KR20080072132A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 상세하게는 전해액이 주입되는 전해액 주입홀에 관한 것이다.
그에 따른 본 발명의 이차전지는 양극탭이 접속된 양극판과 음극탭이 접속된 음극판 및 세퍼레이터를 적층하여 권취한 전극 조립체; 일단이 개구 되어 상기 전극조립체를 수용하는 캔; 및 상기 캔의 개구부를 마감하며 일측에 전해액 주입홀이 형성된 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 전해액 주입홀의 입구부는 상기 전해액 주입홀의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 1 확장홈을 형성하고, 상기 제 1 확장홈의 하부 면에는 요철부가 형성되며, 상기 제 1 확장홈의 입구부에는 상기 제 1 확장홈의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 2 확장홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
전해액 주입홀, 전해액 주입홀 마개, 씰링 부재
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제 2 확장홈이 형성된 전해액 주입홀과 전해액 주입홀 마개가 분리된 상태의 단면을 절개하여 본 단면도이다.
도 3은 도 2에서 전해액 주입홀 마개가 결합 된 상태의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전해액 주입홀이 형성된 캡플레이트를 상부에서 바라본 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100; 전극조립체 110; 양극판
120; 음극판 130; 세퍼레이터
140; 음극탭 150; 양극탭
200; 캔 300; 캡조립체
310; 전극단자 320; 절연케이스
330; 터미널플레이트 340; 절연플레이트
350; 절연가스킷 360; 캡플레이트
362; 전해액 주입홀 363; 제 1 확장홈
364; 요철부 365; 제 2 확장홈
370; 전해액 주입홀 밀봉 조립체 371; 씰링부재
372; 전해액 주입홀 마개 372'; 머리부
372''; 몸통부 SB; 이차 전지
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 상세하게는 전해액이 주입되는 전해액 주입홀에 관한 것이다.
최근에는 셀루라폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 휴대용 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 따라서, 휴대용 전기/전자 장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 또한, 이차전지는 고밀도에너지와 고출력을 필요로 하는 하이브리드 자동차 배터리용으로도 각광받고 있으며 연구개발 및 제품생산 중에 있다.
이러한 이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다. 상기 리튬 이차 전 지는 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 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.
일반적인 이차 전지의 제조과정을 설명하면, 우선, 양극 활물질이 형성된 양극집전체에 양극탭이 연결된 양극판, 음극 활물질이 형성된 음극집전체에 음극탭이 연결된 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 개재되어 있는 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다. 그리고, 전극조립체를 압착하여 타원형 기둥형태를 만든다. 그런 다음, 전극조립체 외부표면에 마감테이프를 부착하여 캔에 넣고, 전극조립체의 상부에 절연케이스를 안착시킨다. 그와 동시에 캡플레이트와 절연플레이트 및 터미널플레이트를 결합하고, 캡플레이트와 절연플레이트 및 터미널플레이트에 형성된 중앙홀에 절연가스킷이 개재된 상태의 전극단자를 결합하여 캡 조립체를 형성한다. 그리고 나서, 캡조립체의 캡 플레이트로 캔을 밀봉한 후, 캡플레이트에 형성된 전해액 주입홀에 전해질을 주입시킨다. 그런 다음, 전해액 주입홀을 밀봉하면 이차전지가 완성된다. 이때, 전해액 주입홀을 밀봉하는 방법은 전해액 주입홀의 주변에 씰링 부재를 형성하고, 씰링부재가 형성된 전해액 주입홀에 전해액 주입홀 보다 큰 직경을 가지는 볼(ball)을 삽입한 뒤, 볼을 전해액 주입홀의 방향으로 압입하여 밀봉시키게 된다. 그런 다음, 세척장비를 이용하여 밀봉된 전해액 주입홀 마개와 그 주변을 세척하게 된다.
이때, 전해액 주입홀을 세척하는 과정에서 전해액 주입홀 주변에 돌출되어 형성된 씰링부재가 탈락되거나 찢겨지는 문제가 발생한다.
본원 발명은 상술한 바와 같은 전해액 주입홀 마개를 세척하는 과정에서 씰링부재가 탈락되거나 찢겨지는 것을 방지하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지는 양극탭이 접속된 양극판과 음극탭이 접속된 음극판 및 세퍼레이터를 적층하여 권취한 전극 조립체; 일단이 개구 되어 상기 전극조립체를 수용하는 캔; 및 상기 캔의 개구부를 마감하며 일측에 전해액 주입홀이 형성된 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 전해액 주입홀의 입구부는 상기 전해액 주입홀의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 1 확장홈을 형성하고, 상기 제 1 확장홈의 하부 면에는 요철부가 형성되며, 상기 제 1 확장홈의 입구부에는 상기 제 1 확장홈의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 2 확장홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 확장홈의 하부 면에 도포된 씰링부재를 포함하며, 상기 씰링부재는 상기 전해액 주입홀을 밀봉하는 전해액 주입홀 마개와 밀착될 수 있다.
또한, 상기 씰링부재는 상기 제 1 확장홈의 측벽에도 도포될 수 있다.
또한, 상기 요철부는 상기 제 1 확장홈의 하부면에 원형의 홈 또는 돌기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전해액 주입홀과 상기 제 1 확장홈의 하부면이 만나는 모서리부는 모따기될 수 있다.
또한, 상기 제 2 확장홈은 원형으로 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 이차전지(SB)는 전극 조립체(100)와, 캔(200) 및, 캡 조립체(300)를 포함하여 형성될 수 있다.
전극조립체(100)는 양극탭(150)이 구비된 양극판(110)과 음극탭(140)이 구비된 음극판(120) 및 세퍼레이터(130)를 적층한 후 권취하여 형성된다.
양극판(110)은 양극집전체와 양극 활물질층으로 이루어져 있다. 양극 활물질층은 리튬을 포함하고 있는 층상화합물과, 결합력을 향상시키는 바인더, 전도성을 향상시키는 도전재로 이루어질 수 있다. 양극 집전체는 일반적으로 알루미늄이 사용되며 양극활물질층에서 발생하는 전하의 이동 통로가 되고 양극활물질층을 지지하는 역할을 하게 된다. 양극활물질층은 양극집전체의 넓은 면들에 부착되어 있으며 양극판의 일측단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극무지부(미도시)가 형성되어 있으며, 양극무지부에는 양극탭(150)이 접합된다.
음극판(120)은 음극집전체와 음극 활물질층으로 이루어져 있다. 음극활물질층은 탄소를 함유하며 일반적으로 많이 쓰이는 하드 카본과, 혹은 흑연, 활물질입자 사이의 결합력을 향상시키는 바인더로 이루어질 수 있다. 음극 집전체는 일반적 으로 구리가 사용되며 음극활물질층에 발생하는 전하의 이동 통로가 되고 음극활물질층을 지지하는 역할을 하게 된다. 음극활물질층은 음극판(120)의 넓은 면에 형성되어 있는데 이때, 음극판(120)의 일측단에 음극활물층이 형성되지 않은 음극무지부(미도시)가 형성되어 있다. 음극무지부에는 음극탭(140)이 접합된다.
세퍼레이터(130)는 양극판(110)과 음극판(120)의 사이에 개재되어 양극판(110)과 음극판(120)을 절연하고 양극판(110)과 음극판(120)의 전하들은 통과시킨다. 일반적으로 세퍼레이터(130)의 재질은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 세퍼레이터는(130)는 전해질을 포함할 수도 있으며 액상이나 겔 형태로 구성될 수 있다.
음극탭(140)은 전극조립체(100)와 전극단자(310)를 전기적으로 연결하는 역할을 하며 음극판(120)의 음극무지부에 접합될 수 있다. 음극탭(140)은 일반적으로 알루미늄이나 알루미늄합금 또는 니켈이나 니켈합금이 사용되지만 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
양극탭(150)은 전극조립체(100)와 캡플레이트(350)를 전기적으로 연결하는 역할을 하며, 양극판(110)의 양극무지부에 접합될 수 있다. 양극탭(150)은 일반적으로 알루미늄이나 알루미늄합금 또는 니켈이나 니켈합금이 사용되지만 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
캔(200)은 전극조립체(100)를 수용하고 일단에 개구부를 가진다. 캔(200)의 형상은 전극조립체(100)의 형태를 고려하여, 각형 또는 트랙(track)형의 형상으로 형성되며, 전극조립체(100)를 수용한 후, 캔(200) 내에 전해질을 수용한다. 전극조 립체(100)를 수용한 캔(200)은 전극조립체(100)의 상부에 절연케이스(320)를 수용한 후, 캡조립체(300)의 캡플레이트(350)와 용접 또는 열 융착 등의 방법에 의해 밀봉된다. 케이스(200)의 재질은 주로 알루미늄이 사용되나 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
캡조립체(300)는 전극조립체(100)의 음극탭(140)과 전기적으로 연결되는 전극단자(310), 전극조립체(100)가 수용된 케이스(200) 개구부의 내측에 안착된 절연케이스(320), 절연플레이트(340)를 사이에 두고 중앙홀을 형성하여 전극단자(310)의 일 단부와 결합되는 터미널플레이트(330), 터미널 플레이트(330)와 캡플레이트(360)의 사이를 절연하고 전극단자(310)의 기둥부와 터미널플레이트(330)를 결합하기 위한 중앙홀이 구비된 절연플레이트(340), 전극단자(310)의 기둥부를 감싸며 캡 플레이트(360)의 중앙홀에 개재되는 절연가스킷튜브(350) 및 일측에는 전해액 주입홀(362)을 형성하고 이차전지의 내부 압력이 임계 압력을 넘었을 경우 개봉되어 이차전지의 폭발을 방지하는 안전 벤트(Safety vent, 미도시)가 형성된 캡 플레이트(360)를 포함하여 형성될 수 있다.
도 2를 참조하여 본 발명에 따른 전해액 주입홀(362)에 대해 설명하면, 전해액 주입홀(362)의 입구부는 전해액 주입홀(362)의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 1 확장홈(363)을 형성하고, 제 1 확장홈(363)의 하부 면에는 요철부(364)가 형성되며, 제 1 확장홈(363)의 입구부에는 제 1 확장홈(363)의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 2 확장홈(363)을 형성한다.
먼저, 제 1 확장홈(363)에 대해 설명하면, 제 1 확장홈(363)의 하부 면에는 씰링부재(371)가 도포되어 형성될 수 있다. 이때, 씰링부재(371)는 전해액 주입홀(362)의 직경보다 큰 제 1 확장홈(363)에 의해 고정될 공간을 마련한다. 이러한 씰링 부재(371)의 재질은 불소계 고무, 부타디엔 고무(Butadiend Rubber), 부틸 고무(Isobutylene-Isoprene Rubber) 불소계 수지 또는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지 가운데 어느 하나를 선택하여 형성될 수 있다. 이러한 재질들은 기본적인 고무의 성질 이외에 내식성과 접착성이 우수하여 전해액에 의해 부식될 염려가 없으며, 코팅시에 제 1 확장홈(363)의 표면과 잘 결합될 수 있다.
또한, 씰링 부재(371)는 제 1 확장홈(363)의 측벽에도 도포되어 형성될 수 있다. 씰링 부재(371)는 제 1 확장홈(363)의 하부 면 뿐만 아니라 측벽에도 도포되고, 이를 전해액 주입홀 마개(372)가 밀봉하여 밀폐력을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 1 확장홈(363)은 전해액 주입홀(362)의 입구부에 전해액 주입홀(362)의 직경보다 큰 직경을 가지고 형성되고, 전해액 주입홀 마개(372)가 전해액 주입홀(362)과 결합할 수 있는 결합 부위를 마련한다. 이러한 제 1 확장홈(363)과 결합하는 전해액 주입홀 마개(372)에 대해 도 3을 참조하여 설명하면, 씰링부재(371)가 형성된 제 1 확장홈(363)과 밀착하여 결합하는 전해액 주입홀 마개(372)는 전해액 주입홀(362)의 제 1 확장홈(363)에 볼(ball)을 기계적으로 압입하여 형성하게 되는데, 압입 과정을 거친 전해액 주입홀 마개(372)는 제 1 확장홈(363)에 형성된 씰링 부재(371)와 밀착하는 머리부(372')와 제 1 확장홈(363)이 형성되지 않은 전해액 주입홀(362)과 결합하는 몸통부(372'')를 형성할 수 있다. 이러한 전해액 주입홀 마개(372)를 사용하여 전해액 주입홀(362)을 밀봉하면, 전해액의 누설 을 예방할 수 있다.
또한, 제 1 확장홈(363)의 하부 면에는 요철부(364)가 형성될 수 있다.요철부(364)가 제 1 확장홈(363)의 하부 면에 형성되면 전해액 주입홀 마개(미도시)로 전해액 주입홀(362)을 밀봉시에 씰링 부재(371)가 고정되는 효과가 있다.
이때, 도 4에서 보는 바와 같이 요철부(364)는 원형의 홈이나 돌기로 형성되어 씰링 부재(371)를 더 고정시키는 역할을 할 수 있다.
계속해서 도 2을 참조하면, 전해액 주입홀(362)과 제 1 확장홈(363)의 하부 면이 만나는 부분의 모서리부는 모따기(366) 될 수 있다. 모서리부가 모따기(366) 되면, 전해액 주입홀(362)에 전해액 주입홀 마개(372)를 결합시에 슬라이딩을 유도하게 되고, 이로 인해 작업의 효율성이 증대된다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제 2 확장홈(365)의 직경은 제 1 확장홈(363)의 직경보다 큰 직경을 가지며, 제 1 확장홈(363)의 입구부에 형성된다. 이러한 제 2 확장홈(365)은 씰링부재(371)가 캡플레이트(360)의 상면을 넘지않게 수용하는데 이때, 제 2 확장홈(365)은 전해액 주입홀 마개(372)와 그 주변을 세척하는 과정에서 전해액 주입홀 주변에 돌출되어 형성된 씰링부재(371)가 탈락되거나 찢겨지는 문제를 사전에 예방한다.
또한, 제 2 확장홈(365)은 캡 플레이트(360)의 상면에 원형으로 형성될 수 있다. 이러한 제 2 확장홈(365)은 절삭가공인 드릴작업을 이용하여 회전하는 드릴날(미도시)을 수직이송함으로써 간단히 형성할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예나 도면에 기재된 내용에 그 기술적 사상이 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 본 발명의 청구범위 내에 있게 된다.
본 발명의 효과는 이차전지의 씰링부재가 형성된 전해액 주입홀에 제 2 확장홈을 형성할 때 발생한다.
그에 따른 효과로는 전해액 주입홀을 세척시 씰링 부재가 이탈되는 것을 방지하는 효과가 있다.
Claims (6)
- 양극탭이 접속된 양극판과 음극탭이 접속된 음극판 및 세퍼레이터를 적층하여 권취한 전극 조립체;일단이 개구 되어 상기 전극조립체를 수용하는 캔; 및상기 캔의 개구부를 마감하며 일측에 전해액 주입홀이 형성된 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체를 포함하며,상기 전해액 주입홀의 입구부는 상기 전해액 주입홀의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 1 확장홈을 형성하고, 상기 제 1 확장홈의 하부 면에는 요철부가 형성되며, 상기 제 1 확장홈의 입구부에는 상기 제 1 확장홈의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 2 확장홈이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 확장홈의 하부 면에 도포된 씰링부재를 포함하며, 상기 씰링부재는 상기 전해액 주입홀을 밀봉하는 전해액 주입홀 마개와 밀착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 2 항에 있어서,상기 씰링부재는 상기 제 1 확장홈의 측벽에도 도포된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 요철부는 상기 제 1 확장홈의 하부면에 원형의 홈 또는 돌기로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 전해액 주입홀과 상기 제 1 확장홈의 하부면이 만나는 모서리부는 모따기된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 확장홈은 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
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