KR20040110332A

KR20040110332A - 이차 전지

Info

Publication number: KR20040110332A
Application number: KR1020030039570A
Authority: KR
Inventors: 윤익성
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2004-12-31
Also published as: KR100542186B1

Abstract

캡 조립체 내부에 전지의 내압 상승을 방지하는 피티씨(PTC; positive temperature coefficient) 소자를 배치하여 전지의 슬림화를 실현하는 각형 이차 전지에 관한 것으로서,

개구부를 갖는 각형의 캔과; 격리판을 매개로 양극판과 음극판이 적층되며 전해액이 함습된 상태로 캔 내부에 수용되는 전극 조립체와; 캔의 개구부에 고정되는 캡 플레이트를 구비하여 캔을 밀봉시키는 캡 조립체를 포함하며, 캡 조립체가 전극 조립체에 대향하는 캡 플레이트의 일면에 수용부를 형성하여 전극 조립체로부터 캡 플레이트로 이어지는 전류 흐름 상에 피티씨 소자를 배치하는 이차 전지를 제공한다.

Description

이차 전지 {SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캡 조립체 내부에 전지의 내압 상승을 방지하는 피티씨(PTC; positive temperature coefficient) 소자를 배치하여 전지의 슬림화를 실현하는 각형 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충전과 방전이 가능한 전지로서, 대표적으로 니켈-수소 전지와 리튬 전지 및 리튬 이온 전지 등이 있으며, 전지 팩 형태로 제작되어 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대용 전자기기의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

특히 이차 전지의 한 종류인 리튬 이차 전지는 작동 전압과 단위 중량당 에너지 밀도가 높아 휴대용 전자기기 분야에 더욱 적합하며, 리튬 이차 전지 가운데고분자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지녀 형상이 비교적 자유롭고, 무게가 가볍다는 측면에서 휴대용 전자기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 수 있다.

이러한 이차 전지는 그 형상에 따라 각형, 원통형 및 파우치형 등으로 분류되며, 도 4에 종래 기술에 의한 각형 이차 전지의 일례를 도시하였다.

도시한 바와 같이, 각형 이차 전지는 대략 직육면체 형상을 갖는 금속재의 캔(1)과, 격리판(3)을 매개로 양극판(5)과 음극판(7)이 적층된 후 젤리-롤 형태로 권취되며 전해액이 함습된 상태로 캔(1) 내부에 수용되는 전극 조립체(9)와, 캔(1)의 상단 개구부(1a)를 밀봉하는 캡 조립체(11)와, 캔(1)의 일측에 제공되는 PTC 소자(13)를 포함한다.

상기 PTC 소자(13)는 양극 단자의 역할을 수행하는 캔(1)의 외부 바닥면(1b)과 제1 리드(15)에 의해 전기적으로 연결되고, 캡 조립체(11)에 구비된 음극 단자(17)와 제2 리드(19)에 의해 전기적으로 연결되어 전지의 안전 장치를 구성한다. 이로서 PTC 소자(13)는 전지의 외부 단락이나 기계적인 충격에 의한 내부 단락 또는 과충방전 등의 경우, 전지의 전압이 급상승할 때 전류를 차단하여 전지의 파열을 미연에 방지하게 된다.

그러나 전술한 구성의 각형 이차 전지는 캔(1)의 외부에 PTC 소자(13)를 배치하고 있으므로, PTC 소자(13)와 제1, 2 리드(15, 19)에 의해 이차 전지의 외형 치수가 증가하여 전지의 슬림화 및 소형화 추세에 부합되지 못하는 단점을 안고 있다.

또한 전술한 구성의 각형 이차 전지는 PTC 소자(13)에 용접된 제1, 2 리드(15, 19)가 PTC 소자(13)로부터 탈락될 우려가 있어 전지의 안전성이 저하되며, 전극 조립체(9)와 캔(1) 및 캡 조립체(11)를 일체로 조립한 다음, PTC 소자(13)를 용접해야 하는 이중 공정으로 인해 생산성이 저하되는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 이차 전지의 외형 치수를 줄여 전지의 슬림화와 소형화를 실현하고, PTC 소자가 전지로부터 전기적으로 분리되지 않도록 하여 전지의 안전성을 확보하며, 조립 공정을 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 각형 이차 전지를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.

도 3은 도 1의 부분 확대도이다.

도 4는 종래 기술에 의한 이차 전지의 분해 사시도이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

개구부를 갖는 각형의 캔과, 격리판을 매개로 양극판과 음극판이 적층되며 전해액이 함습된 상태로 캔 내부에 수용되는 전극 조립체와, 캔의 개구부에 고정되는 캡 플레이트를 구비하여 캔을 밀봉시키는 캡 조립체를 포함하며, 캡 조립체가 전극 조립체에 대향하는 캡 플레이트의 일면에 수용부를 형성하여 전극 조립체로부터 캡 플레이트로 이어지는 전류 흐름 상에 피티씨 소자를 배치하는 이차 전지를 제공한다.

상기 전극 조립체는 양극판에 일단이 고정되면서 다른 일단이 전극 조립체의 상방으로 돌출되는 양극 리드와, 음극판에 일단이 고정되면서 다른 일단이 전극 조립체의 상방으로 돌출되는 음극 리드를 더욱 포함한다.

상기 캡 조립체는 피티씨 소자 다음으로 캡 플레이트의 수용부에 내장되며, 양극 리드의 일단이 고정되는 양극 단자 플레이트와, 수용부 내에서 양극 단자 플레이트를 둘러싸도록 배치되어 캡 플레이트와 양극 단자 플레이트의 접촉을 방지하는 절연 부재를 더욱 포함한다.

또한, 상기 캡 조립체는 절연 가스킷을 통해 캡 플레이트에 형성된 단자 통공에 삽입되어 위치하는 음극 단자와, 음극 단자 하단에 위치하며 양극 리드의 일단이 고정되는 음극 단자 플레이트와, 캡 플레이트와 음극 단자 플레이트 사이에 위치하는 절연 플레이트와, 전극 조립체와 캡 조립체 사이에 설치되며 양극 리드와 음극 리드를 통과시키기 위한 관통구들을 갖는 절연 케이스를 더욱 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각형 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 각형 이차 전지의 단면도이다.

도시한 바와 같이, 각형 이차 전지는 대략 직육면체 형상을 갖는 금속재의 캔(2)과, 격리판(4)을 매개로 양극판(6)과 음극판(8)이 적층된 후 젤리-롤 형태로 권취되며 전해액이 함습된 상태로 캔(2) 내부에 수용되는 전극 조립체(10)와, 캔(2)의 상단 개구부(2a)를 밀봉하는 캡 조립체(12)를 포함하며, 캡 조립체(12)의 일 부품인 캡 플레이트(14)가 그 내부에 피티씨(PTC) 소자(16)를 내장하고 있다.

상기 캔(2)은 그 일면이 개방된 개구부(2a)를 형성하여 이 개구부(2a)를 통해 전극 조립체(10)를 수용하며, 금속으로 제작되어 캔(2) 자체가 단자 역할을 할수 있다. 본 실시예에서는 캔(2)의 재질이 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고, 캔(2)이 전극 조립체(10)의 양극판(6)과 전기적으로 연결되어 양극 단자로 기능하는 경우를 예로 하여 설명한다.

한편, 캔(2)의 바닥면에는 캔(2)의 다른 부분보다 얇게 성형된 안전 벤트(18)가 형성될 수 있다. 안전 벤트(18)는 전지의 과충전 등으로 인하여 내압이 상승할 때에 안전 벤트(18)가 다른 부분보다 우선적으로 파단되어 전지의 안전성을 높이는 역할을 한다.

상기 전극 조립체(10)의 일 부분인 양극판(6)에는 양극 리드(20)가 용접되어 있으며, 양극 리드(20)는 전극 조립체(10)의 상방으로 돌출되어 있다. 그리고 전극 조립체(10)의 일 부분인 음극판(8)에도 음극 리드(22)가 용접되어 있으며, 음극 리드(22) 또한 전극 조립체(10)의 상방으로 돌출되어 있다.

상기 캡 조립체(12)는 전극 조립체(10)에 대향하는 일면에 PTC 소자(16)를 구비하며 중앙에 소정 크기의 단자 통공(14a)을 갖는 캡 플레이트(14)와, 절연 가스킷(24)을 통해 캡 플레이트(14)의 단자 통공(14a)에 삽입되어 위치하는 음극 단자(26)와, 음극 단자(26) 하단에 위치하는 음극 단자 플레이트(28)와, 캡 플레이트(14)와 음극 단자 플레이트(28) 사이에 위치하는 절연 플레이트(30)와, 전극 조립체(10)와 캡 조립체(12) 사이에 설치되어 두 부재를 전기적으로 절연시키는 절연 케이스(32)를 포함한다.

상기 캡 플레이트(14)는 캔(2)의 개구부(2a)에 상응하는 크기와 형상을 갖는 금속판으로서, 캔(2)의 개구부(2a)에 용접되어 캔(2)을 밀봉시키며, 절연케이스(32)에는 양극 리드(20)와 음극 리드(22)를 통과시키기 위한 제1, 2 관통구(32a, 32b)가 형성된다.

참고로, 도면에서 부호 14b는 전해액 주입구를 나타내고, 부호 34는 전해액 주입구(14b)를 밀봉하는 플러그를 나타낸다.

도 3은 PTC 소자 주위를 확대 도시한 도 1의 부분 확대도로서, 캡 플레이트(14)는 전극 조립체(10)에 대향하는 일면에 일종의 홈으로 이루어지는 임의 면적의 수용부(14c)를 형성하며, 이 수용부(14c)에 PTC 소자(16)를 위치시키고, PTC 소자 위(16)에 절연 부재(36)로 둘러싸인 양극 단자 플레이트(38)를 위치시켜 PTC 소자(16)와 양극 단자 플레이트(38)를 캡 플레이트(14) 내부에 수용한다.

그리고 전극 조립체(10)에서 상방으로 돌출된 양극 리드(20)가 절연 케이스(32)의 제1 관통구(32a)를 통해 양극 단자 플레이트(36)에 용접되어 양극판(6)과 캡 플레이트(14) 및 캔(2)을 전기적으로 연결시키고, 전극 조립체(10)에서 상방으로 돌출된 음극 리드(22)가 절연 케이스(32)의 제2 관통구(32b)를 통해 음극 단자 플레이트(28)에 용접되어 음극판(8)과 음극 단자(26)를 전기적으로 연결시킨다.

이와 같이 캡 플레이트(14) 내부에 PTC 소자(16)와, 절연 부재(38)로 둘러싸인 양극 단자 플레이트(36)가 위치하고, 양극 리드(20)의 일단이 양극 단자 플레이트(36)에 고정됨에 따라, 양극판(6)에서 발생된 전류는 PTC 소자(16)를 거쳐 캡 플레이트(14)와 캔(2)에 전달된다.

이 때, 절연 부재(38)는 캡 플레이트(14)와 양극 단자 플레이트(36)의 접촉을 방지하여 양극 단자 플레이트(36)와 캡 플레이트(14) 사이의 직접적인 전류 흐름을 차단하는 역할을 한다. 이로서 본 실시예에서 PTC 소자(16)는 양극 리드(20)에서 캡 플레이트(14)로 전달되는 전류 흐름 상에 위치한다.

따라서 전술한 구성에 의해, 이차 전지가 외부 단락 또는 기계적인 충격에 의해 내부 단락이 일어나거나, 과충방전되어 전지의 온도가 급격하게 상승할 때에, 캡 플레이트(14)에 내장된 PTC 소자(16)가 전류 흐름을 차단하여 전지의 파열을 미연에 방지한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 따르면, PTC 소자가 캡 조립체 내부에 위치하므로 이차 전지의 외형 치수를 줄일 수 있어 전지의 슬림화와 소형화를 실현할 수 있다. 그리고 캡 조립체 내부에 위치하는 PTC 소자는 전지에서 탈락될 우려가 없으므로 전지의 안전성을 높일 수 있다.

Claims

개구부를 갖는 각형의 캔과;

격리판을 매개로 양극판과 음극판이 적층되며 전해액이 함습된 상태로 상기 캔 내부에 수용되는 전극 조립체와;

상기 캔의 개구부에 고정되는 캡 플레이트를 구비하여 캔을 밀봉시키는 캡 조립체를 포함하며,

상기 캡 조립체가 상기 전극 조립체에 대향하는 캡 플레이트의 일면에 수용부를 형성하여 전극 조립체로부터 캡 플레이트로 이어지는 전류 흐름 상에 피티씨(PTC) 소자를 배치하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 전극 조립체가, 상기 양극판에 고정되는 양극 리드 및 상기 음극판에 고정되는 음극 리드를 더욱 포함하는 이차 전지.
제2항에 있어서,

상기 캡 조립체가, 상기 PTC 소자 다음으로 캡 플레이트의 수용부에 내장됨과 아울러 상기 양극 리드의 일단이 고정되는 양극 단자 플레이트와, 캡 플레이트의 수용부 내에서 양극 단자 플레이트를 둘러싸도록 배치되어 캡 플레이트와 양극 단자 플레이트의 접촉을 방지하는 절연 부재를 더욱 포함하는 이차 전지.
제3항에 있어서,

상기 캡 조립체가, 절연 가스킷을 통해 상기 캡 플레이트에 형성된 단자 통공에 삽입되어 위치하는 음극 단자와, 음극 단자 하단에 위치함과 아울러 상기 양극 리드의 일단이 고정되는 음극 단자 플레이트와, 캡 플레이트와 음극 단자 플레이트 사이에 위치하는 절연 플레이트와, 전극 조립체와 캡 조립체 사이에 설치됨과 아울러 양극 리드와 음극 리드를 통과시키기 위한 관통구들을 갖는 절연 케이스를 더욱 포함하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 캔이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 캔이 안전 벤트를 더욱 포함하는 이차 전지.