KR101057514B1 - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
이차 전지는 음극, 세퍼레이터, 양극을 포함하는 전극 조립체와, 전극 조립체 및 전해액이 수용되도록 일측이 개구된 용기형 케이스 및 케이스의 개구부를 마감하여 밀봉하며 케이스의 내면을 커버하는 단락방지부가 포함된 캡 조립체를 포함하며, 전극탭과 접촉 가능한 케이스의 내면에 단락방지부재를 설치하여 이차 전지의 생산과정에서 전극탭이 케이스의 내면에 접촉되어 쇼트가 발생되는 것을 방지하는 이점이 있다.
이차 전지, 케이스, 전극단자, 절연, 단락방지
Description
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 선 A-A'을 따라 절취한 상태의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 다른 실시예를 도시한 도면,
도 4는 도 3의 선 B-B'를 따라 절취한 상태의 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 이차 전지의 또 다른 실시예를 도시한 도면,
도 6은 도 5의 선 C-C'를 따라 절취한 상태의 단면도.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
100 : 이차 전지 110 : 케이스
110a : 상단개구부 200 : 전극 조립체
210 : 양극 전극판 215 : 양극탭
220 : 음극 전극판 225 : 음극탭
230 : 세퍼레이터 300 : 캡 조립체
310 : 캡 플레이트 311 : 제1단자통공
321 : 전해액 주입공 315 : 보올
320 : 전극단자 330 : 개스킷
350 : 절연플레이트 351 : 제2단자통공
340 : 터미널플레이트 341 : 제3단자통공
360 : 절연케이스 400 : 단락방지부재
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전극단자와 케이스의 내벽이 접촉되어 쇼트되는 것을 방지하는 절연부재를 갖는 이차 전지에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기/전자 장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자 장치를 일정기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충ㆍ방전이 가능한 이차 전지를 채용하고 있다. 이차 전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 리튬 이차 전지는 이차 전지용 케이스와, 케이스의 내부에 수용되는 젤리-롤형 전극 조립체와, 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체로 구성된다.
전극 조립체는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판과, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취되며, 이차 전지용 케이스 내측에 수용되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.
캡 조립체는 전극 조립체가 수용된 케이스의 상부에 결합되며, 이때 케이스의 상단은 내부에 수용된 전극 조립체의 상단과 소정의 간격을 갖는다.
케이스의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 갖는 평판형의 캡 플레이트가 마련되고, 중앙부에는 전극단자가 통과할 수 있도록 단자용 통공이 형성된다. 전극단자의 외측에는 전극단자와 캡 플레이트와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓이 설치된다. 캡 플레이트의 하면에는 절연 플레이트가 배치되고, 절연 플레이트의 하면에 전극단자와 연결되는 터미널 플레이트가 배치된다.
이에, 여기서 양극과 음극 전극판과 연결된 양극 리드 및 음극 리드는 전극 조립체로부터 상측으로 인출되며, 일반적으로 캡 플레이트의 하면에는 양극 리드가 용접되고, 터미널 플레이트의 하면에 음극 리드가 용접된다.
그런 다음, 전극 조립체를 이차 전지용 케이스에 수용하여 전극 조립체가 이탈하지 않도록 한 후, 리튬 이차 전지용 케이스에 전해액을 주입하고, 캡 조립체로 밀봉하여 이차 전지를 완성한다.
이와 같은 종래의 이차 전지는 전극 조립체의 상측으로 인출된 음극 리드가 터미널 플레이트에 용접될 때 음극 리드가 터미널 플레이트에 접촉되도록 구부려야 한다.
그런데, 음극 리드를 구부리거나 캡 조립체를 설치하는 과정에서 음극 리드가 케이스의 내면과 접촉되면, 케이스의 개구는 양극 리드와 용접된 캡 플레이트가 설치되므로 쇼트가 발행하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 케이스의 내면에 절연부재를 설치하여 음극 리드가 케이스의 내면에 접촉되어도 쇼트되는 것을 방지하는 이차 전지를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 음극, 세퍼레이터, 양극을 포 함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체 및 전해액이 수용되도록 일측이 개구된 용기형 케이스과, 상기 케이스의 개구부를 마감하여 밀봉하며 상기 케이스의 내면을 커버하는 단락방지부가 포함된 캡 조립체로 된 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
상기 캡 조립체는 상기 케이스의 개구부에 결합되며 전극 단자가 통과할 수 있는 단자용 통공이 형성된 캡 플레이트와, 상기 단자용 통공에 설치되어 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트를 절연시키는 튜브형 캐스킷과, 상기 캡 플레이트의 하면에 설치되는 절연 플레이트와, 상기 절연 플레이트의 하면에 설치되어 상기 전극 단자와 연결되는 터미널 플레이트와, 상기 전극 조립체의 상면에 설치되어 상기 전극 조립체와 상기 캡 조립체를 절연시키며 상기 전극 조립체의 상단부를 커버하는 절연케이스 및 상기 캡 플레이트와 상기 절연 케이스 사이에 설치되어 상기 케이스의 내면을 커버하는 단락방지부재를 포함한다.
상기 단락방지부재는 링 형상으로 된 것이 바람직하다.
또한, 상기 절연 케이스는 상기 단락방지부재와 일체형으로 형성되거나, 상기 캡 플레이트는 상기 단락방지부재와 일체형으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 단락방지부재는 절연물로 형성되되 상기 절연물은 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 선 A-A'를 따라 절취한 상태의 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 이차 전지용 케이스(110)와, 케이스(110)의 내부에 수용된 젤리-롤형의 전극 조립체(200)와, 케이스(110)의 상부에 결합되는 캡 조립체(300)로 구성된다.
삭제
케이스(110)는 대략 직육면체 형상을 가지며, 금속 재료로 이루어지고, 상부에는 상단 개구부(110a)가 형성되어 있다. 여기서, 케이스(100)는 그 자체가 단자 역할을 수행할 수 있다.
전극 조립체(200)는 양극 탭(215)이 부착된 양극 전극판(210), 음극 탭(225)이 부착된 음극 전극판(220) 및 양극 전극판(210)과 음극 전극판(220) 사이에 개재된 세퍼레이터(230)가 권취된 젤리-롤형으로 되어 있다.
캡 조립체(300)는 캡 플레이트(310)와, 절연 플레이트(350)와, 터미널 플레이트(340) 및 전극 단자(320)를 포함하여 구성된다. 여기서, 캡 조립체(300)는 별도의 절연 케이스(360)와 결합되어 케이스(110)의 상단 개구부(110a)에 결합되어 케이스(110)를 밀봉하게 된다.
캡 플레이트(310)는 케이스(110)의 상단 개구부(110a)와 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 캡 플레이트(310)의 중앙에는 소정 크기의 제1단자통공(311)이 형성되며, 제1단자통공(311)에는 전극 단자(320)가 삽입된다.
전극단자(320)가 제1단자통공(311)에 삽입될 때는 전극 단자(320)와 캡 플레이트(310)의 절연을 위하여 전극 단자(320)의 외면에는 튜브형의 개스킷(330)이 결합되어 함께 삽입된다.
캡 플레이트(310)의 일측에는 소정 크기의 전해액 주입공(312)이 형성된다. 전해액 주입공(312)은 캡 조립체(300)가 케이스(110)의 상단개구부(110a)에 조립된 후, 전해액 주입공(312)을 통하여 전해액이 주입되고 전해액 주입공(312)은 보올(315)에 의해 밀폐된다.
한편, 전극 단자(320)는 음극 전극판(220)의 음극탭(225) 또는 양극 전극판(210)의 양극탭(215)에 연결되어 음극 단자 또는 양극 단자로 작용하게 된다.
절연 플레이트(350)는 개스킷(330)와 같이 절연물질로 형성되며 캡 플레이트(310)의 하면에 결합된다. 절연 플레이트(350)는 캡 플레이트(310)의 제1단자통공(311)에 대응되는 위치에 전극 단자(320)가 삽입되는 제2단자통공(351)이 형성된다.
터미널 플레이트(340)는 Ni금속 또는 이의 합금으로 형성되며, 절연 플레이트(350)의 하면에 결합된다. 터미널 플레이트(340)는 캡 플레이트(310)의 제1단자통공(311)에 대응되는 위치에 전극 단자(320)가 삽입되는 제3단자통공(341)이 형성되며 전극단자(320)가 개스킷(330)에 의하여 절연되면서 캡 플레이트(310)의 제1단자통공(311)을 통하여 결합되므로 터미널 플레이트(340)는 캡 플레이트(310)와 전기적으로 절연되면서 전극 단자(320)와 전기적으로 연결된다.
전극 조립체(200)의 상면에는 전극 조립체(200)와 캡 조립체(300)를 전기적으로 절연시킴과 동시에 전극 조립체(200)의 상단부를 커버하는 절연 케이스(360)가 설치된다.
절연 케이스(360)는 캡 플레이트(310)의 전해액 주입구(312)와 대응하는 위치에 전해액 주입통공(362)이 형성되어 전해액을 주입할 수 있도록 한다. 또한, 절 연 케이스(360)는 절연성을 갖는 고분자 수지로써, 바람직하게는 폴리프로필렌으로 이루어지나, 본 발명의 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
여기서, 캡 플레이트(310)와 절연 케이스(360) 사이에는 단락방지부재(400)가 설치된다. 본 실시예에서의 단락 방지 부재(400)는 도 1에 도시된 바와 같이 독립된 부재로 이루어진다.
단락방지부재(400)는 링 형상으로 형성되어 캡 플레이트(310)와 절연 케이스(360) 사이의 케이스(110) 내면에 밀착되게 설치된다. 즉, 절연케이스(360)가 전극조립체(200)의 상측에 설치되면 링 형상의 단락방지부재(400)가 케이스(100)의 내면에 밀착되게 삽입된 후, 캡 조립체(300)가 설치된다.
단락방지부재(400)는 링 형상으로 형성되어 캡 플레이트(310)와 절연 케이스(360) 사이의 케이스(110) 내면에 밀착되게 설치된다. 즉, 절연케이스(360)가 전극조립체(200)의 상측에 설치되면 링 형상의 단락방지부재(400)가 케이스(100)의 내면에 밀착되게 삽입된 후, 캡 조립체(300)가 설치된다.
삭제
여기서, 단락방지부재(400)는 절연물로 형성되며 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리프로필렌으로 이루어지나, 본 발명의 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지의 다른 실시예로 단락방지부재(400)와 같이 절연물로 형성되는 절연 케이스(360)는 단락방지부재(400)와 일체형으로 형성될 수 있다. 즉, 절연 케이스(360)는 상측으로 수직 연장되는 단락방지부재(410)가 형성된다.
따라서, 단락방지부재(410)와 일체로 형성된 절연 케이스(360)는 전극 조립체(200)의 상면에 설치됨과 동시에 케이스(110)의 내면을 커버하게 된다.
또한, 도 5 및 도 6을 참조하면 본 발명에 따른 이차 전지의 또 다른 실시예로는 캡 플레이트(310)의 하면에 단락방지부재(400)가 일체형으로 형성될 수 있다. 즉, 캡 플레이트(310)의 하측으로 수직 연장되는 단락방지부재(420)가 형성된다.
이때, 캡 플레이트(310)는 전극과 연결되어 극성을 가져야 하므로 캡 플레이트(310)와 단락방지부재(420)는 서로 다른 재질로 형성된다. 즉, 캡 플레이트(310)는 도체로 형성되지만 캡 플레이트(310)에 설치되어 일체형이 되는 단락방지부재(420)는 절연물로 형성되어야 한다.
따라서, 단락방지부재(420)와 일체로 형성된 캡 플레이트(310)는 절연 케이스(360)가 설치된 후, 캡 플레이트(310)의 하부에 절연 플레이트(350)와 터미널 플레이트(340)를 설치하고, 전극탭(:음극탭(225))과 터미널 플레이트(340)가 접촉되도록 케이스(110)의 상단 개구부(110a)에 설치된다.
여기서, 전극단자(320)를 캡 플레이트(310)와 절연 플레이트(350) 및 터미널 플레이트(340)에 결합시키는 방법으로는 전극 단자(320)를 회전시키면서 일정한 힘을 가하여 캡 플레이트(310)의 제1단자통공(311)에 삽입하게 된다.
전극 단자(320)는 제1단자통공(311)을 통과하게 되면 다시 캡 플레이트(310)의 하면에 결합되어 있는 절연 플레이트(350)와 터미널 플레이트(340)에 형성된 제2단자통공(351)과 제3단자통공(341)을 통과하게 된다.
이때, 절연 플레이트(350)에 형성된 제2단자통공(351)의 내경은 삽입되는 전극단자(320)의 외경과 동일하거나 약간 크게 형성되며 전극 단자(320)의 삽입시에는 전극 단자(320)의 외면이 밀착되어 강제 삽입되어 전극 조립체(200)의 양극탭(215)이나 음극탭(225)과 연결된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 전극탭과 접촉 가능한 케이 스의 내면에 단락방지부재를 설치하여 이차 전지의 생산과정에서 전극탭이 케이스의 내면에 접촉되어 쇼트가 발생되는 것을 방지하는 이점이 있다.
따라서, 안정성이 향상된 이차 전지가 생산되므로 생산성이 증대되는 이점이 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 후술하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
Claims (8)
- 음극, 세퍼레이터, 양극을 포함하는 전극 조립체;상기 전극 조립체 및 전해액이 수용되도록 일측이 개구된 용기형 케이스; 및상기 케이스의 개구부를 마감하여 밀봉하며 상기 케이스의 내면을 커버하는 단락방지부가 포함된 캡 조립체를 포함하되,상기 캡 조립체는,상기 케이스의 개구부에 결합되며 전극 단자가 통과할 수 있는 단자용 통공이 형성된 캡 플레이트;상기 단자용 통공에 설치되어 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트를 절연시키는 튜브형 캐스킷;상기 캡 플레이트의 하면에 설치된 절연 플레이트;상기 절연 플레이트의 하면에 설치되어 상기 전극 단자와 연결된 터미널 플레이트;상기 전극 조립체의 상면에 설치되어 상기 전극 조립체와 상기 캡 조립체를 절연시키며 상기 전극 조립체의 상단부를 커버하는 절연 케이스; 및독립적인 부재로서, 상기 캡 플레이트와 상기 절연 케이스 사이에 위치하여 상기 케이스의 전체 내면을 커버하는 단락 방지 부재를 포함하는 이차 전지.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 단락방지부재는 링 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 절연 케이스와 상기 단락방지부재는 동일한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 음극, 세퍼레이터, 양극을 포함하는 전극 조립체;상기 전극 조립체 및 전해액이 수용되도록 일측이 개구된 용기형 케이스; 및상기 케이스의 개구부를 마감하여 밀봉하며 상기 케이스의 내면을 커버하는 단락방지부가 포함된 캡 조립체를 포함하되,상기 캡 조립체는,상기 케이스의 개구부에 결합되며 전극 단자가 통과할 수 있는 단자용 통공이 형성된 캡 플레이트;상기 단자용 통공에 설치되어 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트를 절연시키는 튜브형 캐스킷;상기 캡 플레이트의 하면에 설치된 절연 플레이트;상기 절연 플레이트의 하면에 설치되어 상기 전극 단자와 연결된 터미널 플레이트;상기 전극 조립체의 상면에 설치되어 상기 전극 조립체와 상기 캡 조립체를 절연시키며 상기 전극 조립체의 상단부를 커버하는 절연 케이스; 및상기 캡 플레이트와 일체로 형성되고 상기 캡 플레이트와 상기 절연 케이스 사이에 위치하여 상기 케이스의 전체 내면을 커버하는 단락방지부재를 포함하는 이차 전지.
- 제 6 항에 있어서, 상기 단락방지부재는 절연물로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 7항에 있어서, 상기 절연물은 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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