KR102571628B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 일측에 양극 단자 및 음극 단자가 모두 제공되어 버스바의 연결이 용이하고, 또한 전극 조립체와 케이스의 상호간 전기적 접속 신뢰성이 우수한 원통형 이차 전지를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 개시는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 전극 조립체 및 상기 케이스에 각각 용접되는 집전판; 및 상기 집전판 상에 위치되어 상기 케이스를 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하는, 이차 전지를 제공한다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
본 개시(disclosure)는 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 원통형 이차 전지는 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 원통형 케이스와, 케이스의 상단 개구부에 결합되어 케이스를 밀봉하고 전극 조립체와 전기적으로 연결되어, 외부 구성 부품과 전극 조립체를 전기적으로 연결하는 캡 조립체를 포함한다.
원통형 이차 전지는 음극을 띄는 케이스와 양극을 띄는 캡 조립체가 가스켓에 의해 상호 절연된 구조를 갖는 경우가 일반적이다. 이러한 원통형 이차 전지를 복수개 연결하여 이용하는 전지 모듈의 경우, 이차 전지의 상하부에 각각 버스바가 연결되어야 하므로, 구조가 복잡해지고 제조 시간이 길어질 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 개시의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 개시는 일측에 양극 단자 및 음극 단자가 모두 제공되어 버스바의 연결이 용이하고, 또한 전극 조립체와 케이스의 상호간 전기적 접속 신뢰성이 우수한 원통형 이차 전지를 제공한다. 본 개시는 전해액의 주액이 가능하고 또한 열 폭주 시 내부 가스를 배출하는 집전판을 갖는 원통형 이차 전지를 제공한다.
본 개시에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 전극 조립체 및 상기 케이스에 각각 용접되는 집전판; 및 상기 집전판 상에 위치되어 상기 케이스를 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 케이스는 내측 방향으로 절곡된 상부 평탄부, 내측 방향으로 절곡된 하부 평탄부, 및 상기 상부 평탄부 및 상기 하부 평탄부를 연결하는 연결부를 포함하며, 상기 집전판은 상기 전극 조립체에 용접되는 전극 용접부, 및 상기 전극 용접부의 외측에 제공되어 상기 케이스에 용접되는 케이스 용접부를 포함하고, 상기 전극 용접부는 상기 상부 평탄부와 같은 평면을 이루고, 상기 케이스 용접부는 상기 연결부 및 상기 하부 평탄부에 밀착될 수 있다.
일부 예들에서, 상기 집전판은 상기 전극 용접부와 상기 케이스 용접부 사이에 연결되며 상기 상부 평탄부와 같은 평면을 이루는 강성 보강부를 더 포함할 수 있다.
삭제
일부 예들에서, 상기 전극 용접부는 상기 캡 플레이트의 중앙과 대응되는 영역에 제공되는 관통홀을 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 전극 용접부의 두께에 비해 상기 강성 보강부 또는 상기 케이스 용접부의 두께가 더 두꺼울 수 있다.
일부 예들에서, 상기 전극 용접부와 상기 강성 보강부의 경계를 따라 제공되는 벤트 노치를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 케이스 용접부는 상기 강성 보강부로부터 상기 캡 플레이트를 향하여 절곡될 수 있다.
일부 예들에서, 상기 케이스 용접부는 상기 케이스의 비딩부에 용접될 수 있다.
일부 예들에서, 상기 케이스 용접부와 상기 캡 플레이트의 사이에 개재된 절연 가스켓을 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 집전판의 외경은 상기 전극 조립체의 외경보다 클 수 있다.
본 개시는 일측에 양극 단자 및 음극 단자가 모두 제공되어 버스바의 연결이 용이하고, 또한 전극 조립체와 케이스의 상호간 전기적 접속 신뢰성이 우수한 원통형 이차 전지를 제공할 수 있다. 본 개시는 전해액의 주액이 가능하고 또한 열 폭주 시 내부 가스를 배출하는 집전판을 갖는 원통형 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 도 2의 이차 전지에서 3부분을 확대 도시한 확대 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지중 음극 집전판을 도시한 평면도 및 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 개시의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 개시의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 개시을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 개시의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 개시의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 개시의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 개시을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이차 전지(100)를 길이방향으로 절단한 단면도이며, 도 3은 도 2의 이차 전지(100)에서 3 부분을 확대 도시한 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 이차 전지(100)는 원통형 케이스(110), 원통형 케이스(110)의 내부에 수용된 원기둥형 전극 조립체(120), 원통형 케이스(110)의 일단에 구비된 단자홀에 결합된 리벳 단자(150) 및 원통형 케이스(110)의 타단의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트(160)를 포함할 수 있다.
원통형 케이스(110)는 원형의 상면부(111)와, 상면부(111)의 가장자리로부터 하부 방향으로 연장된 측면부(112)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 원통형 케이스(110)의 상면부(111)와 측면부(112)는 일체형일 수 있다. 일부 예들에서, 케이스(110)는 캔 또는 하우징으로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 원형의 상면부(111)는 평평한 원형 판형상으로, 중심부를 관통하는 단자 홀(111a)을 포함할 수 있다. 상면부(111)는 단자 홀(111a)에 리벳 단자(150)가 삽입되어 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 단자 홀(111a)과 리벳 단자(150) 사이에는 밀봉 및 전기적 절연을 위한 제1가스켓(111b)이 더 개재될 수 있다. 제1가스켓(111b)은 리벳 단자(150)와 원통형 케이스(110) 사이의 접촉을 차단하여, 리벳 단자(150)와 원통형 케이스(110)를 상호간 전기적으로 분리할 수 있다. 제1가스켓(111b)에 의해 원통형 케이스(110)의 상면부(111)의 단자 홀(111a)은 밀봉될 수 있다. 일부 예들에서, 제1가스켓(111b)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지 재질을 포함할 수 있다.
이차 전지(100)는 제조 공정 중 원통형 케이스(110)의 하부가 개방될 수 있다. 따라서 이차 전지(100)는 제조 공정 중 전극 조립체(120)가 전해액과 함께 원통형 케이스(110)의 개방된 하부를 통해 삽입될 수 있다. 이때, 원통형 케이스(110)는 개방된 하부가, 상부를 향한 상태로 전해액과 전극 조립체(120)가 삽입될 수 있다. 이와같은 원통형 케이스(110)는 전해액 및 전극 조립체(120)가 삽입된 후, 개방된 하단부에 캡 플레이트(160)가 결합되어 원통형 케이스(110)의 내부를 밀봉할 수 있다. 일부 예들에서, 전해액은 상기 전극 조립체(120)를 구성하는 양극판(121)과 음극판(122) 사이에서 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 일부 예들에서, 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 일부 예들에서, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머이거나 또는 고체(solid) 전해질일 수도 있으며, 여기서 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.
원통형 케이스(110)는 스틸, 스틸 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 원통형 케이스(110)에는 전극 조립체(120)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 플레이트(160)를 중심으로 그 외곽에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)가 제공되고, 그 하부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)가 제공될 수 있다.
원통형 케이스(110)는 개방된 하단부를 통해 전극 조립체(120)가 삽입된 후, 비딩부(113)가 제공되어, 전극 조립체(120)가 원통형 케이스(110)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다. 상기 비딩부(113)는 상면부(111)와 대략 평행한 상부 평탄부(113a) 및 하부 평탄부(113b)와, 상부 평탄부(113a)와 하부 평탄부(113b)사이를 연결하는 연결부(113c)를 포함한다. 상부 평탄부(113a)와 하부 평탄부(113b)는 외면이 서로 대향할 수 있다. 일부 예들에서, 외면은 원통형 케이스(110)의 외부 표면일 수 있다.
전극 조립체(120)의 하면의 가장자리는 비딩부(113)의 상부 평탄부(113a)에 안착될 수 있다. 즉, 전극 조립체(120)의 하면의 가장자리는 비딩부(113)의 상부 평탄부(113a)의 상면에 접촉될 수 있다.
전극 조립체(120)는 양극 활물질이 코팅된 양극판(121)과, 음극 활물질이 코팅된 음극판(122) 및, 양극판(121)과 음극판(122) 사이에 개재되어 양극판(121)과 음극판(122)사이의 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(123)를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체(120)는 양극판(121), 음극판(122) 및 세퍼레이터(123)가 적층된 후, 권취 선단부터 권취되어 대략 원기둥 형태로 권취된다. 또한, 전극 조립체(120)는 상부 방향으로 양극판(121)에서 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극무지부가 돌출되고, 하부 방향으로 음극판(122)에서 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극무지부가 돌출될 수 있다.
양극판(121)은 알루미늄(Al)으로 이루어진 판형의 금속 포일인 양극 집전판과, 양극 집전판의 적어도 일면에 코팅된 전이금속 산화물로 이루어진 양극 활물질을 포함할 수 있다. 또한 양극판(121)은 상단부에 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다. 이와같은 양극 무지부는 전극 조립체(120)의 상부 방향으로 돌출될 수 있다. 즉, 양극판(121)은 양극 무지부가 음극판(122) 및 세퍼레이터(123)에 비해서 상부 방향으로 더 돌출될 수 있다.
음극판(122)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 이루어진 판형의 금속 포일인 음극 집전판과, 음극 집전판의 적어도 일면에 코팅된 흑연 또는 탄소등의 음극 활물질을 포함할 수 있다. 또한 음극판(122)은 하단부에 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다. 이와같은 음극 무지부는 전극 조립체(120)의 하부 방향으로 돌출될 수 있다. 즉, 음극판(122)은 음극 무지부가 양극판(121) 및 세퍼레이터(123)에 비해서 하부 방향으로 더 돌출될 수 있다.
세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 개시에서 이를 한정하는 것은 아니다. 세퍼레이터는 양극판(121)과 음극판(122) 사이의 전기적 쇼트를 방지하고, 리튬 이온의 이동만 가능하게 할 수 있다.
양극 집전판(130)은 전극 조립체(120)의 상면과 대응되는 형상인, 원형 금속 판일 수 있다. 양극 집전판(130)의 평면크기는 전극 조립체(120)의 상면의 크기와 같거나 더 작을 수 있다. 양극 집전판(130)은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다. 양극 집전판(130)은 하면이 전극 조립체(120)의 상면에 접촉된 상태에서 용접에 의해, 전극 조립체(120)의 상부로 노출된 양극판(121)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다. 양극 집전판(130)은 상면이 리벳 단자(150)의 하면에 접촉된 상태에서 용접에 의해, 리벳 단자(150)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다. 양극 집전판(130)은 전극 조립체(120)의 양극판(121)과 리벳 단자(150)사이의 전류 흐름의 통로가 된다.
음극 집전판(140)은 전극 조립체(120)의 하면과 대응되는 원형의 전극 용접부(141)와, 전극 용접부(141)의 가장 자리에 제공되어 마찬가지로 전극 조립체(120)의 하면 둘레와 대응되는 강성 보강부(142)와, 강성 보강부(142)의 가장자리로부터 하부 방향으로 연장된 케이스 용접부(143)를 포함할 수 있다. 음극 집전판(140)은 구리, 구리 합금, 니켈로 도금된 구리, 니켈, 니켈 합금, 스틸, 스틸 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
전극 용접부(141) 및 강성 보강부(142)의 상면은 전극 조립체(120)의 하면과 접촉될 수 있다. 전극 용접부(141) 및 강성 보강부(142)의 상면은 전극 조립체(120)의 하면에 접촉된 상태에서 용접에 의해, 전극 조립체(120)의 하부로 노출된 음극판(122)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다.
케이스 용접부(143)는 강성 보강부(142)의 가장자리를 따라 하부 방향으로 절곡될 수 있다. 일부 예들에서, 원통형 케이스(110)에 비딩부(113)가 제공된 후, 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)에 음극 집전판(140)이 안착되어 상호간 전기적/기계적으로 결합될 수 있다.
케이스 용접부(143)는 모두 비딩부(113)의 연결부(113c) 및 하부 평탄부(113b)의 내표면에 접촉될 수 있다. 일부 예들에서, 내표면은 원통형 케이스(110)의 내측 표면일 수 있다. 일부 예들에서, 케이스 용접부(143)는 끝단부가 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)의 하부에 위치할 수 있다. 일부 예들에서, 케이스 용접부(143)는 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)의 내표면에 접촉된 상태로 용접되어, 원통형 케이스(110)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다. 따라서 음극 집전판(140)은 전극 조립체(120)의 음극판(122)과 원통형 케이스(110) 사이의 전류의 흐름 통로가 된다.
케이스 용접부(143)와 비딩부(113)의 용접은 원통형 케이스(110)의 크림핑부(114)가 제공되기 이전에, 음극 집전판(140)이 비딩부(113)의 하부에 안착된 상태에서, 케이스 용접부(143)의 방향에서 용접될 수 있다. 물론, 케이스 용접부(143)와 비딩부(113)의 용접은 원통형 케이스(110)가 밀봉된 후, 원통형 케이스(110)의 외측에서 비딩부(113)를 통해 케이스 용접부(143)와 용접될 수도 있다. 이때, 용접에 의한 제2가스켓(170)의 손상을 방지하기 위해, 제2가스켓(170)은 용접부와 대응되는 영역에 홈이 더 구비될 수 있다.
리벳 단자(150)는 원통형 케이스(110)의 상면부(111)에 구비된 단자 홀(111a)에 삽입되어, 양극 집전판(130)과 전기적으로 접속될 수 있다. 리벳 단자(150)는 양극 집전판(130) 및 양극판(121)과 동일하거나, 유사한 소재로 이루어질 수 있다. 리벳 단자(150)는 원통형 케이스(110)의 상부로 노출된 부분의 직경과, 원통형 케이스(110)의 내부에 위치하는 직경이 단자 홀(111a)에 위치하는 직경에 비해 더 클 수 있다. 편의상 리벳 단자(150)는 원통형 케이스(110)의 상부로 노출된 부분을 상단, 원통형 케이스(110)의 내부에 위치하여 전극 조립체(120)를 대향한 부분을 리벳 단자(150)의 하단으로 지칭하고자 한다. 리벳 단자(150)는 원통형 케이스(110)의 상면부(111)의 단자 홀(111a)에 하부로부터 상부 방향으로 결합된 후, 상단이 프레스 또는 스피닝 등의 가공 방법에 의해 압축 변형(압축 성형)되어 상면부(111)에 밀착될 수 있다. 이때, 리벳 단자(150)와 단자 홀(111a) 사이에는 제1가스켓(111b)이 개재되어, 리벳 단자(150)와 원통형 케이스(110)사이를 전기적 절연시킬 수 있으며, 밀봉할 수 있다. 리벳 단자(150)는 양극 집전판(130)을 통해 전극 조립체(120)의 양극판(121)과 전기적으로 접속될 수 있다.
캡 플레이트(160)는 원형 금속판으로, 원통형 케이스(110)의 하단부에 결합될 수 있다. 캡 플레이트(160)는 원통형 케이스(110)의 하단부에 제2가스켓(170)이 개재된 상태로 결합되어, 원통형 케이스(110)와 전기적으로 접속되는 것을 방지할 수 있다. 캡 플레이트(160)는 전극 조립체(120)의 양극 또는 음극과 전기적으로 접속되지 않으므로, 별도의 전기 극성이 없을 수 있다.
캡 플레이트(160)는 가장자리가 원통형 케이스(110)의 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)의 하부에 안착된 상태에서, 원통형 케이스(110)의 하단에 크림핑부(114)가 제공됨으로써 고정될 수 있다. 이때, 원통형 케이스(110)는 개방된 하부가, 상부를 향한 상태로 캡 플레이트(160)가 비딩부(113)에 안착될 수 있다.
일부 예들에서, 원통형 케이스(110)의 하부 평탄부(113b)의 하부에 제2가스켓(170)이 개재된 상태로, 캡 플레이트(160)가 안착될 수 있다. 그 후, 원통형 케이스(110)의 크림핑부(114)가 캡 플레이트(160)의 내측방향으로 절곡되어 제2가스켓(170)을 가압함으로써 캡 플레이트(160)와 원통형 케이스(110)사이를 결합 시킬 수 있다. 여기서 음극 집전판(140)의 끝단이 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)에 위치하므로, 제2가스켓(170)이 개재된 상태로 캡 플레이트(160)와 원통형 케이스(110)의 밀봉이 보다 용이할 수 있다. 예를 들어, 음극 집전판(140)의 끝단이 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)를 지나 더 연장될 경우, 캡 플레이트(160)와 원통형 케이스(110)사이의 밀봉을 위해 크림핑부(114)가 제2가스켓(170)을 가압할 경우 음극 집전판(140)의 끝단이 깨지거나 끊어질 수 있다. 그러므로 캡 플레이트(160)와 원통형 케이스(110)사이의 밀봉이 용이하지 않을 수 있다.
캡 플레이트(160)는 하부방향으로 돌출된 돌출부(161)를 적어도 하나 구비할 수 있다. 일예로 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)는 중심부로부터 이격되고, 평면상 링 형상을 갖도록 하부 방향으로 돌출될 수 있다. 다른 예로 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)는 다수의 패턴을 갖도록 하부 방향으로 돌출될 수도 있다. 캡 플레이트(160)는 돌출부(161)를 구비하여 원통형 케이스(110)의 내부의 압력을 지지할 수 있다. 또한 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)는 하면이 원통형 케이스(110)의 크림핑부(114)의 하면에 비해서 상부에 위치할 수 있다. 즉, 원통형 케이스(110)의 크림핑부(114)가 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)에 비해서 하부로 더 돌출될 수 있다. 따라서 이차 전지(100)를 평평한 일면에 놓았을 경우, 원통형 케이스(110)의 크림핑부(114)가 일면에 닿고, 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)는 일면으로부터 이격될 수 있다. 또한 원통형 케이스(110)의 크림핑부(114)가 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)에 비해 하부로 더 돌출되므로, 원통형 케이스(110)의 내압에 의해 캡 플레이트(160)가 팽창하여도 캡 플레이트(160)가 일면에 닿는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이차 전지(100)는 원통형 케이스(110)의 내부 압력이 상승 하여도, 전체 총고를 유지할 수 있다.
또한 캡 플레이트(160)는 설정된 압력에 개방될 수 있도록 노치(162)가 제공된다. 원통형 케이스(110)의 내부 압력이 파단 압력 이상이 되면, 노치(162)가 파단되어 이차 전지(100)가 폭발하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 원통형 케이스(110)의 내부에 과도한 내압 발생시 노치(162)가 파단되어, 내부의 과도한 내압을 배출 시킬 수 있다. 캡 플레이트(160)의 노치(162)는 중심부로부터 이격되고, 평면상 링 형상을 갖도록 제공될 수 있다. 다른 예로 노치(162)는 다수의 패턴을 갖도록 제공될 수도 있으며, 본 개시에서 노치(162)의 형상을 한정하는 것은 아니다.
또한 노치(162)는 돌출부(161)로부터 이격되도록 제공될 수 있다. 바람직하게 노치(162)는 캡 플레이트(160)에서 돌출부(161)가 제공되지 않아 돌출부(161)대비 원통형 케이스(110)방향으로 오목한 오목부(163)에 구비될 수 있다. 캡 플레이트(160)는 오목부(163)와 돌출부(161)에 의해 요철이 구비되므로, 원통형 케이스(110)의 내압이 상승하여도 내압을 견딜 수 있다.
제2가스켓(170)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 제공될 수 있다. 이러한 제2가스켓(170)은 상기 원통형 케이스(110)에서 캡 플레이트(160)사이를 가압하여 밀봉할 수 있으며, 캡 플레이트(160)가 원통형 케이스(110)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 이차 전지(100)은 상면에 음극과 양극이 모두 구비되므로, 다수의 이차 전지(100)를 버스바를 통해 전기적으로 연결할 때, 상면에서만 연결하면 되므로 버스바 연결 구조가 단순해질 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 케이스(110) 및 전극 조립체(120)에 각각 용접되는 집전판(140)은 전극 조립체(120)에 용접되는 전극 용접부(141)와, 전극 용접부(141)의 외측에 제공되는 강성 보강부(142)와, 강성 보강부(142)의 외측에 제공되어 케이스(110)에 용접되는 케이스 용접부(143)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 전극 용접부(141)는 전극 조립체(120) 및/또는 캡 플레이트(160)의 중앙과 대응되는 영역에 제공되는 관통홀(1411)을 더 포함할 수 있다. 관통홀(1411)은 이차 전지(100)의 제조 공정중 전해액이 전극 조립체(120)로 잘 주액되도록 한다.
일부 예들에서, 집전판(140)의 상면은 대체로 평평하지만, 집전판(140)의 하면은 평평하지 않을 수 있다. 일부 예들에서, 전극 용접부(141)의 두께에 비해 강성 보강부(142) 및/또는 케이스 용접부(143)의 두께가 더 두꺼울 수 있다. 따라서, 강성 보강부(142) 및/또는 케이스 용접부(143)에 의해 집전판(140)의 강성이 보강될 수 있다.
일부 예들에서, 전극 용접부(141)의 두께가 강성 보강부(142) 및/또는 케이스 용접부(143)의 두께보다 더 작을 수 있다. 따라서, 전극 용접부(141)와 전극 조립체(120) 상호간의 용접이 비교적 용이하게 수행될 수 있다.
일부 예들에서, 집전판(140)은 전극 용접부(141)와 강성 보강부(142)의 경계를 따라 제공되는 벤트 노치(1421)를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 벤트 노치(1421)는 집전판(140)의 하면에 제공될 수 있다. 따라서, 이차 전지(100)의 열 폭주시 벤트 노치(1421)가 파단되면서 개방됨으로써, 내부 가스가 더욱 신속하게 외부로 방출될 수 있다.
상술한 바와 같이 케이스 용접부(143)는 강성 보강부(142)로부터 캡 플레이트(160)를 향하여 연장 및 절곡될 수 있으며, 케이스 용접부(143)는 케이스(110)의 비딩부(113)에 용접될 수 있다.
일부 예들에서, 집전판(140)의 외경은 전극 조립체(120)의 외경보다 클 수 있다. 따라서, 집전판(140)이 케이스(110)에 결합될 때 억지끼움 방식으로 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 집전판(140)의 케이스(110)에 억지끼움 방식으로 결합된 이후, 비딩부(113)의 제공 공정시 집전판(140)의 케이스 용접부(143)가 비딩부(113)의 윤곽을 따라 변형될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 전극 조립체(120)의 외경보다 큰 외경을 갖는 집전판(140)에 의해, 집전판(140)이 케이스(110)에 강하게 전기적/기계적으로 접촉할 수 있는 이차 전지(100)를 제공할 수 있다.
또한, 본 개시는 케이스(110)의 비딩 및 컬링 공정 수행 시 집전판(140)이 케이스(110)의 원치않는 변형을 방지할 수 있다. 즉, 집전판(140)의 두께(특히, 강성 보강부(142) 및 케이스 용접부(143)의 두께)가 두껍게 제공됨으로써, 집전판(140)이 케이스(110)와의 접촉 영역을 지지하게 됨으로써, 비딩 및 컬링 공정 수행 시 케이스(110)가 찌그러지거나 비대칭적으로 변형되는 현상이 억제될 수 있다.
더불어, 집전판(140)의 두께(특히, 전극 용접부(141)의 두께)는 상대적으로 얇게 되어 전극 조립체(120)와의 용접성이 향상될 수 있다. 또한, 이차 전지(100)의 열폭주시 벤트 노치(1421)의 동작으로 내부 가스를 신속하게 외부로 방출할 수 있고, 중앙의 관통홀(1411)로 인해 전해액 주액 시간을 단축할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 개시에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 개시는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 개시의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 이차 전지 110: 원통형 케이스
120: 전극 조립체 130: 양극 집전판
140: 음극 집전판 150: 리벳 단자
160: 캡 플레이트 170: 제2가스켓

Claims (9)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 전극 조립체 및 상기 케이스에 각각 용접되는 집전판; 및
    상기 집전판 상에 위치되어 상기 케이스를 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하고,
    상기 케이스는 내측 방향으로 절곡된 상부 평탄부, 내측 방향으로 절곡된 하부 평탄부, 및 상기 상부 평탄부 및 상기 하부 평탄부를 연결하는 연결부를 포함하며,
    상기 집전판은 상기 전극 조립체에 용접되는 전극 용접부, 및 상기 전극 용접부의 외측에 제공되어 상기 케이스에 용접되는 케이스 용접부를 포함하고, 상기 전극 용접부는 상기 상부 평탄부와 같은 평면을 이루고, 상기 케이스 용접부는 상기 연결부 및 상기 하부 평탄부에 밀착되는, 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집전판은
    상기 전극 용접부와 상기 케이스 용접부 사이에 연결되며 상기 상부 평탄부와 같은 평면을 이루는 강성 보강부를 더 포함하는, 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 용접부는 상기 캡 플레이트의 중앙과 대응되는 영역에 제공되는 관통홀을 더 포함하는, 이차 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전극 용접부의 두께에 비해 상기 강성 보강부 또는 상기 케이스 용접부의 두께가 더 두꺼운, 이차 전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전극 용접부와 상기 강성 보강부의 경계를 따라 제공되는 벤트 노치를 더 포함하는, 이차 전지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 케이스 용접부는 상기 강성 보강부로부터 상기 캡 플레이트를 향하여 절곡된, 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 용접부는 상기 케이스의 비딩부에 용접되는, 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 용접부와 상기 캡 플레이트의 사이에 개재된 절연 가스켓을 더 포함하는, 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 집전판의 외경은 상기 전극 조립체의 외경보다 큰, 이차 전지.
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