KR20220023100A - 이차전지 - Google Patents

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KR20220023100A
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유관현
박정현
신주연
신예은
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 집전 구조가 개선된 원통형 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 집전판과 일체형 또는 분리형의 탄성부가 구비됨으로써 외부 진동에 의한 충격을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체의 기재가 눌리거나 다져지는 문제를 최소화할 수 있다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명의 실시예는 집전 구조가 개선된 원통형 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 원통형 이차전지는 원통 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 원통형태의 캔과, 캔의 상단 개구부에 결합되어 캔을 밀봉하고 전극 조립체에서 발생되는 전류를 외부장치로 흐르게 하는 캡 어셈블리를 포함한다.
일반적으로 전극 조립체의 집전 구조는 전극 조립체의 저항 감소를 위해 극판으로부터 돌출된 복수의 기재를 모아 도선으로 연결하는 방법이 주로 사용되고 있다. 그런데 이러한 구조는 극판의 활물질이 도포된 부분과 달리 기재가 돌출된 부분에 빈 공간이 많아 진동 발생 시 돌출된 기재가 구부러지거나 다져질 수 있다. 이로 인해 전극 조립체의 유동량이 증가해 기재와 집전판의 용접점에 전달되는 스트레스가 커지므로 집전 구조 자체가 진동에 취약한 단점이 있다.
전술한 문제를 해결하기 위한 기술로 복수의 기재를 모아 리드 탭을 연결하고 집전판에 캔의 단자를 직접 용접하는 방법이 있다. 그러나 이러한 구조는 전극 조립체와 집전판 사이의 간격이 좁아 설계 자유도가 감소하고, 리드탭 추가에 따른 재료비 및 공정 추가, 부품 저항 증가 등의 단점이 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 내진동 특성 및 집전 구조가 개선된 원통형 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 일단이 개방된 원통형의 캔; 제1 전극판, 세퍼레이터, 제2 전극판이 적층되어 원통형으로 권취되며, 길이 방향의 일단에 상기 제1 전극판의 제1 전극 무지부가 돌출되고, 타단에 상기 제2 전극판의 제2 전극 무지부가 돌출되며, 상기 캔에 수용되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 상기 캔에 수용된 상태에서 상기 캔의 개방된 일단을 폐쇄하는 캡 어셈블리; 상기 전극 조립체의 길이 방향 일단에 삽입되고, 판면으로부터 돌출 형성되어 상기 제1 전극 무지부에 전기적으로 연결되는 복수의 기재 집전부와, 상기 기재 집전부와 이격되며 상기 캔에 전기적으로 연결되는 캔 연결부와, 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 탄성 변형되는 탄성부를 구비한 제1 전극 집전판; 및 상기 전극 조립체의 길이 방향 타단에 삽입되고, 판면으로부터 돌출 형성되어 상기 제2 전극 무지부에 전기적으로 연결되는 복수의 기재 집전부와, 상기 기재 집전부와 이격되며 상기 캡 어셈블리에 전기적으로 연결되는 캔 연결부와, 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 탄성 변형되는 탄성부를 구비한 제2 전극 집전판을 포함한다.
상기 제1 전극 집전판 및 상기 제2 전극 집전판은 동일한 형상을 갖되 서로 대칭이 되도록 배치되는 것이 특징이다.
상기 제1 전극 집전판 및 상기 제2 전극 집전판은 상기 탄성부가 판면에 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극 집전판 및 상기 제2 전극 집전판은 분리된 상기 탄성부가 판면에 결합되는 것을 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극 집전판 및 상기 제2 전극 집전판은 원판 형상이며, 상기 기재 집전부는 반경 방향을 따라 복수 개가 돌출 형성된 것이 특징이다.
상기 탄성부는 판면의 일부가 절개되어 요철 형상을 이루며, 상기 기재 집전부와 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부는 상기 기재 집전부 중 일직선으로 배치된 기재 집전부의 일부가 절개되어 복수 회 벤딩되어 형성되고, 상기 탄성부의 절개된 단부는 상기 캔 연결부인 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부는 상기 기재 집전부 중 일직선으로 배치된 기재 집전부의 일부가 절개되어 요철 형상을 이루며, 상기 탄성부의 절개된 단부는 상기 캔 연결부인 것을 특징으로 한다.
상기 기재 집전부는 상기 탄성부의 폭 보다 큰 폭을 갖는 것이 특징이다.
상기 탄성부는 상기 제1 전극 집전판 및 상기 제2 전극 집전판과 동일하거나 작은 직경을 갖는 원판 형상의 판 스프링인 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부의 일단은 상기 제1 전극 집전판 또는 상기 제2 전극 집전판에 물리적, 전기적으로 연결되고, 타단은 상기 캔 또는 상기 캡 어셈블리에 물리적, 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부는 도전 소재인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극 집전판의 상기 기재 집전부의 돌출 방향은 상기 제1 전극 무지부를 향하고, 상기 제2 전극 집전판의 상기 기재 집전부의 돌출 방향은 상기 제2 전극 무지부를 향하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극 집전판의 상기 기재 집전부는 상기 제1 전극 무지부와 용접되는 용접면을 포함하고, 상기 제2 전극 집전판의 상기 기재 집전부는 상기 제2 전극 무지부와 용접되는 용접면을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 집전판과 일체형 또는 분리형의 탄성부가 구비됨으로써 외부 진동에 의한 충격을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체의 기재가 눌리거나 다져지는 문제를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 이차전지를 도시한 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 집전판을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 따른 집전판의 부분 사시도이다.
도 4는 도 2에 따른 집전판 및 집전 구조를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 집전판을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5에 따른 집전판의 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 집전판을 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7에 따른 집전판 및 집전 구조를 도시한 부분 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 집전판을 도시한 분해 사시도이다.
도 10은 도 9에 따른 집전판을 도시한 측단면도이다.
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 원통형 이차전지를 도시한 종단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 이차전지(10)는 원통형의 캔(110)과, 캔(110) 내부에 삽입되는 전극 조립체(130)와, 캔(110)의 일단에 결합되는 캡 어셈블리(150)와, 전극 조립체(130)를 캡 어셈블리(150)와 전기적으로 연결하는 제1 전극 집전판(170) 및 제2 전극 집전판(190)을 포함할 수 있다.
캔(110)은 원형의 바닥부(110)와, 바닥부(110)로부터 상부 방향으로 연장된 측부(130)를 포함하며, 측부(130)의 상단이 개방된 원통 형태(이하 개구부)이다. 이차전지(1000)의 제조 공정에서 캔(100)의 개구부를 통해 전극 조립체(300)가 전해액과 함께 캔(100) 내부로 삽입된다. 전극 조립체(130)는 제1 전극판(132) 및 제2 전극판(134)에 의해 캔(110) 및 캡 어셈블리(150)와 전기적으로 연결된다. 캔(100)은 스틸, 스틸 합금, 니켈 도금된 스틸, 니켈 도금된 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 캔(110)의 내부에 전극 조립체(130)가 수용된 상태에서 개구부에 캡 어셈블리(150)가 삽입되어 개구부를 폐쇄한다.
전극 조립체(130)는 음극 활물질(예를 들어, 흑연, 탄소 등)이 도포된 음극판인 제1 전극판(132), 양극 활물질(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등))이 도포된 양극판인 제2 전극판(134), 제1 전극판(132)과 제2 전극판(134)의 사이에 배치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(136)를 포함한다. 제1 전극판(132)과 제2 전극판(134) 및 세퍼레이터(136)는 대략 원기둥 형태로 권취되어 캔(100) 내부에 수용될 수 있다. 제1 전극판(132)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 포일, 제2 전극판(134)은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터(136)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
제1 전극판(132)과 제2 전극판(134)에는 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 음극판인 제1 전극판(132)은 하단에 음극 활물질이 도포되지 않은 제1 전극 무지부(132a)를 구비할 수 있고, 양극판인 제2 전극판(134)은 상단에 양극 활물질이 도포되지 않은 제2 전극 무지부(134a)를 구비할 수 있다. 제1 전극 무지부(132a) 및 제2 전극 무지부(134a)에 후술할 제1 전극 집전판(170) 및 제2 전극 집전판(190)이 각각 연결되어 캔(110)과 전극 조립체(130)를 전기적으로 연결한다.
캡 어셈블리(150)는 캔(110)의 상단 개구부에 결합되어 캔(110)을 밀봉하는 역할을 한다. 캡 어셈블리(150)는 최외곽에 배치되는 캡 업(151), 캡 업(151)의 하부에 결합되는 안전벤트(152), 안전벤트(152)의 하부에 결합되는 캡 다운(153), 안전벤트(152)와 캡 다운(153)의 사이에 삽입되는 인슐레이터(154), 캡 어셈블리(150)와 캔(110)의 사이에 삽입되는 절연 가스켓(156) 등으로 구성될 수 있다. 캡 업(151)은 상향 돌출된 단자부를 구비하여 이차전지(10)의 외부와 전기적으로 연결된다. 안전벤트(152)는 이차전지(10)의 과충전이나 이상으로 인해 내부에 가스가 발생하면, 가스압이 일정 압력을 초과할 때 파단되어 가스를 방출해 이차전지(10)의 파손을 방지한다. 캡 다운(153)은 안전벤트(152)를 하부에서 지지하며, 중앙 부위에 관통홀이 형성되어 안전벤트(152)의 일부가 관통홀을 통해 돌출되어 캡 다운(153)과 전기적으로 연결된다. 인슐레이터(154)는 안전벤트(152)와 캡 다운(153)의 사이를 절연시킨다. 이는 예시적인 구성일 뿐, 캡 어셈블리(150)의 구성은 전술한 구성에 한정되지 않는다.
이하에서는 전극 조립체(130)를 캔(110)과 전기적으로 연결하기 위한 집전 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다. 다양한 실시 예들은 제1 전극 집전판 및 제2 전극 집전판에 공통적으로 적용될 수 있는 구조이며, 편의상 제1 전극 집전판을 기준으로 상세한 구조를 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 집전판을 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2에 따른 집전판의 부분 사시도이다. 도 4는 도 2에 따른 집전판 및 집전 구조를 도시한 사시도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 집전판은 음극판인 제1 전극판(132)을 캔(110)의 바닥면과 전기적으로 연결시키는 제1 전극 집전판(170)이다. 따라서 제1 전극 집전판(170)을 음극 집전판이라고 할 수 있다. 제2 전극 집전판(190)은 용접면(192a)을 구비한 기재 집전부(192), 캔 연결부(194) 및 탄성부(196)를 포함하며, 제1 전극 집전판(170)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 도 4에서와 같이, 제2 전극 집전판(190)은 제1 전극 집전판(170)과 서로 마주보도록 대칭으로 설치된다.
제1 전극 집전판(170)은 대략 원판 형상으로, 제1 전극판(132)의 제1 전극 무지부(132a) 및 캔(110)의 바닥면에 용접되어 제1 전극판(132)을 캔(110)의 바닥면에 전기적으로 연결한다. 이를 위해, 제1 전극 집전판(170)에는 제1 전극 무지부(132a)와 용접되는 기재 집전부(172)와, 캔(110)에 용접되는 캔 연결부(174)가 형성될 수 있다. 또한, 기재 집전부(172)와 캔 연결부(174)의 사이에 기재 집전부(172)로 가해지는 충격을 완화하기 위한 탄성부(176)가 형성될 수 있다.
기재 집전부(172)는 전극 조립체(130)의 반경 방향(제1 전극 집전판의 반경 방향)을 따라 소정 길이로 형성된다. 기재 집전부(172)는 제1 전극 집전판(170)의 중앙 부분의 일부 영역을 제외한 나머지 영역에 반경 방향을 따라 돌출 형성된다. 기재 집전부(172)의 돌출 방향은 캡 어셈블리(150)의 반대 방향인 캔(110)의 바닥면을 향하는 방향이다. 예를 들어, 기재 집전부(172)는 전극 조립체(130)의 반경 방향을 따라 90도 간격으로 4개가 돌출 형성될 수 있다. 예시적으로 기재 집전부(172)의 폭은 탄성부(176)의 폭과 동일하거나 유사할 수 있다. 또한, 예시적으로 기재 집전부(172)의 반경 방향 길이는 제1 전극 집전판(170)의 반경에서 후술할 캔 연결부(174)의 반경을 뺀 길이일 수 있다. 예시적으로, 기재 집전부(172)는 단면이 사각형 또는 원형 형태로 돌출 형성될 수 있다. 기재 집전부(172)는 돌출된 면 중 상면에 제1 전극 무지부(132a)가 용접되며, 상면을 용접면(172a)으로 정의한다.
캔 연결부(174)는 캔(110)의 바닥면에 용접되는 부분으로, 제1 전극 집전판(170)의 중앙 부위에 소정의 영역일 수 있다. 캔 연결부(174)는 기재 집전부(172)나 탄성부(176)가 형성되지 않은 영역이다. 캔 연결부(174)가 캔(110)의 바닥에 용접되고, 기재 집전부(172)가 제1 전극판(132)의 제1 전극 무지부(132a)와 용접되므로 제1 전극판(132)과 캔(110)의 바닥이 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 캔 연결부(174) 영역은 기재 집전부(172)나 후술할 탄성부(176)의 돌출된 부분보다 높이가 낮게 형성된다. 바람직하게는 기재 집전부(172)나 탄성부(176)가 형성되지 않은 제1 전극 집전판(170)의 판면과 동일한 높이로 형성될 수 있다. 제1 전극 집전판(170)의 구조가 제2 전극 집전판에도 동일하게 적용되는 경우, 캔 연결부(174)는 캡 어셈블리(150)와 용접되어 전기적으로 연결될 수 있다. 기재 집전부(172)와 캔 연결부(174)가 형성된 영역을 제외한 영역에 탄성부(176)가 형성된다.
탄성부(176)는 전극 조립체(130)의 반경 방향(제1 전극 집전판의 반경 방향)을 따라 소정 길이로 형성되되 제1 전극 집전판(170)과 일체로 형성된다. 또한, 탄성부(176)는 제1 전극 집전판(170)의 중앙 부분의 일부 영역을 제외한 나머지 영역에 반경 방향을 따라 형성되되 기재 집전부(172)가 형성되지 않은 부분에 형성된다. 즉, 기재 집전부(172)와 캔 연결부(174) 사이의 전류 이동 경로 상에 탄성부(176)를 구비함으로써 경로를 증가시키는 효과가 발생한다. 탄성부(176)는 판면의 일부를 절개한 후 길이 방향 양단은 판면에 연결되고 길이 방향을 따라 특정 형상을 가공하여 형성될 수 있다. 탄성부(176)는 캡 어셈블리(150)의 반대 방향인 캔(110)의 바닥면을 향하는 방향으로 볼록한 부분과, 반대 방향으로 오목한 부분이 교대로 반복된 요철 형상일 수 있다. 볼록한 부분 및 오목한 부분이 교대로 형성되므로 탄성부(176)는 탄성 및 연성을 갖게 된다. 따라서 탄성부(176)는 외부 진동에 의한 충격을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 탄성부(176)는 전극 조립체(130)의 반경 방향을 따라 90도 간격으로 4개가 형성될 수 있다. 예시적으로 탄성부(176)의 폭은 기재 집전부(172)의 폭과 동일하거나 유사할 수 있다. 또한, 예시적으로 탄성부(176)의 반경 방향 길이는 기재 집전부(172)의 길이 보다 작을 수 있다. 예시적으로, 탄성부(176)는 단면이 사각형 또는 원형 형태로 돌출 형성될 수 있다. 탄성부(176)의 크기와 형상은 기재 집전부(172)의 크기에 따라 다르게 적용될 수 있다.
제1 전극판(132)의 제1 전극 무지부(132a)와 제2 전극판(134)의 제2 전극 무지부(134a)가 전극 조립체(130)의 상하 방향으로 돌출되므로 별도의 리드 탭을 구비하면, 리드 탭의 절곡을 위한 공간만큼 이차전지(10)의 용량이 감소되는 문제가 발생한다. 리드 탭 없이 무지부를 모아 별도의 도선으로 연결하는 경우, 빈 공간이 많아 외부의 진동 발생 및 전달 시 무지부(기재)가 눌리고 다져져 전극 조립체의 유동량이 증가하고, 무지부와 집전판의 용접점에 전달되는 스트레스가 커지는 문제가 발생한다.
그러나 본 발명의 경우, 별도의 리드 탭을 구비하지 않으므로 이차전지(10)의 용량 감소를 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명은 무지부를 기재 집전부(172)에 직접 용접하고 기재 용접 부위(기재 집전부)와 단자 역할을 하는 캔(110)과의 용접 부위(캔 연결부) 사이에 진동에 대한 완충 역할을 하는 탄성부(176)를 구비한다. 따라서 외부 진동 발생 및 전달 시 기재 용접 부위에 가해지는 스트레스를 분산시킬 수 있으므로 기재가 눌리거나 다져지거나 찢기는 문제, 용접이 탈락하는 문제를 해소할 수 있다. 또한, 탄성부(176)가 구비됨으로써 전극 조립체(130)의 유동에 의해 용접점 간 거리가 멀어져도 탄성부(176)의 연성 및 탄성으로 인해 기재 집전부(172)로 가해지는 인장력을 줄일 수 있다.
전술한 구조의 탄성부는 다양한 형태로 변형될 수 있다(전술한 실시 예와 동일한 구조와 기능 및 효과에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다).
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 집전판을 도시한 사시도이다. 도 6은 도 5에 따른 집전판의 부분 사시도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제1 전극 집전판(270)에는 원판 상에 소정의 폭을 갖는 기재 집전부(272)가 90도 간격으로 4개가 돌출 형성될 수 있다. 이때, 기재 집전부(272)는 제1 전극 집전판(270)의 반경 방향으로 형성되며, 제1 실시 예의 제1 전극 집전판(170)에 형성된 기재 집전부(172)보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 예시적으로, 제1 실시 예의 기재 집전부(172) 폭을 x라고 하면, 제2 실시 예의 기재 집전부(272)는 3x의 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 기재 집전부(272)의 길이는 제1 실시 예의 기재 집전부(172) 길이와 동일하거나 더 길거나 더 짧을 수도 있다. 기재 집전부(272)의 단면 형상은 제1 실시 예의 기재 집전부(172)와 동일할 수 있다. 4개의 기재 집전부(272)가 형성된 것을 예로 하면, 그 중 일직선을 이루는 2개의 기재 집전부(272) 상에 캔 연결부(274) 및 탄성부(276)가 일체로 형성될 수 있다.
캔 연결부(274) 및 탄성부(276)는 일직선을 이루는 기재 집전부(272)의 상면을 길이 방향을 따라 절개하여 일측을 벤딩(bending)함으로써 형성될 수 있다. 절개한 판재를 도 5에서와 같이 복수 회 꺾어 접으면, 꺾인 부분은 탄성부(276)가 되고, 제1 전극 집전판(270)의 판면과 동일 판면상에 놓이거나 평행한 단부는 캔 연결부(274)가 된다. 캔 연결부(274)는 하나의 기재 집전부(272)로부터 절개된 부분이므로 탄성부(276)가 연결된 기재 집전부(272)와는 연결되어 있다. 그러나 캔 연결부(274)는 탄성부(276)가 연결된 기재 집전부(272)와 마주보는 기재 집전부(272)에는 연결되지 않는 자유단 형태이다. 자유단인 캔 연결부(274)는 용접에 의해 캔(110)의 바닥면 또는 캡 어셈블리(150)에 연결됨으로써 고정된다. 예시적으로, 탄성부(276)는 하나의 기재 집전부(272)의 상면으로부터 예각으로 한번 꺾이고, 다시 한번 꺾일 수 있으며, 두번 째로 꺾인 부분은 캔 연결부(274)와 예각을 이룰 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 집전판을 도시한 사시도이다. 도 8은 도 7에 따른 집전판 및 집전 구조를 도시한 부분 사시도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 제1 전극 집전판(370)에는 원판 상에 소정의 폭을 갖는 기재 집전부(372)가 90도 간격으로 4개가 돌출 형성될 수 있다. 이때, 기재 집전부(372)는 제1 전극 집전판(370)의 반경 방향으로 형성되며, 제1 실시 예의 제1 전극 집전판(170)에 형성된 기재 집전부(172)보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 예시적으로, 제1 실시 예의 기재 집전부(172) 폭을 x라고 하면, 제3 실시 예의 기재 집전부(372)는 3x의 폭으로 형성될 수 있다. 또는, 일직선으로 배치되는 한 쌍의 기재 집전부(372)는 3x의 폭으로, 다른 한 쌍의 기재 집전부(372)는 다른 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 기재 집전부(372)의 길이는 제1 실시 예의 기재 집전부(172) 길이와 동일하거나 더 길거나 더 짧을 수도 있다. 기재 집전부(372)의 단면 형상은 제1 실시 예의 기재 집전부(172)와 동일할 수 있다. 4개의 기재 집전부(372)가 형성된 것을 예로 하면, 그 중 일직선을 이루는 2개의 기재 집전부(372) 상에 캔 연결부(374) 및 탄성부(376)가 일체로 형성될 수 있다.
캔 연결부(374) 및 탄성부(376)는 일직선을 이루는 기재 집전부(372)의 상면을 길이 방향을 따라 절개하여 일측을 요철 형상으로 벤딩(bending)함으로써 형성될 수 있다. 절개한 판재를 도 7에서와 같이 요철 형상으로 가공하면, 요철 형상 부분은 탄성부(376)가 되고, 제1 전극 집전판(270)의 판면과 동일 판면상에 놓이거나 평행한 단부는 캔 연결부(374)가 된다. 캔 연결부(374)는 하나의 기재 집전부(372)로부터 절개된 부분이므로 탄성부(376)가 연결된 기재 집전부(372)와는 연결되어 있다. 그러나 캔 연결부(374)는 탄성부(376)가 연결된 기재 집전부(372)와 마주보는 기재 집전부(372)에는 연결되지 않는 자유단 형태이다. 자유단인 캔 연결부(374)는 용접에 의해 캔(110)의 바닥면 또는 캡 어셈블리(150)에 연결됨으로써 고정된다.
한편, 탄성부를 집전판 상에 형성하지 않고, 별도로 구성하여 집전판과 결합시킬 수도 있다.
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 집전판을 도시한 분해 사시도이다. 도 10은 도 9에 따른 집전판을 도시한 측단면도이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 제1 전극 집전판(470)에는 원판 형상에 소정의 폭을 갖는 기재 집전부(472)가 90도 간격으로 4개가 돌출 형성될 수 있다. 예시적으로, 기재 집전부(472)의 형상 및 크기는 제1 실시 예에 따른 제1 전극 집전판(170)과 동일할 수 있다. 그러나 전술한 실시 예들과 달리, 탄성부(476)는 제1 전극 집전판(470) 상에 일체로 형성되지 않고 별도로 형성되어 제1 전극 집전판(470)에 결합될 수 있다.
탄성부(476)는 제1 전극 집전판(470)과 동일하거나 다소 작은 직경을 갖는 원판 형상의 판 스프링으로 구성될 수 있다. 탄성부(476)는 탄성 변형 방향이 전극 조립체(130)의 길이 방향과 동일하도록 형성되며, 도전 소재로 만들어질 수 있다. 탄성부(476)는 원주 방향을 따라 가장자리가 제1 전극 집전판(470)의 판면에 부착 또는 용접될 수 있다. 제1 전극 집전판(470)이 캔(110)과 용접되는 대신 탄성부(476)와 물리적, 전기적으로 연결되고, 탄성부(476)의 일단이 캔(110)의 바닥면에 물리적, 전기적으로 연결됨으로써 제1 전극 집전판(470)과 캔(110)이 전기적으로 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 집전판과 일체형 또는 분리형의 탄성부가 구비됨으로써 외부 진동에 의한 충격을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체의 기재가 눌리거나 다져지는 문제를 최소화할 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.
10: 이차전지 110: 캔
130: 전극 조립체 132: 제1 전극판
132a: 제1 전극 무지부 134: 제2 전극판
134a: 제2 전극 무지부 136: 세퍼레이터
150: 캡 어셈블리 170: 제1 전극 집전판
172, 272, 372, 472: 기재 집전부
174, 274, 374, 474: 캔 연결부
176, 276, 376, 476: 탄성부
190: 제2 전극 집전판

Claims (14)

  1. 일단이 개방된 원통형의 캔;
    제1 전극판, 세퍼레이터, 제2 전극판이 적층되어 원통형으로 권취되며, 길이 방향의 일단에 상기 제1 전극판의 제1 전극 무지부가 돌출되고, 타단에 상기 제2 전극판의 제2 전극 무지부가 돌출되며, 상기 캔에 수용되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 상기 캔에 수용된 상태에서 상기 캔의 개방된 일단을 폐쇄하는 캡 어셈블리;
    상기 전극 조립체의 길이 방향 일단에 삽입되고, 판면으로부터 돌출 형성되어 상기 제1 전극 무지부에 전기적으로 연결되는 복수의 기재 집전부와, 상기 기재 집전부와 이격되며 상기 캔에 전기적으로 연결되는 캔 연결부와, 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 탄성 변형되는 탄성부를 구비한 제1 전극 집전판; 및
    상기 전극 조립체의 길이 방향 타단에 삽입되고, 판면으로부터 돌출 형성되어 상기 제2 전극 무지부에 전기적으로 연결되는 복수의 기재 집전부와, 상기 기재 집전부와 이격되며 상기 캡 어셈블리에 전기적으로 연결되는 캔 연결부와, 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 탄성 변형되는 탄성부를 구비한 제2 전극 집전판을 포함하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 집전판 및 상기 제2 전극 집전판은 동일한 형상을 갖되 서로 대칭이 되도록 배치되는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 집전판 및 상기 제2 전극 집전판은 상기 탄성부가 판면에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 집전판 및 상기 제2 전극 집전판은 분리된 상기 탄성부가 판면에 결합되는 것을 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 전극 집전판 및 상기 제2 전극 집전판은 원판 형상이며, 상기 기재 집전부는 반경 방향을 따라 복수 개가 돌출 형성된 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄성부는 판면의 일부가 절개되어 요철 형상을 이루며, 상기 기재 집전부와 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄성부는 상기 기재 집전부 중 일직선으로 배치된 기재 집전부의 일부가 절개되어 복수 회 벤딩되어 형성되고, 상기 탄성부의 절개된 단부는 상기 캔 연결부인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄성부는 상기 기재 집전부 중 일직선으로 배치된 기재 집전부의 일부가 절개되어 요철 형상을 이루며, 상기 탄성부의 절개된 단부는 상기 캔 연결부인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 기재 집전부는 상기 탄성부의 폭 보다 큰 폭을 갖는 이차전지.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 탄성부는 상기 제1 전극 집전판 및 상기 제2 전극 집전판과 동일하거나 작은 직경을 갖는 원판 형상의 판 스프링인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄성부의 일단은 상기 제1 전극 집전판 또는 상기 제2 전극 집전판에 물리적, 전기적으로 연결되고, 타단은 상기 캔 또는 상기 캡 어셈블리에 물리적, 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄성부는 도전 소재인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 집전판의 상기 기재 집전부의 돌출 방향은 상기 제1 전극 무지부를 향하고, 상기 제2 전극 집전판의 상기 기재 집전부의 돌출 방향은 상기 제2 전극 무지부를 향하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 전극 집전판의 상기 기재 집전부는 상기 제1 전극 무지부와 용접되는 용접면을 포함하고, 상기 제2 전극 집전판의 상기 기재 집전부는 상기 제2 전극 무지부와 용접되는 용접면을 포함하는 하는 이차전지.
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