WO2022182213A1 - 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 Download PDF

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WO2022182213A1
WO2022182213A1 PCT/KR2022/095035 KR2022095035W WO2022182213A1 WO 2022182213 A1 WO2022182213 A1 WO 2022182213A1 KR 2022095035 W KR2022095035 W KR 2022095035W WO 2022182213 A1 WO2022182213 A1 WO 2022182213A1
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WO
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terminal extension
secondary battery
crimping
electrode
joined
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PCT/KR2022/095035
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이관희
류덕현
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • 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
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/167—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids by crimping
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/588—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries outside the batteries, e.g. incorrect connections of terminals or busbars
    • 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 secondary battery and a battery module including the same, and more particularly, to a secondary battery having improved manufacturing processability and a battery module including the same.
  • lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries, which have advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability.
  • secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode are stacked.
  • a jelly roll-type electrode assembly in which a long sheet-shaped anode and anode are wound with a separator interposed therebetween, and a plurality of cathodes and anodes cut into units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween. and stacked electrode assemblies.
  • the secondary battery includes a cylindrical battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical case, a prismatic battery in which the electrode assembly is embedded in a prismatic case, and a pouch in which the electrode assembly is embedded in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet. It can be classified as a type battery.
  • the secondary battery can be used appropriately in the market when it has safety while satisfying the performance suitable for the intended use.
  • design factors are determined by considering these performance and safety aspects at the same time. Batteries that have been designed and manufactured are subjected to safety evaluations such as overcharge, overdischarge, impact, nail test, and hot box as well as performance evaluation such as lifespan, high rate characteristics, and high/low temperature characteristics.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a cross-section of an upper portion of a conventional cylindrical secondary battery.
  • the electrode assembly 20 is accommodated in the cylindrical case 30 , and the cap assembly 40 is mounted on the open upper portion of the cylindrical case 30 to manufacture the cylindrical secondary battery 10 . .
  • the electrode assembly 20 may be a jelly roll type electrode assembly in which the first electrode 21 , the second electrode 22 , and the separator 23 are wound.
  • the cap assembly 40 may include a top cap 41 , a safety vent 42 for internal pressure drop, and a current interruption member 43 (Current Interrupt Device, CID).
  • the upper cap 41 and the safety vent 42 may form a structure in close contact with each other, and the safety vent 42 may form a structure connected to the center of the current blocking member 43 .
  • a first electrode tab 21t protruding from the first electrode 21 may be connected to a lower end of the current blocking member 43 .
  • the first electrode 21 may be a positive electrode
  • the first electrode tab 21t may be a positive electrode tab.
  • the upper cap 41 may be electrically connected to the electrode assembly 20 by being directly or indirectly connected to the safety vent 42, the current blocking member 43, and the first electrode tabs 21t, It can function as an electrode terminal.
  • a gasket 70 for sealing between the cap assembly 40 and the cylindrical case 30 and a CID gasket 80 surrounding the edge of the current blocking member 43 may be disposed inside the secondary battery 10 .
  • the gasket 70 is positioned between the cylindrical case 30 and the cap assembly 40 , by bending the upper end of the cylindrical case 30 , crimping can be achieved. Accordingly, the crimping part 31 is formed in the cylindrical case 30 , and the cap assembly 40 may be coupled to the cylindrical case 30 .
  • a second electrode tab protruding from the second electrode 22 is joined to the cylindrical case 30 , and the cylindrical case 30 serves as another electrode terminal of the secondary battery 10 . can function. That is, each of the cap assembly 40 and the cylindrical case 30 may function as an electrode terminal.
  • a lead tab (not shown) may be joined to the cylindrical case 30 to guide the electrical connection of the secondary battery 10 , and in general, the lead tab is joined to the crimping part 31 by welding.
  • the flat area formed in the crimping part 31 must have a certain width.
  • An object of the present invention is to provide a secondary battery and a battery module including the same, which increase the area of a flat region to which a lead tab can be bonded, thereby enabling easy bonding of the lead tab.
  • a secondary battery includes an electrode assembly; a cylindrical case accommodating the electrode assembly and having an open top; a cap assembly coupled to the open upper portion of the cylindrical case; and a terminal extension.
  • the cylindrical case includes a crimping part that wraps around the cap assembly and bends.
  • the terminal extension part covers the crimping part and is joined to the crimping part.
  • An area of one surface of the terminal extension part may be larger than an area of one surface of the crimping part.
  • the terminal extension portion may include a first portion joined to the upper surface of the crimping portion.
  • a width of the first part may be wider than a width of the upper surface of the crimping part based on a cross-section in a radial direction.
  • the terminal extension portion may further include a second portion joined to a side portion of the crimping portion.
  • the first portion may have a disk shape, and the second portion may be a portion extending downward from an edge of the first portion.
  • the first part and the upper surface of the crimping part may be joined by welding, and the second part and the side part of the crimping part may be joined by welding.
  • the terminal extension part may have a washer shape disposed on the crimping part.
  • the terminal extension part may have a circular cover shape covering the crimping part.
  • a through hole may be formed in the center of the terminal extension, and an upper cap of the cap assembly may be exposed through the through hole.
  • the terminal extension part may include an insulating member that covers an inner surface of the through hole.
  • the terminal extension may include a first portion joined to the upper surface of the crimping portion, the through hole may be formed in the center of the first portion, and the insulating member may include the first portion and the first portion. It may be located between the top caps.
  • a battery module according to an embodiment of the present invention includes a lead tab joined to the secondary battery and the terminal extension part.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a cross-section of an upper portion of a conventional cylindrical secondary battery.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the secondary battery of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating a state before the electrode assembly included in the secondary battery of FIG. 3 is wound.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a cross-section taken along the cutting line A-A' of FIG.
  • FIG. 6 is a partial view showing an enlarged portion "B" of FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a terminal extension according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view illustrating a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a terminal extension included in the secondary battery of FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view illustrating a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a partial view showing an enlarged portion “C” of FIG. 10 .
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a terminal extension included in the secondary battery of FIG. 10 .
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a state in which a lead tab is bonded to a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference part means to be located above or below the reference part, and it means to be located “on” or “on” in the direction opposite to the gravity. not.
  • planar view it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-section”, it means when the cross-section obtained by cutting the target part vertically is viewed from the side.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is an exploded perspective view of the secondary battery of FIG. 2 .
  • 4 is an exploded perspective view illustrating a state before the electrode assembly included in the secondary battery of FIG. 3 is wound.
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly 200 , a cylindrical case 300 in which the electrode assembly 200 is accommodated, and an open top thereof, and a cylindrical case. It includes a cap assembly 400 and a terminal extension 500 coupled to the open upper portion of the 300 .
  • the terminal extension part 500 will be described later along with FIGS. 5 to 7 and the like.
  • the electrode assembly 200 may include a first electrode 210 , a second electrode 220 , and a separator 230 .
  • the first electrode 210 , the second electrode 220 , and the separator 230 may be wound together to form the jelly roll-type electrode assembly 200 .
  • the separator 230 may be interposed between the first electrode 210 and the second electrode 220 .
  • the separator 240 is additionally disposed under the second electrode 220 in order to prevent the first electrode 210 and the second electrode 220 from contacting each other when it is wound in the form of a jelly roll.
  • the first electrode 210 includes a first electrode current collector 211 and a first active material layer 212 formed by coating an electrode active material on the first electrode current collector 211 .
  • the electrode active material is applied on the first electrode current collector 211 to form the first active material layer 212 , and the electrode active material is not applied among the first electrode current collector 211 , so the first electrode current collector (
  • the first electrode tab 213 may be joined to the exposed portion of the 211 by a method such as welding.
  • the second electrode 220 includes a second electrode current collector 221 and a second active material layer 222 formed by coating an electrode active material on the second electrode current collector 221 .
  • the electrode active material is applied on the second electrode current collector 221 to form the second active material layer 222 , and the electrode active material is not applied among the second electrode current collectors 221 , so the second electrode current collector ( The second electrode tab 223 may be joined to the portion where the 221 is exposed by welding or the like.
  • the first electrode 210 may be an anode
  • the second electrode 220 may be a cathode
  • the first electrode tab 213 may be a positive electrode tab
  • the second electrode tab 223 may be a negative electrode tab.
  • the first electrode tab 213 and the second electrode tab 223 may protrude in opposite directions. 3
  • the first electrode tab 213 may protrude in a direction in which the cap assembly 400 is located
  • the second electrode tab 223 may protrude toward the bottom of the cylindrical case 300 . have.
  • the cylindrical case 300 is a structure for accommodating the electrode assembly 200 impregnated with the electrolyte, and may include a metal material.
  • cap assembly 400 and the crimping part 310 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 3, 5 and 6 .
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a cross-section taken along the cutting line A-A' of FIG. 6 is a partial view showing an enlarged portion "B" of FIG.
  • the cap assembly 400 includes an upper cap 410 , a safety vent 420 , and a current interrupting member 430 (Current Interrupt Device, CID). can do.
  • the upper cap 410 and the safety vent 420 may form a structure in close contact with each other.
  • the safety vent 420 is positioned on the current blocking member 430 and may be electrically connected to the current blocking member 430 .
  • the center of the safety vent 420 and the center of the current blocking member 430 may be physically and electrically connected.
  • a first electrode tab 213 protruding from the first electrode 210 may be connected to a lower end of the current blocking member 430 .
  • the safety vent 420 is a thin film structure through which current flows, and the center thereof may be formed to protrude in a downward direction, that is, in a direction in which the current blocking member 430 is located.
  • the current blocking member 430 is a plate member through which current passes, and a plurality of through holes for discharging gas may be formed.
  • the upper cap 410 , the safety vent 420 , the current blocking member 430 , and the first electrode tab 213 are sequentially connected to each other, and the upper cap 410 guides the electrical connection of the electrode assembly 200 to an electrode terminal.
  • the cylindrical case 300 may include a crimping part 310 and a beading part 320 .
  • the beading part 320 refers to a portion in which a part of the cylindrical case 300 is recessed in the center direction of the electrode assembly 200 , and is used for stable coupling of the cap assembly 400 and preventing flow of the electrode assembly 200 . will be.
  • the crimping part 310 is located on the beading part 320 and refers to a part surrounding the cap assembly 400 , and is for stable coupling of the cap assembly 400 .
  • the upper end of the cylindrical case 300 is bent in the direction in which the cap assembly 400 is located, so that crimping is performed. That is, the cylindrical case 300 includes a crimping portion 310 that is bent while surrounding the cap assembly 400 .
  • the sealing gasket 700 is mounted on the inner surfaces of the crimping part 310 and the beading part 320 to increase the sealing force between the cap assembly 400 and the cylindrical case 300 . That is, when the crimping part 310 is formed, the gasket 700 may be positioned between the cylindrical case 300 and the cap assembly 400 to seal the secondary battery 100 . By disposing the gasket 700, leakage of the internal electrolyte is prevented.
  • the CID gasket 800 may be formed to surround the edge of the current blocking member 430 . Also, a portion of the CID gasket 800 may extend between the safety vent 420 and the current blocking member 430 .
  • terminal expansion unit 500 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 7 and the like.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a terminal extension according to an embodiment of the present invention.
  • the terminal extension part 500 covers the crimping part 310 and is bonded to the crimping part 310 .
  • the upper end of the cylindrical case 300 is bent in the direction in which the cap assembly 400 is located to form the crimping part 310.
  • the crimping part 310 is formed by the upper surface part 310U and the side part ( 310S) may be included.
  • the side portion 310S may be a non-bent portion of the cylindrical case 300 formed on the beading portion 320
  • the upper surface portion 310U is a curved portion for crimping coupling with the upper surface of the upper cap 410 and It may be a portion forming a parallel surface.
  • the terminal extension part 500 may be disposed to cover the crimping part 310 and may be bonded to the crimping part 310 . Although there is no particular limitation on the method of joining, it is preferable that welding is performed.
  • the terminal extension portion 500 includes a first portion 510 bonded to the upper surface portion 310U of the crimping portion 310 and a second portion 520 bonded to the side surface portion 310S of the crimping portion 310 .
  • the first portion 510 may have a disk shape
  • the second portion 520 may be a portion extending downward from the edge of the first portion 510 .
  • the terminal extension part 500 including the first part 510 and the second part 520 may have a circular cover shape that covers the crimping part 310 .
  • the area of one surface of the terminal extension part 500 may be larger than the area of one surface of the crimping part 310 .
  • one surface of the terminal extension part 500 may correspond to an upper surface of the first part 510 and an outer surface of the second part 520 .
  • one surface of the crimping part 310 may correspond to the upper surface of the upper surface part 310U and the outer surface of the side part 310S. According to the present embodiment, as the terminal extension part 500 is joined to the crimping part 310 , the flat area becomes wider. In particular, as shown in FIG.
  • the width W2 of the first part 510 may be wider than the width W3 of the upper surface part 310U of the crimping part 310 based on the cross-section in the radial direction.
  • the radial direction means a direction from the central portion of the cylindrical case 300 to the outer peripheral portion.
  • the x-axis direction or the y-axis direction may correspond to the radial direction.
  • a cross-section along the radial direction means a cross-section as shown in FIGS. 5 and 6 .
  • the secondary battery 100 according to this embodiment has a wide width W2 as above.
  • the terminal extension part 500 having a flat area, it is possible to greatly increase the flat area. Accordingly, even if the size of the lead tab, which will be described later, increases, it can be easily joined.
  • the weldable area is about 1 mm
  • the secondary battery 100 according to the present embodiment is weldable due to the terminal extension part 500 .
  • the area can be increased to the level of 2 mm to 13 mm.
  • the terminal extension part 500 may have a circular cover shape.
  • the terminal extension part 500 may be coupled to the crimping part 310 in a manner that covers the cap assembly 400 .
  • the first part 510 and the upper surface part 310U of the crimping part 310 may be joined by welding, and the second part 520 and the side part 310S of the crimping part 310 may be joined by welding.
  • the terminal extension part 500 is not simply a plate shape with a large area, but a cover shape including the first part 510 and the second part 520 , the crimping part 310 and the cap assembly It can be mounted more stably on the 400 , and it is easy to weld between the terminal extension part 500 and the crimping part 310 .
  • a through hole 500H may be formed in the center of the terminal extension part 500 .
  • a through hole 500H may be formed in the first portion 510 of the terminal extension 500, and the upper cap 410 of the cap assembly 400 may be exposed through the through hole 500H.
  • the top cap 410 also functions as an electrode terminal, and an external lead tab may be bonded to the top cap 410 through the through hole 500H.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view illustrating a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • 9 is a perspective view illustrating a terminal extension included in the secondary battery of FIG. 8 .
  • 8 shows a cross-section in a radial direction of the secondary battery 100a according to the present embodiment.
  • the secondary battery 100a includes an electrode assembly 200 , a cylindrical case 300 , a cap assembly 400 , and a terminal extension part 500a . do. Descriptions of the electrode assembly 200 , the cylindrical case 300 , and the cap assembly 400 will be omitted since they overlap with those described above.
  • the terminal extension portion 500a may include a first portion 510a bonded to the upper surface portion 310U of the crimping portion 310 .
  • the first portion 510a may be joined to the upper surface portion 310U of the crimping portion 310 by welding, so that the terminal extension portion 500a may be fixed.
  • the first portion 510a may have a washer shape in which a through hole 500Ha is formed in the center.
  • the upper cap 410 of the cap assembly 400 may be exposed through the through hole 500Ha.
  • the terminal extension part 500a according to the present embodiment may have a washer shape disposed on the upper surface part 310U of the crimping part 310 . That is, unlike the terminal extension part 500 described above with reference to FIGS. 5 to 7 , the terminal extension part 500a according to the present embodiment may include only the first part 510a to have a washer shape.
  • the width of the first portion 510a may be wider than the width of the upper surface portion 310U of the crimping portion 310 based on the cross-section in the radial direction.
  • 10 is a partial cross-sectional view illustrating a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • 11 is a partial view showing an enlarged portion “C” of FIG. 10 .
  • 12 is a perspective view illustrating a terminal extension included in the secondary battery of FIG. 10 .
  • 10 shows a radial cross-section of the secondary battery 100b according to the present embodiment.
  • a secondary battery 100b includes an electrode assembly 200 , a cylindrical case 300 , a cap assembly 400 , and a terminal extension part 500b . do. Descriptions of the electrode assembly 200 , the cylindrical case 300 , and the cap assembly 400 will be omitted since they overlap with those described above.
  • a through hole 500Hb may be formed in the center of the terminal extension part 500b according to the present embodiment. More specifically, a through hole 500Hb may be formed in the center of the first portion 510b bonded to the upper surface portion 310U of the crimping portion 310 .
  • the terminal extension part 500b may include an insulating member 600 covering the inner surface in the direction of the through hole 500Hb.
  • the insulating member 600 may cover an inner surface of the first part 510b of the terminal extension part 500b in the direction of the through hole 500Hb.
  • the insulating member 600 may be configured to cover a portion of an upper surface and a portion of a lower surface of the first portion 510b adjacent to the inner surface.
  • the insulating member 600 may be applied without limitation as long as it is an electrically insulating material. For example, it may be formed by sandwiching an insulating material such as a rubber material or applying an insulating material.
  • the upper cap 410 of the cap assembly 400 may be exposed through the through hole 500Hb, and the insulating member 600 is disposed between the first portion 510b of the terminal extension part 500b and the upper cap 410 . can be located in
  • a flat area is increased by providing the terminal extension part 500b having an extended area for easy bonding of the lead tabs.
  • the terminal extension part 500b comes into contact with the cap assembly 400 , in particular, the upper cap 410 , a short circuit may occur and the safety of the secondary battery 100b may be impaired.
  • an insulating member 600 is provided in the terminal extension part 500b to widen a flat area to which the lead tab is bonded and to supplement insulation to prevent a short circuit.
  • FIGS. 10 to 12 show that the terminal extension 500b includes the second portion 520b, as another embodiment of the present invention, an insulating member in the terminal extension portion including only the first portion A form in which is arranged is also possible.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a state in which a lead tab is bonded to a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of secondary batteries 100 may be gathered to constitute a battery module.
  • the terminal extension part 500 may function as a negative terminal, so that the lead tab 610 may be bonded to the terminal extension part 500 .
  • the battery module according to an embodiment of the present invention includes a secondary battery 100 including a terminal extension part 500 and a lead tab 610 bonded to the terminal extension part 500 .
  • the size of the lead tab 610 increases as the capacity and size of the secondary battery 100 increase, the terminal extension 500 is provided, so that the lead tab 610 can be easily joined by welding. .
  • the upper cap 410 functions as a positive terminal, so that the other lead tab 620 passes through the through hole 500H (refer to FIG. 7 ) of the terminal extension part 500 to be bonded to the upper cap 410 .
  • the plurality of secondary batteries 100 may be electrically connected to each other through the lead tabs 610 and 620 .
  • the secondary battery or battery module according to the present embodiment described above may be mounted together with various control and protection systems such as a battery management system (BMS), a battery disconnect unit (BDU), and a cooling system to form a battery pack.
  • BMS battery management system
  • BDU battery disconnect unit
  • cooling system to form a battery pack.
  • the secondary battery, the battery module, or the battery pack may be applied to various devices. Specifically, it may be applied to transportation means such as electric bicycles, electric vehicles, hybrids, etc., but is not limited thereto and may be applied to various devices that can use secondary batteries.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하고, 상부가 개방된 원통형 케이스; 상기 원통형 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체; 및 단자 확장부를 포함한다. 상기 원통형 케이스는, 상기 캡 조립체를 감싸며 구부러지는 크림핑부를 포함한다. 상기 단자 확장부는 상기 크림핑부를 커버하고, 상기 크림핑부에 접합된다.

Description

이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 2월 23일자 한국 특허 출원 제10-2021-0024302호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제조 공정성이 향상된 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리롤형 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체 등을 들 수 있다. 최근에는 상기 젤리롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리롤형과 스택형의 혼합 형태로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위 셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
또한, 이차전지는 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형의 케이스에 내장된 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 케이스에 내장된 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.
한편, 이차전지는 사용 용도에 적합한 성능을 만족시키는 동시에 안전성을 갖추어야 시장에서 적합하게 활용 가능하다. 이차전지를 설계할 때는 이러한 성능과 안전성 측면을 동시에 고려하여 설계 인자를 결정하게 된다. 설계 및 제작이 완료된 전지는 수명, 고율 특성, 고온/저온 특성 등의 성능 평가와 함께 과충전, 과방전, 충격(impact), 네일 테스트(Nail Test), 핫박스(hot box) 등의 안전성 평가를 진행하게 된다.
도 1은 종래의 원통형 이차전지의 상부에 대한 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 1을 참고하면, 전극 조립체(20)가 원통형 케이스(30)에 수납되고, 원통형 케이스(30)의 개방된 상부에 캡 조립체(40)가 장착되어 원통형 이차전지(10)가 제조될 수 있다.
전극 조립체(20)는 제1 전극(21), 제2 전극(22) 및 분리막(23)이 권취된 젤리롤형 전극 조립체일 수 있다.
캡 조립체(40)는 상단 캡(41), 내부 압력 강하용 안전 벤트(42) 및 전류 차단 부재(43, Current Interrupt Device, CID)를 포함할 수 있다. 상단 캡(41)과 안전 벤트(42)는 상호 밀착된 구조를 형성할 수 있고, 안전 벤트(42)는 전류 차단 부재(43)의 중심부와 연결된 구조를 형성할 수 있다. 전류 차단 부재(43)의 하단부에 제1 전극(21)으로부터 돌출된 제1 전극탭(21t)이 연결될 수 있다. 여기서 제1 전극(21)은 양극일 수 있고, 제1 전극탭(21t)은 양극탭일 수 있다.
위와 같이, 상단 캡(41)은, 안전 벤트(42), 전류 차단 부재(43) 및 제1 전극탭(21t)들과 직, 간접적으로 연결되어 전극 조립체(20)와 전기적으로 연결될 수 있고, 전극 단자로써 기능할 수 있다.
한편, 캡 조립체(40)와 원통형 케이스(30) 간의 밀봉을 위한 가스켓(70) 및 전류 차단 부재(43)의 가장자리를 감싸는 CID 가스켓(80)이 이차전지(10)의 내부에 배치될 수 있다.
가스켓(70)이 원통형 케이스(30)와 캡 조립체(40) 사이에 위치한 후, 원통형 케이스(30)의 상부 일단을 구부림으로써, 크림핑 결합이 이루어질 수 있다. 이에 따라 원통형 케이스(30)에 크림핑부(31)가 형성되고, 캡 조립체(40)는 원통형 케이스(30)와 결합될 수 있다.
구체적으로 도시하지 않았으나, 제2 전극(22)으로부터 돌출된 제2 전극탭(도시하지 않음)이 원통형 케이스(30)와 접합되고, 원통형 케이스(30)는 이차전지(10)의 다른 전극 단자로써 기능할 수 있다. 즉, 캡 조립체(40)와 원통형 케이스(30) 각각이 전극 단자로써 기능할 수 있다.
이차전지(10)의 전기적 연결을 안내하기 위해 원통형 케이스(30)에 리드탭(미도시)이 접합될 수 있으며, 일반적으로, 리드탭은 크림핑부(31)에 용접의 방법으로 접합된다.
최근에는 고용량, 고밀도의 이차전지(10)를 제조하기 위해 이차전지(10) 자체의 사이즈를 증가시키는 방향으로 개발이 진행되고 있다. 이차전지(10)의 용량과 사이즈가 증가됨에 따라 그에 인가되는 전류도 증가하게 되는데, 이에 맞추어 원통형 케이스(30)에 접합되는 리드탭도 단면적의 증가가 필요하다.
리드탭의 용이한 접합을 위해서는, 크림핑부(31)에 형성된 평탄한 구역이 어느 정도의 넓이를 갖추어야 한다. 그러나, 설계 상의 이유로, 반경 방향에 따른 단면을 기준으로 한 크림핑부(31)의 폭(W1)을 크게 늘리기 어렵다. 즉, 리드탭의 사이즈는 증가되는 반면, 크림핑부(31)는 제한적인 영역을 갖기 때문에 상기 리드탭을 접합하는데 공정상의 어려움이 있다.
따라서, 고용량, 고밀도의 이차전지에 대한 요구가 증가되는 상황에서, 리드탭의 용이한 접합이 가능하도록, 크림핑부가 형성하는 평탄한 구역을 증가시킬 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 리드탭이 접합될 수 있는 평탄한 구역의 넓이를 증가시켜, 상기 리드탭의 용이한 접합을 가능케 하는 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하고, 상부가 개방된 원통형 케이스; 상기 원통형 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체; 및 단자 확장부를 포함한다. 상기 원통형 케이스는, 상기 캡 조립체를 감싸며 구부러지는 크림핑부를 포함한다. 상기 단자 확장부는 상기 크림핑부를 커버하고, 상기 크림핑부에 접합된다.
상기 단자 확장부의 일면의 면적이 상기 크림핑부의 일면의 면적보다 넓을 수 있다.
상기 단자 확장부는, 상기 크림핑부의 상면부에 접합되는 제1 부분을 포함할 수 있다.
반경 방향에 따른 단면을 기준으로, 상기 제1 부분의 폭이 상기 크림핑부의 상기 상면부의 폭보다 넓을 수 있다.
상기 단자 확장부는, 상기 크림핑부의 측면부에 접합되는 제2 부분을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 부분은 원판 형상일 수 있고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 가장자리에서 하향 연장된 부분일 수 있다.
상기 제1 부분과 상기 크림핑부의 상기 상면부가 용접으로 접합될 수 있고, 상기 제2 부분과 상기 크림핑부의 상기 측면부가 용접으로 접합될 수 있다.
상기 단자 확장부는, 상기 크림핑부를 상에 배치되는 와셔 형상일 수 있다.
상기 단자 확장부는, 상기 크림핑부를 덮는 원형의 덮개 형상일 수 있다.
상기 단자 확장부의 중심에 관통구가 형성될 수 있고, 상기 관통구를 통해 상기 캡 조립체의 상단 캡이 노출될 수 있다.
상기 단자 확장부는 상기 관통구의 내측면을 커버하는 절연 부재를 포함할 수 있다.
상기 단자 확장부는, 상기 크림핑부의 상면부에 접합되는 제1 부분을 포함할 수 있고, 상기 제1 부분의 중심에 상기 관통구가 형성될 수 있으며, 상기 절연 부재는, 상기 제1 부분과 상기 상단 캡 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 다른 전지 모듈은, 상기 이차전지 및 상기 단자 확장부에 접합되는 리드탭을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 크림핑부에 별도의 단자 확장부를 접합함으로써, 리드탭이 접합될 수 있는 평탄한 구역의 넓이를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 사이즈가 증대된 리드탭이 단자 확장부에 쉽게 접합될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 원통형 이차전지의 상부에 대한 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 이차전지에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 이차전지에 포함된 전극 조립체가 권취되기 전의 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 6은 도 5의 “B”부분을 확대하여 나타낸 부분도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단자 확장부를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 부분 단면도이다.
도 9는 도 8의 이차전지에 포함된 단자 확장부를 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 부분 단면도이다.
도 11은 도 10의 “C”부분을 확대하여 나타낸 부분도이다.
도 12는 도 10의 이차전지에 포함된 단자 확장부를 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 리드탭이 접합된 모습을 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 이차전지에 대한 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 이차전지에 포함된 전극 조립체가 권취되기 전의 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는, 전극 조립체(200), 전극 조립체(200)가 수납되고 상부가 개방된 원통형 케이스(300), 원통형 케이스(300)의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체(400) 및 단자 확장부(500)를 포함한다. 단자 확장부(500)에 대해서는 도 5 내지 도 7 등과 함께 후술하도록 한다.
우선, 본 실시예에 따른 전극 조립체(200)는, 제1 전극(210), 제2 전극(220) 및 분리막(230)을 포함할 수 있다. 제1 전극(210), 제2 전극(220) 및 분리막(230)이 함께 권취되어 젤리롤형 전극 조립체(200)가 형성될 수 있다. 분리막(230)은 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 개재될 수 있다. 아울러, 젤리롤 형태로 권취되었을 때, 제1 전극(210)과 제2 전극(220)이 서로 접하는 것을 방지하기 위해 제2 전극(220) 아래에 분리막(240)이 추가 배치되는 것이 바람직하다.
제1 전극(210)은, 제1 전극 집전체(211) 및 제1 전극 집전체(211) 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 제1 활물질층(212)를 포함한다. 구체적으로, 제1 전극 집전체(211) 상에 전극 활물질이 도포되어 제1 활물질층(212)이 형성되고, 제1 전극 집전체(211) 중 전극 활물질이 도포되지 않아 제1 전극 집전체(211)가 노출되는 부분에 제1 전극탭(213)이 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다.
제2 전극(220)은 제2 전극 집전체(221) 및 제2 전극 집전체(221) 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 제2 활물질층(222)을 포함한다. 구체적으로, 제2 전극 집전체(221) 상에 전극 활물질이 도포되어 제2 활물질층(222)이 형성되고, 제2 전극 집전체(221) 중 전극 활물질이 도포되지 않아 제2 전극 집전체(221)가 노출되는 부분에 제2 전극탭(223)이 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다.
이 때, 제1 전극(210)은 양극일 수 있고, 제2 전극(220)은 음극일 수 있다. 이에 따라, 제1 전극탭(213)은 양극탭일 수 있고, 제2 전극탭(223)은 음극탭일 수 있다. 한편, 권취된 전극 조립체(200)에 대해서, 제1 전극탭(213)과 제2 전극탭(223)은 서로 대향하는 방향으로 돌출될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전극탭(213)은 캡 조립체(400)가 위치한 방향으로 돌출될 수 있고, 제2 전극탭(223)은 원통형 케이스(300)의 바닥부를 향해 돌출될 수 있다.
한편, 원통형 케이스(300)는 전해액이 함침된 전극 조립체(200)를 수납하는 구조물로써, 금속 소재를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 3, 도 5 및 도 6을 참고하여, 본 실시예에 따른 캡 조립체(400)와 크림핑부(310)에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 부분 단면도이다. 도 6은 도 5의 “B”부분을 확대하여 나타낸 부분도이다.
도 3, 도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른, 캡 조립체(400)는 상단 캡(410), 안전 벤트(420) 및 전류 차단 부재(430, Current Interrupt Device, CID)를 포함할 수 있다. 상단 캡(410)과 안전 벤트(420)는 상호 밀착된 구조를 형성할 수 있다. 안전 벤트(420)는 전류 차단 부재(430) 상에 위치하며, 전류 차단 부재(430)에 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 안전 벤트(420)의 중심부와 전류 차단 부재(430)의 중심부가 물리적, 전기적으로 연결될 수 있다. 전류 차단 부재(430)의 하단부에는 제1 전극(210)으로부터 돌출된 제1 전극탭(213)이 연결될 수 있다.
안전 벤트(420)는 전류가 통하는 박막 구조물로써, 그 중심부가 하부 방향, 즉, 전류 차단 부재(430)가 위치한 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 전류 차단 부재(430)는 전류가 통하는 판재 부재로써, 가스의 배출을 위한 다수의 관통구들이 형성될 수 있다.
상단 캡(410), 안전 벤트(420), 전류 차단 부재(430) 및 제1 전극탭(213)들이 차례로 연결되어, 상단 캡(410)이 전극 조립체(200)의 전기적 연결을 안내하는 전극 단자로써 기능할 수 있다.
한편, 원통형 케이스(300)는 크림핑부(310) 및 비딩부(320)를 포함할 수 있다. 비딩부(320)는 원통형 케이스(300) 중 일부가 전극 조립체(200)의 중심 방향으로 만입된 부분을 지칭하는 것으로, 캡 조립체(400)의 안정적인 결합 및 전극 조립체(200)의 유동 방지를 위한 것이다.
크림핑부(310)는 비딩부(320)의 상부에 위치하여, 캡 조립체(400)를 감싸는 부분을 지칭하는 것으로, 캡 조립체(400)의 안정적인 결합을 위한 것이다. 구체적으로, 원통형 케이스(300)의 상부 일단이 캡 조립체(400)가 위치한 방향으로 구부러져 크림핑 결합이 이루어진다. 즉, 원통형 케이스(300)는, 캡 조립체(400)를 감싸며 구부러지는 크림핑부(310)를 포함한다.
밀봉용 가스켓(700)은 크림핑부(310)와 비딩부(320)의 내면에 장착되어 캡 조립체(400)와 원통형 케이스(300) 간의 밀봉력을 증대시킬 수 있다. 즉, 크림핑부(310)를 형성할 때, 원통형 케이스(300)와 캡 조립체(400) 사이에 가스켓(700)을 위치시켜, 이차전지(100)를 밀봉할 수 있다. 가스켓(700)을 배치하여, 내부 전해액의 누액을 방지한다.
CID 가스켓(800)은 전류 차단 부재(430)의 가장자리를 감싸도록 형성될 수 있다. 또한 CID 가스켓(800)의 일부는 안전 벤트(420)와 전류 차단 부재(430) 사이로 연장될 수 있다.
이하에서는, 도 5 내지 도 7 등을 참고하여, 본 실시예에 따른 단자 확장부(500)에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단자 확장부를 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 5 내지 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 단자 확장부(500)는 크림핑부(310)를 커버하며, 크림핑부(310)에 접합된다.
앞서 설명한 바 대로, 원통형 케이스(300)의 상부 일단이 캡 조립체(400)가 위치한 방향으로 구부러져 크림핑부(310)가 형성되는데, 이에 따라 크림핑부(310)는, 상면부(310U)와 측면부(310S)를 포함할 수 있다. 측면부(310S)는, 비딩부(320) 위에 형성된 원통형 케이스(300)의 휘어지지 않은 부분일 수 있고, 상면부(310U)는, 크림핑 결합을 위해 휘어진 부분으로 상단 캡(410)의 상면과 평행한 면을 형성하는 부분일 수 있다.
본 실시예에 따른 단자 확장부(500)는, 이러한 크림핑부(310)를 커버하도록 배치되고, 크림핑부(310)와 접합될 수 있다. 접합의 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니나, 용접 접합이 이루어지는 것이 바람직하다.
단자 확장부(500)는, 크림핑부(310)의 상면부(310U)에 접합되는 제1 부분(510) 및 크림핑부(310)의 측면부(310S)에 접합되는 제2 부분(520)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 부분(510)은 원판 형상일 수 있고, 제2 부분(520)는 제1 부분(510)의 가장자리에서 하향 연장된 부분일 수 있다. 제1 부분(510)과 제2 부분(520)을 포함하는 단자 확장부(500)는, 크림핑부(310)를 덮는 원형의 덮개 형상일 수 있다.
이 때, 단자 확장부(500)의 일면의 면적이 크림핑부(310)의 일면의 면적보다 넓을 수 있다. 구체적으로, 단자 확장부(500)의 일면은, 제1 부분(510)의 위쪽 면과 제2 부분(520)의 바깥쪽 면에 해당할 수 있다. 또한, 크림핑부(310)의 일면은, 상면부(310U)의 위쪽 면과 측면부(310S)의 바깥쪽 면에 해당할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 크림핑부(310)에 단자 확장부(500)가 접합됨에 따라, 평탄한 구역이 더 넓어지게 된다. 특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 반경 방향에 따른 단면을 기준으로, 제1 부분(510)의 폭(W2)이 크림핑부(310)의 상면부(310U)의 폭(W3)보다 넓을 수 있다. 여기서, 반경 방향이라 함은, 원통형 케이스(300)의 중심 부분에서 외주 부분으로의 방향을 의미한다. 구체적으로, 도 2에서 x축 방향이나 y축 방향이 반경 방향에 해당할 수 있다. 반경 방향에 따른 단면은, 도 5 및 도 6에 나타난 모습과 같은 단면을 의미한다.
종래의 이차전지(10, 도 1 참고)의 크림핑부(31)가 협소한 폭(W1)을 가지고 있던 것에 반해, 본 실시예에 따른 이차전지(100)는, 위와 같이 넓은 폭(W2)을 갖는 단자 확장부(500)를 마련하여, 평탄한 구역을 크게 늘릴 수 있다. 이에 따라, 후술하는 리드탭의 사이즈가 커지더라도, 용이하게 접합될 수 있다. 예를 들어, 종래의 이차전지(10)의 크림핑부(31)에서, 용접 가능한 구역이 약 1mm 정도였다면, 본 실시예에 따른 이차전지(100)는, 단자 확장부(500)로 인해 용접 가능한 구역을 2mm 내지 13mm 수준까지 늘릴 수 있다.
상술한 바 대로, 본 실시예에 따른 단자 확장부(500)는 원형의 덮개 형상일 수 있다. 이러한 단자 확장부(500)는 크림핑부(310)와 캡 조립체(400)를 덮는 방식으로 결합될 수 있다. 제1 부분(510)과 크림핑부(310)의 상면부(310U)가 용접으로 접합되고, 제2 부분(520)과 크림핑부(310)의 측면부(310S)가 용접으로 접합될 수 있다. 본 실시예에 따른 단자 확장부(500)는, 단순히 면적이 넓은 판상 형태가 아니라, 제1 부분(510)과 제2 부분(520)을 포함하는 덮개 형상이기 때문에 크림핑부(310)와 캡 조립체(400) 상에 보다 안정적으로 장착될 수 있고, 단자 확장부(500)와 크림핑부(310) 간의 용접이 이루어지기 용이하다.
한편, 도 6 및 도 7을 참고하면, 단자 확장부(500)의 중심에 관통구(500H)가 형성될 수 있다. 구체적으로는 단자 확장부(500)의 제1 부분(510)에 관통구(500H)가 형성될 수 있고, 이러한 관통구(500H)를 통해 캡 조립체(400)의 상단 캡(410)이 노출될 수 있다. 앞서 설명한 바 대로, 상단 캡(410) 역시 전극 단자로써 기능하는데, 관통구(500H)를 통해 외부 리드탭이 상단 캡(410)에 접합될 수 있다.
이하에서는, 도 8 및 도 9를 참고하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 대해 설명하도록 한다. 다만, 앞서 설명한 내용과 중복되는 부분은 설명을 생략하도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 부분 단면도이다. 도 9는 도 8의 이차전지에 포함된 단자 확장부를 나타낸 사시도이다. 도 8은 본 실시예에 따른 이차전지(100a)의 반경 방향의 단면을 나타낸다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지(100a)는 전극 조립체(200), 원통형 케이스(300), 캡 조립체(400) 및 단자 확장부(500a)를 포함한다. 전극 조립체(200), 원통형 케이스(300), 캡 조립체(400)에 대한 설명은 앞서 설명한 내용과 중복이므로 생략하도록 한다.
본 실시예에 따른 단자 확장부(500a)는 크림핑부(310)의 상면부(310U)에 접합되는 제1 부분(510a)을 포함할 수 있다. 제1 부분(510a)이 크림핑부(310)의 상면부(310U)와 용접의 방법으로 접합되어, 단자 확장부(500a)가 고정될 수 있다.
또한, 제1 부분(510a)은 중심에 관통구(500Ha)가 형성된 와셔(Washer) 형상일 수 있다. 관통구(500Ha)를 통해 캡 조립체(400)의 상단 캡(410)이 노출될 수 있다. 본 실시예에 따른 단자 확장부(500a)는 크림핑부(310)의 상면부(310U) 상에 배치되는 와셔 형상일 수 있다. 즉, 앞서 도 5 내지 도 7에서 설명한 단자 확장부(500)와 달리, 본 실시예에 따른 단자 확장부(500a)는 제1 부분(510a)만을 포함하여, 와셔 형상을 가질 수 있다.
또한, 반경 방향에 따른 단면을 기준으로, 제1 부분(510a)의 폭이 크림핑부(310)의 상면부(310U)의 폭보다 넓을 수 있다. 평탄한 구역을 크게 늘림으로써 후술하는 리드탭이 용이하게 접합될 수 있다. 이는 앞서 도 6을 참고하여 설명한 내용과 중복이므로 더 이상의 설명은 생략하도록 한다.
이하에서는, 도 10 내지 도 12를 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 대해 설명하도록 한다. 다만, 앞서 설명한 내용과 중복되는 부분은 설명을 생략하도록 한다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 부분 단면도이다. 도 11은 도 10의 “C”부분을 확대하여 나타낸 부분도이다. 도 12는 도 10의 이차전지에 포함된 단자 확장부를 나타낸 사시도이다. 도 10은 본 실시예에 따른 이차전지(100b)의 반경 방향의 단면을 나타낸다.
도 10 내지 도 12를 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지(100b)는 전극 조립체(200), 원통형 케이스(300), 캡 조립체(400) 및 단자 확장부(500b)를 포함한다. 전극 조립체(200), 원통형 케이스(300), 캡 조립체(400)에 대한 설명은 앞서 설명한 내용과 중복이므로 생략하도록 한다.
본 실시예에 따른 단자 확장부(500b)는 그 중심에 관통구(500Hb)가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는 크림핑부(310)의 상면부(310U)에 접합되는 제1 부분(510b)의 중심에 관통구(500Hb)가 형성될 수 있다. 이 때, 단자 확장부(500b)는 관통구(500Hb) 방향의 내측면을 커버하는 절연 부재(600)를 포함할 수 있다. 절연 부재(600)는 단자 확장부(500b)의 제1 부분(510b) 중에서 관통구(500Hb) 방향의 내측면을 커버할 수 있다. 또한 절연 부재(600)는 상기 내측면과 인접한 제1 부분(510b)의 상면 일부와 하면 일부도 커버하도록 구성될 수 있다. 절연 부재(600)는 전기적 절연을 띄는 소재라면 제한 없이 적용될 수 있다. 일례로, 고무 소재와 같은 절연성의 소재를 끼우거나 절연 물질을 도포하는 등의 방법으로 형성할 수 있다.
관통구(500Hb)를 통해 캡 조립체(400)의 상단 캡(410)이 노출될 수 있는데, 절연 부재(600)는 단자 확장부(500b)의 제1 부분(510b)과 상단 캡(410) 사이에 위치할 수 있다.
리드탭의 용이한 접합을 위해 확장된 면적의 단자 확장부(500b)를 마련하여, 평탄한 구역을 늘린다. 다만, 단자 확장부(500b)가 캡 조립체(400), 특히 상단 캡(410)과 접촉되면, 단락이 발생하여 이차전지(100b)의 안전성이 저해될 수 있다. 이에 본 실시예에서는 단자 확장부(500b)에 절연 부재(600)를 마련하여, 리드탭이 접합되는 평탄한 구역을 넓힘과 동시에 절연성을 보완하여 단락의 발생을 방지하고자 하였다.
한편, 도 10 내지 도 12에는 단자 확장부(500b)가 제2 부분(520b)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 또 다른 실시예로써, 제1 부분만을 포함하는 단자 확장부에 절연 부재가 배치된 형태도 가능하다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 리드탭이 접합된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 13을 참고하면, 본 실시예에 따른 이차전지(100)가 복수로 모여 전지 모듈을 구성할 수 있다. 이 때, 단자 확장부(500)가 음극 단자로 기능하여, 리드탭(610)이 단자 확장부(500)에 접합될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예예 따른 전지 모듈은, 단자 확장부(500)를 포함하는 이차전지(100) 및 단자 확장부(500)에 접합되는 리드탭(610)을 포함한다. 이차전지(100)의 용량과 사이즈가 증가에 따라 리드탭(610)의 사이즈가 커지더라도, 단자 확장부(500)가 마련되어 있어, 이러한 리드탭(610)이 용접의 방법으로 쉽게 접합될 수 있다.
한편, 상단 캡(410)이 양극 단자로 기능하여, 다른 리드탭(620)이 단자 확장부(500)의 관통구(500H, 도 7 참고)를 통과하여, 상단 캡(410)에 접합될 수 있다. 전지 모듈 내에서, 이러한 리드탭들(610, 620)을 통해 복수의 이차전지(100)들이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 이차전지나 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), BDU(Battery Disconnect Unit), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
상기 이차전지, 상기 전지 모듈이나 상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
100, 100a, 100b: 이차전지
200: 전극 조립체
300: 원통형 케이스
310: 크림핑부
400: 캡 조립체
500, 500a, 500b: 단자 확장부

Claims (13)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하고, 상부가 개방된 원통형 케이스;
    상기 원통형 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체; 및
    단자 확장부를 포함하고,
    상기 원통형 케이스는, 상기 캡 조립체를 감싸며 구부러지는 크림핑부를 포함하며,
    상기 단자 확장부는 상기 크림핑부를 커버하며, 상기 크림핑부에 접합되는 이차전지.
  2. 제1항에서,
    상기 단자 확장부의 일면의 면적이 상기 크림핑부의 일면의 면적보다 넓은 이차전지.
  3. 제1항에서,
    상기 단자 확장부는, 상기 크림핑부의 상면부에 접합되는 제1 부분을 포함하는 이차전지.
  4. 제3항에서,
    반경 방향에 따른 단면을 기준으로, 상기 제1 부분의 폭이 상기 크림핑부의 상기 상면부의 폭보다 넓은 이차전지.
  5. 제3항에서,
    상기 단자 확장부는, 상기 크림핑부의 측면부에 접합되는 제2 부분을 더 포함하는 이차전지.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 부분은 원판 형상이고,
    상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 가장자리에서 하향 연장된 부분인 이차전지.
  7. 제5항에서,
    상기 제1 부분과 상기 크림핑부의 상기 상면부가 용접으로 접합되고,
    상기 제2 부분과 상기 크림핑부의 상기 측면부가 용접으로 접합되는 이차전지.
  8. 제1항에서,
    상기 단자 확장부는, 상기 크림핑부를 상에 배치되는 와셔 형상인 이차전지.
  9. 제1항에서,
    상기 단자 확장부는, 상기 크림핑부를 덮는 원형의 덮개 형상인 이차전지.
  10. 제1항에서,
    상기 단자 확장부의 중심에 관통구가 형성되고,
    상기 관통구를 통해 상기 캡 조립체의 상단 캡이 노출되는 이차전지.
  11. 제10항에서,
    상기 단자 확장부는 상기 관통구의 내측면을 커버하는 절연 부재를 포함하는 이차전지.
  12. 제11항에서,
    상기 단자 확장부는, 상기 크림핑부의 상면부에 접합되는 제1 부분을 포함하고,
    상기 제1 부분의 중심에 상기 관통구가 형성되며,
    상기 절연 부재는, 상기 제1 부분과 상기 상단 캡 사이에 위치하는 이차전지.
  13. 제1항에서 따른 이차전지; 및
    상기 단자 확장부에 접합되는 리드탭을 포함하는 전지 모듈.
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