KR100457625B1 - 전지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극탭이 전극조립체의 상면과 단락되지 않고 캡플레이트와 캔의 용접에 의하여 안전변이 파손되지 않는 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은:

각각 전극탭이 연결된 양극판과 음극판, 및 상기 양극판과 음극판의 직접적 접촉을 막는 세퍼레이터를 구비한 전극조립체;

상기 전극조립체가 내부에 수납되며, 상단에 위치한 개구부 주위의 내면이 용접에 의하여 일 전극탭과 전기적으로 연결된 캔;

상기 캔의 개구부를 밀봉하는 캡플레이트; 및

상기 캔과 절연되며 상기 전극조립체의 타 전극탭과 전기적으로 연결된 상부단자;를 구비한 전지를 제공한다.

Description

전지 및 그 제조방법{Battery and method for making it}

본 발명은 전지에 관한 것이며, 더 상세하게는 전극조립체가 캔에 수납된 전지에 관한 것이다.

전지는 내부에 들어있는 화학물질의 화학적 에너지를 전기화학적 산화환원반응에 의해 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 이와 같은 전지는 양극판, 음극판, 이들 두 전극판 간의 이온의 전달을 가능하게 하는 전해질, 및 상기 양극판과 음극판이 직접 접촉하는 것을 방지하는 세퍼레이터를 주요 구성요소로 하는 것이 일반적이다. 상기 전지의 에너지 변환원리는 양극판 및 음극판을 이루는 두 금속의 이온화경향에 근거하는데, 이는 공지된 사실이므로 이에 대한 설명은 생략한다. 상기 양극판, 음극판, 및 세퍼레이터가 조립되어 형성되는 전극조립체를 캔 내에 밀봉한 전지를 캔형 전지라 부르기도 한다.

도 1 에 도시된 종래의 캔형 전지는 전극조립체(10), 도전성 캔(50), 도전성 캡플레이트(30), 절연부재(41), 절연플레이트(20), 및 상부단자(40)를 구비한다.

상기 전극조립체(10)는 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판의 직접적 접촉을 막는 세퍼레이터를 구비하며, 상기 캔(50) 내부에 수납된다.

상기 양극판과 음극판은 각각 전극탭(11)들과 연결되며, 상기 전극탭(11)들은 그 하단이 의도되지 않은 전극조립체(10)의 일 부분과 단락되는 것을 방지하기 위하여 절연성 보호테이프(12)에 의하여 감겨진다.

상기 캔(50)의 내부에는 절연막(51)이 설치되며, 상기 캔의 상부에 형성된 개구부는 중앙에 개구(30a)가 형성되어 있는 캡플레이트(30)에 의하여 밀봉된다.

상기 캡플레이트에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입공(32)과 전지 내압의 과도 상승시 파단되어 전지의 폭발을 방지하는 안전변(31)이 형성되며, 상기 전해액 주입공(32)은 전해액의 주입 후에 밀봉부재(33)에 의하여 밀봉된다. 상기 캡플레이트(30)는 상기 전극탭(11)들 중 일 전극탭과 전기적으로 연결되며 또한 상기 캔과도 전기적으로 연결된다. 또한 상기 캡플레이트의 개구(30a)에는 제 1 단자통공(41a)이 형성되어 있는 절연부재(41)가 끼워진다.

또한 상기 캡플레이트가 상기 전극조립체(10)와 단락되는 것을 방지하기 위하여 이들 사이에 중앙에 제 2 단자통공(20a)이 형성된 절연플레이트(20)가 개재된다.

상기 전극조립체의 타 전극탭은 상기 제 1 단자통공 및 제 2 단자통공을 통하여 상부단자(40)와 연결된다.

상기와 같은 구성을 갖는 종래의 전지에서는, 상기 전극탭들 중의 일 전극탭을 상기 캡플레이트(30)와 용접한 후에 상기 캡플레이트(30)를 상기 캔(50)과 접합하는데, 이 경우에는 상기 캡플레이트(30)를 개방한 상태에서 상기 일 전극탭을 캡플레이트와 용접해야 하므로 용접 후에 상기 캡플레이트를 캔과 접합하면 상기 일 전극탭은 곧바로 펴지지 못하고 굽혀진다. 그러나 이와 같이 전극탭이 굽혀지면 상기 전극조립체(10)의 상면과 단락될 수 있고, 이로 인하여 불량한 전지가 제조되는 결과를 낳을 수 있다는 문제점이 있다.

또한 상기 캡플레이트(30)는 통상적으로 전지의 내압 증가시의 폭발을 방지하기 위하여 도 2 에 도시된 바와 같이 두께가 얇게 형성된 부분을 구비한안전변(31)을 구비하는데, 특히 상기 캡플레이트와 캔을 초음파로 용접하는 경우에는 전지의 제조가 완료되기도 전에 상기 안전변이 파손될 수 있다는 문제점도 있다. 이와 같은 문제점은 상기 캡플레이트와 캔을 레이저로 용접함으로써 해결될 수 있으나, 이 경우에는 비용이 많이 소요된다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여, 전극탭이 전극조립체의 상면과 단락되지 않고 캡플레이트와 캔의 용접에 의하여 안전변이 파손되지 않는 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 종래의 캔형 전지를 도시하는 분해사시도이고,

도 2 은 도 1 의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 안전변의 단면도이고,

도 3 는 본 발명에 따른 캔형 전지를 도시하는 분해사시도이고,

도 4 는 본 발명에 따른 캔형 전지의 일 전극탭을 캡의 개구부 주위의 내면에 초음파로 용접하는 것을 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 110: 전극조립체 11, 111: 전극탭

12, 112: 보호테이프 20, 120: 절연 플레이트

20a, 120a: 제 2 단자통공 30, 130: 캡 플레이트

30a, 130a: 개구 31, 131: 안전변

32, 132: 전해액 주입공 33, 133: 밀봉부재

40, 140: 상부단자 41, 141: 절연부재

41a, 141a: 제 1 단자통공 50, 150: 캔

51, 151: 절연막 160: 초음파 용접기

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은:

각각 전극탭이 연결된 양극판과 음극판, 및 상기 양극판과 음극판의 직접적 접촉을 막는 세퍼레이터를 구비한 전극조립체;

상기 전극조립체가 내부에 수납되며, 상단에 위치한 개구부 주위의 내면이 용접에 의하여 일 전극탭과 전기적으로 연결된 캔;

상기 캔의 개구부를 밀봉하는 캡플레이트; 및

상기 캔과 절연되며 상기 전극조립체의 타 전극탭과 전기적으로 연결된 상부단자;를 구비한 전지를 제공한다.

상기 일 전극탭은 초음파용접에 의하여 상기 캔의 개구부 주위의 내면에 직접 연결되는 것이 바람직하다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은:

각각 전극탭이 연결된 양극판과 음극판, 및 상기 양극판과 음극판의 직접적 접촉을 막는 세퍼레이터를 구비한 전극조립체를 캔의 내부에 수납하는 전극조립체 수납단계;

상기 전극탭들 중 일 전극탭을 상기 캔의 상단에 위치한 개구부 주위의 내면에 용접에 의하여 전기적으로 연결하는 제 1 전극탭연결단계;

상기 캔과 절연되는 상부단자를 상기 전극조립체의 타 전극탭과 전기적으로 연결하는 제 2 전극탭연결단계; 및

상기 캔의 개구부를 캡플레이트로 밀봉하는 개구부 밀봉단계;를 구비한 전지 제조방법을 제공한다.

상기 제 1 전극탭연결단계는 일 전극탭을 초음파용접에 의하여 상기 캔의 개구부 주위의 내면에 직접 연결하는 단계를 구비하는 것이 바람직하다.

이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3 에 도시된 본 발명에 따른 캔형 전지는 전극조립체(110), 도전성 캔(150), 도전성 캡플레이트(130), 절연부재(141), 절연플레이트(120), 및 상부단자(140)를 구비한다.

상기 전극조립체(110)는 양극판과 음극판, 및 상기 양극판과 음극판의 직접적 접촉을 막는 세퍼레이터를 구비하며, 상기 캔(150) 내부에 수납된다. 도 3 에는 상기 전극조립체가 젤리롤(jelly roll) 형태인 것으로 도시되었으나, 상기 전극조립체는 적층된 형태를 가진 것일 수도 있다. 상기 양극판과 음극판은 각각 전극탭(111)들과 연결되며, 상기 전극탭(111)들은 그 하단이 의도되지 않은 전극조립체(110)의 일 부분과 단락되는 것을 방지하기 위하여 절연성 보호테이프(112)에 의하여 감겨진다. 다만, 상기 젤리롤 형태의 전극조립체에 있어서 최외각에 위치한 전극과 연결된 전극탭에는 상기 보호테이프가 감겨있지 않을 수도 있다.

상기 캔(150)은 도전성의 재료로서 형성된다. 도 3 에는 상기 캔의 내부에 절연막(151)이 설치되는 것으로 도시되었으나 이 절연막은 설치되지 않을 수도 있다. 상기 캔의 상단부에는 전극조립체를 수납하기 위한 개구부가 형성되어 있으며, 상기 전극탭들 중 일 전극탭은 이 캔의 개구부의 내측과 전기적으로 용접되며, 이는 초음파용접에 의하여 이루어질 수 있다. 상기 절연막이 설치된 경우에 있어서는, 전극탭(111)과 캔(150)의 용접을 용이하게 하기 위하여 도 3 의 A부분이 확대된 모습과 같이 절연막의 일부를 제거하는 것도 가능하다. 상기 개구부는 이와 같은 용접이 행하여진 후에 후술하는 캡플레이트(130)에 의하여 밀봉된다.

상기 캡플레이트에(130)는 그 중앙에는 개구(130a)가 형성되어 있으며, 그 개구의 양측에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입공(132)과 전지 내압의 과도 상승시 파단되는 안전변(131)이 각각 형성되어 있다. 상기 캡플레이트(130)를 상기 캔(150)과 밀봉접합한 후에, 상기 전해액 주입공(132)을 통하여 전해액을 주입하고나서 밀봉부재(133)으로 상기 전해액 주입공(132)을 밀봉한다.

본 실시예에서는 상기 캡플레이트(130)는 일 전극탭과 전기적으로 연결된 캔(150)과 전기적으로 연결되지만, 상기 캡플레이트(130)가 상기 캔(150)과 절연되는 전지도 본 발명의 범위에 속한다. 상기 캡플레이트(130)가 캔(150)과 절연되는 경우에는 이들 사이에 별도의 절연부재가 개재되어야 한다. 또한 이 경우에는 상기캡플레이트(130)가 후술하는 상부단자로서 기능할 수 있으며, 이 때는 후술하는 상부단자(140)와 상기 캡플레이트(130)는 동일한 구성요소를 지칭할 수 있게 되고, 이 경우에는 후술하는 절연부재(141)가 본 발명에 따른 전지에 포함되지 않게 된다. 이하에서는 상기 캡플레이트(130)와 캔(150)이 전기적으로 연결되는 경우에 대하여 설명한다.

상기 절연부재(141)는, 그 중앙부에 제 1 단자통공(141a)이 형성되어 있으며, 상기 캡플레이트(130)의 개구(130a)에 끼워진다. 이 절연부재는 상기 캡플레이트(130)와 후술하는 상부단자를 상호 절연하는 기능을 한다.

상기 캡플레이트와 상기 전극조립체(110) 사이에는 중앙에 제 2 단자통공(120a)이 형성된 절연플레이트(120)가 개재되는 것이 바람직한데, 이는 상기 캡플레이트와 전극조립체가 불측의 이유로 통전되는 것을 방지하기 위한 것이다. 다만, 절연 플레이트가 반드시 필요한 것은 아니다.

상기 상부단자(140)는 상기 제 1 단자통공 및 제 2 단자통공을 통하여 상기 전극조립체의 타 전극탭, 즉 전극조립체의 중앙부에서 인출된 전극탭과 연결된다.

이하에서는 상기와 같은 전지를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

상기 전지의 제조방법은 각 부품들을 제작하여 준비하는 부품 준비단계, 전극조립체 수납단계, 제 1 전극탭연결단계, 제 2 전극탭연결단계, 및 개구부 밀봉단계를 구비한다.

부품 준비단계는 상기의 전지를 구성하는 각 부품들을 적절한 공정을 통하여 제작하는 단계를 구비하며, 이와 같은 공정은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의지식을 가진 자가 종래의 기술을 이용하여 수행할 수 있는 것이므로 그 구체적인 설명은 생략한다.

상기 전극조립체 수납단계는 각각 전극탭이 연결된 양극판과 음극판, 및 상기 양극판과 음극판의 직접적 접촉을 막는 세퍼레이터를 구비한 전극조립체(110)를 캔(150)의 내부에 수납하는 단계로서, 상기 전극탭(111)들이 위를 향하도록 수납한다.

상기 제 1 전극탭연결단계는 상기 전극탭(111)들 중 일 전극탭을 상기 캔(150)의 상단에 위치한 개구부 주위의 내면에 용접에 의하여 전기적으로 연결하는 단계이다. 이와 같이 연결함에 있어서는 다양한 용접방법이 사용될 수 있으나, 본 실시에에서는 초음파용접을 실시하는 것으로 한다. 상기 초음파용접은 도 4 에 도시되어 있는 바와 같이, 일 전극탭(111)과 이 전극탭이 용접될 캔(150)의 일부가 겹쳐진 상태에서 그 겹쳐진 부분을 초음파 용접기(160)로 용접함으로써 이루어진다. 상기 초음파 용접기에 관하여는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 알거나 용이하게 알 수 있는 것이므로 자세한 설명을 생략한다.

상기 제 2 전극탭연결단계는 상기 상부단자(140)를 상기 전극조립체(110)의 타 전극탭과 전기적으로 연결하는 단계이다. 이 단계는 상기 캡플레이트(130)와 상기 캔(150)이 상호 도전되도록 구성하는가 또는 절연되도록 구성하는가에 따라서 달라질 수 있는데, 이들이 도전되도록 구성하는 경우에는 상기 캡플레이트(130)의 개구(130a)에 개재된 절연부재(141)의 제 1 단자통공과 상기 절연플레이트(120)의 제 2 단자통공(120a)을 통하여 상부단자(140)를 상기 전극조립체의 타 전극탭과 연결한다. 이들을 연결함에 있어서는 알려진 접착 또는 용접과 같은 방법이 사용될 수 있으며, 필요에 따라서는 이들 사이에 도전성의 매개부재(도시되지 않음)를 이용하여 연결할 수 있다. 다만 이 매개부재는 다른 도전성 구성요소들과 절연되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 캡플레이트(130)와 상기 캔(150)이 절연되도록 구성하는 경우에는 상기 타 전극탭을 상기 절연플레이트(120)의 제 2 단자통공을 통하여 상기 상부단자(140)(이 경우에는 상기 캡 플레이트(130)과 같은 구성요소를 의미할 수 있다)와 연결시킨다.

상기 개구부 밀봉단계는 상기 캔의 개구부를 캡플레이트로 밀봉하는 단계이다. 이 단계도 상기 캡플레이트(130)과 상기 캔(150)이 도전되도록 구성하는 가 절연되도록 구성하는가에 따라서 달라질 수 있는데, 이들이 도전되도록 구성하는 경우에는 이들을 알려진 접착 또는 용접 등의 방법으로 용접하여 전기적으로 연결되도록 하고, 이들을 절연하는 경우에는 이들 사이에 별도의 절연부재(도시되지 않음)를 개재한 상태에서 접착 또는 용접 등의 방법으로 접합한다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의하여, 전극탭이 전극조립체의 상면과 단락되지 않고 캡플레이트와 캔의 용접에 의하여 안전변이 파손되지 않는 전지가 제공된다. 또한 상기 캡플레이트와 캔을 레이저로 용접함으로 인한 전지의 제조비용 증가를 방지할 수 있다는 효과가 있다. 나아가, 상기 캔의 내면에 일 전극탭을 직접 연결함으로 인하여, 전극탭을 캡플레이트와 연결하기 위하여 길게 형성할 필요가 필요가 없어지고, 따라서 전극탭의 재료가 절감되는 등의 추가적 비용감소의 효과도 있다.

Claims (4)

1. 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치되며, 상기 각각의 전극판에 연결된 양극탭 및 음극탭을 구비한 전극조립체;와,

   상기 전극조립체가 내부에 수납된 캔;과,

   상기 캔의 개구부를 밀봉하는 캡플레이트;와,

   상기 캡 플레이트의 개구를 통하여 결합되며, 상기 캔과 절연된 상부단자;를 포함하고,

   상기 일 전극탭은 상기 캔의 상단에 위치한 개구부 주위의 내면에 용접에 의하여 전기적으로 직접 연결되고, 상기 타 전극탭은 상기 캔과 절연된 상부단자와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전지.
2. 삭제
3. 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치되며, 상기 각각의 전극판에 연결된 양극탭 및 음극판을 구비하는 전극조립체를 캔의 내부에 수납하는 전극조립체의 수납단계;

   상기 전극탭중 일 전극탭을 상기 캔의 상단에 형성된 개구부 주위의 내면에 용접에 의하여 전기적으로 직접 연결하는 제1 전극탭연결단계;

   상기 전극탭중 타 전극탭을 상기 캔과 절연되는 상부단자에 전기적으로 연결하는 제2 전극탭연결단계; 및

   상기 캔의 개구부를 캡플레이트로 밀봉하는 개구부 밀봉단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1 전극탭 연결단계에는,

   일 전극탭을 초음파용접에 의하여 캔의 내면에 연결하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조방법.