KR20170060448A - 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극단자부를 안정적이게 결합한 이차전지 및 그 제조방법을 제공한다.
내부에 공간을 구비하는 케이스; 상기 케이스에 삽입되고 제1전극판, 제2전극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 케이스에 결합하여 밀봉하는 캡 플레이트; 및 상기 캡 플레이트를 관통하고, 전극단자 및 단자 플레이트를 포함하는 전극단자부를 포함하고, 서로 다른 재질로 이루어진 상기 전극단자와 상기 단자 플레이트가 리벳팅 결합되는 이차전지가 개시된다.

Description

이차전지 및 그 제조방법{Secondary Battery and Method for Manufacturing The Same}
본 발명은 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 자전거, 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.
이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데 대표적인 형상으로는 각형, 원통형 및 파우치형 등을 들 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 또한, 전극조립체에는 집전체, 전극단자 등이 연결되며, 이는 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
한편, 이차전지에서 캡플레이트로 돌출되는 전극단자를 이루는 구성을 안정적으로 결합시키는데 어려움이 있다. 따라서, 전극 조립체를 안정적으로 결합시킬 수 있는 구조 및 방법이 필요하다.
본 발명은 전극단자부를 안정적이게 결합한 이차전지 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지 및 그 제조방법은 내부에 공간을 구비하는 케이스; 상기 케이스에 삽입되고 제1전극판, 제2전극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 케이스에 결합하여 밀봉하는 캡 플레이트; 및 상기 캡 플레이트를 관통하고, 전극단자 및 단자 플레이트를 포함하는 전극단자부를 포함하고, 서로 다른 재질로 이루어진 상기 전극단자와 상기 단자 플레이트가 리벳팅 결합될 수 있다.
여기서 상기 전극단자는 구리 재질이고 상기 단자 플레이트는 알루미늄 재질일 수 있다.
그리고 상기 전극단자는 리벳 홈이 형성되어있고, 상기 리벳 홈에 삽입되어 상기 전극단자와 상기 단자 플레이트를 리벳팅 결합시키는 리벳 핀을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 리벳 홈의 측벽부는 상기 리벳 홈의 깊이가 깊어질수록 작아지는 내경을 구비하고, 상기 리벳 핀은 상기 측벽부의 내경에 대응되도록 돌출되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 리벳 핀의 재질은 구리, 스테인레스 스틸(SUS) 또는 인바(Invar) 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 리벳 핀은 본체부와 스토퍼부를 포함하고, 상기 단자 플레이트는 제1스텝부 및 제1스텝부보다 높은 위치에 형성된 제2스텝부를 포함한 전극단자 홀을 구비하며, 상기 리벳 핀의 스토퍼부는 제1스텝부에 결합될 수 있다.
또한, 상기 리벳 핀은 본체부와 스토퍼부를 포함하고, 상기 단자 플레이트는 제1스텝부 및 제1스텝부보다 높은 위치에 형성된 제2스텝부를 포함한 전극단자 홀을 구비하며, 상기 리벳 핀의 스토퍼부는 제2스텝부에 결합될 수 있다.
또한, 상기 스토퍼부의 상단이 상기 제2스텝부보다 낮을 수 있다.
또한, 상기 스토퍼부의 상단이 상기 캡플레이트의 상단보다 낮을 수 있다.
또한, 전극조립체에 집전체를 결합시켜 케이스에 삽입하는 단계; 상기 집전체에 전극단자를 결합시키는 단계; 상기 케이스를 상기 캡플레이트로 밀봉하는 단계; 및 상기 전극단자가 돌출된 상기 캡플레이트에 단자 플레이트를 결합하고, 상기 전극단자 상단에 형성된 리벳 홈에 리벳 핀을 압입하여 전극단자와 상기 단자 플레이트를 리벳팅 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 이차전지는 전극단자 상부에 리벳 핀을 압입하여 리벳팅함으로써, 전극단자와 단자 플레이트 결합시에 직접적으로 용접을 하지 않고도 안정된 결합을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절취한 이차전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 제2전극 조립체를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 리벳 핀이 제2전극단자에 리벳팅되기 전 상태를 도시한 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 리벳 핀이 제2전극단자에 리벳팅된 후 상태를 도시한 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"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
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, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"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.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절취한 이차전지를 도시한 단면도이다. 도 3은 도 2의 A부분을 확대 도시한 단면도이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 케이스(110), 전극조립체(120), 집전체(130), 제1전극단자부(140), 제2전극단자부(150), 캡 플레이트(160), 안전벤트(170) 및 전해액 주입부(180)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(110)는 상기 전극조립체(120)가 삽입 안착 될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 상기 케이스(110)의 개구부 내측에는 상기 전극조립체(120) 및 전해액을 수용할 수 있는 공간을 포함한다. 상기 케이스(110)는 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전해액은 유기용매에 리튬염으로 이루어질 수 있고, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 젤상일 수 있다. 다만, 상기 케이스(110)의 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 전극 조립체(120)는 상기 케이스(110)의 내부에 삽입되고, 제1전극판(121), 제2전극판(122) 및 제1전극판(121)과 제2전극판(122) 사이에 게재되는 세퍼레이터(123)를 포함한다. 그리고 전극조립체(120)는 제1전극판(121), 제2전극판(122) 및 세퍼레이터(123)의 적층체를 권취하여 젤리롤(Jelly Roll)이 형성된다. 또한, 상기 제1전극판(121)은 양극으로 작용할 수 있으며, 상기 제2전극판(122)은 상기 제1전극판(121)과 반대의 극성인 음극을 가질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한 되는 것은 아니며, 상기한 전극 조립체(120)는 복수개의 전극판(121,122) 및 세퍼레이터(123)가 적층된 구조로 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 제1전극판(121) 및 상기 제2전극판(122)의 극성은 각각 음극 및 양극으로 작용할 수도 있다.
상기 제1전극판(121) 및 상기 제2전극판(122)은 각각 금속판의 집전체에 활물질이 도포된 코팅부(121a,122a) 및 활물질을 도포되지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(121b,122b)를 포함한다. 상기 무지부(121b,122b)는 권취되는 상기 제1전극판(121) 및 상기 제2전극판(122)의 서로 다른 한 쪽 단부에 각각 형성될 수 있으며, 각 전극과 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
양극으로서의 상기 제1전극판(121)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성될 수 있고, 상기 제1전극판(121)의 코팅부(121a) 양면은 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 활물질이 도포되어 있다.
음극으로서의 상기 제2전극판(122)은 구리와 같은 금속 포일로 형성될 수 있고, 상기 제2전극판(122)의 코팅부(122a) 양면은 탄소재를 주성분으로 하는 활물질이 도포되어 있다.
상기 세퍼레이터(123)는 상기 제1전극판(121)과 상기 제2전극판(122) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고, 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 그리고 상기 세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE)이나, 폴리프로필렌(PP)이나, 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 복합필름으로 이루어 질 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 제1전극판(121), 상기 제2전극판(122) 및 상기 세퍼레이터(123)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 집전체(130)는 '┌ '형태로 절곡되어 형성된 제1집전체(131) 및 제2집전체(132)를 포함할 수 있다.
상기 제1집전체(131)는 절곡된 부위를 중심으로 일방향으로 연장되어 형성된 일단부가 제1전극판(121)의 무지부(121b)와 결합되어 전기적으로 연결된다. 상기 결합은 용접에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 상기 절곡된 부위를 중심으로 타방향으로 연장되어 형성된 타단부에는 제1전극단자부(140)의 제1전극단자(141)가 결합될 수 있는 체결홀(131a)이 형성되어 있다. 한편, 상기 제1집전체(131)는 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 상기 제1집전체(131)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2집전체(132)는 절곡된 부위를 중심으로 일방향으로 연장되어 형성된 일단부가 제2전극판(122)의 무지부(122b)와 결합되어 전기적으로 연결된다. 상기 결합은 용접에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 상기 절곡된 부위를 중심으로 타방향으로 연장되어 형성된 타단부에는 제2전극단자부(150)의 제2전극단자(151)가 결합될 수 있는 체결홀(132a)이 형성되어 있다. 한편, 상기 제2집전체(132)는 구리, 구리 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 상기 제2집전체(132)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제1전극단자부(140)는 제1전극단자(141), 절연부재(142), 가스켓(143), 제1체결 플레이트(144), 제1단자 플레이트(145)를 포함할 수 있다.
상기 제1전극단자(141)는 몸체부(141a), 플랜지부(141b)를 포함할 수 있다. 상기 몸체부(141a)는 원기둥 형상일 수 있고, 상기 캡 플레이트(160)를 관통하여 외부로 돌출된다. 상기 플랜지부(141b)는 상기 몸체부(141a)의 측부로부터 수평방향으로 연장되어 형성되고, 제1전극단자(141)가 상기 캡 플레이트(160)에서 빠지지 않도록 한다. 상기 플랜지부(141b)의 하부에 형성된 영역은 제1집전체(131)의 체결홀(131a)에 삽입되고 결합되어, 상기 제1전극단자(141)를 상기 제1집전체(131)와 전기적으로 연결시킨다. 상기 결합은 리벳팅 또는 용접에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 상기 플랜지부(141b)의 상부에 형성된 영역은 상기 캡 플레이트(160)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출된다. 한편, 상기 제1전극단자(141)는 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성된다.
상기 절연부재(142)는 상기 제1집전체(131)와 상기 캡 플레이트(160) 사이에 형성되어 전기적 쇼트의 발생을 방지한다.
상기 가스켓(143)은 절연성 재질로 상기 제1전극단자(141)와 상기 캡 플레이트(160) 사이에 형성되어, 제1전극단자(141)와 상기 캡 플레이트(160) 사이를 밀봉시킨다. 상기 가스켓(143)은 외부의 수분이 상기 이차전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 상기 이차전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 제1체결 플레이트(144)는 상기 제1전극단자(141)가 관통할 수 있는 제1전극 단자 홀(144a)이 형성되어 있다. 상기 제1체결 플레이트(144)는 상기 캡 플레이트(160)의 상부로 돌출된 제1전극단자(141)에 끼워지고, 상기 캡 플레이트(160)의 상부에 결합된다.
상기 제1단자 플레이트(145)는 상기 제1전극단자(141)가 관통할 수 있는 제1전극단자 홀(146)이 형성되어 있다. 상기 제1단자 플레이트(145)는 상기 캡 플레이트(160)의 상부로 돌출된 제1전극단자(141)에 끼워지고, 상기 제1체결 플레이트(144)의 상부에 결합된다. 또한, 제1단자플레이트(145)는 상기 캡 플레이트(160)의 상부로 돌출된 제1전극단자(141)와 리벳팅 또는 용접으로 결합될 수 있다. 한편, 상기 제1단자 플레이트(145)는 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성된다.
상기 제1단자 플레이트(145)는 상기 제1전극단자(141)와 전기적으로 연결되고, 상기 제1체결 플레이트(144)가 전도성 재질일 경우 상기 제1단자 플레이트(145)는 상기 제1체결 플레이트(144)를 통하여 상기 캡 플레이트(160)와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 제1전극 단자(141), 제1체결 플레이트(144) 및 제1단자 플레이트(145)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
도 3을 참조하면, 상기 제2전극단자부(150)는 제2전극 단자(151), 절연부재(152), 가스켓(153), 제2체결 플레이트(154), 제2단자 플레이트(155) 및 리벳 핀(158)을 포함할 수 있다.
상기 제2전극단자(151)는 몸체부(151a) 및 플랜지부(151b)를 포함할 수 있고, 상기 캡 플레이트(160)를 관통하여 외부로 돌출된다. 상기 몸체부(151a)는 원기둥 형상이고, 상기 캡 플레이트(160)를 관통하여 외부로 돌출된다. 상기 몸체부(151a)의 상단부는 상기 제2단자 플레이트(155)의 제1스텝부(156a)로 절곡되어 있다. 상기 몸체부(151a)의 상단에는 상기 몸체부(151a)의 내부로 리벳 홈(157)이 형성되어 있다. 상기 플랜지부(151b)는 상기 몸체부(151a)의 측부로부터 수평방향으로 연장되어 형성되고, 제2전극단자(151)가 상기 캡 플레이트(160)에서 빠지지 않도록 한다. 상기 플랜지부(151b)의 하부에 형성된 영역은 제2집전체(132)의 체결홀(132a)에 삽입되고 결합되어, 상기 제2전극단자(151)를 상기 제2집전체(132)와 전기적으로 연결시킨다. 상기 결합은 리벳팅 또는 용접에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 상기 플랜지부(151b)의 상부에 형성된 영역은 상기 캡 플레이트(160)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출된다. 한편, 상기 제2전극 단자(151)은 구리, 구리 합금과 같은 금속으로 형성된다.
상기 절연부재(152)는 상기 제2집전체(132)와 상기 캡 플레이트(160) 사이에 형성되어 전기적 쇼트의 발생을 방지한다.
상기 가스켓(153)은 절연성 재질로 상기 제2전극단자(151)와 상기 캡 플레이트(160) 사이에 형성되어, 제2전극단자(151)와 상기 캡 플레이트(160) 사이를 밀봉시킨다. 상기 가스켓(153)은 외부의 수분이 상기 이차전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 상기 이차전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 제2체결 플레이트(154)는 상기 제2전극단자(151)가 관통할 수 있는 제2전극 단자 홀(154a)을 구비한다. 상기 제2체결 플레이트(154)는 상기 캡 플레이트(160)의 상부로 돌출된 제2전극 단자(151)에 끼워지고, 상기 캡 플레이트(160)의 상부에 결합된다.
상기 제2단자 플레이트(155)는 상기 제2전극단자(151)가 관통할 수 있는 제2전극단자 홀(156)을 구비한다. 상기 제2전극단자 홀(156)은 제1스텝부(156a) 및 제2스텝부(156b)를 포함할 수 있다. 상기 제2단자 플레이트(155)는 상기 캡 플레이트(160)의 상부로 돌출된 제2전극단자(151)에 끼워지고, 상기 제2체결 플레이트(154)의 상부에 결합된다. 상기 제2단자 플레이트(155)는 상기 캡 플레이트(160)의 상부로 돌출된 제2전극단자(151)와 리벳팅되어 결합될 수 있다. 한편, 상기 제2단자 플레이트(155)는 상기 제2전극단자(151)와 다른 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 제2단자 플레이트(155)는 상기 제2전극단자(151)와 전기적으로 연결된다. 그리고 상기 캡 플레이트(160)가 상기 제1전극단자(141)와 같은 극성을 같는 경우, 상기 제2체결 플레이트(154)는 절연성 재질로 구비되어, 상기 제2단자 플레이트(155)를 상기 캡 플레이트(160)와 전기적으로 분리한다.
상기 리벳 홈(157)은 상기 제1전극단자(151)의 몸체부(151a)의 상단에 형성된다. 그리고 상기 리벳 홈(157)은 상기 리벳 핀(158)이 압입될 수 있도록 원형 홈의 형태로, 상기 몸체부(151a) 내부의 일정 깊이로 형성될 수 있다. 또한, 상기 레벳 홈(157)은 측벽부(157a) 및 바닥부(157b)를 포함할 수 있다. 상기 측벽부(157a)는 그 단면이 대략 원형일 수 있으며, 상기 리벳 핀(158)이 원활하게 삽입될 수 있도록 상기 측벽부(157a)의 내경이 상기 리벳 홈(157)의 깊이가 깊어질수록 작아질 수 있다. 상기 바닥부(157b)는 상기 측벽부(157a)의 하단의 내경과 동일한 원형일수 있다.
상기 리벳 핀(158)은 상기 리벳 홈(157)에 압입되어 제2전극단자(151)를 제2단자 플레이트(155)에 리벳팅 결합시킨다. 그리고 상기 리벳 핀(158)은 본체부(158a) 및 스토퍼부(158b)를 포함할 수 있다.
상기 본체부(158a)는 상기 리벳 홈(157)의 형상과 대응되도록 돌출된 형상일 수 있다. 그래서 상기 본체부(158a)의 단면은 대략 원형일 수 있고, 상기 리벳 홈(157)의 측벽부(157a)처럼 본체부의 외경이 하부로 갈수록 작아질 수 있다. 상기 스토퍼부(158b)는 원기둥 형상일 수 있고, 그 단면의 외경이 상기 리벳 홈(157) 측면부(157a) 상단의 외경보다 클 수 있다. 그래서 상기 스토퍼부(158b)의 하면은 상기 제2전극단자(151)의 본체부(151a) 상단에 결합되고, 상기 제2단자 플레이트(155)의 제2전극단자 홀(156)의 제1스텝부(156a)에 안착된다. 또한, 상기 스토퍼부(157b)의 상면은 제2전극단자 홀(156)의 제2스텝부(156b)보다 낮은 위치일 수 있다. 그래서 배터리셀 연결시(미도시) 상기 스토퍼부(157b)의 상단이 버스바(미도시)와 접촉하지 않을 수 있다. 한편, 상기 리벳 핀(158)은 구리, 스테인레스 스틸(SUS), 인바(Invar)일 수 있다.
상기 캡 플레이트(160)는 상기 케이스(110)의 상부에 결합하여 상기 케이스(110)의 개구를 밀봉한다. 상기 캡 플레이트(160)는 상기 제1전극단자(141) 및 상기 제2전극단자(151)가 돌출될 수 있는 제1전극 단자 홀(160a) 및 제2전극 단자 홀(160b)을 포함하고, 안전 벤트(170) 및 전해액 주입부(180)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1전극 단자 홀(160a)과 상기 제2전극 단자 홀(160b)은 상기 제1전극단자(141)가 관통할 수 있도록 그 단면이 원형일 수 있다.
상기 안전 벤트(170)는 상기 캡 플레이트(160)의 중앙에 위치할 수 있다. 상기 안전 벤트(170)는 상기 캡 플레이트(160)를 관통하는 벤트 홀에 별도의 구성으로서 설치되거나, 상기 캡 플레이트(160)에 일체로서 형성될 수 있다. 상기 안전 벤트(170)는 과충전 등으로 인해 내부압력의 증가시에 파단되어 이차전지의 폭발을 방지할 수 있다.
상기 전해액 주입부(180)는 전해액 주입구 및 마개를 포함할 수 있다. 상기 주입구는 상기 이차전지(100) 내부로 전해액을 주입할 수 있고, 상기 마개를 상기 주입구를 밀봉하여 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
한편, 상기 캡 플레이트(160)의 재질은 상기 케이스(110)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명에서 상기 캡 플레이트(160)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2전극단자는 구리, 구리 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있고, 상기 제2단자 플레이트는 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 상기 두 재질은 서로 열팽창계수가 달라 상기 이차전지의 사용시에 온도가 올라갔을 때, 상기 제2전극단자와 상기 제2단자 플레이트의 결합이 분리될 수 있다. 그래서 상기 서로 다른 재질로 된 상기 제2전극단자를 상기 제2단자 플레이트에 결합시키는 것은 마찰용접, 전기저항용접, 초음파용접 등의 용접으로 결합시키는 방법이 있다. 그러나 상기 용접으로 상기 제2전극단자를 상기 제2단자 플레이트 결합시 제조비용이 증가할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이차전지(100)의 상기 제2전극단자부(150)는 상기 리벳 핀(158)이 상기 리벳 홀(157)에 압입되어 상기 제2전극단자(151)를 상기 제2단자 플레이트(155)에 리벳팅시킴으로서, 직접적인 용접이 없이도 안정적이게 상기 제2전극단자(151)를 상기 제2단자 플레이트(155)에 결합시킬 수 있다. 따라서, 상기 리벳팅 결합으로 안정적인 결합력을 유지하면서, 결합시키는 공정이 간단해지므로 비용이 줄얼드는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 제2전극단자부(250)를 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 제2전극 조립체를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지(200)는 케이스(110), 전극조립체(120), 집전체(130), 제1전극단자부(140), 제2전극단자부(250), 캡 플레이트(160), 안전벤트(170) 및 전해액 주입부(180)를 포함할 수 있다. 앞선 실시예와 동일한 구성 및 작용을 갖는 부분은 동일한 도면 부호로 표시하였으며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
상기 제2전극 조립체(250)는 제2전극 단자(151), 절연부재(152), 가스켓(153), 제2체결 플레이트(154), 제2단자 플레이트(155) 및 리벳 핀(258)을 포함할 수 있다.
상기 리벳 핀(258)은 상기 리벳 홈(157)에 압입되어 제2전극단자(151)를 제2단자 플레이트(155)에 리벳팅 결합시킨다. 그리고 상기 리벳 핀(158)은 본체부(258a) 및 스토퍼부(258b)를 포함할 수 있다.
상기 본체부(258a)는 상기 리벳 홈(157)의 형상과 대응되도록 돌출된 형상일 수 있다. 그래서 상기 본체부(258a)의 단면은 대략 원형일 수 있고, 상기 리벳 홈(157)의 측벽부(157a)처럼 본체부의 외경이 하부로 갈수록 작아질 수 있다. 상기 스토퍼부(258b)는 원기둥 형상일 수 있고, 그 단면의 외경이 상기 리벳 홈(157) 측면부(157a) 상단의 내경보다 클 수 있다. 그래서 상기 스토퍼부(258b)의 하면은 상기 제2전극단자(151)의 본체부(151a) 상단에 결합되고, 상기 제2단자 플레이트(155)의 제2전극단자 홀(156)의 제2스텝부(156b)에 안착된다. 또한, 상기 스토퍼부(157b)의 상면은 상기 캡 플레이트(160)의 상면보다 낮은 위치일 수 있다. 그래서 배터리셀 연결시(미도시) 상기 스토퍼부(157b)의 상단이 버스바(미도시)와 접촉하지 않을 수 있다. 한편, 상기 리벳 핀(158)은 구리, 스테인레스 스틸(SUS), 인바(Invar)일 수 있다.
상기 다른 실시예에 따른 상기 리벳 핀(258)은 그 스토퍼부(258b)가 상기 제2단자 플레이트(155)의 제2전극단자 홀(156)의 제2스텝부(156b)상기 캡 플레이트(160) 제2전극단자 홀(160b)의 제2스텝부(156b)에 접촉하여, 더욱 안정적으로 결합할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 리벳 핀이 제2전극 단자에 리벳팅되기 전 상태를 도시한 단면도이다. 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 리벳 핀이 제2전극단자에 리벳팅된 후 상태를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 전극조립체를 상기 케이스에 삽입하는 단계(S1); 상기 전극단자를 상기 전극조립체에 결합하는 단계(S2); 상기 케이스를 상기 캡플레이트로 밀봉하는 단계(S3); 및 상기 단자 플레이트를 결합하는 단계(S4)를 포함한다.
도 6a 및 도6b를 참조하면, 상기 전극조립체를 상기 케이스에 삽입하는 단계(S1)에서 상기 전극조립체(120)는 제1전극판(121), 제2전극판(122) 및 세퍼레이터(123)를 권취하거나 적층하여 형성되고, 상기 형성된 전극조립체(120)의 무지부(121b,122b)에 상기 집전체(131,132)가 결합된다. 그리고 상기 집전체(131,132)가 결합된 상기 전극조립체(120)가 상기 케이스(110) 내측에 삽입된다.
상기 전극단자를 상기 전극조립체에 결합하는 단계(S2)에서 상기 전극단자(141,151), 절연부재(142,152) 및 가스켓(143,153)은 상기 집전체(131,132)에 결합된다.
상기 케이스를 상기 캡플레이트로 밀봉하는 단계(S3)에서 상기 캡 플레이트(160)는 상기 전극단자(141,151)가 상기 전극단자 홀(160a,160b)에서 돌출되도록 상기 케이스(110)의 상부에 결합되어, 상기 케이스(110)를 밀봉한다.
상기 단자 플레이트를 결합하는 단계(S4)에서 상기 체결 플레이트(144,154)는 상기 전극단자(141,151)가 상기 전극단자 홀(144a,154a)에서 관통하도록 상기 캡플레이트(160)의 상부에 결합된다.
상기 제1단자 플레이트(145)는 상기 제1전극단자(141)가 상기 제1전극 단자 홀(146)을 관통하도록 상기 제1체결 플레이트(144)의 상부에 결합된다. 그리고 상기 제1전극단자(141)는 제1단자 플레이트(145)에 리벳팅 또는 용접으로 결합된다.
상기 제2단자 플레이트(155)는 상기 제2전극단자(151)가 상기 제2전극 단자홀(156)을 관통하도록 상기 제2체결 플레이트(154)의 상부에 결합된다. 그리고 상기 리벳 핀(158)은 화살표 방향으로 압력이 가해져 상기 리벳 홈(157)으로 삽입된다. 상기 리벳 핀(158)이 상기 리벳 홈(157)에 압입되면, 상기 리벳 홈(157)의 형상은 변경되고, 상기 제2전극단자(151)의 상단부는 상기 제2단자 플레이트(155)의 제2전극단자 홀(156)의 제1스텝부(156a)로 절곡되어, 상기 제2전극단자(151)는 상기 제2단자 플레이트(155)에 리벳팅 결합하게 된다. 상기 리벳팅 결합을 위해서, 상기 리벳 핀(158)의 본체부(158a) 외경은 리벳팅되어 결합되었을 때 서로 접촉되는 상기 리벳 홈(157) 측벽부(157a)의 결합전 내경보다 클 수 있다.
따라서, 상기 이차전지(100)의 제조방법은 직접적인 용접 없이도 상기 제2전극 단자(151)를 상기 제2단자 플레이트(155)에 안정적으로 리벳팅 결합시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차전지 및 그 제조방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 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.
110 ; 케이스 120 ; 전극조립체
130 ; 집전체 140 ; 제1전극단자부
150 ; 제2전극단자부 151 ; 제1전극단자
152 ; 체결부재 153 ; 가스켓
154 ; 제2체결 플레이트 155 ; 제2단자 플레이트
156 ; 제2전극단자 홀 157 ; 리벳 홈
158 ; 리벳 핀 160 ; 캡 플레이트
170 ; 안전 벤트 180 ; 전해액 주입부

Claims (10)

  1. 내부에 공간을 구비하는 케이스;
    상기 케이스에 삽입되고 제1전극판, 제2전극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
    상기 케이스에 결합하여 밀봉하는 캡 플레이트; 및
    상기 캡 플레이트를 관통하고, 전극단자 및 단자 플레이트를 포함하는 전극단자부를 포함하고, 서로 다른 재질로 이루어진 상기 전극단자와 상기 단자 플레이트가 리벳팅 결합된 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극단자는 구리 재질이고 상기 단자 플레이트는 알루미늄 재질인 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극단자는 리벳 홈이 형성되어있고, 상기 리벳 홈에 삽입되어 상기 전극단자와 상기 단자 플레이트를 리벳팅 결합시키는 리벳 핀을 더 포함한 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 리벳 홈의 측벽부는 상기 리벳 홈의 깊이가 깊어질수록 작아지는 내경을 구비하고, 상기 리벳 핀은 상기 측벽부의 내경에 대응되도록 돌출되어 형성된 이차전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 리벳 핀의 재질은 구리, 스테인레스 스틸(SUS) 또는 인바(Invar) 중 선택된 어느 하나인 이차전지.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 리벳 핀은 본체부와 스토퍼부를 포함하고, 상기 단자 플레이트는 제1스텝부 및 제1스텝부보다 높은 위치에 형성된 제2스텝부를 포함한 전극단자 홀을 구비하며, 상기 리벳 핀의 스토퍼부는 제1스텝부에 결합된 이차전지.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 리벳 핀은 본체부와 스토퍼부를 포함하고, 상기 단자 플레이트는 제1스텝부 및 제1스텝부보다 높은 위치에 형성된 제2스텝부를 포함한 전극단자 홀을 구비하며, 상기 리벳 핀의 스토퍼부는 제2스텝부에 결합된 이차전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 스토퍼부의 상단이 상기 제2스텝부보다 낮은 이차전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 스토퍼부의 상단이 상기 캡플레이트의 상단보다 낮은 이차전지
  10. 전극조립체에 집전체를 결합시켜 케이스에 삽입하는 단계;
    상기 집전체에 전극단자를 결합시키는 단계;
    상기 케이스를 상기 캡플레이트로 밀봉하는 단계; 및
    상기 전극단자가 돌출된 상기 캡플레이트에 단자 플레이트를 결합하고, 상기 전극단자 상단에 형성된 리벳 홈에 리벳 핀을 압입하여 전극단자와 상기 단자 플레이트를 리벳팅 결합시키는 단계를 포함하는 이차전지 제조방법.
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