KR20030066961A

KR20030066961A - 각형밀폐전지

Info

Publication number: KR20030066961A
Application number: KR1020020006739A
Authority: KR
Inventors: 이진욱; 김봉기
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-08-14
Also published as: KR100440935B1

Abstract

각형밀폐전지를 개시한다. 본 발명은 양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 감겨진 전지부;와, 전지부가 수용되며, 내벽에 절연막이 형성된 캔;과, 캔의 상부에 설치되고, 상기 캔과 결합되는 캡 플레이트;와, 캡 플레이트에 형성된 단자통공을 통하여 캔의 내부로 관통설치되고, 그 외면에 캡 플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 개재된 전극단자;과, 전지부중 어느 하나의 극판으로부터 인출되며, 전극단자와 전기적으로 연결되는 제1 전극탭;과, 전지부중 다른 하나의 극판으로부터 인출되며, 캡 플레이트나 캔과 전기적으로 연결되는 제2 전극탭;을 포함하는 것으로서, 전지부로부터 인출된 전극탭이 극성을 달리하는 캔의 내벽과 일정한 간격을 유지하지 못하고 직접적으로 접촉하더라도, 캔의 내벽에는 고분자 수지로 된 절연막이 형성되어 있으므로 단락등을 미연에 방지할 수 있다. 이에 따라, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

각형밀폐전지{Prismatic type sealed battery}

본 발명은 각형밀폐전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지부와 전극단자를 연결시키는 전극탭과 캔과의 단락을 방지하도록 구조가 개선된 각형밀폐전지에 관한 것이다.

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 1은 종래의 각형이차전지(10)를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 각형이차전지(10)는 캔(11)과, 상기 캔(11)에 결합되는 캡 플레이트(12)와, 상기 캔(11)의 내부에 수용되는 전지부(13)와, 상기 전지부(13)로부터 인출되는 전극탭(14)과, 상기 전극탭(14)과 전기적으로 연결되는 전극단자(15)를 포함한다.

상기 전지부(13)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 설치되어 권취되어서 상기 캔(11) 내에 설치되어 있다. 상기 전극탭(14)은 상기 전지부(13)의 각 극판으로부터 인출되는 복수개로서, 한 극판의 전극탭은 전극단자(15)와 연결되고, 다른 극판의 전극탭은 캔(11)이나 캡 플레이트(12)에 연결되어 상호 절연되어 있다. 이때, 상기 캔(11)은 알루미늄이나 스틸과 같은 전도성이 우수한 금속재로 이루어져 있고, 상기 전극탭(14)도 전기전도성이 우수한 금속박판, 예컨대 알루미늄이나 니켈을 사용하고 있다.

상기 전극단자(15)는 상기 캡 플레이트(12)와 전기적 절연을 위하여 외면에 가스켓(16)이 감싸져 있으며, 상기 전극단자(15)의 하단부는 캔(11)의 내부로 인입되어 단자 플레이트(17)에 고정되어 있다. 상기 캡 플레이트(12)의 아랫면과 단자 플레이트(17)의 상면 사이에는 절연 플레이트(18)가 개재되어 있다.

전술한 구조를 가지는 각형밀폐전지(10)는 조립공정시 상기 전극탭(14)과 전극단자(15)를 용접고정한 이후에, 상기 캔(11)에 대하여 캡 플레이트(12)를 결합시키게 된다. 이때, 상기 전극탭(14)은 캡 플레이트(12)가 캔(11)의 상부에 안착되는 과정에서 캔(11)의 단변부 방향으로 사행으로 절곡되어서 위치하게 된다. .

그런데, 상기 캔(11)의 단변폭이 좁은 경우에는 상기 캔(11)의 내벽과 상기전극탭(14)간의 간격(G) 확보가 용이하지가 않다. 이에 따라, 상기 전지부(11)의 위치변동이나, 전극단자(15)의 회전이나, 전극탭(14)의 일부를 감싸는 보호테이프(미도시)의 길이가 짧을 경우에는, 상기 전극탭(14)은 상기 캔(11)의 내벽에 접촉될 가능성이 많다.

이러할 경우에는 전술한 바와 같이, 다른 극성을 가진 캔(11)과, 상기 전극탭(14)간에 단락이 발생하게 된다. 단락이 발생하게 되면, 전지(10)의 내부 온도가 급상승하게 되어서 발열등과 같은 안전성에 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전지부와 전극단자를 전기적으로 연결시키는 전극탭과, 이와 다른 극성을 가진 전지부를 수용하는 캔과의 전기적 단락을 방지하여 전지의 안정성을 향상시키도록 구조가 개선된 각형밀폐전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 각형밀폐전지를 절단하여 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 각형밀폐전지를 도시한 분리사시도,

도 3 내지 도 7은 도 2의 각형밀폐전지를 제조하는 과정을 순차적으로 도시한 것으로서,

도 3은 전지부를 제조한 상태를 도시한 사시도,

도 4는 캔을 제조한 상태를 도시한 일부절제 사시도,

도 5는 전지부가 캔이 수용된 상태를 도시한 사시도,

도 6은 캔에 캡 조립체가 결합되는 상태를 도시한 분리사시도,

도 7은 캔에 캡 조립체가 결합된 상태를 도시한 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

20...전지21...캔

22...전지부23...양극탭

24...음극탭26...절연 케이스

27...캡 플레이트28...절연 플레이트

29...단자 플레이트200...음극단자

210...가스켓220...볼

230...절연막

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

양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 감겨진 전지부;

상기 전지부가 수용되며, 내벽에 절연막이 형성된 캔;

상기 캔의 상부에 설치되고, 상기 캔과 결합되는 캡 플레이트;

상기 캡 플레이트에 형성된 단자통공을 통하여 캔의 내부로 관통설치되고, 그 외면에 상기 캡 플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 개재된 전극단자; 및

상기 전지부중 어느 하나의 극판으로부터 인출되며, 상기 전극단자와 전기적으로 연결되는 제1 전극탭; 및

상기 전지부중 다른 하나의 극판으로부터 인출되며, 상기 캡 플레이트나 캔과 전기적으로 연결되는 제2 전극탭;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절연막은 상기 제1 전극탭과 이와 극성을 달리하는 캔과의 단락을 방지하기 위하여 상기 제1 전극탭이 캔의 내벽에 접촉가능한 영역보다 크게 상기 캔의 내벽에 형성된 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 절연막은 절연성 및 내열성을 가지며, 상기 캔의 내부에 주입되는 유기 전해액과 반응하지 않는 고분자 수지로 된 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 절연막은 폴리에틸렌인 것을 특징으로 한다.

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

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 각형밀폐전지(20)를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 각형전지(20)에는 캔(21)이 마련되어 있다. 상기 캔(21)의 내벽에는 절연막(230)이 형성되어 있다. 상기 캔(21)의 내부에는 전지부(22)가 수용가능하다. 상기 전지부(22)로부터는 양극 및 음극탭(23)(24)이 각각 인출되어 있다. 상기 양극 및 음극탭(23)(24)의 일부에는 보호테이프(25)가 감싸져 있다.

상기 전지부(22)의 상부에는 절연 케이스(26)가 설치되어 있다. 상기 절연케이스(26)의 상부에는 상기 캔(21)과 결합되는 캡 조립체가 위치하고 있다.

상기 캡 조립체는 캡 플레이트(27)와, 상기 캡 플레이트(27)의 아랫면에 위치하는 절연 플레이트(28)와, 상기 절연 플레이트(28)의 아랫면에 위치하는 단자 플레이트(29)를 포함한다. 상기 캡 플레이트(27)의 중앙에 형성된 단자통공(27a)을 통해서는 음극단자(200)가 삽입되어 있다. 상기 음극단자(200)의 외면에는 상기 캡 플레이트(27)와의 전기적 절연을 위하여 가스켓(210)이 설치되어 있다. 그리고, 상기 캡 플레이트(27)의 일측에 형성된 전해액주입공(27b)에는 전해액이 주입된 이후에 이를 밀폐시키는 볼(220)이 위치하고 있다.

상술한 구성을 가지는 본 발명에 따른 각형밀폐전지(20)를 제조공정별로 분류하여 설명하면 다음과 같다.

도 3을 참조하면, 상기 전지부(22)는 양극 활물질층이 코팅된 양극 집전체로 된 양극판(22a)과, 음극 활물질층이 코팅된 음극 집전체로 된 음극판(22b)과, 상기 양극 및 음극판(22a)(22b) 사이에 개재되는 세퍼레이터(22c)를 포함하고 있다. 상기 전지부(22)는 양극판(22a), 세퍼레이터(22c), 음극판(22b) 순으로 배치된 상태에서 권취하여 압축하여 완성하게 된다.

이때, 상기 양극 및 음극판(22a)(22b)에는 양극탭(23)과 음극탭(24)이 용접고정되어서, 전지부(22)의 외부로 각각 인출되어 있다. 리튬이차전지의 경우에는 상기 양극탭(23)으로서는 알루미늄 금속을 사용하고, 음극탭(24)으로서는 니켈 금속을 사용하고 있다. 상기 양극 및 음극탭(23)(24)가 전지부(22)로부터 외부로 인출되는 부분에는 단락등을 방지하기 위하여 보호테이프(25)가 각각 감싸져 있다. 상기 전지부(22)의 하부에는 권취된 양극판(22a), 세퍼레이터(22c), 음극판(22b)의형상을 유지하기 위하여 접착테이프(30)가 부착되어 있다.

도 4는 상기 전지부(22)가 수용되는 캔(21)을 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 캔(21)은 전도성이 우수한 금속, 예컨대 스틸이나 알루미늄으로 이루어져 있다. 상기 캔(21)은 사각형의 외형을 가지고, 중앙에 상기 전지부(22)가 수용되는 공간부(21a)가 형성되어 있다.

상기 캔(21)의 내벽에는 절연막(230)이 형성되어 있다. 상기 절연막(230)은 상기 캔(21)의 상단부(21b)로부터 캔(21)의 길이방향을 따라 형성되어 있다. 이때, 상기 절연막(230)이 형성되는 최소한의 영역은 상기 전지부(22)가 수용시 절곡되는 음극탭(24)이 캔(21)의 내벽과 접촉가능한 영역보다는 크게 형성되어야 한다. 그리고, 상기 절연막(230)은 캔(21) 내벽에 형성시 캔(21)의 단변 및 장변부의 내벽에 공히 형성되어 있다.

이러한 상기 절연막(230)은 금속재(21)로 된 캔(21)과 음극탭(24)간의 절연을 위하여 고분자 수지로 이루어져 있다. 이때, 상기 절연막(230)에 요구되는 특성은 내열성을 가져야 하고, 이와 동시에 캔(21) 내부에 주입되는 유기 전해액에 용해되지 않는 물성을 가져야 한다. 이러한 절연막(230)으로는 폴리에틸렌(PE)이나, 폴리프로필렌(PP)이나, 폴리에틸렌과 폴리플로필렌의 공중합체(co-polymer)나, 폴리이미드(PI)등을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 절연막(230)은 전술한 고분자 수지를 상기 캔(21) 내벽에 코팅하는 방법으로 형성되어 있다.

이와 같이 완성된 절연막(230)이 형성된 캔(21) 내부에는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 전지부(22)가 수용가능하다. 상기 전지부(22)가 캔(21) 내부에 삽입된 다음에는 전지부(22)의 상부에 절연 케이스(26)가 안착된다. 상기 절연 케이스(26)의 통공(26a)을 통해서는 상기 음극탭(24)이 인출가능하다.

도 6은 상기 전지부(22)가 수용된 캔(21)에 캡 조립체를 결합하는 상태를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 캔(21)에는 전지부(22)로부터 절연 케이스(26)를 통하여 양극탭(23)과 음극탭(24)이 캔(21)의 상부로 돌출하여 있다. 캡 플레이트(27)에는 가스켓(210)를 개재한 음극단자(200)의 단부가 캔(21)의 내부로 인입되어서 단자 플레이트(29)에 고정되어 있다. 이때, 상기 캡 플레이트(27)와 단자 플레이트(29) 사이에는 절연 플레이트(28)가 개재되어 있다.

상기 양극탭(23)은 캡 플레이트(27)의 아랫면에 직접적으로 용접고정되어 있다. 이에 따라, 상기 전지부(22)의 양극판(22a)은 이로부터 인출되는 양극탭(23)과, 상기 양극탭(23)이 용접되는 캡 플레이트(27)와 전기적으로 연결되어 있다. 상기 캡 플레이트(27)는 이후 캔(21)과 용접결합되어 하나의 극을 형성하게 된다.

상기 음극탭(24)은 상기 단자 플레이트(29)에 리벳팅된 음극단자(200)의 아랫면에 용접고정되어 있다. 이에 따라, 상기 전지부(22)의 음극판(22b)은 이로부터 인출되는 음극탭(24)과, 상기 음극탭(24)이 용접되는 단자 플레이트(29)를 통하여 음극단자(200)와 전기적으로 연결되어 있다. 이때, 상기 음극단자(200)와 캡 플레이트(27)와의 전기적인 절연을 위하여, 캡 플레이트(27)에는 절연 플레이트(28)와, 가스켓(210)이 설치되어 있다.

대안으로는, 상기 양극 및 음극이 극성을 달리하여 구성할 수도 있을 것이다. 즉, 상기 캡 플레이트(27)와 절연되어 외부로 돌출되는 단자 부분을 양극으로, 상기 캔(21)과 연결되는 부분을 음극으로 설계할 수도 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(27)에 직접적으로 용접되는 전극탭이 상기 캡 플레이트(27)와 전기적으로 연결되는 캔(21)에 용접될 수도 있다.

이렇게 상기 양극 및 음극탭(23)(24)이 상기 캡 플레이트(27)의 아랫면과, 단자 플레이트(29)의 하부에 용접된 다음에는, 상기 캔(21)에 대하여 캡 플레이트(27)를 결합하게 된다.

이때, 상기 캔(21)의 상부로 돌출된 음극탭(24)은 상기 캔(21)의 단변부 방향으로 절곡되어 캔(21)의 내부에 위치하게 된다. 이에 따라, 상기 음극탭(24)은 극성을 달리하는 캔(21)의 내벽에 접촉될 가능성이 존재한다. 이를 방지하기 위하여, 상기 캔(21)의 상단부로부터 음극탭(24)이 캔(21)과 접촉가능한 영역을 포함한 캔(21)의 내벽에는 고분자 수지로 된 절연막(230)이 형성되어 있다. 이에 따라, 상기 음극탭(24)이 변형된다고 하더라도, 음극탭(24)은 금속재로 된 캔(21)과 직접적으로 접촉되지 않고, 상기 캔(21) 내벽에 형성된 절연막(230)에 접촉되어 단락을 미연에 방지할 수가 있다. 전술한 바와 같이, 상기 절연막(230)은 폴리에틸렌이나, 폴리프로필렌이나, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체나, 폴리이미드등을 캔(21)의 내벽에 코팅하여 완성하게 된다.

이렇게 캔(21)에 대하여 캡 플레이트(27)가 결합이 되면, 상기 캔(21)과 캡 플레이트(27)의 경계 부분에 레이저 용접등을 수행하게 되어 전지 내부를 밀폐시키게 된다. 이어서, 상기 캡 플레이트(27)에 형성된 전해액 주입공(27b)을 통하여 전해액을 주입하고, 볼(220)을 상기 전해액 주입공(27b)에 압입 용접하여 밀폐시키게 된다.

이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이 캔(21)에 대하여 캡 플레이트(27)가 결합되어 각형밀폐전지(20)를 완성하게 된다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명의 각형밀폐전지는 전극단자와 전기적으로 연결되는 전지부로부터 인출된 전극탭이 전지의 조립공정중 전지부의 위치변경이나, 전극단자의 회전이나, 전극탭을 감싸는 보호테이프가 충분히 감싸지 못하는 등의 이유로 극성을 달리하는 캔의 내벽과 일정한 간격을 유지하지 못하고 직접적으로 접촉하더라도, 캔의 내벽에는 고분자 수지로 된 절연막이 형성되어 있으므로 단락등을 미연에 방지할 수 있다. 이에 따라, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

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

양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 감겨진 전지부;

상기 전지부가 수용되며, 내벽에 절연막이 형성된 캔;

상기 캔의 상부에 설치되고, 상기 캔과 결합되는 캡 플레이트;

상기 캡 플레이트에 형성된 단자통공을 통하여 캔의 내부로 관통설치되고, 그 외면에 상기 캡 플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 개재된 전극단자; 및

상기 전지부중 어느 하나의 극판으로부터 인출되며, 상기 전극단자와 전기적으로 연결되는 제1 전극탭; 및

상기 전지부중 다른 하나의 극판으로부터 인출되며, 상기 캡 플레이트나 캔과 전기적으로 연결되는 제2 전극탭;을 포함하는 것을 특징으로 하는 각형밀폐전지.
제1항에 있어서,

상기 절연막은 상기 제1 전극탭과 이와 극성을 달리하는 캔과의 단락을 방지하기 위하여 상기 제1 전극탭이 캔의 내벽에 접촉가능한 영역보다 크게 상기 캔의 내벽에 형성된 것을 특징으로 하는 각형밀폐전지.
제2항에 있어서,

상기 절연막은 절연성 및 내열성을 가지며, 상기 캔의 내부에 주입되는 유기 전해액과 반응하지 않는 고분자 수지로 된 것을 특징으로 하는 각형밀폐전지.
제3항에 있어서,

상기 절연막은 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 각형밀폐전지.
제3항에 있어서,

상기 절연막은 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 각형밀폐전지.
제3항에 있어서,

상기 절연막은 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체인 것을 특징으로 하는 각형밀폐전지.
제3항에 있어서,

상기 절연막은 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 각형밀폐전지.