WO2022240156A1 - 이차 전지 - Google Patents

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WO2022240156A1
WO2022240156A1 PCT/KR2022/006691 KR2022006691W WO2022240156A1 WO 2022240156 A1 WO2022240156 A1 WO 2022240156A1 KR 2022006691 W KR2022006691 W KR 2022006691W WO 2022240156 A1 WO2022240156 A1 WO 2022240156A1
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case
current collector
secondary battery
tab
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정현기
김명섭
이원석
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삼성에스디아이(주)
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Definitions

  • the present disclosure relates to a secondary battery.
  • lithium ion secondary batteries are used as power sources for portable electronic devices as well as hybrid vehicles or electric vehicles because of their high operating voltage and high energy density per unit weight.
  • a cylindrical secondary battery includes a cylindrical electrode assembly, a cylindrical case to which the electrode assembly is coupled, an electrolyte solution (optional) injected into the case to enable movement of lithium ions, and an electrolyte solution coupled to one side of the case. It consists of a cap assembly and the like that prevent leakage of the liquid and prevent separation of the electrode assembly.
  • the present disclosure provides a secondary battery capable of reducing heat generation and improving safety and reliability by reducing the number of resistance welding regions inside the case of the battery.
  • a secondary battery includes an electrode assembly having a first tab and a second tab provided on the opposite side of the first tab; a first collector plate welded on the first tab of the electrode assembly and having a larger diameter than the electrode assembly; and a case accommodating the electrode assembly and the first collector plate, a second collector plate closely attached to the second tab of the electrode assembly, and a terminal portion electrically connected to the second collector plate and penetrating the case. It may include a case assembly that does.
  • a support member disposed on the first current collector may be further included.
  • a safety vent disposed on the support member and blocking the case may be further included.
  • the present disclosure can provide a secondary battery with reduced heat generation and improved safety and reliability by providing only one welding region inside the battery.
  • the first current collector plate may include a disc, a plurality of slits provided on the disc and welded to the first tab, and a plurality of extensions extending outward from the disc and coming into close contact with the case.
  • the plurality of extensions provided on the first collector plate can be coupled to the case in an interference fit manner, so that the second tab of the electrode assembly and the second collector plate are strongly adhered to each other in a non-welding manner and/or A contacted secondary battery may be provided.
  • the extension part may be bent from the original plate and welded to the case.
  • the present disclosure can provide a secondary battery in which the mechanical coupling force between the first collector plate and the case is improved and the electrical resistance is reduced.
  • the support member may be disposed on the extension part.
  • the present disclosure can provide a secondary battery in which the mechanical coupling between the first current collector and the case is improved and electrical resistance is reduced because the support member pushes the extension toward the case.
  • the extension part may further include a first gasket interposed between the support member, the case, and the safety vent.
  • a spring interposed between the second tab and the second current collecting plate may be further included.
  • the present disclosure can provide a secondary battery in which the second tab of the electrode assembly and the second collector plate are elastically adhered and/or contacted, and the mutual adhesion and/or contact force is improved.
  • the case may further include a beading portion bent inwardly in an area corresponding to the first current collector plate and a crimping portion bent inwardly and surrounding the first gasket.
  • the case may further include a seaming portion bent outward together with the first current collector plate.
  • the case may further include a curling portion bent toward the first current collecting plate.
  • various sealing structures such as a beading unit, a crimping unit, a seaming unit, and/or a curling unit are provided in a battery, thereby providing a secondary battery with improved sealing power.
  • the present disclosure may provide a secondary battery capable of reducing heat generation and improving safety and reliability by reducing the number of resistance welding regions inside the case of the secondary battery.
  • FIG. 1A, 1B, and 1C are perspective and cross-sectional views illustrating exemplary secondary batteries according to the present disclosure.
  • FIGS. 2A to 2E are diagrams illustrating a manufacturing method of an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
  • 3A, 3B, and 3C are views illustrating examples of beading/crimping, seaming, and curling for improving sealing power among exemplary secondary batteries according to the present disclosure.
  • first and second are used to describe various members, components, regions, layers and/or portions, but these members, components, regions, layers and/or portions are limited by these terms. It is self-evident that These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described in detail below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.
  • Space-related terms such as “beneath,” “below,” “lower,” “above,” and “upper” are associated with an element or feature shown in a drawing. It can be used for easy understanding of other elements or features. Terminology related to this space is for easy understanding of the present invention according to various process conditions or use conditions of the present invention, and is not intended to limit the present invention. For example, if an element or feature in a figure is turned over, an element or feature described as “lower” or “below” becomes “above” or “above.” Accordingly, “below” is a concept encompassing “upper” or "below”.
  • FIG. 1A, 1B, and 1C are perspective and cross-sectional views illustrating an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.
  • the exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure includes a cylindrical electrode assembly 110, a negative electrode current collector 120, and a cylindrical case assembly 130.
  • the exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure may further include a support member 150 and a safety vent 160 .
  • the electrode assembly 110 may be provided in a cylindrical shape.
  • the electrode assembly 110 includes a negative electrode plate 111 coated with a negative electrode active material (eg, graphite, carbon, etc.), a positive electrode active material (eg, a transition metal oxide (LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.))
  • a negative electrode active material eg, graphite, carbon, etc.
  • a positive electrode active material eg, a transition metal oxide (LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.)
  • the coated positive plate 112 and the separator 113 positioned between the negative plate 111 and the positive plate 112 to prevent a short circuit and to allow only the movement of lithium ions may be included.
  • the negative electrode plate 111, the positive electrode plate 112, and the separator 113 may be wound in a substantially cylindrical shape.
  • the negative plate 111 may include a copper (Cu) foil
  • the negative electrode tab 1111 may be provided with a negative electrode tab 1111 that protrudes and extends a certain length in an upward direction on the negative electrode plate 111, and the positive electrode tab 1121 that protrudes and extends with a predetermined length in a downward direction may be provided on the positive electrode plate 112. It can be, but the opposite is also possible.
  • the negative electrode tab 1111 may include copper (Cu), a copper alloy, nickel (Ni), or a nickel alloy, and the positive electrode tab 1121 may include aluminum (Al) or an aluminum alloy.
  • the negative electrode tab 1111 may include or be referred to as a first tab, a negative electrode substrate tab, or a negative electrode uncoated portion.
  • the positive electrode tab 1121 may include or be referred to as a second tab, a positive electrode substrate tab, or a positive electrode uncoated portion.
  • the negative electrode tab 1111 may be electrically connected to the negative electrode current collector 120 by laser welding, and the positive electrode tab 1121 may be mechanically adhered to the positive electrode current collector 133 and/or They can be electrically connected by a contact method.
  • the negative current collector 120 may be provided in a substantially circular disk shape. In some examples, the diameter of the negative current collector plate 120 may be similar to or greater than the diameter of the electrode assembly 110 .
  • the negative current collector 120 may be provided on the negative electrode tab 1111 of the electrode assembly 110 and may be electrically connected to the negative electrode tab 1111 . In some examples, the negative current collector 120 may be resistance welded, ultrasonic welded, and/or laser welded to the negative electrode tab 1111 . In some examples, the negative current collector 120 may include or be referred to as a first current collector or a negative current collector.
  • the negative current collector 120 may include a circular plate 121 , a plurality of slits 1211 , and a plurality of extension portions 122 .
  • the original plate 121 may be provided with a plurality of slits 1211 , and the slits 1211 may be laser welded to the negative electrode tab 1111 .
  • the slit 1211 may be provided in a straight line shape perpendicular to the circumference of the electrode assembly 110 .
  • four slits 1211 may be provided.
  • the slit 1211 may be provided in an approximate “+” shape.
  • multiple extensions 122 may be provided along the circumference of disc 121 .
  • extension 122 may be provided in an approximate crescent shape.
  • the extension portion 122 may be bent obliquely from the disk 121 in an upward and outward direction. Accordingly, the plurality of extension parts 122 may come into close contact with the sidewall 1312 of the case 131 .
  • extension 122 may be resistance welded, ultrasonic welded, and/or laser welded to sidewall 1312 of case 131 .
  • negative current collector plate 120 may include copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, or stainless steel. In some examples, the extension 122 of the negative current collector 120 may be in close contact with the sidewall 1312 of the case 131 in a forced press-fitting manner.
  • the case assembly 130 may include a case 131 , a positive current collector plate 133 , and a terminal unit 132 .
  • case 131 may be provided in a substantially cylindrical shape.
  • the case 131 may include a substantially circular bottom portion 1311 and a sidewall 1312 bent upward from the bottom portion 1311 to extend a predetermined length.
  • the sidewall 1312 may be divided into a lower region and an upper region, and the diameter of the upper region may be relatively larger than the diameter of the lower region.
  • the cylindrical case 131 may include steel, steel alloy, nickel-plated steel, nickel-plated steel alloy, aluminum, or aluminum alloy.
  • the negative current collector plate 120 may be directly welded to the sidewall 1312 of the cylindrical case 131 . Accordingly, the cylindrical case 131 may operate as a negative electrode.
  • the terminal unit 132 may include a positive current collector plate 133 , a terminal post 134 , and a gasket 135 .
  • the positive current collector plate 133 and the terminal pillar 134 may have a compression riveting structure or a compression caulking structure, or may be integrally provided.
  • the positive current collector plate 133 and/or the terminal post 134 may include aluminum or an aluminum alloy.
  • the terminal post 134 may pass through the bottom portion 1311 of the case 131, and the insulating and sealing gasket 135 is between the through hole of the terminal post 134 and the bottom portion 1311. may be intervened.
  • gasket 135 may include or be referred to as a second gasket, an insulating portion, or a sealing portion.
  • the positive current collector 133 may be interposed between the positive electrode tab 1121 of the electrode assembly 110 and the terminal unit 132 (positive terminal).
  • a spring 170 may be further interposed between the positive current collector 133 and the terminal unit 132 .
  • the positive current collector plate 133 may be strongly adhered to the positive electrode tab 1121 by elasticity of the spring 170 without being welded to the positive electrode tab 1121 .
  • spring 170 may include or be referred to as a flat spring, elliptical spring, semi-elliptical spring, circular spring, semi-circular spring, or coil spring.
  • the conventional anode lead may be omitted, and accordingly, the welding process of the anode lead may also be omitted.
  • the positive current collector 133 may include aluminum or an aluminum alloy.
  • spring 170 may also include aluminum or an aluminum alloy.
  • the support member 150 may be disposed on the negative electrode current collector 120 .
  • the support member 150 may be disposed along a boundary between the disc 121 and the extension 122 .
  • the diameter of the support member 150 before being disposed on the negative current collector 120 may be larger than the diameter of the original plate 121 . Accordingly, the support member 150 is provided on the negative electrode current collector 120 in a reduced diameter state, and accordingly, the support member 150 maintains a state of pushing the extension portion 122 toward the sidewall 1312. . Thus, contact force between the extension portion 122 and the sidewall 1312 may be increased.
  • support member 150 includes, or may be referred to as, a retaining ring, snap ring, or stop ring.
  • the safety vent 160 is disposed on the support member 150 and also blocks the upper region of the case 131 .
  • the safety vent 160 is provided in a substantially disk shape, and may further include a vent groove 161 provided on an upper or lower surface.
  • safety vent 160 may include aluminum or an aluminum alloy.
  • a gasket 162 may be further interposed between the extension 122 of the negative current collector 120 , the support member 150 and the case 131 , and the safety vent 160 .
  • the gasket 162 prevents the safety vent 160 from electrically/mechanically directly contacting the support member 150 and the case 131, and at the same time, the case 131 is sealed.
  • gasket 162 may include or be referred to as a first gasket, an insulating portion, or a sealing portion.
  • the upper region of the case 131 may further include a beading portion 1313 and a crimping portion 1314 bent inward to press the gasket 162, , Accordingly, the sealing force of the case 131 may be further increased.
  • the welding region exists only between the negative electrode tab 1111 and the negative electrode current collector 120, and does not exist between the positive electrode tab 1121 and the positive electrode current collector 133. don't Therefore, heat generated in the welding area during operation of the secondary battery 100 is reduced. In addition, the safety of the secondary battery 100 is improved due to the reduction of heat generation. In addition, by eliminating the conventional anode lead component, the internal resistance is further reduced.
  • 2A to 2E are diagrams illustrating a manufacturing method of an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.
  • 2A is a diagram illustrating an initial stage of manufacturing an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.
  • an electrode assembly 110 may be provided.
  • the electrode assembly 110 may be wound into a cylindrical shape after stacking the negative plate 111 , the separator 113 , and the positive plate 112 .
  • the electrode assembly 110 may include a negative electrode tab 1111 extending upwardly and a positive electrode tab 1121 extending downwardly.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating a later stage of manufacturing an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.
  • a negative electrode current collector 120 may be provided.
  • the negative current collector 120 may include a disc 121 having a plurality of slits 1211 and a plurality of extension parts 122, and the negative current collector 120 is placed on the negative electrode tab 1111 and then , may be laser welded to the negative electrode tab 1111.
  • the slit 1211 of the negative electrode plate 111 may be laser welded to the negative electrode tab 1111 .
  • the extension 122 of the negative current collector 120 may protrude from the electrode assembly 110 by a predetermined length.
  • the electrode assembly 110 to which the negative current collector plate 120 is welded may be coupled to the case assembly 130 .
  • the case assembly 130 may include a case 131, a positive current collector plate 133 and a terminal portion 132, and a spring 170 may be pre-positioned on the positive current collector plate 133. .
  • the positive electrode tab 1121 of the electrode assembly 110 may come into contact with the spring 170 .
  • spring 150 may include a circular ring shape.
  • the extension 122 of the negative current collector 120 may directly contact the upper region (extended region) of the case 131 .
  • the extension 122 of the negative current collector 120 may be coupled to the upper region of the case 131 in an interference fit manner.
  • the spring 170 between the positive tab 1121 and the positive current collector 133 may be compressed as the negative current collector 120 is forcefully fitted.
  • FIG. 2D is a diagram illustrating a later stage of manufacturing an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.
  • a support member 150 may be provided.
  • the support member 150 may be fitted onto the negative electrode current collector 120 .
  • the support member 150 may be inserted into the boundary between the disc 121 and the extension 122 .
  • the support member 150 is provided in the form of an incised circular ring, and the diameter of the support member 150 before coupling may be greater than the diameter of the disk 121 . Therefore, when the support member 150 is coupled to the negative electrode current collector 120 , the extension 122 is pushed toward the sidewall 1312 of the case 131 and receives a force.
  • FIG. 2E is a diagram illustrating a later stage of manufacturing an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.
  • a safety vent 160 may be provided.
  • a safety vent 160 may be provided on the negative current collector plate 120 and the support member 150 .
  • an insulating gasket 162 may be coupled around the safety vent 160 .
  • the safety vent 160 is electrically isolated from the case 131 by the insulating gasket 162, and the safety vent 160 and the gaskets 162 and 135 block the upper area of the case 131.
  • a beading process and a crimping process may be provided after the above step.
  • the beading process is a process in which an area of the case 131 corresponding to the negative current collector 120 , eg, an area of the case 131 corresponding to the extension 122 is depressed into the inside.
  • the crimping process is a process of bending the top area of the case 131 inward while wrapping the top surface of the insulating gasket 162 . Through this process, the inner region of the case assembly 130 may be completely isolated from the outer region.
  • 3A, 3B, and 3C illustrate examples of beading/crimping, seaming, and curling for improving sealing power in an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure. It is a drawing
  • an area of the case 131 corresponding to the negative electrode current collector 120 may be recessed inward to provide a beading portion 1313, and an insulating gasket ( An area of the case 131 corresponding to the upper surface of 162) may be bent inward to provide a crimping portion 1314.
  • the case 131, the negative current collector plate 120, and the safety vent 160 are stacked and bent in a clockwise direction, for example, so that the seaming portion 2313 is formed.
  • the insulating gasket 135 may be omitted by providing the seaming portion 2313 .
  • ends of the case 131 and the negative current collector 120 may be coupled while facing each other, and the safety vent 160 may cover the negative current collector 120 .
  • the extension 122 of the negative current collector 120 and the corresponding region of the case 131 may be provided with a curling portion 3313 that is deep inwardly. .
  • a portion of the negative current collector 120 may be depressed toward the insulation gaskets 162 and 135 by the curling portion 3313 .
  • the beading part 1313, the crimping part 1314, the seaming part 2313, and/or the curling part 3313 may be provided alone or mixed, and by this structure, the secondary battery 100 ) can be further improved.

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Abstract

본 개시는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 용접 영역을 줄임으로써, 발열 현상을 줄이고 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 개시는 제1탭과 상기 제1탭의 반대측에 구비된 제2탭을 갖는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체의 제1탭 상에 용접되되, 상기 전극 조립체의 직경보다 큰 직경을 갖는 제1집전판; 상기 전극 조립체 및 제1집전판을 수용하는 케이스와, 상기 전극 조립체의 제2탭 상에 밀착되는 제2집전판과, 상기 제2집전판에 전기적으로 접속되고 상기 케이스를 관통하는 단자부를 포함하는 케이스 조립체를 포함하는, 이차 전지를 제공한다.

Description

이차 전지
본 개시(disclosure)는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 리튬 이온 이차 전지는 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 휴대형 전자기기뿐만 아니라 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 전원 용도로 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류될 수 있다. 일례로, 원통형 이차 전지는 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 케이스와, 케이스에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액(옵션)과, 케이스의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 개시는 전지의 케이스 내부에서 저항 용접 영역의 개소를 줄임으로써, 발열 현상을 줄이고, 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 개시에 따른 이차 전지는 제1탭과 상기 제1탭의 반대측에 구비된 제2탭을 갖는 전극 조립체; 상기 전극 조립체의 제1탭 상에 용접되되, 상기 전극 조립체의 직경보다 큰 직경을 갖는 제1집전판; 및 상기 전극 조립체 및 제1집전판을 수용하는 케이스와, 상기 전극 조립체의 제2탭 상에 밀착되는 제2집전판과, 상기 제2집전판에 전기적으로 접속되고 상기 케이스를 관통하는 단자부를 포함하는 케이스 조립체를 포함할 수 있다. 상기 제1집전판 상에 배치된 지지부재를 더 포함할 수 있다. 상기 지지부재 상에 배치되고, 상기 케이스를 막는 안전 벤트를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 전지 내부에서 용접 영역이 1개소에만 제공됨으로써, 발열 현상이 줄고, 안전성 및 신뢰성이 향상된 이차 전지를 제공할 수 있다.
상기 제1집전판은 원판과, 상기 원판에 제공되어 상기 제1탭에 용접되는 다수의 슬릿과, 상기 원판으로부터 외측 방향으로 연장되어 상기 케이스에 밀착되는 다수의 연장부를 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 제1집전판에 구비된 다수의 연장부가 케이스에 억지끼움 방식으로 결합될 수 있어, 전극 조립체의 제2탭과 제2집전판이 무용접 방식으로 강하게 상호간 밀착 및/또는 접촉되는 이차 전지를 제공할 수 있다.
상기 연장부는 상기 원판으로부터 절곡되되, 상기 케이스에 용접될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 제1집전판과 케이스 사이의 기계적 결합력이 향상되고, 전기 저항이 감소된 이차 전지를 제공할 수 있다.
상기 지지부재는 상기 연장부 상에 배치될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 지지부재가 연장부를 케이스쪽으로 밀어 냄으로써, 제1집전판과 케이스 사이의 기계적 결합력이 향상되고 전기 저항이 감소된 이차 전지를 제공할 수 있다.
상기 연장부, 상기 지지부재, 상기 케이스와 상기 안전 벤트의 사이에 개재된 제1가스켓을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 제1가스켓에 의해 밀폐력이 더욱 향상된 이차 전지를 제공할 수 있다.
상기 제2탭과 상기 제2집전판 사이에 개재된 스프링을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 전극 조립체의 제2탭과 제2집전판이 탄력적으로 밀착 및/또는 접촉되고, 상호간 밀착력 및/또는 접촉력이 향상된 이차 전지를 제공할 수 있다.
상기 케이스는 제1집전판과 대응되는 영역에 내측 방향으로 절곡된 비딩부와, 상기 제1가스켓을 감싸며 내측 방향으로 절곡된 크림핑부를 더 포함할 수 있다. 상기 케이스는 상기 제1집전판과 함께 외측 방향으로 절곡된 시밍부를 더 포함할 수 있다. 상기 케이스는 상기 제1집전판을 향해 절곡된 컬링부를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 전지에 비딩부, 크림핑부, 시밍부 및/또는 컬링부와 같은 다양한 밀폐 구조가 제공됨으로써, 밀폐력이 개선된 이차 전지를 제공할 수 있다.
본 개시는 이차 전지의 케이스 내부에서 저항 용접 영역의 개소를 줄임으로써, 발열 현상을 줄이고, 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지중 밀폐력 향상을 위한 비딩/크림핑, 시밍 및 컬링의 예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 개시들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함할 수 있다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시된 예에서, 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)는 원기둥 형태의 전극 조립체(110), 음극 집전판(120), 및 원통형의 케이스 조립체(130)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)는 지지부재(150) 및 안전 벤트(160)를 더 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)는 원기둥 형태로 제공될 수 있다. 전극 조립체(110)는 음극 활물질(예를 들면, 흑연, 탄소 등등)이 코팅된 음극판(111), 양극 활물질(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등등))이 코팅된 양극판(112), 및 음극판(111)과 양극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(113)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(111), 양극판(112) 및 세퍼레이터(113)는 대략 원기둥 형태로 권취될 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(111)은 구리(Cu) 포일, 양극판(112)은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 음극판(111)에는 상부 방향으로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(1111)이 제공될 수 있고, 양극판(112)에는 하부 방향으로 일정 길이 돌출되어 연장된 양극탭(1121)이 제공될 수 있으나, 그 반대도 가능하다. 더불어, 음극탭(1111)은 구리(Cu), 구리 합금, 니켈(Ni) 또는 니켈 합금, 양극탭(1121)은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 음극탭(1111)은 제1탭, 음극 기재탭, 또는 음극 무지부를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다. 일부 예들에서, 양극탭(1121)은 제2탭, 양극 기재탭, 또는 양극 무지부를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
아래에서 다시 설명하겠지만, 음극탭(1111)은 음극 집전판(120)에 레이저 용접 방식에 의해 전기적으로 접속될 수 있고, 양극탭(1121)은 양극 집전판(133)에 기계적으로 밀착 및/또는 접촉 방식에 의해 전기적으로 접속될 수 있다.
음극 집전판(120)은 대략 원형 디스크 형태로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 음극 집전판(120)의 직경은 전극 조립체(110)의 직경과 유사하거나 더 클 수 있다. 음극 집전판(120)은 전극 조립체(110)의 음극탭(1111) 상에 제공될 수 있고, 음극탭(1111)에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 예들에서, 음극 집전판(120)은 음극탭(1111)에 저항 용접, 초음파 용접 및/또는 레이저 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 음극 집전판(120)은 제1집전판 또는 음극 집전체를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 음극 집전판(120)은 원판(121)과, 다수의 슬릿(1211)과, 다수의 연장부(122)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 원판(121)에 다수의 슬릿(1211)이 제공될 수 있고, 슬릿(1211)이 음극탭(1111)에 레이저 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 슬릿(1211)은 전극 조립체(110)의 원주에 수직한 직선 형태로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 슬릿(1211)은 4개가 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 슬릿(1211)은 대략 "+"의 형태로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 다수의 연장부(122)가 원판(121)의 둘레를 따라 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 연장부(122)는 4개가 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 연장부(122)는 대략 초승달 형태로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 연장부(122)는 원판(121)으로부터 상부 외측 방향으로 경사지게 절곡될 수 있다. 따라서, 다수의 연장부(122)가 케이스(131)의 측벽(1312)에 밀착될 수 있다. 일부 예들에서, 연장부(122)는 케이스(131)의 측벽(1312)에 저항 용접, 초음파 용접 및/또는 레이저 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 음극 집전판(120)은 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금 또는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 음극 집전판(120)의 연장부(122)는 강제 압입 방식으로 케이스(131)의 측벽(1312)에 밀착될 수 있다.
케이스 조립체(130)는 케이스(131), 양극 집전판(133) 및 단자부(132)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 케이스(131)는 대략 원통 형태로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 케이스(131)는 대략 원형의 바닥부(1311)와, 바닥부(1311)로부터 상부 방향으로 절곡되어 일정 길이 연장된 측벽(1312)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 측벽(1312)은 하부 영역과 상부 영역으로 구분할 수 있는데, 하부 영역의 직경에 비해 상부 영역의 직경이 상대적으로 클 수 있다. 이차 전지(100)의 제조 공정 중 원통형 케이스(131)의 상부는 개방될 수 있다. 따라서, 이차 전지(100)의 조립 공정 중 전극 조립체(110) 및 음극 집전판(120)이 하나의 구조물로 일체화되어 원통형 케이스(131)에 삽입될 수 있다. 물론, 이후 전해액(옵션)이 추가적으로 원통형 케이스(131)에 주액될 수 있다. 원통형 케이스(131)는 스틸, 스틸 합금, 니켈 도금된 스틸, 니켈 도금된 스틸 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 음극 집전판(120)이 원통형 케이스(131)의 측벽(1312)에 직접 용접될 수 있다. 따라서 원통형 케이스(131)는 음극으로 동작할 수 있다.
단자부(132)는 양극 집전판(133), 단자 기둥(134) 및 가스켓(135)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 양극 집전판(133)과 단자 기둥(134)은 상호간 압착 리벳팅 구조 또는 압착 코킹 구조이거나 또는 일체로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 양극 집전판(133) 및/또는 단자 기둥(134)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 단자 기둥(134)은 케이스(131)의 바닥부(1311)를 관통할 수 있고, 절연 및 밀폐 가스켓(135)이 단자 기둥(134)와 바닥부(1311)의 관통홀 사이에 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 가스켓(135)은 제2가스켓, 절연부 또는 실링부를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 양극 집전판(133)은 전극 조립체(110)의 양극탭(1121)과 단자부(132)(양극 단자))의 사이에 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 양극 집전판(133)과 단자부(132)의 사이에 스프링(170)이 더 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 양극 집전판(133)은 양극탭(1121)에 용접되지 않고 스프링(170)의 탄성에 의해 양극탭(1121)에 강하게 밀착될 수 있다. 일부 예들에서, 스프링(170)은 판 스프링, 타원형 스프링, 반 타원형 스프링, 원형 스프링, 반원형 스프링 또는 코일 스프링을 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
이에 따라, 본 개시에서는 종래의 양극 리드를 생략할 수 있고, 또한 이에 따라 양극 리드의 용접 공정도 생략할 수 있다. 일부 예들에서, 양극 집전판(133)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 스프링(170) 역시 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
지지부재(150)는 음극 집전판(120) 상에 배치될 수 있다. 일부 예들에서, 지지부재(150)는 원판(121)과 연장부(122)의 경계를 따라 배치될 수 있다. 일부 예들에서, 음극 집전판(120) 상에 배치되기 전의 지지부재(150)의 직경이 원판(121)의 직경보다 클 수 있다. 따라서, 지지부재(150)은 직경이 축소된 상태로 음극 집전판(120) 상에 제공되고, 이에 따라 지지부재(150)은 연장부(122)를 측벽(1312)으로 밀어 내는 상태를 유지한다. 따라서, 연장부(122)와 측벽(1312) 사이의 접촉력이 증가될 수 있다. 일부 예들에서, 지지부재(150)은 리테이닝링, 스냅링 또는 멈춤링을 포함하거나, 이로 지칭될 수 있다.
안전 벤트(160)는 지지부재(150) 상에 배치되고, 또한 케이스(131)의 상부 영역을 막는다. 안전 벤트(160)는 대략 원판 형태로 제공되며, 상면 또는 하면에 제공된 벤트홈(161)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 안전 벤트(160)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 음극 집전판(120)의 연장부(122), 지지부재(150) 및 케이스(131)와, 안전 벤트(160)의 사이에 가스켓(162)이 더 개재될 수 있다. 가스켓(162)은 안전 벤트(160)가 지지부재(150) 및 케이스(131)에 전기적/기구적으로 직접 접촉함을 방지하는 동시에, 케이스(131)가 밀폐되도록 한다. 일부 예들에서, 가스켓(162)은 제1가스켓, 절연부 또는 실링부를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 케이스(131)의 상부 영역은 내측 방향으로 절곡된 비딩부(1313)(beading portion) 및 크림핑부(1314)(crimping portion)를 더 포함함으로써, 가스켓(162)을 가압할 수 있고, 이에 따라 케이스(131)의 밀폐력이 더욱 증가할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시에 따른 이차 전지(100)는 용접 영역이 음극탭(1111)과 음극 집전판(120) 사이에만 존재하고, 양극탭(1121)과 양극 집전판(133) 사이에는 존재하지 않는다. 따라서, 이차 전지(100)의 동작 중 용접 영역에서 발생하는 발열 현상이 감소한다. 또한, 발열 현상의 감소로 인해 이차 전지(100)의 안전성도 향상된다. 더불어, 종래의 양극 리드 부품이 삭제됨으로써, 내부 저항이 더욱 감소한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)의 제조 방법을 도시한 도면이다. 도 2a는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)의 제조 초기 단계를 도시한 도면이다. 도 2a에 도시된 예에서, 전극 조립체(110)가 제공될 수 있다. 전극 조립체(110)는 음극판(111), 세퍼레이터(113) 및 양극판(112)이 적측된 후 원기둥 형태로 권취될 수 있다. 일부 예들에서, 전극 조립체(110)는 상부로 연장된 음극탭(1111) 및 하부로 연장된 양극탭(1121)을 포함할 수 있다.
도 2b는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)의 제조 후기 단계를 도시한 도면이다. 도 2b에 도시된 예에서, 음극 집전판(120)이 제공될 수 있다. 음극 집전판(120)은 다수의 슬릿(1211)을 갖는 원판(121) 및 다수의 연장부(122)를 포함할 수 있으며, 음극 집전판(120)은 음극탭(1111) 상에 위치된 후, 음극탭(1111)에 레이저 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(111)의 슬릿(1211)이 음극탭(1111)에 레이저 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 음극 집전판(120)의 연장부(122)는 전극 조립체(110)로부터 일정 길이 돌출될 수 있다.
도 2c는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)의 제조 후기 단계를 도시한 도면이다. 도 2c 에 도시된 예에서, 음극 집전판(120)이 용접된 전극 조립체(110)가 케이스 조립체(130)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 케이스 조립체(130)는 케이스(131), 양극 집전판(133) 및 단자부(132)를 포함할 수 있으며, 양극 집전판(133) 상에 스프링(170)이 미리 위치될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(110)의 양극탭(1121)이 스프링(170)에 접촉될 수 있다. 일부 예들에서, 스프링(150)은 원형 링 형태를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 음극 집전판(120)의 연장부(122)가 케이스(131)의 상부 영역(확장 영역)에 직접 접촉할 수 있다. 일부 예들에서, 음극 집전판(120)의 연장부(122)가 케이스(131)의 상부 영역에 억지끼움 방식으로 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 음극 집전판(120)의 억지 끼움에 따라, 양극탭(1121)과 양극 집전판(133) 사이의 스프링(170)이 압축될 수 있다.
도 2d는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)의 제조 후기 단계를 도시한 도면이다. 도 2d에 도시된 예에서, 지지부재(150)가 제공될 수 있다. 지지부재(150)는 음극 집전판(120) 상에 끼워질 수 있다. 일부 예들에서, 지지부재(150)는 원판(121)과 연장부(122)의 경계에 끼워질 수 있다. 일부 예들에서, 지지부재(150)는 절개된 원형 링 형태로 제공되고, 결합전 지지부재(150)의 직경이 원판(121)의 직경보다 클 수 있다. 따라서, 지지부재(150)이 음극 집전판(120)에 결합되면, 연장부(122)가 케이스(131)의 측벽(1312) 방향으로 밀려나는 힘을 받게 된다.
도 2e는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)의 제조 후기 단계를 도시한 도면이다. 도 2e에 도시된 예에서, 안전 벤트(160)가 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 안전 벤트(160)가 음극 집전판(120) 및 지지부재(150) 상에 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 안전 벤트(160)의 둘레에 절연 가스켓(162)이 결합될 수 있다. 절연 가스켓(162)에 의해 안전 벤트(160)는 케이스(131)로부터 전기적으로 분리되고, 또한 안전 벤트(160) 및 가스켓(162)(135)이 케이스(131)의 상부 영역을 막게 된다.
일부 예들에서, 상기 단계 이후, 비딩 공정 및 크림핑 공정이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 비딩 공정은 음극 집전판(120)과 대응되는 케이스(131)의 영역, 예를 들면, 연장부(122)와 대응되는 케이스(131)의 영역이 내부로 함몰되는 공정이다. 크림핑 공정은 절연 가스켓(162)의 상면을 감싸면서 내측 방향으로 케이스(131)의 상단 영역이 절곡되는 공정이다. 이러한 공정에 의해, 케이스 조립체(130)의 내부 영역은 외부 영역과 완전히 격리될 수 있다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)중 밀폐력 향상을 위한 비딩(beading)/크림핑(crimping), 시밍(seaming) 및 컬링(curling)의 예를 도시한 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 비딩/크림핑 공정에서, 음극 집전판(120)과 대응되는 케이스(131)의 영역을 내측 방향으로 함몰시켜 비딩부(1313)가 제공될 수 있고, 절연 가스켓(162)의 상면과 대응되는 케이스(131)의 영역이 내측 방향으로 절곡되어 크림핑부(1314)가 제공될 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 시밍 공정에서, 케이스(131), 음극 집전판(120) 및 안전 벤트(160)를 적층시킨 상태에서, 예를 들면, 시계 방향으로 절곡시킴으로써 시밍부(2313)가 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 이러한 시밍부(2313)의 제공에 의해 절연 가스켓(135)은 생략될 수 있다. 일부 예들에서, 케이스(131)와 음극 집전판(120)의 단부는 상호간 마주본 상태에서 결합될 수 있고, 안전 벤트(160)가 음극 집전판(120)을 감쌀 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 컬링 공정에서, 음극 집전판(120)의 연장부(122) 및 이에 대응하는 케이스(131) 영역에 내부 방향으로 일정 깊이 파인 컬링부(3313)가 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 컬링부(3313)에 의해 절연 가스켓(162)(135) 쪽으로 음극 집전판(120)의 일부 영역이 함몰될 수 있다.
일부 예들에서, 비딩부(1313), 크림핑부(1314), 시밍부(2313) 및/또는 컬링부(3313)는 단독으로 제공되거나 또는 혼합되어 제공될 수 있으며, 이러한 구조에 의해 이차 전지(100)의 밀폐력이 더욱 향상될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 제1탭과 상기 제1탭의 반대측에 구비된 제2탭을 갖는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 제1탭 상에 용접되되, 상기 전극 조립체의 직경보다 큰 직경을 갖는 제1집전판; 및
    상기 전극 조립체 및 제1집전판을 수용하는 케이스와, 상기 전극 조립체의 제2탭 상에 밀착되는 제2집전판과, 상기 제2집전판에 전기적으로 접속되고 상기 케이스를 관통하는 단자부를 포함하는 케이스 조립체를 포함하는, 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1집전판 상에 배치된 지지부재를 더 포함하는, 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부재 상에 배치되고, 상기 케이스를 막는 안전 벤트를 더 포함하는, 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1집전판은 원판과, 상기 원판에 제공되어 상기 제1탭에 용접되는 다수의 슬릿과, 상기 원판으로부터 외측 방향으로 연장되어 상기 케이스에 밀착되는 다수의 연장부를 포함하는, 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 원판으로부터 절곡되되, 상기 케이스에 용접된, 이차 전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 연장부 상에 배치된, 이차 전지.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 연장부, 상기 지지부재, 상기 케이스와 상기 안전 벤트의 사이에 개재된 제1가스켓을 더 포함하는, 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2탭과 상기 제2집전판 사이에 개재된 스프링을 더 포함하는, 이차 전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 케이스는 제1집전판과 대응되는 영역에 내측 방향으로 절곡된 비딩부와, 상기 제1가스켓을 감싸며 내측 방향으로 절곡된 크림핑부를 더 포함하는, 이차 전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 제1집전판과 함께 외측 방향으로 절곡된 시밍부를 더 포함하는, 이차 전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 제1집전판을 향해 절곡된 컬링부를 더 포함하는, 이차 전지.
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