KR100658680B1 - 이차 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제작 공정을 단순화할 수 있도록, 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군, 상기 전극군이 삽입되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 전해액이 주입되는 전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트, 및 상기 전극군과 전기적으로 연결되어 외부로 돌출되는 전극 단자를 포함하며, 상기 전해액 주입구는 상기 전극 단자가 돌출되는 위치와 대응되는 위치에 형성되어 상기 전극 단자가 삽입되는 이차 전지를 제공한다.

이차 전지, 전해액 주입구, 전극 단자, 캡 플레이트

Description

이차 전지 및 이의 제조 방법{SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR FABRICATING THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 도 1에서 A-A 선을 따라 자른 이차 전지의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 이차전지에 전해액이 주입되는 과정을 도시한 이차 전지의 부분 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 전해액 주입구에 개스킷이 설치된 상태를 도시한 이차 전지의 부분 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 전극 단자에 너트가 설치된 상태를 도시한 이차 전지의 부분 단면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해액 주입구의 구조를 개선한 이차 전지와 이차 전지의 제조방법에 관한 것이다.

이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 셀을 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 띠 상의 양, 음극 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 형상으로 감은 전극군(또는 젤리-롤)을 케이스에 내장 설치하고, 상기 전극군에 전극 단자를 전기적으로 연결한 후, 상기 케이스를 캡 플레이트로 밀폐시켜서 전지를 구성한다.

또한, 밀폐된 케이스 내부로 전해액을 주입하기 위해서, 상기 캡 플레이트에는 전해액 주입구가 형성되며, 이러한 전해액 주입구는 전해액이 주입된 후 밀폐된다. 그리고 상기 캡 플레이트에는 전해액 주입구 이외에 전극 단자가 삽입되는 단자 삽입구가 형성되며, 상기 단자 삽입구를 통해서 전극 단자가 외부로 돌출된다.

따라서 캡 플레이트에는 전극 단자를 삽입하는 단자 삽입구와 전해액 주입구가 각각 따로 형성되는데, 이는 공정이 복잡하다는 문제점이 있으며, 제작 원가도 상승하게 된다.

또한, 상기 전해액 주입구와 단자 삽입구는 각각 별도로 개스킷 등을 이용하여 밀폐되는데, 이러한 과정은 복잡하고 어느 하나라도 밀폐가 제대로 이루어지지 않는 경우에는 전해액이 누출되어 단락이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 단자 삽입구를 겸하는 전해액 주입구를 포함하는 이차 전지를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이차 전지는 전해액 주입구가 캡 플레이트의 가장자리에 설치되어 상기 전해액 주입구에 전극 단자가 삽입되는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 전해액이 주입되는 전해액 주입구가 형성되는 캡 플레이트, 상기 전극군과 전기적으로 연결되어 케이스의 외부로 돌출되는 전극 단자를 포함한다. 그리고 상기 전해액 주입구는 상기 전극 단자가 돌출되는 위치와 대응되는 위치에 형성되어 상기 전극 단자를 삽입할 수 있다. 따라서, 상기 전극 단자가 삽입되는 전극 단자 삽입구를 별도로 형성하지 않아도 되며, 상기 전해액 주입구만 밀폐하면 되어, 전해액이 누출될 염려도 줄어든다.

그리고 상기 전해액 주입구는 상기 캡 플레이트의 양측 가장자리에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전극 단자와 전해액 주입구 사이에는 상기 전해액 주입구를 밀폐시키는 개스킷이 개재되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 개스킷은 상기 전해액 주입구에 억지끼워맞춤으로 결합될 수 있다. 또한, 상기 개스킷은 상기 전극 단자와 억지끼워맞춤으로 결합될 수 있다.

또한, 상기 전극 단자에는 상기 전극 단자를 고정하는 너트가 체결될 수 있 다.

그리고 본 발명에 따른 이차 전지를 제조하는 방법은 전극군에 전극 단자를 전기적으로 연결하여 상기 전극군을 케이스에 삽입하는 단계, 상기 전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트를 이용하여 상기 전해액 주입구에 상기 전극 단자를 삽입하면서 상기 케이스를 밀폐시키는 단계, 상기 전해액 주입구에 전해액을 주입하는 단계, 상기 전해액 주입구를 개스킷으로 밀폐시키는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 이차 전지(또는 전지 모듈)는 HEV(하이브리드 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다.

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 도 1에서 A-A 선을 따라 자른 이차 전지의 단면도이다.

상기한 도면을 참조하여 살펴보면, 본 실시예에 따른 이차 전지(10)는 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 위치하는 전극군(15), 상기 전극군(15)을 수용할 수 있도록 일측 선단이 개방된 케이스(14), 상기 케이스(14)의 개구부에 결합되며 전해액 주입구(16)가 형성되는 캡 플레이트(17), 및 상기 전극군(15)과 전기적으로 연결되고 상기 전해액 주입구(16)에 삽입되는 전극 단자(21, 22)를 포함한다.

여기서 상기 전극군(15)은 집전체에 활물질이 도포된 코팅부와 집전체에 활물질이 도포되지 않은 무지부(11a, 12a)를 포함하는 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)을 사이에 두고 적층된 구성으로 이루어지거나, 양극(11)과 세퍼레이터(13) 및 음극(12)이 적층된 상태에서 이들이 와류상으로 감겨 형성된 젤리-롤 타입으로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 전극군(15)에는 전극 단자가 전기적으로 연결된다. 양극 무지부(11a)에는 양극단자(21)가 전기적으로 연결되고, 음극 무지부(12a)에는 음극 단자(22)가 전기적으로 연결된다. 상기 전극 단자(21,22)는 상기 무지부(11a, 11b)에 부착되는 리드탭(lead tab)을 매개로 전극군(15)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 본 실시예에서와 같이 전극 단자와 리드탭이 일체로 형성되어 전극 단자(21, 22)가 직접 전극군(15)과 전기적으로 연결될 수도 있다. 또한, 상기 전극 단자(21, 22)는 외부로 돌출되어 외부로 전류를 유도하도록 설치된다.

그리고 상기 케이스(14)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 이루어지고, 그 형상은 상기 전극군(15)이 위치하는 내부 공간을 가지며 일단이 개방된 각형으로 형성된다. 여기서 본 실시예에서는 각형 이차 전지(10)를 예로서 설명하나, 본 발명은 이에 한정된 것은 아니며 각형 이외에 원통형이나 그 이외의 형상으로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 케이스(14)의 개방단에는 캡 플레이트(17)가 결합되어 이를 밀폐하는데, 상기 캡 플레이트(17)에는 전해액이 주입되는 전해액 주입구(16)가 형성되며, 상기 전해액 주입구(16)는 상기 전극 단자(21, 22)가 돌출되는 위치에 형성 되어 상기 전극 단자(21, 22)가 삽입된다.

상기 전해액 주입구(16)는 상기 전극 단자(21, 22)가 삽입될 수 있도록 충분히 큰 단면적으로 형성된다. 또한, 상기 캡 플레이트(17)가 케이스(14)와 결합될 때, 상기 전해액 주입구(16)에는 전극 단자(21, 22)가 삽입되며, 상기 전해액 주입구(16)에서 전극 단자(21, 22)가 삽입된 부분을 제외한 잉여공간을 통해서 전해액이 주입된다.

상기 전해액 주입구(16)는 상기 캡 플레이트(17)의 양옆 가장자리에 형성되며, 상기 전극 단자(21, 22)의 외주면을 이루는 원보다 충분히 큰 직경으로 이루어진다. 따라서, 상기 전극 단자(21, 22)가 전해액 주입구(16)에 삽입되어도, 상기 전극 단자(21, 22)와 전해액 주입구(16) 사이에는 충분한 잉여공간이 생기고, 이를 통해서 전해액이 주입될 수 있다. 본 실시예에서는 전해액 주입구(16)가 캡 플레이트(17)의 양쪽 가장자리에 형성된 것으로 도시하였지만, 일측 가장자리에만 전해액 주입구(16)가 형성되고, 타측 가장자리는 일반적으로 전극 단자(21, 22)가 삽입될 수 있는 단자 삽입구로 이루어질 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 이차 전지(10)에 전해액이 주입되는 과정을 도시한 부분 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 이차전지(10)의 전해액 주입구(16)에 개스킷(18)이 설치된 상태를 도시한 부분 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 전극 단자(21)와 캡 플레이트(17)의 사이에 형성된 잉여공간을 통해서 전해액이 주입되며, 외부에서 단위전지(10) 내부로 전해액을 주입하는 주입기(30)는 상기 잉여공간에 삽입될 수 있도록 충분히 작은 배출구를 갖 는다.

그리고 본 실시예에 따른 전극 단자(21)는 무지부(11a)와 접하는 집전부(21b)의 상단에 플랜지부(21a)가 형성되고, 상기 플랜지부(21a)는 캡 플레이트(17)와 소정 간격 이격되도록 이루어진다. 따라서, 전극 단자(21)와 캡 플레이트(17) 사이에는 전해액이 충분히 유입될 수 있는 공간이 형성된다.

그리고 도4에 도시된 바와 같이 전해액이 주입된 후에는 상기 전해액 주입구(16)는 개스킷(18)으로 밀폐된다. 상기 개스킷(18)은 전해액 주입구(16)의 내측면과 상기 전극 단자(21)의 외측면에 충분히 밀착되어 상기 전해액 주입구(16)를 밀폐시킬 수 있도록, 상기 전해액 주입구(16)와 상기 전극 단자(21)에 대하여 억지끼워맞춤으로 결합된다.

또한, 상기 개스킷(18)의 하단은 플랜지부(21a)와 접하도록 캡 플레이트(17)의 아래로 삽입된다. 따라서 상기 전극 단자(21)는 상기 개스킷(18)에 의해 지지됨으로써 위쪽으로의 유동을 방지할 수 있으며, 상기 플랜지부(21a)와 캡 플레이트(17)가 접촉하는 것을 방지하여 안정적으로 전극 단자(21)와 캡 플레이트(17)를 절연시킬 수 있다.

또한, 상기 개스킷(18)의 상단부는 상기 캡 플레이트(17)의 상면과 접하도록 상기 전해액 주입구(16)보다 넓은 폭으로 형성된다. 따라서 상기 개스킷(18)은 상단부에 의하여 안정적으로 지지되어 일정부분만 상기 전해액 주입구(16)에 삽입되어 전해액 주입구(16)를 밀폐시키며, 개스킷(18)을 상기 전해액 주입구(16)에 결합시킬 때, 위쪽에서 가압하여 상기 개스킷(18)을 용이하게 설치할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(10)를 도시한 부분 단면도이다. 상기한 도면을 참조하여 설명하면, 상기 전극 단자(21)에는 너트(25)가 체결되고, 상기 너트(25)는 단자의 하부에서 상기 개스킷(18)의 상단부에 밀착되도록 설치된다.

따라서 상기 너트(25)가 상기 개스킷(18)을 위쪽에서 가압하여, 상기 캡 플레이트(17)의 상면과 상기 개스킷(18)의 상단부가 압착되고, 상기 개스킷(18)은 상기 전해액 주입구(16)를 더욱 안정적으로 밀폐시킬 수 있다.

이하에서는 단위전지(10)의 제조 방법에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 적극군(15)을 형성하고, 상기 전극군(15)의 무지부(11a, 12a)에 전극 단자(21, 22)를 전기적으로 연결한다.

그리고 상기 전극군(15)을 전극 단자(21, 22)의 일부와 함께 케이스(14)에 삽입한 후, 전해액 주입구(16)가 형성된 캡 플레이트(17)로 상기 케이스(14)를 밀폐시킨다. 이때, 상기 전극 단자(21)는 상기 캡 플레이트(17)에 형성된 전해액 주입구(16)에 삽입되어 외부로 돌출된다.

그리고 캡 플레이트(17)가 설치되면, 상기 전해액 주입구(16)로 전해액을 주입하며, 이때, 상기 전극 단자(21, 22)와 전해액 주입구(16) 사이의 잉여공간으로 전해액을 주입한다.

상기 케이스(14) 내부로 전해액이 주입되고 나면, 상기 전해액 주입구(16)를 개스킷(18)으로 밀폐하는데, 상기 개스킷(18)은 전극 단자(21, 22)에 형성된 플랜 지부(21a, 22a)에 접하도록 전극 단자(21, 22)와 전해액 주입구(16)에 밀착되어 끼워진다.

상기 개스킷(18)이 설치되면, 상기 전극 단자(21)에는 너트(25)가 체결되며, 상기 너트(25)는 상기 개스킷(18)을 캡 플레이트(17) 쪽으로 가압할 수 있도록 전극 단자(21)의 하부에서 상기 개스킷(18)과 접하도록 체결된다.

이러한 과정을 통해서 단위전지(10)가 완성되며, 돌출된 전극 단자()를 통해서 외부에 전기를 공급할 수 있다.

본 발명의 이차전지는 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다.

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.

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, 전해액 주입구와 단자 삽입구가 별도로 형성되 지 아니하고, 상기 전해액 주입구에 전극 단자를 삽입될 수 있는 구조로 이루어져, 이차 전지의 제작 공정을 단순화시킬 수 있고, 제작 원가를 감소시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군;

   상기 전극군이 삽입되는 케이스;

   상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며, 전해액이 주입되는 전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트; 및

   상기 전극군과 전기적으로 연결되어 외부로 돌출되는 전극 단자;

   를 포함하며,

   상기 전해액 주입구에는 상기 전극 단자가 삽입되고, 상기 전극 단자와 상기 상기 전해액 주입구 사이에는 상기 전해액 주입구를 밀폐시키는 개스킷이 설치되는 이차 전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전해액 주입구는 상기 캡 플레이트의 양측 가장자리에 형성되는 이차 전지.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 개스킷은 상기 전해액 주입구와 억지끼워맞춤으로 결합되는 이차 전지.
5. 제4항에 있어서,

   상기 개스킷은 상기 전극 단자와 억지끼워맞춤으로 결합되는 이차 전지.
6. 제1항 또는 제4항에 있어서,

   상기 전극 단자에는 상기 전극 단자를 고정하는 너트가 체결되는 이차 전지.
7. 제1항에 있어서,

   상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지.
8. 전극군에 전극 단자를 전기적으로 연결하고, 상기 전극군을 케이스에 삽입하는 단계;

   전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트를 이용하여 상기 전해액 주입구에 상기 전극 단자를 삽입하면서 상기 케이스를 밀폐시키는 단계;

   상기 전해액 주입구에 전해액을 주입하는 단계;

   상기 전해액 주입구를 개스킷으로 밀폐시키는 단계;

   를 포함하는 이차 전지의 제조 방법.

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