KR100741058B1 - 이차전지 - Google Patents

Abstract

이차전지를 개시한다. 본 발명은 양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 감겨진 전지부;와, 전지부가 수용되는 캔;과, 캔의 상부에 설치되고, 상기 캔과 결합되는 캡플레이트;와, 캡플레이트에 형성된 단자통공을 통하여 캔의 내부로 삽입되고, 그 외면에 캡플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 개재된 전극단자;와, 전지부중 어느 하나의 극판으로부터 인출된 전극탭;과, 전극단자와, 전극탭을 전기적으로 연결시키는 도전성를 포함하며, 전극단자와 전극탭이 연결되는 부분에 열경화성 도전성접착제를 사용함으로써, 전지의 내부 온도가 상승하게 되면 열경화성 도전성접착제가 용융하게 되어서 전류의 흐름을 차단하게 된다. 이에 따라, 별도의 전류차단수단이 필요가 없게 되어서 제조원가를 줄일 수 있다. 또한, 전지 내부에 전류차단기능을 하는 도전성접착제를 적용함으로써 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

이차전지{Secondary battery}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형이차전지를 도시한 분해사시도,

도 2는 도 1의 이차전지를 결합한 일부를 절제하여 도시한 단면도,

도 3은 도 2의 주요부를 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10...전지 11...캔

12...전지부 13...양극판

14...음극판 15..세퍼레이터

16...양극탭 17...음극탭

100...캡조립체 110...캡플레이트

120...가스켓 130...음극단자

140...절연플레이트 150...단자플레이트

160...도전성접착제

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극단자와 전극탭을 연결시키는 구조가 개선된 이차전지에 관한 것이다.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등의 첨단 전자기기분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬이차전지는 작동 전압이 3.6V로서, 전자장비전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴전지나, 니켈-수소전지의 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.

이러한 리튬이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액제전해질전지와 고분자전해질전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬이온전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬폴리머전지라고 한다. 또한, 리튬이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

이중에서, 각형이차전지는 양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 설치되어 권취된 전지부가 캔내에 설치되고, 캔의 상부에는 캡 조립체가 용접결합되어 있다. 전지부로부터 인출된 전극탭은 캡 조립체에 구비된 캡 플레이트의 관통공을 통하여 외부로 노출되는 전극단자와 통전되고, 상기 전극단자는 가스켓 및 절연판을 개재하여 밀봉하고 있다. 다른 극성의 전극탭은 캔에 직접 접촉됨에 의하여 전기적으로 연결되어 있다. 상기 캡 플레이트는 평판형의 금속재로서, 전극단자가 돌출되는 관통공과, 전해액이 주입되는 전해액 주입공이 형성되어 있다. 양극단자가 돌출되는 관통공과, 전해액이 주입될 전해액 주입공이 형성되어 있다. 한편, 캔이나 캡 플레이트에는 전지의 이상유무시 발생되는 가스를 외부로 방출하기 위한 수단으로 안전변(safety valve)이 형성되어 있다.

전술한 구조의 각형이차전지는 전지내에 과전류를 유입될 경우에는 내부전압이 상승하게 되어서 급속한 발열반응이 일어나고, 열폭주(thermal runaway)가 발생함에 따라서 전지의 안전성에 심각한 영향을 미치게 된다.

따라서, 각형전지에는 안전변과는 별도로 전지의 내부 또는 외부에 전류차단수단, 예컨대 PTC(positive temperature coefficient) 소자를 전지부의 한 전극과 연결시켜서 단락시에 PTC 소자에 의하여 전류를 차단하여 안전성을 확보하는데, 이러한 전류차단수단의 설치는 전지의 전체적인 조립공정수를 복잡하게 하고, 제조원가를 상승시킨다. 대안으로는, 전지부의 각 전극판을 제조시나, 각 전극판의 외면에 전류차단수단용 첨가제를 형성시키는 방법이 있으나, 이는 전지의 싸이클 수명저하나, 전지부의 두께증가등을 가져와서 전지의 성능향상에 불리하며, 전지의 안전성을 보장하지 못한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극단자와 전극탭간에 도전성 접착제를 개재하여 전기적 연결회로를 구성하여 안정성을 향상시킴과 동시에 조립공정이 단순화된 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는,

양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 감겨진 전지부;

상기 전지부가 수용되는 캔;

상기 캔의 상부에 설치되고, 상기 캔과 결합되는 캡플레이트;

상기 캡플레이트에 형성된 단자통공을 통하여 캔의 내부로 삽입되고, 그 외면에 상기 캡플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 개재된 전극단자;

상기 전지부중 어느 하나의 극판으로부터 인출된 전극탭; 및

상기 전극단자와, 전극탭을 전기적으로 연결시키는 도전성접착제;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 캔 내부에 해당되는 캡플레이트의 아랫면에는 상기 전극단자와 전기적으로 연결되는 단자플레이트가 더 설치되고, 상기 단자플레이트와 전극탭 사이에 상기 도전성접착제가 형성된 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 도전성접착제는 열경화형 테이프인 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 도전성접착제는 필름형상을 유지하기 위한 열가소성 수지와, 본딩성을 강화시키기 위한 열경화제와, 도전성을 가지기 위한 도전재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 도전성 접착제는 상기 전극탭과, 전극단자 또는 전극단자와 결합된 단자플레이트 사이에 개재되어 전지의 내부 온도가 가열되어 상기 열가소성 수지나 열경화제가 유리전이온도 이상이 되면 용융되어서, 상기 전극탭과, 전극단자 또는 전극단자와 결합된 단자플레이트간의 연결을 차단하는 것을 특징으로 한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 이차전지의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형이차전지(10)를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 전지(10)에는 캔(11)이 마련되어 있다. 상기 캔(11)의 내부에는 전지부(12)가 수용가능하다.

상기 전지부(12)는 양극 활물질층이 코팅된 양극 집전체로 된 양극판(13)과, 음극 활물질층이 코팅된 음극 집전체로 된 음극판(14)과, 상기 양극 및 음극판(13)(14) 사이에 개재되는 세퍼레이터(15)를 포함하며, 양극판(13), 세퍼레이터(15), 음극판(14)순으로 배치되어 감겨져 있다. 상기 양극 및 음극판(13)(14)으로부터는 양극탭(16)과, 음극탭(17)이 용접고정되어서, 전지부(12)의 외부로 각각 인출되어 있다.

상기 캔(11)의 상부에는 캡조립체(100)가 설치되어 있다.

상기 캡조립체(100)에는 상기 캔(11)과 결합되는 캡플레이트(110)가 마련되어 있다. 상기 캡플레이트(110)에는 단자통공(111)이 형성되어 있으며, 일측에 전지(10) 내에 주입될 전해액의 주입통로를 제공하는 전해액주입공(112)이 형성되어 있다. 상기 캡플레이트(110)에 형성된 단자통공(111)에는 가스켓(120)을 절연물로 하여 음극단자(130)가 결합되어 있다. 상기 음극단자(130)는 전지부(12)로부터 인출된 음극탭(17)과 전기적으로 연결이 가능하다. 상기 전해액주입공(112)에는 볼(170)이 밀봉되어 있다.

그리고, 상기 캡플레이트(110)의 하부에는 절연플레이트(140)가 설치되어 있 다. 상기 절연플레이트(140)의 하부에는 단자플레이트(150)가 설치되어 있다. 상기 단자플레이트(150)의 하부에는 도전성 접착제(160)가 형성되어 있다.

도 2는 도 1의 전지(10)가 결합된 상태를 일부 절제하여 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면, 상기 전지(10)는 캔(11)의 상단부에 상기 캡 플레이트(110)가 안착되어 레이저 용접되어 있다. 상기 캔(11)의 내부에는 양극판(13), 음극판(14), 세퍼레이터(15)가 젤리롤(jelly-roll) 타입으로 감겨져 설치되어 있다.

상기 캡플레이트(110)에 형성된 단자통공(111)에는 가스켓(120)이 외주면을 감싸는 음극단자(130)가 결합되어 있다. 상기 음극단자(130)는 상기 캡플레이트(110)의 단자통공(111)을 통하여 캔(11)의 내외부로 돌출되어 있다.

상기 캡플레이트(110)의 아랫면에는 상기 음극단자(130)와 캡플레이트(110)간의 절연을 위하여 절연플레이트(140)가 설치되어 있다. 상기 절연플레이트(140)의 아랫면에는 단자플레이트(150)가 설치되어 있다. 상기 단자플레이트(150)에는 상기 음극단자(130)의 일단부(131)가 리벳팅되어서 전기적으로 연결되어 있다.

상기 단자플레이트(150)의 아랫면에는 도전성접착제(160)가 부착되어 있다. 상기 도전성접착제(160)는 도전성을 가지는 소재가 함유된 필름형태이다. 상기 도전성접착제(160)의 하부에는 상기 전지부(12)의 음극판(14)으로부터 인출된 음극탭(17)이 접합되어 있다. 상기 음극탭(17)은 캔(11)의 공간을 최대한으로 활용하여 전지부(12)의 에너지밀도를 향상시키기 위하여 캔(11) 공간내에서 사행으로 접혀져 있다. 이에 따라, 상기 음극판(14)은 음극탭(17)과, 도전성접착제(160)와, 단자플레이트(150)를 통하여 음극단자(130)와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 양극판(13)으로부터 인출된 양극탭(16)은 상기 캡플레이트(110)가 용접고정되어 있다. 대안으로는, 상기 양극탭(16)은 캔(11) 내면에 전기적으로 연결될 수도 있을 것이다. 한편, 상기 양극판(13)과, 음극판(14)은 전술한 실시예와는 다르게 극성을 달리하여 구성할 수도 있을 것이며, 상기 도전성접착제(160)가 단자플레이트가 배제된 상태에서 전극단자와 직접적으로 연결될 수도 있을 것이다.

도 3은 도 2의 주요부를 발췌하여 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 도전성접착제(160)의 상면에는 단자플레이트(150)가 부착되어 있다. 상기 단자플레이트(150)에 형성된 중공(151)을 통하여 음극단자(130)가 전기적으로 연결되어 있다. 상기 도전성접착제(160)의 하면에는 음극탭(17)이 부착되어 있다.

상기 도전성접착제(160)는 상기 음극단자(130)가 결합된 단자플레이트(150)와, 음극탭(17)을 견고하게 연결시킴과 동시에, 전지의 작동중 온도가 상승시 전류의 흐름을 차단하도록 열경화형 접착성 테이프이다.

이를 위하여, 상기 도전성 접착제(160)는 에폭시와 같은 본딩성을 강화시키기 위한 열경화제(161)와, 니켈이나 탄소와 같은 도전재(162)와, 필름형상을 유지하기 위하여 열가소성수지(163)로 이루어져 있다. 상기 도전재(162)는 금속분말 형태나, 금속재가 도금된 입자일경우에는 접속저항을 낮출 수 있어서 유리하다고 할 것이다.

상술한 구조를 가지는 도전성접착제(160)를 부착하기 위한 접착공정을 간략 하게 설명하면 다음과 같다.

상기 음극탭(17)의 윗면에 상기 도전성접착제(160)의 아랫면을 위치시키고, 이를 1차적으로 가접착시킨다. 이어서, 상기 도전성접착제(160)의 윗면에 상기 단자플레이트(150)의 아랫면을 위치시키고 가열가압방식으로 2차 접착을 수행하게 된다. 이에 따라, 상기 도전성접착제(160)를 통하여 상기 음극탭(17)과, 음극단자(130)가 결합된 단자플레이트(150)간의 전기적 통로가 완성된다.

상기한 구조를 가지는 도전성접착제(160)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

이차전지(10)의 작동중, 외부 단락이나 강제적으로 전지(10) 내에 과전류가 유입될 경우에는 전지(10) 내부의 온도가 상승하게 된다. 이때, 상기 캡조립체(100)의 음극단자(130)와 음극탭(17)이 연결되는 부분에서의 온도가 열경화형 도전성접착제(160)의 유리전이온도(Tg) 이상으로 상승하게 되면, 상기 도전성접착제(160)는 자체 저항값이 크게 상승하게 되고, 이에 따라 가열되어서 열경화제(161)나, 열가소성수지(163)와 같은 고분자수지가 용융되거나 변형이 된다. 그 결과로, 상기 음극탭(17)과, 상기 음극단자(130)가 전기적으로 연결된 단자플레이트(150)의 연결되는 부분의 간격이 발생하게 되어서 접속이 끊겨지게 된다. 이에 따라, 전류의 흐름이 차단되는 것이 가능하다고 할 수 있다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명의 이차전지는 전극단자와 전극탭이 연결되는 부분에 열경화성 도전성접착제를 사용함으로써, 전지의 내부 온도가 상승하게 되면 열경화성 도전성접착제가 용융하게 되어서 전류의 흐름을 차단하게 된다. 이 에 따라, 별도의 전류차단수단이 필요가 없게 되어서 제조원가를 줄일 수 있다. 또한, 전지 내부에 전류차단기능을 하는 도전성접착제를 적용함으로써 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 감겨진 전지부;

   상기 전지부가 수용되는 캔;

   상기 캔의 상부에 설치되고, 상기 캔과 결합되는 캡플레이트;

   상기 캡플레이트에 형성된 단자통공을 통하여 캔의 내부로 삽입되고, 그 외면에 상기 캡플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 개재된 전극단자;

   상기 전지부중 어느 하나의 극판으로부터 인출된 전극탭; 및

   상기 전극단자와, 전극탭을 전기적으로 연결시키는 도전성접착제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 캔 내부에 해당되는 캡플레이트의 아랫면에는 상기 전극단자와 전기적으로 연결되는 단자플레이트가 더 설치되고,

   상기 단자플레이트와 전극탭 사이에 상기 도전성접착제가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 도전성접착제는 열경화형 테이프인 것을 특징으로 하는 이차전지.
4. 제3항에 있어서,

   상기 도전성접착제는 필름형상을 유지하기 위한 열가소성 수지와, 본딩성을 강화시키기 위한 열경화제와, 도전성을 가지기 위한 도전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
5. 제4항에 있어서,

   상기 도전성 접착제는 상기 전극탭과, 전극단자 또는 전극단자와 결합된 단자플레이트 사이에 개재되어 전지의 내부 온도가 가열되어 상기 열가소성 수지나 열경화제가 유리전이온도 이상이 되면 용융되어서, 상기 전극탭과, 전극단자 또는 전극단자와 결합된 단자플레이트간의 연결을 차단하는 것을 특징으로 하는 이차전지.

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