KR20220105018A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20220105018A
KR20220105018A KR1020210007544A KR20210007544A KR20220105018A KR 20220105018 A KR20220105018 A KR 20220105018A KR 1020210007544 A KR1020210007544 A KR 1020210007544A KR 20210007544 A KR20210007544 A KR 20210007544A KR 20220105018 A KR20220105018 A KR 20220105018A
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전병민
이종하
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삼성에스디아이 주식회사
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Priority to EP22151348.4A priority patent/EP4030539B1/en
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Abstract

이차 전지는 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 제1 전극에 연결되어 상기 전극 조립체를 수납하며, 상기 전극 조립체를 노출하는 개구부를 포함하는 케이스, 상기 케이스와 결합하여 상기 개구부의 외곽 영역을 커버하며, 상기 개구부의 중앙 영역을 노출하는 관통홀 및 상기 관통홀에 대응하는 표면에 코팅된 절연층을 포함하는 캡 플레이트, 및 상기 제2 전극과 연결되어 상기 캡 플레이트에 절연 접합되며, 상기 관통홀을 커버하는 단자부를 포함하며, 상기 단자부는 상기 캡 플레이트의 상기 절연층과 직접 접합되는 도금층을 포함한다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지(rechargeable battery)는 충전 및 방전이 가능한 전지이다.
최근, 블루투스(bluetooth) 등의 무선 통신을 이용한 헤드폰, 이어폰, 스마트워치(smartwatch), 신체 부착형 의료 기기 등의 웨어러블 디바이스(wearable device)에 대한 수요가 증가함에 따라, 웨어러블 디바이스에 장착되는 초소형 이차 전지의 필요성이 증가하고 있다.
이러한, 초소형 이차 전지는 양 전극을 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수납하며 전극 조립체의 일 전극과 연결된 케이스, 및 케이스와 함께 전극 조립체를 밀봉하며 전극 조립체의 타 전극과 연결된 단자부를 포함한다.
그런데, 종래의 초소형 이차 전지는 단자부와 케이스 사이의 밀폐 및 절연을 위해 폴리머(polymer) 재료를 이용함으로써, 고온 및 고습 환경에 취약한 문제가 있다.
일 실시예는, 고온 및 고습 환경에 강한 이차 전지를 제공하고자 한다.
일 측면은 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 제1 전극에 연결되어 상기 전극 조립체를 수납하며, 상기 전극 조립체를 노출하는 개구부를 포함하는 케이스, 상기 케이스와 결합하여 상기 개구부의 외곽 영역을 커버하며, 상기 개구부의 중앙 영역을 노출하는 관통홀 및 상기 관통홀에 대응하는 표면에 코팅된 절연층을 포함하는 캡 플레이트, 및 상기 제2 전극과 연결되어 상기 캡 플레이트에 절연 접합되며, 상기 관통홀을 커버하는 단자부를 포함하며, 상기 단자부는 상기 캡 플레이트의 상기 절연층과 직접 접합되는 도금층을 포함하는 이차 전지를 제공한다.
상기 단자부는 상기 캡 플레이트 상에서 상기 관통홀을 커버하는 플랜지부 및 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하는 돌출부를 포함하는 제1 단자부를 더 포함하며, 상기 도금층은 상기 제1 단자부의 표면에 코팅될 수 있다.
상기 도금층은 상기 제1 단자부와 상기 캡 플레이트 사이를 밀폐할 수 있다.
상기 단자부는 상기 관통홀의 내부에 위치하는 제2 단자부를 더 포함하며, 상기 도금층은 상기 제2 단자부의 표면에 코팅될 수 있다.
상기 도금층은 상기 제2 단자부와 상기 캡 플레이트 사이를 밀폐할 수 있다.
상기 단자부의 상기 도금층은 상기 관통홀을 완전히 채울 수 있다.
상기 도금층은, 상기 관통홀을 채우는 제1 도금부, 상기 제1 도금부로부터 상기 캡 플레이트의 상부 표면을 커버하는 제2 도금부, 및 상기 제1 도금부로부터 상기 캡 플레이트의 하부 표면을 커버하는 제3 도금부를 포함할 수 있다.
상기 절연층은, 상기 관통홀을 형성하는 상기 캡 플레이트의 측부 표면에 코팅된 제1 코팅층, 상기 관통홀 주변의 상기 캡 플레이트의 상부 표면에 코팅된 제2 코팅층, 및 상기 관통홀 주변의 상기 캡 플레이트의 하부 표면에 코팅된 제3 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 제1 코팅층, 상기 제2 코팅층, 상기 제3 코팅층은 일체일 수 있다.
상기 제2 코팅층은 상기 캡 플레이트의 상기 상부 표면의 일부에만 코팅되며, 상기 제3 코팅층은 상기 캡 플레이트의 상기 하부 표면의 일부에만 코팅될 수 있다.
상기 도금층은 상기 제1 코팅층, 상기 제2 코팅층, 상기 제3 코팅층과 직접 접촉할 수 있다.
상기 제1 코팅층은 상기 도금층에 완전히 커버되며, 상기 제2 코팅층의 일부 및 상기 제3 코팅층의 일부는 상기 도금층과 비중첩할 수 있다.
상기 절연층은 세라믹 재료를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는, 상기 제1 전극으로부터 연장되어 상기 케이스와 용접되는 제1 전극 탭, 및 상기 제2 전극으로부터 연장되어 상기 단자부와 용접되는 제2 전극 탭을 더 포함할 수 있다.
상기 케이스 및 상기 캡 플레이트는 상기 제1 전극과 동일한 극성을 가지며, 상기 단자부는 상기 제2 전극과 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 이차 전지는 코인형 전지(coin cell) 또는 버튼형 전지(button cell)를 포함할 수 있다.
상기 코인형 전지(coin cell) 또는 상기 버튼형 전지(button cell)의 직경에 대한 높이(높이/직경)의 비율은 1 이하일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고온 및 고습 환경에 강한 이차 전지가 제공된다.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도이다.
도 3의 도 2의 A 부분의 확대도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4의 B 부분의 확대도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6의 C 부분의 확대도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 이차 전지를 설명한다.
일 실시예에 따른 이차 전지는 초소형 이차 전지로서, 코인형 전지(coin cell) 또는 버튼형 전지(button cell)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 원통형 또는 핀(pin)형 전지일 수 있다.
여기서, 코인형 전지 또는 버튼형 전지는 얇은 동전 또는 단추 형태의 전지로서, 직경에 대한 높이(높이/직경)의 비율이 1 이하인 전지를 의미할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 코인형 전지 또는 버튼형 전지는 주로 원통형이므로 수평 방향의 단면이 원형이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수평 방향의 단면이 타원형 또는 다각형인 형태도 이에 포함될 수 있다. 이때, 직경은 전지의 수평 방향을 기준으로 최대 거리를 의미할 수 있고, 높이는 전지의 수직 방향을 기준으로 최대 거리(편평한 바닥면에서 편평한 최상단면까지의 거리)를 의미할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)는 전극 조립체(100), 케이스(200), 캡 플레이트(300), 단자부(400)를 포함한다.
전극 조립체(100)는 케이스(200)에 수납된다. 전극 조립체(100)의 하부는 케이스(200)의 저부와 대향하며, 전극 조립체(100)의 상부는 케이스(200)의 개구부(210)를 커버하는 캡 플레이트(300) 및 단자부(400)와 대향한다. 전극 조립체(100)의 상부 및 하부는 서로 평행한 평면 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전극 조립체(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 세퍼레이터(130), 제1 전극 탭(140), 제2 전극 탭(150)을 포함한다.
제1 전극(110) 및 제2 전극(120)은 서로 이격되어 있으며, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에는 절연 물질을 포함하는 세퍼레이터(130)가 위치한다. 제1 전극(110)은 음극(anode)이고, 제2 전극(120)은 양극(cathode)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 제1 전극(110)이 양극일 수 있으며, 제2 전극(120)이 음극일 수 있다.
제1 전극(110)은 일 방향으로 연장된 밴드 형태를 가지며, 금속박(일례로, Cu 포일)의 집전체에 음극 활물질층이 도포된 영역인 음극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 음극 무지부를 포함한다. 음극 무지부는 제1 전극(110)의 연장 방향으로 일 단부에 위치할 수 있다.
제2 전극(120)은 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 제1 전극(110)과 이격되어 일 방향으로 연장된 밴드 형태를 가지며, 금속박(일례로, Al 포일)의 집전체에 양극 활물질층이 도포된 영역인 양극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 양극 무지부를 포함한다. 양극 무지부는 제2 전극(120)의 연장 방향으로 일 단부에 위치할 수 있다.
세퍼레이터(130)는 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에서 일 방향으로 연장되어 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이의 단락을 방지한다.
제1 전극(110), 세퍼레이터(130), 제2 전극(120)은 순차적으로 적층되어 젤리 롤(jelly roll) 형태로 감겨져 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 형태로 형성될 수 있다. 제1 전극(110), 제2 전극(120), 세퍼레이터(130) 각각은 공지된 다양한 물질을 포함할 수 있다.
제1 전극 탭(140)은 전극 조립체(100)의 제1 전극(110)으로부터 케이스(200)로 연장된다. 제1 전극 탭(140)은 케이스(200)의 저부와 결합되어 제1 전극(110)과 케이스(200) 사이를 연결한다. 제1 전극 탭(140)은 제1 전극(110) 및 케이스(200)와 접촉한다. 제1 전극 탭(140)은 케이스(200)의 저부와 용접되나, 이에 한정되지는 않는다. 제1 전극 탭(140)에 의해 케이스(200)는 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가진다.
제2 전극 탭(150)은 전극 조립체(100)의 제2 전극(120)으로부터 단자부(400)로 연장된다. 제2 전극 탭(150)은 단자부(400)의 도금층(410)과 결합되어 제2 전극(120)과 단자부(400) 사이를 연결한다. 제2 전극 탭(150)은 제2 전극(120) 및 단자부(400)와 접촉한다. 제2 전극 탭(150)은 단자부(400)의 도금층(410)의 표면과 용접되나, 이에 한정되지는 않는다. 제2 전극 탭(150)에 의해 단자부(400)는 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다.
한편, 전극 조립체(100)의 중앙 부분에는 전극 조립체(100)의 중심을 수직 방향으로 관통하는 센터 핀이 위치할 수 있고, 이 센터 핀이 제1 전극 탭(140) 및 제2 전극 탭(150)을 지지할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
케이스(200)는 전극 조립체(100)의 제1 전극(110)과 연결되어 전극 조립체(100)를 수납한다. 케이스(200)는 전극 조립체(100)의 상부를 노출하는 개구부(210)를 포함한다. 케이스(200)의 저부가 제1 전극 탭(140)과 용접되어 전극 조립체(100)의 제1 전극(110)과 연결됨으로써, 케이스(200)는 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가진다. 케이스(200)는 젤리 롤 형태의 전극 조립체(100)를 수납하는 원통 형태의 캔(can) 형태를 가지나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 형태를 가질 수 있다. 케이스(200)는 전극 조립체(100)와 함께 공지된 다양한 전해액을 수납할 수 있다. 케이스(200)의 외부 표면은 이차 전지(1000)의 제1 전극 단자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이때, 단자부(400)의 외부 표면인 도금층(410)의 상부 표면은 이차 전지(1000)의 제2 전극 단자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 케이스(200)는 스테인리스 강을 포함하나, 이에 한정되지 않고 알루미늄 또는 니켈 및 구리 등의 금속을 포함할 수 있다. 한편, 케이스(200)의 외부 표면에는 다른 도금층이 코팅될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 코팅층이 케이스(200)의 외부 표면에 코팅될 수 있다.
케이스(200)의 개구부(210)는 캡 플레이트(300) 및 단자부(400)에 의해 커버된다.
도 3은 도 2의 A 부분의 확대도이다.
도 3 및 도 2를 참조하면, 캡 플레이트(300)는 케이스(200)와 결합하여 개구부(210)의 외곽 영역을 커버한다. 캡 플레이트(300)는 개구부(210)의 중앙 영역을 노출하는 관통홀(310) 및 관통홀(310)에 대응하는 캡 플레이트(300)의 표면에 코팅된 절연층(320)을 포함한다.
캡 플레이트(300)는 케이스(200)의 개구부(210)를 형성하는 케이스(200)의 측벽과 용접 공정 등에 의해 직접 결합되어 개구부(210)의 외곽 영역을 커버한다. 캡 플레이트(300)는 중앙에 형성된 관통홀(310)에 의해 고리 형태를 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 캡 플레이트(300)는 케이스(200)와 결합되어 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가진다. 캡 플레이트(300)는 스테인리스 강을 포함하나, 이에 한정되지 않고 알루미늄 또는 니켈 및 구리 등의 금속을 포함할 수 있다. 캡 플레이트(300)의 외부 표면은 이차 전지(1000)의 제1 전극 단자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
절연층(320)은 관통홀(310)에 대응하는 캡 플레이트(300)의 표면 일부에 코팅되며, 캡 플레이트(300)와 단자부(400) 사이를 절연한다. 절연층(320)은 제1 코팅층(321), 제2 코팅층(322), 제3 코팅층(323)을 포함한다. 제1 코팅층(321)은 관통홀(310)을 형성하는 캡 플레이트(300)의 측부 표면에 코팅되며, 제2 코팅층(322)은 관통홀(310) 주변의 캡 플레이트(300)의 상부 표면에 코팅되며, 제3 코팅층(323)은 관통홀(310) 주변의 캡 플레이트(300)의 하부 표면에 코팅된다. 제1 코팅층(321), 제2 코팅층(322), 제3 코팅층(323)은 일체로 형성되며, 제1 코팅층(321), 제2 코팅층(322), 제3 코팅층(323)은 단자부(400)의 도금층(410)과 직접 접촉한다. 제1 코팅층(321)은 단자부(400)의 도금층(410)에 완전히 커버되며, 제2 코팅층(322)의 일부 및 제3 코팅층(323)의 일부는 도금층(410)과 비중첩한다. 제2 코팅층(322)은 캡 플레이트(300)의 상부 표면의 일부에만 코팅되고 제3 코팅층(323)은 캡 플레이트(300)의 하부 표면의 일부에만 코팅되나, 이에 한정되지는 않는다. 다른 예로, 제2 코팅층(322) 및 제3 코팅층(323) 각각은 캡 플레이트(300)의 상부 표면 및 하부 표면 각각의 전체에 코팅될 수 있다.
절연층(320)은 캡 플레이트(300)와 단자부(400) 사이의 절연 및 고온 환경에 강한 세라믹 재료를 증착하여 형성되나, 이에 한정되지는 않는다. 일례로, 절연층(320)은 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 철 산화물, 글라스 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다른 예로, 절연층(320)은 폴리머 재료를 제외한 절연 및 고온 환경에 강한 공지된 다양한 재료를 포함할 수 있다.
단자부(400)는 제2 전극(120)과 연결되어 캡 플레이트(300)에 절연 접합된다. 단자부(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 커버한다. 단자부(400)는 캡 플레이트(300) 상에 위치한다. 단자부(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)이 노출하는 케이스(200)의 개구부(210)의 중앙 영역을 커버한다. 단자부(400)가 개구부(210)의 중앙 영역을 커버하고 캡 플레이트(300)가 개구부(210)의 외곽 영역을 커버함으로써, 케이스(200)의 개구부(210)는 단자부(400) 및 캡 플레이트(300)에 의해 완전히 커버된다. 단자부(400)는 케이스(200) 및 캡 플레이트(300)와 함께 전극 조립체(100)를 견고하게 밀봉한다. 단자부(400)는 전극 조립체(100)의 제2 전극 탭(150)과 결합되어 전극 조립체(100)의 제2 전극(120)과 연결된다. 단자부(400)는 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다.
단자부(400)는 도금층(410) 및 제1 단자 플레이트(420)를 포함한다.
도금층(410)은 제1 단자 플레이트(420)의 표면에 코팅되어 캡 플레이트(300)의 절연층(320)과 직접 접합된다. 도금층(410)은 제1 단자 플레이트(420)와 캡 플레이트(300)의 절연층(320) 사이를 밀폐하여 캡 플레이트(300)와 단자부(400) 사이를 밀폐한다. 도금층(410)은 공지된 다양한 전해 도금 또는 무전해 도금 공정 등을 이용해 제1 단자 플레이트(420)의 표면에 코팅되어 캡 플레이트(300)의 절연층(320)과 직접 접합될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 도금층(410)은 절연층(320)의 제1 코팅층(321), 제2 코팅층(322), 제3 코팅층(323)과 직접 접촉한다. 도금층(410)은 제1 코팅층(321)을 완전히 커버하며, 제2 코팅층(322)의 일부 및 제3 코팅층(323)의 일부와 중첩한다. 도금층(410)은 금속 등의 공지된 다양한 도전성 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제1 단자 플레이트(420)는 플랜지부(421) 및 돌출부(422)를 포함한다.
플랜지부(421)는 캡 플레이트(300) 상에 위치하며, 캡 플레이트(300)와 중첩하여 관통홀(310)을 커버한다. 플랜지부(421)는 돌출부(422) 대비 더 넓은 면적을 가진다. 플랜지부(421)는 돌출부(422) 대비 큰 직경을 가질 수 있다. 플랜지부(421)는 돌출부(422) 대비 더 얇은 두께를 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 플랜지부(421)의 하부 표면은 도금층(410)과 접촉하며, 플랜지부(421)는 도금층(410)에 의해 캡 플레이트(300)의 절연층(320)에 접합된다. 플랜지부(421)의 상부 표면에 위치하는 도금층(410)은 이차 전지(1000)의 제2 전극 단자일 수 있다.
돌출부(422)는 플랜지부(421)로부터 돌출되어 관통홀(310)을 관통한다. 돌출부(422)는 플랜지부(421)로부터 관통홀(310)을 관통하여 돌출부(422)에 코팅된 도금층(410)을 통해 제2 전극(120)과 연결된다. 돌출부(422)의 하부 표면에 위치하는 도금층(410)은 제2 전극 탭(150)과 결합한다. 돌출부(422)의 하부 표면에 위치하는 도금층(410)은 제2 전극 탭(150)과 용접될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 돌출부(422)가 도금층(410)을 통해 제2 전극 탭(150)과 결합됨으로써, 단자부(400)의 돌출부(422) 및 플랜지부(421)를 포함하는 제1 단자 플레이트(420) 및 도금층(410)은 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다. 제2 전극 탭(150)과 연결된 돌출부(422)의 하부 표면은 플랜지부(421)의 상부 표면 대비 작은 직경을 가질 수 있다. 돌출부(422) 및 플랜지부(421)는 일체로 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 서로 다른 재료가 결합되어 제1 단자 플레이트(420)를 형성할 수 있다. 제1 단자 플레이트(420)는 스테인리스 강을 포함하나, 이에 한정되지 않고 알루미늄 또는 니켈 및 구리 등의 금속을 포함할 수 있다
이와 같이, 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)는, 캡 플레이트(300)가 케이스(200)와 직접 결합하고, 캡 플레이트(300)와 단자부(400) 사이의 절연 접합이 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)과 대응하여 캡 플레이트(300)의 표면에 코팅된 세라믹 재료를 포함하는 절연층(320)과 직접 접합되는 단자부(400)의 도금층(410)에 의해 수행됨으로써, 고온 및 고습 환경에서도 단자부(400), 캡 플레이트(300), 및 케이스(200)에 의한 밀봉이 용이하게 수행된다.
즉, 고온 및 고습 환경에 강한 이차 전지(1000)가 제공된다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 다른 실시예에 따른 이차 전지를 설명한다. 이하에서는 상술한 일 실시예에 따른 이차 전지와 다른 부분에 대해서 설명한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 단면도이다. 도 5는 도 4의 B 부분의 확대도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 다른 실시예에 따른 이차 전지(1002)는 전극 조립체(100), 케이스(200), 캡 플레이트(300), 단자부(400)를 포함한다.
단자부(400)는 제2 전극(120)과 연결되어 캡 플레이트(300)에 절연 접합된다. 단자부(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 커버한다. 단자부(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310) 내부에 위치한다. 단자부(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)이 노출하는 케이스(200)의 개구부(210)의 중앙 영역을 커버한다. 단자부(400)가 개구부(210)의 중앙 영역을 커버하고 캡 플레이트(300)가 개구부(210)의 외곽 영역을 커버함으로써, 케이스(200)의 개구부(210)는 단자부(400) 및 캡 플레이트(300)에 의해 완전히 커버된다. 단자부(400)는 케이스(200) 및 캡 플레이트(300)와 함께 전극 조립체(100)를 견고하게 밀봉한다. 단자부(400)는 전극 조립체(100)의 제2 전극 탭(150)과 결합되어 전극 조립체(100)의 제2 전극(120)과 연결된다. 단자부(400)는 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다.
단자부(400)는 도금층(410) 및 제2 단자 플레이트(430)를 포함한다.
도금층(410)은 제2 단자 플레이트(430)의 표면에 코팅되어 캡 플레이트(300)의 절연층(320)과 직접 접합된다. 도금층(410)은 제2 단자 플레이트(430)와 캡 플레이트(300)의 절연층(320) 사이를 밀폐하여 캡 플레이트(300)와 단자부(400) 사이를 밀폐한다. 도금층(410)은 공지된 다양한 전해 도금 또는 무전해 도금 공정 등을 이용해 제2 단자 플레이트(430)의 표면에 코팅되어 캡 플레이트(300)의 절연층(320)과 직접 접합될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 도금층(410)은 절연층(320)의 제1 코팅층(321), 제2 코팅층(322), 제3 코팅층(323)과 직접 접촉한다. 도금층(410)은 제1 코팅층(321)을 완전히 커버하며, 제2 코팅층(322)의 일부 및 제3 코팅층(323)의 일부와 중첩한다. 도금층(410)은 금속 등의 공지된 다양한 도전성 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제2 단자 플레이트(430)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310) 내부에 위치하여 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 커버한다. 제2 단자 플레이트(430)는 관통홀(310)의 직경 대비 작은 직경을 가진다. 제2 단자 플레이트(430)는 도금층(410)에 의해 캡 플레이트(300)의 절연층(320)에 접합된다. 제2 단자 플레이트(430)의 하부 표면에 위치하는 도금층(410)은 제2 전극 탭(150)과 결합하며, 제2 단자 플레이트(430)의 상부 표면에 위치하는 도금층(410)은 이차 전지(1002)의 제2 전극 단자일 수 있다. 제2 단자 플레이트(430)의 하부 표면에 위치하는 도금층(410)은 제2 전극 탭(150)과 용접될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 제2 단자 플레이트(430)가 도금층(410)을 통해 제2 전극 탭(150)과 결합됨으로써, 단자부(400)의 제2 단자 플레이트(430) 및 도금층(410)은 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다. 제2 단자 플레이트(430)는 스테인리스 강을 포함하나, 이에 한정되지 않고 알루미늄 또는 니켈 및 구리 등의 금속을 포함할 수 있다
이와 같이, 다른 실시예에 따른 이차 전지(1002)는, 캡 플레이트(300)가 케이스(200)와 직접 결합하고, 캡 플레이트(300)와 단자부(400) 사이의 절연 접합이 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)과 대응하여 캡 플레이트(300)의 표면에 코팅된 세라믹 재료를 포함하는 절연층(320)과 직접 접합되는 단자부(400)의 도금층(410)에 의해 수행됨으로써, 고온 및 고습 환경에서도 단자부(400), 캡 플레이트(300), 및 케이스(200)에 의한 밀봉이 용이하게 수행된다.
즉, 고온 및 고습 환경에 강한 이차 전지(1002)가 제공된다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 설명한다. 이하에서는 상술한 일 실시예에 따른 이차 전지와 다른 부분에 대해서 설명한다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 단면도이다. 도 7은 도 6의 C 부분의 확대도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(1003)는 전극 조립체(100), 케이스(200), 캡 플레이트(300), 단자부(400)를 포함한다.
단자부(400)는 제2 전극(120)과 연결되어 캡 플레이트(300)에 절연 접합된다. 단자부(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 커버한다. 단자부(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310) 내부를 채운다. 단자부(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)이 노출하는 케이스(200)의 개구부(210)의 중앙 영역을 커버한다. 단자부(400)가 개구부(210)의 중앙 영역을 커버하고 캡 플레이트(300)가 개구부(210)의 외곽 영역을 커버함으로써, 케이스(200)의 개구부(210)는 단자부(400) 및 캡 플레이트(300)에 의해 완전히 커버된다. 단자부(400)는 케이스(200) 및 캡 플레이트(300)와 함께 전극 조립체(100)를 견고하게 밀봉한다. 단자부(400)는 전극 조립체(100)의 제2 전극 탭(150)과 결합되어 전극 조립체(100)의 제2 전극(120)과 연결된다. 단자부(400)는 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다.
단자부(400)는 도금층(410)을 포함한다.
도금층(410)은 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 완전히 채워 캡 플레이트(300)의 절연층(320)과 직접 접합된다. 도금층(410)은 캡 플레이트(300)의 절연층(320) 사이의 관통홀(310)을 밀폐하여 캡 플레이트(300)와 단자부(400) 사이를 밀폐한다. 도금층(410)이 채워진 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 상술한 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)의 관통홀(310) 또는 다른 실시예에 따른 이차 전지(1002)의 관통홀(310) 대비 작은 직경을 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 도금층(410)은 공지된 다양한 전해 도금 또는 무전해 도금 공정 등을 이용해 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 완전히 채워 캡 플레이트(300)의 절연층(320)과 직접 접합될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 도금층(410)은 절연층(320)의 제1 코팅층(321), 제2 코팅층(322), 제3 코팅층(323)과 직접 접촉한다. 도금층(410)은 제1 코팅층(321)을 완전히 커버하며, 제2 코팅층(322)의 일부 및 제3 코팅층(323)의 일부와 중첩한다. 도금층(410)은 제1 도금부(411), 제2 도금부(412), 및 제3 도금부(413)를 포함한다.
제1 도금부(411)는 관통홀(310)을 채워 제1 코팅층(321)과 직접 접촉하고, 제2 도금부(412)는 제1 도금부(411)로부터 캡 플레이트(300)의 상부 표면을 커버하여 제2 코팅층(322)과 직접 접촉하며, 제3 도금부(413)는 제1 도금부(411)로부터 캡 플레이트(300)의 하부 표면을 커버하여 제3 코팅층(323)과 직접 접촉한다. 제1 도금부(411), 제2 도금부(412), 제3 도금부(413)는 일체로 형성되나, 이에 한정되지 않고 제1 도금부(411), 제2 도금부(412), 제3 도금부(413) 중 적어도 하나가 나머지 대비 다른 도전성 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 도금부(411), 제2 도금부(412), 제3 도금부(413) 중 적어도 하나가 도금 시드층으로 형성되고 나머지가 도금 성장층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도금층(410)에 의해 캡 플레이트(300)의 관통홀(310) 내부에 단자부(400)가 위치된다. 도금층(410)의 제3 도금부(413)는 제2 전극 탭(150)과 결합하며, 제2 도금부(412)는 이차 전지(1003)의 제2 전극 단자일 수 있다. 도금층(410)의 제3 도금부(413)는 제2 전극 탭(150)과 용접될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 도금층(410)이 제2 전극 탭(150)과 결합됨으로써, 단자부(400)는 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다. 도금층(410)은 금속 등의 공지된 다양한 도전성 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이와 같이, 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(1003)는, 캡 플레이트(300)가 케이스(200)와 직접 결합하고, 캡 플레이트(300)와 단자부(400) 사이의 절연 접합이 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)과 대응하여 캡 플레이트(300)의 표면에 코팅된 세라믹 재료를 포함하는 절연층(320)과 직접 접합되는 단자부(400)의 도금층(410)에 의해 수행됨으로써, 고온 및 고습 환경에서도 단자부(400), 캡 플레이트(300), 및 케이스(200)에 의한 밀봉이 용이하게 수행된다.
즉, 고온 및 고습 환경에 강한 이차 전지(1003)가 제공된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
전극 조립체(100), 케이스(200), 캡 플레이트(300), 절연층(320), 단자부(400), 도금층(410)

Claims (17)

  1. 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 제1 전극에 연결되어 상기 전극 조립체를 수납하며, 상기 전극 조립체를 노출하는 개구부를 포함하는 케이스;
    상기 케이스와 결합하여 상기 개구부의 외곽 영역을 커버하며, 상기 개구부의 중앙 영역을 노출하는 관통홀 및 상기 관통홀에 대응하는 표면에 코팅된 절연층을 포함하는 캡 플레이트; 및
    상기 제2 전극과 연결되어 상기 캡 플레이트에 절연 접합되며, 상기 관통홀을 커버하는 단자부
    를 포함하며,
    상기 단자부는 상기 캡 플레이트의 상기 절연층과 직접 접합되는 도금층을 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 단자부는 상기 캡 플레이트 상에서 상기 관통홀을 커버하는 플랜지부 및 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하는 돌출부를 포함하는 제1 단자부를 더 포함하며,
    상기 도금층은 상기 제1 단자부의 표면에 코팅된 이차 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 도금층은 상기 제1 단자부와 상기 캡 플레이트 사이를 밀폐하는 이차 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 단자부는 상기 관통홀의 내부에 위치하는 제2 단자부를 더 포함하며,
    상기 도금층은 상기 제2 단자부의 표면에 코팅된 이차 전지.
  5. 제4항에서,
    상기 도금층은 상기 제2 단자부와 상기 캡 플레이트 사이를 밀폐하는 이차 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 단자부의 상기 도금층은 상기 관통홀을 완전히 채우는 이차 전지.
  7. 제6항에서,
    상기 도금층은,
    상기 관통홀을 채우는 제1 도금부;
    상기 제1 도금부로부터 상기 캡 플레이트의 상부 표면을 커버하는 제2 도금부; 및
    상기 제1 도금부로부터 상기 캡 플레이트의 하부 표면을 커버하는 제3 도금부
    를 포함하는 이차 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 절연층은,
    상기 관통홀을 형성하는 상기 캡 플레이트의 측부 표면에 코팅된 제1 코팅층;
    상기 관통홀 주변의 상기 캡 플레이트의 상부 표면에 코팅된 제2 코팅층; 및
    상기 관통홀 주변의 상기 캡 플레이트의 하부 표면에 코팅된 제3 코팅층
    을 포함하는 이차 전지.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 코팅층, 상기 제2 코팅층, 상기 제3 코팅층은 일체인 이차 전지.
  10. 제8항에서,
    상기 제2 코팅층은 상기 캡 플레이트의 상기 상부 표면의 일부에만 코팅되며,
    상기 제3 코팅층은 상기 캡 플레이트의 상기 하부 표면의 일부에만 코팅된 이차 전지.
  11. 제8항에서,
    상기 도금층은 상기 제1 코팅층, 상기 제2 코팅층, 상기 제3 코팅층과 직접 접촉하는 이차 전지.
  12. 제8항에서,
    상기 제1 코팅층은 상기 도금층에 완전히 커버되며,
    상기 제2 코팅층의 일부 및 상기 제3 코팅층의 일부는 상기 도금층과 비중첩하는 이차 전지.
  13. 제1항에서,
    상기 절연층은 세라믹 재료를 포함하는 이차 전지.
  14. 제1항에서,
    상기 전극 조립체는,
    상기 제1 전극으로부터 연장되어 상기 케이스와 용접되는 제1 전극 탭; 및
    상기 제2 전극으로부터 연장되어 상기 단자부와 용접되는 제2 전극 탭
    을 더 포함하는 이차 전지.
  15. 제1항에서,
    상기 케이스 및 상기 캡 플레이트는 상기 제1 전극과 동일한 극성을 가지며,
    상기 단자부는 상기 제2 전극과 동일한 극성을 가지는 이차 전지.
  16. 제1항에서,
    상기 이차 전지는 코인형 전지(coin cell) 또는 버튼형 전지(button cell)를 포함하는 이차 전지.
  17. 제16항에서,
    상기 코인형 전지(coin cell) 또는 상기 버튼형 전지(button cell)의 직경에 대한 높이(높이/직경)의 비율은 1 이하인 이차 전지.
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