KR102635156B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 연성의 알루미늄 재질의 캡업에서 단자부를 프레스 단조법에 의해 감소시킴으로써, 캡업과 안전 플레이트사이의 이격된 공간을 증가시켜 안전 플레이트의 동작 공간 및 가스 배출 공간을 마련할 수 있고, 캡업의 연장부의 두께는 단자부보다 두껍게 유지할 수 있으므로 크림핑 공정 후 발생될 수 있는 연장부의 형상 변형을 최소화하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 원통형 캔과, 원통형 캔에 전해액과 함께 수용된 전극 조립체 및 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 캡 조립체는 단자부와, 단자부로부터 하부 방향으로 절곡된 절곡부와, 절곡부로부터 외측 방향으로 연장된 연장부를 포함하는 캡업을 포함하고, 연장부의 두께에 비해서 단자부의 두께가 더 얇으며, 캡업의 단자부의 상단 높이가 원통형 캔의 상단 높이와 같거나 더 작은 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지는, 예를 들어, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 휴대형 전자기기뿐만 아니라 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 전원 용도로 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류될 수 있다. 이중 원통형 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 캔과, 캔의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 캔의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지는 원통형 캔과, 상기 원통형 캔에 전해액과 함께 수용된 전극 조립체 및 상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡 조립체는 단자부와, 상기 단자부로부터 하부 방향으로 절곡된 절곡부와, 상기 절곡부로부터 외측 방향으로 연장된 연장부를 포함하는 캡업을 포함하고, 상기 연장부의 두께에 비해서 상기 단자부의 두께가 더 얇으며, 상기 캡업의 단자부의 상단 높이가 상기 원통형 캔의 상단 높이와 같거나 더 작을 수 있다.
상기 캡업은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 캡업은 5000시리즈 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 단자부의 두께는 상기 연장부의 두께에 비해서 3/4 보다 작을 수 있다.
상기 캡업은 프레스 단조법을 통해 상기 단자부의 두께만 감소될 수 있다.
상기 캡업의 하부에 위치된 본체와, 상기 본체의 둘레로부터 상부 방향으로 연장된 본체 절곡부와, 상기 본체 절곡부로부터 내측 방향으로 연장되어 상기 캡업의 상면을 덮는 본체 연장부를 포함하는 안전 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 원통형 캔의 상단부와 상기 안전 플레이트의 본체 연장부 끝단 사이에는 절연 가스켓이 더 개재될 수 있다.
상기 원통형 캔은 바닥부와, 바닥부로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 측부와, 상기 측부의 상단에 구비되며 상기 캡업의 연장부 끝단을 감싸는 크림핑부 및, 상기 크림핑부 하부에서 전극조립체 방향으로 함몰된 비딩부를 포함할 수 있다.
상기 원통형 캔의 상기 크림핑부 상단에 접속된 음극 리드탭과, 상기 캡업의 상기 단자부 상단에 접속된 양극 리드탭을 더 포함할 수 있다.
상기 캡업은 상기 전극조립체의 양극과 전기적으로 접속되고, 상기 원통형 캔은 상기 전극 조립체의 음극과 전기적으로 접속될 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 연성의 알루미늄 재질의 캡업에서 단자부를 프레스 단조법에 의해 감소시킴으로써, 캡업과 안전 플레이트사이의 이격된 공간을 증가시켜 안전 플레이트의 동작 공간 및 가스 배출 공간을 마련할 수 있고, 캡업의 연장부의 두께는 단자부보다 두껍게 유지할 수 있으므로 크림핑 공정 후 발생될 수 있는 연장부의 형상 변형을 최소화할 수 있게 된다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중 원통형 캔과 캡 조립체 사이의 관계를 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 제조를 위한 크림핑 공정의 각 단계에 대한 연장부 끝단의 형상 변형에 대한 변형량을 실험 측정한 데이터이다.
도 4는 도 3에서 의미하는 변형량을, 캡업에 표시한 확대 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 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)" 및/또는 "포함하는(comprising)"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 이용된다. 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 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 원통형 캔(110)과, 전극 조립체(120)와, 캡 조립체(140)를 포함한다. 또한, 본 발명은 전극 조립체(120)에 결합된 센터핀(130)을 더 포함할 수 있다.
상기 원통형 캔(110)은 원형의 바닥부(111)와, 바닥부(111)로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 측부(112)를 포함한다. 이차 전지의 제조 공정 중 원통형 캔(110)의 상부는 개방되어 있다. 따라서, 이차 전지의 조립 공정 중 전극 조립체(120)가 전해액과 함께 원통형 캔(110)에 삽입될 수 있다. 상기 원통형 캔(110)은 스틸, 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 더불어, 원통형 캔(110)에는 캡 조립체(120)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(140)를 중심으로 그 하부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)가 형성되고, 그 상부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)가 형성될 수 있다.
전극 조립체(120)는 원통형 캔(110)의 내부에 수용된다. 전극 조립체(120)는 음극 활물질(예를 들면, 흑연, 탄소 등)이 코팅된 음극판(121), 양극 활물질(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등))이 코팅된 양극판(122) 및, 음극판(121)과 양극판(122) 사이에 개재되어, 음극판(121)과 양극판(122) 사이의 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(123)로 이루어진다. 음극판(121), 양극판(122) 및 세퍼레이터(123)는 대략 원기둥 형태로 권취된다. 여기서, 음극판(121)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 포일, 양극판(122)은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 음극판(121)에는 하부로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(124)이, 양극판(122)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극탭(125)이 용접될 수 있으나, 그 반대도 가능하다. 더불어, 음극탭(124)은 구리 또는 니켈 재질, 양극탭(125)은 알루미늄 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 전극 조립체(120)의 음극탭(124)은 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있다. 따라서 원통형 캔(110)은 음극으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로 양극탭(125)이 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있으며, 이러한 경우 원통형 캔(110)은 양극으로 동작할 수 있다.
더불어, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(126a) 및 그 외측에 제2홀(126b)이 형성된 제1절연판(126)이 전극 조립체(120)와 바닥부(111)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1절연판(126)은 전극 조립체(120)가 원통형 캔(110) 중 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제1절연판(126)은 전극 조립체(120) 중 양극판(122)이 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(126a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 센터핀(130)을 통해 상부로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(126b)은 음극탭(124)이 관통하여 바닥부(111)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다.
또한, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(127a) 및 그 외측에 다수의 제2홀(127b)이 형성된 제2절연판(127)이 전극 조립체(120)와 캡 조립체(140)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제2절연판(127)은 전극 조립체(120)가 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제2절연판(127)은 전극 조립체(120) 중 음극판(121)이 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉하지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(127a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 캡 조립체(140)로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(127b)은 양극탭(125)이 관통하여 캡 조립체(140)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한 나머지 제2홀(127b)은 전해액 주입 공정에서, 전해액이 상기 전극 조립체(120)로 신속히 흘러 들어가도록 하는 역할을 한다.
더불어, 제1,2절연판(126,127)의 제1홀(126a,127a)의 직경은 센터핀(130)의 직경보다 작게 형성됨으로써, 외부 충격에 의해 센터핀(130)이 원통형 캔(110)의 바닥부(111) 또는 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 한다.
상기 센터핀(130)은 속이 비어 있는 원형 파이프 형태로서, 전극 조립체(120)의 대략 중앙에 결합될 수 있다. 이러한 센터핀(130)은 스틸, 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 폴리부틸렌 테프탈레이트(PolyButylene Terepthalate)로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 이러한 센터핀(130)은 전지의 충방전 중 전극 조립체(120)의 변형을 억제하는 역할을 하며, 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스의 이동 통로 역할을 한다. 경우에 따라 센터핀(130)은 생략될 수 있다.
상기 캡 조립체(140)는 다수의 관통홀(141d)이 형성된 캡 업(cap-up)(141), 캡 업(141)의 하부에 설치된 안전 플레이트(143), 안전 플레이트(143)의 하부에 설치된 연결링(145), 연결링(145)에 결합되고 제1,2관통홀(146a,146b)이 형성된 캡 다운(cap-down)(146), 캡 다운(146)의 하부에 고정되어 양극탭(125)과 전기적으로 접속된 서브 플레이트(147), 그리고 캡 업(141) 및 안전 플레이트(143), 연결링(145) 및 캡 다운(146)을 원통형 캔(110)의 측부(111)로부터 절연시키는 절연 가스켓(148)을 포함한다.
여기서, 절연 가스켓(148)은 실질적으로 원통형 캔(110)의 측부(111)에 형성된 비딩부(113)와 크림핑부(114)의 사이에 압착된 형태를 한다. 또한, 상기 캡 업(141)에 형성된 관통홀(141d)과, 상기 캡 다운(146)에 형성된 관통홀(146b)은 원통형 캔(110)의 내부에서 이상 내압 발생시 내부 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 물론, 이러한 내압에 의해 우선 안전 플레이트(143)가 상부 방향으로 반전되면서 서브 플레이트(147)와 전기적으로 분리되고, 이후 안전 플레이트(143)가 찢어지면서 내부의 가스가 외부로 방출된다.
더불어, 원통형 캔(110)의 내측에는 전해액(도면에 도시되지 않음)이 주액되어 있으며, 이는 충방전시 전지 내부의 음극판(121) 및 양극판(122)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머이거나 또는 고체(solid) 전해질일 수도 있으며, 여기서 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 캡 조립체(140)의 상단 높이가 원통형 캔(110)의 상단 높이와 같거나 작을 수 있다. 즉, 원통형 캔(110)의 바닥부(111)로부터 캡 조립체(140)의 캡업(141)의 상단까지의 높이가 원통형 캔(110)의 바닥부(111)로부터 크림핑부(114)의 상단까지의 높이와 같거나 작을 수 있다. 따라서 본 발명의 이차 전지(100)는, 기존과 동일한 높이를 가지면서도 내부에 상대적으로 더 큰 전극 조립체(120)를 수용할 수 있음으로써, 상대적으로 더 큰 용량의 구현이 가능하다.
또한, 본 발명은 이차 전지(100)의 대략 상부 영역에 음극 리드탭(150, 도2참조) 및 양극 리드탭(160, 도2 참조)이 용접될 수 있다. 다르게 설명하면, 음극 리드탭(150)이 원통형 캔(110)의 상단 즉, 크림핑부(114)의 상단에 전기적으로 접속되고, 양극 리드탭(160)이 캡 조립체(140)의 상단 즉, 캡업(141)에 전기적으로 접속될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 음극 리드탭(150) 및 양극 리드탭(160)이 모두 이차 전지(100)의 상부 영역에 용접되므로, 이차 전지(100)의 하부 영역에 별도의 배선 구조를 구비할 필요가 없다. 따라서 이차 전지(100)의 하부 영역에 대한 모듈 구조를 간략화할 수 있고, 이에 따라 본 발명에 따른 이차 전지(100)가 전기 자동차의 전력원으로 사용하기에 편리해진다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중 원통형 캔(110)과 캡 조립체(140) 사이의 관계에 대한 단면도가 도시되어 있고, 도 2b를 참조하면, 음극 리드탭(150)이 원통형 캔(110)에 접속된 상태에 대한 단면도가 도시되어 있다.
여기서, 원통형 캔(110)의 바닥부(111)로부터 캡 조립체(140)의 상단(즉, 캡업(141)의 상단)까지의 높이가 제1높이(A)이고, 원통형 캔(110)의 바닥부(111)로부터 원통형 캔(110)의 상단(즉, 크림핑부(114)의 상단)까지의 높이가 제2높이(B)일 경우, 제1높이(A)≤제2높이(B)인 관계를 만족할 수 있다. 이러한 구조에 의해, 음극 리드탭이 크림핑부(114)에 용접될 수 있고, 양극 리드탭이 캡업(141)에 용접될 수 있다.
계속해서, 캡 조립체(140)의 구조를 좀 더 자세하게 설명한다.
캡 조립체(140)의 캡업(141)은 단자부(141a), 절곡부(141b) 및 연장부(141c)를 포함한다. 단자부(141a)는 대략 평평하며 양극 리드탭(도시되지 않음)이 접속된다. 절곡부(141b)는 단자부(141a)의 둘레로부터 하부 방향으로 절곡되어 형성되며, 적어도 하나의 관통홀(141d)을 포함한다. 또한, 연장부(141c)는 절곡부(141b)의 하단으로부터 외측 수평 방향으로 연장될 수 있다.
상기 캡업(141)의 단자부(141a)의 상면과 하면사이의 거리인 제1두께(C)는 상기 연장부(141c)의 상면과 하면 사이의 거리인 제2두께(D)에 비해서 더 얇을 수 있다. 즉, 캡업(141)은 제1두께(C)를 제2두께(D)에 비해서 더 얇게 형성하여, 캡업(141)과 안전 플레이트(143)사이의 이격된 공간을 더 증가시킬 수 있다.
상기 캡업(141)은 프레스 단조(press forging)법을 통해, 단자부(141a)만 제1두께(C)로 감소시킬 수 있다. 이를 위해 캡업(141)은 성형성이 좋은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있으며, 알루미늄 합금일 경우 가볍고 내식성 및 성형성이 용이한 마그네슘을 주첨가 성분으로한 5000시리즈 합금일 수 있다.
하기의 표 1에서는 대표적인 5000시리즈 알루미늄 합금에 대한 성분 비율(%)이 표시되어 있다. 또한 표 1의 5000시리즈 알루미늄 합금은 알루미늄 이외의 금속 비율만 표시하였으며, 그 이외의 나머지는 알루미늄으로 이루어진다.
합금번호 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
5005 0.3 0.7 0.2 0.2 0.5-1.1 0.1 0.25 -
5052 0.25 0.4 0.1 0.1 2.2-2.8 0.15-0.35 0.1 -
5082 0.20 0.35 0.15 0.15 4.0-5.0 0.15 0.25 0.10
5083 0.40 0.40 0.10 0.40~1.0 4.0-4.9 0.05~0.25 0.25 0.15
5086 0.40 0.50 0.10 0.20-0.7 3.5-4.5 0.05-0.25 0.25 0.15
5154 0.45 0.1 0.1 3.1-3.9 0.15-0.35 0.2
5182 0.2 0.35 0.15 0.2-0.5 4.0-5.0 0.1 0.25
5254 0.45 0.05 0.01 3.1-3.9 0.15-0.35 0.2
5454 0.25 0.4 0.1 0.5-1.0 2.4-3.0 0.05-0.20 0.25 0.2
5652 0.4 0.04 0.01 2.2-2.8 0.15-0.35 0.1
음극 리드탭이 크림핑부(114)에 용접되고 양극 리드탭이 캡업(141)에 용접되는 이차 전지(100)는, 제1높이(A)를 제2높이(B)와 같거나 작게 하기 위해서, 제1높이(A)가 감소될 수 있다. 이 경우 캡업(141)과 안전 플레이트(143)의 거리가 감소되어, 안전 플레이트(143)가 동작 가능한 공간확보가 어려울 수 있으므로, 이를 방지하기 위해서 캡업(141)의 단자부(141a)의 두께인 제1두께(C)를 감소시킬 수 있다. 그러나 제1두께(C)를 감소시킬 때, 제2두께(D)도 함께 감소시킬 경우, 연성의 알루미늄 합금을 이용하기 때문에 원통형 캔(110)의 상단 끝단이 연장부(141c)의 끝단을 감싸도록 크림핑 공정이 진행된 후에, 연장부(141c)의 끝단 형상이 변형될 수 있다. 따라서 제2두께(D)는 제1두께(C)비해서 더 두꺼울 수 있으며, 제1두께(C)는 제2두께(D)에 비해서 더 얇을 수 있다. 즉, 캡업(141)은 제1두께(C)가 제2두께(D)에 비해서 3/4이하가 되도록 프레스 단조(press forging)법을 통해, 단자부(141a)만 제1두께(C)로 감소시킨다. 이로 인해 본 발명의 이차 전지(100)는 캡업(141)과 안전 플레이트(143)사이의 이격된 공간을 증가시킴으로써 안전 플레이트(143)의 동작 공간 및 가스 배출 공간을 마련할 수 있고, 원통형 캔(110)과 캡 조립체(140)의 결합을 위해 크림핑부(114)를 형성하는 크림핑 공정 후 발생될 수 있는 연장부의 형상 변형을 최소화할 수 있다.
도 3을 참조하면, 크림핑 공정의 각 단계에 대한 연장부 끝단의 형상 변형에 대한 변형량(X)을 실험 측정한 데이터가 도시되어 있다. 여기서 변형량(X)은 도 4에 확대 도시된 캡 업(141)의 일부 단면도에 도시된 바와 같이, 크림핑(Crimping) 공정 각 단계 이후에, 연장부(141c) 끝단의 형상이 변형된 량을 의미한다.
하기의 표 2에서는 도 3의 각 케이스 별로 캡업(141)의 재질, 제1두께(C) 및 제2두께(D)에 대해 표시되어 있다. 여기서, SPCE(Steel Plate Cold deep drawn Extra)로, 냉간압연강판으로 일반적으로 많이 사용되는 강철 소재의 캡업 부재를 의미하며, Al5052는 표2에서 합금 번호 5052에 해당하는 알루미늄 합금을 의미한다. 또한 캡업 소재로 알루미늄 합금 중 일예로 합금번호 5052로 실험하였으나, 그 이외의 다른 알루미늄 합금도 적용가능하며 본 발명에서 알루미늄 합금을 5052로 한정하는 것은 아니다. 또한 여기서 단자부 및 연장부의 두께의 단위는 mm일 수 있다.
재질 단자부 두께(C) 연장부 두께(D)
실험예 1(C1) Al5052 0.6 0.7
실험예 2(C2) Al5052 0.6 0.8
실험예 3(C3) Al5052 0.6 0.9
실험예 4(C4) SPCE 0.6 0.6
실험예 5(C5) SPCE 0.8 0.8
도 3에서 1crimp는 1회 크림핑 공정을 진행함을 의미하고, 1relax는 1회 크림핑 공정 이후 휴식기를 의미하고, 2crimp는 2회 크림핑 공정을 진행함을 의미하며, 2relax는 2회 크림핑 공정 이후 휴식기를 의미한다. 또한 3press는 크림핑 공정의 최종 단계인 프레스(press)하는 공정을 의미하고 그 후 relax는 크림핑 공정이 모두 종료된 후 최종 휴식기를 의미한다.
도 3 및 표1에 나타난 바와 같이, 실험예1(C1), 실험예2(C2) 및 실험예3(C3)는 알루미늄 합금의 캡업에 대한 데이터이고, 실험예4(C4) 및 실험예5(C5)은 강철의 캡업에 대한 데이터이다. 여기서, 캡업이 알루미늄 합금일 경우, 연장부의 두께가 증가할수록 변형량(X)가 감소한 것을 알 수 있다. 또한 캡업이 강철일 경우에도 연장부의 두께가 증가할수록 변형량(X)이 감소한 것을 알 수 있다. 즉, 연장부의 두께가 증가할수록, 크림핑 공정이 모두 종료된 후 변형량이 감소되는 것을 알 수 있다. 또한 캡업(141)의 단자부(141a)의 프레스 단조를 위해 연성의 알루미늄 합금을 이용하여도 연장부(141c)의 두께를 단자부(141a)에 비해서 증가시킴으로써, 강철의 캡업을 이용할 때에 비해서 변형량이 증가되지 않았다.
즉 캡업(141)을 알루미늄 합금을 이용하여 단자부(141a)의 두께를 프레스(press) 단조법을 통해 감소시킬 수 있으며, 크림핑 공정 이후 변형량이 증가되는 것도 방지할 수 있다.
캡 조립체(140)의 안전 플레이트(143)는 본체(143a)와, 본체 절곡부(143b)와, 본체 연장부(143c)를 포함한다. 본체(143a)는 대체로 캡업(141)의 하부에 위치되며, 표면에 다수의 벤트홈(143d)이 형성되고, 또한 대략 중앙에 하부 방향으로 돌출된 하부 돌출부(143e)가 형성되어 서브 플레이트(147)에 접속되어 있다. 본체 절곡부(143b)는 본체(143a)의 둘레로부터 상부 방향으로 절곡되어, 상술한 캡업(141)의 연장부(141c)의 둘레를 감싼다. 또한, 본체 연장부(143c)는 본체 절곡부(143b)로부터 내측 방향으로 수평하게 연장되어 캡업(141)의 연장부(141c)의 상면을 덮는다. 즉, 안전 플레이트(143)의 본체 연장부(143c)는 캡업(141)의 연장부(141c)의 상면 일부 영역을 덮는다.
더불어, 이러한 안전 플레이트(143)의 외측에는 절연 가스켓(148)이 위치되어 있을 수 있다. 즉 안전 플레이트(143)의 외측과, 원통형 캔(110) 사이에는 절연가스켓(148)이 개재될 수 있다. 바람직하게 상기 절연 가스켓(148)은 안전 플레이트(143)의 외측을 감싸도록, 원통형 캔(110)의 비딩부(113)와 크림핑부(114) 사이에 압착되어 개재될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 이차 전지
110; 원통형 캔 120; 전극 조립체
130; 센터핀 140; 캡 조립체
141; 캡업 141a; 단자부
141b; 절곡부 141c; 연장부
141d; 관통홀 143; 안전 플레이트
143a; 본체 143b; 본체 절곡부
143c; 본체 연장부 143d; 벤트홈
143e; 하부 돌출부 144; 서브 플레이트
145; 연결링 146; 캡다운
147; 서브플레이트 148; 가스켓
150; 음극 리드탭 160; 양극 리드탭

Claims (10)

  1. 원통형 캔;
    상기 원통형 캔에 전해액과 함께 수용된 전극 조립체; 및
    상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 캡 조립체는 단자부와, 상기 단자부로부터 하부 방향으로 절곡된 절곡부와, 상기 절곡부로부터 외측 방향으로 절곡되어 연장된 연장부를 포함하는 캡업을 포함하고, 상기 연장부의 두께에 비해서 상기 단자부의 두께가 더 얇으며,
    상기 원통형 캔은 바닥부와, 바닥부로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 측부와, 상기 측부의 상단에 구비되며 상기 캡업의 연장부 끝단을 감싸는 크림핑부를 포함하며,
    상기 원통형 캔의 바닥부로부터 상기 캡업의 단자부의 상단까지의 높이가 상기 원통형 캔의 상기 바닥부로부터 상기 크림핑부의 최상단까지의 높이와 같거나 더 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡업은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 캡업은 5000시리즈 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단자부의 두께는 상기 연장부의 두께에 비해서 3/4 보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡업은 프레스 단조법을 통해 상기 단자부의 두께만 감소된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡업의 하부에 위치된 본체와, 상기 본체의 둘레로부터 상부 방향으로 연장된 본체 절곡부와, 상기 본체 절곡부로부터 내측 방향으로 연장되어 상기 캡업의 상면을 덮는 본체 연장부를 포함하는 안전 플레이트를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 원통형 캔의 상단부와 상기 안전 플레이트의 본체 연장부 끝단 사이에는 절연 가스켓이 더 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 원통형 캔은 상기 크림핑부 하부에서 전극조립체 방향으로 함몰된 비딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 원통형 캔의 상기 크림핑부 상단에 접속된 음극 리드탭과,
    상기 캡업의 상기 단자부 상단에 접속된 양극 리드탭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 캡업은 상기 전극조립체의 양극과 전기적으로 접속되고, 상기 원통형 캔은 상기 전극 조립체의 음극과 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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