KR20230064185A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절연 시트의 제1영역과 제2영역이 다른 재질로 이루어져, 전극조립체와 캡 플레이트 사이의 열전도를 차단할 수 있고, 비전 검사를 통한 이물 여부도 확인할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일예로, 본 발명은 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체와, 전극 조립체의 제1전극탭과 용접된 제1단자와, 전극 조립체의 상면을 덮는 제1영역과, 전극 조립체의 양측 장측면을 덮는 제2영역을 갖는 절연시트와, 전극조립체, 제1단자 및 절연 시트를 수용하는 케이스 및, 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고, 절연 시트는 제2영역이 빛을 투과시킬 수 있는 이차 전지를 개시한다.
일예로, 본 발명은 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체와, 전극 조립체의 제1전극탭과 용접된 제1단자와, 전극 조립체의 상면을 덮는 제1영역과, 전극 조립체의 양측 장측면을 덮는 제2영역을 갖는 절연시트와, 전극조립체, 제1단자 및 절연 시트를 수용하는 케이스 및, 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고, 절연 시트는 제2영역이 빛을 투과시킬 수 있는 이차 전지를 개시한다.
Description
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는, 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해질을 케이스에 내장하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성될 수 있다. 여기서, 전극 조립체의 대표적인 예로는 권취 타입 또는 스택 타입을 들 수 있다. 이러한 전극 조립체는 상부 또는 측부 방향으로 무지부 탭이 돌출되고 무지부 탭에 집전 부재가 연결될 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 실시예의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 전극조립체의 장측면부를 덮는 절연시트 부분이 빛을 투과할 수 있으므로, 용접 후 비전 검사를 통해 이물 여부를 확인할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 전극조립체와 캡 플레이트 사이의 열전도 차단 및 절연이 용이할 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체의 제1전극탭과 용접된 제1단자와, 상기 전극 조립체의 상면을 덮는 제1영역과, 상기 전극 조립체의 양측 장측면을 덮는 제2영역을 갖는 절연시트와, 상기 전극조립체, 상기 제1단자 및 절연 시트를 수용하는 케이스 및, 상기 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 절연 시트는 상기 제2영역이 빛을 투과시킬 수 있다.
상기 절연 시트는 상기 제1영역이 2개의 층으로 이루어지고, 상기 제2영역이 단층으로 이루어질 수 있다.
상기 절연 시트의 상기 제1영역은 상기 제2영역과 일체형인 제1시트부 및, 상기 제1시트부의 외표면에 밀착되며 상기 제1시트부와 다른 재질로 이루어진 제2시트부를 포함할 수 있다.
상기 제1시트부 및 상기 제2영역은 빛을 투과할 수 있는 폴리프로필렌일 수 있다.
상기 제2시트부는 폴리이미드로 이루어질 수 있다.
상기 절연 시트는 단층 시트로 상기 제1영역이 상기 제2영역과 다른 재질로 이루어져, 열전도도가 상이할 수 있다.
상기 제2영역은 빛이 투과할 수 있는 폴리프로필렌으로 이루어지며, 상기 1영역은 폴리이미드로 이루어질 수 있다.
상기 제1영역은 직사각형 판 형상의 상기 캡플레이트와 상기 전극조립체 사이에 개재된 상면부와, 상기 상면부의 양측 끝단으로부터 하부 방향으로 절곡되어 연장된 두 개의 연장부를 포함할 수 있다.
상기 제2영역은 상기 두 개의 연장부의 하단부로부터 하부 방향으로 연장되어, 상기 전극 조립체의 두 개의 장측면과 상기 케이스 사이에 각각 개재될 수 있다.
상기 제2영역은 양표면이 오톨도톨한 거칠기를 가질 수 있다.
상기 절연시트는 제2영역의 하부 끝단부로 부터, 하부 방향으로 연장되며 색을 갖는 제3영역을 더 포함할 수 있다.
상기 제3영역은 상기 제2영역과 빛 투과율이 다를 수 있다.
상기 제3영역은 빛 투과율이 80%이상이고, 90%이하일 수 있다.
상기 절연시트는 상기 제2영역의 빛 투과율이 90%이상이고 100%이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극조립체의 장측면부를 덮는 절연시트는 빛이 투과할 수 있으므로, 용접 후 비전 검사를 통해 이물 여부를 확인할 수 있다.
또한 본 발명의 다양한 실시예에 이차 전지는 전극조립체와 캡 플레이트 사이의 열전도 차단 및 절연이 용이할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 일실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 절연시트를 확대 도시한 사시도와, 단면도이다.
도 5는 본 발명의 이차전지의 절연 시트의 다른 예에 대한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 이차전지의 절연 시트의 다른 예를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 일실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 절연시트를 확대 도시한 사시도와, 단면도이다.
도 5는 본 발명의 이차전지의 절연 시트의 다른 예에 대한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 이차전지의 절연 시트의 다른 예를 도시한 사시도 및 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
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)" 및/또는 "포함하는(comprising)"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 이용된다. 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 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결(electrically coupled)되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이차 전지를 도시한 사시도 및 단면도가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 예에서, 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130), 절연시트(140), 케이스(150) 및 캡 조립체(160)를 포함할 수 있다. 또한 도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 이차 전지(100)에서 케이스(150)가 분해된 것을 도시한 분해 사시도이다. 즉, 도 3은 케이스(150)가 캡 조립체(160)와 결합되기 이전 상태를 도시한 것이다. 이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 이차 전지(100)를 설명하고자 한다.
전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 권취되거나 겹쳐서 형성될 수 있다. 도 3에서 전극 조립체(110)는 권취 축이 수평 방향(즉, 캡 조립체(160)의 길이 방향과 대략 평행한 방향)인 것으로 도시하였으나, 권취 축이 수직 방향(즉, 캡 조립체(160)의 길이 방향과 대략 수직인 방향으로 권취될 수도 있다. 또한 전극 조립체(110)는 권취타입이 아닌 스택 타입일 수 있으며, 본 발명에서 전극 조립체(110)의 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한 전극 조립체(110)는 도 3에서 하나의 전극 조립체(110)를 도시하였으나, 2개 이상의 전극 조립체(110)가 장측면이 서로 인접하도록 적층될 수 있으며, 본 발명에서 전극 조립체(110)의 개수를 한정하는 것은 아니다.
전극 조립체(110)의 제1전극판(111)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제2전극판(112)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
제1전극판(111)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제1전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1전극탭(111a)(또는 제1무지부)을 포함할 수 있다. 제1전극탭(111a)은 제1전극판(111)과 제1단자(120)사이의 전류 흐름의 통로가 될 수 있다.
일부 예들에서, 제1전극탭(111a)은 제1전극판(111)을 제조할 때 미리 일측부로 돌출되도록 절단하여 형성할 수 있으며, 제1전극판(111)과 일체로 이루어질 수 있다. 일부예들에서, 다수의 제1전극탭(111a)들은 모아서 가용접되고, 가용접된 제1전극탭(111a)에는 제1단자(120)의 제1집전판(121)이 용접되어 결합될 수 있다.
제2전극판(112)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제2전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2전극탭(112a)(또는 제2무지부)을 포함할 수 있다. 제2전극탭(112a)은 제2전극판(112)과 제2단자(130)사이의 전류 흐름의 통로가 될 수 있다.
일부 예들에서, 제2전극탭(112a)은 제2전극판(112)을 제조할 때 미리 일측부로 돌출되도록 절단하여 형성할 수 있으며, 제2전극판(112)과 일체로 이루어질 수 있다. 일부예들에서, 다수의 제2전극탭(112a)들은 모아서 가용접되고, 가용접된 제2전극탭(112a)에는 제2단자(130)의 제2집전판(131)이 용접되어 결합될 수 있다.
일부 예들에서, 제1전극탭(111a)은 전극 조립체(110)의 일측 단측면에 위치할 수 있으며, 제2전극탭(112a)은 전극 조립체(110)의 타측 단측면에 위치할 수 있다.
일부 예들에서, 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름을 포함할 수 있다. 또한, 세퍼레이터(113)는 액체 또는 겔 상태의 전해액을 필요로 하지 않는 황화물계, 산화물계 또는 인산염화합물계와 같은 무기물계 고체 전해질로 대체될 수도 있다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1전극판(111)의 제1전극 무지부(111a)와 제2전극판(112)의 제2전극 무지부(112a)와 각각에 전기적으로 연결되는 제1단자(120) 및 제2단자(130)가 위치된다. 일부 예들에서, 전극 조립체(110)는 전해액과 함께 케이스(150)에 수용될 수 있다.
일부 예들에서, 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염을 포함할 수 있다. 또한, 전해액은 액체 또는 겔상일 수 있다. 일부 예들에서, 무기물계 고체 전해질이 사용될 경우, 전해액은 생략될 수도 있다.
제1단자(120)는 금속으로 형성되며, 제1전극판(111)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자(120)는 제1집전판(121), 제1단자 기둥(122) 및 제1단자 플레이트(124)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1집전판(121)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1전극 무지부(111a)와 접촉될 수 있다. 실질적으로, 제1집전판(121)은 제1전극 무지부(111a)에 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1집전판(121)은 대략 '┎' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(121a)이 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 단자홀(121a)에는 제1단자 기둥(122)이 끼워져 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1집전판(121)은 구리 또는 구리 합금으로 제조될 수 있다.
일부 예들에서, 제1단자 기둥(122)은 캡 조립체(160)의 캡 플레이트(161)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 캡 플레이트(161)의 하부에서 제1집전판(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(161)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(161)의 하부에 제1단자 기둥(122)이 캡 플레이트(161)로부터 빠지지 않도록 플랜지(122a)가 형성될 수 있다. 제1단자 기둥(122)에서 플랜지(122a)의 하부에 위치하는 영역은 제1집전판(121)의 제1단자홀(121a)에 끼워진 후 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자 기둥(122)은 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다.
제1단자 플레이트(124)는 홀(124a)을 가지며, 이러한 홀(124a)에 제1단자 기둥(122)이 결합되고 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 상부로 노출된 제1단자 기둥(122)과 제1단자 플레이트(124) 사이의 계면이 상호간 용접될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 제1단자 기둥(122)과 제1단자 플레이트(124)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융된 후 냉각되어 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자 기둥(122) 및 제1단자 플레이트(124)는 캡 플레이트(161)와 전기적으로 절연될 수 있다.
제2단자(130) 역시 금속으로 형성되며, 제2전극판(112)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 제2단자(130)는 제2집전판(131), 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(134)를 포함할 수 있다. 제2집전판(131)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제2전극 무지부(112a)와 접촉될 수 있다. 일부 예들에서, 상기 제2집전판(131)은 대략 '┑' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(131a)이 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 단자홀(131a)에는 상기 제2단자 기둥(132)이 끼워져 결합된다. 이러한 제2집전판(131)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 제2단자 기둥(132)은 후술되는 캡 플레이트(161)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 캡 플레이트(161)의 하부에서 상기 제2집전판(131)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2단자 기둥(132)은 캡 플레이트(161)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(161)의 하부에는 제2단자 기둥(132)이 캡 플레이트(161)로부터 빠지지 않도록 플랜지(132a)가 형성될 수 있다. 제2단자 기둥(132)에서 플랜지(132a)의 하부에 위치하는 영역은 제2집전판(131)의 제2단자홀(131a)에 끼워진 후 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다.
일부 예들에서, 제2단자 기둥(132)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 제2단자 플레이트(134)는 홀(134a)을 갖는다. 또한, 제2단자 플레이트(134)는 제2단자 기둥(132)에 결합된다. 즉, 제2단자 플레이트(134)의 홀(134a)에 제2단자 기둥(132)이 결합된다. 또한, 제2단자 기둥(132)과 제2단자 플레이트(134)는 상호간 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 상부로 노출된 제2단자 기둥(132)과 제2단자 플레이트(134)의 경계 영역은 상호간 용접될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 제2단자 기둥(132)과 제2단자플레이트(134)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접될 수 있다.
일부 예들에서 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(134)는 캡 플레이트(161)와 전기적으로 절연될 수 있다. 일부 예들에서 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(134)는 캡 플레이트(161)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이때 캡 조립체(160)의 캡플레이트(161)는 제2단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.
절연시트(140)는 전극 조립체(110)의 일부를 감싼 상태로, 전극 조립체(110)와 함께 케이스(150)의 내부에 수용될 수 있다. 일부 예들에서 절연시트(140)는 전극 조립체(110)의 두 개의 장측면(110a)과 상면(110b)을 덮을 수 있다. 절연시트(140)는 평평한 시트 형태에서, 일부분이 절곡되어 형성될 수 있다. 도 4a를 참조하면 절연시트(140)의 사시도가 도시되어 있고, 도 4b를 참조하면 도 4a의 4b-4b선을 절단한 절연시트(140)의 단면도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 절연시트(140)를 설명하고자 한다.
절연시트(140)는 전극 조립체(110)와 캡 조립체(160)사이에 개재된 제1영역(141)과, 전극 조립체(110)의 장측면(110a)과 케이스(150)사이에 개재된 2개의 제2영역(142)을 포함한다. 절연시트(140)는 제1영역(141)을 중심으로 양측에 각각 제2영역(142)이 위치한다. 일부 예에서 제2영역(142)은 양표면이 오톨도톨한 거칠기를 가져, 전극 조립체(110)의 표면과 달라붙지 않을 수 있다. 절연시트(140)는 캡 플레이트(161)의 하부에 위치하고 캡 플레이트(161)와 대략 평행한 제1영역(141)과, 제1영역(141)의 양 끝단으로부터 하부 방향으로 연장된 제2영역(142)을 포함한다. 물론 절연시트(140)는 절연물질로 이루어져, 전극 조립체(110)가 케이스(150) 및/또는 캡 조립체(160)와 불필요한 전기적 쇼트되는 것을 방지할 수 있다. 일부예들에서 절연시트(140)는 폴리프로필렌(PP:Polypropylene) 및 폴리이미드(PI:Polyimide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1영역(141)은 캡 플레이트(161)의 하부에 위치하며 직사각 판형상의 상면부(141a)와 상면부(141a)의 양측 끝단으로부터 하부 방향으로 절곡되어 연장된 두 개의 연장부(141b)를 포함할 수 있다.
제1영역(141)에는 제1단자홀(a)과 제2단자홀(b)이 형성될 수 있다. 제1단자홀(a)과 제2단자홀(b)은 제1영역(141)의 길이방향 중심으로부터 서로 대칭되는 위치에 위치할 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자홀(a)에는 제1단자(120)의 제1단자 기둥(122)이 끼워지고, 제2단자홀(b)에는 제2단자(130)의 제2단자기둥(132)이 끼워질 수 있다. 일부 예들에서, 제1영역(141)은 제1집전판(121) 및 제2집전판(131)의 상면에 안착될 수 있다. 제1단자홀(a)은 제1집전판(121)의 단자홀(121a)의 상부에 위치하고, 제2단자홀(b)은 제2집전판(131)의 단자홀(131a)의 상부에 위치할 수 있다. 제1단자(120)와 제2단자(130)는 각각 절연시트(140)의 제1단자홀(a)과 제2단자홀(b)을 관통하여, 제1집전판(121)의 단자홀(121a) 및 제2집전판(131)의 단자홀(131a)에 각각 끼워져 용접될 수 있다.
제1영역(141)에는 캡 플레이트(161)의 전해액 주입구(161a)와 대응되는 위치에 전해액 주입홀(c)이 더 형성되며, 캡 플레이트(161)의 벤트홀(161b)과 대응되는 위치에 벤트홀(d)이 더 형성될 수 있다. 즉, 절연시트(140)의 전해액 주입홀(c)은 캡 플레이트(161)의 전해액 주입구(161a)의 하부에 위치하고, 절연시트(140)의 벤트홀(161b)은 캡 플레이트(161)의 벤트홀(161b)의 하부에 위치한다. 여기서 전해액 주입홀(c)은 캡 플레이트(161)의 전해액 주입구(161a)를 통해 주입된 전해액이 전극 조립체(110)로 주입되도록 할 수 있다. 여기서 절연시트(140)의 벤트홀(161b)은 전극 조립체(110)에 의한 내부 압력 상승시 압력 전달이 캡 플레이트(161)의 벤트홀(161b)로 전달되도록 할 수 있다.
연장부(141b)는 상면부(141a)의 끝단으로부터 전극 조립체(110)의 장측면 방향으로 절곡되어 연장될 수 있다. 연장부(141b)는 상면부(141a)의 4개의 끝단 중, 더 긴변으로 부터 하부 방향으로 절곡되어 연장될 수 있다.
제2영역(142)은 연장부(141b)의 하부 끝단으로부터 하부 방향으로 연장될 수 있다. 일부예들에서 제2영역(142)은 빛이 투과할 수 있다. 일부예들에서 제2영역(142)은 빛이 투과할 수 있는 폴리프로필렌(PP:Polypropylene)으로 이루어질 수 있다. 상기 제2영역(142)의 빛 투과율은 90 내지 100%중 어느 하나의 값을 가질 수 있다. 상기 제2영역(142)의 빛 투과율이 90%보다 더 작을 경우, 제2영역(142)을 투과하여 이물여부를 확인하는 비전 검사가 용이하지 않을 수 있다.
상기 제2영역(142)의 두께는 80㎛ 내지 130㎛중 어느 하나의 두께를 가질 수 있다. 제2영역(142)의 두께가 80㎛보다 더 얇을 경우, 전극 조립체(110)와 케이스(150)사이의 전기적 절연이 용이하지 않을 수 있다. 제2영역(142)의 두께가 130㎛보다 더 두꺼울 경우, 비전 검사시 시인성이 저하될 수 있다.
또한 제1영역(141)은 제2영역(142)의 상단으로부터 연장되며 제2영역(142)과 일체형으로 이루어진 제1시트부(141x)와, 제1시트부(141x)의 외표면을 덮는 제2시트부(141y)로 이루어질 수 있다. 즉, 제1영역(141)은 2개의 층으로 이루어질 수 있다. 제1시트부(141x)와 제2시트부(141y)는 재질이 상이할 수 있다. 제1시트부(141x)는 제2시트부(141y)와 열전도율이 상이할 수 있다.
여기서 제1시트부(141x)는 제2영역(142)과 동일한 빛이 투과할 수 있는 폴리프로필렌(PP:Polypropylene)으로 이루어질 수 있다. 물론 제1시트부(141x)는 캡 플레이트(161)의 하부에 위치하며 직사각 판형상의 제1시트 상면부(141ax)와, 제1시트 상면부(141ax)의 양측 끝단으로부터 하부 방향으로 절곡되어 연장된 두 개의 제1시트 연장부(141bx)를 포함할 수 있다. 여기서 제1시트 연장부(141bx)는 전극 조립체(110)의 장측면과 평행할 수 있다. 제1시트부(141x)의 두께는 제2영역(142)의 두께와 동일할 수 있으며, 제2영역(142)과 일체형으로 이루어질 수 있다. 물론, 제1시트부(141x)는 빛 투과율이 제2영역(142)와 동일할 수 있다.
제2시트부(141y)는 제1시트부(141x)와 대응되는 형상으로, 제1시트부(141x)의 외표면을 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 제2시트부(141y)는 제1시트부(141x)와 캡 플레이트(161) 사이에 개재될 수 있다. 물론, 제2시트부(141y)는 제1시트부(141x)의 표면에 밀착되어 고정될 수 있다. 제2시트부(141y)는 제1시트부(141x)의 외표면에 필름이 접착되거나, 코팅 또는 인쇄에 의해 형성될 수 있다. 제1시트부(141x)와 제2시트부(141y) 사이에는 접착제가 더 개재될 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 제2시트부(141y)는 폴리이미드(PI:Polyimide)로 이루어질 수 있다. 제2시트부(141y)는 캡 플레이트(161)의 하부에 위치하며, 직사각 판형상의 제2시트 상면부(141ay)와, 제2시트 상면부(141ay)의 양측 끝단으로부터 하부 방향으로 절곡되어 연장된 두 개의 제2시트 연장부(141by)를 포함할 수 있다. 여기서 제2시트 연장부(141by)는 전극 조립체(110)의 장측면과 평행할 수 있다. 제2시트부(141y)의 두께는 25㎛ 내지 35㎛중 어느 하나의 두께를 가질 수 있다. 제2시트부(141y)의 두께가 25㎛보다 얇을 경우, 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(161)사이의 열전도 차단 및 절연이 용이하지 않을 수 있다. 또한 제2시트부(141y)의 두께가 35㎛보다 두꺼울 경우, 불필요한 두께 증가로 인해, 이차 전지(100)의 크기만 증가시킬 수 있다.
또한 절연시트(140)는 고정 테이프(149)에 의해 전극 조립체(110)에 고정될 수 있다. 일부 예들에서, 고정 테이프(149)는 전극 조립체(110)와 전기적으로 접속된 제1단자(120)의 제1집전판(121)과, 절연시트(140)사이를 접착할 수 있다. 또한 고정 테이프(149)는 전극 조립체(110)와 전기적으로 접속된 제2단자(130)의 제2집전판(131)과, 절연시트(140)사이를 접착할 수 있다. 또한 고정 테이프(149)는 절연시트(140)와 전극 조립체(110)의 단측면 또는 하면 사이를 접착 및 고정할 수 있다. 고정 테이프(149)는 전극 조립체(110)와 절연시트(140)사이를 고정하기 위한 구성으로, 접착 위치 및 접착 개수는 다양하게 변경 가능할 수 있다.
이와같은 절연시트(140)는 제1영역(141)에 제2시트부(141y)가 구비되어, 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(161)사이의 절연성을 향상시키면서 열전도를 차단이 용이할 수 있다. 또한 절연시트(140)는 제2영역(142)을 통해 빛 투과가 가능하므로, 제1단자(120)의 각 구성들과 제2단자(130)의 각 구성들이 각각 용접된 후, 전극 조립체(110)와 절연시트(140) 사이에 금속 입자 유무를 카메라를 통한 비전 검사로 용이하게 확인할 수 있다. 여기서 제1단자(120)의 각 구성의 용접은 제1집전판(121)과 제1단자 기둥(122)사이의 용접, 제1단자 기둥(122)과 제1단자 플레이트(124)사이의 용접일 수 있다. 또한 제2단자(130)의 각 구성의 용접은 제2집전판(131)과 제2단자 기둥(132)사이의 용접, 제2단자 기둥(132)과 제2단자 플레이트(134)사이의 용접일 수 있다.
케이스(150)는 상부에 개구(151)가 형성된 속이 비어 있는 대략 직육면체 형태일 수 있다. 이러한 개구(151)를 통하여 전극 조립체(110) 및 절연시트(140)가 케이스(150)의 내부로 인서트될 수 있다. 또한 제1단자(120)의 제1집전판(121) 및 제2단자(130)의 제2집전판(131)도 케이스(150)의 내부에 위치할 수 있다.
캡 조립체(160)는 케이스(150)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 조립체(160)는 캡 플레이트(161), 시일 가스켓(162), 마개(163), 안전벤트(164) 및 상부 결합부재(165)를 포함할 수 있다. 캡 플레이트(161)는 케이스(150)의 개구부(151)를 밀봉할 수 있다. 시일 가스켓(162)은 절연성 재질로 캡 플레이트(161)와 제1단자(120)의 제1단자 기둥(122) 사이, 캡 플레이트(161)와 제2단자(130)의 제2단자기둥(132) 사이에 각각 형성되어, 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(161) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(162)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
마개(163)는 캡 플레이트(161)의 전해액 주입구(161a)를 밀봉하며, 안전벤트(164)는 캡 플레이트(161)의 벤트홀(161b)에 설치되며, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(164a)가 형성될 수 있다.
상부 결합부재(165)는 캡 플레이트(161)의 상부에서 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(161) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 상부 결합부재(165)는 캡 플레이트(161)와 밀착된다. 더욱이, 상부 결합부재(165)는 시일 가스켓(162)에도 밀착될 수 있다. 상부 결합부재(165)는 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132)과 캡 플레이트(161)를 절연시킬 수 있다. 일부 예들에서, 제2단자 기둥(132)에 형성된 상부 결합부재(165)는 제2단자 플레이트(134)와 캡 플레이트(161)를 사이를 전기적으로 연결할 수 있으며, 이에 따라 제2단자(130)는 캡 플레이트(161)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 4a에 도시된 절연 시트의 단면도의 다른 예가 도시되어 있다. 이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 절연시트(240)의 다른예를 설명하고자 한다. 도 5에 도시된 절연시트(240)는 제1영역(241)이 하나의 시트층으로 이루어지는 것이 도 4b에 도시된 절연 시트(140)와 상이하다. 이하에서는 절연시트(240)는 도 4b에 도시된 절연시트(140)와 상이한 제1영영(241)을 위주로 설명하고자 한다.
절연시트(240)는 전극 조립체(110)와 캡 조립체(160)사이에 개재된 제1영역(241)과, 전극 조립체(110)의 장측면(110a)과 케이스(150)사이에 개재된 2개의 제2영역(242)을 포함한다. 절연시트(240)는 제1영역(241)을 중심으로 양측에 각각 제2영역(242)이 위치한다. 제1영역(241)은 캡 플레이트(161)의 하부에 위치하며 직사각 판형상의 상면부(241a)와 상면부(241a)의 양측 끝단으로부터 하부 방향으로 절곡되어 연장된 두 개의 연장부(241b)를 포함할 수 있다.
또한 제1영역(241)은 제2영역(242)과 재질이 상이할 수 있다. 제1영역(241)은 제2영역(242)과 열전도율이 상이할 수 있다. 여기서 제2영역(242)은 빛이 투과할 수 있는 폴리프로필렌(PP:Polypropylene)으로 이루어질 수 있고, 제1영역(241)은 열전도도가 낮은 폴리이미드(PI:Polyimide)로 이루어질 수 있다.
이때 제2영역(242)의 두께는 제1영역(241)의 두께와 동일하거나 더 얇을 수 있다. 제1영역(241)의 두께는 100㎛ 내지 160㎛중 어느 하나의 두께를 가질 수 있다. 제1영역(241)의 두께가 100㎛ 보다 얇을 경우 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(161)사이의 열전도 차단 및 절연이 용이하지 않을 수 있다. 또한 제1영역(241)의 두께가 160㎛보다 두꺼울 경우, 불필요한 두께 증가로 인해, 이차 전지(100)의 크기만 증가시킬 수 있다. 제2영역(242)의 두께는 80㎛ 내지 130㎛중 어느 하나의 두께를 가질 수 있다. 제2영역(242)의 두께가 80㎛보다 더 얇을 경우, 전극 조립체(110)와 케이스(150)사이의 전기적 절연이 용이하지 않을 수 있다. 제2영역(242)의 두께가 130㎛보다 더 두꺼울 경우, 비전 검사 시 두께로 인한 시인성이 저하될 수 있다. 제1영역(141)과 제2영역(142)사이는 접착제에 의해 접착될 수 있다. 이때 제1영역(141)과 제2영역(142) 사이의 일부가 겹쳐질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
이와같은 절연시트(240)는 제1영역(241)에 의해 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(161)사이의 열전도를 차단할 수 있다. 또한 절연시트(240)는 제2영역(242)이 빛이 투과할 수 있는 재질로 이루어지므로, 제1단자(120)의 각 구성이 용접되고, 제2단자(130)의 각 구성이 용접된 후, 전극 조립체(110)와 절연시트(240) 사이에 금속 입자 유무를 카메라를 통한 비전 검사로 용이하게 확인할 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 이차전지의 절연 시트의 다른 예를 도시한 사시도 및 단면도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 6a 및 도 6b를 참조하여 본 발명의 절연시트(340)의 다른예를 설명하고자 한다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 절연시트(340)는 제1영역(141), 제2영역(142) 및 제3영역(343)을 포함하며, 제3영역(143)을 포함하는 것이 도 4a 및 도 4b에 도시된 절연 시트(140)와 상이하다. 이하에서는 절연시트(340)는 도 4a 및 4b에 도시된 절연시트(140)와 상이한 제3영역(343)을 위주로 설명하고자 한다.
제3영역(343)은 제2영역(242)의 하부 끝단부로 부터 하부 방향으로 연장된 제1시트부(343x)와 제1시트부(343x)의 외표면을 덮는 제2시트부(343y)을 포함할 수 있다. 제3영역(343)의 제1시트부(343x)는 제2영역(142)와 일체형으로, 동일한 재질 및 두께로 이루어질 수 있다.
제3영역(343)의 제2시트부(343y)는 제1시트부(343x)과 대응되는 형상으로, 제1시트부(343x)의 외표면을 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 제3영역(343)의 제2시트부(343y)는 제1시트부(343x)와 케이스(150) 사이에 개재될 수 있다. 물론,제2시트부(343y)는 제1시트부(343x)의 표면에 밀착되어 고정될 수 있다. 제3영역(343)의 제2시트부(343y)는 제1시트부(343x)의 외표면에 코팅 또는 인쇄에 의해 형성될 수 있다. 제2시트부(343y)는 색을 갖는 폴리프로필렌(PP:Polypropylene)로 이루어져, 절연 시트(340)의 하부의 접힘 여부를 확인할 수 있다. 바람직하게는 제3영역(343)의 제2시트부(343y)가 초록색 계열의 폴리프로필렌으로 이루어질 수 있다. 제3영역(343)의 제2시트부(343y)의 두께는 80㎛ 내지 130㎛중 어느 하나의 두께를 가질 수 있다. 제3영역(343)의 제2시트부(343y)의 두께는 80㎛보다 얇을 경우, 색 구현이 용이하지 않아 절연 시트(340)의 하부 접힙 여부 확인이 어려울 수 있으며, 130㎛보다 두꺼울 경우 불필요한 두께 증가로 인해, 이차 전지(100)의 크기만 증가시킬 수 있다.
상기 제3영역(343)의 빛 투과율은 제2영역(142)의 빛 투과율과 상이할 수 있다. 상기 제3영역(343)은 제2영역(142) 동일한 재질 및 두께로 이루어진 제1시트부(343x)의 외표면에 색을 갖는 제2시트부(343y)가 더 형성되므로, 빛 투과율이 제2영역(142)보다 더 낮을 수 있다.
바람직하게는 제3영역(343)의 빛 투과율은 80 내지 90%중 어느 하나의 값을 가질 수 있다. 상기 제3영역(343)의 빛 투과율이 80%보다 더 작을 경우, 제3영역(343)을 투과하여 이물여부를 확인하는 비전 검사가 용이하지 않을 수 있다. 또한 빛 투과율이 90%보다 더 클 경우, 절연 시트(340)의 하부 접힙 여부 확인이 어려울 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 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.
100: 이차전지
110: 전극 조립체
120: 제1단자 130: 제2단자
140, 240, 340: 절연시트 150: 케이스
160: 캡 조립체
120: 제1단자 130: 제2단자
140, 240, 340: 절연시트 150: 케이스
160: 캡 조립체
Claims (14)
- 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체;
상기 전극 조립체의 제1전극탭과 용접된 제1단자;
상기 전극 조립체의 상면을 덮는 제1영역과, 상기 전극 조립체의 양측 장측면을 덮는 제2영역을 갖는 절연시트;
상기 전극조립체, 상기 제1단자 및 절연 시트를 수용하는 케이스; 및
상기 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고,
상기 절연 시트는 상기 제2영역이 빛이 투과할 수 있는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연 시트는 상기 제1영역이 2개의 층으로 이루어지고, 상기 제2영역이 단층으로 이루어진 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연 시트의 상기 제1영역은
상기 제2영역과 일체형인 제1시트부; 및
상기 제1시트부의 외표면에 밀착되며 상기 제1시트부와 다른 재질로 이루어진 제2시트부를 포함하는 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제1시트부 및 상기 제2영역은 빛이 투과할 수 있는 폴리프로필렌인 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제2시트부는 폴리이미드로 이루어진 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연 시트는 단층 시트로 상기 제1영역이 상기 제2영역과 다른 재질로 이루어져, 열전도도가 상이한 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2영역은 빛이 투과할 수 있는 폴리프로필렌으로 이루어지며, 상기 제1영역은 폴리이미드로 이루어진 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1영역은 직사각형 판 형상의 상기 캡플레이트와 상기 전극조립체 사이에 개재된 상면부와, 상기 상면부의 양측 끝단으로부터 하부 방향으로 절곡되어 연장된 두 개의 연장부를 포함하는 이차 전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 제2영역은 상기 두 개의 연장부의 하단부로부터 하부 방향으로 연장되어, 상기 전극 조립체의 두 개의 장측면과 상기 케이스 사이에 각각 개재된 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2영역은 양표면이 오톨도톨한 거칠기를 가지는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연시트는 제2영역의 하부 끝단부로 부터, 하부 방향으로 연장되며 색을 갖는 제3영역을 더 포함하는 이차 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 제3영역은 상기 제2영역과 빛 투과율이 다른 이차 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 제3영역은 빛 투과율이 80%이상이고, 90%이하인 이차전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연시트는 상기 제2영역의 빛 투과율이 90%이상이고 100%이하인 이차 전지.
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