KR100686833B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

이차 전지는 제1,2전극, 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 캔과, 캔의 상측을 커버하며 중심부에는 제1,2전극 중 어느 하나와 연결도록 전극단자가 삽입되는 단자통공이 형성되고, 일측에는 안전벤트가 형성되며, 타측에는 전해액 주입공이 형성된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체와, 캡 조립체의 상측에 설치되어 캡 플레이트와 전극단자를 절연시킴과 아울러, 단자통공을 중심으로 좌우가 대칭형으로 형성된 와셔 및 와셔의 상측에 설치되며 캡 플레이트의 상면을 커버하는 절연부재를 포함하므로, 캡 플레이트의 상측에 와셔를 설치할 때, 와셔의 좌우를 구분하는 공정이 줄어들어 공정이 간단해지는 이점이 있다.

캔, 캡 플레이트, 안전벤트, 와셔

Description

이차 전지 { Secondary Battery }

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 분리사시도,

도 2는 도 1을 A-A'방향으로 절단한 단면도,

도 3a는 본 발명에 따른 와셔가 결합된 캔의 상면도,

도 3b는 본 발명에 따른 와셔의 배면을 도시한 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 이차 전지의 다른 실시예를 도시한 단면도,

도 5a는 본 발명에 따른 와셔가 결합된 다른 실시예를 도시한 캔의 상면도,

도 5b는 본 발명에 따른 와셔의 다른 실시예의 배면을 도시한 사시도이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

110 :캔 210 : 제1전극

215 : 제1전극탭 220 : 제2전극

225 : 제2전극탭 230 : 세퍼레이터

300 : 캡 조립체 310 : 캡 플레이트

311 : 제1단자통공 312 : 전해액 주입공

315 : 마개 317 : 안전벤트

320 : 전극단자 330 : 개스킷

340 : 절연플레이트 350 : 터미널 플레이트

360 : 절연케이스 400 : 절연부재

410 : 단자통공 500 : 와셔

510 : 전극단자홀

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캡 플레이트와 전극단자를 절연시키는 와셔부재를 갖는 이차 전지에 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 중 량당 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 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 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

통상적으로, 리튬 이차 전지는 이차전지용 캔과, 캔의 내부에 수용되는 젤리-롤형 전극 조립체와, 캔의 상부에 결합되어 마감하는 캡 조립체 및 캡 조립체에 포함된 캡 플레이트 상부에 결합되는 와셔를 포함하여 구성된다.

캡 플레이트는 중앙부에 전극단자가 삽입되는 단자 통공이 설치되고, 일측에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입공이 설치된다. 또한, 캡 플레이트의 타측에는 캡 플레이트의 두께가 얇아지도록 일정 깊이의 홈을 형성하거나, 홀을 형성하여 박판을 용접한 후 밀봉한 안전벤트가 설치되어 전지의 내압 상승 및 폭발 발생시 일차적으로 파열되어 더 큰 폭발이 발생하는 것을 방지한다.

그리고, 캡 플레이트는 상측에 외부단자와 전극단자를 전기적으로 연결하는 전극리드선이 설치되는데, 이때 와셔는 중앙부에 전극단자와 전극리드선이 접촉되도록 전극리드통공이 형성되어 전극단자를 노출시킴과 아울러, 캡 플레이트의 상부에 설치되어 전극단자와 연결되는 전극리드선과 캡 플레이트나 캔이 접촉되어 쇼트되는 것을 방지한다.

그런데, 종래의 이러한 이차 전지는 전해액 주입공이나 안전벤트가 좌우 비대칭인 위치에 형성되므로 이를 커버하는 와셔 역시 비대칭으로 형성되어야 한다. 즉, 와셔는 비대칭으로 형성됨에 따라 캡 플레이트 상측에 설치되는 공정에서 좌우를 구분한 후 설치해야하는 번거로움이 있다.

또한, 와셔는 좌ㆍ우 대칭구조로 되어 있기 때문에 전해액 주입공이나 안전벤트를 커버하여 그 위치 파악이 어려운 문제점이 있다. 즉, 작업자가 와셔를 들추어 안전벤트의 위치를 확인한 후 전극단자와 전극리드선을 용접해야 하므로 작업효율이 떨어지게 된다.

그리고, 전해액 주입공은 마개에 의해 밀봉됨에 따라, 마개의 돌출부분 만큼 와셔가 들뜨게 되는 문제점이 있다. 즉, 와셔가 수평을 이루지 못함에 따라 와셔의 상측으로 설치되는 그 밖의 부품들이 결합될 때 견고하지 못하게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 캡 플레이트의 상측에 와셔가 설치될 때 좌우 확인을 하는 번거로움을 줄이고 와셔가 설치된 후에도 안전벤트의 위치를 확인할 수 있는 이차 전지를 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 와셔의 구조를 변경하여 전해액 주입공을 커버하는 마개와 와셔가 접촉되어 와셔가 들뜨는 것이 방지되는 이차 전지를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1,2전극, 세퍼레이터가 권취된 전 극 조립체 및 전해액을 수용하는 캔과, 상기 캔의 상측을 커버하며 중심부에는 상기 제1,2전극 중 어느 하나와 연결도록 전극단자가 삽입되는 단자통공이 형성되고, 일측에는 안전벤트가 형성되며, 타측에는 전해액 주입공이 형성된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체 및 상기 캡 조립체의 상측에 설치되어 상기 캡 플레이트와 상기 전극단자를 절연시킴과 아울러, 상기 단자통공을 중심으로 좌우가 대칭형으로 형성된 와셔를 포함하는 이차 전지를 포함한다.

상기 와셔는 상기 안전벤트와 상기 전해액 주입공을 노출시키도록 형성된 것이 좋다.

상기 와셔는 상기 단자 통공을 중심으로 양측에 동일한 길이를 갖도록 형성되되 상기 안전벤트와 상기 전해액 주입공을 커버하지 않는 길이로 형성될 수 있따.

상기 와셔는 양측에 동일한 크기와 간격으로 노출홀이 형성될 수 있다.

상기 전해액 주입공은 마개에 의해 밀봉되며 마개는 상면에 절연물질이 코팅된 것이 좋다.

상기 와셔의 상측는 상기 캡 플레이트의 상면을 커버하는 절연부재가 설치되며, 상기 절연부재는 절연테이프일 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 더욱 자세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 분리사시도이고, 도 2는 도 1을 A-A'방향으로 절단한 단면도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 와셔가 결합된 캔의 상면도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 와셔의 배면을 도시한 사시도이다.

이들 도면을 참조하면, 이차 전지(100)는 일측이 개구된 캔(110)과, 캔(110)의 내부에 수용되는 전극 조립체(250)와, 캔(110)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(310)를 포함하여 마감하는 캡 조립체(300) 및, 캡 플레이트(310)의 상측에 설치되는 와셔(500)로 이루어진다.

캔(110)은 대략 사각박스형으로 된 금속재로 이루어지고, 그 자체가 단자 역할을 수행할 수 있다.

전극 조립체(250)는 제1전극탭(215)이 부착된 제1전극(210)과, 제2전극탭(225)이 부착된 제2전극(220) 사이에 개재된 세퍼레이터(230)가 권취된 젤리-롤형으로 된다.

캡 조립체(300)는 캡 플레이트(310)와, 절연 플레이트(340)와, 터미널 플레이트(350) 및 전극 단자(320)를 포함한다.

캡 플레이트(310)는 캔(110)의 개구부와 상응하는 크기와 형상을 가진 금속판으로 형성되어 그 중앙에 전극 단자(320)가 삽입되는 제1단자통공(311)이 형성된다.

전극 단자(320)는 제1전극탭(215) 또는 제2전극탭(225)과 연결되어 음극 또는 양극 단자로 작용하게 된다. 전극 단자(320)가 제1단자통공(311)에 삽입될 때는 전극 단자(320)와 캡 플레이트(310)의 절연을 위해 전극 단자(320)의 외면에는 튜브형의 개스킷(330)이 결합되어 함께 삽입된다. 여기서, 전극 단자(320)는 음극인 것이 바람직하다.

캡 플레이트(310)의 일측에는 전지 내부의 압력이 상승하거나 폭발될 때 그 압력이 위험 수위의 압력보다 낮은 압력에서 파열되도록 일정 깊이의 홈을 형성하여 그 두께를 얇게 하거나 홀을 형성하여 홀에 박판을 용접하여 밀봉한 안전벤트(317)가 마련된다. 타측에는 소정 크기의 전해액 주입공(312)이 형성되고, 전해액 주입공(312)은 캡 조립체(300)가 캔(110)의 개구에 조립된 후, 전해액을 주입하는 통로가 되며 마개(315)로 밀봉된다. 이때, 마개(315)의 상면에는 마개(315)와 캡 플레이트(310)가 접촉되어 쇼트되는 것을 방지하도록 절연물질이 도포되는 것이 좋다.

절연 플레이트(340)는 개스킷(330)과 같이 절연물질로 형성되며 캡 플레이트(310)의 하면에 결합된다. 절연 플레이트(340)는 캡 플레이트(310)의 제1단자통공(311)에 대응되는 위치에 제2단자통공(341)이 형성된다.

터미널 플레이트(350)는 Ni금속 또는 이의 합금으로 형성되며, 절연 플레이트(340)의 하면에 결합된다. 터미널 플레이트(350)는 캡 플레이트(310)의 제1단자통공(311)에 대응되는 위치에 전극 단자(320)가 삽입되는 제3단자통공(351)이 형성된다. 이에, 전극 단자(320)는 개스킷(330)에 의하여 캡 플레이트(310)와 전기적으로 절연되면서 터미널 플레이트(350)와 전기적으로 연결된다.

또한, 전극 조립체(250)의 상면에는 전극 조립체(250)와 캡 조립체(310)를 전기적으로 절연시키도록 전극 조립체(250)의 상단을 커버하는 절연 케이스(360)가 설치된다.

캡 플레이트(310)의 상측에는 전극단자(320)에 연결되어 캡 플레이트(310)를 지나는 전극리드선(600)과 캡 플레이트(310) 사이를 절연시키기 위한 와셔(500)가 설치된다. 즉, 와셔(500)는 전극 단자(320)가 제1전극탭(215)과 연결되고, 캡 플레이트(310)가 제2전극탭(225)과 연결되어 서로 다른 극성을 갖는 전극단자(320)와 캡 플레이트(310) 사이를 절연시키는 것이다.

여기서, 와셔(500)는 절연체로 형성되며, 중심부에 전극 리드선(600)과 연결되는 전극 단자(320)가 노출되도록 전극단자홀(510)이 형성된다. 또한, 와셔(500)는 전극단자홀(510)을 중심으로 좌우가 대칭되게 형성되며, 안전벤트(317)와 전해액 주입공(312)을 노출시킬 수 있도록 형성된다.

이러한 와셔(500)는 캡 플레이트(310)의 상측에 설치되면서도 안전벤트(317)와 전해액 주입공(312)을 커버하지 않고 노출될 수 있는 길이로 형성되되 그 길이는 좌우 동일하게 형성될 수 있다.

그리고, 와셔(500)는 도 4와 도 5a,5b에 도시된 바와 같이, 안전벤트(317)와 전해액 주입공(312)이 노출될 수 있도록 노출홀(521,530)이 형성될 수 있다. 이때 노출홀(521,530)은 전극단자홀(510)을 중심으로 대칭형으로 형성되며 대칭형으로 형성되지 않은 안전벤트(317)와 전해액 주입공(312)이 모두 노출될 수 있는 크기로서 안전벤트(317)나 전해액 주입공(312)보다 크게 형성되어야 한다.

여기서, 대칭형으로 형성된 와셔(500)의 일측으로 노출된 전해액 주입공(312)은 이를 밀봉하기 위한 마개(315)가 구비되고, 마개(315)에는 전극단자(320)와 캡 플레이트(310)의 단락을 방지하도록 상측에 절연물질이 도포되는 것이 좋다.

와셔(500)의 배면에는 적어도 두개 이상의 지지부재(540)가 설치되어 캡 플 레이트(310)와 이격되게 설치된다. 이때, 지지부재(540)의 높이(H)는 전해액 주입공(312)을 밀봉하는 마개(315)의 상면이 와셔(500)의 상면으로 돌출되지 않는 최소의 높이(h)로 형성되어 와셔(500)의 상면으로 마개(315)가 돌출되지 않도록 하는 것이 바람직하며, 마개(315)의 상면은 절연물질로 코팅되어 캡 플레이트(310)와 와셔(500)를 절연시키는 것은 물론이다. 이때, 지지부재(540)의 저면에는 접착제층(541)이 구비되어 와셔(500)와 캡 플레이트(310)가 고정된다.

한편, 전극 단자(320)는 전극 리드선(600)과 연결되어 도시되지 않은 외부단자와 연결된다.

여기서, 전극 단자(320)와 연결되는 전극 리드선(600)은 캡 플레이트(310)와 절연되어야 한다. 이에 캡 플레이트(310)의 상측 즉, 캡 플레이트(310)와 전극 리드선(600) 사이에는 절연부재(400)가 설치된다.

여기서, 절연부재는 접착성을 가지며 얇은 재질로 형성된 절연테이프로서 와셔(500)의 상면과 와셔(500)로 커버되지 않은 안전벤트(317)와 전해액 주입공(312)이 형성된 캡 플레이트(310)의 상면을 모두 커버하도록 설치된다.

이에 따라, 캡 플레이트(310)의 상측에 와셔(500)가 설치되면, 캡 플레이트(310)와 전극단자(320)를 절연시키는 것은 물론이고, 좌우 대칭형으로 형성되므로 와셔(500)를 캡 플레이트(310)의 상측에 설치할 때 좌우를 구분하여 설치하지 않아도 된다. 따라서, 이차전지를 생산하는 공정에 있어서, 와셔(500)를 설치할 때 와셔(500)의 좌우를 구분하기 위한 공정이 줄어들게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 이차 전지는 와셔가 좌우대칭형으로 형성되므로 캡 플레이트의 상측에 와셔를 설치할 때, 와셔의 좌우를 구분하는 공정이 줄어들어 공정이 간단해지는 이점이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 후술하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (8)

1. 제1,2전극, 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 캔;

   상기 캔의 상측을 커버하며 중심부에는 상기 제1,2전극 중 어느 하나와 연결도록 전극단자가 삽입되어 돌출되는 단자통공이 형성되고, 일측에는 안전벤트가 형성되며, 타측에는 전해액 주입공이 형성된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 및

   중심부에 상기 캡 플레이트의 단자통공을 관통한 상기 전극단자가 통과하여 외부로 노출되는 전극단자홀이 형성되고 상기 전극단자홀을 중심으로 좌우가 대칭으로 형성되어 상기 캡 조립체의 상측에서 상기 캡 플레이트와 상기 전극단자를 절연시키면서 상기 안전벤트와 상기 전해액 주입공을 노출시키도록 설치되는 와셔를 포함하는 이차 전지.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 와셔의 상측는 상기 캡 플레이트의 상면을 커버하는 절연부재가 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 절연부재는 절연테이프인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 와셔는 상기 단자 통공을 중심으로 양측에 동일한 길이를 갖도록 형성되되 상기 안전벤트와 상기 전해액 주입공을 커버하지 않는 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 와셔는 양측에 동일한 크기와 간격으로 노출홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 노출홀은 상기 캡 플레이트에 형성된 전해액 주입공과 안전벤트를 각각 노출시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 전해액 주입공은 마개에 의해 밀봉되며 마개는 상면에 절연물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지.

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