KR100686800B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이차 전지는 일측이 개구된 케이스와, 케이스의 내부에 수용되며 상측으로 제1,2전극탭이 인출되는 전극 조립체와, 케이스의 개구를 커버하는 캡플레이트 및 캡 플레이트와 절연되는 전극단자를 갖는 캡 조립체와, 전극단자와 캡 플레이트에 각각 연결되는 제1,2전극리드와, 제1전극리드 또는 제2전극리드 중 어느 하나와 연결되어 전류를 차단시키는 전류차단부와, 전류차단부와 캡 조립체 사이에 충진되는 수지부 및 캡 조립체에 설치된 절연보강부를 포함하므로, 외부에서 압력이 가해졌을 때, 캡 조립체가 수지부와 분리되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

이차 전지 { SECONDARY BATTERY }
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분리사시도,
도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 일부 분리사시도,
도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 단면도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
100 : 캡 조립체 110 : 캡 플레이트
111 : 제1단자통공 113 : 전해액 주입공
115 : 마개 120 : 가스켓
130 : 전극단자 140 : 절연플레이트
141 : 제2단자통공 150 : 터미널 플레이트
151 : 제3단자통공 160 : 절연케이스
200 : 케이스 210 : 제1전극
215 : 제1전극탭 220 : 제2전극
225 : 제2전극탭 230 : 세퍼레이터
250 : 전극조립체 300 : 보호회로기판
310,320 : 제1,2외부단자 360,370 : 제1,2전극리드선
410 : 전류차단부
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가압에도 변형되지 않는 각형으로 형성된 이차전지에 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 이차전지를 채용하고 있다. 이차 전지에는 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 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전 지와, 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 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 리튬 이차 전지는 이차전지용 케이스와, 케이스의 내부에 수용되는 젤리-롤형 전극 조립체와, 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체로 구성된다.
전극 조립체는 활물질이 코팅된 제1,2전극판과, 제1,2전극판 사이에 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. 케이스의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 갖는 평판형의 캡 플레이트가 마련되고, 중앙부에는 전극단자가 통과할 수 있도록 단자용 통공이 형성된다. 전극단자의 외측에는 전극단자와 캡 플레이트와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓이 설치된다. 캡 플레이트의 하면에는 절연 플레이트가 배치되고, 절연 플레이트의 하면에 전극단자와 연결되는 터미널 플레이트가 배치된다.
여기서, 캡 플레이트에는 일측에 케이스 내부의 압력이 상승하여 폭발하는 것을 방지하기 위해 안전벤트가 형성되고, 안전벤트 주변에 캡 플레이트의 상측에 주입되는 수지가 외부에서 가해지는 압력에 의해 비틀리는 것을 방지하기 위해 상측으로 돌출된 돌기가 마련된다. 돌기의 상측에는 수지의 비틀림을 방지하는 지지 력을 강화하기 위한 보조 돌기가 설치된다.
그리고, 캡 플레이트의 상면에는 전극단자와 캡 플레이트의 절연을 위해 절연테이프가 설치된다.
그런데 이러한 종래의 이차 전지는 캡 플레이트의 상측으로 조립되는 수지에 의해 안전벤트가 파단될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 이차 전지는 캡 플레이트의 상면에 절연테이프를 설치한 후 돌기의 상면에 보조돌기를 설치해야 하므로 여러 번의 공정을 거쳐야 하는 번거로움이 발생된다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 캡 플레이트에 가해지는 압력에 대응되는 보강부재를 절연부재와 일체형으로 구비하여 공정을 줄여주는 이차전지를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일측이 개구된 케이스와, 상기 케이스의 내부에 수용되며 상측으로 제1,2전극탭이 인출되는 전극 조립체와, 상기 케이스의 개구를 커버하는 캡플레이트 및 상기 캡 플레이트와 절연되는 전극단자를 갖는 캡 조립체와, 상기 전극단자와 상기 캡 플레이트에 각각 연결되는 제1,2전극리드와, 상기 제1전극리드 또는 제2전극리드 중 어느 하나와 연결되어 전류를 차단시키는 전류차단부와, 상기 전류차단부와 상기 캡 조립체 사이에 충진되는 수지부 및 상기 캡 조립체에 설치되어 상기 전극단자와 상기 캡 플레이트를 절연시키며, 상기 캡 조립체와 상기 수지부의 결합을 강화시키는 절연보강부를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
상기 절연보강부는 상기 캡 플레이트의 일측을 커버하는 커버부재와 상기 캡 플레이트의 일측에 설치된 보강부재가 일체형으로 형성된 것이 좋다.
상기 보강부재는 상측으로 돌출되게 형성될 수 있다.
상기 커버부재는 얇은 플레이트형으로 형성될 수 있다.
상기 절연보강부는 상기 커버부재의 하측으로 상기 안전벤트를 보호하는 벤트보호부재가 추가로 구비된 것이 좋다.
상기 절연보강부는 절연물질로 형성된 것이 좋다.
상기 전류차단부는 PTC소자인 것이 좋다.
상기 케이스는 각형일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 이차 전지의 실시예를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분리사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 일부 분리사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 단면도이다.
이들 도면을 참조하면, 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 이루어지는 베어 셀을 가진다.
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(215,225) 중 어느 하나의 전극단자 역할을 수행하는 것이 가능하다.
전극 조립체(250)는 얇은 판형 또는 막형으로 형성되어 제1전극탭(215)과 연결되는 제1전극(210), 세퍼레이터(230), 제2전극탭(225)이 설치된 제2전극(220)의 적층체를 와형으로 권취하여 형성한다. 이때, 제1,2전극(210,220)은 음극이나 양극이 된다. 여기서, 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. 음극에도 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체의 영역에 음극 단자가 접속되어 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 영역에 양극 단자가 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, 절연플레이트(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 가스켓(120)이 설치된다.
또한, 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.
캡 플레이트(110)의 타측에는 안전벤트(117)가 형성된다. 안전벤트(117)는 캡 플레이트(110)의 상면에 형성되는 것이 일반적이며 캡 플레이트(110)의 두께보다 얇게 형성된 홈 형태가 될 수 있다.
절연 플레이트(140)는 가스켓(120)과 같이 절연물질로 형성되며 캡 플레이트(110)의 하면에 결합된다. 절연 플레이트(140)는 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)과 대응되게 형성되어 연통되는 제2단자통공(141)이 형성된다.
터미널 플레이트(150)는 Ni금속 또는 이의 합금으로 형성되며, 절연 플레이트(140)의 하면에 결합된다. 터미널 플레이트(150)는 캡 플레이트(110)의 제1단자 통공(111)에 대응되는 제3단자통공(151)이 형성된다.
또한, 절연케이스(160)는 전극 조립체(250)의 상측에 설치되어 전극 조립체(250)와 캡 플레이트(110)를 절연시키는 것으로서, 제1,2전극탭(215,225)을 관통시키는 제1,2전극탭 관통홀(163,165)이 형성된다. 절연케이스(160)의 재질은 절연성을 갖는 고분자 수지로써, 바람직하게는 폴리프로필렌으로 이루어지나, 본 발명의 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
캡 플레이트(110)의 상면에는 절연보강부(170)가 설치된다. 절연보강부(170)는 캡 플레이트(110)를 커버하는 커버부재(173)와 커버부재(173)의 일측에 커버부재(173)와 일체형으로 형성된 보강부재(171)로 이루어진다. 보강부재(171)는 캡 플레이트(110)의 상측으로 소정의 길이만큼 돌출되게 형성되어 후술될 보호회로기판(300)과 캡 플레이트(110) 사이에 수지가 주입될 때 주입되는 수지를 강화시킨다. 여기서, 절연보강부(170)는 하면에 캡 플레이트(110)의 안전벤트(117)와 대응되게 안전벤트보호부재(175)가 형성된 것이 좋다. 이는 수지가 주입될 때 수지에 의해 안전벤트(117)가 파손되는 것을 방지하기 위함이다.
전극 조립체(250)에서 인출된 제1,2전극탭(215,225)은 캡 플레이트(110) 및 전극단자(130)와 연결되고, 캡 플레이트(110)와 전극단자(130)는 각각 제1,2전극리드(360,370)를 매개로 보호회로기판(300)과 연결된다.
여기서, 양극 또는 음극 중 어느 하나의 단자에는 전류의 흐름을 차단시키는 전류차단부(410)가 연결된다. 전류차단부(410)는 케이스(200) 내부의 온도가 이상고온으로 상승되거나 케이스(200) 내부의 압력이 상승될 때 내부의 충방전전류를 차단시킨다. 전류차단부(410)로는 온도가 어느 레벨을 넘으면 전기저항이 거의 무한대까지 크게 되는 디바이스로서 그 두께가 얇은 PTC(Positive Temperature Coefficient)가 적용될 수 있다.
한편, 보호회로기판(300)은 합성수지 판넬에 회로칩들을 포함하여 회로가 형성된다. 이것은 서로 다른 극성을 갖는 전극단자(130)와 캡 플레이트(110)와 연결되어 전지의 화학적 조성이 불안정해서 과충전되거나 과전류가 흐를 경우 발생되는 누액 또는 폭발 발화에 따른 전지의 성능저하를 방지하기 위해 필요한 것으로서, 제1,2전극리드(360,370)와 연결되어 베어셀의 전압을 감시하여 과충전을 방지한다.
여기서, 전류차단부(410)와 캡 조립체(100) 사이에는 도시되지 않은 수지부가 충진된다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 이차 전지의 조립과정을 상세히 설명한다.
먼저, 케이스(200)에는 전극 조립체(250)를 수용시킨다.
전극 조립체(250)의 상측에는 절연케이스(160)가 설치된다. 이때, 전극 조립체(250)에서 인출된 제1,2전극탭(215,225)은 절연케이스(160)에 형성된 제1,2전극탭 관통홀(163,165)을 통해 케이스(200)의 외측으로 인출된다.
한편, 캡 플레이트(110)의 상면에는 절연보강부(170)가 설치된다. 즉, 절연보강부(170)에는 플레이트 형의 커버부재(173)가 캡 플레이트(110)의 상면을 커버하고, 커버부재(173)의 하측에 설치된 안전벤트 보호부재(175)가 안전벤트(117)의 상측에 삽입되며, 캡 플레이트(110)의 상측으로 보강부재(171)가 돌출된다.
다음, 캡 플레이트(110)와, 절연플레이트(140) 그리고 터미널 플레이트(150)는 각각의 제1,2,3단자통공(111,141,151)이 연통되도록 순차적으로 적층시킨다. 캡 플레이트(110)와, 절연플레이트(140) 그리고 터미널 플레이트(150)를 관통시키는 전극단자(130)는 연통되는 제1,2,3단자통공(111,141,151)에 삽입시키되 회전시키면서 일정한 힘을 가하여 삽입시킨다.
이때, 전극단자(130)는 가스켓(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.
상기와 같이 조립된 캡 조립체(100)는 케이스(200)의 개구(201)를 밀봉시킨다. 여기서, 제1,2전극탭(215,225)과 각각 연결된 전극단자(130)와 캡 플레이트(110)는 제1,2전극리드(360,370)를 매개로 보호회로기판(300)과 연결된다.
이때, 음극이 되는 전극단자(130)에는 연결리드(371)에 의해 이상발생시 전류를 차단하는 전류차단부(410)가 되는 PTC가 연결된다.
다음, 보호회로기판(300)과 캡 플레이트(110) 사이에는 수지가 주입된다.
이때, 수지부는 캡 플레이트(110)에 형성된 안전벤트(117)를 가압할 수 있지만 절연보강부(170)를 구성하는 안전벤트 보호부재(175)에 의해 안전벤트(117)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 수지가 주입된 이차 전지는 외부에서 압력이 가해졌을 때, 절연보강부 (170)를 구성하는 보강부재(171)에 의해 캡 조립체(100)가 수지부를 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차 전지의 절연보강부는 보강부재와 커버부재가 일체형으로 형성됨에 따라 공정이 줄어드는 이점이 있다.
그리고, 이차 전지는 케이스와 캡 조립체 사이에 주입되는 수지부를 보강하는 절연보강부가 구비됨에 따라 외부에서 압력이 가해졌을 때, 캡 조립체가 수지부와 분리되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 주입된 수지부는 캡 플레이트에 형성된 안전벤트를 가압할 수 있지만 절연보강부를 구성하는 안전벤트 보호부재에 의해 안전벤트가 파손되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 일측이 개구된 케이스;
    상기 케이스의 내부에 수용되며 상측으로 제1,2전극탭이 인출되는 전극 조립체;
    상기 케이스의 개구를 커버하는 캡플레이트 및 상기 캡 플레이트와 절연되는 전극단자를 갖는 캡 조립체;
    상기 전극단자와 상기 캡 플레이트에 각각 연결되는 제1,2전극리드;
    상기 제1전극리드 또는 제2전극리드 중 어느 하나와 연결되어 전류를 차단시키는 전류차단부;
    상기 전류차단부와 상기 캡 조립체 사이에 충진되는 수지부; 및
    상기 캡 플레이트 상면에 설치되며, 상기 캡 플레이트의 일측을 커버하는 커버부재와 상기 커버부재의 일측에 설치된 보강부재를 포함하는 절연보강부를 구비하는 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보강부재는 상측으로 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 커버부재는 얇은 플레이트형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 절연보강부는 상기 커버부재의 하측으로 상기 안전벤트를 보호하는 벤트보호부재가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 절연보강부는 절연물질로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전류차단부는 PTC소자인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는 각형인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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