KR101023865B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집전판의 돌출부를 통해 집전판과 전극 조립체를 레이저 용접으로 결함시킴으로써 전지의 용량 및 출력을 높일 수 있으며, 집전판의 슬릿을 통해 집전판의 레이저 용접시 슬릿의 일측에 가해지는 레이저 열이 슬릿의 타측으로 전달되는 것을 차단함으로써 용접 효율을 높일 수 있고 작업자가 레이저 용접 상태를 파악하게 할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이차 전지는 전극 무지부가 각각 형성된 제 1 전극판과 제 2 전극판, 상기 제1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 전극 조립체; 및 상기 전극 무지부와 접촉하여 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 집전판을 포함하며, 상기 집전판은 상기 전극 조립체의 방향으로 돌출되게 형성되며, 상기 전극 무지부와 면접촉을 이루는 접촉부를 갖는 돌출부와, 상기 접촉부에서 상기 전극 조립체의 권취 방향에 대하여 기울어진 방향으로 형성되는 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 한다.
집전판, 전극 무지부, 레이저 용접, 대용량 전지, 슬릿

Description

이차 전지{Rechargeable battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(Rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 띠 상의 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 상으로 감은 전극 조립체(또는, 젤리롤)를 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 외부 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 전지를 구성한다.
이차 전지 중 소형 전자기기에 적용되는 저용량 전지에서는, 주로 양, 음극판은 전지 작용시 발생되는 전류를 집전하기 위한 역할로서 도전성 탭(tap)이 각기 부착되고, 이 도전성 탭은 양극판의 양극 무지부 및 음극판의 음극 무지부에 용접 등으로 부착되어 각기 양, 음극판에 발생된 전류를 양,음극 단자로 유도하게 된다.
이처럼 구성된 저용량 전지의 구조를 그대로 대용량 전지에 적용하는 경우에는 용량이나 출력면에서 대용량 전지의 동작 특성, 즉 일 순간에 많은 전류를 흐르게 하는 특성을 만족시키지 못하기 때문에, 많은 전류를 흐르게 하기 위해 탭 대신 전류 통과 면적을 넓힌 집전판이 적용되고 있다. 이러한 집전판은 주로 초음파 용접에 의해 양극판의 양극 무지부 및 음극판의 음극 무지부 각각과 전기적으로 연결된다.
그런데, 초음파 용접은 양극판의 양극 무지부 및 음극판의 음극 무지부 각각과 집전판의 원활한 용접을 위해 양극판 및 음극판에 양극 무지부 및 음극 무지부가 일정 길이 이상을 가질 것을 요구한다. 이렇게 양극판 및 음극판에 양극 무지부 및 음극 무지부가 일정 길이 이상 요구되면, 결과적으로 양극 활물질층 및 음극 활물질층이 양극판 및 음극판에서 차지하는 면적이 작아지게 된다. 이에 따라, 이차 전지의 용량 및 출력을 증가시키는 데 한계가 있다.
본 발명의 목적은 집전판의 돌출부를 통해 집전판과 전극 조립체를 레이저 용접으로 결함시킴으로써 전지의 용량 및 출력을 높일 수 있으며, 집전판의 슬릿을 통해 집전판의 레이저 용접시 슬릿의 일측에 가해지는 레이저 열이 슬릿의 타측으로 전달되는 것을 차단함으로써 용접 효율을 높일 수 있고 작업자가 레이저 용접 상태를 파악하게 할 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는 전극 무지부가 각각 형성된 제 1 전극판과 제 2 전극판, 상기 제1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 전극 조립체; 및 상기 전극 무지부와 접촉하여 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 집전판을 포함하며, 상기 집전판은 상기 전극 조립체의 방향으로 돌출되게 형성되며, 상기 전극 무지부와 면접촉을 이루는 접촉부를 갖는 돌출부와, 상기 접촉부에서 상기 전극 조립체의 권취 방향에 대하여 기울어진 방향으로 형성되는 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 상기 전극 조립체와 상기 집전판을 수납하는 케이스; 및 상기 케이스를 밀봉하는 캡 조립체를 포함할 수 있다.
상기 집전판은 상기 슬릿의 둘레에 형성된 레이저 용접 라인을 포함할 수 있다.
상기 슬릿은 상기 전극 조립체의 권취 방향과 수직을 이룰 수 있다.
상기 슬릿은 상기 접촉부의 중앙 영역에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 슬릿은 상기 돌출부의 길이 방향과 평행하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 슬릿은 상기 돌출부의 폭 방향과 평행하도록 형성될 수 있다.
상기 슬릿은 상기 접촉부의 일측에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 슬릿은 상기 돌출부의 길이 방향과 평행하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 슬릿은 상기 돌출부의 폭 방향과 평행하도록 형성될 수 있다.
상기 슬릿은 상기 접촉부에 복수개로 형성될 수 있다.
상기 슬릿은 연속된 형태의 라인으로 형성될 수 있다
상기 슬릿은 점선 형태의 라인으로 형성될 수 있다.
상기 슬릿은 상기 전극 조립체의 권취 방향에 대해서 기울어진 방향으로 형성되는 제 1 슬릿; 및 상기 제 1 슬릿과 직교하는 방향으로 상기 제 1 슬릿에서 연장된 복수의 제 2 슬릿을 포함할 수 있다.
상기 레이저 용접 라인이 상기 슬릿 내부에 더 형성될 수 있다. 이 때, 상기 슬릿은 0.1mm 내지 0.3mm의 폭을 가질 수 있다.
상기 이차 전지는 원통형 이차 전지일 수 있다. 이 경우, 상기 집전판은 상기 전극 조립체의 전극 무지부와 마주보는 원형 플레이트로 형성되는 베이스부; 상기 베이스부의 끝단으로부터 상기 전극 조립체 방향으로 연장되게 형성된 측면부; 상기 베이스부의 중앙 영역에 상기 캡 조립체 방향으로 돌출되게 형성되는 용접부; 및 상기 베이스부 중 상기 용접부를 중심으로 십자형 영역에 형성되는 전해액 주입홀을 포함하며, 상기 돌출부는 상기 전해액 주입홀과 인접하면서 상기 용접부를 중 심으로 십자형 영역에 형성될 수 있다.
상기 이차 전지는 각형 이차 전지인 것일 수 있다. 이 경우, 상기 집전판은
상기 전극 조립체의 전극 무지부와 마주보는 사각형 플레이트로 형성되는 베이스부; 및 상기 베이스부에서 상기 전극 조립체 방향으로 돌출되며, 상기 베이스부의 중앙 영역에서 상기 베이스부의 길이 방향으로 연장된 형태로 형성되는 고정부를 포함하며, 상기 돌출부는 상기 베이스부 중 상기 고정부를 중심으로 양측에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 집전판에 형성되는 돌출부를 구비하여 집전판과 전극 조립체를 레이저 용접으로 결합시킴으로써, 기존 초음파 용접시 전극 조립체에서 일정 길이 이상이 요구되는 전극 무지부의 길이를 줄일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체에서 전극 무지부의 길이를 늘이는 대신 전극 활물질층의 길이를 늘릴 수 있어 전지 용량 및 출력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 집전판에 형성되는 슬릿을 구비함으로써, 작업자가 전극 조립체와 집전판의 용접 상태를 파악하게 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체와 집전판의 용접 상태에 대해 불량이 발생하면 작업자가 불량에 대해 대처하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체와 집전판의 레이저 용접시 슬릿을 통해 슬릿의 일측에 가해지는 레이저 열이 슬릿의 타측으로 전달되 는 것을 차단함으로써, 용접 효율을 높일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체와 집전판의 결합에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차 전지를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 이차 전지에서 전극조립체가 권취되기전 적층되는 상태를 도시한 사시도이고, 도 4a는 도 2의 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 4b는 도 2의 제 1 집전판 하면이 위로 향한 상태를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4a의 제 1 집전판이 전극 조립체에 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 4a의 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 단위 중량당 에너지 밀도가 높아 대용량 측면에서 유리한 원통형 이차 전지로 제조되며, 전극 조립체(10); 전극 조립체(10)를 사이에 두고 전기적으로 전극 조립체(10)와 연결되는 제 1 집전판(20) 및 제 2 집전판(30); 전극 조립체(10), 제 1 집전판(20), 제 2 집전판(30) 및 전해액(미도시)이 수납된 케이스(40); 케이스(40)의 상부를 막는 캡 조립체(50)를 포함한다.
전극 조립체(10)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(11), 세퍼레이터(13), 제 2 전극판(12)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판(11)은 양극으로서 작용하며, 제 2 전극판(12)은 음극으로서 작용할 수 있 다.
제 1 전극판(11)은 제 1 전극 집전체(11a)와, 상기 제 1 전극 집전체(11a) 양면에 코팅된 제 1 전극 활물질층(11b)으로 이루어진다. 더불어, 상기 제 1 전극 집전체(11a)에는 제 1 전극 활물질이 코팅되지 않은 제 1 전극 무지부(11c)가 형성된다.
제 1 전극 집전체(11a)는 전류를 모으는 포일 형태로 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 제 1 활물질층(11b)은 전기를 발생시키는 역할을 하며 전이금속산화물(예를 들어, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4) 등으로 이루어진다. 제 1 전극 무지부(11c)는 제 1 전극 집전체(11a)의 상부 일단에 형성되어 제 1 전극판(11)과 제 1 전극판(11) 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
제 2 전극판(12)은 제 2 전극 집전체(12a)와, 상기 제 2 전극 집전체(12a) 양면에 코팅된 제 2 전극 활물질층(12b)으로 이루어진다. 더불어, 상기 제 2 집전체(12a)에는 제 2 전극 활물질이 코팅되지 않은 제 2 전극 무지부(12c)가 형성된다.
제 2 전극 집전체(12a)는 전류를 모으는 포일 형태로 일반적으로 니켈 또는 구리(Cu) 재질로 이루어지며, 제 2 전극 활물질은 전기를 발생시키는 역할을 하며 예를 들어, 흑연, 탄소 등으로 이루어진다. 제 2 전극 무지부(12c)는 제 2 전극 집전체(12a)의 하부 일단에 형성되어 제 2 전극판(12)과 제 2 전극판(12) 외부간의 전류 흐름의 통로가 된다.
이러한, 제 1 전극판(11) 및 제 2 전극판(12)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
세퍼레이터(13)는 제 1 전극판(11)과 제 2 전극판(12) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어져 있다.
상기와 같이 제 1 전극판(11)은 알루미늄(Al) 포일, 제 2 전극판(12)은 구리(Cu)포일, 세퍼레이터는(13)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 권취시 전극 조립체(10)의 상단부 및 하단부 밖으로 제 1 전극 무지부(11c)와 제 2 전극 무지부(12c)가 나오도록 제 1 전극판(11), 세퍼레이터(13) 및 제 2 전극판(12)을 배치하여 권취함으로써 이루어진다. 이에 따라, 전극 조립체(10)의 상·하 양단부로는 제 1 전극 무지부(11c) 및 제 2 전극 무지부(12c)가 밖으로 돌출되어 형성된다. 또한, 전극 조립체(10)는 상기와 같이 제 1 전극판(11), 세퍼레이터(13) 및 제 2 전극판(12)이 와류상으로 권취되어 이루어지는 것 외에 적층된 구성으로 이루어지는 것도 가능하다. 여기서, 전극 조립체(10)는 원형으로 권취되어 이루어진다.
이와 같은 전극 조립체(10)의 상·하 양단부에는 제 1 전극판(11)과 제 2 전극판(12) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 집전판(20)과 제 2 집전판(30)이 결합된다.
제 1 집전판(20)은 도전성을 갖는 재질로 형성되어 전극 조립체(10)의 상단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(11c)와 접촉됨으로써, 제 1 전극판(11)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 제 1 집전판(20)은 레이저 용접 방법에 의해 제 1 전극 무지부(11c)와 결합함으로써, 기존 초음파 용접시 전극 조립체(10)에 일정 길이 이상이 요구되는 제 1 전극 무지부(11c)의 길이를 줄일 수 있다.
제 2 집전판(30)은 또한 도전성을 갖는 재질로 형성되어 전극 조립체(10)의 하단부로 돌출된 제 2 전극 무지부(12c)와 접촉됨으로써, 제 2 전극판(13)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 제 2 집전판(30)은 레이저 용접 방법에 의해 제 2 전극 무지부(12c)와 결합함으로써, 기존 초음파 용접시 전극 조립체(10)에 일정 길이 이상이 요구되는 제 2 전극 무지부(12c)의 길이를 줄일 수 있다.
상기와 같은 제 1 집전판(20) 및 제 2 집전판(30)은 원통형의 전극 조립체(10)의 형상에 따라 넓은 원판형으로 형성되어 기존의 작은 면적을 갖는 전류 흐름의 통로인 탭에 비해 많은 전류를 흐를수 있는 통로가 되어 대용량 전지, 예를 들어 하이브리드 전기 자동차(HEV)용 전지에 적용하기 유리하다.
다음은, 이러한 제 1, 2 집전판(20, 30)의 구조에 대해 제 1 집전판(20)의 구조를 예로 들어 구체적으로 설명하기로 한다. 제 2 집전판(30)의 구조에 대한 설명은 제 1 집전판(20)의 구조와 상호 대응하므로 생략하기로 한다.
도 4a 내지 도 6을 참조하면, 제 1 집전판(20)은 베이스부(21), 측면부(22), 용접부(23), 전해액 주입홀(24), 돌출부(25), 슬릿(26) 및 레이저 용접 라인(27)을 포함한다.
베이스부(21)는 전극 조립체(10)의 제 1 전극 무지부(11c)와 마주보는 원형플레이트로 형성된다.
측면부(22)는 베이스부(21)의 끝단으로부터 전극 조립체(10)의 제 1 전극 무지부(11c) 방향으로 연장되게 형성된다.
용접부(23)는 베이스부(21)의 중앙에서 후술되는 캡 조립체(50) 방향으로 돌출되게 형성되며, 용접 등의 방법으로 캡 조립체(50)의 리드선(55)과 전기적으로 연결된다.
전해액 주입홀(24)은 베이스부(21) 중 용접부(23)를 중심으로 대략 십자형 영역에 형성되어, 후술되는 케이스(40)에 전해액이 주입될 때 전해액이 전극 조립체(10)의 내부로 주입되는 통로 역할을 한다.
돌출부(25)는 베이스부(21) 중 전해액 주입홀(24)과 인접하면서 용접부(23)를 중심으로 대략 십자형 영역에 전극 조립체(10) 방향으로 돌출되게 형성되며, 제 1 전극 무지부(11c)와 면접촉을 이루는 접촉부(25a)를 갖는다. 돌출부(25)는 제 1 집전판(20)의 사출 성형에 의해 형성되거나, 베이스부(21)를 별도로 프레스 가공하여 형성될 수 있다. 이러한 돌출부(25)는 전극 조립체(10)와 제 1 집전판(20)의 결합시 제 1 전극 무지부(11c)를 가압하여 절곡된 형태가 되게 함으로써, 제 1 집전판(20)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)의 면접촉에 의한 접촉 면적을 증가시킨다. 이에 따라, 제 1 집전판(20)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)의 레이저 용접이 용이하게 이루어질 수 있다.
슬릿(26)은 돌출부(25)의 접촉부(25a) 중 중앙 영역에 돌출부(25)의 길이 방 향과 평행하도록 형성되며, 전극 조립체(10)의 권취 방향과 기울어진 방향으로 연속된 형태의 라인으로 형성될 수 있다. 이러한 슬릿(26)은, 후술되는 레이저 용접 라인(27)이 적어도 슬릿(26)의 길이 방향으로 슬릿(26)과 평행하게 형성 되도록 한다. 여기서, 슬릿(26)은 전극 조립체(10)의 권취 방향과 수직을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 후술되는 레이저 용접 라인(27)이 전극 조립체(10)의 권취 방향과 수직을 이루게 하기 위함이며, 이 경우 제 1 집전판(20)과 제 1 전극 무지부(11c)의 결합 강도가 가장 높다.
이러한 슬릿(26)은 접촉부(25a)를 관통하도록 형성되므로, 전극 조립체(10)의 외부에서 제 1 전극 무지부(11c)의 밀집 상태와, 제 1 집전판(20)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)의 레이저 용접 상태를 파악할 수 있도록 한다. 또한, 슬릿(26)은 제 1 집전판(20)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)의 레이저 용접시 슬릿(26)의 일측에 가해지는 레이저 열이 슬릿(26)의 타측으로 전달되는 것을 차단하여, 레이저 용접에 의해 제 1 집전판(20)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)를 용접시키는 데 있어서 레이저 열을 집중시킬 수 있다. 이에 따라, 제 1 집전판(20)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)의 용접 효율이 높아질 수 있다.
레이저 용접 라인(27)은 접촉부(25a) 중 슬릿(26)의 둘레에 레이저 빔을 조사시킴으로써 형성된다. 레이저 용접 라인(27)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 슬릿(26)의 길이 방향으로 슬릿(26)과 평행하게 형성되는 제 1 레이저 용접 라인(27a)과 제 2 레이저 용접 라인(27b), 및 제 1 레이저 용접 라인(27a)과 제 2 레 이저 용접 라인(27b)을 연결하는 제 3 레이저 용접 라인(27c)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 레이저 용접 라인(27a) 및 제 2 레이저 용접 라인(27b)이 전극 조립체(10)의 제 1 전극 무지부(11c)와 평면상 수직으로 교차하게 되므로, 제 1 집전판(20)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)의 결합 강도가 높아질 수 있다.
한편, 레이저 용접 라인(27)은 도 6에서 접촉부(25a) 중 슬릿(26)의 둘레에 형성되는 것으로 도시되었지만, 슬릿(26)의 내부, 즉 내측면에 레이저 빔을 조사시킴으로써 더 형성될 수 있다. 이 경우, 슬릿(26)은 0.1mm 내지 0.3mm의 폭을 가져야 한다. 이는 슬릿(26)의 폭이 0.1mm 미만이면, 슬릿(26)에 레이저 빔을 조사했을때 슬릿(26)이 거의 없어지는 상태가 되어 전극 조립체(10)의 외부에서 제 1 집전판(20)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)의 레이저 용접 상태를 확인할 수 없기 때문이다. 또한, 슬릿(26)의 폭이 0.3mm를 초과하면, 슬릿(26)에 레이저 빔을 조사했을때 레이저 빔이 슬릿(26)을 통과해 원하지 않는 전극 조립체(10)의 내부에 조사될 수 있기 때문이다.
케이스(40)는 대략 원통 형태로서, 일정 직경을 갖는 원통면(40a)이 형성되고, 원통면(40a)의 하부에는 대략 원판 형태의 바닥면(40b)이 형성되어 있으며, 상부는 개방되어 있다. 따라서, 전극 조립체(10)는 원통형 케이스(40)의 개방된 상부를 통해 하부로 바로 삽입될 수 있다. 이러한 케이스(40)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있어 하나의 극성을 갖는 전극 역할을 할 수 있다. 본 발명에서는, 제 2 전극판(12)과 전기적으로 연결된 제 2 집전판(30)이 케이스(40)의 바닥면(40b)에 접촉되어, 케이스(40)는 음극으로서의 역할을 한다.
한편, 원통형 케이스(40)에는 캡 조립체(50)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(50)를 중심으로 그 하부에는 내부로 움푹 파인 비딩부(beading part)(43)가 형성되고, 그 상부에는 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(44)가 형성되어 있다. 이러한 비딩부(43) 및 크림핑부(44)는 캡 조립체(50)를 원통형 케이스(40)에 단단히 고정 및 지지하는 역할을 하며, 또한 후술될 전해액이 외부로 누액되지 않도록 하는 역할을 한다. 또한, 비딩부(43)는 케이스(40) 내부에서 전극 조립체(10)가 상·하로 유동되는 것을 방지하는 역할을 하기도 한다.
더불어, 원통형 케이스(40)의 내측에는 전해액(미도시)이 주입되어 있으며, 이는 충방전시 전지 내부의 제 1 전극판(11) 및 제 2 전극판(12)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다. 한편, 비딩부(43)와 제 1 집전판(20) 사이에는 전기적인 단락을 방지하기 위한 절연판(47)이 구비되어질 수 있다.
캡 조립체(50)는 외부 단자(52a)를 갖는 캡 플레이트(52)와, 케이스(40)와 캡 플레이트(52)를 절연시키는 가스켓(51)을 포함하여, 설정된 압력 조건에서 파손되어 가스를 방출함으로써 전지의 폭발을 방지하는 밴트 플레이트(53)를 더욱 포함 할 수 있고, 밴트 플레이트(53)는 리드선(55)을 매개로 제 1 집전판(20)과 전기적으로 연결된다. 상기 밴트 플레이트(53)는 설정된 압력 조건에서 상기 리드선(55)을 통한 전극 조립체(10)와 외부 단자(52a)의 전기적 연결을 차단할 수 있는 구조이면 도시한 형상에 한정되지 않고 다양하게 변형되어 사용될 수 있다. 상기의 외부 단자(52a)는 밴트 플레이트(53)와 리드선(55)를 통해 제 1 전극판(11)과 전기적으로 연결된 제 1 집전판(20)과 연결되어, 외부 단자(52a)는 양극으로서의 역할을 할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 전극 조립체(10)가 케이스(40)의 개방된 상부를 통과해 케이스(40)의 내부로 삽입되어 결합되고 전해액 등이 주입된 후, 캡 조립체(50)가 케이스(40)의 개방된 상부를 덮어 밀봉함으로써 이차 전지를 완성한다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 집전판(20)에 형성되는 돌출부(25)를 구비하여 제 1 집전판(20)과 제 1 전극 무지부(11c)를 레이저 용접에 의해 결합시킴으로써, 초음파 용접시 제 1 전극판(11)에 일정 길이 이상이 요구되는 제 1 전극 무지부(11c)의 길이를 줄일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 전극판(11)에 제 1 전극 무지부(11c)의 길이를 늘리는 대신 제 1 전극 활물질층(11b)의 길이를 늘릴 수 있어 전지 용량 및 출력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 집전판(20)의 돌출부(25)에 형성된 슬릿(26)을 구비함으로써, 작업자가 슬릿(26)을 통해 전극 조립 체(10)의 외부에서 제 1 전극 무지부(11c)의 밀집 상태와, 돌출부(25)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)의 용접 상태를 확인할 수 있게 한다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 전극 무지부(11c)의 밀집 상태와, 돌출부(25)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)의 용접 상태에 대해서 불량이 발생하면 작업자가 불량에 대해 대처하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 슬릿(26)을 통해 돌출부(25)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)의 레이저 용접시 슬릿(26)의 일측에 가해지는 레이저 열이 슬릿(26)의 타측으로 전달되는 것을 차단함으써, 레이저 용접에 의해 제 1 집전판(20)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)를 용접시키는 데 있어서 레이저 열을 집중시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 슬릿(26)을 통해 제 1 전극판(20)의 접촉부(25a)와 제 1 전극 무지부(11c)의 용접 효율을 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 집전판(20)과 전극 조립체(10)의 결합에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)와 비교하여 집전판의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 집전판의 구조에 대해서 제 1 집전판(120)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 6과 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 제 1 집전판(120)은 베이스부(21), 측면부(22), 용접부(23), 전해액 주입홀(24), 돌출부(25), 슬릿(126) 및 레이저 용접 라인(27)을 포함한다.
슬릿(126)은 도 6에 도시된 슬릿(26)과 동일한 작용을 하며, 다만 연속된 형태의 라인 대신 점선 형태의 라인으로 형성된다는 점에서 차이가 있다. 이러한 슬릿(126)은 도 6에 도시된 슬릿(26)과 비교하여 돌출부(25)에서 차지하는 면적이 작기 때문에, 돌출부(25)와 제 1 전극 무지부(도 2의 11c)의 접촉 면적을 높일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 점선 형태의 라인으로 형성되는 슬릿(126)을 구비함으로써, 돌출부(25)와 제 1 전극 무지부(11c) 간 전류 흐름을 더욱 원할하게 할 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)와 비교하여 집전판의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 집전판의 구조에 대해서 제 1 집전판(220)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 6과 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 8을 참조하면, 제 1 집전판(220)은 베이스부(21), 측면부(22), 용접부(23), 전해액 주입홀(24), 돌출부(25), 슬릿(226) 및 레이저 용접 라인(27)을 포함한다.
슬릿(226)은 도 6에 도시된 슬릿(26)과 동일한 작용을 하며, 다만 복수개로 형성된다는 점에서만 차이가 있다.
이와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 복수개로 형성되는 슬릿(226)을 구비함으로써, 도 6에 도시된 슬릿(26)과 비교하여 작업자가 여러 군데를 통해 제 1 전극 무지부(도 2의 11c)의 밀집 상태와, 제 1 전극 무지부(11c)와 돌출부(25)의 용접 상태를 더욱 정확히 파악할 수 있게 한다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)와 비교하여 집전판의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 집전판의 구조에 대해서 제 1 집전판(320)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 6과 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 9를 참조하면, 제 1 집전판(320)은 베이스부(21), 측면부(22), 용접부(23), 전해액 주입홀(24), 돌출부(25), 슬릿(326) 및 레이저 용접 라인(27)을 포함한다.
슬릿(326)은 도 6에 도시된 슬릿(26)과 동일한 작용을 하며, 다만 제 1 슬릿(326a)과 제 2 슬릿(326b)를 포함하는 점에서만 차이가 있다.
제 1 슬릿(326a)은, 도 6의 슬릿(26)과 같이 돌출부(25)의 접촉부(25a) 중 중앙 영역에 전극 조립체(10)의 권취 방향과 기울어진 방향으로 연속된 형태의 라인으로 형성되어, 후술되는 레이저 용접 라인(27)이 적어도 슬릿(26)의 길이 방향으로 슬릿(26)과 평행하게 형성되도록 한다.
제 2 슬릿(326b)은 제 1 슬릿(326a)과 직교하는 방향으로 제 1 슬릿(326a)에서 연장되며, 복수개로 형성된다.
이와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 슬릿(326a)과 제 2 슬릿(326b)을 포함하는 슬릿(326)을 구비함으로써, 도 6에 도시된 슬릿(26)과 비교하여 작업자가 여러 군데를 통해 제 1 전극 무지부(도 2의 11c)의 밀집 상태와, 제 1 전극 무지부(11c)와 돌출부(25)의 용접 상태를 더욱 정확히 파악할 수 있게 한다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)와 비교하여 집전판의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동 일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 집전판의 구조에 대해서 제 1 집전판(420)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 6과 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 10을 참조하면, 제 1 집전판(420)은 베이스부(21), 측면부(22), 용접부(23), 전해액 주입홀(24), 돌출부(25), 슬릿(426) 및 레이저 용접 라인(427)을 포함한다.
슬릿(426)은 도 6에 도시된 슬릿(26)과 동일한 작용을 하며, 다만 도 6의 슬릿(26)이 돌출부(25)의 중앙 영역에 위치하는 것과 달리 돌출부(25)의 일측에 위치하는 점에서만 차이가 있다. 이러한 슬릿(426)은 후술되는 레이저 용접 라인(427)이 한쪽에서 복수개로 형성되게 한다.
레이저 용접 라인(427)은 도 6에 도시된 레이저 용접 라인(27)과 동일한 작용을 하며, 다만 돌출부(25)의 일측에 위치하는 슬릿(426)으로 인해 돌출부(25)의 한쪽에서 복수개로 형성된다는 점에서만 차이가 있다. 구체적으로, 레이저 용접 라인(427)은 슬릿(426)의 길이 방향으로 슬릿(426)과 평행하게 형성되는 제 1 레이저 용접 라인(427a)과, 제 1 레이저 용접 라인(427a)과 수직을 이루는 제 2 레이저 용럽 라인(427b)을 포함할 수 있다. 이러한 레이저 용접 라인(427)은 돌출부(25)의 한쪽에 집중적으로 복수개로 위치하기 때문에, 돌출부(25)와 제 1 무지부(도 2의 11c)의 결합력을 분산시키지 않게 한다.
이와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 돌출부(25)의 일측에 형성되는 슬릿(426)과 돌출부(25)의 한쪽에 복수개로 형성되는 레이저 용접 라인(427)을 구비함으로써, 도 6에 도시된 슬릿(26)과 비교하여 제 1 전극 무지부(11c)와 돌출부(25)의 레이저 용접에 의한 전극 조립체(10)와 제 1 집전판(420)의 결합력을 더욱 높일 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 살펴보기로 한다.
도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 12는 도 11의 이차 전지를 도시한 단면도이고, 도 13은 도 12의 제 1 집전판이 전극 조립체에 결합되기 전 상태를 도시한 사시도이고, 도 14는 도 12의 제 1 집전판 중 전극 조립체와 마주보는 면을 도시한 사시도이고, 도 15는 전극 조립체에 결합한 상태의 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(500)는 대용량 출력이 가능한 각형 이차 전지로 제조되며, 전극 조립체(510); 전극 조립체(510)를 사이에 두고 전기적으로 전극 조립체(510)와 연결되는 제 1 집전판(520) 및 제 2 집전판(530); 전극 조립체(510), 제 1 집전판(520), 제 2 집전판(530) 및 전해액(미도시)이 수납된 케이스(540); 케이스(540)의 상부를 막는 캡 조립체(550)를 포함한다.
전극 조립체(510)는 제 1 전극판(511), 세퍼레이터(513), 제 2 전극판(512)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 이러한 전극 조립체(510)는, 도 5에서 전극 조립체(10)가 원통형이라는 점과 달리, 각형 이차 전지의 각형 케이스(540)에 수납될 수 있는 각형으로 형성된다는 점에서만 차이가 있으며, 도 5의 전극 조립체(10)와 동일하다. 이에 따라, 전극 조립체(510)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 실시예에서는, 제 1 전극판(511)의 제 1 전극 무지부(511c)와, 제 2 전극판(512)의 제 1 전극 무지부(512c)가 전극 조립체(510)으로부터 돌출되는 부분을 양 측단부라고 하기로 한다.
이와 같은 전극 조립체(510)의 양 측단부에는 제 1 전극판(511)과 제 2 전극판(512) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 집전판(520)과 제 2 집전판(530)이 결합된다.
제 1 집전판(520)과 제 2 집전판(530)은 도 2에 도시된 제 1 집전판(20) 및 제 2 집전판(30)과 동일한 작용을 하며, 다만 도 2에 도시된 제 1 집전판(20) 및 제 2 집전판(30)과 달리 전극 조립체(510)의 형상에 따라 긴 사각판형으로 형성된다는 점에서 차이가 있다.
다음은, 이러한 집전판(520, 530)의 구조에 대해 제 1 집전판(520)의 구조를 예로 들어 구체적으로 설명하기로 한다. 제 2 집전판(530)의 구조에 대한 설명은 제 1 집전판(520)의 구조와 상호 대응하므로 생략하기로 한다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 제 1 집전판(520)은 베이스부(521), 고정부(522), 돌출부(523), 슬릿(524) 및 레이저 용접 라인(525)을 포함한다.
베이스부(521)는 각형 전극 조립체(510)의 제 1 전극 무지부(511c)와 마주보 는 긴 직사각형 플레이트로 형성될 수 있다.
고정부(522)는 베이스부(521)에서 전극 조립체(510) 방향으로 돌출되며, 베이스부(521)의 중앙 영역에서 베이스부(521)의 길이 방향으로 연장된 형태로 형성된다. 이러한 고정부(522)는 제 1 집전판(520)과 전극 조립체(510)의 결합시 전극 조립체(510)의 중심에 끼워져, 제 1 집전판(520)을 전극 조립체(510)로부터 분리되지 않도록 고정시켜주는 역할을 한다.
돌출부(523)는 베이스부(521) 중 고정부(522)를 중심으로 양측에서 전극 조립(510) 방향으로 돌출되게 형성되며, 제 1 전극 무지부(511c)와 면접촉을 이루는 접촉부(523a)를 갖는다. 돌출부(523)는 제 1 집전판(520)의 사출 성형에 의해 형성되거나, 베이스부(521)를 별도로 프레스 가공하여 형성될 수 있다. 이러한 돌출부(523)는 전극 조립체(510)와 제 1 집전판(520)의 결합시 제 1 전극 무지부(511c)를 가압하여 절곡된 형태가 되게 함으로써, 제 1 집전판(520)의 접촉부(523a)와 제 1 전극 무지부(511c)의 면접촉에 의한 접촉 면적을 증가시킨다. 이에 따라, 제 1 집전판(520)의 접촉부(523a)와 제 1 전극 무지부(511c)의 레이저 용접이 용이하게 이루어질 수 있다.
슬릿(524)은 돌출부(523)의 접촉부(523a) 중 중앙 영역에 돌출부(523)의 폭 방향과 평행하도록 형성되며, 전극 조립체(510)의 권취 방향과 기울어진 방향으로 연속된 형태의 라인으로 형성될 수 있다. 이러한 슬릿(524)은, 후술되는 레이저 용접 라인(525)이 적어도 슬릿(525)의 길이 방향으로 슬릿(524)과 평행하게 형성되도록 한다. 여기서, 슬릿(524)은 전극 조립체(510)의 권취 방향과 수직을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 후술되는 레이저 용접 라인(525)이 전극 조립체(510)의 권취 방향과 수직을 이루게 하여, 제 1 집전판(520)과 제 1 전극 무지부(511c)의 결합 강도를 높이게 하기 위함이다. 이러한 슬릿(524)은 도 6에 도시된 슬릿(26)과 동일한 작용을 하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
레이저 용접 라인(525)은 접촉부(523a) 중 슬릿(524)의 둘레에 레이저 빔을 조사시킴으로써 형성된다. 레이저 용접 라인(525)은, 도 15에 도시된 바와 같이, 적어도 슬릿(524)의 길이 방향으로 슬릿(524)과 평행하게 형성되는 제 1 레이저 용접 라인(525a)과 제 2 레이저 용접 라인(525b), 및 제 1 레이저 용접 라인(525a)과 제 2 레이저 용접 라인(525b)을 연결하는 제 3 레이저 용접 라인(525c)과 제 4 레이저 용접 라인(525d)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 레이저 용접 라인(525a) 및 제 2 레이저 용접 라인(525b)이 전극 조립체(510)의 제 1 전극 무지부(511c)와 평면상 수직으로 교차하게 되므로, 제 1 집전판(520)의 접촉부(523a)와 제 1 전극 무지부(511c)의 결합 강도가 높아질 수 있다.
한편, 레이저 용접 라인(525)은 도 15에서 접촉부(523a) 중 슬릿(524)의 둘레에 형성되는 것으로 도시되었지만, 슬릿(524)의 내부, 즉 내측면에 레이저 빔을 조사시킴으로써 형성될 수도 있다. 이 경우, 슬릿(26)은 0.1mm 내지 0.3mm의 폭을 가져야 한다. 이러한 이유는 앞에서도 설명되었으므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
케이스(540)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도 전성 금속으로 형성되며, 각형 전극 조립체(510)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 11에서는, 케이스(540)와 캡 조립체(550)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(550)의 둘레 부분(540a)이 실질적으로 개방된 부분이다.
캡 조립체(550)는 케이스(540)를 밀봉하는 캡 플레이트(551)와, 캡 플레이트(551)를 관통하여 제 1 집전판(520) 및 제 2 집전판(530)과 연결되는 제 1 전극 단자(552) 및 제 2 전극 단자(553)와, 제 1 전극 단자(552) 및 제 2 전극 단자(553) 각각과 캡 플레이트(551) 사이에 형성되어 제 1 전극 단자(552) 및 제 2 전극 단자(553) 각각과 캡 플레이트(551)를 절연시키는 가스켓(554)과, 제 1 전극 단자(552) 및 제 2 전극 단자(553) 각각에 형성된 나사산(S)을 따라 체결되어 제 1 전극 단자(552) 및 제 2 전극 단자(553) 각각을 캡 플레이트(551)에 고정시키는 볼트(555)를 포함할 수 있다. 또한, 캡 조립체(550)는 캡 플레이트(551)에 형성되는 전해액 주입구(미도시)를 통해 전해액을 주입 후 전해액 주입구를 밀봉하는 마개(556)와, 캡 플레이트(551)에 얇은 두께로 형성되어 설정된 압력에 의해 파손되어 가스를 방출하는 안전 벤트(557)를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 전극 조립체(510)가 케이스(540)의 개방된 상부를 통과해 케이스(540)의 내부로 삽입되어 결합되고 전해액 등이 주입된 후, 캡 조립체(550)가 케이스(540)의 개방된 상부를 덮어 밀봉함으로써 이차 전지를 완성한다.
상기와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(500)는 제 1 집전판(520)에 형성되는 돌출부(523)를 구비하여 제 1 집전판(520)과 제 1 전극 무지부(511c)를 레이저 용접에 의해 결합시킴으로써, 초음파 용접시 제 1 전극판(511)에 일정 길이 이상이 요구되는 제 1 전극 무지부(511c)의 길이를 줄일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(500)는 제 1 전극판(511)에 제 1 전극 무지부(511c)의 길이를 늘리는 대신 제 1 전극 활물질층의 길이를 늘릴 수 있어 전지 용량 및 출력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(500)는 제 1 집전판(520)의 돌출부(523)에 형성된 슬릿(524)을 구비함으로써, 작업자가 슬릿(524)을 통해 전극 조립체(510)의 외부에서 제 1 전극 무지부(511c)의 밀집 상태와, 돌출부(523)의 접촉부(523a)와 제 1 전극 무지부(511c)의 용접 상태를 확인할 수 있게 한다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(500)는 제 1 전극 무지부(511c)의 밀집 상태와, 돌출부(523)의 접촉부(523a)와 제 1 전극 무지부(511c)의 용접 상태에 대해서 불량이 발생하면 작업자가 불량에 대해 대처하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(500)는 슬릿(524)을 통해 돌출부(523)의 접촉부(523a)와 제 1 전극 무지부(511c)의 레이저 용접시 슬릿(524)의 일측에 가해지는 레이저 열이 슬릿(524)의 타측으로 전달되는 것을 차단함으써, 레이저 용접에 의해 제 1 집전판(520)의 접촉부(523a)와 제 1 전극 무지부(511c)를 용접시키는 데 있어서 레이저 열을 집중시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(500)는 슬릿(524)을 통해 제 1 집전판(520)의 접촉 부(523a)와 제 1 전극 무지부(511c)의 용접 효율을 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(500)는 전극 조립체(510)와 제 1 집전판(520)의 결합에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 11에 도시된 이차 전지(500)와 비교하여 집전판의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 집전판의 구조에 대해서 제 1 집전판(620)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 16은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 15와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 16을 참조하면, 제 1 집전판(620)은 베이스부(521), 고정부(522), 돌출부(523), 슬릿(624) 및 레이저 용접 라인(525)을 포함한다.
슬릿(624)은 도 15에 도시된 슬릿(524)과 동일한 작용을 하며, 다만 연속된 형태의 라인 대신 점선 형태의 라인으로 형성된다는 점에서 차이가 있다. 이러한 슬릿(624)은 도 15에 도시된 슬릿(524)과 비교하여 돌출부(523)에서 차지하는 면적이 작기 때문에, 돌출부(523)와 제 1 전극 무지부(도 13의 511c)의 접촉 면적을 높일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 점선 형태의 라인으로 형성되는 슬릿(624)을 구비함으로써, 돌출부(523)와 제 1 전극 무지부(511c) 간 전류 흐름을 더욱 원할하게 할 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 11에 도시된 이차 전지(500)와 비교하여 집전판의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 집전판의 구조에 대해서 제 1 집전판(720)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 17은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 15과 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 17을 참조하면, 제 1 집전판(720)은 베이스부(521), 고정부(522), 돌출부(523), 슬릿(724) 및 레이저 용접 라인(525)을 포함한다.
슬릿(724)은 도 15에 도시된 슬릿(524)과 동일한 작용을 하며, 다만 복수개로 형성된다는 점에서만 차이가 있다.
이와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 복수개로 형성되는 슬릿(724)을 구비함으로써, 도 15에 도시된 슬릿(524)과 비교하여 작업자가 여러 군데를 통해 제 1 전극 무지부(도 13의 511c)의 밀집 상태와, 제 1 전극 무지부(511c)와 돌출부(523)의 용접 상태를 더욱 정확히 파악할 수 있게 한다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 11에 도시된 이차 전 지(500)와 비교하여 집전판의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 집전판의 구조에 대해서 제 1 집전판(820)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 18은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 15과 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 18을 참조하면, 제 1 집전판(820)은 베이스부(521), 고정부(522), 돌출부(523), 슬릿(824) 및 레이저 용접 라인(525)을 포함한다.
슬릿(824)은 도 15에 도시된 슬릿(524)과 동일한 작용을 하며, 다만 제 1 슬릿(824a)과 제 2 슬릿(824b)를 포함하는 점에서만 차이가 있다.
제 1 슬릿(824a)은, 도 15의 슬릿(524)과 같이 돌출부(523)의 접촉부(523a) 중 중앙 영역에 전극 조립체(510)의 권취 방향과 기울어진 방향으로 연속된 형태의 라인으로 형성되어, 레이저 용접 라인(525)이 적어도 슬릿(524)의 길이 방향으로 슬릿(524)과 평행하게 형성되도록 한다.
제 2 슬릿(824b)은 제 1 슬릿(824a)과 직교하는 방향으로 제 1 슬릿(824a)에서 연장되며, 복수개로 형성된다.
이와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 1 슬릿(824a)과 제 2 슬릿(824b)을 포함하는 슬릿(824)을 구비함으로써, 도 15에 도시된 슬릿(524)과 비교하여 작업자가 여러 군데를 통해 제 1 전극 무지부(도 13의 511c)의 밀집 상태와, 제 1 전극 무지부(511c)와 돌출부(523)의 용접 상태를 더욱 정확히 파악할 수 있게 한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 11에 도시된 이차 전지(500)와 비교하여 집전판의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 집전판의 구조에 대해서 제 1 집전판(920)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 19는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 15과 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 19를 참조하면, 제 1 집전판(920)은 베이스부(521), 고정부(522), 돌출부(523), 슬릿(924) 및 레이저 용접 라인(925)을 포함한다.
슬릿(924)은 도 15에 도시된 슬릿(524)과 동일한 작용을 하며, 다만 도 15의 슬릿(524)이 돌출부(523)의 중앙 영역에 위치하는 것과 달리 돌출부(523)의 일측에 위치하는 점에서만 차이가 있다. 이러한 슬릿(924)은 후술되는 레이저 용접 라인(925)이 한쪽에서 복수개로 형성되게 한다.
레이저 용접 라인(925)은 도 15에 도시된 레이저 용접 라인(525)과 동일한 작용을 하며, 다만 돌출부(523)의 일측에 위치하는 슬릿(524)으로 인해 돌출부(523)의 한쪽에서 복수개로 형성된다는 점에서만 차이가 있다. 구체적으로, 레이저 용접 라인(925)은 슬릿(924)의 길이 방향으로 슬릿(924)과 평행하게 형성되는 제 1 레이저 용접 라인(925a)과, 제 1 레이저 용접 라인(925a)과 수직을 이루는 제 2 레이저 용럽 라인(925b)을 포함할 수 있다. 이러한 레이저 용접 라인(925)은 돌출부(523)의 한쪽에 집중적으로 복수개로 위치하기 때문에, 돌출부(523)와 제 1 전 극 무지부(도 13의 511c)의 결합력을 분산시키지 않게 한다.
이와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 돌출부(523)의 일측에 형성되는 슬릿(924)과 돌출부(523)의 한쪽에 복수개로 형성되는 레이저 용접 라인(925)을 구비함으로써, 도 15에 도시된 슬릿(524)과 비교하여 제 1 전극 무지부(511c)와 돌출부(523)의 레이저 용접에 의한 전극 조립체(510)와 제 1 집전판(920)의 결합력을 더욱 높일 수 있다.
다음은 초음파 용접 및 레이저 용접 적용에 따른 이차 전지의 용량, 방전 출력 및 보이드 볼륨(Void volume)을 비교해 보기로 한다.
아래의 표 1은 초음파 용접 및 레이저 용접 적용에 따른 이차 전지의 용량, 방전 출력 및 보이드 볼륨(Void volume)을 비교한 표이다.
케이스와 전극 무지부 간 길이(mm) 전극 무지부 용접 폭(mm) 용량(Ah) 50% 방전 출력(W) 보이드 볼륨(Void volume)(cc)
(A) 7.7 6.0 4.7 540 18.8
(B) 7.7 1.0 5.51 629 9.0
(C) 6.0 1.0 5.61 640 7.6
(D) 6.0 1.0 5.73 652 7.0
도 20은 초음파 용접 및 레이저 용접 적용에 따른 이차 전지의 용량, 방전 출력 및 보이드 볼륨(Void volume)을 비교한 막대 그래프이다.
상기 표 1과 도 20을 참조하면, 케이스와 전극 무지부간 길이가 7.7mm 인 이차 전지에 초음파 용접이 적용된 (A)의 경우, 전극 무지부에 형성된 용접 폭이 6.0mm로 나타났다. 이 경우, 이차 전지의 용량이 4.7Ah이고, 50% 방전 출력이 540W이고, 보이드 볼륨이 18.8cc로 나타났다. 또한, 케이스와 전극 무지부간 길이가 7.7mm 인 이차 전지에 레이저 용접이 적용된 (B)의 경우, 전극 무지부에 형성된 용접 폭이 1.0mm로 나타났다. 이 경우, 이차 전지의 용량이 5.51Ah이고, 50% 방전 출력이 629W이고, 보이드 볼륨이 9.0cc로 나타났다. 또한, 케이스와 전극 무지부간 길이가 6.0mm 인 이차 전지에 레이저 용접이 적용된 (C)의 경우, 전극 무지부에 형성된 용접 폭이 1.0mm로 나타났다. 이 경우, 전지의 용량이 5.61Ah이고, 50% 방전 출력이 640W이고, 보이드 볼륨이 7.6cc로 나타났다. 또한, 케이스와 전극 무지부간 길이가 6.0mm 인 이차 전지에 레이저 용접이 적용된 (D)의 경우, 전극 무지부에 형성된 용접 폭이 1.0mm로 나타났다. 이 경우, 전지의 용량이 5.73Ah이고, 50% 방전 출력이 652W이고, 보이드 볼륨이 7.0cc로 나타났다.
이로 부터, 이차 전지에 초음파 용접을 적용한 (A)의 경우보다 이차 전지에 레이저 용접을 적용한 (B), (C), (D)의 경우에 이차 전지의 용량 및 방전 출력 각각이 대략 16% 이상 증가됨을 알 수 있었다. 또한, 이차 전지에 초음파 용접을 적용한 (A)의 경우보다 이차 전지에 레이저 용접을 적용한 (B), (C), (D)의 경우에 이차 전지의 보이드 볼률이 50% 이상 감소됨을 알 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 이차 전지에서 전극조립체가 권취되기전 적층되는 상태를 도시한 사시도이다.
도 4a는 도 2의 제 1 집전판을 도시한 사시도이다.
도 4b는 도 2의 제 1 집전판 하면이 위로 향한 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4a의 제 1 집전판이 전극 조립체에 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 4a의 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 6과 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 6과 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 9는 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 6과 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 10은 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 6과 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 12는 도 11의 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 13은 도 12의 제 1 집전판이 전극 조립체에 결합되기 전 상태를 도시한 사시도이다.
도 14는 도 12의 제 1 집전판 중 전극 조립체와 마주보는 면을 도시한 사시도이다.
도 15는 전극 조립체에 결합한 상태의 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 16은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 15와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 17은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 15와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 18은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 15와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 19는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 15와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 평면도이다.
도 20은 초음파 용접 및 레이저 용접 적용에 따른 이차 전지의 용량, 방전 출력 및 보이드 볼륨(Void volume)을 비교한 막대 그래프이다.

Claims (20)

  1. 전극 무지부가 각각 형성된 제 1 전극판과 제 2 전극판, 상기 제1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 전극 조립체; 및
    상기 전극 무지부와 접촉하여 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 집전판을 포함하며,
    상기 집전판은
    상기 전극 조립체의 방향으로 돌출되게 형성되며, 상기 전극 무지부와 접촉을 이루는 접촉부를 갖는 돌출부와,
    상기 접촉부에서 상기 전극 조립체의 권취 방향에 대하여 기울어진 방향으로 형성되는 슬릿과,
    상기 슬릿의 둘레에 형성된 레이저 용접 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체와 상기 집전판을 수납하는 케이스; 및
    상기 케이스를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 전극 조립체의 권취 방향과 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 접촉부의 중앙 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 돌출부의 길이 방향과 평행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 돌출부의 폭 방향과 평행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 접촉부의 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 돌출부의 길이 방향과 평행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 돌출부의 폭 방향과 평행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 접촉부에 복수개로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 연속된 형태의 라인으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 점선 형태의 라인으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은
    상기 전극 조립체의 권취 방향에 대해서 기울어진 방향으로 형성되는 제 1 슬릿; 및
    상기 제 1 슬릿과 직교하는 방향으로 상기 제 1 슬릿에서 연장된 복수의 제 2 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 용접 라인이 상기 슬릿 내부에 더 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 슬릿은 0.1mm 내지 0.3mm의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 이차 전지는 원통형 이차 전지인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 집전판은
    상기 전극 조립체의 전극 무지부와 마주보는 원형 플레이트로 형성되는 베이스부;
    상기 베이스부의 끝단으로부터 상기 전극 조립체 방향으로 연장되게 형성된 측면부;
    상기 베이스부의 중앙 영역에 상기 캡 조립체 방향으로 돌출되게 형성되는 용접부; 및
    상기 베이스부 중 상기 용접부를 중심으로 십자형 영역에 형성되는 전해액 주입홀을 포함하며,
    상기 돌출부는 상기 전해액 주입홀과 인접하면서 상기 용접부를 중심으로 십자형 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  19. 제 2 항에 있어서,
    상기 이차 전지는 각형 이차 전지인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 집전판은
    상기 전극 조립체의 전극 무지부와 마주보는 사각형 플레이트로 형성되는 베이스부; 및
    상기 베이스부에서 상기 전극 조립체 방향으로 돌출되며, 상기 베이스부의 중앙 영역에서 상기 베이스부의 길이 방향으로 연장된 형태로 형성되는 고정부를 포함하며,
    상기 돌출부는 상기 베이스부 중 상기 고정부를 중심으로 양측에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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