KR102586886B1 - 원통형 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극판과 캔 사이의 전류 패스를 줄여 안전성을 향상시킬 수 있는 원통형 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 상단 및 하단이 개방된 원통형의 캔; 상기 캔의 상단에 결합된 상부 플레이트; 상기 캔의 하단에 결합된 하부 플레이트; 상기 캔의 내부에 수용되며, 상부로 제1전극 무지부가 돌출되고 하부로 제2전극 무지부가 돌출된 전극 조립체; 상기 제1전극 무지부에 전기적으로 연결된 제1집전판; 및 상기 제2전극 무지부에 전기적으로 연결된 제2집전판;을 포함하고, 상기 캔의 하단과 상기 하부 플레이트 사이에는 상기 제2집전판이 끼워져 결합된 원통형 이차 전지를 개시한다.

Description

원통형 이차 전지{Cylindrical secondary battery}
본 발명은 원통형 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력 저장 시스템이다. 재충전이 불가능한 일차 전지에 비해 이차 전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 셀룰러폰, 노트북, 타블렛 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다. 최근에는 환경 오염 방지를 위해 전기 자동차에 대한 관심이 높아졌고, 이에 따라 전기 자동차에 고용량의 이차 전지가 채택되고 있다. 이러한 이차 전지는 고밀도, 고출력, 안정성 등의 특성이 요구되고 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 전극판과 캔 사이의 전류 패스를 줄여 안전성을 향상시킬 수 있는 원통형 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 원통형 이차 전지는 상단 및 하단이 개방된 원통형의 캔; 상기 캔의 상단에 결합된 상부 플레이트; 상기 캔의 하단에 결합된 하부 플레이트; 상기 캔의 내부에 수용되며, 상부로 제1전극 무지부가 돌출되고 하부로 제2전극 무지부가 돌출된 전극 조립체; 상기 제1전극 무지부에 전기적으로 연결된 제1집전판; 및 상기 제2전극 무지부에 전기적으로 연결된 제2집전판;을 포함하고, 상기 캔의 하단과 상기 하부 플레이트 사이에는 상기 제2집전판이 끼워져 결합될 수 있다.
상기 제2집전판은 상기 제2전극 무지부가 전기적으로 연결된 평탄부; 및 상기 평탄부로부터 외측 방향으로 연장되어 상기 캔에 전기적으로 연결된 연장부를 포함할 수 있다.
상기 캔의 하단의 내면에는 하부 결합홈이 형성되고, 상기 연장부는 상기 하부 결합홈에 결합될 수 있다.
상기 하부 플레이트는 가장자리에 형성되며 하부로 돌출된 돌기부를 포함하고, 상기 돌기부는 상기 하부 결합홈에 결합되되, 상기 돌기부와 상기 하부 결합홈 사이에는 상기 연장부가 개재될 수 있다.
상기 하부 결합홈이 형성된 상기 캔의 하단의 두께는 상기 캔의 다른 영역의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 연장부는 상기 평탄부로부터 하부 방향으로 절곡 및 연장된 제1영역; 상기 제1영역으로부터 측면 방향으로 절곡 및 연장된 제2영역; 및 상기 제2영역으로부터 하부 방향으로 절곡 및 연장된 제3영역을 포함하고, 상기 제2영역과 상기 제3영역은 상기 하부 결합홈에 접촉할 수 있다.
상기 제2집전판과 상기 하부 플레이트는 상기 캔의 하단에 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 하부 플레이트는 상기 제2집전판과 함께 상기 캔의 하단에 억지 끼움 방식으로 결합될 수 있다.
상기 하부 플레이트는 내면에 형성된 노치를 포함할 수 있다.
상기 제1집전판과 상기 상부 플레이트 사이에 개재된 상부 절연체; 및 상기 제2집전판과 상기 하부 플레이트 사이에 개재된 스페이서를 더 포함할 수 있다.
상기 제1집전판과 전기적으로 연결된 베이스 블록과, 상기 베이스 블록의 상부로 연장되며 상기 상부 플레이트의 상부로 돌출된 헤드와, 상기 베이스 블록 및 상기 헤드와 상기 상부 플레이트 사이를 절연하는 절연부재를 구비하는 단자부를 더 포함할 수 있다.
상기 단자부는 상기 베이스 블록과 상기 헤드를 연결하며 상기 헤드보다 작은 직경을 갖는 퓨저블 링크를 더 포함할 수 있다.
상기 캔의 상단의 내면에는 상기 상부 플레이트가 결합되는 상부 결합홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차 전지는 캔과 하부 플레이트 사이에 제2집전판을 개재하여 함께 결합함으로써, 제2집전판의 전류 패스가 짧아지고 내부 저항이 감소되어 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차 전지는 제2집전판이 캔에 직접 연결됨으로써, 데드 스페이스를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 원통형 이차 전지의 하부를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 상부 플레이트 및 단자부를 도시한 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단자부를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 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 발명을 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 발명의 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 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 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.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결(electrically coupled)되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1의 원통형 이차 전지의 하부를 도시한 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 상부 플레이트 및 단자부를 도시한 확대 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지(10)는 원통형의 캔(100), 전극 조립체(200), 제1집전판(300), 제2집전판(400), 상부 플레이트(500), 하부 플레이트(600) 및 단자부(700)를 포함할 수 있다. 캔(100)의 내부에는 전극 조립체(200)가 전해액과 함께 수용될 수 있다. 전극 조립체(200)는 제1집전판(300), 제2집전판(400), 단자부(700) 및 캔(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 원통형의 캔(100)에 제1집전판(300) 및 제2집전판(400)과 연결된 전극 조립체(200)를 삽입하고, 캔(100)의 상부 및 하부에 각각 상부 플레이트(500)와 하부 플레이트(600)를 조립하여 캔(100)을 밀봉할 수 있다.
도 1에서와 같이, 캔(100)은 속이 비어 있는 원통형으로, 길이 방향의 일단 및 타단이 개구된 형태일 수 있다. 다르게 설명하면, 상기 캔(100)은 상단 및 하단이 개방된 원통형의 캔일 수 있다. 캔(100)은 스틸, 스틸 합금, 니켈 도금된 스틸, 니켈 도금된 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나, 여기에 한정되지 않는다.
캔(100)은 상부 결합홈(130)과 하부 결합홈(140)을 포함할 수 있다. 상부 결합홈(130)은 캔(100)의 상단 내측에 형성될 수 있다. 상부 결합홈(130)에는 상부 플레이트(500)가 결합될 수 있다. 하부 결합홈(140)은 캔(100)의 하단 내측에 형성될 수 있다. 하부 결합홈(140)에는 제2집전판(400) 및 하부 플레이트(600)가 결합될 수 있다. 상부 결합홈(130) 및 하부 결합홈(140)에 의해 캔(100)의 상단 및 하단의 두께는 캔(100)의 다른 영역보다 얇게 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 전극 조립체(200)는 제1전극판(210), 제2전극판(220) 및 세퍼레이터(230)를 포함할 수 있다. 예시적으로, 제1전극판(210)은 양면에 양극 활물질층(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등))이 형성된 양극판일 수 있다. 제1전극판(210)의 일부에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 제1전극 무지부(212)가 형성될 수 있다. 제1전극 무지부(212)는 도 1을 기준으로 캔(100)의 일단인 캔(100)의 상부를 향하도록 배치될 수 있다. 예시적으로, 제2전극판(220)은 양면에 음극 활물질층(예를 들어, 흑연, 탄소 등)이 형성된 음극판일 수 있다. 제2전극판(220)의 일부에는 음극 활물질층이 형성되지 않은 제2전극 무지부(222)가 형성될 수 있다. 제2전극 무지부(222)는 도 1을 기준으로 캔(100)의 타단인 캔(100)의 하부를 향하도록 배치될 수 있다. 예시적으로, 세퍼레이터(230)는 제1전극판(210)과 제2전극판(220)의 사이에 개재되어 쇼트를 방지하고, 리튬 이온의 이동만 가능하게 한다. 예시적으로, 제1전극판(210)은 알루미늄(Al) 포일, 제2전극판(220)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 포일일 수 있고, 세퍼레이터(230)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 제1전극판(210)과 제2전극판(220) 및 세퍼레이터(230)는 대략 원기둥 형태로 권취되어 캔(100) 내부에 수용될 수 있다. 이때, 제1전극 무지부(212)는 제1집전판(300)과, 제2전극 무지부(222)는 제2집전판(400)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1집전판(300)은 제1전극 무지부(212)와 상부 플레이트(500)의 사이에 배치되고, 제1전극 무지부(212)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1집전판(300)은 후술할 단자부(700)와 용접되어 전기적으로 연결될 수 있다(용접부 310). 즉, 제1집전판(300)의 상면에는 단자부(700)가 용접되고, 제1집전판(300)의 하면에는 제1전극 무지부(212)가 용접될 수 있다. 이에 따라 제1전극 무지부(212)와 단자부(700)가 전기적으로 연결되므로, 단자부(700)는 양극이 될 수 있다. 제1집전판(300)과 상부 플레이트(500)의 사이에는 상부 절연체(350)가 삽입될 수 있다. 상부 절연체(350)는 제1집전판(300)과 상부 플레이트(500) 사이를 절연시킬 수 있다.
제2집전판(400)은 제2전극 무지부(222)와 하부 플레이트(600)의 사이에 배치되고, 제2전극 무지부(222)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2집전판(400)은 하부 플레이트(600) 및 캔(100)과 접촉 또는 용접되어 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 제2전극 무지부(222)와 캔(100)이 전기적으로 연결되므로, 캔(100)은 음극이 될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제2집전판(400)은 평탄부(410)와, 상기 평탄부(410)로부터 외측으로 연장되며 캔(100)과 접속되는 연장부(420)를 포함할 수 있다. 평탄부(410)의 상면에는 제2전극 무지부(222)가 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2전극 무지부(222)는 용접에 의해 제2집전판(400)의 평탄부(410)에 전기적으로 연결될 수 있다.
평탄부(410)는 중심에 위치한 제1홀(411) 및 제1홀(411)의 외측에 위치한 다수의 제2홀(412)을 포함할 수 있다. 제1홀(411)은 평탄부(410)의 중심에 위치하며, 내부 가스가 이동 또는 배출되는 통로로 제공될 수 있다. 또한, 제1홀(411)은 전해액이 주입되는 통로로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 제1홀(411)은 제1집전판(300)과 단자부(700)를 용접하기 위해 용접봉이 삽입되는 통로로 제공될 수도 있다. 제2홀(412)은 제1홀(411)의 외측에 다수개로 형성되며, 제2홀(412)의 직경은 제1홀(411)의 직경보다 작을 수 있다. 제2홀(412)은 전해액이 주입되는 통로로 제공될 수 있다. 또한, 제2홀(412)은 내부 가스가 이동 또는 배출되는 통로로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1홀(411) 및 제2홀(412)을 통해 캔(100)의 하부로 이동한 내부 가스는 하부 플레이트(600)의 노치(610)를 파단하여 외부로 배출될 수 있다.
연장부(420)는 평탄부(410)로부터 하부 방향으로 절곡 및 연장될 수 있다. 연장부(420)는 평탄부(410)의 외측에 위치할 수 있다. 또한, 연장부(420)는 캔(100)의 하부 결합홈(140)에 결합되어 캔(100)과 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 예들에서, 연장부(420)는 하부 플레이트(600)에 의해 캔(100)과 밀착될 수 있다. 다시 말해, 하부 플레이트(600)가 연장부(420)의 내측에 끼워짐으로써, 연장부(420)가 캔(100)에 밀착될 수 있다.
연장부(420)는 제1영역(421), 제2영역(422) 및 제3영역(423)를 포함할 수 있다. 제1영역(421)은 평탄부(410)로부터 하부 방향으로 절곡 및 연장될 수 있다. 제2영역(422)은 제1영역(421)으로부터 측면 방향(외측 방향)으로 절곡 및 연장되어 하부 결합홈(140)에 접촉할 수 있다. 제3영역(423)은 제2영역(422)으로부터 하부 방향으로 절곡 및 연장되어 하부 결합홈(140)(또는 캔의 내측면)에 접촉할 수 있다. 즉, 연장부(420)의 제2영역(422) 및 제3영역(423)이 하부 결합홈(140)에 안착 및 접촉될 수 있다. 제3영역(423)의 끝단은 캔(100)의 하단부와 동일 평면을 이룰 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 캔(100)과 하부 플레이트(600) 사이에 제2집전판(400)을 개재하여 함께 결합함으로써, 제2집전판(400)의 전류 패스가 짧아지고 내부 저항이 감소되어 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2집전판(400)이 캔(100)에 직접 연결됨으로써, 데드 스페이스(dead space)를 줄일 수 있다.
제2집전판(400)과 하부 플레이트(600)의 사이에는 스페이서(450)가 삽입될 수 있다. 스페이서(450)는 제2집전판(400)과 하부 플레이트(600) 사이의 간격을 유지시키는 역할을 할 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(500)는 위에서 볼 때 대략 원판 형상으로, 캔(100)의 상부에 결합 및 용접되어 캔(100)을 밀봉할 수 있다. 상부 플레이트(500)는 알루미늄으로 만들어질 수도 있고, 캔(100)과 동일한 소재로 만들어질 수 있다. 상부 플레이트(500)는 중앙에 중공이 형성된 원판의 링 형상일 수 있다.
예시적으로, 상부 플레이트(500)는 제1집전판(300)에 평행한 제1평탄부(510)와, 제1평탄부(510)와 연결되고 제1평탄부(510)로부터 상향 경사지게 형성된 경사부(520), 경사부(520)와 연결되고 제1평탄부(510)와 평행한 제2평탄부(530), 제2평탄부(530)로부터 수직으로 하향 연장된 연장부(540)를 포함할 수 있다.
제1평탄부(510)의 가장자리를 따라 상향 돌출된 돌기부(512)가 형성된다. 돌기부(512)는 캔(100)의 상부 결합홈(130)에 안착될 수 있다. 돌기부(512)는 상부 결합홈(130)에 안착된 후 레이저 용접에 의해 용융되어 캔(100)과 결합되는 용접부(110)를 형성할 수 있다. 제1평탄부(510)는 캔(100)과 용접되므로 캔(100)과 동일하게 음극 극성을 띌 수 있다.
경사부(520)는 제1평탄부(510)와 둔각을 이루도록 상향 연장될 수 있다.
제2평탄부(530)는 제1평탄부(510)보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. 제2평탄부(530)의 일단이 경사부(520)와 연결되고 타단은 중공 쪽이며, 중공 쪽 단부가 하향 절곡되어 연장부(540)를 형성한다. 제2평탄부(530) 및 연장부(540)의 하측에 단자부(700)가 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하부 플레이트(600)는 아래에서 볼 때 대략 원판 형상으로, 캔(100)의 하부에 결합되어 캔(100)을 밀봉할 수 있다. 하부 플레이트(600)의 내면에는 노치(610)가 형성될 수 있다. 노치(610)는 캔(100)의 내부 가스의 압력이 일정 압력 이상일 때 파단될 수 있다. 일부 예들에서, 노치(610)는 하부 플레이트(600)에 연속적으로 형성된 링 형상일 수 있다. 또한, 노치(610)는 서로 이격된 다수의 노치를 포함할 수 있다. 노치(610)는 하부 플레이트(600)의 내면에 형성되어 외부로 노출되지 않을 수 있다.
하부 플레이트(600)의 가장자리를 따라 돌기부(620)가 하향 돌출될 수 있다. 돌기부(620)는 캔(100)의 하부 결합홈(140)에 결합될 수 있다. 이때, 하부 플레이트(600)의 돌기부(620)와 캔(100)의 하부 결합홈(140) 사이에는 제2집전판(400)의 연장부(420)가 개재될 수 있다. 돌기부(620) 및 연장부(420)는 캔(100)과 레이저 용접되어 용접부(120)를 형성할 수 있다. 일부 예들에서, 하부 플레이트(600)와 연장부(420)는 하부 결합홈(140)에 억지 끼움 방식으로 결합될 수 있다. 이 경우, 하부 플레이트(600)와 연장부(420) 및 캔(100) 사이에 별도의 용접 공정이 필요하지 않을 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 단자부(700)는 제1집전판(300)과 전기적으로 연결되는 베이스 블록(710)과, 외부와 전기적으로 연결되는 헤드(720)와, 베이스 블록(710)과 헤드(720) 사이를 연결하는 퓨저블 링크(730)와, 단자부(700)와 상부 플레이트(500) 사이를 절연하는 절연부재(740)를 포함할 수 있다. 예시적으로, 베이스 블록(710)과 헤드(720), 퓨저블 링크(730)는 알루미늄으로 만들어질 수 있다.
베이스 블록(710)은 하부에서 볼 때 원판 형상으로, 하면은 평평하고 상면은 요철 구조를 가질 수 있다. 베이스 블록(710)의 하면은 용접 등에 의해 제1집전판(300)과 전기적으로 연결될 수 있다(용접부 310 형성). 일부 예들에서, 베이스 블록(710)과 제1집전판(300)은 저항 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 예시적으로, 베이스 블록(710)의 상면 가장자리에는 상향 돌출된 제1돌출부(712)가 형성되고, 중앙에는 상향 돌출된 제2돌출부(714)가 형성될 수 있다. 제1돌출부(712)와 제2돌출부(714)의 사이에는 하측을 향해 오목하게 홈부(716)가 형성될 수 있다. 베이스 블록(710)의 하면에서 제1돌출부(712)의 상면까지의 높이는 베이스 블록(710)의 하면에서 제2돌출부(714)의 상면까지의 높이 보다 클 수 있다. 베이스 블록(710)의 하면에서 홈부(716)의 상면까지의 높이는 베이스 블록(710)의 하면에서 제2돌출부(714)의 상면까지의 높이 보다 작을 수 있다. 이는 제1돌출부(712)가 전술한 제2평탄부(530)의 하부에 배치되고, 홈부(716)가 전술한 연장부(540)의 하부에 배치되도록 하기 위한 것이다. 이러한 배치로 상부 플레이트(500)의 돌출된 부분에 단자부(700)의 돌출된 부분이 위치하고, 단자부(700)의 오목한 부분에 상부 플레이트(500)의 돌출된 부분이 위치하게 된다. 따라서 상부 플레이트(500)와 단자부(700)가 서로 엇갈리게 맞물리는 구조로 배치될 수 있다. 제2돌출부(714)의 상면과 소정 간격 이격되어 헤드(720)가 배치된다.
헤드(720)는 외부와 전기적으로 연결되는 부분으로, 퓨저블 링크(730)에 의해 베이스 블록(710)과 전기적으로 연결된다. 따라서 헤드(720)는 양극 극성을 띄게 된다. 예시적으로, 헤드(720)는 원판 형상일 수 있다. 헤드(720)의 상면은 상부 플레이트(500)의 제2평탄부(520)의 상면보다 돌출되거나 동일한 높이에 배치될 수 있다.
퓨저블 링크(730)는 베이스 블록(710)과 헤드(720) 사이를 기계적, 전기적으로 연결한다. 퓨저블 링크(730)는 헤드(720)의 직경보다 작은 직경을 가지며, 모래시계와 같은 형상을 가질 수 있다. 즉, 퓨저블 링크(730)는 헤드(720)에서 하측으로 갈수록 점차 직경이 감소되는 부분과, 베이스 블록(710)에서 상측으로 갈수록 점차 직경이 감소되는 부분이 상호 연결된 구조일 수 있다. 또는, 베이스 블록(710)과 헤드(720) 사이를 솔더링하여 퓨저블 링크(730) 역할을 하도록 할 수도 있다. 즉, 헤드(720) 보다 작은 직경을 가짐으로써 고전류의 발생 시 녹아 끊어질 수 있다면 그 형상에 제한되지 않는다.
절연부재(740)는 예시적으로 GTMS(Glass to Metal Sealing)나 고분자 폴리머 소재로 만들어질 수 있다. 절연부재(740)는 베이스 블록(710)과 헤드(720) 사이를 채워 상부 플레이트(500)와 단자부(700)간 절연과, 캔(100) 내부를 실링하는 역할을 한다.
절연부재(740)가 GTMS인 경우, 글래스 분말에 바인더를 혼합해 프레스 가공하여 필요한 형상으로 성형한 후 소성 공정에서 상부 플레이트(500) 및 단자부(700)를 배치하여 일체화하는 방법으로 만들어질 수 있다. 절연부재(740)가 고분자 폴리머 소재인 경우, 절연부재(740)를 상부 플레이트(500)와 베이스 블록(710) 사이 간격보다 두껍게 제조한 후 상부 플레이트(500) 하부에 배치하고, 단자부(700)를 결합한 후 열처리를 통해 상부 플레이트(500)와 베이스 블록(710)에 밀착시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단자부를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 단자부(800)는 제1집전판(300)과 전기적으로 연결되는 베이스 블록(810)과, 외부와 전기적으로 연결되는 헤드(820)와, 단자부(800)와 상부 플레이트(500) 사이를 절연하는 절연부재(840)를 포함할 수 있다. 단자부(800)는 상부 플레이트(500)의 외부로부터 내부방향으로 결합될 수 있다. 이때, 상부 플레이트(500)에는 제2평탄부(530)로부터 수직으로 하향 연장된 연장부(540)가 생략될 수 있다. 헤드(820)는 상부 플레이트(500)의 상부(즉, 케이스(100) 외부)에 위치하고, 베이스 블록(810)은 상부 플레이트(500)의 내부(즉, 케이스(100) 내부)에 위치할 수 있다. 또한, 베이스 블록(810)은 리벳팅(riveting)에 의해 압축 변형(압축 성형)되어 상부 플레이트(500)의 하부에 절연부재(840)가 개재된 상태로 압착될 수 있다. 베이스 블록(810)은 케이스(100)의 내부 방향으로 갈수록 더 큰 직경을 가질 수 있다. 다시 말해, 베이스 블록(810)의 하단부의 직경은 상단부의 직경보다 클 수 있다. 베이스 블록(810)의 하면에는 제1집전판(300)이 저항 용접되어, 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 헤드(820)는 절연부재(840)가 개재된 상태로 상부 플레이트(500)의 상면에 밀착될 수 있다. 절연부재(840)는 상부 플레이트(500)의 상면에서 하부 방향으로 절곡되어 연장될 수 있다. 따라서, 절연부재(840)는 헤드(820) 및 베이스 블록(810)과 상부 플레이트(500) 사이를 절연시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 원통형 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 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.
10: 이차 전지 100: 캔
200: 전극 조립체 300: 제1집전판
400: 제2집전판 410: 평탄부
420: 연장부 500: 상부 플레이트
600: 하부 플레이트 610: 노치
620: 돌기부 700: 단자부

Claims (13)

  1. 상단 및 하단이 개방된 원통형의 캔;
    상기 캔의 상단에 결합된 상부 플레이트;
    상기 캔의 하단에 결합된 하부 플레이트;
    상기 캔의 내부에 수용되며, 상부로 제1전극 무지부가 돌출되고 하부로 제2전극 무지부가 돌출된 전극 조립체;
    상기 제1전극 무지부에 전기적으로 연결된 제1집전판; 및
    상기 제2전극 무지부에 전기적으로 연결된 제2집전판;을 포함하고,
    상기 캔의 하단과 상기 하부 플레이트 사이에는 상기 제2집전판이 끼워져 결합되며,
    상기 제2집전판은
    상기 제2전극 무지부가 전기적으로 연결된 평탄부; 및
    상기 평탄부로부터 외측 방향으로 연장되어 상기 캔에 전기적으로 연결된 연장부를 포함하고,
    상기 연장부는
    상기 평탄부로부터 하부 방향으로 절곡 및 연장된 제1영역;
    상기 제1영역으로부터 측면 방향으로 절곡 및 연장된 제2영역; 및
    상기 제2영역으로부터 하부 방향으로 절곡 및 연장된 제3영역을 포함하고,
    상기 제2영역과 상기 제3영역은 상기 캔의 하단에 접촉하는 원통형 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캔의 하단의 내면에는 하부 결합홈이 형성되고,
    상기 연장부는 상기 하부 결합홈에 결합된 원통형 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하부 플레이트는 가장자리에 형성되며 하부로 돌출된 돌기부를 포함하고,
    상기 돌기부는 상기 하부 결합홈에 결합되되, 상기 돌기부와 상기 하부 결합홈 사이에는 상기 연장부가 개재된 원통형 이차 전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 하부 결합홈이 형성된 상기 캔의 하단의 두께는 상기 캔의 다른 영역의 두께보다 얇은 원통형 이차 전지.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 연장부의 상기 제2영역과 상기 제3영역은 상기 하부 결합홈에 접촉하는 원통형 이차 전지
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2집전판과 상기 하부 플레이트는 상기 캔의 하단에 용접에 의해 전기적으로 연결된 원통형 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 플레이트는 상기 제2집전판과 함께 상기 캔의 하단에 억지 끼움 방식으로 결합된 원통형 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 플레이트는 내면에 형성된 노치를 포함하는 원통형 이차 전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1집전판과 상기 상부 플레이트 사이에 개재된 상부 절연체; 및
    상기 제2집전판과 상기 하부 플레이트 사이에 개재된 스페이서를 더 포함하는 원통형 이차 전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1집전판과 전기적으로 연결된 베이스 블록과, 상기 베이스 블록의 상부로 연장되며 상기 상부 플레이트의 상부로 돌출된 헤드와, 상기 베이스 블록 및 상기 헤드와 상기 상부 플레이트 사이를 절연하는 절연부재를 구비하는 단자부를 더 포함하는 원통형 이차 전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 단자부는 상기 베이스 블록과 상기 헤드를 연결하며 상기 헤드보다 작은 직경을 갖는 퓨저블 링크를 더 포함하는 원통형 이차 전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 캔의 상단의 내면에는 상기 상부 플레이트가 결합되는 상부 결합홈이 형성된 원통형 이차 전지.
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