KR20060106465A - 리튬 이온 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 이온 이차 전지에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 전극 조립체가 수납되는 각형 캔 내부의 공기 및 가스를 포집하여 외부로 제거함으로써, 캔 내부가 진공이 되도록 하여 스웰링(swelling) 현상을 최소화하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 제1극판, 세퍼레이터 및 제2극판이 적층된 채 다수회 권취된 극판 조립체와, 극판 조립체가 수납되도록 상부가 개방된 캔과, 캔의 상부에 고정된 동시에, 소정 영역에 제1홀이 형성되고, 제1홀에는 가스 포집용 니들이 관통하여 캔 내부의 공기 및 가스를 포집하여 제거할 수 있도록 고무 부재가 결합된 캡 플레이트로 이루어진 리튬 이온 이차 전지가 개시된다.
리튬 이온 이차 전지, 캡 플레이트, 고무 부재, 불소 고무, 디스크
Description
도 1은 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 2 영역을 확대 도시한 확대도이다.
도 4는 도1의 종단면도이다.
도 5는 도 4의 4영역을 확대 도시한 확대도이다.
도 6a 내지 도 6c는 가스 포집용 니들을 통하여 리튬 이온 이차 전지에서 가스를 포집하는 방법을 도시한 부분 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지
110; 극판 조립체 111; 제1극판
112; 세퍼레이터 113; 제2극판
114; 제1탭 115; 제2탭
120; 캔 121; 개구
122; 장변 영역 123; 단변 영역
124; 바닥 영역 125; 곡면 영역
130; 캡 플레이트 131; 고무 부재
132; 디스크 133; 절연 가스켓
134; 전극 단자 135; 전해액 밀폐 마개
136; 안전벤트 137; 제1홀, 제2홀, 제3홀
141; 절연 케이스 142; 절연 플레이트
143; 단자 플레이트
본 발명은 리튬 이온 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세히는 전극 조립체가 수납되는 각형 캔 내부의 공기 및 가스를 외부로 포집하여 제거함으로써, 캔 내부가 진공이 되도록 하여 스웰링(swelling) 현상을 최소화할 수 있는 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이온 이차 전지는 상부가 개방된 대략 육면체 형태의 각형 캔과, 상기 각형 캔의 내부에 권취되어 삽입된 극판 조립체와, 상기 각형 캔 내부에 채워져 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 상기 극판 조립체 및 전해액 상부의 각형 캔을 막는 캡 플레이트로 이루어져 있다.
이러한 리튬 이온 이차 전지는 조립 공정이 완료된 후 전지를 활성화시키고, 불량 전지를 제거하며, 용량을 선별할 수 있도록 화성 공정이 더 진행된다. 이러한 화성 공정은 통상 충전, 에이징 및 방전 등의 일련의 공정을 말하는데, 상기 충전은 전지 활성화 및 에이징 기간중 불량 제거를 위해 전지를 만충전시키는 공정을 말하고, 상기 에이징은 전해액 함침을 위해 일정 온습도에 방치하는 공정을 말하며, 상기 방전은 용량 선별을 위해 전지를 완전 방전하는 공정을 말한다. 통상, 이러한 일련의 화성 공정은 수일에서 수십일이 걸린다.
한편, 이러한 리튬 이온 이차 전지는 상술한 화성 공정중 극판 조립체 및 전해액의 분해 현상으로 인하여 약간의 가스가 생성된다. 물론, 조립이 완료된 이차 전지의 각형 캔의 내부는 진공 상태가 아니며 대기압 상태이다. 따라서, 상기와 같이 각형 캔 내부가 대기압 상태이고, 또한 이 상태에서 약간의 가스가 발생함으로써, 각형 캔의 내압은 증가한다. 물론, 상기 내압이 임계치 이상 올라 갈 경우에는 각형 캔의 외형이 약간 부풀어 오른 상태가 되기도 한다. 이러한 현상은 통상 스웰링 현상이라고 불려진다.
종래에는 이러한 현상을 완화시키기 위해 통상 전해액을 1차 주액 공정과 2차 주액 공정으로 나누고, 또한 그 사이에 예비 충전 공정 및 고온 에이징 공정을 수행한다. 즉, 1차 주액후 예비 충전을 하게 되면, 각형 캔 내부의 가스 발생으로 내압이 증가하는 상태가 되는데, 이를 고온의 에이징 공정(예를 들면 43℃에서 3일간 방치)을 통하여 완화하게 된다. 그러나, 이러한 고온의 에이징 공정을 수행한다고 해도, 각형 캔의 내압이 진공 수준으로 감소하는 것은 아니며, 대기압 또는 대기압보다 높은 상태를 유지한다.
계속해서, 상기 리튬 이온 이차 전지는 제품으로 팩킹되어 사용될 때, 어떠한 원인에 의해 과충전 현상이 발생하는 경우가 있다. 이와 같이 전지가 과충전이 되면 통상 전해액의 각종 첨가제나 극판 조립체의 활물질 등이 분해됨으로써, 다량 의 가스가 발생한다. 그런데, 상기와 같이 화성 공정중 각형 캔의 내압이 어느 정도 있는 상태이기 때문에, 상기 각형 캔이 부풀어오르는 스웰링 현상은 더욱 더 잘 일어난다. 즉, 리튬 이온 이차 전지중 각형 캔의 내압을 화성 공정중 거의 진공 상태로 해 놓으면, 이후 제품으로 사용될 때 스웰링 현상이 천천히 일어나거나 억제될 수 있지만, 화성 공정중 각형 캔의 내압이 이미 어느 정도 증가한 상태이기 때문에, 이후 제품으로 사용될 때 스웰링 현상이 급격하게 일어난다.
이와 같이 리튬 이온 이차 전지가 스웰링되면, 그 외관이 대략 볼록하게 부풀어 오른 형태를 하기 때문에, 플라스틱으로 만들어진 팩으로부터 이차 전지가 분리되고 쉽고, 또한 임계치 이상의 내압에서는 상기 이차 전지중 각형 캔 자체가 파열되거나 폭발할 수 있는 위험이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전극 조립체가 수납되는 각형 캔 내부의 공기 및 가스를 외부로 포집하여 제거함으로써, 캔 내부가 진공이 되도록 하여 스웰링(swelling) 현상을 최소화할 수 있는 리튬 이온 이차 전지를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지는 제1극판, 세퍼레이터 및 제2극판이 적층된 채 다수회 권취된 극판 조립체와, 극판 조립체가 수납되도록 상부가 개방된 캔과, 캔의 상부에 고정된 동시에, 소정 영역에 제1홀이 형성되고, 제1홀에는 가스 포집용 니들이 관통하여 캔 내부의 공기 및 가스 를 포집하여 제거할 수 있도록 고무 부재가 결합된 캡 플레이트를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 고무 부재는 니트릴 고무(NBR), 천연 고무(NR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 부틸 고무(IIR), 에틸렌-프로피렌고무(EPDM), 하이파론 고무(CSM), 아크릴 고무(ACM), 불소 고무(FPM), 실리콘 고무(Q), 부타디엔 고무(BR) 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 캡 플레이트의 제1홀 상면에는 상기 고무 부재가 외측으로 이탈되지 않도록 링 형태의 디스크가 더 고정되어 있을 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지는 화성 공정이 완료된 후, 고무 부재에 가스 포집용 니들을 결합하여 캔 내부의 공기 및 가스를 모두 외부로 포집하여 제거할 수 있게 된다. 즉, 리튬 이온 이차 전지의 캔 내부를 진공 상태로 할 수 있다. 물론, 이후 상기 가스 포집용 니들을 고무 부재로부터 제거하여도 상기 고무 부재 고유의 탄성력에 의해 제1홀은 완전히 막히므로, 상기 캔 내부는 지속적으로 진공 상태를 유지하게 된다.
더불어, 본 발명은 1차 전해액 주액과 예비 충전후 캔 내부에 발생된 가스가 다시 전해액이나 극판 조립체의 활물질 등으로 흡수되도록 하는 고온 에이징 공정(예를 들면 43℃에서 3일간 수행)을 완전히 제거할 수 있다. 즉, 본 발명은 1차 전해액 주액, 예비 충전 및 2차 주액후, 바로 고무 부재에 가스 포집용 니들을 결합하여 캔 내부의 가스 및 공기를 제거함으로써, 종래와 같은 고온 에이징 공정을 삭 제할 수 있게 되어 공정 단순화를 꾀할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지(100)는 대략 각형의 캔(120)과, 상기 각형의 캔(120) 상부를 막는 캡 플레이트(130)를 포함한다. 여기서, 상기 캡 플레이트(130)의 소정 영역에는 고무 부재(131)가 결합되어 있고, 상기 고무 부재(131) 위에는 고무 부재(131)의 이탈을 방지하기 위한 디스크(132)가 고정되어 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(130)의 다른 소정 영역에는 절연 가스켓(133)이 개재된 채 전극 단자(134)가 결합되어 있다. 더불어, 상기 캡 플레이트(130)의 또다른 소정 영역에는 전해액의 누액을 방지할 수 있도록 전해액 밀폐 마개(135)가 결합되어 있다. 더욱이, 상기 캡 플레이트(130)의 또다른 소정 영역에는 상대적으로 두께가 얇아 내압 증가시 파열되는 안전벤트(136)가 형성되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지(100)는 대략 젤리롤 형태의 극판 조립체(110)와, 상기 극판 조립체(110) 및 전해액(도시되지 않음)이 함께 수납되는 대략 각형의 캔(120)과, 상기 각형 캔(120)의 상부를 막는 캡 플레 이트(130)를 포함한다.
먼저 상기 극판 조립체(110)는 제1극판(111), 세퍼레이터(112) 및 제2극판(도면부호로 표시되지 않음)이 적층된 채 대략 젤리롤 형태로 다수회 권취되어 있으며, 상기 제1극판(111)에는 제1탭(114)이, 상기 제2극판에는 제2탭(115)이 접속된 채 상부로 일정 길이 연장되어 있다. 또한, 상기 세퍼레이터(112)는 상기 제1극판(111) 및 제2극판의 높이보다 더 크게 형성되어, 실질적으로 제1극판(111) 및 제2극판이 상호 접촉되지 않도록 되어 있다. 더불어, 비록 도면에서는 도시되어 있지 않으나, 상기 극판 조립체(110)의 최외곽은 절연 테이프 등으로 마감될 수 있다. 물론, 상기 극판 조립체(110)는 캔(120)이 갖는 높이보다 약간 작게 되어 하기할 각종 구조물이 캔(120)의 대략 상부 영역에 안착될 수 있도록 되어 있다.
이어서, 상기 캔(120)은 상기 극판 조립체(110)가 수납되도록 상부에 개구(121)가 형성되어 있다. 좀더 자세히 설명하면, 상기 캔(120)은 2개의 장변 영역(122), 2개의 단변 영역(123) 및 1개의 바닥 영역(124)으로 이루어져 있다. 상기 2개의 장변 영역(122)은 상대적으로 넓은 면적을 가지며, 상호 대향되는 방향에 일정 거리 이격된 상태로 형성되어 있다. 상기 2개의 단변 영역(123)은 상기 장변 영역(122)의 대향되는 양측 둘레를 상호 연결하며, 상대적으로 작은 면적을 가지며 형성되어 있다. 또한, 상기 바닥 영역(124)은 상기 장변 영역(122)과 단변 영역(123)의 하부 영역을 막으며 형성되어 있으며, 이는 상기 개구(121)의 반대 방향이다. 이와 같이 하여 상기 캔(120)은 대략 상부가 개방되어 있는 직육면체 형태를 한다. 더욱이, 상기 장변 영역(122)과 단변 영역(123) 사이에는 소정 곡률을 갖는 곡면 영역(125)이 더 형성될 수 있음으로써, 극판 조립체(110)와 캔(120)의 내벽 사이에 비어 있는 공간이 거의 없게 되어 있다.
계속해서, 상기 캡 플레이트(130)는 상기 극판 조립체(110)의 상부 영역으로서 상기 캔(120)의 개구(121) 상부에 고정된다. 여기서, 상기 캡 플레이트(130)가 극판 조립체(110)에 직접 접촉되는 것을 막고, 또한 상기 극판 조립체(110)가 캔(120) 내부에서 흔들리는 현상을 방지하기 위해 상기 극판 조립체(110)의 상부와 캡 플레이트(130)의 하부 사이에는 절연 케이스(141)가 위치될 수 있다. 여기서, 상기 절연 케이스(141)에는 제1탭(114) 또는 제2탭(115)이 관통하고 또한 전해액이 흘러내릴 수 있도록 다수의 홀(141a,141b)이 형성될 수 있다.
더불어, 상기 캡 플레이트(130)는 제1홀(137), 제2홀(138) 및 제3홀(139)이 형성되어 있다. 상기 제1홀(137)에는 상술한 고무 부재(131)가 결합되고, 상기 제2홀(138)에는 절연 가스켓(133)이 개재되어 전극 단자(134)가 결합되며, 상기 제3홀(139)에는 전해액 밀폐 마개(135)가 결합된다. 더욱이, 상기 고무 부재(131) 위에는 이것의 이탈을 방지하기 위한 디스크(132)가 캡 플레이트(130)의 상면에 고정된다. 또한, 상기 캡 플레이트(130)의 하부 영역으로서 전극 단자(134)의 하단에는 절연 플레이트(142) 및 단자 플레이트(143)가 결합되어, 상기 전극 단자(134)의 회전이 방지되도록 되어 있다.
여기서, 상기 캔(120) 및 캡 플레이트(130)는 알루미늄계 합금, 스틸, 스텐레스 스틸 등으로 형성 가능하나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
도 3은 도 2의 2 영역을 확대 도시한 확대도이다.
도시된 바와 같이 상기 극판 조립체(110)는 제1극판(111), 세퍼레이터(112) 및 제2극판(113)이 적층된 채 권취된 형태를 한다. 상기 제1극판(111)은 예를 들면, 알루미늄 포일을 중심으로 그 양면 또는 일면에 리튬 산화물이 부착되어 있고, 상기 제2극판(113)은 구리 포일을 중심으로 그 양면 또는 일면에 탄소재가 부착되어 있다. 이러한 구성에 의해 본 발명은 제1극판(111)이 양극, 제2극판(113)이 음극일 수 있다.
물론, 본 발명은 상기와 반대의 구성으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1극판(111)은 구리 포일을 중심으로 그 양면 또는 일면에 탄소재가 부착되어 있고, 상기 제2극판(113)은 알루미늄 포일을 중심으로 그 양면 또는 일면에 리튬 산화물이 부착될 수 있다. 이러한 구성에 의해 본 발명은 제1극판(111)이 음극, 제2극판(113)이 양극일 수 있다. 더불어, 상기 극판 조립체(110)는 최외곽에 위치된 제1극판(111) 및 제2극판(113)중 방열 성능을 높이기 위해 포일의 표면에 리튬 산화물이나 탄소재가 부착되지 않을 수도 있다.
도 4는 도1의 종단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명은 캔(120)의 바닥면(124)과 절연 케이스(141) 사이에 극판 조립체(110)가 위치됨으로써, 상기 극판 조립체(110)는 상,하 방향으로 유동되지 않는다. 또한, 상기 절연 케이스(141)의 위에는 캡 플레이트(130)가 안착되고, 이어서 상기 캡 플레이트(130)와 캔(120)의 상단부는 상호 레이저 용접되어 고정된다.
한편, 상기 극판 조립체(110)에 형성된 제1탭(114)은 상기 캡 플레이트(130)의 하면에 용접되고, 상기 제2탭(115)은 상기 캡 플레이트(130)에 절연 가스켓(133)이 개재되어 관통 결합된 전극 단자(134)에 용접되어 있다. 물론, 그 반대로 제1탭(114)이 전극 단자(134)에 용접되고, 제2탭(115)이 캡 플레이트(130)에 용접될 수 있다. 이와 같이 하여 본 발명은 전극 단자(134)가 양극이면, 나머지 캔(120) 및 캡 플레이트(130)가 음극이 되고, 상기 전극 단자(134)가 음극이면, 나머지 캔(120)및 캡 플레이트(130)가 양극이 된다.
도 5는 도 4의 4영역을 확대 도시한 확대도이다.
도시된 바와 같이 캡 플레이트(130)에는 소정 직경을 갖는 제1홀(137)이 형성되어 있고, 상기 제1홀(137)에는 내약품성 및 내열성이 우수한 고무 부재(131)가 결합되어 있다. 또한, 상기 제1홀(137)의 외주연인 캡 플레이트(130) 상면에는 상기 고무 부재(131)의 이탈을 방지하기 위해 디스크(132)가 고정되어 있다.
좀더 자세히 설명하면, 상기 캡 플레이트(130)의 제1홀(137)은 상부에 상대적으로 직경이 큰 상부 홀(137a)과, 상기 상부 홀(137a)에 연통된 동시에 상대적으로 직경이 작은 하부 홀(137b)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1홀(137)에 결합되는 고무 부재(131)는 상기 상부 홀(137a)에 결합되어 상대적으로 직경이 큰 상부 영역(131a)과, 상기 상부 영역(131a)의 하부에 일체로 형성된 동시에 상기 하부 홀(137b)에 결합되어 상대적으로 직경이 작은 하부 영역(131b)으로 이루어질 수 있 다. 더욱이, 상기 디스크(132)는 대략 중앙이 비어 있는 링 형태를 하며, 내경이 상기 고무 부재(131)의 외경보다 작게 되어 있다. 또한, 상기 디스크(132)는 예를 들면, 금속 재질로서 캡 플레이트(130)의 상면에 용접되어 있을 수 있다. 물론, 상기 디스크(132)는 금속 외의 다른 재질도 가능하며, 또한 용접 외의 접착제에 의한 고정도 가능하다.
이와 같이 하여, 상기 고무 부재(131)는 단면 형태가 대략 "T"자 형태로 제1홀(137)에 결합되어 있고, 또한 그 상부에는 디스크(132)가 고정되어 있다. 즉, 상기 고무 부재(131)의 상부 외주연인 캡 플레이트(130)의 상면에 디스크(132)가 고정되어 있다. 따라서, 상기 고무 부재(131)는 캡 플레이트(130)의 상부 방향이나 하부 방향으로 잘 빠지지 않는 구조로 되어 있다.
한편, 상기 고무 부재(131)는 니트릴 고무(NBR), 천연 고무(NR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 부틸 고무(IIR), 에틸렌-프로피렌고무(EPDM), 하이파론 고무(CSM), 아크릴 고무(ACM), 불소 고무(FPM), 실리콘 고무(Q), 부타디엔 고무(BR) 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
여기서, 상기 고무 부재(131)는 일례로 "DuPont Dow Elastomers L.L.C."사의 불소 고무인 Viton®이 사용될 수 있다. 이러한 불소 고무는 내약품성, 내열성, 내유성이 탁월하여 자동차 엔진, 연료관련 기계기구등 고기능이 요구되는 부품에도 사용된다. 더욱이, 상기 불소 고무는 탄성이 우수하여, 하기하겠지만 가스 포집용 니들에 의해 관통홀이 형성되었다가 그 니들이 제거된 후에는 바로 그 관통홀이 막히는 작용을 함으로써, 캔(120)의 내부 진공도를 우수하게 유지할 수 있다. 이러한 불소 고무는 단위모노머중에 평균하여 1개이상의 불소원자를 함유하는 모노머의 중합 또는 공중합에 의하여 만들어진 합성고무를 말한다. 모든 고무중 가장 내약품성, 내열성이 우수한 것으로 알려져 있다.
한편, 도시된 바와 같이 상기 제1홀(137)의 일측에는 제3홀(139)이 형성되어 있으며, 이러한 제3홀(139)을 통해서는 전해액(도시되지 않음)이 캔(120)의 내부로 주입된다. 물론, 이러한 전해액의 주입후에는 상기 제3홀(139)이 마개(135)에 의해 폐색되고 통상은 마개(135)가 용접된다. 더불어, 상기 마개(135)는 통상 금속 볼을 이용하기도 한다.
도 6a 내지 도 6c는 가스 포집용 니들을 통하여 리튬 이온 이차 전지에서 가스를 포집하는 방법을 도시한 부분 단면도이다.
도시된 바와 같이 캡 플레이트(130)의 제1홀(137)에는 고무 부재(131)가 결합되어 있음으로써, 캔(도면에 도시되지 않음)은 외부와 완전히 밀폐된 상태가 된다. 물론, 상기 고무 부재(131)의 상부에는 디스크(132)가 위치되고, 상기 디스크(132)는 캡 플레이트(130)에 고정됨으로써, 캔(120)의 내압에 의해 상기 고무 부재(131)가 외측으로 이탈되지는 않는다. 물론, 상기 고무 부재(131)는 단면 형태가 대략 "T"자 형태로 형성됨으로써, 외력에 의해 상기 고무 부재(131)가 캔의 내측으로 빠지지도 않는다.
또한, 이러한 캔(120)의 내부 가스 또는 공기 포집은 통상 제1차 주액, 예비충전 및 제2차 주액 완료후 수행됨이 좋다. 즉, 예비 충전시에 가장 많은 가스가 발생하고, 또한 제2차 주액후에는 전해액 밀폐 마개(135)가 캡 플레이트(130)의 제3홀(139)을 완전히 막기 때문이다.
상술한 바와 같이 제2차 주액이 완료되고, 전해액 밀폐 마개(135)가 제3홀(139)에 결합된 후, 가스 포집용 니들(150)을 준비하고, 이것을 상기 캡 플레이트(130)의 제1홀(137)에 결합된 고무 부재(131)에 결합한다. 물론, 상기 니들(150)이 상기 고무 부재(131)를 완전히 관통하도록 한다. 이때, 상기 니들(150)이 고무 부재(131)를 관통하는 힘에 의해, 상기 고무 부재(131)가 캡 플레이트(130)의 안쪽 즉, 캔의 안쪽으로 밀려나지는 않는다. 다른 말로, 상기 고무 부재(131)의 상부 영역(131a)이 제1홀(137)의 상부 영역(137a)에 걸치어진 형태를 하기 때문이다.
이 상태에서, 외부의 펌프 또는 등가 부재에 의해 캔 내부의 공기 및 가스를 포집하여 외부로 배출시킨다. 이때, 상기 캔(120)의 내부 압력은 거의 진공 상태가 될 정도로 감압시키는 것이 좋다.
그런후, 상기 가스 포집용 니들(150)을 상기 고무 부재(131)로부터 분리시킨다. 이때, 상기 니들(150)이 고무 부재(131)로부터 분리되는 힘에 의해, 상기 고무 부재(131)가 캡 플레이트(130)의 바깥쪽 즉, 캔의 바깥쪽으로 밀려나지는 않는다. 즉, 상기 고무 부재(131)의 상부 영역에 캡 플레이트(130)에 고정된 디스크(132)가 위치하기 때문이다.
더욱이, 이러한 가스 포집용 니들(150)의 상기 고무 부재(131)로부터 분리된 후에는, 상기 니들(150)에 의해 형성된 관통홀(137c)이 탄성력에 의해 바로 막힘으로써, 상기 캔(120)의 내부로 다시 외부의 공기가 침투하지는 않는다. 따라서, 상기 캔(120)의 내부 압력은 제품으로 동작중에도 거의 진공 상태를 그대로 유지하게 된다.
여기서, 상기 고무 부재(131)는 중앙에 미리 관통홀이 형성되어 있되, 상기 제1홀(137)에 결합된 상태에서는 상기 관통홀이 막힌 상태를 유지할 수 있도록 된 것을 사용할 수도 있다. 물론, 상기 가스 포집용 니들(150)의 삽입시에는 상기 관통홀이 열린 상태가 되고, 또한 가스 포집용 니들의 분리시에는 상기 관통홀이 막힌 상태가 된다. 이와 같이 고무 부재(131)에 미리 관통홀을 형성하게 되면, 상기 니들(150)에 의해 상기 고무 부재(131)의 일부가 제거될 수 있는 위험을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지는 화성 공정이 완료된 후, 고무 부재에 가스 포집용 니들을 결합하여 캔 내부의 공기 및 가스를 모두 외부로 포집하여 제거할 수 있게 된다. 즉, 리튬 이온 이차 전지의 캔 내부를 진공 상태로 할 수 있다. 물론, 이후 상기 가스 포집용 니들을 고무 부재로부터 제거하여도 상기 고무 부재 고유의 탄성력에 의해 제1홀은 완전히 막히므로, 상기 캔 내부는 지속적으로 진공 상태를 유지하게 된다.
더불어, 본 발명은 1차 전해액 주액과 예비 충전후 캔 내부에 발생된 가스가 다시 전해액이나 극판 조립체의 활물질 등으로 흡수되도록 하는 고온 에이징 공정( 예를 들면 43℃에서 3일간 수행)을 완전히 제거할 수 있다. 즉, 본 발명은 1차 전해액 주액, 예비 충전 및 2차 주액후, 바로 고무 부재에 가스 포집용 니들을 결합하여 캔 내부의 가스 및 공기를 제거함으로써, 종래와 같은 고온 에이징 공정을 삭제할 수 있게 되어 공정 단순화를 꾀할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Claims (12)
- 제1극판, 세퍼레이터 및 제2극판이 적층된 채 다수회 권취된 극판 조립체;상기 극판 조립체가 수납되도록 상부가 개방된 캔; 및,상기 캔의 상부에 고정된 동시에, 소정 영역에 제1홀이 형성되고, 상기 제1홀에는 가스 포집용 니들이 관통하여 캔 내부의 공기 및 가스를 포집하여 제거할 수 있도록 고무 부재가 결합된 캡 플레이트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트는 제1홀과 소정 거리 이격된 영역에 제2홀이 더 형성되고, 상기 제2홀에는 절연 가스켓이 개재되어 전극 단자가 결합된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트는 제1홀과 소정 거리 이격된 영역에 제3홀이 더 형성되고, 상기 제3홀에는 전해액 밀폐 마개가 결합된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트는 제1홀과 소정 거리 이격된 영역에 상대적으로 두께가 얇은 안전벤트가 더 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 고무 부재는 니트릴 고무(NBR), 천연 고무(NR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 부틸 고무(IIR), 에틸렌-프로피렌고무(EPDM), 하이파론 고무(CSM), 아크릴 고무(ACM), 불소 고무(FPM), 실리콘 고무(Q) 또는 부타디엔 고무(BR)중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트의 제1홀 상면에는 상기 고무 부재가 외측으로 이탈되지 않도록 링 형태의 디스크가 더 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 6 항에 있어서, 상기 디스크는 내경이 상기 고무 부재의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 4 항에 있어서, 상기 디스크는 금속이며, 캡 플레이트의 상면에 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트의 제1홀은 상부에 상대적으로 직경이 큰 상부 홀과, 상기 상부 홀에 연통된 동시에 상대적으로 직경이 작은 하부 홀로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제1홀에 결합되는 고무 부재는 상기 상부 홀에 결합되어 상대적으로 직경이 큰 상부 영역과, 상기 상부 영역의 하부에 일체로 형성된 동시에 상기 하부 홀에 결합되어 상대적으로 직경이 작은 하부 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 플레이트의 제1홀에 결합된 고무 부재는 중앙에 관통홀이 형성되어 있되, 상기 제1홀에 결합된 상태에서는 상기 관통홀이 막힌 상태이고, 상기 가스 포집용 니들의 삽입시에는 상기 관통홀이 열린 상태가 됨을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 2 항에 있어서, 상기 캡 플레이트와 제1극판 사이에는 제1탭이 접속되어 있고, 상기 전극 단자와 제2극판 사이에는 제2탭이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130222 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140225 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150211 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |