KR20230122561A - 스택형 셀을 포함하는 각형 이차전지 - Google Patents

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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

배터리는 전극 조립체를 포함한다. 상기 전극 조립체는 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 연장된 제1 탭을 포함하는 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 적층된 분리막, 및 제2 부분 및 상기 제2 부분으로부터 연장된 제2 탭을 포함하고, 상기 분리막 상에 적층된 제2 전극을 포함한다. 상기 배터리는 플레이트와, 상기 플레이트의 근단에 결합하고, 제1 파트 및 상기 제1 파트 맞은편의 제2 파트를 포함하는 제1 집전체, 및 상기 플레이트의 원단에 결합하고, 제3 파트 및 상기 제3 파트 맞은편의 제4 파트를 포함하는 제2 집전체를 포함하는 집전체 어셈블리를 더 포함한다. 상기 배터라는 상기 플레이트에 결합하는 하우징을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 집전체의 제1 파트 및 제2 파트는 서로 반대방향으로 움직이도록 구성될 수 있다.

Description

스택형 셀을 포함하는 각형 이차전지{PRISMATIC SECONDARY BATTERY INCLUDING STACKED CELL}
본 발명은 각형 이차전지, 보다 구체적으로는 스택형 셀을 포함하고, 스택형 셀의 전극을 미끄러질 수 있게 고정하여(slidably securing) 움직일 수 있는 집전체를 포함하는 각형 이차전지에 관한 것이다.
일차전지와는 달리, 이차전지는 재충전이 가능하고, 또한 대용량 대비 소형화가 가능하기 때문에 근래에 이차전지에 대한 많은 연구가 수행되고 있다. 전지기술의 발달과 모바일 기기에 대한 수요, 그리고 환경보호 필요성의 인식 증가에 수반한 전기자동차와 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)의 등장에 따라, 이차전지를 전력원으로 삼으려는 수요가 증가하고 있다.
이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류될 수 있다. 이차전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 재충전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jellyroll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩(Stack & Folding)형으로 대략 분류할 수 있다.
이차전지는 전지 케이스의 형상과 전극 조립체의 형태를 서로 조합함으로써 시장에서의 다양한 요구에 부응하고 있다. 특히, 근래에는 전기자동차 등과 같이 이차전지를 대량으로 탑재하는 새로운 시장분야가 열리고 있으며, 이에 따라 이차전지의 대량생산에는 수율향상과 비용절감 등을 통한 생산성 향상이 매우 중요한 도전과제가 되었다.
한국공개특허 제10-2019-0102816호 (2019.09.04 공개)
본 발명은 이차전지, 특히 수율향상과 생산비용 절감 등을 도모할 수 있고 사용 중에 발생하는 스웰링 현상에 대한 안전성이 향상된 각형 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 이차전지는, 예시적인 일 실시형태에서, 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 연장된 제1 탭을 포함하는 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 적층된 분리막, 및 제2 부분 및 상기 제2 부분으로부터 연장된 제2 탭을 포함하고, 상기 분리막 상에 적층된 제2 전극을 포함하는 전극 조립체;와, 플레이트와, 상기 플레이트의 근단에 결합하고, 제1 파트 및 상기 제1 파트 맞은편의 제2 파트를 포함하는 제1 집전체, 및 상기 플레이트의 원단에 결합하고, 제3 파트 및 상기 제3 파트 맞은편의 제4 파트를 포함하는 제2 집전체를 포함하는 집전체 어셈블리; 및 상기 플레이트에 결합하는 하우징;을 포함하고, 상기 제1 탭은, 상기 제1 집전체의 제1 파트 및 제2 파트 사이의 제1 수용공간 안에 있고, 상기 제2 탭은, 상기 제2 집전체의 제3 파트 및 제4 파트 사이의 제2 수용공간 안에 있으며, 상기 제1 집전체의 제1 파트 및 제2 파트는 서로 반대방향으로 움직이도록 구성될 수 있다.
상기 제1 전극의 제1 부분은 활물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 수용공간은, 상기 제1 파트의 근단과 상기 제2 파트의 원단 사이의 개구일 수 있다.
상기 제2 수용공간은, 상기 제3 파트의 근단과 상기 제4 파트의 원단 사이의 개구일 수 있다.
상기 제1 탭의 일부는, 상기 제1 파트 또는 제2 파트 쪽으로 구부러질 수 있다.
상기 제1 탭의 일부는, 상기 제1 집전체의 표면에 결합할 수 있다.
상기 제1 탭과 제1 파트 사이, 또는 상기 제1 탭과 제2 파트 사이의 마찰저감 요소를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 파트와 제2 파트는, 상기 제1 탭에 대해 압력을 작용할 수 있다.
상기 플레이트는 벤팅부를 포함할 수 있다.
상기 플레이트는 상기 제1 탭 또는 제1 탭에 전기적으로 결합되는 단자를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체의 측면은, 상기 제1 집전체 또는 제2 집전체부터 이격되어 있을 수 있다.
상기 제1 탭의 단부는 상기 제1 집전체의 제1 파트 또는 제2 파트 표면상의 결합부에 결합하고, 상기 결합부와 제1 수용공간 사이는 호를 형성할 수 있다.
상기 제1 탭은 상기 제1 수용공간 사이를 미끄러지도록 구성될 수 있다.
상기 하우징은, 상기 제1 탭 또는 상기 제2 탭에 전기적으로 결합되는 단자를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 벤팅부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지용 집전체 어셈블리는, 예시적인 일 실시형태에서, 플레이트;와, 상기 플레이트의 근단에 결합하고, 제1 파트 및 상기 제1 파트 맞은편의 제2 파트를 포함하는 제1 집전체;와, 상기 플레이트의 원단에 결합하고, 제3 파트 및 상기 제3 파트 맞은편의 제4 파트를 포함하는 제2 집전체;와, 상기 제1 집전체의 제1 파트 및 제2 파트 사이의 제1 수용공간; 및 상기 제2 집전체의 제3 파트 및 제4 파트 사이의 제2 수용공간;을 포함하고, 상기 제1 집전체의 제1 파트 및 제2 파트는 서로 반대방향으로 움직이도록 구성될 수 있다.
상기 플레이트는 벤팅부를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, 예시적인 일 실시형태에서, 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 연장된 제1 탭을 포함하는 제1 전극을 제공하는 단계와, 상기 제1 전극 상에 분리막을 적층하는 단계, 및 제2 부분 및 상기 제2 부분으로부터 연장된 제2 탭을 포함하는 제2 잔극을 상기 분리막 상에 적층하는 단계를 포함하는 스택형 전극 조립체를 제공하는 단계;와, 플레이트를 제공하는 단계와, 상기 플레이트의 근단에 결합하는 단계, 및 제3 파트 및 상기 제3 파트 맞은편의 제4 파트를 포함하는 제2 집전체를 상기 플레이트의 원단에 결합하는 단계를 포함하는 집전체 어셈블리를 형성하는 단계;와, 상기 제1 집전체의 상기 제1 파트 및 제2 파트를 서로 반대방향으로 분리하는 단계;와, 상기 제1 집전체의 제1 파트 및 제2 파트 사이의 제1 수용공간 안에 상기 제1 탭을 삽입하는 단계; 및 상기 제2 집전체의 제3 파트 및 제4 파트 사이의 제2 수용공간 안에 상기 제1 탭을 삽입하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1 탭을, 상기 제1 파트 또는 제2 파트을 향하는 제1 방향으로 구부리는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 탭의 일단을, 상기 제1 파트 또는 제2 파트의 표면에 붙이는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 대한 일례는 스택형 배터리를 사용하는 것으로 제공될 수 있다. 어떤 실시형태에서는, 스택형 전극 조립체의 제조에서 무지부에 대한 노칭(타발) 공정이 생략될 수 있으며, 이에 따라 노칭 공정에서 비롯되는 수율 저하와 공정관리의 어려움을 줄일 수 있다.
나아가 본 발명의 스택형 배터리는 전극 탭으로서 기능하는 양극 및 음극 무지부가 여유 길이부를 구비함에 따라, 반복적인 충·방전에 의한 배터리 퇴화나 충격 등에 의해 스택형 전극 조립체에 스웰링 현상이 발생하더라도 용접부에 과도한 응력이 작용하지 않으며, 이에 따라 이차전지의 사용 중에 전극 탭의 단선이 방지됨으로써 안전성이 향상된다.
또한, 본 발명은 클립 구조체를 이용하여 전극 탭의 일부분을 고정하면서 스웰링에 수반하는 전극 탭의 이동을 미끄럼 운동이 가능하도록 유도함으로써, 스택형 전극 조립체의 스웰링 양에 비례하여 그만큼만 전극 탭이 이동하게 된다. 이에 따라, 전극 탭의 여유 길이부는 스택형 전극 조립체의 스웰링 현상에 효과적으로 대응할 수 있으며, 여유 길이부의 위치와 운동이 정확히 제어됨으로써 내부 쇼트 등의 위험이 제거된다.
본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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 예시적인 실시형태에 따른 스택형 배터리에 대한 분해 사시도이다.
도 2(a)는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 스택형 전극 조립체의 단면을 도시한 도면이다.
도 2(b)는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 예시적인 애노드 및 캐소드를 위에서 아래로 바라보며 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 예시적인 배터리 셀에 대한 분해 사시도다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 예시적인 집전체 어셈블리에 대한 사시도다.
도 4(b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 다른 예시적인 집전체 어셈블리에 대한 사시도다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 예시적인 조립된 배터리 셀의 사시도다.
도 6(a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 예시적인 배터리 셀의 부분 사시도다.
도 6(b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 용접부를 포함하는 다른 예시적인 배터리 셀의 부분 사시도다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 전극 탭이 접혀진 예시적인 배터리 셀의 부분 사시도다.
도 7(b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 전극 탭이 접혀지고 용접부를 포함하는 다른 예시적인 배터리 셀의 부분 사시도다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 복수의 스택형 전극 조립체를 포함하는 예시적인 배터리 셀의 부분 사시도다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 여유 길이부를 구비하는 예시적인 배터리 셀의 단면도다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 스웰링이 발생한 후의 도 9의 예시적인 배터리 셀의 단면도다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 여유 길이부를 구비하는 복수의 스택형 전극 조립체를 포함하는 예시적인 배터리 셀의 단면도다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 여유 길이부와 단일한 용접부를 구비하는 복수의 스택형 전극 조립체를 포함하는 예시적인 배터리 셀의 단면도다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 마찰저감 구조를 포함하는 예시적인 배터리 셀의 단면도다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 다른 마찰저감 구조를 포함하는 예시적인 배터리 셀의 단면도다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 스택형 배터리에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 양극전극과 음극전극 사이에 분리막이 개재된 단위 셀이 상하로 적층되고, 각 단위 셀의 양극 무지부와 음극 무지부는 서로 반대 측면에 배치된 스택형 전극 조립체, 및 양극 단자와 음극 단자가 구비된 집전체 플레이트를 포함한다.
여기서, 상기 집전체 플레이트는 그 양단에 상기 양극 단자와 음극 단자에 각각 전기적으로 연결되어 수직하게 연장된 도전성 재질의 양극 집전체 및 음극 집전체를 구비하고, 상기 양극 집전체 및 음극 집전체는 상기 양극 무지부와 음극 무지부에 각각 결합한다.
특히, 본 발명에 따르면, 상기 양극 무지부와 음극 무지부는 각각 양극 탭과 음극 탭으로 기능하고, 상기 양극 무지부와 음극 무지부의 폭은 각각 양극 유지부와 음극 유지부의 폭에 대응한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 스택형 전극 조립체는 양극 탭과 음극 탭으로 기능하는 양극 무지부와 음극 무지부에 별도의 노칭 가공이 수행되지 않는다. 즉, 양극 무지부와 음극 무지부의 폭은 각각 양극 유지부와 음극 유지부의 폭에 대응하는 것으로서, 전극 탭을 형성하기 위한 별도의 노칭 가공이 생략됨에 따라 노칭 공정에서 비롯되는 수율 저하와 공정관리의 어려움을 해소하고 생산성을 향상할 수 있게 된다.
이상에서 기술한 본 발명은 몇몇 예시와 첨부된 도면에 도시된 사항을 통해 상세히 설명된다. 전체 도면에 걸쳐, 가능한 한 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호가 사용될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 스택형 배터리(100)에 대한 분해 사시도이다. 스택형 배터리(100)는 배터리 셀(101)과 하우징(케이스)(103)을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 배터리 셀(101)은 스택형 전극 조립체(110)와, 스택형 전극 조립체(110)에 결합한 집전체 어셈블리(200)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 배터리 셀(101)은 하우징(103)의 개구를 통해 삽입되고, 스택형 배터리(100)를 형성하고자 하우징(103) 안에 배치될 수 있다. 예를 들어, 하우징(103)은 개구와 배터리 셀(101)을 수용하도록 형성된 공간을 구비하는 육면체 배터리 케이스일 수 있으나, 하우징(103)의 형태와 크기는 이에 제한되지 않는다.
일 실시형태에서, 배터리 셀(101)은 벤팅부(120)를 포함할 수 있다. 벤팅부(120)는 스택형 배터리(100)의 작동 전, 작동 중 및/또는 작동 후에 스택형 배터리(100) 내부에서 생성된 과다 가스를 배출하도록 구성되어 있다. 벤팅부(120)는 스택형 배터리(100)의 내압이 사전에 설정된 압력보다 클 경우에 그 형태가 변형되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅부(120)는 스택형 배터리(100)의 사전에 설정된 내압에 기초하여 변형되거나 또는 파열되는 재질로 만들어질 수 있다. 이에 따라, 스택형 배터리(100) 내부에서 생성된 과다 가스는 배출되어 스택형 배터리(100)의 내압이 떨어진다. 사전에 설정되는 압력값은 하우징(103)의 재질 및/또는 배터리 셀(101)의 내압성에 기초하여 설정될 수 있다.
도 2(a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 스택형 전극 조립체(110)의 단면을 도시한 도면이다. 일 실시형태에서, 스택형 전극 조립체(110)는, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 애노드(106), 하나 또는 그 이상의 캐소드(108), 그리고 하나 또는 그 이상의 애노드(106)와 하나 또는 그 이상의 캐소드(108) 사이에 배치된 하나 또는 그 이상의 분리막(107)을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 하나 또는 그 이상의 애노드(106)는, 예를 들어 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 제1 애노드 층(106a), 제1 애노드 층(106a) 위의 집전체(106b), 그리고 집전체(106b) 위의 제2 애노드 층(106c)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 제1 및 제2 애노드 층(106a, 106c)은, 애노드(106)의 제1 및 제2 애노드 층(106a, 106c) 및/또는 집전체(106b)의 하나 또는 그 이상의 표면에 도포된 활물질을 포함할 수 있다. 나아가 애노드(106)는 무지부(106d)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무지부(106d)는, 도 2(a)에 도시된 것처럼, 활물질이 도포되지 않은 집전체(106b)의 적어도 일부분을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 무지부는, 활물질이 도포되지 않은 무지부의 일부분 또는 전부를 정의하는 것일 수 있다.
일 실시형태에서, 하나 또는 그 이상의 캐소드(108)는, 예를 들어 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 제1 캐소드 층(108a), 제1 캐소드 층(108a) 위의 집전체(108b), 그리고 집전체(108b) 위의 제2 캐소드 층(108c)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 제1 및 제2 캐소드 층(108a, 108c)은, 캐소드(108)의 제1 및 제2 캐소드 층(108a, 108c) 및/또는 집전체(108b)의 하나 또는 그 이상의 표면에 도포된 활물질을 포함할 수 있다. 나아가 캐소드(108)는 무지부(108d)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무지부(108d)는, 도 2(a)에 도시된 것처럼, 활물질이 도포되지 않은 집전체(108b)의 적어도 일부분을 포함할 수 있다. 본 실시형태에서 무지부는, 활물질이 도포되지 않은 캐소드(108)의 집전체(108b)의 무지부 일부분 또는 전부를 의미하는 것일 수 있다.
일 실시형태에서, 스택형 전극 조립체(110)는 각각의 애노드 무지부(106d)(이를 테면, 양극 무지부)와 각각의 캐소드 무지부(108d)(이를 테면, 음극 무지부)가 서로 스택형 배터리(100)의 반대측에 있는 양방향 전극 조립체일 수 있다.
도 2(b)는, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 예시적인 애노드(106) 및 캐소드(108)를 위에서 아래로 바라보며 도시한 것이다. 도 2(b)는 애노드 무지부(106d) 및 애노드 유지부(106e)를 포함하는 애노드(106)를 보여준다. 나아가 도 2(b)는 캐소드 무지부(108d) 및 캐소드 유지부(108e)를 포함하는 캐소드(108)를 보여준다. 일 실시형태에서, 도 2(b)에 나타난 것처럼, 애노드 무지부(106d)와 캐소드 무지부(108d)는 각각 애노드(106)와 캐소드(108)의 일측면을 따라 배치될 수 있다. 종래 전극 조립체의 애노드 및 캐소드와는 다르게, 애노드(106)와 캐소드(108)는 무지부(106d, 108d)가 구비된 측면을 따라서 노치를 포함하지 않는다. 이것은, 본 실시형태에서 애노드(106)는, 도 2(b)에 도시된 것과 같이, 그 전장에 결쳐 애노드 무지부(106d)를 포함할 수 있다는 것이다. 또한, 캐소드(108) 역시, 도 2(b)에 도시된 것과 같이, 그 전장에 결쳐 캐소드 무지부(108d)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 어떠한 노칭도 없는 무지부를 가진 애노드(106)와 캐소드(108)를 구비하는 스택형 배터리(100)를 제조함에 있어, 생산성이 향상된다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 셀(101)에 대한 분해 사시도다. 일 실시형태에서, 배터리 셀(101)은 스택형 전극 조립체(110)와 집전체 어셈블리(200)를 포함할 수 있다. 배터리 셀(101)은, 예를 들어 도 1에 도시된 것과 같이, 스택형 전극 조립체(110)와 집전체 어셈블리(200)가 결합하여 형성된 구조일 수 있다.
일 실시형태에서, 집전체 어셈블리(200)는 플레이트(201), 양극단자(210), 그리고 음극단자(220)을 포함할 수 있다. 양극단자(210)와 음극단자(220)는 플레이트(201) 상에 배치되고, 사각형태를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 아울러 집전체 어셈블리(200)는 각각이 도전성 재질로 만들어진 양극 집전체(230)와 음극 집전체(240)를 포함할 수 있다. 양극 집전체(230)와 음극 집전체(240)를 통틀어서 클립 구조체(250)라 지칭h할 수 있다. 도 3에 도시된 것과 같이, 양극 집전체(230)의 근단(proximal end)은 플레이트(201)의 일단에 연결되고, 음극 집전체(240)의 근단은 플레이트(201)의 타단에 연결될 수 있다. 양극 집전체(230)와 음극 집전체(240)는 각각 양극단자(210)와 음극단자(220)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3에 보여지는 것처럼, 양극 및 음극 집전체(230, 240)는 플레이트(201)의 반대편을 향해 수직으로 연장될 수 있다. 이에 따라, 집전체 어셈블리(200)는 집전체를 포함하는 평판 부재로서, 하우징(혹은 배터리 케이스, 명확한 도시를 위해 도 3에는 생략됨)(103)의 어느 개구로 삽입되어 결합함으로써 밀봉을 형성할 수 있다. 예를 들어, 집전체 어셈블리(200)는, 배터리 셀(1001)을 수용하도록 배터리 케이스(예를 들어, 육면체 배터리 케이스 또는 하우징)(103)의 상면에 형성된 개구에 결합할 수 있다. 집전체 어셈블리(200)는 캡 플레이트(cap plate)라 지칭될 수 있으며, 이는 집전체 어셈블리(200)의 플레이트(201)가 하우징(103)의 개구를 폐쇄하기 위한 캡의 기능을 하도록 스택형 배터리(100)의 상면에 위치할 수 있기 때문이다.
도 3을 계속 참조하면, 스택형 전극 조립체(110)는 양극 무지부 탭(112)과 음극 무지부 탭(114)을 포함할 수 있다. 양극 무지부 탭(112)은 애노드 집전체(예를 들어, 106b)의 복수의 애노드 무지부(예를 들어, 106d)를 포함할 수 있다. 양극 무지부 탭(112)과 음극 무지부 탭(114)의 형태와 크기는 각각 애노드 무지부(106d)와 캐소드 무지부(108d)의 형태에 대응할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 나아가 음극 무지부 탭(114)은 캐소드 집전체(예를 들어, 108b)의 복수 개 캐소드 무지부(예를 들어, 108d)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 양극 집전체(230)와 음극 집전체(240)는 스택형 전극 조립체(110)의 양극 무지부 탭(112)과 음극 무지부 탭(114)에 결함함으로써, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 셀(101)을 구성할 수 있다.
계속 도 3을 참조하면, 양극 및 음극 집전체(230, 240)는 도전성 재질로 만들어질 수 있다. 그러나, 양극 집전체(230)와 음극 집전체(240)가 각각 도전성 재질로 만들어질 수 있음이, 양극 및 음극 집전체(230, 240) 전체가 도전성 재질로 만들어지는 것으로 한정되는 것이 아님에 유의할 필요가 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서는, 양극 및 음극 집전체(230, 240)가 양극 무지부 탭(112)과 음극 무지부 탭(114)와 결합 또는 접촉하는 일부분만 도전성 재질로 만들어질 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 양극 무지부 탭(112)과 음극 무지부 탭(114)은 각각 양극 탭과 음극 탭일 수 있다. 나아가 양극 무지부 탭(112)의 폭과 음극 무지부 탭(114)의 폭은, 예를 들어 도 2에 도시된 것처럼, 각각이 애노드(106)의 유지부 폭과 캐소드(108)의 유지부 폭에 대응할 수 있다. 양극 무지부 탭(112)과 음극 무지부 탭(114)의 폭이 애노드(106)의 유지부와 캐소드(108)의 유지부 폭에 대응함에 따라, 전극 탭을 형성하기 위한 별개의 노칭 공정을 생략하는 것이 허용된다. 이에 따라, 본 발명에서는 종래의 노칭 공정에서의 수율 저하와 공정관리의 어려움이 원천적으로 배제됨으로써 이차전지의 생산성이 향상된다.
도 3을 계속 참조하면, 이하에서 클립 구조체(250)라 통칭할 양극 집전체(230)와 음극 집전체(240)는 각각 양극 무지부 탭(112)과 음극 무지부 탭(114)을 탄성적 또는 가동적으로(movably) 고정할 수 있다. 본 발명에서, 클립 구조체(250)는, 양극 및 음극 집전체(230, 240)에 대해 양극 무지부 탭(112)과 음극 무지부 탭(114)을 접합 또는 고정하기에 충분한 압력을 작용할 수 있는 일종의 집게나 기타 메커니즘에 유사한 어떠한 구조체로서 정의될 수 있다.
클립 구조체(25)의 특성에 의하여, 양극 및 음극 집전체(230, 240)에 대한 양극 및 음극 무지부 탭(112, 114)의 결합 또는 고정은 견고하고 용이하게 이루어질 수 있다. 일 실시형태에서, 클립 구조체(250)는, 양극 집전체(230) 및/또는 음극 집전체(240)의 수직방향을 따라 형성된 슬릿(혹은 개구)(252)이나 관통 홈을 구비하는 것으로 도시되어 있다. 슬릿(혹은 개구)(252)의 크기나 형태는 이에 제한되지 않는다. 양극 및 음극 무지부 탭(112, 114)은 양극 및 음극 집전체(230, 240)의 슬릿(혹은 개구)(252) 안으로 삽입 또는 미끄러져 들어가 견고하게 결합할 수 있다.
도 4(a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 집전체 어셈블리(200)에 대한 사시도다. 도 4(a)는 각각이 도전성 재질로 만들어진 양극 집전체(430)와 음극 집전체(440)를 포함하는 집전체 어셈블리(200)를 보여준다. 양극 집전체(430)와 음극 집전체(440)는 통칭하여 클립 구조체(430)라 부를 수 있다. 양극 집전체(430)와 음극 집전체(440)는 각각 양극단자(210)와 음극단자(220)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 양극 집전체(430)는 그 원단(distal end)에 노치(454)를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 음극 집전체(440)는 그 원단에 노치(454)를 포함할 수 있다. 노치(454)는 양극 무지부 탭(112) 및/또는 음극 무지부 탭(114)이 양극 집전체(430) 및/또는 음극 집전체(440)의 슬릿(혹은 개구)(452) 안으로 쉽게 삽입 또는 미끄러져 들어가는 것을 가능케 한다. 노치(454)의 형태와 크기로 인해, 양극 무지부 탭(112)은 슬릿(혹은 개구)(452) 안으로 용이하게 삽입될 수 있다. 이에 따라, 노치(454)는 더욱 큰 제조공차를 허용하고 생산수율 및 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4(b)는 집전체 어셈블리(200)의 또 다른 실시형태를 도시하고 있다. 이러한 실시형태에서, 양극 집전체(430)는 그 원단에 반원 절개부(456)를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 음극 집전체(440)는 그 원단에 반원 절개부(456)를 포함할 수 있다. 반원 절개부(456)는 양극 무지부 탭(112) 및/또는 음극 무지부 탭(114)이 양극 집전체(430) 및/또는 음극 집전체(440)의 반원 절개부(456) 안으로 삽입 또는 미끄러져 들어가는 것이 가능하도록 구성된다. 반원 절개부(456)의 형태와 크기로 인해, 양극 무지부 탭(112)은 반원 절개부(456) 안으로 용이하게 삽입 또는 미끄러질 수 있다. 이에 따라, 반원 절개부(456)는 더욱 큰 제조공차를 허용하고 생산수율 및 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 조립된 배터리 셀(101)의 사시도다. 도 5에 도시된 것처럼, 조립된 배터리 셀(101)은 스택형 전극 조립체(110)를 포함할 수 있으며, 스택형 전극 조립체(110)는 양극 및 음극 무지부 탭(112, 114)(명확한 도시를 위해 도면에는 생략됨)이 양극 및 음극 집전체(230, 240)의 슬릿(혹은 개구)(252) 안으로 미끄러져 들어가거나 삽입됨으로써 집전체 어셈블리(200)에 결합되어 있다.
이러한 실시형태에서, 양극 무지부 탭(112)은, 양극 집전체(230) 표면의 적어도 일부분에 양극 무지부 탭(112) 표면의 적어도 일부가 서로 결합하도록, 예를 들어 도 5에 도시된 것처럼, 양극 집전체(230)의 일면을 향해 접힐 수 있다. 도시의 명확성을 위해 도 5에 도시되어 있지 않았다 하여도, 음극 무지부 탭(114)은 유사한 방식으로서 음극 집전체(240)의 일면을 향해 접힐 수 있다. 양극 또는 음극 무지부 탭(112, 114)의 표면을 결합함으로써, 무지부 탭(112, 114)과 집전체(230, 240) 사이의 결합 강도가 증가하며, 이뿐만 아니라 무지부 탭(112, 114)과 집전체(230, 240) 사이에 더욱 큰 전기접촉이 이루어질 수 있다.
도 6(a) 내지 도 7(b)는 본 발명에 따른 무지부 탭(112, 114)과 집전체(230, 240) 사이의 다양한 결합배치를 보여주는 도면이다. 예를 들어, 도 6(a) 내지 도 7 (b)는 양극 무지부 탭(112)과 양극 집전체(230) 사이의 결합배치 내지 구성을 도시하고 있다. 이러한 결합배치 내지 구성은 반대편의 음극 무지부 탭(114)과 음극 집전체(240)에도 동일하게 적용될 수 있다. 조립된 배터리 셀(101)의 일 측면만을 도시한 것은 이러한 실시형태에 대한 도시 및 설명의 명확성을 위한 것이다.
도 6(a)는 양극 무지부 탭(112)이 양극 집전체(230)의 슬릿(혹은 개구)(252) 안으로 삽입되거나 미끄러져 들어감으로써 양극 집전체(230)에 대해 결합 내지 고정될 수 있는 실시형태를 보여준다. 이러한 실시형태에서, 추가적인 공정은 요구되지 않을 수 있다. 이에 따라, 이 실시형태는 상대적으로 간단한 결합 구조를 제공한다.
대안적으로, 도 6(b)는 양극 무지부 탭(112)이 양극 집전체(230)의 슬릿(혹은 개구)(252) 안으로 삽입되거나 미끄러져 들어가고, 도 6(b)에 도시된 용접영역(W)에 대해, 또는 그 주변에 용접됨으로써 양극 집전체(230)에 대해 결합 내지 고정될 수 있는 대안적인 실시형태를 보여준다. 용접에 의해, 양극 무지부 탭(112)과 양극 집전체(230) 사이의 결합 강도가 증가하고, 결합 신뢰성이 향상된다. 이와 같은 실시형태에서, 양극 무지부 탭(112)은 복수의 애노드 무지부(예를 들어, 106d)를 상호 용접함으로써 형성될 수 있다. 추가적으로, 양극 무지부 탭(112)의 적층된 애노드 무지부(106d)는 양극 집전체(230)에 대해 용접영역(W)이나 그 주변에서 함께 용접될 수 있다. 도 6(b)에는 용접영역(W)이 양극 무지부 탭(112) 전체에 결쳐 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 단순한 예시일 뿐이므로, 용접영역(W)이 그 일부분에만 형성될 수 있음은 물론이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 양극 무지부 탭(112) 또는 음극 무지부 탭(114)의 돌출 단부 내지 모서리부가 클립 구조체(250) 내지 집전체(230, 240)의 일면을 향해 구부러질 수 있음을 도시하고 있다. 무지부 탭(112, 114)의 돌출 단부가 클립 구조체(250) 또는 집전체(230, 240)의 일면을 향해 구부러짐에 따라, 무지부 탭(112, 114)과 집전체(230, 240) 사이의 결합 강도가 더욱 증가하고 스택형 배터리(100)에서의 불필요한 부피 내지 공간이 감소한다. 이에 따라, 스택형 배터리(100)의 용량은, 동일 또는 유사한 크기를 갖는 다른 각형 이차전지에 비해 증가한다.
도 7(b)는, 전술한 도 7(a)의 실시형태와 유사하게, 양극 무지부 탭(112) 또는 음극 무지부 탭(114)의 돌출 단부 내지 모서리부가 클립 구조체(250)의 일면을 향해 구부러질 수 있음을 도시하고 있다. 추가적으로, 양극 무지부 탭(112) 또는 음극 무지부 탭(114)은 집전체(230, 240)에 대해, 또는 용접영역(W) 주변에 용접될 수 있으며, 이로써 무지부 탭(112, 114)과 집전체(230, 240) 사이의 결합 강도가 더욱 증가하고 스택형 배터리(100)에서의 불필요한 부피 내지 공간이 감소한다. 이에 따라, 스택형 배터리(100)의 용량은, 동일 또는 유사한 크기를 갖는 다른 각형 이차전지에 비해 증가한다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 셀(101)의 사시도다. 본 실시형태에서, 도 8에 도시된 바와 같이 배터리 셀(101)은 서로 평행하게 배열된 복수의 양극 무지부 탭(112, 112')을 포함할 수 있다. 본 실시형태에서, 양극 집전체(230) 또는 음극 집전체(240)는 복수의 슬릿(혹은 개구)(252)(도시의 명확성을 위해 미도시됨)을 형성하도록 집전체 어셈블리(200)에 대해 서로 평행하게 수직으로 배치된 복수 부위를 포함할 수 있다. 이에 따라, 양극 무지부 탭(112) 또는 음극 무지부 탭(114)은 양극 집전체(230) 또는 음극 집전체(240)의 복수 부위의 개수에 대응하여 복수의 무지부 탭(112, 112', 114, 114')으로 분할될 수 있다. 그리고, 복수의 무지부 탭(112, 112', 114, 114')은, 본 발명의 전술한 실시형태에 대응하여, 양극 집전체(230) 또는 음극 집전체의 슬릿(혹은 개구)(252)를 통해 개별적으로 결합 내지 고정될 수 있다. 도 8에는 두 개의 양극 무지부 탭(112, 112')이 도시되어 있지만, 본 발명의 전술한 실시형태에 따라, 동일한 배치 내지 구조가 음극 무지부 탭(114, 114')에도 적용될 수 있다. 복수의 슬릿(혹은 개구)(252) 및 집전체(230, 240)의 복수 부위가 제공됨으로써, 스택형 전극 조립체(110)의 두께가 증가하더라도 무지부 탭(112, 114)과 집전체(230, 240) 사이에 안정적인 결합 강도가 제공될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 이차전지는, 이차전지의 크기가 증가하는 경우에도, 생산상의 유연성을 제공하여 이에 대응할 수 있게 된다. 본 실시형태에서, 집전체(230, 240)의 복수 부위는 사실상 구조적으로 독립한 복수의 집전체(230, 240)를 구비할 필요가 있음을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 8에 도시된 것처럼, 복수의 클립 구조체(250) 또는 집전체(230, 240)는 하나의 집전체(230 또는 240)에 복수의 슬릿(혹은 개구)(252)(도시와 설명의 명확성을 위해 미도시됨)을 형성함으로써 구조적으로 구성할 수 있음은 전술한 바와 같다.
추가적 또는 대안적으로, 비록 도시되지는 않았지만, 앞선 실시형태에서 설명한 굽힘 구조(또는 구성)나 용접영역(W)이 본 발명의 다양한 실시형태에서 설명했던 각각의 무지부 탭(112, 114)에 적용될 수 있다.
도 9는 양극 및/또는 음극 무지부 탭(112, 114)의 배치 또는 구성을 도시한 단면도로서, 스택형 전극 조립체(110)의 전극 탭과 클립 구조체(250) 또는 집전체(230, 240)에 관한 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 양극 무지부 탭(112) 또는 음극 무지부 탭(114)은 스택형 전극 조립체(110)로부터 길게 연장되어 슬릿(혹은 개구)(252)을 통과한다. 양극 무지부 탭(112) 또는 음극 무지부 탭(114)은 여유 길이부(300)를 포함할 수 있으며, 여유 길이부(300)는, 예를 들어 원호 내지 곡선 형상을 가짐으로써 스택형 전극 조립체(110)에서 기인하는 스웰링 양에 기반하는 길이변화를 가져올 수 있다.
스웰링 현상은 스택형 전극 조립체(110)에서 발생할 수 있는 현상으로서, 예를 들어 스택형 전극 조립체(110)는 반복되는 충전과 방전으로 인해 시간 경과에 따라 점차로 부풀어오를 수 있다. 또한, 스웰링 현상은 일반적인 배터리의 리튬이온 전해액이 작동 중에 기화되는 것에 의해서도 발생할 수 있는데, 전해액의 기화로 인한 배터리 내압 발생에 의해 배터리는 부풀어오르거나 표면이 예컨대 볼록하게 변형될 수 있다. 추가적으로 스웰링 현상은 배터리 케이스 내지 하우징에 변형을 일으킴으로써, 심각한 경우에는 종래의 배터리에서 전해액이 누출되거나 화재, 폭발이 발생할 수도 있다.
스웰링 현상은 이차전지의 내부 구조에도 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 배터리 내부에서의 스웰링은 전극 탭에 물리적 응력을 작용할 수 있다. 종래의 스택형 전극 조립체에 있어서, 복수 개 단위 셀 각각의 전극 탭(양극 전극 탭 및 음극 전극 탭)은 용접에 의해 전극단자(양극단자 및 음극단자)에 결합될 수 있다. 이에 따라, 각 단위 셀에서 전극단자까지의 거리는 스택형 전극 조립체의 두께에 기반하여 달라질 수 있다. 이와 같이, 스택형 전극 조립체에서 스웰링 현상이 발생하면, 전극단자로부터의 어떤 단위 셀까지의 상대 위치는 배터리 셀과 전극단자 사이의 거리에 따르게 된다. 이에 따라, 배터리 셀에 스웰링이 발생할 경우, 전극단자에서 멀리 떨어진 배터리 셀의 전극 탭에는 강한 인장력이 작용하게 된다. 그러나, 전극 탭과 전극단자가 용접부로 설계되면, 제조편차를 고려한 최소한의 공간만이 제공될 수 있을 뿐이다. 그러므로, 배터리가 열화하고 스웰링이 발생하면, 강한 인장력이 작용한 전극 탭은 부착된 전극단자로부터 쉽게 단락되고, 이로 인한 접극 탭의 단절은 배터리의 안전성에 악영향을 미치게 된다.
다시 도 9를 참조하면, 스웰링 현상에 기인하는 양극 무지부 탭(112)과 음극 무지부 탭(114)의 용접부(330)로부터의 단절 내지 단락은, 배터리 셀(101)의 양극 무지부 탭(112)과 음극 무지부 탭(114)에 여유 길이부(300)가 구비됨으로써 방지된다. 여유 길이부(300)의 길이는 배터리 셀(101)에서 발생할 수 있는 스웰링 양에 기반한다. 전극단자(210, 220)에 전기적으로 연결된 스택형 전극 조립체(110)의 양극 및 음극 무지부 탭(112, 114)의 상대 위치가 스웰링 현상에 의해 변화했을 때, 이러한 상대 위치의 변화에 반응하여 여유 길이부(300)의 길이가 변화할 수 있다. 그럼으로써, 스웰링 현상으로 인해 양극 및 음극 무지부 탭(112, 114)에 인가되었던 응력은, 스택형 전극 조립체(110)의 상대 위치가 현저히 변한 경우라도, 크게 감소하거나 배제될 수 있다.
도 10은 배터리 셀(101)의 전극 탭(112 또는 114)이 클립 구조체(250)의 슬릿(혹은 개구)(252)에 지지되는 스택형 전극 조립체(110)로부터 연장된 것을 도시하고 있다. 전극 탭(112, 114)은 전극단자(210, 220)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 여유 길이부(300)는 클립 구조체(250)의 슬릿(혹은 개구)(252)을 관통한 후, 예컨대 원호 내지 곡선 형태를 이룰 수 있다. 여유 길이부(300)의 단부는 클립 구조체(250)에 접합되는 용접부(330)를 형성하며, 용접부를 통해, 전극 탭(112 또는 114)은 클립 구조체(250)를 거쳐 전극단자(210 또는 220)에 전기적으로 연결된다.
일 실시형태에서, 본 발명의 클립 구조체(250)는, 번들 혹은 복수인 애노드 무지부(106d) 및 캐소드 무지부(108d)를 포함할 수 있는 전극 탭(112, 114)을, 그 형태와는 무관한 슬릿(혹은 개구)(252)를 통해 물리적으로 유지 내지 지지하는 구성요소일 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 것과 같이, 양극 또는 음극 무지부 탭(112 또는 114)은 클립 구조체(250)에 형성된 슬릿(혹은 개구)(252)에 일시적으로 고정되도록 삽입될 수 있다. 이러한 경우에, 일시적 고정이란 양극 또는 음극 무지부 탭(112 또는 114)은 클립 구조체(250)에 삽입되어 대체로 그 위치가 고정되지만, 어느 수준의 인장력이 작용하면 상대이동이 일어나는 고정 상태를 지칭하는 것이다.
클립 구조체(250)의 슬릿(혹은 개구)(252)은 전극 탭(112 또는 114)을 가압하여 일시적으로 고정하는 부분이고, 연장 길이부(300)는 클립 구조체(250)의 슬릿(혹은 개구)(252)에 연이어 형성되어 스택형 전극 조립체(110)의 스웰링에 대응하도록 구성된다. 이는 곧, 스택형 전극 조립체(110)가 부풀어올라 전극 탭(112 또는 114)에 인장력이 가해지면, 슬릿(혹은 개구)(252) 안의 여유 길이부(300)가 스택형 전극 조립체(110) 쪽으로 이동함으로써 전극 탭(112 또는 114)에 가해진 응력은 크게 경감된다. 이러한 실시형태에서, 전극 탭(112 또는 114) 및 양극 및 음극단자(210, 220)의 극성이 뚜렷이 구별되지 않은 것은 상호 교환적임을 나타내는 것일 수 있으며, 이것은 전극 탭(112 또는 114) 및 클립 구조체(250)의 여유 길이부(300)의 구조는 양극과 음극을 구별함이 없이 적용될 수 있기 때문이다.
일 실시형태에서, 여유 길이부(300)는, 슬릿(혹은 개구)(252)과 용접부(330) 사이에, 유턴부(또는 굴곡부)(310)를 형성할 수 있다. 유턴부(310)는 클립 구조체(250)의 슬릿(혹은 개구)(252)를 향해 완만한 곡선을 이룸으로써 여유 길이부(300)의 움직임을 저해하는 저항을 감소시킬 수 있다. 일 실시형태에서, 유턴부(310) 정점의 상대적 위치는 여유 길이부(300)의 이동량에 따라 달라질 수 있다. 도 10은 스택형 전극 조립체(110)에 스웰링 형상이 발생했을 때, 클립 구조체(250)에 의해 지지되는 전극 탭(112 또는 114)의 상대적 위치 변화를 예시적으로 도시하고 있다. 도 9와 비교하면, 스택형 전극 조립체(110)의 두께가 부풀어올랐으며(두께가 d에서 d'로 증가), 스택형 전극 조립체(110)가 클립 구조체(250)의 슬릿(혹은 개구)(252)으로부터 멀어짐에 따라, 슬릿(혹은 개구)(252)에서의 상대 이동이 증가하였다. 예를 들어, 거리 D1가 대략 0.1∼50㎜, 바람직하게는 대략 1∼10㎜이라면, 스웰링에 의해 스택형 전극 조립체(110)의 상대 위치가 변화하였을 때, 거리 D2가 대략 0.1∼20㎜, 바람직하게는 대략 0.5∼5㎜가 되도록 유턴부(310)의 정점 위치가 변화할 수 있다. 따라서, 여유 길이부(300)는 전극 탭(112 또는 114)의 이동에 대응하는 만큼 움직일 수 있고, 이로써 전극 탭(112 또는 114)의 단절이 방지된다. 본 실시형태에서, 전극 탭(112 또는 114)의 중간 부분이 클립 구조체(250)에 의해 지지되고 스웰링에 기인하는 전극 탭(112 또는 114)의 움직임이 슬라이딩 동작으로 유도됨으로써, 전극 탭(112 또는 114)은 스웰링 수준만큼만 이동하도록 정교하게 설계될 수 있다. 이에 따라, 전극 탭(112 또는 114)의 여유 길이부(300)는 스택형 전극 조립체(110)의 스웰링 현상에 효과적으로 대응할 수 있고, 여유 길이부(300)의 위치와 이동은 내부 단락과 같은 위험을 현저히 감소시키거나 배제하도록 정교하게 제어될 수 있다.
대안적으로, 도 11에 예시적으로 도시된 것과 같이, 복수의 스택형 전극 조립체(110)가 하나의 배터리 셀(101)에 구비될 수 잇다. 이런 경우에, 복수의 스택형 전극 조립체(110)로부터 연장된 양극 및 음극 무지부 탭(112, 114)은 클립 구조체(250)에 대해 서로 독립적인 슬릿(혹은 개구)(252)에 삽입 관통될 수 있다.
도 11은 복수의 스택형 전극 조립체(110)가 복수의 클립 구조체(250)에 의해 지지될 수 있음을 도시한다. 이는 복수의 클립 구조체(250)는 복수 개 스택형 전극 조립체(110)의 개수에 기초하여 구비될 수 있으며, 각각의 스택형 전극 조립체(110)는 대응하는 클립 구조체(250)의 슬릿(혹은 개구)(250)에 의해 지지될 수 있다는 것이다. 각 스택형 전극 조립체(110)로부터 연장된 전극 탭(112 또는 114)에 구비된 여유 길이부(300)의 일단은, 전극 탭(112 또는 114)을 지지하는 클립 구조체(250)에 대해 용접부(330)를 형성할 수 있다. 이는, 도 11에 나타난 실시형태는 복수의 스택형 전극 조립체(110)이 평행하게 배치된 실시형태에 대응할 수 있다는 것이다. 대안적으로, 복수의 스택형 전극 조립체(110)가 하나의 클립 구조체(250)에 의해 지지되는 실시형태 또한 가능하다.
도 12를 참조하면, 하나의 클립 구조체(25)는 스택형 전극 조립체(110)의 개수에 대응하는 복수의 슬릿(혹은 개구)(252)를 구비할 수 있으며, 각각의 스택형 전극 조립체(110)는 대응하는 슬릿(혹은 개구)(252)에 의해 지지될 수 있다. 스택형 전극 조립체(110)에서 연장된 전극 탭(112 또는 114)에 구비된 어느 연장 길이부(300)의 일단은 하나의 용접부(330)를 형성할 수 있다. 이는 복수의 연장 길이부(300)가 단일한 용접부(330)를 형성하도록 함께 용접될 수 있다는 것이다. 용접부(300)의 개수가 감소함에 따라, 생산 효율의 향상을 가져올 수 있다.
일 실시형태에서, 여유 길이부(300)는, 복수의 스택형 전극 조립체(110)로부터 연장된 각각의 전극 탭(112, 114)에 대해, 전술한 바와 같이 슬릿(혹은 개구)(252)과 용접부(330) 사이에 유턴부(330)를 구비할 수 있다.
어떤 실시형태에서는, 클립 구조체(250)의 슬릿(혹은 개구)(252)에 일시적으로 고정된 여유 길이부(300)가 미끄러질 때 발생하는 마찰을 저감하는 구성이 더 포함될 수 있다. 이는 여유 길이부(300)가 미끄러질 때 의도치 않게 강한 저항이 작용함으로써 전극 탭(112 또는 114)이 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. 이에 따라, 클립 구조체(250)는 슬릿(혹은 개구)(252)의 접촉면 상에 마찰저감 구조(340)를 포함할 수 있다. 전극 탭(112 또는 114)을 압박하는 슬릿(혹은 개구)(252)의 접촉면 상에 마찰저감 구조(340)가 제공됨으로써, 여유 길이부(300)는 부드럽게 미끄러질 수 있다.
슬릿(혹은 개구)(252)에 구비된 마찰저감 구조(340)는 다양한 형태 또는 형식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 것처럼, 클립 구조체(250)의 슬릿(혹은 개구)(252)에 구비된 엠보싱 구조(342)가 마찰저감 구조(340)로서 기능할 수 있다. 반구 형태을 가진 엠보싱 구조(342)는 전극 탭(112 또는 114) 사이의 접촉 면적을 줄임으로써 미끄럼 저항을 감소시킨다. 하지만, 엠보싱 구조(342)는 반구 형태로 제한되는 것은 아니며, 추가적으로 다양한 다른 형식의 돌출구조가 마찰저감 구조(340)로서 적용되어 기능할 수 있다.
도 11에 도시된 다른 실시형태에서는, 저마찰 코팅층(344)이 마찰저감 구조(340)로서 적용되어 있다. 여기서, "저마찰 코팅층(344)"이라는 용어는 표면의 마찰계수를 줄여주는 각종 코팅층으로 정의된다. 예를 들어, 화학적으로 안정된 테프론 코팅층이나, 기계적으로 우수한 DLC(Diamond-Like Carbon) 코팅층을 적용할 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 스택형 배터리 110: 스택형 전극 조립체
112: 양극 무지부 탭 114: 음극 무지부 탭
200: 집전체 어셈블리 210: 양극 단자
220: 음극 단자 230: 양극 집전체
240: 음극 집전체 250: 클립 구조체
252: 슬릿(개구) 300: 여유 길이부
310: 유턴부(굴곡부) 330: 용접부
340: 마찰저감 구조 342: 엠보싱 구조
344: 저마찰 코팅층 W: 용접영역

Claims (20)

  1. 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 연장된 제1 탭을 포함하는 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 적층된 분리막, 및 제2 부분 및 상기 제2 부분으로부터 연장된 제2 탭을 포함하고, 상기 분리막 상에 적층된 제2 전극을 포함하는 전극 조립체;
    플레이트와, 상기 플레이트의 근단에 결합하고, 제1 파트 및 상기 제1 파트 맞은편의 제2 파트를 포함하는 제1 집전체, 및 상기 플레이트의 원단에 결합하고, 제3 파트 및 상기 제3 파트 맞은편의 제4 파트를 포함하는 제2 집전체를 포함하는 집전체 어셈블리; 및
    상기 플레이트에 결합하는 하우징;
    을 포함하고,
    상기 제1 탭은, 상기 제1 집전체의 제1 파트 및 제2 파트 사이의 제1 수용공간 안에 있고,
    상기 제2 탭은, 상기 제2 집전체의 제3 파트 및 제4 파트 사이의 제2 수용공간 안에 있으며,
    상기 제1 집전체의 제1 파트 및 제2 파트는 서로 반대방향으로 움직이도록 구성된, 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극의 제1 부분은 활물질을 포함하는, 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수용공간은, 상기 제1 파트의 근단과 상기 제2 파트의 원단 사이의 개구인, 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수용공간은, 상기 제3 파트의 근단과 상기 제4 파트의 원단 사이의 개구인, 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탭의 일부는, 상기 제1 파트 또는 제2 파트 쪽으로 구부러지는, 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탭의 일부는, 상기 제1 집전체의 표면에 결합하는, 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탭과 제1 파트 사이, 또는 상기 제1 탭과 제2 파트 사이의 마찰저감 요소를 더 포함하는, 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파트와 제2 파트는, 상기 제1 탭에 대해 압력을 작용하는, 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 벤팅부를 포함하는, 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 상기 제1 탭 또는 제1 탭에 전기적으로 결합되는 단자를 포함하는, 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 측면은, 상기 제1 집전체 또는 제2 집전체부터 이격되어 있는, 이차전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탭의 단부는, 상기 제1 집전체의 제1 파트 또는 제2 파트 표면상의 결합부에 결합하고,
    상기 결합부와 제1 수용공간 사이는 호를 형성하는, 이차전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 탭은 상기 제1 수용공간 사이를 미끄러지도록 구성된, 이차전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 제1 탭 또는 상기 제2 탭에 전기적으로 결합되는 단자를 포함하는, 이차전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 벤팅부를 포함하는, 이차전지.
  16. 플레이트;
    상기 플레이트의 근단에 결합하고, 제1 파트 및 상기 제1 파트 맞은편의 제2 파트를 포함하는 제1 집전체;
    상기 플레이트의 원단에 결합하고, 제3 파트 및 상기 제3 파트 맞은편의 제4 파트를 포함하는 제2 집전체;
    상기 제1 집전체의 제1 파트 및 제2 파트 사이의 제1 수용공간; 및
    상기 제2 집전체의 제3 파트 및 제4 파트 사이의 제2 수용공간;
    을 포함하고,
    상기 제1 집전체의 제1 파트 및 제2 파트는 서로 반대방향으로 움직이도록 구성된, 이차전지용 집전체 어셈블리.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 플레이트는 벤팅부를 포함하는, 이차전지용 집전체 어셈블리.
  18. 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 연장된 제1 탭을 포함하는 제1 전극을 제공하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 분리막을 적층하는 단계; 및
    제2 부분 및 상기 제2 부분으로부터 연장된 제2 탭을 포함하는 제2 잔극을 상기 분리막 상에 적층하는 단계;
    를 포함하는 스택형 전극 조립체를 제공하는 단계;
    플레이트를 제공하는 단계;
    제1 파트 및 상기 제1 파트 맞은편의 제2 파트를 포함하는 제1 집전체를 상기 플레이트의 근단에 결합하는 단계; 및
    제3 파트 및 상기 제3 파트 맞은편의 제4 파트를 포함하는 제2 집전체를 상기 플레이트의 원단에 결합하는 단계;
    를 포함하는 집전체 어셈블리를 형성하는 단계;
    상기 제1 집전체의 상기 제1 파트 및 제2 파트를 서로 반대방향으로 분리하는 단계;
    상기 제1 집전체의 제1 파트 및 제2 파트 사이의 제1 수용공간 안에 상기 제1 탭을 삽입하는 단계; 및
    상기 제2 집전체의 제3 파트 및 제4 파트 사이의 제2 수용공간 안에 상기 제1 탭을 삽입하는 단계;
    를 포함하는, 이차전지의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 탭을, 상기 제1 파트 또는 제2 파트을 향하는 제1 방향으로 구부리는 단계를 더 포함하는, 이차전지의 제조방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 탭의 일단을, 상기 제1 파트 또는 제2 파트의 표면에 붙이는 단계를 더 포함하는, 이차전지의 제조방법.
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