KR20240057717A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20240057717A
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electrode plate
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여하람
황인현
김범래
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 집전판에 조사되는 레이저 빔의 흡수율을 높여 집전판과 전극 무지부 사이의 용접성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 일측으로 돌출된 제1전극 무지부를 갖는 제1전극판과, 타측으로 돌출된 제2전극 무지부를 갖는 제2전극판 및 상기 제1전극판과 상기 제2전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며, 바닥면과 상기 바닥면으로부터 상부로 연장된 장측면 및 단측면을 갖는 케이스; 및 상기 제1전극판과 전기적으로 연결되고 상기 단측면과 평행하게 형성되며, 상기 제1전극 무지부와 레이저 용접된 평탄부와, 상기 평탄부로부터 상기 단측면을 향해 돌출된 돌출부를 갖는 제1집전판;을 포함하고, 상기 평탄부에는 표면 처리부가 형성된 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
본 발명은 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 집전판에 조사되는 레이저 빔의 흡수율을 높여 집전판과 전극 무지부 사이의 용접성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지는 일측으로 돌출된 제1전극 무지부를 갖는 제1전극판과, 타측으로 돌출된 제2전극 무지부를 갖는 제2전극판 및 상기 제1전극판과 상기 제2전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며, 바닥면과 상기 바닥면으로부터 상부로 연장된 장측면 및 단측면을 갖는 케이스; 및 상기 제1전극판과 전기적으로 연결되고 상기 단측면과 평행하게 형성되며, 상기 제1전극 무지부와 레이저 용접된 평탄부와, 상기 평탄부로부터 상기 단측면을 향해 돌출된 돌출부를 갖는 제1집전판;을 포함하고, 상기 평탄부에는 표면 처리부가 형성될 수 있다.
상기 표면 처리부는 상기 제1집전판의 다른 영역들보다 표면 거칠기가 클 수 있다.
상기 표면 처리부의 표면 거칠기는 상기 제1집전판의 다른 영역들의 표면 거칠기의 25배 내지 100배일 수 있다.
상기 제1전극판은 상기 제1전극 무지부가 접촉하는 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로 상기 단측면과 마주하는 제2면을 포함하고, 상기 표면 처리부는 상기 제2면에 형성될 수 있다.
상기 제1전극판은 상기 제1전극 무지부가 접촉하는 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로 상기 단측면과 마주하는 제2면을 포함하고, 상기 표면 처리부는 상기 제1면 및 상기 제2면에 형성될 수 있다.
상기 제1전극 무지부는 상기 제1전극판의 일측에서 상부 및 하부에 각각 위치하고, 상기 평탄부는 상기 제1전극판의 상부에 위치한 제1전극 무지부와 용접되는 제1평탄부와, 상기 제1전극판의 하부에 위치한 제1전극 무지부와 용접되는 제2평탄부를 포함할 수 있다.
상기 돌출부는 상기 제1평탄부와 상기 제2평탄부 사이에 위치할 수 있다.
상기 돌출부의 두께는 상기 평탄부의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 표면 처리부에는 라인 형태의 용접 영역이 형성될 수 있다.
상기 케이스의 상부에 결합된 캡 플레이트; 상기 제2전극판과 전기적으로 연결되고 상기 단측면과 평행하게 형성된 제2집전판; 상기 제1집전판에 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트의 상부로 돌출된 제1단자부; 및 상기 제2집전판에 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트의 상부로 돌출된 제2단자부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 집전판에 표면 처리부를 형성함으로써, 레이저 빔의 흡수율을 증가시키고 집전판과 전극 무지부 사이의 용접성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 제1집전판이 전극 조립체에 결합된 상태를 도시한 측면도이다.
도 4는 도 3의 제1집전판을 도시한 단면도 및 평면도이다.
도 5는 제1집전판에 제1전극 무지부를 용접하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 표면 거칠기에 따른 레이저 용접에 대한 영향을 테스트한 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1집전판을 도시한 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 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1집전판(120), 제2집전판(130), 제1단자부(140), 제2단자부(150), 케이스(160), 캡 플레이트(170) 및 절연 부재(180)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 겹쳐서 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제1전극판(111)은 양극 역할을 할 수 있으며, 제2전극판(112)은 음극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
일부 예들에서, 제1전극판(111)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제1전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제1전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제1전극 무지부(111a)를 포함할 수 있다. 또한, 제1전극 무지부(111a)는 제1전극판(111)이 적층될 때 동일한 위치에서 중첩되도록 형성되어 멀티 탭 구조를 이룰 수 있다. 일부 예들에서, 제1전극 무지부(111a)는 제1집전탭으로 지칭될 수 있다. 이러한 제1전극 무지부(111a)는 제1전극판(111)에 일체로 형성된 구조를 갖고, 적층된 제1전극판(111) 각각으로부터 인출되기 때문에 전극 조립체(110)의 집전 효율을 높일 수 있다. 일부 예들에서, 제1전극 무지부(111a)는 전극 조립체(110)의 일측으로 돌출되되, 제1전극판(111)의 상부 및 하부에 각각 위치할 수 있다. 다시 말해, 제1전극 무지부(111a)는 동일 방향으로 돌출되되, 서로 이격되게 형성될 수 있다.
일부 예들에서, 제2전극판(112)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제2전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제2전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제2전극 무지부(112a)를 포함할 수 있다. 또한, 제2전극 무지부(112a)는 제2전극판(112)이 적층될 때 동일한 위치에서 중첩되도록 형성되어 멀티 탭 구조를 이룰 수 있다. 일부 예들에서, 제2전극 무지부(112a)는 제2집전탭으로 지칭될 수 있다. 이러한 제2전극 무지부(112a)는 제2전극판(112)에 일체로 형성된 구조를 갖고, 적층된 제2전극판(112) 각각으로부터 인출되기 때문에 전극 조립체(110)의 집전 효율을 높일 수 있다. 일부 예들에서, 제2전극 무지부(112a)는 전극 조립체(110)의 타측으로 돌출되되, 제2전극판(112)의 상부 및 하부에 각각 위치할 수 있다. 다시 말해, 제2전극 무지부(112a)는 동일 방향으로 돌출되되, 서로 이격되게 형성될 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. 상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1전극판(111)과 전기적으로 연결되는 제1집전판(120)과, 제2전극판(112)에 전기적으로 연결되는 제2집전판(130)이 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.
제1집전판(120)은 금속(예를 들어, 알루미늄)으로 형성되며, 제1전극판(111)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1집전판(111)은 전극 조립체(110)의 일측에 위치하며, 제1전극 무지부(111a)와 용접에 의해 접속될 수 있다. 일부 예들에서, 다수의 제1전극 무지부(111a)는 일방향으로 절곡되어, 제1집전판(120)에 레이저 용접될 수 있다. 이러한, 제1집전판(120)의 구조는 하기에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
제2집전판(130)은 금속(예를 들어, 구리)으로 형성되며, 제2전극판(112)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2집전판(130)은 전극 조립체(110)의 타측에 위치하며, 제2전극 무지부(112a)와 용접에 의해 접속될 수 있다. 다수의 제2전극 무지부(112a)는 일방향으로 절곡되어, 제2집전판(130)에 레이저 용접될 수 있다.
제1단자부(140)는 제1집전판(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1단자부(140)는 연결 플레이트(141), 단자 기둥(142) 및 단자 플레이트(143)를 포함할 수 있다.
연결 플레이트(141)는 전극 조립체(110)의 상부에 위치하며 제1집전판(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 연결 플레이트(141)는 제1집전판(120)과 수직하게 형성될 수 있다. 연결 플레이트(141)는 단자 기둥(142)이 결합되는 홀(141a)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 연결 플레이트(141)는 제1집전판(120)과 일체로 형성되거나, 제1집전판(120)의 일부일 수 있다.
단자 기둥(142)은 하부가 연결 플레이트(141)의 홀(141a)에 결합되고, 상부가 캡 플레이트(170)를 관통하여 캡 플레이트(170)의 상부로 돌출될 수 있다. 단자 기둥(142)의 하부에는 단자 기둥(142)이 캡 플레이트(170)로부터 빠지지 않도록 측면으로 연장된 플랜지(142a)가 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 단자 기둥(142)은 캡 플레이트(170)와 전기적으로 연결될 수 있다.
단자 플레이트(143)는 단자 기둥(142)이 결합되는 홀(143a)을 포함할 수 있다. 단자 플레이트(143)는 캡 플레이트(170)의 상부로 돌출된 단자 기둥(142)의 상부에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 단자 플레이트(143)의 홀(143a)에 단자 기둥(142)이 결합되고 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다.
제2단자부(150)는 제2집전판(130)과 전기적으로 연결되며, 제1단자부(140)와 동일한 형상을 가질 수 있다. 제2단자부(150)는 연결 플레이트(151), 단자 기둥(152) 및 단자 플레이트(153)를 포함할 수 있다.
연결 플레이트(151)는 전극 조립체(110)의 상부에 위치하며 제2집전판(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 연결 플레이트(151)는 제2집전판(130)과 수직하게 형성될 수 있다. 연결 플레이트(151)는 단자 기둥(152)이 결합되는 홀(151a)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 연결 플레이트(151)는 제2집전판(130)과 일체로 형성되거나, 제2집전판(130)의 일부일 수 있다.
단자 기둥(152)은 하부가 연결 플레이트(151)의 홀(151a)에 결합되고, 상부가 캡 플레이트(170)를 관통하여 캡 플레이트(170)의 상부로 돌출될 수 있다. 단자 기둥(152)의 하부에는 단자 기둥(152)이 캡 플레이트(170)로부터 빠지지 않도록 측면으로 연장된 플랜지(152a)가 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 단자 기둥(152)은 캡 플레이트(170)와 전기적으로 절연될 수 있다.
단자 플레이트(153)는 단자 기둥(152)이 결합되는 홀(153a)을 포함할 수 있다. 단자 플레이트(153)는 캡 플레이트(170)의 상부로 돌출된 단자 기둥(152)의 상부에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 단자 플레이트(153)의 홀(153a)에 단자 기둥(152)이 결합되고 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다.
케이스(160)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 케이스(160)는 전극 조립체(110)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 케이스는 바닥면(161)과, 바닥면(161)으로부터 상부 방향으로 연장된 한 쌍의 장측면(162)과 한 쌍의 단측면(163)을 포함할 수 있다. 여기서, 장측면(162)은 상대적으로 단측면(163)보다 면적이 넓은 면을 지칭할 수 있다. 케이스(160)의 개구부에는 캡 플레이트(170)가 겹합되어 케이스(160)를 밀봉할 수 있다. 케이스(160)의 내면은 기본적으로 절연 처리되어, 내부에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 경우에 따라, 전극 조립체(110)의 일 전극이 캡 플레이트(170)를 통해 케이스(160)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우에도 케이스(160) 내부의 절연 처리에 의해 내부에서의 전기적 단락은 방지될 수 있다. 예를 들어, 케이스(160)는 양극으로 작용할 수 있다.
캡 플레이트(170)는 케이스(160)에 결합될 수 있다. 캡 플레이트(170)는 케이스(160)의 개구부를 밀봉하며, 케이스(160)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 플레이트(170)는 레이저 용접 방식으로 케이스(160)에 결합될 수 있다. 여기서, 캡 플레이트(170)는 상술한 바와 같이 제1단자부(140)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 캡 플레이트(170) 및 케이스(160)는 동일한 극성을 가질 수 있다. 캡 플레이트(170)는 전해액 주입구(171), 마개(172), 안전 벤트(173), 가스켓(174) 및 결합 부재(175)를 포함할 수 있다.
전해액 주입구(171)는 캡 플레이트(170)를 관통하여 형성될 수 있다. 전해액 주입구(171)는 케이스(160)의 내부에 전해액을 주입하기 위한 홀이다. 전해액 주입구(171)에는 마개(172)가 결합될 수 있다. 즉, 전해액 주입구(171)는 전해액이 주입되고 난 후, 마개(172)에 의해 밀봉될 수 있다.
안전 벤트(173)는 캡 플레이트(170)의 대략 중심부에 형성될 수 있다. 안전 벤트(173)는 캡 플레이트(170)의 두께보다 상대적으로 얇게 형성될 수 있다. 또한, 안전 벤트(173)는 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치가 형성될 수 있다. 일부 예에서, 이차 전지(100)의 과충전 등에 의해 케이스(160) 내부의 압력이 설정 압력 이상이 되면, 노치가 파단되어 케이스(160) 내부의 가스가 안전 벤트(173)를 통해 외부로 배출되어 이차 전지(100)의 발화 또는 폭발을 방지할 수 있다.
가스켓(174)은 절연성 재질로 형성될 수 있다. 가스켓(174)은 캡 플레이트(170)의 하부에서 단자 기둥(142, 152)과 캡 플레이트(170) 사이에 형성되어, 단자 기둥(142, 152)과 캡 플레이트(170) 사이를 밀봉시킬 수 있다. 가스켓(174)은 외부 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 할 수 있다.
결합 부재(175)는 캡 플레이트(170)의 상부에서 단자 기둥(142, 152)과 캡 플레이트(170) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 결합 부재(175)는 가스켓(174) 및 캡 플레이트(170)에 밀착될 수 있다. 일부 예들에서, 단자 기둥(142)에 형성된 결합 부재(175)는 캡 플레이트(170)와 제1단자부(140)을 전기적으로 연결할 수 있고, 단자 기둥(152)에 형성된 결합 부재(175)는 캡 플레이트(170)와 제2단자부(150)을 절연시킬 수 있다.
절연 부재(180)는 캡 플레이트(170)의 하부에 형성되어, 제1,2집전판(120, 130)(또는 연결 플레이트(141, 151))과 캡 플레이트(170) 사이의 불필요한 단락의 발생을 방지할 수 있다.
도 3은 제1집전판이 전극 조립체에 결합된 상태를 도시한 측면도이다. 도 4a는 도 3의 제1집전판을 도시한 단면도이고, 도 4b는 평면도이다. 도 5는 제1집전판에 제1전극 무지부를 용접하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명에서 제1집전판(120)과 제2집전판(130)은 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 이하에서는 제1집전판(120)에 대해서만 설명한다. 또한, 제1집전판(120)은 집전판으로 지칭될 수 있다.
도 3 내지 도 4b를 참조하면, 제1집전판(120)은 결합부(121), 평탄부(122,123), 표면 처리부(124) 및 돌출부(125)를 포함할 수 있다. 또한, 제1집전판(120)은 제1전극 무지부(111a)와 접촉하는 제1면(120a)과, 제1면(120a)의 반대면으로 케이스(160)의 단측면(163)과 마주하는 제2면(120b)을 포함할 수 있다. 제1집전판(120)에서 결합부(121), 평탄부(122,123) 및 돌출부(125)도 각각 제1면(120a)과 제2면(120b)을 포함할 수 있다. 제1집전판(120)은 케이스(160)의 단측면(163)과 평행하게 위치할 수 있다.
결합부(121)는 연결 플레이트(141)에 결합되는 부분으로, 제1집전판(120)의 상단에 위치할 수 있다. 일부 예들에서, 결합부(121)는 연결 플레이트(141)에 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 결합부(121)는 연결 플레이트(141)와 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 결합부(121)와 연결 플레이트(141) 사이에 용접은 불필요할 수 있다. 결합부(121)는 평탄부(122,123)에 비해 케이스(160)의 단측면(163)을 향해 돌출될 수 있다.
평탄부(122,123)는 제1전극 무지부(111a)가 레이저 용접되는 부분이다. 평탄부(122,123)는 제1전극판(111)의 일측으로 돌출되며, 서로 이격된 제1전극 무지부(111a)에 각각 용접될 수 있도록, 제1집전판(120)의 상부 및 하부에 각각 형성될 수 있다. 제1전극판(111)의 일측에서 상부에 위치한 제1전극 무지부(111a)와 용접되는 부분을 제1평탄부(122)로 지칭하고, 제1전극판(111)의 일측에서 하부에 위치한 제1전극 무지부(111a)와 용접되는 부분을 제2평탄부(123)로 지칭하기로 한다. 평탄부(122,123)는 결합부(121) 및 돌출부(125)에 비해 전극 조립체(110)와 가깝게 위치할 수 있다. 즉, 연결부(121)와 제1평탄부(122) 사이, 제1평탄부(122)와 돌출부(125) 사이, 및 돌출부(125)와 제2평탄부(123) 사이에는 단차가 형성될 수 있다. 이와 같이, 평탄부(122,123)를 전극 조립체(110)와 가깝게 위치시킴으로써, 케이스(160) 내부 공간의 활용성을 높일 수 있고, 동일 체적 대비 전극 조립체(110)의 용량을 증가시킬 수 있다.
표면 처리부(124)는 평탄부(122,123)에 형성되며, 케이스(160)의 단측면(163)과 마주하는 제2면(120b)에 형성될 수 있다. 표면 처리부(124)는 제1집전판(120) 또는 평탄부(122,123)에서 표면 거칠기(Ra)가 다르게 형성된 영역으로, 제1전극 무지부(111a)와의 용접이 이루어지는 부분이다. 구체적으로, 표면 처리부(124)의 표면 거칠기는 제1집전판(120)의 다른 영역들의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 다르게 표현하면, 표면 처리부(124)의 표면 거칠기는 결합부(121) 또는 돌출부(125)의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 표면 처리부(124)의 표면 거칠기는 10㎛ 이하일 수 있고, 결합부(121) 또는 돌출부(125)의 표면 거칠기는 0.1㎛ 내지 0.4㎛ 일 수 있다. 표면 처리부(124)의 표면 거칠기는 결합부(121) 또는 돌출부(125)의 표면 거칠기의 약 25배 내지 100배일 수 있다.
표면 처리부(124)는 평탄부(122,123)의 면적보다 작은 면적을 가질 수 있다. 따라서, 평탄부(122,123) 내에서도 표면 처리부(124)와 나머지 영역은 표면 거칠기가 다르게 형성될 수 있다. 즉, 표면 처리부(124)의 표면 거칠기는 평탄부(112,123)의 나머지 영역의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 표면 처리부(124)에는 레이저 빔이 조사될 수 있다. 표면 처리부(124)는 제1전극 무지부(111a)를 평탄부(122,123)에 용접할 때 조사되는 레이저 빔의 에너지 흡수율을 높여, 제1집전판(120)과 제1전극 무지부(111a) 사이의 용접성(또는 접합성)을 향상시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1집전판(120)과 제1전극 무지부(111a)는 레이저 용접으로 결합되되, 표면 처리부(124)에 조사되는 레이저 빔에 의해 표면 처리부(124) 내에는 용접 영역(W)이 다수개의 라인 형태로 형성될 수 있다. 다르게 표현하면, 평탄부(122,123)에서 용접 영역(W)이 형성되지 않는 부분에도 표면 처리부(124)가 형성될 수 있다. 이와 같이, 표면 처리부(124)의 면적을 용접 영역(W)의 면적보다 크게 형성하면, 평탄부(122, 123)에 제1전극 무지부(111a)를 용이하게 용접할 수 있다.
도 5를 참조하면, 다수의 제1전극 무지부(111a)를 일 방향으로 절곡하여 제1평탄부(122)의 제1면(120a)에 밀착시키고 제1평탄부(122)의 제2면(120b) 중 표면 처리부(124)가 형성된 부분에 레이저 빔을 조사함으로써, 제1집전판(120)에 제1전극 무지부(111a)를 전기적으로 연결할 수 있다. 일부 예들에서, 다수의 제1전극 무지부(111a)를 일방향으로 절곡하면 먼저 절곡된 부분은 제1평탄부(122)의 외측으로 돌출될 수 있고, 돌출된 부분은 다시 절곡되어 제1평탄부(122)의 제2면(120b)에 접촉될 수 있다.
돌출부(125)는 제1평탄부(122)와 제2평탄부(123) 사이에 형성될 수 있다. 돌출부(125)는 평탄부(122,123)에 비해 케이스(160)의 단측면(163)을 향해 돌출될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 돌출부(125)는 결합부(121)와 동일 선상에 위치할 수 있다. 돌출부(125)의 두께(T1)는 평탄부(122,123)의 두께(T2)보다 두껍게 형성될 수 있다. 이러한 돌출부(125)는 레이저 용접 시 또는 외부 충격으로부터 제1집전판(120)이 변형되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 표면 거칠기에 따른 레이저 용접에 대한 영향을 테스트한 결과를 도시한 도면이다.
도 6a는 표면 거칠기가 0.3㎛인 알루미늄 집전판에 레이저 빔을 조사하였을 때의 단면도이고, 도 6b는 표면 거칠기가 3㎛인 알루미늄 집전판에 레이저 빔을 조사하였을 때의 단면도이다. 이때, 레이저 빔은 동일하게 파워가 790W이고, 스캐닝 속도가 304mm/s 일 수 있다. 도 6a의 표면 거칠기가 0.3㎛인 알루미늄 집전판에 형성된 용접 비드는 폭이 296㎛, 깊이가 117㎛ 이고, 도 6b의 표면 거칠기가 3㎛인 알루미늄 집전판에 형성된 용접 비드는 폭이 430㎛, 깊이가 274㎛ 이다. 도 6b의 용접 비드는 도 6a의 용접 비드에 비해 대략 폭이 약 46% 증가하고, 깊이가 약 132% 증가하였다. 즉, 표면 거칠기가 큰 도 6b의 알루미늄 집전판에 형성된 용접 비드가 폭이 더 넓고 깊이도 깊게 형성된 것으로 미루어 보아, 표면 거칠기가 클수록 레이저 빔의 흡수율이 높아져 용접성이 향상되는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1집전판을 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제1집전판(120')은 결합부(121), 평탄부(122,123), 표면 처리부(124) 및 돌출부(125)를 포함할 수 있다. 표면 처리부(124)는 평탄부(122,123)의 양면, 즉 제1면(120a) 및 제2면(120b)에 형성될 수 있다. 표면 처리부(124)가 제1전극 무지부(111a)와 접촉하는 제1면(120a)에 형성되어 제1집전판(120')과 제1전극 무지부(111a) 사이의 마찰력을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 제1전극 무지부(111a)가 제1집전판(120')의 평탄부(122,123)에 접촉할 때 밀림 또는 미끄러짐을 방지하여, 제1전극 무지부(111a)와 제1집전판(120') 사이의 결합력을 향상시킬 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: 제1집전판 121: 연결부
122,123: 평탄부 124: 표면 처리부
125: 돌출부 130: 제2집전판
140: 제1단자부 150: 제2단자부
160: 케이스 170: 캡 플레이트
180: 절연 부재

Claims (10)

  1. 일측으로 돌출된 제1전극 무지부를 갖는 제1전극판과, 타측으로 돌출된 제2전극 무지부를 갖는 제2전극판 및 상기 제1전극판과 상기 제2전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며, 바닥면과 상기 바닥면으로부터 상부로 연장된 장측면 및 단측면을 갖는 케이스; 및
    상기 제1전극판과 전기적으로 연결되고 상기 단측면과 평행하게 형성되며, 상기 제1전극 무지부와 레이저 용접된 평탄부와, 상기 평탄부로부터 상기 단측면을 향해 돌출된 돌출부를 갖는 제1집전판;을 포함하고,
    상기 평탄부에는 표면 처리부가 형성된 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 처리부는 상기 제1집전판의 다른 영역들보다 표면 거칠기가 큰 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 표면 처리부의 표면 거칠기는 상기 제1집전판의 다른 영역들의 표면 거칠기의 25배 내지 100배인 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극판은 상기 제1전극 무지부가 접촉하는 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로 상기 단측면과 마주하는 제2면을 포함하고,
    상기 표면 처리부는 상기 제2면에 형성된 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극판은 상기 제1전극 무지부가 접촉하는 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로 상기 단측면과 마주하는 제2면을 포함하고,
    상기 표면 처리부는 상기 제1면 및 상기 제2면에 형성된 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극 무지부는 상기 제1전극판의 일측에서 상부 및 하부에 각각 위치하고,
    상기 평탄부는 상기 제1전극판의 상부에 위치한 제1전극 무지부와 용접되는 제1평탄부와, 상기 제1전극판의 하부에 위치한 제1전극 무지부와 용접되는 제2평탄부를 포함하는 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 제1평탄부와 상기 제2평탄부 사이에 위치하는 하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부의 두께는 상기 평탄부의 두께보다 두꺼운 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 처리부에는 라인 형태의 용접 영역이 형성된 이차 전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스의 상부에 결합된 캡 플레이트;
    상기 제2전극판과 전기적으로 연결되고 상기 단측면과 평행하게 형성된 제2집전판;
    상기 제1집전판에 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트의 상부로 돌출된 제1단자부; 및
    상기 제2집전판에 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트의 상부로 돌출된 제2단자부;를 더 포함하는 이차 전지.
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