WO2021206393A1 - 이차전지 - Google Patents

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WO2021206393A1
WO2021206393A1 PCT/KR2021/004227 KR2021004227W WO2021206393A1 WO 2021206393 A1 WO2021206393 A1 WO 2021206393A1 KR 2021004227 W KR2021004227 W KR 2021004227W WO 2021206393 A1 WO2021206393 A1 WO 2021206393A1
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WO
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electrode tab
spring
positive electrode
negative electrode
electrode assembly
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PCT/KR2021/004227
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추성민
임재원
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery, and more particularly, as a button-type secondary battery, which eliminates the process of welding a positive electrode tab and a negative electrode tab to an upper can and a lower can, respectively, to reduce production costs and to lower the defective rate due to a difficult welding process. It relates to a rechargeable battery that can be
  • a button-type battery which is also commonly used as a coin-type battery or a button-type battery, has a thin button or button shape, and is widely used in various devices such as remote controls, watches, toys, and computer parts.
  • button-type batteries were mainly manufactured as non-rechargeable primary batteries, but are also widely manufactured as secondary batteries capable of charging and discharging according to the recent development of miniaturized devices.
  • the button-type secondary battery also has a structure in which an electrode assembly and an electrolyte are embedded in a case like a cylindrical or pouch-type secondary battery, so that repeated charging and discharging is possible.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a state in which a negative electrode tab and a lower can are welded and then a positive electrode tab and an upper can are welded, and then the lower can and the upper can are combined in a conventional button-type secondary battery assembly process.
  • the button-type secondary battery has a structure in which the upper can 30 and the lower can 20 are coupled, the upper can 30 and the lower can 20 have a flat cylindrical shape, and the upper can ( 30 is configured to have a slightly larger diameter than the lower can 20 .
  • the electrode assembly 10 is configured such that the negative electrode tab 12 protruding from the negative electrode extends from the side surface and protrudes downward, and the positive electrode tab 11 protrudes from the positive electrode extends from the side surface and protrudes upward.
  • the electrode assembly 10 when the electrode assembly 10 is seated on the lower can 20 in a state in which the extended portion of the negative electrode tab 12 is bent so as to be in contact with the bottom surface of the electrode assembly 10, the electrode assembly 10 is The upper welding gun (A) enters the hole (13) formed in the center and the negative electrode tab (12) is joined to the lower can (20) by resistance welding by applying a current through the lower welding gun (B). became
  • the positive electrode tab 11 is welded to the lower surface of the flat portion of the upper can 30 before being completely bent. And, when the upper can 30 and the lower can 20 are combined, the positive electrode tab 11 is bent once more than the negative electrode tab 12 (in the lower figure of FIG. 1, the positive electrode tab is doubled) See bent structures).
  • the conventional bonding method of the positive electrode tab 11 and the negative electrode tab 12 has a problem in that the positive electrode tab 11 and the negative electrode tab 12 are welded together, thereby reducing the production speed.
  • (11) has to have a long enough length for welding, so there is a problem in that the production cost is increased and additional bending is made to increase the thickness of the secondary battery.
  • the present invention solves the problems of the conventional structure as described above (decreased production speed due to individual bonding of positive electrode tab and negative electrode tab, increase in production cost due to increase in positive electrode tab length, increase in thickness due to additional bending of positive electrode tab)
  • the main purpose is to provide a secondary battery capable of
  • the present invention for achieving the above object, is an electrode assembly in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked, a positive electrode tab protrudes on one side, a negative electrode tab protrudes on the other side, and a through hole is formed; an upper can having a flat flat portion and a periphery protruding vertically along an edge of the flat portion; a lower can having a flat flat portion and a periphery protruding in a vertical direction along an edge of the flat portion, and fitted with the periphery parallel to the periphery of the upper can; and a center pin that applies elastic force along the longitudinal direction when inserted into the through hole, wherein the negative electrode tab is disposed parallel to the flat portion of the lower can and the positive electrode tab is disposed parallel to the flat portion of the upper can
  • the center pin applies an elastic force to bring the negative electrode tab into close contact with the lower can and the positive electrode tab to adhere to the upper can
  • the center pin includes at least one spring resisting a compressive force, and when the upper can and the lower can are coupled, a compressive force is applied to the spring.
  • the spring includes a first spring and a second spring arranged to be connected to each other in a longitudinal direction, and an insulator for insulating electricity is disposed between the first spring and the second spring, so that the first spring and the second spring are insulated from each other.
  • An end of the first spring for pressing the positive electrode tab and an end of the second spring for pressing the negative electrode tab are formed with a wedge portion having a pointed shape, the diameter of which decreases toward the end.
  • two wedge portions are arranged side by side at the ends of each of the first and second springs.
  • the lengths and elastic force of the first and second springs are within a range in which at least one of the positive electrode tab and the negative electrode tab can be separated from the upper can or the lower can before the separation of the upper can and the lower can is completed. It is decided That is, when the upper can is raised by a predetermined distance from the initial coupling position with the lower can, the positive electrode tab may be switched from a contact state with the bottom surface of the upper can to a non-contact state.
  • a gasket for insulating electricity is disposed between the periphery of the upper can and the periphery of the lower can.
  • the gasket not only insulates electricity but also prevents leakage of the built-in electrolyte, and contains an adhesive component to adhere the upper can and the lower can.
  • the upper can has a larger diameter than the lower can, and the periphery of the lower can enters the inner side of the periphery of the upper can. It is formed in the shape of a schale.
  • the electrode assembly has a cylindrical shape, and the through hole is formed at a position penetrating the center of the electrode assembly.
  • the negative electrode tab extends from the side of the electrode assembly and is bent to lead to the lower side of the electrode assembly
  • the positive electrode tab is an electrode It extends from the side of the assembly and is bent to lead upward of the electrode assembly, and the point at which the negative electrode tab is connected to the side surface of the electrode assembly and the point where the positive electrode tab is connected to the side surface of the electrode assembly may be disposed opposite to each other.
  • the center pin since the center pin is elastically compressed when the upper can and the lower can are coupled, the center pin adheres the negative electrode tab to the lower can and the positive electrode tab to the upper can. Accordingly, by eliminating the welding process of the negative electrode tab and the positive electrode tab, it is possible to simplify the manufacturing process and reduce the defect rate.
  • the end of the first spring and the end of the second spring are formed with a wedge portion having a pointed shape whose diameter is reduced toward the end, so that the center pin can minimize the contact area between the negative electrode tab and the positive electrode tab. Accordingly, it is possible to prevent leakage current generation and resistance increase.
  • Two wedge portions are disposed at the ends of each of the first and second springs to prevent shaking and bending.
  • the length and elastic force of the first spring and the second spring are within a range in which at least one of the positive electrode tab and the negative electrode tab can be separated from the upper can or the lower can before the separation of the upper can and the lower can is completed. is determined within Accordingly, when swelling occurs, there is a space between the positive electrode tab and the upper can or between the negative electrode tab and the lower can to cut off the current, thereby preventing an explosion or fire due to high heat.
  • the gasket not only insulates electricity but also prevents leakage of the built-in electrolyte, and contains an adhesive component to adhere the upper can and the lower can. That is, the upper can and the lower can are coupled through welding, bonding, crimping, etc., it is possible to provide an additional coupling force in addition to the coupling force acting in the main coupling.
  • FIG. 1 is a view illustrating a state in which a negative electrode tab and a lower can are welded, and then a positive electrode tab and an upper can are welded, and then the lower can and an upper can are combined in a conventional button-type secondary battery assembly process.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional view of a secondary battery according to the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an exploded state of the secondary battery shown in FIG. 2 ;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the state before the upper can is lowered and coupled to the lower can.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state in which contact between a positive electrode tab and an upper can is cut when the upper can moves a specific distance from the lower can due to an increase in internal pressure in a state in which the upper can and the lower can are coupled;
  • the present invention relates to a button-type secondary battery provided for the purpose of solving a decrease in production speed due to individual bonding of a positive electrode tab and a negative electrode tab, an increase in production cost due to an increase in the length of the positive electrode tab, and an increase in thickness due to additional bending of the positive electrode tab,
  • a button-type secondary battery provided for the purpose of solving a decrease in production speed due to individual bonding of a positive electrode tab and a negative electrode tab, an increase in production cost due to an increase in the length of the positive electrode tab, and an increase in thickness due to additional bending of the positive electrode tab
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the secondary battery according to the present invention
  • FIG. 3 is an exploded view of the secondary battery shown in FIG.
  • the secondary battery according to the present invention is characterized in that it includes an electrode assembly 10 , an upper can 30 , a lower can 20 , and a center pin 50 .
  • the electrode assembly 10 has a structure in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked, a positive electrode tab 11 protrudes on one side, a negative electrode tab 12 protrudes on the other side, and a through hole 13 is formed in the center.
  • the electrode assembly 10 has a cylindrical shape in which the diameter is greater than the height, and the through hole 13 is formed at a position penetrating the center of the electrode assembly 10 .
  • the positive electrode tab 11 protrudes to face upward
  • the negative electrode tab 12 on the other side of the electrode assembly 10 protrudes downward so that the electrode assembly 10 is located in the lower can
  • the negative electrode tab 12 and the positive electrode tab 11 are disposed on opposite sides of the electrode assembly 10, but may be disposed closer in some cases (for example, at a point where the two form a right angle with respect to the through hole) may be located separately).
  • the upper can 30 and the lower can 20 each have a flat planar portion 20b, 30b and a structure in which peripheral portions 20a and 30a protrude vertically along the edges of the flat portions 20b and 30b.
  • the upper can 30 and the lower can 20 are formed in a schale shape in which the diameter of the flat parts 20b and 30b is larger than the height of the peripheral parts 20a and 30a, and the upper can 30 ) has a diameter that is approximately as large as the thickness of the lower can 20 so that the lower can 20 can be fitted inside. Accordingly, the peripheral portion 20a of the lower can 20 may enter and be fixed inside the peripheral portion 30a of the upper can 30 .
  • the center pin 50 is inserted into the through hole 13 of the electrode assembly 10 to press the bent positive electrode tab 11 and the negative electrode tab 12 upward and downward, respectively. 4, the center pin 50 is positioned between the positive electrode tab 11 and the negative electrode tab 12, as shown in FIG. In this state, the upper can 30 and the lower can 20 are elastically compressed by the pressure applied when they are combined, and the positive electrode tab 11 and the negative electrode tab 12 are pressed by the elastic restoring force, respectively, so that the upper can ( 30) and the surface of the flat portions 20b and 30b of the lower can 20 are brought into close contact with each other.
  • the bent portion of the negative electrode tab 12 is disposed parallel to the flat portion 20b of the lower can 20
  • the bent portion of the positive electrode tab 11 is the flat portion 30b of the upper can 30 .
  • the center pin 50 configured to apply an elastic restoring force along the longitudinal direction attaches the negative electrode tab 12 and the positive electrode tab 11 to the lower can 20 and the upper can 30, respectively. Since it is pressed so as to be in close contact, the welding process of each of the negative electrode tab 12 and the positive electrode tab 11 is unnecessary in the configuration of the present invention.
  • the center pin 50 is configured such that two springs 51 and 52 are connected to resist the compressive force, and the spring is electrically insulated by an insulator 53 between the springs.
  • the spring includes a first spring 51 and a second spring 52 arranged to be connected to each other in the longitudinal direction, and electricity is applied between the first spring 51 and the second spring 52 .
  • An insulating insulator 53 is disposed so that the first spring 51 and the second spring 52 are insulated from each other.
  • the first spring 51 and the second spring 52 are preferably made of the same material and size so as to have the same elastic restoring force, and the insulator 53 is the first spring 51 and the second spring ( 52) is manufactured to have sufficient rigidity to support the connection point.
  • the positive electrode in order to minimize the contact between the first spring 51 and the positive electrode tab 11 and between the second spring 52 and the negative electrode tab 12 to suppress current leakage and prevent resistance increase, the positive electrode The end of the first spring 51 for pressing the tab 11 and the end of the second spring 52 for pressing the negative electrode tab 12 have a pointed wedge 54 whose diameter decreases toward the end. is formed
  • the wedge portion 54 has mechanical properties enough not to damage the surface when in contact with each of the positive electrode tab 11 and the negative electrode tab 12, and is formed with the first spring 51 and the first spring 51 so that the pressure can be dispersed.
  • Two springs 52 have a structure in which two are arranged side by side at each end (however, the wedge 54 may be arranged more than two, and not only a wedge shape, but also other shapes such as an edge type may have).
  • the first spring 51 and the second spring 52 can suppress the interruption of current before heat generation or explosion occurs. It has a structure in which the length and length of the positive electrode tab 11 and the negative electrode tab 12 are limited.
  • the positive electrode tab 11 and the lower can 20 are moved by a certain distance. Referring to FIG. 5 showing that the contact of the upper can 30 is cut off, heat is generated due to abnormal operation of the secondary battery, and the internal electrolyte is vaporized by the heat and the internal pressure is increased. and the lower can 20 move in the vertical direction to be separated from each other.
  • the secondary battery of the present invention is shown in FIG.
  • the positive electrode tab 11 and the upper can 30 are spaced apart by 't' to cut off the current. Since the electric current is cut off before the upper can 30 and the lower can 20 are completely separated, heat generation is reduced and the internal pressure rise is stopped, so that the explosion of the secondary battery can be suppressed.
  • the size of 't' may be determined at the design stage, and the length and elastic force of the first spring 51 and the second spring 52 are set according to the size of the 't' and the positive electrode tab 11 and the length of the negative electrode tab 12 may be determined.
  • the length and elastic force of the first spring 51 and the second spring 52 are determined by the positive electrode tab 11 or the Any one or more of the negative electrode tabs 12 is determined within a range that can be separated from the upper can 30 or the lower can 20 .
  • the upper can 30 and the lower can 20 when the upper can 30 and the lower can 20 are coupled, electricity is applied between the peripheral portion 30a of the upper can 30 and the peripheral portion 20a of the lower can 20 .
  • An insulating gasket 40 is disposed.
  • the gasket 40 may be configured to not only insulate electricity but also prevent leakage of a built-in electrolyte, and contain an adhesive component to bond the upper can 30 and the lower can 20 .
  • the upper can 30 and the lower can 20 are mainly coupled through welding or crimping, which is a conventional coupling method, but an adhesive component is attached to the gasket 40 to provide additional bonding strength in addition to the main coupling. This can be added.
  • the center pin 50 since the center pin 50 is elastically compressed when the upper can 30 and the lower can 20 are coupled, the center pin 50 holds the negative electrode tab 12 .
  • the lower can 20 is in close contact, and the positive electrode tab 11 is in close contact with the upper can 30 . Accordingly, the welding process of each of the negative electrode tab 12 and the positive electrode tab 11 is omitted, thereby simplifying the manufacturing process and reducing the defect rate.
  • the end of the first spring 51 and the end of the second spring 52 are formed with a wedge portion 54 having a pointed shape whose diameter is reduced toward the end, and the center pin 50 is a negative electrode tab (12). and a contact area with the positive electrode tab 11 may be minimized. Accordingly, it is possible to prevent leakage current generation and resistance increase.
  • Two wedge portions 54 are disposed at each end of the first spring 51 and the second spring 52, so that shaking and bending can be prevented.
  • the length and elastic force of the first spring 51 and the second spring 52 are determined by the positive electrode tab 11 or the negative electrode tab ( Any one or more of 12) is determined within a range that can be separated from the upper can 30 or the lower can 20 . Accordingly, when swelling occurs, there is a space between the positive electrode tab 11 and the upper can 30 or between the negative electrode tab 12 and the lower can 20 to cut off the current, thereby preventing explosion, fire, etc. due to high heat. can
  • the gasket 40 may be configured to not only insulate electricity but also prevent leakage of a built-in electrolyte, and contain an adhesive component to adhere the upper can and the lower can. That is, the upper can 30 and the lower can 20 are coupled through welding, bonding, crimping, etc., it is possible to provide an additional coupling force in addition to the coupling force acting in the main coupling.

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Abstract

본 발명은, 양극, 분리막, 음극이 적층되고 일측으로는 양극탭이 돌출되며 타측으로 음극탭이 돌출되고 관통홀이 형성된 전극조립체; 평평한 평면부와 상기 평면부의 테두리를 따라 수직방향으로 둘레부가 돌출된 상부캔; 평평한 평면부와 상기 평면부의 테두리를 따라 수직방향으로 둘레부가 돌출되고, 상기 둘레부가 상기 상부캔의 둘레부와 평행하도록 끼워지는 하부캔; 및 상기 관통홀에 삽입되면 길이방향을 따라 탄성력을 가하는 센터핀;을 포함하고, 상기 음극탭은 하부캔의 평면부에 평행하게 배치되고 상기 양극탭은 상부캔의 평면부에 평행하게 배치된 상태에서, 상기 상부캔과 하부캔이 결합되면, 상기 센터핀은 상기 음극탭을 상기 하부캔에 밀착시키고 상기 양극탭을 상부캔에 밀착시키도록 탄성력을 가하는 것을 특징으로 한다. 위와 같은 구성을 갖는 본 발명의 이차전지는 양극탭과 음극탭의 용접공정을 삭제할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

이차전지
본 출원은 2020년 04월 06일자 한국특허출원 제 10-2020-0041760호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차전지에 관한 것으로써 더욱 상세하게는 버튼형 이차전지로써, 양극탭과 음극탭을 상부캔 및 하부캔 각각에 용접시키는 공정을 삭제하여 생산원가를 감소시키고 까다로운 용접공정에 의한 불량율을 낮출 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로 코인형 전지, 단추형 전지 등으로도 통용되는 버튼형 전지는 얇은 단추 또는 버튼 형상을 가지며, 리모컨, 시계, 장남감, 컴퓨터부품 등 여러 기기에서 널리 사용되고 있다.
이러한, 버튼형 전지는 주로 재충전이 불가능한 일차전지로 제조되었었으나, 최근 소형화기기의 개발에 맞춰 충방전이 가능한 이차전지로도 널리 제조되고 있다. 그리고, 단추형 이차전지 또한 원통형 또는 파우치형 이차전지와 같이 케이스 내에 전극조립체와 전해질이 내장되어 반복적인 충방전이 가능한 구조를 갖는다.
도 1 은 종래의 버튼형 이차전지 조립공정에서 음극탭과 하부캔의 용접이 이뤄진 후 양극탭과 상부캔의 용접이 이뤄진 다음에 상기 하부캔과 상부캔의 결합이 이뤄지는 모습이 도시된 단면도이다.
도시된 바와 같이, 버튼형 이차전지는 상부캔(30)과 하부캔(20)이 결합되는 구조를 갖되, 상기 상부캔(30)과 하부캔(20)은 납작한 원통형상을 갖고, 상기 상부캔(30)은 하부캔(20) 보다 약간 더 큰 직경을 갖도록 구성된다.
상기 하부캔(20)에는 양극, 분리막, 음극이 적층된 전극조립체(10) 및 전해액이 탑재된다. 이때, 상기 전극조립체(10)는 음극에서 돌출된 음극탭(12)이 측면에서부터 연장되어 아랫쪽으로 돌출되고 양극에서 돌출된 양극탭(11)이 측면에서부터 연장되어 윗쪽으로 돌출되도록 구성된다.
그리고, 음극탭(12)의 연장된 부분이 전극조립체(10)의 바닥면에 접하도록 절곡된 상태에서 상기 전극조립체(10)가 하부캔(20)에 안착되면, 상기 전극조립체(10)의 중앙에 형성된 홀(hole)(13)로 윗쪽용접건(A)이 진입하고 아랫쪽용접건(B)을 통해 전류를 인가함으로써 상기 음극탭(12)이 하부캔(20)에 저항용접 방식으로 접합되었다.
반면에 양극탭(11)은 완전히 절곡되기 전에 상부캔(30)의 평면부의 하면에 용접이 진행된다. 그리고, 상기 상부캔(30)과 하부캔(20)이 결합될 때, 상기 양극탭(11)은 음극탭(12) 보다 한번 더 절곡이 이뤄지게 된다(도 1 의 아랫쪽 그림에서 양극탭이 두 번 절곡된 구조 참조).
그리고, 이러한 종래의 양극탭(11)과 음극탭(12)의 접합방식은 양극탭(11)과 음극탭(12) 각각의 용접 접합이 이뤄져서 생산속도를 저하시키는 문제가 있었으며, 상기 양극탭(11)은 용접을 위해 충분히 긴 길이를 가져야하므로, 생산원가가 상승하고 추가 절곡이 이뤄져서 이차전지의 두께를 증가시키는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래 구조의 문제점(양극탭, 음극탭의 개별 접합에 따른 생산속도 저하, 양극탭 길이 증가에 따른 생산원가 상승, 양극탭의 추가 절곡에 따른 두께 증가)을 해소할 수 있는 이차전지를 제공하는 것에 주목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양극, 분리막, 음극이 적층되고 일측으로는 양극탭이 돌출되며 타측으로 음극탭이 돌출되고 관통홀이 형성된 전극조립체; 평평한 평면부와 상기 평면부의 테두리를 따라 수직방향으로 둘레부가 돌출된 상부캔; 평평한 평면부와 상기 평면부의 테두리를 따라 수직방향으로 둘레부가 돌출되고, 상기 둘레부가 상기 상부캔의 둘레부와 평행하도록 끼워지는 하부캔; 및 상기 관통홀에 삽입되면 길이방향을 따라 탄성력을 가하는 센터핀;을 포함하고, 상기 음극탭은 하부캔의 평면부에 평행하게 배치되고 상기 양극탭은 상부캔의 평면부에 평행하게 배치된 상태에서, 상기 상부캔과 하부캔이 결합되면, 상기 센터핀은 상기 음극탭을 상기 하부캔에 밀착시키고 상기 양극탭을 상부캔에 밀착시키도록 탄성력을 가하는 것을 특징으로 한다.
상기 센터핀은 압축하는 힘에 저항하는 스프링을 하나 이상 포함하고, 상기 상부캔과 하부캔이 결합될 때, 상기 스프링에 압축하는 힘이 가해진다.
상기 스프링은, 길이방향을 따라 서로 이어지도록 배치된 제1스프링과 제2스프링을 포함하고, 상기 제1스프링과 제2스프링 사이에는 전기를 절연하는 절연체가 배치되어 상기 제1스프링과 제2스프링는 서로 절연된다.
상기 양극탭을 가압하는 제1스프링의 끝단과 음극탭을 가압하는 제2스프링의 끝단은 끝으로 향해 갈수록 직경이 축소되는 뾰족한 형상의 쐐기부가 형성된다. 그리고, 상기 제1스프링과 제2스프링 각각의 끝단에는 두 개의 쐐기부가 나란하게 배치된다.
상기 제1스프링과 제2스프링의 길이와 탄성력은, 상기 상부캔과 하부캔의 분리가 완료되기 전에 상기 양극탭 또는 음극탭 중 어느 하나 이상이 상부캔 또는 하부캔에서 이탈될 수 있는 범위 내에서 정해진다. 즉, 상기 하부캔과의 최초의 결합위치에서부터 소정의 거리만큼 상기 상부캔이 상승됐을 때, 상기 양극탭은 상부캔의 바닥면과 접촉 상태에서 비접촉 상태로 전환될 수 있다.
상기 상부캔과 하부캔이 결합될 때, 상기 상부캔의 둘레부와 하부캔의 둘레부 사이에는 전기를 절연하는 가스켓이 배치된다. 상기 가스켓은 전기를 절연할 뿐만 아니라 내장된 전해액의 누액을 방지하고, 접착성분이 함유되어 상부캔과 하부캔을 접착시키도록 구성될 수 있다.
본 발명에서는 상기 상부캔은 하부캔 보다 더 큰 직경을 가지며, 상기 상부캔의 둘레부의 내측으로 하부캔의 둘레부가 진입하며, 상기 상부캔과 하부캔은 평면부의 직경이 둘레부의 높이 보다 더 크게 형성된 샤알레(schale) 모양으로 형성된다.
그리고, 상기 전극조립체는 원통형 모양을 가지며, 상기 관통홀은 전극조립체의 중심을 관통하는 위치에 형성된다. 아울러, 상기 전극조립체가 하부캔에 삽입된 상태에서 상부캔이 하부캔에 결합됐을 때, 상기 음극탭은 전극조립체의 측면에서 확장되어 상기 전극조립체의 아랫쪽으로 이어지도록 절곡되고, 상기 양극탭은 전극조립체의 측면에서 확장되어 상기 전극조립체의 윗쪽으로 이어지도록 절곡되며, 상기 전극조립체의 측면에 음극탭이 연결되는 지점과 상기 전극조립체의 측면에 양극탭이 연결되는 지점은 서로 반대쪽으로 배치될 수 있다.
전술한 바와 같은 기술적 특징을 갖는 본 발명은 상부캔과 하부캔의 결합될 때 센터핀의 탄성압축이 이뤄지므로 상기 센터핀이 음극탭을 하부캔에 밀착시키고 양극탭을 상부캔에 밀착시킨다. 이에 따라, 음극탭과 양극탭의 용접 공정을 삭제하여 제조공정을 단순화하고 불량률을 낮출 수 있는 효과를 갖는다.
제1스프링의 끝단과 제2스프링의 끝단은 끝으로 향해 갈수록 직경이 축소되는 뾰족한 형상의 쐐기부가 형성되어, 센터핀은 음극탭 및 양극탭과의 접촉면적을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 누설전류 발생 및 저항 증가를 차단할 수 있다.
상기 쐐기부는 제1스프링과 제2스프링 각각의 끝단에는 두 개씩 배치되어 흔들림 및 꺾임 등이 방지될 수 있다.
아울러, 상기 제1스프링과 제2스프링의 길이와 탄성력은, 상기 상부캔과 하부캔의 분리가 완료되기 전에 상기 양극탭 또는 음극탭 중 어느 하나 이상이 상부캔 또는 하부캔에서 이탈될 수 있는 범위 내에서 정해진다. 이에 따라, 스웰링이 발생하면 양극탭과 상부캔 사이 또는 음극탭과 하부캔 사이가 이격되어 전류가 차단되므로 고열에 의한 폭발, 화재 등을 방지할 수 있다.
상기 가스켓은 전기를 절연할 뿐만 아니라 내장된 전해액의 누액을 방지하고, 접착성분이 함유되어 상부캔과 하부캔을 접착시키도록 구성될 수 있다. 즉, 상부캔과 하부캔은 용접, 본딩, 크림핑(crimping) 등으로 통해 결합되되, 상기 주결합에서 작용하는 결합력에 부가적으로 추가적인 결합력을 제공할 수 있다.
도 1 은 종래의 버튼형 이차전지 조립공정에서 음극탭과 하부캔의 용접이 이뤄진 후 양극탭과 상부캔의 용접이 이뤄진 다음에 상기 하부캔과 상부캔의 결합이 이뤄지는 모습이 도시된 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 이차전지의 단면모습이 도시된 단면도.
도 3 은 도 2 에 도시된 이차전지가 분해된 모습이 도시된 단면도.
도 4 는 상부캔이 하강하여 하부캔에 결합되기 전의 모습이 도시된 단면도.
도 5 는 상부캔과 하부캔이 결합된 상태에서 내부에 압력이 증가하여 상기 상부캔이 하부캔에서 특정거리만큼 이동했을 때, 양극탭과 상부캔의 접촉이 단절되는 모습이 나타난 단면도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
본 발명은 양극탭, 음극탭의 개별 접합에 따른 생산속도 저하, 양극탭 길이 증가에 따른 생산원가 상승, 양극탭의 추가 절곡에 따른 두께 증가를 해소할 목적으로 제공된 버튼형 이차전지에 관한 것으로써, 이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 이차전지의 단면모습이 도시되었고 도 3 은 도 2 에 도시된 이차전지가 분해된 모습이 도시되었다. 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체(10), 상부캔(30), 하부캔(20) 및 센터핀(50)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 전극조립체(10)는 양극, 분리막, 음극이 적층되고 일측으로는 양극탭(11)이 돌출되며 타측으로 음극탭(12)이 돌출되고 중앙에 관통홀(13)이 형성된 구조를 갖는다. 더 상세히는 상기 전극조립체(10)는 직경이 높이 보다 더 크게 형성되는 원통형 모양을 가지며, 상기 관통홀(13)은 전극조립체(10)의 중심을 관통하는 위치에 형성된다.
그리고, 상기 전극조립체(10)의 측면 일측에는 양극탭(11)이 윗쪽을 향하도록 돌출되고 측면 타측에는 음극탭(12)이 아랫쪽을 향하도록 돌출되되, 상기 전극조립체(10)가 하부캔(20)에 삽입된 상태에서 상부캔(30)이 하부캔(20)에 결합됐을 때, 상기 음극탭(12)은 전극조립체(10)의 아랫쪽으로 이어지도록 절곡되고, 상기 양극탭(11)은 전극조립체(10)의 윗쪽으로 이어지도록 절곡된다.
아울러, 상기 음극탭(12)과 양극탭(11)은 전극조립체(10)에서 서로 반대측에 배치되되 경우에 따라서는 더 가깝게 배치될 수도 있다(가령, 관통홀을 기준으로 둘이 직각을 이루는 지점에서 각각 위치될 수도 있다).
그리고, 상부캔(30)과 하부캔(20) 각각은 평평한 평면부(20b, 30b)와 상기 평면부(20b, 30b)의 테두리를 따라 수직방향으로 둘레부(20a, 30a)가 돌출된 구조를 갖는다.
상기 상부캔(30)과 하부캔(20)은 평면부(20b, 30b)의 직경이 둘레부(20a, 30a)의 높이 보다 더 크게 형성된 샤알레(schale) 모양으로 형성되되, 상부캔(30)은 하부캔(20)이 내측으로 끼워질 수 있도록 대략 하부캔(20)의 두께 만큼 더 큰 직경을 갖는다. 따라서, 상기 상부캔(30)의 둘레부(30a)의 내측으로 하부캔(20)의 둘레부(20a)가 진입하여 고정될 수 있다.
그리고, 상기 센터핀(50)은 전극조립체(10)의 관통홀(13)에 삽입되어 절곡된 양극탭(11)과 음극탭(12) 각각을 윗쪽과 아랫쪽으로 가압한다. 상부캔(30)이 하강하여 하부캔(20)에 결합되기 전의 모습이 도시된 도 4 에 나타난 바와 같이, 상기 센터핀(50)은 양극탭(11)과 음극탭(12) 사이에 위치된 상태에서 상기 상부캔(30)과 하부캔(20)이 결합될 때 가해지는 압력에 의해 탄성압축되고, 탄성복원력에 의해 상기 양극탭(11)과 음극탭(12)을 각각 가압하여 상부캔(30)과 하부캔(20)의 평면부(20b, 30b) 표면에 밀착시킨다.
즉, 상기 음극탭(12)의 절곡된 부분이 하부캔(20)의 평면부(20b)에 평행하게 배치되고 상기 양극탭(11)의 절곡된 부분이 상부캔(30)의 평면부(30b)에 평행하게 배치된 상태에서, 길이방향을 따라 탄성복원력을 가하도록 구성된 센터핀(50)이 음극탭(12)과 양극탭(11) 각각을 하부캔(20)과 상부캔(30)에 밀착되도록 가압하므로, 본 발명의 구성에서는 상기 음극탭(12)과 양극탭(11) 각각의 용접공정이 불필요하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 상기 센터핀(50)은 압축되는 힘에 저항하는 두 개의 스프링(51, 52)이 연결되어 구성되되, 상기 스프링 사이는 절연체(53)에 의해 전기가 절연되도록 구성된다.
즉, 상기 스프링은, 길이방향을 따라 서로 이어지도록 배치된 제1스프링(51)과 제2스프링(52)을 포함하고, 상기 제1스프링(51)과 제2스프링(52) 사이에는 전기를 절연하는 절연체(53)가 배치되어 상기 제1스프링(51)과 제2스프링(52)는 서로 절연되도록 구성된다. 이때, 상기 제1스프링(51)과 제2스프링(52)은 동일한 탄성복원력을 갖도록 동일한 재질과 크기로 제조되는 것이 바람직하며, 상기 절연체(53)는 제1스프링(51)과 제2스프링(52)의 연결지점을 충분히 지지할 수 있는 강성을 갖도록 제조된다.
아울러, 본 발명에서는 제1스프링(51)과 양극탭(11) 사이 및 제2스프링(52)과 음극탭(12) 사이의 접촉을 최소화하여 전류 누설을 억제하고 저항증가를 방지하기 위하여 상기 양극탭(11)을 가압하는 제1스프링(51)의 끝단과 음극탭(12)을 가압하는 제2스프링(52)의 끝단은 끝으로 향해 갈수록 직경이 축소되는 뾰족한 형상의 쐐기부(54)가 형성된다.
상기 쐐기부(54)는 양극탭(11)과 음극탭(12) 각각에 접촉했을 때 표면을 손상시키지 않을 정도의 기계적 물성을 가지며, 압력이 분산될 수 있도록 상기 제1스프링(51)과 제2스프링(52) 각각의 끝단에는 두 개가 나란하게 배치되는 구조를 갖는다(다만, 상기 쐐기부(54)는 두 개 보다 더 많이 배치될 수도 있고 쐐기형 뿐만아니라, 에지(edge) 형 등 다른 모양을 가질 수도 있다).
아울러, 본 발명은 과충전 등에 의해 내부 온도가 상승하여 전해액의 기화가 발생하는 경우, 발열 또는 폭발이 발생하기 전에 전류의 차단을 억제할 수 있도록 상기 제1스프링(51)과 제2스프링(52)의 길이 및 양극탭(11)과 음극탭(12)의 길이가 제한되는 구조를 갖는다.
즉, 상부캔(30)과 하부캔(20)이 결합된 상태에서 내부에 압력이 증가하여 상기 상부캔(30)이 하부캔(20)에서 특정거리만큼 이동했을 때, 양극탭(11)과 상부캔(30)의 접촉이 단절되는 모습이 나타난 도 5 를 참조하면, 이차전지의 이상 작동에 의해 발열이 발생하고 상기 발열에 의해 내부 전해액의 기화되어 내부 압력이 증가하게 되면 상부캔(30)과 하부캔(20)은 서로 분리되는 상하방향으로 이동하게 된다.
상기 상부캔(30)과 하부캔(20)이 완전히 분리되기 전에, 상기 상부캔(30)과 하부캔(20)이 미리정해진 거리만큼 이동하게 되면, 본 발명의 이차전지는 도 5 에 도시된 바와 같이 양극탭(11)과 상부캔(30) 사이는 't' 만큼 이격되어 전류가 차단된다. 상기 상부캔(30)과 하부캔(20)이 완전히 분리되기 전에 전류가 차단되므로, 발열이 감소하고 내부 압력 상승은 멈추게 되므로 이차전지의 폭발은 억제될 수 있다. 이때, 't' 의 크기는 설계단계에서 정해질 수 있고, 상기 't' 의 크기에 맞춰 상기 제1스프링(51)과 제2스프링(52)의 길이와 탄성력의 셋팅 및 양극탭(11)과 음극탭(12)의 길이가 정해질 수 있다.
즉, 본 발명에서 상기 제1스프링(51)과 제2스프링(52)의 길이와 탄성력은, 상기 상부캔(30)과 하부캔(20)의 분리가 완료되기 전에 상기 양극탭(11) 또는 음극탭(12) 중 어느 하나 이상이 상부캔(30) 또는 하부캔(20)에서 이탈될 수 있는 범위 내에서 정해진다.
또한, 본 발명에서는 상기 상부캔(30)과 하부캔(20)이 결합될 때, 상기 상부캔(30)의 둘레부(30a)와 하부캔(20)의 둘레부(20a) 사이에는 전기를 절연하는 가스켓(40)이 배치된다. 상기 가스켓(40)은 전기를 절연할 뿐만 아니라 내장된 전해액의 누액을 방지하고, 접착성분이 함유되어 상부캔(30)과 하부캔(20)을 접착시키도록 구성될 수 있다.
가령, 상기 상부캔(30)과 하부캔(20)은 종래의 결합방식인 용접 또는 크림핑 등을 통해 주결합이 이뤄지되, 주결합 외에 추가적인 결합력을 제공하기 위하여 상기 가스켓(40)에 접착성분이 추가될 수 있다.
전술한 바와 같은 기술적 특징을 갖는 본 발명은 상부캔(30)과 하부캔(20)의 결합될 때 센터핀(50)의 탄성압축이 이뤄지므로 상기 센터핀(50)이 음극탭(12)을 하부캔(20)에 밀착시키고 양극탭(11)을 상부캔(30)에 밀착시킨다. 이에 따라, 음극탭(12)과 양극탭(11) 각각의 용접 공정을 삭제하여 제조공정을 단순화하고 불량률을 낮출 수 있는 효과를 갖는다.
제1스프링(51)의 끝단과 제2스프링(52)의 끝단은 끝으로 향해 갈수록 직경이 축소되는 뾰족한 형상의 쐐기부(54)가 형성되어, 상기 센터핀(50)은 음극탭(12) 및 양극탭(11)과의 접촉면적을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 누설전류 발생 및 저항 증가를 차단할 수 있다.
상기 쐐기부(54)는 제1스프링(51)과 제2스프링(52) 각각의 끝단에는 두 개씩 배치되어 흔들림 및 꺾임 등이 방지될 수 있다.
아울러, 상기 제1스프링(51)과 제2스프링(52)의 길이와 탄성력은, 상기 상부캔(30)과 하부캔(20)의 분리가 완료되기 전에 상기 양극탭(11) 또는 음극탭(12) 중 어느 하나 이상이 상부캔(30) 또는 하부캔(20)에서 이탈될 수 있는 범위 내에서 정해진다. 이에 따라, 스웰링이 발생하면 양극탭(11)과 상부캔(30) 사이 또는 음극탭(12)과 하부캔(20) 사이가 이격되어 전류가 차단되므로 고열에 의한 폭발, 화재 등을 방지할 수 있다.
상기 가스켓(40)은 전기를 절연할 뿐만 아니라 내장된 전해액의 누액을 방지하고, 접착성분이 함유되어 상부캔과 하부캔을 접착시키도록 구성될 수 있다. 즉, 상부캔(30)과 하부캔(20)은 용접, 본딩, 크림핑(crimping) 등으로 통해 결합되되, 상기 주결합에서 작용하는 결합력에 부가적으로 추가적인 결합력을 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
[부호의 설명]
10 : 전극조립체
11 : 양극탭
12 : 음극탭
20 : 하부캔
30 : 상부캔
50 : 센터핀

Claims (12)

  1. 양극, 분리막, 음극이 적층되고 일측으로는 양극탭이 돌출되며 타측으로 음극탭이 돌출되고 관통홀이 형성된 전극조립체;
    평평한 평면부와 상기 평면부의 테두리를 따라 수직방향으로 둘레부가 돌출된 상부캔;
    평평한 평면부와 상기 평면부의 테두리를 따라 수직방향으로 둘레부가 돌출되고, 상기 둘레부가 상기 상부캔의 둘레부와 평행하도록 끼워지는 하부캔; 및
    상기 관통홀에 삽입되면 길이방향을 따라 탄성력을 가하는 센터핀;을 포함하고,
    상기 음극탭은 하부캔의 평면부에 평행하게 배치되고 상기 양극탭은 상부캔의 평면부에 평행하게 배치된 상태에서, 상기 상부캔과 하부캔이 결합되면, 상기 센터핀은 상기 음극탭을 상기 하부캔에 밀착시키고 상기 양극탭을 상부캔에 밀착시키도록 탄성력을 가하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센터핀은 압축하는 힘에 저항하는 스프링을 하나 이상 포함하고, 상기 상부캔과 하부캔이 결합될 때, 상기 스프링에 압축하는 힘이 가해지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스프링은, 길이방향을 따라 서로 이어지도록 배치된 제1스프링과 제2스프링을 포함하고, 상기 제1스프링과 제2스프링 사이에는 전기를 절연하는 절연체가 배치되어 상기 제1스프링과 제2스프링는 서로 절연된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 양극탭을 가압하는 제1스프링의 끝단과 음극탭을 가압하는 제2스프링의 끝단은 끝으로 향해 갈수록 직경이 축소되는 뾰족한 형상의 쐐기부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1스프링과 제2스프링 각각의 끝단에는 두 개의 쐐기부가 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1스프링과 제2스프링의 길이와 탄성력은, 상기 상부캔과 하부캔의 분리가 완료되기 전에 상기 양극탭 또는 음극탭 중 어느 하나 이상이 상부캔 또는 하부캔에서 이탈될 수 있는 범위 내에서 정해진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부캔과의 최초의 결합위치에서부터 소정의 거리만큼 상기 상부캔이 상승됐을 때, 상기 양극탭은 상부캔의 바닥면과 접촉 상태에서 비접촉 상태로 전환되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부캔과 하부캔이 결합될 때, 상기 상부캔의 둘레부와 하부캔의 둘레부 사이에는 전기를 절연하는 가스켓이 배치된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부캔은 하부캔 보다 더 큰 직경을 가지며, 상기 상부캔의 둘레부의 내측으로 하부캔의 둘레부가 진입하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부캔과 하부캔은 평면부의 직경이 둘레부의 높이 보다 더 크게 형성된 샤알레(schale) 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극조립체는 원통형 모양을 가지며, 상기 관통홀은 전극조립체의 중심을 관통하는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극조립체가 하부캔에 삽입된 상태에서 상부캔이 하부캔에 결합됐을 때,
    상기 음극탭은 전극조립체의 측면에서 확장되어 상기 전극조립체의 아랫쪽으로 이어지도록 절곡되고,
    상기 양극탭은 전극조립체의 측면에서 확장되어 상기 전극조립체의 윗쪽으로 이어지도록 절곡되며,
    상기 전극조립체의 측면에 음극탭이 연결되는 지점과 상기 전극조립체의 측면에 양극탭이 연결되는 지점은 서로 반대쪽인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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