KR101318570B1 - 이차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지와 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 절연 케이스를 생략하고 전극 탭의 절곡 공정을 최소화하여 제조 공정을 단순화하고 원가를 절감할 수 있는 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다
본 발명은 캔과, 캔에 삽입된 동시에 적어도 하나의 전극 탭을 갖는 전극 조립체와, 전극 탭에 접속된 채로 캔의 일측을 막으며, 전극 조립체의 유동을 방지하도록 적어도 하나의 절연 부재를 갖는 캡 플레이트로 이루어진 이차 전지 및 그 제조 방법을 개시한다.
이와 같이 하여 본 발명은 절연 케이스 및 전극 탭의 절곡 공정을 생략하는 동시에, 전극 탭의 불필요한 전기적 쇼트를 효율적으로 방지할 수 있게 된다.
이차 전지, 캔, 캡 플레이트, 절연 부재, 전극 조립체, 전극 탭
Description
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 이차 전지중 캡 플레이트를 뒤집어서 도시한 분해 사시도이고, 도 3b는 캡 플레이트와 절연 부재 사이의 결합 관계를 도시한 사시도이며, 도 3c는 절연 부재를 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이차 전지중 캔으로부터 캡 플레이트가 분리된 상태를 도시한 부분 분해 사시도이다.
도 5a는 도 1의 5a-5a선 단면도이고, 도 5b는 도 1의 5b-5b선 단면도이며, 도 5c는 도 1의 5c-5c선 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이차 전지의 제조 방법을 도시한 플로우 챠트이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 이차 전지의 제조 방법을 도시한 것으로서,
도 7a는 용접 부재를 이용하여 제1전극 탭 및 제2전극 탭을 캡 플레이트 및 전극 단자에 용접하는 상태를 도시한 것이고,
도 7b는 회전 부재를 이용하여 캡 플레이트를 대략 직각 방향으로 회전하는 상태를 도시한 것이며,
도 7c는 가압 부재를 이용하여 캡 플레이트를 캡에 가압하여 결합하는 상태를 도시한 것이고,
도 7d는 용접 부재를 이용하여 캡 플레이트를 캔에 용접하는 상태를 도시한 것이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 이차 전지
110; 캔 111; 장변부
112; 단변부 113; 라운드변부
114; 바닥부 115; 개방부
120; 전극 조립체 121; 제1극판
122; 세퍼레이터 123; 제2극판
124; 제1전극 탭 125; 제2전극 탭
130; 캡 플레이트 131; 장변
132; 단변 133; 라운드변
134; 통공 135; 주액홀
136; 절연 가스켓 137; 전극 단자
138; 단자 플레이트 139; 절연 플레이트
140; 절연 부재 141; 제1면
142; 제2면 143; 제3면
144; 제4면 145; 돌기
본 발명은 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 절연 케이스를 생략하고 전극 탭의 절곡 공정을 최소화하여 제조 공정을 단순화하고 원가를 절감할 수 있는 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이온 전지와 같은 이차 전지는 그 형태에 따라 각형 전지, 원통형 전지 및 파우치 전지 등으로 분류할 수 있다. 이중에서 상기 각형 전지는 일측이 개방된 육면체 형태의 캔과, 상기 캔에 삽입되어 일정 전압으로 충방전되는 전극 조립체와, 상기 캔에 주입되어 전극 조립체에서 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액과, 상기 전극 조립체 및 전해액이 외부로 유출되지 않도록 캔의 상부를 막는 동시에 상기 전극 조립체에 전극 탭을 통하여 전기적으로 접속된 캡 플레이트로 이루어져 있다.
이러한 이차 전지의 제조 방법은 통상 캔에 전극 조립체를 삽입하는 공정과, 상기 전극 조립체의 전극 탭을 캡 플레이트의 소정 영역에 용접하는 공정과, 상기 캡 플레이트를 캔에 결합하는 공정과, 상기 캡 플레이트를 통하여 캔의 내부에 전해액을 주입하는 공정 등으로 이루어져 있다.
그런데, 이러한 종래의 이차 전지 및 그 제조 방법은 아래와 같은 몇가지 이유에 의해 제조 공정을 복잡하게 하고, 제조 원가를 상승시키며 또한 전극 탭이 원 하지 않는 영역과 전기적으로 쇼트되는 문제가 있다.
첫째, 상기 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에는 전극 탭이나 캡 플레이트의 각종 부품이 위치될 수 있도록 통상적으로 일정한 여유 공간이 존재하게 되고, 이에 따라 이차 전지의 조립이 완료된 상태에서 상기 캔 내부의 전극 조립체가 상하좌우 방향으로 심하게 유동될 수 있다. 따라서, 이러한 전극 조립체의 상하좌우 방향 유동 현상을 방지하기 위해 종래에는 상기 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 절연 케이스를 위치시키고 있다. 즉, 상기 절연 케이스가 상기 전극 조립체와 캡 플레이트 사이의 여유 공간을 최소화함으로써, 상기 캔 내부에서 상기 전극 조립체가 상하좌우 방향으로 유동되지 않도록 하는 것이다. 따라서, 종래의 이차 전지에는 상기와 같은 절연 케이스가 더 구비됨으로써, 제조 공정이 복잡해짐은 물론 제조 원가가 상승하게 된다.
둘째, 상기와 같이 절연 케이스가 도입되면, 상기 전극 탭은 캡 플레이트에 직접 용접될 수 없다. 따라서 상기 절연 케이스에 일정 크기의 통공을 형성하고, 상기 전극 탭이 상기 통공을 통과하도록 한 상태에서, 그 전극 탭을 캡 플레이트에 용접하여야 한다. 이에 따라, 종래에는 상기 전극 탭이 절연 케이스의 통공을 통과하도록 하는 공정도 더 필요한 문제가 있다.
셋째, 상기와 같이 절연 케이스의 통공을 통과한 전극 탭은 상기 캡 플레이트의 소정 위치에 적절하게 용접할 수 있도록 그 길이를 비교적 길게 형성하는데, 이에 따라 캡 플레이트를 캔에 결합할 때에는 상기 전극 탭을 모두 수용할 수 있도록 다수회 절곡시키는 공정도 필요하다. 더욱이, 이러한 전극 탭의 절곡이 정확하 게 수행되지 않았을 경우에는, 상기 전극 탭과 캡 플레이트 또는 캔과 원하지 않는 전기적 쇼트가 발생됨으로써, 이차 전지가 정상적으로 동작하지 않게 된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 절연 케이스를 생략하고, 전극 탭의 절곡 공정을 최소화하여 공정을 단순화하고 원가를 절감할 수 있는 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전극 탭중 전극 단자에 접속되는 전극 탭의 길이 및 절곡 횟수를 최소화하여 다른 부품과의 전기적 쇼트를 방지할 수 있는 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지는 캔과, 상기 캔에 삽입된 동시에 적어도 하나의 전극 탭을 갖는 전극 조립체와, 상기 전극 탭에 접속된 채로 상기 캔을 막으며, 상기 전극 조립체의 유동을 방지하도록 적어도 하나의 절연 부재가 설치된 캡 플레이트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 캡 플레이트는 장변과 단변을 갖는 평판 형태이며, 상기 절연 부재는 상기 캡 플레이트의 단변쪽에 설치될 수 있다.
또한, 상기 절연 부재는 상기 캡 플레이트의 단변 길이와 같은 길이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트에는 상기 절연 부재가 억지 끼움되도록 한쌍의 돌기가 형성될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트는 장변과 단변을 갖는 평판 형태이며, 상기 한쌍의 돌기는 상기 캡 플레이트의 단변쪽에 설치될 수 있다.
또한, 상기 돌기는 상기 절연 부재의 두께보다 작은 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 절연 부재는 상기 캡 플레이트에 접촉하는 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 상기 전극 조립체에 접촉하는 제2면과, 상기 제1면과 제2면 사이로서 상기 돌기에 접촉하는 제3면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연 부재는 상기 제2면과 제3면의 측부를 따라서 상기 캔의 내벽에 밀착되는 제4면이 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 돌기는 상기 캔의 내벽에 밀착될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트는 장변과 단변을 갖는 평판 형태이며, 상기 장변과 단변 사이의 경계 영역이 라운드 형태 또는 직각 형태중 적어도 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트에는 절연 가스켓이 개재되어 전극 단자가 관통 결합될 수 있다.
또한, 상기 전극 단자에는 적어도 하나의 전극 탭이 접속될 수 있다.
또한, 상기 전극 탭은 상기 전극 단자의 표면으로부터 "ㄱ"자 형태로 절곡될 수 있다.
또한, 상기 전극 탭은 상기 캡 플레이트의 표면으로부터 "ㄱ"자 형태로 절곡될 수 있다.
더불어, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지의 제조 방 법은 전극 탭을 갖는 전극 조립체를 캔에 삽입하고, 상기 전극 탭을 절연 부재가 설치된 캡 플레이트에 용접하는 전극 탭 용접 단계와, 상기 캡 플레이트를 일정 각도 회전시켜 상기 전극 탭이 절곡되도록 하는 캡 플레이트 회전 단계와, 상기 캡 플레이트를 가압하여 상기 캡 플레이트가 캔에 결합되도록 하는 캡 플레이트 가압 단계와, 상기 캡 플레이트를 캔에 용접하는 캡 플레이트 용접 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전극 탭 용접 단계는 캔 위에 수직 방향으로 캡 플레이트를 세워 위치시킨 상태에서 미절곡 상태의 전극 탭을 상기 캡 플레이트에 용접할 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트 회전 단계는 상기 캡 플레이트를 일정 각도 회전시켜 전극 탭이 절곡되도록 하는 동시에 상기 캔 위에 상기 캡 플레이트가 수평 방향으로 누워지되도록 할 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트 가압 단계는 상기 캡 플레이트를 캔에 완전히 결합하여 상기 절연 부재가 상기 전극 조립체를 가압하도록 할 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 방법은 종래와 같은 별도의 절연 케이스를 구비하지 않고, 또한 종래와 같은 여러 횟수의 전극 탭 절곡 공정을 생략할 수 있음으로써, 제조 공정을 단순화하고 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 방법은 전극 탭중 전극 단자에 용접되는 전극 탭의 길이 및 절곡 횟수를 최소화함으로써, 이것이 캡 플레이트 또는 캔에 전기적으로 쇼트되지 않도록 한다.
또한, 상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 방법은 캡 플레이트에 결합된 절연 부재가 전극 조립체를 가압하여 상하좌우 방향의 유동 현상을 방지할 뿐만 아니라, 상기 절연 부재 및 이것이 결합된 돌기가 상기 캔에 함께 결합됨으로써, 상기 캡 플레이트와 캔 사이의 결합력이 더욱 향상된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이차 전지(100)는 대략 육면체 형태의 캔(110)과, 상기 캔(110)의 상부를 덮는 캡 플레이트(130)를 포함한다. 물론, 상기 캔(110)의 내부에는 전극 조립체(도시되지 않음) 및 전해액(도시되지 않음) 등이 수납 또는 주액되어 있으나, 이는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
상기 캔(110)은 상대적으로 넓은 면적을 가지며 상호 일정 거리 이격된 한쌍의 장변부(111)를 포함한다. 또한, 상기 장변부(111)의 양측 둘레에는 상대적으로 작은 면적을 가지며 상기 장변부(111)에 연결된 단변부(112)가 형성되어 있다. 더욱이, 상기 장변부(111)와 단변부(112) 사이에는 소정 곡률을 갖는 라운드변부(113)가 형성되어 있다. 더불어, 상기 장변부(111), 단변부(112) 및 라운드변 부(113)의 일측에는 캔(110)의 하부를 막는 바닥부(114)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 장변부(111)와 단변부(112) 사이의 경계 영역에 형성된 라운드변부(113)는 하기할 전극 조립체의 권취 곡률과 같거나 유사한 곡률로 형성됨으로써, 상기 캔(110)의 내부에서 빈공간이 거의 존재하지 않도록 하는 역할을 한다. 물론, 상기 장변부(111)와 단변부(112) 사이의 경계 영역은 캔(110)의 가공이 용이하도록 직각 형태로 형성될 수도 있다. 그러나, 여기서 본 발명이 상기 장변부(111)와 단변부(112) 사이의 경계 영역에 대한 형태를 한정하는 것은 아니다.
이러한 캔(110)은 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 도금된 알루미늄, 스틸(Fe), 스테인레스 스틸(SUS), 구리(Cu), 구리 합금(Cu alloy) 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나에 의해 형성할 수 있으며, 본 발명에서 상기 캔(110)의 재질을 한정하는 것도 아니다.
상기 캔(110)의 상부에는 캡 플레이트(130)가 결합되어 하기할 전극 조립체 및 전해액 등이 외부로 이탈되지 않도록 하고 있다. 즉, 상기 캔(110)의 바닥부(114)와 반대되는 상부에 대략 상기 바닥부(114)와 유사한 형태의 캡 플레이트(130)가 캔(110)에 용접되어 있다. 이러한 캡 플레이트(130)는 중앙에 전기적 쇼트 방지를 위해 절연 가스켓(136)이 개재된 채 전극 단자(137)가 결합되어 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(130)중 상기 전극 단자(137)의 일측에는 전해액을 주액할 수 있도록 주액홀(135)이 형성되어 있다. 물론, 이러한 주액홀(135)에는 전해액의 누액을 방지할 수 있도록 볼(135a)이 결합되고 레이저 용접되어 있다. 더욱이, 상기 캡 플레이트(130)의 소정 영역에는 상대적으로 얇은 두께를 하여 상기 캔(110) 의 내부 압력 상승시 바깥 방향으로 파열되면서 전지(100)의 내부 압력을 감소시키는 안전벤트가 더 형성될 수 있으나, 이러한 안전벤트는 캔(110)에도 형성될 수 있기 때문에 도면에서는 도시되어 있지 않다.
여기서, 상기 캡 플레이트(130)는 상기 캔(110)과 마찬가지로 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 도금된 알루미늄, 스틸(Fe), 스테인레스 스틸(SUS), 구리(Cu), 구리 합금(Cu alloy) 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나에 의해 형성할 수 있으며, 본 발명에서 상기 캡 플레이트(130)의 재질을 한정하는 것도 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 이차 전지(100)를 도시한 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이 장변부(111), 단변부(112), 라운드변부(113) 및 바닥부(114)를 갖는 캔(110)에는 상기 바닥부(114)의 반대 방향으로서 전극 조립체(120)가 삽입될 수 있도록 개방부(115)가 형성되어 있다.
또한, 상기 개방부(115)를 통하여 캔(110)의 내부에 결합되는 전극 조립체(120)는 캡 플레이트(130)의 조립 공간을 확보하기 위해 상기 캔(110)의 높이보다 약간 작게 되어 있으며, 대략 장변(120a), 단변(120b) 및 라운드변(120c)을 갖는 젤리롤(jelly roll) 형태로 권취되어 있다. 여기서, 상기 전극 조립체(120)의 라운드변(120c)에 대한 곡률은 상기 캔(110)의 라운드변부(113) 곡률과 유사하거나 동일함으로써, 상기 전극 조립체(120)의 라운드변(120c)과 상기 캔(110)의 라운드변부(113) 사이에 빈 공간은 거의 존재하지 않게 된다. 물론, 기본적으로 상기 캔(110)의 장변부(111)가 갖는 폭과 전극 조립체(120)의 장변(120a)이 갖는 폭, 상기 단변부(112)의 폭 및 단변(120b)의 폭은 유사하거나 동일하다.
이러한 전극 조립체(120)는 바깥 방향에서 안쪽 방향으로 제1극판(121), 세퍼레이터(122) 및 제2극판(123)이 적층된 채 다수회 권취되어 있다. 여기서, 상기 캔(110)과 캡 플레이트(130) 및 제1극판(121)은 같은 극성을 가질 수 있기 때문에, 상기 제1극판(121)이 최외곽에 위치될 수 있다. 물론 이에 따라 상기 제1극판(121)은 상기 캔(110)의 내벽에 직접 전기적 및 기계적으로 접촉될 수 있다. 또한, 상기 제1극판(121) 및 제2극판(123)의 높이에 비해 실제로 세퍼레이터(122)의 높이가 약간 더 크게 되어 있다. 즉, 상기 제1극판(121)과 제2극판(123)의 상단 및 하단을 통하여 상기 세퍼레이터(122)가 일정 길이 돌출되어 있다. 따라서, 상기 세퍼레이터(122)에 의해 제1극판(121)과 제2극판(123)의 상단 또는 하단에서 발생할 수 있는 상호간 전기적 쇼트 현상, 상기 제2극판(123)과 캔(110) 및 캡 플레이트(130) 사이의 전기적 쇼트 현상이 효율적으로 방지된다.
여기서, 상기 제1극판(121)은 통상의 알루미늄 포일(도면에 도시되지 않음)일 수 있으며, 그 표면에는 제1활물질(예를 들면, 코발트산리튬(LiCoO2), 니켈산리튬(LiNiO2), 망간산리튬(LiMn2O4) 또는 그 등가물로서 도면에는 도시되지 않음)이 코팅될 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터(122)는 리튬 이온의 통과가 가능하도록 다공성 재질인 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있다. 더욱이, 상기 제2극판(123)은 구리 포일(도면에 도시되지 않음)일 수 있으며, 그 표면에는 음극 활물질(예를 들면, 흑연, 탄소 또는 그 등가물로서 도면에는 도시되지 않음)이 코팅될 수 있다. 따라서, 상기 제1극판(121)은 대체로 양극 성질을 갖고, 상기 제2극 판(123)은 대체로 음극 성질을 갖는다. 그러나, 여기서 상기 제1극판(121) 및 제2극판(123)의 금속 종류 및 활물질 종류를 한정하는 것은 아니며, 상기와는 반대로 조성될 수도 있다. 즉, 제1극판(121)은 대체로 음극, 제2극판(123)은 대체로 양극일 수 있다.
더불어, 상기 전극 조립체(120)의 상부 방향으로는 상기 제1극판(121)에 접속된 동시에 외부로 일정 길이 연장된 제1전극 탭(124)이 형성되어 있다. 물론, 이러한 제1전극 탭(124)의 하단 표면에는 전기적 쇼트 방지를 위한 절연 테이프(124a)가 접착되어 있기도 한다. 또한, 상기 제1전극 탭(124)과 소정 거리 이격된 영역에도 상부 방향으로 상기 제2극판(122)에 접속된 동시에 외부로 일정 길이 연장된 제2전극 탭(125)이 형성되어 있으며, 이러한 제2전극 탭(125)의 하단 표면에도 전기적 쇼트 방지를 위한 절연 테이프(125a)가 접착되어 있다. 여기서, 상기 제1전극 탭(124) 및 제2전극 탭(125)의 형성 위치는 일례일 뿐이며 도면에 도시된 위치로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
더불어, 상기 전극 조립체(120)의 표면에도 도면에 도시되어 있지는 않지만 절연 테이프가 접착되어, 상기 전극 조립체(120)의 풀림 현상을 효율적으로 억제하고, 또한 캔(110)에 상기 전극 조립체(120)가 용이하게 삽입되도록 할 수 있다.
한편, 상기 캡 플레이트(130)는 대체로 상기 캔(110) 및 전극 조립체(120)의 상부에 위치되어 있다. 물론, 상기 캡 플레이트(130)는 최종적으로 상기 캔(110)을 완전히 막는 역할을 한다. 상기 캡 플레이트(130)의 상부로부터는 절연 가스켓(136) 및 전극 단자(137)가 결합되고, 상기 캡 플레이트(130)의 하부로부터는 단 자 플레이트(138) 및 절연 플레이트(139)가 위치된다. 더불어, 상기 캡 플레이트(130)는 대략 중앙에 관통공(134)이 형성되어, 상기 절연 가스켓(136) 및 전극 단자(137)가 결합될 수 있도록 되어 있다. 또한 그 일측에는 상술한 바와 같이 전해액 주액홀(135)이 형성되어 있으며, 그 주입홀(135)에는 볼(135a)이 결합되어 레이저 용접될 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 절연 가스켓(136), 단자 플레이트(138) 및 절연 플레이트(139)에는 각각 통공(136a,138a,139a)이 형성됨으로써, 상기 전극 단자(137)가 일체로 결합될 수 있도록 되어 있다. 이러한 캡 플레이트(130)에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 3a는 본 발명에 따른 이차 전지(100)중 캡 플레이트(130)를 뒤집어서 도시한 분해 사시도이고, 도 3b는 캡 플레이트(130)와 절연 부재(140) 사이의 결합 관계를 도시한 사시도이며, 도 3c는 절연 부재(140)를 도시한 측면도이다.
도시된 바와 같이 상기 캡 플레이트(130)는 장변(131)과 단변(132)을 가지며 대략 직사각 평판 형태로 형성되어 있다. 물론, 이러한 캡 플레이트(130)는 캔(110)에 정확하게 결합되어야 하기 때문에, 상기 장변(131)과 단변(132) 사이의 영역에 라운드변(133)이 형성되어 있다. 더불어, 상기 캡 플레이트(130)의 양측 단변(132)쪽에는 일정 두께의 절연 부재(140)가 결합되어 있다. 이러한 절연 부재(140)는 상기 캡 플레이트(130)가 캔(110)에 결합되었을 때, 상기 전극 조립체(120)를 하부 방향으로 강하게 가압함으로써, 상기 전극 조립체(120)의 상하좌우 방향 유동을 방지하는 역할을 한다. 이러한 절연 부재(140)는 전극 조립체(120)와 다른 부품 사이의 전기적 쇼트 현상이 발생하지 않도록 전도성이 없는 물질이면 어 느 것을 사용해도 무방하나, 되도록 상기 전극 조립체(120)가 손상되지 않도록 하면서도 가압력이 좋은 탄성 소재를 사용하는 것이 좋다. 예를 들면, 상기 전극 조립체(120)는 PP(Plypropylene), PE(Polyethylene), PC(Polycarbonate) 및 그 등가물중 선택된 어느하나일 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 캡 플레이트(130)에는 상기 절연 부재(140)가 억지 끼움될 수 있도록 대략 단변(132)쪽에 일정 길이를 갖는 한쌍의 돌기(145)가 형성되어 있다. 이러한 돌기(145)는 상기 캡 플레이트(130)의 재질과 같은 재질로서, 상기 캡 플레이트(130)의 가공시 함께 형성되거나 또는 별도의 재질로서 캡 플레이트(130)의 가공 완료후 그것에 부착될 수도 있다. 더불어, 상기 돌기(145)는 상기 절연 부재(140)의 두께와 같은 두께일 수도 있으나, 상기 전극 조립체(120)와의 불필요한 전기적 쇼트를 방지하기 위해 상기 절연 부재(140)의 두께보다 작게 형성됨이 좋다.
계속해서, 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 절연 부재(140)는 상기 캡 플레이트(130)에 접촉하는 평평한 제1면(141)과, 상기 제1면(141)의 반대면으로서 상기 전극 조립체(120)에 접촉하는 평평한 제2면(142)과, 상기 제1면(141)과 제2면(142) 사이로서 상기 돌기(145)에 접촉하는 평평한 제3면(143)과, 상기 캔(110)의 내벽에 접촉하는 반원 형태의 제4면(144)을 포함한다. 여기서, 상기 절연 부재(140)의 제4면(144)은 실제로 캔(110)의 내벽(단변부(112) 및 라운드변부(113))에 접촉하기 때문에 그 캔(110)의 내벽 모양에 대응되도록 형성된다. 즉, 상기 제4면(144)에 의해 정의되는 제2면(142)은 반원 또는 반달 모양으로 형성된다. 물론, 상기 캡 플레이트(130)가 거의 직사각 판재 형태로 형성된 경우에는 상기 절연 부재(140)도 역시 직사각 형태로 형성됨은 당연하다.
도 4는 본 발명에 따른 이차 전지(100)중 캔(110)으로부터 캡 플레이트(130)가 분리된 상태를 도시한 부분 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이 전극 조립체(120)의 높이는 캔(110)의 높이보다 약간 작게 형성되어 있으며, 상기 전극 조립체(120)로부터는 제1전극 탭(124) 및 제2전극 탭(125)이 상부 방향으로 일정 길이 연장되어 있다. 더욱이, 상기 캡 플레이트(130)에 결합된 단자 플레이트(138)를 통해서는 전극 단자(137)의 일정 영역이 노출되어 있다. 하기하겠지만, 상기 캡 플레이트(130)의 표면에는 제1전극 탭(124)이 용접되고, 상기 단자 플레이트(138)를 통해 노출된 전극 단자(137)에는 제2전극 탭(125)이 용접된다. 따라서, 예를 들면 캡 플레이트(130) 및 캔(110)은 양극(또는 음극) 특성을 갖고, 상기 전극 단자(137)는 음극(또는 양극) 특성을 갖게 된다.
더불어, 상술한 바와 같이 캡 플레이트(130)의 양측 단변(132)(즉, 단변과 라운드변)쪽에는 각각 절연 부재(140)가 형성되어 있는데, 이는 전극 조립체(120)를 하부 방향으로 압착하는 동시에 상기 캔(110)의 내벽에 강하게 밀착된다.
도 5a는 도 1의 5a-5a선 단면도이고, 도 5b는 도 1의 5b-5b선 단면도이며, 도 5c는 도 1의 5c-5c선 단면도이다.
먼저 도 5a에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(130)의 단변(132)쪽에는 일정 두께의 절연 부재(140)가 설치됨으로써, 이것이 그 하부의 전극 조립체(120)를 강하게 가압하도록 되어 있다. 더욱이, 이러한 절연 부재(140)는 캔(110)의 단변(112)에도 완전하게 밀착됨으로써, 상기 캡 플레이트(130)와 캔(110) 사이의 결 합력도 증가시킨다. 또한, 상기 캡 플레이트(130)에는 제1전극 탭(124)이 접속되어 있고, 상기 전극 단자(137)에는 제2전극 탭(125)이 접속되어 있다. 여기서, 상기 제2전극 탭(125)은 하기하겠지만 절곡 횟수 및 길이가 최소화되고, 이에 따라 캡 플레이트(130) 또는 다른 구성 부품에 전기적으로 쇼트될 확률이 매우 적어진다.
또한, 상기 캡 플레이트(130)에는 절연 가스켓(136)이 관통되어 결합되고, 그 절연 가스켓(136)에는 전극 단자(137)가 관통 결합되어 있다. 더불어, 상기 절연 가스켓(136) 및 전극 단자(137)에는 절연 플레이트(139)가 결합된 동시에 상기 캡 플레이트(130)의 표면에 밀착되어 있다. 또한 상기 절연 플레이트(139)를 관통한 전극 단자(137)에는 단자 플레이트(138)가 결합된 동시에 상기 절연 플레이트(139)의 표면에 밀착되어 있다. 더불어, 상기 캡 플레이트(130)의 일측에는 주액홀(135)이 형성되고, 상기 주액홀(135)은 볼(135a)로 밀폐되어 있다.
계속해서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 절연 부재(140)의 최대 폭은 캔(110)에 구비된 장변부(111) 사이의 폭과 유사하거나 거의 동일하다. 따라서, 상기 절연 부재(140)는 상기 캔(110)에 구비된 장변부(111)에도 일정 영역이 밀착됨으로써, 캡 플레이트(130)와 캔(110) 사이의 결합력이 향상된다. 실제로, 상기 절연 부재(140)는 캔(110)중 장변부(111)의 말단에 형성된 단변부(112) 및 라운드변부(113)에 강하게 밀착된 상태가 되며, 상기 캔(110)중 장변부(111)의 말단 일부 영역에 밀착될 뿐이다. 더불어, 상기 절연 부재(140)를 캡 플레이트(130)에 고정시키는 돌기(145)도 상기 캔(110)에 구비된 장변부(111)의 말단 영역(즉, 라운드변부(113))에 밀착된다. 따라서, 이러한 돌기(145)에 의해 상기 캡 플레이트(130)와 캔(110) 사이의 결합력도 더욱 향상된다.
더불어, 상기 제2전극 탭(125)은 상기 전극 단자(137)에 접속된 동시에 그 표면으로부터 대략 "ㄱ"자 형태로 1회 절곡되어 있으며, 그 길이도 매우 짧게 형성되어 있다. 따라서, 종래에 비해 제2전극 탭(125)의 절곡 횟수 및 길이가 매우 작아짐으로써, 다른 부품(예를 들면, 캔(110) 및 캡 플레이트(130))과의 불필요한 전기적 쇼트를 방지할 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 부품 개수를 줄일 뿐만 아니라 캔(110)과 캡 플레이트(130) 사이의 결합력을 향상시키고 또한 불필요한 전기적 쇼트 현상도 효율적으로 방지할 수 있게 된다.
계속해서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1전극 탭(124)은 상기 캡 플레이트(130)에 접속된 동시에 그 표면으로부터 대략 "ㄱ"자 형태로 절곡되어 있다. 그러나, 그 길이는 제2전극 탭(125)에 비해 길고 또한 절곡 횟수도 좀더 많다. 그런데, 이러한 제1전극 탭(124)은 어차피 캔(110) 및 캡 플레이트(130)와 같은 극성을 갖기 때문에 그 길이 및 절곡 횟수에 큰 의미가 있지는 않다. 물론, 상기 제1전극 탭(124)이 도면에서는 전극 조립체(120)의 우측에 형성되어 있으나, 이를 좌측으로 설계 변경하면 제2전극 탭(125)과 마찬가지로 그 길이 및 절곡 횟수를 최소화할 수 있다. 본 발명에서는 상기 제2전극 탭(125)의 형성 위치를 한정하지 않으며, 전극 조립체(120)의 어는 위치에 형성되어도 좋다.
도 6은 본 발명에 따른 이차 전지(100)의 제조 방법을 도시한 플로우 챠트이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이차 전지(100)의 제조 방법은 전극 탭을 갖는 전극 조립체를 캔에 삽입하고, 상기 전극 탭을 절연 부재가 설치된 캡 플레이트에 용접하는 전극 탭 용접 단계(S1)와, 상기 캡 플레이트를 일정 각도 회전시켜 상기 전극 탭이 절곡되도록 하는 캡 플레이트 회전 단계(S2)와, 상기 캡 플레이트를 가압하여 상기 캡 플레이트가 캔에 대략 결합되도록 하는 캡 플레이트 가압 단계(S3)와, 상기 캡 플레이트를 캔에 용접하는 캡 플레이트 용접 단계(S4)를 포함한다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 이차 전지(100)의 제조 방법을 순차적으로 도시한 것이다. 도 6 및 도 7a 내지 도 7d를 함께 참조하여 본 발명에 의한 이차 전지(100)의 제조 방법을 좀더 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 7a를 참조하면, 용접 부재를 이용하여 제1전극 탭 및 제2전극 탭을 캡 플레이트 및 전극 단자에 용접하는 전극 탭 용접 단계(S1)가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 레이저 용접기 또는 저항 용접기와 같은 용접 부재(151)를 이용하여, 제1전극 탭(124)은 캡 플레이트(130) 표면에 용접하고, 제2전극 탭(125)은 캡 플레이트(130)를 관통한 전극 단자(137)의 표면에 용접한다. 이때, 상기 캡 플레이트(130)는 캔(110)의 상부에서 대략 세워진 형태로 위치시킨 채 상기 용접 작업을 수행한다. 물론, 이때 상기 제2전극 탭(125)은 종래와 달리 다수회 절곡시키지 않고 대략 미절곡 상태로 하여 전극 단자(137)에 바로 용접한다. 더불어, 제1전극 탭(124) 역시 대략 미절곡 상태로 하여 캡 플레이트(130)에 용접한다. 물론, 상기 제1전극 탭(124)이 도면에서와 다르게 전극 조립체(120)의 좀더 후방 쪽에 위치한다면 거의 직선 형태로 하여 캡 플레이트(130)에 용접할 수도 있다. 여기서, 상기 제1전극 탭(124) 및 제2전극 탭(125)의 용접 순서는 변경될 수 있으며, 경우에 따라서는 동시에 용접 작업될 수도 있다.
다음으로, 도 7b를 참조하면, 회전 부재를 이용하여 캡 플레이트를 대략 직각 방향으로 회전시키는 캡 플레이트 회전 단계(S2)가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 X 방향으로 상호간 움직여 캡 플레이트(130)를 붙잡을 수 있고, Y 방향으로 승강할 수 있으며, θ 방향으로 소정 각도 회전하여 캡 플레이트(130)를 회전시킬 수 있는 회전 부재(150)를 이용하여 상기 캡 플레이트(130)를 소정 각도 회전시킨다. 물론, 이러한 회전 부재(150)의 동작에 의해 상기 캡 플레이트(130)는 상기 캔(110) 즉, 전극 조립체(120)의 대략 상부에 누워진 형태로 위치하게 된다. 더불어, 이러한 캡 플레이트(130)의 회전 단계(S2)에 의해 상기 제2전극 탭(125)은 자연스럽게 대략 1회 절곡된다. 즉, 상기 제2전극 탭(125)이 전극 단자(137)의 표면으로부터 대략 "ㄱ"자 형태로 절곡된다.
다음으로, 도 7c를 참조하면, 가압 부재를 이용하여 캡 플레이트를 캔에 가압하여 결합하는 캡 플레이트 가압 단계(S3)가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 대략 평판 형태의 가압 부재(152)를 이용하여 상기 캡 플레이트(130)를 캔(110)의 상부에서 하부 방향으로 가압한다. 이러한 캡 플레이트(130)의 가압 단계(S3)에 의해 상기 캡 플레이트(130), 절연 부재(140) 및 돌기(145)는 상기 캔(110)에 완전하게 결합된다. 물론, 이때 상기 절연 부재(140)는 하부의 전극 조립체(120)를 강하게 가압함으로써, 상기 캔(110)의 내부에서 상기 전극 조립체(120)가 상하좌우 방향으로 유동하지 않도록 한다.
마지막으로, 도 7d를 참조하면, 용접 부재를 이용하여 캡 플레이트를 캔에 용접하는 캡 플레이트 용접 단계(S4)가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 용접 부재(154)를 이용하여 캡 플레이트(130)와 캔(110) 사이의 경계 영역을 레이저로 용접함으로써, 상기 캡 플레이트(130)가 캔(110)에 완벽하게 고정된다. 물론, 이러한 캡 플레이트(130)의 용접 단계후에는 상기 캡 플레이트(130)에 형성된 주액홀(135)을 통해서 일정량의 전해액을 주액하고, 이어서 상기 주액홀(135)을 볼(도면에 도시되지 않음)로 폐색(閉塞)함으로써, 본 발명에 의한 이차 전지(100)의 제조 공정이 완료된다.
한편, 지금까지 본 발명은 캔(110)의 장변부(111)와 단변부(112) 사이에 라운드변부(113)가 형성된 각형 전지(100)를 예로 하여 설명하였으나, 본 발명은 캔(110)의 장변부(111)와 단변부(112)에 라운드변부(113)없이 바로 직각으로 절곡된 형태의 각형 전지에도 그대로 적용 가능하다. 물론, 이러한 직각으로 절곡된 각형 전지의 경우, 상기 절연 부재는 대략 직육면체 형태로 형성함이 당연하다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 방법은 종래와 같은 별도의 절연 케이스를 구비하지 않고, 또한 종래와 같은 여러 횟수의 전극 탭 절곡 공정을 최소화할 수 있음으로써, 제조 공정을 단순화하고 제조 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 방법은 전극 탭중 전극 단자에 용접되는 전극 탭의 길이 및 절곡 횟수를 최소화함으로써, 이것 이 캡 플레이트 또는 캔에 전기적으로 쇼트되는 현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지 및 그 제조 방법은 캡 플레이트에 결합된 절연 부재가 전극 조립체를 가압하여 상하좌우 방향의 유동 현상을 방지할 뿐만 아니라, 상기 절연 부재 및 이것이 결합된 돌기가 함께 상기 캔에 결합됨으로써, 상기 캡 플레이트와 캔 사이의 결합력이 더욱 향상되는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Claims (18)
- 캔과,상기 캔에 삽입된 동시에 적어도 하나의 전극 탭을 갖는 전극 조립체와,상기 전극 탭에 접속된 채로 상기 캔을 막으며, 상기 전극 조립체의 유동을 방지하는 절연 부재가 설치된 캡 플레이트를 포함하며,상기 캡 플레이트에는 상기 절연 부재가 억지 끼움되도록 한쌍의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트는 장변과 단변을 갖는 평판 형태이며, 상기 절연 부재는 상기 캡 플레이트의 단변쪽에 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 2 항에 있어서, 상기 절연 부재는 상기 캡 플레이트의 단변 길이와 같은 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트는 장변과 단변을 갖는 평판 형태이며, 상기 한쌍의 돌기는 상기 캡 플레이트의 단변쪽에 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 돌기는 상기 절연 부재의 두께보다 작은 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연 부재는 상기 캡 플레이트에 접촉하는 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 상기 전극 조립체에 접촉하는 제2면과, 상기 제1면과 제2면 사이로서 상기 돌기에 접촉하는 제3면을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 7 항에 있어서, 상기 절연 부재는 상기 제2면과 제3면의 측부를 따라서 상기 캔의 내벽에 밀착되는 제4면이 더 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 돌기는 상기 캔의 내벽에 밀착된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트는 장변과 단변을 갖는 평판 형태이며, 상기 장변과 단변 사이의 경계 영역이 라운드 형태 또는 직각 형태중 적어도 어느 하나의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트에는 절연 가스켓이 개재되어 전극 단자가 관통 결합된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 11 항에 있어서, 상기 전극 단자에는 적어도 하나의 전극 탭이 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 12 항에 있어서, 상기 전극 탭은 상기 전극 단자의 표면으로부터 "ㄱ"자 형태로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극 탭은 상기 캡 플레이트의 표면으로부터 "ㄱ"자 형태로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 전극 탭을 갖는 전극 조립체를 캔에 삽입하고, 상기 전극 탭을 절연 부재가 설치된 캡 플레이트에 용접하는 전극 탭 용접 단계와,상기 캡 플레이트를 일정 각도 회전시켜 상기 전극 탭이 절곡되도록 하는 캡 플레이트 회전 단계와,상기 캡 플레이트를 가압하여 상기 캡 플레이트가 캔에 결합되도록 하는 캡 플레이트 가압 단계와,상기 캡 플레이트를 캔에 용접하는 캡 플레이트 용접 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법에 있어서,상기 절연 부재는 상기 캡 플레이트에 형성된 한쌍의 돌기에 의해 억지 끼움되어 캡 플레이트에 설치되는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 전극 탭 용접 단계는 캔 위에 수직 방향으로 캡 플레이트를 세워 위치시킨 상태에서 미절곡 상태의 전극 탭을 상기 캡 플레이트에 용접함을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 캡 플레이트 회전 단계는 상기 캡 플레이트를 일정 각도 회전시켜 전극 탭이 절곡되도록 하는 동시에 상기 캔 위에 상기 캡 플레이트가 수평 방향으로 누워지되도록 함을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 캡 플레이트 가압 단계는 상기 캡 플레이트를 캔에 완전히 결합하여 상기 절연 부재가 상기 전극 조립체를 가압하도록 함을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
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