KR20010039434A - 밀폐전지 - Google Patents

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Abstract

목적 : 케이스 내부의 한정된 유효 체적안에서 정극 및 부극 활물질의 양을 늘여 고용량의 밀폐전지를 실현함에 그 목적을 두고 있다.
구성 : 전극군(2)과 전해액으로 구성된 발전 요소(20)를 수납하는 각형 캔(4)과, 그 각형 캔의 상측 개구에 용접되는 캡 플레이트(6)와, 상기 캡 플레이트를 관통하여 결합되는 것으로 절연체를 개재하여 절연된 인출 단자(14)를 포함하며, 상기 캔의 내부 벽면에 부극 활물질(22)을 도포 형성하고, 상기 부극 활물질에 대향하도록 상기 케이스의 내부에 수납되는 전극군의 최외곽에 반대 극성을 갖는 정극을 배치하여 구성한다.
효과 : 상기한 캔은 전극 활물질이 충진되는 기재 역할을 겸비하여 전기적인 경로로 사용되는 것이며, 활물질의 양을 증대시켜 고용량 전지를 실현한다.

Description

밀폐전지{Sealed battery}
본 발명은 케이스를 전극 기재로 활용하여 전기적인 경로로 사용함과 동시에 고용량을 실현하는데 적합하게 이용할 수 있는 밀폐전지에 관한 것이다.
밀폐전지는 재충전이 가능한 것으로, 외관상 원통형과 각형으로 구분되고 양극 및 음극 물질에 따라 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬(Li) 전지, 리튬이온(Li-ion) 전지 등으로 구분된다.
도 3은 종래 공지된 각형 밀폐전지를 보여주고 있다.
도면에서와 같이 각형 밀폐전지는 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취한 후 압착하여 전극군(2)을 형성하고, 그 전극군(2)을 케이스의 내부에 수납하여 밀봉하므로 이루어진다. 상기 케이스는 전극군(2)을 수납하는 캔(4)과 그 캔(4)의 상측 개구에 용접 결합되는 캡 플레이트(6)를 포함하는 것이며, 상기 캡 플레이트(6)에는 주입구(6a)를 형성하여 전해액 주입 후 밀봉 결합되어진다.
또 상기 캡 플레이트(6)에는 내부 전극군(2) 중에서 한 전극을 외부로 연결하는 단자로서 대략 중심을 관통하는 인출 단자(14)가 설치되는바, 그 인출 단자(14)는 캡 플레이트(6)와의 절연을 위해 절연판(8) 및 가스켓(12)을 개재하고, 접속성을 위해 단자 플레이트(10)를 개재하여 물리적으로 체결되므로 캡 어셈블리(18)를 구성한다.
상기 인출 단자(14)는 전극군(2) 중에서 정극의 단자 탭(16)과 용접되고 다시 단자 플레이트(10)를 통하여 외부로 연결되어진다. 또한 전극군(2)중에서 부극은 도시 생략한 단자 탭을 이용하여 혹은 캔(4)과 직접 접촉됨에 의해 전기적으로 연결되어진다.
이와 같이 구성된 밀폐전지에서 정극 및 부극과 같은 전극은 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 일반적으로 금속 기재에 활물질을 도포 및 충진하고 이를 건조, 롤 프레스 및 절단하여 형성되어진다. 리튬이온 밀폐전지의 경우 상기 정극 활물질로는 리튬-천이금속산화물을 사용하고, 부극 활물질로는 탄소 혹은 탄소복합체를 사용한다.
이러한 정극 및 부극 활물질은 상호 간에 리튬 이온이 탈·삽입되어서 실제적으로 충·방전 반응에 기여하게 되는바, 그에 따라 상기 전극 활물질 양은 전지의 충·방전 용량을 결정하게 된다.
따라서 종래에는 전지의 용량을 향상시키기 위하여, 금속 기재에 도포 및 충진되는 정극 및 부극 활물질의 양을 더 증대시키고자 하는 노력들이 진행되고 있으나, 밀폐전지의 케이스는 그 사이즈가 한정되어 있고 그 내부에 수납되는 전극군(2)의 양 즉, 유효 체적이 한정되어 있기 때문에, 정극 및 부극 활물질의 양을 늘이고자 하는 노력들은 한계에 부딪치고 있는 실정이다.
앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명은 케이스 내부의 한정된 유효 체적안에서 정극 및 부극 활물질의 충진량을 늘여 고용량의 전지를 실현할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.
이를 위하여 본 발명에서는 케이스를 전극 기재로 활용하여 그 내부 벽면에 정극 혹은 부극 활물질을 선택적으로 도포 형성하고, 상기 정극 혹은 부극 활물질에 대향하도록 상기 케이스의 내부에 수납되는 전극군의 최외곽에 반대 극성을 갖는 부극 혹은 정극을 배치한 밀폐전지를 제안한다.
여기서 상기한 케이스로는 전극군과 전해액으로 구성된 발전 요소를 수납하는 각형 캔과, 그 각형 캔의 상측 개구에 용접되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트를 관통하여 결합되는 것으로 절연체를 개재하여 절연된 인출 단자를 포함하여 이루어진다. 또한 상기한 케이스의 다른 예로는 전극군과 전해액으로 구성된 발전 요소를 수납하는 원통형 캔과, 그 원통형 캔의 상측 개구에 결합 밀봉되며 전지 내압을 받아 변형되는 가변 플레이트와, 상기 가변 플레이트의 아래쪽에 절연체를 개재하여 배치되고 그 일부에 용접되며 통기공을 구비하는 고정 플레이트를 포함하여 이루어진다.
이에 따라 본 발명의 밀폐전지에 사용되는 케이스는 발전 요소를 수납함과 동시에, 전극 활물질이 충진되는 기재 역할을 겸비하여 전기적인 경로로 사용되는 것이며, 그 결과 전지의 고용량화를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 각형 밀폐전지를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 예를 보인 단면도.
도 3은 종래 공지된 각형 밀폐전지를 도시한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
2-전극군 4,40-캔
6-캡 플레이트 14-인출 단자
16-탭 18,180-캡 어셈블리
20-발전 요소 22-활물질
182-가변 플레이트 186-고정 플레이트
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 설명한다. 참고로 종래의 구성과 동일한 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하기로 한다.
도 1은 본 발명의 각형 밀폐전지를 도시하고 있다. 각형 밀폐전지는 외관상 캔(4)과 그 캔(4)의 상측 개구에 용접 결합되는 캡 플레이트(6)로 구성된 각형 케이스를 포함하며, 그 내부에 정극, 부극, 그리고 정극과 부극을 절연하는 세퍼레이터 및 전해액을 포함하는 발전 요소(20)를 수납하여 이루어진다.
상기 발전 요소(20) 중에서 정극 및 부극은 금속 기재에 활물질을 도포 형성하여 이루어지는 바, 본 발명에서는 그 일 예로서 리튬이온의 이동에 의해 충·방전이 이루어지는 리튬(이온) 전지에 대하여 설명하기로 한다. 따라서 정극은 활물질로 리튬-천이금속산화물을 사용하고, 부극은 활물질로 탄소 및 탄소복합체를 사용한다.
여기서 외장 케이스를 구성하는 캔(4)의 내벽에는 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 부극 활물질(22)을 도포 형성하고 있다. 이에 따라 상기 캔(4)은 자체가 부극 기재로 사용되는 것이며, 그 결과 내부 벽면의 면적만큼 활물질의 충진량을 증대시킬 수 있다. 이때 정극, 부극 및 세퍼레이터로 이루어지고 상기 캔(4)의 내부에 수납되는 전극군(2)은 부극 활물질에 대향하도록 그 최외곽에 반대 극성을 갖는 정극을 배치하여 충·방전 반응이 이루어질 수 있도록 한다.
한편 상기 캔(4)의 내벽에는 정극 활물질을 도포 형성할 수도 있는데 이 경우에는 전극군(2)의 최외곽에 부극을 배치하게 되지만, 전지의 N/P 비율을 고려하여 전자의 경우가 바람직하다. 전지의 N/P 비율은 충·방전시 정극에서 방출된 리튬 이온이 부극으로 흡장함에 있어 충분한 리저브(reserve)를 확보하기 위한 것이며, N/P=1.2∼1.4를 유지하도록 설계하는 것이 통상적이다.
정극 및 부극 활물질(22)은 바인더 및 첨가제 때로 도전제를 섞어 슬러리 형태로 혼합한 다음, 캔(4) 내벽에 도포하고 건조하므로 제조할 수 있다.
한편 캡 플레이트(6)는 중앙의 관통 구멍으로 삽입되고, 절연판(8) 및 가스켓(12)을 개재하여 절연 및 결합되는 인출 단자(14)에 의해 캡 어셈블리(18)를 구성하고 있다. 절연판(8)의 상부에는 전기적인 연결성을 고려하여 단자 플레이트(10)를 설치할 수 있다.
상기 발전 요소(20) 중에서 전해액은 캡 플레이트(6)의 결합 후 전해액 주입구(6a)를 통해 주입되고 별도의 플러그를 이용하여 상기 주입구(6a)를 막음에 의해 밀봉되어진다.
이렇게 구성되는 밀폐전지는 캔(4)의 내벽에 부극 활물질(22)을 형성하여 부극 터미널로 사용할 경우, 발전 요소(20)의 정극에서 인출된 탭(16)을 인출 단자(14)에 용접하여 정극 터미널로 사용한다. 이때 상기 캔(4)과 발전 요소(20)의 부극은 도시 생략한 탭을 이용하여 전기적으로 연결되어진다.
도 2는 본 발명의 다른 예로서 원통형 밀폐전지의 구조를 보여주고 있다.
도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 원통형 밀폐전지는 원통형 캔(40)의 상측 개구에 가스켓(24)을 개재하여 캡 어셈블리(180)를 결합 밀봉하므로 외장 케이스를 구성하고 있으며, 그 내부에 정극, 부극, 그리고 정극과 부극을 절연하는 세퍼레이터 및 전해액을 포함하는 발전 요소(20)를 수납하여 이루어진다.
캡 어셈블리(180)는 원통형 캔(40)의 상측 개구에 결합 밀봉되며 전지 내압을 받아 변형되는 가변 플레이트(182)와, 상기 가변 플레이트(182)의 아래쪽에 절연체(184)를 개재하여 배치되고 그 일부에 용접되며 통기공(186a)을 구비하는 고정 플레이트(186)를 포함하며, 상기 가변 플레이트(182)의 상부에 캡 커버(188)를 적층하여 이루어진다.
이렇게 구성되는 원통형 밀폐전지는 앞서 설명한 바와 같이, 캔(40)의 내벽에 부극 활물질(22)을 도포 형성하여 그 캔 자체를 부극 터미널로 사용하는 것이며, 상기 발전 요소(20)의 정극에서 인출된 탭(16)을 고정 플레이트(186)에 용접하여 캡 어셈블리(18)를 정극 터미널로 사용할 수 있다. 이때 정극, 부극 및 세퍼레이터를 권취하여 형성된 전극군(2)의 최외곽에는 부극 활물질(22)에 대향하여 반대 극성을 갖는 정극을 배치한다. 상기 캔(40)과 발전 요소(20)의 부극은 도시 생략한 탭을 이용하여 전기적으로 연결되어진다. 한편 캔(40)의 내벽에는 정극 활물질을 도포 형성할 수 있으며, 이 경우에는 전극군(2)의 최외곽에 부극을 배치한다.
이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 밀폐전지는 케이스의 내부 벽면에 전극 활물질을 도포 형성하여 그 자체를 전극 기재로 사용함으로써, 상기 전극 활물질에 해당하는 양만큼 전지의 용량을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.
따라서 본 발명에 의하면 규격화된 케이스의 한정된 내부 공간 안에서 활물질의 충진량을 증대시키게 되므로 고용량의 전지를 실현할 수 있다.
또한 본 발명의 밀폐전지는 케이스의 내부 벽면에 부극 활물질을 도포 형성할 경우, N/P 비율을 보다 용이하게 달성할 수 있고 그 결과 전지의 안전성을 확보하는데 효과적이다.

Claims (5)

  1. 기재의 표면에 해당 활물질을 도포 형성하여 각각 얻어지는 정극과 부극, 그 정극과 부극을 절연하는 세퍼레이터 및 전해액으로 구성된 발전 요소와, 상기 발전 요소를 수납하여 밀봉되는 케이스를 포함하는 밀폐전지에 있어서, 상기 케이스의 내부 벽면에 정극 혹은 부극 중에서 한 전극의 활물질을 도포 형성하고, 상기 전극 활물질에 대향하도록 상기 발전 요소의 최외곽에 반대 극성을 갖는 부극 혹은 정극 중에서 한 전극을 배치한 구성을 포함하는 밀폐전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 케이스는 발전 요소를 수납하는 각형 캔과, 그 각형 캔의 상측 개구에 용접되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트를 관통하여 결합되는 것으로 절연체를 개재하여 절연된 인출 단자를 포함하며; 상기 발전 요소의 한 전극은 각형 캔과 전기적으로 연결되고, 나머지 한 전극은 인출단자와 전기적으로 연결된 구성을 포함하는 밀폐전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 케이스는 발전 요소를 수납하는 원통형 캔과, 그 원통형 캔의 상측 개구에 결합 밀봉되며 전지 내압을 받아 변형되는 가변 플레이트와, 상기 가변 플레이트의 아래쪽에 절연체를 개재하여 배치되고 그 일부에 용접되며 통기공을 구비하는 고정 플레이트를 포함하며; 상기 발전 요소의 한 전극은 원통형 캔과 전기적으로 연결되고, 나머지 한 전극은 고정 플레이트와 전기적으로 연결된 구성을 포함하는 밀폐전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 케이스의 내부 벽면에 도포 형성되는 정극 활물질은 리튬-천이금속산화물인 것을 특징으로 하는 밀폐전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 케이스의 내부 벽면에 도포 형성되는 부극 활물질은 탄소 혹은 탄소복합체인 것을 특징으로 하는 밀폐전지.
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