KR20220160345A - 원통형 이차전지 - Google Patents

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KR20220160345A
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gasket
secondary battery
electrode assembly
current collector
cylindrical secondary
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KR1020210068459A
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정현기
이원석
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 원통형 이차전지에 관한 것으로, 바닥면과, 상기 바닥면으로부터 연장된 측부를 구비하며, 상기 측부의 일단이 개구되어 개구부를 형성하는 원통형 캔; 상기 캔에 수용되는 전극 조립체; 및 상기 캔에 상기 전극 조립체가 삽입된 상태에서 상기 캔에 삽입되어 상기 전극 조립체에 접촉되는 가스켓과, 상기 가스켓 상에 배치되어 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 캡 플레이트를 구비한 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 캔은 상기 개구부 가장자리에 상기 가스켓을 가압하여 상기 캡 플레이트에 접촉시키는 컬링부가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

원통형 이차전지{Cylindrical secondary battery}
본 발명의 실시예는 신뢰성 및 안정성을 향상시키고 전지 용량을 증가시킬 수 있는 개선된 구조를 갖는 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. 캡 어셈블리는 캔의 단부를 내측으로 벤딩한 크림핑부와, 캔의 일부를 내측으로 들어가도록 변형한 비딩부의 사이에 배치되어 캔에 고정된다.
그런데 비딩부를 형성하기 위해서는 전극 조립체의 총고(총 높이)를 제한해야 하는 문제가 있다. 또한, 비딩부는 한번 변형된 부위이므로 열폭주 시 열에 취약해 이차전지의 안전성이 저하되는 문제가 있다.
최근에는 이차전지의 용량 증가를 위해 캡 어셈블리의 두께가 점차 얇아지는 추세이다. 이에 따라, 캔의 단부를 내측으로 벤딩하는 크림핑부의 형성 공정에서 압력에 의해 캡 어셈블리(특히 벤트부)가 휘어지는 변형이 발생하는 경우가 있다. 크림핑부의 형성 공정은 이차전지의 직경이 커질수록 증가하므로 캡 어셈블리의 변형 리스크 역시 커지는 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 총고를 증가시켜 전지 용량을 증가시키기 위해 비딩부를 삭제하여 크림핑을 할 수 없는 구조에서 캔을 효과적으로 밀폐할 수 있는 원통형 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지는 바닥면과, 상기 바닥면으로부터 연장된 측부를 구비하며, 상기 측부의 일단이 개구되어 개구부를 형성하는 원통형 캔; 상기 캔에 수용되는 전극 조립체; 및 상기 캔에 상기 전극 조립체가 삽입된 상태에서 상기 캔에 삽입되는 가스켓과, 상기 가스켓 상에 배치되어 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 캡 플레이트를 구비한 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 캔은 상기 개구부 가장자리에 상기 가스켓을 가압하여 상기 캡 플레이트에 접촉시키는 컬링부가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 가스켓은 원판 형상의 바닥면과, 상기 바닥면으로부터 원통 형상으로 연장된 측면을 포함하고, 상기 바닥면에는 관통홀이 형성된 것이 특징이다.
상기 컬링부는 상기 측부로부터 상기 전극 조립체의 권취 중심 방향으로 절곡되는 것이 특징이다.
상기 캡 플레이트에 접촉된 상기 가스켓의 측면 길이는 상기 컬링부의 직경 방향 폭 보다 긴 것을 특징으로 한다.
상기 전극 조립체의 일단에 구비된 무지부, 상기 무지부에 전기적으로 연결되는 집전판, 상기 집전판에 전기적으로 연결되는 전극탭을 포함하고, 상기 집전판 또는 상기 전극탭은 상기 관통홀을 통해 노출되는 것이 특징이다.
상기 전극 조립체의 일단에 구비된 무지부, 상기 무지부에 전기적으로 연결되는 집전판을 포함하고, 상기 집전판은 상기 관통홀을 통해 노출되는 것이 특징이다.
상기 캡 플레이트는 상기 가스켓의 상기 관통홀을 통해 상기 집전판 또는 상기 전극탭과 전기적으로 연결되는 것이 특징이다.
상기 캔은 상기 컬링부에 인접한 상기 측부 상에 상기 전극 조립체의 권취 중심을 향해 오목하게 형성된 적어도 하나의 그루브를 더 포함할 수 있다.
상기 그루브는 상기 가스켓에 대응하는 위치에 형성되는 것이 특징이다.
상기 그루브는 상기 측부의 둘레를 따라 링 형상으로 형성되는 것이 특징이다.
상기 캔은 상기 개구부와 인접한 상기 측부의 내주면으로부터 돌출 형성된 단턱부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 비딩부를 삭제함으로써 전극 조립체의 총고를 증가시켜 전지 용량을 증가시키고 성능을 향상시킬 수 있기 때문에 크림핑부를 삭제하는 구조를 제공한다. 이에 따라, 가스켓을 집전판에 접촉시킨 상태로 부품을 지지함으로써 부품의 변형 리스크를 최소화하는 효과가 있다. 또한, 가스켓의 측면에 그루브를 형성함으로써 이차전지의 밀폐력을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 이차전지를 도시한 결합 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 원통형 이차전지의 분해 사시도이다.
도 3a는 도 2에 따른 원통형 이차전지의 캡 플레이트 삽입 전 상태를 도시한 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 따른 원통형 이차전지의 캡 플레이트 삽입 후를 도시한 사시도이다.
도 3c는 도 3b에 따른 원통형 이차전지의 캔 가공 후를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 따른 원통형 이차전지를 도시한 부분 종단면도이다.
도 5는 도 4에 따른 주요 부위의 확대도이다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원통형 이차전지의 주요 부위 확대도이다.
도 6b는 도 6a에 따른 주요 부위를 제조하기 위한 방법을 간략하게 도시한 모식도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 원통형 이차전지의 주요 부위 확대도이다.
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 원통형 이차전지에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 이차전지를 도시한 결합 사시도이다. 도 2는 도 1에 따른 원통형 이차전지의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2에 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 삽입되는 캡 어셈블리(150)를 포함할 수 있다(본 발명에서는 비딩부와 클림핑부를 삭제하고 캡 어셈블리를 캔에 고정하는 구조 및 방법이 주요 실시 예이다. 따라서 벤트 등과 같은 캡 어셈블리의 세부 구성이나 전극 조립체의 세부 구성 등 본 발명의 주요 실시 예가 아닌 구조에 대해서는 간략하게 설명하거나 상세한 설명을 생략하기로 한다.).
캔(100)은 원형의 바닥부(110)와, 바닥부(110)로부터 상부 방향으로 연장된 측부(114)를 포함하며, 측부(114)의 상부는 개방된 형태(이하 개구부)이다. 이차전지(10)의 제조 공정에서 캔(110)의 개구부를 통해 전극 조립체(130)가 전해액과 함께 캔(110) 내부로 삽입된다. 캔(110)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 개구부에는 캡 어셈블리(150)가 삽입된다. 캡 어셈블리(150)의 안착을 위해 측부(114) 상에는 단턱부(114a)가 형성된다.
단턱부(114a)는 개구부에 인접한 측부(114)의 내주면 상에 형성되되, 전극 조립체(130)의 권취 중심 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 단턱부(114a)는 복수의 돌기가 일정 간격으로 형성될 수도 있고, 측부(114)의 내주면을 따라 링 형태로 돌출될 수도 있다. 단턱부(114a) 상에 캡 어셈블리(150)가 안착되어 1차로 지지되고, 후술할 가스켓(154)이 집전판(170)에 접촉되어 2차로 지지되어 캡 어셈블리(150)가 안정적으로 지지될 수 있다.
도면에 도시하지는 않았으나, 캔(110)의 단부 직경을 증가시켜 단턱부(114a)가 형성되는 영역의 크기를 증가시키고, 바닥면이 없는 링 형상의 가스켓을 적용할 수도 있다.
전극 조립체(130)는 음극 활물질(예를 들어, 흑연, 탄소 등)이 코팅된 음극판, 양극 활물질(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등))이 코팅된 양극판, 음극판과 양극판의 사이에 배치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터를 포함한다. 음극판, 양극판 및 세퍼레이터는 대략 원기둥 형태로 권취되어 캔(110) 내부에 수용될 수 있다. 음극판에는 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부가, 양극판에는 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부가 형성될 수 있다. 본 발명에서 양극 무지부(132)는 예시적으로 도 2의 상측을 향해 배치될 수 있다. 반대로 음극 무지부는 예시적으로 도 2의 하측을 향해 배치될 수 있다. 또는, 도면에 도시하지 않았으나 음극 무지부를 상측으로 배치하고 집전판과 캔 및 캡 어셈블리가 모두 전기적으로 연결되도록 하고, 양극 무지부를 하측으로 배치할 수도 있다(이 경우 양극 집전판과 양극 무지부가 접촉되고, 양극 집전판과 캔 바닥면 사이에 절연체가 구비되며, 양극 집전판이 캔 바닥을 관통해 외부로 연결되는 터미널을 형성할 수 있다). 편의상 본 발명의 도면에는 양극 무지부(132)만을 도시하여 설명한다.
양극 무지부(132) 상에는 집전판(170)이 용접되어 양극 무지부(132)와 전기적으로 연결될 수 있다. 집전판(170)의 직경은 전극 조립체(130)의 직경보다 다소 작을 수 있다. 집전판(170) 상에는 양극탭(134)이 전기적, 물리적으로 연결될 수 있다. 즉, 양극탭(134)은 집전판(170)을 통해 양극 무지부(132)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또는 양극 무지부에 양극탭이 용접된 후 양극탭과 집전판이 용접되어 양극 무지부와 집전판이 전기적으로 연결될 수도 있다. 본 발명의 도면에 도시한 집전판(170)과 양극탭(134)의 연결 구조는 예시적인 구조임을 명시한다. 양극탭(134)은 캡 어셈블리(150)의 캡 플레이트(152)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 캡 어셈블리(150)는 집전판(170)에 전기적으로 연결되는 캡 플레이트(152)와, 절연 및 밀폐 또는 밀페를 위한 가스켓(154)을 포함할 수 있다.
캡 플레이트(152)는 집전판(170) 위에 가스켓(154)이 배치된 상태에서 가스켓(154) 위에 배치된다. 가스켓(154)과 캔(110)의 상단이 함께 변형되어 캡 플레이트(152)의 가장자리를 감싸 캡 플레이트(152)가 캔(110)에 고정된다(이에 대해서는 후술하기로 함). 도면에 도시하지는 않았으나, 캡 플레이트(152)에는 노치가 형성되어 내압 발생 시 파단되는 벤트 기능을 할 수 있다. 또는, 캡 플레이트(152)가 내압에 의한 변형으로 전류 패스를 차단하는 CID 기능을 하거나, 고열에 녹는 부분을 구비해 전류 패스를 차단하는 퓨즈 기능을 가질 수도 있다. 캡 플레이트(152)는 대략 원판 형상으로, 가스켓(154)의 위에 배치된 상태에서 집전판(170) 또는 양극탭(134)에 접촉될 수 있어야 한다. 따라서 캡 플레이트(152)는 동일 선상에서 보았을 때 가스켓(154)과 고정되는 가장자리보다 중앙 부위의 판면이 더 낮게 형성된다(양극탭이 없는 경우 캡 플레이트의 중앙이 집전판에 직접 접촉할 수 있을 만큼 낮게 형성됨). 즉, 캡 플레이트(152)는 가장자리가 위로 올라간 원판 형상일 수 있다(도 4 참조). 또는 반대로 집전판(170)이 상향 돌출되어 캡 플레이트(152)와 돌출되는 구조도 가능하다. 가스켓(154) 및 캔(110)에 의해 고정되는 캡 플레이트(152)의 가장자리를 가스켓 결합부(152a)로 정의한다. 따라서 캡 플레이트(152)는 도 2를 기준으로 원판 형상의 판면과, 판면으로부터 상향 연장된 가스켓 결합부(152a)를 가질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가스켓(154)은 대략 원판 형상의 바닥면(154a)과, 바닥면(154a)으로부터 원통 형상으로 상향 연장된 측면(154b)을 포함할 수 있다. 가스켓(154)의 바닥면(154a) 상에는 관통홀(154c)이 관통 형성된다. 가스켓(154)은 고무나 실리콘 등 탄성이 있는 다양한 절연 소재 중 어느 하나로 만들어질 수 있다. 별도의 상부 절연판 없이 상부 절연판 일체형 가스켓(154)을 사용함으로써 전극 조립체(130)와 캔(110) 사이를 절연할 수 있다(가스켓이 상부 절연판 기능을 수행함).
바닥면(154a)은 양극 무지부(132)가 캡 플레이트(152)와 접촉되지 않도록 집전판(170) 보다 큰 직경을 가질 수 있다. 그러나 가스켓(154)이 캔(110)에 삽입되어야 하므로 바닥면(154a)은 전극 조립체(130)의 직경보다는 작거나 같은 직경을 가질 수 있다. 또는 가스켓(154)의 바닥면(154a) 직경이 전극 조립체(130)의 직경보다 크게 형성되고 억지끼움을 통해 캔(110)에 삽입될 수도 있다. 바닥면(154a)은 관통홀(154c)을 제외한 부분이 모두 양극탭(134) 및/또는 집전판(170)에 접촉될 수 있다. 이에 따라, 캡 플레이트의 가장자리만 지지하는 기존 구조에 비해 가스켓(154)의 지지 면적이 증가되므로 캡 어셈블리(150)의 변형을 최소화할 수 있다.
측면(154b)은 바닥면(154a)으로부터 상향 연장되며, 캔(110)과 함께 내측으로 변형되어 캡 플레이트(152)의 가장자리를 감싸는 역할을 한다. 따라서 측면(154b)의 높이(바닥면으로부터 측면 상단까지의 수직 길이)는 캔(110)에 전극 조립체(130)가 삽입된 상태에서 전극 조립체(130)의 상단과 캔(110)의 상단 가장자리까지의 거리보다 길게 형성될 수 있다. 즉, 가스켓(154)은 캔(110)의 외부에서 보면 측면(154b)의 높이가 캔(110)의 상단보다 높게 올라오는 형태가 된다. 가스켓(154)이 이러한 형상을 갖는 이유는 후술하기로 한다.
관통홀(154c)은 적어도 양극탭(134)의 일부가 노출될 수 있는 크기로 바닥면(154a) 상에 관통 형성된다. 관통홀(154c)을 통해 캡 플레이트(152)가 양극탭(134)과 접촉되어 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 양극탭(134)의 형상 및 배치에 따라 관통홀(154c)을 통해 캡 플레이트(152)와 집전판(170)이 바로 접촉될 수도 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 이차전지에 있어서, 캡 어셈블리가 캔에 고정되는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 3a는 도 2에 따른 원통형 이차전지의 캡 플레이트 삽입 전 상태를 도시한 사시도이다. 도 3b는 도 3a에 따른 원통형 이차전지의 캡 플레이트 삽입 후를 도시한 사시도이다. 도 3c는 도 3b에 따른 원통형 이차전지의 캔 가공 후를 도시한 사시도이다. 도 4는 도 1에 따른 원통형 이차전지를 도시한 부분 종단면도이다. 도 5는 도 4에 따른 주요 부위의 확대도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 캔(110)에 전극 조립체(130)가 삽입된 상태에서 전극 조립체(130)의 상부에 먼저 가스켓(154)이 배치된다. 이때 가스켓(154)은 캔(110) 내부에 삽입된 상태이나, 측면(154b)은 캔(110)의 상단보다 높게 올라와 캔(110)의 상부로 돌출된 상태이다. 가스켓(154)에는 관통홀(154c)이 형성되므로, 관통홀(154c)을 통해 양극탭(134), 그리고 집전판(170)의 일부가 노출된다. 관통홀(154c)의 형상에 따라 양극탭(134) 역시 일부가 노출될 수도 있다.
그 후 도 3b에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(152)를 가스켓(154) 위에 배치한다. 그 다음 화살표 방향과 같이 캔(110)의 상단을 외측에서 내측 방향(전극 조립체의 권취 중심을 향하는 방향)으로 변형시킨다. 이때 도 3c에서와 같이, 캔(110)의 변형과 함께 가스켓(154)이 함께 변형되고, 캔(110)과 함께 접히게 된다. 이에 따라 가스켓(154)의 측면(154b)이 캡 플레이트(152)의 가스켓 결합부(152a)에 밀착되면서 가스켓 결합부(152a)가 가스켓(154)의 측면(154b)과 캔(110)의 측부(114) 상단에 의해 눌려 고정될 수 있다. 즉, 캡 플레이트(152)는 가스켓(154)을 사이에 두고 캔(110)에 의해 고정되는 것이다.
이렇게 캡 어셈블리(150)가 캔(110)에 의해 고정되기 위해서는 캔(110)의 상단을 접어 가공해야 한다. 캔(110)의 상단을 내측으로 변형하는 가공 방식으로 컬링(Curling) 공법이 적용될 수 있다.
컬링 공법은 캔(110)을 계속 회전시키면서 캔(110)의 일측 또는 상부에서 힘을 주어 캔(110)을 원하는 방향으로 변형되도록 하는 로터리 성형(rotary forming)의 일종이다. 컬링 공법을 이용해 캔(110)의 상단을 내측(도 5의 화살표 방향)으로 적어도 1회 내지 복수 회에 거쳐 밀어 절곡할 수 있다. 이렇게 형성된 캔(110) 상단의 절곡된 부분을 컬링부(116)로 정의한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 캔(110)에 컬링부(116)가 형성되면 캡 플레이트(152)의 가장자리인 가스켓 결합부(152a)는 가스켓(154)의 바닥면(154a)과 벤딩된 측면(154b)이 감싸게 된다. 가스켓(154)의 측면(154b)이 캔(110)에 의해 벤딩되어 바닥면(154a)과 평행하게 변형되므로, 가스켓(154)의 바닥면(154a)과 변형된 측면(154b) 사이에 캡 플레이트(152)의 가스켓 결합부(152a)가 삽입된 형태가 된다. 따라서 캡 플레이트(152) 및 가스켓(154)이 별도의 용접이나 비딩부 및/또는 크림핑부 없이도 캔(110)에 고정될 수 있다. 이때, 가스켓(154)의 측면(154b)과 캡 플레이트(152)의 가스켓 결합부(152a)가 접촉된 부분의 길이(이하 가스켓의 덮음 길이)는 캔(110)의 덮음 길이(도 4 및 도 5를 기준으로, 캔(110)의 측부(114)에서부터 컬링부(116)의 내경부까지의 길이 L1, 컬링부의 폭으로 정의할 수도 있음)보다 길다. 즉, 가스켓(154)의 접힌 측면(154b)은 캔(110)의 컬링부(116)보다 전극 조립체의 권취 중심을 향해 더 돌출된다. 이것은 캔(110)에 가스켓(154)이 삽입된 상태에서 가스켓(154)의 측면(154b) 높이가 캔(110)의 측부(114) 상단의 높이보다 높게 형성되기 때문이다. 가스켓(154)의 덮음 길이가 캔(110)의 덮음 길이(L1)보다 크므로 캡 플레이트(152)와 캔(110) 간의 절연이 가능해진다(가스켓이 절연 기능을 할 필요가 없어 밀폐만 하는 경우에는 가스켓의 측면 높이가 캔의 측부 상단 높이보다 낮을 수 있음).
또한, 캡 플레이트(152)의 판면은 가스켓 결합부(152a)보다 아래에 위치하므로 가스켓(154)의 관통홀(154c)을 통과해 양극탭(134)에 접촉되어 용접된다. 필요에 따라 또는 집전 구조에 따라, 캡 플레이트(152)는 양극탭이 아닌 집전판(170)과 직접 접촉 및 용접될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 비딩부를 삭제하고 가스켓을 집전판에 접촉시킨 상태로 부품을 지지함으로써 부품의 변형 리스크를 최소화하는 효과가 있다. 또한 본 발명에 따르면, 비딩부를 삭제함으로써 전극 조립체의 총고를 증가시켜 전지 용량을 증가시키고 성능을 향상시키는 효과가 있다. 비딩부가 삭제됨으로써 열폭주에 취약한 구조가 개선되어 이차전지의 안정성이 향상되고, 전해액 고일 수 있는 가능성을 차단함으로써 이차전지의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시 예에 대해 추가로 설명한다(전술한 실시 예들과 동일한 특징에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 함).
도 6a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원통형 이차전지의 주요 부위 확대도이다. 도 6b는 도 6a에 따른 주요 부위를 제조하기 위한 방법을 간략하게 도시한 모식도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 캔(110)에 컬링부(116)를 형성함과 동시에 컬링부(116)와 인접한 캔(110)의 측부(114) 상에 그루브(groove, 118)를 추가함으로써 가스켓(154)의 밀폐력을 향상시킬 수 있다. 그루브(118)는 도 6b에서와 같이, 별도의 기구를 이용하여 컬링부(116)를 형성하는 동시에 형성될 수 있다. 그루브(118)는 캔(110)의 측부(114)를 전극 조립체(130)의 내측 방향으로 가압해 캔(110)의 외부에서 보았을 때 오목하게 형성된다. 즉, 그루브(118)는 캔(110)의 측부(114)의 둘레를 따라 링 형상으로 내측으로 돌출된다. 그루브(118)는 가스켓(154)을 캔(110)의 외측에서 내측 방향(전극 조립체의 권취 중심 방향)으로 밀어 가압하는 역할을 하여 가스켓(154)에 의한 이차전지(10)의 밀폐력을 향상시킨다. 따라서 그루브(118)는 가스켓(154)과 접촉될 수 있는 부분에 형성될 수 있다.
또한, 그루브(118)는 전술한 캔(110)의 덮임 길이(L1)보다 작은 깊이를 가질 수 있따. 즉, 본 발명에서 그루브(118)는 캔(110)을 크게 절곡하여 형성되는 일반적인 원통형 이차전지의 비딩부와는 상이한 구조이다. 원통형 전지의 크기에 따라 다르기는 하나, 일반적으로 비딩부가 수십 mm 높이(캔의 길이 방향 기준)로 형성된다면, 예시적으로 그루브(118)는 수 mm 높이 정도일 수 있다. 또한, 비딩부는 캔의 빈 공간을 눌러 형성하는 구조이고, 본 발명의 그루브는 가스켓과 함께 캔을 눌러 형성하는 구조라는 차이가 있다. 따라서 본 발명의 그루브(118)는 비딩부와 상이한 구조로 이해되어야 할 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 원통형 이차전지의 주요 부위 확대도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 그루브(118')는 복수 개로 형성될 수 있다. 이때, 적어도 하나의 그루브(118')는 가스켓(154)을 가압하는 위치에 형성될 수 있다. 물론 복수의 그루브(118')가 모두 가스켓(154)을 가압하는 위치에 형성될 수도 있다.
또한, 필요에 따라 가스켓(154)의 바닥면(154a) 일부를 연장하여 바닥면(154a)이 캡 플레이트(152)의 판면을 지지하는 면적을 증가시킬 수도 있다. 이 경우 절연 및 지지 면적이 증가되므로 캡 어셈블리(150)의 변형 리스크를 더욱 줄일 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.
110: 캔 116: 컬링부
118: 그루브 130: 전극 조립체
150: 캡 어셈블리 152: 캡 플레이트
154: 가스켓

Claims (11)

  1. 바닥면과, 상기 바닥면으로부터 연장된 측부를 구비하며, 상기 측부의 일단이 개구되어 개구부를 형성하는 원통형 캔;
    상기 캔에 수용되는 전극 조립체; 및
    상기 캔에 상기 전극 조립체가 삽입된 상태에서 상기 캔에 삽입되는 가스켓과, 상기 가스켓 상에 배치되어 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 캡 플레이트를 구비한 캡 어셈블리를 포함하고,
    상기 캔은 상기 개구부 가장자리에 상기 가스켓을 가압하여 상기 캡 플레이트에 접촉시키는 컬링부가 형성된 원통형 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스켓은 원판 형상의 바닥면과, 상기 바닥면으로부터 원통 형상으로 연장된 측면을 포함하고, 상기 바닥면에는 관통홀이 형성된 원통형 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컬링부는 상기 측부로부터 상기 전극 조립체의 권취 중심 방향으로 절곡되는 원통형 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트에 접촉된 상기 가스켓의 측면 길이는 상기 컬링부의 직경 방향 폭 보다 긴 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 일단에 구비된 무지부, 상기 무지부에 전기적으로 연결되는 집전판, 상기 집전판에 전기적으로 연결되는 전극탭을 포함하고, 상기 집전판 또는 상기 전극탭은 상기 관통홀을 통해 노출되는 원통형 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 일단에 구비된 무지부, 상기 무지부에 전기적으로 연결되는 집전판을 포함하고, 상기 집전판은 상기 관통홀을 통해 노출되는 원통형 이차전지.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 상기 가스켓의 상기 관통홀을 통해 상기 집전판 또는 상기 전극탭과 전기적으로 연결되는 원통형 이차전지.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 캔은 상기 컬링부에 인접한 상기 측부 상에 상기 전극 조립체의 권취 중심을 향해 오목하게 형성된 적어도 하나의 그루브를 더 포함하는 원통형 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 그루브는 상기 가스켓에 대응하는 위치에 형성되는 원통형 이차전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 그루브는 상기 측부의 둘레를 따라 링 형상으로 형성되는 원통형 이차전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 캔은 상기 개구부와 인접한 상기 측부의 내주면으로부터 돌출 형성된 단턱부를 더 포함하는 원통형 이차전지.
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