KR20010105524A - 각형 밀폐전지 - Google Patents

Abstract

목적 : 케이스와 그 케이스의 내부에서 외부로 연결되는 인출단자의 사이에서 밀폐성과 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 각형 밀폐전지를 제안한다.

구성 : 정극, 부극 및 전해액을 수납하는 캔(4)과 그 캔의 개구에 용접되는 캡 플레이트(6)로 구성된 케이스와, 상기 캡 플레이트의 구멍(6c)으로 삽입되어 외부로 인출되는 인출단자(80)와, 상기 인출단자와 캡 플레이트의 구멍 사이로 채워져 양 부재를 절연 및 실링하는 불소수지(18)를 포함하고, 상기 캡 플레이트의 외부로 노출되는 인출단자의 인출부(86) 높이를 1㎜ 이하로 형성하며, 상기 인출단자의 외주면과 캡 플레이트의 구멍 내주면과의 사이 간격을 동일하게 형성하고, 상기 발전요소의 다른 전극은 케이스에 전기적으로 연결한다.

효과 : 고온 특성이 좋은 불소수지를 이용하여 캡 플레이트와 인출단자를 절연하고 결합 및 실링하되, 부품간의 간격을 균일하게 형성하고 외부로 노출되는 인출단자의 높이를 최소화하여, 밀폐성과 제품의 신뢰성을 향상시킨다.

Description

각형 밀폐전지{Prismatic type sealed battery}

본 발명은 케이스와 그 케이스의 내부에서 외부로 연결되는 인출단자의 사이에서 밀폐성과 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는데 적합한 각형 밀폐전지에 관한 것이다.

밀폐전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있으며, 외관상으로는 원통형과 각형 전지로 구분된다.

도 4는 종래 공지된 각형 밀폐전지의 구성을 보여주고 있다.

도면에서와 같이 각형 밀폐전지는 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취하므로 전극군(2)을 형성하고, 그 전극군(2)을 캔(4)의 내부에 삽입하며, 그 캔(4)의 상측 개구에 캡 플레이트(6)를 용접 결합하되, 캡 플레이트(6)를 관통하여 외부로 인출되는 인출단자(8)를 가스켓(10) 및 절연판(12)을 개재하여 결합 밀봉하고, 상기 인출단자(8)의 하부와 절연판(12)의 사이에 단자 플레이트(14)를 설치하여 이루어진다.

전극군(2) 중에서 부극은 도시 생략한 단자 탭을 이용하여 혹은 캔(4)과 직접 접촉됨에 의해 전기적으로 연결되고, 정극은 단자 탭(16)과 용접된 단자 플레이트(14)를 통하여 인출단자(8)에 접속된 후 외부로 연결되어진다.

여기서 상기 인출단자(8)는 캡 플레이트(6), 가스켓(10), 절연판(12) 및 단자 플레이트(14)를 물리적으로 체결함과 동시에, 전지 외부로 연결되는 전기적인 단자 역할을 겸한다. 이를 위하여 인출단자(8)는 캡 플레이트(6)의 위쪽으로부터 아래쪽으로 삽입되고, 폴리에틸렌 혹은 폴리프로필렌 재질로 된 가스켓(10)과 절연판(12)을 개재하여 절연된 후, 단자 플레이트(14)의 하부에 리벳팅 혹은 코킹(cocking) 결합되어진다.

그러나 종래의 각형 밀폐전지에 의하면 인출단자(8)와 캡 플레이트(6)의 사이에서 밀폐성 불량이 발생하는 문제점이 있다. 이러한 밀폐성 불량은 인출단자(8)에 의한 결합력의 약화 및 저하에서 비롯되는데, 예를 들어 밀폐성을 보장하기 위해 인출단자(8)에 의한 가스켓(10)의 압축율을 30∼50%로 유지해야 하지만, 전지의 경량화를 위해 상기 인출단자의 재질로 알루미늄을 사용할 경우에는 인출단자의 결합력이 감소되어 밀폐성 불량을 초래하는 문제점이 있다.

또 인출단자(8)와 캡 플레이트(6)의 밀폐성 불량은 후 공정 예를 들어 캔(4)과 캡 플레이트(6)의 용접 공정과 같이 열이 가해질 경우, 사출물로 형성된 가스켓(10) 및 절연판(12)의 열변형에 의해 발생한다. 폴리에틸렌 혹은 폴리프롤필렌으로 된 가스켓(10)과 절연판(12)의 용융 온도가 120∼130℃로 낮아 열에 의해 쉽게 변형되는 문제점이 있다.

이와 같은 밀폐성 불량이 발생하는 경우에는 전해액 누출이 발생하여 인체에 유해하고 전지 수명을 단축시키는 문제점을 초래한다.

앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 인출단자와 캡 플레이트 사이의 밀폐성 불량을 해소할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

상기 목적에 따라 본 발명에서는 캡 플레이트와 인출단자의 사이에 접착성을 갖는 불소수지를 채워 넣어 양 부재를 절연하고 결합 및 실링한 각형 밀폐전지를 제안한다.

보다 구체적으로 본 발명의 각형 밀폐전지는 발전요소를 수납하는 캔의 개구에 캡 플레이트를 결합하여 구성되는 케이스와, 상기 발전요소의 한 전극에 연결되고 상기 캡 플레이트의 구멍으로 삽입되어 외부로 인출되는 인출단자와, 상기 인출단자와 캡 플레이트의 구멍 사이로 채워져 양 부재를 절연 및 실링하는 불소수지를 포함하고, 상기 케이스의 외부로 노출되는 인출단자의 인출부 높이를 1㎜ 이하로 형성하며, 상기 인출단자의 외주면과 케이스의 구멍 내주면과의 사이 간격을 동일하게 형성하고, 상기 발전요소의 다른 전극은 케이스에 전기적으로 연결되게 한다.

불소수지는 인출부 높이의 ⅔ 높이 이하까지 형성한다.

인출단자는 헤드부와 케이스의 구멍으로 삽입되는 연결부 및 인출부를 포함하고, 상기 연결부 및 케이스의 구멍은 원형 및 타원형 중에서 하나의 형태로 형성한다.

불소수지는 탄화플루오르, 테트라플루오르에틸렌-퍼플루오르알킬비닐에테르 공중합체 및 폴리테트라플루오르에틸렌 중에서 하나를 사용한다.

도 1은 본 발명의 각형 밀폐전지를 도시한 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 각형 밀폐전지의 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 각형 밀폐전지의 평면도.

도 4는 종래 공지된 각형 밀폐전지를 도시한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

4-캔 6-캡 플레이트

18-불소수지 20-발전요소

80-인출단자 82-헤드부

84-연결부 86-인출부

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 각형 밀폐전지를 도시한 분해 사시도 및 단면도이다. 본 발명에서 밀폐전지는 리튬이온의 이동에 의해 충·방전이 이루어지는 리튬(이온)전지를 일 예로서 설명하며, 참고로 종래의 구성과 동일한 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하고 있다.

도면에서 본 발명의 각형 밀폐전지는 외관상 캔(4)과 그 캔(4)의 상측 개구에 용접 결합되는 캡 플레이트(6)로 구성된 각형 케이스를 포함한다.

캔(4)은 내부에 정극, 부극, 그리고 정극과 부극을 절연하는 세퍼레이터 및 전해액을 포함하는 발전요소(20)를 수납하고 있으며, 그 중에서 전해액은 캡 플레이트(6)의 결합 후 전해액 주입구(6a)를 통해 주입되고 별도의 플러그를 이용하여 상기 주입구(6a)를 막음에 의해 밀봉되어진다.

캡 플레이트(6)에는 중앙의 관통 구멍(6c)을 통하여 인출단자(80)가 삽입 결합되고, 상기 인출단자(80)와 캡 플레이트(6)의 구멍(6c)과의 사이에 불소수지(18)를 채워 넣어 절연하고 결합 및 밀봉한다.

인출단자(80)는 원형, 타원형 혹은 직사각형 중에서 하나의 형태로 된 헤드부(82)와, 상기 헤드부(82)에서 연장된 연결부(84)와, 상기 연결부(84)의 단부에 로서 캡 플레이트(6)의 외부로 노출되는 인출부(86)로 구성되며, 상기 연결부(84)가 캡 플레이트(6)의 아래쪽으로부터 위쪽으로 삽입된 상태에서 불소수지(18)에 의해 실링되므로, 캡 어셈블리를 구성한다.

여기서 인출단자(80)의 인출부(86)는 상품으로 출하된 후 전지의 낙하시 신뢰성을 확보하고, 사용시의 불편함을 제거하기 위해 외부로 노출되는 높이를 최소화하는 것이 좋다. 예를 들어 상기 인출부(86)는 낙하시 충격을 쉽게 받고, 그 충격에 의해 불소수지(18)가 파손되어 밀폐성 불량이 발생할 수 있다. 이러한 점을 고려하여 본 발명에서는 상기 인출부(86)의 높이(T1)를 1㎜ 이하로 형성하고, 외부 충격 발생시 구조적인 안전성을 확보하기 위해 상기 인출부(86) 높이(T1)의 ⅔ 높이(T2)까지 불소수지(18)를 형성한다. 또 인출단자(80)의 헤드부(82)와 캡 플레이트(6)의 저면과의 사이 높이(T3)를 인출부(86) 높이(T1)와 마찬가지로 1㎜까지 형성한다.

또한 본 발명의 인출단자(80)는 연결부(84)와 캡 플레이트(6)의 구멍(6c)과의 사이 간격(W)을 전체적으로 동일하게 형성하여, 구조적인 강도 분포를 균일하게 형성한다. 이때 인출단자(80)의 연결부(84) 및 캡 플레이트(6)의 구멍(6c)은 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 원형 혹은 타원형으로 형성할 수 있다.

불소수지(18)로는 탄화플루오르, 테트라플루오르에틸렌-퍼플루오르알킬비닐에테르 공중합체 및 폴리테트라플루오르에틸렌 중에서 하나를 사용할 수 있다. 불소수지(18)는 정전도장 방식을 이용하여 인출단자(80)와 캡 플레이트(6)의 사이공간으로 수지 분말을 채워 넣고, 소성 및 경화 공정을 거쳐 형성할 수 있다. 이러한 불소수지들은 소성 온도가 300∼400℃로 종래 사출성형한 절연판 및 가스켓 보다 상당히 높기 때문에, 이후 행하여지는 후 공정 예를 들어 캔(4)과 캡 플레이트(6)의 용접 공정에서도 열변형을 방지하는 고온 특성을 얻을 수 있다. 또불소수지(18)는 전해액에 강한 내화학성을 갖추고 있으며, 금속간의 접착성이 좋은 특성이 있기 때문에 캡 플레이트(6)와 인출단자(80)이 접착제로 사용하기에 유리하다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명의 각형 밀폐전지는 종래 기술의 캡 플레이트와 인출단자의 사이에서 발생하였던 리벳팅 및 코킹 방식의 인출단자에 의한 결합력 약화를 방지할 수 있으며, 그 결과 상기 인출단자(80)와 케이스의 재질로 알루미늄을 사용하더라도 동일한 밀폐성을 실현할 수 있다.

따라서 본 발명에서는 인출단자(80)와 케이스의 재질로 구리, 황동, 알루미늄이나 니켈 합금 및 기타 금속 제품을 모두 사용할 수 있다.

본 발명의 인출단자(80)는 발전요소(20)의 정극에서 인출된 탭(16)과 용접되므로 정극 터미널로 사용되어진다. 또 상기한 케이스는 발전요소(20)의 부극과 도시하지 않은 탭을 이용하여 혹은 직접 접촉에 의해 접속되므로 부극 터미널로 사용되어진다.

한편 본 발명에 의한 캡 플레이트(6)는 전지의 이상 작동이나 내압 상승에 대한 안전대책으로 안전변(6b)을 구비하고 있으며, 이것은 물리적인 방법으로 홈을 형성하거나 캡 플레이트(6) 자체에 구멍을 뚫고 그 구멍을 박판으로 막아 밀봉하여 상대적으로 취약하게 형성하므로 실현할 수 있다.

이상에서 설명한 실시예에서와 같이, 본 발명의 각형 밀폐전지는 고온 특성이 좋은 불소수지를 이용하여 캡 플레이트와 인출단자를 절연하고 결합 및 실링하되 그 사이 간격을 균일하게 형성하므로, 밀폐성과 조립성을 향상시키고 아울러 전해액 누출을 방지하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.또한 본 발명에서는 캡 플레이트의 외부로 노출되는 인출단자의 높이를 최소화하고 불소수지의 형상을 최적화하여, 외부 충격이 작용하는 빈도를 줄이고 충격을 최소화한다.

Claims (6)

1. 발전요소를 수납 밀봉하는 케이스와; 상기 발전요소의 한 전극에 연결되고 상기 케이스의 구멍으로 삽입되어 외부로 인출되는 인출단자와; 상기 인출단자와 케이스의 구멍 사이로 채워져 양 부재를 절연 및 실링하는 불소수지를 포함하고; 상기 케이스의 외부로 노출되는 인출단자의 인출부 높이를 1㎜ 이하로 형성하며; 상기 인출단자의 외주면과 케이스의 구멍 내주면과의 사이 간격을 동일하게 형성하고; 상기 발전요소의 다른 전극은 케이스에 전기적으로 연결되게 한 구성을 포함하는 각형 밀폐전지.
2. 제 1 항에 있어서, 불소수지는 인출부 높이의 ⅔ 이하의 높이로 형성된 구성을 포함하는 각형 밀폐전지.
3. 제 1 항에 있어서, 케이스는 각형 캔과, 그 캔의 개구에 용접 결합되며 구멍이 형성된 캡 플레이트를 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
4. 제 1 항에 있어서, 인출단자는 헤드부와, 케이스의 구멍으로 삽입되는 연결부와, 상기 연결부의 단부에 형성되며 케이스의 외부로 노출되는 인출부를 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
5. 제 4 항에 있어서, 인출단자의 연결부는 원형 및 타원형 중에서 하나의 형태로 된 것임을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
6. 제 1 항에 있어서, 불소수지는 탄화플루오르, 테트라플루오르에틸렌-퍼플루오르알킬비닐에테르 공중합체 및 폴리테트라플루오르에틸렌 중에서 하나인 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.