KR20070108747A - 이차전지 및 이차전지의 전해질주입구 밀폐방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는, 전극조립체와, 상기 전극조립체와 전해질을 수용하는 캔과, 상기 캔의 개방된 상부와 결합하며 전해질이 주입되는 전해질주입구가 형성된 캡플레이트를 구비한 캡조립체를 포함하여 이루어지며, 상기 전해질주입구에 끼워지는 마개와 상기 전해질주입구 사이에는 수지가 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지의 전해질주입구 밀폐방법은, 전해질주입구에 튜브형 수지를 끼우는 단계; 상기 수지 내측에 마개를 끼우는 단계; 및 상기 마개에 열을 가하여 상기 수지를 일부 녹여 엉겨붙게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분리 사시도,
도 2a 는 도 1 에 나타낸 이차전지의 전해질주입구에 외면에 수지가 위치한 마개가 끼워진 모습을 나타낸 단면도,
도 2b 는 도 2a 에 나타낸 마개에 열을 가함으로써 수지가 녹아 엉겨붙은 모습을 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 이차전지 11: 캔
12: 전극조립체 100: 캡조립체
110: 캡플레이트 112: 전해질주입구
160: 마개 162: 머리부
164: 핀부 165: 수지
165a: 엉겨붙은 수지
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해질주입구를 밀봉하는 공정을 단순화시켜 제조시간 및 제조비용을 절감하고, 전해질주입구의 밀봉성을 향상시킨 이차전지 및 이차전지의 전해질주입구 밀폐방법에 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.
일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 리튬 이차전지의 경우, 액체전해질을 사용하는 경우에도 리튬과 수분(H2O)의 반응성 때문에 비수성 전해질을 사용한다. 비수성 전해질을 사용함에 따라 리튬 이온 전지는 충전시 물의 분해전압의 지배를 받지 않으므로 상대적으로 높은 전지 전압을 가질 수 있다. 액체 전해질은 리튬염이 유기용매에서 해리된 상태를 가진다. 리튬염이 용해되는 용매로는 대개 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 또는 다른 알킬기 함유 카보네이트나 이와 유사한 유기화합물이 사용된다.
고체 전해질을 사용하는 리튬 이차전지에서는 전해질의 누출 문제가 없을 것이나, 액상의 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지의 경우 누출을 방지하는 것은 화학전지 일반의 경우와 같이 중요한 문제가 되고 있다. 특히, 리튬 이온 전지가 전원으로 사용되는 휴대용 전화기, 컴퓨터, 개인정보 단말기, 캠코더 등이 고가 정밀기기임을 감안할 때 전해질 누출 방지의 문제는 더욱 중요해진다.
이러한 이차전지 중 각형 이차전지의 일반적인 구조에 관하여 살펴보면, 이차전지는 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 캔과, 이 캔에 결합되는 캡조립체를 포함하여 이루어진다.
전극조립체는 양극과 음극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 있으며, 양극 및 음극으로부터 양극 및 음극탭이 각각 인출되어 있다.
캔은 각형 이차전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다.
캡조립체는 캔의 상부에 결합되는 캡플레이트와, 단자통공을 통하여 설치되고 그 외면에 캡플레이트와의 절연을 위한 가스켓이 위치하는 전극단자와, 캡플레이트의 아랫면에 설치되는 절연플레이트와, 이 절연플레이트의 아랫면에 설치되어 전극단자와 통전되는 단자플레이트를 포함하여 이루어진다.
캡플레이트의 일 측에는 캔의 내부에 전해질을 주입하기 위한 전해질주입구가 형성되어 있으며, 전해질 주입 후 전해질주입구를 밀폐시키는 밀봉부가 형성되 어 있다.
이러한 밀봉부에 관해서는 다양한 실시형태들이 있을 수 있다. 예를 들어, 전해질주입구보다 직경이 큰 볼(ball)을 전해질주입구 입구에 놓고 기계적으로 전해질주입구로 압입하여 밀봉부를 형성할 수도 있다. 또한, 전해질주입구의 외형에 상응하는 형상의 마개를 전해질주입구에 삽입하여 밀봉부를 형성할 수도 있다.
그 다음, 상기 밀봉부의 가장자리를 따라 용접한다. 캡플레이트나 밀봉부는 통상 알미늄을 함유하는 물질로 형성하므로 용접은 레이져 스폿 용접이나 레이져 연속 용접 같은 레이져 용접으로 실시하는 것이 바람직하다. 알미늄 함유 물질은 열 전도성이 매우 좋으므로 저항용접은 부적합하기 때문이다.
그 다음, 상기 용접된 부위 위에 자외선 경화제(UV 경화제)를 코팅하여 전해질의 누출을 보다 확실히 방지한다.
그런데, 상술한 전해질주입구 밀봉방법은 여러 공정을 거쳐야 하므로 제조시간 및 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
또한, 볼 압입의 경우 전해액주입구의 입구에 위치하는 볼의 위치 산포가 매우 커서 원하지 않는 형상의 밀봉부가 형성될 수도 있고, 이후의 용접 및 자외선 경화제 코팅 공정을 거치더라도 이미 밀봉부의 형상에서 불량이 발생하였으므로, 전지 내부에 주입된 전해질이 전해질주입구를 따라 누출되는 현상이 발생할 수 있으며, 이러한 누출 전해질로 인하여 밀폐성을 보장하지 못하게 되어 전지의 신뢰성을 저하시키는 결과를 초래할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전해질주입구를 밀봉하는 공정을 단순화시켜 제조시간 및 제조비용을 절감하고, 전해질주입구의 밀봉성을 향상시키는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는,
전극조립체와, 상기 전극조립체와 전해질을 수용하는 캔과, 상기 캔의 개방된 상부와 결합하며 전해질이 주입되는 전해질주입구가 형성된 캡플레이트를 구비한 캡조립체를 포함하여 이루어지며, 상기 전해질주입구에 끼워지는 마개와 상기 전해질주입구 사이에는 수지가 위치하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 수지는 튜브 형상일 수도 있다.
또한, 상기 수지는 열가소성 수지일 수도 있다.
이때, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리아세트산비닐(PVA), 폴리염화비닐(PVC) 중 선택된 어느 하나일 수도 있다.
또한, 상기 마개는 금속 물질로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 마개는 상기 수지를 관통하는 핀부와, 상기 핀부와 일체로 형성되며 상기 핀부보다 큰 직경을 갖는 머리부를 포함하여 이루어질 수도 있다.
이때, 상기 마개의 머리부는 튜브형인 상기 수지의 바깥 직경보다 클 수도 있다.
또한, 상기 마개의 머리부의 하면은 상기 수지의 상면과 접촉할 수도 있다.
또한, 상기 수지는 열에 의해 상기 마개 및 상기 캡플레이트에 엉겨붙어 상기 전해질주입구를 밀폐할 수도 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지의 전해질주입구 밀폐방법은,
상기 전해질주입구에 튜브형 수지를 끼우는 단계; 상기 수지 내측에 마개를 끼우는 단계; 및 상기 마개에 열을 가하여 상기 수지를 일부 녹여 엉겨붙게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 이차전지에 관한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분리 사시도이다.
도면을 참조하면, 이차전지는 전극조립체(12)와, 이 전극조립체(12)를 수용하는 캔(11)과, 이 캔(11)과 결합되는 캡조립체(100)를 포함한다.
전극조립체(12)는 통상 전기용량을 높이기 위해 양극(13) 및 음극(15)을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(14)를 양극(13)과 음극(15) 사이에 개재하여 적층하고, 와형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다. 음극(15) 및 양극(13)은 각각 구리 및 알미늄 포일로 이루어진 집전체 각각에 음극 활물질인 탄소와 양극 활물질인 코발트산 리튬 등을 코팅시켜 형성할 수 있다. 세퍼레이터(14)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어져 있다. 세퍼레이터(14)는 양 극(13) 및 음극(15)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판 간의 단락을 방지하는 데 유리하다. 전극조립체(12)에는 각 전극과 연결된 양극 및 음극탭(16, 17)이 인출되어 있다. 상기 양극 및 음극탭(16, 17)에는 상기 전극조립체(12)의 외부로 인출되는 경계부에 극판(13, 15) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(18)가 감겨져 있다.
캔(11)은 도시된 바와 같은 각형 이차전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다. 캔을 이루는 재질로는 경량의 전도성 금속인 알미늄 또는 알미늄 합금이 바람직하다. 캔(11)은 전극조립체(12)와 전해질의 용기가 되고, 전극조립체(12)가 투입되도록 개방된 상부는 캡조립체(100)에 의해 봉해진다.
캡조립체(100)는 캡플레이트(110)와, 가스켓(120)과, 전극단자(130)와, 절연플레이트(140)와, 단자플레이트(150)를 포함하여 이루어진다. 캡플레이트(110)에는 단자통공(111)이 형성되어 있는데, 전극단자(130)가 그 외면에 캡플레이트(110)와의 절연을 위하여 가스켓(120)을 위치시킨 채 단자통공(111)을 관통하여 설치된다. 캡플레이트(110)의 아랫면에는 절연플레이트(140)가 설치되어 있고, 이 절연플레이트(140)의 아랫면에는 단자플레이트(150)가 설치되어 있다. 이 단자플레이트(150)에는 전극단자(130)의 하단부가 결합되어 있다.
전극조립체(12)의 음극(15)은 음극탭(17)과 단자플레이트(150)를 통하여 전극단자(130)와 전기적으로 연결된다. 전극조립체(12)의 양극(13)의 경우에는 양극 탭(16)이 캡플레이트(110)나 캔(11)에 용접된다. 상기 단자플레이트(150)의 하부에는 절연케이스(190)가 더 설치될 수도 있다. 한편, 극성을 달리하여 전지를 설계할 수도 있을 것이다.
캡플레이트(110)의 일 측에는 벤트(116)가 형성되는데, 이 벤트(116)는 과충전 등으로 인하여 전지의 내부압력이 증가할 때 내부가스를 방출시켜 전지의 안전성을 확보하는 역할을 한다. 이러한 벤트(116)는 캡조립체(110)의 다른 부분보다 얇게 성형된 부분으로서 내압이 증가하면 우선적으로 파단되어 내부가스를 방출시킨다.
캡플레이트(110)의 타 측에는 캔(11)의 내부에 전해질을 주입하기 위한 전해질주입구(112)가 형성되어 있으며, 전해질 주입 후 전해질주입구(112)에 마개(160)가 끼워지되, 마개(160)와 전해질주입구(112) 사이에는 수지(165)가 위치하여 전해질주입구(112)의 밀폐성을 향상시킨다.
이하에서는, 전해질주입구(112) 밀폐방법에 관하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
도 2a 를 참조하면, 캡플레이트(110)에 형성된 전해질주입구에 튜브 형상의 수지(165)가 끼워진다. 그리고, 알루미늄 같은 금속 물질로 이루어진 마개가 수지(165) 내측에 가능한 빈틈없이 끼워진다.
여기서, 수지(165)는 열가소성 수지인 것이 바람직하다. 이후, 전해질주입구의 밀폐성을 향상하기 위해 수지(165)를 일부 녹이는 공정을 실시하기 때문이다. 예컨대, 마개(160)에 열을 가하여 이와 접촉하는 수지(165)를 일부 녹임으로써, 일 부 녹은 수지는, 도 2b 에 나타낸 바와 같이, 마개(160) 및 캡플레이트(110)에 엉겨붙게 되고, 이에 따라 전해질주입구의 밀폐성을 향상시킬 수 있게 된다.
이러한 열가소성 수지로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리아세트산비닐(PVA), 폴리염화비닐(PVC) 중 선택된 어느 하나가 사용될 수도 있다. 다만, 본 발명의 내용은 이에 한정되지 않는다.
한편, 마개(160)는 수지(165)를 관통하는 핀부(164)와, 이 핀부(164)와 일체로 형성되며 핀부(164)보다 큰 직경을 갖는 머리부(162)를 포함하여 이루어져 있다.
이때, 마개의 머리부(162)는 튜브형인 수지(165)의 바깥 직경보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 마개의 머리부(162)의 하면은 수지(165)의 상면과 접촉하는 것이 바람직하다. 이는 수지(165)를 일부 녹여 수지(165)의 상면이 마개의 머리부(162)의 하면과 엉겨붙게 함으로써 전해질주입구의 밀폐성을 향상시키기 위함이다.
한편, 상술한 이차전지의 전해질주입구를 밀폐하는 방법을 정리하면, 전해질주입구에 튜브형 수지를 끼운 후, 상기 수지 내측에 마개를 끼운 다음, 상기 마개에 열을 가하여 상기 수지를 일부 녹여 엉겨붙게 하는 단계를 거침으로써 이차전지의 전해질주입구를 밀폐한다. 이때, 수지 내측에 마개를 끼우는 단계와 마개에 열을 가하는 단계는 바꾸어 실시할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 전해질주입구를 밀봉하는 공정을 단순화시켜 제조시간 및 제조비용을 절감하고, 전해질주입구의 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 즉, 종래의 레이저 용접 공정 및 자외선 경화제 코팅 공정 단계를 생략하여도 전해액주입공의 밀봉성을 보장할 수 있게 된다.
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 (10)
- 전극조립체와, 상기 전극조립체와 전해질을 수용하는 캔과, 상기 캔의 개방된 상부와 결합하며 전해질이 주입되는 전해질주입구가 형성된 캡플레이트를 구비한 캡조립체를 포함하여 이루어진 이차전지에 있어서,상기 전해질주입구에 끼워지는 마개와 상기 전해질주입구 사이에는 수지가 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 수지는 튜브 형상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 수지는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 3 항에 있어서,상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리아세트산비닐(PVA), 폴리염화비닐(PVC) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 마개는 금속 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 마개는 상기 수지를 관통하는 핀부와, 상기 핀부와 일체로 형성되며 상기 핀부보다 큰 직경을 갖는 머리부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 6 항에 있어서,상기 마개의 머리부는 튜브형인 상기 수지의 바깥 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 마개의 머리부의 하면은 상기 수지의 상면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 수지는 열에 의해 상기 마개 및 상기 캡플레이트에 엉겨붙어 상기 전해질주입구를 밀폐하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 이차전지의 전해질주입구를 밀폐하는 방법에 있어서,상기 전해질주입구에 튜브형 수지를 끼우는 단계;상기 수지 내측에 마개를 끼우는 단계; 및상기 마개에 열을 가하여 상기 수지를 일부 녹여 엉겨붙게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전해질주입구 밀폐방법.
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| KR1020060041162A KR20070108747A (ko) | 2006-05-08 | 2006-05-08 | 이차전지 및 이차전지의 전해질주입구 밀폐방법 |
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| KR (1) | KR20070108747A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107305964A (zh) * | 2016-04-22 | 2017-10-31 | 三星Sdi株式会社 | 二次电池 |
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-
2006
- 2006-05-08 KR KR1020060041162A patent/KR20070108747A/ko not_active Application Discontinuation
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