KR20060028170A

KR20060028170A - 이차 전지

Info

Publication number: KR20060028170A
Application number: KR1020040077221A
Authority: KR
Inventors: 김광천
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-03-29
Also published as: KR100601516B1

Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 양극탭을 제거하고, 음극탭 대신 연성 배선 필름을 이용함으로써, 전극 조립체의 권취 횟수 및 높이(면적)를 증가시켜 전지 용량을 증가시키고, 전극 조립체의 소정 영역을 캔에 직접 용접함으로써, 전극 조립체와 캔이 직접 도통되도록 함은 물론 캔 내부에서 전극 조립체의 유동 및 소음을 방지하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 해결 방법의 요지는 일측에 개방부를 갖는 대략 육면체 형태의 캔과, 캔의 내부에 제1극판, 세퍼레이터 및 제2극판이 적층된 채 다수회 권취되어 수납되고, 제1극판은 캔의 내측 표면에 직접 접속되며, 제2극판에는 외부로 일정 길이 연장된 연성 배선 필름이 접속되어 있는 전극 조립체와, 캔의 개방부에 캡 플레이트가 결합되고, 캡 플레이트에는 연성 배선 필름이 접속되는 전극 단자가 결합된 캡 조립체를 포함한다.

이차 전지, 캔, 전극 조립체, 극판, 연성 배선 필름

Description

이차 전지{Secondary battery}

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.

도 3은 도 2의 1 영역을 확대 도시한 사시도이다.

도 4는 도 1의 2-2선 단면도이다.

도 5는 도 4의 3 영역을 확대 도시한 단면도이다.

도 6은 도 4의 4 영역을 확대 도시한 단면도이다.

도 7은 도 1의 5-5선 단면도이다.

도 8은 도 7의 6 영역을 확대 도시한 단면도이다.

도 9는 도 1의 7-7선 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

200; 본 발명에 의한 이차 전지

210; 캔 211; 장변부

212; 단변부 213; 바닥부

214; 개방부 215; 용접 영역

220; 전극 조립체 221; 장변

222; 단변 223; 제1극판

224; 세퍼레이터 225; 제2극판

226'; 연성 배선 필름 226a; 도전성 배선

226b; 절연성 연성 필름 227a,227b,227c; 제1,2,3절연 테이프

228; 도전 부재 229; 용접 영역

230; 캡 조립체 231; 절연 케이스

231a; 통공 231b; 전해액 주입구

232; 단자 플레이트 232a; 통공

233; 절연 플레이트 233a; 통공

234; 캡 플레이트 234a; 통공

234b; 전해액 주입구 234c; 안전 벤트

235; 절연 가스켓 236'; 전극 단자

237; 볼

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세히는 양극탭을 제거하는 대신 전극 조립체를 캔에 직접 전기적으로 접속함으로써, 전지 용량을 증가시키기고, 또한 캔 내부에서 전극 조립체의 유동 및 소음을 방지할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지(예를 들면 리튬 이온 전지)는 그 형태에 따라서 각형 전지, 원통형 전지 및 파우치 전지 등으로 분류되고 있다. 이중에서 상기 각형 전지는 일측이 개방된 육면체 형태의 캔과, 캔에 삽입되어 일정 전압으로 충방전되는 전극 조립체와, 캔에 주입되어 전극 조립체에서 이온 이동이 가능하게 하는 전해액과, 전극 조립체 및 전해액이 외부로 유출되지 않도록 캔의 상부를 막는 캡 조립체로 이루어져 있다. 여기서, 상기 캡 조립체에는 캔의 개방된 영역에 결합되며, 중앙에 절연 가스켓을 통하여 음극 단자가 결합되는 캡 플레이트를 포함한다.

또한, 상기 전극 조립체는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 적층된 채 대략 젤리롤 형태로 다수회 권취된 형태를 한다. 또한, 상기 양극판에는 양극탭이 접속되고, 상기 양극탭은 상기 캡 조립체중 캡 플레이트에 용접된다.

더불어, 상기 음극판에는 음극탭이 접속되고, 상기 음극탭은 상기 캡 조립체중 음극 단자에 접속된다. 따라서 상기 캡 조립체에 형성된 음극 단자를 제외한 캡 플레이트 및 캔은 전체가 양극 성질을 갖는다.

그런데 이러한 종래의 이차 전지는 비교적 두께가 큰 양극탭 및 음극탭이 전극 조립체에 접속됨으로써, 상기 전극 조립체의 권취 횟수를 제한하는 문제가 있다. 즉, 상기 양극탭 및 음극탭 자체가 소정 두께를 가지고 있기 때문에 캔에 수납되는 전극 조립체의 권취 횟수가 줄어들게 되고, 이에 따라 이차 전지의 용량이 감소하게 된다. 물론, 상기 양극탭 및 음극탭의 표면에는 극성이 다른 음극판 또는 양극판과의 전기적 쇼트를 방지하기 위해 절연 테이프가 부착됨으로써, 상기 전극 조립체의 권취 횟수는 더욱 감소하게 되고, 이에 따라 전지의 용량도 더욱 줄어들게 된다.

더욱이, 종래의 이차 전지는 양극탭 및 음극탭을 캡 플레이트 또는 음극 단자에 용이하게 접속시키며 불필요한 쇼트 현상을 방지 하기 위해, 전극 조립체의 높이를 캔의 높이에 비해 훨씬 작게 하여야 하는 단점이 있다. 물론, 이와 같이 전극 조립체의 높이가 작으면 그만큼 전지 용량이 감소함은 당연하다.

더불어, 종래 이차 전지의 제조 공정에 있어서, 상기 양극탭 및 음극탭을 일일이 전극 조립체의 양극판 및 음극판에 접속하여야 할뿐만 아니라, 각각을 캡 조립체중 캡 플레이트 및 음극 단자에 또다시 접속하여야 함으로써, 제조 공정이 복잡해지고, 이에 따라 생산 수율도 저하되는 문제가 있다.

또한, 상기 캔에 수납되는 전극 조립체는 그 체적을 대략 캔의 내부 체적과 유사하게 하여 조립함으로써, 전극 조립체의 체적이 캔의 내부 체적보다 약간만 작아도 상기 캔 내부에서 전극 조립체가 유동하는 문제가 있다. 이와 같이 전극 조립체가 유동하게 되면 전극 조립체의 가장 바깥면에 형성된 양극판이 캔과 간헐적으로 접촉하면서 이차 전지의 출력 전압 또는 전류가 일정치 못하고, 또한 심한 경우에는 양극탭 및 음극탭이 전극 조립체 또는 캡 조립체로부터 분리되는 문제도 있다. 물론, 상기 전극 조립체가 캔 내부에서 유동함에 따라 소음을 유발하기도 한다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 양극탭을 제거함으로써, 양극탭이 차지하던 부피만큼 전극 조립체의 권취 횟수(면적)를 증가시켜 용량을 증가시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 음극탭을 전극 조립체의 단변에 형성함과 동시에, 상부에서 절곡시켜 도전 부재로 전극 단자에 접속시킴으로써, 전극 조립체의 높이(면적)를 대폭 증가시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 전극 조립체중 일측 극판을 캔에 직접 용접시킴으로써, 전극 조립체와 캔이 직접 전기적으로 도통되도록 함은 물론 캔 내부에서 전극 조립체의 유동 및 소음을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지는 일측에 개방부를 갖는 대략 육면체 형태의 캔과, 캔의 내부에 제1극판, 세퍼레이터 및 제2극판이 적층된 채 다수회 권취되어 수납되고, 제1극판은 캔의 내측 표면에 직접 접속되며, 제2극판에는 외부로 일정 길이 연장된 연성 배선 필름이 접속되어 있는 전극 조립체와, 캔의 개방부에 캡 플레이트가 결합되고, 캡 플레이트에는 연성 배선 필름이 접속되는 전극 단자가 결합된 캡 조립체를 포함한다.

여기서, 상기 캔은 상대적으로 넓은 면적을 가지며 상호 일정 거리 이격된 한쌍의 장변부와, 장변부의 양측 둘레에 상대적으로 작은 면적을 가지며 장변부와 일체로 형성된 단변부와, 개방부의 반대 방향으로서 장변부 및 단변부와 일체로 형성된 바닥부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 캔의 장변부와 상기 전극 조립체의 제1극판 사이에는 전극 조립체를 캔에 전기적 및 기계적으로 접속시키는 용접 영역이 더 형성될 수 있다.

또한, 상기 연성 배선 필름은 제2극판과 전극 단자를 전기적으로 도통시키는 일정 길이의 도전성 배선과, 도전성 배선을 감싸는 절연성 필름을 포함할 수 있다.

더욱이, 상기 연성 배선 필름은 장변과 단변을 갖는 전극 조립체중 상기 단변에 해당하는 제2극판에 일단이 접속될 수 있다.

상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체중 제1극판이 캔에 전기적 및 기계적으로 직접 용접됨으로써, 종래와 같은 양극탭이 전혀 필요없고 또한 캔 내부에서의 전극 조립체 유동 및 소음도 효율적으로 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 양극탭이 제거됨으로써, 전극 조립체에 양극탭을 접속하는 공정, 캡 플레이트에 양극탭을 접속하는 공정 등을 생략할 수 있어 이차 전지의 생산성이 향상된다.

또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체중 단변과 대응되는 제2극판에 연성 배선 필름의 일단을 접속시킨 채 소정 각도 절곡시키고, 이어서 타단은 전극 단자에 접속시킴으로써, 캡 플레이트와 전극 조립체 사이의 높이를 대폭 축소시킬 수 있게 된다. 역으로 말하면, 동일한 높이를 갖는 캔에서 종래보다 더욱 높은 높이를 갖는 전극 조립체를 결합할 수 있고, 이에 따라 용량도 더욱 증가한다.

또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체의 상단과 하단의 둘레에 각각 제1,2절연 테이프를 접착시키고, 또한 전극 조립체의 상단 중앙에도 제3절연 테이프를 접착시킴으로써, 전극 조립체의 풀림 및 스웰링(swelling)을 효율적으로 억제할 수 있게 된다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조 하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지(200)를 도시한 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이차 전지(200)는 대략 육면체 형태의 캔(210)과, 상기 캔(210)의 상부를 덮는 캡 조립체(230)를 포함한다. 물론, 상기 캔(210)의 내부에는 전극 조립체 및 전해액 등이 수납되어 있으나, 이는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

상기 캔(210)은 상대적으로 넓은 면적을 가지며 상호 일정 거리 이격된 한쌍의 장변부(211)를 포함한다. 또한, 상기 장변부(211)의 양측 둘레에는 상대적으로 작은 면적을 가지며 상기 장변부(211)와 일체로 형성된 단변부(212)를 포함한다. 더욱이, 상기 장변부(211)와 단변부(212)의 나머지 일측 둘레에는 일체로 바닥부(213)가 형성되어 있다.

또한, 상기 단변부(212)는 하기할 전극 조립체의 권취 형상과 유사하도록 하여 캔(210)의 내부에서 빈공간이 거의 존재하지 않도록 소정 곡률을 가지며 형성될 수 있다. 물론, 상기 단변부(212)는 상기 장변부(211)에 대하여 직각 형태로 형성될 수도 있으며, 본 발명에서 상기 단변부(212)의 형태를 특정 형태로 한정하는 것은 아니다.

이러한 캔(210)은 알루미늄(Al), 스틸(Fe), 스테인레스 스틸(SUS), 구리(Cu), 구리 합금(Cu alloy) 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나에 의해 형성할 수 있으나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 캔(210)은 상기 장변부(211)가 하기할 전극 조립체와 기계적 및 전기적 으로 접속 및 고정된다. 또한, 상기 캔(210)은 상기 장변부(211)중 대각선이 교차하는 영역에 용접 영역(215)이 형성될 수 있으나, 이러한 용접 영역(215)의 형성 위치로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 용접 영역(215)은 장변부(211)의 임의의 위치에 형성하는 것이 가능하다. 더불어, 도면에서는 상기 용접 영역(215)이 대략 사각 모양으로 형성되어 있으나, 이러한 모양으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 상기 용접 영역(215)은 사각형 외에도 원형, 삼각형, 다수의 점 형태 등 다양한 모양으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 용접 영역(215)은 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 또는 그 등가 방법에 의해 형성할 수 있으며, 본 발명에서 그 용접 방법을 한정하는 것도 아니다.

한편, 상기 캔(210)의 상부에는 캡 조립체(230)가 결합되어 하기할 전극 조립체 및 전해액 등이 외부로 이탈되지 않도록 되어 있다. 즉, 상기 캔(210)의 바닥부(213)와 반대되는 방향에는 대략 상기 바닥부(213)와 유사한 형태의 캡 플레이트(234)가 결합되어 있다. 이러한 캡 플레이트(234)의 중앙에는 쇼트 방지를 위해 절연 가스켓(235)이 개재된 채 전극 단자(236)가 결합되어 있다. 또한, 상기 전극 단자(236)의 일측에는 전해액 주입후 전해액의 누출을 방지하기 위해 볼(237)이 결합 및 고정되어 있으며, 타측에는 상대적으로 얇은 두께를 하여 캔(210)의 내압 상승시 파열되어 안전성을 확보할 수 있도록 안전벤트(234c)가 형성되어 있다. 물론, 이러한 안전벤트(234c)는 상기 캡 플레이트(234)뿐만 아니라 캔(210)의 장변부(211), 단변부(212) 또는 바닥부(213)중 소정 위치에 소정 형태로 형성될 수 있으며, 본 발명에서 상기 안전벤트(234c)의 위치 및 모양을 한정하는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 이차 전지(200)를 도시한 분해 사시도이다.

도시된 바와 같이 대략 중앙에 용접 영역(215)을 갖는 장변부(211), 단변부(212) 및 바닥부(213)로 이루어진 캔(210)에는 상기 바닥부(213)와 반대 방향에 전극 조립체(220)가 용이하게 삽입되어 결합될 수 있도록 개방부(214)가 형성되어 있다.

또한, 상기 개방부(214)를 통해서 캔(210)의 내부에 결합되는 전극 조립체(220)는 캡 조립체(230)의 조립 공간을 확보하기 위해 상기 캔(210)의 높이보다 약간 작게 되어 있으며, 대략 장변(221)과 단변(222)을 갖는 젤리롤(jelly roll) 형태로 권취되어 있다. 더불어, 상기 전극 조립체(220)의 대략 단변(222)에서 상부 방향으로 일정 거리 연장되고, 다시 일정 각도 절곡되어서는 하나의 연성 배선 필름(226)이 형성되어 있다. 이러한 연성 배선 필름(226)은 도전성 배선(226a)과, 상기 도전성 배선(226a)을 감싸는 절연성 필름(226b)으로 이루어져 있다. 이와 같이 상기 연성 배선 필름(226)은 두께가 얇은 도전성 배선(226a)과 절연성 필름(226b)으로 이루어져 있기 때문에, 임의의 방향으로 쉽게 절곡 가능하다. 또한, 표면이 절연성이기 때문에, 별도의 절연 처리를 해주지 않아도 된다.

이와 같이 본 발명은 종래와 다르게 오직 하나의 연성 배선 필름(226)만이 전극 조립체(220)에 접속되어 있음으로써, 전극 조립체(220)의 권취 횟수 즉, 면적을 더 증가시킬 수 있게 된다. 더욱이, 상기 연성 배선 필름(226)은 다른 구성 요소와의 불필요한 전기적 쇼트 현상없이 임의의 방향으로 쉽게 절곡시킬 수 있기 때 문에, 상기 전극 조립체(220)의 높이(면적)를 종래에 비해 대폭 증가시킬 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면 종래와 동일한 캔(210)의 크기를 가지면서도 용량이 증가된 이차 전지(200)를 얻을 수 있게 된다.

또한, 상기 전극 조립체(220)는 상단과 하단에 각각 장변(221) 및 단변(222)에 일체로 접착되도록 제1절연 테이프(127a) 및 제2절연 테이프(127b)가 형성되어 있다. 또한, 상기 연성 배선 필름(226)이 단변(222)에 위치하기 때문에, 전극 조립체(220)의 중앙 상단에서 양쪽의 장변(221)에까지 제3절연 테이프(127c)가 접착될 수 있다. 따라서, 상기 전극 조립체(220)는 캔(210)에의 결합 공정중 쉽게 풀리지 않고, 또한 충방전중 스웰링 현상을 효율적으로 억제하게 된다. 물론, 상기 제1,2,3절연 테이프(127a,127c,127c)는 캔(210)에 전극 조립체(220)가 결합되었을 때, 그 캔(210)과 전극 조립체(220)의 사이에 빈 공간이 거의 없도록 함으로써, 캔(210) 내부에서 전극 조립체(220)의 유동이나 이에 의한 소음이 효율적으로 억제된다.

여기서, 도면중 상기 연성 배선 필름(226)이 접속되는 전극 조립체(220)의 소정 영역은 부분적으로 절개된 상태로 도시되어 있다.

이어서, 상기 캔(210)의 장변부(211)와 대응하는 전극 조립체(220)의 장변(221)에도 상기 캔(210)과 전기적 및 기계적으로 접속되는 용접 영역(229)이 형성되어 있다.

한편, 캡 조립체(230)는 대체로 상기 전극 조립체(220)의 상부에 위치된다. 즉, 하부에서부터 순차적으로 절연 케이스(231), 단자 플레이트(232), 절연 플레이 트(233), 캡 플레이트(234) 및 절연 가스켓(235)이 결합된 전극 단자(236)로 이루어져 있다. 또한, 상기 절연 케이스(231)에는 상기 캔(210)의 단변부(212)와 대응되는 영역에 일정 크기의 절개홈(231a)이 형성되어 상술한 연성 배선 필름(226)이 용이하게 통과할 수 있도록 되어 있고, 또한 일측에는 전해액이 용이하게 주입되도록 전해액 주입구(231b)도 형성되어 있다.

더욱이, 상기 단자 플레이트(232), 절연 플레이트(233), 캡 플레이트(234)에는 상기 전극 단자(236)가 용이하게 결합되도록 각각 통공(232a,233a,234a)이 형성되어 있다. 물론, 상기 캡 플레이트(234)에는 전해액 주입을 위한 전해액 주입구(234b)가 형성되어 있고, 상기 전해액 주입구(234b)에는 볼(237)이 결합되어 용접된다. 또한, 그 일측에는 상술한 바와 같이 전지 내압 증가시 파열되어 안전성을 확보할 수 있도록 소정 모양의 안전벤트(234c)가 형성되어 있다.

도 3은 도 2의 1 영역을 확대 도시한 절개 사시도이다.

도시된 바와 같이 전극 조립체(220)는 바깥 방향에서 안쪽 방향으로 제1극판(223), 세퍼레이터(224) 및 제2극판(225)이 적층된 채 다수회 권취되어 있다. 물론, 상기 전극 조립체(220)의 단변(222)중 제2극판(225)에는 연성 배선 필름(226)이 접속되어 있다. 즉, 도전성 배선(226a)의 일단이 상기 제2극판(225)에 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 상기 전극 조립체(220)는 제1극판(223)이 최외곽에 위치되어 그대로 노출된다. 따라서, 상기 제1극판(223)은 캔(210)에 직접 전기적 및 기계적으로 접 속될 수 있다. 또한, 도시되어 있지는 않지만 상기 제1극판(223) 및 제2극판(225)의 높이에 비해 세퍼레이터(224)의 높이가 약간 더 크게 되어 있다. 따라서, 상기 세퍼레이터(224)에 의해 제1극판(223)과 제2극판(225)의 상단 또는 하단에서 발생할 수 있는 전기적 쇼트 현상이 효율적으로 방지된다.

여기서, 상기 제1극판(223)은 통상의 알루미늄 포일일 수 있으며, 그 표면에는 양극 활물질(예를 들면, 코발트산리튬(LiCoO2), 니켈산리튬(LiNiO2), 망간산리튬(LiMn2O4) 또는 그 등가물)이 코팅될 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터(224)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있다. 더욱이, 상기 제2극판(225)은 구리 포일일 수 있으며, 그 표면에는 음극 활물질(예를 들면, 흑연 또는 그 등가물)이 코팅될 수 있다. 따라서, 상기 제1극판(223)은 대체로 양극 성질을 갖고, 상기 제2극판(225)은 대체로 음극 성질을 갖는다. 그러나, 여기서 상기 제1극판(223) 및 제2극판(225)의 금속 종류 및 활물질 종류를 한정하는 것은 아니며, 상기와는 반대로 조성될 수도 있다. 즉, 제1극판(223)은 대체로 음극, 제2극판(225)은 대체로 양극일 수 있다.

더욱이, 상기 제1극판(223)중 상기 캔(210)의 내부와 접촉하는 최외곽 영역에는 상기 캔(210)과 용이한 용접을 위해 상기 양극 활물질이 형성되어 있지 않다. 물론, 이러한 제1극판(223)의 최외곽 영역은 제2극판(225)과 화학적 작용을 하지 않는 영역으로서, 양극 활물질을 형성할 필요가 없다.

도 4는 도 1의 2-2선 단면도이다.

도시된 바와 같이 캔(210)중 단변부(212)와 대응하는 전극 조립체(220)의 단변(222)으로서 상단에는 제1절연 테이프(227a)가 접착되어 있다. 물론, 이러한 제1절연 테이프(227a)는 전극 조립체(220)의 장변(221)에도 일체로 접착된다. 따라서, 상기 전극 조립체(220)의 단변(222) 및 장변(221)은 캔(210)의 단변부(212) 및 장변부(211)에 단단하게 밀착되며, 유동하지 않게 된다. 또한, 상기 전극 조립체(220)중 단변(222)에는 연성 배선 필름(226)이 접속된 채 절연 케이스(231)의 절개홈(231a)을 통과하는 동시에 다시 전극 단자(236)를 향하여 절곡되어 있다. 물론, 상기 연성 배선 필름(226)은 전극 단자(236)에 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 전기적 접속은 솔더 또는 이방성 도전 필름과 같은 도전 부재(238)로 이루어질 수 있다. 물론, 통상의 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접에 의한 전기적 접속도 가능하며, 본 발명에서 상기 연성 배선 필름(236)과 전극 단자(236)의 전기적 연결 형태를 한정하는 것은 아니다.

한편, 캡 조립체(230)중 캡 플레이트(234)에는 절연 가스켓(235)을 통하여 전극 단자(236)가 결합되어 있으며, 이러한 전극 단자(236)는 상기 연성 배선 필름(226)과 접속되어 있다.

물론, 상기 전극 단자(236)에는 캡 플레이트(234)의 하부에서 절연 플레이트(233) 및 단자 플레이트(232)가 관통된 채 결합되어, 상기 전극 단자(236)가 캡 플레이트(234)로부터 이탈되지 않도록 되어 있다.

도 5는 도 4의 3 영역을 확대 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이 전극 조립체(220)중 단변(222)과 해당되는 영역의 제2극판(225)에는 연성 배선 필름(226)이 접속되어 있다. 좀더 구체적으로 연성 배선 필름(226)중 도전성 배선(226a)이 제2극판(225)에 용접되어 있다. 또한, 상기 도전성 배선(226a)의 표면에는 절연성 필름(226b)이 형성되어 있음으로, 제1극판(223)과의 불필요한 쇼트가 방지되도록 되어 있다. 물론, 상기 제1극판(223)과 제2극판(225) 사이에는 세퍼레이터(224)가 개재되어 있으므로, 상기 절연 필름(226b)이 없다고 해도 상기와 같은 쇼트는 잘 발생하지 않는다. 또한, 이와 같이 상기 연성 배선 필름(226)의 도전성 배선(226a)이 용접되는 제2극판(225)에는, 그 용접이 용이하게 수행되도록 음극 활물질은 형성되어 있지 않다.

한편, 도면에서는 전극 조립체(220)중 최외곽에 형성된 제1극판(223) 및 세퍼레이터(224)의 안쪽에 위치된 제2극판(225)에 연성 배선 필름(226)이 접속된 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이러한 구조로 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 연성 배선 필름(226)은 더 안쪽에 위치된 제2극판(225)에 접속될 수도 있다.

도 6은 도 4의 4 영역을 확대 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이 전극 단자(236)의 하단과 절연 케이스(231)의 상단 사이에는 연성 배선 필름(226)이 위치된다. 좀더 구체적으로, 전극 단자(236)와 절연 케이스(231)의 사이에 연성 배선 필름(226)의 도전성 배선(226a)이 위치된다. 또한, 상기 도전성 배선(226a)은 도전 부재(238)에 의해 상기 전극 단자(236)와 전기적으로 연결되어 있다. 이러한 도전 부재(238)는 상술한 바와 같이 솔더, 이방성 도전 필름 또는 그 등가물이 가능하며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 물론, 상기 도전 부재 없이 상기 도전성 배선(226a)이 상기 전극 단자(236)에 저항 용접, 레이저 용접, 초음파 용접 또는 그 등가 부재에 의해 직접 접속될 수 있다.

위와 같은 구조에 의해 상기 전극 단자(236)는 상기 제2극판(225)과 같은 극성을 갖는다. 예를 들어, 상기 제2극판(225)이 음극이면, 상기 연성 배선 필름(226)도 음극이고, 따라서 이에 연결된 상기 전극 단자(236)도 음극이다. 반대로 상기 제2극판(225)이 양극이면, 상기 전극 단자(236)도 양극이다.

도 7은 도 1의 5-5선 단면도이다.

도시된 바와 같이 캔(210)의 상호 대향되는 방향에 형성된 장변부(211)에는 모두 용접 영역(229)이 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(220)는 양측에 위치된 장변부(211)에 모두 전기적 및 기계적으로 고정됨으로써, 안정적인 고정 구조를 취하며 또한 유동 및 소음 현상 역시 효율적으로 방지된다. 또한, 이러한 용접 영역(229)은 상호 대응되는 장변부(211)의 대략 중앙에 형성되도록 함으로써, 상기 전극 조립체(220)가 대향되는 방향에서 캔(210)에 안정적으로 고정되도록 함이 좋다. 그러나, 이러한 형태로 용접 영역(229)을 한정하는 것은 아니며, 경우에 따라 비대칭 형태로 용접 영역(229)을 형성할 수도 있다. 즉, 일측의 장변부(211)와 전극 조립체(220) 사이에 형성된 용접 영역(229)과, 타측의 장변부(211)와 전극 조립체(220) 사이에 형성된 용접 영역(229)이 서로 비대칭 위치 및 비대칭 형상으로 형성될 수도 있다.

한편, 상기 용접 영역(229)은 상기 캔(210)의 장변부(211) 및 전극 조립체(220)를 상호 용융시켜서 형성하는 대신 별도의 부재를 더 개재하여 형성하는 것도 가능하다. 예를 들면, 솔더 페이스트(solder paste) 등을 상기 캔(210)과 전극 조립체(220) 사이에 개재한 후 일정 온도(대략 150~250℃)에서 리플로우(reflow)를 수행함으로써, 상기 솔더 페이스트가 용융되면서 상기 캔(210)과 전극 조립체(220)를 기계적 및 전기적으로 연결하는 구조도 가능하며, 본 발명에서 이러한 방법을 배제하는 것은 아니다.

도 8은 도 7의 6 영역을 확대 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이 전극 조립체(220)중 제1극판(223)은 캔(210)의 장변부(211)와 직접 용접되어 있다. 즉, 제1극판(223)과 캔(210)의 장변부(211) 사이에는 용접 영역(229)이 형성되어 있다. 물론, 상기 제1극판(223)의 안쪽에는 세퍼레이터(224)가 개재되고, 그 안쪽에 다시 연성 배선 필름(도시되지 않음)이 접속되는 제2극판(225)이 형성되어 있음으로써, 상기 용접에 의해 상기 제1극판(223)과 제2극판(225)이 상호 쇼트될 염려는 없다. 더욱이, 상기 용접을 초음파 방식을 이용할 경우에는 용융 깊이가 작아서 상기 쇼트 확률을 더욱 줄일 수 있다. 즉, 전극 조립체(220)를 캔(210)의 내부에 삽입한 상태에서, 상기 캔(210)의 장변부(211)중 소정 위치에 초음파를 가함으로써, 상기 장변부(211)가 상기 전극 조립체(220)중 제1극판(223)에 용접되도록 할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 초음파 방식으로 용접을 한정하는 것은 아니며, 통상의 레이저 용접, 저항 용접 또는 그 등가 방법을 이용할 수도 있다.

더불어, 상기 제1극판(223)은 캔(210)에 직접 용접되어 있으므로, 캔(210) 및 캡 플레이트(234)는 제1극판(223)과 같은 극성을 갖는다. 예를 들어, 상기 제1극판(223)이 양극이면, 상기 캔(210) 및 캡 플레이트(234)도 양극이 된다. 또한 상기 제1극판(223)이 음극이면, 상기 캔(210) 및 캡 플레이트(234)도 음극이 된다.

도 9는 도 1의 7-7선 단면도이다.

도시된 바와 같이 캔(210)은 서로 일정 거리 이격된 장변부(211)와, 그 둘레에 형성된 단변부(212)를 포함한다. 여기서, 상기 단변부(212)는 소정 곡률을 가지며 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(220)의 단변(222)도 대략 소정 곡률을 가지며 권취되기 때문에, 상기 캔(210)의 단변부(212)와 전극 조립체(220)의 단변(222) 사이에는 거의 빈틈이 존재하지 않게 된다. 더욱이, 상기 전극 조립체(220)의 단변(222)에는 도면에는 도시되어 있지 않으나 제1,2절연 테이프(227a,227b)(도 2 참조)가 더 접착되어 있으므로, 상기 캔(210)의 단변부(212)와 전극 조립체(220)의 단변(222) 사이에는 빈틈이 거의 없음으로써, 캔(210)의 내부에서 전극 조립체(220)의 유동 및 소음 현상을 효율적으로 방지할 수 있게 된다.

더욱이, 상기 전극 조립체(220)중 장변(221)은 캔(210)의 장변부(211)에 용접되어 있다. 다른말로 하면, 상기 전극 조립체(220)중 제1극판(223)의 장변(221)과 캔(210)의 장변부(211) 사이에는 용접 영역(229)이 형성되어 있다. 이와 같은 용접 영역(229)은 상기 전극 조립체(220)를 캔(210)에 전기적으로 뿐만 아니라, 기 계적으로도 고정시키는 역할을 한다. 따라서, 전극 조립체(220)의 제1극판(223)에 의한 전압 및 전류는 그대로 상기 캔(210)에 전달되고, 또한 전극 조립체(220)는 캔(210) 내부에서 유동하지 않게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지는 전극 조립체중 제1극판이 캔에 전기적 및 기계적으로 직접 용접됨으로써, 종래와 같은 양극탭이 전혀 필요없고 또한 캔 내부에서의 전극 조립체의 유동 및 소음 현상도 효율적으로 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 양극탭이 제거됨으로써, 전극 조립체에 양극탭을 접속하는 공정, 캡 플레이트에 양극탭을 접속하는 공정 등을 생략할 수 있어 이차 전지의 제조 방법이 간단해지고 생산성이 향상된다.

또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체중 단변과 대응되는 제2극판에 연성 배선 필름의 일단을 접속시킨 채 소정 각도 절곡시키고, 이어서 타단은 전극 단자에 접속시킴으로써, 캡 플레이트와 전극 조립체 사이의 높이를 대폭 축소시킬 수 있게 된다. 역으로 말하면, 동일한 높이를 갖는 캔에서 종래보다 더욱 높은 높이(면적)를 갖는 전극 조립체를 결합할 수 있고, 이에 따라 전지 용량이 더욱 증가한다.

또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체의 상단과 하단의 둘레에 각각 제1,2절연 테이프를 접착시키고, 또한 전극 조립체의 상단 중앙에도 제3절연 테이프를 접착시킴으로써, 전극 조립체의 풀림 현상을 효율적으로 억제하고, 또한 충 방전중 스웰링 현상을 효율적으로 억제할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 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.

Claims

일측에 개방부를 갖는 대략 육면체 형태의 캔;

상기 캔의 내부에 제1극판, 세퍼레이터 및 제2극판이 적층된 채 다수회 권취되어 수납되고, 상기 제1극판은 상기 캔의 내측 표면에 직접 접속되며, 상기 제2극판에는 외부로 일정 길이 연장된 연성 배선 필름이 접속되어 있는 전극 조립체; 및,

상기 캔의 개방부에 캡 플레이트가 결합되고, 상기 캡 플레이트에는 상기 연성 배선 필름이 접속되는 전극 단자가 결합된 캡 조립체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캔은 상대적으로 넓은 면적을 가지며 상호 일정 거리 이격된 한쌍의 장변부와, 상기 장변부의 양측 둘레에 상대적으로 작은 면적을 가지며 상기 장변부와 일체로 형성된 단변부와, 상기 개방부의 반대 방향으로서 상기 장변부 및 단변부와 일체로 형성된 바닥부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2 항에 있어서, 상기 단변부는 소정 곡률을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2 항에 있어서, 상기 단변부는 상기 장변부에 대하여 직각 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2 항에 있어서, 상기 캔은 상기 장변부가 상기 전극 조립체의 제1극판과 직접 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2 항에 있어서, 상기 캔의 장변부와 상기 전극 조립체의 제1극판 사이에는 전극 조립체를 캔에 전기적 및 기계적으로 접속시키는 용접 영역이 더 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2 항에 있어서, 상기 캔의 장변부는 대각선이 교차하는 영역에서 상기 전극 조립체의 제1극판과 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캔은 알루미늄, 스틸, 스테인레스 스틸, 구리 또는 구리 합금중 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 연성 배선 필름은 상기 제2극판과 전극 단자를 전기적으로 도통시키는 일정 길이의 도전성 배선과, 상기 도전성 배선을 감싸는 절연성 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전극 조립체는 장변과 단변을 갖는 젤리 롤 형태로 권취되고, 상기 제2극판중 단변에 해당하는 영역에 상기 연성 배선 필름의 일단이 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 10 항에 있어서, 상기 전극 조립체의 상단과 하단에는 장변 및 단변을 동시에 감싸는 제1,2절연 테이프가 접착되고, 상기 전극 조립체의 상단으로서 일측 장변에서 타측 장변까지는 제3절연 테이프가 접착되어 있는 것을 특징으로 이차 전지.
제 10 항에 있어서, 상기 연성 배선 필름은 전극 조립체의 단변중 상단에서 대략 직각으로 절곡된 채 상기 전극 단자의 하단까지 연장된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 연성 배선 필름과 전극 단자 사이에는 도전 부재가 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전극 단자는 절연 가스켓이 개재된 채 상기 캡 플레이트에 결합된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 10 항에 있어서, 상기 캡 조립체는 상기 캡 플레이트와 전극 조립체 사이 에 절연 케이스가 더 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 15 항에 있어서, 상기 절연 케이스는 상기 전극 조립체의 단변과 대응되는 영역에 상기 연성 배선 필름이 통과할 수 있도록 일정 크기의 절개홈이 더 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전극 조립체중 제1극판에는 양극 활물질이 코팅되어 있고, 제2극판에는 음극 활물질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캡 조립체중 캡 플레이트에는 전해액 주입을 위한 전해액 주입구가 형성되고, 상기 전해액 주입구에는 볼이 삽입되어 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 캡 조립체중 캡 플레이트에는 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 내압 증가시 파열되는 안전 벤트가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.