KR100824849B1

KR100824849B1 - 리튬 이차전지 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100824849B1
Application number: KR1020060136882A
Authority: KR
Inventors: 김진욱; 히데아키 요시오
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2026-12-28

Abstract

본 발명은 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해액주입구 내부에 단차를 형성하되 연결면에 홈을 형성하고 실링(sealing)제를 도포한 후 볼압입을 행함으로써, 실링제가 밀려나지 않고 전해액의 누액 경로가 길어져 밀폐성이 향상되고 보다 깔끔한 외관을 가지는 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

리튬 이차전지, 전해액주입구, 실링용 피막, 밀폐성, 홈

Description

리튬 이차전지 및 그 제조방법{Lithium rechargeable battery and Method of making the same}

도 1a는 일반적인 리튬 이차전지의 분리 사시도

도 1b는 도 1a의 캡플레이트의 확대 단면도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 수직 단면도

도 3a는 도 2 중 캡플레이트의 확대 단면도

도 3b는 도 3a에서 실링용 피막과 볼이 형성되기 전의 전해액주입구의 평면도

도 3c는 도 3b의 A-A 단면도

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액주입구의 확대 평면도

도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전해액주입구의 평면도

도 5b는 도 5a의 B-B 단면도

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전해액주입구의 수직 단면도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

200 - 리튬 이차전지 210 - 캔

212 - 전극조립체 220 - 캡조립체

240, 340, 440, 540 - 캡플레이트

242, 342, 442, 542 - 전해액주입구

243, 343, 443, 543 - 제 1측벽

245, 345, 445, 545 - 제 2측벽

246, 346, 446, 546 - 연결면

247, 347, 447, 547 - 홈

일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

도 1a는 일반적인 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타내며, 도 1b는 도 1a의 캡플레이트의 확대 단면도를 나타낸다.

상기 리튬 이차전지(100)는, 도 1을 참조하면, 양극판(113), 음극판(115) 및 세퍼레이터(114)로 구성되는 전극조립체(112)를 전해액과 함께 캔(110)에 수납하고, 이 캔(110)의 상단개구부(110a)를 캡조립체(120)로 밀봉함으로써 형성된다.

상기 캔(110)은 일반적으로 알루미늄 또는 그 합금 재질로 형성되며, 딥드로잉 방식에 의하여 제작된다. 상기 캔(110)의 하면(110b)은 일반적으로 거의 평면 형상으로 형성된다.

상기 전극조립체(112)는 양극판(113)과 음극판(115) 사이에 세퍼레이터(114)가 개재되면서 권취되어 형성된다. 상기 양극판(113)에는 양극탭(116)이 결합되어 전극조립체(112)의 상단부로 돌출되며, 음극판(115)에는 음극탭(117)이 결합되어 전극조립체(112)의 상단부로 돌출된다. 상기 전극조립체(112)에서 상기 양극탭(116)과 음극탭(117)은 소정거리 떨어져 형성되어 전기적으로 절연되도록 한다. 상기 양극탭(116)과 음극탭(117)은 일반적으로 니켈 금속으로 형성된다.

상기 캡조립체(120)는 캡플레이트(140)와 절연플레이트(150)와 터미널플레이트(160) 및 전극단자(130)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(120)는 별도의 절연케이스(170)와 결합되어 캔(110)의 상단개구부(110a)에 결합되어 캔(110)을 밀봉하게 된다.

상기 캡플레이트(140)는 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)와 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 상기 캡플레이트(140)의 중앙에는 소정 크 기의 단자통공1(141)이 형성되며, 단자통공1(141)에 삽입될 때는 전극단자(130)와 캡플레이트(140)의 절연을 위하여 전극단자(130)의 외면에는 튜브형의 개스킷튜브(137)가 결합되어 함께 삽입된다. 한편, 상기 캡플레이트(140)의 일측에는 전해액주입구(142)가 소정크기로 형성된다. 상기 캡조립체(120)가 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)에 조립된 후 전해액주입구(142)를 통하여 전해액이 주입되고, 전해액주입구(142)는 별도의 밀폐수단인 볼에 의하여 밀폐된다.

상기 전극단자(130)는 상기 음극판(115)의 음극탭(117) 또는 상기 양극판(113)의 양극탭(116)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.

상기 절연플레이트(150)는 가스켓과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(140)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(150)에는 상기 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(130)가 삽입되는 단자통공2(151)가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(150)의 하면에는 상기 터미널플레이트(160)가 안착되도록 터미널플레이트(160)의 크기에 상응하는 안착홈(152)이 형성된다.

상기 터미널플레이트(160)는 일반적으로 니켈 합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(150)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(160)에는 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(130)가 삽입되는 단자통공3(161)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(130)가 상기 개스킷튜브(137)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(160)는 상기 캡플레이트(140)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(130)와 전기적으로 연결된다.

상기 터미널플레이트(160)의 일측에는 상기 음극판(115)에 결합된 음극탭(117)이 용접되며, 캡플레이트(140)의 타측에는 상기 양극판(113)에 결합된 양극탭(116)이 용접된다. 상기 음극탭(117)과 양극탭(116)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며, 일반적으로는 저항용접이 사용된다.

상기 절연케이스(170)는 캡조립체(120)와 전극조립체(112) 사이의 절연을 담당하게 된다.

상기 전해액주입구(142)는, 도 1b를 참조하면, 입구에 테퍼(144)가 형성되어 수직단면 형상이 대략 Y자 형상으로 형성된다. 이 때, 상기 전해액주입구(142)에는 밀폐성을 향상시키기 위해 주입수단(N)에 의해 실링제(S)가 도포된다. 상기 전해액주입구(142)는 도포된 실링제(S)가 건조된 후 연한 금속재질의 볼로 압입 및 용접된다. 실링제(S)가 도포될 때 상기 전해액주입구(142)에는 도포된 실링제(S)가 축적될 공간이 없으므로 캡플레이트(140)의 표면으로 흘러넘치게 된다는 문제점이 있다. 또한, 상기 전해액주입구(142)는 입구에 테퍼(144)가 형성되어 있어 실링제(S)가 전해액주입구(142)의 내면에 제대로 피막을 형성하지 못하고 아래로 흘러내리게 된다는 문제점이 있다. 또한, 도포되고 건조된 실링제(S) 중 캡플레이트(140) 표면으로 흘러넘친 부분은 세정에 의해 제거되어야 하는데, 이 때 흘러넘친 실링제(S)의 제거시 테퍼(144)에 형성된 실링제(S)까지 탈락될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 전해액주입구 내부에 단차를 형성하되 연결면에 홈을 형성하고 실링(sealing)제를 도포한 후 볼압입을 행함으로써, 실링제가 밀려나지 않고 전해액의 누액 경로가 길어져 밀폐성이 향상되고 보다 깔끔한 외관을 가지는 리튬 이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지는 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 상단개구부로 삽입되어 수용되는 캔과, 일측에 전해액주입구가 형성되어 있는 캡플레이트를 구비하며 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 전해액주입구의 내부에는 상기 캡플레이트의 상면과 만나는 제 1측벽과 상기 캡플레이트의 하면과 만나는 제 2측벽이 단차를 이루며, 상기 제 1측벽과 상기 제 2측벽의 연결면에는 적어도 하나의 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 홈은 상기 캡플레이트의 상면에서 본 형상이 서로 소정 간격 이격된 스폿(spot) 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 홈은 상기 캡플레이트의 상면과 수직 방향의 단면 형상이 삼각형상, 사각형상, 반원형상 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

또한, 상기 연결면은 상기 캡플레이트의 상면과 서로 평행한 평면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 홈은 상기 캡플레이트의 상면에서 본 형상이 원링 형상, 타원링 형상, 사각링 형상 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 홈은 상기 캡플레 이트의 상면과 수직 방향의 단면 형상이 삼각형상, 사각형상, 반원형상 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

또한, 상기 연결면과 상기 제 2측벽은 테퍼를 이루거나 완만한 곡면으로 서로 연결될 수 있다.

또한, 상기 제 1측벽의 내경은 상기 제 2측벽의 내경보다 크도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1측벽이 이루는 수평 단면적은 상기 제 2측벽이 이루는 수평 단면적보다 크게 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1측벽과 상기 제 2측벽은 원통 형상, 타원통 형상, 사각박스 형상 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

또한, 상기 전해액주입구의 내면은 실링용 피막으로 코팅된 것이 바람직하다. 또한, 상기 실링용 피막은 플라스틱 또는 고무 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1측벽은 상기 캡플레이트 두께의 10% 내지 40%의 높이로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 리튬 이차전지 제조방법은 캡플레이트의 상면과 만나는 제 1측벽과 상기 캡플레이트의 하면과 만나는 제 2측벽이 단차를 이루며, 상기 제 1측벽과 상기 제 2측벽의 연결면에는 적어도 하나의 홈이 존재하도록 전해액주입구를 캡플레이트의 일측에 형성하는 전해액주입구 형성단계; 상기 전해액주입구의 내면에 플라스틱 또는 고무 피막을 형성하는 실링용 피막 형성단계; 및 상기 전해액주입구를 금속 재질의 볼로 압입하고 용접하는 볼 압입/용접 단계를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실링용 피막 형성단계는 상기 전해액주입구에 실링제를 도포하는 실링제 도포단계; 상기 도포된 실링제를 응고시키는 실링제 응고단계; 및 상기 실링제 중 상기 캡플레이트의 상면에 묻은 실링제를 제거하는 실링제 세정단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 실링제 세정단계는 부직포에 의해 이루어질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 수직 단면도를 나타낸다. 도 3a는 도 2 중 캡플레이트의 확대 단면도를 나타내며, 도 3b는 도 3a에서 실링용 피막과 볼이 형성되기 전의 전해액주입구의 평면도를 나타내며, 도 3c는 도 3b의 A-A 단면도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)는, 도 2를 참조하면, 양극판(213), 음극판(215) 및 세퍼레이터(214)로 구성되는 전극조립체(212)를 전해액과 함께 캔(210)에 수납하고, 이 캔(210)의 상단개구부를 캡조립체(220)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 리튬 이차전지(200)는 장변을 포함하며 서로 마주보도록 형성되는 정면과 배면, 단변을 포함하며 서로 마주보도록 형성되는 양 측면, 상기 캡플레이트(240)가 위치하는 상면과 상기 상면과 마주보는 하면을 포함하여 이루어진다.

상기 전극조립체(212)는 양극판(213)과 음극판(215)사이에 세퍼레이터(214)가 개재되면서 권취되어 형성된다.

상기 양극판(213)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와, 그 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 상기 양극 활물질로는 LiCoO₂, LiMn₂O₄, LiNiO₂, LiMnO₂ 등의 리튬산화물이 사용되고 있다. 상기 양극판(213)의 양 말단에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체 영역, 즉 양극 무지부가 형성된다. 상기 양극 무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극 조립체(212)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭(216)이 접합되어 있다.

상기 음극판(215)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(215)의 양 말단은 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영역, 즉 음극 무지부가 형성된다. 상기 음극 무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극 조립체(212)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(217)이 접합되어 있다. 더불어 상기 전극 조립체(212)의 하부에는 캔(210)과의 접촉을 방지하기 위한 절연판(218)이 더 포함되어 형성될 수 있다.

상기 세퍼레이터(214)는 상기 양극판(213)과 음극판(215) 사이에 개재되며 상기 전극조립체(212)의 외주면을 둘러 싸도록 연장되어 형성될 수도 있다. 상기 세퍼레이터(214)는 상기 양극판(213)과 음극판(215)의 단락을 방지하며, 리튬 이온 을 통과시킬 수 있도록 다공막 고분자물질로 형성된다.

상기 캔(210)는 대략 직사각형 형상의 한 쌍의 장측벽과, 한 쌍의 단측벽 및 하면판을 포함하여 대략 박스 형상으로 형성되며, 상부는 개구되어 상단 개구부를 이루고 있다. 또한, 상기 캔(210)는 대략 박스형상으로 형성될 때 수평방향으로의 단면의 형상이 사각형상 또는 타원형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 상단개구부로는 상기 전극조립체(212)가 삽입된다. 또한, 상기 전극조립체(212) 사이로 함침하여 리튬 이온의 이동을 가능하게 해 주는 전해액이 주입된다. 캔(210)의 재질은 주로 가벼운 알루미늄(Al)이 사용되며, 여기서 상기 캔(210)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(210)의 상부는 캡조립체(220)에 의해 밀봉되어, 전해액의 누출이 방지된다. 상기 캔(210)의 장측벽과 단측벽의 두께는 대략 0.2 내지 0.4mm로 형성되며, 상기 하면판의 두께는 대략 0.2 내지 0.7mm로 형성된다. 다만, 여기서 상기 장측벽과 단측벽 및 하면판의 두께를 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(210)는 바람직하게는 딥드로잉(deep drawing) 방식에 의하여 형성되며, 상기 장측벽과 단측벽 및 상기 하면판은 일체형으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 캔(210)의 형성 방법을 한정하는 것은 아니다.

상기 캡조립체(220)는 캡플레이트(240)와 절연플레이트(250)와 터미널플레이트(260) 및 전극단자(230)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(230)는 별도의 절연케이스(270)와 결합되어 캔(210)의 상단개구부에 결합되어 캔(210)을 밀봉하게 된다.

상기 캡플레이트(240)는 상기 캔(210)의 상단개구부에 용접되어 상기 캔(210)을 밀봉한다. 상기 캡플레이트(240)는 일측에 전해액주입구(242)가 형성되 어 있으며, 상기 전해액주입구(242)는 볼(280) 등으로 압입, 용접되어 있다. 상기 캡 플레이트(240)의 대략 중앙에는 단자통공1(241)이 형성되어 있으며, 상기 단자통공1(241)에는 개스킷 튜브(237)에 의해 절연된 전극단자(230)가 삽입된다. 상기 전해액주입구(242)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 절연플레이트(250)는 개스킷과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(240)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(250)에는 상기 캡플레이트(240)의 단자통공1(241)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(230)가 삽입되는 단자통공2가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(250)의 하면에는 상기 터미널플레이트(260)가 안착되도록 터미널플레이트(260)의 크기에 상응하는 안착홈이 형성된다.

상기 터미널플레이트(260)는 일반적으로 Ni합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(250)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(260)에는 캡플레이트(240)의 단자통공1(241)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(230)가 삽입되는 단자통공3이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(230)가 상기 개스킷 튜브(246)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(240)의 단자통공1(241)을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(260)는 상기 캡플레이트(240)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(230)와 전기적으로 연결된다.

상기 터미널플레이트(260)의 일측에는 상기 음극판(215)에 결합된 음극탭(217)이 용접되며, 캡플레이트(240)의 타측에는 상기 양극판(213)에 결합된 양극탭(216)이 용접된다. 상기 음극탭(217)과 양극탭(216)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며 일반적으로는 저항용접이 사용된다.

상기 전극단자(230)는 상기 음극판(215)의 음극탭(217) 또는 상기 양극판(213)의 양극탭(216)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.

상기 전해액주입구(242)는, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 캡플레이트(240)의 일측에 형성되어 있다. 상기 전해액주입구(242)의 내면에는 실링용 피막(249)이 형성되며, 연한 금속재질의 볼(280)로 압입, 용접되어 밀봉된다. 상기 용접은 통상적으로 레이저용접으로 이루어지며, 상기 볼(280)이 압입된 전해액주입구(242) 주변으로 이루어진다. 도시되지 않았으나 용접이 끝난 후에는 전해액의 누출을 방지하기 위하여 볼(280)을 포함한 전해액주입구(242) 주변에 광경화성 물질이 도포될 수도 있다.

상기 전해액주입구(242)의 내부에는 제 1측벽(243)과 제 2측벽(245) 및 연결면(246)이 형성된다.

상기 제 1측벽(243)은 캡플레이트(240)의 상면과 만나도록 전해액주입구(242)의 상부에 형성된다. 상기 제 1측벽(243)의 하단은 연결면(246)과 만나도록 형성된다. 상기 제 1측벽(243)은 캡플레이트(240)의 상면과 대략 수직을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 상기 제 1측벽(243)이 완만한 경사를 이루도록 형성되면 실링제가 도포될 때 하부 방향으로 빠른 시간내에 흘러내리게 되므로 고른 실링용 피막(249)이 코팅될 수 없기 때문이다. 다만, 여기서 상기 제 1측벽(243)과 캡플레이트(240)의 상면이 이루는 각도를 한정하는 것은 아니다. 상기 제 1측벽(243)은 수직 단면 형상이 11자 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 평면 형상이 원형상, 타원형상, 사각형상 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다. 결 과적으로 상기 제 1측벽(243)은 원통 형상, 타원통 형상, 사각박스 형상 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 여기서 상기 제 1측벽(243)의 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 1측벽(243)의 내경은 제 2측벽(245)의 내경보다 크도록 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제 1측벽(243)이 이루는 수평 단면적은 상기 제 2측벽(245)이 이루는 수평 단면적보다 크게 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 수평 단면적은 제1측벽(243)이 형성된 전해액주입구(242)를 캡플레이트(245)의 수평방향으로 가상 절단하였을 때 제1측벽(243)이 이루는 단면적을 의미한다.

상기 제 1측벽(243)은 전해액이 주입되는 입구이므로, 원활한 주입을 위해 크게 형성된다. 또한, 상기 제 1측벽(243)과 제 2측벽(245)은 단차를 이루게 되므로, 내경 차이가 있도록 형성된다. 또한, 상기 제 1측벽(243)은 캡플레이트(240) 두께의 10% 내지 40%의 높이로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제 1측벽(243)의 높이가 캡플레이트(240) 두께의 10% 미만으로 형성되면 볼(280) 압입이 용이치 않고 볼(280)이 다시 튀어올라오게 되고, 전해액의 주입도 힘들어질 뿐만 아니라, 도포된 실링제가 흘러넘치게 된다는 문제점이 있다. 반면, 상기 제 1측벽(243)의 높이가 캡플레이트(240) 두께의 40%를 초과하도록 형성되면 볼(280)이 압입될 때 지지력이 부족하여 전해액주입구(242) 부분이 하부 방향으로 변형될 수 있다는 문제점이 있다.

상기 제 2측벽(245)은 캡플레이트(240)의 하면과 만나도록 전해액주입구(242)의 하부에 형성된다. 또한, 상기 제 측벽(245)의 하단은 연결면(246)과 만 나도록 형성된다. 상기 제 2측벽(245)은 캡플레이트(240)의 하면과 대략 수직을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 상기 제 1측벽(243)이 완만한 경사를 이루도록 형성되면 전해액이 전지 내부로 주입될 공간이 좁아지기 때문이다. 다만, 여기서 상기 제 2측벽(245)과 캡플레이트(240)의 하면이 이루는 각도를 한정하는 것은 아니다. 상기 제 2측벽(245)은 수직 단면 형상이 11자 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 평면 형상이 원형상, 타원형상, 사각형상 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다. 결과적으로 상기 제 2측벽(245)은 원통 형상, 타원통 형상, 사각박스 형상 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 여기서 상기 제 2측벽(245)의 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 2측벽(245)의 내경은 제 1측벽(243)의 내경보다 작도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 연결면(246)은 상기 제 1측벽(243)과 제 2측벽(245)과 서로 만나도록 형성된다. 상기 연결면(246)은 상기 캡플레이트(240)의 상면과 대략 수평면을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 연결면(246)은 도포된 실링제가 축적되는 공간 역할을 하게 되므로, 경사면으로 형성되면 실링제가 흘러내려 실링용 피막(249)이 형성되기 힘들게 된다. 또한, 상기 연결면(246)은 평면 형상이 직경이 다른 두 개의 등심원 형상 또는 등심 타원 형상 또는 등심 사각형상으로 형성된다. 도 3b에는 상기 연결면(246)의 평면 형상이 두 개의 등심원 형상으로 형성된 경우가 도시되어 있다. 상기 연결면(246)에는 홈(247)이 형성된다. 상기 홈(247)은 평면 형상이 원링 형상, 타원링 형상, 사각링 형상 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 일례로 도 3b에는 원링 형상으로 형성되어 있다. 또한, 상기 홈(247)은 수직 단면 형상 이 삼각형상, 사각형상, 반원형상 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 일례로 도 3c에는 반원 형상으로 형성되어 있다. 상기 홈(247)은 전해액주입구(242)를 형성할 때 함께 형성하는 것이 공정 감소의 측면에서 바람직하며, 전해액주입구(242)를 형성한 후 별도로 형성할 수도 있음은 물론이다. 또한, 상기 홈(247)은 프레스 방식으로 형성되는 것이 바람직하며, 다만 여기서 상기 홈(247)의 형성방법을 한정하는 것은 아니다. 상기 홈(247)은 실링용 피막(249)을 형성하기 위해 액상의 실링제를 도포할 때 실링제가 축적되는 공간으로서 작용하게 된다. 그 결과, 볼(280) 압입 시에 상당한 압력이 가해지더라도 건조된 실링제가 전해액주입구(242)의 내면으로부터 탈리하지 않고 잔존하여 실링용 피막(249)을 형성하므로 밀폐성이 향상된다. 또한, 상기 홈(247)은 모세관 현상에 의해 전해액이 외부로 흘러나오는 경로를 보다 길게 함으로써 전해액 누액에 대한 신뢰성이 향상된다.

상기 실링용 피막(249)은 전해액주입구(242)의 내면에 형성되며, 특히 상기 연결면(246)에 대부분 형성된다. 상기 실링용 피막(249)은 주입수단(도시되지 않음)에 의해 액체 상태의 실링제를 전해액주입구(242)의 내면에 도포한 후 건조함으로써 형성된다. 상기 실링용 피막(249)은 플라스틱 또는 고무 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 실링용 피막(249)은 금속 재질의 캡플레이트(240)와 금속 재질의 볼(280) 사이의 밀폐성을 향상시키기 위해 형성된다. 보다 바람직하게는 상기 실링용 피막(249)은 탄성이 우수한 고무 재질로 이루어진다. 다만, 여기서 상기 실링용 피막(249)의 재질을 한정하는 것은 아니다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액주입구의 확대 평면도를 나타낸다. 도 4의 실시예는 홈(347)이 다수개의 스폿 형상으로 형성된다는 점을 제외하면 상기 도 3a의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지는 전극조립체와 캔 및 캡조립체를 포함하여 형성된다. 상기 전극조립체와 캔은 도 3a의 실시예에서 충분히 설명하였으므로, 여기서 상세한 설명은 생략한다. 상기 캡조립체는 캡플레이트(340)와 절연플레이트와 터미널플레이트 및 전극단자를 포함하여 형성되며, 상기 캡플레이트(340)는 대략 중앙에 단자통공1이 형성되고 일측에는 전해액주입구(342)가 형성된다. 상기 전해액주입구(342)는 제 1측벽(343)과 제 2측벽(345) 및 홈(347)이 구비된 연결면(346)을 포함하여 형성된다. 또한, 도시되지 않았으나 상기 전해액주입구(342)는 내면에 실링용 피막이 형성되며, 볼에 의해 밀폐된다.

상기 제 1측벽(343)은 제 2측벽(345)의 내경보다 크도록 형성되며, 원통 형상, 타원통 형상, 사각박스 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성된다. 또한, 상기 제 1측벽(343)은 캡플레이트(340) 두께의 10% 내지 40%의 높이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제 2측벽(345) 또한, 원통 형상, 타원통 형상, 사각박스 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성된다.

상기 연결면(346)에는 평면 형상이 스폿 형상인 홈(347)이 적어도 하나 형성된다. 상기 홈(347)은 연결면(346)의 외경과 내경 사이에 소정 간격으로 배치된다. 또한, 상기 각각의 홈(347)은 평면 형상이 원형상, 삼각형상, 사각형상, 다각형상 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 여기서 상기 각각의 홈(347)의 평면 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 각각의 홈(347)은 수직 단면 형상이 삼각형상, 사각형상, 반원 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있으며, 여기서 상기 각각의 홈(347)의 수직 단면 형상을 한정하는 것도 아니다. 상기 홈(347)의 내부에는 실링제가 모이게 되어 볼 압입시에 상부로부터 압력이 가해지더라도 전해액주입구(342)의 내부로부터 실링제가 탈락되는 것이 방지된다.

다음으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대해 설명한다.

도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전해액주입구의 평면도를 나타내며, 도 5b는 도 5a의 B-B 단면도를 나타낸다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지는 전해액주입구(442) 이외의 부분은 도 3a의 실시예와 유사하며, 상기에서 충분히 설명하였으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 전해액주입구(442)는, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제 1측벽(443)과 제 2측벽(445) 및 복수개의 홈(447)이 구비된 연결면(446)을 포함하여 형성된다. 도시되지 않았으나, 상기 전해액주입구(442)에는 도 3a와 같이 실링용 피막이 형성되고 볼이 압입/용접됨은 물론이다. 상기 각각의 홈(447)의 평면 형상은 전해액주입구(442)의 평면 형상에 따라 복수개의 원링 형상, 타원링 형상, 사각링 형상 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 각각의 홈(447)의 수직 단면 형상은 삼각형상, 사각형상, 반원형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 홈(447)들 은 서로 인접하여 복수개가 형성되므로, 결과적으로 상기 연결면(446)은 오목부와 볼록부가 교대로 배치되는 형상으로 형성된다. 따라서, 상기 연결면(446)에는 도포된 실링제가 효과적으로 축적될 수 있으며, 볼 압입시에도 탈리되지 않아 신뢰성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 연결면(447)은 오목부와 볼록부가 수차례 교대로 배치되어 있어 전지 내부에 주입된 전해액이 누액되기 위해서는 매우 긴 경로를 지나가야 하므로, 전해액 누액이 효과적으로 방지된다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전해액주입구의 수직 단면도를 나타낸다. 도 6의 실시예는 연결면(546)과 제 2측벽(545)가 테퍼(548)로 연결된다는 점을 제외하면 상기 도 3a의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다. 또한, 도 6의 실시예는 홈(547)이 도 3b의 실시예처럼 하나의 링 형상으로 형성될 수도 있고, 도 4의 실시예처럼 스폿 형상으로 형성될 수도 있으며, 도 5b의 실시예처럼 복수개의 링 형상으로 형성될 수도 있다. 즉, 도 6의 실시예에서 홈(547)은 도 3b의 실시예와 도 4의 실시예 및 도 5b의 실시예 중에서 선택적으로 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전해액주입구(542)는, 도 6을 참조하면, 제 1측벽(543)과, 제 2측벽(545)과, 홈(547)이 구비된 연결면(546) 및 테퍼(548)를 포함하여 형성된다. 도시되지 않았으나, 상기 전해액주입구(542)에는 도 3a와 같이 실링용 피막이 형성되고 볼이 압입/용접됨은 물론이다. 상기 테퍼(548)는 상기 연결면(546)과 제 2측벽(545)의 연결 부분에 형성된다. 한편, 도면에는 도시되지 않았으나 상기 연결면(546)과 제 2측벽(545)은 완만한 곡면으로 서로 연결될 수도 있음은 물론이다. 상기 테퍼(548)는 연결면(546) 및 제 2측벽(545)과 소정의 각도를 이루는 경사면으로 형성된다. 상기 전해액주입구(542)는 테퍼(548)가 형성됨으로써 전해액이 보다 원활하게 전지 내부로 주입될 수 있도록 한다. 또한, 상기 테퍼(548)는 볼 압입시 볼이 전해액주입구(542) 내부로 보다 원활하게 압입될 수 있도록 한다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법에 대해 설명한다. 이하에서는 도 2의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법을 예로 들어 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법은 전극조립체(212)를 형성하는 전극조립체(212) 형성단계, 캡플레이트(240)에 전해액주입구(242)를 형성하는 전해액주입구(242) 형성단계, 전해액주입구(242)를 통하여 전해액을 주입하는 전해액 주입단계, 상기 전해액주입구(242)의 내면에 플라스틱 또는 고무 피막을 형성하는 실링용 피막(248) 형성단계, 전해액주입구(242)를 볼(280)로 밀폐하는 볼(280) 압입/용접 단계를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 실링용 피막(248) 형성단계는 실링제 도포단계, 실링제 응고단계 및 실링제 세정단계를 포함하여 이루어진다. 상기 전극조립체(212) 형성단계와 전해액 주입단계 및 볼(280) 압입/용접 단 계는 일반적인 리튬 이차전지의 제조방법과 유사하므로, 여기서 상세한 설명은 생략한다.

상기 전해액주입구(242) 형성단계는 캡플레이트(220)의 상면과 만나는 제 1측벽(243)과 상기 캡플레이트(220)의 하면과 만나는 제 2측벽(245)이 단차를 이루며, 상기 제 1측벽(243)과 제 2측벽(245)의 연결면에는 적어도 하나의 홈(247)이 존재하도록 전해액주입구(242)를 캡플레이트(240)의 일측에 형성하는 단계이다. 상기 전해액주입구(242) 형성단계는 프레스에 의한 펀칭 방식으로 이루어지는 것이 바람직하며, 여기서 상기 전해액주입구(242)의 형성방법을 한정하는 것은 아니다. 한편, 상기 홈(247)은 상기 제 1측벽(243)과 제 2측벽(245) 및 연결면(246)을 한번에 형성한 후 별도의 프레스 공정에 의해 형성될 수도 있음은 물론이다.

상기 실링용 피막(249) 형성단계는 먼저, 상기 전해액주입구(242)에 실링제를 도포하는 실링제 도포단계를 거치게 된다. 상기 실링제 도포단계는 주사기나 노즐과 같은 주입수단으로 액상의 실링제를 전해액주입구(242)의 주변에 도포하는 과정이다. 도포된 실링제는 주로 연결면(246)의 홈(247)에 축적된다. 다음으로, 상기 도포된 실링제를 응고시키는 실링제 응고단계를 거친 후 상기 실링제 중 상기 캡플레이트(240)의 상면에 묻은 실링제를 제거하는 실링제 세정단계를 거치게 된다. 이 때, 상기 실링제 세정단계는 부직포에 의해 이루어진다. 상기 전해액주입구(242)는 제 1측벽(243)이 캡플레이트(240)의 상면에 대해 대략 수직으로 형성되고, 연결면(246)과 홈(247)에 실링제가 축적될 공간이 존재하므로 전해액주입구(242) 내면에 형성된 실링제가 탈락되지 않게 된다.

상기 실링용 피막(249)이 형성되면 볼(280)을 압입 및 용접하여 전해액주입구(242)를 밀폐하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명에 따른 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 의하면, 도포된 실링제가 캡플레이트의 상면으로 흘러넘치는 것을 방지하고 깔끔한 외관을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 실링제가 연결면과 홈의 표면에 피막을 형성하여 전해액주입구의 밀폐성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 세정시 실링제가 탈락하는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 연결부에 형성된 홈에 의해 전해액의 누액 경로가 길어지므로 전해액의 누액을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 상단개구부로 삽입되어 수용되는 캔과, 일측에 전해액주입구가 형성되어 있는 캡플레이트를 구비하며 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,

상기 전해액주입구의 내부에는 상기 캡플레이트의 상면에 연결된 제 1측벽과 상기 캡플레이트의 하면에 연결된 제 2측벽이 단차를 이루며, 상기 제 1측벽과 상기 제 2측벽의 연결면에는 적어도 하나의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 홈은 상기 캡플레이트의 상면에서 본 형상이 서로 소정 간격 이격된 스폿(spot) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 2항에 있어서,

상기 홈은 상기 캡플레이트의 상면과 수직 방향의 단면 형상이 삼각형상, 사각형상, 반원형상 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 연결면은 상기 캡플레이트의 상면과 서로 평행한 평면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 홈은 상기 캡플레이트의 상면에서 본 형상이 원링 형상, 타원링 형상, 사각링 형상 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 5항에 있어서,

상기 홈은 상기 캡플레이트의 상면과 수직 방향의 단면 형상이 삼각형상, 사각형상, 반원형상 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 연결면과 상기 제 2측벽은 테퍼(taper)를 이루거나 완만한 곡면으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 제 1측벽의 내경은 상기 제 2측벽의 내경보다 크도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 제 1측벽이 이루는 수평 단면적은 상기 제 2측벽이 이루는 수평 단면적보다 크게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 제 1측벽과 상기 제 2측벽은 원통 형상, 타원통 형상, 사각박스 형상 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 전해액주입구의 내면은 실링용 피막으로 코팅된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 11항에 있어서,

상기 실링용 피막은 플라스틱 또는 고무 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 제 1측벽은 상기 캡플레이트 두께의 10% 내지 40%의 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
캡플레이트의 상면과 만나는 제 1측벽과 상기 캡플레이트의 하면과 만나는 제 2측벽이 단차를 이루며, 상기 제 1측벽과 상기 제 2측벽의 연결면에는 적어도 하나의 홈이 존재하도록 전해액주입구를 캡플레이트의 일측에 형성하는 전해액주입구 형성단계;

상기 전해액주입구의 내면에 플라스틱 또는 고무 피막을 형성하는 실링용 피막 형성단계; 및

상기 전해액주입구를 금속 재질의 볼로 압입하고 용접하는 볼 압입/용접 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 실링용 피막 형성단계는

상기 전해액주입구에 실링제를 도포하는 실링제 도포단계;

상기 도포된 실링제를 응고시키는 실링제 응고단계; 및

상기 실링제 중 상기 캡플레이트의 상면에 묻은 실링제를 제거하는 실링제 세정단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
제 15항에 있어서,

상기 실링제 세정단계는 부직포에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.