KR100719735B1

KR100719735B1 - 리튬 이차전지 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100719735B1
Application number: KR1020050132439A
Authority: KR
Inventors: 김태원
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-05-17

Abstract

본 발명은 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해액주입구를 밀봉하기 위해 볼을 압입하고 용접하던 방식 대신에 전해액주입구 주변에 수지층을 형성한 후 그 위에 금속판을 씌우면서 수지층과 금속판을 레이저용접으로 용융시키고 금속박을 압착도구를 이용하여 수지층에 밀착시킴으로써, 별도의 볼 압입공정이 필요없으며 수지층에 의해 레이저용접이 보다 용이할 뿐만 아니라, 밀폐성이 향상된 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

리튬 이차전지, 전해액주입구, 밀폐성, 레이저용접

Description

리튬 이차전지 및 그 제조방법{Lithium rechargeable battery and Method of making the same}

도 1a는 일반적인 리튬 이차전지의 분리 사시도

도 1b는 도 1a의 캡플레이트의 수직 단면도

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분리 사시도

도 2b는 도 2a의 캡플레이트의 수직 단면도

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 전해액주입구 밀폐 과정의 단면도

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저용접이 이루어진 캡플레이트의 평면도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

200 - 리튬 이차전지 210 - 캔

220 - 전극조립체 230 - 캡조립체

240 - 캡플레이트 242 - 전해액주입구

244 - 제 1수지층 244a - 주입홀

245 - 제 2수지층

일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

도 1a는 일반적인 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타내며, 도 1b는 도 1a의 캡플레이트의 수직 단면도를 나타낸다.

상기 리튬 이차전지(100)는, 도 1a를 참조하면, 양극판(123), 음극판(125) 및 세퍼레이터(124)로 구성되는 전극조립체(120)를 전해액과 함께 캔(110)에 수납하고, 이 캔(110)의 상단개구부(110a)를 캡조립체(130)로 밀봉함으로써 형성된다.

상기 캔(110)은 일반적으로 알루미늄 또는 그 합금 재질로 형성되며, 딥드로 잉 방식에 의하여 제작된다. 상기 캔(110)의 하면(110b)은 일반적으로 거의 평면 형상으로 형성된다.

상기 전극조립체(120)는 양극판(123)과 음극판(125) 사이에 세퍼레이터(124)가 개재되면서 권취되어 형성된다. 상기 양극판(123)에는 양극탭(126)이 결합되어 전극조립체(120)의 상단부로 돌출되며, 음극판(125)에는 음극탭(127)이 결합되어 전극조립체(120)의 상단부로 돌출된다. 상기 전극조립체(120)에서 상기 양극탭(126)과 음극탭(127)은 소정거리 떨어져 형성되어 전기적으로 절연되도록 한다. 상기 양극탭(126)과 음극탭(127)은 일반적으로 니켈 금속으로 형성된다.

상기 캡조립체(130)는 캡플레이트(140)와 절연플레이트(150)와 터미널플레이트(160) 및 전극단자(135)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(130)는 별도의 절연케이스(170)와 결합되어 캔(110)의 상단개구부(110a)에 결합되어 캔(110)을 밀봉하게 된다.

상기 캡플레이트(140)는, 도 1b를 참조하면, 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)와 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 상기 캡플레이트(140)의 중앙에는 소정 크기의 단자통공1(141)이 형성되며, 단자통공1(141)에 삽입될 때는 전극단자(135)와 캡플레이트(140)의 절연을 위하여 전극단자(135)의 외면에는 튜브형의 개스킷튜브(146)가 결합되어 함께 삽입된다. 한편, 상기 캡플레이트(140)의 일측에는 전해액주입구(142)가 소정크기로 형성된다. 또한, 상기 캡플레이트(140)의 타측에는 안전밴트(143)가 소정의 크기로 형성된다. 상기 안전밴트(143)는 전지 내부에서 발생한 가스에 의해 파손되어 전지의 폭발을 방지할 수 있도록 타 부분에 비해 얇게 형성된다. 상기 캡조립체(130)가 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)에 조립된 후 전해액주입구(142)를 통하여 전해액이 주입되고, 전해액주입구(142)는 별도의 밀폐수단인 볼(144)에 의하여 밀폐된다.

상기 전극단자(135)는 상기 음극판(125)의 음극탭(127) 또는 상기 양극판(123)의 양극탭(126)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.

상기 절연플레이트(150)는 가스켓과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(140)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(150)에는 상기 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(135)가 삽입되는 단자통공2(151)가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(150)의 하면에는 상기 터미널플레이트(160)가 안착되도록 터미널플레이트(160)의 크기에 상응하는 안착홈(152)이 형성된다.

상기 터미널플레이트(160)는 일반적으로 니켈 합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(150)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(160)에는 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(135)가 삽입되는 단자통공3(161)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(135)가 상기 개스킷튜브(146)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(160)는 상기 캡플레이트(140)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(135)와 전기적으로 연결된다.

상기 터미널플레이트(160)의 일측에는 상기 음극판(125)에 결합된 음극탭(127)이 용접되며, 캡플레이트(140)의 타측에는 상기 양극판(123)에 결합된 양극탭(126)이 용접된다. 상기 음극탭(127)과 양극탭(126)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며, 일반적으로는 저항용접이 사용된다.

상기 절연케이스(170)는 캡조립체(130)와 전극조립체(120) 사이의 절연을 담당하게 되며, 양극탭용 홀(172)과 음극탭용 홀(174)이 형성되어 있다.

일반적으로, 전해액주입구는 전해액을 주입한 후 볼을 소정의 압력으로 압입하고 볼과 전해액주입구 주변을 레이저용접 함으로써 밀폐된다. 이 경우, 전해액주입구는 전해액이 주입될 때 입구와 측면 등에 전해액이 묻어있게 된다. 따라서, 전해액주입구는 볼이 압입된 후 전해액주입구의 측면과 볼 사이에 건조된 전해액층이 형성되게 된다. 이러한 전해액층은 볼과 전해액주입구 측면의 밀착성을 떨어뜨리게 된다는 문제점이 있다. 또한, 볼을 압입하는 공정과 용접하는 공정이 별도로 이루어지므로, 공정이 복잡해진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 전해액주입구를 밀봉하기 위해 볼을 압입하고 용접하던 방식 대신에 전해액주입구 주변에 수지층을 형성한 후 그 위에 금속판을 씌우면서 수지층과 금속판을 레이저용접으로 용융시키고 금속박을 압착도구를 이용하여 수지층에 밀착시킴으로써, 별도의 볼 압입공정이 필요없으며 수지층에 의해 레이저용접이 보다 용이할 뿐만 아니라, 밀폐성이 향상된 리튬 이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지는 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 일측에 전해액주입구가 형성된 캡 플레이트를 구비하며, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 전해액주입구와 연통되는 주입홀을 가진 제 1수지층이 상기 캡플레이트 상면의 일부에 형성되고, 상기 주입홀은 별도의 제 2수지층으로 밀폐되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 제 1수지층은 상기 캡플레이트 두께의 적어도 10%의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 2수지층은 상기 캡플레이트 두께의 2.5% 내지 25%의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 2수지층은 20㎛ 내지 200㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밀폐는 레이저 용접에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 제조방법은 캡플레이트의 상면의 일부에 전해액주입구와 연통되는 주입홀을 가진 제 1수지층을 형성하는 제 1수지층 형성단계; 상기 전해액주입구를 통해 전해액을 주입하는 주입단계; 상기 캡플레이트를 포함하는 베어셀, 제 2수지층을 형성할 수지필름, 레이저용접기를 준비하는 준비단계; 상기 주입홀을 포함하여 밀폐하고자 하는 영역에 상기 수지필름을 놓고 상기 밀폐하고자 하는 영역과 상기 수지필름 사이에 레이저용접기로 용접하는 용접단계; 및 상기 용접단계를 통해 용접된 부위를 가압하여 압착하는 프레스단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 제 1수지층 형성단계는 상기 캡플레이트와 상기 제 1수지층 사이에 접착제 또는 양면테이프를 이용하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 용접단계는 상기 밀폐하고자 하는 영역에 지그재그 형상으로 이루어져 면용접으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 프레스단계는 롤러를 가압하면서 회전시키는 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대하여 설명한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타내며, 도 2b는 도 2a의 캡플레이트의 수직 단면도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)는, 도 2a를 참조하면, 양극판(223), 음극판(225) 및 세퍼레이터(224)로 구성되는 전극조립체(220)를 전해액과 함께 캔(210)에 수납하고, 이 캔(210)의 상단개구부(210a)를 캡조립체(230)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 리튬 이차전지(200)는 장변을 포함하며 서로 마주보도록 형성되는 정면과 배면, 단변을 포함하며 서로 마주보도록 형성되는 양 측면, 상기 캡플레이트(240)가 위치하는 상면과 상기 상면과 마주보는 하면(210b)을 포함하여 이루어진다.

상기 전극조립체(220)는 양극판(223)과 음극판(225)사이에 세퍼레이터(224)가 개재되면서 권취되어 형성된다.

상기 양극판(223)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와, 그 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 상기 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 리튬산화물 이 사용되고 있다. 상기 양극판(223)의 양 말단에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체 영역, 즉 양극 무지부가 형성된다. 상기 양극 무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극 조립체(220)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭(226)이 접합되어 있다.

상기 음극판(225)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(225)의 양 말단은 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영역, 즉 음극 무지부가 형성된다. 상기 음극 무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극 조립체(220)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(227)이 접합되어 있다. 더불어 상기 전극 조립체(220)의 하부에는 캔(210)과의 접촉을 방지하기 위한 절연판이 더 포함되어 형성될 수 있다.

상기 세퍼레이터(224)는 상기 양극판(223)과 음극판(225) 사이에 개재되며 상기 전극조립체(220)의 외주면을 둘러 싸도록 연장되어 형성될 수도 있다. 상기 세퍼레이터(224)는 상기 양극판(223)과 음극판(225)의 단락을 방지하며, 리튬 이온을 통과시킬 수 있도록 다공막 고분자물질로 형성된다.

상기 캔(210)는 대략 직사각형 형상의 한 쌍의 장측벽(212)과, 한 쌍의 단측벽(213) 및 하면판(210b)을 포함하여 대략 박스 형상으로 형성되며, 상부는 개구되어 상단 개구부(210a)를 이루고 있다. 또한, 상기 캔(210)는 대략 박스형상으로 형성될 때 수평방향으로의 단면의 형상이 사각형상 또는 타원형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 상단개구부(210a)로는 상기 전극조립체(220)가 삽입된다. 또한, 상기 전극조립체(220) 사이로 함침하여 리튬 이온의 이동을 가능하게 해 주는 전해액이 주입된다. 캔(210)의 재질은 주로 가벼운 알루미늄(Al)이 사용된다. 상기 캔(210)의 상부는 캡조립체(230)에 의해 밀봉되어, 전해액의 누출이 방지된다. 상기 캔(210)의 장측벽(212)과 단측벽(213)의 두께는 대략 0.2 내지 0.4mm로 형성되며, 상기 하면판(210b)의 두께는 대략 0.2 내지 0.7mm로 형성된다. 다만, 여기서 상기 장측벽(212)과 단측벽(213) 및 하면판(210b)의 두께를 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(210)는 바람직하게는 딥드로잉(deep drawing) 방식에 의하여 형성되며, 상기 장측벽(212)과 단측벽(213) 및 상기 하면판(210b)은 일체형으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 캔(210)의 형성 방법을 한정하는 것은 아니다.

상기 캡조립체(230)는 캡플레이트(240)와 절연플레이트(250)와 터미널플레이트(260) 및 전극단자(235)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(230)는 별도의 절연케이스(270)와 결합되어 캔(210)의 상단개구부(210a)에 결합되어 캔(210)을 밀봉하게 된다.

상기 캡플레이트(240)는, 도 2b를 참조하면, 상기 캔(210)의 상단개구부(210a)에 용접되어 상기 캔(210)을 밀봉한다. 상기 캡플레이트(240)는 일측에 전해액주입구(242)가 형성되어 있으며, 상기 캡플레이트(240)의 대략 중앙에는 단자통공1(241)이 형성되어 있으며, 상기 단자통공1(241)에는 가스캣 튜브(246)에 의해 절연된 전극단자(235)가 삽입된다.

상기 전해액주입구(242)는 상면에 제 1수지층(244)이 형성되어 있으며, 별도의 제 2수지층(245)으로 밀폐된다.

상기 제 1수지층(244)은 전해액주입구(242)와 연통되는 주입홀(244a)이 형성되어 있다. 상기 주입홀(244a)은 전해액주입구(242)와 상하로 연통되어 전해액이 주입될 수 있도록 형성되며, 전해액주입구(242)와 직경이 다르게 형성될 수도 있으나, 직경이 같도록 형성되는 것이 전해액의 원활한 주입과 레이저용접의 면에서 바람직하다. 상기 제 1수지층(244)은 전해액주입구(242)의 주변을 포함한 일부영역에 형성된다. 다만, 상기 제 1수지층(244)의 주입홀(244a)은 제 2수지층(245)에 의해 레이저용접으로 밀폐되어야 하므로 제 2수지층(245)의 면적과 같거나, 보다 넓은 면적으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1수지층(244)은 캡조립체(230)를 캔(210)의 상단개구부(210a)에 용접하기 용이하도록 캡플레이트(240)의 가장자리 부분을 제외하고 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제 1수지층(244)은 전해액 주입후에 형성될 수도 있으나, 캡조립체(230)를 제조하는 과정에서 미리 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1수지층(244)은 사출성형 방식에 의해 형성될 수도 있으나, 접착제와 같은 접착물질을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제 1수지층(244)은 평면 형상이 사각형상, 타원형상, 원형상 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 다만 여기서 상기 제 1수지층(244)의 평면 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 1수지층(244)은 전해액에 대한 내성을 갖는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리카보네이트(PC) 또는 그 등가물로 형성될 수 있으며, 다만 여기서 상기 제 1수지층(244)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 제 1수지층(244)은 캡플레이트(240) 두께의 적어도 10%의 두께가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제 1수지층(244)이 캡플레이트(240) 두께의 10% 미만이 되도록 형성되면 두께가 지나치게 얇아지므로, 제 2수지층(245)과의 레이저용접시 변형될 수 있다는 문제점이 있다.

상기 제 2수지층(245)은 상기 제 1수지층(244)의 주입홀(244a)을 밀폐하도록 제 1수지층(244)의 상면에 형성된다. 이 때, 상기 밀폐는 레이저용접 방식에 의해 이루어질 수 있으며, 또한 접착제와 같은 접착물질을 이용해서 이루어질 수도 있다. 바람직하게는 상기 밀폐방식은 레이저 용접에 의해서 이루어진다. 레이저용접은 상기 주입홀(244a)를 포함하여 용접하고자 하는 영역, 예를 들면 제 2수지층(245)의 면적에 상응하는 주입홀(244a)의 주변부분과 상기 제 2수지층(245)의 일측면에 동시에 이루어질 수 있다. 상기 레이저용접은 주입홀(244a)의 주변부분과 제 2수지층(245)의 일측면에 동시에 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 레이저용접은 주입홀(244a)의 주변부분에 제 2수지층(245)을 형성할 수지필름의 일측변을 접촉시킨 후, 상기 접촉부분에 이루어지게 된다. 이 경우, 상기 제 2수지층(245)의 일측면과 주입홀(244a)의 주변부분이 레이저에 의해 용융되어 서로 부착되게 된다. 상기 레이저용접과 동시에, 또는 상기 레이저용접이 끝난 후 지그(jig) 또는 롤러(roller)와 같은 압착도구로 용접된 부위를 충분히 프레스해 주는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 레이저용접은 제 2수지층(245)의 일측면에 비해 상대적으로 주입홀(244a)의 주변부분에 집중적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제 2수지층(245)은 두께가 얇은 필름 형상을 사용하게 되므로, 레이저용접이 과하게 이루어지면 변형될 수 있다는 문제점이 있다. 한편, 상기 제 2수지층(245)은 제 1수지층(244)과 동일하게 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리카보네이트(PC) 또는 그 등가물의 재질로 이루어지는 것이 레이저용접 면에서 바람직하다. 다만, 여기서 상기 제 2수지 층(245)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 2수지층(245)은 평면 형상이 사각형상, 타원형상, 원형상 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 다만 여기서 상기 제 2수지층(245)의 평면 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 2수지층(245)은 상기 캡플레이트(240) 두께의 2.5% 내지 25%의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 2수지층(245)은 20 내지 200㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제 2수지층(245)의 두께가 캡플레이트(240) 두께의 2.5% 미만으로 형성되면, 지나치게 얇아지므로 레이저용접 후에 미세한 충격에도 제 2수지층(245)이 변형되어 전해액이 누출될 수 있다는 문제점이 있다. 한편, 상기 제 2수지층(245)의 두께가 캡플레이트(240) 두께의 25%를 초과하도록 형성되면, 레이저용접에 의한 부착력이 떨어지며 베어셀의 외관이 깔끔하지 않게 된다는 문제점이 있다. 한편, 상기 레이저용접이 끝난후에는 전해액의 누출을 보다 철저하게 방지하기 위하여 제 2수지층(245)의 주변에 광경화성 물질이 도포될 수도 있다. 상기 밀폐방식은 통상의 밀폐방식에 비해 별도의 볼압입 공정이 필요없을 뿐만 아니라, 전해액주입구의 측면이 밀폐에 이용되지 않으므로 전해액이 주입된 후 주입홀 주변의 전해액만 제거한 후 용접이 이루어질 수 있으며, 따라서 밀폐성이 보다 향상될 수 있다.

상기 절연플레이트(250)는 가스켓과 같은 절연물질로 형성되며, 캡 플레이트(240)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(250)에는 상기 캡 플레이트(240)의 단자통공1(241)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(235)가 삽입되는 단자통공2(251)가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(250)의 하면에는 상기 터미널플레이트(260)가 안착되도록 터미널플레이트(260)의 크기에 상응하는 안착홈(252)이 형성된다.

상기 터미널플레이트(260)는 일반적으로 Ni합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(250)의 하면에 장착된다. 상기 터미널 플레이트(260)에는 캡플레이트(240)의 단자통공1(241)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(235)가 삽입되는 단자통공3(261)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(235)가 상기 개스킷 튜브(246)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(240)의 단자통공1(241)을 통하여 결합되므로 상기 터미널 플레이트(260)는 상기 캡플레이트(240)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(235)와 전기적으로 연결된다.

상기 터미널플레이트(260)의 일측에는 상기 음극판(225)에 결합된 음극탭(227)이 용접되며, 캡플레이트(240)의 타측에는 상기 양극판(223)에 결합된 양극탭(226)이 용접된다. 상기 음극탭(227)과 양극탭(226)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며 일반적으로는 저항용접이 사용된다.

상기 전극단자(235)는 상기 음극판(225)의 음극탭(227) 또는 상기 양극판(223)의 양극탭(226)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 전해액주입구 밀폐 과정의 단면도를 나타내며, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저용접이 이루어진 캡플레이트의 평면도를 나타낸다. 도 3a 및 도 3b에서는 편의상 베어셀의 다른 부분을 생략하고 캡플레이트 부분만 도시하였다.

본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법은, 도 2a를 참조하면, 전극조립체(220)를 형성하는 단계, 캡플레이트(240)의 전해액주입구(242) 주변에 제 1수지층(244)을 형성하는 제 1수지층 형성단계, 전극조립체(220)를 캔(210)의 상단개구부(210a)를 통해서 삽입하는 단계, 캡조립체(230)로 캔(210)의 상단개구부(210a)를 밀봉하는 단계, 전해액주입구(242)를 통해 전해액을 주입하는 전해액 주입단계, 상기 전해액주입구(242)를 밀봉하는 밀봉단계를 포함하여 이루어진다.

상기 제 1수지층 형성단계는 캡플레이트(240)의 상면의 일부에 전해액주입구(242)와 연통되는 주입홀(244a)을 가진 수지층을 형성하는 과정이다. 상기 제 1수지층 형성단계는 베어셀(200)의 조립을 시작하기 전에 캡조립체(230)를 제조하는 과정에서 이루어질 수 있다. 상기 제 1수지층 형성단계는 사출성형 방식으로 이루어질 수도 있으나, 상기 캡플레이트(240)와 제 1수지층(244) 사이에 접착제 또는 양면테이프를 이용하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 밀봉단계는, 도 3a와 도 3b를 참조하면, 준비단계, 용접단계 및 프레스단계를 포함하여 이루어진다.

상기 준비단계는 캡플레이트(240)를 포함하는 베어셀, 제 2수지층(245)을 형성할 수지필름(245'), 레이저용접기(도면 미도시)를 준비하는 과정이다. 상기 베어셀(200)은 내부에 전해액이 주입된 상태이다. 상기 제 2수지층(245)을 형성할 수지필름(245')은 용접하고자 하는 영역에 맞는 사이즈로 형성하여 사용하게 된다. 또한, 상기 준비단계에서는 용접을 위해 주입홀(244a)의 입구에 묻은 전해액이 제거된다.

상기 용접단계는 상기 주입홀(244a)를 포함하여 밀폐하고자 하는 영역에 제 2수지층(245)을 형성할 수지필름(245')을 놓고 상기 밀폐하고자 하는 영역과 수지필름(245') 사이에 레이저용접기로 용접하는 과정이다. 상기 용접단계는 수지필름(245')의 일측변을 밀폐하고자 하는 영역에 접촉시킨 후, 상기 접촉부분에 레이저를 발사함으로써 이루어진다. 이 때, 상기 용접단계는, 도 3b를 참조하면, 상기 밀폐하고자 하는 영역에 지그재그 형상으로 이루어져 면용접 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다. 도 3b에서 곡선 화살표는 용접 경로를 의미한다. 상기 용접단계가 점 용접에 의해 이루어지면 밀폐도가 떨어져 전해액이 누출될 염려가 있다.

상기 프레스단계는 상기 용접단계를 통해 용접된 부위를 가압하여 압착하는 과정이다. 이 때, 상기 프레스단계는 지그(jig) 또는 롤러(roller)와 같은 압착도구를 사용하여 이루어지며, 바람직하게는 도 3a에 도시한 바와 같이 롤러(R)를 가압하면서 회전시키는 방식으로 이루어진다. 도 3a에서 수지필름(245')과 캡플레이트(240) 상면 사이의 화살표는 레이저용접을 의미한다. 상기 프레스단계는 상기 용접단계가 완료된 후에 이루어질 수 있으며, 상기 용접단계와 동시에 이루어질 수도 있음은 물론이다.

상기 전해액주입구 밀폐방법에 의하면, 밀폐수단인 제 2수지층(245)이 전해액주입구(242)의 측면과 접촉하지 않기 때문에 전해액주입구(242)의 측면에 잔존한 전해액에 의해 밀폐도가 떨어질 염려가 없다. 또한, 상기 용접부위는 레이저용접과 동시에, 혹은 레이저용접이 끝난 후 롤러(R)를 이용하여 충분히 압착되므로, 밀폐성이 향상될 수 있다.

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

본 발명에 따른 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 의하면, 별도의 볼 압입공정이 필요없으므로 공정이 단순해지며, 주입홀의 상부에 제 2수지층을 이용하여 레이저용접하고 롤러를 이용하여 밀착하므로 밀폐성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Claims

전극조립체와,

상기 전극조립체를 수용하는 캔과,

일측에 전해액주입구가 형성된 캡플레이트를 구비하며, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서,

상기 전해액주입구와 연통되는 주입홀을 가진 제 1수지층이 상기 캡플레이트 상면의 일부에 형성되고, 상기 주입홀은 별도의 제 2수지층으로 밀폐되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 제 1수지층은 상기 캡플레이트 두께의 적어도 10%의 두께가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 제 2수지층은 상기 캡플레이트 두께의 2.5% 내지 25%의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 제 2수지층은 20㎛ 내지 200㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 밀폐는 레이저 용접에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
캡플레이트의 상면의 일부에 전해액주입구와 연통되는 주입홀을 가진 제 1수지층을 형성하는 제 1수지층 형성단계;

상기 전해액주입구를 통해 전해액을 주입하는 주입단계;

상기 캡플레이트를 포함하는 베어셀, 제 2수지층을 형성할 수지필름, 레이저용접기를 준비하는 준비단계;

상기 주입홀을 포함하여 밀폐하고자 하는 영역에 상기 수지필름을 놓고 상기 밀폐하고자 하는 영역과 상기 수지필름 사이에 레이저용접기로 용접하는 용접단계; 및

상기 용접단계를 통해 용접된 부위를 가압하여 압착하는 프레스단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
제 6항에 있어서,

상기 제 1수지층 형성단계는 상기 캡플레이트와 상기 제 1수지층 사이에 접착제를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
제 6항에 있어서,

상기 용접단계는 상기 밀폐하고자 하는 영역에 지그재그 형상으로 스캔하듯이 이루어져 면용접이 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
제 6항에 있어서,

상기 프레스단계는 롤러를 가압하면서 회전시키는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.