KR101243556B1 - 리튬 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents

리튬 이차전지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101243556B1 KR1020060041182A KR20060041182A KR101243556B1 KR 101243556 B1 KR101243556 B1 KR 101243556B1 KR 1020060041182 A KR1020060041182 A KR 1020060041182A KR 20060041182 A KR20060041182 A KR 20060041182A KR 101243556 B1 KR101243556 B1 KR 101243556B1
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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캡플레이트 또는 캔의 측면 또는 하면에 보조홀을 형성하고 상기 보조홀의 내주면에 관통홀이 형성되어 있는 수지재질의 전해액주입구를 형성한 후, 상기 전해액 주입구를 수지재질의 밀폐부재로 밀폐함으로써, 전해액주입구의 위치 자유도가 크고 전해액의 토출이 방지될 뿐만 아니라 레이저 용접을 생략할 수 있어 공정이 단순화될 수 있는 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 보조홀, 관통홀, 전해액주입 부재, 밀폐 부재

Description

리튬 이차전지 및 그 제조방법{Lithium rechargeable battery and Method of making the same}
도 1은 일반적인 리튬 이차전지의 수직 단면도
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분리 사시도
도 2b는 도 2a의 수직 단면도
도 3a는 도 2a의 캡플레이트의 평면도
도 3b는 도 3a의 A-A 단면도
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡플레이트의 수직 단면도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 수직 단면도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 수직 단면도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법을 도시한 흐름도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
200, 600, 700 - 리튬 이차전지
210, 610, 710 - 캔
220, 620, 720 - 전극조립체
230, 630, 730 - 캡조립체
242, 342, 442, 542, 642, 742 - 보조홀
245, 345, 445, 545 - 관통홀
280, 380, 480, 580, 680, 780 - 전해액주입 부재
285, 685, 785 - 밀폐 부재
본 발명은 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캡플레이트 또는 캔의 측면 또는 하면에 보조홀을 형성하고 상기 보조홀의 내주면에 관통홀이 형성되어 있는 수지재질의 전해액주입구를 형성한 후, 상기 전해액 주입구를 수지재질의 밀폐부재로 밀폐함으로써, 전해액주입구의 위치 자유도가 크고 전해액의 토출이 방지될 뿐만 아니라 레이저 용접을 생략할 수 있어 공정이 단순화될 수 있는 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 리튬 이차전지의 수직 단면도를 나타낸다.
상기 리튬 이차전지(100)는, 도 1을 참조하면, 양극판(123), 음극판(125) 및 세퍼레이터(124)로 구성되는 전극조립체(120)를 전해액과 함께 캔(110)에 수납하고, 이 캔(110)의 상단개구부를 캡조립체(130)로 밀봉함으로써 형성된다.
상기 캔(110)은 일반적으로 알루미늄 또는 그 합금 재질로 형성되며, 딥드로잉 방식에 의하여 제작된다. 상기 캔(110)의 하면은 일반적으로 거의 평면 형상으로 형성된다.
상기 전극조립체(120)는 양극판(123)과 음극판(125) 사이에 세퍼레이터(124)가 개재되면서 권취되어 형성된다. 상기 양극판(123)에는 양극탭(126)이 결합되어 전극조립체(120)의 상단부로 돌출되며, 음극판(125)에는 음극탭(127)이 결합되어 전극조립체(120)의 상단부로 돌출된다. 상기 전극조립체(120)에서 상기 양극탭(126)과 음극탭(127)은 소정거리 떨어져 형성되어 전기적으로 절연되도록 한다. 상기 양극탭(126)과 음극탭(127)은 일반적으로 니켈 금속으로 형성된다.
상기 캡조립체(130)는 캡플레이트(140)와 절연플레이트(150)와 터미널플레이트(160) 및 전극단자(135)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(130)는 별도의 절연케이스(170)와 결합되어 캔(110)의 상단개구부에 결합되어 캔(110)을 밀봉하게 된다.
상기 캡플레이트(140)는 상기 캔(110)의 상단개구부와 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 상기 캡플레이트(140)의 중앙에는 소정 크기의 단자통공1이 형성되며, 단자통공1에 삽입될 때는 전극단자(135)와 캡플레이트(140)의 절연을 위하여 전극단자(135)의 외면에는 튜브형의 개스킷튜브(146)가 결합되어 함 께 삽입된다. 한편, 상기 캡플레이트(140)의 일측에는 전해액주입구(142)가 소정크기로 형성된다. 상기 캡조립체(130)가 상기 캔(110)의 상단개구부에 조립된 후 전해액주입구(142)를 통하여 전해액이 주입되고, 전해액주입구(142)는 별도의 밀폐수단인 볼(180)에 의하여 밀폐된다. 또한, 상기 캡플레이트(140)의 타측에는 안전밴트(도면 미도시)가 소정 크기로 형성될 수도 있다. 상기 안전밴트는 캡플레이트(140)의 다른 부분에 비해 얇게 형성되어 전지 내부의 압력이 임계치 이상으로 상승하면 파손된다.
상기 전극단자(135)는 상기 음극판(125)의 음극탭(127) 또는 상기 양극판(123)의 양극탭(126)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.
상기 절연플레이트(150)는 가스켓과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(140)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(150)에는 상기 캡플레이트(140)의 단자통공1에 대응되는 위치에 상기 전극단자(135)가 삽입되는 단자통공2가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(150)의 하면에는 상기 터미널플레이트(160)가 안착되도록 터미널플레이트(160)의 크기에 상응하는 안착홈이 형성된다.
상기 터미널플레이트(160)는 일반적으로 니켈 합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(150)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(160)에는 캡플레이트(140)의 단자통공1에 대응되는 위치에 상기 전극단자(135)가 삽입되는 단자통공3이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(135)가 상기 개스킷튜브(146)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(140)의 단자통공1을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(160)는 상기 캡플레이트(140)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(135)와 전기적으로 연결 된다.
상기 터미널플레이트(160)의 일측에는 상기 음극판(125)에 결합된 음극탭(127)이 용접되며, 캡플레이트(140)의 타측에는 상기 양극판(123)에 결합된 양극탭(126)이 용접된다. 상기 음극탭(127)과 양극탭(126)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며, 일반적으로는 저항용접이 사용된다.
상기 절연케이스(170)는 캡조립체(130)와 전극조립체(120) 사이의 절연을 담당하게 되며, 양극탭용 홀과 음극탭용 홀이 형성되어 있다.
통상적으로 전해액주입구는 캡플레이트의 일측에 형성되며, 금속재질의 볼에 의해 압입된 후 레이저 용접 방식 등에 의해 밀폐된다. 또한, 전해액주입구의 밀폐성을 향상시키기 위해 용접 후에 광경화성 물질 등이 도포되기도 한다. 이 경우, 상당한 압력에 의해 금속재질의 볼을 압입해야 하고 용접 공정이 이루어져야 하기 때문에 전해액주입구의 위치는 캡플레이트에 한정될 수밖에 없다는 문제점이 있다. 또한, 금속 재질끼리 밀폐성을 향상시켜야 하므로 전해액주입구의 형상과 밀폐수단의 형상이 제한적일 수밖에 없다는 문제점이 있다. 또한, 공정이 복잡해지고 레이저 용접과 같은 고정도의 접합방식이 이루어져야 한다는 문제점이 있다. 또한, 금속 재질끼리 실링되므로 전해액주입구의 밀폐 공정 이후에 전해액주입구와 밀폐수단 사이의 미세한 틈을 통해 전해액이 토출될 수 있고 불청결하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 캡플레이 트 또는 캔의 측면 또는 하면에 보조홀을 형성하고 상기 보조홀의 내주면에 관통홀이 형성되어 있는 수지재질의 전해액주입구를 형성한 후, 상기 전해액 주입구를 수지재질의 밀폐부재로 밀폐함으로써, 전해액주입구의 위치 자유도가 크고 전해액의 토출이 방지될 뿐만 아니라 레이저 용접을 생략할 수 있어 공정이 단순화될 수 있는 리튬 이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지는 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 상단 개구부를 밀폐하며 캡플레이트를 구비하는 캡조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 캡플레이트 또는 상기 캔에 보조홀이 형성되며, 중앙에 관통홀이 형성된 수지 재질의 전해액주입 부재가 상기 보조홀의 내주면에 부착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캔은 마주보는 한 쌍의 단측벽과, 마주보는 한 쌍의 장측벽 및 상기 장측벽과 상기 단측벽의 하부를 막는 하면판을 포함하여 형성되며, 상기 보조홀은 상기 캔의 단측벽 또는 하면판에 형성될 수 있다.
또한, 상기 전해액주입 부재는 중앙에 관통홀이 형성될 수 있다. 또한, 상기 관통홀은 수지 재질의 밀폐 부재에 의해 밀폐될 수 있다.
또한, 상기 보조홀의 내주면과 상기 전해액주입 부재는 접착제에 의해 부착될 수 있다.
또한, 상기 관통홀의 내주면과 상기 밀폐 부재는 접착제 또는 레이저 용접에 의해 부착될 수 있다.
또한, 상기 전해액주입 부재는 내주면과 외주면 사이의 두께가 0.5mm 내지 2mm로 형성될 수 있다.
또한, 상기 관통홀의 내주면은 원통 형상 또는 원뿔대 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 관통홀의 내주면은 나선 형상으로 나사골이 형성된 원통 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 밀폐 부재의 외주면은 나선 형상으로 나사산이 형성된 원통 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 관통홀의 내주면은 단차가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬 이차전지 제조방법은 캡플레이트 혹은 캔의 측면 또는 하면에 보조홀을 형성하는 보조홀 형성단계; 중앙에 관통홀이 형성된 수지 재질의 전해액주입 부재를 상기 보조홀의 내주면에 부착하는 전해액주입 부재 부착단계; 상기 캔에 전극조립체를 수용하는 전극조립체 수용단계; 상기 캔의 상단개구부를 상기 캡플레이트로 밀폐하는 캔 밀폐단계; 상기 관통홀을 통해서 전해액을 주입하는 단계; 및 수지 재질의 밀폐 부재에 의해 상기 관통홀을 밀폐하는 관통홀 밀폐단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해액주입 부재 부착단계는 접착제에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 상기 관통홀 밀폐단계는 접착제 또는 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대하여 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타내며, 도 2b는 도 2a의 수직 단면도를 나타낸다. 도 3a는 도 2a의 캡플레이트의 평면도를 나타내며, 도 3b는 도 3a의 A-A 단면도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)는, 도 2a와 도 2b를 참조하면, 양극판(223), 음극판(225) 및 세퍼레이터(224)로 구성되는 전극조립체(220)를 전해액과 함께 캔(210)에 수납하고, 이 캔(210)의 상단개구부(210a)를 캡조립체(230)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 리튬 이차전지(200)는 장변을 포함하며 서로 마주보도록 형성되는 정면과 배면, 단변을 포함하며 서로 마주보도록 형성되는 양 측면, 상기 캡플레이트(240)가 위치하는 상면 및 상기 상면과 마주보는 하면을 포함하여 이루어진다.
상기 전극조립체(220)는 양극판(223)과 음극판(225)사이에 세퍼레이터(224)가 개재되면서 권취되어 형성된다.
상기 양극판(223)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와, 그 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 상기 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 리튬산화물이 사용되고 있다. 상기 양극판(223)의 양 말단에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체 영역, 즉 양극 무지부가 형성된다. 상기 양극 무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극 조립체(220)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭(226)이 접합되어 있다.
상기 음극판(225)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(225)의 양 말단은 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영역, 즉 음극 무지부가 형성된다. 상기 음극 무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극 조립체(220)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(227)이 접합되어 있다. 더불어 상기 전극 조립체(220)의 하부에는 캔(210)과의 접촉을 방지하기 위한 절연판이 더 포함되어 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터(224)는 상기 양극판(223)과 음극판(225) 사이에 개재되며 상기 전극조립체(220)의 외주면을 둘러 싸도록 연장되어 형성될 수도 있다. 상기 세퍼레이터(224)는 상기 양극판(223)과 음극판(225)의 단락을 방지하며, 리튬 이온을 통과시킬 수 있도록 다공막 고분자물질로 형성된다.
상기 캔(210)는 대략 직사각형 형상의 한 쌍의 장측벽(212)과, 한 쌍의 단측벽(213) 및 하면판(210b)을 포함하여 대략 박스 형상으로 형성되며, 상부는 개구되어 상단 개구부(210a)를 이루고 있다. 또한, 상기 캔(210)는 대략 박스형상으로 형성될 때 수평방향으로의 단면의 형상이 사각형상 또는 타원형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 상단개구부(210a)로는 상기 전극조립체(220)가 삽입된다. 또한, 상기 전극조립체(220) 사이로 함침하여 리튬 이온의 이동을 가능하게 해 주는 전해액이 주입된다. 캔(210)의 재질은 주로 가벼운 알루미늄(Al)이 사용되며, 여기서 상기 캔(210)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(210)의 상부는 캡조립체(230)에 의해 밀봉되어, 전해액의 누출이 방지된다. 상기 캔(210)의 장측벽(212)과 단측벽(213)의 두께는 대략 0.2 내지 0.4mm로 형성되며, 상기 하면 판(210b)의 두께는 대략 0.2 내지 0.7mm로 형성된다. 다만, 여기서 상기 장측벽(212)과 단측벽(213) 및 하면판(210b)의 두께를 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(210)은 바람직하게는 딥드로잉(deep drawing) 방식에 의하여 형성되며, 상기 장측벽(212)과 단측벽(213) 및 상기 하면판(210b)은 일체형으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 캔(210)의 형성 방법을 한정하는 것은 아니다.
상기 캡조립체(230)는 캡플레이트(240)와 절연플레이트(250)와 터미널플레이트(260) 및 전극단자(235)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(230)는 별도의 절연케이스(270)와 결합되어 캔(210)의 상단개구부(210a)에 결합되어 캔(210)을 밀봉하게 된다.
상기 캡플레이트(240)는 상기 캔(210)의 상단개구부(210a)에 용접되어 상기 캔(210)을 밀봉한다. 상기 캡플레이트(240)는 일측에 보조홀(242)이 형성되어 있으며, 상기 보조홀(242)의 내주면에는 전해액주입 부재(280)가 부착되어 있다. 또한, 상기 전해액주입 부재는 중앙에 관통홀(245)을 구비하며, 상기 관통홀(245)은 밀폐 부재(285)에 의해 밀폐된다. 상기 캡 플레이트(240)의 대략 중앙에는 단자통공1(241)이 형성되어 있으며, 상기 단자통공1(241)에는 개스킷 튜브(246)에 의해 절연된 전극단자(235)가 삽입된다. 상기 보조홀(242) 및 전해액주입 부재(280)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 절연플레이트(250)는 개스킷과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(240)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(250)에는 상기 캡플레이트(240)의 단자통공1(241)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(235)가 삽입되는 단자통공2(251)가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(250)의 하면에는 상기 터미널플레이트(260)가 안착되도록 터미널플레이트(260)의 크기에 상응하는 안착홈(252)이 형성된다.
상기 터미널플레이트(260)는 일반적으로 Ni합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(250)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(260)에는 캡플레이트(240)의 단자통공1(241)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(235)가 삽입되는 단자통공3(261)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(235)가 상기 개스킷 튜브(246)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(240)의 단자통공1(241)을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(260)는 상기 캡플레이트(240)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(235)와 전기적으로 연결된다.
상기 터미널플레이트(260)의 일측에는 상기 음극판(225)에 결합된 음극탭(227)이 용접되며, 캡플레이트(240)의 타측에는 상기 양극판(223)에 결합된 양극탭(226)이 용접된다. 상기 음극탭(227)과 양극탭(226)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며 일반적으로는 저항용접이 사용된다.
상기 전극단자(235)는 상기 음극판(225)의 음극탭(227) 또는 상기 양극판(223)의 양극탭(226)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.
상기 보조홀(242)은, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 캡플레이트(240)의 일측에 형성되어 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나 상기 캡플레이트(240)의 타측에는 안전밴트가 더 형성될 수도 있다. 상기 보조홀(242)은 평면 형상이 원형상, 타원형상, 사각형상 등으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 원형상으로 형성된다. 상기 보조홀(242)은 수직 단면 형상이 대략 11자 형상으로 형성된다. 즉, 상기 보 조홀(242)의 내주면은 캡플레이트(240)의 상면 및 하면과 대략 수직을 이루도록 형성된다. 다만, 여기서 상기 보조홀(242)이 내주면과 캡플레이트(240)의 상면/하면이 이루는 각을 한정하는 것은 아니다. 이 때, 상기 보조홀(242)은 전해액이 직접 주입되는 부분은 아니다. 상기 보조홀(242)의 내주면에는 전해액주입 부재(280)가 별도로 삽입되어 부착된다. 따라서, 상기 보조홀(242)의 내경은 밀폐 부재(285)의 외경보다 더 크도록 형성되며, 보다 상세하게는 대략 상기 전해액주입 부재(280)의 두께만큼 더 크도록 형성된다. 상기 보조홀(242)은 캡조립체(240) 형성 후 캡조립체(230)를 조립 전에 형성되는 것이 간편한 공정의 측면에서 바람직하다. 또한, 상기 보조홀(242)은 프레스에 의한 펀칭 방식으로 형성될 수 있으며, 다만 여기서 상기 보조홀(242)의 형성방법을 한정하는 것은 아니다.
상기 전해액주입 부재(280)는 상기 보조홀(242)의 내주면에 부착된다. 보다 상세하게는 상기 전해액주입 부재(280)의 외주면과 보조홀(242)의 내주면이 상호 부착된다. 상기 전해액주입 부재(280)와 보조홀(242)의 내면과의 부착은 접착제에 의해 이루어질 수 있으며, 여기서 부착방식을 한정하는 것은 아니다. 상기 전해액주입 부재(280)는 중앙에 관통홀(245)이 형성된 대략 원통 파이프 형상으로 형성된다. 또한, 상기 전해액 주입 부재(280)는 상기 보조홀(242)의 형상에 따라 타원통 파이프 형상 또는 사각통 파이프 형상으로 형성될 수도 있음은 물론이다. 상기 전해액주입 부재(280)의 두께는 대략 0.5mm 내지 2mm로 형성될 수 있으며, 이는 일반적인 캡플레이트(240)의 규격을 고려했을 때의 수치이므로 설계에 따라 달라질 수 있다. 상기 전해액주입 부재(280)의 두께가 0.5mm 미만으로 형성되면 전해액주입 부재(280) 자체의 강도가 지나치게 약하게 되어 공정 도중 파손될 가능성이 있다. 한편, 상기 전해액주입 부재(280)의 두께가 2mm를 초과하도록 형성되면 관통홀(245)을 밀폐할 밀폐 부재(285)의 크기가 지나치게 작아지므로 바람직하지 않다. 다만, 여기서 상기 전해액주입 부재(280)의 두께를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 관통홀(245)의 내주면은 원통 형상 또는 타원통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 관통홀(245)은 밀폐 부재(285)에 의해 밀폐된다. 또한, 상기 전해액주입 부재(280)와 밀폐 부재(285)는 수지 재질로 형성된다. 상기 전해액주입 부재(280)의 관통홀(245) 내주면과 상기 밀폐 부재(285)의 외주면간 부착은 접착제 또는 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있다. 바람직하게는 상기 부착은 접착제에 의해 이루어질 수 있다. 상기 부착이 별도의 레이저 용접에 의해 이루어지면 공정이 다소 복잡해질 수 있기 때문이다. 상기 밀폐 부재(285)는 상기 관통홀(245)의 내주면 형상에 부합되도록 형성되며, 원통 형상 또는 타원통 형상으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 함으로써, 상기 리튬 이차전지(200)는 레이저 용접을 생략할 수 있어 공정이 간편해지며 전해액주입 부재(280)와 밀폐 부재(285)는 둘다 수지 재질이므로 접합이 용이하고 밀폐도가 향상되므로, 전해액이 토출되는 현상을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대해 설명한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡플레이트의 수직 단면도를 나타낸다. 도 4a 내지 도 4c는 전해액주입 부재(280)의 관통홀(245)의 내주면 형상이 다양하게 형성된다는 점 이외에는 상기 도 3b의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 캡플레이트(340, 440, 540)는, 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 보조홀(342, 442, 542)과 전해액주입 부재(380, 480, 580)를 포함하여 형성된다. 도면에 도시되지 않았으나, 상기 전해액주입 부재(380, 480, 580)의 관통홀(345, 445, 545)은 수지 재질의 밀폐 부재에 의해서 별도로 밀폐된다.
도 4a의 실시예에 따른 보조홀(342)은 내주면이 원뿔대 형상으로 형성된다. 이 때, 상기 보조홀(342)은 밀폐 부재의 원활한 삽입을 위해 캡플레이트(340)의 상면에서 하면으로 갈수록 직경이 작아지도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 보조홀(342)의 내주면이 원뿔대 형상으로 형성되므로, 그에 부합되도록 상기 전해액주입 부재(380)의 외주면도 원뿔대 형상으로 형성된다. 또한, 상기 전해액주입 부재(380)의 관통홀(345)의 내주면도 원뿔대 형상으로 형성되며, 그에 따라 밀폐 부재의 외주면도 원뿔대 형상으로 형성됨은 물론이다.
도 4b의 실시예에 따른 보조홀(442)은 내주면이 원통 형상으로 형성된다. 따라서, 전해액주입 부재(480)의 외주면도 이에 부합되도록 원통 형상으로 형성된다. 한편, 상기 전해액주입 부재(480)의 관통홀(445)은 내주면이 단차를 이루도록 형성된다. 상기 관통홀(445)의 내주면은 밀폐 부재의 원활한 삽입을 위해 캡플레이트(440)의 하면에 접한 부분이 캡플레이트(440)의 상면에 접한 부분보다 내경이 작도록 형성된다. 그에 따라 밀폐 부재의 외주면도 직경이 서로 다른 원통 두 개가 접합되어 단차를 이루도록 형성된다.
도 4c의 실시예에 따른 보조홀(542)은 내주면이 원통 형상으로 형성된다. 따라서, 전해액주입 부재(580)의 외주면도 이에 부합되도록 원통 형상으로 형성된다. 한편, 상기 전해액주입 부재(580)의 관통홀(545)은 내주면이 나선이 형성된 원통 형상으로 형성된다. 상기 관통홀(545)의 내주면에 형성된 나선은 도 4c와 같이 나사골 형태로 형성될 수 있으며, 또한 도시되지 않았으나 나사산 형태로 형성될 수도 있다. 상기 나선이 나사골 형태로 형성되는 경우 밀폐 부재의 외주면에는 나사산이 형성되며, 상기 나선이 나사산 형태로 형성되는 경우 밀폐 부재의 외주면에는 나사골이 형성됨은 물론이다.
이와 같이 전해액주입 부재(380, 480, 580)와 밀폐 부재가 수지 재질로 형성됨으로써, 다양한 형상의 관통홀(345, 445, 545)과 밀폐 부재의 형성이 가능해진다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 수직 단면도를 나타낸다. 도 5의 실시예는 보조홀(642)이 캔(610)의 단측벽에 형성된다는 점을 제외하면 도 2b의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지(600)는, 도 5를 참조하면, 양극판(623)과 음극판(625) 및 세퍼레이터(624)를 구비하는 전극조립체(620)와, 보조홀(642)을 구비하는 캔(610) 및 캡플레이트(640)와 개스킷 튜브(646)와 절연 플레이트(650)와 터미널 플레이트(660) 및 전극 단자(635)를 구비하는 캡조립체(630) 를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 전극조립체(620)는 양극탭(626)과 음극탭(627)을 더 포함하여 형성된다.
상기 보조홀(642)은 캔(610)의 단측벽에 형성된다. 상기 보조홀(642)은 단측벽 중 상부에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 보조홀(642)이 단측벽의 중앙부나 하부에 형성되는 경우에는 보조홀(642)이 전극조립체(620)의 외주면에 의해 막히게 되므로 전해액이 주입되기에 용이하지 않게 된다. 또한, 상기 보조홀(642)의 내주면에는 전해액주입 부재(680)가 부착되며, 상기 전해액주입 부재(680)는 도 5와 같이 원통 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 도시되지 않았으나 상기 전해액주입 부재(680)는 도 4a 내지 도 4c와 같은 형상으로 형성될 수도 있음은 물론이다. 상기 전해액주입 부재(680)에는 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀은 밀폐 부재(685)에 의해 밀폐된다.
이와 같이 함으로써, 상기 리튬 이차전지(600)는 전해액을 주입할 수 있는 위치의 자유도가 증가할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 수직 단면도를 나타낸다. 도 6의 실시예는 보조홀(742)이 캔(610)의 하면판에 형성된다는 점을 제외하면 도 2b의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지(700)는, 도 6를 참조하면, 양극판(723)과 음극판(725) 및 세퍼레이터(724)를 구비하는 전극조립체(720)와, 보조홀(742)을 구비하는 캔(710) 및 캡플레이트(740)와 개스킷 튜브(746)와 절연 플레이트(750)와 터미널 플레이트(760) 및 전극 단자(735)를 구비하는 캡조립체(730)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 전극조립체(720)는 양극탭(726)과 음극탭(727)을 더 포함하여 형성된다.
상기 보조홀(742)은 캔(710)의 하면판에 형성된다. 상기 보조홀(742)은 하면판 중 중앙부에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 보조홀(742)이 하면판의 가장자리에 형성되는 경우에는 보조홀(742)이 전극조립체(720)의 하부에 의해 막히게 되므로 전해액이 주입되기에 용이하지 않게 된다. 또한, 상기 보조홀(742)의 내주면에는 전해액주입 부재(780)가 부착되며, 상기 전해액주입 부재(780)는 도 6와 같이 원통 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 도시되지 않았으나 상기 전해액주입 부재(780)는 도 4a 내지 도 4c와 같은 형상으로 형성될 수도 있음은 물론이다. 상기 전해액주입 부재(780)에는 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀은 밀폐 부재(785)에 의해 밀폐됨은 상기 도 5의 실시예와 동일하다.
이와 같이 함으로써, 상기 리튬 이차전지(700)는 도 2b의 실시예 및 도 5의 실시예와 더불어 전해액을 주입할 수 있는 위치의 자유도가 증가할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지 제조방법에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법을 도시한 흐름도 를 나타낸다. 이하에서는 도 2a의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법을 예로 들어 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)의 제조방법은, 도 7을 참조하면, 보조홀(242) 형성단계(S10), 전해액주입 부재(280) 부착단계(S20), 전극조립체(220) 수용단계(S30), 캔(210) 밀폐단계(S40), 전해액 주입단계(S50) 및 관통홀(245) 밀폐단계(S60)를 포함하여 이루어진다.
상기 보조홀(242) 형성단계(S10)는 캡플레이트(230) 혹은 캔(210)의 측면 또는 하면에 보조홀(242)을 형성하는 단계이다. 상기 보조홀(242) 형성단계(S10)의 이전에는 상기 캡플레이트(230) 및 캔(210)의 제조단계가 이루어지게 된다. 상기 보조홀(242)은 프레스에 의한 펀칭 방식에 의해서 이루어질 수 있다.
상기 전해액주입 부재(280) 부착단계(S20)는 중앙에 관통홀(245)이 형성된 전해액주입 부재(280)를 상기 보조홀(242)의 내주면에 부착하는 단계이다. 상기 전해액주입 부재(280) 부착단계(S20)는 접착제에 의해서 이루어질 수 있다. 보다 상세하게는 상기 보조홀(242)의 내주면과 상기 전해액주입 부재(280)의 외주면이 서로 부착된다. 상기 보조홀(242) 형성단계(S10)와 전해액주입 부재(280) 부착단계(S20)는 캡플레이트(230) 및 캔(210)의 제조와, 상기 캔(210) 내부에 전극조립체(220)의 삽입 사이에 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 캔(210) 내부에 전극조립체(220)가 삽입된 후에 보조홀(242)을 형성하고 전해액주입 부재(280)를 부착하는 것은 공정상 불편할 뿐만 아니라, 전극조립체(220)을 국부적으로 압박하여 쇼트를 발생하게 될 염려도 있다.
상기 전극조립체(220) 수용단계(S30)는 상기 캔(210)의 내부에 전극조립체(220)를 수용하는 단계이다. 상기 전극조립체(220)는 대략 젤리-롤 형상으로 권취된 후 각형 캔(210) 내부에 삽입될 수 있도록 프레스 등에 의해 압축된다. 그 후, 양극탭(226)과 음극탭(227)이 캔(210)의 상단개구부(210a) 방향으로 향하도록 전극조립체(220)가 캔(210) 내부로 삽입된다.
상기 캔(210) 밀폐단계(S40)는 상기 캔(210)의 상단개구부(210a)를 캡플레이트(240)로 밀폐하는 단계이다. 상기 캔(210) 밀폐단계는 캡플레이트(240)의 가장자리부와 캔(210)의 상단개구부(210a) 사이에 레이저 용접 등의 방식에 의해 이루어질 수 있다.
상기 전해액 주입단계(S50)는 상기 관통홀(245)을 통해서 캔(210)의 내부로 전해액이 주입되는 단계이다.
상기 관통홀(245) 밀폐단계(S60)는 밀폐 부재(285)에 의해 상기 관통홀(245)을 밀폐하는 단계이다. 상기 관통홀(245) 밀폐단계(S60)는 접착제 또는 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 접착제에 의해 이루어질 수 있다.
이와 같이 함으로써, 상기 리튬 이차전지(200)는 수지재질의 전해액주입 부재(280)와 수지재질의 밀폐 부재(285)가 상호 접합됨으로써, 관통홀(245) 밀폐 공정 이후에 전해액주입 부재(280)와 밀폐부재(285) 사이의 미세한 틈을 통해 전해액이 토출되는 현상을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되 지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 의하면 수지재질의 전해액주입 부재와 수지재질의 밀폐 부재가 상호 접합됨으로써, 관통홀 밀폐 공정 이후에 전해액주입 부재와 밀폐 부재 사이의 미세한 틈을 통해 전해액이 토출되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 레이저 용접을 생략할 수 있어 공정이 간편해지며, 밀폐 부재가 수지 재질로 형성됨으로써, 다양한 형상의 관통홀과 밀폐 부재의 형성이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 전해액을 주입할 수 있는 위치의 자유도가 증가할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 상단 개구부를 밀폐하며 캡플레이트를 구비하는 캡조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 캡플레이트 또는 상기 캔에 보조홀이 형성되며, 중앙에 관통홀이 형성된 수지 재질의 전해액주입 부재가 상기 보조홀의 내주면에 부착되고,
    상기 관통홀은 수지 재질의 밀폐 부재에 의해 밀폐되며,
    상기 관통홀의 내주면과 상기 밀폐 부재는 접착제에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캔은 마주보는 한 쌍의 단측벽과, 마주보는 한 쌍의 장측벽 및 상기 장측벽과 상기 단측벽의 하부를 막는 하면판을 포함하여 형성되며,
    상기 보조홀은 상기 캔의 단측벽 또는 하면판에 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보조홀의 내주면과 상기 전해액주입 부재는 접착제에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액주입 부재는 내주면과 외주면 사이의 두께가 0.5mm 내지 2mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 관통홀의 내주면은 원통 형상 또는 원뿔대 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 관통홀의 내주면은 나선 형상으로 나사골이 형성된 원통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 밀폐 부재의 외주면은 나선 형상으로 나사산이 형성된 원통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 관통홀의 내주면은 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  11. 캡플레이트 혹은 캔의 측면 또는 하면에 보조홀을 형성하는 보조홀 형성단계;
    중앙에 관통홀이 형성된 수지 재질의 전해액주입 부재를 상기 보조홀의 내주면에 부착하는 전해액주입 부재 부착단계;
    상기 캔에 전극조립체를 수용하는 전극조립체 수용단계;
    상기 캔의 상단개구부를 상기 캡플레이트로 밀폐하는 캔 밀폐단계;
    상기 관통홀을 통해서 전해액을 주입하는 전해액 주입단계; 및
    수지 재질의 밀폐 부재에 의해 상기 관통홀을 밀폐하는 관통홀 밀폐단계를 포함하고,
    상기 관통홀 밀폐단계는 접착제에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 전해액주입 부재 부착단계는 접착제에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  13. 삭제
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