KR102668193B1 - 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지가 개시된다. 개시된 캡 조립체는, 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트 하부에 배치되고, 하방으로 돌출하는 벤트를 구비하며, 상기 이차 전지의 내부 압력 상승시 형태가 변형되도록 구성되는 벤트 플레이트; 상기 벤트 플레이트 하부에 배치되고, 상기 벤트와 접합되어 상기 벤트 플레이트와 함께 CID를 구성하는 서브 플레이트; 상기 벤트 플레이트와 서브 플레이트 사이에 개재되고, 상기 서브 플레이트를 통하여 상기 벤트 플레이트에 전기적으로 연결되는 미들 플레이트; 및 상기 벤트 플레이트와 미들 플레이트 사이에 개재되는 인슐레이터;를 포함하되, 상기 미들 플레이트는 상기 서브 플레이트를 수용하기 위한 수용홈을 포함한다. 본 발명에 따르면, 전지의 저항을 낮춰 출력을 높일 수 있는 신규한 구조의 캡 조립체를 제공할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 전지 저항 증가의 우려 없이 멀티탭 구조를 적용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 캡 조립체와 전극 조립체의 전극 탭간 용접 불량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지{CAP ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지의 저항을 낮춰 출력을 높일 수 있는 신규한 구조의 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지로서, 휴대전자기기, 전동공구, 정원공구, 전기자동차(Electric Vehicle, EV) 및 전력저장시스템 등의 에너지원으로 사용되고 있으며, 더욱 다양한 적용분야로의 검토가 확대되고 있다.
최근 이차 전지를 사용하는 전동공구, 정원공구, 전기자동차, E-bike 등에서 보다 높은 출력의 셀이 요구되고 있다.
이러한 적용 분야에서는 일반적으로 원통형 이차 전지가 사용되는데, 원통형 이차 전지는 가용부피가 정해져 있기 때문에 용량 및 출력을 높이는 데에 많은 어려움이 있다.
출력을 높이기 위해서는 전지의 저항을 낮춰야 하며, 이를 위해, 제한된 부피 내에서는 전극판의 탭(tab)의 수를 증가시키는 것이 효과적이나, 탭의 수가 증가할 경우 탭을 전류차단장치(Current Interrupt Device, CID) 또는 캔(can)과 용접하는 공정에서 많은 제약이 발생한다.
본 발명에서는 전지의 저항을 낮춰 출력을 높일 수 있는 신규한 구조의 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트 하부에 배치되고, 하방으로 돌출하는 벤트를 구비하며, 상기 이차 전지의 내부 압력 상승시 형태가 변형되도록 구성되는 벤트 플레이트; 상기 벤트 플레이트 하부에 배치되고, 상기 벤트와 접합되어 상기 벤트 플레이트와 함께 CID를 구성하는 서브 플레이트; 상기 벤트 플레이트와 서브 플레이트 사이에 개재되고, 상기 서브 플레이트를 통하여 상기 벤트 플레이트에 전기적으로 연결되는 미들 플레이트; 및 상기 벤트 플레이트와 미들 플레이트 사이에 개재되는 인슐레이터;를 포함하되, 상기 미들 플레이트는 상기 서브 플레이트를 수용하기 위한 수용홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체가 제공된다.
상기 수용홈은 상기 미들 플레이트의 하면에서 상방으로 오목진 형상을 가질 수 있다.
상기 미들 플레이트는 상기 미들 플레이트의 하면과 상기 수용홈의 천장면을 잇는 단차부를 포함하고, 상기 단차부의 높이는 상기 서브 플레이트의 두께와 같거나 그보다 클 수 있다.
상기 서브 플레이트는 상기 수용홈의 천장면에 밀착될 수 있다.
상기 수용홈의 높이는 상기 서브 플레이트의 두께와 같거나 그보다 클 수 있다.
상기 인슐레이터 및 상기 미들 플레이트는 각각 관통구를 포함하고, 상기 벤트는 상기 인슐레이터의 관통구 및 상기 미들 플레이트의 관통구를 통하여 상기 서브 플레이트와 접합될 수 있다.
상기 벤트는 상기 인슐레이터의 관통구, 상기 미들 플레이트의 관통구 및 상기 미들 플레이트의 수용홈을 통하여 상기 서브 플레이트와 접합될 수 있다.
상기 서브 플레이트는 상기 벤트와 접촉하는 접촉부 및 상기 접촉부에 반대되는 저부를 포함하고, 상기 접촉부와 저부 중 적어도 하나는 상기 수용홈 내에 존재할 수 있다.
상기 이차 전지의 전극 조립체로부터 인출되는 전극 탭은 상기 서브 플레이트 및 미들 플레이트의 하부에 배치되어 상기 서브 플레이트 및 미들 플레이트 중 적어도 하나와 접합되고, 이에 따라, 상기 전극 조립체는 상기 벤트 플레이트에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 전극 탭은 상기 서브 플레이트 및 미들 플레이트 모두와 접합될 수 있다.
상기 전극 탭은 상기 이차 전지의 전극 조립체의 다수의 영역으로부터 인출되어 서로 전기적으로 연결된 복수의 탭으로 이루어지는 멀티탭일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 캡 조립체를 포함하는 이차 전지가 제공된다.
본 발명에 따르면, 전지의 저항을 낮춰 출력을 높일 수 있는 신규한 구조의 캡 조립체를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전지 저항 증가의 우려 없이 멀티탭 구조를 적용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 캡 조립체와 전극 조립체의 전극 탭간 용접 불량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 외관의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실시예의 분해 사시도를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 실시예의 I-I' 방향 단면도를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체와 복수의 제1 전극 탭의 연결관계를 상세하게 도시하기 위한 도 3의 일부 확대도이다.
도 5a는 도 4의 A부분에 대한 확대도를 도시하는 도면이다.
도 5b는 설명의 편의를 위해, 도 5a에서 복수의 제1 전극 탭을 캡 조립체로부터 분리한 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 제1 전극 탭이 연결된 캡 조립체의 저면도를 도시한다.
도 7은 종래의 방식에 따른 캡 조립체의 일부 단면도를 도시한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 외관을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 실시예의 분해 사시도이다. 도 3은 도 1 실시예의 I-I' 방향 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(10)는 전극 조립체(100), 상기 전극 조립체(100)를 수용하는 캔(200), 복수의 절연판(230, 240), 센터 핀(250), 가스켓(260) 및 상기 가스켓(260)과 함께 상기 캔을 밀봉하는 캡 조립체(270)를 포함한다.
먼저, 상기 전극 조립체(100)는 제1 및 제2 전극(113, 111)과 세퍼레이터(115)를 포함하고, 상기 세퍼레이터(115)는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 개재된다. 제1 전극과 제2 전극은 극성이 서로 상이하며, 어느 하나가 양극이면 다른 하나는 음극이다. 상기 제1 전극(113), 상기 세퍼레이터(115) 및 상기 제2 전극(111)은 차례로 적층된 후 권취된다.
상기 전극 조립체(100)는 상기 제1 전극(113)에 전기적으로 연결되는 복수의 제1 전극 탭(170) 및 상기 제2 전극(111)에 전기적으로 연결되는 하나의 제2 전극 탭(190)을 포함한다.
상기 제1 및 제2 전극 탭(170, 190)에 의해 상기 전극 조립체(100)에서 발생한 에너지가 외부로 전달된다. 상기 제1 전극 탭 및 상기 제2 전극 탭은 도전성 물질을 포함하며, 예를 들어 니켈(Ni) 또는 니켈 합금을 포함할 수 있다. 제1 전극 탭은 복수개가 아닌 하나만이 구비될 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체는 제1 전극 탭이 복수개로 구비되는 멀티탭 구조에 보다 효율적으로 적용될 수 있는 바, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 멀티탭을 갖는 이차 전지를 중심으로 설명하기로 한다.
상기 캔(200)은 일단이 개구되고 상기 전극 조립체(100)를 수용하는 공간이 형성된 원통이다. 상기 캔(200)의 바닥면에는 상기 제2 전극 탭(190)이 용접되어 상기 캔이 전극 단자로 기능할 수 있다. 상기 캔(200)은 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 복수의 절연판(230, 240)은, 상기 전극 조립체(100)가 상기 캔(200)의 개구를 향하고 있는 쪽에 구비되는 제1 절연판(240) 및 상기 전극 조립체(100)가 상기 캔(200)의 개구의 반대면, 즉 바닥면을 향하는 쪽에 구비된 제2 절연판(230)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 절연판(240, 230)에 의해 상기 전극 조립체(100)와 상기 캔(200) 사이의 불필요한 전기적 쇼트가 방지된다.
상기 제1 절연판(240)은, 전해액이 상기 전극 조립체(100)로 잘 스며들도록 복수의 구멍(241)이 구비될 수 있다. 그리고 상기 제1 절연판(240)은 상기 전극 조립체(100)에서 인출되는 복수의 제1 전극 탭(170)이 관통하는 구멍(243)이 구비될 수 있다.
상기 제2 절연판(230)은 복수의 구멍(231)이 구비되어 상기 제2 절연판에 의해 감소되는 공간을 최소화함으로서 주입되는 전해액의 감소를 최소화할 수 있다.
상기 전극 조립체(100)의 중심축에는 센터핀(250)이 구비되어 상기 전극 조립체(100)가 풀리지 않도록 지탱한다. 상기 센터핀(250)은 중공이 형성된 원형 막대일 수 있으며, 일단은 제2 전극 탭(190)을 눌러 캔(200)에 밀착시킬 수 있다.
상기 센터핀(250)에 중공이 형성되는 경우 전극 조립체(100)로부터 발생한 가스의 이동 통로가 될 수 있다. 상기 제1 절연판(240)에는 상기 센터 핀(250)과 대응되는 중심부에 구멍(242)이 구비되어 가스가 배기된다.
상기 센터핀(250)은 전해액의 함침을 용이하게 하고 상기 전극 조립체(100)로부터 발생하는 가스를 원활하게 배출하도록 측면에 복수의 구멍(251)을 구비할 수 있다.
상기 캔(200)의 개구 테두리에는 내측으로 굽혀진 클램핑부(213)가 형성된다. 상기 클램핑부(213)는 상기 캡 조립체(270)를 압박하여 체결력을 향상시킨다.
상기 캔(200)은 개구와 상기 전극 조립체(100) 사이에 내측으로 볼록하게 형성된 비드(210)를 구비한다. 상기 비드(210)의 내경이 상기 전극 조립체(100)의 외경보다 작게 형성되어 상기 전극 조립체는 상기 캔(200)에서 움직이지 않도록 고정된다.
상기 캡 조립체(270)는 전극 단자 기능을 하는 캡 플레이트(217) 및 상기 캡 플레이트(217)와 상기 전극 조립체(100) 사이에 구비되는 전류차단장치를 포함한다. 상기 전류차단장치는, 상기 캡 플레이트(217)에서 상기 전극 조립체(100)를 향하는 방향으로 차례로 적층되는 양성온도소자(Positive Temperature Coefficient)(272), 벤트 플레이트(273), 인슐레이터(276), 미들 플레이트(277) 및 서브 플레이트(271)를 포함한다.
상기 양성온도소자(272)는 과전류가 흐를 때 전류를 차단한다.
상기 벤트 플레이트(273)는 중심에 구비된 벤트(275)를 포함한다. 상기 벤트(275)는 상기 인슐레이터(276)의 중앙에 구비된 관통구(276A) 및 상기 미들 플레이트(277)의 중앙에 구비된 관통구(277A)를 향해 하방으로 돌출된다. 상기 벤트(275)는 상기 관통구들(276A, 277A)을 통하여 서브 플레이트(271)와 만날 수 있다.
상기 미들 플레이트(277)는 이차 전지 내의 압력이 증가하는 경우 압력이 벤트 플레이트(273)에 작용할 수 있도록 통로가 되는 관통구들(277B)을 구비한다.
또한, 상기 미들 플레이트(277)는 상기 서브 플레이트(271)를 통하여 상기 벤트 플레이트(273)에 전기적으로 연결된다.
상기 서브 플레이트(271)는 상기 미들 플레이트(277)의 관통구(277A)를 막도록 상기 전극 조립체(100)와 상기 미들 플레이트(277) 사이에서 상기 미들 플레이트(277)에 밀착된다. 상기 서브 플레이트(271)는 상기 벤트 플레이트(273)의 벤트(275)에 용접 등의 방법으로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 벤트 플레이트(273)와 상기 미들 플레이트(277) 사이에 구비된 상기 인슐레이터(276)에 의해 상기 벤트 플레이트(273)와 상기 미들 플레이트(277)은 절연된다.
상기 벤트 플레이트(273)는 상기 벤트(275)의 주위에 원형 및 십자형의 홈(274)이 구비된다. 상기 벤트 플레이트(273)는 이차 전지의 내부에 가스가 발생하여 압력이 증가하게 되면 벤트(275)가 상기 캡 플레이트(217)을 향해 이동한다. 이렇게 상기 벤트 플레이트(273)가 변형되면서 상기 서브 플레이트(271)와 상기 벤트(275)의 접합 부분이 떨어지거나 서브 플레이트(271)의 일부분이 끊어지면서 전기적 흐름이 차단된다. 전지의 압력이 계속 증가하게 되면 홈(274)이 파단되면서 가스가 외부로 방출된다.
상기 가스켓(260)은 상기 캔(200)의 개구와 상기 캡 조립체(270) 사이를 밀봉한다. 상기 가스켓(260)은 상기 캡 조립체(270)의 외주연을 둘러싸 상기 캡 플레이트(217) 등과 상기 캔(200) 사이를 절연한다. 상기 가스켓(260)은 절연성 및 탄성이 있는 물질로 구성된다.
상기 복수의 제1 전극 탭(170)은 이차 전지의 전극 조립체의 다수의 영역으로부터 인출되어 서로 전기적으로 연결된다. 그리고 상기 복수의 제1 전극 탭(170)은 어느 하나가 서브 플레이트(271) 또는 미들 플레이트(277)에 전기적으로 연결된다. 이때에도, 용접 등의 방법이 적용될 수 있다. 이에 따라, 최종적으로, 전극 조립체(100)로부터 최상단의 캡 플레이트(217)로 이어지는 전류 흐름 경로가 형성되게 된다.
한편, 복수의 제1 전극 탭(170)이 서브 플레이트(271)나 미들 플레이트(277)에 접합될 때에는 이차 전지 내부의 저항을 최소화하기 위해 접합 면적이 넓을수록 유리하며, 이에 따라, 복수의 제1 전극 탭(170)은 서브 플레이트(271) 및 미들 플레이트(277) 모두에 접합될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 미들 플레이트(277)는 서브 플레이트(271)를 수용하는 수용홈(277C)을 구비함으로써, 미들 플레이트 하부에 서브 플레이트가 위치하게 되는 CID 구조에서 필연적으로 수반되는 서브 플레이트 두께에 의한 높이 증가분을 상쇄시킨다. 이는 이하 설명하는 바와 같이, 제한된 가용부피의 원통형 이차 전지에서 고용량 고출력을 만족시킬 수 있도록 하고, 캡 조립체와 전극 조립체의 전극 탭간 용접 불량 발생을 감소시킨다.
이하, 앞서 설명한 도 1 내지 도 3과 함께, 도 4 내지 도 7을 참조하여 보다 상세하게 살펴본다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체(270)와 복수의 제1 전극 탭(170)의 연결관계를 상세하게 도시하기 위한 도 3의 일부 확대도이다.
그리고, 도 5a는 도 4의 A부분에 대한 확대도를 도시하고, 도 5b는 설명의 편의를 위해, 도 5a에서 복수의 제1 전극 탭(170)을 캡 조립체(270)로부터 분리한 상태를 도시하는 도면이다.
또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 제1 전극 탭(170)이 연결된 캡 조립체(270)의 저면도를 도시한다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 캡 조립체(100)는 캡 플레이트의 하부에 배치되고 벤트(275)를 구비하며 이차 전지의 내부 압력 상승시 형태가 변형되도록 구성되는 벤트 플레이트(273), 벤트 플레이트의 하부에 배치되고 상기 벤트와 접합되어 상기 벤트 플레이트와 함께 CID를 구성하는 서브 플레이트(271), 벤트 플레이트와 서브 플레이트 사이에 개재되어 상기 서브 플레이트를 통하여 상기 벤트 플레이트에 전기적으로 연결되는 미들 플레이트(277) 및 벤트 플레이트와 미들 플레이트 사이에 개재되는 인슐레이터(276)를 포함한다.
그리고, 복수의 제1 전극 탭(170)은 상대적으로 전극 조립체(100)의 중심축에 가깝게 위치하는 내측 탭(171)과 상대적으로 전극 조립체(100)의 중심축에서 멀리 위치하는 외측 탭(176)을 포함한다. 이때, 상기 내측 탭(171)과 상기 외측 탭(176)은 상기 전극 조립체(100)의 중심축을 기준으로 한 쪽에 정렬되며, 상기 내측 탭(171)과 상기 외측 탭(176)은 상기 전극 조립체(100)에서 외부로 연장되는 부분이 서로 중첩되도록 정렬된다.
이와 같이 정렬된 복수의 제1 전극 탭(170)은 캡 조립체(270)에 연결되며, 이차 전지의 내부 저항을 최소화하기 위해, 복수의 제1 전극 탭(170)은 서브 플레이트(271)와 미들 플레이트(277) 모두에 접합된다. 즉, 전극 조립체(100)로부터 인출되는 복수의 제1 전극 탭(170)은 상기 서브 플레이트(271) 및 미들 플레이트(277)의 하부에 배치되어 상기 서브 플레이트 및 미들 플레이트 모두와 접합되고, 이에 따라, 상기 전극 조립체(100)는 상기 벤트 플레이트(273)에 전기적으로 연결되게 된다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 미들 플레이트(277)는 서브 플레이트(271)를 수용하기 위한 수용홈(277C)을 포함한다.
보다 상세하게, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 미들 플레이트의 수용홈(277C)은 미들 플레이트의 하면에서 상방으로 오목진 형상을 가질 수 있다.
수용홈(277C)은 서브 플레이트(271)를 수용할 수 있도록 그 전체 크기는 서브 플레이트(271)의 크기에 대응하여 형성될 수 있다. 다만, 도 5a 및 도 5b에서는 설명의 편의를 위해, 수용홈(277C)의 크기를 다소 과장하여 서브 플레이트(271)보다 크게 도시하였다.
보다 상세하게, 수용홈(277C)의 높이(h)는 서브 플레이트(271)의 두께(t)와 같거나 그보다 크게 형성됨으로써, 미들 플레이트의 하부에 배치되는 서브 플레이트(271)는 미들 플레이트의 수용홈(277C)을 통해 미들 플레이트에 완전히 수용된다.
다시 말해, 미들 플레이트(277)는 그의 하면(P1)과 수용홈(277C)의 천장면(P2)을 잇는 단차부(S)를 포함할 수 있고, 단차부(S)의 높이(h)는 서브 플레이트의 두께(t)와 같거나 그보다 크게 형성됨으로써, 서브 플레이트는 수용홈을 통해 미들 플레이트에 완전히 수용되어 미들 플레이트를 벗어나는 부분은 존재하지 않는다.
그리고, 서브 플레이트(271)는 미들 플레이트의 관통구(277A)를 막도록 상기 수용홈(277C)의 천장면(P2)에 밀착된다.
이와 같이, 캡 조립체(270)의 하부가 전체적으로 평평하게 형성됨에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 서브 플레이트(271) 및 미들 플레이트(277)의 하부에 배치되어 상기 서브 플레이트 및 미들 플레이트 모두와 접합되는 복수의 제1 전극 탭(170)은 상기 서브 플레이트 및 미들 플레이트에 더욱 긴밀하게 밀착될 수 있다.
밀착도가 높을수록 복수의 제1 전극 탭과 서브 플레이트 및 미들 플레이트간 접합 면적이 증가하여 이차 전지 내부 저항을 감소시킬 수 있고 이들간 용접 불량 발생 가능성 또한 감소시킨다.
한편, 수용홈의 높이(h)가 서브 플레이트의 두께(t)보다 크게 형성됨에 따라, 상기 수용홈이 크게 형성된 크기만큼 상기 벤트(275)는 인슐레이터의 관통구(276A) 및 미들 플레이트의 관통구(277A)를 통하여 상기 수용홈(277C) 내부로까지 돌출할 수 있다. 이 경우, 벤트(275)는 수용홈(277C) 내에서 서브 플레이트(271)와 접합된다.
즉, 인슐레이터의 관통구(276A), 미들 플레이트의 관통구(277A) 및 미들 플레이트의 수용홈(277C)은 서로 소통되어 있고, 상기 벤트는 상기 인슐레이터의 관통구, 상기 미들 플레이트의 관통구 및 상기 미들 플레이트의 수용홈을 통하여 서브 플레이트와 접합된다.
이때에도, 여전히 서브 플레이트는 미들 플레이트를 벗어남 없어 완전히 수용된 상태이므로, 복수의 제1 전극 탭은 캡 조립체의 하면을 구성하는 서브 플레이트 및 미들 플레이트에 긴밀하게 밀착될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 인슐레이터의 관통구(276A), 미들 플레이트의 관통구(277A) 및 미들 플레이트의 수용홈(277C)은 서로 소통되어 있으므로, 서브 플레이트는 벤트와 접촉하는 접촉부(CP) 및 상기 접촉부에 반대되는 저부(LP)를 포함하고, 상기 접촉부(CP) 및 저부(LP) 중 적어도 하나는 미들 플레이트의 수용홈(277C)에 존재하게 된다.
도 7은 종래의 방식에 따른 캡 조립체의 일부 단면도를 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 종래 방식의 캡 조립체에서는 전극 탭(70)이 서브 플레이트(71) 및 미들 플레이트(77) 모두에 접합되는 경우, 서브 플레이트(71)의 두께에 의해 미들 플레이트(77)와 전극 탭(70) 사이에는 틈(G)이 발생할 수 있다. 용접을 위해 전극 탭이 서브 플레이트 및 미들 플레이트로 밀착되는 과정에서 서브 플레이트의 두께에 의한 절곡 영역이 형성되기 때문이다.
상기 틈(G)은 이차 전지의 종류에 따라 차이는 있으나, 일반적으로 사용되는 원통형 이차 전지에서 대략 0.13~0.15mm의 크기를 갖는다.
전극 탭과 서브 플레이트 및 미들 플레이트에 의해 형성되는 상기 틈(G)은 이들간의 접합 면적을 감소시키므로, 이차 전지 내부의 저항을 낮추는데 불리하게 작용한다.
그러나, 앞서 살펴본 본 발명의 일 실시예에 따른 신규한 구조의 캡 조립체에 따르면, 전극 탭이 서브 플레이트 및 미들 플레이트에 긴밀하게 밀착될 수 있어 이차 전지 내부의 저항을 낮출 수 있고, 이는 제한된 가용부피의 원통형 이차 전지에서 고용량 고출력을 만족시키고자 하는 요구에 부합한다. 또한, 전극 탭과 서브 플레이트 및 미들 플레이트와의 용접불량 발생 가능성을 감소시킨다.
특히, 이차 전지의 출력을 높이기 위해 적용하는 멀티탭 구조에서는, 전극 탭이 복수개로 구비됨에 따라 전극 탭 자체의 유연성이 떨어져 종래 방식에 따른 구조에서 더욱 전극 탭과 서브 플레이트 및 미들 플레이트간의 밀착이 어렵게 되나(즉, 전극 탭과 서브 플레이트 및 미들 플레이트에 의해 형성되는 틈(G)도 더욱 커질 수 있음), 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체에서는 서브 플레이트의 두께에 의한 높이 증가분이 미들 플레이트의 수용홈에 의해 완전히 상쇄되므로, 전극 탭과 서브 플레이트 및 미들 플레이트간의 밀착이 용이해지는 장점이 있다. 따라서, 전지 저항 증가의 우려 없이 멀티탭 구조를 적용할 수 있고, 캡 조립체와 전극 탭간 용접 불량이 발생할 가능성도 감소시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 이차 전지 100 : 전극 조립체
170 : 복수의 제1 전극 탭 190 : 제2 전극 탭
200 : 캔 217 : 캡 플레이트
270 : 캡 조립체 271 : 서브 플레이트
273 : 벤트 플레이트 275: 벤트
276 : 인슐레이터 277 : 미들 플레이트

Claims (12)

  1. 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트 하부에 배치되고, 하방으로 돌출하는 벤트를 구비하며, 이차 전지의 내부 압력 상승시 형태가 변형되도록 구성되는 벤트 플레이트;
    상기 벤트 플레이트 하부에 배치되고, 상기 벤트와 접합되어 상기 벤트 플레이트와 함께 CID(Current Interrupt Device)를 구성하는 서브 플레이트;
    상기 벤트 플레이트와 서브 플레이트 사이에 개재되고, 상기 서브 플레이트를 통하여 상기 벤트 플레이트에 전기적으로 연결되는 미들 플레이트; 및
    상기 벤트 플레이트와 미들 플레이트 사이에 개재되는 인슐레이터;를 포함하되,
    상기 미들 플레이트는 상기 서브 플레이트를 수용하기 위한 수용홈을 포함하고,
    상기 미들 플레이트의 수용 홈은 서브 플레이트를 수용하며,
    이차 전지의 전극 조립체로부터 인출되는 전극 탭은 미들 플레이트의 하면 및 미들 플레이트의 수용 홈에 수용된 서브 플레이트의 하면에 모두 접합되면서 상기 전극 조립체는 상기 벤트 플레이트에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용홈은 상기 미들 플레이트의 하면에서 상방으로 오목진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미들 플레이트는 상기 미들 플레이트의 하면과 상기 수용홈의 천장면을 잇는 단차부를 포함하고,
    상기 단차부의 높이는 상기 서브 플레이트의 두께와 같거나 그보다 큰 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서브 플레이트는 상기 수용홈의 천장면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수용홈의 높이는 상기 서브 플레이트의 두께와 같거나 그보다 큰 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인슐레이터 및 상기 미들 플레이트는 각각 관통구를 포함하고,
    상기 벤트는 상기 인슐레이터의 관통구 및 상기 미들 플레이트의 관통구를 통하여 상기 서브 플레이트와 접합되는 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 벤트는 상기 인슐레이터의 관통구, 상기 미들 플레이트의 관통구 및 상기 미들 플레이트의 수용홈을 통하여 상기 서브 플레이트와 접합되는 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 서브 플레이트는 상기 벤트와 접촉하는 접촉부 및 상기 접촉부에 반대되는 저부를 포함하고, 상기 접촉부와 저부 중 적어도 하나는 상기 수용홈 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 이차 전지의 전극 조립체의 다수의 영역으로부터 인출되어 서로 전기적으로 연결된 복수의 탭으로 이루어지는 멀티탭인 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  12. 제1항 내지 제8항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 캡 조립체를 포함하는 이차 전지.
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