KR20230089839A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20230089839A
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coupled
secondary battery
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이현수
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Abstract

본 발명은 전체가 다층 금속 박막으로 이루어지므로 전체 단면적 증가로 발열 특성을 향상시킬수 있으며 절곡이 용이할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일예로, 본 발명은 양측으로 각각 노출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체와, 전극 조립체의 제1전극탭에 결합된 제1집전체와, 전극조립체, 제1집전체를 수용하며 양측이 개방된 케이스와, 케이스의 일측 개구를 밀봉하는 제1캡플레이트 및, 제1집전체에 결합되며, 제1캡플레이트의 외부로 노출된 제1단자를 포함하고, 제1집전체는 다층 금속박막이 겹쳐진 제1메인플레이트 및, 제1메인플레이트의 길이방향 양측 끝단을 각각 감싸는 제1서브플레이트를 포함하는 이차 전지을 개시한다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력 저장 시스템이다. 재충전이 불가능한 일차 전지에 비해 이차 전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 셀룰러폰, 노트북, 타블렛 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다. 최근에는 환경 오염 방지를 위해 전기 자동차에 대한 관심이 높아졌고, 이에 따라 전기 자동차에 고용량의 이차 전지가 채택되고 있다. 이러한 이차 전지는 고밀도, 고출력, 안정성 등의 특성이 요구되고 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 발명은 집전체가 다층 금속 박막으로 이루어지므로 전체 단면적 증가로 발열 특성을 향상시킬 수 있으며 절곡이 용이할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 집전체에서 단자와 전극조립체와 접속되는 영역에는 금속 박막에 비해 더 두꺼운 금속이 감싸고 있으므로, 용접시 손상되는 것을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 양측으로 각각 노출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체의 제1전극탭에 결합된 제1집전체와, 상기 전극조립체, 상기 제1집전체를 수용하며 양측이 개방된 케이스와, 상기 케이스의 일측 개구를 밀봉하는 제1캡플레이트 및, 상기 제1집전체에 결합되며, 제1캡플레이트의 외부로 노출된 제1단자를 포함하고, 상기 제1집전체는 다층 금속박막이 겹쳐진 제1메인플레이트 및, 상기 제1메인플레이트의 길이방향 양측 끝단을 각각 감싸는 제1서브플레이트를 포함할 수 있다.
상기 제1집전체는 일측의 제1서브플레이트가 상기 제1전극탭에 접촉 및 용접되고, 타측의 제1서브플레이트가 상기 제1단자에 접촉 및 용접될 수 있다.
상기 제1집전체는 상기 제1메인플레이트로 이루어진 연결부와, 상기 연결부의 일측 끝단으로부터 외측방향으로 연장되며, 상기 제1메인플레이트와 상기 제1메인플레이트를 감싸는 상기 제1서브플레이트로 이루어지며 상기 제1전극탭에 결합된 제1탭 결합부와, 상기 연결부의 타측 끝단으로부터 외측방향으로 연장되며, 상기 제1메인플레이트와 상기 제1메인플레이트를 감싸는 상기 제1서브플레이트로 이루어지며 상기 제1단자에 결합된 제1단자 결합부로 이루어질 수 있다.
상기 제1집전체는 상기 제1탭 결합부가 상기 제1전극탭과 접촉되어 용접된 면과, 상기 제1단자 결합부가 상기 제1단자와 접촉되어 용접된 면이 동일면이며, 상기 연결부는 적어도 1회 절곡될 수 있다.
상기 제1서브플레이트의 두께는 상기 제1메인플레이트의 금속 박막의 두께의 2배 내지 5배일 수 있다.
상기 제1메인플레이트는 0.05mm 내지 0.2mm의 상기 금속 박막을 4장 내지 10장 겹쳐진 상태에서 압착될 수 있다.
상기 제1단자는 상기 제1캡플레이트의 내측에 위치하는 제1내측 단자 플레이트와, 상기 제1캡플레이트의 외측에 위치하는 제1외측 단자 플레이트 및, 상기 제1내측 단자 플레이트와 상기 제1캡플레이트의 내측에서 결합하고, 상기 제1캡플레이트를 관통하여 상기 제1외측 단자 플레이트와 상기 제1캡플레이트외측에서 결합하는 제1단자 기둥을 포함할 수 있다.
상기 제1집전체는 상기 서브플레이트가 상기 제1내측 단자 플레이트의 일면에 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 전극 조립체의 제2전극탭에 결합된 제2집전체와, 상기 케이스의 타측 개구를 밀봉하는 제2캡플레이트 및, 상기 제2집전체에 결합되며, 제2캡플레이트의 외부로 노출된 제2단자를 더 포함할 수 있다.
상기 제2집전체는 다층 금속박막이 겹쳐진 제2메인플레이트 및, 상기 제2메인플레이트의 길이방향 양측 끝단을 각각 감싸는 제2서브플레이트를 포함할 수 있다.
상기 제1서브플레이트의 두께는 0.1mm 이상일 수 있다.
본 발명의 이차 전지는 집전체가 다층 금속 박막으로 이루어지므로 전체 단면적 증가로 발열 특성을 향상시키고, 절곡이 용이할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차 전지는 집전체에서 단자와 전극조립체와 접속되는 영역에는 금속 박막에 비해 더 두꺼운 금속이 감싸고 있으므로, 용접시 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 이차 전지는 양측에 각각 제1단자 및 제2단자가 구비되어, 다수의 이차 전지를 모듈 형태로 결합하여도 케이스의 상부 및 하부 영역에 각각 냉각 부재가 결합 가능하여 이차 전지의 열화를 감소하고, 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 이차 전지는 양측에 각각 제1단자 및 제2단자가 구비되어, 수의 이차 전지를 모듈 형태로 결합할 경우 충방전 전류가 양측 방향에서 각 단자를 따라 흐르게 되어 충방전 전류에 의한 열화를 개선할 수 있고, 공간 활용도도 높을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다 .
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 도 1의 이차 전지에서 집전부를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 4부분을 확대 도시한 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.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
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 1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면 도 1에 도시된 이차 전지를 2-2'선을 절단한 단면도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1집전체(120), 제1단자(130), 제2집전체(140), 제2단자(150), 케이스(160), 제1캡조립체(170) 및 제2캡조립체(180)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 권취되거나 적층되어 형성될 수 있다. 전극 조립체(110)는 권취된 적층체일 경우, 권취축이 케이스(160)의 길이방향(제1캡조립체(170)와 제2캡조립체(180)의 길이방향과 수직인 방향)과 평행할 수 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 하나 또는 그 이상의 전극 조립체(110)가 장측면이 서로 인접하도록 적층되어 케이스(160) 내부에 수납될 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 제1집전체(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 별도의 금속판(전극탭)이 용접되어 결합될 수도 있다. 일부예들에서, 제1전극판(111)은 별도의 절단 없이 제1전극판(111)의 제1무지부(111a)가 세퍼레이터(113)보다 일측부로 더 돌출될 수 있다. 이때 별도의 금속판(전극탭)이 전극조립체(110)의 일측면으로 노출된 제1전극판(111)의 제1무지부(111a)에 용접에 의해 결합되거나, 제1집전체(120)가 전극조립체(110)의 제1무지부(111a)에 용접에 의해 바로 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 제2집전체(140)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 별도의 전극탭 역할을 위한 금속판이 용접되어 결합될 수도 있다. 일부예들에서, 제2전극판(112)은 별도의 절단 없이 제2전극판(112)의 제1무지부(112a)가 세퍼레이터(113)보다 타측부로 더 돌출될 수 있다. 이때 별도의 금속판(전극탭)이 전극조립체(110)의 타측면으로 노출된 제2무지부(112a)에 용접에 의해 결합되거나, 제2집전체(130)가 전극조립체(110)의 제2무지부(112a)에 바로 결합될 수 있다.
일부 예들에서, 제1전극탭(111a)은 전극 조립체(110)의 좌측 단측면에 위치할 수 있으며, 제2전극탭(112a)은 전극 조립체(110)의 우측 단측면에 위치할 수 있다. 여기서 좌측 및 우측은 도 1 및 도 2에 도시된 이차 전지(100)를 기준으로 설명의 편의를 위한 것으로, 이차 전지(100)가 좌우 또는 상하 회전시 그 위치는 변경될 수 있다. 이하에서도, 도 1 및 도 2에 도시된 이차 전지(100)를 기준으로 각 구성 요소를 설명하고자 한다.
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 제1전극탭(111a)과 제2전극판(112)의 제2전극탭(112a)과 각각에 전기적으로 연결되는 제1집전체(120) 및 제2집전체(140)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.
제1집전체(120)는 금속으로 형성되며, 제1전극판(111)과 제1단자(130)사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 도 3을 참조하면, 도 1의 이차 전지(100)에서 제1집전체(120)가 제1전극판(111)과 제1단자(130) 사이를 연결하기 이전을 도시한 사시도가 도시되어 있으며, 도 4를 참조하면 도 3의 제1집전체(120)의 4부분을 확대 도시한 확대도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 제1집전체(120)의 구성을 자세히 설명하고자 한다.
제1집전체(120)는 대략 사각 플레이트 형상인 제1메인플레이트(121)와, 제1메인플레이트(121)의 길이방향의 양측 끝단의 일정 영역을 각각 감싸는 제1서브플레이트(122)를 포함할 수 있다.
제1메인플레이트(121)는 다수의 제1금속박막(121z)이 적층되거나, 권취된 후 압착하여 형성될 수 있다. 일예로, 제1메인플레이트(121)는 0.05mm 내지 0.2mm의 금속 박막이 4장 내지 10장 겹쳐진 상태에서 이를 전체 압착하여 형성될 수 있다. 여기서 금속 박막의 두께는 0.05mm미만으로 제조가 어려울 수 있으며, 0.2mm를 초과할 경우, 금속 박막을 다수 겹친 제1메인플레이트(121)의 연성이 저하될 수 있다. 또한 제1메인플레이트(121)는 금속 박막이 4장미만으로 겹쳐 이용할 경우, 강성 저하로 제1집전체(120)가 끊어지거나 파손될 수 있다. 또한 제1메인플레이트(121)는 금속 박막이 10장초과로 겹쳐 이용할 경우, 제1집전체(120)의 불필요한 부피 증가로, 이차 전지(100)의 용량을 저하시킬 수 있다.
여기서 제1메인플레이트(121)를 형성하기 위한 제1금속박막(121z)은 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 제1메인플레이트(121)는 제1금속박막(121z)이 다수개 겹쳐져서 일정 두께를 가질 수 있다. 제1메인 플레이트(121)는 평평한 일면(121x)과, 일면(121x)의 반대면인 평평한 타면(121y)을 포함할 수 있다. 또한 제1메인플레이트(121)는 일면(121x)과 타면(121y)에 각각 최외곽 제1금속박막(121z)이 위치할 수 있으며, 일면(121x)과 타면(121y)을 연결하는 4개의 측면을 통해 겹쳐진 다수의 제1금속박막(121z)의 가장자리가 노출될 수 있다.
제1서브플레이트(122)는 대략 사각 플레이트 형상으로, 제1메인플레이트(121)의 서로 대향하는 두 개의 측면을 각각 감쌀 수 있다. 즉, 2개의 제1서브플레이트(122)는 제1메인플레이트(121)의 길이방향의 양측 끝단에 위치하는 일측 영역과 그와 대향하는 타측 영역을 각각 감쌀 수 있다. 각각의 제1서브플레이트(122)는 폭방향 길이가 제1메인플레이트(121)의 폭방향 길이와 동일할 수 있다. 즉 각각의 제1서브플레이트(122)는 제1메인플레이트(121)의 일측 영역의 일면(121x)과 타면(121y)을 모두 감쌀 수 있으며, 타측 영역의 일면(121x)과 타면(121y)을 모두 감쌀 수 있다. 일예로, 제1메인플레이트(121)가 다수의 제1금속박막(121z)이 권취된 형태일 경우, 제1서브플레이트(122)는 제1메인플레이트(121)에서 권취에 의해 라운드진 측면을 덮을 수 있다.
각각의 제1서브플레이트(122)는 제1메인플레이트(121)의 일면(121x)을 덮는 제1영역(122a)과, 제1메인플레이트(121)의 타면(121y)을 덮는 제2영역(122b)과, 제1영역(122a)과 제2영역(122b) 사이를 연결하는 제3영역(122c)을 포함할 수 있다. 바람직하게는 제1서브플레이트(122)는 제1영역(122a)과 제2영역(122b)의 크기는 동일할 수 있으나, 다양하게 변경 가능할 수 있으며 한정하는 것은 아니다.
제1서브플레이트(122)는 제1메인플레이트(121)가 중간에 개재된 상태로 제1영역(122a)과 제2영역(122b)사이를 초음파 또는 저항 용접함으로써, 제1메인플레이트(121)에 접착 및 고정될 수 있다. 즉, 제1메인플레이트(121)는 일측 영역과 타측영역에 각각 제1서브플레이트(122)가 용접에 의해 접착 및 고정될 수 있다.
제1서브플레이트(122)는 그 두께가 제1메인플레이트(121)에 포함된 제1금속박막(121z)의 한 장의 두께에 비해서 더 두꺼울 수 있다. 바람직하게는 제1서브플레이트(122)의 두께가 제1금속박막(121z)의 두께에 비해서 2배 내지 5배 두꺼울 수 있다. 또한 제1서브플레이트(122)의 두께는 0.1mm 이상일 수 있다. 여기서 제1서브플레이트(122)의 두께가 제1금속박막(121z)의 두께의 2배보다 얇거나, 0.1mm보다 얇을 경우, 제1전극탭(111a) 및/또는 제1단자(130)와 용접에 의해 결합시 제1서브플레이트(122) 또는 제1메인플레이트(121)에 손상이 발생될 수 있다. 또한 제1서브플레이트(122)의 두께가 제1금속박막(121z)의 두께의 5배보다 두꺼울 경우 불필요한 두께 증가로 동일면적을 갖는 이차 전지(100)의 경우 용량만 저하시킬 수 있다.
이와같은 제1집전체(120)는 제1메인플레이트(121)로만 이루어진 연결부(120a)와, 연결부(120b)의 양끝단으로부터 각각 외측 방향으로 연장되며 제1메인플레이트(121)와 제1메인플레이트(121)를 감싸는 제1서브플레이트(122)로 이루어진 제1탭 결합부(120b)와 제1단자 결합부(120c)를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 제1메인플레이트(121)에서 제1서브플레이트(122)가 결합된 일측 영역을 제1탭 결합부(120b)로 지칭할 수 있다. 또한 제1메인플레이트(121)에서 제1서브플레이트(122)가 결합된 타측 영역을 제1단자 결합부(120c)로 지칭할 수 있다.
제1집전체(120)는 제1탭 결합부(120b)가 전극 조립체(110)의 제1전극탭(111a)에 용접에 의해 접촉 및 결합될 수 있다. 또한 제1집전체(120)는 제1단자 결합부(120c)가 제1단자(130)에 용접에 의해 접촉 및 결합될 수 있다. 또한 제1집전체(120)는 제1전극탭(111a)과 접촉되는 면과, 제1단자(130)와 접촉되는 면은 일면으로 동일한 면일 수 있다. 또한 제1집전체(120)는 일면의 반대면인 타면의 제1탭 결합부(120b)와 제1단자 결합부(120c)는 서로 대향할 수 있다. 즉, 제1집전체(120)의 연결부(120a)는 적어도 1회 절곡될 수 있다.
이와같은 제1집전체(120)는 연결부(120a)가 다층 금속박막(120z)으로 이루어진 제1메인플레이트(121)로 이루어지므로 절곡이 용이할 수 있다. 또한 제1집전체(120)는 제1탭 결합부(120b)와 제1단자 결합부(120c)는 다층 금속박막(120z)으로 이루어진 제1메인플레이트(121)가 제1서브플레이트(122)에 의해 감싸진 형태를 가지므로, 용접시 얇은 다층 금속박막(120z)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한 제1집전체(120)는 제1메인플레이트(121)가 다층 금속박막(120z)으로 이루어지므로, 전체 단면적 증가로 발열특성을 향상시킬 수 있다.
제1단자(130)는 금속으로 형성되며, 제1집전체(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부예 들에서, 제1단자(130)는 제1내측 단자 플레이트(131), 제1단자 기둥(132), 제1외측 단자 플레이트(133)를 포함할 수 있다.
여기서 제1내측 단자 플레이트(131)는 하기할 제1캡플레이트(171)의 내측에 위치할 수 있으며, 제1외측 단자 플레이트(133)는 제1캡플레이트(171)의 외측에 위치할 수 있다. 물론 제1외측 단자 플레이트(133)와 제1캡플레이트(171)사이에는 제1결합 부재(172)가 더 개재될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)과 제1캡플레이트(171)사이 및 제1내측 단자 플레이트(131)와 제1캡플레이트(171) 사이에는 제1시일 가스켓(173)이 더 개재될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)를 관통하여, 제1캡플레이트(171)의 외측에서 제1외측 단자 플레이트(133)와 결합하고, 제1캡플레이트(171)의 내측에서 제1내측 단자 플레이트(131)와 결합할 수 있다.
제1내측 단자 플레이트(131)는 우측에 위치하는 일면에서 제1집전체(120)의 제1단자 결합부(120c)에 접촉 및 결합될 수 있다. 제1내측 단자 플레이트(131)는 일면과 타면사이를 관통하는 단자홀(131a)을 구비할 수 있다. 물론 단자홀(131a)은 제1단자 기둥(132)의 직경과 상응하도록 형성될 수 있다.
제1내측 단자 플레이트(131)의 단자홀(131a)에는 제1단자 기둥(132)이 끼워져 결합될 수 있다. 예를 들면, 제1단자 기둥(132)은 제1내측 단자 플레이트(131)의 단자홀(131a)에 끼워진 상태로, 일면에서 리벳팅 또는/ 및 용접되어 고정될 수 있다. 제1단자 기둥(132)과 결합된 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면에 제1집전체(120)의 제1단자 결합부(120c)가 용접에 의해 결합될 수 있다.
제1단자 기둥(132)은 기둥 형상으로, 제1캡플레이트(171)의 외측으로 돌출 및 연장될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)의 외측에는 제1단자 기둥(132)이 제1캡플레이트(171)로부터 빠지지 않도록 플랜지(132a)가 형성될 수 있다. 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)을 중심으로, 외측에서 제1외측 단자 플레이트(133)의 단자홀(133a)에 삽입되어 결합될 수 있으며, 내측에서 제1내측 단자 플레이트(131)의 단자홀(131a)에 삽입되어 결합될 수 있다. 이때 플랜지(132a)는 제1외측 단자 플레이트(133)와 제1캡플레이트(171)사이에 위치할 수 있다.
제1외측 단자 플레이트(133)는 일면과 타면사이를 관통하는 단자홀(133a)을 구비할 수 있다. 상기 제1외측 단자 플레이트(133)의 단자홀(133a)에는 제1단자 기둥(132)의 외측 연장부가 끼워져 결합될 수 있다. 예를 들면, 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)의 외측에서 제1외측 단자 플레이트(133)의 단자홀(133a)에 끼워진 상태로, 좌측에 위치하는 타면에서 리벳팅 또는/ 및 용접되어 고정될 수 있다. 제1외측 단자 플레이트(133)는 일면이 우측에 위치하며, 제1캡플레이트(171)의 외표면과 대향할 수 있다. 물론 제1외측 단자 플레이트(133)의 일면과 제1캡플레이트(171)의 외표면 사이에는 절연을 위한 절면 부재(172)가 개재될 수 있다.
제1단자(130)인 제1내측 단자 플레이트(131), 제1단자 기둥(132) 및 제1외측 단자 플레이트(133)는 구리 또는 구리 합금으로 제조될 수 있다. 제1단자(130)는 제1캡플레이트(171)의 외측으로 제1외측 단자 플레이트(133)와 제1단자 기둥(132)이 노출 및 돌출될 수 있다. 또한 제1캡플레이트(171)의 내측에서 제1단자 기둥(132) 및 제1내측 단자 플레이트(131)가 제1집전체(120)와 전기적으로 접속될 수 있다.
이때, 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면은 전극 조립체(110)의 좌측 단측면과 대향할 수 있다. 물론 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면과 전극 조립체(110)의 좌측 단측면 사이에는 제1집전체(120)이 개재되어, 제1단자(130)와 전극 조립체(110)의 제1전극탭(111a)사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
제2집전체(140)는 대략 사각 플레이트 형상인 제2메인플레이트와, 제2메인플레이트의 길이방향의 양측 끝단의 일정 영역을 각각 감싸는 제2서브플레이트를 포함할 수 있다. 또한 제2집전체(140)의 제2메인플레이트는 다층 박막이 적층 또는 권취된 후, 압착되어 형성될 수 있다. 또한 제2집전체(140)는 제2메인플레이트(141)로만 이루어진 연결부(140a)와, 연결부(140b)의 양끝단으로부터 각각 외측 방향으로 연장되며 제2메인플레이트와 제2메인플레이트를 감싸는 제2서브플레이트로 이루어진 제2전극판 결합부(140b)와 제2단자 결합부(140c)를 포함할 수 있다.
제2집전체(140)는 그 형상 및 구조가 제1집전체(120)와 동일할 수 있다. 다만, 제2집전체(140)는 전극 조립체(110)를 기준으로 제1집전체(120)와 대칭되는 형태로 전극 조립체(110) 및 제2단자(150)와 결합될 수 있다. 또한 제2집전체(140)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
제2단자(150)는 금속으로 형성되며, 제2집전체(140)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부예 들에서, 제2단자(150)는 제2내측 단자 플레이트(151), 제2단자 기둥(152), 제2외측 단자 플레이트(153)를 포함할 수 있다.
여기서 제2내측 단자 플레이트(151)는 제2캡플레이트(181)의 내측에 위치할 수 있으며, 제2외측 단자 플레이트(153)는 제2캡플레이트(181)의 외측에 위치할 수 있다. 물론 제2외측 단자 플레이트(153)와 제2캡플레이트(181)사이에는 제2시일 가스켓(183)이 더 개재될 수 있다. 또한 제2단자 기둥(152)과 제2캡플레이트(181)사이와, 제2내측 단자 플레이트(151)와 제2캡플레이트(181)에 사이에는 제2시일 가스켓(183)이 더 개재될 수 있다. 또한 제2단자 기둥(152)은 제2캡플레이트(181)를 관통하여, 제2캡플레이트(181)의 외측에서 제2외측 단자 플레이트(153)와 결합하고, 제2캡플레이트(181)의 내측에서 제2내측 단자 플레이트(151)와 결합할 수 있다.
제2단자(150)는 그 형상 및 구조가 제1단자(130)와 동일할 수 있다. 다만, 제2단자(150)는 전극 조립체(110)를 기준으로 제1단자(130)와 대칭되는 형태로 제2집전체(140)를 통해 전극 조립체(110)와 결합될 수 있다. 또한 제2단자(150)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
케이스(160)는 양측에 개구(161,162)가 형성된 속이 비어 있는 대략 직육면체 형태일 수 있다. 이러한 개구(161,162)를 통하여 제1집전체(120) 및 제2집전체(140)와 결합된 전극 조립체(110)가 케이스(160)의 내부로 인서트될 수 있다.
제1캡조립체(170)는 케이스(160)의 좌측 개구(161)에 결합될 수 있다. 일부예들에서 제1캡조립체(170)는 제1캡플레이트(171) 제1결합 부재(172) 및 제1시일 가스켓(173)을 포함할 수 있다. 제1캡플레이트(171)는 평평한 사각 플레이트 형상으로 케이스(160)의 좌측 개구(161)를 밀봉할 수 있다. 제1캡플레이트(171)는 외면과 내면 사이를 관통하는 단자홀(171a)을 구비할 수 있다. 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)의 단자홀(171a)을 관통하여, 제1캡플레이트(171)에 결합될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)의 좌측에서 제1외측 단자 플레이트(133)와 결합하고, 제1캡플레이트(171)의 우측에서 제1내측 단자 플레이트(131)와 결합할 수 있다. 여기서 제1내측 단자 플레이트(131)와, 제1단자 기둥(132)의 우측 일부 영역은 케이스(160)의 내측에 위치할 수 있다.
제1결합 부재(172)는 제1캡플레이트(171)의 외면과 제1외측 단자 플레이트(133)사이에 개재될 수 있다. 제1결합 부재(172)는 제1캡플레이트(171)와 밀착될 수 있으며, 제1시일 가스켓(173)에도 밀착될 수 있다. 제1결합 부재(172)는 절연재질로 이루어질 수 있으며, 제1캡플레이트(171)와 제1외측 단자 플레이트(133)사이, 제1캡플레이트(171)와 제1단자 기둥(132)사이를 절연시킬 수 있다.
또한 제1시일 가스켓(173)은 절연성 재질로, 제1캡플레이트(171)와 제1단자(130)사이에 각각 형성되어, 제1캡플레이트(171)와 제1단자(130)사이를 밀봉시킬 수 있다. 즉, 제1시일 가스켓(173)은 제1캡플레이트(171)와 제1단자 기둥(132)사이, 제1캡플레이트(171)와 제1내측 단자 플레이트(131)사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1시일 가스켓(173)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
또한 제1집전체(120)가 결합된 전극 조립체(110)는 케이스(160)내에 수용된 후, 제1단자(130)와 결합된 제1캡플레이트(171)가 케이스(160)의 개구를 밀봉할 수 있다. 물론, 제1캡플레이트(171)가 케이스(160)를 밀봉하기 이전에, 제1집전체(120)의 제1단자 결합부(120c)와 제1단자(130)의 제1내측 단자 플레이트(131)사이가 용접에 의해 결합될 수 있다. 또한 제1집전체(120)와 제1단자(130)사이가 결합된 후, 제1집전체(120)의 연결부(120a)가 용이하게 절곡되어 제1캡플레이트(171)가 케이스(160)의 개구(161)에 용이하게 결합될 수 있다.
제2캡조립체(180)는 케이스(160)의 우측 개구(162)에 결합될 수 있다. 일부예들에서 제2캡조립체(180)는 제2캡플레이트(181), 제2결합 부재(182) 및 제2시일 가스켓(183)을 포함할 수 있다. 제2캡조립체(180)는 그 형상 및 구조가 제1캡조립체(170)와 동일할 수 있다. 또한 제2캡조립체(180)와 제2단자(150)의 결합 형상 및 구조가 제1캡조립체(170)와 제1단자(130)의 결합 형상과 동일할 수 있다. 다만, 제2캡조립체(180)와 제2단자(150)의 결합 형상은 케이스(160)를 기준으로 제1캡조립체(170)와 제1단자(130)의 결합 형상과 대칭될 수 있다.
이와같은 이차 전지(100)는 제1단자(130)와 결합된 제1캡조립체(170)가 케이스(160)의 일측 개구에 결합되고, 제2단자(150)와 결합된 제2캡조립체(180)가 케이스(160)의 타측 개구에 결합되어, 케이스(160)를 중심으로 제1단자(130)와 제2단자(150)가 양측에 위치한다. 이차 전지(100)는 양측에 각각 제1단자(130) 및 제2단자(150)가 구비되어, 다수의 이차 전지(100)를 모듈 형태로 결합시 케이스(160)의 상부 및 하부 영역에 각각 냉각 부재(미도시)가 결합 가능하여 이차 전지(100)의 열화를 감소하고, 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
일예로, 전지 모듈은 복수의 이차 전지(100)에서 장측면이 서로 대향하도록 배치된 상태에서, 양측으로 각각 노출된 제1단자 및/또는 제2단자를 각각 전기적으로 연결할 수 있다.
또한 이차 전지(100)는 양측에 각각 제1단자(130)와 제2단자(150)가 구비되어, 다수의 이차 전지(100)를 모듈 형태로 결합할 경우 충방전 전류가 양측 방향에서 각 단자를 따라 각각 흐르게 되므로, 일측에 두 개의 단자가 구비되어 일측에서 두 개의 단자를 따라 충방전 전류 흐르는 것에 비해 열화를 개선할 수 있다. 또한 다수의 이차 전지(100)를 모듈 형태로 결합할 경우, 양측방향에서 각 단자 사이를 연결할 수 있으므로 공간 활용도가 높을 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: 이차 전지 110: 전극 조립체
120: 제1집전체 121: 제1메인플레이트
122: 제1서브플레이트 130: 제1단자
140: 제2집전체 150: 제2단자
160: 케이스 170: 제1캡조립체
180: 제2캡조립체

Claims (11)

  1. 양측으로 각각 노출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 제1전극탭에 결합된 제1집전체;
    상기 전극조립체, 상기 제1집전체를 수용하며 양측이 개방된 케이스;
    상기 케이스의 일측 개구를 밀봉하는 제1캡플레이트;및
    상기 제1집전체에 결합되며, 제1캡플레이트의 외부로 노출된 제1단자를 포함하고,
    상기 제1집전체는 다층 금속박막이 겹쳐진 제1메인플레이트; 및 상기 제1메인플레이트의 길이방향 양측 끝단을 각각 감싸는 제1서브플레이트를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1집전체는 일측의 제1서브플레이트가 상기 제1전극탭에 접촉 및 용접되고, 타측의 제1서브플레이트가 상기 제1단자에 접촉 및 용접된 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1집전체는
    상기 제1메인플레이트로 이루어진 연결부;
    상기 연결부의 일측 끝단으로부터 외측방향으로 연장되며, 상기 제1메인플레이트와 상기 제1메인플레이트를 감싸는 상기 제1서브플레이트로 이루어지며 상기 제1전극탭에 결합된 제1탭 결합부;
    상기 연결부의 타측 끝단으로부터 외측방향으로 연장되며, 상기 제1메인플레이트와 상기 제1메인플레이트를 감싸는 상기 제1서브플레이트로 이루어지며 상기 제1단자에 결합된 제1단자 결합부로 이루어진 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1집전체는 상기 제1탭 결합부가 상기 제1전극탭과 접촉되어 용접된 면과, 상기 제1단자 결합부가 상기 제1단자와 접촉되어 용접된 면이 동일면이며,
    상기 연결부는 적어도 1회 절곡된 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1서브플레이트의 두께는 상기 제1메인플레이트의 금속 박막의 두께의 2배 내지 5배인 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1메인플레이트는 0.05mm 내지 0.2mm의 상기 금속 박막을 4장 내지 10장 겹쳐진 상태에서 압착한 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서
    상기 제1단자는
    상기 제1캡플레이트의 내측에 위치하는 제1내측 단자 플레이트;
    상기 제1캡플레이트의 외측에 위치하는 제1외측 단자 플레이트; 및
    상기 제1내측 단자 플레이트와 상기 제1캡플레이트의 내측에서 결합하고, 상기 제1캡플레이트를 관통하여 상기 제1외측 단자 플레이트와 상기 제1캡플레이트외측에서 결합하는 제1단자 기둥을 포함하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서
    상기 제1집전체는 상기 서브플레이트가 상기 제1내측 단자 플레이트의 일면에 용접에 의해 결합된 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서
    상기 전극 조립체의 제2전극탭에 결합된 제2집전체;
    상기 케이스의 타측 개구를 밀봉하는 제2캡플레이트;및
    상기 제2집전체에 결합되며, 제2캡플레이트의 외부로 노출된 제2단자를 더 포함하는 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서
    상기 제2집전체는 다층 금속박막이 겹쳐진 제2메인플레이트; 및 상기 제2메인플레이트의 길이방향 양측 끝단을 각각 감싸는 제2서브플레이트를 포함하는 이차 전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1서브플레이트의 두께는 0.1mm 이상인 이차 전지.
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