KR20150134702A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

이차 전지가 개시된다. 개시된 이차 전지는 케이스; 상기 케이스 내부에 수용되며, 제1 전극판, 제2 전극판 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 단자부; 및 상기 케이스의 상단을 덮는 캡 플레이트;를 포함하되, 상기 제1 단자부는, 상기 캡 플레이트를 통하여 상기 캡 플레이트의 일측 상부로 노출되는 제1 전극단자; 및 일단이 상기 제1 전극단자와 연결되고, 타단이 상기 제1 전극판에 연결되는 제1 집전체;를 포함하며, 상기 제1 집전체에는 다수의 노치부가 형성된다. 본 발명에 따르면, 외부 충격으로부터의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다.
소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
이차 전지는 세퍼레이터(separator)의 양면에 양극과 음극을 구비하여 형성되는 전극조립체, 전극조립체를 내장하는 케이스, 케이스의 개구를 밀폐하는 캡 플레이트, 및 캡 플레이트에 관통 설치되어 전극조립체에 전기적으로 연결되는 전극단자를 포함한다.
이러한 이차 전지는 가혹한 환경에서도 안전성 및 신뢰성을 확보할 것이 요구된다.
본 발명에서는 외부 충격으로부터의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 이차 전지를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 케이스; 상기 케이스 내부에 수용되며, 제1 전극판, 제2 전극판 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 단자부; 및 상기 케이스의 상단을 덮는 캡 플레이트;를 포함하되, 상기 제1 단자부는, 상기 캡 플레이트를 통하여 상기 캡 플레이트의 일측 상부로 노출되는 제1 전극단자; 및 일단이 상기 제1 전극단자와 연결되고, 타단이 상기 제1 전극판에 연결되는 제1 집전체;를 포함하며, 상기 제1 집전체에는 다수의 노치부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 제공된다.
상기 제1 집전체는, 상기 제1 전극단자와 연결되며, 상기 캡 플레이트와 평행하게 형성되는 제1 플레이트; 및 상기 제1 전극판에 연결되며, 상기 제1 플레이트로부터 수직 하방으로 연장 형성되는 제2 플레이트;를 포함할 수 있다.
상기 제2 플레이트의 넓은 측면은 상기 제1 전극판의 무지부와 평행하게 접촉되어 상기 제1 전극판에 연결될 수 있다.
상기 다수의 노치부는 상기 제2 플레이트의 넓은 측면의 폭방향으로 형성될 수 있다.
상기 다수의 노치부는 상기 제2 플레이트의 넓은 측면의 한쪽 가장자리를 따라 소정의 간격으로 형성될 수 있다.
상기 다수의 노치부가 형성되는 제2 플레이트의 한쪽 가장자리는 다른 쪽 가장 자리보다 상기 전극 조립체의 중심에 더 가까울 수 있다.
상기 다수의 노치부는 각각 사각형, 삼각형, 타원형 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제2 단자부는, 상기 캡 플레이트를 통하여 상기 캡 플레이트의 타측 상부로 노출되는 제2 전극단자; 및 일단이 상기 제2 전극단자와 연결되고, 타단이 상기 제2 전극판에 연결되는 제2 집전체;를 포함하며, 상기 제2 집전체에는 다수의 노치부가 형성될 수 있다.
상기 제1 집전체의 다수의 노치부와 상기 제2 집전체의 다수의 노치부는 상기 전극 조립체의 중심을 기준으로 거울 대칭으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 외부 충격으로부터의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에서 AA선에 따른 단면도를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에서 BB선에 따른 단면도를 도시하는 도면이다.
도 4a는 도 3에서 A부분에 대한 확대도를 도시하는 도면이다.
도 4b는 도 3에서 B부분에 대한 확대도를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 케이스와 캡 플레이트를 제외한 상태의 사시도를 도시하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에서 AA선에 따른 단면도를 도시하는 도면이며, 도 3은 도 1에서 BB선에 따른 단면도를 도시한다.
도 4a는 도 3에서 A부분에 대한 확대도를 도시하는 도면이며, 도 4b는 도 3에서 B부분에 대한 확대도를 도시한다.
그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)에서 케이스(110)와 캡 플레이트(150)를 제외한 상태의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 이차 전지(100)는 케이스(110), 전극 조립체(120), 제1 단자부(130), 제2 단자부(140), 캡 플레이트(150)를 포함한다.
먼저, 케이스(110)와 캡 플레이트(150)에 대해 설명하면, 케이스(110)는 내부에 전극 조립체(120)와 전해액(미도시)을 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어진다.
케이스(110)는 알루미늄이나, 구리, 철, 스테인리스 스틸 재질로 이루어질 수 있다.
케이스(110)의 상단에는 외부와 내부 공간을 연결하는 개구가 형성되고, 개구는 이하 설명하는 전극 조립체(120)가 케이스(110) 내부로 삽입할 수 있도록 한다.
케이스(110)의 개구에는 캡 플레이트(150)가 설치되어 케이스(110)를 밀폐한다.
캡 플레이트(150)는 얇은 강판으로 이루어질 수 있고, 도면에 도시되지는 아니하였으나, 전해액 주입구와 벤트 홀이 형성될 수 있다. 전해액 주입구(미도시)는 케이스에 캡 플레이트를 결합한 후 케이스 내부로 전해액의 주입을 가능하게 하며, 벤트 홀(미도시)은 이차 전지의 내부 압력이 설정된 압력 이상으로 높아지지 않도록 내부 가스를 배출한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(120)는 전류를 충전 및 방전하며, 절연체인 세퍼레이터(126)의 양면에 제1 전극판(122)과 제2 전극판(124)을 배치하고, 제1 전극판(122), 제2 전극판(124) 및 세퍼레이터(126)를 젤리롤 형태로 권취함으로써 형성될 수 있다.
제1 전극판(122) 및 제2 전극판(124)은 각각 양극, 음극을 띨 수 있고, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해, 제1 전극판이 양극, 제2 전극판이 음극인 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 또한, 제1 전극판, 제2 전극판 및 세퍼레이터는 젤리롤 형태인 것으로 가정하여 설명하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 스택 형태일 수도 있다.
제1 전극판(122)은 제1 금속 호일(122a) 및 제1 활물질(122b)을 포함할 수 있다. 제1 전극판(122)이 양극판일 경우, 제1 금속 호일(122a)은 알루미늄이고, 제1 활물질(122b)은 리튬계 산화물일 수 있다.
또한, 제2 전극판(124)도 제2 금속 호일(124a) 및 제2 활물질(124b)을 포함할 수 있으며, 제2 전극판(124)이 음극판일 경우, 제2 금속 호일(124a)은 구리이고, 제2 활물질(124b)은 흑연일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 제1 전극판(122)과 제2 전극판(124) 사이에 위치하는 세퍼레이터(126)는 다공성 재질의 PE(Polyethylene)이나, PP(Polypropylene)일 수 있다. 세퍼레이터(126)는 전극 조립체(120)의 최외곽에 위치되어 전극 조립체가 케이스나 캡 플레이트와 단락되지 않도록 한다.
한편, 제1 전극판(122)은 양극 활물질인 제1 활물질(122b)이 도포되지 않은 제1 무지부(122c)를 포함할 수 있고, 제1 무지부(122c)는 세퍼레이터(126)의 일측을 통하여 외부로 돌출될 수 있다.
그리고, 제2 전극판(124)은 음극 활물질인 제2 활물질(124b)이 도포되지 않은 제2 무지부(124c)를 포함할 수 있고, 제2 무지부(124c)는 세퍼레이터(126)의 타측을 통하여 외부로 돌출될 수 있다.
계속하여, 제1 단자부(130) 및 제2 단자부(140)는 상기 전극 조립체(120)에 전기적으로 연결된다.
제1 단자부(130)와 제2 단자부(140)는 서로 대칭 구조이므로, 이하에서는 제1 단자부(130)를 중심으로 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 단자부(130)는, 캡 플레이트(150)를 통하여 상기 캡 플레이트(150)의 일측 상부로 노출되는 제1 전극단자(132), 및 일단이 상기 제1 전극단자(132)와 연결되고, 타단이 상기 제1 전극판(122)에 연결되는 제1 집전체(134)를 포함한다.
제1 전극단자(132)는 노출된 상태로 외부 기기와 직접적으로 연결되어 전원의 공급을 위한 경로를 형성한다.
그리고, 제1 집전체(134)는 제1 전극판(122)으로부터 발생하는 전류를 수집한다.
전극판으로부터 발생하는 전류를 수집하고, 외부 기기와의 전기적 연결을 위한 통로를 형성하는 특성상 제1 단자부(130)는 전도성 재질의 알루미늄이나, 구리로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 집전체(134)는 캡 플레이트(150)와 평행하게 형성되어 상기 제1 전극단자(132)와 연결되는 제1 플레이트(1342), 및 제1 플레이트(1342)로부터 수직 하방으로 연장 형성되어 상기 제1 전극판(122)에 연결되는 제2 플레이트(1344)로 나누어 볼 수 있다.
이때, 제2 플레이트(1344)의 넓은 측면은 제1 전극판의 제1 무지부(122c)와 평행하게 접촉되어 제1 전극판(122)에 연결된다. 일례로, 제2 플레이트(1344)의 넓은 측면과 제1 전극판의 제1 무지부(122c)는 용접으로 접합될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 집전체(134)는 제1 플레이트(1342)와 제2 플레이트(1344)를 연결하는 제3 플레이트(1348)를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 제3 플레이트(1348)는 제1 플레이트(1342)로부터 수직 하방으로 연장 형성되고, 제2 플레이트(1344)는 제3 플레이트(1348)로부터 하방으로 연장 형성되되, 제1 플레이트(1342)가 놓여지는 평면과 제3 플레이트(1348)가 놓여지는 평면에 직교하는 평면에 놓여질 수 있다.
이에 따라, 제2 플레이트(1344)의 넓은 측면은 제1 전극판의 제1 무지부(122c)와 평행하게 접촉되어 접합될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 집전체(134)에는 다수의 노치부(1346)가 형성된다.
보다 상세하게, 제1 집전체의 제2 플레이트(1344)의 넓은 측면의 폭방향으로 다수의 노치부(1346)가 형성될 수 있고, 이때, 다수의 노치부(1346)는 제2 플레이트(1344)의 넓은 측면의 한쪽 가장자리를 따라 소정의 간격으로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 노치부(1346)는 제2 플레이트(1344)의 넓은 측면의 한쪽 가장자리의 일부가 삭제되는 방식으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 제2 플레이트(1344)의 좁은 측면의 일부가 깊이 방향으로 삭제되는 방식으로 형성될 수 있다.
삭제되는 형상은 직사각형일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 반원형이나, 삼각형일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노치부(1346)는 제1 플레이트(1342)로부터 수직 하방으로 연장 형성되는 제2 플레이트(1344)의 강도를 연하게 함으로써, 제2 플레이트(1344)가 외부 충격을 흡수 및 완화하는 기능을 수행할 수 있도록 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 집전체(134)는 그 특성상 단단한 재질인 알루미늄이나 구리로 이루어질 수 있고, 이에 따라, 이차 전지(100)에 외부 충격이 가해질 경우, 제1 집전체(134)는 충격 흡수 없이 이차 전지 내부로 밀려 들어갈 수 있다. 제1 집전체(134)가 이차 전지 내부로 밀려들어갈 경우에는, 특히, 전극 조립체의 제1 전극판의 제1 무지부(122c)와 평행하게 접촉되어 있는 제2 플레이트(1344)가 제2 전극판(124)에 접촉될 우려가 있고, 이는 쇼트를 발생시켜 화재 및 폭발의 원인이 된다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 집전체의 제2 플레이트(1344)의 넓은 측면의 한쪽 가장자리에는 소정의 간격으로 다수의 노치부(1346)가 형성되어 제2 플레이트의 강도를 보다 연하게 함으로써, 외부 충격을 흡수할 수 있도록 한다.
예를 들어, 바깥쪽에서 안쪽으로 이차 전지(100)의 측부를 타격하는 외부 충격이 가해지더라도, 강도가 연한 제2 플레이트(1344)는 스프링처럼 그 충격을 흡수할 수 있고, 충격의 크기가 비교적 큰 경우라 하더라도 제2 플레이트(1344)는 적정 범위 내에서 타격 방향으로 활처럼 휘어짐으로써, 제2 전극판(124)이 존재하는 영역까지 밀려 들어가지 않을 수 있다.
이때, 상기와 같은 외부 충격에 대해 제2 플레이트(1344)의 휘어지는 방향을 고려하여 제2 플레이트(1344)가 보다 잘 휘어질 수 있도록, 다수의 노치부(1346)가 형성되는 제2 플레이트(1344)의 넓은 측면의 한쪽 가장자리는 노치부(1346)가 형성되지 않는 다른 쪽 가장자리보다 전극 조립체의 중심에 더 가까운 것이 바람직하다.
즉, 일반적으로 이차 전지(100)에 가해지는 외부 충격은 이차 전지의 바깥쪽으로 안쪽으로 이루어지게 되므로, 외부 충격 방향에 맞게 제2 플레이트(1344)가 안쪽으로 잘 휘어질 수 있도록, 제2 플레이트의 넓은 측면에서 안쪽 가장자리에 다수의 노치부(1346)가 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1 단자부(130)와 대칭 구조인 제2 단자부(140)는, 캡 플레이트(150)를 통하여 상기 캡 플레이트(150)의 타측 상부로 노출되는 제2 전극단자(142), 및 일단이 상기 제2 전극단자(142)와 연결되고, 타단이 상기 제2 전극판(124)에 연결되는 제2 집전체(144)를 포함한다.
제1 단자부(130)가 캡 플레이트(150)의 일측 상부로 노출되고, 제2 단자부(140)가 캡 플레이트(150)의 타측 상부로 노출됨에 따라, 결과적으로, 제1 단자부(130)와 제2 단자부(140)는 캡 플레이트(150) 상부에서 소정의 간격 이격되어 노출 형성된다.
상기한 제1 집전체(134)와 마찬가지로, 제2 집전체(144) 또한 캡 플레이트(150)와 평행하게 형성되어 제2 전극단자(142)와 연결되는 제1 플레이트(1442), 및 제1 플레이트(1442)로부터 수직 하방으로 연장 형성되어 상기 제2 전극판(124)에 연결되는 제2 플레이트(1444)로 나누어 볼 수 있다.
또한, 제1 플레이트(1442)와 제2 플레이트(1444)를 연결하며, 제1 플레이트(1442) 및 제2 플레이트(1444)와 직교하는 평면에 놓여지는 제3 플레이트(1448)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 제2 집전체의 제2 플레이트(1444)의 넓은 측면의 폭방향으로는 다수의 노치부(1446)가 형성될 수 있고, 다수의 노치부(1446)에는 제2 플레이트(1444)의 넓은 측면의 한쪽 가장자리를 따라 소정의 간격으로 형성될 수 있다.
외부 충격에 대해 제2 플레이트(1446)의 휘어지는 방향을 고려하여, 제1 집전체(134)의 다수의 노치부(1346)와 제2 집전체(144)의 다수의 노치부(1446)는 전극 조립체(120)의 중심으로 기준으로 거울 대칭인 것이 바람직하다.
제2 단자부(140)는 제2 전극단자(142)가 캡 플레이트 상부로 노출되는 위치, 제2 집전체(144)가 전극 조립체의 제2 전극판(124)에 연결되는 점을 제외하고는, 앞서 설명한 제1 단자부(130)와 그 구성이 동일한 바, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차 전지에 있어서 외부 충격으로부터의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 이차 전지 110 : 케이스
120 : 전극 조립체 122 : 제1 전극판
124 : 제2 전극판 126 : 세퍼레이터
130 : 제1 단자부 132 : 제1 전극단자
134 : 제1 집전체 1342 : 제1 플레이트
1344 : 제2 플레이트 1346 : 다수의 노치부
1348 : 제3 플레이트 140 : 제2 단자부
142 : 제2 전극단자 144 : 제2 집전체
1442 : 제1 플레이트 1444 : 제2 플레이트
1446 : 다수의 노치부 1448 : 제3 플레이트
150 : 캡 플레이트

Claims (9)

  1. 케이스;
    상기 케이스 내부에 수용되며, 제1 전극판, 제2 전극판 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 단자부; 및
    상기 케이스의 상단을 덮는 캡 플레이트;를 포함하되,
    상기 제1 단자부는, 상기 캡 플레이트를 통하여 상기 캡 플레이트의 일측 상부로 노출되는 제1 전극단자; 및
    일단이 상기 제1 전극단자와 연결되고, 타단이 상기 제1 전극판에 연결되는 제1 집전체;를 포함하며,
    상기 제1 집전체에는 다수의 노치부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 집전체는, 상기 제1 전극단자와 연결되며, 상기 캡 플레이트와 평행하게 형성되는 제1 플레이트; 및
    상기 제1 전극판에 연결되며, 상기 제1 플레이트로부터 수직 하방으로 연장 형성되는 제2 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 플레이트의 넓은 측면은 상기 제1 전극판의 무지부와 평행하게 접촉되어 상기 제1 전극판에 연결되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 노치부는 상기 제2 플레이트의 넓은 측면의 폭방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 노치부는 상기 제2 플레이트의 넓은 측면의 한쪽 가장자리를 따라 소정의 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 노치부가 형성되는 제2 플레이트의 한쪽 가장자리는 다른 쪽 가장 자리보다 상기 전극 조립체의 중심에 더 가까운 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 노치부는 각각 사각형, 삼각형, 타원형 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단자부는, 상기 캡 플레이트를 통하여 상기 캡 플레이트의 타측 상부로 노출되는 제2 전극단자; 및
    일단이 상기 제2 전극단자와 연결되고, 타단이 상기 제2 전극판에 연결되는 제2 집전체;를 포함하며,
    상기 제2 집전체에는 다수의 노치부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 집전체의 다수의 노치부와 상기 제2 집전체의 다수의 노치부는 상기 전극 조립체의 중심을 기준으로 거울 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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