KR100686839B1

KR100686839B1 - 이차전지

Info

Publication number: KR100686839B1
Application number: KR1020050041019A
Authority: KR
Inventors: 김대규; 최우혁
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2007-02-26
Also published as: KR20060118719A

Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 조립체와 전해질이 수납된 캔의 상측 개구에 개스킷을 개재하여 결합되며, 적어도 두 개의 적층부재를 포함하고, 상기 적층부재 가운데 상하에 위치하는 어느 두 적층부재의 접촉부에 쌍을 이루는 돌기와 홈을 포함하는 캡 어셈블리를 채용함으로써 부품간의 접촉 저항을 줄여 수명 성능을 향상시킨 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차전지{Secondary battery}

도1은 종래의 이차전지의 구조를 도시한 정단면도,

도2는 종래의 이차전지의 구조를 도시한 분해 사시도,

도3은 종래의 이차전지의 구조를 도시한 부분 정단면도,

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리를 채용한 이차전지의 부분 정단면도,

도5a는 본 발명의 일 실시예에 따라 채용한 캡 어셈블리의 적층부재인 캡업의 저면도,

도5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 채용한 캡 어셈블리의 적층부재인 캡업과 하부 부품의 분해 단면도,

도5c는 본 발명의 일 실시예에 따라 채용한 캡 어셈블리의 적층부재인 캡업과 하부 부품의 분해 단면도,

도6a는 본 발명의 일 실시예에 따라 채용한 캡 어셈블리의 적층부재인 캡업의 저면도,

도6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 채용한 캡 어셈블리의 적층부재인 캡업과 하부 부품의 분해 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 캔

13a, 13b: 절연판 20: 전극 조립체

21, 23: 세퍼레이터 25: 전극

27, 29: 전극탭 30: 가스켓

40: 벤트 50: 전류차단기(CID)

60: 전류제어기

70: 캡업(cap up) 80: 캡 어셈블리

71, 71’, 61, 51: 돌기 62’, 52: 홈

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 조립체와 전해질이 수납된 캔의 상측 개구에 개스킷을 개재하여 결합되며, 적어도 두 개의 적층부재를 포함하고, 상기 적층부재의 접촉부에 쌍을 이루는 돌기와 홈을 포함하는 캡 어셈블리를 채용함으로써 적층부재간의 접촉 저항을 줄여 수명성능을 향상시킨 이차전지에 관한 것이다.

이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 근래에 그 개발이 급속히 이루어지고, 사용도 급속히 증가하고 있다. 이차 전지는 전극 활물질에 따라 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬이온(Li-ion) 전지 등으로 나뉠 수 있다.

리튬 이차 전지는 또한 전극 조립체가 수용되는 용기의 형태에 따라 캔형과 파우치형으로 나눌 수 있다.

캔형 이차 전지는 형태에 따라 각형과 원통형 전지로 나뉠 수 있다. 각형은 용기를 직육면체형으로 혹은 직육면체의 측벽 모서리에 곡률을 주어 얇게 성형한 것이다. 원통형은 비교적 대용량의 전자 전기 기기에 많이 사용되며, 복수 개가 결합되어 전지 팩을 형성하는 형태로 많이 사용된다.

도1은 종래의 이차전지의 구조를 도시한 정단면도이고, 도2는 종래의 이차전지의 구조를 도시한 분해 사시도이며, 도3은 종래의 이차전지의 구조를 도시한 부분 정단면도이다.

이하, 도1 내지 도3을 참조하여 종래의 원통형 이차전지의 형성방법을 살펴보기로 한다.

먼저, 직사각형의 판형으로 형성되며, 세퍼레이터(21,23)을 사이에 개재한 양극(22) 및 음극(25)을 배치하고, 와형으로 권취하여 젤리롤로 통칭되는 전극 조립체(20)를 형성한다. 각 전극판은 금속 포일로 이루어지는 집전체에 활물질 슬러리를 도포하여 형성한다.

다음으로, 하부 절연판(13b)을 캔(10)의 개구부를 통해 캔(10)의 저부에 배치시킨 후, 전극 조립체(20)를 하부 절연판(13b) 상에 위치시킨다. 캔(10)의 내부에는 전극 조립체(20)가 캔의 내부에서 유동하는 것을 막기 위한 비드(도시 생략) 가 미리 설치되어 있다. 이후, 전해액을 주입한 후, 상부 절연판(13a)로 전극 조립체(20)의 상부를 덮는다.

또한 캔의 개구부 내측 벽에는 캔(10)의 내부와 외기와의 기밀성을 높이고, 캔의 뚜껑으로서 기능하는 캡 어셈블리(80)와 캔(10)을 절연시키는 절연 개스킷(30)이 설치되어 있다.

캡 어셈블리(80)는 도3에 도시된 바와 같이, 상부로부터 적층부재가 순차적으로 배치되며, 예를 들면, 캡업(70), 전류제어기(60), 전류차단기(Current Interrupt Device: CID)(50), 및 벤트(40)로 구성된다. 벤트(40) 위쪽에 위치한 전류 차단기(50)는 벤트(40)의 하향 돌출된 벤트 오목부(42)가 전지의 내부 압력에 의해 위로 볼록하게 변형되면 파단이 되도록 되어 있다. 상기 전류 차단기(50) 위에는 전지의 과열에 의해 전지 내 전류의 흐름을 차단하는 PTC(Positive Thermal Coefficient) 소자, 또는 PTC 소자를 대체하거나 PTC 위쪽에 별도의 보호회로 기판으로 이루어진다. PTC 소자는 도전성을 갖는 반도체의 일종으로서, 정상 작동 온도에서는 전기적으로 도전 가능한 상태에 놓여 있다가 일정 온도 이상으로 과열되면 분자의 배열 변화에 의해 저항이 급격히 증가하여 부도체로서 전기가 흐르지 않게 되는 특성을 갖는다.

다음으로, 도3에 도시된 바와 같이, 개스킷(30)과 결합된 캡업(70) 등을 마개로 원통형 캔(10)의 개구부 벽체에 내측 및 아래쪽으로 압력을 가해 캔을 봉합하는 크림핑(crimping) 작업을 하고, 또한, 전지의 외부에 외장재를 입히는 튜빙(tubing) 작업을 하여 이차전지를 완성시킨다.

그러나, 상술한 종래의 이차전지 형성방법에 의하면, 캔을 크림핑하여 전지가 밀봉되도록 하여도 접촉 표면간의 미세한 틈새가 종종 발생하게 되며, 따라서 종래의 캡 어셈블리에서는 적층 부재들 사이의 표면 접촉에 의해 접촉 저항이 발생하게 되고, 이는 용접된 것에 비해 큰 저항값을 가진다. 따라서, 전지의 내부 저항이 증가되어 충방전 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 이차전지의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 캡업과 그 하부 부품들 간의 접촉을 밀접하게 하여, 밀폐성을 높이고, 접촉 저항을 줄일 수 있는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.

상기 과제 해결을 위해 본 발명은,

전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수납되는 캔, 상기 캔의 개구부를 마감하는캡 어셈블리를 구비한 이차전지에 있어서,

상기 캡 어셈블리가 전극 조립체와 전해질이 수납된 캔의 상측 개구에 개스킷을 개재하여 결합되며, 적어도 두 개의 적층부재를 포함하고, 상기 적층부재 가운데 상하에 위치하는 어느 두 적층부재의 접촉부에 쌍을 이루는 돌기와 홈을 포함하는 이차전지를 제공한다.

상기 돌기와 홈은 캡업의 중심으로부터 일정 거리에 다수 형성될 수 있다.

상기 돌기와 홈은 캡 어셈블리의 적층부재 사이에 적어도 하나 또는 모두에 형성될 수 있다. 상기 적층부재는 캡업, 전류제어기, 전류 차단기(Current Interrupt Device: CID) 또는 벤트를 포함할 수 있다.

상기 돌기는 요철형일 수 있으며 상기 돌기를 포함하는 적층 부재와 접촉하는 하부 적층부재는 상기 돌기와 쌍을 이룰 수 있는 홈을 포함한다.

상기 돌기는 링형일 수 있으며, 상기 돌기를 포함하는 적층부재와 접촉하는 하부 적층부재는 상기 돌기와 쌍을 이룰 수 있는 홈을 포함한다.

상기 링형 돌기와 이에 대응하는 링형 홈은 캡업을 중심으로 일정 거리로 다수 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 도4 내지 도 6b를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 실시예의 설명에서 종래의 구성 요소와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 이용하고, 중복 설명을 피하기 위하여 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 도시한 정단면도이다.

이차전지는 양극(22), 음극(25) 및 이들 사이에 개재된 세퍼레이터(21)가 함께 권취된 전극 롤을 부극과 접속된 캔(10)의 내부에 수납하고, 그 내부에 전해질이 주입되고, 그 캔의 개구 내측에 삽입된 개스킷(30)을 개재하여 절연된 상태로 양극(22)과 접속한 캡 어셈블리(80)가 캔(10)과 결합되는 구조로 이루어진다. 캡 어셈블리 설치를 위해 먼저 개스킷 설치 후 벤트(40)의 하향 돌출된 벤트의 오목부(42)에는 상부 전극 텝(27)이 용접된다.

본 발명의 일실시예에 따른 이차전지에 채용되는 상기 캡 어셈블리(80)는 도4에 도시된 바와 같이, 개스킷(30)을 개재하여 캔과 절연되며, 하부 표면에 적어도 하나의 돌기(71)를 갖는 캡업(70), 상기 돌기(71)과 쌍을 이루는 홈(62)을 상부에 갖는 전류제어기(60), 전류제어기(60)의 하부에 배치되는 전류차단기(50) 및 전류차단기(50)의 하부에 배치되는 벤트(40)를 구비한다. 이와 같은 구성의 캡 어셈블리(80)는 캔(10)의 개구를 크림핑함으로써 캔(10)에 견고하게 조립되며, 또한, 캡업(70) 하부 표면의 돌기(71)와 전류제어기 상부 표면의 홈(62)이 서로 맞물려서 더욱 확실하게 전지를 밀봉하기 때문에 밀폐압을 높이고, 캡업(70)과 전류제어기(60) 사이의 접촉저항을 줄일 수 있게 된다.

본 발명의 일실시예에 따르면 상기 돌기 및 그에 대응하는 홈은, 도5a~5c에 도시된 바와 같이, 캡업(70)과 전류제어기(60) 사이, 전류제어기(60)와 CID(50) 사이, CID(50)와 벤트(40) 사이에 적어도 하나, 또는 모두에 형성될 수 있다. 또한, 상기 돌기 및 그에 대응하는 홈은, 요철형 돌기 및 이에 대응하는 홈, 또는 도 6a~6b에 도시된 바와 같이 링형 돌기(71’) 및 링형 홈(62’)으로 이루어질 수 있다.

이상 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 종사하는 기술자라면 상기한 실시예를 통해 수정, 변경이 가능하며, 이러한 수정, 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것이 당연하다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 이차전지의 캡 어셈블리에 의하면, 캡 어셈블리를 구성하는 부품들 간의 결합이 더욱 견고하고 밀착되게 되므로 캡 어셈블리 부품간의 접촉 저항을 줄여 전지 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수납되는 캔, 상기 캔의 개구부를 마감하는캡 어셈블리를 구비한 이차전지에 있어서,

상기 캡 어셈블리가 전극 조립체와 전해질이 수납된 캔의 상측 개구에 개스킷을 개재하여 결합되며, 적어도 두 개의 적층부재를 포함하고, 상기 적층부재 가운데 상하에 위치하는 어느 두 적층부재의 접촉부에 쌍을 이루는 돌기와 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,

상기 돌기가 요철 형상이고 상기 홈이 상기 돌기와 쌍을 이루는 형상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제2항에 있어서,

상기 돌기와 홈이 캡업의 중심으로부터 일정 거리에 다수 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,

상기 돌기가 링 형상이고 상기 홈이 상기 돌기와 쌍을 이루는 링 형상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 4 항에 있어서,

상기 돌기와 홈이 캡업의 중심으로부터 일정 거리에 다수 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 돌기와 홈이 상기 적층부재 사이에 적어도 하나 또는 모두에 형성되는 것을 특징으로 이차전지.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 적층부재가 캡업, 전류제어기, 전류차단기 또는 벤트인 것을 특징으로 하는 이차전지.