KR20210156118A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20210156118A
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housing
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cap plate
terminal
secondary battery
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KR1020200073855A
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고희정
김기정
박용진
우병철
이종하
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 측면은 세트에 삽입시, 서로 다른 극성을 가지는 단자 플레이트와 케이스의 원활히 접촉 가능하게 하는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체를 수용하며 개구를 갖는 케이스, 상기 케이스에 결합되어 상기 개구를 덮는 캡 플레이트와 상기 캡 플레이트에 결합되는 단자 플레이트를 포함하는 캡 조립체, 및 상기 캡 플레이트를 덮고 상기 케이스에 결합되는 하우징을 포함하며, 상기 단자 플레이트의 외표면은 상기 하우징의 외표면보다 더 돌출되는 높이 차이(ΔH1, ΔH2)를 가진다.

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 리튬이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬이온 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), 및 신체 부착형 의료기기 등의 웨어러블 디바이스(Wearable devices)에 대한 수요가 증가함에 따라, 에너지 밀도가 높으면서 초소형의 이차 전지의 필요성이 증가하고 있다.
이러한 초소형 이차 전지는 제한된 크기 내에서 요구되는 전기적 용량을 확보하고, 효과적인 경량화를 도모하면서 효율적인 구조를 구현하고 구조적 안정성을 향상시키는 것이 중요하다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명의 일 측면은 세트 삽입시, 역방향 삽입을 방지하며, 서로 다른 극성을 띤 부분들(단자 플레이트와 캡 플레이트 또는 케이스)의 외부단락을 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 측면은 세트에 삽입시, 서로 다른 극성을 가지는 단자 플레이트와 케이스가 세트에 원활히 접촉될 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체를 수용하며 개구를 갖는 케이스, 상기 케이스에 결합되어 상기 개구를 덮는 캡 플레이트와 상기 캡 플레이트에 결합되는 단자 플레이트를 포함하는 캡 조립체, 및 상기 캡 플레이트를 덮고 상기 케이스에 결합되는 하우징을 포함하며, 상기 단자 플레이트의 외표면은 상기 하우징의 외표면보다 더 돌출되는 높이 차이(ΔH1, ΔH2)를 가진다.
상기 전극 조립체는 제1전극과 제2전극 및 이들 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하며, 상기 케이스는 상기 제1전극에 제1전극탭으로 연결되고, 상기 단자 플레이트는 상기 제2전극에 제2전극탭으로 연결될 수 있다.
상기 캡 플레이트는 상기 케이스와 전기적으로 연결되고, 상기 캡 플레이트와 상기 단자 플레이트는 서로의 사이에 배치되는 열융착부재로 열융착되고 전기적으로 서로 절연될 수 있다.
상기 단자 플레이트는, 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되어 상기 캡 플레이트의 내표면에 전기적으로 절연 부착되는 플렌지부, 및 상기 플렌지부의 중심에서 외부로 돌출되어 상기 캡 플레이트의 단자홀 및 상기 하우징의 관통구를 관통하고, 내표면으로 상기 제2전극탭과 전기적으로 연결되는 돌출단자를 포함하며, 상기 돌출단자는 상기 하우징의 외표면보다 제1높이 차이(ΔH1)로 더 돌출되어 외표면을 형성할 수 있다.
상기 하우징은 상기 관통구로 상기 돌출단자를 관통시키면서 상기 캡 플레이트의 외표면을 덮는 평면부, 및 상기 케이스의 측면의 일부를 덮고 상기 측면에 결합되도록 상기 평면부의 외곽에서 상기 케이스의 측면을 따라 연장되는 측면부를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 상기 돌출단자의 외표면과 상기 캡 플레이트의 외표면의 전기적인 단락을 방지하도록 전기 절연재로 형성될 수 있다.
상기 하우징의 상기 관통구는 상기 캡 플레이트의 상기 단자홀과 동심을 이루면서 상기 관통구의 내경은 상기 돌출단자의 외경보다 큰 직경으로 형성될 수 있다.
상기 케이스의 내경(D1)은 상기 돌출단자의 외경(D11) 및 상기 돌출단자의 직경 방향 양측에 설정되는 상기 평면부의 직경방향 거리(D12)의 두 합(2×D12) 보다 클 수 있다(D1 > D11 + 2×D12).
상기 하우징은 PP, PE, PET, PEN 수지 또는 러버로 형성될 수 있다.
상기 단자 플레이트는, 상기 캡 플레이트의 외부에 배치되어 상기 캡 플레이트의 외표면에 전기적으로 절연 부착되는 플렌지부, 및 상기 플렌지부의 중심에서 내부로 돌출되어 상기 하우징의 관통구 및 상기 캡 플레이트의 단자홀을 관통하여 상기 전극 조립체를 향하여 돌출되고, 내표면으로 상기 제2전극탭과 전기적으로 연결되는 탭연결부를 포함하며, 상기 플렌지부는 상기 하우징의 외표면보다 제2높이 차이(ΔH2)로 더 돌출되어 외표면을 형성할 수 있다.
상기 하우징은 상기 플렌지부를 노출하면서 상기 캡 플레이트의 노출면을 덮도록 상기 플렌지부의 외경보다 큰 내경으로 형성되는 관통구를 구비하는 평면부, 및 상기 케이스의 측면의 일부를 덮고 상기 측면에 결합되도록 상기 평면부의 외곽에서 상기 케이스의 측면을 따라 연장되는 측면부를 포함할 수 있다.
상기 케이스의 내경(D2)은 상기 플렌지부의 외경(D21) 및 상기 플렌지부의 직경 방향 양측에 설정되는 상기 평면부의 직경방향 거리(D22)의 두 합(2×D22) 보다 클 수 있다(D2 > D21 + 2×D22).
상기 하우징은 상기 케이스의 측면에서 단차를 형성할 수 있다.
상기 케이스는 하부에서 직경 방향 외측면으로 제1직경을 설정하고, 상기 하우징은 상기 케이스의 상부에 결합되어 상기 하우징의 직경 방향 외측면으로 상기 제1직경보다 큰 제2직경을 설정할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 하우징이 캡 플레이트를 덮고 케이스에 결합되므로 케이스의 측면에 단차를 형성한다. 즉 하우징이 캡 플레이트 및 그 인접 측에서 케이스의 측면보다 더 돌출되므로 높이 또는 직경이 증가하는 단차를 형성할 수 있다. 따라서 시각적 또는 구조적으로 세트에 이차 전지의 역방향 삽입이 효과적으로 방지될 수 있다.
일 실시예의 이차 전지는 캡 조립체에서 서로 다른 극성을 띤 두 부분들(예, 캡 플레이트와 단자 플레이트)이 같은 방향으로 노출되는데, 하우징이 서로 다른 극성을 띤 두 부분들 중 적어도 하나를 덮을 수 있다. 하우징이 전기 절연재로 형성되는 경우, 도전성 이물질에 의한 두 부분의 외부단락(short circuit)이 효과적으로 방지될 수 있다.
일 실시예의 이차 전지는 케이스에 하우징을 결합하므로 물리적 충격에 대하여 하우징이 완충작용하므로 낙하 테스트 및 텀블링 테스트(tumbling test)에 대하여 안전성을 개선할 수 있다.
일 실시예의 이차 전지는 하우징의 적용에도 불구하고 단자 플레이트가 하우징 보다 더 돌출되므로 세트에 삽입시, 단자 플레이트와 케이스가 세트에 원활히 접촉될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 이차 전지에 대한 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ 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.
본 발명의 일 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, 전지 직경(D)에 대한 높이(H)의 비율(H/D)이 1 이하인 전지를 의미한다(도 1 참조).
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 하우징(또는 케이스) 외주의 최대 거리로 설정되고, 높이는 전지의 수직 방향을 기준으로 최대 거리(편평한 바닥면에서 편평한 최상단면까지의 거리)로 설정된다.
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 경우에 대하여, 예시적으로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차 전지에 대한 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1실시예의 이차 전지(1)는 전극 조립체(10), 케이스(20), 캡 조립체(30), 및 하우징(40)을 포함한다. 캡 조립체(30)는 서로 결합되는 캡 플레이트(31)와 단자 플레이트(33)를 포함한다. 일례로써, 캡 플레이트(31)와 단자 플레이트(33)는 서로의 사이에 배치되는 열융착부재(34)에 의하여 열융착된다.
열융착부재(34)는 캡 플레이트(31)와 단자 플레이트(33)를 상호 결합시키는 매개체로 작용한다. 예를 들면, 열융착부재(34)는 폴리머 등 전기 절연성 소재로 형성될 수 있고, 레이저 등을 이용하여 용융되어 캡 플레이트(31)와 단자 플레이트(33)에 융착될 수 있다.
제1실시예는 열융착부재(34)로 단자 플레이트(33)를 캡 플레이트(31)에 결합시킴으로써, 별도의 절연용 구성을 추가하지 않고도 단자 플레이트(33)와 캡 플레이트(31) 사이를 효과적으로 절연하면서 안정적인 결합 구조를 형성할 수 있다.
코인형 전지의 경우, 초소형으로 제작되어 공간적 측면에서 설계적인 제한을 가질 수 있으며, 이에 따라 구조 및 제조 공정을 단순화하면서 기능성을 확보할 필요가 있다. 이에 대하여, 제1실시예는 열융착부재(34)를 통해 단자 플레이트(33)와 캡 플레이트(31)간 절연과 결합을 함께 이루고 있다.
전극 조립체(10)는 전기 절연재인 세퍼레이터(13)의 양면에 구비되는 제1전극(11, 예를 들면, 음극)과 제2전극(12, 예를 들면, 양극)을 포함하고, 제1전극(11), 세퍼레이터(13) 및 제2전극(12)을 권취하여 형성된다. 따라서 전극 조립체(10)는 젤리롤(jelly roll) 타입으로 형성될 수 있다. 별도로 도시하지 않았으나, 전극 조립체는 스택(stack) 타입으로 형성될 수도 있다.
전극 조립체(10)는 전류를 충전 및 방전하도록 구성되며, 전극 조립체(10)에서 권취축은 케이스(20)의 높이 방향(도 1 내지 도 3에서 상하 방향)과 나란하게 배열될 수 있다. 전극 조립체(10)의 제1단(전극 조립체의 하단면)(101)과 제2단(전극 조립체의 상단면)(102)은 평평하며 서로 나란한 형태일 수 있다. 제1실시예에서 전극 조립체(10)는 센터핀을 구비하지 아니하고 있으나 권취축의 자리에 센터핀(미도시)을 구비할 수도 있다.
케이스(20)는 전극 조립체(10)의 양단 중 제1단(101)과 마주하면서 전극 조립체(10)를 수용한다. 이때, 전극 조립체(10)는 절연시트(14)로 피복되어 케이스(20)에 내장된다. 일례로써, 케이스(20)는 젤리롤 타입의 전극 조립체(10)를 수용하는 원통으로 형성되며, 캡 조립체(30)는 원통형 케이스(20)의 개구(21)를 밀폐한다.
전극 조립체(10)는 제1전극(11)에 연결되는 제1전극탭(51)과 제2전극(12)에 연결되는 제2전극탭(52)을 구비하여, 제1, 제2전극(11, 12)을 제1, 제2단(101, 102)으로 각각 인출한다.
전극 조립체(10)가 케이스(20)에 수용된 상태에서 제1전극탭(51)은 케이스(20)의 바닥에 전기적으로 연결되고, 제2전극탭(52)은 캡 조립체(30)의 단자 플레이트(33)에 전기적으로 연결된다.
그리고 캡 조립체(30)의 캡 플레이트(31)는 전극 조립체(10) 양단 중 제2단(102)과 마주하면서 케이스(20)에 결합되어 개구(21)를 덮는다. 이때, 단자 플레이트(33)는 열융착부재(34)로 캡 플레이트(31)에 결합된 상태로 제2전극탭(52)에 연결된다.
이하에서는 제1전극(11) 및 제2전극(12)이 각각 음극 및 양극인 경우를 예시로써 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1전극(11) 및 제2전극(12)은 각각 양극 및 음극일 수도 있다.
제1전극(음극)(11)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.
제2전극(양극)(12)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.
케이스(20)는 일측에 형성된 개구(21)로 전극 조립체(10)를 삽입할 수 있게 하고, 내부에 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 공간을 가진다. 예를 들어, 케이스(20)는 전지 직경(D)에 비하여 높이(H)가 낮은 원통형으로 이루어지고, 내부 공간에 상응하는 원통형의 전극 조립체(10)가 삽입되도록 개구(21)를 원형으로 이루고 있다.
캡 조립체(30)에서, 단자 플레이트(33)는 플렌지부(331)와 돌출단자(332)를 포함한다. 플렌지부(331)는 캡 플레이트(31)와 전극 조립체(10) 사이에 배치되어 캡 플레이트(31)의 내표면에 전기적으로 절연 부착된다.
하우징(40)은 이차 전지(1)를 세트에 조립할 때, 역방향 삽입을 방지하기 위하여 구비된다. 일례로써, 하우징(40)은 캡 플레이트(31)를 덮고 케이스(20)에 결합되어, 이차 전지(1)에서 확장부(P1)를 형성한다. 즉 하우징(40)은 확장부(P1)에 의하여 케이스(20)의 측면에 단차를 형성한다.
따라서 하우징(40)은 이차 전지(1)의 높이 방향(상하 방향)의 양측을 상측의 확장부(P1)와 하측의 비확장부(P2)로 형성한다. 즉, 이차 전지(1)에서 하우징(40)이 결합된 부분이 확장부(P1)를 형성하고, 하우징(70)이 없는 부분이 비확장부(P2)를 형성하게 된다.
비확장부(P2)에서 케이스(20) 및 바닥은 제1전극(11)의 음극성을 띠고, 확장부(P1)에서 단자 플레이트(33)는 제2전극(12)의 양극성을 띠게 된다. 이때, 케이스(20)에 결합되는 캡 플레이트(31)는 케이스(20)와 함께 제1전극(11)의 음극성을 띠게 된다. 즉 캡 플레이트(31)와 케이스(20)는 전기적으로 서로 연결되어 있다.
단자 플레이트(33)에서, 돌출단자(332)는 플렌지부(331)의 중심에서 외부로 돌출되어 캡 플레이트(31)의 단자홀(311), 열융착부재(34)의 관통구(341) 및 하우징(40)의 관통구(411)를 관통하고, 돌출단자(332)의 내표면이 제2전극탭(52)과 전기적으로 연결된다. 제2전극탭(52)은 플렌지부(331)의 내표면 또는 돌출단자(332)의 내표면에 연결되거나 양자 모두에 연결될 수도 있다.
돌출단자(332)는 하우징(40)의 외표면보다 제1높이 차이(ΔH1)로 더 돌출되어 외표면을 형성한다. 즉 돌출단자(332)의 외표면은 캡 플레이트(31)의 외표면보다 케이스(20)의 바닥을 기준을 할 때, 더 돌출된다. 그리고 돌출단자(332)의 외표면과 하우징(40)의 외표면은 제1높이 차이(ΔH1)를 가지면서 직경 방향으로 서로 이격된 평면을 각각 형성한다.
예를 들면, 하우징(40)은 평면부(41)와 측면부(42)를 포함한다. 평면부(41)는 관통구(411)를 구비하여 관통구(411)로 돌출단자(332)를 노출하면서 캡 플레이트(31)의 외표면을 덮을 수 있도록 구성된다. 측면부(42)는 케이스(20) 측면의 일부를 수용하여 케이스(20)의 측면에 결합되도록 평면부(41)의 외곽에서 케이스(20)의 측면을 따라 연장된다. 이차 전지(1)에서 하우징(40)이 결합된 부분이 확장부(P1)를 형성하고, 하우징(40)이 없는 부분이 비확장부(P2)를 형성하게 된다.
따라서 하우징(40)은 높이 방향 및 높이 방향에 직교하는 교차 방향(직경 방향)에서 확장부(P1)와 비확장부(P2)의 경계에서 케이스(20)의 측면에 단차를 형성한다. 즉 확장부(P1)는 비확장부(P2)에 비하여 상대적으로 높이 또는 직경을 증가시킨다.
구체적으로 설명하면, 케이스(20)는 하부에서 하우징(40)이 결합되지 않으므로 케이스(20)의 직경 방향 외측면 사이로 케이스(20)의 외경을 설정한다. 하우징(40)은 케이스(20)의 상부에 결합되어 하우징(40)의 직경 방향 외측면 사이로 하우징(40)의 외경을 설정한다. 하우징의 외경은 케이스의 외경보다 크게 설정된다. 따라서 이차 전지(1)의 상부와 하부에서 직경 차이를 가지게 된다.
또한, 하우징(40)은 돌출단자(332)의 외표면과 캡 플레이트(31)의 외표면 사이에서 전기적인 단락을 방지하기 위하여, 전기 절연재로 형성될 수 있다. 예를 들면, 하우징(40)은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지 또는 러버(rubber)로 형성될 수 있다. 예시하지 않았으나 합성수지 또는 전기 절연성을 가지는 재료는 모두 하우징에 적용될 수 있다.
하우징(40)의 관통구(411)는 캡 플레이트(31)의 단자홀(311)과 동심을 이루면서, 관통구(411)의 내경은 돌출단자(332)의 외경(D11)보다 큰 직경으로 형성된다. 따라서 케이스(20)의 내경(D1)은 돌출단자(332)의 외경(D11) 및 돌출단자(332)의 직경 방향 양측에 설정되는 평면부(41)의 직경방향 거리(D12)의 두 합(2×D12)보다 크다(D1 > D11 + 2×D12). 즉 돌출단자(332)의 외면과 하우징(40) 관통구(411)의 내벽 사이에 제1갭(G1)이 존재한다.
제1갭(G1)은 하우징(40)의 측면부(42)가 케이스(20)에 결합하고 평면부(41)가 캡 플레이트(31)가 밀착될 때, 관통구(411) 주변이 돌출단자(332)에 의하여 방해 받는 것을 방지한다.
한편, 열융착부재(34)의 직경 방향 외주에 배치되는 절연부재(61)가 캡 플레이트(31)의 내표면에 설치된다. 절연부재(61)는 캡 플레이트(31)와 제2전극탭(52) 사이 및 캡 플레이트(31)와 전극 조립체(10) 사이에서 전기 절연 구조를 형성할 수 있다. 일례로써, 절연부재(61)는 열융착부재(34)의 외경에 대응하는 관통구(611)를 구비한다.
하우징(40)에서, 평면부(41)의 직경 방향 길이(D12)는 측면부(42)의 높이 방향의 길이(H1) 이상(D12 ≥ H1)일 수 있다. 따라서 높이 방향의 길이(H1)는 하우징(40)의 케이스(20)에 대한 체결력을 형성하게 하고, 직경 방향 길이(D12)는 단자 플레이트(33)의 절연성능을 충분히 확보할 수 있게 한다.
한편, 도 1을 참조하면, 제1실시예의 이차 전지(1)에서, 케이스(20)의 개구(21)를 캡 조립체(30)로 밀폐한 상태에서 케이스(20)와 돌출단자(332)의 외측 평면들 사이의 거리로 높이(H)가 설정되고, 하우징(40)의 외주로 전지 직경(D)이 설정된다. 이때, 전지 직경(D)에 대한 높이(H)의 비가 1이하(H/D ≤ 1)다. 따라서 제1실시예의 이차 전지(1)는 코인형 전지 또는 버튼형 전지로써 얇은 동전 또는 단추 형태를 이룰 수 있다.
이하에서 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다. 제1, 제2실시예를 비교하여 서로 동일한 구성을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 제2실시예에서 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 이차 전지에 대한 분해 사시도이며, 도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 제2실시예의 이차 전지(2)에서, 캡 조립체(60)의 단자 플레이트(63)는 플렌지부(631)와 탭연결부(632)를 포함한다. 플렌지부(631)는 캡 플레이트(31)의 외측에 배치되어 캡 플레이트(31)의 외표면에 전기적으로 절연 부착된다.
하우징(70)은 이차 전지(2)를 세트에 조립할 때, 역방향 삽입을 방지하기 위하여 구비된다. 일례로써, 하우징(70)은 캡 플레이트(31)를 덮고 케이스(20)에 결합되어, 이차 전지(2)에서 확장부(P3)를 형성한다. 캡 플레이트(31)에서 외표면의 일부는 플렌지부(631)로 덮이고 외곽에 남은 외표면의 나머지 일부 평면(노출면, 301)을 하우징(70)으로 덮인다.
단자 플레이트(63)에서, 탭연결부(632)는 플렌지부(631)의 중심에서 내부로 돌출되어 하우징(70)의 관통구(711), 열융착부재(34)의 관통구(341) 및 캡 플레이트(31)의 단자홀(311)을 관통하여 전극 조립체(10)를 향하여 돌출되고, 제2전극탭(52)은 탭연결부(632)의 내표면에 전기적으로 연결된다.
플렌지부(631)는 하우징(70)의 외표면보다 제2높이 차이(ΔH2)로 더 돌출되어 외표면을 형성한다. 즉 플렌지부(631)의 외표면은 캡 플레이트(31)의 외표면보다 케이스(20)의 바닥을 기준을 할 때, 더 돌출된다. 그리고 플렌지부(631)의 외표면과 하우징(70)의 외표면은 제2높이 차이(ΔH2)를 가지면서 직경 방향으로 서로 이격된 평면을 각각 형성한다.
예를 들면, 하우징(70)은 평면부(71)와 측면부(72)를 포함한다. 평면부(71)는 관통구(711)를 구비하여 단자 플레이트(63)의 플렌지부(631)를 노출하면서 캡 플레이트(31) 외표면의 노출면(301)을 덮을 수 있도록 구성된다. 측면부(72)는 케이스(20) 측면의 일부를 덮고 케이스(20)의 측면에 결합되도록 평면부(71)의 외곽에서 케이스(20)의 측면을 따라 연장된다. 이차 전지(2)에서 하우징(70)이 결합된 부분이 확장부(P3)를 형성하고, 하우징(70)이 없는 부분이 비확장부(P4)를 형성하게 된다.
따라서 하우징(70)은 캡 플레이트(31)의 노출면(301)을 덮고 케이스(20)에 결합되어, 확장부(P3)를 형성한다. 즉 하우징(70)은 확장부(P3)에 의하여 케이스(20)의 측면에 단차를 형성한다. 즉 확장부(P3)는 비확장부(P4)에 비하여 상대적으로 높이 또는 직경을 증가시킨다.
하우징(70)의 관통구(711)는 캡 플레이트(31)의 단자홀(311)과 동심을 이루면서, 관통구(711)의 내경은 플렌지부(631)의 외경(D21)보다 큰 직경으로 형성된다. 따라서 케이스(20)의 내경(D2)은 플렌지부(631)의 외경(D21) 및 플렌지부(631)의 직경 방향 양측에 설정되는 평면부(71)의 직경방향 거리(D22)의 두 합(2×D22)보다 크다(D2 > D21 + 2×D22). 즉 플렌지부(631)의 외면과 하우징(70) 관통구(711)의 내벽 사이에 제2갭(G2)이 존재한다.
한편, 탭연결부(632)의 직경 방향 외주에 배치되는 절연부재(62)가 캡 플레이트(31)의 내표면에 설치된다. 절연부재(62)는 캡 플레이트(31)와 제2전극탭(52) 사이 및 캡 플레이트(31)와 전극 조립체(10) 사이에서 전기 절연 구조를 형성할 수 있다. 일례로써, 절연부재(62)는 캡 플레이트(31)의 단자홀(311)에 대응하는 관통구(621)를 구비한다. 관통구(621)는 제2전극탭(52)이 탭연결부(632)의 내표면에 연결될 수 있게 한다. 관통구(621)는 단자홀(311)보다 작은 직경으로 형성되어 제2전극탭(52)이 캡 플레이트(31)에 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
하우징(70)에서 평면부(71)의 직경 방향 길이(D22)는 측면부(72)의 높이 방향의 길이(H2) 이하(D22 ≤ H2)일 수 있다. 따라서 제1실시예의 직경 방향 길이(D12)에 비하여 직경 방향 길이(D22)가 짧지만 높이 방향의 길이(H2)는 하우징(70)의 케이스(20)에 체결력을 충분히 확보할 수 있게 한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2: 이차 전지 10: 전극 조립체
11: 제1전극(음극) 12: 제2전극(양극)
13: 세퍼레이터 14: 절연시트
20: 케이스 21: 개구
30, 60: 캡 조립체 31: 캡 플레이트
33, 63: 단자 플레이트 34: 열융착부재
40, 70: 하우징 41, 71: 평면부
42, 72: 측면부 51: 제1전극탭
52: 제2전극탭 61, 62: 절연부재
611, 621: 관통구 101: 제1단
102: 제2단 301: 노출면
311: 단자홀 331, 631: 플렌지부
332, 632: 돌출단자 341: 관통구
411, 711: 관통구 D: 전지 직경
D1, D2: 내경 D11, D21: 외경
D12, D22: 직경방향 거리 H: 높이
H1, H2: 높이 방향의 길이 G1, G2: 제1, 제2갭
P1, P3: 확장부 P2, P4: 비확장부
ΔH1, ΔH2: 제1, 제2높이 차이

Claims (14)

  1. 전극 조립체를 수용하며 개구를 갖는 케이스;
    상기 케이스에 결합되어 상기 개구를 덮는 캡 플레이트와 상기 캡 플레이트에 결합되는 단자 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 및
    상기 캡 플레이트를 덮고 상기 케이스에 결합되는 하우징
    을 포함하며,
    상기 단자 플레이트의 외표면은
    상기 하우징의 외표면보다 더 돌출되는 높이 차이를 가지는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는
    제1전극과 제2전극 및 이들 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하며,
    상기 케이스는 상기 제1전극에 제1전극탭으로 연결되고,
    상기 단자 플레이트는 상기 제2전극에 제2전극탭으로 연결되는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 상기 케이스와 전기적으로 연결되고,
    상기 캡 플레이트와 상기 단자 플레이트는 서로의 사이에 배치되는 열융착부재로 열융착되고 전기적으로 서로 절연되는 이차 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 단자 플레이트는,
    상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되어 상기 캡 플레이트의 내표면에 전기적으로 절연 부착되는 플렌지부, 및
    상기 플렌지부의 중심에서 외부로 돌출되어 상기 캡 플레이트의 단자홀 및 상기 하우징의 관통구를 관통하고, 내표면으로 상기 제2전극탭과 전기적으로 연결되는 돌출단자
    를 포함하며,
    상기 돌출단자는
    상기 하우징의 외표면보다 제1높이 차이(ΔH1)로 더 돌출되어 외표면을 형성하는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 관통구로 상기 돌출단자를 관통시키면서 상기 캡 플레이트의 외표면을 덮는 평면부, 및
    상기 케이스의 측면의 일부를 덮고 상기 측면에 결합되도록 상기 평면부의 외곽에서 상기 케이스의 측면을 따라 연장되는 측면부
    를 포함하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 돌출단자의 외표면과 상기 캡 플레이트의 외표면의 전기적인 단락을 방지하도록 전기 절연재로 형성되는 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 관통구는
    상기 캡 플레이트의 상기 단자홀과 동심을 이루면서
    상기 관통구의 내경은 상기 돌출단자의 외경보다 큰 직경으로 형성되는 이차 전지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 케이스의 내경(D1)은
    상기 돌출단자의 외경(D11) 및
    상기 돌출단자의 직경 방향 양측에 설정되는 상기 평면부의 직경방향 거리(D12)의 두 합(2×D12)
    보다 큰(D1 > D11 + 2×D12) 이차 전지.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 하우징은
    PP, PE, PET, PEN 수지 또는 러버로 형성되는 이차 전지.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 단자 플레이트는,
    상기 캡 플레이트의 외부에 배치되어 상기 캡 플레이트의 외표면에 전기적으로 절연 부착되는 플렌지부, 및
    상기 플렌지부의 중심에서 내부로 돌출되어 상기 하우징의 관통구 및 상기 캡 플레이트의 단자홀을 관통하여 상기 전극 조립체를 향하여 돌출되고, 내표면으로 상기 제2전극탭과 전기적으로 연결되는 탭연결부
    를 포함하며,
    상기 플렌지부는
    상기 하우징의 외표면보다 제2높이 차이(ΔH2)로 더 돌출되어 외표면을 형성하는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 플렌지부를 노출하면서 상기 캡 플레이트의 노출면을 덮도록 상기 플렌지부의 외경보다 큰 내경으로 형성되는 관통구를 구비하는 평면부, 및
    상기 케이스의 측면의 일부를 덮고 상기 측면에 결합되도록 상기 평면부의 외곽에서 상기 케이스의 측면을 따라 연장되는 측면부를 포함하는 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 케이스의 내경(D2)은
    상기 플렌지부의 외경(D21) 및
    상기 플렌지부의 직경 방향 양측에 설정되는 상기 평면부의 직경방향 거리(D22)의 두 합(2×D22)
    보다 큰(D2 > D21 + 2×D22) 이차 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 케이스의 측면에서 단차를 형성하는 이차 전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는
    하부에서 직경 방향 외측면으로 제1직경을 설정하고,
    상기 하우징은
    상기 케이스의 상부에 결합되어 상기 하우징의 직경 방향 외측면으로 상기 제1직경보다 큰 제2직경을 설정하는
    이차 전지.
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