KR101328991B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 각각 일측 단부를 따라 형성된 무지부를 포함하는 제1 전극판 및 제2 전극판, 제1,2 전극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 제1 전극판의 무지부와 제2 전극판의 무지부가 서로 반대 방향을 향해 배치되도록 감겨져 형성된 전극 조립체와, 제1,2 전극판의 무지부들 중 적어도 어느 하나인 제1 무지부에 형성된 홈(groove), 및 일 부분이 상기 제1 무지부의 일 측면과 접촉하고 타 부분이 제1 무지부의 타 측면과 접촉하도록 홈을 지나면서 절곡된 리드 탭을 포함하는 집전체를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.
이차 전지가 휴대폰, 노트북 컴퓨터와 같은 소형 전자 장치의 전원으로 사용되는 것을 넘어서, 하이브리드 자동차와 같이 대형 운송 수단에 사용됨에 따라, 고출력, 고용량의 전지에 대한 수요가 급증하고 있다.
전자 장치 또는 운송 수단에 충분한 전력을 공급하기 위해서는 이차 전지 자체의 구조가 안정적으로 설계되어야 한다.
본 발명의 일실시예는, 이차 전지의 구조에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 각각 일측 단부를 따라 형성된 무지부를 포함하는 제1 전극판 및 제2 전극판, 상기 제1,2 전극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 상기 제1 전극판의 무지부와 상기 제2 전극판의 무지부가 서로 반대 방향을 향해 배치되도록 감겨져 형성된 전극 조립체; 상기 제1,2 전극판의 무지부들 중 적어도 어느 하나인 제1 무지부에 형성된 홈(groove); 및 일 부분이 상기 제1 무지부의 일 측면과 접촉하고 타 부분이 상기 제1 무지부의 타 측면과 접촉하도록 상기 홈을 지나면서 절곡된 리드 탭을 포함하는 집전체;를 포함하는, 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제1 무지부에 형성된 홈은, 상기 리드 탭이 접촉한 상기 제1 무지부의 일 측면으로부터 상기 리드 탭이 접촉한 상기 제1 무지부의 타 측면을 향해 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 전극 조립체는 평평한 면과 곡면을 갖는 전체적으로 타원기둥의 형상으로 형성되고, 상기 제1 무지부의 일 측면 및 타 측면은 상기 평평한 면에 배치되며, 상기 홈은 상기 제1 무지부의 일 측면 및 타 측면에 대하여 실질적으로 수직이 되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 리드 탭의 일 부분 및 타 부분은 상기 제1 무지부의 일 측면과 용접에 의하여 접촉할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 리드 탭은, 상기 제1 무지부의 일 측면과 상기 홈 사이에서 한번 절곡되고, 상기 제1 무지부의 타 측면과 상기 홈 사이에서 한번 더 절곡될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 리드 탭은, 상기 리드 탭이 접촉한 상기 제1 무지부의 일 측면에 대하여 실질적으로 수직이 되도록 절곡될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 활물질이 코팅된 제1 활물질부 및 상기 제1 활물질부의 일 측에 형성된 제1 무지부를 포함하며, 상기 제1 활물질부와 상기 제1 무지부를 가로지르는 방향으로 연장된 축을 중심으로 감겨져 형성된 제1 전극판; 및 상기 제1 무지부와 전기적으로 연결되는 제1 집전체;를 포함하며, 상기 제1 무지부는 홈을 포함하고, 상기 제1 집전체는 상기 제1 무지부와 연결되는 제1 리드 탭을 포함하며, 상기 제1 리드 탭의 일 부분은 상기 제1 무지부의 일 측면과 접촉하고 상기 제1 리드 탭의 타 부분은 상기 제1 무지부의 타 측면과 접촉하도록 상기 제1 리드 탭은 상기 홈을 지나면서 절곡될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 홈은, 상기 제1 무지부의 일 측면으로부터 상기 제1 무지부의 타 측면을 향해 길게 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 홈의 깊이는 상기 무지부의 폭과 동일하거나 그보다 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 홈의 두께는 상기 제1 리드 탭의 두께와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 전극판은 평평한 면과 곡면을 포함하는 타원기둥의 형상으로 감겨질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 무지부의 일 측면과 타 측면은 상기 평평한 면 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 홈은 상기 제1 무지부의 일 측면과 상기 제1 무지부의 타 측면에 수직인 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 활물질이 코팅된 제2 활물질부 및 상기 제2 활물질부의 일 측에 형성된 제2 무지부를 포함하며, 상기 축을 중심으로 감겨져 형성된 제2 전극판, 및 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고, 제2 리드 탭을 포함하는 제2 집전체을 더 포함하며, 상기 제2 무지부는 상기 제1 무지부와 반대 방향을 향하여 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 각각 일측 단부를 따라 형성된 무지부를 포함하는 양극판 및 음극판, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 상기 양극판의 무지부와 상기 음극판의 무지부가 서로 반대 방향을 향해 배치되도록 감겨져 형성된 제1 전극 조립체; 상기 제1 전극 조립체를 수용하는 캔; 상기 캔의 개구를 덮는 캡 플레이트; 및 상기 제1 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 제1 리드 탭을 포함하는 제1 집전체;를 포함하며, 상기 양극판의 무지부와 상기 음극판의 무지부 중 적어도 어느 하나인 제1 무지부에는 홈(groove)이 형성되고, 상기 제1 리드 탭은 일 부분이 상기 제1 무지부의 일 측면과 접촉하고 타 부분이 상기 제1 무지부의 타 측면과 접촉하도록 상기 홈을 지나면서 절곡될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 홈은, 상기 제1 무지부의 일 측면으로부터 상기 제1 무지부의 타 측면을 향해 연장되며, 상기 제1 무지부의 일 측면 및 타 측면에 대해 실질적으로 수직을 이루도록 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 홈의 깊이는 상기 제1 리드 탭의 폭과 동일하거나 그 보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 홈의 깊이는 상기 무지부의 폭과 동일하거나 그보다 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 리드 탭은, 상기 제1 무지부의 일 측면과 상기 홈 사이에서 절곡되고, 상기 제1 무지부의 타 측면과 상기 홈 사이에서 절곡될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 각각 일측 단부를 따라 형성된 무지부를 포함하는 양극판 및 음극판, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 상기 양극판의 무지부와 상기 음극판의 무지부가 서로 반대 방향을 향해 배치되도록 감겨져 형성된 제2 전극 조립체를 더 포함하며, 상기 제1 집전체는 상기 제2 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 제2 리드 탭을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 리드 탭이 무지부의 양측면에 안정적으로 접촉하여 전류 패스를 형성하도록 절곡된 구조를 구비함으로써, 집전체와 전극 조립체 간의 용접을 안정적으로 유지할 수 있으며, 이차 전지의 내부 저항의 증가를 최소화하여 이차 전지가 전원을 공급하는 전자 기기 또는 운송수단에 충분한 전력을 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1의 전극 조립체의 제1 무지부를 발췌하여 나타낸 사시도이다.
도 5a는 도 1의 전극 조립체의 제1 무지부와 제1 리드 탭 간의 결합을 나타낸 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 측면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 전극 조립체의 제1 무지부와 제1 리드 탭 간의 결합을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 8a는 도 7의 복수의 전극 조립체의 제1 무지부와 제1 리드 탭 간의 결합을 나타낸 사시도이다.
도 8b는 도 8a의 측면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 복수의 전극 조립체의 제1 무지부와 제1 리드 탭 간의 결합을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이차 전지는 일부가 개방된 캔(110)의 내부에, 전극 조립체(120) 및 전해질이 수용된 상태에서, 캡 플레이트(112)가 캔(110)의 개구를 밀봉하는 형태로 이루어질 수 있다. 전극 조립체(120)는 전극 조립체(120)의 양측에 배치된 집전체를 통해서 외부 단자(180)와 전기적으로 연결될 수 있다.
캔(110)은 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속재를 포함할 수 있다. 캔(110)은 전극 조립체(120)를 수용할 수 있도록 개구가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어질 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
전극 조립체(120)는 제1 전극판과 제2 전극판 및 제1,2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 평평한 면과 곡면을 갖는 전체적으로 타원기둥(elliptic-cylindrical) 형태를 갖도록 권취될 수 있다. 이 때, 권취축은 도 1을 기준으로 x 축 방향을 따른다.
전극 조립체(120)의 양 단부에는 제1,2 무지부(121, 122)가 형성되어 있다. 제1 무지부(121)는 제1 전극판에 형성된 것으로, 예컨대 양의 극성을 띌 수 있으며, 제2 무지부(122)는 제2 전극판에 형성된 것으로 예컨대 음의 극성을 띌 수 있다. 또는, 제1 무지부(121)는 음의 극성을 띄고, 제2 무지부(122)는 양의 극성을 띌 수 있다.
전극 조립체(120)는, 제1,2 무지부(121, 122)가 캔(110)의 양측에 놓이도록 캔(110)의 내부에 수용된다. 이 때, 전극 조립체(120)가 캔(110)의 내부에서 이동하는 것을 방지하기 위하여, 캔(110)의 내측면과 대응되는 위치에 유지부(140)(retainer)가 구비될 수 있다.
캔(110)의 내부에는 전극 조립체(120)와 전해질이 수용되며, 캔(110)의 개구는 캡 플레이트(112)를 통해 폐쇄될 수 있다. 캡 플레이트(112)는 캔(110)과 마찬가지로 도전성 금속재로 형성될 수 있다. 캡 플레이트(112) 상에는 벤트(113)가 구비될 수 있다. 벤트(113)는 캡 플레이트(112)와 일체로 형성되어 캔(110)의 내부 압력이 설정된 압력 이상이 되는 때에 파단될 수 있도록, 캡 플레이트(112)의 두께에 비하여 얇게 형성될 수 있다.
제1,2 무지부(121, 122) 중 적어도 어느 하나에는 홈(groove)이 형성되어 있으며, 본 실시예에서는 제1,2 무지부(121, 122) 각각에 홈(g)이 형성된 경우를 도시하였다.
제1,2 집전체(131, 132)는 도전성 금속재를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 집전체(131)는 알루미늄, 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있으며, 제2 집전체(132)는 구리, 또는 구리 합금을 포함할 수 있다.
제1,2 집전체(131, 132)는 각각 제1,2 무지부(121, 122)와 연결된다. 예컨대, 제1,2 집전체(131, 132)와 전극 조립체(120)는, 제1,2 집전체(131, 132)에 구비된 제1,2 리드 탭(131b, 132b)과 제1,2 무지부(121, 122) 간의 연결을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 리드 탭(131b)은 일 부분이 제1 무지부(121)의 일 측면(이하, 제1 면이라 함)과 접촉하고 타 부분이 제1 무지부(121)의 타 측면(이하, 제2 면이라 함)과 접촉하도록, 제1 무지부(121)에 형성된 홈(g)을 지나면서 절곡될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 전극 조립체(120)가 평평한 면과 곡면을 갖는 타원기둥의 형상으로 권취되기 때문에, 제1 무지부(121)도 평평한 면과 곡면을 가지게 된다. 이 때, 제1 무지부(121)의 제1 면(121-1)과 제2 면(121-2)은 평평한 면 상에 배치된다. 즉, 제1 무지부(121)의 제1 면(121-1)과 제2 면(121-2)은 전체적으로 평평하게 형성될 수 있다.
제1 리드 탭(131b)의 일 부분은 제1 무지부(121)의 제1 면(121-1) 상에서 용접되고, 제1 리드 탭(131b)의 타 부분은 제2 무지부(122)의 제2 면(121-2) 상에서 용접됨으로써, 제1 리드 탭(131b) 각각이 전극 조립체(120)와 전기적으로 연결될 수 있다.
마찬가지로, 제2 리드 탭(132b)은 일 부분이 제2 무지부(122)의 일 측면(이하, 제3 면이라 함)과 접촉하고, 타 부분이 제2 무지부(122)의 타 측면(이하, 제4 면이라 함)에 접촉하도록, 제2 무지부(122)에 형성된 홈(g)을 지나면서 절곡될 수 있다. 제2 리드 탭(132b)의 일 부분은 제2 무지부(122)의 제3 면 상에서 용접되고, 제2 리드 탭(132b)의 타 부분은 제2 무지부(122)의 제4 면 상에서 용접됨으로써, 제1,2 집전체(131, 132) 각각이 전극 조립체(120)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1,2 집전체(131, 132)는 각각 전극 조립체(120) 및 제1,2 외부 단자(181, 182)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 집전체(131)와 전극 조립체(120)와의 연결은 앞서 설명한 바와 같이 제1 리드 탭(131b)과 제1 무지부(121) 간의 용접을 통해 이루어질 수 있으며, 제1 집전체(131)와 제1 외부 단자(181)의 연결은 리벳 단자(150) 및 도전성 플레이트(170)를 통해 이루어질 수 있다. 제2 집전체(132)도 마찬가지이다.
예를 들어, 제1 집전체(131)의 상부(131a)는 전극 조립체(120)의 곡면, 즉 상부면을 향해 절곡되고, 절곡된 제1 집전체(131)의 상부(131a)는 리벳 단자(150)의 하부와 연결된다. 리벳 단자(150)의 상부는 캡 플레이트(112)를 지나 도전성 플레이트(170)에 형성된 홀에 결합될 수 있다.
리벳 단자(150)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 도전성 금속재로 형성되므로, 제1 집전체(131), 리벳 단자(150), 도전성 플레이트(170), 및 도전성 플레이트(170)의 일 측에 형성된 제1 외부 단자(181)는 전류 패스를 형성할 수 있다.
이 때, 리벳 단자(150)와 캡 플레이트(112) 사이에는 전해질의 누액을 방지하기 위한 실링 개스킷(163)(seal gasket)이 구비될 수 있다.
캡 플레이트(112)의 상부면과 하부면에는 상부 절연체(161)와 하부 절연체(162)가 각각 배치되어, 제1 집전체(131) 및 도전성 플레이트(170)가 캡 플레이트(112)와 전기적으로 연결되는 것을 차단할 수 있다. 본 실시예에서는 실링 개스킷(163)이 하부 절연체(162)와 별도의 부재로 형성된 상태로 도시되었으나, 하부 절연체(162)와 일체로 형성될 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 마찬가지로, 용접을 통해 전극 조립체(120)와 전기적으로 연결된 제2 집전체(132)는 리벳 단자(150) 및 도전성 플레이트(170)를 통해 제2 외부 단자(182)와 전기적으로 연결될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서는, 제1,2 외부 단자(181, 182)가 볼트의 형상인 경우를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예컨대, 제1,2 외부 단자(181, 182)는 리벳 형상으로 제작될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1,2 리드 탭(131b, 132b)이 권취축을 중심으로 권취된 전극 조립체(120)의 제1,2 무지부(121, 122)에 형성됨 홈(g)을 관통하면서 절곡되어, 제1,2 무지부(121, 122) 각각과 용접되므로, 제1,2 집전체(131, 132)와 전극 조립체(120) 사이의 전기적 결합이 안정적으로 유지될 수 있다. 이하에서는, 도 3 내지 도 5b를 참조하여 그 구체적 구성을 설명한다.
도 3은 도 1의 전극 조립체(120)를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 전극 조립체(120)의 제1 무지부(121)를 발췌하여 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 전극 조립체(120)는 제1 전극판(1210)과 제2 전극판(1220) 사이에 세퍼레이터(1230)가 개재된 상태에서 권취될 수 있다. 이 때, 제1 전극판(1210)의 제1 무지부(1212)와 제2 전극판(1220)의 제2 무지부(1222)는 서로 반대 방향을 향해 배치되도록 한다.
제1 전극판(1210)은 제1 활물질이 도포된 제1 활물질부(1211), 및 제1 활물질부(1211)의 일측에 구비되며 제1 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부(1212)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄과 같은 금속판의 양면에 양극 활물질을 도포함으로써 제1 활물질부(1211)를 형성하고, 금속판의 일부 영역은 그대로 남겨두어 제1 무지부(1212)를 형성할 수 있다.
제2 전극판(1220)은 제2 활물질이 도포된 제2 활물질부(1221), 및 제2 활물질부(1221)의 일측에 구비되며 제2 활물질이 도포되지 않은 제2 무지부(1222)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 구리와 같은 금속판의 양면에 음극 활물질을 도포함으로써 제2 활물질부(1221)를 형성하고, 금속판의 일부 영역은 그대로 남겨두어 제2 무지부(122)를 형성할 수 있다.
제1,2 전극판(1210, 122)는 제1,2 활물질부(1211, 1221) 사이에 세퍼레이터(1230)이 개재된 상태에서 서로 중첩되도록 권취축을 중심으로 감아서 젤리롤 형태로 형성한 후, 이를 프레스 가압하여 평평한 면과 곡면을 갖는 타원기둥의 형상의 전극 조립체(120)를 형성할 수 있다.
이 때, 제1 전극판(1210)의 제1 무지부(1212)는 중첩되도록 감겨서 전극 조립체(120)의 제1 무지부(121)를 형성하고, 제2 전극판(1220)의 제2 무지부(1222)는 중첩되도록 감겨서 전극 조립체(120)의 제2 무지부(122)를 형성하게 된다.
제1,2 무지부(121, 122) 각각에는 홈(g)이 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 무지부(121)에 형성된 홈(g)은 제1 무지부(121)의 제1 면(121-1)으로부터 제1 무지부(121)의 제2 면(121-2)을 향해, 즉 y축 방향을 따라 연장될 수 있으며, 제2 무지부(122)에 형성된 홈(g)은, 제2 무지부(122)의 제3 면으로부터 제2 무지부(122)의 제4 면을 향해 연장될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 홈(g)은 제1 무지부(121)의 제1 면(121-1)으로부터 제2 면(121-2)을 향해 연장된다. 전극 조립체(120)가 평평한 면과 곡면을 갖는 타원기둥 형태로 권취되면서, 제1 무지부(121)도 평평한 면과 곡면을 갖게 되는데, 이 때 제1 무지부(121)의 제1 면(121-1)과 제2 면(121-2)이 평평한 면 상에 놓인다. 홈(g)은 제1 면(121-1)과 제2 면(121-2)에 대략 수직인 방향 (y 방향)으로 연장될 수 있다.
홈(g)의 깊이(d1)는 제1 무지부(121)의 폭(d2)과 동일하거나 그보다 작게 형성될 수 있고, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명할 제1 리드 탭(131b)의 폭(d3)과 동일하거나 그보다 크게 형성될 수 있다. 홈(g)의 두께(t1)는 제1 리드 탭(131b)의 두께(t2)와 실질적으로 동일하게 형성할 수 있다.
도 5a는 도 1의 전극 조립체(120)의 제1 무지부(121)와 제1 리드 탭(131b) 간의 결합을 나타낸 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 측면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제1 리드 탭(131b)의 일 부분은 제1 무지부(121)의 제1 면(121-1)의 적어도 일 부분과 접촉하면서 홈(g)을 지나, 제1 무지부(121)의 제2 면(121-2)의 적어도 일 부분과 접촉한다. 제1 리드 탭(131b)은, 홈(g)의 일단과 제1 무지부(121)의 제1 면(121-1) 사이에서 절곡되고, 홈(g)의 타단과 제1 무지부(121)의 제2 면(121-2) 사이에서 절곡될 수 있다.
홈(g)을 관통하도록 두 번 절곡된 제1 리드 탭(131b)은 제1 무지부(121)와 용접된다. 예컨대, 제1 리드 탭(131b)의 일 부분과 제1 무지부(121)의 제1 면(121-1)의 일부가 접촉한 상태에서 용접이 수행되고, 제1 리드 탭(131b)의 타 부분과 제1 무지부(121)의 제2 면(121-2)의 일부가 접촉한 상태에서 용접이 수행될 수 있다. 용접에 의하여 제1 리드 탭(131b)과 제1 무지부(121)가 전기적으로 연결되며, 제1 리드 탭(131b)과 제1 무지부(121)에는 도 5b에 도시된 바와 같은 용접 자국(m)이 남는다.
고출력 및 고용량의 이차 전지를 제조하기 위하여 전극 조립체(120)는 권취축을 중심으로 복수회 권취되므로, 무지부는 무지부끼리, 활물질부는 활물질부끼리 중첩되며, 전극 조립체(120)의 두께는 권취 회수만큼 증가하게 된다. 전극 조립체(120)의 제1,2 무지부(121, 122)는 제1,2 활물질부에 비하여 상대적으로 두께가 얇게 형성되지만, 고출력 및 고용량의 이차 전지를 제작하기 위해서는 전극 조립체(120)의 권취 회수가 증가하므로, 제1,2 무지부(121, 122)의 두께가 더욱 두꺼워져 제1,2 리드 탭(131b, 132b)과의 용접이 어려울 수 있다.
본 발명의 비교예로서, 예컨대, 제1 리드 탭(131b)이 제1 무지부(121)의 일 측면, 즉 제1 면(121-1)에만 배치된 상태에서 이들을 용접하는 경우를 살펴보면 다음과 같다. 제1 리드 탭(131b)과 직접 접촉되는 제1 무지부(121)의 제1 면(121-1) 및 제1 리드 탭(131b) 간의 결합력은 상대적으로 세지만, 제1 무지부(121)의 제2 면(121-2)과 제1 리드 탭(131b) 간의 결합력은 상대적으로 떨어질 수 있으며, 이와 같은 현상은 전극 조립체(120)의 권취 회수가 증가할수록 더욱 빈번하게 발생할 수 있다.
제1 리드 탭(131b)과 멀어지는 방향에 구비된 제1 무지부(121)와 제1 리드 탭(131b) 간의 접착력이 저하되면, 전극 조립체(120)에서 발생한 전류는 실질적으로 제1 리드 탭(131b)과 접착력을 유지하고 있는 제1 무지부(121)를 통해서만 흐르게 되어, 결국, 내부 저항이 증가하게 된다. 따라서, 이차 전지의 전체 출력이 저하된다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1,2 리드 탭과 제1,2 무지부(121, 122) 간의 용접이 안정적으로 유지될 수 있으며, 내부 저항의 증가를 최소화할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 리드 탭(131b)의 일 부분이 제1 무지부(121)의 제1 면(121-1)과 접촉하고, 제2 리드 탭(132b)의 타 부분이 제1 무지부(121)의 제2 면(121-2)과 접촉하도록 배치된 상태에서 용접되므로, 이들간의 용접을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 설령 도 5b에 도시된 바와 같이 A 영역 및 B 영역에서 용접에 따른 접착력이 떨어져 틈이 생기더라도, 제1 리드 탭(131b)의 일 부분 및 타 부분이 각각 제1 무지부(121)의 제1,2 면에 용접되어 있으므로, 내부 저항의 증가를 최소화할 수 있다.
이상에서는, 도 4 내지 도 5b를 참조하여, 제1 무지부(121)와 제1 리드 탭(131b) 간의 연결을 설명하였으나, 제 2 무지부와 제2 리드 탭(132b) 간의 연결도 마찬가지로 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 전극 조립체(120)의 제1 무지부(121)와 제1 리드 탭(131b) 간의 결합을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 제1 무지부(121)에 형성된 홈(g)은, 제1 무지부(121)의 단반경 방향, 즉 y축 방향으로 길게 연장된다. 따라서, 홈(g)을 지나는 제1 리드 탭(131b)도 약 90도의 각도로 두 번 절곡된다.
본 발명의 또 다른 실시예로서 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 무지부(121)에 형성된 홈(g)은, y축 방향에 대하여 비스듬하게 형성될 수 있다.
따라서, 제1 리드 탭(131b)은, 홈(g)의 일단과 제1 리드 탭(131b)의 제1 면(121-1), 홈(g)의 타단과 제1 리드 탭(131b)의 제2 면(121-2) 사이에서 90도 보다 작은 각도로 절곡되거나 (도 6a 참조), 혹은 90도 보다 큰 각도로 절곡될 수 있다(도 6b 참조).
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 7을 참조하면, 이차 전지는 캔(110)의 복수의 전극 조립체(720) 및 전해질을 수용하며, 캡 플레이트(112)가 캔(110)의 개구를 밀봉하는 형태로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에 포함된 구성 요소 중, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 구성 요소와 동일한 요소는 앞서 설명한 내용으로 갈음하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다.
이차 전지는, 이차 전지의 출력을 높이기 위하여, 캔의 내부에는 전극 조립체(720)가 두 개 이상 수용될 수 있다. 복수의 전극 조립체(720)는 제1 집전체(731) 및 제2 집전체(732)에 의해 병렬 연결될 수 있으며, 제1 집전체(731) 및 제2 집전체(732)를 통해 외부 단자(180)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 제1 집전체(731)와 제2 집전체(732)는 서로 다른 형상으로 제작될 수 있다.
예컨대, 제1 집전체(731)는 두 개의 제1 리드 탭(131b)을 포함할 수 있다. 각각의 제1 리드 탭(131b)은 각각의 제1 무지부(121)와 용접을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 집전체(731)의 구성 및 전극 조립체(720)와의 전기적 연결은 도 8 내지 도 9를 참조하여 해당 부분에서 후술한다.
제2 집전체(732)는 4개의 제2 리드 탭(132b)을 포함할 수 있다. 4개의 제2 리드 탭(132b) 중 두 개의 제2 리드 탭(132b)은 어느 하나의 전극 조립체(720)의 제2 무지부(722)의 양 측면과 접촉한 상태에서 용접되고, 나머지 두 개의 제2 리드 탭(132b)은 다른 하나의 전극 조립체(720)의 제2 무지부(722)의 양 측면에 접촉한 상태에서 용접될 수 있다.
도 8a는 도 7의 복수의 전극 조립체의 제1 무지부와 제1 리드 탭 간의 결합을 나타낸 사시도이고, 도 8b는 도 8a의 측면도이다. 그리고, 도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 복수의 전극 조립체의 제1 무지부와 제1 리드 탭 간의 결합을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제1 리드 탭(731b) 각각은 제1 무지부(721)의 제1 면(721-1)의 적어도 일 부분과 접촉하면서 홈(g)을 지나, 제1 무지부(721)의 제2 면(721-2)의 적어도 일 부분과 접촉한다. 제1 리드 탭(731b)은, 홈(g)의 일단과 제1 무지부(721)의 제1 면(721-1) 사이에서 절곡되고, 홈(g)의 타단과 제1 무지부(721)의 제2 면(721-2) 사이에서 절곡될 수 있다.
홈(g)을 관통하면서 두 번 절곡된 제1 리드 탭(731b)은 제1 무지부(721)와 용접되며, 용접에 의하여 제1 리드 탭(731b)과 제1 무지부(721)가 전기적으로 연결되며, 제1 리드 탭(731b)과 제1 무지부(721)에는 도 8b에 도시된 바와 같은 용접 자국(m)이 남는다.
복수의 제1 리드 탭(731b)는 도 8b에 도시된 바와 같이 배치되거나, 도 9a에 도시된 바와 같이 Z축을 중심으로 좌우 대칭되게 배치될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예로서, 복수의 제1 리드 탭(731b)는 도 9c 및 도 9d에 도시된 바와 같이, 동일한 방향으로 절곡되도록 배치될 수 있음은 물론이다.
상술한 바에 따르면 전극 조립체가 타원 기둥 형태로 감겨져 형성된 경우를 설명하였으나, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전극 조립체는 적층(stack)형으로 제조될 수 있음은 물론이며, 적층형 전극 조립체의 무지부에도 홈이 형성되어 집전체의 리드 탭이 절곡되면서 전극 조립체의 무지부에 용접될 수 있음은 물론이다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
110: 캔 120, 720: 전극 조립체
121, 721: 제1 무지부 122, 722: 제2 무지부
131, 721: 제1 집전체 131b, 731b: 제1 리드 탭
132, 732: 제2 집전체 132b, 732b: 제2 리드 탭
140: 유지부 150: 리벳 단자
161: 상부 절연체 162: 하부 절연체
170: 도전성 플레이트 180: 외부 단자

Claims (21)

  1. 각각 일측 단부를 따라 형성된 무지부를 포함하는 제1 전극판 및 제2 전극판, 상기 제1,2 전극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 상기 제1 전극판의 무지부와 상기 제2 전극판의 무지부가 서로 반대 방향을 향해 배치되도록 감겨져 형성된 전극 조립체;
    상기 제1,2 전극판의 무지부들 중 적어도 어느 하나인 제1 무지부에 형성된 홈(groove); 및
    일 부분이 상기 제1 무지부의 일 측면과 접촉하고 타 부분이 상기 제1 무지부의 타 측면과 접촉하도록 상기 홈을 지나면서 절곡된 리드 탭을 포함하는 집전체;를 포함하는, 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무지부에 형성된 홈은, 상기 리드 탭이 접촉한 상기 제1 무지부의 일 측면으로부터 상기 리드 탭이 접촉한 상기 제1 무지부의 타 측면을 향해 연장된, 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 평평한 면과 곡면을 갖는 전체적으로 타원기둥의 형상으로 형성되고, 상기 제1 무지부의 일 측면 및 타 측면은 상기 평평한 면에 배치되며,
    상기 홈은 상기 제1 무지부의 일 측면 및 타 측면에 대하여 수직이 되도록 형성된, 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리드 탭의 일 부분 및 타 부분은 상기 제1 무지부의 일 측면과 용접에 의하여 접촉하는, 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리드 탭은,
    상기 제1 무지부의 일 측면과 상기 홈 사이에서 한번 절곡되고, 상기 제1 무지부의 타 측면과 상기 홈 사이에서 한번 더 절곡되는, 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 리드 탭은,
    상기 리드 탭이 접촉한 상기 제1 무지부의 일 측면에 대하여 수직이 되도록 절곡된, 이차 전지.
  7. 제1 활물질이 코팅된 제1 활물질부 및 상기 제1 활물질부의 일 측에 형성된 제1 무지부를 포함하며, 상기 제1 활물질부와 상기 제1 무지부를 가로지르는 방향으로 연장된 축을 중심으로 감겨져 형성된 제1 전극판; 및
    상기 제1 무지부와 전기적으로 연결되는 제1 집전체;를 포함하며,
    상기 제1 무지부는 홈을 포함하고, 상기 제1 집전체는 상기 제1 무지부와 연결되는 제1 리드 탭을 포함하며,
    상기 제1 리드 탭의 일 부분은 상기 제1 무지부의 일 측면과 접촉하고 상기 제1 리드 탭의 타 부분은 상기 제1 무지부의 타 측면과 접촉하도록 상기 제1 리드 탭은 상기 홈을 지나면서 절곡된, 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 홈은, 상기 제1 무지부의 일 측면으로부터 상기 제1 무지부의 타 측면을 향해 길게 연장된, 이차 전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 홈의 깊이는 상기 무지부의 폭과 동일하거나 그보다 작게 형성된, 이차 전지.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 홈의 두께는 상기 제1 리드 탭의 두께와 동일하게 형성된, 이차 전지.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극판은 평평한 면과 곡면을 포함하는 타원기둥의 형상으로 감겨 진, 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 무지부의 일 측면과 타 측면은 상기 평평한 면 상에 배치되는, 이차 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 홈은 상기 제1 무지부의 일 측면과 상기 제1 무지부의 타 측면에 수직인 방향으로 연장된, 이차 전지.
  14. 제7항에 있어서,
    제2 활물질이 코팅된 제2 활물질부 및 상기 제2 활물질부의 일 측에 형성된 제2 무지부를 포함하며, 상기 축을 중심으로 감겨져 형성된 제2 전극판, 및
    상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고, 제2 리드 탭을 포함하는 제2 집전체을 더 포함하며,
    상기 제2 무지부는 상기 제1 무지부와 반대 방향을 향하여 배치되는, 이차 전지.
  15. 각각 일측 단부를 따라 형성된 무지부를 포함하는 양극판 및 음극판, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 상기 양극판의 무지부와 상기 음극판의 무지부가 서로 반대 방향을 향해 배치되도록 감겨져 형성된 제1 전극 조립체;
    상기 제1 전극 조립체를 수용하는 캔;
    상기 캔의 개구를 덮는 캡 플레이트; 및
    상기 제1 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 제1 리드 탭을 포함하는 제1 집전체;를 포함하며,
    상기 양극판의 무지부와 상기 음극판의 무지부 중 적어도 어느 하나인 제1 무지부에는 홈(groove)이 형성되고,
    상기 제1 리드 탭은 일 부분이 상기 제1 무지부의 일 측면과 접촉하고 타 부분이 상기 제1 무지부의 타 측면과 접촉하도록 상기 홈을 지나면서 절곡된, 이차 전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 홈은, 상기 제1 무지부의 일 측면으로부터 상기 제1 무지부의 타 측면을 향해 연장되며, 상기 제1 무지부의 일 측면 및 타 측면에 대해 수직을 이루도록 연장되는, 이차 전지.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 홈의 깊이는 상기 제1 리드 탭의 폭과 동일하거나 그 보다 크게 형성된, 이차 전지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 홈의 깊이는 상기 무지부의 폭과 동일하거나 그보다 작게 형성된, 이차 전지.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 리드 탭은,
    상기 제1 무지부의 일 측면과 상기 홈 사이에서 절곡되고, 상기 제1 무지부의 타 측면과 상기 홈 사이에서 절곡되는, 이차 전지.
  20. 제15항에 있어서,
    각각 일측 단부를 따라 형성된 무지부를 포함하는 양극판 및 음극판, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 상기 양극판의 무지부와 상기 음극판의 무지부가 서로 반대 방향을 향해 배치되도록 감겨져 형성된 제2 전극 조립체를 더 포함하며,
    상기 제1 집전체는 상기 제2 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 제2 리드 탭을 더 포함하는, 이차 전지.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 제1,2 전극판의 무지부들 중 다른 하나인 제2 무지부와 전기적으로 연결되는 제2 집전체를 더 포함하고,
    상기 제2 집전체는, 각각 상기 제2 무지부의 일 측면 및 상기 제2 무지부의 타 측면과 접촉하는 적어도 한 쌍의 리드 탭을 포함하는, 이차 전지.
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