WO2023146069A1 - 이차전지 - Google Patents

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WO2023146069A1
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용준선
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Definitions

  • a secondary battery is a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be charged.
  • a low-capacity secondary battery in which one battery cell is packaged in a pack form, it is used in small portable electronic devices such as mobile phones and camcorders.
  • a large-capacity secondary battery module in units of battery packs in which dozens of battery packs are connected, it is widely used as a power source for driving motors such as hybrid vehicles and electric vehicles.
  • a secondary battery may be configured by embedding a laminated or wound electrode assembly and an electrolyte in a case with a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and installing a cap plate in the case.
  • the uncoated tab protrudes in a side or upper direction, and a current collecting structure may be connected to the uncoated tab. Since some sections of the welded portion of the current collecting structure are sections where heat is generated, the material of the corresponding portion is designed to be thick in order to solve this problem. This leads to a decrease in the capacity of the electrode assembly, and thus it is necessary to develop a structure for securing cell competitiveness.
  • a first current collector and a second current collector having a current collector, a first terminal and a second terminal electrically connected to the first and second current collectors, respectively, the cap plate, and the first current collector and a cap assembly including a second current collector and a plurality of insulating members coupled to at least one of the first terminal portion and the second terminal portion, wherein the first current collector includes the first current collector and the first substrate tab.
  • the second current collector further includes a sub-plate electrically connecting the second current collector and the second substrate tab, wherein the first current collector and the second base plate are electrically connected to each other.
  • a part or all of at least one of the sub-plates of the current collector is a material having lower resistance than the first current collector or the second current collector.
  • the first current collector further includes a connection plate electrically connected to the first current collector and having one end bent in a direction of the first substrate tab, wherein the sub-plate is electrically connected to the connection plate and the first substrate tab.
  • the second current collector further includes a connection plate electrically connected to the second current collector and having one end bent in a direction of the second substrate tab, wherein the sub-plate comprises the connection plate and the second current collector. It is characterized by being electrically connected to the substrate tab.
  • the sub-plate of the first current collector includes a first connection part electrically connected to the connection plate and a second connection part electrically connected to the first substrate tab
  • the sub-plate of the second current collector includes A first connection part electrically connected to the connection plate and a second connection part electrically connected to the second substrate tab may be included.
  • connection part of the one end of the connection plate and the sub-plate, the second connection part and the first base material tab of the first current collector, and the second connection part and the second base material tab of the second current collector are mutually connected to each other. It is characterized by being welded.
  • a heating prevention part is provided between the welding spot of the first connection part and the first welding spot adjacent to the first connection part of the second connection part.
  • the heat preventing part is characterized in that a material having lower resistance than the first current collector or the second current collector is plated or clad metal.
  • connection plate and the sub-plate is disposed closer to the bottom surface of the case than to the top of the electrode assembly.
  • the second connection part is characterized in that the plate surface facing the electrode assembly is disposed on the same plane as the plate surface of the connection plate facing the electrode assembly.
  • the second connection part is characterized in that the plate surface facing the electrode assembly is disposed closer to the electrode assembly than the plate surface of the connection plate facing the electrode assembly.
  • the second connecting portion is characterized in that a welding groove is formed concavely on the plate surface facing the case.
  • the thickness of the first current collector or the second current collector is thicker than that of the connection plate and the sub-plate.
  • an embodiment of the present invention is an electrode assembly; a case accommodating the electrode assembly; a cap assembly coupled to the case, electrically connected to the electrode assembly, and including a first current collector disposed parallel to an upper end of the electrode assembly and a second current collector, wherein the cap assembly includes the first current collector; It further includes a pair of sub-plates electrically connecting the current collector and the second current collector to the electrode assembly, respectively, wherein at least one of the sub-plates has a resistance lower than that of the first current collector or the second current collector. It is characterized by the material it has.
  • the cap assembly includes a cap plate coupled to the case; a first current collector having the sub-plate electrically connected to a first substrate tab provided on the first electrode plate of the electrode assembly, and a connection plate electrically connected to the first current collector and the sub-plate; a second current collector having the sub-plate electrically connected to a second substrate tab provided on the second electrode plate of the electrode assembly, and a connection plate electrically connected to the second current collector and the sub-plate; a first terminal unit having a first terminal pin coupled to and electrically connected to the first current collector and a first terminal plate coupled to and electrically connected to the first terminal pin; a second terminal unit having a second terminal pin coupled to and electrically connected to the second current collector, a second terminal plate coupled to and electrically connected to the second terminal pin, and a conductive plate; And between the cap plate and the first current collector, between the first current collector and the electrode assembly, between the second current collector and the electrode assembly, between the first terminal pin and the second terminal pin and the electrode assembly.
  • An insulating member made of an
  • connection plate is characterized in that one end is disposed parallel to the first current collector or the second current collector and the other end is bent toward the electrode assembly, and the sub-plate is welded to the bent end.
  • the sub plate may include a first connection portion welded to the connection plate and a second connection portion bent toward the electrode assembly from the first connection portion and electrically connected to the electrode assembly.
  • the heat preventing part is characterized in that the low-resistance material is plated or clad metal.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the secondary battery according to FIG. 1 .
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG. 3 .
  • 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.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a cap assembly of the secondary battery according to FIG. 1 .
  • 3 is a cross-sectional view of the secondary battery according to FIG. 1 .
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG. 3 .
  • the secondary battery 10 includes an electrode assembly 100, a case 200 accommodating the electrode assembly 100, and a case 200.
  • a coupled cap assembly 300 may be included.
  • the electrode assembly 100 is a unit stack composed of a thin or film-shaped first electrode plate 110 and a second electrode plate 120, and a separator 130 interposed therebetween. Or it may be provided with a plurality of stacked (stacked).
  • the winding shaft may be disposed in a horizontal direction substantially parallel to the length direction of the cap assembly 300 or in a vertical direction substantially perpendicular to the length direction of the cap assembly 300 .
  • long side surfaces of a plurality of unit stacks may be arranged to be adjacent to each other.
  • the first electrode plate 110 may serve as a cathode and the second electrode plate may serve as an anode. Or vice versa.
  • the second electrode plate 120 When the second electrode plate 120 is a positive electrode plate, the second electrode plate 120 may be formed by coating a second electrode active material such as a transition metal oxide on a second electrode current collector made of a metal foil such as aluminum or aluminum alloy.
  • a second substrate tab (or second uncoated area), which is an area where the second electrode active material is not applied, may be formed on the second electrode plate 120 .
  • the tack-welded second substrate tabs 122 and the cap assembly 300 may be electrically connected. That is, the second substrate tab 122 may serve as a passage for current flow between the second electrode plate 120 and the second terminal portion 360 of the cap assembly 300 .
  • the first substrate tab 112 and the second substrate tab 122 are used to form the first electrode plate 110 and the second electrode when the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120 are manufactured. It may be formed by cutting one side of the plate 120, respectively. That is, the first substrate tab 112 may be integrally formed with the first electrode plate 110 , and the second substrate tab 122 may be integrally formed with the second electrode plate 120 .
  • the first substrate tab 112 may be disposed in one direction of the electrode assembly 100 and the second substrate tab 122 may be disposed in the other direction of the electrode assembly 100 . For example, as shown in FIG. 2 , the first substrate tab 112 is disposed toward the left short side surface of the case 200, and the second substrate tab 122 is disposed toward the right short side surface of the case 200.
  • the separator 130 is disposed between the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120 to prevent a short circuit and enable the movement of lithium ions.
  • the separator 130 may include polyethylene, polypropylene, or a composite film of polyethylene and polypropylene.
  • the separator 130 may be replaced with an inorganic solid electrolyte such as a sulfide, oxide, or phosphate compound that does not require a liquid or gel electrolyte.
  • the case 200 may have a substantially rectangular parallelepiped box shape, and may have an open upper portion in a longitudinal direction and an accommodation space formed therein.
  • the electrode assembly 100 and the electrolyte may be accommodated inside the case 200 through the open top.
  • Some components of the cap assembly 300 may be exposed to the outside of the case 200, and some components may be accommodated inside the case 200.
  • the case 200 may be composed of a rectangular bottom surface 210 and four side surfaces connected to the bottom surface 210 . Among the side surfaces, a side having a relatively large area is defined as a long side portion 220, and a side having a relatively small area is defined as a short side portion 230.
  • the electrode assembly 100 may be disposed so that the plate surface faces the long side portion 220 .
  • the cap assembly 300 is coupled to the case 200 and electrically connected to the electrode assembly 100 .
  • an insulating film 240 may be coupled or attached to the short side portion 230 of the case 200 to insulate the current collector.
  • the cap assembly 300 includes a cap plate 310 coupled to the case 200, a plurality of insulating members, a first current collector 330 and a second current collector ( 340), a first terminal unit 350 and a second terminal unit 360 may be included.
  • the insulating plate 322 has a substantially rectangular plate shape.
  • the insulating plate 322 comes into close contact with the lower surface of the cap plate 310 to insulate between the cap plate 310 and the electrode assembly 100 .
  • the insulating plate 322 serves to insulate between the cap plate 310 and a current collecting structure to be described later.
  • the insulating plate 322 may have a side surface extending downward along the edge.
  • the side surface may have a shape connecting the entire edge of the insulating plate 322 or may be formed only partially.
  • the shape of the plate surface or side of the insulation plate 322 may vary according to the shape of components requiring insulation.
  • a through hole 322a may be formed in the insulation plate 322 to correspond to positions of the terminal hole 312 and the vent hole 314 of the cap plate 310 .
  • a portion of the current collector and a lower insulation portion 324 may be disposed under the insulation plate 322 .
  • the lower insulating part 324 is for insulating some components of the current collecting part and has a substantially rectangular plate shape.
  • the lower insulating parts 324 may be provided as a pair and may be respectively disposed on the side of the first terminal part 350 and the second terminal part 360 .
  • the lower insulation part 324 is disposed below the current collectors 332 and 342 to be described later, and may be formed in a size capable of substantially covering the current collectors 332 and 342 .
  • the lower insulating part 324 may be coupled to the insulating plate 322 in a state in which the current collectors 332 and 342 are assembled.
  • the pin insulating portion 326 serves to insulate between the terminal pins 352 and 362 of the first terminal portion 350 and the second terminal portion 360 and the cap plate 310, which will be described later, and has a substantially cylindrical shape.
  • the upper insulator 328 includes a flange 326a extending outward from an upper end of the outer circumferential surface. The flange 326a contacts a lower portion of one side of the terminal pins 352 and 362 , and a lower end of the upper insulating portion 328 is inserted into the through hole 322a of the insulating plate 322 .
  • the upper insulating part 328 is applied only to the first terminal part 350 and is disposed between the first terminal plate 354 and the cap plate 310 to be described later.
  • the upper insulating portion 328 may have a rectangular plate shape substantially corresponding to the shape of the first terminal plate 354 .
  • the upper insulating portion 328 is formed to be larger than the first terminal plate 354 and has a groove in which the first terminal plate 354 is seated.
  • a hole is formed through the upper insulating part 328 at a position corresponding to the terminal hole 312 of the cap plate 310 .
  • the flange 352a of the first terminal pin 352 is disposed in the through hole.
  • the first current collector 332 is made of a conductive material having a predetermined thickness and may have a substantially plate shape. In addition, the first current collector 332 has a plate shape without a bent or bent portion.
  • a through hole 332a is formed through the first current collector 332 at a position corresponding to the terminal hole 312 of the cap plate 310 and the through hole 322a of the insulating plate 322 .
  • a first terminal pin 352 to be described later is inserted into the through hole 332a.
  • a portion of the upper surface of the first current collector 332 contacts the lower surface of the insulating plate 322 , and the lower surface is insulated from the electrode assembly 100 by the lower insulating part 324 .
  • connection plate 334 is a conductive material having a relatively smaller thickness than the first current collector 332 and may have a shape obtained by bending a plate shape substantially vertically. Based on the bent portion of the connecting plate 334, the upper side is defined as the upper side, and the downwardly extending portion is defined as the lower side.
  • the lower surface of the upper part of the connection plate 334 is seated in the seating groove 332b formed on the upper surface of the first current collector 332, and the upper surface of the upper part adheres to the lower surface of the insulating plate 322.
  • An outer surface of the lower portion of the connection plate 334 is in contact with one side of the sub plate 336 .
  • connection plate 334 When the first current collector 332 is fixed while the connection plate 334 is seated on the first current collector 332, the connection plate 334 is also positioned between the insulating plate 322 and the first current collector 332. can be fixed Accordingly, the connection plate 334 may be physically and electrically connected to the first current collector 332 without separate welding. Alternatively, the connection plate 334 may be connected to the first current collector 332 by laser welding. The connection plate 334 and the sub plate 336 may be connected by laser welding or the like. In order to prevent damage to the insulation plate 322 during welding, the lower end of the connection plate 334 is disposed at a position lower than the upper end of the electrode assembly 100, and the welding portion is also formed adjacent to the lower end of the connection plate 334. (placed closer to the bottom of the case).
  • the sub-plate 336 is made of a conductive material having a predetermined width and length, and may have a substantially plate shape. One end (upper end) of the sub plate 336 may be welded in contact with the lower portion of the connection plate 334 .
  • the first substrate tab 112 is formed on the inner side. This can be connected.
  • a portion where the sub plate 336 is connected to the connection plate 334 may be defined as a first connection portion 336a, and a portion connected to the first substrate tab 112 may be defined as a second connection portion 336b.
  • the first connection portion 336a and the second connection portion 336b may be bent at a predetermined angle.
  • the second connection portion 336b may be disposed such that an inner surface is bent toward the electrode assembly 100 from the first connection portion 336a and positioned on the same plane as the inner surface of the connection plate 334 .
  • the inner surface of the second connection portion 336b may be disposed to enter the electrode assembly 100 more than the inner surface of the connection plate 334 .
  • the inner surface of the second connection portion 336b may be connected to the first substrate tab 112 by welding. Therefore, the vertical length of the second connection portion 336b may correspond to or be slightly larger than the vertical length of the first substrate tab 112 .
  • connection plate 334 and the sub-plate 336 are welded, and the sub-plate 336 and the first substrate tab 112 (or the second substrate tab) are welded.
  • Heat generation occurs between the first welding spots to be formed. Since this part has high resistance due to welding and shape features (bending), it is a part inevitably generating heat.
  • a low resistance material may be plated on the connection plate 334 and the sub plate 336 described above. Alternatively, a low-resistance material may be plated only on the sub plate 336 .
  • 'low-resistance material' refers to a material having a relatively lower resistance than the material of the first current collector 332 or the second current collector 342 . Therefore, in this embodiment, all materials having lower resistance than copper or aluminum may be applied to the 'low-resistance material'. By plating the low-resistance material, an effect of lowering resistance occurs, and thus heat generation can be improved.
  • the low-resistance material may be silver or gold.
  • heat preventing units 336d and 346d may be provided at the above-described heating portion (hereinafter, referring to FIG. 4 , for convenience, based on the heat preventing unit 336d on the first terminal side
  • the second terminal side heat protection unit 346d also has the same characteristics).
  • the heat preventing part 336d may have a size and shape corresponding to a region where heat is generated. Accordingly, the heat preventing portion 336d may have a bent thin plate shape corresponding to the shape of the bent portion of the sub plate 336 and its surroundings. Illustratively, the heat preventing portion 336d may cover a heat generating portion but have a width smaller than that of the sub plate 336 and may be in the form of a thin plate plated with a low-resistance material. To form the heat preventing part 336d, a groove to which the heat preventing part 336d is fixed may be formed in the sub plate 336. Alternatively, the heat preventing unit 336d may be made of clad metal.
  • Clad metal is obtained by fusing two or more different types of metals or alloys by a method such as hot pressing.
  • the anti-heating part 336d is a clad metal, after forming the clad metal with the low-resistance material described above, the anti-heating part 336d may be formed by a method such as adhesion, fusion, or hot compression.
  • the first terminal unit 350 may include a first terminal pin 352 and a first terminal plate 354 .
  • the first terminal unit 350 may further include a fixing plate 356 for fixing the first terminal pin 352 as needed.
  • the first terminal pin 352 has a substantially cylindrical shape and is electrically connected to the first electrode plate 110 of the electrode assembly 100 by being electrically connected to the first current collector 332 .
  • a flange 352a Adjacent to the upper end of the first terminal pin 352, a flange 352a is provided on which the first terminal plate 354 is seated.
  • the flange 352a extends outward from the outer circumferential surface of the first terminal plate 354 in a vertical direction. Upper and lower surfaces of the flange 352a may be substantially parallel to the cap plate 310 .
  • a part of the lower surface of the first terminal plate 354 may contact the upper surface of the flange 352a, and the upper surface of the flange 326a of the pin insulating part 326 may contact the lower surface of the flange 352a.
  • the pin insulation part 326 is inserted into the cap plate 310 during manufacturing, the lower portion of the first terminal pin 352 is formed by the upper insulation part 328, the cap plate 310, the insulation plate 322 and the first terminal pin 352. 1 may be inserted through the current collector 332 sequentially.
  • the first terminal plate 354 is seated on the top of the flange 352a, and the upper and lower ends of the first terminal pin 352 are pressed and deformed to form the first terminal pin 352 and the first terminal plate 354.
  • the first terminal pin 352 and the first current collector 332 may be fixed.
  • the first terminal pin 352 and the first current collector 332 may be fixed by welding a lower end of the first terminal pin 352 and a part of the lower surface of the first current collector 332 .
  • the fixing plate 356 may come into close contact with the lower end of the first terminal pin 352, and the fixing plate 356, the lower end of the first terminal pin 352, and the first current collector 332 may be welded together. When the fixing plate 356 is applied, a groove into which the fixing plate 356 is inserted may be formed below the first current collector 332 .
  • the second current collector 340 has the same configuration as the first current collector 330, but is disposed symmetrically with the first current collector 330 to form a second electrode plate ( 120) and electrically connected. A detailed description of the second current collector 340 will be omitted.
  • the conductive plate 366 electrically connects the second terminal plate 364 electrically connected to the second terminal pin 362 and the cap plate 310 . Accordingly, the cap plate 310 is electrically connected to the second electrode plate 120 because it is connected to the second current collector 340 through the second terminal unit 360 . Accordingly, the cap plate 310 has the same positive polarity as the second current collector 340, and the case 200 welded to the cap plate 310 also has the positive polarity.

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Abstract

본 발명의 실시 예는 집전부의 발열을 개선할 수 있는 이차전지에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 발열이 가장 심한 집전 부위에 저저항 소재를 추가해 저항을 낮춤으로써 발열을 개선할 수 있다.

Description

이차전지
본 발명의 실시예는 이차전지에 관한 것이다.
이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 이차전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 또한, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 이차전지 모듈의 경우 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 적층 또는 권취된 전극 조립체와 전해질을 케이스에 내장하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성될 수 있다. 이러한 전극 조립체는 측부 또는 상부 방향으로 무지부 탭이 돌출되고 무지부 탭에 집전 구조물이 연결될 수 있다. 집전 구조물의 용접 부위 중 일부 구간은 발열이 발생하는 구간이므로, 이를 해결하기 위해 해당 부분의 소재를 두껍게 설계하게 된다. 이는 전극 조립체의 용량 감소로 이어져 셀 경쟁력 확보를 위한 구조의 개발이 필요한 실정이다.
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 발명의 실시 예는 집전부의 발열을 개선할 수 있는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 일측이 개구되어 개구부를 형성하는 케이스; 상기 케이스에 수용되며, 상기 케이스의 길이 방향 일측으로 배치된 제1 기재탭을 갖는 제1 전극판과, 상기 케이스의 길이 방향 타측으로 배치된 제2 기재탭을 갖는 제2 전극판과, 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하고, 권취 또는 적층되는 전극 조립체; 및 상기 케이스의 개구부에 결합되는 캡 플레이트와, 상기 전극 조립체의 길이 방향 상단과 평행하게 배치되고 상기 제1 전극 기재탭 및 상기 제2 전극 기재탭과 각각 전기적으로 연결되는 제1 집전체 및 제2 집전체를 구비한 제1 집전부 및 제2 집전부와, 상기 제1 집전부 및 상기 제2 집전부와 각각 전기적으로 연결되는 제1 단자부 및 제2 단자부와, 상기 캡 플레이트, 제1 집전체 및 제2 집전체, 상기 제1 단자부 및 제2 단자부 중 적어도 하나에 결합되는 복수의 절연부재를 구비한 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 제1 집전부는 상기 제1 집전체와 상기 제1 기재탭을 전기적으로 연결하는 서브 플레이트를 더 포함하고, 상기 제2 집전부는 상기 제2 집전체와 상기 제2 기재탭을 전기적으로 연결하는 서브 플레이트를 더 포함하며, 상기 제1 집전부 및 상기 제2 집전부의 상기 서브 플레이트 중 적어도 하나는 일부 또는 전부가 상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체보다 낮은 저항을 갖는 소재인 것이 특징이다.
상기 제1 집전부는, 상기 제1 집전체와 전기적으로 연결되고 일단이 상기 제1 기재탭 방향으로 벤딩되는 연결 플레이트를 더 포함하고, 상기 서브 플레이트는 상기 연결 플레이트 및 상기 제1 기재탭과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 집전부는, 상기 제2 집전체와 전기적으로 연결되고 일단이 상기 제2 기재탭 방향으로 벤딩되는 연결 플레이트를 더 포함하고, 상기 서브 플레이트는 상기 연결 플레이트 및 상기 제2 기재탭과 전기적으로 연결되는 것이 특징이다.
상기 제1 집전부의 상기 서브 플레이트는 상기 연결 플레이트에 전기적으로 연결되는 제1 연결부와, 상기 제1 기재탭에 전기적으로 연결되는 제2 연결부를 포함하고, 상기 제2 집전부의 상기 서브 플레이트는 상기 연결 플레이트에 전기적으로 연결되는 제1 연결부와, 상기 제2 기재탭에 전기적으로 연결되는 제2 연결부를 포함할 수 있다.
상기 연결 플레이트의 일단과 상기 서브 플레이트의 상기 제1 연결부, 상기 제1 집전부의 상기 제2 연결부와 상기 제1 기재탭, 상기 제2 집전부의 상기 제2 연결부와 상기 제2 기재탭은 서로 용접되는 것이 특징이다.
상기 제1 연결부의 용접 스팟과 상기 제2 연결부의 상기 제1 연결부에 인접한 첫번째 용접 스팟 사이에 발열 방지부가 구비되는 것이 특징이다.
상기 발열 방지부는 상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체보다 낮은 저항을 갖는 소재가 도금되거나 또는 클래드 메탈(clad metal)인 것을 특징으로 한다.
상기 연결 플레이트와 상기 서브 플레이트의 용접된 부분은 상기 전극 조립체의 상단보다 상기 케이스의 바닥면에 가깝게 배치되는 것이 특징이다.
상기 서브 플레이트는 상기 제2 연결부가 상기 제1 연결부로부터 상기 전극 조립체를 향해 벤딩되고, 상기 벤딩된 부분은 상기 전극 조립체의 상단보다 상기 케이스의 바닥면에 가깝게 배치되는 것이 특징이다.
상기 제2 연결부는 상기 전극 조립체를 향하는 판면이 상기 연결 플레이트의 상기 전극 조립체를 향하는 판면과 동일 평면상에 배치되는 것이 특징이다.
상기 제2 연결부는 상기 전극 조립체를 향하는 판면이 상기 연결 플레이트의 상기 전극 조립체를 향하는 판면보다 상기 전극 조립체 쪽에 가깝게 배치되는 것이 특징이다.
상기 제2 연결부는 상기 케이스를 향하는 판면에 오목하게 용접홈이 형성되는 것이 특징이다.
상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체의 두께는 상기 연결 플레이트 및 서브 플레이트의 두께보다 두꺼운 것이 특징이다.
상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체의 두께는 상기 연결 플레이트 및 서브 플레이트의 두께의 4배 내지 5배의 두께인 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 실시 예는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스에 결합되고, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 전극 조립체의 상단과 평행하게 배치되는 제1 집전체를 및 제2 집전체를 구비하는 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 캡 어셈블리는 상기 제1 집전체와 상기 제2 집전체를 각각 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결하는 한 쌍의 서브 플레이트를 더 포함하고, 상기 서브 플레이트 중 적어도 하나는 상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체보다 낮은 저항을 갖는 소재인 것이 특징이다.
상기 캡 어셈블리는 상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트; 상기 전극 조립체의 제1 전극판에 구비된 제1 기재탭과 전기적으로 연결되는 상기 서브 플레이트, 상기 제1 집전체와 상기 서브 플레이트에 전기적으로 연결되는 연결 플레이트를 갖는 제1 집전부; 상기 전극 조립체의 제2 전극판에 구비된 제2 기재탭과 전기적으로 연결되는 상기 서브 플레이트, 상기 제2 집전체와 상기 서브 플레이트에 전기적으로 연결되는 연결 플레이트를 갖는 제2 집전부; 상기 제1 집전체에 결합되어 전기적으로 연결되는 제1 단자핀, 상기 제1 단자핀과 결합되어 전기적으로 연결되는 제1 단자 플레이트를 갖는 제1 단자부; 상기 제2 집전체에 결합되어 전기적으로 연결되는 제2 단자핀, 상기 제2 단자핀과 결합되어 전기적으로 연결되는 제2 단자 플레이트 및 전도성 플레이트를 갖는 제2 단자부; 및 상기 캡 플레이트와 상기 제1 집전체의 사이, 상기 제1 집전체와 상기 전극 조립체의 사이, 상기 제2 집전체와 상기 전극 조립체의 사이, 상기 제1 단자핀 및 상기 제2 단자핀과 상기 캡 플레이트의 사이에 각각 구비되는 절연 소재의 절연부재를 포함할 수 있다.
상기 연결 플레이트는 일단이 상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체와 평행하게 배치되고 타단이 상기 전극 조립체를 향해 벤딩되며, 상기 벤딩된 단부에 상기 서브 플레이트가 용접되는 것이 특징이다.
상기 서브 플레이트는 상기 연결 플레이트에 용접되는 제1 연결부, 상기 제1 연결부로부터 상기 전극 조립체를 향해 벤딩되고 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 제2 연결부를 포함할 수 있다.
상기 제1 연결부의 용접 스팟과 상기 제2 연결부의 상기 제1 연결부에 인접한 첫번째 용접 스팟 사이에 발열 방지부가 구비되는 것이 특징이다.
상기 발열 방지부는 상기 저-저항 소재가 도금되거나 또는 클래드 메탈(clad metal)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 발열이 가장 심한 집전 부위에 저저항 소재를 추가해 저항을 낮춤으로써 발열을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 이차전지의 캡 어셈블리를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 이차전지의 단면도이다.
도 4는 도 3의 주요 부분을 확대 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예들은 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 포함한다. 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 "포함한다(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, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 따른 이차전지에 대해 상세히 설명하기로 한다(편의상 도 1 및 도 3을 기준으로 상측을 상부, 하측을 하부 방향으로 정의하고 설명한다).
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1에 따른 이차전지의 캡 어셈블리를 도시한 분해 사시도이다. 도 3은 도 1에 따른 이차전지의 단면도이다. 도 4는 도 3의 주요 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(10)는 전극 조립체(100)와, 전극 조립체(100)를 수용하는 케이스(200), 케이스(200)에 결합되는 캡 어셈블리(300)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(100)는 얇은 판형 또는 막형의 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120), 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터(130)로 구성된 단위 적층체가 권취되거나 복수 개가 적층(stack)되어 구비될 수 있다. 전극 조립체(100)가 권취되어 형성되는 경우, 권취 축은 캡 어셈블리(300)의 길이 방향과 대략 평행한 수평 방향 또는 캡 어셈블리(300)의 길이 방향에 대략 수직인 수직 방향으로 배치될 수 있다. 전극 조립체(100)가 적층되어 형성되는 경우, 복수의 단위 적층체의 장측면이 서로 인접하도록 배치될 수 있다.
예시적으로, 제1 전극판(110)은 음극 역할을 할 수 있고, 제2 전극판은 양극 역할을 할 수 있다. 또는 그 반대로 구성될 수도 있다.
제1 전극판(110)이 음극판인 경우, 제1 전극판(110)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 제공된 제1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1 전극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 제1 전극판(110)에는 제1 전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제1 기재탭(또는 제1 무지부)가 형성될 수 있다. 복수의 제1 기재탭(112)들을 모아 가용접한 후, 가용접된 제1 기재탭(112)과 캡 어셈블리(300)가 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 기재탭(112)은 제1 전극판(110)과 캡 어셈블리(300)의 제1 단자부(350) 사이의 전류 흐름의 통로가 될 수 있다.
제2 전극판(120)이 양극판인 경우, 제2 전극판(120)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 제공된 제2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2 전극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 제2 전극판(120)에는 제2 전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2 기재탭(또는 제2 무지부)가 형성될 수 있다. 복수의 제2 기재탭(122)들을 모아 가용접한 후, 가용접된 제2 기재탭(122)과 캡 어셈블리(300)가 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제2 기재탭(122)은 제2 전극판(120)과 캡 어셈블리(300)의 제2 단자부(360) 사이의 전류 흐름의 통로가 될 수 있다.
일부 예들에서, 제1 기재탭(112) 및 제2 기재탭(122)은 제1 전극판(110) 및 제2 전극판(120)을 제조할 때 제1 전극판(110) 및 제2 전극판(120)의 일측을 각각 절단하여 형성될 수 있다. 즉, 제1 기재탭(112)은 제1 전극판(110)과, 제2 기재탭(122)은 제2 전극판(120)과 일체로 형성될 수 있다. 제1 기재탭(112)은 전극 조립체(100)의 일방향에 배치되고, 제2 기재탭(122)은 전극 조립체(100)의 타방향에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같이 제1 기재탭(112)은 케이스(200)의 좌측 단측면을 향해 배치되고, 제2 기재탭(122)은 케이스(200)의 우측 단측면을 향해 배치될 수 있다.
세퍼레이터(130)는 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120)의 사이에 배치되어 쇼트를 방지하고, 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 예시적으로, 세퍼레이터(130)는 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 세퍼레이터(130)는 액체 또는 겔 상태의 전해액을 필요로 하지 않는 황화물계, 산화물계 또는 인산염화합물계와 같은 무기물계 고체 전해질로 대체될 수도 있다.
전극 조립체(100)는 전해액과 함께 케이스(200)에 수용될 수 있다. 일부 예들에서, 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethylmethyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염을 포함할 수 있다. 또한, 전해액은 액체 또는 겔상일 수 있다. 일부 예들에서, 무기물계 고체 전해질이 사용될 경우, 전해액은 생략될 수도 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(200)는 대략 직육면체의 박스 형태로, 길이 방향 상부가 개구되고 내부에 수용 공간이 형성될 수 있다. 개구된 상부를 통해 전극 조립체(100)와 전해액이 케이스(200) 내부에 수용될 수 있다. 캡 어셈블리(300)의 일부 구성품은 케이스(200)의 외부로 노출되고, 일부 구성품은 케이스(200)의 내부에 수용될 수 있다. 케이스(200)는 직사각형의 바닥면(210), 바닥면(210)에 연결된 4개의 측면으로 구성될 수 있다. 측면 중 상대적으로 면적이 큰 면을 장변부(220), 상대적으로 면적이 작은 면을 단변부(230)로 정의한다. 예시적으로, 전극 조립체(100)는 판면이 장변부(220)와 마주보도록 배치될 수 있다. 케이스(200)에 전극 조립체(100)가 수용된 상태에서 캡 어셈블리(300)가 케이스(200)에 결합되고 전극 조립체(100)에 전기적으로 연결된다. 이때, 케이스(200)의 단변부(230)에는 집전부와의 절연을 위한 절연 필름(240)이 결합 또는 부착될 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 캡 어셈블리(300)는 케이스(200)에 결합되는 캡 플레이트(310)와, 복수의 절연부재와, 제1 집전부(330) 및 제2 집전부(340), 제1 단자부(350) 및 제2 단자부(360)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(310)는 대략 직사각형의 판 형태이다. 캡 플레이트(310)는 케이스(200)와 동일한 소재로 형성될 수 있다. 예시적으로 캡 플레이트(310)는 케이스(200)의 개구부 내측 크기에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 또한 예시적으로, 캡 플레이트(310)는 레이저 용접 등의 방법으로 케이스(200)에 결합될 수 있다. 캡 플레이트(310)에는 제1 단자부(350) 및 제2 단자부(360)와의 결합을 위한 각각의 단자홀(312)과 홈, 주액홀, 벤트(316) 결합을 위한 벤트홀(314) 등이 형성될 수 있다. 벤트(316)는 이차전지(10)의 내압 상승 시 파단되어 가스 배출 역할을 하며, 일반적인 벤트 구조를 적용할 수 있다.
절연부재는 절연 플레이트(322)와 한 쌍의 하부 절연부(324), 한 쌍의 핀 절연부(326), 하나의 상부 절연부(328)를 포함한다. 절연부재는 모두 절연 소재로 만들어지며, 예를 들어 사출 방법으로 제조될 수 있다.
절연 플레이트(322)는 대략 직사각형의 판 형상이다. 절연 플레이트(322)는 캡 플레이트(310)의 하면에 밀착되어 캡 플레이트(310)와 전극 조립체(100)의 사이를 절연한다. 또한, 절연 플레이트(322)는 후술할 집전 구조와 캡 플레이트(310) 사이를 절연하는 역할을 한다. 따라서 절연 플레이트(322)는 가장자리를 따라 하부를 향해 연장된 측면을 구비할 수 있다. 측면은 절연 플레이트(322)의 가장자리 전체를 연결하는 형태일 수도 있고, 부분적으로만 형성될 수도 있다. 절연 플레이트(322)는 절연이 필요한 부품들의 형상에 따라 판면이나 측면의 형상이 달라질 수 있다. 절연 플레이트(322)에는 캡 플레이트(310)의 단자홀(312) 및 벤트홀(314)의 위치에 대응하는 관통홀(322a)이 형성될 수 있다. 절연 플레이트(322)의 하부에 집전부의 일부 및 하부 절연부(324)가 배치될 수 있다.
하부 절연부(324)는 집전부의 일부 구성의 절연을 위한 것으로, 대략 사각형의 판 형상이다. 하부 절연부(324)는 한 쌍으로 구비되어 제1 단자부(350) 및 제2 단자부(360) 쪽에 각각 배치될 수 있다. 또한, 하부 절연부(324)는 후술할 집전체(332, 342)의 하부에 배치되며, 대략 집전체(332, 342)를 커버할 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 하부 절연부(324)는 집전체(332, 342)가 조립된 상태에서 절연 플레이트(322)와 결합될 수 있다.
핀 절연부(326)는 후술할 제1 단자부(350) 및 제2 단자부(360)의 단자핀(352, 362)과 캡 플레이트(310) 사이를 절연하기 위한 것으로, 대략 원통 형상이다. 상부 절연부(328)는 외주면 상단에서 외측으로 연장된 플랜지(326a)를 구비한다. 플랜지(326a)는 단자핀(352, 362)의 일측 하부에 접촉되고, 상부 절연부(328)의 하단은 절연 플레이트(322)의 관통홀(322a)에 삽입된다.
상부 절연부(328)는 제1 단자부(350)에만 적용되는 구성으로, 후술할 제1 단자 플레이트(354)와 캡 플레이트(310) 사이에 배치된다. 상부 절연부(328)는 대략 제1 단자 플레이트(354)의 형상에 대응하는 직사각형의 판 형상일 수 있다. 상부 절연부(328)는 제1 단자 플레이트(354) 보다 크게 형성되고, 제1 단자 플레이트(354)가 안착되는 홈을 구비한다. 상부 절연부(328) 상에는 캡 플레이트(310)의 단자홀(312)에 대응되는 위치에 홀이 관통 형성된다. 이 관통된 홀에 제1 단자핀(352)의 플랜지(352a)가 배치된다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 집전부(330)는 음극판인 제1 전극판(110)과 제1 단자부(350)를 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 제1 집전부(330)는 제1 단자부(350)와 전기적으로 연결되는 제1 집전체(332)와, 제1 집전체(332)와 전기적으로 연결되는 연결 플레이트(334)와, 연결 플레이트(334) 및 제1 기재탭(112)과 전기적으로 연결되는 서브 플레이트(336)를 포함할 수 있다.
제1 집전체(332)는 미리 설정된 두께를 갖는 전도성 소재로, 대략 판 형상일 수 있다. 또한, 제1 집전체(332)는 절곡되거나 벤딩된 부분이 없는 판 형상을 갖는다. 제1 집전체(332) 상에는 캡 플레이트(310)의 단자홀(312) 및 절연 플레이트(322)의 관통홀(322a)에 대응하는 위치에 관통홀(332a)이 관통 형성된다. 관통홀(332a)에 후술할 제1 단자핀(352)이 삽입된다. 제1 집전체(332)의 상면 일부는 절연 플레이트(322)의 하면에 접촉되고, 하면은 하부 절연부(324)에 의해 전극 조립체(100)와 절연된다. 제1 집전체(332)의 상면 일측에 연결 플레이트(334)가 접촉된다. 이를 위해, 제1 집전체(332)의 상면 일측에 오목하게 안착홈(332b)이 형성될 수 있다. 안착홈(332b)은 연결 플레이트(334)의 두께에 대응하는 깊이로 형성되므로, 연결 플레이트(334)의 상면과 제1 집전체(332)의 상면은 동일 평면상에 배치될 수 있다. 예시적으로, 제1 집전체(332)의 상하 방향 두께는 연결 플레이트(334) 및 서브 플레이트(336) 두께의 4~5배로 형성될 수 있다.
연결 플레이트(334)는 제1 집전체(332)보다 상대적으로 얇은 두께를 갖는 전도성 소재로, 판 형상을 대략 수직으로 벤딩(bending)한 형상일 수 있다. 연결 플레이트(334)의 벤딩된 부분을 기준으로 상측을 상부, 하향 연장된 부분을 하부로 정의한다. 연결 플레이트(334) 상부의 하면은 제1 집전체(332)의 상면에 형성된 안착홈(332b)에 안착되고, 상부의 상면은 절연 플레이트(322)의 하면에 밀착된다. 연결 플레이트(334) 하부의 외측면은 서브 플레이트(336)의 일측에 접촉된다. 연결 플레이트(334)가 제1 집전체(332)에 안착된 상태에서 제1 집전체(332)가 고정되면 연결 플레이트(334) 역시 절연 플레이트(322)와 제1 집전체(332)의 사이에 고정될 수 있다. 따라서 별도의 용접 없이 연결 플레이트(334)가 제1 집전체(332)와 물리적 및 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 연결 플레이트(334)가 제1 집전체(332)와 레이저 용접으로 연결될 수 있다. 연결 플레이트(334)와 서브 플레이트(336)의 연결은 레이저 용접 등에 의해 이루어질 수 있다. 용접 시 절연 플레이트(322)의 파손 방지를 위해, 연결 플레이트(334)의 하단은 전극 조립체(100)의 상단보다 낮은 위치에 배치되고, 용접 부위 역시 연결 플레이트(334)의 하단에 인접하여 형성될 수 있다(케이스의 바닥면과 더 가깝게 배치됨).
서브 플레이트(336)는 미리 설정된 폭과 길이를 갖는 전도성 소재로, 대략 판 형상일 수 있다. 서브 플레이트(336)의 일단(상단)은 연결 플레이트(334)의 하부와 접촉되어 용접될 수 있다. 서브 플레이트(336)의 판면 중 전극 조립체(100)를 향하는 면을 내측면, 케이스(200)의 단변부(230)를 향하는 면을 외측면으로 정의하면, 내측면에 제1 기재탭(112)이 연결될 수 있다. 서브 플레이트(336)가 연결 플레이트(334)와 연결되는 부분을 제1 연결부(336a), 제1 기재탭(112)과 연결되는 부분을 제2 연결부(336b)로 정의할 수 있다. 서브 플레이트(336)는 제1 연결부(336a)와 제2 연결부(336b)가 소정의 각도로 벤딩될 수 있다. 예시적으로, 제2 연결부(336b)는 내측면이 제1 연결부(336a)로부터 전극 조립체(100)를 향해 벤딩되되 연결 플레이트(334)의 내측면과 동일 평면상에 위치하도록 배치될 수 있다. 또는 제2 연결부(336b)의 내측면이 연결 플레이트(334)의 내측면보다 전극 조립체(100) 쪽으로 좀더 들어가도록 배치될 수 있다. 제2 연결부(336b)는 내측면이 제1 기재탭(112)과 용접으로 연결될 수 있다. 따라서 제2 연결부(336b)의 상하 방향 길이는 제1 기재탭(112)의 상하 방향 길이에 대응하거나 다소 크게 형성될 수 있다. 제2 연결부(336b)의 폭 역시 제1 기재탭(112)들을 모아 용접한 것에 대응하는 폭을 갖거나 다소 크게 형성될 수 있다. 또한, 제2 연결부(336b)의 외측면 상에는 복수의 오목한 용접홈(336c)이 형성될 수 있다. 용접홈(336c)은 도 2를 기준으로 제2 연결부(336b)의 폭 방향을 따라 복수 개가 형성될 수 있다. 제2 연결부(336b)와 제1 기재탭(112)의 용접 부위는 용접홈(336c) 상에 형성될 수 있다. 예시적으로 제1 집전체(332)의 두께가 3.5mm인 경우, 연결 플레이트(334) 및 서브 플레이트(336)의 두께는 0.8mm로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상대적으로 두꺼운 제1 집전체(332)가 일자로 형성되고, 연결 플레이트(334) 및 서브 플레이트(336)의 두께가 얇으므로 전극 조립체(100)의 크기를 증가시킬 수 있는 공간을 확보할 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4에서와 같이, 연결 플레이트(334)와 서브 플레이트(336)가 용접되는 용접 스팟과, 서브 플레이트(336)와 제1 기재탭(112, 또는 제2 기재탭)이 용접되는 첫번째 용접 스팟의 사이에서 발열이 일어난다. 해당 부분은 용접 및 형상적인 특징(벤딩)에 의해 저항이 높아지는 부위이므로 열이 발생할 수밖에 없는 부분이다. 발열에 의한 파손 등을 방지하기 위해, 전술한 연결 플레이트(334) 및 서브 플레이트(336)에는 저-저항(low resistance) 소재가 도금될 수 있다. 또는, 서브 플레이트(336)에만 저-저항 소재가 도금될 수 있다. 본 실시 예에서 '저-저항 소재'란 제1 집전체(332) 또는 제2 집전체(342)의 소재보다 상대적으로 낮은 저항을 갖는 소재를 의미한다. 따라서 본 실시 예에서 '저-저항 소재'는 구리나 알루미늄 보다 낮은 저항을 갖는 모든 소재가 적용될 수 있다. 저-저항 소재를 도금함으로써 저항이 낮아지는 효과가 발생하고, 이에 따라 발열이 개선될 수 있다. 예시적으로, 저-저항 소재는 은 또는 금일 수 있다.
또는, 도 3 및 도 4와 같이, 전술한 발열 부위에 발열 방지부(336d, 346d)가 구비될 수 있다(이하에서는 도 4를 참조하고 편의상 제1 단자부 쪽의 발열 방지부(336d) 기준으로 설명하나, 제2 단자부 쪽 발열 방지부(346d) 역시 동일한 특징을 갖는다).
발열 방지부(336d)는 발열이 발생하는 부위에 대응하는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 따라서 발열 방지부(336d)는 서브 플레이트(336)의 벤딩된 부분 및 그 주변의 형상에 대응하는 벤딩된 박판 형태일 수 있다. 예시적으로, 발열 방지부(336d)는 발열 부위를 커버하되 서브 플레이트(336)의 폭 보다 작은 폭으로 형성되고, 저-저항 소재가 도금된 박판 형태일 수 있다. 발열 방지부(336d)의 형성을 위해 서브 플레이트(336)에는 발열 방지부(336d)가 고정되는 홈이 형성될 수 있다. 또는, 발열 방지부(336d)가 클래드 메탈(clad metal)로 구비될 수 있다. 클래드 메탈은 서로 다른 2종 이상의 금속 또는 합금을 열간 압착 등의 방법으로 융착한 것이다. 발열 방지부(336d)가 클래드 메탈인 경우, 전술한 저-저항 소재로 클래드 메탈을 형성한 후 부착, 융착, 열간 압착 등의 방법으로 발열 방지부(336d)를 형성할 수 있다.
이와 같이, 발열 부위에 저-저항 소재를 도금하거나, 저-저항 소재로 발열 방지부를 구성함으로써 발열 부위의 저항을 낮춰 발열을 개선할 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 단자부(350)는 제1 단자핀(352)과, 제1 단자 플레이트(354)를 포함할 수 있다. 제1 단자부(350)는 필요에 따라 제1 단자핀(352)의 고정을 위한 고정 플레이트(356)를 더 포함할 수 있다.
제1 단자핀(352)은 대략 원기둥 형상으로, 제1 집전체(332)와 전기적으로 연결됨으로써 전극 조립체(100)의 제1 전극판(110)과 전기적으로 연결된다. 제1 단자핀(352)은 상단 쪽에 인접하여 제1 단자 플레이트(354)가 안착되기 위한 플랜지(352a)가 구비된다. 플랜지(352a)는 제1 단자 플레이트(354)의 외주면으로부터 수직 방향으로 외측으로 연장된다. 플랜지(352a)는 상하면이 캡 플레이트(310)와 대략 평행을 이룰 수 있다. 플랜지(352a)의 상면에 제1 단자 플레이트(354)의 하면 일부가 접촉되고, 플랜지(352a)의 하면에 핀 절연부(326)의 플랜지(326a) 상면이 접촉될 수 있다. 제조 시 캡 플레이트(310)에 핀 절연부(326)가 삽입된 상태에서, 제1 단자핀(352)의 하부는 상부 절연부(328), 캡 플레이트(310), 절연 플레이트(322) 및 제1 집전체(332)를 순차적으로 관통하여 삽입될 수 있다. 그 후 플랜지(352a)의 상부에 제1 단자 플레이트(354)가 안착되고, 제1 단자핀(352)의 상단 및 하단을 가압 및 변형하여 제1 단자핀(352)과 제1 단자 플레이트(354), 제1 단자핀(352)과 제1 집전체(332)를 고정할 수 있다. 그 후 필요에 따라 제1 단자핀(352)의 하단과 제1 집전체(332)의 하면 일부를 용접해 제1 단자핀(352)과 제1 집전체(332)를 고정할 수 있다. 또는, 고정 플레이트(356)를 제1 단자핀(352)의 하단에 밀착시키고 고정 플레이트(356)와 제1 단자핀(352)의 하단 및 제1 집전체(332)를 함께 용접할 수도 있다. 고정 플레이트(356)를 적용하는 경우, 제1 집전체(332)의 하부에는 고정 플레이트(356)가 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.
제1 단자 플레이트(354)는 제1 단자부(350)의 최상단에 배치되며, 전도성 소재로 외부와 이차전지(10)를 전기적으로 연결한다. 제1 단자 플레이트(354)는 대략 판 형상으로, 전극 조립체(100)의 상단과 평행하게 배치될 수 있다. 제1 단자 플레이트(354)에는 제1 단자핀(352)이 관통 삽입되는 단자홀이 관통 형성된다. 제1 단자 플레이트(354)는 제1 단자핀(352)이 캡 플레이트(310)에 삽입된 상태에서 제1 단자핀(352)의 플랜지(352a)에 안착된다. 그 후 제1 단자핀(352)의 상단을 가압 및 변형해 제1 단자 플레이트(354)가 제1 단자핀(352)에 결합된 상태로 고정될 수 있다.
전술한 구조에 의해 전극 조립체(100)의 제1 전극판(110)에서 제1 기재탭(112), 서브 플레이트(336), 연결 플레이트(334), 제1 집전체(332), 제1 단자핀(352), 제1 단자 플레이트(354)까지 전류 경로가 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 집전부(340)는 제1 집전부(330)와 동일한 구성을 갖되, 제1 집전부(330)와 대칭이 되도록 배치되어 제2 전극판(120)과 전기적으로 연결된다. 제2 집전부(340)의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 단자부(360)는 제2 단자핀(362), 제2 단자 플레이트(364), 전도성 플레이트(366) 및 고정 플레이트(356)를 포함할 수 있다. 제2 단자핀(362)과 제2 단자 플레이트(364) 및 고정 플레이트(356)는 제1 단자부(350)와 동일하게 구성되고 제1 단자부(350)와 대칭이 되도록 배치된다.
전도성 플레이트(366)는 제2 단자부(360)에만 적용되는 구성으로, 제2 단자 플레이트(364)와 캡 플레이트(310) 사이에 배치된다. 전도성 플레이트(366)는 대략 제2 단자 플레이트(364)의 형상에 대응하는 직사각형의 판 형상일 수 있다. 전도성 플레이트(366)는 제2 단자 플레이트(364) 보다 크게 형성되고, 제2 단자 플레이트(364)가 안착되는 홈을 구비한다. 전도성 플레이트(366) 상에는 캡 플레이트(310)의 단자홀(312)에 대응되는 위치에 홀이 관통 형성된다. 이 관통된 홀에 제2 단자핀(362)의 플랜지(352a)가 배치된다. 예시적으로, 전도성 플레이트(366)는 전도성 레진 소재일 수 있고, 사출 방법으로 만들어질 수 있다. 전도성 플레이트(366)는 제2 단자핀(362)과 전기적으로 연결되는 제2 단자 플레이트(364)와 캡 플레이트(310)를 전기적으로 연결한다. 따라서 캡 플레이트(310)는 제2 단자부(360)에 의해 제2 집전부(340)와 연결되므로 제2 전극판(120)과 전기적으로 연결된다. 따라서 캡 플레이트(310)는 제2 집전부(340)와 동일한 양극의 극성을 갖게 되며, 캡 플레이트(310)와 용접된 케이스(200) 역시 양극의 극성을 갖게 된다.
전술한 바와 같이, 제2 집전부(340)는 제1 집전부(330)와 동일하게 구성된다. 따라서 상대적으로 두꺼운 제2 집전체(342)가 일자로 형성되고, 연결 플레이트(334) 및 서브 플레이트(336)의 두께가 얇으므로 전극 조립체(100)의 크기를 증가시킬 수 있는 공간을 확보할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 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 (19)

  1. 일측이 개구되어 개구부를 형성하는 케이스;
    상기 케이스에 수용되며, 상기 케이스의 길이 방향 일측으로 배치된 제1 기재탭을 갖는 제1 전극판과, 상기 케이스의 길이 방향 타측으로 배치된 제2 기재탭을 갖는 제2 전극판과, 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하고, 권취 또는 적층되는 전극 조립체; 및
    상기 케이스의 개구부에 결합되는 캡 플레이트와, 상기 전극 조립체의 길이 방향 상단과 평행하게 배치되고 상기 제1 기재탭 및 상기 제2 기재탭과 각각 전기적으로 연결되는 제1 집전체 및 제2 집전체를 구비한 제1 집전부 및 제2 집전부와, 상기 제1 집전부 및 상기 제2 집전부와 각각 전기적으로 연결되는 제1 단자부 및 제2 단자부와, 상기 캡 플레이트, 제1 집전체 및 제2 집전체, 상기 제1 단자부 및 제2 단자부 중 적어도 하나에 결합되는 복수의 절연부재를 구비한 캡 어셈블리를 포함하고,
    상기 제1 집전부는 상기 제1 집전체와 상기 제1 기재탭을 전기적으로 연결하는 서브 플레이트를 더 포함하고, 상기 제2 집전부는 상기 제2 집전체와 상기 제2 기재탭을 전기적으로 연결하는 서브 플레이트를 더 포함하며, 상기 제1 집전부 및 상기 제2 집전부의 상기 서브 플레이트 중 적어도 하나는 일부 또는 전부가 상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체보다 낮은 저항을 갖는 소재인, 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 집전부는, 상기 제1 집전체와 전기적으로 연결되고 일단이 상기 제1 기재탭 방향으로 벤딩되는 연결 플레이트를 더 포함하고, 상기 서브 플레이트는 상기 연결 플레이트 및 상기 제1 기재탭과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 집전부는, 상기 제2 집전체와 전기적으로 연결되고 일단이 상기 제2 기재탭 방향으로 벤딩되는 연결 플레이트를 더 포함하고, 상기 서브 플레이트는 상기 연결 플레이트 및 상기 제2 기재탭과 전기적으로 연결되는, 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 집전부의 상기 서브 플레이트는 상기 연결 플레이트에 전기적으로 연결되는 제1 연결부와, 상기 제1 기재탭에 전기적으로 연결되는 제2 연결부를 포함하고, 상기 제2 집전부의 상기 서브 플레이트는 상기 연결 플레이트에 전기적으로 연결되는 제1 연결부와, 상기 제2 기재탭에 전기적으로 연결되는 제2 연결부를 포함하는, 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연결 플레이트의 일단과 상기 서브 플레이트의 상기 제1 연결부, 상기 제1 집전부의 상기 제2 연결부와 상기 제1 기재탭, 상기 제2 집전부의 상기 제2 연결부와 상기 제2 기재탭은 서로 용접되는, 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 연결부의 용접 스팟과 상기 제2 연결부의 상기 제1 연결부에 인접한 첫번째 용접 스팟 사이에 발열 방지부가 구비되는, 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 발열 방지부는 상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체보다 낮은 저항을 갖는 소재가 도금되거나 또는 클래드 메탈(clad metal)인 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 연결 플레이트와 상기 서브 플레이트의 용접된 부분은 상기 전극 조립체의 상단보다 상기 케이스의 바닥면에 가깝게 배치되는, 이차전지.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 서브 플레이트는 상기 제2 연결부가 상기 제1 연결부로부터 상기 전극 조립체를 향해 벤딩되고, 상기 벤딩된 부분은 상기 전극 조립체의 상단보다 상기 케이스의 바닥면에 가깝게 배치되는, 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 연결부는 상기 전극 조립체를 향하는 판면이 상기 연결 플레이트의 상기 전극 조립체를 향하는 판면과 동일 평면상에 배치되는, 이차전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 연결부는 상기 전극 조립체를 향하는 판면이 상기 연결 플레이트의 상기 전극 조립체를 향하는 판면보다 상기 전극 조립체 쪽에 가깝게 배치되는, 이차전지.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 연결부는 상기 케이스를 향하는 판면에 오목하게 용접홈이 형성되는, 이차전지.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체의 두께는 상기 연결 플레이트 및 서브 플레이트의 두께보다 두꺼운, 이차전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체의 두께는 상기 연결 플레이트 및 서브 플레이트의 두께의 4배 내지 5배의 두께인, 이차전지.
  14. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스에 결합되고, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 전극 조립체의 상단과 평행하게 배치되는 제1 집전체를 및 제2 집전체를 구비하는 캡 어셈블리를 포함하고,
    상기 캡 어셈블리는
    상기 제1 집전체와 상기 제2 집전체를 각각 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결하는 한 쌍의 서브 플레이트를 더 포함하고, 상기 서브 플레이트 중 적어도 하나는 상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체보다 낮은 저항을 갖는 소재인, 이차전지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리는
    상기 케이스에 결합되는 캡 플레이트;
    상기 전극 조립체의 제1 전극판에 구비된 제1 기재탭과 전기적으로 연결되는 상기 서브 플레이트, 상기 제1 집전체와 상기 서브 플레이트에 전기적으로 연결되는 연결 플레이트를 갖는 제1 집전부;
    상기 전극 조립체의 제2 전극판에 구비된 제2 기재탭과 전기적으로 연결되는 상기 서브 플레이트, 상기 제2 집전체와 상기 서브 플레이트에 전기적으로 연결되는 연결 플레이트를 갖는 제2 집전부;
    상기 제1 집전체에 결합되어 전기적으로 연결되는 제1 단자핀, 상기 제1 단자핀과 결합되어 전기적으로 연결되는 제1 단자 플레이트를 갖는 제1 단자부;
    상기 제2 집전체에 결합되어 전기적으로 연결되는 제2 단자핀, 상기 제2 단자핀과 결합되어 전기적으로 연결되는 제2 단자 플레이트 및 전도성 플레이트를 갖는 제2 단자부; 및
    상기 캡 플레이트와 상기 제1 집전체의 사이, 상기 제1 집전체와 상기 전극 조립체의 사이, 상기 제2 집전체와 상기 전극 조립체의 사이, 상기 제1 단자핀 및 상기 제2 단자핀과 상기 캡 플레이트의 사이에 각각 구비되는 절연 소재의 절연부재를 포함하는, 이차전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 연결 플레이트는 일단이 상기 제1 집전체 또는 상기 제2 집전체와 평행하게 배치되고 타단이 상기 전극 조립체를 향해 벤딩되며, 상기 벤딩된 단부에 상기 서브 플레이트가 용접되는, 이차전지.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 서브 플레이트는 상기 연결 플레이트에 용접되는 제1 연결부, 상기 제1 연결부로부터 상기 전극 조립체를 향해 벤딩되고 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 제2 연결부를 포함하는, 이차전지.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 연결부의 용접 스팟과 상기 제2 연결부의 상기 제1 연결부에 인접한 첫번째 용접 스팟 사이에 발열 방지부가 구비되는, 이차전지.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 발열 방지부는 상기 저-저항 소재가 도금되거나 또는 클래드 메탈(clad metal)인 것을 특징으로 하는, 이차전지.
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