KR101818801B1 - 원통형 이차전지 및 원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법 - Google Patents

원통형 이차전지 및 원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원통형 이차전지 및 원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법에 관한 것으로서, 양극과 음극 및 분리막을 포함하고, 전극탭이 연결되는 전극조립체와; 상기 전극조립체를 내부에 수용하는 원통형 캔과; 상기 원통형 캔 상단 개구부를 밀봉하며, CID(Current Interrupt Device) 단락 부재를 구비하는 탑 캡 어셈블리를 포함하는 원통형 이차전지에 있어서, 상기 전극탭은 상기 전극조립체의 상기 양극으로부터 연장되고 상기 CID 단락 부재에 단부가 고정되는 양극탭과, 상기 전극조립체의 상기 음극으로부터 연장되고 상기 원통형 캔 바닥에 단부가 고정되는 음극탭을 포함하고, 상기 양극탭 또는 상기 음극탭 중 적어도 어느 하나에는 과전류 발생시에 끊어져 전류를 차단하기 위한 퓨즈부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 이차전지에 외부 단락 발생 시 과전류에 의하여 저융점 재질로 구비되는 퓨즈부가 저항열에 의하여 끊어져 전류를 차단하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

원통형 이차전지 및 원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법{Cylinderical Secondary Battery And Manufacturing Method For Fuse Of Electrode Tab}
본 발명은 원통형 이차전지 및 원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이차전지에 외부 단락 발생 시 과전류에 의하여 끊어져 전류를 차단할 수 있는 원통형 이차전지 및 원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 최근 그 개발 및 사용이 증가하고 있다. 이차전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어지는 전극조립체와, 전극조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다. 이차전지는 구조적 특징에 따라 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등으로 분류할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 원통형 이차전지는 일반적으로 원통형 캔(3)과, 원통형 캔(3) 내부에 수납되는 전극조립체(1)와, 원통형 캔(3)의 상단 개구부에 결합되는 탑 캡(25)어셈블리를 포함하여 이루어진다. 탑 캡(25)어셈블리는 최상부에 위치하며 상부로 돌출되는 형상으로 구비되어 외부와 전기적으로 연결되기 위한 탑 캡과, 탑 캡과 연결되며 전지 내부에 고압 발생 시 노치가 파단되어 가스를 배출하기 위한 노치가 복수 개 형성된 벤트(23)와, 벤트(23)의 하부에 연결되며 전지 내 고압 발생시 전류를 차단하기 위한 CID(Current Interrupt Device) 단락 부재(21)를 포함한다.
원통형 이차전지의 전극조립체(1)는 양극 집전체와 음극 집전체 사이에 분리막을 개재한 상태로 권취하여 젤리롤 형태로 구비된다. 이러한 전극조립체(1)의 일측에는 양극 집전체와 음극 집전체에 각각 양극탭(5)과 음극탭(7)이 전기적으로 연결된다. 양극탭(5)은 CID 단락 부재(21)에 용접되고, 음극탭(7)은 원통형 캔(3) 바닥에 전기적으로 연결된다. 양극탭(5)은 알루미늄 탭으로 구비되고, 음극탭(7)은 니켈 탭으로 구비된다.
그러나, 이와 같이 마련되는 종래 원통형 이차전지는 전지에 외부 단락이 발생할 경우, 과전류가 흘러도 알루미늄과 니켈로 구비되는 전극탭(10)이 녹거나 끊어지지 않으므로 전류를 차단하지 못한다. 이에 과전류에 의하여 전지가 폭발할 위험이 있어 전지의 안전성이 전하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이차전지에 외부 단락 발생 시 과전류에 의하여 끊어져 전류를 차단할 수 있는 원통형 이차전지 및 원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 양극과 음극 및 분리막을 포함하고, 전극탭이 연결되는 전극조립체와; 상기 전극조립체를 내부에 수용하는 원통형 캔과; 상기 원통형 캔 상단 개구부를 밀봉하며, CID(Current Interrupt Device) 단락 부재를 구비하는 탑 캡 어셈블리를 포함하는 원통형 이차전지에 있어서, 상기 전극탭은 상기 전극조립체의 상기 양극으로부터 연장되고 상기 CID 단락 부재에 단부가 고정되는 양극탭과, 상기 전극조립체의 상기 음극으로부터 연장되고 상기 원통형 캔 바닥에 단부가 고정되는 음극탭을 포함하고, 상기 양극탭 또는 상기 음극탭 중 적어도 어느 하나에는 과전류 발생시에 끊어져 전류를 차단하기 위한 퓨즈부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
이에, 이차전지에 외부 단락 발생 시 퓨즈부가 과전류에 의하여 끊어짐에 따라 전류를 차단할 수 있다.
본 발명에서, 상기 퓨즈부는 상기 전극탭에 솔더링 가공되어 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 퓨즈부는 상기 전극탭에 형성되는 탭 홀; 및 솔더링 가공을 통하여 제작되며, 상기 탭 홀을 커버하는 커버 부재를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 커버 부재의 재질은 상기 전극탭보다 용융점이 낮은 소재로로 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 커버 부재의 재질은, SnAg3Cu0 .5인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 퓨즈부는 상기 양극탭과 상기 음극탭 모두에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 음극탭은 상기 전극조립체의 최외곽에 위치한 음극으로부터 연장되어 상기 원통형 캔의 바닥과 연결되는 제1 음극탭과, 상기 전극조립체의 중심에 위치한 음극으로부터 연장되어 상기 원통형 캔의 바닥과 연결되는 제2 음극탭을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 퓨즈부는 상기 제1 음극탭과 상기 제2 음극탭 중 적어도 어느 하나에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 퓨즈부는 상기 제1 음극탭과 상기 제2 음극탭 모두에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 양극탭은 알루미늄 탭이고, 상기 음극탭은 니켈 탭인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 퓨즈부는 상기 양극탭의 상기 CID 단락 부재와 인접한 위치에 형성되거나, 상기 음극탭의 상기 원통형 캔 바닥과 인접한 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지 및 원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법에 따르면, 이차전지에 외부 단락 발생 시 과전류에 의하여 저융점 재질로 구비되는 퓨즈부가 저항열에 의하여 끊어져 전류를 차단하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 원통형 이차전지의 단면을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 단면을 도시한 도면.
도 3은 도 2의 퓨즈부의 탭 홀을 도시한 도면.
도 4는 도 2의 퓨즈부의 커버 부재를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원통형 이차전지의 단면을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법 순서를 도시한 도면.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 단면을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 퓨즈부의 탭 홀을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 퓨즈부를 솔더링 가공하여 형성되는 커버 부재를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원통형 이차전지의 단면을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법의 순서를 도시한 도면이다. 우선 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 제1 실시예에 다른 원통형 이차전지를 설명한 후, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법에 대하여 설명한다.
<원통형 이차전지>
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 양극과 음극 및 분리막을 포함하고, 전극탭(10)이 연결되는 전극조립체(1)와; 전극조립체(1)를 내부에 수용하는 원통형 캔(3)과; 원통형 캔(3) 상단 개구부를 밀봉하며, CID(Current Interrupt Device) 단락 부재(21)를 구비하는 탑 캡(25) 및 벤트(23)를 포함하는 탑 캡 어셈블리를 포함한다.
전극조립체(1)의 전극탭(10)은 전극조립체(1)의 양극과 연결되는 양극탭(5)과, 음극과 연결되는 음극탭(7)을 포함한다. 양극탭(5)은 CID 단락 부재(21)에 일측 단부가 고정되어 전기적으로 연결되고, 음극탭(7)은 원통형 캔(3)의 바닥에 일측 단부가 고정되어 전기적으로 연결된다. 양극탭(5)은 알루미늄 탭으로 구비되고, 음극탭(7)은 니켈 탭으로 구비된다.
이와 같은 양극탭(5) 또는 상기 음극탭(7) 중 적어도 어느 하나에는 과전류 발생시에 끊어져 전류를 차단하기 위한 퓨즈부(11)가 형성되어 있다. 이러한 퓨즈부(11)는 전극탭(10)보다 용융점이 낮은 재질로 형성되어, 과전류가 흐를 경우 퓨즈부(11)가 저항열에 의하여 용융되어 끊어짐으로써 전류를 차단하도록 한다. 퓨즈부(11)가 양극탭(5)에 형성되는 경우, 퓨즈부(11)가 형성되는 위치는 CID 단락 부재(21)와 인접한 위치에 형성된다. 퓨즈부(11)가 음극탭(7)에 형성되는 경우, 퓨즈부(11)가 형성되는 위치는 원통형 캔(3)의 바닥과 인접한 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
도 3 내지 도 4는 퓨즈부(11)를 상세히 도시한 도면이다. 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 퓨즈부(11)는 전극탭(10) 일측에 탭 홀(13)을 천공하여 가공한다. 탭 홀(13)은 전극탭(10)의 폭 방향을 따라 연장되어 가공된다. 이러한 탭 홀(13)을 덮도록 솔더링하여 커버 부재(15)를 형성한다. 커버 부재(15)는 탭 홀(13)을 솔더링 재료로 솔더링하여 탭 홀(13)을 덮은 부분이며, 전극탭(10)보다 용융점이 낮은 소재, SnAg3Cu0.5와 같은 재료가 사용된다. 이에, 과전류가 흐를 경우, 전극탭(10)보다 용융점이 낮은 재질로 솔더링된 퓨즈부(11)의 커버 부재(15)는 용융되어 끊어져 전류가 전극탭(10)을 따라 흐르는 것을 차단하게 된다.
한편, 음극탭(7)은 하나로 구비되거나, 두 개로 구비될 수 있다. 이에, 음극탭(7)의 개수에 따라 실시예를 구분할 수 있다. 도 2는 음극탭(7)이 하나로 구비되는 원통형 이차전지를 도시한 도면이고, 도 5는 음극탭(7)이 두 개로 구비되는 원통형 이차전지를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 음극탭(7)은 전극조립체(1)의 최외곽에 위치한 음극으로부터 연장되어 원통형 캔(3)의 바닥과 전기적으로 연결되는 제1 음극탭(7a)과, 전극조립체(1)의 중심에 위치한 음극으로부터 연장되어 원통형 캔(3)의 바닥과 전기적으로 연결되는 제2 음극탭(7b)을 포함하여 구비될 수 있다.
음극탭(7)이 제1 음극탭(7a)과 제2 음극탭(7b)으로 구비되는 경우, 퓨즈부(11)는 제1 음극탭(7a)과 제2 음극탭(7b) 중 어느 하나에 형성되거나, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 음극탭(7a)과 제2 음극탭(7b) 모두에 형성될 수 있다. 퓨즈부(11)가 형성되는 위치는 양극탭(5)에 형성되는 퓨즈부(11)의 경우, CID 단락 부재(21)와 인접한 위치에 형성된다. 제1 음극탭(7a)과 제2 음극탭(7b)에 형성되는 퓨즈부(11)의 경우, 제1 음극탭(7a)의 퓨즈부(11)는 원통형 캔(3)의 바닥과 인접한 위치에 형성되고, 제2 음극탭(7b)의 퓨즈부(11)는 전지의 전극조립체(1)의 중심에 위치하되, 원통형 캔(3) 바닥과 인접한 위치에 형성된다.
<원통형 이차전지 전극탭의 퓨즈부 형성 방법>
이하에서는 원통형 이차전지 전극탭(10)의 퓨즈부(11) 형성 방법에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명에 따른 이차전지 전극탭(10)의 퓨즈부(11) 형성 방법의 순서를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전극탭(10)의 퓨즈부(11) 형성 방법은 탭 홀(13) 가공 단계(S1)와, 솔더링 단계(S2)를 포함한다.
탭 홀(13) 가공 단계(S1)에서, 양극탭(5)과 음극탭(7)으로 구비되는 전극탭(10)의 일부에 탭 홀(13)을 천공하여 가공한다. 탭 홀(13)은 양극탭(5)의 경우, 조립 시 CID 단락 부재(21)와 인접한 위치에 형성되도록 가공하고, 음극탭(7)의 경우, 원통형 캔(3) 바닥과 인접한 위치에 형성되도록 가공한다. 탭 홀(13)은 전극탭(10)의 폭 방향을 따라 연장되도록 직사각형 형상으로 천공한다. 탭 홀(13)은 전극탭(10)에 별도의 나이프 또는 레이저를 이용하여 천공함으로써 형성된다.
솔더링 단계(S2)에서, 탭 홀(13) 가공 단계(S1)에서 형성된 탭 홀(13)을 커버 부재(15)가 형성되도록 솔더링한다. 솔더링 가공 시에는, 커버 부재(15)가 전극탭(10)보다 용융점이 낮은 소재로 탭 홀(13)을 완전히 커버하여 전극탭(10)에 구멍이 형성되지 않도록 탭 홀(13)보다 넓은 면적으로 솔더링 가공한다. 커버 부재(15)를 형성하는 솔더링 재질은 전극탭(10)보다 용융점이 낮은 소재로 마련되는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시예에서는 양극탭(5)의 경우 전극탭(10)은 알루미늄이고, 음극탭(7)의 경우 전극탭(10)은 니켈인 것으로 설명한다. 이에, 커버 부재(15)는 알루미늄과 니켈보다 용융점이 낮은 소재, 예를 들면, SnAg3Cu0.5로 탭 홀(13)을 커버하도록 솔더링 가공하여 형성하나, 이에 제한하는 것은 아니고, 커버 부재(15)는 소재의 용융점, 이차전지의 특성 등을 종합적으로 고려하여 결정할 수 있다.
전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 전극탭
11: 퓨즈부
13: 탭 홀
15: 커버 부재

Claims (15)

  1. 양극과 음극 및 분리막을 포함하고, 전극탭이 연결되는 전극조립체와;
    상기 전극조립체를 내부에 수용하는 원통형 캔과;
    상기 원통형 캔 상단 개구부를 밀봉하며, CID(Current Interrupt Device) 단락 부재를 구비하는 탑 캡 어셈블리를 포함하는 원통형 이차전지에 있어서,
    상기 전극탭은 상기 전극조립체의 상기 양극으로부터 연장되고 상기 CID 단락 부재에 단부가 고정되는 양극탭과, 상기 전극조립체의 상기 음극으로부터 연장되고 상기 원통형 캔 바닥에 단부가 고정되는 음극탭을 포함하고,
    상기 양극탭 또는 상기 음극탭 중 적어도 어느 하나에는 과전류 발생시에 끊어져 전류를 차단하기 위한 퓨즈부가 마련되며,
    상기 음극탭은 상기 전극조립체의 최외곽에 위치한 음극으로부터 연장되어 상기 원통형 캔의 바닥과 연결되는 제1 음극탭과, 상기 전극조립체의 중심에 위치한 음극으로부터 연장되어 상기 원통형 캔의 바닥과 연결되는 제2 음극탭을 포함하며,
    상기 퓨즈부는 상기 제1 음극탭과 상기 제2 음극탭 모두에 형성되고,
    상기 퓨즈부는 상기 양극탭의 상기 CID 단락 부재와 인접한 위치에 형성되거나, 상기 음극탭의 상기 원통형 캔 바닥과 인접한 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 퓨즈부는 상기 전극탭에 솔더링 가공되어 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 퓨즈부는 상기 전극탭에 형성되는 탭 홀; 및 솔더링 가공을 통하여 제작되며, 상기 탭 홀을 커버하는 커버 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 커버 부재의 재질은 상기 전극탭보다 용융점이 낮은 소재로로 구비되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 커버 부재의 재질은, SnAg3Cu0 .5인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 퓨즈부는 상기 양극탭과 상기 음극탭 모두에 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극탭은 알루미늄 탭이고, 상기 음극탭은 니켈 탭인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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