KR19990084566A - 각형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

목적: 본 발명은 컴팩트한 구조로 전지 기전력의 상승 및 고용량화를 도모함과 아울러 구동전압이 상이한 포터블 기기에 공용화할 수 있도록 한 새로운 구조의 각형 이차 전지를 제공하고자 한다.
구성: 본 발명의 각형 이차전지는, 전지케이스를 이루는 캔 내부에 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취된 전극롤이 적어도 두개가 삽입되어 제작되는 것으로, 특히 상기 각각의 전극롤은 평면외형상 사각으로 성형되고, 상기 캔 내부에는 상기 각각의 전극롤 사이를 구획하는 격벽이 형성되며, 상기 각각의 전극롤 간의 접속을 직렬 또는 병렬로 절환하기 위한 절환스위치가 구비된 것을 특징이다.
효과 : 이상에서 설명한 바와같은 구성으로 된 본 발명은 높은 기전력을 발생시킬 수 있음은 물론이고 불용공간을 최소화하여 전지용량 및 수명특성을 향상시킬 수 있으며, 종래에 비해 전지의 제조공정을 간소화할 수 있게 된다.
또, 종래와 동일한 전지용량을 갖도록 제조하는 조건에서는 전지의 박형화 및 소형화가 가능하며, 비슷한 정도 용량의 전지를 사용하며 구동전압이 상이한 모든 포터블 기기들의 전지 수납함 및 콘넥터를 규격화한 경우에 본 발명의 전지 하나로 공용화하여 사용할 수 있다.

Description

각형 이차전지
본 발명은 각형 이차 전지에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 컴팩트한 구조로 전지 기전력의 상승 및 고용량화를 도모함과 아울러 구동전압이 상이한 포터블 기기에 공용화할 수 있도록 한 새로운 구조의 각형 이차 전지에 관한 것이다.
각형 이차 전지는 포터블 기기를 더욱 소형화하거나 외형적 디자인의 다양화를 도모하기 위하여 각형으로 제작된 케이스 내에 극판군을 말은 전극롤을 삽입하고 전해액을 주입한 후 밀봉시킨 구조로 된 전지이다.
특히 각형 리튬이온 이차전지의 경우, 하나의 각형 캔 내부에 각각 하나의 양극과 음극을 세퍼레이터를 사이에 두고 겹쳐서 권취함으로써 전극롤(jelly-roll)을 제작한 후, 이 전극롤을 상기 각형 캔 내에 삽입될 수 있는 형태가 되도록 프레스로 성형하여 캔에 삽입한 다음, 캔 내부에 전해액을 충전하고 캔의 개구부에 캡어셈블리를 덮어 밀봉함으로써 전지를 제작한다.
이렇게 제작된 전지는 공칭전압이 3.6V인 기기에 세트되어 사용되는 것인 바, 종래에는 전지를 사용하는 기기에서 요구되는 구동전압이 3.6V 이상인 경우에 낱셀을 두개이상 직렬로 연결한 팩(PACK)전지가 사용되었다.
그러나, 기기의 소형화, 박형화하는 추세에서 전술한 바와같이 전지셀을 직렬로 연결한 팩전지를 사용한다는 것은 케이스가 차지하는 불용공간(dead space)으로 인해 공간활용적 측면에서 비효율적이고, 이 직렬연결된 셀들을 수지테이프로 몰딩하여야 하므로 외관이 불량하게 된다.
또, 전술한 종래의 각형 전지의 경우, 동일한 외형규격이라도 공칭전압이 낮은 전지를 제작하기 위해서는 별도의 생산라인에서 제조하거나 동일 생산라인에서 별도의 공정으로 제조하여야 한다는 문제점이 있다.
또한, 사용자 입장에서 보면, 최근 2차 전지를 사용하는 포터블기기가 다양화됨에 따라 기기들에 맞는 각각의 전지들을 따로 준비하여야 하고, 더욱이 출장 등으로 인해 장시간동안 사용하여야 하는 경우에는 그 전지들에 맞는 각각의 충전기들을 모두 준비하여야 하는 불편이 있었다.
전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 낱셀을 연결하여 제작하지 않고서도 높은 기전력을 발생하는 각형 이차전지를 제공함에 그 목적을 두고 있다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 종래의 팩전지에서 캔이 차지하는 불용공간을 최소화함으로써 고용량화를 도모하려는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 전지 활용도를 더욱 향상시켜 구동전압이 상이하더라도 비슷한 용량의 전지를 사용하는 모든 포터블 기기의 전지 수납함 및 콘넥터를 규격화한 경우에 공용화될 수 있도록 하려는 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 의한 각형 리튬이온 이차전지의 구성을 보인 개략단면도
도 2 은 본 발명의 실시예에 의한 각형 이차전지의 외형을 보인 사시도
도 3 은 본 발명의 실시예에 의한 직렬접속시의 배선연결을 보인 회로도
도 4 은 본 발명의 실시예에 의한 병렬접속시의 배선연결을 보인 회로도
도 5 은 본 발명의 실시예에 의한 전지조립시의 캔의 일부를 전개한 사시도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
20-캔 21-격벽
40-전극롤 41-탭
43-도전리드 47-절연판
60-캡어셈블리 61-양극단자
63-안전변 SW-절환스위치
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 각형 이차전지는, 전지케이스를 이루는 캔 내부에 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취된 전극롤이 적어도 복수개가 삽입되어 제작된다.
특히, 상기 각각의 전극롤은 평면외형상 사각으로 성형되는 것이 바람직하며, 이는 전극롤을 구성하는 양극 및 음극의 유효공간을 더욱 확장할 수 있어 전지의 고용량화를 실현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 각형 이차전지는, 전술한 캔 내부에 복수개의 전극롤을 삽입하여 제작하는 구성과 아울러, 상기 전극롤간의 접속을 직렬 또는 병렬로 절환하기 위한 절환스위치가 구비되게 하며, 이로써 구동전압이 상이한 규격화 포터블 기기들에 공용될 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 의한 각형 리튬이온 이차전지의 구성을 보인 개략단면도로서, 각형 리튬이온 이차전지의 케이스를 이루는 캔(20) 내부에는 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취되어 평면외형상 대략 사각으로 프레스로 성형된 두개의 전극롤(40)이 삽입되며, 상기 캔(20) 내부에는 상기 두 전극롤(40)을 구획하는 격벽(21)을 형성하여 전지 반응시의 상호간의 영향이 최소화되게 한다.
한편, 캔(20)의 상부에는 방폭기능을 수행하는 안전변(63)과, 인슐레이터(65)에 의해서 캔(20)과 전기적으로 분리된 양극단자(61)를 포함하는 캡어셈블리(60)가 마련되며, 그 장착구조는 종래의 각형 리튬이온 전지와 동일하게 할 수 있다. 또, 캔(20)은 두 전극롤(40)이 형성하는 최저전위 개소인 음극에 탭(41)을 통해서 연결된다.
또한, 본 발명은 상기 두 전극롤(40)이 서로 직렬 또는 병렬접속되게 하여 구성할 수 있다.
전술한 전극롤(40)의 직렬접속은 전지의 작동전압이 높게 요구될 때 행하고, 병렬접속은 전지의 작동전압이 낮게 요구될 때 행한다. 예컨대, 리튬이온 이차전지의 경우에는 직렬접속시에는 7.2V, 병렬접속시에는 3.6V의 기전력이 발생한다. 여기에서, 상기한 병렬접속의 경우에는 하나의 전극롤(40)을 사용할 때에 비해 두배로 용량이 향상되는 것은 물론이다.
특히, 직렬접속의 경우에는, 상기 두 개의 전극롤(40) 중 하나는 양극, 다른 하나는 음극이 서로 도전리드(43)를 통해 연결되고, 상기 각각의 전극롤(40)의 연결되지 않은 음극과 양극은 탭(41)을 통해서 음극단자로 사용되는 캔(20)과 상기 캔(20) 상부의 캡어셈블리(60)에 마련된 양극단자(61)로 각각 연결된다.
도면의 미설명부호 47은 전극롤(40)의 하부에 덧대어지는 절연판으로, 극판이 캔(20)과의 접촉으로 인해 단락되는 것을 방지한다.
도 2 은 본 발명의 실시예에 의한 각형 이차전지의 외형을 보인 사시도로서, 필요에 따라서는 캔(20)의 외부로 조작부가 노출된 절환스위치(SW)를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 절환스위치(SW)는 사용자의 필요에 따라 상기 두 전극롤(40)을 도 3 에 도시된 바와같이 직렬연결 또는 도 4 에 도시된 바와같이 병렬연결하기 위한 절환수단이다.
상기 절환스위치(SW)는 도 5 에 도시된 바와같이 캔(20)의 소정부위를 함몰시켜 형성한 장착부(23)에 몰입장착하여 전해액에 침수되지 않게 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 전극롤(40)과 절환스위치(SW)를 연결하는 배선(45)은 캔(20)을 관통하여 장착부(23)로 취출되도록 하되, 전술한 캔(20)의 밀봉이 완료된 후 관통부위의 밀봉이 중요하다.
이와같이 구성된 본 발명은 전지 제조시, 전술한 바와같이 캔(20) 내부에 두 전극롤(40)을 구획하는 격벽(21)을 형성할 경우, 도 5 에 도시된 바와같이 캔(20)의 측면을 개구하여 전극롤(40)을 삽입하고 전해액을 주입한 후, 개구된 측면판을 닫고서 레이저로 밀봉하는 과정으로 조립하고, 상기 절환스위치(SW)로 연결되는 캔(20)의 관통부위는 전지내압을 견딜 수 있는 실링재로서 밀봉한다.
만일, 캔(20) 내부에 상기의 격벽(21)을 형성하지 않을 경우에는 통상적인 전지제조방법과 동일하게 캔(20) 상부를 개구시켜 전극롤(40)의 삽입 및 전해액의 주입을 완료한 후 캡어셈블리(60)를 얹어 레이저로 밀봉하는 과정으로 조립하면 된다.
이와같은 과정으로 제조되는 본 발명의 각형 이차전지는 두 전극롤(40)의 직렬연결에 의한 전압증대를 용이하게 구현할 수 있게 되며, 종래의 팩전지에서 캔(20)이 차지하는 불용공간을 활용할 수 있게 되므로 전지의 용량 및 수명특성을 향상할 수 있게 된다. 더욱이 전극롤(40)을 사각으로 형성함으로써 전지내부의 활물질 수용량을 늘일 수 있으므로 상기한 전지용량 및 수명특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 종래의 팩전지와 동일한 용량의 조건에서는 전지의 박형화 및 소형화가 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 하나의 캔(20) 내부에 두 개의 전극롤(40)을 삽입하여 제작하므로 절환스위치(SW)를 생략하여 제작한 경우, 각각의 캔(20) 내부에 전극롤(40)을 삽입하여 낱셀로 제작한 후 배선연결하여 몰딩시켜 제작하던 종래에 비해서 제작공정이 간소화된다.
이러한 구조적 특징에 의해서, 캡어셈블리(60)에 마련된 양극단자(61)에서 출력된 정전위의 전류는 사용하고자 하는 기기의 부하요소를 흐른 후 상대적으로 부전위인 음극단자로 사용된 캔(20)으로 흐르게 되는 것이다.
이때, 본 발명은 절환스위치(SW)를 조작하여, 사용하고자 하는 기기의 구동전압에 맞게 전지 전압을 가변할 수 있다. 즉, 작동전압이 높은 기기에 사용하고자 할 경우에는 절환스위치(SW)를 조작함으로써 상기 두 전극롤(40)이 도 3 에 도시된 바와같이 직렬연결되게 하고, 상대적으로 작동전압이 절반인 기기에 사용하고자 할 경우에는 절환스위치(SW)를 반대위치로 절환조작하여 도 4 에 도시된 바와같이 상기 두 전극롤(40)이 서로 병렬연결되게 한다.
따라서, 소비전력이 비슷한 포터블기기의 전지 수납함 및 콘넥터를 규격화 한다면, 본 발명의 각형 이차전지 하나만으로 공통적으로 사용할 수 있게 된다.
예를 들어, 사용자가 서로 구동전압이 3.6V 및 7.2V로 두배 차이인 카메라와 카세트플레이어를 함께 휴대하고서 여행하는 경우, 절환스위치(SW)가 마련된 본 발명의 각형 이차전지 하나만으로도 전술한 두 기기를 사용할 수 있게 되며, 또한 전지를 충전하기 위한 충전기 역시도 하나만 휴대하면 된다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 각형 이차전지는 종래에 비해 다음과 같은 효과가 있다.
캔 내에 삽입한 전극롤을 직렬접속하여 전지를 제작함으로써 높은 기전력을 발생시킬 수 있음은 물론이고 불용공간을 최소화하여 전지용량 및 수명특성을 향상시킬 수 있으며, 종래에 비해 전지의 제조공정을 간소화할 수 있게 된다.
또, 종래와 동일한 용량을 갖도록 제조하는 조건에서는 전지의 박형화 및 소형화가 가능하다.
또한, 본 발명은 전지 활용도를 더욱 향상시킴으로써 구동전압이 상이하더라도 비슷한 용량의 전지를 사용하는 모든 포터블 기기들의 전지 수납함 및 콘넥터를 동일하게 규격화한 경우에 본 발명의 전지 하나로 공용할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 국한하지 않고 청구범위에 기재된 기술적 권리 내에서는 당업계의 통상적인 지식에 의하여 다양한 응용이 가능함은 물론이다.

Claims (6)

  1. 전지케이스를 이루는 캔(20) 내부에 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취된 전극롤(40)이 적어도 두개가 삽입되어 제작된 각형 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 전극롤(40)은 평면외형상 사각으로 성형된 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 캔(20) 내부에는 상기 각각의 전극롤(40) 사이를 구획하는 격벽(21)이 형성된 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 전극롤(40) 간의 접속을 직렬 또는 병렬로 절환하기 위한 절환스위치(SW)가 구비된 것을 특징으로 각형 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 두 전극롤(40)을 직렬접속하여 전지기전력이 상승되게 하되, 상기 두 개의 전극롤(40) 중 하나는 음극, 다른 하나는 양극이 서로 도전리드(43)를 통해 연결되고, 상기 두 전극롤(40)의 연결되지 않은 양극 및 음극은 각각 상기 캔(20) 상부의 캡어셈블리(60)에 마련된 양극단자(61) 및 캔(20)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 두 전극롤(40)을 병렬접속하여 전지용량이 상승되게 하되, 상기 두 전극롤(40)의 양극은 서로 탭(41)으로 연결되어 캔(20) 상부의 캡어셈블리(60)에 마련된 양극단자(61)로 연결되고, 상기 두 전극롤(40)의 음극은 서로 도전리드(43)를 통해 연결되어 캔(20)에 연결된 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101222246B1 (ko) * 2011-01-10 2013-01-16 삼성에스디아이 주식회사 전지용 케이스 및 이를 포함하는 이차 전지

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