KR100696781B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 이차 전지는 내부에 상측으로 제 1,2전극탭이 인출된 전극 조립체가 수용되는 케이스와, 케이스의 상부를 커버하며 일측에 마개에 의해 밀봉되는 전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트와, 캡 플레이트의 하면에 결합되며 결합부를 갖는 절연 플레이트와, 절연 플레이트의 저면에 결합되는 터미널 플레이트 및 캡 플레이트와, 절연플레이트 그리고, 터미널 플레이트를 관통하여 터미널 플레이트와 연결되는 전극단자를 포함하므로 캡 플레이트와 터미널 플레이트가 접촉되어 단락되는 것이 방지되는 이점이 있다.

이차 전지, 캡 플레이트, 절연 플레이트, 터미널 플레이트, 캡 조립체

Description

이차 전지 { SECONDARY BATTERY }

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분해 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 이차 전지 캡 조립체의 일실시예를 도시한 상면도,

도 3은 본 발명에 따른 이차 전지 캡 조립체의 일실시예를 도시한 일부 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 이차 전지 캡 조립체의 다른 실시예를 도시한 일부 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 이차 전지 캡 조립체의 또 다른 실시예를 도시한 일부 단면도이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

210 : 케이스 210a : 개구부

212 : 전극조립체 230 : 전극단자

240 : 캡 플레이트 241 : 제1단자통공

250 : 절연 플레이트 251 : 제2단자통공

252 : 회전방지홈 253 : 돌출부

260 : 터미널 플레이트 261 : 제3단자통공

270 : 절연 케이스

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가압에 의한 폭발을 억제시키는 이차 전지에 관한 것이다.

최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화 된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정 기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.

상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li)전지와 리튬 이온(Li-ion)전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.

특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지 와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

통상적으로, 이차 전지는 활물질이 코팅된 제1,2 전극판 및 제1전극판과 제2전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고, 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 케이스의 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액, 그리고 케이스를 밀봉하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다.

이러한 이차 전지는 제1,2전극판으로부터 제1,2전극탭이 인출된 제1,2전극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다.

여기서, 전극 조립체의 제1전극탭은 후술될 캡 조립체의 캡 플레이트와 연결되고, 제2전극탭은 캡 조립체에 삽입되는 전극단자와 연결되어 각각 서로 다른 극성을 띠게 된다.

캡 조립체는 케이스에 조립되어 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트와, 절연플레이트 그리고, 터미널 플레이트가 순차적으로 적층된다. 순차적으로 적층된 캡 플레이트와, 절연플레이트 그리고 터미널플레이트에는 이들을 관통하는 전극단자가 설치된다.

그런데, 이러한 종래의 이차 전지에서 전극단자의 설치는 전극단자를 회전시키면서 일정한 힘을 가하여 삽입시키게 된다. 이에 캡 플레이트와, 절연플레이트 그리고 터미널 플레이트는 전극단자를 결합시키는 과정에서 각각 회전되어 서로의 결합방향이 틀어지는 문제점이 있다.

또한, 이차 전지는 케이스를 마감하는 캡 조립체를 케이스에 결합시키는 조립공정을 진행하기 위해 캡 조립체를 가압하면, 절연플레이트가 변형되어 회전되면서 캡 플레이트와 터미널 플레이트가 접촉되어 단락될 수 있는 문제점이 있다.

즉, 캡 플레이트는 제1전극탭과 연결되고, 전극단자는 제2전극탭과 연결되어 터미널 플레이트와 연결되므로 절연플레이트는 서로 다른 극성을 갖는 캡 플레이트와 터미널 플레이트 사이를 절연시키는 기능을 갖는다. 그런데 가압에 의해 절연 플레이트가 휘어지면서 회전되면 캡 플레이트와 터미널 플레이트 사이는 절연되지 않으므로 단락될 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이차 전지의 조립공정이나 사용 중에 절연 플레이트가 회전되는 것을 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부에 전극 조립체가 수용되고, 상기 전극 조립체의 제1,2 전극탭이 상측으로 인출되는 케이스; 상기 케이스의 상부를 커버하며, 일측에 마개에 의해 밀봉되는 전해액 주입구가 형성되고, 하면에 결합홈이 형성된 캡 플레이트; 상면에 돌출부를 형성하여 상기 돌출부를 상기 캡 플레이트의 결합홈에 삽입하는 상태로 상기 캡 플레이트의 하면에 설치되며, 그 하면에 회전방지홈이 형성되는 절연 플레이트; 전체 또는 일부를 상기 절연 플레이트의 회전방지홈에 삽입하는 상태로 상기 절연 플레이트 하면에 설치되는 터미널 플레이트; 및 상기 캡 플레이트와, 상기 절연 플레이트 그리고, 상기 터미널 플레이트를 관통하여 상기 터미널 플레이트와 연결되는 전극단자를 포함하는 이차전지를 제공한다.

상기 터미널 플레이트의 상면에는 상기 회전방지홈에 결합되는 회전방지돌기가 형성된 것이 좋다.

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상기 회전방지홈은 그 크기가 상기 캡 플레이트의 10% 내지 40%이며, 그 폭이 상기 캡 플레이트 폭의 적어도 40%일 수 있다.

상기 회전방지홈은 적어도 0.2~0.3mm의 깊이로 형성될 수 있다.

상기 절연플레이트에는 상기 마개의 끝단에 걸리는 걸림홈이 형성된 것이 좋 다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이차 전지 캡 조립체의 일실시예를 도시한 상면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이차 전지 캡 조립체의 일실시예를 도시한 일부 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 이차 전지 캡 조립체의 다른 실시예를 도시한 일부 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 이차 전지 캡 조립체의 또 다른 실시예를 도시한 일부 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 이차 전지는 일측이 개구된 케이스(210)와, 케이스(210)의 내부에 수용되는 전극 조립체(250)와, 케이스(210)의 개구부(210a)에 결합되어 케이스(210)를 마감하는 캡 조립체(220)로 이루어진다.

케이스(210)는 대략 사각박스 형상으로 형성되어 일측이 개구된 개구부(210a)를 포함하며, 금속재질로 형성되므로 케이스(210) 자체가 단자 역할을 수행 할 수 있다. 케이스(210)를 이루는 재질로는 스테인레스강 등의 철재도 사용되나 경량의 전도성 금속이면서 부식에 대처가 용이하도록 내식성이 뛰어난 알미늄 또는 알미늄 합금이 바람직하다. 그러나 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

전극 조립체(212)는 제1전극탭(216)이 부착된 제1전극판(213)과, 제2전극탭(217)이 부착된 제2전극판(215) 그리고, 제1전극판(213)과 제2전극판(215) 사이에 개재된 세퍼레이터(214)가 권취된 젤리-롤형으로 권취되어 이루어진다. 제1,2전극탭(216,217)은 전극 조립체(212)의 상측으로 인출된다.

이때, 케이스(20)에는 전극 조립체(212)가 수용된 후 그 상면에 전극 조립체(212)와 캡 조립체(220)를 전기적으로 절연시키도록 제1,2전극탭(217,216)을 관통시키는 절연케이스(270)가 설치된다.

캡 조립체(220)는 캡 플레이트(240)와, 절연 플레이트(250)와, 터미널 플레이트(260) 및 전극 단자(230)를 포함한다.

캡 플레이트(240)는 케이스(210)의 개구부(210a)와 상응하는 크기와 형상을 가진 금속판으로 형성되어 그 중앙에 전극 단자(230)가 삽입되는 제1단자통공(241)이 형성된다. 제1단자통공(241)의 내면에는 전극 단자(230)와 캡 플레이트(240)의 절연을 위하여 튜브형의 개스킷(246)이 설치된다. 또한, 캡 플레이트(240) 중심부의 일측에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(242)가 형성되고, 전해액 주입구(242)는 마개(243)에 의해 밀봉된다.

이때, 전해액 주입구(113)를 막는 마개(115)는 핀 형상으로 형성된다.

캡 플레이트(240)의 하면에는 캡 플레이트(240)와의 결합력을 증대시키는 결합부를 갖는 절연 플레이트(250)가 설치된다.

절연 플레이트(250)는 개스킷(246)과 같이 절연물질로 형성되며, 캡 플레이트(240)의 제1단자통공(241)과 연통되게 제2단자통공(251)이 형성된다.

절연 플레이트(250)의 하면에는 제2단자통공(251)과 연통되는 제3단자통공(261)이 형성된 터미널 플레이트(260)가 결합된다.

터미널 플레이트(260)는 Ni금속 또는 이의 합금으로 형성될 수 있다.

여기서, 결합부는 도 2,3에 도시된 바와 같이, 절연 플레이트(250)의 일측 하면에 형성된 회전방지홈(252)으로서, 회전방지홈(252)은 터미널 플레이트(260)의 크기와 동일하게 형성되어 터미널 플레이트(260) 자체가 삽입될 수 있다.

또한, 회전방지홈(252)이 터미널 플레이트(260)의 크기와 동일하지 않을 경우, 터미널 플레이트(260)의 상면에는 회전방지홈(252)에 삽입되도록 회전방지홈(252)과 대응되게 도시되지 않은 회전방지돌기가 포함될 수 있다.

이때, 절연 플레이트(250)의 상면에는 상측으로 돌출된 돌출부(253)가 추가로 형성되고, 캡 플레이트(240)의 하면에는 돌출부(253)가 삽입될 수 있도록 돌출부(253)와 대응되게 결합홈(244)이 형성될 수 있다.

또한, 결합부는 도 4에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(240)의 일측 하면에 형성된 제1회전방지홈(244')과 절연 플레이트(250)의 상면에 제1회전방지홈(244')에 삽입되어 결합되는 제1회전방지돌기(253')가 구비된다. 절연 플레이트(250)의 하면에는 제2회전방지홈(252')이 마련되고, 터미널 플레이트(260)의 상면에는 제2회전방지홈(252')에 결합되는 제2회전방지돌기(262)가 구비된다. 여기서, 제1,2회전방지돌기(253',262)는 제1,2회전방지홈(244',252')에 각각 결합되도록 대응되게 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 절연 플레이트(250)는 그 하측에 제2회전방지홈(252')과는 별도로 전술한 바와 같이 터미널 플레이트(260)와 동일한 크기를 갖는 회전방지홈(252)을 형성하여 터미널 플레이트(260)를 삽입시킬 수 있다.

그리고, 절연 플레이트(250)는 캡 플레이트(240)의 전해액 주입구(242)와 대응되는 위치에 전해액 주입구(242)를 밀봉시키기 위한 마개(243)가 삽입될 수 있도록 걸림홈(255)이 형성될 수 있다. 즉, 절연 플레이트(250)는 도 5에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(240)의 길이보다 짧게 형성되는 것이 일반적이므로 마개(243)가 관통되지 않고 마개(243)의 일부가 걸림홈(255)에 삽입되어 절연 플레이트(250)가 회전되는 것을 방지하기 위함이다.

이때, 마개(243)는 그 길이가 연장되게 형성되어 전술한 전해액 주입공(242)을 커버하고, 캡 플레이트(240)의 하면에 결합되는 절연 플레이트(250)의 걸림홈(255)에 걸려야 한다. 그러면, 절연 플레이트(250)는 걸림홈(255)에 걸린 마개(243)에 의해 회전되는 것이 방지된다.

한편, 결합부 즉, 회전방지홈(252) 또는 제1,2회전방지홈(244',252')은 그 크기가 캡 플레이트(240) 면적의 10% 내지 40% 정도이고, 그 폭은 캡 플레이트(240) 폭의 적어도 40%를 넘지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 결합부 즉, 회전방지홈(252) 및 제1,2회전방지홈(244',252')은 적어도 0.2~0.3mm의 깊이로 형성되고, 돌출부(253) 및 제1,2회전방지돌기(253',262)는 적어도 0.2~0.3mm의 높이로 형성된 것이 바람직하다. 이것은 케이스(200)와 캡 조립체(220)를 결합시키기 위해 캡 조립체(220)를 가압시킬 때, 결합부로 인해 가입되는 힘을 견디지 못하고 캡 조립체(220)가 휘어지지 않도록 하기 위함이다.

캡 플레이트(240)와 절연 플레이트(250) 및 터미널 플레이트(260)는 순차적으로 적층되어 제1,2,3단자통공(241,251,261)이 연통되게 배치되면 전극단자(230) 는 회전하면서 가압되어 제1,2,3단자통공(241,251,261)에 관통된다.

이에, 전극단자(230)는 전극단자(230)가 회전하면서 캡 플레이트(240)를 가압하거나, 캡 조립체(220)를 케이스(210)와 결합시키기 위해 캡 조립체(220)를 가압하여도 결합부에 의해 캡 플레이트(240)와 절연플레이트(250)가 결합되므로 절연 플레이트(250)가 회전되는 것이 방지된다.

또한, 케이스(210)의 개구부(210a)에 결합되는 캡 조립체(220)는 가압되어도 캡 플레이트(240) 및 절연 플레이트(250)의 걸림홈(255)은 마개(243)에 의해 회전되는 것이 방지된다.

본 발명에 따르면, 이차 전지는 케이스에 캡 조립체를 결합시키기 위해 캡 조립체를 가압하여도 결합부에 의해 캡 플레이트와 절연 플레이트 그리고 터미널 플레이트가 고정되어 회전되지 않으므로 캡 플레이트와 터미널 플레이트가 접촉되어 단락되는 것이 방지되는 이점이 있다.

그리고, 이차 전지는 단락에 의한 폭발 등의 안전사고를 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (12)

1. 내부에 전극 조립체가 수용되고, 상기 전극 조립체의 제1,2 전극탭이 상측으로 인출되는 케이스;

   상기 케이스의 상부를 커버하며, 일측에 마개에 의해 밀봉되는 전해액 주입구가 형성되고, 하면에 결합홈이 형성된 캡 플레이트;

   상면에 돌출부를 형성하여 상기 돌출부를 상기 캡 플레이트의 결합홈에 삽입하는 상태로 상기 캡 플레이트의 하면에 설치되며, 그 하면에 회전방지홈이 형성되는 절연 플레이트;

   전체 또는 일부를 상기 절연 플레이트의 회전방지홈에 삽입하는 상태로 상기 절연 플레이트 하면에 설치되는 터미널 플레이트; 및

   상기 캡 플레이트와, 상기 절연 플레이트 그리고, 상기 터미널 플레이트를 관통하여 상기 터미널 플레이트와 연결되는 전극단자를 포함하는 이차전지.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 터미널 플레이트는, 상면에 회전방지돌기가 형성되어 상기 회전방지돌기를 상기 절연 플레이트의 회전방지홈에 삽입하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,

   상기 돌출부는 상기 회전방지홈의 상측에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 회전방지홈은, 그 크기가 상기 캡 플레이트의 10% 내지 40%이며, 그 폭이 상기 캡 플레이트 폭의 적어도 40%인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 회전방지홈은 적어도 0.2~0.3mm의 깊이 또는 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 절연플레이트에는 상기 마개의 끝단에 걸리는 걸림홈이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.

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