KR20170070516A

KR20170070516A - 이차 전지

Info

Publication number: KR20170070516A
Application number: KR1020150178135A
Authority: KR
Inventors: 권민형
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-06-22
Also published as: EP3182486B1; CN106876618A; CN106876618B; KR102512351B1; EP3182486A1; US20170170450A1; US10193131B2

Abstract

본 발명의 일 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 주액구에 단자 플레이트가 결합되어, 별도의 시일-핀(seal-pin)이 필요없고, 3중 실링이 가능하며, 기계적 강도가 향상된 주액구와 단자 플레이트가 결합된 이차 전지를 제공하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 수용하는 케이스; 상기 케이스를 덮는 동시에, 주액구가 볼로 폐색된 캡 플레이트; 및 상기 주액구 및 볼을 덮는 단자 플레이트로 이루어진 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Rechargeable battery}

본 발명의 일 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 충전하여 재사용이 가능한 이차 전지는 모바일 기기, 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 전원으로 사용된다. 이들 이차 전지는 전극 조립체와 이를 수용하는 케이스로 이루어진다. 이때, 사용되는 케이스의 종류에 따라, 이차 전지는 각형, 파우치형 또는 원통형 이차 전지로 구분될 수 있으며, 또한, 내부에 수납되는 전극 조립체는 그 구조에 따라 권취형 또는 스택형 전극 조립체로 분류될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 캡 플레이트의 주액구에 단자 플레이트가 결합되어, 별도의 시일-핀(seal-pin)이 필요없고, 3중 실링이 가능하며, 기계적 강도가 향상된 주액구와 단자 플레이트가 결합된 이차 전지를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 수용하는 케이스; 상기 케이스를 덮는 동시에, 주액구가 볼로 폐색된 캡 플레이트; 및 상기 주액구 및 볼을 덮는 단자 플레이트를 포함한다.

상기 단자 플레이트는 상기 주액구 외측의 상기 캡 플레이트의 일 영역에 용접될 수 있다.

상기 캡 플레이트는 상기 전극 조립체를 향하는 평평한 제1면; 상기 제1면의 반대면으로서 상기 단자 플레이트를 향하는 평평한 제2면; 상기 제1면으로부터 상기 전극 조립체를 향하여 돌출된 제1돌출부; 및 상기 제2면으로부터 상기 단자 플레이트를 향하여 돌출된 제2돌출부를 포함할 수 있다.

상기 주액구는 상기 제1돌출부의 중앙에 형성된 관통홀; 및 상기 제2면에 형성되어 상기 관통홀과 연결된 리세스(recess)를 포함할 수 있다.

상기 볼은 상기 관통홀에 결합될 수 있다.

상기 단자 플레이트는 상기 리세스의 바닥면에 접촉하는 평평한 제1영역; 상기 제1영역으로부터 연장되고 상기 리세스의 측면에 접촉하는 경사진 제2영역; 상기 제2영역으로부터 연장되고 상기 캡 플레이트의 제2면에 접촉하는 평평한 제3영역; 상기 제3영역 및 상기 캡 플레이트의 제2면으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 경사진 제4영역; 상기 제4영역으로부터 연장되고 버스 바가 용접되는 평평한 제5영역; 상기 제5영역으로부터 연장되되 상기 캡 플레이트의 제2면에 가까워지는 평평한 제6영역; 및 상기 제6영역으로부터 연장되고 상기 캡 플레이트의 제2면에 접촉하는 평평한 제7영역을 포함할 수 있다.

상기 단자 플레이트의 제7영역에는 그루브(groove)가 형성되고, 상기 그루브에 상기 캡 플레이트의 제2돌출부가 결합될 수 있다.

상기 단자 플레이트의 제7영역은 상기 제2돌출부에 용접될 수 있다.

상기 단자 플레이트의 제3영역이 상기 캡 플레이트의 제2면의 일 영역에 용접될 수 있다.

상기 단자 플레이트의 제4영역, 제5영역 및 제6영역에 의해 공간이 정의될 수 있다.

상기 볼은 금속 코어; 및 상기 금속 코어의 표면에 코팅된 수지를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 주액구에 단자 플레이트가 결합되어, 별도의 시일-핀(seal-pin)이 필요없고, 3중 실링이 가능하며, 기계적 강도가 향상된 주액구와 단자 플레이트가 결합된 이차 전지를 제공한다.

예를 들면, 볼이 주액구를 1차로 실링하고, 단자 플레이트와 캡 플레이트 사이의 용접 영역이 주액구를 2차로 실링하며, 또한 단자 플레이트와 캡 플레이트 사이의 밀착 영역이 3차로 주액구를 실링함으로써, 주액구가 3중으로 실링되어 실링 성능이 향상된다.

또한, 주액구가 단자 플레이트로 완전히 덮임으로써, 주액구의 기계적 강도가 향상된다.

더욱이, 주액구 및 단자 플레이트가 공간적으로 하나의 영역에 중첩되어 형성됨으로써, 이차 전지의 공간 이용 효율이 향상된다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 단자 플레이트 및 주액구를 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립 방법을 도시한 순차 단면도이다.

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 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도 및 단면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(120), 제1단자(130), 제2단자(140), 제1캡 플레이트(150), 제1리테이너(160), 제2리테이너(170) 및 제2캡 플레이트(180)를 포함한다.

전극 조립체(110)는 제1방향(예를 들면, 상부 방향)으로 연장된 제1무지부(112), 제1방향의 반대인 제2방향(예를 들면, 하부 방향)으로 연장된 제2무지부(116)를 포함할 수 있다. 이러한 전극 조립체(110)는 상호간 평행하게 위치된 한쌍이 구비될 수 있으며, 한쌍의 전극 조립체(110)는 각각 제1방향으로 연장된 제1무지부(112) 및 제2방향으로 연장된 제2무지부(116)를 포함할 수 있다.

하나의 전극 조립체(110)를 중심으로, 이를 좀 더 구체적으로 설명한다.

전극 조립체(110)는 제1전극판(111), 제1전극판(111)으로부터 제1방향으로 연장된 제1무지부(112), 제2전극판(115), 제2전극판(115)으로부터 제2방향으로 연장된 제2무지부(116), 제1,2전극판(111,115) 사이에 개재된 세퍼레이터(119)를 포함할 수 있다.

제1전극판(111)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제1집전체(113)에 흑연 또는 탄소 등의 제1활물질(114)을 도포함으로써 형성될 수 있으며, 제1집전체(113) 중 제1단자(130)를 향해 연장 및 돌출된 제1무지부(112)(즉, 제1활물질(114)이 코팅되지 않은 영역)를 포함할 수 있다. 이와 같이 연장 및 돌출된 제1무지부(112)는 경우에 따라 제1탭으로 정의될 수도 있으며, 이러한 제1무지부(112)는 전극 조립체(110)의 제작을 위해 권취 과정을 통해 일정 위치에 정렬되어 멀티탭을 이룰 수도 있다. 제1무지부(112)는 제1단자(130)와 전기적으로 연결됨으로써, 제1전극판(111)과 제1단자(130) 사이에서 전류 흐름의 통로가 될 수 있다.

제2전극판(115)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제2집전체(117)에 전이금속산화물 등의 제2활물질(118)을 도포함으로써 형성될 수 있으며, 제2집전체(117) 중 제2캡 플레이트(180)를 향해 연장 및 돌출된 제2무지부(116)(즉, 제2활물질(118)이 코팅되지 않은 영역)를 포함할 수 있다. 이와 같이 연장 및 돌출된 제2무지부(116)는 경우에 따라 제2탭으로 정의될 수도 있으며, 이러한 제2무지부(116)는 전극 조립체(110)의 제작을 위해 권취 과정을 통해 일정 위치에 정렬되어 멀티탭을 이룰 수도 있다. 제2무지부(116)는 제2캡 플레이트(180)와 전기적으로 연결되고, 결국 케이스(120), 제1캡 플레이트(150) 및 제2단자(140)에 전기적으로 연결됨으로써, 제2전극판(115)과 제2단자(140) 사이에서 전류 흐름의 통로가 될 수 있다.

세퍼레이터(119)는 제1전극판(111)과 제2전극판(115) 사이에 개재될 수 있음으로써, 이들 간의 단락을 방지하고, 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 할 수 있다. 세퍼레이터(119)는 제1전극판(111) 및 제2전극판(115)의 넓이보다 약간 넓게 이루어짐으로써, 제1전극판(111) 및 제2전극판(115) 보다 제1,2방향(즉, 상,하부 방향)으로 각각 더 돌출될 수 있다. 따라서, 세퍼레이터(119)는 제1전극판(111)과 제2전극판(115)이 전극 조립체(110)의 제1,2방향으로 케이스(120), 제1캡 플레이트(150) 및/또는 제2캡 플레이트(180)와 직접적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 하여, 제1전극판(111)은 음극으로 작동하며 제2전극판(115)은 양극으로 작동할 수 있으며, 그 반대로도 작동 가능하다.

더불어, 이러한 전극 조립체(110)는 적어도 1개 내지 4개가 구비될 수 있으며, 이들은 상호간 평행하게 위치되어 스택된 형태를 할 수 있다.

케이스(120)는 전극 조립체(110)를 전해액과 함께 수용한다. 즉, 케이스(120)는 서로 대향하는 한쌍의 장변(121)과, 장변(121)에 연결되며 서로 대향하는 한쌍의 단변(122)을 포함할 수 있다. 더욱이, 케이스(120)는 제1방향과 제2방향이 관통될 수 있다. 따라서, 이러한 케이스(120)의 내부에는 육면체 형태의 전극 조립체(110)가 수용될 수 있다. 이러한 케이스(120)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있으며, 경우에 따라 캔으로 정의될 수도 있다. 물론, 이러한 케이스(120)는 최종적으로 상단 및 하단이 제1캡 플레이트(150) 및 제2캡 플레이트(180)로 폐색(閉塞)될 수 있다.

제1단자(130)는 하부 영역이 제1무지부(112)에 접속될 수 있고, 상부 영역이 케이스(120)의 외측으로 연장되어 위치될 수 있다. 즉, 제1단자(130)는 제1캡 플레이트(150)에 절연된 상태로 결합될 수 있고, 제1단자(130)의 하부 영역에는 제1무지부(112)가 접속될 수 있으며, 제1단자(130)의 상부 영역은 대략 육면체 형태로 제1캡 플레이트(150) 위에 위치될 수 있다. 다시 설명하면, 제1단자(130)는 하부 단자 플레이트(131), 도전핀(132), 상부 단자 플레이트(133)를 포함할 수 있다. 하부 단자 플레이트(131)는 제1무지부(112)와 전기적으로 접속되는 동시에, 도전핀(132)과 결합될 수 있다. 또한, 하부 단자 플레이트(131)는 하부 절연 부재(134)에 의해 제1캡 플레이트(150)로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 도전핀(132)은 제1캡 플레이트(150)를 관통하여 상부로 연장될 수 있으며, 상부 단자 플레이트(133)에 결합된 후 리베팅될 수 있다. 한편, 도전핀(132)은 시일 가스켓(135)으로 감싸여 제1캡 플레이트(150)로부터 절연될 수 있고, 또한 상부 단자 플레이트(133)는 상부 절연 부재(136)에 의해 제1캡 플레이트(150)로부터 절연될 수 있다. 여기서, 하부 단자 플레이트(131)는 구리 또는 니켈로 형성될 수 있고, 상부 단자 플레이트(133)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있으며, 도전 핀(132)은 구리, 니켈, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.

제2단자(140)는 제1단자(130)로부터 이격된 영역에 위치될 수 있다. 구체적으로, 제2단자(140)는 제1단자(130)와 유사한 형태를 할 수 있으며, 이는 제1캡 플레이트(150)에 전기적으로 접속될 수 있다. 즉, 제2단자(140)는 제1캡 플레이트(150)에 초음파, 레이저 또는 스팟 용접될 수 있다. 이러한 제2단자(140)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.

즉, 본 발명에서는 제1단자(130)는 제1캡 플레이트(150)와 전기적으로 절연되어 있으나, 제2단자(140)는 제1캡 플레이트(150)에 전기적으로 접속될 수 있다.

제1캡 플레이트(150)는 제1방향의 케이스(120)를 폐색할 수 있으며, 제1단자(130)가 절연된 채 결합되며, 또한 제2단자(140)가 전기적으로 결합된다. 즉, 제1캡 플레이트(150)는 케이스(120)의 상단에 초음파, 레이저 또는 스팟 용접됨으로써, 케이스(120)의 상부를 폐색할 수 있으며, 더욱이 제1단자(130) 및 제2단자(140)가 안정적으로 위치될 수 있도록 한다. 이러한 제1캡 플레이트(150)는 기본적으로 케이스(120)와 동일 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 더불어, 제1캡 플레이트(150)는 대략 중앙에 형성된 상대적으로 얇은 안전 벤트(151)를 더 포함함으로써, 과충전 등에 의해 케이스(120)의 내부 압력 상승시, 상술한 안전벤트(151)가 파단되어 내부 가스를 외부로 방출할 수 있도록 되어 있다.

제1리테이너(160)는 전극 조립체(110)와 제1캡 플레이트(150)의 사이에 개재됨으로써, 케이스(120)의 내부에서 전극 조립체(110)가 상,하 방향으로 과도하게 유동되지 않도록 한다. 이러한 제1리테이너(160)는 전해액과 반응하지 않는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 EPDM 고무(Ethylene Propylene Rubber) 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 더불어, 제1리테이너(160)는 탄력적으로 전극 조립체(110)와 제1캡 플레이트(150)의 사이에 개재될 수 있도록, 다수회 절곡된 형태일 수 있다.

제2리테이너(170)는 전극 조립체(110)와 제2캡 플레이트(180) 사이에 설치될 수 있다. 즉, 제2리테이너(170)는 전극 조립체(110)와 제2캡 플레이트(180) 사이에 설치됨으로써, 제2캡 플레이트(180)와 제1전극판(111) 사이의 전기적 쇼트가 발생되지 않도록 할 수 있다. 물론, 이러한 제2리테이너(170)에는 제2무지부(116)가 관통하여 지나가도록 관통홀이 형성됨은 당연하다. 이러한 제2리테이너(170)는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, EPDM 고무 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

제2캡 플레이트(180)는 제2방향의 케이스(120)를 막으며, 제2리테이너(170)를 덮을 수 있다. 즉, 제2캡 플레이트(180)는 케이스(120)의 하단에 초음파, 레이저 또는 스팟 용접됨으로써, 케이스(120)의 하부를 폐색할 수 있다. 이러한 제2캡 플레이트(180)는 기본적으로 케이스(120)와 동일 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다.

한편, 제1캡 플레이트(150)는 전해액 주입을 위한 주액구(155)를 더 포함하고, 주액구(155)는 볼(156)로 실링될 수 있다. 더욱이, 주액구(155) 및 볼(156)은 제2단자(140)로 다시 실링될 수 있다. 즉, 주액구(155)는 볼(156)로 1차 실링되고, 제2단자(140)의 용접 영역(143a)에 의해 2차로 실링되며, 다시 제1캡 플레이트(150) 위에 있는 제2단자(140)에 의해 3차로 실링될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 제2단자(140)와 제1캡 플레이트(150)의 주액구(155)가 상호간 결합된 형태를 함으로써, 종래와 같은 별도의 시일-핀(seal-pin)이 필요없고, 3중 실링이 가능하며, 기계적 강도가 향상된 이차 전지(100)를 제공한다.

이하에서는 제2단자(단자 플레이트(140)로 칭함), 제1캡 플레이트(150)(이하, 캡 플레이트(150)로 칭함) 및 주액구(155) 사이의 결합 관계 및 조립 방법에 대하여 좀 더 자세하게 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100) 중 단자 플레이트(140) 및 주액구(155)를 도시한 단면도이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 캡 플레이트(150)를 포함하고, 캡 플레이트(150)는 주액구(155) 및 주액구(155)에 결합된 볼(156)을 포함한다. 또한, 본 발명은 주액구(155) 및 볼(156)이 단자 플레이트(140)에 의해 덮인 이차 전지(100)를 제공한다.

여기서, 단자 플레이트(140)는 주액구(155)의 외측의 캡 플레이트(150)의 일 영역에 레이저 빔으로 용접됨으로써, 단자 플레이트(140)가 캡 플레이트(150)에 고정될 수 있다.

캡 플레이트(150)는 전극 조립체(110)를 향하는 대략 평평한 제1면(151)과, 제1면(151)의 반대면으로서 단자 플레이트(140)를 향하는 대략 평평한 제2면(152)을 포함한다. 또한, 캡 플레이트(150)는 제1면(151)으로부터 전극 조립체(110)를 향하여 일정 길이 돌출된 제1돌출부(153)와, 제2면(152)으로부터 단자 플레이트(140)를 향하여 일정 길이 돌출된 제2돌출부(154)를 포함한다. 여기서, 제1돌출부(153)의 상호간 이격 거리에 비해 제2돌출부(154)의 상호간 이격 거리가 상대적으로 더 멀다. 또한, 제1돌출부(153)의 상호간 이격 공간에 볼(156)이 결합되고, 제2돌출부(154)의 상호간 이격 공간에 단자 플레이트(140)가 결합된다. 이는 아래에서 다시 설명한다.

주액구(155)는 제1돌출부(153)의 중앙에 형성된 관통홀(155a)과, 제2면(152)에 형성되어 관통홀(155a)과 연결된 리세스(155b)(recess)를 포함한다. 여기서, 관통홀(155a)의 직경에 비해 리세스(155b)의 직경이 상대적으로 더 크고, 이에 따라 전해액의 주입이 용이하다.

볼(156)은 관통홀(155a)에 결합 및 고정된다. 볼(156)은, 예를 들면, 금속 코어와, 금속 코어의 표면에 코팅된 수지를 포함한다. 금속 코어는, 예를 들면, 알루미늄이고, 수지는, 예를 들면, 테프론일 수 있다.

따라서, 볼(156)이 관통홀(155a)에 결합될 때, 금속 코어를 감싸는 수지에 의해, 관통홀(155a)이 완벽하게 실링된다. 이에 따라, 관통홀(155a)을 통해 전해액이 외부로 누액되지 않으며, 더욱이 수지가 전해액과 반응하지 않음으로써, 시간이 경과한다고 해도 전해액의 누액 현상은 발생하지 않는다. 이와 같이 하여, 주액구(155)는 볼(156)에 의해 1차로 실링되었다고 할 수 있다.

한편, 단자 플레이트(140)는 다수의 절곡 영역을 포함하며, 이를 상세하게 설명한다.

단자 플레이트(140)는 캡 플레이트(150)에 형성된 리세스(155b)의 바닥면에 접촉하는 원형의 평평한 제1영역(141)을 포함한다. 이러한 평평한 제1영역(141)은 리세스(155b)의 바닥면에 밀착됨으로써, 상술한 볼(156)이 외측으로 이탈되지 않도록 한다.

또한, 단자 플레이트(140)는 제1영역(141)으로부터 상부 방향으로 연장되고 리세스(155b)의 측면에 접촉하는 원형 링 형태의 경사진 제2영역(142)을 포함한다.

또한, 단자 플레이트(140)는 제2영역(142)으로부터 연장되고 캡 플레이트(150)의 제2면(152)에 접촉하는 원형 링 형태의 평평한 제3영역(143)을 포함한다.

또한, 제3영역(143)은, 예를 들면, 용접 영역(143a)을 더 포함할 수 있다. 즉, 제3영역(143)은 제3영역(143)을 캡 플레이트(150)의 제2면(152)에 용융하여 결합하는 용접 영역(143a)을 더 포함할 수 있다. 이와 같이 하여, 주액구(155)는 용접 영역(143a)에 의해 2차로 실링되었다고 할 수 있다.

또한, 단자 플레이트(140)는 제3영역(143) 및 캡 플레이트(150)의 제2면(152)으로부터 멀어지는 상부 방향으로 연장된 원형 링 형태의 경사진 제4영역(144)을 포함한다. 이와 같이 하여, 제1영역(141), 제2영역(142), 제3영역(143), 용접 영역(143a) 및 제4영역(144)에 의해 단자 플레이트(140)의 외부 공간(148)이 정의된다. 이러한 공간(148)을 통하여 용접 툴이 제3영역(143)에 용이하게 접근할 수 있다.

또한, 단자 플레이트(140)는 제4영역(144)으로부터 외측 방향으로 연장되고 버스 바(도시되지 않음)가 용접되는 대략 사각 형태의 평평한 제5영역(145)을 포함한다. 제5영역(145)은 캡 플레이트(150)의 제1면(151)과 대략 평평한 관계를 갖는다. 또한, 이러한 평평한 제5영역(145)에는 버스 바가 용접될 수 있음으로써, 다수의 이차 전지(100)가 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 단자 플레이트(140)는 제5영역(145)으로부터 연장되되 캡 플레이트(150)의 제2면(152)에 가까워지는 대략 사각 링 형태의 평평한 제6영역(146)을 포함한다. 따라서, 제3영역(143), 제4영역(144) 및 제5영역(145)에 의해 단자 플레이트(140)의 내부 공간(149)이 정의되며, 따라서 전반적으로 단자 플레이트(140)의 무게가 감소한다.

또한, 단자 플레이트(140)는 제6영역(146)으로부터 연장되고 캡 플레이트(150)의 제2면(152)에 접촉하는 평평한 제7영역(147)을 포함한다. 더욱이, 제7영역(147)에는 그루브(147a)가 형성되며, 이러한 그루브(147a)에는 상술한 제2돌출부(154)가 결합될 수 있다. 더욱이, 제7영역(147)과 제2돌출부(154)는 상호간 용접될 수 있음으로써, 결국 단자 플레이트(140)가 캡 플레이트(150)에 더욱 강건하게 고정될 수 있다.

여기서, 단자 플레이트(140)의 제1영역(141) 내지 제7영역(147)의 두께는 상호간 유사하거나 동일할 수 있으며, 다수회 절곡된 형태를 한다. 즉, 단자 플레이트(140)는 외부 공간(148) 및 내부 공간(149)이 구비될 수 있도록, 단면의 형태가 벌크 형태가 아닌 다수회 절곡된 형태를 한다. 따라서, 단자 플레이트(140)의 전반적인 무게가 감소하고, 또한 제1영역(141)이 리세스(155b)의 바닥면에 밀착되고, 제2영역(142)이 리세스(155b)의 측면에 밀착되며, 제3영역(143) 및 제7영역(147)이 캡 플레이트(150)의 제2면(152)에 밀착됨으로써, 주액구(155)가 3차로 실링된 형태를 하게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명은 캡 플레이트(150)의 주액구(155)에 단자 플레이트(140)가 결합되어, 별도의 시일-핀(seal-pin)이 필요없고, 3중 실링이 가능하며, 기계적 강도가 향상된 주액구(155)에 단자 플레이트(140)가 결합된 이차 전지(100)를 제공한다.

예를 들면, 볼(156)이 주액구(155)를 1차로 실링하고, 단자 플레이트(140)와 캡 플레이트(150) 사이의 용접 영역(143a)이 주액구(155)를 2차로 실링하며, 또한 단자 플레이트(140)와 캡 플레이트(150) 사이의 밀착 영역이 3차로 주액구(155)를 실링함으로써, 주액구(155)가 3중으로 실링되어, 전해액에 대한 실링 성능이 향상된다.

또한, 주액구(155)가 단자 플레이트(140)에 의해 덮임으로써, 주액구(155)의 기계적 강도가 향상된다. 더욱이, 주액구(155) 및 단자 플레이트(140)가 공간적으로 하나의 영역에 중첩되어 형성됨으로써, 이차 전지의 공간 이용 효율이 향상된다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립 방법을 도시한 순차 단면도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(150)에 구비된 주액구(155)를 통하여 전해액이 케이스에 충분히 주입된 이후, 주액구(155)에 볼(156)이 결합되어 주액구(155)가 실링된다. 즉, 주액구(155) 중 관통홀(155a)에 볼(156)이 강제 압입 방식으로 결합됨으로써, 볼(156)을 이루는 금속 코어 및/또는 수지가 변형되면서, 볼(156)에 의해 관통홀(155a)이 완전히 폐색된다. 즉, 볼(156)에 의해 주액구(155) 또는 관통홀(155a)이 1차로 실링된다.

이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 단자 플레이트(140)가 캡 플레이트(150)에 구비된 주액구(155)에 안착된다. 즉, 단자 플레이트(140)의 제1영역(141)이 주액구(155)의 리세스(155b)의 바닥면 및 볼(156) 위에 안착되고, 제2영역(142)이 리세스(155b)의 측면 위에 안착되며, 제3영역(143) 및 제7영역(147)이 캡 플레이트(150)의 제2면(152) 위에 안착된다. 더욱이, 제7영역(147)의 그루브(147a)와 캡 플레이트(150)의 제2돌출부(154)가 상호간 결합된다.

이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 단자 플레이트(140)의 제3영역(143)이, 예를 들면, 레이저 빔에 의해 캡 플레이트(150)의 제2면(152)에 용접된다. 이때, 제3영역(143)은 평면의 모양의 대략 원형이므로, 레이저 빔에 의한 용접 영역(143a) 역시 평면의 모양이 대략 원형의 링 형태로 형성된다. 따라서, 이러한 원형의 링 형태의 용접 영역(143a)에 의해 주액구(155)가 2차로 실링된다.

더욱이, 단자 플레이트(140)의 제3영역(143) 및 제7영역(147)이 캡 플레이트(150)의 제2면(152)에 밀착되어 있으므로, 이러한 밀착 영역에 의해 주액구(155)가 3차로 실링되었다고 할 수 있다.

한편, 도 3d에 도시된 바와 같이, 경우에 따라, 캡 플레이트(150)의 제2돌출부(154)와 단자 플레이트(140)의 제7영역(147)이 레이저 빔에 의해 상호간 용접됨으로써, 또다른 용접 영역(147b)이 형성될 수 있다. 이러한 용접 영역(147b)에 의해 단자 플레이트(140)와 캡 플레이트(150) 사이의 결합력이 더욱 향상되고, 또한 주액구(155)의 실링 성능이 더욱 향상된다.

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.

100; 이차 전지 110; 전극 조립체
111; 제1전극판 112; 제1무지부
113; 제1집전체 114; 제1활물질
115; 제2전극판 116; 제2무지부
117; 제2집전체 118; 제2활물질
119; 세퍼레이터 120; 케이스
121; 장변 122; 단변
130; 제1단자 140; 제2단자 또는 단자 플레이트
150; 제1캡 플레이트 160; 제1리테이너
170; 제2리테이너 180; 제2캡 플레이트

Claims

전극 조립체;
상기 전극 조립체를 전해액과 함께 수용하는 케이스;
상기 케이스를 덮는 동시에, 주액구가 볼로 폐색된 캡 플레이트; 및
상기 주액구 및 볼을 덮는 단자 플레이트를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 단자 플레이트는 상기 주액구 외측의 상기 캡 플레이트의 일 영역에 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 캡 플레이트는
상기 전극 조립체를 향하는 평평한 제1면;
상기 제1면의 반대면으로서 상기 단자 플레이트를 향하는 평평한 제2면;
상기 제1면으로부터 상기 전극 조립체를 향하여 돌출된 제1돌출부; 및
상기 제2면으로부터 상기 단자 플레이트를 향하여 돌출된 제2돌출부를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
제3항에 있어서,
상기 주액구는
상기 제1돌출부의 중앙에 형성된 관통홀; 및
상기 제2면에 형성되어 상기 관통홀과 연결된 리세스(recess)를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
제4항에 있어서,
상기 볼은 상기 관통홀에 결합된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제4항에 있어서,
상기 단자 플레이트는
상기 리세스의 바닥면에 접촉하는 평평한 제1영역;
상기 제1영역으로부터 연장되고 상기 리세스의 측면에 접촉하는 경사진 제2영역;
상기 제2영역으로부터 연장되고 상기 캡 플레이트의 제2면에 접촉하는 평평한 제3영역;
상기 제3영역 및 상기 캡 플레이트의 제2면으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 경사진 제4영역;
상기 제4영역으로부터 연장되고 버스 바가 용접되는 평평한 제5영역;
상기 제5영역으로부터 연장되되 상기 캡 플레이트의 제2면에 가까워지는 평평한 제6영역; 및
상기 제6영역으로부터 연장되고 상기 캡 플레이트의 제2면에 접촉하는 평평한 제7영역을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
제6항에 있어서,
상기 단자 플레이트의 제7영역에는 그루브(groove)가 형성되고, 상기 그루브에 상기 캡 플레이트의 제2돌출부가 결합된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제6항에 있어서,
상기 단자 플레이트의 제7영역은 상기 제2돌출부에 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제6항에 있어서,
상기 단자 플레이트의 제3영역이 상기 캡 플레이트의 제2면의 일 영역에 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제6항에 있어서,
상기 단자 플레이트의 제4영역, 제5영역 및 제6영역에 의해 공간이 정의됨을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 볼은
금속 코어; 및
상기 금속 코어의 표면에 코팅된 수지를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.