KR100553735B1

KR100553735B1 - 이차전지 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100553735B1
Application number: KR1019990032580A
Authority: KR
Inventors: 김용삼; 오정원; 노환진
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2006-02-20
Also published as: KR20010017195A

Abstract

이차전지 및 그 제조방법을 개시한다.

본 발명은 양극과, 세퍼레이터와, 음극이 순차적으로 적층되며, 상기 양극과 음극에 각각 연결된 양극 단자와 음극 단자를 가지는 전지셀; 상·하판의 테두리부들이 상호 접합되어 중앙부에 상기 전지셀이 수용되는 공간부를 가지며, 한쪽 테두리부를 통해 상기 양극단자와 음극단자가 외부로 인출되는 케이스; 및 상기 양극·음극단자가 인출되는 쪽에 위치한 상기 상·하판의 테두리부와 그 단자들 사이의 밀봉을 위해 부착되는 밀봉부재;를 포함한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지 제조방법은, (a) 금속박판에 하판이 될 부위에 공간부를 성형하는 단계; (b) 상기 금속박판의 상판이 될 부위의 일측과 하판이 될 부위의 일측에 밀봉부재를 부착하는 단계; (c) 상판과 하판이 각각 하나씩 대응되어 하나의 케이스가 되도록 상기 금속박판을 절단하는 단계; (d) 상기 하판의 공간부에 양극과 음극과 그 양·음극에 각각 연결된 양극·음극단자를 가지는 전지셀을 상기 단자들이 상기 밀봉부재 위에 놓여지도록 수용하는 단계; 및 (e) 열과 압력을 가하여 상기 상·하판의 테두리부들을 접합시킴과 동시에 상기 상·하판의 밀봉부재들을 상호 융착시키는 단계;를 포함한다.

Description

이차전지 및 그 제조방법{Secondary battery and method of manufacture therof}

도 1은 종래의 이차전지를 도시한 일부 분리사시도,

도 2는 도 1에 도시된 이차전지가 조립된 상태를 발췌한 정면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 도시한 분리사시도,

도 4는 도 3에 도시된 이차전지가 조립된 상태를 발췌한 정면도,

도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면,

도 10은 도 5에 도시된 금속박판에 밀봉부재를 부착시키는 공정을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

100...이차전지 200...금속박판

20...케이스 21...상판

22...하판 23...공간부

24...테두리부 25...접힘부

30...전지셀 31...양극

32...음극 33...세퍼레이터

35...양극탭 36...음극탭

37...양극단자 38...음극단자

40...밀봉부재

본 발명은 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지셀이 밀봉된 케이스의 내부로부터 외부로 인출되는 양·음극단자 부위가 견고하게 밀봉되도록 구조가 개선된 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다

이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전이 가능한 전지를 말한다. 이것은 셀룰러폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등의 첨단 전자기기분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V로서 니켈 카드늄 전지나 니켈 수소 전지의 3배에 해당되며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장하고 있는 추세이다.

이러한 리튬 이차전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.

이중에서, 리튬 폴리머 전지는 유연성이 우수하여 그 형상이 비교적 자유롭고, 무게가 가볍다는 측면에서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경향화에 유리하다고 할 수 있다.

도 1은 이러한 리튬 폴리머 이차전지(1)를 도시한 분리 사시도이다.

도면을 참조하면, 상기 리튬 폴리머 전지(1)는 양극(11)과, 음극(12)과, 상기 양극(11)과 음극(12) 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터(13)로 된 전지셀(14)을 포함한다. 이 전지셀(14)은 상기 양극(11)와 음극(12)의 일 테두리부로부터 각각 인출된 양극탭(15)과 음극탭(16)을 포함하며, 상기 양극·음극탭(15)(16)에 극판별로 집합되어 연결된 양극단자(17)와 음극단자(18)를 포함한다.

이러한 구조의 전지셀(14)은 이를 수용하는 케이스(2) 내에 실장된다. 상기 케이스(2)는 상판(3)과 하판(4)를 구비하며, 상기 하판(4)에는 공간부(6)가 형성되어 있다. 상기 케이스(2)는 상판(3)과 하판(4)이 접합되는 가장자리를 따라 기밀을 유지하는 테두리부(5)가 상판(3)과 하판(4)에 형성되어 있는데, 상기 테두리부(5)는 상판(3)과 하판(4)이 접혀진 다음, 열과 압력에 의해 접착하게 된다.

상기 하판(4)의 공간부(6)에 전지셀(14)이 수용된 상태에서 상기 케이스(2)를 밀봉시키려고 할 때, 상기 양극·음극단자(17)(18)가 인출되는 영역의 상판(3)과 하판(4)의 테두리부(5)는 양·음극단자(17)(18)의 높이차이에 의한 틈이 발생되게 된다. 이러한 틈이 발생되는 것을 억제하기 위해 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이, 별도의 폴리머필름(19)를 양·음극단자(17)(18)에 감아서 밀봉시켰다.

그런데, 이와 같이 폴리머필름을 각각의 양·음극단자에 필름을 감는 작업이 복잡하여 연속작업이 어려우며, 양·음극단자 부위의 두께가 더 두껍게 되어 접착시 상판과 하판 사이에 틈이 더 커지게 된다. 그러므로, 가공시간이 오래 걸리며, 케이스의 밀봉성이 떨어져서 전지 내부의 전해액이 유출되어 전지의 성능이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 케이스에 수용되는 전지셀에서 인출되는 양극·음극단자와 접착되는 케이스의 테두리부를 효과적으로 밀봉시킬 수 있는 구조가 개선된 이차전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이차전지는 양극과, 세퍼레이터와, 음극이 순차적으로 적층되며, 상기 양극과 음극에 각각 연결된 양극 단자와 음극 단자를 가지는 전지셀; 상·하판의 테두리부들이 상호 접합되어 중앙부에 상기 전지셀이 수용되는 공간부를 가지며, 한쪽 테두리부를 통해 상기 양극단자와 음극단자가 외부로 인출되는 케이스; 및 상기 양극·음극단자가 인출되는 쪽에 위치한 상기 상·하판의 테두리부와 그 단자들 사이의 밀봉을 위해 부착되는 밀봉부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지의 제조방법은 (a) 금속박판에 하판이 될 부위에 공간부를 성형하는 단계; (b) 상기 금속박판의 상판이 될 부위의 일측과 하판이 될 부위의 일측에 밀봉부재를 부착하는 단계; (c) 상판과 하판이 각각 하나씩 대응되어 하나의 케이스가 되도록 상기 금속박판을 절단하는 단계; (d) 상기 하판의 공간부에 양극과 음극과 그 양·음극에 각각 연결된 양극· 음극단자를 가지는 전지셀을 상기 단자들이 상기 밀봉부재 위에 놓여지도록 수용하는 단계; 및 (e) 열과 압력을 가하여 상기 상·하판의 테두리부들을 접합시킴과 동시에 상기 상·하판의 밀봉부재들을 상호 융착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 비람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(100)가 도시되어 있다.

상기 이차전지(100)는 케이스(20), 전지셀(30) 및 밀봉부재(40)를 포함한다. 상기 케이스(20)는 상판(21)과 하판(22)으로 구성된다. 상기 상판(21)과 하판(22)은 평편한 금속박판을 소정의 크기로 절단한 것이며, 상기 하판(22)은 내부에 상기 전지셀(30)를 수용할 수 있도록 함몰된 공간부(23)가 형성되어 있으며, 상기 상판(21)과 하판(22)의 테두리부(24)를 따라 상기 상판(21)과 하판(22)이 결합된다.

상기 전지셀(30)은 상기 하판(22)의 공간부(23)에 수용되며, 박판으로 된 양극(31)과 음극(32) 및 상기 양·음극(31)(32) 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터(33)가 순차적으로 복수개 적층되어 있다. 그리고, 상기 양극(31)과 음극(32)의 일 가장자리로부터는 각각 양극탭(35)과 음극탭(36)이 인출되어 있고, 상기 양·음극탭(35)(36)은 극판별로 집합되어 양극단자(37)와 음극단자(38)에 연결되어 있다.

상기 밀봉부재(40)는 상기 상판(21)과 하판(22) 테두리부(24)들 중에서 상기 양극단자(37)와 음극단자(38)가 인출되는 쪽의 테두리부(24)에 부착된다. 이 밀봉부재(40)는 상기 상판(21)과 하판(22)의 테두리부(24)에 부착되어 있다가, 상기 상판(21)과 하판(22)이 결합될 때 상기 테두리부(24)에 가해지는 열과 압력에 의해 액상으로 녹아서 상기 양극·음극단자(37)(38)와 상기 테두리부(24) 사이에 발생가능한 틈을 봉쇄하는 역할을 한다.

여기서, 상기 밀봉부재(40)는 상기 전지셀(30)에 충전되는 유기용매의 전해액에 용해되지 않아야 하며, 고온에도 잘 견더야 한다. 이러한, 내화학성 및 내열성이 우수한 밀봉부재(40)는 열가소성수지인 주재료와 결착제로 구성된다. 상기 주재료로는 폴리 프로필렌(polypropylene)과 폴리 에틸렌(polyethylene) 중에서 적어도 하나가 사용되며 그 함량이 65wt% 내지 95wt%인이고, 상기 결착제로는 폴리 우레탄(polyuretane)이 사용되며 그 함량이 5wt% 내지 35wt%인 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하기 로 한다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 금속박판(200)에 전지셀(30)이 수용될 공간부(23)를 가공한다. 상기 공간부(23)는 딥드로잉 공법에 의해 가공된다. 상기 금속박판(200)은 가벼우며 가공성이 우수한 재질 예컨대, 알루미늄 재질의 박판을 기초재질로 된 것이며, 전지셀(30)이 수용되어 상호 접착될 내면의 최외각층에는 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(미도시)이 적층되며, 케이스(20)의 외부가 될 바깥면의 최외각층에는 나일론층(미도시)이 코팅되어 있다.

그리고, 이때, 후공정에서 상판(21)이 하판(22) 위에 접히게 되는데, 이와 같이 접히는 부위에 벤딩가공을 하여 접힘부(25)를 함께 형성한다.

다음에, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 금속박판(200)에 밀봉부재(40)를 부착시킨다. 여기서, 상기 밀봉부재(40)는 상기 상판(21)과 하판(22)으로 절단될 때 서로 마주하여 접착될 테두리부(24) 부위에 부착되게 된다.

상기 밀봉부재(40)는 도 10에 도시된 바와 같이, 롤형상의 베이스필름(41)에 접착된 상태에서, 상기 금속박판(200)과 함께 히팅롤러들(300)(301) 사이를 진행한다. 이때, 상기 베이스필름(41)에 접착되어 있던 밀봉부재(40)는 상기 금속박판(200)에 부착되게 된다. 여기서, 상기 밀봉부재(40)가 상기 금속박판(200)에 잘 부착되도록 그 금속박판(200)과 밀봉부재(40)를 상기 히팅롤러들(300)(301)에 의해 40∼100℃로 가열하는 것이 바람직하다.

그리고, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 금속박판(200)을 소정의 크기로 절단한다. 여기서, 상기 절단된 금속박판(200)은 하나의 케이스(20)가 되며, 상판(21)과 하판(22)이 일체형으로 절단된다. 이때, 상기 상판(21)과 하판(22)이 접혀서 마주하게 되는 양쪽 테두리부 즉, 상기 공간부(23)를 사이에 두고 접힘부(25) 반대쪽에 위치한 테두리부(24) 영역에 밀봉부재(40)가 부착되어 있게 된다.

다음에, 도 8에 도시된 바와 같이, 절단된 상기 케이스(20)의 공간부(23)에 전지셀(30)을 삽입한다. 여기서, 상기 전지셀(30)의 양·음극단자(37)(38)는 상기 밀봉부재(40) 위에 놓여서 상기 케이스(20)의 외부로 노출되게 된다.

그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 케이스(20)를 밀봉시키기 위해 상판(21)이 될 부위를 상기 접힘부(25)를 중심으로 상기 하판(22) 위에 덮고, 상기 상판(21)과 하판(22)이 마주한 상태에서, 상기 상·하판(21)(22)의 테두리부(24)를 열과 압력을 가하여 밀봉한다. 이때, 상기 밀봉부재(40)가 부착되지 않은 테두리부(24)들은 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층이 적층되어 있으므로, 열과 압력에 의해 접착하게 된다.

여기서, 상기 양·음극단자(37)(38)가 인출되는 상·하판(21)의(22)의 테두리부(24) 영역에는 상기 밀봉부재(40)가 부착되어 있으므로, 그 부위에 열과 압력을 가해주게 되면, 상기 밀봉부재(40)가 액상으로 바뀌어 상호 녹아 붙으면서 양극·음극단자(37)(38)들 주위에 발생되는 틈을 메꾸게 된다. 그리고, 냉각되게 되면 액상으로 변형되어 녹아 붙은 상태를 유지하면서 견고하게 접착되게 된다.

따라서, 상기 케이스(20)는, 상판(21)과 하판(22)의 테두리부(24)들과 상기 양극·음극단자들(37)(38) 사이에 틈이 생기지 않고 견고하게 밀봉된다.

이상의 설명에서와 같은 본 발명의 이차전지는 양극단자와 음극단자가 인출되는 상·하판의 테두리부를 밀봉부재를 이용하여 접착시킴으로써 테두리부에 틈이 발생되지 않고 완전히 접합되게 된다. 따라서, 케이스의 밀봉효과가 뛰어나게 되므로, 제품의 성능이 향상되게 된다.

그리고, 하나의 금속박판에 복수의 케이스를 제조하는 공정에서 테이프 형태의 밀봉부재를 동시에 금속박판에 부착시킬수 있으며, 전지셀을 공간부에 삽입한 상태에서 양·음극단자가 인출되는 상·하판의 테두리부를 간단히 접착 밀봉시킬 수 있게 된다. 따라서, 공정수 감소로 인하여 생상성이 향상되며, 연속 및 대량생산이 용이하게 된다.

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 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

양극과, 세퍼레이터와, 음극이 순차적으로 적층되며, 상기 양극과 음극에 각각 연결된 양극 단자와 음극 단자를 가지는 전지셀;

상·하판의 테두리부들이 상호 접합되어 중앙부에 상기 전지셀이 수용되는 공간부를 가지며, 한쪽 테두리부를 통해 상기 양극단자와 음극단자가 외부로 인출되는 케이스; 및

상기 양극·음극단자가 인출되는 케이스 표면을 따라 부착되며, 상기 상·하판의 테두리부와 그 단자들 사이의 밀봉을 위해 형성된 테이프 형태의 밀봉부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 밀봉부재는 열가소성 수지를 주성분으로 하여 결착제가 혼합된 것을 특 징으로 하는 이차전지.
제2항에 있어서,

상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제2항에 있어서,

상기 열가소성 수지는 그 함량이 65wt% 내지 95wt%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제2항에 있어서,

상기 결착제는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 이차전지.
(a) 금속박판에 하판이 될 부위에 공간부를 성형하는 단계;

(b) 상기 금속박판의 상판이 될 부위의 일측과 하판이 될 부위의 일측에 테이프 형태의 밀봉부재를 부착하는 단계;

(c) 상판과 하판이 각각 하나씩 대응되어 하나의 케이스가 되도록 상기 금속박판을 절단하는 단계;

(d) 상기 하판의 공간부에 양극과 음극과 그 양·음극에 각각 연결된 양극·음극단자를 가지는 전지셀을 상기 양극·음극단자들이 상기 밀봉부재 위에 놓여지도록 수용하는 단계; 및

(e) 열과 압력을 가하여 상기 상·하판의 테두리부들을 접합시킴과 동시에 상기 상·하판의 밀봉부재들을 상호 융착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 금속박판에 밀봉부재를 부착할 때 상기 금속박판에 밀봉부재를 40∼100℃로 가열시키는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.