KR102435496B1 - 소형 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소형 이차전지 및 그 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따르는 소형 이차전지 및 그 제조방법은 하부음극케이스와 양극판을 실링절연재를 개재시켜 열융착된 하부케이스와, 상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자와, 상기 발전소자를 함침하도록 하부케이스 내부로 주입된 전해질과, 상기 하부음극케이스에서 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부를 구비한 음극탭 및 상기 연장부가 부착되는 부착부를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스를 포함하는 상부케이스를 포함하는데, 이에 의할 때, 무선이어폰, 전자담배와 같은 소형 어플리케이션에 전기·화학적으로 안정적인 적용이 가능하여 소형전지의 이상 작동으로 인한 갑작스런 고온 발생이나 가스폭발을 예방하거나 조절할 수 있다.
본 발명에 따르는 소형 이차전지 및 그 제조방법은 하부음극케이스와 양극판을 실링절연재를 개재시켜 열융착된 하부케이스와, 상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자와, 상기 발전소자를 함침하도록 하부케이스 내부로 주입된 전해질과, 상기 하부음극케이스에서 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부를 구비한 음극탭 및 상기 연장부가 부착되는 부착부를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스를 포함하는 상부케이스를 포함하는데, 이에 의할 때, 무선이어폰, 전자담배와 같은 소형 어플리케이션에 전기·화학적으로 안정적인 적용이 가능하여 소형전지의 이상 작동으로 인한 갑작스런 고온 발생이나 가스폭발을 예방하거나 조절할 수 있다.
Description
본 발명은 소형 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선이어폰, 전자담배와 같은 소형 어플리케이션에 전기·화학적으로 안정적인 적용이 가능하여 소형전지의 이상 작동으로 인한 갑작스런 고온 발생이나 가스폭발을 예방하거나 조절할 수 있는 소형 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래 이차 전지 등의 전지가 사용되고 다분야에 다양한 형태로 사용되고 있다.
이러한 전지는 일본 특허 공개 제2002-117814호 공보에서 알 수 있듯이 알루미늄 등의 금속제의 외장 용기에 발전 요소가 수용되어 이루어진다.
전지에서는, 충방전에 의한 발열이나 환경 온도의 변화에 따라 발전 요소가 팽창하여 외장 용기와 간섭하여, 이상 방전이나 이상 발열 등의 문제가 발생하는 것을 억제하기 위해서, 외장 용기와 발전 요소 사이에 클리어런스(clearance)가 마련되어 있다.
최근 들어, 전지를 포함하는 축전 소자에서는, 동일 용적에 보다 많은 발전 요소를 수용하고, 동일 발전 용량에 대한 발전 요소의 용적을 소형화한다고 하는 축전 소자의 소형화의 요청이 강해지고 있다.
그로 인해, 발전 요소와 외장 용기 사이의 클리어런스를, 발전 요소가 팽창했을 경우에 외장 용기와 접촉하는 정도가 필요 최소한인 소정의 클리어런스로까지 협폭화하는 설계가 행해지고 있다.
그러나, 도 6에서 볼 수 있듯이, 종래 이차전지(10)는 외관(a)은 원통형을 가지며, 그 내부(b)는 발전소자(11)와 전해액(12)을 내입하여 상부캡(14)과 하부캡(15)을 맞물리게 결합시켜 마감되는 구조로 용량은 200㎃h 내외의 발전용량을 가지며, 도 7에서 또한 볼 수 있듯이, 도 6과 유사한 원통형 소형전지 외관(a)이나 그 내부(b)의 발전소자(11')가 젤리롤 형태로 내입된 것으로 통상 90 ㎃h 내외의 발전용량을 가지는 것이 도 6의 적층형 발전소자(11)와의 차이라 할 수 있으나, 이러한 소형 이차전지는 어플리케이션에 적용가능한 축전 소자의 소형화의 소형화가 요구되고 있는 상황하에 전지의 이상 작동으로 인한 갑작스런 고온 발생이나 가스폭발을 예방하거나 조절할 수 없는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 기술적 과제는 무선이어폰, 전자담배와 같은 소형 어플리케이션에 전기·화학적으로 안정적인 적용이 가능하여 소형전지의 이상 작동으로 인한 갑작스런 고온 발생이나 가스폭발을 예방하거나 조절할 수 있는 소형 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두번째 기술적 과제는 무선이어폰, 전자담배와 같은 소형 어플리케이션에 전기·화학적으로 안정적인 적용이 가능하여 소형전지의 이상 작동으로 인한 갑작스런 고온 발생이나 가스폭발을 예방하거나 조절할 수 있는 소형 이차전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 첫번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 하부음극케이스와 양극판을 실링절연재를 개재시켜 열융착된 하부케이스와, 상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자와, 상기 발전소자를 함침하도록 하부케이스 내부로 주입된 전해질과, 상기 하부음극케이스에서 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부를 구비한 음극탭 및 상기 연장부가 부착되는 부착부를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스를 포함하는 상부케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 이차전지를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 실링절연재는 압착하거나 가열하는 경우에 하부음극케이스와 양극판과의 접착계면에 밀착되어 부착성과 밀폐성을 발휘하는 절연성 재료인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 통전되도록 부착된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 타공홀의 크기는 보다 실링절연재의 실링홀의 크기가 작거나 같은 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 발전소자와 하부음극케이스와의 사이에 양극절연재를 개재한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 전해질은 액체나 젤 형태의 전해질은 물론 고체형 전해질인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 음극탭은 발전소자의 외주면에 형성되어 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부를 구비한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 연장부는 상부음극케이스의 내면에 마련된 부착부에 부착되어 전기적으로 통전되고, 상기 발전소자와 연장부와의 사이에 음극절연재을 더 개재한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 상부음극케이스와 하부음극케이스와의 음극계면에 통전성 밀폐재를 개재한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전성 밀폐재는 금속 또는 비철금속의 도전볼이나 도전성 세라믹을 포함한 고분자재나 고분자 필름, 고무재나 고무 필름, 또는 전도성 고분자나 그 필름인 것일 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 두번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 하부음극케이스와 양극판을 실링절연재를 개재시켜 열융착된 하부케이스를 준비하는 단계(S1)와, 상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자를 마련하는 단계(S2)와, 상기 발전소자를 함침하도록 전해질을 주입하는 단계(S3)와, 상기 하부음극케이스에서 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부가 구비된 음극탭을 구비하는 단계(S4) 및 상기 연장부가 부착되는 부착부를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스를 포함하는 상부케이스를 준비하는 단계(S5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 통전되도록 부착된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 타공홀의 크기는 보다 실링절연재의 실링홀의 크기가 작거나 같은 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 발전소자와 하부음극케이스와의 사이에 양극절연재를 개재한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 음극탭은 발전소자의 외주면에 형성되어 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부를 구비한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 연장부는 상부음극케이스의 내면에 마련된 부착부에 부착되어 전기적으로 통전되고, 상기 발전소자와 연장부와의 사이에 음극절연재을 더 개재한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 상부음극케이스와 하부음극케이스와의 음극계면에 통전성 밀폐재를 개재한 것일 수 있다.
또 한편 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 하부음극케이스와 양극판을 실링절연재를 개재시켜 열융착된 하부케이스를 준비하는 단계(S1)와, 상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자를 마련하는 단계(S2)와, 상기 하부음극케이스에서, 전해질 주입홀이 타공된 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부가 구비된 음극탭을 준비하는 단계(S3')와, 상기 연장부가 부착되는 부착부를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스를 포함하는 상부케이스를 준비하는 단계(S4')와, 상기 전해질 주입홀을 통하여 전해질을 주입하는 단계(S5') 및 상기 전해질 주입홀을 막는 단계(S6)을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 전해질의 주입은 전해질 주입홀을 향하여 개방되고, 전해질 주입홀의 테두리에 맞닿아 누수를 방지할 수 있는 밀폐재를 구비한 주입지그에 의하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 전해질 주입홀을 막는 막음판의 크기는 주입홀의 크기 보다 큰 것일 수 있다.
또 한편, 상술한 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 소형 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따르는 소형 이차전지 및 그 제조방법에 의하면 무선이어폰, 전자담배와 같은 소형 어플리케이션에 전기·화학적으로 안정적인 적용이 가능하여 소형전지의 이상 작동으로 인한 갑작스런 고온 발생이나 가스폭발을 예방하거나 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따르는 소형 이차전지의 단면을 나타낸 그림이고,
도 2는 도 1의 이차전지를 분리하여 나타낸 그림이며,
도 3은 본 발명에 따르는 이차전지의 제조방법을 도식적으로 순서대로(a → b → c → d → e)나타낸 그림이고,
도 4는 본 발명에 따르는 소형 이차전지의 다른 실시예(100')의 단면을 나타낸 그림이며,
도 5는 본 발명에 따르는 다른 실시예의 단면을 나타낸 도면이고,
도 6은 종래 소형 이차전지의 사진으로 사시적 외형(a)과 단면(b)을 보여주며,
도 7은 종래 소형 이차전지의 다른 사진으로 사시적 외형(a)과 단면(b)을 보여준다.
도 2는 도 1의 이차전지를 분리하여 나타낸 그림이며,
도 3은 본 발명에 따르는 이차전지의 제조방법을 도식적으로 순서대로(a → b → c → d → e)나타낸 그림이고,
도 4는 본 발명에 따르는 소형 이차전지의 다른 실시예(100')의 단면을 나타낸 그림이며,
도 5는 본 발명에 따르는 다른 실시예의 단면을 나타낸 도면이고,
도 6은 종래 소형 이차전지의 사진으로 사시적 외형(a)과 단면(b)을 보여주며,
도 7은 종래 소형 이차전지의 다른 사진으로 사시적 외형(a)과 단면(b)을 보여준다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하나, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
아울러, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 하므로, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따르는 소형 이차전지의 단면을 나타낸 그림이고, 도 2는 도 1의 이차전지를 분리하여 나타낸 그림이며, 도 3은 본 발명에 따르는 이차전지의 제조방법을 도식적으로 순서대로(a → b → c → d → e)나타낸 그림이고, 도 4는 본 발명에 따르는 소형 이차전지의 다른 실시예(100')의 단면을 나타낸 그림이고, 도 5는 본 발명에 따르는 다른 실시예의 단면을 나타낸 도면인데, 이를 참조한다.
본 발명에 따르는 소형 이차전지(100)는 하부음극케이스(210)와 양극판(220)을 실링절연재(230)를 개재시켜 열융착된 하부케이스(200)와, 상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭(310)이 하부음극케이스에 타공된 타공홀(212)을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자(300)와, 상기 발전소자를 함침하도록 하부케이스 내부로 주입된 전해질(400)과, 상기 하부음극케이스에서 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부(510)를 구비한 음극탭(500)과, 상기 연장부(510)가 부착되는 부착부(610)를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스(620)를 포함하는 상부케이스(600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 상기 하부케이스(200)는 하부음극케이스(210)와 양극판(220)을 실링절연재(230)를 개재시켜 열융착되고, 발전소자나 전해질을 내입하며 외부로 진해질이 누액이나 누설되는 것을 방지하도록 마련된 하우징이며, 바람직하게는 상기 실링절연재(230)는 압착하거나 가열하는 경우에 하부음극케이스(210)이나 양극판(220)과의 접착계면에 밀착되어 부착성과 밀폐성을 발휘하는 절연성 재료인 한 제한없이 사용할 수 있고, 특별히 이차전지의 이상작동이라고 판단할 수 있는 온도나 압력에서 용융되어 내부 기체를 외부로 누설시키거나 접착계면이 벌어질 수 있는 고분자수지재를 사용할 수 있다.
아울러, 상기 발전소자(300)는 상기 하부케이스의 내부에 매립되어, 발전소자의 양극탭(310)이 하부음극케이스에 타공된 타공홀(212)을 관통하여 양극판에 부착되어 통전되도록 양극탭을 구비하는데, 상기 양극탭(310)은 주로 발전소자의 가운데 부분에서 하부음극케이스의 타공홀(212)을 지나도록 마련될 수 있다.
그런데, 상기 타공홀(212)에 양극탭(310)이 닿을 경우에 전기적 쇼트가 발생될 수 있으므로, 상기 타공홀(212)의 타공된 홀의 크기 보다 실링절연재(230)의 실링홀(232)의 크기가 같이가 작을 필요가 있으며, 만일 상기 타공홀(212)의 타공된 홀의 크기 보다 실링절연재(230)의 실링홀(232)의 크기가 큰 경우에는 타공홀과 양극판과의 사이에서 전기적 쇼트가 발생되어 이차전지의 내부에 고온 발생이나 고압이 형성되어 불량이 양산될 우려가 있다.
더 나아가, 상기한 대로 양극탭(310)이 하부음극케이스나 타공홀 테두리에 닿을 우려를 방지하기 위하여, 양극절연재(320)를 발전소자와 하부음극케이스와의 사이에 개재시킬 수 있으며, 개재되는 양극절연재는 절연성과 전해질에 의한 부식에 저항하는 내부식성을 구비한 고분자재가 바람직하다.
한편, 상기 발전소자를 함침하도록 하부케이스 내부로 주입된 전해질(400)은 그 상(phase; 페이스)이 액체나 젤 형태의 전해질은 물론 고체형 전해질 등 발전효율이나 내구성이 우수한 것인 한, 페이스 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 리튬이온 전지의 경우에 리튬이온(Li+)과 전자(e-)가 충방전을 반복하는 경우라도 고유한 유동성이나 이동성이 장기간 유지될 수 있는 전해질이 바람직하다.
또 한편, 상기 하부음극케이스에서 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부(510)가 구비된 음극탭(500)은 상기 양극탭(310)이 발전소자의 가운데 부분에 마련된 경우라면, 발전소자의 외주면에 형성되어 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부가 형성된 것이 바람직하다.
이러한 연장부(510)는 상부음극케이스(620)의 내면에 마련된 부착부(610)에 부착되어 전기적으로 통전될 수 있는데, 연장부가 양극탭에 닿는 가능성을 배제하기 위하여 발전소자와 연장부와의 사이에 음극절연재(330)을 더 개재할 수 있다.
여기서, 전기적으로 통전되도록 부착하는 방법은 전기적으로 통전될 수 있는 한 특별하게 한정할 것은 아니나, 용접 방법에 의할 수 있고 예를 들면, 레이저용접, 마찰용접, 초음파용접, 심용접 등이 있다 할 것이고, 앞서 언급한 전기적 통전 역시 특별하게 다른 언급이 없는 한 용접에 의하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 상부케이스(600)는 부착부(610)가 발전소자를 향하도록 배향시켜, 하부음극케이스(620)의 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스(620)를 포함한다.
여기서 하부음극케이스(210)의 외주가 원형, 즉 하부음극케이스 외형이 원통형인 경우라면, 상부음극케이스(620) 역시 원형으로 외주가 마련되어 하부음극케이스(210)의 외주면에 닿으며 끼워맞춤되어 통전성을 확보함은 물론 내부 전해질이나 기체가 누액이나 누설되는 것을 방지할 수 있는 기밀성, 밀폐성을 구비하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상술한 대로 상부음극케이스(620)를 하부음극케이스(210)의 외주면에 맞닿아 끼워맞춰어도 금속재나 비철금속재로 이루어진 상하부음극케이스(620, 210)는 기계적으로 닿는 상하부음극케이스(620, 210)의 음극계면에 미세한 틈이 제조시에 불량으로 생기거나 제조시 양품이라도 경시적으로 그런 불량이 발생될 수 있고 이차전지의 이상작동시 고열이나 고압의 상황하에 폭발이나 폭주를 방지할 필요가 있으므로, 이를 보완하도록 통전성 밀폐재(630)를 음극계면에 개재시킬 수 있다.
본 발명에서의 금속이나 비철금속으로는 철, 알루미늄, 니켈, 구리, 서스(SUS) 등이나 이들의 합금을 사용할 수 있다.
이 경우 상기 통전성 밀폐재(630)는 열을 가하거나 가압하여 용융되어 음극계면에서 밀착될 수 있고 부착되어 통전될 수 있는 재료인 한 특별하게 한정할 것은 아니나, 금속 또는 비철금속의 도전볼이나 도전성 세라믹을 포함한 고분자재나 고분자 필름, 고무재나 고무 필름을 사용하거나, 전도성 고분자나 그 필름을 사용할 수 있고, 저온 솔더재를 사용할 수 있음은 물론이다.
따라서, 상기 상하부음극케이스(620, 210)의 음극계면을 통하여 외부의 회로나 기기에 음극 단자로서 역할을 수행할 수 있고, 이차전지 내부의 이상작동으로 인한 고온이나 고압 발생시, 통전성 밀폐재(630)는 용융되거나 깨질 수 있으므로 이차전지의 폭발이나 폭주를 방지할 수 있다.
한편, 상술한 소형 이차전지(100)를 제조하는 방법은 하부음극케이스와 양극판을 실링절연재를 개재시켜 열융착된 하부케이스를 준비하는 단계(S1)와, 상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자를 마련하는 단계(S2)와, 상기 발전소자를 함침하도록 전해질을 주입하는 단계(S3)와, 상기 하부음극케이스에서 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부가 구비된 음극탭을 구비하는 단계(S4) 및 상기 연장부가 부착되는 부착부를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스를 포함하는 상부케이스를 준비하는 단계(S5)를 포함하는 특징이 있다.
먼저, 하부음극케이스(210)와 양극판(220)을 실링절연재(230)를 개재시켜 열융착된 하부케이스(200)를 준비하는 단계(S1)를 볼 수 있다.
상기 하부케이스(200)는 하부음극케이스(210)와 양극판(220)을 실링절연재(230)를 개재시켜 열융착되고, 발전소자나 전해질을 내입하며 외부로 진해질이 누액이나 누설되는 것을 방지하도록 마련된 하우징이며, 바람직하게는 상기 실링절연재(230)는 압착하거나 가열하는 경우에 하부음극케이스(210)이나 양극판(220)과의 접착계면에 밀착되어 부착성과 밀폐성을 발휘하는 절연성 재료인 한 제한없이 사용할 수 있고, 특별히 이차전지의 이상작동이라고 판단할 수 있는 온도나 압력에서 용융되어 내부 기체를 외부로 누설시키거나 접착계면이 벌어질 수 있는 고분자수지재를 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭(310)이 하부음극케이스에 타공된 타공홀(212)을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자(300)를 마련하는 단계(S2)를 볼 수 있다.
여기서 상기 발전소자(300)는 상기 하부케이스의 내부에 매립되어, 발전소자의 양극탭(310)이 하부음극케이스에 타공된 타공홀(212)을 관통하여 양극판에 부착되어 통전되도록 양극탭을 구비하는데, 상기 양극탭(310)은 주로 발전소자의 가운데 부분에서 하부음극케이스의 타공홀(212)을 지나도록 마련될 수 있는데, 상기 타공홀(212)에 양극탭(310)이 닿을 경우에 전기적 쇼트가 발생될 수 있으므로, 상기 타공홀(212)의 타공된 홀의 크기 보다 실링절연재(230)의 실링홀(232)의 크기가 같이가 작을 필요가 있으며, 만일 상기 타공홀(212)의 타공된 홀의 크기 보다 실링절연재(230)의 실링홀(232)의 크기가 큰 경우에는 타공홀과 양극판과의 사이에서 전기적 쇼트가 발생되어 이차전지의 내부에 고온 발생이나 고압이 형성되어 불량이 양산될 우려가 있다.
더 나아가, 상기한 대로 양극탭(310)이 하부음극케이스나 타공홀 테두리에 닿을 우려를 방지하기 위하여, 양극절연재(320)를 발전소자와 하부음극케이스와의 사이에 개재시킬 수 있으며, 개재되는 양극절연재는 절연성과 전해질에 의한 부식에 저항하는 내부식성을 구비한 고분자재가 바람직하다.
다음으로, 상기 발전소자를 함침하도록 전해질을 주입하는 단계(S3)는 상기 전해질의 상(phase; 페이스)은 액체나 젤 형태의 전해질은 물론 고체형 전해질 등 발전효율이나 내구성이 우수한 것인 한, 페이스 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 리튬이온 전지의 경우에 리튬이온(Li+)과 전자(e-)가 충방전을 반복하는 경우라도 고유한 유동성이나 이동성이 장기간 유지될 수 있는 전해질이 바람직하다.
여기서, 전해질을 주입은 주입지그(700)는 하부케이스의 내부를 향해 개방되어 있으며, 하부케이스의 테두리에 맞닿아 누수를 방지할 수 있는 밀폐재(710, 예를 들어, O-ring)를 주입지그의 테두리에 마련하고 있어 주입지그로 전해질을 흘리면 발전소자를 함침하도록 유입된다.
다음으로, 상기 하부음극케이스에서 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부(510)가 구비된 음극탭(500)을 준비하는 단계(S4)를 살펴본다.
상기 하부음극케이스에서 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부(510)가 구비된 음극탭(500)은 상기 양극탭(310)이 발전소자의 가운데 부분에 마련된 경우라면, 발전소자의 외주면에 형성되어 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부가 형성된 것이 바람직하며, 상기 연장부(510)는 상부음극케이스(620)의 내면에 마련된 부착부(610)에 부착되어 전기적으로 통전될 수 있는데, 연장부가 양극탭에 닿는 가능성을 배제하기 위하여 발전소자와 연장부와의 사이에 음극절연재(330)을 더 개재할 수 있다.
여기서, 전기적으로 통전되도록 부착하는 방법은 전기적으로 통전될 수 있는 한 특별하게 한정할 것은 아니나, 용접 방법에 의할 수 있고 예를 들면, 레이저용접, 마찰용접, 초음파용접, 심용접 등이 있다 할 것이고, 앞서 언급한 전기적 통전 역시 특별하게 다른 언급이 없는 한 용접에 의하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상술한 연장부(510)가 부착되는 부착부(610)를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스(620)를 포함하는 상부케이스(600)를 준비하는 단계(S5)를 볼 수 있다.
또한, 상기 상부케이스(600)는 부착부(610)가 발전소자를 향하도록 배향시켜, 하부음극케이스(620)의 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스(620)를 포함한다.
여기서 하부음극케이스(210)의 외주가 원형, 즉 하부음극케이스 외형이 원통형인 경우라면, 상부음극케이스(620) 역시 원형으로 외주가 마련되어 하부음극케이스(210)의 외주면에 닿으며 끼워맞춤되어 통전성을 확보함은 물론 내부 전해질이나 기체가 누액이나 누설되는 것을 방지할 수 있는 기밀성, 밀폐성을 구비하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상술한 대로 상부음극케이스(620)를 하부음극케이스(210)의 외주면에 맞닿아 끼워맞춰어도 금속재나 비철금속재로 이루어진 상하부음극케이스(620, 210)는 기계적으로 닿는 상하부음극케이스(620, 210)의 음극계면에 미세한 틈이 제조시에 불량으로 생기거나 제조시 양품이라도 경시적으로 그런 불량이 발생될 수 있고 이차전지의 이상작동시 고열이나 고압의 상황하에 폭발이나 폭주를 방지할 필요가 있으므로, 이를 보완하도록 통전성 밀폐재(630)를 음극계면에 개재시킬 수 있다.
이 경우 상기 통전성 밀폐재(630)는 열을 가하거나 가압하여 용융되어 음극계면에서 밀착될 수 있고 부착되어 통전될 수 있는 재료인 한 특별하게 한정할 것은 아니나, 금속 또는 비철금속의 도전볼이나 도전성 세라믹을 포함한 고분자재나 고분자 필름, 고무재나 고무 필름을 사용하거나, 전도성 고분자나 그 필름을 사용할 수 있음은 물론이다.
따라서, 상기 상하부음극케이스(620, 210)의 음극계면을 통하여 외부의 회로나 기기에 음극 단자로서 역할을 수행할 수 있고, 이차전지 내부의 이상작동으로 인한 고온이나 고압 발생시, 통전성 밀폐재(630)는 용융되거나 깨질 수 있으므로 이차전지의 폭발이나 폭주를 방지할 수 있다.
또 한편, 상술한 상부음극케이스(620)에 전해질 주입홀(622)를 타공하는 경우에는 변경된 제2의 제조공정을 수행할 수 있다.
즉, 상기 소형 이차전지의 제2 제조공정은 하부음극케이스와 양극판을 실링절연재를 개재시켜 열융착된 하부케이스를 준비하는 단계(S1)와, 상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자를 마련하는 단계(S2)와, 상기 하부음극케이스에서, 전해질 주입홀(622)이 타공된 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부(510)가 구비된 음극탭(500)을 준비하는 단계(S3')와, 상기 연장부(510)가 부착되는 부착부(610)를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스(620)를 포함하는 상부케이스(600)를 준비하는 단계(S4')와, 상기 전해질 주입홀(622)을 통하여 전해질을 주입하는 단계(S5') 및 상기 전해질 주입홀을 막는 단계(S6)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭(310)이 하부음극케이스에 타공된 타공홀(212)을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자(300)를 마련하는 단계(S2)에 이어서, 전해질을 주입(S3단계)하기 전에 먼저, S3'단계로 상기 하부음극케이스에서, 전해질 주입홀(622)이 타공된 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부(510)가 구비된 음극탭(500)을 준비하는 단계를 둘 수 있다.
상기 상부음극케이스(620)는 전해질 주입홀(622)을 구비하고 있으므로 전해질 주입공정을 뒤로 미루고 상기 S3' 단계에 이어서 상술한 연장부(510)가 부착되는 부착부(610)를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스(620)를 포함하는 상부케이스(600)를 준비하는 S4'공정을 수행할 수 있다.
다음으로, 상술한 S4'공정에 이어서 전해질 주입홀(622)을 통하여 전해질을 주입하고(S5'단계), 전해질 주입홀을 막는 공정을 공정(S6)을 더 구비할 수 있다.
여기서, 전해질을 주입은 주입지그(700)는 하부케이스의 내부가 아닌 전해질 주입홀(622)을 향하여 개방되어 있으며, 전해질 주입홀의 테두리에 맞닿아 누수를 방지할 수 있는 밀폐재(710, 예를 들어, O-ring)를 주입지그의 테두리에 마련하고 있어 주입지그로 전해질을 흘리면 발전소자를 함침하도록 유입된다.
또한 전해질 주입이 완료된 후에 주입홀(622)을 막게 되는데, 주입홀에 강제삽입될 수 있는 내식성의 고분자재, 고무재인 주입홀 막음재(700)를 강제로 주입홀에 삽입하여 막거나, 주입홀을 관통된 영역을 덮는 막음판(700')을 주입홀 상부에 부착시킬 수 있으며, 상기 막음판과 상부음극케이스를 용접하거나 열융착재(앞서 설명한 실링절연수지나 전도성 접착수지를 사용할 수 있다)를 개재시켜 부착시킬 수 있는데, 이는 이차전지의 이상작동시 폭발이나 폭주를 해소할 수 있는 온도나 압력에서 누설이나 누출(leakage or out-gasing)이 가능하도록 선택하여 적용할 수 있다 하겠다.
여기서, 상기 막은판(700')의 크기는 주입홀(622)의 크기 보다 큰 것이어야 하고 주입홀로 뚫린 영역 전체를 덮도록 부착되는 것이어야 하며, 만일 같거나 작은 경우에는 주입홀의 일부 영역이 노출되어 진해질이 누설될 수 있다.
그리고 전해질 주입홀의 성형과 주입홀을 막는 공정, 이와 관련된 공정 외에 여타의 기술적 특징들은 앞서서 설명한 이러한 소형 이차전지의 제조방법과 같거나 유사하여 여기서 상세한 설명은 생략한다.
소형 이차전지 100, 하부케이스 200,
하부음극케이스 210, 타공홀 212,
양극판 220, 실링절연재 230,
발전소자 300, 양극탭 310,
전해질 400, 음극탭 500,
연장부 510, 상부케이스 600,
부착부 610, 상부음극케이스 620.
하부음극케이스 210, 타공홀 212,
양극판 220, 실링절연재 230,
발전소자 300, 양극탭 310,
전해질 400, 음극탭 500,
연장부 510, 상부케이스 600,
부착부 610, 상부음극케이스 620.
Claims (21)
- 하부음극케이스와 양극판을 실링절연재를 개재시켜 열융착된 하부케이스;
상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자;
상기 발전소자를 함침하도록 하부케이스 내부로 주입된 전해질;
상기 하부음극케이스에서 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부를 구비한 음극탭; 및
상기 연장부가 부착되는 부착부를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스를 포함하는 상부케이스;를 포함하고,
상기 음극탭은 발전소자의 외주면에 형성되어 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부를 구비하며,
상기 연장부는 상부음극케이스의 내면에 마련된 부착부에 부착되어 전기적으로 통전되고, 상기 발전소자와 연장부와의 사이에 음극절연재을 더 개재한 것이고,
상기 상부음극케이스와 하부음극케이스와의 음극계면에 통전성 밀폐재를 개재한 것을 특징으로 하는 소형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 실링절연재는 압착하거나 가열하는 경우에 하부음극케이스와 양극판과의 접착계면에 밀착되어 부착성과 밀폐성을 발휘하는 절연성 재료인 것을 특징으로 하는 소형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 통전되도록 부착된 것을 특징으로 하는 소형 이차전지.
- 제 3 항에 있어서,
상기 타공홀의 크기 보다 실링홀의 크기가 작거나 같은 것을 특징으로 하는 소형 이차전지.
- 제 3 항에 있어서,
상기 발전소자와 하부음극케이스와의 사이에 양극절연재를 개재한 것을 특징으로 하는 소형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전해질은 액체나 젤 형태의 전해질은 물론 고체형 전해질인 것을 특징으로 하는 소형 이차전지.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 통전성 밀폐재는 금속 또는 비철금속의 도전볼이나 도전성 세라믹을 포함한 고분자재나 고분자 필름, 고무재나 고무 필름, 또는 전도성 고분자나 그 필름인 것을 특징으로 하는 소형 이차전지.
- 하부음극케이스와 양극판을 실링절연재를 개재시켜 열융착된 하부케이스를 준비하는 단계(S1);
상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자를 마련하는 단계(S2);
상기 발전소자를 함침하도록 전해질을 주입하는 단계(S3);
상기 하부음극케이스에서 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부가 구비된 음극탭을 구비하는 단계(S4); 및
상기 연장부가 부착되는 부착부를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스를 포함하는 상부케이스를 준비하는 단계(S5);를 포함하고,
상기 음극탭은 발전소자의 외주면에 형성되어 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부를 구비하며,
상기 연장부는 상부음극케이스의 내면에 마련된 부착부에 부착되어 전기적으로 통전되고, 상기 발전소자와 연장부와의 사이에 음극절연재을 더 개재한 것이고,
상기 상부음극케이스와 하부음극케이스와의 음극계면에 통전성 밀폐재를 개재한 것을 특징으로 하는 소형 이차전지의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 통전되도록 부착된 것을 특징으로 하는 소형 이차전지의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 타공홀의 크기 보다 실링절연재의 실링홀의 크기가 작거나 같은 것을 특징으로 하는 소형 이차전지의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 발전소자와 하부음극케이스와의 사이에 양극절연재를 개재한 것을 특징으로 하는 소형 이차전지의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 하부음극케이스와 양극판을 실링절연재를 개재시켜 열융착된 하부케이스를 준비하는 단계(S1);
상기 하부케이스의 내부에 매립되되, 발전소자의 양극탭이 하부음극케이스에 타공된 타공홀을 관통하여 양극판에 부착된 발전소자를 마련하는 단계(S2);
상기 하부음극케이스에서, 전해질 주입홀이 타공된 상부음극케이스가 있는 방향으로 연장된 연장부가 구비된 음극탭을 준비하는 단계(S3');
상기 연장부가 부착되는 부착부를 마련하여 하부음극케이스에 외주면으로 전기가 통전되도록 끼워진 상부음극케이스를 포함하는 상부케이스를 준비하는 단계(S4');
상기 전해질 주입홀을 통하여 전해질을 주입하는 단계(S5'); 및
상기 전해질 주입홀을 막는 단계(S6);을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 이차전지의 제조방법.
- 제 18 항에 있어서,
상기 전해질의 주입은 전해질 주입홀을 향하여 개방되고, 전해질 주입홀의 테두리에 맞닿아 누수를 방지할 수 있는 밀폐재를 구비한 주입지그에 의하는 것을 특징으로 하는 소형 이차전지의 제조방법.
- 제 18 항에 있어서,
상기 전해질 주입홀을 막는 막음판의 크기는 주입홀의 크기 보다 큰 것을 특징으로 하는 소형 이차전지의 제조방법.
- 제 18 내지 20 항 중 어느 한 항에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 소형 이차전지.
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