KR20040006960A - 캡 플레이트 조립체 및 이를 구비한 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캡 플레이트 조립체와 이차 전지를 개시한다. 본 발명에 따르면, 단자 통공과, 개스킷(gasket)과의 접촉시 캡 플레이트와 개스킷 사이의 기밀을 유지하기 위하여 단자 통공 주위에 마련된 기밀 영역을 구비하는 캡 플레이트와; 외면이 상기 캡 플레이트에 마련된 단자 통공의 내부에 접하면서 상기 캡 플레이트와 결합되는 개스킷과; 상기 개스킷의 내면에 접하게 설치되어 상기 캡 플레이트와 결합되고, 상기 개스킷에 의해 상기 캡 플레이트와 절연되는 전극 단자를; 구비하는 캡 플레이트 조립체와 이를 구비한 이차 전지가 제공된다.

Description

캡 플레이트 조립체 및 이를 구비한 이차 전지{Cap plate and secondary battery therewith}

본 발명은 캡 플레이트 조립체 및 이를 구비한 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밀폐성이 개선된 캡 플레이트 조립체와 이를 구비한 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카트뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체전해질 전지와 고분자전해질 전지로 분류되며, 액체전해질을 사용하는 전지를 리튬이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬폴리머 전지라고 한다. 또한 리튬이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과 파우치형을 들 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 각형 이차 전지(10)를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 각형 이차 전지(10)는 캔(11)과 상기 캔(11)에 결합되는 캡 플레이트 조립체(12)와, 상기 캔(11)의 내부에 수용되는 전극 조립체(13)와, 상기 전극 조립체(13)로부터 인출되는 전극탭(14)을 포함한다.

상기 캡 플레이트 조립체(12)는 캡 플레이트(12a)와 상기 캡 플레이트에 마련된 단자 통공의 내면에 그 외면이 접하면서 상기 캡 플레이트(12a)와 결합되는 개스킷(12b)과 상기 개스킷(12b)의 내면에 접하면서 절연을 위하여 그 외면이 상기 캐스킷(12b)에 의해 감싸져서 상기 캡 플레이트(12a)와 결합되는 전극 단자(12c)와 상기 전극단자(12c)의 하단부에 고정된 단자 플레이트(12d)와 상기 캡 플레이트(12a)의 하면과 단자 플레이트(12d)의 상면 사이에 개재된 절연 플레이트(12e)를 포함한다.

상기 전극 조립체(13)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 설치되어 권취되어서 상기 캔(11)내에 설치되어 있다.

상기 전극탭(14)은 상기 전극 조립체(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.

이 때, 상기 캔(11)은 알루미늄이나 스틸과 같은 전도성이 우수한 금속재로 이루어져 있고, 상기 전극탭(14)도 전기 전도성이 우수한 금속 박판, 예컨대 알루미늄이나 니켈을 사용하고 있다.

상술한 바와 같이 이차 전지를 구성한 후 상기 캡 플레이트에 형성된 전해액 주입공(미도시)을 통해 전해액을 주입하게 된다.

그런데, 종래의 이차 전지는 전해액이 과충전되는 등의 이유에 의해 전지 내부의 내압이 상승하면 그 전해액이 상기 캡 플레이트(12a)와 상기 전극 단자(12c)사이로 누출되는 문제점이 있다. 이러한 밀폐성 불량은 전극 단자(12c)와 캡 플레이트(12a)간의 결합력의 약화 및 저하에서 비롯되는데, 예를 들어 밀폐성을 보장하기 위해 전극 단자(15)에 의한 개스킷(16)의 압축률은 30~50%가 유지되어야 하지만, 전지의 경량화를 위해 상기 전극 단자(15)의 재질로 알루미늄을 사용하거나 전극 단자(15)의 헤드부를 장변 방향으로 길게 형성하여 접속성을 향상시킨 타원형으로 사용할 경우에는 전극 단자(15)의 결합력이 감소되어 밀폐성 불량을 초래하는 문제점이 있다. 또한 상기와 같은 밀폐성 불량이 있을 경우 발생하는 전해액 누출은 인체에 유해하고 전지 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 캡 플레이트의 단자 통공의 주의에 기밀 영역을 형성하여 전극 단자의 캡 플레이트에 대한 결합력을 높일 수 있도록 하여, 그 전극 단자와 캡 플레이트 사이에 발생하는 밀폐성 불량을 해소할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 밀폐전지의의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 밀폐전지의 분해 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 밀폐전지의 캡 조립체의 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명.>

22; 캡 플레이트 23; 발전요소

24; 전극 단자 25; 개스킷

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 캡 플레이트 조립체는, 단자 통공과, 개스킷(gasket)과의 접촉시 캡 플레이트와 개스킷 사이의 기밀을 유지하기 위하여 단자 통공 주위에 마련된 기밀 영역을 구비하는 캡 플레이트와; 외면이 상기 캡 플레이트에 마련된 단자 통공의 내부에 접하면서 상기 캡 플레이트와 결합되는 개스킷과; 상기 개스킷의 내면에 접하게 설치되어 상기 캡 플레이트와 결합되고, 상기 개스킷에 의해 상기 캡 플레이트와 절연되는 전극 단자를; 구비한다.

본 발명에 있어서, 상기 기밀 영역은 상기 개스킷이 상기 캡 플레이트와 접촉하는 영역에 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 기밀 영역은 캡 플레이트의 표면에 형성된 다수의 홈으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 기밀 영역의 홈은 널링(knurling) 공정에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명인 이차 전지는 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 순차로 적층 및 권취되어 형성된 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수용되는 캔; 단자 통공과,개스킷(gasket)과의 접촉시 캡 플레이트와 개스킷 사이의 기밀을 유지하기 위하여 단자 통공 주위에 마련된 기밀 영역을 구비하는 캡 플레이트와, 외면이 상기 캡 플레이트에 마련된 단자 통공의 내부에 접하면서 상기 캡 플레이트와 결합되는 개스킷과, 상기 개스킷의 내면에 접하게 설치되어 상기 캡 플레이트와 결합되고, 상기 개스킷에 의해 상기 캡 플레이트와 절연되는 전극 단자를 구비하며 상기 캔의 상부에 설치되어 결합되는 캡 플레이트 조립체를; 구비한다.

본 발명에 있어서, 상기 기밀 영역은 상기 개스킷이 상기 캡 플레이트와 접촉하는 영역에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 기밀 영역은 캡 플레이트의 표면에 형성된 다수의 홈으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 기밀 영역의 홈은 널링(knurling) 공정에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 캡 플레이트 조립체와 이차 전지(20)의 일 실시예의 분해 사시도가 도시되어 있다.

상기 이차 전지(20)는 캔(21)과 상기 캔(11)에 결합되는 캡 플레이트 조립체(22)와, 상기 캔(21)의 내부에 수용되는 전극 조립체(23)와, 상기 전극 조립체(13)로부터 인출되는 전극탭(24)을 포함한다.

상기 전극 조립체(23)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 설치되어 권취되어서 상기 캔(21)내에 설치되어 있으며, 상기 전극탭(24)은 상기 전극 조립체(23)의 각 극판으로부터 인출되는 복수개로서, 한 극판의 전극탭은 전극단자(33)와 연결되고, 다른 극판의 전극탭은 캔(21)이나 캡 플레이트(31)에 연결되어 상호 절연되어 있고, 상기 캔(21)은 알루미늄이나 스틸과 같은 전도성이 우수한 금속재로 이루어져 있고, 상기 전극탭(24)도 전기 전도성이 우수한 금속 박판, 예컨대 알루미늄이나 니켈을 사용하고 있다.

상기 캡 플레이트 조립체(22)는 캡 플레이트(31)와 상기 캡 플레이트에 마련된 단자 통공(31c)의 내면에 그 외면이 접하면서 상기 캡 플레이트(31)와 결합되는 개스킷(32)과 상기 개스킷(32)의 내면에 접하면서 절연을 위하여 그 외면이 상기 캐스킷(32)에 의해 감싸져서 상기 캡 플레이트(31)와 결합되는 전극 단자(33)와 상기 전극단자(33)의 하단부에 고정된 단자 플레이트(34)와 상기 캡 플레이트(31)의 하면과 단자 플레이트(34)의 상면 사이에 개재된 절연 플레이트(35)를 포함한다.

상기 캡 플레이트(31)는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입공(31a)을 가지며, 전지의 이상 작동이나 내압 상승에 대한 안전대책으로서 마련된 안전변(31b)을 가지는 데, 상기 안전변(31b)은 물리적인 방법으로 홈을 형성하거나 캡 플레이트(31) 자체에 구멍을 뚫고 그 구멍을 박판으로 막아 밀봉하여 상대적으로 취약하게 형성함으로써 실현할 수 있다.

또한 상기 캡 플레이트(31)는 전극 단자(33)가 캔(21)의 내부를 향하여 삽입되는 단자 통공(31c)을 가지며, 상기 단자 통공(31c)의 주위에는 상기 캡 플레이트(31)와 전극 단자(33) 사이에 기밀을 유지하기 위해 마련된 기밀영역(31d)이 제공되며, 본 실시예에서는 상기 기밀 영역(31d)을 홈을 형성함으로써 마련하였다.

상기 홈은 널링(knurling)이나 에칭(eching) 등 통상적인 제조 방법에 의해 형성할 수 있을 것이며, 그 영역의 크기 또한 그와 접촉하는 개스킷(32)의 크기에 따라 달라질 수 있고, 바람직하게는 개스킷(32)의 하부에 대응하는 해당 영역에 형성할 수 있다.

도 3에 도시된 본 발명의 캡 플레이트 조립체의 일 실시예의 단면도를 참조하면, 복수의 홈이 형성된 기밀 영역(31d)의 홈에 가스킷(25)을 이루는 재료가 침투하여 밀착됨으로써 보다 긴밀한 결합이 이루어져 전지 내의 내압의 상승 등 전해액의 누출 요인이 있더라도 기밀 영역(31d)에서 차단될 수 있음을 알 수 있다.

상기 캡 플레이트 조립체(22)의 조립은 다음과 같이 수행한다.

상기 캡 플레이트(31)에는 중앙의 단자 통공(31c)을 통하여 전극 단자(33)가 삽입되고, 상기 전극 단자(33)와 캡 플레이트(31)의 사이에 개스킷(32) 및 절연판(35)을 포함하는 절연체를 개재하여 절연한 후 결합 및 밀봉되어 진다. 절연판(35)의 하부에는 전기적인 연결성을 고려하여 단자 플레이트(34)를 설치한다. 상기 전극 단자(33)는 원형, 타원형 혹은 직사각형 중에서 하나의 형태로 된 헤드부(33a)와, 상기 헤드부(33a)에서 연장된 연결부(33b)로 구성되는데, 상기 연결부(33b)가 캡 플레이트(31)의 위쪽으로부터 아래쪽으로 삽입된 후 단자 플레이트(34)의 하부에서 리벳팅(riveting) 또는 스피닝(spinning)에 의해 결합되고 밀봉되어짐으로써 캡 플레이트 조립체(22)를 구성하게 된다.

전해액은 상기 캡 플레이트 조립체(22)를 상기 캔(21)의 상부에 설치 및 결합한 후 전해액 주입공(31a)를 통해 주입하고 도시되지 않은 별도의 플러그를 이용하여 상기 주입공(22a)을 막음에 의해 밀봉되어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 널링부가 형성됨으로써 개선된 캡 플레이트에 의하여 보다 밀폐성이 향상된 밀폐전지는 제공함으로써, 안전성을 향상시키고, 전지의 수명을 증대시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

1. 단자 통공과, 개스킷(gasket)과의 접촉시 캡 플레이트와 개스킷 사이의 기밀을 유지하기 위하여 단자 통공 주위에 마련된 기밀 영역을 구비하는 캡 플레이트와;

   외면이 상기 캡 플레이트에 마련된 단자 통공의 내부에 접하면서 상기 캡 플레이트와 결합되는 개스킷과;

   상기 개스킷의 내면에 접하게 설치되어 상기 캡 플레이트와 결합되고, 상기 개스킷에 의해 상기 캡 플레이트와 절연되는 전극 단자를; 구비하는 캡 플레이트조립체.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 기밀 영역은 상기 개스킷이 상기 캡 플레이트와 접촉하는 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 캡 플레이트 조립체.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 기밀 영역은 캡 플레이트의 표면에 형성된 다수의 홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 캡 플레이트 조립체.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 기밀 영역의 홈은 널링(knurling) 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 캡 플레이트 조립체.
5. 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 순차로 적층 및 권취되어 형성된 전극 조립체;

   상기 전극 조립체가 수용되는 캔;

   단자 통공과, 개스킷(gasket)과의 접촉시 캡 플레이트와 개스킷 사이의 기밀을 유지하기 위하여 단자 통공 주위에 마련된 기밀 영역을 구비하는 캡 플레이트와, 외면이 상기 캡 플레이트에 마련된 단자 통공의 내부에 접하면서 상기 캡 플레이트와 결합되는 개스킷과, 상기 개스킷의 내면에 접하게 설치되어 상기 캡 플레이트와 결합되고, 상기 개스킷에 의해 상기 캡 플레이트와 절연되는 전극 단자를 구비하며 상기 캔의 상부에 설치되어 결합되는 캡 플레이트 조립체를; 구비하는 이차전지.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 기밀 영역은 상기 개스킷이 상기 캡 플레이트와 접촉하는 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 기밀 영역은 캡 플레이트의 표면에 형성된 다수의 홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 기밀 영역의 홈은 널링(knurling) 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.