KR20150016360A - 이차 전지 집전 단자 및 이차 전지 - Google Patents

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미즈호 마츠모토
마사시 가토오
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

이차 전지의 집전 단자(8)는 베이스부(81), 단자 레그부(82), 및 전류 차단 기구(7)에 연결되는 연결부(83)를 구비한다. 베이스부(81)는 전류 차단 기구(7)와 대면하는 판 부재이며, 절취부(84)와 상기 전류 차단 기구에 연결되는 연결부를 구비한다. 단자 레그부는 베이스부로부터 돌출하고, 베이스부의 상기 전류 차단 기구측과 반대되는 측으로 연장된다. 절취부는 연결 부재와 단자 레그부 사이에 제공된다.

Description

이차 전지 집전 단자 및 이차 전지{SECONDARY BATTERY COLLECTOR TERMINAL AND SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지의 집전 단자 및 상기 집전 단자를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
전기를 구동원으로 사용하는 차량에 탑재되는 전원, 또는 퍼스널 컴퓨터 및 모바일 단말기 등과 같은 전기 제품에 사용되는 전원으로서 이차 전지가 점점 중요해지고 있다. 특히, 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있고 가벼운 리튬-이온 이차 전지는 차량에 탑재되는 고출력 전원으로서 바람직하다.
예를 들어, 리튬-이온 전지는 전극체, 상기 전극체가 그 안에 수용되는 전지 케이스, 상기 전극체에 전기적으로 연결되는 양극 단자와 음극 단자, 및 상기 전지 케이스의 개방부에 끼워지는 밀봉체를 구비한다. 전극체는 시트형 분리기를 거쳐서 함께 적층되는 시트형 양극 및 시트형 음극에 의해 형성된다. 전극체는 롤링되어 전지 케이스 내에 수용된다. 양극 단자와 음극 단자는 밀봉체에 부착된다. 리튬-이온 이차 전지는 밀봉체를 전지 케이스의 개방부에 끼움으로써 형성된다.
양극 단자는 외부 양극 단자와 내부 양극 단자를 갖는다. 마찬가지로, 음극 단자는 외부 음극 단자와 내부 음극 단자를 갖는다. 외부 양극 단자와 외부 음극 단자는 모두 밀봉체의 외측에 배치되며, 내부 양극 단자와 내부 음극 단자는 모두 밀봉체의 전지 케이스측에 배치된다. 내부 양극 단자와 내부 음극 단자는 전극체로부터 전력을 집전하는 집전 단자로서 기능한다. 이들 집전 단자는 절연 부재를 거쳐서 밀봉체에 보유된다. 절연 부재는 집전 단자 등으로부터 전류가 불필요하게 누출되는 것을 방지한다. 절연 부재는 수지 재료로 제조된다.
집전 단자와 외부 양극 단자 및 외부 음극 단자 사이에는 전류 차단 기구가 제공된다. 전류 차단 기구는 금속 포일로 제조된다. 전류 차단 기구의 에지부는 외부 양극 단자 및 외부 음극 단자에 전기적으로 연결된다. 전류 차단 기구는 그 중앙 부분 근처에서 집전 단자에 전기적으로 연결된다. 전지 케이스와 밀봉체에 의해 형성되는 케이스 내부의 압력이 이차 전지의 작동 불량 등으로 인해 상승하면, 그 압력에 의해 전류 차단 기구가 상방으로(밀봉체 쪽으로) 밀려질 것이며, 전류 차단 기구와 집전 단자 사이의 연결이 끊어질 것이다. 그 결과, 집전 단자는 외부 양극 단자 및 외부 음극 단자로부터 절연될 것이다. 다시 말해서, 전류 차단 기구는 금속 포일로 제조되는 다이어프램이다.
일부 경우에, 외력이 집전 단자에 가해진다. 보다 구체적으로, 전지 케이스 내부를 향한 인장 하중 또는 진동에 의한 외력 등이 집전 단자에 가해질 수 있다. 집전 단자는 절연 부재를 거쳐서 밀봉체에 보유되며, 절연 부재는 수지 재료로 제조된다. 따라서, 집전 단자에 외력이 가해지면, 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부에 응력이 전달될 수 있다. 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부에 전달되는 응력은 전류 차단 기구에 부하가 걸리게 할 수 있고, 전기 저항의 증가, 축전 기능의 저하, 및 이차 전지의 작동 불량을 초래할 수 있다.
일본 특허 제4911214호에는 외부 양극 단자 및 외부 음극 단자의 장착 구조를 특징으로 하는 이차 전지가 기재되어 있다. 보다 구체적으로, 일본 특허 제4911214호에 기재되어 있는 외부 양극 단자 및 외부 음극 단자의 장착 구조는 리벳 단자, 상기 리벳 단자를 밀봉체에 연결하는 단자 연결봉(connecting rod), 상기 단자 연결봉을 밀봉체에 볼트체결하는 볼트, 및 상기 리벳 단자와 상기 볼트 사이에 제공되는 단자 보유판(retainer plate)을 구비한다. 리벳 단자는 단자 연결봉에 크림핑된다. 또한, 단자 보유판은 단자 연결봉을 거쳐서 밀봉체에 연결되는 길고 가늘은 수지판이다. 또한, 단자 연결봉이 볼트에 의해 밀봉체에 볼트체결될 때 단자 연결봉에 힘이 가해진다. 그 결과, 단자 연결봉을 리벳 단자에 연결하는 연결부(즉, 크림핑부)는 느슨해져 밀봉체로부터 분리되는 것이 단자 보유판에 의해 억제된다. 이런 식으로, 일본 특허 제4911214호에 기재된 이차 전지에서는, 외부 양극 단자와 외부 음극 단자를 밀봉체에 연결할 때 리벳 단자가 손상되지 않도록 리벳 단자에 대한 힘이 인가되는 것이 방지된다.
그러나, 일본 특허 제4911214호는 이차 전지 내의 전류 차단 기구에 연결되는 연결부에 전달되는 응력에 대해 언급하고 있지 않다. 따라서, 일본 특허 제4911214호에 기재된 외부 양극 단자 및 외부 음극 단자의 장착 구조에서는, 집전 단자에 외력이 가해지는 경우에, 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부에 응력이 전달되는 것을 방지하기가 어려울 수 있다.
본 발명의 제1 태양은 이차 전지의 집전 단자에 관한 것이다. 이 집전 단자는, 전류 차단 기구와 대면하는 판 부재이며, 전류 차단 기구에 연결되는 연결부와 절취부를 구비하는 베이스부; 및 상기 베이스부로부터 돌출하고, 베이스부의, 상기 전류 차단 기구측과 반대되는 측으로 연장되는 단자 레그부를 구비한다. 상기 절취부는 연결 부재와 단자 레그부 사이에 제공된다.
이 구성에 의하면, 단자 레그부에 외력이 가해져도, 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부로의 응력 전달이 절취부에 의해 방지될 수 있다.
상기 집전 단자에 있어서, 베이스부는 복수의 절취부를 구비하고, 상기 베이스부로부터 복수의 단자 레그부가 돌출하며, 상기 절취부는 단자 레그부와 연결부 사이에서, 연결부의 중앙 지점에 대해 대칭적인 위치에 제공될 수 있다.
이 구성에 의하면, 전지 케이스의 내측(즉, 전류 차단 기구측과 반대측)을 향하는 방향으로 단자 레그부에 인장 하중이 가해질 때, 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부로의 응력 전달이 절취부에 의해 보다 확실하게 방지될 수 있다.
상기 집전 단자에 있어서, 상기 절취부의 각각은 원호형 슬릿일 수 있으며, 상기 연결부를 부분적으로 둘러쌀 수 있다.
이 구성에 의하면, 전류 차단 기구에 연결되는 연결부로의 응력 전달을 절취부에 의해 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 집전 단자의 베이스부 내의 전류 도통 경로가 단축될 수 있으며, 따라서 절취부가 직선-형상 슬릿인 경우에 비해서 전기 저항이 감소된다.
상기 집전 단자에 있어서, 연결부를 단자 레그부에 연결시키는 직선에 거의 평행하게 제공되고, 베이스부 상에서 연결부의 외측 위치에 제공되는 돌출부를 추가로 구비할 수 있다.
이 구성에 의하면, 베이스부의 강도가 돌출부에 의해 증가되며, 따라서 단자 레그부에 인장 하중이 가해질 때 베이스부가 구부러지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부에 전달될 응력의 발생이 방지될 수 있다.
상기 집전 단자에 있어서, 상기 베이스부는 N-각 형상(N은 3 이상의 정수)의 판 부재이며, 상기 베이스부의 각진 부분에는 집전 단자를 보유하는 보유부가 제공될 수 있다.
이 구성에 의하면, 단자 레그부에 가해지는 인장 하중이 보유부에 의해 균등하게 지지될 수 있으며, 따라서 베이스부의 변형이 방지될 수 있다. 따라서, 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부에 전달될 응력의 발생이 방지될 수 있다.
상기 집전 단자에 있어서, 상기 베이스부는 장방형 판 부재일 수 있다. 상기 단자 레그부의 각각은 베이스부의 대향하는 두 변의 일단부로부터 연장되는 판 부재일 수 있다. 상기 절취부의 각각은 직선-형상 슬릿일 수 있고, 단자 레그부가 제공되지 않는 변에 평행하게 제공될 수 있으며, 단자 레그부가 제공되는 베이스부의 변 상에서 단자 레그부보다 연결부에 가까운 위치로부터 연장될 수 있다.
이 구성에 의하면, 단자 레그부의 짧은 방향으로 작용하는 외력이 단자 레그부에 가해져도, 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부에 응력이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
상기 집전 단자에 있어서, 단자 레그부가 제공되는 변에 거의 평행하게 제공되는 돌출부를 추가로 구비할 수 있으며, 상기 돌출부는 베이스부 상에서 연결부보다 단자 레그부에 가까운 위치에 제공된다.
이 구성에 의하면, 베이스부의 강도가 돌출부에 의해 증가되며, 따라서 단자 레그부의 짧은 방향으로 작용하는 외력(진동 등)이 가해질 때도 베이스부가 구부러지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부에 전달될 응력의 발생이 방지될 수 있다.
본 발명의 제2 태양은 제1 태양에 따른 집전 단자를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
따라서, 집전 단자의 단자 레그부에 외력이 가해져도, 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부에 응력이 전달되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전기 저항의 증가, 축전 기능의 저하, 및 이차 전지의 작동 불량을 방지할 수 있다.
따라서 본 발명은, 집전 단자에 외력이 가해질 때, 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부에 응력이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예의 특징, 장점, 기술적 및 산업적 중요성은 첨부도면을 참조하여 후술될 것이며, 도면에서 유사한 참조번호는 유사한 구성요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 이차 전지의 측면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 집전 단자를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 집전 단자를 전지 케이스의 내측으로부터 바라본 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 집전 단자와 밀봉체 사이의 연결을 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 집전 단자를 밀봉체에 연결하는 연결부의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예 1에 따른 집전 단자를 전지 케이스의 내측으로부터 바라본 평면도이다.
도 7은 본 발명의 예 2에 따른 집전 단자를 전지 케이스의 내측으로부터 바라본 평면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 예 3에 따른 집전 단자를 전지 케이스의 내측으로부터 바라본 평면도이다.
도 9는 비교예 1에 따른 집전 단자를 전지 케이스의 내측으로부터 바라본 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 예시적 실시예에 따른 집전 단자와 밀봉체 사이의 연결을 도시하는 사시도이다.
이하에서는, 본 발명의 예시적 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명할 것이다. 본 발명의 예시적 실시예는 압력형 전류 차단 기구를 갖는 밀폐형 이차 전지 및 집전 단자에 본 발명이 적용되는 예이다.
제1 예시적 실시예는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명될 것이다. 도 1은 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 이차 전지(100)의 측면도이다. 이차 전지(100)는 밀폐형 리튬-이온 이차 전지이다. 이차 전지(100)는 도 1에 도시하듯이 전극체(1), 전지 케이스(2), 밀봉체(3), 양극 단자(4), 음극 단자(5), 절연 부재(6), 및 전류 차단 기구(7)(도 5 참조) 등을 구비한다.
전극체(1)는 분리기(도시되지 않음)를 거쳐서 함께 적층되는 양극 시트(11) 및 음극 시트(12)에 의해 형성된다. 전극체(1)는 편평한 형상으로 롤링되고 전지 케이스(2) 내에 수용된다. 롤링된 전극체(1)는 이하에서 권회체(rolled body, 1)로 지칭될 것이다. 도 1에 도시하듯이, 권회체(1)에서, 양극 시트(11)의 단부와 음극 시트(12)의 단부는 노출되어 있다. 그리고 양극 단자(4)는 양극 시트(11)의 단부에 전기적으로 연결된다. 마찬가지로, 음극 단자(5)는 음극 시트(12)의 단부에 전기적으로 연결된다.
전지 케이스(2)는 편평한 박스형 부재이다. 전지 케이스(2) 내부에는 권회체(1) 및 비수성 전해액이 수용된다. 전지 케이스(2)의 상측은 개방되어 있다. 전지 케이스(2)의 개방부에는 밀봉체(3)가 끼워진다. 즉, 전지 케이스(2)와 밀봉체(3)는 이차 전지(100)의 케이스를 함께 형성한다. 전지 케이스(2)와 밀봉체(3)는 금속으로 제조된다.
양극 단자(4)와 밀봉체(3) 사이 뿐만 아니라 음극 단자(5)와 밀봉체(3) 사이에는 절연 부재(6)가 제공된다. 절연 부재(6)는 주로 수지 재료로 제조된다. 절연 부재(6)는 양극 단자(4) 및 음극 단자(5)로부터 전류가 불필요하게 유출되는 것을 방지한다.
양극 단자(4)는 외부 양극 단자(41) 및 내부 양극 단자(42) 등을 구비한다. 외부 양극 단자(41)는 볼트(411), 연결 부재(412), 및 크림핑 부재(413) 등을 구비한다. 연결 부재(412)는 볼트(411)가 나사결합되는 나사 구멍부를 구비한다. 볼트(411)는 나사 구멍부에 나사결합됨으로써 연결 부재(412)에 연결된다. 연결 부재(412), 밀봉체(3) 및 절연 부재(6) 각각은 크림핑 구멍부를 갖는다. 절연 부재(6), 밀봉체(3) 및 연결 부재(412)는 각 부재의 크림핑 구멍부에서 크림핑 부재(413)에 의해 크림핑된다. 그 결과, 절연 부재(6), 밀봉체(3) 및 연결 부재(412)가 다함께 연결된다. 따라서, 외부 양극 단자(41)는 절연 부재(6)를 거쳐서 밀봉체(3)에 연결된다. 내부 양극 단자(42)는 밀봉체(3)의 전지 케이스(2)측에 배치된다. 내부 양극 단자(42)는 권회체(1)의 양극 시트(11)의 노출된 단부에 전기적으로 연결된다. 내부 양극 단자(42)는 전극체(1)[권회체(1)]로부터 전력을 집전하는 집전 단자로서 기능한다.
음극 단자(5)는 외부 음극 단자(51) 및 내부 음극 단자(52) 등을 구비한다. 외부 음극 단자(51)는 볼트(511), 연결 부재(512), 및 크림핑 부재(513) 등을 구비한다. 도 1에 도시하듯이, 음극 단자(5)의 구조는 양극 단자(4)의 구조와 좌우 대칭적으로 되어 있으며, 따라서 그 설명은 생략될 것이다. 내부 음극 단자(52)는 권회체(1)의 음극 시트(12)의 노출된 단부에 전기적으로 연결된다. 내부 음극 단자(52)는 전극체(1)[권회체(1)]로부터 전력을 집전하는 집전 단자로서 기능한다.
도 1에 도시하듯이, 내부 양극 단자(42) 및 내부 음극 단자(52)는 좌우 대칭 구조를 갖는다. 따라서, 내부 양극 단자(42) 및 내부 음극 단자(52)는 이하에서 일괄하여 집전 단자(8)로서 상술될 것이다. 도 2는 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 집전 단자(8)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 2a는 전지 케이스(2)의 내측으로부터 바라본 집전 단자(8)의 사시도이다. 도 2b는 밀봉체(3)측으로부터 바라본 집전 단자(8)의 사시도이다. 도 3은 전지 케이스(2)의 내측으로부터 바라본 집전 단자(8)의 평면도이다. 도 4는 집전 단자(8)와 밀봉체(3) 사이의 연결을 도시하는 사시도이다. 도 5는 집전 단자(8)와 밀봉체(3)의 연결부의 단면도이다.
집전 단자(8)는 베이스부(81), 단자 레그부(82), 집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부(83), 절취부(84), 돌출부(85), 및 보유부(86) 등을 구비한다. 베이스부(81)는 대략 장방형의 판이며 전류 차단 기구(7)와 대면한다. 베이스부(81)는 절연 부재(6)를 거쳐서 밀봉체(3)에 고정된다.
집전 단자를 전류 차단 기구에 연결하는 연결부(83)[이 연결부는 본 발명의 연결부로 간주될 수 있으며, 이하에서는 간단히 "연결부(83)"로서 지칭됨]는 전지 케이스(2)의 내측을 향하는 베이스부(81) 표면의 거의 중앙 부분에 형성된다. 보다 구체적으로, 연결부(83)는 평면도에서 원형의 오목부이다. 연결부(83)가 제공되는 위치는 이 예시적 실시예에 기재된 위치로 한정되지 않는다.
또한, 집전 단자(8)와 외부 양극 단자(41) 및 외부 음극 단자(51) 사이에는 전류 차단 기구(7)가 제공된다. 전류 차단 기구(7)는 금속 포일로 제조된다. 전류 차단 기구(7)의 에지부는 크림핑 부재(413, 513)에 전기적으로 연결된다. 전류 차단 기구(7)는 그 중앙 부분 근처에서 집전 단자(8)의 연결부(83)에 전기적으로 연결된다. 즉, 집전 단자(8)는 전류 차단 기구(7)를 거쳐서 외부 양극 단자(41) 또는 외부 음극 단자(51)에 전기적으로 연결된다. 전지 케이스(2)와 밀봉체(3)에 의해 형성되는 케이스 내부의 압력이 이차 전지(100)의 작동 불량 등으로 인해 상승하면, 그 압력에 의해 전류 차단 기구(7)가 상방으로[밀봉체(3) 쪽으로] 푸시될 것이며, 연결부(83)와 전류 차단 기구(7) 사이의 연결이 끊어질 것이다. 그 결과, 집전 단자(8)는 외부 양극 단자(41) 및 외부 음극 단자(51)로부터 절연될 것이다. 다시 말해서, 전류 차단 기구(7)는 금속 포일로 제조되는 다이어프램이다.
단자 레그부(82)는, 베이스부(81)로부터, 절연 부재(6)가 제공되는 측과 반대되는 베이스부(81)의 측을 향해서[즉, 전지 케이스(2)의 내측을 향해서] 돌출하도록 연장된다. 보다 구체적으로, 각각의 단자 레그부(82)는 베이스부(81)의 대향하는 두 변의 거의 중앙 부분으로부터 연장되는 판 부재이다. 다시 말해서, 각 단자 레그부(82)의 베이스는 베이스부(81)의 대향하는 두 변의 거의 중앙 부분에 위치한다. 단자 레그부(82)는 베이스부(81)에 연결되는 단일 부재로서 형성된다. 보다 구체적으로, 각 단자 레그부(82)의 베이스는 베이스부(81)로부터 곡선으로 구부러지는 부분이다. 각 단자 레그부(82)가 베이스부(81)로부터 연장되는 위치는 이 예시적 실시예에 기재된 위치에 한정되지 않는다. 또한, 단자 레그부(82)는 권회체(1)의 양극 시트(11) 또는 음극 시트(12)의 노출된 단부에 전기적으로 연결된다.
절취부(84)는 베이스부(81)에서 연결부(83)와 단자 레그부(82) 사이에 제공된다. 보다 구체적으로, 두 개의 절취부(84)가 단자 레그부(82)와 연결부(83) 사이에서 연결부(83)의 중심점에 대해 대칭 위치에 형성된다. 각각의 단자 레그부(82)와 연결부(83)는 다른 절취부(84)보다 단자 레그부(82)에 가까운 하나의 절취부(84)에 대해 대칭적인 위치에 제공된다. 이 예시적 실시예에서, 각각의 절취부(84)는 원호형 슬릿이다. 절취부(84)는 원호가 연결부(83)를 부분적으로 둘러싸도록 베이스부(81)에 형성된다. 각각의 절취부(84)의 폭(즉, 원호의 시작점과 종점 사이의 거리)은 각각의 단자 레그부(82)의 폭보다 크다.
돌출부(85)는 베이스부(81) 상에서 연결부(83)보다 더 외측을 향하는[즉, 베이스부(81) 상에서, 연결부(83)보다 더 에지측을 향하는] 위치에 제공된다. 이 예시적 실시예에서는, 두 개의 돌출부(85)가 베이스부(81) 상에서 연결부(83)에 대해 대칭적으로 제공된다. 각각의 돌출부(85)는 연결부(83)를 단자 레그부(82)에 연결하는 직선에 거의 평행하게 제공된다. 즉, 각각의 돌출부(85)는 각 단자 레그부(82)의 베이스에서, 연결부(83)의 중앙을 각 단자 레그부(82)의 폭방향으로 거의 중앙 부분에 연결하는 직선에 거의 평행하게 제공된다. 다시 말해서, 각각의 돌출부(85)는 단자 레그부(82)가 제공되지 않는 대향하는 두 변에 거의 평행하게 제공된다. 각각의 돌출부(85)는 전지 케이스(2)의 내측을 향해서 베이스부(81) 상에 융기(즉, 돌출) 형성되는 직선-형상 돌출부이다. 돌출부(85)에 대응하는, 베이스부(81)의 절연 부재(6)측 표면 상의 부분은 오목부이다.
보유부(86)는 베이스부(81)의 코너부(본 발명의 각진 부분으로 간주될 수 있음)에 제공되는 관통-구멍 부분이다. 베이스부(81)의 네 코너 각각에 하나의 보유부(86)가 제공된다. 관통-구멍 부분의 직경은 베이스부(81)의 전지 케이스(2)측으로부터 절연 부재(6)측을 향해서 점점 작아진다. 보유부(86)에 대응하는 절연 부재(6) 부분은 보유부(86)에 끼워질 수 있도록 돌출한다. 절연 부재(6) 부분이 보유부(86)에 끼워짐으로써 집전 단자(8)가 절연 부재(6)에 부착된다. 이 예시적 실시예에서, 각각의 돌출부(85)는 단자 레그부(82)가 제공되지 않는 변의 단부인 코너부에 배치되는 두 개의 보유부(86) 사이에 배치된다. 각각의 돌출부(85)는 연결부(83)를 단자 레그부(82)에 연결하는 직선에 거의 평행하게 제공되거나, 보유부(86) 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 집전 단자(8) 및 이차 전지(100)에 의하면, 전지 케이스(2)의 내측[즉, 전류 차단 기구(7)측과 반대 측]을 향하는 방향으로 단자 레그부(82)에 인장 하중이 가해져도, 연결부(83)로의 응력 전달이 절취부(84)에 의해 방지될 수 있다. 또한, 전기 저항의 증가, 축전 기능의 저하, 및 이차 전지(100)의 작동 불량이 방지될 수 있다.
단자 레그부(82)와 연결부(83)는 절취부(84)에 대해 대칭적인 위치에 제공된다. 그 결과, 전지 케이스(2)의 내측을 향하는 방향으로 단자 레그부(82)에 인장 하중이 가해질 때, 연결부(83)로의 응력 전달이 절취부(84)에 의해 보다 확실하게 방지될 수 있다. 각각의 절취부(84)의 폭(즉, 원호의 시작점과 종점 사이의 거리)은 각 단자 레그부(82)의 폭보다 크다. 따라서, 전지 케이스(2)의 내측을 향하는 방향으로 단자 레그부(82)에 인장 하중이 가해질 때, 연결부(83)로의 응력 전달이 절취부(84)에 의해 보다 효과적으로 방지될 수 있다.
절취부(84)는 원호형 슬릿이며, 원호가 연결부(83)를 부분적으로 둘러싸도록 베이스부(81)에 형성된다. 그 결과, 연결부(83)로의 응력 전달이 절취부(84)에 의해 보다 효과적으로 방지될 수 있다. 또한, 절취부(84)가 직선-형상 슬릿인 경우에 비해서, 집전 단자(8)의 베이스부(81)에서의 전류 도통 경로가 단축될 수 있으며, 따라서 전기 저항이 낮아진다.
연결부(83)를 단자 레그부(82)에 연결하는 직선에 거의 평행하게 제공되는 돌출부(85)는 베이스부(81)의 연결부(83)의 외측에 제공된다. 이들 돌출부(85)는 베이스부(81)의 강도가 증가될 수 있게 하며, 따라서 단자 레그부(82)에 인장 하중이 가해질 때 베이스부(81)가 구부러지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 연결부(83)에 전달될 응력이 방지될 수 있다.
베이스부(81)는 대략 장방형 형상으로 형성된 판 부재이다. 베이스부(81)의 코너부에는 집전 단자(8)를 보유하기 위한 보유부(86)가 제공된다. 그 결과, 단자 레그부(82)에 가해지는 인장 하중이 보유부(86)에 의해 균등하게 지지될 수 있으며, 따라서 베이스부(81)의 변형이 방지될 수 있다. 따라서, 연결부(83)에 전달될 응력의 발생이 방지될 수 있다. 돌출부(85)는 단자 레그부(82)가 제공되지 않는 변의 단부인 코너부에 배치되는 보유부(86) 사이에 배치된다. 그 결과, 단자 레그부(82)에 어떤 외력이 가해질 때 베이스부(81)의 변형이 방지될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 예 및 비교예를 설명할 것이다. 도 6은 본 발명의 예 1에 따른 집전 단자(8a)를 전지 케이스(2)의 내측으로부터 바라본 평면도이다. 도 6에 도시하듯이, 예 1에서의 집전 단자(8a)는 도 2 내지 도 5에 도시된 집전 단자(8)와 동일한 형상이다. 따라서, 집전 단자(8a)의 부분은 집전 단자(8)에 대해 사용된 것과 동일한 참조부호로 지칭될 것이며, 그 부분의 설명은 생략될 것이다. 본 발명의 예 1에 따른 집전 단자(8a)는 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 집전 단자(8)와 동일한 효과를 가져올 수 있다.
도 7은 본 발명의 예 2에 따른 집전 단자(8b)를 전지 케이스(2)의 내측으로부터 바라본 평면도이다. 도 7에 도시하듯이, 예 2의 집전 단자(8b)에서는, 절취부(84b)의 형상만 예 1의 집전 단자(8a)와 다르다. 따라서, 집전 단자(8a)의 구성과 동일한 집전 단자(8b)의 구성은 집전 단자(8a)에 사용된 것과 동일한 참조부호로 지칭될 것이며, 이 구성의 설명은 생략될 것이다.
절취부(84b)는 단자 레그부(82)가 제공되는 대향하는 두 변에 거의 평행한 직선 형상을 갖는다는 점에서 집전 단자(8a)의 절취부(84)와 다르다. 각각의 절취부(84b)의 폭[즉, 각각의 절취부(84b)의 시작점과 종점 사이의 거리]은 각각의 단자 레그부(82)의 폭보다 크다.
본 발명의 예 2의 집전 단자(8b)는 예 1의 집전 단자(8a)와 거의 유사한 효과를 가져올 수 있다. 그러나, 예 2의 집전 단자(8b)에서는, 단자 레그부(82)의 베이스로부터 연결부(83)까지의 전류 도통 경로가 예 1의 집전 단자(8a)의 경우에 비해서 길고 좁다. 따라서, 예 1의 전기 저항이 예 2의 전기 저항보다 낮다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 예 3에서의 집전 단자(8c) 및 집전 단자(8d)를 전지 케이스(2)의 내측으로부터 바라본 평면도이다. 도 8a는 집전 단자(8c)를 도시하고 도 8b는 집전 단자(8d)를 도시한다. 도 8a 및 도 8b에 도시하듯이, 예 3의 집전 단자(8c) 및 집전 단자(8d)는 돌출부(85)가 구비되지 않는다는 점에서 예 1의 집전 단자(8a) 및 예 2의 집전 단자(8b)와 다르다. 보다 구체적으로, 도 8a에 도시된 예 3의 집전 단자(8c)는 돌출부(85)가 구비되지 않는다는 점에서만 예 2의 집전 단자(8b)와 다르다. 또한, 도 8b에 도시된 예 3의 집전 단자(8d)는 돌출부(85)가 구비되지 않는다는 점에서만 예 1의 집전 단자(8a)와 다르다. 따라서, 유사한 구성은 유사한 참조부호로 지칭될 것이며 이 구성의 설명은 생략될 것이다.
본 발명의 예 3의 집전 단자(8c) 및 집전 단자(8d)에 의하면, 베이스부(81)의 강성은 돌출부(85)가 없는 만큼 예 1의 집전 단자(8a) 및 예 2의 집전 단자(8b)의 경우에 비해서 작다. 베이스부(81)의 강성은 베이스부(81)에 절취부(84, 84b)가 제공되는 만큼 감소된다. 따라서, 베이스부(81)의 강성은 돌출부(85)의 제공에 의해 향상된다.
도 9는 비교예 1의 집전 단자(8e)를 전지 케이스(2)의 내측으로부터 바라본 평면도이다. 도 9에 도시하듯이, 비교예 1의 집전 단자(8e)는 절취부(84)가 제공되지 않고 돌출부(85e)가 제공되는 위치가 다르다는 점에서 예 1 내지 예 3의 집전 단자(8a, 8b, 8c, 8d)와 다르다. 따라서, 유사한 구성은 유사한 참조부호로 지칭될 것이며 이 구성의 설명은 생략될 것이다.
돌출부(85e)는 단자 레그부(82)가 제공되지 않는 변의 단부인 코너부에 배치되는 보유부(86)의 연결부(83)측에 제공된다. 다시 말해서, 돌출부(85e)는 단자 레그부(82)가 제공되지 않는 변의 단부인 코너부에 배치되는 보유부(86) 사이에 배치되지 않는다.
비교예 1의 집전 단자(8e)는 돌출부(85e)를 가지며, 따라서 베이스부(81)의 강성이 향상되고, 그 결과 베이스부(81)는 쉽게 변형되지 않을 것이다. 그러나, 단자 레그부(82)에 인장 하중이 가해지면, 베이스부(81)는 연결부(83)를 지지점으로 하여 구부러질 것이다. 따라서, 전술한 예 1 내지 예 3에서와 같이 절취부(84)를 갖는 집전 단자(8e)가 전류 차단 기구(7)에 가해지는 부하를 더 잘 감소시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 예시적 실시예에 따른 집전 단자(8f)와 밀봉체(3) 사이의 연결을 도시하는 사시도이다. 도 10에 도시하듯이, 제2 예시적 실시예에 따른 집전 단자(8f)는, 돌출부(85)가 구비되지 않고 절취부(84f) 및 단자 레그부(82f)의 구성이 다르다는 점에서, 제1 예시적 실시예에 따른 집전 단자(8)와 다르다. 따라서, 유사한 구성은 유사한 참조부호로 지칭될 것이며 이 구성의 설명은 생략될 것이다.
단자 레그부(82f)는, 베이스부(81)로부터, 베이스부(81)의 절연 부재(6)측과 반대되는 측에서 돌출하는[즉, 전지 케이스(2)의 내측을 향해서 돌출하는] 식으로 연장된다. 보다 구체적으로, 각각의 단자 레그부(82f)는 베이스부(81)의 대향하는 두 변의 단부의 일단부로부터 연장되는 판 부재이다. 다시 말해서, 각 단자 레그부(82)의 베이스는 베이스부(81)의 대향하는 두 변의 일단부에 위치한다. 또한, 단자 레그부(82f)는 베이스부(81)에 연결되는 단일 부재로서 형성된다. 보다 구체적으로, 각 단자 레그부(82f)의 베이스는 베이스부(81)로부터 곡선으로 구부러지는 부분이다. 또한, 단자 레그부(82f)는 권회체(1)의 양극 시트(11) 또는 음극 시트(12)의 노출된 단부에 전기적으로 연결된다.
절취부(84f)는 연결부(83)와 단자 레그부(82f) 사이에 제공된다. 또한, 이 예시적 실시예에서, 각각의 절취부(84f)는 직선-형상 슬릿이다. 보다 구체적으로, 절취부(84f)는 단자 레그부(82f)가 제공되지 않는 변에 거의 평행하게, 베이스부(81)가 절취됨으로써 형성된다. 절취부(84f)는 단자 레그부(82)가 제공되는 베이스부(81)의 변에서, 단자 레그부(82f)의 연결부(83)측 위치로부터 연장된다. 각각의 절취부(84f)의 폭[즉, 각각의 절취부(84f)의 시작점과 종점 사이의 거리]은 각각의 단자 레그부(82f)의 폭보다 크다.
본 발명의 제2 예시적 실시예에 따른 집전 단자(8f)는 제1 예시적 실시예에 따른 집전 단자(8)와 거의 유사한 효과를 가져올 수 있다. 특히, 단자 레그부(82f)의 짧은 방향으로 작용하는 외력(진동 등)이 단자 레그부(82f)에 가해져도, 연결부(83)로의 응력 전달이 절취부(84f)에 의해 방지될 수 있다. 또한, 전기 저항의 증가, 축전 기능의 저하, 및 이차 전지(100)의 작동 불량이 방지될 수 있다.
단자 레그부(82f)가 제공되는 변에 거의 평행하게 제공되는 돌출부가 베이스부(81)의 연결부(83)의 단자 레그부(82f)측에 제공될 수도 있다. 다시 말해서, 두 개의 절취부(84f) 사이에, 직선-형상 돌출부가, 단자 레그부(82f)가 제공되는 변에 거의 평행하게 제공될 수도 있다. 이 돌출부의 제공은 베이스부(81)의 강도를 증가시키며, 따라서 단자 레그부(82f)의 짧은 방향으로 작용하는 외력(진동 등)이 가해질 때 베이스부(81)가 구부러지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 연결부(83)에 전달될 응력의 발생이 방지될 수 있다.
본 발명은 전술한 예시적 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명은 또한 예시적 실시예에 기재된 리튬-이온 이차 전지에 한정되지 않는다.

Claims (8)

  1. 이차 전지의 집전 단자이며,
    전류 차단 기구와 대면하는 판 부재인 베이스부로서, 전류 차단 기구에 연결되는 연결부와 절취부를 구비하는 베이스부; 및
    상기 베이스부로부터 돌출하고, 베이스부의, 상기 전류 차단 기구측과 반대되는 측으로 연장되는 단자 레그부를 포함하며,
    상기 절취부는 연결 부재와 단자 레그부 사이에 제공되는 집전 단자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스부는 복수의 절취부를 구비하고,
    상기 베이스부로부터 복수의 단자 레그부가 돌출하며,
    상기 절취부는 단자 레그부와 연결부 사이에서, 연결부의 중앙 지점에 대해 대칭적인 위치에 제공되는 집전 단자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절취부의 각각은 원호형 슬릿이며, 상기 연결부를 부분적으로 둘러싸고 있는 집전 단자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연결부를 단자 레그부에 연결시키는 직선에 거의 평행하게 제공되고, 베이스부 상에서 연결부의 외측 위치에 제공되는 돌출부를 추가로 포함하는 집전 단자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스부는 N-각 형상의 판 부재이며, 상기 베이스부의 각진 부분에는 집전 단자를 보유하는 보유부가 제공되는 집전 단자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 베이스부는 장방형 판 부재이고,
    상기 단자 레그부의 각각은 베이스부의 대향하는 두 변의 일단부로부터 연장되는 판 부재이며,
    상기 절취부의 각각은 직선-형상 슬릿이고, 단자 레그부가 제공되지 않는 변에 평행하게 제공되며, 단자 레그부가 제공되는 베이스부의 변 상에서 단자 레그부보다 연결부에 가까운 위치로부터 연장되는 집전 단자.
  7. 제6항에 있어서, 단자 레그부가 제공되는 변에 거의 평행하게 제공되는 돌출부를 추가로 포함하며, 상기 돌출부는 베이스부 상에서 레그부의 연결부보다 단자 레그부에 가까운 위치에 제공되는 집전 단자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 집전 단자를 구비하는 이차 전지.
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