KR20220118947A - 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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KR20220118947A
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Abstract

본 명세서는 제1 전극 및 제2 전극과 이들 사이에 구비된 분리막이 권취된 전극 조립체로서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 장변 단부에 활물질이 코팅되어 있지 않으며 상기 분리막의 외부로 노출된 제1 전극의 무지부를 포함하는 전극 조립체; 및 상기 제1 전극의 무지부가 노출된 상기 전극 조립체의 일 단부에 구비된 집전판으로서, 상기 전극 조립체의 권심에 대응하는 중심부; 및 상기 중심부의 둘레에 구비되고 상기 전극 조립체의 일 단부와 접하는 둘레부를 포함하고, 상기 둘레부는 상기 제1 전극의 무지부의 적어도 일부가 관통하도록 구비된 1 이상의 제1 관통홀을 포함하는 것인 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공한다.

Description

이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{Secondary battery, and battery pack and vehicle including the same}
본 명세서는 2021년 02월 19일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0022865호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리를 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리를 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 배터리 팩에 포함되는 배터리의 개수 및 전기적 연결 형태는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 이차 전지 셀의 종류로서, 원통형, 각형 및 파우치형 배터리가 알려져 있다. 원통형 배터리의 경우, 양극과 음극 사이에 절연체인 분리막을 개재하고 이를 권취하여 젤리롤 형태의 전극 조립체를 형성하고, 이를 전해질과 함께 전지 캔 내부에 삽입하여 전지를 구성한다. 참고로, 양극 전극 단자는 전지 캔의 개방구를 밀봉하는 밀봉체의 캡이고, 음극 전극 단자는 전지 캔이다.
도 8과 같이, 전극 조립체와 집전판과의 전기적 연결을 위해 용접 시, 무지부의 층고 편차로 인해 무지부가 집전판과 맞닿지 않은 영역은 입열량이 높아 집전판이 녹으며 용접 스패터가 발생하는 문제가 있다. 용접 스패터는 이차 전지 내부에 금속 이물로 잔존하여 미세 쇼트로 인한 저전압 불량을 발생시키는 원인이 될 수 있다.
대한민국 특허공개공보 제 10-2015-0043016호(2015.04.22. 공개)
본 발명은 용접 스패터의 감소를 위해 용접 영역에서의 균일한 접촉 면적을 확보할 수 있는 구조를 갖는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서는 제1 전극 및 제2 전극과 이들 사이에 구비된 분리막이 권취된 전극 조립체로서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 장변 단부에 활물질이 코팅되어 있지 않으며 상기 분리막의 외부로 노출된 제1 전극의 무지부를 포함하는 전극 조립체; 및 상기 제1 전극의 무지부가 노출된 상기 전극 조립체의 일 단부에 구비된 집전판으로서, 상기 전극 조립체의 권심에 대응하는 중심부, 및 상기 중심부의 둘레에 구비되고 상기 전극 조립체의 일 단부와 접하는 둘레부를 포함하는 집전판을 포함하고, 상기 둘레부는 상기 제1 전극의 무지부의 적어도 일부가 관통하도록 구비된 1 이상의 제1 관통홀을 포함하는 것인 이차 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판의 중심부는 상기 전극 조립체의 권심에 대응되는 부분에 구비된 중심홀을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판의 제1 관통홀을 통해 외부로 노출된 제1 전극의 무지부는 상기 전극 조립체의 권심 방향으로 1회 이상 절곡된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판의 둘레부는 상기 전극 조립체의 권취 방향으로 이격된 2개 이상의 제1 관통홀을 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판의 둘레부는 상기 중심부에서 어느 한 외곽 방향으로 이격된 2개 이상의 제1 관통홀을 포함하는 제1 관통홀 군을 1개 이상 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 관통홀 군은 상기 중심부에서 어느 한 외곽 방향으로 이격된 2개 내지 6개의 제1 관통홀을 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판의 둘레부는 2개 내지 6개의 상기 제1 관통홀 군을 포함하며 각각의 상기 제1 관통홀 군은 상기 전극 조립체의 권취 방향으로 서로 이격되어 배치된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판의 둘레부는 2개의 상기 제1 관통홀 군을 포함하며, 상기 2개의 제1 관통홀 군은 상기 중심부를 사이에 두고 서로 대향하도록 구비된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판의 둘레부는 3개 내지 6개의 상기 제1 관통홀 군을 포함하며, 각각의 상기 제1 관통홀 군은 상기 전극 조립체의 권취 방향으로 서로 이격되어 배치된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 관통홀 중 적어도 하나는 상기 집전판의 가장자리와 접하여 구비된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 관통홀은 슬릿 형태 또는 도트 형태인 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판의 둘레부는 1개 이상의 제2 관통홀을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판의 둘레부는 2개 이상의 제1 관통홀 군을 포함하고, 상기 집전판의 둘레부는 1개 이상의 제2 관통홀을 더 포함하며, 상기 제2 관통홀은 인접한 2개의 상기 제1 관통홀 군 사이에 구비된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판은 전극탭을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서는 전술한 이차 전지를 복수개 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
본 명세서는 전술한 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 자동차를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는 전극 조립체의 전극 무지부의 적어도 일부가 집전판을 관통하여 외부로 노출된 전극 무지부가 절곡되는 구조를 갖음으로써, 집전판과 전극 조립체의 용접공정 시, 균일한 용접 면적을 확보할 수 있다.
또한, 용접 공정 시 상대적으로 얇은 두께를 가지는 절곡된 전극 무지부를 향해 레이저를 조사함으로써, 레이저 조사 에너지를 낮출 수 있는 추가 이점을 가질 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 권취 전 판형의 전극의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극 조립체의 권취 공정을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 전극 조립체가 권취 후 무지부의 양 단부에 집전판이 구비되는 공정을 나타낸 조립도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지를 길이 방향(Y)으로 자른 단면도이다.
도 5는 본 명세서의 또 다른 실시상태에 따른 전극 단자의 리벳팅 구조를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 점선 원(B)으로 표시된 부분의 단면도이다.
도 7은 본 명세서의 또 다른 실시상태에 따른 이차 전지를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 무지부의 층고 편차로 인해 무지부가 집전판과 맞닿지 않은 영역을 표시한 도면이다.
도 9는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 집전판에 있어서, 중심홀, 제1 관통홀, 제2 관통홀 및 제1 관통홀을 통과하여 노출된 제1 전극 무지부를 예시한 도면이다.
도 10은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 제1 전극 무지부가 집전판 외부로 노출된 후 절곡된 것을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 명세서의 다른 실시상태에 따른 권취 전 판형의 전극 구조를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 12는 본 명세서의 다른 실시상태에 따른 전극의 무지부 분절구조를 제1전극 및 제2전극에 적용한 전극 조립체를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 13은 본 명세서의 다른 실시상태에 따라 무지부가 절곡된 전극 조립체를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 14는 본 명세서의 일 실시상태에 원통형 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 16 내지 24는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 집전판의 다양한 형태를 예시한 도면이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 서로 다른 실시예에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여될 수 있다.
2 개의 비교 대상이 동일하다는 언급은 '실질적으로 동일'한 것을 의미한다. 따라서 실질적 동일은 당업계에서 낮은 수준으로 간주되는 편차, 예를 들어 5% 이내의 편차를 가지는 경우를 포함할 수 있다. 또한, 소정의 영역에서 어떠한 파라미터가 균일하다는 것은 평균적 관점에서 균일하다는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에서, "상"은 하나의 층 위에 물리적으로 접하여 위치하는 것만을 의미하는 것이 아니라, 위치상 위에 위치하는 것을 의미한다. 즉, 어느 하나의 층 상에 위치하는 층은 사이에 다른 층이 있을 수도 있다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지(40, 70)는, 전극 조립체(300) 및 집전판(400)을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태는 제1 전극(10) 및 제2 전극(11)과 이들 사이에 구비된 분리막(12)이 권취된 전극 조립체(71, A, 100)로서, 상기 제1 전극(10) 및 제2 전극(11)은 각각 장변 단부에 활물질이 코팅되어 있지 않으며 상기 분리막(12)의 외부로 노출된 무지부(311)를 포함하는 전극 조립체(71, A, 100); 및 상기 제1 전극(10)의 무지부(311)가 노출된 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 일 단부에 구비된 집전판(400)으로서, 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권심(340)에 대응하는 중심부(410), 및 상기 중심부(410)의 둘레에 구비되고 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 일 단부와 접하는 둘레부(420)를 포함하는 집전판(400)을 포함하며, 상기 둘레부(420)는 상기 제1 전극(10)의 무지부(311)의 적어도 일부가 관통하도록 구비된 1 이상의 제1 관통홀(430)을 포함하는 것인 이차 전지(40, 70)를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)은 상기 제1 전극(10)의 무지부(311)가 노출된 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 일 단부에 구비되고, 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권심(340)에 대응하는 중심부(410); 및 상기 중심부(410)의 둘레에 구비되고 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 일 단부와 접하는 둘레부(420)를 포함하고, 상기 둘레부(420)는 상기 제1 전극(10)의 무지부(311)의 적어도 일부가 관통하도록 구비된 1 이상의 제1 관통홀(430)을 포함한다.
상기 제1 관통홀(430)은 상기 전극 조립체(71, A, 100)와 상기 집전판(400)이 결합할 시, 상기 제1 전극(10)의 무지부(311)가 집전판(400)을 관통하는 통로 역할을 한다. 도 9에서 상기 제1 관통홀(430)을 통해 제1 전극(10)의 무지부(311)가 집전판(400)을 관통한 것을 예시하였다.
상기 전극 조립체(71, A, 100)의 제1 전극 무지부(311)는 상기 집전판(400)의 제1 관통홀(430)의 형태에 맞게 적어도 일부가 절단되는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)의 중심부(410)는 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권심(340)에 대응되는 부분에 구비된 중심홀(411)을 더 포함하는 것일 수 있다. 도 9 및 도 16 내지 도 19에 중심홀(411)이 구비되는 다양한 실시상태를 예시하였다.
상기 중심홀(411)의 형태는 원형 또는 직선과 곡선이 연결된 형태를 가질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)의 제1 관통홀(430)을 통해 외부로 노출된 제1 전극(10)의 무지부(311)는 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권심 방향(a)으로 1회 이상 절곡된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)의 제1 관통홀(430)을 통해 외부로 노출된 제1 전극(10)의 무지부(311)는 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권심 방향(a)으로 2회 이상 절곡된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 관통홀(430)을 통해 외부로 노출되고 1회 이상 절곡된 제1 전극의 무지부의 적어도 하나의 면은 상기 집전판(400)의 상부와 접하는 것일 수 있다. 이때, 절단에 의해, 상기 제1 전극(10)의 무지부(311)는 상기 제1 관통홀(430)에 대응되는 돌출부(330), 및 상기 돌출부(330)를 돌출시키기 위해 음각으로 절단된 음각부(320)를 포함한다. 상기 돌출부(330)는 제1 관통홀(430)에 관통되고, 관통 후 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권심 방향(a)으로 절곡되어 체결된다. 이렇게 체결된 돌출부(330)는 레이저에 의해 용접하여 고정된다. 도 10에 상기 1회 이상 절곡된 제1 전극(10)의 무지부(311)를 나타내었다.
반면, 상기 음각부(320)는 제1 및 제2 관통홀(430, 440)이 형성되지 않은 집전판(400)의 하부와 접하게 되며, 절단에 의해 제1 전극(10)의 무지부(311)의 단부가 균일해져 상기 음각부(320)와 집전판(400)의 하부가 층고 편차 없이 균일하게 접할 수 있다.
상기 전극 조립체(71, A, 100)와 집전판(400)과의 용접 공정은, 상기 제1 관통홀(430)을 통해 외부로 노출되고 절곡된 제1 전극(10)의 무지부(311)를 향해 레이저를 조사함으로써 수행된다.
이때, 레이저가 조사되는 제1 전극(10)의 무지부(311)는 상기 집전판(400)의 두께보다 상대적으로 얇으므로, 레이저 조사의 에너지를 낮출 수 있는 이점을 가진다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)의 둘레부(420)는 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권취 방향(X)으로 이격된 2개 이상의 제1 관통홀(431-1, 431-2, 431-3, 432-1, 432-2, 432-3, 433-1, 433-2, 433-3, 434-1, 434-2, 434-3)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 전극 조립체의 권취 방향(X)이란 전극 조립체의 권취 축을 기준으로 권취되는 방향을 의미한다. 도 16 내지 24에 상기 제1 관통홀(430)이 상기 둘레부(420)에 배치되는 위치를 예시하였다.
상기 집전판(400)의 둘레부(420)는 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권취 방향(X)으로 이격된 3개 이상의 제1 관통홀(430)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 집전판(400)의 둘레부(420)는 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권취 방향(X)으로 이격된 4개 이상의 제1 관통홀(430)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 집전판(400)의 둘레부(420)는 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권취 방향(X)으로 이격된 9개 이상의 제1 관통홀(430)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 집전판(400)의 둘레부(420)는 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권취 방향(X)으로 이격된 12개 이상의 제1 관통홀(430)을 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)의 둘레부(420)는 상기 중심부(410)에서 어느 한 외곽 방향(b)으로 이격된 2개 이상의 제1 관통홀(430)을 포함하는 제1 관통홀 군(431)을 1개 이상 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제1 관통홀 군(431)에 속하는 2개 이상의 제1 관통홀(430)은 중심부로부터의 최단거리가 서로 상이한 것일 수 있다. 도 16 내지 24에 상기 제1 관통홀 군(431)이 다양한 구조로 둘레부(420)에 배치되는 것을 예시하였다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 관통홀 군(431)은 2개 내지 6개의 제1 관통홀(430)을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 본 명세서에 있어서, 하나의 제1 관통홀 군(431)은 2개 내지 6개의 제1 관통홀(430)을 포함하는 것일 수 있고, 상기 제1 관통홀 군(431)에 속하는 2개 내지 6개의 제1 관통홀(430)은 중심부(410)로부터의 최단거리가 서로 상이한 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 관통홀 군(431)은 2개 내지 5개의 제1 관통홀(430)을 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 관통홀 군(431)은 2개 내지 4개의 제1 관통홀(430)을 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 관통홀 군(431)은 2개 내지 3개의 제1 관통홀(430)을 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 도 16, 17, 20(a), 20(b), 21(a) 및 21(b)과 같이, 상기 제1 관통홀 군(431, 432)은 2개의 제1 관통홀(431-1, 431-2, 432-1, 432-2)을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 도 18 및 도 19와 같이, 상기 제1 관통홀 군(431, 432, 433)은 3개의 제1 관통홀(431-1, 431-2, 431-3, 432-1, 432-2, 432-3, 433-1, 433-2, 433-3)을 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 도 22 내지 도24와 같이, 상기 제1 관통홀 군(431, 432, 433, 434)은 4개의 제1 관통홀(431-1, 431-2, 431-3, 432-1, 432-2, 432-3, 433-1, 433-2, 433-3, 434-1, 434-2, 434-3)을 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)의 둘레부(420)는 2개 내지 6개의 상기 제1 관통홀 군(431)을 포함하며 각각의 상기 제1 관통홀 군(431)은 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권취 방향(X)으로 이격되어 배치된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)의 둘레부(420)는 2개의 상기 제1 관통홀 군(431)을 포함하며, 도 16, 17, 20(a), 20(b), 21(a) 및 21(b)과 같이, 상기 2개의 제1 관통홀 군(431, 432)은 상기 중심부(410)를 사이에 두고 서로 대향하도록 구비된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)의 둘레부(420)는 3개 내지 6개의 상기 제1 관통홀 군(431)을 포함하며, 각각의 상기 제1 관통홀 군(431)은 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권취 방향(X)으로 서로 이격되어 배치된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 관통홀(430) 중 적어도 하나는 상기 집전판(400)의 가장자리와 접하여 구비된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 관통홀(430)은 슬릿 형태 또는 도트 형태인 것일 수 있다. 상기 슬릿 형태는 서로 다른 곡률 반경을 가진 곡선을 적어도 2개 포함하는 형태일 수 있다. 상기 도트 형태는 직사각형, 사다리꼴 등의 형태를 가질 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)의 둘레부(420)는 1개 이상의 제2 관통홀(440)을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 제2 관통홀(440)은 전해액 주입의 용도로 사용된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)의 둘레부(420)는 1개 이상의 제2 관통홀(440)을 더 포함하고, 상기 제2 관통홀(440)은 인접한 2개의 상기 제1 관통홀 군(431) 사이에 구비되는 것일 수 있다.
즉, 상기 제2 관통홀(440)은 상기 중심홀(411)과도 이격되어 구비되고, 상기 제1 관통홀(430)과도 이격되어 구비되는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)은 전극탭(450)을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 전극탭(450)이 구비되는 경우, 전지 셀 조립시 전지 셀 구조에 맞도록 전극탭(450)을 절곡하여 연결한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지(40, 70)는 제1 전극(10), 분리막(12) 및 제2 전극(11)이 적층되고 권취되어 구성된 전극 조립체(71, A, 100)로서, 상기 제1 전극(10)은 제1 전극 집전체(미도시) 및 상기 제1 전극 집전체(미도시) 상에 구비된 전극 활물질층(미도시)을 포함하고, 상기 제1 전극 집전체(미도시)의 권취 방향(X)에 따른 장변 단부는 상기 전극 활물질층이 구비되지 않은 제1 전극(10)의 무지부(10a)를 포함하는 전극 조립체(71, A, 100); 및 상기 제1 전극(10)의 무지부(10a)가 노출된 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 일 단부에 구비된 집전판(400)으로서, 상기 전극 조립체(71, A, 100)의 권심(340)과 대응되는 중심부(410)를 포함하는 집전판(400)을 포함하며, 상기 중심부(410)는 상기 집전판(400)의 나머지 두께보다 얇은 제1 용접부를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 용접부의 평균두께와 상기 제1 용접부를 제외한 집전판의 두께의 비는 0.4:1 내지 0.9:1일 수 있다. 상기 제1 용접부의 평균두께와 상기 제1 용접부를 제외한 집전판(400)의 두께의 비는 0.4:1, 0.5:1, 0.6:1, 0.7:1, 0.8:1 또는 0.9:1일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 집전판(400)은 제1 용접부(미도시)를 포함하는 중심부(410)와 구분된 둘레부(420)를 포함할 수 있으며, 상기 둘레부(420)는 중심부(410)의 가장자리 전체가 상기 전극 조립체(300)의 외곽 방향(Z)으로 연장될 수 있다. 이와 같은 형태의 집전판(400)은 원판형 또는 타원형 등의 형태를 가질 수 있다. 상기 둘레부(420)는 상기 제1 용접부를 제외한 나머지 두께보다 얇은 제2 용접부를 포함할 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 있어서, 중심부(410)의 가장자리의 일부가 상기 전극 조립체(300)의 외곽 방향(Z)으로 연장된 1 이상의 레그를 포함할 수 있다. 즉, 둘레부(420)에 상기 제1 용접부를 제외한 나머지 두께보다 얇은 제2 용접부를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 용접부의 평균두께와 상기 제1 용접부 및 제2 용접부를 제외한 집전판의 두께의 비는 0.4:1 내지 0.9:1일 수 있다. 상기 제2 용접부의 평균두께와 상기 제1 용접부 및 제2 용접부를 제외한 집전판의 두께의 비는 0.4:1, 0.5:1, 0.6:1, 0.7:1, 0.8:1 또는 0.9:1일 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 집전체의 구조를 나타내고, 도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극(10, 11)과 분리막(12)이 구비된 전극 조립체(71, A, 100)의 권취 공정을 나타내고, 도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 무지부(10a)의 절곡면에 집전판이 용접되는 공정을 나타낸다.
도 4는 이차 전지에 있어서, 집전판(400)과 전극 단자(50)가 연결될 때 스트립 형태의 리드(45)가 사용되는 구조를 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 전극(10)과 제2 전극(11)은 쉬트 모양의 집전체(91)에 활물질이 코팅되어 활물질층(92)이 구비된 구조를 가지며, 권취 방향을 따라 한쪽 장변 측에 무지부(93)를 포함한다.
전극 조립체는 제1 전극(10)과 제2 전극(11)을 도 2에 도시된 것처럼 2장의 분리막(12)과 함께 순차적으로 적층시킨 후 일방향(X)으로 권취시켜 제작한다. 이때, 제1 전극(10)과 제2 전극(11)의 무지부는 서로 반대 방향으로 배치된다. 권취 공정 이후, 제1 전극(10)의 무지부(10a)와 제2 전극(11)의 무지부(11a)는 코어측으로 절곡된다. 그 이후에는, 도 3과 같이, 무지부(10a, 11a)에 집전판(30, 31)을 각각 용접시켜 결합시킨다.
제1 전극 무지부(10a)와 제2 전극 무지부(11a)에는 별도의 전극 탭이 결합되어 있지 않으며, 집전판(30, 31)가 외부의 전극 단자와 연결되며, 전류 패스가 전극 조립체(A)의 권취 축 방향(화살표 참조)을 따라 큰 단면적으로 형성되므로 배터리 셀의 저항을 낮출 수 있는 장점이 있다. 저항은 전류가 흐르는 통로의 단면적에 반비례하기 때문이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지(40)는 도 4에 도시된 바와 같이 전지 캔(41)과 밀봉체(42)를 포함한다. 밀봉체(42)는 캡 플레이트(42a), 밀봉 가스켓(42b) 및 연결 플레이트(42c)를 포함한다. 밀봉 가스켓(42b)은 캡 플레이트(42a)의 가장자리를 감싸며 클림핑부(43)에 의해 고정된다. 또한, 전극 조립체(A)는 상하 유동을 방지하기 위해 비딩부(44)에 의해 전지 캔(41) 내에 고정된다.
통상적으로 양극 단자는 밀봉체(42)의 캡 플레이트(42a)이고 음극 단자는 전지 캔(41)이다. 따라서, 제1 전극(10)의 무지부(10a)에 결합된 집전판(30)은 스트립 형태의 리드(45)를 통해 캡 플레이트(42a)에 부착된 연결 플레이트(42c)에 전기적으로 연결된다. 또한, 제2 전극(11)의 무지부(11a)에 결합된 집전판(31)은 전지 캔(41)의 바닥에 전기적으로 연결된다. 인슐레이터(46)는 집전판(30)을 커버하여 극성이 다른 전지 캔(41)과 제1 전극(10)의 무지부(10a)가 서로 접촉하여 단락을 일으키는 것을 방지한다.
도 4를 참고하면, 집전판(30)이 연결 플레이트(42c)에 연결될 때에는 스트립 형태의 리드(45)가 사용된다. 리드(45)는 집전판(30)에 별도로 부착하거나, 집전판(30)과 일체로 제작된다. 그런데, 리드(45)는 두께가 얇은 스트립 형태이므로 단면적이 작아서 급속충전 전류가 흐를 경우 열이 많이 발생한다. 또한, 리드(45)에서 발생한 과도한 열은 전극 조립체(A) 측으로 전달되어 분리막(12)을 수축시킴으로써 열 폭주의 주요 원인인 내부 단락을 일으킬 수 있다. 리드(45)는 또한 전지 캔(41) 내에서 상당한 설치 공간을 차지한다. 따라서, 리드(45)가 포함된 이차 전지(40)는 공간 효율성이 낮아서 에너지 밀도를 증가시키는데 한계가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은, 집전체 및 상기 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 구비된 전극 활물질층을 포함한다. 전극 조립체의 권취축의 일 단부에 구비된 상기 집전체의 권취 방향에 따른 장변 단부는 전극 활물질층이 구비되지 않은 제1 전극의 무지부(이하 제1 무지부)가 존재한다. 상기 제1 무지부는, 전지 캔 내에 수용된 전극 조립체의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 상부에 구비된다. 즉, 상기 집전체는, 장변 단부에 전극 활물질이 코팅되어 있지 않으며 분리막의 외부로 노출된 제1 전극의 무지부를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전극은, 제2 전극 집전체 및 상기 제2 전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 구비된 제2 전극 활물질층을 포함한다. 상기 제2 전극 집전체의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 타 측 단부에는 제2 전극 활물질층이 포함되지 않은 제2 전극의 무지부(이하 제2 무지부)가 존재한다.
상기 제2 전극의 무지부는, 전지 캔 내에 수용된 전극 조립체의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 하부에 구비된다. 즉, 상기 제2 전극 집전체는, 장변 단부에 전극 활물질층이 코팅되어 있지 않으며 분리막의 외부로 노출된 제2 무지부를 포함하고, 제2 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용될 수 있다. 상기 제2 무지부는, 예를 들어 음극 탭일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체는, 제2 전극의 무지부의 분절편의 중첩 레이어 수가 전극 조립체의 반경 방향을 따라 일정하게 유지되는 영역인 용접 타겟 영역을 구비할 수 있다.
이 영역에서는, 중첩 레이어 수가 최대로 유지되므로, 후술할 제2 집전판과 제2 전극의 무지부의 용접이 이 영역 내에서 이루어지는 것이 유리할 수 있다. 레이저 용접을 적용하는 경우에 있어서, 용접 품질의 향상을 위해 레이저의 출력을 높이는 경우 레이저 빔이 제2 전극의 무지부를 관통하여 전극 조립체를 손상시키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 용접 스패터 등의 이물질이 전극 조립체의 내부로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 무지부 및 제2 무지부는, 이차 전지의 높이 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 서로 반대 방향으로 연장된다. 상기 제1 무지부는, 전지 캔의 폐쇄부를 향해 연장되며, 제2 무지부는 전지 캔의 개방부를 향해 연장된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 제2 전극은 양극일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 제2 전극은 음극일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 양극에 코팅되는 양극 활물질과 음극에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
일 예에서, 양극 활물질은 일반 화학식 A[AxMy]O2+z(A는 Li, Na 및 K 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M은 Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, 및 Cr에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; x ≥ 0, 1 ≤ x+y ≤2, ­0.1 ≤ z ≤ 2; 화학량론적 계수 x, y 및 z는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨)로 표시되는 알칼리 금속 화합물을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 양극 활물질은 US6,677,082, US6,680,143 등에 개시된 알칼리 금속 화합물 xLiM1O2­(1­x)Li2M2O3(M1은 평균 산화 상태 3을 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 평균 산화 상태 4를 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; 0≤x≤1)일 수 있다.
또 다른 예에서, 양극 활물질은, 일반 화학식 LiaM1 xFe1­xM2 yP1­yM3 zO4­z(M1은 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V 및 S에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M3는 F를 선택적으로 포함하는 할로겐족 원소를 포함; 0 < a ≤ 2, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1; 화학량론적 계수 a, x, y 및 z는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨), 또는 Li3M2(PO4)3[M은 Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함]로 표시되는 리튬 금속 포스페이트일 수 있다.
바람직하게, 양극 활물질은 1차 입자 및/또는 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함할 수 있다.
일 예에서, 음극 활물질은 탄소재, 리튬금속 또는 리튬금속화합물, 규소 또는 규소화합물, 주석 또는 주석 화합물 등을 사용할 수 있다. 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 음극 활물질로 사용 가능하다. 탄소재로는 저결정 탄소 및/또는 고결정성 탄소가 모두 사용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체, 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 다른 예시로서, 분리막은 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있다.
분리막의 적어도 한 쪽 표면에는 무기물 입자의 코팅층을 포함할 수 있다. 또한 분리막 자체가 무기물 입자의 코팅층으로 이루어지는 것도 가능하다. 코팅층을 구성하는 입자들은 인접하는 입자 사이 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 존재하도록 바인더와 결합된 구조를 가질 수 있다.
무기물 입자는 유전율이 5이상인 무기물로 이루어질 수 있다. 비제한적인 예시로서, 상기 무기물 입자는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1­xLaxZr1­yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3­PbTiO3(PMN­PT), BaTiO3, hafnia(HfO2), SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO 및 Y2O3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
전해질은 A+B-와 같은 구조를 갖는 염일 수 있다. 여기서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함한다. 그리고 B-는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 --, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- ,　CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN-　및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온을 포함한다.
전해질은 또한 유기 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 유기 용매로는, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylenecarbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드 (dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄 (dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 명세서의 상기 이차 전지는 상기 전극 조립체를 수용하고 개구부를 포함하는 전지 캔; 상기 전지 캔의 개구부를 밀폐하도록 구성되는 캡 플레이트; 및 상기 집전판의 제1 용접부와 용접되어 결합하고 상기 전지 캔과 리벳팅되는 전극 단자를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지에 있어서, 전극 조립체(71)를 수납하며 제2전극의 무지부(72)와 전기적으로 연결된 원통형의 전지 캔(51)을 포함한다.바람직하게, 전지 캔(51)의 일 측(하부)은 개방되어 있다. 또한, 전지 캔(51)의 바닥(52)은 전극 단자(50)가 콜킹 공정을 통해 관통 홀(53)에 리벳팅된 구조를 가진다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이차 전지는 상기 전극 단자와 상기 관통 홀 사이에 개재된 가스켓을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 이차 전지(70)는 또한 전지 캔(51)으로부터 절연 가능하도록 전지 캔(51)의 개방 단부를 밀봉하는 밀봉체(74)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 밀봉체(74)는 극성이 없는 캡 플레이트(74a) 및 캡 플레이트(74a)의 가장자리와 전지 캔(51)의 개방단부 사이에 개재된 밀봉 가스켓(74b)을 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 캡 플레이트(74a)는 알루미늄, 스틸, 니켈 등의 도전성 금속 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 밀봉 가스켓(74b)은 절연성 및 탄성이 있는 폴리프로필렌, 폴리부틸렌테레프탈레이드, 폴리플루오르화에틸렌 등으로 이루어질 수 있다. 하지만, 본 발명이 캡 플레이트(74a)와 밀봉 가스켓(74b)의 소재에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 캡 플레이트(74a)는 전지 캔(51) 내부의 압력이 임계치를 초과했을 때 파열되는 벤트 노치(77)를 포함할 수 있다. 벤트 노치(77)는 캡 플레이트(74a)의 양면에 형성될 수 있다. 벤트 노치(77)는 캡 플레이트(74a)의 표면에서 연속적 또는 불연속적인 원형 패턴, 직선 패턴 또는 그 밖의 다른 패턴을 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전지 캔(51)은, 밀봉체(74)를 고정하기 위해, 전지 캔(51)의 내측으로 연장 및 절곡되어 밀봉 가스켓(74b)과 함께 캡 플레이트(74a)의 가장자리를 감싸서 고정하는 클림핑부(75)를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전지 캔(51)은 또한 개방 단부에 인접한 영역에 전지 캔(51)의 내측으로 압입된 비딩부(76)를 포함할 수 있다. 비딩부(76)는 밀봉체(74)가 클림핑부(75)에 의해 고정될 때, 밀봉체(74)의 가장자리, 특히 밀봉 가스켓(74b)의 외주 표면을 지지한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자는 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어지며, 알루미늄(Al)이 이용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이차 전지는 제2전극의 무지부(72)와 용접되는 제2 집전판(78)을 더 포함할 수 있다. 제2 집전판(78)은 알루미늄, 스틸, 니켈 등의 도전성 금속 재질로 이루어진다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 집전판(78)은 제2전극의 무지부(72)와 접촉하지 않는 가장자리의 적어도 일부(78a)가 비딩부(76)와 밀봉 가스켓(74b) 사이에 개재되어 클림핑부(75)에 의해 고정될 수 있다.
선택적으로, 제2 집전판(78)의 가장자리의 적어도 일부(78a)는 클림핑부(75)와 인접한 비딩부(76)의 내주면(76a)에 용접을 통해 고정될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 인슐레이터는, 상기 집전판과 상기 전지 캔의 내측 면 사이에 구비될 수 있다. 상기 인슐레이터는, 상기 집전판과 전지 캔 사이의 접촉을 방지한다. 상기 인슐레이터는, 전극 조립체의 외주면의 상단과 전지 캔의 내측 면 사이에도 개재될 수 있다. 즉, 상기 인슐레이터는, 제1전극의 무지부와 전지 캔의 측벽부의 내측 면 사이에도 개재될 수 있다. 이는, 상기 전지 캔의 폐쇄부를 향해 연장된 제제1전극의 무지부와 전지 캔의 내주면 사이의 접촉을 방지하기 위함이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1전극 및/또는 제2전극의 무지부(72, 73)는 전극 조립체(71)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡됨으로써 전극 조립체(71)의 상부 및 하부에 절곡면을 형성할 수 있다. 또한, 제2 집전판(78)은 제2 전극의 무지부(72)가 절곡되면서 형성된 절곡면에 용접되고, 제1집전판(79)은 제1 전극의 무지부(73)가 절곡되면서 형성된 절곡면에 용접될 수 있다.
상기 무지부(72, 73)가 절곡될 때 생기는 응력을 완화하기 위해 제1전극 및/또는 제2전극은 도 1에 따른 전극과 다른 개선된 구조를 가질 수 있다. 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극(90) 구조를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도11을 참조하면, 전극(90)은 도전성 재질의 포일로 이루어진 쉬트 형상의 집전체(91)와, 집전체(91)의 적어도 일면에 형성된 활물질층(92)과, 집전체(91)의 장변 단부에 활물질이 코팅되지 않은 무지부(93)를 포함한다.
바람직하게, 상기 무지부(93)는 노칭 가공된 복수의 분절편(93a)을 포함할 수 있다. 복수의 분절편(93a)은 복수의 그룹을 이루며, 각 그룹에 속한 분절편(93a)들은 높이(Y방향 길이) 및/또는 폭(Z 방향 길이) 및/또는 이격 피치가 동일할 수 있다. 각 그룹에 속한 분절편(93a)들의 수는 도시된 것보다 증가 또는 감소될 수 있다. 분절편(93a)은 사다리꼴 모양일 수 있는데, 사각형, 평형사변형, 반원형 또는 반타원형으로 변형될 수 있다. 바람직하게, 분절편(93a)의 높이는 코어측으로부터 외주측으로 가면서 단계적으로 증가할 수 있다. 또한, 코어측과 인접한 코어측 무지부(93')는 분절편(93a)을 포함하지 않을 수 있고, 코어측 무지부(93')의 높이는 다른 무지부 영역보다 작을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극(90)은 활물질층(92)과 무지부(93) 사이의 경계를 덮는 절연 코팅층(94)을 포함할 수 있다. 절연 코팅층(94)은 절연성이 있는 고분자 수지를 포함하며, 무기물 필러를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 절연 코팅층(94)은 활물질층(92)의 단부가 분리막을 통해 대향하고 있는 반대 극성의 활물질층과 접촉되는 것을 방지하고, 분절편(93a)의 절곡을 구조적으로 지지하는 역할을 한다. 이를위해, 전극(90)이 전극 조립체로 권취되었을 때, 절연 코팅층(94)은 적어도 일부가 분리막으로부터 외부로 노출되는 것이 바람직하다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전극(90)의 무지부 분절구조를 제1전극 및 제2전극에 적용한 전극 조립체(100)를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 12를 참조하면, 전극 조립체(100)는 도 2를 통해 설명한 권취 공법으로 제조할 수 있다. 설명의 편의를 위해 분리막 밖으로 연장된 무지부(72, 73)의 돌출 구조를 상세하게 도시하고, 제1전극, 제2전극 및 분리막의 권취 구조에 대한 도시는 생략하였다. 하부로 돌출된 무지부(72)는 제1전극으로부터 연장된 것이고, 상부로 돌출된 무지부(73)는 제2전극으로부터 연장된 것이다. 상기 무지부(72, 73)의 높이가 변화하는 패턴은 개략적으로 도시하였다.
즉, 단면이 잘리는 위치에 따라서 무지부(72, 73)의 높이는 불규칙하게 변화할 수 있다. 일 예로, 사다리꼴 분절편(93a)의 사이드 부분이 잘리면 단면에서의 무지부 높이는 분절편(93a)의 높이보다 낮아진다. 따라서, 전극 조립체(100)의 단면을 나타낸 도면에 도시된 무지부(72, 73)의 높이는 각 권취 턴에 포함된 무지부 높이의 평균에 대응한다고 이해하여야 한다.
상기 무지부(72, 73)는 도 12에 도시된 것과 같이 전극 조립체(100)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡될 수 있다. 도 12에서, 절곡되는 부분(101)은 점선 박스로 표시하였다. 무지부(72, 73)가 절곡될 때, 반경 반향으로 인접하고 있는 분절편들이 여러 겹으로 서로 중첩되면서 전극 조립체(100)의 상부와 하부에 절곡면(102)이 형성된다. 이 때, 코어측 무지부(도 11의 93')는 높이가 낮아서 절곡되지 않으며, 가장 안쪽에서 절곡되는 분절편의 높이(h)는 분절편 구조가 없는 코어측 무지부(93')에 의해 형성된 권취 영역의 반경 방향 길이(r) 보다 같거나 작다. 따라서, 전극 조립체(100)의 코어에 있는 공동(80)이 절곡된 분절편들에 의해 폐쇄되지 않는다. 공동(80)이 폐쇄되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(70)은 밀봉체(74)의 캡 플레이트(74a)가 극성을 갖지 않는다. 그 대신, 제2 집전판(78)이 전지 캔(51)의 측벽에 연결되어 있어서 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a)이 전극 단자(50)와는 반대 극성을 가진다. 따라서, 복수의 셀들을 직렬 및/또는 병렬 연결하고자 할 때, 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a)과 전극 단자(50)를 이용하여 이차 전지(70)의 상부에서 버스 바 연결 등의 배선을 수행할 수 있다. 이를 통해, 동일 공간에 탑재할 수 있는 셀들의 수를 증가시켜 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이차 전지는, 전지 캔의 바닥에 리벳팅된 전극 단자를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극 단자(50)의 리벳팅 구조를 나타낸 단면도이고, 도 6은 점선 원으로 표시된 부분의 확대 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 전극 단자(50)의 리벳팅 구조는, 일측이 개방된 원통형의 전지 캔(51)과, 전지 캔(51)의 바닥(52)에 형성된 관통 홀(53)을 통해 리벳팅된 전극 단자(50)와, 전극 단자(50)와 관통 홀(53) 사이에 개재된 리벳 가스켓(54)을 포함할 수 있다.
전지 캔(51)은 도전성 금속 재질로 이루어진다. 일 예에서, 전지 캔(51)은 스틸 재질로 이루어질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전극 단자(50)는 도전성 금속 재질로 이루어진다. 일 예에서, 전극 단자(50)는 알루미늄으로 이루어질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 리벳 가스켓(54)은 절연성 및 탄성이 있는 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 리벳 가스켓(54)은 폴리프로필렌, 폴리부틸렌테레프탈레이드, 폴리플루오르화에틸렌 등으로 이루어질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자(50)는, 관통 홀(53)에 삽입된 몸체부(50a), 전지캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a)을 통해 노출된 몸체부(50a)의 일측 둘레로부터 외부면(52a)을 따라 연장된 외부 플랜지부(50b), 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)을 통해 노출된 몸체부(50a)의 타측 둘레로부터 내부면(52b)을 향해 연장된 내부 플랜지부(50c), 및 내부 플랜지부(50c)의 내측에 구비된 평탄부(50d)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 평탄부(50d)와 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)은 서로 평 행할 수 있다. 여기서, '평행'이라 함은 육안으로 관찰했을 때 실질적으로 평행한 것을 의미한다.
일 측면에 따르면, 내부 플랜지부(50c)와 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b) 사이의 각도(θ)는 0도 내지 60도 이하일 수 있다. 각도의 크기는 콜킹 공법으로 전극 단자(50)가 전지 캔(51)의 관통 홀(53)에 설치될 때 콜킹 강도에 의해 결정된다. 일 예에서, 콜킹 강도가 증가할수록 각도(θ)는 0도까지 감소할 수 있다. 각도가 60도를 초과하면 리벳 가스켓(54)의 실링 효과가 저하될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 내부 플랜지부(50c)와 평탄부(50d) 사이에 리세스부(55)가 구비될 수 있다. 리세스부(55)는 비대칭 홈의 단면 구조를 가질 수 있다. 일 예에서, 비대칭 홈은 대략 V자형일 수 있다. 비대칭 홈은 평탄부(50d)의 측벽(55a)과 상기 측벽(55a)의 단부와 연결된 내부 플랜지부(50c)의 경사면(55b)을 포함할 수 있다. 상기 측벽(55a)은 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)과 실질적으로 수직일 수 있다. '수직'이라 함은 육안상으로 관찰했을 때 실질적으로 수직인 경우를 의미한다. 리세스부(55)는 콜킹 공법으로 전극 단자(50)가 전지 캔(51)의 관통 홀(53)에 설치될 때 콜킹 지그의 형상에 의해 만들어진 것이다. 바람직하게, 내부 플랜지부(50c)의 두께는 전극 단자(50)의 몸체부(50a)로부터 멀어질수록 감소할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 리벳 가스켓(54)은, 외부 플랜지부(50b)와 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a) 사이에 개재된 외부 가스켓(54a)과, 내부 플랜지부(50c)와 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b) 사이에 개재된 내부 가스켓(54b)을 포함할 수 있다.
상기 외부 가스켓(54a)과 내부 가스켓(54b)은 두께가 위치에 따라 다를 수 있다. 바람직하게, 내부 가스켓(54b)의 영역 중 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)과 연결된 관통 홀(53)의 내측 엣지(56)와 내부 플랜지부(50c) 사이에 개재된 영역의 두께가 상대적으로 작을 수 있다. 바람직하게, 관통 홀(53)의 내측 엣지(56)와 내부 플랜지부(50c) 사이에 개재된 가스켓 영역에서 최소 두께 지점이 존재할 수 있다. 또한, 관통 홀(53)의 내측 엣지(56)는 내부 플랜지부(50c)와 마주보는 대향면(57)을 포함할 수 있다.
한편, 전지 캔(51)의 바닥(52)과 수직을 이루는 관통 홀(53) 내벽의 상단과 하단은 전극 단자(50)를 향해 테이퍼진 표면을 형성하도록 모따기(corner cutting) 되어 있다. 하지만, 관통 홀(53) 내벽의 상단 및/또는 하단은 곡률을 가진 부드러운 곡면으로 변형될 수 있다. 이 경우, 관통 홀(53) 내벽의 상단 및/또는 하단 근처에서 가스켓(54)에 가해지는 스트레스를 보다 완화할 수 있다.
바람직하게, 내부 가스켓(54b)은 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)과 0도 내지 60도의 각도를 이루며 내부 플랜지부(50c)보다 길게 연장될 수 있다.
또 다른 측면에서, 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)을 기준으로 평탄부(50d)의 높이(H1)가 내부 가스켓(54b)의 단부 높이(H2)보다 같거나 클 수 있다.
또한, 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)을 기준으로 평탄부(50d)의 높이(H1)가 내부 플랜지부(50c)의 단부 높이(H3)보다 같거나 클 수 있다. 높이 파라미터인 H1, H2 및 H3가 상기 조건을 충족하면, 내부 플랜지부(50c) 와 내부 가스켓(54b)이 다른 부품과 간섭을 일으키는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자(50)의 몸체부(50a)의 중심으로부터 외부 플랜지부(50b)의 가장자리까지의 반경(R1)은 전지 캔(51) 바닥(52)의 반경(R2)을 기준으로 10 내지 60%일 수 있다.
R1이 작아지면 전극 단자(50)에 전기 배선 부품(버스 바)을 용접할 때 용접 공간이 부족해 진다. 또한, R1이 커지면 전극 단자(50)를 제외한 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a)에 전기 배선 부품(버스바)을 용접할 때 용접 공간이 감소한다. 비율 R1/R2를 10 내지 60% 사이에서 조절하면 전극 단자(50) 및 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면에 대한 용접 공간을 적절하게 확보할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자(50)의 몸체부(50a)의 중심으로부터 평탄부(50d)의 가장자리까지의 반경(R3)은 전지 캔(51) 바닥(52)의 반경(R2)을 기준으로 4 내지 30%일 수 있다. R3이 작아지면 전극 단자(50)의 평탄부(50d)에 집전판(도 7의 79 참조)을 용접할 때 용접 공간이 부족해 지고, 전극 단자(50)의 용접 면적이 감소하여 컨택 저항이 증가할 수 있다. 또한, R3은 R1보다는 작아야 하고 R3이 커지면 내부 플랜지부(50c)의 두께가 얇아져서 내부 플랜지부(50c)가 리벳 가스켓(54)을 압착하는 힘이 약해져 리벳 가스켓(54)의 실링 능력이 저하될 수 있다.
R3/R2를 4 내지 30% 사이에서 조절하면 전극 단자(50)의 평탄부(50d)와 집전판(도 7의 79)의 용접 면적을 충분히 확보함으로써 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있을 뿐만 아니라 용접 영역의 컨택 저항을 감소시킬 수 있고 리벳 가스켓(54)의 실링 능력 저하를 방지할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전극 단자의 평탄부와 상기 집전판은 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 집전판과 상기 평탄부는 용접공정을 통해 직접 연결되거나, 전극탭, 리드 등을 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이때 용접공정은 당업계에서 통상적으로 수행하는 방법이라면 제한하지 않는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전극 단자(50)의 리벳팅 구조는 상하 운동을 하는 콜킹 지그를 이용하여 형성할 수 있다. 먼저, 전지 캔(51)의 바닥(52)에 형성된 관통 홀(53)에 리벳 가스켓(54)을 개재시켜 전극 단자(50)의 프리폼(미도시)을 삽입한다. 프리폼은 리벳팅 되기 전의 전극 단자를 지칭한다.
다음으로, 콜킹 지그를 전지 캔(51)의 내측 공간으로 삽입한다. 콜킹 지그는 프리폼을 리벳팅하여 전극 단자(50)를 형성하기 위해 프리폼과 대향하는 면에 전극 단자(50)의 최종 형상에 대응되는 홈과 돌기를 가진다.
다음으로, 콜킹 지그를 하부로 이동시켜 프리폼의 상부를 가압 포밍하여 프리폼을 리벳팅된 전극 단자(50)로 변형시킨다.
콜킹 지그에 의해 프리폼이 가압되는 동안, 외부 플랜지부(50b)와 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a) 사이에 개재된 외부 가스켓(54a)이 탄성적으로 압축되면서 그 두께가 감소한다. 또한, 관통 홀(53)의 내측 엣지(56)와 프리폼 사이에 개재된 내부 가스켓(54b) 부위가 내부 플랜지부(50c)에 의해 탄성적으로 압축되면서 다른 영역보다 두께가 더욱 감소한다. 특히, 내부 가스켓(54b)의 두께가 집중적으로 감소되는 영역은 도 6의 점선원으로 표시된 부분이다. 이에 따라, 리벳팅된 전극 단자(50)와 전지 캔(51) 사이의 실링성 및 밀폐성이 현저하게 향상된다.
바람직하게, 리벳 가스켓(54)은 프리폼이 리벳팅되는 과정에서 물리적으로 손상되지 않으면서 소망하는 실링 강도를 확보할 수 있도록 충분히 압축되는 것이 바람직하다.
일 예에서, 라벳 가스켓(54)이 폴리부틸렌테레프탈레이드로 이루어진 경우, 리벳 가스켓(54)은 그것이 최소 두께로 압축되는 지점에서 압축율이 50% 이상인 것이 바람직하다. 압축율은 압축전 두께에 대한 압축 전후의 두께 변화의 비율이다. 다른 예에서, 리벳 가스켓(54)이 폴리플루오르에틸렌으로 이루어진 경우, 리벳 가스켓(54)은 그것이 최소 두께로 압축되는 지점에서 압축율이 60% 이상인 것이 바람직하다.
또 다른 예에서, 리벳 가스켓(54)이 폴리플로필렌으로 이루어진 경우, 리벳 가스켓(54)은 그것이 최소 두께로 압축되는 지점에서 압축율이 60% 이상인 것이 바람직하다.
바람직하게, 콜킹 지그의 상하 이동을 적어도 2회 이상 실시하여 프리폼 상부의 가압 포밍을 단계적으로 진행할 수 있다. 즉, 프리폼을 단계적으로 가압 포밍하여 여러 번에 걸쳐 변형할 수 있다. 이 때, 콜킹 지그에 가해지는 압력을 단계적으로 증가시킬 수 있다. 이렇게 하면, 프리폼에 가해지는 응력을 여러 번으로 분산시킴으로써 콜킹 공정이 진행되는 동안 리벳 가스켓(54)이 손상되는 것을 방지할수 있다. 특히, 관통 홀(53)의 내측 엣지(56)와 프리폼 사이에 개재된 내부 가스켓(54b) 부위가 내부 플랜지부(50c)에 의해 집중적으로 압축될 때 가스켓의 손상이 최소화된다.
콜킹 지그를 이용한 프리폼의 가압 포밍이 완료된 후, 콜킹 지그를 전지 캔(51)으로부터 분리시키면, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전극 단자(50)의 리벳팅 구조를 얻을 수 있다.
상술한 실시예에 따르면, 코킹 지그는 전지 캔(51)의 내부에서 상하 운동을 통해 프리폼의 상부를 가압 포밍한다. 경우에 따라, 프리폼의 가압 포밍을 위해 종래 기술에서 사용되는 로타리(rotary) 회전 지그가 사용될 수 있다.
다만, 로타리 회전 지그는 전지 캔(51)의 중심 축을 기준으로 소정 각도로 기울어진 상태에서 회전 운동을 한다. 따라서, 회전 반경이 큰 로타리 회전 지그는 전지 캔(51)의 내벽과 간섭을 일으킬 수 있다. 또한, 전지 캔(51)의 깊이가 큰 경우 로타리 회전 지그의 길이도 그만큼 길어진다. 이 경우, 로타리 회전 지그 단부의 회전반경이 커지면서 프리폼의 가압 포밍이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
따라서, 콜킹 지그를 이용한 가압 포밍이 로타리 회전 지그를 이용한 방식보다 더욱 효과적이다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 전극 단자(50)의 리벳팅 구조는 원통형 이차 전지에 적용이 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 이차 전지는 폼 팩터의 비(원통형 배터리의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 0.4 보다 큰 원통형 이차 전지일 수 있다. 여기서, 폼 팩터란, 원통형 이차 전지의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다.
종래에는, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리들이 이용되었다. 즉, 종래에는, 예를 들어 18650 셀, 21700 셀 등이 이용되었다. 18650셀의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.277이다. 21700 셀의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.300이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 원통형 이차 전지는, 46110 셀, 48750 셀, 48110 셀, 48800 셀, 46800 셀일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에서, 앞의 숫자 2개는 셀의 직경을 나타내고, 그 다음 숫자 2개는 셀의 높이를 나타내고, 마지막 숫자 0은 셀의 단면이 원형임을 나타낸다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 46mm이고, 그 높이는 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 75mm이고, 폼 팩터의 비는 0.640인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.600인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 46mm이고, 그 높이는 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.575인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되고 권취되어 구성된 전극 조립체로서, 상기 제1 전극은 제1 전극 집전체 및 상기 제1 전극 집전체 상에 구비된 전극 활물질층을 포함하고, 상기 집전체의 권취 방향에 따른 장변 단부는 상기 전극 활물질층이 구비되지 않은 제1 전극의 무지부를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하고 개구부를 포함하는 전지 캔; 상기 전지 캔의 개구부를 밀폐하도록 구성되는 캡 플레이트; 및 상기 전지 캔과 리벳팅되는 전극 단자를 포함하는 이차 전지에 적용되는 집전판으로써, 상기 제1 전극의 무지부가 노출된 상기 전극 조립체의 일 단부에 구비되고, 상기 전극 조립체의 권심과 대응되는 중심부를 포함하고, 상기 중심부는 상기 집전판의 나머지 두께보다 얇은 제1 용접부를 포함하는 것인 집전판을 제공한다. 상기 집전판에 있어서, 각 구성요소들에 대한 설명은 전술한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는 배터리 팩을 제조하는데 사용될 수 있다. 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(200)은 이차 전지 셀(201)이 전기적으로 연결된 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(202)을 포함한다. 원통형 이차전지 셀(201)은 상술한 실시예에 따른 배터리 셀이다. 도면에서는, 도면 도시의 편의상 원통형 배터리 셀(201)들의 전기적 연결을 위한 버스바, 냉각 유닛, 외부 단자 등의 부품의 도시는 생략되었다.
상기 배터리 팩(200)은 자동차에 탑재될 수 있다. 자동차는 일 예로 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 자동차는 4륜 자동차 또는 2륜 자동차를 포함한다. 도 15는 도 14의 배터리 팩(200)을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 자동차(V)는, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 배터리 팩(200)을 포함한다. 자동차(V)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(200)으로부터 전력을 공급 받아 동작한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 제1 전극 10a: 제1 전극의 무지부
11: 제2 전극 11a: 제2 전극의 무지부
12: 분리막
30, 31: 집전판
71, A, 100: 전극 조립체
Y: 길이 방향
X: 권취 방향
Z: 외곽 방향
40, 70: 이차 전지
41, 51: 전지 캔
42, 74: 밀봉체
42a, 74a: 캡 플레이트
42b, 74b: 밀봉 가스켓
42c: 연결 플레이트
43, 75: 클림핑부
44, 76: 비딩부
45: 리드
46: 인슐레이터
50: 전극 단자 50a: 몸체부
50b: 외부 플랜지부 50c: 내부 플랜지부
50d: 평탄부
52: 전지 캔의 바닥
52a: 전지 캔 바닥의 외부면
52b: 전지 캔 바닥의 내부면
53: 관통 홀
54: 리벳 가스켓
54a: 외부 가스켓 54b: 내부 가스켓
55: 리세스부
55a : 평탄부의 측벽
55b: 내부 플랜지부의 경사면
56: 관통 홀의 내측 엣지
57: 내부 플랜지부와 마주보는 대향면
H1: 평탄부의 높이
H2: 내부 가스켓의 단부 높이
H3: 내부 플랜지부의 단부 높이
R1: 몸체부의 중심으로부터 외부 플랜지부의 가장자리까지의 반경
R2: 전지 캔 바닥의 반경
R3: 몸체부의 중심으로부터 평탄부의 가장자리까지의 반경
72: 제2 전극의 무지부
73: 제1 전극의 무지부
76a: 비딩부의 내주면
77: 벤트 노치
78: 제2 집전판
78a: 제2 전극의 무지부와 접촉하지 않는 가장자리의 적어도 일부
79: 제1 집전판
80: 공동
90: 전극
91: 집전체
92: 활물질층
93: 무지부 93': 코어측 무지부
93a: 분절편 h: 분절편의 높이
r: 코어측 무지부에 의해 형성된 권취 영역의 반경 방향 길이
94: 절연 코팅층
101: 절곡되는 부분
102: 절곡면
200: 배터리 팩
201: 원통형 배터리 셀
202: 팩 하우징
V: 자동차
300: 전극 조립체
311: 제1 전극의 무지부
320: 음각부
330: 돌출부
340: 권심
400: 집전판
410: 중심부 411: 중심홀
420: 둘레부
430, 431-1, 431-2, 431-3, 432-1, 432-2, 432-3, 433-1, 433-2, 433-3, 434-1, 434-2, 434-3: 제1 관통홀
431, 432, 433, 434: 제1 관통홀 군
440: 제2 관통홀
450: 전극탭
a: 권심 방향
b: 외곽 방향

Claims (16)

  1. 제1 전극 및 제2 전극과 이들 사이에 구비된 분리막이 권취된 전극 조립체로서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 장변 단부에 활물질이 코팅되어 있지 않으며 상기 분리막의 외부로 노출된 제1 전극의 무지부를 포함하는 전극 조립체; 및
    상기 제1 전극의 무지부가 노출된 상기 전극 조립체의 일 단부에 구비된 집전판으로서, 상기 전극 조립체의 권심에 대응하는 중심부, 및 상기 중심부의 둘레에 구비되고 상기 전극 조립체의 일 단부와 접하는 둘레부를 포함하는 집전판을 포함하고,
    상기 둘레부는 상기 제1 전극의 무지부의 적어도 일부가 관통하도록 구비된 1 이상의 제1 관통홀을 포함하는 것인 이차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 집전판의 중심부는 상기 전극 조립체의 권심에 대응되는 부분에 구비된 중심홀을 더 포함하는 것인 이차 전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 집전판의 제1 관통홀을 통해 외부로 노출된 제1 전극의 무지부는 상기 전극 조립체의 권심 방향으로 1회 이상 절곡된 것인 이차 전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 집전판의 둘레부는 상기 전극 조립체의 권취 방향으로 이격된 2개 이상의 제1 관통홀을 포함하는 것인 이차 전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 집전판의 둘레부는 상기 중심부에서 어느 한 외곽 방향으로 이격된 2개 이상의 제1 관통홀을 포함하는 제1 관통홀 군을 1개 이상 포함하는 것인 이차 전지.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 관통홀 군은 상기 중심부에서 어느 한 외곽 방향으로 이격된 2개 내지 6개의 제1 관통홀을 포함하는 것인 이차 전지.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 집전판의 둘레부는 2개 내지 6개의 상기 제1 관통홀 군을 포함하며 각각의 상기 제1 관통홀 군은 상기 전극 조립체의 권취 방향으로 서로 이격되어 배치된 것인 이차 전지.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 집전판의 둘레부는 2개의 상기 제1 관통홀 군을 포함하며, 상기 2개의 제1 관통홀 군은 상기 중심부를 사이에 두고 서로 대향하도록 구비된 것인 이차 전지.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 집전판의 둘레부는 3개 내지 6개의 상기 제1 관통홀 군을 포함하며, 각각의 상기 제1 관통홀 군은 상기 전극 조립체의 권취 방향으로 서로 이격되어 배치된 것인 이차 전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 관통홀 중 적어도 하나는 상기 집전판의 가장자리와 접하여 구비된 것인 이차 전지.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 관통홀은 슬릿 형태 또는 도트 형태인 이차 전지.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 집전판의 둘레부는 1개 이상의 제2 관통홀을 더 포함하는 것인 이차 전지.
  13. 청구항 5에 있어서,
    상기 집전판의 둘레부는 2개 이상의 제1 관통홀 군을 포함하고,
    상기 집전판의 둘레부는 1개 이상의 제2 관통홀을 더 포함하며,
    상기 제2 관통홀은 인접한 2개의 상기 제1 관통홀 군 사이에 구비된 것인 이차 전지.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 집전판은 전극탭을 더 포함하는 것인 이차 전지.
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 따른 이차 전지를 복수개 포함하는 배터리 팩.
  16. 청구항 15에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 자동차.
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