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 12에 있어서,
상기 제1 및 제2집전판에 의해 전기적으로 연결되는 전극 조립체는 적어도 두 개 이상인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 13에 있어서,
상기 리테이너의 제1측부의 상기 제2평판부는
상기 적어도 두 개 이상의 전극 조립체를 고정하기 위한 적어도 두 개 이상의 제1오목부를 구비하며, 복수의 제1오목부 사이에는 상기 복수의 전극 조립체를 고정하기 위한 제1날개부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 리테이너의 상기 제1측부 및 상기 제2측부는 상기 저면부에 일체인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 리테이너의 제1측부 및 제2측부는 판형상인 상기 저면부에서 직각인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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