WO2022010249A1 - 이차 전지 - Google Patents

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WO2022010249A1
WO2022010249A1 PCT/KR2021/008621 KR2021008621W WO2022010249A1 WO 2022010249 A1 WO2022010249 A1 WO 2022010249A1 KR 2021008621 W KR2021008621 W KR 2021008621W WO 2022010249 A1 WO2022010249 A1 WO 2022010249A1
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electrode
diameter
protrusion
flange portion
flange
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PCT/KR2021/008621
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French (fr)
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고희정
김기정
박용진
우병철
이종하
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삼성에스디아이 주식회사
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Priority to US17/794,242 priority patent/US20230099401A1/en
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    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a secondary battery.
  • a secondary battery (rechargeable battery) is a battery capable of charging and discharging.
  • Such a miniature secondary battery includes an electrode assembly including both electrodes, a case housing the electrode assembly and connected to one electrode of the electrode assembly, and a terminal plate sealing the electrode assembly together with the case and connected to the other electrode of the electrode assembly.
  • One embodiment is to provide a secondary battery including a terminal plate firmly connected to one electrode of the electrode assembly while firmly sealing the electrode assembly together with the case.
  • One side is an electrode assembly including a first electrode, a second electrode, a separator positioned between the first electrode and the second electrode, is connected to the first electrode to accommodate the electrode assembly, and exposes the electrode assembly a case including an opening, a cap plate coupled to the case to cover an outer region of the opening and including a through hole exposing a central region of the opening, and a cap plate connected to the second electrode to be disposed on the cap plate
  • a terminal plate comprising an insulating bonding and including a flange portion covering the through hole and a protrusion penetrating the through hole from the flange portion, wherein the ratio of the diameter of the protrusion to the diameter of the flange portion is 2/
  • a secondary battery of 25 to 3/5 is provided.
  • a heat-sealing layer disposed between the cap plate and the flange portion and insulating and bonding between the cap plate and the flange portion may be further included.
  • the heat sealing layer may be melted at a set temperature.
  • the flange portion may be positioned on the cap plate, and the protrusion may be connected to the second electrode by passing through the through hole from the flange portion.
  • the electrode assembly may further include a first electrode tab extending from the first electrode to be welded to the case, and a second electrode tab extending from the second electrode to be welded to the protrusion of the terminal plate.
  • the flange portion may have a larger area than the protrusion portion.
  • the flange portion may have a thinner thickness than the protrusion portion.
  • the flange part and the protrusion part may be integrally formed.
  • the case and the cap plate may have the same polarity as the first electrode, and the terminal plate may have the same polarity as the second electrode.
  • a diameter of the flange portion may be smaller than a diameter of the case.
  • a ratio of the diameter of the protrusion to the diameter of the flange may be 1/10 to 3/5.
  • a ratio of the diameter of the protrusion to the diameter of the flange may be 1/10 to 1/2.
  • a ratio of the diameter of the protrusion to the diameter of the flange may be 1/10 to 1/3.
  • the secondary battery may include a coin cell or a button cell.
  • a ratio of a height (height/diameter) to a diameter of the coin cell or the button cell may be 1 or less.
  • an electrode assembly including a first electrode, a second electrode, a separator positioned between the first electrode and the second electrode, is connected to the first electrode to accommodate the electrode assembly, and the electrode assembly
  • a case including an opening exposing the case, a cap plate coupled to the case to cover an outer region of the opening and including a through hole exposing a central region of the opening, and the cap plate connected to the second electrode and a terminal plate insulated on the upper surface, the terminal plate including a flange portion covering the through hole and a protrusion penetrating the through hole from the flange portion, wherein the ratio of the diameter of the protrusion to the diameter of the flange portion is A secondary battery of 2/25 or more is provided.
  • a ratio of the diameter of the protrusion to the diameter of the flange may be 3/5 or less.
  • a ratio of the diameter of the protrusion to the diameter of the flange may be 1/2 or less.
  • a ratio of the diameter of the protrusion to the diameter of the flange may be 1/3 or less.
  • a secondary battery including a terminal plate firmly connected to one electrode of the electrode assembly while firmly sealing the electrode assembly together with a case.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a secondary battery according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along II-II of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a first table showing experimental examples confirming the effect of the secondary battery according to the embodiment.
  • the secondary battery according to an embodiment is a miniature secondary battery, and may be a coin cell or a button cell, but is not limited thereto, and may be a cylindrical or pin type battery.
  • the coin-type battery or button-type battery is a thin coin or button-shaped battery, and may mean a battery in which the ratio of height to diameter (height/diameter) is 1 or less, but is not limited thereto.
  • the coin-type battery or the button-type battery is mainly cylindrical, the cross-section in the horizontal direction is circular, but is not limited thereto, and may also include an elliptical or polygonal cross-section in the horizontal direction.
  • the diameter may mean the maximum distance based on the horizontal direction of the battery, and the height may mean the maximum distance (the distance from the flat bottom surface to the flat top surface) based on the vertical direction of the battery.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a secondary battery according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along II-II of FIG. 1 .
  • a secondary battery 1000 includes an electrode assembly 100 , a case 200 , a cap plate 300 , a terminal plate 400 , and a heat sealing layer 500 .
  • the electrode assembly 100 is accommodated in the case 200 .
  • a lower portion of the electrode assembly 100 faces a lower portion of the case 200
  • an upper portion of the electrode assembly 100 includes a cap plate 300 and a terminal plate 400 covering the opening 210 of the case 200 , and oppose
  • the upper and lower portions of the electrode assembly 100 may have a planar shape parallel to each other, but the present invention is not limited thereto.
  • the electrode assembly 100 includes a first electrode 110 , a second electrode 120 , a separator 130 , a first electrode tab 140 , and a second electrode tab 150 .
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 are spaced apart from each other, and a separator 130 including an insulating material is positioned between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the first electrode 110 may be an anode, and the second electrode 120 may be an anode, but is not limited thereto.
  • the first electrode 110 may be an anode, and the second electrode 120 is not limited thereto. This may be the cathode.
  • the first electrode 110 has a band shape extending in one direction, and the negative electrode coating portion, which is an area where the negative active material layer is applied to the current collector of metal foil (eg, Cu foil), and the negative electrode uncoated area, which is an area where the active material is not applied. includes wealth.
  • the negative electrode uncoated region may be located at one end in the extending direction of the first electrode 110 .
  • the second electrode 120 has a band shape extending in one direction spaced apart from the first electrode 110 with the separator 130 interposed therebetween, and a positive electrode active material layer is formed on a current collector of a metal foil (eg, Al foil). It includes a positive electrode coating portion that is a coated area and a positive electrode uncoated area that is an area on which an active material is not applied. The positive electrode uncoated region may be located at one end in the extending direction of the second electrode 120 .
  • a metal foil eg, Al foil
  • the separator 130 extends in one direction between the first electrode 110 and the second electrode 120 to prevent a short circuit between the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the first electrode 110 , the separator 130 , and the second electrode 120 are sequentially stacked and wound in a jelly roll shape, but the present invention is not limited thereto and may be formed in various known shapes.
  • Each of the first electrode 110 , the second electrode 120 , and the separator 130 may include various known materials.
  • the first electrode tab 140 extends from the first electrode 110 of the electrode assembly 100 to the case 200 .
  • the first electrode tab 140 is coupled to the bottom of the case 200 to connect the first electrode 110 and the case 200 .
  • the first electrode tab 140 contacts the first electrode 110 and the case 200 .
  • the first electrode tab 140 is welded to the bottom of the case 200 , but is not limited thereto. Due to the first electrode tab 140 , the case 200 has the same polarity as that of the first electrode 110 .
  • the second electrode tab 150 extends from the second electrode 120 of the electrode assembly 100 to the terminal plate 400 .
  • the second electrode tab 150 is coupled to the protrusion 420 of the terminal plate 400 to connect the second electrode 120 and the terminal plate 400 .
  • the second electrode tab 150 contacts the second electrode 120 and the terminal plate 400 .
  • the second electrode tab 150 is welded to the surface of the protrusion 420 of the terminal plate 400 , but is not limited thereto. Due to the second electrode tab 150 , the terminal plate 400 has the same polarity as the second electrode 120 .
  • a center pin penetrating the center of the electrode assembly 100 in a vertical direction may be positioned, and the center pin is the first electrode tab 140 and the second electrode tab 150 . ) can be supported.
  • the center pin may be removed during the assembly process of the secondary battery, as shown in FIG. 2 , the center pin may not be located in the central portion of the electrode assembly 100 .
  • Each of the first electrode tab 140 and the second electrode tab 150 protrudes from the outer end of the electrode assembly 100 in the form of a jelly roll, but is not limited thereto. It may protrude from a portion between the center and the outer end of the roll-shaped electrode assembly 100 .
  • the case 200 is connected to the first electrode 110 of the electrode assembly 100 to accommodate the electrode assembly 100 .
  • the case 200 includes an opening 210 exposing an upper portion of the electrode assembly 100 . Since the bottom of the case 200 is welded to the first electrode tab 140 and connected to the first electrode 110 of the electrode assembly 100 , the case 200 has the same polarity as the first electrode 110 .
  • the case 200 has the shape of a cylindrical can for accommodating the electrode assembly 100 in the form of a jelly roll, but is not limited thereto and may have various well-known shapes.
  • the case 200 may accommodate various known electrolytes together with the electrode assembly 100 .
  • the outer surface of the case 200 may be the first electrode terminal of the secondary battery 1000 , but is not limited thereto.
  • the upper surface of the flange portion 410 which is the outer surface of the terminal plate 400 , may be the second electrode terminal of the secondary battery 1000 , but is not limited thereto.
  • the outer surface of the case 200 may be coated with a plating layer, but is not limited thereto, and various known coating layers may be coated on the outer surface of the case 200 .
  • the opening 210 of the case 200 is covered by the cap plate 300 and the terminal plate 400 .
  • the cap plate 300 is coupled to the case 200 to cover the outer region of the opening 210 .
  • the cap plate 300 includes a through hole 310 exposing the central region of the opening 210 .
  • the cap plate 300 is directly coupled to the sidewall of the case 200 forming the opening 210 of the case 200 by a welding process, etc. to cover the outer region of the opening 210 .
  • the cap plate 300 has a ring shape by a through hole 310 formed in the center, but is not limited thereto.
  • the cap plate 300 is coupled to the case 200 to have the same polarity as the first electrode 110 .
  • the cap plate 300 may include stainless steel, but is not limited thereto, and may include aluminum or metals such as nickel and copper.
  • the outer surface of the cap plate 300 may be the first electrode terminal of the secondary battery 1000 , but is not limited thereto.
  • an insulating member such as various known insulating layers (not shown) may be located on the lower surface of the cap plate 300.
  • a plating layer may be coated on the outer surface of the cap plate 300 , but the present invention is not limited thereto and various known coating layers may be coated on the outer surface of the cap plate 300 .
  • the terminal plate 400 is connected to the second electrode 120 to be insulated and bonded to the cap plate 300 .
  • the terminal plate 400 covers the through hole 310 of the cap plate 300 .
  • the terminal plate 400 is positioned on the cap plate 300 .
  • the terminal plate 400 covers the central region of the opening 210 of the case 200 exposed by the through hole 310 of the cap plate 300 . Since the terminal plate 400 covers the central area of the opening 210 and the cap plate 300 covers the outer area of the opening 210 , the opening 210 of the case 200 is formed between the terminal plate 400 and the cap. It is completely covered by the plate 300 .
  • the terminal plate 400 tightly seals the electrode assembly 100 together with the case 200 , the cap plate 300 , and the heat sealing layer 500 .
  • the terminal plate 400 is coupled to the second electrode tab 150 of the electrode assembly 100 to be connected to the second electrode 120 of the electrode assembly 100 .
  • the terminal plate 400 has the same polarity as the second electrode 120 .
  • the terminal plate 400 includes a flange portion 410 and a protrusion portion 420 .
  • the flange part 410 is positioned on the cap plate 300 , and overlaps the cap plate 300 to cover the through hole 310 .
  • the flange part 410 has a larger area than the protrusion part 420 .
  • the flange part 410 may have a larger diameter than the protrusion part 420 .
  • the upper surface of the flange portion 410 is smaller than the first diameter D1, which is the outer diameter of the case 200, and the second diameter D2, which is larger than the third diameter D3, which is the outer diameter of the lower surface of the protrusion 420 ) has
  • the flange portion 410 has a thinner thickness than the protrusion portion 420, but is not limited thereto.
  • the lower surface of the flange part 410 is in contact with the heat sealing layer 500 , and the flange part 410 is insulated and bonded to the cap plate 300 by the heat sealing layer 500 .
  • the upper surface of the flange part 410 may be a second electrode terminal of the secondary battery 1000 .
  • the protrusion 420 protrudes from the flange 410 and passes through the through hole 310 .
  • the protrusion 420 passes through the through hole 310 from the flange portion 410 and is connected to the second electrode 120 .
  • a lower surface of the protrusion 420 is coupled to the second electrode tab 150 .
  • the lower surface of the protrusion 420 may be welded to the second electrode tab 150 , but is not limited thereto.
  • the protrusion 420 and the flange portion 410 of the terminal plate 400 have the same polarity as that of the second electrode 120 .
  • the lower surface of the protrusion 420 coupled to the second electrode tab 150 may have a smaller diameter than the upper surface of the flange portion 410 , which may be an electrode terminal.
  • the protrusion 420 is spaced apart from the cap plate 300 by a set distance to prevent a short circuit with the cap plate 300 .
  • the protrusion 420 has a smaller size (eg, a diameter) than the through hole 310 so that the edge of the protrusion 420 does not contact the cap plate 300 .
  • the lower surface of the protrusion 420 has a third diameter (D3) that is smaller than the first diameter (D1) that is the outer diameter of the case 200 and the second diameter (D2) that is the outer diameter of the upper surface of the flange part (410) have
  • the ratio of the third diameter D3 of the lower surface of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the upper surface of the flange portion 410 is 2/25 to 3/5. That is, the third diameter D3 of the protrusion 420/the second diameter D2 of the flange 410 are 2/25 to 3/5.
  • the lower surface of the protrusion 420 may further protrude downward compared to the lower surface of the cap plate 300 , and the lower surface of the protrusion 420 is the cap plate 300 . It may be located below the lower surface of the.
  • the lower surface of the protrusion 420 may be positioned on the same line or on the same plane as the lower surface of the cap plate 300 .
  • the lower surface of the protrusion 420 may protrude upward less than the lower surface of the cap plate 300 , and the lower surface of the protrusion 420 is located above the lower surface of the cap plate 300 .
  • the second electrode tab 150 is welded to the protrusion 420 according to the ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 of the terminal plate 400 . of the welding area is determined. Since the ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 is 2/25 to 3/5, the second electrode tab 150 is attached to the protrusion 420 . ) are tightly coupled.
  • the protrusion part 420 and the flange part 410 are integrally formed, but the present invention is not limited thereto, and different materials may be combined to form the terminal plate 400 .
  • a plating layer may be coated on the outer surface of the terminal plate 400 , but the present invention is not limited thereto, and various known coating layers may be coated on the outer surface of the terminal plate 400 .
  • the heat sealing layer 500 is positioned between the cap plate 300 and the flange portion 410 of the terminal plate 400 , and insulatingly bonds between the cap plate 300 and the flange portion 410 of the terminal plate 400 . do.
  • the heat sealing layer 500 includes an insulating material and insulates between the cap plate 300 and the terminal plate 400 .
  • the thermal fusion layer 500 is thermally fused between the cap plate 300 and the flange portion 410 of the terminal plate 400 using heat or a laser beam.
  • the heat-sealing layer 500 may include various known materials for insulating and bonding the cap plate 300 and the terminal plate 400 .
  • the opening 210 of the case 200 in which the electrode assembly 100 is accommodated is opened to the cap plate 300 and the terminal plate ( 400), is completely sealed by the heat-sealing layer (500).
  • the heat sealing layer 500 is positioned between the flange part 410 and the cap plate 300 of the terminal plate 400 , and the heat sealing layer 500 is disposed in the second diameter D2 direction of the flange part 410 . It may have a minimum fusion length and a maximum fusion length (D4).
  • the minimum fusion length may mean a minimum length (radial direction) in which the terminal plate 400 overlaps the cap plate 300 in a vertical direction from the center of the terminal plate 400 to the edge of the terminal plate 400 .
  • the minimum fusion length at which the heat fusion layer 500 is positioned may satisfy Equation 1 below, but is not limited thereto.
  • Minimum fusion length (the second diameter of the flange part-(the second diameter of the flange part * 0.8))/2
  • the maximum fusion length D4 means the maximum length (radial direction) at which the terminal plate 400 overlaps the cap plate 300 in the vertical direction from the center of the terminal plate 400 to the edge of the terminal plate 400 . can do.
  • the maximum fusion length D4 at which the heat fusion layer 500 is positioned may satisfy Equation 2 below, but is not limited thereto.
  • the heat sealing layer 500 is in a cured state by heat, but may be melted at a set temperature.
  • the set temperature at which the heat sealing layer 500 is melted may be a temperature exceeding the temperature of heat curing the heat sealing layer 500 , but is not limited thereto.
  • the heat sealing layer 500 may include a thermosetting resin and a thermoplastic resin.
  • the thermosetting resin and the thermoplastic resin of the heat sealing layer 500 may be laminated in a plurality of layers, but the present invention is not limited thereto.
  • the thermosetting resin of the heat sealing layer 500 is in a cured state by heat, and may include various known thermosetting resins such as phenol resin, urea resin, melamine resin, epoxy resin, and polyester resin.
  • the thermoplastic resin of the heat sealing layer 500 includes, but is not limited to, a polypropylene resin that melts at a set temperature, and may include various known thermoplastic resins such as polystyrene, polyethylene, and polyvinyl chloride resin.
  • the maximum fusion length D4 in which the bonding area of the thermal fusion layer 500 and the thermal fusion layer 500 are located is determined. Since the ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 is 2/25 to 3/5, the second electrode tab 150 is attached to the protrusion 410 . ) is firmly coupled, and at the same time, the flange portion 410 and the cap plate 300 are firmly bonded by the heat sealing layer 500 .
  • a ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 may be 1/10 to 3/5. Since the ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 is 1/10 to 3/5, the second electrode tab 150 is attached to the protrusion 410 . ) may be firmly coupled, and at the same time, the flange portion 410 and the cap plate 300 may be firmly bonded by the heat sealing layer 500 .
  • the second diameter D2 of the flange portion 410 compared to the case where the ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 is 2/25 to 3/5.
  • the second electrode tab 150 is more firmly coupled to the protrusion 410 and the flange portion ( A space between the 410 and the cap plate 300 may be more firmly bonded by the heat sealing layer 500 .
  • a ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 may be 1/10 to 1/2. Since the ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 is 1/10 to 1/2, the second electrode tab 150 is attached to the protrusion 410 . ) may be firmly coupled, and at the same time, the flange portion 410 and the cap plate 300 may be firmly bonded by the heat sealing layer 500 .
  • the second diameter D2 of the flange portion 410 compared to the case where the ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 is 1/10 to 3/5 ) by having a ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to 1/10 to 1/2, so that the second electrode tab 150 is more firmly coupled to the protrusion 410 and the flange portion ( A space between the 410 and the cap plate 300 may be more firmly bonded by the heat sealing layer 500 .
  • a ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 may be 1/10 to 1/3. Since the ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 is 1/10 to 1/3, the second electrode tab 150 is attached to the protrusion 410 . ) may be firmly coupled, and at the same time, the flange portion 410 and the cap plate 300 may be firmly bonded by the heat sealing layer 500 .
  • the second diameter D2 of the flange portion 410 is ) by having a ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to 1/10 to 1/3, so that the second electrode tab 150 is more firmly coupled to the protrusion 410 and the flange portion ( A space between the 410 and the cap plate 300 may be more firmly bonded by the heat sealing layer 500 .
  • the ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 of the terminal plate 400 is Accordingly, the welding area of the second electrode tab 150 to be welded to the protrusion 420 , the bonding area of the heat sealing layer 500 for bonding between the flange portion 410 and the cap plate 300 , and the heat sealing layer 500 )
  • the maximum fusion length D4 at this location is determined, and the ratio of the third diameter D3 of the protrusion 420 to the second diameter D2 of the flange portion 410 is 2/25 to 3/5. Accordingly, the second electrode tab 150 is firmly coupled to the protrusion 420 , and at the same time, the flange portion 410 and the cap plate 300 are firmly bonded by the heat sealing layer 500 .
  • the third diameter D3 of the protrusion 420/the second diameter D2 of the flange 410 is 2/25 to 3/5, the case 200 , the cap plate 300 , and a terminal plate securely connected to the second electrode tab 150 of the electrode assembly 100 while firmly sealing the electrode assembly 100 together with the heat sealing layer 500 ( 400) is provided.
  • 3 is a first table showing experimental examples confirming the effect of the secondary battery according to the embodiment.
  • 4 is a second table showing experimental examples confirming the effect of the secondary battery according to the embodiment.
  • CELL SIZE indicates the outer diameter of the coin-type secondary battery
  • the diameter indicates the specification of the secondary battery case
  • TERMINAL PLATE specification indicates the specification of the terminal plate
  • the maximum fusion length is the terminal plate may represent the maximum length in which the flange portion of the terminal plate overlaps the cap plate in the vertical direction from the center of It can represent the minimum length overlapping in the vertical direction.
  • the case diameter means the first diameter D1 of the case 200 shown in FIG. 2
  • the flange diameter is the flange portion 410 of the terminal plate 400 shown in FIG. 2
  • the bump diameter means the third diameter D3 of the protrusion 420 of the terminal plate 400 shown in FIG. 2, and the maximum fusion length is shown in FIG.
  • the maximum fusion length D4 at which the thermal fusion layer 500 is located between the terminal plate 400 and the cap plate 300, and the minimum fusion length is the terminal plate 400 and the cap plate ( 300) means the minimum fusion length at which the thermal fusion layer 500 is located, and the leak test result is between the flange portion 410 and the cap plate 300 by the thermal fusion layer 500 shown in FIG. 2 .
  • the first diameter (Case diameter) of the case was 8 mm
  • the second diameter (Flange diameter) of the flange part of the terminal plate was 6.8 mm
  • the protrusion of the terminal plate The third diameter (bump diameter) is 0.5 mm to 4.4 mm, and the maximum fusion length is 3.13 mm to 0.98 mm.
  • the third diameter (bump diameter) of the protrusion of the terminal plate is 0.5 mm, in which the third diameter of the protrusion/the second diameter of the flange is less than 2/25, in which case the heat sealing layer is located. Since the maximum fusion length was 3.13 mm, the result of the reliability check (leak test) was not abnormal (OK), but the third diameter of the protrusion where the second electrode tab was welded was 0.5 mm, so the welding reliability was confirmed (the result of the welding test) was abnormal (NG).
  • the third diameter (bump diameter) of the protrusion of the terminal plate is substantially 2/25 to 3/5 of the third diameter of the protrusion/the second diameter of the flange is 0.6 mm to 4.0 mm, and in this case, the maximum fusion length where the heat fusion layer is located is 3.07 mm to 1.20 mm satisfying Equation 2 below, and the third diameter of the protrusion to which the second electrode tab is welded is 0.6 mm to 4.0 mm, so there was no abnormality in the welding reliability confirmation result (Leak test result) and the welding reliability confirmation result (Welding test result) (OK).
  • the third diameter (bump diameter) of the protrusion of the terminal plate was 4.4 mm, in which the third diameter of the protrusion/the second diameter of the flange was more than 3/5, in this case the second electrode tab was Since the third diameter of the protrusion to be welded was 4.4mm, the welding reliability confirmation result (welding test result) was not abnormal (OK), but the maximum fusion length where the heat-sealing layer is located was 0.98mm, so the welding reliability confirmation result (Leak test result) ) was abnormal (NG).
  • the electrode assembly 100 The electrode assembly 100 , the case 200 , the cap plate 300 , the terminal plate 400 , the flange part 410 , and the protrusion 420 .

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Abstract

이차 전지(rechargeable battery)는 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 제1 전극에 연결되어 상기 전극 조립체를 수납하며, 상기 전극 조립체를 노출하는 개구부를 포함하는 케이스, 상기 케이스와 결합하여 상기 개구부의 외곽 영역을 커버하며, 상기 개구부의 중앙 영역을 노출하는 관통홀을 포함하는 캡 플레이트, 및 상기 제2 전극과 연결되어 상기 캡 플레이트 상에 절연 접합되며, 상기 관통홀을 커버하는 플랜지부 및 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하는 돌출부를 포함하는 단자 플레이트를 포함한다.

Description

이차 전지
본 기재는 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지(rechargeable battery)는 충전 및 방전이 가능한 전지이다.
최근, 블루투스(bluetooth) 등의 무선 통신을 이용한 헤드폰, 이어폰, 스마트워치(smartwatch), 신체 부착형 의료 기기 등의 웨어러블 디바이스(wearable device)에 대한 수요가 증가함에 따라, 웨어러블 디바이스에 장착되는 초소형 이차 전지의 필요성이 증가하고 있다.
이러한, 초소형 이차 전지는 양 전극을 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수납하며 전극 조립체의 일 전극과 연결된 케이스, 및 케이스와 함께 전극 조립체를 밀봉하며 전극 조립체의 타 전극과 연결된 단자 플레이트를 포함한다.
일 실시예는, 케이스와 함께 전극 조립체를 견고하게 밀봉하는 동시에 전극 조립체의 일 전극과 견고하게 연결된 단자 플레이트를 포함하는 이차 전지를 제공하고자 한다.
일 측면은 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 제1 전극에 연결되어 상기 전극 조립체를 수납하며, 상기 전극 조립체를 노출하는 개구부를 포함하는 케이스, 상기 케이스와 결합하여 상기 개구부의 외곽 영역을 커버하며, 상기 개구부의 중앙 영역을 노출하는 관통홀을 포함하는 캡 플레이트, 및 상기 제2 전극과 연결되어 상기 캡 플레이트 상에 절연 접합되며, 상기 관통홀을 커버하는 플랜지부 및 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하는 돌출부를 포함하는 단자 플레이트를 포함하며, 상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 2/25 내지 3/5인 이차 전지를 제공한다.
상기 캡 플레이트와 상기 플랜지부 사이에 위치하며, 상기 캡 플레이트와 상기 플랜지부 사이를 절연 접합하는 열융착층을 더 포함할 수 있다.
상기 열융착층은 설정된 온도에서 녹을 수 있다.
상기 플랜지부는 상기 캡 플레이트 상에 위치하며, 상기 돌출부는 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하여 상기 제2 전극과 연결될 수 있다.
상기 전극 조립체는, 상기 제1 전극으로부터 연장되어 상기 케이스와 용접되는 제1 전극 탭, 및 상기 제2 전극으로부터 연장되어 상기 단자 플레이트의 상기 돌출부와 용접되는 제2 전극 탭을 더 포함할 수 있다.
상기 플랜지부는 상기 돌출부 대비 더 넓은 면적을 가질 수 있다.
상기 플랜지부는 상기 돌출부 대비 더 얇은 두께를 가질 수 있다.
상기 플랜지부 및 상기 돌출부는 일체로 형성될 수 있다.
상기 케이스 및 상기 캡 플레이트는 상기 제1 전극과 동일한 극성을 가지며, 상기 단자 플레이트는 상기 제2 전극과 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 플랜지부의 직경은 상기 케이스의 직경 대비 작을 수 있다.
상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 1/10 내지 3/5일 수 있다.
상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 1/10 내지 1/2일 수 있다.
상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 1/10 내지 1/3일 수 있다.
상기 이차 전지는 코인형 전지(coin cell) 또는 버튼형 전지(button cell)를 포함할 수 있다.
상기 코인형 전지(coin cell) 또는 상기 버튼형 전지(button cell)의 직경에 대한 높이(높이/직경)의 비율은 1 이하일 수 있다.
또한, 일 측면은 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 제1 전극에 연결되어 상기 전극 조립체를 수납하며, 상기 전극 조립체를 노출하는 개구부를 포함하는 케이스, 상기 케이스와 결합하여 상기 개구부의 외곽 영역을 커버하며, 상기 개구부의 중앙 영역을 노출하는 관통홀을 포함하는 캡 플레이트, 및 상기 제2 전극과 연결되어 상기 캡 플레이트 상에 절연 접합되며, 상기 관통홀을 커버하는 플랜지부 및 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하는 돌출부를 포함하는 단자 플레이트를 포함하며, 상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 2/25 이상인 이차 전지를 제공한다.
상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 3/5 이하일 수 있다.
상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 1/2 이하일 수 있다.
상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 1/3 이하일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 케이스와 함께 전극 조립체를 견고하게 밀봉하는 동시에 전극 조립체의 일 전극과 견고하게 연결된 단자 플레이트를 포함하는 이차 전지가 제공된다.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 이차 전지의 효과를 확인한 실험예들을 나타낸 제1 표이다.
도 4는 일 실시예에 따른 이차 전지의 효과를 확인한 실험예들을 나타낸 제2 표이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 이차 전지를 설명한다.
일 실시예에 따른 이차 전지는 초소형 이차 전지로서, 코인형 전지(coin cell) 또는 버튼형 전지(button cell)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 원통형 또는 핀(pin)형 전지일 수 있다.
여기서, 코인형 전지 또는 버튼형 전지는 얇은 동전 또는 단추 형태의 전지로서, 직경에 대한 높이(높이/직경)의 비율이 1 이하인 전지를 의미할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 코인형 전지 또는 버튼형 전지는 주로 원통형이므로 수평 방향의 단면이 원형이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수평 방향의 단면이 타원형 또는 다각형인 형태도 이에 포함될 수 있다. 이때, 직경은 전지의 수평 방향을 기준으로 최대 거리를 의미할 수 있고, 높이는 전지의 수직 방향을 기준으로 최대 거리(편평한 바닥면에서 편평한 최상단면까지의 거리)를 의미할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)는 전극 조립체(100), 케이스(200), 캡 플레이트(300), 단자 플레이트(400), 열융착층(500)을 포함한다.
전극 조립체(100)는 케이스(200)에 수납된다. 전극 조립체(100)의 하부는 케이스(200)의 저부와 대향하며, 전극 조립체(100)의 상부는 케이스(200)의 개구부(210)를 커버하는 캡 플레이트(300) 및 단자 플레이트(400)와 대향한다. 전극 조립체(100)의 상부 및 하부는 서로 평행한 평면 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전극 조립체(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 세퍼레이터(130), 제1 전극 탭(140), 제2 전극 탭(150)을 포함한다.
제1 전극(110) 및 제2 전극(120)은 서로 이격되어 있으며, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에는 절연 물질을 포함하는 세퍼레이터(130)가 위치한다. 제1 전극(110)은 음극(anode)이고, 제2 전극(120)은 양극(cathode)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 제1 전극(110)이 양극일 수 있으며, 제2 전극(120)이 음극일 수 있다.
제1 전극(110)은 일 방향으로 연장된 밴드 형태를 가지며, 금속박(일례로, Cu 포일)의 집전체에 음극 활물질층이 도포된 영역인 음극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 음극 무지부를 포함한다. 음극 무지부는 제1 전극(110)의 연장 방향으로 일 단부에 위치할 수 있다.
제2 전극(120)은 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 제1 전극(110)과 이격되어 일 방향으로 연장된 밴드 형태를 가지며, 금속박(일례로, Al 포일)의 집전체에 양극 활물질층이 도포된 영역인 양극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 양극 무지부를 포함한다. 양극 무지부는 제2 전극(120)의 연장 방향으로 일 단부에 위치할 수 있다.
세퍼레이터(130)는 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에서 일 방향으로 연장되어 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이의 단락을 방지한다.
제1 전극(110), 세퍼레이터(130), 제2 전극(120)은 순차적으로 적층되어 젤리 롤(jelly roll) 형태로 감겨져 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 형태로 형성될 수 있다. 제1 전극(110), 제2 전극(120), 세퍼레이터(130) 각각은 공지된 다양한 물질을 포함할 수 있다.
제1 전극 탭(140)은 전극 조립체(100)의 제1 전극(110)으로부터 케이스(200)로 연장된다. 제1 전극 탭(140)은 케이스(200)의 저부와 결합되어 제1 전극(110)과 케이스(200) 사이를 연결한다. 제1 전극 탭(140)은 제1 전극(110) 및 케이스(200)와 접촉한다. 제1 전극 탭(140)은 케이스(200)의 저부와 용접되나, 이에 한정되지는 않는다. 제1 전극 탭(140)에 의해 케이스(200)는 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가진다.
제2 전극 탭(150)은 전극 조립체(100)의 제2 전극(120)으로부터 단자 플레이트(400)로 연장된다. 제2 전극 탭(150)은 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)와 결합되어 제2 전극(120)과 단자 플레이트(400) 사이를 연결한다. 제2 전극 탭(150)은 제2 전극(120) 및 단자 플레이트(400)와 접촉한다. 제2 전극 탭(150)은 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)의 표면과 용접되나, 이에 한정되지는 않는다. 제2 전극 탭(150)에 의해 단자 플레이트(400)는 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다.
한편, 전극 조립체(100)의 중앙 부분에는 전극 조립체(100)의 중심을 수직 방향으로 관통하는 센터 핀이 위치할 수 있고, 이 센터 핀이 제1 전극 탭(140) 및 제2 전극 탭(150)을 지지할 수 있다.
그러나, 센터 핀은 이차 전지의 조립 과정에서 제거될 수 있으므로, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(100)의 중앙 부분에는 센터 핀이 위치하지 않을 수 있다.
제1 전극 탭(140) 및 제2 전극 탭(150) 각각은 젤리 롤 형태의 전극 조립체(100)의 외곽 단부로부터 돌출되나, 이에 한정되지 않고 젤리 롤 형태의 전극 조립체(100)의 중심부 또는 젤리 롤 형태의 전극 조립체(100)의 중심부와 외곽 단부 사이의 일 부분으로부터 돌출될 수 있다.
케이스(200)는 전극 조립체(100)의 제1 전극(110)과 연결되어 전극 조립체(100)를 수납한다. 케이스(200)는 전극 조립체(100)의 상부를 노출하는 개구부(210)를 포함한다. 케이스(200)의 저부가 제1 전극 탭(140)과 용접되어 전극 조립체(100)의 제1 전극(110)과 연결됨으로써, 케이스(200)는 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가진다. 케이스(200)는 젤리 롤 형태의 전극 조립체(100)를 수납하는 원통 형태의 캔(can) 형태를 가지나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 형태를 가질 수 있다. 케이스(200)는 전극 조립체(100)와 함께 공지된 다양한 전해액을 수납할 수 있다. 케이스(200)의 외부 표면은 이차 전지(1000)의 제1 전극 단자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이때, 단자 플레이트(400)의 외부 표면인 플랜지부(410)의 상부 표면은 이차 전지(1000)의 제2 전극 단자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 한편, 케이스(200)의 외부 표면에는 도금층이 코팅될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 코팅층이 케이스(200)의 외부 표면에 코팅될 수 있다.
케이스(200)의 개구부(210)는 캡 플레이트(300) 및 단자 플레이트(400)에 의해 커버된다.
캡 플레이트(300)는 케이스(200)와 결합하여 개구부(210)의 외곽 영역을 커버한다. 캡 플레이트(300)는 개구부(210)의 중앙 영역을 노출하는 관통홀(310)을 포함한다. 캡 플레이트(300)는 케이스(200)의 개구부(210)를 형성하는 케이스(200)의 측벽과 용접 공정 등에 의해 직접 결합되어 개구부(210)의 외곽 영역을 커버한다. 캡 플레이트(300)는 중앙에 형성된 관통홀(310)에 의해 고리 형태를 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 캡 플레이트(300)는 케이스(200)와 결합되어 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가진다. 캡 플레이트(300)는 스테인리스 강을 포함하나, 이에 한정되지 않고 알루미늄 또는 니켈 및 구리 등의 금속을 포함할 수 있다. 캡 플레이트(300)의 외부 표면은 이차 전지(1000)의 제1 전극 단자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 캡 플레이트(300)의 하부 표면에는, 이웃하는 제2 전극 탭(150) 등의 다른 극성을 갖는 구성과 접촉하여 단락(short circuit)되는 것을 방지하기 위해, 공지된 다양한 절연층 등의 절연 부재(미도시)가 위치할 수 있다.
한편, 캡 플레이트(300)의 외부 표면에는 도금층이 코팅될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 코팅층이 캡 플레이트(300)의 외부 표면에 코팅될 수 있다.
단자 플레이트(400)는 제2 전극(120)과 연결되어 캡 플레이트(300)에 절연 접합된다. 단자 플레이트(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 커버한다. 단자 플레이트(400)는 캡 플레이트(300) 상에 위치한다. 단자 플레이트(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)이 노출하는 케이스(200)의 개구부(210)의 중앙 영역을 커버한다. 단자 플레이트(400)가 개구부(210)의 중앙 영역을 커버하고 캡 플레이트(300)가 개구부(210)의 외곽 영역을 커버함으로써, 케이스(200)의 개구부(210)는 단자 플레이트(400) 및 캡 플레이트(300)에 의해 완전히 커버된다. 단자 플레이트(400)는 케이스(200), 캡 플레이트(300), 및 열융착층(500)과 함께 전극 조립체(100)를 견고하게 밀봉한다. 단자 플레이트(400)는 전극 조립체(100)의 제2 전극 탭(150)과 결합되어 전극 조립체(100)의 제2 전극(120)과 연결된다. 단자 플레이트(400)는 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다.
단자 플레이트(400)는 플랜지부(410) 및 돌출부(420)를 포함한다.
플랜지부(410)는 캡 플레이트(300) 상에 위치하며, 캡 플레이트(300)와 중첩하여 관통홀(310)을 커버한다. 플랜지부(410)는 돌출부(420) 대비 더 넓은 면적을 가진다. 플랜지부(410)는 돌출부(420) 대비 큰 직경을 가질 수 있다. 플랜지부(410)의 상부 표면은 케이스(200)의 외경인 제1 직경(D1) 대비 작으며 돌출부(420)의 하부 표면의 외경인 제3 직경(D3) 대비 큰 외경인 제2 직경(D2)을 가진다. 플랜지부(410)는 돌출부(420) 대비 더 얇은 두께를 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 플랜지부(410)의 하부 표면은 열융착층(500)과 접촉하며, 플랜지부(410)는 열융착층(500)에 의해 캡 플레이트(300)에 절연 접합된다. 플랜지부(410)의 상부 표면은 이차 전지(1000)의 제2 전극 단자일 수 있다.
돌출부(420)는 플랜지부(410)로부터 돌출되어 관통홀(310)을 관통한다. 돌출부(420)는 플랜지부(410)로부터 관통홀(310)을 관통하여 제2 전극(120)과 연결된다. 돌출부(420)의 하부 표면은 제2 전극 탭(150)과 결합한다. 돌출부(420)의 하부 표면은 제2 전극 탭(150)과 용접될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 돌출부(420)가 제2 전극 탭(150)과 결합됨으로써, 단자 플레이트(400)의 돌출부(420) 및 플랜지부(410)가 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다. 제2 전극 탭(150)과 결합된 돌출부(420)의 하부 표면은 전극 단자일 수 있는 플랜지부(410)의 상부 표면 대비 작은 직경을 가질 수 있다. 돌출부(420)는 캡 플레이트(300)와 단락(short circuit)되는 것을 방지하기 위해, 캡 플레이트(300)와 설정된 거리로 이격된다. 일례로, 돌출부(420)의 가장자리가 캡 플레이트(300)에 접촉하지 않도록, 돌출부(420)가 관통홀(310)보다 작은 사이즈(일례로, 직경)를 가진다. 돌출부(420)의 하부 표면은 케이스(200)의 외경인 제1 직경(D1) 및 플랜지부(410)의 상부 표면의 외경인 제2 직경(D2) 대비 작은 외경인 제3 직경(D3)을 가진다. 플랜지부(410)의 상부 표면의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 하부 표면의 제3 직경(D3)의 비는 2/25 내지 3/5이다. 즉, 돌출부(420)의 제3 직경(D3)/플랜지부(410)의 제2 직경(D2)은 2/25 내지 3/5이다.
일례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 돌출부(420)의 하부 표면은 캡 플레이트(300)의 하부 표면 대비 하측 방향으로 더 돌출될 수 있으며, 돌출부(420)의 하부 표면은 캡 플레이트(300)의 하부 표면보다 하측에 위치될 수 있다.
다른 예로, 돌출부(420)의 하부 표면은 캡 플레이트(300)의 하부 표면과 동일 선 또는 동일 평면 상에 위치할 수 있다.
또 다른 예로, 돌출부(420)의 하부 표면은 캡 플레이트(300)의 하부 표면 대비 상측 방향으로 덜 돌출될 수 있으며, 돌출부(420)의 하부 표면은 캡 플레이트(300)의 하부 표면보다 상측에 위치될 수 있다.
단자 플레이트(400)의 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비에 따라 돌출부(420)와 용접되는 제2 전극 탭(150)의 용접 면적이 결정된다. 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 2/25 내지 3/5을 가짐으로써, 돌출부(420)에 제2 전극 탭(150)이 견고하게 결합된다.
돌출부(420) 및 플랜지부(410)는 일체로 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 서로 다른 재료가 결합되어 단자 플레이트(400)를 형성할 수 있다.
단자 플레이트(400)의 외부 표면에는 도금층이 코팅될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 코팅층이 단자 플레이트(400)의 외부 표면에 코팅될 수 있다.
열융착층(500)은 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400)의 플랜지부(410) 사이에 위치하며, 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400)의 플랜지부(410) 사이를 절연 접합한다. 열융착층(500)은 절연 재료를 포함하며, 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400) 사이를 절연한다. 열융착층(500)은 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400)의 플랜지부(410) 사이에서 열 또는 레이저 빔 등을 이용하여 열융착된다. 열융착층(500)은 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400) 사이를 절연 접합하는 공지된 다양한 재료를 포함할 수 있다. 열융착층(500)이 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400) 사이를 접합함으로써, 전극 조립체(100)가 수납된 케이스(200)의 개구부(210)가 캡 플레이트(300), 단자 플레이트(400), 열융착층(500)에 의해 완전히 밀봉된다.
열융착층(500)은 단자 플레이트(400)의 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이에 위치하며, 열융착층(500)은 플랜지부(410)의 제2 직경(D2) 방향으로 최소 융착 길이 및 최대 융착 길이(D4)를 가질 수 있다.
여기서, 최소 융착 길이는 단자 플레이트(400)의 중심으로부터 단자 플레이트(400)의 테두리까지 단자 플레이트(400)가 캡 플레이트(300)와 수직 방향으로 중첩하는 최소 길이(반경 방향)를 의미할 수 있다. 열융착층(500)이 위치하는 최소 융착 길이는 아래의 수학식1을 만족할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
[수학식1]
최소 융착 길이=(상기 플랜지부의 제2 직경-(상기 플랜지부의 제2 직경*0.8))/2
또한, 최대 융착 길이(D4)는 단자 플레이트(400)의 중심으로부터 단자 플레이트(400)의 테두리까지 단자 플레이트(400)가 캡 플레이트(300)와 수직 방향으로 중첩하는 최대 길이(반경 방향)를 의미할 수 있다. 열융착층(500)이 위치하는 최대 융착 길이(D4)는 아래의 수학식2를 만족할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
[수학식2]
최대 융착 길이=(상기 플랜지부의 제2 직경-(상기 돌출부의 제3 직경*1.1))/2
열융착층(500)은 열에 의해 경화된 상태이나, 설정된 온도에서 녹을 수 있다. 여기서, 열융착층(500)이 녹는 설정된 온도는 열융착층(500)을 경화시키는 열의 온도를 초과하는 온도일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일례로, 열융착층(500)은 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 열융착층(500)의 열경화성 수지 및 열가소성 수지는 복수의 층으로 적층될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 열융착층(500)의 열경화성 수지는 열에 의해 경화된 상태이며, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 폴리에스터 수지 등의 공지된 다양한 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 열융착층(500)의 열가소성 수지는 설정된 온도에서 녹는 폴리프로필렌 수지를 포함하나, 이에 한정되지 않고 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 수지 등의 공지된 다양한 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
단자 플레이트(400)의 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비에 따라 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이를 접합하는 열융착층(500)의 접합 면적 및 열융착층(500)이 위치하는 최대 융착 길이(D4)가 결정된다. 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 2/25 내지 3/5을 가짐으로써, 돌출부(410)에 제2 전극 탭(150)이 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이가 열융착층(500)에 의해 견고하게 접합된다.
일례로, 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 1/10 내지 3/5을 가질 수 있다. 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 1/10 내지 3/5을 가짐으로써, 돌출부(410)에 제2 전극 탭(150)이 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이가 열융착층(500)에 의해 견고하게 접합될 수 있다. 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 2/25 내지 3/5을 가지는 경우 대비 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 1/10 내지 3/5을 가짐으로써, 돌출부(410)에 제2 전극 탭(150)이 더 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이가 열융착층(500)에 의해 더 견고하게 접합될 수 있다.
다른 예로, 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 1/10 내지 1/2을 가질 수 있다. 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 1/10 내지 1/2을 가짐으로써, 돌출부(410)에 제2 전극 탭(150)이 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이가 열융착층(500)에 의해 견고하게 접합될 수 있다. 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 1/10 내지 3/5을 가지는 경우 대비 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 1/10 내지 1/2을 가짐으로써, 돌출부(410)에 제2 전극 탭(150)이 더 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이가 열융착층(500)에 의해 더 견고하게 접합될 수 있다.
또 다른 예로, 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 1/10 내지 1/3을 가질 수 있다. 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 1/10 내지 1/3을 가짐으로써, 돌출부(410)에 제2 전극 탭(150)이 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이가 열융착층(500)에 의해 견고하게 접합될 수 있다. 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 1/10 내지 1/2을 가지는 경우 대비 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 1/10 내지 1/3을 가짐으로써, 돌출부(410)에 제2 전극 탭(150)이 더 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이가 열융착층(500)에 의해 더 견고하게 접합될 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)는, 단자 플레이트(400)의 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비에 따라 돌출부(420)와 용접되는 제2 전극 탭(150)의 용접 면적과 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이를 접합하는 열융착층(500)의 접합 면적 및 열융착층(500)이 위치하는 최대 융착 길이(D4)가 결정되는데, 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)에 대비한 돌출부(420)의 제3 직경(D3)의 비가 2/25 내지 3/5을 가짐으로써, 돌출부(420)에 제2 전극 탭(150)이 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이가 열융착층(500)에 의해 견고하게 접합된다.
즉, 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)는, 돌출부(420)의 제3 직경(D3)/플랜지부(410)의 제2 직경(D2)이 2/25 내지 3/5이기 때문에, 케이스(200), 캡 플레이트(300), 및 열융착층(500)과 함께 전극 조립체(100)를 견고하게 밀봉하는 동시에 전극 조립체(100)의 제2 전극 탭(150)과 견고하게 연결된 단자 플레이트(400)를 포함하는 이차 전지가 제공된다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 상술한 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)의 효과를 확인한 실험예들을 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 이차 전지의 효과를 확인한 실험예들을 나타낸 제1 표이다. 도 4는 일 실시예에 따른 이차 전지의 효과를 확인한 실험예들을 나타낸 제2 표이다.
도 3 및 도 4에서 CELL SIZE는 코인 형태의 이차 전지의 외경인 직경을 나타내며, Case 사양은 이차 전지의 케이스의 사양을 나타내며, TERMINAL PLATE 사양은 단자 플레이트의 사양을 나타내며, 최대 융착 길이는 단자 플레이트의 중심으로부터 단자 플레이트의 테두리까지 단자 플레이트의 플랜지부가 캡 플레이트와 수직 방향으로 중첩하는 최대 길이를 나타낼 수 있으며, 최소 융착 길이는 단자 플레이트의 중심으로부터 단자 플레이트의 테두리까지 단자 플레이트의 플랜지부가 캡 플레이트와 수직 방향으로 중첩하는 최소 길이를 나타낼 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4에서, Case 직경은 도 2에 도시된 케이스(200)의 제1 직경(D1)을 의미하며, Flange 직경은 도 2에 도시된 단자 플레이트(400)의 플랜지부(410)의 제2 직경(D2)을 의미하며, Bump 직경은 도 2에 도시된 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)의 제3 직경(D3)을 의미하며, 최대 융착 길이는 도 2에 도시된 단자 플레이트(400)와 캡 플레이트(300) 사이에서 열융착층(500)이 위치하는 최대 융착 길이(D4)를 의미하며, 최소 융착 길이는 도 2에 도시된 단자 플레이트(400)와 캡 플레이트(300) 사이에서 열융착층(500)이 위치하는 최소 융착 길이를 의미하며, Leak test 결과는 도 2에 도시된 열융착층(500)에 의한 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이의 접합 신뢰성 확인 결과를 의미하며, Welding test 결과는 도 2에 도시된 제2 전극 탭(150)과 돌출부(420) 사이의 용접 신뢰성 확인 결과를 의미할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상술한 일 실시예에 따른 이차 전지의 수치 한정에 따른 효과를 확인하기 위해 실험예1 내지 실험예88(1 내지 88)을 수행하였다.
실험예1(1) 내지 실험예11(11)에서, 케이스의 제1 직경(Case 직경)은 8mm이며, 단자 플레이트의 플랜지부의 제2 직경(Flange 직경)은 6.8mm이며, 단자 플레이트의 돌출부의 제3 직경(Bump 직경)은 0.5mm 내지 4.4mm이며, 이때 최대 융착 길이는 3.13mm 내지 0.98mm이다.
실험예1(1)에서, 단자 플레이트의 돌출부의 제3 직경(Bump 직경)은 돌출부의 제3 직경/플랜지부의 제2 직경이 2/25 미만인 0.5mm이며, 이 경우 열융착층이 위치하는 최대 융착 길이가 3.13mm이므로 접합 신뢰성 확인 결과(Leak test 결과)는 이상이 없었으나(OK), 제2 전극 탭이 용접되는 돌출부의 제3 직경이 0.5mm이므로 용접 신뢰성 확인 결과(Welding test 결과)는 이상이 발생하였다(NG).
실험예2(2) 내지 실험예10(10)에서, 단자 플레이트의 돌출부의 제3 직경(Bump 직경)은 돌출부의 제3 직경/플랜지부의 제2 직경이 실질적으로 2/25 내지 3/5인 0.6mm 내지 4.0mm이며, 이 경우 열융착층이 위치하는 최대 융착 길이가 아래의 수학식2를 만족하는 3.07mm 내지 1.20mm인 동시에 제2 전극 탭이 용접되는 돌출부의 제3 직경이 0.6mm 내지 4.0mm이므로 접합 신뢰성 확인 결과(Leak test 결과) 및 용접 신뢰성 확인 결과(Welding test 결과)는 이상이 없었다(OK).
[수학식2]
최대 융착 길이=(플랜지부의 제2 직경-(돌출부의 제3 직경*1.1))/2
실험예11(11)에서, 단자 플레이트의 돌출부의 제3 직경(Bump 직경)은 돌출부의 제3 직경/플랜지부의 제2 직경이 3/5 초과인 4.4mm이며, 이 경우 제2 전극 탭이 용접되는 돌출부의 제3 직경이 4.4mm이므로 용접 신뢰성 확인 결과(Welding test 결과)는 이상이 없었으나(OK), 열융착층이 위치하는 최대 융착 길이가 0.98mm이므로 접합 신뢰성 확인 결과(Leak test 결과)는 이상이 발생하였다(NG).
실험예2(2) 내지 실험예10(10)에서 확인된 바와 같이, 플랜지부의 제2 직경에 대비한 돌출부의 제3 직경의 비가 2/25 내지 3/5을 가지는 경우, 돌출부에 제2 전극 탭이 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부와 캡 플레이트 사이가 열융착층에 의해 견고하게 접합되는 효과를 확인하였다.
또한, 실험예1(1) 및 실험예11(11)에서 확인된 바와 같이, 플랜지부의 제2 직경에 대비한 돌출부의 제3 직경의 비가 2/25 미만 또는 3/5 초과인 경우, 돌출부에 제2 전극 탭이 견고하게 결합되지 않거나, 플랜지부와 캡 플레이트 사이가 열융착층에 의해 견고하게 접합되지 않는 것을 확인하였다.
즉, 실험예1(1) 내지 실험예11(11)을 통해 확인한 결과, 플랜지부의 제2 직경에 대비한 돌출부의 제3 직경의 비가 2/25 내지 3/5인 수치 한정이 돌출부에 제2 전극 탭이 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부와 캡 플레이트 사이가 열융착층에 의해 견고하게 접합되는 효과가 구현되는 임계 범위임을 확인하였다.
또한, 실험예12(12) 내지 실험예88(88)을 통해 확인한 바와 같이, 플랜지부의 제2 직경에 대비한 돌출부의 제3 직경의 비가 2/25 내지 3/5을 가지는 경우 돌출부에 제2 전극 탭이 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부와 캡 플레이트 사이가 열융착층에 의해 견고하게 접합되는 효과를 확인하였고, 플랜지부의 제2 직경에 대비한 돌출부의 제3 직경의 비가 2/25 미만 또는 3/5 초과인 경우 돌출부에 제2 전극 탭이 견고하게 결합되지 않거나 플랜지부와 캡 플레이트 사이가 열융착층에 의해 견고하게 접합되지 않는 것을 확인하였다.
즉, 실험예12(12) 내지 실험예88(88)을 통해 확인한 결과, 플랜지부의 제2 직경에 대비한 돌출부의 제3 직경의 비가 2/25 내지 3/5인 수치 한정이 돌출부에 제2 전극 탭이 견고하게 결합되는 동시에 플랜지부와 캡 플레이트 사이가 열융착층에 의해 견고하게 접합되는 효과를 구현되는 임계 범위임을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
전극 조립체(100), 케이스(200), 캡 플레이트(300), 단자 플레이트(400), 플랜지부(410), 돌출부(420)

Claims (19)

  1. 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 제1 전극에 연결되어 상기 전극 조립체를 수납하며, 상기 전극 조립체를 노출하는 개구부를 포함하는 케이스;
    상기 케이스와 결합하여 상기 개구부의 외곽 영역을 커버하며, 상기 개구부의 중앙 영역을 노출하는 관통홀을 포함하는 캡 플레이트; 및
    상기 제2 전극과 연결되어 상기 캡 플레이트 상에 절연 접합되며, 상기 관통홀을 커버하는 플랜지부 및 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하는 돌출부를 포함하는 단자 플레이트
    를 포함하며,
    상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 2/25 내지 3/5인 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 캡 플레이트와 상기 플랜지부 사이에 위치하며, 상기 캡 플레이트와 상기 플랜지부 사이를 절연 접합하는 열융착층을 더 포함하는 이차 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 열융착층은 설정된 온도에서 녹는 이차 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 플랜지부는 상기 캡 플레이트 상에 위치하며,
    상기 돌출부는 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하여 상기 제2 전극과 연결되는 이차 전지.
  5. 제4항에서,
    상기 전극 조립체는,
    상기 제1 전극으로부터 연장되어 상기 케이스와 용접되는 제1 전극 탭; 및
    상기 제2 전극으로부터 연장되어 상기 단자 플레이트의 상기 돌출부와 용접되는 제2 전극 탭
    을 더 포함하는 이차 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 플랜지부는 상기 돌출부 대비 더 넓은 면적을 가지는 이차 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 플랜지부는 상기 돌출부 대비 더 얇은 두께를 가지는 이차 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 플랜지부 및 상기 돌출부는 일체로 형성된 이차 전지.
  9. 제1항에서,
    상기 케이스 및 상기 캡 플레이트는 상기 제1 전극과 동일한 극성을 가지며,
    상기 단자 플레이트는 상기 제2 전극과 동일한 극성을 가지는 이차 전지.
  10. 제1항에서,
    상기 플랜지부의 직경은 상기 케이스의 직경 대비 작은 이차 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 1/10 내지 3/5인 이차 전지.
  12. 제1항에서,
    상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 1/10 내지 1/2인 이차 전지.
  13. 제1항에서,
    상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 1/10 내지 1/3인 이차 전지.
  14. 제1항에서,
    상기 이차 전지는 코인형 전지(coin cell) 또는 버튼형 전지(button cell)를 포함하는 이차 전지.
  15. 제14항에서,
    상기 코인형 전지(coin cell) 또는 상기 버튼형 전지(button cell)의 직경에 대한 높이(높이/직경)의 비율은 1 이하인 이차 전지.
  16. 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 제1 전극에 연결되어 상기 전극 조립체를 수납하며, 상기 전극 조립체를 노출하는 개구부를 포함하는 케이스;
    상기 케이스와 결합하여 상기 개구부의 외곽 영역을 커버하며, 상기 개구부의 중앙 영역을 노출하는 관통홀을 포함하는 캡 플레이트; 및
    상기 제2 전극과 연결되어 상기 캡 플레이트 상에 절연 접합되며, 상기 관통홀을 커버하는 플랜지부 및 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하는 돌출부를 포함하는 단자 플레이트
    를 포함하며,
    상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 2/25 이상인 이차 전지.
  17. 제16항에서,
    상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 3/5 이하인 이차 전지.
  18. 제16항에서,
    상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 1/2 이하인 이차 전지.
  19. 제16항에서,
    상기 플랜지부의 직경에 대비한 상기 돌출부의 직경의 비는 1/3 이하인 이차 전지.
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