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KR20250031266A - 이차전지 - Google Patents

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KR20250031266A
KR20250031266A KR1020230112498A KR20230112498A KR20250031266A KR 20250031266 A KR20250031266 A KR 20250031266A KR 1020230112498 A KR1020230112498 A KR 1020230112498A KR 20230112498 A KR20230112498 A KR 20230112498A KR 20250031266 A KR20250031266 A KR 20250031266A
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KR
South Korea
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secondary battery
plate
terminal
paragraph
insulating
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Pending
Application number
KR1020230112498A
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English (en)
Inventor
김현
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US18/435,135 priority patent/US20250079554A1/en
Priority to CN202410413484.6A priority patent/CN119542602A/zh
Priority to EP24172282.6A priority patent/EP4517937A1/en
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Abstract

본 발명의 실시예는 이차전지에 관한 것이다. 이차 전지는 전극 조립체와, 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전판와, 전극 조립체와 집전판을 수용하는 케이스와, 케이스에 결합되는 캡 플레이트 및, 캡 플레이트와 집전판 사이에 개재되는 절연 부재를 포함하고, 절연 부재는 절연 프레임과 절연 프레임에 의해 고정되는 열전도물질 부재를 포함한다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명의 실시예는 이차전지에 관한 것이다.
이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 이차전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 또한, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 이차전지 모듈의 경우 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 적층 또는 권취된 전극 조립체와 전해질을 케이스에 내장하고, 케이스에 캡 조립체를 설치하여 구성될 수 있다. 이차전지는 집전체를 통해 전극 조립체와 캡 조립체에 설치되는 단자를 전기적으로 연결하는 구조를 가진다. 집전 기능을 갖는 집전체(current collector)에서 높은 온도가 발생하며, 이로 인해 국부적인 발열이 발생하며 이에 의해 부품 온도가 높게 올라갈 수 있고 스택 내부 온도 불균일이 발생하여 이차전지의 수명 등에 영향을 줄 수 있다. 나아가 고온으로 인해 전해액이 기화할 수 있다. 따라서 집전체의 온도 상승을 제안할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
특히 기존의 이차전지에서는 집전체와 캡 조립체 사이의 절연을 위한 절연 구조물이 구비되고, 이 절연 구조물은 일반적으로 전기 전도성이 없는 플라스틱 재질로 형성된다. 플라스틱 재질의 절연 구조물은 전기 전도성을 갖지 않을 뿐만 아니라 낮은 열전도도를 갖기 때문에, 열이 외부로 쉽게 빠져나가지 못하는 조건이 만들어진다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 집전체의 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전판과, 상기 전극 조립체와 상기 집전판를 수용하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트 및, 상기 캡 플레이트와 상기 집전판 사이에 개재되는 절연 부재를 포함하고, 상기 절연 부재는 절연 프레임과 상기 절연 프레임에 의해 고정되는 열전도물질 부재를 포함할 수 있다.
상기 절연 프레임은 상면과 하면 사이를 관통하는 캐비티를 포함할 수 있다.
상기 절연 프레임은 평면상 링형상을 가질 수 있다.
상기 열전도물질 부재가 상기 캐비티를 채울 수 있다.
상기 절연 프레임의 두께와 상기 열전도물질 부재의 두께가 같을 수 있다.
상기 절연 프레임은 일면을 덮는 덮개판 및, 상기 절연 프레임의 일면으로부터 타면방향으로 제공된 캐비티를 포함할 수 있다.
상기 열전도물질 부재가 상기 덮개판을 덮도록 상기 캐비티를 채울 수 있다.
상기 덮개판의 두께는 0.5 mm 내지 3 mm 일 수 있다.
상기 절연 프레임은 서로 구획된 복수의 캐비티를 포함할 수 있다.
상기 열전도물질 부재는 복수개로 구비되어 상기 복수의 캐비티에 각각 삽입될 수 있다.
상기 열전도물질 부재는 실리콘 계열 열전도물질, 아크릴 계열 열전도물질 및 이들의 혼합 물질 중 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 절연 프레임은 PA, PE, PP 및 이들의 혼합 물질 중 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 집전판과 접촉과 용접되며, 상기 캡 플레이트를 관통하여 노출된 단자를 더 포함할 수 있다.
상기 집전판은 상기 전극 조립체의 상기 전극 조립체의 전극 무지부와 용접되며, 상기 전극 조립체의 일측면을 따라 연장된 전극 접속부 및, 상기 전극 접속부의 상단에 일단이 결합되고, 타단이 상기 단자에 결합되는 단자 접속부를 포함할 수 있다.
상기 절연 부재는 상기 집전판의 상기 단자 접속부와 상기 캡 플레이트 사이에 개재될 수 있다.
상기 절연 부재는 상면과 하면 사이를 관통하는 관통홀을 구비하고, 상기 단자는 상기 캡 플레이트와 상기 절연 부재를 관통하여 상기 집전판의 상기 단자 접속부와 결합될 수 있다.
상기 단자는 상기 캡 플레이트의 상측에 위치하는 단자 플레이트 및, 상기 캡 플레이트 및 상기 절연 부재를 관통하여 상기 단자 접속부에 결합되고, 상기 캡 플레이트의 상측에서 상기 단자 플레이트와 결합된 단자 기둥을 포함할 수 있다.
상기 절연 부재는 상면이 상기 캡 플레이트의 하면에 접촉되고, 하면이 상기 집전판의 상면에 접촉될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 집전판과 캡 플레이트 사이에 높은 열전도성을 갖는 열전도물질 부재를 포함하는 절연 부재를 배치함으로써, 집전판의 열을 효과적으로 방출할 수 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 효과는 상술한 효과들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적인 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 이차 전지에서 집전판, 절연, 부재, 및 전극 조립체가 결합되기 이전 상태를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 절연 부재의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 절연 부재의 사시도이다.
도 6은 도 5의 절연 부재의 절연 프레임과 열전도물질 부재가 분해된 상태를 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 절연 부재의 사시도이다.
도 8은 도 7의 절연 부재의 절연 프레임과 열전도물질 부재가 분해된 상태를 도시한 분해 사시도이다.
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)" 및/또는 "포함하는(comprising)"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 이용된다. 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 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 1의 이차 전지에서 집전판, 절연, 부재, 및 전극 조립체가 결합되기 이전 상태를 도시한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 집전판인 제1집전판(120)과 제2집전판(130), 제1단자(140), 제2단자(150), 케이스(160), 캡 플레이트(170), 제1절연 부재(180) 및 제2절연 부재(190)를 포함한다. 여기서 제1단자(140)는 제1단자 기둥(141)과 제1단자 플레이트(142)를 포함할 수 있으며, 제2단자(150)는 제2단자 기둥(151)과 제2단자 플레이트(152)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에 따른 이차 전지(100)는 소위 각형 구조, 즉 케이스(160)는 일측이 개방된 대략 직육면체 형상의 케이스(160)에 하나의 캡 플레이트(170)가 결합되고 제1단자(140)와 제2단자(150)가 캡 플레이트(170)의 외측으로 돌출되는 구조를 갖는다.
본 발명이 이와 같은 구조의 이차 전지에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 사이드 터미널 구조, 즉 서로 마주하는 양측이 개방된 대략 직육면체 형상의 케이스에 두 개의 캡 플레이트가 결합되고 두 개의 단자가 두 개의 캡 플레이트의 외측으로 각각 돌출되는 구조를 가질 수도 있다. 이하에서는 각형 구조의 실시예에 대해 설명하나, 동일한 발명 개념이 사이드 터미널 구조에도 제1절연 부재(180) 및 제2절연 부재(190)가 동일하게 적용될 수 있음을 이해할 수 있다.
이차 전지(100)의 제1단자(140)와 제2단자(150)는 인접한 다른 이차 전지와 병렬 또는 직렬로 연결되기 위해 버스 바(201, 202)에 각각 전기적으로 접속될 수 있다. 도 1에는 이해를 돕기 위해 버스 바(201, 202)가 제1단자(140)와 제2단자(150)로부터 분리된 상태가 도시되어 있다.
전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판, 세퍼레이터 및 제2전극판의 적층체를 복수개 적층하여 형성될 수 있다. 여기서, 제1전극판은 제1극성, 예를 들어 양극으로서 동작할 수 있으며, 제2전극판은 제2극성, 예를 들어 음극으로서 동작할 수 있다. 물론, 당업자의 선택에 따라 상기 제1전극판 및 제2전극판은 서로 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
제1전극판은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제1전극 활물질을 도포함으로써 형성될 수 있으며, 제1활물질이 도포되지 않는 영역인 제1전극 무지부(111)를 포함한다. 상기 제1전극 무지부(111)는 제1전극판과 외부 간의 전류 흐름의 통로를 제공한다.
또한, 상기 제1전극 무지부(111)는 상기 제1전극판이 적층될 때 동일한 위치에서 중첩되도록 형성되어 멀티 탭 구조를 이룬다. 제1전극 무지부(111)는 전극 조립체(110)의 일측으로 돌출되게 형성될 수 있다. 이러한 제1전극 무지부(111)는 전극 조립체(110)의 일측으로 정렬하여 돌출되어 있다.
제2전극판은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제2전극 활물질을 도포함으로써 형성될 수 있으며, 제2활물질이 도포되지 않은 영역인 제2전극 무지부(112)를 포함한다. 상기 제2전극 무지부(112)는 제2전극판과 외부 간의 전류 흐름의 통로를 제공한다.
또한, 제2전극 무지부(112)는 역시 제2전극판이 적층될 때 동일한 위치에서 중첩되도록 형성되어 멀티 탭 구조를 이룬다. 제2전극 무지부(112)는 전극 조립체(110)의 타측으로 돌출되게 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 제1전극판과 제2전극판의 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 수행한다. 상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 세퍼레이터의 재질로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
또한, 전극 조립체(110)는 다수의 극판들이 스택된 이후, 외표면의 일부 영역에 부착된 별도의 절연 테이프(미도시)를 통해 스택 상태가 유지될 수 있다. 이 때, 절연 테이프는 전극 조립체(110)의 형태를 유지하여, 이후 전극 조립체(110)의 전극 무지부(111, 112)와 집전판(120, 130)과 정확한 위치에서 용접될 수 있도록 하고, 최종 이차 전지 구조 내에서도 전극 조립체(110)의 구조가 유지되도록 고정할 수 있도록 한다.
또한, 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 케이스(160)에 수납된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
제1집전판(120)은 알루미늄 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1전극 무지부(111)와 결합됨으로써, 제1전극판과 전기적으로 연결된다. 제1집전판(120)은 제1전극 무지부(111)와 용접에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 제1집전판(120)은 전극 조립체(110)의 일 측면을 따라 수직 방향으로 연장된 제1전극 접속부(121)와, 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(170)사이에 개재되며 제1단자(140)와 결합된 제1단자 접속부(122)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1전극 접속부(121)는 전극 조립체(110)의 일 측면을 따라 수직 방향으로 연장되며, 대략 판 형상일 수 있다. 제1전극 접속부(121)는 전극 조립체(110)의 제1전극 무지부(111)와 접촉한 상태에서 용접을 통해 결합되어, 제1전극 무지부(111)와 동일하게 제1극성을 가질 수 있다.
제1단자 접속부(122)는 대략 '┎' 형태로 형성되며, 대략 판 형상으로 캡 플레이트(170)와 전극 조립체(110)사이에 개재된 상부, 및 상부의 외측 끝단으로부터 하부 방향으로 절곡되어 연장된 측부를 포함할 수 있다. 여기서 측부는 전극 조립체(110)의 일 측면을 따라 수직 방향으로 연장될 수 있다. 제1단자 접속부(122)의 상부는 캡 플레이트(170)와 평행하게 위치할 수 있으며 상면과 하면 사이를 관통하는 단자홀을 구비할 수 있다. 단자홀에는 제1단자 기둥(141)이 끼워져 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다.
제1단자 접속부(122)의 측부는 제1전극 접속부(121)의 상단과 용접에 의해 전기적 및 기계적으로 결합될 수 있다. 이와 같은 제1단자 접속부(122)는 제1전극 접속부(121)와 용접, 예를 들어 레이저 용접에 의해 결합되어, 하나의 제1집전판(120)이 된다.
제2집전판(130)은 니켈 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(110)의 타측 단부로 돌출된 제2전극 무지부(112)와 접촉됨으로써, 제2전극판과 전기적으로 연결된다. 제2집전판(130)은 제2전극 접속부(131) 및 제2단자 접속부(132)를 포함한다. 이와 같은 제2집전판(130)의 형태는 제1집전판(120)의 형태와 동일하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
제1단자(140)는 알루미늄과 같은 도전성 재질로 형성되며, 제1집전판(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1단자(140)는 제1단자 기둥(141) 및 제1단자 플레이트(142)를 포함한다. 제1단자 기둥(141)은 캡 플레이트(170)의 상측에서 제1단자 플레이트(142)와 결합될 수 있다.
제1단자 기둥(141)은 캡 플레이트(170)를 관통하여 캡 플레이트(170)의 하부에서 제1집전판(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1단자 기둥(141)의 하부는 제1집전판(120)의 단자홀에 끼워진 후 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다.
제2단자(150)는 니켈 등의 도전성 재질로 형성되며, 제2집전판(130)과 전기적으로 연결된다. 제2단자(150)는 제2단자기둥(151) 및 제2단자 플레이트(152)를 포함한다. 이와 같은 제2단자(150)의 형태는 제1단자(140)의 형태와 동일하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
케이스(160)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(110)와 제1집전판(120) 및 제2집전판(130)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 케이스(160)의 개구부에는 캡 플레이트(170)가 결합되어 케이스(160)를 밀봉할 수 있다. 케이스(160)의 내면은 기본적으로 절연 처리되어, 내부에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제1단자 플레이트(142)와 캡 플레이트(170) 사이 및 제1단자 기둥(141)과 캡 플레이트(170) 사이를 밀봉하는 시일 가스켓(171)이 구비될 수 있으며, 동일하게 제2단자 플레이트(152)와 캡 플레이트(170) 사이 및 제2단자 기둥(151)과 캡 플레이트(170) 사이를 밀봉하는 시일 가스켓(172)이 구비될 수 있다. 시일 가스켓(171, 172)은 절연성 재질로 형성되며 전기 절연 및 밀봉 기능을 갖도록 형성될 수 있다. 시일 가스켓(171, 172)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나 이차 전지(100) 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
제1절연 부재(180)는 제1집전판(120)의 제1단자 접속부(122)와 캡 플레이트(170) 사이의 전기 절연 및 열 전달을 위해 구비될 수 있다. 또한 제2절연 부재(190)는 제2집전판(130)의 제2단자 접속부(132)와 캡 플레이트(170) 사이의 전기 절연 및 열 전달을 위한 구비될 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1절연 부재(180)는 제1집전판(120)의 제1단자 접속부(122)의 상면과 대응하는 캡 플레이트(170)의 하면 사이에 배치되고, 제2절연 부재(190)는 제2집전판(130)의 제2단자 접속부(132)의 상면과 대응하는 캡 플레이트(170)의 하면 사이에 배치된다.
제1절연 부재(180)는 절연 프레임(181)과 열전도물질 부재(182)를 포함한다. 절연 프레임(181)은 PA(Polyamide), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene) 등과 같은 높은 전기 절연성을 가지는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 열전도물질 부재(182)는 높은 열전도성을 갖는 열전도물질(Thermal Interface Material, TIM)로 형성될 수 있으며, 예를 들어 실리콘 계열, 아크릴 계열 등의 열전도물질로 형성될 수 있다.
제1절연 부재(180)가 열전달이 우수한 열전도물질 부재(182)를 포함함으로써, 열이 밀집되는 제1집전판(120)의 열을 열전도물질 부재(182)를 통해 캡 플레이트(170)로 쉽게 전달되며, 이에 의해 열방출이 원활하게 이루어질 수 있다.
도 4를 참조하면, 절연 프레임(181)은 열전도물질 부재(182)가 수용되는 캐비티(186)을 구비할 수 있다. 여기서 캐비티(186)는 절연 프레임(181)의 상면과 하면 사이를 연결하는 홀일 수 있다. 또한 캐비티(186)는 절연 프레임(181)의 평면상 대략 중심에 위치할 수 있다. 열전도물질 부재(182)는 절연 프레임(181)의 캐비티(186)를 채울 수 있다. 즉 절연 프레임(181)은 열전도물질 부재(182)를 둘러싸는 평면상 링 형상를 가질 수 있다. 이때, 열전도물질 부재(182)는 위에서 설명한 제1단자(140)의 제1단자 기둥(141)이 통과하는 관통홀(185)을 구비할 수 있다. 열전도물질 부재(182)의 상면은 캡 플레이트(170)의 하면에 접촉되고, 열전도물질 부재(182)의 하면은 제1집전판(120)의 단자 접속부(122)의 상면에 접촉될 수 있다. 예를 들어, 열전도물질 부재(182)는 액상의 열전도물질을 절연 프레임(181)내에 도포한 후 경화시켜 형성될 수 있다. 절연 프레임(181)의 두께는 열전도물질 부재(182)의 두께와 같을 수 있다.
제2절연 부재(190)도 제1절연 부재(180)와 구조적으로 유사할 수 있으며 절연 프레임(191)과 열전도물질 부재(192)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 절연 부재의 사시도이고, 도 6은 도 5의 절연 부재의 절연 프레임과 열전도물질 부재가 분해된 상태를 도시한 분해 사시도이다. 이와 같은 절연 부재(280)는 도 1 내지 도 3에 도시된 이차 전지의 제1절연 부재(180) 및 제2절연 부재(190)을 대신할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 절연 부재(280)는 절연 프레임(281)과 열전도물질 부재(282)를 포함한다. 절연 프레임(281)은 서로 구획된 복수의 캐비티(285)을 형성하고, 열전도물질 부재(282)는 복수로 구비되고 복수의 캐비티(285)에 각각 삽입된다. 여기서 복수의 캐비티(285)는 일방향을 따라 연장된 슬릿 형태로 도시하였으나, 행 또는 열방향을 따라 구획된 다수의 캐비티(285)를 구비할 수 있다. 즉, 복수의 캐비티(285)의 배치는 다양하게 변경 가능할 수 있다. 도 5 및 도 6에서 제1단자 기둥(141)이 통과하여 결합하기 위한 관통홀(미도시)을 더 구비할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 절연 부재의 사시도이고, 도 8은 도 7의 절연 부재의 절연 프레임과 열전도물질 부재가 분해된 상태를 도시한 분해 사시도이다. 이와 같은 절연 부재(380)는 도 1 내지 도 3에 도시된 이차 전지의 제1절연 부재(180) 및 제2절연 부재(190)을 대신할 수 있다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 절연 부재(380)는 절연 프레임(381)과 열전도물질 부재(382)를 포함한다. 절연 프레임(381)은 열전도물질 부재(382)가 삽입되는 캐비티(386)을 포함하며, 절연 프레임(381)의 일면을 덮는 덮개판(385)이 구비된다. 여기서 캐비티(386)는 절연 프레임(381)의 일면의 반대면인 타면으로부터 일면 방향으로 제공된 홈 형상을 가질 수 있다.
이때 덮개판(385)에는 제1단자(140)의 제1단자 기둥(141)이 통과하는 관통홀(387)이 형성된다. 또한 열전도물질 부재(382)는 제1단자(140)의 제1단자 기둥(141)이 통과하는 관통홀(388)을 구비할 수 있다. 열전도물질 부재(382)은 상기 캐비티(386)의 내부를 채움으로써 덮개판(385)을 덮을 수 있다. 절연 프레임(381)이 상면은 열전도물질 부재(382)와 상면과 동일한 평면상에 위치할 수 있다.
덮개판(385)은 0.5 mm 내지 3 mm 범위에 속하는 두께를 가질 수 있다. 덮개판(385)은 두께가 너무 두꺼운 경우 열방출이 용이하지 않기 때문에, 열방출이 가능하고 구조적 강도를 확보할 수 있는 두께는 갖도록 하였다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 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
120: 제1집전판 121: 제1전극 접속부
122: 제1단자 접속부 130: 제2집전판
131: 제2전극 접속부 132: 제2단자 접속부
140: 제1단자 141: 제1단자 기둥
142: 제1단자 플레이트 150: 제2단자
151: 제2단자 기둥 152: 제2단자 플레이트
160: 케이스 170: 캡 플레이트
180: 제1절연 부재 190: 제2절연 부재

Claims (18)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전판;
    상기 전극 조립체와 상기 집전판을 수용하는 케이스;
    상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트; 및
    상기 캡 플레이트와 상기 집전판 사이에 개재되는 절연 부재를 포함하고,
    상기 절연 부재는 절연 프레임과 상기 절연 프레임에 의해 고정되는 열전도물질 부재를 포함하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 프레임은 상면과 하면 사이를 관통하는 캐비티를 포함하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 절연 프레임은 평면상 링형상을 가진 이차전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 열전도물질 부재가 상기 캐비티를 채우는 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 절연 프레임의 두께와 상기 열전도물질 부재의 두께는 같은 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 프레임은 일면을 덮는 덮개판; 및
    상기 절연 프레임의 일면으로부터 타면방향으로 제공된 캐비티를 포함하는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열전도물질 부재가 상기 덮개판을 덮도록 상기 캐비티를 채우는 이차 전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 덮개판의 두께는 0.5 mm 내지 3 mm 인 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 프레임은 서로 구획된 복수의 캐비티를 포함하는 이차전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열전도물질 부재는 복수개로 구비되어 상기 복수의 캐비티에 각각 삽입되는 이차전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도물질 부재는 실리콘 계열 열전도물질, 아크릴 계열 열전도물질 및 이들의 혼합 물질 중 하나 이상으로 형성되는 이차전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 프레임은 PA, PE, PP 및 이들의 혼합 물질 중 하나 이상으로 형성되는 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 집전판과 접촉과 용접되며, 상기 캡 플레이트를 관통하여 노출된 단자를 더 포함하는 이차전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 집전판은 상기 전극 조립체의 상기 전극 조립체의 전극 무지부와 용접되며, 상기 전극 조립체의 일측면을 따라 연장된 전극 접속부; 및
    상기 전극 접속부의 상단에 일단이 결합되고, 타단이 상기 단자에 결합되는 단자 접속부를 포함하는 이차전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 절연 부재는 상기 집전판의 상기 단자 접속부와 상기 캡 플레이트 사이에 개재된 이차전지.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 절연 부재는 상면과 하면 사이를 관통하는 관통홀을 구비하고, 상기 단자는 상기 캡 플레이트와 상기 절연 부재를 관통하여 상기 집전판의 상기 단자 접속부와 결합된 이차전지.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 단자는
    상기 캡 플레이트의 상측에 위치하는 단자 플레이트; 및
    상기 캡 플레이트 및 상기 절연 부재를 관통하여 상기 단자 접속부에 결합되고, 상기 캡 플레이트의 상측에서 상기 단자 플레이트와 결합된 단자 기둥을 포함하는 이차전지.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 부재는 상면이 상기 캡 플레이트의 하면에 접촉되고, 하면이 상기 집전판의 상면에 접촉된 이차전지.
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