WO2022177356A1 - 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

Info

Publication number
WO2022177356A1
WO2022177356A1 PCT/KR2022/002437 KR2022002437W WO2022177356A1 WO 2022177356 A1 WO2022177356 A1 WO 2022177356A1 KR 2022002437 W KR2022002437 W KR 2022002437W WO 2022177356 A1 WO2022177356 A1 WO 2022177356A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
electrode
electrode terminal
body portion
flange portion
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/002437
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김재웅
김도균
황보광수
민건우
조민기
최수지
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to EP22756554.6A priority Critical patent/EP4199206A1/en
Priority to US18/027,053 priority patent/US20230327303A1/en
Priority to JP2023517288A priority patent/JP2023542316A/ja
Publication of WO2022177356A1 publication Critical patent/WO2022177356A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/179—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • H01M50/188—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members the sealing members being arranged between the lid and terminal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/519—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising printed circuit boards [PCB]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/552—Terminals characterised by their shape
    • H01M50/559—Terminals adapted for cells having curved cross-section, e.g. round, elliptic or button cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/564—Terminals characterised by their manufacturing process
    • H01M50/567—Terminals characterised by their manufacturing process by fixing means, e.g. screws, rivets or bolts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a riveting structure of an electrode terminal, and a secondary battery, a battery pack, and a vehicle including the same.
  • Secondary batteries that are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) and hybrid vehicles (HEVs) driven by an electric drive source. It is universally applied.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • the types of secondary batteries currently widely used include a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, and the like.
  • the operating voltage of such a unit secondary battery cell is about 2.5V to 4.5V. Accordingly, when a higher output voltage is required, a plurality of batteries are connected in series to form a battery pack. In addition, a plurality of batteries may be connected in parallel to form a battery pack according to the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of batteries included in the battery pack and the type of electrical connection may be variously set according to a required output voltage and/or charge/discharge capacity.
  • a separator which is an insulator, is interposed between the positive electrode and the negative electrode and wound to form an electrode assembly in the form of a jelly roll, which is inserted into the battery can together with the electrolyte to constitute the battery.
  • the present invention solves a problem that may increase the risk of defects such as beam interference, spatter inflow in the battery, and weakness of welding when laser welding is performed through the core inside the can at the upper end of the opening of the battery can want to solve
  • the present specification is a battery can with one side open; an electrode terminal riveted through a through hole formed in the bottom of the battery can; and a gasket interposed between the battery can and the electrode terminal, wherein the electrode terminal includes: a body part inserted into the through hole; an outer flange portion extending along the outer surface from a periphery of one side of the body portion exposed through the outer surface of the bottom of the battery can; and an inner flange portion extending toward the inner surface from the other periphery of the body portion exposed through the inner surface of the bottom of the battery can, wherein the body portion and the outer flange portion have an inner cavity connected to each other,
  • the flange portion provides a riveting structure of the electrode terminal that is connected to the inner cavity and has an opening opened in the inner direction of the battery can.
  • the inner diameter of at least a portion of the inner cavity of the outer flange portion may be greater than the inner diameter of the body portion.
  • the inner diameter of at least a portion of the inner cavity of the outer flange portion may be smaller toward the inner side from the outer side of the battery can.
  • the side thickness of the body portion of the electrode terminal may be 5% or more and 40% or less of the maximum distance between the inner surfaces of the body portion.
  • the maximum length of the outer surface of the outer flange portion may be 10% or more to 40% or less based on the maximum length of the bottom of the battery can.
  • An exemplary embodiment of the present specification includes the uncoated portion of the first electrode and the uncoated portion of the second electrode, in which the sheet-shaped first electrode and the second electrode are wound with a separator interposed therebetween, extended from both ends and exposed. to the electrode assembly; a battery can housing the electrode assembly and electrically connected to the second electrode; an electrode terminal riveted through a through hole formed in the bottom of the battery can and electrically connected to the first electrode, the body portion being inserted into the through hole; an outer flange portion extending along the outer surface from a periphery of one side of the body portion exposed through the outer surface of the bottom of the battery can; and an inner flange portion extending toward the inner surface from the other periphery of the body portion exposed through the inner surface of the bottom of the battery can, wherein the body portion and the outer flange portion have an inner cavity connected to each other, an electrode terminal connected to the inner cavity and having an opening opened in the inner direction of the battery can; a first current collecting plate electrically connected to the uncoated
  • the uncoated portion of the first electrode may be electrically connected to the first current collecting plate by welding.
  • the first current collecting plate further includes a fastening part that is inserted into and fitted into the inner cavity of the body part and the external flange part of the electrode terminal through the opening of the inner flange part of the electrode terminal, and ,
  • the fastening portion of the first current collecting plate may be electrically connected to at least a portion of an inner surface of the body portion of the electrode terminal.
  • the first current collecting plate may be electrically connected to the inner surface of the inner flange portion of the electrode terminal.
  • the fastening portion of the first current collecting plate may be electrically connected to at least a portion of an inner surface of the outer flange portion of the electrode terminal.
  • the inner diameter of at least a portion of the inner cavity of the outer flange portion of the electrode terminal is greater than the inner diameter of the body portion of the first collector plate, and the end of the fastening portion of the first collector plate is the outer plan
  • a projection may be formed so as to be riveted on the inside of the branch.
  • the outer diameter of the fastening portion may be greater than the inner diameter of the body portion.
  • a ratio of the outer diameter of the fastening portion of the first current collector plate to the inner diameter of the body portion of the electrode terminal may be 1:1 to 1.01:1.
  • a ratio of the maximum outer diameter of the portion provided with the protrusion of the fastening portion of the first current collector to the inner diameter of the body portion of the electrode terminal may be 1.005:1 to 1.1:1.
  • An exemplary embodiment of the present specification provides a battery pack including a plurality of the aforementioned secondary batteries.
  • An exemplary embodiment of the present specification provides a vehicle including at least one battery pack described above.
  • the electrode terminal structure of the secondary battery is improved to solve the difficulty caused by welding in a narrow space and the increase in defect risk due to the occurrence of welding spatter accordingly, and the electrode terminal and the electrode terminal through a simpler process. It is possible to fasten the current collector plate.
  • 1 is a plan view showing the structure of an electrode plate used in a secondary battery.
  • FIG. 2 is a view illustrating a winding process of an electrode assembly included in a secondary battery.
  • FIG. 3 is a view illustrating a process in which a current collecting plate is welded to a bent surface of an uncoated region in the electrode assembly of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a view illustrating spatter occurring when a conventional rivet-type electrode terminal and a current collector are welded.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a process in which an electrode terminal and a first current collector plate are fitted according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a riveting structure of an electrode terminal according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating that a protrusion is formed in a fastening portion of a first current collector plate.
  • FIG 8 is a view illustrating the shape of the first current collector of the present specification.
  • FIG 9 is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction (Y) of the secondary battery according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 10 is a plan view illustrating an electrode plate structure according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction (Y) of an electrode assembly in which an uncoated segmental structure of an electrode plate according to an exemplary embodiment of the present specification is applied to a first electrode and a second electrode.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction (Y) of the electrode assembly in which the uncoated region is bent according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of a battery pack including cylindrical battery cells according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle including a battery pack according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • L2 the maximum outer diameter of the portion provided with the protrusion of the fastening portion of the first current collector plate
  • substantially identical may include deviations considered low in the art, for example, deviations within 5%.
  • uniformity of a certain parameter in a predetermined region may mean uniformity in terms of an average.
  • phase does not mean only physically located on one layer, but means located on the position. That is, a layer located on one layer may have other layers in between.
  • the present specification includes a battery can with one open side; an electrode terminal riveted through a through hole formed in the bottom of the battery can; and a gasket interposed between the battery can and the electrode terminal, wherein the electrode terminal includes: a body part inserted into the through hole; an outer flange portion extending along the outer surface from a periphery of one side of the body portion exposed through the outer surface of the bottom of the battery can; and an inner flange portion extending toward the inner surface from the other periphery of the body portion exposed through the inner surface of the bottom of the battery can, wherein the body portion and the outer flange portion have an inner cavity connected to each other,
  • the flange portion provides a riveting structure of the electrode terminal that is connected to the inner cavity and has an opening opened in the inner direction of the battery can.
  • the welding process for bonding the electrode terminal and the current collector plate must be performed through the core of the jelly-roll, so that the narrow There was a difficulty in proceeding welding in space.
  • laser welding is performed through the core inside the can at the upper end of the opening of the battery can, the risk of defects such as beam interference, spatter inflow into the battery, and welding weakness increases.
  • FIG. 4 is a view illustrating a process in which a current collector plate and a general rivet-type terminal are laser-welded, showing that spatter generated during welding may remain as a metal foreign material inside the secondary battery. As such, when the metal foreign material remains inside the secondary battery, it may cause a minute short circuit.
  • the electrode terminal 50 of the present invention has a riveting structure, is exposed through a through hole 53 formed in the bottom of the battery can 51, and is riveted. At this time, the electrode terminal of the present invention has a structure to form a cavity (P) therein so that the current collector plate 30 is fitted into the cavity (P) inside the electrode terminal.
  • the electrode terminal of the present invention has a structure in which the electrode terminal and the collector plate are fitted in an internal cavity and contact each other and are electrically connected, rather than being electrically connected to the current collector plate by welding.
  • 5 is a view showing a process of forming an electrode terminal having a riveting structure of the present invention. Referring to the drawing shown at the bottom, the electrode terminal and the current collector of the present invention are red in the cavity formed inside the electrode terminal. It is inserted at the part indicated by the dotted line.
  • the secondary battery to which the riveting structure of the electrode terminal of the present invention is applied does not use a welding process for bonding the electrode terminal and the current collector plate, it is possible to eliminate the risk of failure due to beam interference and welding spatter. There is this.
  • the electrode terminal of the present invention has a riveting structure and is riveted through a through hole formed in the bottom of the battery can, and the gasket is provided between the battery can and the electrode terminal.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a process in which an electrode terminal positioned between the through holes of the battery can of the present invention is processed and riveted.
  • the riveting structure of the electrode terminal is formed by bending the upper surface of the electrode terminal to be larger than the outer diameter. At this time, the portion of the gasket exposed to the outside of the battery can is also bent at the same angle as the electrode terminal by the pressing process.
  • the outer diameter of the through hole means the diameter of the through hole.
  • the electrode terminal of the present invention which has been processed as described above, includes a body portion 50a inserted into the through hole 53; an outer flange portion 50b extending along the outer surface 52a from the circumference of one side of the body portion 50a exposed through the outer surface 52a of the bottom 52 of the battery can 51; and an inner flange portion 50c extending from the periphery of the other side of the body portion 50a exposed through the inner surface 52b of the bottom 52 of the battery can 51 toward the inner surface 52b,
  • the body portion 50a and the outer flange portion 50b have an inner cavity P connected to each other, and the inner flange portion 50c is connected to the inner cavity P and is connected to the inner side of the battery can 51 . It has an opening (Q) opened in the direction.
  • the body portion, the outer flange portion, and the inner flange portion are terms defining a region constituting the electrode terminal.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the riveting structure of the electrode terminal of the present invention cut in the longitudinal direction.
  • the area indicated by the dotted line in the portion exposed to the outside of the battery can of the electrode terminal is the outer flange part 50b, and the through hole of the battery can.
  • a region provided between and indicated by a dotted line is the body portion 50a, and a portion in which the electrode terminal extends toward the inner surface of the bottom of the battery can is indicated by a dotted line is the inner flange portion 50c.
  • the body portion and the outer flange portion include an inner cavity connected to each other, denoted by P in FIG. 6 .
  • the inner flange portion has an opening indicated by Q in FIG. 6 , and the opening Q is connected to the inner cavity P.
  • the inner diameter of at least a portion of the inner cavity of the outer flange portion may be greater than the inner diameter of the inner cavity of the body portion.
  • the inner diameter of at least a portion of the inner cavity of the outer flange portion may be smaller toward the inner side from the outer side of the battery can. Due to a section in which the inner diameter of at least a portion of the inner cavity of the outer flange portion is reduced, one end of the current collector plate, which will be described later, may be more strongly fixed to the inner surface of the outer flange portion.
  • the inner surface of the body portion of the electrode terminal may be connected to the inner surface of the inner flange portion without bending.
  • the thickness of the body portion of the electrode terminal may be constant.
  • the maximum length between the inner surfaces of the body portion of the electrode terminal may be equal to or smaller than the maximum length between the inner surfaces of the outer flange portion of the electrode terminal.
  • the outer flange portion of the electrode terminal may include regions having different thicknesses.
  • a thickness t1 of at least a portion of the outer flange portion of the electrode terminal may be greater than a side thickness t2 of the body portion.
  • the side thickness of the body part means the distance between the outer surface and the inner surface of the body part of the electrode terminal, and is denoted by the symbol t2 in FIG. 6 .
  • the side thickness of the body portion of the electrode terminal may be 5% or more to 40% or less, 7% or more and 40% or less, and 10% of the inner diameter R1 of the body portion of the electrode terminal. It may be greater than or equal to 35%, and may be greater than or equal to 10% and less than or equal to 25%.
  • the inner diameter of the body part means the distance between the inner surfaces of the body part, and is indicated by R1 in FIG. 6 .
  • the durability of the body part can be increased, and even if the current collector plate to be described later is forcibly inserted into the internal cavity of the body part, the body part of the electrode terminal is prevented from being damaged, and the riveting process of the electrode terminal is easy.
  • the size of the inner diameter of the body portion, the maximum inner diameter of the inner cavity of the outer flange portion, and the inner diameter of the opening of the inner flange portion is the thickness of the body portion of the electrode terminal and the through hole of the battery can. It can be designed according to the diameter and thickness of the gasket, and specifically, the gap inside the battery can can be blocked by the riveted electrode terminal, and the interference fit of the current collector plate and the insertion of the fastening part of the current collector plate to be described later are easy. can be designed
  • the inner diameter of the body portion may be 4mm or more and 11mm or less, 4mm or more and 8mm or less, and 5mm or more and 8mm or less.
  • the maximum inner diameter of the inner cavity of the outer flange portion may be 5mm or more and 15mm or less, 7mm or more and 12mm or less, and 9mm or more and 12mm or less.
  • the inner diameter of the opening of the inner flange portion may be 4mm or more and 11mm or less, 5mm or more and 10mm or less, and 7mm or more and 10mm or less.
  • the maximum length of the outer surface of the outer flange portion may be 10% or more to 40% or less, 15% or more to 35% or less, 20% or more based on the maximum length of the bottom of the battery can It may be more than 30% or less.
  • the electrode terminal 50 is made of a conductive metal material.
  • the electrode terminal 50 may be made of aluminum, but the present invention is not limited thereto.
  • the battery can 51 is made of a conductive metal material.
  • the battery can 51 may be made of a steel material, but the present invention is not limited thereto.
  • the gasket 54 may be made of a polymer resin having insulation and elasticity.
  • the gasket 54 may be made of polypropylene, polybutylene terephthalate, polyethylene fluoride, etc., but the present invention is not limited thereto.
  • the top and bottom of the inner wall of the through hole 53 that is perpendicular to the bottom of the battery can 51 are chamfered to form a surface tapered toward the electrode terminal 50 , have.
  • the upper end and/or lower end of the inner wall of the through hole 53 may be deformed into a smooth curved surface having a curvature. In this case, the stress applied to the gasket 54 near the upper end and/or lower end of the inner wall of the through hole 53 may be further alleviated.
  • the riveting structure of the electrode terminal 50 may be formed using a caulking jig that moves up and down, a spinning process, or rotary riveting.
  • a preform (not shown) of the electrode terminal 50 to which the gasket is coupled is inserted into the through hole 53 formed in the bottom 52 of the battery can 51 .
  • the preform refers to the electrode terminal before riveting.
  • the preform of the electrode terminal is processed into a riveted electrode terminal, and the internal caulking jig is inserted into the inner space of the battery can to prevent internal deformation by the external caulking jig. can give
  • the gasket 54 is sufficiently compressed to ensure excellent sealing strength without being physically damaged in the process of riveting the preform.
  • the gasket 54 when the gasket 54 is made of polybutylene terephthalate, the gasket 54 preferably has a compression ratio of 50% or more at the point where it is compressed to a minimum thickness.
  • the compression ratio is the ratio of the thickness change before and after compression to the thickness before compression.
  • the gasket 54 when the gasket 54 is made of polyfluoroethylene, the gasket 54 preferably has a compression ratio of 60% or more at the point where it is compressed to a minimum thickness.
  • the gasket 54 when the gasket 54 is made of polypropylene, the gasket 54 preferably has a compression ratio of 60% or more at the point where it is compressed to a minimum thickness.
  • the sheet-shaped first electrode and the second electrode are wound with a separator interposed therebetween, and the uncoated part of the first electrode and the second electrode extended from both ends and exposed an electrode assembly including an uncoated region of an electrode; a first current collecting plate welded to the uncoated region of the first electrode; a gasket provided between the electrode terminal and the through hole; and a sealing body sealing the open end of the battery can to be insulated from the battery can.
  • the electrode terminal may be electrically connected to the first current collector plate.
  • the electrode terminals are not electrically connected to the first current collector plate by welding, but are electrically connected to each other by direct coupling.
  • the first current collector plate further includes a fastening part for being inserted into and fitted into the inner cavity of the body part and the external flange part of the electrode terminal through the opening of the inner flange part of the electrode terminal, and the fastening part is the inner surface of the body part. It may be electrically connected to at least a portion. More specifically, the fastening portion may be in direct contact with at least a portion of the inner surface of the body portion to be electrically connected.
  • 8 is a view illustrating the shape of the first current collector plate of the present invention, and has a structure in which a cylindrical fastening part is coupled to the center of the disk-shaped current collector plate.
  • the first current collector plate of the present invention includes the fastening part, it can be combined with the electrode terminal without a welding process, the electrode terminal and the first collector plate have a wider contact surface compared to the conventional riveted electrode terminal structure. Therefore, while being able to be electrically connected to the electrode terminal smoothly, it is possible to reduce the high resistance of the first current collector plate.
  • the fastening portion of the first current collecting plate may include a cavity therein.
  • the height of the fastening portion of the first current collector plate may be 2 mm or more to 8 mm or less, 3 mm or more to 7 mm or less, and 4 mm or more to 6 mm or less.
  • the first current collecting plate may be electrically connected to the inner surface of the inner flange portion of the electrode terminal. More specifically, the first current collecting plate may be in direct contact with the inner surface of the inner flange portion of the electrode terminal to be electrically connected.
  • a surface opposite to the surface coupled to the uncoated portion of the first electrode may be electrically connected to the inner surface of the inner flange portion of the electrode terminal, and more specifically, the electrode terminal It may be in direct contact with the inner surface of the inner flange portion of the electrical connection.
  • the fastening portion may be electrically connected to at least a portion of the inner surface of the outer flange portion. More specifically, the fastening portion may be in direct contact with at least a portion of the inner surface of the outer flange portion and electrically connected.
  • FIGS. 5 and 6 it is shown that the above-described fastening portion of the first current collecting plate and the electrode terminal are in direct contact.
  • connection structure of the first current collector plate and the electrode terminal of the present specification corresponds to the interference fit coupling structure between the electrode terminal and the first current collector. That is, the present invention is configured to remove a risk due to a welding process by using a physical contact connection method between the first current collector plate having a fastening part and an electrode terminal.
  • FIG. 5 an interference fit between the outer surface of the fastening portion of the first current collector and the inner surface of the body portion of the electrode terminal is indicated by A.
  • the outer diameter (L1) of the fastening portion of the first current collector plate may be larger than the inner diameter (R1) of the body portion of the electrode terminal.
  • the ratio of the outer diameter (L1) of the fastening portion of the first current collector plate to the inner diameter (R1) of the body portion of the electrode terminal may be 1:1 to 1.01:1, and 1:1 to It may be 1.008:1, and may be 1:1 to 1.005:1.
  • the fixing force of the fastening portion of the current collecting plate may be strengthened.
  • the outer diameter of the fastening part of the first current collecting plate means a diameter of the fastening part on the outer surface opposite to the inner surface of the body part of the electrode terminal, and is denoted by L1 in FIG. 5 .
  • the inner diameter of at least a portion of the inner cavity of the outer flange portion is greater than the inner diameter of the body portion, and at least one end of the fastening portion is formed with a protrusion so as to be riveted inside the outer flange portion it could be
  • the protrusion may be located on the side of the fastening portion located in the inner cavity of the outer flange portion.
  • the protrusion of the fastening portion of the first current collector plate is riveted by force fitting within the inner cavity of the electrode terminal. Since both the first current collector plate and the electrode terminal are made of conductive metal, when the protrusion of the first collector plate is inserted into the inner cavity of the electrode terminal with a strong force, each component can be riveted while causing minute deformation.
  • the maximum outer diameter L2 of the portion provided with the protrusion of the fastening portion of the first current collecting plate may be greater than the inner diameter R1 of the body portion of the electrode terminal.
  • the ratio of the maximum outer diameter (L2) of the portion provided with the protrusion of the fastening portion of the first current collector plate to the inner diameter (R1) of the body portion of the electrode terminal is 1.005:1 to 1.1:1 It may be 1.005:1 to 1.05:1, may be 1.005:1 to 1.03:1, may be 1.005:1 to 1.02:1, may be 1.005:1 to 1.015:1.
  • the maximum outer diameter (L2) of the portion provided with the protrusion of the fastening part is, referring to FIG. 7, the outer diameter of the fastening part when the protrusion formed by extending from the outer surface of the fastening part protrudes the most, In FIG. 7, it is denoted by L2.
  • the first current collecting plate of the present invention is coupled to the electrode assembly, and is electrically connected.
  • a sheet-shaped first electrode and a second electrode are wound with a separator interposed therebetween, and extend from both ends of the first electrode and the second electrode, respectively. and an uncoated portion of the first electrode and an uncoated portion of the second electrode, which are exposed and exposed.
  • the electrode assembly according to the exemplary embodiment of the present specification may have, for example, a jelly-roll structure.
  • the electrode assembly may be manufactured by winding a stack formed by stacking the first electrode and the second electrode having a sheet shape at least once with a separator interposed therebetween based on a winding center.
  • the positive and negative plates have a structure in which an active material 21 is coated on a sheet-shaped current collector 20 , and include an uncoated portion 22 on one long side along the winding direction.
  • an additional separator may be provided on the outer peripheral surface of the electrode assembly 100 for insulation from the battery can 51 . If it is a jelly roll structure known in the art, it can be applied without limitation to the present invention.
  • FIG. 1 shows the structure of a current collector according to an exemplary embodiment of the present specification
  • FIG. 2 shows a winding process of the current collector according to an exemplary embodiment of the present specification
  • FIG. 3 is an uncoated part according to an exemplary embodiment of the present specification. A process in which the current collector plate is welded to the bent surface is shown.
  • the positive electrode plate 10 and the negative electrode plate 11 have a structure in which an active material 21 is coated on a sheet-shaped current collector 20, and on one long side along the winding direction (X). It includes an uncoated region 22 .
  • the electrode assembly is manufactured by sequentially stacking a positive electrode plate 10 and a negative electrode plate 11 together with two separators 12 as shown in FIG. 2 and then winding them in one direction (X). At this time, the uncoated portions of the positive electrode plate 10 and the negative electrode plate 11 are disposed in opposite directions. After the winding process, the uncoated region 10a of the positive electrode plate 10 and the uncoated region 11a of the negative electrode plate 11 are bent toward the core. After that, the current collecting plate 30 and the second current collecting plate 31 are welded to the uncoated regions 10a and 11a, respectively, to be coupled thereto.
  • a separate electrode tab is not coupled to the positive uncoated region 10a and the negative uncoated region 11a, the current collector 30 and the second current collector 31 are connected to an external electrode terminal, and the current path is the electrode Since it is formed with a large cross-sectional area along the winding axis direction (refer to the arrow) of the assembly A, there is an advantage in that the resistance of the secondary battery can be lowered. This is because resistance is inversely proportional to the cross-sectional area of the path through which the current flows.
  • the first electrode includes a first current collector and an electrode active material layer provided on one or both surfaces of the first current collector.
  • the uncoated region of the first electrode without the electrode active material layer is present at the long side end along the winding direction of the first current collector provided at one end of the winding shaft of the electrode assembly.
  • the uncoated portion of the first electrode is provided above the electrode assembly accommodated in the battery can in the height direction (parallel to the Z-axis). That is, the first current collector includes an uncoated portion of the first electrode that is not coated with the electrode active material at the long side end and is exposed to the outside of the separator.
  • the second electrode includes a second electrode current collector and a second electrode active material layer provided on one or both surfaces of the second electrode current collector.
  • An uncoated region of the second electrode that does not include the second electrode active material layer is provided at the other end of the second electrode current collector in the width direction (parallel to the Z-axis).
  • the uncoated portion of the second electrode is provided under the height direction (parallel to the Z-axis) of the electrode assembly accommodated in the battery can. That is, the second electrode current collector may include a second uncoated region that is not coated with an electrode active material layer on a long side end and is exposed to the outside of the separator.
  • the first electrode may be a positive electrode plate
  • the second electrode may be a negative electrode plate
  • the first electrode may be a negative electrode plate
  • the second electrode may be a positive electrode plate
  • the positive active material coated on the positive electrode plate and the negative active material coated on the negative electrode plate may be used without limitation as long as the active material is known in the art.
  • the positive active material has the general formula A[A x M y ]O 2+z (A includes at least one element of Li, Na, and K; M is Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, at least one element selected from Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, and Cr; x ⁇ 0, 1 ⁇ x+y ⁇ 2, - 0.1 ⁇ z ⁇ 2; stoichiometric coefficients x, y and z are selected such that the compound remains electrically neutral).
  • the positive electrode active material is an alkali metal compound xLiM 1 O 2- (1-x)Li 2 M 2 O 3 (M 1 is at least one or more having an average oxidation state 3) disclosed in US Patent No. 6,677,082, US Patent No. 6,680,143, etc. contains an element; M 2 contains at least one element having an average oxidation state 4; 0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the positive active material has the general formula Li a M 1 x Fe 1-x M 2 y P 1-y M 3 z O 4-z
  • M 1 is Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, At least one element selected from Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg and Al
  • M 2 is Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al , As, Sb, Si, Ge, contains at least one element selected from V and S;
  • M 3 contains a halogen element optionally including F; 0 ⁇ a ⁇ 2, 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 1; stoichiometric coefficients a, x, y, and z are selected such that the compound remains electrically neutral), or Li 3 M 2 (PO 4 ) 3 [M is Ti, Si, Mn, Fe , Co, V, Cr, Mo, Ni, Al, including at least one element selected from
  • the positive electrode active material may include primary particles and/or secondary particles in which the primary particles are aggregated.
  • the negative active material may be a carbon material, lithium metal or a lithium metal compound, silicon or a silicon compound, tin or a tin compound.
  • a metal oxide having a potential of less than 2V, such as TiO 2 and SnO 2 may also be used as the negative electrode active material.
  • the carbon material both low-crystalline carbon and/or high-crystalline carbon may be used.
  • the separator is a porous polymer film, for example, an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, an ethylene/methacrylate copolymer, or the like.
  • a porous polymer film made of a polymer may be used alone or by laminating them.
  • the separator may be a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, or the like.
  • At least one surface of the separator may include a coating layer of inorganic particles. It is also possible that the separation membrane itself is made of a coating layer of inorganic particles. Particles constituting the coating layer may have a structure combined with a binder so that an interstitial volume exists between adjacent particles.
  • the inorganic particles may be formed of an inorganic material having a dielectric constant of 5 or more.
  • the inorganic particles are Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB(Mg 3 Nb 2/3 )O 3- PbTiO 3 (PMN-PT), BaTiO 3 , hafnia(HfO 2 ), SrTiO 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, CaO, ZnO and Y 2 O 3 It may include at least one material selected from the group consisting of.
  • the electrolyte may be a salt having a structure such as A + B ⁇ .
  • a + includes an ion composed of an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + or a combination thereof.
  • B - is F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , AlO 4 - , AlCl 4 - , PF 6 - , SbF 6 - , AsF 6 - , BF 2 C 2 O 4 - , BC 4 O 8 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , C 4 F 9 SO 3 - , CF
  • the electrolyte can also be used by dissolving it in an organic solvent.
  • organic solvent propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC) , dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl- 2-pyrrolidone, NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone ( ⁇ -butyrolactone), or a mixture thereof may be used.
  • PC propylene carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • DMC dimethyl carbonate
  • DPC dipropyl carbonate
  • dimethyl sulfoxide acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofur
  • the uncoated portion of the first electrode and/or the second electrode may be bent from the outer periphery of the electrode assembly to the core, thereby forming curved surfaces on the upper and lower portions of the electrode assembly.
  • the current collector plate may be welded to a curved surface formed while the uncoated portion of the first electrode is bent, and the second current collector plate may be welded to the curved surface formed as the uncoated portion of the second electrode is bent.
  • the first electrode and/or the second electrode may have different structures. 12 is a plan view exemplarily showing the structure of the electrode 90 according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode 90 includes a sheet-shaped current collector 91 , an active material layer 92 formed on at least one surface of the current collector 91 , and an active material coated on a long side end of the current collector 91 .
  • the uncoated area 93 is included.
  • the uncoated region 93 may include a plurality of notched segment pieces 93a.
  • the plurality of segment segments 93a form a plurality of groups, and the segment segments 93a belonging to each group may have the same height (length in the Y direction) and/or width (length in the X direction) and/or the spacing pitch.
  • the number of segments 93a belonging to each group may be increased or decreased than illustrated.
  • the segment 93a may have a trapezoidal shape, and may be deformed into a quadrangle, a flat quadrilateral, a semicircle, or a semiellipse.
  • the height of the segment 93a may be increased step by step from the core side to the outer circumferential side.
  • the core-side uncoated region 93 ′ adjacent to the core may not include the segment 93a , and the height of the core-side uncoated region 93 ′ may be smaller than that of other uncoated regions.
  • the electrode 90 may include an insulating coating layer 94 covering the boundary between the active material layer 92 and the uncoated region 93 .
  • the insulating coating layer 94 includes an insulating polymer resin, and may optionally further include an inorganic filler.
  • the insulating coating layer 94 prevents the end of the active material layer 92 from coming into contact with the opposite polarity active material layer through the separator, and serves to structurally support the bending of the fragment 93a.
  • at least a portion of the insulating coating layer 94 is preferably exposed to the outside from the separator.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction (Y) of an electrode assembly (A) in which the uncoated segmental structure of the electrode 90 according to an exemplary embodiment of the present specification is applied to the first electrode and the second electrode.
  • a pattern in which the height of the uncoated regions 72 and 73 changes is schematically illustrated. That is, the heights of the uncoated regions 72 and 73 may vary irregularly depending on the position at which the cross-section is cut. For example, when the side portion of the trapezoidal segment 93a is cut, the height of the uncoated region in the cross section is lower than the height of the segment 93a. Accordingly, it should be understood that the heights of the uncoated areas 72 and 73 shown in the figure showing the cross-section of the electrode assembly A correspond to the average of the uncoated areas included in each winding turn.
  • the uncoated regions 72 and 73 may be bent from the outer periphery side of the electrode assembly A to the core side as shown in FIG. 12 .
  • the bent portion 101 is indicated by a dotted line box.
  • the curved surfaces 102 are formed on the upper and lower portions of the electrode assembly A while radially adjacent segments overlap each other in multiple layers.
  • the core-side uncoated region 93 ′ in FIG. 10 is not bent due to its low height, and the height (h) of the innermost bent segment is formed by the core-side uncoated region 93 ′ having no segment structure. less than or equal to the radial length r of the winding area. Accordingly, the cavity 80 in the core of the electrode assembly A is not closed by the bent fragments. If the cavity 80 is not closed, there is no difficulty in the electrolyte injection process, and the electrolyte injection efficiency is improved.
  • the secondary battery includes a cylindrical battery can 51 housing the electrode assembly 71 and electrically connected to the uncoated region 72 of the first electrode.
  • One side (lower part) of the battery can 51 is open.
  • the bottom 52 of the battery can 51 has a structure in which the aforementioned electrode terminal 50 is riveted to the through hole 53 through a caulking process.
  • the secondary battery may include a gasket provided between the electrode terminal and the through hole.
  • the secondary battery 70 may also include a sealing body 74 sealing the open end of the battery can 51 to be insulated from the battery can 51 .
  • the sealing body 74 may include a non-polar cap plate 74a and a sealing gasket 74b interposed between the edge of the cap plate 74a and the open end of the battery can 51 .
  • the cap plate 74a may be made of a conductive metal material such as aluminum, steel, or nickel.
  • the sealing gasket 74b may be made of insulating and elastic polypropylene, polybutylene terephthalate, polyethylene fluoride, or the like.
  • the present invention is not limited by the materials of the cap plate 74a and the sealing gasket 74b.
  • the cap plate 74a may include a vent notch 77 that is ruptured when the pressure inside the battery can 51 exceeds a threshold value.
  • the vent notch 77 may be formed on both surfaces of the cap plate 74a.
  • the vent notches 77 may form a continuous or discontinuous circular pattern, a straight pattern, or other patterns on the surface of the cap plate 74a.
  • the battery can 51 is extended and bent to the inside of the battery can 51 to fix the sealing body 74 , and the cap plate 74a together with the sealing gasket 74b. ) may include a crimping part 75 to wrap and fix the edge.
  • the battery can 51 may also include a beading portion 76 press-fitted into the battery can 51 in a region adjacent to the open end.
  • the beading portion 76 supports the edge of the sealing body 74, particularly the outer peripheral surface of the sealing gasket 74b, when the sealing body 74 is fixed by the crimping portion 75 .
  • the secondary battery may further include a second current collector plate 31 welded to the uncoated region 73 of the second electrode.
  • the second current collecting plate 31 is made of a conductive metal material such as aluminum, steel, or nickel.
  • At least a portion 78a of an edge not in contact with the uncoated portion 72 of the second electrode includes a beading portion 76 and a sealing gasket 74b. Interposed therebetween may be fixed by the crimping portion (75).
  • At least a portion 78a of the edge of the second current collector plate 31 may be fixed to the inner circumferential surface 76a of the beading portion 76 adjacent to the crimping portion 75 by welding.
  • the insulator may be provided between the first current collector plate and the inner surface of the battery can.
  • the insulator prevents contact between the first current collecting plate and the battery can.
  • the insulator may also be interposed between the upper end of the outer peripheral surface of the electrode assembly and the inner surface of the battery can. That is, the insulator may also be interposed between the uncoated portion of the first electrode and the inner surface of the sidewall portion of the battery can. This is to prevent contact between the uncoated region of the formulation 1 electrode extending toward the closing part of the battery can and the inner peripheral surface of the battery can.
  • the uncoated regions 72 and 73 of the first electrode and/or the second electrode are bent from the outer periphery side of the electrode assembly 71 to the core side, thereby forming the upper and lower portions of the electrode assembly 71 .
  • a curved surface can be formed on the
  • the first current collector plate 30 is welded to a curved surface formed while the uncoated region 72 of the first electrode is bent, and the second current collector plate 31 is formed while the uncoated region 73 of the second electrode is bent. It can be welded to the bent surface.
  • the first electrode and/or the second electrode may have an improved structure different from that of the electrode plate shown in FIG. 1 .
  • 10 is a plan view exemplarily showing the structure of the electrode plate 90 according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the electrode plate 90 includes a sheet-shaped current collector 91 made of a foil of a conductive material, an active material layer 92 formed on at least one surface of the current collector 91 , and the current collector 91 .
  • the uncoated region 93 on which the active material is not coated is included at the long side end of the .
  • the uncoated region 93 may include a plurality of notched segments 93a.
  • the plurality of segment segments 93a form a plurality of groups, and the segment segments 93a belonging to each group may have the same height (length in the Y direction) and/or width (length in the X direction) and/or the spacing pitch.
  • the number of segments 93a belonging to each group may be increased or decreased than illustrated.
  • the segment 93a may have a trapezoidal shape, and may be deformed into a quadrangle, a flat quadrilateral, a semicircle, or a semiellipse.
  • the height of the segment 93a may be increased step by step from the core side to the outer circumferential side.
  • the core-side uncoated region 93 ′ adjacent to the core may not include the segment 93a , and the height of the core-side uncoated region 93 ′ may be smaller than that of other uncoated regions.
  • the electrode plate 90 may include an insulating coating layer 94 covering the boundary between the active material layer 92 and the uncoated region 93 .
  • the insulating coating layer 94 includes an insulating polymer resin, and may optionally further include an inorganic filler.
  • the insulating coating layer 94 prevents the end of the active material layer 92 from coming into contact with the opposite polarity active material layer through the separator, and serves to structurally support the bending of the fragment 93a. To this end, when the electrode plate 90 is wound into the electrode assembly, it is preferable that at least a part of the insulating coating layer 94 is exposed to the outside from the separator.
  • FIG 11 is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction Y of the electrode assembly 100 in which the uncoated segmental structure of the electrode plate 90 is applied to the first electrode and the second electrode according to the embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 100 may be manufactured by the winding method described with reference to FIG. 2 .
  • the protrusion structure of the uncoated regions 72 and 73 extending outside the separator is illustrated in detail, and the illustration of the winding structure of the first electrode, the second electrode, and the separator is omitted.
  • a pattern in which the height of the uncoated regions 72 and 73 changes is schematically illustrated.
  • the heights of the uncoated regions 72 and 73 may vary irregularly depending on the position at which the cross-section is cut. For example, when the side portion of the trapezoidal segment 93a is cut, the height of the uncoated region in the cross section is lower than the height of the segment 93a. Therefore, it should be understood that the heights of the uncoated areas 72 and 73 shown in the drawing showing the cross-section of the electrode assembly 100 correspond to the average of the heights of the uncoated areas included in each winding turn.
  • the uncoated regions 72 and 73 may be bent from the outer periphery side of the electrode assembly 100 to the core side as shown in FIG. 12 .
  • the bent portion 101 is indicated by a dotted line box.
  • the curved surfaces 102 are formed on the upper and lower portions of the electrode assembly 100 while radially adjacent segments overlap each other in multiple layers.
  • the core-side uncoated region 93 ′ in FIG. 10 is not bent due to its low height, and the height (h) of the innermost bent segment is formed by the core-side uncoated region 93 ′ having no segment structure. less than or equal to the radial length r of the winding area. Accordingly, the cavity 80 in the core of the electrode assembly 100 is not closed by the bent fragments. If the cavity 80 is not closed, there is no difficulty in the electrolyte injection process, and the electrolyte injection efficiency is improved.
  • the cap plate 74a of the sealing body 74 has no polarity.
  • the second current collector plate 31 is connected to the sidewall of the battery can 51 so that the outer surface 52a of the bottom 52 of the battery can 51 has a polarity opposite to that of the electrode terminal 50 . Therefore, when a plurality of cells are to be connected in series and/or in parallel, a bus bar is placed on the upper part of the secondary battery 70 using the outer surface 52a of the bottom 52 of the battery can 51 and the electrode terminal 50 . Wiring such as connection can be performed. Through this, the energy density can be improved by increasing the number of cells that can be mounted in the same space.
  • the riveting structure of the electrode terminal 50 is applicable to a cylindrical secondary battery.
  • the uncoated portion of the first electrode of the electrode assembly may be cut to have the same shape as the current collector plate.
  • a bent portion of the uncoated portion of the first electrode of the electrode assembly may be cut in the same shape as the current collector plate.
  • the secondary battery is a cylindrical secondary battery having a form factor ratio (defined as a value obtained by dividing the diameter of a cylindrical battery by a height, that is, a ratio of a diameter ( ⁇ ) to a height (H)) greater than 0.4
  • the form factor means a value indicating the diameter and height of the cylindrical secondary battery.
  • batteries having a form factor ratio of about 0.4 or less have been used. That is, conventionally, for example, 18650 cells, 21700 cells, and the like have been used. For an 18650 cell, its diameter is approximately 18 mm, its height is approximately 65 mm, and the form factor ratio is approximately 0.277. For a 21700 cell, its diameter is approximately 21 mm, its height is approximately 70 mm, and the form factor ratio is approximately 0.300.
  • the cylindrical secondary battery according to an exemplary embodiment of the present specification may be a 46110 cell, a 48750 cell, a 48110 cell, a 48800 cell, or a 46800 cell.
  • the first two numbers indicate the diameter of the cell
  • the next two numbers indicate the height of the cell
  • the last number 0 indicates that the cell has a circular cross section.
  • the secondary battery according to an exemplary embodiment of the present specification may be a cylindrical secondary battery having a cylindrical cell shape, a diameter of 46 mm, a height of 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.
  • the secondary battery according to the exemplary embodiment of the present specification may be a cylindrical secondary battery having a cylindrical cell shape, a diameter of 48 mm, a height of 75 mm, and a form factor ratio of 0.640.
  • the secondary battery according to an exemplary embodiment of the present specification may be a cylindrical secondary battery having a cylindrical cell shape, a diameter of 48 mm, a height of 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.
  • the secondary battery according to an exemplary embodiment of the present specification may be a cylindrical secondary battery having a cylindrical cell shape, a diameter of 48 mm, a height of 80 mm, and a form factor ratio of 0.600.
  • the secondary battery according to the exemplary embodiment of the present specification may be a cylindrical secondary battery having a cylindrical cell shape, a diameter of 46 mm, a height of 80 mm, and a form factor ratio of 0.575.
  • the secondary battery according to the exemplary embodiment of the present specification may be used to manufacture a battery pack.
  • 13 is a diagram schematically illustrating a configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack 200 includes an assembly to which secondary battery cells 201 are electrically connected and a pack housing 202 accommodating the assembly.
  • the cylindrical secondary battery cell 201 is a secondary battery cell according to the above-described embodiment.
  • parts such as a bus bar, a cooling unit, and an external terminal for electrical connection of the cylindrical secondary battery cells 201 are omitted for convenience of illustration.
  • the battery pack 200 may be mounted in a vehicle.
  • the vehicle may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in hybrid vehicle.
  • the automobile includes a four-wheeled vehicle or a two-wheeled vehicle.
  • FIG. 14 is a view for explaining a vehicle including the battery pack 200 of FIG. 13 .
  • a vehicle V according to an exemplary embodiment of the present specification includes a battery pack 200 according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • the vehicle V operates by receiving power from the battery pack 200 according to an embodiment of the present invention.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

본 명세서는 일측이 개방된 전지 캔; 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 전극 단자; 및 상기 전지 캔과 상기 전극 단자 사이에 개재되는 가스켓을 포함하고, 상기 전극 단자는, 상기 관통 홀에 삽입된 몸체부; 상기 전지 캔의 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및 상기 전지 캔의 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부플 포함하고, 상기 몸체부와 상기 외부 플랜지부는 서로 연결된 내부 공동을 가지고, 상기 내부 플랜지부는 상기 내부 공동과 연결되고 상기 전지 캔의 내측 방향으로 개구된 개구부를 갖는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조, 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공한다.

Description

전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차
본 발명은, 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 02월 19일 한국 특허청에 제출된 한국특허출원 제10-2021-0022867호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용은 전부 본 명세서에 포함된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리를 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리를 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 배터리 팩에 포함되는 배터리의 개수 및 전기적 연결 형태는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 이차 전지 셀의 종류로서, 원통형, 각형 및 파우치형 배터리가 알려져 있다. 원통형 배터리의 경우, 양극과 음극 사이에 절연체인 분리막을 개재하고 이를 권취하여 젤리롤 형태의 전극 조립체를 형성하고, 이를 전해질과 함께 전지 캔 내부에 삽입하여 전지를 구성한다.
이때, 원통형 이차 전지의 양극 전극 단자로서, 기존의 전지 캔의 개방구를 밀봉하는 밀봉체의 캡 대신 전지 캔의 바닥 면을 관통하는 리벳 타입의 양극 전극 단자로 적용하는 구조도 있으나, 양극 전극 단자와 양극 집전판 간의 결합을 위한 용접 공정은 젤리-롤의 권심을 통해 이루어져야 하므로, 좁은 공간에서 용접을 진행하는데 있어 어려움이 있었다.
본 발명은, 전지 캔의 개구부 상단에서 캔 내부의 권심을 통해 레이저 용접을 하고자 하는 경우, 빔 간섭, 전지 내 스패터 유입, 용접의 취약 등의 불량 발생 리스크가 증가할 수 있는 문제점을 해결하는 것을 해결하고자 한다.
본 명세서는 일측이 개방된 전지 캔; 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 전극 단자; 및 상기 전지 캔과 상기 전극 단자 사이에 개재되는 가스켓을 포함하고, 상기 전극 단자는, 상기 관통 홀에 삽입된 몸체부; 상기 전지 캔의 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및 상기 전지 캔의 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부플 포함하고, 상기 몸체부와 상기 외부 플랜지부는 서로 연결된 내부 공동을 가지고, 상기 내부 플랜지부는 상기 내부 공동과 연결되고 상기 전지 캔의 내측 방향으로 개구된 개구부를 갖는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 외부 플랜지부의 내부 공동의 적어도 일부의 내경은 상기 몸체부의 내경보다 클 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 외부 플랜지부의 내부 공동의 적어도 일부의 내경은 상기 전지 캔의 외측에서 내측 방향으로 갈수록 작아지는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자의 몸체부의 측면두께는 상기 몸체부의 내면 사이의 최대거리의 5% 이상 40% 이하인 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 외부 플랜지부의 외면의 최대 길이는 전지 캔 바닥의 최대 길이를 기준으로 10% 이상 내지 40% 이하인 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 쉬트 형상의 제1 전극과 제2 전극이 분리막이 개재된 상태로 권취되고, 양측 단부로부터 연장되어 노출된 상기 제1 전극의 무지부와 상기 제2 전극의 무지부를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하며 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 전지 캔; 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅되며, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 전극 단자로서, 상기 관통 홀에 삽입된 몸체부; 상기 전지 캔의 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및 상기 전지 캔의 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부를 포함하고, 상기 몸체부와 상기 외부 플랜지부는 서로 연결된 내부 공동을 가지고, 상기 내부 플랜지부는 상기 내부 공동과 연결되고 상기 전지 캔의 내측 방향으로 개구된 개구부를 갖는 것인 전극 단자; 상기 제1 전극의 무지부와 전기적으로 연결되는 제1 집전판; 상기 전극 단자와 상기 관통 홀 사이에 개재된 가스켓; 및 상기 전지 캔으로부터 절연 가능하도록 상기 전지 캔의 개방단부를 밀봉하는 밀봉체를 포함하는 것인 이차 전지를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극의 무지부는 제1 집전판과 용접되어 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 집전판은 상기 전극 단자의 내부 플랜지부의 개구부를 통해 상기 전극 단자의 몸체부 및 외부 플랜지부의 내부 공동으로 삽입되어 끼워지도록 하는 체결부를 더 포함하고, 상기 제1 집전판의 체결부는 상기 전극 단자의 몸체부의 내면의 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 집전판은 상기 전극 단자의 내부 플랜지부의 내면과 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 집전판의 체결부는 상기 전극 단자의 외부 플랜지부의 내면의 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자의 외부 플랜지부의 내부 공동의 적어도 일부의 내경은 상기 제1 집전판의 몸체부의 내경보다 크고, 상기 제1 집전판의 체결부의 단부는 상기 외부 플랜지부의 내부에 리벳팅되도록 돌기가 형성된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 체결부의 외경은 상기 몸체부의 내경보다 큰 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 집전판의 체결부의 외경과 상기 전극 단자의 몸체부의 내경의 비는 1:1 내지 1.01:1인 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 집전판의 체결부의 돌기가 구비된 부분의 최대외경과 상기 전극 단자의 몸체부의 내경의 비는 1.005:1 내지 1.1:1 인 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 전술한 이차 전지를 복수개 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 전술한 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이차 전지의 전극 단자 구조를 개선하여 좁은 공간에서의 용접 수행으로 인한 어려움 및 그에 따른 용접 스패터 발생으로 인한 불량 리스크 증가 등을 해소하고 더욱 간단한 공정을 통해 전극 단자와 집전판의 체결이 가능하게 된다.
도 1은 이차 전지에 사용되는 전극판의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2는 이차 전지에 포함되는 전극 조립체의 권취 공정을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 전극 조립체에서 무지부의 절곡면에 집전 플레이트가 용접되는 공정을 나타낸 도면이다.
도 4는 기존의 리벳 타입의 전극 단자와 집전판이 용접될 때 스패터가 발생하는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극단자와 제1 집전판이 끼워지는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극 단자의 리벳팅 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 제1 집전판의 체결부에 돌기가 형성된 것을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 명세서의 제1 집전판을의 형태를 예시한 도면이다.
도 9는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극판 구조를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 11은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극판의 무지부 분절구조를 제1 전극 및 제2 전극에 적용한 전극 조립체를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 본 명세서의 일 실시상태에 따라 무지부가 절곡된 전극 조립체를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 13은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 원통형 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
[도면의 부호]
71, 100: 전극 조립체
10: 양극판
11: 음극판
10a, 73: 제1 전극의 무지부
11a, 72: 제2 전극의 무지부
12: 분리막
20, 91: 집전체
21: 92: 활물질
22: 93: 무지부
30: 제1 집전판
30a: 체결부
L1: 제1 집전판의 체결부의 외경
L2: 제1 집전판의 체결부의 돌기가 구비된 부분의 최대외경
31, 78: 제2 집전판
50: 전극 단자
50a: 몸체부
R1: 몸체부의 내경
50b: 외부 플랜지부
50c: 내부 플랜지부
51: 전지 캔
53: 관통홀
54: 가스켓
55: 인슐레이터
56: 돌기
70: 이차 전지
74: 밀봉체
74a: 캡 플레이트
74b: 밀봉 가스켓
75: 클림핑부
76: 비딩부
76a: 비딩부의 내주면
77: 벤트 노치
78a: 제2 전극의 무지부와 접촉하지 않는 가장자리의 적어도 일부
80: 전극 조립체의 코어에 있는 공동
90: 전극
93a: 분절편
93': 코어측 무지부
94: 절연 코팅층
200: 배터리팩
201: 원통형 이차전지 셀
202: 팩 하우징
V: 자동차
P: 내부 공동
Q: 개구부
A: 억지끼움
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 서로 다른 실시예에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여될 수 있다.
2 개의 비교 대상이 동일하다는 언급은 '실질적으로 동일'한 것을 의미한다. 따라서 실질적 동일은 당업계에서 낮은 수준으로 간주되는 편차, 예를 들어 5% 이내의 편차를 가지는 경우를 포함할 수 있다. 또한, 소정의 영역에서 어떠한 파라미터가 균일하다는 것은 평균적 관점에서 균일하다는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에서, "상"은 하나의 층 위에 물리적으로 접하여 위치하는 것만을 의미하는 것이 아니라, 위치상 위에 위치하는 것을 의미한다. 즉, 어느 하나의 층 상에 위치하는 층은 사이에 다른 층이 있을 수도 있다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서는 일측이 개방된 전지 캔; 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 전극 단자; 및 상기 전지 캔과 상기 전극 단자 사이에 개재되는 가스켓을 포함하고, 상기 전극 단자는, 상기 관통 홀에 삽입된 몸체부; 상기 전지 캔의 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및 상기 전지 캔의 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부플 포함하고, 상기 몸체부와 상기 외부 플랜지부는 서로 연결된 내부 공동을 가지고, 상기 내부 플랜지부는 상기 내부 공동과 연결되고 상기 전지 캔의 내측 방향으로 개구된 개구부를 갖는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조를 제공한다.
이차 전지의 전극 단자로서, 전지 캔의 바닥 면을 관통하는 기존의 리벳 타입의 전극 단자를 적용하는 경우, 전극 단자와 집전판 간의 결합을 위한 용접 공정은 젤리-롤의 권심을 통해 이루어져야 하므로, 좁은 공간에서 용접을 진행하는데 있어 어려움이 있었다. 또한, 전지 캔의 개구부 상단에서 캔 내부의 권심을 통해 레이저 용접을 하고자 하는 경우, 빔 간섭, 전지 내 스패터 유입, 용접의 취약 등의 불량 발생 리스크가 증가하였다.
도 4는 집전판과 일반적인 리벳 타입의 단자가 레이저 용접되는 과정을 도시한 도면으로, 용접 시에 발생하는 스패터가 이차 전지 내부에 금속 이물로 잔존할 수 있는 것을 나타내었다. 이와 같이, 금속 이물이 이차 전지 내부에 잔존하는 경우, 미세 쇼트를 일으키는 원인이 될 수 있다.
본 발명의 전극 단자(50)는 리벳팅 구조를 가지며, 전지 캔(51)의 바닥에 형성된 관통홀(53)을 통해 노출되어 리벳팅 된다. 이때, 본 발명의 전극 단자는 내부에 공동(P)을 형성하여 집전판(30)이 전극 단자 내부 공동(P)에 끼워지도록 하는 구조를 갖는다.
즉, 본 발명의 전극 단자는 집전판과 용접으로 인한 전기적 연결이 아닌, 내부 공동에서 전극 단자와 집전판이 끼워지면서 서로 맞닿아서 전기적으로 연결되는 구조를 가지는 것이다. 도 5는 본 발명의 리벳팅 구조를 가지는 전극 단자의 형성 과정을 나타낸 도면으로, 맨 아래에 도시된 도면을 참고하면, 본 발명의 전극 단자와 집전판은, 전극 단자의 내부에 형성된 공동에 빨간색 점선으로 표시된 부분에서 끼워지는 것이다.
따라서, 본 발명의 전극 단자의 리벳팅 구조가 적용된 이차 전지는, 전극 단자와 집전판과의 결합에 용접공정이 사용되지 않으므로, 빔 간섭, 용접 스패터 발생으로 인한 불량 리스크를 해소할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 전극 단자는 리벳팅 구조를 가지며, 전지 캔의 바닥에 형성된 관통홀을 통해 리벳팅 되며, 상기 가스켓은 전지 캔과 상기 전극 단자 사이에 구비된다.
도 5는 본 발명의 전지 캔의 관통홀 사이에 위치한 전극 단자가 가공되어 리벳팅되는 과정을 나타낸 것으로, 상기 전극 단자의 상기 전지 캔의 외부로 노출되는 부분의 외경이, 상기 전지 캔의 관통홀의 외경보다 크게 되도록 전극 단자의 상면을 구부려서 전극 단자의 리벳팅 구조가 형성된다. 이때, 가스켓의 전지 캔의 외부로 노출되는 부분도 상기 압력으로 누르는 과정에 의해 전극 단자와 동일한 각도로 함께 구부러진다. 상기 관통홀의 외경은, 관통홀의 직경을 의미한다.
상기와 같은 가공과정을 거친 본 발명의 전극 단자는 상기 관통 홀(53)에 삽입된 몸체부(50a); 상기 전지캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a)을 통해 노출된 상기 몸체부(50a)의 일측 둘레로부터 외부면(52a)을 따라 연장된 외부 플랜지부(50b); 상기 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)을 통해 노출된 상기 몸체부(50a)의 타측 둘레로부터 상기 내부면(52b)을 향해 연장된 내부 플랜지부(50c)를 포함하고, 상기 몸체부(50a)와 상기 외부 플랜지부(50b)는 서로 연결된 내부 공동(P)을 가지고, 상기 내부 플랜지부(50c)는 상기 내부 공동(P)과 연결되고 상기 전지 캔(51)의 내측 방향으로 개구된 개구부(Q)를 갖는다. 이때, 상기 몸체부, 외부 플랜지부 및 내부 플랜지부는 전극 단자를 이루는 영역을 정의한 용어이다.
도 6은 본 발명의 전극 단자의 리벳팅 구조를 길이 방향으로 자른 단면도로서, 전극 단자의 전지 캔의 외부로 노출된 부분에서 점선으로 표시된 영역이 외부 플랜지부(50b)이며, 전지 캔의 관통홀 사이에 구비되고 점선으로 표시된 영역은 몸체부(50a)이며, 상기 전극 단자가 전지 캔 바닥의 내부면을 향해 연장되는 부분에서 점선으로 표시된 부분이 내부 플랜지부(50c)이다. 상기 몸체부와 상기 외부 플랜지부는 도면 6에서 P로 표시되는 서로 연결된 내부 공동을 포함한다. 상기 내부 플랜지부는 도면 6에서 Q로 표시되는 개구부를 가지며, 상기 개구부(Q)는 상기 내부 공동(P)와 연결된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 외부 플랜지부의 내부 공동의 적어도 일부의 내경은 상기 몸체부의 내부 공동의 내경보다 클 수 있다. 상기 외부 플랜지부의 내부 공동의 적어도 일부의 내경이 상기 몸체부의 내부 공동의 내경보다 크게 형성함으로써, 후술하는 집전판의 일 단부가 상기 외부 플랜지부의 내면에 닿아 집전판이 상하로 움직이지 않게 고정될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 외부 플랜지부의 내부 공동의 적어도 일부의 내경은 상기 전지 캔의 외측에서 내측 방향으로 갈수록 작아지는 것일 수 있다. 상기 외부 플랜지부의 내부 공동의 적어도 일부의 내경이 작아지는 구간에 의해, 후술하는 집전판의 일 단부가 상기 외부 플랜지부의 내면과 보다 강하게 고정될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자의 몸체부의 내면은 상기 내부 플랜지부의 내면과 굴곡없이 연결된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자의 몸체부의 두께는 일정한 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자의 몸체부의 내면 사이의 최대 길이는 상기 전극 단자의 외부 플랜지부의 내면 사이의 최대 길이와 동일하거나 더 작을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자의 외부 플랜지부는 서로 상이한 두께를 갖는 영역을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자의 외부 플랜지부의 적어도 일부의 두께(t1)는 상기 몸체부의 측면두께(t2)보다 클 수 있다. 상기 몸체부의 측면두께는 상기 전극 단자의 몸체부의 외면과 내면 사이의 거리를 의미하고, 도 6에 부호 t2로 표시하였다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자의 몸체부의 측면두께는 상기 전극 단자의 몸체부의 내경(R1)의 5% 이상 내지 40% 이하일 수 있고, 7% 이상 40% 이하일 수 있고, 10% 이상 35% 이하일 수 있고, 10% 이상 25% 이하일 수 있다. 상기 몸체부의 내경은 몸체부의 내면 사이의 거리를 의미하고, 도 6에 R1으로 표시하였다.
상기 범위를 만족하는 경우, 상기 몸체부의 내구성을 높일 수 있어, 후술하는 집전판이 몸체부의 내부 공동으로 억지로 끼워지더라도, 전극 단자의 몸체부가 파손되는 것을 방지하면서도, 전극 단자의 리벳팅 가공이 용이할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 몸체부의 내경, 상기 외부 플랜지부의 내부 공동의 최대내경 및 상기 내부 플랜지부의 개구부의 내경의 크기는, 상기 전극단자의 몸체부의 두께와 전지 캔의 관통홀의 직경, 가스켓의 두께에 따라 설계될 수 있으며, 구체적으로, 리벳팅된 전극 단자에 의해 전지 캔 내부의 틈을 막을 수 있고, 후술하는 집전판의 억지끼움 및 집전판의 체결부의 삽입의 용이함에 따라 설계될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 몸체부의 내경은 4mm 이상 11mm 이하일 수 있고, 4mm 이상 8mm 이하일 수 있고, 5mm 이상 8mm 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 외부 플랜지부의 내부 공동의 최대내경은 5mm 이상 15mm 이하일 수 있고, 7mm 이상 12mm 이하일 수 있고, 9mm 이상 12mm 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 내부 플랜지부의 개구부의 내경은 4mm 이상 11mm 이하일 수 있고, 5mm 이상 10mm 이하 일 수있고, 7mm 이상 10mm 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 외부 플랜지부의 외면의 최대 길이는 전지 캔 바닥의 최대 길이를 기준으로 10% 이상 내지 40% 이하일 수 있고, 15% 이상 내지 35% 이하일 수 있고, 20% 이상 내지 30% 이하일 수 있다.
상기 범위를 만족하는 경우, 전극 단자에 버스바 등의 전기 배선 부품을 용접할 수 있는 공간을 적절하게 확보할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자(50)는 도전성 금속 재질로 이루어진다. 일 예에서, 전극 단자(50)는 알루미늄으로 이루어질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전지 캔(51)은 도전성 금속 재질로 이루어진다. 일 예에서, 전지 캔(51)은 스틸 재질로 이루어질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 가스켓(54)은 절연성 및 탄성이 있는 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 상기 가스켓(54)은 폴리프로필렌, 폴리부틸렌테레프탈레이드, 폴리플루오르화에틸렌 등으로 이루어질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 전지 캔(51)의 바닥과 수직을 이루는 관통 홀(53) 내벽의 상단과 하단은 전극 단자(50)를 향해 테이퍼진 표면을 형성하도록 모따기(corner cutting)되어 있다. 하지만, 관통 홀(53) 내벽의 상단 및/또는 하단은 곡률을 가진 부드러운 곡면으로 변형될 수 있다. 이 경우, 관통 홀(53) 내벽의 상단 및/또는 하단 근처에서 가스켓(54)에 가해지는 스트레스를 보다 완화할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 전극 단자(50)의 리벳팅 구조는 상하 운동을 하는 콜킹 지그, 스피닝 공정 또는 로터리 리벳팅을 이용하여 형성할 수 있다. 먼저, 전지 캔(51)의 바닥(52)에 형성된 관통 홀(53)에 가스켓이 결합된 전극 단자(50)의 프리폼(미도시)을 삽입한다. 프리폼은 리벳팅 되기 전의 전극 단자를 지칭한다.
일 예로, 전지 캔의 외측에서 외부 콜킹 지그를 이용하여 전극 단자의 프리폼을 리벳팅된 전극 단자로 가공하며, 내부 콜킹 지그를 전지 캔의 내측 공간으로 삽입하여 상기 외부 콜킹 지그에 의한 내측 변형을 막아줄 수 있다.
콜킹 지그를 이용한 프리폼의 가압 포밍이 완료된 후, 콜킹 지그를 전지 캔(51)으로부터 분리시키면, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 전극 단자(50)의 리벳팅 구조를 얻을 수 있다.
상기 가스켓(54)은 프리폼이 리벳팅되는 과정에서 물리적으로 손상되지 않으면서 우수한 실링 강도를 확보할 수 있도록 충분히 압축되는 것이 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서,가스켓(54)이 폴리부틸렌테레프탈레이드로 이루어진 경우, 가스켓(54)은 그것이 최소 두께로 압축되는 지점에서 압축율이 50% 이상인 것이 바람직하다. 압축율은 압축전 두께에 대한 압축 전후의 두께 변화의 비율이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 가스켓(54)이 폴리플루오르에틸렌으로 이루어진 경우, 가스켓(54)은 그것이 최소 두께로 압축되는 지점에서 압축율이 60% 이상인 것이 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 가스켓(54)이 폴리플로필렌으로 이루어진 경우, 가스켓(54)은 그것이 최소 두께로 압축되는 지점에서 압축율이 60% 이상인 것이 바람직하다.
전술한 본 발명의 전극 단자의 리벳팅 구조는 쉬트 형상의 제1 전극과 제2 전극이 분리막이 개재된 상태로 권취되고, 양측 단부로부터 연장되어 노출된 상기 제1 전극의 무지부와 상기 제2 전극의 무지부를 포함하는 전극 조립체; 상기 제1 전극의 무지부와 용접되는 제1 집전판; 상기 전극 단자와 상기 관통 홀 사이에 구비된 가스켓; 및 상기 전지 캔으로부터 절연 가능하도록 상기 전지 캔의 개방단부를 밀봉하는 밀봉체를 포함하는 이차 전지에 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자는 상기 제1 집전판과 결합하여 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 단자는 상기 제1 집전판과 용접에 의해 전기적으로 연결되지 않고, 직접 결합에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 제1 집전판은 상기 전극 단자의 내부 플랜지부의 개구부를 통해 상기 전극 단자의 몸체부 및 외부 플랜지부의 내부 공동으로 삽입되어 끼워지도록 하는 체결부를 더 포함하고, 상기 체결부는 상기 몸체부의 내면의 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 체결부는 상기 몸체부의 내면의 적어도 일부와 직접 접하여 전기적으로 연결되는 것일 수 있다. 도 8은 본 발명의 제1 집전판의 형태를 예시한 도면으로, 디스크 형태의 집전판의 중심부에 원기둥 형태의 체결부가 결합된 구조를 갖는다.
본 발명의 제1 집전판은 상기 체결부를 포함함으로써, 용접 공정없이 상기 전극 단자와 결합할 수 있다는 이점 외에도, 기존의 리벳팅된 전극 단자 구조에 비해 상기 전극 단자와 상기 제1 집전판이 넓은 접촉면을 가지므로, 전극 단자와 원활하게 전기적으로 연결될 수 있으면서 제1 집전판의 높은 저항을 줄일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 집전판의 체결부는 내부에 공동을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 집전판의 체결부의 높이는 2mm 이상 내지 8mm 이하일 수 있고, 3mm 이상 내지 7mm 이하일 수 있고, 4mm 이상 내지 6mm 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 집전판은 상기 전극 단자의 내부 플랜지부의 내면과 전기적으로 연결되는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 집전판은 상기 전극 단자의 내부 플랜지부의 내면과 직접 접하여 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
본 명세서의 제1 집전판에 있어서, 상기 제1 전극의 무지부와 결합된 면의 반대 면은 상기 전극 단자의 내부 플랜지부의 내면과 전기적으로 연결되는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 전극 단자의 내부 플랜지부의 내면과 직접 접하여 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 체결부는 상기 외부 플랜지부의 내면의 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 체결부는 상기 외부 플랜지부의 내면의 적어도 일부와 직접 접하여 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
도면 5 및 6을 참고하면, 전술한 상기 제1 집전판의 체결부와 상기 전극 단자가 직접 접한 것을 나타내었다.
본 명세서의 제1 집전판과 전극 단자의 연결 구조는 전극 단자와 제1 집전체 간의 억지끼움 결합 구조에 해당한다. 즉, 본 발명은, 체결부를 가진 제1 집전판과 전극 단자와의 물리적 컨택 연결 방식을 이용하여, 용접 공정에 의한 리스크를 제거할 수 있도록 구성된다. 도 5에 제1 집전판의 체결부의 외면과 전극 단자의 몸체부의 내면이 억지끼움되는 것을 A로 표시하였다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 집전판의 체결부의 외경(L1)은 상기 전극 단자의 몸체부의 내경(R1)보다 큰 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 집전판의 체결부의 외경(L1)과 상기 전극 단자의 몸체부의 내경(R1)의 비는 1:1 내지 1.01:1 일 수 있고, 1:1 내지 1.008:1 일 수 있으며, 1:1 내지 1.005:1일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 집전판의 체결부의 고정력이 강화될 수 있다.
상기 제1 집전판의 체결부의 외경은, 도 5을 참고하면, 상기 체결부의 상기 전극 단자의 몸체부의 내면과 대향하는 외면에서의 직경을 의미하며, 도 5에서는 L1으로 표시하였다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 외부 플랜지부의 내부 공동의 적어도 일부의 내경은 상기 몸체부의 내경보다 크고, 상기 체결부의 적어도 하나의 단부는 상기 외부 플랜지부의 내부에 리벳팅되도록 돌기가 형성된 것일 수 있다. 예컨대, 상기 돌기는 상기 외부 플랜지부의 내부 공동에 위치되는 체결부의 측면에 위치될 수 있다.
도 7을 참고하면, 상기 전극 단자의 내부 공동 내에서 제1 집전판의 체결부의 돌기가 억지끼움에 의해 리벳팅 된다. 상기 제1 집전판과 상기 전극 단자는 모두 전도성 금속으로 이루어지므로, 강한 힘으로 제1 집전판의 돌기를 전극 단자의 내부 공동 내에 끼워 넣으면 각 구성요소들은 미세한 변형을 일으키면서 리벳팅 될 수 있다.
상기 제1 집전판의 체결부의 돌기가 구비된 부분의 최대외경(L2)은 전극 단자의 몸체부의 내경(R1)보다 큰 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 집전판의 체결부의 돌기가 구비된 부분의 최대외경(L2)과 상기 전극 단자의 몸체부의 내경(R1)의 비는 1.005:1 내지 1.1:1일 수 있고, 1.005:1 내지 1.05:1일 수 있고, 1.005:1 내지 1.03:1일 수 있고, 1.005:1 내지 1.02:1 일 수 있고, 1.005:1 내지 1.015:1 일 수 있다.
상기 범위를 만족하는 경우, 고정력의 강화 측면에서 바람직하며, 상기 돌기는 억지 끼움이 완료된 상태에서 전극 단자의 몸체부와 외부 플랜지부의 경계에 걸려 제1 집전판이 삽입 반대 방향으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
상기 체결부의 돌기가 구비된 부분의 최대외경(L2)은, 도 7을 참고하면, 상기 체결부의 외면에서 연장되어 형성된 돌기가 가장 많이 튀어나온 부분을 기준으로 했을 때의 체결부의 외경을 의미하며, 도 7에서는 L2로 표시하였다.
따라서, 본 발명에 따른 전극 단자의 리벳팅 구조를 이용하면, 집전판과 전극 단자와의 전기적 연결을 위해 추가의 용접공정을 수행하지 않아도 되는 장점이 있다.
본 발명의 제1 집전판은 전극 조립체와 결합하여, 전기적으로 연결된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체(100)은 쉬트 형상의 제1 전극과 제2 전극이 분리막이 개재된 상태로 권취되고, 상기 제1 전극 및 제2 전극 각각의 양측 단부로부터 연장되어 노출된 상기 제1 전극의 무지부와 상기 제2 전극의 무지부를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극 조립체는 예를 들어 젤리-롤(jelly-roll) 구조를 가질 수 있다. 상기 전극 조립체는, 쉬트 형상을 가진 제1 전극 및 제2 전극을 그 사이에 분리막을 개재시킨 상태로 적어도 1회 적층하여 형성된 적층체를 권취 중심부를 기준으로 하여 권취시킴으로써 제조될 수 있다.
즉, 양극판과 음극판은 쉬트 모양의 집전체(20)에 활물질(21)이 코팅된 구조를 가지며, 권취 방향을 따라 한쪽 장변 측에 무지부(22)를 포함한다. 이 경우, 상기 전극 조립체(100)의 외주면 상에는 전지 캔(51)과의 절연을 위해 추가적인 분리막이 구비될 수 있다. 당업계에서 알려진 젤리롤 구조라면 본 발명에 제한 없이 적용 가능하다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 집전체의 구조를 나타내고, 도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 집전체의 권취 공정을 나타내고, 도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 무지부의 절곡면에 집전판이 용접되는 공정을 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 양극판(10)과 음극판(11)은 쉬트 모양의 집전체(20)에 활물질(21)이 코팅된 구조를 가지며, 권취 방향(X)을 따라 한쪽 장변 측에 무지부(22)를 포함한다.
전극 조립체는 양극판(10)과 음극판(11)을 도 2에 도시된 것처럼 2장의 분리막(12)과 함께 순차적으로 적층시킨 후 일방향(X)으로 권취시켜 제작한다. 이때, 양극판(10)과 음극판(11)의 무지부는 서로 반대 방향으로 배치된다. 권취 공정 이후, 양극판(10)의 무지부(10a)와 음극판(11)의 무지부(11a)는 코어측으로 절곡된다. 그 이후에는, 무지부(10a, 11a)에 집전판(30), 제2 집전판(31)을 각각 용접시켜 결합시킨다.
양극 무지부(10a)와 음극 무지부(11a)에는 별도의 전극탭이 결합되어 있지 않으며, 집전판(30)과 제2 집전판(31)이 외부의 전극 단자와 연결되며, 전류 패스가 전극 조립체(A)의 권취 축 방향(화살표 참조)을 따라 큰 단면적으로 형성되므로 이차 전지의 저항을 낮출 수 있는 장점이 있다. 저항은 전류가 흐르는 통로의 단면적에 반비례하기 때문이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은, 제1 집전체 및 상기 제1 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 구비된 전극 활물질층을 포함한다. 전극 조립체의 권취축의 일 단부에 구비된 상기 제1 집전체의 권취 방향에 따른 장변 단부는 전극 활물질층이 구비되지 않은 제1 전극의 무지부가 존재한다. 상기 제1 전극의 무지부는, 전지 캔 내에 수용된 전극 조립체의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 상부에 구비된다. 즉, 상기 제1 집전체는, 장변 단부에 전극 활물질이 코팅되어 있지 않으며 분리막의 외부로 노출된 제1 전극의 무지부를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전극은, 제2 전극 집전체 및 상기 제2 전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 구비된 제2 전극 활물질층을 포함한다. 상기 제2 전극 집전체의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 타 측 단부에는 제2 전극 활물질층이 포함되지 않은 제2 전극의 무지부가 존재한다.
상기 제2 전극의 무지부는, 전지 캔 내에 수용된 전극 조립체의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 하부에 구비된다. 즉, 상기 제2 전극 집전체는, 장변 단부에 전극 활물질층이 코팅되어 있지 않으며 분리막의 외부로 노출된 제2 무지부를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극판이고, 제2 전극은 음극판일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극판이고, 제2 전극은 양극판일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 양극판에 코팅되는 양극 활물질과 음극판에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
일 예에서, 양극 활물질은 일반 화학식 A[AxMy]O2+z(A는 Li, Na 및 K 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M은 Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, 및 Cr에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; x ≥ 0, 1 ≤ x+y ≤2, -0.1 ≤ z ≤ 2; 화학량론적 계수 x, y 및 z는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨)로 표시되는 알칼리 금속 화합물을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 양극 활물질은 US 등록특허6,677,082, US 등록특허6,680,143 등에 개시된 알칼리 금속 화합물 xLiM1O2-(1-x)Li2M2O3(M1은 평균 산화 상태 3을 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 평균 산화 상태 4를 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; 0≤x≤1)일 수 있다.
또 다른 예에서, 양극 활물질은, 일반 화학식 LiaM1 xFe1-xM2 yP1-yM3 zO4-z(M1은 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V 및 S에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M3는 F를 선택적으로 포함하는 할로겐족 원소를 포함; 0 < a ≤ 2, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1; 화학량론적 계수 a, x, y 및 z는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨), 또는 Li3M2(PO4)3[M은 Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함]로 표시되는 리튬 금속 포스페이트일 수 있다.
바람직하게, 양극 활물질은 1차 입자 및/또는 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함할 수 있다.
일 예에서, 음극 활물질은 탄소재, 리튬금속 또는 리튬금속화합물, 규소 또는 규소화합물, 주석 또는 주석 화합물 등을 사용할 수 있다. 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 음극 활물질로 사용 가능하다. 탄소재로는 저결정 탄소 및/또는 고결정성 탄소가 모두 사용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체, 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 다른 예시로서, 분리막은 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있다.
분리막의 적어도 한 쪽 표면에는 무기물 입자의 코팅층을 포함할 수 있다. 또한 분리막 자체가 무기물 입자의 코팅층으로 이루어지는 것도 가능하다. 코팅층을 구성하는 입자들은 인접하는 입자 사이 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 존재하도록 바인더와 결합된 구조를 가질 수 있다.
무기물 입자는 유전율이 5이상인 무기물로 이루어질 수 있다. 비제한적인 예시로서, 상기 무기물 입자는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), BaTiO3, hafnia(HfO2), SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO 및 Y2O3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
전해질은 A+B-와 같은 구조를 갖는 염일 수 있다. 여기서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함한다. 그리고 B-는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- ,　CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN-　및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온을 포함한다.
전해질은 또한 유기 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 유기 용매로는, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylenecarbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드 (dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄 (dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1전극 및/또는 제2전극의 무지부는 전극 조립체의 외주측으로부터 코어측으로 절곡됨으로써 전극 조립체의 상부 및 하부에 절곡면을 형성할 수 있다. 또한, 집전판은 제1전극의 무지부가 절곡되면서 형성된 절곡면에 용접되고, 제2집전판은 제2전극의 무지부가 절곡되면서 형성된 절곡면에 용접될 수 있다.
상기 제1 전극 및/또는 제2 전극의 무지부가 절곡될 때 생기는 응력을 완화하기 위해 제1전극 및/또는 제2전극은 다른 구조를 가질 수 있다. 도 12는 본 발명의 일 실시상태에 따른 전극(90) 구조를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도10을 참조하면, 전극(90)은 쉬트 형상의 집전체(91)와, 집전체(91)의 적어도 일면에 형성된 활물질층(92)과, 집전체(91)의 장변 단부에 활물질이 코팅되지 않은 무지부(93)를 포함한다.
상기 무지부(93)는 노칭 가공된 복수의 분절편(93a)을 포함할 수 있다. 복수의 분절편(93a)은 복수의 그룹을 이루며, 각 그룹에 속한 분절편(93a)들은 높이(Y방향 길이) 및/또는 폭(X 방향 길이) 및/또는 이격 피치가 동일할 수 있다. 각 그룹에 속한 분절편(93a)들의 수는 도시된 것보다 증가 또는 감소될 수 있다. 분절편(93a)은 사다리꼴 모양일 수 있는데, 사각형, 평형사변형, 반원형 또는 반타원형으로 변형될 수 있다. 바람직하게, 분절편(93a)의 높이는 코어측으로부터 외주측으로 가면서 단계적으로 증가할 수 있다. 또한, 코어측과 인접한 코어측 무지부(93')는 분절편(93a)을 포함하지 않을 수 있고, 코어측 무지부(93')의 높이는 다른 무지부 영역보다 작을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극(90)은 활물질층(92)과 무지부(93) 사이의 경계를 덮는 절연 코팅층(94)을 포함할 수 있다. 절연 코팅층(94)은 절연성이 있는 고분자 수지를 포함하며, 무기물 필러를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 절연 코팅층(94)은 활물질층(92)의 단부가 분리막을 통해 대향하고 있는 반대 극성의 활물질층과 접촉되는 것을 방지하고, 분절편(93a)의 절곡을 구조적으로 지지하는 역할을 한다. 이를위해, 전극(90)이 전극 조립체로 권취되었을 때, 절연 코팅층(94)은 적어도 일부가 분리막으로부터 외부로 노출되는 것이 바람직하다.
도 10은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극(90)의 무지부 분절구조를 제1전극 및 제2전극에 적용한 전극 조립체(A)를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 13을 참조하면, 하부로 돌출된 무지부(72)는 제1전극으로부터 연장된 것이고, 상부로 돌출된 무지부(73)는 제2전극으로부터 연장된 것이다. 상기 무지부(72, 73)의 높이가 변화하는 패턴은 개략적으로 도시하였다. 즉, 단면이 잘리는 위치에 따라서 무지부(72, 73)의 높이는 불규칙하게 변화할 수 있다. 일 예로, 사다리꼴 분절편(93a)의 사이드 부분이 잘리면 단면에서의 무지부 높이는 분절편(93a)의 높이보다 낮아진다. 따라서, 전극 조립체(A)의 단면을 나타낸 도면에 도시된 무지부(72, 73)의 높이는 각 권취 턴에 포함된 무지부 높이의 평균에 대응한다고 이해하여야 한다.
상기 무지부(72, 73)는 도 12에 도시된 것과 같이 전극 조립체(A)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡될 수 있다. 도 11에서, 절곡되는 부분(101)은 점선 박스로 표시하였다. 무지부(72, 73)가 절곡될 때, 반경 반향으로 인접하고 있는 분절편들이 여러 겹으로 서로 중첩되면서 전극 조립체(A)의 상부와 하부에 절곡면(102)이 형성된다. 이 때, 코어측 무지부(도 10의 93')는 높이가 낮아서 절곡되지 않으며, 가장 안쪽에서 절곡되는 분절편의 높이(h)는 분절편 구조가 없는 코어측 무지부(93')에 의해 형성된 권취 영역의 반경 방향 길이(r) 보다 같거나 작다. 따라서, 전극 조립체(A)의 코어에 있는 공동(80)이 절곡된 분절편들에 의해 폐쇄되지 않는다. 공동(80)이 폐쇄되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지는 전극 조립체(71)를 수납하며 제1 전극의 무지부(72)와 전기적으로 연결된 원통형의 전지 캔(51)을 포함한다.상기 전지 캔(51)의 일 측(하부)은 개방되어 있다. 또한, 전지 캔(51)의 바닥(52)은 전술한 전극 단자(50)가 콜킹 공정을 통해 관통 홀(53)에 리벳팅된 구조를 가진다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이차 전지는 상기 전극 단자와 상기 관통홀 사이에 구비된 가스켓을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지(70)는 또한 전지 캔(51)으로부터 절연 가능하도록 전지 캔(51)의 개방 단부를 밀봉하는 밀봉체(74)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 밀봉체(74)는 극성이 없는 캡 플레이트(74a) 및 캡 플레이트(74a)의 가장자리와 전지 캔(51)의 개방단부 사이에 개재된 밀봉 가스켓(74b)을 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 캡 플레이트(74a)는 알루미늄, 스틸, 니켈 등의 도전성 금속 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 밀봉 가스켓(74b)은 절연성 및 탄성이 있는 폴리프로필렌, 폴리부틸렌테레프탈레이드, 폴리플루오르화에틸렌 등으로 이루어질 수 있다. 하지만, 본 발명이 캡 플레이트(74a)와 밀봉 가스켓(74b)의 소재에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 캡 플레이트(74a)는 전지 캔(51) 내부의 압력이 임계치를 초과했을 때 파열되는 벤트 노치(77)를 포함할 수 있다. 벤트 노치(77)는 캡 플레이트(74a)의 양면에 형성될 수 있다. 벤트 노치(77)는 캡 플레이트(74a)의 표면에서 연속적 또는 불연속적인 원형 패턴, 직선 패턴 또는 그 밖의 다른 패턴을 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전지 캔(51)은, 밀봉체(74)를 고정하기 위해, 전지 캔(51)의 내측으로 연장 및 절곡되어 밀봉 가스켓(74b)과 함께 캡 플레이트(74a)의 가장자리를 감싸서 고정하는 클림핑부(75)를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전지 캔(51)은 또한 개방 단부에 인접한 영역에 전지 캔(51)의 내측으로 압입된 비딩부(76)를 포함할 수 있다. 비딩부(76)는 밀봉체(74)가 클림핑부(75)에 의해 고정될 때, 밀봉체(74)의 가장자리, 특히 밀봉 가스켓(74b)의 외주 표면을 지지한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이차 전지는 제2 전극의 무지부(73)와 용접되는 제2 집전판(31)을 더 포함할 수 있다. 제2 집전판(31)은 알루미늄, 스틸, 니켈 등의 도전성 금속 재질로 이루어진다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 집전판(31)은 제2 전극의 무지부(72)와 접촉하지 않는 가장자리의 적어도 일부(78a)가 비딩부(76)와 밀봉 가스켓(74b) 사이에 개재되어 클림핑부(75)에 의해 고정될 수 있다.
선택적으로, 제2 집전판(31)의 가장자리의 적어도 일부(78a)는 클림핑부(75)와 인접한 비딩부(76)의 내주면(76a)에 용접을 통해 고정될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 인슐레이터는, 상기 제1 집전판과 상기 전지 캔의 내측 면 사이에 구비될 수 있다. 상기 인슐레이터는, 제1 집전판과 전지 캔 사이의 접촉을 방지한다. 상기 인슐레이터는, 전극 조립체의 외주면의 상단과 전지 캔의 내측 면 사이에도 개재될 수 있다. 즉, 상기 인슐레이터는, 제1 전극의 무지부와 전지 캔의 측벽부의 내측 면 사이에도 개재될 수 있다. 이는, 상기 전지 캔의 폐쇄부를 향해 연장된 제제1 전극의 무지부와 전지 캔의 내주면 사이의 접촉을 방지하기 위함이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 및/또는 제2 전극의 무지부(72, 73)는 전극 조립체(71)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡됨으로써 전극 조립체(71)의 상부 및 하부에 절곡면을 형성할 수 있다. 또한, 제1 집전 판(30)는 제1 전극의 무지부(72)가 절곡되면서 형성된 절곡면에 용접되고, 제2 집전판(31)는 제2 전극의 무지부(73)가 절곡되면서 형성된 절곡면에 용접될 수 있다.
상기 무지부(72, 73)가 절곡될 때 생기는 응력을 완화하기 위해 제1 전극 및/또는 제2 전극은 도 1에 도시된 전극판과 다른 개선된 구조를 가질 수 있다. 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극판(90) 구조를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도8을 참조하면, 전극판(90)은 도전성 재질의 포일로 이루어진 쉬트 형상의 집전체(91)와, 집전체(91)의 적어도 일면에 형성된 활물질층(92)과, 집전체(91)의 장변 단부에 활물질이 코팅되지 않은 무지부(93)를 포함한다.
바람직하게, 상기 무지부(93)는 노칭 가공된 복수의 분절편(93a)을 포함할 수 있다. 복수의 분절편(93a)은 복수의 그룹을 이루며, 각 그룹에 속한 분절편(93a)들은 높이(Y방향 길이) 및/또는 폭(X 방향 길이) 및/또는 이격 피치가 동일할 수 있다. 각 그룹에 속한 분절편(93a)들의 수는 도시된 것보다 증가 또는 감소될 수 있다. 분절편(93a)은 사다리꼴 모양일 수 있는데, 사각형, 평형사변형, 반원형 또는 반타원형으로 변형될 수 있다. 바람직하게, 분절편(93a)의 높이는 코어측으로부터 외주측으로 가면서 단계적으로 증가할 수 있다. 또한, 코어측과 인접한 코어측 무지부(93')는 분절편(93a)을 포함하지 않을 수 있고, 코어측 무지부(93')의 높이는 다른 무지부 영역보다 작을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극판(90)은 활물질층(92)과 무지부(93) 사이의 경계를 덮는 절연 코팅층(94)을 포함할 수 있다. 절연 코팅층(94)은 절연성이 있는 고분자 수지를 포함하며, 무기물 필러를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 절연 코팅층(94)은 활물질층(92)의 단부가 분리막을 통해 대향하고 있는 반대 극성의 활물질층과 접촉되는 것을 방지하고, 분절편(93a)의 절곡을 구조적으로 지지하는 역할을 한다. 이를위해, 전극판(90)이 전극 조립체로 권취되었을 때, 절연 코팅층(94)은 적어도 일부가 분리막으로부터 외부로 노출되는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전극판(90)의 무지부 분절구조를 제1 전극 및 제2 전극에 적용한 전극 조립체(100)를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 11을 참조하면, 전극 조립체(100)는 도 2를 통해 설명한 권취 공법으로 제조할 수 있다. 설명의 편의를 위해 분리막 밖으로 연장된 무지부(72, 73)의 돌출 구조를 상세하게 도시하고, 제1 전극, 제2 전극 및 분리막의 권취 구조에 대한 도시는 생략하였다. 하부로 돌출된 무지부(72)는 제1 전극으로부터 연장된 것이고, 상부로 돌출된 무지부(73)는 제2 전극으로부터 연장된 것이다. 상기 무지부(72, 73)의 높이가 변화하는 패턴은 개략적으로 도시하였다.
즉, 단면이 잘리는 위치에 따라서 무지부(72, 73)의 높이는 불규칙하게 변화할 수 있다. 일 예로, 사다리꼴 분절편(93a)의 사이드 부분이 잘리면 단면에서의 무지부 높이는 분절편(93a)의 높이보다 낮아진다. 따라서, 전극 조립체(100)의 단면을 나타낸 도면에 도시된 무지부(72, 73)의 높이는 각 권취 턴에 포함된 무지부 높이의 평균에 대응한다고 이해하여야 한다.
상기 무지부(72, 73)는 도 12에 도시된 것과 같이 전극 조립체(100)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡될 수 있다. 도 11에서, 절곡되는 부분(101)은 점선 박스로 표시하였다. 무지부(72, 73)가 절곡될 때, 반경 반향으로 인접하고 있는 분절편들이 여러 겹으로 서로 중첩되면서 전극 조립체(100)의 상부와 하부에 절곡면(102)이 형성된다. 이 때, 코어측 무지부(도 10의 93')는 높이가 낮아서 절곡되지 않으며, 가장 안쪽에서 절곡되는 분절편의 높이(h)는 분절편 구조가 없는 코어측 무지부(93')에 의해 형성된 권취 영역의 반경 방향 길이(r) 보다 같거나 작다. 따라서, 전극 조립체(100)의 코어에 있는 공동(80)이 절곡된 분절편들에 의해 폐쇄되지 않는다. 공동(80)이 폐쇄되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(70)는 밀봉체(74)의 캡 플레이트(74a)가 극성을 갖지 않는다. 그 대신, 제2 집전판(31)이 전지 캔(51)의 측벽에 연결되어 있어서 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a)이 전극 단자(50)와는 반대 극성을 가진다. 따라서, 복수의 셀들을 직렬 및/또는 병렬 연결하고자 할 때, 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a)과 전극 단자(50)를 이용하여 이차 전지(70)의 상부에서 버스 바 연결 등의 배선을 수행할 수 있다. 이를 통해, 동일 공간에 탑재할 수 있는 셀들의 수를 증가시켜 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 전극 단자(50)의 리벳팅 구조는 원통형 이차 전지에 적용이 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 제1 전극의 무지부는 상기 집전판과 동일한 형태로 재단될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 제1 전극의 무지부 중 절곡된 부분은 상기 집전판과 동일한 형태로 재단될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 이차 전지는 폼 팩터의 비(원통형 배터리의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 0.4 보다 큰 원통형 이차 전지일 수 있다. 여기서, 폼 팩터란, 원통형 이차 전지의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다.
종래에는, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리들이 이용되었다. 즉, 종래에는, 예를 들어 18650 셀, 21700 셀 등이 이용되었다. 18650셀의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.277이다. 21700 셀의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.300이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 원통형 이차 전지는, 46110 셀, 48750 셀, 48110 셀, 48800 셀, 46800 셀일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에서, 앞의 숫자 2개는 셀의 직경을 나타내고, 그 다음 숫자 2개는 셀의 높이를 나타내고, 마지막 숫자 0은 셀의 단면이 원형임을 나타낸다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 46mm이고, 그 높이는 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 75mm이고, 폼 팩터의 비는 0.640인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.600인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 46mm이고, 그 높이는 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.575인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는 배터리 팩을 제조하는데 사용될 수 있다. 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(200)은 이차 전지 셀(201)이 전기적으로 연결된 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(202)을 포함한다. 원통형 이차전지 셀(201)은 상술한 실시예에 따른 이차전지 셀이다. 도면에서는, 도면 도시의 편의상 원통형 이차전지 셀(201)들의 전기적 연결을 위한 버스바, 냉각 유닛, 외부 단자 등의 부품의 도시는 생략되었다.
상기 배터리 팩(200)은 자동차에 탑재될 수 있다. 자동차는 일 예로 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 자동차는 4륜 자동차 또는 2륜 자동차를 포함한다. 도 14는 도 13의 배터리 팩(200)을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 자동차(V)는, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 배터리 팩(200)을 포함한다. 자동차(V)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(200)으로부터 전력을 공급 받아 동작한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (16)

  1. 일측이 개방된 전지 캔;
    상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 전극 단자; 및
    상기 전지 캔과 상기 전극 단자 사이에 개재되는 가스켓을 포함하고,
    상기 전극 단자는,
    상기 관통 홀에 삽입된 몸체부;
    상기 전지 캔의 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및
    상기 전지 캔의 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부플 포함하고,
    상기 몸체부와 상기 외부 플랜지부는 서로 연결된 내부 공동을 가지고,
    상기 내부 플랜지부는 상기 내부 공동과 연결되고 상기 전지 캔의 내측 방향으로 개구된 개구부를 갖는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 플랜지부의 내부 공동의 적어도 일부의 내경은 상기 몸체부의 내경보다 큰 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 플랜지부의 내부 공동의 적어도 일부의 내경은 상기 전지 캔의 외측에서 내측 방향으로 갈수록 작아지는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 단자의 몸체부의 측면두께는 상기 몸체부의 내면 사이의 최대거리의 5% 이상 40% 이하인 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 플랜지부의 외면의 최대 길이는 전지 캔 바닥의 최대 길이를 기준으로 10% 이상 내지 40% 이하인 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  6. 쉬트 형상의 제1 전극과 제2 전극이 분리막이 개재된 상태로 권취되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 양측 단부로부터 연장되어 노출된 상기 제1 전극의 무지부와 상기 제2 전극의 무지부를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하며 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 전지 캔;
    상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅되며, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 전극 단자로서, 상기 관통 홀에 삽입된 몸체부; 상기 전지 캔의 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및 상기 전지 캔의 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부를 포함하고, 상기 몸체부와 상기 외부 플랜지부는 서로 연결된 내부 공동을 가지고, 상기 내부 플랜지부는 상기 내부 공동과 연결되고 상기 전지 캔의 내측 방향으로 개구된 개구부를 갖는 것인 전극 단자;
    상기 제1 전극의 무지부와 전기적으로 연결되는 제1 집전판;
    상기 전극 단자와 상기 관통 홀 사이에 개재된 가스켓; 및
    상기 전지 캔으로부터 절연 가능하도록 상기 전지 캔의 개방단부를 밀봉하는 밀봉체를 포함하는 것인 이차 전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 전극의 무지부는 상기 제1 집전판과 용접되어 전기적으로 연결되는 것인 이차 전지.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 집전판은 상기 전극 단자의 내부 플랜지부의 개구부를 통해 상기 전극 단자의 몸체부 및 외부 플랜지부의 내부 공동으로 삽입되어 끼워지도록 하는 체결부를 더 포함하고,
    상기 제1 집전판의 체결부는 상기 전극 단자의 몸체부의 내면의 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 것인 이차 전지.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 집전판은 상기 전극 단자의 내부 플랜지부의 내면과 전기적으로 연결되는 것인 이차 전지.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 제1 집전판의 체결부는 상기 전극 단자의 외부 플랜지부의 내면의 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 것인 이차 전지.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 전극 단자의 외부 플랜지부의 내부 공동의 적어도 일부의 내경은 상기 전극 단자의 몸체부의 내경보다 크고,
    상기 제1 집전판의 체결부의 적어도 하나의 단부는 상기 외부 플랜지부의 내부에 리벳팅되도록 돌기가 형성된 것인 이차 전지.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 집전판의 체결부의 외경은 상기 전극 단자의 몸체부의 내경보다 큰 것인 이차 전지.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 집전판의 체결부의 외경과 상기 전극 단자의 몸체부의 내경의 비는 1:1 내지 1.01:1인 것인 이차 전지.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 집전판의 체결부의 돌기가 구비된 부분의 최대외경과 상기 전극 단자의 몸체부의 내경의 비는 1.005:1 내지 1.1:1 인 것인 이차 전지.
  15. 청구항 6 내지 14 중 어느 한 항에 따른 이차 전지를 복수개 포함하는 배터리 팩.
  16. 청구항 15에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 자동차.
PCT/KR2022/002437 2021-02-19 2022-02-18 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차 WO2022177356A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22756554.6A EP4199206A1 (en) 2021-02-19 2022-02-18 Riveting structure of electrode terminal, and secondary battery, battery pack, and automobile comprising same
US18/027,053 US20230327303A1 (en) 2021-02-19 2022-02-18 Riveting structure of electrode terminal, and secondary battery, battery pack, and automobile comprising same
JP2023517288A JP2023542316A (ja) 2021-02-19 2022-02-18 電極端子のリベット構造とそれを含む二次電池、バッテリパック、および自動車

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210022867 2021-02-19
KR10-2021-0022867 2021-02-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022177356A1 true WO2022177356A1 (ko) 2022-08-25

Family

ID=82928867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/002437 WO2022177356A1 (ko) 2021-02-19 2022-02-18 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230327303A1 (ko)
EP (1) EP4199206A1 (ko)
JP (1) JP2023542316A (ko)
KR (1) KR20220118944A (ko)
CN (2) CN217306617U (ko)
WO (1) WO2022177356A1 (ko)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08180849A (ja) * 1994-12-22 1996-07-12 Fuji Elelctrochem Co Ltd 電気化学素子の防爆構造
US6677082B2 (en) 2000-06-22 2004-01-13 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
US6680143B2 (en) 2000-06-22 2004-01-20 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
JP2004303739A (ja) * 1996-12-25 2004-10-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角形非水電解液電池
KR20050121914A (ko) * 2004-06-23 2005-12-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체
JP2010529624A (ja) * 2007-06-07 2010-08-26 エイ １２３ システムズ，インク． 高電流容量エネルギー供給装置用のキャップアセンブリ
KR20140016232A (ko) * 2010-08-30 2014-02-07 에리 파워 가부시키가이샤 전극 단자를 구비한 배터리 덮개, 전극 단자를 구비한 배터리 덮개 제조 방법 및 실링된 배터리
KR20210022867A (ko) 2019-08-21 2021-03-04 이상우 한방 약선 김치

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102522106B1 (ko) 2019-06-10 2023-04-14 주식회사 엘지에너지솔루션 다층 구조의 전지케이스를 갖는 원통형 이차전지 및 그 제조방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08180849A (ja) * 1994-12-22 1996-07-12 Fuji Elelctrochem Co Ltd 電気化学素子の防爆構造
JP2004303739A (ja) * 1996-12-25 2004-10-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角形非水電解液電池
US6677082B2 (en) 2000-06-22 2004-01-13 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
US6680143B2 (en) 2000-06-22 2004-01-20 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
KR20050121914A (ko) * 2004-06-23 2005-12-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체
JP2010529624A (ja) * 2007-06-07 2010-08-26 エイ １２３ システムズ，インク． 高電流容量エネルギー供給装置用のキャップアセンブリ
KR20140016232A (ko) * 2010-08-30 2014-02-07 에리 파워 가부시키가이샤 전극 단자를 구비한 배터리 덮개, 전극 단자를 구비한 배터리 덮개 제조 방법 및 실링된 배터리
KR20210022867A (ko) 2019-08-21 2021-03-04 이상우 한방 약선 김치

Also Published As

Publication number Publication date
EP4199206A1 (en) 2023-06-21
KR20220118944A (ko) 2022-08-26
CN217306617U (zh) 2022-08-26
JP2023542316A (ja) 2023-10-06
CN114976405A (zh) 2022-08-30
US20230327303A1 (en) 2023-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022158858A2 (ko) 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022177377A1 (ko) 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022177378A1 (ko) 전극 조립체, 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022216076A1 (ko) 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 셀 가공장치, 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량
WO2022139451A1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
WO2022177360A1 (ko) 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2016093590A1 (ko) 개선된 출력 특성을 가진 이차 전지
WO2023013933A1 (ko) 전극 조립체, 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2023075523A1 (ko) 원통형 배터리 셀, 이를 포함하는 배터리 및 자동차 및 집전판
WO2022177179A2 (ko) 전극 조립체 및 그 제조 방법, 전극 조립체를 포함하는 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2023063540A1 (ko) 배터리의 제조방법
WO2023096062A1 (ko) 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차
WO2022177356A1 (ko) 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차
WO2022177362A1 (ko) 이차 전지, 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022177355A1 (ko) 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2024014939A1 (ko) 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022191674A1 (ko) 전해액 함침성이 우수한 전극 조립체 및 이를 포함하는 배터리, 배터리 팩 및 자동차
WO2022177379A1 (ko) 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2023149688A1 (ko) 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2023149689A1 (ko) 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022216092A1 (ko) 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차
WO2024085582A1 (ko) 전극 조립체, 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차
WO2024106976A1 (ko) 젤리롤, 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차
WO2022211502A1 (ko) 배터리 셀 제조방법, 배터리 셀 제조장치
WO2023055091A1 (ko) 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 및 원통형 배터리 셀 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22756554

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023517288

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022756554

Country of ref document: EP

Effective date: 20230314

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE