KR101574083B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 폭이 제한되는 경우에도, 클램핑 면적을 확보하면서 또한 전극 단자에서 외측 연결부의 직경을 확보하는 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군, 상기 전극군을 내장하는 케이스, 상기 전극군을 덮으면서 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트에서 적어도 제1 방향보다 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 더 크게 개방 형성되는 단자 홀에 대응하여 결합되어 상기 캡 플레이트에 클램핑되는 전극 단자를 포함한다.
전극 단자, 단자 홀, 클램핑부, 플랜지부, 타원

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 단자와 캡 플레이트의 결합 구조를 개선한 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전 불가능한 일차 전지와 달리 충전 및 방전 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용된다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기, 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 단위 이차 전지를 복수로 직렬 연결하여 대용량으로 구성된다.
또한, 하나의 대용량 이차 전지는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지들로 이루어지며, 단위 이차 전지는 원통형 및 각형 등으로 이루어진다.
각형 이차 전지는, 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 양극과 음극으로 형성되는 전극군, 전극군을 내장하는 케이스, 케이스를 밀폐하는 캡 플레이트, 및 전극군에 전기적으로 연결되며 캡 플레이트의 단자 홀에 삽입되어 케이스 밖으로 돌출되는 전극 단자를 포함한다.
전극 단자가 캡 플레이트의 단자 홀에 개스킷을 개재하여 클램핑 됨으로써, 개스킷은 전극 단자와 캡 플레이트의 단자 홀 사이를 밀폐시킨다. 이때, 전극 단자의 클램핑부가 원형으로 형성되므로 이차 전지의 폭에 따라 클램핑 면적이 제한된다.
즉 클램핑 면적은 이차 전지의 폭과 전극 단자의 단면 직경에 영향을 받는다. 따라서 필요한 클램핑 면적을 확보하기 위하여, 이차 전지의 폭이 좁아지는 경우, 전극 단자의 직경이 감소되어야 한다. 이 경우, 전극 단자의 직경 감소에 따라 전기적인 저항이 증가된다.
본 발명은 이차 전지의 폭이 제한되는 경우에도, 전극 단자와 캡 플레이트의 클램핑 면적을 확보하면서 또한 전극 단자에서 외측 연결부의 직경을 확보하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군, 상기 전극군을 내장하는 케이스, 상기 전극군을 덮으면서 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트에서 적어도 제1 방향보다 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 더 크게 개방 형성되는 단자 홀에 대응하여 결합되어 상기 캡 플레이트에 클램핑되는 전극 단자를 포함할 수 있다.
상기 단자 홀은, 상기 제1 방향으로 단축을 형성하며 상기 제2 방향으로 장축을 형성하는 타원으로 형성될 수 있다.
상기 전극 단자는, 상기 단자 홀에 위치하는 대응부를 포함하며, 상기 대응부는 상기 단자 홀에 대응하여 상기 제1 방향으로 단축을 형성하며 상기 제2 방향으로 장축을 형성하는 타원기둥으로 형성될 수 있다.
상기 전극 단자는, 상기 단자 홀의 외측 주위에서 상기 캡 플레이트에 밀착되는 플랜지부와, 상기 캡 플레이트를 사이에 두고 상기 플랜지부와 마주하도록 상기 단자 홀의 내측 주위에서 상기 캡 플레이트에 밀착되는 클램핑부를 포함하며, 상기 플랜지부와 상기 클램핑부 중 적어도 하나는, 타원으로 형성되어, 상기 제1 방향으로 단축을 형성하며 상기 제2 방향으로 장축을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 상기 캡 플레이트의 상면과 상기 플랜지 사이에 개재되는 상부 개스킷과, 상기 캡 플레이트 하면과 상기 클램핑부 사이에 이어서 상기 단자 홀과 상기 전극 단자의 대응부 사이로 연장되는 하부 개스킷을 더 포함할 수 있다.
상기 전극 단자는, 상기 플랜지부의 중심에서 상기 케이스 외부로 돌출되는 외측 연결부와, 상기 클램핑부의 중심에서 상기 케이스 내부로 돌출되는 내측 연결부를 포함하며, 상기 내측 연결부는 상기 클램핑부의 중심에서 타원 기둥으로 형성될 수 있다.
상기 클램핑부는 상기 내측 연결부의 외측 변형으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 방향은 직사각형의 상기 캡 플레이트에서 폭을 한정하고, 상기 제2 방향은 상기 폭과 직교하는 상기 캡 플레이트의 길이를 한정할 수 있다.
상기 단자 홀에서, 상기 단축은 상기 길이 방향선 보다 상기 폭 방향선에 더 근접하고, 상기 장축은 상기 폭 방향선 보다 상기 길이 방향선에 더 근접할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 캡 플레이트의 단자 홀을 제1 방향보다 제2 방향으로 더 크게 개방 형성하고, 이 단자 홀에 전극 단자를 대응하여 결합하여 클램핑함으로써, 이차 전지의 폭이 제한되는 경우에도, 필요한 클램핑 면적 및 전극 단자에서 외측 연결부의 직경을 확보하는 효과가 있다.
즉 단자 홀을 타원으로 형성하고, 전극 단자의 대응부를 타원기둥으로 형성하여 단자 홀에 결합하고, 전극 단자의 플랜지부와 클램핑부를 타원으로 형성하여 캡 플레이트에 클램핑 함으로써, 이차 전지의 폭 범위 내에서 전극 단자의 외측 연결부 직경을 최대로 유지하며, 또한 전극 단자에서 전기적인 저항 증가를 방지하는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하 는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도2는 도1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도1 및 도2를 참조하여 설명하면, 이차 전지(100)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 절연체인 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된 전극군(15), 전극군(15)을 내장하는 케이스(14), 전극군(15)과 전기적으로 연결되는 전극 단자(40), 및 케이스(14)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(17)를 포함한다.
양극(11) 및 음극(12)은 박판의 금속 호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역의 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역의 무지부(11a, 12a)를 포함한다. 무지부(11a, 12a)는 양극(11) 및 음극(12) 각각의 길이 방향을 따라 양극(11) 및 음극(12) 각각의 측단에 형성된다.
그리고 양극(11) 및 음극(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 사이에 개재한 후 권취되어 젤리-롤 형태의 전극군(15)을 형성한다. 본 실시예에서는 전극군(15)이 젤리-롤 형태로 이루어진 각형 이차 전지(100)를 예로써 설명하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 원통형 등 다양한 형상으로 이루어진 이차 전지에도 적용될 수 있다.
전극군(15)의 무지부(11a, 12a)는 리드부재(28)를 매개로 전극 단자(40)에 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 리드부재(28)는 전극 단자(40)에 용접으로 연결 될 수 있다.
도3은 도1에서 캡 플레이트에 체결되는 부재들을 분리하여 도시한 분해 사시도이다. 도3을 참조하여 설명하면, 캡 플레이트(17)는 얇은 판으로 이루어지며, 전극 단자(40)가 삽입되는 단자 홀(17a), 전해액이 주입되는 전해액 주입구(16a), 및 설정된 내부 압력에 따라 파단될 수 있도록 홈이 형성되는 벤트부(19)를 구비한다. 전해액 주입구(16a)는 전해액 주입 후, 밀봉마개(16)로 밀봉된다.
전극 단자(40)는 이차 전지(100)의 폭(W)이 제한되는 경우에도, 전극 단자(40)를 캡 플레이트(17)에 클램핑되어 밀폐함에 있어서, 클램핑 면적을 충분히 확보하고, 또한 외측 연결부(44)의 직경을 충분히 확보하여 전극 단자(40)에서 저항의 증가를 방지할 수 있도록 형성된다.
도4는 캡 플레이트 상에서 전극 단자를 본 평면도이다. 도4를 참조하여 설명하면, 단자 홀(17a)은 캡 플레이트(17)에서 제1 방향(일례로써, "폭(W) 방향"이라 한다)보다 폭(W) 방향에 직교하는 제2 방향(일례로써, "길이(L) 방향"이라 한다)으로 더 크게 개방되는 구조로 형성된다.
예를 들면, 단자 홀(17a)은 폭(W) 방향으로 단축을 형성하고, 길이(L) 방향으로 장축을 형성하는 타원으로 형성될 수 있다. 캡 플레이트(17)는 단자 홀(17a)을 형성함에 있어서, 폭(W) 방향에서 공간적으로 제한되는 데 비하여, 길이(L) 방향으로 충분한 여유를 가진다.
따라서 단자 홀(17a)을 폭(W) 방향에서 가능한 최대로 형성되고, 길이(L) 방향에서 폭(W) 방향의 개방보다 더 크게 형성하면, 외측 연결부(44)의 직경을 축소 를 방지하면서 전극 단자(40)의 클램핑 면적을 최대한 크게 확보할 수 있다.
한편, 단자 홀(217a)은 타원으로 형성되는데, 단축과 장축의 방향이 폭(W) 방향과 길이(L) 방향에 각각 일치하지 않고 소정 각도로 어긋나게 형성될 수도 있다(도4의 일점쇄선 상태). 이 경우, 단축과 장축의 방향이 폭(W) 방향과 길이(L) 방향에 각각 일치하는 경우(도4의 실선 상태)에 비하여, 클램핑 면적이 더 작아지지만 외측 연결부(44)의 직경은 동일하다. 그러나 일점쇄선의 상태는 단자 홀을 원형으로 형성하는 종래 기술의 상태보다 클램핑 면적 및 외측 연결부의 직경을 각각 더 크게 형성한다.
단자 홀(217a)에서, 단축과 장축의 방향이 폭(W) 방향과 길이(L) 방향에 소정 각도로 어긋나는 경우에도(도4의 일점쇄선 상태), 단축이 길이(L) 방향선(LL) 보다 폭(W) 방향선(LW)에 더 근접하고, 장축이 폭 방향선(LW) 보다 길이 방향선(LL)에 더 근접하는 경우가, 그렇지 않은 경우보다 클랩핑 면적 및 외측 연결부(44)의 직경이 더 크게 형성될 수 있어서 유리하다.
이하에서는 편의상, 본 실시예에서, 단자 홀(17a)의 단축과 장축의 방향이 폭(W) 방향과 길이(L) 방향에 각각 일치하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도5는 전극 단자의 변형 전 상태 및 후 상태를 도시한 사시도이다. 도5를 참조하여 설명하면, 전극 단자(40)는 캡 플레이트(17)에 형성된 단자 홀(17a)에 대응하여 결합되고, 단자 홀(17a)을 통해서 케이스(14)의 내부로 삽입되며, 케이스(14)의 외부로 돌출될 수 있도록 형성된다.
예를 들면, 전극 단자(40)는 단자 홀(17a)에 대응하여 삽입되는 대응부(41), 캡 플레이트(17)의 외측에 형성되는 플랜지부(42), 캡 플레이트(17)의 내측에 형성되는 클램핑부(43), 플랜지부(42)에 형성되는 외측 연결부(44), 및 클램핑부(43)에 형성되는 내측 연결부(45)를 포함한다. 또한 대응부(41), 플랜지부(42), 클램핑부(43), 외측 연결부(44) 및 내측 연결부(45)는 일체로 형성된다.
대응부(41)는 단자 홀(17a) 내에 위치하고, 단자 홀(17a)에 대응하도록, 즉 폭(W) 방향으로 단축을 형성하며 길이(L) 방향으로 장축을 형성하는 타원기둥으로 형성된다.
플랜지부(42)는 단자 홀(17a)의 외측 주위에서 캡 플레이트(17)에 밀착되도록 단자 홀(17a)의 외경보다 큰 외경을 가지고, 대응부(41)의 외측에 일체로 형성된다.
클램핑부(43)는 캡 플레이트(17)를 사이에 두고 플랜지부(42)와 마주하도록 단자 홀(17a)의 내측 주위에서 캡 플레이트(17)에 밀착되도록 단자 홀(17a)의 외경보다 큰 외경을 가지고, 대응부(41)의 내측에 일체로 형성된다.
외측 연결부(44)는 플랜지부(42)의 중심에서 케이스(14)) 외부로 돌출 형성된다. 외측 연결부(44)는 원형 봉상으로 형성되고 외면에 나사를 형성하여 너트(미도시)에 체결될 수 있다
내측 연결부(45)는 클램핑부(43)의 중심에서 케이스(14) 내부로 돌출 형성된다. 도5에서 도시된 바와 같이, 클램핑부(43)와 내측 연결부(45)는 타원 기둥의 일체로 형성되었다가 클램핑 조작에 의하여, 각각 분리되어 클램핑부(43)는 캡 플레이트(17)의 내측에 밀착되고, 내측 연결부(45)는 케이스(14) 내측으로 돌출 상태를 유지한다. 따라서 클램핑부(43)는 타원의 테 부재로 형성되며, 내측 연결부(45)는 클램핑부(43)의 중심에서 타원 기둥으로 형성된다.
또한, 상부 개스킷(25)과 하부 개스킷(27)은 캡 플레이트(17)와 전극 단자(40) 사이에 개재되어, 캡 플레이트(17)와 전극 단자(40)를 전기적으로 절연시킨다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 상부 개스킷(25)는 단자 홀(17a) 주위의 캡 플레이트(17)와 플래지부(41) 사이에 개재되어, 캡 플레이트(17)와 플랜지부(42)를 전기적으로 절연시킨다. 또한 와셔(24)는 상부 개스킷(25)과 플랜지부(42) 사이에 개재되어, 플랜지부(42)와 클램핑부(43) 사이에 형성되는 클램핑력을 완충 및 분산시킨다.
하부 개스킷(27)은 단자 홀(17a)에 끼워져 설치되어 단자 홀(17a)과 대응부(41) 사이에 개재되고, 또한 단자 홀(17a) 주위에서, 캡 플레이트(17)와 클램핑부(43) 사이에 개재되므로 단자 홀(17a)과 대응부(41) 사이를 전기적으로 절연시키고, 또한 캡 플레이트(17)와 클램핑부(43) 사이를 전기적으로 절연시킨다.
리드부재(28)는 서로 연결되는 상부판(28a)과 부착판(28b)을 포함한다. 예를 들면, 상부판(28a)은 홀(28c)을 형성하여 내측 연결부(45)에 용접으로 연결되고, 부착판(28b)은 상부판(28a)에서 아래로 신장되어 전극군(15)의 무지부(11a, 12a)에 부착된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도2는 도1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도3은 도1에서 캡 플레이트에 체결되는 부재들을 분리하여 도시한 분해 사시도이다.
도4는 캡 플레이트 상에서 전극 단자를 본 평면도이다.
도5는 전극 단자의 변형 전 상태 및 후 상태를 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 이차 전지 11 : 양극
12 : 음극 11a, 12a : 무지부
13 : 세퍼레이터 14 : 케이스
15 : 전극군 16 : 밀봉마개
16a : 전해액 주입구 17 : 캡 플레이트
17a, 217a : 단자 홀 19 : 벤트부
25 : 상부 개스킷 27 : 하부 개스킷
28 : 리드부재 28a : 상부판
28b : 부착판 28c : 홀
40 : 전극 단자 41 : 대응부
42 : 플랜지부 43 : 클램핑부
44 : 외측 연결부 45 : 내측 연결부
W : 폭 L : 길이
LL : 길이 방향선 LW : 폭 방향선

Claims (9)

  1. 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군;
    상기 전극군을 내장하는 케이스;
    상기 전극군을 덮으면서 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트에서 적어도 제1 방향보다 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 더 크게 개방 형성되는 단자 홀에 대응하여 결합되어 상기 캡 플레이트에 클램핑되는 전극 단자; 및
    상기 전극군을 상기 전극 단자에 연결하는 리드부재를 포함하며,
    상기 전극 단자는,
    상기 단자 홀의 외측 주위에서 상기 캡 플레이트에 밀착되는 플랜지부,
    상기 캡 플레이트를 사이에 두고 상기 플랜지부와 마주하도록 상기 단자 홀의 내측 주위에서 상기 캡 플레이트에 밀착되는 클램핑부,
    상기 플랜지부의 중심에서 상기 케이스 외부로 돌출되는 외측 연결부, 및
    상기 클램핑부의 중심에서 상기 케이스 내부로 돌출되는 내측 연결부를 포함하며,
    상기 클램핑부는 상기 내측 연결부의 외측 변형으로 이루어지고,
    상기 리드부재는
    상부판에 홀을 형성하고 상기 홀에 삽입되는 상기 내측 연결부와 용접으로 연결되는 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 단자 홀은,
    상기 제1 방향으로 단축을 형성하며 상기 제2 방향으로 장축을 형성하는 타원으로 형성되는 포함하는 이차 전지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 단자는 상기 단자 홀에 위치하는 대응부를 포함하며,
    상기 대응부는,
    상기 단자 홀에 대응하여 상기 제1 방향으로 단축을 형성하며 상기 제2 방향으로 장축을 형성하는 타원기둥으로 형성되는 이차 전지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플랜지부와 상기 클램핑부 중 적어도 하나는,
    타원으로 형성되어, 상기 제1 방향으로 단축을 형성하며 상기 제2 방향으로 장축을 형성하는 이차 전지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 상면과 상기 플랜지 사이에 개재되는 상부 개스킷과,
    상기 캡플레이트 하면과 상기 클램핑부 사이에 이어서 상기 단자 홀과 상기 전극 단자의 대응부 사이로 연장되는 하부 개스킷을 더 포함하는 이차 전지.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 내측 연결부는,
    상기 클램핑부의 중심에서 타원 기둥으로 형성되는 이차 전지.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 방향은 직사각형의 상기 캡 플레이트에서 폭을 한정하고,
    상기 제2 방향은 상기 폭과 직교하는 상기 캡 플레이트의 길이를 한정하는 이차 전지.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 단자 홀에서,
    상기 단축은 길이 방향으로 설정되는 길이 방향선 보다 폭 방향으로 설정되는 폭 방향선에 더 근접하고,
    상기 장축은 상기 폭 방향선 보다 상기 길이 방향선에 더 근접하는 이차 전지.
KR1020080131354A 2008-12-22 2008-12-22 이차 전지 KR101574083B1 (ko)

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