KR20100125163A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20100125163A
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Abstract

본 발명은 출력 및 용량을 높일 수 있으며, 안전성에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이차 전지는 일단으로부터 연장된 복수의 제 1 돌출부를 갖는 제 1 전극판과, 상기 일단으로부터 연장된 복수의 제 2 돌출부를 갖는 제 2 전극판을 포함하며, 상기 복수의 제 1 돌출부 또는 복수의 제 2 돌출부의 적어도 어느 하나가 평편부와 라운드부를 포함하도록 형성된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 복수의 제 1 돌출부 또는 복수의 제 2 돌출부의 적어도 어느 하나에 연결되며, 적어도 상기 라운드부를 커버하는 집전판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
집전판, 전극 무지부, 레이저 용접, 대용량 전지, 출력

Description

이차 전지{Rechargeable battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(Rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 띠 상의 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 상으로 권취한 전극 조립체(또는, 젤리롤)를 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 전극 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 구성된다.
이차 전지 중 대용량 전지에서는 용량이나 출력면에서 일 순간에 많은 전류 를 집전하기 위한 역할로서 집전판이 전극 조립체의 양 단으로 노출된 양극판의 양극 무지무 및 음극판의 음극 무지부 각각에 전기적으로 연결되어 양, 음극판에 발생된 전류를 양, 음극 단자로 유도하게 된다.
본 발명의 목적은 수직 방향의 권취축을 갖는 전극 조립체의 상부로 돌출된 전극 무지부의 라우드부에 결합되고 전극 단자와 결합되는 집전판을 구비함으로써, 전극 단자와 전극 조립체 간의 전류 패스 길이를 줄이고 내부 저항을 줄일 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전극 조립체와 집전판을 별도의 연결탭 없이 직접 결합시킴으로써, 케이스 내부에서 별도의 연결탭이 차지하는 공간을 줄이고, 줄어든 공간 만큼 전극 조립체의 권취 턴 수를 증가시켜 전지의 용량을 높일 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 수직 방향의 권취축을 갖는 전극 조립체의 상부에 집전판을 배치하여 레이저 용접으로 결합시킴으로써, 전극 조립체의 내부에서 발생하는 가스의 방출 영역을 확보하면서 전극 조립체의 내부로부터 전극 조립체의 상부에 위치하는 안전 벤트까지 가스 방출이 원활하게 이루어지게 하여 전지의 안전성에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 일단으로부터 연장된 복수의 제 1 돌출부를 갖는 제 1 전극판과, 상기 일단으로부터 연장된 복수의 제 2 돌출부를 갖는 제 2 전극판을 포함하며, 상기 복수의 제 1 돌출부 또는 복수의 제 2 돌출부의 적어도 어느 하나가 평편부와 라운드부를 포함하도록 형성된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 복수의 제 1 돌출부 또는 복수의 제 2 돌출부의 적어도 어느 하나에 연결되며, 적어도 상기 라운드부를 커버하는 집전판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 평편부는 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 연장되며, 상기 라운드부는 상기 전극 조립체의 중심축으로부터 상기 전극 조립체 끝단의 일측에 위치하고, 상기 집전판은 상기 라운드부에 용접될 수 있다.
상기 평편부는 상기 중심축과 가장 가까운 일측에서 길이 방향에 수직인 평편 가장자리를 가질 수 있다.
상기 평편부는 상기 길이 방향에서 상기 전극 조립체의 중앙 영역을 향해 기울어진 평편 가장자리를 가질 수 있다.
상기 집전판은 상기 전극 조립체의 평편부에 대응하는 위치에 평편 영역부와, 상기 전극 조립체의 라운드부에 용접되는 라운드 영역부를 포함할 수 있다.
상기 집전판은 상기 전극조립체의 일단 중 제 1 측에서 상기 복수의 제 1 돌출부와 연결되는 제 1 집전판이고, 또한 상기 이차 전지는 상기 전극조립체의 일단 중 상기 제 1 측과 반대되는 제 2 측에서 상기 복수의 제 2 돌출부와 연결되는 제 2 집전판을 더 포함할 수 있다.
상기 집전판은 홈부를 포함하며, 상기 홈부에서 상기 전극 조립체에 용접될 수 있다.
상기 집전판의 홈부는 상기 복수의 제 1 돌출부 또는 복수의 제 2 돌출부의 적어도 어느 하나를 가압 및/또는 절곡시킬 수 있다.
상기 집전판은 상기 홈부를 포함하는 베이스부와, 상기 베이스부를 둘러싸는 플랜지부를 더 포함할 수 있다.
상기 집전판의 홈부는 길이 방향으로 연장된 복수의 홈부를 포함하고, 상기 전극 조립체에 용접될 수 있다.
상기 집전판의 홈부는 상기 길이 방향에 수직인 방향으로 연장된 복수의 홈부를 포함하고, 상기 전극 조립체에 용접될 수 있다.
상기 집전판은 상기 홈부를 통해 형성된 적어도 하나의 개구를 가질 수 있다.
상기 적어도 하나의 개구는 복수의 슬릿을 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체의 일단은 전극 활물질이 코팅되지 않은 것일 수 있다.
또한, 상기 이차 전지는 상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트와, 상기 이차 전지로부터 가스를 제거하도록 형성된 안전 벤트를 포함하는 캡 조립체를 더 포함할 수 있다.
상기 집전판은 상기 복수의 제 1 돌출부 또는 복수의 제 2 돌출부의 적어도 어느 하나에 레이저 용접될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는 수직 방향의 권취축을 갖는 전극 조립체의 상부로 돌출된 전극 무지부의 라우드부에 결합되고 전극 단자와 결합되는 집전판을 구 비함으로써, 전극 단자와 전극 조립체 간의 전류 패스 길이를 줄이고 내부 저항을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 전극 조립체와 집전판을 별도의 연결탭 없이 직접 결합시킴으로써, 케이스 내부에서 별도의 연결탭이 차지하는 공간을 줄이고, 줄어든 공간 만큼 전극 조립체의 권취 턴 수를 증가시켜 전지의 용량을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 수직 방향의 권취축을 갖는 전극 조립체의 상부에 집전판을 배치하여 레이저 용접으로 결합시킴으로써, 전극 조립체의 내부에서 발생하는 가스의 방출 영역을 확보하면서 전극 조립체의 내부로부터 전극 조립체의 상부에 위치하는 안전 벤트까지 가스 방출이 원활하게 이루어지게 하여 전지의 안전성에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차 전지를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 이차 전지에서 전극조립체가 권취되기전 상태를 도시한 분리 사시도이고, 도 4는 도 1의 이차 전지 중 전극 조립체와, 제 1 및 제 2 집전판과, 제 1 및 제 2 전극 단자를 도시한 부분 분리 사시도이고, 도 5는 도 4의 제 1 집전판 하면이 위로 향한 상태를 도시한 사시도이 고, 도 6는 도 4의 'A' 부분을 확대 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 대용량 출력이 가능한 각형 이차 전지로 제조될 수 있으며, 전극 조립체(110); 전극 조립체(110)의 상부에 배치되어 전극 조립체(110)와 전기적으로 연결되는 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(130); 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 제 2 집전판(130) 및 전해액(미도시)이 수납된 케이스(140); 케이스(140)의 상부를 막는 캡 조립체(150)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 양극으로서 작용하며, 제 2 전극판(112)은 음극으로서 작용할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에서 전극 조립체(110)는 케이스(140)의 내부에서 수직 방향의 권취축(또는 중심축이라 함)(C)을 가지도록 위치하며, 권취축(C)의 상부를 전극 조립체(110)의 상부로 정의하기로 한다.
제 1 전극판(111)은 제 1 전극 집전체(111a)와, 상기 제 1 전극 집전체(111a) 양면에 코팅된 제 1 전극 활물질층(111b)으로 이루어진다. 더불어, 상기 제 1 전극 집전체(111a)에는 제 1 전극 활물질이 코팅되지 않은 제 1 전극 무지부(111c)가 형성된다.
제 1 전극 집전체(111a)는 전류를 모으는 포일 형태로 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 또한 다른 등가의 재질로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 전극 활물질 층(111b)은 전기를 발생시키는 역할을 하며 전이금속산화물(예를 들어, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4)로 이루어질 수 있으며 또는 다른 등가의 재질로 이루어질 수 있다. 제 1 전극 무지부(111c)는 제 1 전극 집전체(111a)의 상부 일단에 형성되어 제 1 전극판(111)과 제 1 전극판(111) 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
제 1 전극 무지부(111c)는 구체적으로 제 1 수평부(114)와 복수의 제 1 돌출부(115)를 포함한다. 이러한 제 1 수평부 (114) 및 제 1 복수의 돌출부(115)는 대략 직사각형의 제 1 전극 무지부를 길이 방향에서 기설정된 간격으로 일부 컷팅함으로써 형성될 수 있다. 제 1 수평부(114)는 제 1 전극 집전체(111a)의 길이와 동일한 길이를 가질 수 있다. 복수의 제 1 돌출부(115)는 제 1 수평부(114)로부터 수직방향으로 돌출된다. 이러한 복수의 제 1 돌출부(115)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 상단 밖으로 노출되면서 전극 조립체(110)의 권취축(C)을 기준으로 일측에 위치하며, 전극 조립체(110)의 권취 형상에 의해 정의되는 라운드부(R)와 평편부(P)로 구분될 수 있다. 여기서, 라운드부(R)는 평편부(P)보다 전극 조립체(110)의 권취축(C)으로부터 더 멀리 위치하며, 전극 조립체(110)의 권취 공정상 복수의 제 1 돌출부(115)가 평편부(P)에서 보다 더 밀집되는 부분이다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 권취축(C)과 마주보는 복수의 제 1 돌출부(115) 각각의 끝단은 일자형을 이룬다. 즉, 평편부(P)는 권취축(C)과 가장 가까운 일측에서 길이 방향에 수직인 평편 가장자리를 가진다. 이를 위해, 상기 복수의 제 1 돌출부(115)는 제 1 돌출부(115)의 폭이 제 1 전극판(111)이 권취 될 때마다 증가되도록 형성된다.
제 2 전극판(112)은 제 2 전극 집전체(112a)와, 상기 제 2 전극 집전체(112a) 양면에 코팅된 제 2 전극 활물질층(112b)으로 이루어진다. 더불어, 상기 제 2 전극 집전체(112a)에는 제 2 전극 활물질이 코팅되지 않은 제 2 전극 무지부(112c)가 형성된다.
제 2 전극 집전체(112a)는 전류를 모으는 포일 형태로 니켈 또는 구리(Cu) 재질로 이루어지며, 또는 다른 등가의 재질로 이루어질 수 있다. 제 2 전극 활물질층(112b)은 전기를 발생시키는 역할을 하며 예를 들어, 흑연, 탄소 등으로 이루어지며, 또는 다른 등가의 재질로 이루어질 수 있다. 제 2 전극 무지부(112c)는 제 2 전극 집전체(112a)의 상부 일단에 형성되어 제 2 전극판(112)과 제 2 전극판(112) 외부간의 전류 흐름의 통로가 된다.
제 2 전극 무지부(112c)는 구체적으로 제 2 수평부(116)와 복수의 제 2 돌출부(117)를 포함한다. 이러한 제 2 수평부 (116) 및 복수의 제 2 돌출부(117)는 대략 직사각형의 제 2 전극 무지부를 길이 방향에서 기설정된 간격으로 일부 컷팅함으로써 형성될 수 있다. 제 2 수평부(116)는 제 2 전극 집전체(112a)의 길이와 동일한 길이를 가질 수 있다. 복수의 제 2 돌출부(117)는 제 2 수평부(116)로부터 수직방향으로 돌출된다. 이러한 복수의 제 2 돌출부(117)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 상단 밖으로 노출되면서 전극 조립체(110)의 권취축(C)을 기준으로 타측(즉, 제 1 돌출부(115)에 반대되는 측)에 위치하며, 전극 조립체(110)의 권취 형상에 의해 정의되는 라운드부(R)와 평편부(P)로 구분될 수 있다. 여기서, 라운드부(R)는 평편부(P)보다 전극 조립체(110)의 권취축(C)으로부터 더 멀리 위치하며, 전극 조립체(110)의 권취 공정상 복수의 제 2 돌출부(117)가 평편부(P)에서 보다 더 밀집되는 부분이다. 그리고, 전극 조립체(110)의 권취축(C)과 마주보는 복수의 제 2 돌출부(117) 각각의 끝단은 일자형이 된다. 즉, 평편부(P)는 권취축(C)과 가장 가까운 일측에서 길이 방향에 수직인 평편 가장자리를 가진다. 이를 위해, 복수의 돌출부(117)는 제 2 돌출부(117)의 폭이 제 2 전극판(112)이 권취될 때마다 증가되도록 형성된다.
이러한, 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름이나, 다른 등가의 재질로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 제 1 전극판(111)은 알루미늄(Al) 포일, 제 2 전극판(112)은 구리(Cu)포일, 세퍼레이터는(113)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(110)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 권취시 전극 조립체(110)의 상단 일측 및 타측 밖으로 제 1 전극 무지부(111c)의 제 1 돌출부(115) 및 제 2 전극 무지부(112c)의 제 2 돌출부(117)가 노출되도록 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113) 및 제 2 전극판(112)을 배치하여 권취함으로써 이루어진 다. 전극 조립체(110)는 상기와 같이 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113) 및 제 2 전극판(112)이 와류상으로 권취되어 이루어지는 것 외에 적층된 구성으로 이루어지는 것도 가능하다.
이와 같은 전극 조립체(110)의 상부 일측 및 타측에는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 집전판(120)과 제 2 집전판(130)이 결합된다. 즉, 제 1 집전판(120)은 전극 조립체(110)의 상단 중 제 1 측에 결합되고, 제 2 집전판(130)은 전극 조립체(110)의 상단 중 제 1 측과 반대되는 제 2 측에 결합된다.
제 1 집전판(120)은 도전성을 갖는 재질로 형성되어 전극 조립체(110)의 상단 일측으로 돌출된 제 1 전극 무지부(111c)의 제 1 돌출부(115)와 접촉됨으로써, 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 제 1 집전판(120)은 레이저 용접 방법에 의해 제 1 전극 무지부(111c)의 제 1 돌출부(115)와 결합될 수 있다.
제 2 집전판(130)은 또한 도전성을 갖는 재질로 형성되어 전극 조립체(110)의 상단 타측으로 돌출된 제 2 전극 무지부(111c)의 제 2 돌출부(117)와 접촉됨으로써, 제 2 전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 제 2 집전판(130)은 레이저 용접 방법에 의해 제 2 전극 무지부(112c)의 제 2 돌출부(117)와 결합될 수 있다.
상기와 같은 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(130)은 전극 조립체(110)의 상부에 결합되어, 전극 조립체(110)의 상부에 위치하는 전극 단자와 전극 조립 체(110) 간의 전류 패스 길이를 줄일 수 있으며, 전류 패스 길이의 증가에 따른 내부 저항의 증가를 방지할 수 있다. 또한, 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(130)은 전극 조립체(110)에 별도의 연결탭 없이 직접 결합되어, 케이스 내부에서 별도의 연결탭에 대한 공간을 없앰으로써 전극 조립체(110)의 권취 턴 수를 증가시킬 수 있다. 또한, 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(130)은 전극 조립체(110)의 상부에 배치되고 레이저 용접 방법에 의해 결합되어, 전극 조립체(110)의 내부에서 발생하는 가스의 방출 영역을 확보하면서 전극 조립체(110)의 내부로부터 전극 조립체(110)의 상부에 위치하는 안전 벤트까지 가스 방출이 원활하게 이루어지게 할 수 있다.
다음은, 이러한 제 1, 2 집전판(120, 130)의 구조에 대해 제 1 집전판(120)의 구조를 예로 들어 구체적으로 설명하기로 한다. 제 2 집전판(130)의 구조에 대한 설명은 제 1 집전판(120)의 구조와 상호 대응하므로 생략하기로 한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 제 1 집전판(120)은 제 1 돌출부(115)의 라운드부(R)를 커버하는 라운드 영역부(Sw)를 포함하도록 형성된다. 또한, 제 1 집전판(120)은 제 1 돌출부(115)의 평편부(P)를 커버하는 평편 영역부(Sc)를 더 포함하도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 제 1 집전판(120)은 베이스부(121), 플랜지부(122), 단자홀(123) 및 홈부(124)를 포함할 수 있다.
베이스부(121)는 전극 조립체(110)의 제 1 돌출부(115)와 마주보며, 제 1 돌 출부(115)의 평면 형상과 대략 동일한 평면 형상을 갖는 플레이트로 형성된다. 즉, 라운드 영역부(Sw)에서의 베이스부(121)는 대략 반타원, 반원 또는 다른 라운드 형상을 가지며, 평편 영역부(Sc)에서의 베이스부(121)는 대략 사각 또는 다른 직선 형상을 가질 수 있다.
플랜지부(122)는 베이스부(121)의 끝단으로부터 전극 조립체(110)의 제 1 돌출부(115) 방향으로 연장되게 형성된다. 여기서, 플랜지부(122)는 제 1 집전판(120)과 제 1 돌출부(115)의 원활한 결합을 위해, 전극 조립체(110)의 권취축(C)과 가까운 일측이 개구되도록 형성될 수 있다.
단자홀(123)은 베이스부(121) 중 평편 영역부(Sc)에 형성되어, 후술되는 제 1 전극 단자(152)의 일부가 끼워져 결합되도록 한다.
홈부(124)는 베이스부(121) 중 라운드 영역부(Sw)에 형성되며, 제 1 집전판(120)과 제 1 돌출부(115)의 결합을 위해 실시되는 용접 공간을 제공한다. 이러한 홈부(124)는 베이스부(121)가 전극 조립체(110) 방향으로 돌출되어 형성되며, 전극 조립체(110)와 제 1 집전판(120)의 결합시 제 1 전극 무지부(111c)의 제 1 돌출부(115)를 가압하여 절곡된 형태가 되게 한다. 이에 따라, 제 1 돌출부(115)와 면접촉하는 홈부(124)의 저면은 제 1 집전판(120)과 제 1 돌출부(115)의 면접촉에 의한 접촉 면적을 증가시켜, 제 1 집전판(120)과 제 1 돌출부(115)의 용이한 부착(예를 들어, 레이저 용접)을 가능하게 한다.
제 2 집전판(130)은 제 1 집전판(120)과 상호 대응되게 제 2 돌출부(117)의 라운드부(R)를 커버하는 라운드 영역부(Sw)와, 제 2 돌출부(117)의 평편부(P)를 커 버하는 평편 영역부(Sc)를 포함하도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제 2 집전판(130)은 베이스부(131), 플랜지부(132), 단자홀(133), 홈부(134)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 2 집전판(130)은 제 1 집전판(120)의 구성과 상호 대응하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 수직 방향의 권취축(C)을 갖는 전극 조립체(110)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 1에서는, 케이스(140)와 캡 조립체(50)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분(140a)이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연처리 되어, 전극 조립체(110) 및 캡 조립체(150)와 절연된다.
캡 조립체(150)는 케이스(140)와 결합되며, 캡 플레이트(151)와, 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153)와, 가스켓(154)과, 너트(155)를 포함하여 이루어질 수 있다.
캡 플레이트(151)는 케이스(140)를 밀봉하며, 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각은 절연된 상태로 캡 플레이트(151)를 관통하여 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(130) 각각과 전기적으로 연결된다.
가스켓(154)은 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다. 이러한 가스켓(154)은 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각과 물리적으로 체결되도록 결합홈(154a)을 가질 수 있다.
너트(155)는 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각에 형성된 나사산(S)을 따라 체결되어 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각을 캡 플레이트(151)에 고정시킨다.
또한, 캡 조립체(150)는 캡 플레이트(151)에 형성되는 전해액 주입구(미도시)를 통해 전해액을 주입 후 전해액 주입구를 밀봉하는 마개(156), 및/또는 캡 플레이트(151)의 하부에 얇은 두께로 형성되어 설정된 압력에 의해 파손되어 가스를 방출하는 안전 벤트(157)를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 캡 조립체(150) 중 제 1, 2 전극 단자(152, 153)의 구조에 대해 제 1 전극 단자(152)의 구조를 예로 들어 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 제 2 전극 단자(153)의 구조에 대한 설명은 제 1 전극 단자(152)의 구조와 상호 대응하므로 생략하기로 한다.
제 1 전극 단자(152)는 제 1 헤드부(152a), 제 1 플레이트부(152b), 제 1 결합 돌기(152c) 및 제 1 고정부(152d)를 포함하여 이루어질 수 있다.
제 1 헤드부(152a)는 캡 플레이트(151)를 관통하여 캡 플레이트(151)의 상부로 연장되게 형성된다. 제 1 헤드부(152a)는 너트(155)와의 체결을 위해 외면에 형 성된 나사산(S)을 갖는다.
제 1 플레이트부(152b)는 제 1 헤드부(152a)와 수직을 이루며 연결되고, 캡 플레이트(151)의 하부에 위치한다.
제 1 결합 돌기(152c)는 제 1 플레이트(152b)의 일측에서 돌출되며, 가스켓(154)의 결합홈(154a)과 결합된다. 이러한 제 1 결합 돌기(152c)와 결합홈(154a)의 결합은 이차 전지의 제조 공정시 제 1 전극 단자(152)의 회전을 방지한다.
고정부(152d)는 제 1 플레이트부(152b)의 하부로부터 연장된 연장부(도 4의 52d)가 제 1 집전판(120)의 단자홀(123)을 관통하여 리벳팅(Reveting) 공정에 의해 변형됨으로써 형성된다. 즉, 고정부(152d)는 제 1 집전판(120)의 하부에서 제 1 집전판(120)의 단자홀(123)보다 넓은 넓이를 가지게 된다. 이에 따라, 고정부(152d)는 제 1 전극 단자(152)를 제 1 집전판(120)에 고정시키는 역할을 한다. 한편, 도시하진 않았지만, 고정부(152d)는 제 1 플레이트부(152b)의 하부에 복수개로 형성될 수 있다. 이경우, 제 1 전극 단자(152)와 제 1 집전판(120)의 결합 강도가 더욱 향상될 수 있다. 여기서, 고정부(152d)가 복수개로 형성되면, 물론 제 1 집전판(120)의 단자홀(123)의 개수도 복수개로 형성된다.
제 2 전극 단자(153)는 제 2 헤드부(153a), 제 2 플레이트부(153b), 제 2 결합 돌기(153c) 및 제 2 고정부(153d)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 2 전극 단자(153)는 제 1 전극 단자(152)의 구성과 상호 대응되므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 전극 조립체(110)가 케이스(140)의 개방된 상부를 통과해 케이스(140)의 내부로 삽입되어 결합되고 전해액 등이 주입되고, 캡 조립체(150)가 케이스(140)의 개방된 상부를 덮어 밀봉함으로써 이차 전지를 완성한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는, 전극 조립체(110)가 전극 조립체(110)의 권취축(C)과 마주보는 제 1, 2 돌출부(115, 117) 각각의 끝단이 일자형을 이루는 것으로 도시되었는데, 도 7에 도시된 바와 같이 전극 조립체(210)가 전극 조립체(210)의 권취축(C)과 마주보는 제 1, 2 돌출부(215, 217) 각각의 끝단이 전극 조립체(210)의 권취축(C) 방향으로 돌출된 V자형을 이루도록 형성될 수 있다. 즉, 평평부(P)는 길이 방향에서 전극 조립체(210)의 중앙 영역을 향해 기울어진 평편 가장자리를 가진다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이 전극 조립체(310)가 전극 조립체(310)의 권취축(C)과 마주보는 제 1, 2 돌출부(315, 317) 각각의 끝단이 전극 조립체(310)의 권취축(C)에서 측부 방향으로 움푹 들어간 V자형을 이루도록 형성될 수 있다. 여기서, V자형은 권취축(C)으로부터 멀리 떨어진다. 즉, 평평부(P)는 길이 방향에서 전극 조립체(310)의 중앙 영역을 향해 기울어진 평편 가장자리를 가진다.
여기서, 도 4의 전극 조립체(110), 도 7의 전극 조립체(210) 및 도 8의 전극 조립체(310)를 형성하기 위한 조건을 도 8의 전극 조립체(310)를 형성하기 위한 조건으로 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
도 9를 참조하면, 전극 조립체(310)를 형성하기 위한 조건은, 첫번째로 0< L1 및 L2<D/2( L1 및 L2: 제 1, 2 돌출부(315, 317) 각각의 평편부(P)의 길이, D: 전극 조립체의 평편부 전체 길이), 두번째로 0<L1+L2<D 이 있다. 여기서, L1 및 L2가 D/2보다 작게 설정되는 이유는 L1 및 L2가 D/2보다 크게 되면 전극 조립체(310)의 평면상에서 제 1 돌출부(315)와 제 2 돌출부(317)의 길이가 길어져 서로 겹치게 될 수 있기 때문이다. 이 경우, 전기적인 단락이 발생될 수 있다. 또한, L1+L2 가 D보다 작게 설정되는 이유는 제 1 돌출부(315)와 제 2 돌출부(315)가 서로 겹치지 않도록 하면서 제 1, 2 돌출부(315, 317) 각각의 라운드부(R) 영역을 확보하게 하기 위해서이다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 집전판(120)과 제 2 집전판(130) 각각을 수직 방향의 권취축(C)을 갖는 전극 조립체(110)의 상부 일측 및 하측 각각에 결합시키고, 전극 조립체(110)의 상부에 위치하는 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각에 결합시킨다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 기존에 수직 방향의 권취축을 갖는 전극 조립체의 상·하부 각각에 집전판을 결합시키는 경우 및 수평 방향의 권취축을 갖는 전극 조립체의 양측부에 집전판을 결합시키는 경우보다 전극 조립체와 전극 단자간의 전류 패스 길이를 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전류 패스 길이가 증가함에 따라 증가하는 내부 저항을 줄여 전지의 출력을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 집전판(120)과 제 2 집전판(130)을 전극 조립체(110)에 별도의 연결탭 없이 직접 결합시킨다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 케이스(140)의 내부에서 별도의 연결탭이 차지하는 공간을 줄여, 줄어든 공간만큼 전극 조립체(110)의 권치 턴 수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 집전판(120)과 제 2 집전판(130)을 레이저 용접 방법에 의해 수직 방향의 권취축(C)을 갖는 전극 조립체(110)의 상부에 위치하는 제 1 전극 무지부(111c)와 제 2 전극 무지부(112c)에 결합시킨다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 기존에 양극 무지부 및 음극 무지부 각각을 모아지도록 눌러준 상태에서 초음파 용접에 의해 양극 무지부 및 음극 무지부에 집전판을 결합시키는 경우 전극 조립체의 내부로부터 발생된 가스의 방출 영역이 감소되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 기존의 수평 방향의 권취축을 갖는 전극 조립체의 양측부로 노출된 양극 무지부 및 음극 무지부 각각에 집전판이 결합되는 경우, 전극 조립체의 내부로부터 방출되는 가스가 케이스의 양측부에 부딪혀 전극 조립체의 상부에 위치하는 안전 벤트까지 용이하게 도달되지 못하는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)와 비교하여 집전판에 형성되는 홈부의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 집전판의 구조에 대해서 제 1 집전판(420)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 4의 'A' 부분과 대응되는 부분을 도시한 사시도이고, 도 11은 도 10의 제 1 집전판 하면이 위로 향한 상태를 도시한 사시도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제 1 집전판(420)은 제 1 돌출부(115)의 라운드부(R)를 커버하는 라운드 영역부(Sw)를 포함하도록 형성된다. 또한, 제 1 집전판(420)은 제 1 돌출부(115)의 평편부(P)를 커버하는 평편 영역부(Sc)를 더 포함하도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 제 1 집전판(420)은 베이스부(421), 플랜지부(422), 단자홀(423) 및 다수의 홈부(424)를 포함할 수 있다.
베이스부(421), 플랜지부(422) 및 단자홀(423)은 도 6에 도시된 제 1 집전판(120)의 베이스부(121), 플랜지부(122) 및 단자홀(123)과 동일하다.
홈부(424)는 도 6에 도시된 제 1 집전판(120)의 홈부(124)와 동일한 작용을 하며, 다만 홈부(124)가 라운드 영역부(Sw)에서 하나의 홈형태로 형성된 것과 달리 라운드 영역부(Sw)에서 제1 집전판(420)의 길이 방향과 평행한 수평 방향으로 복수개로 형성되는 점에서 차이가 있다. 이러한 홈부(424)는 라운드 영역부(Sw)에 위치 하는 돌출부(115)와 평면상 교차하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 집전판(420)의 라운드 영역부(Sw)에 수평방향으로 형성된 복수개의 홈부(424)를 구비함으로써, 홈부(424)에 실시되는 레이저 용접에 의해 형성되는 레이저 용접 라인과 돌출부(115)를 평면상 교차하도록 하여 제 1 집전판(420)과 돌출부(115)의 결합 강도를 높일 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)와 비교하여 집전판에 형성되는 홈부의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 집전판의 구조에 대해서 제 1 집전판(520)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 12은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 4의 'A' 부분과 대응되는 부분을 도시한 사시도이고, 도 13은 도 11의 제 1 집전판 하면이 위로 향한 상태를 도시한 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제 1 집전판(520)은 제 1 돌출부(115)의 라운드부(R)를 커버하는 라운드 영역부(Sw)를 포함하도록 형성된다. 또한, 제 1 집전판(520)은 제 1 돌출부(115)의 평편부(P)를 커버하는 평편 영역부(Sc)를 더 포함하도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 제 1 집전판(520)은 베이스부(521), 플랜지부(522), 단자홀(523) 및 복수의 홈부(524)를 포함할 수 있다.
베이스부(521), 플랜지부(522) 및 단자홀(523)은 도 6에 도시된 제 1 집전판(120)의 베이스부(121), 플랜지부(122) 및 단자홀(123)과 동일하다.
홈부(524)는 도 6에 도시된 제 1 집전판(120)의 홈부(124)와 동일한 작용을 하며, 다만 제 1 집전판(120)의 홈부(124)가 라운드 영역부(Sw)에서 하나의 홈형태로 형성된 것과 달리 라운드 영역부(Sw)에서 제1 집전판(420)의 길이 방향과 수직인 수직 방향으로 복수개로 형성되는 점에서 차이가 있다. 이러한 홈부(524)는 레이저 용접시 레이저의 조사 위치를 구체적으로 지정하여 레이저 용접이 보다 정확한 위치에서 이루어지게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 집전판(520)의 라운드 영역부(Sw)에 수직방향으로 형성된 복수개의 홈부(524)를 구비함으로써, 레이저 용접이 보다 정확한 위치에서 이루어지게 하여 용접 효율을 향상시킬 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)와 비교하여 집전판에 개구(또는 슬릿이라 함)가 더 형성되는 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 집전판의 구조에 대해서 제 1 집전판(620)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 4의 'A' 부분과 대응되는 부분을 도시한 사시도이고, 도 15는 도 14의 15-15선을 따라 절취한 제 1 집전판을 도시한 단면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 제 1 집전판(620)은 제 1 돌출부(115)의 라운드부(R)를 커버하는 라운드 영역부(Sw)를 포함하도록 형성된다. 또한, 제 1 돌출부(115)의 평편부(P)를 커버하는 평편 영역부(Sc)를 더 포함하도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 제 1 집전판(620)은 베이스부(621), 플랜지부(622), 단자홀(623), 홈부(624) 및 복수의 슬릿(625)을 포함할 수 있다.
베이스부(621), 플랜지부(622), 단자홀(623) 및 홈부(624)는 도 6에 도시된 제 1 집전판(120)의 베이스부(121), 플랜지부(122), 단자홀(123) 및 홈부(124)와 동일하다.
슬릿(625)은 홈부(624)의 영역을 관통하도록 형성되어, 작업자가 전극 조립체(110)의 외부에서 제 1 돌출부(115)의 밀집 상태와, 홈부(624)와 제 1 돌출부(115)의 레이저 용접 상태를 파악할 수 있도록 한다. 또한, 슬릿(625)은 홈부(624)와 제 1 돌출부(115)의 레이저 용접시 슬릿(625)의 일측에 가해지는 레이저 열이 슬릿(625)의 타측으로 전달되는 것을 차단 또는 줄여, 레이저 용접에 의해 홈부(624)와 제 1 돌출부(115)를 용접시키는 데 있어서 레이저 열을 집중시킬 수 있다. 이에 따라, 홈부(624)와 제 1 돌출부(115)의 레이저 용접 효율이 높아질 수 있 다.
이와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 집전판(620)의 홈부(624)에 형성된 슬릿(625)을 구비함으로써, 제 1 돌출부(115)의 밀집 상태와, 홈부(624)와 제 1 돌출부(115)의 용접 상태에 대해서 불량이 발생하게 되는 경우 작업자가 불량에 대해 대처하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 슬릿(625)을 통해, 레이저 용접에 의해 홈부(624)와 제 1 돌출부(115)를 용접시키는 데 있어서 레이저 열을 집중시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 홈부(624)와 제 1 돌출부(115)의 레이저 용접 효율을 높여, 제 1 집전판(620)과 전극 조립체(110)의 결합에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 이차 전지에서 전극조립체가 권취되기전 상태를 도시한 분리 사시도이다.
도 4는 도 1의 이차 전지에서 전극 조립체와, 제 1 및 제 2 집전판과, 제 1 및 제 2 전극 단자를 도시한 부분 분리 사시도이다.
도 5는 도 4의 제 1 집전판 하면이 위로 향한 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 4의 'A' 부분을 확대 도시한 사시도이다.
도 7은 도 4의 전극조립체의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 8는 도 4의 전극조립체의 또다른 예를 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 전극 조립체를 도시한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 4의 'A' 부분과 대응되는 부분을 도시한 사시도이다.
도 11은 도 10의 제 1 집전판 하면이 위로 향한 상태를 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 4의 'A' 부분과 대응되는 부분을 도시한 사시도이다.
도 13은 도 12의 제 1 집전판 하면이 위로 향한 상태를 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 4의 'A' 부분과 대응되는 부분을 도시한 사시도이다.
도 15는 도 14의 15-15선을 따라 절취한 제 1 집전판을 도시한 단면도이다.

Claims (16)

  1. 일단으로부터 연장된 복수의 제 1 돌출부를 갖는 제 1 전극판과, 상기 일단으로부터 연장된 복수의 제 2 돌출부를 갖는 제 2 전극판을 포함하며, 상기 복수의 제 1 돌출부 또는 복수의 제 2 돌출부의 적어도 어느 하나가 평편부와 라운드부를 포함하도록 형성된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 복수의 제 1 돌출부 또는 복수의 제 2 돌출부의 적어도 어느 하나에 연결되며, 적어도 상기 라운드부를 커버하는 집전판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평편부는 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 연장되며,
    상기 라운드부는 상기 전극 조립체의 중심축으로부터 상기 전극 조립체 끝단의 일측에 위치하고,
    상기 집전판은 상기 라운드부에 용접되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 평편부는 상기 중심축과 가장 가까운 일측에서 길이 방향에 수직인 평편 가장자리를 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 평편부는 상기 길이 방향에서 상기 전극 조립체의 중앙 영역을 향해 기울어진 평편 가장자리를 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 집전판은 상기 전극 조립체의 평편부에 대응하는 위치에 평편 영역부와, 상기 전극 조립체의 라운드부에 용접되는 라운드 영역부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 집전판은 상기 전극조립체의 일단 중 제 1 측에서 상기 복수의 제 1 돌출부와 연결되는 제 1 집전판이고,
    상기 전극조립체의 일단 중 상기 제 1 측과 반대되는 제 2 측에서 상기 복수의 제 2 돌출부와 연결되는 제 2 집전판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 집전판은 홈부를 포함하며, 상기 홈부에서 상기 전극 조립체에 용접되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 집전판의 홈부는 상기 복수의 제 1 돌출부 또는 복수의 제 2 돌출부의 적어도 어느 하나를 가압 및/또는 절곡시키는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 집전판은 상기 홈부를 포함하는 베이스부와, 상기 베이스부를 둘러싸는 플랜지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 집전판의 홈부는 길이 방향으로 연장된 복수의 홈부를 포함하고, 상기 전극 조립체에 용접되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 집전판의 홈부는 상기 길이 방향에 수직인 방향으로 연장된 복수의 홈부를 포함하고, 상기 전극 조립체에 용접되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 집전판은 상기 홈부를 통해 형성된 적어도 하나의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구는 복수의 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 일단은 전극 활물질이 코팅되지 않은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트와, 상기 이차 전지로부터 가스를 제거하도록 형성된 안전 벤트를 포함하는 캡 조립체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전판은 상기 복수의 제 1 돌출부 또는 복수의 제 2 돌출부의 적어도 어느 하나에 레이저 용접되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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