WO2020159071A1 - 이차 전지 - Google Patents

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WO2020159071A1
WO2020159071A1 PCT/KR2019/017377 KR2019017377W WO2020159071A1 WO 2020159071 A1 WO2020159071 A1 WO 2020159071A1 KR 2019017377 W KR2019017377 W KR 2019017377W WO 2020159071 A1 WO2020159071 A1 WO 2020159071A1
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collecting plate
plate
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박정현
박건규
박준형
정현기
박성수
이원익
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삼성에스디아이(주)
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery.
  • a secondary battery is a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be charged.
  • a low-capacity battery in which one battery cell is packaged in a pack, it is used in small portable electronic devices such as mobile phones and camcorders.
  • large-capacity batteries in units of dozens of connected battery packs, they are widely used as power sources for driving motors such as hybrid vehicles.
  • These secondary batteries are manufactured in various shapes. Typical shapes include cylindrical, square, and pouch shapes, and the electrode assembly and electrolyte formed through a separator, which is an insulator between positive and negative plates, are embedded in a case. It is constructed by installing and installing a cap plate on the case.
  • the present invention provides a secondary battery capable of easily welding the electrode assembly and the current collecting plate and improving safety.
  • the secondary battery according to the present invention is formed by winding a first electrode plate having a first electrode uncoated portion, a second electrode plate having a separator and a second electrode uncoated portion, the first electrode uncoated portion protruding upward, and the second electrode An electrode assembly in which the uncoated portion protrudes downward; And a circular first current collecting plate electrically connected to the first electrode uncoated portion and having an uneven portion protruding downward, wherein the width of the uneven portion is wider from the center of the first current collecting plate toward the outside. It is characterized by.
  • the first current collecting plate may include a first through hole formed in the center, and a plurality of second through holes formed outside the first through hole.
  • the uneven portion may be formed with a plurality of spaced apart portions of the first through hole.
  • the first electrode uncoated portion may include a pressing region formed by being partially pressurized, and the uneven portion may be welded to the pressing region.
  • the pressing region may be formed to have a wider width from the center of the electrode assembly toward the outside to correspond to the uneven portion.
  • the first plate may further include a positioning portion formed outside the first through hole.
  • the positioning unit may be formed of a plurality of grooves or holes, and may be located inside the second through hole.
  • the positioning unit may be embossed.
  • the positioning unit may be formed by spaced apart stamps of different shapes.
  • the second electrode is electrically connected to the second uncoated portion, and further includes a circular second current collecting plate having an uneven portion protruding upward, and the width of the uneven portion can be widened from the center of the second current collecting plate toward the outside. have.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention may be provided with a current collecting plate having a concave-convex portion with a wider width from the center to the outside, so that the compaction level of the pressing portion of the electrode uncoated region where the concave-convex portion is welded is constant. Accordingly, weldability between the current collecting plate and the electrode assembly can be improved, and short circuit of the electrode assembly can be prevented.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention can shorten the scanning time for confirming the welding position and improve the welding position precision by forming the position checking unit on the current collecting plate.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a part of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view showing the first current collecting plate shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a plan view showing a first current collecting plate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing a first current collecting plate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is an exploded perspective view showing a part of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view showing the first current collecting plate shown in FIG. 2.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly 110, a first current collecting plate 120, a second current collecting plate 130, a case 140, and a cap assembly ( 150).
  • the electrode assembly 110 includes a first electrode plate 111 and a second electrode plate 112 and a separator 113 interposed between the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112. .
  • the electrode assembly 110 may be formed by winding the laminating agent of the first electrode plate 111, the separator 113, and the second electrode plate 112 in a jelly-roll form.
  • the first electrode plate 111 may act as an anode
  • the second electrode plate 112 may act as a cathode.
  • the first electrode plate 111 is formed by applying a first electrode active material such as a transition metal oxide to a first electrode current collector formed of a metal foil such as aluminum.
  • a first electrode uncoated portion 111a to which a first electrode active material is not applied is formed on the first electrode plate 111, and a first current collecting plate 120 is electrically connected to the first electrode uncoated portion 111a. do.
  • the second electrode plate 112 is formed by applying a second electrode active material such as graphite or carbon to a second electrode current collector formed of a metal foil such as copper or nickel.
  • a second electrode uncoated portion 112a to which a second electrode active material is not applied is formed on the second electrode plate 112, and a second current collecting plate 130 is electrically connected to the second electrode uncoated portion 112a. do.
  • the first current collecting plate 120 is coupled to the upper portion of the electrode assembly 110 and is electrically connected to the first electrode uncoated portion 111a.
  • the first current collecting plate 120 is formed of a circular plate corresponding to the horizontal cross section of the electrode assembly 110.
  • the first current collecting plate 120 includes an uneven portion 121 and a through hole 122.
  • the uneven portion 121 may be formed in a groove shape protruding downward from the first current collecting plate 120, and a plurality may be formed. As an example, as shown in Figure 2, the uneven portion 121 is made of four grooves, may be arranged in a'+' form. That is, each uneven portion 121 may be arranged to be spaced apart at 90-degree intervals based on the center of the first current collecting plate 120. Meanwhile, in the present invention, the number of the uneven parts 121 is not limited, and the uneven parts 121 may be formed of four or more or smaller.
  • the uneven portion 121 may be welded to the first electrode uncoated portion 111a of the electrode assembly 110.
  • the uneven portion 121 may be connected to the first electrode uncoated portion 111a by laser welding, ultrasonic welding, resistance welding, or the like.
  • the first electrode uncoated portion 111a by performing a compaction process to press and flatten a part of the first electrode uncoated portion 111a, the first electrode uncoated portion 111a ) Can be easily welded to the uneven portion 121.
  • a region where the first electrode uncoated portion 111a is pressed and formed flat is defined as a pressing region 111b.
  • the uneven portion 121 is formed in a trapezoidal shape in which the width increases (increases) from the center of the first current collecting plate 120 toward the outside. That is, the concave-convex portion 121 is formed such that the width D1 at the center of the first current collecting plate 120 is narrower than the width D2 at the outermost (D1 ⁇ D2). This is for equally pressing the pressing region 111b at a constant depth in a compaction process in which the first electrode uncoated portion 111a is pressed in advance and flattened.
  • the electrode assembly 110 wound in the form of a jelly-roll has a greater curvature at the winding center than the curvature at the winding end, so that pressing from the winding center to the winding end with the same area and the same force increases more at the winding end. Will be pressed. Therefore, in the present invention, the width of the concave-convex portion 121 is formed so that the width becomes increasingly wider (increased) from the center to the outermost portion, and the first electrode uncoated portion 111a to which the concave-convex portion 121 is welded is pressed.
  • the region 111b is also formed to be wider (increased) from the center of the electrode assembly 110 toward the outermost portion, so that the compaction level of the pressing region 111b is constant. That is, even when the first electrode uncoated portion 111a is pressed with the same force during the compaction process, the pressing region 111b is formed in a shape in which the area becomes wider (increasing) toward the outer edge of the electrode assembly 110, so that the first electrode
  • the depth of the pressing region 111b in the electrode uncoated region 111a may be formed to be the same. Therefore, the present invention can improve the weldability of the first current collecting plate 120 and the electrode assembly 110, and can prevent the short circuit of the electrode assembly 110.
  • the through hole 122 is a hole through which an electrolyte is injected, and a plurality of through holes 122 may be formed in the first current collecting plate 120.
  • the through hole 122 may include a first through hole 123 formed in the center of the first current collecting plate 122 and a second through hole 124 formed between the uneven parts 121.
  • the second through hole 124 may be formed less than the number of the uneven portion 121. Therefore, there is an area in which the second through hole 124 is not formed in at least one area between the uneven parts 121.
  • the lead tab 125 may be coupled to an area where the second through hole 124 is not formed.
  • the lead tab 125 may be connected to the cap assembly 150 to electrically connect the first current collecting plate 120 to the cap assembly 150.
  • the lead tab 125 is electrically connected to the first current collecting plate 120 and the other side is electrically connected to the cap assembly 150.
  • the lead tab 125 may be integrally formed with the first current collecting plate 120.
  • a portion of the first current collecting plate 120 is formed to be extended to constitute the lead tab 125, and the lead tab 125 is bent to be electrically connected to the cap assembly 150.
  • the second current collecting plate 130 is coupled to the lower portion of the electrode assembly 110 and is electrically connected to the second electrode uncoated portion 112a.
  • the second current collecting plate 130 is formed of a circular plate corresponding to the horizontal cross section of the electrode assembly 110.
  • the first current collecting plate 130 includes an uneven portion 131, a through hole 132, and a connection portion 135.
  • the uneven portion 131 may be formed in a groove shape protruding upward from the second current collecting plate 130, and a plurality may be formed.
  • the uneven portion 131 is made of four grooves may be arranged in a'+' shape. That is, the uneven portion 131 of the second current collecting plate 130 is formed in the same way as the uneven portion 121 of the first current collecting plate 120, but only the protruding directions are made in opposite directions. Therefore, hereinafter, only the difference will be described.
  • the uneven portion 131 may be welded to the second electrode uncoated portion 112a of the electrode assembly 110.
  • the second electrode uncoated portion 112a performs a compaction process to press and flatten a part of the second electrode uncoated portion 112a, similarly to the first electrode uncoated portion 111a, so that the second electrode uncoated portion
  • the uneven portion 131 can be easily welded to 112a.
  • the uneven portion 131 is formed in a trapezoidal shape in which the width increases from the center of the second current collecting plate 130 toward the outside.
  • the through hole 132 is a hole through which the electrolyte moves, and a plurality of through holes 132 may be formed on the second current collecting plate 130.
  • the through hole 132 may be formed between the uneven parts 131.
  • the connection portion 135 is formed at the center of the second current collecting plate 130. That is, the connection part 135 is formed in a portion corresponding to the position where the first through hole 123 is formed in the first current collecting plate 120.
  • the connection part 135 is formed to protrude downward from the second current collecting plate 130.
  • the connecting portion 135 is electrically connected to the lower plate 142 of the case 140, which will be described later.
  • the connection part 135 may be electrically connected to the case 140 by laser welding, ultrasonic welding, resistance welding, or the like.
  • the case 140 includes a side plate 141 that is a cylindrical body having a certain diameter to form a space in which the electrode assembly 110 is accommodated, and a bottom plate 122 that seals a lower portion of the side plate 141. .
  • the upper opening of the case 140 is opened to be sealed after the electrode assembly 110 is inserted.
  • a beading portion 143 for preventing flow of the electrode assembly 110 is formed on the upper portion of the case 140.
  • a crimping portion 144 for fixing the cap assembly 150 is formed at an uppermost portion of the case 140.
  • the cap assembly 150 includes a cap up 151, a safety vent 152 coupled to a lower portion of the cap up 151, a cap down 153 coupled to a lower portion of the safety vent 152, and a safety vent 152.
  • the sub-plate 155 is electrically connected to the lead tab 125 of the first current collecting plate 120.
  • the electrode assembly is wound by winding a stack of the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112 and the separator 113 interposed between the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112.
  • the pressing region 111b is formed on the first electrode uncoated portion 111a protruding to the upper portion of the electrode assembly 110.
  • the pressing region 111b is in a'+' shape to correspond to the uneven portion 121 of the first current collecting plate 120, and is made in a shape in which the width is widened toward the outermost portion from the central region.
  • a pressing region is also formed in the second electrode uncoated portion 112a protruding to the lower portion of the electrode assembly 110.
  • the first current collecting plate 120 is coupled to the upper portion of the electrode assembly 110, and the second current collecting plate 130 is coupled to the lower portion.
  • the pressing region 111b formed on the first electrode uncoated portion 111a of the electrode assembly 110 and the uneven portion 121 of the first current collecting plate 120 are welded, and the second electrode uncoated portion 112a is welded.
  • the concave-convex portion 131 of the second current collecting plate 130 is welded to the pressing region formed in the.
  • the electrode assembly 110 to which the first and second current collecting plates 120 and 130 are coupled is inserted into the case 140, and the connection portion 135 and the bottom surface of the case 140 of the second current collecting plate 130 are inserted.
  • the plate 142 is welded and electrically connected, and the lead tab 125 of the first current collecting plate 120 and the sub plate 155 of the cap assembly 150 are welded and electrically connected.
  • the electrolyte solution is injected into the case 140, and the cap assembly 150 is coupled to the top of the case 140 to complete the secondary battery 100 according to the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view showing a first current collecting plate according to another embodiment of the present invention.
  • the first current collecting plate 220 includes an uneven portion 121, a through hole 122, and a positioning unit 226.
  • the position checking unit 226 checks a position to be welded. It is for imprinting.
  • the positioning unit 226 is formed around the first through hole 123 and is formed inside the second through hole 124.
  • the positioning unit 226 is made of four holes, and may be arranged to be spaced apart at 90-degree intervals.
  • the diameter of the hole 226 is formed smaller than the diameter of the second through hole 124.
  • the hole 226 is illustrated as circular in the drawing, the hole 226 may be formed in various shapes such as a square or a pentagon.
  • the welding apparatus must scan the area S2 including the second through hole 124 to confirm the welding position. .
  • the positioning unit 226 may be formed on the second current collecting plate 130 as well as the first current collecting plate 220. At this time, the positioning unit 226 formed on the second current collecting plate 130 may be arranged around the connection unit 135.
  • the present invention is a first current collecting plate 220 formed inside the second through hole 124 and having a positioning unit 226 formed of a plurality of holes having a diameter smaller than the diameter of the second through hole 124. ), it is possible to shorten the scanning time for confirming the welding position and to improve the welding position precision.
  • FIG. 5 is a plan view showing a first current collecting plate according to another embodiment of the present invention.
  • the first current collecting plate 320 includes an uneven portion 121, a through hole 122, and a location confirmation unit 326.
  • the positioning unit 326 may be formed of stamps having different shapes.
  • the positioning unit 326 may be arranged on the outside of the first through-hole 123 in different numbers of holes or grooves having a substantially rectangular shape.
  • the positioning unit 326 may be arranged outside the first through hole 123 in a form in which the number of rectangular holes or grooves gradually increases.
  • the positioning unit 326 may be formed in an embossed shape protruding from the first current collecting plate 320.

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Abstract

본 발명은 전극 조립체와 집전 플레이트를 용이하게 용접할 수 있으며 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다. 일례로, 제 1 전극 무지부를 갖는 제 1 전극판과, 세퍼레이터 및 제 2 전극 무지부를 갖는 제 2 전극판이 권취되어 형성되며, 상기 제 1 전극 무지부가 상부로 돌출되고 상기 제 2 전극 무지부가 하부로 돌출된 전극 조립체; 및 상기 제 1 전극 무지부와 전기적으로 연결되며, 하부로 돌출된 요철부를 갖는 원형의 제 1 집전 플레이트;를 포함하고, 상기 요철부의 너비는 상기 제 1 집전 플레이트의 중심에서부터 외곽으로 갈수록 넓어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다.
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 전극 조립체와 집전 플레이트를 용이하게 용접할 수 있으며 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지는 제 1 전극 무지부를 갖는 제 1 전극판과, 세퍼레이터 및 제 2 전극 무지부를 갖는 제 2 전극판이 권취되어 형성되며, 상기 제 1 전극 무지부가 상부로 돌출되고 상기 제 2 전극 무지부가 하부로 돌출된 전극 조립체; 및 상기 제 1 전극 무지부와 전기적으로 연결되며, 하부로 돌출된 요철부를 갖는 원형의 제 1 집전 플레이트;를 포함하고, 상기 요철부의 너비는 상기 제 1 집전 플레이트의 중심에서부터 외곽으로 갈수록 넓어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 집전 플레이트는 중심에 형성된 제 1 관통홀과, 상기 제 1 관통홀의 외측에 형성된 다수의 제 2 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 요철부는 상기 제 1 관통홀의 외측에 다수개가 이격되어 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극 무지부는 일부가 가압되어 평탄하게 형성된 가압 영역을 포함하고, 상기 가압 영역에는 상기 요철부가 용접될 수 있다.
상기 가압 영역은 상기 요철부와 대응되게 전극 조립체의 중심에서부터 외곽으로 갈수록 너비가 넓어지도록 형성될 수 있다.
상기 제 1 플레이트는 상기 제 1 관통홀의 외측에 형성된 위치 확인부를 더 포함할 수 있다.
상기 위치 확인부는 다수의 홈 또는 홀로 형성되며, 상기 제 2 관통홀의 내측에 위치할 수 있다.
상기 위치 확인부는 양각으로 형성될 수 있다.
상기 위치 확인부는 서로 다른 형태의 각인이 이격되어 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극 무지부와 전기적으로 연결되며, 상부로 돌출된 요철부를 갖는 원형의 제 2 집전 플레이트;를 더 포함하고, 상기 요철부의 너비는 상기 제 2 집전 플레이트의 중심에서부터 외곽으로 갈수록 넓어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 중심에서 외곽으로 갈수록 너비가 넓어지는 요철부가 형성된 집전 플레이트를 구비함으로써, 상기 요철부가 용접되는 전극 무지부의 가압 영역의 다짐 수준을 일정하게 할 수 있다. 이에 따라, 집전 플레이트와 전극 조립체 사이의 용접성을 향상시킬 수 있으며, 전극 조립체의 단락을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 집전 플레이트에 위치 확인부를 형성함으로써, 용접 위치를 확인하기 위한 스캐닝 시간을 단축시킬 수 있으며 용접 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제 1 집전 플레이트를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 집전 플레이트를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 집전 플레이트를 도시한 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" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
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, 단계, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 분해 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 제 1 집전 플레이트를 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체(110), 제 1 집전 플레이트(120), 제 2 집전 플레이트(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 및 상기 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 개재된 세퍼레이터(113)를 포함한다. 상기 전극 조립체(110)는 상기 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113) 및 제 2 전극판(112)의 적층제를 젤리-롤 형태로 권취하여 형성할 수 있다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 제 1 전극판(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 상기 제 1 전극판(111)에는 제 1 전극 활물질이 도포되지 않은 제 1 전극 무지부(111a)가 형성되며, 상기 제 1 전극 무지부(111a)에는 제 1 집전 플레이트(120)가 전기적으로 연결된다.
상기 제 2 전극판(112)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 상기 제 2 전극판(112)에는 제 2 전극 활물질이 도포되지 않은 제 2 전극 무지부(112a)가 형성되며, 상기 제 2 전극 무지부(112a)에는 제 2 집전 플레이트(130)가 전기적으로 연결된다.
상기 제 1 집전 플레이트(120)는 전극 조립체(110)의 상부에 결합되며, 상기 제 1 전극 무지부(111a)와 전기적으로 연결된다. 제 1 집전 플레이트(120)는 전극 조립체(110)의 가로 단면과 대응되게 원형의 플레이트로 이루어진다. 제 1 집전 플레이트(120)는 요철부(121) 및 관통홀(122)을 포함한다.
상기 요철부(121)는 제 1 집전 플레이트(120)로부터 하부로 돌출된 홈 형태로 이루어지며, 다수개가 형성될 수 있다. 일례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 요철부(121)는 4개의 홈으로 이루어지며, '+' 형태로 배열될 수 있다. 즉, 각각의 요철부(121)는 제 1 집전 플레이트(120)의 중심을 기준으로 90도 간격으로 이격되게 배열될 수 있다. 한편, 본 발명에서 요철부(121)의 개수를 한정하는 것은 아니며, 상기 요철부(121)는 4개 이상으로 형성되거나 그 보다 작게 형성될 수 있다. 상기 요철부(121)는 전극 조립체(110)의 제 1 전극 무지부(111a)에 용접될 수 있다. 이때, 요철부(121)는 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접 등에 의해 제 1 전극 무지부(111a)에 접속될 수 있다. 더불어, 요철부(121)를 제 1 전극 무지부(111a)에 접속하기 전에, 제 1 전극 무지부(111a)의 일부를 가압하여 평탄하게 하는 다짐 공정을 수행함으로써, 제 1 전극 무지부(111a)에 요철부(121)를 용이하게 용접할 수 있다. 여기서, 제 1 전극 무지부(111a)가 가압되어 평탄하게 형성된 영역을 가압 영역(111b)이라고 정의한다.
또한, 도 3을 참조하면, 요철부(121)는 제 1 집전 플레이트(120)의 중심으로부터 외곽으로 갈수록 너비가 넓어지는(증가하는) 사다리꼴 형태로 이루어진다. 즉, 요철부(121)는 제 1 집전 플레이트(120)의 중심부에서의 너비(D1)가 최외곽에서 너비(D2) 보다 좁게 형성된다(D1<D2). 이는 제 1 전극 무지부(111a)를 미리 가압하여 평탄하게 하는 다짐 공정에서 가압 영역(111b)을 일정한 깊이로 동일하게 가압하기 위해서이다. 일반적으로, 젤리-롤 형태로 권취된 전극 조립체(110)는 권취 중심에서의 곡률이 권취 말단에서의 곡률보다 크므로, 권취 중심에서부터 권취 말단까지 동일 면적 및 동일 힘으로 가압하면 권취 말단에서 더 많이 눌려지게 된다. 따라서, 본 발명에서는 요철부(121)의 너비를 중심에서부터 최외곽으로 갈수록 너비가 점점 넓어지도록(증가하도록) 형성하고, 상기 요철부(121)가 용접되는 제 1 전극 무지부(111a)의 가압 영역(111b)도 전극 조립체(110)의 중심에서부터 최외곽으로 갈수록 너비가 넓어지도록(증가하도록) 형성하여, 가압 영역(111b)의 다짐 수준을 일정하게 할 수 있다. 즉, 다짐 공정 시 제 1 전극 무지부(111a)를 동일한 힘으로 가압하더라도, 가압 영역(111b)은 전극 조립체(110)의 외곽으로 갈수록 면적이 넓어지는(증가하는) 형태로 이루어지므로, 제 1 전극 무지부(111a)에서 가압 영역(111b)의 깊이는 동일하게 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 제 1 집전 플레이트(120)와 전극 조립체(110)의 용접성을 향상시킬 수 있고, 전극 조립체(110)의 단락을 방지할 수 있다.
상기 관통홀(122)은 전해액이 주입되는 홀로, 제 1 집전 플레이트(120)에 다수개가 형성될 수 있다. 구체적으로, 관통홀(122)은 제 1 집전 플레이트(122)의 중심부에 형성된 제1관통홀(123)과, 요철부(121)들 사이에 형성된 제2관통홀(124)을 포함할 수 있다. 또한, 제2관통홀(124)은 상기 요철부(121)의 개수보다 적게 형성될 수 있다. 따라서, 요철부(121)들 사이의 적어도 한 영역에는 제2관통홀(124)이 형성되지 않는 영역이 존재한다. 제2관통홀(124)이 형성되지 않은 영역에는 리드 탭(125)이 결합될 수 있다. 상기 리드 탭(125)은 캡 조립체(150)에 연결되어, 제 1 집전 플레이트(120)를 캡 조립체(150)에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 즉, 상기 리드 탭(125)의 일측은 제 1 집전 플레이트(120)에 전기적으로 연결되고, 타측은 캡 조립체(150)에 전기적으로 연결된다. 물론, 리드 탭(125)은 제 1 집전 플레이트(120)와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 집전 플레이트(120)의 일부가 연장되게 형성되어 리드 탭(125)을 구성하고, 상기 리드 탭(125)이 절곡되어 캡 조립체(150)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 2 집전 플레이트(130)는 전극 조립체(110)의 하부에 결합되며, 상기 제 2 전극 무지부(112a)와 전기적으로 연결된다. 제 2 집전 플레이트(130)는 전극 조립체(110)의 가로 단면과 대응되게 원형의 플레이트로 이루어진다. 제 1 집전 플레이트(130)는 요철부(131), 관통홀(132) 및 접속부(135)를 포함한다.
상기 요철부(131)는 제 2 집전 플레이트(130)로부터 상부로 돌출된 홈 형태로 이루어지며, 다수개가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 요철부(131)는 4개의 홈으로 이루어지며 '+' 형태로 배열될 수 있다. 즉, 제 2 집전 플레이트(130)의 요철부(131)는 제 1 집전 플레이트(120)의 요철부(121)와 동일하게 형성되되, 돌출된 방향만 서로 반대 방향으로 이루어진다. 따라서, 이하에서는 그 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 요철부(131)는 전극 조립체(110)의 제 2 전극 무지부(112a)에 용접될 수 있다. 더불어, 제 2 전극 무지부(112a)는 상기 제 1 전극 무지부(111a)와 마찬가지로, 제 2 전극 무지부(112a)의 일부를 가압하여 평탄하게 하는 다짐 공정을 수행하여, 제 2 전극 무지부(112a)에 요철부(131)를 용이하게 용접할 수 있다. 또한, 요철부(131)는 제 2 집전 플레이트(130)의 중심으로부터 외곽으로 갈수록 너비가 넓어지는 사다리꼴 형태로 이루어진다.
상기 관통홀(132)은 전해액이 이동하는 홀로, 제 2 집전 플레이트(130)에 다수개가 형성될 수 있다. 상기 관통홀(132)은 요철부(131)들 사이에 형성될 수 있다. 또한, 제 2 집전 플레이트(130)의 중심부에는 접속부(135)가 형성된다. 즉, 접속부(135)는 제 1 집전 플레이트(120)에서 제 1 관통홀(123)이 형성된 위치와 대응되는 부분에 형성된다. 상기 접속부(135)는 제 2 집전 플레이트(130)로부터 하부로 돌출되게 형성된다. 상기 접속부(135)는 후술되는 케이스(140)의 하면판(142)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 접속부(135)는 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접 등에 의해 상기 케이스(140)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 케이스(140)는 상기 전극 조립체(110)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(141)과, 측면판(141)의 하부를 밀폐하는 하면판(122)을 포함한다. 상기 케이스(140)의 상단 개구부는 전극 조립체(110)를 삽입한 후에 밀폐하도록 개방되어 있다. 또한, 상기 케이스(140)의 상부에는 전극 조립체(110)의 유동을 방지하기 위한 비딩부(143)가 형성된다. 그리고 상기 케이스(140)의 최상단부에는 캡 조립체(150)를 고정하기 위한 크림핑부(144)가 형성된다.
상기 캡 조립체(150)는 캡 업(151), 캡 업(151)의 하부에 결합된 안전 벤트(152), 안전 벤트(152)의 하부에 결합된 캡 다운(153), 안전 벤트(152)와 캡 다운(153) 사이에 위치한 인슐레이터(154), 캡 다운(133)의 하부에 결합되며 안전 벤트(152)와 전기적으로 연결된 서브 플레이트(155) 및 안전 벤트(152)의 외주연과 케이스(140) 사이에 개재된 가스켓(156)을 포함한다. 상기 서브 플레이트(155)는 제 1 집전 플레이트(120)의 리드 탭(125)과 전기적으로 연결된다.
상기와 같은 구성을 갖는 이차 전지의 제조 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 및 상기 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 개재된 세퍼레이터(113)의 적층체를 권취하여 전극 조립체(110)를 형성한다. 또한, 전극 조립체(110)의 상부로 돌출된 제 1 전극 무지부(111a)에 가압 영역(111b)을 형성한다. 여기서, 가압 영역(111b)은 제 1 집전 플레이트(120)의 요철부(121)와 대응되도록 '+' 형태이며, 중심 영역에서 최외곽으로 갈수록 너비가 넓어지는 형태로 이루어진다. 마찬가지로, 전극 조립체(110)의 하부로 돌출된 제 2 전극 무지부(112a)에도 가압 영역을 형성한다.
다음으로, 전극 조립체(110)의 상부에 제 1 집전 플레이트(120)를 결합하고, 하부에 제 2 집전 플레이트(130)를 결합한다. 구체적으로, 전극 조립체(110)의 제 1 전극 무지부(111a)에 형성된 가압 영역(111b)과 제 1 집전 플레이트(120)의 요철부(121)를 용접하고, 제 2 전극 무지부(112a)에 형성된 가압 영역에 제 2 집전 플레이트(130)의 요철부(131)를 용접한다.
그리고 나서, 제 1,2 집전 플레이트(120, 130)가 결합된 전극 조립체(110)를 케이스(140)에 삽입하고, 제 2 집전 플레이트(130)의 접속부(135)와 케이스(140)의 하면판(142)을 용접하여 전기적으로 연결하며, 제 1 집전 플레이트(120)의 리드 탭(125)과 캡 조립체(150)의 서브 플레이트(155)를 용접하여 전기적으로 연결한다. 다음으로, 케이스(140) 내에 전해액을 주입하고, 케이스(140)의 상단에 캡 조립체(150)를 결합하여, 본 발명에 따른 이차 전지(100)를 완성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 집전 플레이트를 도시한 평면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 집전 플레이트(220)는 요철부(121), 관통홀(122) 및 위치 확인부(226)를 포함한다.
상기 위치 확인부(226)는 용접 장치(미도시)가 APA(Auto Position Align) 기술을 적용하여 제 1 집전 플레이트(220)를 전극 조립체(110)에 용접할 때, 용접해야 할 위치를 확인하기 위한 각인이다. 상기 위치 확인부(226)는 제 1 관통홀(123)의 주변에 형성되며 제 2 관통홀(124) 보다 내측에 형성된다. 또한, 위치 확인부(226)는 4개의 홀로 이루어지며, 90도 간격으로 이격되게 배치될 수 있다. 또한, 상기 홀(226)의 직경은 제 2 관통홀(124)의 직경보다 작게 형성된다. 또한, 도면에서는 홀(226)이 원형인 것으로 도시하였으나, 상기 홀(226)은 사각형, 오각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제 1 집전 플레이트(220)에 위치 확인부(226)가 형성되지 않으면, 용접 위치를 확인하기 위해 용접 장치는 제 2 관통홀(124)을 포함하는 면적(S2)을 스캐닝 해야 한다. 그러나, 본 발명과 같이, 제 1 집전 플레이트(220)에 위치 확인부(226)를 형성하면 위치 확인부(226)를 포함하는 면적(S1)만 스캐닝 하면 되므로 빠르고 정확한 용접이 가능하게 된다. 또한, 이러한 위치 확인부(226)는 제 1 집전 플레이트(220)뿐만 아니라, 제 2 집전 플레이트(130)에도 형성될 수 있다. 이때, 제 2 집전 플레이트(130)에 형성되는 위치 확인부(226)는 접속부(135) 주위에 배열될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 제 2 관통홀(124)의 내측에 형성되며 제 2 관통홀(124)의 직경보다 작은 직경을 갖는 다수의 홀로 이루어진 위치 확인부(226)가 형성된 제 1 집전 플레이트(220)를 구비하므로, 용접 위치를 확인하기 위한 스캐닝 시간을 단축시킬 수 있으며 용접 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 집전 플레이트를 도시한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 집전 플레이트(320)는 요철부(121), 관통홀(122) 및 위치 확인부(326)를 포함한다. 상기 위치 확인부(326)는 서로 다른 형태를 갖는 각인으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 위치 확인부(326)는 대략 직사각형 형태의 홀 또는 홈의 개수가 서로 다르게 제 1 관통홀(123)의 외측에 배열될 수 있다. 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 위치 확인부(326)는 직사각형의 홀 또는 홈의 개수가 점점 증가하는 형태로 제 1 관통홀(123)의 외측에 배열될 수 있다. 또한, 위치 확인부(326)는 제 1 집전 플레이트(320)로부터 돌출된 양각의 형태로 형성될 수도 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.

Claims (10)

  1. 제 1 전극 무지부를 갖는 제 1 전극판과, 세퍼레이터 및 제 2 전극 무지부를 갖는 제 2 전극판이 권취되어 형성되며, 상기 제 1 전극 무지부가 상부로 돌출되고 상기 제 2 전극 무지부가 하부로 돌출된 전극 조립체; 및
    상기 제 1 전극 무지부와 전기적으로 연결되며, 하부로 돌출된 요철부를 갖는 원형의 제 1 집전 플레이트;를 포함하고,
    상기 요철부의 너비는 상기 제 1 집전 플레이트의 중심에서부터 외곽으로 갈수록 넓어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집전 플레이트는 중심에 형성된 제 1 관통홀과, 상기 제 1 관통홀의 외측에 형성된 다수의 제 2 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 요철부는 상기 제 1 관통홀의 외측에 다수개가 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 무지부는 일부가 가압되어 평탄하게 형성된 가압 영역을 포함하고, 상기 가압 영역에는 상기 요철부가 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 가압 영역은 상기 요철부와 대응되게 전극 조립체의 중심에서부터 외곽으로 갈수록 너비가 넓어지도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트는 상기 제 1 관통홀의 외측에 형성된 위치 확인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위치 확인부는 다수의 홈 또는 홀로 형성되며, 상기 제 2 관통홀의 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 위치 확인부는 양각으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 위치 확인부는 서로 다른 형태의 각인이 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 무지부와 전기적으로 연결되며, 상부로 돌출된 요철부를 갖는 원형의 제 2 집전 플레이트;를 더 포함하고,
    상기 요철부의 너비는 상기 제 2 집전 플레이트의 중심에서부터 외곽으로 갈수록 넓어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
PCT/KR2019/017377 2019-01-30 2019-12-10 이차 전지 WO2020159071A1 (ko)

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