KR100646520B1 - 이차 전지 및 그 조립방법 - Google Patents

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Abstract

이차 전지의 조립방법은 케이스에 제1,2전극탭이 인출된 전극 조립체가 수납되는 단계와, 전극 단자는 그 내경이 전극 단자의 외경보다 작게 형성된 절연 가스켓에 압입되는 단계와, 절연 가스켓은 단자통공이 형성된 캡 조립체에 압입되는 단계 및 캡 조립체가 상기 케이스를 밀봉하는 단계를 포함하므로, 케이스와 캡 조립체의 밀폐력이 증대되고, 전극단자와 캡 플레이트의 절연성이 증대되는 이점이 있다.
이차 전지, 전극단자, 절연가스켓, 캡 플레이트, 캡 조립체

Description

이차 전지 및 그 조립방법 {secondary battery and method for assembling the same }
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분리 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 일부 결합관계도,
도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 이차 전지의 결합 순서도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
100 : 캡 조립체 110 : 캡 플레이트
111 : 제1단자통공 113 : 전해액 주입공
115 : 마개 120 : 절연가스켓
130 : 전극단자 140 : 절연플레이트
141 : 제2단자통공 150 : 터미널 플레이트
151 : 제3단자통공 160 : 절연케이스
161 : 전해액 주입통공 163 : 제1전극탭 삽입공
165 : 제2전극탭 삽입공 200 : 케이스
201 : 개구 210 : 제1전극
215 : 제1전극탭 220 : 제2전극
225 : 제2전극탭 230 : 세퍼레이터
250 : 전극 조립체
본 발명은 이차 전지 및 그 조립방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극조립체가 수납되는 케이스를 커버하는 캡 조립체를 갖는 이차 전지 및 그 조립방법에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화 된 전기/전자 장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자 장치를 일정기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충ㆍ방전이 가능한 이차 전지를 채용하고 있다. 이차 전지는 대표적으로 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH) 전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion)전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중 량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도록 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데 대표적인 형상으로는 원통형, 각형, 그리고 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 리튬 이차 전지는 이차 전지용 케이스와, 케이스의 내부에 수용되는 젤리-롤형 전극 조립체와, 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체로 구성된다.
전극 조립체는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판과, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 양극 전극판 상이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취되며, 이차 전지용 케이스 내측에 수용되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.
캡 조립체는 전극 조립체가 수용된 케이스의 상부에 결합된다. 캡 조립체는 케이스의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 갖는 평판형의 캡 플레이트가 포함되며, 캡 플레이트의 중앙부에는 전극 단자가 관통되는 단자통공이 형성된다.
전극 단자의 외측에는 전극 단자와 캡 플레이트와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓이 설치된다. 캡 플레이트의 하면에는 절연 플레이트가 배치되고, 절연 플레이트의 하면에 전극 단자와 연결되는 단자 플레이트가 배치된다.
이에 따라, 전극 조립체를 이차 전지용 케이스에 수용하여 전극 조립체가 이 탈되지 않도록 한 후, 리튬 이차 전지용 케이스에 전해액을 주입하고, 캡 조립체로 밀봉하여 이차 전지를 완성한다.
이때, 전극 단자는 캡 플레이트에 형성된 단자통공을 통해 인출되므로 캡 플레이트와 접촉되는 것을 방지하도록 단자통공에 삽입된 튜브형 가스켓에 의해 절연된다.
그런데 이와 같은 종래의 캡 조립체는 전극 단자나 전극 단자를 감싸는 가스켓 그리고, 캡 플레이트의 단자통공에 삽입된 가스켓의 결합부분에서 유동이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 결합부분이 유동됨에 따라, 케이스에 주입된 전해질이 캡 조립체 외측으로 새는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 캡 플레이트와, 가스켓 그리고, 전극 단자의 결합력을 증대시키는 캡 조립체를 갖는 이차 전지 및 그 조립방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1,2 전극탭이 인출된 전극 조립체가 케이스에 수납되는 단계; 전극단자가 그 외경보다 작은 내경의 절연 가스켓에 압입되는 단계; 상기 절연 가스켓이 그 외경보다 작은 내경으로 형성된 캡 조립체의 단자통공에 압입되는 단계; 및 상기 캡 조립체가 상기 케이스를 밀봉하는 단계를 포함하는 이차전지의 조립방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 제1 및 제2 전극탭이 인출되는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스와, 상기 케이스의 개방부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 캡 조립체는, 상기 케이스의 개방부를 외부로부터 차단하는 크기로 이루어지고 단자통공이 형성된 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트의 단자통공의 내경보다 큰 외경을 가져 단자통공에 압입되는 절연 가스켓과, 상기 절연 가스켓의 내경보다 큰 외경을 가져 절연 가스켓에 압입되고 상기 전극 조립체의 어느 한 극과 접속되는 전극단자를 포함하는 이차전지를 제공한다.
상기 전극 단자의 외경은 상기 절연 가스켓의 내경보다 크게 형성된 것으로 서, 상기 절연 가스켓의 내경은 상기 전극 단자의 외경의 96~97% 인 것이 바람직하다.
상기 절연가스켓의 외경은 상기 단자통공의 내경보다 크게 형성된 것으로서,상기 단자통공의 내경은 상기 절연 가스켓의 외경의 96~97% 인 것이 바람직하다.
상기 전극단자는 음극인 것이 바람직하다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차 전지에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 일부 결합관계도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 이차 전지는 일측이 개구된 케이스(200)와 케이스(200)의 내부에 수용되는 전극 조립체(250)와, 케이스(200)의 개구(201)에 결합되어 케이스(200)의 상단을 밀봉하는 캡 조립체(100)를 구비하여 이루어진다.
본 실시예는 각형으로서 케이스(200)는 대략 사각박스 형상을 가진 알미늄 혹은 알미늄 합금으로 형성되어 케이스(200)의 개구(201)를 통해 전극 조립체(250)와 전해액이 수용된다. 케이스(200)는 그 자체가 제1,2전극(210,220)중 어느 하나의 단자 역할을 수행하는 것이 가능하다.
전극 조립체(100)는 얇은 판형 또는 막형으로 형성되어 제1전극탭(215)과 연결되는 제1전극(210), 세퍼레이터(230), 제2전극탭(225)과 연결되는 제2전극(220)의 적층체를 와형으로 권취하여 형성된다. 이때, 제1,2전극(210,220)은 음극이나 양극이 될 수 있으며, 제1전극(210)은 통상적으로 음극인 것이 바람직하다.
음극은 전도성의 금속 박판, 이를 테면, 구리 호일로 된 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 탄소재를 주성분으로 하는 음극 활물질층을 포함하고 있다. 음극은 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체의 무지부 영역에 음극탭이 설치되어 상측으로 인출된다.
양극은 도전성이 우수한 금속 박판 예컨대, 알미늄 호일로 된 양극 집전체와, 그 양면에 코팅되며 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 양극 활물질층을 포함한다. 양극은 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체의 무지부 영역에 양극탭이 전기적으로 연결되어 상측으로 인출된다.
세퍼레이터(230)는 폴리 에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 공중합체(Co-Polymer)로 이루어지며, 제1,2전극(210,220)보다 폭을 넓게 하여 형성되는 것이 극판간의 단락을 방지하는데 유리하다.
캡 조립체(100)는 케이스(200)의 개구(201)를 커버하여 밀봉하는 것으로서, 케이스(200)의 개구(201)에 대응되는 크기와 형상을 갖는 평판형의 캡 플레이트(110)가 마련된다. 캡 플레이트(110)의 하면에는 절연 플레이트(140)가 설치되고, 절연 플레이트(140)의 하면에는 제1전극(210)에 설치된 제1전극탭(215)과 전기적으로 연결되는 터미널 플레이트(150)가 설치된다.
캡 플레이트(110)는 중앙부에 전극단자(130)가 관통되어 제1전극탭(215)과 연결되는 제1단자통공(111)이 형성되고, 제1단자통공(111)에는 전극단자(130)와 캡 플레이트(110)를 전기적으로 절연시키기 위해 튜브 형상의 절연 가스켓(120)이 설 치된다.
여기서, 절연 가스켓(120)에 삽입되는 전극단자(130)의 외경(A)은 절연가스켓(120)의 내경(B)보다 크게 형성된 것으로서 절연 가스켓(120)의 내경(B)이 전극단자(130) 외경(A)의 96~97% 정도인 것이 바람직하다.
또한, 절연 가스켓(120)이 삽입되는 제1단자통공(111)의 내경(D)은 절연 가스켓(120)의 외경(C)보다 작게 형성된 것으로서 제1단자통공(111)의 내경(D)은 절연 가스켓(120) 외경(C)의 96~97% 정도인 것이 바람직하다.
예를 들면, 전극단자(130)의 외경(A)이 φ1.25이면, 절연 가스켓(120)의 내경은 그 보다 작은 φ1.2인 것이 바람직하고, 절연 가스켓(120)의 외경(C)이 φ1.5이면, 제1단자통공(111)의 내경(D)은 그 보다 작은 φ1.45인 것이 바람직하다.
이에 따라, 전극 단자(130)는 절연 가스켓(120)에 억지끼움되고, 전극 단자(130)가 삽입된 절연 가스켓(120)은 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)에 억지끼움된다.
캡 플레이트(110)의 일측에는 소정 크기의 전해액 주입공(113)이 형성된다. 전해액 주입공(113)은 캡 조립체(100)가 케이스(200)의 상단 개구(201)에 조립된 후, 전해액 주입공(113)을 통해 전해액이 주입되면 마개(115)에 의해 밀폐된다.
절연 플레이트(140)는 절연물질로 형성되며 캡 플레이트(110)의 하면에 결합된다. 절연 플레이트(140)는 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)과 대응되게 형성되되 제1단자통공(111)과 연통되는 제2단자통공(141)이 형성된다.
터미널 플레이트(151)는 Ni금속 또는 이의 합금으로 형성되며, 절연 플레이 트(140)의 하면에 결합된다. 터미널 플레이트(151)는 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)에 대응되는 제3단자통공(151)이 형성된다.
절연 케이스(160)는 전극 조립체(250)의 상측에 설치되어 전극 조립체(250)와 캡 플레이트(110)를 절연시키는 것으로 절연성을 갖는 고분자수지로써, 바람직하게는 폴리프로필렌으로 이루어지나, 본 발명의 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 절연 케이스(160)는 전극 조립체(250)의 상측으로 인출된 제1,2전극탭(215,225)를 관통시키는 제1,2전극탭 삽입공(163,165)과, 캡 플레이트(110)의 전해액 주입공(113)을 통해 주입된 전해액을 유입시키는 전해액 주입통공(161)이 형성된다.
이하에서는 도 6을 참조하여, 상술한 구성에 의한 본 발명에 따른 이차 전지의 조립을 설명한다.
먼저, 케이스(200)에 제1,2전극(210,220)과 세퍼레이터(230)가 권취된 전극 조립체(250)를 수납시킨다.(S500)
다음, 전극단자(130)는 튜브형 절연 가스켓(120)에 삽입시킨다. 여기서, 절연가스켓(120)의 내경(B)은 전극 단자(130)의 외경(A)의 96~67% 정도로 형성되어 전극 단자(130)의 외경(A)이 절연 가스켓(120)의 내경(B)보다 크게 형성되므로, 전극단자(130)를 회전시키면서 일정한 힘을 가하여 절연가스켓(120)에 압입시키는 것이 바람직하다.(S510)
다음, 전극단자(130)가 압입된 절연 가스켓(120)은 캡 플레이트(110)의 제1 단자통공(111)에 삽입시킨다. 여기서, 제1단자통공(111)의 내경(D)은 절연 가스켓(120)의 외경(C)의 96~97% 정도로 형성되어 절연가스켓(120)의 외경(C)이 제1단자통공(111)의 내경(D)보다 크게 형성되므로, 상기 전극단자(130)와 같이, 절연가스켓(120)을 회전시키면서 일정한 힘을 가하여 캡 플레이트(110)에 압입시키는 것이 바람직하다.(S520)
다음, 캡 플레이트(110)의 저면에는 절연 플레이트(140)와 터미널 플레이트(150)가 순차적으로 결합된다. 제1단자통공(111)에 압입된 전극단자(130)는 절연 플레이트(140)의 제2단자통공(141) 및 터미널 플레이트(150)의 제3단자통공(151)에 삽입된다.
이때, 전극단자(130)는 절연가스켓(120)에 의해 캡 플레이트(110)와 절연되면서 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)을 통하여 결합되므로 터미널 플레이트(150)는 캡 플레이트(110)와 전기적으로 절연되면서 전극단자(130)와 전기적으로 연결된다.
다음, 전극 조립체(250)의 상면에는 전극 조립체(250)와 캡 조립체(100)와의 전기적 절연과 전극 조립체(250)의 상단부를 커버하는 절연 케이스(160)가 설치된다. 여기서, 절연 케이스(160)는 제1,2,전극탭 삽입공(163,165)을 통해 제1,2전극탭(215,225)을 인출시킨다.
다음, 캡 조립체(100)는 케이스(200)의 개구(201)에 설치된다. 이때, 제1전극탭(215)은 전극단자(130)와 터미널 플레이트(150)와 연결되고, 제2전극탭(225)은 캡 플레이트(110)와 연결된다.
이러한 본 발명에 따른 이차 전지의 캡 조립체는 전극단자와 절연가스켓과 캡 플레이트의 결합이 억지끼움으로 결합되므로 케이스와 캡 조립체의 밀폐력이 증대되고, 전극단자와 캡 플레이트의 절연성이 증대되는 이점이 있다.

Claims (9)

  1. 제1,2 전극탭이 인출된 전극 조립체가 케이스에 수납되는 단계;
    전극단자가 그 외경보다 작은 내경의 절연 가스켓에 압입되는 단계;
    상기 절연 가스켓이 그 외경보다 작은 내경으로 형성된 캡 조립체의 단자통공에 압입되는 단계; 및
    상기 캡 조립체가 상기 케이스를 밀봉하는 단계를 포함하는 이차전지의 조립방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극단자가 상기 절연 가스켓에 압입되는 단계는, 상기 절연 가스켓의 내경이 상기 전극단자의 외경에 대해 96~97% 크기를 가진 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지의 조립 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 가스켓이 상기 단자통공에 압입되는 단계는, 상기 단자통공의 내경이 상기 절연 가스켓의 외경에 대해 96~97% 크기를 가진 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지의 조립 방법.
  5. 삭제
  6. 제1 및 제2 전극탭이 인출되는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스와, 상기 케이스의 개방부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 캡 조립체는, 상기 케이스의 개방부를 외부로부터 차단하는 크기로 이루어지고 단자통공이 형성된 캡 플레이트와,
    상기 캡 플레이트의 단자통공의 내경보다 큰 외경을 가져 단자통공에 압입되는 절연 가스켓과,
    상기 절연 가스켓의 내경보다 큰 외경을 가져 절연 가스켓에 압입되고 상기 전극 조립체의 어느 한 극과 접속되는 전극단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는, 그 단자통공의 내경이 상기 절연 가스켓의 외경에 대해 96~97%의 크기로써 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 절연 가스켓은, 그 내경이 상기 전극단자의 외경에 대해 96~97%의 크기로써 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 전극단자는 음극인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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