KR100686837B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

이차 전지는 일측이 개구된 케이스와, 케이스의 내부에 수용되며 상측으로 제1,2전극탭이 인출되는 전극 조립체 및 일정 길이만큼 상측으로 돌출된 상측의 원주가 하측의 원주보다 더 크게 형성된 전극단자와 전극단자가 삽입된 가스켓이 삽입된 단자통공에 소정의 깊이만큼 내측으로 함몰된 단차를 갖는 캡 플레이트를 갖는 캡 조립체를 포함하므로, 전극단자와 전극단자를 감싸는 가스켓이 캡 플레이트에 내설될 수 있어 가스켓의 변형을 줄일수 있는 이점이 있다.

이차 전지, 절연부재, 가스켓, 캡 플레이트, 전극단자, 단차

Description

이차 전지 { SECONDARY BATTERY }

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분리사시도,

도 2는 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 117 : 단차

120 : 가스켓 130 : 전극단자

140 : 절연플레이트 141 : 제2단자통공

150 : 터미널 플레이트 151 : 제3단자통공

160 : 절연케이스 170 : 절연부재

200 : 케이스 210 : 제1전극

215 : 제1전극탭 220 : 제2전극

225 : 제2전극탭 230 : 세퍼레이터

250 : 전극조립체 300 : 보호회로기판

310,320 : 제1,2외부단자 410,420 : 제1,2전극리드선

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캡 플레이트와 가스켓이 구비된 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 플레이트와 절연플레이트 그리고 터미널 플레이트는 전극단자가 회전하면서 가스켓에 삽입됨과 아울러 이들을 관통하여 결합된다.

그런데, 이러한 종래의 이차 전지는 전극단자가 회전하면서 가압되어 가스켓에 삽입됨에 따라 가스켓의 모양이 변형되는 문제점이 있다. 즉, 스피너에 의해 회 전하는 전극단자는 가스켓에 삽입될 때 연질의 절연물질로 형성된 가스켓이 퍼지도록 변형시킨다.

따라서, 전극단자는 가스켓이 변형됨에 따라 캡 플레이트와 접촉되어 단락될 수 있다.

또한, 이차 전지는 케이스를 마감하는 캡 조립체를 케이스에 결합시키는 조립공정을 진행하기 위해 캡 조립체를 가압하면, 가스켓의 변형과 더불어 절연플레이트가 변형되어 회전되면서 캡 플레이트와 터미널 플레이트가 접촉되어 단락될 수 있는 문제점이 있다. 즉, 캡 플레이트는 가스켓이 변형되면 회전하면서 삽입되는 전극단자에 의해 함께 회전하려고 하는 터미널 플레이트와 절연 플레이트의 회전을 유발시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극단자가 가스켓에 삽입될 때 가스켓의 변형을 방지할 수 있는 캡 조립체를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 전극조립체가 수용되는 공간을 추가로 확보하여 성능이 향상된 이차 전지를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일측이 개구된 케이스; 상기 케이스의 내부에 수용되며 상측으로 제1,2전극탭이 인출되는 전극 조립체 및; 일정 길이만큼 상측으로 돌출된 상측의 원주가 하측의 원주보다 더 크게 형성된 전극단자와, 상기 전극단자가 삽입되는 단자통공이 형성된 캡플레이트와, 상기 전극단자와 상기 캡플레이트의 단자통공 사이에 개재되는 가스켓;을 포함하는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 캡플레이트의 단자통공의 내주면에 상기 가스켓이 캡플레이트의 상면으로 돌출되지 않도록 안착되게 함몰형성된 단차를 갖는 것을 특징으로 한다.
이러한 캡플레이트의 단자통공에 형성된 단차에는 상기 가스켓의 상단부에 돌출형성된 머리부가 안착되는 것이 바람직하다.

상기 가스켓의 외면은 상기 단차와 대응되게 형성되고, 상기 상기 가스켓의 내면은 상기 전극단자의 외면과 대응되게 형성된 것이 좋다.

상기 캡 플레이트의 단차는 0.3~0.5mm일 수 있으며, 상기 캡 플레이트의 두께는 0.8~1mm일 수 있다.

상기 전극단자의 상면은 상기 캡 플레이트의 단자통공에 설치되어 상기 캡 플레이트의 상면과 동일수준을 이루도록 형성될 수 있다.

상기 가스켓은 상기 전극단자의 측면을 커버하도록 전극단자의 높이와 동일한 높이로 형성된 것이 좋다.

상기 캡 플레이트의 상면에는 상기 전극단자를 노출시키는 절연부재가 구비된 것이 좋다.

상기 절연부재는 절연 테이프일 수 있다.

상기 케이스는 사각 캔형으로 형성될 수 있으며, 상기 전극단자는 음극인 것이 좋다.

이하에서는 본 발명에 따른 이차 전지의 실시예를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 2는 발명에 따른 이차 전지의 분리사시도이고, 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 베어셀을 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 폴 리 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)이 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 단자 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)는 전극단자(130)가 삽입되는 제1단자통공(111)에 단차(117)가 형성된다. 이에, 전극단자(130)와 전극단자(130)의 외면을 커버하는 가스켓(120)은 단차(117)에 안착될 수 있도록 일정한 길이만큼 상측의 원주가 하측의 원주보다 더 크게 형성된 못형태로 형성되어 캡 플레이트(110)에 형성된 단차(117)에 안착된다. 즉, 가스켓(120)의 외면은 캡 플레이트(110)의 단차(117)와 대응되게 형성되고, 카스켓(120)의 내면은 전극단자(130)의 외면과 대응되게 형성되는 것이 좋다. 이때, 가스켓(120)은 그 높이가 전극단자(130)의 높이와 동일하게 형성된 것이 바람직하다. 다시 설명하면, 가스켓(120)은 전극단자(130)가 캡 플레이트(110)의 단차(117)에 안착되므로 전극단자(130)의 외측면은 캡 플레이트(110)와 접촉될 수 있다. 이에, 가스켓(120)이 전극단자(130)의 높이와 동일하게 형성되면 전극단자의 측면이 캡 플레이트(110)와 접촉되는 것이 방지된다.

여기서, 캡 플레이트(110)의 두께는 0.8~1mm정도로 형성되고, 캡 플레이트(110)의 단차(117)는 전극단자(130)의 상측이 안착될 수 있도록 0.3~0.5mm로 형성될 수 있다. 따라서, 전극단자(130)는 캡 플레이트(110)에 형성된 단차(117)에 상측이 안착되도록 삽입됨에 따라 전극단자(130)의 상면과 캡 플레이트(110)의 상면은 동일수준을 이루도록 설치될 수 있다.

이때, 이차전지는 캡 플레이트(110)와 전극단자(130)가 동일수준을 이루며 설치됨에 따라, 종래에 전극단자(130)의 상측이 캡 플레이트(110)의 상측으로 돌출되게 설치될 때보다 총길이가 줄어들게 된다. 따라서, 이차 전지는 캡 플레이트(110) 단차(117)의 길이만큼 전극조립체(250)의 길이를 길게 형성하여 이차 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 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 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 플레이 트(140)의 하면에 결합된다. 터미널 플레이트(150)는 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)에 대응되는 제3단자통공(151)이 형성된다.

전극 조립체(250)의 상측에는 전극 조립체(250)와 캡 조립체(100)와의 전기적 절연과 전극 조립체(250)의 상단부를 커버하는 절연케이스(160)가 설치된다. 절연케이스(160)는 전극 조립체(250)의 상측으로 인출된 제1,2전극단자(215,225)가 관통되는 리드 통공(163,165)이 형성되고 측방에는 전해액 주입공(113)과 연통되는 전해액 통과공(161)이 형성된다.

또한, 절연케이스(160)는 전극 조립체(250)의 상측에 설치되어 전극 조립체(250)와 캡 플레이트(110)를 절연시키는 것으로서, 절연성을 갖는 고분자 수지로써, 바람직하게는 폴리프로필렌으로 이루어지나, 본 발명의 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

한편, 캡 조립체(100)는 제1,2전극리드선(410,420)을 매개로 제1,2전극탭(215,225)과 제1,2외부단자(310,320)를 연결하는 보호회로기판(300)이 설치된다. 보호회로기판(300)은 합성수지 판넬에 회로칩들을 포함하여 회로가 형성된다.

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(170)가 설치된다.

즉, 캡 플레이트(100)의 상면에는 일측에 절연부재(170)가 설치되고, 일측이 제1전극탭(215)과 연결된 전극단자(130)의 상면에 안착되고 타측이 절연부재(170)에 안착되는 제1전극리드선(420)이 설치된다.

또한, 절연부재(170)에는 전극단자(130)를 노출시키는 절연홀(171)이 형성되어 절연홀(171)을 통해 노출된 전극단자(130)는 제1전극리드선(420)과 연결될 수 있다. 절연부재(170)는 그 두께가 얇고 고정될 수 있는 접착성을 갖는 절연테이프일 수 있다.

캡 플레이트(110)의 상면 타측에는 제2전극리드선(410)이 설치되어 캡 플레이트(110)와 접촉된 제2전극탭(225)과 연결된다.

상기와 같은 케이스(200)는 사각 캔형일 수 있으며, 전극단자(130)는 음극단자인 것이 바람직하다.

따라서, 전극단자(130)는 캡 플레이트(110)에 형성된 단차(117)에 의해 그 상면이 캡 플레이트(110)의 상면과 동일수준을 이룸에 따라 전극단자(130)와 함께 캡 플레이트(110)에 내설된 가스켓(120)이 변형됨을 줄여줄 수 있다.

본 발명에 따르면, 이차 전지는 캡 플레이트에 형성된 단차에 의해 전극단자와 전극단자를 감싸는 가스켓이 캡 플레이트에 내설될 수 있으므로 가스켓의 변형을 줄일수 있는 이점이 있다.

또한, 이차 전지는 가스켓의 변형됨에 의해 전극단자나 캡 플레이트가 단락되는 것을 줄일 수 있는 이점이 있다.

그리고, 전극단자와 가스켓은 캡 플레이트의 내측 단차에 설치되어 상면이 캡 플레이트의 상면과 동일수준을 이룰 수 있으므로 단차의 깊이만큼 공간을 확보 할 수 있다. 따라서, 이차 전지는 그 공간만큼 전극 조립체의 크기를 크게 형성하여 성능을 향상시킬 수 있는 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 (11)

1. 일측이 개구된 케이스; 상기 케이스의 내부에 수용되며 상측으로 제1,2전극탭이 인출되는 전극 조립체 및; 일정 길이만큼 상측으로 돌출된 상측의 원주가 하측의 원주보다 더 크게 형성된 전극단자와, 상기 전극단자가 삽입되는 단자통공이 형성된 캡플레이트와, 상기 전극단자와 상기 캡플레이트의 단자통공 사이에 개재되는 가스켓;을 포함하는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서,

   상기 캡플레이트의 단자통공의 내주면에 상기 가스켓이 캡플레이트의 상면으로 돌출되지 않도록 안착되게 함몰형성된 단차를 갖는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 캡플레이트의 단자통공에 형성된 단차에는 상기 가스켓의 상단부에 돌출형성된 머리부가 안착되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 가스켓의 내면은 상기 전극단자의 외면과 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 캡 플레이트의 단차의 함몰된 깊이는 0.3~0.5mm인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 캡 플레이트의 두께는 0.8~1mm인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 전극단자의 상면은 상기 캡 플레이트의 단자통공에 설치되어 상기 캡 플레이트의 상면과 동일수준을 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 가스켓은 상기 전극단자의 측면을 커버하도록 상기 전극단자의 높이와 동일한 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 캡 플레이트의 상면에는 상기 전극단자를 노출시키는 절연부재가 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 절연부재는 절연 테이프인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 케이스는 사각 캔형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 전극단자는 음극인 것을 특징으로 하는 이차 전지.

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