KR20230110401A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20230110401A
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KR
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electrode
terminal
tab
coupling portion
plate
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KR1020220005833A
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이현수
용준선
신호준
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 양측 개구를 통해 외측으로 돌출된 전극탭을 단자에 용접한 후, 전극탭이 절곡되어 케이스의 내측에 삽입된 상태로 캡조립체가 케이스의 양측 개구를 각각 밀봉할 수 있으므로, 동일한 크기의 케이스 내에 수용될 수 있는 전극 조립체의 용량 증대가 가능하며, 전극탭과 단자의 용접 공정이 용이할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일예로, 본 발명은 양측으로 각각 돌출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체와, 전극조립체를 수용하며 양측이 개방된 케이스와, 전극 조립체의 제1전극탭에 전기적으로 결합된 제1단자와, 케이스의 일측 개구를 밀봉하며, 제1단자를 외부로 노출시키는 제1캡플레이트와, 전극 조립체의 제2전극탭에 전기적으로 결합된 제2단자; 및 케이스의 타측 개구를 밀봉하며, 제2단자를 외부로 노출시키는 제2캡플레이트를 포함하며, 제1전극탭과 제2전극탭은 절곡부를 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 양측 개구를 통해 외측으로 돌출된 전극탭을 단자에 용접한 후, 전극탭이 절곡되어 케이스의 내측에 삽입된 상태로 캡 조립체가 케이스의 양측 개구를 각각 밀봉할 수 있으므로, 동일한 크기의 케이스 내에 수용될 수 있는 전극 조립체의 용량 증대가 가능하며, 전극탭과 단자의 용접 공정이 용이할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 양측으로 각각 돌출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체와, 상기 전극조립체를 수용하며 양측이 개방된 케이스와, 상기 전극 조립체의 제1전극탭에 전기적으로 결합된 제1단자와, 상기 케이스의 일측 개구를 밀봉하며, 상기 제1단자를 외부로 노출시키는 제1캡플레이트와, 상기 전극 조립체의 제2전극탭에 전기적으로 결합된 제2단자; 및 상기 케이스의 타측 개구를 밀봉하며, 상기 제2단자를 외부로 노출시키는 제2캡플레이트를 포함하며, 상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭은 절곡부를 가질 수 있다.
상기 제1전극탭은 판 형상으로 상기 전극 조립체의 일측면에 접촉된 제1탭 결합부와, 상기 제1단자의 일면에 용접되며, 상기 제1탭 결합부와 평행한 제1단자 결합부 및, 상기 제1탭 결합부와 상기 제1단자 결합부 사이를 연결하며 절곡부를 갖는 제1연결부를 포함할 수 있다.
상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭은 길이 및 형상이 동일할 수 있다.
상기 제1연결부는 일영역이 상기 제1탭 결합부 및 상기 제1단자 결합부와 평행하고, 상기 제1연결부는 상기 제1단자 결합부와 연결되는 영역에 절곡부를 구비하고, 상기 제1탭 결합부와 연결되는 영역에 절곡부를 구비하여, 2단 절곡될 수 있다.
상기 제1연결부는 서로 대향한 상기 제1단자 결합부와 상기 제1탭 결합부 사이를 연결하기 위해 1단 절곡될 수 있다.
상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭은 길이 및 형상이 상이할 수 있다.
상기 제2전극탭은 판 형상으로 상기 전극 조립체의 타측면에 접촉된 제2탭 결합부와, 상기 제2단자의 일면에 용접되며, 상기 제2탭 결합부와 평행한 제2단자 결합부 및, 상기 제2탭 결합부와 상기 제2단자 결합부 사이를 연결하며 절곡부를 갖는 제2연결부를 포함할 수 있다.
상기 제1전극탭의 상기 제1연결부는 서로 대향한 상기 제1단자 결합부와 상기 제1탭 결합부 사이를 연결하기 위해 1단 절곡되고, 상기 제2전극탭의 제2연결부는 일영역이 상기 제2탭 결합부 및 상기 제2단자 결합부와 평행하고, 상기 제2연결부는 상기 제2단자 결합부와 연결되는 영역에 절곡부를 구비하고, 상기 제2탭 결합부와 연결되는 영역에 절곡부를 구비하여, 2단 절곡될 수 있다.
상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭은 상기 전극 조립체의 제1전극판과 제2전극판에서 전극활물질이 도포되지 않은 무지부를 절단하고, 적층된 다수의 무지부를 결합하여 형성될 수 있다.
상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭은 별도의 보조플레이트로, 상기 전극 조립체의 일측면 및 타측면에 각각 용접에 의해 결합되고, 상기 전극 조립체의 일측면 및 타측면으로부터 각각 연장 및 돌출된 판형상일 수 있다.
본 발명의 이차 전지는 케이스의 양측 개구를 통해 외측으로 돌출된 전극탭을 단자에 용접한 후, 전극탭이 절곡되어 케이스의 내측에 삽입된 상태로 캡 조립체가 케이스의 양측 개구를 각각 밀봉할 수 있으므로, 동일한 크기의 케이스 내에 수용될 수 있는 전극 조립체의 용량 증대가 가능하며, 전극탭과 단자의 용접 공정이 용이할 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 다양한 실시예에 따른 이차 전지을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지에서 2-2'선을 절단한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1 및 도 2에 적용 가능한 전극 조립체의 예를 도시한 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1 및 도 2에 적용 가능한 전극 조립체의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 2의 이차 전지에서 일단부 및 타단부를 확대 도시한 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지의 일단부 및 타단부를 확대 도시한 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지의 일단부 및 타단부를 확대 도시한 확대 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), 케이스(120), 제1단자(130), 제2단자(140), 제1캡조립체(150) 및 제2캡조립체(160)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 도 3a 및 도 3b에 도시된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 권취된 전극조립체(110A, 110B)를 이용하거나, 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 교번하여 적층된 전극조립체(110C, 110D)를 이용할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)는 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 권취된 것일 수 있다. 이하에서는 전극 조립체(110)에 대해 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하고자 한다.
전극 조립체(110A,110B)는 권취축이 케이스(120)의 길이방향인 제1방향(x)과 평행할 수 있다. 여기서 제1방향(x)은 제1캡조립체(150)와 제2캡조립체(160)의 길이방향인 제2방향(y)과 수직한 방향일 수 있다. 전극 조립체(110A,110B)의 제1전극판(111)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제2전극판(112)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다. 전극 조립체(110A,110B)는 긴 포일 형태의 제1전극판(111), 세퍼레이터(113) 및 제2전극판(112)이 순차적으로 적층된 적층체가 귄취축을 중심으로 권취되어 형성될 수 있다.
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 제1무지부(111a)를 포함할 수 있다. 제1전극판(111)은 제2방향(y)을 따라 연장된 금속 포일일 수 있다. 제1무지부(111a)는 제1전극판(111)과 제1전극탭(114)사이의 전류 흐름의 통로가 될 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 제2무지부(112a)를 포함할 수 있다. 제2전극판(112)은 제2방향(y)을 따라 연장된 금속 포일일 수 있다. 제2무지부(112a)는 제2전극판(112)과 제2전극탭(115)사이의 전류 흐름의 통로가 될 수 있다. 일부 예들에서, 제1전극탭(114)은 전극 조립체(110)의 좌측 단측면에 위치할 수 있으며, 제2전극탭(115)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.
도 3a에 도시된 바와 같이 전극 조립체(110A)의 제1전극탭(114)은 제1전극판(111)을 제조할 때, 제1무지부(111a)를 미리 좌측부로 돌출되도록 절단하여 형성할 수 있으며, 제1전극판(111)과 일체로 이루어질 수 있다. 제1전극판(111)과 일체형으로 이루어진 제1전극탭(114)들은 전극 조립체(110A)가 권취된 후 적층된 형태를 가지며, 가용접에 의해 결합된다. 제1전극탭(114)은 전극 조립체(110)의 좌측면으로부터 제1방향(x)을 따라 연장 및 돌출되며 판형상일 수 있다.
또한 전극 조립체(110A)의 제2전극탭(115)은 제2전극판(112)을 제조할 때 제2무지부(112a)를 미리 우측부로 돌출되도록 절단하여 형성할 수 있으며, 제2전극판(112)과 일체로 이루어질 수 있다. 제2전극판(112)과 일체형으로 이루어진 다수의 제2전극탭(115)들은 전극 조립체(110A)가 권취된 후 적층된 형태를 가지며, 가용접에 의해 결합된다. 제2전극탭(115)은 전극 조립체(110A)의 우측면으로부터 제1방향(x)을 따라 연장 및 돌출되며 판형상일 수 있다. 즉, 제2전극탭(115)은 전극 조립체(110A)를 중심으로 제1전극탭(114)과 다른측으로 돌출될 수 있다. 또한 제1전극탭(114)과 제2전극탭(115)은 다수의 금속포일을 적층하여 이루어지므로, 절곡이 용이할 수 있다.
다른 예로, 도 3b에 도시된 바와 같이 전극 조립체(110B)의 제1전극판(111)은 별도의 절단 없이 제1전극판(111)의 제1무지부(111a)가 세퍼레이터(113)보다 좌측부로 더 돌출될 수 있다. 그리고 보조 플레이트의 전극탭(114)이 전극 조립체(110B)의 좌측면으로 노출된 제1전극판(111)의 제1무지부(111a)에 용접에 의해 결합될 수 있다. 보조 플레이트는 전극 조립체(110B)의 좌측면으로 노출된 제1무지부(111a)에 용접되는 제1영역(114x)과, 제1영역(114x)로부터 제1방향(x)을 따라 연장 및 돌출되는 제1전극탭(114)을 포함할 수 있다. 여기서 제1전극탭(114)은 판형상일 수 있다. 또한 제1영역(114x)은 전극 조립체(110B)의 좌측면에 접촉된 상태로 용접되어, 제1무지부(111a)와 전기적 및 기계적으로 결합될 수 있다.
전극 조립체(110B)의 제2전극판(112)은 별도의 절단 없이 제2전극판(112)의 제2무지부(112a)가 세퍼레이터(113)보다 우측부로 더 돌출될 수 있다. 그리고 보조 플레이트의 제2전극탭(115)이 전극 조립체(110B)의 우측면으로 노출된 제2전극판(112)의 제2무지부(112a)에 용접에 의해 결합될 수 있다. 보조 플레이트는 전극 조립체(110B)의 우측면으로 노출된 제2무지부(112a)에 용접되는 제2영역(115x)과, 제2영역(115x)로부터 제1방향(x)을 따라 연장 및 돌출되는 제2전극탭(115)을 포함할 수 있다. 여기서 제2전극탭(115)은 판형상일 수 있다. 또한 제2영역(115x)은 전극 조립체(110B)의 우측면에 접촉된 상태로 용접되어, 제2무지부(112a)와 전기적으로 결합될 수 있다. 즉, 제2전극탭(115)은 전극 조립체(110B)를 중심으로 제1전극탭(114)과 다른측으로 돌출될 수 있다. 또한 제1전극탭(114)과 제2전극탭(115)은 절곡이 용이한 재질로 이루어지거나, 절곡기로 절곡이 가능한 금속 판재로 이루어질 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.
다른 예로 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110C, 110D)는 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)이 순차적으로 교번하여 적층된 적층체일 수 있다. 이하에서는 전극 조립체(110C, 110D)를 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하고자 한다.
전극 조립체(110C, 110D)는 판형태의 제1전극판(111), 세퍼레이터(113) 및 제2전극판(112)이 순차적으로 교번하여 적층된 적층체일 수 있다. 전극 조립체(110C, 110D)의 제1전극판(111)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제2전극판(112)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 전극 조립체(110C, 110D)의 제1전극판(111), 제2전극판(112) 및 세퍼레이터(113)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 전극 조립체(110A, 110B)와 각각 유사할 수 있다. 다만, 도 4a 및 도 4b에 도시된 전극 조립체(110C, 110D)는 제1전극판(111), 제2전극판(112) 및 세퍼레이터(113)가 순차적으로 교번하여 적층된 스택 타입의 적층체인 것이 도 3a 및 도 3b에 도시된 전극 조립체(110A, 110B)와 상이할 수 있다. 이와같은 전극 조립체(110C, 110D)는 제1전극탭(114)이 무지부(111a)를 절단하여 형성(도 4a)하거나, 별도의 보조 플레이트를 전극 조립체(110)의 좌측면에 용접하여 형성(도 4b)할 수 있다. 물론 제2전극탭(115) 역시, 제1전극탭(114) 형성과 동일한 방법에 의해 형성될 수 있다.
케이스(120)는 양측에 개구(121,122)가 형성된 속이 비어 있는 대략 직육면체 형태일 수 있다. 이러한 개구(121,122)를 통하여 제1전극탭(114) 및 제2전극탭(115)을 갖는 전극 조립체(110)가 케이스(120)의 내부로 인서트될 수 있다. 케이스(120)는 양측 개구(121,122)에 제1캡조립체(150) 및 제2캡조립체(160)가 각각 결합될 수 있다. 케이스(120)는 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되고, 내면은 기본적으로 절연 처리되어, 내부에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제1단자(130)는 금속으로 형성되며, 제1전극탭(114)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. 도 5를 참조하면 제1단자(130)가 위치하는 이차 전지(100)의 좌측 단부와, 제2단자(140)가 위치하는 이차 전지(100)의 우측단부를 확대도시한 확대단면도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 5를 참조하여 이차 전지(100)를 설명하고자 한다.
여기서 제1내측 단자 플레이트(131)는 하기할 제1캡플레이트(151)의 내측에 위치할 수 있으며, 제1외측 단자 플레이트(133)는 제1캡플레이트(151)의 외측에 위치할 수 있다. 물론 제1외측 단자 플레이트(133)와 제1캡플레이트(151)사이에는 제1결합 부재(152)가 더 개재될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)과 제1캡플레이트(151)사이 및 제1내측 단자 플레이트(131)와 제1캡플레이트(151) 사이에는 제1시일 가스켓(153)이 더 개재될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(151)를 관통하여, 제1캡플레이트(151)의 외측에서 제1외측 단자 플레이트(133)와 결합하고, 제1캡플레이트(151)의 내측에서 제1내측 단자 플레이트(131)와 결합할 수 있다.
제1내측 단자 플레이트(131)는 우측에 위치하는 일면에서 제1전극탭(114)의 제1단자 결합부(114b)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 제1전극탭(114)의 제1단자 결합부(114b)가 용접에 의해 결합될 수 있다.
제1단자 기둥(132)은 기둥 형상으로, 제1캡플레이트(151)의 외측으로 돌출 및 연장될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(151)의 외측에는 제1단자 기둥(132)이 제1캡플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(132a)가 형성될 수 있다. 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(151)를 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(151)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(151)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(151)의 외표면과 대향할 수 있다. 물론 제1외측 단자 플레이트(133)의 일면과 제1캡플레이트(151)의 외표면 사이에는 절연을 위한 절면 부재(152)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(151)의 외측으로 제1외측 단자 플레이트(133)와 제1단자 기둥(132)이 노출 및 돌출될 수 있다. 또한 제1캡플레이트(151)의 내측에서 제1단자 기둥(132) 및 제1내측 단자 플레이트(131)가 제1전극탭(114)과 전기적으로 접속될 수 있다. 이때, 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면은 전극 조립체(110)의 좌측면과 대향할 수 있다. 물론 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면과 전극 조립체(110)의 좌측면 사이에는 제1전극탭(114)이 개재되어, 제1단자(130)와 전극 조립체(110)사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
제2단자(140)는 금속으로 형성되며, 제2전극탭(115)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부예에서, 제2단자(140)는 제2내측 단자 플레이트(141), 제2단자 기둥(142), 제2외측 단자 플레이트(143)를 포함할 수 있다.
여기서 제2내측 단자 플레이트(141)는 제2캡플레이트(161)의 내측에 위치할 수 있으며, 제2외측 단자 플레이트(143)는 제2캡플레이트(161)의 외측에 위치할 수 있다. 물론 제2외측 단자 플레이트(143)와 제2캡플레이트(161)사이에는 제2시일 가스켓(163)이 더 개재될 수 있다. 또한 제2단자 기둥(142)과 제2캡플레이트(161)사이와, 제2내측 단자 플레이트(141)와 제2캡플레이트(161)에 사이에는 제2시일 가스켓(163)이 더 개재될 수 있다. 또한 제2단자 기둥(142)은 제2캡플레이트(161)를 관통하여, 제2캡플레이트(161)의 외측에서 제2외측 단자 플레이트(143)와 결합하고, 제2캡플레이트(161)의 내측에서 제2내측 단자 플레이트(141)와 결합할 수 있다.
제2단자(140)는 그 형상 및 구조가 제1단자(130)와 동일할 수 있다. 다만, 제2단자(140)는 전극 조립체(110)를 기준으로 제1단자(130)와 대칭되는 형태로 제2전극탭(115)을 통해 전극 조립체(110)와 결합될 수 있다. 또한 제2단자(140)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
제1캡조립체(150)는 케이스(120)의 좌측 개구(121)에 결합될 수 있다. 일부예들에서 제1캡조립체(150)는 제1캡플레이트(151), 제1결합 부재(152) 및 제1시일 가스켓(153)을 포함할 수 있다. 제1캡플레이트(151)는 평평한 사각 플레이트 형상으로 케이스(120)의 좌측 개구(121)를 밀봉할 수 있다. 제1캡플레이트(151)는 케이스(120)의 좌측 개구(121)와 대응되는 사각 판 형상을 가질 수 있다. 제1캡플레이트(151)는 외면과 내면 사이를 관통하는 단자홀(151a)을 구비할 수 있다. 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(151)의 단자홀(151a)에 삽입되어, 제1캡플레이트(151)에 결합될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(151)의 좌측에서 제1외측 단자 플레이트(133)와 결합하고, 제1캡플레이트(151)의 우측에서 제1내측 단자 플레이트(131)와 결합할 수 있다. 여기서 제1내측 단자 플레이트(131)와, 제1단자 기둥(132)의 우측 일부 영역은 케이스(120)의 내측에 위치할 수 있다.
제1결합 부재(152)는 제1캡플레이트(151)의 외면과 제1외측 단자 플레이트(133)사이에 개재될 수 있다. 제1결합 부재(152)는 제1캡플레이트(151)와 밀착될 수 있으며, 제1시일 가스켓(153)에도 밀착될 수 있다. 제1결합 부재(152)는 절연재질로 이루어질 수 있으며, 제1캡플레이트(151)와 제1외측 단자 플레이트(133)사이, 제1캡플레이트(151)와 제1단자 기둥(132)사이를 절연시킬 수 있다.
또한 제1시일 가스켓(153)은 절연성 재질로, 제1캡플레이트(151)와 제1단자(130)사이에 각각 형성되어, 제1캡플레이트(151)와 제1단자(130)사이를 밀봉시킬 수 있다. 즉, 제1시일 가스켓(153)은 제1캡플레이트(151)와 제1단자 기둥(132)사이, 제1캡플레이트(151)와 제1내측 단자 플레이트(131)사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1시일 가스켓(153)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
또한 제1전극탭(114)을 갖는 전극 조립체(110)는 케이스(120)내에 수용된 후, 제1단자(130)와 결합된 제1캡플레이트(151)가 케이스(120)의 좌측 개구(121)를 밀봉할 수 있다. 물론, 제1캡플레이트(151)가 케이스(120)를 밀봉하기 이전에, 제1전극탭(114)과 제1단자(130)의 제1내측 단자 플레이트(131)사이가 용접에 의해 결합될 수 있다. 또한 제1전극탭(114)과 제1단자(130)사이가 결합된 후, 제1전극탭(114)이 절곡되어 제1캡플레이트(151)가 케이스(120)의 좌측 개구(121)에 결합될 수 있다. 이때 제1전극탭(114)은 절곡되어 케이스(120)의 내측으로 삽입될 수 있다. 제1캡플레이트(151)는 케이스(120)의 좌측 개구(121)와 용접에 의해 결합될 수 있다.
제1전극탭(114)은 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면에 접촉되어 결합되는 영역인 제1단자 결합부(114b)와, 전극 조립체(110)의 제1무지부(111a)로부터 연장되거나 제1무지부(111a)에 용접에 의해 결합되는 제1탭 결합부(114a)를 포함한다. 또한 제1전극탭(114)은 제1단자 결합부(114b)와 제1탭 결합부(114a) 사이를 연결하는 제1연결부(114c)를 더 포함할 수 있다.
여기서 제1단자 결합부(114b)는 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면에 접촉되어 용접되고, 제1탭 결합부(114a)는 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면과 대향한 전극 조립체(110)의 좌측면에 접촉되는 영역이므로, 제1단자 결합부(114b)와 제1탭 결합부(114a)는 서로 평행할 수 있다. 또한 제1연결부(114c)는 적어도 일영역이 제1단자 결합부(114b) 및 제1탭 결합부(114a)와 평행할 수 있다. 즉, 제1연결부(114c)는 2단 절곡될 수 있다. 제1연결부(114c)는 제1단자 결합부(114b)와 연결되는 영역에 절곡부(114x)를 구비하고, 제1탭 결합부(114a)와 연결되는 영역에 절곡부(114y)를 구비할 수 있다.
제2캡조립체(160)는 케이스(120)의 우측 개구(122)에 결합될 수 있다. 일부예들에서 제2캡조립체(160)는 제2캡플레이트(161), 제2결합 부재(162) 및 제2시일 가스켓(163)을 포함할 수 있다. 제2캡조립체(160)는 그 형상 및 구조가 제1캡조립체(150)와 동일할 수 있다. 또한 제2캡조립체(160)와 제2단자(140)의 결합 형상 및 구조가 제1캡조립체(150)와 제1단자(130)의 결합 형상과 동일할 수 있다. 다만, 제2캡조립체(160)와 제2단자(140)의 결합 형상은 케이스(120)를 기준으로 제1캡조립체(150)와 제1단자(130)의 결합 형상과 대칭될 수 있다.
또한 제2전극탭(115)을 갖는 전극 조립체(110)는 케이스(120)내에 수용된 후, 제2단자(140)와 결합된 제2캡플레이트(161)가 케이스(120)의 개구를 밀봉할 수 있다. 물론, 제2캡플레이트(161)가 케이스(120)를 밀봉하기 이전에, 제2전극탭(115)과 제2단자(140)의 제2내측 단자 플레이트(141)사이가 용접에 의해 결합될 수 있다. 또한 제2전극탭(115)과 제2단자(140)사이가 결합된 후, 제2전극탭(115)이 절곡되어 제2캡플레이트(161)가 케이스(120)의 우측 개구(121)에 결합될 수 있다. 이때 제2전극탭(115)은 절곡되어 케이스(120)의 내측으로 삽입될 수 있다. 제2캡플레이트(161)는 케이스(120)의 우측 개구(121)에 인서트된 상태로 용접에 의해 결합될 수 있다.
제2전극탭(115)은 제2내측 단자 플레이트(141)의 일면에 접촉되어 결합되는 영역인 제2단자 결합부(115b)와, 전극 조립체(110)의 제2무지부(112a)로부터 연장되거나 제2무지부(112a)에 용접에 의해 결합되는 제2탭 결합부(115a)를 포함한다. 또한 제2전극탭(115)은 제2단자 결합부(115b)와 제2탭 결합부(115a) 사이를 연결하는 제2연결부(115c)를 더 포함할 수 있다.
여기서 제2단자 결합부(115b)는 제2내측 단자 플레이트(141)의 일면에 접촉되어 용접되고, 제2탭 결합부(115a)는 제2내측 단자 플레이트(141)의 일면과 대향한 전극 조립체(110)의 우측면에 접촉되는 영역이므로, 제2단자 결합부(115b)와 제2탭 결합부(115a)는 서로 평행할 수 있다. 또한 제2연결부(115c)는 적어도 일영역이 제2단자 결합부(115b) 및 제2탭 결합부(115a)와 평행할 수 있다. 즉, 제2연결부(115c)는 2단 절곡될 수 있다. 제2연결부(115c)는 제2단자 결합부(115b)와 연결되는 영역에 절곡부를 구비하고, 제2탭 결합부(115a)와 연결되는 영역에 절곡부를 구비할 수 있다. 제2전극탭(115)은 제1전극탭(114)과 길이 및 형상이 동일할 수 있다.
이와같은 이차 전지(100)는 제1전극탭(114)과 제2전극탭(115)이 절곡되어 케이스(120)의 내측에 수용되므로, 동일한 크기의 케이스(120)내에 수용되는 전극 조립체(110)의 용량을 증가시킬 수 있다. 또한 이차 전지(100)는 케이스(120)의 양측 개구(121, 122)를 통해 외측으로 돌출된 전극탭(114, 115)을 단자(130, 140)에 용접한 후, 캡조립체(150,160)가 케이스(120)의 양측 개구(121, 122)를 밀봉할 수 있으므로 전극탭(114, 115)과 단자(130, 140)의 용접이 용이할 수 있다.
이와같은 이차 전지(100)는 제1단자(130)와 결합된 제1캡조립체(150)가 케이스(120)의 좌측 개구(121)에 결합되고, 제2단자(140)와 결합된 제2캡조립체(160)가 케이스(120)의 우측 개구(122)에 결합되어, 케이스(120)를 중심으로 제1단자(130)와 제2단자(140)가 양측에 위치한다. 이차 전지(100)는 양측에 각각 제1단자(130) 및 제2단자(140)가 구비되어, 다수의 이차 전지(100)를 모듈 형태로 결합시 케이스(120)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(140)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.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(200)의 일단부 및 타단부를 확대 도시한 확대 단면도가 도시되어 있다. 이차 전지(200)는 전극 조립체(110), 케이스(120), 제1단자(130), 제2단자(140), 제1캡조립체(150) 및 제2캡조립체(160)를 포함하며, 그 구성이 도 1 내지 도 2에 도시된 이차전지(100)와 유사할 수 있다. 다만, 이차 전지(200)는 제1전극탭(214)의 형상이 이차 전지(100)와 상이할 수 있다. 이하에서는 이차 전지(200)에서 이차 전지(100)과 상이한 제1전극탭(214)을 위주로 설명하고자 한다. 물론 이차 전지(200)는 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b에 도시된 전극 조립체(100A, 100B, 100C, 100D)중 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1전극탭(214)은 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면에 접촉되어 결합되는 영역인 제1단자 결합부(214b)와, 전극 조립체(110)의 제1무지부(111a)로부터 연장되거나 제1무지부(111a)에 용접에 의해 결합되는 제1탭 결합부(214a)를 포함한다. 또한 제1전극탭(214)은 제1단자 결합부(214b)와 제1탭 결합부(214a) 사이를 연결하는 제1연결부(214c)를 더 포함할 수 있다.
여기서 제1단자 결합부(214b)는 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면에 접촉되어 용접되고, 제1탭 결합부(214a)는 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면과 대향한 전극 조립체(110)의 좌측면에 접촉되는 영역이므로, 제1단자 결합부(214b)와 제1탭 결합부(214a)는 서로 평행할 수 있다. 또한 제1단자 결합부(214b)와 제1탭 결합부(214a)의 일면은 서로 대향할 수 있다. 제1단자 결합부(214b)와 제1탭 결합부(214a)사이를 연결하는 제1연결부(214c)는 하나의 절곡부를 가질 수 있다. 즉, 제1연결부(214c)는 1단 절곡될 수 있다. 이와같은 제1전극탭(214)은 제2전극탭(115)과 형상 및 길이가 상이할 수 있다. 바람직하게는 1단 절곡된 제1전극탭(214)은 그 길이가 2단 절곡된 제2전극탭(115)에 비해서 더 짧을 수 있다. 이와 반대로 이차 전지(200)는 제1전극탭(214)이 2단 절곡되고, 제2전극탭(115)이 1단 절곡될 수 도 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(300)의 일단부 및 타단부를 확대 도시한 확대 단면도가 도시되어 있다. 이차 전지(300)는 전극 조립체(110), 케이스(120), 제1단자(130), 제2단자(140), 제1캡조립체(150) 및 제2캡조립체(160)를 포함하며, 그 구성이 도 1 내지 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 유사할 수 있다. 다만, 이차 전지(300)는 제1전극탭(214) 및 제2전극탭(315)의 형상이 이차 전지(100)와 상이할 수 있다. 여기서 제1전극탭(214)은 도 6에 도시된 이차 전지(200)와 유사할 수 있다.
이하에서는 이차 전지(300)에서 이차 전지(100) 및 이차 전지(200)과 상이한 제2전극탭(314)을 위주로 설명하고자 한다. 물론 이차 전지(300)는 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b에 도시된 전극 조립체(100A, 100B, 100C, 100D)중 어느 하나를 포함할 수 있다.
제2전극탭(315)은 제2내측 단자 플레이트(141)의 일면에 접촉되어 결합되는 영역인 제2단자 결합부(315b)와, 전극 조립체(110)의 제2무지부(112a)로부터 연장되거나 제2무지부(112a)에 용접에 의해 결합되는 제2탭 결합부(315a)를 포함한다. 또한 제2전극탭(315)은 제2단자 결합부(315b)와 제2탭 결합부(315a) 사이를 연결하는 제2연결부(315c)를 더 포함할 수 있다.
여기서 제2단자 결합부(315b)는 제2내측 단자 플레이트(131)의 일면에 접촉되어 용접되고, 제2탭 결합부(315a)는 제2내측 단자 플레이트(131)의 일면과 대향한 전극 조립체(110)의 우측면에 접촉되는 영역이므로, 제2단자 결합부(315b)와 제2탭 결합부(315a)는 서로 평행할 수 있다. 또한 제2단자 결합부(315b)와 제2탭 결합부(315a)의 일면은 서로 대향할 수 있다. 제2단자 결합부(315b)와 제2탭 결합부(315a)사이를 연결하는 제2연결부(315c)는 절곡부를 하나 가질 수 있다. 이와같은 제2전극탭(315)은 제1전극탭(214)과 형상 및 길이가 동일할 수 있다. 다만, 제2전극탭(315)과 제1전극탭(214)은 전극 조립체(110)를 중심으로 서로 대칭될 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
114: 제1전극탭 115: 제2전극탭
120: 케이스 130: 제1단자
140: 제2단자 150: 제1캡조립체
160: 제2캡조립체

Claims (10)

  1. 양측으로 각각 돌출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체;
    상기 전극조립체를 수용하며 양측이 개방된 케이스;
    상기 전극 조립체의 제1전극탭에 전기적으로 결합된 제1단자;
    상기 케이스의 일측 개구를 밀봉하며, 상기 제1단자를 외부로 노출시키는 제1캡플레이트;
    상기 전극 조립체의 제2전극탭에 전기적으로 결합된 제2단자; 및
    상기 케이스의 타측 개구를 밀봉하며, 상기 제2단자를 외부로 노출시키는 제2캡플레이트를 포함하며,
    상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭은 절곡부를 갖는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극탭은 판 형상으로
    상기 전극 조립체의 일측면에 접촉된 제1탭 결합부;
    상기 제1단자의 일면에 용접되며, 상기 제1탭 결합부와 평행한 제1단자 결합부; 및
    상기 제1탭 결합부와 상기 제1단자 결합부 사이를 연결하며 절곡부를 갖는 제1연결부를 포함하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭은 길이 및 형상이 동일한 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1연결부는 일영역이 상기 제1탭 결합부 및 상기 제1단자 결합부와 평행하고,
    상기 제1연결부는 상기 제1단자 결합부와 연결되는 영역에 절곡부를 구비하고, 상기 제1탭 결합부와 연결되는 영역에 절곡부를 구비하여, 2단 절곡된 이차 전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1연결부는 서로 대향한 상기 제1단자 결합부와 상기 제1탭 결합부 사이를 연결하기 위해 1단 절곡된 이차 전지.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭은 길이 및 형상이 상이한 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2전극탭은 판 형상으로
    상기 전극 조립체의 타측면에 접촉된 제2탭 결합부;
    상기 제2단자의 일면에 용접되며, 상기 제2탭 결합부와 평행한 제2단자 결합부; 및
    상기 제2탭 결합부와 상기 제2단자 결합부 사이를 연결하며 절곡부를 갖는 제2연결부를 포함하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1전극탭의 상기 제1연결부는 서로 대향한 상기 제1단자 결합부와 상기 제1탭 결합부 사이를 연결하기 위해 1단 절곡되고,
    상기 제2전극탭의 제2연결부는 일영역이 상기 제2탭 결합부 및 상기 제2단자 결합부와 평행하고, 상기 제2연결부는 상기 제2단자 결합부와 연결되는 영역에 절곡부를 구비하고, 상기 제2탭 결합부와 연결되는 영역에 절곡부를 구비하여, 2단 절곡된 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭은 상기 전극 조립체의 제1전극판과 제2전극판에서 전극활물질이 도포되지 않은 무지부를 절단하고, 적층된 다수의 무지부를 결합하여 형성된 이차 전지.
  10. 제 1 항에 있어서
    상기 제1전극탭과 상기 제2전극탭은 별도의 보조플레이트로, 상기 전극 조립체의 일측면 및 타측면에 각각 용접에 의해 결합되고, 상기 전극 조립체의 일측면 및 타측면으로부터 각각 연장 및 돌출된 판형상인 이차 전지.
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