KR102306443B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

이차 전지가 개시된다. 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수납하는 케이스와, 케이스의 개구에 설치되어 케이스를 밀폐하도록 설치되며 단자홀이 형성되며 제1 전극과 리드 탭으로 연결되는 캡 플레이트와, 전극 조립체와 전기적으로 연결되며 캡 플레이트의 외측으로 돌출되는 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 포함한다. 여기서, 제1 전극 단자는, 캡 플레이트에 연결되는 복수개의 리드 터미널과, 리드 터미널에 의해 지지되어 캡 플레이트의 외측으로 돌출되는 플레이트 터미널을 포함할 수 있다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTER00Y}
본 발명은 과전류에 의한 손상을 방지할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
대표적인 이차 전지에는 니켈 카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈 수소(Ni- MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.
이러한 이차 전지는 내부에서 이상 반응이 발생하거나 과정류가 흐르는 경우, 압력 상승 또는 폭발에 의한 발화로 손상이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 과전류가 발생하는 경우 이차 전지의 외부로 돌출된 양극 단자에 퓨즈 기능을 포함하도록 하여, 과전류에 의한 폭발 등이 발생되는 것을 방지하는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수납하는 케이스와, 케이스의 개구에 설치되어 케이스를 밀폐하도록 설치되며 단자홀이 형성되며 제1 전극과 리드 탭으로 연결되는 캡 플레이트와, 전극 조립체와 전기적으로 연결되며 캡 플레이트의 외측으로 돌출되는 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자를 포함한다.
제1 전극 단자는, 캡 플레이트에 연결되는 복수개의 리드 터미널과, 리드 터미널에 의해 지지되어 캡 플레이트의 외측으로 돌출되는 플레이트 터미널을 포함할 수 있다.
리드 터미널은, 플레이트 터미널의 마주하는 가장자리 양측에 각각 돌출될 수 있다.
리드 터미널은 플레이트 터미널에 접촉되는 일단이 절곡될 수 있다.
리드 터미널은 1.5mm 내지 3mm 범위의 폭으로 형성될 수 있다.
플레이트 터미널에는 캡 플레이트의 표면에 지지되는 지지 탭이 돌출될 수 있다.
지지 탭은 플레이트 터미널의 표면에서 캡 플레이트 방향으로 돌출될 수 있다.
지지 탭은 플레이트 터미널의 가장자리에서 캡 플레이트 방향으로 복수개로 돌출될 수 있다.
플레이트 터미널의 표면에는 버스바에 접촉되는 복수개의 요철부가 형성될 수 있다.
제2 전극 단자는, 전극 조립체에 전기적으로 연결되며 캡 플레이트의 외측으로 돌출되는 리벳 터미널과, 리벳 터미널의 측면으로 돌출되어 케이스의 내부에서 돌출되는 플렌지와, 캡 플레이트의 외측에서 리벳 터미널과 전기적으로 연결되는 플레이트 터미널을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극 단자를 형성하는 제1 전극 단자는 캡 플레이트의 표면에 리드 터미널에 의해 돌출된 상태로 전기적으로 연결된다. 따라서, 이차 전지에 설정된 전류를 초과하여 흐르는 경우 리드 터미널의 파단이 발생되어 과전류에 의한 손상이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 본 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 측면도이다.
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 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 본 도면이며,도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 제1 전극(12)과 제2 전극(12)을 구비하는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)를 수납하는 케이스(15)와, 케이스(15)의 개구에 설치되어 케이스(15)를 밀폐하도록 설치되며 단자홀(H1)이 형성되며 제1 전극(12)과 리드 탭(51)으로 연결되는 캡 플레이트(20)와, 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되며 캡 플레이트(20)의 외측으로 돌출되는 제1 전극 단자(21) 및 제2 전극 단자(22)를 포함한다.
예를 들면, 전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 제1 전극(이하, "양극"이라 한다)(12)과 제2 전극(이하, "음극"이라 한다)(11)을 배치하고, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 젤리롤 상태로 귄취하여 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 한 쪽 단부에 형성된다. 양극(12)의 무지부(12b)는 권취되는 양극(12)을 따라 양극(12)의 한 쪽 단부에 형성된다. 따라서 무지부들(11b, 12b)은 전극 조립체(10)의 양단에 각각 배치된다.
예를 들면, 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 케이스(15)의 개구에 설치됨으로써 케이스(15)를 밀폐한다. 예를 들면, 케이스(15)와 캡 플레이트(20)는 알루미늄으로 형성되어 서로 용접될 수 있다.
또한, 캡 플레이트(20)는 전해액 주입구(29)와 벤트 홀(24) 및 단자홀(H1)을 구비한다. 전해액 주입구(29)는 케이스(15)에 캡 플레이트(20)를 결합한 후, 케이스(15)의 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(29)는 밀봉 마개(27)로 밀봉된다.
벤트 홀(24)은 이차 전지(100)의 내부 압력을 배출할 수 있도록 벤트 플레이트(25)로 밀폐된다. 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(25)가 절개되어 벤트 홀(24)을 개방한다. 벤트 플레이트(25)는 절개를 유도하는 노치홈(25a)을 가질 수 있다.
음극 개스킷(37)은 음극 단자(22)의 리벳 터미널(22a)과 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1) 내면 사이에 각각 설치되어, 음극 단자(22)의 리벳 터미널(22a)과 캡 플레이트(20) 사이를 실링하고 전기적으로 절연한다.
음극 개스킷(37)은 플랜지(22b)와 캡 플레이트(20)의 내면 사이에 더 연장 설치되어, 플랜지(22b)와 캡 플레이트(20) 사이를 더 실링하고 전기적으로 절연한다. 즉 음극 개스킷(37)은 캡 플레이트(20)에 음극 단자(22)를 설치함으로써 단자홀(H1)을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지할 수 있다.
음극 집전 탭(52)은 음극 단자(22)를 전극 조립체(10)의 음극(12)에 전기적으로 연결한다. 즉, 음극 집전 탭(52)을 리벳 터미널(22a)의 하단에 결합하여 하단을 코킹(caulking)함으로써, 음극 집전 탭(52)은 플랜지(22b)에 지지되면서 리벳 터미널(22a)의 하단에 연결된다.
양극 집전 탭(51)은 전극 조립체(10)의 양극(12)을 캡 플레이트(20)의 저면에 전기적으로 연결한다. 즉 양극 집전 탭(51)은 캡 플레이트(20)와 연결되는 부분이 절곡된 상태로 형성됨으로써, 캡 플레이트(20)에 용접 등으로 전기적으로 연결된 상태를 유지할 수 있다.
하부 절연부재(54)는 음극 집전 탭(52)과 캡 플레이트(20) 사이에 각각 설치되어, 음극 집전 탭(52)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킨다. 또한 하부 절연부재(54)는 일측으로 캡 플레이트(20)에 결합되고, 다른 일측으로 음극 집전 탭(52)과 리벳 터미널(22a) 및 플랜지(22b)를 감싸므로 이들의 연결 구조를 안정시킨다.
음극 개스킷(37)은 리벳 터미널(22a)과 상부 절연부재(32) 사이로 더 연장되어 설치된다. 즉 음극 개스킷(37)은 리벳 터미널(21a)과 상부 절연부재(32) 사이의 실링 및 전기 절연을 더 보강한다.
한편, 전극 단자(21, 22)는 제1 전극 단자(21)와 제2 전극 단자(22)로 구성될 수 있다. 여기서 제1 전극 단자(21)는 양극 단자를 말하는 것이고, 제2 전극 단자(22)는 음극 단자를 말하는 것이다.
다시 도 2를 참조하면, 제1 전극 단자(21)는, 캡 플레이트(20)에 연결되는 복수개의 리드 터미널(21a)과, 리드 터미널(21a)들에 의해 지지되어 캡 플레이트(20)의 외측으로 돌출되는 플레이트 터미널(21b)을 포함할 수 있다.
플레이트 터미널(21b)은 전술한 바와 같이, 리드 터미널(21a)에 의해 캡 플레이트(20)에 돌출된 상태로 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 플레이트 터미널(21b)은 버스바(미도시)가 용접 등에 의해 연결되는 부분을 말한다. 본 실시예에서, 플레이트 터미널(21b)는 버스바가 연결되는 표면이 편평면이 형성될 수 있다.
리드 터미널(21a)는 일단은 캡 플레이트(20)의 표면에 용접 등에 의해 전기적으로 연결되며, 타단은 플레이트 터미널(21b)에 일체로 연결될 수 있다.
리드 터미널(21a)의 일단은 절곡된 상태로 캡 플레이트(20)의 표면에 용접될 수 있다. 이와 같이, 리드 터미널(21a)의 일단이 절곡됨으로써, 캡 플레이트(20)에 접촉되는 면적을 더욱 확대하는 것이 가능하다. 따라서, 리드 터미널(21a)의 일단이 캡 플레이트(20)에 안정적으로 용접될 수 있다.
이러한 리드 터미널(21a)은 플레이트 터미널(21b)의 대향되는 가장자리 양측에 복수개로 각각 연결될 수 있다. 그러나, 리드 터미널(21a)은 플레이트 터미널(21b)의 대향되는 가장자리에 돌출되는 것으로 반드시 한정되는 것은 아니고, 플레이트 터미널(21b)의 가장자리를 따라 복수개로 돌출되는 것도 가능하다.
본 실시예에서 리드 터미널(21a)은 1.5mm 내지 3mm의 폭으로 플레이트 터미널(21b)의 가장자리에서 돌출되어 캡 플레이트(20)에 연결될 수 있다. 이와 같이, 리드 터미널(21a)이 1.5mm 내지 3mm의 폭으로 형성되는 것은, 리드 터미널(21a)이 퓨즈 기능을 효과적으로 수행하기 위한 것이다.
보다 구체적으로 설명하면, 플레이트 터미널(21b)은 가장자리가 리드 터미널(21a)에 의해 부분적으로 캡 플레이트(20)에 연결된다. 따라서, 전극 조립체(10)로부터 전달되는 전류는 리드 터미널(21a)을 통과하는 과정에서 저항이 상승될 수 있다. 따라서, 리드 터미널(21a)은 설정된 전류 이상이 흐르는 경우, 파단되는 것이 가능하여 퓨즈 기능을 할 수 있다.
여기서, 리드 터미널(21a)은 1.5mm 내지 3mm의 폭으로 형성되는 바, 리드 터미널(21a)은 설정된 전류를 초과하는 경우 용이하게 파단될 수 있다. 이때 리드 터미널(21a)의 폭이 1.5mm 미만이면 이차 전지(100)의 출력이 저하되며, 리드 터미널(21a)의 폭이 3mm를 초과하면 대략 1500A 내지 4000A의 전류가 흐르는 경우 쉽게 단락된다. 따라서, 본 실시예에서 리드 터미널(21a)의 폭은 1.5mm 내지 3mm으로 설정되는 것을 예시적으로 설명한다.
전술한 바와 같이, 양극 단자를 형성하는 제1 전극 단자(21)는 캡 플레이트(20)의 표면에 리드 터미널(21a)에 의해 돌출된 상태로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 이차 전지(100)에서 설정된 전류를 초과하여 흐르는 경우, 리드 터미널(21a)의 파단이 발생되어 과전류에 의한 손상이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 제1 전극 단자(21)의 플레이트 터미널(21b)에는 캡 플레이트(20) 방향으로 지지 탭(21c)이 돌출될 수 있다.
본 실시예에서 지지 탭(21c)은, 캡 플레이트(20)의 표면에 돌출된 플레이트 터미널(21b)이 버스바와 연결되는 과정에서 함몰되지 않도록 지지할 수 있다. 따라서, 버스바는 제1 전극 단자(21)에 안정적으로 연결되는 것이 가능하여, 이차 전지(100)의 구조적인 안정성이 향상될 수 있다.
제2 전극 단자(22)는 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1)에 설치되고 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된다. 즉, 제2 전극 단자(22)는 전극 조립체(10)의 음극(11)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 전극 조립체(10)는 음극 단자(21)를 통하여 케이스(15)의 외부로 인출될 수 있다.
이러한 제2 전극 단자(22)를 보다 구체적으로 설명하면, 제2 전극 단자(22)는, 캡 플레이트(20)의 단자홀(H1)에 설치되어 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 리벳 터미널(22a)과, 캡 플레이트(20)의 내측에서 리벳 터미널(22a)에 일체로 넓게 형성되는 플렌지(22b)와, 캡 플레이트(20)의 외측에 배치되어 리벳 터미널(22a)에 전기적으로 연결되는 플레이트 터미널(22c)을 포함한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 1 내지 도 4와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 제1 전극 단자(121)는 플레이트 터미널(121)에 요철부(121a)가 형성될 수 있다.
요철부(121a)는 플레이트 터미널(21b)에 등간격의 복수개로 돌출될 수 있다. 이와 같이, 요철부(121a)가 플레이트 터미널(21b)의 표면에 복수개로 돌출됨으로써, 버스바(미도시)가 플레이트 터미널(21b)에 연결되는 과정에서 마찰력을 부여할 수 있다.
즉, 요철부(121a)는 버스바가 플레이트 터미널(21b)에 최초 안착되는 과정에서 마찰력을 부여하여 안정적으로 위치되도록 한다. 따라서, 버스바가 플레이트 터미널(21b)에 용접 등으로 연결되는 과정에서 연결 오류가 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7의 제1 전극 단자를 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 1 내지 도 6과 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 제1 전극 단자(221)의 플레이트 터미널(221b)의 가장자리에는 복수개의 지지 탭(221a)이 돌출될 수 있다.
지지 탭(221a)은, 플레이트 터미널(221b)의 장변의 대향하는 가장자리에 적어도 2개 이상으로 돌출될 수 있다. 이와 같이, 지지 탭(221a)이 플레이트 터미널(221b)의 측면에서 복수개가 등간격으로 돌출됨으로써, 플레이트 터미널(221b)은 캡 플레이트(20)의 표면에 더욱 안정적으로 지지될 수 있다.
따라서, 지지 탭(221a)은, 버스바가 플레이트 터미널(221b)에 연결되는 과정에서 내구성을 더욱 향상시키는 것이 가능하여, 보다 견고한 이차 전지를 구현하는 것이 가능하다.
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.
10...전극 조립체 11...제2 전극
11a, 12a.코팅부 11b, 12b.무지부
12...제1 전극 15...케이스
20...캡 플레이트 21, 22..전극 단자
21a..리드 터미널 21b, 121, 221b..플레이트 터미널
21c, 221a..지지 탭 22a.리벳 터미널
22b.플렌지 22c.플레이트 터미널
22d. 리드 터미널 24...벤트 홀
25...벤트 플레이트 25a..노치홈
29...전해액 주입구 32...탑 플레이트
37...음극 개스킷 51...음극 집전탭
52...양극 집전탭 54. 하부 절연부재
121, 221..제1 전극 단자 121a..요철부

Claims (9)

  1. 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 케이스;
    상기 케이스의 개구에 설치되어 상기 케이스를 밀폐하도록 설치되며 단자홀이 형성되며 상기 제1 전극과 리드 탭으로 연결되는 캡 플레이트; 및
    상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트의 외측으로 돌출되는 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자;
    를 포함하고,
    상기 제1 전극 단자는,
    상기 캡 플레이트에 연결되는 복수개의 리드 터미널; 및
    상기 리드 터미널에 의해 지지되어 상기 캡 플레이트의 외측으로 돌출되는 플레이트 터미널;
    을 포함하며,
    상기 플레이트 터미널에는 상기 캡 플레이트의 표면에 지지되는 지지 탭이 돌출되고,
    상기 지지 탭은 상기 플레이트 터미널의 표면에서 상기 캡 플레이트 방향으로 돌출되는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드 터미널은, 상기 플레이트 터미널의 마주하는 가장자리 양측에 각각 돌출되는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리드 터미널은 상기 플레이트 터미널에 접촉되는 일단이 절곡되는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리드 터미널은 1.5mm 내지 3mm 범위의 폭으로 형성되는 이차 전지.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지 탭은 상기 플레이트 터미널의 가장자리에서 상기 캡 플레이트 방향으로 복수개로 돌출되는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트 터미널의 표면에는 버스바에 접촉되는 복수개의 요철부가 형성되는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 단자는,
    상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되며, 상기 캡 플레이트의 외측으로 돌출되는 리벳 터미널;
    상기 리벳 터미널의 측면으로 돌출되어 상기 케이스의 내부에서 돌출되는 플렌지; 및
    상기 캡 플레이트의 외측에서 상기 리벳 터미널과 전기적으로 연결되는 플레이트 터미널
    을 포함하는 이차 전지.
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