WO2016114603A1 - 전해질의 누액 방지구조를 갖는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널 - Google Patents

전해질의 누액 방지구조를 갖는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널 Download PDF

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이하영
김희수
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Definitions

  • the present invention relates to an external terminal of an electrical energy storage device, and more particularly, to an external terminal of an electrical energy storage device having a structure capable of preventing leakage of an electrolyte.
  • High-capacitance storage devices which are in the spotlight as the next generation of electric energy storage devices, include ultracapacitors (UC), supercapacitors (SC), and electric double layer capacitors (EDLC). That is, it is an energy storage device having an intermediate character of an electrolytic capacitor and a secondary battery, and is an energy storage device that can be used and replaced with a secondary battery due to its high efficiency and semi-permanent life characteristics.
  • UC ultracapacitors
  • SC supercapacitors
  • EDLC electric double layer capacitors
  • High-capacitance storage devices are also used as battery replacements for applications that are not easy to maintain and require long service life.
  • the high-capacitance storage device has a fast charge and discharge characteristic, and thus is not only an auxiliary power source for mobile communication information devices such as mobile phones, laptops, PDAs, etc., but also requires electric vehicles, night road lights, and UPS (Uninterrupted Power Supply). It is very suitable as a main power supply or an auxiliary power supply such as), and is widely used for such a purpose.
  • a cylindrical shape as shown in FIG. 1, is widely used.
  • a high capacitance storage device includes an inner housing 10 containing a cell assembly composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, a metal case 40 accommodating the inner housing 10, and a metal case ( The upper inner terminal 20 and the lower inner terminal 30 which are coupled to the upper and lower parts of the cell assembly and connected to the negative electrode and the positive electrode of the cell assembly, respectively.
  • the upper inner terminal 20 is insulated from the metal case 40 by the insulating member 60 and is in contact with the upper plate 50, and the lower inner terminal 30 is in contact with the metal case 40.
  • the terminal portions 51 and 55 are generally protruded from the center of the upper plate 50 and the lower center of the metal case 40.
  • the coupling between the upper inner terminal 20 and the upper plate 50, and the coupling between the lower inner terminal 30 and the metal case 40 is usually made by a fastening bolt 70.
  • the top plate 50 has a problem that the weight is heavy and bulky, structural improvement is necessary.
  • the upper end of the metal case 40 is provided with a curling processing part 45 formed to be bent in the direction of the upper plate 50 to enhance the pressure resistance performance by adjusting the amount of curling. Can be made easily.
  • the conventional high-capacitance storage device is placed upside down or inclined at an inverted position when handled.
  • the liquid electrolyte remaining in the interior is moved to the safety valve side, when the safety valve is open, a problem that leaks to the outside occurs, so a countermeasure is required.
  • the present invention has been made in consideration of the above problems, the reverse or inclined It is an object of the present invention to provide an external terminal of an electrical energy storage device having an accommodating structure which, when laid, prevents residual electrolyte from flowing out to the safety valve.
  • Another object of the present invention is to provide an external terminal of an electrical energy storage device having an improved structure to enable a light weight.
  • the present invention is coupled to the upper end of the cylindrical metal case capping the metal case and in the center of the external terminal of the electric energy storage device is formed hollow, which can be installed a safety valve, the metal case Is provided with an outer portion positioned below the outer portion and the outer portion exposed to the outside in a standing state, the inner portion includes a first surface adjacent to the hollow and the first surface in the outer portion 111 direction
  • An external terminal of an electrical energy storage device characterized in that it comprises a second surface with a step higher than 112a.
  • the outer part and the inner part may be integrated to form a single body.
  • the single body may have a circular outer circumference, and a groove for beading may be formed on the outer circumferential surface of the single body for beading the metal case.
  • the second surface may be formed in a circular shape around the hollow.
  • the inner part may have a third surface with the second surface as a center higher than the first surface and lower than the second surface in the direction of the outer portion.
  • the width W2 of the third surface may be formed relatively larger than the width W1 of the second surface.
  • the thickness T1 corresponding to the stepped depth of the second surface and the thickness T2 corresponding to the stepped depth of the third surface are 30 to 80% of the maximum thickness Tm of the plate-shaped body. .
  • the inner terminal is coupled to the lower portion of the outer terminal by the structure that the outer terminal is fixed to the metal case by the beading process It is possible to lighten the product.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an electric energy storage device according to the prior art
  • Figure 2 is a perspective view showing the appearance of the electrical energy storage device according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG 3 is an exploded perspective view before the beading and curling processing in Figure 2
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating the external appearance of the upper terminal in FIG. 4;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure in which no step is formed in an upper terminal according to a comparative example of the present invention.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the action of the leakage preventing structure provided in the electrical energy storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a partial perspective view of FIG. 7.
  • Figure 2 is a perspective view showing the appearance of the electrical energy storage device according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an exploded perspective view of Figure 2
  • Figure 4 is a cross-sectional view of FIG.
  • an electrical energy storage device includes a cell assembly 160, a cylindrical metal case 100 containing the cell assembly 160 and an electrolyte, and a metal. at the same time capping the top of the case 100 it is connected to the negative electrode of the cell assembly 160, and to the residual electrolyte comprises a top terminal 110 has a structure to prevent from flowing out into the safety valve.
  • a bare cell for a conventional ultracapacitor having a positive electrode and a negative electrode wound together with a separator and having a jelly roll shape may be employed.
  • the metal case 100 has a cylindrical body having an inner space for accommodating the cell assembly 160 contained in a predetermined inner housing.
  • the metal case 100 may be provided by an aluminum cylinder.
  • the upper outer terminal 110 and the lower outer terminal 150 corresponding to the cathode and the anode of the cell assembly 160 are disposed at both ends in the longitudinal direction, respectively, based on the standing state of the metal case 100.
  • a first inner terminal 115 is interposed between the cathode and the upper outer terminal 110 to be connected to the cathode
  • a second inner terminal 140 is interposed between the anode and the lower outer terminal 150. It is connected with the anode.
  • the first inner terminal 115 has a plate-shaped body having a plurality of through holes for electrolyte impregnation, and is tightly coupled to the lower edge of the upper outer terminal 110 to be integrated.
  • an end portion of the side in which the second inner terminal 140 and the lower outer terminal 150 are positioned is closed by a bottom portion integrally connected to the case side portion.
  • the upper end of the metal case 100 close to the upper outer terminal 110 is preferably bent inward to provide a curry processing unit 102 to prevent the separation of the upper outer terminal 110.
  • the side portion of the metal case 100 located near the upper outer terminal 110 may be easily adjusted to the pressure resistance performance by adjusting the amount of curry of the curry processing unit 102.
  • the upper outer terminal 110 is to provide a current movement path while capping the upper end of the metal case 100, and has a circular outer circumferential surface corresponding to the inner circumferential surface of the metal case 100 and the overall shape is configured in various three-dimensional shapes. Can be.
  • the edge end of the upper outer terminal 110 is adjacent to the cured part 102 with the insulating member 130 interposed therebetween.
  • the side surface of the upper outer terminal 110 is insulated from the metal case 100 by the insulating member 103.
  • the hollow 113 extending in the thickness direction is formed at the center of the upper outer terminal 110.
  • the hollow 113 is, for example, used not only as a space for installing the automatic return type safety valve 120, but also as a pass for injecting electrolyte and an air vent for vacuum operation.
  • the upper outer terminal 110 may be fixed to the metal case 100 through a beading process on the metal case 100.
  • Beading grooves 114 for forming the bead processing unit 101 on the inner surface of the metal case 100 is provided.
  • the beading groove 114 may be formed only in a partial section around the outer circumferential surface of the upper outer terminal 110.
  • the upper outer terminal 110 since the upper outer terminal 110 is prevented from being separated by the curing processing unit 102, the upper outer terminal 110 may be attached to the metal case 100 even if the beading groove 114 is formed only in some sections. Can be fixed. In this case, not only can the structure of the upper outer terminal 110 be more simplified, but also forging can be easily applied when manufacturing the upper terminal 100.
  • the upper outer terminal 110 includes an outer portion 111, which is a portion exposed to the outside when the metal case 100 is placed in the forward direction, and an inner portion 112 positioned below the outer portion 111.
  • the 'forward direction' refers to the arrangement direction of the metal case 100 in a standing state such that the safety valve 120 is positioned at an upper side of the metal case 100.
  • the upper outer terminal 110 is made of a single body to simplify the structure, the outer portion 111 and the inner portion 112 is provided on the single body.
  • the outer portion 111 corresponds to the upper surface of the upper outer terminal 110 made of a single body
  • the inner portion 112 corresponds to the lower surface of the upper outer terminal 110.
  • the inner part 112 of the upper outer terminal 110 is provided on the outer side of the first surface 112a adjacent to the hollow 113 and the first surface 112a and the outer portion 111.
  • a second surface 112b having a step height higher than the first surface 112a in the) direction.
  • the structure in which the second surface 112b is stepped higher than the first surface 112a in the direction of the outer portion 111 may cause the metal case 100 to be reversed or inclined.
  • the remaining electrolyte is accumulated to form a concave portion that is a structure that prevents leakage through the hollow 113.
  • the residual electrolyte may correspond to a residual amount of the electrolyte that is not absorbed by the electrode when the electrolyte is injected.
  • the second surface 112b is formed in a circular pattern so as to form a substantially concentric circle with the outer circumference of the upper outer terminal 110 with respect to the hollow 113. According to this configuration, the metal case 100 is reversed or inclined. When placed, the flow of the electrolyte remaining in the entire surface area of the inner part 112 can be guided to the concave portion to accommodate the flow.
  • a third surface 112c having a step difference lower in the direction of the outer portion 111 than the second surface 112b may be added to the outer side of the second surface 112b.
  • the third surface 112c should have a stepped structure higher in the outer portion 111 direction than the first surface 112a to prevent leakage. That is, the third surface 112c has a step between the first surface 112a and the second surface 112b.
  • This configuration can achieve two purposes. First, the rigidity of the external terminal itself can be secured to prevent deformation or damage caused by external force.
  • the outer portion 111 has a structure in which the central portion is the highest and the structure is lowered stepwise away from the center.
  • the third surface 112c can prevent the thickness of the external terminal from becoming too thin. Second, residual electrolyte can be further prevented from flowing into the safety valve. That is, even if the amount of the electrolyte is so large that the concave portions formed by the first surface 112a and the second surface 112c cannot accommodate, it is induced to flow in the opposite direction of the hollow 113 to flow into the safety valve. You can prevent it.
  • the width W2 of the third surface 112c is relatively larger than the width W1 of the second surface 112b so as to ensure as much space as possible for the remaining electrolyte.
  • the thickness T1 corresponding to the step depth of the second surface 112b and the thickness T2 corresponding to the step depth of the third surface 112c are plate-shaped of the upper terminal 110. It is preferable to consider the maximum thickness Tm of the body and the strength of the upper terminal 110. Specifically, the thickness T1 corresponding to the step depth of the second surface 112b and the thickness T2 corresponding to the step depth of the third surface 112c have a step formed on the bottom surface thereof as shown in FIG. 6. It is preferably limited to fall in the range of 30 to 80% with respect to the maximum thickness (Tm) for the plate-shaped body of the upper terminal (110 ') not in the state.
  • the plate-shaped body refers to a portion of the upper terminal 110 'except for the upper terminal terminal portion 116' protruding from the center, and may have a planar shape or various three-dimensional shapes.
  • the thickness T1 corresponding to the depth of the step of the second surface 112b and the thickness T2 corresponding to the depth of the step of the third surface 112c are less than the lower limit of 30% of the numerical range, the thickness T1 corresponds to the vertical direction.
  • the circular upper terminal 110 is bent and deformed easily by an external pressure acting, and exceeds 80%, which is the upper limit of the numerical range, there is a problem in that a sufficient amount of space for the electrolyte is accumulated.
  • FIG. 7 and 8 illustrate the action of the leakage preventing structure provided in the electrical energy storage device according to the preferred embodiment of the present invention.
  • the inner part 112 of the upper terminal 110 is disposed from the second surface 112b to the outer surface 111 in the direction of the first surface 112a. Since the liquid electrolyte is accumulated in the concave portion formed as the third surface 112c is relatively high, the electrolyte does not flow beyond the threshold of the first surface 112a even when the safety valve 120 is in an open state. Leakage through the 113 is prevented. This effect can be obtained even when the electric energy storage device is inclined obliquely.
  • the electrical energy storage device even if placed in the reverse or inclined to the safety valve 120 by remaining in the concave portion formed in the inner portion 112 of the upper outer terminal 110. Outflow to the side can be prevented.
  • the structure of the first inner terminal 115 can be reduced by the structure in which the grooves 114 for the bead are formed on the outer circumferential surface of the upper outer terminal 110, the structure of the first inner terminal 115 can be reduced in size and weight. More space can be secured.

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Abstract

본 발명은 원통형의 금속 케이스의 상단에 결합되어 상기 금속 케이스를 캡핑하고 중심에는 안전변이 설치될 수 있는 중공이 형성된 전기에너지 저장장치의 외부 터미널에 있어서, 상기 금속 케이스가 정방향으로 세워진 상태에서 외부로 노출되는 아우터부와 상기 아우터부의 하부에 위치하는 이너부를 구비하고, 상기 이너부는, 상기 중공과 인접한 제1면과, 상기 아우터부(111) 방향으로 상기 제1면(112a)보다 더 높게 단차가 진 제2면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널을 개시한다.

Description

전해질의 누액 방지구조를 갖는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널
본 출원은 2015년 1월 15일에 출원된 한국특허출원 제10-2015-0007509호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
본 발명은 전기에너지 저장장치의 외부 터미널에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전해질의 누액을 방지할 수 있는 구조를 가진 전기에너지 저장장치의 외부 터미널에 관한 것이다.
차세대 전기에너지 저장장치로 각광받고 있는 고 정전용량 저장 장치는 커패시터의 일종인 울트라 커패시터(Ultra Capacitor; UC), 슈퍼 커패시터(Super Capacitor; SC), 전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC) 등을 말하며, 이는 전해콘덴서와 이차전지의 중간자적 특성을 지니는 에너지 저장장치로서, 높은 효율과 반영구적인 수명 특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대용이 가능한 에너지 저장 장치이다.
고 정전용량 저장 장치는, 유지보수(Maintenance)가 용이하지 않고 장기간의 사용 수명이 요구되는 애플리케이션(Application)에 대해서는 축전지 대체용으로 이용되기도 한다. 고 정전용량 저장 장치는 빠른 충방전 특성을 가지며, 이에 따라 이동통신 정보기기인 핸드폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로서 뿐만 아니라, 고용량이 요구되는 전기자동차, 야간 도로 표시등, UPS(Uninterrupted Power Supply) 등의 주전원 혹은 보조 전원으로 매우 적합하며, 이와 같은 용도로 많이 이용되고 있다.
고 정전용량 저장 장치는 소형화를 위해 도 1에 도시된 바와 같이 원통 형상으로 이루어진 형태가 많이 이용되고 있다.
도 1을 참조하면, 고 정전용량 저장 장치는 양극, 음극, 세퍼레이터 및 전해질로 구성된 셀 조립체가 담긴 내부 하우징(10)과, 내부 하우징(10)을 수용하는 금속 케이스(40)와, 금속 케이스(40)의 상부와 하부에 결합되어 각각 셀 조립체의 음극과 양극에 연결되는 상측 내부 터미널(20) 및 하측 내부 터미널(30)을 포함한다.
상측 내부 터미널(20)은 절연부재(60)에 의해 금속 케이스(40)에 대하여 절연되는 동시에 상판(50)과 접촉되고, 하측 내부 터미널(30)은 금속 케이스(40)와 접촉된다. 여기서, 상판(50)의 중심과 금속 케이스(40)의 하단 중심에는 단자부(51,55)가 돌출 형성되는 일반적이다.
상기 상측 내부 터미널(20)과 상판(50) 간의 결합과, 하측 내부 터미널(30)과 금속 케이스(40) 간의 결합은 통상 체결볼트(70)에 의해 이루어진다. 여기서, 특히 상판(50)은 무게가 무겁고 부피가 큰 문제가 있어 구조적인 개선이 필요하다.
고 정전용량 저장 장치는 상온에서 과충전이나 과방전, 과전압과 같은 이상 동작시 전해질과 전극의 계면에서 부반응이 진행되어 그에 따른 부산물로서 기체가 발생하게 된다. 이와 같이 기체가 발생하여 내부에 축적되면 금속 케이스(40)의 내부압력이 지속적으로 증가하게 되고 결국에는 금속 케이스(40)가 볼록하게 부풀어 오르거나 금속 케이스(40)의 취약한 부분에서 급격하게 기체가 배출되면서 폭발이 발생하게 된다.
금속 케이스(40)가 부풀어 오르는 현상과 관련하여, 금속 케이스(40)의 상단에는 상판(50) 방향으로 구부러지도록 형성된 커링 가공부(45)가 마련되어 커링(Curling) 양 조절에 의해 내압성능의 강화가 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 종래의 고 정전용량 저장 장치는 취급 시 상하 위치가 반전되어 역방향으로 놓여지거나, 비스듬히 기울어지게 놓여졌을 때 내부에 잔류하고 있는 액체 전해질이 안전변 쪽으로 이동하게 되고, 안전변이 개방된 경우에는 외부로 누출되는 문제가 발생하므로 이에 대한 대책이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 역방향 또는 기울어지게 놓여졌을 때 잔여 전해질이 안전변 쪽으로 흘러 나가는 것을 방지할 수 있는 수용 구조를 가진 전기에너지 저장장치의 외부 터미널을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 경량화가 가능하도록 구조가 개선된 전기에너지 저장장치의 외부 터미널을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 원통형의 금속 케이스의 상단에 결합되어 상기 금속 케이스를 캡핑하고 중심에는 안전변이 설치될 수 있는 중공이 형성된 전기에너지 저장장치의 외부 터미널에 있어서, 상기 금속 케이스가 정방향으로 세워진 상태에서 외부로 노출되는 아우터부와 상기 아우터부의 하부에 위치하는 이너부를 구비하고, 상기 이너부는, 상기 중공과 인접한 제1면과, 상기 아우터부(111) 방향으로 상기 제1면(112a)보다 더 높게 단차가 진 제2면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널을 제공한다.
상기 아우터부와 상기 이너부는 일체화되어 단일 몸체를 이루어질 수 있다.
상기 단일 몸체는 원형의 외주를 구비하고, 상기 단일 몸체의 외주면에는 상기 금속 케이스를 비딩 가공하기 위한 비딩용 그루브가 형성될 수 있다.
상기 제2면은 상기 중공을 중심으로 하는 원형으로 형성될 수 있다.
상기 이너부는, 상기 제2면을 중심으로 하는 제3면이 상기 아우터부 방향으로 상기 제1면보다 높고 상기 제2면보다는 낮은 단차를 가질 수 있다.
상기 제3면의 폭(W2)은 상기 제2면의 폭(W1)에 비해 상대적으로 더 크게 형성될 수 있다.
상기 제2면의 단차 깊이에 대응하는 두께(T1)와 상기 제3면의 단차 깊이에 대응하는 두께(T2)는, 판상 몸체에 대한 최대 두께(Tm)에 대하여 30~80% 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 전기에너지 저장장치가 역방향 또는 비스듬히 기울어지게 놓여졌을 때 잔여 전해질이 외부 터미널에 형성된 수용공간에 고임으로써 안전변 쪽으로 흘러 나가는 것이 방지될 수 있다.
또한, 외부 터미널의 하부에 내부 터미널이 결합되고 상기 외부 터미널이 비딩 가공에 의해 금속 케이스에 고정되는 구조에 의해 제품의 경량화가 가능하다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 전기에너지 저장장치의 구성을 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 외관을 도시한 사시도,
도 3은 도 2에서 비딩 및 커링 가공 전의 분해 사시도,
도 4는 도 2의 단면도,
도 5는 도 4에서 상부 터미널의 외형을 도시한 사시도,
도 6은 본 발명의 비교예에 따라 상부 터미널에 단차가 형성되지 않은 구조를 도시 단면도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치에 구비된 누액 방지구조의 작용을 도시한 일부 단면도,
도 8은 도 7의 일부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 외관을 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 분해 사시도, 도 4는 도 3의 결합 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치는 셀 조립체(160)와, 상기 셀 조립체(160) 및 전해질을 수용하는 원통형의 금속 케이스(100)와, 금속 케이스(100)의 상단을 캡핑하는 동시에 셀 조립체(160)의 음극에 연결되고 잔여 전해질이 안전변 쪽으로 흘러 나가는 것을 방지하는 구조를 가진 상부 터미널(110)을 포함한다.
상기 셀 조립체(160)로는 양극 및 음극이 세퍼레이터와 함께 권취되어 젤리롤 형태로 이루어진 통상의 울트라 캐패시터용 베어셀이 채용될 수 있다.
금속 케이스(100)는 소정의 내부 하우징에 담긴 상기 셀 조립체(160)를 수용할 수 있는 내부공간이 형성된 원통형의 몸체를 갖는다. 바람직하게, 금속 케이스(100)는 알루미늄 원통체에 의해 제공될 수 있다.
금속 케이스(100)가 세워진 상태를 기준으로, 길이방향 양단에는 셀 조립체(160)의 음극과 양극에 각각 대응하는 상부 외부 터미널(110) 및 하부 외부 터미널(150)이 배치된다. 또한, 상기 음극과 상부 외부 터미널(110) 사이에는 제1 내부 터미널(115)이 개재되어 상기 음극과 연결되고, 상기 양극과 하부 외부 터미널(150) 사이에는 제2 내부 터미널(140)이 개재되어 상기 양극과 연결된다.
제1 내부 터미널(115)은 전해질 함침용 통공이 다수 형성된 판상의 몸체를 구비하고, 상부 외부 터미널(110)의 하부 가장자리에 긴밀히 결합되어 일체화된다.
금속 케이스(100)에 있어서 제2 내부 터미널(140) 및 하부 외부 터미널(150)이 위치하는 쪽의 단부는 케이스 측면부와 일체로 연결된 바닥부에 의해 폐쇄된다.
상부 외부 터미널(110)에 가까운 금속 케이스(100)의 상단에는 내측으로 구부러져서 상부 외부 터미널(110)의 이탈을 방지하는 커링 가공부(102)가 마련되는 것이 바람직하다. 상부 외부 터미널(110) 부근에 위치한 금속 케이스(100)의 측면부는 커링 가공부(102)의 커링 양 조절에 의해 내압성능이 용이하게 조절될 수 있다.
상부 외부 터미널(110)은 금속 케이스(100)의 상단을 캡핑하는 동시에 전류이동경로를 제공하는 것으로서, 금속 케이스(100)의 내주면에 대응하는 원형의 외주면을 가지며 전체적인 형상은 다양한 3차원 형태로 구성될 수 있다. 상부 외부 터미널(110)의 가장자리단은 절연부재(130)를 사이에 두고 커링 가공부(102)와 인접한다. 또한, 상부 외부 터미널(110)의 측면은 절연부재(103)에 의해 금속 케이스(100)에 대하여 절연된다.
상부 외부 터미널(110)의 중심에는 두께 방향으로 연장된 중공(113)이 형성된다. 중공(113)은 예컨대, 자동복귀형의 안전변(120)을 설치하기 위한 공간으로 사용될 뿐만 아니라, 전해질을 주입하기 위한 패스와 진공 작업을 위한 에어 벤트(Air Vent)로도 사용된다.
상부 외부 터미널(110)은 금속 케이스(100)에 대한 비딩(Beading) 가공을 통해 금속 케이스(100)에 고정될 수 있다. 견고한 고정을 위해, 상부 외부 터미널(110)의 외주면 둘레에는 금속 케이스(100)의 내부면에 비딩 가공부(101)를 형성하기 위한 비딩용 그루브(114)가 구비된다. 변형예로서, 비딩용 그루브(114)는 상부 외부 터미널(110)의 외주면 둘레의 일부 구간에만 형성될 수도 있다. 전술한 바와 같이 상부 외부 터미널(110)은 커링 가공부(102)에 의해 이탈이 방지되므로 이와 같이 비딩용 그루브(114)가 일부 구간에만 형성되더라도 상부 외부 터미널(110)은 금속 케이스(100)에 고정될 수 있다. 이 경우 상부 외부 터미널(110)의 구조를 보다 단순화 할 수 있을 뿐만 아니라 상부 터미널(100)의 제작 시 단조가공을 용이하게 적용할 수 있다.
상부 외부 터미널(110)은 금속 케이스(100)가 정방향으로 놓여졌을 때 외부로 노출되는 부분인 아우터부(111)와 상기 아우터부(111)의 하부에 위치하는 이너부(112)를 구비한다. 여기서, 상기 '정방향'은 안전변(120)이 금속 케이스(100)의 상단 쪽에 위치하도록 금속 케이스(100)가 세워진 상태의 배치 방향을 의미한다.
바람직하게, 상부 외부 터미널(110)은 단일 몸체로 이루어짐으로써 구조가 간소화되고, 그 단일 몸체 상에 아우터부(111)와 이너부(112)가 구비된다. 구체적으로, 아우터부(111)는 단일 몸체로 이루어진 상부 외부 터미널(110)의 상면에 해당하고, 이너부(112)는 상부 외부 터미널(110)의 하면에 해당한다.
도 5에 도시된 바와 같이 상부 외부 터미널(110)의 이너부(112)는 중공(113)과 인접한 제1면(112a)과, 상기 제1면(112a)의 외곽에 마련되고 아우터부(111) 방향으로 상기 제1면(112a)보다 더 높게 단차가 진 제2면(112b)을 포함한다. 상기 제2면(112b)이 아우터부(111) 방향으로 상기 제1면(112a)보다 더 높게 단차가 진 구조는, 금속 케이스(100)가 역방향 또는 기울어지게 놓여졌을 때 잔여 전해질이 고이도록 하여 중공(113)을 통한 누액을 방지하는 구조인 오목한 부분을 형성한다. 상기 잔여 전해질로는 전해질 주입 시 전극으로 흡수되지 못한 잔량의 전해질이 해당될 수 있다. 또한, 통상적으로 일정 조건(-40~65℃, 0~2.7V)에서는 전해질의 함침 상태에 별 이상이 없으나, 상기 일정 조건 미만 또는 초과 시에는 전극에 흡수되어 있는 전해질이 흘러나와 상기 잔여 전해질에 추가될 수 있다.
제2면(112b)은 중공(113)을 중심으로 하여 상부 외부 터미널(110)의 외주와 실질적으로 동심원을 이루도록 원형 패턴으로 형성된다. 이러한 구성에 의하면 금속 케이스(100)가 역방향 또는 기울어지게 놓여졌을 때 이너부(112)의 표면 전영역에 잔류하는 전해질의 흐름을 상기 오목한 부분으로 유도하여 수용할 수 있다.
제2면(112b)의 외곽에는 상기 제2면(112b)에 비해 아우터부(111) 방향으로 낮게 단차가 진 제3면(112c)이 부가될 수 있다. 이때, 제3면(112c)은 누액 방지를 위해 제1면(112a)에 비해 아우터부(111) 방향으로 높게 단차가 진 구조를 가져야 한다. 즉, 제3면(112c)은 제1면(112a)과 제2면(112b) 사이의 단차를 가진다. 이러한 구성에 의하여 두 가지 목적을 달성할 수 있다. 첫째, 외부 터미널 자체의 강성을 확보하여 외력에 의한 변형이나 손상을 방지할 수 있다. 아우터부(111)는 중심부가 가장 높고 중심에서 멀어질수록 계단형으로 낮아지는 구조를 가지는데, 제2면(112b)에 의해 이너부(112)의 오목부가 지나치게 넓게 형성될 경우, 외부 터미널의 두께가 얇아져 외부 충격에 취약할 수 있다. 제3면(112c)은 외부 터미널의 두께가 지나치게 얇아지는 것을 방지할 수 있다. 둘째, 잔여 전해질이 안전변으로 흘러들어가는 것을 더욱 방지할 수 있다. 즉, 제1면(112a)과 제2면(112c)이 이루는 오목한 부분이 수용하지 못할 정도로 전해질의 양이 많다 하더라도, 전해질이 중공(113)의 반대 방향으로 흐르도록 유도하여 안전변으로 흘러들어가는 것을 방지할 수 있다.
잔여 전해질에 대한 수용공간을 가능한 한 충분히 확보할 수 있도록 제3면(112c)의 폭(W2)은 제2면(112b)의 폭(W1)에 비해 상대적으로 더 큰 것이 바람직하다.
상부 외부 터미널(110)에 있어서, 제2면(112b)의 단차 깊이에 대응하는 두께(T1)와 제3면(112c)의 단차 깊이에 대응하는 두께(T2)는 상부 터미널(110)의 판상 몸체의 최대 두께(Tm)와 상부 터미널(110)의 강도를 고려하여 최적화되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 제2면(112b)의 단차 깊이에 대응하는 두께(T1)와 제3면(112c)의 단차 깊이에 대응하는 두께(T2)는, 도 6에 도시된 바와 같이 하면에 단차가 형성되지 않은 상태의 상부 터미널(110')의 판상 몸체에 대한 최대 두께(Tm)에 대하여 30~80% 범위에 속하도록 한정되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 판상 몸체는 상부 터미널(110')에 있어서 정중심에 돌출 형성된 상부 터미널 단자부(116')를 제외한 부분을 지칭하며, 평면 형상 또는 다양한 3차원 형상의 외형을 가질 수 있다.
제2면(112b)의 단차 깊이에 대응하는 두께(T1)와 제3면(112c)의 단차 깊이에 대응하는 두께(T2)가 상기 수치범위의 하한인 30%에 미달할 경우에는 수직방향으로 작용하는 외압에 의해 원형의 상부 터미널(110)이 휘어져서 쉽게 변형되고, 상기 수치범위의 상한인 80%를 초과하는 경우에는 전해질이 고이기에 충분한 정도의 공간이 확보되지 않는 문제가 있다.
도 7 및 도 8에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치에 구비된 누액 방지구조의 작용이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 전기에너지 저장장치는 역방향으로 놓여졌을 때, 상부 터미널(110)의 이너부(112)는, 아우터부(111) 방향으로 제1면(112a)보다 제2면(112b) 내지 제3면(112c)이 상대적으로 높게 단차가 짐에 따라 형성된 오목한 부분에 액체 전해질이 고이게 되므로 안전변(120)이 개방 상태에 있더라도 전해질이 제1면(112a)의 문턱을 넘어서 흘러나가지 못하므로 중공(113)을 통한 누액이 방지된다. 이러한 작용효과는 전기에너지 저장장치가 비스듬히 기울어지게 놓여진 경우에도 동일하게 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치는 역방향 또는 기울어지게 놓여지더라도 잔여 전해질이 상부 외부 터미널(110)의 이너부(112)에 형성된 오목한 부분에 고임으로써 안전변(120) 쪽으로 흘러 나가는 것이 방지될 수 있다. 또한, 상부 외부 터미널(110)의 외주면에 비딩용 그루브(114)가 형성된 구조에 의해 제1 내부 터미널(115)의 구조를 박형화 할 수 있으므로 소형, 경량화가 가능하고, 금속 케이스(100)의 내부공간을 보다 충분히 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명을 적용할 경우 제품의 경량화가 가능하고, 금속 케이스 내부공간을 확충할 수 있으므로 내압을 낮추어 안정성 및 수명을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 원통형의 금속 케이스의 상단에 결합되어 상기 금속 케이스를 캡핑하고 중심에는 안전변이 설치될 수 있는 중공이 형성된 전기에너지 저장장치의 외부 터미널에 있어서,
    상기 금속 케이스(100)가 정방향으로 세워진 상태에서 외부로 노출되는 아우터부(111)와 상기 아우터부(111)의 하부에 위치하는 이너부(112)를 구비하고,
    상기 이너부(112)는,
    상기 중공(113)과 인접한 제1면(112a)과, 상기 아우터부(111) 방향으로 상기 제1면(112a)보다 더 높게 단차가 진 제2면(112b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아우터부(111)와 상기 이너부(112)가 일체화되어 단일 몸체를 이루는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단일 몸체는 원형의 외주를 구비하고,
    상기 단일 몸체의 외주면에는 상기 금속 케이스(100)를 비딩 가공하기 위한 비딩용 그루브(114)가 형성된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2면(112b)은 상기 중공(113)을 중심으로 하는 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널.
  5. 제4항에 있어서, 상기 이너부(112)는,
    상기 제2면(112b)을 중심으로 하는 제3면(112c)이 상기 아우터부(111) 방향으로 상기 제1면(112a)보다 높고 상기 제2면(112b)보다는 낮은 단차를 가지는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3면(112c)의 폭(W2)이 상기 제2면(112b)의 폭(W1)에 비해 상대적으로 더 큰 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2면(112b)의 단차 깊이에 대응하는 두께(T1)와 상기 제3면(112c)의 단차 깊이에 대응하는 두께(T2)가, 판상 몸체에 대한 최대 두께(Tm)에 대하여 30~80% 인 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 외부 터미널.
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