KR100709884B1

KR100709884B1 - 각형 이차전지

Info

Publication number: KR100709884B1
Application number: KR1020050088652A
Authority: KR
Inventors: 이유훈
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2007-04-20
Also published as: KR20070034219A

Abstract

본 발명은 각형 이차전지에 관한 것으로, 상세하게는 케이스를 밀봉하는 캡 조립체와 탭의 결합 구조를 개선하여, 캡 조립체과 전극 탭을 간단하고 용이하게 결합할 수 있도록, 즉, 별도의 용접공정 없이도 캡 조립체와 탭의 결합이 가능하게 하거나, 용접방법을 사용하더라도 용이하게 용접을 수행할 수 있도록 하여 제조공정을 단순화시킨 개선된 결합 구조를 갖는 각형 이차전지에 관한 것이다.

캡 조립체, 탭, 결합, 이차전지

Description

각형 이차전지{A rectangular rechargeable battery}

도 1은 종래의 각형 이차전지를 일부 도시한 부분 단면도,

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지의 부분 단면도이며,

도 2b는 도 2a의 A의 부분 확대도이며, 도 2c는 도 2a의 B의 부분 확대도이며,

도 3은 도 2a의 돌기부와 수납부가 결합된 상태를 나타내는 상태도이며,

도 4는 전극 조립체의 권취전 상태를 개략적으로 도시한 평면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10, 20 : 각형 이차전지 200: 캡 조립체

210: 캡 플레이트 29: 돌기부

16, 26: 양극 탭 17, 27: 음극 탭

비디오 카메라, 휴대용 전화, 통신용 PC, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 휴대용 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동용 전원으로 쓰이는 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 충전 및 방전이 가능한 이차전지 예컨데 리튬 2차 전지는 기존의 납축전지, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 니켈-아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배 정도 높고 고속 충전이 가능하다.

그리고 리튬 2차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 폴리머 전지라고 부른다. 리튬 2차 전지는 여러 가지 형상으로 제조 가능한데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치 형이 있다. 특히 각형전지는 전자제품의 경량화 및 소형화를 하는데 있어 매우 중요하다.

도 1을 참조하면, 종래의 각형 리튬 이차전지(10)는 캔(11)과, 상기 캔(11) 의 내부에 수용되는 전극 조립체(12)와 상기 캔(11)에 결합되는 캡 조립체(100)를 포함한다.

상기 캔(11)은 각형의 케이스이며, 상기 전극 조립체(12)는 양극판(13), 세퍼레이터(14)와 음극판(15)이 젤리-롤(jelly-roll type)으로 와인딩되어 있으며, 상기 양극 및 음극판(13)(15)로부터 양극 탭 및 음극 탭(16)(17)이 각각 인출되어 있다.

상기 캡 조립체(100)는 상기 캔(11)의 상부에 결합되는 캡 플레이트(110)와, 가스켓(120)을 매개로 하여 상기 캡 플레이트(110)의 통공에 삽입되는 전극 단자(130)와, 상기 캡 플레이트(110)의 아랫면에 설치되는 절연 플레이트(140)와, 상기 절연 플레이트(140)의 아랫면에 설치되어서 상기 전극 단자(130)와 통전되는 단자 플레이트(150)을 포함하고 있다.

상기 캡 플레이트(110)에는 캔(11) 내부로 전해액이 주입되는 통로를 제공하는 전해액 주입공(111)이 형성되어 있고, 상기 전해액 주입공(111)은 볼(160)에 의해 밀폐되어 있다.

한편, 상기 캔(11)의 내부에는 상기 전극 조립체(12)의 상부에 위치하며, 상기 전극 조립체(12)와 캡 조립체(100)와의 절연을 위한 절연 케이스(170)가 설치되어 있다. 상기 절연 케이스(170)에는 음극 탭(17)이 인출되는 탭공(171)과, 전해액이 유입되는 전해액 유입공(172)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 양극 탭(16)은 상기 캡 플레이트(110)의 바닥면에 직접적으로 연결되어 있으며, 상기 음극 탭(17)은 상기 단자 플레이트(150)를 통하여 상기 음 극 단자(130)와 전기적으로 연결되어 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 종래의 각형 리튬 이차전지(10)는 상기 캔(11)의 내부에 젤리-롤형의 전극 조립체(12)를 삽입하고, 상기 전극 조립체(12)의 윗면에 절연 케이스(170)을 안착시킨다.

상기 전극 조립체(12)로부터 인출된 양극 탭(16)과, 음극 탭(17)은 캡 조립체(100)의 캡 플레이트(110)의 바닥면과, 음극 단자(130)에 각각 용접하게 된다.

양극 탭과 음극 탭을 캡 플레이트 바닥면과 음극단자에 각각 용접할 때 여러가지 용접방법들이 사용되고 있으며, 이들의 공통된 특징은 저항열이나 레이저 빔등으로 탭과 단자를 녹여 접합하는 것이다. 그러나 탭을 캡 플레이트나 단자 플레이트에 용접방법에 의해 결합시키는 경우, 용접이 완료되기까지 탭을 고정시키는 수단이 별도로 필요하며, 따라서 공정이 복잡해지고 생산속도가 하락되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 각형 이차전지의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 탭과 캡 조립체의 결합 구조를 개선하여 탭과 캡 조립체의 결합을 용이하게 하여, 제조공정을 단순화시킬 수 있는 개선된 결합 구조를 갖는 각형 이차전지를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은

양극 탭이 부착된 양극 판, 음극 탭이 부착된 음극 판 및 이들 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터가 배치된 전극 조립체;

상기 전극 조립체가 수용되는 캔; 및

상기 캔의 상부에 결합되는 캡 조립체를 포함하며,

상기 캡 조립체는 캡 플레이트, 절연 플레이트 및 단자 플레이트를 포함하며, 상기 캡 플레이트 및 상기 단자 플레이트 중 적어도 하나의 플레이트 하면에 삽입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지를 제공한다.

상기 탭은 상단에 상기 플레이트 하면에 형성된 삽입부와 결합가능한 수납부를 갖는 것이 바람직하다.

상기 캡 플레이트 또는 단자 플레이트에 형성된 삽입부는 돌기형으로 이루어지는 것이 바람직하며, 특히 원형 돌기형이 바람직하다.

상기 삽입부는 캡 플레이트와 일체로 몰드로 성형되거나 캡 플레이트에 부착될 수 있다.

상기 탭의 상단에 형성된 수납부는 홀 형상으로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 홀은 상기 돌기의 크기보다 작은 것이 바람직하며, 홀 중심에서 방사상으로 절개선을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 수납부의 장변은 3mm 이하인 것이 바람직하다.

상기 탭은 양극 탭 또는 음극 탭 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

상기 삽입부와 상기 수납부를 결합한 후 용접공정을 추가로 수행할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 캡 조립체 및 이를 채용한 각형 이차전지를 상세하게 설명한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지의 부분 단면도이며, 도 2b는 도 2a의 A의 부분 확대도이며, 도 2c는 도 2a의 B의 부분 확대도이며, 도 3은 도 2a의 돌기부와 수납부가 결합된 상태를 나타내는 상태도이며, 도 4는 전극 조립체의 권취전 상태를 개략적으로 도시한 평면도이다.

도면을 참조하면 상기 캡 조립체(200)는 캡 플레이트(210)를 구비하며, 상기 캡 플레이트(210)는 캔의 개방구(미도시)와 대응되는 크기와 형상을 갖는 평판형 금속이다. 상기 캡 플레이트(210) 중앙에는 소정 크기의 단자 통공(211)이 형성되어 있다. 상기 캡 플레이트(210)의 일측에는 전해액 주입공(260)이 형성되어 있다. 상기 전해액 주입공(260)에는 볼(270)이 밀폐 가능하게 결합된다.

상기 단자 통공(260)에는 하나의 전극 단자, 예컨대 음극 단자(230)가 삽입 가능하도록 위치하고 있다. 상기 음극 단자(230)의 외면에는 캡 플레이트(210)와의 절연을 위하여 튜브 형태의 가스켓(220)이 설치되어 있다. 상기 캡 플레이트(210)의 아랫면에는 절연 플레이트(240)가 설치되어 있다. 상기 절연 플레이트(240)의 아랫면에는 단자 플레이트(250)가 설치되어 있다.

상기 음극 단자(230)는 가스켓(220)이 그 외주면을 감싼 상태에서 상기 단자 통공(211)을 통하여 삽입되어 있다. 상기 음극 단자(230)의 저면부는 캔(미도시)과 캡 플라이트(210)가 결합되는 캡 플레이트(210)의 아랫 방향으로 노출되어서, 상기 절연 플레이트(240)와 단자 플레이트(250)가 개재된 상태에서 상기 캡 플레이트에 대하여 그 위치가 고정된다. 상기 음극 단자의 저면부는 단자 플레이트(250)와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 캡 플레이트(210)와 단자 플레이트(250)의 하면에는 삽입부(29, 29')가 각각 형성되어 있다. 상기 삽입부(29, 29')는 돌기형으로 이루어지며, 사각형, 삼각형, 원형등 여러 가지 형상이 가능하나 삽입의 용이성 및 주물의 편의성 등을 고려할 때 원형이 바람직하다.

상기 탭(26, 27)의 상단에는 수납부(31, 31')이 형성된다. 상기 수납부(31, 31')는 홀 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 수납부(31, 31')는 항상 열려진 상태이거나, 삽입부(29, 29')가 삽입되기 전에는 폐쇄상태이다가 상기 삽입부(29,29')가 삽입될 때는 개구되는 차폐가능한 형상으로도 이루어질 수 있다.

상기 캡 플레이트(210) 및 단자 플레이트(250)의 하면에 형성된 삽입부(29, 29')를 상기 탭(26, 27)의 상단에 형성된 수납부(31, 31')에 삽입함으로써 캡 조립체(200)와 탭(26, 27)를 별도의 용접공정 없이 용이하게 결합시킬 수 있다.

이렇게 제조된 캡 조립체(200)는 전극 조립체(미도시)로부터 인출된 탭(26, 27)과 결합시킬 때, 용접공정 없이도 결합이 가능하며, 용접공정에 의해 결합시킬 때는 별도의 탭 고정 수단 없이 바로 용접공정을 수행할 수 있어, 이차전지의 제조공정을 단순화시킬 수 있어 비용 절감 등의 효과를 가져올 수 있다.

이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지를 더욱 상세히 설명한 다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 다른 각형 이차전지의 단면도이다. 도면을 참조하면, 상기 이차전지는 캔(21)과 상기 캔(21)의 내부에 수용되는 전극 조립체(22), 및 상기 캔(21)의 상부에 결합되는 캡 조립체(210)를 포함한다.

상기 캔(21)은 그 내부에 중공이 형성된 사각틀 형상의 각형 금속재이고, 그 자체로서 단자 역할을 수행하는 것이 가능하다. 상기 캔의 상부는 개방구를 형성하고 있다. 상기 캔(21)의 바닥면에는 리튬 이차전지의 과충전으로 인하여 내압 상승시 다른 부위보다 먼저 파단되는 안전 플레이트(30)가 설치되어 있다.

상기 캔(21)의 내부에 수용되는 전극 조립체(22)는 양극판(23), 음극판(25)과 세퍼레이터(24)를 포함하고 있다. 상기 양극 및 음극판과 세퍼레이터(23, 25, 24)는 각각 한장의 스트립으로 이루어져 있고, 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치되어 젤리-롤 형으로 와인딩되어 있다. 상기 세퍼레이터(24)는 상기 양극 및 음극판(23, 25)의 절연을 위해 양극판과 음극판 사이에 개재되어 있다.

상기 양극판(23)은 박판의 알루미늄 호일로 된 양극 집전체와, 그 양면에 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 양극 활물질이 코팅되어 있다. 상기 양극판으로부터 양극 집전체의 양극 활물질층이 코팅되지 않은 영역에는 양극탭이 용접되어 있다. 상기 음극 탭의 단부도 상기 전극 조립체의 위 방향으로 노출되어 있다.

상기 세퍼레이터(24)는 폴리 에틸렌이나, 폴리 프로필렌, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름으로 이루어져 있으며, 양극판과 음극판 보다 폭을 넓게 형성하는 것이 극 판간의 단락을 방지하는데 유리하다.

본 발명에 따른 이차전지는 다음과 같이 제조된다. 즉, 상기 캔의 개방구를 통해 전극 조립체(22)가 삽입되고, 상기 캔의 상부에 캡 조립체(200)가 제공된다. 상기 캡 조립체(200)는 가스켓(220)의 외주면에 개재한 음극 단자(230)가 단자 통공을 통하여 캡 플레이트(210)에 삽입되어 있으며, 캡 플레이트(210)의 저면에 절연 플레이트(240)와, 단자 플레이트(250)를 배치한 상태에서 음극 단자(230)가 고정되어 있다. 상기 음극 단자(230)는 상기 단자 플레이트(250)와 전기적으로 연결되어 있다. 이때 양극 탭(26)의 수납부(31, 31')에 캡 플레이트(210) 및 단자 플레이트(240)의 하부에 형성된 삽입부(29, 29')를 삽입하여 캡 조립체(200)와 탭을 결합시킨다.

이로서 별도의 용접공정 없이도 탭과 캡 조립체의 부착이 가능하게 되어 공정이 단순해진다. 또한, 용접공정으로 탭과 캡 조립체를 부착하고자 하는 경우에는, 탭(26, 27)의 수납부(31, 31')에 캡 플레이트(210) 및 단자 플레이트(250)의 삽입부(29,29')를 삽입시키게 되면 별도의 탭 고정 수단없이도 용접을 용이하게 수행할 수 있게 된다. 이로서 각형 이차전지의 제조공정을 단순화하여 제조 공정의 속도를 가속화할 수 있게 되었다.

상기 실시예는 본 발명에 따른 캡 조립체를 채용한 이차전지의 일례이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 전문가는 본 발명에 따른 전극 조립체를 이용하여, 그에 맞도록 이차전지를 용이하게 제조할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 캡 조립체는 종래의 캡 조립체와 달리 캡 플레이트 하부에 함몰부를 형성하여 탭과 캡 조립체의 결합을 용이하게 하여, 별도의 용접공정 없이도 탭 부착이 가능하게 하였으며, 용접공정을 수행할때에는 별도의 탭 고정 수단없이도 용이하게 용접 공정을 수행할 수 있게 하여 이차전지의 제조공정을 단순화할 수 있게 하였다.

따라서, 본 발명에 따른 캡 조립체를 갖는 이차전지는 제조공정이 단순화하여 제조단가의 절감효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims

양극 탭이 부착된 양극판, 음극 탭이 부착된 음극판 및 이들 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터가 배치된 전극 조립체;

상기 전극 조립체가 수용되는 캔; 및

상기 캔의 상부에 결합되는 캡 조립체를 포함하며,

상기 캡 조립체는 캡 플레이트, 절연 플레이트 및 단자 플레이트를 포함하며, 상기 캡 플레이트 및 상기 단자 플레이트 중 적어도 하나의 플레이트 하면에 돌기형 삽입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
제1항에 있어서,

상기 탭이 상단에 상기 플레이트 하면에 형성된 돌기형 삽입부가 삽입되어 결합될 수 있는 형태의 수납부를 갖는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
제1항에 있어서,

상기 캡 플레이트 또는 단자 플레이트에 형성된 삽입부가 원형 돌기형으로 형성된 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
제1항에 있어서,

상기 삽입부가 캡 플레이트와 일체로 몰드로 성형된 것을 특징으로 하는 각 형 이차전지.
제2항에 있어서,

수납부가 홀 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
제2항에 있어서,

상기 수납부가 홀 중심으로부터 방사상으로 절개선이 형성된 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.