KR20060118956A - 리튬 이차 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

리튬 이차 전지 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제조 공정이 단순화되며, 내부 체적을 증가하여 전지 용량이 향상된 리튬 이차 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 리튬 이차 전지는 제 1 전극 탭이 부착된 제 1 전극판, 제 2 전극 탭이 부착된 제 2 전극판, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 리튬 이차 전지용 케이스와; 제 1 통공 및 제 2 통공을 구비하는 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 어느 하나가 삽입된다.
리튬 이차 전지, 전지 용량, 캡 조립체

Description

리튬 이차 전지 및 이의 제조 방법{Li Secondary Battery and Manufacturing Method of the same}
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 분해 사시도.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 결합후 사시도.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 공정을 설명하기 위한 순서도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 분해 사시도.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 결합후 사시도.
도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 단면도.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
100, 100'; 리튬 이차 전지 200, 200'; 리튬 이차 전지용 케이스
300, 300'; 전극 조립체 310, 310';제 1 전극판
315, 315'; 제 1 전극 탭 320, 320'; 제 2 전극판
325, 325'; 제 2 전극 탭 330, 330'; 세퍼레이터
340, 340'; 절연 테이프 400, 400'; 캡 조립체
410, 410; 캡 플레이트
411, 411', 441, 441'; 제 1 통공
415, 415', 445, 445'; 제 2 통공
417, 417'; 전해액 주입구
418, 418'; 밀봉재 420; 전극 단자
425; 관통공 430, 430'; 가스켓
440, 440'; 절연 케이스 447, 447'; 전해액 주입 통공
500, 500'; 전해액
본 발명은 리튬 이차 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조 공정이 단순화되며, 내부 체적을 증가하여 전지 용량이 향상된 리튬 이차 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하 고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정기간동안 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, 상기 리튬 이온 이차 전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 리튬 이온 이차 전 지용 케이스와, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.
이러한 리튬 이차 전지 중 리튬 이차 전지는 하기한 바와 같이 형성된다.
우선, 상기 양극 활물질이 코팅되며 양극 탭이 연결된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅되며, 음극 탭이 연결된 음극 전극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다.
그런 다음, 상기 전극 조립체를 상부가 개구된 캔 형상으로 이루어지는 리튬 이차 전지용 케이스에 수용하고, 상기 리튬 이차 전지용 케이스 상단에 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 조립하여, 상기 전극 조립체의 이탈을 방지한다.
상기 캡 조립체를 상기 리튬 이차 전지용 케이스에 조립한 후, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스에 전해액을 주입하고, 밀봉한다.
그런 다음, 상기 캡 조립체의 상단에 보호 회로 모듈을 부착하고, 상기 보호 회로 모듈을 몰딩하여 리튬 이차 전지를 완성한다.
한편, 상기한 바와 같은 리튬 이차 전지의 상기 캡 조립체는 소정의 통공을 구비하는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트의 하단 부착된 절연 플레이트와, 상기 절연 플레이트를 하부의 터미널 플레이트와, 상기 통공에 삽입되는 음극 핀을 구비하는 구조로 이루어진다. 상기 터미널 플레이트는 상기 음극 핀과 전기적으로 연결되며, 상기 절연 플레이트를 통하여 상기 캡 플레이트와 절연된다.
이러한 상기 캡 조립체는 상기 이차 전지용 케이스의 상단에 조립되고 레이저 용접을 통하여 고정ㆍ밀봉된다. 또한, 상기 양극 탭이 상기 캡 조립체의 캡 플 레이트의 하면에 일반적으로 레이저 용접을 통하여 접합되며, 상기 음극 탭은 일반적으로 "Z" 형상으로 절곡되어, 상기 음극 핀과 전기적으로 연결되는 터미널 플레이트에 저항 용접을 통하여 접합된다. 따라서, 상기 캡 조립체를 상기 이차 전지용 케이스에 조립하기 위하여는 다수의 용접 공정이 수행되어 공정이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 상기 캡 플레이트 및 전극 조립체의 사이의 공간에는 일반적으로 "Z" 형상으로 절곡된 음극 탭과, 상기 음극 탭과 음극 핀을 전기적으로 연결하는 터미널 플레이트와, 상기 터미널 플레이트 및 캡 플레이트를 전기적으로 절연시켜 주는 절연 플레이트 등이 위치한다. 따라서, 상기 캡 플레이트 및 전극 조립체 사이의 공간의 부피가 감소하게 되며, 이에 따라 리튬 이차 전지의 전지 용량이 감소하는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 제조 공정이 단순화되며, 내부 체적을 증가하여 전지 용량이 향상된 리튬 이차 전지 및 그의 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이차 전지는 제 1 전극 탭이 부착된 제 1 전극판, 제 2 전극 탭이 부착된 제 2 전극판, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 리튬 이차 전지용 케이스와; 제 1 통공 및 제 2 통공을 구비하는 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 어느 하나가 삽입된다.
상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에 삽입되는 전극 단자를 더 구비하며, 상기 전극 단자는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나와 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 상기 전극 단자는 상ㆍ하를 관통하는 관통공을 구비하며, 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나는 상기 관통공에 삽입되어, 상기 전극 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 캡 플레이트와 전극 단자를 절연시키는 가스켓을 더 구비할 수 있다.
상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나가 삽입될 수도 있다. 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에 삽입되는 전극 탭 및 상기 캡 플레이트를 절연시키기 위한 가스켓을 더 구비할 수 있다.
전극 조립체 및 캡 플레이트를 절연시키기 위한 절연 케이스를 더 구비할 수 있다. 이때, 상기 절연 케이스는 제 1 통공 및 제 2 통공을 구비하며, 상기 제 1 통공 및 제 2 통공은 상기 캡 플레이트의 제 1 통공 및 제 2 통공과 대응하는 것이 바람직하다.
상기 캡 플레이트는 그 일부에 형성된 전해액 주입구를 구비하며, 상기 전해액 주입구는 밀봉재를 통하여 밀봉될 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬 이차 전지의 제조 방법은 제 1 전극 탭이 부착된 제 1 전극판, 제 2 전극 탭이 부착된 제 2 전극판 및 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 권취하여 전극 조립체를 형성하는 단계와; 상기 전극 조립체를 상부가 개구된 리튬 이차 전지용 케이스에 삽입하는 단계와; 제 1 통공 및 제 2 통공을 구비하는 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 상기 리튬 이차 전지용 케이스의 상부에 조립하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 어느 하나가 삽입된다.
상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에는 전극 단자가 삽입되며, 상기 전극 단자는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나와 전기적으로 연결되며, 상기 전극 단자는 상ㆍ하를 관통하는 관통공을 구비하며, 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나는 상기 관통공에 삽입되어, 상기 전극 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 캡 조립체를 조립하는 단계는 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 어느 하나를 삽입하며, 상기 전극 단자의 관통공에 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나를 삽입하는 단계와; 상기 캡 플레이트 및 리튬 이차 전지용 케이스의 연결 부위를 용접하는 단계와; 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에 삽입된 전극 탭을 용접하여 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결하고 상기 어느 하나의 통공을 밀봉하며, 상기 전극 단자의 관통공에 삽입된 전극 탭을 용접하여 상기 전극 단자와 전기적으로 연결하고 상기 관통공을 밀봉하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나가 가스켓을 통하여 상기 캡 플레이트와 절연되며 삽입될 수 도 있다. 이때, 상기 캡 조립체를 조립하는 단계는 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 어느 하나를 삽입하며, 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나를 삽입하는 단계와; 상기 캡 플레이트 및 리튬 이차 전지용 케이스의 연결 부위를 용접하고, 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에 삽입된 전극 탭을 용접하여 상기 통공을 밀봉하는 단계와; 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에 상기 가스켓을 통하여 절연되어 삽입된 전극 탭을 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트의 일부에 형성된 전해액 주입구를 통하여 전해액을 주입하고 상기 전해액 주입구를 밀봉재를 통하여 밀봉하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도면의 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 분해 사시도이며, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 결합후 사시도이며, 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지(100)는 리튬 이차 전지용 케이스(200)와, 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200)의 내부에 수용되는 젤리-롤형의 전극 조립체(300)와, 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200)의 상부에 결합되는 캡 조립체(400)와, 상기 전극 조립체(300) 간에 리튬 이온의 이동이 가능하게 하는 전해액(500)을 포함한다.
상기 리튬 이차 전지용 케이스(200)는 대략 상부가 개구된 박스(box) 형상을 가진 금속재 캔으로 이루어져 있으며, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다.
상기 전극 조립체(300)는 일반적으로 양극 탭으로 사용되는 제 1 전극 탭(315) 및 음극 탭으로 사용되는 제 2 전극 탭(325) 중 어느 하나, 예를 들면 제 1 전극 탭(315)이 부착된 제 1 전극판(310)과, 상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325) 중 다른 하나, 예를 들면 제 2 전극 탭(325)이 부착된 제 2 전극판(320)과, 상기 제 1 전극판(310) 및 제 2 전극판(320) 사이에 개재된 세퍼레이터(330)가 권취된 형태로 이루어져, 상기 이차 전지용 케이스(210)에 수용된다. 상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325)이 상기 전극 조립체(300)로부터 인출되는 경계부에는 상기 제 1 전극판(310) 및 제 2 전극판(320) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(340)로 각각 절연되어 있다.
또한, 상기 제 1 전극판(310) 및 제 2 전극판(320)은 서로 극성을 달리하며, 상기 제 1 전극판(310) 및 제 2 전극판(320) 각각의 적어도 일면에는 양극 활물질 또는 음극 활물질이 도포되어 있다. 이때, 상기 양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다. 음극 활물질는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다. 또한, 일반적으로 상기 제 1 전극판(310) 및 제 2 전극판(320) 중 양극 전극판으로 사용되는 전극판, 예를 들면 제 1 전극판(310)은 알루미늄(Al) 재질, 음극 전극판으로 사용되는 전극판, 예를 들면, 제 2 전극판(320)은 구리(Cu) 재질을 사용하며, 상기 세퍼레이터(330)는 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 캡 조립체(400)에는 상기 이차 전지용 케이스(210) 상부의 개구부와 대응하는 크기와 형상을 구비하는 평판형 캡 플레이트(410)가 마련되어 있다.
상기 캡 플레이트(410)는 그 일부에 제 1 통공(411) 및 제 2 통공(415)이 형성되어 있다.
이때, 상기 제 1 통공(411) 및 제 2 통공(415) 중 어느 하나, 예를 들면, 제 1 통공(411)에는 상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325) 중 어느 하나, 예를 들면, 양극 탭으로 작용하는 제 1 전극 탭(315)이 삽입되며, 상기 제 1 전극 탭(315)은 상기 제 1 통공(411)에 삽입된 후, 상기 캡 플레이트(410)와 용접되며, 상기 제 1 통공(411)은 밀봉된다. 따라서, 상기 캡 플레이트는 상기 제 1 전극 탭(315)과 동일한 극성, 예를 들면, 양극을 나타낸다.
또한, 상기 제 1 통공(411) 및 제 2 통공(415) 중 다른 하나, 예를 들면, 상기 제 2 통공(415)에는 상기 제 1 전극 탭(315) 및 상기 제 2 전극 탭(325) 중 다른 하나, 예를 들면, 음극 탭으로 작용하는 제 2 전극 탭(325)과 전기적으로 연결되는 전극 단자(420), 예를 들면, 음극 단자가 삽입 가능하도록 위치하고 있다. 상기 전극 단자(420)의 외부면에는 상기 캡 플레이트(410)와의 전기적 절연을 위한 튜브 형상의 가스켓(430)이 설치되어 있으며, 상기 가스켓(430)은 상기 제 2 통공(415)을 밀봉한다.
이때, 상기 전극 단자(420)는 상기 제 2 전극 탭(325)이 삽입되는 관통공(425)을 구비하며, 상기 제 2 전극 탭(325)은 상기 관통공(425)에 삽입되어 상기 전극 단자(420)와 용접되어 있다. 따라서, 상기 전극 단자(420)는 상기 제 2 전극 탭(325)과 동일한 극성, 예를 들면, 음극을 나타낸다.
또한, 상기 캡 플레이트(410)의 일부에는 전해액(500)을 주입하기 위한 전해액 주입구(417)가 형성되어 있으며, 상기 전해액 주입구(417)는 소정의 보올 등과 같은 밀봉재(418)와 결합되어 밀폐된다.
또한, 상기 전극 조립체(300)의 상면에는 상기 전극 조립체(300)와 캡 조립체(400)를 전기적으로 절연시켜 주며, 이와 동시에 상기 전극 조립체(300)의 상단부를 커버할 수 있는 절연 케이스(440)가 설치되어 있다. 상기 절연 케이스(440)는 상기 캡 플레이트(410)의 제 1 통공(411), 제 2 통공(415) 및 전해액 주입구(417)와 대응하는 위치에 제 1 통공(441), 제 2 통공(445) 및 전해액 주입 통공(447)을 구비한다. 이러한 절연 플레이트(440)는 상기 제 1 통공(441) 및 제 2 통공(445)을 통하여 상기 전극 조립체(300)의 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325)이 상기 캡 플레이트(410)의 제 1 통공(411) 및 전극 단자(420)의 관통공(425)에 삽입될 수 있도록 하며, 상기 전해액 주입 통공(447)을 통하여 전해액(500)을 주입할 수 있도록 한다. 또한, 상기 절연 케이스(440)는 절연성을 가지는 고분자 수지로써, 바람직하게는 폴리프로필렌으로 이루어지나, 본 발명의 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 전해액(500)은 충ㆍ방전시 전지 내부의 양극 및 음극에서 전기 화학적 반응에 의하여 생성되는 리튬 이온(Li Ion)의 이동 매체 역할을 하며, 이는 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 상기 전해액(500)은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으나, 여기서 상기 전해액(500) 물질의 종류를 한정하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 공정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법은 전극 조립체(300)를 형성하는 단계(S1)와, 리튬 이차 전지용 케이스(200)에 상기 전극 조립체(300)를 삽입하는 단계(S2)와, 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200) 상단에 캡 조립체(400)를 조립하는 단계(S3)와, 전해액(500) 주입 및 전해액 주입구(417)를 밀봉하는 단계(S4)를 포함하여 진행함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 제조한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 2와 함께 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법을 설명한다.
상기 전극 조립체(300)를 형성하는 단계(S1)에서는 도 3a에 도시된 바와 같 이, 제 1 전극판(310), 세퍼레이터(330), 제 2 전극판(320)을 순차적으로 적층하고, 이것의 일단에 소정의 권취축을 결합한 후, 권취하여 전극 조립체(300)를 형성한다. 물론, 상기 권취 이전에, 상기 제 1 전극판(310)에는 상기 제 1 전극 탭(315)이, 상기 제 2 전극판(320)에는 제 2 전극 탭(325)이 부착된다.
상기 리튬 이차 전지용 케이스(200)에 상기 전극 조립체(300)를 삽입하는 단계(S2)에서는 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 권취된 전극 조립체(300)를 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200)에 결합한다. 물론 상기 권취축은 상기 전극 조립체(300)의 결합 전에 미리 분리한다. 이때, 도면상에는 도시하지 않았으나, 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200)의 하부에는 상기 전극 조립체(300)와 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200)를 절연시키기 위한 절연판이 삽입될 수도 있다.
상기 리튬 이차 전지용 케이스(200) 상단에 캡 조립체(400)를 조립하는 단계(S3)에서는 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200) 상부 개구부에 다수의 구성 요소로 이루어지는 캡 조립체(400)를 결합하여, 상기 전극 조립체(300)가 외부로 이탈하는 것을 방지한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200) 상부의 개구부에 제 1 통공(411), 제 2 통공(415) 및 전해액 주입구(417)를 구비하는 캡 플레이트와, 상기 제 1 통공(411) 및 제 2 통공(415) 중 어느 하나, 예를 들면, 상기 제 2 통공(415)에 삽입되며, 상ㆍ하로 관통된 관통공(425)을 구비하는 전극 단자(420)와, 상기 캡 플레이트 및 전극 단자(420)를 절연시키기 위한 가스켓(430)이 조립된 캡 조립체(400)를 결합한다. 이때, 상기 제 2 통공(415)에 삽입되는 전극 단자(420)의 관통공(425)에는 상기 전극 조립체(300)의 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325) 중 어느 하나, 예를 들면, 상기 제 2 전극 탭(325)이 삽입되며, 상기 제 1 통공(411) 및 제 2 통공(415) 중 다른 하나, 예를 들면, 상기 제 1 통공(411)에는 상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325) 중 다른 하나, 상기 제 1 전극 탭(315)이 삽입된다. 상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325)은 상기 전극 단자(420)의 관통공(425) 및 상기 제 1 통공(411)의 외부로 일정길이 돌출된다.
그런 다음, 상기 캡 플레이트와 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200)의 연결부를 레이저를 이용하여 용접하고, 상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325)이 돌출되는 부분 또한 레이저를 통하여 용접하여 상기 전극 단자(420)의 관통공(425) 및 상기 제 1 통공(411)을 밀봉한다.
상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325)을 용접한 후, 상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325)의 상기 캡 플레이트(410) 상부로 돌출된 부분을 절단한다.
상기 전해액(500) 주입 및 전해액 주입구(417)를 밀봉하는 단계(S4)에서는 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 캡 플레이트의 전해액 주입구(417)를 통하여 전해액(500)을 주입하며, 상기 전해액 주입구(417)를 밀봉한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 캡 플레이트의 전해액 주입구(417)를 통하여 전해액(500)을 주입한 후, 소정의 보올 등과 같은 밀봉재(418) 등을 상기 전해액 주입구(417)에 삽입한다.
상기 전해액 주입구(417)에 밀봉재(418) 등을 삽입한 후, 상기 전해액 주입 구(417) 및 밀봉재(418)의 연결 부위를 레이저 등을 이용하여 용접하여, 상기 전해액 주입구(417)를 밀봉한다.
도면상에는 도시하지 않았으나, 상기 전해액 주입구(417)를 밀봉한 후, 리튬 이차 전지의 일반적인 제조 공정을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조한다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 분해 사시도이며, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 결합후 사시도이며, 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지(100')는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 리튬 이차 전지(100)와 구조적으로 유사하다. 다만, 캡 플레이트(410')는 제 1 통공(411') 및 제 2 통공(415')을 구비하며, 상기 제 1 통공(411') 및 제 2 통공(415') 중 어느 하나에는 전극 조립체(300')의 제 1 전극 탭(315') 및 제 2 전극 탭(325') 중 어느 하나가 삽입되며, 상기 제 1 통공(411') 및 제 2 통공(415') 중 다른 하나에는 상기 제 1 전극 탭(315') 및 제 2 전극 탭(325') 중 다른 하나가 가스켓(430')을 통하여 상기 캡 플레이트(410')와 절연되며 삽입된 구조만이 다르다.
보다 상세히 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지(100')는 상부가 개구된 박스(box) 형태의 리튬 이차 전지용 케이스(200')와, 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200')의 내부에 수용되는 젤리-롤형의 전극 조립체(300')와, 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200')의 상부에 결합되는 캡 조립체(400')와, 상기 전극 조립체(300') 간에 리튬 이온의 이동이 가능하게 하는 전해액(500')을 포함한다.
상기 전극 조립체(300')는 제 1 전극 탭(315')이 부착된 제 1 전극판(310')과, 제 2 전극 탭(325')이 부착된 제 2 전극판(320')과, 상기 제 1 전극판(310') 및 제 2 전극판(320') 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터(330')가 권취된 형태로 이루어진다.
상기 캡 조립체(400)에는 제 1 통공(411') 및 제 2 통공(415')이 형성된 캡 플레이트(410')가 마련된다.
이때, 상기 제 1 통공(411') 및 제 2 통공(415') 중 어느 하나, 예를 들면, 상기 제 1 통공(411')에는 상기 제 1 전극 탭(315') 및 제 2 전극 탭(325') 중 어느 하나가 삽입되며, 상기 제 1 전극 탭(315)은 상기 제 1 통공(411') 및 제 2 통공(415') 중 어느 하나에 삽입된 후, 상기 캡 플레이트(410')와 용접되며, 이때, 상기 제 1 통공(411')은 밀봉된다.
또한, 상기 제 1 통공(411') 및 제 2 통공(415') 중 다른 하나, 예를 들면, 상기 제 2 통공(415')에는 상기 제 1 전극 탭(315') 및 제 2 전극 탭(325') 중 다른 하나, 예를 들면, 상기 제 2 전극 탭(325')이 삽입된다. 이때, 상기 제 2 전극 탭(325')은 가스켓(430')을 통하여 상기 캡 플레이트(410')와 전기적으로 절연된다. 또한, 상기 제 2 전극 탭(325')은 상기 제 2 통공(415')에 삽입된 후, 소정의 접착제 등을 통하여 상기 가스켓(430')에 고정된다. 한편, 본 발명에서는 상기 제 2 전극 탭(315')이 상기 가스켓(430')에 고정된 구조를 예를 들어 설명하 였으나, 상기 제 2 전극 탭(315')은 상기 캡 플레이트(410')와 전기적으로 절연된 상태이면 족하다.
물론, 상기 캡 플레이트(410')의 일측에는 전해액(500')을 주입하기 위한 전해액 주입구(417')가 형성되어 있으며, 상기 전해액 주입구(417')은 밀봉재(418')와 결합되어 밀폐된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법 또한, 도 2 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법과 유사하다.
다만, 상기 가스켓(430')을 통하여 절연된 상태에서 상기 제 2 통공(415')에 삽입되는 제 2 전극 탭(315')을 고정하는 방법만이 다르다.
보다 상세히 설명하면, 상기 캡 플레이트(411')을 상기 리튬 이차 전지용 케이스(200')에 용접하고, 이와 동시에 상기 제 1 전극 탭(315')을 용접하여, 상기 제 1 전극 탭(315')을 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결하며, 상기 제 1 전극 탭(315')이 삽입된 제 1 통공(411')을 밀봉한다.
그런 다음, 상기 제 2 전극 탭(315')을 소정의 접착제를 통하여 상기 가스켓(430)에 고정한다.
한편, 본 발명에서는 상기 제 2 전극 탭(315')이 상기 가스켓(430')에 고정된 구조를 예를 들어 설명하였으나, 상기 제 2 전극 탭(315')은 상기 캡 플레이트(410')와 전기적으로 절연된 상태이면 족하다.
상기 제 1 전극 탭(315')은 상기 캡 플레이트(410')의 제 1 통공(411') 및 제 2 통공(415') 중 어느 하나, 예를 들면, 상기 제 1 통공(411')에 삽입되며, 상기 제 2 전극 탭(325')는 상기 가스켓(430')을 통하여 상기 캡 플레이트(410')와 절연된 상태에서, 상기 제 1 통공(411') 및 제 2 통공(415') 중 다른 하나, 예를 들면, 상기 제 2 통공(415')에 삽입되며, 상기 제 2 전극 탭(425')의 상기 캡 플레이트(410') 상으로 돌출되는 부분은 접착제 등을 통하여 상기 가스켓(430')에 고정되는 것만이 다르다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지(100, 100')는 상기 전극 조립체(300, 300')의 제 1 전극 탭(315, 315') 및 제 2 전극 탭(325, 325')이 절곡 등의 공정을 거치지 않고 바로 상기 캡 플레이트(410, 410') 및 상기 전극 단자(420)와 용접되거나, 소정의 통공(411, 411', 415, 415')을 통하여 직접 외부로 노출되므로, 리튬 이차 전지(100, 100')의 제조 공정이 단순화된다.
또한, 상기 캡 플레이트(410, 410') 하단에 상기 전극 단자(420)와 상기 제 2 전극 탭(325, 325')을 전기적으로 연결시키기 위하여 종래에 사용하였던 절연 플레이트 및 터미널 플레이트를 생략함으로써, 상기 캡 플레이트(410, 410')와 전극 조립체(300, 300') 사이의 공간에 그만큼의 여유가 생긴다. 따라서, 상기 전극 조립체(300, 300')의 제 1 전극판(310, 310') 및 제 2 전극판(320, 320')의 폭을 보다 넓게 하여 상기 전극 조립체(300, 300')를 형성할 수 있으므로, 리튬 이차 전지(100, 100')의 전지 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지(100, 100')는 절연 플레이트 및 터미널 플레이트를 생략함으로써, 리튬 이차 전지(100, 100')의 생산 단가를 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325) 중 어느 하나가 상기 전극 단자(420)에 삽입되어 용접되므로, 상기 전극 단자(420)를 리튬 이차 전지(100)의 폭의 방향으로 길게 형성할 수 있으며, 또한, 리튬 이차 전지(100)의 두께 방향으로는 보다 작게 형성할 수 있다. 따라서, 리튬 이차 전지(100)가 박형화되는 현재의 추세에 있어서 보다 쉽게 대응이 가능하다.
또한, 상기 제 1 전극 탭(315') 및 제 2 전극 탭(325') 모두가 상기 제 1 통공(411', 415')을 통하여 외부로 노출되므로, 리튬 이차 전지(100')의 박형화에 보다 쉽게 대응할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 제조 공정이 단순화되며, 내부 체적을 증가하여 전지 용량이 향상된 리튬 이차 전지 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 제 1 전극 탭이 부착된 제 1 전극판, 제 2 전극 탭이 부착된 제 2 전극판, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와;
    상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 리튬 이차 전지용 케이스와;
    제 1 통공 및 제 2 통공을 구비하는 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하며,
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 어느 하나가 삽입되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에 삽입되는 전극 단자를 더 구비하며,
    상기 전극 단자는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전극 단자는 상ㆍ하를 관통하는 관통공을 구비하며,
    상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나는 상기 관통공에 삽입되어, 상기 전극 단자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 캡 플레이트와 전극 단자를 절연시키는 가스켓을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나가 삽입되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에 삽입되는 전극 탭 및 상기 캡 플레이트를 절연시키기 위한 가스켓을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    전극 조립체 및 캡 플레이트를 절연시키기 위한 절연 케이스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 절연 케이스는 제 1 통공 및 제 2 통공을 구비하며,
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공은 상기 캡 플레이트의 제 1 통공 및 제 2 통공과 대응하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 그 일부에 형성된 전해액 주입구를 구비하며,
    상기 전해액 주입구는 밀봉재를 통하여 밀봉되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  10. 제 1 전극 탭이 부착된 제 1 전극판, 제 2 전극 탭이 부착된 제 2 전극판 및 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 권취하여 전극 조립체를 형성하는 단계와;
    상기 전극 조립체를 상부가 개구된 리튬 이차 전지용 케이스에 삽입하는 단계와;
    제 1 통공 및 제 2 통공을 구비하는 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 상기 리튬 이차 전지용 케이스의 상부에 조립하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 어느 하나가 삽입되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에는 전극 단자가 삽입되며,
    상기 전극 단자는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 전극 단자는 상ㆍ하를 관통하는 관통공을 구비하며,
    상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나는 상기 관통공에 삽입되어, 상기 전극 단자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 캡 조립체를 조립하는 단계는
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 어느 하나를 삽입하며, 상기 전극 단자의 관통공에 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나를 삽입하는 단계와;
    상기 캡 플레이트 및 리튬 이차 전지용 케이스의 연결 부위를 용접하는 단계와;
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에 삽입된 전극 탭을 용접하여 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결하고 상기 어느 하나의 통공을 밀봉하며, 상기 전극 단자의 관통공에 삽입된 전극 탭을 용접하여 상기 전극 단자와 전기적으로 연결하고 상기 관통공을 밀봉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에는 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나가 가스켓을 통하여 상기 캡 플레이트와 절연되며 삽입되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 캡 조립체를 조립하는 단계는
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 어느 하나를 삽입하며, 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에 상기 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭 중 다른 하나를 삽입하는 단계와;
    상기 캡 플레이트 및 리튬 이차 전지용 케이스의 연결 부위를 용접하고, 상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 어느 하나에 삽입된 전극 탭을 용접하여 상기 통공을 밀봉하는 단계와;
    상기 제 1 통공 및 제 2 통공 중 다른 하나에 상기 가스켓을 통하여 절연되 어 삽입된 전극 탭을 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 캡 플레이트의 일부에 형성된 전해액 주입구를 통하여 전해액을 주입하고 상기 전해액 주입구를 밀봉재를 통하여 밀봉하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조 방법.
KR1020050041420A 2005-05-18 2005-05-18 리튬 이차 전지 및 이의 제조 방법 KR100686840B1 (ko)

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