KR20150134566A - 원통형 이차 전지 - Google Patents

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KR20150134566A
KR20150134566A KR1020140061427A KR20140061427A KR20150134566A KR 20150134566 A KR20150134566 A KR 20150134566A KR 1020140061427 A KR1020140061427 A KR 1020140061427A KR 20140061427 A KR20140061427 A KR 20140061427A KR 20150134566 A KR20150134566 A KR 20150134566A
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battery
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정진해
이정규
이동섭
문준호
오환준
팽기훈
김명윤
이법기
유효선
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 원통형 이차 전지에 관한 것으로서, 원통형 이차 전지를 제조하는 과정 중 전지케이스의 내부에 주입되는 전해액의 누출을 효율적으로 방지하므로서, 성능, 품질 등이 향상될 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 원통형 이차 전지는, 상측에 내부를 향해 돌출되는 비딩부가 형성되어 있는 전지케이스,
상기 전지케이스의 내부에 수용되는 전극조립체, 상기 전지케이스의 상부에 결합되는 케이스 어셈블리,
상기 비딩부의 상면에 안착되고 상기 전극조립체에 주입되는 전해액의 누출을 방지하는 메인누출방지부,
상기 메인누출방지부의 하부로 돌출형성되며 상기 비딩부의 측면과 밀착되어 상기 전극조립체에 주입되는 전해액의 누출을 방지하는 서브누출방지부를 포함한다.

Description

원통형 이차 전지{cylindrical second battery}
본 발명은 원통형 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 이차 전지와 각형 이차 전지로 분류될 수 있다. 이러한 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스, 즉 전지 캔 및 전지 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.
일반적으로 원통형 이차 전지는 원통형 전지 캔, 전지 캔의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체, 전지 캔의 상부에 결합되는 캡 조립체, 캡 조립체를 장착하기 위해 전지 캔의 선단에 마련된 비딩부 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑 부위를 구비한다.
전극 조립체는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 권취된 구조이며, 양극에는 양극 리드가 부착되어 캡 조립체에 접속되어 있고, 음극에는 음극 리드가 부착되어 전지 캔의 하단에 접속되어 있다.
캡 조립체는 양극 단자를 형성하는 탑 캡, 전지 내부의 온도 상승시 전지 저항이 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)와 같은 안전 소자, 이차 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 및/또는 가스를 배기하는 안전 벤트, 특정 부분을 제외하고 안전 벤트를 전류차단부재로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재, 양극에 연결된 양극 리드가 접속되어 있는 전류차단부재가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 이러한 캡 조립체는 가스켓에 장착된 상태로 전지 캔의 비딩부에 장착된다. 따라서, 정상적인 작동조건에서 전극 조립체의 양극은 양극 리드, 전류차단부재, 안전 벤트 및 안전 소자를 경유하여 탑 캡에 연결되어 통전을 이룬다. 그러나, 과충전 등과 같은 원인에 의해 전극 조립체 쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하면, 안전 벤트는 그 형상이 상향 돌출되게 되고, 이때, 안전 벤트가 전류차단부재로부터 분리되어 전류가 차단되게 된다. 따라서, 충방전이 더 이상 진행되지 않게 되어 이차 전지의 안전성이 확보된다. 더욱이, 이차 전지의 내압이 일정값 이상으로 증가하면, 안전 벤트가 파열되고 가압 가스는 그러한 파열 부위를 경유하여 탑 캡의 가스 구멍을 통해 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다.
이러한 원통형 이차 전지는 일반적으로 전극 조립체가 전지 캔에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 전지 캔의 개방단에 캡 조립체를 장착하여 밀봉시킴으로써 조립이 이루어진다.
이때, 상기 전지 캔의 내부에 전해액을 주입할 경우 전해액주입구에 오링을 설치하므로서 전지 캔의 내부에 주입된 전해액의 누출을 방지하게 되는데, 상기 오링의 경우 그 구조가 단순하기 때문에 전해액의 누출을 완벽하게 방지할 수 없으며, 이로 인해 원통형 이차 전지의 성능 및 품질이 저하되고 전해액 양의 부족에 따른 불량이 발생되는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-1997-0067975호(1997.10.13)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 원통형 이차 전지를 제조하는 과정 중 전지케이스의 내부에 주입되는 전해액의 누출을 효율적으로 방지하므로서, 성능, 품질 등이 향상될 수 있도록 한 원통형 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 원통형 이차 전지는,
상측에 내부를 향해 돌출되는 비딩부가 형성되어 있는 전지케이스,
상기 전지케이스의 내부에 수용되는 전극조립체, 상기 전지케이스의 상부에 결합되는 케이스 어셈블리,
상기 비딩부의 상면에 안착되고 상기 전극조립체에 주입되는 전해액의 누출을 방지하는 메인누출방지부,
상기 메인누출방지부의 하부로 돌출형성되며 상기 비딩부의 측면과 밀착되어 상기 전극조립체에 주입되는 전해액의 누출을 방지하는 서브누출방지부를 포함한다.
그리고, 메인누출방지부와 서브누출방지부에는 상기 전해액주입구와 연결되는 홀이 관통형성되어 있다.
또한, 상기 메인누출방지부와 서브누출방지부는 고무재질 또는 실리콘 재질에 의해 형성된다.
하나의 예시에서, 상기 서브누출방지부 중 상기 비딩부와 밀착되는 부분에는 거칠면이 형성될 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 상기 서브누출방지부는 상기 비딩부를 감쌀 수 있도록 라운드 형상을 갖는다.
다른 하나의 예시에서, 상기 메인누출방지부와 서브누출방지부의 사이에 형성되는 공간메꿈부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 원통형 이차 전지에 의하면, 서브누출방지부가 전해액의 누출을 1차적으로 방지하고 메인누출방지부가 전해액의 누출을 2차적으로 방지함에 따라, 전해액 주입 공정 중 전해액의 누출을 완벽하게 방지할 수 있다. 이로 인해 이차 전지의 성능, 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 서브누출방지부의 거칠면이 전지케이스의 비딩부와 밀착된 상태에서 마찰을 일으킬 수 있음에 따라 전해액 주입 공정 상 발생되는 내압이나 기타 충격요인에 의해 전지케이스와 서브누출방지부 간의 이격이 발생되지 않도록 할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 서브누출방지부가 전지케이스의 비딩부를 감쌈에 따라, 전해액의 이동속도가 느려지고 이동이 어려워지도록 할 수 있어 전해액의 누출을 효율적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 메인누출방지부와 서브누출방지부의 사이에 공간메꿈부가 형성됨으로 인해, 설령 원통형 이차 전지의 내부에 주입된 전해액이 전지케이스와 서브누출방지부의 사이로 누출되더라도 공간메꿈부가 전해액의 이동경로를 차단하여 메인누출방지부로 이동되지 않도록 할 수 있다. 이로 인해 전해액 주입 공정 중 전해액의 누출을 완벽하게 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원통형 이차전지를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 메인누출방지부와 서브누출방지가 비딩부에 밀착된 상태를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 서브누출방지에 거칠면이 적용된 실시예를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 서브누출방지의 실시예를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 메인누출방지부와 서브누출방지부의 사이에 공간메꿈부가 적용된 실시예를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 서브누출방지부의 실시예와 메인누출방지부와 서브누출방지부의 사이에 공간메꿈부가 적용된 실시예를 도시한 단면도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명에 따른 원통형 이차전지를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 메인누출방지부와 서브누출방지가 비딩부에 밀착된 상태를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 서브누출방지에 거칠면이 적용된 실시예를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 서브누출방지의 실시예를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 메인누출방지부와 서브누출방지부의 사이에 공간메꿈부가 적용된 실시예를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 원통형 이차전지에서 서브누출방지부의 실시예와 메인누출방지부와 서브누출방지부의 사이에 공간메꿈부가 적용된 실시예를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도2를 참고하면, 본 발명에 따른 원통형 이차 전지(1)는 상측에 내부를 향해 돌출되는 비딩부(11)가 형성되어 있는 전지케이스(10)와, 상기 전지케이스(10)의 내부에 수용되는 전극조립체(20)와, 상기 전극조립체(20)의 상부에 위치되며 중앙부분에는 상기 전극조립체(20)에 전해액이 주입될 수 있도록 하기 위한 전해액주입구(31)가 상,하 방향으로 관통형성되어 있는 절연판(30)과, 상기 전지케이스(10)의 상부에 결합되는 케이스 어셈블리(40)와, 상기 비딩부(11)의 상면에 안착되는 메인누출방지부(50)와, 상기 메인누출방지부(50)의 하부로 돌출형성되는 서브누출방지부(60)를 포함한다.
여기서, 상기 메인누출방지부(50)와, 서브누출방지부(60)를 제외한 구성은 도시된 도면 이외에도 공지된 구성을 택일하여 구성될 수 있으며, 본원발명에서는 상기 메인누출방지부(50)와, 서브누출방지부(60)를 제외한 구성에 대해서는 간략하게 설명하기로 한다.
상기 전지케이스(10)는 원통 형상으로 소정의 높이와 지름을 갖도록 형성된다.
상기 전극조립체(20)는 양극(21) 및 음극(22)과, 상기 양극(21)과 음극(22)의 사이에 개재되는 분리막(23)과, 상기 양극(21)에 부착되어 케이스 어셈블리(40)와 접촉되는 양극 리드(24)와, 상기 음극(22)에 부착되어 전지케이스(10)의 하단에 접속하는 음극 리드(미도시)로 이루어진다.
즉 상기 전극조립체(20)는 전지케이스(10)의 내부에 수용되면서 양극(21)과 음극(22)의 사이에 분리막(23)을 개재하고, 상기 양극(21)에 케이스 어셈블리(40)와 접촉하는 양극 리드(24)를 장착하며, 상기 음극(22)에는 전지케이스(10)와 접촉하는 음극 리드(미도시)를 장착한 것이다.
여기서 상기 전극조립체(20)의 외곽에는 전극조립체(20)의 형상을 유지하고 전극조립체(20)의 와인딩 풀림을 방지할 수 있도록 공지된 필름형 테이프가 와인딩될 수 있음을 밝힌다.
상기 케이스 어셈블리(40)는 양극 단자를 형성하는 상단 캡(41)과, 전지 내부의 온도 상승시 전지저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element)(42)와, 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 안전벤트(43)와, 특정 부분을 제외하고 안전벤트(43)를 캡 플레이트(45)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(44)와, 양극(21)에 연결된 양극 리드(24)가 접속되어 있는 캡 플레이트(45)가 순차적으로 적층되는 구조로 구성된다.
상기 메인누출방지부(50)는 상기 전지케이스(10)의 내부에 수용된 상태에서 상기 비딩부(11)의 상단에 안착된다.
상기 메인누출방지부(50)는 원통형 이차 전지(1)의 단면 형상과 동일한 원 형상으로 형성된다. 또한 메인누출방지부(50)의 중앙부분에는 상기 전해액주입구(31)와 연결되는 홀(51)이 관통형성되어 전지케이스(10)의 내부에 전해액을 주입할 수 있다.
이러한 상기 메인누출방지부(50)는 상기 전지케이스(10)의 내측면과 밀착되고 그 재질은 기밀성이 우수한 고무 또는 실리콘 재질에 의해 형성된다. 이로 인해 상기 전해액주입구(31)를 통해 전지 케이스의 내부로 주입된 전해액이 상기 메인누출방지부(50)와 전지케이스(10)의 내면 사이를 통해 누출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 서브누출방지부(60)는 상기 메인누출방지부(50)의 하부로 돌출형성된다. 이때, 상기 서브누출방지부(60)는 메인누출방지부(50)와 일체로 형성될 수 있다.
상기 서브누출방지부(60)는 상기 메인누출방지부(50)의 단면형상과 동일한 단면형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 중앙부분에는 상기 메인누출방지부(50)의 홀(51) 및 전해액주입구(31)와 연결되는 홀(61)이 관통형성되어 있다.
상기 서브누출방지부(60)는 상기 비딩부(11)의 측면과 접촉되고 그 재질은 상기 메인누출방지부(50)와 동일한 고무 또는 실리콘 재질에 의해 형성된다. 이로 인해 상기 전해액주입구(31)를 통해 전지 케이스의 내부로 주입된 전해액이 상기 서브누출방지부(60)와 비딩부(11)의 사이를 통해 누출되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 원통형 이차 전지(1)는 상기 서브누출방지부(60)가 1차적으로 전해액의 누출을 방지하고, 전해액이 상기 서브누출방지부(60)와 비딩부(11)의 사이를 통해 새어나갈 경우 상기 메인누출방지부(50)가 2차적으로 전해액의 누출을 방지하게 되는 이중밀폐구조로 이루어져 전해액의 누출을 완벽하게 방지할 수 있는 것이다.
이하, 상기와 같이 구성되는 원통형 이차전지의 실시 예를 설명한다.
하나의 예시에서 상기 서브누출방지부(60)에는 거칠면(62)이 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 거칠면(62)은 일반적이 사포의 표면과 동일한 표면을 갖도록 형성되며, 이러한 거칠면(62)은 상기 서브누출방지부(60) 중 상기 비딩부(11)와 접촉되는 면에 형성된다.
이로 인해 상기 거칠면(62)은 상기 비딩부(11)와 고루게 접촉된 상태에서 마찰을 일으키게 되어, 전해액 주입 공정 상 발생되는 내압이나 기타 충격요인에 의해 전지케이스(10)와 서브누출방지부(60) 간의 기밀성이 안정적으로 확보되도록 한다.
다른 하나의 예시에서 상기 서브누출방지부(60)는 라운드 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 서브누출방지부(60)는 상기 라운드 형상으로 형성되는 비딩부(11)의 일부분을 감쌈에 따라, 설령 전지케이스(10)의 내부에 주입된 전해액이 누출되려고 할 경우 비딩부(11)의 곡면을 따라 우회하여 이동되기 때문에 그 만큼 이동속도가 느려지고 이동이 어려워져 전해액의 누출을 효율적으로 방지할 수 있다.
다른 하나의 예시에서 상기 메인누출방지부(50)와 서브누출방지부(60)의 사이에는 공간메꿈부(70)가 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 공간메꿈부(70)는 명칭 그대로 상기 메인누출방지부(50)와 서브누출방지부(60)의 사이에 형성되는 공간을 메꿈에 따라, 설령 전지케이스(10)의 내부에 주입된 전해액이 전지케이스(10)와 서브누출방지부(60)의 사이로 누출되더라도 공간메꿈부(70)가 전해액의 이동경로를 차단하여 메인누출방지부(50)로 이동되지 않도록 방지할 수 있어 기밀성이 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
부가적으로 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 서브누출방지부(60)가 비딩부(11)의 일부분을 감싸도록 하면서 상기 메인누출방지부(50)와 서브누출방지부(60)의 사이에 공간메꿈부(70)가 형성되도록 하면 보다 효율적으로 전해액의 누출을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1 : 원통형 이차 전지 10 : 전지케이스
11 : 비딩부 20 : 전극조립체
21 : 양극 22 : 음극
23 : 분리막 24 : 양극 리드
30 : 절연판 31 : 전해액주입구
40 : 케이스 어셈블리 41 : 상단 캡
42 : PTC 소자 43 : 안전벤트
44 : 절연부재 45 : 캡 플레이트
50 : 메인누출방지부 51,61 : 홀
60 : 서브누출방지부 62 : 거칠면
70 : 공간메꿈부

Claims (6)

  1. 상측에 내부를 향해 돌출되는 비딩부가 형성되어 있는 전지케이스, 상기 전지케이스의 내부에 수용되는 전극조립체, 상기 전지케이스의 상부에 결합되는 케이스 어셈블리를 포함하는 원통형 이차 전지에서,
    상기 비딩부의 상면에 안착되고 상기 전극조립체에 주입되는 전해액의 누출을 방지하는 메인누출방지부,
    상기 메인누출방지부의 하부로 돌출형성되며 상기 비딩부의 측면과 접촉되어 상기 전극조립체에 주입되는 전해액의 누출을 방지하는 서브누출방지부
    를 포함하는 원통형 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 메인누출방지부와 서브누출방지부에는 상기 전해액주입구와 연결되는 홀이 관통형성되어 있는
    원통형 이차 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 메인누출방지부와 서브누출방지부는 고무재질 또는 실리콘 재질에 의해 형성되는
    원통형 이차 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 서브누출방지부 중 상기 비딩부와 접촉되는 부분에 형성되는 요철부
    를 포함하는 원통형 이차 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 서브누출방지부는 상기 비딩부를 감쌀 수 있도록 라운드 형상을 갖는
    원통형 이차 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 메인누출방지부와 서브누출방지부의 사이에 형성되는 공간메꿈부
    를 포함하는 원통형 이차 전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190113261A (ko) * 2018-03-28 2019-10-08 비나텍주식회사 중공이 형성된 커버부를 포함하는 전기화학적 에너지 저장장치 및 그 제조방법
KR20190133563A (ko) 2018-05-23 2019-12-03 주식회사 엘지화학 무게중심이 하부에 있는 캔형 전지
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