KR100749635B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이차전지는 전극단자에 홈이 형성되고, 가스켓에는 상기 홈에 상보적인 형상의 돌기가 형성되며, 상기 홈과 상기 돌기가 결합된 것을 특징으로 한다. 따라서, 캡조립체를 조립하는 과정에서 전극단자의 끝단을 회전 압착할 때 전극단자가 회전하지 않도록 함으로써 전극단자에 끼워진 절연플레이트나 단자플레이트의 회전을 방지하여 캡플레이트와 단자플레이트간의 단락을 방지할 수 있다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도,
도 2 는 도 1 에 나타낸 이차전지의 캡조립체의 단면도,
도 3 은 도 2 에 나타낸 캡조립체의 부분 확대 평면도,
도 4 는 도 1 에 나타낸 이차전지의 전극단자의 확대 사시도,
도 5a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 가스켓의 사시도,
도 5b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 가스켓의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 이차전지 11: 캔
12: 전극조립체 100: 캡조립체
110: 캡플레이트 111: 단자통공
120, 120': 가스켓 121: 안착홈
123: 머리받침부 125, 125': 돌기
130: 전극단자 132: 머리부
134: 핀부 135: 홈
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캡조립체의 조립 과정에서 전극단자의 끝단을 회전 압착할 때 전극단자의 회전을 방지하기 위한 전극단자 및 가스켓의 구조에 관한 것이다.
통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
이 중 각형 이차전지는 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 캔과, 이 캔에 결합되는 캡조립체를 포함하여 이루어진다.
전극조립체는 양극과 음극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 있으며, 양극 및 음극으로부터 양극 및 음극탭이 각각 인출되어 있다.
캔은 각형 이차전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다.
캡조립체는 캔의 상부에 결합되는 캡플레이트와, 단자통공을 통하여 설치되 고 그 외면에 캡플레이트와의 절연을 위한 가스켓이 위치하는 전극단자와, 캡플레이트의 아랫면에 설치되는 절연플레이트와, 이 절연플레이트의 아랫면에 설치되어 전극단자와 통전되는 단자플레이트를 포함하여 이루어진다.
전극조립체의 음극은 음극탭과 단자플레이트를 통해 전극단자와 전기적으로 연결되고, 양극은 양극탭을 통해 캡플레이트나 캔에 전기적으로 연결된다. 물론, 전지의 극성을 바꾸어 설계할 수도 있다.
그런데, 종래의 캡조립체에는 다음과 같은 문제점이 있다.
캡조립체를 조립하는 과정을 살펴보면, 전극단자를 캡플레이트에 형성된 단자통공과, 절연플레이트 및 단자플레이트에 형성된 홀에 순서대로 끼운 후, 단자플레이트에 끼워진 전극단자의 끝단을 압착하되, 전극단자의 끝단에 스피닝(spinning) 공구를 접촉시키고 이 스피닝 공구를 회전하면서 압착한다.
상기한 전극단자의 끝단을 회전 압착하는 과정에서 전극단자가 회전될 수 있고, 이에 따라 전극단자에 끼워진 절연플레이트나 단자플레이트도 함께 회전될 수 있다. 따라서, 캡플레이트와 단자플레이트간에 단락이 발생할 위험이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 캡조립체의 조립 과정에서 전극단자의 끝단을 회전 압착할 때 전극단자가 회전하지 않도록 함으로써 캡플레이트와 단자플레이트간의 단락을 방지하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는,
서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,
상기 캡조립체는 단자통공이 형성된 캡플레이트와, 상기 단자통공을 통하여 설치되는 전극단자와, 상기 캡플레이트와 상기 전극단자 사이의 절연을 위해 상기 전극단자의 외면에 위치하는 가스켓을 포함하며,
상기 전극단자에는 홈이 형성되고, 상기 가스켓에는 상기 홈에 상보적인 형상의 돌기가 형성되며, 상기 홈과 상기 돌기가 결합된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전극단자는 상기 캡플레이트 위로 노출되는 머리부와, 상기 머리부와 연결되며 상기 단자통공을 통과하는 핀부를 구비할 수도 있다. 그리고, 상기 홈은 상기 머리부의 외측면에 형성될 수도 있다.
또한, 상기 가스켓에는 상기 전극단자의 상기 머리부의 일부 또는 전부가 수용될 수 있는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈을 이루는 내측면에 상기 돌기가 형성될 수도 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지는,
서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,
상기 캡조립체는 단자통공이 형성된 캡플레이트와, 상기 단자통공을 통하여 설치되는 전극단자와, 상기 캡플레이트와 상기 전극단자 사이의 절연을 위해 상기 전극단자의 외면에 위치하는 가스켓을 포함하며,
상기 전극단자에는 돌기가 형성되고, 상기 가스켓에는 상기 돌기에 상보적인 형상의 홈이 형성되며, 상기 돌기와 상기 홈이 결합된 것을 특징으로 한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 이차전지에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도이다.
도면을 참조하면, 이차전지는 전극조립체(12)와, 이 전극조립체(12)를 수용하는 캔(11)과, 이 캔(11)과 결합되는 캡조립체(100)를 포함한다.
전극조립체(12)는 통상 전기용량을 높이기 위해 양극(13) 및 음극(15)을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(14)를 양극(13)과 음극(15) 사이에 개재하여 적층하고, 와형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다. 음극(15) 및 양극(13)은 각각 구리 및 알미늄 포일로 이루어진 집전체 각각에 음극 활물질인 탄소와 양극 활물질인 코발트산 리튬 등을 코팅시켜 형성할 수 있다. 세퍼레이터(14)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어져 있다. 세퍼레이터(14)는 양극(13) 및 음극(15)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판 간의 단락을 방지하는 데 유리하다. 전극조립체(12)에는 각 전극과 연결된 양극 및 음극탭(16, 17)이 인출되어 있다. 상기 양극 및 음극탭(16, 17)에는 상기 전극조립체(12)의 외부로 인출되는 경계부에 극판(13, 15) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(18)가 감겨져 있다.
캔(11)은 도시된 바와 같은 각형 이차전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다. 캔을 이루는 재질로는 경량의 전도성 금속인 알미늄 또는 알미늄 합금이 바람직하다. 캔(11)은 전극조립체(12)와 전해액의 용기가 되고, 전극조립체(12)가 투입되도록 개방된 상부는 캡조립체(100)에 의해 봉해진다.
캡조립체(100)는 캡플레이트(110)와, 가스켓(120)과, 전극단자(130)와, 절연플레이트(140)와, 단자플레이트(150)를 포함하여 이루어진다. 캡플레이트(110)에는 단자통공(111)이 형성되어 있는데, 전극단자(130)가 그 외면에 캡플레이트(110)와의 절연을 위하여 가스켓(120)을 위치시킨 채 단자통공(111)을 관통하여 설치된다. 캡플레이트(110)의 아랫면에는 절연플레이트(140)가 설치되어 있고, 이 절연플레이트(140)의 아랫면에는 단자플레이트(150)가 설치되어 있다.
이 단자플레이트(150)에는 전극단자(130)의 하단부가 결합되어 있다. 이를 위해, 전극단자(130)를 캡플레이트(110)에 형성된 단자통공(111)과, 절연플레이트(140) 및 단자플레이트(150)에 형성된 홀에 끼운 후 단자플레이트(150)에 끼워진 전극단자(130)의 끝단을 압착하되, 전극단자(130)의 끝단에 스피닝 공구를 접촉시키고 이 스피닝 공구를 회전하면서 압착한다.
이와 같이, 전극단자(130)의 끝단을 압착하는 과정에서 전극단자(130)가 회전될 수 있고, 이에 따라 절연플레이트(140)나 단자플레이트(150)도 함께 회전될 수 있다. 따라서, 캡플레이트(110)와 단자플레이트(150)간에 단락이 발생할 위험이 있는데, 전극단자(130)의 회전을 방지하기 위한 구조에 관해서는 후술하기로 한다.
전극조립체(12)의 음극(15)은 음극탭(17)과 단자플레이트(150)를 통하여 전극단자(130)와 전기적으로 연결되어 있다. 전극조립체(12)의 양극(13)의 경우에는 양극탭(16)이 캡플레이트(110)나 캔(11)에 용접되어 있다. 상기 단자플레이트(150)의 하부에는 절연케이스(190)가 더 설치될 수도 있다. 한편, 극성을 달리하여 전지를 설계할 수도 있을 것이다.
캡플레이트(110)의 일측에는 벤트(116)가 형성되는데, 이 벤트(116)는 과충전 등으로 인하여 전지의 내부압력이 증가할 때 내부가스를 방출시켜 전지의 안전성을 확보하는 역할을 한다. 이러한 벤트(116)는 캡조립체(110)의 다른 부분보다 얇게 성형된 부분으로서 내압이 증가하면 우선적으로 파단되어 내부가스를 방출시킨다.
캡플레이트(110)의 타측에는 캔(11)의 내부에 전해액을 주입하기 위한 전해액주입공(112)이 형성되어 있으며, 전해액 주입 후 상기 전해액주입공(112)을 밀폐시키는 밀봉부(160)가 형성된다.
전극단자(130)의 끝단을 회전 압착하는 과정에서 전극단자(130)의 회전을 방지하기 위한 구조에 관하여 보다 상세하게는 다음과 같다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 이차전지의 캡조립체의 단면도이고, 도 3 은 도 2 에 나타낸 캡조립체의 부분 확대 평면도이며, 도 4 는 도 1 에 나타낸 이차전지의 전극단자의 확대 사시도이고, 도 5a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 가스켓의 사시도이다.
도 3 내지 도 5a 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극단자(130)에 홈(135)이 형성되고, 가스켓(120)에 상기 홈(135)에 상보적인 형상의 돌기(125)가 형성되며, 상기 홈(135)과 상기 돌기(125)가 결합된다.
좀 더 구체적으로 살펴보면, 상기 전극단자(130)는 캡플레이트 위로 노출되는 머리부(132)와, 이 머리부(132)와 연결되며 상기 캡플레이트의 단자통공을 통과하는 핀부(134)를 구비한다.
도 4 에서, 상기 홈(135)은 상기 머리부(132)의 외측면에 형성되어 있다. 또는, 도시되지는 않았지만, 상기 홈이 상기 머리부(132)의 바닥면에 형성될 수도 있다.
또한, 상기 홈(135)은 두 곳에 형성되어 있는데, 상기 두 홈은 전극단자(130)의 중심축을 기준으로 대칭적으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 전극단자(130)의 중심축을 사이에 두고 양측에 대칭적으로 홈(135)이 형성되고, 이 홈(135)에 가스켓(120)의 돌기(135)가 끼워져 고정됨으로써 회전방지 효과가 배가되기 때문이다.
도 2 및 도 5a 를 참조하면, 가스켓(120)에는 전극단자(130)의 상기 머리부(132)의 일부 또는 전부가 수용될 수 있는 안착홈(121)이 형성되고, 이 안착홈(121)을 이루는 가스켓의 내측면에 상기 돌기(125)가 형성되어 있다.
전극단자(130)의 머리부(132)의 형상이 위에서 볼 때 대략 직사각형이고, 이 머리부(132)의 일부 또는 전부가 가스켓(120)의 안착홈(121)에 안착됨으로써, 전극단자(130)의 홈(135)에 끼워지는 가스켓(120)의 돌기(125)와 함께, 스피닝 공정시 전극단자(130)의 회전에 대한 구조적 저항체 역할을 한다.
한편, 도시되진 않았지만, 캡플레이트의 단자통공을 형성하는 캡플레이트의 측벽은 각이 지고, 가스켓의 외측면은 상기 캡플레이트의 상기 측벽에 빈틈없이 접하도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 단자통공을 위에서 본 형상이 원이 아닌 사각형이 될 수 있다. 이는 전극단자(130)와 가스켓(120)의 결합체가 회전되는 것을 방지하기 위함이다. 다시 말해, 전극단자(130)의 홈(135)과 가스켓(120)의 돌기(125)의 결합으로 인해 전극단자(130) 끝단의 회전 압착시에도 전극단자(130)만의 회전을 방지할 수는 있지만, 단자통공을 위에서 본 형상이 원이라면 스피닝시 전극단자(130)와 가스켓(120)의 결합체가 회전될 수 있기 때문에, 가스켓(120) 중 상기 단자통공과 접하는 외측면을 각이 지도록 하여 전극단자와 가스켓 결합체의 회전을 방지하고자 하는 것이다.
도 5b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 가스켓의 사시도이다.
도 4 및 도 5b 를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 가스켓(120')은 전극단자(130)의 머리부(132)를 받치는 머리받침부(123)를 구비하고, 상기 머리받침부(123) 상면에는 상기 홈(135)에 상보적인 형상의 돌기(125')가 형성되어 있다.
따라서, 전극단자(130)에 형성된 홈(135)에 가스켓(120')의 돌기(125')가 끼워져 결합됨으로써 이 결합 부분이 전극단자(130) 끝단의 회전 압착시 회전에 대한 저항체의 역할을 할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지는,
서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,
상기 캡조립체는 단자통공이 형성된 캡플레이트와, 상기 단자통공을 통하여 설치되는 전극단자와, 상기 캡플레이트와 상기 전극단자 사이의 절연을 위해 상기 전극단자의 외면에 위치하는 가스켓을 포함하며,
상기 전극단자에는 돌기가 형성되고, 상기 가스켓에는 상기 돌기에 상보적인 형상의 홈이 형성되며, 상기 돌기와 상기 홈이 결합된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 가스켓에 형성된 홈에 전극단자의 돌기가 끼워져 결합됨으로써 이 결합 부분이 전극단자 끝단의 회전 압착시 회전에 대한 저항체의 역할을 할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 캡조립체를 조립하는 과정에서 전극단자의 끝단을 회전 압착할 때 전극단자가 회전하지 않도록 함으로써 전극단자에 끼워진 절연플레이트나 단자플레이트의 회전을 방지하여 캡플레이트와 단자플레이트간의 단락을 방지할 수 있다.
본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (9)

  1. 서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 캡조립체는 단자통공이 형성된 캡플레이트와, 상기 단자통공을 통하여 설치되는 전극단자와, 상기 캡플레이트와 상기 전극단자 사이의 절연을 위해 상기 전극단자의 외면에 위치하는 가스켓을 포함하며,
    상기 전극단자에는 홈이 형성되고, 상기 가스켓에는 상기 홈에 상보적인 형상의 돌기가 형성되며, 상기 홈과 상기 돌기가 결합된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극단자는 상기 캡플레이트 위로 노출되는 머리부와, 상기 머리부와 연결되며 상기 단자통공을 통과하는 핀부를 구비한 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 머리부의 외측면에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 머리부의 바닥면에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 홈은 두 곳에 형성되고, 상기 두 홈은 상기 전극단자의 중심축을 기준으로 대칭적으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스켓에는 상기 전극단자의 상기 머리부의 일부 또는 전부가 수용될 수 있는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈을 이루는 내측면에 상기 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 가스켓은 상기 전극단자의 상기 머리부를 받치는 머리받침부를 구비하고, 상기 머리받침부 상면에는 상기 홈에 상보적인 형상의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자통공을 형성하는 상기 캡플레이트의 측벽은 각이 져 있고, 상기 가스켓의 외측면은 상기 캡플레이트의 상기 측벽에 빈틈없이 접하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 캡조립체는 단자통공이 형성된 캡플레이트와, 상기 단자통공을 통하여 설치되는 전극단자와, 상기 캡플레이트와 상기 전극단자 사이의 절연을 위해 상기 전극단자의 외면에 위치하는 가스켓을 포함하며,
    상기 전극단자에는 돌기가 형성되고, 상기 가스켓에는 상기 돌기에 상보적인 형상의 홈이 형성되며, 상기 돌기와 상기 홈이 결합된 것을 특징으로 하는 이차전지.
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