KR100731414B1 - 캡 조립체 및 각형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캡 조립체 및 이를 채용한 각형 이차전지에 관한 것으로, 상세하게는 케이스를 밀봉하는 캡 조립체 구조를 개선하여 캡 조립체과 전극 탭의 결합을 개선하는 것과 동시에 캡 조립체와 전지부를 절연시키는 절연판의 회전을 방지할 수 있어, 전지의 밀폐성을 높여 안정성을 확보하고, 최근 추세에 따른 경량화 전지를 제조할 수 있는 캡 조립체 및 이를 채용한 각형 이차전지에 관한 것이다.
캡 조립체, 탭, 결합, 이차전지

Description

캡 조립체 및 각형 이차전지{Cap assembly and rectangular rechargeable battery employing the same}
도 1은 종래의 각형 이차전지를 일부 도시한 부분 단면도,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지의 부분 단면도
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체의 평면도,
도 2c는 도 2b의 A-A의 절단면도이다.
< 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
본 발명은 캡 조립체 및 이를 채용한 각형 이차전지에 관한 것으로, 상세하 게는 케이스를 밀봉하는 캡 조립체 구조를 개선하여 캡 조립체과 전극 탭의 결합을 개선하는 것과 동시에 캡 조립체와 전지부를 절연시키는 절연판의 회전을 방지할 수 있어, 전지의 밀폐성을 높여 안정성을 확보하고, 최근 추세에 따른 경량화 전지를 제조할 수 있는 캡 조립체 및 이를 채용한 각형 이차전지에 관한 것이다.
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-카드늄(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), 세 퍼레이터(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 음극 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 최근의 추세에 따르면 전지가 경박 단소화되므로 그에 따라 캡 플레이트의 두께가 얇아지게 되므로, 그에 따라 양극 탭을 캡 플레이트에 부착시킬 때 탭이 녹는 조건으로 용접을 하면, 캡 플레이트가 녹아 얇아지거나 구멍이 생겨 안전성에 문제가 생길 수 있다.
또한, 음극 단자를 가스켓을 매개로 하여 캡 플레이트 통공에 삽입할 때 캡 플레이트 하부에 위치한 절연 플레이트 및 단자 플레이트가 회전하여 단자 플레이트와 캔 사이의 단락이 발생하거나 단자 플레이트와 전극 조립체 전극 탭 사이의 접속이 불안정해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 각형 이차전지의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 개선된 구조의 캡 플레이를 사용하여 탭과 캡 플레이트의 결합 구조를 개선하고, 절연 플레이트의 회전을 방지함에 따라 밀폐성과 안전성이 캡 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안정적으로 탭을 캡 조립체에 부착시켜 최근 추세 에 따른 경박 단락한 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은
중심부에 통공이 형성된 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트의 통공을 가로지르는 전극 단자;
상기 캡 플레이트의 통공과 상기 전극 단자 사이의 틈을 밀봉하는 밀봉수단;
상기 캡 플레이트 하면에 설치되는 절연 플레이트; 및
상기 절연 플레이트의 하면에 설치되어 상기 전극 단자와 통전되는 단자 플레이트를 포함하는 것으로,
상기 캡 플레이트의 하면에 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 캡 조립체를 제공한다.
상기 돌기부는 상기 절연 플레이트 일 측면으로부터 상기 절연 플레이트에 인접하여 위치하는 것이 바람직하며, 상기 절연 플레이트 넓이의 1/3 이하의 거리에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 돌기부의 중심은 상기 절연 플레이트의 중심과 평행하게 위치하는 것이 바람직하다.
상기 돌기부의 넓이는 상기 절연 플레이트 넓이의 2/3 이상인 것이 바람직하다.
상기 돌기부에 전극 조립체로부터 인출된 적어도 하나의 탭이 용접 수단으로 결합될 수 있으며, 상기 용접 수단으로는 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 등 일반적인 방법이 사용될 수 있다.
상기 돌기부는 캡 플레이트와 일체로 몰드로 성형될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해서 본 발명은,
양극 탭이 연결된 양극판, 음극 탭이 연결된 음극 판 및 상기 양극 판과 음극 판 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터가 배치된 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 수용되는 캔; 및
상기 캔의 상부에 결합되며, 양극 탭이 결합되는 돌기부를 하면에 갖는 캡 플레이트를 포함하는 각형 이차전지를 제공한다.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체의 평면도이며, 도 2c는 도 2b의 A-A의 절단면도이다.
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(미도시)이 형 성되어 있다. 상기 캡 플레이트(210)의 일측에는 전해액 주입공(211)이 형성되어 있다. 상기 전해액 주입공(211)에는 볼(260)이 밀폐 가능하게 결합된다.
상기 단자 통공에는 하나의 전극 단자, 예컨대 음극 단자(230)가 삽입 가능하도록 위치하고 있다. 상기 음극 단자(230)의 외면에는 캡 플레이트(210)의 밀봉을 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 절연 플레이트(240)의 일 측면으로부터 인접하도록 캡 플레이트(210)의 하면에 돌기부(29)가 형성된다. 이로서 절연 플레이트(240)의 회전을 방지할 수 있어 더욱 안정한 전지를 제조할 수 있게 된다. 상기 돌기부가 위치하는 절연 플레이트(240)의 일 측면으로부터의 거리(d)는 상기 절연 플레이트(240)의 넓이(a)의 1/3보다 짧은 것이 바람직하다. 이는 상기 절연 플레이트의 회전을 안전하게 방지하기 위해서이다. 여기서 넓이(a, a')란 길고 짧은 측면들에서 짧은 측면의 길이를 말한다.
탭이 부착될 돌기부(29)를 캡 플레이트(210)에 별도로 형성함으로써, 탭 용접을 위한 최소한도의 캡의 두께 제한이 사라져, 최근 추세에 부합하는 경량의 각형전지를 제조할 수 있게 된다. 상기 탭을 용접하는 방법은 통상 사용되는 방법들 모두 가능하다.
상기 돌기부의 넓이(a')는 절연 플레이트 넓이(a)의 2/3 이상이 바람직하다. 돌기부의 넓이가 좁으면 절연 플레이트(240)의 회전 방지턱 역할을 충분히 할 수 없기 때문이다.
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 아래 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. 이렇게 제조된 캡 조립체(200)는 전극 조립체(미도시)로부터 인출된 탭(26)과의 결합을 밀접하게 할 수 있으며, 절연 플레이트(240)의 회전을 방지하여, 안정적이면서도 최근 경향에 따른 경량화 각형전지의 제조를 가능하게 한다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지를 더욱 상세히 설명한다. 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(미도시)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 극판 간의 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)은 캡 조립체(200)의 캡 플레이트(210) 하부에 형성된 돌기부(29)에 용접된다. 이로서 양극 탭(26)은 경량화된 각형전지에 대해서도 안정적으로 캡 플레이트(210)에 결합될 수 있다.
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 돌기를 형성하여 탭의 용접부위를 제공함으로써, 탭의 용접을 위해 최소한으로 요구되던 캡 플레이트의 두께 제한에 관계없이 캡 조립체를 제조할 수 있어, 최근 추세에 따른 경량화 각형전지에 바람직하며, 또한, 음극 단자의 삽입 회전시 또는 그 이후 충방전에 따른 가스의 방출로 인한 내압으로 절연 플레이트가 회전하는 것을 방지하는 방지턱 역할도 할 수 있어, 안전성이 높은 이차전지를 제공할 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 중심부에 통공이 형성된 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트의 통공을 가로지르는 전극 단자;
    상기 캡 플레이트의 통공과 상기 전극 단자 사이의 틈을 밀봉하는 가스켓;
    상기 캡 플레이트 하면에 설치되는 절연 플레이트; 및
    상기 절연 플레이트의 하면에 설치되어 상기 전극 단자와 통전되는 단자 플레이트를 포함하는 것으로,
    상기 캡 플레이트의 하면에 상기 절연 플레이트 일측면으로부터 상기 절연 플레이트 넓이의 1/3 이하의 거리에 위치하는 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌기부의 넓이가 상기 절연 플레이트 넓이의 2/3 이상인 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 돌기부에 전극 조립체로부터 인출된 적어도 하나의 탭이 결합수단에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 결합수단이 상기 용접 수단으로 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 돌기부가 캡 플레이트와 일체로 몰드로 성형된 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항의 캡 조립체,
    양극 탭이 연결된 양극판, 음극 탭이 연결된 음극 판 및 상기 양극 판과 음극 판 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터가 배치된 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체가 수용되는 캔을 포함하며,
    상기 캡 조립체가 상기 캔의 상부에 결합되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
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