KR20230053498A - 배터리 및 이에 적용되는 집전판, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리는, 무지부에 의해 정의된 제1전극 탭 및 제2전극 탭을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며, 상기 제2전극 탭과 전기적으로 연결되는 배터리 하우징; 상기 배터리 하우징의 개방부를 밀폐하도록 구성되는 캡 플레이트; 테두리부, 상기 테두리부로부터 내측으로 연장되며 상기 제1전극 탭과 결합되는 탭 결합부 및 상기 탭 결합부와 이격되어 위치하는 단자 결합부를 구비하는 집전판; 및 상기 단자 결합부와 결합되는 단자; 를 포함한다.

Description

배터리 및 이에 적용되는 집전판, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{Secondary battery and current collector plate applied thereto, and battery pack and vehicle including the secondary battery}
본 발명은, 배터리 및 이에 적용되는 집전판, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로는, 본 발명은, 배터리의 사용 과정에서 외부 충격이나 진동이 가해지더라도 부품 간의 용접 부위에 힘이 집중되지 않도록 할 수 있는 구조를 갖는 배터리 및 이에 적용되는 집전판, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
반복적인 충방전이 가능한 배터리의 적용 영역은 매우 다양하다. 이 중, 예를 들어 전기 자동차와 같은 디바이스에 적용되는 배터리 팩은 대용량 및 고출력이 요구된다. 대용량 및 고출력을 갖는 배터리 팩은 복수의 배터리를 포함할 수 있다.
대용량 및 고출력 특성을 갖는 배터리의 경우, 집전 효율을 높이기 위해 젤리롤의 양 면 전체에 걸쳐 전극 탭이 구비되고, 젤리롤의 양 면 상에 각각 집전판이 결합될 수 있다. 이러한 구조의 적용을 통해 전극 탭과 집전판의 접촉 면적을 극대화하고, 이로써 부품 간의 연결 부위에서 발생되는 저항을 최소화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 배터리가 예를 들어 자동차와 같은 디바이스에 적용되는 경우, 사용 과정에서 외부 충격 및 진동이 빈번하게 가해질 수 있으며, 이로 인해 부품 간의 전기적 연결을 위한 결합 부위에 파손이 발생될 수 있다. 이러한 결합 부위의 파손은 제품 불량을 야기한다.
또는, 전기적 연결을 위한 결합 부위가 파손되어 전기적 연결이 완전히 차단되지는 않더라도, 용접 부위가 일부 손상되어 부품 간의 결합 면적이 감소되는 경우에도 저항의 증가로 인한 과도한 열의 발생이나 부품의 형태 변형으로 인한 내부 쇼트의 발생 등의 문제가 있을 수 있다.
따라서, 사용 과정에서 외부 충격 및/또는 진동이 가해지더라도 부품 간의 결합 부위에 힘이 집중되지 않도록 할 수 있는 구조를 갖는 배터리의 개발이 요구된다.
종래에는, 배터리의 축방향으로 변형이 이루어지는 가요성을 가지는 평판 형상의 집전판이 개시된 바 있다. 그러나 평판 형태의 집전판이 축방향으로 변형될 때마다 집전판의 접합(용접) 부위에 비틀림 응력이 가해지게 되고, 이는 집전판 접점의 탈락을 야기할 수 있다.
US 14/182,104 A JP2003-365669A
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리의 사용 과정에서 외부 충격 및/또는 진동이 가해지더라도 그 충격 및/또는 진동이 특정 부위에 집중되지 않고 분산될 수 있도록 함으로써 부품 간의 결합 부위에 파손이 발생되는 것을 방지하는 것을 일 목적으로 한다.
아울러 본 발명은, 평평한 상태를 유지하면서도 축방향으로 그리고 반경 방향으로 가요성을 가질 수 있고, 변형이 이루어지더라도 접점에 비틀림 응력이 발생할 염려가 없는 구조의 집전판을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명은, 전류 차단 부재의 추가적인 설치를 하지 않더라도, 집전판 자체에서 전류 차단 기능을 수행할 수 있도록 함으로써 단락 등으로 인한 과전류 발생 시에 전류가 신속히 차단되어 배터리 사용상의 안전성이 확보될 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은, 전극조립체의 제1전극 탭과 외부로 노출된 단자 사이에서 이들을 전기적으로 연결하는 집전판을 제공한다.
상기 집전판은: 둘레 방향으로 연장되는 테두리부; 상기 테두리부로부터 구심 측으로 연장되며 상기 제1전극 탭과 결합되는 탭 결합부; 및 상기 테두리부보다 구심 측에 배치되고 상기 탭 결합부를 회피하여 상기 테두리부를 통해 상기 탭 결합부와 연결되는 단자 결합부;를 포함한다.
상기 단자 결합부와 테두리부와 탭 결합부 중 테두리부가 가장 원심 측에 배치되고 단자 결합부가 가장 구심 측에 배치될 수 있다.
상기 단자 결합부와 상기 테두리부의 중심은 실질적으로 일치할 수 있다.
상기 테두리부는, 중심부가 비어 있는 림 형태일 수 있다.
상기 테두리부는 실질적으로 원형 평판 링 형상일 수 있다.
상기 탭 결합부는 상기 테두리부의 둘레 방향을 따라 복수 개 배치될 수 있다.
복수의 상기 탭 결합부 각각의 연장 길이는 서로 대응할 수 있다.
상기 복수의 탭 결합부는 상기 테두리부의 둘레 방향을 따라 등 간격으로 배치될 수 있다.
상기 탭 결합부는 상기 테두리부의 내주로부터 구심 측으로 연장될 수 있다.
둘레 방향으로 이웃하는 두 탭 결합부와 상기 테두리부의 연결부위를 직선으로 연결한 가상의 선을 기준으로, 이웃하는 상기 두 탭 결합부 사이에 마련된 테두리부 부분은 상기 가상의 선보다 더 원심 측에 배치될 수 있다.
상기 단자 결합부는 둘레 방향으로 이웃하는 두 탭 결합부 사이에 마련된 테두리부 부분에 연결될 수 있다.
상기 단자 결합부는 상기 테두리부보다 구심 영역의 중앙부 또는 그 부근에 배치되고, 상기 테두리부와 상기 단자 결합부는 연결부에 의해 연결될 수 있다.
상기 연결부는 상기 탭 결합부보다 반경방향 외측으로 더 연장될 수 있다.
상기 단자 결합부는, 복수의 상기 탭 결합부에 의해 둘러 싸이도록 배치될 수 있다.
복수의 상기 탭 결합부는 상기 단자 결합부와 반경방향으로 이격되되 상기 단자 결합부를 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다.
상기 연결부는 직선 형태로 내지 곧게 연장되어 상기 단자 결합부와 상기 테두리부를 연결할 수 있다.
상기 연결부는 상기 집전판의 중심을 지나가는 직선 형태일 수 있다.
상기 연결부는 상기 단자 결합부로부터 방사 방향으로 연장되어 상기 테두리부에 연결될 수 있다.
상기 연결부는 실질적으로 상기 단자 결합부의 중심으로부터 반경 방향으로 연장되어 상기 테두리부에 연결될 수 있다.
상기 연결부는 복수 개 구비되고, 상기 단자 결합부의 외주를 따라 등간격으로 배치될 수 있다.
복수의 상기 연결부는, 상기 테두리부의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있다.
상기 연결부는, 둘레방향으로 인접한 한 쌍의 탭 결합부 사이에 위치할 수 있다.
상기 연결부로부터 원주 방향을 따라 상기 한 쌍의 탭 결합부 중 어느 하나에 이르는 거리는, 상기 연결부로부터 원주 방향을 따라 상기 한 쌍의 탭 결합부 중 나머지 하나에 이르는 거리와 대응할 수 있다.
상기 단자 결합부로부터 상기 탭 결합부에 이르는 통전 경로는, 상기 단자 결합부, 상기 연결부, 상기 테두리부 및 상기 탭 결합부의 순일 수 있다.
상기 연결부의 연장방향을 따라 적어도 일부 구간은, 상기 탭 결합부와 비교하여 그 폭이 더 작게 형성될 수 있다.
상기 연결부는, 상기 테두리부의 내주면으로부터 상기 단자 결합부를 향하는 방향을 따라 그 폭이 점점 좁아지는 테이퍼부를 구비할 수 있다.
상기 연결부는, 그것의 연장 방향에서 국소적으로 단면적이 감소된 노칭부를 구비할 수 있다.
상기 노칭부는 상기 단자 결합부보다 상기 테두리부에 더 가깝게 위치할 수 있다.
상기 탭 결합부는 상기 단자 결합부와 대향하는 부분이 상기 단자 결합부를 향해 테이퍼진 형상을 가질 수 있다.
상기 집전판은 방사 대칭 구조를 가질 수 있다.
상기 집전판은 90도, 120도 또는 180도 회전에 의한 방사 대칭 구조를 가질 수 있다.
상기 집전판은 배터리에 사용될 수 있다.
상기 집전판이 사용되는 배터리는, 전극 조립체를 수용하는 배터리 하우징을 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 제1전극 및 제2전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 권취 축을 중심으로 권취됨으로써 코어와 외주면을 정의한 전극 조립체로서, 상기 제1전극과 상기 제2전극은 권취 방향을 따르는 장변 단부에 제1무지부로 이루어진 제1전극 탭 및 제 2무지부로 이루어진 제2전극 탭을 구비하고, 상기 제2전극 탭 및 상기 제2전극 탭은 상기 권취 축 방향을 따라 서로 반대 방향으로 상기 분리막의 외부로 돌출될 수 있다.
상기 배터리는 상기 배터리 하우징에 절연 가능하게 설치되어 외부로 노출된 단자를 포함할 수 있다.
상기 집전판은: 내측에 공간을 정의하는 테두리부; 상기 테두리부로부터 구심 측으로 연장되며 상기 제1전극 탭과 결합되는 탭 결합부; 상기 테두리부보다 구심 측에 배치된 단자 결합부; 및 상기 탭 결합부를 회피하여 상기 단자 결합부와 상기 테두리부를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 제1전극 탭은 상기 집전판의 탭 결합부와 결합하고, 상기 단자는 상기 집전판의 단자 결합부와 결합될 수 있다.
상기 제1전극 탭은, 상기 권취 방향을 따라 절단홈에 의해 분리되고 상기 권취 축 방향을 따라 상기 분리막의 외부로 돌출된 복수의 분절편을 포함할 수 있다.
상기 복수의 분절편은 상기 전극 조립체의 반경 방향을 따라 중첩되면서 정렬됨으로써 원주 방향으로 이격된 복수의 분절편 정렬부를 구성할 수 있다.
각 분절편 정렬부에 포함된 분절편들은 상기 반경 방향을 따라 절곡되어 절곡 표면영역을 형성할 수 있다.
상기 집전판의 탭 결합부는 상기 절곡 표면영역에 결합되고, 상기 연결부는 상기 원주 방향으로 이격된 분절편 정렬부들 사이에 배치될 수 있다.
상기 연결부는 그것의 연장 방향에서 단면적이 감소된 노칭부를 구비하고, 상기 노칭부는 상기 원주 방향으로 이격된 분절편 정렬부들 사이에 노출된 상기 전극 조립체의 단부 표면으로부터 이격될 수 있다.
상기 원주 방향으로 이격된 분절편 정렬부들 사이에 노출된 상기 전극 조립체의 단부 표면은 전해질 함침부일 수 있다.
상기 전해질 함침부에서, 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 권취 축 방향 단부가 인접하는 권회턴의 분리막들 사이에서 노출될 수 있다.
상기 배터리 하우징의 축방향 일측은 막혀 있는 형태의 폐쇄부를 이루고, 타측은 오픈되어 있는 형태의 개방부를 이룰 수 있다.
상기 개방부를 통해 제1전극 탭 및 제2전극 탭을 구비하는 전극 조립체가 삽입될 수 있다.
전극 조립체의 제1전극 탭과 제2전극 탭은 각각 축방향 일측과 타측에 마련될 수 있다.
전극 조립체가 배터리 하우징에 수용된 상태에서, 상기 제1전극 탭은 상기 폐쇄부를 마주하고, 상기 제2전극 탭은 상기 개방부를 마주할 수 있다.
상기 폐쇄부에는 단자가 마련될 수 있다.
상기 단자는 상기 폐쇄부를 관통할 수 있다.
상기 제2전극 탭은 상기 배터리 하우징과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 집전판의 단자 결합부는, 상기 전극조립체의 권취 중심부에 형성된 홀과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
상기 제1전극 탭의 단부는 반경방향으로 절곡될 수 있다.
상기 제1전극 탭은 구심 방향으로 또는 원심 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 집전판의 탭 결합부는, 절곡된 상기 제1전극 탭의 표면에 결합될 수 있다.
상기 연결부는, 절곡된 상기 제1전극 탭의 표면과 마주하고, 이에 접할 수 있다.
상기 테두리부는, 절곡된 상기 제1전극 탭의 표면과 마주하고, 이에 접할 수 있다.
상기 배터리 하우징의 개방부는 캡 플레이트에 의해 밀폐될 수 있다.
상기 캡 플레이트는 상기 전극 조립체의 제1전극 탭 및 제2전극 탭과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 이에 따라 상기 캡 플레이트는 극성을 갖지 않을 수 있다.
상기 폐쇄부와 상기 집전판 사이에는 인슐레이터가 개재될 수 있다.
상기 단자는, 상기 인슐레이터를 통과하여 상기 집전판의 상기 단자 결합부와 결합될 수 있다.
복수 개의 상기 배터리는 팩 하우징에 수용되어 배터리 팩을 이룰 수 있다.
상기 배터리 팩은 자동차에 탑재될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 사용 과정에서 외부 충격 및/또는 진동이 가해지더라도 그 충격 및/또는 진동이 특정 부위에 집중되지 않고 분산될 수 있도록 함으로써 부품 간의 결합 부위에 파손이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전류 차단 부재의 추가적인 설치를 하지 않더라도, 집전판 자체에서 전류 차단 기능을 수행할 수 있게 되며, 이에 따라 단락 등으로 인한 과전류 발생 시에 전류가 신속히 차단되어 배터리 사용상의 안전성이 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 집전판에서 단자 결합부로부터 탭 결합부에 이르는 연결 경로가, 상기 탭 결합부보다 반경방향 외측으로 더 연장된 연결부와, 원주 방향으로 연장된 테두리부를 통해, 다시 반경방향 내측으로 연장된 탭 결합부로 돌아 우회하는 형태여서, 집전판의 형상이 전극 조립체의 전극 탭 부위를 전체적으로 커버함은 물론, 충격과 진동에 플렉시블하게 대응할 수 있으면서도, 집전판이 상하 방향으로 들리는 현상을 억제함으로써 집전판이 전극 조립체의 전극 탭들을 압박하는 자세를 유지할 수 있어서, 집전판이 지나치게 변형되어 전극 탭이 변형되어 버리는 현상을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 단자 결합부와 탭 결합부가 상대적으로 축방향으로 또는 반경방향으로 외력이나 진동을 받더라도, 연결부가 곧게 방사상으로 연장되어 있어, 단자 결합부와 탭 결합부의 결합 부위에 비틀림 응력이 작용하지 않아 결합 부위가 떨어질 염려가 없다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 및 복수의 배터리의 전기적 연결을 위한 버스바를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 상부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리를 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 전극 조립체와 집전판(제1집전판)이 결합된 모습을 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전판(제1집전판)의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집전판(제1집전판)의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 하부 구조를 나타내는 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 하면을 나타내는 도면이다.
도 13은 전극 조립체의 원주 방향을 따라 복수의 분절편 정렬부를 형성할 수 있도록 복수의 분절편이 구비된 전극 구조를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 전극 구조를 가지는 양극과 음극을 분리막과 함께 권취하여 제조한 전극 조립체의 상부 평면도이다.
도 15는 전극 조립체의 상부를 부분적으로 나타낸 사시도이다.
도 16은 도 14의 A-A＇선에 따른 부분 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따라 분절편 정렬부에 포함된 분절편들이 전극 조립체의 코어 측을 향하여 절곡되면서 형성된 절곡 표면영역을 이용하여 집전판을 전극 조립체의 상부에 결합시키는 공정을 나타낸 도면이다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 실시예에 따른 집전판을 전극 조립체의 상부에 용접한 상태를 나타낸 상부 평면도이다.
도 19a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조를 나타낸 상부 평면도이다.
도 19b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분절편 정렬부에 포함된 분절편들이 절곡되면서 형성된 절곡 표면영역을 나타낸 상부 평면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 개략도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 나타내는 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1구성요소는 제2구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
이하 실시예를 설명함에 있어서, 배터리가 연장되는 높이방향을 높이방향 또는 축방향(Z)이라 하고, 상기 축방향을 둘러싸는 방향을 원주방향 또는 둘레방향이라 한다. 여기서 상기 배터리의 높이방향에서 개방부가 형성된 방향을 하방으로, 그리고 폐쇄부가 형성된 방향을 상방으로 지칭한다.
아울러 상기 배터리의 중심으로부터 반경방향으로 연장되는 방향을 반경방향 또는 방사방향(X, Y)라 하며, 반경방향 외측을 향하는 방향을 원심방향이라 하고, 반경방향 내측을 향하는 방향을 구심방향이라 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리(1)는, 원통형의 배터리 하우징(20) 내부에 전극 조립체(10)를 수용한다.
배터리 하우징(20)의 상부(축방향 일측 단부)는 폐쇄부를 구성하고, 하부(축방향 타측 단부)는 개방부를 구성한다.
상기 폐쇄부의 중앙에는 단자(50)가 설치된다.
상기 개방부는 캡 플레이트(30)에 의해 마감된다.
전극 조립체(10)는 제1전극 탭(11)과 제2전극 탭(12)을 구비한다.
상기 제1전극 탭(11)은 상기 단자(50)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2전극 탭(12)은 상기 배터리 하우징(20)과 전기적으로 연결된다.
상기 단자(50)와 전기 캔(20)은 서로 절연된다.
본 발명은, 전극 조립체(10)의 제1전극 탭(11)과 상기 단자(50) 사이에서 이들을 전기적으로 연결하는 집전판(40)을 제공한다.
상기 집전판(40)은 상기 배터리 하우징(20)의 폐쇄부와 상기 전극 조립체(10) 사이에 배치될 수 있다.
도 5 내지 도 10을 참조하면, 상기 집전판(40)은: 둘레 방향으로 연장되어 내측에 공간을 정의하는 테두리부(41); 상기 테두리부(41)로부터 구심 측으로 연장되며 상기 제1전극 탭(11)과 결합되는 탭 결합부(42); 및 상기 테두리부(41)보다 구심 측에 배치되고 상기 탭 결합부(42)와 이격되며, 상기 테두리부(41)를 통해 상기 탭 결합부(42)와 연결되는 단자 결합부(43);를 포함한다.
상기 단자 결합부(43)와 테두리부(41)와 탭 결합부(42) 중 테두리부(41)가 가장 원심 측에 배치되고 단자 결합부(43)가 가장 구심 측에 배치될 수 있다.
상기 테두리부(41)는, 중심부가 비어 있는 림 형태일 수 있다.
상기 테두리부(41)는 실질적으로 원형 평판 링 형상일 수 있다.
상기 탭 결합부(42)는 상기 테두리부(41)의 둘레 방향을 따라 복수 개 배치될 수 있다.
복수의 상기 탭 결합부(42) 각각의 연장 길이는 서로 대응할 수 있다.
상기 복수의 탭 결합부(42)는 상기 테두리부(41)의 둘레 방향을 따라 등 간격으로 배치될 수 있다.
상기 탭 결합부(42)는 상기 테두리부(41)의 내주로부터 구심 측으로 연장될 수 있다.
상기 탭 결합부(42)는 상기 단자 결합부(43)와 대향하는 부분이 상기 단자 결합부(43)를 향해 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 테이퍼진 형상은 탭 결합부(42)의 불필요한 면적을 줄임으로써 집전판(40)의 개구 면적을 증가시킨다.
둘레 방향으로 이웃하는 두 탭 결합부(42)와 상기 테두리부(41)의 연결부위를 직선으로 연결한 가상의 선(도 8의 점선 참조)을 기준으로, 이웃하는 상기 두 탭 결합부(42) 사이에 마련된 테두리부(41) 부분(도 8의 이점쇄선 부분)은 상기 가상의 선(도 8의 점선 참조)보다 더 원심 측에 배치될 수 있다.
상기 단자 결합부(43)는 둘레 방향으로 이웃하는 두 탭 결합부(42) 사이에 마련된 테두리부(41) 부분에 연결될 수 있다.
상기 단자 결합부(43)는 상기 테두리부(41)보다 구심 영역의 중앙부 또는 그 부근에 배치되고, 상기 테두리부(41)와 상기 단자 결합부(43)는 연결부(44)에 의해 연결될 수 있다.
상기 연결부(44)는, 둘레 방향으로 이웃하는 두 탭 결합부(42)와 상기 테두리부(41)의 연결부위를 직선으로 연결한 가상의 선(도 8의 점선 참조)보다 반경방향 외측으로 더 연장될 수 있다(도 8의 일점쇄선 참조).
상기 단자 결합부(43)는, 복수의 상기 탭 결합부(42)에 의해 둘러 싸이도록 배치될 수 있다.
복수의 상기 탭 결합부(42)는 상기 단자 결합부(43)와 반경방향으로 이격되되 상기 단자 결합부(43)를 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다.
상기 연결부(44)는 직선 형태로 내지 곧게 연장되어 상기 단자 결합부(43)와 상기 테두리부(41)를 연결할 수 있다.
상기 연결부(44)는 상기 집전판(40)의 중심을 지나가는 직선 형태일 수 있다.
상기 연결부(44)는 상기 단자 결합부(43)로부터 방사 방향으로 연장되어 상기 테두리부(41)에 연결될 수 있다.
상기 연결부(44)는 실질적으로 상기 단자 결합부(43)의 중심으로부터 반경 방향으로 연장되어 상기 테두리부(41)에 연결될 수 있다.
상기 연결부(44)는 복수 개 구비되고, 상기 단자 결합부(43)의 외주를 따라 등간격으로 배치될 수 있다.
복수의 상기 연결부(44)는, 상기 테두리부(41)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있다.
상기 연결부(44)는, 둘레방향으로 인접한 한 쌍의 탭 결합부(42) 사이에 위치할 수 있다.
상기 연결부(44)는 상기 탭 결합부(42)를 회피하여 상기 테두리부(41)와 상기 단자 결합부(43) 사이의 공간을 통해 연장되어 상기 테두리부(41)와 상기 단자 결합부(43)를 전기적으로 연결한다.
상기 연결부(44)로부터 원주 방향을 따라 상기 한 쌍의 탭 결합부(42) 중 어느 하나에 이르는 거리는, 상기 연결부(44)로부터 원주 방향을 따라 상기 한 쌍의 탭 결합부(42) 중 나머지 하나에 이르는 거리와 대응할 수 있다.
상기 집전판(40)은 방사 대칭 구조를 가질 수 있다. 방사 대칭 구조는 대칭을 측정하는 대상을 소정 각도 회전시켰을 때 대상의 형상이 일치하는 대칭 구조를 말한다. 바람직하게, 상기 집전판(40)은 90도, 120도 또는 180도 회전에 의한 방사 대칭 구조를 가질 수 있다. 일 예에서, 상기 집전판(40)은 90도 회전을 시켰을 때 구조가 일치할 수 있다. 하지만, 본 발명이 방사 대칭 구조의 회전 각도에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 단자 결합부(43)로부터 상기 탭 결합부(42)에 이르는 통전 경로는, 상기 단자 결합부(43), 상기 연결부(44), 상기 테두리부(41) 및 상기 탭 결합부(42)의 순일 수 있다.
상기 연결부(44)의 연장방향을 따라 적어도 일부 구간은, 상기 탭 결합부(42)와 비교하여 그 폭이 더 작게 형성될 수 있다.
상기 단자 결합부(43)가 상기 탭 결합부(42)에 대해 상대적으로 반경방향으로 및/또는 축방향으로 힘을 받으면, 이웃하는 두 탭 결합부(42) 사이의 테두리부(41) 부분 및/또는 연결부(44)가 변형되며 이를 흡수할 수 있다. 이 때 단자 결합부(43)와 탭 결합부(42)의 결합 부위에는 비틀림 응력이 발생하지 않게 된다.
상기 연결부(44)는, 상기 테두리부(41)의 내주면으로부터 상기 단자 결합부(43)를 향하는 방향을 따라 그 폭이 점점 좁아지는 테이퍼부(44a)를 구비할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 연결부(44)는 그것의 연장 방향을 따라 단면적이 국소적으로 감소된 노칭부(N)를 구비할 수 있다.
상기 노칭부(N)는 상기 단자 결합부(43)보다 상기 테두리부(41)에 더 가깝게 위치할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, 상기 집전판(40)은 배터리(1)에 사용될 수 있다.
상기 집전판(40)이 사용되는 배터리(1)는, 전극 조립체(10)를 수용하는 배터리 하우징(20)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 하우징(20)의 축방향 일측은 막혀 있는 형태의 폐쇄부를 이루고, 타측은 오픈되어 있는 형태의 개방부를 이룰 수 있다.
상기 개방부를 통해 제1전극 탭(11) 및 제2전극 탭(12)을 구비하는 전극 조립체(10)가 삽입될 수 있다.
전극 조립체(10)의 제1전극 탭(11)과 제2전극 탭(12)은 각각 축방향 일측과 타측에 마련될 수 있다.
전극 조립체(10)가 배터리 하우징(20)에 수용된 상태에서, 상기 제1전극 탭(11)은 상기 폐쇄부를 마주하고, 상기 제2전극 탭(12)은 상기 개방부를 마주할 수 있다.
상기 폐쇄부에는 단자(50)가 마련될 수 있다.
상기 단자(50)는 상기 폐쇄부를 관통할 수 있다.
상기 제1전극 탭(11)은 상기 단자(50)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1전극 탭(11)과 상기 단자(50)는 상기 집전판(40)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1전극 탭(11)은 상기 집전판(40)의 탭 결합부(42)와 결합하고, 상기 단자(50)는 상기 집전판(40)의 단자 결합부(43)와 결합할 수 있다.
상기 제2전극 탭(12)은 상기 배터리 하우징(20)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 집전판(40)의 단자 결합부(43)는, 상기 전극 조립체(10)의 권취 중심(C)부에 형성된 홀과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
상기 제1전극 탭(11)의 단부는 도 4에 도시된 바와 같이 반경방향으로 절곡될 수 있다.
상기 제1전극 탭(11)은 구심 방향으로 또는 원심 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 집전판(40)의 탭 결합부(42)는, 절곡된 상기 제1전극 탭(11)의 표면에 결합될 수 있다.
상기 연결부(44)는, 절곡된 상기 제1전극 탭(11)의 표면과 마주하고, 이에 접할 수 있다.
상기 테두리부(41)는, 절곡된 상기 제1전극 탭(11)의 표면과 마주하고, 이에 접할 수 있다.
상기 배터리 하우징(20)의 개방부는 캡 플레이트(30)에 의해 밀폐될 수 있다.
상기 캡 플레이트(30)는 상기 전극 조립체(10)의 제1전극 탭(11) 및 제2전극 탭(12)과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 이에 따라 상기 캡 플레이트(30)는 극성을 갖지 않을 수 있다.
상기 폐쇄부와 상기 집전판(40) 사이에는 인슐레이터(60)가 개재될 수 있다.
상기 단자(50)는, 상기 인슐레이터(60)를 통과하여 상기 집전판(40)의 상기 단자 결합부(43)와 결합될 수 있다.
복수 개의 상기 배터리(1)는 도 19에 도시된 바와 같이 팩 하우징(2)에 수용되어 배터리 팩(3)을 이룰 수 있다.
그리고 상기 배터리 팩(3)은 도 20에 도시된 바와 같이 자동차(5)에 탑재될 수 있다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시에 따른 배터리(1)는 전극 조립체(10), 배터리 하우징(20), 캡 플레이트(30), 집전판(제1집전판)(40) 및 단자(50)를 포함한다. 상기 배터리(1)는, 상술한 구성요소들 이 외에도 추가적으로 실링 가스켓(G1) 및/또는 절연 가스켓(G2) 및/또는 인슐레이터(60) 및/또는 제2 집전판(70)을 더 포함할 수도 있다.
상기 전극 조립체(10)는, 제1극성을 갖는 제1전극, 제2 극성을 갖는 제2전극 및 제1전극과 제2전극 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 상기 제1전극은 양극 또는 음극이고, 제2전극은 제1전극과 반대되는 극성을 갖는 전극에 해당한다.
상기 전극 조립체(10)는, 예를 들어 젤리-롤(jelly-roll) 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(10)는, 제1전극, 분리막, 제2전극을 순차적으로 적어도 1회 적층하여 형성된 적층체를 권취 중심부(C)를 기준으로 하여 권취시킴으로써 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 전극 조립체(10)의 외주면 상에는 배터리 하우징(20)과의 절연을 위해 추가적인 분리막이 구비될 수 있다.
상기 제1전극은, 제1전극 집전체 및 제1전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제1전극 활물질층을 포함한다. 상기 제1전극 집전체의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 일 측 단부에는 제1전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 상기 무지부는, 제1전극 탭(11)으로서 기능한다. 상기 제1전극 탭(11)은, 배터리 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 상부에 구비된다.
상기 제2전극은, 제2전극 집전체 및 제2전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제2전극 활물질층을 포함한다. 상기 제2전극 집전체의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 타 측 단부에는 제2전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 상기 무지부는, 제2전극 탭(12)으로서 기능한다. 상기 제2전극 탭(12)은, 배터리 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 하부에 구비된다.
즉, 상기 제1전극 탭(11) 및 제2전극 탭(12)은, 전극 조립체(10)의 폭 방향, 즉 배터리(1)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 서로 반대 방향으로 연장된다. 상기 제1전극 탭(11)은, 배터리 하우징(20)의 폐쇄부를 향해 연장되며, 제2전극 탭(12)은 배터리 하우징(20)의 개방부를 향해 연장된다.
본 발명에 있어서, 양극판에 코팅되는 양극 활물질과 음극판에 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; x, y, z 및 M에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 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 xFe1-xM2 yP1-yM3 zO4-z(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; a, x, y, z, M1, M2, 및 M3에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 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, 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다.
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), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), 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.
상기 배터리 하우징(20)은, 하방에 개방부가 형성된 대략 원통형의 수용체로서, 예를 들어 금속과 같은 도전성을 갖는 재질로 이루어진다. 상기 배터리 하우징(20)의 재질은, 예를 들어 알루미늄일 수 있다. 상기 배터리 하우징(20)의 높이 하단에는 개방부가 형성되며, 상단에는 폐쇄부가 형성된다. 상기 배터리 하우징(20)은, 하방에 형성된 개방부를 통해 전극 조립체(10)를 수용하며, 전해질도 함께 수용한다.
상기 배터리 하우징(20)은, 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결된다. 상기 배터리 하우징(20)은, 예를 들어 전극 조립체(10)의 제2전극 탭(12)과 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 상기 배터리 하우징(20)은, 제2전극 탭(12)과 동일한 극성을 가질 수 있다.
도 2 및 도 11을 참조하면, 상기 배터리 하우징(20)은, 그 하단에 형성된 비딩부(21) 및 크림핑부(22)를 구비할 수 있다. 상기 비딩부(21)는, 전극 조립체(10)의 하부에 위치한다. 상기 비딩부(21)는, 배터리 하우징(20)이 외주면 둘레를 구심방향으로 압입하여 형성된다. 상기 비딩부(21)는, 배터리 하우징(20)의 폭과 대략 대응되는 사이즈를 가질 수 있는 전극 조립체(10)가 배터리 하우징(20)의 하단에 형성된 개방부를 통해 빠져나오지 않도록 하며, 캡 플레이트(30)가 안착되는 지지부로서 기능할 수 있다.
상기 크림핑부(22)는, 비딩부(21)의 하부에 형성된다. 상기 크림핑부(22)는, 비딩부(21)의 하방에 배치되는 캡 플레이트(30)의 외주면, 그리고 캡 플레이트(30)의 하면의 일부를 감싸도록 연장 및 절곡된 형태를 갖는다.
다만, 본 발명은, 배터리 하우징(20)이 이러한 비딩부(21) 및/또는 크림핑부(22)를 구비하지 않는 경우를 배제하지 않는다. 본 발명에 있어서 배터리 하우징(20)이 비딩부(21) 및/또는 크림핑부(22)를 구비하지 않는 경우, 전극 조립체(10)의 고정 및/또는 캡 플레이트(30)의 고정 및/또는 배터리 하우징(20)의 밀봉은, 예를 들어 전극 조립체(10)에 대한 스토퍼로서 기능할 수 있는 부품의 추가 적용 및/또는 캡 플레이트(30)가 안착될 수 있는 구조물의 추가 적용 및/또는 배터리 하우징(20)과 캡 플레이트(30) 간의 용접 등을 통해 실현할 수 있다.
상기 배터리 하우징(20)은 그 폐쇄단, 즉 상면을 이루는 영역이 대략 0.5mm 내지 1.0mm 범위의 두께를 가질 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 대략 0.6mm 내지 0.8mm 범위의 두께를 가질 수 있다. 상기 배터리 하우징(20)은, 그 외주면을 이루는 측벽부가 대략 0.3mm 내지 0.8mm 범위의 두께를 가질 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 대략 0.40mm 내지 0.60mm 범위를 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 하우징(20)에는 도금 층이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 도금 층은, 예를 들어 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 상기 도금 층의 두께는 대략 1.5㎛ 내지 6.0㎛ 범위일 수 있다.
상기 배터리 하우징(20)의 두께는 얇을수록 내부 공간이 커지게 되고, 이로써 에너지 밀도가 향상되어 큰 용량을 갖는 배터리(1)를 제조할 수 있게 된다. 반대로 두께가 두꺼울수록 폭발 테스트 시 인접 배터리로 화염이 연쇄적으로 전파되지 않아 안전성의 측면에서는 유리할 수 있다.
도금 층의 두께는 얇을수록 부식에 취약하고, 두꺼울수록 제조공정이 어렵거나 도금 박리가 발생할 수 있는 가능성이 높아진다. 이러한 조건을 모두 고려하여 최적의 배터리 하우징(20)의 두께를 설정하고 최적의 도금 층의 두께를 설정할 필요가 있다. 더욱이, 이러한 조건을 모두 고려하여 배터리 하우징(20)의 폐쇄부의 두께 및 측벽부의 두께를 각각 제어할 필요가 있다.
도 2 및 도 11을 참조하면, 상기 캡 플레이트(30)는 강성 확보를 위해, 예를 들어 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 캡 플레이트(30)는, 배터리 하우징(20)의 하단에 형성된 개방부를 밀폐한다. 즉, 상기 캡 플레이트(30)는, 배터리(1)의 하면을 이룬다. 본 발명의 배터리(1)에 있어서, 상기 캡 플레이트(30)는, 전도성을 금속 재질인 경우에도 극성을 갖지 않을 수 있다. 상기 캡 플레이트(30)가 극성을 갖지 않는다는 것은, 캡 플레이트(30)가 배터리 하우징(20) 및 단자(40)와 전기적으로 절연되어 있음을 의미한다. 이처럼, 상기 캡 플레이트(30)는 극성을 갖지 않아도 무방하며, 그 재질이 반드시 전도성 금속이어야 하는 것도 아니다.
본 발명의 배터리 하우징(20)이 비딩부를 구비하는 경우, 상기 캡 플레이트(30)는, 배터리 하우징(20)에 형성된 비딩부(21) 상에 안착될 수 있다. 또한, 본 발명의 배터리 하우징(20)이 크림핑부(22)를 구비하는 경우, 상기 캡 플레이트(30)는, 크림핑부(22)에 의해 고정된다. 상기 캡 플레이트(30)와 배터리 하우징(20)의 크림핑부(22) 사이에는 배터리 하우징(20)이 기밀성을 확보하기 위해 실링 가스켓(G1)이 개재될 수 있다. 한편, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 배터리 하우징(20)은 비딩부(21) 및/또는 크림핑부(22)를 구비하지 않을 수도 있으며, 이 경우 상기 실링 가스켓(G1)은 배터리 하우징(20)의 기밀성 확보를 위해 배터리 하우징(20)의 개방부 측에 구비된 고정을 위한 구조물과 캡 플레이트(30) 사이에 개재될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 캡 플레이트(30)는, 배터리 하우징(20) 내부에 발생된 가스로 인해 내압이 기 설정된 수치를 넘어서 증가하는 것을 방지하기 위해 형성되는 벤팅부(31)를 더 구비할 수 있다. 상기 벤팅부(31)는, 캡 플레이트(30) 중 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께를 갖는 영역에 해당한다. 상기 벤팅부(31)는, 주변 영역과 비교하여 구조적으로 취약하다. 따라서, 상기 배터리(1)에 이상이 발생하여 배터리 하우징(20)의 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하게 되면 벤팅부(31)가 파단되어 배터리 하우징(20)의 내부에 생성된 가스가 배출된다. 상기 벤팅부(31)는, 예를 들어, 캡 플레이트(30)의 어느 일 면 상에 또는 양 면 상에 노칭(notching)을 하여 부분적으로 배터리 하우징(20)의 두께를 감소시킴으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(1)는, 후술할 바와 같이 상부에 양극 단자 및 음극 단자가 모두 존재하는 구조를 가지며, 이로 인해 상부의 구조가 하부의 구조보다 더 복잡하다. 따라서, 상기 배터리 하우징(20)의 내부에 발생된 가스의 원활한 배출을 위해 배터리(1)의 하면을 이루는 캡 플레이트(30)에 벤팅부(31)가 형성될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 캡 플레이트(30)의 하단부는 배터리 하우징(20)의 하단부보다 더 상방에 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 배터리 하우징(20)의 하단부가 지면에 닿거나 또는 모둘이나 팩 구성을 위한 하우징의 바닥면에 닿더라도, 캡 플레이트(30)는 지면 또는 모듈이나 팩 구성을 위한 하우징의 바닥면에 닿지 않게 된다. 따라서, 상기 배터리(1)의 무게로 인해 벤팅부(31)의 파단에 요구되는 압력이 설계치와 달라지는 현상을 방지할 수 있으며, 이에 따라 벤팅부(31)의 파단 원활성이 확보될 수 있다.
한편, 상기 벤팅부(31)가 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 폐루프 형태를 갖는 경우, 파단의 용이성 측면에서는 캡 플레이트(30)의 중심부로부터 벤팅부(31)에 이르는 거리가 클수록 유리하다. 이는, 동일한 벤팅 압이 작용했을 때, 상기 캡 플레이트(30)의 중심부로부터 벤팅부(31)에 이르는 거리가 커질수록 벤팅부(31)에 작용하는 힘이 커져 파단이 용이해지기 때문이다. 또한, 벤팅 가스의 배출 원활성의 측면에서도 캡 플레이트(30)의 중심부로부터 벤팅부(31)에 이르는 거리가 클수록 유리하다. 이러한 관점에서 볼 때, 상기 벤팅부(31)는, 캡 플레이트(30)의 가장 자리 둘레 영역으로부터 하방(도 11을 기준으로 아래를 향하는 방향)으로 돌출된 대략 플랫한 영역의 가장자리 둘레를 따라 형성되는 것이 유리할 수 있다.
본 발명의 도 12에서는, 상기 벤팅부(31)가 캡 플레이트(30) 상에 대략 원을 그리며 연속적으로 형성된 경우를 도시하고 있으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 상기 벤팅부(31)는 캡 플레이트(30) 상에 대략 원을 그리며 불연속적으로 형성될 수도 있고, 대략 직선 형태 또는 그 밖의 다른 형태로 형성될 수도 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 집전판(제1집전판)(40)은, 전극 조립체(10)의 상부에 결합된다. 상기 집전판(40)은, 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어지며, 제1전극 탭(11)과 연결된다.
도 4를 참조하면, 상기 집전판(40)은, 제1전극 탭(11)의 단부가 집전판(40)과 나란한 방향으로 절곡되어 형성된 결합 면 상에 결합될 수 있다. 상기 제1전극 탭(11)의 절곡 방향은, 예를 들어 전극 조립체(10)의 권취 중심부(C)를 향하는 방향일 수 있다. 상기 제1전극 탭(11)이 이처럼 절곡된 형태를 갖는 경우, 제1전극 탭(11)이 차지하는 공간이 축소되어 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 상기 제1전극 탭(11)과 집전판(40) 간의 결합 면적의 증가로 인해 결합력 향상 및 저항 감소 효과를 가져올 수 있다.
도 2 내지 도 4와 함께 도 5 내지 도 8을 참조하면, 상기 집전판(40)은, 테두리부(41), 탭 결합부(42) 및 단자 결합부(43)를 포함한다. 상기 테두리부(41)는, 중심부에 빈 공간(S)이 형성된 대략 림(rim) 형태를 가질 수 있다. 본 발명의 도면에서는 상기 테두리부(41)가 대략 원형의 림 형태를 갖는 경우만으로 도시하고 있으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 상기 테두리부(41)는, 도시된 것과는 달리 대략 사각의 림 형태 또는 그 밖의 다른 형태를 가질 수도 있는 것이다.
상기 테두리부(41)는 반경방향으로 가장 외측에 배치되는 부위일 수 있다. 실시예는 상기 테두리부(41)가 원주방향을 따라 분절되지 않은 하나의 폐루프 형태인 것을 예시하고 있다. 이는 전체적으로 집전판(40)의 강성을 지지하는 구조여서 후술할 탭 결합부(42)와 단자 결합부(43)의 용접 부위가 전단력(특히 집전판을 포함하는 평면과 나라한 방향으로 작용하는 전단력)을 받지 않도록 견고하게 지지해줄 수 있다.
그러나, 테두리부(41)가 반드시 폐루프 형태여야 하는 것은 아니며, 하나 또는 둘 이상의 절취가 이루어져 있더라도 전체적으로 폐루프 형태를 이룰 수도 있음은 물론이다.
상기 탭 결합부(42)는, 테두리부(41)로부터 내측으로 연장되며 제1전극 탭(11)과 결합된다. 상기 단자 결합부(43)는, 탭 결합부(42)와 이격되어 테두리부(41)의 내측에 위치한다. 상기 단자 결합부(43)는, 후술할 단자(50)와 용접에 의해 결합될 수 있다. 상기 단자 결합부(43)는, 예를 들어 테두리부(41)의 내측 공간의 중심부에 위치할 수 있다. 상기 단자 결합부(43)는, 전극 조립체(10)의 권취 중심부(C)에 형성된 홀과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
상기 탭 결합부(42) 및 단자 결합부(43)는 직접적으로 연결되지 않고 서로 이격되도록 배치되며 테두리부(41)에 의해 전기적으로 연결된다. 이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 집전판(40)은, 탭 결합부(42)와 단자 결합부(43)가 서로 직접 연결되어 있지 않고, 반경방향으로 가장 원심 쪽에 배치된 테두리부(41)를 통해서 연결된 구조를 가짐으로써 배터리(1)에 충격 및/또는 진동이 발생되는 경우 탭 결합부(42)와 제1전극 탭(11) 간의 결합 부위와 단자 결합부(43)와 단자(50) 간의 결합 부위에 가해지는 충격을 분산시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 집전판(40)은, 외부 충격으로 인한 용접부위의 파손을 최소화 또는 방지할 수 있다. 본 발명의 집전판(40)은, 외부 충격이 가해졌을 때 테두리부(41)와 단자 결합부(43)의 연결 부위에 응력이 집중될 수 있는 구조를 갖는데, 이러한 연결 부위는 부품 간의 결합을 위한 용접부가 형성된 부위가 아니기 때문에 외부 충격으로 인한 용접부 파손에 따른 제품 불량 발생을 방지할 수 있는 것이다.
상기 집전판(40)은, 테두리부(41)로부터 내측으로 연장되어 단자 결합부(43)와 연결되는 연결부(44)를 더 포함할 수 있다. 상기 연결부(44)는, 적어도 그 일부가 탭 결합부(42)와 비교하여 그 폭이 더 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 연결부(44)에서 전기 저항이 증가하여 연결부(44)를 통해 전류가 흐를 때 다른 부위와 비교하여 더 큰 저항이 발생하게 되며, 이로 인해 과전류 발생 시에 연결부(44)의 일부가 파단되어 과전류를 차단할 수 있게 된다. 상기 연결부(44)는 이러한 과전류 차단 기능을 고려하여 그 폭이 적절한 수준으로 조절될 수 있다.
상기 연결부(44)는, 테두리부(41)의 내측면으로부터 단자 결합부(43)를 향하는 방향을 따라 그 폭이 점점 좁아지는 테이퍼부(44a)를 구비할 수 있다. 상기 테이퍼부(44a)가 구비되는 경우, 연결부(44)와 테두리부(41)의 연결 부위에서 부품의 강성이 향상될 수 있다. 아울러 이러한 테이퍼부(44a)는 절곡된 전극 탭을 커버하는 영역으로서 기능할 수 있다.
상기 탭 결합부(42)는, 복수개가 구비될 수 있다. 복수의 상기 탭 결합부(42)는, 테두리부(41)의 연장 방향을 따라 서로 동일 간격으로 배치될 수 있다. 복수의 상기 탭 결합부(42) 각각의 연장 길이는 서로 동일할 수 있다. 상기 단자 결합부(43)는, 복수의 상기 탭 결합부(42)에 의해 둘러 싸이도록 배치될 수 있다. 상기 연결부(44)는, 서로 인접한 한 쌍의 탭 결합부(42) 사이에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 연결부(44)로부터 테두리부(41)의 연장 방향을 따라 상기 한 쌍의 탭 결합부(42) 중 어느 하나에 이르는 거리는, 연결부(44)로부터 테두리부(41)의 연장 방향을 따라 상기 한 쌍의 탭 결합부(42) 중 나머지 하나에 이르는 거리와 동일할 수 있다.
상기 연결부(44)는, 복수개가 구비될 수 있다. 복수의 연결부(44) 각각은, 서로 인접한 한 쌍의 탭 결합부(42) 사이에 배치될 수 있다. 복수의 상기 연결부(44)는, 테두리부(41)의 연장 방향을 따라 서로 동일한 간격으로 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이 탭 결합부(42) 및/또는 연결부(44)가 복수개 구비되는 경우에 있어서, 탭 결합부(42)들 간의 거리 및/또는 연결부(44)들 간의 거리 및/또는 탭 결합부(42)와 연결부(44) 간의 거리가 일정하게 형성되면, 탭 결합부(42)로부터 연결부(44)를 향하는 전류 또는 연결부(44)로부터 탭 결합부(42)를 향하는 전류의 흐름이 원활하게 형성될 수 있다.
상기 연결부(44)는 상기 집전판(40)의 중심으로부터 반경방향으로 연장되는 형태일 수 있으며, 곧게 연장되는 형태일 수 있다. 그러면, 통전 거리를 단축시킬 수 있고, 아울러 어느 하나의 연결부(44)에 그 연장방향으로 압축력 또는 인장력이 작용하더라도 연결부(44)는 크게 변형되지 않고, 집전판(40)의 전체적인 형상이 크게 변형되지 않도록 할 수 있다. 이에 따라 집전판(40)이 지나치게 들썩거리지 않게 되어, 집전판(40)이 압박하고 있는 제1전극 탭(11)이 집전판(4)의 들썩거림으로 인해 들뜨거나 변형되지 않도록 할 수 있다.
아울러 직선 형상의 상기 연결부(44)는 복수 개가 상기 단자 결합부(43)를 매개로 연결되어 있는 구조이므로, 단자 결합부(43)를 기준으로 어느 일측의 연결부(44)가 외력을 받는 경우, 그 반대쪽에 연결된 연결부(44)가 이를 지지해주는 기능을 하게 된다. 아울러 집전판(40)의 탭 결합부(44)와 단자 결합부(43)가 서로 다른 축방향으로 힘을 받을 경우라 하더라도, 탭 결합부(44)와 단자 결합부(43) 부위에 비틀림 응력이 발생하지 않아 용접 부위를 보호할 수 있다.
상기 집전판(40)에서 다른 부품과 용접 등의 방식으로 구속된 부위는 단자 결합부(43)와 탭 결합부(44)이다. 그리고 이들은 테두리부(41)에 의해 연결되어 있다. 상기 단자 결합부(43)는 반경방향으로 중심부에 위치하고, 상기 테두리부(41)는 반경방향으로 가장자리에 위치하며, 상기 탭 결합부(44)는 반경방향으로 상기 중심부와 상기 가장자리 사이에 위치하게 된다.
따라서 단자 결합부(43)가 탭 결합부(44)에 대해 상대적으로 반경방향으로 힘을 받거나 축방향으로 힘을 받는 경우, 곧은 형상의 연결부(44)는 이러한 힘을 테두리부(41)에 전달하고, 둘레방향으로 연장된 테두리부(41)가 플렉시블하게 변형되면서 이러한 외력에 대응할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 상기 연결부(44)는, 연결부(44)의 연장방향을 따라 국소적으로 단면적을 감소시키도록 형성되는 노칭부(N)를 구비할 수 있다. 단면적의 감소는 연결부(44)의 폭 및/또는 두께를 감소시키는 것에 의해 구현될 수 있다. 상기 노칭부(N)가 구비되는 경우, 노칭부(N)가 형성된 영역에서의 전기 저항이 증가하게 되고, 이로써 과전류 발생 시에 신속한 전류 차단이 가능하게 된다.
상기 연결부(44)가 테이퍼부(44a)를 구비하는 경우에 있어서, 상기 노칭부(N)는 단자 결합부(43)보다 테이퍼부(44a)에 더 가깝게 위치할 수 있다. 이 경우, 점점 그 폭이 좁아지는 테두리부(44a)의 구조로 인해 발열량이 큰 영역과 인접한 영역에 노칭부(N)가 위치함으로써 좀 더 신속한 과전류 차단이 가능하게 된다.
도 1 내지 도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 단자(50)는, 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어지며, 집전판(제1집전판)(40)의 단자 결합부(43)와 결합된다. 상기 단자(50)는, 배터리 하우징(20)의 개방부의 반대 편에 위치하는 폐쇄부를 관통하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 배터리(1)가 인슐레이터(60)를 구비하는 경우, 단자(50)는, 인슐레이터(60)를 통과하여 집전판(40)의 단자 결합부(43)와 결합하도록 구성된다.
이처럼, 상기 단자(50)는, 집전판(40)을 통해 전극 조립체(10)의 제1전극 탭(11)과 전기적으로 연결되며, 이로써 제1극성을 갖는다. 따라서, 상기 단자(50)는, 본 발명의 배터리(1)의 제1전극 단자로서 기능할 수 있다. 또한, 본 발명의 배터리(1)에 있어서, 제2 극성을 갖는 배터리 하우징(20)의 폐쇄부 측에 형성되는 대략 플랫한 면이 제2전극 단자(20a)로서 기능할 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 배터리(1)의 제1전극 단자(50) 및 제2전극 단자(20a) 각각에 버스바(B)가 연결되어 있다. 상기 제1전극 단자(50) 및 제2전극 단자(20a) 각각에 있어서, 버스바(B)와의 결합을 위한 충분한 결합 면적을 확보하기 위해, 제1전극 단자(50) 중 배터리 하우징(20)의 외측으로 노출된 영역의 폭(D1)은, 제2전극 단자(20a), 즉 배터리 하우징(20)의 상면의 폭(D2) 대비 대략 10% 내지 60% 범위로 설정될 수 있다.
상기 단자(50)가 이처럼 제1극성을 갖는 경우, 단자(50)는 제2 극성을 갖는 배터리 하우징(20)과는 전기적으로 절연된다. 상기 단자(50)와 배터리 하우징(20) 간의 절연은, 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 예를 들어, 상기 단자(50)와 배터리 하우징(20) 사이에 절연 가스켓(G2)을 개재시킴으로써 절연을 실현할 수 있다. 상기 절연 가스켓(G2)은, 예를 들어 절연성을 갖는 수지 재질로 이루어질 수 있다.
이와는 달리, 상기 단자(50)의 일부에 절연성 코팅 층을 형성시킴으로써 절연을 실현할 수도 있다. 또는, 상기 단자(50)와 배터리 하우징(20) 간의 접촉이 불가능하도록 단자(50)를 구조적으로 단단히 고정시키는 방식을 적용할 수도 있다. 또는, 앞서 설명한 방식들 중 복수의 방식을 함께 적용할 수도 있다.
도 2 및 도 3, 그리고 도 5를 함께 참조하면, 상기 인슐레이터(60)는, 집전판(제1집전판)(40)과 배터리 하우징(20)의 내측 면 사이에 구비될 수 있다. 상기 인슐레이터(60)는, 집전판(40)과 배터리 하우징(20) 사이의 접촉을 방지한다. 상기 인슐레이터(60)는, 전극 조립체(10)의 외주면의 상단과 배터리 하우징(20)이 내측 면 사이에도 개재될 수 있다. 이는, 상기 배터리 하우징(20)의 폐쇄부를 향해 연장된 제1전극 탭(11)과 배터리 하우징(20)의 내주면 사이의 접촉을 방지하기 위함이다.
본 발명의 배터리(1)가 인슐레이터(60)를 구비하는 경우, 단자(50)는 인슐레이터(60)를 통과하여 집전판(40)에 결합된다. 이처럼 단자(50)가 통과될 수 있도록 하기 위해, 상기 인슐레이터(60)는 집전판(40)의 단자 결합부(43)와 대응되는 위치에 형성되는 개구를 구비할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 집전판(제2 집전판)(70)은, 전극 조립체(10)의 하부에 결합된다. 상기 집전판(70)은, 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어지며, 제2전극 탭(12)과 결합된다. 또한, 상기 집전판(70)은, 배터리 하우징(20)과 전기적으로 연결된다. 상기 집전판(70)은, 그 가장자리 둘레 영역이 배터리 하우징(20)의 내측 면과 실링 가스켓(G1) 사이에 개재되어 고정될 수 있다. 이 경우, 상기 집전판(70)은, 배터리 하우징(20)의 비딩부(21)에 의해 형성되는 안착 면 상에 용접될 수도 있다.
<01>도 4를 참조하면, 상기 집전판(70)은, 제2전극 탭(12)의 단부가 집전판(70)과 나란한 방향으로 절곡되어 형성된 결합 면 상에 결합될 수 있다. 상기 제2전극 탭(12)의 절곡 방향은, 예를 들어 전극 조립체(10)의 권취 중심부(C)를 향하는 방향일 수 있다. 상기 제2전극 탭(12)이 이처럼 절곡된 형태를 갖는 경우, 제2전극 탭(12)이 차지하는 공간이 축소되어 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 상기 제2전극 탭(12)과 집전판(70) 간의 결합력 향상 및 저항 감소 효과를 가져올 수 있다.
<02>한편, 본 발명에 있어서, 제1전극 탭(11)과 제2전극 탭(12)은 각각 전극의 권취 방향을 따라 무지부에 규칙적으로 형성된 절단홈에 의해 이격되어 있는 복수의 분절편을 포함할 수 있다. 상기 복수의 분절편은 권취 축 방향을 따라 분리막의 외부로 노출될 수 있다. 상기 복수의 분절편은 전극 조립체의 반경 방향을 따라 중첩되면서 정렬됨으로써 원주 방향으로 이격된 복수의 분절편 정렬부를 구성할 수 있다. 또한, 각 분절편 정렬부에 포함된 분절편들은 상기 반경 방향을 따라 절곡되어 절곡 표면영역을 형성할 수 있다.
이러한 실시예에서, 집전판(40)의 탭 결합부(42)는 분절편 정렬부에 형성된 절곡 표면영역에 결합되고, 집전판(40)의 연결부(44)는 원주 방향으로 이격된 분절편 정렬부들 사이에 배치될 수 있다.
도 13은 전극 조립체의 원주 방향을 따라 복수의 분절편 정렬부를 형성할 수 있도록 복수의 분절편이 구비된 전극 구조를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 13을 참조하면, 실시예의 전극(80)은 시트 형상의 집전체(81) 및 활물질층(82)을 포함한다. 집전체(81)는 금속 포일로 이루어질 수 있다. 금속 포일은 전도성이 있는 금속, 예컨대 알루미늄 또는 구리일 수 있다. 집전체 (81)는 전극(80)의 극성에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 금속 포일은 금속 메쉬 등으로 대체 가능하다. 금속 포일은 절연성 필름으로 이루어진 기재의 양쪽 표면에 금속 박막을 코팅한 구조를 가질 수 있다. 집전체(81)의 적어도 일면에 활물질층(82)이 형성된다. 활물질층(82)은 권취 방향(X)을 따라 형성된다. 전극(80)은 권취 방향(X)의 장변 단부에 무지부(83)를 포함한다. 무지부(83)는 활물질이 코팅되지 않은 집전체(81)의 일부 영역이다. 전극(80)에 있어서, 활물질층(82)이 형성된 집전체(81)의 영역은 활물질부라고 명명될 수 있다.
전극(80)에서 집전체(81)의 단변을 따르는 방향의 폭은 60mm 내지 70mm일 수 있고, 집전체(81)의 장변을 따르는 방향의 길이는 3m 내지 5m일 수 있다. 따라서, 전극(80)의 장변 대비 단변의 비율은 1.2% 내지 2.3%일 수 있다. 이 비율은 1865 또는 2170의 폼 팩터를 가진 원통형 배터리에서 사용되는 전극의 장변 대비 단변 비율 6% 내지 11% 수준보다 현저하게 작다.
바람직하게, 활물질층(82)과 무지부(83)의 경계에는 절연 코팅층(84)이 형성될 수 있다. 절연 코팅층(84)은 적어도 일부가 활물질층(82)과 무지부(83)의 경계와 중첩되도록 형성된다. 절연 코팅층(84)은 분리막을 사이에 두고 대향하고 있는 극성이 다른 두 전극 사이의 단락을 방지한다. 절연 코팅층(84)은 0.3mm 내지 5mm의 폭으로 활물질층(82)과 무지부(83)의 경계 부분을 덮을 수 있다. 절연 코팅층(84)은 고분자 수지를 포함하고, Al2O3, SiO2와 같은 무기물 필러를 포함할 수 있다. 절연 코팅층(84)이 덮고 있는 집전체(81) 부분은 활물질층이 코팅된 영역이 아니므로 무지부로서 간주될 수 있다.
무지부(83)는 코어측에 인접한 제1부분(B1)과, 외주측에 인접한 제2부분(B2)과, 제1부분(B1)과 제2부분(B2) 사이에 개재되는 제3부분(B2)을 포함한다. 코어와 외주는 전극(80)이 전극 조립체로서 권취되었을 때 전극 조립체의 중심 영역과 외주면을 지칭한다.
제1부분(B1), 제2부분(B3) 및 제3부분(B2) 중에서 제3부분(B2)의 길이가 가장 길며, 전극(80)의 대부분의 길이를 차지한다. 제1부분(B1)은 전극 조립체의 코어와 인접하는 복수의 권회턴을 형성할 수 있다. 제2부분(B2)은 전극 조립체의 외주와 인접하는 하나 이상의 권회턴을 형성할 수 있다.
제3부분(B2)은 복수의 분절편(85)을 포함한다. 복수의 분절편(85)은 집전판(40)과의 전기적 연결을 위해 사용되므로 제1전극 탭(11)에 해당한다. 바람직하게, 분절편(85)은 사각형 형상을 가질 수 있다. 대안적으로, 분절편(85)은 사다리꼴 형상, 평형사변형 형상, 반원 형상 등을 가질 수 있다. 분절편(85)의 기하학적 형태는 여러 가지로 변형이 가능하다.
복수의 분절편(85)은 레이저로 노칭된 것일 수 있다. 대안적으로, 분절편(85)은 초음파 커팅이나 타발 등 공지의 금속박 커팅 공정으로 형성할 수 있다. 권취 방향(X)에서, 분절편(85) 사이의 간격(피치)은 코어측으로부터 외주측으로 갈수록 증가할 수 있다.
권취 방향(X)으로 인접하는 분절편(85) 사이에는 절단홈(86)이 개재된다. 절단홈(86)은 분절편(85)의 노칭 공정에서 형성된 것이다. 절단홈(86)은 평평한 저부(86a)와 이것과 인접한 라운드부(86b)와 분절편(85)의 측부(86c)를 포함한다. 여기서, 라운드부(86c)는 분절편(85)이 절곡될 때 응력을 완화시킴으로써 분절편(85)의 하단부에 크랙이 생기는 것을 방지할 수 있다.
분절편(85)의 절곡 가공시 활물질층(82) 및/또는 절연 코팅층(84)이 손상되는 것을 방지하기 위해 절단홈(86)의 저부(86a)와 활물질층(82) 사이에 소정의 갭을 두는 것이 바람직하다. 분절편(85)이 절곡될 때 절단홈(86)의 저부(86a) 근처에 응력이 집중되기 때문이다. 갭은 0.2mm 내지 4mm, 바람직하게는 1.5mm 내지 2.5mm인 것이 바람직하다. 갭이 해당 수치범위로 조절되면, 분절편(85)의 절곡 가공시 생기는 응력에 의해 절단홈(86) 하단 근처의 활물질층(82) 및/또는 절연 코팅층(84)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 갭은 분절편(85)의 노칭 또는 커팅시 공차로 인한 활물질층(82) 및/또는 절연 코팅층(84)의 손상을 방지할 수 있다. 절단홈(86)의 하단과 절연 코팅층(84)은 0.5mm 내지 1.0mm 이격될 수 있다. 전극(80)이 권취될 때, 절연 코팅층(84)의 권취 축(Y) 방향의 단부는 분리막의 단부를 기준으로 권취 축 방향을 따라 -2mm 내지 2mm의 범위에 위치할 수 있다. 절연 코팅층(84)은 분리막을 사이에 두고 대향하고 있는 극성이 다른 두 전극간의 단락을 방지하고 분절편(85)이 절곡될 때 절곡 지점을 지지할 수 있다. 두 전극간의 단락 방지 효과를 향상시키기 위해 절연 코팅층(84)은 분리막의 외부로 노출될 수 있다. 또한, 두 전극간의 단락 방지 효과를 더욱 극대화하기 위해 절연 코팅층(84)의 권취 축(Y) 방향의 단부가 절단홈(86)의 저부(86a)보다 위에 위치하도록 절연 코팅층(84)의 폭을 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 상기 절연 코팅층(84)의 권취 축 방향의 단부는 상기 절단홈(86)의 저부(86a)를 기준으로 -1mm 내지 +1mm의 범위 내에 위치할 수 있다.
도 14는 도 13에 도시된 전극(80) 구조를 가지는 양극과 음극을 분리막과 함께 권취하여 제조한 전극 조립체(JR)의 상부 평면도이고, 도 15는 전극 조립체(JR)의 상부를 부분적으로 나타낸 사시도이고, 도 16은 도 14의 A-A＇선에 따른 부분 단면도이다. 도면에 나타낸 전극 조립체(JR)의 상부는 양극 쪽이다.
도 14 내지 도 16을 함께 참조하면, 복수의 분절편(85)들은 분리막의 외부로 돌출되어 권취 축 방향(Y)으로 돌출된다. 또한, 복수의 분절편(85)들은 전극 조립체(JR)의 코어(C) 중심을 기준으로 방사상으로 배열됨으로써 분절편 정렬부(90)를 형성한다. 분절편 정렬부(90)는 서로 다른 권회턴에 위치하는 분절편(85)들이 전극 조립체(JR)의 반경 방향으로 중첩되면서 배열된 분절편(85)들의 집합체를 일컫는다.
분절편 정렬부(90)에 포함된 복수의 분절편(85)이 반경 방향으로 중첩된다는 것은 코어(C) 중심으로부터 분절편 정렬부(90)를 통과하는 소정 직선을 그었을 때 모든 분절편(85)이 해당 직선과 교차하는 것을 의미한다.
분절편 정렬부(90)는 전극 조립체(JR)의 반경 방향을 따라서 소정 길이로 연장된 구조를 가지며, 분절편 정렬부(90)에 있어서, 반경 방향으로 인접하는 권회턴들의 분절편(85)들은 코어 중심을 기준으로 측정한 원주각이 서로 중첩될 수 있다.
분절편 정렬부(90)는 4개, 3개, 또는 2개일 수 있는데, 분절편 정렬부(90)의 수는 이에 한정되지 않는다. 분절편 정렬부(90)가 복수일 때, 분절편 정렬부(90)들은 원주 방향으로 등간격으로 배치될 수 있다. 물론, 분절편 정렬부(90)가 원주 방향으로 비등간격으로 배치되는 것을 배제하지는 않는다.
분절편 정렬부(90)가 4개인 경우, 원주 방향으로 인접하는 분절편 정렬부(90)들 사이의 각도는 약 90도일 수 있다. 분절편 정렬부(90)가 3개인 경우, 원주 방향으로 인접하는 분절편 정렬부(90)들 사이의 각도는 약 120도일 수 있다. 분절편 정렬부(90)가 2개인 경우, 원주 방향으로 인접하는 분절편 정렬부(90)들 사이의 각도는 약 180도일 수 있다.
원주 방향으로 인접하는 분절편 정렬부(90)들 사이의 각도(θ)는 전극 조립체(JR)를 권취 축방향(Y)에서 보았을 때, 하나의 분절편 정렬부(90)의 측변 연장선과 상기 분절편 정렬부(90)로부터 가장 가까운 또 다른 분절편 정렬부(90)의 측변 연장선이 이루는 각으로서 정의된다. 각도(θ)는 전극 조립체(JR)의 코어(C) 중심에서 분절편 정렬부(90)의 중심을 통과하는 가상의 선(일점 쇄선 참조)을 그었을 때 원주 방향으로 인접하는 가상의 선이 이루는 각도와 실질적으로 동일하다.
권취 방향(X)으로 인접하는 분절편(85)들의 이격 피치는 전극 조립체(JR)의 권취 방향(X)으로 코어측으로부터 외주측으로 갈수록 증가하되, 전극 조립체(JR)의 반경 방향으로 분절편 정렬부(90)가 형성될 수 있도록 미리 설정한 규칙에 따라서 결정될 수 있다. 분절편(85)들의 이격 피치는 실질적으로 절단홈(86)의 권취 방향 폭에 해당한다.
전극 조립체(JR)의 원주 방향에서 인접하는 분절편 정렬부(90)들 사이에는 전해질 함침부(100)가 형성된다. 전해질 함침부(100)는 절단홈(86)이 형성된 무지부(83) 영역이 권취되면서 형성된 것이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 전해질 함침부(100)는 전해질(EL)이 주로 함침될 수 있는 구간으로서 권취 축 방향(Y)으로 분절편 정렬부(90)의 높이보다 낮은 높이를 갖는다. 전해질 함침부(100)에서는 분리막(Se)의 외부로 돌출된 분절편(85)이 존재하지 않는다. 또한, 전해질 함침부(90)에서는 전극 조립체(JR)의 반경 방향으로 인접하는 분리막(Se)들 사이에서 양극(E1)의 활물질층(a1)과 음극(E2)의 활물질층(a2) 단부가 분리막(Se)의 단부보다 소정 간격 하부로 이격되어 있다. 따라서, 양극(E1)과 음극(E2) 사이의 절연이 유지될 수 있다. 실시예에서, 이격 거리는 0.6mm 내지 1mm일 수 있다. 양극(E1)과 음극(E2)의 단부 중 적어도 하나에는 절연 코팅층(84)이 형성되어 있을 수 있다. 양극(E1)의 단부는 활물질층(a1)의 두께가 점진적으로 감소하는 슬라이딩부를 포함할 수 있다. 도 16에 도시된 전극과 분리막의 배치 구조는 전극 조립체(JR)의 하부에도 적용될 수 있다. 바람직하게, 전극 조립체(JR)의 하부에서 절연코팅층(84)과 슬라이딩부는 음극(E2)의 단부에 형성될 수 있다.
전해질(EL)은 분리막(Se)들의 단부 사이에 구비된 갭을 통해 양극(E1)과 음극(E2)에 직접적으로 접촉되면서 전극 조립체(JR)의 내부로 함침될 수 있다. 구체적으로, 전극조립체(JR)의 상부로 적하된 전해질(EL)은 양극(E1) 및 음극(E2)의 단부와 분리막(Se)의 단부에 동시에 접촉되면서 빠르게 전극 조립체(JR)의 내부로 스며들게 된다. 이로써, 전해질 함침성(속도와 균일성)이 현저하게 개선될 수 있다.
바람직하게, 분절편(85)의 높이(H)는 전극 조립체(JR)의 반경 방향으로 실질적으로 동일할 수 있다. 일 예에서, 분절편(85)의 높이는 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm 또는 10mm일 수 있다. 대안적으로, 분절편(85)의 높이(H)는 전극 조립체(JR)의 코어측으로부터 외주측으로 가면서 단계적으로 증가할 수 있다. 일 예에서, 분절편(85)의 높이는 2mm 내지 10mm의 범위에서 단계적으로 증가할 수 있다. 일 예에서, 전극 조립체(JR)의 코어 직경이 8mm일 때, 6mm 내지 14mm 반경 구간에서 분절편(85)의 높이는 2mm부터 10mm까지 1mm씩 증가할 수 있다. 분절편(85)의 높이(H)가 단계적으로 증가하면, 분절편(85)의 절곡 표면에서 분절편(85)의 적층수를 증가시키고 적층수가 균일한 영역의 길이를 전극 조립체(JR)의 반경 방향으로 증가시킬 수 있다.
분절편(85)의 폭(W)은 집전판(40)의 탭 결합부(42)의 폭과 실질적으로 동일하거나 상대적으로 더 큰 것이 바람직하다. 분절편(85)의 폭(W)은 일 예로 3mm 내지 11mm의 범위에서 적절하게 선택할 수 있다.
도 13 및 도 16을 참조하면, 분절편(85)의 절곡 지점(87)은 절단홈(86)의 저부(86a)를 통과하는 라인 또는 그 라인으로부터 상부로 소정 거리 이격된 지점에 설정될 수 있다. 절단홈(86)의 하단으로부터 소정 거리 이격된 지점에서 분절편(85)이 코어측으로 절곡되면 반경 방향으로의 분절편 중첩이 보다 잘 이루어진다. 분절편(85)들이 절곡될 때 코어의 중심을 기준으로 바깥쪽에 있는 분절편이 안쪽에 있는 분절편을 누른다. 이 때, 절곡 지점(87)이 절단홈(86)의 하단으로부터 소정 거리 이격되어 있으면, 안쪽의 분절편이 바깥쪽 분절편에 의해 권취 축 방향으로 눌리면서 분절편(85)들의 중첩이 보다 잘 이루어진다. 절곡 지점(87)의 이격 거리는 3mm 이하, 바람직하게는 2mm 이하일 수 있다.
분절편(85)의 이격 피치는 권취 방향(X)에서 절단홈(86)의 폭에 해당하고 전극(80)이 권취되었을 때 분절편 정렬부(90)가 미리 설정된 영역에서 전극 조립체(JR)의 반경 방향으로 형성될 수 있도록 미리 결정될 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따라 분절편 정렬부(90)에 포함된 분절편(85)들이 전극 조립체(JR)의 코어 측을 향하여 절곡되면서 형성된 절곡 표면영역(F)을 이용하여 집전판(40)을 전극 조립체(JR)의 상부에 결합시키는 공정을 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 복수의 분절편 정렬부(90)에 포함된 분절편(85)들은 전극 조립체(JR)의 코어 측으로 절곡되어 절곡 표면영역(F)을 형성할 수 있다. 절곡 표면영역(F)의 표면은 전극 조립체(JR)의 권취 축 방향과 대략 수직을 이룬다. 절곡 표면영역(F)은 분절편(85)들이 권취 축 방향으로 여러 겹 중첩되면서 적층된 영역에 해당한다. 분절편(85)들의 적층수는 바람직하게 10장 이상일 수 있다. 절곡 표면영역(F)은 분절편 정렬부(90)의 상부에 형성되므로, 분절편 정렬부(90)는 절곡 표면영역(F)을 포함하는 구성요소로 이해하여야 한다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 실시예에 따른 집전판(40)을 전극 조립체(JR)의 상부에 용접한 상태를 나타낸 상부 평면도이다.
도 18a 및 도 18b를 참조하면, 집전판(40)에 포함된 각각의 탭 결합부(42)는 대응하는 분절편 정렬부(90)의 상부에 형성된 절곡 표면영역(F)에 용접을 통해 결합될 수 있다.
절곡 표면영역(F)은 평평하고 탭 결합부(42)보다 폭이 크므로 탭 결합부(42)는 절곡 표면영역(F) 상에 용이하게 마운트된 상태에서 용접될 수 있다.
연결부(44)는 원주 방향으로 인접하는 분절편 정렬부(90)들 사이에 제공된 전해질 함침부(100)의 상부에 배치된다. 도 16에 도시된 바와 같이, 전해질 함침부(100)에 있어서는 양극(E1)과 음극(E2)의 단부가 분리막(Se)의 단부로부터 하부를 향해 소정 간격 이격되어 있다. 따라서, 연결부(44)도 양극(E1) 및 음극(E2)의 단부와 이격됨으로써 전극들의 단부로부터 전기적으로 절연될 수 있다.
도 18a 및 도 18b에 있어서, 참조번호 W는 용접 패턴을 나타낸다. 용접 패턴(W)은 탭 결합부(42)의 연장 방향을 따라서 적어도 하나의 연속적 또는 불연속적 선형 패턴으로 형성될 수 있다. 용접 패턴(W)은 레이저 용접에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 용접 패턴(W)은 초음파 용접, 저항 용접 등 공지된 다른 용접 방법으로 형성될 수 있다.
연결부(44)는 권취 축 방향(Y)을 기준으로 전해질 함침부(100)의 상부에 배치된다. 또한, 분절편(85)의 절곡 지점은 도 16에 도시된 바와 같이 전해질 함침부(100)로부터 이격되어 있으므로 분절편(85)들이 절곡되면서 형성되는 절곡 표면영역(F)과 전해질 함침부(100) 사이에도 빈 공간에 해당하는 소정의 갭이 존재하게 된다.
따라서, 연결부(44)의 노칭부(N)가 과전류에 의해 차단되었을 때 단자 결합부(43)와 탭 결합부(42)의 전기적 연결이 상기 갭에 의해 완전히 차단될 수 있다.
한편, 절곡 표면영역(F)을 전극 조립체(JR) 단부의 전체 표면에 형성할 경우, 노칭부(N)가 과전류에 의해 파단되더라도 절곡 표면영역(F)을 통해서 단자 결합부(43)와 탭 결합부(42)의 전기적 연결 상태가 간접적으로 유지될 수 있다.
따라서, 절곡 표면영역(F)은 분절편(85)들의 이격 피치를 조절하여 전극 조립체(JR) 단부의 일부 영역에서만 국소적으로 형성하고, 노칭부(N)가 포함된 연결부(44)는 절곡 표면영역(F)이 없는 영역에 배치하는 것이 과전류의 신뢰성 있는 차단 관점에서 보다 바람직하다.
도 19a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극(80)의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 19b는 도 19a의 전극(80) 구조가 양극 및 음극에 적용된 전극 조립체의 상부에 형성된 분절편 정렬부(90)의 구조를 나타낸 상부 평면도이다.
도 19a 및 도 19b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극(80)은 분절편 그룹(85g)들이 그룹간 이격 피치에 의해 분리된 구조를 가진다. 이격 피치는 권취 방향(X)을 따라서 점진적 또는 단계적으로 증가될 수 있다. 분절편 그룹(85g)은 적어도 하나의 분절편(85)을 포함할 수 있다. 분절편(85)의 형상은 사각형이다. 하지만, 분절편(85)의 형상은 사다리꼴 등의 다른 기하학적 도형으로 변경이 가능하다.
분절편 그룹(85g)들은 전극 조립체가 권취되었을 때 반경 방향을 따라 중첩되면서 배열됨으로써 분절편 정렬부(90)를 형성한다. 분절편 정렬부(90)는 대략 부채꼴 형상을 가진다. 분절편 정렬부(90)에 포함된 분절편(85)들은 코어(C)를 향해 절곡되어 절곡 표면영역(F)을 형성할 수 있다. 집전판(40)의 탭 결합부(42)는 상술한 실시예와 마찬가지로 분절편 정렬부(90)에 형성된 절곡 표면영역(F)에 용접될 수 있다. 또한, 집전판(40)의 연결부(44)는 원주 방향으로 인접한 분절편 정렬부(90)들 사이에 위치한 전해질 함침부(100)의 상부에 배치될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예가 적용되는 원통형 배터리는, 예를 들어 폼 팩터의 비(원통형 배터리의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 대략 0.4 보다 큰 원통형 배터리일 수 있다.
여기서, 폼 팩터란, 원통형 배터리의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리는, 예를 들어 46110 배터리, 4875 배터리, 48110 배터리, 4880 배터리, 4680 배터리일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에서, 앞의 숫자 2개는 배터리의 직경을 나타내고, 나머지 숫자들은 배터리의 높이를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.418인 원통형 배터리일 수 있다.
다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 75mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.640인 원통형 배터리일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.436인 원통형 배터리일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.600인 원통형 배터리일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.575인 원통형 배터리일 수 있다.
종래에는, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리들이 이용되었다. 즉, 종래에는, 예를 들어 1865 배터리, 2170 배터리 등이 이용되었다. 1865배터리의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.277이다. 2170 배터리의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.300이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리(1)가 전기적으로 연결된 배터리 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(2)을 포함한다. 본 발명의 도면에서는, 도면 도시의 편의상 전기적 연결을 위한 버스바, 냉각 유닛, 전력 단자 등의 부품은 생략되었다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(5)는, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)을 포함한다. 상기 자동차(5)는, 4륜 자동차 및 2륜 자동차를 포함한다. 상기 자동차(5)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)으로부터 전력을 공급받아 동작한다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (37)

  1. 전극조립체의 제1전극 탭과 외부로 노출된 단자 사이에서 이들을 전기적으로 연결하는 집전판으로서,
    둘레 방향으로 연장되어 내측에 공간을 정의하는 테두리부;
    상기 테두리부로부터 구심 측으로 연장되며 상기 제1전극 탭과 결합되는 탭 결합부; 및
    상기 테두리부보다 구심 측에 배치되고 상기 탭 결합부를 회피하여 상기 테두리부를 통해 상기 탭 결합부와 연결되는 단자 결합부;를 포함하는 집전판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단자 결합부와 테두리부와 탭 결합부 중 테두리부가 가장 원심 측에 배치되고 단자 결합부가 가장 구심 측에 배치되는, 집전판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 단자 결합부와 상기 테두리부의 중심은 실질적으로 일치하는, 집전판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 탭 결합부는 상기 테두리부의 둘레 방향을 따라 복수 개 배치되고,
    둘레 방향으로 이웃하는 두 탭 결합부 사이에 마련된 테두리부 부분에 상기 단자 결합부가 연결되는, 집전판.
  5. 청구항 4에 있어서,
    둘레 방향으로 이웃하는 두 탭 결합부와 상기 테두리부의 연결부위를 직선으로 연결한 가상의 선을 기준으로, 이웃하는 상기 두 탭 결합부 사이에 마련된 테두리부 부분은 상기 가상의 선보다 더 원심 측에 배치되는, 집전판.
  6. 청구항 4에 있어서,
    복수의 상기 탭 결합부는,
    상기 테두리부의 둘레 방향을 따라 등 간격으로 배치되는, 집전판.
  7. 청구항 4에 있어서,
    복수의 상기 탭 결합부 각각의 연장 길이는 서로 대응하는, 집전판.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 단자 결합부는,
    복수의 상기 탭 결합부에 의해 둘러 싸이도록 배치되는, 집전판.
  9. 청구항 4에 있어서,
    복수의 상기 탭 결합부는 상기 단자 결합부와 반경방향으로 이격되되 상기 단자 결합부을 중심으로 방사상으로 배치되는, 집전판.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 테두리부는,
    중심부가 비어 있는 림 형태를 갖는, 집전판.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 단자 결합부는 상기 테두리부보다 구심 영역의 중앙부 또는 그 부근에 배치되고,
    상기 테두리부와 상기 단자 결합부는, 상기 탭 결합부를 회피하여 상기 테두리부와 상기 단자 결합부 사이의 공간을 통해 연장된 연결부에 의해 연결되는, 집전판.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 연결부는 곧게 연장되어 상기 단자 결합부와 상기 테두리부를 연결하는, 집전판.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 연결부는 실질적으로 상기 단자 결합부의 중심으로부터 반경 방향으로 연장되어 상기 테두리부에 연결되는, 집전판.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 연결부는 복수 개 구비되고, 상기 단자 결합부의 테두리 둘레를 따라 등간격으로 배치된, 집전판.
  15. 청구항 12에 있어서,
    복수의 상기 연결부는,
    상기 테두리부의 둘레 방향을 따라 서로 동일 간격으로 배치되는, 집전판.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 연결부는,
    적어도 그 일부가, 상기 탭 결합부와 비교하여 그 폭이 더 작게 형성되는, 집전판.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 테두리부의 내주면으로부터 상기 단자 결합부를 향하는 방향을 따라 그 폭이 점점 좁아지는 테이퍼부를 구비하는, 집전판.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 연결부는, 둘레방향으로 서로 인접한 한 쌍의 탭 결합부 사이에 위치하는. 집전판.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 연결부로부터 원주 방향을 따라 상기 한 쌍의 탭 결합부 중 어느 하나에 이르는 거리는, 상기 연결부로부터 원주 방향을 따라 상기 한 쌍의 탭 결합부 중 나머지 하나에 이르는 거리와 대응하는, 집전판.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 연결부는, 그것의 연장 방향에서 단면적이 국소적으로 감소된 노칭부를 구비하는, 집전판.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 노칭부는, 상기 단자 결합부보다 상기 테두리부에 더 가깝게 위치하는, 집전판.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 탭 결합부는 상기 단자 결합부와 대향하는 부분이 상기 단자 결합부를 향해 테이퍼진 형상을 가지는, 집전판.
  23. 청구항 1에 있어서,
    방사 대칭 구조를 가지는, 집전판.
  24. 청구항 23항에 있어서,
    90도, 120도 또는 180도 회전에 의한 방사 대칭 구조를 가지는, 집전판.
  25. 제1전극 및 제2전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 권취 축을 중심으로 권취됨으로써 코어와 외주면을 정의한 전극 조립체로서, 상기 제1전극과 상기 제2전극은 권취 방향을 따르는 장변 단부에 제1무지부로 이루어진 제1전극 탭 및 제 2무지부로 이루어진 제2전극 탭을 구비하고, 상기 제2전극 탭 및 상기 제2전극 탭은 상기 권취 축 방향을 따라 서로 반대 방향으로 상기 분리막의 외부로 돌출된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며, 상기 제2전극 탭과 전기적으로 연결되는 배터리 하우징;
    상기 배터리 하우징에 절연 가능하게 설치되어 외부로 노출된 단자; 및
    상기 제1전극 탭과 상기 단자 사이에서 이들을 전기적으로 연결하는 집전판으로서, 내측에 공간을 정의하는 테두리부; 상기 테두리부로부터 구심 측으로 연장되며 상기 제1전극 탭과 결합되는 탭 결합부; 상기 테두리부보다 구심 측에 배치된 단자 결합부; 및 상기 탭 결합부를 회피하여 상기 단자 결합부와 상기 테두리부를 연결하는 연결부를 포함하는 집전판;을 포함하고,
    상기 제1전극 탭은 상기 집전판의 탭 결합부와 결합하고, 상기 단자는 상기 집전판의 단자 결합부와 결합되는, 배터리.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 제1전극 탭은, 상기 권취 방향을 따라 절단홈에 의해 분리되고 상기 권취 축 방향을 따라 상기 분리막의 외부로 돌출된 복수의 분절편을 포함하고,
    상기 복수의 분절편은 상기 전극 조립체의 반경 방향을 따라 중첩되면서 정렬됨으로써 원주 방향으로 이격된 복수의 분절편 정렬부를 구성하고,
    각 분절편 정렬부에 포함된 분절편들은 상기 반경 방향을 따라 절곡되어 절곡 표면영역을 형성하고,
    상기 집전판의 탭 결합부는 상기 절곡 표면영역에 결합되고,
    상기 연결부는 상기 원주 방향으로 이격된 분절편 정렬부들 사이에 배치되는, 이차 전지.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 연결부는 그것의 연장 방향에서 단면적이 감소된 노칭부를 구비하고,
    상기 노칭부는 상기 원주 방향으로 이격된 분절편 정렬부들 사이에 노출된 상기 전극 조립체의 단부 표면으로부터 이격된, 이차 전지.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 원주 방향으로 이격된 분절편 정렬부들 사이에 노출된 상기 전극 조립체의 단부 표면은 전해질 함침부인, 이차 전지.
  29. 청구항 28항에 있어서,
    상기 전해질 함침부에서, 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 권취 축 방향 단부가 인접하는 권회턴의 분리막들 사이에서 노출된, 이차 전지.
  30. 청구항 25에 있어서,
    상기 단자 결합부는,
    상기 전극조립체의 권취 중심부에 형성된 홀과 대응되는 위치에 배치되는, 배터리.
  31. 청구항 25에 있어서,
    상기 배터리 하우징은 축방향 일측에 개방부를 구비하고, 축방향 타측에 폐쇄부를 구비하며,
    상기 제1전극 탭은 상기 폐쇄부와 마주하고, 상기 제2전극 탭은 상기 개방부와 마주하는, 배터리.
  32. 청구항 25에 있어서,
    상기 배터리 하우징은 축방향 일측에 개방부를 구비하고, 축방향 타측에 폐쇄부를 구비하고, 상기 개방부는 캡 플레이트에 의해 밀폐되고,
    상기 캡 플레이트와 상기 개방부 사이에 실링 가스켓이 개재되고,
    상기 캡 플레이트는, 상기 전극 조립체의 제1전극 탭 및 제2전극 탭과 연결되지 않아 극성을 갖지 않는, 배터리.
  33. 청구항 25에 있어서,
    상기 배터리 하우징은 축방향 일측에 개방부를 구비하고, 축방향 타측에 폐쇄부를 구비하며,
    상기 단자는 상기 폐쇄부의 관통홀에 설치되고, 상기 단자와 상기 관통홀 사이에 절연 가스켓이 개재된, 배터리.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 폐쇄부와 상기 집전판 사이에 개재되는 인슐레이터를 더 포함하는, 배터리.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 단자는,
    상기 인슐레이터를 통과하여 상기 집전판의 상기 단자 결합부와 결합되는, 배터리.
  36. 청구항 25의 배터리; 및
    상기 배터리를 복수 개 수용하는 팩 하우징;을 포함하는 배터리 팩.
  37. 청구항 36에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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