KR20230151355A - 에너지 저장장치 - Google Patents

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KR20230151355A
KR20230151355A KR1020220050961A KR20220050961A KR20230151355A KR 20230151355 A KR20230151355 A KR 20230151355A KR 1020220050961 A KR1020220050961 A KR 1020220050961A KR 20220050961 A KR20220050961 A KR 20220050961A KR 20230151355 A KR20230151355 A KR 20230151355A
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엘에스머트리얼즈 주식회사
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    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
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Abstract

다중 밀봉 구조로 케이스에 수용된 전해액의 누액을 방지하기 위한 에너지 저장장치가 개시된다. 일 측면에 따른 에너지 저장장치는, 전극소자; 상기 전극소자를 내부에 수용하는 케이스; 내부 금속판 및, 상기 내부 금속판과 상기 케이스 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 포함하여 상기 케이스의 개방된 상면을 커버하는 단자판; 및 상기 전극소자와 전기적으로 연결되고 상기 단자판의 외부로 돌출되는 전극단자를 포함하고, 상기 케이스는, 상단에서 상기 단자판을 향하여 내측으로 구부러진 형태의 커링 가공부를 포함하며, 상기 밀봉 부재는, 상기 커링 가공부를 밀봉하는 제1밀봉부와 상기 내부 금속판의 테두리를 밀봉하는 제2밀봉부를 포함한다.

Description

에너지 저장장치{Energy Storage Apparatus}
본 발명은 전기 에너지 등과 같은 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장장치에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 대표적인 에너지 저장장치로는 전지(battery)와 캐패시터(capacitor)가 있다. 이러한 캐패시터 중 울트라 캐패시터(Ultra-Capacitor, UC)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리며, 전해 콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로써 높은 효율, 반영구적인 수명 특성으로 이차전지와의 병용 및 대체 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.
이와 같은 장점을 바탕으로, 울트라 커패시터는 휴대폰, 태블릿 PC, 노트북 등과 같은 모바일 디바이스의 보조 전원으로서 뿐만 아니라, 고용량이 요구되는 전기자동차, 하이브리드 자동차, 태양전지용 전원장치, 야간 도로 표시등, 무정전 전원장치(UPS, Uninterrupted Power Supply) 등의 주전원 혹은 보조 전원으로도 많이 이용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장장치의 종단면도이다. 도 1을 참고하면, 종래 기술에 따른 에너지 저장장치(100)는, 전극소자(110), 상기 전극소자(110) 및 전해액(미도시)을 수용하는 케이스(120), 상기 케이스(120)의 개방된 상면을 커버하는 단자판(130), 상기 단자판(130) 외부로 돌출된 전극단자(140, 150), 상기 전극소자(110)와 상기 전극단자(140, 150)를 전기적으로 연결하는 단자핀(160, 170)을 포함한다.
상기 단자판(130)은, 베이스부(131) 및 상기 베이스부(131)의 상면에 위치하여 외부로 노출되는 밀봉 부재(132)를 포함한다. 상기 케이스(120)의 상단에는 상기 단자판(130)을 상기 케이스(120)의 상부에 고정하기 위해 상단에서 상기 단자판(130) 방향으로 구부러진 형태의 커링 가공부(121)가 형성된다. 상기 커링 가공부(121)의 끝단은 상기 단자판(130)의 밀봉 부재(132)에 압력을 가하여 상기 단자판(130)의 이탈을 방지한다. 그런데, 상기 커링 가공부(121)를 가공하는 과정에서 상기 커링 가공부(121)의 끝단에 미세 크랙(예, 홀)이 형성되는 경우가 있다. 이 경우, 상기 커링 가공부(121)의 끝단과 상기 밀봉 부재(132) 사이에 미세한 틈이 발생하고, 그 틈을 통해 상기 케이스(120)에 수용된 전해액의 누액이 발생하여 에너지 저장장치의 성능이 저하되고 사용수명이 단축된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 다중 밀봉 구조로 케이스에 수용된 전해액의 누액을 방지하기 위한 에너지 저장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
일 측면에 따른 에너지 저장장치는, 전극소자; 상기 전극소자를 내부에 수용하는 케이스; 내부 금속판 및, 상기 내부 금속판과 상기 케이스 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 포함하여 상기 케이스의 개방된 상면을 커버하는 단자판; 및 상기 전극소자와 전기적으로 연결되고 상기 단자판의 외부로 돌출되는 전극단자를 포함하고, 상기 케이스는, 상단에서 상기 단자판을 향하여 내측으로 구부러진 형태의 커링 가공부를 포함하며, 상기 밀봉 부재는, 상기 커링 가공부를 밀봉하는 제1밀봉부와 상기 내부 금속판의 테두리를 밀봉하는 제2밀봉부를 포함한다.
상기 제1밀봉부는, 상기 커링 가공부의 끝단을 밀봉하는 끝단 밀봉부; 및 상기 커링 가공부에 의해 형성되는 볼록 공간을 밀봉하는 공간 밀봉부를 포함할 수 있다.
상기 공간 밀봉부는, 밀봉 전 부피가 상기 볼록 공간의 부피보다 크고, 상기 커링 가공부에 의해 눌려 상기 볼록 공간을 밀봉할 수 있다.
밀봉 전 상기 밀봉 부재의 상면을 기준으로 상기 공간 밀봉부의 높이는 0.1 ~ 5mm일 수 있다.
상기 제2밀봉부는, 상기 내부 금속판의 상면 테두리를 밀봉하는 상면 테두리 밀봉부; 및 상기 내부 금속판의 하면 테두리를 밀봉하는 하면 테두리 밀봉부를 포함할 수 있다.
상기 케이스는, 측면에서 내측 방향으로 함몰된 형태의 비딩 가공부를 포함하고, 상기 하면 테두리 밀봉부는, 상기 비딩 가공부와 상기 내부 금속판의 하면 테두리 사이를 밀봉할 수 있다.
상기 에너지 저장장치는, 상기 전극단자와 상기 전극소자를 연결하는 단자핀; 상기 단자판에 형성되어 상기 단자핀이 관통하는 단자핀 관통 홀; 및 상기 단자핀 관통 홀을 관통한 상기 단자핀에 체결되어 상기 단자핀을 상기 단자판에 고정하는 체결부재를 더 포함할 수 있다.
상기 밀봉 부재는, 상기 내부 금속판과 상기 전극단자 사이를 밀봉하는 제3밀봉부; 및 상기 내부 금속판과 상기 체결부재 사이를 밀봉하는 제4밀봉부를 더 포함할 수 있다.
상기 제4밀봉부의 상기 체결부재에 의한 압착 전 두께는, 0.1 ~ 6mm일 수 있다.
상기 내부 금속판의 두께는, 균일하며, 0.1 ~ 3mm일 수 있다.
상기 내부 금속판의 표면을 거칠게 처리하여 상기 밀봉 부재와 밀착킬 수 있다.
상기 내부 금속판의 표면 조도(Ra)는 0.1 ~ 25Ra일 수 있다.
상기 밀봉 부재는, 적어도 하나의 밀봉 부재 관통홀을 포함하고, 상기 적어도 하나의 밀봉 부재 관통홀에 밀봉 부재가 채워져 상기 내부 금속판의 상면의 밀봉 부재와 하면의 밀봉 부재가 연결될 수 있다.
본 발명은, 다중 밀봉 구조의 단자판으로 에너지 저장장치의 케이스의 개방면을 밀봉함으로써 전해액의 누액을 방지하여 에너지 저장장치의 성능 저하를 방지하고 사용수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명은, 단자판을 구성하는 내부 금속판의 표면을 거칠게 처리함으로써 밀봉 부재와 내부 금속판 간의 밀착성을 개선함으로써, 내부 금속판 및 밀봉 부재로 이루어진 단자판의 유동을 방지하고 밀봉력을 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 단자판을 구성하는 내부 금속판에 적어도 하나의 밀봉 부재 관통홀에 형성하고 밀봉 부재를 채워 내부 금속판 상면의 밀봉 부재와 내부 금속판 하면의 밀봉 부재를 연결하여 단자판을 구성하는 밀봉 부재와 내부 금속판의 결합력을 개선할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장장치의 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단자판 및 내부 금속판의 형상을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 단자판의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 종단면도이다. 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 에너지 저장장치(200)는, 전극소자(210), 상기 전극소자(210) 및 전해액(미도시)을 내부에 수용하는 케이스(220), 상기 케이스(220)의 개방된 상면을 커버하는 단자판(230), 상기 단자판(230) 외부로 돌출된 전극단자(240, 250), 상기 전극소자(210)와 상기 전극단자(240, 250)를 전기적으로 연결하는 단자핀(260, 270), 상기 단자핀(260, 270)을 상기 단자판(230)에 고정하기 위한 체결부재(280, 290)를 포함한다.
상기 전극소자(210)는, 하나 이상의 양극판, 하나 이상의 분리막(separator) 및 하나 이상의 음극판을 포함한다. 상기 전극소자(210)는, 양극판, 분리막 및 음극판을 순차적으로 적층한 다음 원통형으로 권취하여 형성할 수 있다. 상기 전극소자(210)는, 베어셀이라 불리기도 한다.
상기 양극판은 금속성의 집전체와 다공성 활성탄으로 구성된 활물질층을 포함하며, 그 일 측에는 하나 이상의 양극 리드선들이 연결된다. 상기 음극판은 금속성의 집전체와 다공성 활성탄으로 구성된 활물질층을 포함하며, 그 일 측에는 하나 이상의 음극 리드선이 연결된다. 상기 양극 및 음극 리드선들이 연결되는 집전체 부분에는 활물질층이 제거되는 것이 바람직하다.
상기 양극판 및 상기 음극판을 구성하는 집전체는 통상 금속 포일(Foil) 형태로 구성되며, 활물질층으로부터 방출되거나 활물질층으로 공급되는 전하의 이동통로 역할을 수행한다. 상기 양극판 및 상기 음극판을 구성하는 활물질층은 활성 탄소로서 집전체의 양면에 넓게 코팅되는 형태로 구성되며, 양극 및 음극의 전기 에너지를 저장하는 역할을 수행한다.
이러한 양극판과 음극판 사이에는 전하의 전도를 제한하기 위한 분리막이 배치되고, 상기 케이스(220) 내에는 상기 전극소자(210)를 함침하는 전해액이 충진된다. 상기 전해액이 충진된 상태에서, 양극판 및 음극판에 소정의 전압이 가해지면, 전해액에 포함된 양이온 및 음이온이 양극판 및 음극판으로 각각 이동하여 다공성 활물질층의 세부 기공으로 침투하게 된다.
상기 케이스(220)는 상기 전극소자(210) 및 전해액을 수용한다. 이때, 상기 케이스(220)의 측면 및 하면은 외부와 밀폐되도록 구성될 수 있고, 상면은 개방되도록 구성될 수 있다. 상기 케이스(220)는 상기 전극소자(210)의 전체적인 형상에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 케이스(220)는 금속 재질 또는 합성 수지 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 케이스(220)는 알루미늄(Al) 재질 또는 알루미늄 합금 재질로 구성될 수 있다.
상기 케이스(220)의 상단에는 상기 단자판(230)을 케이스(220) 상부에 고정하기 위하여 상단에서 내측으로 구부러진 형태의 커링 가공부(221)가 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 커링 가공부(221)는 곡면 형상을 갖도록 케이스(220)의 단부가 굴곡되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 커링 가공부(221)는 상기 단자판(230)의 상면에 밀착되도록 형성될 수 있다. 이러한 커링 가공부(221)는 상기 케이스(220)의 내부 압력을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 케이스(220) 내의 전해액이 외부로 누출되지 않도록 상기 단자판(230)의 밀봉 부재(232)에 의해 밀봉된다.
상기 케이스(220)의 상부에는 상기 단자판(230)을 상기 케이스(220) 상부에 고정하기 위하여 상기 케이스(220)의 측면으로부터 내측 방향으로 함몰된 형태의 비딩 가공부(222)가 형성될 수 있다. 상기 비딩 가공부(222)는 상기 케이스(220)에 대한 비딩(Beading) 가공을 통해 형성될 수 있다. 상기 비딩 가공부(222)는 케이스(220)의 측면에서 원주 방향을 따라 형성될 수 있다.
상기 단자판(230)은 상기 케이스(220)의 개방된 상부에 배치되어 상기 케이스(220)의 개방된 상면을 밀폐하는 역할을 수행한다. 이때, 상기 단자판(230)은 상기 케이스(220)의 상부에 위치하는 상기 커링 가공부(221)와 상기 케이스(220)의 측면에 형성된 상기 비딩 가공부(222) 사이에 배치되며, 상기 커링 가공부(221) 및 상기 비딩 가공부(222)를 통해 상기 케이스(220)의 상부에 단단히 고정될 수 있다. 상기 단자판(230)은, 상기 단자핀(260, 270)이 관통할 수 있는 단자핀 관통 홀이 형성될 수 있다.
상기 단자판(230)은, 내부 금속판(231)과 상기 내부 금속판(231)을 둘러싸는 밀봉 부재(232)를 포함한다. 상기 내부 금속판(231)은 상기 단자판(230)의 형상에 대응하는 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 내부 금속판(231)은 원형의 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부 금속판(231)은 알루미늄(Al) 재질 또는 알루미늄 합금 재질 또는 스테인리스 재질로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 상기 내부 금속판(231) 및 상기 밀봉 부재(232)는 인서트 사출성형을 통해 제작될 수 있다.
상기 내부 금속판(231)은 상기 전극단자(240, 250)를 지지하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 내부 금속판(231)은 상기 단자판(230)의 바디 프레임(body frame) 역할을 수행한다. 이때, 상기 내부 금속판(231)은 상기 케이스(220) 내부에서 발생하는 높은 압력을 견딜 수 있도록 설계할 필요가 있다. 이를 위해, 상기 내부 금속판(231)은 상기 단자판(230)의 강성을 증가하기 위한 구조적 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 내부 금속판(231)의 지름은 상기 비딩 가공부(222)의 지름보다 크게 형성된다. 따라서 상기 내부 금속판(231)은 상기 비딩 가공부(222)에 걸치도록 위치하고 상기 케이스(220)의 하부 방향으로 내려가지 않고 고정된다. 상기 내부 금속판(231)은 수평 방향으로 연장되어 상기 내부 금속판(231)의 적어도 일 부분이 상기 커링 가공부(221)의 하부에 위치하도록 형성될 수 있다.
상기 밀봉 부재(232)는 상기 내부 금속판(231)의 형상에 대응하는 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 밀봉 부재(232)는 원형의 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 밀봉 부재(232)의 내부에는 상기 내부 금속판(231)를 수용하기 위한 빈 공간이 형성될 수 있다. 상기 밀봉 부재(232)는, 전기적 절연이 가능하고 탄성 변형이 가능한 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 밀봉 부재(232)는 고무, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, BT(Bismaleimide Triazine) 수지, EMC(Epoxy Molding Compound), EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 재질로 형성될 수 있다.
상기 밀봉 부재(232)는 상기 케이스(220) 내부의 전해액이 외부로 누출되지 않도록 밀봉하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 상기 밀봉 부재(232)는, 상기 커링 가공부(221)를 밀봉하는 제1밀봉부(232a, 232b)와, 상기 내부 금속판(231)의 테두리와 상기 케이스(220) 사이를 밀봉하는 제2밀봉부(232c, 232d)와, 상기 내부 금속판(231)의 측면과 상기 케이스(220) 사이를 밀봉하는 제3밀봉부(232e)와, 상기 내부 금속판(231)의 상면과 상기 전극단자(240, 250) 사이를 밀봉하는 제4밀봉부(232f)와, 상기 내부 금속판(231)의 하면과 상기 단자핀(260, 270)에 체결되는 체결부재(280, 290) 사이를 밀봉하는 제5밀봉부(232g)를 포함한다.
상기 제1밀봉부(232a, 232b)는, 상기 커링 가공부(221)의 끝단을 밀봉하는 끝단 밀봉부(232a) 및 상기 커링 가공부(221)에 의해 형성되는 볼록 공간을 밀봉하는 공간 밀봉부(232b)를 포함한다. 이때, 상기 공간 밀봉부(232b)는, 볼록 형상으로 돌출되고, 상기 볼록 공간을 밀봉하기 전 부피가 상기 볼록 공간의 부피보다 크도록 제작되어, 상기 커링 가공부(221)에 의해 눌려질 때 그 부피가 상기 볼록 공간의 부피와 동일해져, 상기 볼록 공간을 완전히 밀봉한다.
상기 제2밀봉부(232c, 232d)는, 상기 내부 금속판(231)의 상면 테두리를 밀봉하는 상면 테두리 밀봉부(232c) 및 상기 내부 금속판(231)의 하면 테두리를 밀봉하는 하면 테두리 밀봉부(232d)를 포함한다. 이때, 상기 하면 테두리 밀봉부(232d)는, 케이스(220)의 비딩 가공부(222)와 상기 내부 금속판(231)의 하면 테두리 사이를 밀봉한다. 제2밀봉부(232c, 232d)는, 밀봉 전 두께가 상기 내부 금속판(231)의 테두리와 상기 케이스(220) 사이의 거리 보다 크도록 제작되어, 상기 케이스(220)에 의해 눌려질 때 그 부피가 줄어들면서 상기 내부 금속판(231)의 테두리와 상기 케이스(220) 사이를 완전히 밀봉한다.
상기 제3밀봉부(232e)는, 상기 내부 금속판(231)의 측면과 상기 케이스(220) 사이를 밀봉한다. 상기 제3밀봉부(232e)는, 밀봉 전 두께가 상기 내부 금속판(231)의 측면과 상기 케이스(220) 사이의 거리 보다 크도록 제작되어, 상기 케이스(220)에 의해 눌려질 때 그 부피가 줄어들면서 상기 내부 금속판(231)의 측면과 상기 케이스(220) 사이를 완전히 밀봉한다.
상기 제4밀봉부(232f)는, 상기 내부 금속판(231)의 상면과 상기 전극단자(240, 250) 사이를 밀봉한다. 상기 제4밀봉부(232f)는, 상기 전극단자(240, 250)에 의해 압착됨으로써 상기 내부 금속판(231)의 상면과 상기 전극단자(240, 250) 사이를 완전히 밀봉한다. 상기 제4밀봉부(232f)는 상기 내부 금속판(231)의 단자핀 관통 홀을 제외한 상면 전체를 밀봉할 수 있다. 바람직하게, 상기 제4밀봉부(232f)에 형성되는 단자핀 관통 홀의 내경은 상기 내부 금속판(231)의 대응하는 위치의 단자핀 관통 홀의 내경 보다 작게 형성한다. 내경이 동일할 경우 누액이 발생할 수 있기 때문이다.
상기 제5밀봉부(232g)는, 상기 내부 금속판(231)의 하면과 상기 단자핀(260, 270)에 체결되는 체결부재(280, 290) 사이를 밀봉한다. 상기 제5밀봉부(232g)는, 상기 단자핀(260, 270)에 체결되는 체결부재(280, 290)에 의해 압착됨으로써 상기 내부 금속판(231)의 하면과 상기 체결부재(280, 290) 사이를 완전히 밀봉한다. 상기 제5밀봉부(232g)는 상기 내부 금속판(231)의 단자핀 관통 홀을 제외한 하면 전체를 밀봉할 수 있다. 바람직하게, 상기 제5밀봉부(232g)에 형성되는 단자핀 관통 홀의 내경은 상기 내부 금속판(231)의 대응하는 위치의 단자핀 관통 홀의 내경 보다 작게 형성한다. 내경이 동일할 경우 누액이 발생할 수 있기 때문이다.
상기 전극단자(240, 250)는, 양극단자(240) 및 음극단자(250)를 포함한다. 양극단자(240) 및 음극단자(250)는, 상기 단자판(230)의 외부에서 서로 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 이는 외력에 의한 굽힘 모멘트가 어느 방향으로 작용하든지 간에 동일한 지지력을 발생시킬 수 있도록 하기 위함이다. 상기 전극단자(240, 250)는 기계적 강도를 확보할 수 있도록 알루미늄(Al), 스틸(steel) 또는 스테인레스강(Stainless steel) 중 적어도 하나의 재질로 구성될 수 있다. 상기 전극단자(240, 250)의 표면에 니켈(Ni) 또는 주석(Tin) 등을 코팅하여 납땜 등에 의한 접합성을 확보할 수 있다.
상기 단자핀(260, 270)은, 상기 전극소자(210)와 상기 전극단자(240, 250)를 전기적으로 연결한다. 상기 단자핀(260, 270)은, 상기 단자판(230)에 형성된 단자핀 관통 홀에 삽입되어 상기 전극소자(210)의 양극 리드선 및 음극 리드선에 연결된다.
상기 체결부재(280, 290)는, 상기 케이스(220)의 내부로 돌출된 상기 단자핀(260, 270)에 체결되어, 상기 전극단자(240, 250)를 단단히 고정하고 또한 밀봉부재(232)를 압착하여 상기 단자핀(260, 270)과 상기 밀봉부재(232) 사이에 틈이 발생하지 않도록 한다. 상기 체결부재(280, 290)의 내면 및 상기 단자핀(260, 270)의 외면 일부에는 각각 나사산이 형성되어, 나사 결합될 수 있다. 바람직하게, 상기 체결부재(280, 290)는 너트일 수 있다.
이상과 같은 본 실시예에 따른 에너지 저장장치(200)는, 상기 케이스(220)의 개방된 상면이 완전 밀봉되어, 상기 케이스(220)에 수용된 전해액의 누액이 발생하지 않도록 한다. 특히, 전해액의 누액이 주로 발생하는 상기 단자판(230)과 상기 케이스(220)의 커링 가공부(221)의 사이 그리고 상기 단자판(230)과 상기 케이스(220)의 측면 사이를 다중으로 밀봉함으로써, 전해액의 누액을 방지함으로써, 에너지 저장장치의 성능 저하를 방지하고 사용수명을 연장시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단자판 및 내부 금속판의 형상을 나타낸 도면으로, 도 3의 (a)는 단자판(230)의 사시도이고, 도 3의 (b)는 내부 금속판(231)의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 단자판(230)은, 내부 금속판(231)과 상기 내부 금속판(231)을 둘러싸는 밀봉 부재(232)를 포함한다. 상기 내부 금속판(231)은 원형의 플레이트 형상이고, 상기 밀봉 부재(232)는 상기 내부 금속판(231)의 형상에 대응하는 원형의 플레이트 형상이다. 다만, 상기 밀봉 부재(232)의 상면 가장자리에는 케이스(220)의 커링 가공부(221)에 의해 형성되는 볼록 공간을 밀봉하는 공간 밀봉부(232b)가 볼록 형상으로 돌출되어 있다.
상기 단자판(230)에는 두 개의 단자핀(260, 270)이 관통하는 두 개의 단자핀 관통 홀(310)이 형성된다. 즉, 상기 내부 금속판(231) 및 상기 밀봉 부재(232)는 각각 동일한 위치에 두 개의 단자핀 관통 홀(310)이 형성되고, 그 두 개의 단자핀 관통 홀(310)에 두 개의 단자핀(260, 270)이 관통한다.
상기 내부 금속판(231)에는 적어도 하나의 밀봉 부재 관통홀(320)이 형성된다. 적어도 하나의 밀봉 부재 관통홀(320)에 밀봉 부재가 채워짐으로써, 상기 내부 금속판(231)의 상면의 밀봉 부재와 하면의 밀봉 부재가 연결된다. 상기 내부 금속판(231)의 상면의 밀봉 부재와 하면의 밀봉 부재가 적어도 하나의 밀봉 부재 관통홀(320)을 통해 연결됨으로써, 상기 내부 금속판(231)을 둘러싸는 상기 밀봉 부재(232)가 상기 내부 금속판(231)에서 들뜨지 않고 밀착된다.
상기 내부 금속판(231)과 상기 밀봉 부재(232)의 밀착성을 개선시키기 위해, 상기 내부 금속판(231)의 표면을 예를 들어 바렐 처리 등을 하여 거칠게 처리한다. 상기 내부 금속판(231)의 표면을 거칠게 처리하면 표면에 미세한 요철들이 생겨 상기 내부 금속판(231)과 상기 밀봉 부재(232)의 밀착성이 개선된다. 바람직하게, 상기 내부 금속판(231)의 표면 거칠기, 즉 조도(Ra)는 0.1 ~ 25Ra이다. 조도가 0.1Ra 보다 작거나 25Ra 보다 큰 경우 밀착력이 현저히 저하된다. 더욱 바람직하게는 조도는 1 ~ 5Ra이다.
도 4는 도 3의 단자판의 단면도로서, 도 4의 (a)는 도 3의 A-A'선에 따른 단면도이고, 도 4의 (b)는 도 3의 B-B'선에 따른 단면도이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 상기 내부 금속판(231) 및 상기 밀봉 부재(232)는 각각 동일한 위치에 두 개의 단자핀 관통 홀(310)이 형성된다. 상기 밀봉 부재(232)의 상면 가장자리에는 케이스(220)의 커링 가공부(221)에 의해 형성되는 볼록 공간을 밀봉하는 공간 밀봉부(232b)가 볼록 형상으로 돌출되어 있다.
바람직하게, 밀봉 전 상기 밀봉 부재(232)의 상면을 기준으로 상기 공간 밀봉부(232b)의 높이(h)는 0.1 ~ 5.0mm이고, 바람직하게는 0.1 ~ 2mm, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 2mm이다. 높이(h)가 너무 낮으면 케이스(220)의 커링 가공부(221)의 볼록 공간을 완전히 밀봉할 수 없고, 높이(h)가 너무 높으면 커링 가공부(221)의 끝단과 상기 밀봉 부재(232)의 상면 사이에 틈이 발생할 수 있다.
상기 단자판(230)의 두께(d1)는 1 ~ 8mm이다. 단자판(230)의 두께(d1)가 1mm 보다 작은 경우 케이스(220)의 커링 가공부(221)와 비딩 가공부(222) 간의 거리가 가까워져 가공이 어려워지고, 단자판(230)의 두께(d1)가 8mm 보다 큰 경우 무게가 무거워져 비딩 가공부(222)에 의한 단자판(230)의 지지력이 약해질 수 있다. 바림직하게, 단자판(230)의 두께(d1)는 3 ~ 8mm이고, 더욱 바람직하게는 4 ~ 5mm이다.
상기 내부 금속판(231)은 균일한 두께를 가지며, 그 두께(d2)는 0.1 ~ 3mm이다. 두께(d2)가 0.1mm 보다 작은 경우 단자판(230)의 강도가 약해져 밀봉력이 떨어질 수 있다. 두께(d2)가 3mm 보다 큰 경우 단자판(230)의 전체적인 두께가 커지면서 무게가 무거워져 케이스(220)의 비딩 가공부(222)에 의한 단자판(230)의 지지력이 약해질 수 있다. 바림직하게, 상기 내부 금속판(231)의 두께(d2)는 0.1 ~ 1mm이고, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 1mm이다.
한편, 상기 밀봉 부재(232)의 하면의 두께(d3), 즉 제5밀봉부(232g)의 압착 전 두께는 0.1 ~ 6mm이다. 두께(d3)가 0.1mm 보다 작은 경우 밀봉력이 떨어질 수 있다. 두께(d3)가 6mm 보다 큰 경우 단자판(230)의 전체적인 두께가 커지면서 무게가 무거워져 케이스(220)의 비딩 가공부(222)에 의한 단자판(230)의 지지력이 약해질 수 있다. 바람직하게, 상기 밀봉 부재(232)의 하면의 두께(d3)는, 0.5 ~ 4mm이고, 더욱 바람직하게는, 1 ~ 3mm이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 상기 밀봉 부재(232)에 형성되는 단자핀 관통 홀(310)의 내경은 상기 내부 금속판(231)의 대응하는 위치의 단자핀 관통 홀(310)의 내경 보다 작게 형성한다. 내경이 동일할 경우 누액이 발생할 수 있기 때문이다. 도 4의 (b)를 참조하면, 상기 내부 금속판(231)에는 복수의 밀봉 부재 관통홀(320)이 형성되고, 그 복수의 밀봉 부재 관통홀(320)에 밀봉 부재가 채워짐으로써, 상기 내부 금속판(231)의 상면의 밀봉 부재와 하면의 밀봉 부재가 연결된다. 상기 내부 금속판(231)의 상면의 밀봉 부재와 하면의 밀봉 부재가 적어도 하나의 밀봉 부재 관통홀(320)을 통해 연결됨으로써, 상기 내부 금속판(231)을 둘러싸는 상기 밀봉 부재(232)가 상기 내부 금속판(231)에서 들뜨지 않고 밀착된다.
이상의 실시예의 에너지 저장장치는, 양극단자(240) 및 음극단자(250)가 동일한 방향으로 돌출된 일방향의 에너지 저장장치를 설명하나 여기에 제한되는 것은 아니며 양극단자(240)와 음극단자(250)가 서로 반대 방향으로, 예를 들어 케이스(220)의 상부에 양극단자(240)가 돌출되고 케이스(220)의 하부에 음극단자(250)가 돌출된 양방향의 에너지 저장장치도 동일하게 다중 밀봉 구조가 적용될 수 있다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
200 : 에너지 저장장치
210 : 전극소자
220 : 케이스
230 : 단자판
231 : 내부 금속판
232 : 밀봉 부재
240, 250 : 전극단자
260, 270 : 단자핀
280, 290 : 체결부재

Claims (13)

  1. 에너지 저장장치에 있어서,
    전극소자;
    상기 전극소자를 내부에 수용하는 케이스;
    내부 금속판 및, 상기 내부 금속판과 상기 케이스 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 포함하여 상기 케이스의 개방된 상면을 커버하는 단자판; 및
    상기 전극소자와 전기적으로 연결되고 상기 단자판의 외부로 돌출되는 전극단자를 포함하고,
    상기 케이스는, 상단에서 상기 단자판을 향하여 내측으로 구부러진 형태의 커링 가공부를 포함하며,
    상기 밀봉 부재는, 상기 커링 가공부를 밀봉하는 제1밀봉부와 상기 내부 금속판의 테두리를 밀봉하는 제2밀봉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  2. 제1항에 잇어서,
    상기 제1밀봉부는,
    상기 커링 가공부의 끝단을 밀봉하는 끝단 밀봉부; 및
    상기 커링 가공부에 의해 형성되는 볼록 공간을 밀봉하는 공간 밀봉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공간 밀봉부는,
    밀봉 전 부피가 상기 볼록 공간의 부피보다 크고, 상기 커링 가공부에 의해 눌려 상기 볼록 공간을 밀봉하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  4. 제2항에 있어서,
    밀봉 전 상기 밀봉 부재의 상면을 기준으로 상기 공간 밀봉부의 높이는 0.1 ~ 5mm인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2밀봉부는,
    상기 내부 금속판의 상면 테두리를 밀봉하는 상면 테두리 밀봉부; 및
    상기 내부 금속판의 하면 테두리를 밀봉하는 하면 테두리 밀봉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 케이스는,
    측면에서 내측 방향으로 함몰된 형태의 비딩 가공부를 포함하고,
    상기 하면 테두리 밀봉부는,
    상기 비딩 가공부와 상기 내부 금속판의 하면 테두리 사이를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극단자와 상기 전극소자를 연결하는 단자핀;
    상기 단자판에 형성되어 상기 단자핀이 관통하는 단자핀 관통 홀; 및
    상기 단자핀 관통 홀을 관통한 상기 단자핀에 체결되어 상기 단자핀을 상기 단자판에 고정하는 체결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 밀봉 부재는,
    상기 내부 금속판과 상기 전극단자 사이를 밀봉하는 제3밀봉부; 및
    상기 내부 금속판과 상기 체결부재 사이를 밀봉하는 제4밀봉부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제4밀봉부의 상기 체결부재에 의한 압착 전 두께는, 0.1 ~ 6mm인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 내부 금속판의 두께는, 균일하며, 0.1 ~ 3mm인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 내부 금속판의 표면을 거칠게 처리하여 상기 밀봉 부재와 밀착시킨 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내부 금속판의 표면 조도(Ra)는 0.1 ~ 25Ra인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 부재는, 적어도 하나의 밀봉 부재 관통홀을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 밀봉 부재 관통홀에 밀봉 부재가 채워져 상기 내부 금속판의 상면의 밀봉 부재와 하면의 밀봉 부재가 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
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