KR20200007273A - 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지 - Google Patents
이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 이종금속으로 이루어진 케이스를 통해 케이스의 강성을 유지하고, 전류 경로에서 발생하는 저항을 감소시키는데 있다.
이를 위해 본 발명은 상단 개구부를 갖는 원통형 캔과, 원통형 캔에 수용된 전극 조립체 및 원통형 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 원통형 캔은 원형의 판형상으로 캡 조립체와 평행하게 배치된 제1영역부와, 제1영역부의 외주연으로부터 절곡되어 캡 조립체 방향으로 연장된 제2영역부를 포함하며, 제1영역부와 제2영역부는 서로 다른 금속으로 이루어지며, 제1영역부가 제2영역부에 비해서 저항이 더 낮은 금속으로 이루어진 이차 전지를 개시한다.
이를 위해 본 발명은 상단 개구부를 갖는 원통형 캔과, 원통형 캔에 수용된 전극 조립체 및 원통형 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 원통형 캔은 원형의 판형상으로 캡 조립체와 평행하게 배치된 제1영역부와, 제1영역부의 외주연으로부터 절곡되어 캡 조립체 방향으로 연장된 제2영역부를 포함하며, 제1영역부와 제2영역부는 서로 다른 금속으로 이루어지며, 제1영역부가 제2영역부에 비해서 저항이 더 낮은 금속으로 이루어진 이차 전지를 개시한다.
Description
본 발명은 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력 저장 시스템이다. 재충전이 불가능한 일차 전지에 비해 이차 전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 셀룰러폰, 노트북, 타블렛 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다. 최근에는 환경 오염 방지를 위해 전기 자동차에 대한 관심이 높아졌고, 이에 따라 전기 자동차에 고용량의 이차 전지가 채택되고 있다. 이러한 이차 전지는 고밀도, 고출력, 안정성 등의 특성이 요구되고 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 이종금속으로 이루어진 케이스를 통해 케이스의 강성을 유지하고, 전류 경로에서 발생하는 저항을 감소시킬 수 있는 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지를 제공하는데 있다.
본 발명에 의한 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지는 상단 개구부를 갖는 원통형 캔과, 상기 원통형 캔에 수용된 전극 조립체 및, 상기 원통형 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 원통형 캔은 원형의 판형상으로 상기 캡 조립체와 평행하게 배치된 제1영역부와, 상기 제1영역부의 외주연으로부터 절곡되어 상기 캡 조립체 방향으로 연장된 제2영역부를 포함하며, 상기 제1영역부와 상기 제2영역부는 서로 다른 금속으로 이루어지며, 상기 제1영역부가 상기 제2영역부에 비해서 저항이 더 낮은 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 제1영역부는 상기 원통형 캔의 바닥면으로, 구리로 이루어지며 상기 전극 조립체의 음극과 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 제2영역부는 상기 원통형 캔의 측벽으로, 강철 또는 강철 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 원통형 캔은 상기 제1영역부와 상기 제2영역부가 일부 중첩되어, 가압되어 결합된 결합영역을 구비할 수 있다.
상기 결합영역은 상기 원통형 캔의 바닥면에 위치할 수 있다.
상기 결합영역은 상기 원통형 캔의 측벽에 위치할 수 있다.
상기 결합영역에서 상기 제1영역부와 상기 제2영역부 사이에는 도전성 접착제가 개재될 수 있다.
상기 제1영역부와 상기 제2영역부가 중첩된 상기 결합영역에는 용접영역이 구비될 수 있다.
또한 본 발명에 의한 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지는 중심부에 원형 개구부가 구비되어 원형링 판 형상의 제2영역부를 준비하는 단계와, 상기 제2영역부의 상면에 상기 원형 개구부를 덮도록 원형 판 형상의 제1영역부를 안착시켜, 상기 제2영역부와 상기 제1영역부로 이루어진 원형 판재를 준비하는 단계 및 상기 원형 판재의 상기 제1영역부의 상부에서 펀치로 가압하여, 상부가 개방된 원통형 캔을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1영역부와 상기 제2영역부는 서로 다른 금속으로 이루어지며, 상기 제1영역부가 상기 제2영역부에 비해서 저항이 더 낮은 금속으로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명에 의한 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지는 중심부에 원형 개구부가 구비되어 원형링 판 형상의 제2영역부를 준비하는 단계와, 상기 제2영역부의 중심부의 상부에서 펀치로 가압하여, 상부 및 하부가 개방된 원통형으로 가공하는 1차 드로잉 가공 단계와, 상기 제2영역부의 바닥면의 상부에, 상기 원형 개구부를 덮도록 원형 판 형상의 제1영역부를 안착시켜, 상기 제2영역부와 상기 제1영역부로 이루어진 원통형 부재를 준비하는 단계 및, 상기 원통형 부재의 상기 제1영역부의 상부에서 펀치로 가압하여, 상부가 개방된 원통형 캔을 형성하는 2차 드로잉 가공 단계를 포함하며, 상기 제1영역부와 상기 제2영역부는 서로 다른 금속으로 이루어지며, 상기 제1영역부가 상기 제2영역부에 비해서 저항이 더 낮은 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 원형 판재 또는 상기 원통형 부재에서 상기 제1영역부는 외곽 영역이 상기 제2영역부와 중첩될 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지는 이종금속으로 이루어진 케이스를 통해 케이스의 강성을 유지하고, 전류 경로에서 발생하는 저항을 감소시킬 수 있게 된다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도, 분해 사시도 및 종단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 케이스의 제조 공정을 순차적으로 도시한 일예이다.
도 3은 도 2d의 3부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 케이스의 제조 공정을 순차적으로 도시한 다른예이다.
도 5는 도 4f의 5부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 도시한 종 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 7의 7A 및 7B부분을 확대 도시한 확대도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 케이스의 제조 공정을 순차적으로 도시한 일예이다.
도 3은 도 2d의 3부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 케이스의 제조 공정을 순차적으로 도시한 다른예이다.
도 5는 도 4f의 5부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 도시한 종 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 7의 7A 및 7B부분을 확대 도시한 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도가 도시되어 있고, 도 1b는 도 1a에 도시된 이차 전지(100)의 분해사시도가 도시되어 있으며, 및 도 1c 도 1a에 도시된 이차 전지(100)의 종단면도가 도시되어 있다. 여기서 종단면은 이차전지(100)를 길이방향으로 절단한 단면이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 원통형 캔(110)과, 원통형 캔(110) 내부에 수납된 전극 조립체(120) 및 원통형 캔(110)의 상단 개구를 밀봉하는 캡 조립체(130)를 포함한다.
상기 원통형 캔(110)은 원형의 판형상인 제1영역부(111)와, 제1영역부(111)의 외주연으로부터 절곡되어 상부 방향으로 일정 길이 연장된 제2영역부(112)를 포함한다. 이와 같은 원통형 캔(110)은 이차전지(100)의 제조 공정 중 상부가 개방되어 있다.
여기서, 제1영역부(111)는 원통형 캔(110)의 바닥면에 위치할 수 있으며, 제2영역부(112)는 원통형 캔(110)의 바닥면에서 수직방향으로 연장된 측벽에 위치할 수 있다.
상기 원통형 캔(110)은 제1영역부(111)와 제2영역부(112)가 서로 다른 금속으로 이루어질 수 있다. 바람직하게 원통형 캔(110)은 제1영역부(111)가 제2영역부(112)에 비해서 저항이 더 낮은 금속으로 이루어질 수 있다. 또한 원통형 캔(110)은 제2영역부(112)가 제1영역부(111)에 비해서 강도가 더 높은 금속으로 이루어질 수 있다.
예를 들어 제2영역부(112)는 강성이 높은 강철 또는 강철 합금으로 이루어질 수 있으며, 제1영역부(111)는 강철 또는 강철 합금에 비해서 저항이 더 낮은 구리로 이루어질 수 있다. 원통형 캔(110)의 제1영역부(111)는 음극 단자일 수 있다. 즉, 제1영역부(111)는 이차전지(110)가 방전 또는 충전을 위해 외부 전자 소자 또는 충전기 연결시, 외부 전자 소자 또는 충전기와 직접 접속되는 음극 단자이다.
상기 원통형 캔(110)은 제2영역부(112)가 강철 또는 강철 합금으로 이루어져 강성을 갖도록 하고, 전극 조립체(120)와 전기적으로 접속될 제1영역부(111)가 제2영역부(112)에 비해서 저항이 낮은 금속으로 이루어지도록 하여, 전류 경로에서 발생하는 저항을 감소시킬 수 있다.
상기 원통형 캔(110)은 이종 금속으로 이루어진 제1영역부(111)와 제2영역부(112) 사이의 결합이 용이하도록 드로잉 가공(drawing work)에 의해 형성될 수 있다. 또한 제1영역부(111)와 제2영역부(112) 사이는 접속 및 고정을 위해 도전성 접착제가 개재되거나, 레이저 용접 또는 초음파 용접에 의해 접합될 수 있다. 이와 같은 원통형 캔(110)의 제조 공정은 하기에서 자세히 설명하고자 한다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 원통형 캔(110)의 제조 공정을 순차적으로 도시한 일예가 도시되어 있다.
우선 도 2a에 도시된 바와 같이, 원형 판 형상의 제2영역부(112)의 중심부의 상면과 하면 사이를 관통하는 원형 개구부(112a)를 형성하여 원형링 판 형상의 제2영역부(112)를 준비한다. 상기 제2영역부(112)는 강철 또는 강철 합금판일 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 원형링 판 형상의 제2영역부(112)의 상면에 원형 판 형상의 제1영역부(111)를 안착시킨다. 이때 제1영역부(111)는 제2영역부(112)의 원형 개구부(112a)를 덮도록 제2영역부(112)의 상면에 안착될 수 있다.
상기 제1영역부(111)는 평면 크기가, 제2영역부(112)에 형성된 원형 개구부(112a)의 평면 크기에 비해서 더 클 수 있다. 즉, 제1영역부(111)의 외곽 영역은 제2영역부(112)와 중첩될 수 있다. 제1영역부(111)와 제2영역부(112)의 중첩 영역은 레이저 용접, 초음파 용접 또는 도전성 접착제등에 의해서 접합되어 고정될 수 있다. 상기 제1영역부(111)는 제2영역부(112)와 다른 이종 금속으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 구리로 이루어질 수 있다. 이하에서 제1영역부(111)가 안착되어 고정된 제2영역부(112)는 원형 판재(115)로 지칭하고자 한다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 중심에 상면과 하면 사이를 관통하는 원형 홀(미도시)이 형성된 다이(12)의 상부에 원형 판재(115)를 위치시킨다. 이때 원형 판재(115)의 상부에는 펀치(11)가 위치할 수 있다. 즉, 원형 판재(115)는 다이(12)와 펀치(11)사이에 개재될 수 있다.
또한 펀치(11)는 원형 판재(115)의 상부에서 제1영역부(111)가 위치한 중심부방향으로 가압하여, 도 2d에 도시된 바와 같은 상부가 개방된 원통형의 원통형 캔(110)을 형성한다. 즉 원통형 캔(110)은 드로잉 가공(drawing work)에 의해서 형성될 수 있다. 이와 같은 제조 공정에 의해 형성된 원통형 캔(110)은 제2영역부(112)가 위치하는 측벽과 제1영역부(111)가 위치하는 바닥면이 서로 다른 이종 금속으로 이루어질 수 있다.
추가적으로 도 3을 참조하면, 도 2d에 도시된 원통형 캔(110)의 3부분을 확대 도시한 단면도가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 원통형 캔(110)의 제2영역부(112)는 제1영역부(111)의 외측 끝단을 일부 덮도록 제2영역부(112)의 하부 끝단이 절곡 되어, 제1영역부(111) 방향으로 연장될 수 있다. 바람직하게는 원통형 캔(110)은 바닥면에 제1영역부(111)의 외측 끝단이 제2영역부(112)의 하부 끝단과 일부 중첩되어 결합된 결합영역(110a)을 구비할 수 있다. 즉, 원형 판재(115)를 드로잉 가공하여 제조된 원통형 캔(110)은 결합영역(110a)이 원통형 캔(110)의 바닥면에 위치할 수 있다. 또한 결합영역(110a)은 제1영역부(111)와 제2영역부(112)사이에 도전성 접착제가 개재되거나, 레이저 용접 또는 초음파 용접에 의해 용접된 용접 영역이 구비될 수 있다.
도 4a 내지 도 4f를 참조하면, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 원통형 캔(110)의 제조 공정을 순차적으로 도시한 다른 예가 도시되어 있다.
우선 도 4a에 도시된 바와 같이, 원형 판 형상의 제2영역부(112)의 중심부의 상면과 하면 사이를 관통하는 원형 개구부(112a)를 형성하여 원형링 판 형상의 제2영역부(112)를 준비한다. 상기 제2영역부(112)는 강철 또는 강철 합금판일 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 중심에 상면과 하면 사이를 관통하는 원형 홀(미도시)이 형성된 다이(12)의 상부에 원형 판 형상의 제2영역부(112)를 위치시킨다. 이때 제2영역부(112)의 상부에는 펀치(11)가 위치할 수 있다. 즉, 제2영역부(112)는 다이(12)와 펀치(11)사이에 개재될 수 있다.
또한 펀치(11)는 제2영역부(112)의 상부에서 원형 개구부(112a)가 위치한 중심부방향으로 가압하여, 도 4c에 도시된 바와 같이 상부 및 하부가 개방된 원통형의 제2영역부(112)를 형성한다. 즉, 제2영역부(112)는 1차 드로잉 가공에 의해서 상부 및 하부가 개방된 원통형으로 형성될 수 있다. 또한 제2영역부(112)는 드로잉 가공에 의해서 하부 끝단이 내측 방향으로 절곡 되어, 연장된 연장부(112b)를 포함할 수 있다. 따라서 제2영역부(112)는 상부 개구부의 크기가 하부 개구부의 크기에 비해서 더 클 수 있다. 또한 제2영역부(112)의 하부 개구부는 원형 개구부(112a)에 의해서 형성된다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 제2영역부(112)의 바닥면의 상부에 원형 판 형상의 제1영역부(111)를 안착시킨다. 이때 제1영역부(111)는 제2영역부(112)의 원형 개구부(112a)를 덮도록 제2영역부(112)의 바닥면의 상부에 안착될 수 있다. 또한 제2영역부(112)는 연장부(112b)의 상부에 제1영역부(111)가 안착될 수 있다. 상기 제1영역부(111)는 평면 크기가, 제2영역부(112)에 형성된 원형 개구부(112a)의 평면 크기에 비해서 더 클 수 있다. 즉, 제1영역부(111)의 외곽 영역은 제2영역부(112)의 연장부(112b)와 중첩될 수 있다. 제1영역부(111)와 제2영역부(112)의 중첩 영역은 레이저 용접, 초음파 용접 또는 도전성 접착제등에 의해서 접합되어 고정될 수 있다. 상기 제1영역부(111)는 제2영역부(112)와 다른 이종 금속으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 구리로 이루어질 수 있다. 이하에서 제1영역부(111)가 안착되어 고정된 제2영역부(112)는 원통형 부재(116)로 지칭하고자 한다.
도 4e에 도시된 바와 같이, 중심에 상면과 하면 사이를 관통하는 원형 홀이 형성된 다이(14)의 상부에 원통형 부재(116)를 위치시킨다. 이때 원통형 부재(116)의 상부에는 펀치(13)가 위치할 수 있다. 즉, 원통형 부재(116)는 다이(14)와 펀치(13)사이에 개재될 수 있다.
또한 펀치(13)는 원통형 부재(116)의 상부에서 제1영역부(111)가 위치한 중심부방향으로 압입하여, 도 4f에 도시된 바와 같은 상부가 개방된 원통형의 원통형 캔(110)을 형성한다. 즉 원통형 캔(110)은 1차 드로잉 공정을 통해 상부 및 하부가 개방된 원통형의 제2영역부(112)를 형성하고, 제2영역부(112)의 바닥면의 상부에 제1영역부(111)를 안착시킨 후 2차 드로잉 공정을 통해 형성될 수 있다. 이와 같은 제조 공정에 의해 형성된 원통형 캔(110)은 제2영역부(112)가 위치하는 측벽과 제1영역부(111)가 위치하는 바닥면이 서로 다른 이종 금속으로 이루어질 수 있다.
추가적으로 도 5를 참조하면, 도 4f에 도시된 원통형 캔(110)의 5부분을 확대 도시한 단면도가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 원통형 캔(110)은 제1영역부(111)의 외주연이 상부 방향으로 절곡되어 일부 연장될 수 있다. 즉 제1영역부(111)는 외측 끝단부가 상부 방향으로 절곡 및 연장되어, 제2영역부(112)의 하부 끝단과 중첩될 수 있다. 이때 제2영역부(112)는 하부 끝단부가 제1영역부(111)의 외측 끝단을 일부 덮을 수 있다. 바람직하게는 원통형 캔(110)은 측벽에 제1영역부(111)의 외측 끝단이 제2영역부(112)의 하부 끝단과 일부 중첩되어 결합된 결합영역(110a)을 구비할 수 있다. 즉, 원통형 부재(116)를 드로잉 가공하여 제조된 원통형 캔(110)은, 결합영역(110a)이 원통형 캔(110)의 측벽에 위치할 수 있다. 또한 결합영역(110a)은 제1영역부(111)와 제2영역부(112)사이에 도전성 접착제가 개재되거나, 레이저 용접 또는 초음파 용접에 의해 용접된 용접 영역이 구비될 수 있다.
원통형 캔(110)은 이차전지(100) 제조 공정 중 상부가 개방되어 있다. 따라서 이차 전지의 조립 공정 중 전극 조립체(120)는 전해액과 함께 상단 개구부를 통해 원통형 캔(110)의 내부에 삽입될 수 있다. 전극 조립체(120)가 내부에 삽입된 원통형 캔(110)은 전극 조립체(120)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(130)를 중심으로 그 하부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)가 형성되고, 그 상부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)가 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체(120)는 전해액과 함께 원통형 캔(110)의 내부에 수용된다. 여기서, 상기 전해액은 상기 전극 조립체(120)를 구성하는 양극판과 음극판의 사이에서 리튬 이온이 이동될 수 있도록 주입되는 염을 함유한 유기 액체로서, LiPF6, LiBF4, LiClO4 등의 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액을 포함하여 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
상기 전극 조립체(120)는 음극 활물질이 코팅된 음극판(121)과, 양극 활물질이 코팅된 양극판(122) 및, 음극판(121)과 양극판(122) 사이에 개재되어 음극판(121)과 양극판(122)사이의 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(123)를 포함하여 이루어진다. 상기 전극 조립체(120)는 음극판(121), 양극판(122) 및 세퍼레이터(123)가 적층된 후, 권취 선단부터 권취되어 대략 원기둥 형태로 권취된다. 여기서, 음극판(121)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 포일, 양극판(122)은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 음극판(121)에는 하부로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(124)이, 양극판(122)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극탭(125)이 부착될 수 있다. 더불어, 음극탭(124)은 구리 또는 니켈 재질, 양극탭(125)은 알루미늄 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한 전극 조립체(120)는 고출력 셀일 수 있으며,
더불어, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(126a) 및 그 외측에 제2홀(126b)이 형성된 제1절연판(126)이 전극 조립체(120)와 원통형 캔(110)의 제1영역부(111)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1절연판(126)은 전극 조립체(120)가 원통형 캔(110) 중 바닥면인 제1영역부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제1절연판(126)은 전극 조립체(120) 중 양극판(122)이 원통형 캔(110) 중 바닥면인 제1영역부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(126a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 전극 조립체(120)의 중심부를 통해 상부로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(126b)은 음극탭(124)이 관통하여 구리로 이루어진 제1영역부(111)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다.
또한, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(127a) 및 그 외측에 다수의 제2홀(127b)이 형성된 제2절연판(127)이 전극 조립체(120)와 캡 조립체(130)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제2절연판(127)은 전극 조립체(120)가 캡 조립체(130)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제2절연판(127)은 전극 조립체(120) 중 음극판(121)이 캡 조립체(130)에 전기적으로 접촉하지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(127a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 캡 조립체(130)로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(127b)은 양극탭(125)이 관통하여 캡 조립체(130)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한 나머지 제2홀(127b)은 전해액 주입 공정에서, 전해액이 상기 전극 조립체(120)로 신속히 흘러 들어가도록 하는 역할을 한다.
상기 캡 조립체(130)는 다수의 관통홀(131d)이 형성된 캡 업(cap-up)(131), 캡 업(131)의 하부에 설치된 안전 플레이트(133), 안전 플레이트(133)의 하부에 설치된 연결링(135), 연결링(135)에 결합되고 제1,2관통홀(136a,136b)이 형성된 캡 다운(cap-down)(136), 캡 다운(136)의 하부에 고정되어 양극탭(125)과 용접되어 전기적으로 접속된 서브 플레이트(137), 그리고 캡 업(131) 및 안전 플레이트(133), 연결링(135) 및 캡 다운(136)을 원통형 캔(110)의 제2영역부(112)로부터 절연시키는 절연 가스켓(138)을 포함한다. 이와 같은 캡 조립체(130)의 구성은 일예로, 본 구성으로 캡 조립체(130)의 구성을 한정하는 것은 아니다.
여기서, 서브 플레이트(137)는 안전 플레이트(133)를 통해 캡 업(131)과 전기적으로 접속될 수 있다. 또한 캡 업(131)은 이차전지(110)가 방전 또는 충전을 위해 외부 전자 소자 또는 충전기 연결시, 외부 전자 소자 또는 충전기와 직접 접속되는 양극 단자이다.
여기서, 절연 가스켓(138)은 실질적으로 원통형 캔(110)의 제2영역부(112)에 형성된 비딩부(113)와 크림핑부(114)의 사이에 압착된 형태를 한다. 또한, 상기 캡 업(131)에 형성된 관통홀(131d)과, 상기 캡 다운(136)에 형성된 관통홀(136b)은 원통형 캔(110)의 내부에서 이상 내압 발생 시 내부 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 물론, 이러한 내압에 의해 우선 안전 플레이트(133)가 상부 방향으로 반전되면서 서브 플레이트(137)와 전기적으로 분리되고, 이후 안전 플레이트(133)가 찢어지면서 내부의 가스가 외부로 방출된다.
이와 같은 이종금속으로 이루어진 원통형 캔(110)을 포함하는 이차전지(100)는 제2영역부(112)가 강철 또는 강철 합금으로 이루어져 내구성을 향상시킬 수 있으며, 전극 조립체(120)의 음극탭(124)과 전기적으로 접속된 제1영역부(111)가 구리로 이루어지도록 하여 전류 패스에서 발생하는 저항을 감소시킬 수 있다.
도 6을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)를 도시한 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 원통형 캔(110)과, 원통형 캔(110) 내부에 수납된 전극 조립체(220) 및 원통형 캔(110)의 상단 개구를 밀봉하는 캡 조립체(130)를 포함한다. 이차 전지(200)의 원통형 캔(110) 및 캡 조립체(130)의 구성은 도 1에 도시된 이차 전지(100)의 구성과 동일하다. 그러므로 이차 전지(200)에서 이차전지(100)와 상이한 전극 조립체(220)의 구성을 위주로 설명하고자 한다.
상기 전극 조립체(220)는 전해액과 함께 원통형 캔(110)의 내부에 수용된다. 여기서, 상기 전해액은 상기 전극 조립체(220)를 구성하는 양극판과 음극판의 사이에서 리튬 이온이 이동될 수 있도록 주입되는 염을 함유한 유기 액체로서, LiPF6, LiBF4, LiClO4 등의 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액을 포함하여 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
상기 전극 조립체(220)는 음극 활물질이 코팅된 음극판(221)과, 양극 활물질이 코팅된 양극판(222) 및, 음극판(221)과 양극판(222) 사이에 개재되어 음극판(221)과 양극판(222)사이의 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(223)를 포함하여 이루어진다. 상기 전극 조립체(220)는 음극판(221), 양극판(222) 및 세퍼레이터(223)가 적층된 후, 권취 선단부터 권취되어 대략 원기둥 형태로 권취된다.
우선 전극 조립체(220)의 음극판(221)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 이루어진 판형의 금속 포일인 음극집전판(221a)의 양면에 실리콘계 음극 활물질인 음극 코팅층(221b)이 코팅되어 있다. 상기 음극집전판(221a)은 전극 조립체(220)의 길이방향 하단부의 양면에, 음극 코팅층(221b)이 형성되지 않은 음극 무지부(221c)가 더 구비된다. 또한 음극 무지부(221c)는 전극 조립체(220)의 하부방향으로, 양극판(222) 및 세퍼레이터(223)에 비해서 더 돌출될 수 있다. 즉, 전극 조립체(220)는 하면에 음극 무지부(221c)가 위치할 수 있다. 또한 전극 조립체(220)는 양극판(222)에 비해서, 세퍼레이터(223)가 길이방향의 하부로 더 연장 및 돌출되어, 음극판(221)과 양극판(222) 사이의 전기적 절연을 유지시킬 수 있다. 또한 세퍼레이터(223)는 전극 조립체(220)의 양극판(222)이 음극 집전탭(224)과 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 할 수 있다.
그리고 전극 조립체(220)의 하면에 위치하는 음극 무지부(221c)에 음극 집전탭(224)이 용접될 수 있다. 음극 집전탭(224)은 대략 원형 판형상으로, 전극 조립체(220)의 하면에 밀착된 상태에서 레이저 용접에 의해서 전극 조립체(220)와 전기적으로 접속될 수 있다. 즉, 음극 집전탭(224)은 전극 조립체(220)의 하면으로 돌출된 다수의 음극 무지부(221c)와 각각 용접되어 음극 집전체 역할을 수행할 수 있다. 상기 음극 집전탭(224)의 평면 크기는 전극 조립체(220)의 하면 크기에 비해서 더 작을 수 있다. 또한 음극 집전탭(224)은 전극 조립체(220)의 하면과 중심축이 동일할 수 있다. 이와 같은 음극 집전탭(224)은 전극 조립체(220)를 원통형 캔(110)의 바닥면에 있는 제1영역부(111)와 전기적으로 접속시킬 수 있으며, 제2영역부(112)와 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
상기 음극 집전탭(224)은 다수의 음극 무지부(221c)와 각각 용접되어, 전류의 흐름이 용이할 수 있으므로 고용량 및 고출력 이차 전지(200)의 전류 집중에 의한 저항을 감소시킬 수 있다. 상기 음극 집전탭(224)은 구리 또는 니켈 재질로 일루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 또한 음극 집전탭(224)은 전극 조립체(220)의 하면과 원통형 캔(110)의 제1영역부(111)사이에 개재될 수 있다. 또한 음극 집전탭(224)은 원통형 캔(110)의 제1영역부(111)와 저항 용접될 수 있으나, 본 발명에서 상기 용접 방법을 한정하는 것은 아니다. 또한 원통형 캔(110)의 제1영역부(111)는 음극으로 동작할 수 있다.
상기 양극판(222)은 알루미늄(Al)으로 이루어진 판형의 금속 포일인 양극집전판(222a)의 양면에 전이금속 산화물로 이루어진 활물질인 양극 코팅층(222b)이 코팅되어 있다. 또한 양극집전판(222a)은 전극 조립체(220)의 길이방향 상단부의 양면에, 양극 코팅층(222b)이 형성되지 않은 양극 무지부(222c)가 더 구비된다. 또한 양극 무지부(222c)는 전극 조립체(220)의 상부방향으로, 음극판(221) 및 세퍼레이터(223)에 비해서 더 돌출될 수 있다. 즉, 전극 조립체(220)는 상면에 양극 무지부(222c)가 위치할 수 있다. 또한 전극 조립체(220)는 음극판(221)에 비해서, 세퍼레이터(223)가 길이방향의 상부로 더 연장 및 돌출되어, 음극판(221)과 양극판(222) 사이의 전기적 절연을 유지시킬 수 있다.
그리고 전극 조립체(220)의 상면에 위치하는 양극 무지부(222c)에 양극 집전탭(225)이 용접될 수 있다. 양극 집전탭(225)은 대략 원형 판형상으로, 전극 조립체(220)의 상면에 밀착된 상태에서 레이저 용접에 의해서 전극 조립체(220)와 전기적으로 접속될 수 있다. 즉, 양극 집전탭(225)은 전극 조립체(220)의 상면으로 돌출된 다수의 양극 무지부(222c)와 각각 용접되어 양극 집전체 역할을 수행할 수 있다. 상기 양극 집전탭(225)의 평면 크기는 전극 조립체(220)의 상면 크기에 비해서 더 작을 수 있다. 또한 양극 집전탭(225)은 전극 조립체(220)의 상면과 중심축이 동일할 수 있다. 이와 같은 양극 집전탭(225)은 원통형 캔(110)의 내측면과 접촉되어 전기적으로 접속되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 양극 집전탭(225)은 다수의 양극 무지부(222c)와 각각 용접되어, 전류의 흐름이 용이할 수 있으므로 고용량 및 고출력 이차 전지(200)의 전류 집중에 의한 저항을 감소시킬 수 있다. 상기 양극 집전탭(225)은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 또한 양극 집전탭(225)은 전극 조립체(220)의 상면과 캡 조립체(130)사이에 개재될 수 있다. 또한 양극 집전탭(225)은 양극 리드탭(226)을 통해 캡 조립체(130)와 전기적으로 접속될 수 있다. 이때 캡 조립체(130)는 양극으로 동작할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 200: 이차 전지
110; 원통형 캔
111; 제1영역부 112; 제2영역부
120, 220; 전극 조립체 130; 캡 조립체
111; 제1영역부 112; 제2영역부
120, 220; 전극 조립체 130; 캡 조립체
Claims (11)
- 상단 개구부를 갖는 원통형 캔;
상기 원통형 캔에 수용된 전극 조립체; 및
상기 원통형 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고,
상기 원통형 캔은 원형의 판형상으로 상기 캡 조립체와 평행하게 배치된 제1영역부와, 상기 제1영역부의 외주연으로부터 절곡되어 상기 캡 조립체 방향으로 연장된 제2영역부를 포함하며,
상기 제1영역부와 상기 제2영역부는 서로 다른 금속으로 이루어지며, 상기 제1영역부가 상기 제2영역부에 비해서 저항이 더 낮은 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1영역부는 상기 원통형 캔의 바닥면으로, 구리로 이루어지며 상기 전극 조립체의 음극과 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2영역부는 상기 원통형 캔의 측벽으로, 강철 또는 강철 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 원통형 캔은 상기 제1영역부와 상기 제2영역부가 일부 중첩되어, 가압되어 결합된 결합영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 4에 있어서,
상기 결합영역은 상기 원통형 캔의 바닥면에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 4에 있어서,
상기 결합영역은 상기 원통형 캔의 측벽에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 4에 있어서,
상기 결합영역에서 상기 제1영역부와 상기 제2영역부 사이에는 도전성 접착제가 개재된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 4에 있어서,
상기 제1영역부와 상기 제2영역부가 중첩된 상기 결합영역에는 용접 영역이 구비된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 중심부에 원형 개구부가 구비되어 원형링 판 형상의 제2영역부를 준비하는 단계;
상기 제2영역부의 상면에 상기 원형 개구부를 덮도록 원형 판 형상의 제1영역부를 안착시켜, 상기 제2영역부와 상기 제1영역부로 이루어진 원형 판재를 준비하는 단계; 및
상기 원형 판재의 상기 제1영역부의 상부에서 펀치로 가압하여, 상부가 개방된 원통형 캔을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제1영역부와 상기 제2영역부는 서로 다른 금속으로 이루어지며, 상기 제1영역부가 상기 제2영역부에 비해서 저항이 더 낮은 금속으로 이루어진 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법. - 중심부에 원형 개구부가 구비되어 원형링 판 형상의 제2영역부를 준비하는 단계;
상기 제2영역부의 중심부의 상부에서 펀치로 가압하여, 상부 및 하부가 개방된 원통형으로 가공하는 1차 드로잉 가공 단계;
상기 제2영역부의 바닥면의 상부에, 상기 원형 개구부를 덮도록 원형 판 형상의 제1영역부를 안착시켜, 상기 제2영역부와 상기 제1영역부로 이루어진 원통형 부재를 준비하는 단계; 및
상기 원통형 부재의 상기 제1영역부의 상부에서 펀치로 가압하여, 상부가 개방된 원통형 캔을 형성하는 2차 드로잉 가공 단계를 포함하며,
상기 제1영역부와 상기 제2영역부는 서로 다른 금속으로 이루어지며, 상기 제1영역부가 상기 제2영역부에 비해서 저항이 더 낮은 금속으로 이루어진 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법. - 청구항 9 또는 10에 있어서,
상기 원형 판재 또는 상기 원통형 부재에서
상기 제1영역부는 외곽 영역이 상기 제2영역부와 중첩된 것을 특징으로 하는 원통형 캔의 제조 방법.
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| KR1020180081180A KR102666014B1 (ko) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지 |
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| KR102666014B1 KR102666014B1 (ko) | 2024-05-16 |
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| KR1020180081180A KR102666014B1 (ko) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | 이차 전지용 원통형 캔의 제조 방법 및 이를 포함한 이차 전지 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023050351A1 (zh) * | 2021-09-30 | 2023-04-06 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池单体、电池、用电设备、电池单体的制造设备及方法 |
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-
2018
- 2018-07-12 KR KR1020180081180A patent/KR102666014B1/ko active IP Right Grant
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