KR20230114582A - 집전판 및 이를 포함하는 원통형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지는, 전극탭이 구비된 전극 조립체; 일 측에 형성된 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 캔; 상기 개방부를 커버하는 캡 플레이트; 및 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트의 사이에 배치되며 상기 전극탭과 상기 전지 캔을 전기적으로 연결시키는 집전판을 포함할 수 있다. 상기 집전판은, 센터부; 상기 센터부로부터 외측으로 확장되며 상기 전극탭과 결합되는 탭 결합부; 상기 전지 캔과 결합되며 상기 탭 결합부와 높이차를 갖는 캔 결합부; 및 상기 센터부와 상기 캔 결합부를 연결하며 상기 센터부에서 멀어질수록 상기 전극 조립체로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 연장된 브릿지를 포함할 수 있다.

Description

집전판 및 이를 포함하는 원통형 이차전지{CURRENT COLLECTOR PLATE AND CYLINDRICAL SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 집전판 및 이를 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것이다.
종래의 원통형 이차전지는, 젤리-롤과 외부 단자를 이어주는 탭을 젤리-롤의 포일에 용접하여 연결하는 구조를 갖는 것이 일반적이었다. 이러한 구조의 원통형 이차전지는, 전류의 경로(path)가 한정적이고 젤리-롤의 자체 저항이 매우 높을 수 밖에 없었다.
이에 따라, 젤리-롤과 외부 단자를 이어주는 탭의 개수를 늘려 저항을 낮추는 방식이 시도되었으나, 이처럼 탭의 개수를 늘리는 것만으로는 원하는 수준으로 저항을 낮추고 전류의 경로(path)를 충분히 확보하는 데에 한계가 있었다.
이에 따라, 젤리-롤의 자체 저항 감소를 위해 새로운 젤리-롤 구조의 개발 및 이러한 젤리-롤의 구조에 적합한 집전판 구조의 개발이 필요하다. 특히, 이러한 새로운 구조의 젤리-롤 및 집전판의 적용은, 예를 들어 전기 자동차와 같이 고출력/고용량을 갖는 배터리 팩을 요구하는 디바이스에 그 필요성이 더욱 크다.
또한, 이처럼 전기 자동차 등에 적용되는 배터리 팩의 경우, 사용 환경을 고려할 때 진동 및 충격에 많이 노출될 수 밖에 없다. 따라서, 진동 및 외부 충격이 가해지더라도, 용접 부위에 파손이 발생될 위험성이 적은 구조를 갖는 원통형 이차전지 및 이러한 원통형 이차전지에 적용되는 집전판 구조의 개발에 대한 필요성이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 저저항 구조를 갖는 전극 조립체에 적합한 구조를 갖는 집전판 및 이를 포함하는 원통형 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 진동 및 충격이 가해지더라도 전극 조립체와의 용접 부위 및/또는 전지 캔과의 용접 부위에 파손이 발생될 가능성을 크게 낮출 수 있는 구조를 갖는 집전판 및 이를 포함하는 원통형 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지는, 전극탭이 구비된 전극 조립체; 일 측에 형성된 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 캔; 상기 개방부를 커버하는 캡 플레이트; 및 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트의 사이에 배치되며 상기 전극탭과 상기 전지 캔을 전기적으로 연결시키는 집전판을 포함할 수 있다. 상기 집전판은, 센터부; 상기 센터부로부터 외측으로 확장되며 상기 전극탭과 결합되는 탭 결합부; 상기 전지 캔과 결합되며 상기 탭 결합부와 높이차를 갖는 캔 결합부; 및 상기 센터부와 상기 캔 결합부를 연결하며, 상기 센터부에서 멀어질수록 상기 전극 조립체로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 연장된 브릿지를 포함할 수 있다.
상기 센터부의 둘레 방향에 대해, 브릿지 및 탭 결합부는 교번적으로 배치될 수 있다.
상기 전지 캔의 높이 방향에 대해, 상기 탭 결합부와 상기 캔 결합부는 논 오버랩될 수 있다.
상기 브릿지는, 상기 센터부에서 멀어질수록 완만한 경사를 가질 수 있다.
상기 캔 결합부는 상기 전지 캔의 내둘레를 따라 연장될 수 있다.
상기 탭 결합부는, 상기 센터부에서 멀어질수록 폭이 넓어질 수 있다.
상기 탭 결합부에는 적어도 하나의 주액 홀이 형성될 수 있다.
상기 주액 홀은, 상기 센터부에서 멀어질수록 폭이 넓어지게 형성될 수 있다.
상기 전지 캔의 반경 방향에 대해, 상기 전지 캔의 중심축부터 상기 캔 결합부의 외측 가장자리까지의 거리는, 상기 전지 캔의 중심축부터 상기 탭 결합부의 외측 가장자리까지의 거리보다 멀 수 있다.
상기 탭 결합부의 외측 가장자리는 제1곡률 반경을 갖는 호 형상이고, 상기 캔 결합부의 외측 가장자리는 상기 제1곡률 반경보다 큰 제2곡률 반경을 갖는 호 형상일 수 있다.
상기 전지 캔의 둘레에서 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이로 압입된 비딩부가 형성되고, 상기 캔 결합부는 상기 비딩부에 결합될 수 있다.
상기 원통형 이차전지는, 상기 캡 플레이트의 둘레를 감싸는 실링부를 더 포함할 수 있다. 상기 캔 결합부는 상기 실링부와 상기 비딩부의 사이에 개재되어 고정될 수 있다.
상기 캔 결합부는, 상기 전지 캔의 높이 방향으로 상기 비딩부와 오버랩되는 아우터 영역; 및 상기 아우터 영역보다 내측에 위치하며 상기 브릿지와 연결되는 이너 영역을 포함할 수 있다.
상기 탭 결합부는, 상기 캔의 높이 방향으로 상기 비딩부와 논 오버랩될 수 있다.
상기 전지 캔의 중심축부터 상기 탭 결합부의 외측 가장자리까지의 거리는, 상기 전극 조립체의 반경의 2/3 이상일 수 있다.
상기 탭 결합부와 상기 캔 결합부 사이의 높이 차는, 상기 비딩부의 높이와 대응될 수 있다.
상기 전지 캔과 상기 캔 결합부 사이의 결합 강도는, 상기 전극탭과 상기 탭 결합부 사이의 결합 강도보다 클 수 있다.
상기 전지 캔의 둘레에서 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이로 압입된 비딩부가 형성되고, 상기 캔 결합부는 상기 비딩부의 플랫 영역 상에 용접될 수 있다.
상기 캔 결합부에 형성되는 용접 비드는, 상기 플랫 영역의 경계에 대해 0.1mm 이상 간격을 두고 안쪽에 위치할 수 있다.
상기 캡 플레이트에는, 상기 캡 플레이트의 두께의 1/10 이하인 두께를 갖는 벤팅부가 형성될 수 있다.
상기 원통형 이차전지는, 상기 전극 조립체의 이동이나 흔들림을 방지하는 스페이서를 더 포함할 수 있다. 상기 스페이서는, 상기 집전판과 상기 캡 플레이트 사이에 위치한 본체부; 상기 전지 캔과 상기 캡 플레이트의 사이를 실링하는 실링부; 및 상기 본체부와 상기 실링부를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 본체부의 높이는, 상기 집전판과 상기 캡 플레이트 사이의 거리에 대응될 수 있다.
상기 본체부는 상기 집전판을 비 가압할 수 있다.
상기 실링부는, 상기 캡 플레이트의 가장자리부를 감싸며 상기 전지 캔과 상기 캡 플레이트를 절연시킬 수 있다.
상기 연결부와 상기 캡 플레이트 사이의 거리는 상기 본체부에서 멀어질수록 커질 수 있다.
상기 집전판의 상기 브릿지와, 상기 스페이서의 상기 연결부는, 상기 전지 캔의 높이 방향에 대해 서로 오버랩되지 않도록 엇갈리게 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 집전판은, 전극 조립체와 전지 캔을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 상기 집전판은, 센터부; 상기 센터부로부터 외측으로 연장되며 상기 전극 조립체에 구비된 전극탭과 결합되는 탭 결합부; 상기 전지 캔과 결합되며 상기 탭 결합부와 높이차를 갖는 캔 결합부; 및 상기 캔 결합부와 상기 센터부를 연결하며, 상기 센터부에서 멀어질수록 상기 전극 조립체로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 연장된 브릿지를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전극 조립체와 전지 캔 사이를 전기적으로 연결함에 있어서 저항을 크게 낮출 수 있다.
또한, 이차전지의 사용 가정에서 진동 및 충격이 가해지더라도 집전판과 전극 조립체 간의 용접 부위 및/또는 집전판과 전지 캔 간의 용접 부위에 파손이 발생될 가능성을 크게 낮출 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 절개 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1집전판 및 그 주변을 확대 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1집전판의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1집전판의 평면도이다.
도 6은 도 5의 A-A'에 대한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1집전판이 비딩부에 결합된 상태가 도시된 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1집전판이 비딩부에 결합된 상태가 도시된 평면도이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 플레이트 및 스페이서의 사시도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 절개 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지(1)(이하, '이차 전지')는, 전극 조립체(10) 및 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 전지 캔(20)을 포함할 수 있다.
전극 조립체(10)는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함할 수 있다. 또한, 전극 조립체(10)에는 양극 및 음극 중 어느 하나에 연결된 제1전극탭(11)과, 양극 및 음극 중 다른 하나에 연결된 제2전극탭(12)이 구비될 수 있다.
좀 더 상세히, 전극 조립체(10)는 젤리롤(jelly-roll) 타입일 수 있다. 전극 조립체(10)는 양극, 분리막, 음극, 분리막을 순차적으로 적층한 적층체를 권취함으로써 제조될 수 있다. 전극 조립체(10)는 직경에 대한 높이의 비율이 1 이상임이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 전극 조립체(10)의 중심부에는 높이 방향으로 길게 형성된 중공(C)이 형성될 수 있다. 전극 조립체(10)를 전지 캔(20)의 내둘레에 대해 절연시키기 위해, 전극 조립체(10)의 최외각에는 분리막이 위치할 수 있다.
제1전극탭(11) 및 제2전극탭(12)은 전극 조립체(10)의 높이 방향에 대한 양 단부에 구비될 수 있다. 좀 더 상세히, 양극 및 음극 중 어느 하나의 무지부는 전극 조립체(10)의 일 단부에 위치할 수 있으며, 제1전극탭(11)으로 기능할 수 있다. 양극 및 음극 중 다른 하나의 무지부는 전극 조립체(10)의 타 단부에 위치할 수 있으며, 제2전극탭(12)으로 기능할 수 있다.
각 전극탭(11)(12)은 전극 조립체(10)의 권취 방향을 따라 연장될 수 있다.
또는, 각 전극탭(11)(12)은 전극 조립체(10)의 권취 방향을 따라 배치된 복수개의 포일 플래그(foil-flag)를 포함할 수 있다.
제1전극탭(11)에는 후술할 제1집전판(50)이 결합될 수 있고, 제2전극탭(12)에는 후술할 제2집전판(60)이 결합될 수 있다. 전극 조립체(10)는, 각 전극탭(11)(12)에 각 집전판(50)(60)이 결합된 상태로 전지 캔(20)에 수용될 수 있다.
예를 들어, 제1전극탭(11)이 음극의 무지부이고, 제2전극탭(12)이 양극의 무지부일 수 있다. 이 경우, 제1집전판(50)은 음극 집전판으로, 제2집전판(60)은 양극 집전판으로 명명될 수 있다.
전지 캔(20)은 대략 원통형일 수 있다. 전지 캔(20)의 높이 방향에 대한 일 측에는 일 면(20a)이 구비될 수 있고, 타 측에는 개방부가 형성될 수 있다.
전극 조립체(10)는 상기 개방부를 통해 전해액과 함께 전지 캔(20)에 수용될 수 있다.
전지 캔(20)은 금속과 같이 도전성인 재질을 가질 수 있다. 전지 캔(20)은 후술할 제1집전판(50)을 통해 제1전극탭(11)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전지 캔(20)은 제1전극탭(11)과 동일한 극성을 가질 수 있다.
전지 캔(20)에는 비딩부(21) 및 크림핑부(22)가 형성될 수 있다. 비딩부(21) 및 크림핑부(22)는 전지 캔(20)의 개방부와 인접하게 형성될 수 있다.
비딩부(21)는 전지 캔(20)의 둘레를 반경 내측으로 압입하여 형성될 수 있다. 비딩부(21)의 내경은 전지 캔(20)의 내경보다 작을 수 있다.
비딩부(21)는 전지 캔(20)에 전극 조립체(10)가 수용된 상태에서 형성될 수 있다. 전극 조립체(10)는, 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해, 전지 캔(20)의 일 면(20a)과 비딩부(21)의 사이에 구속될 수 있다. 비딩부(21)는 전극 조립체(10)가 전지 캔(20)의 개방부로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 비딩부(21)는 제1집전판(50)과 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1집전판(50)은 비딩부(21)에 용접될 수 있다. 이로써 제1집전판(50)이 제1전극탭(11)과 전지 캔(20)을 전기적으로 연결할 수 있다.
크림핑부(22)는 비딩부(21)와 인접하게 형성될 수 있다. 크림핑부(22)는 전지 캔(20)의 둘레면의 단부가 반경 내측으로 절곡되어 형성될 수 있다. 크림핑부(22)는, 비딩부(21)에 제1집전판(50)이 결합된 이후에 형성될 수 있다. 크림핑부(22)는 비딩부(21)와 함께 후술할 캡 플레이트(30)를 구속할 수 있다.
이차 전지(1)는, 전지 캔(20)의 개방부를 커버하는 캡 플레이트(30)를 포함할 수 있다.
캡 플레이트(30)는 대략 원형 플레이트 형상일 수 있다. 캡 플레이트(30)는 전지 캔(20)과 함께 이차 전지(1)의 외관을 이룰 수 있다. 캡 플레이트(30)의 가장자리부는 전지 캔(20)의 비딩부(21)와 크림핑부(22)의 사이에 구속될 수 있다.
캡 플레이트(30)는 금속과 같이 높은 강성을 갖는 재질을 가질 수 있다. 캡 플레이트(30)는 전지 캔(20)에 대해 절연될 수 있고, 극성을 가지지 않을 수 있다. 좀 더 상세히, 캡 플레이트(30)와 전지 캔(20)의 사이에는 후술할 스페이서(70)의 실링부(72)가 개재될 수 있다. 이에 대해서는 이후 자세히 설명한다.
이차 전지(1)는, 전지 캔(20)의 일 면(20a)을 관통하여 고정된 단자(40)를 포함할 수 있다.
단자(40)는 전지 캔(20)의 일 면(20a), 좀 더 상세히는 상기 일 면(20a)의 중심부를 관통할 수 있다. 단자(40)의 일부는 전지 캔(20)의 외부로 노출되고 다른 일부는 전지 캔(20)의 내부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 단자(40)는 리벳팅(riveting)에 의해 전지 캔(20)의 일 면(20a)에 고정될 수 있다.
단자(40)는 금속과 같이 도전성인 재질을 가질 수 있다.
단자(40)는 후술할 제2집전판(60)과 결합될 수 있다. 예를 들어, 제2집전판(60)은 단자(40)에 용접될 수 있다. 이로써 제2집전판(60)이 제2전극탭(12)과 단자(40)을 전기적으로 연결할 수 있다.
단자(40)는 전지 캔(20)에 대해 절연될 수 있다. 좀 더 상세히, 단자(40)와 전지 캔(20)의 사이에는 절연 가스켓(G)이 개재될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 단자(40)의 일부에 절연성 코팅층을 형성시키거나, 단자(40)와 전지 캔(20)을 상호 이격시키되 단자(40)를 구조적으로 고정시키는 방식을 적용할 수도 있다.
절연 가스켓(G)은 단자(40)의 리벳팅 시에 변형되어 전지 캔(20)의 일 면(20a)의 내면을 향해 절곡될 수 있다. 절연 가스켓(G)은 단자(40)와 전지 캔(20) 사이의 간극을 실링할 수 있다.
절연 가스켓(G)에 의해, 즉, 전지 캔(20)과 단자(40)는 서로 반대 극성을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 전지 캔(20)은 제1전극탭(11)과 동일한 극성을 가질 수 있고, 단자(40)는 제2전극탭(12)과 동일한 극성을 가질 수 있다. 따라서, 전지 캔(20)의 일 면(2a)은 제1극성을 갖는 제1단자로, 단자(40)는 제2극성을 갖는 제2단자로 기능할 수 있다. 전지 캔(20)의 일 면(2a)과 단자(40)가 인접하게 위치하므로, 이차 전지(1)를 복수개 포함하는 전지 모듈 내에서 버스바의 설치에 필요한 내부 공간이 줄어들 수 있고, 상기 전지 모듈의 에너지 밀도가 증가할 수 있다.
이차 전지(1)는, 제1전극탭(11)과 전지 캔(20)을 전기적으로 연결하는 제1집전판(50)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1전극탭(11)은 전극 조립체(10)의 음극과 연결될 수 있고, 제1집전판(50)은 음극 집전판으로 명명될 수 있다.
이차 전지(1)는, 제2전극탭(11)과 단자(40)을 전기적으로 연결하는 제2집전판(60)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2전극탭(12)은 전극 조립체(10)의 양극과 연결될 수 있고, 제2집전판(60)은 양극 집전판으로 명명될 수 있다.
제1집전판(50) 및 제2집전판(60)은 전지 캔(20) 내에 위치할 수 있다.
제1집전판(50)은 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(30)의 사이에 위치할 수 있다. 제1집전판(50)은 제1전극탭(11)과 결합될 수 있다. 좀 더 상세히, 제1집전판(50)은 제1전극탭(11)에 용접될 수 있다. 또한, 제1집전판(50)은 전지 캔(20), 좀 더 상세히는 비딩부(21)에 용접될 수 있다.
제2집전판(60)은 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해 전극 조립체(10)와 전지 캔(20)의 일 면(20a)의 사이에 위치할 수 있다. 제2집전판(60)은 제2전극탭(12)과 결합될 수 있다. 좀 더 상세히, 제2집전판(60)은 제2전극탭(12)에 용접될 수 있다. 또한, 제2집전판(60)은 단자(40)에 용접될 수 있다.
이차 전지(1)는, 캡 플레이트(30)와 전극 조립체(10)의 사이에 위치한 스페이서(70)를 포함할 수 있다. 좀 더 상세히, 스페이서(70)는 캡 플레이트(30)와 제1집전판(50)의 사이에 위치할 수 있다.
스페이서(70)의 높이는 캡 플레이트(30)와 전극 조립체(10) 사이의 거리와 대응될 수 있다. 스페이서(70)는 전극 조립체(10)가 전지 캔(20) 내에서 움직이거나 흔들리는 것을 방지할 수 있다.
이차 전지(1)는 전극 조립체(10)와 전지 캔(20) 사이에 위치한 인슐레이터(80)를 포함할 수 있다. 좀 더 상세히, 인슐레이터(80)는 제2집전판(60)과 전지 캔(20)의 사이에 위치할 수 있다.
인슐레이터(80)는 제2집전판(60) 및 전극 조립체(10)를 전지 캔(20)에 대해 절연시킬 수 있다. 인슐레이터(80)는 절연성을 갖는 수지 재질을 가질 수 있다.
인슐레이터(80)의 중앙부에는 단자(40)가 통과하는 홀이 형성될 수 있다. 상기 홀을 통해 단자(40)는 제2집전판(60)과 결합될 수 있다.
인슐레이터(80)는 대략 캡 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 인슐레이터(80)의 일부는 전지캔(20)의 일 면(20a)과 제2집전판(60)의 사이에 위치할 수 있고, 다른 일부는 제2집전판(60)의 외둘레와 전지 캔(20)의 내둘레 사이에 위치할 수 있다.
다만 이에 한정되는 것은 아니며, 인슐레이터(80)가 전지캔(20)의 일 면(20a)과 제2집전판(60)의 사이에 위치한 플레이트 형상을 가지는 것도 가능하다. 이 경우, 제2집전판(60)의 외둘레와 전지 캔(20)의 내둘레 사이에는 인슐레이터(80)와 별개인 절연 테이프가 개재될 수 있다.
인슐레이터(80)의 높이는 전지 캔(20)의 일 면(20a)와 전극 조립체(10) 사이의 수직 거리와 대응될 수 있다. 인슐레이터(80)는 스페이서(70)와 함께 전극 조립체(10)가 전지 캔(20) 내에서 움직이거나 흔들리는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 제1집전판 및 그 주변을 확대 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1집전판의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1집전판의 평면도이고, 도 6은 도 5의 A-A'에 대한 단면도이다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 제1집전판(50)에 대해 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1집전판(50)은 제1전극탭(11)에 결합될 수 있다. 좀 더 상세히, 제1전극탭(11)의 적어도 일부는 전극 조립체(10)의 중공(C)을 향해 절곡될 수 있고, 제1집전판(50)은 제1전극탭(11)의 절곡된 부분에 결합될 수 있다.
이로써, 제1전극탭(11)의 높이가 감소하여 이차 전지(1)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 또한, 제1전극탭(11)과 제1집전판(50) 간의 결합 면적이 증가하므로, 제1전극탭(11)과 제1집전판(50) 사이의 결합력이 향상되고 저항이 감소할 수 있다.
좀 더 상세히, 제1집전판(50)은, 센터부(51)와, 센터부(51)로부터 외측으로 연장되며 제1전극탭(11)과 결합되는 탭 결합부(52)와, 전지 캔(20)과 결합되며 탭 결합부(52)와 이격된 캔 결합부(53)와, 캔 결합부(53)와 센터부(51)를 연결하는 브릿지(54)를 포함할 수 있다.
센터부(51)는 전극 조립체(10)의 일측(예를 들어, 하측) 중심부에 위치할 수 있다. 센터부(51)에는 센터홀(51a)이 형성될 수 있다. 센터홀(51a)은 전극 조립체(10)의 중공(C)을 마주볼 수 있다. 센터홀(51a)은, 중공(C)과 함께, 단자(40)와 제2집전판(60) 간의 결합을 위한 용접봉의 삽입이나 레이저 조사를 위한 통로로서 기능할 수 있다. 또한, 센터홀(51a)은 전해액의 주액 시에 전극 조립체(10) 내부로 원활한 전해액 함침이 이루어질 수 있도록 하는 통로로서 기능할 수 있다.
탭 결합부(52)는 센터부(51)에서 반경 외측으로 연장될 수 있다. 탭 결합부(52)는 제1전극탭(11)과 결합될 수 있다. 탭 결합부(52)는 복수개가 구비될 수 있고, 복수개의 탭 결합부(52)는 센터부(51)로부터 방사상으로 연장될 수 있다.
탭 결합부(52)의 폭은, 센터부(51)에서 멀어질수록 넓어질 수 있다. 이로써, 탭 결합부(52)는 제1전극탭(11)의 절곡된 부분을 넓게 커버할 수 있고, 제1전극탭(11)의 절곡된 부분의 들뜸 현상을 방지할 수 있다.
전극 조립체(10)와, 전지 캔(20)과, 제1집전판(50)의 각 중심축은 대략 일치할 수 있다. 전지 캔(20)의 반경 방향에 대해, 전지 캔(20)의 중심축부터 탭 결합부(52)의 외측 가장자리(52a)까지의 거리(R1)는, 전극 조립체(10)의 반경(Ra)보다 작을 수 있고, 비딩부(21)의 내측 반경(Rb) 이하일 수 있다.
좀 더 상세히, 탭 결합부(52)의 외측 가장자리(52a)는 제1곡률 반경(R1)을 갖는 호 형상일 수 있다. 상기 외측 가장자리(52a)의 곡률 중심은, 제1집전판(50)의 중심과 일치할 수 있다.
상기 제1곡률 반경(R1)은 전극 조립체(10)의 반경(Ra)보다 작을 수 있다. 또한, 상기 제1곡률 반경(R1)은 전지 캔(20)에 형성된 비딩부(21)의 내측 반경(Rb) 이하일 수 있다.
탭 결합부(52)는, 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해 비딩부(21)와 논 오버랩될 수 있다. 즉, 탭 결합부(52)는 전극 조립체(10)와 비딩부(21)의 사이에 위치하지 않을 수 있다. 이로써, 사이징(sizing) 공정으로 인해 탭 결합부(52)가 전극 조립체(10)와 비딩부(21)의 사이에 끼어 손상되는 것을 방지할 수 있다. 사이징(sizing)이란, 전극 조립체(10)가 수용된 전지 캔(20)에 비딩부(21) 및 크림핑부(22)가 형성된 이후, 이차전지(1)의 높이를 감소시키기 위해 비딩부(21)의 높이를 감소시키는 압축 공정을 의미할 수 있다.
전지 캔(20)의 중심축부터 탭 결합부(52)의 외측 가장자리(52a)까지의 거리(R1)는, 전극 조립체(10)의 반경(Ra)의 2/3 이상일 수 있다. 좀 더 상세히, 제1곡률 반경(R1)은 전극 조립체(10)의 반경(Ra)의 2/3 이상일 수 있다. 이로써, 전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 대한 탭 결합부(52)의 접촉 면적을 충분히 넓게 확보할 수 있다.
탭 결합부(52)의 양측 가장자리(52b)는 제1집전판(50)의 반경 방향을 따라 형성될 수 있다. 상기 양측 가장자리(52b)를 따라 연장된 가상 선은 제1집전판(50)의 중심을 지날 수 있다.
탭 결합부(52)에는 주액 홀(52d)이 형성될 수 있다. 주액 홀(52d)에 의해, 전극 조립체(10)에 대한 전해액의 함침성이 향상될 수 있다.
상기 주액 홀(52d)은, 탭 결합부(52)에서 제1전극 탭(11)과 결합되는 결합 영역(52c)보다 외측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 탭 결합부(52)에는 한 쌍의 주액 홀(52d)이 형성될 수 있고, 상기 한 쌍의 주액 홀(52d)은 결합 영역(52c)을 사이에 두고 형성될 수 있다. 이 경우, 결합 영역(52c)의 폭(W)은 일정하게 형성될 수 있다. 한 쌍의 주액 홀(52d)은 결합 영역(52c)에 대해 서로 대칭 형상을 가질 수 있다.
주액 홀(52d)의 폭은 센터부(51)에서 멀어질수록 넓어질 수 있다. 이로써, 반경 외측으로 갈수록 단위 각도당 권취 길이가 길어지는 전극 조립체(10)에 대해, 전해액이 더 균일하게 함침될 수 있다.
캔 결합부(53)는 전지 캔(20), 좀 더 상세히는 비딩부(21)에 결합될 수 있다. 캔 결합부(53)는 비딩부(21) 상에서 전극 조립체(10)와 상대적으로 멀게 위치한 면에 결합될 수 있다.
캔 결합부(53)는 센터부(51) 및 탭 결합부(52)에 대해 소정의 높이 차(H)를 가질 수 있다. 상기 높이 차(H)는 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해 탭 결합부(52)와 캔 결합부(53) 사이의 거리를 의미할 수 있다. 상기 높이 차(H)는 비딩부(21)의 높이와 대응될 수 있다. 즉, 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해 탭 결합부(52)와 캔 결합부(53) 사이의 거리는 비딩부(21)의 높이와 동일 또는 유사할 수 있다.
캔 결합부(53)는 후술할 실링부(72)에 의해 눌릴 수 있다. 좀 더 상세히, 캔 결합부(53)는 실링부(72)와 비딩부(21)의 사이에 개재되어 고정될 수 있다.
캔 결합부(53)는 탭 결합부(52)와 이격될 수 있다. 좀 더 상세히, 캔 결합부(53)와 탭 결합부(52)는 센터부(51)에 각각 연결될 뿐, 캔 결합부(53)와 탭 결합부(52)는 서로 직접적으로 연결되지 않을 수 있다. 이로써, 이차 전지(1)에 충격이나 진동이 가해질 때 탭 결합부(52)과 제1전극탭(11) 사이의 결합 영역 및 캔 결합부(53)과 전지 캔(20) 사이의 결합 부위에 작용하는 응력이 분산되므로, 제1집전판(50)의 손상 발생 가능성을 최소화 할 수 있다.
캔 결합부(53)는 복수개가 구비될 수 있다. 제1집전판(50)의 둘레 방향에 대해, 캔 결합부(53)와 탭 결합부(52)는 교번적으로 배치될 수 있다.
캔 결합부(53)는 전지 캔(20)의 내둘레를 따라 연장될 수 있다. 즉, 캔 결합부(53)는 비딩부(21)의 둘레 방향으로 연장될 수 있다. 이로써, 캔 결합부(53)와 비딩부(21) 간 접촉 면적이 증가하므로, 캔 결합부(53)와 비딩부(21) 간 결합이 안정적으로 이뤄지고, 캔 결합부(53)와 비딩부(21) 사이의 저항이 감소할 수 있다.
전지 캔(20)의 반경 방향에 대해, 전지 캔(20)의 중심축부터 캔 결합부(53)의 외측 가장자리(53a)까지의 거리(R2)는, 전지 캔(20)의 중심축부터 탭 결합부(52)의 외측 가장자리(52a)까지의 거리(R1)보다 클 수 있다. 또한, 전지 캔(20)의 반경 방향에 대해, 전지 캔(20)의 중심축부터 캔 결합부(53)의 내측 가장자리(53b)까지의 거리(R3)는, 전지 캔(20)의 중심축부터 캔 결합부(53)의 외측 가장자리(53a)까지의 거리(R2)보다 작을 수 있다.
좀 더 상세히, 캔 결합부(53)의 외측 가장자리(53a)는, 앞서 설명한 제1곡률 반경(R1)보다 큰 제2곡률 반경(R2)을 갖는 호 형상일 수 있다. 또한, 캔 결합부(53)의 내측 가장자리(53a)는 상기 제2곡률 반경(R2)보다 작은 제3곡률 반경(R2)을 갖는 호 형상일 수 있다. 캔 결합부(53)의 외측 가장자리(53a) 및 내측 가장자리(53b)의 곡률 중심은, 전지 캔(20)의 중심축과 대략 일치할 수 있다.
상기 제2곡률 반경(R2)은 전지 캔(20)에 형성된 비딩부(21)의 내측 반경(Rb)보다 클 수 있고, 상기 제3곡률 반경(R3)은 비딩부(21)의 내측 반경(Rb)보다 작을 수 있다. 즉, 전지 캔(20)의 반경 방향에 대해, 전지 캔(20)의 중심축부터 캔 결합부(53)의 외측 가장자리(53a)까지의 거리(R2)는 비딩부(21)의 내측 반경(Rb)보다 클 수 있고, 전지 캔(20)의 중심축부터 캔 결합부(53)의 내측 가장자리(53b)까지의 거리(R3) 비딩부(21)의 내측 반경(Rb)보다 작을 수 있다.
만일 제2곡률 반경(R2)이 비딩부(21)의 내측 반경(Rb) 이하이면, 캔 결합부(53)가 비딩부(21)에 결합되기 어려울 수 있다. 만일 상기 제3곡률 반경(R3)이 비딩부(21)의 내측 반경(Rb) 이상이면, 후술할 브릿지(54)와 비딩부(20) 간에 간섭이 발생할 우려가 있다.
캔 결합부(53)의 양측 가장자리(53c)는 제1집전판(50)의 반경 방향을 따라 형성될 수 있다. 상기 양측 가장자리(53c)를 따라 연장된 가상 선은 제1집전판(50)의 중심을 지날 수 있다.
캔 결합부(53)와 탭 결합부(52)는 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해 서로 논 오버랩될 수 있다. 이로써, 전극 조립체(10)에 결합되기 이전 상태인 복수개의 제1집전판(50)을 적재하는 경우, 어느 하나의 제1집전판(50)의 캔 결합부(53)와 다른 하나의 제1집전판(50)의 탭 결합부(52)가 서로 간섭하는 것을 방지할 수 있다.
캔 결합부(53)와 전지 캔(20), 좀 더 상세히는 캔 결합부(53)와 비딩부(21) 사이의 결합 강도는, 탭 결합부(52)와 제1전극 탭(11) 사이의 결합 강도보다 클 수 있다. 이로써, 강체인 전지 캔(20)에 캔 결합부(53)가 안정성 있게 결합될 수 있다.
브릿지(54)는, 캔 결합부(53)와 센터부(51)를 연결할 수 있다. 브릿지(54)는 센터부(51)에서 반경 외측으로 연장될 수 있으며, 제1집전판(50)의 둘레 방향에 대해 탭 결합부(52)와 이격될 수 있다.
브릿지(54)는 캔 결합부(53)와 마찬가지로 복수개가 구비될 수 있으며, 복수개의 브릿지(54)는 센터부(51)에서 방사 방향으로 연장될 수 있다. 제1집전판(50)의 둘레 방향에 대해, 브릿지(54) 및 탭 결합부(52)는 교번적으로 배치될 수 있다.
센터부(51)와 캔 결합부(53) 사이에는 높이 차(H)가 존재하므로, 브릿지(54)는 경사지게 형성될 수 있다. 브릿지(54)는 센터부(51)에서 멀어질수록 전극 조립체(10)로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 연장될 수 있다.
브릿지(54)의 경사는 센터부(51)에서 멀어질수록 완만해질 수 있다. 좀 더 상세히, 브릿지(54)는, 센터부(51)에서 연장되는 제1경사부(54a)와, 제1경사부(54a)에서 연장되며 상기 제1경사부(54a)보다 완만한 경사를 갖는 제2경사부(54b)를 포함할 수 있다.
전지 캔(20)의 높이 방향과 직교하는 수평면에 대해, 제1경사부(54a)는 제1각도(a1)를 이룰 수 있고, 제2경사부(54b)는 상기 제1각도(a1)보다 작은 제2각도(a2)를 이룰 수 있다.
다만 이에 한정되는 것은 아니며, 브릿지(54)는 센터부(51)에서 멀어질수록 완만해지는 방향으로 라운드지게 형성될 수도 있다.
이로써, 사이징(sizing) 공정으로 인해 브릿지(54)가 과도하게 변형되고 센터부(51) 및 센터부(51)에 결합된 제1전극탭(11)이 들뜨는 것을 방지할 수 있다. 사이징(sizing) 공정 시 비딩부(21)는 전극 조립체(10) 쪽으로 압축되어 높이가 감소하므로, 비딩부(21)에 결합되어 있던 탭 결합부(53)도 전극 조립체(10) 쪽으로 이동할 수 있다. 이로 인해, 탭 결합부(53)와 브릿지(54)로 연결된 센터부(51)에는 전극 조립체(10)에서 멀어지는 방향의 반발력이 작용하게 된다. 만일, 브릿지(54)의 경사가 일정하거나 센터부(51)에서 멀어질수록 급격해지게 형성되면, 센터부(51)에 상기 반발력이 크게 작용하게 되고, 그로 인해 센터부(51) 및 그에 결합된 제1전극탭(11)이 들뜸 현상이 발생할 우려가 있다. 반면, 본 실시예에 따른 브릿지(54)는 사이징 공정에 의해 발생하는 센터부(51) 및 제1전극탭(11)의 들뜸 현상을 최소화할 수 있다.
또한, 비딩부(21)를 형성하기 위해 전지 캔(20)의 외둘레를 반경 내측으로 압입하는 공정은, 제1집전판(50)이 결합된 전극 조립체(10)가 전지 캔(20) 내에 수용된 상태에서 실시될 수 있다. 이러한 공정에서, 브릿지(54)가 센터부(51)에서 멀어질수록 완만한 경사를 가지므로, 비딩부(21)는 브릿지(54)와 간섭되지 않고 용이하게 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1집전판이 비딩부에 결합된 상태가 도시된 확대 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1집전판이 비딩부에 결합된 상태가 도시된 평면도이다.
제1집전판(50)의 캔 결합부(53)와 비딩부(20) 사이의 결합은, 전지 캔(20)에 크림핑부(22)(도 3 참조)가 형성되기 이전에 실시될 수 있다.
캔 결합부(53)는, 전지 캔(20)의 높이 방향으로 비딩부(21)와 오버랩되는 아우터 영역(531)과, 아우터 영역(531)보다 내측에 위치한 이너 영역(532)을 포함할 수 있다. 즉, 캔 결합부(53)의 내측 일부는 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해 비딩부(21)와 논 오버랩될 수 있다. 이너 영역(532)은 앞서 설명한 브릿지(54)와 연결되므로, 비딩부(21)가 브릿지(54)와 간섭할 우려를 최소화할 수 있다.
한편, 캔 결합부(53)는, 비딩부(21) 상의 플랫 영역(21a)에 용접될 수 있다. 즉, 캔 결합부(53)에 형성되는 용접 비드(53d)는, 플랫 영역(21a) 상에 위치할 수 있다.
용접 비드(53d)는 비딩부(21)의 둘레 방향으로 길게 형성될 수 있다. 각 캔 결합부(53)에는 용접 비드(53d)가 적어도 하나 형성될 수 있다.
비딩부(21)의 형성 시, 전지 캔(20)의 둘레와 비딩부(21)를 연결하는 부분은 라운드지게 형성될 수 있다. 따라서, 플랫 영역(21a)은 전지 캔(20)의 반경 내측 방향으로 전지 캔(20)의 내둘레와 이격될 수 있다.
플랫 영역(21a)에 대한 캔 결합부(53)의 용접 위치는, 플랫 영역(21a)의 경계에 대해 이격될 수 있다. 즉 캔 결합부(53)에 형성되는 용접 비드(53d)는, 플랫 영역(21a)의 경계에 대해 소정의 간격을 두고 안쪽에 형성될 수 있다. 바람직하게는, 용접 비드(53d)는 플랫 영역(21a)의 경계에 대해 0.1mm 이상 간격을 두고 안쪽에 형성될 수 있다. 예를 들어, 전지 캔(20)의 외둘레를 기준으로, 플랫 영역(21a)의 외측 경계까지의 거리(d1)는 1.95mm 이고, 플랫 영역(21a)의 내측 경계까지의 거리(d2)는 3.15mm 일 수 있다. 이 경우, 전지 캔(20)의 외둘레를 기준으로, 용접 비드(53d)의 위치는 2.05 mm 내지 3.05 mm 인 영역에 위치할 수 있다.
이로써, 캔 결합부(53)의 용접 비드(53d)가 플랫 영역(21a)의 경계를 넘어갈 우려를 해소할 수 있으며, 캔 결합부(53)는 플랫 영역(21a)에 안정적으로 용접될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 플레이트 및 스페이서의 사시도이다.
이하, 도 3 및 도 9를 참조하여 캡 플레이트(30) 및 스페이서(70)에 대해 설명한다.
캡 플레이트(30)는, 플레이트부(31)와, 상기 플레이트부(31)의 둘레에서 확장되며 경사지게 형성된 경사부(32)와, 경사부(32)에서 확장된 가장자리부(33)를 포함할 수 있다. 플레이트부(31)와 경사부(32)와 가장자리부(33)는 일체로 형성될 수 있다.
플레이트부(31)는 대략 플랫한 원판 형상을 가질 수 있다. 경사부(32)는 플레이트부(31)에서 멀어질수록 전극 조립체(10)에 가까워지는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
가장자리부(33)는 플레이트부(31)와 대략 평행할 수 있으며, 플레이트부(31)에 대해 소정의 높이 차를 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해, 전극 조립체(10)부터 플레이트부(31)까지의 거리는, 전극 조립체(10)부터 가장자리부(31)까지의 거리보다 멀 수 있다.
가장자리부(33)는 전지 캔(20)의 비딩부(21)와 크림핑부(22)의 사이에 위치할 수 있다. 가장자리부(33)는 후술할 실링부(72)에 의해 고정될 수 있다.
이로써, 캡 플레이트(30) 전체가 평탄하게 형성되는 경우와 비교하여, 캡 플레이트(30)의 강성이 높아질 수 있다.
캡 플레이트(30)에는 벤팅부(34)이 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 벤팅부(31)은 캡 플레이트(30)의 플레이트부(31)에 형성될 수 있다.
벤팅부(34)은 플레이트부(31)보다 얇은 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이로써, 벤팅부(34)은 주변 영역과 비교하여 구조적으로 취약할 수 있고, 전지 캔(20)의 내압이 기설정된 수치를 넘어서 증가하면 벤팅부(34)이 우선적으로 파단될 수 있다.
벤팅부(34)는 캡 플레이트(30)의 둘레 방향을 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅부(34)는 고리 등과 같은 폐루프 형상을 이룰 수 있다. 따라서, 벤팅부(34)가 파단되면 캡 플레이트(30) 중에서 벤팅부(34)보다 내측에 위치한 영역이 용이하게 분리되어 개구를 형성할 수 있고, 전지 캔(20) 내의 가스가 신속하게 배출될 수 있다.
전지 캔(20)의 내압이 동일하면 캡 플레이트(30) 중에서 벤팅부(34)보다 내측에 위치한 영역이 넓을수록, 벤팅부(34)에 가해지는 힘이 더 커질 수 있다. 따라서, 벤팅부(34)의 신속한 파단을 위해, 벤팅부(34)는 플레이트부(31)의 중심보다 경사부(32)에 더 가깝게 형성될 수 있다. 바람직하게는, 벤팅부(31)은 경사부(32)에 인접하게 형성될 수 있다.
벤팅부(34)의 두께(t2)는, 캡 플레이트(30), 좀 더 상세히는 플레이트부(31)의 두께(t1)의 1/10 이하일 수 있다. 벤팅부(34)의 두께(t2)가 플레이트부(31)의 두께(t1)의 1/10보다 크면, 벤팅부(34)의 파단이 용이하게 이뤄지지 않을 수 있다.
벤팅부(34)는, 캡 플레이트(30)의 양 면을 소정의 깊이로 노칭(notching)을 하여, 부분적으로 캡 플레이트(30)의 두께를 감소시킴으로써 형성될 수 있다. 캡 플레이트(30)의 일 면만 노칭할 경우, 캡 플레이트(30)의 형상이 변형될 우려가 있다.
캡 플레이트(30)의 중심은 전지 캔(20)의 중심축과 일치할 수 있다. 벤팅부(31)이 캡 플레이트(30)의 둘레 방향을 따라 형성되는 경우, 캡 플레이트(30)의 중심부터 벤팅부(31)까지의 거리는, 벤팅부(31)가 이루는 폐곡선의 곡률 반경(Rc)일 수 있다.
벤팅부(34)의 일부는, 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해 제1집전판(50)의 탭 결합부(52)와 오버랩될 수 있다. 좀 더 상세히, 전지캔(20)의 중심축을 기준으로, 제1집전판(50)의 탭 결합부(52)의 외측 가장자리(52a)까지의 거리(R1)는, 캡 플레이트(30)의 벤팅부(34)까지의 거리(Rc)보다 클 수 있다. 즉 제1곡률 반경(R1)은, 벤팅부(31)의 곡률 반경(Rc)보다 클 수 있다. 이는, 탭 결합부(52)가 제1전극탭(11)에 대해 충분히 넓은 접촉 면적을 가지기 위한 특징일 수 있다.
캡 플레이트(30)는 전지 캔(20)에 대해 돌출되지 않을 수 있다. 예를 들어, 캡 플레이트(30)가 전지 캔(20)의 하단부에 위치하는 경우, 캡 플레이트(30)의 플레이트부(31)의 저면은, 전지 캔(20)의 저면과 동일면상에 위치하거나 그보다 상측에 위치할 수 있다. 이로써, 캡 플레이트(30)는 전지 캔(20)을 지지하는 바닥면에 의해 상방으로 눌리지 않을 수 있고, 이차 전지(1)의 무게로 인해 벤팅부(34)의 파단에 요구되는 압력이 설계치와 달라지는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 스페이서(70)는, 전극 조립체(10)의 흔들림이나 이동을 방지하고, 전지 캔(20)의 실링력을 강화할 수 있다. 이차 전지(1)에 가해지는 충격이나 흔들림을 효과적으로 흡수하기 위해, 스페이서(70)는 탄성 재질을 가질 수 있다.
좀 더 상세히, 스페이서(70)는, 제1집전판(50)과 캡 플레이트(30) 사이에 위치한 본체부(71)와, 전지 캔(20)과 캡 플레이트(30)의 사이를 실링하는 실링부(72)와, 본체부(71)와 실링부(72)를 연결하는 연결부(73)를 포함할 수 있다. 본체부(71)와 실링부(72)와 연결부(73)는 일체로 형성될 수 있다.
본체부(71)는, 제1집전판(50)을 사이에 두고, 대략 전극 조립체(10)의 중심부에 위치할 수 있다. 본체부(71)는 제1집전판(50), 좀 더 상세히는 센터부(51)를 마주볼 수 있다.
본체부(71)에는, 제1집전판(50)의 센터홀(51a)을 통해 전극 조립체(10)의 중공(C)을 마주보는 스페이서 홀(71a)이 형성될 수 있다. 스페이서 홀(71a)은, 센터홀(51a) 및 중공(C)과 함께 용접봉의 삽입 통로 또는 레이저 조사를 위한 통로로서 기능 할 수 있다. 또한, 스페이서 홀(71a)은, 전극 조립체(10) 내부로 원활한 전해액 함침이 이루어질 수 있도록 하는 통로로서 기능할 수 있다.
본체부(71)의 높이는, 제1 집전판(50)과 캡 플레이트(30) 사이의 거리와 대응될 수 있다. 이 경우, 본체부(71)는, 제1 집전판(50)과 캡 플레이트(30) 사이에 형성되는 유격으로 인해 전극 조립체(10)가 전지 캔(20) 내에서 움직이는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 본체부(71)는, 전극 조립체(10)와 제1 집전판(50) 간의 결합 부위 및/또는 제1 집전판(50)과 전지 캔(20) 간의 결합 부위에 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
사이징(sizing) 공정이 실시되기 이전에, 제1 집전판(50)과 캡 플레이트(30) 사이의 거리는 본체부(71)의 높이보다 클 수 있고, 사이징(sizing) 공정에 의해 비딩부(21)의 높이가 감소하여 제1 집전판(50)과 캡 플레이트(30) 사이의 거리가 본체부(71)의 높이와 동일 또는 유사해질 수 있다. 따라서, 본체부(71)는 캡 플레이트(30)와 제1집전판(50) 사이에서 탄성 변형되지 않을 수 있고, 본체부(71)가 제1집전판(50)을 가압하지 않을 수 있다. 이로써, 스페이서(70)에 의해 제1집전판(50)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
실링부(72)는 전지 캔(20)의 내둘레를 따라 연장된 원형 고리 형상일 수 있다. 실링부(72)는 전지 캔(20)의 비딩부(21)와 크림핑부(22)의 사이에 고정될 수 있다. 실링부(72)의 일부는 크림핑부(22)와 함께 절곡되어 캡 플레이트(30), 좀 더 상세히는 가장자리부(33)를 고정시킬 수 있다. 이로써, 실링부(72)는 캡 플레이트(30)와 전지 캔(20)의 사이를 견고하게 실링할 수 있다. 이처럼. 실링부(72)는, 캡 플레이트(30)의 고정력 향상 및 전지 캔(20)의 실링력 향상을 위한 가스켓으로서 기능할 수 있다.
실링부(72)는 제1집전판(50)의 캔 결합부(53)를 비딩부(21) 쪽으로 가압하여 캔 결합부(53)와 비딩부(21) 사이의 결합을 더욱 강화할 수 있다. 또한 실링부(72)는 캔 결합부(53)와 캡 플레이트(30)를 절연시킬 수 있다.
연결부(73)는, 본체부(71)와 실링부(72) 사이를 연결할 수 있다. 연결부(73)는 복수개가 구비될 수 있으며, 복수개의 연결부(73)는 본체부(71)에서 방사상으로 실링부(72)까지 연장될 수 있다. 복수개의 연결부(73) 사이의 공간을 통해 전해액 주입이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한, 전지 캔(20)의 내압 증가에 따라 벤팅부(34)의 파단 시에 전지 캔(20) 내부의 가스가 복수개의 연결부(73) 사이의 공간을 통해 원활하게 배출될 수 있다.
연결부(73)와 캡 플레이트(30) 사이의 거리는, 본체부(71)에서 멀어질수록 커질 수 있다. 좀 더 상세히, 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해, 연결부(73)와 캡 플레이트(30)의 플레이트부(31) 사이의 거리는, 전지 캔(20)의 반경 외측 방향으로 갈수록 커질 수 있다.
이로써, 사이징(sizing) 공정 시에 전지 캔(20)에 높이 방향의 압축력이 가해짐으로써 발생하는 스페이서(70)의 연결부(73)의 변형을 최소화할 수 있고, 변형이 일어나더라도 캡 플레이트(30)와의 간섭을 최소화할 수 있다.
연결부(73)는, 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해, 제1집전판(50)의 브릿지(54)와 논 오버랩될 수 있다. 연결부(73)는, 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해, 제1집전판(50)의 탭 결합부(52)와 오버랩될 수 있다.
좀 더 상세히, 제1집전판(50)의 복수개의 브릿지(54)와, 스페이서(70)의 복수개의 연결부(73)는, 전지 캔(20)의 높이 방향에 대해 서로 오버랩되지 않도록 엇갈리게 배치될 수 있다. 즉, 복수개의 브릿지(54)와 복수개의 연결부(73)는 원주 방향에 대해 서로 교번적으로 위치할 수 있다.
이로써, 사이징(sizing) 공정 시에 전지 캔(20)에 높이 방향의 압축력이 가해져 스페이서(70)의 연결부(73) 및 제1집전판(50)의 브릿지(54)에 변형이 발생한 경우에, 연결부(73)와 브릿지(54) 간에 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 원통형 이차전지 10: 전극 조립체
11: 제1전극탭 12: 제2전극탭
20: 전지 캔 21: 비딩부
21a: 플랫 영역 22: 크림핑부
30: 캡 플레이트 31: 플레이트부
32: 경사부 33: 가장자리부
34: 벤팅부 40: 단자
50: 제1집전판 51: 센터부
51a: 센터홀 52: 탭 결합부
52a: (탭 결합부의) 외측 가장자리
52b: (탭 결합부의) 양측 가장자리
52c: 결합 영역 52d; 주액 홀
53: 캔 결합부 531: 아우터 영역
532: 이너 영역 53a: (캔 결합부)의 외측 가장자리
53b: (캔 결합부)의 내측 가장자리
53c: (캔 결합부)의 양측 가장자리
53d: 용접 비드 54: 브릿지
54a: 제1경사부 54b: 제2경사부
60: 제2집전판 70: 스페이서
71: 본체부 72: 실링부
73: 연결부 80: 인슐레이터

Claims (27)

  1. 전극탭이 구비된 전극 조립체;
    일 측에 형성된 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 캔;
    상기 개방부를 커버하는 캡 플레이트; 및
    상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트의 사이에 배치되며 상기 전극탭과 상기 전지 캔을 전기적으로 연결시키는 집전판을 포함하고,
    상기 집전판은,
    센터부;
    상기 센터부로부터 외측으로 확장되며 상기 전극탭과 결합되는 탭 결합부;
    상기 전지 캔과 결합되며 상기 탭 결합부와 높이차를 갖는 캔 결합부; 및
    상기 센터부와 상기 캔 결합부를 연결하며, 상기 센터부에서 멀어질수록 상기 전극 조립체로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 연장된 브릿지를 포함하는 원통형 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센터부의 둘레 방향에 대해, 브릿지 및 탭 결합부는 교번적으로 배치된 원통형 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 캔의 높이 방향에 대해, 상기 탭 결합부와 상기 캔 결합부는 논 오버랩되는 원통형 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 브릿지는, 상기 센터부에서 멀어질수록 완만한 경사를 갖는 원통형 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 캔 결합부는 상기 전지 캔의 내둘레를 따라 연장된 원통형 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 탭 결합부는, 상기 센터부에서 멀어질수록 폭이 넓어지는 원통형 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 탭 결합부에는 적어도 하나의 주액 홀이 형성된 원통형 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주액 홀은, 상기 센터부에서 멀어질수록 폭이 넓어지게 형성된 원통형 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 캔의 반경 방향에 대해, 상기 전지 캔의 중심축부터 상기 캔 결합부의 외측 가장자리까지의 거리는, 상기 전지 캔의 중심축부터 상기 탭 결합부의 외측 가장자리까지의 거리보다 먼 원통형 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 탭 결합부의 외측 가장자리는 제1곡률 반경을 갖는 호 형상이고,
    상기 캔 결합부의 외측 가장자리는 상기 제1곡률 반경보다 큰 제2곡률 반경을 갖는 호 형상인 원통형 이차전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 캔의 둘레에서 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이로 압입된 비딩부가 형성되고,
    상기 캔 결합부는 상기 비딩부에 결합된 원통형 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 둘레를 감싸는 실링부를 더 포함하고,
    상기 캔 결합부는 상기 실링부와 상기 비딩부의 사이에 개재되어 고정된 원통형 이차전지.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 캔 결합부는,
    상기 전지 캔의 높이 방향으로 상기 비딩부와 오버랩되는 아우터 영역; 및
    상기 아우터 영역보다 내측에 위치하며 상기 브릿지와 연결되는 이너 영역을 포함하는 원통형 이차전지.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 탭 결합부는, 상기 캔의 높이 방향으로 상기 비딩부와 논 오버랩되는 원통형 이차전지.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 전지 캔의 중심축부터 상기 탭 결합부의 외측 가장자리까지의 거리는, 상기 전극 조립체의 반경의 2/3 이상인 원통형 이차전지.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 탭 결합부와 상기 캔 결합부 사이의 높이 차는, 상기 비딩부의 높이와 대응되는 원통형 이차전지.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 캔과 상기 캔 결합부 사이의 결합 강도는, 상기 전극탭과 상기 탭 결합부 사이의 결합 강도보다 큰 원통형 이차전지.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 캔의 둘레에서 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이로 압입된 비딩부가 형성되고,
    상기 캔 결합부는 상기 비딩부의 플랫 영역 상에 용접된 원통형 이차전지.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 캔 결합부에 형성되는 용접 비드는, 상기 플랫 영역의 경계에 대해 0.1mm 이상 간격을 두고 안쪽에 위치한 원통형 이차전지.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트에는, 상기 캡 플레이트의 두께의 1/10 이하인 두께를 갖는 벤팅부가 형성된 원통형 이차전지.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 이동이나 흔들림을 방지하는 스페이서를 더 포함하고,
    상기 스페이서는,
    상기 집전판과 상기 캡 플레이트 사이에 위치한 본체부;
    상기 전지 캔과 상기 캡 플레이트의 사이를 실링하는 실링부; 및
    상기 본체부와 상기 실링부를 연결하는 연결부를 포함하는 원통형 이차전지.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 본체부의 높이는, 상기 집전판과 상기 캡 플레이트 사이의 거리에 대응되는 원통형 이차전지.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 본체부는 상기 집전판을 비 가압하는 원통형 이차전지.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 실링부는, 상기 캡 플레이트의 가장자리부를 감싸며 상기 전지 캔과 상기 캡 플레이트를 절연시키는 원통형 이차전지.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 연결부와 상기 캡 플레이트 사이의 거리는, 상기 본체부에서 멀어질수록 커지는 원통형 이차전지.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 집전판의 상기 브릿지와, 상기 스페이서의 상기 연결부는, 상기 전지 캔의 높이 방향에 대해 서로 오버랩되지 않도록 엇갈리게 배치된 원통형 이차전지.
  27. 전극 조립체와 전지 캔을 전기적으로 연결시키는 집전판으로서,
    센터부;
    상기 센터부로부터 외측으로 연장되며 상기 전극 조립체에 구비된 전극탭과 결합되는 탭 결합부;
    상기 전지 캔과 결합되며 상기 탭 결합부와 높이차를 갖는 캔 결합부; 및
    상기 캔 결합부와 상기 센터부를 연결하며, 상기 센터부에서 멀어질수록 상기 전극 조립체로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 연장된 브릿지를 포함하는 집전판.
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