KR20180044088A - 이차 전지 및 그 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 캡 플레이트의 단자홀 주위에서 전극단자의 구조를 단순하게 하고, 전극 조립체와 전극단자의 연결하는 구성 요소를 줄이는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 코팅부와 무지부 탭들을 가지는 전극을 세퍼레이터의 양측에 배치하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트의 단자홀에 인서트 몰딩되어 상기 무지부 탭들에 연결되는 전극단자를 포함하며, 상기 전극단자는 상기 캡 플레이트의 외부로 돌출되는 외부 단자부, 상기 캡 플레이트의 내부에 배치되어 상기 무지부 탭들에 연결되는 내부 단자부, 및 상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부를 연결하고 상기 단자홀에 배치되어 몰딩 수지재로 절연되는 연결부를 포함한다.

Description

이차 전지 및 그 모듈 {RECHARGEABLE BATTERY AND MODULE OF THE SAME}
본 기재는 이차 전지 및 그 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 조립체로부터 인출되는 복수의 무지부 탭들을 전극단자에 연결하는 이차 전지 및 그 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
예를 들면, 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 및 전극 조립체를 전기적으로 연결하여 캡 플레이트의 외측으로 인출하는 전극단자를 포함한다.
전극 조립체의 무지부 탭은 집전부재에 연결되고, 집전부재는 전극단자에 연결된다. 전극단자는 캡 플레이트의 내측에서 리벳부를 집전부재에 용접하고, 캡 플레이트의 단자홀에 개스킷을 개재하여 리벳부를 외부로 인출하며, 캡 플레이트의 외측에서 플레이트 터미널을 리벳부에 결합하여 형성된다.
따라서 캡 플레이트의 단자홀 주위에서 전극단자의 구조가 복잡하게 되고, 전극단자와 전극 조립체를 연결하는 구성 요소가 많아지며, 구성 요소가 차지하게 되는 소요 공간이 커진다. 이러한 구조, 구성 요소 및 소요 공간은 이차 전지의 중량을 증대시키고, 제조 비용을 상승시키며, 셀 높이를 증대시키고, 공간 활용율을 저하시킨다.
본 발명의 일 실시예는 캡 플레이트의 단자홀 주위에서 전극단자의 구조를 단순하게 하고, 전극 조립체와 전극단자를 연결하는 구성 요소를 줄이는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예는 중량 및 제조 비용을 줄이며, 셀 높이를 낮추고 공간 활용율을 향상시키는 이차 전지를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 일 실시예는 상기 이차 전지를 적용한 이차 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 코팅부와 무지부 탭들을 가지는 전극을 세퍼레이터의 양측에 배치하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트의 단자홀에 인서트 몰딩되어 상기 무지부 탭들에 연결되는 전극단자를 포함하며, 상기 전극단자는 상기 캡 플레이트의 외부로 돌출되는 외부 단자부, 상기 캡 플레이트의 내부에 배치되어 상기 무지부 탭들에 연결되는 내부 단자부, 및 상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부를 연결하고 상기 단자홀에 배치되어 몰딩 수지재로 절연되는 연결부를 포함한다.
상기 단자홀은 상기 캡 플레이트의 폭 방향에서 제1간격으로 형성되고, 상기 폭 방향에 교차하는 길이 방향에서 상기 제1간격보다 큰 제2간격으로 형성되어 상기 전극단자와 이격될 수 있다.
상기 전극단자는 상기 폭 방향에서 상기 제1간격보다 작은 두께를 형성하고, 상기 길이 방향에서 상기 제2간격보다 작으면서 상기 두께보다 큰 폭을 형성할 수 있다.
상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부는 동일 재질 또는 이종 재질로 형성될 수 있다.
상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부는 각각 분리 형성되고, 상기 연결부는 상기 폭 방향에서 상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부를 포개어 용접할 수 있다.
상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부는 상기 길이 방향에서 동일한 폭을 가질 수 있다.
상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부는 상기 폭 방향에서 동일한 두께(t11)를 가질 수 있다.
상기 연결부는 상기 폭 방향에서 상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부의 합 두께(2*t11)로 형성될 수 있다.
상기 몰딩 수지재는 상기 단자홀의 외측에서 상기 외부 단자부 및 상기 내부 단자부의 외측 단부를 실링하고, 상기 단자홀의 내측에서 상기 내부 단자부 및 상기 외부 단자부의 내측 단부를 실링할 수 있다.
상기 외부 단자부는 상기 폭 방향에서 제1두께(t1)를 형성하고, 상기 내부 단자부는 상기 폭 방향에서 상기 제1두께보다 얇은 제2두께(t2)를 형성할 수 있다.
상기 연결부는 상기 폭 방향에서 상기 외부 단자부의 상기 제1두께와 상기 내부 단자부의 상기 제2두께의 합 두께(t1+t2)로 형성될 수 있다.
상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부는 일체로 형성되고, 상기 연결부는 상기 폭 방향에서 상기 외부 단자부의 제1두께와 상기 내부 단자부의 제2두께에 의한 단차를 형성하고, 상기 캡 플레이트의 평면에 교차하는 높이 방향으로 연장될 수 있다.
상기 몰딩 수지재는 상기 단자홀의 외측에서 상기 외부 단자부를 실링하고, 상기 단자홀의 내측에서 상기 내부 단자부를 실링하며, 상기 캡 플레이트의 두께 범위 내에서 상기 단차를 실링할 수 있다.
상기 연결부는 상기 단차의 상부에 오목홈을 더 형성할 수 있다.
상기 몰딩 수지재는 상기 캡 플레이트의 두께 범위 내에서 상기 오목홈을 더 실링할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈은, 캡 플레이트의 외부로 돌출되는 외부 단자부, 상기 캡 플레이트의 내부에 배치되어 전극 조립체에 연결되는 내부 단자부, 및 외부 단자부와 상기 내부 단자부를 연결하고 상기 캡 플레이트의 단자홀에 배치되어 몰딩 수지재로 절연되는 연결부를 포함하는 이차 전지로 이루어지고 상기 캡 플레이트의 폭 방향으로 배치되는 적어도 제1셀과 제2셀을 포함하며, 상기 제1셀의 외부 단자부는 측방으로 상기 제2셀을 향하여 절곡되고, 상기 제2셀의 외부 단자부는 상기 제1셀의 외부 단자부의 상방으로 절곡되어, 서로 용접될 수 있다.
상기 단자홀은 상기 캡 플레이트의 폭 방향에서 제1간격으로 형성되고, 상기 폭 방향에 교차하는 길이 방향에서 상기 제1간격보다 큰 제2간격으로 형성될 수 있다.
상기 제1셀의 외부 단자부 및 상기 제2셀의 외부 단자부는 상기 폭 방향에서 상기 제1간격보다 작은 두께를 형성하고, 상기 길이 방향에서 상기 제2간격보다 작으면서 상기 두께보다 큰 폭을 형성할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 내부 단자부를 전극 조립체에 연결하고, 외부 단자부를 내부 단자부에 연결부로 연결하여 캡 플레이트의 외부로 돌출하며, 연결부를 몰딩 수지재로 절연하므로 캡 플레이트의 단자홀 주위에서 전극단자의 구조를 단순하게 하고, 전극 조립체와 전극단자를 연결하는 구성 요소를 줄일 수 있다. 따라서 이차 전지의 중량 및 제조 비용이 감소될 수 있다.
또한, 일 실시예의 이차 전지는 캡 플레이트의 내면과 전극 조립체 사이의 공간을 감소시키므로 셀 높이를 낮추고 공간 활용율을 향상시킬 수 있다. 또한, 일 실시예의 이차 전지 모듈은 복수 셀들의 외부 단자부들을 절곡하여 서로 전기적으로 연결하므로 별도의 버스바를 필요로 하지 않으며, 버스바를 사용하지 않으므로 모듈의 총 높이를 낮출 수 있다.
또한, 내부 단자부와 외부 단자부를 연결하는 연결부는 적어도 내부 단자부 및 외부 단자부의 일측 두께와 다른 두께로 형성되어 단자홀에 채워지는 몰딩 수지재와 넓은 면적으로 부착되므로 외부 단자부에 전극단자의 길이 방향으로 작용할 수 있는 외력 및 충격에 대하여 강한 저항력을 부여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 3에 적용된 전극 조립체의 사시도이다.
도 5는 도 4의 전극 조립체에 전극단자를 연결한 상태의 사시도이다.
도 6은 도 3의 캡 플레이트의 단자홀에 전극단자를 인서트 몰딩한 단면도이다.
도 7은 도 6의 인서트 몰딩된 전극단자를 전극 조립체에 연결한 상태의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트의 단자홀에 전극단자를 인서트 몰딩한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트의 단자홀에 전극단자를 인서트 몰딩한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트의 단자홀에 전극단자를 인서트 몰딩한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 부분 사시도이다.
도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ 선을 따라 자른 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 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1실시예의 이차 전지(100)는 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)와 전해액을 내장하는 케이스(30), 케이스(30)의 개구(31)에 결합되어 개구(31)를 밀폐하는 캡 플레이트(40), 및 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되어 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1, H2)에 인서트 몰딩(insert molding) 방법으로 설치되는 전극단자(51, 52)를 포함한다.
도시하지 않았으나, 이차 전지는 전기 절연재로 형성되는 탑 인슐레이터를 더 포함할 수 있다. 탑 인슐레이터는 캡 플레이트의 내면과 전극 조립체 사이에 배치되어 캡 플레이트의 내면과 전극 조립체를 전기적으로 절연한다.
케이스(30)는 플레이트 모양의 전극 조립체(10)와 전해액을 수용할 수 있도록 공간을 설정한다. 예를 들면, 케이스(30)는 대략 직육면체로 형성되고, 전극 조립체(10)를 삽입하도록 그 일측에 사각형의 개구(31)를 구비한다. 일례로써, 케이스(30)와 캡 플레이트(40)는 알루미늄으로 형성되어 개구(31)에 결합되어 서로 용접될 수 있다.
캡 플레이트(40)는 단자홀(H1, H2)뿐만 아니라 벤트홀(41)과 전해액 주입구(42)를 더 구비한다. 벤트홀(41)은 전극 조립체(10)의 충전 및 방전 작용에 의하여 이차 전지(100)의 내부에서 발생되는 가스에 의한 내부 압력을 배출할 수 있도록 벤트 플레이트(411)로 밀폐된다. 벤트 플레이트(411)는 절개를 유도하는 노치(412)를 가진다.
전해액 주입구(42)는 케이스(30)에 캡 플레이트(40)를 결합하여 용접한 후, 캡 플레이트(40) 및 케이스(30)의 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(42)는 밀봉 마개(421)로 밀봉된다.
도 4는 도 3에 적용된 전극 조립체의 사시도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 전극 조립체(10)는 전기 절연재인 세퍼레이터(13)의 양측에 제1전극(11, 예를 들면, 음극)과 제2전극(12, 예를 들면, 양극)을 배치하여 형성된다.
일례로써, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)은 권취될 수 있다. 도시하지 않았으나, 음극, 세퍼레이터 및 양극은 적층되어, 전극 조립체를 형성할 수도 있다.
음, 양극(11, 12)은 각각 금속박(예를 들면, Cu, Al 포일)의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(111, 121), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부 탭(112, 122)을 포함한다.
무지부 탭(112, 122)은 권취된 전극 조립체(10)의 일단에 배치되고, 전극 조립체(10)의 1회 권취 범위(W) 내에서 거리(D)를 두고 배치된다.
즉, 음극(11)의 무지부 탭들(112)은 권취되는 전극 조립체(10)의 일단(도 4의 상단)에서 일측(도 4의 좌측)에 배치되고, 양극(12)의 무지부 탭들(122)은 권취되는 전극 조립체(10)의 동일단(도 4의 상단)에서 거리(D)를 두고 다른 측(도 4의 우측)에 배치된다.
무지부 탭들(112, 122)이 전극 조립체(10)의 권취 회당 하나씩 구비되어 충전 및 방전되는 전류를 흐르게 하므로 무지부 탭들(112, 122)의 전체 저항이 감소된다. 따라서 전극 조립체(10)는 무지부 탭들(112, 122)을 통하여 고전류를 충전 및 방전할 수 있다.
제1실시예에서, 전극 조립체(10)는 2개의 조립체로 형성되어 있다. 도시하지 않았으나, 전극 조립체는 하나 또는 3개 또는 4개로 형성될 수도 있다(미도시). 즉 전극 조립체(10)는 캡 플레이트(40)의 폭 방향(x축 방향)으로 나란하게 배치되는 제1조립체(101)와 제2조립체(102)를 포함한다.
또한, 제1, 제2조립체(101, 102)는 대략 직육면체 형상의 케이스(30)에 수용될 수 있도록 y축 방향 양단에서 반원을 형성하는 플레이트 모양으로 형성될 수 있다.
도 5는 도 4의 전극 조립체에 전극단자를 연결한 상태의 사시도이다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 전극 조립체(10), 즉 제1, 제2조립체(101, 102)는 나란히 배치되어 전기적으로 병렬 연결된다.
전극단자(51, 52)는 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1, H2)에 각각 인서트 몰딩 방법으로 설치된다. 따라서 전극단자(51, 52)는 몰딩 수지재(61, 62)(도 1, 2, 3, 5 참조)에 의하여 캡 플레이트(40)와 전기적으로 절연되면서 각각의 무지부 탭(112, 122)에 전기적으로 연결된다. 즉 무지부 탭들(112, 122)은 제1, 제2조립체(101, 102)를 전극단자(51, 52)에 연결한다.
일례로써, 무지부 탭들(112, 122)은 복수의 군으로 형성될 수 있다. 무지부 탭들(112, 122)은 캡 플레이트(40)의 폭 방향(x축 방향)에서 전극단자(51, 52)를 사이에 두고, 전극 조립체(10)의 평면(yz 평면)을 연장하는 방향으로 설정된 면적을 형성하여 전극단자(51, 52)의 측면에 접합된다. 이때, 전극단자(51, 52)는 무지부 탭들(112, 122)의 면적에 대응하는 면적을 형성하여, 무지부 탭들(112, 122)과 서로 평면 접합된다.
제1실시예에서 무지부 탭들(112, 122)은 제1탭군(G11, G21)과 제2탭군(G12, G22)을 포함한다. 제1탭군(G11, G21)은 제1조립체(101)의 음, 양극들(11, 12)에 각각 연결되어 전극단자(51, 52)에 연결되고, 제2탭군(G12, G22)은 제2조립체(102)의 음, 양극들(11, 12)에 각각 연결되어 전극단자(51, 52)에 연결된다.
도 6은 도 3의 캡 플레이트의 단자홀에 전극단자를 인서트 몰딩한 단면도이다. 도 2, 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하면, 전극단자(51, 52)는 동일 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 전극단자(51, 52)는 외부 단자부(511, 521), 내부 단자부(512, 522) 및 연결부(513, 523)를 포함한다.
외부 단자부(511, 521)는 캡 플레이트(40)의 외부로 돌출되고, 내부 단자부(512, 522)는 캡 플레이트(40)의 내부에 돌출되어 무지부 탭들(112, 122)에 연결된다. 연결부(513, 523)는 외부 단자부(511, 521)와 내부 단자부(512, 522)를 서로 연결하고, 단자홀(H1, H2) 내부에 배치되어 몰딩 수지재(61, 62)로 피복되어 단자홀(H1, H2)과 전기적으로 절연된다.
예를 들면, 내부 단자부(512, 522)와 무지부 탭들(112, 122)은 초음파 용접으로 연결되고, 연결부(513, 523)는 초음파 용접이나 레이저 용접으로 연결될 수 있다. 연결부(513, 523)는 단자홀(H1, H2)에서 설정된 높이(H)를 가지며, 이 높이(H)는 단자홀(H1, H2)을 형성하는 캡 플레이트(40)의 두께(t) 범위 내에서 형성될 수 있다.
즉 높이(H)는 두께(t) 이하로 형성될 수 있다(H≤t). 따라서 연결부(513, 523)가 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1, H2)의 내부에서 몰딩 수지재(61, 62)에 의하여 안정적으로 절연되고, 캡 플레이트(40)의 외면 또는 내면으로 돌출되지 않게 된다.
편의상, 일측 단자홀(H1)을 예로 들어 설명한다. 단자홀(H1)은 캡 플레이트(40)의 폭 방향(x축 방향)에서 제1간격(G1)으로 형성되어 전극단자(51)와 이격되고, 폭 방향에 교차하는 길이 방향(y축 방향)에서 제2간격(G2)으로 형성되어 전극단자(51)와 이격된다. y축 방향의 제2간격(G2)은 x축 방 향의 제1간격(G1)보다 크게 형성된다.
전극단자(51)는 폭 방향(x축 방향)에서 제1간격(G1)보다 작은 두께(t11)를 형성하고, 길이 방향(y축 방향)에서 제2간격(G2)보다 작으면서 두께(t11)보다 큰 폭(W11)을 형성하여, z축 방향으로 벋는다. 따라서 두께(t11)와 폭(W11)을 가지고 높이 방향(z축 방향)으로 평면(yz 평면)을 형성하는 전극단자(51)는 단자홀(H1)에 인서트 몰딩 방법으로 설치될 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 전극단자(51, 52)에서 외부 단자부(511, 521)와 내부 단자부(512, 522)는 동일 재질 또는 이종 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 구리(Cu)로 형성되는 음극(11)의 무지부 탭들(112)에 연결되는 내부 단자부(512)는 구리(Cu)로 형성되고, 외부 단자부(511)는 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
구리(Cu)의 내부 단자부(512)는 동일 재질인 구리(Cu)의 무지부 탭들(112)과 용접성을 향상시킬 수 있다. 또한, 알루미늄(Al)인 외부 단자부(511)는 모듈 형성시, 서로 다른 셀들의 다른 전극단자(51, 52)의 외부 단자부(511, 521)(동일 재질인 알루미늄(Al))와 병렬 또는 직렬 연결시 용접성을 향상시킬 수 있다(모듈 설명 참조).
다시 제1실시예에서 일측 단자홀(H1)을 예로 들어 설명하면, 전극단자(51)에서 외부 단자부(511)와 내부 단자부(512)는 각각 분리 형성되고, 연결부(513)는 폭 방향(x축 방향)에서 외부 단자부(511)와 내부 단자부(512)를 포개어 용접하여 형성된다.
외부 단자부(511)와 내부 단자부(512)는 길이 방향(y축 방향)에서 동일한 폭(W11)을 가진다. 또한 외부 단자부(511)와 내부 단자부(512)는 폭 방향(x축 방향)에서 동일한 두께(t11)를 가진다. 따라서 연결부(523)는 폭 방향(x축 방향)에서 외부 단자부(511)와 내부 단자부(512)의 합 두께(2*t11)로 형성된다.
몰딩 수지재(61)는 단자홀(H1)의 외측에서 외부 단자부(511) 및 내부 단자부(512)의 외측 단부를 실링하고, 단자홀(H1)의 내측에서 내부 단자부(512) 및 외부 단자부(511)의 내측 단부를 실링한다.
이와 같이, 내부 단자부(512)와 외부 단자부(511)를 연결부(513)로 연결하여 캡 플레이트(40)의 외부로 돌출하고, 연결부(513)를 몰딩 수지재(61)로 절연하므로 단자홀(H1) 주위에서 전극단자(51)의 구조 및 구성 요소가 단순해 진다.
따라서 이차 전지(100)의 중량 및 제조 비용이 감소될 수 있다. 또한 전극 조립체(10)와 전극단자(51)의 연결 거리가 단축되어 저항이 낮아진다. 또한 이차 전지(100)는 낮은 저항으로 인하여 고전류의 충전 및 방전을 가능하게 한다.
또한, 합 두께(2*t11)의 연결부(513)는 단자홀(H1)에 채워지는 몰딩 수지재(61)와 넓은 면적으로 부착되어 외부 단자부(511)에 전극단자(51)의 길이 방향(z축 방향)으로 작용할 수 있는 외력 및 충격에 대하여 강한 저항력을 부여할 수 있다. 따라서 전극단자(51)는 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1)에서 견고한 설치 상태를 유지할 수 있다.
도 7은 도 6의 인서트 몰딩된 전극단자를 전극 조립체에 연결한 상태의 단면도이다. 도 7을 참조하면, 전극단자(51)에 전극 조립체(10)을 연결한 후, 전극 조립체(10)를 케이스(30)에 수용하고, 전극단자(51) 및 무지부 탭들(112)을 휘어서 캡 플레이트(40)를 개구(31)에 결합하므로 이차 전지(100)가 조립될 수 있다.
이때, 내부 단자부(512) 및 무지부 탭들(112)이 휘어지므로 캡 플레이트(40)의 내면과 전극 조립체(10) 사이의 소요되는 공간이 감소된다. 따라서 이차 전지(100)의 셀 높이가 낮아지고, 공간 활용율이 향상될 수 있다.
이하에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 편의상, 제1실시예 및 기 설명된 실시예들과 비교하여, 동일한 구성을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트의 단자홀에 전극단자를 인서트 몰딩한 단면도이다. 도 8을 참조하면, 제2실시예에 따른 이차 전지(200)의 전극단자(53)에서, 외부 단자부(531)와 내부 단자부(532)는 각각 분리 형성되고, 연결부(533)는 폭 방향(x축 방향)에서 외부 단자부(531)와 내부 단자부(532)를 포개어 용접하여 형성된다.
외부 단자부(531)는 폭 방향(x축 방향)에서 제1두께(t1)를 형성하고, 내부 단자부(532)는 폭 방향에서 제1두께(t1)보다 얇은 제2두께(t2)를 형성한다. 연결부(533)는 폭 방향(x축 방향)에서 외부 단자부(531)의 제1두께(t1)와 내부 단자부(532)의 제2두께(t2)의 합 두께(t1+t2)로 형성된다.
얇은 제2두께(t2)의 내부 단자부(532)는 전극 조립체(10)의 무지부 탭들(112)과 안정적인 용접 연결을 가능하게 한다. 두꺼운 제1두께(t1)의 외부 단자부(531)는 모듈 형성시, 서로 다른 셀들의 다른 전극단자의 외부 단자부와 병렬 또는 직렬 연결시 용접성을 향상시킬 수 있다.
몰딩 수지재(261)는 단자홀(H1)의 외측에서 외부 단자부(531) 및 내부 단자부(532)의 외측 단부를 실링하고, 단자홀(H1)의 내측에서 내부 단자부(532) 및 외부 단자부(531)의 내측 단부를 실링한다.
또한, 합 두께(t1+t2)의 연결부(533)는 단자홀(H1)에 채워지는 몰딩 수지재(261)와 넓은 면적으로 부착되어 외부 단자부(531)에 전극단자(53)의 길이 방향(z축 방향)으로 작용할 수 있는 외력 및 충격에 대하여 강한 저항력을 부여할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트의 단자홀에 전극단자를 인서트 몰딩한 단면도이다. 도 9를 참조하면, 제3실시예에 따른 이차 전지(300)의 전극단자(54)에서, 외부 단자부(541)와 내부 단자부(542)는 일체로 형성된다.
연결부(543)는 폭 방향(x축 방향)에서 외부 단자부(541)의 제1두께(t1)와 내부 단자부(542)의 제2두께(t2)에 의한 단차를 형성하고, 캡 플레이트(40)의 평면에 교차하는 높이 방향(z축 방향)으로 연장된다.
얇은 제2두께(t2)의 내부 단자부(542)는 무지부 탭들(112)과 안정적인 용접 연결을 가능하게 한다. 두꺼운 제1두께(t1)의 외부 단자부(541)는 모듈 형성시, 서로 다른 셀들의 다른 전극단자의 외부 단자부와 병렬 또는 직렬 연결시 용접성을 향상시킬 수 있다.
몰딩 수지재(361)는 단자홀(H1)의 외측에서 외부 단자부(541)를 실링하고, 단자홀(H1)의 내측에서 내부 단자부(542)를 실링하며, 캡 플레이트(40)의 두께(t) 범위 내에서 연결부(543) 및 단차를 실링한다.
또한, 단차를 가지는 연결부(543)는 단자홀(H1)에 채워지는 몰딩 수지재(361)와 넓은 면적으로 부착되어 외부 단자부(541)에 전극단자(54)의 길이 방향(z축 방향)으로 작용할 수 있는 외력 및 충격에 대하여 강한 저항력을 부여할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트의 단자홀에 전극단자를 인서트 몰딩한 단면도이다. 도 10을 참조하면, 제4실시예에 따른 이차 전지(400)의 전극단자(55)에서, 외부 단자부(551)와 내부 단자부(552)는 일체로 형성된다. 연결부(553)는 단차의 상부에 오목홈(554)을 더 형성한다.
즉 연결부(553)는 폭 방향(x축 방향)에서 외부 단자부(551)의 제1두께(t1)와 내부 단자부(552)의 제2두께(t2)에 의한 단차를 형성하고, 캡 플레이트(40)의 평면에 교차하는 높이 방향(z축 방향)으로 연장된다. 오목홈(554)은 외부 단자부(551)와 단차 사이에 형성된다.
얇은 제2두께(t2)의 내부 단자부(552)는 무지부 탭들(112)과 안정적인 용접 연결을 가능하게 한다. 두꺼운 제1두께(t1)의 외부 단자부(551)는 모듈 형성시, 서로 다른 셀들의 다른 전극단자의 외부 단자와 병렬 또는 직렬 연결시 용접성을 향상시킬 수 있다.
몰딩 수지재(461)는 단자홀(H1)의 외측에서 외부 단자부(551)를 실링하고, 단자홀(H1)의 내측에서 내부 단자부(552)를 실링하며, 캡 플레이트(40)의 두께(t) 범위 내에서 연결부(553) 및 오목홈(554)과 단차를 실링한다.
또한, 오목홈(554) 및 단차를 가지는 연결부(553)는 단자홀(H1)에 채워지는 몰딩 수지재(461)와 더욱 넓은 면적으로 부착되어 외부 단자부(551)에 전극단자(55)의 길이 방향(z축 방향)으로 작용할 수 있는 외력 및 충격에 대하여 더욱 강한 저항력을 부여할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 부분 사시도이고, 도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 11 및 도 12를 참조하여 이차 전지 모듈에 대하여 설명한다. 편의상, 제1실시예의 이차 전지(100)를 단위셀들에 적용한다.
일 실시예의 이차 전지 모듈은 캡 플레이트(40)의 폭 방향(x축 방향)으로 배치되는 적어도 제1셀(201)과 제2셀(202)을 포함한다. 제1셀(201)의 외부 단자부(511)는 측방으로 제2셀(202)을 향하여 절곡되고, 제2셀(202)의 외부 단자부(521)는 제1셀(201)의 외부 단자부(511)의 상방으로 절곡되어 서로 용접된다.
제1셀(201)의 외부 단자부(511) 및 제2셀(202)의 외부 단자부(521)는 폭 방향(x축 방향)에서 제1간격(G1)보다 작은 두께(t11)를 형성하고, 길이 방향(y축 방향)에서 제2간격(G2)보다 작으면서 두께보다 큰 폭(W11)을 형성한다.
일 실시예의 이차 전지 모듈은 제1, 제2셀(201, 202)의 외부 단자부들(511, 521)을 절곡하고 용접하여 서로 전기적으로 연결하므로 전극단자들(51, 52)의 연결을 위한 별도의 버스바를 필요로 하지 않는다.
이와 같이, 버스바를 사용하지 않으므로 이차 전지 모듈에서 총 높이가 낮아질 수 있다. 외부 단자부들(511, 521)이 동일 재질(일례로써 Al)인 경우, 전극단자들(51, 52) 사이의 용접성이 향상될 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.
10: 전극 조립체 11: 제1전극(음극)
12: 제2전극(양극) 13: 세퍼레이터
30: 케이스 31: 개구
40: 캡 플레이트 41: 벤트홀
42: 전해액 주입구 51, 52, 53. 54, 55: 전극단자
61, 62, 261, 361, 461: 몰딩 수지재 100, 200, 300, 400: 이차 전지
101, 102: 제1, 제2조립체 111, 121: 코팅부
112, 122: 무지부 탭 201, 202: 제1, 제2셀
411: 벤트 플레이트 412: 노치
421: 밀봉 마개 511, 521, 531, 541, 551: 외부 단자부
554: 오목홈 512, 522, 532, 542, 552: 내부 단자부
D: 거리 513, 523, 533, 543, 553: 연결부
G1, G2: 제1, 제2간격 G11, G21: 제1탭군
G12, G22: 제2탭군 H: 높이
H1, H2: 단자홀 t, t11: 두께
t1: 제1두께 t2: 제2두께
W: 권취 범위 W11: 폭

Claims (18)

  1. 코팅부와 무지부 탭들을 가지는 전극을 세퍼레이터의 양측에 배치하여 형성되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트; 및
    상기 캡 플레이트의 단자홀에 인서트 몰딩되어 상기 무지부 탭들에 연결되는 전극단자
    를 포함하며,
    상기 전극단자는
    상기 캡 플레이트의 외부로 돌출되는 외부 단자부,
    상기 캡 플레이트의 내부에 배치되어 상기 무지부 탭들에 연결되는 내부 단자부, 및
    상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부를 연결하고 상기 단자홀에 배치되어 몰딩 수지재로 절연되는 연결부
    를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단자홀은
    상기 캡 플레이트의 폭 방향에서 제1간격으로 형성되고,
    상기 폭 방향에 교차하는 길이 방향에서 상기 제1간격보다 큰 제2간격으로 형성되어 상기 전극단자와 이격되는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극단자는
    상기 폭 방향에서 상기 제1간격보다 작은 두께를 형성하고, 상기 길이 방향에서 상기 제2간격보다 작으면서 상기 두께보다 큰 폭을 형성하는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부는
    동일 재질 또는 이종 재질로 형성되는 이차 전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부는 각각 분리 형성되고,
    상기 연결부는 상기 폭 방향에서 상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부를 포개어 용접하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부는
    상기 길이 방향에서 동일한 폭을 가지는 이차 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부는
    상기 폭 방향에서 동일한 두께(t11)를 가지는 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연결부는
    상기 폭 방향에서 상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부의 합 두께(2*t11)로 형성되는 이차 전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 몰딩 수지재는
    상기 단자홀의 외측에서 상기 외부 단자부 및 상기 내부 단자부의 외측 단부를 실링하고,
    상기 단자홀의 내측에서 상기 내부 단자부 및 상기 외부 단자부의 내측 단부를 실링하는 이차 전지.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 외부 단자부는
    상기 폭 방향에서 제1두께(t1)를 형성하고,
    상기 내부 단자부는
    상기 폭 방향에서 상기 제1두께보다 얇은 제2두께(t2)를 형성하는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연결부는
    상기 폭 방향에서 상기 외부 단자부의 상기 제1두께와 상기 내부 단자부의 상기 제2두께의 합 두께(t1+t2)로 형성되는 이차 전지.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 외부 단자부와 상기 내부 단자부는 일체로 형성되고,
    상기 연결부는
    상기 폭 방향에서 상기 외부 단자부의 제1두께와 상기 내부 단자부의 제2두께에 의한 단차를 형성하고, 상기 캡 플레이트의 평면에 교차하는 높이 방향으로 연장되는 이차 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 몰딩 수지재는
    상기 단자홀의 외측에서 상기 외부 단자를 실링하고,
    상기 단자홀의 내측에서 상기 내부 단자부를 실링하며,
    상기 캡 플레이트의 두께 범위 내에서 상기 단차를 실링하는 이차 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 연결부는
    상기 단차의 상부에 오목홈을 더 형성하는 이차 전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 몰딩 수지재는
    상기 캡 플레이트의 두께 범위 내에서 상기 오목홈을 더 실링하는 이차 전지.
  16. 캡 플레이트의 외부로 돌출되는 외부 단자부, 상기 캡 플레이트의 내부에 배치되어 전극 조립체에 연결되는 내부 단자부, 및 외부 단자부와 상기 내부 단자부를 연결하고 상기 캡 플레이트의 단자홀에 배치되어 몰딩 수지재로 절연되는 연결부를 포함하는 이차 전지로 이루어지고 상기 캡 플레이트의 폭 방향으로 배치되는 적어도 제1셀과 제2셀을 포함하며,
    상기 제1셀의 외부 단자부는 측방으로 상기 제2셀을 향하여 절곡되고,
    상기 제2셀의 외부 단자부는 상기 제1셀의 외부 단자부의 상방으로 절곡되어, 서로 용접되는 이차 전지 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 단자홀은
    상기 캡 플레이트의 폭 방향에서 제1간격으로 형성되고,
    상기 폭 방향에 교차하는 길이 방향에서 상기 제1간격보다 큰 제2간격으로 형성되는 이차 전지 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1셀의 외부 단자부 및 상기 제2셀의 외부 단자부는
    상기 폭 방향에서 상기 제1간격보다 작은 두께를 형성하고, 상기 길이 방향에서 상기 제2간격보다 작으면서 상기 두께보다 큰 폭을 형성하는 이차 전지 모듈.
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