KR100778979B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 이차전지는 캔의 상부 중 적어도 일부가 캡플레이트의 상면보다 위로 돌출되어 성형수지부와 밀착됨으로써, 또는 캡플레이트의 가장자리부 중 적어도 일부가 주변의 다른 부분보다 위로 돌출되어 성형수지부와 밀착됨으로써, 성형수지부의 비틀림이나 구부림 등을 방지할 수 있다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도이다.
도 2a 는 도 1 에 나타낸 이차전지의 캔의 사시도이고, 도 2b 는 도 1 에 나타낸 이차전지의 개략적인 정단면도이며, 도 2c 는 도 2b 의 부분 확대도이다.
도 3a 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 베어셀의 사시도이고, 도 3b 는 도 3a 의 베어셀을 포함하는 이차전지의 개략적인 정단면도이며, 도 3c 는 도 3b 의 부분 확대도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 이차전지 11, 11': 캔
11a: 돌출부 11b: 걸림턱
12: 전극조립체 100: 캡조립체
110, 110': 캡플레이트 110a: 돌출부
300: 보호회로기판 400, 400': 성형수지부
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캔의 상부 중 적어도 일부가 캡플레이트의 상면보다 위로 돌출되어 성형수지부와 밀착됨으로써, 또는 캡플레이트의 가장자리부 중 적어도 일부가 주변의 다른 부분보다 위로 돌출되어 성형수지부와 밀착됨으로써, 성형수지부의 비틀림이나 구부림을 방지하는 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 베어셀과, 보호회로기판과, 성형수지부를 포함하여 이루어진다.
베어셀은 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 캔과, 이 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함한다.
보호회로기판은 충·방전시 과충전 또는 과방전으로부터 전지를 보호하기 위한 보호회로가 형성된 기판이다. 이 보호회로기판은 리드플레이트 등을 통해 베어셀의 두 전극과 전기 접속될 수 있다.
성형수지부는 핫 멜팅(hot melting) 수지가 베어셀의 캡플레이트와 보호회로기판 사이 공간에 채워져 응고된 부분이다. 이 성형수지부는 캡플레이트와 보호회로기판 사이의 전지 부품의 유동을 방지한다.
한편, 캡플레이트 상면의 일 측에는 캡플레이트와 성형수지부 간의 결합력을 높이기 위한 홀더가 위치할 수도 있다. 이 홀더는 비틀림이나 구부림 같은 외력에 의해 캡플레이트에 대한 성형수지부의 위치가 변동되거나, 캡플레이트로부터 성형수지부가 분리되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이러한 홀더는 단순한 직육면체의 외형을 가지고, 홀더의 바닥면에 형성된 홈에 캡플레이트의 상면에 형성된 돌기가 끼워져 고정되어 있는 모습을 취하고 있다.
그런데, 캡플레이트의 상면에는 상기 홀더 외에 다양한 부품들의 설치 공간이 필요하다. 예컨대, 전해액이 주입되기 위한 입구 및 마개가 위치하고, 전지의 안정성을 확보하기 위한 벤트가 형성되며, 써멀 브레이커나 PTC소자 등의 안전장치가 설치될 수도 있고, 보호회로기판의 두 접속단자와 전기 접속을 위한 리드플레이트가 설치될 수도 있다. 결국, 상기 홀더가 설치될 수 있는 공간은 상당히 제약된다.
따라서, 이러한 공간적 제약을 갖는 홀더는 크기가 제한될 수 밖에 없으며, 이에 따라 캡플레이트와 성형수지부 간의 결합력이 충분히 크지 않아, 비틀림이나 구부림 같은 외력에 대한 저항 지지체로서의 역할을 충분히 수행하지 못하는 문제가 있다. 결국, 비틀림이나 구부림 같은 외력에 의해 캡플레이트에 대한 성형수지 부의 위치가 변동되거나, 캡플레이트로부터 성형수지부가 분리될 수 있는 문제가 있다.
또한, 별도의 홀더를 제조하기 위한 시간 및 비용을 요구하며, 이는 제조원가의 상승을 초래하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 캔의 상부 중 적어도 일부가 캡플레이트의 상면보다 위로 돌출되어 성형수지부와 밀착됨으로써, 또는 캡플레이트의 가장자리부 중 적어도 일부가 주변의 다른 부분보다 위로 돌출되어 성형수지부와 밀착됨으로써, 성형수지부의 비틀림이나 구부림을 방지하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는,
전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡플레이트를 구비한 캡조립체를 포함하는 베어셀;
상기 베어셀의 두 전극에 전기 접속되는 보호회로기판; 및
상기 베어셀과 상기 보호회로기판 사이 공간에 채워지는 성형수지부를 포함하여 이루어지며,
상기 캔의 상부 중 적어도 일부가 상기 캡플레이트의 상면보다 위로 돌출되고, 이 돌출된 부위(이하, "돌출부"라고 함)가 상기 성형수지부와 밀착된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지는,
전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡플레이트를 구비한 캡조립체를 포함하는 베어셀;
상기 베어셀의 두 전극에 전기 접속되는 보호회로기판; 및
상기 베어셀과 상기 보호회로기판 사이 공간에 채워지는 성형수지부를 포함하여 이루어지며,
상기 캡플레이트의 가장자리부 중 적어도 일부는 주변의 다른 부분보다 위로 돌출되고, 이 돌출된 부위(이하, "돌출부"라고 함)가 상기 성형수지부와 밀착된 것을 특징으로 한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 이차전지에 관하여 상세하게 설명하고자 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도이다.
도면을 참조하면, 이차전지(10)는 베어셀과, 보호회로기판(300)과, 성형수지부(미도시)를 포함하여 이루어진다.
베어셀은 전극조립체(12)와, 이 전극조립체(12)를 수용하는 캔(11)과, 이 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체(100)를 포함하여 이루어진다.
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. 두 전극(13, 15)에는 각각 양극탭 및 음극탭(16, 17)이 결합되어 상방으로 인출되어 있다. 상기 양극탭 및 음극탭(16, 17)에는 상기 전극조립체(12)의 외부로 인출되는 경계부에 극판(13, 15) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(18)가 감겨져 있다.
캔(11)은 각형 이차전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서, 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다. 캔(11)은 전극조립체(12)와 전해액의 용기가 되고, 전극조립체(12)가 투입되도록 개방된 상부는 캡조립체(100)에 의해 봉해진다. 캔(11)의 구조에 관한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
캡조립체(100)는 상기 캔(11)의 상부에 결합되는 캡플레이트(110)와, 외면에 가스켓(120)을 위치시킨 채 상기 캡플레이트(110)에 형성된 단자통공(111)을 통하여 설치되는 전극단자(130)와, 상기 캡플레이트(110)의 아래에 설치되는 절연플레이트(140)와, 상기 절연플레이트(140)의 아래에 설치되어 상기 전극단자(130)와 통전되는 단자플레이트(150)를 포함한다. 상기 단자플레이트(150) 아래에는 단자플레이트(150)와 전극조립체(12) 간의 단락을 방지하기 위한 절연케이스(190)가 설치될 수도 있다.
전극조립체(12)의 음극(15)은 음극탭(17)과 단자플레이트(150)를 통하여 전극단자(130)와 전기적으로 연결되고, 양극(13)의 경우에는 양극탭(16)을 통하여 캡플레이트(110)와 전기적으로 연결된다. 한편, 극성을 달리하여 전지를 설계할 수도 있을 것이다.
캡플레이트(110)의 일 측에는 캔(11)의 내부에 전해액을 주입하기 위한 전해액주입공(112)이 형성되어 있으며, 이 전해액주입공(112)은 전해액 주입 후 밀봉부(160)에 의해 밀폐된다.
한편, 보호회로기판(300)은 수지로 이루어진 판넬에 보호회로가 형성되어 이루어진다. 보호회로는 충·방전시 과충전 또는 과방전으로부터 전지를 보호하기 위한 회로를 말하며, 접속단자(360, 370))와 전기 접속되어 있다.
이 중 한 접속단자(360)는 리드플레이트(210)를 통해 베어셀의 캡플레이트(110)와 전기 접속되므로 양극성을 띈다. 또한, 다른 접속단자(370)는 리드플레이트(220)와 PTC소자(170)를 통해 베어셀의 전극단자(130)와 전기 접속되므로 음극성을 띈다. 이때, PTC소자(170)와 캡플레이트(110) 간의 절연을 위하여 절연부재(185)가 개재된다. 여기서, 리드플레이트(220)와 PTC소자(170)는 써멀 브레이커 등으로 대체될 수 있다. 상기 접속단자(360, 370)는 외부입출력단자(311, 321)와 전기 접속되어 외부의 전기·전자장치와 연결된다.
또한, 성형수지부(미도시)는 핫 멜팅(hot melting) 수지가 베어셀의 캡플레이트(110)와 보호회로기판(300) 사이의 빈 공간에 채워져 응고된 부분이다. 이 성형수지부는 캡플레이트(110)와 보호회로기판(300) 사이의 전지 부품의 유동을 방지하는 역할을 한다. 상기 역할을 수행하기 위해, 성형수지부는 비틀림이나 구부림 같은 외력에 의해 변형되지 않을 필요가 있다.
본 발명에서는 캔(11) 또는 캡플레이트(110)가 성형수지부의 비틀림 등을 방지하는데, 이에 관하여 보다 상세하게는 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2c 를 참조하면, 캔(11)의 상부 중 적어도 일부가 캡플레이트(110)의 상면보다 위로 돌출되고, 이 돌출된 부위(이하, "돌출부"라고 함)(11a)가 성형수지부(400)와 밀착되어 있다.
도 2a 에서 표시한 점선은 캡플레이트의 상면을 포함하는 면이 캔(11)과 만나는 부분을 나타내고, 돌출부(11a)는 상기 점선부터 캔의 상단까지 연장된 부분을 의미한다. 또한, 도 2a 에 의하면, 캔(11)의 상부 전부가 캡플레이트의 상면보다 위로 돌출되어 있는데, 이 경우 성형수지부와 접촉하여 지지하는 면적이 넓어지고 돌출부(11a)끼리 상호 연결되어 있으므로 성형수지부의 비틀림이나 구부림을 방지하는 효과가 더욱 뛰어나다. 다만, 본 발명의 내용은 이에 한정되지 않는다.
이때, 돌출부(11a)의 내측과 캡플레이트(110)가 이루는 각은 대략 90°인 것이 바람직하다. 도 2b 및 도 2c 에 나타낸 바와 같이, 성형수지부(400)는 돌출부(11a)의 내측 및 캡플레이트(110)의 상면에 밀착되어 있는데, 이 돌출부(11a)의 내측과 캡플레이트(110)가 이루는 각이 대략 90°일 때, 이에 밀착된 성형수지부(400)의 측면과 바닥면은 90°의 각도를 이루며 각이 져 있다. 돌출부(11a)의 내측과 캡플레이트(110)가 이루는 각이 예각이면 캡플레이트(110)를 캔에 결합하기 곤란하고, 둔각이면 비틀림이나 구부림 등의 외력에 대한 저항력이 직각일 때보다 약하다.
또한, 도 2b 및 도 2c 를 참조하면, 돌출부(11a)의 높이는 성형수지부(400)의 높이보다 낮게 형성된다. 즉, 성형수지부(400)는 돌출부(11a)의 내측 및 상면에 밀착된다. 이에 따라, 돌출부(11a)와 보호회로기판(300)의 간섭을 피할 수 있게 된 다. 다만, 본 발명의 내용은 이에 한정되지 않는다.
도 2a 및 도 2c 를 참조하면, 캔(11)의 상부 내벽에 걸림턱(11b)이 형성되며, 이 걸림턱(11b)에 캡플레이트(110)가 안착된다. 그리고, 캡플레이트(110)의 상면 가장자리부와 캔(11)의 내벽이 만나는 부분에 레이저 용접 등을 실시하여, 캔(11)의 개방된 상부에 캡플레이트(110)를 결합하면서 밀폐시킨다.
또한, 도시하진 않았지만, 보호회로기판의 한 접속단자는 상기 돌출부에 전기 접속될 수도 있다. 기존에는 보호회로기판의 접속단자가 캡플레이트에 전기 접속되었으나, 본 실시예에서는 캔의 일부(돌출부)가 캡플레이트보다 높게 형성되어 있어 돌출부에 전기 접속이 가능하다. 예를 들어, 보호회로기판의 한 접속단자가 직접 돌출부에 접합될 수도 있고, PTC소자나 써멀 브레이커 등의 안전장치를 매개로 하여 돌출부에 전기 접속될 수도 있다. 이에 따라, 캡플레이트 상면에 여유 공간이 생길 수 있다.
한편, 도 3a 내지 도 3c 는 본 발명의 다른 실시예를 나타내고 있다.
도 3a 내지 도 3c 를 참조하면, 캡플레이트(110')의 가장자리부 중 적어도 일부는 주변의 다른 부분보다 위로 돌출되고, 이 돌출된 부위(이하, "돌출부"라고 함)(110a)가 성형수지부(400')와 밀착되어 있다.
도 3a 에 의하면, 캡플레이트(110')의 가장자리부 전부가 주변의 다른 캡플레이트 부분의 상면보다 위로 돌출되어 있는데, 이 경우 성형수지부와 접촉하여 지지하는 면적이 넓어지고 돌출부(110a)끼리 상호 연결되어 있으므로 성형수지부의 비틀림이나 구부림을 방지하는 효과가 더욱 뛰어나다. 다만, 본 발명의 내용은 이 에 한정되지 않는다.
이때, 돌출부(110a)의 내측과 캡플레이트(110')의 다른 부분이 이루는 각은 대략 90°인 것이 바람직하다. 도 3b 및 도 3c 에 나타낸 바와 같이, 성형수지부(400')는 돌출부(110a)의 내측 및 캡플레이트(110)의 상면에 밀착되어 있는데, 이 돌출부(110a)의 내측과 캡플레이트(110')의 다른 부분이 이루는 각이 대략 90°일 때, 이에 밀착된 성형수지부(400')의 측면과 바닥면은 90°의 각도를 이루며 각이 져 있다. 돌출부(110a)의 내측과 캡플레이트(110')가 이루는 각이 예각이면 전체적으로 직육면체를 이루지 않아 후속 공정이 힘들고, 둔각이면 비틀림이나 구부림 등의 외력에 대한 저항력이 직각일 때보다 약하다.
또한, 도 3b 및 도 3c 를 참조하면, 돌출부(110a)의 높이는 성형수지부(400')의 높이보다 낮게 형성된다. 즉, 성형수지부(400')는 돌출부(110a)의 측면 및 상면에 밀착된다. 이에 따라, 돌출부(110a)와 보호회로기판(300)의 간섭을 피할 수 있게 된다. 다만, 본 발명의 내용은 이에 한정되지 않는다.
도 3a 및 도 3c 를 참조하면, 캔(11')의 상부 내벽에 걸림턱이 형성되며, 이 걸림턱에 캡플레이트(110')가 안착된다. 그리고, 캡플레이트(110')의 측면과 캔(11')의 상단이 만나는 부분에 레이저 용접 등을 실시하여, 캔(11')의 개방된 상부에 캡플레이트(110')를 결합하면서 밀폐시킨다.
또한, 도시하진 않았지만, 보호회로기판의 한 접속단자는 상기 돌출부에 전기 접속될 수도 있다. 기존에는 보호회로기판의 접속단자가 캡플레이트의 상면에 전기 접속되었으나, 본 실시예에서는 캡플레이트의 일부(돌출부)가 캡플레이트의 다른 부분보다 높게 형성되어 있어 돌출부에 전기 접속이 가능하다. 예를 들어, 보호회로기판의 한 접속단자가 직접 돌출부에 접합될 수도 있고, PTC소자나 써멀 브레이커 등의 안전장치를 매개로 하여 돌출부에 전기 접속될 수도 있다. 이에 따라, 캡플레이트 상면에 여유 공간이 생길 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 캔의 상부 중 적어도 일부가 캡플레이트의 상면보다 위로 돌출되어 성형수지부와 밀착됨으로써, 또는 캡플레이트의 가장자리부 중 적어도 일부가 주변의 다른 부분보다 위로 돌출되어 성형수지부와 밀착됨으로써, 성형수지부의 비틀림이나 구부림을 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 (10)

  1. 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡플레이트를 구비한 캡조립체를 포함하는 베어셀;
    상기 베어셀의 두 전극에 전기 접속되는 보호회로기판; 및
    상기 베어셀과 상기 보호회로기판 사이 공간에 채워지는 성형수지부를 포함하여 이루어진 이차전지에 있어서,
    상기 캔의 상부 중 적어도 일부가 상기 캡플레이트의 상면보다 위로 돌출되고, 이 돌출된 부위(이하, "돌출부"라고 함)가 상기 성형수지부와 밀착된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부의 내측과 상기 캡플레이트가 이루는 각은 90°인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부의 높이는 상기 성형수지부의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캔의 상부 내벽에 걸림턱이 형성되며, 상기 걸림턱에 상기 캡플레이트가 안착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호회로기판의 한 접속단자는 상기 돌출부에 전기 접속되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡플레이트를 구비한 캡조립체를 포함하는 베어셀;
    상기 베어셀의 두 전극에 전기 접속되는 보호회로기판; 및
    상기 베어셀과 상기 보호회로기판 사이 공간에 채워지는 성형수지부를 포함하여 이루어진 이차전지에 있어서,
    상기 캡플레이트의 가장자리부 중 적어도 일부는 주변의 다른 부분보다 위로 돌출되고, 이 돌출된 부위(이하, "돌출부"라고 함)가 상기 성형수지부와 밀착된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 돌출부의 내측과 상기 캡플레이트의 다른 부분이 이루는 각은 90°인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 돌출부의 높이는 상기 성형수지부의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 캔의 상부 내벽에 걸림턱이 형성되며, 상기 걸림턱에 상기 캡플레이트가 안착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호회로기판의 한 접속단자는 상기 돌출부에 전기 접속되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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