KR20160042359A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 케이스 내에서 전극 조립체의 유동을 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양측에 전극을 배치하여 권취되는 전극 조립체, 상기 전극에 탭으로 연결되는 단자, 상기 전극 조립체를 내장하며 양단에 개구를 구비하는 케이스, 및 상기 단자와 상기 개구 사이에 배치되어 상기 개구를 밀폐하고 상기 단자를 외부로 돌출시키는 개스킷을 포함하며, 상기 케이스는 내면에서 상기 전극 조립체를 향하여 돌출되는 고정부를 더 구비할 수 있다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 초소형 직경의 핀 타입으로 형성되는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 크기 및 용량에 따라 소형인 원통형과 각형 전지 및 대형의 각형 전지 등으로 구분될 수 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요에 따라 에너지원으로써 소형 원통형 및 소형 각형 이차 전지에 대한 수요가 증가되고 있다.
일반적으로 이차 전지는 세퍼레이터(separator)의 양면에 전극을 배치하여 젤리롤(Jelly Roll) 형태로 권취하여 형성되는 전극 조립체, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 케이스의 개방 측을 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.
모바일 기기의 발달로 인하여, 수 mm 직경을 가지는 터치 펜 및 스타일러스 펜과 같은 주변 기기가 개발되어 사용되고 있다. 이와 같은 초소형 직경의 기기에 사용될 이차 전지가 개발되어 있지 않다.
초소형 직경을 가지는 이차 전지의 경우, 전극 조립체의 전극과 단자를 연결하는 작업 공차로 인하여, 전극 조립체가 케이스 내에서 유동할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 초소형 직경의 핀 타입으로 형성되는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 측면은 케이스 내에서 전극 조립체의 유동을 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양측에 전극을 배치하여 권취되는 전극 조립체, 상기 전극에 탭으로 연결되는 단자, 상기 전극 조립체를 내장하며 양단에 개구를 구비하는 케이스, 및 상기 단자와 상기 개구 사이에 배치되어 상기 개구를 밀폐하고 상기 단자를 외부로 돌출시키는 개스킷을 포함하며, 상기 케이스는 내면에서 상기 전극 조립체를 향하여 돌출되는 고정부를 더 구비할 수 있다.
상기 고정부는 상기 케이스의 직경 방향 중심으로 함입될 수 있다.
상기 고정부는 상기 케이스의 길이 방향으로 대칭되고 상기 전극 조립체를 향하는 곡선형 볼록 돌기로 형성될 수 있다.
상기 전극은 상기 세퍼레이터의 양측에 배치되는 제1전극과 제2전극을 포함하고, 상기 단자는 상기 제1전극에 상기 탭 중 하나인 제1탭으로 연결되는 제1단자와 상기 제2전극에 다른 하나인 제2탭으로 연결되는 제2단자를 포함할 수 있다.
상기 개스킷은 상기 개구 중 하나인 제1개구와 상기 제1단자 사이에 배치되어 상기 제1개구를 밀폐하고 상기 제1단자를 외부로 돌출시키는 제1개스킷과, 다른 하나인 제2개구와 상기 제2단자 사이에 배치되어 상기 제2개구를 밀폐하고 상기 제2단자를 외부로 돌출시키는 제2개스킷을 포함할 수 있다.
상기 제1탭의 길이는 상기 전극 조립체와 상기 제1단자 사이에 설정되는 제1간격보다 더 길게 형성될 수 있다.
상기 제2탭의 길이는 상기 전극 조립체와 상기 제2단자 사이에 설정되는 제2간격보다 더 길게 형성될 수 있다.
상기 케이스는 상기 개구에서 상기 단자와 상기 탭의 연결부에서 직경 방향 중심으로 함입된 비딩부를 구비할 수 있다.
상기 전극의 무지부와 상기 탭은 용접으로 연결될 수 있다.
상기 케이스는 알루미늄, 스테인레스 스틸 및 합성수지재 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 케이스는 2~5mm의 직경을 가질 수 있다. 상기 전극은 2~5회 권취될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는 전극 조립체의 전극에 탭으로 연결되는 단자와 케이스의 개구 사이에 개스킷을 배치하여, 단자를 케이스의 양단 외부로 돌출시키면서 개구를 밀폐하므로 초소형 직경의 핀 타입 이차 전지를 형성할 수 있다. 이때, 케이스의 내벽에 형성되는 고정부가 전극 조립체를 잡아주므로 케이스 내에서 전극 조립체의 유동이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 2에 적용되는 전극 조립체의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 이차 전지(1)는 수 mm 직경의 핀 타입으로 형성되며, 예를 들면 2~5mm의 직경으로 형성될 수 있다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1실시예의 이차 전지(1)는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)에 연결되는 단자(21, 22), 전극 조립체(10)와 전해액을 내장하는 케이스(30), 및 단자(21, 22)와 케이스(30) 사이에 개재되는 개스킷(51, 52)을 포함한다. 전해액은 전극 조립체(10)에 함침될 수 있다.
전극 조립체(10)는 세퍼레이터(13)를 사이에 두고, 세퍼레이터(13)의 양측에 배치되는 전극(11, 12)을 포함한다. 전극(11, 12)은 세퍼레이터(13)의 양측에 배치되는 제1전극(11)과 제2전극(12)을 포함한다. 전극 조립체(10)는 제1전극(11)과 제2전극(12) 및 이들 사이에 배치되는 절연체인 세퍼레이터(13)를 젤리롤(Jelly Roll) 상태로 권취하여 형성된다.
예를 들면, 세퍼레이터(13)를 개재한 제1, 제2전극(11, 12)은 권심(14)에서 2~5회 권취될 수 있다. 권취 횟수는 이차 전지(1)의 최대 직경과 세퍼레이터(13) 및 제1, 제2전극(11, 12)의 두께에 따라 2~5회 범위 내에서 선택될 수 있다. 제1, 제2전극(11, 12)을 2회 미만으로 권취하는 경우 요구되는 출력을 구현하기 어렵고, 제1, 제2전극(11, 12)을 5회 초과하여 권취하는 경우 이차 전지(1)의 직경이 5mm를 초과할 수 있다.
제1전극(11)과 제2전극(12)은 금속박(예를 들면, Cu와 Al 포일)으로 각각 형성되는 집전체의 양면에 활물질이 도포된 영역의 코팅부(111, 121), 및 활물질이 도포되지 않아 집전체가 노출된 영역으로 설정되는 무지부(112, 122)를 포함한다.
도 4는 도 2에 적용되는 전극 조립체의 분해 사시도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 단자(21, 22)는 제1전극(11)에 연결되는 제1단자(21)와 제2전극(12)에 연결되는 제2단자(22)를 포함한다. 제1단자(21)는 제1전극(11)의 무지부(112)에 제1탭(61)으로 연결된다. 제2단자(22)는 제2전극(12)의 무지부(122)에 제2탭(62)으로 연결된다.
케이스(30)는 전극 조립체(10)를 내장하도록 양단에 제1개구(31)와 제2개구(32)를 구비한다. 즉 케이스(30)는 원통형 전극 조립체(10)를 수용하도록 원통형으로 형성된다. 케이스(30)는 이차 전지(1)를 초소형 직경의 핀 타입으로 형성하며, 그 외경을 설정한다.
제1, 제2단자(21, 22)는 제1, 제2개구(31,32)를 통하여 제1, 제2탭(61, 62)으로 전극 조립체(10)의 제1, 제2전극(11, 12)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1탭(61)은 제1전극(11)의 무지부(112)에 용접으로 연결되고, 제2탭(62)은 제2전극(12)의 무지부(122)에 용접으로 연결된다.
도시하지 않았으나 제1, 제2탭은 제1, 제2무지부에 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1, 제2탭과 제1, 제2무지부를 용접으로 연결하는 공정이 제거될 수 있다.
제1, 제2단자(21, 22)는 제1, 제2개구(31, 32)를 밀폐하는 플레이트부(211, 221)와 플레이트부(211, 221)에서 돌출되는 돌출부(212, 222)를 포함할 수 있다. 플레이트부(211, 221)는 제1, 제2탭(61, 62)과의 연결을 용이하게 하고, 돌출부(212, 222)는 이차 전지(1)를 사용하는 기기(미도시)에서 연결을 용이하게 할 수 있다.
개스킷(51, 52)은 제1, 제2개구(31, 32)에 배치되는 제1개스킷(51)과 제2개스킷(52)을 포함한다. 제1개스킷(51)은 제1단자(21)와 케이스(30)의 제1개구(31) 사이에 개재되어 제1단자(21)와 함께 제1개구(31)를 밀폐하면서 제1단자(21)와 케이스(30)의 제1개구(31)를 전기적으로 절연하고, 제1단자(21)의 돌출부(212)를 케이스(30)의 외부로 돌출시킨다.
제2개스킷(52)은 제2단자(22)와 케이스(30)의 제2개구(32) 사이에 개재되어 제2단자(22)와 함께 제2개구(32)를 밀폐하면서 제2단자(22)와 케이스(30)의 제2개구(32)를 전기적으로 절연하고, 제2단자(22)의 돌출부(222)를 케이스(30)의 외부로 돌출시킨다.
제1탭(61)의 길이(L1)(즉 무지부(112)로부터 돌출되는 길이)는 전극 조립체(10)의 일단과 제1단자(21) 사이에 설정되는 제1간격(G1)보다 더 길게 형성된다. 따라서 제1탭(61)은 제1전극(11)의 무지부(112)와 제1단자(21)를 전기적으로 연결할 수 있다. 이를 위하여 제1개스킷(51)은 제1탭홀(511)을 구비한다. 제1탭(61)은 제1탭홀(511) 내에 휘어져 배치된다.
제2탭(62)의 길이(L2)(즉 무지부(122)로부터 돌출되는 길이)는 전극 조립체(10)의 다른 일단과 제2단자(22) 사이에 설정되는 제2간격(G2)보다 더 길게 형성된다. 따라서 제2탭(62)은 제2전극(12)의 무지부(122)와 제2단자(22)를 전기적으로 연결할 수 있다. 이를 위하여 제2개스켓(52)은 제2탭홀(521)을 구비한다. 제2탭(62)은 제2탭홀(521) 내에 휘어져 배치된다.
즉 제1, 제2개스킷(51, 52)은 전극 조립체(10)의 제1, 제2전극(11, 12)에 제1, 제2탭(61, 62)으로 연결된 제1, 제2단자(21, 22)와 결합된다. 이 상태에서 제1, 제2개스킷(51, 52)은 케이스(30)의 제1, 제2개구(31, 32)에 끼워진 후, 클림핑(crimping) 공정을 통하여 케이스(30)의 제1, 제2개구(31, 32)에 고정된다.
이때, 케이스(30)는 제1, 제2개구(31, 32) 측에 직경 방향 중심으로 함입되는 제1, 제2비딩부(33, 34)를 각각 형성한다. 제1, 제2비딩부(33, 34)에 의하여 고정된 제1, 제2개스킷(51, 52)은 제1, 제2단자(21, 22)를 외부로 돌출시키면서 제1, 제2개구(31, 32)를 실링한다.
즉 제1, 제2비딩부(33, 34)는 케이스(30)의 제1, 제2개구(31, 32)에서 제1, 제2단자(21, 22)와 제1, 제2탭(61, 62)의 각 연결부에 대응하여 구비된다. 케이스(30)는 제1, 제2비딩부(33, 34)를 가공할 수 있도록 금속, 예를 들면, 알루미늄이나 스테인레스 스틸로 형성될 수 있다.
제1, 제2비딩부(33, 34)는 직경과 재질이 변화되는 제1, 제2단자(21, 22)와 제1, 제2탭홀(511, 521)의 경계선 부근에서 직경 방향 중심으로 함입 형성된다. 따라서 케이스(30)의 제1, 제2비딩부(33, 34)가 제1, 제2개스킷(51, 52)을 압축하는 상태에서, 제1, 제2단자(21, 22)와 제1, 제2비딩부(33, 34)의 체결력이 더욱 강화될 수 있다. 일례로써, 제1, 제2개스킷(51, 52)은 고무 마개로 형성될 수 있다.
이와 같이, 전극 조립체(10)의 제1, 제2전극(11, 12)에 제1, 제2탭(61, 62)을 연결하고, 전극 조립체(10)의 일측을 케이스(30)에 삽입하여 제1, 제2탭(61, 62)을 제1, 제2단자(21, 22)에 순차적으로 연결하며, 제1, 제2단자(21, 22)에 제1, 제2개스킷(51, 52)을 결합하고, 제1, 제2개스킷(51, 52)을 제1, 제2개구(31, 32)에 결합하여 제1, 제2비딩부(33, 34)를 형성함으로써, 이차 전지(1)가 조립된다.
즉 케이스(30)의 제1, 제2개구(31, 32)를 개방한 상태에서 제1, 제2탭(61, 62)을 제1, 제2단자(21, 22)에 연결함으로써, 제1, 제2단자(21, 22)와 제1, 제2탭(61, 62)의 연결 작업이 용이하게 된다. 그 후, 제1, 제2단자(21, 22)와 결합된 제1, 제2개스킷(51, 52)을 케이스(30)의 제1, 제2개구(31, 32)에 삽입하여, 제1, 제2비딩부(33, 34)를 형성하므로 이차 전지(1)의 조립이 용이해진다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 케이스(30)는 내면에서 전극 조립체(10)를 향하여 돌출되는 고정부(35)를 더 구비한다. 고정부(35)는 케이스(30)의 길이 방향 중앙부에서 직경 방향 중심으로 함입된다. 함입된 고정부(35)는 전극 조립체(10)를 케이스(30)에 삽입한 상태에서 진행되므로 전극 조립체(10)의 최외곽에 접촉된다. 따라서 이차 전지(1)에서 전극 조립체(10)가 케이스(30) 내에서 길이 방향으로 유동되지 않는다.
즉 제1, 제2단자(21, 22)와 제1, 제2탭(61, 62)의 연결 작업이 용이하도록 한 이차 전지(1)에서, 제1탭(61)의 길이(L1)가 제1간격(G1)보다 길게 형성되고, 제2탭(62)의 길이(L2)가 제2간격(G2)보다 더 길게 형성된다. 이 경우에도, 고정부(35)는 케이스(30) 내부에서 전극 조립체(10)를 안정된 상태로 유지할 수 있다.
제1실시예에서 고정부(35)는 케이스(30)의 길이 방향 중앙에 원주를 따라 하나로 형성되어 있다. 도시하지 않았으나 고정부는 길이 방향에서 이격되어 복수로 구비될 수 있다. 또한 고정부는 케이스의 길이 방향으로 설정된 길이로 형성될 수도 있고, 원주 방향에서 이격되어 하나 또는 복수로 구비될 수도 있다.
이하에서 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명하며, 제1실시예와 비교하여 동일 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 제2실시예에 따른 이차 전지(2)에서, 고정부(55)는 케이스(230)의 길이 방향으로 대칭되고 전극 조립체(10)를 향하는 곡선형 볼록 돌기로 형성된다. 곡선형 볼록 돌기는 케이스(230)의 내부에서 전극 조립체(10)의 압축 삽입을 유도할 수 있다.
예를 들면, 케이스(230)는 합성수지재로 형성될 수 있다. 이 경우, 케이스(230)에 전극 조립체(10)를 삽입할 때, 케이스(230)는 직경 방향으로 변형되어 전극 조립체(10)의 삽입을 가능하게 한다.
도시하지 않았으나, 케이스가 합성수지재로 형성되는 경우, 고정부는 팽창된 상태에서 전극 조립체를 삽입한 후, 자외선 경화에 따른 열수축에 의하여 형성될 수도 있다. 이 경우, 케이스에 전극 조립체의 삽입 작업이 용이해질 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2: 이차 전지 10: 전극 조립체
11, 12: (제1, 제2)전극 13: 세퍼레이터
14: 권심 21, 22: (제1, 제2)단자
30, 230: 케이스 31, 32: (제1, 제2)개구
33, 34: 제1, 제2비딩부 35, 55: 고정부
51, 52: (제1, 제2)개스킷 61, 62: (제1, 제2)탭
111, 121: 코팅부 112, 122: 무지부
211, 221: 플레이트부 212, 222: 돌출부
511, 521: 제1, 제2탭홀 G1, G2: 제1, 제2간격
L1, L2: 길이

Claims (12)

  1. 세퍼레이터의 양측에 전극을 배치하여 권취되는 전극 조립체;
    상기 전극에 탭으로 연결되는 단자;
    상기 전극 조립체를 내장하며 양단에 개구를 구비하는 케이스; 및
    상기 단자와 상기 개구 사이에 배치되어 상기 개구를 밀폐하고 상기 단자를 외부로 돌출시키는 개스킷
    을 포함하며,
    상기 케이스는,
    내면에서 상기 전극 조립체를 향하여 돌출되는 고정부를 더 구비하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 케이스의 직경 방향 중심으로 함입되는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 케이스의 길이 방향으로 대칭되고 상기 전극 조립체를 향하는 곡선형 볼록 돌기로 형성되는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극은,
    상기 세퍼레이터의 양측에 배치되는 제1전극과 제2전극을 포함하고,
    상기 단자는,
    상기 제1전극에 상기 탭 중 하나인 제1탭으로 연결되는 제1단자와 상기 제2전극에 다른 하나인 제2탭으로 연결되는 제2단자를 포함하는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 개스킷은,
    상기 개구 중 하나인 제1개구와 상기 제1단자 사이에 배치되어 상기 제1개구를 밀폐하고 상기 제1단자를 외부로 돌출시키는 제1개스킷과,
    다른 하나인 제2개구와 상기 제2단자 사이에 배치되어 상기 제2개구를 밀폐하고 상기 제2단자를 외부로 돌출시키는 제2개스킷을 포함하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1탭의 길이는
    상기 전극 조립체와 상기 제1단자 사이에 설정되는 제1간격보다 더 길게 형성되는 이차 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2탭의 길이는
    상기 전극 조립체와 상기 제2단자 사이에 설정되는 제2간격보다 더 길게 형성되는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는
    상기 개구에서 상기 단자와 상기 탭의 연결부에서 직경 방향 중심으로 함입된 비딩부를 구비하는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극의 무지부와 상기 탭은 용접으로 연결되는 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 알루미늄, 스테인레스 스틸 및 합성수지재 중 하나로 형성되는 이차 전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 2~5mm의 직경을 가지는 이차 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 2~5회 권취되는 이차 전지.
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