KR20170039908A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

이차 전지는, 바닥부와 상기 바닥부의 가장자리로부터 연장된 둘레부를 포함하는 도전성 케이스와, 양극 및 음극 포함하고 상기 케이스의 내부 공간에 수용된 전극 어셈블리와, 상기 바닥부와 대향 배치되어 상기 케이스와 전기적으로 연결된 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 고정되고 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결된 양극 단자 및 상기 캡 플레이트에 고정되고 상기 캡 플레이트와 전기적으로 절연된 음극 단자를 포함한다. 상기 양극으로부터 연장된 양극 탭은 상기 바닥부에 전기적으로 연결되고, 상기 음극으로부터 연장된 음극 탭은 상기 양극 탭과 대향 배치되어 상기 음극 단자에 전기적으로 연결되며, 상기 캡 플레이트의 길이가 상기 둘레부의 높이보다 작을 수 있다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 이차 전지에 관한 것이다.
충전 및 방전 기능을 갖는 이차 전지는 자동차나 여러 전자 기기의 에너지원으로 사용되고 있다. 이차 전지가 자동차용과 같이 대형 전지로 구비되는 경우, 높은 에너지 밀도를 가지는 것이 중요할뿐더러 대량 생산에 부합한 특성을 지녀야 한다.
따라서, 이차 전지는 이에 부합한 구조체로 마련되는 것이 필요하다.
본 기재는 고 에너지 밀도를 가질 수 있는 이차 전지를 제공한다. 또한, 본 기재는 대량 생산에 적합한 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는, 바닥부와 상기 바닥부의 가장자리로부터 연장된 둘레부를 포함하는 도전성 케이스와, 양극 및 음극 포함하고 상기 케이스의 내부 공간에 수용된 전극 어셈블리와, 상기 바닥부와 대향 배치되어 상기 케이스와 전기적으로 연결된 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 고정되고 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결된 양극 단자 및 상기 캡 플레이트에 고정되고 상기 캡 플레이트와 전기적으로 절연된 음극 단자를 포함한다. 상기 양극으로부터 연장된 양극 탭은 상기 바닥부에 전기적으로 연결되고, 상기 음극으로부터 연장된 음극 탭은 상기 양극 탭과 대향 배치되어 상기 음극 단자에 전기적으로 연결되며, 상기 캡 플레이트의 길이가 상기 둘레부의 높이보다 작을 수 있다.
상기 바닥부와 상기 양극 탭은 용접 결합되고, 상기 바닥의 외측면에 용접부가 있을 수 있다.
상기 바닥부와 상기 둘레부가 일체이며 딥 드로잉으로 형성될 수 있다.
상기 둘레부가 압출 성형되고, 상기 바닥부가 상기 둘레부에 용접 결합될 수 있다.
상기 전극 어셈블리가 제1 전극 구조체와 제2 전극 구조체를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 구조체의 제1 양극 탭과 상기 제2 전극 구조체의 제2 양극 탭이 이웃하여 서로 연결되고, 상기 제1 전극 구조체의 제1 음극 탭과 상기 제2 전극 구조체의 제2 음극 탭이 이웃하여 서로 연결될 수 있다.
상기 바닥부의 내측면과 상기 전극 어셈블리 사이에 배치되어 상기 양극 탭을 바닥부의 내측면에 밀착시키는 리테이너를 더욱 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트는 핀에 의해 봉인되는 전해액 주입구를 포함하고, 상기 전해액 주입구는 상기 양극 단자에 의해 커버될 수 있다.
상기 양극 단자는 상기 캡 플레이트에 제공된 슬릿에 끼움 결합되는 후크를 포함할 수 있다.
상기 이차 전지는 각형 전지일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 어셈블리의 양극 전류 경로로 케이스를 이용한다. 이에 따라 전류 흐름을 전지 전역으로 고르게 할 수 있고 나아가 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
전극 어셈블리 양극과 케이스의 전기적인 연결을 케이스의 바닥부 외측에서 수행하는 용접을 통해 이루므로, 해당 작업성을 용이하게 할 수 있다. 이는 작업 생산성의 향상으로 이어져 대량 생산에 적합한 결과를 가져올 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 케이스를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 제1 전극 구조체와 제2 전극 구조체가 펼쳐진 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 제1 전극 구조체와 제2 전극 구조체가 접힌 상태를 도시한 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 전극 어셈블리에 리테이너가 설치되는 과정을 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 케이스 바닥부에 양극 탭이 고정되는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 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.
명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때 이는 다른 부분의 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 그리고 "~위에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 이차 전지의 케이스를 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이차 전지(1)는 외형이 각형으로 이루어진 이차 전지로 구성된다. 이에 따라 이차 전지(1)는 대략 직육면체의 케이스(10)를 포함한다. 구체적으로 케이스(10)는 단 방향(x)으로 길이(L1)을 갖는 직사각형의 바닥부(100)와 이 바닥부(100)의 가장자리로부터 장 방향(z)으로 높이(H1)를 갖고 연장된 둘레부(102)를 포함한다.
이로 인해 케이스(10)는 바닥부(100)의 두께와 둘레부(102)의 높이(H1)가 더해진 높이(H2)를 가지게 된다. 또한, 케이스(10)의 일측, 다시 말해 바닥부(100)을 대향한 측에는 개구부(104)가 형성되며, 케이스(10)의 내측으로는 임의 크기의 내부 공간(106)이 형성된다. 이러한 케이스(10)는 도전성 재질로 구비되어 딥 드로잉(deep drawing)법에 가공될 수 있다.
케이스(10)의 내부 공간(106)에는 전극 어셈블리(20)가 내장된다. 전극 어셈블리(20)는 양극, 음극 및 세퍼레이터의 젤리롤로 구성되어, 내부 공간(106)의 형상에 부합하는 적정의 형상을 가질 수 있다. 전극 어셈블리(20)의 양극에는 이 양극으로부터 연장된 양극 탭(200)이 연결되고, 전극 어셈블리(20)의 음극에는 이 음극으로부터 연장된 음극 탭(202)이 연결된다.
제1 실시예에 따른 전극 어셈블리(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전극 구조체(204)와 제2 전극 구조체(206)를 포함할 수 있다. 제1 전극 구조체(204)와 제2 전극 구조체(206)는 각기, 양극, 음극 및 세퍼레이터를 포함한 젤리롤 구조체로 이루어질 수 있으며, 양극 탭과 음극 탭을 가질 수 있다. 따라서, 제1 전극 구조체(204)는 제1 양극 탭(208)과 제1 음극 탭(210)을 포함하고, 제2 전극 구조체(206)는 제2 양극 탭(212)과 제2 음극 탭(214)을 포함할 수 있다.
제1 전극 구조체(204)와 제2 전극 구조체(206)는 각각의 제1 양극 탭(208)과 제2 양극 탭(212)을 서로 접촉시켜 연결하고, 제1 음극 탭(210)과 제2 음극 탭(214)을 서로 접촉시켜 연결함으로써 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3에서는 제1 전극 구조체(204)와 제2 전극 구조체(206)가 각각의 제1 음극 탭(210)과 제2 음극 탭(214)을 연결시켜 길게 펼쳐진 상태로 도시되었으나, 이후 공정을 통해 제1 전극 구조체(204)와 제2 전극 구조체(206)는, 각각의 제1 양극 탭(208)과 제2 양극 탭(212)이 이웃하여 배치되고, 제1 음극 탭(210)과 제2 음극 탭(214)이 이웃하여 배치될 수 있도록 제1 음극 탭(210)과 제2 음극 탭(214)의 결합 부위를 중심으로 반으로 접히게 된다. 여기서, 제1 음극 탭(210)과 제2 음극 탭(214)의 결합은 초음파 용접을 통해 이루어질 수 있다.
상기와 같은 전극 어셈블리(20)는 케이스(10)의 내부 공간(106)에 수용되어, 제1 양극 탭(208)과 제2 양극 탭(212)을 바닥부(100)의 내측면에 접촉시킨 상태로 고정된다. 이때, 제1,2 양극 탭들(208)(212)과 바닥부(100) 사이에는, 제1,2 양극 탭들(208)(212)이 바닥부(100)의 내측면에 양호하게 밀착될 수 있도록 하는 리테이너(retainer)(30)가 설치될 수 있다(도 1 참조). 이 리테이너(30)에 대해서는 후술하도록 한다.
케이스(10)의 개구부(104)는, 양극 단자(40)와 음극 단자(42)가 임의의 간격을 두고 설치된 캡 플레이트(50)에 의해 가려진다. 캡 플레이트(50)는 바닥부(100)의 길이(L1)에 대응하는 길이(L2)을 가진 직사각형의 판상 부재로 구비되는 바, 이 캡 플레이트(50)의 길이(L2)는 케이스(10)의 둘레부(102)의 높이(H1)보다 작다. 이러한 캡 플레이트(50)에는 전해액 주입구(500)와 도시하지 않은 벤트가 형성될 수 있다. 전해액 주입구(500)에는 핀(52)으로 봉인되며, 양극 단자(40)는 이 전해액 주입구(500)를 커버하면서 캡 플레이트(50)에 설치된다. 이를 위해 양극 단자(40)의 양단에는 후크(400)가 형성되고, 캡 플레이트(50)에는 후크(400)가 끼움 결합될 수 있는 슬릿(402)이 제공될 수 있다.
또한, 캡 플레이트(50)에는 제1 음극 탭(210)과 제2 음극 탭(214)이 연결되는 음극 단자(42)가 설치된다. 음극 단자(42)는 캡 플레이트(50)와 전기적으로 절연되도록 캡 플레이트(50)에 설치되는 바, 이를 위해 음극 단자(42)와 캡 플레이트(50)의 표면 사이에는 가스켓(54)이 개재되고, 음극 단자(42)를 위한 캡 플레이트(50)의 개구(502)와, 캡 플레이트(50)와 전극 어셈블리(20) 사이에는, 캡 플레이트(50)에 고정되는 절연 구조체(56)가 설치될 수 있다.
음극 단자(42)와 제1,2 음극 탭들(210)(214)의 연결은, 레이저 용접을 통해 이루어질 수 있다. 제1 실시예에서는, 제1 전극 구조체(204)와 제2 전극 구조체(206)가 케이스(10)의 내부 공간(106)에 삽입되기 전, 도 3과 같이 도시된 상태에서 음극 단자(42)와 제1,2 음극 탭들(210)(214)이 접촉되도록 하고, 레이저 용접으로서 이들을 연결할 수 있다.
이 후, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 전극 구조체(204)와 제2 전극 구조체(206)는 전술한 바와 같이, 서로 마주 보도록 접힌다. 이 때, 이웃하는 제1 양극 탭(208)과 제2 양극 탭(212)의 양측에, 돌출부(300)가 제1 양극 탭(208)과 제2 양극 탭(212) 사이에 배치되도록 하는 리테이너(30)가 제공된다(도 5a 및 도 5b 참조).
여기서 제1 양극 탭(208)과 제2 양극 탭(212)은 리테이너(30)의 돌출부(300)를 감싸 맞닿도록 접힐 수 있다.
이와 같은 전극 어셈블리(20)는 케이스(10)의 내부 공간(106)에 삽입된 이후 제1 양극 탭(208)과 제2 양극 탭(212)를 바닥부(100)의 내측면에 고정시킨다. 이때, 이 고정은 도 6에 도시된 바와 같이, 케이스(10)의 외측에서 진행되는 용접에 의해 이루어진다. 이에 따라, 바닥부(100)의 외측면에는 용접에 의한 용접부(60)가 남게 된다(도 1 및 도 2 참조). 아울러, 캡 플레이트(50)도 둘레부(102)에 안착된 상태에서 그 가장자리를 따라 수행되는 용접에 의해 둘레부(102)에 고정된다.
이후 전해액 주입구(500)에 전해액이 주입되고 핀(52)에 의해 전해액 주입구(500)가 봉인되며, 이 전해액 주입구(500)가 가려지도록 양극 단자(40)가 캡 플레이트(50)가 설치된다.
이로써 제조된 제1 실시예의 이차 전지(1)는, 전극 어셈블리(20)의 양극 탭(200)이 케이스(10)에 바로 연결되고 케이스(10)에는 양극 단자(40)가 전기적으로 연결된 캡 플레이트(50)가 바로 연결되므로, 케이스(10)을 통해 양극 전류가 흐를 수 있게 된다. 따라서, 이차 전지(1)는 양극 단자(40)로 케이스(10)의 전역으로부터 양극 전류를 제공 받을 수 있고 이로 인한 원활한 전류 흐름으로 인해 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 양극 탭(200)과 케이스(10)의 연결을, 케이스(10)의 외측에서 케이스(10)의 바닥부(100)에 대해 용접하는 것으로 간단하게 이룰 수 있어, 제조 공정 측면에서도 유리하다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다. 제2 실시예의 이차 전지(3)는 전술한 제1 실시예의 이차 전지와 기본적을 구성을 같이 한다. 다만, 케이스를 구성하는 바닥부와 둘레부를 한 몸으로 형성하지 않고 별개로 각기 형성한 후, 이를 연결하여 형성되는 점이 상이하다. 이하에서는 이 상이한 부분만을 설명하도록 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이차 전지(3)의 도전성 케이스(70)는 일정 높이(H3)을 갖는 둘레부(702)와 이 높이(H3)보다 작은 길이(L3)를 갖는 바닥부(704)를 포함한다. 이 제2 실시예에 의한 케이스(70)의 둘레부(702)는 압출 성형에 의해 형성되고, 바닥부(704)는 캡 플레이트(50)를 대향한 둘레부(702)의 개구부(706)를 가리도록 둘레부(702)와 결합된다.
이 제2 실시예에서도 전극 어셈블리(20)의 양극 탭(200)은 바닥부(704)에 접촉되어 고정되는 바, 이를 위해 바닥부(704)의 내측면에는 리테이너(80)가 마련되고, 양극 탭(200)은 이 리테이너(80)에 연결된 후, 제1 실시예서와 같이, 바닥부(704)의 외측으로부터 수행되는 용접(예: 울트라 소닉) 처리에 의해 바닥부(704)에 고정될 수 있다.
제2 실시예에 의한 이차 전지(3)는, 제1 실시예에 의한 이차 전지가 갖는 효과를 가짐은 물론, 케이스(70)의 둘레부(702)의 형성을 설비비가 저렴한 압출 성형으로 이루어 제조 단가를 낮출 수 있는 이점을 더욱 갖는다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
1,3: 이차 전지 10, 70: 케이스
20: 전극 어셈블리 60: 용접부
102, 702: 둘레부 100, 704: 바닥부
200: 양극 탭 202: 음극 탭

Claims (10)

  1. 바닥부와 상기 바닥부의 가장자리로부터 연장된 둘레부를 포함하는 도전성 케이스;
    양극 및 음극 포함하고 상기 케이스의 내부 공간에 수용된 전극 어셈블리;
    상기 바닥부와 대향 배치되어 상기 케이스와 전기적으로 연결된 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트에 고정되고 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결된 양극 단자; 및
    상기 캡 플레이트에 고정되고 상기 캡 플레이트와 전기적으로 절연된 음극 단자
    를 포함하고,
    상기 양극으로부터 연장된 양극 탭은 상기 바닥부에 전기적으로 연결되고, 상기 음극으로부터 연장된 음극 탭은 상기 양극 탭과 대향 배치되어 상기 음극 단자에 전기적으로 연결되며, 상기 캡 플레이트의 길이가 상기 둘레부의 높이보다 작은, 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바닥부와 상기 양극 탭은 용접 결합되고, 상기 바닥의 외측면에 용접부가 있는, 이차 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바닥부와 상기 둘레부가 일체이며 딥 드로잉으로 형성된, 이차 전지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 둘레부가 압출 성형되고, 상기 바닥부가 상기 둘레부에 용접 결합된, 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 어셈블리가 제1 전극 구조체와 제2 전극 구조체를 포함하는, 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극 구조체의 제1 양극 탭과 상기 제2 전극 구조체의 제2 양극 탭이 이웃하여 서로 연결되고, 상기 제1 전극 구조체의 제1 음극 탭과 상기 제2 전극 구조체의 제2 음극 탭이 이웃하여 서로 연결된, 이차 전지.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바닥부의 내측면과 상기 전극 어셈블리 사이에 배치되어 상기 양극 탭을 바닥부의 내측면에 밀착시키는 리테이너를 더욱 포함하는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 핀에 의해 봉인되는 전해액 주입구를 포함하고, 상기 전해액 주입구는 상기 양극 단자에 의해 커버된, 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 양극 단자는 상기 캡 플레이트에 제공된 슬릿에 끼움 결합되는 후크를 포함하는 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지는 각형인, 이차 전지.
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