KR102571487B1 - 이차 전지 및 그 조립 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 용량을 확보하고 집전체의 용접 품질을 개선할 수 있는 이차 전지 및 그 조립 방법이 개시된다.
일 예로, 한 쌍의 전극탭을 포함하는 전극 조립체; 개구를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구를 따라 결합되는 캡 플레이트; 상기 전극 조립체의 전극탭에 전기적으로 연결되는 집전체; 및 상기 전극 조립체의 전극탭과 결합되며, 상기 집전체의 외곽에서 절곡된 구조로 결합된 서브탭을 포함하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지 및 그 조립 방법{Secondary Battery And Assembling Method thereof}
본 발명은 용량을 확보하고 집전체의 용접 품질을 개선할 수 있는 이차 전지 및 그 조립 방법에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
본 발명은 용량을 확보하고 집전체의 용접 품질을 개선할 수 있는 이차 전지 및 그 조립 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 한 쌍의 전극탭을 포함하는 전극 조립체; 개구를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구를 따라 결합되는 캡 플레이트; 상기 전극 조립체의 전극탭에 전기적으로 연결되는 집전체; 및 상기 전극 조립체의 전극탭과 결합되며, 상기 집전체의 외곽에서 절곡된 구조로 결합된 서브탭을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 집전체는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역에 비해 상기 캡 플레이트의 길이 방향을 기준으로 내측으로 인입되어 형성된 제 2 영역을 포함할 수 있다.
그리고 상기 서브탭은 상기 제 2 영역의 외곽에서 결합될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트의 길이 방향을 기준으로, 상기 제 2 영역과 상기 서브탭 및 전극탭이 절곡된 전체 폭은 상기 제 1 영역의 폭에 비해 작거나 상기 제 1 영역의 폭과 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 서브탭은 상기 집전체와 일체로 형성되고, 상기 집전체에 비해 얇은 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 서브탭은 일면에 대해 절곡이 수행되어, 절곡되는 영역을 중심으로 일면이 서로 맡닿도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 서브탭은 절곡되는 중심에 형성된 절곡홈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 서브탭의 외곽에 대해 상기 집전체와 체결되어 형성된 측면 절연 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 측면 절연 부재는 상기 집전체의 노출된 영역에 형성된 홀에 결합되는 돌기를 포함할 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 이차 전지의 제조 방법은 캡 플레이트의 일면을 통해 돌출되는 집전체에 대해 서브탭을 결합하는 단계; 상기 서브탭의 일면에 대해 1차 절곡하여 상기 서브탭을 전극 조립체의 전극탭과 나란하게 위치시키는 단계; 상기 서브탭과 전극탭을 결합하는 단계; 및 상기 서브탭 및 전극탭의 접합부를 상기 서브탭의 일면을 중심으로 2차 절곡하여 상기 서브탭이 상기 집전체의 외곽에 위치되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 2차 절곡을 통해, 상기 서브탭은 상기 일면이 절곡되는 중심을 기준으로 접하도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 캡 플레이트의 길이 방향을 기준으로, 상기 집전체는 상기 서브탭이 결합되는 영역에 대해 내측으로 인입되어 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는 제 1 집전체 및 제 2 집전체 각각 서브탭을 결합하되, 서브탭이 약 90도로 1차 절곡된 상태에서 전극 조립체의 제 1 전극탭 및 제 2 전극탭와 결합되도록 하고, 결합된 구조를 다시 약 90도로 2차 절곡하여 집전체의 외곽에 접촉하여 결합되도록 함으로써, 제조를 용이하게 하고 케이스 내의 공간 손실을 줄여 용량을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 서브탭의 절곡 동작을 도시한 도면이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 분해사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제 1 단자 조립체(120), 제 2 단자 조립체(130), 서브탭(140), 캡 조립체(150), 측부 절연 부재(160) 및 케이스(180)를 포함한다. 또한, 상기 전극 조립체(110)의 외부에는 절연 테이프(170)가 더 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판, 세퍼레이터, 제 2 전극판의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판은 양극으로서 동작할 수 있으며, 제 2 전극판은 음극으로서 동작할 수 있다. 물론, 당업자의 선택에 따라 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판은 서로 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 제 1 전극판은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 1 전극 무지부를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부는 제 1 전극판과 외부 간의 전류 흐름의 통로를 제공한다. 한편, 상기 제 1 전극판의 재질로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부는 제 1 전극판과 외부 간의 전류 흐름의 통로를 제공한다. 한편, 상기 제 2 전극판의 재질로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
상기 세퍼레이터는 제 1 전극판과 제 2 전극판의 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.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제 1 전극판의 무지부와 전기적으로 연결된 제 1 전극탭(111), 다수의 제 2 전극판의 무지부와 전기적으로 연결된 제 2 전극탭(112)이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 전극탭(111) 및 제 2 전극탭(112)은 별도의 리드 탭으로 구성되어, 상기 제 1 전극판의 무지부 및 제 2 전극판의 무지부와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 상기 제 1 전극탭(111) 및 제 2 전극탭(112)은 각각 다수의 제 1 전극판의 무지부와 제 2 전극판 무지부를 중첩한 구조로 형성될 수 있으며, 이 경우 멀티탭으로도 명명될 수 있다. 또한, 이 경우 상기 제 1 전극탭(111) 및 제 2 전극탭(112)은 무지부에 별도의 전극 리드를 연결하는 것이 아니라, 각 전극판의 무지부 자체를 전극탭으로서 활용하는 것이기 때문에 전기적 저항을 줄일 수 있고, 충방전시 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극탭(111) 및 제 2 전극탭(112)에는 각각 제 1 단자(120) 및 제 2 단자(130)가 전기적으로 결합되어, 충방전이 이루어질 수 있다.
또한, 이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(180)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.
상기 제 1 단자 조립체(120)는 금속 또는 그 등가물로 이루어지며, 상기 제 1 전극탭(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 단자 조립체(120)는 제 1 집전체(121), 제 1 집전 단자(122) 및 제 1 단자 플레이트(123)를 포함한다.
상기 제 1 집전체(121)는 상기 전극 조립체(110)의 일측부로 돌출된 제 1 전극탭(111)과 전기적으로 결합된다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 집전체(121)는 상기 서브탭(140)을 통해 제 1 전극탭(111)과 결합될 수 있다. 상기 제 1 집전체(121)는 캡 플레이트(150)의 하부에서 제 2 집전 단자(122)와 결합되고 대략 'ㄱ'자 형상으로 형성되는 제 1 영역(121a)과 상기 제 1 영역(121a)의 측부로부터 내부를 향해 인입되어 형성된 제 2 영역(121c)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 영역(121a)의 측부에서 상단과 하단에는 각각 형성된 결합홀(121b)이 더 형성될 수 있다.
상기 제 2 영역(121c)은 상기 제 1 영역(121a)의 측부에 형성되며, 수직 방향에서 대략 중앙에 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 영역(121c)은 상기 제 1 영역(121a)에 비해 상기 전극 조립체(110)를 향하는 방향으로 인입되도록 형성된다. 특히, 후술할 바와 같이 상기 제 2 영역(121c)은 상기 서브탭(140)과 일체로 형성되며, 상기 서브탭(140)이 상기 전극 조립체(110)의 전극탭(111, 112)와 결합된 이후 절곡되었을 경우, 상기 제 2 영역(121c)의 외곽에서 절곡될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 영역(121c)의 외곽으로 상기 전극탭(111, 112) 및 서브탭(140)의 두께에 해당되는 구성들이 더 결합되며, 이 전체 구성의 폭은 상기 제 1 영역(121a)의 폭과 대응될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 영역(121a) 및 제 2 영역(121c)을 갖는 제 1 집전체(121)의 구성은 정해진 케이스(180)의 영역 내에서 공간 손실을 최소화하도록 구비될 수 있기 때문에, 전지의 용량을 높일 수 있게 된다.
또한, 상기 결합홀(121b)은 이후 측부에서 결합되는 측부 절연 부재(160)와 결합되기 위한 것으로, 측부 절연 부재(160)의 대응되는 돌기와 결합되기 위한 구성이다. 상기 결합홀(121b)을 통해 결합된 측부 절연 부재(160)는 제 1 집전체(121), 전극 조립체(110)의 제 1 집전탭(111) 및 서브탭(140)의 구성을 케이스(180)로부터 절연시킬 수 있다.
이러한 상기 제 1 집전체(121)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 다만, 상기 제 1 집전체(121)의 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 집전 단자(122)는 상기 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제 1 집전체(121)와 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 집전 단자(122)는 역시 상기 제 1 집전체(121)과 마찬가지로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있으나, 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다. 상기 제 1 집전 단자(122)는 상기 제 1 집전체(121)의 수평 방향을 따라 연장되어 형성되는 플랜지부(122a), 상부로 돌출되어 상기 제 1 단자 플레이트(123)와 결합되는 리벳팅부(122b), 리벳팅부(122b)의 가장자리를 따라 형성된 결합부(122c)를 포함한다.
상기 플랜지부(122a)는 상기 제 1 집전체(121)를 따라 수평 방향으로 형성된다. 그리고 상기 플랜지부(122a)는 일부 영역에서 수직방향으로 돌출되어 상기 제 1 집전체(121)의 단자홀을 관통하면서 삽입된다. 또한, 상기 단자홀의 주변으로 용접이 수행되어, 상기 제 1 집전 단자(122)가 상기 제 1 집전체(121)와 결합될 수 있다.
상기 리벳팅부(122b)는 상기 플랜지부(122a)로부터 상측으로 돌출되어 형성된다. 상기 리벳팅부(122b)는 상기 제 1 단자 플레이트(123)을 관통하여 형성된 상태에서 리벳팅되어 상기 제 1 집전 단자(122)를 상기 제 1 단자 플레이트(123)와 기계적 전기적으로 결합시킨다. 또한, 상기 리벳팅부(122b)의 가장자를 따라 용접이 수행되어 결합부(122c)가 형성됨으로써, 상기 리벳팅(122b)의 결합을 더 안정적으로 유지할 수 있다.
상기 제 1 단자 플레이트(123)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다. 상기 제 1 단자 플레이트(123)는 상기 단자 몸체를 기본으로, 상부로부터 함몰된 형상으로 이루어진 경사면(123a)을 갖는다. 상기 제 1 집전 단자(122)의 리벳팅부(122b)가 리벳팅될 때, 상기 리벳팅부(122b)는 상기 경사면(123a)을 따라 용이하게 압착되어 변형될 수 있고, 그 결과 상기 리벳팅부(122b)와 면접촉을 통해 결합 면적을 높일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 단자 플레이트(123)는 상기 제 1 집전 단자(122)와 기계적 및 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 상기 제 1 단자 플레이트(123)와 캡 플레이트(150)의 사이에는 체결 플레이트(155)가 형성된다. 또한, 상기 체결 플레이트(155)의 전기적 전도도에 따라 상기 제 1 단자 플레이트(123)와 캡 플레이트(150)는 전기적으로 동일한 제 1 극성을 갖거나, 캡 플레이트(150)와 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 제 2 단자 조립체(130)는 상기 제 1 단자 조립체(120)와 대응되어 동일한 형상으로 구성될 수 있다. 상기 제 2 단자 조립체(130)는 상기 전극 조립체(110)의 제 2 전극탭(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 단자(130)는 제 2 집전체(131), 제 2 집전 단자(132) 및 제 2 단자 플레이트(133)를 포함할 수 있다.
상기 제 2 집전체(131)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있으나, 상기 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다. 상기 제 2 집전체(131)는 대략 'ㄱ'자 형상으로 구성된 제 1 영역(131a) 및 상기 제 1 영역(131a)으로부터 연장되고 상기 전극 조립체(110)를 향하도록 내측으로 인입되어 형성된 제 2 영역(131c)을 포함한다. 상기 제 2 영역(131c)은 상기 전극 조립체(110)의 제 2 전극탭(112)과 결합된다. 또한, 상기 제 2 집전체(131)의 제 1 영역(131a)은 단자홀을 구비하여 상기 제 2 집전 단자(132)가 삽입되어 상기 제 2 집전체(131)에 용접되도록 할 수 있다. 또한, 상기 제 1 영역(131a)에는 결합홀(131b)이 형성되어 상기 측부 절연 부재(160)와 결합될 수 있다.
상기 제 2 집전 단자(132)는 상기 제 2 집전체(131)에 연결되어, 상기 캡 플레이트(155)의 상부까지 돌출되며, 상기 제 1 집전 단자(122)에 대응되도록 플랜지부(132a), 리벳팅부(132b) 및 결합부(132c)를 포함한다.
상기 제 2 단자 플레이트(133)는 상기 제 2 집전 단자(132)와 결합되며, 경사면(133a)을 통해 제 2 집전 단자(132)의 리벳팅부(132b)와의 결합력을 높일 수 있다. 한편, 상기 제 2 단자 플레이트(133)는 하부에 절연 플레이트(157)를 통해 상기 캡 플레이트(151)와 결합된다. 따라서, 제 2 극성을 갖는 상기 제 2 단자 플레이트(133)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 분리되어, 전극간 단락이 방지된다.
상기 서브탭(140, 141)은 상기 제 1 집전체(121) 및 제 2 집전체(131)에 각각 일체로 형성된 제 1 서브탭(140) 및 제 2 서브탭(141)을 포함할 수 있다. 상기 서브탭(140, 141)은 각각 상기 제 1 집전체(121) 및 제 2 집전체(131)와 동일한 재질을 갖도록 형성될 수 있고, 예를 들어, 상기 제 1 집전체(121)에 결합되는 제 1 서브탭(140)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 상기 제 2 집전체(131)에 결합되는 제 2 서브탭(141)은 구리 또는 구리 합금을 통해 형성될 수 있다.
상기 제 1 서브탭(140)은 상기 제 1 집전체(121)의 제 2 영역(121c)에 대해 일체로 형성되며, 상기 제 1 집전체(121)의 제 2 영역(121c)에 비해 얇은 두께를 갖도록 형성된다. 이러한 제 1 서브탭(140)의 구성은 프레스 가공을 통해 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제 1 서브탭(140)의 두께는 상기 제 2 영역(121c) 에 비해 얇게 형성되어, 상기 서브탭(140)이 이후 용이하게 절곡되도록 할 수 있다. 또한, 제 1 집전체(121)의 제 2 영역(121c)과 상기 제 1 서브탭(140)의 사이 경계에는 절곡홈(121d)이 더 형성되어, 상기 절곡 영역(142)의 절곡 동작에 따라 밀리게 되는 살들이 수용되도록 함으로써, 상기 제 1 서브탭(140)의 절곡 동작이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
보다 상세하게, 상기 서브탭(140)은 상기 제 1 집전체(121)의 제 2 영역(121c)과 동일 평면 상인 상태를 기준으로 약 90도 절곡 될 수 있으며, 이에 따라 상기 전극 조립체(110)의 제 1 전극탭(111)과 평행한 면을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 서브탭(140)과 제 1 전극탭(111)이 용접이 이루어질 수 있으며, 용접 이후 상기 서브탭(140) 및 제 1 전극탭(111)의 접합부는 다시 90도를 회전하여 상기 제 2 영역(121c)의 외측에 접촉하도록 결합될 수 있다.
또한, 상술한 것처럼, 상기 제 1 집전체(121)의 제 2 영역(121c)에서 상기 제 1 전극탭(111)이 상기 제 1 집전체(121)의 제 2 영역(121c)에 비해 돌출된 폭은 상기 제 1 영역(121a)에 비해 돌출되지 않도록 구비됨으로써, 케이스(180) 내에서 용량의 손실을 방지할 수 있다.
상기 제 2 서브탭(141) 역시 상기 제 1 서브탭(140)에 대응되도록 상기 제 2 집전체(131)의 제 2 영역(131c)에 일체로 형성되며, 상기 제 2 영역(131c)에 비해 얇은 두께로 형성된다. 또한, 상기 제 2 영역(131c)과 제 2 서브탭(141)의 사에 경계에서는 절곡홈(131d)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 서브탭(141)은 상기 전극 조립체(110)의 제 2 전극탭(112)와 결합되며, 재질 및 결합 위치를 제외한 나머지는 상기 제 1 서브탭(140)과 동일하게 이루어질 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(180)에 결합된다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 체결 플레이트(155), 절연 플레이트(157)를 포함한다. 또한, 상기 캡 조립체(150)는 가스켓(152), 마개(153), 안전 벤트(154), 절연 부재(158)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 캡 플레이트(151)는 상기 케이스(180)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(180)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 또한, 일 예로서, 상기 캡 플레이트(151)는 레이저 용접의 방식으로 상기 케이스(180)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)는 상기 제 1 단자 조립체(130)와 전기적으로 연결되거나, 상기 제 1 단자 조립체(130)와 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 가스켓(152)은 절연성 재질로 상기 제 1 집전 단자(122) 및 제 2 집전 단자(132) 각각과 상기 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 상기 제 1 집전 단자(122) 및 제 2 집전 단자(132)의 각각과 상기 캡 플레이트(151)의 사이를 밀봉시킨다. 이러한 가스켓(152)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 마개(153)는 상기 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉하한다. 또한, 상기 안전 벤트(154)는 상기 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되고, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 상면에 노치(154a)가 형성될 수 있다.
상기 체결 플레이트(155)는 상기 캡 플레이트(151)와 제 1 단자 플레이트(123)의 사이에 형성된다. 상기 체결 플레이트(155)는 상기 캡 플레이트(151)와 동일한 재질, 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 이용하여 형성될 수 있으나 상기 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 체결 플레이트(155)는 체결 돌기를 구비하며, 상기 캡 플레이트(151)에는 이와 상응하는 위치에 체결홈(151c)가 형성된다. 따라서, 상기 체결 플레이트(155)는 상기 캡 플레이트(151)와 결합시 상기 체결 돌기가 상기 체결홈(151c)에 삽입되도록 결합된다. 따라서, 상기 체결 플레이트(155)는 상기 캡 플레이트(151)와 안정적으로 결합될 수 있고, 제조 또는 사용 중 상기 체결 플레이트(155)가 유동되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 상기 체결 플레이트(155)는 상기 제 1 집전 단자(122) 및 가스켓(152)에 의해 관통되어, 상기 제 1 집전 단자(122)는 상부의 제 1 단자 플레이트(123)와 결합될 수 있다.
상기 체결 플레이트(155)는 전기적으로 도전성 재질 또는 절연성 재질 어느 것으로도 형성될 수 있다. 상기 체결 플레이트(155)가 도전성 재질인 경우 상기 제 1 단자 조립체(120)는 상기 캡 플레이트(151)와 동일한 극성을 갖게 되고, 절연성 재질인 경우, 상기 제 1 단자 조립체(120)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 절연 플레이트(157)는 상기 제 2 단자 플레이트(133)와 상기 캡 플레이트(151)의 사이에 형성된다. 상기 절연 플레이트(157)는 상기 체결 플레이트(155)와 대응되는 동일한 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 다만, 상기 절연 플레이트(157)는 전기적으로 절연되는 재질로 형성되어, 제 2 극성을 갖는 상기 제 2 단자 플레이트(133)가 제 1 극성을 갖는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 분리되도록 한다.
상기 절연 부재(158)는 상기 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상기 절연 부재(155)는 상기 가스켓(152)에도 밀착될 수 있다. 이러한 절연 부재(155)는 상기 제 1 단자 플레이트(123) 및 제 2 단자 플레이트(133)를 캡 플레이트(151)에 밀착하여 결합시킨다. 특히, 상기 절연 부재(158)는 상기 제 2 집전판(131)과 캡 플레이트(151)의 사이, 상기 케이스(180) 및 제 2 집전판(131)의 사이에 형성되어, 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다.
상기 측부 절연 부재(160)는 한쌍으로 구비될 수 있고, 각각 상기 제 1 집전체(121) 및 제 2 집전체(131)와 그 외부에 결합되어 있는 서브탭(140, 141) 및 전극탭(111, 112)에 대해 외곽에서 결합될 수 있다.
상기 측부 절연 부재(160)는 상단과 하단에 각각 형성된 돌기(161)를 통해 결합 위치에 따라 상기 제 1 집전체(121) 또는 제 2 집전체(131)의 결합홀(121b, 131b)에 결합될 수 있고, 체결력을 유지할 수 있다.
또한, 상기 측부 절연 부재(160)는 수평의 폭 방향에서 형성된 날개부(162)의 구성을 통해 상기 제 1 집전체(121) 또는 제 2 집전체(131)를 더 커버하여, 전기적인 단락이 발생되는 것을 차단할 수 있다.
이러한 상기 측부 절연 부재(160)는 상기 제 1 집전체(121) 및 제 2 집전체(131)에 결합되는 각각이 동일한 형상으로 구비될 수 있기 때문에, 극성 구분없이 동일하게 적용될 수 있다.
상기 절연 테이프(170)는 상기 측부 절연 부재(160)의 외곽에서 상기 전극 조립체(110)를 감싸도록 형성될 수 있다. 상기 절연 테이프(170)는 케이스(180) 내부의 구조를 한번 더 커버함으로써, 혹시 모를 전극간 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 케이스(180)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(110), 제 1 단자 조립체(120) 및 제 2 단자 조립체(130) 등의 구성이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)에서는 상기 제 1 단자 조립체(120)가 상기 캡 플레이트(151) 및 케이스(180)에 전기적으로 연결되어, 상기 케이스(180)는 상기 제 1 단자 조립체(120)와 같은 제 1 극성을 가질 수 있다. 또한, 이 경우 상기 케이스(180)의 내면은 기본적으로 절연 처리되어 있기 때문에, 제 2 극성을 갖는 상기 전극 조립체(110)의 제 2 전극탭(112) 또는 제 2 단자 조립체(130)가 유동에 의해 접촉하게 되어도 전기적으로 독립될 수 있다. 따라서, 전기적 단락이 발생되는 것이 방지된다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 집전체(121) 및 제 2 집전체(131)에 각각 서브탭(140, 141)을 결합하되, 서브탭(140, 141)이 약 90도로 1차 절곡된 상태에서 전극 조립체(110)의 제 1 전극탭(111) 및 제 2 전극탭(112)와 결합되도록 하고, 결합된 구조를 다시 약 90도로 2차 절곡하여 집전체(121, 131)의 외곽에 접촉하여 결합되도록 함으로써, 제조를 용이하게 하고 케이스(180) 내의 공간 손실을 줄여 용량을 높일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 서브탭의 절곡 동작을 도시한 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은 캡 어셈블리 준비 단계(S1), 서브탭 절곡 단계(S2), 전극 조립체 정렬 단계(S3), 전극 조립체 결합 단계(S4), 접합부 절곡 단계(S5), 측면 절연 부재 결합 단계(S6), 절연 테이프 결합 단계(S7), 케이스 삽입 단계(S8)를 포함할 수 있다. 이하에서는 도 4의 각 단계들에 대해, 단계별로 도 5a 내지 도 6c를 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 4 및 도 5a를 참조하면, 상기 캡 어셈블리 준비 단계(S1)는 제 1 단자 조립체(120), 제 2 단자 조립체(130), 서브탭(140, 141) 및 캡 조립체(150)를 구비하는 캡 어셈블리를 구비하는 단계이다. 여기서, 상기 제 1 단자 조립체(120)와 제 2 단자 조립체(130)를 구성하는 제 1 집전체(121) 및 제 2 집전체(131)는 상술한 바와 같이, 각각 제 1 영역(121a, 131a)과 제 2 영역(121c, 131c)을 갖고, 제 2 영역(121c, 131c)은 제 1 영역(121a, 131a)에 비해 내측으로 인입되도록 구비될 수 있다.
상기 제 1 서브탭(140) 및 제 2 서브탭(141)은 상기 제 1 집전체(121) 및 제 2 집전체(131)과 동일한 재질로 형성될 수 있고, 예를 들어 상기 제 1 서브탭(140)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 상기 제 2 서브탭(141)은 구리 또는 구리 합금(145)으로 구성될 수 있다.
또한, 상술한 것처럼, 서브탭(140, 141)은 각각 상기 집전체(121, 131)의 제 2 영역(121c, 131c)에 각각 일체로 형성될 수 있으며, 다만 상기 제 2 영역(121c 131c)에 비해 얇은 두께로 형성될 수 있다.
이어서, 도 4, 도 5b 및 도 6a를 참조하면, 상기 서브탭 절곡 단계(S2)는 각 집전체(121, 131)의 절곡홈(121d, 131d)을 중심으로 서브탭(140, 141)을 각각 약 90도로 1차 절곡하는 단계이다. 여기서, 제 1 서브탭(140)과 제 2 서브탭(141)의 절곡 방향을 서로 반대 방향일 수 있다. 또한, 이러한 1차 절곡에 따르면, 상기 서브탭(140, 141)은 각각 전극 조립체(110)의 전극탭(111, 112)과 나란하게 위치되기 때문에 후술할 용접 등 결합 공정이 수월하게 이루어질 수 있다.
도 4, 도 5c 및 도 6b를 참조하면, 상기 전극 조립체 정렬 단계(S3)는 상기 서브탭(140, 141)에 대해 전극 조립체(110)의 전극탭(111, 112)이 각각 대응되도록 정렬하는 단계이다. 이 때, 상기 전극탭(111, 112)들은 상기 서브탭(140, 141)과 각각 나란하게 형성되어 면접촉하도록 위치될 수 있다.
도 4, 도 5d 및 도 6b를 참조하면, 상기 전극 조립체 결합 단계(S4)는 상기 전극탭(111, 112)들은 상기 서브탭(140, 141)과 각각 결합하는 단계이다. 이 때, 결합의 방법은 용접을 이용할 수 있으나, 경우에 따라 전도성 접착제를 이용한 결합 등 다른 방법을 활용하는 것도 가능하다. 또한, 상기 결합에서 상기 전극탭(111, 112)들은 상기 서브탭(140, 141)과 면접촉을 할 수 있기 때문에 안정적인 결합이 가능하게 된다.
도 4 및 도 5e와 함께 도 6b 및 도 6c를 참조하면, 상기 접합부 절곡 단계(S5)는 상기 서브탭(140, 141)과 전극 조립체(110)의 전극탭(111, 112)이 결합된 접합부를 약 90도로 2차 절곡하여, 이러한 접합부의 구조가 각 집전체(121, 131)의 제 2 영역(121c, 131c)의 외곽에 접촉하도록 위치시키는 단계이다. 이러한 2차 절곡에 의해, 상기 접합부는 집전체(121, 131)의 제 2 영역(121c, 131c)의 외곽에 각각 위치하게 된다.
도 4 및 도 5f를 참조하면, 상기 측면 절연 부재 결합 단계(S6)는 상기 집전체(121, 131)의 외곽으로부터 측면 절연 부재(160)를 결합하는 단계이다. 상기 측면 절연 부재(160)는 동일한 형상의 한쌍으로 구비될 수 있으며, 집전체(121, 131)의 외곽으로부터 이동하여, 집전체(121, 131)의 결합홀(121b, 131b)에 각각 체결될 수 있다. 이에 따라, 집전체(121, 131)는 물론, 절곡되어 이에 접촉하여 결합된 서브탭(140, 141)과, 전극 조립체(110)의 전극탭(111, 112)이 케이스(180)의 내측에 대해 절연될 수 있다. 이에 따라, 전극간 전기적 단락이 발생되는 것이 방지될 수 있다.
도 4 및 도 5g를 참조하면, 상기 절연 테이프 결합 단계(S7)는 측면 절연 부재(160)와 전극 조립체(110)의 외면에 대해 절연 테이프로 마감 테이핑을 수행하는 단계이다. 상기 절연 테이프를 통해, 전기적 단락이 효과적으로 방지될 수 있고, 결합 구조들의 체결력이 유지될 수 있다.
도 4 및 도 5h를 참조하면, 상기 케이스 삽입 단계(S8)는 전극 조립체(110) 및 단자 조립체(120, 130), 서브탭(140) 및 측면 절연 부재(160), 절연 테이프(170)의 구조를 케이스(180)의 상측 개구를 통해 삽입하는 단계이다. 상술한 것처럼, 케이스(180)의 내면에는 절연 처리가 수행될 수 있으며, 케이스(180)의 상측 개구는 캡 플레이트(151)가 결합되어, 내부의 구조들을 밀봉할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 조립 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 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; 제 1 단자 조립체 121; 제 1 집전체
121a; 제 1 영역 121b; 제 2 영역
122; 제 1 집전 단자 123; 제 1 단자 플레이트
130; 제 2 단자 조립체 131; 제 2 집전판
131a; 제 1 영역 131b; 제 2 영역
132; 제 2 집전 단자 133; 제 2 단자 플레이트
140, 145; 서브탭 141, 146; 결합 영역
142, 146; 절곡 영역 143, 147; 절곡홈
150; 캡 조립체 151; 캡 플레이트
152; 가스켓 155; 체결 플레이트
157; 절연 플레이트 158; 절연 부재
160; 측면 절연 부재 170; 절연 테이프
180; 케이스

Claims (12)

  1. 길이 방향을 따른 양단에 형성된 한 쌍의 전극탭을 포함하는 전극 조립체;
    개구를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스의 개구를 따라 결합되는 캡 플레이트;
    상기 전극 조립체의 전극탭에 전기적으로 연결되는 집전체; 및
    상기 전극 조립체의 전극탭과 결합되며, 상기 전극 조립체의 양단으로부터 상기 전극탭과 함께 절곡된 구조로 상기 집전체의 외곽에서 상기 집전체와 적어도 일부 영역에서 중첩되어 결합된 서브탭을 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전체는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역에 비해 상기 캡 플레이트의 길이 방향을 기준으로 내측으로 인입되어 형성된 제 2 영역을 포함하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 서브탭은 상기 제 2 영역의 외곽에서 연장된 이차 전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 길이 방향을 기준으로, 상기 제 2 영역과 상기 서브탭 및 전극탭이 절곡된 전체 폭은 상기 제 1 영역의 폭에 비해 작거나 상기 제 1 영역의 폭과 동일하게 형성된 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브탭은 상기 집전체와 일체로 형성되고, 상기 집전체에 비해 얇은 두께로 형성된 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브탭은 상기 집전체에 대해 상대적으로 절곡이 수행되어, 절곡되는 영역을 중심으로 일면이 서로 맞닿도록 형성된 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전체는 상기 서브탭이 절곡되는 경계에 형성된 절곡홈을 포함하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브탭의 외곽에 대해 상기 집전체와 체결되어 형성된 측면 절연 부재를 더 포함하는 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 측면 절연 부재는 상기 집전체의 노출된 영역에 형성된 홀에 결합되는 돌기를 포함하는 이차 전지.
  10. 캡 플레이트의 일면을 통해 돌출되는 집전체에 대해 일체로 형성된 서브탭을 구비하는 단계;
    상기 서브탭의 일면에 대해 1차 절곡하여 상기 서브탭을 전극 조립체의 길이 방향을 따른 양단에 형성된 전극탭과 나란하게 위치시키는 단계;
    상기 서브탭과 전극탭을 결합하는 단계; 및
    상기 서브탭 및 전극탭의 접합부를 상기 전극 조립체의 양단으로부터 상기 서브탭의 일면을 중심으로 2차 절곡하여 상기 서브탭이 상기 집전체의 외곽에 위치되도록 하는 단계를 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 2차 절곡을 통해, 상기 서브탭은 상기 일면이 절곡되는 중심을 기준으로 접하도록 형성된 이차 전지의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 길이 방향을 기준으로, 상기 집전체는 상기 서브탭이 결합되는 영역에 대해 내측으로 인입되어 형성된 이차 전지의 제조 방법.
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