KR20190087871A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 케이스와 전극 조립체의 사이에 메인 탭 또는 무지부가 차지하는 공간을 최소화하여 용량을 증가시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 메인 탭을 갖는 전극 조립체; 상기 메인 탭과 대응하는 영역에 형성된 집전 부재; 및 상기 메인 탭이 상기 집전 부재에 전기적으로 접속되도록 하는 서브 탭을 포함하고, 상기 서브 탭은 상기 메인 탭이 끼워져 용접되도록 하며, 상기 서브 탭과 상기 메인 탭이 상기 집전 부재 상에서 동일 방향으로 절곡된 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 이차 전지가 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 다수의 이차 전지가 모듈 형태로 조립된 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 양극판과 음극판 사이에 절연체인 분리막을 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 여기서, 전극 조립체의 대표적인 예로는 젤리-롤 형태를 들 수 있다. 이러한 젤리 롤 형태의 전극 조립체는 상부 방향 또는 좌,우 측부 방향으로 메인 탭 또는 무지부가 돌출되고, 이러한 메인 탭 또는 무지부에 집전 부재가 접속된 형태를 한다.
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 케이스와 전극 조립체의 사이에 메인 탭 또는 무지부가 차지하는 공간을 최소화하여 용량을 증가시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지는 메인 탭을 갖는 전극 조립체; 상기 메인 탭과 대응하는 영역에 형성된 집전 부재; 및 상기 메인 탭이 상기 집전 부재에 전기적으로 접속되도록 하는 서브 탭을 포함할 수 있고, 상기 서브 탭은 상기 메인 탭이 끼워져 용접되도록 하며, 상기 서브 탭과 상기 메인 탭이 상기 집전 부재 상에서 동일 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 서브 탭과 상기 메인 탭은 상기 집전 부재에 평행한 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 전극 조립체는 스택 타입으로서, 한쌍의 장변 영역과 상기 장변 영역을 연결하는 단변 영역을 포함할 수 있고, 상기 메인 탭은 상기 단변 영역으로부터 외측으로 연장될 수 있으며, 상기 집전 부재는 상기 단변 영역에 밀착되되, 상기 메인 탭이 관통하도록 하는 슬릿을 포함할 수 있다.
상기 집전 부재는 상기 슬릿을 중심으로 일측에 형성되며 상기 단변 영역에 밀착되는 제1영역; 상기 슬릿을 중심으로 타측에 형성되며 상기 단변 영역에 밀착되는 제2영역; 및, 상기 제1,2영역에 연결되며 상기 단변 영역에 밀착되는 제3영역을 포함할 수 있다.
상기 서브 탭은 상기 제1영역에 용접되는 제1섹션; 상기 제2영역에 용접되는 제2섹션; 상기 제1섹션으로부터 연장되고 상기 메인 탭의 일면에 용접되는 제3섹션; 및 상기 제2섹션으로부터 연장되고 상기 메인 탭의 타면에 용접되는 제4섹션을 포함할 수 있다.
상기 제3,4섹션은 상기 제1영역 또는 제2영역에 평행한 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 제3,4섹션의 단부는 상기 메인 탭의 단부와 동일 평면을 이룰 수 있다.
상기 제3,4섹션의 단부는 제5섹션에 의해 상호간 연결될 수 있다.
상기 서브 탭의 두께는 상기 메인 탭의 두께보다는 클 수 있고 상기 집전 부재의 두께 보다는 작을 수 있다.
상기 전극 조립체는 제1메인 탭을 갖는 제1전극 조립체 및 제2메인 탭을 갖는 제2전극 조립체를 포함할 수 있고, 상기 집전 부재는 상기 제1메인 탭이 관통하는 제1슬릿 및 상기 제2메인 탭이 관통하는 제2슬릿을 포함할 수 있으며, 상기 서브 탭은 상기 제1메인 탭이 끼워져 용접되는 제1협지부 및 상기 제2메인 탭이 끼워져 용접되는 제2협지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 케이스와 전극 조립체의 사이에 메인 탭 또는 무지부가 차지하는 공간을 최소화하여 전지 용량을 증가시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
즉, 본 발명의 실시예는 전극 조립체로부터 연장된 메인 탭이 전극 조립체의 측부를 향하여 절곡된 상태에서 케이스에 결합되므로, 케이스 내에서 전극 조립체의 메인 탭이 차지하는 공간이 최소화되고, 이에 따라 전극 조립체의 크기를 증가시킬 수 있어, 결국 전지 용량이 증가된 이차 전지를 제공한다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 전극 조립체를 단자부에 전기적으로 연결하는 집전 부재가 전극 조립체의 측부에 밀착되고, 집전 부재를 관통하는 메인 탭이 서브 탭에 끼워져 용접된 후 절곡됨으로써 집전 부재에 밀착되어, 결국 케이스와 전극 조립체 사이의 공간 또는 데드 볼륨이 상당히 감소하게 되고, 이에 따라 전지 용량이 증가된 이차 전지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 이차 전지의 종단면도 및 횡단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 이차 전지의 다른 횡단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 전극 조립체를 도시한 평면도 및 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 집전 부재와 서브 탭 사이의 결합 관계를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 캡 조립체와 전극 조립체 사이의 결합 관계를 도시한 사시도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 도시한 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 전극 조립체, 집전 부재 및 서브 탭 사이의 관계를 도시한 횡단면도이다.
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 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함할 수 있다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)의 사시도가 도시되어 있다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 도 1에 도시된 이차 전지(100)의 종단면도 및 횡단면도가 도시되어 있다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 스택 타입의 전극 조립체(110), 전극 조립체(110)를 수용하는 케이스(120), 전극 조립체(110)의 일측(예를 들면, 제1메인 탭(114))과 전기적으로 연결되는 제1단자부(130), 전극 조립체(110)의 타측(예를 들면, 제2메인 탭(115))과 전기적으로 연결되는 제2단자부(140), 전극 조립체(110)의 일측과 제1단자부(130)의 사이에 개재되는 제1집전 부재(150)와 제1서브 탭(160), 전극 조립체(110)의 타측과 제2단자부(140)의 사이에 개재되는 제2집전 부재(170)와 제2서브 탭(180), 케이스(120)의 개구에 결합되는 캡 조립체(190)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 등의 다양한 타입의 전지에 적용될 수 있다.
전극 조립체(110)는 제1전극판(111), 제2전극판(112), 제1,2전극판 (111,112) 사이의 개재된 세퍼레이터(113)가 스택된 형태로 이루어질 수 있다(도 4a 및 도 4b 참조). 즉, 전극 조립체(110)는 젤리롤 형태로 권취된 형태가 아니라, 사각의 제1전극판(111), 사각의 세퍼레이터(113) 및 사각의 제2전극판(112)이 순차적으로 스택된 직육면체 형태일 수 있다. 이러한 스택 타입으로서 직육면체 형태의 전극 조립체(110)가 대략 직육면체 형태의 개구를 갖는 케이스(120)에 결합될 경우, 전극 조립체(110)와 케이스(120)의 사이에는 빈 공간이 거의 없게 되기 때문에, 전지 용량이 상당히 증가된다.
여기서, 제1전극판(111)은 음극으로 제2전극판(112)은 양극으로 동작할 수 있으며, 반대로 제1전극판(111)은 양극으로 제2전극판(112)은 음극으로 동작할 수도 있다. 다만, 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 제1전극판(111)이 음극으로 동작하고, 제2전극판(112)이 양극으로 동작하는 것을 예로 하여 설명한다.
제1전극판(111)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제1전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1메인 탭(114)(또는 제1무지부)를 포함할 수 있다. 제1메인 탭(114)은 제1전극판(111)과 제1단자부(130) 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
여기서, 제1메인 탭(114)은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 일측으로 일정 길이 돌출/연장되고, 대략 "L" 형태로 절곡된 형태일 수 있다. 특히, 제1메인 탭(114)은 제1서브 탭(160)에 끼워져 용접된 채 대략 "L" 형태로 절곡될 수 있다. 즉, 전극 조립체(110)의 제1메인 탭(114)은 원래 제1전극판(111)에 대하여 대략 평행한 형태였으나, 제1서브 탭(160)에 결합된 상태에서 대략 "L" 형태로 절곡될 수 있다. 여기서, 제1메인 탭(114)의 단부와 제1서브 탭(160)의 단부는 대략 동일한 평면을 이룰 수 있다. 즉, 제1메인 탭(114)의 단부가 제1서브 탭(160)의 단부를 통하여 노출될 수 있다.
제2전극판(112)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제2전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2메인 탭(115)(즉, 제2무지부)을 포함할 수 있다. 제2메인 탭(115)은 제2전극판(112)과 제2단자부(140) 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
여기서, 제2메인 탭(115)은, 제1메인 탭(114)과 유사하게, 전극 조립체(110)의 일측으로 일정 길이 돌출/연장되고, 대략 "L" 형태로 절곡된 형태일 수 있다. 특히, 제2메인 탭(115)은 제1서브 탭(167)에 끼워져 용접된 채 대략 "L" 형태로 절곡될 수 있다. 즉, 전극 조립체(110)의 제2메인 탭(115)은 원래 평평한 형태였으나, 제2서브 탭(180)에 결합된 상태에서 대략 "L" 형태로 절곡될 수 있다. 여기서, 제2메인 탭(115)의 단부와 제2서브 탭(180)의 단부는 대략 동일한 평면을 이룰 수 있다. 즉, 제2메인 탭(115)의 단부가 제2서브 탭(180)의 단부를 통하여 노출될 수 있다.
또한, 제1메인 탭(114)과 제2메인 탭(115)은 전극 조립체(110) 중에서 수평 방향인 서로 반대 방향으로 일정 길이 돌출/연장/절곡된 형태를 한다.
세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리프로필렌이나, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질이 한정되지 않는다. 경우에 따라, 세퍼레이터(113)는 고체 전해질로 대체될 수도 있다.
이러한 전극 조립체(110)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전해액과 함께 케이스(120)에 수용된다. 상기 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
케이스(120)는 상부에 개구가 형성된 속이 비어 있는 대략 직육면체 형태일 수 있다. 따라서, 이러한 개구를 통하여 전극 조립체(110)가 케이스(120)의 내부로 인서트될 수 있다.
제1단자부(130)는 제1집전 부재(150) 및 제1서브 탭(160)을 매개로 하여 전극 조립체(110)의 제1메인 탭(114)에 전기적으로 연결된다. 여기서, 제1단자부(130)는 캡 조립체(190) 중 캡 플레이트(191)를 관통하는 제1단자 기둥(131)을 포함할 수 있고, 케이스(120)의 내측에서 제1단자 기둥(131)에 제1집전 부재(150)가 전기적으로 접속된다. 더욱이, 제1집전 부재(150)에 제1서브 탭(160)이 접속되고, 이어서 제1서브 탭(160)에 전극 조립체(110)의 제1메인 탭(114)이 전기적으로 접속된다.
여기서, 제1집전 부재(150)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 측부에 밀착될 수 있고, 제1서브 탭(160) 및 이에 끼워져 용접된 제1메인 탭(114)은 제1집전 부재(150)에 대략 평행한 방향으로 절곡될 수 있다.
즉, 제1집전 부재(150)는 중앙에 형성된 슬릿(150s)과, 슬릿(150s)의 양측에 형성된 제1영역(151) 및 제2영역(152)을 포함할 수 있는데, 제1,2영역(151,152)이 전극 조립체(110)의 측부에 밀착될 수 있다. 또한, 제1메인 탭(114)은 제1집전 부재(150)의 슬릿(150s)을 관통하여 제1서브 탭(160)에 결합되고 용접된 후, 제1서브 탭(160)과 함께 제1집전 부재(150) 및/또는 전극 조립체(110)의 측부에 평행한 방향으로 절곡될 수 있다. 더불어, 제1집전 부재(150)는, 도 2a를 참조하면, 제1,2영역(151,152)을 연결하는 제3영역(153)과, 제3영역(153)으로부터 절곡된 제4영역(154)을 더 포함할 수 있다. 이러한 제1집전 부재(150) 및 제1서브 탭(160)에 대해서는 아래에서 다시 구체적으로 설명하기로 한다.
한편, 제1집전 부재(150) 및 제1서브 탭(160)은 제1메인 탭(114)과 동일 재질로 형성될 수 있다. 즉, 제1메인 탭(114)이 구리 계열 또는 니켈 계열이라면, 제1집전 부재(150) 및 제1서브 탭(160) 역시 구리 계열 또는 니켈 계열일 수 있다. 따라서, 제1서브 탭(160)이 제1집전 부재(150)에 용이하게 용접되고, 제1메인 탭(114)이 제1서브 탭(160)에 용이하게 용접될 수 있다.
더불어, 제1서브 탭(160)은 용이하게 휘어질 수 있다. 즉, 제1서브 탭(160)은 이차 전지(100)의 제조 공정 중 대략 "L" 형태로 휘어져야 하므로, 연성의 특성을 갖는다. 이를 위해, 제1서브 탭(160)은 제1집전 부재(150)의 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다. 물론, 제1서브 탭(160)은 제1메인 탭(114)의 두께보다 큰 두께를 가져, 제1서브 탭(160)이 제1메인 탭(114)에 용이하게 용접될 수 있다.
제2단자부(140)는 제2집전 부재(170) 및 제2서브 탭(180)을 매개로 하여 전극 조립체(110)의 제2메인 탭(115)에 전기적으로 연결된다. 여기서, 제2단자부(140)는 캡 조립체(190) 중 캡 플레이트(191)를 관통하는 제2단자 기둥(141)을 포함할 수 있고, 케이스(120)의 내측에서 제2단자 기둥(141)에 제2집전 부재(170)가 전기적으로 접속된다. 더욱이, 제2집전 부재(170)에 제2서브 탭(180)이 접속되고, 이어서 제2서브 탭(180)에 전극 조립체(110)의 제2메인 탭(115)이 전기적으로 접속된다.
여기서, 제2집전 부재(170)는, 제1집전 부재(150)와 유사하게, 전극 조립체(110)의 측부에 밀착될 수 있고, 제2서브 탭(180) 및 이에 끼워져 용접된 제2메인 탭(115)은 제2집전 부재(170)에 대략 평행한 방향으로 절곡될 수 있다.
제2집전 부재(170) 및 제2서브 탭(180)은 제2메인 탭(115)과 동일 재질로 형성될 수 있다. 즉, 제2메인 탭(115)이 알루미늄 계열이라면, 제2집전 부재(170) 및 제2서브 탭(180) 역시 알루미늄 계열일 수 있다. 따라서, 제2서브 탭(180)이 제2집전 부재(170)에 용이하게 용접되고, 제2메인 탭(115)이 제2서브 탭(180)에 용이하게 용접될 수 있다.
더불어, 제2서브 탭(180)은 용이하게 휘어질 수 있다. 즉, 제2서브 탭(180)은 이차 전지(100)의 제조 공정 중 대략 "L" 형태로 휘어져야 하므로, 연성의 특성을 갖는다. 이를 위해, 제2서브 탭(180)은 제2집전 부재(170)의 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다. 물론, 제2서브 탭(180)은 제2메인 탭(115)의 두께보다 큰 두께를 가져, 제2서브 탭(180)이 제2메인 탭(115)에 용이하게 용접될 수 있다.
캡 조립체(190)는 우선 평판 형태의 캡 플레이트(191)를 포함할 수 있다. 즉, 캡 플레이트(191)는 얇은 판재로 이루어지며, 케이스(120)의 개구에 결합되어 개구를 밀폐한다, 또한, 캡 플레이트(191)에는 밀폐된 케이스(120)의 내부로 전해액을 주입하는 전해액 주입부(192)를 포함하고, 전해액 주입부(192)는 전해액 주입 후, 밀봉마개(193)에 의하여 밀봉된다. 또한, 캡 플레이트(191)는 벤트홀(194)을 포함하고, 벤트홀(194)에는 밀폐된 케이스(120)의 내부 압력이 설정된 압력 이상일 때 파단되는 벤트 플레이트(195)가 설치된다.
한편, 제1단자부(130)는 캡 플레이트(191) 상에 위치되며 제1단자 기둥(131)에 결합된 제1단자 플레이트(132)(예를 들면, 알루미늄 재질임), 제1단자 플레이트(132)와 캡 플레이트(191)의 사이에 설치되는 제1단자 상부 절연부재(133), 제1단자 기둥(131)과 캡 플레이트(191) 사이에 개재되는 제1단자 시일 가스켓(134), 제1단자 기둥(131)에 연결된 제1집전 부재(150)와 캡 플레이트(191)의 사이에 설치되는 제1단자 하부 절연부재(135)를 포함할 수 있다.
더욱이, 제2단자부(140)는 캡 플레이트(191) 상에 위치되며 제2단자 기둥(141)에 결합된 제2단자 플레이트(142)(예를 들면, 알루미늄 재질), 제1단자 플레이트(132)와 캡 플레이트(191)의 사이에 설치되는 제2단자 상부 절연부재(143), 제2단자 기둥(141)과 캡 플레이트(191) 사이에 개재되는 제2단자 시일 가스켓(144), 제2단자 기둥(141)에 연결된 제2집전 부재(170)와 캡 플레이트(191)의 사이에 설치되는 제2단자 하부 절연부재(145)를 포함할 수 있다.
여기서, 제2단자 상부 절연부재(143)는 고저항 도전체로 대체될 수 있으며, 이 경우 캡 플레이트(191) 및 케이스(120)는 제2단자부(140)와 같은 극성을 가질 수 있다. 즉, 이차 전지(100)는 양극 대전된 케이스(120) 및 캡 플레이트(170)를 포함할 수 있다.
더불어, 이러한 제1,2단자부(130,140)는 본 발명의 실시예를 이해하기 위한 일례에 불과하며, 제1,2단자부(130,140)는 다양한 형태/구조로 변형될 수 있음을 당업자라면 이해할 것이다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제1,2집전 부재(150,170)가 대체로 전극 조립체(110)의 좌,우 측부에 밀착되고, 또한 제1,2메인 탭(114,115)이 제1,2집전 부재(150,170)를 관통하여 제1,2서브 탭(160,180)에 각각 끼워져(결합되어) 용접된 후, 제1,2메인 탭(114,115) 및 제1,2서브탭(160,180)이 함께 절곡되어 제1,2집전 부재(150,170)에 밀착됨으로써, 전극 조립체(110)와 케이스(120)의 사이에 제1,2메인 탭(114,115)(또는 제1,2무지부)이 차지하는 공간이 최소화된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 최소화된 공간만큼 전극 조립체(110)의 사이즈를 증가시킬 수 있어서, 전지 용량을 더욱 증가시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 이차 전지(100)의 다른 횡단면도가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1서브 탭(160)은 단부가 절단되지 않고 상호간 연결될 수 있다. 즉, 도 2b에 도시된 제1서브 탭(160)은 단부가 절달됨으로써, 제1서브 탭(160)의 단부를 통하여 제1메인 탭(114)이 노출되었으나, 도 3에 도시된 바와 같이 제1서브 탭(160)은 단부가 절단되지 않음으로써, 제1서브 탭(160)의 단부를 통하여 제1메인 탭(114)이 노출되지 않는다. 즉, 제1메인 탭(114)의 단부가 제1서브 탭(160)으로 덮인 형태를 한다. 다르게 설명하면, 제1서브 탭(160)의 단부가 대략 "∩"의 형태로 형성된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제1서브 탭(160)(제2서브 탭(180)도 동일함)의 단부를 절단하는 공정을 생략할 수 있어, 제조 공정을 더욱 단순화시킬 수 있고, 이에 따라 이차 전지(100)의 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 전극 조립체(110)의 평면도 및 사시도가 도시되어 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)는 평평한 한쌍의 장변 영역(110L)과, 장변 영역(110L)을 연결하는 4개의 단변 영역(110S)을 포함할 수 있다. 여기서, 일측 단변 영역(110S)으로부터 제1메인 탭(114)이 연장되고, 또한 일측 단변 영역(110S)과 마주보는 타측 단변 영역(110S)으로부터 제2메인 탭(115)이 연장된다.
한편, 제1메인 탭(114)은 다수개이며, 이들은 제1전극판(111)으로부터 연장된 부분이다. 즉, 제1메인 탭(114)은 제1전극판(111) 중에서 제1전극 활물질이 도포되지 않은 제1전극 집전체의 일부 영역(무지부)이며, 이러한 제1메인 탭(114)이 하나로 압착되어 제1서브 탭(160)에 끼워진 후 용접될 수 있다.
또한, 제2메인 탭(115)은 다수개이며, 이들은 제2전극판(112)으로부터 연장된 부분이다. 즉, 제2메인 탭(115)은 제2전극판(112) 중에서 제2전극 활물질이 도포되지 않은 제2전극 집전체의 일부 영역(무지부)이며, 이러한 제2메인 탭(115)이 하나로 압착되어 제2서브 탭(180)에 끼워진 후 용접될 수 있다.
여기서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 제1,메인 탭(114,115)은 아직 제1,2서브 탭(160,180)에 끼워져 용접되기 전의 상태이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 집전 부재(150)와 서브 탭(160) 사이의 결합 관계에 대한 사시도가 도시되어 있다. 여기서, 집전 부재(150)는 제1집전 부재(150)를, 서브 탭(160)은 제1서브 탭(160)을, 메인 탭(114)은 제1메인 탭(114)을 의미하며, 이는 제2집전 부재(170), 제2서브 탭(180) 및 제2메인 탭(115)에도 동일하게 적용될 수 있다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 집전 부재(150)는 전극 조립체(110)의 단변 영역(110S)에 밀착되되, 메인 탭(114)이 관통하여 지나가도록 형성된 슬릿(150s)을 포함할 수 있다.
또한, 집전 부재(150)는 슬릿(150s)을 중심으로 일측에 형성되며 전극 조립체(110)의 단변 영역(110S)에 밀착되는 제1영역(151)과, 슬릿(150s)을 중심으로 타측에 형성되며 전극 조립체(110)의 단변 영역(110S)에 밀착되는 제2영역(152)을 포함할 수 있다.
더욱이, 집전 부재(150)는 제1,2영역(151,152)에 연결되며 단변 영역(110S)에 밀착되는 제3영역(153)을 더 포함할 수 있다.
더불어, 집전 부재(150)는 제3영역(153)으로부터 절곡되어 제1단자 하부 절연부재(135)에 밀착되며, 제1단자 기둥(131)이 접속되는 제4영역(154)을 더 포함할 수 있다.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 서브 탭(160)은 집전 부재(150)의 제1영역(151)에 용접되는 제1섹션(161)과, 집전 부재(150)의 제2영역(152)에 용접되는 제2섹션(162)과, 제1섹션(161)으로부터 절곡되어 연장되고 메인 탭(114)의 일면에 용접되는 제3섹션(163)과, 제2섹션(162)으로부터 절곡되어 연장되고 메인 탭(114)의 타면에 용접되는 제4섹션(164)과, 제3,4섹션(163,164)을 연결하는 제5섹션(165)을 포함할 수 있다. 이와 같이 하여, 서브 탭(160)의 제3,4,5섹션(163,164,165)은 대략 "⊂" 형태를 하며, 이러한 제3,4,5섹션(163,164,165)을 총칭하여 메인 탭(114)의 협지부로 지칭할 수도 있다.
다르게 설명하면, 서브 탭(160)의 제3,4,5섹션(163,164,165)의 내부에 메인 탭(114)이 끼워진 상태에서 용접 공정이 수행되어 서브 탭(160)에 메인 탭(114)이 전기적으로 접속된다.
더불어, 이러한 용접 공정 이후 서브 탭(160) 중에서 제3,4섹션(163,164)의 일부 영역 및 제5섹션(165)은 절단되어 제거될 수 있다. 이와 같이 하여, 서브 탭(160) 중에서 제3,4섹션(163,164)의 단부와 메인 탭(114)의 단부가 동일 평면을 이룰 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 캡 조립체(190)와 전극 조립체(110) 사이의 결합 관계에 대한 사시도가 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1집전 부재(150) 및 제2집전 부재(170)에는 각각 절곡 가능한 연성의 제1,2서브 탭(160,180)이 접속되고, 이러한 제1,2서브 탭(160,180)에는 전극 조립체(110)의 제1,2메인 탭(114,115)이 각각 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있다.
이때, 제1,2집전 부재(150,170)는 전극 조립체(110)의 대향되는 양측 단변 영역(110S)에 밀착될 수 있다. 여기서, 제1집전 부재(150)는 제1메인 탭(114)에 전기적으로 접촉될 수 있으나 세퍼레이터(113)에 의해 제2전극판(112)에 전기적으로 접촉되지 않고, 또한 제2집전 부재(170)는 제2메인 탭(115)에 전기적으로 접촉될 수 있으나 세퍼레이터(113)에 의해 제1전극판(111)에 전기적으로 접촉되지 않는다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)의 제조 방법이 도시되어 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 집전 부재(150)의 슬릿(150s)을 관통하여 연장된 메인 탭(114)이 서브 탭(160)에 끼워진 상태에서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접 등에 의해 서브 탭(160)에 용접될 수 있다. 즉, 서브 탭(160)의 제3,4섹션(163,164) 사이에 메인 탭(114)이 끼워지고, 서브 탭(160)의 제3,4섹션(163,164) 중 어느 하나를 통하여 용접이 수행됨으로써, 서브 탭(160)의 제3,4섹션(163,164) 사이에 메인 탭(114)이 끼워진채로 용접될 수 있다. 따라서, 서브 탭(160)의 제3,4섹션(163,164)과 메인 탭(114)은 용접 영역(166)을 통하여 상호간 전기적으로 접속될 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 서브 탭(160)의 일부 영역이 절단 툴에 의해 절단될 수 있다. 예를 들면, 용접 영역(166) 외측의 서브 탭(160)의 일부 영역 즉, 제3,4섹션(163,164)의 일부 영역과 제5섹션(165)이 절단 툴로 절단될 수 있다. 이러한 절단에 의해 서브 탭(160) 중에서 제3,4섹션(163,164)의 단부와 메인 탭(114)의 단부가 동일 평면을 이룰 수 있다.
경우에 따라, 이러한 서브 탭(160)의 절단 공정은 생략될 수 있다. 즉, 서브 탭(160)을 절곡하였을 때, 서브 탭(160)의 단부가 전극 조립체(110)의 장변 영역(110L)을 초과하여 연장되지 않을 경우, 서브 탭(160)의 절단 공정이 생략될 수 있다.
도 7b에서, 서브 탭(160)은 집전 부재(150)에 평행한 방향으로 절곡하였을 경우, 서브 탭(160)의 단부가 전극 조립체(110)의 장변 영역(110L)을 초과하여 연장되므로, 절단됨을 도시하고 있다. 도면 중 점선이 절단되는 라인을 의미한다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 메인 탭(114)이 끼워진 채 용접된 서브 탭(160)이 집전 부재(150)에 대략 평행한 방향으로 절곡되어 집전 부재(150)에 밀착될 수 있다. 즉, 전극 조립체(110)의 단변 영역(110S)으로부터 돌출 및 연장된 메인 탭(114)이 서브 탭(160)에 끼워진 채 용접되고, 이후, 서브 탭(160) 및 메인 탭(114)이 집전 부재(150) 및/또는 전극 조립체(110)의 단변 영역(110S)에 대략 평행하게 절곡되어 밀착될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110)와 케이스(120)의 사이에 메인 탭(114) 또는 무지부가 차지하는 공간을 최소화함으로써, 전지 용량이 향상되도록 한다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 전극 조립체, 집전 부재 및 서브 탭 사이의 관계에 대한 횡단면도가 도시되어 있다.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)는 1개가 구비될 수 있으며, 이때 전극 조립체(110)의 단변 영역(110S)으로부터 돌출/연장된 메인 탭(114)이 집전 부재(150)의 슬릿(150s)을 관통하여 서브 탭(160)의 제3,4,5섹션의 사이의 공간에 결합될 수 있다. 여기서, 제3,4,5섹션이 이루는 영역을 협지부(160i)로 정의할 수 있는데, 이러한 서브 탭(160)의 협지부(160i)에 메인 탭(114)이 끼워져 결합될 수 있다.
다음으로, 도 8b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)는 제1메인 탭(114A)을 갖는 제1전극 조립체(110A) 및 제2메인 탭(114B)을 갖는 제2전극 조립체(110B)를 포함할 수 있고, 집전 부재(150)는 제1메인 탭(114A)이 관통하는 제1슬릿(150s_1) 및 제2메인 탭(114B)이 관통하는 제2슬릿(150s_2)을 포함할 수 있으며, 서브 탭(260)은 제1메인 탭(114A)이 끼워져 용접되는 제1협지부(260i_1) 및 제2메인 탭(114B)이 끼워져 용접되는 제2협지부(260i_2)를 포함할 수 있다. 즉, 전극 조립체의 갯수가 증가하면, 이에 따라 서브 탭의 협지부의 갯수도 증가할 수 있다.
그럼에도 불구하고, 본 발명의 실시예에서 메인 탭(114A,114B)이 결합된 서브 탭(260) 즉, 협지부(260i_1,260i_2)가 일측 방향으로 절곡될 수 있음으로써, 전극 조립체(110)와 케이스(120) 사이의 공간을 최소화할 수 있고, 이에 따라 전지 용량이 증가할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지
110; 전극 조립체 120; 케이스
130; 제1단자부 140; 제2단자부
150; 제1집전 부재 150s; 슬릿
151; 제1영역 152; 제2영역
153; 제3영역 154; 제4영역
160; 제1서브 탭 161; 제1섹션
162; 제2섹션 163; 제3섹션
164; 제4섹션 165; 제5섹션
166; 용접 영역 170; 제2집전 부재
180; 제2서브탭 190; 캡 조립체

Claims (10)

  1. 메인 탭을 갖는 전극 조립체;
    상기 메인 탭과 대응하는 영역에 형성된 집전 부재; 및
    상기 메인 탭이 상기 집전 부재에 전기적으로 접속되도록 하는 서브 탭을 포함하고,
    상기 서브 탭은 상기 메인 탭이 끼워져 용접되도록 하며, 상기 서브 탭과 상기 메인 탭이 상기 집전 부재 상에서 동일 방향으로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 탭과 상기 메인 탭은 상기 집전 부재에 평행한 방향으로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 스택 타입으로서, 한쌍의 장변 영역과 상기 장변 영역을 연결하는 단변 영역을 포함하고,
    상기 메인 탭은 상기 단변 영역으로부터 외측으로 연장되며,
    상기 집전 부재는 상기 단변 영역에 밀착되되, 상기 메인 탭이 관통하도록 하는 슬릿을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 집전 부재는
    상기 슬릿을 중심으로 일측에 형성되며 상기 단변 영역에 밀착되는 제1영역;
    상기 슬릿을 중심으로 타측에 형성되며 상기 단변 영역에 밀착되는 제2영역; 및,
    상기 제1,2영역에 연결되며 상기 단변 영역에 밀착되는 제3영역을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 서브 탭은
    상기 제1영역에 용접되는 제1섹션;
    상기 제2영역에 용접되는 제2섹션;
    상기 제1섹션으로부터 연장되고 상기 메인 탭의 일면에 용접되는 제3섹션; 및
    상기 제2섹션으로부터 연장되고 상기 메인 탭의 타면에 용접되는 제4섹션을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제3,4섹션은 상기 제1영역 또는 제2영역에 평행한 방향으로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제3,4섹션의 단부는 상기 메인 탭의 단부와 동일 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제3,4섹션의 단부는 제5섹션에 의해 상호간 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 탭의 두께는 상기 메인 탭의 두께보다는 크고 상기 집전 부재의 두께 보다는 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제1메인 탭을 갖는 제1전극 조립체 및 제2메인 탭을 갖는 제2전극 조립체를 포함하고,
    상기 집전 부재는 상기 제1메인 탭이 관통하는 제1슬릿 및 상기 제2메인 탭이 관통하는 제2슬릿을 포함하며,
    상기 서브 탭은 상기 제1메인 탭이 끼워져 용접되는 제1협지부 및 상기 제2메인 탭이 끼워져 용접되는 제2협지부를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
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