WO2023090952A1 - 이차 전지 및 배터리 팩 - Google Patents

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WO2023090952A1
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vent
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bent
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황동성
진승균
임혜진
김민우
박정호
신항수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery. Specifically, the present invention relates to a secondary battery that maximizes a space in which the secondary battery implements energy.
  • a secondary battery refers to a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be charged, and such a secondary battery is widely used in the field of high-tech electronic devices such as phones, notebook computers and camcorders.
  • the stability of the secondary battery may be secured through a stability test in which one surface is compressed with a press and an internal short circuit is measured.
  • the secondary battery includes a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly (or battery assembly) is embedded in a cylindrical or prismatic metal case, and a pouch in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case made of an aluminum laminate sheet. classified as type batteries.
  • the electrode assembly built into the battery case is a power generating device capable of charging and discharging with a laminated structure of an anode/separator/cathode, and is a folding type electrode assembly in which an active material is coated between a long sheet-type anode and a cathode and a separator is interposed and wound.
  • jelly-rolls are easy to manufacture and have high energy density per weight.
  • a conventional secondary battery includes a structure of a beading part and a crimping part of a case, so that the internal space of the case where energy is realized by physically occupying space such as the width and height of the beading part and the crimping part is limited. There was a problem.
  • the present invention is intended to provide a secondary battery that maximizes the space in which the secondary battery implements energy.
  • An exemplary embodiment of the present invention is an electrode assembly; a case having one surface open and accommodating the electrode assembly therein; A secondary comprising a vent coupled to the opening of the case and a first current collecting plate electrically connected to the electrode assembly, wherein the first current collecting plate is welded and electrically connected to at least one of the case and the vent. battery is provided.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery including a first welding part where the first current collecting plate and the case are welded, and a third welding part where the first current collecting plate and the vent are welded.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery in which the first welding part and the third welding part are positioned along the outer circumference of the vent.
  • One embodiment of the present invention provides a secondary battery in which the diameter of the vent is smaller than the diameter of the inner wall of the case.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery including a first welding part where the first current collecting plate and the case are welded, and a second welding part where the case and the vent are welded.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery in which the first welding part and the second welding part are positioned along the circumference of the inner wall of the case.
  • One embodiment of the present invention provides a secondary battery in which the diameter of the vent is smaller than the diameter of the inner wall of the case.
  • the case includes a first case adjacent to the opening and having a first case thickness and a second case having a second case thickness thicker than the first case, wherein the second case The thickness provides a secondary battery that is three times or less than the thickness of the first case.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery in which the length of the first case is 5% or less based on 100% of the total length of the case.
  • the vent includes a first vent having a first vent thickness in an outward direction from the center and a second vent having a second vent thickness smaller than the first vent thickness, the first vent thickness Provides a secondary battery that is less than three times the thickness of the second vent.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery comprising a second welding part in which a contact surface between the case and the vent is welded, and a third welding part in which a contact surface between the first current collector plate and the vent is welded.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery in which the second welding part is positioned along the circumference of the vent and the third welding part is positioned along the circumference of the lower surface of the vent.
  • the case includes a first case adjacent to the opening and having a first thickness, and a second case thicker than the first case, wherein the second case thickness is the first case thickness. It provides a secondary battery that is three times or less of
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery in which the length of the first case is 5% or less based on 100% of the total length of the case.
  • the vent includes a first vent having a first vent thickness in an outward direction from the center and a second vent having a second vent thickness smaller than the first vent thickness, the first vent thickness Provides a secondary battery that is less than three times the thickness of the second vent.
  • One embodiment of the present invention provides a secondary battery in which the diameter of the vent is smaller than the diameter of the inner wall of the case.
  • An exemplary embodiment of the present invention is that the first current collector plate is bent one or more times so that an end thereof is positioned toward any one of the opening direction, an outer direction of the first current collector plate, and a central direction of the first collector plate.
  • a secondary battery is provided.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery wherein the first current collecting plate includes a flat portion parallel to the vent and a bent portion bent to form a predetermined angle with the flat portion.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery comprising the bent portion being horizontal to the inner wall of the case.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery in which the bent portion is in contact with the inner wall of the case.
  • the bent part includes a first bent part bent to form a predetermined angle with the flat part and a second bent part bent to form a predetermined angle with the first bent part. battery is provided.
  • the secondary battery according to the exemplary embodiment of the present invention can maximize the space where the secondary battery realizes energy.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a secondary battery according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is an enlarged view of contact surfaces of a case, a vent, and a first current collecting plate according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is an enlarged view of a welded portion between a vent and a first current collector plate according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6(a) is a perspective view showing a first current collecting plate according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 6(b) is a perspective view showing a first current collecting plate according to another embodiment of the present invention.
  • (c) is a perspective view showing a first current collecting plate according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 (d) is a perspective view showing a first current collecting plate according to another embodiment of the present invention.
  • (e) is a perspective view showing the first current collecting plate according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6(f) is a perspective view showing the first current collecting plate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a secondary battery 100a according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a secondary battery 100 includes an electrode assembly 10 , a case 20 , a vent 30 and a first current collecting plate 51 .
  • the electrode assembly 10 is a power generating device capable of charging and discharging composed of a laminated structure of electrodes (not shown) and separators (not shown), and has a jelly-roll type structure in which an active material is applied between long sheet-type electrodes and a separator is interposed and wound.
  • a power generating device capable of charging and discharging composed of a laminated structure of electrodes (not shown) and separators (not shown), and has a jelly-roll type structure in which an active material is applied between long sheet-type electrodes and a separator is interposed and wound.
  • the electrode may include a cathode and an anode, and the cathode, separator, and anode may be sequentially stacked to form the electrode assembly 10 .
  • the electrode assembly 10 according to the present invention may be formed by stacking a plurality of electrode assemblies 10 in which a cathode, a separator, and an anode are sequentially stacked.
  • an active material portion (not shown) coated with an active material is positioned along the length direction of the current collector, and both sides of the active material portion, that is, both sides of the active material portion are located in the longitudinal direction of the active material portion.
  • a non-coated portion (not shown) on which the active material is not applied may be located on the side.
  • the length of the current collector may mean a direction in which the distance between both ends is the longest when the rolled electrode assembly 10 is unfolded.
  • the active material may include a positive electrode active material and a negative electrode active material, and the positive electrode active material includes lithium cobalt oxide with high operating voltage and excellent capacity characteristics, lithium nickel oxide with high reversible capacity and easy implementation of a large-capacity battery, and a part of nickel as cobalt.
  • Substituted lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt metal oxide in which nickel is partially substituted with manganese, cobalt, or aluminum, lithium manganese-based oxide having excellent thermal stability and low cost, lithium iron phosphate having excellent stability, and the like may be included.
  • the negative electrode active material may be, for example, a carbon material such as crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite, or carbon fiber, lithium metal, or a lithium alloy.
  • the negative electrode active material may further include, for example, non-graphite-based SiO (silica) or SiC (silicon carbide) for high-capacity design.
  • the electrode assembly 10 may be bent toward the center of the electrode assembly 10 by notching uncoated portions located at both ends of the electrode wound on the outermost part of the electrode assembly 10 in the opposite direction to the winding center (or core portion). .
  • the entire non-coated portion wound around the electrode assembly 10 may be notched, and the notched portion may be bent in an outer direction of the electrode assembly 10 .
  • the electrode may include an active material portion and an uncoated portion on one surface of the current collector.
  • the uncoated portion may be located at one or more of both ends of one surface of the current collector, or may be located in a middle region.
  • an electrode tab (not shown) may be provided on at least a part of one surface of the uncoated portion. A part of the electrode tab may be in contact with the uncoated portion, and a part of the electrode tab may protrude in the direction of the width (W) of the current collector. The electrode tab may transfer electrons collected in the current collector to an external circuit.
  • the electrode assembly 10 may have a core portion 11 formed by removing a winding core at the center.
  • the secondary battery 100 may further include a center pin (not shown) in the core part 11 .
  • the center pin may prevent the electrode assembly 10 wound in a jelly-roll form from unwinding and may serve as a passage for gas inside the cylindrical secondary battery 100 .
  • the case 20 may have a column structure with a space formed therein.
  • the case 20 may accommodate an electrode assembly 10 including an electrode and a separator and an electrolyte solution (not shown) in an internal space.
  • One surface of the case 20 may have an open structure, and the other surface may be provided with a through hole (not shown).
  • the through hole may have a circular or polygonal shape, and the diameter, width, or width of the through hole may be smaller than the diameter of the case 20 .
  • one side and the other side of the case 20 mean the ends located at the top and bottom along the direction of gravity or the central axis of the case 20 .
  • the case 20 according to the present invention may be provided in the form of a column having the same diameter or narrowing or widening in diameter along the axial direction of the case 20 .
  • the case 20 according to the present invention is coupled to the vent 30 and the first current collector plate 51 through welding and does not include a beading portion or a crimping portion.
  • a gap between the electrode assembly 10 formed by the beading part and the crimping part and the vent 30 can be considered, so that space for realizing energy can be maximized.
  • the height of the case 20 may be equal to or higher than that of the electrode assembly 10 .
  • the case 20 may be made of a lightweight conductive metal material such as aluminum or aluminum alloy.
  • the case 20 may have a circular diameter of 30 mm to 55 mm at both ends and a height of 60 mm to 120 mm.
  • the circular diameter x height of the cylindrical battery case may be 40 mm x 60 mm, 40 mm x 80 mm, or 40 mm x 90 mm, 40 mm x 120 mm.
  • the vent 30 is a thin film structure through which current passes, and may be located in an opening of the case 20 .
  • the vent 30 may have the same diameter as the inner diameter of the case 20 .
  • the vent 30 may include a first surface 31 facing the first current collecting plate 51 and a second surface 32 facing the first surface 31 .
  • the side surface of the vent 30 may contact the inner surface of the case 20 , and the side surface of the vent 30 and the contact surface of the case 20 may be welded to fix the case 20 and the vent.
  • the side surface of the vent 30 is a surface connecting the first surface 31 and the second surface 32, and means a surface positioned perpendicular to the first surface 31 and the second surface 32. .
  • the vent 30 may protrude downward from the edge toward the center. In other words, the vent 30 may protrude step by step in a direction in which the first current collecting plate 51 is located from the edge to the center.
  • the vent 30 may include one or more vent notches 33 that burst when the pressure inside the case 20 exceeds a critical value.
  • the vent notch 33 may be provided on at least one of the first surface 31 and the second surface 32 of the vent 30 .
  • the vent notches 33 may be provided on the surface of the vent 30 in a continuous or discontinuous circular pattern, a straight line pattern, or other patterns.
  • the depth and width of the vent notch 33 may be formed such that it bursts when the pressure inside the case 20 is in the range of 15 kgf/cm 2 to 35 kgf/cm 2 .
  • the secondary battery 100 according to the present invention may further include a current blocking member (not shown).
  • the current blocking member is a plate member through which current passes, and through-holes for discharging gas may be formed.
  • the current blocking member may be positioned between the vent 30 and the first current collecting plate 51 .
  • the current blocking member may include a contact portion protruding toward the first surface 31 of the vent 30 at the center and contacting the vent 30 .
  • the secondary battery 100 may include a first electrode terminal 40 .
  • the first electrode terminal 40 is coupled to the through hole of the battery case 20 and may be electrically connected to the electrode assembly 10 .
  • the first electrode terminal 40 may be made of a conductive metal material.
  • the first electrode terminal 40 may be made of aluminum, but is not limited thereto.
  • the first electrode terminal 40 may exhibit a polarity different from that of the battery case 20 .
  • the battery case 20 represents a negative electrode
  • the first electrode terminal 40 may represent a positive electrode.
  • a first terminal gasket 41 is provided between the first electrode terminal 40 and the inner surface of the through hole so that the first electrode terminal 40 exhibits a polarity different from that of the battery case 20.
  • the first terminal gasket 41 may be made of a polymer resin having insulation and elasticity, and thus may prevent contact between the first electrode terminal 40 and the battery case 20 .
  • the first terminal gasket 41 may be made of, for example, polypropylene, polybutylene terephthalate, polyfluorinated ethylene, etc., but the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 6(a) is a perspective view illustrating a first current collecting plate 51_1 according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 6(b) illustrates a first current collecting plate 51_2 according to another exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 6(c) is a perspective view showing the first current collecting plate 51_3 according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6(d) is a first current collecting plate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6(e) is a perspective view showing the first current collecting plate 51_5 according to another embodiment of the present invention, and
  • FIG. 6(f) is another embodiment of the present invention. It is a perspective view showing the first current collecting plate 51_6 according to its state.
  • the first current collecting plate 51 may be positioned on one surface of the electrode assembly 10 and positioned between the electrode assembly 10 and the vent 30 to be electrically connected to the electrode assembly 10 and the vent 30 .
  • the first current collecting plate 51 is welded to the non-coated portion of the electrode assembly 10 and the vent 30, so that the electrode assembly 10 is formed due to the gap between the electrode assembly 10 and the case 20 when the battery vibrates up and down. Vibration can be prevented.
  • the first collector plate 51 is bent one or more times so that the end of the first collector plate 51 is directed toward the opening of the case 20, toward the outside of the first collector plate 51, or toward the outside of the first collector plate 51. ) may be positioned toward the center of the direction.
  • the first current collecting plates 51_1 and 51_4 include a flat portion 51b in the form of a plate parallel to the vent 30 and a bent portion 51c bent to form a predetermined angle with the flat portion 51b.
  • the bent portion 51c may include a surface parallel to the inner wall of the case 20 .
  • the bent portion 51c may be bent to form an angle of 90 degrees with the flat portion 51b.
  • the bent portion 51c may be positioned apart from the inner wall of the case 20 or positioned in contact with the inner wall of the case 20 .
  • the bent part 51c prevents the first collecting plates 51_1 and 51_4 from moving due to external vibration and pressure. can support
  • the first current collecting plates 51_2 and 51_5 include a flat portion 51b in the form of a plate parallel to the vent 30 and a first bent portion 51c bent to form a predetermined angle with the flat portion 51b. and a second bent part 51d bent to form a predetermined angle with the first bent part 51c.
  • one of the first bent portion 51c and the second bent portion 51d may include a surface parallel to the inner wall of the case 20 .
  • the first bent portion 51c may be bent to form an angle of 90 degrees with the flat portion 51b and may include a surface parallel to the inner wall of the case 20 .
  • the second bent portion 51d is bent to form an angle of 90 degrees with the first bent portion 51c so that ends of the first current collecting plates 51_2 and 51_5 may face outward. That is, the second bent portion 51d may be stacked on an upper portion of the end surface of the case 20 .
  • the first current collecting plates 51_3 and 51_6 include a flat portion 51b in the form of a plate parallel to the vent 30 and a first bent portion bent to form a predetermined angle with the flat portion 51b ( 51c) and a second bent part 51d bent to form a predetermined angle with the first bent part 51c.
  • one of the first bent portion 51c and the second bent portion 51d may include a surface parallel to the inner wall of the case 20 .
  • the first bent portion 51c may be bent to form an angle of 90 degrees with the flat portion 51b and may include a surface parallel to the inner wall of the case 20 .
  • the second bent portion 51d is bent to form an angle of 90 degrees with the first bent portion 51c such that the ends of the first current collecting plates 51_3 and 51_6 are directed toward the center of the first current collecting plates 51_3 and 51_6. can be directed to That is, the second bent portion 51d may be stacked on an upper portion of the end surface of the case 20 .
  • the first current collecting plate 51 may have a disk shape. Also, the flat portion 51b may include a plate hole 51a at a position corresponding to the core portion 11 of the electrode assembly 10 .
  • the first current collecting plates 51_4, 51_5, and 51_6 are located at positions corresponding to the core portion 11 of the electrode assembly 10.
  • a plate hole 51a is formed therein, and a plurality of sub-plates 51' extending radially from the center where the plate hole 51a is formed may be included.
  • At least one of the sub-plates 51' may include a flat portion 51b and a bent portion 51c.
  • the first current collecting plates 51_3 and 51_4 may include eight sub-plates.
  • One of the eight sub-plates was randomly selected as the No. 1 plate, and then, in a clockwise direction, No. 2, No. 3, and No. 8 plates were selected.
  • the odd-numbered sub-plates may include only the flat portion 51b
  • the even-numbered sub-plate may include the flat portion 51b and the bent portion 51c.
  • the shapes of the flat portions 51b of the odd-numbered and even-numbered sub-plates may be the same or different.
  • the diameter of the plate hole 51a may be equal to or smaller than the diameter of the core part of the electrode assembly 10 .
  • the first current collecting plate 51 may include a ring-shaped second electrode terminal 60 protruding in the direction where the vent 30 is located in the plate hole 51a.
  • the second electrode terminal 60 may protrude along the circumference of the core part at a position corresponding to the core part on one surface of the first current collecting plate 51 in the direction where the vent 30 is located.
  • the secondary battery 100 may include welded parts 1, 2, and 3.
  • the positions of the welded portions 1, 2, and 3 may vary depending on the shape of the vent 30 and the first current collecting plate 51.
  • a first welding portion 1 in which a contact surface between a first current collecting plate 51 and a case 20 is welded and a first welding portion 1 in which a contact surface between the case 20 and the vent 30 is welded are welded. It may include 2 welds (2).
  • the case 20 may have a cylindrical structure having a certain thickness and including a space capable of accommodating the electrode assembly and the electrolyte therein.
  • the thickness of the case 20 may decrease toward the opening.
  • the thickness of the case 20 may decrease by a certain length in the direction of gravity at the end of the case 20 where the opening is formed.
  • the predetermined length may correspond to the sum of the thicknesses of the vent 30 and the first current collecting plate 51 or may be greater than the sum of the thicknesses of the vent 30 and the first current collecting plate 51 .
  • the case 20 may include a first case adjacent to the opening and having a first case thickness, and a second case having a second case thickness thicker than the first case.
  • the thickness of the second case may be less than three times the thickness of the first case.
  • the thickness of the second case may be 2 to 3 times the thickness of the first case.
  • the first case thickness may be 0.5 mm or less, and the second case thickness may be 1.5 mm or less.
  • the first case thickness is 0.4 mm or less, and the second case thickness may be 1.2 mm or less, more preferably, the first case thickness is 0.2 mm to 0.3 mm or less, and the second case thickness is 0.4 mm to 0.9 mm.
  • the length of the first case may be 5% or less based on 100% of the total length of the case 20 .
  • the length of the first case may be 2% or less, more preferably 1.5% or less.
  • the first welded portion 1 and the second welded portion 2 may be welded through any one of seam welding, ultrasonic welding, laser welding, and cooling welding.
  • the first welded portion 1 and the second welded portion 2 may be seam welded, which is advantageous for preventing a pin hole. It can be welded using seam welding.
  • the diameter of the vent 30 may be smaller than the diameter of the inner wall of the case 20 .
  • the diameter of the vent 30 may be smaller than the diameter of the inner wall of the first case.
  • the first current collecting plate 51 may be bent one or more times so that an end portion of the first current collecting plate 51 may be positioned in an outward direction, that is, in a direction opposite to a center direction of the first current collecting plate 51 .
  • a length from the center of the first current collecting plate 51 to an end facing the outside (the radius of the first current collecting plate 51 ) may be smaller than the radius of the inner wall of the first case.
  • the first welded portion 1 may be located below the second welded portion 2 . Therefore, the first current collecting plate 51 may not be exposed to the outside, it is possible to prevent the first current collecting plate 51 from being damaged by an external force, and resistance due to damage to the first current collecting plate 51 may increase. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the performance of the secondary battery 100b.
  • the thickness of the vent 30 may decrease from the center to the outside.
  • the vent 30 may include a first vent having a first vent thickness in an outward direction from the center and a second vent having a second vent thickness different from that of the first vent.
  • the second vent may be located at an edge of the vent 30 .
  • the edge includes a certain width from the outer surface of the vent 30 toward the center.
  • the thickness of the first vent may be three times or less than the thickness of the second vent. Preferably, the thickness of the first vent may be 1.5 to 3 times the thickness of the second vent.
  • the thickness of the first vent may be 0.9 mm to 7.5 mm, and the thickness of the second vent may be 0.6 mm to 2.5 mm.
  • the first vent thickness is 0.75 mm to 4.5 m
  • the second vent thickness may be 0.5 mm to 1.5 mm, more preferably the first vent thickness is 0.6 mm to 2.25 mm, and the second vent thickness is 0.4 mm. to 0.75 m.
  • the edge of the vent 30, that is, the width of the second vent is the first portion of the first current collecting plate 51. It may correspond to the width of the second bent portion or be wider than the second bent portion 51d.
  • the width of the second vent may be 20% or less of the radius of the vent 30 .
  • the width of the second vent and the width of the second bent portion 51d may be 5% to 15% of the radius of the vent 30, more preferably the width of the second vent and the width of the second bent portion 51d.
  • the width may be 7% to 15% of the vent 30 radius.
  • the second vent and the contact surface of the second bent part may be welded, and the vent 30 and the first current collector plate 51 are welded, thereby forming the contact surface of the first collector plate 51.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a secondary battery 100b according to another embodiment of the present invention.
  • a contact surface between a first current collector plate 51 and a case 20 is welded.
  • the first welding part 1 and the third welding part 3 in which the contact surface between the first current collecting plate 51 and the vent 30 are welded may be included.
  • the diameter of the vent 30 may be smaller than the diameter of the inner surface of the case 20, and the first current collecting plate 51 is bent one or more times so that the end of the first current collecting plate 51 forms an opening of the case 20. direction can be located.
  • a first current collecting plate 51 ′ may be positioned between the inner surface of the case 20 and the outer surface of the vent 30 . Accordingly, the first welded portion 1 and the third welded portion 3 may be positioned along the outer circumference of the vent 30 . In other words, the first welding part 1 and the third welding part 3 may be provided on the upper surface of the secondary battery 100a, that is, on the surface in the direction where the opening is located.
  • ends of the case 20, the vent 30, and the first current collecting plate 51 may be positioned on the same line.
  • ends of the case 20 , the vent 30 , and the first current collecting plate 51 may be positioned on a line perpendicular to the inner wall of the case 20 .
  • ends of the case 20 and the vent 30 and the first current collecting plate 51 may form a step.
  • Ends of the case 20 and the vent 30 may be positioned on the same line, and an end of the first current collecting plate 51 may be positioned lower than the case 20 and the vent 30 .
  • the lower part is in the direction of the lower surface of the case 20, the direction in which the opening is formed among the case 20 is the upper part, and the opposite direction is the lower part.
  • the secondary battery 100b may further include an additional welding portion for welding the first welding portion 1 and the third welding portion 2 .
  • the additional weld may be welded by an arc welding method. Additional welds may be located along the perimeter of case 20 and vent 30 .
  • the additional weld portion welded by arc welding may include a welding material, and the welding material may include a conductive material.
  • the welding material may cover all of the case 20 , the vent 30 , and an end portion of the first current collecting plate 51 to prevent the first current collecting plate 51 from being exposed to the outside.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a secondary battery 100c according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • a second welding portion 2 in which a contact surface between the case 20 and the vent 30 is welded and a contact surface between the first current collector plate 51 and the vent 30 are welded.
  • a third welding portion 3 may be included.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the contact surfaces of the case 20, the vent 30, and the first current collector plate 51 of the secondary battery 100c according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an enlarged view of the present invention. This is an enlarged view of a welded portion between the vent 30 and the first current collecting plate 51 of the secondary battery 100c according to another exemplary embodiment.
  • the second welded portion 2 is positioned along the outer circumference of the vent 30, and the third welded portion 3 is positioned along the periphery of the lower surface of the vent 30. It can be.
  • the lower surface is a surface facing the first current collecting plate 51 and means the first surface 31 of the vent 30 .
  • the first current collecting plate 51 includes a structure that is bent one or more times so that an end faces toward the center of the first current collecting plate 51, and includes a flat portion 51b, a first bent portion 51c, and a flat portion 51b.
  • a second bent portion 51d may be included. At this time, a part of the first bent portion 51c comes into contact with the inner wall of the case 20 . That is, the first bent portion 51c may include a surface parallel to the inner wall of the case 20 .
  • the second bent part 51d may be in contact with the first surface 31 of the vent 30, and thus, the second bent part 51d is parallel to the first surface 31 of the vent 30. It may contain more than one side.
  • the first current collector plate 51 includes a structure in which an end portion is bent one or more times toward the center of the first current collector plate 51 and is parallel to the flat portion 51b and the inner wall of the case 20.
  • a first bent portion 51c including a , and an end portion of the first bent portion 51c may face the opening direction. In this case, an end of the first bent portion 51c may contact and be welded to the first surface 31 of the vent 30 .
  • the case 20 may have a cylindrical structure having a certain thickness and including a space capable of accommodating the electrode assembly and the electrolyte therein.
  • the thickness of the case 20 may decrease toward the opening.
  • the thickness of the case 20 may decrease by a certain length in the direction of gravity at the end of the case 20 where the opening is formed.
  • the predetermined length may correspond to the thickness of the vent 30 .
  • the case 20 may have a cylindrical structure having a certain thickness and including a space capable of accommodating the electrode assembly and the electrolyte therein.
  • the thickness of the case 20 may decrease toward the opening.
  • the thickness of the case 20 may decrease by a certain length in the direction of gravity at the end of the case 20 where the opening is formed.
  • the predetermined length may correspond to the sum of the thicknesses of the vent 30 and the first current collecting plate 51 or may be greater than the sum of the thicknesses of the vent 30 and the first current collecting plate 51 .
  • the case 20 may include a first case adjacent to the opening and having a first case thickness, and a second case having a second case thickness thicker than the first case.
  • the thickness of the second case may be less than three times the thickness of the first case.
  • the thickness of the second case may be 2 to 3 times the thickness of the first case.
  • the first case thickness may be 0.5 mm or less, and the second case thickness may be 1.5 mm or less.
  • the first case thickness is 0.4 mm or less, and the second case thickness may be 1.2 mm or less, more preferably, the first case thickness is 0.2 mm to 0.3 mm or less, and the second case thickness is 0.4 mm to 0.9 mm.
  • the length of the first case may be 5% or less based on 100% of the total length of the case 20 .
  • the length of the first case may be 2% or less, more preferably 1.5% or less.
  • the diameter of the vent 30 may be smaller than the diameter of the inner wall of the case 20 .
  • the diameter of the vent 30 may be smaller than the diameter of the inner wall of the first case.
  • the thickness of the vent 30 may decrease from the center to the outside.
  • the vent 30 may include a first vent having the same thickness in an outward direction from the center and a second vent having a different thickness from the first vent.
  • the second vent may be located at an edge of the vent 30 .
  • the edge includes a certain width from the outer surface of the vent 30 toward the center.
  • the thickness of the first vent may be three times or less than the thickness of the second vent. Preferably, the thickness of the first vent may be 1.5 to 3 times the thickness of the second vent.
  • the thickness of the first vent may be 0.9 mm to 7.5 mm, and the thickness of the second vent may be 0.6 mm to 2.5 mm.
  • the first vent thickness is 0.75 mm to 4.5 m
  • the second vent thickness may be 0.5 mm to 1.5 mm, more preferably the first vent thickness is 0.6 mm to 2.25 mm, and the second vent thickness is 0.4 mm. to 0.75 m.
  • the width of the second vent may correspond to or be wider than the width of the second bent part 51d or the end thickness of the first bent part 51c.
  • a contact surface between the second vent and the second bent portion 51d or the first bent portion 51c may be welded (third welded portion).
  • welding heat is transferred to the contact surface between the second vent and the second bent portion 51d or the first bent portion 51c to facilitate welding of the third welded portion 3. effect can occur.
  • the width of the second vent may be 20% or less of the radius of the vent 30 .
  • the width of the second vent and the width of the second bent portion 51d may be 5% to 15% of the radius of the vent 30, more preferably the width of the second vent and the width of the second bent portion 51d.
  • the width may be 7% to 15% of the vent 30 radius.
  • One or two or more of the first welded portion 1, the second welded portion 2, and the third welded portion 3 may be located.
  • first current collecting plate 51 when the first current collecting plate 51 is provided in a plate shape, one first welded part 1, one second welded part 2, and one third welded part 3 may be provided, and one first welded part 51 may be provided.
  • the plate 51 radially includes a plurality of sub-plates, a plurality of first welded portions 1, second welded portions 2, and third welded portions 3 may be spaced apart from each other.
  • the secondary battery 100 may further include a second current collecting plate 52 .
  • the second current collecting plate 52 is provided at a position facing the first current collecting plate 51 and may be positioned between the electrode assembly 10 and the first electrode terminal 40 .
  • the second current collecting plate 52 is made of a conductive material and can electrically connect the electrode assembly 10 and the first electrode terminal 40 to each other.
  • Another embodiment of the present invention provides a battery module and a battery pack including the secondary battery according to the above-described embodiment.

Abstract

본 발명은 전극 조립체; 일면이 개구되고 내부에 상기 전극 조립체가 수납되는 케이스; 상기 케이스의 개구에 결합되는 벤트 및 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 제1 집전 플레이트를 포함하고, 상기 제1 집전 플레이트는 상기 케이스 및 상기 벤트 중 어느 하나 이상과 용접되어 전기적으로 연결되는 것인 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차 전지 및 배터리 팩
본 출원은 2021년 11월 19일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0160477호 및 2022년 10월 17일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2022-0133231호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 이차 전지가 에너지를 구현하는 공간을 극대화한 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 일면을 압착기로 압착하여 내부 단락을 측정하는 안정성 테스트를 거쳐 안정성을 확보할 수 있다.
이차 전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체(또는 전지 조립체)가 원통형 또는 각형의 금속 케이스에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 폴딩형 전극조립체(젤리-롤)과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 전극조립체로 분류된다. 그 중, 젤리-롤은 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
종래 이차 전지는 케이스의 비딩(Beading)부 및 크림핑(Crimping)부 구조를 포함하고 있어 비딩부 및 크림핑부의 폭과 높이 등 물리적으로 차지하는 공간에 의해 에너지를 구현하는 케이스의 내부 공간이 제한적인 문제가 있었다.
전술한 종래기술의 문제점에 착안하여, 본 발명은 이차 전지가 에너지를 구현하는 공간을 극대화한 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 전극 조립체; 일면이 개구되고 내부에 상기 전극 조립체가 수납되는 케이스; 상기 케이스의 개구에 결합되는 벤트 및 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 제1 집전 플레이트를 포함하고, 상기 제1 집전 플레이트는 상기 케이스 및 상기 벤트 중 어느 하나 이상과 용접되어 전기적으로 연결되는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제1 집전 플레이트와 상기 케이스가 용접되는 제1 용접부 및 상기 제1 집전 플레이트와 상기 벤트가 용접되는 제3 용접부를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제1 용접부 및 상기 제3 용접부는 상기 벤트의 외측면 둘레를 따라 위치되는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 벤트의 지름은 상기 케이스의 내벽 지름 보다 작은 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제1 집전 플레이트와 상기 케이스가 용접되는 제1 용접부 및 상기 케이스와 상기 벤트가 용접되는 제2 용접부를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제1 용접부 및 상기 제2 용접부는 상기 케이스 내벽 둘레를 따라 위치되는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 벤트의 지름은 상기 케이스 내벽 지름 보다 작은 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 케이스는 상기 개구와 인접하고 제1 케이스 두께를 갖는 제1 케이스 및 상기 제1 케이스 보다 두께가 두꺼운 제2 케이스 두께를 갖는 제2 케이스를 포함하고, 상기 제2 케이스 두께는 상기 제1 케이스 두께의 3배 이하인 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제1 케이스의 길이는 상기 케이스 전체 길이 100%를 기준으로 5% 이하의 길이인 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 벤트는 중심에서 외부 방향으로 제1 벤트 두께를 갖는 제1 벤트 및 상기 제1 벤트 두께 보다 얇은 제2 벤트 두께를 갖는 제2 벤트를 포함하고, 상기 제1 벤트 두께는 상기 제2 벤트 두께의 3배 이하인 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 케이스와 상기 벤트의 접촉면이 용접되는 제2 용접부 및 상기 제1 집전 플레이트와 상기 벤트의 접촉면이 용접되는 제3 용접부를 포함하는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제2 용접부는 상기 벤트의 둘레를 따라 위치되고, 상기 제3 용접부는 상기 벤트 하면의 둘레를 따라 위치되는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 케이스는 상기 개구와 인접하고 제1 두께를 갖는 제1 케이스 및 상기 제1 케이스 보다 두께가 두꺼운 제2 케이스를 포함하고, 상기 제2 케이스 두께는 상기 제1 케이스 두께의 3배 이하인 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제1 케이스의 길이는 상기 케이스 전체 길이 100%를 기준으로 5% 이하의 길이인 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 벤트는 중심에서 외부 방향으로 제1 벤트 두께를 갖는 제1 벤트 및 상기 제1 벤트 두께 보다 얇은 제2 벤트 두께를 갖는 제2 벤트를 포함하고, 상기 제1 벤트 두께는 상기 제2 벤트 두께의 3배 이하인 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 벤트의 지름은 상기 케이스 내벽의 지름 보다 작은 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제1 집전 플레이트는 한 번 이상 굽어져 단부가 상기 개구 방향, 상기 제1 집전 플레이트의 외부 방향 및 상기 제1 집전 플레이트의 중심 방향 중 어느 하나를 향하게 위치되는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제1 집전 플레이트는 상기 벤트와 수평한 평탄부 및 상기 평탄부와 소정의 각이 형성되도록 굽어진 절곡부를 포함하는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 절곡부는 상기 케이스의 내벽과 수평한 것인 포함하는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 절곡부는 상기 케이스 내벽과 접촉되는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 절곡부는 상기 평탄부와 소정의 각이 형성되도록 굽어진 제1 절곡부 및 상기 제1 절곡부와 소정의 각이 형성되도록 굽어진 제2 절곡부를 포함하는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 실시상태에 따른 이차 전지는 이차 전지가 에너지를 구현하는 공간을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시상태에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 케이스, 벤트 및 제1 집전 플레이트의 접촉면을 확대한 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 벤트와 제1 집전 플레이트의 용접 부분을 확대한 확대도이다.
도 6(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트를 도시한 사시도이고, 도 6(b)는 본 발명의 다른 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트를 도시한 사시도이고, 도 6(c)는 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트를 도시한 사시도이고, 도 6(d)는 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트를 도시한 사시도이고, 도 6(e)는 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트를 도시한 사시도이고, 도 6(f)는 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트를 도시한 사시도이다.
[부호의 설명]
100a, 100b, 100c: 이차 전지
10: 전극 조립체
11: 코어부
20: 케이스
30: 벤트
31: 제1 면
32: 제2 면
33: 벤트 노치
40: 제1 전극 단자
41: 제1 단자 가스켓
51, 51_1, 51_2, 51_3, 51_4, 51_5, 51_6: 제1 집전 플레이트
51' : 서브 플레이트
51a: 플레이트 홀
51b: 평탄부
51c: 절곡부, 제1 절곡부
51d: 제2 절곡부
52: 제2 집전 플레이트
60: 제2 전극 단자
1: 제1 용접부
2: 제2 용접부
3: 제3 용접부
본 발명에 대한 상세한 설명은 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위한 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 하거나, 어떤 구조와 형상을 "특징"으로 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하거나 다른 구조와 형상을 배제한다는 것이 아니라, 다른 구성요소, 구조 및 형상을 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 제시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 실시예의 의한 발명의 내용을 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지(100a)를 도시한 단면도이다.
본 발명에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10), 케이스(20), 벤트(30) 및 제1 집전 플레이트(51)를 포함한다.
전극 조립체(10)는 전극(미도시) 및 분리막(미도시)의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 전극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전극은 음극 및 양극을 포함할 수 있고, 음극, 분리막 및 양극은 순서대로 적층되어 전극 조립체(10)를 형성할 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 전극 조립체(10)는 음극, 분리막 및 양극이 순서대로 적층된 전극 조립체(10)가 복수개 적층되어 형성할 수 있다.
일 실시예에 따른 전극 조립체(10)는 전극이 집전체 길이 방향을 따라 활물질이 도포된 활물질부(미도시)가 위치되고, 활물질부 양 옆, 즉, 활물질부의 길이 방향에 위치된 활물질부의 양 옆은 활물질이 도포되지 않은 무지부(미도시)가 위치될 수 있다. 여기서, 집전체의 길이는 권취된 전극 조립체(10)를 펼쳤을 때, 양 끝단의 거리가 가장 긴 방향을 의미할 수 있다.
활물질은 양극 활물질 및 음극 활물질을 포함할 수 있고, 양극 활물질은 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 리튬 코발트 산화물, 높은 가역용량을 가지고 대용량의 전지 구현이 용이한 리튬 니켈 산화물, 니켈의 일부를 코발트로 치환한 리튬니켈코발트산화물, 니켈의 일부를 망간, 코발트 또는 알루미늄으로 치환한 리튬니켈코발트금속 산화물, 열적 안정성이 우수하고 저렴한 리튬 망간계 산화물, 안정성이 우수한 리튬철인산화물 등을 포함할 수 있다.
음극 활물질은 예를 들어, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다. 이때, 음극 활물질은 고용량 설계를 위해 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.
전극 조립체(10)는 권취 중심부(또는 코어부)의 반대 방향인 전극 조립체(10)의 최외각에 권취된 전극의 양 끝단에 위치된 무지부가 노칭되어 전극 조립체(10) 중심부로 절곡될 수 있다. 또는, 전극 조립체(10)에 권취되는 무지부 전체를 노칭하여 노칭된 부분을 전극 조립체(10)의 외각 방향으로 절곡될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 전극은 집전체 일면에 활물질부와 무지부를 포함할 수 있다. 무지부는 집전체 일면의 양 끝 중 하나 이상에 위치되거나, 중간 영역에 위치될 수 있다.
그리고, 무지부는 일면의 적어도 일부에 전극 탭(미도시)이 구비될 수 있다. 전극 탭은 일부가 무지부와 접촉되고, 일부는 집전체의 폭(W) 방향으로 돌출되어 위치될 수 있다. 전극 탭은 집전체에 모인 전자들을 외부 회로로 전달할 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10)는 중심에 권심이 제거됨에 따라 형성되는 코어부(11)가 구비될 수 있다. 그리고, 이차 전지(100)는 코어부(11)에 센터핀(미도시)을 더 포함할 수 있다. 센터핀은 젤리-롤 형태로 권취된 전극 조립체(10)가 풀리는 것을 방지하고 원통형 이차 전지(100) 내부의 가스의 이동 통로의 역할을 할 수 있다.
케이스(20)는 내부에 공간이 형성된 기둥 구조로 구비될 수 있다. 케이스(20)은 내부 공간에 전극과 분리막을 포함하는 전극 조립체(10) 및 전해액(도시되지 않음)이 수용될 수 있다. 케이스(20)의 일면은 개구된 구조를 가질 수 있고, 타면은 관통 홀(미도시)이 구비될 수 있다. 관통 홀은 원형 또는 다각형으로 구비될 수 있고, 관통 홀의 지름, 폭 또는 너비는 케이스(20)의 지름 미만일 수 있다. 여기서, 케이스(20)의 일측 및 타측은 중력 방향 또는 케이스(20)의 중심축을 따라 상부 및 하부에 위치된 단부를 의미한다.
본 발명에 따른 케이스(20)은 지름이 동일하거나, 케이스(20)의 축 방향을 따라 지름이 좁아지거나 넓어지는 기둥 형태로 구비될 수 있다. 본 발명에 따른 케이스(20)은 용접을 통해 벤트(30) 및 제1 집전 플레이트(51)와 결합되어 비딩부 및 크림핑부를 포함하지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 비딩부 및 크림핑부에 의해 형성되는 전극 조립체(10)와 벤트(30) 사이 유격이 생각 가능하여 에너지를 구현하는 공간을 극대화할 수 있다.
그리고, 케이스(20)은 높이가 전극 조립체(10)의 높이와 같거나 높게 구비될 수 있다.
케이스(20)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성될 수 있다.
케이스(20)의 크기는 양단부의 원형의 지름이 30 mm 내지 55 mm, 높이가 60 mm 내지 120 mm일 수 있다. 예컨대, 원통형 전지 케이스의 원형 지름 x 높이는 40 mm x 60 mm, 40 mm x 80 mm, 또는 40 mm x 90 mm, 40 mm x 120 mm 일 수 있다.
벤트(30)는 전류가 통하는 박막 구조물로써, 케이스(20)의 개구에 위치될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 벤트(30)의 지름은 케이스(20)의 내부 지름과 동일하게 구비될 수 있다. 벤트(30)는 제1 집전 플레이트(51)와 마주보는 제1 면(31) 및 제1 면(31)과 대향하는 제2 면(32)을 포함할 수 있다. 벤트(30)의 측면은 케이스(20)의 내면과 접촉될 수 있고, 벤트(30)의 측면과 케이스(20)의 접촉면은 용접되어 케이스(20)과 벤트를 고정할 수 있다. 여기서, 벤트(30)의 측면은 제1 면(31)과 제2 면(32)을 연결하는 면으로, 제1 면(31) 및 제2 면(32)과 수직하게 위치되는 면을 의미한다.
벤트(30)는 가장자리에서 중심부 방향으로 갈수록 하부 방향으로 돌출될 수 있다. 다시 말해, 벤트(30)는 가장자리에서 중심부 방향으로 갈수록 제1 집전 플레이트(51)가 위치한 방향으로 단계적으로 돌출될 수 있다.
벤트(30)는 케이스(20)의 내부의 압력이 임계치를 초과하면 파열되는 하나 이상의 벤트 노치(33)를 포함할 수 있다. 벤트 노치(33)는 벤트(30)의 제1 면(31) 및 제2 면(32) 중 한 면 이상에 구비될 수 있다. 벤트 노치(33)는 벤트(30)의 표면에 연속적 또는 불연속적인 원형 패턴, 직선 패턴 또는 그 밖의 다른 패턴으로 구비될 수 있다. 벤트 노치(33)의 깊이와 폭 등은 케이스(20) 내부의 압력이 15kgf/cm2 내지 35kgf/cm2의 범위에 있을 때 파열될 수 있도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지(100)는 전류 차단 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 전류 차단 부재는 전류가 통하는 판재 부재로써, 가스의 배출을 위한 관통구들이 형성될 수 있다.
전류 차단 부재는 벤트(30)와 제1 집전 플레이트(51) 사이에 위치될 수 있다. 전류 차단 부재는 중앙에 벤트(30)의 제1 면(31) 방향으로 돌출되어 벤트(30)와 접촉되는 접촉부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지(100)는 제1 전극 단자(40)를 포함할 수 있다. 제1 전극 단자(40)는 전지 케이스(20)의 관통 홀에 결합되는 것으로, 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극 단자(40)는 도전성 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극 단자(40)는 알루미늄으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 제1 전극 단자(40)는 전지 케이스(20)과 상이한 극성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전지 케이스(20)이 음극을 나타내면, 제1 전극 단자(40)는 양극을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지(100)는 제1 전극 단자(40)가 전지 케이스(20)과 상이한 극성을 나타내기 위해 제1 전극 단자(40)와 관통 홀 내면 사이 제1 단자 가스켓(41)을 포함할 수 있다. 제1 단자 가스켓(41)은 절연성 및 탄성이 있는 고분자 수지로 이루어질 수 있어, 제1 전극 단자(40)와 전지 케이스(20)의 접촉을 방지할 수 있다.
제1 단자 가스켓(41)은 예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌테레프탈레이드, 폴리플루오르화에틸렌 등으로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트(51_1)를 도시한 사시도이고, 도 6(b)는 본 발명의 다른 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트(51_2)를 도시한 사시도이고, 도 6(c)는 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트(51_3)를 도시한 사시도이고, 도 6(d)는 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트(51_4)를 도시한 사시도이고, 도 6(e)는 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트(51_5)를 도시한 사시도이고, 도 6(f)는 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 제1 집전 플레이트(51_6)를 도시한 사시도이다.
제1 집전 플레이트(51)는 전극 조립체(10)의 일면에 위치되고 전극 조립체(10)와 벤트(30) 사이 위치되어 전극 조립체(10) 및 벤트(30)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 집전 플레이트(51)는 전극 조립체(10)의 무지부 및 벤트(30)와 용접됨으로써, 전지의 상하 진동시 전극 조립체(10)와 케이스(20) 사이 유격으로 인해 전극 조립체(10)가 진동하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 제1 집전 플레이트(51)는 한 번 이상 굽어져 제1 집전 플레이트(51)의 단부가 케이스(20)의 개구 방향, 제1 집전 플레이트(51)의 외부 방향 또는 제1 집전 플레이트(51)의 중심 방향을 향하게 위치될 수 있다.
일 실시예에 따른 제1 집전 플레이트(51_1, 51_4)는 벤트(30)와 수평한 판 형태의 평탄부(51b) 및 평탄부(51b)와 소정의 각을 이루게 굽어진 절곡부(51c)를 포함한다.
절곡부(51c)는 케이스(20)의 내벽과 수평한 면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절곡부(51c)는 평탄부(51b)와 90도의 각도를 이룰 수 있게 굽어질 수 있다.
절곡부(51c)는 케이스(20) 내벽과 이격되어 위치되거나, 케이스(20) 내벽과 접촉되어 위치될 수 있다. 절곡부(51c)가 케이스(20) 내벽과 접촉될 경우, 절곡부(51c)는 제1 집전 플레이트(51_1, 51_4)가 외부 진동 및 압력에 의해 이동되지 않게 제1 집전 플레이트(51_1, 51_4)를 지지할 수 있다.
다른 실시예에 따른 제1 집전 플레이트(51_2, 51_5)는 벤트(30)와 수평한 판 형태의 평탄부(51b) 평탄부(51b)와 소정의 각을 이루게 굽어진 제1 절곡부(51c) 및 제1 절곡부(51c)와 소정의 각이 형성되도록 굽어진 제2 절곡부(51d)를 포함할 수 있다.
제1 집전 플레이트(51_2, 51_5)는 제1 절곡부(51c) 및 제2 절곡부(51d) 중 어느 하나가 케이스(20)의 내벽과 수평한 면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 절곡부(51c)는 평탄부(51b)와 90도 각도가 형성되도록 굽어져 케이스(20) 내벽과 수평한 면을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 절곡부(51d)는 제1 절곡부(51c)와 90도 각도가 형성되도록 굽어져 제1 집전 플레이트(51_2, 51_5)의 단부가 외측 방향을 향할 수 있다. 즉, 제2 절곡부(51d)는 케이스(20)의 단면 상부에 적층될 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 제1 집전 플레이트(51_3, 51_6)는 벤트(30)와 수평한 판 형태의 평탄부(51b), 평탄부(51b)와 소정의 각을 이루게 굽어진 제1 절곡부(51c) 및 제1 절곡부(51c)와 소정의 각이 형성되도록 굽어진 제2 절곡부(51d)를 포함할 수 있다.
제1 집전 플레이트(51_3, 51_6)는 제1 절곡부(51c) 및 제2 절곡부(51d) 중 어느 하나가 케이스(20)의 내벽과 수평한 면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 절곡부(51c)는 평탄부(51b)와 90도 각도가 형성되도록 굽어져 케이스(20) 내벽과 수평한 면을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 절곡부(51d)는 제1 절곡부(51c)와 90도 각도가 형성되도록 굽어져 제1 집전 플레이트(51_3, 51_6)의 단부가 제1 집전 플레이트(51_3, 51_6)의 중심 방향을 향할 수 있다. 즉, 제2 절곡부(51d)는 케이스(20)의 단면 상부에 적층될 수 있다.
도 6(a), 도 6(b) 및 도 6(c)를 참고하면, 제1 집전 플레이트(51)는 원판 형태로 구비될 수 있다. 그리고, 평탄부(51b)는 전극 조립체(10)의 코어부(11)와 대응되는 위치에 플레이트 홀(51a)을 포함할 수 있다.
또는, 도 6(d), 도 6(e) 및 도 6(f)를 참고하면, 제1 집전 플레이트(51_4, 51_5, 51_6)는 전극 조립체(10)의 코어부(11)와 대응되는 위치에 플레이트 홀(51a)이 형성되고, 플레이트 홀(51a)이 형성된 중심부로부터 방사상으로 연장되는 복수의 서브 플레이트(51')를 포함할 수 있다.
서브 플레이트(51')는 중 하나 이상은 평탄부(51b) 및 절곡부(51c)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 집전 플레이트(51_3, 51_4)는 8개의 서브 플레이트를 포함할 수 있다. 8개의 서브 플레이트 중 임의로 하나를 1번 플레이트로 정한 후, 시계 방향으로 2번, 3번쪋8번 플레이트로 정했다. 여기서, 홀수의 서브 플레이트는 평탄부(51b)만으로 구비되고, 짝수의 서브 플레이트는 평탄부(51b) 및 절곡부(51c)를 포함할 수 있다. 그리고, 홀수와 짝수 서브 플레이트의 평탄부(51b) 형태는 동일하거나 상이할 수 있다.
플레이트 홀(51a)의 지름은 전극 조립체(10)의 코어부의 지름과 동일하거나 더 작게 형성될 수 있다.
제1 집전 플레이트(51)는 플레이트 홀(51a)에 벤트(30)가 위치된 방향으로 돌출된 링 형태의 제2 전극 단자(60)가 구비될 수 있다. 다시 말해, 제2 전극 단자(60)는 제1 집전 플레이트(51) 일면에 코어부와 대응되는 위치에 코어부의 둘레를 따라 벤트(30)가 위치된 방향으로 돌출될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지(100)는 용접부(1, 2, 3)를 포함할 수 있다. 용접부(1, 2, 3)는 벤트(30) 및 제1 집전 플레이트(51)의 형태에 따라 위치가 달라질 수 있다.
일 실시예에 따른 이차 전지(100a)는 제1 집전 플레이트(51)와 케이스(20)의 접촉면이 용접된 제1 용접부(1) 및 케이스(20)와 벤트(30)의 접촉면이 용접된 제2 용접부(2)를 포함할 수 있다.
케이스(20)는 일정 두께를 갖고 내부에 전극 조립체 및 전해액을 수용할 수 있는 공간이 포함된 원통형 구조로 제공될 수 있다. 케이스(20)의 두께는 개구 방향으로 갈수록 감소할 수 있다. 상세하게, 케이스(20)의 두께는 개구가 형성된 케이스(20) 단부에서 중력 방향으로 일정 길이 감소할 수 있다. 여기서, 일정 길이는 벤트(30)와 제1 집전 플레이트(51)의 두께 합과 대응되거나, 벤트(30)와 제1 집전 플레이트(51)의 두께 합보다 클 수 있다.
케이스(20)는 개구와 인접하고 제1 케이스 두께를 갖는 제1 케이스 및 제1 케이스 보다 두께가 두꺼운 제2 케이스 두께를 갖는 제2 케이스를 포함할 수 있다. 제2 케이스 두께는 제1 케이스 두께의 3배 이하일 수 있다. 바람직하게 제2 케이스 두께는 제1 케이스 두께의 2배 내지 3배일 수 있다.
예를 들어, 제1 케이스 두께는 0.5mm이하이고, 제2 케이스 두께는 1.5mm 이하 일 수 있다. 바람직하게 제1 케이스 두께는 0.4mm이하이고, 제2 케이스 두께는 1.2mm 이하 일 수 있고, 더 바람직하게 제1 케이스 두께는 0.2mm 내지 0.3mm이하이고, 제2 케이스 두께는 0.4mm 내지 0.9mm일 수 있다.
그리고, 제1 케이스의 길이는 케이스(20) 전체 길이 100%를 기준으로 5%이하일 수 있다. 바람직하게, 제1 케이스의 길이는 2%이하이고, 더 바람직하게는 1.5%이하일 수 있다.
제1 용접부(1)와 제2 용접부(2)는 심용접, 초음파용접, 레이저용접 및 냉각용접 중 어느 하나의 용접 방법을 통해 용접될 수 있다. 바람직하게는 제1 용접부(1)와 제2 용접부(2)는 용접핀 홀(pin hole) 방지에 유리한 심 용접(seam welding)일 수 있다. 심용접을 이용하여 용접될 수 있다.
따라서, 벤트(30) 및 제1 집전 플레이트(51)와 용접되는 제1 케이스의 두께가 0.4mm를 초과할 경우, 전기 저항열이 케이스(20)를 통과하지 못해 케이스(20)와 제1 집전 플레이트(51)의 접촉면 및 케이스(20)와 벤트(30)의 접촉면까지 열이 전달되지 않아 제1 및 제2 용접부(1, 2)의 품질이 저하되고, 이차전지의 불량 발생빈도가 증가하는 문제가 있다.
벤트(30)의 지름은 케이스(20)의 내벽의 지름 보다 작을 수 있다. 상세하게 벤트(30)의 지름은 제1 케이스 내벽의 지름 보다 작을 수 있다.
그리고, 제1 집전 플레이트(51)는 한 번 이상 굽어져 제1 집전 플레이트(51)의 단부가 외부 방향, 즉, 제1 집전 플레이트(51)의 중심 방향의 반대 방향으로 위치될 수 있다. 제1 집전 플레이트(51)의 중심에서 외부 방향을 향하는 단부까지의 길이(제1 집전 플레이트(51)의 반지름)는 제1 케이스 내벽의 반지름 보다 작을 수 있다.
제1 용접부(1)는 제2 용접부(2)의 하부에 위치될 수 있다. 따라서, 제1 집전 플레이트(51)가 외부에 노출되지 않을 수 있고, 외력에 의해 제1 집전 플레이트(51)가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 제1 집전 플레이트(51)의 손상으로 인한 저항 증가로 이차 전지(100b)의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
벤트(30)는 중심에서 외측으로 갈수록 두께가 감소될 수 있다. 벤트(30)는 중심에서 외측 방향으로 제1 벤트 두께를 갖는 제1 벤트 및 제1 벤트와 두께가 상이한 제2 벤트 두께를 갖는 제2 벤트를 포함할 수 있다. 제2 벤트는 벤트(30)의 가장자리에 위치될 수 있다. 여기서, 가장자리는 벤트(30)의 외측면에서 중심 방향으로 일정 너비를 포함한다.
제1 벤트 두께는 제2 벤트 두께의 3배 이하일 수 있다. 바람직하게 제1 벤트 두께는 제2 벤트 두께의 1.5배 내지 3배일 수 있다.
예를 들어, 제1 벤트 두께는 0.9mm 내지 7.5mm이고, 제2 벤트 두께는 0.6mm 내지 2.5mm일 수 있다. 바람직하게 제1 벤트 두께는 0.75mm 내지 4.5m이고, 제2 벤트 두께는 0.5mm 내지 1.5mm일 수 있고, 더 바람직하게 제1 벤트 두께는 0.6mm 내지 2.25mm이고, 제2 벤트 두께는 0.4mm 내지 0.75m일 수 있다.
그리고, 제1 집전 플레이트(51)가 평탄부, 제1 절곡부 및 제2 절곡부를 포함할 경우, 벤트(30)의 가장자리, 즉, 제2 벤트의 너비는 제1 집전 플레이트(51)의 제2 절곡부 너비와 대응되거나, 제2 절곡부(51d) 보다 넓을 수 있다.
예를 들어, 제2 벤트의 너비는 벤트(30) 반지름의 20%이하일 수 있다. 바람직하게 제2 벤트의 너비 및 제2 절곡부(51d)의 너비는 벤트(30) 반지름의 5% 내지 15%일 수 있고, 더 바람직하게 제2 벤트의 너비 및 제2 절곡부(51d)의 너비는 벤트(30) 반지름의 7% 내지 15%일 수 있다.
일 실시예에 따른 이차전지(100a)는 제2 벤트와 제2 절곡부의 접촉면이 용접될 수 있고, 벤트(30)와 제1 집전 플레이트(51)가 용접됨으로써, 제1 집전 플레이트(51)의 고정력을 증가시켜 외부 진동에 대한 이차전지(100a)의 내구성을 증가시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시상태에 따른 이차 전지(100b)를 도시한 단면도이다, 다른 실시예에 따른 이차 전지(100b)는 제1 집전 플레이트(51)와 케이스(20)의 접촉면이 용접된 제1 용접부(1) 및 제1 집전 플레이트(51)와 벤트(30)의 접촉면이 용접된 제3 용접부(3)를 포함할 수 있다.
그리고, 벤트(30)의 지름이 케이스(20)의 내면 지름 보다 작을 수 있고, 제1 집전 플레이트(51)는 한 번 이상 굽어져 제1 집전 플레이트(51)의 단부가 케이스(20)의 개구 방향에 위치될 수 있다.
상세하게, 케이스(20)의 내면과 벤트(30)의 외면 사이 제1 집전 플레이트(51')가 위치될 수 있다. 따라서, 제1 용접부(1)와 제3 용접부(3)는 벤트(30)의 외측면 둘레를 따라 위치될 수 있다. 다시 말해, 제1 용접부(1)와 제3 용접부(3)는 이차전지(100a)의 상면, 즉, 개구가 위치된 방향의 면에 구비될 수 있다.
다른 실시예에 따른 이차전지(100b)는 케이스(20), 벤트(30) 및 제1 집전 플레이트(51)의 단부가 동일 선상에 위치될 수 있다. 다시 말해, 케이스(20)의 내벽과 수직인 선에 케이스(20), 벤트(30) 및 제1 집전 플레이트(51)의 단부가 위치될 수 있다.
또는, 케이스(20) 및 벤트(30)와 제1 집전 플레이트(51)의 단부는 단차를 이룰 수 있다.
케이스(20) 및 벤트(30)의 단부는 동일 선상에 위치되고, 제1 집전 플레이트(51)의 단부는 케이스(20) 및 벤트(30) 보다 하부에 위치될 수 있다. 여기서, 하부는 케이스(20)의 하면 방향으로, 케이스(20) 중 개구가 형성된 방향이 상부고, 반대 방향이 하부이다.
다른 실시예에 따른 이차전지(100b)는 제1 용접부(1)와 제3 용접부(2)를 용접하는 추가 용접부를 더 포함할 수 있다. 추가 용접부는 아크 용접 방법으로 용접될 수 있다. 추가 용접부는 케이스(20) 및 벤트(30)의 둘레를 따라 위치될 수 있다. 그리고, 아크 용접에 의해 용접된 추가 용접부는 용접 물질을 포함할 수 있는데, 용접 물질은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 용접 물질은 케이스(20), 벤트(30) 및 제1 집전 플레이트(51)의 단부를 모두 덮어 제1 집전 플레이트(51)가 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 이차 전지(100c)를 도시한 단면도이다. 또 다른 실시예에 따른 이차전지(100c)는 케이스(20)와 벤트(30)의 접촉면이 용접된 제2 용접부(2) 및 제1 집전 플레이트(51)와 벤트(30)의 접촉면이 용접된 제3 용접부(3)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 이차 전지(100c)의 케이스(20), 벤트(30) 및 제1 집전 플레이트(51)의 접촉면을 확대한 확대도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 이차 전지(100c)의 벤트(30)와 제1 집전 플레이트(51)의 용접 부분을 확대한 확대도이다.
또 다른 실시상태에 따른 이차 전지(100c)는 제2 용접부(2)가 벤트(30)의 외측 둘레를 따라 위치되고, 제3 용접부(3)는 벤트(30)의 하면의 가장자리 둘레를 따라 위치될 수 있다. 여기서, 하면은 제1 집전 플레이트(51)와 마주보는 면으로, 벤트(30)의 제1 면(31)을 의미한다.
예를 들어, 제1 집전 플레이트(51)는 한 번 이상 굽어져 단부가 제1 집전 플레이트(51)의 중심 방향으로 향하는 구조를 포함하고, 평탄부(51b), 제1 절곡부(51c) 및 제2 절곡부(51d)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 절곡부(51c)의 일부가 케이스(20)의 내벽과 접촉된다. 즉, 제1 절곡부(51c)는 케이스(20)의 내벽과 평행한 면을 포함할 수 있다.
그리고, 제2 절곡부(51d)는 벤트(30)의 제1 면(31)과 접촉될 수 있고, 따라서, 제2 절곡부(51d)는 벤트(30)의 제1 면(31)과 평행한 면을 더 포함할 수 있다.
또는, 제1 집전 플레이트(51)는 한 번 이상 굽어져 단부가 제1 집전 플레이트(51)의 중심 방향으로 향하는 구조를 포함하고, 평탄부(51b) 및 케이스(20)의 내벽과 평행한 면을 포함하는 제1 절곡부(51c)를 포함하고, 제1 절곡부(51c)의 단부가 개구 방향을 향할 수 있다. 이때, 제1 절곡부(51c)의 단부는 벤트(30)의 제1 면(31)과 접촉 및 용접될 수 있다.
케이스(20)는 일정 두께를 갖고 내부에 전극 조립체 및 전해액을 수용할 수 있는 공간이 포함된 원통형 구조로 제공될 수 있다. 케이스(20)의 두께는 개구 방향으로 갈수록 감소할 수 있다. 상세하게, 케이스(20)의 두께는 개구가 형성된 케이스(20) 단부에서 중력 방향으로 일정 길이 감소될 수 있다. 여기서, 일정 길이는 벤트(30)의 두께와 대응될 수 있다.
케이스(20)는 일정 두께를 갖고 내부에 전극 조립체 및 전해액을 수용할 수 있는 공간이 포함된 원통형 구조로 제공될 수 있다. 케이스(20)의 두께는 개구 방향으로 갈수록 감소할 수 있다. 상세하게, 케이스(20)의 두께는 개구가 형성된 케이스(20) 단부에서 중력 방향으로 일정 길이 감소될 수 있다. 여기서, 일정 길이는 벤트(30)와 제1 집전 플레이트(51)의 두께 합과 대응되거나, 벤트(30)와 제1 집전 플레이트(51)의 두께 합보다 클 수 있다.
케이스(20)는 개구와 인접하고 제1 케이스 두께를 갖는 제1 케이스 및 제1 케이스 보다 두께가 두꺼운 제2 케이스 두께를 갖는 제2 케이스를 포함할 수 있다. 제2 케이스 두께는 제1 케이스 두께의 3배 이하일 수 있다. 바람직하게 제2 케이스 두께는 제1 케이스 두께의 2배 내지 3배일 수 있다.
예를 들어, 제1 케이스 두께는 0.5mm이하이고, 제2 케이스 두께는 1.5mm 이하 일 수 있다. 바람직하게 제1 케이스 두께는 0.4mm이하이고, 제2 케이스 두께는 1.2mm 이하 일 수 있고, 더 바람직하게 제1 케이스 두께는 0.2mm 내지 0.3mm이하이고, 제2 케이스 두께는 0.4mm 내지 0.9mm일 수 있다.
그리고, 제1 케이스의 길이는 케이스(20) 전체 길이 100%를 기준으로 5%이하일 수 있다. 바람직하게, 제1 케이스의 길이는 2%이하이고, 더 바람직하게는 1.5%이하일 수 있다.
벤트(30)의 지름은 케이스(20)의 내벽의 지름 보다 작을 수 있다. 상세하게 벤트(30)의 지름은 제1 케이스 내벽의 지름 보다 작을 수 있다.
벤트(30)는 중심에서 외측으로 갈수록 두께가 감소될 수 있다. 벤트(30)는 중심에서 외측 방향으로 두께가 동일한 제1 벤트 및 제1 벤트와 두께가 상이한 제2 벤트를 포함할 수 있다. 제2 벤트는 벤트(30)의 가장자리에 위치될 수 있다. 여기서, 가장자리는 벤트(30)의 외측면에서 중심 방향으로 일정 너비를 포함한다.
제1 벤트 두께는 제2 벤트 두께의 3배 이하일 수 있다. 바람직하게 제1 벤트 두께는 제2 벤트 두께의 1.5배 내지 3배일 수 있다.
예를 들어, 제1 벤트 두께는 0.9mm 내지 7.5mm이고, 제2 벤트 두께는 0.6mm 내지 2.5mm일 수 있다. 바람직하게 제1 벤트 두께는 0.75mm 내지 4.5m이고, 제2 벤트 두께는 0.5mm 내지 1.5mm일 수 있고, 더 바람직하게 제1 벤트 두께는 0.6mm 내지 2.25mm이고, 제2 벤트 두께는 0.4mm 내지 0.75m일 수 있다.
제2 벤트의 너비는 제2 절곡부(51d)의 너비 또는 제1 절곡부(51c)의 단부 두께와 대응되거나 더 넓을 수 있다. 제2 벤트와 제2 절곡부(51d) 또는 제1 절곡부(51c)의 접촉면은 용접(제3 용접부)될 수 있다. 제2 벤트가 상기 수치의 두께를 만족할 경우, 제2 벤트와 제2 절곡부(51d) 또는 제1 절곡부(51c)의 접촉면까지 용접열이 전달되어 제3 용접부(3)의 용접이 용이한 효과가 발생할 수 있다.
예를 들어, 제2 벤트의 너비는 벤트(30) 반지름의 20%이하일 수 있다. 바람직하게 제2 벤트의 너비 및 제2 절곡부(51d)의 너비는 벤트(30) 반지름의 5% 내지 15%일 수 있고, 더 바람직하게 제2 벤트의 너비 및 제2 절곡부(51d)의 너비는 벤트(30) 반지름의 7% 내지 15%일 수 있다.
일 실시예, 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 제1 용접부(1), 제2 용접부(2) 및 제3 용접부(3)는 하나 또는 2 이상이 위치될 수 있다.
예를 들어, 제1 집전 플레이트(51)가 판 형태로 구비될 경우, 제1 용접부(1), 제2 용접부(2) 및 제3 용접부(3)는 하나가 구비될 수 있고, 제1 집전 플레이트(51)가 방사상으로 복수개의 서브 플레이트를 포함할 경우, 제1 용접부(1), 제2 용접부(2) 및 제3 용접부(3)는 복수개가 이격되어 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지(100)는 제2 집전 플레이트(52)를 더 포함할 수 있다. 제2 집전 플레이트(52)는 제1 집전 플레이트(51)와 대향되는 위치에 구비되고, 전극 조립체(10)와 제1 전극 단자(40) 사이 위치될 수 있다. 그리고, 제2 집전 플레이트(52)는 도전성 물질로 이루어져 전극 조립체(10)와 제1 전극 단자(40)를 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태에 따른 이차 전지를 포함하는 전지 모듈 및 전지 팩을 제공한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 전극 조립체;
    일면이 개구되고 내부에 상기 전극 조립체가 수납되는 케이스;
    상기 케이스의 개구에 결합되는 벤트 및
    상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 제1 집전 플레이트를 포함하고,
    상기 제1 집전 플레이트는 상기 케이스 및 상기 벤트 중 어느 하나 이상과 용접되어 전기적으로 연결되는 것인 이차전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 집전 플레이트와 상기 케이스의 접촉면이 용접되는 제1 용접부 및 상기 제1 집전 플레이트와 상기 벤트의 접촉면이 용접되는 제3 용접부를 포함하는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 용접부 및 상기 제3 용접부는 상기 벤트의 외측면 둘레를 따라 위치되는 것인 이차전지.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 용접부 및 제3 용접부는 상기 개구와 인접한 상기 케이스의 둘레를 따라 위치되는 것인 이차전지.
  5. 제2항에 있어서, 상기 벤트의 지름은 상기 케이스의 내벽 지름 보다 작은 것인 이차전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 집전 플레이트와 상기 케이스의 접촉면이 용접되는 제1 용접부 및 상기 케이스와 상기 벤트의 접촉면이 용접되는 제2 용접부를 포함하는 이차전지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 용접부 및 상기 제2 용접부는 상기 케이스 내벽 둘레를 따라 위치되는 것인 이차전지.
  8. 제6항에 있어서, 상기 벤트의 지름은 상기 케이스 내벽 지름 보다 작은 것인 이차전지.
  9. 제6항에 있어서, 상기 케이스는 상기 개구와 인접하고 제1 케이스 두께를 갖는 제1 케이스 및 상기 제1 케이스 보다 두께가 두꺼운 제2 케이스 두께를 갖는 제2 케이스를 포함하고,
    상기 제2 케이스 두께는 상기 제1 케이스 두께의 3배 이하인 것인 이차전지.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제1 케이스의 길이는 상기 케이스 전체 길이 100%를 기준으로 5% 이하의 길이인 것인 이차전지.
  11. 제6항에 있어서, 상기 벤트는 중심에서 외부 방향으로 제1 벤트 두께를 갖는 제1 벤트 및 상기 제1 벤트 두께 보다 얇은 제2 벤트 두께를 갖는 제2 벤트를 포함하고,
    상기 제1 벤트 두께는 상기 제2 벤트 두께의 3배 이하인 것인 이차전지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 케이스와 상기 벤트의 접촉면이 용접되는 제2 용접부 및 상기 제1 집전 플레이트와 상기 벤트의 접촉면이 용접되는 제3 용접부를 포함하는 것인 이차전지.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 용접부는 상기 벤트의 둘레를 따라 위치되고, 상기 제3 용접부는 상기 벤트 하면의 둘레를 따라 위치되는 것인 이차전지.
  14. 제12항에 있어서, 상기 케이스는 상기 개구와 인접하고 제1 케이스 두께를 갖는 제1 케이스 및 상기 제1 케이스 보다 두께가 두꺼운 제2 케이스 두께를 갖는 제2 케이스를 포함하고,
    상기 제2 케이스 두께는 상기 제1 케이스 두께의 3배 이하인 것인 이차전지.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 케이스의 길이는 상기 케이스 전체 길이 100%를 기준으로 5% 이하의 길이인 것인 이차전지.
  16. 제12항에 있어서, 상기 벤트는 중심에서 외부 방향으로 제1 벤트 두께를 갖는 제1 벤트 및 상기 제1 벤트 두께 보다 얇은 제2 벤트 두께를 갖는 제2 벤트를 포함하고,
    상기 제1 벤트 두께는 상기 제2 벤트 두께의 3배 이하인 것인 이차전지.
  17. 제12항에 있어서, 상기 벤트의 지름은 상기 케이스 내벽의 지름 보다 작은 것인 이차전지.
  18. 제1항에 있어서, 상기 제1 집전 플레이트는 한 번 이상 굽어져 단부가 상기 개구 방향, 상기 제1 집전 플레이트의 외부 방향 및 상기 제1 집전 플레이트의 중심 방향 중 어느 하나를 향하게 위치되는 것인 이차전지.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 집전 플레이트는 상기 벤트와 수평한 평탄부 및 상기 평탄부와 소정의 각이 형성되도록 굽어진 절곡부를 포함하는 것인 이차전지.
  20. 제19항에 있어서, 상기 절곡부는 상기 케이스의 내벽과 수평한 것인 포함하는 것인 이차전지.
  21. 제19항에 있어서, 상기 절곡부는 상기 평탄부와 소정의 각이 형성되도록 굽어진 제1 절곡부 및 상기 제1 절곡부와 소정의 각이 형성되도록 굽어진 제2 절곡부를 포함하는 것인 이차전지.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 이차전지를 적어도 하나 포함하는 것인 배터리 팩.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120077062A1 (en) * 2009-04-15 2012-03-29 Johnson Controls - Saft Advanced Power Solutions Llc Vent for electrochemical cell
KR20130091533A (ko) * 2012-02-08 2013-08-19 주식회사 엘지화학 이차전지
KR20150144600A (ko) * 2014-06-17 2015-12-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
CN113258124A (zh) * 2021-07-06 2021-08-13 江苏时代新能源科技有限公司 电池单体、电池、用电设备及电池单体的制造方法和设备
CN113346201A (zh) * 2021-05-21 2021-09-03 湖北亿纬动力有限公司 圆柱型电池、电池模组和电池包

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100551039B1 (ko) 2004-06-23 2006-02-13 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120077062A1 (en) * 2009-04-15 2012-03-29 Johnson Controls - Saft Advanced Power Solutions Llc Vent for electrochemical cell
KR20130091533A (ko) * 2012-02-08 2013-08-19 주식회사 엘지화학 이차전지
KR20150144600A (ko) * 2014-06-17 2015-12-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
CN113346201A (zh) * 2021-05-21 2021-09-03 湖北亿纬动力有限公司 圆柱型电池、电池模组和电池包
CN113258124A (zh) * 2021-07-06 2021-08-13 江苏时代新能源科技有限公司 电池单体、电池、用电设备及电池单体的制造方法和设备

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