KR20210145489A - 이차전지 - Google Patents

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KR20210145489A
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최정우
이병익
하지광
박진섭
이경택
송민영
김상훈
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 이차전지에 관한 것으로, 일단에 음극탭이 형성되고, 타단에 양극탭이 형성된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며, 서로 마주보는 양단이 개구된 케이스; 및 상기 케이스의 개구된 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 캡 어셈블리를 포함한다.
본 발명에 따르면, 캡 어셈블리를 케이스의 양방향으로 형성함으로써 전극 조립체의 양극 및 음극탭과 캡 어셈블리의 양극 및 음극 터미널 방향이 같아져 집전체의 형상이 단순해지고 길이를 최소화할 수 있게 된다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명의 실시예는 양방향 터미널을 갖는 각형 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비한 전극 조립체와, 일측이 개구되어 전해액과 함께 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 케이스의 개구된 일측을 밀폐하는 캡 어셈블리를 포함한다.
일반적으로 이차전지의 캡 어셈블리는 전극 조립체의 양극 및 음극과 전기적으로 연결되는 양극 터미널 및 음극 터미널을 구비한다. 양극 터미널과 음극 터미널 중 어느 하나는 전극 조립체의 전극탭과 방향이 다르기 때문에 전극탭과 캡 어셈블리의 터미널을 연결하는 집전체의 형상이 복잡하고 길이가 길어지는 문제가 있다.
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 발명의 목적은 전극 조립체의 양극 및 음극탭과 캡 어셈블리의 양극 및 음극 터미널 방향이 같아지도록 캡 어셈블리를 케이스의 양방향으로 형성한 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 일단에 음극탭이 형성되고, 타단에 양극탭이 형성된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며, 서로 마주보는 양단이 개구된 케이스; 및 상기 케이스의 개구된 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 캡 어셈블리를 포함한다.
상기 음극탭 및 상기 양극탭은 상기 전극 조립체의 권취축 길이 방향 양단에 각각 배치되는 것이 특징이다.
상기 케이스는 길이 방향 양단이 개구된 것이 특징이다.
상기 캡 어셈블리는 상기 케이스의 일단에 결합되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 형성되고 상기 음극탭에 전기적으로 연결되는 음극 터미널을 갖는 음극쪽 캡 어셈블리; 및 상기 케이스의 타단에 결합되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 형성되고 상기 양극탭에 전기적으로 연결되는 양극 터미널을 갖는 양극쪽 캡 어셈블리 포함한다.
상기 음극 터미널 및 양극 터미널은 외부 단자와 전기적으로 연결되는 터미널 플레이트와, 상기 음극탭 또는 양극탭과 전기적으로 연결되는 집전체와, 상기 집전체 및 상기 터미널 플레이트에 결합되어 상기 집전체 및 상기 터미널 플레이트를 전기적으로 연결하는 단자핀을 각각 포함한다.
상기 캡 어셈블리는 상기 음극 터미널 및 양극 터미널의 상기 터미널 플레이트와 상기 캡 플레이트의 사이에 각각 배치되는 절연 소재의 제1 절연부재와, 상기 단자핀과 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 절연 소재의 제2 절연부재와, 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제3 절연부재와, 상기 제3 절연부재와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제4 절연부재를 각각 포함한다.
상기 캡 어셈블리는 상기 음극 터미널의 상기 터미널 플레이트와 상기 캡 플레이트의 사이에 배치되는 절연 소재의 제1 절연부재와, 상기 단자핀과 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 절연 소재의 제2 절연부재와, 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제3 절연부재와, 상기 제3 절연부재와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제4 절연부재를 포함하고, 상기 양극 터미널의 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제3 절연부재와, 상기 제3 절연부재와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제4 절연부재를 포함한다.
각각의 상기 제4 절연부재는 판면에 상기 음극탭 또는 상기 양극탭이 삽입되는 슬릿이 관통 형성된 것이 특징이다.
상기 음극탭 또는 상기 양극탭은 상기 제3 절연부재와 상기 제4 절연부재의 사이에서 상기 집전체와 각각 전기적으로 연결되는 것이 특징이다.
또한, 본 발명은 길이 방향의 양단에 서로 다른 극성을 갖는 전극탭이 각각 형성된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며, 길이 방향의 양단이 개구된 케이스; 및 상기 케이스의 개구된 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 캡 어셈블리를 포함하는 이차전지를 제공한다.
상기 캡 어셈블리는 상기 케이스의 개구된 단부에 결합되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 형성되고 상기 전극탭에 전기적으로 연결되는 터미널과, 절연 소재로 만들어진 복수의 절연부재를 포함한다.
상기 터미널은 외부 단자와 전기적으로 연결되는 터미널 플레이트와, 상기 전극탭과 전기적으로 연결되는 집전체와, 상기 집전체 및 상기 터미널 플레이트에 결합되어 상기 집전체 및 상기 터미널 플레이트를 전기적으로 연결하는 단자핀을 포함한다.
상기 캡 어셈블리는 상기 터미널 플레이트와 상기 캡 플레이트의 사이에 배치되는 제1 절연부재와, 상기 단자핀과 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 제2 절연부재와, 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 제3 절연부재와, 상기 제3 절연부재와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 제4 절연부재를 포함한다.
상기 제4 절연부재는 판면에 상기 전극탭이 삽입되는 슬릿이 관통 형성된 것이 특징이다.
상기 전극탭은 상기 제3 절연부재와 상기 제4 절연부재의 사이에서 상기 집전체와 전기적으로 연결되는 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 캡 어셈블리를 케이스의 양방향으로 형성함으로써 전극 조립체의 양극 및 음극탭과 캡 어셈블리의 양극 및 음극 터미널 방향이 같아져 집전체의 형상이 단순해지고 길이를 최소화할 수 있게 된다.
또한, 이차전지의 양방향에 터미널이 있기 때문에 이차전지의 길이 방향에 대한 조립 자유도가 향상되고, 이에 따라 이차전지의 길이를 크게 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 이차전지의 부분 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 이차전지의 종단면도이다.
도 4a는 도 1에 따른 캡 어셈블리의 음극 터미널 부분을 도시한 횡단면도이다.
도 4b는 도 4a에 따른 캡 어셈블리의 평면도이다.
도 4c는 도 4a에 따른 캡 어셈블리의 배면도이다.
도 5a는 도 1에 따른 캡 어셈블리의 양극 터미널 부분을 도시한 횡단면도이다.
도 5b는 도 5a에 따른 캡 어셈블리의 평면도이다.
도 5c는 도 5a에 따른 캡 어셈블리의 배면도이다.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 따른 이차전지에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1에 따른 이차전지의 부분 분해 사시도이다. 도 3은 도 1에 따른 이차전지의 종단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차전지(1)는 전극 조립체(10)와 케이스(30), 한 쌍의 캡 어셈블리(50, 60)를 포함할 수 있다.
이차전지(1)는 서로 마주보는 양단이 개구된 케이스(30) 내부에 전극 조립체(10)가 수용되며, 개구된 양단 각각에 캡 어셈블리(50, 60)가 하나씩 결합되어 케이스(30)를 밀폐한다.
전극 조립체(10)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 음극판(11a), 세퍼레이터, 양극판(13a)이 적층되거나 권취되어 형성될 수 있다.
음극판(11a)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 음극 기재에 흑연 또는 탄소 등의 음극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 음극 기재의 일부 영역에는 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부가 형성될 수 있다. 음극 무지부 상에 음극탭(11b)이 형성되고, 후술할 음극 집전체에 의해 음극탭(11b)과 후술할 음극 터미널(520)이 전기적으로 연결될 수 있다. 음극탭(11b)은 전극 조립체(10)의 권취축 길이 방향을 따라 일측을 향하도록 형성될 수 있다.
양극판(13a)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 양극 기재에 전이금속산화물 등의 양극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 양극 기재의 일부 영역에는 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부가 형성될 수 있다. 양극 무지부 상에 양극탭(13b)이 형성되고, 후술할 양극 집전체(630)에 의해 양극탭(13b)과 후술할 양극 터미널(620)이 전기적으로 연결될 수 있다. 양극탭(13b)은 전극 조립체(10)의 권취축 길이 방향을 따라 타측을 향하도록 형성될 수 있다.
즉, 전술한 음극탭(11b)과 양극탭(13b)은 전극 조립체(10)의 권취축 길이 방향을 따라 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다. 예시적으로, 음극탭(11b)과 양극탭(13b)은 도 1을 기준으로 이차전지(1)의 길이 방향을 따라 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
세퍼레이터는 음극판(11a)과 양극판(13a)의 사이에 배치되어 쇼트를 방지하고, 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 세퍼레이터는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름 등으로 이루어질 수 있으나, 여기에 한정되지 않는다.
케이스(30)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 일 예로, 케이스(30)는 직육면체 형상일 수 있으며, 길이 방향의 양단부가 개구될 수 있다. 케이스(30)의 내부에 전해액과 함께 전극 조립체(10)가 수용되고, 개구된 양단에는 캡 어셈블리(50, 60)가 각각 결합되어 케이스(30)를 밀폐할 수 있다.
이하에서는 캡 어셈블리(50, 60)의 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4a는 도 1에 따른 캡 어셈블리의 음극 터미널 부분을 도시한 횡단면도이다. 도 4b는 도 4a에 따른 캡 어셈블리의 평면도이다. 도 4c는 도 4a에 따른 캡 어셈블리의 배면도이다.
도 2 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 음극쪽 캡 어셈블리(50)는 캡 플레이트(510), 음극 터미널(520), 복수의 절연부재(526, 528, 540, 550)를 포함할 수 있다.
도 2, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(510)는 케이스(30)의 개구를 밀봉하며, 케이스(30)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 또한, 예시적으로 캡 플레이트(510)는 케이스(30)의 개구 형상에 대응하는 직사각형 형상일 수 있다. 예를 들어, 캡 플레이트(510)는 레이저 용접 방식으로 케이스(30)에 결합될 수 있다. 캡 플레이트(510)에는 주액구(512) 및 음극 안전벤트(514)가 형성되고, 음극 터미널(520)이 결합될 수 있다.
주액구(512)는 전해액을 케이스(30) 내부로 주입하기 위한 홀이며, 별도의 마개 등에 의해 실링될 수 있다. 음극 안전벤트(514)는 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치가 형성되며, 이차전지(1)의 내압 상승 시 가스를 배출하는 역할을 한다.
도 2 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 음극 터미널(520)은 터미널 플레이트(522), 단자핀(524), 제1 및 제2 절연부재(526, 528), 음극 집전체(530)를 포함할 수 있다.
도 2, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 터미널 플레이트(522)는 외부로 노출된 캡 플레이트(510)의 판면 상에 형성되며(편의상 외부면으로 정의함), 대략 사각형의 플레이트(plate) 형상이다. 터미널 플레이트(522)는 음극 단자라고도 하며, 금속으로 형성되어 외부 단자와 전기적으로 연결된다. 터미널 플레이트(522)는 단자핀(524)에 의해 음극 집전체(530)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 터미널 플레이트(522)의 하면(도 4a 기준 하면)에는 단자핀(524)이 결합되는 관통홀 또는 홈 형태의 결합부가 형성될 수 있다. 터미널 플레이트(522)와 캡 어셈블리(50)의 사이에는 제1 절연부재(526)가 삽입된다.
제1 절연부재(526)는 터미널 플레이트(522)의 형상에 대응하는 플레이트 형상을 가지며, 터미널 플레이트(522)와 캡 플레이트(510) 사이를 절연해 단락을 방지한다.
도 2 내지 도 4a에 도시된 바와 같이, 단자핀(524)은 볼트와 유사한 형상을 가지며, 음극 집전체(530)와 터미널 플레이트(522)를 전기적으로 연결한다. 단자핀(524)과 캡 플레이트(510)의 사이에 소정의 폭을 갖는 링 형상의 제2 절연부재(528)가 삽입되어 이들 사이를 절연한다. 단자핀(524)은 음극 집전체(530)에 결합된 상태로 일단이 제2 절연부재(528)와 캡 플레이트(510), 제1 절연부재(526)를 순차적으로 관통해 터미널 플레이트(522)까지 연장되어 터미널 플레이트(522)와 접촉된다.
도 2 내지 도 4a, 도 4c에 도시된 바와 같이, 음극 집전체(530)는 후술할 제3 및 제4 절연부재(540, 550) 사이에 배치되며, 음극 터미널(520) 및 음극탭(11b)과 전기적으로 연결된다. 좀더 상세하게 살펴보면, 음극 집전체(530)는 소정 크기를 갖는 스트립(작은 플레이트) 형상으로, 도전성 금속으로 형성된다. 음극 집전체(530)의 일측에는 단자핀이 결합되는 핀결합부가 형성되고, 타측은 휘어지거나 절곡되어 음극탭(11b)에 전기적으로 연결될 수 있다.
또는, 음극 집전체(530)는 핀삽입부(532a)가 형성된 얇은 판 형상의 메인 집전판(532)과 음극탭(11b) 전기적으로 연결되는 얇은 판 형상의 보조 집전판(534)으로 구성되고, 메인 집전판(532)과 보조 집전판(534)이 전기적으로 연결될 수도 있다(도면에는 음극 집전체가 2개로 구성된 예를 도시하였음). 메인 집전판(532)과 보조 집전판(534), 메인 집전판(532)과 음극탭(11b)의 연결은 예시적으로 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있으나 여기에 한정되지 않는다.
도 2 내지 도 4a, 도 4c에 도시된 바와 같이, 제3 절연부재(540) 및 제4 절연부재(550)는 절연 소재로 만들어지며, 캡 플레이트(510)의 형상에 대응하는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 다만, 제3 절연부재(540) 및 제4 절연부재(550)는 판면에 관통 형성된 슬릿이나 홀의 크기, 높이가 다르게 형성될 수 있다.
제3 절연부재(540)는 캡 플레이트(510)의 내부면과 전극 조립체(10) 사이에 구비되어 이들 사이를 절연함으로써 단락을 방지한다. 제3 절연부재(540) 상에는 전술한 주액구(512) 및 음극 안전벤트(514)의 위치에 대응하여 제1 관통홀(542) 및 제2 관통홀(544)이 형성된다. 제1 관통홀(542) 및 제2 관통홀(544)을 통해 전해액의 주입 및 가스 이동이 이루어진다. 또한, 제3 절연부재(540) 상에는 전술한 단자핀(524)이 관통하는 제3 관통홀(546)이 형성된다. 제3 관통홀(546)을 통해 제3 절연부재(540)와 제4 절연부재(550) 사이에 배치되는 메인 집전판(532)과 결합된 단자핀(524)이 터미널 플레이트(522)까지 연장될 수 있다.
제4 절연부재(550)는 제3 절연부재(540)와 전극 조립체(10) 사이에 구비되어 전극 조립체(10)의 단부를 절연한다. 제4 절연부재(550)의 높이(H1, 도 4a를 기준으로 상하방향 폭)는 메인 집전판(532) 및 보조 집전판(534)의 배치 공간을 형성하므로 제3 절연부재(540)의 높이(H2)보다 높게 형성될 수 있다. 또한, 제4 절연부재(550) 상에는 음극탭(11b)이 관통되는 슬릿(552)과, 전술한 주액구(512) 및 음극 안전벤트(514)의 위치 및 형상에 대응하는 제4 관통홀(554) 및 제5 관통홀(556)이 형성된다. 슬릿(552)을 통해 음극탭(11b)이 제3 절연부재(540)와 제4 절연부재(550)의 사이로 돌출되고, 돌출된 음극탭(11b)에 전술한 보조 집전판(534)이 전기적으로 연결된다.
도 5a는 도 1에 따른 캡 어셈블리의 양극 터미널 부분을 도시한 횡단면도이다. 도 5b는 도 5a에 따른 캡 어셈블리의 평면도이다. 도 5c는 도 5a에 따른 캡 어셈블리의 배면도이다.
도 2 내지 도 3, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 양극쪽 캡 어셈블리(60)는 캡 플레이트(610), 양극 터미널(620), 복수의 절연부재(640, 650)를 포함할 수 있다.
캡 플레이트(610)에는 주액구(612) 및 양극 안전벤트(614)가 형성되고, 양극 터미널(620)이 결합될 수 있다.
양극 터미널(620)은 터미널 플레이트(622), 단자핀(624), 양극 집전체(630)를 포함할 수 있다. 터미널 플레이트(622)와 캡 어셈블리(60)의 사이에는 제1 절연부재(626)가 삽입된다. 단자핀(624)은 볼트와 유사한 형상을 가지며, 양극 집전체(630)와 터미널 플레이트(622)를 전기적으로 연결한다. 그러나 전술한 도 4a의 음극쪽 캡 어셈블리(50)와는 다르게 제1 및 제2 절연부재(626, 628)를 생략하고 구현할 수 있다(도 5a 참조). 물론 음극쪽 캡 어셈블리(50)와 동일한 구조를 채택할 수도 있다.
양극 집전체(630)는 핀삽입부(632A)가 형성된 얇은 판 형상의 메인 집전판(632)과 양극탭(13b) 전기적으로 연결되는 얇은 판 형상의 보조 집전판(634)으로 구성되고, 메인 집전판(632)과 보조 집전판(634)이 전기적으로 연결된다.
제3 절연부재(640)는 캡 플레이트(610)의 내부면과 전극 조립체(10) 사이에 구비되어 이들 사이를 절연함으로써 단락을 방지한다. 제4 절연부재(650)는 제3 절연부재(640)와 전극 조립체(10) 사이에 구비되어 전극 조립체(10)의 단부를 절연한다.
양극쪽 캡 어셈블리(60)가 음극쪽 캡 어셈블리(50)와 다르게 도시된 것처럼 보이나, 이는 도면의 각도 상 차이일 뿐 양극쪽 캡 어셈블리(60)와 전술한 음극쪽 캡 어셈블리(50)는 동일한 구조를 갖는다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 이차전지(1)는 전극 조립체(10)의 권취축의 길이 방향 양단으로 각각 음극탭(11b) 및 양극탭(13b)이 연장 형성되어 케이스(30)에 수납되고, 케이스(30)의 길이 방향 양단에 각각 캡 어셈블리(50, 60)가 결합되는 구조를 갖는다. 음극탭 및 양극탭이 전극 조립체의 양쪽 방향에 배치된 구조에서 캡 어셈블리가 한 쪽에만 구비되면, 음극 집전체 및 양극 집전체의 길이가 길어지고 형상이 복잡해진다.
그러나 본 발명은 한 쌍의 캡 어셈블리(50, 60) 구비되어 음극탭(11b) 및 양극탭(13b) 방향에 각각 하나씩 배치되므로 음극탭(11b) 및 양극탭(13b)이 직결될 수 있어 음극 집전체(530) 및 양극 집전체(630)의 길이가 짧아지고 형상이 단순화 및 최소화될 수 있다. 이는 케이스(30) 내부에 존재하는 데드 스페이스(dead space)가 감소되기 때문으로, 이차전지(1)의 부피당 에너지 밀도를 향상시키는 효과가 있다(일방향 터미널 구조 대비 약 50Wh/L 증가).
또한, 이차전지(1)의 양방향에 터미널이 구비되기 때문에 한쪽 방향에만 터미널이 있는 구조에 비해 전극판의 반응 균일성이 상대적으로 좋아져 이차전지(1)의 수명이 향상되는 효과가 있다.
또한, 이차전지(1)의 양방향에 터미널이 구비되기 때문에 이차전지(1)의 길이 방향에 대한 조립 자유도가 향상되므로 롱 셀(Long cell)의 제작이 가능한 장점이 있다. 추가로, 롱 셀 제작 시 셀 방열 면적이 증가하며, 스웰링(swelling) 양이 절대적으로 감소되는 효과가 있다. 이차전지의 길이가 길어질수록 에너지 밀도와 공간 이용율이 증가(일방향 터미널 구조 대비 약 2.6~3% 증가)하므로, 롱 셀을 형성해 이차전지 모듈 및 배터리팩의 공간 이용율 역시 증가시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 구조에 따라 기존 전극 조립체(젤리롤)의 구조 변경 없이 이차 전지의 외곽 부품인 캡 어셈블리의 형상만을 변경하므로 이차전지의 기본 특성을 유지하면서 이차전지를 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 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.
1: 이차전지 10: 전극조립체
30: 케이스 50, 60: 캡 어셈블리
510, 610: 캡 플레이트 520, 620: 음극/양극 터미널
530, 630: 음극/양극 집전체

Claims (15)

  1. 일단에 음극탭이 형성되고, 타단에 양극탭이 형성된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며, 서로 마주보는 양단이 개구된 케이스; 및
    상기 케이스의 개구된 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 캡 어셈블리를 포함하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극탭 및 상기 양극탭은 상기 전극 조립체의 권취축 길이 방향 양단에 각각 배치되는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 케이스는 길이 방향 양단이 개구된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리는
    상기 케이스의 일단에 결합되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 형성되고 상기 음극탭에 전기적으로 연결되는 음극 터미널을 갖는 음극쪽 캡 어셈블리; 및
    상기 케이스의 타단에 결합되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 형성되고 상기 양극탭에 전기적으로 연결되는 양극 터미널을 갖는 양극쪽 캡 어셈블리 포함하는 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 음극 터미널 및 양극 터미널은 외부 단자와 전기적으로 연결되는 터미널 플레이트와, 상기 음극탭 또는 양극탭과 전기적으로 연결되는 집전체와, 상기 집전체 및 상기 터미널 플레이트에 결합되어 상기 집전체 및 상기 터미널 플레이트를 전기적으로 연결하는 단자핀을 각각 포함하는 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리는 상기 음극 터미널 및 양극 터미널의 상기 터미널 플레이트와 상기 캡 플레이트의 사이에 각각 배치되는 절연 소재의 제1 절연부재와, 상기 단자핀과 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 절연 소재의 제2 절연부재와, 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제3 절연부재와, 상기 제3 절연부재와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제4 절연부재를 각각 포함하는 이차전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리는
    상기 음극 터미널의 상기 터미널 플레이트와 상기 캡 플레이트의 사이에 배치되는 절연 소재의 제1 절연부재와, 상기 단자핀과 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 절연 소재의 제2 절연부재와, 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제3 절연부재와, 상기 제3 절연부재와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제4 절연부재를 포함하고,
    상기 양극 터미널의 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제3 절연부재와, 상기 제3 절연부재와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 절연 소재의 제4 절연부재를 포함하는 이차전지.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    각각의 상기 제4 절연부재는 판면에 상기 음극탭 또는 상기 양극탭이 삽입되는 슬릿이 관통 형성된 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 음극탭 또는 상기 양극탭은 상기 제3 절연부재와 상기 제4 절연부재의 사이에서 상기 집전체와 각각 전기적으로 연결되는 이차전지.
  10. 길이 방향의 양단에 서로 다른 극성을 갖는 전극탭이 각각 형성된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며, 길이 방향의 양단이 개구된 케이스; 및
    상기 케이스의 개구된 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 캡 어셈블리를 포함하는 이차전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리는
    상기 케이스의 개구된 단부에 결합되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트에 형성되고 상기 전극탭에 전기적으로 연결되는 터미널과, 절연 소재로 만들어진 복수의 절연부재를 포함하는 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 터미널은 외부 단자와 전기적으로 연결되는 터미널 플레이트와, 상기 전극탭과 전기적으로 연결되는 집전체와, 상기 집전체 및 상기 터미널 플레이트에 결합되어 상기 집전체 및 상기 터미널 플레이트를 전기적으로 연결하는 단자핀을 포함하는 이차전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리는 상기 터미널 플레이트와 상기 캡 플레이트의 사이에 배치되는 제1 절연부재와, 상기 단자핀과 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 제2 절연부재와, 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 제3 절연부재와, 상기 제3 절연부재와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 제4 절연부재를 포함하는 이차전지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제4 절연부재는 판면에 상기 전극탭이 삽입되는 슬릿이 관통 형성된 이차전지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전극탭은 상기 제3 절연부재와 상기 제4 절연부재의 사이에서 상기 집전체와 전기적으로 연결되는 이차전지.
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