KR102256480B1 - 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법 - Google Patents

이차전지 및 그 이차전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

이차전지 및 그 이차전지의 제조방법이 개시된다.
본 발명에 따르면 이차전지의 부피를 최소화함으로써 이차전지의 단위 부피당 전기 용량을 극대화할 수 있고, 동일한 제조 공정에서 제조되는 이차전지별 치수의 편차를 최소화할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지의 제조방법은, 전극 조립체를 수용하기 위한 전지 캔의 상부에 탑 캡을 구비하는 단계; 가스켓이 상기 탑 캡의 측부를 둘러싸도록 하는 단계; 및 상기 탑 캡 및 상기 가스켓의 상부에 상기 탑 캡 및 상기 가스켓과 접착되는 접착성 밀봉부를 형성하는 밀봉 단계; 를 포함할 수 있다.

Description

이차전지 및 그 이차전지의 제조방법{Secondary battery and method of manufacturing the same}
본 발명은 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종래에 비해 이차전지의 가스켓 구조를 개선하여 이차전지의 용량을 증대할 수 있는 발명에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)는 전극과 분리막이 교대로 적층되어 제조되는 전극 조립체(electrode assembly)를 전극 조립체 수용을 위한 몸체의 내부 공간에 수용함으로써 제조된다. 일 예로, 원통형 이차전지는 상부가 개방된 전지 캔의 내부 공간에 전극 조립체를 수용한 후 전지 캔의 상부에 탑 캡(top cap)을 구비하여 전지 캔의 상부를 밀폐함으로써 제조될 수 있다. 이때, 원통형 이차전지 내부의 외부에 대한 밀봉성을 강화하기 위해 탑 캡의 주변에는 가스켓이 구비되는 것이 일반적이다.
도 1은 종래기술에 따른 이차전지의 상부 구조를 도시한 측단면도이다.
도 1을 참고하면, 전지 캔(미도시)의 상부에 구비된 탑 캡(1)의 측부에는 가스켓(2)이 구비된다. 한편, 종래기술에 따르면 가스켓(2)은 탑 캡(1)의 측부의 높이보다 높은 상태로 돌출되어 있다. 이는, 가스켓(2) 중 탑 캡(1)의 측부보다 돌출된 부분이 탑 캡의 내측 방향으로 구부리도록 하여 탑 캡의 상부에 밀착되도록 함으로써 이차전지 내부를 밀봉하기 위해서이다. 이러한 공정을 크림핑(crimping) 공정이라고 한다.
그러나, 종래기술에 따르면, 가스켓(2)이 크림핑 공정에 필요한 만큼 충분히 돌출되어 있어야 하므로, 가스켓이 돌출된 만큼 이차전지의 전체적인 두께 및 부피가 증가하게 되는데 가스켓은 이차전지의 충방전에 기여하지 않으므로 결과적으로 이차전지의 단위 부피당 전기 용량이 감소하는 문제점이 있었다.
또한, 크림핑 공정에서 가스켓의 내부에는 언더컷(under cut)이 발생하는데 각각의 크림핑 공정에서 이러한 언더컷의 두께 등의 치수가 일정하지 않고 편차가 발생하였다. 이는, 결과적으로 이차전지의 치수 편차를 야기하는 문제점을 초래하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 이차전지의 부피를 최소화함으로써 이차전지의 단위 부피당 전기 용량을 극대화하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 동일한 제조 공정에서 제조되는 이차전지별 치수의 편차를 최소화하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체를 수용하기 위한 전지 캔의 상부에 탑 캡을 구비하는 단계; 가스켓이 상기 탑 캡의 측부를 둘러싸도록 하는 단계; 및 상기 탑 캡 및 상기 가스켓의 상부에 상기 탑 캡 및 상기 가스켓과 접착되는 접착성 밀봉부를 형성하는 밀봉 단계; 를 포함하는 이차전지의 제조방법이 제공된다.
상기 가스켓의 높이는 상기 탑 캡의 측부의 높이보다 낮거나 같을 수 있다.
상기 접착성 밀봉부는 폴리 프로필렌 또는 폴리 우레탄을 포함할 수 있다.
상기 밀봉 단계에서, 상기 탑 캡 및 상기 가스켓의 상부에 접착성 물질을 도포하여 접착성 밀봉부를 형성할 수 있다.
상기 밀봉 단계는, 상기 접착성 밀봉부를 가열하는 것을 포함할 수 있다.
상기 가스켓의 높이가 상기 탑 캡의 측부의 높이와 같거나 낮도록 상기 가스켓의 상부를 절단하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극 조립체를 수용하며 상부가 개방된 전지 캔; 상기 전지 캔의 상부에 구비되는 탑 캡; 상기 탑 캡의 측부를 둘러싸는 가스켓; 및 상기 탑 캡 및 상기 가스켓의 상부에 구비되며 상기 탑 캡 및 상기 가스켓과 접착되는 접착성 밀봉부; 를 포함하는 이차전지가 제공된다.
상기 가스켓의 높이는 상기 탑 캡의 측부의 높이보다 낮거나 같을 수 있다.
상기 접착성 밀봉부는 상기 가스켓과 동일한 소재를 포함할 수 있다.
상기 접착성 밀봉부는 폴리 프로필렌 또는 폴리 우레탄을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지의 부피를 최소화함으로써 이차전지의 단위 부피당 전기 용량을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 동일한 제조 공정에서 제조되는 이차전지별 치수의 편차를 최소화할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 이차전지의 상부 구조를 도시한 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상부 구조를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 상부 구조를 도시한 측단면도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 이차전지의 구조 및 이차전지의 제조방법을 설명하도록 한다. 한편, 본 발명에 따른 이차전지는 원통형 이차전지일 수 있다.
이차전지의 구조
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상부 구조를 도시한 측단면도이다.
도 2를 참고하면, 전지 캔(미도시)의 상부에는 탑 캡(10)이 구비될 수 있다. 전지 캔은 내부 공간에 전극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체(미도시)를 수용하는 구성으로서 상부가 개방된 구조를 가질 수 있는데, 탑 캡(10)은 이러한 전지 캔의 상부에 구비됨으로써 전지 캔의 내부 공간을 외부로부터 밀폐하는 구성일 수 있다.
탑 캡(10)의 하부에는 안전 벤트(20)가 구비될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 안전 벤트(20)에는 노치가 형성될 수 있는데, 전극 조립체의 과열 등으로 이차전지 내부 온도가 증가하여 이차전지 내부에 가스가 과다하게 생성되는 경우 안전 벤트의 노치 등에서 파단이 발생하여 이차전지 내부의 가스를 배출할 수 있다. 즉, 안전 벤트(20)는 이차전지의 폭발 등을 방지하는 안전 장치일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탑 캡(10)의 측부에는 가스켓(30)이 구비될 수 있다. 가스켓(30)이 탑 캡(10)의 측부에 구비됨으로써 이차전지 내부의 밀봉성이 보다 향상될 수 있다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이 가스켓(30)은 탑 캡(10)의 측부보다 상방으로 돌출되지 않도록 구비될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스켓(30)의 높이는 탑 캡(10)의 측부의 높이보다 낮거나 같을 수 있다. 도 2에는 가스켓(30)의 높이가 탑 캡(10)의 측부의 높이와 동일함으로써 탑 캡(10)의 측부 평면과 가스켓(30)의 상부 평면을 연결하였을 때 가상의 평면이 형성되는 경우를 도시하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차전지를 구성하는 가스켓의 높이는 종래 기술에 비해 낮으므로 가스켓의 사용량이 줄어들게 된다. 따라서, 줄어든 가스켓의 사용량 만큼 이차전지의 두께 및 부피가 감소하게 되어 결과적으로 이차전지의 단위 부피당 전기 용량이 증대된다. 뿐만 아니라, 종래 기술과 달리 가스켓이 탑 캡의 측부를 돌출하기 않으므로 가스켓의 상부를 탑 캡의 중심 방향으로 구부리는 크림핑(crimping) 공정이 생략되어 크림핑 공정으로 발생하는 언더컷 등으로 인한 치수 편차를 제거할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 가스켓이 탑 캡의 측부만을 밀봉할 뿐 탑 캡의 상부를 밀봉하지는 못하므로 이차전지의 밀봉이 완전히 이루어지지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탑 캡(10) 및 가스켓(30)의 상부에는 탑 캡(10) 및 가스켓(30)과 접착되는 접착성 밀봉부(40)가 구비될 수 있다. 좀 더 구체적으로 접착성 밀봉부(40)는 탑 캡(10) 둘레부의 상부 및 가스켓(30)의 상부에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 접착성 밀봉부(40)가 탑 캡의 상부를 밀봉하므로 이차전지의 밀봉이 비로소 이루어질 수 있다. 이때, 이차전지의 밀봉성이 보다 향상될 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같이, 접착성 밀봉부(40)는 탑 캡(10)과 가스켓(30) 사이의 공간 상부에도 구비될 수 있다. 또한, 접착성 밀봉부(40)에서 접착성을 갖는 물질은 탑 캡(10) 및 가스켓(30)과 접착되는 영역에만 형성될 수 있다. 즉, 접착성을 갖는 물질은 탑 캡(10)과 가스켓(30) 사이의 공간 상부에는 형성되지 않을 수 있다.
계속해서 도 2를 참고하면, 접착성 밀봉부(40)는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓(30)과 동일한 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착성 밀봉부(40)는 가스켓(30)과 동일한 소재의 일면에 접착성 물질이 도포됨으로써 구비될 수 있다. 이때, 이차전지의 부피 및 두께를 최소화하기 위해 접착성 밀봉부(40)의 두께는 가스켓(30)의 두께보다 작을 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 상부 구조를 도시한 측단면도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 접착성 밀봉부(40')는 접착성 글루(glue)가 도포됨으로써 형성될 수 있다. 접착성 밀봉부(40')는 폴리 프로필렌(poly-propylene) 또는 폴리 우레탄(polyurethane)을 포함할 수 있고, 예를 들어, 접착성 밀봉부(40')는 폴리 프로필렌 또는 폴리우레탄일 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참고하여 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하도록 한다.
이차전지의 제조방법
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, 전극 조립체를 수용하기 위한 전지 캔의 상부에 탑 캡(10)을 구비하는 단계, 가스켓(30)이 탑 캡(10)의 측부를 둘러싸도록 하는 단계, 및 탑 캡(10)과 가스켓(30)의 상부에 탑 캡(10) 및 가스켓(30)과 접착되는 접착성 밀봉부(40, 40')를 형성하는 밀봉 단계를 포함할 수 있다. 한편, 가스켓(30)의 높이는 탑 캡(10)의 측부의 높이보다 낮거나 같을 수 있고, 접착성 밀봉부(40, 40')의 두께는 가스켓(30)의 두께보다 작을 수 있다. 본 발명에 따른 이차전지의 접착성 밀봉부(40, 40')의 구성에 대해서는 전술한 바 있으므로 생략한다.
한편, 본 발명에 따르면 상기 밀봉 단계에서, 접착성 밀봉부는 탑 캡 및 가스켓의 상부에 접착성 물질을 도포함으로써 형성될 수 있다. 이러한 밀봉 단계에서 접착성 밀봉부는 가열될 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 밀봉 단계에서 열접착에 의해 접착성 밀봉부가 탑 캡 및 가스켓의 상부에 접착될 수 있다. 이러한 열접착을 이용한 밀봉 단계는 접착성 글루에 의해 접착성 밀봉부가 형성되는 경우에 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면 이차전지의 제조 과정에서 탑 캡의 측부를 둘러싸는 가스켓은 종래 기술에 따른 가스켓과 마찬가지로 탑 캡의 측부의 높이보다 높은 상태로 돌출되어 있을 수 있다. 이러한 경우 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 가스켓의 높이가 탑 캡의 측부의 높이와 같거나 낮도록 가스켓의 상부를 절단하는 단계(이하, '절단 단계')를 더 포함할 수 있다. 이러한 절단 단계는 밀봉 단계 이전에 이루어질 수 있다. 절단 단계를 더 포함하는 경우 종래에 사용되던 가스켓을 사용하면서도 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지를 구성하는 가스켓의 사용량을 감축하여 이차전지의 부피 및 두께를 줄임으로써 이차전지의 단위 부피당 전기 용량을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 이차전지의 상부, 특히, 탑 캡의 상부를 밀봉하기 위한 가스켓의 크림핑 공정이 제거되므로 크림핑 공정에서 발생할 수 있는 일정하지 않은 치수의 언더컷 등에 의해 이차전지의 치수 편차가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
10 : 탑 캡
20 : 안전 벤트
30 : 가스켓
40, 40' : 접착성 밀봉부

Claims (10)

  1. 전극 조립체를 수용하기 위한 전지 캔의 상부에 탑 캡을 구비하는 단계;
    가스켓이 상기 탑 캡의 측부를 둘러싸도록 하는 단계; 및
    상기 탑 캡 및 상기 가스켓의 상부에 상기 탑 캡 및 상기 가스켓과 접착되는 접착성 밀봉부를 형성하는 밀봉 단계; 를 포함하고,
    상기 접착성 밀봉부는 탑 캡 및 상기 가스켓의 상부에 접착성 물질이 도포되어 형성되되, 일단은 상기 가스켓의 상단에서 이어지고 타단은 탑 캡의 상면을 덮도록 도포되며, 상기 접착성 물질은 상기 가스켓과 동일한 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스켓의 높이는 상기 탑 캡의 측부의 높이보다 낮거나 같게 되는 이차전지의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착성 밀봉부는 폴리 프로필렌 또는 폴리 우레탄을 포함하는 이차전지의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀봉 단계는,
    상기 접착성 밀봉부를 가열하는 것을 포함하는 이차전지의 제조방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 가스켓의 높이가 상기 탑 캡의 측부의 높이와 같거나 낮도록 상기 가스켓의 상부를 절단하는 단계; 를 더 포함하는 이차전지의 제조방법.
  7. 전극 조립체를 수용하며 상부가 개방된 전지 캔;
    상기 전지 캔의 상부에 구비되는 탑 캡;
    상기 탑 캡의 측부를 둘러싸는 가스켓; 및
    상기 탑 캡 및 상기 가스켓의 상부에 구비되며 상기 탑 캡 및 상기 가스켓과 접착되는 접착성 밀봉부; 를 포함하고,
    상기 접착성 밀봉부는 탑 캡 및 상기 가스켓의 상부에 접착성 물질이 도포되어 형성되되, 일단은 상기 가스켓의 상단에서 이어지고 타단은 탑 캡의 상면을 덮도록 도포되며, 상기 접착성 물질은 상기 가스켓과 동일한 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가스켓의 높이는 상기 탑 캡의 측부의 높이보다 낮거나 같은 이차전지.
  9. 삭제
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 접착성 밀봉부는 폴리 프로필렌 또는 폴리 우레탄을 포함하는 이차전지.
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