KR20030060485A - 캡조립체와, 이를 채용한 이차전지 - Google Patents

Abstract

캡조립체와, 이를 채용한 이차전지를 개시한다. 본 발명은 양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 감겨진 전지부;와, 전지부가 수용되는 캔;과, 캔과 결합되며, 캡플레이트와, 캡플레이트에 형성된 단자통공을 통하여 설치되고 그 외면에 캡플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 개재된 전극단자와, 상기 캡플레이트에 형성된 전해액주입공을 밀폐시키는 밀봉플레이트를 구비하는 캡조립체;와, 전지부의 각 극판으로부터 인출되어 각 전극을 전기적으로 각각 연결시키는 복수개의 전극탭;을 포함하며, 밀봉플레이트는 전해액주입공이 형성된 캡플레이트의 윗면에 면접촉하여 상기 전해액주입공을 밀봉시키는 평판형의 금속판이며, 상기 캡플레이트와 접촉되는 면을 따라서 용접고정된 것으로서, 전해액주입공이 형성된 캡플레이트의 윗면에 이와 면접촉가능한 평판형의 밀봉플레이트가 설치되고, 그 가장자리를 따라서 용접고정함으로써, 전해액주입공을 밀폐시키는 부분에 대한 위치정도가 확보된다. 이에 따라, 레이저 용접이 정위치에서 가능하게 되어서, 전해액의 누수를 방지할 수 있게 되어서 전지의 밀폐성을 향상시키게 된다.

Description

캡조립체와, 이를 채용한 이차전지{Cap assembly and secondary battery applying the same}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해액이 주입되는 전해액주입공을 밀폐시키는 구조가 개선된 캡조립체와, 이를 채용한 이차전지에 관한 것이다.

통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등의 첨단 전자기기분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴전지나, 니켈-수소전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.

이러한 리튬이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체전해질 전지와 고분자전해질 전지로 분류되며, 액체전해질을 사용하는 전지를 리튬이온전지라 하고, 고분자전해질을 사용하는 전지를 리튬폴리머전지라고 한다. 또한, 리튬이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 각형의 이차전지(10)는 캔(11)과, 상기 캔(11)의 상부에 결합되는 캡조립체(100)를 포함하며, 상기 캔(11)의 내부에는 양극판과 음극판과 그 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터를 포함하는 전지부(미도시)가 설치되어 있다.

상기 캡조립체(100)는 캡플레이트(110)와, 상기 캡플레이트(110)를 관통하여 전지부의 어느 한 극판과 전기적으로 연결되는 전극단자(120)와, 상기 캡플레이트(110)에 대하여 전극단자(120)를 절연시키는 가스켓(130)과, 상기 캔(11)의 내부에 전해액이 주입된 다음에 이 부분을 밀폐시키는 볼(140)를 포함한다.

도 2a는 도 1의 전해액이 주입되는 부분이 밀폐되기 이전의 상태를 도시한 것이고, 도 2b는 도 2a의 전해액이 주입되는 부분이 밀폐된 이후의 상태를 도시한 것이다.

도 2a 및 도2b를 참조하면, 상기 캡플레이트(110)에는 전해액주입공(112)이 형성되어 있다. 상기 전해액주입공(112)이 형성된 캡플레이트(110)의 윗면에는 상기 전해액주입공(112)의 직경을 확장시킨 테이퍼부(113)가 형성되어 있다. 상기 테이퍼부(113)에는 전해액이 주입된 다음에 상기 전해액주입공(112)을 밀폐시키기 위한 볼(20)이 위치하고 있다.

상기 전해액주입공(112)에 대하여 볼(20)은 프레스와 같은 가압수단에 의하여 압착되어진다. 상기 볼(20)이 압착되면, 상기 볼(20)은 캡플레이트(110)와 압착되는 경계부분을 따라서 레이저 용접등을 통하여 용접부(200)를 형성하여 전해액주입공(112)을 밀폐시키는 것이 가능하다고 할 것이다.

그런데, 종래의 전해액주입공(111)이 밀폐되는 부분은 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 전해액주입공(112)에는 상기 캡플레이트(110)의 윗면으로부터 그 직경을 확장시킨 테이퍼부(113)에 볼(20)이 안착된 상태에서, 가압수단을 이용하여 상기 전해액주입공(112)에 대하여 볼(20)을 압착하게 되는데, 압착시 볼(20)의 압입산포가 크다.

상기 볼(20)이 정위치에서 압입되지 않으면, 상기 볼(20)과 캡플레이트(110)와 경계부를 따라서 용접부(200)가 제대로 형성되지 않게 된다. 이에 따라, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전지 내부에 주입된 전해액이 상기 전해액주입공(112)을 따라서 화살표로 표시한 바와 같이 외부로 누수되는 현상이 발생하게 된다. 또한,이러한 누수된 전해액은 역으로 레이저 용접시 과도한 스파크 현상을 발생시킨다.

이러한 결과로서, 상기 전해액주입공(112)에 대한 밀폐성을 안정적으로 확보하지 못하게 되여서 전지의 신뢰성을 저하시키게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 캡플레이트에 형성된 전해액주입공을 밀폐시키는 구조를 개선하여 전해액의 누수를 방지하기 위한 캡조립체와, 이를 채용한 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 이차전지를 도시한 사시도,

도 2a는 도 1의 전해액주입공이 밀폐되기 이전의 상태를 확대하여 도시한 단면도,

도 2b는 도 2a의 전해액주입공이 밀폐된 이후의 상태를 확대하여 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 분리사시도,

도 4는 도 3의 이차전지가 결합된 평면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액주입공이 밀폐된 이후의 상태를 확대하여 도시한 단면도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

30...전지31...캔

32...전지부40...용접라인

300...캡조립체310..캡플레이트

312...전해액주입공340...밀봉플레이트

500...자외선경화제

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 캡조립체는,

단자통공과 전해액주입공이 형성된 캡플레이트;

상기 단자통공을 통하여 결합되는 전극단자;

상기 전극단자의 외면에 설치되며, 상기 캡플레이트에 대하여 전극단자를 절연시키는 가스켓; 및

상기 전해액주입공상에 위치하며, 상기 캡플레이트의 윗면에 면접촉하여 상기 전해액주입공을 밀폐시키는 밀봉플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밀봉플레이트는 상기 전해액주입공의 가장자리를 따라서 상기 캡플레이트에 용접고정된 평판형의 금속판인 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 밀봉플레이트상에는 자외선경화제가 더 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지는,

양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 감겨진 전지부;

상기 전지부가 수용되는 캔;

상기 캔과 결합되며, 캡플레이트와, 상기 캡플레이트에 형성된 단자통공을 통하여 설치되고 그 외면에 상기 캡플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 개재된 전극단자와, 상기 캡플레이트에 형성된 전해액주입공을 밀폐시키는 밀봉플레이트를 구비하는 캡조립체; 및

상기 전지부의 각 극판으로부터 인출되어 각 전극을 전기적으로 각각 연결시키는 복수개의 전극탭;을 포함하며,

상기 밀봉플레이트는 상기 전해액주입공이 형성된 캡플레이트의 윗면에 면접촉하여 상기 전해액주입공을 밀봉시키는 평판형의 금속판이며, 상기 캡플레이트와 접촉되는 면을 따라서 용접고정된 것을 특징으로 한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 이차전지의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형이차전지(30)를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 이차전지(30)는 캔(31)과, 상기 캔(31)의 내부에 수용되는 전지부(32)와, 상기 캔(31)과 결합되는 캡조립체(300)를 포함한다.

상기 전지부(32)는 양극판(33)과, 음극판(35)과, 그 사이에 개재되어 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(34)를 포함하고, 양극판(33), 세퍼레이터(34), 음극판(35) 순으로 배치된 다음에 젤리롤(jelly roll type)으로 감겨져 완성된다.

상기 양극 및 음극판(33)(35)으로부터 이와 전기적으로 연결되는 양극 및 음극탭(37)(36)이 인출되어 있다. 상기 양극 및 음극탭(37)(36)에는 상기 전지부(32)의 외부로 인출되는 경계부에 극판(33)(35)간의 단락을 방지하기 위하여 보호테이프(38)가 감겨져 있다.

상기 캔(31)의 상부에는 캡조립체(300)가 설치되는데, 상기 캡조립체(300)에는 상기 캔(31)과 용접고정되는 캡플레이트(310)가 마련되어 있다. 상기 캡플레이트(310)에는 단자통공(311)이 형성되어 있다. 상기 단자통공(311)에는 음극단자(320)가 상기 캡플레이트(310)를 관통하여 설치되어 있다. 상기 음극단자(320)에는 그 외면에 상기 캡플레이트(310)와의 절연을 위하여 가스켓(330)이 개재되어 있다.

상기 캡플레이트(310)의 아랫면에는 절연플레이트(350)가 설치되어 있다. 상기 절연플레이트(350)의 아랫면에는 단자플레이트(360)가 설치되어 있다. 상기 단자플레이트(360)에는 상기 음극단자(320)의 하단부가 결합되어 있다. 상기 전지부(32)의 음극판(35)은 음극탭(36)과, 상기 단자플레이트(360)를 통하여 상기 음극단자(36)와 전기적으로 연결되어 있다. 상기 전지부(32)의 양극판(33)은 양극탭(37)이 캡플레이트(310)나 캔(31)에 용접되어 있다. 대안으로는 극성을 달리하여 전지(30)를 설계할 수도 있을 것이다. 한편, 상기 단자플레이트(360)의 하부에는 절연케이스(370)가 더 설치될 수가 있다.

여기서, 상기 캡플레이트(310)에는 캔(31) 내부로 주입되는 전해액의 통로를 제공하는 전해액주입공(312)이 형성되어 있으며, 상기 전해액주입공(312) 상에는 이를 밀봉시키는 밀봉플레이트(340)가 설치되어 있다.

보다 상세하게는 다음과 같다.

상기 전해액주입공(312)상에는 박판의 밀봉플레이트(340)가 설치되어 있다. 상기 밀봉플레이트(340)는 상기 전해액주입공(312)의 크기보다 상대적으로 크게 형성되어서, 이를 커버할 수 있는 평판형의 플레이트이다. 상기 밀봉플레이트(340)의 아랫면은 평활성을 유지하고 있으며, 상기 캡플레이트(310)의 윗면에 면접촉하여 상기 전해액주입공(312)을 밀폐시킬 수 있다. 상기 밀봉플레이트(340)로는 니켈과 같은 금속재를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 밀봉플레이트(340)가 전해액주입공(312)이 형성된 캡플레이트(310)에 면접촉하여 설치되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 밀봉플레이트(340)는 상기 전해액주입공(312)이 형성된 부분의 가장자리를 따라서 레이저 용접을 통하여 용접라인(40)를 형성하고 있다. 상기 용접라인(40)은 상기 전해액주입공(312)의 근접한곳에 용접부를 형성하기 위하여 상기 전해액주입공(312)에 대하여 상기 밀봉플레이트(340)가 밀폐되는 중앙측에 형성되어 있다. 대안으로는, 상기 밀봉플레이트(340)가 상기 캡플레이트(310)와 접촉하는 모서리부를 따라서 용접부를 형성시킬 수도 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액주입공(312)이 밀폐된 이후의 상태를 도시한 것이다.

여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조번호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.

도면을 참조하면, 상기 캡플레이트(310)에는 일측에 이를 관통하여 전해액주입공(312)이 형성되어 있다. 상기 전해액주입공(312)이 형성된 캡플레이트(310)의 윗부분으로부터는 상기 전해액주입공(312)보다 직경이 큰 테이퍼부(312a)가 형성되어 있다.

상기 전해액주입공(312)이 형성된 캡플레이트(310)의 윗면에는 이와 면접촉하여 밀폐가능하도록, 상기 캡플레이트(310)와 접촉하는 아랫면이 평활한 평판형의 밀봉플레이트(340)가 설치되어 있다. 상기 전해액주입공(312)을 통하여 전해액이 주입된 다음에, 상기 밀봉플레이트(340)가 캡플레이트(310)의 윗면에 면접촉된 상태에서는 상기 밀봉플레이트(340)의 가장자리를 따라서 레이저 용접등을 통하여 용접부(50)가 형성되어 있다.

상기 용접부(50)를 포함한 밀봉플레이트(340)의 상부에는 전지 내부로부터 전해액의 누수를 방지하기 위하여 자외선경화제(500)가 코팅된 다음에는 이를 적정온도에서 경화시켜 전해액주입공(312)에 대한 밀폐를 완성하게 된다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명의 캡조립체와 이를 채용한 이차전지는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

전해액주입공이 형성된 캡플레이트의 윗면에 이와 면접촉가능한 평판형의 밀봉플레이트가 설치되고, 그 가장자리를 따라서 용접고정함으로써, 전해액주입공을 밀폐시키는 부분에 대한 위치정도가 확보된다. 이에 따라, 레이저 용접이 정위치에서 가능하게 되어서, 캔의 내부로부터 외부로 전해액의 누수를 방지할 수 있게 되어서 전지의 밀폐성을 향상시키게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 단자통공과 전해액주입공이 형성된 캡플레이트;

   상기 단자통공을 통하여 결합되는 전극단자;

   상기 전극단자의 외면에 설치되며, 상기 캡플레이트에 대하여 전극단자를 절연시키는 가스켓; 및

   상기 전해액주입공상에 위치하며, 상기 캡플레이트의 윗면에 면접촉하여 상기 전해액주입공을 밀폐시키는 밀봉플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡조립체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 밀봉플레이트는 상기 전해액주입공의 가장자리를 따라서 상기 캡플레이트에 용접고정된 평판형의 금속판인 것을 특징으로 하는 캡조립체.
3. 제2항에 있어서,

   상기 밀봉플레이트상에는 자외선경화제가 더 형성된 것을 특징으로 하는 캡조립체.
4. 양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 감겨진 전지부;

   상기 전지부가 수용되는 캔;

   상기 캔과 결합되며, 캡플레이트와, 상기 캡플레이트에 형성된 단자통공을 통하여 설치되고 그 외면에 상기 캡플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 개재된 전극단자와, 상기 캡플레이트에 형성된 전해액주입공을 밀폐시키는 밀봉플레이트를 구비하는 캡조립체; 및

   상기 전지부의 각 극판으로부터 인출되어 각 전극을 전기적으로 각각 연결시키는 복수개의 전극탭;을 포함하며,

   상기 밀봉플레이트는 상기 전해액주입공이 형성된 캡플레이트의 윗면에 면접촉하여 상기 전해액주입공을 밀봉시키는 평판형의 금속판이며, 상기 캡플레이트와 접촉되는 면을 따라서 용접고정된 것을 특징으로 하는 이차전지.