WO2018164389A1 - 이차 전지 - Google Patents

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WO2018164389A1
WO2018164389A1 PCT/KR2018/001945 KR2018001945W WO2018164389A1 WO 2018164389 A1 WO2018164389 A1 WO 2018164389A1 KR 2018001945 W KR2018001945 W KR 2018001945W WO 2018164389 A1 WO2018164389 A1 WO 2018164389A1
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terminal
bent
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김중헌
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삼성에스디아이(주)
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Definitions

  • Various embodiments of the present invention relate to a secondary battery.
  • a rechargeable battery is a battery that can be charged and discharged unlike a primary battery that cannot be charged.
  • a portable battery such as a smartphone and a digital camera
  • a large-capacity battery which is used in electronic devices and connected to dozens or hundreds of battery cells, it is widely used as a motor driving power source for electric scooters, hybrid cars, and electric cars.
  • Secondary batteries are manufactured in various shapes, and typical shapes include squares and cylinders, and an electrode assembly formed between a positive electrode plate and a negative electrode via a separator, which is an insulator, and together with an electrolyte in a case, It is constructed by installing a cap plate in the case. Of course, the positive electrode terminal portion and the negative terminal portion are connected to the electrode assembly, which is exposed or protruded to the outside through the cap plate.
  • Various embodiments of the present invention provide a secondary battery that can simplify the structure of the terminal unit to minimize the space of components occupying the inside of the case.
  • a secondary battery may include an electrode assembly for a rectangular secondary battery; A rectangular secondary battery case accommodating the electrode assembly; A cap plate coupled to the case; And a terminal portion coupled to the side of the electrode assembly and extending from the side of the electrode assembly to the upper portion of the electrode assembly, wherein the terminal portion is bent upward from an end portion connected to the electrode assembly to the outside of the cap plate. It includes a bent portion projecting to.
  • the terminal portion includes a first region attached to the side of the electrode assembly, a second region attached to the upper portion of the electrode assembly and the bent portion bent in the second region.
  • the first region is electrically connected to the electrode assembly at the electrode assembly side.
  • the side of the electrode assembly and the wide surface portion of the first region of the terminal portion are disposed to face horizontally.
  • the bent portion at the end of the second region of the terminal portion, is bent extending in the lateral direction of the direction in which the second region extends from the first region.
  • the first region and the second region are bent at 90 degrees to each other, and the second region and the bent portion are bent at 90 degrees to each other in a direction different from the direction in which the first region and the second region are bent. have.
  • the terminal portion is configured in pairs and are attached to both sides of the electrode assembly and have different polarities.
  • the secondary battery may further include an insulating molding resin disposed between a bent portion of the terminal portion and an area where the bent portion penetrates the cap plate.
  • the bent portion is a metal terminal bent in a ' ⁇ ', the bending direction is at the end of the second region so that the bending direction is coupled in a direction perpendicular to the direction that is bent from the first region to the second region of the terminal portion Are welded.
  • Various embodiments of the present invention can reduce the number of parts by integrating the electrode assembly terminal portion and the electrode terminal portion, and also provides a secondary battery that can be directly connected to the terminal portion without a separate component for electrical connection between the battery and the battery.
  • various embodiments of the present invention provide a secondary battery capable of minimizing the space inside the case since the electrode assembly terminal parts are connected in the same plane as the electrode terminal parts, compared to the conventional secondary battery in which the electrode assembly terminal parts and the electrode terminal parts exist separately. to provide.
  • FIG. 1 illustrates a perspective view of a secondary battery according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a front cross-sectional view of a secondary battery according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG 3 and 4 illustrate perspective views of an electrode assembly terminal unit according to various embodiments of the present disclosure.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, the first member, part, region, layer or portion, which will be described below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a secondary battery according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 2 is a front sectional view of a secondary battery according to various embodiments of the present disclosure
  • 3 and 4 illustrate perspective views of an electrode assembly terminal unit according to various embodiments of the present disclosure.
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly 110, a case 120, a cap plate 130, a first terminal unit 140, and a second terminal unit 150. Include.
  • the electrode assembly 110 is formed by winding or stacking a stack of the first electrode plate 111, the separator 113, and the second electrode plate 112 formed in a thin plate shape or a film shape.
  • the first electrode plate 111 may operate as an anode
  • the second electrode plate 112 may operate as a cathode.
  • the opposite is also possible.
  • the first electrode plate 111 is not limited, but is formed by applying a first active material such as a transition metal oxide to a first current collector formed of a metal foil such as aluminum, and the first active material is formed on the surface thereof. It includes a first electrode uncoated portion (not shown) (single tap or multi-tap) which is not applied and extends a predetermined length in the lateral direction. The first electrode uncoated portion is electrically connected to the first side terminal plate 140c of the first terminal unit 140 to become a passage of current flow between the first electrode plate 111 and the first side terminal plate 140c.
  • a first active material such as a transition metal oxide
  • a first current collector formed of a metal foil such as aluminum
  • the first electrode uncoated portion is electrically connected to the first side terminal plate 140c of the first terminal unit 140 to become a passage of current flow between the first electrode plate 111 and the first side terminal plate 140c.
  • the second electrode plate 112 is formed by, for example, but not limited to, applying a second active material such as graphite or carbon to a second current collector formed of a metal foil such as copper or nickel. It includes a second electrode uncoated portion (not shown) (single tap or multi-tap) extending in a predetermined length in the upper direction not applied. The second electrode uncoated portion is electrically connected to the second side terminal plate 150c of the second terminal part 150 to become a passage of current flow between the second electrode plate 112 and the first side terminal plate 150c.
  • a second active material such as graphite or carbon
  • the second electrode uncoated portion is electrically connected to the second side terminal plate 150c of the second terminal part 150 to become a passage of current flow between the second electrode plate 112 and the first side terminal plate 150c.
  • the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112 as described above may be arranged with different polarities.
  • the first and second tabs as described above may be in the form of single tabs extending from the first and second electrode plates 111 and 112, respectively, or in the form of multi-taps extending from the upper portion thereof. .
  • the tabs may be overlapped with each other to have a thickness thicker than that of the single tap.
  • the separator 113 is, for example, but not limited to, positioned between the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112 to prevent electrical short between the first and second electrode plates 111 and 112. And it serves to enable the movement of lithium ions, it may be made of polyethylene, polypropylene, or a composite film of polyethylene and polypropylene. In addition, when an organic, organic-inorganic hybrid, or inorganic solid electrolyte is interposed between the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112, the separator may not be present.
  • the electrode assembly 110 is, for example, but not limited to, accommodated in the case 120 together with the electrolyte.
  • the electrolyte may be composed of lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4 in organic solvents such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC). .
  • the electrolyte may also be liquid, solid or gel.
  • the case 120 is formed of a conductive metal such as, but not limited to, aluminum, aluminum alloy, steel, steel alloy, nickel plated steel, or nickel plated steel alloy, and the electrode assembly 110. And, the first terminal 140 and a portion of the second terminal portion 150 is formed in a substantially hexahedral shape with an upper portion that can be seated. More specifically, the case 120 may include a pair of relatively wide pair of long side regions 121a and 121b, a pair of relatively narrow short side regions 122a and 122b connecting the pair of long side regions 121a and 121b, and a long side region ( A bottom region 123 connecting 121a and 121b to the short side regions 122a and 122b.
  • a conductive metal such as, but not limited to, aluminum, aluminum alloy, steel, steel alloy, nickel plated steel, or nickel plated steel alloy
  • the first tab 111a of the electrode assembly 110 extends a predetermined length toward the opposite direction (ie, the upper direction) of the bottom region 123, and the second tab 111b is also opposite to the bottom region 123. It extends a certain length toward the direction (ie the upper direction).
  • the first terminal unit 140 may be formed near the short side region 122a of the case 120, and the second terminal unit 150 may be formed near the short side region 122b of the case 120.
  • the case 120 may be insulated from an inner surface thereof to insulate the electrode assembly 110, the first terminal unit 140, and the second terminal unit 150.
  • the electrode assembly 110, the first terminal portion 140, and the second terminal portion 150 may be positioned inside the case 120 while being accommodated in an insulating bag (not shown).
  • the cap plate 130 is coupled to the open upper region of the case 120, for example, the cap plate 130 may be coupled to the case 120 by laser welding.
  • the case 120 and the cap plate 130 are electrically connected.
  • the cap plate 130 may be formed of the same material as the case 120.
  • the cap plate 130 and the first terminal portion 140 may be electrically connected to each other, and thus the cap plate 130 may have the same polarity as the first terminal portion 140.
  • the case 120 and the cap plate 130 may have the same polarity.
  • the cap plate 130 and the second terminal unit 150 may be electrically connected to each other.
  • the cap plate 130 and the case 120 may have the same polarity as the second terminal unit 150.
  • the first terminal 140 and the second terminal 150 are not electrically connected to the cap plate 130 at the same time.
  • the cap plate 130 includes a first terminal hole 131 through which the first terminal unit 140 passes, and a second terminal hole 132 through which the second terminal unit 150 passes.
  • the cap plate 130 may further include a pouring hole 133a for supplying an electrolyte and a plug 133b coupled to the pouring hole 133a.
  • the cap plate 130 is relatively coupled to the vent hole 134a and the vent hole 134a to allow the gas inside to be easily discharged to the outside when the internal pressure of the case 120 exceeds the reference pressure.
  • a thinner safety vent 134b may also be included.
  • the first terminal unit 140 is made of metal and is electrically connected to the first electrode plate 111.
  • the first terminal portion 140 includes a first side terminal plate 140c, a first upper terminal plate 140b, and a first terminal tab bent portion 140a.
  • the first side terminal plate 140c (the first current collector plate) is electrically connected to the first electrode supporting portion protruding to the side end portion of the electrode assembly 110. Substantially, the first side terminal plate 140c is welded to the first electrode uncoated portion.
  • the first side terminal plate 140c may be formed to be attached to the side portion of the electrode assembly 110. In this case, when the first side terminal plate 140c (first collector plate) is in contact with the side portion of the electrode assembly 110, the wide surface portion of the first side terminal plate 140c is attached in a horizontally facing manner.
  • the first upper terminal plate 140b is formed of the same material as the first side terminal plate 140c and extends from the first side terminal plate 140c to be attached to the upper end of the electrode assembly 110.
  • the first upper terminal plate 140b is bent at an angle of 90 degrees with the first side terminal plate 140c. Is extended. Accordingly, the first upper terminal plate 140b and the first side terminal plate 140c are formed in a substantially '' shape.
  • the first terminal tab bent portion 140a is bent at the end of the first upper terminal plate 140b and is bent upward to extend.
  • the first terminal tab bent portion 140a may be bent at the side of the first upper terminal plate 140b in the longitudinal direction to extend in the upper direction, or may be bent in the longitudinal direction to extend in the upper direction.
  • the first terminal tab bent portion 140a is generally attached in a form extending in the longitudinal direction from the side of the electrode assembly 110, as shown in FIG. 3, the first terminal tab bent portion 140a is attached.
  • first terminal tab bent portion 140a may not be bent and extended from the first upper terminal plate 140b, but may be manufactured as a separate component and welded to an end of the first upper terminal plate 140b.
  • the first terminal tab bent portion 140a is an electrode terminal bent at a ' ⁇ ' and is welded in the longitudinal direction of the first upper terminal plate 140b. That is, the first terminal tab bent portion 140a is welded to be bent in a direction 90 degrees with a bending direction from the first side terminal plate 140c to the first upper terminal plate 140b.
  • first terminal tab bent portion 140a is not limited to the embodiment of FIGS. 3 and 4, and may be extended or bent in various directions and positions according to the forming direction of the terminal.
  • first terminal tab bent portion 140a may protrude and extend a predetermined length upward through the cap plate 151 which will be described later.
  • the first terminal portion 140 is made of, for example, but not limited to, copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy.
  • the insulating molding resin 143 surrounds the first terminal tab bent part 140a in a region passing through the first terminal tab bent part 140a and the cap plate 130.
  • the insulating molding resin 143 is formed to a predetermined thickness on the upper surface of the cap plate 130 and the lower surface of the cap plate 130, which are around the first terminal tab bent portion 140a.
  • the insulating molding resin 143 is preferably a material that can be applied to the molding process without reacting with the electrolyte. More specifically, the insulating molding resin 143 may be any one selected from a fluorine resin, a polyethylene resin (PE), a polypropylene (PP) resin, an ethylene propylene diene monomer (EPDM) resin, and equivalents thereof.
  • the type of 143 is not limited.
  • the second terminal unit 150 is also made of metal and is electrically connected to the second electrode plate 112.
  • the second terminal unit 150 includes a second side terminal plate 150c, a second upper terminal plate 150b, and a second terminal tab bent portion 150a.
  • the second side terminal plate 150c (second collector plate) is in contact with and electrically connected to the second electrode uncoated portion protruding to the side end of the electrode assembly 110. Substantially, the second side terminal plate 150c is welded to the second electrode uncoated portion.
  • the second side terminal plate 150c may be formed to be attached to the side portion of the electrode assembly 110. Even in this case, the second side terminal plate 150c (second collector plate) is attached in such a manner that the wide surface portion of the second side terminal plate 150c is disposed to face horizontally when contacted with the side portion of the electrode assembly 110.
  • the second upper terminal plate 150b is formed of the same material as the second side terminal plate 150c and extends from the second side terminal plate 150c to be attached to the upper end of the electrode assembly 110.
  • the second upper terminal plate 150b is bent at an angle of 90 degrees with the second side terminal plate 150c. Is extended. Accordingly, the second upper terminal plate 150b and the second side terminal plate 150c are formed in a substantially ' ⁇ ' shape.
  • the second terminal tab bent portion 150a is bent at the end of the second upper terminal plate 150b and is bent upward to extend.
  • the second terminal tab bent portion 150a may be bent at a side in the longitudinal direction at the end of the second upper terminal plate 150b to extend in the upper direction, or may be bent in the longitudinal direction to extend in the upper direction.
  • the second terminal tab bent portion 150a is generally attached in a form extending along the longitudinal direction from the side of the electrode assembly 110 as shown in FIG. 3, the second terminal tab bent portion 150a is provided. ) May be bent to extend in the lateral direction of the extending direction of the second upper terminal plate 150b and the second side terminal plate 150c.
  • the second terminal tab bent part 150a may not be bent and extended from the second upper terminal plate 150b, but may be manufactured as a separate component and welded to the end of the second upper terminal plate 150b.
  • the second terminal tab bent part 150a is an electrode terminal bent at a ' ⁇ ', and is welded in the longitudinal direction of the second upper terminal plate 150b. That is, the second terminal tab bent portion 150a is welded to be bent in a direction 90 degrees with a bending direction from the second side terminal plate 150c to the second upper terminal plate 150b.
  • the second terminal tab bent portion 150a is not limited to the embodiment of FIGS. 3 and 4, and may be extended or bent in various directions and positions according to the formation direction of the terminal.
  • the first terminal tab bent portion 140a may protrude and extend a predetermined length upward through the cap plate 151 which will be described later.
  • the first terminal portion 140 is made of, for example, but not limited to, copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy.
  • the insulating molding resin 153 surrounds the second terminal tab bent part 150a in a region penetrating through the second terminal tab bent part 150a and the cap plate 130.
  • the insulating molding resin 153 is formed to a predetermined thickness on the upper surface of the cap plate 130 and the lower surface of the cap plate 130, which are around the second terminal tab bent portion 150a.
  • the insulating molding resin 153 may be formed of the same material as the insulating molding resin 143.
  • Various embodiments of the present invention can reduce the number of parts by integrating the electrode assembly terminal portion and the existing electrode terminal portion, and also provides a secondary battery that can directly connect the terminal portions without additional components for electrical connection between the battery and the battery. do.
  • various embodiments of the present invention can minimize the space inside the case because the electrode assembly terminal portion is connected in the same plane as the conventional electrode terminal portion compared to the conventional secondary battery in which the electrode assembly terminal portion and the conventional electrode terminal portion existed separately. Provides a secondary battery.
  • the present invention relates to a secondary battery.

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 단자부의 구조를 단순화하여 케이스 내부를 차지하는 부품의 공간을 최소화할 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명은 각형 이차 전지를 위한 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 각형 이차 전지용 케이스, 케이스에 결합된 캡 플레이트 및 전극 조립체의 측부에 결합되고 전극 조립체의 측부에서 전극 조립체의 상부로 절곡되어 연장된 단자부를 포함하고, 단자부는 전극 조립체 상부로 연결된 끝 부분에서 상부로 절곡되어 캡 플레이트 외부로 돌출되는 절곡부를 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 케이스 내부를 차지하는 부품의 공간을 최소화할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지는, 각형 이차 전지를 위한 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 각형 이차 전지용 케이스; 상기 케이스에 결합된 캡 플레이트; 및 상기 전극 조립체의 측부에 결합되고 상기 전극 조립체의 측부에서 상기 전극 조립체의 상부로 절곡되어 연장된 단자부를 포함하고, 상기 단자부는 상기 전극 조립체 상부로 연결된 끝 부분에서 상부로 절곡되어 상기 캡 플레이트 외부로 돌출되는 절곡부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 단자부는, 상기 전극 조립체의 측부에 부착되는 제1 영역, 상기 전극 조립체의 상부에 부착되는 제2 영역 및 상기 제2 영역에서 절곡된 상기 절곡부를 포함한다. 그리고 상기 제1 영역은 상기 전극 조립체 측부에서 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된다.
일 실시예에서, 상기 전극 조립체의 측부와 상기 단자부의 제1 영역의 넓은 면부가 수평으로 대면하여 배치된다.
일 실시예에서, 상기 절곡부는, 상기 단자부의 제2 영역의 끝단에서, 상기 제2 영역이 상기 제1 영역에서 이어져 연장되는 방향의 측면 방향으로 연장되어 절곡된다.
바람직하게는, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 서로 90도로 꺾여 이어져 있으며, 상기 제2 영역과 상기 절곡부는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 꺾인 방향과 다른 방향으로 서로 90도로 꺾여 이어져 있다.
일 실시예에서, 상기 단자부는 한 쌍으로 구성되어 상기 전극 조립체의 양 측부에 각각 부착되고 서로 다른 극성을 갖다.
한편, 상기 이차 전지는, 상기 단자부의 절곡부와 상기 절곡부가 상기 캡 플레이트는 관통하는 영역 사이에 배치된 절연성 몰딩 수지를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 절곡부는 '┗'로 절곡된 금속 단자이며, 그 절곡 방향이 상기 단자부의 제1 영역에서 제2 영역으로 꺾인 방향과 수직인 방향으로 결합되도록, 상기 제2 영역의 끝단에 용접된다.
본 발명의 다양한 실시예는 전극 조립체 단자부와 전극 단자부를 일체화하여 부품 개수를 줄일 수 있고, 또한 전지와 전지의 상호간 전기적 연결을 위해 별도의 부품없이 단자부들을 상호간 직접 연결할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예는 전극 조립체 단자부와 전극 단자부가 별도로 존재했던 기존의 이차 전지에 비해 전극 조립체 단자부가 전극 단자부와 같은 평면에서 연결되기 때문에 케이스 내부의 공간을 최소화할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지의 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지의 정단면도를 나타낸다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극 조립체 단자부의 사시도를 나타낸다.
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 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지의 사시도를 나타내며, 도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지의 정단면도를 나타낸다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극 조립체 단자부의 사시도를 나타낸다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(120), 캡 플레이트(130), 제1 단자부(140) 및 제2 단자부(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 측면 방향으로 일정 길이 연장된 제1 전극 무지부(미도시)(단독탭 또는 멀티탭)을 포함한다. 상기 제1 전극 무지부는 제1 단자부(140)의 제1 측부 단자판(140c)와 전기적으로 연결되어 제 전극판(111)과 제1 측부 단자판(140c) 사이의 전류 흐름의 통로가 된다.
제2 전극판(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 제2 전극 무지부(미도시)(단독탭 또는 멀티탭)을 포함한다. 제2 전극 무지부는 제2 단자부(150)의 제2 측부 단자판(150c)와 전기적으로 연결되어 제2전극판(112)과 제1 측부 단자판(150c) 사이의 전류 흐름의 통로가 된다.
상술한 바와 같은 제1전극판(111) 및 제2전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있다. 또한, 상술한 바와 같은 제1, 2탭은 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.
제1 단자부(140)는 금속으로 형성되며, 제1 전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 제1 단자부(140)는 제1 측부 단자판(140c), 제1 상부 단자판(140b) 및 제1 단자탭 절곡부(140a)를 포함한다.
제1 측부 단자판(140c; 제1 집전판)는 전극 조립체(110)의 측면 단부로 돌출된 제1 전극 무지부와 접촉되어 전기적으로 연결된다. 실질적으로 제1 측부 단자판(140c)은 제1 전극 무지부에 용접된다. 제1 측부 단자판(140c)는 전극 조립체(110)의 측면부에 부착되는 형태로 형성될 수 있다. 이때 제1 측부 단자판(140c; 제1 집전판)은 전극 조립체(110)의 측면부와 접촉될 때 제1 측부 단자판(140c)의 넓은 면부가 수평으로 대면하여 배치되는 형태로 부착된다.
제1 상부 단자판(140b)은 제1 측부 단자판(140c)과 동일한 재료로 형성되며, 제1 측부 단자판(140c)에서 연장되어 전극 조립체(110)의 상단부에 부착되는 형태로 형성된다. 일반적으로 각형 이차 전지(100)의 경우 전극 조립체(110)의 상부면과 측면이 90도 각도로 형성되기 때문에, 제1 상부 단자판(140b)는 제1 측부 단자판(140c)와 90도 각도로 꺾여 연장된다. 이에 따라 제1 상부 단자판(140b)와 제1 측부 단자판(140c)는 대략 ┎' 형태로 형성된다.
제1 단자탭 절곡부(140a)는 제1 상부 단자판(140b)의 끝단에서 절곡되어 상부 방향으로 절곡되어 연장된다. 제1 단자탭 절곡부(140a)는 제1 상부 단자판(140b) 끝단에서 길이 방향의 측면에서 절곡되어 상부 방향으로 연장될 수도 있으며, 길이 방향으로 절곡되어 상부 방향으로 연장될 수도 있다. 그러나, 제1 단자탭 절곡부(140a)가 도 3에 도시된 바와 같이 전극 조립체(110)의 측면에서 장방향을 따라 연장되는 형태로 부착되는 것이 일반적이기 때문에, 제1 단자탭 절곡부(140a)는 제1 상부 단자판(140b)와 제1 측부 단자판(140c)의 연장 방향의 측면 방향으로 연장되어 절곡되는 것이 바람직할 것이다.
또한, 제1 단자탭 절곡부(140a)는 제1 상부 단자판(140b)에서 절곡되어 연장되지 않고, 별도의 부품으로 제작되어 제1 상부 단자판(140b) 끝단에 용접되어 결합될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 제1 단자탭 절곡부(140a)는 '┗'로 절곡된 전극 단자이며, 제1 상부 단자판(140b)의 장측방향으로 용접된다. 즉, 제1 단자탭 절곡부(140a)는 제1 측부 단자판(140c)에서 제1 상부 단자판(140b)로의 꺾인 방향과 90도인 방향으로 절곡되도록 용접된다.
그러나, 이러한 제1 단자탭 절곡부(140a)는 도 3 및 도 4의 실시예에 한정되지 않으며, 단자의 형성 방향에 따라 다양한 방향 및 위치에서 연장되거나 절곡될 수 있을 것이다. 또한, 제1 단자탭 절곡부(140a)는 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다.
한편, 제1 단자부(140)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다.
또한, 절연성 몰딩 수지(143)가 제1 단자탭 절곡부(140a) 상기 캡 플레이트(130)을 관통하는 영역에서 상기 제1 단자탭 절곡부(140a)를 감싼다. 더불어, 절연성 몰딩 수지(143)는 제1 단자탭 절곡부(140a)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.
제2 단자부(150) 역시 금속으로 형성되며, 제2 전극판(112)과 전기적으로 연결된다.
제2 단자부(150)는 제2 측부 단자판(150c), 제2 상부 단자판(150b) 및 제2 단자탭 절곡부(150a)를 포함한다.
제2 측부 단자판(150c; 제2 집전판)은 전극 조립체(110)의 측면 단부로 돌출된 제2 전극 무지부와 접촉되어 전기적으로 연결된다. 실질적으로 제2 측부 단자판(150c)은 제2 전극 무지부에 용접된다. 제2 측부 단자판(150c)는 전극 조립체(110)의 측면부에 부착되는 형태로 형성될 수 있다. 이 경우에도 제2 측부 단자판(150c; 제2 집전판)은 전극 조립체(110)의 측면부와 접촉될 때 제2 측부 단자판(150c)의 넓은 면부가 수평으로 대면하여 배치되는 형태로 부착된다.
제2 상부 단자판(150b)은 제2 측부 단자판(150c)과 동일한 재료로 형성되며, 제2 측부 단자판(150c)에서 연장되어 전극 조립체(110)의 상단부에 부착되는 형태로 형성된다. 일반적으로 각형 이차 전지(100)의 경우 전극 조립체(110)의 상부면과 측면이 90도 각도로 형성되기 때문에, 제2 상부 단자판(150b)는 제2 측부 단자판(150c)와 90도 각도로 꺾여 연장된다. 이에 따라 제2 상부 단자판(150b)와 제2 측부 단자판(150c)는 대략 '┑' 형태로 형성된다.
제2 단자탭 절곡부(150a)는 제2 상부 단자판(150b)의 끝단에서 절곡되어 상부 방향으로 절곡되어 연장된다. 제2 단자탭 절곡부(150a)는 제2 상부 단자판(150b) 끝단에서 길이 방향의 측면에서 절곡되어 상부 방향으로 연장될 수도 있으며, 길이 방향으로 절곡되어 상부 방향으로 연장될 수도 있다. 그러나, 제2 단자탭 절곡부(150a)가 도 3에 도시된 바와 같이 전극 조립체(110)의 측면에서 장방향을 따라 연장되는 형태로 부착되는 것이 일반적이기 때문에, 제2 단자탭 절곡부(150a)는 제2 상부 단자판(150b)와 제2 측부 단자판(150c)의 연장 방향의 측면 방향으로 연장되어 절곡되는 것이 바람직할 것이다.
또한, 제2 단자탭 절곡부(150a)는 제2 상부 단자판(150b)에서 절곡되어 연장되지 않고, 별도의 부품으로 제작되어 제2 상부 단자판(150b) 끝단에 용접되어 결합될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 제2 단자탭 절곡부(150a)는 '┗'로 절곡된 전극 단자이며, 제2 상부 단자판(150b)의 장측방향으로 용접된다. 즉, 제2 단자탭 절곡부(150a)는 제2 측부 단자판(150c)에서 제2 상부 단자판(150b)로의 꺾인 방향과 90도인 방향으로 절곡되도록 용접된다.
그러나, 이러한 제2 단자탭 절곡부(150a)는 도 3 및 도 4의 실시예에 한정되지 않으며, 단자의 형성 방향에 따라 다양한 방향 및 위치에서 연장되거나 절곡될 수 있을 것이다. 또한, 제1 단자탭 절곡부(140a)는 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다.
한편, 제1 단자부(140)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다.
또한, 절연성 몰딩 수지(153)가 제2 단자탭 절곡부(150a) 상기 캡 플레이트(130)을 관통하는 영역에서 상기 제2 단자탭 절곡부(150a)를 감싼다. 더불어, 절연성 몰딩 수지(153)는 제2 단자탭 절곡부(150a)의 주변인 캡 플레이트(130)의 상면 및 캡 플레이트(130)의 하면에도 일정 두께로 형성된다.
여기서, 절연성 몰딩 수지(153)는 상기 절연성 몰딩 수지(143)과 동일한 재료로 형성될 수 있을 것이다.
본 발명의 다양한 실시예는 전극 조립체 단자부와 기존의 전극 단자부를 일체화하여 부품 개수를 줄일 수 있고, 또한 전지와 전지의 상호간 전기적 연결을 위해 별도의 부품없이 단자부들을 상호간 직접 연결할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예는 전극 조립체 단자부와 기존의 전극 단자부가 별도로 존재했던 기존의 이차 전지에 비해 전극 조립체 단자부가 기존의 전극 단자부와 같은 평면에서 연결되기 때문에 케이스 내부의 공간을 최소화할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지를 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.
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.

Claims (9)

  1. 각형 이차 전지를 위한 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 각형 이차 전지용 케이스;
    상기 케이스에 결합된 캡 플레이트; 및
    상기 전극 조립체의 측부에 결합되고 상기 전극 조립체의 측부에서 상기 전극 조립체의 상부로 절곡되어 연장된 단자부를 포함하고,
    상기 단자부는 상기 전극 조립체 상부로 연결된 끝 부분에서 상부로 절곡되어 상기 캡 플레이트 외부로 돌출되는 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자부는
    상기 전극 조립체의 측부에 부착되는 제1 영역, 상기 전극 조립체의 상부에 부착되는 제2 영역 및 상기 제2 영역에서 절곡된 상기 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 전극 조립체 측부에서 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 절곡부는
    상기 단자부의 제2 영역의 끝단에서, 상기 제2 영역이 상기 제1 영역에서 이어져 연장되는 방향의 측면 방향으로 연장되어 절곡되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 서로 90도로 꺾여 이어져 있으며, 상기 제2 영역과 상기 절곡부는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 꺾인 방향과 다른 방향으로 서로 90도로 꺾여 이어져 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자부는 한 쌍으로 구성되어 상기 전극 조립체의 양 측부에 각각 부착되고 서로 다른 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이차 전지는,
    상기 단자부의 절곡부가 상기 캡 플레이트를 관통하여 상부로 연장되고, 상기 절곡부와 상기 캡플레이트 사이에는 절연성 몰딩 수지가 더 개재되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 절곡부는 '┗'로 절곡된 금속 단자이며, 그 절곡 방향이 상기 단자부의 제1 영역에서 제2 영역으로 꺾인 방향과 수직인 방향으로 결합되도록, 상기 제2 영역의 끝단에 용접되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 측부와 상기 단자부의 제1 영역의 넓은 면부가 수평으로 대면하여 배치되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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