KR100614387B1 - 밀봉홀더를 구비한 캔형 이차전지 - Google Patents
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Abstract
밀봉홀더를 구비한 캔형 이차전지가 개시된다.
본 발명의 이차전지는 양극, 세퍼레이터, 음극 순으로 적층 또는 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되며, 단자통공과 전해액주입공이 형성된 캡플레이트와, 상기 단자통공을 통하여 설치되고 그 외면에 상기 캡플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 위치하는 전극단자와, 상기 전해액주입공의 입구측에 형성되어 상기 전해액주입공을 밀폐시키면서 상기 캡플레이트의 외면방향으로 돌출되어 있는 구조를 갖는 밀봉홀더를 구비하는 캡조립체;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 전해액주입공의 밀봉부와 홀더를 일체화하여 한 개의 부품인 밀봉홀더로 대체함으로써 캡플레이트 상의 공간상 여유를 확보할 수 있고 제조원가를 절감할 수 있다. 또한, 밀봉홀더가 전도성 금속재인 경우에는 외부 전기단자와의 접속을 위한 리드로서의 역할도 수행하여 제조공정을 단순화시키고 제조원가를 더욱 절감할 수도 있다.
이차전지, 밀봉홀더
Description
도 1 은 종래의 이차전지의 일 예로 마개와 홀더(holder)가 별도로 존재하는 각형 리튬이온전지를 나타내는 분리 사시도,
도 2 는 도 1 의 각형 리튬이온전지의 캡조립체를 나타내는 단면도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지를 나타내는 분리 사시도,
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예로서 밀봉홀더의 밀봉부가 평판형인 것을 나타내는 도 3 의 각형 이차전지의 캡조립체의 확대 단면도,
도 5 는 도 4 의 각형 이차전지의 캡조립체의 확대 평면도,
도 6 는 본 발명의 제 2 실시예로서 밀봉홀더의 밀봉부가 핀형인 것을 나타내는 도 3 의 각형 이차전지의 캡조립체의 확대 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 이차전지 11: 캔
12: 전극조립체 13: 양극
14: 세퍼레이터 15: 음극
16: 양극탭 17: 음극탭
18: 절연 테이프 100: 캡조립체
110: 캡플레이트 111: 단자통공
112: 전해액주입공 120: 가스켓
130: 전극단자 140: 절연플레이트
150: 단자플레이트 160: 마개
162: 용접부 170: 밀봉홀더
171: 홀더부 172: 밀봉부
173: 본체부 174: 기부
175: 걸림턱부 181: 돌출부
182: 홀더 190: 절연케이스
191: 탭통공 192: 전해액통과공
200: 밀봉재 360: 양극접속단자
370: 음극접속단자 410: 리드플레이트
420: 브레이커
본 발명은 캔형 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캔형 이차전지에서 전해액주입공을 밀폐시킴과 동시에 전지팩의 비틀림 특성을 향상시키는 구조에 관한 것이다.
통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
도 1 은 종래의 이차전지의 일 예로 마개와 홀더(holder)가 별도로 존재하는 각형 리튬이온전지를 나타내는 분리 사시도이고, 도 2 는 도 1 의 각형 리튬이온전지의 캡조립체를 나타내는 단면도이다.
도면을 참조하면, 상기 이차전지(10)는 캔(11)과, 상기 캔(11) 내부에 수용되는 전극조립체(12)와, 상기 캔(11)에 결합되는 캡조립체(100)를 포함한다.
상기 전극조립체(12)는 양극(13), 세퍼레이터(14), 음극(15) 순으로 권취되어 있으며, 상기 양극(13) 및 음극(15)으로부터 양극 및 음극탭(16, 17)이 각각 인출되어 있다.
상기 캡조립체(100)는 상기 캔(11)의 상부에 결합되는 캡플레이트(110)와, 상기 캡플레이트(110)에 가스켓(120)을 위치시켜 절연되는 전극단자(130)와, 상기 캡플레이트(110)의 아랫면에 설치되는 절연플레이트(140)와, 상기 절연플레이트 (140)의 아랫면에 설치되어 상기 전극단자(130)와 통전되는 단자플레이트(150)를 포함한다. 상기 양극탭(16)은 상기 캡플레이트(110)와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 음극탭(17)은 상기 단자플레이트(150)를 통하여 전극단자(130)과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 캡플레이트(110)에는 캔(11) 내부로 전해액이 주입되는 통로를 제공하는 전해액주입공(112)이 형성되어 있고, 이 전해액주입공(112)에는 마개(160)가 밀폐가능하도록 결합되어 있으며, 또한 캡플레이트(110)에는 비틀림이나 구부림 같은 외력에 의한 성형수지부(미도시) 변형에 대한 저항강도를 높이기 위한 홀더(182)가 제공되어 있다. 상기 홀더(182)는 캡플레이트(110)에 형성되어 있는 돌출부(181)에 끼워지거나 용접되는 형태로 결합될 수 있으며, 이 돌출부(181)는 캡플레이트(110)와 일체로 성형되는 것이 바람직하다.
그 다음, 별도로 형성되는 브레이커(420), 전지의 과충·방전을 방지하기 위한 보호회로가 장착된 보호회로기판(미도시) 기타 전지 부속이 리드플레이트(410)가 용접된 상태의 이차전지(10)에 연결된다. 이때, 리드플레이트(410)는 양극으로서, 보호회로기판(미도시)의 양극접속단자(360)과 연결되고, 전극단자(130)나 전극단자(130)에 연결되는 브레이커(420)의 다른 단부는 음극으로 작용하여 보호회로기판(미도시)의 음극접속단자(370)와 연결된다. 전극구조와 극성은 실시예에 따라 달라질 수 있다.
보호회로기판(미도시) 및 전지 부속의 종류와 형태에 따라 이들이 결합된 전지는 별도의 외장체(미도시)에 수납될 수 있고, 혹은 저온 성형수지를 이용하여 보 호회로기판(미도시)과 캡플레이트(110) 사이의 공간을 핫 멜트(hot melt) 방식으로 채우거나 전반적인 수지 피복을 입혀 전지팩으로 성형하게 된다.
그런데, 종래의 캡조립체(100)의 구조는 다음과 같은 문제점이 있다.
전해액주입공(112)을 밀폐시키는 마개(160)와, 비틀림이나 구부림 같은 외력에 의한 성형수지부(미도시) 변형에 대한 저항강도를 높이기 위한 홀더(182)가 별개로 존재하므로, 상기 두 부품을 제조하여 캡플레이트(110)에 각각 결합하기 위한 별도의 공정을 필요로 하고, 이에 따라 비용이 증가하게 된다.
또한, 캡플레이트(110) 상에 홀더(182) 외에 마개(160)가 장착될 공간이 필요로 하므로, 홀더(182)가 캡플레이트(110) 상에 결합될 공간이 제한되고, 이에 따라 전지팩의 비틀림 특성을 향상시키고자 하는 역할을 충분히 수행할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전해액주입공의 밀봉부와 홀더를 일체화하여 한 개의 부품으로 대체함으로써 캡플레이트 상의 공간상 여유를 확보할 수 있고 제조원가를 절감할 수 있는 캔형 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 캔형 이차전지는,
양극, 세퍼레이터, 음극 순으로 적층 또는 적층되어 권취된 전극조립체;
상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및
상기 캔의 개방된 상부와 결합되며, 단자통공과 전해액주입공이 형성된 캡플레이트와, 상기 단자통공을 통하여 설치되고 그 외면에 상기 캡플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 위치하는 전극단자와, 상기 전해액주입공의 입구측에 형성되어 상기 전해액주입공을 밀폐시키면서 상기 캡플레이트의 외면방향으로 돌출되어 있는 구조를 갖는 밀봉홀더를 구비하는 캡조립체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 밀봉홀더의 밀봉부는, 상기 캡플레이트의 윗면과 면접촉 가능한 평판형일 수도 있다.
또는, 상기 밀봉홀더의 밀봉부는, 상기 전해액주입공의 입구측에서 상기 캡플레이트의 두께방향으로 갈수록 전해액주입공의 크기가 작아지도록 형성된 다단의 전해액주입공에 삽입되며, 상기 전해액주입공이 형성된 캡플레이트의 입구로부터 안착되는 걸림턱부까지 상응하는 두께를 가지며 끼움되는 본체부와, 상기 본체부로부터 하방으로 연장되는 기부를 포함하는 핀형일 수도 있다.
또한, 상기 밀봉홀더의 밀봉부 또는 밀봉부의 본체부 각각의 횡단면(상기 캡플레이트와 평행한 단면)의 폐루프가 상기 밀봉홀더의 홀더부의 횡단면(상기 캡플레이트와 평행한 단면)의 폐루프를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 밀봉홀더의 홀더부의 횡단면(상기 캡플레이트와 평행한 단면)의 형상이 다각형일 수도 있다.
또한, 상기 밀봉홀더의 홀더부는 그 상면에서 하방으로 홈이 형성될 수도 있다.
또한, 상기 밀봉홀더는 그 밀봉부의 가장자리를 따라서 상기 캡플레이트에 용접고정될 수 있도록 금속재인 것이 바람직하며, 상기 밀봉홀더는 전도성 금속재로서 외부 전기단자와의 접속을 위한 리드일 수도 있다.
나아가, 상기 밀봉홀더의 밀봉부 외곽의 가장자리를 따라서 전해액의 누출을 방지하도록 밀봉재가 더 형성될 수도 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 캔형 이차전지에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지(10)를 나타내는 분리 사시도이다.
도 3 을 참조하면, 각형 이차전지(10)는 전극조립체(12)와, 전극조립체(12)를 수용하는 캔(11)과, 이 캔(11)과 결합되는 캡 조립체(100)를 포함한다.
전극조립체(12)는 통상 전기용량을 높이기 위해 양극(13) 및 음극(15)을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(14)를 양극(13)과 음극(15) 사이에 개재하여 적층하고, 와형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다. 음극(15) 및 양극(13)은 각각 구리 및 알미늄 포일로 이루어진 집전체 각각에 음극 활물질인 탄소와 양극 활물질인 코발트산 리튬 등을 코팅시켜 형성할 수 있다. 세퍼레이터(14)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어져 있다. 세퍼레이터(14)는 양극(13) 및 음극(15)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판 간의 단락을 방지하는 데 유리하다. 전극조립체(12)에는 각 전극과 연결된 양극 및 음극탭(16, 17)이 인출되어 있다. 상기 양극 및 음극탭(16, 17)에는 상기 전극조립체(12)의 외부로 인 출되는 경계부에 극판(13, 15) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(18)가 감겨져 있다.
캔(11)은 도시된 바와 같은 각형 이차전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다. 캔을 이루는 재질로는 경량의 전도성 금속인 알미늄 또는 알미늄 합금이 바람직하다. 캔(11)은 전극조립체(12)와 전해액의 용기가 되고, 전극조립체(12)가 투입되도록 개방된 상부는 캡 조립체(100)에 의해 봉해진다.
캡 조립체(100)에는 캡플레이트(110), 전극단자(130), 및 밀봉홀더(170)가 구비되어 있다. 캡플레이트(110)에는 단자통공(111)이 형성되어 있는데, 전극단자(130)가 그 외면에 캡플레이트(110)와의 절연을 위하여 가스켓(120)을 위치시켜 상기 단자통공(111)을 관통하여 설치되어 있다.
상기 캡플레이트(110)의 아랫면에는 절연플레이트(140)가 설치되어 있고, 이 절연플레이트(140) 아랫면에는 단자플레이트(150)가 설치되어 있다. 이 단자플레이트(150)에는 상기 전극단자(320)의 하단부가 결합되어 있다. 상기 전극조립체(12)의 음극(15)은 음극탭(17)과 단자플레이트(150)를 통하여 전극단자(130)와 전기적으로 연결되어 있다. 전극조립체(12)의 양극(13)의 경우에는 양극탭(16)이 캡플레이트(110)나 캔(11)에 용접되어 있다. 상기 단자플레이트(150)의 하부에는 절연케이스(190)가 더 설치될 수도 있다. 한편, 극성을 달리하여 전지를 설계할 수도 있을 것이다.
상기 캡플레이트(110)의 일측에는 캔(11)의 내부에 전해액을 주입하기 위한 전해액주입공(112)이 형성되어 있으며, 전해액 주입 후 상기 전해액주입공(112)을 밀폐시킴과 동시에 전지팩의 비틀림 특성을 향상시키는 밀봉홀더(170)가 제공되어 있다.
보다 상세하게는 다음과 같다.
본 발명의 밀봉홀더(170)는 비틀림이나 구부림 같은 외력에 의한 성형수지부(미도시) 변형에 대한 저항강도를 높이기 위한 홀더부(171)와, 전해액의 누수를 방지하기 위하여 전해액주입공(112)을 밀폐시키는 밀봉부(172)로 구성되어 있다.
상기 밀봉홀더(170)의 홀더부(171)는, 저온 성형수지를 이용하여 보호회로기판(미도시)과 캡플레이트(110) 사이의 공간을 핫 멜트(hot melt) 방식으로 채우거나 전반적인 수지 피복을 입혀 성형된 전지팩을 비틀거나(twisting) 구부리는(bending) 경우, 상기 성형수지를 구조적으로 지지하여 비틀림이나 구부림 같은 외력에 의한 변형에 대하여 저항강도를 높임으로써 전지팩의 비틀림 특성을 향상시킨다. 이 경우, 홀더부(171)의 횡단면(캡플레이트(110)와 평행한 단면)의 형상은 어떠한 형상이어도 무관하나, 비틀림을 효과적으로 방지하기 위하여 다각형인 것이 바람직하며, 이러한 특성을 유지하면서 공정상의 편의를 함께 고려해 볼 때 그 단면은 직사각형인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 밀봉홀더(170)의 홀더부(171)가 그 상면에서 하방으로 홈이 형성될 경우, 성형수지가 홈의 나머지 공간을 채우게 되므로 성형수지와 밀봉홀더(170)와의 기계적 결합력을 더 높일 수 있어 전지팩의 비틀림이나 구부림 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
그 다음, 상기 밀봉홀더(170)의 밀봉부(172)에 관해서는 다양한 실시형태들이 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 3 및 도 4 에 나타낸 바와 같이, 밀봉부(172)의 형상은 캡플레이트(110)의 윗면과 면접촉 가능한 평판형일 수도 있다. 또는, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 밀봉부(172)는 전해액주입공(112)의 입구측에서 캡플레이트(110)의 두께방향으로 갈수록 전해액주입공(112)의 크기가 작아지도록 형성된 다단의 전해액주입공(112)에 삽입되며, 이 전해액주입공(112)이 형성된 캡플레이트(110)의 입구로부터 안착되는 걸림턱부(175)까지 상응하는 두께를 가지며 끼움되는 본체부(173)와, 이 본체부(173)로부터 하방으로 연장되는 기부(174)를 포함하는 핀형일 수도 있다.
상기 밀봉홀더(170)의 밀봉부(172)의 형상이 평판형인 경우, 도 5 에서 나타낸 바와 같이, 캡플레이트(110)와 밀봉부(172)와의 용접의 용이함을 위해 그 밀봉부(172)의 횡단면(캡플레이트(110)와 평행한 단면)의 폐루프는 상기 밀봉홀더(170)의 홀더부(171)의 횡단면의 폐루프를 포함하는 것이 바람직하다. 또는, 상기 밀봉홀더(170)의 밀봉부(172)의 형상이 핀형인 경우에도, 캡플레이트(110)와 밀봉부(172)의 본체부(173)와의 용접의 용이함을 위해 그 밀봉부(172)의 본체부(173)의 횡단면(캡플레이트(110)와 평행한 단면)의 폐루프는 상기 밀봉홀더(170)의 홀더부(171)의 횡단면의 폐루프를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 밀봉홀더(170)의 재질은 그 밀봉부(172)의 가장자리를 따라서 상기 캡플레이트(110)에 용접할 수 있도록 금속재인 것이 바람직하며, 예를 들어, 알 미늄, 니켈, 또는 니켈계 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 용접은 캡플레이트(110)의 재질이 알미늄 혹은 알미늄 합금으로 이루어져 열전도성이 높고 저항이 미미하므로, 저항 용접보다는 레이져 용접으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 밀봉홀더(170)의 재질이 전도성 금속재인 경우 외부 전기단자와의 접속을 위한 리드로서의 역할을 수행할 수도 있다.
나아가, 도 4 및 도 6 에 나타낸 바와 같이, 상기 밀봉홀더(170)의 밀봉부(172) 상에는 전해액 누출의 완전한 방지를 위하여 밀봉재(200)를 더 형성할 수도 있는데, 밀봉재(200)로서는 예를 들어 자외선경화제 등이 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 캔형 이차전지는 전해액주입공의 밀봉부와 홀더를 일체화하여 한 개의 부품인 밀봉홀더로 대체함으로써 캡플레이트 상의 공간상 여유를 확보할 수 있고 제조원가를 절감할 수 있다. 또한, 밀봉홀더가 전도성 금속재인 경우에는 외부 전기단자와의 접속을 위한 리드로서의 역할도 수행하여 제조공정을 단순화시키고 제조원가를 더욱 절감할 수도 있다.
본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.
Claims (9)
- 양극, 세퍼레이터, 음극 순으로 적층 또는 적층되어 권취된 전극조립체;상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및상기 캔의 개방된 상부와 결합되며, 단자통공과 전해액주입공이 형성된 캡플레이트와, 상기 단자통공을 통하여 설치되고 그 외면에 상기 캡플레이트와의 절연을 위하여 가스켓이 위치하는 전극단자와, 상기 전해액주입공의 입구측에 형성되어 상기 전해액주입공을 밀폐시키면서 상기 캡플레이트의 외면방향으로 돌출되어 있는 구조를 갖는 밀봉홀더를 구비하는 캡조립체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 밀봉홀더의 밀봉부는, 상기 캡플레이트의 윗면과 면접촉 가능한 평판형인 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 밀봉홀더의 밀봉부는, 상기 전해액주입공의 입구측에서 상기 캡플레이트의 두께방향으로 갈수록 전해액주입공의 크기가 작아지도록 형성된 다단의 전해액주입공에 삽입되며, 상기 전해액주입공이 형성된 캡플레이트의 입구로부터 안착되는 걸림턱부까지 상응하는 두께를 가지며 끼움되는 본체부와, 상기 본체부로부터 하방으로 연장되는 기부를 포함하는 핀형인 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 밀봉홀더의 밀봉부 또는 밀봉부의 본체부 각각의 횡단면(상기 캡플레이트와 평행한 단면)의 폐루프가 상기 밀봉홀더의 홀더부의 횡단면(상기 캡플레이트와 평행한 단면)의 폐루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 밀봉홀더의 홀더부의 횡단면(상기 캡플레이트와 평행한 단면)의 형상이 다각형인 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 밀봉홀더의 홀더부는 그 상면에서 하방으로 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 밀봉홀더는 그 밀봉부의 가장자리를 따라서 상기 캡플레이트에 용접고정되는 금속재인 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 밀봉홀더는 전도성 금속재로서 외부 전기단자와의 접속을 위한 리드인 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 밀봉홀더의 밀봉부 외곽의 가장자리를 따라서 전해액의 누출을 방지하도록 밀봉재가 더 형성된 것을 특징으로 하는 캔형 이차전지.
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