KR100719740B1 - 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전해액 주입구를 기밀하게 밀폐하기 위한 이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 것으로, 전해액 주입구의 밀봉부재인 볼의 압입면과 캡플레이트의 전해액 주입구의 내주면 사이에서 혐기성 경화제를 경화시켜 전해액 주입구쪽으로 용출되는 전해액의 누설을 방지하고, 용접 공정을 배제할 수 있어 제조비용을 절감함과 아울러 조립생산성을 향상시키는 효과가 있다.
이차전지, 캡플레이트, 전해액 주입구, 볼

Description

이차전지 및 그 제조방법{Secondary battery and method the same}
도 1은 종래 기술에 의한 이차전지의 상부측 단면도.
도 2a 및 2b는 종래 기술에 의한 이차전지의 전해액 주입구의 밀봉 전과 후의 상태 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상부측 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 의한 이차전지의 전해액 주입구의 밀봉 상태를 순차적으로 도시한 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
30 ; 이차전지 31 ; 캔
32 ; 전극조립체 40 ; 캡조립체
41 ; 캡플레이트 43 ; 전해액 주입구
48 ; 혐기성 경화제 49 ; UV 경화제
50 ; 볼 51 ; 경화촉진제
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해액의 주입 후에 전해액 주입구의 밀폐성을 향상시킨 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴전지나, 니켈-수소전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체전해질 전지와 고분자전해질 전지로 분류되며, 액체전해질을 사용하는 전지를 리튬이온전지라 하고, 고분자전해질을 사용하는 전지를 리튬폴리머전지라고 한다. 또한, 리튬이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형, 그리고 파우치형이 있다.
도 1에는 종래의 각형 이차전지(10)가 도시되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이차전지(10)는 캔(11)과, 상기 캔(11)의 내부에 수용되는 전극조립체(12)와, 상기 캔(11)에 결합되는 캡조립체(20)를 포함하여 구성된다.
상기 전극조립체(12)는 양극판(13), 세퍼레이터(14), 음극판(15) 순으로 권취되어 있으며, 상기 양극판(13) 및 음극판(15)으로부터는 양극탭(16) 및 음극탭(17)이 각각 인출되어 있다.
상기 캡조립체(20)는 상기 캔(11)의 상부에 결합되는 캡플레이트(21)와, 상 기 캡플레이트(21)에 가스켓(22)을 매개로 하여 절연되는 음극단자(23)와, 상기 캡플레이트(21)의 하부면에 설치되는 절연판(24)과, 상기 절연판(24)의 하부면에 설치되어 상기 음극단자(23)와 통전되는 단자플레이트(25)를 구비한다.
상기 양극탭(16)은 캡플레이트(21)와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 음극탭(17)은 단자플레이트(25)를 통하여 음극단자(23)와 전기적으로 연결되어 있다.
또한, 상기 캡플레이트(21)에는 캔(11) 내부로 전해액이 주입되는 통로를 제공하는 전해액 주입구(26)가 형성되어 있고, 상기 전해액 주입구(26)에는 밀폐부재(27)가 결합되어 있다.
도 2a에는 도 1의 전해액 주입구가 밀폐되기 이전의 상태가 도시되고, 도 2b에는 도 2a의 전해액 주입구가 밀폐된 이후의 상태가 도시되어 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 캡플레이트(21)에는 전해액 주입구(26)가 형성되어 있다. 상기 전해액 주입구(26)가 형성된 캡플레이트(21)의 상부면에는 그 주위를 따라 테이퍼부(28)가 형성되어 있다. 상기 테이퍼부(28)에는 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입구(26)를 밀폐시키기 위하여 통상 알루미늄 재질의 볼(27)이 위치되고 있다.
상기 볼(27)은 그 상부로부터 프레스(1)와 같은 가압수단으로 상기 전해액 주입구(26)에 압착된다. 상기 전해액 주입구(26)에 대하여 볼(27)이 압착되면, 상기 볼(27)이 캡플레이트(21)에 압착되는 경계부분을 따라 레이저 용접을 통하여 용접부(29)를 형성하여 전해액 주입구(26)를 밀폐시키게 된다.
그런데, 종래의 전해액 주입구(26)의 밀폐구조는 상기 캡플레이트(21)의 상 면으로부터 전해액 주입구(26)를 확장시킨 테이퍼부(28)가 형성되어 있어 상기 볼(27)을 테이프부(28)에 안착시킨 상태에서 전해액 주입구(26)에 대하여 압착하게 되는데, 압착후 볼(27)의 위치가 확보될 수 없는 한편, 볼(27)의 상부면이 정확하게 원형을 이룰 수 없어 캡플레이트(21)와의 경계부를 따라서 용접부(29)가 제대로 형성되지 않을 수 있다.
이에 따라 전지(10)의 캔(11) 내부에 주입된 전해액이 상기 전해액 주입구(26)를 따라서 화살표로 표시한 바와 같이 외부로 누수되는 현상이 발생되거나, 용접시 캔 내부의 전해액이 전해액 주입구(26)로 용출되면서 볼(27)과 전해액 주입구(26)의 내주면 사이에 핀 홀(pin-hole)이 형성되어 전해액 주입구(26)에 대한 밀폐성을 보장하지 못하는 문제가 있다.
이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 전해액 주입구에 안착되는 마개의 용접으로 인해 전해액 주입구와 볼 사이의 간극발생을 방지하여 전해액의 누설을 방지하도록 한 이차전지를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 마개의 용접 공정을 배제하여 제조 공정의 생산성을 향상시키는 이차전지의 제조방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이차전지는 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 순차적으로 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 단자 통공과 전해액 주입구가 형성된 캡플레이트; 상기 단자 통공을 통과하여 결합되 는 전극단자; 상기 전극단자와 상기 캡플레이트 사이에 개재되어 상기 전극단자를 절연시키는 가스켓; 및 상기 캡플레이트의 전해액 주입구에 압입되어 상기 전해액 주입구를 밀폐시키는 마개;를 포함하고, 상기 캡플레이트의 전해액 주입구의 내주면에 경화제를 도포한 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 경화제는 혐기성 경화제인 것이 바람직하고, 상기 마개의 외주면에는 경화촉진제가 도포되며, 아울러 상기 캡플레이트의 전해액 주입구 및 전해액 주입구에 압입된 마개의 상측에 UV경화제가 도포된다. 또한, 상기 마개는 볼 또는 핀 타입으로 형성된다.
또한, 본 발명에 의한 이차전지의 제조방법은 캡플레이트의 전해액 주입구의 내주면에 경화제를 도포하는 단계; 마개의 외주면에 경화촉진제를 도포하는 단계; 및 상기 마개를 전해액 주입구에 압착하는 단계;로 이루어지는 전해액 주입구 밀폐 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 마개를 압착하는 단계 이후에 상기 마개의 상측에 UV경화제를 도포하고, UV 경화를 실시하는 단계를 더 실시할 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(30)는 캔(31)과, 상기 캔(31)의 내부에 수용되는 전극조립체(32)와, 상기 캔(31)의 개방된 상단부를 복개하는 캡조립체(40)를 포함하여 구성된다.
상기 캔(31)은 상단부가 개방된 사각통체로서 재질은 금속이고, 그 자체가 전극단자의 역할을 수행할 수 있다.
상기 캔(31)의 내부에 수용되는 전극조립체(32)는 양극판(33)과, 세퍼레이터(34)와, 음극판(35)의 순서로 배치되어, 젤리롤형(jelly-roll type)으로 권취되어 있다.
통상적으로 리튬 이차전지의 경우에 상기 양극판(33)은 박판의 알루미늄으로 된 양극집전체와, 그 양면에 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 슬러리가 코팅되어 있으며, 상기 음극판(35)은 박판의 구리로 된 음극집전체와, 그 양면에 탄소재를 주성분으로 하는 슬러리가 코팅되어 있는 구성을 가진다.
상기 양극판(33) 및 음극판(35)으로 부터는 전극조립체(32)의 상부로 일부가 돌출되는 양극탭(37) 및 음극탭(36)이 각각 인출되어 있다. 상기 양극탭(37) 및 음극탭(36)은 용접에 의해 양극집전체 및 음극집전체에 고정될 수 있다. 한편, 상기 양극탭(37) 및 음극탭(36)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 캔(31)의 개방된 상단부에는 캡조립체(40)가 설치되는데, 이러한 캡조립체(40)의 구성은 캡플레이트(41)와, 상기 캡플레이트(41)의 하면에 면접되게 설치된 절연플레이트(46)와, 상기 절연플레이트(46)의 하면에 면접되게 설치된 단자플레이트(47)로 이루어진다.
상기 캡플레이트(41)는 중앙에 단자 통공(42)이 형성되어 있고, 상기 단자 통공(42)에는 상기 캔(31)의 내부로 관통되는 음극단자(45)가 설치된다. 상기 음극단자(45)의 외부면에는 가스켓(44)이 설치되어 상기 음극단자(45)와 캡플레이트(41)를 절연시키게 된다. 상기 단자플레이트(47)에는 음극단자(45)가 결합된다.
상기 양극탭(37)은 용접 등에 의해 상기 캡플레이트(41)와 직접적으로 고정되어지며, 상기 음극탭(36)은 상기 단자플레이트(47)를 통하여 음극단자(45)와 용접 등에 의해 고정됨으로써 전기적으로 연결되어진다. 이와는 반대로, 상기 전극의 극성을 달리하여 전지(30)가 설계될 수도 있을 것이다.
또한, 상기 캡조립체(40)의 구성은 전술한 바에 한정되지는 않는다.
상기 캡플레이트(41)의 일측에는 상기 캔(31) 내부로 전해액의 주입이 가능한 전해액 주입구(43)가 형성되어 있고, 상기 전해액 주입구(43)는 마개로 밀폐된다.
상기 전해액 주입구(43)를 밀폐하기 위한 마개는 볼(50)을 사용하며, 상기 전해액 주입구(43)의 내주면에는 경화제(48)가 도포된다.
상기 경화제(48)는 혐기성 경화제가 사용된다. 혐기성 경화제는 공기가 차단된 상태에서만 경화가 진행되는 특성을 갖는 접착제로서, 용접 공정을 실시하지 않고 상기 볼(51)을 전해액 주입구(43)의 내주면에 접착시킴으로써 상기 볼(51)에 의하여 상기 전해액 주입구(43)가 밀폐된 상태를 유지하게 된다.
상기 마개는 상기 볼(50) 이외에도 도면에 도시하지는 않았으나 핀(pin) 타입을 이용할 수도 있고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 스테인레스강으로 제조될 수 있다.
상기 볼(50)의 외주면에는 경화촉진제(51)가 도포되어 상기 전해액 주입구 (43)의 내부면에 도포된 혐기성 경화제(48)의 경화속도를 향상시키게 된다.
그리고 상기 전해액 주입구(43)에 압착된 상태의 볼(50)의 상측에는 UV경화제(49)가 도포되어 경화된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 전해액 주입구의 밀폐 방법을 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명한다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 캔(31)의 상단 개구부에 결합되는 캡플레이트(41)는 일측에 형성된 전해액 주입구(43)의 내주면에 경화제(48)가 도포된다. 이때, 도포되는 경화제는 혐기성 경화제가 도포된다. 이러한 전해액 주입구(43)를 밀폐하기 위한 볼(50)의 외주면에는 경화촉진제(51)가 도포된다.
도 4b에서와 같이, 볼(50)을 가압수단에 의하여 전해액 주입구(43)의 내측으로 압착시킨다.
이처럼 가압수단에 의해 압착된 볼(50)은 도 4c에 도시한 바와 같이, 전해액 주입구(43)의 내주면을 충진시키는 형상으로 변형되어 전해액 주입구(43)를 밀폐시킨다. 이때, 상기 전해액 주입구(43)의 내주면에 도포된 혐기성 경화제(48)는 상기 볼(50)의 외주면에 도포된 경화촉진제(51)에 의해 경화속도가 향상된다.
그리고 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 볼(50)의 상측에 볼(50)과 전해액 주입구(43)를 완전히 복개하는 상태로 UV경화제(49)가 도포되어 UV 경화공정이 실시되는 UV코팅작업에 의하여 전해액 주입구의 밀폐작업이 완료된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범 위에서 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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 이차전지는 전해액 주입구에서 볼이 혐기성 경화제에 의해 경화된 상태로 전해액 주입구를 밀폐하고 있어 전해액의 누설을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 이차전지의 제조방법에 의해 전해액 주입구가 밀폐되는 것에 의하면 용접 공정을 배제할 수 있어 제조비용을 절감함과 아울러 조립생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 순차적으로 권취된 전극조립체;
    상기 전극조립체가 수용되는 캔;
    단자 통공과 전해액 주입구가 형성된 캡플레이트;
    상기 단자 통공을 통과하여 결합되는 전극단자;
    상기 전극단자와 상기 캡플레이트 사이에 개재되어 상기 전극단자를 절연시키는 가스켓; 및
    상기 캡플레이트의 전해액 주입구에 압입되어 상기 전해액 주입구를 밀폐시키는 마개;를 포함하고,
    상기 캡플레이트의 전해액 주입구의 내주면에 경화제를 도포하여 상기 마개가 상기 전해액 주입구에 삽입되어 압착된 상태에서 상기 전해액 주입구와 상기 마개의 경계면이 기밀하게 밀봉상태를 유지하도록 구성한 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화제는 혐기성 경화제인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마개의 외주면에는 경화촉진제가 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡플레이트의 전해액 주입구 및 전해액 주입구에 압입된 마개의 상측에 UV경화제가 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마개는 볼 또는 핀 타입으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 캔의 내부에 전극조립체를 삽입하는 단계;
    상기 전극조립체에 캡플레이트를 포함하는 캡조립체를 결합하는 단계;
    상기 캡플레이트의 전해액 주입구의 내주면에 경화제를 도포하는 단계; 및
    상기 마개를 상기 전해액 주입구에 압착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마개를 압착하는 단계 이전에 상기 마개의 외주면에 경화촉진제를 도포하는 단계를 더 실시하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 마개를 압착하는 단계 이후에 상기 전해액 주입구의 상측에 UV경화제를 도포하고, 경화시키는 단계를 더 실시하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방 법.
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