KR100884796B1 - 리튬이온 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리튬이온 전지를 개시한다. 본 발명은 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 권취된 전지부를 포함하는 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 상측 단부에 용접되는 캡 플레이트 조립체와, 상기 캔의 하부에 결합하여 외부기기와의 전기적인 연결을 제공하고 상기 캔에 탄성 결합하는 하부 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지를 제공한다.

Description

리튬이온 전지{Prismatic type lithium ion battery}

도 1은 종래 기술에 따른 리튬 이온 전지의 분해 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 리튬이온전지의 일 실시예를 도시한 분해 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 리튬이온전지의 하부 플레이트의 일 실시예를 도시한 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

21 ; 캔 22 ; 전지부

23 ; 캡 플레이트 조립체 24 ; 하부 플레이트

본 발명은 리튬 이온 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하부플레이트가 개선된 리튬 이온 전지에 관한 것이다.

통상적으로, 충방전이 가능한 이차전지는 셀룰러폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등 휴대용 전자기기의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이러한 이차전지로는 니켈-카드뮴전지, 니켈-메탈하이드라이드전지, 니켈-수소전지, 리튬이차전지등을 들 수 있다. 이중에서, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 휴대용 전자기기의 전원 으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴전지나, 니켈-메탈하이드라이드전지에 비하여 3배나 우수하고, 단위중량당 에너지밀도의 특성도 우수하여서 급속도로 신장되고 있다.

리튬이차전지는 전해액의 종류에 따라 액체전해질전지와, 고분자전해질전지로 분류할 수 있다. 일반적으로는, 액체전해질을 사용하는 전지를 리튬이온전지라 하고, 고분자전해질을 사용하는 전지를 리튬폴리머전지라고 한다.

리튬이차전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬이온전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 또한 최근의 리튬폴리머전지는 유연성을 지닌 파우치형으로 제조된다.

도 1에는 종래 공지된 각형 리튬이온전지의 전체적인 구조를 나타내고 있다.

도면을 참조하면, 상기 리튬이차전지(10)는 캔(11)과, 상기 캔(11)의 내부에 수용되는 전지부(12)와, 상기 캔(11)의 상부에 결합되는 캡조립체(13)를 포함한다.

상기 캔(11)은 그 내부에 중공이 형성된 각형의 금속재이고 자체로 단자역할을 수행한다. 상기 캔(11)의 바닥면에는 이차전지(10)의 이상유무로 내압상승시 다른 부위보다 먼저 파단되는 안전변(19)이 설치되어 있으며, 통상적으로 상기 안전변(19)은 상기 캔(11) 저면에 형성된 통공을 커버하도록 상기 캔(11)의 두께보다 얇은 박판형의 플레이트이다.

또한 상기 캔(11)의 저면에는 외부기기와의 전기적인 연결을 위해 하부 플레이트(14)가 제공되며, 이는 용접에 의해 캔(11)과 연결된다.

상기 캔(11)의 내부에 수용되는 전지부(12)는 양극판(12a)과, 음극판(12b) 과, 세퍼레이터(12c)를 포함하고 있다. 상기 양극 및 음극판(12a)(12b)과, 세퍼레이터(12c)는 각각 한장의 스트립으로 이루어져 있고, 양극판(12a), 세퍼레이터(12c), 음극판(12b), 세퍼레이터(12c) 순으로 배치되어서 젤리-롤형으로 권취된다. 상기 세퍼레이터(12c)는 상기 양극 및 음극판(12a)(12b)의 절연을 위하여 복수개 배치되어 있다.

상기 양극판(12a)은 박판의 알루미늄호일로 된 양극집전체와, 그 양면에 리튬계산화물을 주성무으로 하는 양극활물질이 코팅되어 있다. 상기 양극판(12a)으로부터는 양극집전체의 전극무지부(electrode uncoated area)인 양극활물질층이 코팅되지 않은 영역에 양극리드(15)가 용접되어 있다. 상기 양극리드(15)의 일부는 상기 전지부(12)의 상방으로 인출되어 있다.

상기 음극판(12b)은 박판의 구리호일로 된 음극집전체와, 그 양면에 탄소재를 주성분으로 하는 음극활물질층이 코팅되어 있다. 상기 음극판(12b)으로부터도 음극집전체의 전극무지부에 음극리드(16)가 용접되어 있다.

이때, 상기 양극 및 음극리드(15)(16)는 극성을 달리하여 배치될 수도 있으며, 양극 및 음극리드(15)(16)가 전지부(12)로부터 인출되는 부분에는 극판(12a)(12b)간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(17)가 감싸져 있다.

상기 세퍼레이터(12c)는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합필름으로 이루어져 있다. 상기 세퍼레이터(12c)는 상기 양극판(12a)과, 음극판(12b)보다 폭을 넓게 형성하여 극판(12a)(12b)의 단락을 방지한다.

상기 양극 및 음극리드(15)(16)의 인출부분에는 극판(12a)(12b)간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(17)가 감싸져 있다.

상기 캔(11)의 상부에 결합되는 캡조립체(13)에는 캡플레이트(13a)가 마련되어 있다. 상기 캡플레이트(13a)는 상기 캔(11)의 입구와 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 금속재로 상기 캡플레이트(13a)의 중앙에는 소정크기의 단자통공이 형성되어 있다. 상기 캡플레이트(13a)의 일측에는 전해액주입공이 형성되어 있다. 상기 전해액주입공에는 볼이 밀폐가능하게 결합되어 있다.

상기 단자통공에는 하나의 전극단자, 예컨대 음극단자(13b)가 삽입가능하도록 위치하고 있다. 상기 음극단자(13b)의 외면에는 이와 캡플레이트(13a)와의 절연을 위하여 튜브형태의 가스켓(13c)이 설치되어 있다. 상기 캡플레이트(13a)의 아랫면에는 절연플레이트(13d)가 설치되어 있다. 상기 절연플레이트(13d)의 아랫면에는 단자플레이트(13e)가 설치되어 있다.

상기 음극단자(13b)는 가스켓(13c)이 외주면을 감싼 상태에서 상기 단자통공을 통하여 삽입되어 있다. 상기 음극단자(13b)의 저면부는 캔(11)과 캡플레이트(13a)가 결합되는 캡플레이트(13a)의 아랫방향으로 노출되어서 상기 절연플레이트(13d)와, 단자플레이트(13e)가 개재된 상태에서 상기 캡플레이트(13a)에 대하여 그 위치가 고정된다. 상기 음극단자(13b)의 저면부는 단자플레이트(13e)와 전기적으로 연결되어 있다.

여기서, 상기 전지부(12)의 상부에는 상기 전지부(12)와 캡조립체(13)의 전기적 절연을 위함과 동시에, 전해액주입공을 통하여 주입되는 전해액의 유동경로를 제공하는 절연케이스(13f)가 설치되어 있다. 상기 절연케이스(13f)는 절연성을 가 지는 소재인 고분자수지이며, 통상 폴리프로필렌으로 형성한다.

상기와 같이 구성된 리튬이온전지는 하부플레이트를 캔에 용접에 의해 연결함으로써 용접에 따르는 불량이 발생하기 쉬우며, 전지의 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있고 또한 전지 이상시 외부단자와의 차단이 이루어지지 않아 안전성이 저해되는 문제를 갖는다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하부플레이트를 용접의 필요가 없도록 개선한 리튬 이온 전지를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명인 리튬 이온 전지는, 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 권취된 전지부를 포함하는 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 상측 단부에 용접되는 캡 플레이트 조립체와, 상기 캔의 하부에 결합하여 외부기기와의 전기적인 연결을 제공하고, 상기 캔에 탄성 결합하는 하부플레이트를 구비한다.

본 발명의 상기 하부플레이트는 베이스부와, 상기 베이스부의 양측단으로부터 상부로 연장되어 상기 캔을 향해 탄성바이어스되는 탄성지지부를 구비할 수 있으며, 상기 탄성지지부는 캔에 대해 탄성을 가지도록 내측을 향하는 제 1 지지부와, 상기 제 1 지지부로부터 외측을 향해 굴곡되어 연장되는 제 2 지지부와, 상기 제 1 지지부와 제 2 지지부의 경계에 형성된 모서리로 이루어진 장착부를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 캔은 그 하부에 상기 하부플레이트와 결합하기 위한 결합부를 구비하는 것이 바람직하며, 상기 결합부는 상기 하부플레이트의 탄성지지부에 형성된 장착부에 대응하는 홈으로 이루어질 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명에 따른 리튬이온전지의 일 실시예의 분해 사시도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 리튬이온전지(20)는 전극조립체(28)와, 이를 수용하는 캔(21)과, 상기 캔(21)의 상측 단부에 용접되는 캡 플레이트 조립체(23)와, 상기 캔의 하부에 결합하여 외부기기와의 전기적인 연결을 제공하는 하부 플레이트(24)를 구비한다.

전극조립체(28)는 전지부(22)와 상기 전지부(22)의 양극판(22a)과 음극판(22b)으로부터 각각 인출되는 양극리드(25)와 음극리드(26)로 이루어진다. 상기 캔(21)의 내부에 수용되는 전지부(22)는 양극판(22a)과, 음극판(22b)과, 세퍼레이터(22c)를 포함하고 있다. 상기 양극 및 음극판(22a)(22b)과, 세퍼레이터(22c)는 각각 한장의 스트립으로 이루어져 있고, 양극판(22a), 세퍼레이터(22c), 음극판(22b), 세퍼레이터(22c) 순으로 배치되어서 젤리-롤형으로 권취되어 있다. 상기 세퍼레이터(22c)는 상기 양극 및 음극판(22a)(22b)의 절연을 위하여 복수개 배치되어 있다.

상기 양극판(22a)은 박판의 알루미늄호일로 된 양극집전체와, 그 양면에 리튬계산화물을 주성분으로 하는 양극활물질이 코팅되어 있다. 상기 양극판(22a)으로부터는 양극집전체의 전극무지부(electrode uncoated area)인 양극활물질층이 코팅되지 않은 영역에 양극리드(25)가 용접되어 있다. 상기 양극리드(25)의 일부는 상기 전지부(22)의 상방으로 인출되어 있다.

상기 음극판(22b)은 박판의 구리호일로 된 음극집전체와, 그 양면에 탄소재를 주성분으로 하는 음극활물질층이 코팅되어 있다. 상기 음극판(22b)으로부터도 음극집전체의 전극무지부에 음극리드(26)가 용접되어 있다.

이때, 상기 양극 및 음극리드(25)(26)는 극성을 달리하여 배치될 수도 있으며, 양극 및 음극리드(25)(26)가 전지부(22)로부터 인출되는 부분에는 극판(23)(25)간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(27)가 감싸져 있다.

상기 세퍼레이터(22c)는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합필름으로 이루어져 있다. 상기 세퍼레이터(22c)는 상기 양극판(22a)과, 음극판(22b)보다 폭을 넓게 형성하는 것이 극판(22a)(22b)의 단락을 방지하는데 유리하다고 할 것이다.

상기 양극 및 음극리드(25)(26)의 인출부분에는 극판(22a)(22b)간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(27)가 감싸져 있다.

또한, 상기 캔(21)은 그 내부에 중공이 형성된 각형의 금속재로서, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 상기 캔(21)의 바닥면에는 이차전지(20)의 이상유무로 내압상승시 다른 부위보다 먼저 파단되는 안전변(29)이 설치되어 있다. 상기 안전변(29)은 상기 캔(21) 저면에 형성된 통공을 커버하도록 상기 캔(21)의 두께보다 얇은 박판형의 플레이트이다. 그리고 상기 캔(21)은 그 하부에 하부 플레이트(24)의 결합을 위해 마련된 결합부(21a)를 구비하는데, 이는 캔(21)의 표면에 홈으로 이루어질 수 있으며, 그 길이 및 형상은 결합하는 하부 플레이트(24)에 대응하여 형성할 수 있다.

상기 캔(21)의 상부에 결합되는 캡조립체(23)에는 캡플레이트(23a)가 마련되어 있다. 상기 캡플레이트(23a)는 상기 캔(21)의 입구와 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 금속재이다. 상기 캡플레이트(23a)의 중앙에는 소정크기의 단자통공이 형성되어 있다. 상기 캡플레이트(23a)의 일측에는 전해액주입공이 형성되어 있다. 상기 전해액주입공에는 볼이 밀폐가능하게 결합되어 있다.

상기 단자통공에는 하나의 전극단자, 예컨대 음극단자(23b)가 삽입가능하도록 위치하고 있다. 상기 음극단자(23b)의 외면에는 이와 캡플레이트(23a)와의 절연을 위하여 튜브형태의 가스켓(23c)이 설치되어 있다. 상기 캡플레이트(23a)의 아랫면에는 절연플레이트(23d)가 설치되어 있다. 상기 절연플레이트(23d)의 아랫면에는 단자플레이트(23e)가 설치되어 있다.

상기 음극단자(23b)는 가스켓(23c)이 외주면을 감싼 상태에서 상기 단자통공을 통하여 삽입되어 있다. 상기 음극단자(23b)의 저면부는 캔(21)과 캡플레이트(23a)가 결합되는 캡플레이트(23a)의 아랫방향으로 노출되어서 상기 절연플레이트(23d)와, 단자플레이트(23e)가 개재된 상태에서 상기 캡플레이트(23a)에 대하여 그 위치가 고정된다. 상기 음극단자(23b)의 저면부는 단자플레이트(23e)와 전기적으로 연결되어 있다.

여기서, 상기 전지부(22)의 상부에는 상기 전지부(22)와 캡조립체(23)의 전기적 절연을 위함과 동시에, 전해액주입공을 통하여 주입되는 전해액의 유동경로를 제공하는 절연케이스(23f)가 설치되어 있다. 상기 절연케이스(23f)는 절연성을 가지는 소재인 고분자수지이며, 통상 폴리프로필렌으로 형성한다.

또한 하부 플레이트(24)는 베이스부(24a)와, 상기 베이스부(24a)의 양측단으로부터 상부로 연장되어 상기 캔(21)을 향해 탄성바이어스되는 탄성지지부(24b)를 구비한다. 도 3에는 상기 탄성지지부(24b)를 확대하여 도시하였는바, 이를 참조하면, 탄성지지부(24b)는 캔에 대해 탄성을 가지도록 내측을 향하여 구부러진 제 1 지지부(31)와 상기 제 1 지지부로부터 외측을 향해 굴곡되어 연장되는 제 2 지지부(32)와, 상기 제 1 지지부(31)와 제 2 지지부(32)의 경계에 형성된 모서리로 이루어진 장착부(33)를 구비한다.

이러한 하부 플레이트(24)는 상기 캔(21)에 형성된 결합부(21a)에 상기 장착부(33)을 위치시킴으로써 상기 캔(21)과 결합하게 된다. 즉 캔(21)을 향해 탄성바이어스되는 탄성지지부(24b)를 이용하여 캔(21)과 하부 플레이트(24)가 결합됨으로써 종전과 같은 용접공정을 생략하고, 단순히 하부 플레이트를 끼움으로써 장착을 한다. 이러한 하부 플레이트(24)의 장착방식은 전지를 사용하는 경우, 어떤 이유로 인해 내압이 증가하여 안전변(29)이 열릴 경우, 하부 플레이트(24)가 캔(21)으로부터 분리됨으로써, 외부입력 단자와 차단을 함으로써 안전성을 향상시키는 역할도 하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명인 리튬 이온 전지는 하부 플레이트를 용접공정 없이 단순히 끼워줌으로써 장착 가능하게 하여 전지제조공정을 단순하게 하여 공수를 절감할 수 있으며, 전지 이상시 안전변의 파열과 함께 하부 플레이트가 분리됨으로써 외부단자와의 연결을 차단시켜 전지의 안전성을 향상시킨다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 권취된 전지부를 포함하는 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 상측 단부에 용접되는 캡 플레이트 조립체와, 상기 캔의 하부에 결합하여 외부기기와의 전기적인 연결을 제공하고 상기 캔에 탄성 결합하는 하부 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하부플레이트는 베이스부와, 상기 베이스부의 양측단으로부터 상부로 연장되어 상기 캔을 향해 탄성바이어스되는 탄성지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 탄성지지부는 캔에 대해 탄성을 가지도록 내측을 향하는 제 1 지지부와, 상기 제 1 지지부로부터 외측을 향해 굴곡되어 연장되는 제 2 지지부와, 상기 제 1 지지부와 제 2 지지부의 경계에 형성된 모서리로 이루어진 장착부를 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 캔은 그 하부에 상기 하부플레이트와 결합하기 위한 결합부를 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 결합부는 상기 하부플레이트의 탄성지지부에 형성된 장착부에 대응하는 홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬이온전지.

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