KR20230112322A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20230112322A
KR20230112322A KR1020220008442A KR20220008442A KR20230112322A KR 20230112322 A KR20230112322 A KR 20230112322A KR 1020220008442 A KR1020220008442 A KR 1020220008442A KR 20220008442 A KR20220008442 A KR 20220008442A KR 20230112322 A KR20230112322 A KR 20230112322A
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cylindrical
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secondary battery
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Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 진동이나 충격 시 전극 조립체와 집전판 사이의 용접 영역이 분리되거나, 집전판과 캔 사이의 용접 영역이 분리되는 현상을 방지할 수 있게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 전극 조립체 및 상기 케이스에 각각 용접되는 집전판; 및 상기 집전판과 대향하도록 위치하여 상기 케이스를 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 집전판에는 적어도 하나의 슬릿이 형성되는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명의 일 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지는, 예를 들어, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 휴대형 전자기기뿐만 아니라 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 전원 용도로 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류될 수 있다. 이중 원통형 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 캔과, 캔의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 캔의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 진동이나 충격 시 전극 조립체와 집전판 사이의 용접 영역이 분리되거나, 집전판과 캔 사이의 용접 영역이 분리되는 현상을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 전극 조립체 및 상기 케이스에 각각 용접되는 집전판; 및 상기 집전판과 대향하도록 위치하여 상기 케이스를 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 집전판에는 적어도 하나의 슬릿이 형성될 수 있다.
상기 슬릿은 C 형태 또는 U 형태일 수 있다.
상기 집전판은 원판 형태의 몸체; 및 상기 슬릿을 통해 상기 몸체의 내측에 구획되어 상기 전극 조립체에 용접되는 전극 용접부를 포함할 수 있다.
상기 전극 용접부는 상기 슬릿에 의해 상기 집전판의 몸체의 중심 영역과 분리되어 유동가능하다.
상기 전극 조립체는 상기 슬릿에 의해 구획된 상기 전극 용접부의 내측에 용접될 수 있다.
상기 슬릿은 복수개로 구비되고, 상기 집전판의 중심을 기준으로 일정한 각도로 배치될 수 있다.
상기 슬릿은 짝수개로 구비되어, 상기 집전판의 중심을 기준으로 대칭되도록 배치될 수 있다.
상기 몸체의 가장자리와 상기 전극 용접부의 사이는 연결된 상태를 유지할 수 있다.
상기 케이스는 개구를 통해 상기 전극 조립체를 수용하되, 상기 개구의 대향하는 면에 홀을 갖고, 상기 케이스의 홀을 통해 상기 집전판과 전기적으로 결합되는 제 1 단자를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 단자는 상기 케이스의 외부에 위치한 헤드와, 상기 케이스의 홀을 관통하여 상기 집전판의 중앙 영역에 용접되어 결합되는 체결부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 진동이나 충격 시 전극 조립체와 집전판 사이의 용접 영역이 분리되거나, 집전판과 캔 사이의 용접 영역이 분리되는 현상을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 원통형 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 절개 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 집전판의 용접 영역 및 응력 방향을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 2의 원통형 이차 전지에서 일부분을 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, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 원통형 이차 전지의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 절개 사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 집전판의 용접 영역 및 응력 방향을 도시한 사시도이며, 도 5는 도 2의 원통형 이차 전지에서 일부분을 확대 도시한 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 원통형 캔(110), 원통형 캔(110)의 내부에 수납된 전극 조립체(120), 원통형 캔(110)의 일단에 구비된 단자홀에 결합된 리벳 단자(150), 원통형 캔(110)의 타단의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트(160), 및 캡 플레이트(160)의 일부에 구비된 벤트 홀(164a)에 결합된 벤트 단자(180)를 포함할 수 있다.
원통형 캔(110)은 원형의 상면부(111)와, 상면부(111)의 가장자리로부터 하부 방향으로 일정 길이 연장된 측면부(112)를 포함한다. 원통형 캔(110)의 상면부(111)와 측면부(112)는 일체형으로 이루어질 수 있다.
원형의 상면부(111)는 평평한 원형 판형상으로, 중심부를 관통하는 단자 홀(111a)을 구비할 수 있다. 상면부(111)는 단자 홀(111a)에 리벳 단자(150)가 삽입되어 결합될 수 있다. 단자 홀(111a)과 리벳 단자(150)사이에는 밀봉 및 전기적 절연을 위한 제1가스켓(111b)이 더 개재될 수 있다. 제1가스켓(111b)은 리벳 단자(150)와 원통형 캔(110)사이의 접촉을 차단하여, 전기적으로 분리할 수 있다. 제1가스켓(111b)에 의해 원통형 캔(110)의 상면부(111)의 단자 홀(111a)은 밀봉될 수 있다. 제1가스켓(111b)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다.
원통형 이차 전지(100)는 제조 공정 중 원통형 캔(110)의 하부가 개방되어 있다. 따라서, 원통형 이차 전지(100)는 제조 공정 중 전극 조립체(120)와 전해액이 원통형 캔(110)의 개방된 하부를 통해 삽입될 수 있다. 이때, 원통형 캔(110)은 개방된 하부가, 상부를 향한 상태로 전극 조립체(120)가 삽입될 수 있다. 이와 같은 원통형 캔(110)은 전극 조립체(120)가 삽입된 후, 개방된 하단부에 캡 플레이트(160)가 결합된다. 또한, 원통형 캔(110)은 캡 플레이트(160)에 형성된 벤트 홀(164a)을 통해 전해액이 삽입한 후, 벤트 홀(164a)에 벤트 단자(180)를 결합하여 원통형 캔(110)의 내부를 밀봉할 수 있다. 여기서, 상기 전해액은 전극 조립체(120)를 구성하는 양극판(121)과 음극판(122) 사이에서 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머이거나 또는 고체(solid) 전해질일 수도 있으며, 여기서 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.
원통형 캔(110)은 스틸, 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 더불어, 원통형 캔(110)에는 전극 조립체(120)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 플레이트(160)를 중심으로 그 상부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)가 형성되고, 그 하부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)가 형성될 수 있다.
원통형 캔(110)은 개방된 하단부를 통해 전극 조립체(120)가 삽입된 후, 비딩부(113)가 형성되어, 전극 조립체(120)가 원통형 캔(110)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다. 상기 비딩부(113)는 상면부(111)와 대략 평행한 상부 평탄부(113a) 및 하부 평탄부(113b)와, 상부 평탄부(113a)와 하부 평탄부(113b)사이를 연결하는 연결부(113c)를 포함한다. 상부 평탄부(113a)와 하부 평탄부(113b)는 외면이 서로 대향할 수 있다. 여기서 외면은 원통형 캔(110)의 외부 표면일 수 있다.
전극 조립체(120)의 하면의 가장자리는 비딩부(113)의 상부 평탄부(113a)에 안착될 수 있다. 즉, 전극 조립체(120)의 하면의 가장자리는 비딩부(113)의 상부 평탄부(113a)의 상면에 접촉될 수 있다.
전극 조립체(120)는 양극 활물질이 코팅된 양극판(121)과, 음극 활물질이 코팅된 음극판(122) 및, 양극판(121)과 음극판(122) 사이에 개재되어 양극판(121)과 음극판(122)사이의 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(123)를 포함하여 이루어진다. 전극 조립체(120)는 양극판(121), 음극판(122) 및 세퍼레이터(123)가 적층된 후, 권취 선단부터 권취되어 대략 원기둥 형태로 권취된다. 또한, 전극 조립체(120)는 상부 방향으로 양극판(121)에서 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극무지부가 돌출되고, 하부 방향으로 음극판(122)에서 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극무지부가 돌출될 수 있다.
양극판(121)은 알루미늄(Al)으로 이루어진 판형의 금속 포일인 양극 집전판의 적어도 일면에 전이금속 산화물로 이루어진 양극 활물질이 코팅되어 있다. 또한, 양극판(121)은 상단부에 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부가 구비될 수 있다. 이와 같은 양극 무지부는 전극 조립체(120)의 상부 방향으로 돌출될 수 있다. 즉, 양극판(121)은 양극 무지부가 음극판(122) 및 세퍼레이터(123)에 비해서 상부 방향으로 더 돌출될 수 있다.
음극판(122)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 이루어진 판형의 금속 포일인 음극 집전판의 적어도 일면에 흑연 또는 탄소등의 음극 활물질이 코팅되어 있다. 또한 음극판(122)은 하단부에 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부가 구비될 수 있다. 이와 같은 음극 무지부는 전극 조립체(120)의 하부 방향으로 돌출될 수 있다. 즉, 음극판(122)은 음극 무지부가 양극판(121) 및 세퍼레이터(123)에 비해서 하부 방향으로 더 돌출될 수 있다.
세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 세퍼레이터는 양극판(121)과 음극판(122) 사이의 전기적 쇼트를 방지하고, 리튬 이온의 이동만 가능하게 할 수 있다.
양극 집전판(130)은 전극 조립체(120)의 상면과 대응되는 형상인, 원형 금속 판일 수 있다. 양극 집전판(130)의 평면크기는 전극 조립체(120)의 상면의 크기와 같거나 더 작을 수 있다. 양극 집전판(130)은 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리 합금을 포함할 수 있다. 양극 집전판(130)은 하면이 전극 조립체(120)의 상면에 접촉된 상태에서 용접에 의해, 전극 조립체(120)의 상부로 노출된 양극판(121)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다. 양극 집전판(130)은 상면이 리벳 단자(150)의 하면에 접촉된 상태에서 용접에 의해, 리벳 단자(150)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다. 양극 집전판(130)은 전극 조립체(120)의 양극판(121)과 리벳 단자(150)사이의 전류 흐름의 통로가 된다.
양극 집전판(130)은 제1 몸체(131) 및 제1 전극 용접부(132)를 포함한다.
제1 몸체(131)는 대략 원판 형태로 제공될 수 있다.
제1 전극 용접부(132)는 제1 슬릿(135)을 통해 제1 몸체(131)의 내측에 구획되어 전극 조립체(120)에 용접된다.
제1 전극 용접부(132)는 제1 슬릿(135)에 의해 양극 집전판(130)의 제1 몸체(131)의 중심 영역과 분리되어 유동가능하다. 이때, 제1 몸체(131)의 가장자리와 전극 용접부(132)의 사이는 연결된 상태를 유지한다. 또한, 전극 조립체(120)는 제1 슬릿(135)에 의해 구획된 전극 용접부(132)의 내측에 용접된다.
제1 슬릿(135)은 복수 개로 구비되고, 양극 집전판(130)의 중심을 기준으로 일정한 각도로 배치된다. 바람직하게는, 제1 슬릿(135)은 짝수 개로 구비되어, 양극 집전판(130)의 중심을 기준으로 대칭되도록 배치된다.
이러한 제1 전극 용접부(132)는 제1 외팔보(133), 제1 센터부(134) 및 제1 슬릿(135)을 포함할 수 있다.
제1 외팔보(133)는 제1 몸체(131)의 둘레에 일단이 고정되고 내측 방향으로 연장된 타단이 자유로운 형태로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 외팔보(133)의 형태는 일단의 폭이 상대적으로 작고 타단의 폭이 상대적으로 큰 말굽 형태를 포함할 수 있다. 또한, 제1 외팔보(133)의 길이 방향을 따라 다수의 양극판(121)이 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 외팔보(133)의 길이 방향을 따라 용접 영역(예를 들면, 레이저 빔에 의한)이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 외팔보(133)는 복수 개로 구비되고, 제1 센터부(134)를 중심으로 그 외측에 일정한 각도로 배치될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 외팔보(133)는 짝수 개로 구비되고, 제1 센터부(134)를 중심으로 그 외측에 대칭되도록 배치될 수 있다.
제1 센터부(134)는 제1 몸체(131)의 대략 중앙에 제공될 수 있다. 제1 센터부(134)에 원통형 캔(110)의 리벳 단자(150)가 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 센터부(134)에 용접 영역(예를 들면, 저항 용접 또는 초음파 용접에 의한)이 제공될 수 있다.
제1 슬릿(135)은 제1 몸체(131), 제1 외팔보(133) 및 제1 센터부(134)의 사이에 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 슬릿(135)의 형태는 대략 C 형태 또는 U 형태를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1 슬릿(135)은 제1 외팔보(133)의 둘레를 따라 제공되거나 또는 제1 센터부(134)의 둘레를 따라 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 다수의 제1 슬릿(135)은 레이저 빔, 컷터 또는 펀치 등에 제1 몸체(131)의 일부 영역에 제거되어 제공될 수 있다.
음극 집전판(140)은 전극 조립체(120)의 하면과 대응되는 원형의 평면부(141)와, 평면부(141)의 가장자리로부터 하부 방향으로 연장된 연장부(142)를 포함할 수 있다. 평면부(141)의 상면은 전극 조립체(120)의 하면과 접촉될 수 있다. 평면부(141)의 상면은 전극 조립체(120)의 하면에 접촉된 상태에서 용접에 의해, 전극 조립체(120)의 하부로 노출된 음극판(122)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다.
연장부(142)는 평면부(141)의 가장자리를 따라 서로 이격되도록 다수개 구비될 수 있다. 도 5에는 원통형 캔(110)의 비딩부(113)가 형성된 후, 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)에 음극 집전판(140)이 안착된 상태를 도시한 저면 사시도가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 연장부(142)는 평면부(141)를 중심으로 서로 대칭되도록 4개를 구비하는 것으로 도시하였으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 연장부(142)는 평면부(141)의 가장자리로부터 하부 방향으로 절곡되어 연장될 수 있다. 또한, 연장부(142)는 비딩부(113)의 연결부(113c) 및 하부 평탄부(113b)의 내표면에 접촉될 수 있다. 여기서, 내표면은 원통형 캔(110)의 내측 표면일 수 있다. 연장부(142)는 끝단부가 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)의 하부에 위치할 수 있다. 연장부(142)는 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)의 내표면에 접촉된 상태로 용접되어, 원통형 캔(110)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다. 따라서, 음극 집전판(140)은 전극 조립체(120)의 음극판(122)과 원통형 캔(110)사이의 전류의 흐름 통로가 된다.
연장부(142)와 비딩부(113)의 용접은 도 5에 도시된 바와 같이 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)가 형성되기 이전에, 음극 집전판(140)이 비딩부(113)의 하부에 안착된 상태에서, 연장부(142) 방향에서 용접될 수 있다. 물론, 연장부(142)와 비딩부(113)의 용접은 원통형 캔(110)이 밀봉된 후, 원통형 캔(110)의 외측에서 비딩부(113)를 통해 연장부(142)와 용접될 수도 있다. 이때, 용접에 의한 제2 가스켓(170)의 손상을 방지하기 위해, 제2 가스켓(170)은 용접부와 대응되는 영역에 홈이 더 구비될 수 있다.
리벳 단자(150)는 원통형 캔(110)의 상면부(111)에 구비된 단자 홀(111a)에 삽입되어, 양극 집전판(130)과 전기적으로 접속될 수 있다. 리벳 단자(150)는 양극 집전판(130) 및 양극판(121)과 동일하거나, 유사한 소재로 이루어질 수 있다. 리벳 단자(150)는 원통형 캔(110)의 상부로 노출된 헤드부(150a), 원통형 캔(110)의 내부에 위치하도록 단자 홀(111a)을 관통하여 양극 집전판(130)에 구비된 제1 센터부(134)에 용접되어 결합되는 체결부(150b)를 포함한다. 리벳 단자(150)는 원통형 캔(110)의 상면부(111)의 단자 홀(111a)에 하부로부터 상부 방향으로 결합된 후, 헤드부(150a)가 프레스 또는 스피닝 등의 가공 방법에 의해 압축 변형(압축 성형)되어 상면부(111)에 밀착될 수 있다. 이때, 리벳 단자(150)와 단자 홀(111a) 사이에는 제1 가스켓(111b)이 개재되어, 리벳 단자(150)와 원통형 캔(110) 사이를 전기적 절연시킬 수 있으며, 밀봉할 수 있다. 리벳 단자(150)는 양극 집전판(130)에 구비된 제1 몸체(131)의 제1 센터부(134)를 통해 전극 조립체(120)의 양극판(121)과 전기적으로 접속될 수 있다.
캡 플레이트(160)는 원형 금속판으로, 원통형 캔(110)의 하단부에 결합될 수 있다. 캡 플레이트(160)는 원통형 캔(110)의 하단부에 제2 가스켓(170)이 개재된 상태로 결합되어, 원통형 캔(110)과 전기적으로 접속되는 것을 방지할 수 있다. 캡 플레이트(160)는 전극 조립체(120)의 양극 또는 음극과 전기적으로 접속되지 않으므로, 별도의 전기 극성이 없을 수 있다.
캡 플레이트(160)는 가장자리가 원통형 캔(110)의 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)의 하부에 안착된 상태에서, 원통형 캔(110)의 하단에 크림핑부(114)가 형성됨으로써 고정될 수 있다. 이때, 원통형 캔(110)은 개방된 하부가, 상부를 향한 상태로 캡 플레이트(160)가 비딩부(113)에 안착될 수 있다.
좀 더 자세하게는, 원통형 캔(110)의 하부 평탄부(113b)의 하부에 제2가스켓(170)이 개재된 상태로, 캡 플레이트(160)가 안착될 수 있다. 그 후, 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)가 캡 플레이트(160)의 내측방향으로 절곡되어 제2 가스켓(170)을 가압함으로써 캡 플레이트(160)와 원통형 캔(110)사이를 결합 시킬 수 있다. 여기서, 음극 집전판(140)의 끝단이 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)에 위치하므로, 제2 가스켓(170)이 개재된 상태로 캡 플레이트(160)와 원통형 캔(110)의 밀봉이 보다 용이할 수 있다. 예를 들어, 음극집전판(123a)의 끝단이 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)를 지나 더 연장될 경우, 캡 플레이트(160)와 원통형 캔(110)사이의 밀봉을 위해 크림핑부(114)가 제2 가스켓(170)을 가압할 경우 음극 집전판(140)의 끝단이 깨지거나 끊어질 수 있다. 그러므로, 캡 플레이트(160)와 원통형 캔(110)사이의 밀봉이 용이하지 않을 수 있다.
캡 플레이트(160)는 하부방향으로 돌출된 돌출부(161)를 적어도 하나 구비할 수 있다. 일 예로, 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)는 중심부로부터 이격되고, 평면상 링 형상을 갖도록 하부 방향으로 돌출될 수 있다. 다른 예로, 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)는 다수의 패턴을 갖도록 하부 방향으로 돌출될 수도 있다. 캡 플레이트(160)는 돌출부(161)를 구비하여 원통형 캔(110)의 내부의 압력을 지지할 수 있다. 또한, 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)는 하면이 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)의 하면에 비해서 상부에 위치할 수 있다. 즉, 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)가 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)에 비해서 하부로 더 돌출될 수 있다. 따라서, 원통형 이차 전지(100)를 평평한 일면에 놓았을 경우, 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)가 일면에 닿고, 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)는 일면으로부터 이격될 수 있다. 또한, 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)가 캡 플레이트(160)의 돌출부(161)에 비해 하부로 더 돌출되므로, 원통형 캔(110)의 내압에 의해 캡 플레이트(160)가 팽창하여도 캡 플레이트(160)가 일면에 닿는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 원통형 이차 전지(100)는 원통형 캔(110)의 내부 압력이 상승 하여도, 전체 층고를 유지할 수 있다.
또한, 캡 플레이트(160)는 설정된 압력에 개방될 수 있도록 노치(162)가 형성된다. 원통형 캔(110)의 내부 압력이 파단 압력 이상이 되면, 노치(162)가 파단되어 원통형 이차 전지(100)가 폭발하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 원통형 캔(110)의 내부에 과도한 내압 발생시 노치(162)가 파단되어, 내부의 과도한 내압을 배출 시킬 수 있다. 캡 플레이트(160)의 노치(162)는 중심부로부터 이격되고, 평면상 링 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 예로 노치(162)는 다수의 패턴을 갖도록 형성될 수도 있으며, 본 발명에서 노치(162)의 형상을 한정하는 것은 아니다.
또한, 노치(162)는 돌출부(161)로부터 이격되도록 형성될 수 있다. 바람직하게 노치(162)는 캡 플레이트(160)에서 돌출부(161)가 형성되지 않아 돌출부(161)대비 원통형 캔(110)방향으로 오목한 오목부(163)에 구비될 수 있다. 캡 플레이트(160)는 오목부(163)와 돌출부(161)에 의해 요철이 구비되므로, 원통형 캔(110)의 내압이 상승하여도 내압을 견딜 수 있다.
또한, 캡 플레이트(160)는 전해액이 주입되는 벤트 홀(164a)이 형성된다. 원통형 캔(110)은 개방된 하부가, 상부를 향한 상태로 전극 조립체(120)가 삽입되고, 개방된 하단부에 캡 플레이트(160)가 결합된 후에 벤트 홀(164a)을 통하여 전해액이 주입된다. 전해액 주입을 완료한 이후에는 벤트 홀(164a)에 벤트 단자(180)를 하부에서 상부 방향으로 삽입하여 원통형 캔(110)의 내부를 밀봉하게 된다. 벤트 홀(164a)과 벤트 단자(180) 사이에는 제3 가스켓(164b)이 개재되어, 벤트 홀(164a)과 벤트 단자(180) 사이를 밀착시킬 수 있다. 제3 가스켓(164b)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성되어 벤트 홀(164a)과 벤트 단자(180) 사이를 가압하여 밀봉할 수 있으며, 벤트 단자(180)가 벤트 홀(164a)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
제2 가스켓(170)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다. 이러한 제2가스켓(170)은 원통형 캔(110)에서 캡 플레이트(160)사이를 가압하여 밀봉할 수 있으며, 캡 플레이트(160)가 원통형 캔(110)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 원통형 이차 전지(100)은 상면에 음극과 양극이 모두 구비되므로, 다수의 원통형 이차 전지(100)를 버스바를 통해 전기적으로 연결할 때, 상면에서만 연결하면 되므로 버스바 연결 구조가 단순해질 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 집전판의 용접 영역 및 응력 방향을 도시한 사시도이다. 여기서는, 양극 집전판(130)을 예로 설명한다.
도 4a에 도시된 예에서, 양극 집전판(130)은 다수의 제1 외팔보(133) 및 하나의 제1 센터부(134)를 포함하는데, 다수의 제1 외팔보(133) 및 하나의 제1 센터부(134)에 각각 용접 영역이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 다수의 제1 외팔보(133)는 그 길이 방향을 따라서 용접 영역이 제공되어 전극 조립체(120)의 다수의 양극판(121)과 고정될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 센터부(134)는 그 중앙에 용접 영역이 제공되어 원통형 캔(110)의 리벳 단자와 고정될 수 있다.
도 4b에서 화살표는 응력 방향을 나타낸다. 도 4b에 도시된 바와 예에서, 양극 집전판(130)의 제1 외팔보(133) 및 제1 센터부(134)는 상호 대향되는 방향으로 움직일 수 있다. 일 례로, 제1 외팔보(133)는 대략 하부 방향으로 움직일 수 있고, 제1 센터부(134)는 대략 상부 방향으로 움직일 수 있다. 이는 제1 외팔보(133) 및 제1 센터부(134) 모두 제1 몸체(131)의 둘레를 따라 일단이 고정된 형태를 하기 때문이다. 다르게 설명하면, 제1 외팔보(133)는 일단이 제1 몸체(131)의 둘레 영역에 고정되고, 제1 센터부(134)는 대향 영역이 제1 몸체(131)의 둘레 영역에 고정됨으로써, 제1 외팔보(133) 및 제1 센터부(134)가 대향되는 방향으로 움직일 수 있다. 다르게 설명하면, 제1 외팔보(133)의 움직임과 제1 센터부(134)의 움직임이 상호간 간섭하지 않는다. 따라서, 제1 외팔보(133) 및 제1 센터부(134)에 제공되는 용접 영역의 분리 현상이 일어나기 어렵다. 도시되어 있지 않지만, 음극 집전판(140)도 양극 집전판(130)과 동일하게 설계되어 동일한 동작을 할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리 팩(100)을 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: 원통형 이차 전지 110: 원통형 캔
120: 전극 조립체 130: 양극 집전판
140: 음극 집전판 150: 리벳 단자
160: 캡 플레이트 170: 제2가스켓
180: 벤트 단자

Claims (10)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 전극 조립체 및 상기 케이스에 각각 용접되는 집전판; 및
    상기 집전판과 대향하도록 위치하여 상기 케이스를 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하고,
    상기 집전판에는 적어도 하나의 슬릿이 형성된 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 C 형태 또는 U 형태인 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전판은
    원판 형태의 몸체; 및
    상기 슬릿을 통해 상기 몸체의 내측에 구획되어 상기 전극 조립체에 용접되는 전극 용접부를 포함하는 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전극 용접부는 상기 슬릿에 의해 상기 집전판의 몸체의 중심 영역과 분리되어 유동가능한 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 슬릿에 의해 구획된 상기 전극 용접부의 내측에 용접되는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 복수개로 구비되고, 상기 집전판의 중심을 기준으로 일정한 각도로 배치된 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 슬릿은 짝수개로 구비되어, 상기 집전판의 중심을 기준으로 대칭되도록 배치된 이차 전지.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 몸체의 가장자리와 상기 전극 용접부의 사이는 연결된 상태를 유지하는 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 개구를 통해 상기 전극 조립체를 수용하되, 상기 개구의 대향하는 면에 홀을 갖고,
    상기 케이스의 홀을 통해 상기 집전판과 전기적으로 결합되는 제 1 단자를 더 포함하는 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 단자는 상기 케이스의 외부에 위치한 헤드와, 상기 케이스의 홀을 관통하여 상기 집전판의 중앙 영역에 용접되어 결합되는 체결부를 포함하는 이차 전지.
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