KR100760754B1 - 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 이차전지는 전극단자의 상면을 캡플레이트의 상면보다 아래에 위치시킴으로써 전지의 총고를 줄여 전지를 소형화하거나 전지의 용량을 증대시키고, 캔에 캡플레이트를 레이저 용접할 때에 전극단자에 의한 간섭을 피할 수 있게 된다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도,

도 2 는 도 1 에 나타낸 이차전지의 캡조립체를 나타낸 부분 확대 단면도,

도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 캡조립체를 나타낸 부분 확대 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 이차전지 11: 캔

12: 전극조립체 100: 캡조립체

110, 110': 캡플레이트 111: 단자통공

113: 가스켓안착홈 120: 가스켓

130, 130': 전극단자 132, 132': 머리부

134, 134': 핀부 140: 절연플레이트

150, 150': 단자플레이트

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극단자의 상면을 캡플레이트의 상면보다 아래에 위치시킴으로써 전지의 총고를 줄여 전지를 소형화하거나 전지의 용량을 증대시키고, 캔에 캡플레이트를 레이저 용접할 때에 전극단자에 의한 간섭을 피할 수 있는 이차전지에 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, 리튬 이차전지는 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 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 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 설치되고 그 외면에 캡플레이트와의 절연을 위한 가스켓이 위치하는 전극단자와, 캡플레 이트의 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 이차전지는 전극단자가 캡플레이트 상면 위로 돌출되어 있어 다음과 같은 문제가 있다.

먼저, 전지 용량의 관점에서 보면, 전극단자가 캡플레이트 상면 위로 돌출됨으로 해서 전지의 총고가 늘어나게 된다. 만일, 전극단자의 상면이 캡플레이트 상면보다 아래에 위치하여 전지의 총고를 줄일 수 있다면, 전지의 소형화 또는 전지 용량의 증대를 이룰 수 있다.

또한, 캔의 개방된 상부에 캡플레이트를 결합할 때에는 통상적으로 캡플레이트 위에서 가장자리를 따라 레이저 용접을 실시하는데, 캡플레이트 상면 위로 돌출된 전극단자로 인하여 원치 않는 반사가 일어날 수 있어 레이저 용접이 방해를 받는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극단자의 상면을 캡플레이트의 상면보다 아래에 위치시킴으로써 전지의 총고를 줄여 전지를 소형화하거나 전지의 용량을 증대시키고, 캔에 캡플레이트를 레이저 용접할 때에 전극단자에 의한 간섭을 피하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는,
전지부와, 상기 전지부의 서로 다른 두 전극에서 각각 인출된 전극탭을 구비한 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 일 측에 단자통공이 형성되며 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡플레이트와, 상기 단자통공을 통하여 설치되며 상기 전극탭 중 하나와 전기 접속되는 전극단자 및, 상기 단자통공과 상기 전극단자를 절연하는 가스켓을 구비한 캡조립체를 포함하고,
상기 캡플레이트가 도전성 재질로 이루어진 경우, 상기 캡플레이트 상면 중 상기 단자통공을 포함하는 영역에는 가스켓안착홈이 형성되고, 상기 가스켓안착홈에 상기 전극단자가 상기 가스켓에 의해 절연되어 안착되되, 상기 전극단자의 상면이 상기 캡플레이트의 상면보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 이차전지에 관한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.

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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 전기를 생성하는 전지부와, 이 전지부의 서로 다른 두 전극에 각각 결합된 전극탭을 구비한다. 전지부는 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 알루미늄 포일로 이루어진 집전체 각각에 음극 활물질인 탄소와 양극 활물질인 코발트산 리튬 등을 코팅시켜 형성할 수 있다. 세퍼레이터(14)는 폴리에틸렌, 폴리프로필 렌, 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. 전지부의 두 전극(13, 15)에는 각각 양극탭 및 음극탭(16, 17)이 결합되어 상방으로 인출되어 있다. 상기 양극탭 및 음극탭(16, 17)에는 상기 전지부의 외부로 인출되는 경계부에 극판(13, 15) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(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 알루미늄 또는 알루미늄 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 캔(11)의 개방된 상부와 결합되는 캡플레이트(110)와, 상기 캡플레이트(110)에 형성된 단자통공(111)을 통하여 설치되며 상기 전극탭 중 하나(17)와 전기 접속되는 전극단자(130)를 포함하여 이루어진다.

전지부의 음극(15)은 음극탭(17)과 단자플레이트(150)를 통하여 전극단자(130)와 전기적으로 연결된다. 전극조립체(12)의 양극(13)의 경우에는 양극탭(16)이 캡플레이트(110)에 전기적으로 연결된다. 한편, 극성을 달리하여 전지를 설계할 수도 있을 것이다.

캡조립체(100)의 아래에는 캡조립체(100)와 전극조립체(12)와의 절연을 위해 절연케이스(190)가 설치되어 있다.

캡플레이트(110)의 일 측에는 벤트(116)가 형성되는데, 이 벤트(116)는 과충전 등으로 인하여 전지의 내부압력이 증가할 때 우선적으로 파단되어 내부가스를 방출시킴으로써 전지의 안전성을 확보하는 역할을 한다.

캡플레이트(110)의 타 측에는 캔(11)의 내부에 전해액을 주입하기 위한 전해액주입공(112)이 형성되어 있으며, 전해액 주입 후 상기 전해액주입공(112)을 밀폐시키는 밀봉부(160)가 형성된다.

도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극단자(130)의 상면이 캡플레이트(110)의 상면보다 아래에 위치하여 있다.

따라서, 전지의 총고를 줄일 수 있고, 이에 따라 전지의 소형화 또는 전지 용량의 증대를 이룰 수 있다. 또한, 캔의 개방된 상부에 캡플레이트를 결합할 때에는 통상적으로 캡플레이트 위에서 가장자리를 따라 레이저 용접을 실시하는데, 캡플레이트 상면 위로 돌출된 부분이 없어 레이저 용접을 용이하게 할 수 있다.

본 실시예에서의 캡조립체(100)는 캡플레이트(110)와, 가스켓(120)과, 전극단자(130)와, 절연플레이트(140)와, 단자플레이트(150)를 포함하여 이루어진다. 본 실시예에서는 캡플레이트(110)가 알루미늄 같은 도전성 재질로 이루어져 있어, 전극단자(130)의 외면에 캡플레이트(110)와 전극단자(130) 사이를 절연하는 가스켓(120)이 필요하다. 또한, 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.

도 1 을 참조하여 캡플레이트(110)의 형상을 살펴보면, 캡플레이트(110)에는 전극단자(130)가 하방으로 관통하기 위한 단자통공(111)이 형성되어 있고, 캡플레이트(110) 상면 중 상기 단자통공(111)을 포함하는 영역에는 가스켓(120)이 안착되는 가스켓안착홈(113)이 형성되어 있다.

도 2 를 참조하면, 가스켓(120)의 상단은 캡플레이트(110)의 상면보다 아래에 위치한다. 가스켓(120)의 상단이 캡플레이트(110)의 상면보다 위로 돌출된다면 전지의 총고를 줄이고자 하는 본 발명의 목적에 반하기 때문이다.

전극단자(130)는 가스켓(120)에 안착되는 사각의 머리부(132)와, 상기 머리부(132)와 일체로 형성되며 단자통공을 통과하는 핀부(134)를 포함하여 이루어진다. 머리부(132)를 사각으로 하는 이유는, 캡조립체의 조립을 위해 전극단자(130)를 캡플레이트(110), 절연플레이트(140), 단자플레이트(150)에 끼운 후 전극단자(130)의 끝단(하단)을 회전 압착하는 스피닝(spinning) 공정을 실시하는데, 이 스피닝 공정시에 캡조립체 부품들이 함께 회전하여 캡플레이트(110)와 단자플레이트(150) 사이에 단락이 일어나지 않도록 하기 위함이다.

가스켓(120)의 상면에는 도시한 바와 같이 전극단자(130)의 머리부(132)가 안착되는 사각의 전극단자안착홈이 형성될 수도 있다. 이는 전극단자(130)의 머리부(132)와 캡플레이트(110) 사이의 절연을 보다 확실히 하고, 또한 스피닝시 전극단자(130)의 회전을 방지하기 위함이다. 다만, 본 발명의 내용은 이에 한정되지 않고, 가스켓의 상면이 평평하게 형성될 수도 있다.

한편, 도 3 을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 캡조립 체는, 캡플레이트(110')가 플라스틱 같은 절연성 재질로 이루어져 있어, 전술한 실시예와 같은 가스켓과 절연플레이트를 생략할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 캡조립체는 캡플레이트(110')와, 전극단자(130')와, 전극탭이 접합되는 단자플레이트(150')를 포함하여 이루어지는데, 도시한 바와 같이, 캡플레이트(110')에 형성된 단자통공을 통하여 설치되는 전극단자(130')의 하단부가 단자플레이트(150')에 결합되어 있다. 본 실시예에서도 전극단자(130')의 상면은 캡플레이트(110')의 상면보다 아래에 위치하여 있다.

따라서, 전지의 총고를 줄일 수 있고, 이에 따라 전지의 소형화 또는 전지 용량의 증대를 이룰 수 있다.

도 3 을 참조하여 캡플레이트(110')의 형상을 살펴보면, 캡플레이트(110')에는 전극단자(130')가 하방으로 관통하기 위한 단자통공이 형성되어 있고, 캡플레이트(110') 상면 중 상기 단자통공을 포함하는 영역에는 전극단자(130')가 안착되는 전극단자안착홈이 형성되어 있다. 전술한 실시예의 내용은 본 실시예에도 동일하게 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 캡조립체는 캔의 개방된 상부와 결합하는 캡플레이트와, 외면에 가스켓이 위치한 채 상기 캡플레이트에 형성된 단자통공을 통하여 설치되는 전극단자와, 상기 캡플레이트 아래에 위치하며 상기 전극단자의 하단부와 결합하는 단자플레이트와, 상기 캡플레이트와 상기 단자플레이트 사이에 위치하는 절연플레이트를 포함한다.

이때, 전극단자는 횡단면이 각이 진 머리부와, 이 머리부와 일체로 형성되며 상기 단자통공을 통과하는 핀부를 포함하여 이루어지는데, 전극단자의 머리부 중 일부가 캡플레이트의 상면보다 아래에 위치한다.

따라서, 전지의 총고를 줄일 수 있고, 이에 따라 전지의 소형화 또는 전지 용량의 증대를 이룰 수 있다. 또한, 전극단자의 끝단(하단)을 회전 압착하는 스피닝(spinning) 공정시, 캡조립체 부품들이 함께 회전하는 것을 방지하여 캡플레이트와 단자플레이트 사이에 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 전극단자의 상면을 캡플레이트의 상면보다 아래에 위치시킴으로써 전지의 총고를 줄여 전지를 소형화하거나 전지의 용량을 증대시키고, 캔에 캡플레이트를 레이저 용접할 때에 전극단자에 의한 간섭을 피할 수 있게 된다.

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 (7)

1. 삭제
2. 전지부와, 상기 전지부의 서로 다른 두 전극에서 각각 인출된 전극탭을 구비한 전극조립체;

   상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및

   일 측에 단자통공이 형성되며 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡플레이트와, 상기 단자통공을 통하여 설치되며 상기 전극탭 중 하나와 전기 접속되는 전극단자 및, 상기 단자통공과 상기 전극단자를 절연하는 가스켓을 구비한 캡조립체를 포함하고,

   상기 캡플레이트가 도전성 재질로 이루어진 경우, 상기 캡플레이트 상면 중 상기 단자통공을 포함하는 영역에는 가스켓안착홈이 형성되고, 상기 가스켓안착홈에 상기 전극단자가 상기 가스켓에 의해 절연되어 안착되되, 상기 전극단자의 상면이 상기 캡플레이트의 상면보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 가스켓의 상단은 상기 캡플레이트의 상면보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 전극단자는 상기 가스켓에 안착되는 사각의 머리부와, 상기 머리부와 일체로 형성되며 상기 단자통공을 통과하는 핀부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 가스켓의 상면에는 상기 전극단자의 상기 머리부가 안착되는 사각의 전극단자안착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
6. 전지부와, 상기 전지부의 서로 다른 두 전극에서 각각 인출된 전극탭을 구비한 전극조립체;

   상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및

   일 측에 단자통공이 형성되며 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡플레이트와, 상기 단자통공을 통하여 설치되며 상기 전극탭 중 하나와 전기 접속되는 전극단자를 구비한 캡조립체를 포함하고,

   상기 캡플레이트가 절연성 재질로 이루어진 경우, 상기 캡플레이트 상면 중 상기 단자통공을 포함하는 영역에는 상기 전극단자가 안착되는 전극단자안착홈이 형성되어 상기 전극단자가 상기 전극단자안착홈에 안착되되, 상기 전극단자의 상면은 상기 캡플레이트의 상면보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 캡플레이트 아래에는 상기 전극단자의 하단부와 결합하는 단자플레이트가 위치하며, 상기 전극탭 중 하나는 상기 단자플레이트에 접합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.

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