KR20200131653A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20200131653A
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coupling
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Abstract

본 발명에서는 리테이너가 전극 조립체의 무지부와 케이스의 사이에 결합되어 전극 조립체 및 집전체를 고정하고, 이탈을 방지할 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되며, 상기 양극판 및 음극판 무지부가 구비된 복수의 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 내장되는 케이스; 상기 케이스와 결합되는 캡 플레이트; 복수의 결합부를 통해 상기 복수의 전극 조립체의 무지부에 각각 결합되는 집전체; 및 상기 집전체의 일측으로부터 삽입되어 결합되는 리테이너를 포함하고, 상기 리테이너는 상기 집전체의 결합부 사이에 비해 넓은 폭을 갖도록 형성된 돌출부를 통해 상기 집전체와 결합하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명은 전극 조립체 및 집전체의 변형을 억제할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(Rechargeable battery)는 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.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 전극 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 구성된다.
이러한 이차 전지는 점차 용량이 증가함에 따라 사용자의 안전을 도모하기 위한 여러가지 노력들이 요구되고 있다.
본 발명은 리테이너가 전극 조립체의 무지부와 케이스의 사이에 결합되어 전극 조립체 및 집전체를 고정하고, 이탈을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되며, 상기 양극판 및 음극판에 무지부가 구비된 복수의 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 내장되는 케이스; 상기 케이스와 결합되는 캡 플레이트; 복수의 결합부를 통해 상기 복수의 전극 조립체의 무지부에 각각 결합되는 집전체; 및 상기 집전체의 일측으로부터 삽입되어 결합되는 리테이너를 포함하고, 상기 리테이너는 상기 집전체의 결합부 사이에 비해 넓은 폭을 갖도록 형성된 돌출부를 통해 상기 집전체와 결합될 수 있다.
여기서, 상기 리테이너의 돌출부는 플레이트 형상의 본체부로부터 돌출되어, 상기 집전체의 결합부의 사이에 결합될 수 있다.
그리고 상기 돌출부는 상기 집전체의 결합부 사이에 형성되며 상기 전극 조립체에 접촉하는 중심부와, 상기 중심부를 기준으로 양측에 형성되고 상기 결합부와 접촉하는 복수의 탄성부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 중심부는 상기 본체부로부터 돌출되어 형성되고, 단부의 헤드가 상기 전극 조립체에 접촉할 수 있다.
또한, 상기 탄성부는 상기 본체부에 구비된 절개홀의 둘레 가장자리 중 일측으로부터 돌출되고, 상기 중심부와 이격되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 탄성부의 전체 폭은 상기 집전체의 결합부 사이 간격에 비해 넓게 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 탄성부는 각각 일단이 상기 중심부에 결합되고, 상기 일단과 반대되는 타단이 절개되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 탄성부의 타단의 전체 폭은 상기 집전체의 결합부 사이 간격에 비해 넓게 형성될 수 있다.
또한, 상기 리테이너는 상기 집전체의 결합부 사이에 형성되고, 내부가 비어있는 형태로 구성된 추가적인 돌출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 추가적인 돌출부는 비어있는 내부에 적어도 하나의 격벽이 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 리테이너는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)을 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체 및 집전체의 측부로부터 결합되는 리테이너를 구비하되, 리테이너의 무게 및 소재를 줄이고, 리테이너가 안정적으로 결합된 상태를 유지하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체, 집전체 및 리테이너가 결합되는 순서를 도시한 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체, 집전체 및 리테이너가 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 리테이너의 구성을 도시한 사시도, 정면도 및 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 집전체에 리테이너가 결합된 상태를 도시한 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 집전체에 리테이너가 결합된 상태를 도시한 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 리테이너의 제 2 영역의 결합상태를 확대 도시한 평면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 리테이너의 구성을 도시한 사시도, 정면도 및 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 집전체에 리테이너가 결합된 상태를 도시한 부분 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)" 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.
"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 이용된다. 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 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체, 집전체 및 리테이너가 결합되는 순서를 도시한 분해사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체, 집전체 및 리테이너가 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 케이스(110), 상기 케이스(110)의 내부에 삽입되는 전극 조립체(120), 상기 전극 조립체(120)에 연결된 집전체(130), 집전체(120)의 측부로부터 결합된 리테이너(140), 상기 집전체(130)의 상부에 형성된 제 1 절연 부재(150), 상기 케이스(110)을 밀봉하는 캡 플레이트(160), 상기 캡 플레이트(160)의 상부에 형성된 제 2 절연부재(170), 상기 제 2 절연 부재(170)의 상부에 형성된 너트(180)를 포함한다.
상기 케이스(110)는 내부에 수용 공간을 갖고 상부에 개구부가 형성된 대략 육면체의 형상으로 형성된다. 상기 케이스(110)는 수용 공간 내에 전극 조립체(120) 및 전해액을 수용한다. 상기 케이스(110)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성된다. 도 1에서는 케이스(140)와 캡 플레이트(160)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 플레이트(160)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 또한, 상기 케이스(110)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(120), 집전체(130) 및 캡 플레이트(160)와 절연될 수 있다.
상기 전극 조립체(120)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 그 사이에 위치한 세퍼레이터의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판은 예를 들어 음극으로서 동작할 수 있으며, 제 2 전극판은 양극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제 1 전극판은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 활물질을 도포함으로써 형성되며, 활물질이 도포되지 않는 영역에 무지부가 형성된다. 상기 제 2 전극판은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 활물질을 도포함으로써 형성되며, 활물질이 도포되지 않은 영역인 무지부를 포함한다. 상기 세퍼레이터는 제 1 전극판과 제 2 전극판 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 전극판 및 세퍼레이터의 재질을 한정하는 것은 아니다.
이러한 전극 조립체(120)는 복수개로 구비되어 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(110)에 수납된다. 상기 전극 조립체(120)는 본 발명에서 4개로 도시되어 있으나, 상기 갯수로 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
상기 전극판들이 권취되어 형성된 전극 조립체(120)는 활물질이 도포된 영역인 코팅부(121), 상기 활물질이 도포되지 않고 형성된 무지부(122)를 각각 구비한 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 스택되거나 권취되어 형성될 수 있다. 특히, 전극 조립체(120)의 구조에서 양극판과 음극판에 각각 연결된 한 쌍의 무지부(122)가 전극 조립체(120)의 양측면에서 서로 반대 방향으로 돌출될 수 있다. 따라서, 무지부(122)들은 서로 압착되어 전극 조립체(120)의 양 측면에서 각각 양극탭과 음극탭으로서 기능할 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체(120)가 복수개로 구비되는 경우, 상기 전극 조립체(120)는 동일한 전극의 무지부(122)들이 동일한 방향에 위치하도록 정렬될 수 있다. 또한, 상기 무지부(122)들에 연결된 한 쌍의 집전체(130)를 통해 이차 전지의 전극이 형성된다.
이 때, 상기 무지부(122)는 상기 집전체(130)와 용접을 통해 결합될 수 있다. 복수개의 전극 조립체(120)가 배열되어, 복수개의 무지부(122)가 구비된 상태에서, 상기 집전체(130)는 상기 무지부(122)들과 수직 방향(도면의 z축 방향)을 따라 평행하게 위치한 상태에서 용접될 수 있다. 따라서, 복수개의 전극 조립체(120)에 형성된 무지부(122)들은 상기 집전체(130)에 의해 상호간 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 집전체(130)는 한 쌍으로 구비되어, 각각이 하나의 극성을 갖는 무지부(122)들에 연결된다. 상기 집전체(130)는 상기 무지부(122)를 통해 전극 조립체(120)와 연결되고, 상기 캡 플레이트(160)의 외부로 노출되어 전기적인 신호의 입출력 경로를 형성한다.
상기 집전체(130)는 상기 전극 조립체(110)의 수평 방향(도 1의 x축 방향)과 나란하게 형성된 몸체부(131), 상기 몸체부(131)로부터 절곡되어 대략 수직한 방향(도 1의 z축 방향)으로 형성된 절곡부(132), 절곡부(132)로부터 연장되어 형성되고 상기 무지부(122)와 결합되는 결합부(133), 상기 몸체부(131)로부터 수직 방향(도 1의 z축 방향)으로 돌출되어 상기 캡 플레이트(160)의 외부로 노출되는 단자부(134)를 포함한다.
상기 몸체부(131)는 대략 평평한 판상으로 형성되어 상기 전극 조립체(110)의 길이를 따라 그 상부에 수평 방향으로 형성된다.
상기 절곡부(132)는 상기 몸체부(131)로부터 수직 방향으로 절곡되어, 상기 무지부(122)를 향하여 나란하게 연장된다. 상기 절곡부(132)는 상기 무지부(122)를 커버하는 폭을 갖는다.
상기 결합부(133)는 전극 조립체(120)의 수에 대응되도록 복수개, 예를 들어 전극 조립체(120)가 4개인 경우, 제 1 결합부 내지 제 4 결합부(133a 내지 133d)로 구비될 수 있다. 상기 결합부(133)는 상기 절곡부(132)로부터 수직 방향(도 1의 -z축 방향)으로 연장되어 형성된다. 상기 결합부(133)는 상기 무지부(122)의 갯수와 동일한 갯수로 구비되고, 각각이 상기 무지부(122)와 접촉하면서 나란하게 연장된다. 즉, 상기 결합부(133)의 측면은 상기 무지부(122)의 측면과 수직 방향(-z축 방향)을 따라 접촉하면서 나란하게 연장된다. 그리고 상기 결합부(133)는 두 개씩 쌍(133a 및 133b, 133c 및 133d)을 이루며, 하나의 결합부쌍, 예를 들어, 제 1 결합부(133a)와 제 2 결합부(133b)는 한 쌍의 무지부(122)의 내측에 접하도록 위치할 수 있다. 즉, 상기 결합부쌍(133a, 133b)은 상기 무지부(122) 쌍의 마주보는 내측면에 접한 상태로 위치하며, 이 상태에서 용접을 통해 상기 무지부(122)와 결합될 수 있다.
상기 단자부(134)는 상기 몸체부(131)로부터 수직 방향(도 1의 z축 방향)으로 돌출되어 형성된다. 여기서, 단자부(134)는 집전체(130)와 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 구비되어 볼트 체결 등의 방법으로 결합될 수도 있다. 상기 단자부(134)는 상기 캡 플레이트(160)의 상부로 더 돌출되어 전극 단자를 형성하게 된다. 또한, 상기 단자부(134)는 외주면에 나사산을 구비하여, 상부에서 결합되는 너트(180)와도 결합될 수 있다.
이하에서는 상기 리테이너(140)의 구성을 도 5a 내지 도 8을 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 리테이너의 구성을 도시한 사시도, 정면도 및 평면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 집전체에 리테이너가 결합된 상태를 도시한 부분 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 집전체에 리테이너가 결합된 상태를 도시한 부분 사시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 리테이너의 제 2 영역의 결합상태를 확대 도시한 평면도이다.
도면을 참조하면, 상기 리테이너(140)는 한 쌍으로 구비되어 상기 전극 조립체(120)의 양측으로부터 상기 집전체(130)에 각각 결합될 수 있다. 상기 리테이너(140)는 탄성력을 갖는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 상기 리테이너(140)는 집전체(130)의 결합부(133)에 결합되며, 결합부(133)를 구성하는 제 1 결합부(133a) 내지 제 4 결합부(133d)의 사이에 탄성 복원력을 통해 안정적으로 결합될 수 있다.
구체적으로, 상기 리테이너(140)는 대략 평판 형상의 본체부(141)를 기본으로 하여, 표면으로부터 일 방향으로 돌출된 제 1 돌출부(142), 상기 제 1 돌출부(142)를 중심으로 양측에 형성된 다수의 제 2 돌출부(143)를 포함할 수 있다.
상기 본체부(141)는 상기 평판 형상으로 구비되며, 이에 따라 상기 리테이너(140)가 상기 집전체(130)와 결합되었을 때, 상기 집전체(130)의 길이 방향을 따라 밀착하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 본체부(141)는 내부 중앙에 제 1 절개부(141a)를 구비하며, 제 1 절개부(141a)의 둘레 가장자리를 따라 제 1 돌출부(142)가 돌출되어 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 돌출부(142)는 내부가 비어 있는 형상이 될 수 있고, 이에 따라 리테이너(140)의 무게 및 소재를 줄이는 효과가 있다.
또한, 상기 본체부(141)는 제 1 절개부(141a)를 중심으로, 복수개의 제 2 절개부(141b)를 구비하며, 제 2 절개부(141b)의 일측 가장자리로부터 제 2 돌출부(143)의 일부 구성이 돌출되어 형성될 수 있다. 따라서, 본체부(141)로부터 제 2 돌출부(143)가 결합은 되어 있지만, 유동이 가능하기 때문에, 상기 제 2 돌출부(143)의 탄성력이 높아질 수 있다.
상기 제 1 돌출부(142)는 상기 본체부(141)의 표면을 따라 수직 방향에서 길게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 돌출부(142)는 상기 본체부(141)의 제 1 절개부(141a)의 둘레를 따라 형성되기 때문에 내부가 비게 되어 무게를 줄일 수 있다. 다만, 상기 제 1 돌출부(142)의 내측에는 강도를 유지하기 위한 적어도 하나의 격벽(142a)이 형성될 수 있다. 이러한 격벽(142a)은 수직 방향을 따라 일정 간격으로 배치될 수 있다. 이에 따라 제 1 돌출부(142)가 집전체(130)의 사이, 예를 들어, 제 2 결합부(133b)와 제 3 결합부(133c)의 사이를 통과하여 전극 조립체(120)에 닿을 때, 상기 격벽(142a)이 상기 제 1 돌출부(142)를 지지하여 형상이 유지될 수 있도록 한다. 또한, 격벽(142)으로 인해, 제 1 돌출부(142)는 전극 조립체(120)에 대해 안정적인 고정 상태를 유지할 수 있다.
한편, 상기 제 1 돌출부(142)의 대략 중앙에는 공기홀(142c)이 더 형성될 수 있다. 상기 공기홀(142c)은 상기 돌출부(142)가 최종적으로 전극 조립체(120)에 고정될 때, 내부의 공기가 빠져나오도록 설계되어, 밀착이 가능하도록 한다.
제 2 돌출부(143)는 상기 본체부(141)의 표면을 따라, 상기 제 1 돌출부(142)의 주변에 위치할 수 있다. 상기 제 2 돌출부(143)는 상기 본체부(141)의 제 2 절개부(141b)로부터 일 방향으로 돌출된 중심부(143a)와 상기 중심부(143a)를 중심으로 좌우 대칭으로 형성되고 상기 제 2 절개부(141b)의 둘레 일측으로부터 돌출된 탄성부(142b)를 포함할 수 있다.
여기서, 중심부(143a)는 상기 본체부(141)에 대해 수직한 방향으로 돌출된 헤드(143c)를 갖도록 구비될 수 있다. 이후 상기 리테이너(140)가 상기 집전체(130)와 결합할 때, 상기 중심부(143a)의 헤드(143c)는 상기 집전체(130)의 상기 제 1 결합부(133a)와 제 2 결합부(133b)의 사이 및 상기 제 3 결합부(133c)와 제 4 결합부(133d)의 사이를 통과하여 상기 전극 조립체(120)에 닿을 수 있다. 따라서, 상기 중심부(143a)는 상기 제 2 돌출부(143)가 상기 집전체(130) 및 전극 조립체(120)에 대해 고정된 위치에서 유지되도록 할 수 있다.
한편, 상기 탄성부(143b)는 상기 중심부(143a)의 양측에 배치되며, 상기 제 2 절개부(141b)의 둘레 일측의 가장자리로부터 돌출될 수 있다. 상기 탄성부(143b)는 마주보는 헤드(143d)의 폭이 상기 중심부(143a)의 헤드(143c)에 비해 더 크도록 형성된다. 특히, 상기 탄성부(143b)는 마주보는 헤드(143d)의 폭(b)은 상기 집전체(130)의 상기 제 1 결합부(133a)와 제 2 결합부(133b)의 사이 및 상기 상기 제 3 결합부(133c)와 제 4 결합부(133d)의 사이 간격(a)에 비해 더 넓게 형성된다. 이에 따라, 상기 탄성부(143b)의 헤드(143d)는 상기 집전체(130)의 상기 제 1 결합부(133a)와 제 2 결합부(133b)의 사이 및 상기 제 3 결합부(133c)와 제 4 결합부(133d)의 사이에 압입될 수 있으며, 상기 헤드(143d)의 탄성 복원력을 통해 상기 리테이너(140)는 집전체(130)와 안정적으로 결합된 상태를 유지할 수 있다.
상기 제 1 절연 부재(150)는 상기 집전체(130) 중에서 상기 몸체부(131)의 상부에 형성된다. 상기 제 1 절연 부재(150)는 상기 집전체(130)와 상기 캡 플레이트(160)의 사이에 형성된다. 상기 제 1 절연 부재(150)는 상기 집전체(130)와 캡 플레이트(160)를 전기적으로 절연시킨다. 다만, 상기 제 1 절연 부재(150)는 내부에 단자홀을 구비하여 상기 집전체(130)의 단자부(134)가 상기 제 1 절연 부재(150)를 관통하여 상기 캡 플레이트(160)의 상부로 노출될 수 있도록 한다.
상기 캡 플레이트(160)는 상기 케이스(110)의 상부에 형성되어 상기 케이스(110)와 결합된다. 상기 캡 플레이트(160)는 상기 케이스(110)을 밀봉하여, 상기 케이스(110) 내부의 전해액이 누출되는 것을 방지한다. 상기 캡 플레이트(160)는 내부에 단자홀을 구비하여, 상기 집전체(130)의 단자부(134)가 상기 단자홀을 관통하여 상기 캡 플레이트(160)의 상부로 돌출되도록 할 수 있다. 상기 캡 플레이트(160)는 일 영역에 전해액이 주입되기 위한 주입홀과, 전해액이 주입된 이후 상기 주입홀을 메우는 주입 마개(161)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(160)는 대략 중앙에 안전 벤트(162)를 포함한다. 상기 안전 벤트(162)는 과충전과 같은 사유로 상기 케이스(110)의 내부에서 가스가 발생하여 상기 케이스(110) 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면, 상기 캡 플레이트(160)의 다른 부분보다 미리 개방되어 상기 가스를 방출시킴으로써 내압 상승에 따른 폭발 위험성을 줄일 수 있다.
상기 제 2 절연 부재(170)는 상기 캡 플레이트(160)의 상면에 형성되며, 상기 집전체(130)의 단자부(134) 둘레에 형성된다. 상기 제 2 절연 부재(170)는 상기 캡 플레이트(160)와 단자부(134)를 전기적으로 독립시킨다. 또한, 상기 제 2 절연 부재(171)는 상기 캡 플레이트(160)의 상부에서 상기 단자부(134)와 결합되는 상기 너트(180)가 상기 캡 플레이트(160)와 전기적으로 독립되도록 한다.
상기 너트(180)는 상기 단자부(134)의 상부로부터 결합된다. 상기 너트(180)는 내부에 형성된 나사산을 통해 상기 단자부(134)의 나사산과 결합된다. 상기 너트(190)는 상기 단자부(134) 각각에 체결되어 상기 단자부(134) 각각을 상기 캡 플레이트(160)에 고정시킨다. 따라서, 상기 전극 단자(134)에 결합되어 있는 상기 전극 조립체(120) 역시 상기 케이스(110)의 내부에서 위치가 고정된다.
상술한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(120) 및 집전체(130)의 측부로부터 결합되는 리테이너(140)를 구비하되, 리테이너(140)의 무게 및 소재를 줄이고, 리테이너(140)가 안정적으로 결합된 상태를 유지하도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구조를 설명하도록 한다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 리테이너의 구성을 도시한 사시도, 정면도 및 평면도이다. 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 집전체에 리테이너가 결합된 상태를 도시한 부분 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 리테이너(240)를 포함할 수 있다. 물론, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지도 역시 리테이너(240)를 제외한 케이스(110), 전극 조립체(120), 집전체(130), 제 1 절연 부재(150), 캡 플레이트(160), 제 2 절연부재(170), 너트(180)를 더 포함할 수 있으나, 앞선 실시예와 같으므로, 세부 설명은 생략하도록 한다.
상기 리테이너(240)는 본체부(241), 제 1 돌출부(142), 상기 제 1 돌출부(142)를 중심으로 양측에 형성된 다수의 제 2 돌출부(243)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 본체부(241)는 앞선 실시예와 대부분 동일하나, 제 2 절개부(241c)의 구성에서 다소 차이가 있다. 구체적으로, 후술할 바와 같이, 상기 제 2 돌출부(243)의 탄성부(243b)와 그 헤드(243d)는 상기 제 2 절개부(241c)로부터 돌출되는 것이 아니라, 상기 돌출부(243)의 중앙부(243a)에 연결된다. 따라서, 상기 제 2 절개부(241c)는 상기 탄성부(243b) 및 그 헤드(243d)와 분리된 구성을 갖는다.
한편, 상기 제 2 돌출부(243)는 탄성부(243)의 중심으로부터 양측으로 헤드(243d)가 결합될 수 있다. 상기 헤드(243a) 사이의 폭 역시 집전체(130)의 제 1 결합부(133a)와 제 2 결합부(133b)의 사이 및 제 3 결합부(133c) 및 제 4 결합부(133d) 사이의 거리에 비해 넓게 형성된다. 따라서, 헤드(243a)는 내측으로 가압되면서 상기 집전체(130)의 제 1 결합부(133a)와 제 2 결합부(133b)의 사이 및 제 3 결합부(133c) 및 제 4 결합부(133d) 사이에 각각 결합되며, 이 때의 탄성 복원력으로 안정된 결합 상태를 유지할 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; 케이스
120; 전극 조립체 122; 무지부
130; 집전체 133; 결합부
133a; 제 1 결합부 133b; 제 2 결합부
133c; 제 3 결합부 133d; 제 4 결합부
140; 리테이너 141; 본체부
142; 제 1 돌출부 142a; 격벽
143, 243; 제 2 돌출부 143a; 중심부
143b; 탄성부 143c; 헤드
143d, 243d; 헤드 150; 제 1 절연 부재
160; 캡 플레이트 170; 제 2 절연 부재
180; 너트

Claims (11)

  1. 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되며, 상기 양극판 및 음극판에 무지부가 구비된 복수의 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 내장되는 케이스;
    상기 케이스와 결합되는 캡 플레이트;
    복수의 결합부를 통해 상기 복수의 전극 조립체의 무지부에 각각 결합되는 집전체; 및
    상기 집전체의 일측으로부터 삽입되어 결합되는 리테이너를 포함하고,
    상기 리테이너는 상기 집전체의 결합부 사이에 비해 넓은 폭을 갖도록 형성된 돌출부를 통해 상기 집전체와 결합된 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너의 돌출부는 플레이트 형상의 본체부로부터 돌출되어, 상기 집전체의 결합부 사이에 결합되는 이차전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 리테이너의 돌출부는 상기 집전체의 결합부 사이에 형성되며 상기 전극 조립체에 접촉하는 중심부와, 상기 중심부를 기준으로 양측에 형성되고 상기 집전체의 결합부와 접촉하는 복수의 탄성부를 포함하는 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 중심부는 상기 본체부로부터 돌출되어 형성되고, 단부의 헤드가 상기 전극 조립체에 접촉하는 이차 전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄성부는 상기 본체부에 구비된 절개홀의 둘레 가장자리 중 일측으로부터 돌출되고, 상기 중심부와 이격되어 형성된 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 탄성부의 전체 폭은 상기 집전체 결합부 사이 간격에 비해 넓게 형성된 이차 전지.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 탄성부는 각각 일단이 상기 중심부에 결합되고, 상기 일단과 반대되는 타단이 절개되어 형성된 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 탄성부의 타단의 전체 폭은 상기 집전체의 결합부 사이의 간격에 비해 넓게 형성된 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너는 상기 집전체의 결합부 사이에 형성되고, 내부가 비어있는 형태로 구성된 추가적인 돌출부를 더 포함하는 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 추가적인 돌출부는 비어있는 내부에 적어도 하나의 격벽이 형성되어 있는 이차 전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)을 포함하여 형성된 이차 전지.
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