KR100515355B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

캔 외부에 별도의 안전 장치를 구비하지 않고도 전지의 안전성을 확보하여 전지의 슬림화와 소형화를 가능하게 하는 이차 전지에 관한 것으로서,

격리판을 사이에 두고 위치하는 양극판 및 음극판과, 양극판에 고정되는 양극 리드와, 음극판에 고정되는 음극 리드를 구비하는 전극 조립체와, 일면이 개방된 개구부를 형성하여 개구부를 통해 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 내부에 수용하는 금속재 캔과, 상기 캔의 개구부에 고정되어 캔을 밀봉하는 캡 플레이트와, 캡 플레이트와 절연 상태를 유지하는 전극 단자 및 단자 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 양극 리드를 캡 플레이트 일면에 고정시키는 땜납과 상기 음극 리드를 단자 플레이트에 고정시키는 땜납 중 적어도 하나가 150∼200℃의 녹는점을 갖는 가융 합금으로 이루어지는 이차 전지를 제공한다.

Description

이차 전지 {SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 녹는점이 낮은 가융 합금(fusible alloy)을 이용하여 별도의 안전 장치를 구비하지 않고도 전지의 안전성을 확보할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충전과 방전이 가능한 전지로서, 대표적으로 니켈-수소 전지와 리튬 전지 및 리튬 이온 전지 등이 있으며, 전지 팩 형태로 제작되어 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대용 전자기기의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

도 4는 종래 기술에 의한 이차 전지의 단면도로서, 종래의 이차 전지는 격리판(1)을 매개로 양극판(3)과 음극판(5)이 적층된 후 젤리-롤 형태로 권취된 전극 조립체(7)와, 전극 조립체(7)를 전해액과 함께 내부에 수용하는 캔(9)과, 캔(9)의 상단 개구부(9a)를 밀봉하는 캡 조립체(11)를 포함한다.

상기 캔(9)은 철이나 기타 전도성 금속에 비해 무게가 가볍고 부식이 일어나지 않는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있으며, 캔(9) 자체가 단자 역할을 할 수 있다. 이를 위하여 양극판(3)에 부착된 양극 리드(13)가 캡 조립체(11)에 구비된 캡 플레이트(15)에 용접으로 고정되고, 캡 플레이트(15)가 캔의 개구부(9a)에 고정된다. 이로서 캔(9)이 양극판(3)과 전기적으로 연결되어 양극 단자로 기능한다.

그리고 캡 조립체(11)에는 캡 플레이트(15)와 절연 상태를 유지하는 전극 단자(17) 및 단자 플레이트(19)가 구비되고, 음극판(5)에 부착된 음극 리드(21)가 단자 플레이트(19)에 용접으로 고정된다. 이로서 전극 단자(17)가 음극판(5)과 전기적으로 연결되어 음극 단자로 기능한다.

통상적으로 음극 리드(21)는 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어지고, 양극 리드(13)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다.

또한 이차 전지는 캔(9) 외부에 피티씨(PTC; positive temperature coefficient) 소자와 서멀 퓨즈(thermal fuse) 및 보호회로 모듈과 같은 안전 장치를 구비하는데, 도면에서는 일례로 PTC 소자(23)와 보호회로 모듈(25)이 구비된 구성을 도시하였다. 이 안전 장치들은 리드 플레이트(27a, 27b)를 통해 전지의 양극 단자와 음극 단자에 연결되어 전지의 고온 상승이나 과도한 충방전 등으로 인하여 전지의 전압이 급격하게 상승하는 경우, 전류를 차단해 전지의 파열을 방지하는 역할을 한다.

그런데 상기한 구성의 이차 전지는 캔(9) 외부에 PTC 소자(23) 및 보호회로 모듈(25)과 같은 안전 장치들과, 안전 장치 연결에 필요한 리드 플레이트들(27a, 27b)을 구비하고 있으므로, 전지의 외형 치수가 커져 전지의 슬림화 및 소형화 설계에 불리하고, 전지 제작에 필요한 부품 개수와 조립 공정이 증가하여 제조 단가가 높아지는 단점이 있다.

더욱이 전술한 구성의 이차 전지는 외부 충격 등에 의해 리드 플레이트들(27a, 27b)이 PTC 소자(23) 또는 보호회로 모듈(25)에서 탈락될 우려가 있으며, 이 경우 안전 장치들이 제 기능을 수행하지 못하여 전지의 안전성을 확보할 수 없게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전지의 안전성을 확보하면서도 캔 외부에 별도의 안전 장치를 구비하지 않아 전지의 슬림화와 소형화를 실현하고, 전지의 부품 개수와 조립 공정을 간소화할 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

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격리판을 사이에 두고 위치하는 양극판 및 음극판과, 양극판에 고정되는 양극 리드와, 음극판에 고정되는 음극 리드를 구비하는 전극 조립체와; 일면이 개방된 개구부를 형성하여 개구부를 통해 전극 조립체를 전해액과 함께 내부에 수용하는 금속재 캔과; 캔의 개구부에 고정되어 캔을 밀봉하는 캡 플레이트와, 캡 플레이트와 절연 상태를 유지하는 전극 단자 및 단자 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하며, 양극 리드를 캡 플레이트 일면에 고정시키는 땜납과 상기 음극 리드를 단자 플레이트에 고정시키는 땜납 중 적어도 하나가 150∼200℃의 녹는점을 갖는 가융 합금으로 이루어지는 이차 전지를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 이차 전지는 격리판(2)을 매개로 양극판(4)과 음극판(6)이 적층된 후 젤리-롤 형태로 권취된 전극 조립체(8)와, 전극 조립체(8)를 전해액과 함께 내부에 수용하는 캔(10)과, 캔(10)의 상단 개구부(10a)를 밀봉하는 캡 조립체(12)와, 전극 조립체(8)의 양극판(4)과 음극판(6)에 각각 고정되며 녹는점이 낮은 가융 합금으로 이루어져 극판의 전류 전달과 안전 장치의 기능을 겸하는 양극 리드(14)와 음극 리드(16)를 포함한다.

상기 캔(10)은 그 일면이 개방된 개구부(10a)를 형성하여 개구부(10a)를 통해 전극 조립체(8)를 수용하며, 금속으로 제작되어 캔(10) 자체가 단자 역할을 할 수 있다.

본 실시예에서는 캔(10)의 재질이 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고, 캔(10)이 전극 조립체(8)의 양극판(4)과 전기적으로 연결되어 양극 단자로 기능하며, 캡 조립체(12)에 구비된 전극 단자(18)가 전극 조립체(8)의 음극판(6)과 전기적으로 연결되어 음극 단자로 기능하는 경우를 예로 하여 설명한다.

보다 구체적으로, 상기 캡 조립체(12)는 중앙에 소정 크기의 단자 통공(20a)을 형성하며 캔의 개구부(10a)에 고정되는 캡 플레이트(20)와, 절연 가스킷(22)을 통해 캡 플레이트(20)의 단자 통공(20a)에 삽입되어 위치하는 전극 단자(18)와, 전극 단자(18) 하단에 위치하는 단자 플레이트(24)와, 캡 플레이트(20)와 단자 플레이트(24) 사이에 위치하는 절연 플레이트(26)와, 전극 조립체(8)와 캡 조립체(12) 사이에 설치되어 두 부재를 절연시키는 절연 케이스(28)를 포함한다.

이로서 전극 단자(18)는 절연 가스킷(22)에 의해 캡 플레이트(20)와 절연되고, 단자 플레이트(24)는 절연 플레이트(26)에 의해 캡 플레이트(20)와 절연되며, 전극 단자(18)는 단자 플레이트(24)와 전기적으로 연결된다.

그리고 전극 조립체(8)의 양극판(4)에는 일정 길이의 양극 리드(14)가 고정되어 양극 리드(14)의 일단이 캡 플레이트(20) 하면에 용접으로 고정된다. 이로서 양극판(4)의 전류가 양극 리드(14)와 캡 플레이트(20)를 통해 캔(10)에 전달되어 캔(20)이 양극 단자로 기능한다.

또한, 전극 조립체(8)의 음극판(6)에는 일정 길이의 음극 리드(16)가 고정되어 음극 리드(16)의 일단이 단자 플레이트(24) 하면에 용접으로 고정된다. 이로서 음극판(6)의 전류가 음극 리드(16)와 단자 플레이트(24)를 통해 전극 단자(18)에 전달되어 전극 단자(18)가 음극 단자로 기능한다.

이 때, 음극 리드(16)와 양극 리드(14)에는 양끝단의 접착 부위를 제외한 외표면으로 보호 테이프(30)가 부착되는 것이 바람직하며, 절연 케이스(28)에는 양극 리드(14)와 음극 리드(16)를 통과시키기 위한 홀들(28a)이 마련된다.

이와 같이 전지 내부에서 전극 조립체(8)의 극판과 양, 음극 단자를 연결하는 양극 리드(14)와 음극 리드(16)는, 통상의 니켈 또는 알루미늄보다 낮은 녹는점을 갖는 가융 합금으로 이루어진다. 가융 합금은 녹는점이 200℃ 이하인 합금으로서, 비스무트, 납, 주석, 카드뮴, 인듐 등에서 3∼4 종류를 조합하여 이루어지며, 합금의 조합에 따라 녹는점을 다양하게 설정할 수 있다.

특히 이차 전지에서 내부 단락이나 과도한 충방전 등에 의해 전지의 온도가 상승하여 전류 차단이 요구되는 온도는 대략 150∼200℃이므로, 본 발명에서 양극 리드(14)와 음극 리드(16)는 150∼200℃의 녹는점을 갖는 가융 합금으로 이루어진다.

전술한 구성에 의해, 이차 전지의 내부 단락이나 과도한 충방전 등의 원인으로 전지의 온도가 급격하게 상승하면, 가융 합금으로 이루어진 양극 리드(14)와 음극 리드(16)가 열에 의해 녹아 끊어지면서 전류를 차단시켜 전지의 파열을 방지한다.

이와 같이 본 실시예에 의한 이차 전지는 양극 리드(14)와 음극 리드(16)가 안전 장치로 기능함에 따라, 캔(10) 외부에 종래의 PTC 소자나 보호회로 모듈과 같은 안전 장치를 구비하지 않아도 무방하므로 이차 전지의 외형 사이즈를 축소시켜 전지의 슬림화와 소형화에 유리한 장점을 갖는다.

한편, 전술한 실시예에서는 양극 리드(14)와 음극 리드(16)가 모두 가융 합금으로 이루어진 경우에 대해 설명하였으나, 양극 리드(14)와 음극 리드(16) 중 어느 하나가 가융 합금으로 이루어지는 경우도 가능하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변형예를 설명하기 위한 이차 전지의 부분 단면도이다.

도면을 참고하면, 본 변형예에서 음극 리드(16)는 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어지고, 음극 리드(16)를 전극 플레이트(24)에 접합시키는 납땜 물질로 150∼200℃의 녹는점을 갖는 가융 합금을 사용한다. 즉, 음극 리드(16)와 전극 플레이트(24) 사이에 위치하여 음극 리드(16)를 고정시키는 땜납(32a)이 전술한 온도 범위의 녹는점을 갖는 가융 합금으로 이루어진다.

이와 같이 음극 리드(16)를 고정시키는 땜납(32a)이 가융 합금으로 이루어지는 본 변형예에서는 전지의 내부 단락이나 과도한 충방전 등에 의해 전지의 온도가 급격하게 상승할 때에, 상기 땜납(32a)이 열에 의해 녹아 끊어지면서 음극판(6)에서 단자 플레이트(24)로 이어지던 전류 흐름을 차단하여 전지의 파열을 방지한다.

이 때, 양극 리드(14)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 양극 리드(14)를 캡 플레이트(20)에 고정시키는 땜납(32b)이 전술한 온도 범위의 녹는점을 갖는 가융 합금으로 이루어지는 경우도 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 캔 내부에서 전극 조립체의 전류를 외부 단자로 전달하는 부재들이 안전 장치로 기능하므로, 캔 외부에 별도의 안전 장치를 구비하지 않아도 전지의 안전성을 확보할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 이차 전지는 외형 사이즈가 축소되어 슬림화와 소형화에 보다 유리하고, 전지 제작에 필요한 부품 개수와 조립 공정이 간소화되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변형예를 설명하기 위한 이차 전지의 부분 단면도이다.

도 4는 종래 기술에 의한 이차 전지의 단면도이다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 격리판을 사이에 두고 위치하는 양극판 및 음극판과, 양극판에 고정되는 양극 리드와, 음극판에 고정되는 음극 리드를 구비하는 전극 조립체와;

   일면이 개방된 개구부를 형성하여 개구부를 통해 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 내부에 수용하는 금속재 캔; 및

   상기 캔의 개구부에 고정되어 캔을 밀봉하는 캡 플레이트와, 캡 플레이트와 절연 상태를 유지하는 전극 단자 및 단자 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하며,

   상기 양극 리드를 캡 플레이트 일면에 고정시키는 땜납과 상기 음극 리드를 단자 플레이트에 고정시키는 땜납 중 적어도 하나가 150∼200℃의 녹는점을 갖는 가융 합금으로 이루어지는 이차 전지.
7. 제6항에 있어서,

   상기 캔이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 이차 전지.
8. 제6항에 있어서,

   상기 양극 리드가 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 이차 전지.
9. 제6항에 있어서,

   상기 음극 리드가 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어지는 이차 전지.