WO2018043880A1 - 이차 전지 - Google Patents

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plate
secondary battery
terminal
stepped portion
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이현수
변상원
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삼성에스디아이(주)
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery, and more particularly to a secondary battery capable of forming the height of the plate terminal portion of the cap plate to a desired height.
  • a secondary battery is a battery that can be charged and discharged unlike a primary battery that cannot be charged.
  • a secondary battery is used in portable electronic devices such as a mobile phone and a camcorder. Large capacity batteries with dozens of cells connected are used as motor power sources for electric bicycles, electric scooters, hybrid cars, and electric cars.
  • Secondary batteries are manufactured in various shapes, and typical shapes include square, cylindrical, and pouch types.
  • the secondary battery is configured by accommodating an electrode assembly and an electrolyte in a case, and installing a cap plate on the case.
  • the electrode assembly is connected to the electrode tab, the terminal of the positive electrode, etc., which is exposed or protruded to the outside through the cap plate.
  • the present invention provides an interest battery structure manufactured in a shape capable of increasing the height of the plate terminal connected to the cap plate as desired.
  • a secondary battery an electrode assembly having a separator interposed between the first electrode and the second electrode; A case accommodating the electrode assembly; A cap plate sealing a top opening of the case; And a first terminal electrically connected to the first electrode of the electrode assembly, integrally with the cap plate, protruding upward from the cap plate, and having at least one stepped portion.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention further includes a plate terminal disposed outside the cap plate, and the plate terminal has a concave groove having a size and a depth corresponding to the size and height of the stepped portion thereunder. Is formed.
  • the plate terminal includes an extension protruding in the horizontal direction at the lower end of both ends, the extension includes a groove corresponding to the fixing projection.
  • the stepped part includes one or more stepped portions, and a plate terminal integrated with the cap plate is formed.
  • the stepped portion has a stepped step that becomes narrower as the height increases from the surface of the cap plate, and the side surface of the stepped portion forms a step by connecting a plurality of vertical parts and a plurality of horizontal parts.
  • the vertical protrusion is inclined toward the center of the stepped portion in the vertical direction of the plane of the cap plate.
  • a stepped portion protruding from the cap plate may be formed to fix the plate terminal so as not to move from side to side.
  • the stepped portion of the cap plate may fix the plate terminal, so that the height of the plate terminal may be formed higher than before.
  • a plurality of rolling processes may form part of the cap plate as a protruding step portion to form a plate terminal integrated with the cap plate.
  • the height of the plate terminal integrated with the cap plate may be formed higher than that through the stepped portion formed on the surface of the cap plate in the form of a plurality of steps.
  • the maximum height that can be molded in a mold may be realized by utilizing a limited volume in the terminal integrated processing method.
  • FIG. 1 is a perspective view of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
  • 3A and 3B show perspective views after being combined with perspective views of a stepped portion and a plate terminal of a cap plate according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a cross-sectional view of the cap plate stepped portion and the plate terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a cap plate according to another embodiment of the present invention.
  • 6A to 6C illustrate cross-sectional views of various forms of the cap plate stepped portion of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a form in which a general cap plate and a plate terminal are separated.
  • FIG. 8 shows a comparison of volume ratios according to stepped shapes according to FIGS. 6A to 6C.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, the first member, part, region, layer or portion, which will be described below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly 10 that functions to charge and discharge, a case 15 in which the electrode assembly 10 is embedded, and a case 15.
  • Cap plate 20 which seals the opening of the (), negative electrode terminal 21 and positive electrode terminal 22, and the cap is installed in the terminal holes (H1, H2) of the cap plate 20 connected to the electrode assembly 10 It includes an external short circuit portion 40 for electrically separating or connecting the plate 20 and the negative electrode terminal 21.
  • the cap plate 20 is electrically connected to the positive electrode terminal 22.
  • the electrode assembly 10 is formed by disposing the cathode 11 and the anode 12 on both sides of the separator 13, which is an insulator, and winding the cathode 11, the separator 13, and the anode 12 in a jelly roll state. do.
  • the negative electrode 11 and the positive electrode 12 each include coating portions 11a and 12a in which the active material is applied to the current collector of the metal plate, and plain portions 11b and 12b formed of the current collector exposed by not applying the active material. do.
  • the uncoated portion 11b of the cathode 11 is formed at one end of the cathode 11 along the cathode 11 to be wound. Therefore, the uncoated portions 11b and 12b of the anodes 11 and 12 are disposed at both ends of the electrode assembly 10, respectively.
  • the case 15 is formed of an approximately rectangular parallelepiped to set a space for accommodating the electrode assembly 10 and the electrolyte therein, and forms an opening connecting the external and internal spaces on one surface of the rectangular parallelepiped. The opening allows insertion of the electrode assembly 10 into the case 15.
  • the cap plate 20 is made of a thin plate and welded to the opening of the case 15 to seal the case 15.
  • the cap plate 20 further includes an electrolyte injection hole 201, a vent hole 202, and a short circuit hole 42.
  • the electrolyte injection hole 201 welds the cap plate 20 to the case 15 and welds the electrolyte to the inside of the case 15. After the electrolyte injection, the electrolyte injection hole 201 is sealed with a sealing stopper 203.
  • the vent hole 202 is sealed by a vent plate 204 which is welded to discharge the internal pressure of the secondary battery 100.
  • the vent plate 204 is cut to open the vent hole 202.
  • the vent plate 204 is formed with a notch 205 for inducing incision.
  • the positive and negative terminals 21 and 22 are installed through the cap plate 20 and electrically connected to the electrode assembly 10. That is, the negative electrode terminal 21 is electrically connected to the negative electrode 11 of the electrode assembly 10, and the positive electrode terminal 22 is electrically connected to the positive electrode 12 of the electrode assembly 10. Therefore, the electrode assembly 10 is drawn out of the case 15 through the negative electrode terminal 21 and the positive electrode terminal 22.
  • the positive terminals 21 and 22 are rivet terminals 21a and 22a respectively installed in the terminal holes H1 and H2 of the cap plate 20, and the rivet terminals 21a and 22a inside the cap plate 20.
  • Flanges 21b and 22b which are integrally formed on the plate plate and plate terminals 21c and 22c which are arranged outside the cap plate 20 and are connected by riveting or welding to the rivet terminals 21a and 22a.
  • the positive and negative gaskets 36 and 37 are inserted between the rivet terminals 21a and 22a of the positive and negative terminals 21 and 22 and the inner surfaces of the terminal holes H1 and H2 of the cap plate 20, respectively. Sealing is performed between the rivet terminals 21a and 22a of the positive electrode terminals 21 and 22 and the cap plate 20.
  • the positive and negative lead tabs 61 and 62 are electrically connected to the negative and positive terminals 21 and 22 to the negative portions 11b and 12b of the negative and positive electrodes 11 and 12 of the electrode assembly 10, respectively.
  • the negative and positive lead tabs 61 and 62 include current collectors 611 and 621 and connection parts 612 and 622 that are bent.
  • the current collectors 611 and 621 are connected by welding to the plain portions 11b and 12b of the electrode assembly 10, and the connection portions 612 and 622 are connected to the rivet terminals 21a and 22a.
  • the negative positive lead tabs 61 and 62 are connected to the lower ends of the rivet terminals 21a and 22a while being supported by the flanges 21b and 22b.
  • the internal insulators 71 and 72 are installed between the connecting portions 612 and 622 of the negative and positive lead tabs 61 and 62 and the cap plate 20, respectively, so as to connect the connecting portions of the negative and positive lead tabs 61 and 62, respectively. 612 and 622 are electrically insulated from the cap plate 20. In addition, the inner insulators 71 and 72 are in close contact with the cap plate 20 on one side and the connecting portions 612 and 622 of the negative and positive lead tabs 61 and 62, rivet terminals 21a and 22a and flanges on the other side. It surrounds (21b, 22b), and stabilizes their connection structure.
  • the step portion 32 is integrally formed with the cap plate 20 and has a shape that protrudes upward from the cap plate.
  • the bottom of the plate terminal 22c is formed with a concave groove so that the plate terminal 22c is fitted into and fixed to the step portion 32 of the cap plate 20. Corresponds to the height.
  • the cap plate 20 includes plate fixing protrusions 33 protruding upwards at both sides of the stepped part 32, and plate terminals 22c extend in a horizontal direction at lower ends of both ends. It includes a portion 34, and includes a groove (not shown) having a size corresponding to the fixing projection 33 of the cap plate 20. Accordingly, when the plate terminal 22c is fixedly coupled to the upper portion of the step portion 32, the groove of the protrusion of the plate terminal 22c is coupled to the fixing protrusion 33 to firmly fix the plate terminal.
  • the outer short circuit portion 409 seals the short circuit hole 42 formed in the cap plate 20 and is electrically connected to the membrane 43 and the negative electrode terminal 21 which are inverted according to the internal pressure. It includes a short-circuit tab 44 is spaced apart.
  • the membrane 43 is welded to the short circuit hole 42 to close the short circuit hole 42.
  • the shorting tab 44 is interposed between the negative insulator 31 and the plate terminal 21c. In a state in which the secondary battery 100 is normally operated, the shorting tab 44 may be spaced apart from the membrane 43.
  • the short tab 44 may be formed of nickel or stainless steel, and the membrane 43 may be formed of aluminum having the same material as the cap plate 20.
  • the shorting tab 44 of the external short circuit portion 40 and the rivet terminal 21a of the negative electrode terminal 21 are interposed between the negative electrode insulator 31 on the cap plate 20. Is installed.
  • the negative electrode insulator 31 has holes corresponding to the terminal hole H1 and the shorting hole 42 so as not to interfere with the installation of the rivet terminal 21a and the reversal of the membrane 43.
  • FIGS. 3A and 3B show perspective views after being combined with perspective views of a stepped portion and a plate terminal of a cap plate according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a cross-sectional view of the cap plate stepped portion and the plate terminal according to an embodiment of the present invention.
  • the cap plate 20 according to the present invention is provided integrally with the cap plate 20 at an electrode terminal, and at least one step portion protruding upward from the cap plate 20.
  • the step portion 32 may be formed by attaching a metal of the same material as the cap plate 20 having a predetermined height in the vicinity of the electrode terminal of the cap plate 20, but by rolling the electrode terminal of the cap plate 20 near the electrode terminal. It is preferable to protrude upward to have a step height.
  • the step portion 32 may function to support the plate terminal 22c when a load is applied in the horizontal direction of the plate terminal 22c after the plate terminal 22c is fixed to the cap plate 20.
  • the height of the step part 32 can be set arbitrarily, the plate terminal 22c can be designed higher than the conventional secondary battery design. And the volume ratio can be satisfied.
  • a recessed groove is formed in the lower portion, the size and depth of the recessed groove as shown in FIG. It is preferable to correspond to the size and height of the).
  • the cap plate 20 includes plate terminal fixing protrusions 33 protruding upward in both directions of the step portion 32 near the electrode terminal.
  • the protrusion 33 is elongated in the longitudinal direction of the step portion 32, that is, in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cap plate 20.
  • the plate terminal 22c further includes extensions 34 protruding in the horizontal direction at both ends of the lower ends.
  • the lower surface of the extension 34 is preferably horizontal to the upper surface of the cap plate 20.
  • grooves are formed in the extension part 34 so as to correspond to the fixing projection part 33, respectively.
  • the groove of the extension part 34 is fitted to the fixing projection part 33 of the cap plate 20 so as to support the plate terminal 22c together with the step part 32.
  • the groove of the extension part 34 may be used as a welding joint when the plate terminal 22c is laser-welded to the cap plate 20.
  • the height of the fixing protrusion 33 is higher than that of the extension 34, but as shown in the combined perspective view of FIG. 3B, the height of the fixing protrusion 33 is the extension 34. It is preferable that the same as the height of.
  • FIG. 5 is a perspective view of a cap plate according to another embodiment of the present invention.
  • 6A to 6C illustrate cross-sectional views of various forms of the cap plate stepped portion of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a form in which a general cap plate and a plate terminal are separated.
  • the cap plate 20 may be integrally provided with the cap plate 20 near the electrode terminal of the electrode assembly, and at least one step may protrude upward from the cap plate 20.
  • Section 32 ' On the other hand, this step portion 32 'includes a plurality of steps, and forms a plate terminal 22c integrated with the cap plate 20. That is, unlike the cap plate and the plate terminal of the secondary battery illustrated in FIG. 7, the stepped portion 32 ′ of the cap plate 20 according to another embodiment of the present invention is a plate terminal 22c as shown in FIG. 5. Function of.
  • the secondary battery according to another embodiment of the present invention can reduce the number of components for electrode terminals, such as a separate plate terminal, it is also unnecessary to combine these components.
  • the stepped part 32 ′ may include only one step, it may be formed in a step shape including several steps.
  • the stepped portion 32 ' has one step, and in FIG. 6C has two steps. 6A and 6C, the height of the stepped portion 32 'is 3.7 mm, and in FIG. 6B, the height is 3.0 mm.
  • the stepped portion 32 'of FIG. 6C has a stepped step that becomes narrower as it gets higher on the surface of the cap plate 20.
  • a plurality of vertical parts and a plurality of horizontal parts have a stepped shape.
  • the vertical portion may be formed in a direction perpendicular to the plane of the cap plate 20, but may be formed to be inclined toward the center of the step portion 32 ′ in the vertical direction.
  • the side surface of the step portion 32 ′ may be formed in the same manner as the cap plate 20, or may be thinly formed according to a manufacturing method.
  • the step portion 32 ' is formed by pressing the electrode terminal portion of the cap plate 20 upward through a molding process such as rolling. And this process can be carried out a number of times, the height can be made higher, according to the rolling process in order to reduce the area to be rolled in order to increase the height of the step portion (32 ') to the maximum.
  • the stepped part 32 ' may have a plurality of steps formed in a stepped shape to function as a plate terminal.
  • FIG. 8 shows a comparison of volume ratios according to stepped shapes according to FIGS. 6A to 6C.
  • the volume ratio that can be molded is obtained, there is a disadvantage in that the height of the stepped portion 32 'cannot be increased as desired.
  • the volume before processing is 764mm 3
  • the volume after processing is also 736mm 3
  • the volume ratio is 4%.
  • the height of the stepped portion may be formed to 3.7 mm to form a plate terminal having a desired height, and the molding may be achieved by securing a 4% volume ratio.
  • a plurality of rolling processes include two or more steps as shown in FIG. 6C. It is preferable to form a stepped portion through.
  • the secondary battery according to another embodiment of the present invention as described above, through the stepped portion having a plurality of steps, the height of the stepped portion can be set as high as desired, through which the stepped portion itself can function as a plate terminal There is an advantage in that a separate plate terminal component or a combination process thereof is unnecessary.
  • the secondary battery according to the present invention may be used in portable electronic devices such as mobile phones and camcorders, and may be used as a motor driving power source for electric bicycles, electric scooters, hybrid cars, and electric vehicles.

Abstract

제1 전극과 제2 전극 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트, 전극 조립체의 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 단자는 캡 플레이트와 일체로 구비되며, 캡 플레이트로부터 상부로 돌출되며 적어도 하나의 단차부 및 캡 플레이트의 외측에 배치되는 플레이트 터미널을 포함하며, 플레이트 터미널은 그 하부에 단차부의 크기와 높이에 대응되는 크기 및 깊이를 갖는 오목 홈이 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 캡 플레이트에 돌출된 단차부가 형성되어 플레이트 터미널을 좌우로 움직이지 않도록 고정시킬 수 있다.

Description

이차 전지
본 발명은 이차 전지에 관한 것이며, 구체적으로는 캡 플레이트의 플레이트 터미널 부분의 높이를 원하는 높이로 형성할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 자전거, 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데 대표적인 형상으로는 각형, 원통형 및 파우치형 등을 들 수 있으며, 전극조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 또한, 상기 전극조립체에는 전극탭, 양극의 단자 등이 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
본 발명은 캡 플레이트와 연결된 플레이트 터미널의 높이를 원하는 만큼 높여 제작할 수 있는 형상으로 제작된 이자 전지 구조를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트; 및 상기 전극 조립체의 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 단자는 상기 캡 플레이트와 일체로 구비되며, 상기 캡 플레이트로부터 상부로 돌출되며 적어도 하나의 단차부를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에서의 이차전지는, 상기 캡 플레이트의 외측에 배치되는 플레이트 터미널을 더 포함하며, 상기 플레이트 터미널은 그 하부에 상기 단차부의 크기와 높이에 대응되는 크기 및 깊이를 갖는 오목 홈이 형성된다.
바람직하게는, 상기 플레이트 터미널은 양 끝단의 하단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 연장부를 포함하며, 상기 연장부는 상기 고정용 돌기부에 대응되는 홈을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는 상기 단차부가 하나 이상의 단차를 포함하고, 상기 캡 플레이트와 일체화된 플레이트 터미널을 형성된다. 이때, 단차부는 상기 캡 플레이트의 표면에서 높아질수록 폭이 좁아지는 계단형 단차를 가지며, 상기 단차부의 측면은 다수의 수직부와 다수의 수평부가 연결되어 계단을 형성한다.
바람직하게는, 상기 수직 돌출부는 상기 캡 플레이트의 평면의 수직 방향에서 상기 단차부의 중심 방향으로 경사진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 따르면 캡 플레이트에 돌출된 단차부가 형성되어 플레이트 터미널을 좌우로 움직이지 않도록 고정시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 따르면 캡 플레이트의 단차부가 플레이트 터미널을 고정할 수 있어 플레이트 터미널의 높이를 기존보다 높게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에 따르면 다수의 압연 과정을 통해 캡 플레이트의 일부 영역을 돌출된 단차부로 만들어 캡 플레이트와 일체화된 플레이트 터미널을 형성할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에 따르면 캡 플레이트 표면에다수의 계단 형상으로 형성된 단차부를 통해 캡 플레이트와 일체화된 플레이트 터미널의 높이를 기존보다 높게 형성할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에 따르면 터미널 일체형 가공공법에서 제한된 체적을 활용하여 금형에서 성형 가능한 최대한의 높이를 구현할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 플레이트의 단차부와 플레이트 터미널의 사시도와 결합된 후의 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 플레이트 단차부와 플레이트 터미널의 단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 플레이트의 사시도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 캡 플레이트 단차부의 다양한 형태의 단면도를 나타낸다.
도 7은 일반적인 캡 플레이트와 플레이트 터미널이 분리된 형태를 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 6a 내지 도 6c에 따른 단차부 형상에 따른 체적비 비교를 나타낸다.
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 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"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 "포함한다(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, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 자른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(15), 케이스(15)의 개구를 밀폐하는 캡 플레이트(20), 캡 플레이트(20)의 단자홀 (H1, H2)에 설치되어 전극 조립체(10)에 연결되는 음극단자(21)와 양극단자(22), 및 캡 플레이트(20)와 음극단자(21)를 전기적으로 분리 또는 연결하는 외부 단락부(40)를 포함한다. 캡 플레이트(20)는 양극단자(22)에 전기적으로 연결된다.
전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 음극(11)과 양극(12)을 배치하고, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 젤리롤 상태로 권취하여 형성된다.
음극(11) 및 양극(12)은 각각 금속판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(11a, 12a), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11b, 12b)를 포함한다.
음극(11)의 무지부(11b)는 권취되는 음극(11)을 따라 음극(11)의 한쪽 단부에 형성된다. 따라서 음, 양극(11, 12)의 무지부들(11b, 12b)은 전극 조립체(10)의 양단에 각각 배치된다.
케이스(15)는 내부에 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어지며, 외부와 내부 공간을 연결하는 개구를 직육면체의 일면에 형성한다. 개구는 전극 조립체(10)를 케이스(15)의 내부로 삽입할 수 있게 한다.
캡 플레이트(20)는 얇은 판으로 이루어져 케이스(15)의 개구에 용접되어 케이스(15)를 밀폐한다. 캡 플레이트(20)는 전해액 주입구(201)와 벤트홀(202), 및 단락홀(42)을 더 구비한다.
전해액 주입구(201)는 케이스(15)에 캡 플레이트(20)를 결합하여 용접한 후, 케이스(15) 내부로 전해액의 주입을 가능하게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(201)는 밀봉 마개(203)로 밀봉된다.
벤트홀(202)은 이차 전지(100)의 내부 압력을 배출할 수 있도록 용접되는 벤트 플레이트(204)로 밀폐된다. 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(204)가 절개되어 벤트홀(202)을 개방한다. 벤트 플레이트(204)에는 절개를 유도하는 노치(205)가 형성되어 있다.
한편, 음, 양극단자(21, 22)는 캡 플레이트(20)를 관통하여 설치되어 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된다. 즉, 음극단자(21)는 전극 조립체(10)의 음극(11)에 전기적으로 연결되고, 양극단자(22)는 전극 조립체(10)의 양극(12)에 전기적으로 연결된다. 따라서 전극 조립체(10)는 음극단자(21) 및 양극단자(22)를 통하여 케이스(15)의 외부로 인출된다.
음, 양극단자(21, 22)는 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1, H2)에 각각 설치되는 리벳 터미널(21a, 22a), 캡 플레이트(20)의 내측에서 리벳 터미널(21a, 22a)에 일체로 넓게 형성되는 플랜지(21b, 22b) 및 캡 플레이트(20)의 외측에 배치되어 리벳 터미널(21a, 22a)에 리벳팅 또는 용접으로 연결되는 플레이트 터미널(21c, 22c)을 포함한다.
음, 양극 개스킷(36, 37)은 음, 양극단자(21, 22)의 리벳 터미널(21a, 22a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1, H2)의 내면 사이에 각각 삽입되어, 음, 양극단자(21, 22)의 리벳 터미널(21a, 22a)과 캡 플레이트(20) 사이를 실링한다.
음, 양극 리드탭(61, 62)은 음, 양극단자(21, 22)를 전극 조립체(10)의 음, 양극(11, 12)의 무지부(11b, 12b)에 각각 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 음, 양극 리드탭(61, 62)은 절곡되는 집전부(611, 621)와 연결부(612, 622)를 포함한다. 집전부(611, 621)는 전극 조립체(10)의 무지부(11b, 12b)에 용접으로 연결되고, 연결부(612, 622)는 리벳 터미널(21a, 22a)에 연결된다.
예를 들면, 음, 양극 리드탭(61, 62)의 연결부(612, 622)를 리벳 터미널(21a, 22a)의 하단에 결합하여 하단을 코킹(Caulking) 함으로써, 음 양극 리드탭(61, 62)의 연결부(612, 622)는 플랜지(21b, 22b)에 지지되면서 리벳 터미널(21a, 22a)의 하단에 도전 구조로 연결된다.
내부 인슐레이터(71, 72)는 음, 양극 리드탭(61, 62)의 연결부(612, 622)와 캡 프레이트(20) 사이에 각각 설치되어, 음, 양극 리드탭(61, 62)의 연결부(612, 622)와 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킨다. 또한, 내부 인슐레이터(71, 72)는 일측으로 캡 플레이트(20)에 밀착되고 다른 일측으로 음, 양극 리드탭(61, 62)의 연결부(612, 622)와 리벳 터미널(21a, 22a) 및 플랜지(21b, 22b)를 감싸므로 이들의 연결 구조를 안정시킨다.
한편, 캡 플레이트(20)의 양극단자(22) 부근에서는 단차부(32)를 포함한다. 단차부(32)는 캡 플레이트(20)와 일체로 형성되며, 캡 플레이트로부터 상부로 돌출되는 형상을 갖는다. 그리고 플레이트 터미널(22c)은 캡 플레이트(20)의 단차부(32)에 끼워 맞춰 고정되도록, 플레이트 터미널(22c)의 하부는 오목한 홈이 형성되며 그 크기와 깊이는 단차부(32)의 크기와 높이에 대응된다.
또한, 캡 플레이트(20)는 단차부(32)의 양 옆에 상부 방향으로 돌출된 플레이트 고정용 돌기부(33)를 포함하며, 플레이트 터미널(22c)은 양 끝단 하단부에 수평방향으로 돌출된 형성된 연장부(34)를 포함하고, 캡 플레이트(20)의 고정용 돌기부(33)에 대응되는 크기를 갖는 홈(미도시)을 포함한다. 이에 따라 플레이트 터미널(22c)가 단차부(32) 상부에 고정 결합될 때 고정용 돌기부(33)에 플레이트 터미널(22 c)의 돌기부 홈이 결합되어 플레이트 터미널을 단단히 고정시키게 된다.
외부 단락부(409)는 캡 플레이트(20)에 형성되는 단락홀(42)을 밀폐하고 내압에 따라 반전되는 멤브레인(43) 및 음극단자(21)에 전기적으로 연결되어 멤브레인(43)의 일측에 이격 배치되는 단락탭(44)을 포함한다. 멤브레인(43)은 단락홀(42)에 용접되어 단락홀(42)을 밀폐한다. 단락탭(44)은 음극 인슐레이터(31)와 플레이트 터미널(21c) 사이에 개재된다. 이차 전지(100)가 정상적으로 작동하는 상태에서, 단락탭(44)은 멤브레인(43)과 이격된 상태를 유지한다.
예를 들면, 단락탭(44)은 니켈 또는 스테인레스 스틸로 형성될 수 있고, 이때, 멤브레인(43)은 캡 플레이트(20)와 같은 재질의 알루미늄으로 형성될 수 있다.
캡 플레이트(20)가 양극으로 대전되므로 외부 단락부(40)의 단락탭(44)과 음극단자(21)의 리벳 터미널(21a)은 캡 플레이트(20) 상에 음극 인슐레이터(31)을 개재하여 설치된다. 음극 인슐레이터(31)는 단자홀(H1)과 단락홀(42)에 대응하는 홀들을 구비하여, 리벳 터미널(21a)의 설치 및 멤브레인(43)의 반전을 방해하지 않는다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 플레이트의 단차부와 플레이트 터미널의 사시도와 결합된 후의 사시도를 나타낸다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 플레이트 단차부와 플레이트 터미널의 단면도를 나타낸다.
도 3a, 도 3b 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 캡 플레이트(20)는 전극 단자에서 캡 플레이트(20)와 일체로 구비되고, 캡 플레이트(20)로부터 상부로 돌출된 하나 이상의 단차부(32)를 포함한다. 이 단차부(32)는 캡 플레이트(20)의 전극 단자 부근에서 일정 높이의 캡 플레이트(20)와 같은 재질의 금속을 붙여서 형성할 수도 있지만, 캡 플레이트(20)의 전극 단자 부근을 압연하여 일정 높이의 단차를 갖도록 상부로 돌출시키는 것이 바람직하다. 이 단차부(32)는 플레이트 터미널(22c)이 캡 플레이트(20)에 고정된 후 플레이트 터미널(22c)의 수평 방향으로 하중이 인가되었을 때 플레이트 터미널(22c)을 지지해주는 기능을 할 수 있다. 아울러, 단차부(32)의 높이를 임의로 설정할 수 있어, 기존의 이차 전지 설계보다 플레이트 터미널(22c)을 높게 설계할 수 있다. 그리고 체적 비도 만족시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 플레이트 터미널(22c)은 그 하부에 오목 홈이 형성되고, 이 오목 홈의 크기와 깊이는 도 4에 도시된 바와 같이 단차부(32)의 크기와 높이에 대응되는 것이 바람직하다.
아울러 캡 플레이트(20)는 전극 단자 부근의 단차부(32)의 양 옆으로 상부 방향으로 돌출된 플레이트 터미널 고정용 돌기부(33)를 포함한다. 이 돌기부(33)은 도 3a 에 도시된 바와 같이 단차부(32)의 길이 방향 즉, 캡 플레이트(20)의 긴 방향과 수직인 방향으로 길게 형성된다.
그리고 플레이트 터미널(22c)은 양 끝단 하단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 연장부(34)를 더 포함한다. 연장부(34)의 하부 표면은 캡 플레이트(20)의 상부 표면과 수평인 것이 바람직하다. 또한, 이 연장부(34)에는 고정용 돌기부(33)에 대응되도록 각각 홈이 형성된다. 이 연장부(34)의 홈은 캡 플레이트(20)의 고정용 돌기부(33)에 끼워 맞춰져서 플레이트 터미널(22c)를 단차부(32)와 함께 지지하는 기능을 한다. 또한 이 연장부(34)의 홈은 플레이트 터미널(22c)를 캡 플레이트(20)에 레이저 용접할 때 용접 결합시키는 부위로 이용될 수 있다.
한편, 도 4에서는 고정용 돌기부(33)의 높이가 연장부(34)보다 높게 형성되는 것으로 도시되었으나, 도 3b의 결합 사시도에 도시된 바와 같이 고정용 돌기부(33)의 높이는 연장부(34)의 높이와 동일한 것이 바람직하다.
또한, 플레이트 터미널(22c) 연장부(34)의 양 끝단의 위치는 고정용 돌기부(33)의 끝단에 일치한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 플레이트의 사시도이다. 도 6a 내지 도 6c는 도 5의 캡 플레이트 단차부의 다양한 형태의 단면도를 나타낸다.
도 7은 일반적인 캡 플레이트와 플레이트 터미널이 분리된 형태를 나타낸 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 플레이트(20)는 전극 조립체의 전극 단자 부근에서 캡 플레이트(20)와 일체로 구비되며 캡 플레이트(20)로부터 상부로 돌출된 하나 이상의 단차부(32')를 포함한다. 한편, 이 단차부(32')는 다수의 단차를 포함하며, 캡 플레이트(20)와 일체화된 플레이트 터미널(22c)을 형성한다. 즉, 도 7에 도시된 이차전지의 캡 플레이트와 플레이트 터미널과 달리 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 플레이트(20)의 단차부(32')는 플레이트 터미널(22c)의 기능을 한다.
이에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 별도의 플레이트 터미널 등의 전극 단자를 위한 부품의 수를 줄일 수 있으며 이들 부품을 결합하는 공정도 불필요하다.
도 6a 내지 6c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단차부(32')는 하나의 단차만을 포함할 수 도 있지만, 여러 개의 단차를 포함하여 계단형으로 형성할 수도 있다.
도 6a 및 도 6b는 단차부(32')가 1개의 단차를 가지며, 도 6c에서는 2개의 단차를 갖는다. 또한, 도 6a, 도 6c에서는 단차부(32')의 높이가 3.7mm 이며 도 6b에서는 3.0mm의 단차를 갖는다.
한편, 도 6c의 단차부(32')는 캡 플레이트(20)의 표면에서 높아질수록 폭이 좁아지는 계단형 단차를 가지며, 이 경우 다수의 수직부와 다수의 수평부가 연결된 계단 형상을 하게 된다.
그리고 수직부의 경우 캡 플레이트(20)의 평면과 수직 방향으로 형성될 수도 있지만, 수직 방향에서 단차부(32')의 중심 방향으로 경사진 형태로 형성될 수 있다. 그리고 이 단차부(32')의 측면은 캡 플레이트(20)와 동일하게 형성될 수도 있고, 제작 방법에 따라 얇게 형성될 수도 있다.
단차부(32')는 압연 등의 성형 과정을 통해 캡 플레이트(20)의 전극 단자 부분을 위로 눌러 형성시킨다. 그리고 이 과정을 다수 시행하여 그 높이를 더 높게 할 수 있는데, 압연 과정의 순서에 따라 압연하는 면적을 차례대로 줄여가면 단차부(32')의 높이를 최대한으로 높일 수 있다. 이렇게 여러 번의 압연 과정을 거치면 단차부(32')는 다수의 단차가 계단 형상으로 형성되어 플레이트 터미널로 기능할 수 있게 된다.
도 8은 도 6a 내지 도 6c에 따른 단차부 형상에 따른 체적비 비교를 나타낸다.
코닝(Coning) 공법에서 가공 전/후 체적비가 최소 3% 이상 되어야 성형이 가능한데, 도 8을 참조하면, 도 6a에 도시된 바와 같이 3.7mm의 높이로 1단으로 단차부를 형성하면, 가공 전 체적은 693mm3 이며, 가공 후 체적도 693mm3 이 되어 체적비는 0%가 된다. 이 경우 원하는 높이로 단차부를 형성해도 체적비가 작아 가공이 불가능하다. 그리고 도 6b에 도시된 바와 같이 3.0mm의 높이로 1단으로 단차부를 형성하면, 가공 전 체적은 677mm3 이며, 가공 후 체적도 641mm3 이 되어 체적비는 5%가 된다. 이 경우 성형 가공이 가능한 체적비는 나오지만, 단차부(32')의 높이를 원하는 만큼 높일 수 없다는 단점이 존재하다. 그리고 도 6c에 도시된 바와 같이 3.7mm의 높이로 2단으로 단차부를 형성하면, 가공 전 체적은 764mm3 이며, 가공 후 체적도 736mm3 이 되어 체적비는 4%가 된다. 이렇게 단차부를 형성하면 단차부의 높이를 3.7mm로 형성하여 원하는 높이의 플레이트 터미널을 형성할 수 있고 아울러 4% 체적비를 확보하여 성형이 가능하게 된다.
즉, 코닝 공법에서 성형 가공을 위해 가공 전/후 체적비가 최소 3% 이상 유지하고, 단차부의 높이를 원하는 정도로 높이기 위해서는 도 6c에 도시된 바와 같이 2단 또는 그 이상의 단차를 포함하도록 여러 번의 압연 과정을 통해 단차부를 형성하는 것이 바람직하다.
기존의 플레이트 터미널을 캡 플레이트에 레이저 용접 등으로 결합시키는 경우 플레이트 터미널 등의 추가적인 부품을 제작해야 하며, 또한 이들 부품들을 캡 플레이트에 결합시키는 과정이 필요했었다.
그러나 이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는, 다수개의 단차를 구비한 단차부를 통해, 단차부의 높이를 원하는 정도로 높게 설정할 수 있고, 이를 통해 단차부 자체를 플레이트 터미널로 기능하게 할 수 있어, 별도의 플레이트 터미널 부품이나 이들의 결합 공정이 불필요하게 하는 장점이 있다.
아울러, 터미널 일체형 가공공법에서 제한된 체적을 활용하여 금형에서 성형 가능한 최대한의 높이를 구현할 수도 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 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.
본 발명에 따른 이차전지는 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용될 수 있으며, 전기 자전거, 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 제1 전극과 제2 전극 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트; 및
    상기 전극 조립체의 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 단자는 상기 캡 플레이트와 일체로 구비되며, 상기 캡 플레이트로부터 상부로 돌출되며 적어도 하나의 단차부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이차전지는,
    상기 캡 플레이트의 외측에 배치되는 플레이트 터미널을 더 포함하며,
    상기 플레이트 터미널은 그 하부에 상기 단차부의 크기와 높이에 대응되는 크기 및 깊이를 갖는 오목 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 상기 단차부 양 옆으로 상부 방향으로 돌출된 플레이트 터미널 고정용 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플레이트 터미널은 양 끝단의 하단부에 수평 방향으로 돌출 형성된 연장부를 포함하며,
    상기 연장부는 상기 고정용 돌기부에 대응되는 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차부는 하나 이상의 단차를 포함하고, 상기 캡 플레이트와 일체화된 플레이트 터미널을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 캡 플레이트의 표면에서 높아질수록 폭이 좁아지는 계단형 단차를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단차부의 측면은 다수의 수직부와 다수의 수평부가 연결되어 계단을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수직 돌출부는 상기 캡 플레이트의 평면의 수직 방향에서 상기 단차부의 중심 방향으로 경사진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 단차부의 측면은 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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