KR20170096852A - 이차전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

이차전지 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 전극리드가 결합된 전극조립체; 상기 전극리드의 선단이 외부로 노출된 상태로 상기 전극조립체를 수용하고, 테두리를 따라 실링부가 형성된 케이스; 및 상기 케이스의 실링부에 위치한 상기 전극리드를 감싸는 필름부와, 상기 케이스 내부로 전해액을 주입하는 전해액 주입부로 마련되는 리드필름을 포함한다.

Description

이차전지 및 그의 제조방법{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 리드필름을 통해 전지케이스 내부로 전해액의 보충이 가능한 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
특허등록번호 제10-0958649호
종래기술에 따른 이차전지는 전극조립체, 전해액, 전극조립체와 전해액을 수용하는 전지케이스를 포함하며, 전극조립체에는 전지케이스 밖으로 인출되는 전극리드가 결합되고, 전극리드가 위치한 전지케이스에는 리드필름이 구비된다.
한편, 종래기술에 따른 이차전지는 전지성능을 높이기 위해 충방전을 실시한다. 이때 전지케이스의 내부에는 가스가 발생하는데, 이 가스는 전지케이스의 일부를 절개하여 외부로 방출시킨다. 여기서 외부로 방출되는 가스에는 전해액의 일부가 포함되면서 전지케이스에 주입된 전해액이 부족하게 되며, 이에 전지케이스의 절개된 부분을 통해 전해액을 보충하고 있다.
그러나 종래기술에 따른 이차전지는 가스 방출 및 전해액 보충을 위해 전지케이스를 절개해야 하고, 다시 재실링해야하는 불편함이 있으며, 이에 생산성 및 작업성이 떨어지는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 전지케이스를 절개하지 않고 가스 방출 및 전해액 보충이 가능한 이차전지를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는 전극리드가 결합된 전극조립체; 상기 전극리드의 선단이 외부로 노출된 상태로 상기 전극조립체를 수용하고, 테두리를 따라 실링부가 형성된 케이스; 및 상기 케이스의 실링부에 위치한 상기 전극리드를 감싸는 필름부와, 상기 케이스 내부로 전해액을 주입하는 전해액 주입부로 마련되는 리드필름을 포함할 수 있다.
상기 전해액 주입부는 상기 필름부의 표면에 형성되고 상기 케이스 내부와 연결되는 구멍으로 마련될 수 있다.
상기 전해액 주입부는 전해액 주입 후 상기 밀봉될 수 있다.
상기 전해액 주입부는 상기 리드필름이 위치한 실링부를 재실링함에 따라 밀봉될 수 있다.
상기 전해액 주입부는 탄성력을 가지는 마개가 삽입되면서 밀봉될 수 있다.
상기 전해액 주입부는 전해액 주입용 인젝터(injector)가 상기 필름부에 삽입되면서 형성될 수 있다.
상기 리드필름은 열융착이 가능한 합성수지로 마련될 수 있다. 즉, 상기 리드필름은 PP(Polypropylene) 필름으로 마련될 수 있다.
상기 리드필름은 상기 케이스의 실링부에 위치한 상기 전극리드의 상면과 하면에 각각 배치되는 상부실링면 및 하부실링면, 상기 상부실링면 및 하부실링면의 양 끝단을 각각 연결하는 측부실링면으로 마련되며, 상기 전해액 주입부는 상기 측부 실링면에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 리드필름을 통해 전해액을 주입함으로써 공정의 단순화와 전해액 주입의 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지는 리드필름에 전해액 주입부를 형성시켜서 전해액을 주입하고, 상기 전해액 주입부는 밀봉하여 마감함으로써 전해액의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지는 리드필름이 위치한 실링부를 재실링하여 전해액 주입부를 밀봉하거나 또는 전해액 주입부에 마개를 삽입하여 밀봉할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지는 리드필름의 측부에 전해액 주입부를 형성함으로써 리드필름의 실링성이 약화되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지를 도시한 평단도.
도 3은 본 발명에 따른 이차전지를 도시한 부분 확대도.
도 4는 도 3에 표시된 A-A선 단면도.
도 5 및 도 7은 본 발명에 따른 이차전지의 리드필름 실시예를 나타낸 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명에 따른 이차전지(100)는 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(110), 전극조립체(110)에 결합되는 전극리드(130), 전극리드(130)의 선단이 외부로 노출된 상태로 전극조립체(110)를 수용하고 테두리를 따라 실링부(120a)가 형성된 케이스(120), 및 케이스(120)의 실링부(120a)에 위치한 전극리드(130)를 감싸는 리드필름(140)을 포함한다.
전극조립체(110)는 제1 전극 및 제2 전극이 분리막을 개재한 상태로 적층되는 구조를 가지며, 제1 전극에는 제1 전극탭이, 제2 전극에는 제2 전극탭이 구비된다. 그리고 상기 전극탭에는 전극리드(130)가 결합되고, 전극리드(130)는 제1 전극탭에 결합되는 제1 전극리드와, 제2 전극탭에 결합되는 제2 전극리드로 마련된다.
케이스(120)는 전극조립체(110)를 수용하기 위한 것으로, 전극조립체(110)를 수용하는 수용공간이 형성된 하부케이스(121)와, 하부케이스(121)의 수용공간을 밀폐하는 상부케이스(122)를 포함하며, 하부케이스(121)와 상부케이스(122)는 테두리를 따라 실링부(120a)가 각각 형성되고, 이 실링부(120a)를 열융착하여 수용공간을 밀폐한다.
전극리드(130)는 케이스(120)에 수용된 전극조립체(110)와 외부 전자기기를 연결하기 위한 것으로, 선단은 케이스(120)의 외부로 노출되고 후단은 전극조립체(110)에 구비된 전극탭에 결합된다.
리드필름(140)은 전극리드(130)와 케이스(120) 사이의 실링력을 높이기 위한 것으로, 케이스(120)의 실링부에 위치한 전극리드(130)를 감싸도록 구비되며, 케이스(120)의 실링부 열융착시 리드필름(140)이 함께 실링되면서 전극리드(130)와 케이스(120) 사이의 실링력을 높일 수 있다.
한편, 이차전지(100)는 케이스(120) 내부에 전극조립체(110)와 함께 전해액(미도시)을 주입하는데, 이때 전해액은 케이스(120)의 개구를 통해 주입하고, 개구는 실링하여 밀폐한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 이차전지(100)는 성능 향상을 위해 충방전을 실시한다. 이때 케이스(120)의 내부에 가스가 발생하며, 이 가스는 케이스(120)의 일부를 절개하여 외부로 방출시킨다. 이때 가스와 함께 일부 전해액이 외부로 배출되며, 이에 부족한 전해액을 케이스(120)의 절개부분을 통해 주입하고 재실링한다.
그러나 본 발명에 따른 이차전지(100)는 케이스(120)의 일부를 절개하는 공정과 재실링하는 공정이 추가되면서 작업성이 크게 떨어지는 문제가 있었다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 이차전지(100)는 밀폐된 케이스(120)를 절개하지 않고 전해액의 주입하여 보충하는 구조를 가진다. 특히 리드필름(140)을 통해 전해액을 주입하여 보충하는 구조를 가진다.
일례로, 본 발명에 따른 리드필름(140)은 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 케이스(120)의 실링부(121)에 위치한 전극리드(130)를 감싸는 필름부(141)와, 케이스(120) 내부로 전해액을 주입하여 보충하는 전해액 주입부(142)로 마련된다. 즉, 리드필름(140)의 전해액 주입부(142)를 통해 케이스(120) 내부에 전해액을 주입하여 보충할 수 있으며, 이에 케이스(120)를 절개할 필요가 없다.
한편, 전해액 주입부(142)는 필름부(141)의 표면에 형성되고 케이스(120) 내부와 연결되는 구멍으로 마련될 수 있다.
일례로, 구멍인 전해액 주입부(142)는 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 전해액 주입용 인젝터(injector)(10)가 필름부(141)에 삽입되면서 형성될 수 있다. 즉, 전해액 주입용 인젝터(10)가 필름부(141)의 외면에서 이면까지 관통하면서 필름부(141)의 표면에 전해액 주입부(142)를 형성시키며, 전해액 주입용 인젝터(10)는 필름부(141)에 삽입된 상태로 저장된 전해액을 케이스(120) 내부에 주입하여 전해액을 보충한다.
한편, 전해액 보충이 완료되면, 구멍인 전해액 주입부(142)로부터 전해액 주입용 인젝터(10)를 제거하게 되는데, 이때 구멍인 전해액 주입부(142)로 케이스(120) 내부의 전해액이 누출될 수 있다. 이를 방지하기 위해 전해액 주입이 완료되면 전해액 주입부(142)는 밀폐하여 전해액의 누출을 방지한다.
여기서 전해액 주입부(142)는 열융착하여 밀봉하거나 또는 전해액 주입부(142)에 마개(150)를 삽입하여 밀봉할 수 있다.
일례로, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 전해액 주입부(142)가 위치한 케이스(120)의 실링부(121) 상면과 하면을 열융착장치(20)를 이용하여 동시에 열과 압력으로 눌려서 재실링하며, 이에 필름부(142)와 함께 전해액 주입부(142)가 압착되면서 밀봉된다.
한편, 리드필름(140)은 열융착이 가능한 합성수지로 마련되며, 특히 PP(Polypropylene) 필름으로 마련된다. 즉 리드필름(140)은 케이스(120)와 함께 재실링되도록 PP(Polypropylene) 필름의 합성수지로 마련되며, 이에 전해액 주입부(142)를 안정적으로 밀봉할 수 있다.
한편, 전해액 주입부를 밀봉하는 다른 예로, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 전해액 주입부(142)에 실링성과 탄성력을 가지는 마개(150)를 전해액 주입부(142)의 입구부터 토출구까지 끼워서 결합하며, 이에 전해액 주입부(142)를 안정적으로 밀봉할 수 있다.
한편, 전해액 주입부를 밀봉하는 또 다른 예로, 구멍인 전해액 주입부(142)는 응집력을 가지는 합성수지로 마련된다. 즉, 외부의 힘이 작용하지 않으면 전해액 주입부(142)는 응집력에 의해 밀봉된 상태를 유지하는 한편, 전해액 주입용 인젝터(10)와 같은 힘이 전해액 주입부(142)에 작용하면 점차 벌어지면서 개방된다.
즉, 구멍인 전해액 주입부(142)는 리드필름(140)의 응집력에 의해 선접촉하면서 밀봉되는 한편, 선접촉된 구멍인 전해액 주입부(142)에 전해액 주입용 인젝터(injector)를 삽입하면 전해액 주입부(142)가 벌어시면서 개방되어 전해액을 주입할 수 있다. 이후 전해액 주입용 인젝터(10)를 전해액 주입부(142)로부터 제거하면 리드필름(140)의 응집력에 의해 전해액 주입부(142)는 다시 밀봉된다.
한편, 전해액 주입부(142)는 면적이 큰 리드필름(140)의 측부에 형성된다. 즉, 리드필름(140)의 필름부(141)는 케이스(120)의 실링부(121)에 위치한 전극리드(130)의 상면과 하면에 각각 배치되는 상부실링면(141a) 및 하부실링면(141b), 상부실링면(141a) 및 하부실링면(141b)의 양 끝단을 각각 연결하는 측부실링면(141c)으로 마련되며, 측부실링면(141c)에 전해액 주입부(142)가 형성된다. 이에 케이스(120) 훼손 없이 전해액 주입부(142)를 안정적으로 형성시킬 수 있다.
한편, 전해액 주입부(142)는 이차전지의 활성화시 발생하는 가스를 외부로 방출하는 가스 배출구로 사용될 수 있으며, 이에 케이스(120)에 별도의 가스 배출구를 형성할 필요가 없어 작업성과 효율성을 높일 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 이차전지는 리드필름(140)을 이용하여 전해액을 주입하여 보충함으로써 케이스(120)를 절단할 필요가 없어 작업의 효율성을 높일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 전극리드가 결합된 전극조립체를 준비하는 단계(S10), 전극리드의 선단이 외부로 노출되게 전극조립체를 케이스에 수용하는 단계(S20), 케이스의 실링부에 위치한 전극리드에 리드필름을 감싸는 단계(S30), 케이스의 실링부를 열융착하여 실링하여 미충전 이차전지를 제조하는 단계(S40), 미충전 이차전지를 충방전하여 활성화하는 단계(S50), 이차전지의 활성화시 줄어든 전해액을 리드필름을 통해 케이스 내부에 주입하여 보충하는 단계(S60), 리드필름을 밀폐하여 케이스 내부에 주입된 전해액의 누설을 방지하는 단계(S70)를 포함한다.
전극조립체 준비단계(S10)는 복수의 전극과 복수의 분리막을 교대로 적층하여 전극조립체(110)를 제조한다. 그리고 전극조립체(110)에 구비된 전극탭에 전극리드(130)를 결합한다.
전극조립체 수용단계(S20)는 케이스(120)에 전극조립체(110)를 수용한다. 즉, 하부케이스의 수용공간에 전극조립체(110)를 삽입하며, 이때 전극리드(130)의 선단이 하부케이스의 외부로 노출되게 배치한다. 그리고 하부케이스의 상부에 상부케이스를 배치한다.
리드필름 구비단계(S30)는 케이스(120)의 실링부(121)에 위치한 전극리드(130)를 감싸도록 리드필름(140)을 배치하며, 이때 리드필름(140)은 전극리드(130)를 감싸는 필름부(141)와 필름부(141)에 형성되는 전해액 주입부(142)로 마련된다.
미충전 이차전지 제조단계(S40)는 하부케이스 및 상부케이스의 실링부(121)를 열융착하여 실링하며, 이에 전극조립체(110)가 케이스(120) 내부에 밀폐되게 수용된다. 이때 케이스(120) 내부에는 전극조립체(110)의 성능을 높이기 위해 전해액이 함께 수용된다.
이차전지 충방전단계(S50)는 전극리드(130)를 통해 전극조립체(110)를 충방전하며, 이때 전극조립체(110)와 전해액의 상호 반응에 의해 가스 및 고열이 발생하는데, 이 가스와 고열은 리드필름(140)의 전해액 주입부(142)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 즉, 전해액 주입부(142)는 가스 배출구로도 사용될 수 있다.
한편, 이차전지의 충방전시 가스와 함께 소량의 전해액이 배출되는데, 이에 케이스(120) 내부에 주입된 전해액이 부족하여 이차전지의 성능이 떨어질 수 있으며, 이에 전해액을 추가로 주입해야 한다.
전해액 보충단계(S60)는 리드필름(140)의 전해액 주입부(142)에 전해액 주입용 인젝터(injector)(10)를 삽입하고, 전해액 주입용 인젝터(10)를 통해 케이스(120) 내부에 전해액을 추가로 주입한다.
리드필름 실링단계(S70)는 전해액 주입용 인젝터(10)가 리드필름(140)으로부터 제거되면 구멍인 전해액 주입부(142)로 케이스(120) 내부의 전해액이 누출될 수 있으며, 이에 리드필름(140)이 위치한 케이스(120)의 실링부(121)를 재실링하여 전해액 주입부(142)를 밀봉한다.
이와 같이 본 발명에 따른 이차전지는 리드필름을 이용하여 전해액을 재주입함으로써 작업의 효율성을 높일 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 이차전지
110: 전극조립체
120: 케이스
130: 전극리드
140: 리드필름
141: 필름부
142: 전해액 주입부

Claims (14)

  1. 전극리드가 결합된 전극조립체;
    상기 전극리드의 선단이 외부로 노출된 상태로 상기 전극조립체를 수용하고, 테두리를 따라 실링부가 형성된 케이스; 및
    상기 케이스의 실링부에 위치한 상기 전극리드를 감싸는 필름부와, 상기 케이스 내부로 전해액을 주입하는 전해액 주입부로 마련되는 리드필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해액 주입부는 상기 필름부의 표면에 형성되고 상기 케이스 내부와 연결되는 구멍으로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전해액 주입부는 전해액 주입 후 밀봉되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전해액 주입부는 상기 리드필름이 위치한 실링부를 재실링함에 따라 밀봉되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 전해액 주입부는 탄성력을 가지는 마개가 삽입되면서 밀봉되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해액 주입부는 전해액 주입용 인젝터(injector)가 상기 필름부에 삽입되면서 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 리드필름은 열융착이 가능한 합성수지로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 리드필름은 PP(Polypropylene) 필름으로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 리드필름은 응집력을 가지는 합성수지로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 리드필름은 상기 케이스의 실링부에 위치한 전극리드의 상면과 하면에 각각 배치되는 상부실링면 및 하부실링면, 상기 상부실링면 및 하부실링면의 양 끝단을 각각 연결하는 측부실링면으로 마련되며,
    상기 측부실링면에 상기 전해액 주입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해액 주입부는 가스 배출구로 사용되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 전극리드가 결합된 전극조립체를 준비하는 단계(S10);
    상기 전극리드의 선단이 외부로 노출되게 전극조립체를 케이스에 수용하는 단계(S20);
    상기 케이스의 실링부에 위치한 전극리드에 리드필름을 감싸는 단계(S30);
    상기 케이스의 실링부를 열융착하여 실링하여 미충전 이차전지를 제조하는 단계(S40);
    상기 미충전 이차전지를 충방전하여 활성화하는 단계(S50);
    상기 미충전 이차전지의 활성화시 줄어든 전해액을 리드필름을 통해 케이스 내부에 주입하는 단계(S60);
    상기 리드필름을 밀폐하여 케이스 내부에 주입된 전해액의 누설을 방지하는 단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전해액 주입단계(S60)는 리드필름에 형성된 전해액 주입부를 통해 상기 케이스 내부에 전해액을 주입하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 리드필름 실린단계(S70)는 상기 리드필름이 위치한 상기 케이스의 실링부를 재실링하여 상기 전해액 주입부를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
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