KR20060037834A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20060037834A
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우순기
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 이차 전지는 제1,2전극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하며 용접보강부가 구비된 케이스 및 케이스를 마감하는 캡 조립체를 포함하므로 용접회수가 증가되어도 용접부위가 닳아서 전해액이 누수되는 것이 방지되는 이점이 있다.
이차 전지, 전극 조립체, 절연, 절연물질, 케이스

Description

이차 전지 { SECONDARY BATTERY }
도 1은 본 발명에 따른 원통형 이차 전지의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 각형 이차 전지와 전극 리드선을 도시한 분해 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 이차 전지 케이스의 일실시예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 이차 전지 케이스의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
< 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 >
100 : 이차전지 200 : 전극 조립체
210 : 제1전극판 215 : 제1전극탭
220 : 제2전극판 225 : 제2전극탭
230 : 세퍼레이터 241,245 : 절연플레이트
250 : 절연층 300 : 케이스
310 : 측면판 320 : 하면판
330 : 크리핑부 340 : 비딩부
400 : 캡 조립체 410 : 안전벤트
420 : 전류차단부 480 : 이차보호소자
490 : 캡업
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 케이스의 하부에 전극탭이 용접되는 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 전극활물질층이 코팅된 제1,2전극판 및 제1전극판과 제2전극판 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 그리고, 케이스를 마감하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다.
이때, 케이스와 캡 조립체는 전극 조립체에서 인출된 제1,2전극탭과 연결되어 각각 다른 극성을 갖는다.
즉, 케이스가 원통형인 경우에 양극판은 상측으로 인출되어 케이스를 커버하는 캡 조립체와 연결되고, 음극판은 하측으로 인출되어 케이스의 내부 저면에 용접되므로 원통형 케이스는 음극의 극성을 띠게 되고 케이스를 커버하는 캡 조립체는 양극의 극성을 띠게 된다.
케이스가 각형인 경우에 케이스는 상측으로 양극판과 음극판이 인출되고, 양극판은 케이스와 연결되고, 음극판은 캡 조립체와 연결되므로, 각형 케이스는 양극의 극성을 띠게 되고 케이스를 커버하는 캡 조립체는 음극의 극성을 띠게 된다.
캡 조립체에 의해 밀봉된 이차 전지는 PTC 소자(Positive temperature coefficient), 서멀 퓨즈(Thermal Fuse) 및 보호회로 기판(PCM : Protective Circuit Module) 등의 안전 장치 및 기타 전지 부속들과 연결된 상태로 별도의 팩에 수납된다. 혹은 이차 전지와 보호회로기판, 기타 부속들은 서로 접속된 상태로 그 사이의 간극이 성형수지에 의해 채워지면서 상호 고정되거나 함께 피복되어 팩 전지를 이루게 된다.
즉, 이차 전지는 케이스의 상ㆍ하부에 각각의 전극단자와 연결되는 전극리드선이 설치되고, 전극리드선에 의해 각각의 전극단자를 보호회로기판과 연결시킨다.
그런데, 이러한 종래의 이차 전지는 전극탭이나 전극 리드선이 케이스의 하부에 용접될 때 용접되는 회수가 증가되면 케이스의 용접부위가 닳아지므로 용접부위에서 누액이 발생되는 문제점이 있다.
즉, 케이스는 용접부위를 통해 주입된 전해액이 새어나와 제품을 불량을 일으킨다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 케이스의 저면에 용접이 진행될 때 용접에 의해 케이스가 손상되는 것을 방지하는 이차 전지를 제공한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1,2전극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하며 그 저면에 용접보강 부가 형성된 케이스 및 상기 케이스를 마감하는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
상기 용접보강부는 상기 케이스 저면의 두께를 측면의 두께보다 두껍게 형성함으로써 이루어진 것일 수 있다.
상기 용접보강부는 상기 케이스 저면 중심부가 내측으로 돌출되게 하여 형성된 것일 수 있다.
상기 용접보강부는 상기 케이스의 저면 중심부가 외측으로 돌출되게 하여 형성된 것일 수 있다.
상기 케이스는 원통형인 것일 수 있다.
상기 케이스는 각형인 것일 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 원통형 이차 전지의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 각형 이차 전지와 전극 리드선을 도시한 분해 사시도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 이차 전지(100)는 이차 전지용 케이스(300)와, 케이스(300)의 내부에 수용된 젤리-롤형의 전극 조립체(200)와, 케이스(300)의 상부에 결합되는 캡 조립체(400)로 구성된다.
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.
케이스(300)는 원통형이거나 대략 사각 박스형의 각형으로 형성될 수 있다.
원통형 케이스(300)는 원통형 전극 조립체(200)가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통형 측면판(310)과 원통형 측면판(310)의 하부를 밀폐하는 하면판(320)을 포함하여 형성되며 원통형 측면판(310)의 상부는 전극 조립체(200)를 삽입하기 위하여 개구되어 있다.
케이스(300)의 내부 하면판(320)에는 용접보강부(350)가 형성된다.
용접보강부(350)는 케이스(300)의 하면판(320)의 두께가 케이스(300)의 측면판(310)의 두께보다 두껍게 형성된다. 여기서, 용접보강부(350)는 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 케이스(300) 하면판(320)의 중심부가 내측 또는 외측으로 돌출되게 형성되어 중심부의 두께가 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
원통형 케이스(300)의 하면판(320) 중앙에는 전극 조립체(200)의 제2전극탭(225)이 접합됨으로써, 원통형 케이스(300) 자체는 음극 역할을 수행하게 된다. 또한, 원통형 케이스(300)는 일반적으로 알루미늄, 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다. 더불어 원통형 케이스(300)는 상부의 개구에 결합되는 캡 조립체(400)의 상부를 압박하도록 상단에서 내부로 휘어진 크리핑(Clipping)부(330)가 형성된다. 또한, 원통형 케이스(300)는 크리핑부(330)로부터 하방으로 캡 조립체(300)의 두께에 대응되는 거리만큼 이격된 위치에 캡 조립체(400)의 하부를 압박하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩(Beading)부(340)가 더 형성된다.
여기서, 제1전극판(210)은 양극, 제2전극판(220)은 음극이 될 수 있다.
따라서, 양극이 되는 제1전극판(210)은 도전성이 우수한 금속 박판 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(Foil)로 이루어진 양극집전체와 그 양면에 코팅된 양극활물 질층을 포함한다. 양극판의 말단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극집전체 영역 즉, 양극 무지부가 형성된다. 양극 무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되어 전극 조립체(200)의 상부로 일정 길이 돌출되는 제1전극탭(215)인 양극탭이 돌출된다.
또한, 음극이 되는 제2전극(220)판은 전도성 금속 박판 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체와 그 양면에 코팅된 음극활물질층을 포함하고 있다. 음극판의 양 말단은 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영역 즉, 음극 무지부가 형성된다. 음극 무지부의 말단에는 일반적으로 니켈 재질로 형성되며 전극 조립체(200)의 하부로 일정 길이 돌출된 제2전극탭(225)이 되는 음극탭이 접합되어 있다. 더불어 전극 조립체(200)의 상/하부에는 각각 캡 조립체(400) 또는 원통형 케이스(300)와의 접촉을 방지하기 위한 절연 플레이트(241,245)가 더 포함되어 형성될 수 있다.
여기서, 양극탭은 캡 조립체(400)와 접합되고, 음극탭은 케이스(300) 내부 하면판(320) 중심부에 형성된 용접보강부(350)에 용접된다.
이때, 원통형 이차 전지의 캡 조립체(400)는 케이스(300)에 조립되어 케이스를 밀봉하는 가스켓(470)과, 가스켓(470)의 상측에 안착되며 그 저면이 양극탭과 접합되는 안전벤트(410)와, 안전벤트(410)의 상측에 설치되는 전류차단부(420, CID : Current Interrupt Device ), 전류차단부(420)의 상측에 설치되는 이차보호소자(480) 그리고, 이차보호소자(480)의 상측에는 외부로 전류를 통전시키도록 설치되는 캡업(490)이 구비된다. 이와 같은 캡 조립체(400)는 상술한 바와 같은 순서로 적층되어 결합된다.
사각박스형의 각형 케이스(300')는 대략 사각박스 형태로 원통형 케이스(300)와 같이 전극 조립체(200)가 수용되는 소정의 공간이 형성되며, 사각 박스형을 갖는 측면판(310')과 사각형 하면판(320')을 포함하여 형성된다.
각형 케이스(300')는 제1,2전극탭(215,225)이 모두 상측으로 돌출되므로 각형 케이스(300')의 하면판(320')에는 제1,2전극탭(215,225)이 용접되지는 않는다.
양극이 되는 제1전극탭(215)은 각형 케이스(300')의 개구를 밀봉하는 캡 조립체(400)의 캡 플레이트(미도시)에 접합되고, 음극이 되는 제2전극탭(225)은 캡 플레이트와 절연되며 캡 플레이트를 관통하는 전극단자(490)와 접합된다.
여기서, 각형 케이스(300')로 된 이차 전지는 각형 케이스(300')의 외부 바닥면에 니켈로 이루어진 양극 리드선(146)을 용접시키고, 전극단자(490')와 연결되는 음극 리드선(144)을 구비하여 보호회로(140)와 연결된다.
이때, 양극 리드선(146)이 용접되는 각형 케이스(300')의 바닥면은 각형 케이스(300')의 측면판(310')보다 두껍게 형성된 용접보강부(350')가 구비되므로 양극 리드선(146)의 용접회수가 증가되어도 닳는 것이 방지된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이차 전지는 케이스에 용접보강부가 마련되므로, 용접회수가 증가되어도 용접부위가 닳아서 케이스의 저면에 구멍이 형성되어 전해액이 누수되는 것이 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 (6)

  1. 제1,2전극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며 용접보강부가 구비된 케이스; 및
    상기 케이스를 마감하는 캡 조립체;를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 용접보강부는 상기 케이스 저면의 두께를 측면의 두께보다 두껍게 형성함으로써 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 용접보강부는 상기 케이스 저면 중심부가 내측으로 돌출되게 하여 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 용접보강부는 상기 케이스의 저면 중심부가 외측으로 돌출되게 하여 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는 원통형인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는 각형인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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