KR20140005653A - 이차전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이차전지 및 그의 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따른 이차전지는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 형성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 전지케이스; 상기 전극 조립체를 함침시키며, 상기 전지케이스에 주입되는 전해액; 상기 전지케이스의 개방상단에 형성된 비딩부; 및 상기 전지케이스의 개방상단에 결합되며, 상기 비딩부에 안착되는 캡 조립체;를 포함하되, 상기 비딩부는, 상기 전지케이스의 부식방지용 고분자 코팅층을 구비한다.
본 발명에 따르면, 비딩부에 부식방지용 고분자 코팅층을 형성함으로써, 비딩부에 형성된 니켈 도금층의 크랙 및 박리를 방지하여, 전지케이스의 부식을 방지할 수 있다.

Description

이차전지 및 그의 제조방법{Secondary battery and manufacturing method thereof}
본 발명은 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전지케이스의 부식 및 전해액 누수현상을 방지할 수 있는 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질이 양극 집전체에 도포된 양극과, 음극 활물질이 음극 집전체에 도포된 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다. 이러한 원통형 또는 각형 이차전지의 외장재는, 개방상단이 형성된 전지케이스, 및 전지케이스의 개방상단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.
도 1은, 종래의 원통형 이차전지에서, 비딩부(40)가 형성된 부분의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차전지는, 원통형 전지케이스(20), 전지케이스(20)의 내부에 수납되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(30), 전극 조립체(30)를 함침시키며, 전지케이스(20)에 주입되는 전해액(미도시), 전지케이스(20)의 개방상단에 결합되는 캡 조립체(10), 캡 조립체(10)를 안착시키기 위해 전지케이스(20)의 개방상단에 형성된 비딩부(40), 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑 부위(50)를 구비한다.
전극 조립체(30)는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 권취된 구조이며, 양극에는 양극 리드(31)가 부착되어 캡 조립체(10)에 접속되어 있고, 음극에는 음극 리드(미도시)가 부착되어 전지케이스(20)의 하단에 접속되어 있다.
캡 조립체(10)는 양극 단자를 형성하는 탑 캡(11), 전지 내부의 압력 상승 시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 안전 벤트(12), 특정 부분을 제외하고 안전 벤트(12)를 전류차단부재(14)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(13), 양극에 연결된 양극 리드(31)가 접속되어 있는 전류차단부재(14)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 이러한 캡 조립체(10)는 가스켓(15)에 장착된 상태로 전지케이스(20)에 형성된 비딩부(40)에 장착된다. 따라서, 정상적인 작동 조건에서 전극 조립체(30)의 양극은 양극 리드(31), 전류차단부재(14) 및 안전 벤트(12)를 경유하여 탑 캡(11)에 연결되어 통전을 이룬다.
그리고, 탑 캡(11)과 안전 벤트(12) 사이에 안전 소자를 더 구비할 수도 있으나, 전동 공구와 같은 파워 툴이나 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차와 같은 장치의 경우 고출력을 필요로 하여, 탑 캡(11)과 안전 벤트(12) 사이에 이러한 안전 소자를 구비하지 않는 경우가 많다.
한편, 캡 조립체(10)를 안착시키기 위한 비딩부(40)는, 빠르게 회전하는 전지케이스(20)의 개방상단 부위에 비딩 나이프로 압력을 가함으로써 형성될 수 있는데, 이러한 공정을 비딩(beading) 공정이라 한다.
이러한 비딩 공정의 특성상 비딩부(40)에서, 금속재료의 연신이 발생하게 되고, 이는 비딩부에 형성되어 있는 니켈 도금층의 크랙 및 박리를 야기하여, 전지케이스(20)의 부식을 촉진시키며, 나아가 전해액이 외부로 누출될 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비딩부에 고분자 코팅층을 형성함으로써, 비딩부에 형성된 니켈 도금층의 크랙 및 박리를 방지하여, 전지케이스의 부식을 방지할 수 있는 이차전지 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 형성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 전지케이스; 상기 전극 조립체를 함침시키며, 상기 전지케이스에 주입되는 전해액; 상기 전지케이스의 개방상단에 형성된 비딩부; 및 상기 전지케이스의 개방상단에 결합되며, 상기 비딩부에 안착되는 캡 조립체;를 포함하되, 상기 비딩부는, 상기 전지케이스의 부식방지용 고분자 코팅층을 구비한 이차전지가 제공된다.
여기서, 상기 고분자 코팅층은, 아크릴 수지, 아크릴-우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시-폴리에스테르 수지 및 플루오르비닐 고분자 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 고분자 코팅층의 두께는, 0.1 내지 40 ㎛일 수 있다.
그리고, 상기 고분자 코팅층은, 상기 비딩부의 내부면 및 외부면 중 일 면 이상에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 전지케이스는, 알루미늄, 스테인리스스틸 또는 이들의 합금 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 전지케이스의 내부면 및 외부면 중 일 면 이상에, 니켈 도금층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전지케이스는, 원통형일 수 있다.
그리고, 상기 전해액은, 전해질염 및 유기용매를 포함하는 비수 전해액일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 형성된 전극 조립체를, 전지케이스에 수납하는 단계; 상기 전지케이스의 개방상단에, 비딩부를 형성하는 단계; 상기 비딩부에, 상기 전지케이스의 부식방지용 고분자 코팅층을 형성하는 단계; 상기 전지케이스에, 전해액을 주입하는 단계; 및 캡 조립체를 상기 비딩부에 안착시켜, 상기 전지케이스의 개방상단에 결합하는 단계;를 포함하는 이차전지의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비딩부에 전지케이스의 부식방지용 고분자 코팅층을 형성함으로써, 전지케이스의 내부면 및 외부면 중 일 면 이상에 도포된 니켈 도금층의 크랙 및 박리를 방지하여 전지케이스의 부식을 막을 수 있고, 전해액의 누수현상을 막을 수 있다.
또한, 상기 부식방지용 고분자 코팅층을 형성함으로써, 비딩부의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 일 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래의 원통형 이차전지에서, 비딩부가 형성된 부분의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 비딩부의 외부면에 부식방지용 고분자 코팅층이 형성된 부분의 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 비딩부의 내부면에 부식방지용 고분자 코팅층이 형성된 부분의 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 비딩부의 외부면 및 내부면에 부식방지용 고분자 코팅층이 형성된 부분의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2 내지 도 4는, 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 비딩부(400)가 형성된 부분의 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 형성되는 전극 조립체(300); 상기 전극 조립체(300)를 수납하는 전지케이스(200); 상기 전극 조립체(300)를 함침시키며, 상기 전지케이스(200)에 주입되는 전해액; 상기 전지케이스(200)의 개방상단에 형성된 비딩부(400); 및 상기 전지케이스(200)의 개방상단에 결합되며, 상기 비딩부(400)에 안착되는 캡 조립체(100);를 포함하되, 상기 비딩부(400)는, 상기 전지케이스(200)의 부식방지용 고분자 코팅층(700)을 구비한다.
비딩 공정에 의해 형성된 비딩부(400)에서는, 제조 공정이나 이차전지로 제조된 후 사용 중에, 외력의 작용에 의해 연신이 발생하게 된다. 이로써 비딩부(400)에 형성되어 있는 니켈 도금층에서의 크랙 및 박리를 야기하여 전지케이스(200)의 부식을 초래할 수 있으며, 나아가 전지의 외부로 전해액이 누출될 수도 있다. 따라서, 비딩부(400)에 전지케이스의 부식방지용 고분자 코팅층(700)을 형성함으로써, 전지케이스(200)의 내부면 또는 외부면에 도포된 니켈 도금층의 크랙 및 박리로 인한 전지케이스(200)의 부식을 방지하여 최종적으로 전해액의 누수현상을 막을 수 있고, 비딩부(400)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 비딩 공정에 의해 연신이 발생한 비딩부(400)에만 국부적으로 전지케이스의 부식방지용 고분자 코팅층(700)을 형성함으로써, 불필요한 재료의 낭비를 막고, 제조공정을 단순하게 할 수 있는 이점이 있다.
이때, 상기 고분자 코팅층(700)은, 전해액과의 반응성이 없는 고분자로 이루어진 코팅층으로서 전해액의 누수를 방지할 수 있거나, 전지케이스(200)의 부식을 방지할 수 있는 고분자 코팅층이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다. 예를 들면, 고분자 코팅층은 아크릴 수지, 아크릴-우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시-폴리에스테르 수지, 플루오르비닐 고분자 수지(예를 들면, 폴리테트라플루오르에틸렌(테프론)) 등에서 선택될 수 있다. 이러한 고분자 수지는 단일 수지를 사용하거나 여러 수지를 조합한 혼합물을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 고분자 코팅층(700)의 두께는, 0.001 내지 1000 ㎛, 또는 0.01 내지 100 ㎛, 또는 0.1 내지 40 ㎛일 수 있으나, 이에만 한정하는 것은 아니고, 상기 비딩부(400)에 형성되어 있기만 한다면, 두께는 문제되지 않지만, 상기 수치범위를 만족하게 되면, 더욱 효율적으로 전지의 성능을 저하시키지 않으면서, 전해액의 누수 및 전지케이스(200)의 부식을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 고분자 코팅층(700)은, 상기 비딩부(400)의 내부면 또는 외부면에 형성될 수 있고, 내부면 및 외부면의 양면 모두에 형성될 수 있다. 이때, 상기 비딩부의 외부면에 형성된 고분자 코팅층은 외력이나 외부의 자극에 의해 전지케이스 표면의 균열이나 부식에 의한 외부로의 전해액 누설을 방지할 수 있고, 특히 니켈 도금층의 균열을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 비딩부의 내부면에 형성된 고분자 코팅층은 직접적이고 지속적으로 전해액과 접촉하여 전지케이스 내부가 부식되는 것을 지연 또는 방지하여 궁극적으로 전해액의 누설 등을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 상기 전극 조립체(300)는, 양극 및 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 전지케이스(200)에 수납된다. 이때, 전극 조립체(300)는 젤리 롤 형태로 권취되어 배치될 수 있으며, 이 경우 젤리 롤이라고도 불린다.
전극 조립체(300)에 사용될 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극 활물질을 전극 집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극 활물질 중 양극 활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극 활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간 산화물, 리튬코발트 산화물, 리튬니켈 산화물, 리튬철 산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합 산화물을 사용할 수 있다. 음극 활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극 활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. 양극 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
상기 전극들이 감기는 방향으로 전극 집전체의 시작단과 끝단에는 각각의 전극 활물질이 도포되지 않는 무지부가 존재하는 것이 바람직한데, 이러한 무지부에는 각각의 전극에 대응되는 전극 리드가 부착될 수 있다. 일반적으로 양극 리드(310)는 전극 조립체(300)의 상단에 부착되어 캡 조립체(100)에 전기적으로 연결되고, 음극 리드(미도시)는 전극 조립체(300)의 하단에 부착되어 전지케이스(200)의 바닥에 연결된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 세퍼레이터로는, 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.
상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.
한편, 전극 조립체(300)의 상단에는 상부 절연판(600)이 배치될 수 있다. 이러한 상부 절연판(600)은 전극 조립체(300)와 캡 조립체(100) 사이를 절연시키는 역할을 한다.
상기 전지케이스(200)는, 알루미늄, 스테인리스스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상기 전지케이스의 내부면, 외부면, 또는 내부면 및 외부면의 양면 모두에, 니켈 도금층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전지케이스(200)는, 상단이 개방된 개방상단과 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통형 또는 각형 구조를 가질 수 있다. 이러한 전지케이스(200)의 내부 공간에는 상기 전극 조립체(300)와 함께 전해액이 수납된다.
이때, 상기 전해액은, 전해질염 및 유기용매를 포함하는 비수 전해액일 수 있다.
여기서, 상기 전해질염은 리튬염일 수 있다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
전술한 전해액에 포함되는 유기용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.
상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.
또한, 상기 유기용매 중 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 유기용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 이차전지의 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 이차전지 조립 전 또는 이차전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체(100)는, 탑 캡(110), 안전 벤트(120) 및 가스켓(150)을 포함한다. 상기 캡 조립체(100)는 전지케이스(200)의 형태에 따라 원형 또는 각형으로 형성될 수 있다.
상기 탑 캡(110)은, 캡 조립체(100)의 최상부에 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성한다. 따라서, 상기 탑 캡(110)은 외부와 전기적으로 접속되도록 한다. 또한, 이러한 탑 캡(110)에는 가스가 배출될 수 있는 가스 구멍이 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(300)로부터 가스 발생시 이러한 가스 구멍을 통해 전지케이스(200)의 외부로 가스가 배출되도록 할 수 있다. 상기 탑 캡(110)은, 예를 들어 스테인리스스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 안전 벤트(120)는, 상기 탑 캡(110)의 하부에서 탑 캡(110)과 외주면, 즉 테두리 부분이 접촉되도록 배치된다. 그리고, 이러한 안전 벤트(120)는 이차전지의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우 파열되도록 구성된다. 예를 들어, 상기 안전 벤트(120)는 이차전지의 내압이 12~25 kgf/cm2일 때 파열될 수 있다. 상기 안전 벤트(120)는, 도면에 도시된 바와 같이, 중심부가 하부 방향으로 돌출되도록 형성되고, 그러한 중심부 부근에 소정의 노치(121)가 형성될 수 있다. 따라서, 이차전지의 내부, 즉 전극 조립체(300) 측으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하게 되면, 안전 벤트(120)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 노치(121)들을 중심으로 파열될 수 있다. 따라서, 이러한 안전 벤트(120)의 파열된 부분을 통해 전지케이스(200)의 내부에 차 있던 가스가 외부로 배출될 수 있게 된다.
상기 가스켓(150)은, 탑 캡(110) 및 안전 벤트(120)의 테두리에서 이들을 감싸며 형성된다. 따라서, 상기 가스켓(150)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 'C'자 형태로 굴곡된 부분이 존재할 수 있다. 이러한 가스켓(150)은, 탑 캡(110) 및 안전 벤트(120)의 테두리 부분이 전지케이스(200)와 절연될 수 있도록 하므로, 전기 절연성을 갖는 재질로 이루어진다. 또한, 상기 가스켓(150)은 캡 조립체(100)를 지지하고 보호하기 위해 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 가스켓(150)은, 예를 들어 폴리올레핀(polyolefine) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조될 수 있다. 그리고, 상기 가스켓(150)은 전기 절연성이 약화되는 것을 방지하기 위해 열처리에 의하지 않고 기계적 가공에 의해 벤딩되는 것이 좋다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)는 전류차단부재(140) 및 절연부재(130)를 더 포함할 수 있다.
상기 전류차단부재(140)는, 상부의 적어도 일부분이 안전 벤트(120)의 하단에 연결되는 캡 조립체(100)의 구성 요소이다. 따라서, 정상적인 상태에서는 안전 벤트(120)의 하부 돌출 부분이 전류차단부재(140)와 접촉되어 전기적 접속을 이룰 수 있다. 그러나, 가스 발생으로 전지의 내압이 증가하여 안전 벤트(120)의 형상이 역전되면, 이러한 전류차단부재(140)와 안전 벤트(120) 사이의 전기적 접속이 차단될 수 있다. 또한, 상기 전류차단부재(140)의 하부는 전극 조립체(300), 보다 상세하게는 전극 조립체(300)에 부착된 양극 리드(310)와 연결될 수 있다. 따라서, 정상적인 상태에서 전류차단부재(140)는 전극 조립체(300)와 안전 벤트(120) 사이에 통전이 이루어지도록 한다. 전류차단부재(140)의 소정 부위에는 노치가 형성될 수 있으며, 전류차단부재(140)는 이차 전지의 내부 압력에 의해 안전 벤트(120)와 함께 변형될 수 있다.
상기 절연부재(130)는, 안전 벤트(120)와 전류차단부재(140) 사이에 개재되어, 안전 벤트(120)의 돌출 부분과 전류차단부재(140)가 접촉되는 부분을 제외하고는 전류차단부재(140)와 안전 벤트(120)가 서로 전기적으로 절연되도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 형성된 전극 조립체를, 전지케이스에 수납하는 단계; 상기 전지케이스의 개방상단에, 비딩부를 형성하는 단계; 상기 비딩부에, 상기 전지케이스의 부식방지용 고분자 코팅층을 형성하는 단계; 상기 전지케이스에, 전해액을 주입하는 단계; 및 캡 조립체를 상기 비딩부에 안착시켜, 상기 전지케이스의 개방상단에 결합하는 단계;를 포함한다.
이때, 상기 비딩부를 형성하는 단계는, 빠르게 회전하는 전지케이스(200)의 개방상단 부위에 비딩 나이프로 압력을 가함으로써 비딩부를 형성할 수 있지만, 이에만 한정하는 것은 아니다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 캡 조립체 110: 탑 캡
120: 안전 벤트 121: 노치
130: 절연부재 140: 전류차단부재
150: 가스켓 160: 클립
200: 전지케이스 300: 전극 조립체
400: 비딩부 500: 클림핑 부위
600: 상부 절연판 700: 부식방지용 고분자 코팅층

Claims (12)

  1. 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 형성되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 전지케이스;
    상기 전극 조립체를 함침시키며, 상기 전지케이스에 주입되는 전해액;
    상기 전지케이스의 개방상단에 형성된 비딩부; 및
    상기 전지케이스의 개방상단에 결합되며, 상기 비딩부에 안착되는 캡 조립체;를 포함하되,
    상기 비딩부는, 상기 전지케이스의 부식방지용 고분자 코팅층을 구비한 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 코팅층은, 아크릴 수지, 아크릴-우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시-폴리에스테르 수지 및 플루오르비닐 고분자 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 코팅층의 두께는, 0.1 내지 40 ㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 코팅층은, 상기 비딩부의 내부면 및 외부면 중 일 면 이상에 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전지케이스는, 알루미늄, 스테인리스스틸 또는 이들의 합금 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전지케이스의 내부면 및 외부면 중 일 면 이상에, 니켈 도금층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전지케이스는, 원통형인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전해액은, 전해질염 및 유기용매를 포함하는 비수 전해액인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 형성된 전극 조립체를, 전지케이스에 수납하는 단계;
    상기 전지케이스의 개방상단에, 비딩부를 형성하는 단계;
    상기 비딩부에, 상기 전지케이스의 부식방지용 고분자 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 전지케이스에, 전해액을 주입하는 단계; 및
    캡 조립체를 상기 비딩부에 안착시켜, 상기 전지케이스의 개방상단에 결합하는 단계;를 포함하는 이차전지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고분자 코팅층은, 아크릴 수지, 아크릴-우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시-폴리에스테르 수지 및 플루오르비닐 고분자 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 고분자 코팅층의 두께는, 0.1 내지 40 ㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 고분자 코팅층은, 상기 비딩부의 내부면 및 외부면 중 일 면 이상에 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
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