KR20210020485A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20210020485A
KR20210020485A KR1020190099882A KR20190099882A KR20210020485A KR 20210020485 A KR20210020485 A KR 20210020485A KR 1020190099882 A KR1020190099882 A KR 1020190099882A KR 20190099882 A KR20190099882 A KR 20190099882A KR 20210020485 A KR20210020485 A KR 20210020485A
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plate
bent
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김대규
장인영
두재균
정현기
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 케이스 끝단의 부식을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며, 상단에 절곡부가 형성된 케이스; 상기 케이스의 상부에 결합되며, 상기 절곡부와 결합되는 고정부를 갖는 탑 플레이트; 및 상기 절곡부와 상기 고정부 사이에 개재된 절연 부재를 포함하고, 상기 절곡부와 상기 절연 부재 및 상기 고정부는 상기 케이스의 외측으로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다. 이러한 리튬 이온 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 및 파우치형의 이차 전지로 분류될 수 있다.
구체적으로, 원통형 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 케이스와, 케이스의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 케이스의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어진다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 케이스 끝단의 부식을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며, 상단에 절곡부가 형성된 케이스; 상기 케이스의 상부에 결합되며, 상기 절곡부와 결합되는 고정부를 갖는 탑 플레이트; 및 상기 절곡부와 상기 고정부 사이에 개재된 절연 부재를 포함하고, 상기 절곡부와 상기 절연 부재 및 상기 고정부는 상기 케이스의 외측으로 절곡될 수 있다.
상기 절연 부재는 상기 절곡부를 감쌀 수 있다.
상기 고정부의 끝단은 상기 케이스의 측면판과 이격될 수 있다.
상기 탑 플레이트는 고정부의 끝단에 형성되며, 절연 물질로 이루어진 절연부를 포함할 수 있다.
상기 탑 플레이트는 중앙에 위치한 단자 영역과, 상기 단자 영역과 상기 고정부의 사이에 위치하며 하부 방향으로 돌출된 그루브를 포함할 수 있다.
상기 고정부의 두께는 상기 단자 영역의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 케이스는 상부에 케이스의 지름이 줄어들도록 내부를 향해 경사지게 형성된 경사부를 포함할 수 있다.
상기 경사부에 의해 상기 고정부와 상기 절곡부는 상기 케이스의 외측으로 돌출되지 않을 수 있다.
상기 케이스의 내측에는 상기 절연 부재가 결합되는 단차부가 형성될 수 있다.
상기 탑 플레이트의 하부에 결합되며, 중앙에 위치한 제1관통홀과, 상기 제1관통홀의 외측에 형성된 다수의 제2관통홀을 갖는 지지 플레이트; 상기 지지 플레이트의 하부에 결합되며, 상기 제1관통홀과 대응되는 영역에 형성된 관통홀을 갖는 절연 플레이트; 및 상기 절연 플레이트의 하부에 결합되며, 상기 관통홀과 상기 제1관통홀을 통하여 상기 탑 플레이트에 전기적으로 접속된 바텀 플레이트;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 케이스의 상부에 결합되며 케이스를 밀봉하는 탑 플레이트를 구비하고, 상기 탑 플레이트는 케이스의 상단에 절연 부재와 함께 밀착된 후 케이스의 외측으로 절곡되어, 케이스 상단이 절연 부재 및 탑 플레이트에 의해 감싸지게 되므로, 케이스 상단에 녹 또는 부식이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에서 캡 조립체를 도시한 확대 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 케이스의 상부에 캡 조립체를 결합하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1에서 캡 조립체를 도시한 확대 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(120) 및 캡 조립체(140)를 포함할 수 있다. 상기 이차 전지는, 경우에 따라, 센터핀(130)을 더 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)는 제 1 전극(111)과 제 2 전극(112) 및 상기 제 1 전극(111)과 제 2 전극(112) 사이에 개재된 세퍼레이터(113)를 포함한다. 전극 조립체(110)는 제 1 전극(111), 세퍼레이터(113) 및 제 2 전극(112)의 적층제를 젤리-롤 형태로 권취하여 형성할 수 있다. 여기서, 제 1 전극(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극(112)은 음극으로서 작용할 수 있다. 전극 조립체(110)의 상부에는 제 1 전극탭(114)이 캡 조립체(140)와 연결되고, 하부에는 제 2 전극탭(115)이 케이스(120)의 하면판(122)에 연결된다.
제 1 전극(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 상기 제 1 전극(111)에는 제 1 전극 활물질이 도포되지 않은 제 1 전극 무지부가 형성되며, 상기 제 1 전극 무지부에는 제 1 전극탭(114)이 부착된다. 제 1 전극탭(114)의 일단은 제 1 전극(111)에 전기적으로 연결되며, 타단은 전극 조립체(110)의 상부로 돌출되어 캡 조립체(140)와 전기적으로 연결된다.
제 2 전극(112)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 제 2 전극(112)에는 제 2 전극 활물질이 도포되지 않은 제 2 전극 무지부가 형성되며, 상기 제 2 전극 무지부에는 제 2 전극탭(115)이 부착된다. 제 2 전극탭(115)의 일단은 제 2 전극(112)에 전기적으로 연결되며, 타단은 전극 조립체(110)의 하부로 돌출되어 케이스(120)의 하면판(122)과 전기적으로 연결된다.
세퍼레이터(113)는 제 1 전극(111)과 제 2 전극(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
더불어, 전극 조립체(110)와 케이스(120)의 하면판(122) 사이에 제1절연판(116)이 개재될 수 있다. 이러한 제1절연판(116)은 전극 조립체(110)가 케이스(120) 중 하면판(122)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제1절연판(116)은 전극 조립체(110) 중 제 1 전극(111)이 하면판(122)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 상기 제1절연판(116)은 중앙에 형성된 제1홀(116a)과, 상기 제1홀(116a)의 외측에 형성된 제2홀(116b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1홀(116a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 센터핀(130)을 통해 상부로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(116b)은 제 2 전극탭(115)이 관통하여 하면판(122)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다.
또한, 전극 조립체(120)와 캡 조립체(140) 사이에 제2절연판(117)이 개재될 수 있다. 이러한 제2절연판(117)은 전극 조립체(110)가 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제2절연판(117)은 전극 조립체(110) 중 제 2 전극(112)이 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉하지 않도록 하는 역할을 한다. 상기 제2절연판(117)은 중앙에 형성된 제1홀(117a)과, 상기 제1홀(117a)의 외측에 형성된 다수의 제2홀(117b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1홀(117a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 캡 조립체(140)로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(117b)은 제 1 전극탭(114)이 관통하여 캡 조립체(140)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한, 나머지 제2홀(117b)은 전해액 주입 공정에서, 전해액이 상기 전극 조립체(110)로 신속히 흘러 들어가도록 하는 역할을 한다.
더불어, 제1,2절연판(116, 117)의 제1홀(116a, 117a)의 직경은 센터핀(130)의 직경보다 작게 형성됨으로써, 외부 충격에 의해 센터핀(130)이 케이스(120)의 하면판(122) 또는 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 한다.
케이스(120)는 상기 전극 조립체(110)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(121)과, 측면판(121)의 하부를 밀폐하는 하면판(122)을 포함한다. 케이스(120)의 상단 개구부는 전극 조립체(110)를 삽입한 후에 밀폐하도록 개방되어 있다. 또한, 케이스(120)의 상단에는 캡 조립체(140)를 고정하기 위한 절곡부(123)가 형성된다. 상기 절곡부(123)는 캡 조립체(140)의 탑 플레이트(150)와 결합된 후, 케이스(120)의 외측으로 절곡되어 캡 조립체(140)를 케이스(120)에 고정시킬 수 있다. 또한, 절곡부(123)와 탑 플레이트(150) 사이에는 절연 부재(190)가 삽입되어, 케이스(120)와 캡 조립체(140)를 절연시킬 수 있다. 상기 케이스(120)와 캡 조립체(140) 사이의 결합 방법은 하기에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
센터핀(130)은 속이 비어 있는 원형 파이프 형태로서, 전극 조립체(110)의 대략 중앙에 결합될 수 있다. 이러한 센터핀(130)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 폴리부틸렌 테프탈레이트(PolyButylene Terepthalate)로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 이러한 센터핀(130)은 이차 전지의 충방전 중 전극 조립체(110)의 변형을 억제하는 역할을 하며, 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스의 이동 통로 역할을 한다.
캡 조립체(140)는 탑 플레이트(150), 지지 플레이트(160), 절연 플레이트(170), 바텀 플레이트(180) 및 절연 부재(190)를 포함할 수 있다.
탑 플레이트(150)는 중앙에 위치하며 하면에 적어도 하나의 노치(152)가 형성된 단자 영역(151)을 포함할 수 있다. 상기 단자 영역(151)은 이차 전지(100)의 단자 역할을 하여, 외부 장치(예를 들면, 부하 또는 충전기)에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 노치(152)는 이차 전지(100)의 내부 가스 압력이 미리 정해진 파단 압력보다 클 경우 파단됨으로써, 이차 전지(100)의 내부 가스를 외부로 신속하게 방출하는 역할을 한다. 또한, 탑 플레이트(150)의 가장자리에는 케이스(120)의 절곡부(123)와 결합되어 상기 탑 플레이트(150)를 케이스(120)에 고정시키는 고정부(153)가 형성된다. 또한, 탑 플레이트(150)는 고정부의 내측에 위치하며 하부 방향으로 볼록하게 형성된 그루브(154)를 더 포함할 수 있다. 이러한 탑 플레이트(150)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물로 형성될 수 있으며, 이에 따라 알루미늄 재질의 버스바 또는 외부 리드 등이 용이하게 용접될 수 있다.
지지 플레이트(160)는 탑 플레이트(150)의 하부에 위치하며, 상기 탑 플레이트(150)의 단자 영역(151)에 밀착되게 형성된다. 상기 지지 플레이트(160)는 대략 중앙에 형성된 제1관통홀(161)과, 상기 제1관통홀(161)의 외측에 형성된 다수의 제2관통홀(162)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1관통홀(161)은 하기할 바텀 플레이트(170)가 관통하여 탑 플레이트(150)에 전기적으로 접속되도록 하는 통로 역할을 한다. 상기 제2관통홀(162)은 이차 전지(100)의 내부 가스가 이동하는 통로이며, 상기 제2관통홀(162)을 통해 이차 전지(100)의 내부 가스 압력이 탑 플레이트(150)에 직접 인가될 수 있다.
이러한 지지 플레이트(160)는 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물로 형성될 수 있다. 상기 지지 플레이트(160)는 캡 조립체(140)에 외부 힘이 가해질 때, 탑 플레이트(150)를 지지하여 탑 플레이트(150)의 변형을 방지하는 역할을 한다.
절연 플레이트(170)는 지지 플레이트(160)의 하부에 위치(부착)되고, 제1관통홀(161)과 대응되는 영역에 형성된 관통홀(171)을 포함할 수 있다. 이러한 절연 플레이트(170)는 하부에서 보았을 때 일정 폭을 갖는 원형 링 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연 플레이트(170)는 지지 플레이트(160)와 바텀 플레이트(180)를 상호간 절연시키는 역할을 한다. 절연 플레이트(170)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 지지 플레이트(160)와 바텀 플레이트(180)의 사이에 개재되어 초음파 용접될 수 있다. 이러한 절연 플레이트(170)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 폴리에틸렌(PE: polyethylene), 폴리프로필렌(PP: polypropylene), 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무(EPDM rubber: ethylene propylene diene monomer (M-class) rubber) 또는 그 등가물로 형성될 수 있다.
바텀 플레이트(180)는 절연 플레이트(170)의 관통홀(171) 및 지지 플레이트(160)의 제1관통홀(161)을 통하여 탑 플레이트(150)에 전기적으로 접속되며, 절연 플레이트(170)에 부착된다. 즉, 바텀 플레이트(180)는 탑 플레이트(150)의 단자 영역(151)에 접속(용접)되는 제1영역(181), 제1영역(181)으로부터 절곡되어 지지 플레이트(160)의 제1관통홀(161)과 절연 플레이트(170)의 관통홀(171)을 관통하는 제2영역(182), 제2영역(182)으로부터 절곡되어 절연 플레이트(170)에 부착되는 제3영역(183)을 포함할 수 있다. 도 2에서 미설명 도면 부호 184는 바텀 플레이트(180)의 제1영역(181)을 탑 플레이트(150)의 단자 영역(151) 중 하면에 용접시키는 용접 영역이다.
여기서, 바텀 플레이트(180)의 제3영역(183)에 상술한 제 1 전극탭(114)이 전기적으로 접속될 수 있다. 더욱이, 바텀 플레이트(180)의 제1영역(181)에는 적어도 하나의 노치(185)가 형성된다. 이러한 노치(185)는 이차 전지(100)의 내부 가스 압력이 미리 결정된 압력보다 클 경우, 탑 플레이트(150)가 상부 방향으로 볼록하게 변형되는데, 이때 바텀 플레이트(180)의 제1영역(181)이 제2영역(182)으로부터 분리되도록 하는 역할을 한다. 물론, 이에 따라 탑 플레이트(150)와 바텀 플레이트(180) 사이의 전류 경로가 차단된다. 이러한 바텀 플레이트(180)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 그 등가물로 형성될 수 있으며, 이에 따라 알루미늄 재질의 제 1 전극탭(114)이 용이하게 용접될 수 있다.
절연 부재(190)는 케이스(120)의 절곡부(123)와 탑 플레이트(150)의 고정부(153) 사이에 개재되어, 케이스(120)와 탑 플레이트(150) 사이를 절연시키는 역할을 한다. 상기 절연 부재(190)는 케이스(120)의 내측에서 케이스(120)의 상단, 즉, 절곡부(123)를 감싸도록 케이스(120)의 외측으로 연장되게 형성되며, 절곡부(123) 및 고정부(153)와 함께 케이스(120)의 외측으로 절곡될 수 있다. 물론, 상기 절연 부재(190)는 케이스(120)의 외측에서 케이스(120)의 상단을 감싸도록 케이스(120)의 내측으로 연장되게 형성될 수도 있다. 상기 절연 부재(190)는 제 1 전극탭(114)과 전기적으로 연결된 탑 플레이트(150)와, 제 2 전극탭(115)과 전기적으로 연결된 케이스(120) 사이를 절연시킬 수 있다. 또한, 상기 절연 부재(190)는 탑 플레이트(150)와 케이스(120) 사이에 개재되어, 상호간 밀착 시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 절연 부재(190)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 케이스의 상부에 캡 조립체를 결합하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 케이스(120)의 상단부, 즉 절곡부(123)와 탑 플레이트(150)의 가장자리, 즉 고정부(153)가 상부를 향하도록 배치한다. 이때, 케이스(120)와 탑 플레이트(150) 사이에 절연 부재(190)가 개재되어 있다. 또한, 탑 플레이트(150)에는 그루브(154)가 형성되어 있으며, 고정부(153)가 상부를 향하도록 되어 있다. 따라서, 케이스(120)의 외측에서부터 케이스(120), 절연 부재(190), 탑 플레이트(150)의 순으로 배열되어 있다.
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 절연 부재(190)를 케이스(120)의 외측 방향으로 절곡하여 케이스(120)의 상단부를 감싸도록 한다. 이때, 절연 부재(190)의 내측에 위치한 탑 플레이트(150)의 고정부(153)도 절연 부재(190)와 함께 케이스(120)의 외측 방향으로 절곡될 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(190)는 대략 180도로 절곡되고, 탑 플레이트(150)의 고정부(153)는 대략 90도로 절곡될 수 있다.
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 케이스(120)와 절연 부재(190) 및 탑 플레이트(150)를 함께 케이스(120)의 외측 방향으로 대략 180도 절곡하여, 탑 플레이트(150)를 케이스(120)에 고정시킬 수 있다. 다시 말해, 상기 절곡부(123)와 절연 부재(190) 및 고정부(153)를 함께 케이스(120)의 외측 방향으로 말아서 또는 절곡하여 탑 플레이트(150)를 케이스(120)에 고정시킬 수 있다. 따라서, 케이스(120)의 절곡부(123)는 절연 부재(190) 및 탑 플레이트(150)의 고정부(153)에 의해 감싸져 외부로 노출되지 않고, 고정부(153)가 케이스(120)의 최외측으로 노출된다. 상기 케이스(120)의 절곡부(123)는 케이스(120)의 외측 방향으로 절곡되어, 케이스(120)의 측면판(121)과 평행하게 형성될 수 있다. 또한, 탑 플레이트(150)의 고정부(153)의 끝단은 케이스(120)의 측면판(121)으로부터 이격되게 형성된다. 구체적으로, 고정부(153)의 끝단과 케이스(120)의 측면판(121) 사이의 간격은 대략 1.2mm 이상으로 형성되어, 탑 플레이트(150)와 케이스(120) 사이의 아크 발생을 억제하여 단락을 방지할 수 있다. 여기서, 탑 플레이트(150)와 케이스(120) 사이의 결합 및 고정하는 공정을 롤링 공정이라고 지칭할 수 있다.
더불어, 롤링 공정에서 탑 플레이트(150)와 케이스(120) 사이의 가압 및 밀착을 용이하게 하기 위해, 상기 탑 플레이트(150)에서 고정부(153)의 내측에는 하부 방향으로 돌출된 그루브(154)가 형성될 수 있다. 즉, 롤링 공정에서 그루브(154)와 케이스(120)의 외측으로 롤링 기구를 삽입하여 고정부(153)와 절연 부재(190) 및 절곡부(123)를 외측으로 말아서 상호간에 결합 및 고정을 용이하게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 케이스(120)의 상부에 결합되며 케이스(120)를 밀봉하는 탑 플레이트(150)를 구비하고, 상기 탑 플레이트(150)의 고정부(153)는 케이스(120)의 상단에 절연 부재(190)와 함께 밀착된 후 케이스(120)의 외측으로 절곡된다. 따라서, 본 발명은 케이스(120) 상단이 절연 부재(190) 및 탑 플레이트(150)에 의해 감싸지게 되므로, 케이스(120) 상단에 녹 또는 부식이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 탑 플레이트(150)가 케이스(120)의 상단에 절연 부재(190)와 함께 밀착된 후 케이스(120)의 외측으로 절곡되므로, 종래와 같이 케이스의 내측을 향해 클램핑 할 때 중심으로 향해지는 응력이 발생되지 않게 된다. 따라서, 본 발명은 탑 플레이트(150)의 변형을 방지하여 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(200)는 전극 조립체(110), 케이스(220) 및 탑 플레이트(250)를 포함할 수 있다.
케이스(220)의 측면판(121)의 상단 내측에는 단차부(224)가 형성될 수 있다. 상기 단차부(224)에는 절연 부재(190)가 결합될 수 있다. 즉, 단차부(224)는 상기 절연 부재(190)가 케이스(220) 내측에 안정적으로 위치하도록 절연 부재(190)를 지지하는 역할을 할 수 있다.
탑 플레이트(250)는 롤링 공정을 원활히 하기 위해, 고정부(253)의 곡률 반경을 도 2에 도시된 고정부(153)의 곡률 반경보다 크게 형성할 수 있다. 이에 따라, 탑 플레이트(250)에서 그루브(154)와 고정부(253) 사이 영역이 경사지게 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(300)는 전극 조립체(110), 케이스(220) 및 탑 플레이트(350)를 포함할 수 있다.
탑 플레이트(350)는 고정부(353)의 두께(D2)가 단자 영역(151)의 두께(D1)보다 얇게 형성될 수 있다(D1>D2). 예를 들어, 상기 고정부(353)의 두께(D2)는 상기 단자 영역(151)의 두께(D1)의 약 50%로 형성될 수 있다. 이와 같이, 고정부(353)의 두께(D2)를 단자 영역(151)의 두께(D1)보다 얇게 형성하면, 단자 영역(151)을 통해 탑 플레이트(150)의 강도를 확보하는 동시에 고정부(353)가 탑 플레이트(350)를 케이스(120)에 용이하게 결합할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(400)는 전극 조립체(110), 케이스(420) 및 탑 플레이트(150)를 포함할 수 있다.
케이스(420)의 상단에는 탑 플레이트(150)와 결합되는 절곡부(423)가 형성된다. 상기 절곡부(423)는 탑 플레이트(150)의 고정부(153)와 결합된 후 케이스(420)의 외측으로 절곡되어, 탑 플레이트(150)를 케이스(420)에 고정시킬 수 있다. 이때, 상기 절곡부(423)는 측면판(121)과 수직하게 절곡될 수 있다. 다시 말해, 상기 절곡부(423)는 측면판(121)으로부터 대략 90도로 절곡될 수 있다. 또한, 상기 절곡부(423)는 절연 부재(190) 및 고정부(153)에 의해 감싸지게 되어 외부로 노출되지 않는다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(500)는 전극 조립체(110), 케이스(120) 및 탑 플레이트(550)를 포함할 수 있다.
탑 플레이트(550)는 단자 영역(151), 노치(152), 고정부(153), 그루브(154) 및 절연부(555)를 포함할 수 있다. 상기 절연부(555)는 고정부(153)의 끝단에 형성된다. 절연부(555)는 고정부(153)의 끝단에 절연 물질을 코팅(coating) 또는 디핑(dipping)하여 형성될 수 있다. 일부 예에서, 상기 절연부(555)는 PI 코팅 또는 테프론 코팅으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 고정부(153)의 끝단에 절연부(555)를 형성하면, 롤링 공정시 탑 플레이트(550)가 케이스(120)에 단락되는 것을 확실하게 방지할 수 있으므로, 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(600)는 전극 조립체(110), 케이스(620) 및 탑 플레이트(650)를 포함할 수 있다.
케이스(620)는 측면판(121)에 형성된 경사부(624)를 포함한다. 상기 경사부(624)는 케이스(620)의 상부에 위치하며, 케이스(620)의 지름이 점차 줄어들도록 케이스(620)의 내부를 향해 경사지게 형성된다. 따라서, 경사부(624)는 케이스(620) 내부에 안착된 전극 조립체(110)의 유동을 방지할 수 있다. 더불어, 상기 경사부(624)에 의해 탑 플레이트(650)의 고정부(653)와 케이스(620)의 절곡부(623)가 롤링 공정 후 케이스(620)의 측면판(121)의 외측으로 돌출되지 않게 된다. 즉, 경사부(624)에 의해 케이스(620)의 상단부 지름이 줄어들어 고정부(653)와 절곡부(623)가 케이스(620)의 측면판(121)의 내측에 위치하게 되므로, 이차 전지(600)의 부피를 줄일 수 있게 된다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(700)는 전극 조립체(110), 케이스(120) 및 탑 플레이트(750)를 포함할 수 있다.
탑 플레이트(750)는 단자 영역(151), 노치(152) 및 고정부(753)를 포함할 수 있다. 상기 고정부(753)의 끝단은 절연 부재(190)에 의해 감싸져 외부로 노출되지 않게 된다. 다시 말해, 케이스(120)의 측면판(121)과 고정부(753)의 끝단 사이에는 절연 부재(1910)가 위치할 수 있다. 더불어, 상기 탑 플레이트(750)는 도 2에 도시된 그루브(154)를 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 탑 플레이트(750)는 단자 영역(151)에서 고정부(753)까지 대략 평평한 플레이트 형태로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 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.
100: 이차 전지 110: 전극 조립체
120: 케이스 121: 측면판
122: 하면판 123: 절곡부
130: 센터핀 140: 캡 조립체
150: 탑 플레이트 151: 단자 영역
152: 노치 153: 고정부
154: 그루브 160: 지지 플레이트
170: 절연 플레이트 180: 바텀 플레이트
190: 절연 부재

Claims (10)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며, 상단에 절곡부가 형성된 케이스;
    상기 케이스의 상부에 결합되며, 상기 절곡부와 결합되는 고정부를 갖는 탑 플레이트; 및
    상기 절곡부와 상기 고정부 사이에 개재된 절연 부재를 포함하고,
    상기 절곡부와 상기 절연 부재 및 상기 고정부는 상기 케이스의 외측으로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 부재는 상기 절곡부를 감싸는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부의 끝단은 상기 케이스의 측면판과 이격된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑 플레이트는 고정부의 끝단에 형성되며, 절연 물질로 이루어진 절연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑 플레이트는
    중앙에 위치한 단자 영역과,
    상기 단자 영역과 상기 고정부의 사이에 위치하며 하부 방향으로 돌출된 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고정부의 두께는 상기 단자 영역의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상부에 케이스의 지름이 줄어들도록 내부를 향해 경사지게 형성된 경사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 경사부에 의해 상기 고정부와 상기 절곡부는 상기 케이스의 외측으로 돌출되지 않는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스의 내측에는 상기 절연 부재가 결합되는 단차부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑 플레이트의 하부에 결합되며, 중앙에 위치한 제1관통홀과, 상기 제1관통홀의 외측에 형성된 다수의 제2관통홀을 갖는 지지 플레이트;
    상기 지지 플레이트의 하부에 결합되며, 상기 제1관통홀과 대응되는 영역에 형성된 관통홀을 갖는 절연 플레이트; 및
    상기 절연 플레이트의 하부에 결합되며, 상기 관통홀과 상기 제1관통홀을 통하여 상기 탑 플레이트에 전기적으로 접속된 바텀 플레이트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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