KR20240051431A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20240051431A
KR20240051431A KR1020220131082A KR20220131082A KR20240051431A KR 20240051431 A KR20240051431 A KR 20240051431A KR 1020220131082 A KR1020220131082 A KR 1020220131082A KR 20220131082 A KR20220131082 A KR 20220131082A KR 20240051431 A KR20240051431 A KR 20240051431A
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cap plate
plate
electrode
secondary battery
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KR1020220131082A
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이현수
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 이차 전지는 절연부재와 집전체의 결합이 용이하고, 절연부재에 구비된 홀을 통해 전해액 주액이 용이하고, 전극 조립체의 유동을 방지시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일예로, 본 발명은 양측으로 각각 노출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체와, 전극조립체를 수용하며 양측이 개방된 케이스와, 케이스의 일측 개구를 밀봉하며, 전해액 주액구를 구비한 제1캡플레이트와, 제1전극탭과 전기적으로 접속되고, 제1캡플레이트의 외부로 노출된 제1단자 및, 제1캡플레이트와 전극 조립체 사이에 개재되며, 전해액 주액구와 대응되는 측에 관통홀이 구비된 제1절연부재를 포함하는 이차 전지를 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 캡플레이트와 전극조립체 사이에 개재된 절연부재에 의해서 전극 조립체의 유동을 방지하고, 전해액 주액도 용이할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 양측으로 각각 노출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체와, 상기 전극조립체를 수용하며 양측이 개방된 케이스와, 상기 케이스의 일측 개구를 밀봉하며, 전해액 주액구를 구비한 제1캡플레이트와, 상기 제1전극탭과 전기적으로 접속되고, 상기 제1캡플레이트의 외부로 노출된 제1단자 및, 상기 제1캡플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 개재되며, 상기 전해액 주액구와 대응되는 측에 관통홀이 구비된 제1절연부재를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체의 일측으로 노출된 제1전극탭과 상기 제1단자 사이를 전기적으로 연결하는 제1집전체를 더 포함할 수 있다.
상기 제1집전체는 전극 조립체의 일측으로 노출된 제1전극탭에 접촉 및 결합된 제1전극 접속부 및, 상기 제1전극 접속부에 일단이 용접에 의해 결합되고, 상기 제1단자에 타단이 용접에 의해 결합된 제1단자 접속부를 포함할 수 있다.
상기 제1전극 접속부는 제1방향을 따라 연장된 금속판으로, 상기 전극 조립체의 일측면에 접촉되어 용접된 제1접속부 및, 상기 제1접속부로부터 절곡되어, 상기 제1접속부에 비해서 상기 제1캡플레이트 방향으로 돌출되며 상기 전극조립체의 일측면으로부터 이격된 제1중심부를 포함할 수 있다.
상기 제1접속부는 상기 제1중심부를 중심으로 제1방향 양측에 위치할 수 있다.
상기 제1절연부재는 상기 제1집전체 방향으로 돌출되며, 고정용 후크인 제1고정수단을 더 포함하며, 상기 제1고정수단은 상기 제1중심부의 양측에서 후크 결합되어 고정될 수 있다.
상기 제1절연 부재는 상기 제1단자 접속부과 관통하기 위한 개방홀을 중심으로 제1방향 양측에 위치하며, 상기 제1접속부와 상기 제1캡플레이트 사이에 개재된 제1본체부와, 상기 제1본체부의 외주연을 따라 제2방향으로 일정 높이를 갖는 제1지지부와, 상기 제1지지부 사이를 연결하며, 상기 개방홀을 중심으로 제3방향 양측에 위치하는 제1사이드부 및, 상기 제1사이드부에서 상기 제1집전체 방향으로 돌출된 상기 제1고정 수단를 포함할 수 있다.
상기 양측의 제1본체부는 각각 관통홀이 구비될 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 케이스의 타측 개구를 밀봉하는 제2캡플레이트와, 상기 제2전극탭과 전기적으로 접속되고, 상기 제2캡플레이트의 외부로 노출된 제2단자 및, 상기 제2전극탭과 상기 제2단자 사이를 전기적으로 연결하는 제2집전체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 이차 전지는 절연부재와 집전체의 결합이 용이하고, 절연부재에 구비된 홀을 통해 전해액 주액이 용이하고, 전극 조립체의 유동을 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 도 1의 이차 전지에서 2-2'선을 절단한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 3부분을 확대 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 도 1의 이차 전지의 전극 조립체에 제1 및 제2집전체가 결합된 구성을 도시한 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 전극 조립체의 일측 단부에 제1절연부재가 결합되기 이전 및 결합된 이후를 도시한 다른 방향의 사시도이다.
도 6의 도 5b의 6-6'선을 절단한 단면도이다.
도 7은 도 5b의 제1절연부재의 평면도이다.
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 3을 참조하면 도 1에 도시된 이차 전지의 일부 절개 사시도가 도시되어 있다. 여기서 도 3의 이차 전지는 도 1의 이차 전지를 다른 방향에서 바라본 절개 사시도일 수 있다. 이하에서는 본 발명의 이차 전지(100)의 설명은, 도 1에 도시된 이차 전지(100)를 기준으로 구조를 설명하고자 한다.
도 1 내지 도 3에 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(y)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(또는 제1무지부)을 포함할 수 있다. 제1전극탭은 제1전극판(111)과 제1집전체(120)사이의 전류 흐름의 통로가 될 수 있다. 일부 예들에서, 제1전극탭은 제1전극판(111)을 제조할 때 미리 일측부로 돌출되도록 절단하여 형성할 수 있으며, 별도의 절단 없이 세퍼레이터(113)보다 일측부로 더 돌출될 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(또는 제2무지부)을 포함할 수 있다. 제2전극탭은 제2전극판(112)과 제2집전체(140)사이의 전류 흐름의 통로가 될 수 있다. 일부 예들에서, 제2전극탭은 제2전극판(112)을 제조할 때 미리 타측부로 돌출되도록 절단하여 형성할 수 있으며, 별도의 절단 없이 세퍼레이터(113)보다 타측부로 더 돌출될 수 있다.
일부 예들에서, 제1전극탭은 전극 조립체(110)의 좌측 단측면에 위치할 수 있으며, 제2전극탭은 전극 조립체(110)의 우측 단측면에 위치할 수 있다. 여기서 좌측 및 우측은 도 1 내지 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 내지 도 3에 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 제1전극탭과 제2전극판(112)의 제2전극탭이 각각 위치된다. 일부 예들에서, 전극 조립체(110)는 전해액과 함께 케이스(160)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.
또한 전극 조립체(110)는 양측으로 노출된 제1전극판(111)의 제1전극탭과 제2전극판(112)의 제2전극탭에 제1집전체(120) 및 제2집전체(140)가 각각 용접 및 접속되어 각각 위치된다.
우선 제1집전체(120)는 금속으로 형성되며, 제1전극판(111)과 제1단자(130)사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 도 4a를 참조하면, 전극 조립체(110)에 제1집전체(120) 및 제2집전체(140)가 결합된 도면을 도시한 사시도가 도시되어 있다. 또한 도 4b를 참조하면 도 4a에서 전극 조립체(110)와 제1집전체(120)의 결합 관계를 도시한 다른 방향에서의 사시도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 제1집전체(120)의 구조 및 결합관계를 설명하고자 한다.
제1집전체(120)는 제1전극판(111)의 제1전극탭(무지부)에 접촉 및 결합되는 제1전극 접속부(121)와 제1단자(130)에 접촉 및 결합되는 제1단자 접속부(122)를 포함할 수 있다. 이와같은 제1집전체(120)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다.
제1전극 접속부(121)는 전극 조립체(110)의 일 측면인 제1캡플레이트(171)의 길이방향인 제1방향(x)을 따라 연장되며, 대략 판 형상일 수 있다. 제1전극 접속부(121)는 전극 조립체(110)의 일측 단부에 접촉한 상태에서 용접을 통해 결합되어, 제1전극판(111)과 동일하게 제1극성을 가질 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위해 제1전극 접속부(121)는 전극 조립체(110)의 일측면과 대향하는 면을 내면으로 지칭하고, 하기할 제1캡플레이트(171)와 대향하는 면을 외면으로 지칭하고자 한다.
제1전극 접속부(121)는 대략 판 형상으로 제1중심부(121b)를 중심으로 제1방향(x)의 양측에 구비된 제1접속부(121a)를 포함할 수 있다.
제1접속부(121a)는 내면이 전극 조립체(110)의 일측면에 접촉된 상태로, 제1전극판(111)과 용접에 의해 결합될 수 있다. 제1접속부(121a)는 제1중심부(121b)에 비해서 전극 조립체(110)를 향하는 방향으로 함입될 수 있다. 이와같은 구조를 통해 제1접속부(121a)는 제1전극판(111)의 무지부와 접촉이 용이하여, 용접 수행이 용이할 수 있다.
제1중심부(121b)는 제1접속부(121a)에 비해서, 제1캡플레이트(171)가 위치하는 외측 방향으로 돌출될 수 있다. 이와같은 제1중심부(121b)는 전극 조립체(110)의 일측면으로부터 이격될 수 있다. 또한 제1중심부(121b)는 외면에 제1단자 접속부(122)가 용접에 의해 결합될 수 있다.
제1단자 접속부(122)는 금속판으로 절곡이 용이할 수 있으며, 일단이 용접에 의해 제1전극 접속부(121)의 제1중심부(121b)에 결합될 수 있다. 제1단자 접속부(122)는 제2방향(y)을 따라 연장될 수 있다. 이와같은 제1단자 접속부(122)는 제1단자(130)와 결합된 후 절곡되어, 케이스(160)의 내부에 수용되고 제1캡플레이트(171)와 전극 조립체(110)사이에 개재될 수 있다. 제1단자 접속부(122)는 타단이 제1단자(130)에 용접에 의해 결합될 수 있다.
제1단자(130)는 금속으로 형성되며, 제1집전체(120)의 제1단자 접속부(122)에 접촉 및 용접되어 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자(130)는 제1내측 단자 플레이트(131), 제1단자 기둥(132), 제1외측 단자 플레이트(133)를 포함할 수 있다. 제1단자(130)는 제1집전체(120)와 동일한 금속으로 이루어질 수 있다.
여기서 제1내측 단자 플레이트(131)는 제1캡플레이트(171)의 내측에 위치할 수 있으며, 제1외측 단자 플레이트(133)는 제1캡플레이트(171)의 외측에 위치할 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.
추가적으로 제1내측 단자 플레이트(131)와 제1캡플레이트(171)사이에는 제1내측 절연 부재(172)가 더 개재되고, 제1외측 단자 플레이트(133)와 제1캡플레이트(171) 사이에는 제1외측 절연 부재(174)가 더 개재될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)과 제1캡플레이트(171)사이에는 제1시일 가스켓(173)이 더 개재되어, 제1단자(130)와 제1캡플레이트(171)사이를 밀봉할 수 있다.
우선 제1내측 단자 플레이트(131)는 우측에 위치하는 일면에서 제1집전체(120)의 타측(122)에 접촉 및 결합될 수 있다. 제1내측 단자 플레이트(131)는 일면과 타면사이를 관통하는 단자홀을 구비할 수 있다. 물론 단자홀은 제1단자 기둥(132)의 직경과 상응하도록 형성될 수 있다. 상기 단자홀은 제1내측 단자 플레이트(131)의 대략 중심에 위치할 수 있다.
제1내측 단자 플레이트(131)의 단자홀에는 제1단자 기둥(132)이 끼워져 결합될 수 있다. 예를 들면, 제1단자 기둥(132)은 제1내측 단자 플레이트(131)의 단자홀에 끼워진 상태로, 일면에서 리벳팅 또는/및 용접에 의해 고정될 수 있다. 제1단자 기둥(132)과 결합된 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면에 제1집전체(120)의 제1단자 접속부(122)가 용접에 의해 결합될 수 있다.
제1단자 기둥(132)은 기둥 형상으로 제1캡플레이트(171)를 관통할 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)의 외측에는 제1단자 기둥(132)이 제1캡플레이트(171)로부터 빠지지 않도록 플랜지가 형성될 수 있다. 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)를 중심으로, 외측에서 제1외측 단자 플레이트(133)의 단자홀에 삽입되어 결합될 수 있으며, 내측에서 제1내측 단자 플레이트(131)의 단자홀에 삽입되어 결합될 수 있다. 이때 플랜지는 제1외측 단자 플레이트(133)와 제1캡플레이트(171)사이에 위치할 수 있다.
제1외측 단자 플레이트(133)는 일면과 타면 사이를 관통하는 단자홀을 구비할 수 있다. 여기서 단자홀은 제1외측 단자 플레이트(133)의 대략 중심에 위치할 수 있다.
상기 제1외측 단자 플레이트(133)의 단자홀에는 제1단자 기둥(132)이 끼워져 결합될 수 있다. 예를 들면, 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)의 외측에서 제1외측 단자 플레이트(133)의 단자홀에 끼워진 상태로, 리벳팅 또는/및 용접되어 고정될 수 있다. 물론 제1외측 단자 플레이트(133)의 일면과 제1캡플레이트(171) 사이에는 절연을 위해 절연재질로 이루어진 외측 절연 부재(174)가 더 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 외측에서 제1외측 단자 플레이트(133)와 제1단자 기둥(132)의 일부가 노출 및 돌출될 수 있다. 또한 제1단자(130)는 제1캡플레이트(171)의 내측인 케이스(160)의 내부에 제1단자 기둥(132)의 일부와, 제1내측 단자 플레이트(131)가 위치할 수 있다. 또한 제1단자(130)는 케이스(160)의 내부에서 제1집전체(120)와 전기적으로 접속될 수 있다.
제2집전체(140)는 금속으로 형성되며, 제2전극판(112)과 제2단자(150)사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 제2집전체(140)는 금속판으로 제2전극판(112)의 제2전극탭에 접촉 및 결합되는 제2전극 접속부(141)와 제2단자(150)에 접촉 및 결합되는 제2단자 접속부(142)를 포함할 수 있다. 또한 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. 일부 예들에서, 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 제2결합 부재(182)가 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 형태 제1집전체(120) 및 제2집전체(140)와 결합된 전극 조립체(110)는 상기 개구(161,162)를 통하여 케이스(160)의 내부로 인서트될 수 있다.
케이스(160)는 케이스의 길이 방향인 제2방향(y)을 따라 연장된 직사각형의 상면 및 하면과, 상면 및 하면의 장변 사이를 연결하며 제2방향(y)을 따라 연장된 두 개의 직사각형의 장측면을 포함할 수 있다. 이와같은 케이스(160)는 상면, 하면 및 두 개의 장측면이 일체형으로 이루어질 수 있다.
케이스(160)는 장측면을 관통하는 벤트홀을 구비할 수 있다. 케이스(160)는 벤트홀에 안전벤트(163)가 설치될 수 있다. 또한 안전벤트(163)는 다른영역에 비해서 두께가 더 얇아 설정된 압력에 개방될 수 있는 노치를 구비할 수 있다.
제1캡조립체(170)는 케이스(160)의 좌측 개구(161)에 결합될 수 있다. 일부예들에서 제1캡조립체(170)는 제1캡플레이트(171), 제1내측 절연부재(172), 제1시일 가스켓(173), 제1외측 절연부재(174) 및 제1절연 부재(175)를 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 및 전해액주액구를 구비할 수 있다. 제1단자(130)의 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)의 단자홀을 관통하여, 제1내측 단자 플레이트(131) 및 제1외측 단자 플레이트(133)에 결합될 수 있다. 또한 전해액주액구는 제1캡플레이트(171)가 케이스(160)에 결합된 후, 케이스(160) 내부로 전해액이 주입된 후 마개(176)에 의해 밀봉될 수 있다.
제1내측 절연부재(172)는 제1캡플레이트(171)의 내면과 제1내측 단자 플레이트(131)사이에 개재될 수 있다. 제1내측 절연부재(172)는 제1캡플레이트(171)의 내면에 밀착될 수 있으며, 제1시일 가스켓(173)에도 밀착될 수 있다. 제1내측 절연부재(172)는 절연재질로 이루어질 수 있으며, 제1캡플레이트(171)와 제1내측 단자 플레이트(131)사이를 절연시킬 수 있다.
또한 제1시일 가스켓(173)은 절연성 재질로, 제1캡플레이트(171)와 제1단자 기둥(132)사이에 제공되어, 제1캡플레이트(171)와 제1단자 기둥(132)사이를 밀봉시킬 수 있다. 즉, 제1시일 가스켓(173)은 제1캡플레이트(171)와 제1단자 기둥(132)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. 제1시일 가스켓(173)은 일측이 제1외측 절연 부재(174)에 접촉될 수 있고, 타측이 제1내측 절연 부재(172)에 접촉될 수 있다.
또한 제1외측 절연부재(174)는 제1캡플레이트(171)의 외면과 제1외측 단자 플레이트(133)사이에 개재될 수 있다. 제1외측 절연부재(174)는 제1캡플레이트(171)와 밀착될 수 있으며, 제1단자 기둥(132)의 플랜지(132a)에도 밀착될 수 있다. 제1결합 부재(172)는 절연재질로 이루어질 수 있으며, 제1캡플레이트(171)와 제1외측 단자 플레이트(133)사이를 절연시킬 수 있다.
즉, 제1캡플레이트(171)는 제1내측 절연부재(172), 제1시일 가스켓(173) 및 제1외측 절연부재(174)에 의해 제1단자(130)와 전기적으로 분리될 수 있다.
또한 제1절연부재(175)는 제1캡플레이트(171)와 전극 조립체(110)사이에 개재될 수 있다. 상기 제1절연부재(175)는 절연재질로 이루어질 수 있으며, 전극 조립체(110)의 일측이 제1캡플레이트(171)와 전기적으로 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 전극 조립체(110)의 일측 단부에 제1절연부재(175)가 결합되기 이전 및 결합된 이후를 도시한 사시도가 도시되어 있다. 또한 도 6은 도 5b에서 6-6'선을 절단한 단면도가 도시되어 있고, 도 7을 참조하면 제1절연부재(175)의 평면도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 5a, 도 5b, 도 6 및 도 7을 참조하여 제1절연부재(175)의 구조를 설명하고자 한다.
제1절연부재(175)는 평평한 플레이트 형상의 제1본체부(175a)와 제1본체부(175a)로부터 제2방향(y)으로 연장된 제1지지부(175b)를 포함할 수 있다.
상기 제1본체부(175a)는 제1집전체(120)의 제1전극 접속부(121)를 덮도록 전극 조립체(110)에 결합될 수 있다. 이와같은 제1본체부(175a)는 개방홀(175)을 중심으로 제1방향(x)을 따라 양측에 분할된 형태로 위치할 수 있다. 즉, 제1본체부(175a)는 제1절연부재(175)에서 2개 구비되며, 제1방향(x)을 따라 개방홀(175)을 중심으로 양측에 위치할 수 있다. 상기 제1본체부(175a)는 제1집전체(120)의 제1전극 접속부(121)의 제1접속부(121a)와 제1캡플레이트(171)사이에 위치할 수 있으며, 상기 개방홀(175)은 제1집전체(120)의 제1전극 접속부(121)의 제1중심부(121b)와 제1단자(130)사이에 개재될 수 있다.
제1본체부(175a)는 제1집전체(120)의 제1전극 접속부(121)에서 제1접속부(121a)를 덮고, 개방홀(175b)을 통해 제1집전체(120)의 제1전극 접속부(121)에서 제1중심부(121b)와 제1단자 접속부(122)를 노출시킬 수 있다. 또한 제1집전체(120)의 제1단자 접속부(122)는 개방홀(175c)을 통해, 제1절연부재(175)를 관통하여 제1단자(130)에 접속될 수 있다.
또한 제1본체부(175a)에는 다수의 관통홀(h)이 구비될 수 있다. 일예로 다수의 관통홀(h)은 양측의 제1본체부(175a)중에서, 제1캡플레이트(171)의 전해액주입홀이 위치와 대응되는 위치의 제1본체부(175a)에만 구비될 수 있다. 상기 제1절연부재(175)는 제1캡플레이트(171)를 통해 전해액이 주입되면, 다수의 관통홀(h)을 통해 전극 조립체(110)의 내부로 이동이 용이하도록 할 수 있다. 상기 다수의 관통홀(h)은 양측의 제1본체부(175a)에 모두 구비될 수도 있다.
상기 제1지지부(175b)는 양측의 제1본체부(175a)의 외주연을 따라 사각링형상으로 구비될 수 있다. 제1지지부(175b)는 제1본체부(175a)에서 제1캡플레이트(171)를 향하는 방향인 제2방향(y)을 따라 일정 높이를 갖도록 구비될 수 있다. 여기서 일정 높이는 전극 조립체(110)에 장착된 제1집전체(120)와, 제1캡플레이트(171)사이의 이격 거리와 동일할 있다. 이와같은 제1지지부(175b)에 의해, 제1절연부재(175)는 전극 조립체(110)가 케이스(160)의 내부에서 제2방향(y)을 따라 유동하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1절연부재(175)는 양측의 제1지지부(175b)사이를 연결 및 고정하기 위한 한쌍의 제1사이드부(175d)를 더 포함할 수 있다. 한쌍의 제1사이드부(175d)는 제1방향(x)을 따라 연장되어, 양측의 제1지지부(175b)사이를 연결할 수 있다. 여기서 한쌍의 제1사이드부(175d)는 개방홀(175c)를 중심으로 제3방향(z)으로 양측에 위치할 수 있다. 상기 제1절연부재(175)는 제1사이드부(175d)에 의해 개방홀(175c)을 중심으로 양측에 각각 제1본체부(175a)가 위치할 수 있다. 제1사이드부(175d)는 제2방향(y)을 따라 일정 높이를 가질 수 있으며, 이 높이는 제1지지부(175b)의 높이와 같거나 작을 수 있다.
또한 제1절연부재(175)는 제1사이드부(175d)에서 제1집전체(120)와 인접한 측으로 돌출된 제1고정수단(175e)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1고정수단(175e)은 고정용 후크일 수 있으며, 양측의 제1사이드부(175d)에 대칭되도록 한쌍 또는 두쌍이 구비될 수 있다. 상기 제1고정수단(175e)은 제1집전체(120)의 제1중심부(121b)에 결합될 수 있다. 즉, 후크 형태의 제1고정수단(175e)은 전극 조립체(110)의 일측면으로부터 이격된 제1중심부(121b)에 결합될 수 있다. 상기 제1절연부재(175)는 제1고정수단(175e)에의해 제1집전체(120)에 고정될 수 있다.
또한 제1집전체(120)가 결합된 전극 조립체(110)는 케이스(160)내에 수용된 후, 제1절연부재(175)가 제1집전체(120)에 결합된 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 접속부(122)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 제1단자 접속부(122)가 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), 제2내측 절연부재(182), 제2시일 가스켓(183), 제1외측 절연부재(184) 및 제1절연 부재(185)를 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 130: 제1단자
140: 제2집전체 150: 제2단자
160: 케이스 163: 제1안전벤트
170: 제1캡조립체 175: 제1절연부재
180: 제2캡조립체

Claims (10)

  1. 양측으로 각각 노출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며 양측이 개방된 케이스;
    상기 케이스의 일측 개구를 밀봉하며, 전해액 주액구를 구비한 제1캡플레이트;
    상기 제1전극탭과 전기적으로 접속되고, 상기 제1캡플레이트의 외부로 노출된 제1단자; 및
    상기 제1캡플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 개재되며, 상기 전해액 주액구와 대응되는 측에 관통홀이 구비된 제1절연부재를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 일측으로 노출된 제1전극탭과 상기 제1단자 사이를 전기적으로 연결하는 제1집전체를 더 포함하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1집전체는 전극 조립체의 일측으로 노출된 제1전극탭에 접촉 및 결합된 제1전극 접속부; 및
    상기 제1전극 접속부에 일단이 용접에 의해 결합되고, 상기 제1단자에 타단이 용접에 의해 결합된 제1단자 접속부를 포함하는 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1전극 접속부는 제1방향을 따라 연장된 금속판으로,
    상기 전극 조립체의 일측면에 접촉되어 용접된 제1접속부; 및
    상기 제1접속부로부터 절곡되어, 상기 제1접속부에 비해서 상기 제1캡플레이트의 방향으로 돌출되며 상기 전극조립체의 일측면으로부터 이격된 제1중심부를 포함하는 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1접속부는 상기 제1중심부를 중심으로 제1방향 양측에 위치하는 이차 전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1절연부재는 상기 제1집전체의 방향으로 돌출되며, 고정용 후크인 제1고정수단을 더 포함하며,
    상기 제1고정수단은 상기 제1중심부의 양측에서 후크 결합되어 고정된 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1절연부재는
    상기 제1단자 접속부과 관통하기 위한 개방홀을 중심으로 제1방향 양측에 위치하며, 상기 제1접속부와 상기 제1캡플레이트 사이에 개재된 제1본체부;
    상기 제1본체부의 외주연을 따라 제2방향으로 일정 높이를 갖는 제1지지부;
    상기 제1지지부 사이를 연결하며, 상기 개방홀을 중심으로 제3방향 양측에 위치하는 제1사이드부; 및
    상기 제1사이드부에서 상기 제1집전체 방향으로 돌출된 상기 제1고정수단를 포함하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 양측의 제1본체부는 각각 관통홀이 구비된 이차 전지.
  9. 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.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스의 타측 개구를 밀봉하는 제2캡플레이트;
    상기 제2전극탭과 전기적으로 접속되고, 상기 제2캡플레이트의 외부로 노출된 제2단자; 및
    상기 제2전극탭과 상기 제2단자 사이를 전기적으로 연결하는 제2집전체를 더 포함하는 이차 전지.
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