KR102283784B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 초소형 직경의 핀 타입으로 형성되는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양측에 제1전극과 제2전극을 배치하여 권취되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체의 내측에 배치되고 상기 제1전극의 무지부에 전기적으로 연결되는 센터핀, 상기 전극 조립체를 내장하고 상기 제2전극의 무지부에 전기적으로 연결되는 케이스, 상기 센터핀에서 상기 케이스의 외부로 연장되는 터미널, 및 상기 터미널과 상기 케이스의 개구 사이에 배치되어 상기 개구를 밀폐하는 개스킷을 포함할 수 있다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 초소형 직경의 핀 타입으로 형성되는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 크기 및 용량에 따라 소형인 원통형과 각형 전지 및 대형의 각형 전지 등으로 구분될 수 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요에 따라 에너지원으로써 소형 원통형 및 소형 각형 이차 전지에 대한 수요가 증가되고 있다.
일반적으로 이차 전지는 세퍼레이터(separator)의 양면에 전극을 배치하여 젤리롤(Jelly Roll) 형태로 권취하여 형성되는 전극 조립체, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 케이스의 개방 측을 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.
모바일 기기의 발달로 인하여, 수 mm 직경을 가지는 터치 펜 및 스타일러스 펜과 같은 주변 기기가 개발되어 사용되고 있다. 이와 같은 초소형 직경의 기기에 사용될 이차 전지가 개발되어 있지 않다.
본 발명의 일 측면은 초소형 직경의 핀 타입으로 형성되는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 측면은 부품 수를 감소시켜 공정을 단순하게 하고 에너지 밀도를 높이는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양측에 제1전극과 제2전극을 배치하여 권취되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체의 내측에 배치되고 상기 제1전극의 무지부에 전기적으로 연결되는 센터핀, 상기 전극 조립체를 내장하고 상기 제2전극의 무지부에 전기적으로 연결되는 케이스, 상기 센터핀에서 상기 케이스의 외부로 연장되는 터미널, 및 상기 터미널과 상기 케이스의 개구 사이에 배치되어 상기 개구를 밀폐하는 개스킷을 포함할 수 있다.
상기 제1전극의 무지부는 상기 센터핀의 길이에 마주하여 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 형성될 수 있다.
상기 제1전극의 무지부는 상기 센터핀에 용접으로 연결될 수 있다.
상기 제2전극의 무지부는 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 상기 전극 조립체의 최외곽에 형성될 수 있다.
상기 제2전극의 무지부는 상기 케이스의 내면에 접촉으로 연결될 수 있다.
상기 제2전극의 무지부는 상기 케이스 바닥과 상기 개스킷 사이 방향에서 상기 사이의 거리보다 더 연장되는 연장부를 구비하고, 상기 연장부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에서 상기 전극 조립체의 직경 방향 최외곽으로 절곡되어 상기 케이스의 내면에 접촉될 수 있다.
상기 제2전극의 집전체 및 상기 연장부는 알루미늄으로 형성되고, 상기 케이스는 스테인레스 스틸로 형성될 수 있다.
상기 터미널의 직경은 상기 센터핀의 직경보다 더 크게 형성될 수 있다.
상기 케이스는 상기 센터핀과 상기 터미널의 경계선 부근에서 직경 방향 중심으로 함입된 비딩부를 구비할 수 있다.
상기 제1전극의 무지부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에서 상기 개스킷의 인접측에 형성될 수 있다.
상기 제1전극의 무지부는 상기 전극 조립체의 직경 방향 중심에서 연장되는 제1연장부를 구비하고, 상기 제1연장부는 상기 센터핀에 용접될 수 있다.
상기 제2전극의 무지부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에서 상기 케이스의 바닥측에 형성될 수 있다.
상기 제2전극의 무지부는 상기 전극 조립체의 직경 방향 최외곽에서 연장되는 제2연장부를 구비하고, 상기 제2연장부는 상기 전극 조립체의 원주 방향에서 최외곽으로 절곡되어 상기 케이스의 내면에 접촉될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 전극 조립체의 내측에 배치되는 센터핀에 제1전극(음극)의 무지부를 전기적으로 연결하고, 전극 조립체의 외곽에서 제2전극(양극)의 무지부를 케이스에 연결하므로 초소형 직경의 핀 타입으로 이차 전지를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 제1, 제2전극에 전극탭을 구비하지 않고, 제1, 제2전극의 무지부를 센터핀과 케이스에 각각 직접 연결하므로 부품 수를 감소시킬 수 있다. 따라서 이차 전지의 제조 공정이 단순해지고, 에너지 밀도가 높아질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 2에 적용되는 전극 조립체의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 5는 도 4에 적용되는 전극 조립체의 분해 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 이차 전지(1)는 수mm 직경의 핀 타입으로 형성되며, 예를 들면 2~5mm의 직경으로 형성될 수 있다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 2를 참조하면, 제1실시예의 이차 전지(1)는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)의 내측에 배치되는 센터핀(20), 전극 조립체(10)와 전해액을 내장하는 케이스(30), 센터핀(20)에 연결되는 터미널(40), 및 터미널(40)과 케이스(30)의 개구 사이에 개재되는 개스킷(50)을 포함한다.
전극 조립체(10)는 세퍼레이터(13)를 사이에 두고, 세퍼레이터(13)의 양측에 배치되는 제1전극(11, 예를 들면, 음극)과 제2전극(12, 예를 들면, 양극)을 포함한다. 전극 조립체(10)는 음극(11)과 양극(12) 및 이들 사이에 배치되는 절연체인 세퍼레이터(13)를 젤리롤(Jelly Roll) 상태로 권취하여 형성된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 음극(11)과 양극(12)은 금속박(예를 들면, Cu와 Al 포일)으로 각각 형성되는 집전체의 양면에 활물질이 도포된 영역의 코팅부(111, 121), 및 활물질이 도포되지 않아 집전체가 노출된 영역으로 설정되는 무지부(112, 122)를 포함한다.
음극(11)의 무지부(112)는 센터핀(20)의 길이를 따라 센터핀(20)에 마주하여 전극 조립체(10)의 길이 방향으로 형성된다. 즉 음극(11)의 무지부(112)는 전극 조립체(10)의 중심에서 전극 조립체(10)의 길이 방향으로 구비된다.
이와 같이, 음극(11)은 별도의 음극탭을 구비하지 않고, 무지부(112)를 센터핀(20)에 직접 연결한다. 따라서 음극(11)의 부품 수가 감소되고, 이차 전지(1)의 제조 공정이 단순해진다.
양극(12)의 무지부(122)는 전극 조립체(10)의 최외곽에서 전극 조립체(10)의 길이 방향을 따라 구비된다. 이와 같이, 양극(12)은 별도의 양극탭을 구비하지 않는다. 양극(12)의 부품 수가 감소되고, 이차 전지(1)의 제조 공정이 단순해진다.
즉 음극(11)과 양극(12)은 각각의 무지부(112, 122)에 연결되는 별도의 음, 양극탭을 구비하지 않으므로 케이스(30)의 설정된 공간 내에서 코팅층(111, 121)이 더 많이 채워질 수 있으므로 이차 전지(1)에서 에너지 밀도를 더 높일 수 있다.
센터핀(20)은 전극 조립체(10)의 내측에 배치되며, 음극(11), 양극(12) 및 세퍼레이터(13)를 권취하여 전극 조립체(10)의 중심에 배치된다. 즉 센터핀(20)은 전극 조립체(10)의 권취 중심을 형성하며, 전극 조립체(10)에 강도를 제공한다.
이때, 음극(11)의 무지부(112)가 센터핀(20)에 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 음극(11)의 무지부(112)는 센터핀(20)에 용접으로 연결될 수 있다. 또한 무지부(112)는 센터핀(20)의 외주면에 센터핀(20)의 길이를 따라 점용접될 수 있다.
케이스(30)는 전극 조립체(10)를 외부로부터 삽입할 수 있도록 일측에 개구를 형성하고, 원통형 전극 조립체(10)를 수용하도록 원통형으로 형성된다. 케이스(30)는 이차 전지(1)를 초소형 직경의 핀 타입으로 형성하며, 그 외경을 설정한다.
전극 조립체(10)를 내장한 상태에서, 양극(12)의 무지부(122)가 케이스(30)에 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 양극(12)의 무지부(122)는 케이스(30)의 내면에 접촉으로 연결될 수 있다. 즉 전극 조립체(10)를 케이스(30) 내부에 삽입함으로써 양극(12)의 무지부(122)는 케이스(30)의 내면에 전기적으로 연결된다.
또한, 양극(12)의 무지부(122)는 케이스(30) 바닥과 개스킷(50) 사이 방향(즉 이차 전지의 길이 방향)에서 케이스(30)의 바닥과 개스킷(50)의 내면 사이의 거리보다 더 길게 연장되는 연장부(123)를 구비한다.
무지부(122) 및 연장부(123)는 양극(12)의 집전체와 일체로 연장 형성되며, 연장부(123)는 전극 조립체(10)의 길이 방향에서 전극 조립체(10)의 직경 방향 최외곽으로 절곡되어 케이스(30)의 내면에 면접촉된다. 연장부(123)는 양극(12)을 케이스(30)의 내면에 더 견고하게 면접촉시킬 수 있다.
도시하지 않았으나, 연장부는 전극 조립체의 직경 방향을 따라 복수로 절곡되는 스프링 구조로 형성되어, 케이스의 내면에 탄성적으로 면접촉될 수 있다. 이 경우, 이차 전지에 진동 및 외부 충격이 가해진 경우에도 양극의 연장부는 케이스와의 전기적인 연결 상태를 유지할 수 있다.
일례로써, 양극(12)의 집전체 및 연장부(123)는 알루미늄으로 형성되고, 케이스(30)는 스테인레스 스틸로 형성될 수 있다. 연장부(123)가 절곡되어 케이스(30)의 내면에 면접촉되므로 용접하는 경우와 달리, 연장부(123)와 케이스(30)의 재질이 상이한 경우에도 전기적 연결이 효과적으로 유지될 수 있다.
따라서 케이스(30)는 양극(12)의 무지부(122)에 연결되어, 이차 전지(1)에서 양극 단자로 작용한다. 터미널(40)은 음극(11)의 무지부(112)에 연결되는 센터핀(20)에서 케이스(30)의 외부로 연장되어, 음극 단자로 작용한다.
도시하지 않았으나, 케이스는 음극의 무지부에 연결되어, 이차 전지에서 음극 단자로 작용하고, 터미널은 양극의 무지부에 연결되는 센터핀에서 케이스의 외부로 연장되어, 양극 단자로 작용할 수 있다.
개스킷(50)은 터미널(40)과 케이스(30)의 개구 사이에 개재되어 터미널(40)과 케이스(30)를 전기적으로 절연시키고, 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 케이스(30)을 밀폐한다.
개스킷(50)은 케이스(30)의 개구에 끼워진 후, 클림핑(crimping) 공정을 통하여 케이스(30)의 개구에 고정되어 이차 전지(1)를 이루게 된다. 이때, 케이스(30)는 개구 측에 케이스(30)의 직경 방향의 중심으로 함입되는 비딩부(51)를 형성한다.
일례로써, 터미널(40)의 직경은 센터핀(20)의 직경보다 더 크게 형성될 수 있다. 터미널(40)의 직경이 센터핀(20)의 직경 보다 더 크게 형성되므로 개스킷(50)이 터미널(40)과 케이스(30)의 개구 사이에서 밀폐 작용할 때, 개스킷(50)과 터미널(40)의 체결력이 강화될 수 있다.
또한 비딩부(51)는 직경이 변화되는 센터핀(20)과 터미널(40)의 경계선 부근에서 직경 방향 중심으로 함입 형성된다. 따라서 케이스(30)의 비딩부(31)가 개스킷(50)을 압축하는 상태에서, 터미널(40)과 비딩부(51)의 체결력이 더욱 강화될 수 있다. 일례로써, 개스킷(50)은 고무 마개로 형성될 수 있다.
이하에서 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명하며, 제1 실시예와 비교하여 동일 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 단면도이고, 도 5는 도 4에 적용되는 전극 조립체의 분해 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제2실시예의 이차 전지(2)에서, 음극(61)의 무지부(612)는 전극 조립체(210)의 길이 방향에서 개스킷(50)의 인접측에 형성된다. 음극(61)의 무지부(612)는 개스킷(50) 인접측에서 전극 조립체(210)의 권취를 따라 권취된다.
음극(61)의 무지부(612)는 전극 조립체(210)의 직경 방향 중심에서 연장되는 제1연장부(613)를 구비한다. 제1연장부(613)는 센터핀(20)에 용접된다. 이와 같이, 음극(61)은 별도의 음극탭을 구비하지 않고, 무지부(612) 및 제1연장부(613)를 센터핀(20)에 직접 연결한다. 따라서 음극(61)의 부품 수가 감소되고, 이차 전지(2)의 제조 공정이 단순해진다
양극(62)의 무지부(622)는 전극 조립체(210)의 길이 방향에서 케이스(30)의 바닥측에 형성된다. 양극(62)의 무지부(622)는 바닥측에서 전극 조립체(210)의 권취를 따라 권취된다.
양극(62)의 무지부(622)는 전극 조립체(210)의 직경 방향 최외곽에서 연장되는 제2연장부(623)를 구비한다. 제2연장부(623)는 전극 조립체(210)의 원주 방향에서 최외곽으로 절곡되어 케이스(30)의 내면에 접촉된다. 이와 같이, 양극(62)은 별도의 양극탭을 구비하지 않고, 무지부(622) 및 제2연장부(623)를 케이스(30)의 내면에 직접 연결한다. 따라서 양극(62)의 부품 수가 감소되고, 이차 전지(2)의 제조 공정이 단순해진다.
즉 음극(61)과 양극(62)은 각각의 무지부(612, 622) 및 제1, 제2연장부(613, 623)에 연결되는 별도의 음, 양극탭을 구비하지 않으므로 케이스(30)의 설정된 공간 내에서 코팅층(611, 621)이 더 많이 채워질 수 있으므로 이차 전지(2)에서 에너지 밀도를 더 높일 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2: 이차 전지 10, 210: 전극 조립체
11, 61: 제1전극(음극) 12, 62: 제2전극(양극)
13: 세퍼레이터 20: 센터핀
30: 케이스 31: 비딩부
40: 터미널 50: 개스킷
111, 121: 코팅부 112, 122, 612, 622: 무지부
123, 613, 623: 연장부

Claims (13)

  1. 세퍼레이터의 양측에 제1전극과 제2전극을 배치하여 권취되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 내측에 배치되고 상기 제1전극의 무지부에 전기적으로 연결되는 센터핀;
    상기 전극 조립체를 내장하고 상기 제2전극의 무지부에 전기적으로 연결되는 케이스;
    상기 센터핀에서 상기 케이스의 외부로 연장되는 터미널; 및
    상기 터미널과 상기 케이스의 개구 사이에 배치되어 상기 개구를 밀폐하는 개스킷
    을 포함하며,
    상기 제2전극의 무지부는
    상기 케이스 바닥과 상기 개스킷 사이 방향에서 상기 사이의 거리보다 더 연장되는 연장부를 구비하고,
    상기 연장부는
    상기 전극 조립체의 길이 방향의 상기 개스킷 측에서 상기 전극 조립체의 직경 방향 최외곽으로 절곡되어 상기 케이스의 내면에 접촉되는, 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극의 무지부는
    상기 센터핀의 길이에 마주하여 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 형성되는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극의 무지부는 상기 센터핀에 용접으로 연결되는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극의 무지부는
    상기 전극 조립체의 길이 방향으로 상기 전극 조립체의 최외곽에 형성되는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2전극의 무지부는
    상기 케이스의 내면에 접촉으로 연결되는 이차 전지.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극의 집전체 및 상기 연장부는 알루미늄으로 형성되고,
    상기 케이스는 스테인레스 스틸로 형성되는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 터미널의 직경은 상기 센터핀의 직경보다 더 크게 형성되는 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 케이스는
    상기 센터핀과 상기 터미널의 경계선 부근에서 직경 방향 중심으로 함입된 비딩부를 구비하는 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극의 무지부는
    상기 전극 조립체의 길이 방향에서 상기 개스킷의 인접측에 형성되는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1전극의 무지부는
    상기 전극 조립체의 직경 방향 중심에서 연장되는 제1연장부를 구비하고,
    상기 제1연장부는
    상기 센터핀에 용접되는 이차 전지.
  12. 삭제
  13. 삭제
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