KR20170039893A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 내부 케이스의 주액구의 크기를 최대화함과 동시에 캡 플레이트와 전극 조립체의 단락을 최소화할 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 적어도 하나의 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 절연성의 내부 케이스; 상기 전극 조립체 및 내부 케이스를 수용하는 외부 케이스; 상기 외부 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 내부 케이스는 상기 캡 플레이트와 대응되는 상면을 포함하며, 상기 상면에는 전해액의 주입을 위한 주액구가 형성되는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 적어도 하나의 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 절연성의 내부 케이스; 상기 전극 조립체 및 내부 케이스를 수용하는 외부 케이스; 상기 외부 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 내부 케이스는 상기 캡 플레이트와 대응되는 상면을 포함하며, 상기 상면에는 전해액의 주입을 위한 주액구가 형성되는 이차 전지가 개시된다.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 및 돌출된다.
본 발명은 내부 케이스의 주액구의 크기를 최대화함과 동시에 캡 플레이트와 전극 조립체의 단락을 최소화할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 적어도 하나의 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 절연성의 내부 케이스; 상기 전극 조립체 및 내부 케이스를 수용하는 외부 케이스; 상기 외부 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 내부 케이스는 상기 캡 플레이트와 대응되는 상면을 포함하며, 상기 상면에는 전해액의 주입을 위한 주액구가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 내부 케이스는, 상면으로부터 절곡된 한 쌍의 장측면, 상기 장측면의 양끝단으로부터 절곡된 한 쌍의 단측면 및 상기 상면과 마주보도록 상기 장측면으로부터 절곡된 하면을 포함하여 상기 전극 조립체의 외면 전체를 감쌀 수 있다.
그리고 상기 주액구는 서로 이격된 다수의 홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 주액구는 상기 상면으로부터 일정 깊이를 갖도록 하부로 돌출될 수 있다.
또한, 상기 주액구는 상면으로부터 상기 내부 케이스의 내측으로 연장되는 측벽부 및 상기 측벽부로부터 상기 주액구의 내측을 향하여 연장되는 바닥부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 주액구와 인접한 상면으로부터 상기 측벽부 및 바닥부를 따라 적어도 하나의 절개부가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 내부 케이스의 상면과 대응되는 주액구의 직경은 상기 바닥부와 대응되는 주액구의 직경보다 클 수 있다.
또한, 상기 내부 케이스의 상면은 상기 전극 조립체의 제 1 전극탭 및 제 2 전극탭이 인출되는 제 1 전극탭 홀 및 제 2 전극탭 홀을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트의 상기 주액구와 대응되는 영역에는 전해액 주입구가 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 내부 케이스의 주액구의 크기를 최대화하여 전해액 주입의 정확도를 향상시킴과 동시에 캡 플레이트와 전극 조립체의 단락을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 전극 조립체의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 내부 케이스의 사시도이다.
도 6은 도 5의 B 부분의 확대 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 내부 케이스의 사시도이다.
도 8은 도 7의 B 부분의 확대 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 7의 B 부분을 확대한 평면도 및 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 전극 조립체의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 내부 케이스의 사시도이다.
도 6은 도 5의 B 부분의 확대 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 내부 케이스의 사시도이다.
도 8은 도 7의 B 부분의 확대 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 7의 B 부분을 확대한 평면도 및 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 전극 조립체의 분해 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 내부 케이스의 사시도이다. 도 6은 도 5의 A 부분의 확대 사시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 적어도 하나의 전극 조립체(110), 내부 케이스(120), 제 1 단자(130), 제 2 단자(140), 외부 케이스(150) 및 캡 조립체(160)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층체가 권취되거나 겹쳐서 형성된다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다. 상기 전극 조립체(110)는 적어도 하나가 구비될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 전극 조립체(110)가 2개 구비된 것으로 도시되었으나, 이것으로 본 발명을 한정하지는 않는다.
상기 제 1 전극판(111)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 1 전극 활물질이 도포되어 형성된다. 상기 제 1 전극판(111)은 제 1 전극 활물질이 도포된 영역인 제 1 전극 활물질층(111a) 및 제 1 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부는 제 1 전극판(111)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 제 1 전극판(111)의 재질이 한정되지 않는다.
상기 제 2 전극판(112)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 2 전극 활물질이 도포되어 형성된다. 상기 제 2 전극판(112)은 제 2 전극 활물질이 도포된 영역인 제 2 전극 활물질층(112a) 및 제 2 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부는 제 2 전극판(112)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극판(112)의 재질이 한정되지 않는다.
상기와 같은 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질이 한정되지 않는다.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 외부 케이스(150)에 수납된다. 상기 전해액은 유기 용매에 리튬염이 용해된 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
한편, 상기 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)의 적어도 일 개소에는 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)이 접속될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 전극탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)와 제 1 단자(130) 사이에 개재되고, 상기 제 2 전극탭(112b)은 상기 전극 조립체(110)와 제 2 단자(140) 사이에 개재된다. 본 명세서를 통하여 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)은 전극탭(111b, 112b)으로 총괄적으로 호칭될 수 있다.
실질적으로, 상기 제 1 전극탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)의 제 1 전극판(111) 중 제 1 활물질(111a)이 도포되지 않은 제 1 무지부 자체이거나, 또는 제 1 무지부에 접속된 별도 부재일 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극 탭(112b)은 상기 전극 조립체(110)의 제 2 전극판(112) 중 제 2 활물질(112a)이 도포되지 않은 제 2 무지부 자체이거나, 또는 상기 제 2 무지부에 접속된 별도의 부재일 수 있다. 여기서는, 상기 제 1, 2 전극탭(111b, 112b)이 제 1, 2 전극판(111, 112) 중 제 1, 2 무지부 자체인 것으로 도시하였으나, 이것으로 본 발명을 한정하지는 않는다.
상기 제 1 전극 탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)의 상단으로부터 후술될 상기 제 1 단자(130)의 하단을 향하여 연장되며, 상기 제 2 전극 탭(112b)은 상기 전극 조립체(110)의 상단으로부터 후술될 상기 제 2 단자(140)의 하단을 향하여 연장된다. 각각의 상기 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)은 상기 제 1 단자(130) 및 제 2 단자(140)에 직접 전기적으로 접속 또는 용접된다.
고용량 고출력 배터리의 경우에는 전극 조립체(110) 자체로부터 다수의 전극탭(111b, 112b)이 연장되므로 높은 출력 전류를 얻을 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체(110)가 갖는 전극 탭(111b, 112b, 무지부 자체 또는 별도 부재)이 직접 단자에 전기적으로 접속되어 전기적 경로가 짧아짐으로써, 전극 조립체와 단자 사이의 전기적 접속 공정이 간단할 뿐만 아니라 이차 전지의 내부 저항 및 부품 개수가 감소한다. 더불어, 상기 전극 조립체(110)가 갖는 권취 축과 상기 제 1, 2 단자(130, 140)가 갖는 단자 축이 상호간 대략 평행 또는 수평하게 형성됨으로써, 전해액 주입 시 전극 조립체의 전해액 함침성이 우수할 뿐만 아니라, 과충전 시 내부 가스가 안전벤트로 신속하게 이동하여 안전벤트가 빠르게 동작한다.
상기 내부 케이스(120)는 그 내부에 상기 전극 조립체(110)를 수용하도록 형성된다. 상기 내부 케이스(120)는 절연성 재질로 형성되어 상기 외부 케이스(150) 또는 캡 플레이트(161)로부터 상기 전극 조립체(110)를 전기적으로 절연시킨다.
상기 내부 케이스(120)는 상기 캡 플레이트(161)와 마주보는 상면(120a), 상기 상면(120a) 중 상대적으로 길이가 긴 한 쌍의 장변으로부터 절곡된 한 쌍의 장측면(120b), 상기 장측면(120b)의 양끝단으로부터 절곡된 한 쌍의 단측면(120c) 및 상기 상면(120a)과 마주보도록 상기 장측면(120b)으로부터 절곡된 하면(120d)을 포함한다. 즉, 상기 내부 케이스(120)는 상기 상면(120a)을 기준으로, 장측면(120b), 한 쌍의 단측면(120c) 및 하면(120d)이 양측에 각각 대칭적으로 구비될 수 있다.
다시 말해서, 상기 내부 케이스(120)는 상면(120a)과 그 일측에 위치한 장측면(120b), 한 쌍의 단측면(120c) 및 하면(120d)이 제 1 영역을 이루고, 상면(120a)과 그 타측에 위치한 장측면(120b), 한 쌍의 단측면(120c) 및 하면(120d)이 제 2 영역을 이루게 된다. 상기 내부 케이스(120)는 초기에는 상면(120a)과 한 쌍의 장측면(120b)이 서로 평행하게 위치할 수 있다. 그리고 상기 내부 케이스(120) 각각의 제 1, 2 영역에 상기 전극 조립체(110)를 하나씩 수용한 뒤 상기 상면(120a)과 장측면(120b)의 경계 영역을 절곡시킴으로써, 상기 내부 케이스(120)가 상기 전극 조립체(110)의 외면 전체를 감싸게 된다. 이후, 내부 케이스(120) 및 그 내부에 수용된 전극 조립체(110)는 외부 케이스(150)에 수용된다.
물론, 상기 전극 조립체(110)는 적어도 하나로만 구비된다면 그 개수는 무방하므로, 이것으로 상기 전극 조립체(110)의 개수를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 내부 케이스(120) 역시 상기의 구조로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 그 내부에 상기 전극 조립체(110)를 수용할 수만 있다면 어떠한 구조를 갖더라도 무방하다.
상기 내부 케이스(120)의 상면(120a)은 제 1 전극탭 홀(121), 제 2 전극탭 홀(122), 벤트홀(123) 및 주액구(124)를 포함한다.
상기 제 1 전극탭 홀(121)은 상기 전극 조립체(110)의 제 1 전극탭(111b)이 관통된다. 상기 제 1 전극탭(111b)은 상기 제 1 전극탭 홀(121)을 통해 내부 케이스(120)로부터 외부로 인출되어 제 1 단자(130)와 접속된다.
상기 제 2 전극탭 홀(122)은 상기 전극 조립체(110)의 제 2 전극탭(112b)이 관통된다. 상기 제 2 전극탭(112b)은 상기 제 1 전극탭 홀(122)을 통해 내부 케이스(120)로부터 외부로 인출되어 제 2 단자(140)와 접속된다.
상기 벤트홀(123)은 이후 설명될 캡 조립체(160)의 벤트홀(161b)과 대응되는 위치에 형성된다. 상기 벤트홀(123)을 통해 상기 전극 조립체(110)의 사용에 따라 발생된 가스가 내부 케이스(120)로부터 방출될 수 있다. 또한, 상기 벤트홀(123)에 의하여 상기 캡 조립체(160)의 안전 벤트(164)가 보다 정확하게 작동될 수 있다.
상기 주액구(124)는 이후 설명될 캡 조립체(160)의 전해액 주입구(161a)와 대응되는 위치에 형성된다. 상기 전해액 주입구(161a)로 주입된 전해액은 상기 주액구(124)를 통과하여 내부 케이스(120) 내부의 전극 조립체(110)와 함침될 수 있다.
특히, 도 6을 참조하면, 상기 주액구(124)는 다수의 홀(124')을 포함함으로써 다공성으로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 홀(124')은 도면에 도시된 바와 같이 그 크기가 서로 다르게 형성될 수 있다. 물론, 상기 주액구(124)는 동일한 크기의 홀들이 다수개로 구비된 것일 수도 있다.
상기 주액구(124)는 그 크기가 클수록 전해액 주입이 보다 원활하게 이루어진다. 즉, 주액구(124)의 크기가 클수록 전해액 주입구(161a)로 주입된 전해액이 내부 케이스(120)의 전극 조립체(110)로 보다 정확하게 유입되어 전극 조립체의 전해액 함침성이 향상될 수 있다. 여기서, 주액구(124)의 크기가 크다는 것은 다수의 홀(124')들이 이루는 총 면적이 크다는 것을 의미한다. 즉, 상기 홀(124')의 개수가 많을수록 주액구(124)의 크기가 크다고 할 수 있다. 또한, 홀(124')의 크기가 커질수록 주액구(124)의 크기가 크다고 할 수 있다.
한편, 상기 홀(124')의 크기가 클수록 상기 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(161) 사이에 접촉 가능성이 증가한다. 즉, 외부 충격에 의하여 이차 전지가 변형될 때, 상기 홀(124')의 크기가 작을수록 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(161) 사이의 접촉이 최소화되어 둘 사이의 단락이 방지될 수 있다.
본 발명에서는 상기 주액구(124)가 다수의 홀(124')을 포함하도록 구비됨으로써, 주액구(124)의 전체 면적을 최대화하여 전해액의 주입이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 개개의 홀(124')의 크기는 최소화하여 전극 조립체(110)와 후술할 캡 플레이트(161) 사이의 단락을 방지할 수 있다. 즉, 주액구(124)가 다공성으로 이루어지므로, 이차 전지(100)의 안정성 평가 또는 사용 도중에 외부 충격이 발생하여도, 내부 케이스(120)에 수용된 전극 조립체(110)의 상부와 캡 플레이트(161)의 접촉이 최소화될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 다수의 홀(124')을 포함하는 주액구(124)의 전체 면적을 최대화하여 전해액 주입의 정확성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 주액구(124)를 다공성으로 형성하여 전극 조립체(110)의 극판과 캡 플레이트(161)의 접촉 가능성을 제거함으로써 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1 단자(130)는 상기 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결되며, 제 1 단자 기둥(131) 및 제 1 단자 플레이트(132)를 포함한다.
상기 제 1 단자 기둥(131)은 캡 플레이트(161)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 상기 제 1 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(161)의 하부에서 상기 제 1 전극탭(111b)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제 1 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(161)의 하부에서 상기 제 1 단자 기둥(131)이 캡 플레이트(161)로부터 빠지지 않도록 형성된 플랜지(131a)를 포함한다. 특히, 상기 플랜지(131a)에는 상기 제 1 전극탭(111b)이 전기적으로 접속 또는 용접된다. 한편, 상기 제 1 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(161)와 전기적으로 절연된다.
상기 제 1 단자 플레이트(132)는 그 중앙에 홀(미도시)을 포함한다. 그리고 상기 홀에는 상기 제 1 단자 기둥(131)이 결합되고 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제 1 단자 기둥(131)과 상기 제 1 단자 플레이트(132)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제 1 단자 기둥(131)과 제 1 단자 플레이트(132)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.
상기 제 2 단자(140)는 상기 제 2 전극판(112)과 전기적으로 연결되며, 제 2 단자 기둥(141) 및 제 2 단자 플레이트(142)를 포함한다.
상기 제 2 단자 기둥(141)은 후술되는 캡 플레이트(161)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 상기 제 2 단자 기둥(141)은 상기 캡 플레이트(161)의 하부에서 상기 제 2 전극탭(112b)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제 2 단자 기둥(141)은 상기 캡 플레이트(161) 하부에서 상기 제 2 단자 기둥(141)이 캡 플레이트(161)로부터 빠지지 않도록 형성된 플랜지(141a)를 포함한다. 특히, 상기 플랜지(141a)에는 상기 제 2 전극탭(112b)이 전기적으로 접속 또는 용접된다. 한편, 상기 제 2 단자 기둥(141)은 상기 캡 플레이트(161)와 전기적으로 절연된다. 또는, 상기 제 2 단자 기둥(141)은 상기 캡 플레이트(161)와 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 제 2 단자 플레이트(142)는 홀(미도시)을 포함한다. 그리고 상기 홀에는 상기 제 2 단자 기둥(141)이 결합되고 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제 2 단자 기둥(141)과 제 2 단자 플레이트(142)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제 2 단자 기둥(141)과 제 2 단자플레이트(142)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.
상기 외부 케이스(150)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(110), 내부 케이스(120), 제 1 단자(130) 및 제 2 단자(140)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 외부 케이스(150)는 상호 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 두 쌍의 측변부와 상기 두 쌍의 측변부의 하부에 이들과 수직으로 형성된 바닥부를 포함한다. 상기 외부 케이스(150)의 내면은 절연 처리되어 상기 전극 조립체(110), 제 1 단자(130), 제 2 단자(140) 및 캡 조립체(160)와 절연될 수 있다. 물론, 상기 외부 케이스(150) 및 전극 조립체(110) 사이에 내부 케이스(120)가 존재하므로, 상기 외부 케이스(150)의 내면을 절연 처리하는 과정은 생략될 수도 있다.
상기 캡 조립체(160)는 상기 외부 케이스(150)에 결합된다. 즉, 상기 캡 조립체(160)는 상기 외부 케이스(150)의 개구부를 밀폐시킨다. 상기 캡 조립체(160)는 구체적으로 캡 플레이트(161), 시일 가스켓(162c), 마개(163), 안전벤트(164), 상부 절연부재(162a) 및 하부 절연부재(162b)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(161)는 상기 외부 케이스(150)의 개구를 밀봉하며, 상기 외부 케이스(150)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(161)는 레이저 용접 방식으로 상기 외부 케이스(150)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(161)는 상기 제 2 단자(140)와 동일한 극성을 가질 수도 있으므로, 상기 캡 플레이트(161) 및 외부 케이스(150)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 캡 플레이트(161)는 상기 내부 케이스(120) 상면(120a)의 주액구(124)와 대응되는 전해액 주입구(161a) 및 벤트 홀(123)과 대응되는 벤트홀(161b)을 포함한다.
상기 시일 가스켓(162c)은 절연성 재질로 상기 제 1 단자 기둥(131) 및 제 2 단자 기둥(141) 각각과 캡 플레이트(161) 사이에 형성되어, 상기 제 1 단자 기둥(131) 및 제 2 단자 기둥(141) 각각과 캡 플레이트(161) 사이를 밀봉시킨다. 상기 시일 가스켓(162c)은 외부의 수분이 상기 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 상기 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 마개(163)는 상기 캡 플레이트(161)의 전해액 주입구(161a)를 밀봉한다. 즉, 상기 이차 전지(100)의 내부에 전해액 주입구(161a) 및 주액구(124)를 통하여 전해액을 주입한 뒤, 상기 마개(163)로 전해액 주입구(161a)를 밀폐시킨다.
상기 안전벤트(164)는 상기 캡 플레이트(161)의 벤트홀(161b)에 설치되며, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(164a)가 형성된다.
상기 상부 절연부재(162a)는 상기 제 1 단자 기둥(131) 및 제 2 단자 기둥(141) 각각과 캡 플레이트(161) 사이에 형성된다. 또한, 상기 상부 절연부재(162a)는 상기 캡 플레이트(161)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(162a)는 상기 시일 가스켓(162c)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(162a)는 상기 제 1 단자 기둥(131) 및 제 2 단자 기둥(141)과 캡 플레이트(161)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(162b)는 상기 제 1 전극 탭(111b) 및 제 2 전극 탭(112b) 각각과 캡 플레이트(161) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(162b)는 상기 제 1 전극 탭(111b)과 캡 플레이트(161) 사이의 단락, 그리고 상기 제 2 전극 탭(112b)과 캡 플레이트(161) 사이의 단락을 방지한다.
한편, 상기 캡 플레이트(161)가 상기 제 2 단자(140)와 동일한 극성을 가질 경우, 상기 제 2 단자(140)과 캡 플레이트(161) 사이의 시일 가스켓(162c), 상부 절연부재(162a) 및 하부 절연부재(162b)는 생략될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 적어도 하나의 전극 조립체(110)를 수용하는 절연성의 내부 케이스(120)를 포함하여 전극 조립체(110)와, 제 1, 2 단자(130, 140), 외부 케이스(150) 및 캡 플레이트(161) 사이의 전기적 절연이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 내부 케이스(120)의 상면(120a)에는 캡 플레이트(161)의 전해액 주입구(161a)와 대응되는 위치에 주액구(124)가 형성된다. 이 때, 주액구(124)는 다공성으로 이루어져 다수의 미세한 홀(124')을 포함한다. 즉, 상기 주액구(124)가 다공성으로 형성됨에 따라, 주액구의 크기를 최대화시켜 전해액 주입의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 더불어, 상기 주액구(124)가 다공성으로 형성되므로, 주액구의 전체적인 크기가 증가하여도, 주액구를 통해 전극 조립체(110)의 전극판(111, 112)과 캡 플레이트(161)가 접촉되는 것이 방지되므로, 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(161) 사이의 단락을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 내부 케이스의 사시도이다. 도 8은 도 7의 B 부분의 확대 사시도이다. 도 9a 및 도 9b는 도 7의 B 부분을 확대한 평면도 및 단면도이다.
도 7 내지 도 9b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 내부 케이스(220)는 상면(120a)에 제 1 전극탭 홀(121), 제 2 전극탭 홀(122), 벤트 홀(123) 및 주액구(224)를 포함한다. 도시되지는 않았으나, 앞선 실시예에서 개시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 케이스(220)는 전극 조립체를 수용한 상태로 외부 케이스에 수용되며, 이 때 내부 케이스(220)가 절연성 재질로 형성됨은 당연하다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 케이스(220)는 주액구(224)를 제외한 나머지 구성에 대해서는 앞선 실시예와 동일하므로, 이하에서는 주액구(224)만을 위주로 설명하도록 한다.
상기 주액구(224)는 캡 플레이트(161, 도 4)의 전해액 주입구(161a,도 4)와 대응되는 위치에 형성된다. 상기 주액구(224)는 대략 원기둥 형태를 가지며 상기 상면(220a)으로부터 일정 깊이를 갖도록 하부로 돌출되어 있다. 구체적으로, 상기 주액구(224)는 상기 내부 케이스(220)의 상면(220a)으로부터 내부 케이스(220)의 내측으로 연장되는 측벽부(224a) 및 상기 측벽부(224a)로부터 주액구(224)의 내측을 향하여 연장되는 바닥부(224b)를 포함한다. 즉, 상기 바닥부(224b)에 의하여 형성되는 주액구(224)의 직경은 상기 상면(220a)에 형성된 주액구(224)의 직경보다 작다.
또한, 상기 주액구(224)와 인접한 상면(220a)에는 다수의 절개부(224c)가 형성된다. 도면에서는 상기 절개부(224c)가 4개로 형성된 것을 도시하였으나, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 상기 절개부(224c)는 상기 상면(220a)으로부터 측벽부(224a) 및 바닥부(224b)를 따라 형성되어 있다. 즉, 상기 측벽부(224a) 및 바닥부(224b)는 4개의 절개부(224c)에 의하여 4개의 측벽부(224a) 및 바닥부(224b)가 서로 이격된 형태를 갖게 된다.
전해액은 상면(220a)에 형성된 홀을 통과하여 바닥부(224b)에 의하여 형성된 홀을 통해 내부 케이스(220)로 유입된다. 따라서, 상기 상면(220a)의 홀의 직경을 최대화하여 전해액 주입에 대한 정확성을 향상시키고, 상기 바닥부(224b)의 홀의 직경은 비교적 작게 형성함으로써 전극 조립체와 캡 플레이트의 단락을 방지할 수 있다.
또한, 외부 충격에 의해 이차 전지 내의 내부 케이스(220)의 형태가 변형되더라도, 상기 절개부(224c)에 의하여 측벽부(224a)와 바닥부(224b)가 움직일 수 있는 공간이 존재한다. 다시 말해서, 상기 측벽부(224a) 및 바닥부(224b)의 유동 공간이 확보되므로, 상기 측벽부(224a) 및 바닥부(224b)가 외부 충격에 대하여 유연하게 변형이 가능하다. 따라서, 상기 이차 전지에 변형이 일어나더라도, 상기 측벽부(224a) 및 바닥부(224b)의 변형에 의하여 전극 조립체와 캡 플레이트 사이의 접촉이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 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; 이차 전지
110; 전극 조립체
111b; 제 1 전극탭 112b; 제 2 전극탭
120; 내부 케이스 120a; 상면
121; 제 1 전극탭 홀 122; 제 2 전극탭 홀
123; 벤트 홀 124; 주액구
124'; 홀 130; 제 1 단자
140; 제 2 단자 150; 외부 케이스
160; 캡 조립체 161; 캡 플레이트
161a; 전해액 주입구 161b; 벤트 홀
163; 마개 220; 내부 케이스
220a; 상면 224; 주액구
224a; 측벽부 224b; 바닥부
224c; 절개부
111b; 제 1 전극탭 112b; 제 2 전극탭
120; 내부 케이스 120a; 상면
121; 제 1 전극탭 홀 122; 제 2 전극탭 홀
123; 벤트 홀 124; 주액구
124'; 홀 130; 제 1 단자
140; 제 2 단자 150; 외부 케이스
160; 캡 조립체 161; 캡 플레이트
161a; 전해액 주입구 161b; 벤트 홀
163; 마개 220; 내부 케이스
220a; 상면 224; 주액구
224a; 측벽부 224b; 바닥부
224c; 절개부
Claims (9)
- 적어도 하나의 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 절연성의 내부 케이스;
상기 전극 조립체 및 내부 케이스를 수용하는 외부 케이스;
상기 외부 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고,
상기 내부 케이스는 상기 캡 플레이트와 대응되는 상면을 포함하며,
상기 상면에는 전해액의 주입을 위한 주액구가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 내부 케이스는, 상면으로부터 절곡된 한 쌍의 장측면, 상기 장측면의 양끝단으로부터 절곡된 한 쌍의 단측면 및 상기 상면과 마주보도록 상기 장측면으로부터 절곡된 하면을 포함하여 상기 전극 조립체의 외면 전체를 감싸는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 주액구는 서로 이격된 다수의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 주액구는 상기 상면으로부터 일정 깊이를 갖도록 하부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 4 항에 있어서,
상기 주액구는 상면으로부터 상기 내부 케이스의 내측으로 연장되는 측벽부 및 상기 측벽부로부터 상기 주액구의 내측을 향하여 연장되는 바닥부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 주액구와 인접한 상면으로부터 상기 측벽부 및 바닥부를 따라 적어도 하나의 절개부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 내부 케이스의 상면과 대응되는 주액구의 직경은 상기 바닥부와 대응되는 주액구의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 내부 케이스의 상면은 상기 전극 조립체의 제 1 전극탭 및 제 2 전극탭이 인출되는 제 1 전극탭 홀 및 제 2 전극탭 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 캡 플레이트의 상기 주액구와 대응되는 영역에는 전해액 주입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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