KR100917742B1

KR100917742B1 - 원통형 이차전지

Info

Publication number: KR100917742B1
Application number: KR1020080023384A
Authority: KR
Inventors: 김대규
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-09-15
Also published as: US9350004B2; US20090233160A1

Abstract

본 발명은 내부저항 증가의 원인인 전극조립체의 상, 하 유동을 방지할 수 있는 원통형 이차전지에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 내부에 중공이 형성되고, 제 1 전극탭과 제 2 전극탭을 포함하는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡조립체와, 외측으로는 상기 캔과 결합하고, 내측으로는 상기 캡조립체의 외주면을 감싸는 가스켓부와, 상기 가스켓부 하측으로는 상기 가스켓부와 이어져 형성되고 상기 전극조립체의 상부면을 덮는 절연판부와, 상기 절연판부 중심에는 상기 절연판부와 이어져 형성되고 상기 중공 내부로 삽입되도록 연장 형성되는 센터핀부로 구성되는 일체형 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 전극조립체의 상, 하 유동을 효과적으로 방지하게 되어 원통형 이차전지의 내부저항 증가를 억제하는 효과가 있다.

일체형, 가스켓, 절연판, 센터핀, 원통형, 이차전지

Description

원통형 이차전지{Cylinder type Secondary Battery}

본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로, 특히 내부저항 증가의 원인인 전극조립체의 상, 하 유동을 방지할 수 있는 원통형 이차전지에 관한 것이다.

일반적으로 원통형 이차전지는 원통 형태의 전극조립체와, 전극조립체와전해액을 수용하는 원통 형태의 캔과, 캔의 상단 개구부에 결합되어 캔을 밀봉하고 전극조립체에서 발생되는 전류를 외부장치로 흐르게 하는 캡조립체를 포함한다.

상기 원통형 이차전지의 구조 및 제조과정을 개략적으로 살펴보면, 전극조립체는 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치된 상태에서 젤리 롤형으로 와인딩되어 형성된다. 상기 전극조립체의 중앙부에는 원통형의 센터핀이 삽입된다. 상기 센터핀은 전극조립체의 중앙부에 젤리 롤 형으로 와인딩하여 전극조립체를 형성할 때 사용되는 중심축을 제거함으로써 발생된 공간에 삽입되는 것으로, 전극조립체의 변형을 방지하며, 발열 등으로 인하여 발생하는 전지 내부의 가스를 전지 상부로 배출하는 역할을 한다. 또한, 전극조립체 상부 및 하부에는 상부 절연판과 하부 절연판이 형성된다. 상부 절연판과 하부 절연판은 전극조립체가 캡조립체 또는 원통형 캔에 접촉되어 단락되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이러한 전극조립체는 원통형 캔에 수용되고, 전극조립체가 캔 내부에서 유동하는 것을 방지하기 위한 비딩부가 캔의 상단 측벽에 형성된다. 또한, 캔의 상단 개구부 내측 벽에는 부품의 안착, 결합 및 내부를 밀폐하는 역할을 하는 가스켓이 설치되고, 가스켓 내측으로는 캔의 상단 개구부를 마감하는 캡조립체가 설치된다. 그리고 가스켓 내측에 결합되는 캡업 등을 마개로 하여, 원통형 캔 중 상단 개구부 벽체의 내측 및 아래쪽으로 압력을 가해 캔을 봉합하는 크림핑 작업이 이루어진다. 그리고 마지막 공정으로, 전지의 외부에 외장재를 입히는 튜빙 작업이 이루어짐으로써 원통형 전지가 완성된다.

여기서, 상기와 같이 각각개별적으로 구성되는 가스켓, 센터핀 및 절연판을 사용하여 원통형 이차전지를 제조하는 경우, 각각의 부품을 만드는 제조비용이 추가될 수 있다. 또한, 가스켓, 센터핀 및 절연판을 형성하는 공정을 따로 진행하여야 하는 바, 이는 전체적인 원통형 이차전지의 제조공정을 복잡하게 하고, 제조시간의 증가를 초래하게 된다. 또한, 낙하 등 전지에 충격이 가해지는 경우, 예컨대, 센터핀이 전극조립체로부터 빠져나와 캡조립체의 하부 구조물들을 가격하게 되어 이들이 손상될 위험이 있다. 더욱이, 상기와 같이 제조된 원통형 이차전지가 전동공구용 전원으로 사용될 경우, 전동공구 사용시 많은 진동을 받게 되어 내부의 전극조립체가 상, 하 유동하게 될 수 있고, 이러한 전극조립체의 상, 하 유동은 내부저항(internal resistance; IR)의 증가를 초래하게 되어, 원통형 이차전지의 발열 및 폭발 등의 문제점을 유발할 수 있다.

상기한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 기술적 과제는 내부저항 증가의 원인인 전극조립체의 상, 하 유동을 방지할 수 있는 원통형 이차전지를 제공하는 데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 세퍼레이터가 젤리 롤 형태로 와인딩 되어 내주부에 중공이 형성되고, 상기 제 1 전극판 및 상기 제 2 전극판에서 각각 인출되는 제 1 전극탭 및 제 2 전극탭을 포함하는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡조립체와, 외측으로는 상기 캔과 결합하고, 내측으로는 상기 캡조립체의 외주면을 감싸는 가스켓부와, 상기 가스켓부 하측으로는 상기 가스켓부와 이어져 형성되고 상기 전극조립체의 상부면을 덮는 절연판부와, 상기 절연판부 중심에는 상기 절연판부와 이어져 형성되고 상기 중공 내부로 삽입되도록 연장 형성되는 센터핀부로 구성되는 일체형 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 일체형 가스켓은 압착 시 상기 센터핀부가 상향되어 상기 절연판부가 경사진 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 일체형 가스켓은 압착 시 상기 센터핀부가 상기 캡조립체의 하단부와 접촉되어 상기 캡조립체의 하단부를 받쳐 지지하는 것을 특징으로 하고, 또한 동시에 상기 절연판부가 상기 전극조립체의 상단부와 접촉되어 상기 전극조립체의 상단부를 눌러 지지하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 일체형 가스켓은 40 내지 50%로 압축되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 가스켓부는 상기 캡조립체를 안착시키고 지지할 수 있도록 단면이 'ㄷ' 형태로 움푹파인 절곡부와, 상기 절곡부와 하부 방향으로 이어져 형성되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 절연판부는 판상의 원형으로, 중심부에는 상기 센터핀부와 연결되는 메 인홀이 형성되고, 주변부에는 복수개의 서브홀이 형성되고, 상기 복수개의 서브홀 중 어느 하나의 서브홀은 상기 제 1 전극탭을 관통시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 센터핀부는 속이 빈 가늘고긴 원통 형상으로, 측벽에는 복수개의 측벽홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 가스켓부는 상기 절연판부 및 상기 센터핀부 보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 일체형 가스켓은 플라스틱 또는 폴리프로필렌과 같은 수지물인 것을 특징으로 하며, 상기 일체형 가스켓은 사출 성형물인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 캡조립체는 캡업과, 상기 캡업 하부에 결합되는 안전벤트와, 상기 안전벤트 하부에 결합되는 절연체와, 상기 절연체 하부에 결합되는 캡다운과, 상기 캡다운 하부에 결합되는 서브플레이트를 포함한다.

여기서, 상기 캡업은 판상의 원형으로, 중심부분이 위로 돌출된 형태로 구성되고, 외측은 상기 절곡부의 내측 상단에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 안전벤트는 판상의 원형으로, 중심부분이 아래로 돌출된 형태로 구성되고, 외측은 상기 절곡부의 내측 하단에 위치하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 캡다운은 판상의 원형으로, 중앙에는 상기 안전벤트의 돌출된 부분을 관통시키는 관통공이 형성되고, 외측은 상기 연결부의 내측에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 일체형 가스켓을 구성하면, 전극조립체의 상, 하 유동을 효 과적으로 방지하게 되어 내부저항 증가를 억제하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따라 일체형 가스켓이 구성된 원통형 이차전지를 전동공구용 전원으로 사용할 경우, 진동발생 시 전극조립체의 상, 하 유동 방지 효과는 더욱 두드러질 것이다.

또한, 본 발명에 따라 일체형 가스켓을 구성하면, 가스켓과, 상부절연판과, 센터핀을 개별적으로 제작하고, 이를 적용하는 공정도 개별적으로 진행하는 것에 비해 제조비용 절감 및 공정 감소효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다. 이하의 실시예들에서는 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 사용하기로 하며, 동일한 구성요소의 중복되는 설명은 가능한 하지 않기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 분해사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 결합된 상태를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A선을 따라 자른 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 가스켓의 평면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 가스켓의 사시도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 가스켓의 변형 전 구조를나타낸 단면도이고, 도 7은 일체형 가스켓의 변형 후 구조를 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지(100)는 전극조립체(110)와, 전극조립체(110)가 수용되는 캔(120)과, 캔(120)의 상단 개구부를 밀봉(sealing)하는 캡조립체(130)와, 이들(110, 120, 130)의 체결과 유동 방지를 위해 고정 및 지지하는 일체형 가스켓(140)를 구비한다.

상기 전극조립체(electrode assembly)(110)는 양극판(positive electrode plate)(111)과, 음극판(negative electrode plate)(112) 및 이들 두 전극판(111, 112) 사이에 개재되는 세퍼레이터(separator)(113)를 구성요소로 한다. 상기 전극조립체(110)는 양극판(111)과, 음극판(112) 및 세퍼레이터(113)가 젤리 롤(jelly roll) 형태로 와인딩(winding)되어 형성된다.

상기 양극판(111)은 박판의 알루미늄 호일(foil)로 된 양극집전체와, 상기 양극집전체의 양면에 코팅된 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 양극활물질층을 포함한다. 또한, 상기 양극집전체 상에는 양극활물질층이 코팅되지 않은 영역인 양극무지부(positive electrode non-coating portion)가 양극집전체 양 끝단에 각각 형성된다. 양극무지부에는 양극탭(114)이 고정되며, 양극탭(114)의 단부는 양극집전체 상단부 위로 돌출된 상태로 고정된다.

상기 음극판(112)은 박판의 구리(Cu) 호일로 된 음극집전체와, 상기 음극집전체의 양면에 코팅된 탄소재를 주성분으로 하는 음극활물질층을 포함한다. 또한, 상기 음극집전체 상에도 음극활물질층이 코팅되지 않은 영역인 음극무지부(negative electrode non-coating portion)가 음극집전체 양 끝단에 각각 형성된다. 음극무지부에는 음극탭(115)이 고정되고, 캔(120)의 하면판(122)에 접촉되게 연결된다. 여기서, 상기 양극탭(114)과 음극탭(115)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등으로 형성될 수 있는데, 일반적으로 양극탭(114)은 알루미늄으로 형성되며, 음극탭(115)은 니켈로 형성된다.

상기 세퍼레이터(113)는 양극판(111)과 음극판(112)의 단락(short)을 방지하고, 리튬 이온(lithium ion)의이동 통로 역할을 한다. 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리프로필렌(polypropylene)으로 형성되지만 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 캔(can)(120)은 전극조립체(110)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(121)과, 측면판(121)의 하부를 밀폐하는 하면판(122)으로 이루어진다. 여기서, 캔(120)은 스테인리스(stainless)와 같은 전도성 금속재질로 형성될 수 있다. 캔(120)의 상부는 전극조립체(110)가 삽입된 후에 밀폐되도록 개방되어 있다. 또한, 캔(120)의 상단 측벽에는 캡조립체(130)를 지지하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩부(beading)(123)가 형성된다. 그리고 캔(120)의 최상부에는 캡조립체(130)와 일체형 가스켓(140)을 상부에서 압박하도록 한쪽으로 휘어진 크림핑부(crimping)(124)가 형성된다. 또한, 캔(120)의 하면판(122) 상부에는 하부절연판(116)이 삽입되어 전극조립체(110)의 하부와 캔(120)을 절연시키게 된다. 그리고 하부절연판(116)은 음극탭(115)을 통과시키는 홀을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 홀을 통해음극탭(115)이 통과되어 캔(120)과 전기적으로 연결된다. 따라서 음극탭(115)과 전기적으로 연결된 캔(120) 자체가 전극단자 역할을 하게 된다.

상기 캡조립체(cap assembly)(130)는 캡업(131)과, 상기 캡업(131) 하부에 결합되는 안전벤트(safety vent)(132)와, 상기 안전벤트(132) 하부에 결합되는 캡다운(134)과, 상기 안전벤트(132)와 상기 캡다운(134) 사이에 형성되어 이들을 절연시키는 절연체(insulator)(133)와, 상기 캡다운(134)의 하면에 결합되는 서브플레이트(135)를 포함한다. 한편, 도시하진 않았지만, 캡조립체(130)는 상기 캡업(131)과 안전벤트(132) 사이에 원형 링 형상으로, PTC(positive temperature coefficient) 소자로 구성되는 이차보호소자를 더 포함할 수 있다.

상기 캡업(131)은 판상의 원형으로, 상단돌출부(131a)가 중심부분에서 위로 돌출된 형태로 구성된다. 상기 캡업(131)은 외부와 전기적으로 접속되는 단자의 역할을 수행하게 된다. 또한, 상단돌출부(131a)의 측벽으로는 이차전지(100) 내부에서 발생된 가스를 외부로 배출하기 위한 복수개의 통공(131b)이 형성된다. 또한, 상기 캡업(131)은 스테인리스와 같은 금속재질로 형성될 수 있다.

상기 안전벤트(132)는 판상의 원형으로 형성되고, 상기 캡업(131) 하부에 결합된다. 상기 안전벤트(132)는 중앙에는 아래 방향으로 돌출된 하단돌출부(132a)가 형성된다. 상기 안전벤트(132)는 전도성 금속재질로 형성될 수 있다. 한편, 상기 하단돌출부(1323a)는 중앙의 중앙홈(미도시) 및 중앙홈(미도시)을 기준으로 하는 십자홈(미도시)을 더 포함한다. 상기 안전벤트(132)는 캔(120) 내부에서 가스가 발생되고 이로 인해 캔(120) 내부의 압력이 임계값 이상으로 상승할 경우, 하단돌출부(132a)가 상부 방향으로 팽창된다. 이때, 하단돌출부(132a)의 중앙홈(미도시)과 십자홈(미도시) 주변이 파단되어 하부에 설치되는 서브플레이트(135)와 분리되고 전기적으로 단전되어 전류의 흐름이 차단된다. 그리고 하단돌출부(132a)의 파단으 로 인해 개방되는 영역으로, 캔(120)의 내부에 차있던 가스가 외부로 배출되는 구조로 설계된다. 즉, 안전벤트(132)는 원통형 이차전지(100)의 내부 가스압에 의한 폭발을 미연에 방지하기 위한 안전장치 중 하나이다.

상기 캡다운(134)은 판상의 원형으로 형성되고, 상기 안전벤트(132) 하부에 결합된다. 또한, 캡다운(134)의 중앙에는 관통공(134a)이 형성된다. 상기 관통공(134a)은 안전벤트(132)의 하단돌출부(132a)가 삽입 및 통과 되어 캡조립체(130)의 하부측에 노출될 수있도록 통로를 제공하는 역할을 한다. 또한, 캡다운(134)에는 관통공(134a) 주변으로 복수개의 개구부(134b)가 형성된다. 복수개의 개구부(134c)는 전극조립체(110)에서 발생되는 가스를 방출하는 역할을 한다.

또한, 안전벤트(132)와 캡다운(134) 사이에는 링 형상의 절연체(133)가 구성되어 안전벤트(132)와 캡다운(134)을 전기적으로 절연시키게 된다.

상기 서브플레이트(135)는 캡다운(134)의 관통공(134a)을 차단하는 상태로 용접되어 고정된다. 그리고 동시에 안전벤트(132)의 하단돌출부(132a)에 용접되어 고정된다. 상기 서브플레이트(135)의 하면은 전극조립체(110)에서 인출된 양극탭(114)과 결합되어 서브플레이트(135)와 양극탭(114)이 전기적으로 연결된다. 따라서, 서브플레이트(135)는 금속성 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 안전벤트(132)와 양극탭(114)을 전기적으로 연결시키게 된다. 여기서, 상기 안전벤트(132)와 서브플레이트(135)가 용접되고, 캡다운(134)과 서브플레이트(135)가 용접되어 구성된다. 즉, 안전벤트(132)와, 절연체(133)와, 캡다운(134) 및 서브플레이트(135)는 일체로 결합된 상태의 전류차단소자(current interrupt device; CID) 를 이루게 된다.

이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 가스켓에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 4 내지 도 5를 참조하면, 상기 일체형 가스켓(140)은 외측으로는 캔(120)과 결합하고, 내측으로는 캡조립체(130)의 외주면을 감싸는 가스켓부(141)와, 가스켓부(141) 하측으로 이어져 형성되고 전극조립체(110)의 상부를 덮는 절연판부(142)와, 절연판부(142)의 중심부에서 하부 방향으로 이어져 형성되고 중공 내부로 삽입되도록 연장 형성되는 센터핀부(143)로 구성된다.

상기 가스켓부(141)는 캡조립체(130)를 안착시키고 이를 지지하는 절곡부(141a)와, 절곡부(141a)의 하부 방향으로 이어져 형성되는 연결부(141b)로 구성된다. 상기 절곡부(141a)는 캔(120) 상단에 크림핑부(124)를 형성하기 위하여 캔(120) 상단을 압착하여 구부릴 경우, 캔(120)의 상단에 위치되는 절곡부(141a) 또한, 압력을 받아 구부려지게 되어 내측이 'ㄷ' 형태로 움푹파인 형상으로 변형된다.

이와 같이 형성된 절곡부(141a)의 내측 상단에는 원형의 캡업(131) 외측이 위치하게 되고, 절곡부(141a)의 내측 하단에는 원형의 안전벤트(132) 외측이 위치하게 된다.

또한, 연결부(141b)의 내측에는 원형의 캡다운(134) 외측이 위치하게 된다.

상기와 같이 구성되는 가스켓부(141)는 원통형 이차전지(100)의 내부에 주입된 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위한 것으로, 캡조립체(130)가 가스켓 부(141)의 절곡부(141a)에 안착 및 결합되어 캔(120) 내부를 밀폐하는 역할을 한다.

상기 절연판부(142)는 판상의 원형으로 상기 가스켓부(141)의 연결부(141b)와 수직으로 이어져 형성된다. 상기 절연판부(142)의 중심부분에는 센터핀부(143)와 연결 통로 역할을 하는 메인홀(142a)이 형성되고, 주변부분에는 전해액 주입 시 전해액이 전극조립체(110) 내부로 원활히 주입될 수 있도록 하기 위한 복수개의 서브홀(142b)이 형성된 형태로 구성된다. 상기 복수개의 서브홀(142b) 중 어느 하나의 서브홀(142b)은 전극조립체(110)의 양극탭(114)을 관통시키는 역할을 한다.

상기 절연판부(142)는 전극조립체(110)의 상부에 위치되어, 전극조립체(110)와 캡조립체(130)가 서로 접촉되어 단락되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다. 이는 전극조립체(110)의 하부에 구성되는 하부절연판(116)이 전극조립체(110)와 캔(120)이 서로 접촉되어 단락되는 것을 방지하는 역할을 하는 것과 동일하다.

상기 센터핀부(143)는 절연판부(142)의 메인홀(142a)에 대응되는 위치에서 아래 방향으로 수직으로 이어져 형성되고, 속이 빈 가늘고 긴 원통 형상으로 구성된다. 이때, 센터핀부(143)의 측벽에는 복수개의 측벽홀(143a)이 형성된다. 상기 측벽홀(143a)은 절연판부(142)의 서브홀(142b)과 동일한 역할을 한다.

상기 센터핀부(143)는 전극조립체(110)의 중공에 삽입되어 전극조립체(110)의 변형을 방지하며, 발열 등으로 인하여 발생하는 원통형 이차전지(100) 내부의 가스를 캔(120) 상부에 구성되는 캡조립체(130) 방향으로 배출하는 역할을 한다.

한편, 일체형 가스켓(140)의 가스켓부(141) 두께(t1)와, 절연판부(142) 두 께(t2) 및 센터핀부(143) 두께(t3)는 다르게 형성될 수 있다. 이때, 가스켓부(141)는 캔(120)과 직접 결합하고, 캡조립체(130)를 안착시키고 지지해야 되므로 가장 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 일체형 가스켓(140)은 가스켓부(141)와, 절연판부(142) 및 센터핀부(143)가 일체로 구성된다. 또한, 상기 일체형 가스켓(140)은 플라스틱 또는 폴리프로필렌과 같은 수지물이며, 사출 성형을 통해 제조된 사출 성형물이다. 이때, 상기 가스켓부(141)는 종래의 가스켓(미도시) 역할을 대신하고, 절연판부(142)는 종래의 상부 절연판 역할을 대신하며, 센터핀부(143)는 종래의 센터핀 역할을 대신 할 수 있다. 따라서, 상기와 같이, 가스켓부(141)와, 절연판부(142)와, 센터핀부(143)가 일체로 구성되는 일체형 가스켓(140)을 원통형 이차전지(100) 제조 공정에 적용하게 되면, 종래에 원통형 이차전지(미도시)를 제조하기 위해 가스켓(미도시)과, 상부절연판(미도시)과, 센터핀(미도시)을 개별적으로 제작하고, 이를 적용하는 공정도 개별적으로 진행한 것에 비해 원통형 이차전지(100) 제조 공정이 줄어들게 되고, 이에 따라 공정시간도 단축되며, 제조 비용도 절감할 수 있다. 또한, 종래에는 전극조립체(미도시)에 센터핀(미도시)이 체결된 후에 전극조립체(미도시)의 음극탭(미도시)과 캔(미도시)을 용접할 수 있었던 것에 반해, 본 발명은 전극조립체(110)와 일체형 가스켓(140)의 체결 전, 후에 작업 조건에 따라 선택적으로 음극탭(115)과 캔(120)을 용접하는 것이 가능하게 되어 이로 인해 원통형 이차전지(100) 제조 시 작업성을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 가스켓(140)은 원통형 이차전지(100) 제조 공정 중 캔(120)에 크림핑부(124)를 형성하기 위해 캔(120)의 상단부를 압착할 경우 상기 일체형 가스켓(140)도 압력에 의해 변형되어 전극조립체(110)의 상, 하 유동을 방지하는 역할을 하게 된다.

이하, 상기와 같은 일체형 가스켓의 변형에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 일체형 가스켓의 변형 전 형상을 나타낸 것이고, 도 7은 일체형 가스켓이 압력에 의해 변형된 형상을 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 가스켓(140)이 압력을 받아 변형되기 전에는 캡조립체(130)의 하부면과 절연판부(142)가 전 범위에서 동일한 높이로 이격되어 구성된다. 이러한 상태에서 일체형 가스켓(140)의 가스켓부(141) 중 절곡부(141a)가 상, 하로 압력을 받게 되면, 일체형 가스켓(140)의 센터핀부(143)가 상승하여 캡조립체(130)의 하단부에 결합되어 있는 서브플레이트(135)의 하단부를 받쳐 지지하게 되고, 일체형 가스켓(140)의 절연판부(142) 중 가스켓부(141)의 연결부(141b)와 절곡되어 이어지는 부분은 하강하여 전극조립체(110)의 상부면을 더욱 지지하게 된다. 여기서, 상기 센터핀부(143)가 상승하여 서브플레이트(135)의 하단부와 접촉되기 위해서는 크림핑부(124) 형성과 동시에이루어지는 가스켓부(141)의 절곡부(141a) 상, 하부를 압축하는 압축률이 최소한 40% 이상 되어야 하고, 압축률 50%를 적용하는 것이 바람직하다. 이는 절곡부(141a)의 압축률이 40%가 되기 전에는 센터핀부(143)의 상승은 유발시킬 수 있겠지만, 서브플레이트(135)의 하단부와 접촉되지 못하게 되어 전극조립체(110)의 상, 하 유동을 효과적으로 방지할 수 없고, 가스켓부(141)의 절곡부(141a) 상, 하부를 압축하는 압축률이 50%을 넘게 되면, 센터핀부(143)가 너무 상승되어 서브플레이트(135) 하부를 무리하게 압박할 수 있게 되고, 이로 인해 전류차단소자(CID)의 오작동을 야기시킬 수도 있게 되기 때문이다.

상기와 같이, 일체형 가스켓(140)이 변형되어 캡조립체(130)와 전극조립체(110)를 동시에 지지하게 되면, 전극조립체(110)의 상, 하 유동을 강제적으로 억제하는 것이 가능하여 전극조립체(110)의 상, 하 유동으로 인한 내부저항(IR)의 증가를 억제할 수있게 된다. 또한, 캡조립체(130)의 외곽 측면은 가스켓부(141)에 의해 고정되고, 동시에 캡조립체(130)의 하부는 센터핀부(143)에 의해 받쳐지게 되므로, 더욱 안정적으로 고정 될 수 있게 된다.

또한, 상기와 같은 구조를 갖는 일체형 가스켓(140)을 이용한 원통형 이차전지(100)를 전동공구용 전원으로 사용할 경우, 진동발생 시 전극조립체(110)의 상, 하 유동 방지 효과는 더욱 두드러질 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변경할 수 있다는 것은 이 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 분해 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 결합된 상태를 나타낸 사시도.

도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 자른 단면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 가스켓의 평면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 가스켓의 사시도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 가스켓의 변형 전 구조를 나타낸 단면도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 가스켓의 변형 후 구조를 나타낸 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 원통형 이차전지 110 : 전극조립체

111 : 양극판 112 : 음극판

113 : 세퍼레이터 114 : 양극탭

115 : 음극탭 116 : 하부절연판

120 : 캔 121 : 측면판

122 : 하면판 123 : 비딩부

124 : 크림핑부 130 : 캡조립체

131 : 캡업 131a : 상단돌출부

131b : 통공 132 : 안전벤트

132a : 하단돌출부 133 : 절연체

134 : 캡다운 134a : 관통공

135 : 서브플레이트 140 : 일체형 가스켓

141 : 가스켓부 141a : 절곡부

141b : 연결부 142 : 절연판부

142a : 메인홀 142b : 서브홀

143 : 센터핀부 143a : 측벽홀

Claims

제 1 전극판, 제 2 전극판 및 세퍼레이터가 젤리 롤 형태로 와인딩 되어 내주부에 중공이 형성되고, 상기 제 1 전극판 및 상기 제 2 전극판에서 각각 인출되는 제 1 전극탭 및 제 2 전극탭을 포함하는 전극조립체;

상기 전극조립체가 수용되는 캔;

상기 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡조립체; 및

외측으로는 상기 캔과 결합하고, 내측으로는 상기 캡조립체의 외주면을 감싸는 가스켓부와, 상기 가스켓부 하측으로는 상기 가스켓부와 이어져 형성되고 상기 전극조립체의 상부면을 덮는 절연판부와, 상기 절연판부 중심부에는 상기 절연판부와 이어져 형성되고, 상기 중공 내부로 삽입되도록 연장 형성되는 센터핀부로 구성되는 일체형 가스켓;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 일체형 가스켓은 압착 시 상기 센터핀부가 상향되어 상기 절연판부가 경사진 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 일체형 가스켓은 압착 시 상기 센터핀부가 상기 캡조립체의 하단부와 접촉되어 상기 캡조립체의 하단부를 받쳐 지지하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 일체형 가스켓은 압착시 상기 절연판부가 상기 전극조립체의 상단부와 접촉되어 상기 전극조립체의 상단부를 눌러지지하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 일체형 가스켓은 압착 시 압축률이 40 내지 50%로 압축되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 가스켓부는 상기 캡조립체를 안착시키고 지지할수 있도록 단면이 'ㄷ'형태로 움푹파인 절곡부와, 상기 절곡부와 하부 방향으로 이어져 형성되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 절연판부는 판상의 원형으로, 중심부에는 상기 센터핀부와 연결되는 메인홀이 형성되고, 주변부에는 복수개의 서브홀이 형성되며, 상기 복수개의 서브홀 중 어느 하나의 서브홀은 상기 제 1 전극탭을 관통시키는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 센터핀부는 속이 빈 가늘고 긴 원통 형상으로, 측벽에는 복수개의 측벽홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 가스켓부는 상기 절연판부 및 상기 센터핀부 보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 일체형 가스켓은 플라스틱 또는 폴리프로필렌과 같은 수지물인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 일체형 가스켓은 사출 성형물인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 6 항에 있어서,

상기 캡조립체는 캡업과, 상기 캡업 하부에 결합되는 안전벤트와, 상기 안전 벤트 하부에 결합되는 절연체와, 상기 절연체 하부에 결합되는 캡다운과, 상기 캡다운 하부에 결합되는 서브플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 12 항에 있어서,

상기 캡업은 판상의 원형으로, 중심부분이 위로 돌출된 형태로 구성되고, 외측은 상기 절곡부의 내측 상단에 위치하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 12 항에 있어서,

상기 안전벤트는 판상의 원형으로, 중심부분이 아래로 돌출된 형태로 구성되고, 외측은 상기 절곡부의 내측 하단에 위치하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
제 12 항에 있어서,

상기 캡다운은 판상의 원형으로, 중앙에는 상기 안전벤트의 돌출된 부분을 관통시키는 관통공이 형성되고, 외측은 상기 연결부의 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.