KR100824885B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR100824885B1
KR100824885B1 KR1020060103368A KR20060103368A KR100824885B1 KR 100824885 B1 KR100824885 B1 KR 100824885B1 KR 1020060103368 A KR1020060103368 A KR 1020060103368A KR 20060103368 A KR20060103368 A KR 20060103368A KR 100824885 B1 KR100824885 B1 KR 100824885B1
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어화일
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Abstract

본 발명의 이차전지는 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 개방된 상부와 결합하는 캡조립체를 구비하는 베어셀; 상기 베어셀의 두 전극에 전기 접속되는 보호회로기판; 및 상기 베어셀과 상기 보호회로기판 사이 공간에 채워지는 성형수지부를 포함하여 이루어지고,
상기 캡조립체는 상기 캔의 상부와 결합하는 캡플레이트와, 외면에 가스켓을 위치시킨 채 상기 캡플레이트에 형성된 단자통공을 관통하는 전극단자를 구비하며,
상기 전극단자 또는 상기 가스켓과, 상기 캡플레이트 상면의 틈새에 상기 성형수지부가 삽입되어, 상기 성형수지부와 상기 캡조립체 간에 결착이 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 베어셀을 나타낸 분리 사시도,
도 2 는 도 1 에 나타낸 베어셀 중 캡조립체의 평면도,
도 3 은 도 2 에 나타낸 캡조립체의 단면도,
도 4 및 도 5 는 본 발명의 각 실시예에 따른 이차전지의 상부만을 나타낸 개략적인 단면도로서, 성형수지부와 캡조립체가 별도의 홀더 없이 결착된 모습을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 베어셀 11: 캔
12: 전극조립체 100: 캡조립체
110: 캡플레이트 117: 결착홈
120, 120': 가스켓 130: 전극단자
300: 보호회로기판 400, 400': 성형수지부
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 홀더 같은 별도의 추가 부품 없이 기본 부품을 이용하여 팩 전지에서 성형수지부와 캡조립체 간의 결착력을 향상시킨 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
이 중 각형 이차전지는 베어셀과, 보호회로기판과, 성형수지부를 포함하여 이루어진다.
베어셀은 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 캔과, 이 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함한다. 여기서, 캡조립체는 캔의 상부에 결합되는 캡플레이트와, 단자통공을 통하여 설치되고 그 외면에 캡플레이트와의 절연을 위한 가스켓이 위치하는 전극단자와, 캡플레이트 아래에 설치되는 절연플레이트와, 절연플레이트 아래에 설치되어 전극단자와 통전되는 단자플레이트를 포함하여 이루어진다.
보호회로기판은 충·방전시 과충전 또는 과방전으로부터 전지를 보호하기 위한 보호회로가 형성된 기판이다. 이 보호회로기판은 리드플레이트 등을 통해 베어셀의 두 전극과 전기 접속될 수 있다.
성형수지부는 핫 멜팅(hot melting) 수지가 베어셀의 캡플레이트와 보호회로기판 사이 공간에 채워져 응고된 부분이다. 이 성형수지부는 캡플레이트와 보호회로기판 사이의 전지 부품의 유동을 방지한다.
이러한 성형수지부는 캡플레이트와 보호회로기판 사이에 위치하는 상기 리드플레이트 등에 결착되기도 하지만, 전지의 소형화에 따라 캡플레이트의 폭이 좁아지고, 이에 따라 캡플레이트 상면에 리드플레이트를 접합함에 있어 보통 한 줄 용접이 행해진다. 즉, 이러한 리드플레이트만으로는 전지의 비틀림이나 구부림 같은 외력에 대하여 성형수지부와 캡조립체 간의 결합을 보장할 수 없게 된다.
따라서, 종래에는 캡플레이트와 성형수지부 간의 결합력을 높이기 위해 캡플레이트의 상면에 별도로 홀더를 설치하여 왔다. 이 홀더는 전지의 비틀림이나 구부림 같은 외력에 의하여 캡플레이트에 대한 성형수지부의 위치가 변동되거나, 캡플레이트로부터 성형수지부가 분리되는 것을 방지하는 역할을 한다.
그러나, 이러한 홀더를 캡플레이트의 상면에 별도로 설치함으로써, 별도의 추가 공정을 요하여 전지의 제조비용 및 제조시간을 증가시키는 문제가 있다.
또한, 캡플레이트 상면에 홀더를 위한 별도의 공간을 요하므로 전지 설계에 있어 전지의 공간 활용을 제한하는 문제가 있다.
또한, 전지의 총고를 증가시켜 전지용량을 감소시키거나 전지의 대형화를 초 래하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 홀더 같은 별도의 추가 부품 없이 기본 부품을 이용하여 팩 전지에서 성형수지부와 캡조립체 간의 결착력을 향상시키는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지는,
전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 개방된 상부와 결합하는 캡조립체를 구비하는 베어셀; 상기 베어셀의 두 전극에 전기 접속되는 보호회로기판; 및 상기 베어셀과 상기 보호회로기판 사이 공간에 채워지는 성형수지부를 포함하여 이루어지고, 상기 캡조립체는 상기 캔의 상부와 결합하는 캡플레이트와, 외면에 가스켓을 위치시킨 채 상기 캡플레이트에 형성된 단자통공을 관통하는 전극단자를 구비하며, 상기 전극단자 또는 상기 가스켓과, 상기 캡플레이트 상면의 틈새에 상기 성형수지부가 삽입되어, 상기 성형수지부와 상기 캡조립체 간에 결착이 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전극단자는 상기 캡플레이트의 단자통공을 관통하는 핀부와, 상기 핀부와 일체로 형성되며 상기 핀부의 직경보다 큰 대략 사각형의 머리부를 포함하여 이루어질 수도 있다.
이때, 상기 가스켓은 상기 전극단자의 머리부를 받치는 머리받침부와, 상기 핀부를 커버하는 핀커버부를 포함하여 이루어질 수도 있다.
그리고, 상기 가스켓의 머리받침부는 상기 전극단자의 머리부 전체를 받치며, 상기 틈새는 상기 가스켓 머리받침부의 저면과 상기 캡플레이트의 상면 사이일 수도 있다.
또는, 상기 가스켓의 머리받침부는 상기 전극단자의 머리부 일부만을 받치며, 상기 틈새는 상기 전극단자 머리부의 저면과 상기 캡플레이트의 상면 사이일 수도 있다.
여기서, 상기한 틈새를 이루는 상기 캡플레이트 부위는 상면에 결착홈이 형성된 부위일 수도 있다.
이때, 상기 결착홈은 평면상 상기 전극단자와 상기 가스켓 중 최외곽 가장자리에 대응하는 캡플레이트 부분을 따라 형성될 수도 있다.
또는, 상기 결착홈은 상기 전극단자를 기준으로 상기 캡플레이트의 양측에 하나씩 형성될 수도 있다.
이때, 상기 결착홈은 상기 전극단자를 기준으로 대칭되게 형성될 수도 있다.
또한, 상기 캡조립체는 상기 캡플레이트 아래에 위치하고 상기 전극단자와 통전되는 단자플레이트와, 상기 캡플레이트와 상기 단자플레이트 사이에 위치하여 이 둘을 절연하는 절연플레이트를 더 포함하며, 상기 결착홈 중 하나가 형성된 캡플레이트 부분의 저면은 하방으로 돌출되어 돌출부를 형성하고, 상기 돌출부는 상기 절연플레이트에 형성된 회전방지홈에 끼워질 수도 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하 기로 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 베어셀을 나타내는 분리 사시도이다.
도면을 참조하면, 베어셀(10)은 전극조립체(12)와, 이 전극조립체(12)를 수용하는 캔(11)과, 이 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체(100)를 포함하여 이루어진다.
전극조립체(12)는 통상 전기용량을 높이기 위해 양극(13) 및 음극(15)을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(14)를 양극(13)과 음극(15) 사이에 개재하여 적층하고, 와형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다. 두 전극(13, 15)에는 각각 양극탭 및 음극탭(16, 17)이 결합되어 상방으로 인출되어 있다. 상기 양극탭 및 음극탭(16, 17)에는 상기 전극조립체(12)의 외부로 인출되는 경계부에 극판(13, 15) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(18)가 감겨져 있다.
캔(11)은 각형 이차전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서, 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다. 캔(11)은 전극조립체(12)와 전해액의 용기가 되고, 전극조립체(12)가 투입되도록 개방된 상부는 캡조립체(100)에 의해 봉해진다.
캡조립체(100)는 상기 캔(11)의 상부에 결합되는 캡플레이트(110)와, 외면에 가스켓(120)을 위치시킨 채 상기 캡플레이트(110)에 형성된 단자통공(111)을 통하 여 설치되는 전극단자(130)와, 상기 캡플레이트(110)의 아래에 설치되는 절연플레이트(140)와, 상기 절연플레이트(140)의 아래에 설치되어 상기 전극단자(130)와 통전되는 단자플레이트(150)를 포함한다. 상기 단자플레이트(150) 아래에는 단자플레이트(150)와 전극조립체(12) 간의 단락을 방지하기 위한 절연케이스(190)가 설치될 수도 있다. 캡플레이트(110)의 상면에는 결착홈(117)이 형성되고, 이 결착홈(117)에 성형수지부(미도시)가 결착될 수 있는데, 이에 관한 자세한 내용은 후술하기로 한다.
전극조립체(12)의 음극(15)은 음극탭(17)과 단자플레이트(150)를 통하여 전극단자(130)와 전기적으로 연결되고, 양극(13)의 경우에는 양극탭(16)을 통하여 캡플레이트(110)와 전기적으로 연결된다. 한편, 극성을 달리하여 전지를 설계할 수도 있을 것이다.
캡플레이트(110)의 일 측에는 캔(11)의 내부에 전해액을 주입하기 위한 전해액주입공(112)이 형성되어 있으며, 이 전해액주입공(112)은 전해액 주입 후 밀봉부(160)에 의해 밀폐된다.
캡플레이트(110)의 타 측에는 벤트(116)가 형성되어 있다. 이 벤트(116)는 주변의 다른 부분보다 얇게 형성되므로, 과충전 등으로 인하여 전지의 내부압력이 증가할 때 다른 부분보다 우선적으로 파단되어 내부가스를 방출시킴으로써 전지의 안전성을 확보하는 역할을 한다.
도 4 를 참조하면, 이차전지는 상기한 구조의 베어셀과, 베어셀의 두 전극에 전기 접속되는 보호회로기판(300)과, 베어셀과 보호회로기판 사이 공간에 채워지는 성형수지부(400)를 포함하여 이루어진다.
보호회로기판(300)은 수지로 이루어진 판넬에 보호회로가 형성되어 이루어진다. 보호회로는 충·방전시 과충전 또는 과방전으로부터 전지를 보호하기 위한 회로를 말하며, 접속단자(미도시)와 전기 접속되어 있다. 접속단자는 외부입출력단자(311, 321)와 전기 접속되어 외부의 전기·전자장치와 연결된다. 도시하진 않았지만, 보호회로기판(300)의 한 접속단자는 리드플레이트를 통해 베어셀의 캡플레이트와 전기 접속되어 양극성을 띌 수 있다. 또한, 다른 접속단자는 써멀 브레이커나, 리드플레이트 및 PTC소자를 통해 베어셀의 전극단자와 전기 접속되어 음극성을 띌 수 있다.
또한, 성형수지부(400)는 핫 멜팅(hot melting) 수지가 베어셀의 캡플레이트(110)와 보호회로기판(300) 사이의 빈 공간에 채워져 응고된 부분이다. 이 성형수지부는 캡플레이트(110)와 보호회로기판(300) 사이의 전지 부품의 유동을 방지하는 역할을 한다.
도 2 내지 도 4 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 가스켓(120)과 캡플레이트(110) 상면의 틈새에 성형수지부(400)가 삽입되어, 성형수지부(400)와 캡조립체 간에 결착이 이루어진다.
전극단자(130)는 캡플레이트(110)의 단자통공을 관통하는 핀부와, 상기 핀부와 일체로 형성되며 핀부의 직경보다 큰 대략 사각형의 머리부를 포함하여 이루어져 있다.
또한, 가스켓(120)은 전극단자(130)의 머리부를 받치는 머리받침부와, 전극 단자(130)의 핀부를 커버하는 핀커버부를 포함하여 이루어져 있다.
여기서, 가스켓(120)의 머리받침부는 전극단자(130)의 머리부 전체를 받치고 있고, 상기 틈새는 가스켓(120) 머리받침부의 저면과 캡플레이트(110)의 상면 사이를 말한다.
이러한 틈새는 캡플레이트(110) 상면에 형성된 결착홈(117)에 의해 형성될 수 있다. 즉, 상기 틈새를 이루는 캡플레이트(110) 부위는 상면에 결착홈(117)이 형성된 부위이다. 캡플레이트(110)의 상면 가운데 평면상(위에서 볼 때) 가스켓의 최외곽 가장자리에 대응하는 부위에 결착홈(117)이 형성되어 있어, 도 2 및 도 3 에 나타낸 바와 같은 틈새가 형성되고, 이러한 틈새에 핫 멜팅된 성형수지가 채워져 응고됨으로써, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 성형수지부(400)와 캡조립체 간의 결착을 가능하게 한다. 이에 따라, 별도의 부품 추가 없이 기존의 부품으로도 성형수지부(400)와 캡조립체 간의 결착력을 향상시킬 수 있다.
이러한 결착홈(117)은, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 전극단자(130)를 기준으로 캡플레이트(110)의 양측에 하나씩 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 내용은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 결착홈은 평면상 전극단자와 가스켓 중 최외곽 가장자리에 대응하는 캡플레이트 부분을 따라 형성될 수도 있다.
이때, 결착홈(117)은 전극단자(130)를 기준으로 대칭되게 형성될 수도 있다. 전극단자(130)는 캡플레이트(110)의 중심부에 위치하고, 결착홈(117)이 이 전극단자(130)를 기준으로 대칭되게 형성되면, 이 결착홈(117)에 결착되는 성형수지부(400)의 형상 또한 대칭적으로 형성되어, 전지의 비틀림이나 굽힘 같은 외력에 대해 한쪽으로 치우치지 않고 보다 균형 있는 지지체로서 작용할 것이다.
도 3 및 도 4 를 참조하면, 결착홈(117) 중 하나(전극단자를 기준으로 좌측에 형성된 결착홈)가 형성된 캡플레이트(110) 부분의 저면은 하방으로 돌출되어 돌출부를 형성하고, 상기 돌출부는 절연플레이트(140)에 형성된 회전방지홈에 끼워질 수 있다. 캡조립체를 조립함에 있어, 캡플레이트의 단자통공과 절연플레이트 및 단자플레이트에 형성된 홀에 전극단자를 끼운 후, 전극단자의 끝단을 회전 압착하는 스피닝 공정을 실시하게 되는데, 이 스피닝 공정시 절연플레이트 또는 단자플레이트가 함께 회전하면 단자플레이트와 캡플레이트 간에 단락의 위험이 있다. 본 발명에서는 상기 돌출부와 상기 회전방지홈를 결합함으로써 절연플레이트의 회전을 억제하여 단락의 위험을 방지할 수 있다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 상부만을 나타낸 개략적인 단면도이다. 본 실시예에 관하여 전술한 실시예와 다른 점만을 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 전극단자(130)와 캡플레이트(110) 상면의 틈새에 성형수지부(400')가 삽입되어, 성형수지부(400')와 캡조립체 간에 결착이 이루어진다.
전극단자(130)는 캡플레이트(110)의 단자통공을 관통하는 핀부와, 상기 핀부와 일체로 형성되며 핀부의 직경보다 큰 대략 사각형의 머리부를 포함하여 이루어져 있다.
또한, 가스켓(120')은 전극단자(130)의 머리부를 받치는 머리받침부와, 전극단자(130)의 핀부를 커버하는 핀커버부를 포함하여 이루어져 있다.
여기서, 가스켓(120')의 머리받침부는 전극단자(130)의 머리부 일부만을 받치고 있고, 상기 틈새는 전극단자(130) 머리부의 저면과 캡플레이트(110)의 상면 사이를 말한다.
이러한 틈새는 가스켓(120')의 머리받침부가 전극단자(130)의 머리부 일부만을 받침으로써 전극단자(130)의 평평한 머리부와 캡플레이트의 상면 사이에 형성되며, 별도의 결착홈을 형성하지 않더라도 상기 틈새에 성형수지부가 삽입되어 결착이 이루어질 수 있다.
다만, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 상기 틈새를 이루는 캡플레이트(110) 상면 부위에 결착홈을 형성하면 상기 틈새는 더욱 커지며, 이에 따라 상기 틈새에 삽입되는 성형수지의 양도 많아져, 성형수지부(400')와 캡조립체 간의 결착력이 더욱 강해진다. 이에 따라, 별도의 부품 추가 없이 기존의 부품으로도 성형수지부(400')와 캡조립체 간의 결착력을 향상시킬 수 있다.
한편, 성형수지부와 캡조립체 간의 결착력을 더욱 향상시키기 위해, 캡플레이트(110)의 상면에 상방으로의 돌출부 및 홀더가 형성될 수도 있다. 이러한 돌출부 및 홀더는 성형수지부와 결합하여 전지의 비틀림이나 굽힘 등의 외력에 저항하는 역할을 한다. 돌출부는 위에서 볼 때 직각 사각형을 이루는 기둥 형태일 수 있고, 돌출부에는 홀더가 결합된다. 홀더는 저면 중앙에, 돌출부가 삽입될 때 여분 없이 끼워질 수 있도록 형성된 홈을 가진다. 돌출부는 위에서 볼 때 직각 사각형의 형상을 가지고 이에 상보적인 홀더의 홈에 끼워지므로, 홀더가 돌출부에 끼워진 상태에서 홀더 측방에 힘이 가해져도 홀더는 돌출부에서 쉽게 이탈되지 않는다.
본 발명에 따르면, 홀더 같은 별도의 추가 부품 없이 기본 부품을 이용하여 팩 전지에서 성형수지부와 캡조립체 간의 결착력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 전지의 제조비용 및 제조시간을 줄일 수 있고, 전지 설계에 있어 전지의 공간 활용을 충분히 할 수 있으며, 전지의 전체 높이를 줄여 전지용량이 증가되거나 전지의 소형화를 꾀할 수 있다.
본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 개방된 상부와 결합하는 캡조립체를 구비하는 베어셀; 상기 베어셀의 두 전극에 전기 접속되는 보호회로기판; 및 상기 베어셀과 상기 보호회로기판 사이 공간에 채워지는 성형수지부를 포함하여 이루어진 이차전지에 있어서,
    상기 캡조립체는 상기 캔의 상부와 결합하는 캡플레이트와, 외면에 가스켓을 위치시킨 채 상기 캡플레이트에 형성된 단자통공을 관통하는 전극단자를 구비하며,
    상기 전극단자 저면 또는 상기 가스켓 저면과, 상기 캡플레이트 상면의 틈새에 상기 성형수지부가 삽입되어, 상기 성형수지부와 상기 캡조립체 간에 결착이 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극단자는 상기 캡플레이트의 단자통공을 관통하는 핀부와, 상기 핀부와 일체로 형성되며 상기 핀부의 직경보다 큰 사각형의 머리부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스켓은 상기 전극단자의 머리부를 받치는 머리받침부와, 상기 핀부를 커버하는 핀커버부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스켓의 머리받침부는 상기 전극단자의 머리부 전체를 받치며, 상기 틈새는 상기 가스켓 머리받침부의 저면과 상기 캡플레이트의 상면 사이인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스켓의 머리받침부는 상기 전극단자의 머리부 일부만을 받치며, 상기 틈새는 상기 전극단자 머리부의 저면과 상기 캡플레이트의 상면 사이인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 틈새를 이루는 상기 캡플레이트 부위는 상면에 결착홈이 형성된 부위인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 결착홈은 평면상 상기 전극단자와 상기 가스켓 중 최외곽 가장자리에 대응하는 캡플레이트 부분을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 결착홈은 상기 전극단자를 기준으로 상기 캡플레이트의 양측에 하나씩 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 결착홈은 상기 전극단자를 기준으로 대칭되게 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 캡조립체는 상기 캡플레이트 아래에 위치하고 상기 전극단자와 통전되는 단자플레이트와, 상기 캡플레이트와 상기 단자플레이트 사이에 위치하여 이 둘을 절연하는 절연플레이트를 더 포함하며,
    상기 결착홈 중 하나가 형성된 캡플레이트 부분의 저면은 하방으로 돌출되어 돌출부를 형성하고, 상기 돌출부는 상기 절연플레이트에 형성된 회전방지홈에 끼워지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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