KR102112692B1

KR102112692B1 - 코인 셀

Info

Publication number: KR102112692B1
Application number: KR1020150169164A
Authority: KR
Inventors: 김소희; 배준성; 성낙기
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2020-05-19
Also published as: KR20170063134A

Abstract

본 발명은 코인 셀에 관한 것으로서, 상면에 수용홈이 형성된 하부케이스, 상기 하부케이스의 상면에 구비되는 상부케이스, 및 상기 하부케이스와 상기 상부케이스를 절연한 상태로 결합하는 가스켓으로 마련된 케이스 조립체; 상기 수용홈에 수용되는 전극조립체; 및 상기 전극조립체의 상면을 가압하여 상기 전극조립체를 상기 수용홈의 바닥면에 움직이지 않게 고정하는 가압 조립체를 포함한다.

Description

코인 셀{COIN CELL}

본 발명은 코인 셀에 관한 것으로서, 특히 제1 전극, 분리막 및 제2 전극의 움직임을 방지한 코인 셀에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

한편, 상기 이차전지는 에너지 밀도가 높으면서 높은 출력을 가지고, 긴 수명을 가지면서 안정성을 가지는 코인 셀을 포함한다. 즉, 코인 셀은 높은 전압 특성, 출력 특성 및 높은 에너지 밀도를 가진다.

특허등록번호 제10-0958649호

종래기술에 따른 코인 셀은 상호 결합되는 상부 케이스와 하부 케이스, 상부 케이스와 하부 케이스 내부에 수용되는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함한다.

그러나 종래기술에 따른 코인 셀은 외부 충격 및 진동에 의해 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 상부 케이스와 하부케이스 내부에서 움직이는 문제가 있었으며, 특히 분리막의 외부로 제1 전극과 제2 전극이 움직여서 접촉될 경우 쇼트로 인한 사고가 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 외부 충격 및 진동에도 상부 케이스와 하부케이스 내부에 수용된 제1 전극, 분리막 및 제2 전극의 움직임을 방지하며, 이에 안정성을 높인 코인 셀을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코인 셀은 상면에 수용홈이 형성된 하부케이스, 상기 하부케이스의 상면에 구비되는 상부케이스, 및 상기 하부케이스와 상기 상부케이스를 절연한 상태로 결합하는 가스켓으로 마련된 케이스 조립체; 상기 수용홈에 수용되는 전극조립체; 및 상기 전극조립체의 상면을 가압하여 상기 전극조립체를 상기 수용홈의 바닥면에 움직이지 않게 고정하는 가압 조립체를 포함할 수 있다.

상기 가압 조립체는 상기 상부케이스의 상면에 형성된 나사홀에 결합되고 상기 나사홀을 따라 회전함과 동시에 하강하는 회전체, 상기 회전체의 하단에 결합되고 상기 회전체에 의해 하강하면서 상기 전극조립체의 상면을 가압하는 가압체로 마련될 수 있다.

상기 회전체는 상기 나사홀에 결합되고 하단에 상기 가압체가 결합되는 볼트부와, 상기 상부케이스 상면에 위치한 상기 볼트부에 구비되고 상기 볼트부를 회전시키는 머리부로 마련될 수 있다.

상기 상부케이스의 상면에 상기 머리부가 삽입되는 삽입홈이 형성되며, 상기 삽입홈의 바닥면에 상기 나사홀이 형성될 수 있다.

상기 삽입홈과 상기 머리부 사이는 용접하여 실링할 수 있다.

상기 가압 조립체는 상기 가압체를 상기 회전체의 하단에 자유회전 가능하게 결합하는 결합체를 포함할 수 있다.

상기 결합체는 상기 가압체의 저면을 통해 상기 회전체의 하단에 결합되는 원통형상의 결합부와, 상기 가압체의 저면에 지지되는 지지부를 포함할 수 있다.

상기 가압 조립체는 전도성을 가지는 금속재로 마련될 수 있다.

상기 전극조립체는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극으로 마련될 수 있다.

상기 가압 조립체는 상기 전극조립체의 최상단에 배치된 제2 전극과, 상기 상부케이스를 전기적으로 연결할 수 있다.

첫째: 본 발명에 따른 코인 셀은 가압 조립체를 포함함으로써 케이스 조립체에 수용된 제1 전극, 분리막 및 제2 전극의 밀착력을 높일 수 있고, 이에 전지 성능을 향상시킬 수 있다.

둘째: 본 발명에 따른 가압 조립체는 회전체와 가압체로 마련함으로써 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 안정적으로 가압하여 밀착시킬 수 있다.

셋째: 본 발명에 따른 회전체는 볼트부와 머리부로 마련되되, 머리부는 케이스 조립체에 형성된 삽입홈에 삽입함으로써 두께 증대를 방지할 수 있다.

넷째: 본 발명에 따른 회전체와 삽입홈 사이는 용접함으로써 회전체와 삽입홈 사이의 실링성을 높일 수 있다.

다섯째: 본 발명에 따른 가압체는 회전체의 하단에 자유회전 가능하게 결합되며, 이에 회전체 회전시 가압체는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 가압한 상태를 유지하여 전극의 훼손을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 코인 셀을 도시한 분리사시도.
도 2는 본 발명에 따른 코인 셀을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 회전체와 를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 결함체를 도시한 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 코인 셀의 사용상태를 나타낸 도면으로, 도 5는 가압 조립체의 가압 전 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 가압 조립체의 가압 후 상태를 나타낸 도면임.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명에 따른 코인 셀(100)은 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 케이스 조립체(110), 케이스 조립체(110)에 수용되는 전극 조립체(120), 및 전극 조립체(120)를 케이스 조립체(110)의 내부 바닥면을 향해 가압하는 전극조립체(120)를 움직이지 않게 고정하는 가압 조립체(130)를 포함한다. 그리고 케이스 조립체(110)는 전극 조립체(120)와 함께 전해액(미도시)을 수용한다.

한편, 코인 셀(100)은 루벤전지, RM전지 및 수은전지라고도 한다. 이와 같은 코인 셀은 소형으로 만들 수 있기 때문에 보청기, 휴대용 라이도, 무선마이크, 카메라, 및 시계 등에 널리 사용되고 있으며, 음전극에는 아연이, 양전극에는 산화수은이, 전해액에는 산화아연과 수산화칼륨을 사용한다.

케이스 조립체(110)는 상면에 수용홈이 형성된 하부케이스(111), 하부케이스(111)의 상면에 구비되는 상부케이스(112), 및 하부케이스(111)와 상부케이스(112)를 절연한 상태로 결합하는 링 형태를 가진 가스켓(113)을 포함한다.

즉, 케이스 조립체(110)는 상부케이스(112)를 하부케이스(111)의 수용홈에 삽입하고, 상부케이스(112)와 하부케이스(111) 사이에 가스켓(112)을 삽입한다. 이와 같은 상태에서 상부케이스(112)와 하부케이스(111)를 동시에 압입하여 조립한다.

여기서 가스켓(113)의 외주면과 하부케이스(111)의 수용홈 내주면은 나사 결합될 수 있다. 또한 가스켓(113)의 내주면과 상부케이스(112)의 외주면은 나사 결합될 수 있다. 즉, 가스켓(113)과 하부케이스(111), 가스켓(113)과 상부케이스(112)가 각각 나사 결합되면서 케이스 조립체(110)의 결합성을 높일 수 있다.

전극 조립체(120)는 하부케이스(111)의 수용홈에 수용되는 것으로, 제1 전극(121), 분리막(122) 및 제2 전극(123)으로 마련된 3층 구조를 가진다. 즉, 전극 조립체(120)는 하부케이스(111)의 수용홈 바닥면에 배치되는 제1 전극(121), 제1 전극(121) 상면에 적층되는 분리막(122), 및 분리막(122)의 상면에 적층되는 제2 전극(123)으로 마련된다.

여기서 분리막(122)은 제1 전극(121) 및 제2 전극(123) 보다 크게 형성하며, 이에 제1 전극(121)과 제2 전극(123)이 접지되는 것을 방지하여 쇼트로 인한 사고를 방지한다.

한편, 제1 전극(121)은 음극이고, 제2 전극(123)은 양극이다. 여기서 음극인 제1 전극(121)이 하부케이스(111)에 밀착되면서 하부케이스(111)는 음극을 가지게 되고, 반대로 제2 전극(123)이 상부케이스(122)와 연결되면서 상부케이스(122)는 양극을 가지게 된다.

한편, 본 발명에서 전극조립체(120)는 제1 전극(121), 분리막(122) 및 제2 전극(123)을 포함하는 3층 구조를 하나의 실시예로 설명하였으나, 코인 셀에 따라 전극조립체는 제1 전극, 분리막, 제2 전극, 분리막, 및 제1 전극을 포함하는 5층 구조, 또는 그 이상의 적층 구조로 마련될 수도 있다.

한편, 전극조립체(120)는 외부 충격 또는 외부 진동에 의해 케이스 조립체(110) 내부에서 움직이는 현상이 발생할 수 있다. 이때 상부케이스(112)와 전극조립체(120)의 제1 전극(121)이 접촉하거나 또는 하부케이스(111)와 전극조립체(120)의 제2 전극(123)이 접촉되거나, 분리막(122) 외부로 제1 전극(121)과 제2 전극(123)이 접촉될 경우 쇼트로 인한 발화가 발생할 수 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 코인 셀(100)은 전극조립체(120)를 움직이지 않게 고정하는 가압 조립체(130)를 포함한다.

가압 조립체(130)는 도 2를 참조하면, 수용홈에 수용된 전극조립체(120)의 상면을 가압하여 전극조립체(120)를 수용홈의 바닥면에 밀착시킴에 따라 움직이지 않게 고정한다. 특히, 가압 조립체(130)는 제2 전극(123)의 상면을 가압하여 제1 전극(121), 분리막(122) 및 제2 전극(123)의 밀착력을 높이며, 이에 전극조립체(120)의 성능을 향상시킬 수 있다.

즉, 가압 조립체(130)는 상부케이스(112)의 상면에 형성된 나사홀(112b)에 결합되고 나사홀(112b)을 따라 회전함과 동시에 하강하는 회전체(131), 및 회전체(131)의 하단에 결합되고 회전체(131)와 함께 하강하면서 제2 전극(123)의 상면을 가압하는 가압체(132)를 포함한다.

이와 같은 구성을 가진 가압 조립체(130)는 회전체(131)가 회전하면, 회전체(131)가 나사홀(112b)을 따라 하강하고, 회전체(131)와 연동하면 가압체(132)가 하강하면서 하부케이스(111)에 수용된 전극조립체(120)의 상면을 가압하여 제1 전극(121), 분리막(122) 및 제2 전극(123)를 움직이지 않게 고정할 수 있다.

한편, 회전체(131)는 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 나사홀(112b)에 결합되고 하단에 가압체(132)가 결합되는 볼트부(131a)와, 볼트부(131a)의 상부에 구비되고 볼트부(131a)를 회전시키는 한편 나사홀(112b)의 외주면에 지지되면서 볼트부(131a)가 나사홀(112b)로부터 이탈되는 것을 방지하는 머리부(131b)를 포함할 수 있다.

즉, 회전체(131)는 볼트부(131a)와 머리부(131b)로 마련함으로써 회전체(131)의 길이방향 고정력을 높일 수 있고, 특히 볼트부(131a)를 하강 길이를 세밀하게 조절할 수 있어 가압체(132)를 통한 제2 전극(123)의 가압력을 세밀하게 조절할 수 있다.

한편, 상부케이스(112)의 상면에는 머리부(131a)가 삽입되는 삽입홈(112a)이 형성되고, 상기 삽입홈(112a)의 바닥면에는 볼트부(131a)가 결합되는 나사홀(112b)이 형성되며, 이에 상부케이스(112)의 상부로 머리부(131a)가 노출되는 것을 방지하여 코인 셀(100)의 두께 증대를 방지할 수 있다.

한편, 코인 셀(100)의 조립이 완료되면, 상호 대향하는 머리부(131b)와 삽입홈(112a) 사이는 용접하여 밀폐하는 실링부(140)를 형성한다. 즉, 실링부(140)는 머리부(131b)와 삽입홈(112a) 사이로 전해액이 누설되는 것을 방지한다.

한편, 가압체(132)는 전극 조립체(12)를 안정적으로 가압하기 위해 원판 형태로 형성될 수 있고, 제2 전극(123)의 크기 보다 작은 크기를 가질 수 있다.

여기서 가압체(132)는 볼트부(131a)의 저면에 자유회전 가능하게 결합될 수 있다. 즉, 회전체(131)와 함께 가압체(132)가 함께 회전하면서 가압체(132)가 전극 조립체(120)를 가압한 상태로 회전하게 되며, 이에 전극조립체(120)의 상면이 마모되면서 훼손되는 문제가 있다.

이에, 가압체(132)는 회전체(131)와 연동하여 회전하지 않게 마련함으로써 전극조립체(120)를 안정적으로 가압할 수 있고, 전극조립체(120)의 훼손을 방지할 수 있다.

일례로, 가압체(132)는 결합체(133)에 의해 회전체(131)의 하단에 자유회전 가능하게 결합되며, 결합체(133)는 가압체(132)의 저면을 통해 회전체(131)의 하단에 결합되는 원통형상의 결합부(133a)와, 가압체(132)의 저면에 지지되는 지지부(133b)를 포함한다. 이에 가압체(132)는 결합부(133a)를 중심으로 좌 또는 우로 자유 회전할 수 있다.

한편, 가압 조립체(130)는 전도성을 가지는 금속재로 마련될 수 있다. 즉, 가압 조립체(130)는 제2 전극(123)을 가압하면서 제2 전극(123)과 상부케이스(112)를 전기적으로 연결한다.

이하, 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 코인 셀의 사용상태를 설명한다.

먼저, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 전극(121), 분리막(122) 및 제2 전극(123)을 순차적으로 적층하여 전극 조립체(120)를 제조한다.

그런 다음, 상부케이스(112)의 나사홀(112b)에 회전체(131)의 볼트부(131a)를 결합하고, 상부케이스(112)의 저면을 관통한 회전체(131)의 볼트부(131a)에 가압체(132)를 결합체(133)를 이용하여 자유회전 가능하게 결합하여 가압 조립체(130)를 조립한다.

그런 다음, 하부케이스(111)의 수용홈에 가스켓(113)을 개재하고, 전극조립체(120)를 수용한 다음, 상부케이스(112)를 하부케이스(111)의 상부에 삽입하여 케이스 조립체(110)를 조립한다.

여기서 케이스 조립체(110)의 조립 전에 하부케이스(111)와 상부케이스(112) 사이에 전해액을 주입하거나 또는 케이스 조립체(110)의 조립 후에 별도로 마련된 홀을 통해 전해액을 주입할 수도 있으며, 전해액이 주입된 홀은 용접하여 밀폐한다.

이와 같이 전해액의 주입이 완료되면 코인 셀(100)이 완성되며, 완성된 코인 셀(100)은 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 가압 조립체(130)를 이용하여 케이스 조립체(110)에 수용된 전극 조립체(120)를 가압하여 움직이지 않게 고정한다.

즉, 회전체(131)를 회전시키면, 회전체(131)가 나사홀(112b)을 따라 점차 하강하고, 회전체(131)에 의해 가압체(132)가 점차 하강하면서 전극조립체(120)를 가압하면서 전극조립체(120)를 하부케이스(111)의 바닥면에 고정된다. 여기서 가압체(132)의 가압력에 의해 전극조립체(120)에 포함된 제2 전극(123), 분리막(122) 및 제1 전극(121)가 눌려지면서 밀착력이 향상되고, 이에 전극조립체(120)의 성능을 향상시킬 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 코인 셀(100)은 제2 전극(123), 분리막(122) 및 제1 전극(121)으로 마련된 전극조립체(120)를 움직이지 않게 고정하며, 이에 안전성을 높일 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 코인 셀
110: 케이스 조립체
111: 하부케이스
112: 상부케이스
113: 가스켓
120: 전극 조립체
121: 제1 전극
122: 분리막
123: 제2 전극
130: 가압 조립체
131: 회전체
132: 가압체
133: 결합체

Claims

상면에 수용홈이 형성된 하부케이스, 상기 하부케이스의 상면에 구비되는 상부케이스, 및 상기 하부케이스와 상기 상부케이스를 절연한 상태로 결합하는 가스켓으로 마련된 케이스 조립체;
상기 수용홈에 수용되는 전극조립체;
상기 전극조립체의 상면을 가압하여 상기 전극조립체를 상기 수용홈의 바닥면에 움직이지 않게 고정하는 가압 조립체를 포함하고,
상기 가압 조립체는 상기 상부케이스의 상면에 형성된 나사홀에 결합되고 상기 나사홀을 따라 회전함과 동시에 하강하는 회전체, 상기 회전체의 하단에 결합되고 상기 회전체에 의해 하강하면서 상기 전극조립체의 상면을 가압하는 가압체로 마련되며,
상기 회전체는 상기 나사홀에 결합되고 하단에 상기 가압체가 결합되는 볼트부와, 상기 상부케이스 상면에 위치한 상기 볼트부에 구비되고 상기 볼트부를 회전시키는 머리부로 마련되고,
상기 상부케이스의 상면에 상기 머리부가 삽입되는 삽입홈이 형성되며, 상기 삽입홈의 바닥면에 상기 나사홀이 형성되며,
상기 삽입홈과 상기 머리부 사이는 용접하여 실링하고,
상기 가압 조립체는 상기 가압체를 상기 회전체의 하단에 자유회전 가능하게 결합하는 결합체를 포함하며,
상기 결합체는 상기 가압체의 저면을 통해 상기 회전체의 하단에 결합되는 원통형상의 결합부와, 상기 가압체의 저면에 지지되는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코인 셀.
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청구항 1에 있어서,
상기 가압 조립체는 전도성을 가지는 금속재로 마련되는 것을 특징으로 하는 코인 셀.
청구항 1에 있어서,
상기 전극조립체는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극으로 마련되는 것을 특징으로 하는 코인 셀.
청구항 9에 있어서,
상기 가압 조립체는 상기 전극조립체의 최상단에 배치된 제2 전극과, 상기 상부케이스를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 코인 셀.