KR101240717B1 - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 상기 이차 전지는 제1 및 제2 극판과 상기 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전해액을 수용하고, 일측에 개구부를 구비하는 배터리 케이스; 상기 배터리 케이스의 개구부를 밀폐하는 캡 조립체; 및 상기 캡 조립체와 상기 배터리 케이스 사이에 개재되는 가스켓을 포함하고, 상기 배터리 케이스의 길이 방향과 교차하는 방향에서 상기 캡 조립체의 외주면과 상기 배터리 케이스의 내주면 사이에 위치하는 가스켓의 제1 부분의 두께에 대한 상기 배터리 케이스의 내주면과 크림핑부의 굴곡된 전단 사이의 가스켓의 제 2 부분의 두께의 비는 1.8 초과 내지 4.8 미만이다.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 구체적으로는 안전성이 향상된 이차 전지에 관한 것이다.
최근, 휴대용 전자 기기의 전원으로 이차 전지가 다양하게 사용되고 있다. 휴대용 전자 기기가 소형화 및 경량화됨에 따라, 이러한 전자 기기에 채용되는 이차 전지에 대해서도 소형화 및 경량화가 요구되고 있다.
또한, 휴대용 전자 기기가 다양한 분야에서 사용되면서, 고용량의 이차 전지에 대한 수요가 급증하고 있다. 이와 같이, 이차 전지가 고용량화되면서, 이차 전지의 안전성을 향상시키기 위하여 다양한 연구들이 진행되고 있다.
본 발명은 배터리 케이스와 무관하게 상기 배터리 케이스의 밀폐압이 향상된 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 고용량 및 고출력에 적합한 밀폐압을 제공하여 안전성이 향상된 이차 전지를 제공한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 본 발명에 다음과 같은 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는 제1 및 제2 극판과 상기 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전해액을 수용하고, 일측에 개구부를 구비하는 배터리 케이스; 상기 배터리 케이스의 개구부를 밀폐하는 캡 조립체; 및 상기 캡 조립체와 상기 배터리 케이스 사이에 개재되는 가스켓을 포함하고, 상기 배터리 케이스의 길이 방향과 교차하는 방향에서 상기 캡 조립체의 외주면과 상기 배터리 케이스의 내주면 사이에 위치하는 가스켓의 제1 부분의 두께에 대한 상기 배터리 케이스의 내주면과 크림핑부의 굴곡된 전단 사이의 가스켓의 제 2 부분의 두께의 비는 1.8 초과 내지 4.8 미만이다.
상기 제1 부분의 두께는 0.3 ㎜ 이상 내지 1.0 ㎜ 미만일 수 있다. 또한, 상기 제1 부분의 두께는 0.4 ㎜ 이상 내지 0.8 ㎜ 이하인 것이 바람직하다.
상기 제2 부분의 두께는 1.5 ㎜ 이상 내지 1.9 ㎜ 이하일 수 있다.
상기 배터리 케이스의 개구부측에는 내측으로 만입되어 캡 조립체를 지지하는 비딩부 (beading part)를 포함할 수 있다.
상기 비딩부의 상부에는 캡 조립체를 고정하는 크림핑부 (crimping part)를 더 포함할 수 있다. 상기 크림핑부에서 상기 배터리 케이스와 캡 조립체 사이에는 가스켓이 개재되고 상기 크림핑부는 상기 캡 조립체의 외주부측을 고정할 수 있다.
상기 이차 전지의 밀폐압은 10 ㎏f/㎠ 이상 내지 30 ㎏f/㎠ 미만일 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는 밀폐압이 향상되어, 고전류 및 고전압에서도 안전적으로 사용이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 배터리 케이스와 무관하게 밀폐압을 향상시킬 수 있다. 따라서, 이차 전지에 다양하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 용이한 방법에 의하여 밀폐압을 향상시킬 수 있으므로, 상기 이차 전지의 공정성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도.
도 2는 도 1의 A-A에 따른 개략적 단면도.
도 3은 도 2의 A 부분에서 크림핑부를 형성하기 전의 확대도.
도 4는 도 2의 일측면에 대한 A 부분의 확대도.
도 5는 도 2의 타측면에 대한 A 부분의 확대도.
도 2는 도 1의 A-A에 따른 개략적 단면도.
도 3은 도 2의 A 부분에서 크림핑부를 형성하기 전의 확대도.
도 4는 도 2의 일측면에 대한 A 부분의 확대도.
도 5는 도 2의 타측면에 대한 A 부분의 확대도.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A에 따른 개략적 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 이차 전지 (100)는 제1 및 제2 극판 (111, 112)과 상기 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터 (113)로 구성되는 전극 조립체 (110)와, 상기 전극 조립체 (110)와 전해액 (미도시)을 수용하고 일측에 개구부를 구비하는 배터리 케이스 (120)와, 상기 배터리 케이스 (120)의 개구부를 밀폐하는 캡 조립체 (130) 및 상기 캡 조립체 (130)와 상기 배터리 케이스 (120) 사이에 개재되는 가스켓 (140)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 이차 전지 (100)에 있어서, 상기 배터리 케이스 (120)의 길이 방향과 교차하는 방향에서 상기 캡 조립체 (130)의 외주면과 상기 배터리 케이스 (120)의 내주면 사이에 위치하는 가스켓 (140)의 제1 부분의 두께에 대한 상기 배터리 케이스 (120)의 내주면과 크림핑부 (124)의 굴곡된 전단 사이의 가스켓 (140)의 제 2 부분의 두께의 비는 1.8 초과 내지 4.8 미만일 수 있다.
상기 캡 조립체 (130)의 외주면과 상기 배터리 케이스 (120)의 내주면 사이에 위치하는 가스켓 (140)의 제1 부분의 두께는 0.3 ㎜ 이상 내지 1.0 ㎜ 미만일 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 상기 제1 부분의 두께는 약 0.4 ㎜ 이상 내지 약 0.8 ㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 배터리 케이스 (120)의 내주면과 크림핑부 (124)의 굴곡된 전단 사이의 가스켓 (140)의 제 2 부분의 두께는 1.5 ㎜ 이상 내지 1.9 ㎜ 이하일 수 있다.
도 2를 참조하면, 전극 조립체 (110)는 제1 및 제2 극판 (111, 112)과 상기 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터 (113)로 구성된다. 상기 제1 극판 (111)및 제2 극판 (112)는 각각 제1 및 제2 전극탭 (114, 115)를 구비한다. 상기 제1 및 제2 극판 (111, 112)에 부착된 제1 및 제2 전극탭 (114, 115)에 의하여, 상기 전극 조립체 (100)는 외부와 전기적으로 연결된다. 이하에서는, 편의상 상기 제1 극판을 양극판이라 하고, 제2 극판은 음극판이라 한다.
양극판 (111)은 양극 집전체에 리튬을 포함하는 층상 화합물인 양극 활물질이 도포된 양극 활물질층과 상기 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함할 수 있다. 음극판 (112)은 음극 집전체에 흑연 등을 포함하는 음극 활물질이 도포된 음극 활물질층과 상기 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함할 수 있다.
세퍼레이터 (113)는 상기 양극판 (111) 및 음극판 (112) 사이에 개재되어 이들 극판들이 직접 접촉하여 단락되는 것을 방지한다. 일반적으로, 세퍼레이터 (113)는 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이다.
전해액은 리튬염과 비수성 유기 용매를 포함하며, 충방전 특성 개량, 과충전 방지 등을 위한 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 전지의 작동을 가능하게 하며, 상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다.
전술한 바와 같이, 전극 조립체 (110)는 양극판 (111) 및 음극판 (112)과, 상기 극판들 사이에 개재된 세퍼레이터 (113)를 권취하여 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 전극 조립체 (110)는 전해액과 함께 배터리 케이스 (120)에 수용시킨다. 예컨대, 상기 배터리 케이스 (120)는 원통형 캔일 수 있다.
본 실시예에서는 베터리 케이스 (120)를 원통형 캔으로 사용하였으며, 상기 원통형 캔 (120)은 도전성 금속을 딥 드로잉을 하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 원통형 캔 (120)을 구성하는 도전성 금속으로는, 예컨대 스테인리스 스틸, 스틸 또는 알루미늄 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 상기 원통형 캔 (120)은 두께가 0.1 ㎜ 내지 1.0 ㎜일 수 있다.
원통형 캔 (120)은 전극 조립체 (110)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 외경(外徑) (D)을 갖는 원통체인 측면판 (121)과, 상기 측면판 (121)의 하부를 밀폐하는 하면판 (122)으로 이루어진다.
또한, 원통형 캔 (120)의 상부에는 비딩부 (beading part) (123)를 포함할 수 있다. 상기 비딩부 (123)는 상기 원통형 캔 (120)의 내측으로 만입된 형태를 갖는다. 상기 비딩부 (123)는 비딩부를 기준으로 상기 원통형 캔 (120)의 개구부 방향을 비딩부 (123)의 상부라 하고, 하면판 (122) 방향을 비딩부 (123)의 하부라 한다. 상기 비딩부 (123)의 하부는 전극 조립체 (110)의 유동을 방지하고, 캡 조립체 (130)를 안착시키기 위해 구비될 수 있다. 따라서, 캡 조립체 (130)의 외경 (t3)은 상기 원통형 캔의 외경 (D) 보다 작고, 상기 비딩부에 의하여 구비되는 면적보다는 크다.
원통형 캔 (120)의 최상단부에는 캡 조립체 (130)를 고정하기 위한 크림핑부 (crimping part) (124)를 더 포함할 수 있다. 상기 크림핑부 (124)는 가스켓 (140)을 개재하고 캡 조립체 (130)를 압박하도록 구비된다. 상기 크림핑부 (124)는 캡 조립체 (120)의 이탈 및 전해액의 누출을 방지하는 역할을 한다. 상기 비딩부 (123)와 크림핑부 (124) 사이의 두께를 교합 두께 (t2, 도 4 참조)라 한다.
캡 조립체 (130)는 캡 업 (cap up, 131)과 안전 벤트 (safety vent, 132)를 포함할 수 있다. 또한, 캔 조립체 (130)는 캡 다운 (cap down, 134)과, 절연체 (133), 및 서브 플레이트 (135)를 더 포함할 수 있다.
캡 업 (131)은 중앙부가 외부로 볼록하게 돌출된 단자부 (131a)를 구비한 원형의 판상이다. 단자부 (131a)는 외부와의 전기적인 접속에 이용된다. 또한, 상기 단자부 (131a)와 그 주변부 사이에는 복수의 가스 배출공 (131b)이 구비되어 내부에서 발생하는 가스를 배출하는 통로가 된다.
안전 벤트 (132)는 캡 업 (131)의 하부면에 밀착되도록 설치된다. 상기 안전 벤트 (132)는 원통형 캔 (120)의 내부의 압력 상승시 변형되거나 파열되어 절연시키거나 또는 가스를 외부로 방출시키는 역할을 한다. 상기 캡 업 (131)과 결합된 안전 벤트 (132)는 그 외주면에 가스켓 (140)이 밀착되도록 안착된다.
절연체 (133)는 안전 벤트 (132)와 캡 다운 (134) 사이에 개재되며, 이들을 절연시키는 재질로 형성된다. 서브 플레이트 (135)는 캡 다운 (134)의 하면에 고정되며 안전 벤트 (132)에 용접된다.
가스켓 (140)은 대략 링 형태로 원통형 캔 (140)의 일 측에 배치된다. 상기 가스켓 (140)은 원통형 캔 (120)의 두께, 비딩부 (123) 및 가스켓의 재질 등을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다. 예컨대, 상기 가스켓 (140)은 제1 전극탭 (114)와 결합하여 양극을 띄는 캡 조립체 (130)와, 제2 전극탭 (115)와 연결되어 음극을 띄는 원통형 캔 (120)을 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 또한, 가스켓 (140)은 캡 조립체 (130)와 원통형 캔 (120) 사이의 결합을 견고하게 하여 이차 전지 (100)의 밀봉성을 향상시킨다. 따라서, 상기 가스켓 (140)의 재질은 절연성 및 밀봉성을 갖는 물질이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 가스켓 (140)은 장착이 용이하고, 외부 충격에 대하여 완충 작용을 하여 캡 조립체 (130)를 보호할 수 있는, 폴리프로필렌 계열의 재질로 형성될 수 있다.
또한, 가스켓 (140)은 비딩부 (123)의 만입된 내측면의 상부에 위치할 수 있다. 따라서, 원통형 캔 (120)에 수용되는 전극 조립체 (110)와 이격되어 존재하며, 상기 가스켓 (140)과 전극 조립체 (110) 사이에는 비딩부 (123)가 존재한다.
또한, 이차 전지 (100)는 밀폐압이 상승할수록 안전성이 향상된다. 상기 밀폐압은 다양한 인자들이 유기적으로 작용하여 결정될 수 있으며, 이들 중 주된 인자로는 이차 전지 (100)의 비딩부 (123)의 상부 길이 (t1, 도 3 참조), 교합 두께 (t2, 도 2 및 도 4 참조), 캡 조립체 (130)의 외경 (t3, 도 2 참조) 등을 들 수 있다. 이하에서는, 상기 비딩부 (123)의 상부 길이 (t1, 도 3 참조), 교합 두께 (t2, 도 2 및 도 4 참조), 캡 조립체 (130)의 외경 (t3, 도 2 참조)를 검토한다.
도 3은 도 2의 A 부분에서 크림핑부를 형성하기 전의 확대도이다.
도 3을 참조하면, 상기 원통형 캔 (120)의 개구부측에는 내측으로 만입되어 캡 조립체 (130)를 지지하는 비딩부 (123)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 비딩부 (123)에는 캡 조립체 (130)을 안착시키기 위하여 가스켓 (140)이 개재될 수 있다. 비딩부 (123)의 상부 길이 (t1)는 원통형 캔 (120)에서 비딩부 (123)가 구비되는 위치에 의하여 결정될 수 있다. 상기 비딩부 (123)의 상부 길이 (t1)는 길수록, 상기 캡 조립체 (130)를 더 견고하게 고정시킬 수 있다. 따라서, 상기 비딩부 (123)의 상부 길이 (t1)가 증가할수록, 이차 전지 (100)의 밀폐압은 상승한다.
도 4 및 도 5는 도 2의 A 부분의 확대도이다.
도 4를 참조하면, 상기 비딩부 (123)의 상부에는 캡 조립체 (110)를 고정하는 크림핑부 (124)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 크림핑부 (124)에서 상기 원통형 캔 (120)과 캡 조립체 (130) 사이에는 가스켓 (140)이 개재되고, 상기 크림핑부 (124)는 캡 조립체 (130)의 외주부측을 고정하게 된다. 즉, 크림핑부 (124)는 비딩부 (123)에 가스켓 (140)을 개재한 상태에서 캡 조립체 (130)를 안착시킨 후에 크림핑 지그 (crimping jig)를 이용하여 형성시킬 수 있다. 이때, 상기 가스켓 (140)은 크림핑부 (124)의 전단에서 압축되어, 상기 이차 전지 (100)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 크림핑부 (124)가 형성된 이차 전지 (100)에서, 비딩부 (123)와 크림핑부 (124)를 연장하는 부분을 교합 두께 (t2)라 한다. 교합 두께 (t2)는 캡 조립체 (130)와 원통형 캔 (120)의 두께, 및 캡 조립체 (130)와 원통형 캔 사이에 개재되는 가스켓 (140)에 의하여 영향 받을 수 있다.
통상, 캡 조립체 (130) 및 원통형 캔 (120)은 그 두께의 변경이 용이하지 않다. 또한, 상기 캡 조립체 (130) 및 원통형 캔 (120)의 두께가 소정 값 이하인 경우에는 안전성이 문제될 수 있다. 따라서, 상기 교합 두께 (t2)는 가스켓 (140)이 압축되는 정도와, 상기 크림핑부 (124)를 형성하는 압력에 의하여 결정될 수 있다.
상기 가스켓 (140)의 압축 정도가 클수록 이차 전지 (100)의 밀폐압은 커진다. 또한, 상기 가스켓 (140)의 압축 정도를 증가시키기 위하여 크림핑부 (124)를 형성시키는 압력을 증가시킨다. 이때, 상기 가스켓 (140)의 압축 정도가 클수록 상기 교합 두께 (t2)는 감소한다. 즉, 상기 교합 두께 (t2)가 작을수록 밀폐압은 증가된다.
반면, 상기 교합 두께 (t2)는 가스켓 (140)의 두께에 의하여 결정될 수 있으므로, 상기 교합 두께 (t2)를 조정하는 데에는 한계가 있다. 또한, 상기 가스켓 (140)에 소정 이상의 압력이 가해지면, 상기 가스켓 (140)이 손상될 수 있으므로 가스켓 (140)에 가해지는 압력을 조정할 필요가 있다.
도 5를 참조하여, 상기 캡 조립체 (130)의 외경 (t1, 도 2 참조)에 의하여 이차 전지 (100)의 밀폐압을 향상시키는 방법을 검토한다.
캡 조립체 (130)의 외주면과 원통형 캔 (120)의 내주면 사이에는 가스켓 (140)이 밀착하여 개재될 수 있다. 이때, 상기 캡 조립체 (130)의 외주면과 원통형 캔 (120)의 내주면 사이의 가스켓 (140)의 두께를 제1 부분의 두께 (a)라 한다. 가스켓 (140)의 제1 부분의 두께 (a)는 0.3 ㎜ 이상 내지 1.0 ㎜ 미만일 수 있다. 바람직하기로는, 상기 제1 부분의 두께 (a)는 0.4 ㎜ 이상 내지 0.8 ㎜ 이하일 수 있다. 상기 제1 부분의 두께 (a)가 일정하지 않은 경우에는, 상기 제1 부분의 두께 (a)는 상기 제1 부분의 최소 두께일 수 있다.
본 실시예의 이차 전지 (100)에서 원통형 캔 (120)의 외경 (D)이 고정된 경우에, 캡 조립체 (130)의 외경을 증가시키면 상대적으로 제1 부분의 두께 (a)는 감소하게 된다. 즉, 상기 원통형 캔 (120)의 내면과, 상기 원통형 캔 (120) 내면에 대략 수직으로 대면하는 캡 조립체 (130)의 외주부 사이의 간격 (예컨대, a)은 좁아지게 된다. 또한, 상기 제1 부분의 두께 (a)가 감소되면, 상기 이차 전지 (100)의 밀봉해야 하는 간격이 감소하므로, 이차 전지 (100)의 밀폐압을 용이하게 향상시킬 수 있다.
또한, 캡 조립체 (130)의 외경이 커짐에 따라 캡 조립체 (130)의 단부는 비딩부 (123)와 크림핑부 (124) 사이에 더 깊이 삽입될 수 있으므로, 상기 캡 조립체 (130)는 크림핑부 (124)에 의하여 더욱 견고하게 고정될 수 있다. 따라서, 상기 캡 조립체 (130)의 외경이 커지면, 본 실시예에 따른 이차 전지 (100)의 밀폐압은 향상될 수 있다.
한편, 캡 조립체 (130)와 원통형 캔 (120) 사이에 위치하는 가스켓 (140)의 제1 부분의 두께 (a)가 약 0.3 ㎜ 미만이면, 가스켓 (140)의 탄성력이 저하되고, 상기 가스켓 (140)이 캡 조립체 (130)의 외주면 단부에 잘 밀착되지 못하다. 따라서, 가스켓 (140)은 내구성이 떨어지고, 원통형 캔 (120)을 패킹하는 능력이 감소되어 이차 전지 (100)의 밀폐압이 감소될 수 있다. 또한, 상기 제1 부분의 두께 (a)가 약 1.0 ㎜ 이상인 경우에는, 가스켓 (140)의 두께는 통상 사용되는 가스켓의 두께, 예컨대, 약 1.0 ㎜ 이상 내지 약 1.5 ㎜ 이하와 비교할 때, 제1 부분의 두께 (a)를 감소시키는 효과가 미약하므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 제1 부분의 두께 (a)는 0.4 ㎜ 이상 내지 0.8 ㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 제1 부분의 두께 (a)가 0.4 ㎜ 미만인 경우에는 원통형 캔 (120)에 크림핑부 (124)를 형성시킬 때에, 가스켓 (140)에 균열 (crack)이 생길 수 있다. 또한, 상기 제1 부분의 두께 (a)가 0.8 ㎜ 초과인 경우에는, 개재된 가스켓 (140)에 의하여 교합 두께 (t2)가 증가하게 된다. 즉, 상기 이차 전지 (100)에서, 바닥면부터 캡 조립체 (130)까지의 높이를 총고라하고, 상기 이차 전지 (100)의 바닥면부터 크림핑부 (124)까지의 높이를 체고라 할 때, 총고에 비하여 체고가 더 높게 형성될 수 있다.
캡 조립체 (130)는 이차 전지 (100)에서 외부 전자 기기와 전기적으로 연결하는 전극 단자의 역할을 하는 데, 체고가 더 높게 형성된 경우에는, 주변의 크림핑부 (124)의 간섭에 의하여 이차 전지 (130)와 외부 전자 기기와의 전기적인 연결에 문제를 발생시킬 수 있다.
상기 가스켓 (140)에 있어서, 제1 부분의 두께 (a)는 그 밖의 다른 부분의 두께에 비하여 상대적으로 얇게 형성될 수 있다. 가스켓 (140)은 이차 전지 (100)의 밀폐압뿐 아니라 안전성 측면에도 영향을 미칠 수 있으므로, 상기 가스켓 (140)의 그 밖의 부분은 일정 두께를 유지하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 캡 조립체 (130)의 외주부의 상단면에서 상기 크림핑부 (124)에 의하여 압박되는 부분은 이차 전지 (100)가 발열할 경우, 가스켓 (140)이 녹을 수 있다.
제1 부분에 인접한 원통형 캔 (120)의 두께는 약 0.1 ㎜ 내지 약 1.0 ㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다. 원통형 캔 (120)의 두께가 0.1 ㎜ 미만인 경우에는, 이차 전지 (100)의 내압 또는 전극 조립체와 전해액 사이의 이상 반응에 의한 고열 등으로 상기 원통형 캔 (120)이 손상될 수 있다. 반면, 상기 원통형 캔 (120)의 두께가 1.0 ㎜ 초과인 경우에는, 원통형 캔 (120)에서 비딩부 (123) 또는 크림핑부 (124) 등을 형성시키는 공정의 제어가 어려워진다. 또한, 이차 전지 (100)의 부피와 무게를 증가시킨다.
도 5에서, 원통형 캔 (120)의 내주면과 크림핑부 (124)의 굴곡된 전단 사이에는 가스켓 (140)이 구비되는 제2 부분이 도시되어 있다. 상기 제2 부분에 구비되는 가스켓 (140)의 두께를 제2 부분의 두께 (b)라 칭한다. 상기 제2 부분의 두께 (b)는 1.5 ㎜ 이상 내지 1.9 ㎜ 이하일 수 있다. 상기 제2 부분의 두께 (b)가 1.5 ㎜ 미만인 경우에는, 크림핑부 (124)가 캡 조립체 (130)를 누르는 힘이 감소한다. 따라서, 심한 경우에는, 이차 전지 (100)의 내압의 상승에 의하여 캡 조립체 (130)가 쉽게 파열될 수 있다. 또한, 상기 제2 부분의 두께 (b)가 1.9 ㎜를 초과하는 경우에는, 상기 크림핑부 (124)의 곡률이 증가 된다. 따라서, 이차 전지 (100)의 캡 조립체 (130)측은 크림핑부 (124)의 가장 높은 부분보다 낮은 위치에 구비될 수 있고, 이는 외부 전자 기기와의 전기적인 연결을 방해할 수 있다.
또한, 제2 부분의 두께 (b)는 전술한 밀폐압을 향상시키는 인자인, 비딩부 (123)의 상부 길이 (t1, 도 3 참조)와 교합 두께 (t2, 도 4 참조)의 영향을 간접적으로 반영한 결과로 볼 수 있다.
본 실시예에 따른 원통형 이차 전지는 다음의 단계를 포함하여 제작될 수 있다.
(1) 일측에 개구부를 구비한 배터리 케이스에 전극 조립체 및 전해액를 수용시키는 단계;
(2) 상기 배터리 케이스의 개구부측에는 비딩부를 형성시키는 단계;
(3) 상기 배터리 케이스에 전해액을 주입하는 단계;
(4) 상기 배터리 케이스와 캡 조립체 사이에는 가스켓을 개재하면서 비딩부에 상기 캡 조립체를 안착시키는 단계; 및
(5) 상기 캡 조립체의 외주부에 크림핑부를 형성시키는 단계.
도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 검토한다. 배터리 케이스 (120)는 원통형 캔 (120)을 포함할 수 있다. 이하에서는 원통형 캔 (120)으로 설명하나 이에 제한되는 것은 아니다.
단계 (1)은 원통형 캔 (120)에 전극 조립체 (110)를 수용시키는 단계이다. 상기 원통형 캔 (120)에는 그 일측에 개구부가 구비될 수 있다. 상기 개구부를 통하여, 전극 조립체 (110)를 삽입한다.
단계 (2)는 상기 원통형 캔 (120)의 개구부측에는 비딩부 (123)를 형성시킬 수 있다. 원통형 캔 (120)은 비딩 공정에 의하여 비딩부 (123)가 구비된다. 상기 비딩부 (123)는 원통형 캔 (120)의 개구부측에서 내측으로 만입된 형태를 갖는다.
단계 (3)은 상기 원통형 캔 (120)에 전해액을 주입하는 단계로, 원통형 캔 (120)에 전극 조립체 (110)와 함께 전해액을 주입한다.
단계 (4)는 상기 원통형 캔 (120)의 개구부측과 캡 조립체 (110) 사이에는 가스켓 (140)을 개재하면서 비딩부 (123)에 상기 캡 조립체 (130)를 안착시킨다. 상기 원통형 캔 (120)은 전극 조립체 (110)의 제2 전극탭 (115)와 연결되고, 상기 캡 조립체 (130)는 제1 전극탭 (114)와 연결되어 서로 다른 극성을 갖는다. 상기 가스켓 (140)는 상기 원통형 캔 (120)과 캡 조립체 (130)가 단락되는 것을 방지한다. 따라서, 가스켓 (140)은 절연 물질로 형성될 수 있으며, 예컨대 상기 가스켓은 폴리프로필렌 계열의 재질을 포함할 수 있다.
단계 (5)는 상기 캡 조립체 (130)의 외주부에는 크림핑부 (124)를 형성시킬 수 있다. 이때, 상기 크림핑부 (124)는 캡 조립체 (130)를 압박하여 캡 조립체 (120)의 이탈 및 전해액의 누출을 방지하는 역할을 한다.
이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.
(실시예 1)
본 발명에 따란 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 원통형 이차 전지를 제조하였다. 상기 이차 전지에 원통형 캔과 캡 조립체 및 그 사이에 개재되는 가스켓을 구비시키고 크림핑부를 형성시켰다.
이때, 원통형 이차 전지의 도 5의 제1 부분의 두께 (a)가 0.8 ㎜이고, 제2 부분의 두께 (b)가 1.5 ㎜가 되도록 크림핑 지그를 사용하여 상기 이차 전지의 비딩 상부를 크림핑하였다. 이와 같이 크림핑부가 형성된 원통형 이차 전지의 측면 하단부에 원형의 홀을 형성하였다. 상기 홀에는 기체의 누출을 막기 위하여 고무 패킹을 개재하여 기체를 주입하는 관을 연결하였다. 상기 이차 전지의 캡 조립체의 상부면에는 기체가 발생하는 순간을 확인하기 위하여, 기체가 배출되는 통로인 배출공측에 물을 구비시키고 상기 홀측에는 압력 측정기를 연결하였다. 연결된 관을 통하여 이차 전지에 질소 기체를 0.1 kgf/㎠/s의 속도로 주입하였다. 이와 같이 질소를 주입하면서, 이차 전지의 캡 조립체에 상부면에서 기포가 생성되는 순간의 압력을 측정하여 이차 전지의 밀폐압을 확인하였다.
(실시예 2)
원통형 이차 전지의 제1 부분의 두께 (a)가 0.53 ㎜이고, 제2 부분의 두께 (b)가 1.6 ㎜가 되도록 크림핑부를 형성시키는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 밀폐압을 확인하였다.
(실시예 3)
원통형 이차 전지의 제1 부분의 두께 (a)가 0.4 ㎜이고, 제2 부분의 두께 (b)가 1.9 ㎜가 되도록 크림핑부를 형성시키는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 밀폐압을 확인하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | |
| 제1 부분의 두께 (a) (㎜) | 0.8 | 0.53 | 0.4 |
| 제2 부분의 두께 (b) (㎜) | 1.5 | 1.6 | 1.9 |
| b/a | 1.88 | 1.9 | 4.75 |
| 밀폐압 (kgf/㎠) | 10 | 20 | 29 |
본 발명은 이차 전지의 밀폐압에 영향을 줄 수 있는 다양한 인자들을 검토하였다. 또한, 상기 이차 전지의 안전성을 향상시키고, 동시에 이차 전지의 기능을 저하시키지 않도록 상기 이차 전지의 밀폐압을 향상시키는 방법을 검토하였다.
전술한 바와 같이, 제1 부분의 두께 (a)가 0.4 ㎜ 미만이면 가스켓의 균열이 생길 수 있고, 상기 제1 부분의 두께 (a)가 0.8 ㎜ 초과인 경우에는 크림핑부가 캡 조립체보다 더 상부측으로 형성될 수 있다. 또한, 제2 부분의 두께 (b)가 1.5 ㎜ 미만인 경우에는, 크림핑부가 캡 조립체를 누르는 힘이 감소하여 이차 전지가 쉽게 파열될 수 있고, 상기 제2 부분의 두께 (b)가 1.9 ㎜ 초과인 경우에는, 상기 크림핑부의 곡률이 증가된다. 따라서, 본 실시예들에서는 제1 부분의 두께 (a)와 제2 부분의 두께 (b)가 전술한 범위 내에 포함되도록 하여 실험을 실시하였다.
표 1의 실시예 1 내지 실시예 3을 검토하면, 제2 부분의 두께 (b)에 대한 제1 부분의 두께 (a)의 비 (b/a)가 증가할수록 밀폐압이 증가됨을 확인하였다.
실시예 1을 보면 이차 전지가 10 kgf/㎠의 밀폐압을 갖기 위해서는 제2 부분의 두께 (b)에 대한 제1 부분의 두께 (a)의 비 (b/a)는 1.8 초과임을 확인할 알 수 있다. 또한, 실시예 2를 보면 이차 전지의 밀폐압이 20 kgf/㎠ 이상이 되기 위해서는 제2 부분의 두께 (b)에 대한 제1 부분의 두께 (a)의 비 (b/a)는 3.0 이상이다.
또한, 전술한 제1 부분의 두께 (a)와 제2 부분의 두께 (b)의 양호한 두께 범위를 적용하였을 때, 실시예 3에서 확인할 수 있듯, 제2 부분의 두께 (b)에 대한 제1 부분의 두께 (a)의 비 (b/a) 4.8 미만임을 확인할 수 있었다. 즉, 이차 전지의 밀폐압에 영향을 미치는 인자는 제1 부분의 두께 (a)와 제2 부분의 두께 (b)는 서로 유기적으로 작용하여 밀폐압에 영향을 주므로, 제2 부분의 두께 (b)에 대한 제1 부분의 두께 (a)의 비 (b/a)에 의하여 밀폐압이 결정될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 제2 부분의 두께 (b)에 대한 제1 부분의 두께 (a)의 비 (b/a)는 1.8 초과 내지 4.8 미만일 수 있고, 이에 의하여 이차 전지의 밀폐압은 10 ㎏f/㎠ 이상 내지 30 ㎏f/㎠ 미만이 바람직하다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 이차 전지 110: 전극 조립체
120: 배터리 케이스 123: 비딩부
124: 크림핑부 130: 캡 조립체
140: 가스켓
120: 배터리 케이스 123: 비딩부
124: 크림핑부 130: 캡 조립체
140: 가스켓
Claims (12)
- 제1 및 제2 극판과 상기 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되는 전극 조립체;
상기 전극 조립체와 전해액을 수용하고, 일측에 개구부를 구비하는 배터리 케이스;
상기 배터리 케이스의 개구부를 밀폐하는 캡 조립체; 및
상기 캡 조립체와 상기 배터리 케이스 사이에 개재되는 가스켓을 포함하고,
상기 배터리 케이스의 최상단부에는 상기 캡 조립체를 고정하기 위하여 크림핑부 (crimping part)가 구비되되 상기 크림핑부는 상기 배터리 케이스의 최상단부에서 상기 캡 조립체 방향으로 굴곡되는 부분이고,
상기 배터리 케이스의 길이 방향과 교차하는 방향에서 상기 배터리 케이스의 내주면과 상기 캡 조립체의 외주면 사이에 위치하는 가스켓의 제1 부분의 두께에 대한 상기 배터리 케이스의 내주면과 크림핑부의 굴곡된 전단 사이의 가스켓의 제 2 부분의 두께의 비는 1.8 초과 내지 4.8 미만인 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 부분의 두께는 0.3 ㎜ 이상 내지 1.0 ㎜ 미만인 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 부분의 두께는 0.4 ㎜ 이상 내지 0.8 ㎜ 이하인 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 부분의 두께는 1.5 ㎜ 이상 내지 1.9 ㎜ 이하인 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 가스켓은 폴리프로필렌 계열의 재질을 포함하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 배터리 케이스의 개구부측에는 내측으로 만입되어 캡 조립체를 지지하는 비딩부 (beading part)를 포함하는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 크림핑부는 상기 비딩부의 상부에서 캡 조립체를 고정하도록 구비되는 이차 전지. - 제7항에 있어서,
상기 크림핑부에서 상기 배터리 케이스와 캡 조립체 사이에는 상기 가스켓이 개재되고 상기 크림핑부는 상기 캡 조립체의 외주부측을 고정하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 이차 전지의 밀폐압은 10 ㎏f/㎠ 이상 내지 30 ㎏f/㎠ 미만인 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 배터리 케이스는 원통형 캔인 이차 전지. - 제10항에 있어서,
상기 원통형 캔은 스테인리스 스틸, 스틸 또는 알루미늄의 어느 하나 이상으로 형성되는 이차 전지. - 제10항에 있어서,
원통형 캔은 두께가 0.1 ㎜ 내지 1.0 ㎜인 이차 전지.
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