KR20210133666A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체; 하부가 개방되고 상부에 관통홀을 갖는 상부 케이스와, 상부가 개방되어 상기 상부 케이스의 하부를 밀폐하는 하부 케이스를 포함하고, 내부에 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 관통홀을 밀폐하도록 상기 상부 케이스와 결합되고 상기 상부 케이스와 전기적으로 절연된 캡 플레이트를 포함하고, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 일부 영역이 중첩되도록 결합되며, 상기 하부 케이스의 상부 끝단이 내부 방향으로 돌출되어 상기 상부 케이스의 외측에 걸림 고정된다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초소형 이차 전지에 관한 것이다.
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.
특히, 최근에는 블루투스(Bluetooth)를 이용한 헤드폰, 이어폰, 스마트워치(Smartwatch), 신체 부착형 의료기기 등의 웨어러블 디바이스(Wearable devices)에 대한 수요가 증가함에 따라, 에너지 밀도가 높으면서 초소형의 이차 전지의 필요성이 증가하고 있다.
일례로써, 초소형 이차 전지에는 코인형 전지(coin cell) 또는 버튼형 전지(button cell)가 있다. 일반적으로 코인형 전지(coin cell) 또는 버튼형 전지(button cell)는 높이가 낮은 형태이고, 하우징의 반쪽체인 전지 컵(cell cup)과 전지 탑(cell top) 간에 결합이 이루어진다.
이 때, 전지 컵과 전지 탑 간의 결합과 절연을 위하여 공간이 필요하게 되므로 전지 용량이 감소되는 문제가 있다. 또한, 외부 충격에 의하여 전지 컵과 전지 탑이 서로 분리되는 문제가 있다.
본 발명의 일 측면은 캡 플레이트와 극성이 분리되고 밀폐력이 강화된 케이스를 포함하는 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체; 하부가 개방되고 상부에 관통홀을 갖는 상부 케이스와, 상부가 개방되어 상기 상부 케이스의 하부를 밀폐하는 하부 케이스를 포함하고, 내부에 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 관통홀을 밀폐하도록 상기 상부 케이스와 결합되고 상기 상부 케이스와 전기적으로 절연된 캡 플레이트;를 포함하고, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 일부 영역이 중첩되도록 결합되며, 상기 하부 케이스의 상부 끝단이 내부 방향으로 돌출되어 상기 상부 케이스의 외측에 걸림 고정된다.
상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 일측이 서로 접촉되어 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 캡 플레이트는 상기 관통홀의 둘레부에 결합되며, 적어도 일부는 외부로 노출되면서 상기 하부 케이스의 바닥면과 나란할 수 있다.
상기 상부 케이스 및 상기 캡 플레이트 사이에는 접합 부재가 개재되며, 상기 접합 부재는 전기 절연성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 상부 케이스 및 상기 캡 플레이트는 상기 접합 부재를 통해 열융착 결합될 수 있다.
상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스가 중첩된 영역에서 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스 사이에 개재된 실링 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극을 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결하는 제 1 전극탭, 및 상기 제 2 전극을 상기 케이스와 전기적으로 연결하는 제 2 전극탭을 더 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극 및 상기 세퍼레이터가 상기 하부 케이스의 바닥면에 수직한 방향으로 배열된 회전축을 중심으로 권취될 수 있다.
상기 제 1 전극탭은 상기 전극 조립체의 상부로 연장되어 상기 캡 플레이트의 내측면에 용접되고, 상기 제 2 전극탭은 상기 전극 조립체의 하부로 연장되어 상기 케이스의 내측면에 용접될 수 있다.
상기 제 1 전극탭과 상기 전극 조립체의 상면 사이에 개재되는 제 1 절연부재, 및 상기 제 2 전극탭과 상기 전극 조립체의 하면 사이에 개재되는 제 2 절연부재를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트는 상기 상부 케이스의 외측에 결합되어 전부가 외부로 노출되면서 편평한 형태를 가질 수 있다.
상기 캡 플레이트는 상기 상부 케이스의 내측에 결합되어 일부가 외부로 노출되면서 편평한 형태를 가질 수 있다.
상기 상부 케이스는 상기 캡 플레이트가 결합된 지지판, 및 상기 지지판에서 하부로 연장된 상부 측판을 포함하고, 상기 하부 케이스는 바닥판, 및 상기 바닥판에서 상부로 연장되며 끝단에 내부 방향으로 돌출된 후크부가 형성된 하부 측판을 포함하며, 상기 상부 측판의 적어도 일부 및 상기 하부 측판의 적어도 일부가 서로 나란하게 중첩될 수 있다.
상기 상부 측판에는 상기 후크부가 삽입되도록 상기 후크부에 대응되는 오목한 홈부가 형성될 수 있다.
상기 후크부는 상기 상부 케이스의 상면으로 연장될 수 있다.
상기 후크부가 내부 방향으로 연장되어 상기 상부 측판과 중첩되는 길이가 상기 상부 측판 두께의 30% 이상일 수 있다.
상기 이차 전지는 직경에 대한 높이의 비율이 1 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 평판 형태의 캡 플레이트가 케이스에 전기 절연재를 통해 접합됨으로써, 전지 용량을 확보하면서 캡 플레이트와 케이스가 극성이 분리된 상태로 결합될 수 있다.
또한, 상부 케이스 및 하부 케이스가 서로 중첩된 상태로 걸림 결합됨으로써, 상부 케이스 및 하부 케이스 간 체결력과 밀폐력이 강화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지를 분해하여 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ 부분을 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지의 변형된 형태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ 부분을 확대한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 초소형 전지로서, 코인형 전지(coin cell) 또는 버튼형 전지(button cell)일 수 있다. 여기서 코인형 전지 또는 버튼형 전지는 얇은 동전 또는 단추 형태의 전지로서, 직경에 대한 높이의 비율(높이/직경)이 1 이하인 전지를 의미한다.
코인형 전지 또는 버튼형 전지는 주로 원통형이므로 수평 방향의 단면이 원형이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수평 방향의 단면이 타원형 또는 다각형인 형태도 이에 포함될 수 있다. 이 때, 직경은 전지의 수평 방향을 기준으로 최대 거리를 의미하고, 높이는 전지의 편평한 바닥면에서 전지의 편평한 상단면까지의 최소 거리를 의미한다.
그러나, 코인형 전지 또는 버튼형 전지는 본 발명의 예시로서 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 원통형 또는 핀(pin) 형 전지일 수 있다. 다만, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지가 코인형 전지 또는 버튼형 전지인 경우를 예시적으로 상세히 설명한다.
한편, 본 명세서에서 '내부', '내측' 등의 방향은 전극 조립체(10)를 향한 방향을 의미하고, '외부', '외측' 등의 방향은 그 반대 방향을 의미한다. 또한, '상부', '상방', '하부', '하방', '높이 방향', '수직 방향', '종방향' 등은 케이스(20, 도 3 등 참조)의 바닥판(24, 도 3 등 참조)에 수직한 방향을 의미하고, '수평 방향', '횡방향'은 바닥판(24, 도 3 등 참조)에 나란한 방향을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지를 분해하여 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ 부분을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지(1)는 전극 조립체(10), 상부 케이스(30)와 하부 케이스(20)로 구성된 케이스, 및 캡 플레이트(40)를 포함한다.
전극 조립체(10)는 전기 절연재인 세퍼레이터(13)의 양면에 구비되는 제 1 전극(11, 예를 들면, 음극)과 제 2 전극(12, 예를 들면, 양극)을 포함하고, 제 1 전극(11), 세퍼레이터(13) 및 제 2 전극(12)을 권취하여 형성된다. 이에 따라, 전극 조립체(10)는 젤리-롤(jelly-roll) 형태를 가질 수 있으며, 전류를 충전 및 방전하도록 구성된다. 그러나, 전극 조립체(10)가 젤리-롤 형태에 한정되는 것은 아니며, 제 1, 2 전극이 세퍼레이터를 사이에 개재하여 적층된 스택(stack) 타입으로 형성될 수도 있다.
젤리-롤 형태의 전극 조립체(10)의 권취축은 케이스(20)의 높이 방향(케이스의 바닥면에서 수직한 방향)과 나란하게 배열될 수 있으며, 전극 조립체(10)의 상면과 하면은 편평하며 서로 나란한 형태일 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 전극 조립체(10)는 권취축의 자리에 센터핀을 구비할 수도 있다. 센터핀은 후술할 제 1 전극탭(81) 및 제 2 전극탭(82)을 각각 캡 플레이트(40) 및 하부 케이스(20)에 용접할 때, 일단으로 제 1 전극탭(81)과 캡 플레이트(40)를 밀착시키고, 다른 일단으로 제 2 전극탭(82)과 하부 케이스(20)를 밀착시켜서 용접 작업이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다. 다만, 용접 방식이나 이차 전지의 조립 공정에 따라 센터핀은 존재하지 않을 수 있다.
이하, 설명에서는 제 1 전극(11) 및 제 2 전극(12)은 각각 음극 및 양극인 경우를 예시로써 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 전극(11) 및 제 2 전극(12)은 각각 양극 및 음극일 수 있다.
음극(11, 제 1 전극)은 길게 이어진 띠 형상으로 이루어지며, 금속박(예를 들면, Cu 포일)의 집전체에 음극 활물질층이 도포된 영역인 음극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 음극 무지부를 포함한다. 음극 무지부는 음극의 길이 방향으로 일측 단부에 위치할 수 있다.
양극(12, 제 2 전극)은 길게 이어진 띠 형상으로 이루어지며, 금속박(예를 들면, Al 포일)의 집전체에 양극 활물질층이 도포된 영역인 양극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 양극 무지부를 포함한다. 양극 무지부는 양극의 길이 방향으로 일측 단부에 위치할 수 있다.
제 1 전극(11)에는 제 1 전극탭(81)이 고정 설치되고, 제 2 전극(12)에는 제 2 전극탭(82)이 고정 설치된다. 제 1 전극탭(81)과 제 2 전극탭(82)은 각각 음극 무지부와 양극 무지부에 설치되며, 전극 조립체(10)의 권취축과 평행하도록 연장된 후 단부가 권취축을 향해 절곡될 수 있다. 예를 들어, 절곡된 제 1 전극탭(81) 및 제 2 전극탭(82)의 단부는 각각 전극 조립체(10)의 상부 및 하부에 배치될 수 있다.
제 1 전극탭(81)은 구리, 니켈과 같은 전기 전도성 재질로 이루어지며, 캡 조립체(80)의 캡 플레이트(40)와 전기적으로 연결된다. 예를 들어 제 1 전극탭(81)의 절곡된 단부는 캡 플레이트(40)의 내측면과 용접(예를 들어, 레이저 용접)으로 직접 연결될 수 있다.
제 2 전극탭(82)은 니켈, 알루미늄과 같은 전기 전도성 재질로 이루어지며, 하부 케이스(20) 및 상부 케이스(30)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제 2 전극탭(82)의 절곡된 단부는 하부 케이스(20) 내측 바닥면 또는 상부 케이스(30)의 내측면과 용접(예를 들어, 레이저 용접)으로 직접 연결될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(1)는 제 2 전극탭(82)과 전극 조립체(10) 사이에 개재되는 제 1 절연부재(91), 및 제 1 전극탭(81)과 전극 조립체(10) 사이에 개재되는 제 2 절연부재(92)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전극 조립체(10)의 하면과 상면에는 각각 제 1 절연부재(91)와 제 2 절연부재(92)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체(10)의 하면과 절곡된 제 2 전극탭(82) 사이에 제 1 절연부재(91)가 배치될 수 있고, 전극 조립체(10)의 상면과 절곡된 제 1 전극탭(81) 사이에 제 2 절연부재(92)가 배치될 수 있다.
제 1 절연부재(91) 및 제 2 절연부재(92)는 전극 조립체(10)의 상면과 하면 전체를 커버할 수 있도록 원판 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전극 조립체(10)의 상면과 하면의 일부를 커버할 수도 있고, 센터핀이나 제 1, 2 전극탭(81, 82) 등이 관통하도록 개구를 가질 수도 있다.
제 1 절연부재(91)를 통해 제 2 전극탭(82)과 전극 조립체(10) 간의 전기적인 접촉을 방지할 수 있고, 제 2 절연부재(92)를 통해 제 1 전극탭(81)과 전극 조립체(10) 간의 전기적인 접촉을 방지할 수 있다. 또한, 제 1 절연부재(91) 및 제 2 절연부재(92)를 통해 전극 조립체(10)와 케이스(20, 30) 간의 전기적인 접촉을 방지할 수 있다.
전극 조립체(10)의 외주면은 절연 테이프로 둘러싸일 수 있다. 이를 통해 전극 조립체(10)의 외부를 보호하면서, 전극 조립체(10)의 외주면과 케이스(20, 30)의 내면 사이를 전기적으로 절연할 수 있다.
케이스는 각각 반쪽 하우징 형태의 상부 케이스(30) 및 하부 케이스(20)가 결합되어 이루어진다. 하부가 개방된 상부 케이스(30)의 내부에 전극 조립체(10)가 삽입되고, 상부 케이스(30)의 하부를 상부가 개방된 하부 케이스(20)로 밀폐함으로써, 전극 조립체(10)가 케이스에 수용될 수 있다. 상부 케이스(30) 및 하부 케이스(20)가 결합된 형태인 케이스는 내부에 전극 조립체(10)와 전해액이 수용되는 공간을 설정한다. 예를 들어, 케이스는 원통형으로 이루어지고, 원통형의 전극 조립체(10)를 내부에 수용할 수 있다.
케이스는 제 2 전극탭(82)과 전기적으로 연결되므로 전기 전도성을 가지는 금속재로 이루어진다. 이 때, 상부 케이스(30) 및 하부 케이스(20)는 일측이 서로 접촉되어 전기적으로 연결될 수 있으며, 예를 들어, 제 2 전극과 동일한 극성을 가질 수 있다.
케이스의 상부에는 관통홀(31)이 구비되어, 캡 플레이트(40)의 내측면이 관통홀(31)을 통해 내부 방향으로 노출될 수 있다. 이 때, 캡 플레이트(40)는 관통홀(31)을 통해 제 1 전극탭(81)과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상부 케이스(30)와 하부 케이스(20)는 일부 영역이 중첩되도록 결합될 수 있다. 예를 들어, 원통형의 하부 케이스(20)는 원통형의 상부 케이스(30) 보다 직경이 클 수 있으며, 하부 케이스(20)가 상부 케이스(30)를 수용하는 형태로 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 하부 케이스(20)의 상부 끝단이 내부 방향으로 돌출되어 상부 케이스(30)의 외측에 걸림 고정될 수 있다. 이에 따라, 상부 케이스(30)와 하부 케이스(20) 간의 체결력과 밀폐력을 향상시킬 수 있다.
상부 케이스(30)는 캡 플레이트(40)를 지지하는 지지판(34) 및 지지판(34)에서 하부로 연장된 상부 측판(32)을 포함할 수 있다. 지지판(34)과 상부 측판(32)은 일체로 형성될 수 있고, 또는 지지판(34)과 상부 측판(32)이 용접 방식으로 연결될 수도 있다.
지지판(34)은 중심부에 관통홀(31)이 형성될 수 있다. 지지판(23)은 캡 플레이트(40)와 결합되는 부분으로, 캡 플레이트(40)와 나란하게 배열될 수 있다, 예를 들어, 지지판(23)는 하부 케이스(20)의 바닥면과 나란할 수 있으며, 수평 방향으로 연장된 평판 형태일 수 있다. 예를 들어, 지지판(23)은 중심부에 원형의 관통홀(31)이 형성된 원판 형태를 가질 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 지지판(34)과 전극 조립체(10) 사이에는 전기 절연성 물질로 이루어진 보조 절연 부재(70)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 지지판(34)의 하측면에 보조 절연 부재(70)가 위치될 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체(10)의 상부로 인출되는 제 1 전극탭(81)이 극성이 다른 지지판(34)에 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
상부 측판(32)은 수직 방향(상하 방향)으로 연장된 형태를 가질 수 있으며, 전극 조립체(10)의 외주면을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 측판(32)은 원판 형태의 지지판(23)의 가장자리에서 하부로(수직 방향으로) 소정 길이만큼 연장된 형태를 가질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상부 측판(32)에는 외면에 오목한 홈 부(35)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 홈 부(35)는 상부 측판(32)의 둘레 방향을 따라 연장된 형태일 수 있으며, 상부 측판(32)이 내부 방향으로 함입된 형태일 수 있다. 홈 부(35)는 후술할 하부 케이스(20)의 후크부(25)가 삽입되는 부분이므로, 후크부(25)에 대응되는 크기와 형태를 가질 수 있다.
하부 케이스(20)는 베이스를 이루는 바닥판(24) 및 바닥판(24)에서 상부로 연장된 하부 측판(22)을 포함할 수 있다. 바닥판(24)과 하부 측판(22)은 일체로 형성될 수 있고, 또는 바닥판(24)과 하부 측판(22)이 용접 방식으로 연결될 수도 있다.
바닥판(24)은 수평 방향으로 연장된 편평한 평판 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어, 원판 형태를 가질 수 있다. 바닥판(24)은 후술할 캡 플레이트(40)의 편평한 외측면과 나란할 수 있다. 바닥판(24)에는 전술할 상부 케이스(30)의 상부 측판(32)의 하단이 접촉할 수 있다. 이를 통해 상부 케이스(30)와 하부 케이스(40)가 전기적으로 연결될 수 있다.
하부 측판(22)은 상부 측판(32)과 나란한 방향인 수직 방향(상하 방향)으로 연장된 형태를 가질 수 있으며, 상부 측판(32)의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 측판(22)은 원판 형태의 바닥판(24)의 가장자리에서 상부로(수직 방향으로) 소정 길이만큼 연장된 형태를 가질 수 있다.
하부 측판(22)의 끝단, 다시 말해 상단에는 내부 방향으로 돌출된 후크부(25)가 형성될 수 있다. 후크부(25)는 하부 측판(22)의 내측면 보다 내부 방향으로 돌출된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 후크부(25)는 하부 측판(22)의 끝단에서 내부 방향으로 휘어져 연장된 형태일 수 있으며, 하부 측판(22)의 끝단 둘레를 따라 수평 방향으로 연장된 형태일 수 있다.
후크부(25)는 상부 케이스(30)의 외측에 걸리므로, 후크부(25)가 상부 케이스(30)의 외측에 접촉할 수 있다. 이를 통해 상부 케이스(30)와 하부 케이스(40)가 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4를 참조하면, 후크부(25)가 상부 케이스(30)의 홈부(35)에 삽입될 수 있다. 후크부(25)가 내부 방향으로 연장되어 상부 측판(32)과 중첩되는 길이(D2)는 상부 측판 두께(D1)의 30% 이상일 수 있다.
하기의 표 1은 후크부(25)가 상부 측판(32)과 중첩되는 길이(D2)를 달리하면서 상부 케이스(30) 및 하부 케이스(20) 간 밀폐가 유지되는지 여부를 실험한 결과를 나타낸 것이다. 하기 표 1을 참조하면, 후크부(25)가 내부 방향으로 연장되어 상부 측판(32)과 중첩되는 길이(D2)는 상부 측판 두께(D1)의 30% 이상일 때 밀폐 효과가 유지됨을 확인할 수 있다.
D1 (mm) D2 (mm) 밀폐
0.15 0.15 O
0.15 0.10 O
0.15 0.05 O
0.15 0.03 X
전술하였듯이, 후크부(25)는 상부 케이스(30)의 홈 부(35)에 삽입될 수 있는데, 홈 부(35)는 상부 측판(32)의 다양한 위치에 형성될 수 있다.예를 들어, 도 1 내지 도 4와 같이, 홈 부(35)가 하부 케이스(20)의 바닥판(24)에서 높은 위치, 다시 말해 캡 플레이트(40)에 가까운 위치에 형성될 경우, 상부 측판(32)과 하부 측판(22)이 중첩되는 영역이 넓어질 수 있다. 이에 따라, 외부 충격이나 내부 압력에 의한 상부 측판(32) 또는 하부 측판(22)의 변형을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지의 변형된 형태를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 홈 부(35)는 하부 케이스(20)의 바닥판(24)에서 낮은 위치, 다시 말해 캡 플레이트(40)에 먼 위치에 형성될 경우, 상부 측판(32)과 하부 측판(22)이 중첩되는 영역이 좁아질 수 있다. 그러나, 상부 케이스(30) 및 하부 케이스(20) 간의 체결력과 밀폐력을 강화시키면서도 공간 효율성을 높일 수 있다.
상부 케이스(30)와 하부 케이스(20)가 중첩된 영역에서, 상부 케이스(30)와 하부 케이스(20) 사이에는 실링 부재(60)가 개재될 수 있다. 이에 따라 상부 케이스(30) 및 하부 케이스(20) 사이로 외부 이물이나 수분이 침투하지 못하도록 상부 케이스(30) 및 하부 케이스(20) 사이를 밀폐할 수 있다.
예를 들어, 상부 측판(32)과 하부 측판(22)이 중첩되는 영역 중 적어도 일부 영역에, 상부 측판(32)과 하부 측판(22) 사이에 실링 부재(60)가 개재될 수 있다. 실링 부재(60)는 상부 측판(32)의 외측면 및 하부 측판(22)의 내측면 중 적어도 한 곳에 실링재가 코팅되어 형성될 수 있다. 또는 실링 부재(60)는 상부 측판(32) 및 하부 측판(22)과는 별개의 부재로 구성되어 상부 케이스(30) 및 하부 케이스(20)의 결합시에 상부 측판(32) 및 하부 측판(22) 사이에 개재될 수 있다.
캡 플레이트(40)는 케이스를 밀폐하면서 외부 단자가 되는 부분이다. 캡 플레이트(40)는 상부 케이스(30)에 형성된 관통홀(31)을 밀폐하도록 상부 케이스(30)와 결합된다. 도 1 내지 3을 참조하면, 캡 플레이트(40)는 관통홀(31)의 둘레부에 결합되며, 적어도 일부가 외부로 노출되면서 하부 케이스(20)의 바닥판(24)과 나란할 수 있다. 이에 따라, 이차 전지(1)의 상단 및 하단이 서로 다른 극성을 가지는 외부 단자가 되면서, 서로 나란하게 형성될 수 있다.
캡 플레이트(40)는 제 1 전극탭(81)과 전기적으로 연결되므로, 제 2 전극탭(82)과 전기적으로 연결되는 상부 케이스(30)와 전기적으로 절연될 수 있다.
캡 플레이트(40)와 상부 케이스(30) 사이에는 전기 절연성 물질로 이루어진 접합 부재(50)가 개재되며, 접합 부재(50)를 통해 캡 플레이트(40)는 상부 케이스(30)에 형성된 관통홀(31)의 둘레부에 접합될 수 있다.
상부 케이스(30) 및 캡 플레이트(40)는 접합 부재(50)를 통해 열융착 결합될 수 있다. 예를 들어, 접합 부재(50)는 열융착 필름일 수 있으며, 열융착 필름과 접하는 상부 케이스(30)의 접합면과 캡 플레이트(40)의 접합면은 에칭, 홈 파기 등의 공정을 통하여 표면 처리될 수 있다. 이에 따라, 표면 처리된 접합면의 접합력을 높일 수 있다.
그러나, 상부 케이스(30)와 캡 플레이트(40)를 접합하는 방식 및 접합 부재(50)의 종류는 전술한 예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 접합 방식 및 다양한 접합 부재(50)의 종류가 적용될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 캡 플레이트(40)는 상부 케이스(30)의 외측에 결합되어 전부가 외부로 노출될 수 있다. 예를 들어, 캡 플레이트(40)는 편평한 원판 형태를 가질 수 있으며, 이차 전지(1)의 상부면의 전체를 덮을 수 있다. 이에 따라, 외부 단자의 영역을 극대화하여 외부에서 전기적인 연결을 할 때, 연결 지점의 자유도를 높일 수 있으며, 캡 플레이트(40)와 상부 케이스(30) 간의 단락의 가능성을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 전술한 실시예와는 다른 특징을 중심으로 설명하고, 전술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이며, 도 8은 도 7의 Ⅷ 부분을 확대한 도면이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 이차 전지(2)는 상부 케이스(30)가 하부 케이스(20)에 수용될 수 있다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 하부 케이스(20)의 하부 측판(22)은 상부 케이스(20)의 상부 측판(32)의 전 영역에서 중첩될 수 있다. 이에 따라, 상부 측판(32)과 하부 측판(22) 간의 중첩 영역을 극대화함으로써, 외부 충격이나 내부 압력에 의한 상부 측판(32) 또는 하부 측판(22)의 변형을 방지하는 보강 효과를 높일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상부 케이스(30)에서 홈 부(35, 도 3 및 도 4 참조)가 형성되지 않을 수 있다. 대신에, 하부 케이스(20)의 후크부(25)는 상부 케이스(30)의 상면으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 후크부(25)는 상부 케이스(30)의 지지판(34)과 나란하게 연장될 수 있다. 이에 따라, 후크부(25)는 상부 케이스(30)의 상면에 걸림 고정될 수 있다.
전술한 제 1 실시예와 동일하게, 도 8을 참조하면, 후크부(25)가 내부 방향으로 연장되어 상부 측판(32)과 중첩되는 길이(D2)는 상부 측판 두께(D1)의 30% 이상일 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 캡 플레이트(40)는 상부 케이스(30)의 내측에 결합될 수 있다. 캡 플레이트(40)는 상부 케이스(30)의 관통홀(31)을 통해 일부가 외부로 노출되며, 노출된 영역은 본 실시예에 따른 이차 전지(3)의 외부 단자가 되며, 하부 케이스(20)의 바닥판(24)과 나란한 편편한 형태를 가질 수 있다.
예를 들어, 캡 플레이트(40)는 가장자리 영역에 상부 케이스(30)의 지지부(34)와 나란한 접합부(42)가 마련되고, 중심부 영역에 외부로 노출된 단자부(41)가 마련될 수 있다. 단자부(41)는 바닥판(24)에서의 높이가 접합부(42)보다 높을 수 있으며, 단자부(41)가 관통홀(31)을 향해 돌출된 형태를 가질 수 있다.
본 실시예의 경우, 캡 플레이트(40)가 상부 케이스(30)의 내측에 결합되기 때문에, 내부 압력에 대하여 캡 플레이트(40)과 상부 케이스(30) 간 밀폐력을 높일 수 있다. 또한, 전술한 실시예와는 달리 제 1 전극탭(81)과 상부 케이스(30)의 지지판(34) 사이에 보조 절연 부재(70, 도 3 및 도 7 참조)가 필요없게 된다.
이상 설명한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(1, 2, 3)는 코인형 전지 또는 버튼형 전지일 수 있으며, 직경(D, 도 3, 7, 9 참조)에 대한 높이(H, 도 3, 7, 9 참조)의 비율(H/D)이 1 이하일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는, 평판 형태의 캡 플레이트(40)가 케이스에 전기 절연재로 이루어진 접합 부재(50)를 통해 접합됨으로써, 전지 용량을 충분히 확보하면서 캡 플레이트(40)와 케이스가 극성이 분리된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상부 케이스(30) 및 하부 케이스(20)가 서로 중첩된 상태로 걸림 결합됨으로써, 상부 케이스(30) 및 하부 케이스(20) 간 체결력과 밀폐력을 높일 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.
1, 2, 3 이차 전지 10 전극 조립체
11 제 1 전극(음극) 12 제 2 전극(양극)
13 세퍼레이터 20 하부 케이스
22 하부 측판 24 바닥판
25 후크부 30 상부 케이스
32 상부 측판 34 지지판
35 홈부 40 캡 플레이트
50 접합 부재 60 실링 부재
81 제 1 전극탭 82 제 2 전극탭
91 제 1 절연부재 92 제 2 절연부재

Claims (17)

  1. 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체;
    하부가 개방되고 상부에 관통홀을 갖는 상부 케이스와, 상부가 개방되어 상기 상부 케이스의 하부를 밀폐하는 하부 케이스를 포함하고, 내부에 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 관통홀을 밀폐하도록 상기 상부 케이스와 결합되고 상기 상부 케이스와 전기적으로 절연된 캡 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 일부 영역이 중첩되도록 결합되며, 상기 하부 케이스의 상부 끝단이 내부 방향으로 돌출되어 상기 상부 케이스의 외측에 걸림 고정된, 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 일측이 서로 접촉되어 전기적으로 연결되는, 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는
    상기 관통홀의 둘레부에 결합되며, 적어도 일부는 외부로 노출되면서 상기 하부 케이스의 바닥면과 나란한, 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 케이스 및 상기 캡 플레이트 사이에는 접합 부재가 개재되며,
    상기 접합 부재는 전기 절연성 물질로 이루어진, 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 케이스 및 상기 캡 플레이트는 상기 접합 부재를 통해 열융착 결합된, 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스가 중첩된 영역에서 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스 사이에 개재된 실링 부재를 더 포함하는, 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극을 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결하는 제 1 전극탭, 및
    상기 제 2 전극을 상기 케이스와 전기적으로 연결하는 제 2 전극탭을 더 포함하는, 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극 및 상기 세퍼레이터가 상기 하부 케이스의 바닥면에 수직한 방향으로 배열된 회전축을 중심으로 권취된, 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭은 상기 전극 조립체의 상부로 연장되어 상기 캡 플레이트의 내측면에 용접되고,
    상기 제 2 전극탭은 상기 전극 조립체의 하부로 연장되어 상기 케이스의 내측면에 용접되는, 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭과 상기 전극 조립체의 상면 사이에 개재되는 제 1 절연부재, 및
    상기 제 2 전극탭과 상기 전극 조립체의 하면 사이에 개재되는 제 2 절연부재를 더 포함하는, 이차 전지.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 상기 상부 케이스의 외측에 결합되어 전부가 외부로 노출되면서 편평한 형태를 갖는, 이차 전지.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 상기 상부 케이스의 내측에 결합되어 일부가 외부로 노출되면서 편평한 형태를 갖는, 이차 전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 케이스는 상기 캡 플레이트가 결합된 지지판, 및 상기 지지판에서 하부로 연장된 상부 측판을 포함하고,
    상기 하부 케이스는 바닥판, 및 상기 바닥판에서 상부로 연장되며 끝단에 내부 방향으로 돌출된 후크부가 형성된 하부 측판을 포함하며,
    상기 상부 측판의 적어도 일부 및 상기 하부 측판의 적어도 일부가 서로 나란하게 중첩된, 이차 전지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 상부 측판에는 상기 후크부가 삽입되도록 상기 후크부에 대응되는 오목한 홈부가 형성된, 이차 전지.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 후크부는 상기 상부 케이스의 상면으로 연장된, 이차 전지.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 후크부가 내부 방향으로 연장되어 상기 상부 측판과 중첩되는 길이가 상기 상부 측판 두께의 30% 이상인, 이차 전지.
  17. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이차 전지는 직경에 대한 높이의 비율이 1 이하인, 이차 전지.
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