KR20060125276A - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차 전지의 안전밸브 구조를 개선하여 안전밸브의 용접불량을 방지하고 균일한 작동 성능을 얻을 수 있도록, 세퍼레이터와 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 연결되는 단자가 결합되는 캡 조립체, 상기 케이스 또는 캡 조립체 일측에 형성되고 내측으로 단차가공된 단차부를 구비한 구멍, 상기 구멍에 부착 설치되고 전지의 설정된 압력조건에서 개방되는 안전밸브를 포함하고, 상기 안전밸브는 외주부를 따라 상기 안전밸브 두께보다 큰 두께를 갖는 보강부가 일체로 형성되어 단차부에 끼워지는 이차 전지를 제공한다.

구멍, 단차부, 안전밸브, 보강부, 용접

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지로 도 1의 A부분을 상세하게 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지로 도 1에서 A부분을 상세하게 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지로 도 3과 동일한 형태로 도시한 단면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 안전 밸브의 설치와 용접성이 개선된 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다.

최근들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있다.

하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지는 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 상기 전지 셀을 수십개 직렬 또는 병렬로 연결한 대용량의 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용된다.

상기 이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군(또는 젤리롤)과, 상기 전극군이 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극과 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.

또한, 상기 이차 전지는 상기 전극 조립체의 형태나 케이스의 형태에 따라 원통형이나 각형 등 여러 가지 형상으로 제조되고 있으며, 적용되는 기기에 따라 알맞게 선택되어 사용된다.

이러한 이차 전지의 캡 조립체는 전극군의 극판과 전기적으로 연결되는 외부단자와 케이스를 밀폐시키는 가스켓 이외에 설정된 압력 조건에서 파손되어 가스를 방출함으로써 전지의 폭발을 방지하는 안전장치를 더욱 포함한다.

그런데, 상기와 같이 이차 전지는 충방전시 과대한 전류를 검출하고 전류를 차단하는 등의 보호회로가 마련되어 있으나, 전지 사용 중 상기 보호 회로가 정상적으로 동작하지 않거나 전지의 예기치 못한 이상 반응이 일어나는 경우에는 전지 내부의 화학 반응에 따라 기체가 발생하게 되어 전지 내부에서 압력이 상승하게 되고 심한 경우 전지가 폭발, 연소되는 사태가 발생할 가능성이 있다.

이에 케이스에 설치되는 캡 플레이트에 일정 압력조건에서 파손되는 압력개방밸브가 설치되어 전지의 이상 작동에 따른 폭발을 방지할 수 있게 된다.

그런데 종래 기술의 경우 상기 압력개방밸브는 캡 플레이트 등에 레이져 용접등으로 부착시키게 되는 데, 이 과정에서 압력개방밸브가 레이저에 의해 소손되거나 용접 주변부가 녹는 등의 문제점이 발생된다.

이는 상기 압력개방밸브가 캡 플레이트에 비하여 대단히 얇은 두께로 이루어지기 때문으로 용접과정에서 레이저에 의해 얇은 두께의 압력개방밸브 자체가 녹거나 소손되고, 압력개방밸브의 일측 용접시 반대편이 상승하거나 뒤틀리는 현상이 발생하게 되는 것이다.

이에 따라 압력개방밸브의 용접불량이 발생하여 전지의 신뢰성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 이차 전지의 안전밸브 구조를 개선하여 안전밸브의 용접불량을 방지하고 균일한 작동 성능을 얻을 수 있도록 된 이차 전지를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이차 전지는

세퍼레이터와 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 연결되는 단자가 결합되는 캡 조립체, 상기 케이스 또는 캡 조립체에 형성되고 일면에서 단차가공된 단차부를 구비한 구멍, 상기 구멍에 부착 설치되고 전지의 설정된 압력조건에서 개방되는 안전밸브를 포함하고,

상기 안전밸브는 외주부를 따라 상기 안전밸브 두께보다 큰 두께를 갖는 보강부가 일체로 형성되어 단차부에 끼워지는 구조로 되어 있다.

여기서 상기 안전밸브는 보강부가 상기 단차부에 억지 끼움식으로 결합될 수 있다.

또한, 상기 안전밸브는 보강부와 상기 보강부가 밀착되는 구멍의 단차부 사이에 용접으로 부착될 수 있다.

또한, 상기 안전 밸브는 케이스를 밀폐하면서 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비된 캡 조립체 일측에 설치됨이 바람직하다.

여기서 상기 안전밸브는 구멍이 형성된 케이스 또는 캡 플레이트와 동일한 재질로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 안전밸브는 전면에 일정 압력 조건에서 개방될 수 있도록 살 두께를 얇게 형성시킨 홈부가 형성될 수 있다.

여기서 상기 구멍과 구멍에 형성되는 단차부는 원형이나 타원형 또는 사각형이나 다각형태로 이루어질 수 있으며 바람직하게는 원형으로 이루어진다.

또한, 상기 구멍에 끼워지는 안전밸브 또한 상기 구멍과 동일한 단면구조를 이룬다.

또한, 상기 구멍의 단차부는 상기 케이스나 캡 플레이트의 내측면 또는 외측면에 형성될 수 있으며 바람직하게는 외측면에 형성된다.

여기서 상기 이차 전지는 각형 또는 원통형 이차 전지일 수 있다.

또한, 상기 이차 전지는 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 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.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 개략적인 단면도이다.

상기한 도면을 참조하여 이차 전지에 대해 살펴보면, 상기 이차 전지는 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 위치하는 전극군(10)과, 상기 전극군(10)이 내장되는 공간부를 구비하는 케이스(14), 상기 케이스(14)의 개구부에 설치되어 케이스를 밀폐하는 캡 조립체(30), 상기 양,음극과 탭(15)을 매개로 전기적으로 연결되고 상기 캡 조립체(30) 외측으로 돌출되는 양,음극단자(31,32), 상기 캡 조립체(30)에 설치되어 전지 내부에서 발생된 가스를 외부로 배출시키기 위한 안전장치(20)를 포함한다.

상기 케이스(14)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극군(10)이 위치하는 내부 공간부를 가진 육면체 또는 그 이외의 형상으로 이루어진다.

본 실시예에서는 각형의 이차 전지를 예로서 설명하도록 한다. 그러나 본 발 명이 이에 한정된 것은 아니며 각형 이외에 원통형 등과 같이 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.

상기 전극군(10)은 각각의 활물질이 집전체에 코팅되어 구성된 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 적층된 상태에서 이들이 와류상으로 감겨 형성된 젤리롤 타입으로 이루어지며, 양극의 무지부(11a)와 음극의 무지부(12a)가 전극군(10)의 양단에 대향 배치되어, 케이스(14)를 수직으로 세워 캡 조립체(30)가 상,하방향으로 놓여졌을 때를 기준으로 케이스(14)의 양 측면에 전극군(10)의 무지부(11a,12a)가 위치할 수 있도록 내장설치되며, 전극군(10)의 양단의 무지부(11a,12a)에 각각 설치되는 탭(15)(또는 집전판)을 매개로 캡 조립체의 양,음극단자(31,32)가 전기적으로 연결된다.

그리고 좀더 구체적으로, 상기 캡 조립체(30)는 가스켓을 매개로 상기 케이스(14) 상단에 기밀을 유지한 상태로 결합되는 캡 플레이트(33)와, 이 캡 플레이트(33) 양쪽에 설치되고 각각 탭(15)을 매개로 전극군의 무지부(11a,12a)와 전기적으로 연결되는 양,음극단자(31,32)를 포함하며, 상기 캡 플레이트(33)의 중앙에 상기 안전장치(20)가 설치된 구조로 되어 있다.

본 실시예에 따르면 상기 안전장치(20)는 캡 조립체(30)와는 별도로 마련된 후 상기 캡 조립체(30)에 조립 설치된다.

상기 안전장치(20)는 도 2에서와 같이 상기 캡 플레이트(33)에 관통형성되어 가스가 배출되는 구멍(22)과, 상기 캡 플레이트(33)의 외측에서 상기 구멍(22)의 내주면을 따라 소정 깊이로 형성되어 캡 플레이트의 외측면을 향하는 단차면을 이 루는 단차부(21), 상기 구멍을 막아 실질적으로 전지 내부의 가스를 차단/배출시키는 안전밸브(23), 상기 안전밸브의 외주면을 따라 일체로 형성되고 상기 단차부(21)의 두께와 크기에 대응되는 두께와 크기로 형성되어 상기 단차부에 끼워지는 보강부(27)를 포함한다.

이에 상기 안전밸브(23)는 외주면을 따라 일체로 형성된 보강부(27)를 매개로 상기 단차부(21)에 끼워져 구멍(22)에 고정 설치되는 것이다.

따라서 캡 플레이트(33)의 구조나 크기에 관계없이 별도로 마련된 안전밸브(23)를 용이하게 캡 플레이트에 장착할 수 있게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 상기 구멍(22)과 단차져 형성된 단차부(21)는 타원형태로 형성되며, 상기 단차면(21)에 놓여지는 안전밸브(23)와 보강부(27) 또한 단차부(21)의 크기에 대응되는 크기를 갖는 타원형으로 이루어지도록 한다.

바람직하게는 상기 단차부(21)의 내경보다 상기 보강부(27)의 외경을 약간 크게 형성하여 상기 단차부(21)에 상기 보강부(27)가 억지끼움식으로 결합되도록 한다.

여기서 상기 안전장치를 이루는 상기 구멍(22)과 안전밸브(23) 및 보강부(27)의 구조와 두께 등 크기에 대해서는 특별히 한정되지 않으며 전지의 특성과 이에 따른 전지의 내압 조건에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

또한, 상기 안전밸브(23)는 캡 플레이트(33)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 안전밸브(23)는 판 구조물로, 전면에는 전지의 압력 상승시 안전밸브(23)가 용이하게 찢어질 수 있도록 홈부(25)가 형성되어 안전밸브(23)의 살 두께를 얇게 형성시킨 구조로 되어 있다.

또한, 상기 보강부(27)는 상기 안전밸브(23)의 외주면에 링 형태로 돌출 형성되며, 상기 단차부(21)의 두께와 대응되는 두께로 이루어진다.

이에 따라 상기 안전밸브(23)의 보강부(27)를 단차부에 완전히 끼워 설치하게 되면 상기 보강부(27)가 단차부(21)에 밀착되면서 도면상 보강부(27)의 윗면이 캡 플레이트(33)의 윗면과 동일 평면상에 위치하게 되어 매끄럽게 연결된다.

한편, 상기 안전밸브(23)는 상기 보강부(27)와 이 보강부가 접하는 캡플레이트(33)의 외측면 사이에 레이저 용접을 통해 고정설치된다.

도 3은 캡 플레이트(33)에 별도로 구비된 안전밸브(23)가 용접으로 부착설치된 구조를 예시하고 있는 데, 상기한 도면에 의하면, 상기 캡 플레이트(33)의 외측면에 형성된 구멍의 단차부(21)에 안전밸브의 보강부(27)가 끼워져 밀착된 상태에서 상기 캡플레이트(33)와 안전밸브(23)의 접합면을 용접부위(P)로 하여 이 용접부위(P)를 따라 레이저 용접이 행해짐으로써 안전밸브가 캡 플레이트에 용접 고정된다.

이때 언급한 바와 같이 용접이 이루어지는 안전밸브(23)의 외측면은 안전밸브의 두께보다 두꺼운 구조의 보강부(27)가 형성되어 있어서, 용접시 레이저의 에너지에 충분히 견딜 수 있게 된다.

한편, 도 4는 본 이차 전지의 또다른 실시예로서, 상기 캡 플레이트(33)의 내측면에서 안전장치(20)의 단차부(21)가 형성된 구조를 예시하고 있다.

상기 단차부(21)는 전지 내부를 향하는 상기 캡 플레이트(33)의 내측에서 상기 구멍(22)의 내주면을 따라 소정 깊이로 형성되어 캡 플레이트의 내측면을 향하는 단차면을 이루게 된다.

그리고 상기 구멍(22)을 막아 실질적으로 전지 내부의 가스를 차단/배출시키는 안전밸브(23)는 상기 안전밸브의 외주면을 따라 일체로 형성되고 상기 단차부(21)의 두께와 크기에 대응되는 두께와 크기로 형성되어 상기 단차부(21)에 끼워지는 보강부(27)를 포함한다.

이에 상기 안전밸브(23)는 상기 캡 플레이트(33)의 내측면에서 보강부(27)를 매개로 상기 단차부(21)에 끼워져 구멍(22)에 고정 설치되며, 상기 보강부(27)와 이 보강부가 접하는 캡플레이트(33) 내측면 사이의 용접부위(P)를 따라 레이저 용접이 행해져 안전밸브(23)를 고정시키게 된다.

그리고 언급한 바와 같이 용접이 이루어지는 안전밸브(23)의 외측면은 안전밸브의 두께보다 두꺼운 구조의 보강부(27)가 형성되어 있어서, 용접시 레이저의 에너지에 충분히 견딜 수 있게 된다.

도 4에서 미설명된 도면 부호 (25)는 안전밸브(23)가 용이하게 찢어질 수 있도록 안전밸브의 살 두께를 얇게 형성시킨 홈부이다.

이상과 같은 본 발명의 이차 전지와 전지 모듈은, 고출력/대용량을 요구받는 HEV용 전지로서 캡 플레이트의 두께가 두꺼운 경우에 효과적으로 사용될 수 있으나, 반드시 그 용도가 HEV용으로만 한정되는 것은 아니다.

상기에서는 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.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 캡 조립체와는 별도로 안전밸브를 구비하여 추후 결합시킴으로써 캡 조립체의 크기에 관계없이 안전밸브의 용이한 설치가 가능하게 된다.

또한, 안전밸브의 보강부위의 두께를 두껍게 형성함으로써 용접시 안전밸브가 뒤틀리거나 변형되는 것을 방지할 수 있고, 용접 주변부가 녹거나 소손되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이에 따라 안전밸브의 용접불량을 방지하고 전지 불량을 줄이고 신뢰성를 높일 수 있게 된다.

Claims (10)

1. 세퍼레이터와 이 세퍼레이터 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군과,

   상기 전극군이 내장되는 케이스,

   상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 연결되는 단자가 결합되는 캡 조립체,

   상기 케이스 또는 캡 조립체 일측에 형성되고 내측으로 단차가공된 단차부를 구비한 구멍,

   상기 구멍에 부착 설치되고 전지의 설정된 압력조건에서 개방되는 안전밸브를 포함하고,

   상기 안전밸브는 외주부를 따라 상기 안전밸브 두께보다 큰 두께를 갖는 보강부가 일체로 형성되어 단차부에 끼워지는 이차 전지.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 구멍의 단차부는 상기 안전밸브의 두께보다 크게 형성된 이차 전지.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 보강부는 상기 단차부에 억지 끼움식으로 결합되는 이차 전지.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 안전밸브는 상기 보강부와 상기 보강부가 밀착되는 구멍의 단차부 사이의 용접으로 부착되는 이차 전지.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 안전 밸브는 상기 캡 조립체에 설치되는 이차 전지.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 안전밸브는 전면에 일정 압력 조건에서 개방될 수 있도록 살 두께를 얇게 형성시킨 홈부가 형성된 이차 전지.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 구멍과 구멍에 형성되는 단차부는 원형이나 타원형 또는 다각형태로 이루어지는 이차 전지.
8. 제1 항에 있어서, 상기 구멍의 단차부는 상기 전지의 외측면에 형성되는 이차 전지.
9. 제1 항에 있어서, 상기 구멍의 단차부는 상기 전지의 내측면에 형성되는 이차 전지.
10. 제1 항에 있어서,

    상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지.

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