KR20160148316A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20160148316A
KR20160148316A KR1020150085181A KR20150085181A KR20160148316A KR 20160148316 A KR20160148316 A KR 20160148316A KR 1020150085181 A KR1020150085181 A KR 1020150085181A KR 20150085181 A KR20150085181 A KR 20150085181A KR 20160148316 A KR20160148316 A KR 20160148316A
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electrode
terminal
electrode assembly
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KR1020150085181A
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곽윤태
변상원
이관형
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며 일 측면에 홀이 형성되고, 상기 일 측면과 대향하는 타 측에 개구를 가지는 케이스; 상기 홀에 결합되고, 상기 케이스 측면을 평평한 형상이 되게 밀폐하는 밀봉부; 상기 개구에 결합된 캡 플레이트; 및 상기 제2전극에 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하여 상기 케이스의 외측으로 돌출된 제2단자를 포함하고, 상기 홀은 상기 케이스 면에 대하여 전극 조립체 측으로 함몰된 형상을 갖는 이차 전지에 관한 것이다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 다양한 첨단 분야에 적용하기 위하여 활발한 연구가 행해졌고 상용화되어 널리 이용되고 있다.
특히, 최근에는 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 대용량 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 대용량 고출력 이차 전지는 전력 저장용이나 대전력을 필요로 하는 기기에 사용될 수 있도록 다수의 전지 셀을 직ㆍ병렬로 연결하여 고출력의 전지 모듈 형태로 구성되는 것이 일반적이다.
한편, 이와 같은 전지 셀은 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치형 등을 들 수 있으며, 고출력이 요구되는 중대형 모듈에서는 고용량을 확보하기가 비교적 용이한 원통형 및 각형 전지가 일반적으로 사용되고 있다.
또한, 상기 전지 셀은 양극 및 음극 사이에 절연체인 세퍼레이터를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 상기 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 이때, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이들 단자는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 돌출되어 형성된다.
이와 같이 구성된 전지 셀을 전기적으로 연결하여 중대형 전지 모듈을 형성하는 경우, 종래와 같은 구조에서는 일 방향으로 전극 단자가 고정되기 때문에 단자를 연결하기 위한 별도의 공간이 필요하여 전지 모듈의 부피가 커지고, 전극 단자가 위치하는 상부로 전지 모듈의 회로 구성 등을 배치할 수 밖에 없어 전지 모듈을 구성하는데 유연성이 떨어져서 사용자의 선택성이 매우 제한되는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같이 전극 단자가 전지 셀의 상부로 돌출된 전지 셀을 나란히 배치하여 모듈을 구성하는 경우, 전지 모듈의 높이가 높아지기 때문에 이를 전기 자동차에 적용하는 경우 차체의 높이가 높아질 수 밖에 없는 문제점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전지 모듈 구성시 보다 적은 부피를 차지하도록 컴팩트한 구조의 배열이 가능하고, 전지 모듈의 회로 구성 위치 등에 대한 유연성을 향상시킬 수 있으며, 전지 모듈의 높이를 낮출 수 있는 구조를 갖는 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 측면에서, 본 발명은, 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며 일 측면에 홀이 형성되고, 상기 일 측면과 대향하는 타 측에 개구를 가지는 케이스; 상기 홀에 결합되고, 상기 케이스 측면을 평평한 형상이 되게 밀폐하는 밀봉부; 상기 개구에 결합된 캡 플레이트; 및 상기 제2전극에 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하여 상기 케이스의 외측으로 돌출된 제2단자를 포함하고, 상기 홀은 상기 케이스 면에 대하여 전극 조립체 측으로 함몰된 형상을 갖는 이차 전지를 제공한다.
이때, 상기 함몰된 형상은 상기 케이스 면에 대하여 단차를 형성하는 것일 수 있다. 또한, 상기 단차는 상기 케이스 일 측면에 형성된 홀의 크기가 상기 전극 조립체 측으로 함몰된 형상이 이루는 홀의 크기보다 큰 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 함몰된 형상은 상기 케이스 면에 대하여 직각을 이루는 측벽을 포함할 수 있다.
또한, 상기 함몰된 형상은 상기 케이스 면에 대하여 경사를 이루는 측벽을 포함할 수 있다.
한편, 상기 밀봉부는 상기 케이스와 동일한 재질로 이루어지고, 상기 제1전극에 형성된 무지부가 직접 접합된 것일 수 있다.
필요에 따라, 상기 밀봉부는 상기 제1전극에 연결되는 제1단자를 이루는 것일 수 있다.
이때, 상기 제1단자는 상기 홀을 관통하여 형성되되 상기 케이스 면에 돌출되지 않도록 접합될 수 있다.
한편, 상기 제2단자와 상기 캡 플레이트 사이에는 절연 부재가 배치되고, 상기 제2단자에는 상기 제2전극에 형성된 무지부가 직접 접합될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는 케이스의 일 측면에 전극 조립체 측으로 함몰된 형상을 갖는 홀을 포함함으로써, 양극 단자 및 음극 단자를 케이스의 마주보는 면에 각각 형성하거나, 하나의 단자만을 갖는 이차 전지를 얻을 수 있다. 이러한 구조의 이차 전지를 이용하여 전지 모듈을 구성하는 경우, 회로 구성 등을 설계할 수 있는 공간이 전지 모듈의 상부 영역에만 국한되지 않고, 사용자의 편의에 따라 전지 모듈의 측면 공간도 활용할 수 있으며, 전체적인 전지 모듈의 높이를 낮추면서도 컴팩트한 배치가 가능하여 동일한 부피에서 전지 모듈의 용량을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 이차 전지의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 이차 전지의 종단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 종단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 전극 조립체(10)와 케이스(20), 밀봉부(35), 캡 플레이트(50) 및 제2단자(31)를 포함한다. 도 1 및 도 2에는 이해를 돕기 위하여, 편의상 밀봉부(35)를 제외하고 도시하였다. 이하에서는 각형 전지를 예로써 설명하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 파우치 전지, 리튬 폴리머 전지 등 다양한 이차 전지에 대하여 적용될 수 있다.
본 발명의 이차 전지(101)에 포함되는 상기 전극 조립체(10)는 띠 형상의 양극(제1 전극)(11), 음극(제2전극)(12) 및 양극(11)과 음극(12) 사이에 배치된 세퍼레이터(13)를 포함하며, 권취된 구조로 이루어진다. 즉, 상기 전극 조립체(10)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재한 상태에서 권회축을 중심으로 권취된 후, 납작하게 가압된다.
다음으로, 상기 양극(11)은 양극 집전체와 양극 집전체에 도포된 양극 활물질층을 포함하는데, 양극 집전체는 알루미늄 등의 금속 박판으로 이루어질 수 있으며, 양극 활물질층은 리튬계 산화물로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 음극(12)은 음극 집전체와 음극 집전체에 도포된 음극 활물질층을 포함하는데, 음극 집전체는 구리 등의 금속 박판으로 이루어질 수 있으며, 음극 활물질층은 탄소계 활물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터(13)는 다공성 박막으로 이루어지는데, 예를 들면, 폴리올레핀계 수지로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 전극 조립체(10)의 일 측단에는 케이스의 측면(23)을 향하여 돌출된 양극 무지부(11a)가 형성될 수 있고, 전극 조립체(10)의 타 측단에는 케이스의 개구(25)를 향하여 돌출된 음극 무지부(12a)가 형성될 수 있다.
이때, 상기 양극 무지부(11a) 및 음극 무지부(12a)는 다수개가 돌출되어 이들을 하나의 집전부(미도시)에 용접하여 케이스에 연결될 수도 있고, 다수개의 양극 무지부(11a) 및 음극 무지부(12a)가 각각 띠 형상으로 길게 돌출되어 직접 케이스에 연결될 수도 있으며, 그 형태가 특별히 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 케이스(20)는 눕혀진 사각 기둥 형상으로 이루어지며, 일 측면(23)에 홀(26)이 형성되고, 상기 일 측면(23)과 마주보는 타 측에 개구(25)를 갖는다. 이때, 상기 개구(25)를 통해서 전극 조립체(10)를 수용한다. 상기 케이스(20)는 외주면(21)과 케이스(20)의 일 측에 형성되며 외주면(21)과 연결된 측면(23)을 갖는다. 상기 측면(23)의 중앙에는 홀(26)이 형성되는데 상기 홀(26)은 케이스 측면(23)에 대하여 전극 조립체(10) 측으로 함몰된 형상을 갖는다.
한편, 상기 전극 조립체(10)는 양극 무지부(11a)와 음극 무지부(12a)가 서로 마주보는 다른 측에 위치하도록 배치되는데, 양극 무지부(11a)는 전극 조립체(10)의 일 측에 위치하고, 음극 무지부(12a)는 전극 조립체(10)의 타 측에 위치한다.
이러한 상기 조립체(10)는 개구(25)를 통해 양극(11)이 홀(26)을 향하도록 하여 케이스(20)에 수용될 수 있다.
이때, 상기 홀(26) 전극 조립체(10) 측으로 함몰된 형상을 가질 수 있으며, 상기 함몰된 형상은 상기 케이스(20) 면에 대하여 단차를 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 단차는 상기 케이스(20)의 측면(23)에 형성된 홀(26b)의 크기가 전극 조립체(10) 측으로 함몰된 형상이 이루는 홀(26c)의 크기보다 크게 형성되어 계단 형상으로 절곡된 측벽(26a)을 갖도록 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 홀(26)이 단차를 갖도록 형성되는 경우, 상기 밀봉부(35)를 케이스(20)에 결합시킬 때 용접에 의해 쉽게 밀폐할 수 있으므로 공정성이 우수하다.
이해를 돕기 위하여, 도 3에는 단차를 갖도록 형성되는 케이스(20) 측면(23)의 홀(26)을 확대하여 도시하였다. 확대도에는 편의상 밀봉부(35) 및 밀봉부(35)에 접합되는 양극 무지부의 접합부(11ab)는 도시하지 않았다.
도 3의 확대도를 참조하면, 케이스의 측면(23)에 형성된 홀(26)은 전극 조립체(10) 측으로 함몰된 형상으로 이루어진다. 구체적으로, 상기 홀(26)은 케이스의 측면(23)에 형성된 바깥 쪽 홀(26b)과 전극 조립체 측으로 함몰되어 형성된 안쪽 홀(26c)을 포함한다. 본 발명의 제1실시예에서는 바깥 쪽 홀(26b)의 측벽(26bb)과 안쪽 홀(26c)의 측벽(26cc)이 수직으로 연결되기 때문에, 결과적으로 상기 홀(26)은 케이스 측면(23)에 대하여 직각을 이루는 계단 형상의 측벽(26a)을 갖도록 형성된다.
다시 설명하면, 상기 홀(26)은 세로 폭이 다른 직사각형 두 개가 합쳐진 다각 형상의 횡단면을 갖도록 형성되는데, 그 중 전극 조립체(10) 측에 함몰되어 형성된 안쪽 홀(26c)의 측벽(26cc)과 측벽(26cc) 사이의 거리가 케이스의 측면(23)에 형성된 바깥 쪽 홀(26b)의 측벽(26bb)과 측벽(26bb) 사이의 거리보다 더 좁게 형성된다. 이에 따라, 밀봉부(35)는 케이스(20) 측면(23)에 형성된 바깥쪽 홀(26b)에만 맞게 제조되면 되므로 보다 쉽게 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 밀봉부(35)는 케이스(20)의 측면(23)을 평평한 형상이 되게 밀폐하도록, 즉, 케이스(20) 측면(23)에 돌출되지 않도록 밀봉되어야 한다. 따라서, 상기 밀봉부(35)의 두께는 계단 형상의 측벽(26a) 중 케이스(20)의 측면(23)에 형성된 홀(26b)의 측벽(26bb)의 높이와 실질적으로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 밀봉부(35)는 상기 케이스(20)의 측면(23)에 형성된 바깥 쪽 홀(26b)을 밀폐할 수 있도록 홀(26b)의 형상과 동일하게 제조되어 배치되며, 그 재질은 케이스(20)의 재질과 동일한 것이 바람직하다.
또한, 양극 무지부의 접합부(11ab)는 케이스(20) 측면(23)에서 전극 조립체 측으로 함몰된 부분의 홀(26c)의 두께와 실질적으로 동일한 두께가 되도록, 구체적으로는, 밀봉부(35)와 평행하게 밀폐되도록 굴곡되어 안쪽 홀(26c)의 내부에 수용된다. 이에 따라 양극 무지부(11a)에는 전극 조립체(10)의 외주면에 대하여 경사지게 배치된 경사 연결부(11aa)와 경사 연결부(11aa)에서 벤딩되며 밀봉부(35)에 용접된 접합부(11ab)가 형성된다.
이러한 형상으로, 양극 무지부(11a)의 접합부(11ab)를 밀봉부(35)에 직접 용접하고, 밀봉부(35)를 홀(26)에 용접함으로써, 케이스(20) 및 밀봉부(35)는 양극(11)으로 대전된다. 따라서, 별도의 양극 단자를 포함하지 않아도 케이스(20)가 양극(11)의 기능을 수행할 수 있으므로 전지 모듈을 구성하는 경우 양극 단자 형성 공간이 별도로 필요하지 않은 장점이 있다.
한편, 상기 밀봉부(35)에는 상기한 바와 같이 양극(11)이 연결되고, 상기 음극(12)에는 제2단자(31)가 용접으로 접합된다. 보다 구체적으로, 상기 제2단자(31)는 음극 무지부(12a)에 용접으로 접합되며 캡 플레이트(50)의 단자 홀(51)을 관통하여 외측으로 돌출된다.
또한, 상기 제2단자(31)는 음극 무지부(12a)의 외면에 용접되며 음극 무지부(12a)는 굴곡되어 제2단자(31) 및 캡 플레이트(50)와 평행하게 배치된다. 이에 따라 음극 무지부(12a)에는 전극 조립체(10)의 외주면에 대하여 경사지게 배치된 경사 연결부(12aa)와 경사 연결부(12aa)에서 벤딩되며 제2단자(31)에 용접된 접합부(12ab)가 형성된다.
보다 구체적으로, 상기 제2단자(31)는 절연부재(32)를 매개로 캡 플레이트(50)에 고정 설치되며, 절연부재(32)는 캡 플레이트(50)와 제2단자(31) 사이에 설치되어 제2단자(31)와 캡 플레이트(50)를 전기적으로 절연한다. 제2단자(31)의 일면에는 음극 무지부(12a)가 직접 용접된다. 이때, 상기 제2단자(31)는 캡 플레이트(50)에 형성된 단자 홀(51)을 관통하도록 설치된 상태에서 가압되어 일단 및 타단이 넓게 펴진 리벳 형태로 이루어진다.
상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 따르면 케이스(20)와 동일한 재질로 이루어진 밀봉부(35)가 전극 조립체(10)의 양극(11)과 직접 연결되므로 구조를 단순화하여 생산 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 제조 공정 간소화가 가능하므로 생산성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 케이스의 측면(23)이 평평하게 밀폐되는 경우 본 발명의 이차 전지(101)를 이용하여 중대형의 전지 모듈을 형성할 때 보다 컴팩트한 구조로 배열할 수 있다. 또한, 각 이차 전지(101)의 열화에 따른 냉각 공정 수행시 별도의 냉각제 도포 없이 공기 및/또는 유체 순환 등으로도 냉각 효율을 쉽게 향상시킬 수 있어 냉각 공정의 비용적인 측면에서도 절감 효과가 매우 우수하다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 종단면도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 제2실시예에 따른 이차 전지(101)는 상기 밀봉부(35) 형상과 케이스(20) 측면(23)에 형성된 홀(26)의 형상을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 제2실시예에 따른 이차 전지(101)는 전극 조립체(10)와 케이스(20), 캡 플레이트(50), 밀봉부(35) 및 제2단자(31)를 포함한다.
이때, 상기 양극(11)에는 밀봉부(35)가 연결되며, 상기 음극(12)에는 제2단자(31)가 용접으로 접합된다. 또한, 상기 밀봉부(35)에는 양극 무지부(11a)가 용접으로 접합되며 케이스(20)의 측면(23)에 돌출되지 않도록 홀(26)에 밀봉부(35)가 결합되어 밀폐된다. 또한, 상기 제2단자(31)는 음극 무지부(12a)에 용접으로 접합되며 캡 플레이트(50)를 관통하여 외측으로 돌출된다.
한편, 상기 케이스(20)는 홀(26)이 형성된 측면(23)의 타 측에 개구(25)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용하며, 누운 사각 기둥 형상으로 이루어진다. 이때, 상기 케이스(20)는 외주면(21)과 케이스(20)의 일 측에 형성되며 외주면(21)과 연결된 측면(23)을 갖는다. 상기 측면(23)의 중앙에는 홀(26)이 형성되는데 홀(26)에 밀봉부(35)가 결합되고, 상기 밀봉부(35)는 전극 조립체(10)의 양극(11)과 연결되어 별도의 양극 단자 없이도 양극(11) 기능을 수행할 수 있다.
또한, 도 4의 확대도를 참조하면, 상기 홀(26)은 전극 조립체(10)측으로 함몰된 형상으로 이루어진다. 구체적으로, 상기 홀(26)은 케이스의 측면(23)에 형성된 바깥 쪽 홀(26b)과 전극 조립체 측으로 함몰되어 형성된 안쪽 홀(26c)을 포함한다. 본 발명의 제2실시예에서는, 바깥 쪽 홀(26b)의 측벽(26bb)이 경사면을 갖도록 형성되고, 안쪽 홀(26c)의 측벽(26cc)은 케이스 측면(23)에 대하여 수직한 측벽(26cc)을 갖도록 형성된다.
다시 설명하면, 홀(26)은 경사진 상부 및 하부 면을 갖는 사각 형상 및 직사각형이 합쳐진 다각 형상의 횡단면을 갖도록 형성되는데, 그 중 케이스의 측면(23)에 형성된 바깥 쪽 홀(26b)의 측벽(26bb)은 전극 조립체(10) 측으로 갈수록 세로 폭이 더 좁게 경사져서 형성되고, 전극 조립체(10) 측에 함몰되어 형성된 안쪽 홀(26c)의 측벽(26cc)은 케이스(20) 측면(23)과 수직하게 형성된다.
이에 따라 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지는 전술한 효과 외에도 밀봉부(35)를 전지 케이스의 측면(23) 홀(26)에 끼워 넣은 방식으로 보다 쉽게 삽입할 수 있는 장점도 갖는다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 종단면도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 이차 전지(101)는 밀봉부(35)가 전극 조립체(10)의 양극(11)에 연결되는 제1단자(34)를 이루고, 상기 제1단자(34)와 전극 조립체(10)의 양극(11)과의 접합 위치를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 제3 실시예에 따른 이차 전지(101)는 전극 조립체(10)와 케이스(20), 캡 플레이트(50), 제1단자(34) 및 제2단자(31)를 포함한다. 이때, 상기 전극 조립체(10)는 양극(11), 음극(12), 및 양극(11)과 음극(12) 사이에 배치된 세퍼레이터(13)를 포함하며, 상기 양극(11)에는 활물질이 코팅된 양극 코팅부와 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부(11a)가 형성된다. 또한, 상기 음극(12)에는 활물질이 코팅된 음극 코팅부와 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부(12a)가 형성된다.
또한, 상기 제2단자(31)는 음극 무지부(12a)에 용접으로 접합되며 캡 플레이트(50)를 관통하여 외측으로 돌출된다. 제2단자(31)의 구조는 전술한 제1실시예와 동일하므로 여기서는 생략하기로 한다.
한편, 상기 케이스(20)는 홀(26)을 포함하는 측면(23)과 마주보는 타 측에 개구(25)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용하며, 누운 사각 기둥 형상으로 이루어진다. 또한, 상기 케이스(20)는 외주면(21)과 상기 외주면(21)과 연결된 측면(23)을 갖는다. 측면(23)의 중앙에는 단차를 갖는 홀(26)이 형성되며, 상기 홀(26)에는 제1단자(34)가 삽입된다.
또한, 상기 홀(26)은 케이스의 측면(23)에 형성된 바깥 쪽 홀(26b)과 전극 조립체 측으로 함몰되어 형성된 안쪽 홀(26c)을 포함한다. 이때, 바깥 쪽 홀(26b)의 측벽(26bb)과 안쪽 홀(26c)의 측벽(26cc)이 수직으로 연결되기 때문에, 결과적으로 상기 홀(26)은 케이스 측면(23)에 대하여 직각을 이루는 계단 형상의 측벽(26a)을 갖도록 형성된다. 다시 말하면, 상기 홀(26)은 세로 폭이 다른 직사각형 두 개가 합쳐진 다각 형상의 횡단면을 갖도록 형성되는데, 그 중 전극 조립체(10) 측에 함몰되어 형성된 안쪽 홀(26c)의 측벽(26cc)과 측벽(26cc) 사이의 거리가 케이스의 측면(23)에 형성된 바깥 쪽 홀(26b)의 측벽(26bb)과 측벽(26bb) 사이의 거리보다 더 좁게 형성된다.
제1단자(34)는 상기한 홀(26)의 형상과 실질적으로 동일한 형상으로 제조되어 양극(11)의 접합부(11ab)와 직접 용접으로 접합된다. 이때, 상기 용접은 초음파 용접으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 제1단자(34)는 단차를 갖는 홀(26)을 관통하여 삽입되되 상기 케이스(20)의 측면(23)에 돌출되지 않도록 접합되어 케이스(20) 측면(23)이 평평한 형상을 갖도록 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 제3 실시예에 따른 이차 전지는 전술한 효과 외에도 제1단자(34)가 밀봉부 역할을 하기 때문에 제조 공정의 단순화가 가능하고, 제1단자(34)와 케이스의 접촉 면적이 확대되는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 종단면도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(101)는 밀봉부(35)가 전극 조립체(10)의 제1전극(11)에 연결되는 제1단자(34)를 이루고, 상기 제1단자(34)와 전극 조립체(10)의 양극(11)과의 접합 위치를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 제4 실시예에 따른 이차 전지(101)는 전극 조립체(10)와 케이스(20), 캡 플레이트(50), 제1단자(34) 및 제2단자(31)를 포함한다. 이때, 전극 조립체(10)는 양극(11), 음극(12), 세퍼레이터(13)를 포함하고, 양극(11)에는 활물질이 도포된 양극 코팅부와 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부(11a)가 형성된다. 또한, 음극(12)에는 활물질이 도포된 음극 코팅부와 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부(12a)가 형성된다.
또한, 상기 제2단자(31)는 음극 무지부(12a)에 용접으로 접합되며 캡 플레이트(50)를 관통하여 외측으로 돌출된다. 이때, 상기 캡 플레이트(50)와 제2단자(31) 사이에는 절연을 위한 절연부재(32)가 설치된다. 또한, 캡 플레이트(50)의 아래에는 절연 플레이트(37)가 설치되는데 상기 절연 플레이트(37)는 4각의 긴 판형으로 이루어지며 상기 절연 플레이트(37)에 상기 제2단자(31)의 일 측부가 삽입된다. 이와 같이 절연 플레이트(37)가 설치되면 음극 무지부(12a)가 캡 플레이트(50)와 맞닿는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 케이스(20)는 홀(26)을 포함하는 측면(23)과 마주보는 타 측에 개구(25)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용하며, 누운 사각 기둥 형상으로 이루어진다. 또한, 상기 케이스(20)는 외주면(21)과 상기 외주면(21)과 연결된 측면(23)을 갖는다. 측면(23)의 중앙에는 단차를 갖는 홀(26)이 형성되며, 상기 홀(26)에는 제1단자(34)가 삽입된다.
또한, 상기 홀(26)은 케이스의 측면(23)에 형성된 바깥 쪽 홀(26b)과 전극 조립체 측으로 함몰되어 형성된 안쪽 홀(26c)을 포함한다. 이때, 바깥 쪽 홀(26b)의 측벽(26bb)은 경사면을 갖도록 형성되고, 안쪽 홀(26c)의 측벽(26cc)은 케이스 측면(23)에 대하여 수직한 측벽(26cc)을 갖도록 형성된다.
다시 설명하면, 홀(26)은 경사진 상부 및 하부 면을 갖는 사각 형상 및 직사각형이 합쳐진 다각 형상의 횡단면을 갖도록 형성되는데, 그 중 케이스의 측면(23)에 형성된 바깥 쪽 홀(26b)의 측벽(26bb)은 전극 조립체(10) 측으로 갈수록 세로 폭이 더 좁게 경사져서 형성되고, 전극 조립체(10) 측에 함몰되어 형성된 안쪽 홀(26c)의 측벽(26cc)은 케이스(20) 측면(23)과 수직하게 형성된다.
제1단자(34)는 상기한 홀(26)의 형상과 실질적으로 동일한 형상으로 제조되며, 양극 무지부(11a)에 용접으로 접합될 수 있다. 보다 구체적으로, 제4실시예에서, 상기 제1단자(34)는 양극 무지부(11a)의 접합부(11ab)에 용접되는데, 상기 용접은 초음파 용접으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 제1단자(34)는 단차를 갖는 홀(26)을 관통하여 삽입되되 상기 케이스(20)의 측면(23)에 돌출되지 않도록 접합되어 케이스(20) 측면(23)이 평평한 형상을 갖도록 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 제4 실시예에 따른 이차 전지는 전술한 효과 외에도 제1단자(34)를 홀(26)에 끼워 넣는 방식으로 보다 용이하게 삽입할 수 있고, 이와 같이 삽입되어 접합된 제1단자(34)가 밀봉부 역할을 하기 때문에 제조 공정의 단순화가 가능하고, 제1단자(34)와 케이스의 접촉 면적이 확대되는 장점이 있다.
상기한 바와 같이 본 제1 실시예 내지 제4실시예에 따른 이차 전지에서는 케이스 측면에 단차를 갖는 홀을 형성하고, 여기에 전극 조립체의 양극과 직접 전기적으로 연결되는 밀봉부 또는 제1단자를 케이스 측면이 평평한 형상이 되도록 밀폐하는 구조로 형성함으로써, 결과적으로 하나의 단자만이 케이스의 일 측면에 돌출된 형상을 갖는 이차 전지를 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이차 전지를 이용하여 전지 모듈을 구성하는 경우, 사용자의 편의에 따라 회로 구성 등을 설계할 수 있는 측면 공간을 확보할 수 있고, 전지 모듈의 높이를 낮추면서도 보다 컴팩트한 배열이 가능하다.
아울러, 이차 전지의 열화에 따른 냉각 공정의 수행이 필요한 경우, 고가의 냉각제 도포 없이, 평평한 형상의 케이스의 측면에 공기 및/또는 유체 등을 순환시키는 방법만으로도 냉각 효율을 쉽게 향상시킬 수 있으므로 매우 유리하다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
101 : 이차 전지
10 : 전극 조립체
11: 양극
11a : 양극 무지부
11aa, 12aa: 경사 연결부
11ab, 12ab: 접합부
12 : 음극
12a : 음극 무지부
13 : 세퍼레이터
20 : 케이스
21: 케이스의 외주면
23 : 케이스의 측면
25: 개구
26 : 홀
31: 제2단자
32: 절연부재
34 : 제1단자
35 : 밀봉부
37: 절연 플레이트
50: 캡 플레이트

Claims (9)

  1. 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며 일 측면에 홀이 형성되고, 상기 일 측면과 대향하는 타 측에 개구를 가지는 케이스;
    상기 홀에 결합되고, 상기 케이스 측면을 평평한 형상이 되게 밀폐하는 밀봉부;
    상기 개구에 결합된 캡 플레이트; 및
    상기 제2전극에 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하여 상기 케이스의 외측으로 돌출된 제2단자를 포함하고,
    상기 홀은 상기 케이스 면에 대하여 상기 전극 조립체 측으로 함몰된 형상을 갖는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 함몰된 형상은 상기 케이스 면에 대하여 단차를 형성하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단차는 상기 케이스 일 측면에 형성된 홀의 크기가 상기 전극 조립체 측으로 함몰된 형상이 이루는 홀의 크기보다 큰 형상인 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 함몰된 형상은 상기 케이스 면에 대하여 직각을 이루는 측벽을 포함하는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 함몰된 형상은 상기 케이스 면에 대하여 경사를 이루는 측벽을 포함하는 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 케이스와 동일한 재질로 이루어지고, 상기 제1전극에 형성된 무지부가 직접 접합된 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 제1전극에 연결되는 제1단자를 이루는 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1단자는 상기 홀을 관통하여 형성되되 상기 케이스 면에 돌출되지 않도록 접합된 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2단자와 상기 캡 플레이트 사이에는 절연 부재가 배치되고, 상기 제2단자에는 상기 제2전극에 형성된 무지부가 직접 접합된 이차 전지.
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