KR20230158443A - 이차전지 - Google Patents

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KR20230158443A
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 이차전지는 전극 조립체; 일단이 개구되어 상기 전극 조립체를 수용하고, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 원통형의 캔; 및 상기 캔의 개구된 일단에 결합되어 상기 캔과 전기적으로 연결되는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트와 절연되고 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 리벳 단자를 갖는 캡 어셈블리를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이차전지의 한쪽 방향에 양극 및 음극이 모두 형성되므로 버스바와의 용접이 용이하고 버스바 연결 구조가 단순해질 수 있다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명의 실시예는 한쪽 방향에 양극 및 음극이 형성된 원통형 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 원통형 이차전지는 원통 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 원통형태의 캔과, 캔의 상단 개구부에 결합되어 캔을 밀봉하고 전극 조립체에서 발생되는 전류를 외부장치로 흐르게 하는 캡 어셈블리를 포함한다.
원통형 이차전지는 음극을 띄는 캔과 양극을 띄는 캡 어셈블리가 가스켓에 의해 상호 절연된 구조를 갖는 경우가 일반적이다. 따라서 이러한 원통형 이차전지를 외부와 전기적으로 연결하기 위해 이차전지의 상하부에 각각 버스바를 용접해야 하므로, 원통형 이차전지를 사용하는 배터리 팩이나 배터리 모듈의 구조가 복잡해지고, 공정 시간이 길어지는 문제가 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 실시 예는 한쪽 방향에 양극 및 음극이 형성된 원통형 이차전지를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이차전지는 전극 조립체; 일단이 개구되어 상기 전극 조립체를 수용하고, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 원통형의 캔; 및 상기 캔의 개구된 일단에 결합되어 상기 캔과 전기적으로 연결되는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트와 절연되고 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 리벳 단자를 갖는 캡 어셈블리를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 제1 전극판 및 제2 전극판을 포함하고, 상기 캔은 상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되며, 상기 리벳 단자는 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 바닥부에 전기적으로 연결되는 제1 전극 집전판과, 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 리벳 단자와 전기적으로 연결되는 제2 전극 집전판을 더 포함하고, 상기 제1 전극판은 음극판이고, 상기 제2 전극판은 양극판일 수 있다.
원형의 바닥부와, 상기 바닥부로부터 연장되고 일단이 개구된 측부를 포함하고, 상기 측부는 개구된 일단에 인접하여 내측으로 오목하게 벤딩된 비딩부와, 상기 비딩부와 이격되고 상기 측부의 일단이 벤딩된 크림핑부를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트의 측면과 상기 크림핑부 사이에 삽입되는 가스켓을 더 포함할 수 있다.
상기 크림핑부의 단부는 상기 캡 플레이트의 상면에 용접될 수 있다.
상기 바닥부는 상기 측부와 용접되거나 일체로 형성되고, 노치 또는 벤트를 포함할 수 있다.
상기 리벳 단자와 상기 캡 플레이트 사이를 절연하는 인슐레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 리벳 단자는 상기 캡 플레이트의 상면을 향해 돌출 형성된 돌기를 포함하고, 상기 인슐레이터는 상기 돌기의 위치에 대응하는 위치에 상기 돌기를 수용하는 수용홈을 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체를 향하는 상기 리벳 단자의 단부에 결합되어 상기 리벳 단자의 압축 성형 시 상기 리벳 단자 및 상기 인슐레이터와 밀착되는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 스토퍼는 중공이 형성되어 상기 리벳 단자가 상기 중공에 삽입되며, 중공의 직경이 상면에서 하면으로 갈수록 증가할 수 있다.
상기 리벳 단자는 상기 전극 조립체를 향하는 단부로부터 연장되어 상기 리벳 단자의 압축 성형 시 변형되어 상기 인슐레이터와 밀착되는 리브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이차전지의 한쪽 방향에 양극 및 음극이 모두 형성되므로 버스바와의 용접이 용이하고 버스바 연결 구조가 단순해질 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 이차전지를 도시한 단면도이다.
도 1b는 도 1a에 따른 바닥부 및 노치의 일 예를 도시한 평면도이다.
도 1c 및 도 1d는 도 1a에 따른 바닥부 및 노치의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원통형 이차전지를 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 2a에 따른 바닥부 및 노치의 일 예를 도시한 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 캡 어셈블리의 단자의 예들을 도시한 평면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 캡 어셈블리의 여러 실시 예를 간략하게 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 일 실시예 따른 원통형 이차전지에 대해 상세히 설명하기로 한다(도 1a 및 도 1b를 기준으로 위쪽을 상부 또는 상측 방향, 아래쪽을 하부 또는 하측 방향으로 정의한다).
도 1b는 도 1a에 따른 바닥부 및 노치의 일 예를 도시한 평면도이다. 도 1c 및 도 1d는 도 1a에 따른 바닥부 및 노치의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 원통형 이차전지(10)는 원통형의 캔(110)과, 캔(110) 내부에 삽입되는 전극 조립체(130)와, 캔(110)의 일단에 결합되는 캡 어셈블리(190)와, 전극 조립체(130)를 캡 어셈블리(190)와 전기적으로 연결하는 제1 전극 집전판(150) 및 제2 전극 집전판(170)을 포함할 수 있다. 캡 어셈블리(190)에 대해서는 후술하기로 한다.
캔(110)은 원형의 바닥부(112)와, 바닥부(112)로부터 상부 방향으로 연장된 측부(114)를 포함하며, 측부(114)의 상단이 개방된 원통 형태(이하 개구부)이다. 이차전지(10)의 제조 공정에서 캔(100)의 개구부를 통해 전극 조립체(130)가 전해액과 함께 캔(110) 내부로 삽입된다. 전극 조립체(130)는 제1 전극 집전판(150) 및 제2 전극 집전판(170)에 의해 캔(110) 및 캡 어셈블리(190)와 전기적으로 연결될 수 있다. 캔(110)은 스틸, 스틸 합금, 니켈 도금된 스틸, 니켈 도금된 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 바닥부(112) 상에는 벤트의 역할을 대신하는 노치(112a)가 형성될 수 있다. 노치(112a)는 원형의 바닥부(112) 상에 소정의 직경을 갖는 원형으로 형성될 수 있다. 노치(112a)는 내부 단조(press) 가공을 통해 바닥부(112)의 내부면(캔의 내부를 향하는 판면) 상에 오목하게 형성될 수 있다. 또는 도 1c에 도시된 바와 같이, 바닥부(212)의 내부 및 외부를 단조 가공해 바닥부(212)의 내부면 및 외부면(캔의 외부를 향하는 판면) 상에 오목하게 노치(112b)가 형성될 수도 있다. 또는, 도 1d에 도시된 바와 같이, 외부 단조 가공을 통해 바닥부(112)의 외부면 상에 노치(112c)가 형성될 수도 있다. 셀 내압 상승이나 내외부 요인에 의한 이벤트 발생 시 가스가 발생하여 캔(110) 내부의 압력이 상승할 수 있다. 캔(110) 내부의 압력이 일정 압력 이상이 되면 바닥부(112, 212, 112)의 다른 부분보다 두께가 얇은 노치(112a, 112b, 112c)가 파단되어 캔(110)의 외부로 가스, 극판, 활물질 등이 배출될 수 있다. 즉, 노치(112a, 112b, 112c)가 벤트의 역할을 하게 되어 이차전지(10)의 폭발이 방지된다. 이에 따라, 후술할 캡 어셈블리(190)에는 벤트가 구비되지 않을 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 측부(114)의 개구부에 인접하여 외주면 상에서 내측으로 오목하게 가공된 비딩부(116)가 형성될 수 있다. 비딩부(116) 상에 캡 어셈블리(190)가 안착된 상태에서 캔(110)의 상단이 내측으로 벤딩(bending)되어 캡 어셈블리(190)를 고정할 수 있다. 이때, 크림핑부(118)의 단부는 캡 어셈블리(190)와 전기적으로 연결될 수 있다(이에 대해서는 후술하기로 한다) 캔(110)의 내부에 전해액과 전극 조립체(130)가 수용된 상태에서 개구부에 캡 어셈블리(190)가 결합되어 개구부를 폐쇄할 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(130)는 제1 전극판, 제2 전극판 및 세퍼레이터를 포함한다. 제1 전극판은 양면에 음극 활물질층(132c, 예를 들어, 흑연, 탄소 등)이 형성된 음극판일 수 있다. 제1 전극판의 일부에는 음극 활물질층이 도포되지 않은 제1 전극 무지부가 형성될 수 있다. 제2 전극판은 양면에 양극 활물질층(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등))이 형성된 양극판일 수 있다. 제2 전극판의 일부에는 양극 활물질층이 도포되지 않은 제2 전극 무지부가 형성될 수 있다. 세퍼레이터는 제1 전극판과 제2 전극판의 사이에 개재되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 할 수 있다. 제1 전극판은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 포일, 제2 전극판은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
제1 전극판과 제2 전극판 및 세퍼레이터는 대략 원기둥 형태로 권취되어 캔(100) 내부에 수용될 수 있다. 제1 전극판과 제2 전극판은 권취를 위해 활물질이 도포되지 않은 제1 전극 무지부 및 제2 전극 무지부가 서로 반대 방향이 되도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 음극판인 제1 전극판은 제1 전극 무지부가 도 1a를 기준으로 하부를 향하도록 배치될 수 있다. 양극판인 제2 전극판은 도 1a를 기준으로 상부를 향하도록 배치될 수 있다. 제1 전극판 및 제2 전극판의 사이에 세퍼레이터가 배치되어 이들 사이를 절연한 상태에서 권취가 이루어질 수 있다. 이후 제1 전극 무지부에 제1 전극 집전판(150)이 전기적으로 연결되고, 제2 전극 무지부에 제2 전극 집전판(170)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 의해 캔(110) 및 캡 어셈블리(190)가 전극 조립체(130)와 전기적으로 연결된다.
제1 전극 집전판(150)은 캔(110)의 바닥부(112)에 용접 등의 방법에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극 집전판(150)이 제1 전극 무지부에 전기적으로 연결되므로 제1 전극 집전판(150)을 음극 집전판이라고 정의할 수 있다. 제2 전극 집전판(170)은 집전 리드(180)에 의해 캡 어셈블리(190)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극 집전판(170)이 제2 전극 무지부에 전기적으로 연결되므로, 제2 전극 집전판(170)을 양극 집전판이라고 정의할 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 캡 어셈블리(190)는 캡 플레이트(191)와, 캡 플레이트(191)의 중앙에 결합되는 리벳 단자(192)와, 리벳 단자(192)와 캡 플레이트(191) 사이를 절연하는 인슐레이터와, 리벳 단자(192)의 고정을 위한 스토퍼(196)를 포함할 수 있다. 인슐레이터는 실시 예에 따라 개수 및 구조가 달라질 수 있다. 스토퍼(196)는 실시 예에 따라 구비되지 않을 수도 있다.
캡 플레이트(191)는 대략 원판 형상으로, 캡 플레이트(191)의 중앙에는 리벳 단자(192)가 삽입되는 중공이 관통 형성된다. 캡 플레이트(191)는 SPCE(냉연강판의 일종)에 니켈 도금한 소재 또는 SUS 소재로 만들어질 수 있다. 캡 플레이트(191)는 비딩부(116)의 상부에 안착될 수 있다. 캡 플레이트(191)의 외측 가장자리는 가스켓(198)에 의해 캔(110)의 측부(114)와 절연될 수 있다. 캡 플레이트(191)의 내측 가장자리(중공 부위)는 인슐레이터에 의해 리벳 단자(192)와 절연될 수 있다.
리벳 단자(192)는 캡 플레이트(191)의 중공에 삽입되며, 양극 집전판인 제2 전극 집전판(170)과 집전 리드(180)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 예시적으로, 리벳 단자(192)는 집전 리드(180) 또는 제2 전극 집전판(170)과 동일하거나 유사한 소재로 만들어질 수 있다. 리벳 단자(192)는 캡 플레이트(191)의 상부로 노출된 부분의 직경이 중공에 삽입된 부분의 직경 보다 크게 형성될 수 있다. 편의상 캡 플레이트(191)의 상부로 노출된 부분을 리벳 단자(192)의 상단, 제2 전극 집전판(170)을 향하는 부분을 리벳 단자(192)의 하단으로 지칭한다. 리벳 단자(192)의 하단은 프레스 또는 스피닝 등의 가공 방법에 의해 압축 변형(압축 성형)되어 캡 플레이트(191)의 하면에 밀착될 수 있다. 리벳 단자(192)를 좀더 단단히 고정하기 위해 중공이 형성된 링 형상의 스토퍼(196)가 추가로 구비될 수 있다. 리벳 단자(192)를 캡 플레이트(191)의 중공에 삽입한 후 스토퍼(196)를 리벳 단자(192)의 하단에 삽입한 상태에서 프레스 또는 스피닝 가공할 수 있다. 이때, 리벳 단자(192)의 하단이 압축 변형되면서 스토퍼(196)에 밀착되고, 스토퍼(196)와 함께 캡 플레이트(191)에 밀착될 수 있다. 캡 플레이트(191)와 리벳 단자(192)의 사이에는 인슐레이터가 구비되므로 스토퍼(196)는 인슐레이터에 밀착될 수 있다.
가스켓(198)은 절연 소재로, 캡 플레이트(191)의 외측 가장자리와 하면 일부를 감싸되, 캡 플레이트(191)의 상면으로는 연장되지 않는 형태이다. 따라서 가스켓(198)을 사이에 두고 캡 플레이트(191)가 비딩부(116)의 상부에 안착된 상태에서 크림핑부(118)를 형성하면, 크림핑부(118)가 캡 플레이트(191)의 상면에 접촉될 수 있다. 이 상태에서 크림핑부(118)의 단부를 캡 플레이트(191)와 용접하여 용접부(197)를 형성함으로써 캔(110)과 캡 플레이트(191)를 전기적으로 연결한다. 크림핑부(118)의 단부를 캡 플레이트(191)와 용접한 후 녹 발생을 방지하기 위해 용접부(197) 주변에 수지 계열의 소재를 도포할 수 있다. 용접부(197)에 의해 캡 플레이트(191)는 음극 집전판인 제1 전극 집전판(150)과 전기적으로 연결된 캔(110)과 전기적으로 연결되므로, 음극을 띄게 된다. 이에 따라, 캡 플레이트(191)는 음극이 되고 리벳 단자(192)는 양극이 되므로, 캡 어셈블리(190)에 음극 및 양극이 모두 구비되는 이차전지(10)를 제공할 수 있다.
캡 어셈블리의 추가적인 구조에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원통형 이차전지(10)는 도 1a에 도시된 이차전지(10)와 다른 캔의 구조를 가질 수 있다(도 1a의 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다).
도 2a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원통형 이차전지를 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 2a에 따른 바닥부 및 노치의 일 예를 도시한 평면도이다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 원통형 이차전지(20)는 원통형의 캔(210)과, 캔(210) 내부에 삽입되는 전극 조립체(230)와, 캔(210)의 일단에 결합되는 캡 어셈블리(290)와, 전극 조립체(230)를 캡 어셈블리(290)와 전기적으로 연결하는 제1 전극 집전판(250) 및 제2 전극 집전판(270)을 포함할 수 있다.
캔(210)은 별도로 형성된 원형의 바닥부(212)와, 상하가 개방된 원통형의 측부(214)를 포함할 수 있다. 측부(214)의 개방된 상단에 캡 어셈블리(290)가 결합되고, 측부(214)의 개방된 하단에 바닥부(212)가 결합된다. 바닥부(212)의 외측 가장자리는 측부(214)와 용접되어 용접부(215)를 형성함으로써 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 캔(210)은 비딩부(218)의 단부와 캡 플레이트(291)가 용접되어 용접부(297)를 형성함으로써 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 예시적으로, 바닥부(212)에는 벤트(201a)가 형성될 수 있다. 벤트(212a)는 별도로 형성되어 바닥부(212)에 관통 형성된 관통홀에 결합된 후 용접되는 방법으로 구비될 수 있다.
도 1a 및 도 2a에 도시된 예시적인 이차전지(10, 20)에 있어서, 캡 어셈블리(190)는 다양한 구조가 적용될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 캡 어셈블리의 단자의 예들을 도시한 평면도이다. 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 캡 어셈블리의 여러 실시 예를 간략하게 도시한 단면도이다(편의상 참조부호는 도 1a의 실시 예를 기준으로 한다).
먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(191) 상에 결합되는 리벳 단자(192)의 상단 형상은 원형일 수 있다. 또는 도 3b에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(191) 상에 결합되는 리벳 단자(192')의 상단 형상은 사각형일 수 있다. 그러나 리벳 단자(192)의 형상은 예시적인 것일 뿐, 전술한 형상에 한정되지 않는다.
도 4a는 도 1a에 도시된 캡 어셈블리(190)의 일 예를 좀더 상세하게 도시한 도면이다(도 1a의 실시 예에서 설명하지 않은 구성에 대해서만 상세히 설명한다). 도 4a에 도시된 바와 같이, 리벳 단자(192)의 상단 하면에는 캡 플레이트(191)를 향해 돌출된 돌기(192a)가 형성될 수 있다. 캡 어셈블리(190) 인슐레이터는 PE 또는 PP 소재로, 상부 인슐레이터(193) 및 하부 인슐레이터(194)를 포함할 수 있다. 상부 인슐레이터(193)의 상면에는 돌기(192a)가 수용되는 수용홈(1930)이 형성될 수 있다. 돌기(192a)는 캡 플레이트(191)를 관통하여 삽입되는 부분에 인접하여 형성될 수 있다. 돌기(192a)와 수용홈(1930)에 의해 리벳 단자(192)와 상부 인슐레이터(193) 사이의 결합이 더 견고해질 수 있다.
상부 인슐레이터(193)는 캡 플레이트(191)의 중공에 대응하는 중공이 형성된 원판 형상일 수 있다. 상부 인슐레이터(193)의 중공 쪽 내측 가장자리는 제2 전극 집전판(170)을 향하는 하부를 향해 연장될 수 있다. 상부 인슐레이터(193)의 원판 부분은 리벳 단자(192)의 상단부 하면에 접촉되어 캡 플레이트(191)와 리벳 단자(192)의 상단부 사이를 절연한다. 이를 위해, 상부 인슐레이터(193)의 원판 부분은 리벳 단자(192)의 상단보다 크게 형성될 수 있다. 또한, 상부 인슐레이터(193)의 원판 부분은 하부 인슐레이터(194)의 원판 부분보다 작을 수도 있고 클 수도 있다. 상부 인슐레이터(193)의 하향 연장된 부분은 캡 플레이트(191)의 중공에 삽입되어 캡 플레이트(191)와 리벳 단자(192) 사이를 절연한다.
하부 인슐레이터(194)는 상부 인슐레이터(193)와 대칭으로 배치되며 상부 인슐레이터(193)와 유사한 형상을 가질 수 있다. 즉, 하부 인슐레이터(194)는 캡 플레이트(191)의 중공에 대응하는 중공이 형성된 원판 형상일 수 있다. 하부 인슐레이터(194)의 중공 쪽 내측 가장자리는 상부 인슐레이터(193)를 향해 연장될 수 있다. 하부 인슐레이터의 원판 부분은 스토퍼(196)의 상면에 접촉되어 캡 플레이트(191)와 스토퍼(196) 사이를 절연한다. 하부 인슐레이터(194)의 원판 부분은 스토퍼(196)보다 크게 형성되고 캡 플레이트(191) 보다 작게 형성될 수 있다. 하부 인슐레이터(194)의 상향 연장된 부분은 부분은 캡 플레이트(191)의 중공에 삽입되어 캡 플레이트(191)와 리벳 단자(192) 사이를 절연한다. 상부 인슐레이터(193)와 하부 인슐레이터(194) 각각의 연장된 단부는 접착제 등으로 연결되거나, 리벳 단자(192)의 압축 성형 시 압축되어 상호 밀착될 수 있다.
한편, 스토퍼(196)는 중공이 형성된 내측 가장자리의 직경(중공의 직경)이 상면에서 하면으로 갈수록 증가하는 경사진 형태를 가질 수 있다. 리벳 단자(192)를 압축 성형하여 고정하는 공정 이전에 리벳 단자(192)의 하단 위치를 점선으로 도시하였다. 리벳 단자(192)가 압축 성형되면서 점선 위치보다 상측으로 압축될 수 있다. 이때, 스토퍼(196)의 내측이 경사진 형태가 되면, 리벳 단자(192)의 하단이 압축 성형되면서 스토퍼(196)의 내측 가장자리 형상을 따라 퍼지면서 가압된다. 따라서 리벳 단자(192)와 스토퍼(196) 간의 접촉 면적이 증가되어 리벳 단자(192)의 결합력을 향상시킬 수 있다. 또한, 스토퍼(196)는 리벳 단자(192)와 동일하거나 유사한 소재로 만들어질 수 있다. 따라서 전술한 집전 리드(180)는 이차전지(10) 내부 공간 설계에 따라 리벳 단자(192)와 전기적으로 연결될 수도 있고, 스토퍼(196)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4b는 도 4a의 실시 예와 동일한 구조를 갖되, 인슐레이터의 구조가 상이한 실시 예를 도시한다(도 4a와 동일한 구성에 대한 설명은 생략함). 도 4b에 도시된 바와 같이, 인슐레이터는 상부 인슐레이터(193a), 이너 인슐레이터(195a) 및 하부 인슐레이터(194a)를 포함할 수 있다.
상부 인슐레이터(193a)는 중공이 형성된 원판 형상일 수 있다. 상부 인슐레이터(193a)의 중공 부분에 이너 인슐레이터(195a)의 상부 외측 가장자리가 밀착 배치될 수 있다. 이너 인슐레이터(195a)는 PE나 PP 또는 PFA 소재로, 원통형의 상단 및 하단이 각각 상부 인슐레이터(193a) 및 하부 인슐레이터(194a)를 향해 벤딩되어 소정 길이 연장된 형상일 수 있다. 하부 인슐레이터(194a) 역시 중공이 형성된 원판 형상일 수 있고, 중공 부분에 이너 인슐레이터(195a)의 하부 외측 가장자리가 밀착 배치될 수 있다.
도 4c는 도 4b의 실시 예와 동일한 구조를 갖되, 인슐레이터의 구조가 상이하고 스토퍼가 생략된 실시 예를 도시한다(도 4b와 동일한 구성에 대한 설명은 생략함). 도 4c에 도시된 바와 같이, 인슐레이터는 이너 인슐레이터를 대체하는 상부 인슐레이터(193b) 및 하부 인슐레이터(194b)를 포함할 수 있다.
상부 인슐레이터(193b)는 도 3b의 상부 인슐레이터(193a) 및 이너 인슐레이터(195a)가 일체로 형성된 형태일 수 있다. 즉, 상부 인슐레이터(193b)는 중공이 형성된 원판 형상부에 원통 형상이 일체로 형성된 형태일 수 있다. 원통 형상 부분은 캡 플레이트(191)의 중공에 삽입될 수 있다. 원통 형상 부분의 하단은 하부 인슐레이터(194b)를 향해 벤딩되어 소정 길이 연장된 형태일 수 있다. 하부 인슐레이터(194b) 역시 중공이 형성된 원판 형상일 수 있고, 중공 부분에 상부 인슐레이터(193b)의 하부 외측 가장자리가 밀착 배치될 수 있다.
또한, 도 4c의 캡 어셈블리(190)는 스토퍼가 삭제되고, 스토퍼의 역할을 대체할 수 있는 리브(1920)가 구비될 수 있다. 리브(1920)는 리벳 단자(192a)의 하단으로부터 대략 원통 형상으로 연장될 수 있다. 리벳 단자(192a)의 압축 성형 시 리브(1920a)가 화살표 방향을 따라 외측으로 변형되어 하부 인슐레이터(194)에 밀착될 수 있다. 도 4c에 리브(1920)의 형상과 리브(1920)가 변형되는 과정을 점선으로 도시하였다. 이러한 구조에 의해, 별도의 스토퍼 없이 리벳 단자(192a)가 캡 플레이트(191)와 견고하게 결합될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 리벳 단자(192, 192')의 형상은 도 1a 및 도 2a에 도시된 이차전지(10, 20)에 모두 적용될 수 있다. 또한, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 캡 어셈블리(190, 190a, 190b)의 구조 역시 도 1a 및 도 2a에 도시된 이차전지(10, 20)에 모두 적용될 수 있다. 또한, 스토퍼를 삭제하는 경우, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 인슐레이터 구조 중 어느 하나를 적용하고, 리벳 단자(192a)의 구조는 도 4c에 도시된 구조를 적용할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 이차전지의 한쪽 방향에 양극 및 음극이 모두 형성되므로 버스바와의 용접이 용이하고 버스바 연결 구조가 단순해질 수 있다. 또한, 리벳 형태의 단자 구조에 의해 용접 영역이 넓어지므로 버스바와의 용접성이 향상될 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.
10: 이차전지 110: 캔
130: 전극 조립체 150: 제1 전극 집전판
170: 제2 전극 집전판 180: 집전 리드
190: 캡 어셈블리 191: 캡 플레이트
192: 리벳 단자 193: 상부 인슐레이터
194: 하부 인슐레이터 196: 스토퍼
197: 용접부 198: 가스켓

Claims (12)

  1. 전극 조립체;
    일단이 개구되어 상기 전극 조립체를 수용하고, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 원통형의 캔; 및
    상기 캔의 개구된 일단에 결합되어 상기 캔과 전기적으로 연결되는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트와 절연되고 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 리벳 단자를 갖는 캡 어셈블리를 포함하는, 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제1 전극판 및 제2 전극판을 포함하고, 상기 캔은 상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되며, 상기 리벳 단자는 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되는, 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 바닥부에 전기적으로 연결되는 제1 전극 집전판과, 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 리벳 단자와 전기적으로 연결되는 제2 전극 집전판을 더 포함하고, 상기 제1 전극판은 음극판이고, 상기 제2 전극판은 양극판인, 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    원형의 바닥부와, 상기 바닥부로부터 연장되고 일단이 개구된 측부를 포함하고, 상기 측부는 개구된 일단에 인접하여 내측으로 오목하게 벤딩된 비딩부와, 상기 비딩부와 이격되고 상기 측부의 일단이 벤딩된 크림핑부를 포함하는 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 측면과 상기 크림핑부 사이에 삽입되는 가스켓을 더 포함하는, 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 크림핑부의 단부는 상기 캡 플레이트의 상면에 용접되는, 이차전지.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 바닥부는 상기 측부와 용접되거나 일체로 형성되고, 노치 또는 벤트를 포함하는, 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 리벳 단자와 상기 캡 플레이트 사이를 절연하는 인슐레이터를 더 포함하는, 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 리벳 단자는 상기 캡 플레이트의 상면을 향해 돌출 형성된 돌기를 포함하고, 상기 인슐레이터는 상기 돌기의 위치에 대응하는 위치에 상기 돌기를 수용하는 수용홈을 포함하는, 이차전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전극 조립체를 향하는 상기 리벳 단자의 단부에 결합되어 상기 리벳 단자의 압축 성형 시 상기 리벳 단자 및 상기 인슐레이터와 밀착되는 스토퍼를 더 포함하는, 이차전지.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 스토퍼는 중공이 형성되어 상기 리벳 단자가 상기 중공에 삽입되며, 중공의 직경이 상면에서 하면으로 갈수록 증가하는 형태인, 이차전지.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 리벳 단자는 상기 전극 조립체를 향하는 단부로부터 연장되어 상기 리벳 단자의 압축 성형 시 변형되어 상기 인슐레이터와 밀착되는 리브를 더 포함하는, 이차전지.
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