KR102659830B1 - 이차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 강도를 보강하고, 제조 공정을 단순화할 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 제 1 전극판 및 제 2 전극판을 포함하고, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 하나는 일 방향으로 돌출되어 형성된 다수의 제 1 탭을 포함하는 전극 조립체; 상기 제 1 탭에 결합되는 제 1 집전탭; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체를 포함하고, 상기 제 1 집전탭은 상기 캡 조립체 또는 상기 케이스의 바닥면 중 하나와 결합되는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지 및 그 제조 방법{Secondary battery And Fabricating Method Thereof}
본 발명은 고출력이 가능하면서도 안정성을 높일 수 있는 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이차전지는 단락 또는 과충전과 같은 비정상적인 사용상태에 의하여 전지의 내부온도가 상승하고 가스가 발생하여 전지 내부의 압력이 상승하게 된다.
예컨대, 리튬 이차전지에 있어서, 과충전이 일어나면 전해질이 분해되면서 이산화탄소나 일산화탄소 등의 가스를 방출하고, 이에 따라 전지의 내압이 상승하게 된다. 또한, 과방전이나 단락 등에 의해 과전류가 흐르면 전지 내부의 온도가 상승하여 전해질이 가스로 변하게 된다. 이에 따라, 전지 내부의 압력 및 온도가 상승하게 되고, 특히 발화의 위험성이 있어 안전에 큰 문제가 있다. 이러한 현상은 전지의 성능 및 수명 특성상에 전반적인 열화를 초래한다.
본 발명은 고출력이 가능하면서도 안정성을 높일 수 있는 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 제 1 전극판 및 제 2 전극판을 포함하고, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 하나는 일 방향으로 돌출되어 형성된 다수의 제 1 탭을 포함하는 전극 조립체; 상기 제 1 탭에 결합되는 제 1 집전탭; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체를 포함하고, 상기 제 1 집전탭은 상기 캡 조립체 또는 상기 케이스의 바닥면 중 하나와 결합될 수 있다.
여기서, 상기 캡 조립체는 안전 벤트를 포함하고, 상기 제 1 집전탭이 상기 안전 벤트에 접속될 수 있다.
그리고 상기 제 1 집전탭은 상기 안전 벤트의 돌출부에 결합된 서브 플레이트와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 나머지 하나로부터 상기 일 방향과 다른 타 방향으로 형성된 다수의 제 2 탭 및 상기 제 2 탭에 결합되는 제 2 집전탭을 더 포함하고, 상기 제 2 집전탭은 캡 조립체 또는 상기 케이스의 바닥면 중 상기 제 1 집전탭이 연결되지 않은 다른 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 나머지 하나로부터 상기 일 방향과 다른 타 방향으로 형성된 제 2 탭을 포함하고, 상기 제 2 탭은 상기 캡 조립체 또는 상기 케이스의 바닥면 중 상기 제 1 집전탭이 연결되지 않은 다른 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 1 집전탭은 상기 제 1 탭의 전후단에서 위치하고 초음파 용접을 통해 결합될 수 있다.
또한, 상기 제 1 집전탭은 상기 캡 조립체 또는 케이스와 저항 용접을 통해 결합될 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극판은 실리콘(Si)계 물질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 탭은 상기 전극 조립체에서 동일한 면적으로 서로 중첩되도록 배열되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 탭은 상기 전극 조립체의 권취 중심을 기준으로 외곽에 위치할 수록 더 큰 면적으로 형성되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 집전탭은 상기 제 1 탭의 전후단에서 각각 결합되고, 상기 제 1 탭의 단부를 기준으로 외측 영역에서 컷팅되어 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는 전극 조립체를 구성하는 제 1 전극판과 제 2 전극판에 각각 이들의 무지부로부터 연장되어 일체로 형성된 다수의 제 1 탭 및 제 2 탭을 구비함으로써, 전기적 저항을 줄여 전기적 효율을 높이면서도, 별도의 리드탭 결합시 발생될 수 있는 전극 조립체의 변형 및 이에 따른 진원률의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 제 1 탭 및 제 2 탭에 각각 전후단에서 결합되는 제 1 집전탭과 제 2 집전탭으로 구성된 집전탭을 구비함으로써, 별도의 리드탭을 대체하도록 하여, 기존의 원통형 전지의 제조 방법을 활용할 수 있도록 하여, 제조 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 제 1 집전탭 및 제 2 집전탭이 제 1 탭과 제 2 탭과 결합될 때 초음파 용접을 적용하여, 그 표면에 돌기가 다수 형성되도록 함하여 저항을 높임으로써, 제 1 집전탭 및 제 2 집전탭이 저항 용접을 통해 서브 플레이트 및 케이스에 각각 안정적으로 결합될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 제 1 탭과 제 2 탭은 각각 상기 전극 조립체의 중심을 기준으로 동위각을 갖는 호 형상으로 구비하여, 보다 넓은 면적에서 상기 제 1 탭과 제 2 탭이 제 1 집전탭 및 제 2 집전탭과 접촉하여 결합되도록 함으로써 저항을 줄이고 전기적 효율성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 2는 도 1의 캡 조립체 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체를 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체에 집전탭이 결합된 상태를 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 절연 플레이트를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체에 절연 플레이트가 도시된 상태를 도시한 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체가 케이스에 삽입된 상태를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체를 도시한 평면도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다. 도 2는 도 1의 캡 조립체 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 상기 전극 조립체에 결합된 집전탭(120), 상기 전극 조립체(110)의 상하부에 각각 결합된 절연 플레이트(130), 상기 전극 조립체(110)를 수용하는 케이스(140), 상기 케이스(140)와 함께 클램핑되는 캡 업(150), 상기 캡 업(150)과 대응되어 하부에 형성된 캡 다운(180), 상기 캡 다운(180)의 하부에 형성된 인슐레이터(170), 상기 캡 다운(180)의 하부와 상기 집전탭(120)을 결합시키는 서브 플레이트(180), 상기 캡 업(150)과 케이스(140)의 사이에 형성되어 함께 상기 캡 업(150)을 상기 케이스(140)와 밀착시키는 가스켓(190)을 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체(110)는 제 1 전극판(111), 제 2 전극판(112) 및 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 개재된 세퍼레이터(113)를 포함한다. 상기 전극 조립체(110)는 상기 제 1 전극판(111)과 세퍼레이터(113) 및 제 2 전극판(112)의 적층제를 젤리-롤 형태로 권취하여 형성할 수 있다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 제 1 전극판(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 상기 제 1 전극판(111)에는 제 1 집전탭(121)이 부착된다. 상기 제 1 집전탭(121)의 일단은 제 1 전극판(111)에 전기적으로 연결되며, 타단은 전극 조립체(110)의 상부로 돌출되어 캡 조립체(130)와 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 제 1 전극판(111)의 일측에는 상기 제 1 전극판(111)과 일체로 연장되거나 또는 상기 제 1 전극판(111)에 결합되어 돌출된 복수의 제 1 탭(111a)이 형성된다. 상기 제 1 탭(111a)은 상기 제 1 전극판(111)으로부터 연장되며, 상기 제 1 전극판(111)으로부터 돌출되어, 상기 제 1 전극판(111)이 제 1 전극으로서 동작할 수 있다. 또한, 상기 제 1 탭(111)은 상기 제 1 전극판(111)에서 활물질이 코팅되지 않은 영역인 무지부의 일부를 통해 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 전극판(111)의 여러 개소에 대해 상기 제 1 탭(111a)을 프레싱을 통해 미리 형성한 뒤, 사이 제 1 전극판(111)을 상기 제 2 전극판(112) 및 세퍼레이터(113)과 함께 권취하면, 상기 제 1 탭(111a)은 정해진 위치에 나란하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 탭(111a)은 상기 제 1 전극판(111)에 대해 일체로 형성되어 있기 때문에, 별도의 리드탭을 부착하는 것에 비해 전기적 특성이 우수할 수 있다.
상기 제 2 전극판(112)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 한편, 상기 제 2 전극판(112)은 용량을 높이기 위해, 상기 제 2 전극 활물질로서 실리콘(Si)계 물질을 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 전극판(112)의 활물질로서 적용된 실리콘(Si)은 팽창이 크기 때문에, 그 함유량이 높을수록 단위 부피당 용량을 높일 수 있는 장점을 갖는다. 반면, 상기 실리콘의 함유량이 높아짐에 따라 이러한 제 2 전극판(112)의 변형량 역시 증가하게 된다. 특히, 상기 제 2 전극판(112)에 대해 별도의 리드탭이 부착되는 구조의 경우, 상기 리드탭의 두께로 인해 권취된 전극 조립체(110) 내에서 상기 제 2 전극판(112)의 형상에 일그러짐이 생기고, 이에 따라 상기 전극 조립체(110)가 변형되고 인해 진원률이 나빠지는 문제가 생길 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)에서는 상기 제 2 전극판(112) 역시 상기 제 1 전극판(111)과 마찬가지로, 상기 제 2 전극판(112)로부터 연장된 제 2 탭(112a)을 구비할 수 있고, 상기 제 2 탭(112a)은 상기 제 2 전극판(112)에서 일체로 연장된 구조이기 때문에, 전극 조립체(110)에 변형을 유발하지 않게 된다. 또한, 상기 제 2 탭(111a)은 상기 제 2 전극판(112)에 대해 일체로 형성되어 있기 때문에 역시 별도의 리드탭에 비해 전기적 특성이 우수할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)에서는 상기 제 1 탭(111a) 및 제 2 탭(112a) 중에서 선택된 하나가 리드탭으로 대체되는 것도 가능하다.
상기 세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
상기 집전탭(120)은 한쌍으로 구비되며, 상기 전극 조립체(110)의 제 1 탭(111a) 및 제 2 탭(112a)과 각각 결합된다. 각각의 상기 집전탭(120)은 다수개로 구비된 상기 제 1 탭(111a)과 제 2 탭(112a)에 대해 전후에 결합되며, 초음파 용접을 통해 고정될 수 있다. 상기 집전탭(120)은 상기 제 1 탭(111a)에 결합된 제 1 집전탭(121)과 상기 제 2 탭(112a)에 결합된 제 2 집전탭(122)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 집전탭(121)은 상기 제 1 탭(111a)과 안전 벤트(160)의 사이를 전기적으로 연결한다. 상기 제 1 집전탭(121)은 상기 제 1 탭(111a)의 전후에 대해 초음파 용접으로 결합되어, 다수의 상기 제 1 탭(111a)을 모아서 고정시킬 수 있다. 또한, 상기 제 1 집전탭(121)은 상기 제 1 탭(111a)의 위치로부터 구부러져서 상기 안전 벤트(160)의 하부에 결합된 서브 플레이트(162)와 결합될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 전극판(111)은 제 1 탭(111a), 제 1 집전탭(121) 및 서브 플레이트(162)의 구성을 통해 상기 안전 벤트(160)에 까지 전기적으로 연결될 수 있고, 이를 통해 상기 캡 업(150)에 최종적으로 연결될 수 있다. 다만, 상기 케이스(140) 내부의 압력에 의해 상기 안전 벤트(160)가 상승 반전되는 경우, 상기 서브 플레이트(162)가 상기 안전 벤트(160)에서 분리되기 때문에, 상기 안전 벤트(160) 및 캡 업(150)은 상기 제 1 전극판(111)과 전기적으로 분리되며, 이에 따라 안전을 도모할 수 있다.
또한, 상기 제 1 집전탭(121)은 후술할 바와 같이, 일단이 상기 제 1 탭(111a)에 결합된 상태에서 일단과 반대되는 타단이 컷팅되어 원하는 길이로 설정된 후, 상기 서브 플레이트(162)에 결합될 수 있다.
한편, 상기 제 2 집전탭(122)은 상기 제 2 탭(112a)의 전후에 초음파 용접을 통해 결합된다. 이에 따라, 상기 제 2 집전탭(122)의 일단은 상기 제 2 탭(112a)을 모아서 고정시키게 된다. 또한, 상기 제 2 집전탭(122)의 타단은 상기 케이스(140)의 바닥면에 결합될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 집전탭(122)은 상기 제 2 전극판(112) 및 제 2 탭(112a)을 상기 케이스(140)와 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이 때, 상기 케이스(140)는 상기 가스켓(190)에 의해 상기 캡 업(150)과 전기적으로 분리되어 있기 때문에, 전기적인 단락은 발생되지 않는다. 또한, 상기 제 2 집전탭(122)은 상기 제 1 집전탭(121)과 유사하게 일단이 상기 제 2 탭(112a)에 결합된 상태에서 일단과 반대되는 타단이 컷팅되어 원하는 길이로 설정된 후, 상기 케이스(140)에 결합될 수 있다.
한편, 상기 제 1 집전탭(121) 및 제 2 집전탭(122)의 고정시 활용되는 초음파 용접의 결과, 상기 제 1 집전탭(121) 및 제 2 집전탭(122)의 표면에는 돌기가 다수 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 집전탭(121)을 서브 플레이트(162)에 결합하고, 제 2 집전탭(122)을 케이스(140)의 바닥면에 결합할 때 사용되는 저항 용접의 공정시, 상기 돌기들로 인해 저항이 커지게 되기 때문에, 저항 용접이 보다 용이하고 안정되게 수행될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 집전탭(121) 및 제 2 집전탭(122)의 서브 플레이트(162) 및 케이스(140)에 대한 결합이 보다 안정적으로 유지될 수 있다.
다만, 상기 제 1 탭(111a) 및 제 2 탭(112a) 중에서 선택된 하나가 리드탭 구조를 갖는 경우, 이에 대응되는 집전탭은 따로 구비되지 않을 수 있다. 이 경우, 리드탭이 직접 상기 안전 벤트(160) 또는 케이스(140)의 바닥면과 직접 결합될 수 있다.
상기 절연 플레이트(130)는 상기 전극 조립체(110)의 상부와 하부에 형성된다. 상기 절연 플레이트(130)는 상기 대략적으로 원형의 플레이트로서 형성될 수 있다. 상기 절연 플레이트(130)는 전기적으로 절연성 재질로 구성될 수 있으며, 대표적으로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)을 통해 구성될 수 있으나, 본 재질로서 본 발명의 내용을 한정하지는 않는다.
상기 절연 플레이트(130)는 상기 전극 조립체(110) 및 캡 다운(180)의 사이에 위치한 제 1 절연 플레이트(131)와 상기 전극 조립체(110) 및 케이스(140)의 바닥면 사이에 위치한 제 2 절연 플레이트(132)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 절연 플레이트(131)는 상기 전극 조립체(110)의 상부 영역을 감싸도록 형성되며, 다만 상기 제 1 탭(112a)이 돌출되는 영역에 대응하여 홀(131a)을 구비할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 탭(112a)이 상기 제 1 절연 플레이트(131)의 상부로 더 돌출되어, 상기 제 1 집전탭(121)과 결합될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제 2 절연 플레이트(132)는 상기 제 1 절연 플레이트(131)와 대응되는 형상으로 구비될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 절연 플레이트(132)는 상기 전극 조립체(110)의 하부 영역을 감싸도록 형성되며, 다만 제 2 탭(112a)이 하부로 돌출되기 위한 홀(미도시)을 구비할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 탭(112a)은 상기 제 2 집전탭(122)과 결합될 수 있다.
상기 케이스(140)는 상기 전극 조립체(110)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(141)과, 측면판(141)의 하부를 밀폐하는 하면판(142)을 포함한다. 상기 케이스(140)의 상단 개구부는 전극 조립체(110)를 삽입한 후에 밀폐하도록 개방되어 있다. 또한, 상기 케이스(140)의 상부에는 전극 조립체(110)의 유동을 방지하기 위한 비딩부(143)가 형성된다. 그리고 상기 케이스(140)의 최상단부에는 캡 조립체(130)와 가스켓(190)을 고정하기 위한 크림핑부(144)가 형성된다.
상기 캡 업(Cap-up)(150), 안전 벤트(160), 인슐레이터(170) 및 캡 다운(Cap-down)(180)의 구성은 캡 조립체를 구성할 수 있다. 또한, 캡 조립체에는 상기 캡 다운(180)의 홀을 통해 하부로 돌출된 상기 안전 벤트(160)의 하면에 고정되어 제 1 집전탭(121)과 전기적으로 연결된 서브 플레이트(162)가 더 포함될 수 있다.
상기 캡 업(150)은 상부가 볼록하게 형성되어 외부 회로와 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 캡 업(150)은 상기 케이스(140)의 내부에서 발생되는 가스가 배출될 수 있는 경로를 제공하는 가스 배출공(151)이 형성되어 있다. 상기 캡 업(150)은 상기 전극 조립체(110)와 전기적으로 연결되며 상기 전극 조립체(110)에서 발생되는 전류를 외부 회로로 전달한다.
상기 안전 벤트(160)는 상기 캡 업(150)과 대응되는 원형의 판체로 형성되고, 중앙에는 하부 방향으로 돌출된 돌출부(161)가 형성된다. 이러한 안전 벤트(160)는 상기 캡 다운(180)의 관통홀(181)을 관통하는 돌출부(161)를 이용하여, 상기 캡 다운(180)의 하면에 위치된 서브 플레이트(162)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 안전 벤트(160)의 돌출부(161)와 상기 서브 플레이트(162)는 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접 또는 이의 등가 방법으로 용접될 수 있다.
상기 안전 벤트(160)는 상기 캡 업(150) 중 상부로 돌출된 부분을 제외한 나머지 부분에 밀착되게 설치되며, 상기 케이스(140)의 내부에서 이상 내압 발생시 전류를 차단하면서 내부 가스를 배출시킨다. 상기 케이스(140)의 내압이 상기 안전 벤트(160)의 작동 압력 이상이 되면, 상기 안전 벤트(160)의 돌출부(161)가 상부로 상승하면서, 상기 서브 플레이트(162)와 전기적으로 분리된다.
이때, 상기 서브 플레이트(162)는 상기 돌출부(161)와 용접된 부분이 찢어지면서 상기 안전 벤트(160)와 전기적으로 분리된다. 그리고 상기 안전 벤트(160)는 케이스(140)의 내압이 상기 안전 벤트(160)의 작동 압력보다 높은 파단 압력 이상이 되면 파단되며, 이에 따라 내부 가스가 상기 캡 업(150)의 가스 배출공(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
이를 위해, 상기 서브 플레이트(162)는 상기 캡 다운(180)의 하부에 위치한다. 상기 서브 플레이트(162)는 상기 캡 다운(180)의 관통홀(181)을 관통하는 안전 벤트(160)의 돌출부(161)와 제 1 집전탭(121) 사이에 용접된다. 이에 따라, 상기 서브 플레이트(162)는 상기 제 1 집전탭(121)과 상기 돌출부(161)를 전기적으로 결합시킨다. 한편, 케이스(140)의 내압이 증가하면 상기 안전 벤트(160)의 돌출부(161)가 상승됨으로써, 상기 서브 플레이트(162)는 상기 돌출부(161)와 전기적으로 분리될 수 있다. 따라서, 상기 안젠 벤트(160)는 상기 제 1 집전탭(121)과 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 인슐레이터(170)는 상기 안전 벤트(160)와 상기 캡 다운(180) 사이에 개재되어, 양자의 사이를 전기적으로 절연시킨다. 상기 인슐레이터(170)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다.
상기 캡 다운(180)은 원형의 판체로 형성된다. 상기 캡 다운(180)의 중앙에는 관통홀(181)이 형성되며, 상기 관통홀(181)을 통해 상기 안전 벤트(160)의 돌출부(161)가 관통할 수 있다. 또한, 상기 캡 다운(180)의 상면에는 인슐레이터(170)가 형성되어 상기 안전 벤트(160)와 캡 다운(180) 사이가 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 가스켓(190)은 케이스(140)의 상단 개구부에 설치된다. 즉, 상기 가스켓(190)은 캡 업(150) 및 안전 벤트(160)의 외주연, 상기 케이스(140)의 상단 개구부 사이에 밀착되어 조립된다. 이러한 가스켓(190)은 상기 케이스(140)에서 상기 캡 조립체(130)가 분리되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110)를 구성하는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)에 각각 이들의 무지부로부터 연장되어 일체로 형성된 다수의 제 1 탭(111a) 및 제 2 탭(112a)을 구비함으로써, 전기적 저항을 줄여 전기적 효율을 높이면서도, 별도의 리드탭 결합시 발생될 수 있는 전극 조립체의 변형 및 이에 따른 진원률의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 탭(111a) 및 제 2 탭(112a)에 각각 전후단에서 결합되는 제 1 집전탭(121)과 제 2 집전탭(122)으로 구성된 집전탭(120)을 구비함으로써, 별도의 리드탭을 대체하도록 하여, 기존의 원통형 전지의 제조 방법을 활용할 수 있도록 하여, 제조 효율을 높일 수 있다.
또한, 제 1 집전탭(121) 및 제 2 집전탭(122)이 제 1 탭(111a)과 제 2 탭(112a)과 결합될 때 초음파 용접을 적용하여, 그 표면에 돌기가 다수 형성되도록 함하여 저항을 높임으로써 , 제 1 집전탭(121) 및 제 2 집전탭(122)이 저항 용접을 통해 서브 플레이트(162) 및 케이스(140)에 각각 안정적으로 결합될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체를 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체를 도시한 측면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체를 도시한 평면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체에 집전탭이 결합된 상태를 도시한 측면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 절연 플레이트를 도시한 평면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체에 절연 플레이트가 도시된 상태를 도시한 측면도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체가 케이스에 삽입된 상태를 도시한 단면도이다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하면, 전체적으로 원통형으로 형성되고, 제 1 전극판으로부터 일체로 연장되어 형성된 제 1 탭(111a), 제 2 전극판으로부터 일체로 연장되어 형성된 제 2 탭(112a)을 구비하는 전극 조립체(110)가 구비된다.
여기서, 상기 제 1 탭(111a)은 상기 전극 조립체(110)의 상부로 돌출되고, 상기 제 2 탭(112a)은 상기 전극 조립체(110)의 하부로 돌출될 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 상기 제 1 탭(111a)을 동일한 폭을 갖도록 배열될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 탭(111a)은 전후단에서 압착하여 서로 중첩되는 경우, 각각 동일한 면적에서 중첩되므로, 용이하게 용접될 수 있다.
이어서, 도 6을 참조하면, 상기 제 1 탭(111a)과 제 2 탭(112a)에 대해 각각 제 1 집전탭(121) 및 제 2 집전탭(122)이 결합된다. 이 때, 상기 제 1 집전탭(121) 및 제 2 집전탭(122)은 각각 대략 'U'자 형태 혹은 클립 형태로 형성될 수 있고, 중앙의 연결부(121a, 122a)를 중심으로 사이가 벌어져서 상기 제 1 탭(111a) 및 제 2 탭(112a)을 수용하고 초음파 용접을 통해 결합될 수 있다. 또한, 상기 제 1 집전탭(121) 및 제 2 집전탭(122)은 용접 이후, 상기 연결부(121a, 122a)를 컷팅하여 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 연결부(121a, 122a)에 대응되는 길이를 줄여 원하는 길이로 조절할 수 있고, 이 경우에도 상기 제 1 집전탭(121) 및 제 2 집전탭(122)은 상기 제 1 탭(111a) 및 제 2 탭(112a)과 용접이 된 이후이기 때문에 결합이 유지될 수 있다.
이어서, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 전극 조립체(110)의 상부 및 하부에 대해 각각 제 1 절연판(131) 및 제 2 절연판(132)을 결합할 수 있다. 각 절연판(131, 132)는 내부에 홀(131a, 132a)을 구비하여, 상기 전극 조립체(110)의 제 1 탭(111a) 및 제 2 탭(112a)이 돌출될 수 있도록 하며, 이에 따라 상기 탭(111a, 112a)이 각각 집전탭(121, 122)에 결합된 상태가 유지될 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 상기 전극 조립체(110), 집전탭(120) 및 절연판(130)은 함께 케이스(140)의 내부에 수용될 수 있다. 그리고 상술한 것처럼, 상기 제 2 집전탭(122)은 상기 케이스(140)의 바닥면에 저항 용접을 통해 결합될 수 있다. 한편 별도로 도시하지는 않았지만, 이후 상기 케이스(140)의 상부에 캡 조립체가 결합될 수 있고, 상기 제 1 집전탭(121)은 캡 조립체 중에서 서브 플레이트(162)와 저항 용접을 통해 결합될 수 있다. 이후, 케이스(140)의 측벽이 캡 조립체와 함께 클램핑되어 최종적인 구조가 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체를 도시한 사시도이다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체를 도시한 평면도이다.
도 10 및 도 11을 함께 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체(210)의 구성을 포함할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(210)를 제외한 이차 전지의 도시되지 않은 다른 구성들은 앞선 실시예와 동일하게 구성될 수 있고, 이하에서는 전극 조립체(210)의 구성을 위주로 설명하도록 한다.
상기 전극 조립체(210)는 상부와 하부로 각각 돌출된 제 1 탭(211a)과 제 2 탭(212a)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 탭(211a)과 제 2 탭(212a)은 각각 제 1 전극판 및 제 2 전극판의 무지부로부터 일체로 연장된 구조일 수 있다. 또한, 상기 제 1 탭(211a)과 제 2 탭(212a)은 각각 상기 전극 조립체의 중심으로부터 멀리 위치할 수록 더 넓은 면적을 갖도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 탭(211a)과 제 2 탭(212a)은 각각 상기 전극 조립체(210)의 중심을 기준으로 동위각을 갖는 호 형상으로 구비될 수 있다. 이와 같은 형상을 통하면, 보다 넓은 면적에서 상기 제 1 탭(211a)과 제 2 탭(212a)이 제 1 집전탭 및 제 2 집전탭과 접촉하여 결합될 수 있다. 따라서, 그 결합에서 저항을 줄일 수 있기 때문에, 전기적 효율성을 높일 수 있게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 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, 200, 300, 400; 이차 전지 110, 210; 전극 조립체
111a; 제 1 탭 112; 제 2 탭
120; 집전탭 121; 제 1 집전탭
122; 제 2 집전탭 130; 절연판
131; 제 1 절연판 132; 제 2 절연판
140; 케이스 150; 캡 업
160; 안전 벤트 162; 서브 플레이트
170; 인슐레이터 180; 캡 다운
190: 가스켓

Claims (11)

  1. 제 1 전극판 및 제 2 전극판을 포함하고, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 하나는 상기 제 1 전극판 또는 제 2 전극판과 일체로 형성되고 일 방향으로 연장되어 형성된 다수의 제 1 탭을 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 외부에서 상기 제 1 탭에 결합되는 제 1 집전탭;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 제 1 집전탭은 상기 캡 조립체 또는 상기 케이스의 바닥면 중 하나와 결합되고,
    상기 제 1 탭은 상기 전극 조립체의 권취 중심을 기준으로 직경 방향에서 동일 선상에 위치하고, 상기 전극 조립체의 권취 중심으로부터 외곽에 위치할 수록 더 큰 면적으로 형성되는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 조립체는 안전 벤트를 포함하고, 상기 제 1 집전탭이 상기 안전 벤트에 접속되는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 집전탭은 상기 안전 벤트의 돌출부에 결합된 서브 플레이트와 전기적으로 연결된 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 나머지 하나로부터 상기 일 방향과 다른 타 방향으로 형성된 다수의 제 2 탭 및 상기 제 2 탭에 결합되는 제 2 집전탭을 더 포함하고,
    상기 제 2 집전탭은 캡 조립체 또는 상기 케이스의 바닥면 중 상기 제 1 집전탭이 연결되지 않은 다른 하나에 전기적으로 연결되는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 나머지 하나로부터 상기 일 방향과 다른 타 방향으로 형성된 제 2 탭을 포함하고,
    상기 제 2 탭은 상기 캡 조립체 또는 상기 케이스의 바닥면 중 상기 제 1 집전탭이 연결되지 않은 다른 하나에 전기적으로 연결되는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집전탭은 상기 제 1 탭의 전후단에서 위치하고 초음파 용접을 통해 결합되는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집전탭은 상기 캡 조립체 또는 케이스와 저항 용접을 통해 결합되는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판은 실리콘(Si)계 물질로 형성되는 이차 전지.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집전탭은 상기 제 1 탭의 전후단에서 각각 결합된 이차 전지.
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