KR20180054278A

KR20180054278A - 이차 전지

Info

Publication number: KR20180054278A
Application number: KR1020160152026A
Authority: KR
Inventors: 권민형
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2018-05-24
Also published as: KR102281736B1

Abstract

이차 전지가 개시된다. 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 내장하는 케이스와, 케이스의 개구에 결합되며 단자홀이 형성된 캡 플레이트와, 캡 플레이트에 설치되며 제1 전극 단자와 제2 전극 단자를 포함하는 전극 단자와, 전극 조립체를 제1 전극 단자에 연결하는 제1 집전 탭과 전극 조립체를 제2 전극 단자에 연결하는 제2 집전 탭을 포함하는 리드 탭을 포함한다. 역기서, 제1 전극 단자는, 일측은 캡 플레이트의 단자홀을 관통하여 돌출되고, 타측은 휴즈부가 연결된 상태에서 제1 집전 탭에 연결될 수 있다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 내구성을 향상시키고 고용량 구현이 가능한 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

대표적인 이차 전지에는 니켈 카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈 수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈 카드뮴 전지나, 니켈 수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다.

이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.

이러한 이차 전지는 케이스의 내부에 내장된 전극 조립체와 캡 플레이트의 사이 부분의 구조를 간소화하는 것이 곤란하여, 전극 조립체를 내구성이 확보된 상태로 고용량으로 구현하는 것이 용이하지 못하다.

본 발명의 일 실시예는, 내구성이 향상되고 고용량 구현이 가능한 이차 전지를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는, 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 내장하는 케이스와, 케이스의 개구에 결합되며 단자홀이 형성된 캡 플레이트와, 캡 플레이트에 설치되며 제1 전극 단자와 제2 전극 단자를 포함하는 전극 단자와, 전극 조립체를 제1 전극 단자에 연결하는 제1 집전 탭과 전극 조립체를 제2 전극 단자에 연결하는 제2 집전 탭을 포함하는 리드 탭을 포함한다.

제1 전극 단자는, 일측은 캡 플레이트의 단자홀을 관통하여 돌출되고, 타측은 휴즈부가 연결된 상태에서 제1 집전 탭에 연결될 수 있다.

제1 전극 단자는, 단자홀의 외부로 돌출되는 전극 돌부와, 전극 돌부의 가장자리 부분에 형성되어 단자홀에 전기적으로 고정되는 안착부와, 안착부에 연장되어 휴즈부에 연결되는 연장부를 포함할 수 있다.

안착부는, 전극 돌부의 가장자리 일측에 형성되어 단자홀의 가장자리 부분에 형성된 안착홈에 안착되는 절곡부와, 전극 돌부의 가장자리 타측에 형성되어 안착홈에 안착되며 연장부에 연결되는 단차부를 포함할 수 있다.

연장부는, 일측은 단차부의 절곡된 측면에 연결되고 타측은 제1 집전 탭에 연결되며 휴즈부가 연결될 수 있다.

절곡부와 단차부는 안착홈에 초음파 용접될 수 있다.

캡 플레이트에는 벤트홀이 형성되고, 제1 집전 탭에는 벤트홀에 연통되는 서브 벤트홀이 형성될 수 있다.

캡 플레이트에는 전해액 주입구가 형성되고, 제1 집전 탭에는 전해액 주입구에 연통되는 서브 전해액 주입구가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극 단자와 양극 집전탭의 연결 과정에서 추가적인 연결 구조가 불필요하여 이차 전지의 내부 저항이 감소되는 것이 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극 단자와 양극 집전탭이 연결되는 구성을 간소화하여, 전극 조립체의 높이를 증가시켜 고용량으로 구현하는 것이 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 휴즈부가 양극 단자와 양극 집전탭의 사이에 안정적으로 설치되는 것이 가능하여, 크랙 등의 손상이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3은 도 1의 이차 전지의 양극 단자와 양극 집전탭이 연결된 상태를 개략적으로 도시한 요부 사시도이다.
도 4는 도 3의 양극 단자와 양극 집전탭이 연결된 상태를 다른 측면에서 개략적으로 도시한 요부 사시도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 잘라서 본 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 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차 전지의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)을 구비하는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(15)와, 케이스(15)의 개구에 결합되며 단자홀(311)이 형성된 캡 플레이트(20)와, 캡 플레이트(20)에 설치되며 제1 전극 단자(21)와 제2 전극 단자(22)를 포함하는 전극 단자(21, 22)와, 전극 조립체(10)를 제1 전극 단자(21)에 연결하는 제1 집전 탭(31)과 전극 조립체(10)를 제2 전극 단자(22)에 연결하는 제2 집전 탭(32)을 포함하는 리드 탭을 포함한다. 여기서, 제1 전극 단자(21)는, 일측은 캡 플레이트(20)의 단자홀(311)을 관통하여 돌출되고 타측은 휴즈부(30)가 연결된 상태에서 제1 집전 탭(31)에 연결된다.

전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 제1 전극(이하, 양"극"이라 한다)(11)과 제2 전극(이하, "음극"이라 한다)(12)을 배치하고, 양극(11), 세퍼레이터(13) 및 음극(12)을 젤리롤 상태로 권취하여 형성된다. 또한, 이하에서 제1 전극 단자(21)는 양극 단자이고, 제2 전극 단자(22)는 음극 단자를 말한다.

양극(11) 및 음극(12)은, 각각 금속판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(11a, 12a), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11b, 12b)를 포함한다.

이때, 음극(12)의 무지부(11b) 및 양극(11)의 무지부(12b)는 각각 전극조립체(10)의 상부로 돌출된다.

케이스(15)는 내부에 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어지며, 외부와 내부 공간을 연결하는 개구를 직육면체의 일면에 형성한다.

개구는 전극 조립체(10)를 케이스(15)의 내부로 삽입할 수 있게 한다.

캡 플레이트(20)는 얇은 강판으로 이루어져 케이스(15)의 개구에 설치됨으로써 케이스(15)를 밀폐한다.

캡 플레이트(20)는 전해액 주입구(29)와 벤트 홀(24)을 더 구비한다.

전해액 주입구(29)는 케이스(15)에 캡 플레이트(20)를 결합한 후, 케이스(15) 내부로 전해액의 주입을 가능하게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(29)는 밀봉 마개(27)로 밀봉될 수 있다.

벤트 홀(24)은 이차 전지의 내부 압력을 배출할 수 있도록 벤트 플레이트(25)로 밀폐된다.

이차 전지의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(25)가 절개되어 벤트 홀(24)을 개방한다. 벤트 플레이트(25)는 절개를 유도하는 노치가 형성될 수 있다.

음극 단자(22)는 캡 플레이트(20)를 관통하여 설치되고 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된다. 즉, 음극 단자(22)는 전극 조립체(10)의 음극(12)에 전기적으로 연결되는 바, 전극조립체(10)는 음극 단자(22)를 통하여 케이스(15)의 외부로 인출될 수 있다.

음극 단자(22)는 캡 플레이트(20)의 단자홀(312)에 설치되는 리벳 터미널(22a), 캡 플레이트(20)의 내측에서 리벳 터미널(22a)에 일체로 넓게 형성되는 플랜지(22b), 및 캡 플레이트(20)의 외측에 배치되어 리벳 터미널(22a)에 리벳팅 또는 용접으로 연결되는 플레이트 터미널(22c)을 포함할 수 있다.

음극 개스킷(37)은 음극 단자(22)의 리벳 터미널(22a)과 캡 플레이트(20)의 단자홀(312) 내면 사이에 각각 설치되어, 음극 단자(22)의 리벳 터미널(22a)과 캡 플레이트(20) 사이를 실링한다.

음극 개스킷(37)은 플랜지(22b)와 캡 플레이트(20)의 내면 사이에 더 연장 설치되어, 플랜지(22b)와 캡 플레이트(20) 사이를 더 실링할 수 있다.

즉, 음극 개스킷(37)은 캡 플레이트(20)에 음극 단자(22)를 설치함으로써 단자홀(312)을 통하여 전해액이 누설(leak)되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 음극 집전 탭(32)은 음극 단자(22)를 전극 조립체(10)의 음극 무지부(12b)에 전기적으로 연결할 수 있다.

즉, 음극 집전 탭(32)을 리벳 터미널(22a)의 하단에 결합하여 하단을 코킹(caulking)함으로써, 음극 집전 탭(32)은 플랜지(22b)에 지지되면서 리벳 터미널(22a)의 하단에 연결될 수 있다.

음극 절연부재(42)는 음극 집전 탭(32)과 캡 플레이트(20) 사이에 각각 설치되어, 음극 집전 탭(32)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킬 수 있다.

또한 음극 절연부재(42)는 일측으로 캡 플레이트(20)에 결합되고 다른 일측으로 음극 집전 탭(32)과의 사이에 설치되어 연결 구조를 안정화시킬 수 있다.

한편, 양극 단자(21)는 일측은 캡 플레이트(20)의 단자홀(311)을 관통하여 돌출되고, 타측은 캡 플레이트(20)와 전극 조립체(10)의 사이 부분에서 양극 집전탭(31)에 연결될 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 구체적으로 설명한다.

도 3은 도 1의 이차 전지의 양극 단자와 양극 집전탭이 연결된 상태를 개략적으로 도시한 요부 사시도이고, 도 4는 도 3의 양극 단자와 양극 집전탭이 연결된 상태를 다른 측면에서 개략적으로 도시한 요부 사시도이며, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.

양극 단자(21)는, 단자홀(311)의 외부로 돌출되는 전극 돌부(211)와, 전극 돌부(211)의 가장자리 부분에 형성되어 단자홀(311)에 전기적으로 고정되는 안착부(213)와, 안착부(213)에 연장되어 휴즈부(30)에 연결되는 연장부(215)를 포함할 수 있다.

전극 돌부(211)는 캡 플레이트(20)의 외측으로 돌출되는 것으로, 다각 형상으로 돌출될 수 있다. 물론 전극 돌부(211)는 다각 형상으로 반드시 한정되는 것은 아니고 일부분에 라운드 형상을 포함하는 것도 가능하다.

전극 돌부(211)는 캡 플레이트(20)의 개구된 단자홀(311)의 가장자리 부분에 안착부(213)에 의해 안착된 상태로 고정될 수 있다.

안착부(213)는 전극 돌부(211)의 일부분을 캡 플레이트(20)의 단자홀(311) 부분에 전기적으로 연결하기 위한 부분을 말한다.

안착부(213)는, 전극 돌부(211)의 가장자리 일측에 형성되어 단자홀(311)의 가장자리 부분에 안착되어 전기적으로 연결되는 절곡부(213a)와, 전극 돌부(211)의 가장자리 타측에 형성되어 단자홀(311)의 가장자리 부분에 안착되어 전기적으로 연결되는 단차부(213b)를 포함할 수 있다.

이러한 안착부(213)가 단자홀(311) 부분에 전기적으로 연결되기 위해, 단자홀(311)의 개구된 가장자리 부분에는 안착홈이 형성될 수 있다.

절곡부(213a)는 단자홀(311)에 형성된 안착홈에 접촉되도록 전극 돌부(211)의 일측 가장자리 부분의 외측으로 절곡될 수 있다. 절곡부(213a)는 안착홈에 접촉된 상태에서 초음파 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

단차부(213b)는 전극 돌부(211)의 가장자리 타측에 형성되어 단자홀(311)에 형성된 안착홈에 초음파 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

연장부(215)는 절곡부(213a)에 연장된 상태로 캡 플레이트(20)와 전극 조립체(10)의 사이 부분으로 연장될 수 있다. 이러한 연장부(215)에는 휴즈부(30)가 형성된다.

휴즈부(30)는 연장부(215)의 길이 방향의 일부분에 형성되는 것으로, 과전류가 흐르는 것을 방지하여 이차 전지(100)의 안정성을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 양극 단자(21)는 캡 플레이트(20)의 단자홀(311)을 통해 외부로 돌출된 상태에서 캡 플레이트(20)에 형성된 단자홀(311)을 통과하여, 캡 플레이트(20)와 전극 조립체(10)의 사이 부분으로 연장될 수 있다. 여기서, 양극 단자(21)는 캡 플레이트(20)와 전극 조립체(10)의 사이 위치에서 양극 집전탭(31)에 연결된다.

양극 집전탭(31)은 일측은 양극 단자(21)의 연장부(215)에 휴즈부(30)가 연결된 상태로 전기적으로 연결되고, 타측은 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결될 수 있다.

양극 집전탭(31)은 양극 단자(21)에 초음파 용접으로 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 양극 집전탭(31)에는 캡 플레이트(20)의 벤트홀(24)과 전해액 주입구(29)에 각각 연통되는 서브 벤트홀(31a)과 서브 전해액 주입구(31b)가 형성되는 것도 가능하다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 이차 전지(100)는 양극 단자(21)와 양극 집전탭(31)의 연결 과정에서 추가적인 연결 구조가 불필요하고 캡 플레이트(20)를 통과하여 직접 연결되는 바, 이차 전지의 내부 저항이 감소되는 것이 가능하다.

또한, 양극 단자(21)와 양극 집전탭(31)이 연결되는 구성을 간소화하여, 전극 조립체(10)의 높이를 증가시켜 고용량으로 구현하는 것이 가능하다.

또한, 휴즈부(30)가 양극 단자(21)와 양극 집전탭(31)의 사이에 안정적으로 설치되는 것이 가능하여, 크랙 등의 손상이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 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...양극
11a..코팅부 11b..무지부
12a..코팅부 12b..무지부
12...음극 15...케이스
20...캡 플레이트 21...양극 단자
211..전극 돌부 213..안착부
213a..절곡부 213b..단차부
215..연장부 22..음극 단자
22a..리벳 터미널 22b..플랜지
22c..플레이트 터미널 24...벤트 홀
29...전해액 주입구 30...휴즈부
311..단자홀 37..음극 개스킷

Claims

제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 내장하는 케이스;
상기 케이스의 개구에 결합되며 단자홀이 형성된 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트에 설치되며, 제1 전극 단자와 제2 전극 단자를 포함하는 전극 단자; 및
상기 전극 조립체를 상기 제1 전극 단자에 연결하는 제1 집전 탭과 상기 전극 조립체를 상기 제2 전극 단자에 연결하는 제2 집전 탭을 포함하는 리드 탭;
을 포함하고,
상기 제1 전극 단자는, 일측은 상기 캡 플레이트의 상기 단자홀을 관통하여 돌출되고, 타측은 휴즈부가 연결된 상태에서 상기 제1 집전 탭에 연결되는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극 단자는,
상기 단자홀의 외부로 돌출되는 전극 돌부;
상기 전극 돌부의 가장자리 부분에 형성되어 상기 단자홀에 전기적으로 고정되는 안착부; 및
상기 안착부에 연장되어 상기 휴즈부에 연결되는 연장부;
를 포함하는 이차 전지.
제2항에 있어서,
상기 안착부는,
상기 전극 돌부의 가장자리 일측에 형성되어 상기 단자홀의 가장자리 부분에 형성된 안착홈에 안착되는 절곡부; 및
상기 전극 돌부의 가장자리 타측에 형성되어 상기 안착홈에 안착되며 상기 연장부에 연결되는 단차부;
를 포함하는 이차 전지.
제3항에 있어서,
상기 연장부는,
일측은 상기 단차부의 절곡된 측면에 연결되고 타측은 상기 제1 집전 탭에 연결되며 상기 휴즈부가 연결되는 이차 전지.
제3항에 있어서,
상기 절곡부와 상기 단차부는 상기 안착홈에 초음파 용접되는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 캡 플레이트에는 벤트홀이 형성되고, 상기 제1 집전 탭에는 상기 벤트홀에 연통되는 서브 벤트홀이 형성되는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 캡 플레이트에는 전해액 주입구가 형성되고, 상기 제1 집전 탭에는 상기 전해액 주입구에 연통되는 서브 전해액 주입구가 형성되는 이차 전지.