KR20060112819A - 이차 전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 조립체와 전해질이 수납된 캔의 상측 개구에 개스킷을 개재하여 결합되며, 적어도 두 개의 적층부재를 포함하고, 상기 적층부재의 접촉부를 용접수단에 의해 용접한 캡 어셈블리를 채용함으로써, 적측부재간의 접촉 저항을 줄여 수명 성능을 향상시킨 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

이차 전지 및 이의 제조방법{Secondary battery and the method of preparing the same}
도1은 종래의 이차전지의 구조를 도시한 정단면도,
도2는 종래의 이차 전지의 구조를 도시한 분해 사시도,
도3는 종래에 이차 전지의 캡 어셈블리 구조를 도시한 부분 정단면도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 구조를 도시한 부분 정단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 캔
13a, 13b: 절연판 20: 전극 조립체
21: 세퍼레이터 23: 양극
25: 음극 27, 29: 전극탭
30: 개스킷 40: 안전 벤트
42: 벤트의 오목부 50: 전류차단기(CID)
60: 전류제어기 70: 캡업(cap up)
80: 캡 어셉블리 90: 용접봉
101: 용접부
본 발명은 이차 전지 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 조립체와 전해질이 수납된 캔의 상측 개구에 개스킷을 개재하여 결합되며, 적어도 두 개의 적층부재를 포함하고, 상기 적층부재의 접촉부를 용접수단에 의해 용접한 캡 어셈블리를 채용함으로써, 적측부재간의 접촉 저항을 줄여 수명 성능을 향상시킨 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 근래에 그 개발이 급속히 이루어지고, 사용도 급속히 증가하고 있다. 이차 전지는 전극 활물질에 따라 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬이온(Li-ion) 전지 등으로 나뉠 수 있다.
리튬 이차 전지는 또한 전극 조립체가 수용되는 용기의 형태에 따라 캔형과 파우치형으로 나눌 수 있다.
캔형 이차 전지는 형태에 따라 각형과 원통형 전지로 나뉠 수 있다. 각형은 용기를 직육면체형으로 혹은 직육면체의 측벽 모서리에 곡률을 주어 얇게 성형한 것이다. 원통형은 비교적 대용량의 전자 전기 기기에 많이 사용되며, 복수 개가 결합되어 전지 팩을 형성하는 형태로 많이 사용된다.
도1은 종래의 이차전지의 구조를 도시한 정단면도이고, 도2는 종래의 이차전 지의 구조를 도시한 분해 사시도이며, 도 3은 종래의 이차전지의 캡 어셈블리 구조를 도시한 부분 정단면도이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래의 원통형 이차전지의 형성방법을 살펴보기로 한다.
먼저, 직사각의 판형으로 형성되며, 세퍼레이터(21,23)를 사이에 개재한 양극(22) 및 음극(25)을 배치하고, 와형으로 권취하여 젤리롤로 통칭되는 전극 조립체(20)를 형성한다. 각 전극판은 금속 포일로 이루어지는 집전체에 활물질 슬러리가 도포하여 형성한다.
다음으로, 하부 절연판(13b)을 캔(10)의 개구부를 통해 캔(10)의 저부에 배치시킨 후, 전극 조립체(20)를 하부 절연판(13b) 상에 위치시킨다. 캔(10)의 내부에는 전극 조립체(20)가 캔의 내부에서 유동하는 것을 막기 위한 비드(도시 생략)가 미리 설치되어 있다. 이후, 전해액을 주입한 후, 상부 절연판(13a)로 전극 조립체(20)의 상부를 덮는다.
또한 캔의 개구부 내측 벽에는 캔(10)의 내부와 외기와의 기밀성을 높이고, 캔의 뚜껑으로서 기능하는 캡 어셈블리(80)와 캔(10)을 절연시키는 절연 개스킷(30)이 설치되어 있다.
캡 어셈블리(80)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상부로부터 순차적으로 배치되는 캡업(70), 전류 제어기(60), 전류 차단기(Current Interrupt Device: CID)(50), 및 벤트(40)로 구성된다. 벤트(40) 위쪽에 위치한 전류 차단기(50)는 벤트(40)의 오목부(42)가 전지의 내부 압력에 의해 위로 볼록하게 변형되면 파단이 되도록 되 어 있다. 상기 전류 차단기(50) 위에는 전지의 과열로 인해 전지내 전류의 흐름을 차단하는 전류 제어기(60)가 설치되어 있으며, 이 전류 제어기(60)는 전지의 과열에 의해 전지 내 전류의 흐름을 차단하는 PTC(Positive Thermal Coefficient) 소자, 또는 PTC 소자를 대체하거나 PTC 위쪽에 별도의 보호회로 기판으로 이루어진다. PTC 소자는 도전성을 갖는 반도체의 일종으로서, 정상 작동 온도에서는 전기적으로 도전 가능한 상태에 놓여 있다가 일정 온도 이상으로 과열되면 분자의 배열 변화에 의해 저항이 급격히 증가하여 부도체로소 전기가 흐르지 않게 되는 특성을 갖는다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 개스킷(30)과 결합된 캡업(70) 등을 마개로 원통형 캔(10)의 개구부 벽체에 내측 및 아래쪽으로 압력을 가해 캔을 봉합하는 크림핑(crimping) 작업을 하고, 또한, 전지의 외부에 외장재를 입히는 튜빙(tubing) 작업을 하여 이차 전지를 완성시킨다.
그러나, 상술한 종래의 이차전지 형성방법에 의하면, 캔을 크림핑하여 전지가 밀봉되도록 하여도 미세한 틈새가 종종 발생되며, 따라서 종래의 캡 어셈블리에서는 적층 부재들 사이의 표면 접촉에 의해 접촉 저항이 발생하게 되고, 이는 용접된 것에 비해 큰 저항값을 가진다. 따라서, 전지의 내부 저항이 증가되어도 충방전 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 첫 번째 목적은 상술한 종래의 이차전지 문제점들을 해결하기 위 한 것으로, 캡업과 그 하부 부품들 간의 접촉을 밀접하게 하여, 밀폐성을 높이고, 접촉저항을 줄일 수 있는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 접촉저항을 줄여 수명성능을 향상시킬 수 있는 이차전지 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 첫 번째 목적을 위해 본 발명은,
전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수납되는 캔, 상기 캔의 개구부를 마감하는 캡 어셈블리를 구비한 이차전지에 있어서,
상기 캡 어셈블리가 전극 조립체와 전해질이 수납된 캔의 상측 개구에 개스킷을 개재하여 결합되며, 적어도 두 개의 적층부재를 포함하고, 상기 적층부재 가운데 상하에 위치하는 어느 두 적층부재의 접촉부를 용접수단에 의해 용접한 용접부를 포함하는 이차전지를 제공한다.
상기 캡 어셈블리는 상기 용접부를 적어도 1개소 이상 포함한다.
상기 용접부는 캡 어셈블리 내에 적층되는 적층부재들 사이에 각각 또는 모두에 형성될 수 있다. 상기 적층 부재들로는 캡업, 전류제어기, 전류차단기 또는 벤트를 포함할 수 있다.
상기 용접부는 직경 0.6mm 이상인 것이 바람직하다. 0.6mm 정도의 크기만으로도 충분한 전류를 통전할 수 있으며, 다수 개소를 형성할 수 있으며, 표면 전체를 용접할 수도 있다.
상기 캡업 상부는 용접봉의 흔들림을 방지하기 위한 홈이 형성되어 있다.
상기의 두 번째 목적을 위하여 본 발명은,
전극 조립체를 캔의 내부에 수납하는 단계; 전해질을 주입하는 단계; 및 개스킷을 설치하는 단계; 캡 어셈블리를 조립하는 단계; 및 상기 조립된 캡 어셈블리를 고정시켜 캔을 밀봉하는 단계를 포함하는 이차전지 제조방법에 있어서,
상기 캡 어셈블리 조립단계가 개스킷 내에 적층된 적층부재의 접촉부를 용접수단에 의해 용접하는 단계를 포함하는 이차전지 제조방법을 제공한다.
상기 캡 어셈블리는 개스킷을 캔의 개구부에 설치하기 전에 조립되거나 설치한 후 조립될 수도 있다.
상기 캡 어셈블리 조립에 사용되는 적층부재는 캡업, 전류제어기, 전류차단기 또는 벤트를 포함할 수 있다.
상기 캡 어셈블리 조립단계는 캡업의 상부에 용접시 용접봉의 흔들림을 방지하기 위한 홈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 용접수단은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용가능한 방법이 모두 가능하며, 특히 레이저 용접, 저항 용접이 바람직하다.
상기 용접 수단이 저항 용접의 경우 용접봉과 캡업 표면간의 저항이 캡업과 하부 부품들 사이의 저항보다 크지 않도록 표면처리하는 것이 바람직하며, 이를 위해서 캡업과 하부 부품들 사이의 접촉부를 엠보싱, 펀칭 또는 스크래칭 처리를 하여 돌출부를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여, 용접봉과 캡업 사이보다 용접하고자 하는 캡업과 하부 부품들 사이에 발열량을 크게 할 수 있어 발열량 차이에 의한 용접불량을 줄일 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대해 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 실시예의 설명에서 종래의 구성요소와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 이용하고, 중복 설명을 피하기 위해 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 캡 어셈블리 구조를 도시한 부분 정단면도이다.
이차전지는 세퍼레이터(21)가 개재된 양극(22) 및 음극(25)이 권취된 전극 조립체를 캔(10)의 내부에 수납하고, 그 내부에 전해질을 주입하고, 그 캡의 개구 내측에 삽입된 개스킷(30)을 개재하여 절연된 상태로 양극(22)과 접속한 캡 어셈블리(80)가 캔(10)과 결합되는 구조로 이루어진다. 캡 어셈블리 설치를 위해 먼저 개스킷 설치 후 벤트(40)의 하향 돌출된 오목부(42)에는 상부 전극 탭(27)이 용접된다.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 캡 어셈블리(80)는 도4에 도시된 바와 같이, 개스킷(30)을 개재하여 캔과 절연되며, 캡업(70), 전류 제한기(60), 전류 차단기(50) 및 벤트(40)가 순차적으로 적층되고, 이후 캔의 개구를 크림핑하여 밀봉하게 된다. 이때, 캡업(70)의 상부에서 용접봉(90)을 이용하여 캡업(70)과 전류 제한기(60) 사이를 용접한다. 캡업 상부는 용접봉의 흔들림을 방지하기 위하여 홈(100)을 형성한다. 상기 용접봉을 통해 전류를 흘려 넣어 주어 캡업과 전류 제한기 사이에 용접을 실시하여 용접부(101)를 형성한다. 상기 용접은 캡업을 중심으로 다수 개소에 용접부를 만들거나, 모든 전면을 용접할 수도 있다.
따라서 상기 용접에 따라 전지가 더욱 견고하게 밀봉되고 따라서 밀폐압을 높이고 전해질의 유출을 막는 동시에, 캡업과 전류 제한기 사이의 접촉저항을 줄일 수 있게 된다.
이상 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 종사하는 기술자라면 상기한 실시예를 통해 수정, 변경이 가능하며, 이러한 수정 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 이차전지에 의하면, 캡 어셈블리를 구성하는 부품들 간의 결합이 더욱 견고하고 밀착되게 되므로, 캡 어셈블리 부품간의 접촉 저항을 줄여 전지 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수납되는 캔, 상기 캔의 개구부를 마감하는 캡 어셈블리를 구비한 이차전지에 있어서,
    상기 캡 어셈블리가 전극 조립체와 전해질이 수납된 캔의 상측 개구에 개스킷을 개재하여 결합되며, 적어도 두 개의 적층부재를 포함하고, 상기 적층부재 가운데 상하에 위치하는 어느 두 적층부재의 접촉부를 용접수단에 의해 용접한 용접부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접부가 직경 0.6mm 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리가 상기 용접부를 적어도 1개소 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접부가 캡 어셈블리 내에 적층되는 적층부재들 사이에 각각 또는 모두에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적층부재가 캡업, 전류제어기, 전류차단기 또는 벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 캡업의 상부에 용접봉의 흔들림 방지용 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 전극 조립체를 캔의 내부에 수납하는 단계; 전해질을 주입하는 단계; 및 개스킷을 설치하는 단계; 캡 어셈블리를 조립하는 단계; 및 상기 조립된 캡 어셈블리를 고정시켜 캔을 밀봉하는 단계를 포함하는 이차전지 제조방법에 있어서,
    상기 캡 어셈블리 조립단계가 개스킷 내에 적층된 적층부재 사이를 용접수단에 의해 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리 조립단계가 개스킷을 캔의 개구부에 설치하기 전 또는 후인 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리 조립단계가 용접공정시 용접봉의 흔들림 방지용 홈을 캡업상부 표면에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 용접수단이 레이저 용접 또는 저항 용접인 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리 조립단계가 적층부재의 표면처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 표면처리 단계가 적층부재의 접촉부를 엠보싱, 펀칭 또는 스크래칭 처리를 하여 돌출부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 이차전지 제조방법.
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