KR20170053034A - 2차 전지 및 2차 전지의 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지 용량을 증가시킬 수 있는 2차 전지 및 2차 전지의 제작 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 2차 전지의 전극 집합체 및 상기 전극 집합체를 내부에 수용하며 일단이 탑캡 조립체에 의해 마감되는 캔부재를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는, 상기 캔부재의 일단을 마감하는 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트를 관통하게 형성되는 관통공 및 상기 베이스 플레이트의 표면으로부터 단차를 형성하지 않도록 상기 관통공에 기밀하게 결합되며, 상기 전극 집합체와 전기적으로 연결되는 리베트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지 및 2차 전지의 제작 방법{SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURE METHOD FOR SECONDARY BATTERY}

본 발명은 2차 전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전지 용량을 증가시킬 수 있는 2차 전지 및 2차 전지의 제작 방법에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

일본 공개특허공보 제2002-164025호에는 종래의 각형 2차 전지가 개시되어 있다.

이와 같은 종래의 각형 2차 전지는 탑캡 조립체가 캔에 결합되어 캔을 밀봉하면서 캔의 내부에 내장된 전극조립체를 캔의 외부와 전기적으로 연결한다.

일반적으로 전극조립체와 연결되어 전극조립체를 캔의 외부와 전기적으로 연결하는 리베트는 탭캡 조립체의 베이스 플레이트를 관통하게 조립된다.

그런데 리베트는 충전과 방전의 공정상의 이유로 베이스 플레이트 표면보다 0.5mm ~ 0.6mm 높은 단차를 가진다.

이와 같이 리베트가 베이스 플레이트 표면보다 높은 단차를 형성함에 따라 한정된 공간 내에서 단차 만큼 2차 전지의 용량을 감소시켜야 하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 리베트와 베이스 플레이트 간의 단차를 제거하여 2차 전지의 용량을 증가시키는 2차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 2차 전지는 2차 전지의 전극 집합체 및 상기 전극 집합체를 내부에 수용하며 일단이 탑캡 조립체에 의해 마감되는 캔부재를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는, 상기 캔부재의 일단을 마감하는 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트를 관통하게 형성되는 관통공 및 상기 베이스 플레이트의 표면으로부터 단차를 형성하지 않도록 상기 관통공에 기밀하게 결합되며, 상기 전극 집합체와 전기적으로 연결되는 리베트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 관통공의 둘레는 내측의 둘레가 외측의 둘레에 비해 크게 단차가 형성될 수 있다.

상기 리베트는 상기 관통공에 대응하게 형성될 수 있다.

상기 리베트는 상기 관통공에 억지 끼움 결합될 수 있다.

본 발명에 따른 2차 전지의 제작 방법은 이차전지 탑캡 조립체의 베이스 플레이트를 준비하는 준비 단계, 상기 베이스 플레이트에 리베트를 억지 끼움 결합하는 결합 단계, 상기 리베트의 단부가 상기 베이스 플레이트로부터 단차를 형성하지 않도록 상기 베이스 플레이트의 표면으로부터 돌출된 상기 단부의 일부를 제거하는 제거 단계 및 상기 리베트가 결합된 상기 베이스 플레이트를 전극 집합체가 내장된 캔부재에 결합하는 조립 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 조립 단계에서는 상기 리베트와 상기 전극 집합체를 전기적으로 연결할 수 있다.

본 발명에 따르면, 리베트와 베이스 플레이트와의 단차를 제거하여 전지 용량을 증가시키는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 탑캡 조립체의 부품수를 감소하여 원가를 절감하는 효과가 있다.

또한, 부품수 감소로 인하여 제작이 쉽다는 장점이 있다.

또한, 탑캡 조립체의 부피가 줄어들어 캔부재 내부 공간을 확보함에 따라 전지 용량을 증가시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지를 종 방향으로 절개하여 주요부를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 베이스 플레이트에 리베트를 결합하는 것을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 베이스 플레이트에 리베트를 결합하는 것을 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 2차 전지의 제작 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 5는 도 4의 제거 단계에서 베이스 플레이트의 단부를 제거하기 전의 상태를 도시한 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 전지 및 2차 전지의 제작 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지를 종 방향으로 절개하여 주요부를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지는 2차 전지의 전극 집합체(1) 및 상기 전극 집합체(1)를 내부에 수용하며 일단이 탑캡 조립체(100)에 의해 마감되는 캔부재(3)를 포함하며, 상기 탑캡 조립체(100)는 상기 캔부재(3)의 일단을 마감하는 베이스 플레이트(110), 상기 베이스 플레이트(110)를 관통하게 형성되는 관통공(120) 및 상기 베이스 플레이트(110)의 표면으로부터 단차를 형성하지 않도록 상기 관통공(120)에 기밀하게 결합되며, 상기 전극 집합체(1)와 전기적으로 연결되는 리베트(130)를 포함한다.

전극 집합체(1)는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 복수 회 적층하여 제작할 수 있다.

다만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 전극 집합체(1)는 양극과 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수도 있다.

양극은 알루미늄 판일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.

양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.

양극 활물질부는 예를 들어, 알루미늄 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄 판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.

음극은 구리 판일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.

음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.

음극 활물질부는 예를 들어, 구리 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리 판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.

분리막은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있다.

캔부재(3)는 각형 리튬이온 2차 전지에서 대략 직육면체에서 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 일반적으로 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다.

캔부재(3)는 전극 집합체(1)와 전해액(미도시)의 용기가 되고, 전극 집합체(1)가 캔부재(3)의 개방된 상단, 즉, 상단개구부를 통해 캔부재(3)에 삽입된 뒤 캔부재(3)의 상단개구부는 탑캡 조립체(100)에 의해 봉해진다.

탑캡 조립체(100)는 적어도 캔부재(3)의 개구부와 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 베이스 플레이트(110)와 리베트(120)를 포함하여 형성된다.

베이스 플레이트(110)는 캔부재(3)의 상단개구부의 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형으로 형성되며, 중앙부에는 관통공(120)이 형성된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 베이스 플레이트에 리베트를 결합하는 것을 도시한 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 관통공(120)은 둘레의 높이 방향으로 단차가 형성되는데, 관통공(120)의 둘레 중 캔부재(3)의 내부 방향 둘레(121)가 캔부재(3)의 외부 방향 둘레(123)에 비해 크도록 단차가 형성된다.

그리고 리베트(130)는 관통공(120)의 형상에 대응하도록 둘레에 단차가 형성되어 관통공(120)에 억지 끼움 결합된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 베이스 플레이트에 리베트를 결합하는 것을 도시한 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 리베트(130)와 관통공(120)과의 사이에는 절연부재(140)가 삽입되어 베이스 플레이트(110)와 리베트(130)의 사이를 전기적으로 절연할 수 있다.

절연부재(140)는 고무나 합성수지 등의 소재로 형성되는 절연체이며, 관통공(120)에 대응하도록 외측 둘레에 높이 방향으로 단차가 형성되고 리베트(130)에 대응하도록 내측 둘레에 높이 방향으로 단차가 형성된다.

한편, 베이스 플레이트(110)의 일측에는 캔부재(3)의 내부에 전해액을 주액하기 위한 전해액 주입구(111)가 구비될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 2차 전지의 탑캡 조립체(100)는 베이스 플레이트(110)에 리베트(130)가 강제 끼움 결합하는 방식으로 종래의 탑캡 조립체에 포함되는 가스켓과 하부 플레이트를 제거하여 부품수를 감소함에 따라 제작이 쉽고 원가를 절감하며 캔부재(3) 내부의 공간을 확보할 수 있다.

도면을 참조하여 본 발명의 2차 전지 제작 방법을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 2차 전지의 제작 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2차 전지의 제작 방법은 준비 단계(S1), 결합 단계(S2), 제거 단계(S3), 조립 단계(S4)를 포함한다.

준비 단계(S1)는 2차 전지 캔부재의 개구부를 밀봉하게 결합되는 탑캡 조립체를 제작하기 위한 베이스 플레이트를 준비하는 단계이다.

결합 단계(S2)는 베이스 플레이트의 관통공에 리베트를 억지 끼움 결합하는 단계이다.

이때, 리베트는 탑캡 조립체가 캔부재에 결합되었을 시 베이스 플레이트가 캔부재의 내측을 향하는 방향으로부터 외측 방향으로 관통공에 결합된다.

도 5는 도 4의 제거 단계에서 베이스 플레이트의 단부를 제거하기 전의 상태를 도시한 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제거 단계(S3)는 리베트(130)가 베이스 플레이트(110)의 관통공(120)에 결합된 상태에서 리베트(130)의 외측 단부가 베이스 플레이트(110)의 표면으로부터 돌출되지 않도록 베이스 플레이트(110)의 표면으로부터 연장되는 가상의 절단선(135)을 따라 리베트(130)의 외측 단부를 절단하는 단계이다.

한편, 리베트(130)의 외측 단부를 절단하는 기준은 필요에 따라 자유롭게 변경할 수 있는데, 예를 들어 리베트(130)의 외측 단부가 베이스 플레이트(110)의 표면보다 관통공(120)의 내측으로 함몰되게 리베트(130)의 외측 단부를 절단하여 외부의 단자가 리베트(130)와 접촉하기 쉽도록 유도할 수도 있다.

조립 단계(S4)는 베이스 플레이트에 리베트를 결합하여 조립된 탑캡 조립체를 전극 집합체가 내장된 캔부재에 결합하면서 전극 집합체의 전극탭과 리베트를 전기적으로 연결하는 단계이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 리베트의 외측 단부와 베이스 플레이트의 표면과의 단차를 제거하여 제거된 단차 만큼 제한된 공간에서 전지 용량을 확보할 수 있어 전지 용량을 증가시키는 효과가 있다.

또한, 탑캡 조립체의 가스켓과 하부 플레이트 등과 같은 부품을 제거하여 탑캡 조립체의 부품수를 감소함에 따른 원가를 절감하는 효과가 있다.

또한, 부품수 감소로 인하여 구조가 단순해 짐에 따라 제작이 쉽다는 장점이 있다.

또한, 탑캡 조립체의 부피가 줄어들어 캔부재 내부 공간을 확보함에 따라 전지 용량을 증가시키는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 2차 전지 및 2차 전지의 제작 방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 전극 집합체
3: 캔부재
100: 탑캡 조립체
110: 베이스 플레이트
120: 관통공
121: 내측 둘레
123: 외측 둘레
130: 리베트
135: 가상의 절단선
140: 절연 부재

Claims (6)

1. 2차 전지의 전극 집합체(1); 및
   상기 전극 집합체(1)를 내부에 수용하며 일단이 탑캡 조립체(100)에 의해 마감되는 캔부재(3); 를 포함하며,
   상기 탑캡 조립체(100)는,
   상기 캔부재(3)의 일단을 마감하는 베이스 플레이트(110);
   상기 베이스 플레이트(110)를 관통하게 형성되는 관통공(120); 및
   상기 베이스 플레이트(110)의 표면으로부터 단차를 형성하지 않도록 상기 관통공(120)에 기밀하게 결합되며, 상기 전극 집합체(1)와 전기적으로 연결되는 리베트(130); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 관통공(120)의 둘레는 내측의 둘레가 외측의 둘레에 비해 크게 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 리베트(130)는 상기 관통공(120)에 대응하게 형성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 리베트(130)는 상기 관통공(120)에 억지 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
5. 2차 전지 탑캡 조립체의 베이스 플레이트를 준비하는 준비 단계(S1);
   상기 베이스 플레이트에 리베트를 억지 끼움 결합하는 결합 단계(S2);
   상기 리베트의 단부가 상기 베이스 플레이트로부터 단차를 형성하지 않도록 상기 베이스 플레이트의 표면으로부터 돌출된 상기 단부의 일부를 제거하는 제거 단계(S3); 및
   상기 리베트가 결합된 상기 베이스 플레이트를 전극 집합체가 내장된 캔부재에 결합하는 조립 단계(S4); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 제작 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 조립 단계(S4)에서는 상기 리베트와 상기 전극 집합체를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 제작 방법.

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