KR20060027276A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

이차 전지는 제1,2전극, 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 캔과, 캔의 상측을 커버하며 중심부에 제1,2전극 중 어느 하나와 연결된 전극단자가 삽입되고, 일측에는 안전벤트가 형성된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체와, 전극단자의 상면과 연결되어 전극단자와 외부단자를 연결하는 전극리드선 및 캡 조립체의 상측에 설치되어 캡 플레이트와 전극리드선을 절연시킴과 아울러, 안전벤트의 위치를 노출시키는 노출부를 갖는 와셔를 포함하므로, 안전벤트의 위치가 노출됨에 따라 이차 전지를 생산하는 공정 진행 중에 이미 설치된 와셔를 제거하여 안전벤트의 위치를 확인하는 번거로움이 방지되는 효과가 있다.
캔, 캡 플레이트, 안전벤트, 와셔

Description

이차 전지 { Secondary Battery }
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분리사시도,
도 2는 도 1을 A-A'방향으로 절단한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 와셔가 결합된 캔의 상면도,
도 4는 본 발명에 따른 와셔의 배면을 도시한 사시도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
110 :캔 210 : 제1전극
215 : 제1전극탭 220 : 제2전극
225 : 제2전극탭 230 : 세퍼레이터
300 : 캡 조립체 310 : 캡 플레이트
311 : 제1단자통공 312 : 전해액 주입공
315 : 마개 317 : 안전벤트
320 : 전극단자 330 : 개스킷
340 : 절연플레이트 350 : 터미널 플레이트
360 : 절연케이스 500 : 와셔
510 : 전극단자홀 520 : 안전벤트홀
521 : 커버 530 : 주입홀
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캡 플레이트와 전극단자를 절연시키는 와셔부재의 형상을 변경하여 전해액 주입구 및 안전벤트의 위치를 확인할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화 된 전기/전자 장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자 장치를 일정기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충ㆍ방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차 전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 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 활물질로 는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 리튬 이차 전지는 이차전지용 캔과, 캔의 내부에 수용되는 젤리-롤형 전극 조립체와, 캔의 상부에 결합되어 마감하는 캡 조립체 및 캡 조립체에 포함된 캡 플레이트 상부에 결합되는 와셔를 포함하여 구성된다.
캡 플레이트는 중앙부에 전극단자가 삽입되는 단자 통공이 설치되고, 일측에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입공이 설치된다. 또한, 캡 플레이트의 타측에는 캡 플레이트의 두께가 얇아지도록 일정 깊이의 홈을 형성하거나, 홀을 형성하여 박판을 용접한 후 밀봉한 안전벤트가 설치되어 전지의 내압 상승 및 폭발 발생시 일차적으로 파열되어 더 큰 폭발이 발생하는 것을 방지한다.
그리고, 캡 플레이트는 상측에 외부단자와 전극단자를 전기적으로 연결하는 전극리드선이 설치되는데, 이때 와셔는 중앙부에 전극단자와 전극리드선이 접촉되도록 전극리드통공이 형성되어 전극단자를 노출시킴과 아울러, 캡 플레이트의 상부에 설치되어 캡 플레이트와 전극리드선이 접촉되어 쇼트되는 것을 방지한다.
그런데, 종래의 이러한 이차 전지는 와셔의 재질이 불투명이고, 좌ㆍ우 대칭구조로 되어 있기 때문에 전해액 주입공이나 안전벤트를 커버하여 그 위치 파악이 어려운 문제점이 있다. 즉, 작업자가 와셔를 들추어 안전벤트의 위치를 확인한 후 전극단자와 전극리드선을 용접해야 하므로 작업효율이 떨어지게 된다.
또한, 전해액 주입공은 마개에 의해 밀봉됨에 따라, 마개의 돌출부분 만큼 와셔가 들뜨게 되는 문제점이 있다. 즉, 와셔가 수평을 이루지 못함에 따라 와셔의 상측으로 설치되는 그 밖의 부품들이 결합될 때 견고하지 못하게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 캡 플레이트의 상측에 와셔가 설치된 후에도 안전벤트의 위치를 확인할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 와셔의 구조를 변경하여 전해액 주입공을 커버하는 마개와 와셔가 접촉되어 와셔가 들뜨는 것이 방지되는 이차 전지를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1,2전극, 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 캔과, 상기 캔의 상측을 커버하며 중심부에 상기 제1,2전극 중 어느 하나와 연결된 전극단자가 삽입되고, 일측에는 안전벤트가 형성된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체와, 상기 전극단자의 상면과 연결되어 상기 전극단자와 외부단자를 연결하는 전극리드선 및 상기 캡 조립체의 상측에 설치되어 상기 캡 플레이트와 상기 전극리드선을 절연시킴과 아울러, 상기 안전벤트의 위치를 노출시키는 노출부를 갖는 와셔를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
상기 와셔의 노출부는 상기 캡 플레이트에 형성된 안전벤트와 대응되는 위치에 안전벤트홀이 형성되고, 상기 안전벤트홀에는 투명수지로 된 커버부재가 추가로 설치된 것이 바람직하다. 이때, 상기 투명수지는 폴리브텔렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 페트, 폴리프로필렌, 테플론 및 폴리테트라플루오로에틸렌 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 캡 플레이트는 타측에 마개로 밀봉된 전해액 주입공이 형성되고, 상기 와셔는 상기 전해액 주입공의 마개가 노출되도록 주입홀이 추가로 형성되며, 상기 마개는 상측에 절연물질이 코팅된 것이 바람직하다.
상기 캡 플레이트의 하면에 소정의 높이를 갖는 지지부재가 적어도 둘 이상 설치되어 지지부재의 높이만큼 상기 와셔와 이격되게 설치되며, 상기 지지부재의 높이는 상기 마개의 상면이 상기 와셔의 상면으로 돌출되지 않는 최소의 높이인 것이 바람직하다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 더욱 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분리사시도이고, 도 2는 도 1을 A-A'방향으로 절단한 단면도이다. 도 3은 본 발명에 따른 와셔가 결합된 캔의 상면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 와셔의 배면을 도시한 사시도이다. 이들 도면을 참조하면, 이차 전지(100)는 일측이 개구된 캔(110)과, 캔(110)의 내부에 수용되는 전극 조립체(250)와, 캔(110)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(310)를 포함하여 마감하는 캡 조립체(300) 및, 캡 플레이트(310)의 상측에 설치되는 와셔(500)로 이루어진다.
캔(110)은 대략 사각박스형으로 된 금속재로 이루어지고, 그 자체가 단자 역할을 수행할 수 있다.
전극 조립체(250)는 제1전극탭(215)이 부착된 제1전극(210)과, 제2전극탭 (225)이 부착된 제2전극(220) 사이에 개재된 세퍼레이터(230)가 권취된 젤리-롤형으로 된다.
캡 조립체(300)는 캡 플레이트(310)와, 절연 플레이트(340)와, 터미널 플레이트(350) 및 전극 단자(320)를 포함한다.
캡 플레이트(310)는 캔(110)의 개구부와 상응하는 크기와 형상을 가진 금속판으로 형성되어 그 중앙에 전극 단자(320)가 삽입되는 제1단자통공(311)이 형성된다.
전극 단자(320)는 제1전극탭(215) 또는 제2전극탭(225)과 연결되어 음극 또는 양극 단자로 작용하게 된다. 전극 단자(320)가 제1단자통공(311)에 삽입될 때는 전극 단자(320)와 캡 플레이트(310)의 절연을 위해 전극 단자(320)의 외면에는 튜브형의 개스킷(330)이 결합되어 함께 삽입된다. 여기서, 전극 단자(320)는 음극인 것이 바람직하다.
캡 플레이트(310)의 일측에는 전지 내부의 압력이 상승하거나 폭발될 때 그 압력이 위험 수위의 압력보다 낮은 압력에서 파열되도록 일정 깊이의 홈을 형성하여 그 두께를 얇게 하거나 홀을 형성하여 홀에 박판을 용접하여 밀봉한 안전벤트(317)가 마련된다. 타측에는 소정 크기의 전해액 주입공(312)이 형성되고, 전해액 주입공(312)은 캡 조립체(300)가 캔(110)의 개구에 조립된 후, 전해액을 주입하는 통로가 되며 마개(315)로 밀봉된다.
절연 플레이트(340)는 개스킷(330)과 같이 절연물질로 형성되며 캡 플레이트(310)의 하면에 결합된다. 절연 플레이트(340)는 캡 플레이트(310)의 제1단자통공 (311)에 대응되는 위치에 제2단자통공(341)이 형성된다.
터미널 플레이트(350)는 Ni금속 또는 이의 합금으로 형성되며, 절연 플레이트(340)의 하면에 결합된다. 터미널 플레이트(350)는 캡 플레이트(310)의 제1단자통공(311)에 대응되는 위치에 전극 단자(320)가 삽입되는 제3단자통공(351)이 형성된다. 이에, 전극 단자(320)는 개스킷(330)에 의하여 캡 플레이트(310)와 전기적으로 절연되면서 터미널 플레이트(350)와 전기적으로 연결된다.
또한, 전극 조립체(250)의 상면에는 전극 조립체(250)와 캡 조립체(310)를 전기적으로 절연시키도록 전극 조립체(250)의 상단을 커버하는 절연 케이스(360)가 설치된다.
한편, 전극 단자(320)는 전극 리드선(300)과 연결되어 도시되지 않은 외부단자와 연결된다.
여기서, 전극 단자(320)가 제1전극탭(215)과 연결되면, 캡 플레이트(310)는 제2전극탭(225)과 연결되므로 전극 단자(320)와 연결되는 전극 리드선(600)은 캡 플레이트(310)와 절연되어야 한다. 이에 캡 플레이트(310)의 상측 즉, 캡 플레이트(310)와 전극 리드선(600) 사이에는 와셔(500)가 설치된다.
와셔(500)는 절연체로 형성되며, 중심부에 전극 리드선(600)과 연결되는 전극 단자(320)가 노출되도록 전극단자홀(510)이 형성된다. 와셔(500)의 일측에는 안전벤트(317)가 노출되는 노출부로서 안전벤트홀(520)이 형성되고, 타측에는 전해액 주입공(312)을 밀봉하는 마개(315)가 돌출되도록 주입홀(530)이 형성된다.
여기서, 안전벤트(317)가 캡 플레이트(310)의 두께가 얇아지도록 소정 깊이 를 갖는 홈 형태일 경우 홈에 이물질이 유입되면, 전지의 내압 상승시 벤트될 수 없어 전지의 발화 또는 폭발을 유발하므로 안전벤트홀(520)은 그 상면에 투명 재질의 커버(521)가 설치되는 것이 바람직하다. 이때, 커버(521)의 투명 재질은 절연성을 갖는 것으로서, 폴리브틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 페트, 폴리프로필렌, 테플론 및 폴리네트라플루오로에틸렌으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
또한, 와셔(500)의 배면에는 적어도 두개 이상의 지지부재(540)가 설치되어 캡 플레이트(310)와 이격되게 설치된다. 이때, 지지부재(540)의 높이(H)는 전해액 주입공(312)을 밀봉하는 마개(315)의 상면이 와셔(500)의 상면으로 돌출되지 않는 최소의 높이(h)로 형성되어 와셔(500)의 상면으로 마개(315)가 돌출되지 않도록 하는 것이 바람직하며, 마개(315)의 상면은 절연물질로 코팅되어 캡 플레이트(310)와 와셔(500)를 절연시키는 것은 물론이다. 이때, 지지부재(540)의 저면에는 접착제층(541)이 구비되어 와셔(500)와 캡 플레이트(310)가 고정된다.
이에 따라, 캡 플레이트(310)의 상측에 와셔(500)가 설치되면, 캡 플레이트(310)와 전극 리드선(600)을 절연시키는 것은 물론이고, 안전벤트홀(520)을 통해 안전벤트(317)의 위치가 노출되고, 주입홀(530)을 통해 전해액 주입공(312)을 밀봉하는 마개(315)가 돌출된다.
따라서, 본 발명은 와셔에 형성된 안전벤트홀을 통해 안전벤트의 위치가 노출되므로 이차 전지를 생산하는 공정 진행 중에 이미 설치된 와셔를 제거하여 안전벤트의 위치를 확인하는 번거로움이 방지되는 효과가 있다.
또한, 와셔는 전해액 주입공을 커버하는 마개가 돌출되도록 주입홀이 형성되므로 돌출된 마개에 의해 와셔가 수평을 유지하지 못하고 들뜨는 것을 방지하여 이차 전지의 결합이 견고한 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 제1,2전극, 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 캔;
    상기 캔의 상측을 커버하며 중심부에 상기 제1,2전극 중 어느 하나와 연결된 전극단자가 삽입되고, 일측에는 안전벤트가 형성된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체;
    상기 전극단자의 상면과 연결되어 상기 전극단자와 외부단자를 연결하는 전극리드선; 및
    상기 캡 조립체의 상측에 설치되어 상기 캡 플레이트와 상기 전극리드선을 절연시킴과 아울러, 상기 안전벤트의 위치를 노출시키는 노출부를 갖는 와셔;를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 와셔의 노출부는 상기 캡 플레이트에 형성된 안전벤트와 대응되는 위치에 형성된 안전벤트홀인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 안전벤트홀에는 투명수지로 된 커버부재가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 투명수지는 폴리브텔렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 페트, 폴리프로필렌, 테플론 및 폴리테트라플루오로에틸렌 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 타측에 마개로 밀봉된 전해액 주입공이 형성되고,
    상기 와셔는 상기 전해액 주입공의 마개가 노출되도록 주입홀이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 마개는 상면에 절연물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 하면에 소정의 높이를 갖는 지지부재가 적어도 둘 이상 설치되어 지지부재의 높이만큼 상기 와셔와 이격되게 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 지지부재의 높이는 상기 마개의 상면이 상기 와셔의 상면으로 돌출되지 않는 최소의 높이인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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