KR100659853B1 - 비딩부를 갖는 이차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 목적은 극판 조립체의 유동 방지용 피피 케이스를 제거하고, 캡 플레이트 안착용 돌출턱을 제거하면서도 극판 조립체의 유동을 방지하고, 캡 플레이트를 안정적으로 지지하며 또한 전지 용량도 증가시키는데 있다.
이를 위해 본 발명에는 극판 조립체와, 극판 조립체를 수납하여 유동하지 않도록 비딩부가 형성된 캔과, 캔의 비딩부에 안정적으로 안착되는 캡 플레이트를 포함하는 이차 전지 및 그 제조 방법이 개시된다.
이와 같이 하여 본 발명은 캔에 형성된 비딩부가 극판 조립체 및 캡 플레이트를 안정적으로 고정시킴으로써, 종래와 같은 피피 케이스 및 돌출턱이 필요없고 또한 피피 케이스 및 돌출턱이 차지하던 용적만큼 극판 조립체의 용적을 크게 할 수 있어 결과적으로 전지 용량이 향상된다.
캔, 비딩부, 극판 조립체, 캡 플레이트, 피피 케이스, 돌출턱
Description
도 1은 본 발명에 따른 비딩부를 갖는 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 비딩부를 갖는 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 3a는 도 2의 3a 영역을 확대 도시한 것이고, 도 3b는 도 2의 3b 영역을 확대 도시한 것이다.
도 4a는 도 1의 4a-4a선 단면도이고, 도 4b는 도4a의 4b 영역을 확대 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 다른 비딩부를 갖는 이차 전지에서 캡 플레이트가 분리된 상태를 도시한 평면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 의한 비딩부를 갖는 이차 전지의 제조 방법을 도시한 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 이차 전지
110; 극판 조립체 111; 제1극판
112; 제2극판 113; 세퍼레이터
114; 제1탭 115; 제2탭
120; 캔 121; 장변부
122; 단변부 123; 바닥부
124; 곡률부 125; 비딩부
126; 개구 130; 캡 플레이트
131; 가스켓 132; 전극 단자
133; 절연체 134; 단자 플레이트
135; 안전 벤트 136; 주액구
137; 볼
본 발명은 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 캔에 비딩부를 형성하여 피피 케이스(PP case) 없이도 극판 조립체의 유동을 방지할 수 있고, 또한 비딩부 위에 캡 플레이트를 직접 안착 및 고정시킬 수 있어서 캔 내부에 별도의 캡 플레이트 지지용 돌출턱을 형성하지 않아도 되며, 더욱이 피피 케이스 및 돌출턱 제거로 인하여 캔의 내부 용적률을 크게 증가시켜 전지 용량도 함께 증가시킬 수 있는 비딩부를 갖는 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이온 전지와 같은 이차 전지는 상부가 개방된 대략 육면체 형태의 각형 캔과, 상기 각형 캔의 내부에 젤리롤 형태로 권취되어 삽입된 극판 조립체와, 상기 각형 캔 내부의 극판 조립체 상단에 위치되어 상기 극판 조립체의 유 동을 방지하는 피피 케이스와, 상기 피피 케이스 위의 각형 캔을 막는 캡 플레이트로 이루어져 있다. 여기서, 상기 극판 조립체의 양극 및 음극은 상기 캡 플레이트 및 캡 플레이트에 결합된 전극 단자에 전기적으로 연결되어 있다. 물론, 상기 각형 캔의 내부에는 극판 조립체에서 리튬 이온의 이동이 가능하도록 전해액이 함께 수용된다.
더욱이, 이러한 종래의 이차 전지는 캡 플레이트를 각형 캔의 상부에 안정적으로 위치시킨 상태에서 용접하기 위해, 상기 각형 캔의 상단중 4 모서리 근처에 내측 및 하부 방향으로 일정 길이 돌출된 돌출턱을 형성함으로써, 상기 4개의 돌출턱에 의해 캡 플레이트가 지지될 수 있도록 되어 있다. 물론, 이러한 캡 플레이트의 지지 또는 안착 후에는 상기 캡 플레이트의 둘레와 캔 사이를 레이저로 상호 용접하여 고정되도록 한다.
이와 같이 하여 종래의 이차 전지는 젤리롤 형태의 극판 조립체가 캔 내부에서 유동되는 현상을 방지하기 위해, 피피 케이스를 각형 캔에 삽입함으로써 그만큼 각형 캔 내부의 전지 용량과 관련이 있는 용적률이 감소하는 문제가 있다. 즉, 상기 피피 케이스가 차지하는 두께만큼 극판 조립체의 높이가 작아짐으로써, 그만큼 전지 용량도 감소하게 된다.
또한, 상기한 바와 같이 종래의 이차 전지는 캡 플레이트의 안정적인 용접을 위해, 캔의 4모서리 내측 및 하부 방향으로 일정 길이 돌출된 돌출턱을 가공하여야 함으로써, 상기 돌출된 돌출턱의 길이(수평 방향 길이)만큼 각형 캔의 용적율이 감소하는 문제가 있다. 즉, 상기 돌출된 돌출턱의 길이만큼 극판 조립체의 폭이 작 아짐으로써, 그만큼 전지 용량도 감소하게 된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 각형 캔에 비딩부를 형성하여 피피 케이스 없이도 극판 조립체의 유동을 방지할 수 있는 비딩부를 갖는 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 각형 캔에 비딩부를 형성하여, 그 비딩부 위에 캡 플레이트를 직접 안착시켜 용접시킬 수 있음으로써, 캡 플레이트 안착을 위한 별도의 돌출턱을 형성하지 않는 비딩부를 갖는 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 극판 조립체 유동 방지용 피피 케이스 및 캡 플레이트 안착용 돌출턱 등을 형성하지 않음으로써, 피피 케이스 및 돌출턱에 해당하는 용적만큼 전지 용량을 증가시킬 수 있는 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 비딩부를 갖는 이차 전지는 제1극판, 세퍼레이터 및 제2극판이 적층된 채 다수회 권취된 극판 조립체와, 상기 극판 조립체가 수납되도록 일측에 개구가 형성되고, 상기 극판 조립체의 수납후 유동되지 않도록, 상기 극판 조립체의 외주연과 개구 사이에 적어도 하나 이상의 비딩부가 형성된 캔과, 상기 캔의 비딩부에 안착되어 고정된 캡 플레이트를 포함한다.
여기서, 상기 극판 조립체는 캔이 갖는 높이의 80~99%의 높이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 비딩부는 캔이 내부 방향으로 일정 깊이 절곡되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 비딩부의 절곡 깊이는 상기 캔이 갖는 두께의 0.5~5배 사이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 캔은 상대적으로 넓은 면적을 가지며, 상호 대향되는 방향에 일정 거리 이격되어 형성된 장변부와, 상기 장변부의 대향되는 양측 둘레를 상호 연결하며, 상대적으로 작은 면적을 갖는 단변부와, 상기 장변부와 단변부의 일측을 막는 바닥부를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 비딩부는 상기 극판 조립체의 외주연으로서 상기 장변부와 단변부에 걸치어 형성될 수 있다.
또한, 상기 장변부와 단변부 사이에는 소정 곡률을 갖는 곡률부가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 비딩부는 상기 극판 조립체의 외주연으로서 상기 곡률부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 비딩부는 대략 궁형(弓形)으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 비딩부는 대략 반원 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 비딩부는 대략 호(弧)와 현(弦)의 합쳐진 형태로 형성되어 있되, 상기 현이 캔 내측을 향하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 극판 조립체는 제1극판에 제1탭이 접속되어 외부로 일정 길이 연 장되고, 상기 제2극판에 제2탭이 접속되어 외부로 일정 길이 연장될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트의 대략 중앙에는 가스켓이 개재되어 전극 단자가 고정되고, 상기 전극 단자에는 상기 제1탭이 접속되며, 상기 캡 플레이트에는 상기 제2탭이 접속될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트의 대략 중앙에는 가스켓이 개재되어 전극 단자가 고정되고, 상기 캡 플레이트에는 제1탭이 접속되며, 상기 전극 단자에는 제2탭이 접속될 수 있다.
또한, 상기 제1극판은 알루미늄 포일에 리튬 산화물이 고착되어 형성되고, 상기 제2극판은 구리 포일에 흑연이 고착되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1극판은 구리 포일에 흑연이 고착되어 형성되고, 상기 제2극판은 알루미늄 포일에 리튬 산화물이 고착되어 형성될 수 있다.
더불어, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지의 제조 방법은 제1극판, 세퍼레이터 및 제2극판이 적층된 채 다수회 권취된 극판 조립체와, 상기 극판 조립체가 수납되도록 일측에 개구가 형성된 채 속이 비어 있는 대략 육면체 형태의 캔을 제공하는 극판 조립체와 캔 제공 단계와, 상기 캔에 상기 극판 조립체를 수납하는 극판 조립체 수납 단계와, 상기 극판 조립체의 외주연에 해당하는 캔의 외측에서 내측으로 적어도 하나 이상의 비딩부를 형성하는 비딩부 형성 단계와, 상기 캔의 비딩부 위에 캡 플레이트를 안착하여 고정하는 캡 플레이트 고정 단계를 포함한다.
여기서, 상기 캡 플레이트 고정 단계후에는 상기 캡 플레이트에 형성된 주액 구를 통하여 전해액을 주입하는 전해액 주액 단계가 더 포함될 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 방법에 의하면, 극판 조립체가 캔의 비딩부와 바닥부 사이에 고정되어 상하 방향의 유동이 방지됨으로써, 종래와 같은 피피 케이스가 필요없게 된다.
또한, 상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 방법에 의하면, 비딩부 위에 캡 플레이트가 안착되어 고정됨으로써, 종래와 같이 캡 플레이트 고정을 위한 별도의 돌출턱을 캔에 형성하지 않아도 된다.
더불어, 상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 방법에 의하면, 종래와 같이 극판 조립체의 유동 방지용 피피 케이스 및 캡 플레이트의 고정용 돌출턱 등을 구비하거나 형성할 필요가 없음으로써, 상기 피피 케이스 및 돌출턱에 해당하는 용적만큼 전지 용량을 증가시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 비딩부를 갖는 이차 전지의 사시도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이차 전지(100)는 대략 각형의 캔(120)과, 상기 각형의 캔(120) 상부를 막는 캡 플레이트(130)로 이루어져 있다. 여기서, 상기 각형의 캔(120)중 대략 상부 영역에는 적어도 하나 이상의 비딩부(125)가 형성 되어 있으며, 상기 캡 플레이트(130)에는 대략 중앙에 가스켓(131)이 개재되어 전극 단자(132)가 결합되어 있다. 더불어, 상기 캡 플레이트(130)의 일측에는 상대적으로 두께가 얇은 안전 벤트(135)가 형성되어 있고, 상기 안전 벤트(135)의 반대 방향에는 전해액 주액구를 막는 볼(137)이 결합되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 비딩부를 갖는 이차 전지의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이차 전지(100)는 대략 젤리롤 형태의 극판 조립체(110)와, 상기 극판 조립체(110)가 수납되며 극판 조립체(110)가 유동하지 않도록 적어도 하나 이상의 비딩부(125)가 형성된 대략 각형의 캔(120)과, 상기 각형의 캔(120) 상부를 막는 캡 플레이트(130)를 포함한다.
먼저 상기 극판 조립체(110)는 제1극판(111), 세퍼레이터(113) 및 제2극판(112)이 적층된 채 대략 젤리롤 형태로 다수회 권취되어 있으며, 상기 제1극판(111)에는 제1탭(114)이, 상기 제2극판(112)에는 제2탭(115)이 접속된 채 상부로 일정 길이 연장되어 있다. 이러한 극판 조립체(110)는 캔(120)이 갖는 높이의 대략 80~99%의 높이까지 형성할 수 있는데, 이는 종래의 피피 케이스가 없어지기 때문에 가능하다. 즉, 종래에는 피피 케이스가 차지하는 용적을 뺀 높이만큼 극판 조립체(110)의 높이가 제한되지만, 본 발명은 이러한 피피 케이스가 차지하던 용적을 합친 높이만큼 극판 조립체(110)의 높이를 증가시킬 수 있게 된다. 더욱이, 상기 극판 조립체(110)의 폭도 종래에 비해 더 크게 형성할 수 있는데, 이는 종래와 같이 캡 플레이트(130)의 안착 및 고정을 위해 캔(120)의 내부에 높이 방향으로 라인 형태의 돌출턱을 형성할 필요가 없기 때문이다. 즉, 종래에는 캔의 내부에 높이 방향으로 라인 형태의 돌출턱을 형성함으로써, 그만큼 극판 조립체의 폭에 제한을 받았으나, 본 발명에서는 이러한 돌출턱이 제거되어 돌출턱이 차지하던 용적만큼 극판 조립체의 폭을 크게 할 수 있기 때문이다. 여기서, 상기 세퍼레이터(113)는 상기 제1극판(111) 및 제2극판(112)의 높이보다 더 크게 형성되어, 실질적으로 제1극판(111) 및 제2극판(112)이 캔(120)과 직접 접촉되지 않도록 되어 있다. 더불어, 비록 도면에서는 도시되어 있지 않으나, 상기 극판 조립체(110)의 최외곽은 절연 테이프 등으로 마감될 수 있다.
이어서, 상기 캔(120)은 상기 극판 조립체(110)가 수납되도록 상부에 개구(126)가 형성되고, 상기 극판 조립체(110)의 수납후 유동되지 않도록, 상기 극판 조립체(110)의 상부 외주연과 상기 개구(126) 사이에는 적어도 하나 이상의 비딩부(125)가 형성되어 있다. 이러한 비딩부(125)는 상기 캔(120)의 내부 방향으로 일정 깊이 절곡되어 형성되어 있는데, 그 절곡 깊이는 캔(120)이 갖는 두께의 대략 0.5~5배 정도로 형성함이 좋다. 상기 비딩부(125)의 깊이를 캔(120) 두께의 0.5배 이하로 하면 극판 조립체(110)의 유동을 막기에는 비딩부(125)의 돌출 길이가 너무 작고, 또한 5배 이상으로 하면 비딩부(125)의 형성 공정이 어렵다.
상기 캔(120)을 좀더 자세히 설명하면, 이는 2개의 장변부(121), 2개의 단변부(122) 및 1개의 바닥부(123)로 이루어져 있다. 상기 2개의 장변부(121)는 상대적으로 넓은 면적을 가지며, 상호 대향되는 방향에 일정 거리 이격된 상태로 형성되 어 있다. 상기 2개의 단변부(122)는 상기 장변부(121)의 대향되는 양측 둘레를 상호 연결하며, 상대적으로 작은 면적을 가지며 형성되어 있다. 또한, 상기 바닥부(123)는 상기 장변부(121)와 단변부(122)의 일측을 막으며 형성되어 있으며, 이는 상기 개구(126)의 반대 방향이다. 이와 같이 하여 상기 캔(120)은 평면상 대략 직사각 형태를 하며, 비딩부(125)는 직사각의 각 모서리에 해당하는 4영역에 형성되어 있다. 즉, 상기 비딩부(125)는 장변부(121)와 단변부(122)에 걸치어 형성되어 있다. 더욱이, 상기 장변부(121)와 단변부(122) 사이에는 소정 곡률을 갖는 곡률부(124)가 더 형성될 수 있다. 물론, 이와 같은 곡률부(124)가 형성되었을 경우에는, 상기 곡률부(124)를 따라서 내측 방향으로 비딩부(125)가 형성된다.
계속해서, 상기 캡 플레이트(130)는 상기 캔(120)의 비딩부(125) 위에 안착된 후, 레이저 용접된다. 물론, 상기 캔(120)의 비딩부(125)로부터 그 상부의 남는 캔(120)의 높이는 상기 캡 플레이트(130)의 두께와 거의 유사하다. 또한, 이러한 캡 플레이트(130)에는 가스켓(131)이 개재된 채 전극 단자(132)가 결합되고, 또한 상기 캡 플레이트(130)의 하부로서 상기 전극 단자(132)에는 절연체(133) 및 단자 플레이트(134)가 결합되어 있다. 더욱이, 상기 캡 플레이트(130)의 일측에는 내압 상승시 파열되어 가스를 분출할 수 있도록 상대적으로 두께가 얇은 안전 벤트(135)가 형성되어 있고, 상기 안전 벤트(135)의 타측에는 전해액 주입을 위한 주액구(136)와, 상기 주액구(136)를 막기 위한 볼(137)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 캔(120) 및 캡 플레이트(130)는 알루미늄계 합금, 스틸, 스텐레스 스틸 등으로 형성 가능하나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
도 3a는 도 2의 3a 영역을 확대 도시한 것이고, 도 3b는 도 2의 3b 영역을 확대 도시한 것이다.
먼저 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 극판 조립체(110)는 제1극판(111), 세퍼레이터(113) 및 제2극판(112)이 적층된 채 권취된 형태를 한다. 상기 제1극판(111)은 예를 들면, 알루미늄 포일을 중심으로 그 양면 또는 일면에 리튬 산화물이 부착되어 있고, 상기 제2극판(112)은 구리 포일을 중심으로 그 양면 또는 일면에 흑연이 부착되어 있다. 이러한 구성에 의해 본 발명은 제1극판(111)이 양극, 제2극판(112)이 음극일 수 있다.
더욱이, 본 발명은 상기와 반대의 구성으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1극판(111)은 구리 포일을 중심으로 그 양면 또는 일면에 흑연이 부착되어 있고, 상기 제2극판(112)은 알루미늄 포일을 중심으로 그 양면 또는 일면에 리튬 산화물이 부착될 수 있다. 이러한 구성에 의해 본 발명은 제1극판(111)이 음극, 제2극판(112)이 양극일 수 있다. 더불어, 상기 극판 조립체(110)는 최외곽에 위치된 제1극판(111) 및 제2극판(112)중 방열 성능을 높이기 위해 포일의 표면에 리튬 산화물이나 흑연이 부착되지 않을 수도 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이 상기 캔(120)에 형성된 비딩부(125)는 바깥 표면으로부터 안쪽으로 일정 깊이 움푹 들어간 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 비딩부(125)는 도면에서와 같이 장변부(121)와 단변부(122) 사이, 또는 곡률부(124)에 각각 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이러한 위치로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 비딩부(125)는 캔(120)의 모서리 근처가 아닌 장변부(121) 또는 단변부(122)에도 다수 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 비딩부(125)는 상기 장변부(121), 단변부(122) 및 곡률부(124)를 따라서 대략 폐곡선 형태로 형성될 수도 있다. 한편, 상기 비딩부(125)로부터 캔(120)의 상단까지의 높이는 상기 캡 플레이트(130)의 두께와 거의 같도록 함으로써, 상기 캡 플레이트(130)와 캔(120)의 레이저 용접 작업이 용이하게 수행되도록 함이 좋다.
도 4a를 참조하면, 도 1의 4a-4a선 단면도가 도시되어 있고, 도 4b를 참조하면, 도4a의 4b 영역이 확대 도시되어 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이 본 발명은 캔(120)에 형성된 비딩부(125)와 바닥부(123) 사이에 극판 조립체(110)가 위치됨으로써, 상기 극판 조립체(110)는 상,하 방향으로 유동되지 않는다. 물론, 상기 비딩부(125)가 극판 조립체(110)를 상부에서 하부로 눌러주기 때문에 종래와 같은 피피 케이스는 전혀 필요없다. 또한, 상기 비딩부(125) 위에는 캡 플레이트(130)가 바로 안착되고, 이어서 상기 캡 플레이트(130)와 캔(120)의 상단부는 레이저 용접되어 고정된다. 이와 같이 하여 본 발명은 캔(120) 내부에서 상기 캡 플레이트(130)를 안착 및 고정하기 위한 돌출턱을 형성할 필요가 없음으로써, 상기 극판 조립체(110)의 폭도 그만큼 더 크게 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명은 종래의 피피 케이스 및 돌출턱이 차지하던 용적만큼 극판 조립체(110)를 더 크게 형성할 수 있음으로써, 전지 용량이 증가하게 된다.
한편, 상기 극판 조립체(110)에 형성된 제1탭(114)은 상기 캡 플레이트(130)의 하면에 용접되고, 상기 제2탭(115)은 상기 캡 플레이트(130)에 가스켓(131)이 개재되어 관통 결합된 전극 단자(132)에 용접되어 있다. 물론, 그 반대로 제1탭(114)이 전극 단자(132)에 용접되고, 제2탭(115)이 캡 플레이트(130)에 용접될 수 있다. 이와 같이 하여 본 발명은 전극 단자(132)가 양극이면, 나머지 캔(120) 및 캡 플레이트(130)가 음극이 되고, 상기 전극 단자(132)가 음극이면, 나머지 캔(120) 및 캡 플레이트(130)가 양극이 된다.
도 4b에 도시된 바와 같이 상기 비딩부(125)는 내측으로의 절곡 깊이가 캔(120) 두께의 대략 0.5~5배 정도로 형성될 수 있다. 물론, 상술한 바와 같이 절곡 깊이가 0.5배 이하일 경우에는 극판 조립체(110)의 상,하 유동을 막기 어렵고, 5배 이상일 경우에는 불필요하게 길이가 커지며 가공도 어렵게 된다.
더욱이, 상기 비딩부(125)로부터 캔(120)의 상단까지의 높이는 상기 캡 플레이트(130)의 두께와 거의 같게 함으로써, 상기 캔(120)의 상면과 캡 플레이트(130)의 상면은 동일 평면을 이루도록 되어 있다. 따라서, 상기 캔(120)의 상면과 캡 플레이트(130)의 용접이 수월할 뿐만 아니라 그 전체적인 표면도 매끄럽게 형성된다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 비딩부를 갖는 이차 전지에서 캡 플레이트가 분리된 상태의 캔 평면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 상기 비딩부(125)는 장변부(121)와 단변부(122)의 사이, 또는 곡률부(124)에 각각 형성될 수 있다. 도면에서는 상기 비딩부(125)가 캔(120) 의 4모서리에 각각 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이러한 위치 및 개수로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 의한 비딩부(125)는 장변부(121)에만 형성되거나 또는 단변부(122)에만 형성될 수도 있다. 물론, 그 개수도 4개 이하 또는 그 이상으로 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 비딩부(125)는 상기 장변부(121), 단변부(122) 또는 곡률부(124)를 따라 폐곡선 형태로 형성될 수도 있다.
한편, 상기 각각의 비딩부(125)는 평면상 대략 궁형(弓形)으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 비딩부(125)는 활 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 비딩부(125)는 평면상 대략 반원 형태로 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 비딩부(125)는 대략 호(弧)와 현(弦)의 합쳐진 형태로 형성될 수 있다. 물론, 이때 상기 현이 캔(120)의 내측을 향하고, 호는 캔(120)의 표면과 접촉되는 형태를 한다. 더불어, 상기 비딩부(125)는 이러한 궁형, 반원형, 또는 호와 현의 합쳐진 형상 외에 다양한 형태가 더 가능하다. 예를 들어, 상기 비딩부(125)는 평면상 삼각형, 사각형, 다각형 또는 그 등가 형태로 형성할 수도 있다.
도 6a 내지 도 6e를 참조하면, 본 발명에 의한 비딩부를 갖는 이차 전지의 제조 방법이 순차적으로 도시되어 있다.
먼저 본 발명에 의한 이차 전지(100)의 제조 방법은 극판 조립체(110)와 캔(120) 제공 단계, 극판 조립체(110)의 수납 단계, 비딩부(125) 형성 단계 및 캡 플레이트(130) 고정 단계를 포함한다. 이를 도면을 참조하여 좀더 자세히 설명한다.
먼저 도 6a에 도시된 바와 같이, 극판 조립체(110)와 캔(120) 제공 단계에서 는 제1극판(111), 세퍼레이터(113) 및 제2극판(112)이 적층된 채 대략 젤리롤 형태로 다수회 권취된 극판 조립체(110)와, 상기 극판 조립체(110)가 수납되도록 일측에 개구(126)가 형성된 채 속이 비어 있는 대략 육면체 형태의 캔(120)을 제공한다.
여기서, 상기 극판 조립체(110)중 제1극판(111)에는 제1탭(114)이, 제2극판(112)에는 제2탭(115)이 접속된 채 상부로 일정 길이 연장되어 있다.
또한, 상기 캔(120)은 상부에 개구(126)가 형성된 채 상호 일정 거리 이격되고, 상대적으로 넓은 면적을 갖는 장변부(121)와, 상기 장변부(121)의 양측 가장자리를 상호 연결하며, 상대적으로 작은 면적을 갖는 단변부(122)와, 상기 장변부(121)와 단변부(122)의 공통 하부 영역을 막는 바닥부(123)를 포함한다. 또한, 상기 장변부(121)와 단변부(122) 사이에는 소정 곡률을 갖는 곡률부(124)가 더 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 캔(120)은 통상의 알루미늄, 스틸, 스텐레스 스틸 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나를 딥 드로잉(deep drawing) 공정에 의해 형성할 수 있으나, 이러한 재질 또는 형성 방법으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
이어서 도 6b에 도시된 바와 같이, 극판 조립체(110)의 수납 단계에서는 대략 육면체 형태의 캔(120)에 상기 극판 조립체(110)를 끼워 수납한다. 이때, 상기 극판 조립체(110)의 높이는 상기 캔(120)의 갖는 높이의 80~99% 이내로 형성될 수 있기 때문에, 상기 극판 조립체(110)의 상부로 약간의 캔(120)이 더 돌출될 뿐이다. 물론, 상기 극판 조립체(110)의 상부를 통해서는 제1탭(114) 및 제2탭(115)이 상부로 노출됨으로써, 상기 캔(120)의 외측까지 일정 길이 연장되어 있다.
이어서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 비딩부(125) 형성 단계에서는 상기 극판 조립체(110)의 상단 외측으로 일정 길이 더 연장된 캔(120)에 적어도 하나 이상의 비딩부(125)를 형성함으로써, 상기 캔(120)으로부터 상기 극판 조립체(110)가 이탈되거나 또는 유동하지 않도록 한다. 즉, 상기 극판 조립체(110)의 상단과 대응되는 캔(120)의 표면을 안쪽 방향으로 일정 깊이 절곡시킴으로써, 상기 극판 조립체(110)가 캔(120)에서 유동되지 않도록 한다.
여기서, 상기 캔(120)의 바깥면에서 안쪽면으로 형성되는 비딩부(125)의 돌출 길이는 상기 캔(120)이 갖는 두께의 대략 0.5~5배 사이로 형성함이 좋다. 상기 비딩부(125)의 돌출 길이가 캔(120) 두께의 대략 0.5배 이하일 경우에는 극판 조립체(110)와 캔(120) 사이의 결합력이 크지 않고, 또한 캔(120) 두께의 대략 5배 이상은 가공이 어렵다.
더불어, 상기 비딩부(125)는 상기 극판 조립체(110)의 외주연으로서 상기 장변부(121)와 단변부(122)에 걸치어 형성할 수 있다. 예를 들어 상기 비딩부(125)는 상기 캔(120)의 대향되는 4모서리에 각각 형성하거나 또는 적어도 2모서리 이상에 형성할 수 있다.
더욱이, 상기 장변부(121)와 단변부(122) 사이에 소정 곡률을 갖는 곡률부(124)가 더 형성되어 있을 경우에는 상기 각각의 곡률부(124)에 비딩부(125)를 형성할 수 있다.
한편, 상기 비딩부(125)는 평면상 대략 궁형(弓形), 반원 형태, 또는 대략 호(弧)와 현(弦)의 합쳐진 형태로 형성할 수 있다. 물론, 이러한 비딩부(125)는 호(弧)가 장변부(121)와 단변부(122)의 모서리 또는 곡률부(124)에 접하고, 현(弦)이 캔(120)의 내부 중심을 향하여 형성된다.
이어서 도 6d에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(130) 고정 단계에서는 상기 적어도 하나 이상의 비딩부(125) 위에 캡 플레이트(130)를 안착시킨다. 이때, 상기 비딩부(125)는 캔(120)의 내부를 향하여 일정 길이 돌출된 형태를 하기 때문에 상기 캡 플레이트(130)는 안정적으로 상기 비딩부(125) 위에 안착된다. 또한, 상기 캡 플레이트(130)의 넓이는 상기 캔(120)의 장변부(121)와 단변부(122)의 안쪽면에 의해 형성되는 용적과 같은 넓이를 갖도록 설계한다. 따라서, 상기 캡 플레이트(130)를 비딩부(125)에 안착시킬 때, 상기 캡 플레이트(130)가 상기 캔(120)의 장변부(121)와 단변부(122)가 이루는 폐곡선과 간섭되지는 않는다.
물론, 상기 캡 플레이트(130)에는 대략 중앙에 가스켓(131)이 개재된 채 전극 단자(132)가 결합되어 있고, 일측에 상대적으로 얇은 안전 벤트(135)가 형성되어 있으며, 타측에 전해액 주입을 위한 주액구(136)가 형성되어 있다.
따라서, 본 발명은 상기 캡 플레이트(130)를 비딩부(125) 위에 안착시키기 전에, 상기 캡 플레이트(130)의 하면 또는 전극 단자(132)를 각각의 제1탭(114) 및 제2탭(115)에 접속시킨다. 예를 들면, 극판 조립체(110)의 제1탭(114)을 캡 플레이트(130)의 하면에 접속시키고, 이어서 제2탭(115)을 상기 전극 단자(132)에 접속시킨다. 물론, 그 반대로 제1탭(114)을 전극 단자(132)에 접속시키고, 제2탭(115)을 캡 플레이트(130)의 하면에 접속시킬 수도 있다. 이러한 제1,2탭(114,115)의 접속 공정후 상술한 바와 같이 상기 캡 플레이트(130)를 비딩부(125) 위에 올려놓는다.
더욱이, 이와 같이 제1,2탭(114,115)의 접속이 끝나고, 또한 캡 플레이트(130)가 비딩부(125) 위에 안정적으로 위치되면 레이저 등을 이용하여 상기 캡 플레이트(130)의 둘레와 캔(120)의 맞닿는 부분을 상호 용융시킴으로써, 상기 캡 플레이트(130)가 캔(120)의 내부에 완전히 고정되도록 한다.
마지막으로, 도 6e에 도시된 바와 같이 전해액 주액 단계에서는 상기 캡 플레이트(130)에 형성된 주액구(136)를 통하여 전해액을 주입함으로써, 상기 극판 조립체(110)가 모두 전해액에 함침된 상태가 되도록 한다. 이러한 전해액의 주액이 완료된 후에는 상기 주액구(136)에 금속성 볼(137)을 결합한 후 다시 레이저 용접함으로써, 상기 전해액이 외부로 누액되지 않도록 하여, 본 발명에 의한 이차 전지(100)를 완성한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 비딩부를 갖는 이차 전지 및 그 제조 방법에 의하면, 극판 조립체가 캔의 비딩부와 바닥부 사이에 고정되어 상하 방향의 유동이 방지됨으로써, 종래와 같은 피피 케이스가 필요없게 된다.
또한, 상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 방법에 의하면, 비딩부 위에 캡 플레이트가 안착되어 고정됨으로써, 종래와 같이 캡 플레이트 고정을 위한 별도의 돌출턱을 캔에 형성하지 않아도 된다.
더불어, 상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 방법에 의하면, 종래와 같이 극판 조립체의 유동 방지용 피피 케이스 및 캡 플레이트의 고정 용 돌출턱 등을 구비하거나 형성할 필요가 없음으로써, 상기 피피 케이스 및 돌출턱에 해당하는 용적만큼 전지 용량을 증가시킬 수 있게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 비딩부를 갖는 이차 전지 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Claims (33)
- 제1극판, 세퍼레이터 및 제2극판이 적층된 채 다수회 권취된 극판 조립체;상기 극판 조립체가 수납되도록 일측에 개구가 형성되고, 상기 극판 조립체의 수납후 유동되지 않도록, 상기 극판 조립체의 외주연과 개구 사이에 적어도 하나의 비딩부가 형성된 캔; 및,상기 캔의 비딩부에 안착되어 고정된 캡 플레이트를 포함하고,상기 극판 조립체는 캔이 갖는 높이의 80~99%의 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 비딩부는 캔이 내부 방향으로 일정 깊이 절곡되어 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 3 항에 있어서, 상기 비딩부의 절곡 깊이는 상기 캔이 갖는 두께의 0.5~5배 사이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캔은상대적으로 넓은 면적을 가지며, 상호 대향되는 방향에 일정 거리 이격되어 형성된 장변부;상기 장변부의 대향되는 양측 둘레를 상호 연결하며, 상대적으로 작은 면적을 갖는 단변부; 및,상기 장변부와 단변부의 일측을 막는 바닥부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 5 항에 있어서, 상기 비딩부는 상기 극판 조립체의 외주연으로서 상기 장변부와 단변부에 걸치어 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 5 항에 있어서, 상기 장변부와 단변부 사이에는 소정 곡률을 갖는 곡률부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 7 항에 있어서, 상기 비딩부는 상기 극판 조립체의 외주연으로서 상기 곡률부에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 8 항에 있어서, 상기 비딩부는 대략 궁형(弓形)으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 8 항에 있어서, 상기 비딩부는 평면 형태가 대략 반원 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 8 항에 있어서, 상기 비딩부는 대략 호(弧)와 현(弦)의 합쳐진 형태로 형성되어 있되, 상기 현이 캔 내측을 향하여 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 극판 조립체는 제1극판에 제1탭이 접속되어 외부로 일정 길이 연장되고, 상기 제2극판에 제2탭이 접속되어 외부로 일정 길이 연장된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 12 항에 있어서, 상기 캡 플레이트의 대략 중앙에는 가스켓이 개재되어 전극 단자가 고정되고, 상기 전극 단자에는 상기 제1탭이 접속되며, 상기 캡 플레이트에는 상기 제2탭이 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 12 항에 있어서, 상기 캡 플레이트의 대략 중앙에는 가스켓이 개재되어 전극 단자가 고정되고, 상기 캡 플레이트에는 제1탭이 접속되며, 상기 전극 단자에는 제2탭이 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1극판은 알루미늄 포일에 리튬 산화물이 고착되어 형성되고, 상기 제2극판은 구리 포일에 흑연이 고착되어 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1극판은 구리 포일에 흑연이 고착되어 형성되고, 상기 제2극판은 알루미늄 포일에 리튬 산화물이 고착되어 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 삭제
- 제1극판, 세퍼레이터 및 제2극판이 적층된 채 다수회 권취된 극판 조립체와, 상기 극판 조립체가 수납되도록 일측에 개구가 형성된 채 속이 비어 있는 대략 육면체 형태의 캔을 제공하는 극판 조립체와 캔 제공 단계;상기 캔에 상기 극판 조립체를 수납하는 극판 조립체 수납 단계;상기 극판 조립체의 외주연에 해당하는 캔의 외측에서 내측으로 적어도 하나 이상의 비딩부를 형성하는 비딩부 형성 단계; 및,상기 캔의 비딩부 위에 캡 플레이트를 안착하여 고정하는 캡 플레이트 고정 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 캡 플레이트 고정 단계후에는 상기 캡 플레이트에 형성된 주액구를 통하여 전해액을 주입하는 전해액 주액 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 극판 조립체와 캔 제공 단계에서 상기 극판 조립체는 캔이 갖는 높이의 80~99%의 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 극판 조립체와 캔 제공 단계에서 상기 캔은상대적으로 넓은 면적을 가지며, 상호 대향되는 방향에 일정 거리 이격되어 형성된 장변부;상기 장변부의 대향되는 양측 둘레를 상호 연결하며, 상대적으로 작은 면적을 갖는 단변부; 및,상기 장변부와 단변부의 일측을 막는 바닥부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 비딩부 형성 단계에서 상기 비딩부의 돌출 길이는 상기 캔이 갖는 두께의 0.5~5배 사이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 비딩부 형성 단계에서 상기 비딩부는 상기 극판 조립체의 외주연으로서 상기 장변부와 단변부에 걸치어 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 장변부와 단변부 사이에는 소정 곡률을 갖는 곡률부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 24 항에 있어서, 상기 비딩부는 상기 극판 조립체의 외주연으로서 상기 곡률부에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 비딩부는 대략 궁형(弓形)으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 비딩부는 대략 반원 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 비딩부는 대략 호(弧)와 현(弦)의 합쳐진 형태로 형성되어 있되, 상기 현이 캔 내측을 향하여 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 극판 조립체와 캔 제공 단계에서 상기 극판 조립체는 제1극판에 제1탭이 접속되어 외부로 일정 길이 연장되고, 상기 제2극판에 제2탭이 접속되어 외부로 일정 길이 연장된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 29 항에 있어서, 상기 캡 플레이트 고정 단계에서 상기 캡 플레이트의 대략 중앙에는 가스켓이 개재되어 전극 단자가 고정되고, 상기 전극 단자에는 상기 제1탭이 접속되며, 상기 캡 플레이트에는 상기 제2탭이 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 29 항에 있어서, 상기 캡 플레이트 고정 단계에서 상기 캡 플레이트의 대략 중앙에는 가스켓이 개재되어 전극 단자가 고정되고, 상기 캡 플레이트에는 제1탭이 접속되며, 상기 전극 단자에는 제2탭이 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 극판 조립체와 캔 제공 단계에서 상기 제1극판은 알루미늄 포일에 리튬 산화물이 고착되어 형성되고, 상기 제2극판은 구리 포일에 흑연이 고착되어 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 극판 조립체와 캔 제공 단계에서 상기 제1극판은 구리 포일에 흑연이 고착되어 형성되고, 상기 제2극판은 알루미늄 포일에 리튬 산화물이 고착되어 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
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