KR20210021842A - 이차전지 - Google Patents

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KR20210021842A
KR20210021842A KR1020190101313A KR20190101313A KR20210021842A KR 20210021842 A KR20210021842 A KR 20210021842A KR 1020190101313 A KR1020190101313 A KR 1020190101313A KR 20190101313 A KR20190101313 A KR 20190101313A KR 20210021842 A KR20210021842 A KR 20210021842A
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electrode
tab
plate
case
cap plate
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KR1020190101313A
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이종하
김유미
전병민
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

이차전지가 개시되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 제1전극 및 제2전극 사이에 세퍼레이터가 개재되는 전극조립체, 일측에 개구를 가지며, 상기 전극조립체가 수용되는 케이스 및 상기 개구에 결합되어 상기 케이스를 밀폐하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡조립체는, 상기 케이스에 결합되어 상기 개구를 덮는 캡플레이트, 상기 캡플레이트에 결합되는 단자플레이트 및 상기 단자플레이트 및 상기 캡플레이트 사이에 배치되어 상기 단자플레이트 및 상기 캡플레이트와 열융착되는 열융착부재를 포함한다.

Description

이차전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초소형 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
대표적인 이차 전지에는 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다.
특히, 최근에는 블루투스(Bluetooth)를 이용한 헤드폰, 이어폰, 스마트워치(Smartwatch), 신체 부착형 의료기기 등의 웨어러블 디바이스(Wearable devices)에 대한 수요가 증가함에 따라, 에너지 밀도가 높으면서 초소형의 이차 전지의 필요성이 증가하고 있다.
이러한 초소형 이차전지는 제한된 크기 내에서 요구되는 전기적 용량을 확보하고, 효과적인 경량화를 도모하면서 효율적인 구조를 구현하고 구조적 안정성을 향상시키는 것이 중요한 과제가 된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명의 실시예는 효율적인 구조를 구현하고, 경량화를 도모하며 전기적 용량을 향상시키고, 구조적인 안정성을 확보할 수 있는 이차전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 제1전극 및 제2전극 사이에 세퍼레이터가 개재되는 전극조립체, 일측에 개구를 가지며, 상기 전극조립체가 수용되는 케이스 및 상기 개구에 결합되어 상기 케이스를 밀폐하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡 조립체는, 상기 케이스에 결합되어 상기 개구를 덮는 캡플레이트, 상기 캡플레이트에 결합되는 단자플레이트 및 상기 단자플레이트 및 상기 캡플레이트 사이에 배치되어 상기 단자플레이트 및 상기 캡플레이트와 열융착되는 열융착부재를 포함한다.
상기 단자플레이트 및 상기 캡플레이트는 상기 열융착부재와 접촉되는 표면이 에칭되어 상기 열융착부재가 결합될 수 있다.
상기 제1전극으로부터 연장되는 제1전극탭 및 상기 제2전극으로부터 연장되는 제2전극탭을 더 포함하고, 상기 케이스 및 캡플레이트는 상기 제1전극탭을 통해 상기 제1전극과 전기적으로 연결되며, 상기 단자플레이트는 상기 제2전극탭을 통해 상기 제2전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 캡플레이트에는 단자홀이 형성되며, 상기 단자플레이트는, 상기 단자홀을 마주보도록 배치되고, 상기 제2전극탭이 결합되는 탭결합부 및 상기 탭결합부를 둘러싸며, 상기 열융착부재가 결합되는 플렌지부를 포함할 수 있다.
상기 열융착부재는 상기 플렌지부를 따라 연장되는 환형을 가지며 상기 플렌지부와 상기 캡플레이트 사이를 밀봉할 수 있다.
상기 단자플레이트는 상기 캡플레이트의 외측면상에 배치되어 상기 플렌지부가 외부로 노출될 수 있다.
상기 단자플레이트는 상기 탭결합부가 상기 플렌지부보다 상기 단자홀측으로 만입되고, 상기 제2전극탭은 상기 단자홀을 통해 상기 탭결합부의 내측면에 용접될 수 있다.
상기 전극조립체는 상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 세퍼레이터가 센터핀을 중심으로 권취되며, 상면이 상기 캡조립체를 향하고, 하면이 상기 케이스의 바닥을 향하며, 상기 제1전극탭은 상기 전극조립체의 상기 하면으로부터 연장되어 상기 케이스의 바닥에 용접되고, 상기 제2전극탭은 상기 전극조립체의 상기 상면으로부터 연장되어 상기 탭결합부에 용접될 수 있다.
상기 단자홀은 상기 캡플레이트의 중앙에 위치되고, 상기 센터핀은 상기 전극조립체의 상면으로부터 상기 탭결합부를 향해 돌출되며, 상기 제2전극탭은 상기 센터핀의 상기 상단에 지지되어 상기 탭결합부에 용접될 수 있다.
상기 캡플레이트는 테두리가 상기 케이스의 개구를 둘러싸는 측벽 단부와 용접될 수 있다.
상기 이차전지는 직경에 대한 높이의 비율이 1 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예는 효율적인 구조를 구현하고, 경량화를 도모하며 전기적 용량을 향상시키고, 구조적인 안정성을 확보할 수 있는 이차전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차전지에 대한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 단면도이다.
도 4는 도 3의 B영역을 확대한 도면이다.
도 5는 도 1의 이차전지를 A-A선을 따라 절개한 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 이차전지에 관한 것이며, 그 크기는 다양할 수 있으나 바람직하게는 헤드폰, 이어폰, 스마트워치(Smartwatch), 신체 부착형 웨어러블 디바이스(Wearable devices) 등에 이용될 수 있도록 크기가 매우 작은 초소형 이차전지일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 각형, 원통형, 핀형 등 다양한 형태 및 종류의 이차전지에 적용될 수 있으나, 바람직하게는 코인형 또는 버튼형 전지일 수 있다. 코인형 또는 버튼형 전지는 얇은 동전이나 단추와 같은 형태를 가지며, 초소형 전지로 활용될 수 있고, 이차전지의 직경(L)에 대한 높이(H)의 비율(높이/직경)이 1 이하인 전지로 정의될 수 있다.
코인형 또는 버튼형 전지는 단면 형상의 원형을 가지는 원통형일 수 있으며, 다만 이에 한정되는 것은 아니고 타원형 또는 다각형의 단면 형상을 가질 수도 있다.
여기서 직경(L)은 도 3에 도시된 바와 같이 전극조립체(200)가 내장되는 케이스(190) 측면간의 최대 거리를 의미하고, 높이(H)는 전지의 편평한 바닥면에서 전지의 편평한 상단면까지의 최소 거리를 의미하며, 케이스(190) 하면으로부터 캡 조립체(100)의 상면까지로 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 다양한 크기, 다양한 종류 및 형상일 수 있으나, 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 대한 설명의 편의성을 위해, 단면 형상이 원형을 가지는 코인형 전지를 예로서 설명한다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 이차전지의 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 단면도가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 제1전극 및 제2전극 사이에 세퍼레이터가 개재되는 전극조립체(200), 일측에 개구를 가지며, 상기 전극조립체(200)가 수용되는 케이스(190) 및 상기 개구에 결합되어 상기 케이스(190)를 밀폐하는 캡 조립체(100)를 포함하고, 상기 캡조립체는, 상기 케이스(190)에 결합되어 상기 개구를 덮는 캡플레이트(120), 상기 캡플레이트(120)상에 결합되는 단자플레이트(140) 및 상기 단자플레이트(140) 및 상기 캡플레이트(120) 사이에 배치되어 상기 단자플레이트(140) 및 상기 캡플레이트(120)와 열융착되는 열융착부재(160)를 포함한다.
전극조립체(200)는 코팅부 및 무지부를 가질 수 있는 제1전극과 제2전극을 포함한다. 제1전극은 양극이고 제2전극은 음극일 수 있으며, 이와 반대의 경우도 가능하다. 상기 제1전극 및 제2전극 사이에는 전기적 절연을 위한 세퍼레이터가 개재될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 전극조립체(200)는 적층형으로 구비될 수도 있으나, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터가 센터핀(210)을 중심으로 함께 권취되는 젤리-롤(jelly-roll) 형태를 가질 수 있다.
전극조립체(200)가 권취형에 해당되는 경우, 도 3과 같이 전극조립체(200)는 편평한 상면 및 하면을 가질 수 있고, 곡면으로 이루어진 측면을 가질 수 있으며, 센터핀(210)은 이차전지의 높이방향과 나란할 수 있다. 즉, 전극조립체(200)는 상면이 캡 조립체(100)를 향하고, 하면이 케이스(190)의 바닥을 향할 수 있다.
제1전극은 음극일 수 있으며, 길게 이어진 띠 형상으로 이루어지고, 금속박(예를 들면, Cu 포일)의 집전체에 음극 활물질층이 도포된 영역인 음극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 음극 무지부를 포함한다. 음극 무지부는 음극의 길이 방향으로 일측 단부에 위치할 수 있다.
제2전극은 양극일 수 있으며, 길게 이어진 띠 형상으로 이루어지고, 금속박(예를 들면, Al 포일)의 집전체에 양극 활물질층이 도포된 영역인 양극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 양극 무지부를 포함한다. 양극 무지부는 양극의 길이 방향으로 일측 단부에 위치할 수 있다.
케이스(190)는 전극조립체(200)가 수용되는 수용공간을 가지며, 일측에 개구가 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 케이스(190)는 도 2 내지 3에 도시된 바와 같이 상면에 개구가 형성되고, 내부에 전극조립체(200)가 수용될 수 있다. 개구는 케이스(190)의 측면이나 바닥에 형성될 수도 있으나, 본 발명의 설명을 위해 이하에서는 케이스(190)의 상면에 개구가 형성되는 것을 기준으로 설명한다.
케이스(190)는 알루미늄(Al)이나 스테인레스(SUS) 등 전기 전도성의 금속 소재로 이루어질 수 있고, 케이스(190)의 형태는 원통형이나 각형 등 필요에 따라 다양할 수 있으나, 도 1 내지 2에는 본 발명의 일 실시예로서 권취형 전극조립체(200)가 수용되는 원통 형상의 케이스(190)가 도시되어 있다.
캡 조립체(100)는 도 1 및 3에 도시된 바와 같이 케이스(190)의 개구에 결합되고, 케이스(190)의 수용공간을 밀폐할 수 있다. 케이스(190)와의 결합 방식은 금속간 용접이나 플라스틱 용접, 테이프나 접착제를 이용하여 결합 등 다양한 방식이 가능할 수 있다.
한편, 캡 조립체(100)는 캡플레이트(120), 단자플레이트(140) 및 열융착부재(160)를 포함할 수 있다.
캡플레이트(120)는 케이스(190)와 직접 결합되며, 케이스(190)와 같이 알루미늄 또는 스테인레스와 같은 전기 전도성의 금속 소재로 이루어질 수 있고, 도 2에 도시된 것처럼 케이스(190)의 개구와 대응되는 단면을 가지는 플레이트 형상으로 구비될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 그 소재 및 형상은 다양할 수 있다.
한편, 캡플레이트(120)는 케이스(190)의 개구에 결합되는데, 그 결합방식은 다양할 수 있으며, 도 3에는 캡플레이트(120)의 둘레가 케이스(190)의 측벽상에 안착되고 용접 등의 방식으로 상호 결합된 모습이 도시되어 있다.
단자플레이트(140)는 캡플레이트(120)에 결합된다. 단자플레이트(140)는 캡플레이트(120)와 절연된 상태로 캡플레이트(120)에 직접 결합될 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 도 1 내지 3에 도시된 것처럼 열융착부재(160)를 매개로 캡플레이트(120)에 결합될 수 있다.
단자플레이트(140)는 전극조립체(200)의 제1전극 및 제2전극 중 어느 하나와 전기적으로 연결되며, 외부의 전자기기에 구비되는 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 도 3은 도시된 이차전지에서 B영역을 확대한 도면이다. 열융착부재(160)는 캡플레이트(120) 및 단자플레이트(140)의 사이에 배치되고, 캡플레이트(120) 및 단자플레이트(140)와 마주보며 열융착된다. 즉, 열융착부재(160)는 캡플레이트(120) 및 단자플레이트(140)를 상호 결합시키는 매개체가 된다.
열융착부재(160)는 폴리머 등 전기 절연성 소재로 형성될 수 있고, 레이저 등을 이용하여 용융되어 캡플레이트(120) 및 단자플레이트(140)에 융착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 열융착부재(160)를 통해 단자플레이트(140)를 캡플레이트(120)에 결합시킴으로써, 별도의 절연용 구성을 추가하지 않고도 단자플레이트(140)와 캡플레이트(120) 사이를 효과적으로 절연하면서 안정적인 결합 구조를 형성할 수 있다.
코인형 전지의 경우, 초소형으로 제작되어 공간적 측면에서 설계적인 제한을 가질 수 있으며, 이에 따라 구조 및 제조 공정을 단순화하면서 기능성을 확보할 필요가 있는데, 본 발명의 일 실시예는 열융착부재(160)를 통해 단자플레이트(140)와 캡플레이트(120)간 절연과 결합이 함께 이루어질 수 있어 효과적이다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 도 3 및 4에 도시된 것처럼 상기 단자플레이트(140) 및 상기 캡플레이트(120)가 상기 열융착부재(160)와 접촉되는 표면이 에칭되어 상기 열융착부재(160)가 결합될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예는 레이저 등으로 용융되는 열융착부재(160)와 금속 소재로 이루어지는 캡플레이트(120) 및 단자플레이트(140)간의 결합력이 향상될 수 있도록, 단자플레이트(140) 및 캡플레이트(120)에서 열융착부재(160)와의 결합표면(147)이 에칭될 수 있다.
에칭 작업은 레이저 또는 화학 약품을 이용할 수 있고, 에칭된 결합표면(147)은 용융된 열융착부재(160)가 스며들어 더욱 강한 결합력을 형성할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따라 단자플레이트(140)와 캡플레이트(120)에서 열융착부재(160)가 결합되는 결합표면(147)이 에칭된 모습이 개략적으로 도시되어 있으며, 도 4에는 에칭된 결합표면(147)에 열융착부재(160)가 스며들어 결합력이 증가된 모습이 개략적으로 도시되어 있다.
한편, 단자플레이트(140) 및 캡플레이트(120)의 결합표면(147)은 크롬 등의 금속이 코팅될 수 있으며, 이러한 크로마이징 공정을 통해 상기 에칭된 결합표면(147)의 내부식성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 상기 제1전극으로부터 연장되는 제1전극탭(232) 및 상기 제2전극으로부터 연장되는 제2전극탭(234)을 더 포함하고, 상기 케이스(190) 및 캡플레이트(120)는 상기 제1전극탭(232)을 통해 상기 제1전극과 전기적으로 연결되고, 상기 단자플레이트(140)는 상기 제2전극탭(234)을 통해 상기 제2전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1전극탭(232)은 전극조립체(200)의 제1전극으로부터 연장되어 케이스(190) 또는 캡플레이트(120)에 결합될 수 있다. 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따라 케이스(190)의 바닥에 제1전극탭(232)이 결합된 모습이 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1전극탭(232)은 전기 전도성의 금속 소재로 이루어질 수 있고, 제1전극과 일체형으로 구비되거나 별도로 제조되어 제1전극에 용접 등의 방식으로 결합될 수 있으며, 제1전극과 전기적으로 연결되어 같은 극성을 가진다.
또한, 제1전극탭(232)과 결합되어 전기적으로 연결되는 케이스(190)는 제1전극과 같은 극성을 가질 수 있으며, 케이스(190)와 용접 등의 방식으로 결합되는 캡플레이트(120)는 케이스(190)와 함께 제1전극과 같은 극성을 가질 수 있다.
제2전극탭(234)은 전극조립체(200)의 제2전극으로부터 연장되어 단자플레이트(140)와 결합될 수 있다. 제2전극탭(234)은 제2전극과 일체형으로 구비되거나 별도로 제조되어 제2전극에 용접 등의 방식으로 결합될 수 있다.
제2전극탭(234)은 전기 전도성의 금속 소.재로 이루어질 수 있고, 제2전극과 전기적으로 연결되어 동일한 극성을 가진다. 또한, 제2전극탭(234)과 전기적으로 연결되는 단자플레이트(140)는 제2전극과 같은 극성을 가질 수 있다.
제2전극탭(234)과 단자플레이트(140)는 별도의 매개체를 이용하여 상호 결합관계를 가질 수도 있고, 도 3에 도시된 것처럼 용접 등의 방식으로 상호 직접 결합될 수도 있다.
도 3을 참고할 때, 제1전극탭(232)과 제2전극탭(234)은 케이스(190) 등과의 전기적 절연이 요구될 수 있으며, 케이스(190) 등과의 전기적 절연을 위해 표면에 전기 절연성 소재가 코팅된 형태로 이용될 수 있다.
또한, 단자플레이트(140)와 결합되는 제2전극탭(234)과 캡플레이트(120) 사이에 전기적 절연이 이루어지도록, 캡플레이트(120)와 제2전극탭(234)의 사이에는 절연필름(235) 등이 배치될 수 있다.
절연필름(235)은 캡플레이트(120)의 내측면 전체에 구비될 수도 있고, 도 3에 도시된 것처럼 제2전극탭(234)과 마주보는 일측에 구비될 수도 있다.
제1전극탭(232)을 통해 제1전극과 전기적으로 연결되는 캡플레이트(120) 및 제2전극탭(234)을 통해 제2전극과 전기적으로 연결되는 단자플레이트(140)는 서로 다른 극성을 가지므로, 단락을 방지하기 위해 상호간의 전기적 절연이 요구되며, 본 발명의 일 실시예는 열융착부재(160)를 통해 단자플레이트(140) 및 캡플레이트(120)간의 전기적 절연이 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 상기 캡플레이트(120)에 단자홀(123)이 형성되며, 상기 단자플레이트(140)는, 상기 단자홀(123)를 마주보도록 배치되고, 상기 제2전극탭(234)이 결합되는 탭결합부(143) 및 상기 탭결합부(143)를 둘러싸며, 상기 열융착부재(160)가 결합되는 플렌지부(145)를 포함할 수 있다.
캡플레이트(120)에서 단자홀(123)은 다양한 크기 및 형상으로 형성될 수 있다. 단자플레이트(140)는 단자홀(123)보다 더 큰 직경을 가질 수 있으며, 단자홀(123)을 마주하는 탭결합부(143) 및 상기 탭결합부(143)를 둘러싸는 플렌지부(145)를 포함할 수 있다.
탭결합부(143)에는 제2전극탭(234)이 결합될 수 있다. 예컨대, 단자플레이트(140)가 캡플레이트(120)의 내측면상에 존재하는 경우에는 단자홀(123)을 통해 레이저 용접을 수행하여 탭결합부(143)에 제2전극탭(234)이 용접될 수 있고, 단자플레이트(140)가 캡플레이트(120)의 외측면상에 존재하는 경우에는 제2전극탭(234)이 단자홀(123)을 통해 탭결합부(143)에 접촉 및 용접될 수 있다.
플렌지부(145)는 탭결합부(143)를 감싸며 열융착부재(160)와 접촉되는 결합표면(147)을 가질 수 있다. 즉, 단자플레이트(140)는 중앙측의 탭결합부(143)가 제2전극탭(234)과 결합되고, 둘레측의 플렌지부(145)가 열융착부재(160)와 결합될 수 있다.
초소형의 코인형 전지의 경우 크기가 작아 설계상의 공간적 제약이 존재할 수 있는데, 위와 같이 공간적 제약이 있는 경우에도 본 발명의 일 실시예는 도 3에 도시된 것처럼 단자플레이트(140)에 탭결합부(143) 및 플렌지부(145)를 별개로 설정함으로써, 단자플레이트(140)와 캡플레이트(120)간의 결합과 동시에 단자플레이트(140)가 제2전극탭(234)간의 결합이 가능한 구조를 효과적으로 구현할 수 있다.
한편, 상기 열융착부재(160)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 플렌지부(145)를 따라 연장되는 환형을 가지며 상기 플렌지부(145)와 상기 캡플레이트(120) 사이를 밀봉할 수 있다. 단자홀(123)의 형성에 의해 단자플레이트(140)와 캡플레이트(120) 사이는 케이스(190)의 내부공간과 연통될 수 있고, 이에 따라 케이스(190) 내부를 밀봉하기 위한 실링 구조가 요구될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 열융착부재(160)는 탭결합부(143)를 둘러싸는 플렌지부(145)에 대응되도록 환형을 가지며 플렌지부(145) 및 캡플레이트(120) 사이에 배치됨으로써, 캡플레이트(120)에 단자홀(123)을 형성하고 단자플레이트(140)를 캡플레이트(120)에 결합함과 동시에 안정적인 밀봉 구조를 형성할 수 있다.
한편, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 상기 단자플레이트(140)는 상기 캡플레이트(120)의 외측면상에 배치되어 상기 플렌지부(145)가 외부로 노출될 수 있다.
즉, 단자플레이트(140)는 캡플레이트(120)에서 전극조립체(200)를 향하는 내측면의 반대측에 해당되는 외측면상에 배치되어 외부로 노출된다. 이 경우, 도 3과 같이 탭결합부(143)와 제2전극탭(234)은 단자홀(123)을 통해 상호 결합될 수 있고, 플렌지부(145)는 탭결합부(143) 주변을 둘러싸는 구조를 가질 수 있다.
탭결합부(143)는 단자홀(123)과 대응되는 형상 및 크기로 설정될 수 있으며, 플렌지부(145)는 탭결합부(143) 둘레를 감싸므로 상기 단자홀(123)보다 더 큰 직경을 가질 수 있다.
외부로 노출된 단자플레이트(140)는 탭결합부(143) 뿐만 아니라 플렌지부(145) 또한 단자로서 기능할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지가 외부 전자기기에 삽입되는 경우, 외부 전자기기의 단자가 제2전극탭(234)이 결합되어 있는 탭결합부(143)와 이격된 상황이라도, 상기 외부 전지기기의 단자가 단자플레이트(140)의 플렌지부(145)와 접촉될 수 있어 이차전지의 사용을 용이하게 한다.
즉, 본 발명의 일 실시예는 플렌지부(145)가 형성된 단자플레이트(140)를 캡플레이트(120)의 외측에 배치함으로써, 단자플레이트(140)상에서 외부 전자기기의 단자와 접촉 가능한 영역을 증가시킬 수 있어 설계적 측면에서 유리할 수 있다.
나아가, 설계적인 측면에서 정밀성이 요구되는 초소형의 이차전지, 예컨대 초소형의 코인형 전지의 경우, 위와 같이 단자 위치 등 외부 전자기기와의 관계에서 설계적인 정밀성이 요구될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예는 플렌지부(145)를 외부로 노출시킴으로써 단자와의 접촉 가능 면적을 증가시키므로 유리할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 이차전지와 달리 도 3의 이차전지는 단자플레이트(140)의 탭결합부(143)가 플렌지부(145)와 나란하게 위치되며, 도 1의 이차전지를 A-A선을 따라 절개한 단면을 나타내는 도 5는 단자플레이트(140)의 탭결합부(143)가 플렌지부(145)에 대해 단자홀(123)측으로 만입된 구조를 나타낸다.
도 1 및 5를 참고할 때, 본 발명의 일 실시예에서 상기 단자플레이트(140)는 상기 탭결합부(143)가 상기 플렌지부(145)보다 상기 단자홀(123)측으로 만입되고, 상기 제2전극탭(234)은 상기 단자홀(123)을 통해 상기 탭결합부(143)의 내측면에 용접될 수 있다.
도 5을 참고할 때, 단자플레이트(140)의 중앙측에 위치되는 탭결합부(143)는 주변의 플렌지부(145)보다 하방으로 만입된 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 탭결합부(143)의 하면과 제2전극탭(234)간의 거리가 줄어들고, 레이저 등을 이용한 효과적인 용접이 수행될 수 있으며, 케이스(190)와 캡플레이트(120)간 결합이 선행되더라도 제2전극탭(234)에 대한 레이저 용접 등이 수행될 수 있어 유리하다.
한편, 상기 전극조립체(200)는 상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 세퍼레이터가 센터핀(210)을 중심으로 권취되며, 상면이 상기 캡조립체를 향하고, 하면이 상기 케이스(190)의 바닥을 향하며, 상기 제1전극탭(232)은 상기 전극조립체(200)의 상기 하면으로부터 연장되어 상기 케이스(190)의 바닥에 용접되고, 상기 제2전극탭(234)은 상기 전극조립체(200)의 상기 상면으로부터 연장되어 상기 탭결합부(143)에 용접될 수 있다.
도 2, 3 및 5에는 본 발명의 일 실시예로서 권회축에 해당되는 센터핀(210)을 중심으로 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터가 권취된 귄취형 전극조립체(200)가 도시되어 있다. 도 2 및 3을 참고할 때, 전극조립체(200)의 상면은 캡 조립체(100)를 향하고, 하면은 케이스(190)의 바닥을 향할 수 있다.
위와 같이 센터핀(210)이 상하로 연장된 상태의 권취형 전극조립체(200)를 이용함으로써 케이스(190)의 수용공간을 효과적으로 활용하여 에너지밀도를 향상시킬 수 있으며, 나아가 코인형 전지와 같이 편평하고 납작한 형태의 이차전지를 구현함에 있어 효과적일 수 있다.
한편, 제1전극탭(232)은 도 5에 도시된 바와 같이 전극조립체(200)의 하면으로부터 연장될 수 있으며, 이에 따라 전극조립체(200)의 하면과 마주하는 케이스(190) 바닥에 간단하고 효율적인 경로를 따라 연장되어 용접될 수 있다.
또한, 제2전극탭(234)은 도 5에 도시된 바와 같이 전극조립체(200)의 상면으로부터 연장될 수 있으며, 탭결합부(143)와의 거리를 줄이고 간단하고 효율적인 경로를 따라 연장되어 탭결합부(143)에 용접될 수 있다.
한편, 상기 단자홀(123)은 상기 캡플레이트(120)의 중앙에 위치되고, 상기 센터핀(210)은 상기 전극조립체(200)의 상면으로부터 상기 탭결합부(143)를 향해 돌출되며, 상기 제2전극탭(234)은 상기 센터핀(210)의 상기 상단에 지지되어 상기 탭결합부(143)에 용접될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 단자홀(123)이 캡플레이트(120)의 중앙측에 위치됨에 따라, 센터핀(210)에 의해 지지되는 제2전극탭(234)이 탭결합부(143)와 마주하는 것이 용이해진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 전극조립체(200)는 중앙에 센터핀(210)을 포함할 수 있으며, 센터핀(210)은 전기적 절연성을 가지는 다양한 소재로 마련될 수 있다. 센터핀(210)은 캡 조립체(100)를 향하는 상단이 전극조립체(200)의 상면보다 탭결합부(143)를 향해 돌출될 수 있다.
제2전극탭(234)은 센터핀(210)의 상단에 지지되어 캡플레이트(120)의 탭결합부(143)에 접촉될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예는 탭결합부(143)가 플렌지부(145)와의 관계에서 단자홀(123)측으로 만입된 형상을 가지고, 센터핀(210)이 전극조립체(200)의 상면에서 돌출되어 제2전극탭(234)을 지지함으로써, 제2전극탭(234)과 탭결합부(143)간의 접촉이 안정적으로 이루어질 수 있다.
따라서, 제2전극탭(234)은 케이스(190)와 캡 조립체(100)간의 결합 전은 물론 결합 후라도 외부에서의 레이저 용접 등을 통해 탭결합부(143)와 효과적으로 결합될 수 있다.
한편, 도 1 내지 3과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 상기 캡플레이트(120)는 테두리가 상기 케이스(190)의 개구를 둘러싸는 측벽 단부와 용접될 수 있다.
도 3 및 5에 도시된 것처럼 케이스(190)의 개구를 둘러싸는 측벽은 단부에 캡플레이트(120)의 테두리가 안착되기 위한 안착홈이 형성될 수 있고, 상기 안착홈은 상기 측벽에서 케이스(190)의 내부공간을 향하도록 마련될 수 있다.
이에 따라, 캡플레이트(120)는 테두리가 케이스(190)의 측벽상에 안착될 수 있고, 상기 안착홈에 캡플레이트(120)의 테두리가 안착된 상태에서 용접 등이 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 직경(L)에 대한 높이(H)비가 1 이하의 코인 형태를 가질 수 있다.
즉, 본 발명에서 코인형 전지는 직경(L)에 대한 높이(H)의 비율이 1 이하인 편평하고 얇은 형태의 전지로 이해될 수 있으며, 코인형 전지는 초소형의 크기를 구현하는 데에 유리할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예는 매우 작은 초소형의 코인형 전지에 적용될 수 있으며, 작은 크기의 이차전지에서도 열융착부재(160)를 통해 단자플레이트(140)와 캡플레이트(120)간의 결합과 절연을 동시에 실현하고, 탭결합부(143)와 제2전극탭(234)간의 결합을 용이하게 수행할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 캡 조립체 120 : 캡플레이트
123 : 단자홀 140 : 단자플레이트
143 : 탭결합부 145 : 플렌지부
147 : 결합표면 160 : 열융착부재
190 : 케이스 200 : 전극조립체
210 : 센터핀 232 : 제1전극탭
234 : 제2전극탭

Claims (11)

  1. 제1전극 및 제2전극 사이에 세퍼레이터가 개재되는 전극조립체;
    일측에 개구를 가지며, 상기 전극조립체가 수용되는 케이스; 및
    상기 개구에 결합되어 상기 케이스를 밀폐하는 캡 조립체;를 포함하고,
    상기 캡조립체는,
    상기 케이스에 결합되어 상기 개구를 덮는 캡플레이트;
    상기 캡플레이트에 결합되는 단자플레이트; 및
    상기 단자플레이트 및 상기 캡플레이트 사이에 배치되어 상기 단자플레이트 및 상기 캡플레이트와 열융착되는 열융착부재;를 포함하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단자플레이트 및 상기 캡플레이트는 상기 열융착부재와 접촉되는 표면이 에칭되어 상기 열융착부재가 결합되는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극으로부터 연장되는 제1전극탭; 및
    상기 제2전극으로부터 연장되는 제2전극탭;을 더 포함하고,
    상기 케이스 및 캡플레이트는 상기 제1전극탭을 통해 상기 제1전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 단자플레이트는 상기 제2전극탭을 통해 상기 제2전극과 전기적으로 연결되는 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 캡플레이트에는 단자홀이 형성되며,
    상기 단자플레이트는,
    상기 단자홀을 마주보도록 배치되고, 상기 제2전극탭이 결합되는 탭결합부; 및
    상기 탭결합부를 둘러싸며, 상기 열융착부재가 결합되는 플렌지부;를 포함하는 이차전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열융착부재는 상기 플렌지부를 따라 연장되는 환형을 가지며 상기 플렌지부와 상기 캡플레이트 사이를 밀봉하는 이차전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 단자플레이트는 상기 캡플레이트의 외측면상에 배치되어 상기 플렌지부가 외부로 노출되는 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단자플레이트는 상기 탭결합부가 상기 플렌지부보다 상기 단자홀측으로 만입되고,
    상기 제2전극탭은 상기 단자홀을 통해 상기 탭결합부의 내측면에 용접되는 이차전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전극조립체는 상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 세퍼레이터가 센터핀을 중심으로 권취되며, 상면이 상기 캡조립체를 향하고, 하면이 상기 케이스의 바닥을 향하며,
    상기 제1전극탭은 상기 전극조립체의 상기 하면으로부터 연장되어 상기 케이스의 바닥에 용접되고,
    상기 제2전극탭은 상기 전극조립체의 상기 상면으로부터 연장되어 상기 탭결합부에 용접되는 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단자홀은 상기 캡플레이트의 중앙에 위치되고,
    상기 센터핀은 상기 전극조립체의 상면으로부터 상기 탭결합부를 향해 돌출되며,
    상기 제2전극탭은 상기 센터핀의 상기 상단에 지지되어 상기 탭결합부에 용접되는 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 캡플레이트는 테두리가 상기 케이스의 개구를 둘러싸는 측벽 단부와 용접되는 이차전지.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 이차전지는 직경에 대한 높이의 비율이 1 이하인 이차전지.
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