KR100467697B1 - 밀폐형 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고용량에 박형의 패키징이 가능 PTC 소자나 보호회로장치 등 안전장치의 부착이 용이하도록 하기 위한 것으로, 음극판, 양극판 및 상기 음극판과 양극판을 절연시키는 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수납되는 것으로, 일면에 구비된 개구부와, 일측면에 구비된 제 1 라운드면과, 상기 제 1 라운드면에 대향되는 타측면에 구비된 제 1 평탄면을 갖는 캔과, 상기 캔의 개구부에 밀봉되고, 상기 음극판 및 양극판 중 적어도 하나의 전극판을 외부와 전기적으로 연결시키는 것으로, 상기 캔의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트를 구비한 캡 조립체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 밀폐형 이차전지에 관한 것이다.

Description

밀폐형 이차 전지{Sealed type secondary battery}

본 발명은 밀폐형 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캔의 구조가 개선된 밀폐형 이차 전지에 관한 것이다.

통상적으로 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있다.

이 이차 전지는 발전 요소, 즉, 전극 조립체를 수용하고 있는 케이스의 형상에 따라서 원통형 알루미늄 캔을 사용하는 원통형 전지, 각형의 알루미늄 캔을 사용하는 각형 전지 및 박판의 파우치 케이스에 수납되는 파우치형 전지로 구분할 수 있다.

상기와 같은 전지 형태 중 각형 이차 전지는 도 1에 도시된 바와 같이 일면이 개구된 직육면체의 각형 캔(11)의 내부에 극판 조립체(16)와 전해질 물질이 수용된다. 상기 극판 조립체(16)는 전극 활물질이 도포된 양극판과 음극판을 세퍼레이터로 상호 격리시키고, 상기 양극판, 음극판 및, 세퍼레이터를 젤리 롤(jelly roll)의 형태로 감아서 형성한 것이다. 극판 조립체(16)의 일측에는 상기 양극판 및 음극판의 어느 한 극판과 연결된 전극 탭(17)이 형성된다.

상기 캔(11)의 개구부에는 캡 조립체가 결합되어 캔을 밀봉하는 데, 상기 캡 조립체는 캔(11)의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트(15)와, 상기 캡 플레이트(15)에 형성된 삽입공(15a)에 삽입되는 절연 튜브(12)와, 상기 절연 튜브(12)에 형성된 구멍에 삽입되고 상기 극판 조립체(16)의 탭(17)에 전기적으로 연결되는 핀(13)과, 상기 탭(17)과 캡 플레이트(15)를 전기적으로 절연시키는 절연판(14)을 구비한다. 도면 번호 18 로 표시된 것은 전해액 주입구로서, 캡 플레이트(15)가 캔(11)에 조립된 이후에 전해액을 그것을 통해 주입하고 도시되지 아니한 플러그로 밀폐하게 된다. 한편, 상기 핀(13)에 연결되지 않는 극판 조립체의 나머지 하나의 극판은 캔(11)의 내면에 직접적으로 연결되거나, 도시되지 않았지만, 별도의 탭에 의해 인출되어 캡 플레이트(15)에 연결된다.

상기와 같은 각형 이차전지는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같은 전지 팩(20) 내에 수납되는 데, 이 때, 다소 문제가 발생될 수 있다. 즉, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같은 전지 팩(20)은 그것이 장착될 전자기기의 외관의 미려함을 위하여 그 양측단부(21)가 라운딩처리되어 있는 것이 일반적이다. 따라서, 이렇게 양단부가 라운딩되어 있는 전지 팩(20)에 상술한 바와 같이 양측단부가 각이 진 형태의 각형 이차전지(10)를 수납할 경우에는 상기 각형 이차전지(10)의 각진 양측단부가 전지 팩(20)의 라운딩되어 있는 양측단부(21)와 맞지 않게 된다. 따라서, 이 때에는 전지 팩(20)의 양측단부(21)에는 불필요하게 남는 공간이 발생되고, 이 공간만큼 전지의 용량을 증대시킬 수 있음에도 불구하고 사용할 수 없는 문제가 발생되는 것이다.

이렇게 전지 팩과의 조화 및 보다 고용량을 추구하기 위하여 최근에는 상기 각형 이차전지의 외관을 도 3에서 볼 수 있듯이, 라운드형으로 변형시킨 것이 많이 사용되고 있다. 즉, 도 3에서 볼 수 있는 라운드형 이차전지(30)는 상술한 도 1에서 볼 수 있는 각형 이차전지에서 그 캔의 양측단부의 모서리를 라운딩처리한 것으로, 측단부의 모서리가 라운딩처리되어 있는 측면(31a)을 갖는 라운드형 캔(31)을 구비한다. 이러한 라운드형 이차전지(30)는 도 2에서 볼 수 있는 전지 팩에 수납할 경우에도 그 측단부가 라운딩되어 있기 때문에 전지 팩(20)의 양측 단부(21)와 잘 어울릴 수 있으며, 불필요한 공간을 줄일 수 있어, 그 공간만큼의 전지 용량을 증대시킬 수 있다. 또한, 이러한 라운드형 이차전지(30)는 그 내부에 수납되는 젤리 롤 형태의 극판 조립체의 형상과도 잘 맞으므로 전지의 소형화와 아울러 고용량화를 기할 수 있는 구조가 된다.

그러나, 상기와 같은 라운드형 이차전지의 경우에는 그 측면이 라운딩처리되어 있기 때문에 보호회로 등을 장착할 때에 문제가 된다.

즉, 도 3에서 볼 수 있듯이, 이차전지의 안전성을 보장하기 위한 PTC 소자(35)나, 보호회로장치(34) 등의 안전장치들은 통상 전지의 측면부에 부착되는 경우가 많다. 이는 이차전지 팩의 박형화를 위한 것이다. 상기와 같은 안전장치들은 과전류가 유입되어 전지가 필요 이상으로 충전되는 것을 방지하는 과충전 방지 기능을 한다.

그런데, 도 3에서 볼 수 있는 라운드형의 이차전지는 상기 안전장치들을 그 측면에 부착시키기가 매우 곤란하다. 즉, 도 1의 각형 이차전지와는 달리 그 측면이 편평하지 않고 라운딩 처리가 되어 있기 때문에 측면에 상기와 같이 안전장치들을 부착 시 그 부착 위치를 정확히 제어하기 어려운 단점이 있으며, 또 잘 부착되지도 않게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고용량에 박형의 패키징이 가능한 밀폐형 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 PTC 소자나 보호회로장치 등 안전장치의 부착이 용이한 밀폐형 이차전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전지의 외장팩의 구조에 적합한 밀폐형 이차전지를 제공하는 것이다.

도 1 은 통상적인 각형 이차 전지의 개략적인 분해 사시도.

도 2 는 전지 팩의 사시도.

도 3 은 통상적인 라운드형 이차 전지 및 이에 부착된 안전장치의 사시도.

도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀폐형 이차 전지의 분해 사시도.

도 5 는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ에 대한 단면도.

도 6 은 도 4의 밀폐형 이차전지에 안전장치가 설치된 사시도.

도 7 은 도 4의 밀폐형 이차전지를 장착한 전지팩의 사시도.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

41: 캔 41a: 제 1 라운드면

41b: 제 1평탄면 43: 개구부

43a: 제 2라운드부 43b: 제 2평탄부

50: 캡 조립체 51: 캡 플레이트

51a: 제 3라운드부 51b: 제 3평탄부

55: 절연 케이스 55a: 제 4라운드부

55b: 제 4평탄부 60: 전극 조립체

70: 안전장치 73a: 제 1리이드

73b: 제 2리이드

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 음극판, 양극판 및 상기 음극판과 양극판을 절연시키는 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수납되는 것으로, 일면에 구비된 개구부와, 일측면에 구비된 제 1 라운드면과, 상기 제 1 라운드면에 대향되는 타측면에 구비된 제 1 평탄면을 갖는 캔과, 상기 캔의 개구부에 밀봉되고, 상기 음극판 및 양극판 중 적어도 하나의 전극판을 외부와 전기적으로 연결시키는 것으로, 상기 캔의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트를 구비한 캡 조립체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 밀폐형 이차전지를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 개구부는 상기 제 1 라운드면으로부터연장된 제 2 라운드부와, 상기 제 1 평탄면으로부터 연장된 제 2 평탄부를 구비하고, 상기 캡 플레이트는 상기 개구부의 형상에 대응되는 형상을 구비할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제 1 평탄면에는 상기 음극판 및 양극판과 각각 전기적으로 연결된 제 1 및 제 2 리이드 중 적어도 하나의 리이드와 연결되는 안전장치가 부착되고, 상기 안전장치는 상기 안전장치를 흐르는 전류가 소정치 이상으로 상승하거나, 그 온도가 소정 온도 이상으로 상승할 경우 상기 리이드와의 연결이 차단될 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀폐형 이차전지를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀폐형 이차전지(40)는 일면에 개구부(43)가 구비된 캔(41)과, 상기 개구부(43)를 통해 캔(41)의 내부에 수납되는 전극 조립체(60)와, 상기 개구부(43)에 결합되어 상기 캔(41)을 밀봉하는 캡 조립체(50)를 포함한다.

상기 전극 조립체(60)는 도면에 나타내지는 않았지만, 음극판 및 양극판이 세퍼레이터를 개재하여 형성된 것으로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 도 4에서 볼 수 있듯이, 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 적층된 후 권취된 젤리 롤형의 전극 조립체가 사용될 수 있다.

상기 음극판은 스트립 형상의 금속박판으로 된 음극 집전체를 구비하며, 상기 음극 집전체로는 구리 박판이 사용될 수 있다. 상기 음극 집전체의 적어도 일면에는 음극 활물질이 코팅된 음극 코팅부가 형성되며, 상기 음극 활물질로는 탄소재에, 바인더, 가소제, 도전재 등이 함유된 혼합물로 이루어질 수 있다.

상기 양극판은 스트립 형상의 금속박판으로 된 양극 집전체를 구비하며, 상기 양극 집전체로는 알루미늄 박판이 사용될 수 있다. 상기 양극 집전체의 적어도 일면에는 양극 활물질이 코팅되는 양극 코팅부가 형성되는 데, 상기 양극 활물질로는 리튬계산화물에, 바인더, 가소제, 도전재 등이 함유된 혼합물로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 전극 조립체(60)의 상부로는 상기 음극판 및 양극판에 각각 전기적으로 연결된 음극 탭(61) 및 양극탭(62)이 인출되어 있다. 상기 음극탭(61) 및 양극탭(62)은 각각 음극판 및 양극판에 용접 고정될 수 있다. 물론 상기 음극탭(61) 및 양극탭(62)들은 극성을 달리하여 배치될 수도 있다. 또한, 상기 음극탭(61) 및 양극탭(62)이 음극판 및 양극판의 외부로 돌출되는 부분에서는 극판간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(63)가 감싸여질 수 있다.

상기 캔(41)은 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재로 이루어져 있으며, 이에 따라 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 캔(41)은 경량의 전도성 금속인 Al 또는 Al 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 캔(41)은 그 일면에 개구부(43)를 구비한 것으로, 상기 개구부(43)를 통해 상기 전극 조립체(60)가 캔(41)의 내부로 수납될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 캔(41)은 도 4에서 볼 수 있듯이, 상기 개구부(43)를 둘러싸는 네 개의 측면을 구비할 수 있는 데, 상기 네 개의 측면은 도 5에서 볼 수 있듯이, 길게 형성된 두 개의 장측면(41c)과 짧게 형성된 두 개의 단측면(41a)(41b)로 구비될 수 있다. 이 때, 상기 단측면들(41a)(41b) 중 일측면은 그 모서리부분이 각이 지지 않고 라운딩처리가 되어 있는 제 1 라운드면(41a)으로 구비되고, 이에 대향되는 타측면은 그 모서리부분이 각져 있는 제 1 평탄면(41b)으로 구비된다. 이렇게 하나의 캔(41)에 라운드면과 평탄면이 모두 구비되도록 함으로써 각형 이차전지의 장점과 라운드형 이차전지의 장점을 모두 구비하도록 할 수 있는 것이다. 한편, 상기와 같은 제 1 라운드면(41a)과 제 1 평탄면(41b)은 도 4에서 볼 수 있는 것처럼 상기 개구부(43)까지 연장되도록 형성될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 개구부(43)를 제외한 부분에만 형성되도록 할 수도 있다.

상기와 같은 캔(41)의 개구부(43)에는 캡 조립체(50)가 설치된다. 상기 캡 조립체(50)는 상기 개구부(43)에 직접 결합되는 캡 플레이트(51)와, 상기 캡 플레이트(51)의 하부면에 설치된 절연플레이트(53)와, 상기 절연플레이트(53)의 하부면에 설치된 단자플레이트(54)를 구비한다.

상기 캡 플레이트(51)는 캔(41)의 상단부와 결합되며, 중앙에는 핀이 결합될 통공(52)이 형성되고, 상기 통공(52)에는 상기 캔(41)의 내부로 관통되는 전극 핀(57)이 가스켓(56)을 개재하여 설치되고, 이 전극 핀(57)은 최종적으로 단자 플레이트(54)와 결합된다. 한편, 상기 캡 조립체(50)와 전극 조립체(60)의 사이에는 절연 케이스(55)가 더 설치될 수 있다.

상기와 같은 캡 조립체(50)에는 상기 전극 탭들이 연결되는 데, 상기 음극 탭(61)은 단자 플레이트(54)를 통하여 전극 핀(57)에 연결되고, 상기 양극 탭(62)은 용접 등에 의해 캡 플레이트(51)와 직접적으로 고정되어 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 전극 핀(57)은 음극으로 작동하고, 상기 캡 플레이트(51) 및 캔(41)은 양극으로서 작동하게 된다. 이러한 극성 구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 극판들의 적층 순서에 따라 달라질 수 있고, 전극 탭들을 각각 어디에 연결시켰는지에 따라서도 달라질 수 있다.

상기 캡 조립체(50)에 있어서, 캡 플레이트(51)는 도 4에서 볼 수 있듯이, 캔(41)의 개구부(43)를 직접 밀폐하는 것이므로, 개구부(43)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 도 4와 같이, 상기 캔(41)의 개구부(43)의 형상이 캔(41)의 측면 형상과 같을 경우, 즉, 상기 개구부(43)가 상기 캔(41)의 제 1 라운드면(41a)으로부터 연장된 제 2 라운드부(43a)와, 상기 캔(41)의 제 1 평탄면(41b)으로부터 연장된 제 2 평탄부(43b)를 구비한다면, 상기 캡 플레이트(51)의 형상 역시 이에 대응되게 일측에 제 3라운드부(51a)와 타측에 제 3 평탄부(51b)를 구비하도록 하는 것이 바람직하다. 물론, 도 4에서 볼 수 있듯이, 절연 케이스(55)가 더 삽입될 경우에는 상기 절연 케이스(55)도 상기 개구부(43) 및 캔(41)의 측면 형상에 대응되도록 일측에 제 4 라운드부(55a)와, 타측에 제 4평탄부(55b)를 구비하도록 한다.

상기와 같은 밀폐형 이차전지(40)는 도 6에서 볼 수 있듯이, 그 제 1 평탄면(41b)에 안전장치(70)가 부착되기 용이한 구조를 갖는다. 상기 안전장치(70)는 PTC 소자(72)나 보호회로장치(71) 등 어떠한 것이든 구비될 수 있다. PTC 소자(72)나 보호회로장치(71)는 전지가 고온 또는 고전류에 노출될 경우 전류의 흐름을 차단할 수 있도록 하는 것으로, 특히 전지가 고온 또는 고 전류에 노출되었을 때 내압 상승에 의해 폭발되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이들 안전장치(70)는 제 1 리이드(73a)와 제 2 리이드(73b)에 의해 음극 및 양극에 연결되는 데, 상기 제 1 리이드(73a)는 음극판에 전기적으로 연결된 전극 핀(57)에 결합되어 음극판과 전기적으로 연결되고, 제 2 리이드(73b)는 캔(41)의 하면에 부착되어 양극판에 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 제 1,2 리이드(73a)(73b) 중 적어도 하나는 상기 안전장치(70)에 연결되고, 이 안전장치(70)를 거쳐 전지 팩의 기타 단자 등에 연결된다. 상기 안전장치(70)는 이를 통과하는 전류가 소정치 이상으로 상승하거나, 그 온도가 소정 온도 이상으로 상승할 경우 상기 리이드와의 연결이 차단되도록 함으로써 전지의 안전성을 보장하는 기능을 한다. 본 발명에 있어서는 이러한 안전장치가 전지의 측면에 보다 효과적으로 부착될 수 있으므로, 상기 안전장치의 조립시 그 위치를 고정하기 쉽고, 부착이 용이한 장점이 있다.

상기와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀폐형 이차전지(40)는 도 7에서 볼 수 있듯이, 전지 팩(80)에 패키징할 경우에도 보다 효과적인 패키징이 가능하게 된다. 즉, 도 7에서 볼 수 있는 전지 팩(80)은 통상의 휴대용 전화기에서 많이 사용되는 전지 팩의 형태로서 그 양측 단부(81)(82)는 외관의 미려함을 위하여 라운딩되어 있다. 그리고, 일측 단부(82)의 부근에는 안테나 등이 삽입될 수 있도록 안테나 홈(83)이 형성되어 있다.

본 발명에 따른 밀폐형 이차전지(40)를 상기와 같은 전지 팩(80)에 수납할 경우, 캔의 제 1 라운드면(41a)이 라운딩되어 있는 전지 팩(80)의 일측 단부(81)에 밀접하도록 수납함으로써 전지 팩(80)의 형상이 허용하는 최대의 범위까지 밀착시킬 수 있으며, 제 1 평탄면(41b)은 전지 팩(80)의 타측 단부(82), 즉, 안테나 홈(83)이 형성된 단부(82)에 밀접하도록 수납함으로써, 평탄면으로 인한 전지 수용의 한계를 최대한 줄일 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 밀폐형 이차전지에 의하면, 전지 팩의 공간을 최대한으로 사용하면서 동시에 전지 용량을 줄이지 않을 수 있으므로, 보다 효과적으로 사용 가능하다.

본 발명에 따른 밀폐형 이차전지에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 일측면이 평탄하여 PTC 소자 등의 안전장치의 위치를 고정하거나 부착하는 것이 용이하다.

둘째, 타측면은 라운딩되어 있어, 단부가 라운딩처리되어 있는 전지 팩에 수납하기에도 적합하며, 불필요하게 낭비되는 공간을 없앨 수 있다.

셋째, 전지 팩에 수납할 때에 평탄면을 안테나 홈 등의 부분으로 배치함으로써 공간 활용도를 더욱 높일 수 있으며, 이에 따라 고용량 박형화를 동시에 만족시킬 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 이로부터 다양한 변형 및, 균등한 타 실시예를 용이하게 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims (3)

1. 음극판, 양극판 및 상기 음극판과 양극판을 절연시키는 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체;

   상기 전극 조립체가 수납되는 것으로, 일면에 구비된 개구부와, 일측면에 구비된 제 1 라운드면과, 상기 제 1 라운드면에 대향되는 타측면에 구비된 제 1 평탄면을 갖는 캔; 및

   상기 캔의 개구부에 밀봉되고, 상기 음극판 및 양극판 중 적어도 하나의 전극판을 외부와 전기적으로 연결시키는 것으로, 상기 캔의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트를 구비한 캡 조립체;를 포함하여 이루어진 것으로,

   상기 제 1 평탄면에는 상기 음극판 및 양극판과 각각 전기적으로 연결된 제 1 및 제 2 리이드 중 적어도 하나의 리이드와 연결되는 안전장치가 부착되고, 상기 안전장치는 상기 안전장치를 흐르는 전류가 소정치 이상으로 상승하거나, 그 온도가 소정 온도 이상으로 상승할 경우 상기 리이드와의 연결이 차단되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 이차전지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 개구부는 상기 제 1 라운드면으로부터 연장된 제 2 라운드부와, 상기 제 1 평탄면으로부터 연장된 제 2 평탄부를 구비하고, 상기 캡 플레이트는 상기 개구부의 형상에 대응되는 형상을 구비한 것을 특징으로 하는 밀폐형 이차전지.
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