KR102314081B1 - 탭을 갖는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 작은 두께를 가지면서도 탭에 의하여 양극 또는 음극에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 갖는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수납되는 공간을 갖는 케이스와, 상기 케이스에 형성된 개구에 결합된 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트를 관통하여 설치된 단자, 및 상기 단자와 상기 제1 전극을 전기적으로 연결하는 제1 탭을 포함하고, 상기 제1 탭에는 신축 가능한 제1 연신부가 형성된다.

Description

탭을 갖는 이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY HAVING TAP}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탭을 갖는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
대표적인 이차 전지에는 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.
단자는 탭에 의하여 양극 또는 음극과 전기적으로 연결되는데, 탭은 양극 또는 음극에 용접으로 접합되어 있다. 이차 전지를 조립하는 과정에서 탭에 의하여 양극 또는 음극이 당겨지거나 밀리면 양극 또는 음극 전체에 주름이 발생한다.
본 발명은 작은 두께를 가지면서도 탭에 의하여 양극 또는 음극에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 갖는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수납되는 공간을 갖는 케이스와, 상기 케이스에 형성된 개구에 결합된 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트를 관통하여 설치된 단자, 및 상기 단자와 상기 제1 전극을 전기적으로 연결하는 제1 탭을 포함하고, 상기 제1 탭에는 신축 가능한 제1 연신부가 형성된다.
여기서 상기 제1 연신부는 복수회 꺾인 주름으로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 연신부의 폭은 케이스의 내부 폭의 1/10 보다 크고 상기 케이스의 내부 폭의 1/2보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 탭의 상단에는 상기 캡 플레이트와 평행하도록 절곡되어 상기 단자와 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 제2 전극에는 상기 캡 플레이트와 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 제2 탭이 설치되고 상기 제2 탭에는 신축 가능한 제2 연신부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 연신부는 복수회 꺾인 주름으로 이루어질 수 있으며, 상기 제2 연신부의 폭은 상기 케이스의 내부 폭의 1/10 보다 크고 상기 케이스의 내부 폭의 1/2보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 탭의 상단에는 상기 캡 플레이트와 평행하도록 절곡되어 상기 캡 플레이트에 용접된 지지부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 탭에 연신부가 형성되므로 탭이 신축할 수 있으며 이에 따라 탭이 양극 또는 음극을 변형시키는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 두께 방향으로 잘라 본 부분 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 탭을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 탭에 제1 연신부를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 탭을 도시한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10)와 케이스(20), 및 캡 플레이트(40)를 포함한다. 이하에서는 각형 전지를 예로써 설명하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 파우치 전지, 리튬 폴리머 전지 등 다양한 이차 전지에 대하여 적용될 수 있다.
전극 조립체(10)는 음극(제1 전극)(12), 양극(제2 전극)(11), 및 음극(12)과 양극(11) 사이에 배치된 세퍼레이터(13)를 포함한다. 음극(12) 및 양극(11)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 사이에 개재한 후 권취되어 젤리-롤 형태가 된다.
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 전극 조립체는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 개재되도록 차례로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
음극(12)에는 음극 탭(제1 탭)(51)이 고정 설치되고, 양극(11)에는 양극 탭(제2 탭)(52)이 고정 설치된다. 양극 탭(52)과 음극 탭(51)은 권회축과 평행하도록 배치되고, 전극 조립체(10)에서 레이어가 노출된 단면부에서 돌출되도록 설치된다. 양극 탭(52)과 음극 탭(51)은 케이스(20)에서 개구가 형성된 방향으로 돌출되며, 소정 거리 이격되도록 배치되어 전기적으로 절연된다.
양극 탭(52)은 니켈, 알루미늄과 같은 전기 전도성 재질로 이루어지며, 캡 플레이트(40)에 전기적으로 연결된다. 음극 탭(51)은 구리, 니켈과 같은 전기 전도성 재질로 이루어지며, 단자(45)와 전기적으로 연결된다.
케이스(20)는 상단에 개구부(20a)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용한다. 케이스(20)는 내부에 전극 조립체(10)와 전해액이 수용되는 공간을 제공하며, 양극 탭(52)과 전기적으로 연결된다. 케이스(20)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 금속 딥 드로잉(deep drawing)과 같은 방법으로 가공하여 제작될 수 있다.
캡 플레이트(40)는 케이스(20)의 개구부(20a)에 결합되어 케이스(20)를 밀폐하며 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 전기 전도성 금속 재질로 이루어진다. 캡 플레이트(40)의 하면에는 양극 탭(52)이 용접으로 접합되어, 캡 플레이트(40)는 양극으로 대전된다.
전극 조립체(10)와 캡 플레이트(40) 사이에는 절연 케이스(70)가 설치된다. 절연 케이스(70)는 베이스(71)와 베이스(71)의 측단에서 돌출된 측벽(72)을 포함한다. 베이스(71)는 판 형상으로 이루어지며, 베이스(71)에는 양극 탭(52)이 관통하는 제1 탭 홀(73)과 음극 탭(51)이 관통하는 제2 탭 홀(74)이 형성되어 있다. 측벽(72)은 베이스(71)의 둘레를 따라 이어져 형성된다.
단자(45)는 캡 플레이트(40)의 중앙에 위치하며, 캡 플레이트(40)에 형성된 단자 홀(41)을 관통하여 설치된다. 단자(45)는 절연 개스킷(46)을 매개로 캡 플레이트(40)에 설치되며 절연 개스킷(46)은 단자(45)의 둘레를 감싸면서 단자(45)와 캡 플레이트(40)를 전기적으로 절연한다.
캡 플레이트(40)에는 케이스(20)에 전해액을 주입하는 통로인 전해액 주입공(42)이 마련되는데, 전해액 주입공(42)에는 마개(43)가 삽입 설치되어 전해액 주입공(42)을 폐쇄한다.
단자(45)는 캡 플레이트(40)와 접속 플레이트(62)를 관통하도록 설치되는데, 접속 플레이트(62)는 케이스(20)의 내부에서 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(40) 사이에 배치된다. 접속 플레이트(62)는 판 형상으로 이루어지며, 접속 플레이트(62)에는 단자(45)가 관통하는 단자 홀(62a)이 형성된다.
단자(45)는 캡 플레이트(40)와 접속 플레이트(62)를 관통하도록 설치된 상태에서 리벳팅에 의하여 캡 플레이트(40)와 접속 플레이트(62)에 고정된다. 음극 탭(51)은 접속 플레이트(62)에 용접으로 고정되며 이에 따라 단자(45)는 접속 플레이트(62)와 음극 탭(51)을 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결될 수 있다.
캡 플레이트(40)와 접속 플레이트(62) 사이에는 접속 플레이트(62)를 캡 플레이트(40)에 대하여 절연하는 절연 플레이트(61)가 설치된다. 절연 플레이트(61)는 전기적인 절연성을 갖는 판으로 이루어지며, 캡 플레이트(40)와 평행하게 배치된다. 절연 플레이트(61)에는 단자(45)가 관통하는 단자 홀(61a)이 형성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 두께 방향으로 잘라 본 부분 종단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 탭을 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 음극 탭(51)은 막대 형상으로 이루어지며 음극(12)에 접합되는 집전 연결부(51a)와 집전 연결부(51a)의 상단에서 절곡된 지지부(51b)를 포함한다.
집전 연결부(51a)의 하부는 음극(12)에 초음파 용접 또는 저항 용접으로 접합된다. 집전 연결부(51a)는 음극(12)에서 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부에 용접으로 접합된다. 집전 연결부(51a)의 상부는 전극 조립체(10)의 외측으로 돌출되는데, 집전 연결부(51a)에는 절연을 위한 절연 테이프(53)가 감겨진다.
집전 연결부(51a)의 상부에는 복수회 꺾인 주름으로 이루어진 제1 연신부(51c)가 형성된다. 주름은 삼각파 형상의 종단면을 갖도록 형성되며, 제1 연신부(51c)는 지지부(51b)와 절연 테이프(53) 사이에 위치한다.
제1 연신부(51c)는 도 5에 도시된 바와 같이 프레스 장치(80)에 의하여 형성되는데, 프레스 장치(80)는 복수개의 홈이 형성된 제1 다이(81)와 제2 다이(82)를 포함한다. 제1 다이(81)와 제2 다이(82) 사이에 양극 탭(51)을 위치시킨 상태에서 제1 다이(81)와 제2 다이(82)로 가압하여 주름으로 이루어진 제1 연신부(51c)를 형성한다.
제1 연신부(51c)의 폭(W2)은 케이스(20)의 내부 폭(W1)의 1/10 보다 크고 케이스(20)의 내부 폭(W1)의 1/2보다 작게 형성될 수 있다. 제1 연신부(51c)의 폭(W2)이 케이스(20)의 내부 폭(W1)의 1/2보다 크게 형성되면 음극 탭(51)과 케이스(20)가 단락될 위험이 있으며, 제1 연신부(51c)의 폭(W2)이 케이스(20)의 내부 폭(W1)의 1/10 보다 작게 형성되면 신축 정도가 작아서 음극이 당겨지거나 밀려서 주름이 생성될 수 있다.
지지부(51b)는 집전 연결부(51a)의 상단에서 절곡되며 캡 플레이트(40)와 평행하게 배치된다. 지지부(51b)는 접속 플레이트(62)에 용접되며 이에 따라 단자(45)는 접속 플레이트(62)를 매개로 음극 탭(51)과 전기적으로 연결된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 탭을 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하여 설명하면 양극 탭(52)은 막대 형상으로 이루어지며 양극에 접합되는 집전 연결부(52a)와 집전 연결부(52a)의 상단에서 절곡된 지지부(52b)를 포함한다.
집전 연결부(52a)의 하부는 양극(11)에 초음파 용접 또는 저항 용접으로 접합된다. 집전 연결부(52a)는 양극(11)에서 활물질층이 형성되지 않은 양극 무지부에 용접으로 접합된다. 집전 연결부(52a)의 상부는 전극 조립체(10)의 외측으로 돌출되는데, 집전 연결부(52a)에는 절연을 위한 절연 테이프(54)가 감겨진다.
집전 연결부(52a)의 상부에는 복수회 꺾인 주름으로 이루어진 제2 연신부(52c)가 형성된다. 주름은 삼각파 형상의 종단면을 갖도록 형성되며, 제2 연신부(52c)는 지지부(52b)와 절연 테이프(54) 사이에 위치한다. 제2 연신부(52c)의 폭은 케이스(20)의 내부 폭의 1/10 보다 크고 케이스(20)의 내부 폭의 1/2보다 작게 형성될 수 있다.
지지부(52b)는 집전 연결부(52a)의 상단에서 절곡되며 캡 플레이트(40)와 평행하게 배치된다. 지지부(52b)는 캡 플레이트에 용접되며 이에 따라 캡 플레이트(40)는 양극 탭(52)을 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
100: 이차 전지 10: 전극 조립체
11: 양극 12: 음극
13: 세퍼레이터 20: 케이스
20a: 개구부 40: 캡 플레이트
41: 단자 홀 42: 전해액 주입공
43: 마개 45: 단자
46: 절연 개스킷 51, 52: 음, 양극 탭
51a, 52a: 집전 연결부 51b, 52b: 지지부
51c, 52c: 제1, 제2 연신부 53, 54: 절연 테이프
61: 절연 플레이트 62: 접속 플레이트
61a, 62a: 단자 홀 70: 절연 케이스
71: 베이스 72: 측벽
73: 제1 탭 홀 74: 제2 탭 홀
80: 프레스 장치 81: 제1 다이
82: 제2 다이

Claims (8)

  1. 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 갖는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되는 공간을 갖는 케이스;
    상기 케이스에 형성된 개구에 결합된 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트를 관통하여 설치된 단자;
    상기 단자와 상기 제1 전극을 전기적으로 연결하도록 상기 케이스의 개구를 향하는 제1 탭; 및
    상기 제2 전극에 설치되어 상기 캡 플레이트와 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하도록 상기 케이스의 개구를 향하는 제2 탭
    을 포함하고,
    상기 제1 탭에는 신축 가능한 제1 연신부가 형성되어 상기 케이스에 이격되며,
    상기 제2 탭에는 신축 가능한 제2 연신부가 형성되어 상기 케이스에 이격된 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 연신부는 복수회 꺾인 주름으로 이루어진 이차 전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 연신부의 폭은 상기 케이스의 내부 폭의 1/10 보다 크고 상기 케이스의 내부 폭의 1/2보다 작은 이차 전지.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 탭의 상단에는 상기 캡 플레이트와 평행하도록 절곡되어 상기 단자와 전기적으로 연결된 지지부가 형성된 이차 전지.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 연신부는 복수회 꺾인 주름으로 이루어진 이차 전지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 연신부의 폭은 상기 케이스의 내부 폭의 1/10 보다 크고 상기 케이스의 내부 폭의 1/2보다 작은 이차 전지.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 탭의 상단에는 상기 캡 플레이트와 평행하도록 절곡되어 상기 캡 플레이트에 용접된 지지부가 형성된 이차 전지.
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