KR20060113815A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20060113815A
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Abstract

본 발명의 이차 전지는 일측이 개구된 케이스와, 케이스에 수용되며, 상측으로 제 1,2전극탭이 인출된 전극 조립체 및 케이스의 상부를 마감하며 전해액이 주입되는 전해액 주입구가 형성되고, 전해액을 보관하는 전해액 저장구가 마련된 캡 플레이트를 갖는 캡 조립체를 포함하므로, 케이스에 주입되는 전해액의 양이 증가하는 이점이 있다.
이차 전지, 캡 플레이트, 전해액, 전해액 주입구, 캡조립체

Description

이차 전지 { SECONDARY BATTERY }
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 일부 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 다른 실시예를 도시한 일부 단면도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
100 : 캡 조립체 110 : 캡 플레이트
110a: 안착부 111 : 제1단자통공
113 : 전해액 주입구 113a : 용접보강부
115 : 마개 120 : 가스켓
130 : 전극단자 140 : 절연 플레이트
141 : 제2단자통공 143 : 전해액 주입공
150 : 터미널 플레이트 151 : 제3단자통공
160 : 절연 케이스 163 : 제1관통홀
165 : 제2관통홀 200 : 케이스
210 : 제1전극판 215 : 제1전극탭
220 : 제2전극판 225 : 제2전극탭
250 : 전극조립체
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 케이스에 전해액이 주입되고, 캡 플레이트가 포함된 캡 조립체에 의해 마감되는 이차 전지에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화 된 전기/전자장치들이 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/전자장치를 일정 기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지에는 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 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, 이차 전지는 활물질이 코팅된 제1,2 전극판 및 제1전극판과 제2전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고, 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 케이스의 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액, 그리고 케이스를 밀봉하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다.
이러한 이차 전지는 제1,2전극판으로부터 제1,2전극탭이 인출된 제1,2전극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다.
여기서, 전극 조립체의 제1전극탭은 후술될 캡 조립체의 캡 플레이트와 연결되고, 제2전극탭은 캡 조립체에 삽입되는 전극단자와 연결되어 각각 서로 다른 극성을 띠게 된다.
캡 조립체는 케이스에 조립되어 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트와, 전극탭과 연결되는 전극단자와 캡 플레이트와 전극단자 사이에 설치되어 캡 플레이트와 전극단자를 절연시키는 가스켓, 캡 플레이트와 전극탭을 절연시키는 절연플레이트 그리고, 절연플레이트의 하측에 결합되어 전극단자와 연결되는 터미널 플레이트가 구비 된다.
여기서, 케이스에 주입되는 전해액은 케이스에 전극 조립체가 수용된 후 남은 공간에 주입되게 된다. 전해액은 그 사이에 세퍼레이터가 개재된 제1,2전극판 사이를 투과하면서 이온을 이동시킨다.
따라서, 전해액은 그 양이 많을 수록 이차 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 이차 전지는 전해액의 주입량을 늘리기 위해 캡 플레이트의 두께를 얇게 형성하면 전해액이 누액되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이차 전지에 수용되는 전해액의 양을 증대시켜 그 성능이 증대된 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일측이 개구된 케이스와, 상기 케이스에 수용되며, 상측으로 제 1,2전극탭이 인출된 전극 조립체 및 상기 케이스의 상부를 마감하며 전해액이 주입되는 전해액 주입구가 형성되고, 전해액을 보관하는 전해액 저장구가 마련된 캡 플레이트를 갖는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지를 포함한다.
상기 전해액 저장구는 상기 케이스의 상부 내측면이 단차를 갖도록 형성되고, 상기 캡 플레이트는 에지부가 상기 케이스의 단차부분에 안착되도록 안착부를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 캡 플레이트의 안착부는 하측으로 돌출되며, 상기 안착부의 두께는 상기 캡 플레이트의 두께를 포함하여 0.8~0.9mm로 형성될 수 있다.
상기 캡 플레이트의 두께는 0.8mm보다 작게 형성될 수 있다.
상기 케이스 단차의 높이는 상기 캡 플레이트의 두께와 동일하게 형성될 수 있으며, 이때, 상기 캡 플레이트의 두께는 0.8~0.9mm로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전해액 주입구는 그 에지부 하측에 용접보강부가 형성되며, 상기 용접보강부는 상기 캡 플레이트의 안착부와 동일한 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 케이스는 각형인 것이 좋다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 일부 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 캡 플레이트 도시한 정면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 이차 전지는 일측이 개구된 케이스(200)와, 케이스(200)의 내부에 수용되는 전극 조립체(250)와, 케이스(200)의 개구부(201)에 결합되는 캡 플레이트(310)를 포함하여 마감하는 캡 조립체(100)로 이루어진다.
케이스(200)는 대략 사각박스 형상으로 형성되어 일측이 개구되며, 금속재질로 형성되므로 케이스(200) 자체가 단자 역할을 수행 할 수 있다. 케이스(200)를 이루는 재질로는 스테인레스강 등의 철재도 사용되나 경량의 전도성 금속이면서 부식에 대처가 용이하도록 내식성이 뛰어난 알미늄 또는 알미늄 합금이 바람직하다. 그러나 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
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. 제1,2전극탭(215,225)은 전극 조립체(250)의 상측으로 인출된다.
캡 조립체(100)는 캡 플레이트(110)와, 절연 플레이트(140)와, 터미널 플레이트(150) 및 전극 단자(130)를 포함한다.
캡 플레이트(110)는 케이스(200)의 개구부(201)와 상응하는 크기와 형상을 가진 금속판으로 형성되어 그 중앙에 전극 단자(130)가 삽입되는 제1단자통공(111)이 형성된다.
여기서, 캡 플레이트(110)는 케이스(200)에 전극 조립체(250)가 수용되었을 때 주입되는 전해액의 주입공간을 확보하도록 전해액 저장구가 마련되어 전해액 주입양을 증대시킬 수 있는 구조로 형성된다.
즉, 캡 플레이트(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다. 케이스(200)는 상부 내측면에 소정의 길이(A)를 갖는 단차(200a)가 형성되고, 캡 플레이트(110)는 그 하면에 케이스(200)의 상면과 캡 플레이트(110)의 상면이 동일면을 이루도록 설치된다. 이에, 캡 플레이트(110)의 하면에는 하부로 돌출되게 형성되어 케이스(200)의 단차에 안착되는 안착부(110a)가 형성된다. 안착부(110a)는 캡 플레이트(110)의 두께(B)를 포함하여 케이스(200) 단차(200a)의 길이(A)와 동일하게 그 길이가 0.8~0.9mm로 형성된다. 따라서, 캡 플레이트(110)는 케이스(200)와 용접 후에 전해액이 누액되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 캡 플레이트(110)는 그 두께(B) 가 0.8mm보다 얇게 형성되어도 무방하다.
한편, 캡 플레이트(110)의 일측에 형성된 전해액 주입구(113)은 그 에지부 저면에 용접보강부(113)가 형성된다. 용접보강부(113)는 케이스(200)에 전해액이 주입된 후 전해액 주입구(113)를 커버하는 마개(115)를 캡 플레이트(110)에 용접하기 위한 것으로서, 마개(115)와 캡 플레이트(110)가 용접된 후 전해액이 누액되는 것을 방지하기 위하여 캡 플레이트(110)의 두께를 포함하여 그 두께가 0.8~0.9mm로 형성되어야 한다.
도 3은 캡 플레이트(110)의 다른 실시예를 도시한 도면으로서, 캡 플레이트(110)는 그 두께(C)가 0.8~0.9mm로 형성되고, 케이스(200)의 상부 내측면에 형성된 단차(200b)는 캡 플레이트(110)의 두께와 동일하게 형성된다.
캡 플레이트(110) 중심부의 일측에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(113)가 형성되고, 타측에는 안전벤트(117)가 형성된다.
안전벤트(117)는 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 마련된다.
전해액 주입구(113)는 캡 조립체(300)가 케이스(200)의 개구부(201)에 조립된 후, 전해액을 주입하는 통로가 되며 마개(115)로 밀봉된다.
전극 단자(130)는 제1전극탭(215) 또는 제2전극탭(225)과 연결되어 음극 또는 양극 단자로 작용하게 된다. 전극 단자(130)가 제1단자통공(111)에 삽입될 때는 전극 단자(130)와 캡 플레이트(110)의 절연을 위해 전극 단자(130)의 외면에는 튜 브형의 개스킷(120)이 결합되어 함께 삽입된다. 여기서, 전극 단자(130)는 음극인 것이 바람직하다.
절연 플레이트(140)는 개스킷(120)과 같이 절연물질로 형성되며 캡 플레이트(110)의 하면에 결합된다. 절연 플레이트(140)는 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)에 대응되는 위치에 제2단자통공(141)이 형성된다. 또한, 절연 플레이트(140)의 회전을 방지하기 위한 안전수단으로서 절연 플레이트(140)는 캡 플레이트(110)의 전해액 주입구(113)를 커버하도록 연장되게 형성되고, 연장된 절연 플레이트(140)에는 캡 플레이트(110)의 전해액 주입구(113)와 대응되는 위치에 전해액 주입공(143)이 형성된다.
이때, 전해액 주입구(113)를 막는 마개(115)는 핀 형상으로 전술한 전해액 주입공(143)을 커버하도록 그 길이가 연장되게 형성되어야 한다.
터미널 플레이트(150)는 Ni금속 또는 이의 합금으로 형성되며, 절연 플레이트(140)의 하면에 결합된다. 터미널 플레이트(150)는 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)에 대응되는 위치에 전극 단자(130)가 삽입되는 제3단자통공(151)이 형성된다. 이에, 전극 단자(130)는 개스킷(120)에 의하여 캡 플레이트(110)와 전기적으로 절연되면서 터미널 플레이트(150)와 전기적으로 연결된다.
한편, 전극 조립체(250)의 상면에는 전극 조립체(250)와 캡 조립체(100)를 전기적으로 절연시키도록 제1,2전극탭(215,225)를 관통시키는 제1,2관통홀(163,165)이 형성되며 전극 조립체(250)의 상단을 커버하는 절연 케이스(160)가 설치된다.
절연 케이스(160)를 관통하는 제1,2전극탭(215,225)은 각각 음극과 양극의 극성을 가질 수 있다.
즉, 제1전극탭(215)은 음극으로서, 터미널 플레이트(150)와 연결되므로, 터미널 플레이트(150) 및 터미널 플레이트(150)와 연결된 전극단자(130)는 음극이 되고, 제2전극탭(225)은 양극으로서, 캡 플레이트(110)의 저면에 접촉되므로 캡 플레이트(110) 및 케이스(200)는 양극이 된다.
이하에서는 이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 이차 전지의 작용을 설명한다.
먼저, 케이스(200)의 내부에는 제1,2전극탭(215,225)이 인출된 전극 조립체(250)를 수납한다.
전극 조립체(250)의 상측에는 제1,2관통홀(163,165)을 통해 전극 조립체(250)의 제1,2전극탭(215,225)을 연통시키는 절연 케이스(160)를 안착시킨다.
한편, 전극단자(130)는 가스켓(120)에 삽입된 후 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)에 삽입된다.
다음, 절연 플레이트(140)는 중심부에 위치한 제2단자통공(141)에 전극단자(130)가 삽입된다. 또한, 캡 플레이트(110)의 저면에 결합되되 그 길이가 연장된 위치에 형성된 전해액 주입공(143)과 캡 플레이트(110)의 전해액 주입구(111)와 연통되게 설치된다.
다음, 터미널 플레이트(150)는 절연 플레이트(140)의 저면에 결합되며 제3단자통공(151)에 전극단자(130)가 삽입된다. 이에, 터미널 플레이트(150)와 전극단자 (130)는 연결된다.
다음, 하측으로 연장되게 형성된 핀 형상의 마개(115)는 전해액 주입구(113)를 커버하도록 삽입된다.
상기와 같이 조립된 캡 조립체(100)는 케이스(200)의 개구부(201)에 결합된다.
이때, 절연 케이스(160)의 제1관통홀(163)을 관통한 제1전극탭(215)은 전극단자(130)와 연결된 터미널 플레이트(150)와 접촉된다.
또한, 캡 플레이트(110)는 제1단자통공(111)을 기준으로 안전벤트(117)가 위치된 측이 제2전극탭(225)과 접촉되도록 조립된다.
즉, 캡 플레이트(110)는 안착부(110a)가 케이스(200)의 상부 내측면에 형성된 단차(200a)에 안착된다.
다음, 전해액은 전해액 주입구(113) 및 전해액 주입공(161)을 통해 케이스(200)에 주입되고, 케이스(200)는 캡 플레이트(110)가 접촉되는 면이 캡 플레이트(110)와 용접된다. 이때, 캡 플레이트(110)는 하측으로 돌출되게 형성된 안착부(200a)에 의해 용접부분이 보강된다.
전해액 주입구(113)는 마개(115)에 의해 커버되고, 마개(115)는 케이스(200)와 용접된다. 이때, 전해액 주입구(113)의 에지부 하측으로 돌출되게 형성된 용접보강부(113a)는 마개(115)와 케이스(200)가 용접될 때 용접부분을 보강한다.
따라서, 케이스(200)에 주입된 전해액은 누액되는 것이 방지된다.
본 발명에 따르면, 이차 전지는 캡 플레이트의 두께가 얇게 형성되어 케이스에 주입되는 전해액의 양이 증가하는 이점이 있다.
또한, 캡 플레이트는 하측으로 돌출되게 안착부 및 용접보강부가 형성되거나 소정의 두께를 유지하도록 형성됨에 따라 용접시에 용접부분이 마모되어 전해액이 누액되는 것이 방지되는 이점이 있다.

Claims (10)

  1. 일측이 개구된 케이스;
    상기 케이스에 수용되며, 상측으로 제 1,2전극탭이 인출된 전극 조립체; 및
    상기 케이스의 상부를 마감하며 전해액이 주입되는 전해액 주입구가 형성되고, 전해액을 보관하는 전해액 저장구가 마련된 캡 플레이트를 갖는 캡 조립체;를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액 저장구는 상기 케이스의 상부 내측면이 단차를 갖도록 형성되고, 상기 캡 플레이트는 에지부가 상기 케이스의 단차부분에 안착되도록 안착부를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 안착부는 하측으로 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 안착부의 두께는 상기 캡 플레이트의 두께를 포함하여 0.8~0.9mm로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 두께는 0.8mm보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 케이스 단차의 높이는 상기 캡 플레이트의 두께와 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 두께는 0.8~0.9mm로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 전해액 주입구는 그 에지부 하측에 용접보강부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 용접보강부는 상기 캡 플레이트의 안착부와 동일한 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는 각형인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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