KR20060037833A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

이차 전지는 제1,2전극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하며 그 내부에 절연층이 형성된 금속재질의 케이스 및 케이스를 마감하는 캡 조립체를 포함하므로, 전극판과 케이스의 접촉으로 인한 쇼트가 방지되는 이점이 있다.
이차 전지, 전극 조립체, 절연, 절연물질, 케이스

Description

이차 전지 { SECONDARY BATTERY }
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분해사시도,
도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 일부 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 다른 실시예를 도시한 일부 단면도이다.
< 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 >
100 : 이차전지 110 : 케이스
200 : 전극 조립체 210 : 제1전극판
215 : 제1전극탭 220 : 제2전극판
225 : 제2전극탭 230 : 세퍼레이터
250 : 절연층 300 : 캡 조립체
310 : 캡 플레이트 311 : 제1단자통공
321 : 전해액 주입공 315 : 보올
320 : 전극단자 330 : 개스킷
340 : 절연플레이트 341 : 제2단자통공
350 : 터미널플레이트 351 : 제3단자통공
360 : 절연케이스
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 조립체와 케이스를 절연시키는 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 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전 지와, 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 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 리튬 이차 전지용 케이스와, 리튬 이차 전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.
그런데, 이러한 종래의 이차 전지는 전극 조립체가 케이스에 수납되었을 때, 케이스와 다른 극성을 갖는 전극판이 케이스와 접촉되어 단락되는 문제점이 발생한다.
즉, 전극 조립체를 구성하는 세퍼레이터는 서로 다른 전극판이 접촉되는 것을 방지하기 위해 전극판보다 그 길이가 길게 형성된다. 이에, 전극 조립체가 케이스에 수납되면, 세퍼레이터는 일측으로 접혀지게 되는데, 이 과정에서 케이스와 다른 극성을 갖는 전극판과 케이스가 접촉되게 되는 것이다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 케이스와 다른 극성을 갖는 전극판과 케이스의 접촉을 방지하는 절연층을 갖는 이차 전지를 제공한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1,2전극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하며 그 내부에 절연층이 형성된 금속재질의 케이스 및 상기 케이스를 마감하는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
상기 절연층은 상기 케이스의 내부에 코팅된 것이 바람직하다.
상기 코팅은 디핑(Dipping)에 의해 형성되거나 분사에 의해 형성된 것이 바람직하다. 또한, 상기 코팅은 라미네이팅에 의해 형성되거나, 도장에 의해 형성된 것이 바람직하다.
상기 절연층은 에폭시 재질이나, 나일론 재질이나, 아크릴 재질인 것이 바람직하다. 또한, 상기 절연층은 상기 케이스의 저면을 커버하도록 하측에 형성된 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 일부 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 이차 전지(100)는 이차 전지용 케이스(110)와, 케이스(110)의 내부에 수용된 젤리-롤형의 전극 조립체(200)와, 케이스(110)의 상부에 결합되는 캡 조립체(300)로 구성된다.
케이스(110)는 대략 원통형이거나 사각 형상을 갖는 금속재질로 이루어지고, 일측이 개구되어 상단 개구부를 갖으며, 그 자체가 단자 역할을 수행할 수 있다.
케이스(110)의 내부에는 절연층(250)이 코팅된다. 절연층(250)은 액상의 절연물질에 케이스(110)의 내부를 디핑하거나 절연물질을 케이스(110)의 내부에 분사시켜 형성할 수 있다. 또한, 절연층(250)은 절연물질을 케이스(110)의 내부에 도장하거나, 절연물질을 필름타입으로 형성하여 케이스(110)의 내부에 라미네이팅 가능하다.
한편, 절연층(250)을 형성하는 절연물질은 바람직하게는 2개 이상의 에폭시기의 중합에 의해 형성된 열경화성 수지로서 점도, 접착성, 내약품성 및 전기적 성질, 굽힘강도 및 굳기 등의 기계적 성질이 우수한 에폭시 수지가 적용될 수 있다.
또한, 나일론이나, 아크릴 재질도 적용가능하나 이 재질로 절연물질을 한정하는 것은 아니다.
전극 조립체(200)는 제1전극탭(215)이 부착된 제1전극판(210), 제2전극탭(225)이 부착된 제2전극판(220) 및 제1전극판(210)과 제2전극판(220) 사이에 개재된 세퍼레이터(230)가 권취된 형태로 이루어져 있다.
여기서, 세퍼레이터(230)는 제1전극판(210)과 제2전극판(220)을 절연시키기 위한 것이므로 제1,2전극판(210,220)이 서로 접촉되지 않도록 제1,2전극판(210,220)보다 크게 형성된다. 따라서, 권취된 전극 조립체(200)에서는 세퍼레이터(230)가 제1,2전극판(210,220)보다 크게 형성되어 케이스(110)의 바닥에 접촉된다.
이때, 케이스(110)의 내부에 코팅된 절연층(250)은 도 2에 도시된 바와 같이 케이스(110)의 내부를 모두 커버할 수 있다.
또한, 절연층(250)은 다른 실시예로서 도 3에 도시된 바와 같이 전극 조립체(200)가 수납될 때 제1,2전극판(210,220)보다 큰 세퍼레이터(230)가 일측으로 쏠려 케이스(110)의 저면과 제1전극판(210) 또는 제2전극판(220)이 접촉되는 것을 방지하기 위해 케이스(110)의 내부 하측에만 형성되어도 무방하다.
한편, 캡 조립체(300)는 캡 플레이트(310)와, 절연 플레이트(340)와, 터미널 플레이트(350) 및 전극 단자(320)를 포함하여 구성된다. 캡 조립체(300)는 별도의 절연 케이스(360)와 결합되어 케이스(110)의 상단 개구부에 결합되어 케이스(110)를 밀봉하게 된다.
캡 플레이트(310)는 케이스(110)의 상단 개구부와 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 캡 플레이트(310)의 중앙에는 소정 크기의 제1단자통공(311)이 형성되며, 제1단자통공(311)에는 전극 단자(320)가 삽입된다.
전극단자(320)가 제1단자통공(311)에 삽입될 때는 전극 단자(320)와 캡 플레이트(310)의 절연을 위하여 전극 단자(320)의 외면에는 튜브형의 개스킷(330)이 결합되어 함께 삽입된다.
한편, 캡 플레이트(310)의 일측에는 소정 크기의 전해액 주입공(312)이 형성된다. 전해액 주입공(312)은 캡 조립체(300)가 케이스(110)의 상단개구부에 조립된 후, 전해액 주입공(312)을 통하여 전해액이 주입되고 전해액 주입공(312)은 보올(315)에 의해 밀폐된다.
전극 단자(320)는 음극 전극판(220)의 음극탭(225) 또는 양극 전극판(210)의 양극탭(215)에 연결되어 음극 단자 또는 양극 단자로 작용하게 된다.
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 전극 단자(320)가 삽입되는 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 형성되며 전극단자(320)가 개스킷(330)에 의하여 절연되면서 캡 플레이트(310)의 제1단자통공(311)을 통하여 결합되므로 터미널 플레이트(350)는 캡 플레이트(310)와 전기적으로 절연되면서 전극 단자(320)와 전기적으로 연결된다.
한편, 전극단자(320)를 캡 플레이트(310)와 절연 플레이트(340) 및 터미널 플레이트(350)에 결합시키는 방법으로는 전극 단자(320)를 회전시키면서 일정한 힘을 가하여 캡 플레이트(310)의 제1단자통공(311)에 삽입하게 된다.
전극 단자(320)는 제1단자통공(311)을 통과하게 되면 다시 캡 플레이트(310)의 하면에 결합되어 있는 절연 플레이트(340)와 터미널 플레이트(350)에 형성된 제2단자통공(341)과 제3단자통공(351)을 통과하게 된다. 이때, 절연 플레이트(340)에 형성된 제2단자통공(341)의 내경은 삽입되는 전극단자(320)의 외경과 동일하거나 약간 크게 형성되며 전극 단자(320)의 삽입시에는 전극 단자(320)의 외면이 밀착되어 강제 삽입된다.
한편, 전극 조립체(200)의 상면에는 전극 조립체(200)와 캡 조립체(300)를 전기적으로 절연시킴과 동시에 전극 조립체(200)의 상단부를 커버하는 절연 케이스(360)가 설치된다.
절연 케이스(360)는 캡 플레이트(310)의 전해액 주입구(312)와 대응하는 위치에 전해액 주입 통공(315)이 형성되어 전해액을 주입할 수 있도록 한다. 또한, 절연 케이스(360)는 절연성을 갖는 고분자 수지로써, 바람직하게는 폴리프로필렌으로 이루어지나, 본 발명의 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 절연 케이스(360)는 전극 조립체(200)의 상측에 안착되어 케이스(110)와 제1,2전극판(210,220)을 절연시키므로 케이스(110)의 상측에는 별도의 절연층(250)이 형성되지 않아도 절연가능하다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 케이스의 내부에 절연층이 형성되므로 전극판과 케이스의 접촉으로 인한 쇼트가 방지되는 이점이 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 후술하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (10)

  1. 제1,2전극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며 그 내부에 절연층이 형성된 금속재질의 케이스; 및
    상기 케이스를 마감하는 캡 조립체;를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 케이스의 내부에 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 코팅은 디핑(Dipping)에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 2에 있어서,
    상기 코팅은 분사에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 코팅은 라미네이팅에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 코팅은 도장에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은 에폭시 재질인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은 나일론 재질인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은 아크릴 재질인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 케이스의 저면을 커버하도록 하측에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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