KR20170063192A - 이차전지 - Google Patents

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KR20170063192A
KR20170063192A KR1020150169275A KR20150169275A KR20170063192A KR 20170063192 A KR20170063192 A KR 20170063192A KR 1020150169275 A KR1020150169275 A KR 1020150169275A KR 20150169275 A KR20150169275 A KR 20150169275A KR 20170063192 A KR20170063192 A KR 20170063192A
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강선영
윤장호
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 이차전지가 개시된다. 상기 이차전지는, 완충부가 마련된 전극 탭을 포함하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하기 위한 케이스와, 전극 조립체와 케이스 사이에 개재된 절연재를 포함한다.
본 발명에 의하면, 전극 조립체의 유동이 방지되면서도 전극 조립체로부터의 전류 패스를 형성하는 전극 탭의 손상이 방지될 수 있는 이차전지가 제공된다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북 등의 모바일 기기에 대한 기술개발과 생산 증가에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급증하고 있다. 최근에는 화석연료를 대체하기 위한 대체 에너지원으로 전기 자동차, 하이 브리드 자동차의 용도로도 활발한 연구개발이 진행되고 있다.
이러한 이차전지는 전극 조립체의 유동에 따른 전극 조립체의 손상이나 전극 조립체로부터 인출되는 도전 부재의 손상을 억제할 수 있는 구조가 필요하며, 이러한 구조는 전체 이차전지의 구조를 복잡화시키는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 전극 조립체의 유동이 방지되어 전체 구성이 단순화될 수 있는 이차전지를 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태는, 전극 조립체의 유동이 방지되면서도 전극 조립체로부터의 전류 패스를 형성하는 전극 탭의 손상이 방지될 수 있는 이차전지를 포함한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 이차전지는,
완충부가 마련된 전극 탭을 포함하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하기 위한 케이스; 및
상기 전극 조립체와 케이스 사이에 개재된 절연재;를 포함한다.
예를 들어, 상기 절연재는 상기 전극 조립체의 외주 면에 부착된다.
예를 들어, 상기 절연재는 상기 전극 조립체와 케이스의 서로에 대해 마주하는 양쪽 면에 부착되어 있다.
예를 들어, 상기 절연재는 상기 전극 탭과 반대되는 전극 조립체의 하부에 형성된다.
예를 들어, 상기 절연재는 전해질과 반응하여 점착성을 나타내는 테이프를 포함한다.
예를 들어, 상기 완충부는 전극 조립체 측에 고정된 전극 탭의 제1 단부와 캡 플레이트 측에 고정된 전극 탭의 제2 단부 사이에서 전극 탭의 길이 방향으로 신장/수축을 제공한다.
예를 들어, 상기 전극 탭은, 상기 제1 단부와 제2 단부 사이의 절곡부를 더 포함하고, 상기 완충부는 상기 제1 단부와 절곡부 사이에 형성된다.
예를 들어, 상기 완충부는 오목한 일면과 볼록한 타면을 갖는다.
예를 들어, 상기 완충부의 일면 및 타면은 둥글게 라운드지게 형성된다.
예를 들어, 상기 완충부의 일면 및 타면은 쐐기 형태로 각지게 형성된다.
예를 들어, 상기 완충부는 금형성형으로 형성된다.
예를 들어, 상기 완충부는 전극 탭의 인출 방향인 상하 방향을 따라 서로 겹쳐지는 부분을 포함하지 않는다.
예를 들어, 상기 전극 탭은, 서로 다른 극성의 제1, 제2 전극 탭을 포함하고, 상기 제1, 제2 전극 탭 각각은 다수로 마련된다.
예를 들어, 상기 전극 조립체가 수용된 케이스를 밀봉하기 위한 캡 플레이트를 더 포함하고,
상기 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에는 절연 스페이서가 개재된다.
예를 들어, 상기 절연 스페이서는 고분자 절연 소재의 박판 또는 절연 테이프를 포함한다.
예를 들어, 상기 절연 스페이서는 다수의 제1, 제2 전극 탭을 끼워 하나의 묶음으로 결속하기 위한 탭 홀의 쌍을 포함한다.
예를 들어, 상기 전극 조립체가 수용된 케이스를 밀봉하기 위한 캡 플레이트를 더 포함하고,
상기 전극 조립체와 캡 플레이트는, 서로에 대해 직접 노출된다.
본 발명에 의하면, 전극 조립체를 둘러싸는 절연재를 통하여 전극 조립체의 위치를 견고하게 고정하고, 전극 조립체의 미동을 억제함으로써 구조가 단순화될 수 있는 이차전지가 제공된다. 예를 들어, 전극 조립체의 미동이 억제됨으로써, 전극 조립체의 유동에 대응하기 위한 전극 탭의 구조나 절연 스페이서와 같은 내부 구성이 단순화될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 전극 조립체의 전류 패스를 형성하는 전극 탭에 완충부를 형성함으로써 전극 조립체의 미동에 따라 일단부 및 타단부가 고정된 전극 탭에 장력이 인가되어 야기될 수 있는 전극 탭의 손상이 방지될 수 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3에는 도 1에 도시된 절연재의 배치를 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 4 및 도 5에는 도 1에 도시된 전극 탭의 결합 구조를 설명하기 위한 도면들이 도시되어 있다.
도 6a에는 도 1에 도시된 전극 탭의 완충부를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 6b에는 본 발명의 다른 실시형태에 적용 가능한 전극 탭의 구조가 도시되어 있다.
도 7에는 본 발명과 대비되는 비교예에 따른 전극 탭의 구조가 도시되어 있다.
도 8에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 9에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도가 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 이차전지에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도가 도시되어 있다. 그리고, 도 2 및 도 3에는 도 1에 도시된 절연재의 배치를 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도면들을 참조하면, 상기 이차전지(100)는, 제1, 제2 전극 탭(17,19)이 인출되는 전극 조립체(10)와, 상기 전극 조립체(10) 상에 배치된 절연 스페이서(110)와, 상기 전극 조립체(10)와 절연 스페이서(110)가 함께 수용되는 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 개방된 상단을 밀봉하는 캡 플레이트(130)와, 상기 캡 플레이트(130) 외부로 노출된 전극 단자(139)와, 상기 전극 단자(139)와 전기적으로 연결되고 케이스(20) 내부에 형성된 단자 플레이트(129)를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체(10)는, 제1 전극판(13), 제2 전극판(11), 및 세퍼레이터(15)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 조립체(10)는 제1 전극판(13), 제2 전극판(11) 및 세퍼레이터(15)의 적층체가 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 권취되어 형성될 수 있다. 상기 전극 조립체(10)는 전해질(미도시)과 함께 케이스(20) 내부에 수용될 수 있다.
상기 제1 전극판(13)과 제2 전극판(11)의 적어도 일 개소에는 제1 전극탭(19) 및 제2 전극탭(17)이 접속될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극탭(19)은 캡 플레이트(30) 상으로 인출된 전극 단자(139)에 접속될 수 있고, 상기 제2 전극탭(17)은 캡 플레이트(130) 자체에 접속될 수 있다.
상기 전극 단자(139)는 캡 플레이트(130)와 절연성 결합을 이루며, 캡 플레이트(130) 상으로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 전극 단자(139)와 캡 플레이트(130) 사이에는 절연 가스켓(135)이 개재될 수 있다.
상기 케이스(20)는 전극 조립체(10)와 전해질(미도시)을 수용하도록 상단이 개구될 수 있고, 상기 케이스(20)의 개방된 상단에는 캡 플레이트(130)가 배치될 수 있다. 상기 캡 플레이트(130)와 케이스(20)의 맞닿는 부분은 용접으로 기밀성 결합을 형성할 수 있다.
상기 제1 전극 탭(19)과 전극 단자(139) 사이에는 단자 플레이트(129)가 개재될 수 있다. 예를 들어, 단자 플레이트(129)의 일 측은 제1 전극 탭(19)과 결합되고, 단자 플레이트(129)의 타 측에는 전극 단자(139)가 끼워 결합되는 단자 홀(129`)이 형성될 수 있다. 상기 단자 플레이트(129)와 캡 플레이트(130) 사이에는 이들 간의 절연을 확보하기 위한 절연 플레이트(125)가 개재될 수 있다.
상기 전극 단자(139)는 캡 플레이트(130)를 관통하도록 조립되는데, 절연 가스켓(135)을 개재하여 캡 플레이트(130)에 조립될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전극 단자(139)는 캡 플레이트(130), 절연 플레이트(125) 및 단자 플레이트(129)에 형성된 각각의 단자 홀(130`,125`,129`)을 관통하도록 조립될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 단자(139)는 캡 플레이트(130)의 상방으로부터 하방으로 가면서 캡 플레이트(130), 절연 플레이트(125) 및 단자 플레이트(129)를 순차적으로 관통하도록 조립될 수 있다.
상기 캡 플레이트(130)와 전극 조립체(10) 사이에는 절연 스페이서(110)가 개재될 수 있다. 상기 절연 스페이서(110)는 캡 플레이트(130)와 전극 조립체(10) 사이의 절연을 확보할 수 있다. 상기 절연 스페이서(110)는 고분자 절연 소재의 박판 또는 절연 테이프를 포함할 수 있다. 상기 절연 스페이서(110)는 다수의 제1, 제2 전극 탭(17,19)을 끼워 하나의 묶음으로 결속하기 위한 탭 홀(110`)의 쌍을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 탭(19) 및 제2 전극 탭(17)은 절연 스페이서(110)의 탭 홀(110`)에 집속된 형태로 끼워져 탭 홀(110`)을 통하여 절연 스페이서(110)의 상부로 관통 조립될 수 있다. 이렇게 절연 스페이서(110)를 관통한 제1 전극 탭(19)은 단자 플레이트(129)를 경유하여 캡 플레이트(130) 상으로 인출된 전극 단자(139)에 접속될 수 있고, 상기 제2 전극 탭(17)은 캡 플레이트(130) 자체에 접속될 수 있다.
상기 전극 조립체(10)에는 절연재(150)가 감겨져 있다. 상기 절연재(150)는 전극 조립체(10)의 외주 면(S)을 따라 전극 조립체(10)를 둘러쌀 수 있다. 상기 절연재(150)는 전극 조립체(10)와 케이스(20) 사이에 개재되어 이들 간의 전기적인 단락을 방지할 수 있다. 특히, 상기 절연재(150)는 전극 조립체(10)의 유동을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연재(150)는 상기 케이스(20) 내부에 전극 조립체(10)와 함께 충진된 전해질(미도시)과 반응하여 점착성을 나타내는 물질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 절연재(150)는 전극 조립체(10)와 케이스(20) 사이에 개재되어 이들 간의 상대적인 위치를 고정시킴으로써, 전극 조립체(10)의 유동이 방지될 수 있다. 다시 말하면, 상기 절연재(150)는 전극 조립체(10)를 케이스(20)에 대해 위치 고정시킴으로써, 전극 조립체(10)가 케이스(20) 내부에서 유동하는 것을 방지할 수 있고, 전극 조립체(10)의 유동에 따른 전극 조립체(10)의 손상이 방지될 수 있다. 상기 전극 조립체(10)의 손상은 충, 방전 특성과 직결되므로, 전극 조립체(10)의 손상을 방지함으로써, 충, 방전 특성의 열화를 방지할 수 있다.
상기 절연재(150)는 전해질(미도시)과 반응하여 점착성을 나타내는 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어, 전극 조립체(10)와 케이스(20) 사이에서 전해질(미도시)과 반응하여 부피가 팽창하면서 전극 조립체(10)와 케이스(20)의 서로 마주하는 양쪽 면에 대해 부착될 수 있다.
상기 절연재(150)는, 전극 조립체(10)의 풀림을 방지하기 위한 마감재의 기능을 겸할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 조립체(10)는 양극판(13) 및 음극판(11) 사이에 세퍼레이터(15)를 개재하고 롤 형태로 권취시킨 젤리 롤 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 양극판(13) 및 음극판(11) 사이에 세퍼레이터(15)를 개재한 적층체의 일단부를 권취의 개시부로 하고, 적층체의 타단부를 권취의 종료부로 하며, 상기 권취의 종료부를 포함하는 전극 조립체(10)의 외주 면(S)에 절연재(150)를 부착시킴으로써, 전극 조립체(10)가 풀리는 것을 방지할 수 있다. 본 명세서에서, 상기 전극 조립체(10)의 외주 면(S)이란 전극 조립체(10)의 권취 방향을 따라 연장되는 외측 면을 의미할 수 있다.
상기 절연재(150)가 전극 조립체(10)의 외주 면(S)을 따라 부착됨으로써, 전극 조립체(10)의 풀림이 방지될 수 있고, 전극 조립체(10)의 스웰링이 억제될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연재(150)는 충, 방전 동작에 따른 구동 열로 인하여 전극 조립체(10)가 부풀어 오르는 스웰링을 억제할 수 있고, 전극 조립체(10)의 저항 특성을 유지하여 출력의 저항을 막을 수 있다.
상기 절연재(150)는 전극 조립체(10)의 외주 면(S)을 완전히 둘러싸지 않고 외주 면(S)의 일부만을 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 상기 절연재(150)는 전극 조립체(10)의 하부만을 둘러쌀 수 있다. 다시 말하면, 상기 전극 조립체(10)의 외주 면(S) 중에서 하부에는 절연재(150)가 부착되되, 전극 조립체(10)의 상부는 절연재(150)로부터 노출될 수 있다. 상기 절연재(150)는 전극 조립체(10)와 케이스(20) 사이에 개재되어 이들 간의 공간을 점유하는데, 전극 조립체(10)의 상부에서 절연재(150)를 제거한 만큼 남는 여유 공간은 전극 조립체(10)의 턴 수를 증가시키는 등의 에너지 밀도를 높이는데 활용될 수 있다.
본 명세서에서, 전극 조립체(10)의 상부란, 전극 조립체(10)의 전극 탭(17,19)이 인출되는 측을 의미할 수 있고, 전극 조립체(10)의 하부란, 전극 조립체(10) 중에서 전극 탭(17,19)과 반대되는 측을 의미할 수 있다.
상기 절연재(150)는 전극 조립체(10)와 케이스(20) 사이에서 점착성 접촉을 형성하면서, 전극 조립체(10)의 유동을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 절연재(150)가 전극 조립체(10)의 외주 면(S) 중에서 일부, 그러니까 하부에만 형성되더라도 전극 조립체(10)의 유동을 충분히 방지할 수 있다.
상기 절연재(150)는 전극 조립체(10)의 상부 및 하부 중에서 하부에 택일적으로 형성될 수 있다. 이에 대해 구체적으로 설명하면 이하와 같다. 즉, 상기 전극 조립체(10)의 상부로는 전극 탭(17,19)이 인출되며, 전극 탭(17,19)으로 인하여 전극 조립체(10)의 부피가 증가하고, 전극 탭(17,19)에는 충, 방전으로 인한 구동 열이 집중되므로, 전극 조립체(10)의 스웰링이 집중된다. 이때, 상기 절연재(150)는 전극 조립체(10)의 상부로부터 배제됨으로써 전극 조립체(10)의 증가된 부피를 수용하면서 과도한 내부 응력이 발생되지 않도록 어느 정도의 스웰링을 허용하도록 전극 탭(17,19)이 인출되는 상부로부터 상기 절연재(150)가 배제될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전극 조립체(10)의 상부에는 절연재(150)가 배치되지 않는다. 이때, 전극 조립체(10)의 상부에는 전극 조립체(10)와의 사이에 빈 공간이 개재될 수 있고, 전극 조립체(10)의 상부가 직접 케이스(20)와 접촉하지 않는다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 전극 조립체(10)의 상부에는 박판의 절연재(미도시)가 배치될 수 있다. 상기 박판의 절연재(미도시)는 전극 조립체(10)의 상부와 케이스(20)가 직접 접촉하지 않도록 이들을 절연시킬 수 있다. 다시 말하면, 상기 전극 조립체(10) 상부에 형성된 박판의 절연재(미도시)는, 전극 조립체(10)의 하부에 형성된 절연재(150) 보다 얇은 두께로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연재(150)는 테이프 형태로 마련될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 상기 절연재(150)는 전해질과 반응하여 점착성을 나타내는 물질로 형성될 수 있는데, 보다 구체적으로, 상기 절연재(150)는 전해질과 반응하여 그 일부가 녹아 접착성을 띠게 되는 고분자 필름(테이프)으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 필름은 전해질과의 접촉시 전해질 중 카보네이트계 용매(ex.디메틸 카보네이트 DMC, 에틸메틸 카보네이트 EMC, 프로필렌 카보네이트 PC 등)가 고분자와 고분자 사이에 침투하여 필름의 적어도 일부가 녹는 필름 일 수 있다. 예를 들어, 상기 절연재(150)로서는 방향성 폴리스티렌 (OPS: oriented polystyrene) 필름이 사용될 수 있다.
도 4 및 도 5에는 도 1에 도시된 전극 탭의 결합 구조를 설명하기 위한 도면들이 도시되어 있다. 도 6a에는 도 1에 도시된 전극 탭의 완충부를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도면들을 참조하면, 상기 제1 전극 탭(19) 및 제2 전극 탭(17)은 각각 단자 플레이트(129)와 캡 플레이트(130)에 대해 용접 결합될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1, 제2 전극 탭(17,19)에는 단자 플레이트(129) 및 캡 플레이트(130)와의 용접부(W)가 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2 전극 탭(17,19)의 일단부는 전극 조립체(10)에 대해 고정되며, 제1, 제2 전극 탭(17,19)의 타단부는 단자 플레이트(129) 또는 캡 플레이트(130)에 대해 고정될 수 있다. 상기 제1, 제2 전극 탭(7,19)의 용접을 위해, 상기 제1, 제2 전극 탭(17,19)을 단자 플레이트(129)가 결합된 캡 플레이트(130) 위에 겹쳐지게 배치한 후에, 초음파 용접을 수행한다. 그리고, 제1, 제2 전극 탭(17,19)의 용접이 완료되면, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 전극 탭(17,19)을 절곡시켜 제1, 제2 전극 탭(17,19) 위로 캡 플레이트(130)가 배치되게 한다. 도 6a의 도면번호 B는 제2 전극 탭(17)의 절곡부를 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하여 이차전지의 제조에 대해 설명하면 이하와 같다.
먼저 캡 플레이트(130)와 전극 조립체(10)를 평편하게 눕혀 놓은 상태에서, 캡 플레이트(130) 상에 제1 전극 탭(19)을 겹쳐 놓은 후, 캡 플레이트(130)와 제1 전극 탭(19) 사이에 용접을 수행한다. 한편, 상기 제1 전극 탭(19)과 반대 극성의 제2 전극 탭(17)은 전극 단자(139)와 연결된 도전 플레이트(129)에 용접될 수 있다. 즉, 캡 플레이트(130)에 조립된 도전 플레이트(129) 상에 제2 전극 탭(17)을 겹쳐 놓은 후, 도전 플레이트(129)와 전극 탭(17) 사이의 용접을 수행할 수 있다. 이렇게 전극 탭(17,19)의 용접이 완료되면, 캡 플레이트(130)를 전극 조립체(10) 위로 꺾어 올리면 전극 탭(10)이 꺾이면서 전극 조립체(10)와 연결된 하단부로부터 상부의 캡 플레이트(130)로 연장되는 상단부를 형성하게 된다. 다음에, 상기 전극 조립체(10)의 외주 면(S)을 따라 절연재(150)를 부착하고, 전극 조립체(10)와 함께 전해질(미도시)을 케이스(20) 내부에 수납한다. 그리고, 상기 전극 조립체(10)와 연결된 캡 플레이트(130)와 케이스(20) 사이를 밀봉한다. 예를 들어, 캡 플레이트(130)와 케이스(20)의 테두리를 따라 용접을 수행함으로써 케이스(20) 내부의 전극 조립체(10)가 밀봉될 수 있다.
이하에서는 제1, 제2 전극 탭(17,19) 중에서 어느 일 전극 탭, 예를 들어, 제2 전극 탭(17)을 중심으로 설명하기로 한다. 이하에서 설명될 제2 전극 탭(17)에 관한 기술적 사항은 실질적으로 제1 전극 탭(19)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 6a를 참조하면, 상기 전극 탭(17)에는 완충부(18)가 형성될 수 있다. 상기 완충부(18)는 전극 탭(17)에 가해지는 장력을 해소하고 전극 조립체(10)에 고정된 일단부(171)와 캡 플레이트(130)에 고정된 타단부(172) 사이에서 길이의 완충을 제공할 수 있다. 상기 완충부(18)는 상기 전극 탭(18) 중에서, 상기 전극 조립체(10) 측에 고정된 일단부(171)와 캡 플레이트(130) 측에 고정된 타단부(172) 사이에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전극 탭(17)의 일단부(171)와 타단부(172) 사이에는 절곡부(B)가 형성될 수 있고, 상기 완충부(18)는 상기 일단부(171)와 절곡부(B) 사이에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 전극 조립체(10)의 미동에 따라 상기 전극 탭(17)에는 장력이 걸릴 수 있고, 이 경우에는 전극 조립체(10)에 고정된 전극 탭(17)의 일단부(171)나, 캡 플레이트(130)에 고정된 전극 탭(17)의 타단부(172)에 외력이 작용하게 되어, 전극 탭(17)의 연결이 끊어질 수 있다. 이때, 상기 완충부(18)는 전극 탭(17)의 일단부(171)와 타단부(172) 사이에서 전극 탭(17)의 길이에 대한 수축/신장을 허용함으로써 전극 탭(17)의 일단부(171)와 타단부(172) 사이에서 전극 탭(17)의 연결이 끊어지는 것을 방지할 수 있다.
상기 전극 탭(17)의 완충부(18)는 금형성형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 탭(17)의 완충부(18)는 프레스 가공으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 완충부(18)는 금형성형을 통하여 형성될 수 있는데, 서로 마주하게 배치된 상부 다이(미도시) 및 하부 다이(미도시) 사이에 원소재(미도시)를 개재하여 상부 다이 및 하부 다이를 서로 마주하는 방향으로 가압하면서 원소재에 대해 상부 다이 및 하부 다이의 형상을 전사하는 금형성형의 공정으로 형성될 수 있다.
상기 전극 탭(17)의 완충부(18)는 해당 부분의 일면과 타면이 오목-볼록하게 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 전극 탭(17)의 완충부(18)는 해당 부분의 일면은 오목하고 타면은 평편한 형태로 형성될 수도 있다. 이렇게 전극 탭(17)의 완충부(18)는 모두 홈으로 총칭될 수는 있으나, 오목하게 형성된 일면과 반대되는 타면은 볼록한 형태로 형성되거나 또는 평편한 면 형태로 형성될 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에서 상기 완충부(18)는 오목한 일면과 볼록한 타면을 갖고 쐐기 형태로 각지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 완충부(18)의 일면 및 타면은 쐐기 형태로 형성될 수 있다. 다만, 상기 완충부(18)가 전극 탭(17)의 다른 부분에 비해 상대적으로 변형이 쉬운 유연성을 갖고 전극 탭(17)의 신장/수축을 허용하는 한, 상기 완충부(18)의 형태는 쐐기 형태나 각진 형태에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다.
도 6b에는 본 발명의 다른 실시형태에 적용 가능한 전극 탭의 구조가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 완충부(18`)는 오목한 일면 및 볼록한 타면을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 완충부(18`)의 일면 및 타면은 둥글게 라운드진 형태로 형성될 수 있다. 상기 완충부(18`)는 일단부(171)가 고정된 전극 조립체(10)와 타단부(172)가 고정된 캡 플레이트(130) 사이에서 전극 탭(17)의 신장/수축을 허용하면서 전극 탭(17)에 가해지는 장력을 흡수할 수 있다.
도 7에는 본 발명과 대비되는 비교예에 따른 전극 탭의 구조가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 전극 조립체(10)의 상부로부터 전극 탭(17`)이 인출될 수 있다. 이때, 상기 전극 탭(17`)에는 우회부(C)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 전극 탭(17`)의 일단부는 전극 조립체(10)와 연결되고, 전극 탭(17`)의 타단부는 캡 플레이트(130)와 연결되는데, 전극 탭(17`)의 일단부로부터 타단부로 연장되면서 우회부(C)가 형성되어 전극 탭(17`)의 일단부과 타단부 사이를 완충해줄 있다.
상기 우회부(C)가 전극 탭(17`)의 일단부와 타단부 사이를 완충해준다는 것은, 전극 조립체(10)의 유동에 따라 전극 조립체(10)에 고정된 일단부와 캡 플레이트(130)에 고정된 타단부 사이에서 장력이 작용하지 않도록 전극 탭(17`)의 일단부와 타단부 사이에 충분한 여유 길이가 확보된다는 것이고, 이를 위해 전극 탭(17`)의 일단부와 타단부 사이에 우회부(C)가 마련되어 전극 탭(17`)의 일단부와 타단부 간의 길이를 수축/신장시킬 수 있다는 것이다. 상기 우회부(C)는 전극 탭(17`)의 일단부와 타단부 사이가 최단 패스를 따라 직선적으로 연장되지 않고 휨 변형이 되어 우회하는 패스를 형성하면서 만들어질 수 있다.
상기 우회부(C)는 전극 조립체(10)의 상부 공간에 여분의 길이가 확보된 전극 탭(17`)을 끼워 넣는 과정에서 서로 겹쳐지는 부분을 갖는 우회부(C)가 자연스럽게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 상하 방향에 대해, 전극 조립체(10)로부터 전극 탭(17`)이 인출되는 방향을 상방으로 하고, 그 반대 방향을 하방으로 정의할 수 있다.
본 발명에서는 전극 조립체(10)의 유동을 방지하기 위한 절연재(150)가 마련된다. 이에 따라, 상기 전극 조립체(10)로부터 인출되는 전극 탭(17)에는 우회부가 형성되지 않을 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(10)의 외주 면(S)을 따라 부착된 절연재(150)에 의해 전극 조립체(10)가 케이스(20)에 위치 고정되므로, 전극 조립체(10)의 유동이 억제되고, 그만큼 전극 탭(17)에 우회부(C)가 마련될 필요가 없다는 것이다. 전극 탭(17)의 우회부(C)가 삭제된다는 것은, 전극 탭(17)의 길이 단축을 통하여 재료 비용이 절감되는 것 이외에, 우회부(C)를 수용하기 위한 전극 조립체(10)의 상부 공간이 삭제될 수 있다는 것을 의미한다. 도 7에 도시된 비교예에서는 전극 탭(17`)의 우회부(C)를 수용하기 위하여, 전극 조립체(10)의 상부 공간이 필요하게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시형태에서는, 전극 조립체(10)의 상부 공간이 삭제될 수 있다. 이에 따라 전극 조립체(10)의 상하 방향의 길이를 신장시킴으로써 동일한 외형 사이즈 대비 전기적 출력을 키울 수 있고 이차전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 완충부(18)는 도 7에 도시된 비교예에 따른 우회부(C)와는 다르다. 즉, 상기 완충부(18)는 상하 방향을 따라 서로 겹치는 부분이 형성되지 않으나, 비교예에 따른 우회부(C)는 상하 방향을 따라 서로 겹치는 부분이 형성된다. 예를 들어, 상기 완충부(18)는 금형성형을 통하여 형성될 수 있는데, 서로 마주하게 배치된 상부 다이(미도시) 및 하부 다이(미도시) 사이에 원소재(미도시)를 개재하여 상부 다이 및 하부 다이를 서로 마주하는 방향으로 가압하면서 원소재에 대해 상부 다이 및 하부 다이의 형상을 전사하는 금형성형의 특성상, 상기 완충부(18)에 서로 겹치는 부분이 형성될 수 없다.
상기 전극 탭(17)의 완충부(18)는 상하 방향을 따라 서로 겹치는 부분을 형성하지 않고, 그만큼 전극 조립체(10)의 상부 공간을 많이 차지하지 않는다. 이에 반하여, 도 7에 도시된 비교예에서 전극 탭(17`)의 우회부(C)는 상하 방향을 따라 서로 겹치는 부분을 포함하고, 그만큼 전극 조립체(10)의 상부 공간을 많이 차지하므로, 공간상의 제약에 따라 높은 에너지 밀도의 이차전지를 제공하기 어렵다. 도 7에 도시된 우회부(C)가 전극 탭(17`)의 연결 길이를 신장/수축시키는데 효과적일 수도 있으나, 본 발명의 일 실시형태에서는 전극 조립체(10)의 유동을 억제하기 위한 절연재(150)가 마련되므로, 전극 탭(17)의 완충부(18)로도 충분한 완충을 제공할 수 있다.
도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 전극 탭(17)의 완충부(18)에는 절연 부재가 형성될 수 있다. 상기 완충부(18)는 전극 탭(17)의 인출 방향과 다른 방향으로 볼록하게 돌출된 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 전극 탭(17)의 완충부(18)에는 절연 부재가 형성되어, 전극 조립체(10)의 서로 다른 극성 간의 단락을 방지할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 제2 전극 탭(17,19)은 다수의 제1, 제2 전극 탭을 포함할 수 있다. 여기서, 다수의 제1, 제2 전극 탭(17,19)이란, 제1 극성을 갖는 제1 전극 탭(19)이 다수로 형성되고, 제1 극성과 반대되는 제2 극성의 제2 전극 탭(17)이 다수로 형성된다는 것이다. 즉, 같은 극성끼리의 제1 전극 탭(19) 및 제2 전극 탭(17)이 각각 다수로 형성될 수 있다는 것이다.
다수의 제1, 제2 전극 탭(17,19)은 절연 스페이서(110)에 형성된 탭 홀(110`)을 관통하면서 일군의 제1, 제2 전극 탭(17,19)으로 취합되고 이렇게 일군의 제1, 제2 전극 탭(17,19)으로 취합된 상태에서 캡 플레이트(130) 또는 도전 플레이트(129)에 용접될 수 있다.
상기 절연 스페이서(110)는 캡 플레이트(130)와 전극 조립체(10) 사이에 개재되어 캡 플레이트(130)와 전극 조립체(10) 간의 전기적인 단락을 방지할 수 있다. 또한, 상기 절연 스페이서(110)는 다수의 제1, 제2 전극 탭(17,19)이 관통하기 위한 탭 홀(110`)을 포함하고, 다수의 제1, 제2 전극 탭(17,19)을 일 군의 제1, 제2 전극 탭(17,19)으로 취합하는 기능을 할 수 있다.
상기 절연 스페이서(110)는 플라스틱과 같은 고분자 절연 소재의 박판으로 형성될 수 있다. 상기 절연 스페이서(110)는 캡 플레이트(130)와 전극 조립체(10) 사이에 개재되어 이들 사이의 단락을 방지하기 위한 것인데, 본 발명의 일 실시형태에서, 절연재(150)를 통하여 전극 조립체(10)의 위치가 케이스(20)에 대해 고정된 상태에서, 상기 캡 플레이트(130)가 케이스(20)의 상단부에 결합되므로, 케이스(20)에 대해 전극 조립체(10) 및 캡 플레이트(130)의 위치가 서로 고정되어 서로에 대해 일정한 이격이 확보될 수 있다. 이때, 상기 절연 스페이서(110)는 단순한 절연 소재의 박판으로 형성될 수 있으며, 절연 스페이서(110)의 구조를 단순화시키더라도 충분한 절연성을 확보할 수 있다.
도 8에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 이차전지(100)는, 제1, 제2 전극 탭(17,19)이 인출되는 전극 조립체(10)와, 상기 전극 조립체(10) 상에 부착된 절연 스페이서(210)와, 상기 전극 조립체(10)와 절연 스페이서(210)가 함께 수용되는 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 개방된 상단을 밀봉하는 캡 플레이트(130)와, 상기 캡 플레이트(130) 외부로 노출된 전극 단자(139)와, 상기 전극 단자(139)와 전기적으로 연결되고 케이스(20) 내부에 형성된 단자 플레이트(129)를 포함할 수 있다.
상기 절연 스페이서(210)는 전극 조립체(10) 상에 부착되는 절연 테이프 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연 스페이서(210)는 단자 플레이트(129)와 전극 조립체(10) 사이에 배치될 수 있으며, 제1, 제2 전극 탭(17,19) 사이의 전극 조립체(10) 상부를 둘러싸도록 부착될 수 있다.
상기 절연 스페이서(210)는 캡 플레이트(130)와 전극 조립체(10) 사이에 개재되어 이들 사이의 단락을 방지하기 위한 것인데, 본 발명의 일 실시형태에서, 절연재(150)를 통하여 전극 조립체(10)의 위치가 케이스(20)에 대해 고정된 상태에서, 상기 캡 플레이트(130)가 케이스(20)의 상단부에 결합되므로, 케이스(20)에 대해 전극 조립체(10) 및 캡 플레이트(130)의 위치가 서로 고정되어 서로에 대해 일정한 이격이 확보될 수 있다. 이때, 상기 절연 스페이서(210)는 단순한 절연 테이프 형태로 형성될 수 있으며, 절연 스페이서(210)의 구조를 단순화시키더라도 충분한 절연성을 확보할 수 있다.
도 9에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 이차전지는, 제1, 제2 전극 탭(17,19)이 인출되는 전극 조립체(10)와, 상기 전극 조립체(10)가 수용되는 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 개방된 상단을 밀봉하는 캡 플레이트(130)와, 상기 캡 플레이트(130) 외부로 노출된 전극 단자(139)와, 상기 전극 단자(139)와 전기적으로 연결되고 케이스(20) 내부에 형성된 단자 플레이트(129)를 포함할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(130)는 서로에 대해 직접 노출될 수 있다. 여기서, 상기 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(130)가 서로에 대해 직접 노출된다는 것은, 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(130) 사이에 다른 구조가 개재되지 않고 이들이 서로 직접 마주하게 된다는 것을 의미한다. 다시 말하면, 본 실시형태에서는, 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(130) 사이에 절연 스페이서가 개재되지 않는다. 즉, 절연 스페이서가 삭제될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절연재(150)를 통하여 전극 조립체(10)의 위치가 케이스(20)에 대해 고정된 상태에서, 상기 캡 플레이트(130)가 케이스(20)의 상단부에 결합되므로, 케이스(20)에 대해 전극 조립체(10) 및 캡 플레이트(130)의 위치가 서로 고정되어 서로에 대해 일정한 이격이 확보될 수 있다. 이러한 구조에서, 상기 캡 플레이트(130)와 전극 조립체(10) 간의 절연 스페이서는 삭제될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10 : 전극 조립체 11 : 제1 전극판
13 : 제2 전극판 15 : 세퍼레이터
17 : 제2 전극탭 18 : 완충부
19 : 제1 전극탭 20 : 케이스
100 : 이차전지 110,210 : 절연 스페이서
110` : 탭 홀 130 : 캡 플레이트
125 : 절연 플레이트 129 : 단자 플레이트
135 : 절연 가스켓 139 : 전극 단자
125`,129`,130` : 단자 홀 150 : 절연재
W : 용접부

Claims (17)

  1. 완충부가 마련된 전극 탭을 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하기 위한 케이스; 및
    상기 전극 조립체와 케이스 사이에 개재된 절연재;를 포함하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연재는 상기 전극 조립체의 외주 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연재는 상기 전극 조립체와 케이스의 서로에 대해 마주하는 양쪽 면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연재는 상기 전극 탭과 반대되는 전극 조립체의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연재는 전해질과 반응하여 점착성을 나타내는 테이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 완충부는 전극 조립체 측에 고정된 전극 탭의 제1 단부와 캡 플레이트 측에 고정된 전극 탭의 제2 단부 사이에서 전극 탭의 길이 방향으로 신장/수축을 제공하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전극 탭은, 상기 제1 단부와 제2 단부 사이의 절곡부를 더 포함하고,
    상기 완충부는 상기 제1 단부와 절곡부 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 완충부는 오목한 일면과 볼록한 타면을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 완충부의 일면 및 타면은 둥글게 라운드진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 완충부의 일면 및 타면은 쐐기 형태로 각진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 완충부는 금형성형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 완충부는 전극 탭의 인출 방향인 상하 방향을 따라 서로 겹쳐지는 부분을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전극 탭은, 서로 다른 극성의 제1, 제2 전극 탭을 포함하고,
    상기 제1, 제2 전극 탭 각각은 다수로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체가 수용된 케이스를 밀봉하기 위한 캡 플레이트를 더 포함하고,
    상기 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에는 절연 스페이서가 개재되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 절연 스페이서는 고분자 절연 소재의 박판 또는 절연 테이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 절연 스페이서는 다수의 제1, 제2 전극 탭을 끼워 하나의 묶음으로 결속하기 위한 탭 홀의 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체가 수용된 케이스를 밀봉하기 위한 캡 플레이트를 더 포함하고,
    상기 전극 조립체와 캡 플레이트는, 서로에 대해 직접 노출되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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