KR101201815B1 - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체와, 상기 전극군에 전기적으로 연결되고, 상기 캡 조립체에 포함되는 캡 플레이트에 고정 설치되는 외부단자 및 상기 캡 플레이트에 접하는 상기 외부 단자의 표면 또는 상기 외부 단자에 접하는 상기 캡 플레이트의 표면에 도포되는 절연부재를 포함한다.
절연부재, 외부단자, 체결부재, 플랜지, 도포, 이차전지
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 변형예를 도시한 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 절연부재를 설명하기 위해 도시한 부분사시도이다.
도 5 본 발명의 제2 실시예의 변형예를 도시한 부분 단면도이다.
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 단자의 설치구조를 개선한 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로, 최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있다.
이러한 이차 전지가 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되는 저용량 전지로서 구성되는 경우, 이는 통상 하나의 전지 셀로 이루어진 팩 형태로 사용되며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용되는 대용량 전지로서 구성되는 경우에는 통상 수십 개의 전지 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 모듈 형태로 사용된다.
이와 같은 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과 각형을 들 수 있으며, 이의 통상적인 구성은 띠 상의 양, 음극 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 상으로 감아 형성하거나, 양극과 음극 및 세퍼레이터를 복수 개로 적층하여 전극군을 형성한 후 이 전극군을 케이스에 내장 설치하고, 상기 케이스에 캡 조립체를 설치하여 이루어진다.
여기서 캡 조립체는 전극군의 전기적으로 연결되는 외부 단자를 포함하며, 이 외부 단자는 캡 조립체 상에 기밀을 유지한 상태로 조립된다.
즉, 종래의 이차 전지에 있어, 외부 단자는 캡 조립체의 캡 플레이트 상에 형성된 관통 구멍에 삽입되어 설치되고 있는데, 이 때, 관통구멍 내로 캡 플레이트와 외부 단자 사이에는 기밀 유지 및 전기적 절연을 위해 가스켓이 설치된다.
따라서, 종래에 이차 전지를 구성할 때에는, 상기한 가스켓을 별도로 준비해야 하고 이를 상기한 부위에 장착시켜야 하므로, 이에 부품비와 제조 공정 단계의 추가가 발생되어 이차 전지의 제조 원가를 사용자가 만족할 정도로 낮추지 못하고 있는 실정이다.
더욱이, 상기한 가스켓 자체에 결함이 있는 경우에는, 이의 조립 불량이 초래될 확률이 많으며, 실 전지 사용시에는 전해액 누수가 발생할 위험이 높다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 기밀 유지 및 절연을 위한 별도의 독립된 부재없이 외부 단자가 캡 조립체 상에 설치될 수 있도록 한 이차 전지를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체와, 상기 전극군에 전기적으로 연결되고, 상기 캡 조립체에 포함되는 캡 플레이트에 고정 설치되는 외부단자 및 상기 캡 플레이트에 접하는 상기 외부 단자의 표면 또는 상기 외부 단자에 접하는 상기 캡 플레이트의 표면에 도포되는 절연부재를 포함한다.
상기 외부 단자는 상기 캡 플레이트에 형성된 관통 구멍에 끼워지고 이 외부 단자에 결합되는 체결부재에 의해 상기 캡 플레이트에 고정되며, 상기 절연부재는 상기 캡 플레이트에 접하는 상기 외부 단자의 표면 및 상기 체결부재에 접하는 상기 외부 단자의 표면에 도포되어 형성될 수 있다.
상기 외부 단자는 상기 캡 플레이트에 형성된 관통 구멍에 끼워지고 이 외부 단자에 결합되는 체결부재에 의해 상기 캡 플레이트에 고정되며, 상기 절연부재는 상기 외부 단자에 접하는 캡 플레이트의 표면 및 상기 체결부재에 접하는 상기 캡 플레이트의 표면에 도포되어 형성될 수 있다.
상기 체결부재의 표면에도 절연부재가 더욱 도포되어 형성될 수 있으며,이 때, 이 절연부재는 상기 캡 플레이트에 접하는 상기 체결부재의 표면에 도포되어 형성될 수 있다.
상기 체결부재는 상기 외부 단자에 나사 결합되는 너트로 이루어지고, 이 너트는 상기 캡 플레이트에 밀착되어 이 캡 플레이트를 가압하는 플랜지를 포함할 수 있다.
상기 절연부재의 두께는 0.01 내지 1mm로 이루어질 수 있다.
상기 절연부재는 테프론, 세라믹, PFA, PPS, EPDM 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재질로 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하의 실시예에서는 캡 조립체에 포함되는 캡 플레이트 상에 외부 단자인 양극 단자와 음극 단자가 설치된 각형의 이차 전지에 대해 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하 구조로만 한정되는 것은 아니며, 원통형 전지 등 다양한 구조의 이차 전지로서 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 개략적인 단면도이다.
상기 이차 전지는 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 위치하는 전극군(10)과, 상기 전극군(10)이 내장되는 공간부(18)를 구비하는 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 개구부(20a)에 설치되는 캡 조립체(30)를 포함한다.
상기 캡 조립체(30)는 상기 케이스(20)의 개구부(20a)에 설치되어 케이스(20)를 밀폐하는 캡 플레이트(31)를 포함한다. 이 캡 플레이트(31)는 상기 케이스 (20)에 레이저 용접 등을 통해 고정될 수 있다. 이 캡 플레이트(31)에는 리드 컨넥터(15,15')을 통해 상기 양,음극(11,12)에 전기적으로 연결되는 양극 단자(16)와 음극 단자(17)가 설치된다.
이 양극 단자(16)와 음극 단자(17)는 그 일 부분을 상기 캡 플레이트(31)으로부터 돌출되도록 케이스(20)의 외측으로 배치시킨다. 이 양극 단자(16)와 음극 단자(17)는 각기, 캡 플레이트(31)에 형성된 관통 구멍(31a)에 삽입되면서 이 캡 플레이트(31)에 설치되는 바, 이 때 양 단자들(16,17)은 상기 캡 플레이트(31)의 내측면에 밀착되어 이 단자들(16,17)이 정지되도록 하는 플랜지(16a,17a)를 각기 가지고 있다.
본 실시예에서 이 양 단자들(16,17)은 나사 결합 방식을 통해 상기 캡 플레이트(31) 상에 고정된다. 이를 위해 상기 양 단자들(16,17)의 외주면에는 나사산이 형성되고, 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 양 단자들(16,17)에는 너트로 구비된 체결부재(50)가 나사 결합됨으로써, 양 단자들(16,17)은 상기 캡 플레이트(31)에 고정될 수 있게 된다.
보다 구체적으로 이 이차 전지를 살펴 보면, 상기 케이스(20)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작될 수 있다.
또한, 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 이루어진다.
상기 양극(11)과 음극(12)은 각기 집전체에 활물질이 도포되지 않아 형성된 무지부(11a,12a)를 가지고 있다. 이 무지부들(11a,12a)은 양극(11)과 음극(12)의 길이 방향을 따라 형성되며, 전극군(10)이 최종 형성된 이후에는 이 전극군(10)의 양단에 대향 배치된다.
상기 전극군(10)은, 케이스(20)의 개구부(20a)가 윗쪽을 향하도록 케이스(20)가 세워 놓여진 상태에서, 이 케이스(20)의 양 측면으로 양극 무지부(11a)와 음극 무지부(12a)가 위치하도록 케이스(20)의 공간부(18)에 내장 설치된다.
이 상태에서 개구부(20a)에 캡 조립체(30)가 커버되어 결합되며, 이 때, 양극 단자(16)와 양극 무지부(11a), 음극 단자(17)와 음극 무지부(12a)는 리드 컨넥터(15,15')를 통해 각기 전기적으로 연결된다.
그리고 상기 양극 단자(16)와 음극 단자(17)는 전체적인 형상을 원통형으로이루어 상기 캡 플레이트(31)에 형성된 관통 구멍(31a)에 삽입 설치되는데, 이 때 캡 플레이트(31)의 외부로 노출되는 단자들(16,17)의 외주면에는 나사산이 가공되어 있으며, 캡 플레이트(31)의 내측에 위치하는 단자들(16,17)의 하단부에는 상기한 플랜지(16a, 17a)가 형성되어 있다.
이러한 양극 단자(16)와 음극 단자(17)는, 관통 구멍(31a)에 삽입시, 상기 플랜지(16a,17a)가 캡 플레이트(31)의 하면에 맞닿아 밀착되는 것에 의해 정지되고, 이 상태에서 상기 체결부재(50)가 그 외주면에 나사 결합되면, 이의 결합력에 의해 캡 플레이트(31) 상에 고정될 수 있게 된다.
이 때, 양 단자들(16,17)과 캡 플레이트(31)가 서로 접하는 표면에는 절연부재(60)가 형성된다. 여기서 이 절연부재(60)는 절연물질이 도포되어 형성되는 것으 로, 이는 양 단자들(16,17)의 표면에 형성될 수도 있고 캡 플레이트(31)의 표면에도 형성될 수 있다.
즉, 절연부재(60)는 단자들(16,17) 또는 캡 플레이트(31)의 어느 한쪽에 미리 도포되어 형성된 부재로서, 단자들(16,17)이 상기와 같이 캡 플레이트(31)에 장착될 때, 이 단자들(16,17)과 캡 플레이트(31) 사이에 배치되어 이들을 서로 전기적으로 절연시킬 뿐만 아니라, 그 자체 두께나 재질 특성에 등에 의해 이들 사이의 기밀을 유지할 수 있게 된다.
본 실시예에서 이 절연부재(60)는 단자들(16,17)의 표면에 형성된다. 이 때,이 절연부재(60)는 나사산이 형성된 단자들(16,17)의 표면 부위에만 형성될 수도 있고 플랜지(16a,17a)의 표면까지도 더욱 형성될 수도 있다.
절연부재에 의한 기밀 유지와 절연 효과를 더욱 갖기 위해, 절연부재(62)는 캡 플레이트(31)의 상면에 맞닿는 체결부재(50)의 플랜지(50a)의 하면에도 더욱 형성될 수 있다. (도 2 참조).
본 실시예에서 이와 같은 절연부재(60,62)는, 테프론, 세라믹 등 전해액과 반응없이 절연성을 가질 수 있는 물질로 형성되며, 그 두께는 0.01 내지 1mm로 유지되어 형성될 수 있다.
이처럼 본 실시예에서는 이차 전지의 외부 단자(16,17)의 표면에 절연물질을 도포하여 형성한 절연부재(60)를 제공함으로써, 실 이차 전지의 제조시, 외부 단자(16,17)가 캡 플레이트(31)에 장착될 때, 기밀 유지 및 절연을 위한 부재를 별도로 장착시키지 않고도 상기 절연부재(60)에 의해 상기한 기능을 충분히 이룰 수 있는 이차 전지를 제공할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 부분 단면도로서,이 제2 실시예에서는 상기한 절연부재(64)를 캡 플레이트(31)의 표면에 형성시켜 놓은 경우이다. 제1 실시예에서 설명한 것과 같은 절연부재(64)는, 관통 구멍(31a)이 형성된 캡 플레이트(31)의 내주면 및 캡 플레이트(31)의 상면과 하면에 형성된다. 여기서 캡 플레이트(31)의 내주면은 단자들(16,17)이 접하는 부위며, 캡 플레이트(31)의 상면은 체결부재(50)가 접하는 부위이고, 캡 플레이트(31)의 하면은 단자(16,17)들의 플랜지(16a,17a)가 접하는 부분이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 부분 사시도로서, 캡 플래이트(31) 상면와 캡 플레이트(31) 내주면에 도포된 절연부재(64)를 보여 주고 있으나, 캡 플레이트(31)의 하면에도 상면과 동일 또는 유사하게 절연부재(64)가 도포되어 있다.
도 5는 이 제2 실시예의 변형예로서, 이 변형예에서는 도 3의 구조를 기본으로 하면서, 체결부재(50)의 플랜지(50a)의 하면에도 절연부재(68)를 추가로 형성한 경우이다(도 5 참조).
이와 같이 이 제2 실시예에서는 외부 단자(16,17)가 접하는 캡 플레이트(31)의 표면에 절연물질을 도포하여 형성한 절연부재를 제공하여, 외부 단자(16,17)에 대한 기밀 유지 및 절연을 이루도록 한다.
이상으로 설명한 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.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 캡 조립체에 외부 단자를 설치할 때에, 이들사이의 기밀 유지 및 절연을 위해서 이들과 분리된 별도의 부재를 사용하지 않아도 된다.
따라서, 외부 단자의 설치 작업에 소요되는 시간과 노력을 줄일 수 있게 되고, 여기에 줄어든 이자 전지의 부품 수로 인해 이차 전지의 제조 원가를 줄일 수 있게 된다.
Claims (10)
- 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군;상기 전극군이 내장되는 케이스;상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체;상기 전극군에 전기적으로 연결되고, 상기 캡 조립체에 포함되는 캡 플레이트에 고정 설치되며 상기 캡 플레이트에 형성된 관통 구멍에 끼워지고 체결부재가 결합되어 상기 캡 플레이트에 고정되는 외부단자; 및상기 캡 플레이트에 접하는 상기 외부 단자의 표면 또는 상기 외부 단자에 접하는 상기 캡 플레이트의 표면에 도포되는 절연부재를 포함하는 이차 전지.
- 제1 항에 있어서,상기 절연부재는 상기 캡 플레이트에 접하는 상기 외부 단자의 표면 및 상기 체결부재에 접하는 상기 외부 단자의 표면에 도포되어 형성되는 이차 전지.
- 제1 항에 있어서,상기 절연부재는 상기 외부 단자에 접하는 상기 캡 플레이트의 표면 및 상기 체결부재에 접하는 상기 캡 플레이트의 표면에 도포되어 형성되는 이차 전지.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,상기 절연부재는 상기 캡 플레이트에 접하는 상기 체결부재의 표면에 도포되어 형성되는 이차 전지.
- 제1 항에 있어서,상기 절연부재의 두께는 0.01 내지 1mm인 이차 전지.
- 제1 항에 있어서,상기 체결부재는 상기 외부 단자에 나사 결합되는 너트로 이루어지고, 이 너트는 상기 캡 플레이트에 밀착되어 이 캡 플레이트를 가압하는 플랜지를 포함하는 이차 전지.
- 제1 항에 있어서,상기 절연부재는 테프론, 세라믹, PFA, PPS, EPDM 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재질인 이차 전지.
- 제1 항에 있어서,상기 이차 전지는 각형인 이차 전지.
- 제1 항에 있어서,상기 이차 전지는 모터 구동형인 이차 전지.
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