WO2018164379A1

WO2018164379A1 - 이차 전지

Info

Publication number: WO2018164379A1
Application number: PCT/KR2018/001615
Authority: WO
Inventors: 김중헌
Original assignee: 삼성에스디아이(주)
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2018-09-13
Also published as: EP3595045B1; US20200006721A1; CN110383536A; KR20180101940A; CN110383536B; EP3595045A4; PL3595045T3; HUE062588T2; US11489222B2; KR102350769B1; EP3595045A1

Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 단자부의 구조를 단순화하여 부품 개수를 줄일 수 있고, 또한 전지와 전지의 상호간 전기적 연결을 위해 별도의 부품(예를 들면, 버스바)없이 단자부들을 직접 연결할 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명은 전극 조립체; 전극 조립체를 수용하는 케이스; 케이스에 결합된 캡 플레이트; 및 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 캡 플레이트를 관통하여 연장된 단자부를 포함하고, 단자부는 케이스의 내측에서 전극 조립체에 전기적으로 연결되며 제1두께를 갖는 제1영역과, 케이스의 외측에서 제1영역과 전기적으로 연결되며 제1두께보다 두꺼운 제2두께를 갖는 제2영역을 포함하는 이차 전지를 제공한다.

Description

이차 전지

본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 스마트폰 및 디지털 카메라와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 내지 수백 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 각형 및 원통형을 들 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 전극 조립체에는 양극 단자부 및 음극 단자부가 연결되며, 이는 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.

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 다양한 실시예는 단자부의 구조를 단순화하여 부품 개수를 줄일 수 있고, 또한 전지와 전지의 상호간 전기적 연결을 위해 별도의 부품(예를 들면, 버스바 등)없이 단자부들을 상호간 직접 연결할 수 있는 이차 전지를 제공한다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스에 결합된 캡 플레이트; 및 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하여 연장된 단자부를 포함하고, 상기 단자부는 상기 케이스의 내측에서 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되며 제1두께를 갖는 제1영역과, 상기 케이스의 외측에서 상기 제1영역과 전기적으로 연결되며 상기 제1두께보다 두꺼운 제2두께를 갖는 제2영역을 포함한다.

상기 제1,2영역은 절연성 몰딩 수지에 의해 상기 캡 플레이트로부터 절연될 수 있다.

상기 제1,2영역은 상기 캡 플레이트의 내측에서 상호간 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제1영역은 상단에 형성된 제1갈고리 영역을 포함하고, 상기 제2영역은 하단에 형성된 제2갈고리 영역을 포함하며, 상기 제1갈고리 영역과 상기 제2갈고리 영역이 상호간 결합될 수 있다.

상기 제1영역은 C자 또는 S자 형태로 절곡될 수 있다.

상기 제1영역은 상기 전극 조립체로부터 연장된 단일탭 또는 멀티탭과 접속될 수 있다.

상기 제2영역이 상기 캡 플레이트에 평행하게 절곡될 수 있다.

상기 제2영역이 상기 캡 플레이트에 평행하게 절곡되어, 다른 이차 전지의 제2영역에 용접될 수 있다.

상기 제2영역과 상기 캡 플레이트의 사이에 용접 열을 견디는 절연 플레이트가 개재될 수 있다.

즉, 본 발명의 다양한 실시예는 플레이트 형상의 제1영역과 플레이트 형상의 제2영역을 갖는 단자부와 캡 플레이트를 결합한 후, 이들을 절연성 몰딩 수지로 인서트 사출함으로써, 단자부의 구조를 단순화시켜 부품 개수를 줄이도록 한다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예는 단자부 중에서 플레이트 형상의 제1영역의 두께를 플레이트 형상의 제2영역의 두께에 비해 상대적으로 얇게 형성하고, 이와 같이 상대적으로 얇은 두께의 제1영역을 전극 조립체에 용접함으로써, 제조 공정 중 제1영역을 쉽게 절곡할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예는 플레이트 형상의 단자부가 케이스 외측으로 돌출 및 연장함으로써, 이웃한 이차 전지에서 플레이트 형상의 단자부끼리, 버스바없이, 상호간 용이하게 용접될 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예는 단자부들끼리 상호간 연결된 전지 모듈에 있어서, 단자부들과 케이스의 사이에 절연 플레이트를 더 개재함으로써, 단자부들과 케이스 사이의 불필요한 전기적 쇼트 현상을 예방하도록 한다.

도 1a 내지 도 1d는 각각 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도, 정단면도, 측단면도 및 확대 단면도이다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 단자부의 제조 방법을 도시한 개략도이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 조립 방법을 도시한 개략도이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 조립 방법을 도시한 개략도이다.

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, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

도 1a 내지 도 1d는 각각 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도, 정단면도, 측단면도 및 확대 단면도이다.

도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(120), 캡 플레이트(130), 제1단자부(140) 및 제2단자부(150)를 포함한다.

전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 권취(winding)되거나 겹쳐서(stacking) 형성된다. 여기서, 제1전극판(111)은 양극으로서 동작할 수 있으며, 제2전극판(112)은 음극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.

제1전극판(111)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제1집전체에 전이금속산화물 등의 제1활물질이 도포됨으로써 형성되며, 표면에 제1활물질이 도포되지 않고 상부 방향으로 일정 길이 연장된 제1탭(111a)(단독탭 또는 멀티탭)을 포함한다. 제1탭은 제1전극판(111)과 하기할 제1단자부(140) 사이의 전류 흐름의 통로가 된다.

제2전극판(112)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제2집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제2활물질이 도포됨으로써 형성되며, 제2활물질이 도포되지 않는 상부 방향으로 일정 길이 연장된 제2탭(112a)(단독탭 또는 멀티탭)을 포함한다. 제2탭(112a) 제2전극판(112)과 하기할 제2단자부(150) 사이의 전류 흐름의 통로가 된다.

상술한 바와 같은 제1전극판(111) 및 제2전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있다. 또한, 상술한 바와 같은 제1,2탭(111a,1112a)은 각각 제1,2전극판(111,112)으로부터 하나가 상부로 연장된 단독탭 형태를 하거나, 또는 다수가 상부로 연장된 멀티탭 형태를 할 수 있다. 여기서, 멀티탭의 경우 탭 상호간 중첩되어 단독탭의 두께보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다.

세퍼레이터(113)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어, 제1,2전극판(111,112) 사이의 전기적 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 더불어, 제1전극판(111)과 제2전극판(112)의 사이에 유기계, 유무기 하이브리드계 또는 무기계 고체 전해질이 개재될 경우, 세퍼레이터는 없을 수도 있다.

이러한 전극 조립체(110)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전해액과 함께 케이스(120)에 수용된다. 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF₆, LiBF₄와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.

케이스(120)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스틸, 스틸 합금, 니켈이 도금된 스틸 또는 니켈이 도금된 스틸 합금과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 그리고 제1단자부(140)와 제2단자부(150)의 일부 영역이 안착될 수 있는 상부가 개방된 대략 육면체 형태로 이루어진다. 좀더 구체적으로, 케이스(120)는 상대적으로 넓은 한쌍의 장변 영역(121a,121b), 한쌍의 장변 영역(121a,121b)을 연결하는 상대적으로 좁은 한쌍의 단변 영역(122a,122b), 장변 영역(121a,121b)과 단변 영역(122a,122b)을 연결하는 바닥 영역(123)을 포함한다. 여기서, 전극 조립체(110)의 제1탭(111a)은 바닥 영역(123)의 반대 방향(즉, 상부 방향)을 향하여 일정 길이 연장되고, 제2탭(111b) 역시 바닥 영역(123)의 반대 방향(즉, 상부 방향)을 향하여 일정 길이 연장된다. 더불어, 제1단자부(140)는 케이스(120)의 단변 영역(122a)의 근처에 형성되고, 제2단자부(150)는 케이스(120)의 단변 영역(122b)의 근처에 형성될 수 있다.

한편, 케이스(120)는 내면이 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1단자부(140) 및 제2단자부(150)와 절연될 수 있다. 물론, 전극 조립체(110), 제1단자부(140) 및 제2단자부(150)는 절연백(도시되지 않음)에 수용된 채, 케이스(120)의 내측에 위치될 수도 있다.

캡 플레이트(130)는 케이스(120)의 개방된 상부 영역에 결합되며, 예를 들어, 캡 플레이트(130)는 레이저 용접 방식으로 케이스(120)에 결합될 수 있다. 따라서, 케이스(120)와 캡 플레이트(130)는 전기적으로 연결된다. 또한, 캡 플레이트(130)는 케이스(120)와 동일한 재료로 형성될 수 있다. 여기서, 캡 플레이트(130)와 제1단자부(140)는 상호간 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 따라 캡 플레이트(130)는 제1단자부(140)와 같은 극성을 가질 수 있다. 물론, 이에 따라 케이스(120) 및 캡 플레이트(130)는 동일한 극성을 가질 수 있다. 반대로, 캡 플레이트(130)와 제2단자부(150)가 상호간 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 따라 캡 플레이트(130) 및 케이스(120)는 제2단자부(150)와 같은 극성을 가질 수도 있다. 물론, 제1단자부(140) 및 제2단자부(150)가 동시에 캡 플레이트(130)에 전기적으로 연결되지는 않는다.

캡 플레이트(130)는 제1단자부(140)가 관통하는 제1단자홀(131), 제2단자부(150)가 관통하는 제2단자홀(132)을 각각 포함한다. 또한, 캡 플레이트(130)는 전해액 공급을 위한 주액홀(133a) 및 주액홀(133a)에 결합된 플러그(133b)를 더 포함할 수 있다. 또한, 캡 플레이트(130)는 케이스(120)의 내부 압력이 기준 압력을 초과할 경우, 내부의 가스가 외부로 용이하게 방출되도록 하는 벤트홀(134a) 및 벤트홀(134a)에 결합된 상대적으로 얇은 두께의 안전벤트(134b)도 포함할 수 있다.

제1단자부(140)는 전극 조립체(110)의 제1탭(111a)에 전기적으로 연결된 동시에, 캡 플레이트(130)의 제1단자홀(131)을 관통하여 상부 방향으로 일정 길이 연장된 제1영역(141) 및 제2영역(142)을 포함한다. 또한, 제1단자부(140)는 제1단자홀(131)과 제1단자홀(131)의 주변인 캡 플레이트(130)의 표면에 형성된 절연성 몰딩 수지(143)를 더 포함한다.

제1영역(141)은, 대략 플레이트 형상으로서, 주로 케이스(120)의 내측에 위치되어 전극 조립체(110)의 제1탭(111a)에 전기적으로 연결된다. 또한 제1영역(141)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전극 조립체(110)의 상부인 케이스(120)의 내부에서 대략 C자형 또는 S자형으로 절곡될 수 있다. 더불어, 제1영역(141)의 상단이 제2영역(142)의 하단에 연결된다. 여기서, 제1영역(141)의 절곡 방향은 주로 케이스(120)의 제1장변 영역(121a)으로부터 제2장변 영역(121b)를 향하는 방향 또는 제2장변 영역(121b)으로부터 제1장변 영역(121a)를 향하는 방향일 수 있다. 더불어, 제1영역(141)의 절곡에 따라, 이것에 용접된 제1탭(111a) 역시 소정 형태로 절곡될 수 있다.

또한, 제2영역(142)은, 대략 플레이트 형상으로서, 주로 케이스(120)의 외측에 위치되어 상부 방향으로 일정 길이 연장된다. 이러한 제2영역(142)은 추후 다른 이차 전지의 제1단자부 또는 제2단자부와 직접 전기적으로 연결될 수 있다. 이는 아래에서 다시 설명한다.

또한, 제1영역(141)은 제1두께를 갖고, 제2영역(142)은 제1두께보다 상대적으로 두꺼운 제2두께를 가질 수 있다. 즉, 제1영역(141)은 제1탭(111a)에 전기적으로 접속(예를 들면, 용접)된 후, 캡 플레이트(130)가 케이스(120)에 결합될 때 소정 형태로 절곡(예를 들면, C자형 또는 S자형 등)되어야 하기 때문에, 절곡이 잘 되도록 제1영역(141)의 제1두께가 제2영역(142)의 제2두께보다 상대적으로 얇게 형성될 수 있다(도 1c 참조). 그러나, 제1영역(141)의 두께는 제1탭(111a)의 두께보다는 두꺼움으로써, 제1영역(141)에 제1탭(111a)이 용이하게 용접되도록 한다. 즉, 본 발명에서 제1탭(111a)의 두께보다는 제1영역(141)의 두께가 두껍고, 제1영역(141)의 두께보다는 제2영역(142)의 두께가 두꺼울 수 있다. 여기서, 제1탭(111a) 및 제1영역(141)은 제조 공정 중 쉽게 휘는 연성의 특성을 가지며, 제2영역(142)은 제조 공정 중 잘 휘지 않는 경성의 특성을 갖는다. 다만, 제2영역(142) 역시 다른 전지의 제2영역과 용접될 때 기계에 의해 손상되지 않고 휘어질 수 있다.

또한, 제1영역(141)은 상단에 형성된 제1갈고리 영역(141a)을 포함하고, 제2영역(142)은 하단에 형성된 제2갈고리 영역(142a)을 포함하며, 이러한 제1,2갈고리 영역(141a,142a)이 상호간 결합될 수 있다. 여기서, 이와 같이 결합된 제1,2갈고리 영역(141a,142a)은 대체로 캡 플레이트(130)의 제1관통홀(131) 내측에 위치된다. 즉, 제1,2갈고리 영역(141a,142a)은 절연성 몰딩 수지(143)에 의해 감싸여진다(도 1c 참조).

여기서, 제1,2갈고리 영역(141a,142a)은 상호간 결합/연결/압착된 후, 추가적으로 레이저 용접, 초음파 용접, 및/또는 저항 용접될 수 있다. 더불어, 이러한 제1,2갈고리 영역(141a,142a)없이, 제1영역(141)의 상단과 제2영역(142)의 하단이 상호간 중첩된 후 결합/연결/압착/용접될 수도 있다.

한편, 제1,2영역(141,142)은 제1탭(111a)의 재질과 동일한 재료일 수 있다. 예를 들어, 제1탭(111a)이 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 경우, 제1,2영역(141,142) 역시 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 더불어, 제1탭(111a)이 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금일 경우, 제1,2영역(141,142)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금일 수 있다. 이와 같이 하여, 제1,2영역(141,142)(특히, 제1영역(141))과 제1탭(111a)이 동일한 재료이므로, 제1영역(141)이 제1탭(111a)에 용이하게 용접될 수 있다.

또한, 제1탭(111a)이 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금일 경우, 제1영역(141)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금이고, 제2영역(142)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 이와 같이 하여, 제1영역(141)이 구리 또는 니켈 계열이라고 해도, 제2영역(142)이 알루미늄 계열이므로, 제2영역(142)은 다른 전지의 단자(예를 들면, 알루미늄 단자 등)에 용이하게 용접될 수 있다.

절연성 몰딩 수지(143)는 제1단자홀(131)에 형성되어 제1단자부(140) 즉, 제1,2영역(141,142) 또는 제1,2영역(141,142)의 제1,2갈고리 영역(141a,142a)을 감싼다. 더불어, 절연성 몰딩 수지(143)는 제1단자홀(131)의 주변인 캡 플레이트(130)의 상면 및 캡 플레이트(130)의 하면에도 일정 두께로 형성된다.

여기서, 절연성 몰딩 수지(143)는 전해액과 반응하지 않고 몰딩 공정에 적용할 수 있는 재료가 바람직하다. 좀더 구체적으로 절연성 몰딩 수지(143)는 불소 수지, PE(Polyethylene) 수지, PP(Polypropylene) 수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 수지 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 본 발명에서 절연성 몰딩 수지(143)의 종류가 한정되는 것은 아니다.

제2단자부(150)는 전극 조립체(110)의 제2탭(112a)에 전기적으로 연결된 동시에, 캡 플레이트(130)의 제2단자홀(132)을 관통하여 상부 방향으로 일정 길이 연장된 제1영역(151) 및 제2영역(152), 제2단자홀(132)과 제2단자홀(132)의 주변인 캡 플레이트(130)의 표면에 형성된 절연성 몰딩 수지(153)를 포함한다. 이러한 제2단자부(150)의 구성, 형태 및 특징은 상술한 제1단자부(140)의 구성, 형태 및 특징을 모두 공유하므로, 제2단자부(150)에 대한 추가적인 설명은 생략한다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 제1캐비티(11)를 갖는 제1금형(10)과, 제2캐비티(21)를 갖는 제2금형(20)이 준비된다. 여기서, 제1금형(10)의 제1캐비티(11)에는 용융된 고온의 절연성 몰딩 수지(143)가 주입되는 폭이 좁은 게이트(12)가 구비된다. 또한, 제1금형(10)과 제2금형(20)의 사이에는 단자홀(131)을 갖는 캡 플레이트(130) 및 단자홀(131)에 결합된 단자부(140)[즉, 제1영역(141) 및 제2영역(142)]가 함께 위치된다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 게이트(12)를 통하여 용융된 고온의 절연성 몰딩 수지(143)가 제1캐비티(11) 및 제2캐비티(21)에 고압으로 주입된다. 여기서, 제1캐비티(11)와 제2캐비티(21)는 연통되어 있기 때문에, 제1캐비티(11)에 주입된 절연성 몰딩 수지(143)는 제2캐비티(21)로 흘러 간다. 이어서, 제1,2금형(10,20)의 온도가 하강되면, 절연성 몰딩 수지(143)는 경화된다. 따라서, 절연성 몰딩 수지(143)는 캡 플레이트(130)의 단자홀(131) 뿐만 아니라, 단자홀(131) 주변의 캡 플레이트(130)의 상면 및 캡 플레이트(130)의 하면에도 일정 두께로 형성된다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 제1금형(10) 및 제2금형(20)으로부터 캡 플레이트(130), 제1단자부(140) 및 제2단자부(150)가 취출됨으로써, 일체화된 캡 플레이트(130), 제1단자부(140) 및 제2단자부(150)가 얻어진다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면 절연성 몰딩 수지(143)를 이용한 인서트 몰딩 공법에 의해 캡 플레이트(130), 제1단자부(140) 및 제2단자부(150)가 일체화되어 제공됨으로써, 이차 전지의 조립 공정이 간단해진다. 다르게 설명하면, 제1단자부(140) 및 제2단자부(150)를 이루는 구성 요소의 개수가 상대적으로 작아지기 때문에 이차 전지의 조립 공정이 간단해진다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 모듈(1000)의 조립 방법을 도시한 개략도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 우선 다수의 이차 전지(100)가 수평 방향으로 배열되며, 이때 각각의 이차 전지(100)로부터 제1,2단자부(140,150)가 캡 플레이트(130)에 수직 상부 방향으로 연장된 형태를 한다. 여기서, 이차 전지(100)의 경계 영역에 용접 시 용융되지 않는 지그 플레이트(201)가 위치된다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(130)의 상부 방향으로 연장된 제1,2단자부(140,150)가 상호간 마주보면 대략 수평 방향으로 절곡되어 일부 영역이 중첩된다. 이때, 일측 이차 전지(100)의 제1단자부(140)가 인접한 타측 이차 전지(100)의 제2단자부(150)에 상호간 마주보며 중첩된다. 이와 같이 중첩된 일측 이차 전지의 제1단자부(140)와 타측 이차 전지의 제2단자부(150)가, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 레이저 용접됨으로써, 인접한 이차 전지(100)끼리 상호간 전기적으로 연결된다. 여기서, 상호간 용접된 제1,2단자부들(140,150)은 서로 다른 극성이거나 또는 서로 동일한 극성일 수 있다. 이러한 용접 공정 이후, 지그 플레이트(201)는 제거될 수 있다.

마지막으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 버스바없이 이웃한 단자부(140,150)끼리 상호간 전기적으로 접속됨으로써, 이차 전지 모듈(1000)이 구비될 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 모듈(2000)의 조립 방법을 도시한 개략도이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 우선 다수의 이차 전지(100)가 수평 방향으로 배열되며, 이때 각각의 이차 전지(100)로부터 제1,2단자부(140,150)가 캡 플레이트(130)에 수직 상부 방향으로 연장된 형태를 한다. 여기서, 이차 전지(100)의 상부 영역(캡 플레이트)에 용접 시 용융되지 않는 절연 플레이트(202)가 위치된다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(130)의 상부 방향으로 연장된 제1,2단자부(140,150)가 대략 수평 방향으로 절곡된다. 이때, 일측 이차 전지(100)의 제1단자부(140)가 인접한 타측 이차 전지(100)의 제2단자부(150)에 중첩된다. 이와 같이 중첩된 일측 이차 전지(100)의 제1단자부(140)와 타측 이차 전지(100)의 제2단자부(150))가, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 레이저 용접됨으로써, 인접한 이차 전지(100)끼리 상호간 전기적으로 연결된다. 여기서, 상호간 용접된 단자부들(140,150)은 서로 다른 극성이거나 또는 동일 극성일 수 있다.

이러한 용접 공정 이후에도 절연 플레이트(202)는 제거되지 않고, 이차 전지(100)의 상부 영역에 그대로 잔존한다. 따라서, 혹시 있을 수 있는 제1,2단자부(140,150)와 캡 플레이트(130) 사이의 불필요한 전기적 쇼트 현상이 방지될 수 있다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 버스바없이 이웃한 제1,2단자부(140,150)끼리 상호간 전기적으로 접속됨으로써, 이차 전지 모듈(2000)이 구비될 수 있다. 여기서, 절연 플레이트(202)는 이차 전지(100)의 상부에 잔존하며, 또한 이차 전지(100)의 안전벤트와 대응되는 영역에 형성된 관통홀(203)을 포함한다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 한 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.

Claims

전극 조립체;

상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;

상기 케이스에 결합된 캡 플레이트; 및

상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하여 연장된 단자부를 포함하고,

상기 단자부는 상기 케이스의 내측에서 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되며 제1두께를 갖는 제1영역과, 상기 케이스의 외측에서 상기 제1영역과 전기적으로 연결되며 상기 제1두께보다 두꺼운 제2두께를 갖는 제2영역을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,

상기 제1,2영역은 절연성 몰딩 수지에 의해 상기 캡 플레이트로부터 절연됨을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,

상기 제1,2영역은 상기 캡 플레이트의 내측에서 상호간 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,

상기 제1영역은 상단에 형성된 제1갈고리 영역을 포함하고,

상기 제2영역은 하단에 형성된 제2갈고리 영역을 포함하며,

상기 제1갈고리 영역과 상기 제2갈고리 영역이 상호간 결합된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,

상기 제1영역은 C자 또는 S자 형태로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,

상기 제1영역은 상기 전극 조립체로부터 연장된 단일탭 또는 멀티탭과 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,

상기 제2영역이 상기 캡 플레이트에 평행하게 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,

상기 제2영역이 상기 캡 플레이트에 평행하게 절곡되어, 다른 이차 전지의 제2영역에 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 8 항에 있어서,

상기 제2영역과 상기 캡 플레이트의 사이에 용접 열을 견디는 절연 플레이트가 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지.