KR20100032731A - 원통형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 전극 조립체를 내부에 수용할 수 있도록 일단부가 개구된 원통형의 외장캔; 및 일체로 조립되어 상기 외장캔의 개구부에 설치되고, 외측면은 그 둘레를 따라 상기 외장캔에 용접되어 상기 외장캔의 개구부를 밀폐토록 하는 캡 조립체;로 이루어지고, 상기 캡 조립체는, 상기 전극탭과 통전 가능하게 접합되며, 상기 외장캔의 내압이 소정 압력 이상이 되면 상기 전극탭으로부터 통전되는 전류를 차단토록 하는 전류차단소자; 상기 전류차단소자의 상부에 배치되는 절연플레이트; 상기 절연플레이트의 상부에 배치되고, 상기 외장캔의 내압이 소정 압력 이상이 되면 상기 외장캔의 내부에 차있는 가스를 외부로 배출토록 하는 안전벤트; 상기 안전벤트와 통전되고, 외부와 전기 접속되는 캡업; 상기 캡업과 상기 안전벤트를 상기 외장캔과 절연시키는 가스켓; 상기 가스켓의 외곽부를 압착하여 지지하고, 외측면은 그 둘레를 따라 상기 외장캔에 용접되어지는 외부 케이스; 및 상기 외부 케이스와 상기 절연플레이트의 사이에 형성되는 틈새 사이에 충전되어 상기 외장캔의 내부에 차있는 가스가 상기 틈새를 통하여 상기 외장캔의 외부로 배출되는 것을 차단하기 위한 에폭시층;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이차전지, 비딩부, 에폭시, 캡 조립체, 외장 캔

Description

원통형 이차전지{Circular Secondary Battery}
본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이차전지의 상부에 형성되는 비딩부를 제거함으로써 더욱 향상된 안전성을 확보하고, 또한 비딩부가 차지하는 만큼의 공간을 확보하여 이차전지의 전기 용량을 증가시킬 수 있는 원통형 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 나타내며, 근래에는 휴대폰 및 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 전자기기에 널리 사용되고 있다. 위와 같은 이차전지는 그 외형에 따라서 원통형 이차전지와, 각형 이차전지, 그리고 전극 젤리 롤을 파우치에 수납하는 파우치형 전지로 구분되는데, 본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것이다.
도 1에는 종래의 원통형 이차전지가 도시되어 있다.
도 1을 참조하여 종래의 원통형 이차전지를 보면, 먼저 직사각의 판형으로 형성된 두 전극과 이들 전극 사이에 개재되어 두 전극 사이의 단락을 방지하는 세퍼레이터가 적층된 후 젤리롤 형태로 권취되어 전극 조립체(20)를 이룬다. 그리고 양의 전극탭(22)이 전극 조립체(20)에서 상부로 인출되고, 음의 전극탭(미도시)은 캔(10)의 외벽에 연결된다.
전극 조립체(20)는 캔(10)의 상부 및 하부에 각각 위치하는 상부 절연판(12) 및 하부 절연판(미도시)과 함께 차례로 캔(10)의 개구부를 통해 원통형 캔(10)에 투입된다. 그리고 전극 조립체(20)의 캔(10) 내 유동을 막기 위한 비딩부(14)가 캔(10)의 상부에서 내측으로 압착되어 형성되고, 전해액이 캔(10) 내부로 주입된다. 상기 비딩부(14)의 상측에는 절연을 위한 가스켓(30)이 캔(10)의 내측으로 설치되고, 캔(10)의 개구부를 마감하는 캡 조립체(40)가 상기 비딩부(14) 위에 설치된다. 상기 캡 조립체(40)는 전극탭(22)과 용접되는 벤트, CID(current interrupt device) 소자, PTC(Positive Thermal Coefficient) 소자, 그리고 전극 단자를 가진 캡 업(Cap up)으로 이루어진다. 여기서 상기 캡 조립체(40)를 구성하는 벤트 등은 상기 비딩부(14)에 의해 지지되어 하측으로 유동되지 않는다. 마지막으로, 가스켓(30) 내측에 투입된 캡 업 등을 마개로 원통형 캔(10)의 개구부를 내측으로 압착하여 캔(10)을 봉합하는 클램핑 작업이 이루어진다.
그러나 상기와 같이 구성되는 종래의 원통형 이차전지는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
캔(10)의 상부에 캡 조립체(40)를 결합하는 과정에서 캡 조립체(40)를 구성하는 각 부품들을 차례로 설치해야 하므로, 이차전지의 조립 공정 시간이 길어져서 이차전지 제조에 과다한 시간과 비용이 발생하게 된다.
캔(10)을 가스켓(30)에 대해 압착하는 클램핑 방식의 경우 30 kgf/cm2 이상 의 고압을 견디는 구조를 형성하기 어렵다.
클램핑 공정 이후에 미도금된 캔(10)의 상측 끝단에 대해 별도의 플래시 도금을 수행해야 하는 번거로움이 발생한다.
비딩부(14) 형성을 위해 캔(10)을 내측으로 압착하는 과정에서 캔(10)을 구성하는 금속 물질이 캔(10)의 내부로 흘러들어갈 염려가 있고, 이처럼 금속 이물질이 캔(10)의 내부에 주입되면 안전상의 중대한 결함이 발생한다. 특히 최근의 노트북 배터리 폭발사고도 대부분 이러한 이유에 기인해서 발생하고 있다.
비딩부(14)가 차지하고 있는 만큼의 공간이 비효율적으로 활용되고 있다. 만일 비딩부(14)를 제거할 수 있다면, 비딩부(14)가 차지하고 있는 만큼의 공간에 전극 조립체(20) 및 전해액이 더 주입되면 그 만큼 이차전지의 전기 용량을 증가시킬 수 있게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 이차전지를 조립하는 공정을 대폭 줄여서 이차전지 제조에 따른 시간과 비용을 감축할 수 있는 원통형 이차전지를 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은, 비딩부 형성 공정을 제거하여 금속 이물질이 캔의 내부에 주입되는 것을 차단하여 안전성을 높이고, 비딩부가 차지하고 있던 공간을 활용함으로써 전기 용량을 증가시킬 수 있는 이차전지를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은, 캔의 상부를 압착하여 클램핑하는 공정을 제거하여 종래의 클램핑 방식에 의하는 경우보다 더 높은 고압에서도 견딜 수 있는 이차전지를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 전극조립체; 상기 전극 조립체를 내부에 수용할 수 있도록 일단부가 개구된 원통형의 외장캔; 및 일체로 조립되어 상기 외장캔의 개구부에 설치되고, 외측면은 그 둘레를 따라 상기 외장캔에 용접되어 상기 외장캔의 개구부를 밀폐토록 하고, 저면은 상기 전극 조립체에서 인출된 전극탭에 통전 가능하게 접합되어 상기 전극 조립체에서 발생되는 전류를 외부로 통전토록 하는 캡 조립체;로 이루어지고, 상기 캡 조립체는, 상기 전극탭과 통전 가능하게 접합되며, 상기 외장캔의 내압이 소정 압력 이상이 되면 상기 전극탭으로부터 통전되는 전류를 차단토록 하는 전류차단소자; 상기 전류차단소자의 상부에 배치되는 절연플레이트; 상기 절연플레이트의 상부에 배치되고, 저면 중심부에는 상기 전류차단소자에 통전가능하게 접합되는 접속부가 하향으로 돌출형성되고, 상기 외장캔의 내압이 소정 압력 이상이 되면 상기 외장캔의 내부에 차있는 가스를 외부로 배출토록 하는 안전벤트; 상기 안전벤트와 통전되고, 외부와 전기 접속되는 캡업; 상기 캡업과 상기 안전벤트의 가장자리를 감싸서 상기 캡업과 상기 안전벤트를 상기 외장캔과 절연시키는 가스켓; 상기 가스켓의 외곽부를 압착하여 지지하고, 외측면은 그 둘레를 따라 상기 외장캔에 용접되어지는 외부 케이스; 및 상기 외부 케이스와 상기 절연플레이트의 사이에 형성되는 틈새 사이에 충전되어 상기 외장캔의 내부에 차있는 가스가 상기 틈새를 통하여 상기 외 장캔의 외부로 배출되는 것을 차단하기 위한 에폭시층;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 캡 조립체는, 상기 안전벤트와 상기 캡업 사이에 삽입되어, 소정 온도 이상에서 상기 안전벤트와 상기 캡업 사이를 절연시키는 PTC 소자를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전류차단소자는, 상기 외장캔의 내부에서 발생된 압력이 상기 안전벤트에 전해질 수 있도록 다수의 통기공이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전류차단소자는, 원형판과, 상기 원형판의 중앙에서 상측으로 돌출된 돌출부와, 상기 원형판과 상기 돌출부를 연결하면서 상기 원형판의 두께보다 작은 두께를 갖는 연결부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 전류차단소자는 그 중앙부에 동심원을 이루는 노치부가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지에 의하면, 캡 조립체를 사전에 일체로 조립한 후에 이를 외장캔에 결합시키게 되므로, 이차전지의 조립 공정 시간이 짧아진다.
또한 본 발명에 의하면, 종래와 달리 외장캔에 비딩부가 형성되지 않으므로, 비딩부 형성에 따른 제조 공정 시간을 줄일 수 있고, 또한 비딩부 형성 공정에서 금속 물질이 외장캔의 내부로 흘러들어갈 염려가 없으므로 이차전지의 안전성이 향상된다.
또한 본 발명에 의하면, 비딩부가 차지하고 있는 만큼의 공간에 전극 조립체 및 전해액이 더 주입되므로, 그 만큼 이차전지의 전기 용량을 증가시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 레이저 용접을 통해 캡 조립체를 외장캔에 결합시키게 되므로, 종래의 클램핑 방식에 의하는 경우보다 더 높은 고압에서도 견딜 수 있는 이차전지를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 종래 클램핑 공정 이후에 미도금된 캔의 상측 단부에 대해 별도의 플래시 도금을 수행해야 하는 번거로움이 발생하지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 원통형 이차전지에 대해 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 4에는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 구조가 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 전극조립체(110)와, 상기 전극 조립체를 내부에 수용할 수 있도록 일단부가 개구된 원통형 구조로 이루어지는 외장캔(100)과, 일체로 조립되어 상기 외장캔(100)의 개구부에 결합되는 캡 조립체(200)로 이루어진다.
상기 전극 조립체(110)는, 도 4에 도시된 바와 같이 양극집전체의 표면에 양극활물질층이 코팅된 양극판(111)과, 음극집전체의 표면에 음극활물질층이 코팅된 음극판(112)과, 상기 양극판(111)과 음극판(112) 사이에 위치하여 상기 양극판(111)과 음극판(112)을 전기적으로 절연시키도록 젤리-롤 형상으로 권취된 구조 의 세퍼레이터(113)로 이루어진다. 그리고 상기 전극 조립체(110)의 상부 끝단에는 전극탭(120)이 상부로 돌출 형성되고, 상기 전극탭(120)은 캡 조립체(200)의 하단에 통전 가능하게 용접된다.
상기 외장캔(100)은 도 3에 도시된 바와 같이 전극 조립체(110)와 전해액이 수용될 수 있도록 내부에 소정의 공간이 형성되는 원통형 구조로 이루어지며, 이때 외장캔(100)의 하부는 밀폐된 구조로 이루어지지만, 외장캔(100)의 상부는 캡 조립체(200)가 결합될 수 있도록 개구된 구조로 이루어진다. 또한 상기 외장캔(100)의 상하부에는 전극 조립체(110)를 캡 조립체(200) 및 외장캔(100)과 접촉할 수 없도록 하기 위한 상부 절연판(130)과 하부 절연판(미도시)이 각각 설치될 수 있다.
상기 캡 조립체(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이 일체로 조립되어 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 외장캔(100)의 상부 개구부에 삽입 설치되고, 외측면은 그 둘레를 따라 외장캔(100)의 개구부에 레이저 용접되어 상기 외장캔(100)의 상부 개구부를 밀폐하게 된다. 이때 상기 캡 조립체(200)의 저면은 상기 전극 조립체(110)에서 인출된 전극탭(120)에 통전 가능하게 접합되며, 이러한 캡 조립체(200)는 상기 전극 조립체(110)에서 발생되는 전류를 외부 장치로 통전되도록 한다.
도 5에는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 캡 조립체의 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 일체로 조립된 캡 조립체의 단면도가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 캡 조립체(200)는, 전류차단소자(210)와, 절연플레이트(220)와, 안전벤트(230)와, 캡업(cap up: 240)과, 가스 켓(250)과, 외부 케이스(260)와, 에폭시층(270)으로 이루어진다.
상기 전류차단소자(210)는 일체로 조립된 캡 조립체(200)의 하단에 위치하는 부품으로서, 전극 조립체(110)에서 상부로 인출되는 전극탭(120)에 통전 가능하게 접합되는 도전성 금속재질의 판재이고, 상기 외장캔(100)의 내압이 소정 압력 이상이 되면 상기 전극탭(120)으로부터 통전되는 전류를 차단토록 한다.
상기 전류차단소자(210)는 다양한 형태로 구성할 수 있으며, 그 일예로서는 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 원형판(211)과, 상기 원형판(211)의 중앙에서 상측으로 돌출된 돌출부(212)와, 상기 원형판(211)과 상기 돌출부(212)를 연결하면서 상기 원형판(211)의 두께보다 작은 두께를 갖는 연결부(213)로 구성할 수 있으며, 이 경우 상기 연결부(213)는 상기 외장캔(100)의 내압이 소정 압력(바람직하게는 10kg/cm2) 이상이 되었을 때, 끊어지게 되어 상기 원형판(211)과 상기 돌출부(212)가 서로 분리되도록 하므로 상기 전극탭(120)으로부터 통전되는 전류를 차단되도록 한다. 한편, 상기 전류차단소자(210)는 상기 외장캔(100)의 내부에서 발생된 압력이 후술하는 안전벤트(230)에 전해질 수 있도록 다수의 통기공(214)이 형성되도록 할 수도 있다.
또한, 상기 전류차단소자(210)는 그 중앙부에 동심원을 이루는 노치부(미도시)를 갖도록 구성할 수도 있으며, 상기 노치부(미도시)는 상기 외장캔(100)의 내압이 소정 압력(바람직하게는 10kg/cm2) 이상이 되었을 때 끊어지게 되어 상기 전극탭(120)으로부터 통전되는 전류를 차단되도록 한다.
상기 절연플레이트(220)는 상기 전류차단소자(210)의 상부에 배치되어 후술하는 안전벤트(230)와 전류차단소자(210) 사이를 절연시키는 기능을 수행하며, 후술하는 안전벤트(230)의 접속부(232)가 통과할 수 있도록 링 구조로 형성된다.
상기 안전벤트(230)는 외장캔(100)의 내압이 소정 압력 이상이 되면 상기 외장캔(100)의 내부에 차있는 가스를 외부로 배출토록 하여 폭발 위험을 방지하는 안전장치를 구성하는 부품으로서, 도전성 금속 재질로 이루어진다.
이러한 안전벤트(230)는, 상기 절연플레이트(220)의 상부에 배치되고, 저면 중심부에는 상기 전류차단소자(210)에 통전가능하게 접합되는 접속부(232)가 하향으로 돌출형성되고, 상기 접속부(232)의 둘레에는 소정 압력(바람직하게는 20kg/cm2) 이상에서 파단될 수 있는 노치부(231)가 동심원으로 형성되어 있고, 가장자리는 후술하는 가스켓(250)에 의해 지지될 수 있도록 외측으로 확장되는 구조로 이루어진다.
여기서, 상기 접속부(232)는 이차전지의 내압이 소정 압력(바람직하게는 10kg/cm2) 이상에서 상측으로 변형되게 되며, 상기 접속부(232)가 상측으로 변형되게 되면, 상기 접속부(232)에 용접된 전류차단소자(210)의 돌출부(212)가 위쪽으로 들어 올려지면서 파단되게 되어 전극탭(120)으로부터 안전벤트(230)로 전류가 통전되는 것을 차단하게 되며, 상기 노치부(231)는 이차전지의 내압이 소정 압력(바람직하게는 20kg/cm2) 이상에서 파단되게 되어 외장캔(100) 내부의 가스가 외부로 배출되게 된다.
따라서 상기 안전벤트(230)는, 정상적인 상태에서는 전극 조립체(110)에서 발생된 전류가 전극탭(120), 전류차단소자(210) 및 안전벤트(230)를 거쳐서 캡업(240)을 통해 외부 장치로 흘러가게 된다. 그러나 이차전지의 과충전 또는 이상 발열에 의해 이차전지의 내부 압력이 비정상적으로 증가하는 경우에는, 상기 접속부(232)의 변형 또는 상기 접속부(232) 주위의 노치부(231)의 파단에 의해서 이차전지의 안전성을 확보할 수가 있게 된다.
상기 캡업(240)은 캡 조립체(200)의 상단에 위치하여 이차전지에서 발생되는 전류를 외부로 통전시키는 부품으로서, 안전벤트(230)의 상면에 상응하는 크기로 형성되고, 안전벤트(230)의 상부에 대해 통전 가능하게 접합된다. 즉, 캡업(240)의 저면 가장자리가 안전벤트(230)의 상면 가장자리에 접촉한 상태에서 가스켓(250) 및 외부 케이스(260)에 의해 압착되어 상호 통전 가능하게 접합된다. 미설명부호 241은 관통공이다.
상기 가스켓(250)은 상기 캡업(240)과 상기 안전벤트(230)의 가장자리를 감싸서 상기 캡업(240)과 상기 안전벤트(230)를 상기 외장캔(100)과 절연시키는 기능을 수행한다. 이러한 가스켓(250)은 상기 안전벤트(230)와 캡업(240)이 내부에 수용될 수 있는 원통 구조로 형성되고, 가스켓(250)의 하부는 안전벤트(230)와 캡업(240)이 내부에 삽입될 수 있도록 개방된 구조로 이루어지며, 가스켓(250)의 상부에는 캡업(240)의 가장자리 상면에 접하는 소정 길이의 상부면이 내측으로 돌출 형성된다.
상기 외부 케이스(260)는 캡 조립체(200)의 외측면을 형성하는 부품으로서, 가스켓(250)의 외곽부를 압착하여 지지하고, 외측면은 그 둘레를 따라 상기 외장캔(100)에 용접되어진다. 이러한 외부 케이스(260)는 상기 가스켓(250)이 내부에 수용될 수 있는 원통 구조로 형성되고, 외부 케이스(260)의 하부는 가스켓(250)과 안전벤트(230) 및 캡업(240)이 내부에 삽입될 수 있도록 개방된 구조로 이루어지며, 외부 케이스(260)의 상부에는 가스켓(250)의 상부면에 접하는 소정 길이의 상부면이 내측으로 돌출 형성된다.
그리고 상기 외부 케이스(260)의 외측면에는 외장캔(100)의 상부 측면에 용접되는 캔 용접부(262)가 원주 방향으로 오목하게 형성되는데, 상기 캔 용접부(262)는 외장캔(100)의 두께에 대응하는 깊이로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 캔 용접부(262)에 외장캔(100)의 상부를 삽입한 상태에서, 도 4에 도시된 바와 같이 캔 용접부(282)와 외장캔(100)의 끝단이 접촉하는 부분(A)을 따라 원주 방향으로 레이저 용접을 가하여 외부 케이스(260)를 외장캔(100)에 접합시키게 된다. 이때 상기 외부 케이스(260)와 외장캔(100)의 용접을 용이하게 하기 위해, 상기 외부 케이스(260)는 외장캔(100)과 동일한 재질의 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 에폭시층(270)은 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 상기 외부 케이스(260)와 상기 절연플레이트(220)의 사이에 형성되는 틈새 사이에 충전되어 상기 외장캔(100)의 내부에 차있는 가스가 상기 틈새를 통하여 상기 외장캔(100)의 외부로 배출되는 것을 차단하기 위한 층으로서, 외장캔(100)의 내부에 차있는 가스는 상기 틈새가 밀봉되지 않을 경우 도 8의 화살표 B에서 보는 바와 같이 외부 케이 스(260)와 가스켓(250) 사이의 틈새나 또는 도 8의 화살표 C에서 보는 바와 같이 가스켓(250)과 안전벤트(230) 및 캡업(240)의 외주 사이의 틈새를 통하여 서서히 지속적으로 배출되기 때문에 상당한 시간이 경과하게 되면 외장캔(100) 내부의 전해 작용이 미약해지게 되므로 전지로서의 기능을 상실하게 될 우려가 있다. 따라서, 상기 틈새를 에폭시로 밀봉하게 되면, 위와 같은 문제점이 해소될 수 있고, 또 외장 캔 내부의 압력이 비정상적으로 증가할 때 작동되게 되는 전류차단소자(210)나 안전벤트(230)의 작동도 확실하게 하도록 할 수가 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 캡 조립체(200)는, 소정 온도 이상에서 안전벤트(230)와 캡업(240) 사이를 절연시키는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자(280)를 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다. 상기 PTC 소자(280)는 안전벤트(230)의 외경에 상응하는 크기의 링 구조로 형성되고, 안전벤트(230)와 캡업(240) 사이에 삽입된다. 즉, 가스켓(250)의 내부에 안전벤트(230), PTC 소자(280), 캡업(240) 순서로 적층된 후, 외부 케이스(260)가 압착될 때 다른 부품들과 함께 압착되어 고정된다.
이러한 PTC 소자(280)는, 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 또 다른 안전장치를 구성하는 부품으로서, 정상적인 경우에는 안전벤트(230)와 캡업(240) 사이를 통전시키지만, 이차전지의 온도가 비정상적으로 증가되면 전류의 흐름을 차단하는 성질을 가지게 된다. 상기 PTC 소자(280)는 수지와 탄소 분말로 형성되는 소자층과 상기 소자층의 상면과 하면에 결합되는 도전판으로 형성되며, 상기 PTC 소자(280)의 온도가 증가되면 상기 수지층의 수지가 팽창되면서 탄소 분말의 연결을 끊어 전 류를 차단하게 된다. 상기 PTC 소자(280)로는 세라믹 소자가 사용될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성되는 캡 조립체(200)의 조립은 다음과 같다.
우선, 전류차단소자(210)의 상부에 절연 플레이트(240)를 배치시키고, 절연 플레이트(240)의 중앙에 형성한 구멍에 안전벤트(230)의 접속부(232)가 위치되도록 하고, 안전벤트(230)의 접속부와 전류차단소자(210)의 중앙 부분이 통전 가능하게 용접하여 전류차단소자(210)와 절연플레이트(240)와 안전벤트(230)를 일체로 조립한다.
다음에, 외부 케이스(260)의 상부면(도 5의 261)이 아래쪽을 향하도록 뒤집어서 위치시키고, 상기 외부 케이스(260)의 내부에 원통구조의 가스켓(250)을 그 윗면(251)이 아래쪽을 향하도록 끼운 다음에 캡업(240)을 뒤집어서 캡업의 윗면(242)이 아래쪽을 향하도록 가스켓(250)의 내부에 끼우고, 다시 캡업(240)의 위에 PTC 소자를 위치시킨다. 이때 상기 PTC 소자(280)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
다음에, 안전벤트(240)와 절연플레이트(220)와 전류차단소자(210)가 일체로 조립된 것에서 안전벤트(240)가 PTC 소자(280)의 위에 얹어지도록 적층시키게 되면, 외부 케이스(260)의 내부에는 가스켓(250)과, 캡업(240)과 PTC 소자(280)와, 안전벤트(240)와 절연플레이트(220)와 전류차단소자(210)가 아래에서부터 순서대로 적층시킨 상태가 된다. 이러한 상태에서 외부 케이스(260)와 가스켓(250)의 위쪽 부분을 함께 내측으로 압착시키게 되면, 캡 조립체(200)가 조립되게 된다.
이후, 상기 외부 케이스(260)와 상기 절연플레이트(220)의 사이에 형성되는 틈새 사이에 에폭시 수지를 충전시키면 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 캡 조립체(200)가 최종적으로 완성되게 된다.
다음에는 상기와 같이 조립이 완성된 캡 조립체(200)를 외장캔(100)에 결합시키는 과정을 설명한다.
도 9에는 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 캡 조립체와 외장캔의 결합 과정이 도시되어 있다.
우선, 상부가 개구된 원통형 구조의 외장캔(100) 내부에 전극 조립체(110)와 전해액을 주입한다. 이때 전극 조립체(110)와 전해액 주입 전후로 하부 절연판과 상부 절연판(130)을 삽입한다. 상기 상부 절연판(130) 및 하부 절연판은 전극 조립체(110) 및 전해액이 캡 조립체(200) 및 외장캔(100)의 바닥면에 직접 접촉하는 것을 방지하기 위해 삽입되는 부품이다. 하부 절연판은 중앙 통공이 없는 원판 형태로 설치되고, 상부 절연판(130)은 전극탭(120)이 통과되는 통공을 포함하는 원판 형태로 설치된다. 전극 조립체(110)의 상부 끝단에서 인출된 전극탭(120)은 상부 절연판(130)의 통공을 통해 외장캔(100)의 외부로 노출된다.
이후, 사전에 일체로 조립된 캡 조립체(200)의 저면, 즉 전류차단소자(210)의 저면에 상기 전극탭(120)을 통전 가능하게 접합시킨다.
이러한 상태에서 캡 조립체(200)를 외장캔(100)의 내부에 삽입시키면, 전극탭(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 절곡된다. 이처럼 캡 조립체(200)를 개구된 외장캔(100)의 상부에 삽입하면, 외장캔(100)의 상측 끝단이 캡 조립체(200)의 외측 면, 즉 외부 케이스(260)의 외측면에 오목하게 형성되는 캔 용접부(282)에 삽입된다. 이러한 상태에서 상기 캔 용접부(282)와 외장캔(100)의 끝단이 접촉하는 곳(A)을 원주 방향을 따라 레이저 용접을 가하면, 본 발명에 따른 원통형 이차전지가 완성된다. 이후에, 이차전지의 외부에 외장재를 입히는 튜빙(tubing) 작업이 이루어지게 된다.
상기 실시예에서는 원통형 구조의 이차전지에 대하여 설명하였으나, 원통형이 아닌 다른 형태의 이차전지에도 사용될 수 있음은 물론이다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 원통형 이차전지의 구조를 나타내는 단면도
도 2는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 외관 사시도
도 3은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 주요 구성품에 대한 분리사시도
도 4는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 단면도
도 5는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 캡 조립체에 대한 분해 사시도
도 6은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 캡 조립체에 대한 단면도
도 7은 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 전류차단소자의 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 외장캔 내부의 가스가 누출되는 상태를 설명하는 도면
도 9는 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 외장캔과 캡조립체를 조립하기 전의 상태를 나타내는 도면
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100; 외장캔 110; 전극 조립체
120; 전극탭 130; 상부 절연판
200; 캡 조립체 210; 전류차단소자
220; 절연플레이트 230; 안전벤트
232; 접속부 240; 캡업
250; 가스켓 260; 외부 케이스
262; 캔 용접부 270; 에폭시층

Claims (5)

  1. 전극조립체;
    상기 전극 조립체를 내부에 수용할 수 있도록 일단부가 개구된 원통형의 외장캔; 및
    일체로 조립되어 상기 외장캔의 개구부에 설치되고, 외측면은 그 둘레를 따라 상기 외장캔에 용접되어 상기 외장캔의 개구부를 밀폐토록 하고, 저면은 상기 전극 조립체에서 인출된 전극탭에 통전 가능하게 접합되어 상기 전극 조립체에서 발생되는 전류를 외부로 통전토록 하는 캡 조립체;로 이루어지고,
    상기 캡 조립체는,
    상기 전극탭과 통전 가능하게 접합되며, 상기 외장캔의 내압이 소정 압력 이상이 되면 상기 전극탭으로부터 통전되는 전류를 차단토록 하는 전류차단소자;
    상기 전류차단소자의 상부에 배치되는 절연플레이트;
    상기 절연플레이트의 상부에 배치되고, 저면 중심부에는 상기 전류차단소자에 통전가능하게 접합되는 접속부가 하향으로 돌출형성되고, 상기 외장캔의 내압이 소정 압력 이상이 되면 상기 외장캔의 내부에 차있는 가스를 외부로 배출토록 하는 안전벤트;
    상기 안전벤트와 통전되고, 외부와 전기 접속되는 캡업;
    상기 캡업과 상기 안전벤트의 가장자리를 감싸서 상기 캡업과 상기 안전벤트를 상기 외장캔과 절연시키는 가스켓;
    상기 가스켓의 외곽부를 압착하여 지지하고, 외측면은 그 둘레를 따라 상기 외장캔에 용접되어지는 외부 케이스; 및
    상기 외부 케이스와 상기 절연플레이트의 사이에 형성되는 틈새 사이에 충전되어 상기 외장캔의 내부에 차있는 가스가 상기 틈새를 통하여 상기 외장캔의 외부로 배출되는 것을 차단하기 위한 에폭시층;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캡 조립체는,
    상기 안전벤트와 상기 캡업 사이에 삽입되어, 소정 온도 이상에서 상기 안전벤트와 상기 캡업 사이를 절연시키는 PTC 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류차단소자는, 상기 외장캔의 내부에서 발생된 압력이 상기 안전벤트에 전해질 수 있도록 다수의 통기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류차단소자는,
    원형판과, 상기 원형판의 중앙에서 상측으로 돌출된 돌출부와, 상기 원형판 과 상기 돌출부를 연결하면서 상기 원형판의 두께보다 작은 두께를 갖는 연결부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류차단소자는 그 중앙부에 동심원을 이루는 노치부가 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
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