KR101781826B1 - 복수의 양극 탭들과 음극 탭들을 포함하는 원통형 이차전지 - Google Patents

복수의 양극 탭들과 음극 탭들을 포함하는 원통형 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액을 함침한 상태로 원통형 전지케이스에 내장되어 있으며, 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 캡 어셈블리가 장착되어 있는 이차전지로서, 상기 전극조립체의 양극은 집전체 상에 양극 합제가 도포되어 있지 않은 2개 이상의 양극 무지부들을 포함하고 있고, 상기 양극 무지부들에서 각각 상향 돌출 형태로 부착된 양극 탭들은 상호 중첩되는 부분에서 용접되어 용접부를 형성하고 있으며, 상기 양극 탭들 중의 적어도 하나의 양극 탭의 일측 말단 또는 상기 용접부의 일측 말단이 캡 어셈블리의 하단에 용접되어 있고, 상기 전극조립체의 음극은 집전체 상에 음극 합제가 도포되어 있지 않은 2개 이상의 음극 무지부들을 포함하고 있고, 상기 음극 무지부들에 각각 하향 돌출 형태로 부착된 음극 탭들이 전지케이스 하단 내면에 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지를 제공한다.

Description

복수의 양극 탭들과 음극 탭들을 포함하는 원통형 이차전지 {Cylindrical Secondary Battery Having Two More Cathode and Anode Tabs}
본 발명은 복수의 양극 탭들과 음극 탭들을 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 디바이스의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
도 1에는 종래의 원통형 전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 원통형 이차전지(10)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(12)를 원통형 케이스(13)에 수납하고, 원통형 케이스(13) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(13)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극 단자; 도시하지 않음)가 형성되어 있는 캡 어셈블리(14)를 결합하여 제작한다.
전극조립체(12)는 양극(12a)과 음극(12b), 및 이들 사이에 분리막(12c)을 개재한 후 둥근 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심(젤리-롤의 중심부)에는 원통형의 센터 핀(15)이 삽입되어 있다. 센터 핀(15)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(15)은 전극조립체를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다.
이러한 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있지만, 각종 가연성 물질들이 내장되어 있으므로 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있다.
최근에는, 고출력을 제공하는 원통형 이차전지에 있어서, 2개의 양극 탭들을 적용한 구조가 제안되고 있다. 상기 양극 탭들은 일반적으로 젤리-롤형 전극조립체의 권취 개시부 및 권취 종료부에 위치하는데, 양극 탭들의 위치와 제조 공정상의 오차 범위로 인해, 권취 후 양극 탭들을 용접하기 위하여 완전히 포개지도록 정위치 시키는 데에 어려움이 있다.
양극 탭들이 완전히 겹쳐지지 않는 상태에서 용접하는 경우에, 양극 탭들의 포개어진 정도 및 위치에 따라 불균일한 용접 강도로 인해 용접의 균일성이 떨어지는 문제가 있다.
따라서, 상기와 같이, 고출력을 위하여 2개 이상의 복수의 탭을 용접하는 경우에, 균일한 용접 품질을 얻을 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 권취형 전극조립체의 양극 탭들이 특정한 용접부를 형성하는 구조의 원통형 이차전지를 개발하게 되었고, 이러한 원통형 이차전지는 균일한 용접 품질을 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액을 함침한 상태로 원통형 전지케이스에 내장되어 있으며, 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 캡 어셈블리가 장착되어 있는 이차전지로서, 상기 전극조립체의 양극은 집전체 상에 양극 합제가 도포되어 있지 않은 2개 이상의 양극 무지부들을 포함하고 있고, 상기 양극 무지부들에서 각각 상향 돌출 형태로 부착된 양극 탭들은 상호 중첩되는 부분에서 용접되어 용접부를 형성하고 있으며, 상기 양극 탭들 중의 적어도 하나의 양극 탭의 일측 말단 또는 상기 용접부의 일측 말단이 캡 어셈블리의 하단에 용접되어 있고, 상기 전극조립체의 음극은 집전체 상에 음극 합제가 도포되어 있지 않은 2개 이상의 음극 무지부들을 포함하고 있고, 상기 음극 무지부들에 각각 하향 돌출 형태로 부착된 음극 탭들이 전지케이스 하단 내면에 용접되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 집전체 상에 상향 돌출 형태로 부착된 2개 이상의 양극 탭이 상호 중첩되는 부분에서 용접되어 용접부를 형성하고, 상기 양극 탭들 중의 어느 하나의 양극 탭의 일측 말단 또는 상기 용접부의 일측 말단이 캡 어셈블리의 하단에 용접되는 구조로 구성되어 있다. 이와 같이, 양극 탭들이 포개지지 않는 부분에서는 용접을 하지 않고, 양극 탭들의 중첩이 일어나는 부분에서만 전극조립체의 권취축 방향으로 용접이 이루어지는 바, 용접부의 두께가 동일하기 때문에 용접면에 가해지는 에너지의 크기가 일정하여, 동일한 용접강도에 의한 균일한 용접품질을 확보할 수 있다.
따라서, 양극 탭들이 상호 중첩되는 부분뿐만 아니라 중첩되지 않는 부분에서도 용접을 수행하여 용접부의 두께가 균일하지 않기 때문에 부분적으로 과용접 및 약용접이 발생하는 등 용접 강도의 균일성을 확보할 수 없었던 종래기술의 문제를 해결할 수 있게 되었다.
또한, 종래에는, 제조 공정상의 한계로 인해, 권취 후 복수의 전극 탭들의 위치가 상호간에 완전히 중첩되지 않아 용접을 위해 위치를 조정해야 하는 어려움이 있었다. 반면에, 본 발명은 전극 탭들 간에 일정 정도 이상의 중첩이 일어나는 경우라면 용접이 가능한 구조이기 때문에, 전극 탭들이 완전히 중첩되도록 별도의 위치 조정 단계를 거칠 필요가 없다는 장점이 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 용접 강도의 균일성을 확보하기 위하여 전극 탭들이 중첩된 부분에서만 용접부가 형성되는 바, 구체적으로, 상기 용접부는 전극조립체의 권취축 방향에서 양극 탭들의 상호 중첩 부위에 기설정된 폭으로 형성될 수 있다. 상기 기설정된 폭의 더욱 구체적인 범위에 대해서는 하기에서 상세하게 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 탭들 중의 하나는 전극조립체의 권취 개시부에 위치한 제 1 양극 무지부에 상향 돌출된 형태로 부착되어 있고, 나머지 양극 탭들 중의 적어도 하나는 전극조립체의 권취 종료부에 위치한 제 2 양극 무지부에 상향 돌출된 형태로 부착되어 있을 수 있다.
또한, 고출력의 이차전지를 제공하기 위하여 추가적인 양극 탭이 부착될 수 있는 바, 예를 들어, 양극의 집전체에는 상기 제 1 양극 무지부와 제 2 양극 무지부 사이에 하나 이상의 제 3 양극 무지부가 추가로 형성되어 있고, 상기 제 3 양극 무지부에는 상향 돌출된 형태로 양극 탭이 부착되어 있는 형태일 수 있다.
상기 음극 탭들 중의 하나는, 예를 들어, 전극조립체의 권취 개시부에 위치한 제 1 음극 무지부에 하향 돌출된 형태로 부착되어 있고, 나머지 음극 탭들 중의 적어도 하나는 전극조립체의 권취 종료부에 위치한 제 2 음극 무지부에 하향 돌출된 형태로 부착되어 있을 수 있다.
양극과 마찬가지로, 고출력의 이차전지를 제공하기 위하여 추가적인 음극 탭이 부착될 수 있는 바, 음극의 집전체에는 상기 제 1 음극 무지부와 제 2 음극 무지부 사이에 하나 이상의 제 3 음극 무지부가 추가로 형성되어 있고, 상기 제 3 음극 무지부에는 하향 돌출된 형태로 음극 탭이 부착되어 있는 형태일 수 있다.
경우에 따라서는, 이차전지가 사용되는 디바이스의 용량 및 출력 특성에 따라, 상기 양극 집전체에는 양극 탭이 부착되는 제 n 양극 무지부 (n은 4 이상인 정수)가 형성되어 있고, 음극 집전체에서 음극 탭이 부착되는 제 n 음극 무지부 (n은 4 이상인 정수)가 형성될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 기설정된 폭으로 양극 탭들이 상호 중첩되는 부위에 용접부가 형성되는 구조인 바, 공정의 효율성 및 균일한 용접 품질을 고려할 때, 상기 양극 탭들의 폭은 서로 동일하게 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 탭들은 상호 중첩되는 부분에서 용접부를 형성하고, 상기 용접부의 일측 말단이 캡 어셈블리의 하단에 용접되는 구조일 수 있다. 상기 용접부의 폭은 양극 탭들의 폭을 기준으로 20% 내지 80%의 범위에서 기설정될 수 있으며, 더욱 구체적으로는 상기 용접부의 폭은 양극 탭들의 폭을 기준으로 40% 내지 60%의 범위에서 기설정될 수 있다.
상기 용접부의 폭이 양극 탭들의 폭을 기준으로 20%보다 좁을 경우에는 용접부가 지나치게 좁기 때문에 양극 탭들의 결합력이 떨어질 수 있으며, 80%보다 넓을 경우에는, 용접부를 확보하기 위한 추가적인 전극 탭의 위치 조절이 필요할 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 용접부의 길이는 양극 탭들의 평균 길이를 기준으로 5% 내지 40%의 범위일 수 있으며, 구체적으로는 10% 내지 30%일 수 있고, 더욱 구체적으로는 15% 내지 25%일 수 있다. 상기 용접부의 길이가 양극 탭들의 평균 길이의 5%보다 짧을 경우에는 양극 탭들의 안정적인 결합력을 확보하기 어렵고, 40%보다 길 경우에는 원통형 이차전지의 권취 후 양극 탭들 간의 위치 부정합이 클 때 용접면을 확보하기 어려울 수 있으므로 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 탭들의 길이가 서로 다르게 형성될 수 있는 바, 상기 양극 탭들이 상호 중첩되는 부분에서 용접부를 형성하고, 상기 양극 탭들 중의 적어도 하나의 양극 탭의 일측 말단이 캡 어셈블리의 하단에 용접되는 구조일 수 있다.
상기 구조에서, 양극 탭들 중에서 제 1 양극 탭의 일측 말단이 캡 어셈블리의 하단에 용접되고, 상기 제 1 양극 탭의 길이는 나머지 양극 탭들의 평균 길이보다 상대적으로 긴 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 양극 탭의 길이는 나머지 양극 탭들의 평균 길이의 110% 내지 200%의 범위일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 120% 내지 180%의 범위일 수 있다. 상기 제 1 양극 탭의 길이가 나머지 양극 탭들의 평균 길이의 110%보다 짧을 경우에는 캡 어셈블리의 하단에 용접되는 부분이 짧아져서 소망하는 정도의 용접 강도를 얻기 어렵고, 200%보다 긴 경우에는 긴 전극 탭의 길이로 인하여 불필요한 부피를 증가시킬 수 있으므로 바람직하지 않다.
한편, 상기 제 1 양극 탭과 나머지 양극 탭들 간에 용접이 일어나는 용접부의 길이는 나머지 양극 탭들의 평균 길이를 기준으로 5% 내지 30%의 범위일 수 있으며, 구체적으로는 10% 내지 25%일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 10% 내지 20%일 수 있다. 상기 용접부의 길이가 양극 탭들의 평균 길이의 5%보다 짧을 경우에는 양극 탭들의 안정적인 결합력을 확보하기 어렵고, 30%보다 길 경우에는 원통형 이차전지의 권취 후 양극 탭들 간의 위치 부정합이 클 때 용접면을 확보하기 어려울 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명에서 용접 방법은 양극 탭에 손상을 주지 않으면서 일정 정도 이상의 용접 강도를 확보할 수 있다면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접일 수 있다.
초음파 용접에 의하면, 가압 상태에서 접합 계면에 초음파 진동으로 마찰되면서 가열되어 양쪽 표면의 산화물을 제거하고, 더욱 고온으로 되면 두 금속 표면이 밀착하게 되어 원자간의 고상 확산접합이 이루어지면서 접합된다.
저항 용접에 의하면, 저항 용접 모재의 접합부에 대전류를 흘려 발생하는 저항열에 의해 접합부를 반용융 상태로 하고, 이것에 압력을 가하여 접합한다.
레이저 용접에 의하면, 레이저 빔을 집광하여 에너지 밀도를 더욱 높인 집중열원으로 모재를 용융하면서 용접한다.
본 발명에 있어서, 상기 캡 어셈블리는, 예를 들어, 전지 내부에서의 고압 발생시 파열되면서 고압 가스를 배출하는 노치들이 형성되어 있는 안전 벤트와, 상기 안전 벤트와 접속되어 전지 내부의 온도 상승시 저항이 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자를 포함하는 구조일 수 있다.
상기 캡 어셈블리는, 안전 벤트의 하단에 부착되어 전지 내압의 상승시 전류를 차단하는 전류 차단부재를 추가로 포함할 수 있고, 안전 벤트의 외주면에 접속되어 있는 상향 돌출형의 상단 캡을 더 포함하는 구조일 수 있다.
상기 원통형 이차전지는 고용량, 고출력 및 높은 안전성에 대한 요구를 만족시킬 수 있는 리튬 이차전지일 수 있으며, 상기 리튬 이차전지는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 또는 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 원통형 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 원통형 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 디바이스의 구체적인 예로는. 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 권취형 전극조립체의 양극 탭들이 상호 중첩되는 부분에서 용접이 이루어지는 용접부를 형성하고, 상기 양극 탭들 가운데 어느 하나의 양극 탭의 일측 말단 또는 상기 용접부의 일측 말단이 캡 어셈블리의 하단에 용접되는 구조를 갖기 때문에, 용접부 전체의 두께가 동일하게 형성되는 바, 양극 탭들이 완전히 포개어지지 않는 경우라도, 동일한 용접강도에 의한 균일한 용접품질을 갖는 원통형 이차전지를 제공할 수 있다.
따라서, 양극 탭들의 포개어지는 정도가 달라짐에 따라 부분적으로 과용접 또는 약용접이 일어나는 종래의 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 전지의 임피던스 특성을 균일화할 수 있다.
도 1은 종래의 원통형 이차전지의 단면 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다;
도 4는 도 2에 따른 전극조립체를 전지케이스 내에 수납하고 있는 원통형 이차전지의 사시도이다;
도 5는 도 4의 일부를 A방향에서 바라본 부분 확대도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체를 모식적으로 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 전극조립체(100)는 양극(110), 음극(160), 및 양극(110)과 음극(160) 사이에 분리막(190)이 개재되어 적층된 후 화살표 방향으로 권취되는 구조이다.
전극조립체(100)의 양극(110)은, 양극 집전체(111) 상에 양극 합제(112)가 도포되어 있지 않은 제 1 양극 무지부(121) 및 제 2 양극 무지부(122)를 포함하고 있다. 제 1 양극 무지부(121)에는 상향 돌출 형태로 양극 탭(131)이 부착되어 있고, 제 2 양극 무지부(122)에는 상향 돌출 형태로 양극 탭(132)이 부착되어 있다. 제 1 양극 무지부(121)는 전극조립체의 권취 개시부에 위치하고 있으며, 제 2 양극 무지부(122)는 전극조립체의 권취 종료부에 위치하고 있다.
한편, 전극조립체(100)의 음극(160)은, 음극 집전체(161) 상에 음극 합제(162)가 도포되어 있지 않은 제 1 음극 무지부(171) 및 제 2 음극 무지부(172)를 포함하고 있다. 제 1 음극 무지부(171)에는 하향 돌출 형태로 음극 탭(171)이 부착되어 있고, 제 2 음극 무지부(172)에는 하향 돌출 형태로 음극 탭(172)이 부착되어 있다. 제 1 음극 무지부(171)는 전극조립체의 권취 개시부에 위치하고 있으며, 제 2 음극 무지부(172)는 전극조립체의 권취 종료부에 위치하고 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체를 모식적으로 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 전극조립체(200)는 양극(210), 음극(260), 및 양극(210)과 음극(260) 사이에 분리막(290)이 개재되어 적층된 후 화살표 방향으로 권취되는 구조이다.
전극조립체(200)의 양극(210)은, 양극 집전체(211) 상에 양극 합제(212)가 도포되어 있지 않은 제 1 양극 무지부(221), 제 2 양극 무지부(222) 및 제 3 양극 무지부(223)를 포함하고 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 양극 무지부들(221, 222, 223)에는 각각 상향 돌출 형태로 양극 탭들(231, 232, 233)이 부착되어 있다. 제 1 양극 무지부(221)는 전극조립체의 권취 개시부에 위치하고 있고, 제 2 양극 무지부(222)는 전극조립체의 권취 종료부에 위치하고 있으며, 제 3 양극 무지부(223)는 제 1 양극 무지부(221)와 제 2 양극 무지부(222) 사이에 위치하고 있다.
전극조립체(200)의 음극(260)은, 음극 집전체(261) 상에 음극 합제(262)가 도포되어 있지 않은 제 1 음극 무지부(271), 제 2 음극 무지부(272) 및 제 3 음극 무지부(273)를 포함하고 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 음극 무지부들(271, 272, 273)에는 각각 하향 돌출 형태로 음극 탭들(281, 282, 283)이 부착되어 있다. 제 1 음극 무지부(271)는 전극조립체의 권취 개시부에 위치하고 있고, 제 2 음극 무지부(272)는 전극조립체의 권취 종료부에 위치하고 있으며, 제 3 음극 무지부(273)는 제 1 음극 무지부(271) 및 제 2 음극 무지부(272) 사이에 위치하고 있다.
도 4는 도 2에 따른 전극조립체를 전지케이스 내에 수납하고 있는 원통형 이차전지의 사시도를 모식적으로 도시하고 있으며, 도 5는 상기 도 4의용접부 부분의 확대도를 도시하고 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 전극조립체는 전해액(도시하지 않음)을 함침한 상태에서 원통형 전지케이스(301)에 내장되고, 원통형 전지케이스(301)의 개방 상단에 캡 어셈블리(390)가 장착되는 구조이다.
전기절연성의 절연부재(302)는 전극조립체의 상단에 결합되어 전기적 단락을 방지하는 바, 상향 돌출된 양극 탭들(331, 332)이 캡 어셈블리(390)와 연결될 수 있도록 양극 탭들의 돌출부와 대응되는 부위에 관통구들(311, 312)이 형성되어 있다.
양극 탭들(331, 332)은 서로 동일한 폭(d1)을 가지며, 돌출된 양극 탭들(331, 332) 간에 상호 중첩이 이루어지는 부분에서 전극조립체의 권취축 방향(B)으로 용접이 이루어지는 용접부(350)가 형성된다.
용접부의 폭(d2)은 양극 탭들의 폭(d1)을 기준으로 20% 내지 80%의 범위에서 기설정된다.
양극 탭들(331, 332)의 길이는 서로 차이가 있으며, 상대적으로 길이가 긴 제 1 양극 탭(331)의 일측 말단이 캡 어셈블리(390)의 하단(391)에 용접되고, 제 1 양극 탭(331)의 중간 부분에서 나머지 양극 탭(332)과 용접되는 용접부(350)를 형성한다. 제 1 양극 탭(331)의 길이는 나머지 양극 탭(332)의 평균 길이의 110% 내지 200%에 해당하고, 양극 탭들(331, 332) 간의 용접부의 길이(h2)는 나머지 양극 탭(332)의 길이를 기준으로 5% 내지 30%의 범위 내에서 형성된다.
한편, 양극 탭들(331, 332)의 길이는 서로 동일할 수도 있는 바, 이와 같은 경우, 이러한 양극 탭들이 상호 중첩되는 부분에서 용접부를 형성하고, 상기 용접부의 일측 말단이 캡 어셈블리의 하단에 용접될 수 있다.
또한, 이와 같은 경우, 상기 용접부의 길이(h2)는 양극 탭들의 평균 길이를 기준으로 5% 내지 40%의 범위 내에서 형성될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액을 함침한 상태로 원통형 전지케이스에 내장되어 있으며, 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 캡 어셈블리가 장착되어 있는 이차전지로서,
    상기 전극조립체의 양극은 집전체 상에 양극 합제가 도포되어 있지 않은 2개 이상의 양극 무지부들을 포함하고 있고, 상기 양극 무지부들에서 각각 상향 돌출 형태로 부착된 양극 탭들은 상호 중첩되는 부분에서 용접되어 용접부를 형성하고 있으며, 상기 양극 탭들 중의 적어도 하나의 양극 탭의 일측 말단이 캡 어셈블리의 하단에 용접되어 있고,
    상기 전극조립체의 음극은 집전체 상에 음극 합제가 도포되어 있지 않은 2개 이상의 음극 무지부들을 포함하고 있고, 상기 음극 무지부들에 각각 하향 돌출 형태로 부착된 음극 탭들이 전지케이스 하단 내면에 용접되어 있으며,
    상기 용접부는 전극조립체의 권취축 방향에서 양극 탭들의 상호 중첩 부위에 기설정된 폭으로 형성되고
    상기 용접부의 폭은 양극 탭들의 폭을 기준으로 20% 내지 80%의 범위에서 기설정되며,
    상기 양극 탭들의 길이가 서로 다르고,
    상기 양극 탭들 중에서 제 1 양극 탭의 일측 말단이 캡 어셈블리의 하단에 용접되고, 상기 제 1 양극 탭의 길이는 나머지 양극 탭들의 평균 길이보다 상대적으로 긴 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 탭들 중의 하나는 전극조립체의 권취 개시부에 위치한 제 1 양극 무지부에 상향 돌출된 형태로 부착되어 있고, 나머지 양극 탭들 중의 적어도 하나는 전극조립체의 권취 종료부에 위치한 제 2 양극 무지부에 상향 돌출된 형태로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서, 양극의 집전체에는 상기 제 1 양극 무지부와 제 2 양극 무지부 사이에 하나 이상의 제 3 양극 무지부가 추가로 형성되어 있고, 상기 제 3 양극 무지부에는 상향 돌출된 형태로 양극 탭이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 음극 탭들 중의 하나는 전극조립체의 권취 개시부에 위치한 제 1 음극 무지부에 하향 돌출된 형태로 부착되어 있고, 나머지 음극 탭들 중의 적어도 하나는 전극조립체의 권취 종료부에 위치한 제 2 음극 무지부에 하향 돌출된 형태로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서, 음극의 집전체에는 상기 제 1 음극 무지부와 제 2 음극 무지부 사이에 하나 이상의 제 3 음극 무지부가 추가로 형성되어 있고, 상기 제 3 음극 무지부에는 하향 돌출된 형태로 음극 탭이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 탭들의 폭은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 용접부의 폭은 양극 탭들의 폭을 기준으로 40% 내지 60%의 범위에서 기설정되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 용접부의 길이는 양극 탭들의 평균 길이를 기준으로 5% 내지 40%의 범위인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 양극 탭의 길이는 나머지 양극 탭들의 평균 길이의 110% 내지 200%의 범위인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  14. 제 1 항에 있어서, 양극 탭들 간의 용접부의 길이는 나머지 양극 탭들의 평균 길이를 기준으로 5% 내지 30%의 범위인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 용접은 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리는, 전지 내부에서의 고압 발생시 파열되면서 고압 가스를 배출하는 노치들이 형성되어 있는 안전 벤트와, 상기 안전 벤트와 접속되어 전지 내부의 온도 상승시 저항이 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리는, 안전 벤트의 하단에 부착되어 전지 내압의 상승시 전류를 차단하는 전류 차단부재를 추가로 포함하고 있고, 안전 벤트의 외주면에 접속되어 있는 상향 돌출형의 상단 캡을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  19. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 7 항, 제 9 항, 제 10 항 및 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 따른 원통형 이차전지를 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스는 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 또는 전력 저장 장치(Energy Storage System)인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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