KR20220126222A - 원통형 이차전지, 배터리팩 및 이동수단 - Google Patents

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KR20220126222A
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이제준
김학균
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Abstract

본 명세서는, 제1 전극, 제2 전극, 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터가 순차적으로 적층되어 권취된 구조를 갖고, 상기 제1 전극은 집전체의 일면에 활물질이 코팅되지 않는 무지부를 포함하며, 상기 무지부는 상기 전극 조립체의 단부에서 권취중심 또는 외곽방향으로 절곡되는 제1 전극 탭을 포함하는 전극 조립체;
일 측에 형성된 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 캔;
상기 제1 전극 탭과 전기적으로 연결된 3개 이상의 탭 결합부 및 상기 탭 결합부의 단부로부터 상기 전지 캔의 개방부 측으로 연장되어 상기 전지 캔의 내면 상에 전기적으로 연결되는, 연속적인 외주면을 갖는 캔 결합부를 포함하는 집전판; 및
상기 전지 캔의 개방부를 커버하는 탑캡
을 포함하는 원통형 이차전지, 배터리팩 및 이동수단을 제공한다.

Description

원통형 이차전지, 배터리팩 및 이동수단{CYLINDRICAL BATTERY, BATTERY PACK AND VEHICLE}
본 출원은 2021년 3월 8일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021- 0030315호의 출원일의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 원통형 이차전지, 이를 포함하는 배터리팩 및 이동수단에 관한 것이다.
종래의 원통형 이차전지는, 젤리-롤과 외부 단자를 이어주는 탭을 젤리-롤의 포일에 용접하여 연결하는 구조를 갖는 것이 일반적이었다. 이러한 구조의 원통형 이차전지는, 전류의 경로(path)가 한정적이고 젤리-롤의 자체 저항이 매우 높을 수 밖에 없었다.
이에 따라, 젤리-롤과 외부 단자를 이어주는 탭의 개수를 늘려 저항을 낮추는 방식이 시도되었으나, 이처럼 탭의 개수를 늘리는 것만으로는 원하는 수준으로 저항을 낮추고 전류의 경로(path)를 충분히 확보하는 데에 한계가 있었다.
현재, 젤리-롤의 자체 저항 감소를 위해 젤리-롤 구조 및 집전판 구조의 개발의 필요성이 대두되고 있다. 특히, 전기 자동차와 같이 고출력/고용량을 갖는 배터리팩을 요구하는 디바이스에 그 필요성이 더욱 크다.
또한, 집전판과 전지 캔 사이의 결합력이 향상된 상태로 유지되는 구조를 갖는 원통형 이차전지 및 이러한 원통형 이차전지에 적용되는 집전판 구조의 개발에 대한 필요성이 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 원통형 이차전지, 이를 포함하는 배터리팩 및 이동수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 전지 캔과의 결합 부위에서 결합력을 향상시키고, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 집전판을 포함하는 원통형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 본 명세서에서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 후술하는 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하기 측면에 따른, 원통형 이차전지, 이를 포함하는 배터리팩 및 이동수단을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원통형 이차전지로서, 제1 전극, 제2 전극, 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터가 순차적으로 적층되어 권취된 구조를 갖고, 상기 제1 전극은 집전체의 일면에 활물질이 코팅되지 않는 무지부를 포함하며, 상기 무지부는 상기 전극 조립체의 단부에서 권취중심 또는 외곽방향으로 절곡되는 제1 전극 탭을 포함하는 전극 조립체;
일 측에 형성된 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 캔;
상기 제1 전극 탭과 전기적으로 연결된 3개 이상의 탭 결합부 및 상기 탭 결합부의 단부로부터 상기 전지 캔의 개방부 측으로 연장되어 상기 전지 캔의 내면 상에 전기적으로 연결되는, 연속적인 외주면을 갖는 캔 결합부를 포함하는 집전판; 및
상기 전지 캔의 개방부를 커버하는 탑캡
을 포함하는 원통형 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 측면에 따른 원통형 이차전지를 포함하는 배터리팩을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 측면에 따른 배터리팩을 포함하는 이동수단을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 음극 집전판과 전지 캔 간의 용접 공정이 생략되므로, 원통형 이차전지의 제조 공정이 간소화될 수 있고, 이로써 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 집전판이 크림핑부까지 연장되지 않기 때문에, 집전판의 삽입에 따른 부분 간섭으로 인해, 리크가 발생되는 가능성이 방지될 수 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 효과는 상술한 효과들에만 제한되는 것은 아니며, 본 명세서에서 언급되지 않는 또 다른 기술적 효과들은 후술하는 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 집전판을 도시화한 것이다.
도 2는, 도 1에 도시된 종래의 집전판을 적용한 원통형 이차전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전판을 도시화한 것이다.
도 4는, 도 3에 도시된 집전판을 적용한 원통형 이차전지의 측 단면을 도시한 것이다.
도 5는 일 실시예에 따른 원통형 이차전지를 포함하는 배터리팩을 도시한 것이다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리팩을 포함하는 이동수단을 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 실시예를 포함할 수 있으나, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 이를 토대로 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태로 한정하려는 의도가 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서, "및/또는" 등의 용어는 복수의 관련 항목들의 조합 또는 복수의 관련 항목들 중 일부를 포함한다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 단수로 표현된 경우, 본 명세서에서 별도로 명시되지 않는 한, 복수의 개념을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "포함하다", "갖는다" 등의 용어는, 본 명세서에서 별도로 명시되지 않는 한, 본 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 공정, 구성요소, 부재 등 또는 이들의 조합이 존재 자체를 의미하는 것이며, 다른 특징, 숫자 등을 배제하는 것을 의미하지 않는다.
본 명세서에서, “이차전지(Secondary battery)”는 재충전을 통해 장시간 반복 사용이 가능한 전지를 지칭한다. 이차전지는 전극 활물질에 따라, 니켈-카드뮴 전지, 리튬이온 이차전지 등으로 분류될 수 있다. 이차전지는 형태에 따라, 파우치형, 각형, 원통형 이차전지 등으로 분류될 수 있다.
본 명세서에서, 상기 이차전지는 전극 조립체가 수용되는 전지 캔을 포함할 수 있다. 상기 전지 캔은 원통형일 수 있다.
원통형 이차전지는, 예를 들어 폼 팩터의 비(원통형 이차전지의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 대략 0.4 보다 큰 원통형 이차전지일 수 있다.
여기서, 폼 팩터란, 원통형 이차전지의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다.
본 명세서에서, 용어 “원통형 이차전지”는 원기둥 모양 또는 이와 유사한 형태를 가진 이차전지를 지칭한다. 원통형 이차전지는 부피당 에너지 밀도가 높은 특성으로 인해, 대용량의 전자, 전기기기에 많이 사용되는 것으로, 복수개가 결합되어 배터리팩을 구성하는 형태로 사용될 수 있다.
또한, 용어 “원통형 이차전지”는, 예를 들어, 원통형 이차전지의 개구부 반대편의 바닥면(반대면)에 관통 삽입된 리벳을 캐소드로 이용하고, 전지 캔 자체를 애노드로 이용하는 구조를 의미할 수 있다.
본 명세서에서, 용어 “원통형 이차전지”는, 예를 들어 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. 셀의 높이가 100mm 이상일 때 셀의 높이를 나타내기 위해 3자의 숫자가 필요하므로 마지막의 숫자 0은 생략 가능하다.
또한, 용어 “제1 전극”은 애노드를 지칭하고, 용어 “제2 전극”은 캐소드를 지칭하지만, 그 반대일 수 있다.
또한, 전지 캔은, 일 측에 개방부가 형성된 대략 원통형의 수용체로서, 도전성을 갖는 금속 재질이다. 상기 전지 캔의 측면, 그리고 상기 개방부의 반대면은 일체로 형성되는 것이 일반적이다. 즉, 상기 전지 캔은, 그 높이 방향을 기준으로, 상단은 개방되어 있고, 하단은 중앙부를 제외한 나머지 영역이 폐쇄된 형태를 갖는 것이 일반적이다. 상기 전지 캔의 하면은 대략 플랫한 형태를 가질 수 있다. 상기 전지 캔은, 그 높이 방향 일측에 형성된 개방부를 통해 전극 조립체를 수용한다. 상기 전지 캔은, 상기 개방부를 통해 전해질도 함께 수용할 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 기술 용어 또는 과학 용어를 포함하여 본 명세서에 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
이하, 종래 기술 및 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 종래의 집전판을 도시화한 것으로, 도 1(a)는 집전판의 측면도이고, 도 1(b)는 집전판의 평면도이다. 집전판(30)은 중심부(31)에서 캔 결합부(33)까지 연장되어 제1 전극 탭(11)과 결합되는 탭 결합부(32)를 포함하며, 예컨대 4개의 탭 결합부(32)가 도시되어 있다. 상기 집전판(30)의 캔 결합부(33)는 비연속적인 외주면을 가진다.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 종래의 집전판을 적용한 원통형 이차전지 측 단면도이며, 집전판(30)의 캔 결합부(33)가 비딩부(21) 뿐만 아니라 크림핑부(22)까지 연장되어 있다. 이 경우, 집전판(30)과 사출물 사이에 간섭이 생겨, 전지 캔의 실링 구조가 취약해지고, 리크가 발생할 수 있다. 다시 말해, 캔 결합부(33)가 크림핑부(22)까지 연장되는 경우, 크림핑부에서 탑캡(40)와 전지 캔(20) 사이에 개재되는 실링 가스켓(G1)에 의한 기밀이 약해진다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 제1 전극, 제2 전극, 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터가 순차적으로 적층되어 권취된 구조를 갖고, 상기 제1 전극은 집전체의 일면에 활물질이 코팅되지 않는 무지부를 포함하며, 상기 무지부는 상기 전극 조립체의 단부에서 권취중심 또는 외곽방향으로 절곡되는 제1 전극 탭을 포함하는 전극 조립체;
일 측에 형성된 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 캔;
상기 제1 전극 탭과 전기적으로 연결된 3개 이상의 탭 결합부 및 상기 탭 결합부의 단부로부터 상기 전지 캔의 개방부 측으로 연장되어 상기 전지 캔의 내면 상에 전기적으로 연결되는, 연속적인 외주면을 갖는 캔 결합부를 포함하는 집전판; 및
상기 전지 캔의 개방부를 커버하는 탑캡
을 포함하는 원통형 이차전지를 제공한다.
상기 구현예와 관련하여, 도 3 및 4를 참조하면, 제1 전극 탭(11)이 집전판(30)의 탭 결합부(32)와 결합하고, 상기 캔 결합부(33)는 연속적인 외주면 형상을 가질 수 있다. 상기 집전판(30)은 제1 전극 탭(11)과 결합되는 3개 이상의 탭 결합부(32) 및 상기 탭 결합부(32)의 단부로부터 상방으로 연장되어 상기 전지 캔의 내면 상에 전기적으로 결합되는, 연속적인 외주면을 갖는 캔 결합부(33)를 포함한다.
상기 구현예에 따르면, 집전판이 연속적인 외주면을 가지므로, 집전판과 전지 캔 간의 결합이 안정적이다.
본 발명의 추가 구현예에 따르면, 상기 탭 결합부는 상기 집전판의 중심부에서 상기 캔 결합부까지 연장되어 상기 제1 전극 탭과 각각 접촉되는 것인 원통형 이차전지를 제공한다.
상기 구현예와 관련하여, 도 3 및 4를 참조하면, 상기 집전판(30)은, 상기 집전판(30)의 코어 영역에, 중심부(31)를 포함한다. 상기 중심부(31)는 대략 원형의 형상을 가질 수 있다. 상기 집전판(30)의 탭 결합부(32)는 중심부(31)에서 캔 결합부(33)까지 외각 방향으로 연장되어 있으므로, 제1 전극 탭(11)와 결합될 수 있다.
상기 구현예에 따른 원통형 이차전지는 전극 탭과 탭 결합부 간의 효율적인 결합을 달성한다.
본 발명의 추가 구현예에 따르면, 상기 탭 결합부는 인접하는 또 다른 탭 결합부와 이루는 각도가 40°이상 140°이하인 것인 원통형 이차전지를 제공한다.
상기 구현예와 관련하여, 도 3을 참조하면, 상기 탭 결합부(32)들 중 어느 하나는 인접하는 또 다른 탭 결합부와 이루는 각도가 서로 같거나 다르고, 각각 독립적으로, 40°이상, 50°이상, 60°이상, 70°이상, 80°이상, 또는 90°이상일 수 있다. 한편, 도 3을 참조하면, 상기 탭 결합부(32)들 중 어느 하나는 인접하는 또 다른 탭 결합부와 이루는 각도가 서로 같거나 다르고, 각각 독립적으로, 140°이하, 130°이하, 120°이하, 110°이하, 또는 100°이하일 수 있다. 한편, 도 3을 참조하면, 상기 탭 결합부(32)들 중 어느 하나는 인접하는 또 다른 탭 결합부와 이루는 각도가 모두 90°일 수 있다.
상기 구현예에 따른 원통형 이차전지는 전극 탭과 탭 결합부 간의 효율적인 결합을 달성한다.
본 발명의 추가 구현예에 따르면, 상기 개방부에 인접한 전지 캔의 측단부에 형성되며 내측을 향해 압입된 비딩부를 구비하는 원통형 이차전지를 제공한다.
상기 구현예에 따라, 도 3 및 4를 참조하면, 전지 캔(20)의 개방부(미도시)에는 비딩부(21)를 포함하고, 이는 전지 캔(20) 상단의 개방부에 인접하여 내측을 향해 압입된 형태를 가진다. 상기 비딩부(21)는, 전극 조립체(10)의 상부에 형성된다. 상기 비딩부(21)가 형성된 영역에서의 전지 캔(20)의 내경은, 전극 조립체(10)의 직경보다 더 작게 형성된다.
상기 비딩부(21)는, 전지 캔(20)의 상부에 실링 가스켓(G1)이 안착되도록 전지 내부로 굽은 홈이 있는 영역을 의미한다. 이 비딩부(21)는 실링 가스켓(G1)뿐만 아니라 탑캡(40)이 안착될 수 있는 지지면을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 비딩부(21)는, 후술할 집전판(30)의 가장자리 둘레 중 적어도 일부가 안착 및 결합될 수 있는 지지면을 제공할 수 있다. 즉, 상기 비딩부(21)의 상면에는, 본 발명의 집전판(30)의 가장자리 둘레 중 적어도 일부 및/또는 본 발명의 탑캡(40)의 가장자리 둘레가 안착될 수 있다.
예를 들어, 상기 집전판(30)의 가장자리 둘레 중 적어도 일부 및/또는 탑캡(40)의 가장자리 둘레를 안정적으로 지지할 수 있도록 하기 위해, 상기 비딩부(21)의 상면은 적어도 일부가 전지 캔(20)의 하면에 대략 나란한 방향을 따라, 즉 전지 캔(20)의 측벽에 대략 수직한 방향을 따라 연장된 형태를 가질 수도 있다.
상기 구현예에 따른 원통형 이차전지는 비딩부의 형성으로 인해, 캔 결합부가 함께 가압되므로, 집전판이 전지 캔 안에서 안정적으로 고정될 수 있다.
추가 구현예에 따르면, 상기 집전판의 캔 결합부는 상기 비딩부에 접하고, 내측을 향해 압입된 구조를 갖는 원통형 이차전지를 제공한다.
상기 구현예에서, 압입은 상기 집전판의 캔 결합부와 전지 캔의 측단부에 함께 적용되는 것이다. 또한, 상기 압입은 비딩공정에 포함되는 작업이다.
구체적으로, 도 3 및 4를 참조하면, 집전판(30)의 캔 결합부(33)와 전지 캔(20)의 측 단부가 내측을 향해 함께 압입된다. 이와 같이, 비딩공정을 통해 집전판(30)과 전지 캔(20)이 함께 변형되어 접촉된다. 이로써, 용접 공정 없이 전지 캔(20)과 집전판(30)이 접촉될 수 있다.
추가 구현예에 따르면, 상기 개방부와 상기 비딩부 사이에 형성되며 상기 개방부를 향해 연장 및 절곡된 크림핑부를 구비하는 원통형 이차전지를 제공한다.
상기 구현예와 관련하여, 도 3 및 4를 참조하면, 상기 전지 캔(20)은, 비딩부(21)보다 크림핑부(22)가 더 상부에 형성된다. 즉 크림핑부(22)는 비딩 상단부에 형성된다.
상기 크림핑부(22)는, 실링 가스켓(G1) 등의 안전장치를 포함한 비딩부(21)의 상부를 가압하여 비딩부(21)의 상부에 배치되는 탑캡(40)의 가장자리를 감싸도록 연장 및 벤딩(bending 또는 절곡)된 영역을 의미한다. 이러한 크림핑부(22)의 형상에 의해 탑캡(40)은 비딩부(21) 상에 고정될 수 있다.
다른 측면에서, 상기 비딩부(21)의 최 내측 지점은, 상기 크림핑부(22)의 말단 지점보다, 반경 방향으로 더 내측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 비딩부(21)의 최 내측 지점에 비해, 상기 크림핑부(22)의 말단 지점이, 반경 방향으로 더 외측에 위치할 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 사이징 공정 후에도 평탄한 비딩부(21)를 유지할 수 있다. 만약, 예를 들어, 상기 비딩부(21)의 최 내측 지점이 상기 크림핑부(22)의 말단 지점보다 반경 방향으로 더 외측에 위치하게 되면, 크림핑부(22)의 상면의 반경 방향 길이가 비딩부(21)의 반경 방향 길이보다 길어지게 된다. 이 경우, 사이징 공정에서 압력을 받는 면적인 크림핑부(22)의 상면의 면적이 넓어지게 되고, 이에 따라 사이징 공정 후에 비딩부(21)가 평탄해지지 않게 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 비딩부(21)의 최 내측 지점이, 상기 크림핑부(22)의 말단보다, 반경 방향으로 더 내측에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 구현예에 따른 원통형 이차전지는 완전한 실링을 구현할 수 있다.
추가 구현예에 따르면, 상기 캔 결합부는 상기 비딩부에 의해 압착 고정되는 것인 원통형 이차전지를 제공한다.
상기 구현예와 관련하여, 도 3 및 4를 참조하면, 전지 캔의 상단 개구부 측에 형성되는 비딩부(21)의 형성 시, 캔 결합부(32)가 함께 가압되므로, 집전판(30)이 전지 캔(20) 안에서 압착 고정될 수 있고, 이로써 전지 캔(20)과 집전판(30) 간의 전기적 연결도 함께 달성된다.
상기 구현예에 따른 원통형 이차전지는 집전판과 전지 캔의 압착 고정으로 인해 용접 공정이 생략될 수 있어, 원통형 이차전지의 제조 공정이 간소화될 수 있다.
추가 구현예에 따르면, 상기 캔 결합부의 외주면은 상기 비딩부의 하단에서 크림핑부의 하단까지 연장되는 원통형 이차전지를 제공한다. 다시 말해, 상기 캔 결합부는 상기 비딩부까지 연장되고, 상기 크림핑부까지 연장되지 않는다.
상기 구현예와 관련하여, 도 4를 참조하면, 상기 구현예에 따른 원통형 이차전지는 집전판(30)이 비딩부(21)까지만 연장되고, 크림핑부(22)로 삽입되지 않는다.
상기 구현예에 따른 원통형 이차전지는, 집전판(30)과 사출물 간 간섭이 없으므로, 전지 캔(20)의 실링 구조가 유지되고, 리크가 발생되는 가능성이 차단될 수 있다. 특히, 캔 결합부(33)가 크림핑부(22)까지 연장되지 않는 길이를 가져 비딩부(21) 상에 비딩 압력에 의해 고정될 수 있다.
추가 구현예에 따르면, 상기 캔 결합부의 외경은 원형인 것인 원통형 이차전지를 제공한다.
이와 관련하여, 도 3 및 4를 참조하면, 캔 결합부(33)의 외경이 원형이다.
상기 구현예에 따른 원통형 이차전지는, 집전체가 외측으로 반발하는 힘과 전지 캔(20)의 비딩을 통한 절곡 성형의 힘으로 인해 집전판과 전지 캔(20)의 비딩부(21) 간의 결합이 안정적으로 달성될 수 있다.
추가 구현예에 따르면, 상기 제2 전극은 집전체의 일면에 활물질이 코팅되지 않는 무지부를 포함하며,
상기 무지부는 상기 전극 조립체의 단부에서 권취중심 또는 외곽방향으로 절곡되는 제2 전극 탭을 포함하고,
상기 전지 캔의 개방부의 반대면에 제2 전극 탭과 전기적으로 연결되는 제2 전극 단자를 포함하는 원통형 이차전지를 제공한다.
상기 구현예에 따른 원통형 이차전지로 인해 젤리-롤 전극 조립체의 저항 감소가 달성될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상술한 원통형 이차전지 중 어느 하나를 포함하는 배터리팩을 제공한다.
상기 구현예와 관련하여, 도 5를 참조하면, 팩 하우징(2)에 원통형 이차전지(1)가 포함되어 있는 배터리팩(3)이 도시되어 있다.
상기 구현예에 따른 배터리팩은 고출력/고용량을 갖는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상술한 배터리팩을 포함하는 이동수단을 제공한다.
상기 구현예와 관련하여, 도 6을 참조하면, 배터리팩(3)을 포함하는 이동수단(5)이 도시되어 있다.
상기 구현예에 따른 이동수단은 고출력/고용량을 갖는 배터리팩을 사용하므로, 안정성, 안전성 면에서 우수하다.
상기 구현예에 있어서, 양극판에 코팅되는 양극 활물질과 음극판에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
일 예로, 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; 화학량론 계수 x, y 및 z는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨)로 표시되는 알칼리 금속 화합물을 포함할 수 있다.
다른 예로, 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 예로, 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; 화학량론 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 예로, 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, 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다.
세퍼레이터는 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, 세퍼레이터는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있다.
세퍼레이터의 적어도 한 쪽 표면에는 무기물 입자의 코팅층을 포함할 수 있다. 또한 세퍼레이터 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.
상기 구현예에 있어서, 상기 원통형 이차전지는 전해질을 포함할 수 있다. 상기 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.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속한다.
1: 원통형 이차전지
2: 팩 하우징
3: 배터리팩
5: 이동수단
10: 전극 조립체
11: 제1 전극 탭
20: 전지 캔
21: 비딩부
22: 크림핑부
30: 집전판
31: 중심부
32: 탭 결합부
33: 캔 결합부
40: 탑캡
G1: 실링 가스켓

Claims (12)

  1. 제1 전극, 제2 전극, 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터가 순차적으로 적층되어 권취된 구조를 갖고, 상기 제1 전극은 집전체의 일면에 활물질이 코팅되지 않는 무지부를 포함하며, 상기 무지부는 상기 전극 조립체의 단부에서 권취중심 또는 외곽방향으로 절곡되는 제1 전극 탭을 포함하는 전극 조립체;
    일 측에 형성된 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 캔;
    상기 제1 전극 탭과 전기적으로 연결된 3개 이상의 탭 결합부 및 상기 탭 결합부의 단부로부터 상기 전지 캔의 개방부 측으로 연장되어 상기 전지 캔의 내면 상에 전기적으로 연결되는, 연속적인 외주면을 갖는 캔 결합부를 포함하는 집전판; 및
    상기 전지 캔의 개방부를 커버하는 탑캡
    을 포함하는 원통형 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탭 결합부는 상기 집전판의 중심부에서 상기 캔 결합부까지 연장되어 상기 제1 전극 탭과 각각 접촉되는 것인 원통형 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탭 결합부는 인접하는 또 다른 탭 결합부와 이루는 각도가 40°이상 140°이하인 것인 원통형 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 개방부에 인접한 전지 캔의 측단부에 형성되며 내측을 향해 압입된 구조를 갖는 비딩부를 구비하는 원통형 이차전지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 집전판의 캔 결합부는 상기 비딩부에 접하고, 내측을 향해 압입된 구조를 갖는 원통형 이차전지.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 개방부와 상기 비딩부 사이에 형성되며 상기 개방부를 향해 연장 및 절곡된 크림핑부를 구비하는 원통형 이차전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 캔 결합부는 상기 비딩부에 의해 압착 고정되는 것인 원통형 이차전지.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 캔 결합부의 외주면은 상기 비딩부의 하단에서 상기 크림핑부의 하단까지 연장되는 원통형 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 캔 결합부의 외경은 원형인 것인 원통형 이차전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극은 집전체의 일면에 활물질이 코팅되지 않는 무지부를 포함하며,
    상기 무지부는 상기 전극 조립체의 단부에서 권취중심 또는 외곽방향으로 절곡되는 제2 전극 탭을 포함하고,
    상기 전지 캔의 개방부의 반대면에 제2 전극 탭과 전기적으로 연결되는 제2 전극 단자를 포함하는 원통형 이차전지.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 따른 원통형 이차전지를 포함하는 배터리팩.
  12. 청구항 11에 따른 배터리팩을 포함하는 이동수단.
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