KR20110061315A

KR20110061315A - 이차 전지

Info

Publication number: KR20110061315A
Application number: KR1020090117925A
Authority: KR
Inventors: 윤희순
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2029-12-01
Also published as: US20110129720A1; KR101093696B1; US9196888B2

Abstract

본 발명은 높은 안전성을 확보하면서 전체 구조와 조립 과정을 단순화하여 제작의 편의성을 증대시킨 중대형 이차 전지를 제공한다. 본 발명의 이차 전지는 서로간 거리를 두고 위치하는 전극군들과, 전극군들의 일측과 다른 일측에 각각 배치되어 전극군들과 전기적으로 연결되는 제1 집전판 및 제2 집전판과, 전극군들과 제1 집전판 및 제2 집전판을 수용하는 케이스와, 케이스에 설치되며 제1 집전판과 제2 집전판 중 적어도 하나의 집전판과 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함한다. 제1 집전판과 제2 집전판 각각은, 전극군들 각각에 대응 배치되며 전극군에 고정되는 집전부들과, 집전부들 중 적어도 2개의 집전부를 전기적으로 연결하는 연결부와, 집전부들과 연결부를 둘러싸 지지하며 집전부들 각각에 대응하는 개구부를 형성하여 집전부들을 노출시키는 절연 지지체를 포함한다.

중대형, 이차전지, 전극군, 양극, 음극, 세퍼레이터, 집전판, 집전부, 연결부, 절연지지체

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 소형 전극군을 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성된 중대형 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 소형의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 중대형의 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 또는 전력 저장용 등으로 사용되고 있다.

이차 전지는 기본적으로 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되는 전극군과, 전극군을 수용하는 케이스와, 전극군과 전기적으로 연결되며 케이스의 외측으로 인출되는 전극 단자를 포함한다. 전극군은 젤리롤 형태로 감겨 형성되거나, 지그재그 방식으로 접혀 적층되거나, 여러장의 양극과 여러장의 음극이 개별적으로 적층된 형태로 이루어진다.

일반적으로 중대형 이차 전지를 제작하기 위해서는 전극군 자체를 대형으로 제조하거나, 복수의 소형 이차 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 모듈화하는 방법이 적용되고 있다.

그런데 전극군 자체를 대형화하는 경우 안전성 측면에서 불안정한 요인이 있다. 그리고 복수의 소형 이차 전지를 연결하는 방법은 각각의 이차 전지를 개별 제작 후 전극 단자를 연결하여 모듈로 패키징하는 방식으로서, 구조와 조립 과정이 복잡하여 제조 비용이 상승하고, 제조에 많은 시간이 소요된다.

본 발명은 높은 안전성을 확보하면서 전체 구조와 조립 과정을 단순화하여 제작의 편의성을 증대시킨 중대형 이차 전지를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, ⅰ) 서로간 거리를 두고 위치하는 복수의 전극군들과, ⅱ) 전극군들의 일측과 다른 일측에 각각 배치되어 전극군들과 전기적으로 연결되는 제1 집전판 및 제2 집전판과, ⅲ) 전극군들과 제1 집전판 및 제2 집전판을 수용하는 케이스와, ⅳ) 케이스에 설치되며, 제1 집전판과 제2 집전판 중 적어도 하나의 집전판과 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함한다. 제1 집전판과 제2 집전판 각각은, ⅰ) 전극군들 각각에 대응 배치되며 전극군에 고정되는 집전부들과, ⅱ) 집전부들 중 적어도 2개의 집전부를 전기적으로 연결하는 연결부와, ⅲ) 집전부들과 연결부를 둘러싸 지지하며, 집전부들 각각에 대응하는 개구부를 형성하여 집전부들을 노출시키는 절연 지지체를 포함한다.

전극군들 각각은 젤리롤 형태로 감겨 형성되고, 전극군의 일측에 위치하는 양극 무지부 및 전극군의 다른 일측에 위치하는 음극 무지부를 포함할 수 있다.

전극군들은 양극 무지부가 모두 같은 측에 위치하고 음극 무지부가 모두 같은 측에 위치하도록 배치될 수 있다.

전극군들은 행 방향 및 열 방향을 따라 복수개로 구비되고, 연결부는 제1 집전판과 제2 집전판 각각에서 행 방향 및 열 방향을 따라 이웃한 집전부들 사이에 배치되어 모든 집전부들을 전기적으로 연결할 수 있다.

제1 집전판은 제1 집전판의 집전부들 중 어느 한 집전부로부터 절연 지지체의 외측으로 연장되는 제1 연장 탭을 포함하고, 제2 집전판은 제2 집전판의 집전부들 중 어느 한 집전부로부터 절연 지지체의 외측으로 연장되는 제2 연장 탭을 포함할 수 있다.

전극 단자는 양극 단자와 음극 단자를 포함하며, 제1 연장 탭과 제2 연장 탭 중 어느 하나가 양극 단자에 고정되고, 다른 하나가 음극 단자에 고정될 수 있다.

전극군들은 행 방향 및 열 방향을 따라 복수개로 구비되고, 행 방향과 열 방향을 따라 이웃한 전극군들에서 양극 무지부와 음극 무지부가 서로 반대측에 위치할 수 있다.

연결부는 제1 집전판과 제2 집전판에서 행 방향 또는 열 방향을 따라 이웃한 2개의 집전부 사이에 배치되어 2개의 집전부와 하나의 연결부가 독립적인 세트를 구성할 수 있다.

제1 집전판의 연결부와 제2 집전판의 연결부는 전극군의 축 방향을 따라 서로 다른 위치에 형성되며, 전극군들 중 어느 하나의 최외곽 전극군으로부터 다른 하나의 최외곽 전극군을 향하여 한 방향의 도전 경로를 제공할 수 있다.

제1 집전판과 제2 집전판 중 어느 하나의 집전판은, 어느 하나의 최외곽 전극군에 대응하는 집전부 및 다른 하나의 최외곽 전극군에 대응하는 집전부로부터 절연 지지체의 외측으로 연장되는 제1 연장 탭과 제2 연장 탭을 포함할 수 있다.

절연 지지체는, 집전부들과 연결부의 일면에 위치하는 제1 절연 필름과, 집전부들과 연결부의 다른 일면에 위치하면서 제1 절연 필름에 합착되는 제2 절연 필름을 포함하며, 제1 절연 필름과 제2 절연 필름 각각에 개구부가 형성될 수 있다.

집전부들은 양극 무지부 및 음극 무지부에 대응하는 모양으로 형성되며, 연결부는 집전부의 최대 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다. 다른 한편으로, 집전부들과 연결부는 같은 폭을 가지면서 한 방향으로 이어진 띠 모양으로 형성될 수 있다.

이차 전지는, 전극군들 사이에서 전극군들에 밀착 배치되는 적어도 하나의 스페이서를 더욱 포함할 수 있다. 집전부들은 전극군을 향한 일면에 적어도 하나의 돌출부를 형성하여 전극군과의 접합 면적을 확대시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 하나의 케이스 내부에 여러개의 전극군들을 다양한 형태로 배치할 수 있으므로, 전극군 자체를 대형으로 제조하거나, 개별 제작된 이차 전지를 모듈로 패키징하지 않고도 중대형 이차 전지를 용이하게 제조할 수 있다. 그 결과, 전극군들의 안전성을 높이면서도 용량 또는 출력 전압을 높인 중대형 이차 전지를 제조할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속 하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.

도 1을 참고하면, 제1 실시예의 이차 전지(100)는 복수의 전극군(10), 전극군들(10)과 전기적으로 연결되는 제1 집전판(20) 및 제2 집전판(30), 전극군들(10)과 제1 및 제2 집전판(20, 30)을 수용하는 케이스(40), 케이스(40)의 개방단에 결합되어 케이스(40)를 밀폐하는 캡 플레이트(41), 케이스(40)에 설치되며 전극군들(10)과 전기적으로 연결되는 양극 단자(51) 및 음극 단자(52)를 포함한다.

제1 실시예의 이차 전지(100)는 전극군들(10)을 병렬로 연결하여 전극군들(10)의 개수만큼 용량을 늘린 구조로 이루어진다. 이를 위해 전극군들(10)의 일측에 위치하는 제1 집전판(20)이 양극 집전판으로 기능하고, 전극군들(10)의 다른 일측에 위치하는 제2 집전판(30)이 음극 집전판으로 기능한다.

도 2는 도 1에 도시한 이차 전지 중 전극군들의 사시도이다.

도 2를 참고하면, 전극군들(10)은 행 방향(도면의 x축 방향) 및 열 방향(도면의 y축 방향)을 따라 복수개로 구비되며, 서로간 거리를 두고 위치한다. 전극군(10)은 구동시 열을 방출하는데, 전극군들(10) 사이의 공간으로 인해 어느 한 전극군(10)에서 발생하는 열이 이웃한 전극군(10)으로 바로 전달되는 것을 억제할 수 있으므로 이차 전지의 안전성을 높일 수 있다.

전극군들(10) 사이 공간에는 스페이서(53)가 위치할 수 있다. 스페이서(53) 는 전극군들(10)이 쓰러지는 것을 방지하며, 전해액의 낭비를 줄이는 역할을 한다. 스페이서(53)는 4개의 전극군들(10) 중앙에 위치할 수 있고, 전극군들(10) 사이를 채울 수 있는 형상이면 모두 적용 가능하다. 스페이서(53)는 절연이 되면서 높은 내열성과 유기 물질에 대한 높은 내화학성을 지닌 소재로 제조되며, 절연 코팅막 또는 절연 시트 등이 부착된 금속 재료, 또는 다양한 고분자 물질들이 사용될 수 있다.

도 3은 도 2에 도시한 전극군들 가운데 어느 한 전극군의 단면도이다.

도 3을 참고하면, 전극군(10)은 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 배치된 상태에서 젤리롤 형태로 감긴 구조로 이루어진다.

양극(11)은 박판의 금속 호일로 제조되는 양극 집전체(111)와, 양극 집전체(111)에 형성되는 양극 활물질층(112)을 포함한다. 양극 활물질층(112)은 양극 집전체(111)보다 작은 폭을 가지도록 형성되어 양극 집전체(111)의 일부가 노출되도록 한다. 양극 집전체(111) 중 양극 활물질이 도포되지 않은 부위가 양극 무지부(113)이며, 양극 무지부(113)는 전극군(10)의 일측에 위치한다.

음극(12)은 박판의 금속 호일로 제조되는 음극 집전체(121)와, 음극 집전체(121)에 형성되는 음극 활물질층(122)을 포함한다. 음극 활물질(122)층 또한 음극 집전체(121)보다 작은 폭을 가지도록 형성되어 음극 집전체(121)의 일부가 노출되도록 한다. 음극 집전체(121) 중 음극 활물질이 도포되지 않은 부위가 음극 무지부(123)이며, 음극 무지부(123)는 전극군(10)의 다른 일측에 위치한다.

도 1과 도 2를 참고하면, 모든 전극군들(10)은 양극 무지부(113)가 모두 같 은 측에 위치하고, 음극 무지부(123)가 모두 같은 측에 위치하도록 배치된다. 즉, 어느 하나의 전극군(10)에서 양극 무지부(113)가 전극군(10)의 상측에 위치할 때, 나머지 전극군들(10) 모두 양극 무지부(113)가 전극군(10)의 상측에 위치하도록 배치된다.

도 1과 도 2에서는 일례로 양극 무지부(113)와 음극 무지부(123)가 각각 전극군들(10)의 상측과 하측에 위치하는 경우를 도시하였다.

제1 집전판(20)은 전극군들(10)의 상측에 위치하며, 양극 무지부들(113)과 결합되어 양극 집전판으로 기능한다. 제2 집전판(30)은 전극군들(10)의 하측에 위치하며, 음극 무지부들(123)과 결합되어 음극 집전판으로 기능한다. 양극 무지부(113)와 음극 무지부(123)가 각각 전극군들(10)의 하측과 상측에 위치하는 경우, 제1 집전판(20)과 제2 집전판(30)은 그 기능이 반대가 된다.

제1 실시예의 이차 전지(100)에서 제1 집전판(20)과 제2 집전판(30)은 단일 금속판으로 제조되지 않고, 절연 지지체(21) 내부에 각각의 전극군(10)에 대응하는 복수의 집전부(22)를 배치한 구조로 이루어진다. 이때, 집전부들(22)은 절연 지지체(21)에 형성된 개구부(23)에 의해 외부로 노출되어 해당 전극군(10)의 무지부(113, 123)와 용접 등의 방법으로 고정된다.

도 4는 도 1에 도시한 이차 전지 중 제1 집전판의 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 제1 집전판의 분해 사시도이다. 제2 집전판은 제1 집전판과 같은 구조이므로 제2 집전판의 도시는 생략하였다.

도 4와 도 5를 참고하면, 제1 집전판(20)은 각각의 전극군(10)에 대응하도록 구비되는 복수의 집전부(22)와, 집전부들(22)을 전기적으로 연결하는 연결부(24)와, 집전부들(22)과 연결부(24)를 둘러싸 지지하는 절연 지지체(21)를 포함한다. 집전부들(22)과 연결부(24)는 금속으로 제조된다. 절연 지지체(21)는 각 집전부(22)에 대응하는 개구부(23)를 형성하여 집전부들(22)을 외부로 노출시킨다.

집전부들(22)은 전극군(10)의 형상에 맞추어 원형으로 제조되며, 전극군(10)의 배치 형태에 대응하여 서로간 거리를 두고 위치한다. 제1 실시예의 이차 전지(100)에서 제1 집전판(20)은 양극 집전판으로 기능하므로 모든 집전부들(22)은 서로 전기적으로 연결된다.

이를 위해 연결부(24)는 행 방향(도면의 x축 방향)을 따라 이웃한 집전부들(22) 사이와 열 방향(도면의 y축 방향)을 따라 이웃한 집전부들(22) 사이에 배치되어 집전부들(22)을 전기적으로 연결시킨다. 이때 연결부(24)는 행 방향을 따라 이웃한 모든 집전부들(22) 사이와, 열 방향을 따라 이웃한 모든 집전부들(22) 사이에 위치할 필요는 없으며, 독립된 집전부(22) 없이 모든 집전부들(22)을 전기적으로 연결시킬 수 있는 구조이면 모두 적용 가능하다.

절연 지지체(21)는 집전부들(22)과 연결부(24)의 아랫면에 위치하는 제1 절연 필름(211)과, 집전부들(22)과 연결부(24)의 윗면에 배치되며 제1 절연 필름(211)에 합착되는 제2 절연 필름(212)으로 구성된다. 제1 절연 필름(211)과 제2 절연 필름(212)은 각 집전부(22)에 대응하는 개구부(23)를 형성하여 집전부(22)의 윗면과 아랫면을 노출시킨다. 제1 및 제2 절연 필름(211, 212)의 개구부(23)는 각 집전부(22)보다 작은 크기로 형성되어 제1 및 제2 절연 필름(211, 212)이 집전부 들(22)을 안정적으로 지지하도록 한다.

제1 및 제2 절연 필름(211, 212)은 절연성 폴리머, 즉 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 및 나일론 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 절연 지지체(21)는 제1 집전판(20) 중 실제 전극군(10)과 결합되는 도전 부위(집전부)만 노출시키고 그 이외의 부분, 즉 전극군(10)과 마주하지 않는 부위를 절연시키는 기능을 한다.

도 6은 도 1에 도시한 이차 전지 중 제1 집전판과 제2 집전판 및 전극군들의 결합 이전 상태를 나타낸 분해도이다.

도 6을 참고하면, 제1 집전판(20)과 제2 집전판(30)을 준비하고, 제2 집전판(30) 위에 전극군들(10)을 배치한 다음 제2 집전판(30)의 외측에서 제2 집전판(30)의 집전부들(22)과 전극군들(10)의 음극 무지부(123)를 용접 등의 방법으로 고정시킨다. 이후 전극군들(10) 위에 제1 집전판(20)을 배치하고, 제1 집전판(20)의 외측에서 제1 집전판(20)의 집전부들(22)과 전극군들(10)의 양극 무지부(113)를 용접 등의 방법으로 고정시킨다.

이때 제1 집전판(20)의 개구부(23) 직경은 양극 무지부(113)의 직경에서 약간의 끼움 여유를 더한 값으로 형성되고, 제2 집전판(30)의 개구부(23) 직경 또한 음극 무지부(123)의 직경에서 약간의 끼움 여유를 더한 값으로 형성될 수 있다. 따라서 제1 및 제2 집전판(20, 30)과 전극군들(10)을 결합시킬 때 별도의 얼라인 작업 없이 전극군들(10)을 정확한 위치에 배치할 수 있다.

제1 집전판(20)에는 어느 하나의 집전부(22)로부터 절연 지지체(21)의 외측 으로 연장된 제1 연장 탭(25)이 구비되며, 제2 집전판(30)에도 어느 하나의 집전부(22)로부터 절연 지지체(21)의 외측으로 연장된 제2 연장 탭(26)이 구비된다. 도 1을 참고하면, 제1 연장 탭(25)은 양극 단자(51)에 고정되어 양극 단자(51)와 전기적으로 연결되고, 제2 연장 탭(26)은 음극 단자(52)에 고정되어 음극 단자(52)와 전기적으로 연결된다.

한편, 전극군(10)을 향한 집전부(22)의 일면에 돌출부를 형성하고, 집전부(22)를 향한 전극군(10)의 일면에 오목부를 형성하여 집전부(22)와 전극군(10)을 기구적으로 결합시키는 것과 동시에 집전부(22)와 전극군(10)의 용접 부위를 정의할 수 있다.

도 7과 도 8은 집전부의 변형예를 나타낸 구성도이다.

도 7와 도 8을 참고하면, 전극군(10)을 향한 집전부(22', 22")의 일면에 전극군(10)과의 접합 면적을 확대시키기 위한 방사형 돌출부(141) 또는 복수의 일자형 돌출부(142)가 형성된다. 이로써 집전부(22', 22")와 전극군(10)을 밀착시킨 상태에서 돌출부(141, 142)가 형성되지 않은 집전부(22', 22")의 반대면에서 저항 용접 등을 실시하면, 방사형 돌출부(141) 또는 복수의 일자형 돌출부(142)가 전극군(10)을 누르면서 집전부(22', 22")와 전극군(10)이 보다 견고하게 결합된다.

전술한 돌출부(141, 142) 형성에 의해 제1 및 제2 집전판(20, 30)과 전극군들(10)의 용접 효율을 높이고 이들의 조립을 용이하게 하며, 하나의 집전판에 복수의 전극군(10)을 동시에 용접할 수 있다. 도 7과 도 8에 도시한 돌출부(141, 142) 형상은 대표적인 예들로서, 돌출부(141, 142) 형상은 도시한 예들에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지 중 제1 집전판과 제2 집전판 및 전극군들을 나타낸 분해 사시도이다.

도 9를 참고하면, 제2 실시예의 이차 전지(200)는 전극군들(10)을 직렬로 연결하여 출력 전압을 높인 구조로 이루어진다. 이를 위해 전극군들(10)은 상측과 하측에 양극 무지부(113)와 음극 무지부(123)가 번갈아 위치하도록 배치된다. 즉, 어느 하나의 전극군(10)에서 양극 무지부(113)가 전극군(10)의 상측에 위치할 때, 행 방향 및 열 방향을 따라 이 전극군(10)과 이웃한 다른 전극군들(10)은 음극 무지부(123)가 전극군(10)의 상측에 위치하도록 배치된다.

그리고 제1 집전판(201)의 연결부(24)와 제2 집전판(301)의 연결부(24)는 행 방향 또는 열 방향을 따라 이웃한 2개의 집전부(22) 사이에 배치되어 이들을 전기적으로 연결시킨다. 이로써 2개의 집전부(22)와 하나의 연결부(24)가 다른 집전부들(22)과 분리된 독립적인 세트를 구성한다.

다만, 제1 집전판(201)의 연결부(24)와 제2 집전판(301)의 연결부(24)는 전극군(10)의 축 방향(도면의 z축 방향)을 따라 그 위치가 일치하지 않으며, 어느 하나의 최외곽 전극군(10a)에서부터 다른 하나의 최외곽 전극군(10b)에 이르기까지 제1 집전판(201)과 제2 집전판(301)을 이용한 도전 경로가 한 방향이 되도록 배치된다.

도 9에서는 1행 1열에 위치하는 전극군(10a)에서부터 제2 집전판(301)의 집전부들(22)과 제1 집전판(201)의 집전부들(22)을 따라 3행 4열에 위치하는 전극 군(10b)까지 도전 경로가 한 방향으로 이어지도록 제1 집전판(201)과 제2 집전판(301)을 구성한 경우를 도시하였다. 물론 전극군(10)의 개수 및 배열 변화에 따라 제1 집전판(201)과 제2 집전판(301)의 내부 구조 또한 다양하게 변형 가능하다.

제2 실시예의 이차 전지(200)에서, 어느 하나의 최외곽 전극군(10a)에 대응하는 집전부(22)로부터 제1 연장 탭(25)이 절연 지지체(21)의 외측으로 연장되어 양극 단자(51)에 고정되고, 다른 하나의 최외곽 전극군(10b)에 대응하는 집전부(22)로부터 제2 연장 탭(26)이 절연 지지체(21)의 외측으로 연장되어 음극 단자(52)에 고정된다.

도 9에서는 제1 집전판(201)에 제1 연장 탭(25)과 제2 연장 탭(26)이 함께 형성된 경우를 도시하였다. 이 경우 양극 단자(51)와 음극 단자(52)는 각각 제1 연장 탭(25) 및 제2 연장 탭(26)과 마주하는 위치에 제공된다. 제2 실시예의 이차 전지(200)는 양극 무지부(113) 및 음극 무지부(123)의 위치와 제1 및 제2 집전판(201, 301)의 연결부 위치를 제외하고 전술한 제1 실시예의 이차 전지(100)와 유사한 구조로 이루어진다.

한편, 도 1에서 인용부호 54는 제1 집전판(20)과 제2 집전판(30)을 케이스(40) 또는 캡 플레이트(41)로부터 절연시키는 절연 부재를 나타내고, 인용부호 55는 양극 단자(51)와 음극 단자(52)를 케이스(40)로부터 절연시키는 절연 개스킷을 나타낸다.

이와 같이 제1 및 제2 실시예의 이차 전지(100, 200)에서, 제1 및 제2 집전판(20, 30)은 단일 금속판으로 제조되지 않고, 연결부(24)에 의해 여러 가지 배선 구조가 가능한 집전부들(22)과, 집전부들(22)을 둘러싸 지지하는 절연 지지체(21)의 적층 구조로 이루어진다. 따라서 하나의 케이스(40) 내부에 여러개의 전극군들(10)을 직렬 또는 병렬로 다양하게 연결할 수 있으므로, 이차 전지(100, 200)의 구조와 조립 방법을 단순화할 수 있다.

즉, 하나의 케이스(40) 내부에 여러개의 전극군들(10)을 다양한 형태로 배치할 수 있으므로, 전극군(10) 자체를 대형으로 제조하거나, 개별 제작된 이차 전지를 모듈로 패키징하지 않고도 중대형 이차 전지를 용이하게 제조할 수 있다. 그 결과, 전극군들(10)의 안전성을 높이면서도 용량 또는 출력 전압을 높인 중대형 구조를 이룰 수 있다.

한편, 상기에서는 집전부들(22)이 전극군(10)에 대응하는 원형으로 형성되고, 연결부(24)의 폭이 집전부(22)의 직경(최대 폭)보다 작은 경우를 도시하였으나, 도 10과 도 11에 도시한 바와 같이 집전부(221)와 연결부(241)가 같은 폭을 가지면서 한 방향으로 이어진 띠 모양으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제조 과정에서 집전부(221)와 연결부(241)를 구분하지 않아도 되므로 가공이 용이해지고, 집전부들(221) 사이의 전기 저항을 최소화할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 2는 도 1에 도시한 이차 전지 중 전극군들의 사시도이다.

도 4는 도 1에 도시한 이차 전지 중 제1 집전판의 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시한 제1 집전판의 분해 사시도이다.

도 7과 도 8은 집전부와 전극군의 변형예를 나타낸 구성도이다.

도 10은 도 5에 도시한 제1 집전판의 변형예를 나타낸 분해 사시도이다.

도 11은 도 9에 도시한 이차 전지 중 제1 집전판과 제2 집전판의 변형예를 나타낸 분해 사시도이다.

Claims

서로간 거리를 두고 위치하는 복수의 전극군들;

상기 전극군들의 일측과 다른 일측에 각각 배치되어 상기 전극군들과 전기적으로 연결되는 제1 집전판 및 제2 집전판;

상기 전극군들과 상기 제1 집전판 및 상기 제2 집전판을 수용하는 케이스;

상기 케이스에 설치되며, 상기 제1 집전판과 상기 제2 집전판 중 적어도 하나의 집전판과 전기적으로 연결되는 전극 단자

를 포함하고,

상기 제1 집전판과 상기 제2 집전판 각각은,

상기 전극군들 각각에 대응 배치되며 상기 전극군에 고정되는 집전부들;

상기 집전부들 중 적어도 2개의 집전부를 전기적으로 연결하는 연결부; 및

상기 집전부들과 상기 연결부를 둘러싸 지지하며, 상기 집전부들 각각에 대응하는 개구부를 형성하여 상기 집전부들을 노출시키는 절연 지지체

를 포함하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 전극군들 각각은 젤리롤 형태로 감겨 형성되고, 상기 전극군의 일측에 위치하는 양극 무지부 및 상기 전극군의 다른 일측에 위치하는 음극 무지부를 포함하는 이차 전지.
제2항에 있어서,

상기 전극군들은 상기 양극 무지부가 모두 같은 측에 위치하고 상기 음극 무지부가 모두 같은 측에 위치하도록 배치되는 이차 전지.
제3항에 있어서,

상기 전극군들은 행 방향 및 열 방향을 따라 복수개로 구비되고,

상기 연결부는 상기 제1 집전판과 상기 제2 집전판 각각에서 행 방향 및 열 방향을 따라 이웃한 상기 집전부들 사이에 배치되어 모든 집전부들을 전기적으로 연결하는 이차 전지.
제4항에 있어서,

상기 제1 집전판은 상기 제1 집전판의 집전부들 중 어느 한 집전부로부터 상기 절연 지지체의 외측으로 연장되는 제1 연장 탭을 포함하고,

상기 제2 집전판은 상기 제2 집전판의 집전부들 중 어느 한 집전부로부터 상기 절연 지지체의 외측으로 연장되는 제2 연장 탭을 포함하는 이차 전지.
제5항에 있어서,

상기 전극 단자는 양극 단자와 음극 단자를 포함하며,

상기 제1 연장 탭과 상기 제2 연장 탭 중 어느 하나가 상기 양극 단자에 고 정되고, 다른 하나가 상기 음극 단자에 고정되는 이차 전지.
제2항에 있어서,

상기 전극군들은 행 방향 및 열 방향을 따라 복수개로 구비되고, 행 방향과 열 방향을 따라 이웃한 상기 전극군들에서 상기 양극 무지부와 상기 음극 무지부가 서로 반대측에 위치하는 이차 전지.
제7항에 있어서,

상기 연결부는 상기 제1 집전판과 상기 제2 집전판에서 행 방향 또는 열 방향을 따라 이웃한 2개의 집전부 사이에 배치되어 상기 2개의 집전부와 하나의 연결부가 독립적인 세트를 구성하는 이차 전지.
제8항에 있어서,

상기 제1 집전판의 연결부와 상기 제2 집전판의 연결부는 상기 전극군의 축 방향을 따라 서로 다른 위치에 형성되며, 상기 전극군들 중 어느 하나의 최외곽 전극군으로부터 다른 하나의 최외곽 전극군을 향하여 한 방향의 도전 경로를 제공하는 이차 전지.
제9항에 있어서,

상기 제1 집전판과 상기 제2 집전판 중 어느 하나의 집전판은, 어느 하나의 최외곽 전극군에 대응하는 집전부 및 다른 하나의 최외곽 전극군에 대응하는 집전부로부터 상기 절연 지지체의 외측으로 연장되는 제1 연장 탭과 제2 연장 탭을 포함하는 이차 전지.
제10항에 있어서,

상기 전극 단자는 양극 단자와 음극 단자를 포함하며,

상기 제1 연장 탭과 상기 제2 연장 탭 중 어느 하나가 상기 양극 단자에 고정되고 다른 하나가 상기 음극 단자에 고정되는 이차 전지.
제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연 지지체는, 상기 집전부들과 상기 연결부의 일면에 위치하는 제1 절연 필름과, 상기 집전부들과 상기 연결부의 다른 일면에 위치하면서 상기 제1 절연 필름에 합착되는 제2 절연 필름을 포함하며, 상기 제1 절연 필름과 상기 제2 절연 필름 각각에 상기 개구부가 형성되는 이차 전지.
제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 집전부들은 상기 양극 무지부 및 상기 음극 무지부에 대응하는 모양으로 형성되며, 상기 연결부는 상기 집전부의 최대 폭보다 작은 폭을 가지는 이차 전지.
제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 집전부들과 상기 연결부는 같은 폭을 가지면서 한 방향으로 이어진 띠 모양으로 형성되는 이차 전지.
제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전극군들 사이에서 상기 전극군들에 밀착 배치되는 적어도 하나의 스페이서를 더욱 포함하는 이차 전지.
제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 집전부들은 상기 전극군을 향한 일면에 적어도 하나의 돌출부를 형성하여 상기 전극군과의 접합 면적을 확대시키는 이차 전지.