KR100949329B1 - 이차전지 - Google Patents

Abstract

바닥판과의 용접성을 향상시키고 용접불량을 방지하며 안전벤트의 작동공간을 확보하는 것이 가능하도록, 음극판과 양극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 형성되는 전극조립체와, 전극조립체와 전해액이 내부에 수납되며 외부 바닥면의 일부를 다른 부분보다 두껍게 형성하여 이루어지는 용접부를 포함하는 외장캔과, 전극조립체가 수납된 외장캔의 상부에 조립되는 캡조립체와, 외장캔의 바닥면 용접부에 용접되는 바닥판을 포함하여 이루어지는 이차전지를 제공한다.

이차전지, 리튬, 외장캔, 용접, 보호회로, 알루미늄, 니켈, 바닥판

Description

이차전지 {Secondary Battery}

도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 일실시예를 나타내는 분해사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 이차전지의 일실시예를 나타내는 종단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 이차전지의 일실시예에 있어서 용접부를 나타내는 부분확대 저면사시도이다.

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바닥판이 용접되는 바닥면 일부를 다른 부분보다 두껍게 형성하여 바닥판과 외장캔의 용접을 행하므로써 용접성을 향상시키고 안전벤트의 원활한 작동을 위한 공간을 제공하는 이차전지에 관한 것이다.

일반적으로 전지는 충전과 방전이 반복하여 이루어지는 이차전지와 재충전이 불가능하고 1회 사용후 폐기되는 일차전지로 나누어지고, 필요로 하는 기기의 형상에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등 다양한 형상으로 제조된다.

종래 이차전지는 음극판과 양극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 형성되는 전극조립체와, 이 전극조립체가 삽입되는 외장캔과, 상기 외장캔의 상부에 조립되는 캡조립체로 구성된다. 상기 전극조립체의 양극판은 양극리드를 통하여 캡조립체 또는 외장캔에 전기적으로 연결되고, 상기 전극조립체의 음극판은 음극리드를 통하여 외장캔 또는 캡조립체에 전기적으로 연결된다.

그리고 리튬이온전지 등과 같이 충전시에 고전압(3.5∼5.0V)으로 되는 이차전지에 있어서는 상기 외장캔을 철이나 스테인레스 등을 사용하지 않고 주로 알루미늄이나 알루미늄합금을 사용한다. 이는 고전압의 상태로 장기간 보존하는 경우 외장캔을 철이나 스테인레스 등으로 제조하면 쉽게 부식되기 때문이다. 나아가 외장캔을 알루미늄이나 알루미늄합금을 제조하면 철이나 스테인레스 등으로 제조하는 경우에 비하여 무게가 가벼워 휴대용 전자기기에 사용할 때에 경량화에 크게 기여하게 된다.

또한 리튬이온전지는 과충전이나 과방전, 외부 단락, 기계적인 충격에 의한 내부 단락 등에 의하여 전압이 급상승하여 전지가 파열되는 위험을 방지하기 위하여 전지 외부에 전지 전압을 제어하기 위한 PTC(Positive Temperature Coefficient)소자, 서멀퓨즈(thermal fuse), 보호회로(protecting circuit) 등의 안전장치를 설치한다.

상기 안전장치는 리드판을 통하여 상기 양극판 및 음극판과 연결된 외장캔과 캡조립체에 연결된다. 상기 리드판은 안전장치와의 접속성과 전도성 등을 고려하여 니켈이나 니켈합금, 표면에 니켈도금된 스테인레스강판 등을 사용한다.

상기와 같이 리드판을 니켈이나 니켈합금 등을 사용하고 외장캔을 알루미늄이나 알루미늄합금 등을 사용하는 경우에는, 알루미늄의 우수한 전기전도도 및 열 전도도 때문에 접합면에서의 열집중이 어려워 저항용접을 사용하는 것이 불가능하며, 니켈이 용해되지 않기 때문에 초음파용접을 사용하는 것도 곤란하므로, 리드판과 외장캔의 접합을 위하여 주로 레이저용접을 사용하게 된다.

그런데 레이저용접으로 리드판과 외장캔의 접합을 행하는 경우에는 레이저빔에 의하여 상기 안전장치의 보호회로에 대전이 발생하고, 보호회로의 신뢰성을 저하시키는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 미합중국 특허 제5,976,729호에는 알루미늄이나 알루미늄합금으로 형성되는 외장캔의 바닥면에 니켈이나 니켈합금으로 형성되는 바닥판을 레이저용접으로 접합시키고, 바닥판과 리드판을 저항용접 등으로 용접하여 보호회로 등의 안전장치를 신뢰성있게 연결하는 기술이 기재되어 있다.

그러나 미합중국 특허 제5,976,729호에 있어서 외장캔과 바닥판을 레이저용접으로 용접할 때에 알루미늄이나 알루미늄합금으로 형성되는 외장캔이 과도하게 용융되어 용접불량이 발생하거나 균열, 누설 등이 발생할 우려가 있다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 바닥판이 용접되는 바닥면 일부를 다른 부분보다 두껍게 형성하여 바닥판과의 용접성을 향상시키고 용접불량을 방지하며 안전벤트의 작동공간을 확보하는 것이 가능한 이차전지를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 이차전지는 음극판과 양극판이 세퍼레이터를 사이에 두 고 배치되어 형성되는 전극조립체와, 상기 전극조립체와 전해액이 내부에 수납되며 외부 바닥면의 일부를 다른 부분보다 두껍게 형성하여 이루어지는 용접부를 포함하는 외장캔과, 상기 전극조립체가 수납된 외장캔의 상부에 조립되는 캡조립체와, 상기 외장캔의 바닥면 용접부에 용접되는 바닥판을 포함하여 이루어진다.

상기 외장캔의 용접부는 측면 두께의 대략 1.5∼3배 정도 두께로 형성한다.

다음으로 본 발명에 따른 이차전지의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 이차전지의 일실시예는 도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 음극판(12)과 양극판(14)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 배치되어 형성되는 전극조립체(10)와, 상기 전극조립체(10)와 전해액이 내부에 수납되며 외부 바닥면의 일부를 다른 부분보다 두껍게 형성하여 이루어지는 용접부(22)를 포함하는 외장캔(20)과, 상기 전극조립체(10)가 수납된 외장캔(20)의 상부에 조립되는 캡조립체(30)와, 상기 외장캔(20)의 바닥면 용접부(22)에 용접되는 바닥판(40)을 포함하여 이루어진다.

상기 외장캔(20)의 용접부(22)는 측면 두께의 대략 1.5∼3배 정도 두께로 형성한다.

상기 외장캔(20)의 한쪽에는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, PTC소자(50) 및/또는 보호회로(52) 등의 안전장치가 설치된다. 상기 PTC소자(50) 및/또는 보호회로(52) 등의 안전장치는 상기 바닥판(40)에 접합되는 리드판(56)과 상기 캡조립체(30)에 접합되는 리드판(58) 등을 통하여 상기 캡조립체(30) 및 외장캔(20)에 전 기적으로 연결된다.

상기에서 PTC소자(50) 및/또는 보호회로(52) 등의 연결구조는 예시적인 것으로서, 필요에 따라 다른 구조로 연결하는 것도 가능하다. 예를 들면 상기 외장캔(20)을 PTC소자(50)를 통하지 않고 직접 보호회로(52)와 연결하는 것도 가능하고, 상기 보호회로(52)를 연결하지 않고 PTC소자(50)만 연결하는 것도 가능하다.

상기 외장캔(20)은 대략 직육면체의 형상이나 원통형상 등으로 이루어진다.

상기 외장캔(20)은 경량의 전도성 금속인 알루미늄이나 알루미늄합금 등으로 형성한다.

상기한 바닥판(40)은 리드판(56)과 동일 계열의 재질인 니켈이나 니켈합금 등을 이용하여 형성한다.

그리고 상기 외장캔(20)의 바닥면에는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 과충전 등으로 인하여 내압이 상승하는 경우에 다른 부분보다 우선적으로 파단되도록 구성하여 안전성을 확보하기 위한 안전벤트(24)가 설치된다.

상기 안전벤트(24)는 다른 부분보다 얇은 두께로 형성되어 쉽게 파단되도록 구성한다.

상기 안전벤트(24)는 외장캔(20)의 바닥면 중앙부분에 형성하고, 상기 용접부(22)는 상기 안전벤트(24)의 둘레에 형성한다.

상기 전극조립체(10)는 양극판(12)과 음극판(14)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 적층하여 직육면체 형상으로 형성하거나 젤리-롤(Jelley-Roll)형태로 감아서 원통형상으로 형성한다.

상기 양극판(12)에는 양극리드(16)가 연결되고, 상기 음극판(14)에는 음극리드(15)가 연결된다.

상기 캡조립체(30)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 외장캔(20)의 개구부에 조립되는 캡플레이트(32)와, 상기 캡플레이트(32)에 가스켓(35)을 통하여 절연된 상태로 설치되는 양극단자(34)와, 상기 캡플레이트(32)에 형성된 전해액 주입구를 통하여 전해액을 주입한 다음 밀봉하는 플러그(38)를 포함하여 이루어진다.

상기 양극단자(34)에는 양극리드(16)가 연결되고, 상기 음극리드(15)는 상기 캡플레이트(32)에 연결된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 이차전지에 있어서는 상기 외장캔(20)의 용접부(22)에 상기 바닥판(40)을 밀착시킨 상태에서 레이저용접을 행하여 바닥판(40)을 외장캔(20)에 접합시키고, 바닥판(40)에 리드판(56)을 저항용접 등의 방법으로 접합시키는 과정으로 외장캔(20)과 안전장치의 연결을 행한다.

상기에서는 본 발명에 따른 이차전지의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 이차전지에 의하면, 외장캔의 바닥면에 다른 부분보다 두껍게 용접부를 형성하고 바닥판과의 레이저용접을 행하므로, 용접부의 용융으로 인한 용접불량이 및 누설이 발생하지 않는다.

또 용접부가 다른 부분보다 두껍게 형성되므로, 안전벤트가 작동하기 위한 공간이 충분하게 확보되어 안전벤트의 작동이 원활하게 이루어지며, 안전성이 크게 향상된다.

Claims (3)

1. 음극판과 양극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 형성되는 전극조립체와,

   상기 전극조립체와 전해액이 내부에 수납되며 외부 바닥면의 일부를 다른 부분보다 두껍게 형성하여 이루어지는 용접부를 포함하는 외장캔과,

   상기 전극조립체가 수납된 외장캔의 상부에 조립되는 캡조립체와,

   상기 외장캔의 바닥면 용접부에 용접되는 바닥판을 포함하는 이차전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 외장캔의 용접부는 측면 두께의 1.5∼3배 두께로 형성하는 이차전지.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 외장캔의 바닥면 중앙부분에는 다른 부분보다 얇은 두께로 형성되는 안전벤트를 설치하고,

   상기 용접부는 상기 안전벤트의 둘레에 형성하는 이차전지.

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