KR20070078860A - 이차전지 - Google Patents

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KR20070078860A
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Abstract

본 발명의 이차전지는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 캔; 상기 캔의 개방된 상부와 결합하는 캡조립체; 및 상기 전극조립체와 상기 캡조립체 사이에 위치하는 상절연부재를 포함하고, 상기 상절연부재의 외주연은 내측부보다 두께가 얇으며, 상기 캔의 외벽에 내측으로 가압된 비딩부가 형성되고, 상기 비딩부가 상기 상절연부재 상면의 외주연과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 전극조립체의 총고가 늘어날 수 있어, 결국 전지의 용량이 증대될 수 있고, 또한 내측부는 종래의 두께를 유지하고 외주연은 종래보다 얇게 형성됨으로써 상절연부재 및 전극조립체의 손상을 방지할 수도 있다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지를 나타내는 분리 사시도,
도 2 는 도 1 에 나타낸 이차전지의 정단면도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상절연부재의 사시도,
도 4 은 도 3 의 상절연부재를 사용한 이차전지의 부분 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 캔 15: 비딩부
20: 전극조립체 27: 전극탭
40: 상절연부재 42: 외주연
44: 내측부 46: 중앙홀
100: 캡조립체
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 젤리롤과 캡조립체 사이에 위치하는 상절연부재 가운데 캔의 외벽에서 내측으로 가압되어 형성된 비딩 부와 접촉하는 부위를 얇게 형성함으로써, 젤리롤의 총고를 길게 하여 전기용량을 증대시키고, 젤리롤의 상단 모서리부에 가해지는 압력이 작아져 젤리롤의 변형 내지 상절연부재의 변형을 방지한 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
이 중 원통형 이차전지는 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 원통형의 캔과, 이 캔의 상부에 결합되는 캡조립체를 포함하여 이루어진다.
전극조립체는 양극과 음극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 원통형으로 권취되어 젤리롤 형태를 이루며, 양극 및 음극으로부터 양극 및 음극탭이 각각 인출되어 있다. 통상 양극탭은 상방으로, 음극탭은 하방으로 인출된다.
캔은 원통형 이차전지에서 대략 원통의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다.
캡조립체는 캔의 개방된 상부와 결합되는데, 캡조립체와 캔 사이에는 이 둘을 절연시키는 가스켓이 위치한다.
전극조립체의 양극은 상방으로 인출된 양극탭을 통해 캡조립체의 한 부품과 전기 접속되고, 음극은 하방으로 인출된 음극탭을 통해 캔의 바닥면에 접합된다. 물론, 극성이 바뀌어 설계될 수도 있다.
또한, 전극조립체와 캡조립체 사이에는 이 둘의 절연을 위한 상절연부재가 위치하는데, 종래의 상절연부재의 구조에는 다음과 같은 문제가 있다.
종래의 상절연부재는 일정 두께를 갖는 단순한 원판형이다. 상절연부재가 얇을수록 전극조립체의 길이는 늘어날 수 있어, 결국 전지의 용량이 증대될 수 있는데, 상절연부재가 일정 수준 이하로 얇아지면, 전극조립체와 상절연부재를 캔 내부에 삽입한 후에 캔 외측에서 내측으로 비딩할 때에, 또는 캔의 개방된 상부에 캡조립체를 결합한 후에 크램핑할 때에, 또는 크램핑 후 전지의 총고를 일정한 규격에 맞추기 위해 프레싱할 때에 상절연부재가 일부 휘어지거나 손상될 수도 있고, 이에 따라 전극조립체의 손상이 발생할 위험이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 젤리롤과 캡조립체 사이에 위치하는 상절연부재 가운데 캔의 외벽에서 내측으로 가압되어 형성된 비딩부와 접촉하는 부위를 얇게 형성함으로써, 젤리롤의 총고를 길게 하여 전기용량을 증대시키고, 젤리롤의 상단 모서리부에 가해지는 압력이 작아져 젤리롤의 변형 내지 상절연부재의 변형을 방지한 이차전지에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는,
전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 캔; 상기 캔의 개방된 상부와 결합하는 캡조립체; 및 상기 전극조립체와 상기 캡조립체 사이에 위치하는 상절연부재를 포함하고, 상기 상절연부재의 외주연은 내측부보다 두께가 얇으며, 상기 캔의 외벽에 내측으로 가압된 비딩부가 형성되고, 상기 비딩부가 상기 상절연부재 상면의 외주연과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 상절연부재 상면의 외주연과 내측부 사이는 단차질 수도 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 원통형 이차전지는 전극조립체(20)와, 전극조립체(20)를 수용하는 캔(10)과, 이 캔(10)과 결합하는 캡조립체(100)를 포함한다.
전극조립체(20)는 통상 전기용량을 높이기 위해 서로 다른 두 전극(25)을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(21, 23)를 이들 두 전극 사이 및 두 전극 아래쪽 혹은 위쪽에 위치시켜 적층하고, 원형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다. 두 전극판은 각각 알미늄과 구리로 된 금속 포일 혹은 금속 메쉬로 이루어지는 집전체에 활물질 슬러리가 도포되어 이루어진다. 전극판이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재한다. 무지부에는 한 전극판에 하나씩 전극탭(27, 29)이 설치되며, 전극탭은 하나가 원통형 캔의 개구부 방향인 위쪽으로, 다른 하나는 아래쪽으 로 전극에서 인출되도록 형성될 수도 있고, 두 탭 모두 개구부 방향인 위쪽으로 인출되도록 형성될 수도 있다.
캔(10)은 도시된 바와 같이 원통의 형상을 가지고 있고, 알미늄 또는 알미늄 합금 같은 경량의 전도성 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성된다. 이 원통형 캔(10) 내에 하절연부재(30)와 전극조립체(20)와 상절연부재(40)가 순서대로 설치된다. 이때, 젤리롤의 풀림을 방지하고 내부가스의 이동통로의 역할을 수행하는 센터핀(미도시)이 젤리롤 중앙의 빈 공간에 삽입될 수도 있다.
아래쪽으로 인출되는 전극탭(29)은 젤리롤형 전극조립체(20)의 하면과 평행하도록 절곡되고, 원통형 캔(10)의 바닥면에 용접된다. 이때 전극조립체(20)의 하면이 캔(10)의 바닥면과 단락되지 않도록 절곡된 전극탭(29) 부분과 전극조립체(20)의 하면 사이에는 하절연부재(30)가 위치하도록 한다.
한편, 상절연부재(40)는 전극조립체(20)의 상면과 캡조립체(100) 사이를 절연시키는 역할을 수행하는데, 자세한 설명은 후술하기로 한다.
하절연부재(30)와 전극조립체(20)와 상절연부재(40)가 수용된 원통형 캔(10)에 있어서, 상절연부재(40)의 상단 바로 윗부분의 캔(10)의 외주를 따라 외부에서 안쪽으로 가압하여 비딩부(15)를 형성함으로써 전극조립체(20)의 유동을 방지한다.
이후, 원통형 캔에는 전해액이 주입된다. 이 전해액은 충·방전시 전극(25)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다.
캡조립체(100)는 도시한 바와 같이 벤트(110), 전류차단기(120), PTC(130) 및 캡업(140)이 아래쪽부터 순서대로 위치한다. 캡조립체(100)의 가장 아래쪽에는 벤트(110)가 위치하는데, 이 벤트(110)의 중앙부는 아래쪽으로 볼록하게 돌출되어 전극탭(27)과 전기 접속되는 돌출부(112)를 가지고 있다. 벤트(110) 위쪽에는 벤트(110)의 돌출부(112)가 내부압력에 의해 위로 볼록하게 변형됨으로써 파단되도록 이루어진 전류차단기(CID: Current Interrupt Device)(120)가 설치되어 있다. 이 전류차단기(120) 위쪽에는 PTC(Positive Thermal Coefficient)(130)가 설치되어 있는데, 이 PTC는 전지의 과열에 의해 전지 내 전류의 흐름을 차단한다. PTC 위쪽에는 외부와 전기 접속되도록 볼록하게 형성된 전극단자를 갖는 캡업(Cap Up)(140)이 설치되어 있다.
상기 캔(10)의 상부와 상기 캡조립체(100) 사이에는 가스켓(150)이 위치하여 캔(10)과 캡조립체(100) 사이를 밀폐시키고 절연시키는 역할을 수행한다.
상기한 상절연부재(40)의 구조에 관하여 보다 상세하게는 다음과 같다.
도 3 및 도 4 를 참조하면, 상절연부재(40)의 외주연(42)은 내측부(44)보다 두께가 얇으며, 상기 상절연부재의 상면의 외주연(42)은 캔(10)의 외벽에서 내측으로 가압되어 형성된 비딩부(15)와 접촉하여 있다.
여기서, 외주연(42)과 내측부(44)의 두께의 차이는 도시한 바와 같이 외주연(42)과 내측부(44) 사이가 단차지게 형성된 것에 기인할 수 있다. 이에 따라, 내측부(44)의 두께는 종래의 두께를 유지할 수 있어, 캔 외벽을 내측으로 비딩할 때나, 크램핑할 때나, 일정 규격에 맞추기 위한 프레싱을 할 때에, 상절연부재가 휘어지 거나 손상될 위험을 방지할 수 있고, 따라서 전극조립체의 손상을 방지할 수 있다. 더불어, 외주연(42)의 두께를 종래보다 얇게 형성함으로써, 전극조립체의 총고가 늘어날 수 있어, 결국 전지의 용량이 증대될 수 있다. 또한, 외주연(42)의 두께를 종래보다 얇게 형성함으로써, 상절연부재(40)의 외주연(42)이 비딩부(15)에 의해 눌려지는 효과가 종래보다 현저히 감소되므로, 상절연부재(40) 및 전극조립체의 손상을 방지하는 측면도 있다.
이때, 상절연부재(40)의 외주연(42)의 폭은 비딩부(15)의 내측으로의 깊이보다 크도록 형성되는 것이 바람직하다. 외주연(42)의 폭이 비딩부(15)의 내측으로의 깊이보다 작아서 비딩부(15)가 내측부(44)의 상면과 접촉한다면, 본 발명에서 외주연(42)과 내측부(44) 사이를 단차지게 형성한 의미가 없어지기 때문이다.
또한, 상절연부재(40)의 하면은 평평한 것이 바람직하다. 상절연부재(40)의 상면에 단차를 주어 상절연부재(40)의 외주연과 내측부의 두께 차이를 주는 것으로 충분하며, 상절연부재(40)의 하면을 굴곡지게 하거나 단차를 준다면, 이는 오히려 전지의 총고를 줄이게 되어 전지의 용량을 감소시키게 된다.
한편, 상절연부재(40)의 내측부(44)의 중앙에 내부 가스의 유출을 위한 중앙홀(46)이 형성될 수도 있다. 이는 전지 내부에서 발생한 가스가 젤리롤 중앙의 빈 공간을 타고 상방으로 이동할 때 상절연부재(40)가 이를 가로막지 않도록 중앙홀(46)을 형성하는 것이다.
본 발명에 의하면,
첫째, 내측부의 두께는 종래의 두께를 유지할 수 있어, 캔 외벽을 내측으로 비딩할 때나, 크램핑할 때나, 일정 규격에 맞추기 위한 프레싱할 때에, 상절연부재가 휘어지거나 손상될 위험을 방지할 수 있고, 따라서 전극조립체의 손상을 방지할 수 있다.
둘째, 외주연의 두께를 종래보다 얇게 형성함으로써, 전극조립체의 총고가 늘어날 수 있어, 결국 전지의 용량이 증대될 수 있다. 또한, 외주연의 두께를 종래보다 얇게 형성함으로써, 상절연부재의 외주연이 비딩부에 의해 눌려지는 효과가 종래보다 현저히 감소되므로, 상절연부재 및 전극조립체의 손상을 방지하는 측면도 있다.
본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (6)

  1. 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 캔; 상기 캔의 개방된 상부와 결합하는 캡조립체; 및 상기 전극조립체와 상기 캡조립체 사이에 위치하는 상절연부재를 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 상절연부재의 외주연은 내측부보다 두께가 얇으며, 상기 캔의 외벽에 내측으로 가압된 비딩부가 형성되고, 상기 비딩부가 상기 상절연부재 상면의 외주연과 접촉하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상절연부재 상면의 외주연과 내측부 사이는 단차진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상절연부재의 외주연의 폭은 상기 비딩부의 내측으로의 깊이보다 큰 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상절연부재의 하면은 평평한 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상절연부재의 내측부의 중앙에 내부 가스의 유출을 위한 중앙홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캔은 원통형인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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