KR20220054130A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 고저항 양극 대전 부재에 의해 케이스가 양극으로 대전됨으로써, 전해액에 의해 케이스의 내측면에 합금(예를 들면, 리튬알루미늄(LiAl) 합금)이 형성되지 않고(즉, 케이스가 부식되지 않고) 또한 음극 단자가 양극 케이스에 단락되었을 경우 단락 전류가 제한되는 이차 전지를 제공한다. 일례로, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스; 상기 케이스에 결합되어 상기 전극 조립체를 밀봉하는 캡 플레이트; 상기 전극 조립체에 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하여 노출된 단자; 및 상기 캡 플레이트와 상기 단자의 사이에 개재된 대전 부재를 포함하되, 상기 대전 부재는 상기 캡 플레이트와 상기 단자의 사이에 개재된 도전성 부재와, 상기 도전성 부재, 상기 캡 플레이트 및 상기 단자의 사이에 개재된 절연성 부재를 포함할 수 있다.
Description
본 발명의 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력 저장 시스템이다. 재충전이 불가능한 일차 전지에 비해 이차 전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 셀룰러폰, 노트북, 타블렛 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다. 최근에는 환경 오염 방지를 위해 전기 자동차에 대한 관심이 높아졌고, 이에 따라 전기 자동차에 고용량의 이차 전지가 채택되고 있다. 이러한 이차 전지는 고밀도, 고출력, 안정성 등의 특성이 요구되고 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 고저항 양극 대전 부재에 의해 케이스가 양극으로 대전됨으로써, 전해액에 의해 케이스의 내측면에 합금(예를 들면, 리튬알루미늄(LiAl) 합금)이 형성되지 않고(즉, 케이스가 부식되지 않고) 또한 음극 단자가 양극 케이스에 단락되었을 경우 단락 전류가 제한되는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 양극 대전 부재가 이중 사출 방식으로 형성됨으로써, 양극 대전 부재가 외부 용접 열원에 의해 변형되거나 손상되지 않는(즉, 내구성이 향상된) 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 양극 대전 부재가 돌기 및 요홈을 가짐으로써, 케이스의 내부로 외부 이물이 유입되지 않고 케이스의 내부 이물이 외부로 유출되지 않으며, 양극 대전 부재와 케이스 사이의 상호간 결합력이 향상된 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스; 상기 케이스에 결합되어 상기 전극 조립체를 밀봉하는 캡 플레이트; 상기 전극 조립체에 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하여 노출된 단자; 및 상기 캡 플레이트와 상기 단자의 사이에 개재된 대전 부재를 포함하되, 상기 대전 부재는 상기 캡 플레이트와 상기 단자의 사이에 개재된 도전성 부재와, 상기 도전성 부재, 상기 캡 플레이트 및 상기 단자의 사이에 개재된 절연성 부재를 포함할 수 있다.
상기 도전성 부재는 폴리머와 도전성 필러를 포함할 수 있되, 상기 폴리머는 PPS(polyphenylene sulfide), PA(polyacetylene), PPV(polyphenylene vinylene), PPY(polypyrrole), PANI(polyaniline), PT(polythiophene) 또는 PEDOT(poly3,4-etylenedioxythiophene)을 포함할 수 있고, 상기 도전성 필러는 카본블랙, 탄소섬유 또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
상기 도전성 부재의 전기 저항은 1kΩ 내지 1000MΩ일 수 있다.
상기 절연성 부재는 폴리머를 포함할 수 있되, 상기 폴리머는 PC(polycarbonate), PPS(polyphenylene sulfide), PSF(polysulfone), PES(polyethersulfone), PAI(polyamide imide) 또는 PI(polyimide)를 포함할 수 있다.
상기 절연성 부재의 내열 온도는 120℃ 내지 300℃일 수 있다.
상기 단자는 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하는 단자 기둥과, 상기 단자 기둥에 결합되고 상기 캡 플레이트 상에 위치되는 단자 플레이트를 포함할 수 있되, 상기 도전성 부재는 상기 캡 플레이트, 상기 단자 기둥 및 상기 단자 플레이트에 접촉할 수 있다.
상기 절연성 부재는 상기 도전성 부재, 상기 캡 플레이트 및 상기 단자 플레이트에 접촉할 수 있다.
상기 단자 기둥과 상기 캡 플레이트의 사이에 개재된 시일 가스켓을 더 포함할 수 있되, 상기 도전성 부재는 상기 시일 가스켓에 접촉할 수 있다.
상기 캡 플레이트는 제1요홈을 더 포함할 수 있되, 상기 도전성 부재는 상기 제1요홈에 결합되는 제1돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트는 제2요홈을 더 포함할 수 있되, 상기 도전성 부재는 상기 제2요홈에 결합되는 제2돌기를 더 포함할 수 있고, 상기 절연성 부재는 상기 제2요홈에 결합되는 제1돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트는 제1돌기를 더 포함할 수 있되, 상기 도전성 부재는 상기 제1돌기에 결합되는 제1요홈을 더 포함할 수 있다.
상기 도전성 부재는 제2요홈을 더 포함할 수 있되, 상기 절연성 부재는 상기 제2요홈에 결합되는 제2돌기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 고저항 양극 대전 부재에 의해 케이스가 양극으로 대전됨으로써, 전해액에 의해 케이스의 내측면에 합금(예를 들면, 리튬알루미늄(LiAl) 합금)이 형성되지 않고(즉, 케이스가 부식되지 않고) 또한 음극 단자가 양극 케이스에 단락되었을 경우 단락 전류가 제한되는 이차 전지를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 양극 대전 부재가 이중 사출 방식으로 형성됨으로써, 양극 대전 부재가 외부 용접 열원에 의해 변형되거나 손상되지 않는(즉, 내구성이 향상된) 이차 전지를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 양극 대전 부재가 돌기 및 요홈을 가짐으로써, 케이스의 내부로 외부 이물이 유입되지 않고 케이스의 내부 이물이 외부로 유출되지 않으며, 양극 대전 부재와 케이스 사이의 상호간 결합력이 향상된 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 예시적 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 예시적 이차 전지중 예시적 양극 단자 및 예시적 양극 대전 부재를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 예시적 이차 전지중 예시적 양극 대전 부재를 도시한 상면 사시도, 상면 평면도 및 저면 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 예시적 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 예시적 이차 전지중 예시적 양극 단자 및 예시적 양극 대전 부재를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 예시적 이차 전지중 예시적 양극 대전 부재를 도시한 상면 사시도, 상면 평면도 및 저면 평면도이다.
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 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "연결될 수 있다"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 "포함할 수 있다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"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 이용될 수 있다. 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 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 이차 전지(100,200)를 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 예에서, 이차 전지(100,200)는 전극 조립체(110, 210, 도 2a 및 도 2b 참조), 제1단자(120), 제2단자(130), 캔(140) 및 캡 조립체(150)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 제1,2단자(120)는 캡 조립체(150)를 관통하여 상부로 노출될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자(120)는 음극 단자를 포함하거나 이로 지칭될 수 있고, 제2단자(130)는 양극 단자를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 제1단자(120)와 캡 조립체(150)의 사이에 상부 절연 부재(163)가 개재될 수 있고, 제2단자(130)와 캡 조립체(150)의 사이에 대전 부재(180)가 개재될 수 있다. 따라서, 제1단자(120)와 캡 조립체(150)는 상호간 전기적으로 절연(즉, 분리)될 수 있다. 또한, 제2단자(130)와 캡 조립체(150)는 상호간 전기적으로 접속(즉, 연결)될 수 있고, 이에 따라 캔(140)은, 예를 들면, 양극(또는 음극)으로 대전될 수 있다.
일부 예들에서, 캔(140)은 금속판을 이용한 딥드로잉 공정이나, 금속판을 이용한 절곡 및 용접 공정에 의해 형성될 수 있고, 또한 전극 조립체(110,120)를 수용하고 캡 조립체(150)가 안착될 수 있는 공간을 갖는 대략 육면체 형태일 수 있다. 일부 예들에서, 캔(140)은 장변과 단변을 갖는 직사각형 바닥부(141)와, 바닥부(141)의 각 장변으로부터 캡 조립체(150)를 향하여 절곡되고 연장된 장변부(142,143)와, 바닥부(141)의 각 단변으로부터 캡 조립체(150)를 향하여 연장된 단변부(144,145)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 캔(140)는 케이스, 하우징 또는 외장재를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 캡 조립체(150)는 캡 플레이트(151), 플러그(152) 및 안전벤트(153)를 포함할 수 있다. 이는 아래에서 다시 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 예시적 이차 전지(100,200)를 도시한 단면도이다. 도 2a에 도시된 예에서 이차 전지(100)는 권취 축이 수평 방향(즉, 캡 조립체(150)의 길이 방향과 대략 평행한 방향)인 전극 조립체(110)를 포함할 수 있고, 도 2b에 도시된 예에서 이차 전지(200)는 권취 축이 수직 방향(즉, 캡 조립체(150)의 길이 방향과 대략 수직인 방향)인 전극 조립체(210)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 전극 조립체는 권취 타입뿐만 아니라 스택 타입을 포함할 수도 있다.
도 2a에 도시된 이차 전지(100)를 설명한다. 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 권취되거나 겹쳐서 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제1전극판(111)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제2전극판(112)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다. 일부 예들에서, 제1전극판(111)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제1전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1전극 무지부(111a)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제2전극판(112)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제2전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2전극 무지부(112a)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름을 포함할 수 있다. 또한, 세퍼레이터(113)는 다공성 고분자 필름 상에 무기물층이 코팅된 기능성 필름을 포함할 수도 있다. 또한, 세퍼레이터(113)는 액체 또는 겔 상태의 전해액을 필요로 하지 않는 황화물계, 산화물계 또는 인산염화합물계와 같은 무기물계 고체 전해질로 대체될 수도 있다. 상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 각각에 전기적으로 연결되는 제1단자(120) 및 제2단자(130)가 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 전극 조립체(110)는 전해액과 함께 캔(140)에 수용될 수 있다. 일부 예들에서, 전해액은 EC(ethylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl-methyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6와 같은 리튬염을 포함할 수 있다. 또한, 전해액은 액체 또는 겔상일 수 있다. 일부 예들에서, 무기물계 고체 전해질이 사용될 경우, 전해액은 생략될 수도 있다.
제1단자(120)는 금속으로 형성되며, 제1전극판(111)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자(120)는 제1집전판(121), 제1단자 기둥(122) 및 제1단자 플레이트(123)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1집전판(121)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1전극 무지부(111a)와 접촉될 수 있다. 실질적으로, 제1집전판(121)은 제1전극 무지부(111a)에 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1집전판(121)은 대략 '┎' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(121a)이 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 단자홀(121a)에는 제1단자 기둥(122)이 끼워져 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1집전판(121)은 구리 또는 구리 합금으로 제조될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자 기둥(122)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 캡 플레이트(151)의 하부에서 제1집전판(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부로 제1단자 기둥(122)이 빠지지 않도록 하는 플랜지(122a)를 포함할 수 있다. 제1단자 기둥(122)에서 플랜지(122a)의 하부에 위치하는 영역은 제1집전판(121)의 제1단자홀(121a)에 끼워진 후 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자 기둥(122)은 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 제1단자 플레이트(123)는 홀(123a)을 포함할 수 있으며, 이러한 홀(123a)에 제1단자 기둥(122)이 결합되고 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 상부로 노출된 제1단자 기둥(122)과 제1단자 플레이트(123) 사이의 계면이 상호간 용접될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 제1단자 기둥(122)과 제1단자 플레이트(123)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융된 후 냉각되어 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자 플레이트(123)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된 버스바(도시되지 않음)가 용접되어, 다수의 이차 전지가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
제2단자(130) 역시 금속으로 형성되며, 제2전극판(112)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 제2단자(130)는 제2집전판(131), 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(133)를 포함할 수 있다. 제2집전판(131)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제2전극 무지부(112a)와 접촉될 수 있다. 일부 예들에서, 상기 제2집전판(131)은 대략 '┑' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(131a)이 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 단자홀(131a)에는 상기 제2단자 기둥(132)이 끼워져 결합된다. 이러한 제2집전판(131)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 제2단자 기둥(132)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제2집전판(131)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2단자 기둥(132)은 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부로 제2단자 기둥(132)이 빠지지 않도록 하는 플랜지(132a)를 포함할 수 있다. 제2단자 기둥(132)에서 플랜지(132a)의 하부에 위치하는 영역은 제2집전판(131)의 제2단자홀(131a)에 끼워진 후 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제2단자 기둥(132)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 제2단자 플레이트(133)는 홀(133a)을 포함할 수 있으며, 이러한 홀(133a)에 제2단자 기둥(132)에 결합될 수 있다. 또한, 제2단자 기둥(132)과 제2단자 플레이트(133)는 상호간 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 상부로 노출된 제2단자 기둥(132)과 제2단자 플레이트(133)의 경계 영역은 상호간 용접될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 제2단자 기둥(132)과 제2단자플레이트(133)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 결합될 수 있다. 더불어, 제2단자 플레이트(133)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 버스바(도시되지 않음)가 용접됨으로써, 다수의 이차 전지가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 제2단자 플레이트(133)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 이하에서 설명될 캡 플레이트(151) 및 캔(140)은 제2단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.
캡 조립체(150)는 캔(140)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 조립체(150)는 캡 플레이트(151)를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다. 캡 플레이트(151)는 캔(140)의 공간을 밀봉하며, 캔(140)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 캔(140)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(151)는 상술한 바와 같이 제2단자(130)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 캡 플레이트(151) 및 캔(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(151)는 제1단자 기둥(122)이 관통하는 제1관통홀(151a)과 제2단자 기둥(132)이 관통하는 제2관통홀(151b)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(151)는 전해액이 주액되는 주액홀(151c)과 안전벤트가 설치되는 벤트홀(151d)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 플러그(152)가 주액홀(151c)을 막아서 캔(140)의 내측에 수용된 전해액이 누액되지 않도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 플러그(152)는 주액홀(151c)에 결합된 후 캡 플레이트(151)에 레이저 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 안전벤트(153)가 벤트홀(151d)을 막으며, 캔(140)의 내부 압력이 설정 압력보다 높아지면 내부의 고압 가스를 외부로 방출할 수 dT다 일부 예들에서, 안전벤트(153)가 벤트홀(151d)에 결합된 후 캡 플레이트(151)에 레이저 용접될 수 있다.
일부 예들에서, 제1단자 기둥(122)과 캡 플레이트(151)의 제1관통홀(151a)의 사이에 절연성 시일 가스켓(161)이 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 제1집전판(121)과 캡 플레이트(151)의 사이에 하부 절연 부재(162)가 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자 플레이트(123)와 캡 플레이트(151)의 사이에 상부 절연 부재(163)가 개재될 수 있다. 따라서, 제1단자(120)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연(분리)될 수 있다.
일부 예들에서, 제2단자 기둥(132)과 캡 플레이트(151)의 제2관통홀(151b)의 사이에 절연성 시일 가스켓(171)이 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 제2집전판(131)과 캡 플레이트(151)의 사이에 하부 절연 부재(172)가 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 제2단자 플레이트(133)와 캡 플레이트(151)의 사이에 대전 부재(180)가 개재될 수 있다. 따라서, 제2단자(130)는 캡 플레이트(151)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2b에 도시된 이차 전지(200)를 설명한다. 이차 전지(200)는 전극 조립체(220), 전극 조립체(220)와 단자(120,130) 사이의 접속 관계에 있어서, 상술한 실시예의 이차 전지(100)와 다른 구조를 갖는다. 전극 조립체(210)와 제1단자(120) 사이에는 제1전극 탭(211a)이 개재될 수 있고, 전극 조립체(210)와 제2단자(130) 사이에는 제2전극 탭(212a)이 개재될 수 있다. 즉, 제1전극 탭(211a)은 전극 조립체(210)의 상단으로부터 제1단자 기둥(122)의 하단을 향하여 연장되어, 제1단자 기둥(122)에 전기적으로 접속 또는 용접될 수 있다. 또한, 제2전극 탭(212a)은 전극 조립체(210)의 상단으로부터 제2단자 기둥(132)의 하단을 향하여 연장되어, 제2단자 기둥(132)에 전기적으로 접속 또는 용접될 수 있다. 실질적으로, 제1전극 탭(211a)은 전극 조립체(210)의 제1전극판(211) 중 제1활물질이 도포되지 않은 제1무지부 자체이거나, 또는 제1무지부에 접속된 별도 부재일 수 있다. 여기서, 제1무지부의 재질은 제1전극판의 재질과 동일하고, 별도 부재의 재질은 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 하나일 수 있다. 또한, 실질적으로, 제2전극 탭(212a)은 전극 조립체(210)의 제2전극판(212) 중 제2활물질이 도포되지 않은 제2무지부 자체이거나, 또는 제2무지부에 접속된 별도의 부재일 수 있다. 여기서, 제2무지부의 재질은 제2전극판의 재질과 동일하고, 별도 부재의 재질은 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 하나일 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 예시적 이차 전지(100)중 예시적 양극 단자(130) 및 예시적 양극 대전 부재(180)를 도시한 사시도 및 단면도이다. 이러한 구조는 예시적 이차 전지(200)에도 동일하거나 유사하게 적용될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(151)와 양극 단자(130)의 사이에 양극 대전 부재(180)가 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 대전 부재(180)는 캡 플레이트(151)와 양극 단자(130)의 사이에 개재된 도전성 부재(181)와, 도전성 부재(181), 캡 플레이트(151) 및 양극 단자(130)의 사이에 개재된 절연성 부재(183)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 부재(181)는 폴리머와 도전성 필러를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 폴리머는 PPS(polyphenylene sulfide), PA(polyacetylene), PPV(polyphenylene vinylene), PPY(polypyrrole), PANI(polyaniline), PT(polythiophene) 또는 PEDOT(poly3,4-etylenedioxythiophene)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 필러는 카본블랙, 탄소섬유 또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 부재(181)의 전기 저항은 대략 1kΩ 내지 대략 1000MΩ일 수 있다. 일부 예들에서, 폴리머 자체가 도전성을 가질 경우, 도전성 필러는 생략될 수도 있다. 일부 예들에서, 폴리머에 도전성 필러가 분산될 경우, 도전성 부재(181)는 흑색일 수 있다.
일부 예들에서, 절연성 부재(183)는 폴리머를 포함하되, 폴리머는 PC(polycarbonate), PPS(polyphenylene sulfide), PSF(polysulfone), PES(polyethersulfone), PAI(polyamide imide) 또는 PI(polyimide)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 절연성 부재(183)의 내열 온도는 도전성 부재(181)의 내열 온도보다 높은 대략 120℃ 내지 대략 300℃일 수 있다. 일부 예들에서, 절연성 부재(183)는 투명하거나 불투명할 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 부재(181)가 사출 금형에 의해 먼저 형성되고, 이후 도전성 부재(181)를 감싸면서 절연성 부재(183)가 사출 금형에 의해 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 대전 부재(180)는 이중 사출 방식으로 형성될 수 있다.
이와 같이 하여, 양극 대전 부재(180)에 의해 양극 단자(130)와 캡 플레이트(151)가 전기적으로 연결됨으로써, 캡 플레이트(151) 및 캔(140)은 양극으로 대전될 수 있다. 따라서, 리튬 이온을 포함하는 전해액에 의해 캔(140)의 내측면에 합금(예를 들면, 리튬알루미늄(LiAl) 합금)이 형성되지 않아, 캔(140)의 내측면에 대한 부식 현상이 방지될 수 있다. 또한, 양극 대전 부재(180)가 상대적으로 높은 전기 저항을 가짐으로써, 음극 단자(120)가 양극의 캔(140)에 단락된다고 해도, 양극 대전 부재(180)가 단락 전류를 주로 소비하게 된다. 일부 예들에서, 음극 단자(120)가 양극의 캔(140)에 단락될 경우, 양극 대전 부재(180)가 전지(100)의 에너지를 주로 소비시켜, 전지(100)의 발화 현상을 방지할 수 있다.
또한, 도전성 부재(181)를 내열 온도가 상대적으로 높은 절연성 부재(183)가 감쌈으로써, 도전성 부재(181)가 외부 용접 열원에 의해 변형되거나 손상되지 않는다. 다르게 설명하면, 플러그(152)를 캡 플레이트(151)의 주액홀(151c)에 결합한 후, 플러그(152)를 캡 플레이트(151)에 용접할 수 있는데, 이때 발생하는 열을 절연성 부재(183)가 차단하여 도전성 부재(181)에 전달되지 않도록 한다. 따라서, 안전벤트(153)와 양극 단자(130)의 사이에 위치된 플러그(152)의 용접 공정중 발생하는 열에 의해 양극 대전 부재(180)가 손상되거나 변형되지 않는다.
일부 예들에서, 도전성 부재(181)는 캡 플레이트(151), 단자 기둥(132) 및 단자 플레이트(133)에 접촉할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 부재(181)는 플랜지(132a)에 접촉할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 부재(181)는 시일 가스켓(171)에 더 접촉할 수 있다. 일부 예들에서, 절연성 부재(183)는 캡 플레이트(151), 도전성 부재(181) 및 단자 플레이트(133)에 접촉할 수 있다.
일부 예들에서, 캡 플레이트(151)는 상면에 형성된 제1요홈(154a)을 더 포함할 수 있고, 도전성 부재(181)는 제1요홈(154a)에 결합되는 제1돌기(181a)를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 캡 플레이트(151)는 제1요홈(154a)의 외측으로서 상면에 형성된 제2요홈(154b)을 더 포함할 수 있고, 도전성 부재(181)는 제2요홈(154b)에 결합되는 제2돌기(181b)를 더 포함할 수 있으며, 절연성 부재(183)는 제2요홈(154b)에 결합되는 제1돌기(183a)를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 부재(181)의 제2돌기(181b)와 절연성 부재(183)의 제1돌기(183a)가 상호간 접촉한 상태에서 동시에 캡 플레이트(151)의 제2요홈(154b)에 결합될 수 있다.
일부 예들에서, 캡 플레이트(151)는 제1요홈(154a)과 제2요홈(154b)의 사이에 형성된 제1돌기(155a)를 더 포함할 수 있고, 도전성 부재(181)는 캡 플레이트(151)의 제1돌기(155a)에 결합되는 제1요홈(181c)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 부재(181)는 상면에 형성된 제2요홈(181d)을 더 포함할 수 있고, 절연성 부재(183)는 제2요홈(181d)에 결합되는 제2돌기(183b)를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 절연성 부재(183)는 상면에 형성된 제3돌기(183c)를 더 포함할 수 있으며, 제3돌기(183c)는 단자 플레이트(133)의 외측면에 접촉할 수 있다.
이와 같이, 캡 플레이트(151)에 제1,2요홈(154a,154b) 및 제1돌기(155a)가 제공되고, 또한 도전성 부재(181)에 제1,2돌기(181a,181b) 및 제1요홈(181c)이 제공되며, 절연성 부재(183)에 제1돌기(183a)가 제공됨으로써, 이물의 이동 경로가 길어져 캔(140)의 내부로 외부 이물이 유입되지 않고 또한 캔(140)의 내부 이물이 외부로 유출되지 않게 된다. 또한, 도전성 부재(181)의 상면에 제2요홈(181d)이 제공되고, 절연성 부재(183)의 하면에 제2돌기(183b)가 제공되어 상호간 결합되으로써, 도전성 부재(181)와 절연성 부재(183)의 상호간 결합력이 향상될 수 있다.
일부 예들에서, 캡 플레이트(151)는 하면에 형성된 제2돌기(155b)를 더 포함할 수 있고, 하부 절연 부재(172)는 상면에 형성된 요홈(172a)을 더 포함할 수 있다. 또한, 캡 플레이트(151)의 제2돌기(155b)에 하부 절연 부재(172)의 요홈(172a)이 상호간 결합되어, 캡 플레이트(151)와 하부 절연 부재(172)의 상호간 결합력이 향상될 수 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 예시적 이차 전지(100)중 예시적 양극 대전 부재(180)를 도시한 상면 사시도, 상면 평면도 및 저면 평면도이다. 이러한 양극 대전 부재(180)는 상술한 이차 전지(200)에도 동일하거나 유사하게 적용될 수 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 양극 대전 부재(180)는 도전성 부재(181)의 중앙에 형성된 관통홀(182)을 더 포함할 수 있다. 단자 기둥(132)이 도전성 부재(181)의 관통홀(182)을 관통할 수 있으며, 관통홀(182)의 내측면에 접촉할 수 있다.
일부 예들에서, 절연성 부재(183)는 대향되는 양측에 형성된 제4돌기(183d)를 더 포함할 수 있다. 제4돌기(183d)는 절연성 부재(183)의 제3돌기(183c)(즉, 사각 둘레)로부터 내측 방향으로 돌출된 형태일 수 있다. 이러한 절연성 부재(183)의 제4돌기(183d)는 단자 플레이트(133)의 하면에 형성된 요홈(미도시됨)에 결합됨으로써, 단자 플레이트(133)와 절연성 부재(183)의 상호간 회전이 방지되도록 한다.
일부 예들에서, 도전성 부재(181)에 형성된 제1요홈(181c)은 대략 사각 라인 형태일 수 있다. 제1요홈(181c)의 내측에 제1돌기(181a)가 형성될 수 있고, 제1요홈(181c)의 외측에 제2돌기(181b)가 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 절연성 부재(183)의 제1돌기(183a)는 도전성 부재(181)의 제2돌기(181b)의 외측을 감쌈으로써 대략 사각 라인 형태일 수 있다. 이와 같은 구조를 포함하는 양극 대전 부재(180)가 캡 플레이트(151)의 제1,2요홈(154a,154b) 및 제1돌기(155a)에 결합됨으로써, 캡 플레이트(151) 상에서 양극 대전 부재(180)의 회전 현상이 방지될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명의 실시예는 상기한 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, 200: 이차 전지
110; 전극 조립체 120; 제1단자
130; 제2단자 140; 캔
150; 캡 조립체 151; 캡 플레이트
154a; 제1요홈 154b; 제2요홈
155a; 제1돌기 155b; 제2돌기
180; 대전 부재 181; 도전성 부재
181a; 제1돌기 181b; 제2돌기
181c; 제1요홈 181d; 제2요홈
182; 관통홀 183; 절연성 부재
183a; 제1돌기 183b; 제2돌기
183c; 제3돌기 183d; 제4돌기
110; 전극 조립체 120; 제1단자
130; 제2단자 140; 캔
150; 캡 조립체 151; 캡 플레이트
154a; 제1요홈 154b; 제2요홈
155a; 제1돌기 155b; 제2돌기
180; 대전 부재 181; 도전성 부재
181a; 제1돌기 181b; 제2돌기
181c; 제1요홈 181d; 제2요홈
182; 관통홀 183; 절연성 부재
183a; 제1돌기 183b; 제2돌기
183c; 제3돌기 183d; 제4돌기
Claims (12)
- 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 수용되는 케이스;
상기 케이스에 결합되어 상기 전극 조립체를 밀봉하는 캡 플레이트;
상기 전극 조립체에 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하여 노출된 단자; 및
상기 캡 플레이트와 상기 단자의 사이에 개재된 대전 부재를 포함하되, 상기 대전 부재는 상기 캡 플레이트와 상기 단자의 사이에 개재된 도전성 부재와, 상기 도전성 부재, 상기 캡 플레이트 및 상기 단자의 사이에 개재된 절연성 부재를 포함하는, 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 도전성 부재는 폴리머와 도전성 필러를 포함하되, 상기 폴리머는 PPS(polyphenylene sulfide), PA(polyacetylene), PPV(polyphenylene vinylene), PPY(polypyrrole), PANI(polyaniline), PT(polythiophene) 또는 PEDOT(poly3,4-etylenedioxythiophene)을 포함하고, 상기 도전성 필러는 카본블랙, 탄소섬유 또는 탄소나노튜브를 포함하는, 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 도전성 부재의 전기 저항은 1kΩ 내지 1000MΩ인, 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연성 부재는 폴리머를 포함하되, 상기 폴리머는 PC(polycarbonate), PPS(polyphenylene sulfide), PSF(polysulfone), PES(polyethersulfone), PAI(polyamide imide) 또는 PI(polyimide)를 포함하는, 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연성 부재의 내열 온도는 120℃ 내지 300℃인, 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 단자는 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하는 단자 기둥과, 상기 단자 기둥에 결합되고 상기 캡 플레이트 상에 위치되는 단자 플레이트를 포함하되, 상기 도전성 부재는 상기 캡 플레이트, 상기 단자 기둥 및 상기 단자 플레이트에 접촉하는, 이차 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 절연성 부재는 상기 도전성 부재, 상기 캡 플레이트 및 상기 단자 플레이트에 접촉하는, 이차 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 단자 기둥과 상기 캡 플레이트의 사이에 개재된 시일 가스켓을 더 포함하되, 상기 도전성 부재는 상기 시일 가스켓에 접촉하는, 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 캡 플레이트는 제1요홈을 더 포함하되, 상기 도전성 부재는 상기 제1요홈에 결합되는 제1돌기를 더 포함하는, 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 캡 플레이트는 제2요홈을 더 포함하되, 상기 도전성 부재는 상기 제2요홈에 결합되는 제2돌기를 더 포함하고, 상기 절연성 부재는 상기 제2요홈에 결합되는 제1돌기를 더 포함하는, 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 캡 플레이트는 제1돌기를 더 포함하되, 상기 도전성 부재는 상기 제1돌기에 결합되는 제1요홈을 더 포함하는, 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 도전성 부재는 제2요홈을 더 포함하되, 상기 절연성 부재는 상기 제2요홈에 결합되는 제2돌기를 더 포함하는, 이차 전지.
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