KR100319112B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

목적: 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 비딩부를 없애고 캡 어셈블리의 부품을 단순화하여 전지 내부 공간을 확보함으로써, 고용량화를 실현하고 공정을 단순화할 수 있는 이차 전지를 제공함을 그 목적으로 한다.

구성: 정극, 부극 및 전해액을 수납하는 원통형 캔과, 캔의 개구에 용접 결합되는 캡 어셈블리와, 캡 어셈블리는 캔의 상단을 밀폐하는 환형 캡과 환형 캡에 가스켓을 개재하여 결합 밀봉되는 안전밸브를 포함하고, 상기 정극에서 인출된 탭과, 상기 탭과 안전밸브의 사이에 설치되는 서모프로텍터를 포함하는 구성으로 이루어진다.

효과: 이차 전지의 상측 비딩부를 제거하고 캡 어셈블리를 구성하는 부품을 단순화시켜 이차 전지의 내부 공간을 확보하고 상기 공간을 이용하여 전지의 고용량화를 실현하며, 비딩, 크림핑 및 프레스 공정을 배제하여 공정의 단순화가 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원통형 이차 전지의구조를 변형시켜 전지의 내부 공간을 좀더 확보하고 고용량화를 달성하는 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지는 1회용으로 사용이 제한되는 일차전지와 달리 전기 전자제품에 장착된 후 제품의 사용에 의해 소모된 에너지를 충전기로 재충전하여 반복 사용이 가능한 전지로서, 캠 코더, 휴대폰 및 노트 컴퓨터 등의 포터블화하는 전기 전자제품과 더불어 급속한 신장을 보이고 있다.

이러한 이차전지는 정극과 부극이 전해액에 잠겨진 상태에서 전류를 인가했을 때 전해액의 분자들과 활물질 사이에서 발생되는 물리화학적 반응을 이용한 전지인데, 양극이나 음극 혹은 전해액을 어떤 물질로 사용하냐에 따라 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지 및 리튬폴리머 전지 등으로 나뉘며, 형태적으로는 원통형 및 각형으로 구분된다.

이차 전지를 고용량화 시키는 방안으로는 제한된 공간에 활물질을 최대한 고밀도로 첨가하거나, 고용량이 가능한 단위 질량당 용량이 큰 활물질을 사용하는 경우들이 연구되고 있으나 본 발명에서는 가장 구조적으로 해결할 수 있는 전지 내부 공간의 확보로 고용량화를 달성하고자 한다.

종래 공지된 원통형 이차 전지를 도 3에 도시한다.

도면에서 보면, 종래 원통형 이차 전지는 원통형 캔(2)의 내부에 정극, 부극 및 세퍼레이터를 함께 권취한 전극군(4)이 수납되고, 원통형 캔(2)의 상부에는 비딩부(6)가 형성되고 상기 비딩부(6)의 상부에는 캡 어셈블리(8)가 안착된다. 상기 캡 어셈블리(8)의 구성을 살펴보면, 상기 전극군(4)의 정극에서 인출된 정극탭(10)은 중앙의 전류 차단기(12)와 용접 결합되고, 상기 전류 차단기(12)는 절연체(14)로 둘러 싸여 서포트 플레이트(16)에 의해 지지된다. 상기 서포트 플레이트(16)의 외주에서는 서포트 플레이트(16)보다 직경이 약간 큰 가변 플레이트(18)의 테두리가 하향으로 서포트 플레이트(16)를 감싸면서 체결하고, 가변 플레이트(18)의 중앙에는 원형의 안전변(18a)이 형성되어 있다. 상기 가변 플레이트(18)의 상면에는 전류 제한기(20)가 적치되고, 전류 제한기(20) 위에 캡 커버(22)가 안착되며, 상술한 캡 어셈블리(8)는 캔 상측에 개재되는 가스켓(24)으로 원통형 캔(2)과 절연된다.

캡 어셈블리(8)의 부품이 비딩부(6) 위에 적치된 후 캔(2)의 상단은 크림핑 공정 및 프레스 공정을 통해 원통형 캔(2)의 상단 부분을 밀폐하게 된다.

상술한 설명에서와 같이 종래의 원통형 이차 전지는 비딩부(6)를 형성함으로 인해 일차적으로 전지 가용 공간을 축소시키고, 캡 어셈블리(8)를 구성하는 다량의 부품으로 인해 이차적으로 전지 가용 공간이 축소되어 전지 용량 공간 확보의 손실이 발생하고, 비딩 및 크림핑 공정시 전지 내부에 금속 분말 가루 또는, 이물질이 혼입될 가능성이 존재하여 전지의 불량을 초래하는 문제점이 상존해 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 비딩부를 없애고 캡 어셈블리의 부품을 단순화하여 전지 내부 공간을 확보함으로써, 고용량화를 실현하고 공정을 단순화할 수 있는 이차 전지를 제공함을 그 목적으로 한다.

이를 위하여, 본 발명에서는 원통형 캔에 정극, 부극 및 세퍼레이터를 권취한 전극군이 수납되는 이차 전지에 있어서, 절연 테이프로 감싸진 정극탭과 상기 정극탭이 삽입되면서 안전변의 하면에 부착되는 서모프로텍터와, 상기의 안전변이 중앙에 형성되어 있는 가변 플레이트와, 상기 가변 플레이트 위에 적치되는 캡 커버와, 원통형 캔의 상측 개구부에 용접 결합되는 환형 캡과, 상기 환형 캡과 캡 커버 및 가변 플레이트를 동시에 맞물어 밀폐시키는 가스켓을 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 절연 테이프는 그 재질에 있어 특별히 제한을 두지 아니하나 폴리이미드를 채용함이 바람직하고 캔과의 접촉에 의한 쇼트를 방지하기 위한 목적으로 사용된다.

상기 서모프로텍터는 전지의 내부 온도가 일정 온도이상으로 전류를 차단시키는 작용을 한다.

상술한 구성으로 이루어진 본 발명은 종래 구성되었던 비딩부와, 전류 제한기 및 전류 차단기, 서포트 플레이트 등의 복잡한 부품을 제거하고 비딩, 크림핑 및 프레스 공정을 생략할 수 있으며 전류 제한기와 전류 차단기의 역할을 서모프로텍터로 대체함으로써, 전지의 용량을 증대할 수 있는 공간을 확보할 수 있고, 부품이 단순화되므로 공정이 용이하게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 이차 전지를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 이차 전지의 서모프로텍터와 정극탭을 저면에서 도시한 단면도.

도 3은 종래 원통형 이차 전지를 도시한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2: 원통형 캔 4: 전극군

30: 정극탭 32: 절연 테이프

34: 서모프로텍터 36: 알루미늄 탭

38: 가변 플레이트 38a: 안전변

40: 캡 커버 42: 가스켓

44: 환형 캡 46: 용접부

본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 이차 전지의 일실시예를 도시한 단면도이다.

도면에서 보면, 상측이 열려 있는 원통형 캔(2)에 정극, 부극 및 세퍼레이터를 권취하여 전극군(4)이 수납되고, 상기 원통형 캔(2)의 상측 개구부는 캡 어셈블리(50)의 환형 캡(44)으로 용접 결합되는 구성을 하고 있다.

전극군(4)의 정극에서 인출된 정극탭(30)은 절연 테이프(32)로 감싸져서 서모프로텍터(34)의 하부에 부착되고, 상기 서모프로텍터(34)에서 소정의 공간을 두고 부착된 알루미늄 탭(36)이 인출되어 상면의 가변 플레이트(38)와 연결된다.

상기 서모프로텍터(34)의 상부에 위치하고 알루미늄 탭(36)과 부착된 가변 플레이트(38)는 중앙에 안전변(38a)이 형성되어 있고, 상기 안전변(38a)은 전지의 내부에서 과충전류가 흐르거나 이상반응이 발생시 가스가 발생하고, 내부 압력이 증가할 때 파단되어 가스를 배출하고 압력을 감소시키는 안전장치이다. 상기 안전변(38a)은 일정 압력하에서 파단될 수 있도록 용접 되어 있고, 평판 형상을 하고 있다.

상기 가변 플레이트(38)의 상면에는 캡 커버(40)가 안착되고, 상기 캡 커버(40)와 가변 플레이트(38)의 외주에서 가스켓(42)이 개재되어 캡 커버(40)와 가변 플레이트(38)를 압착하면서 동시에 환형 캡(44)을 결합시키도록 되어 있다.

상기 캡 커버(40), 가변 플레이트(38) 및 환형 캡(44)을 포함하고, 가스켓(42)에 의해 결합되는 캡 어셈블리(50)는 용접부(46)에서 용접되어 캔의 상측을 밀폐시킬 수 있도록 한다.

도 2에는 상기 정극탭(30)이 부착되는 서모프로텍터(34)의 저면을 도시한 단면도이다.

도면에서 보는 바와 같이, 정극에서 인출된 정극탭(30)이 캔(2)과 접촉되는 부분을 절연 테이프(32)로 감싸고 나머지 부분은 서모프로텍터(34)의 밑면에 부착된다. 상기 서모프로텍터(34)의 밑면에 부착된 정극탭(30)과 소정의 공간을 두고 알루미늄 탭(36)이 부착되어 서모프로텍터(34)의 외부로 인출되고 가변 플레이트(38)와 부착 연결되어 전기 접속이 되도록 한다.

상기 서모프로텍터는 보통 조건에서는 도전체로서 전류를 통전시키나 설정된 기준이상으로 온도가 상승하면 비통전상태로 변환되는 특성을 지니는 데 일반적으로 110℃±2℃에서 작동을 하도록 되어 있다. 상기와 같은 특성을 이용하여 전지 내부 온도가 비정상으로 상승할 때 비통전 상태로 변환하여 가변 플레이트(38)와의 접속을 차단함으로써 종래 전류 제한기와 전류 차단기의 역할을 수행할 수 있는 것이다.

상기 절연 테이프(32)로 정극탭(30)을 감싸는 이유는 전지 내부의 이상 발생시 정극탭(30)이 가변 플레이트(38)와 접속되는 것을 차단하고 쇼트를 방지하기 위함이다.

상기 환형 캡(44)을 캔(2)과 용접 결합시에는 레이저 용접으로 결합시킨다.

상술한 바와 같이 이차 전지를 구성함으로써 종래 형성되어 있던 비딩부를 제거하여 기존보다 약 3㎜∼3.2㎜가량의 여유 공간을 확보할 수 있다. 이차 전지의 양극활물질로 LiCoO₂를 사용할 경우 약 110mAh∼120mAh 정도의 용량을 증가시킬 수있게 된다.

본 발명에 의하여 종래 기술에서 도출된 문제점을 효과적으로 해결한다.

이차 전지의 상측 비딩부를 제거하고 캡 어셈블리를 구성하는 부품을 단순화시켜 이차 전지의 내부 공간을 확보하고 상기 공간을 이용하여 전지의 고용량화를 실현하며, 비딩, 크림핑 및 프레스 공정을 생략하여 공정의 단순화가 가능하도록 하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 정극, 부극 및 전해액을 수납하는 원통형 캔과; 캔의 개구에 용접 결합되는 캡 어셈블리와; 상기 캡 어셈블리는 캔의 상단을 밀폐하는 환형 캡과, 환형 캡에 가스켓을 개재하여 결합 밀봉되는 안전밸브를 포함하고; 상기 정극에서 인출된 탭과; 상기 탭과 안전밸브의 사이에 설치되는 서모프로텍터를 포함하는 이차전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 서모프로텍터는 110℃±2℃의 온도 영역에서 작동되도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 탭은 일부가 절연 테이프로 감싸져 캔과 절연되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 절연 테이프는 폴리 이미드 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 안전밸브의 상부에는 통기공이 형성된 캡 커버를 설치한 구성을 포함하는 이차 전지.