KR100416095B1 - 각형 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각형 이차 전지를 종방향으로 압축했을 때 그 압축에 따라 케이스가 압축되는 형상을 일정하게 하여 압축된 후에도 안전성이 확보될 수 있도록 하기 위한 것으로, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 개재하여 권취된 극판 조합체가 수납되도록 적어도 하나의 개구부를 가지며, 상기 개구부가 한쌍의 장변부와 단변부로 구비된 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 개구부에 대응되는 형상으로 상기 개구부와 접합되어 전지를 밀봉하는 캡 플레이트를 구비한 각형 이차 전지에 있어서, 상기 케이스 본체와 캡 플레이트는 그 사이에 서로 접합된 접합부를 가지고, 상기 접합부는 용접에 의해 복수의 비드를 가지며, 상기 접합부 중 상기 장변부의 적어도 하나를 따라 형성된 접합부는 그 양단으로부터 중앙부로 갈수록 접합강도가 작아지도록 형성하되, 접합강도가 작은 부분은 접합강도가 큰 부분에 비해 그 비드들 사이의 중심 거리가 더 멀게 구비된 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지에 관한 것이다.

Description

각형 이차 전지{Rectangular-type secondary battery}

본 발명은 각형 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지의 종압축에 따른 안전성이 뛰어난 접합구조를 갖춘 각형 이차 전지에 관한 것이다.

통상적으로 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있다. 이차 전지는 극판 조립체를 수용하고 있는 케이스의 외관에 따라서 원통형과 각형 전지로 구분할 수 있다. 각형 전지는 직육면체의 케이스내에 극판 조립체가 수용된 것이다.

도 1 에는 통상적인 각형 이차 전지의 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 케이스 본체(10)는 전체적으로 모서리가 라운드 처리된 직육면체의 공간을 한정하고 있으며, 내부에 극판 조립체(12)가 수납되도록 개구부를 구비한다. 극판 조립체(12)는 전극 활물질이 도포된 양극판 및 음극판을 세퍼레이터로 상호 격리시키고, 이 양극판, 음극판 및, 세퍼레이터를 젤리 롤(jelly roll)의 형태로 감아서 형성한 것이다. 극판 조립체(12)의 일측에는 전극 탭(13)이 형성된다.

극판 조립체는 케이스 본체(10)의 상단에 형성된 개구부를 밀폐하는 캡 플레이트(20)와, 상기 캡 플레이트(20)에 형성된 구멍에 삽입되는 절연 튜브(22)와, 상기 절연 튜브(22)에 형성된 구멍에 삽입되고 상기 극판 조립체(12)의 탭(13)에 전기적으로 연결되는 핀(24)과, 상기 탭(13)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시키는 절연판(14)을 구비한다. 도면 번호 21 로 표시된 것은 전해액 주입구로서, 캡 플레이트(20)가 케이스 본체(10)에 조립된 이후에 전해액을 주입하도록 형성된 것이다.

이러한 각형 이차 전지는 케이스 본체와 캡 플레이트가 금속제로 이루어져 용접에 의해 접합시키며, 그 접합은 장변부와 단변부에 걸쳐 동일한 용접강도를 갖도록 용접된다. 따라서, 이렇게 동일한 용접강도로 용접된 전지에 그 단변부에 수직한 방향에서 압축하는 종압축 시험을 시행할 경우에 전지는 다양한 모양으로 압축되게 된다.

그런데, 이렇게 압축되는 전지의 모양에 따라 전지의 안전성에는 많은 차이가 발생하게 되는 데, 만일 압축되는 전지가 그 장변부의 중심부위가 꺽여지는 형상으로 접혀지게 되면, 그 내부에 수납된 극판 조립체도 따라서 같이 접혀지게 되고, 이에 따라 극판 조립체의 양극판과 음극판이 서로 맞닿아 단락이 될 수도 있게 된다. 따라서 이는 전지의 안전성에 큰 문제를 야기시키게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기계적으로 압축했을 때 그 압축에 따라 케이스가 압축되는 형상을 일정하게 하여 압축된 후에도 안전성이 확보될 수 있는 각형 이차 전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 통상적인 각형 이차 전지의 개략적인 분해 사시도.

도 2는 각형 이차 전지의 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 각형 이차 전지의 평면도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 각형 이차 전지의 결합부 용접 비드를 나타내는 도면.

도 5a는 각형 이차 전지를 종압축 시험하는 상태를 나타내는 설명도.

도 5b 및 도 5c는 각각 본 발명에 따른 각형 이차 전지의 일 실시예와 비교예를 도 5a에 따라 종압축시킨 후의 상태를 나타내는 도면.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

10: 케이스 본체 12: 극판 조립체

13: 탭 14: 절연판

15: 개구부 16: 장변부

18: 단변부 20: 캡 플레이트

21: 전해액 주입구 22: 절연 튜브

24: 핀 30: 접합부

32a,32b: 장변 접합부 34a,34b: 단변 접합부

40: 용접 비드

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 개재하여 권취된 극판 조합체가 수납되도록 적어도 하나의 개구부를 가지며, 상기 개구부가 한쌍의 장변부와 단변부로 구비된 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 개구부에 대응되는 형상으로 상기 개구부와 접합되어 전지를 밀봉하는 캡 플레이트를 구비한 각형 이차 전지에 있어서, 상기 케이스 본체와 캡 플레이트는 그 사이에 서로 접합된 접합부를 가지고, 상기 접합부는 용접에 의해 복수의 비드를 가지며, 상기 접합부 중 상기 장변부의 적어도 하나를 따라 형성된 접합부는 그 양단으로부터 중앙부로 갈수록 접합강도가 작아지도록 형성하되, 접합강도가 작은 부분은 접합강도가 큰 부분에 비해 그 비드들 사이의 중심 거리가 더 멀게 구비된 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지를 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기와 같이 접합강도가 작은 부분을 구성하는 비드들은 그 비드간 거리가 상기 비드 반지름의 50% 이상, 100%이하가 되도록 할 수 있으며, 바람직하게는 75%가 되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 접합강도가 큰 부분을 구성하는 비드들은 그 비드간 거리가 상기 비드의 반지름의 0%초과, 50%미만이 되도록 할 수 있으며, 바람직하게는 25%가 되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상술한 바와 같은 접합강도가 작은 부분은 그 장변부 전체길이의 0%초과, 50%미만이 되도록 할 수 있으며, 바람직하게는30%가 되도록 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 보다 상세히 설명한다. 이하 설명될 도면에 있어, 상기 종래 기술의 각형 이차 전지와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다.

도 2는 도 1과 같은 각형 이차 전지에 있어서, 극판 조립체가 케이스 본체(10)에 수납되고, 캡 플레이트(20)가 케이스 본체에 접합된 상태를 나타내는 도면이다. 그림에서 캡 플레이트(20)의 상면으로 돌출 형성된 것은 절연튜브와 핀이다. 또한 도 3은 이렇게 접합된 각형 이차 전지의 접합부(30)를 보다 상세히 설명하기 위한 평면도이다.

먼저 도 2와 같이 극판 조립체가 수납된 케이스 본체(10)는 캡 플레이트(20)와 접합되며, 케이스 본체(10)와 캡 플레이트(20)의 사이에는 이렇게 서로 접합시키는 접합부(30)가 형성된다. 그림에서 케이스 본체(10)는 캡 플레이트(20)와 접합되는 상부에만 개구부를 구비하나, 하부의 바닥부에도 개구부를 구비하여 여기에 바닥 플레이트를 접합할 수도 있다.

본 발명과 같은 케이스 본체(10)의 개구부(15)는 장변부(16)와 단변부(18)를 구비하며, 이와 접합되는 캡 플레이트(20)도 대응되는 형상으로 형성된다. 본 발명에 있어서, 단변부(18)는 그림과 같이 라운드진 형상으로 되어 있으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니고, 단변부(18)가 편편한 형상으로 상기 개구부(15)가 직사각형의 형상을 띠는 전지에도 본 발명은 그대로 적용될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 갖는 각형 이차 전지에 있어서, 장변부(16)와단변부(18)에서의 접합 조건을 달리하여 전지가 종압축될 경우에, 그 압축되는 형상이 일정하도록 한 것이다.

이를 위해 도 3과 같이 장변 접합부(32a,32b)에서의 접합강도를 달리 하도록 하였다.

곧, 그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 각각 한 쌍의 장변부(16a,16b)와 한 쌍의 단변부(18a,18b)를 갖는 전지 케이스와 이에 대응되는 형상의 캡 플레이트가 접합되어 접합부(30)를 형성함에 있어서, 이 접합부(30)는 상술한 장변부(16a,16b) 및 단변부(18a,18b)에 대응되는 한 쌍의 장변 접합부(32a,32b)와 한 쌍의 단변 접합부(34a,34b)를 구비하게 된다.

그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 접합은 용접에 의할 수 있으며, 이 용접은 특히 연속적인 레이저 용접일 수 있다. 따라서 접합부(30)는 용접에 의한 복수의 비드(40)를 구비하게 된다.

이러한 접합부(30)에 있어, 한 쌍의 장변 접합부(32a,32b)의 적어도 하나에 용접 강도를 달리하여 이 장변 접합부(32a,32b)에서의 압축시 변형되는 형상을 일정하게 유도할 수 있게 된다.

곧, 도 3에서, 장변 접합부(32a,32b) 중 적어도 하나의 장변 접합부(32a)의 용접강도를 그 장변 접합부(32a)의 양단으로부터 중앙부로 갈수록 작게 하는 것이다. 이 때, 장변 접합부(32a)의 전체 길이(Y)에 대해 이 중앙부의 용접강도가 작은 부분(36)은 그 길이(Z)가 상기 전체 길이(Y)의 50%이내로 할 수 있으며, 바람직하게는 전체 길이(Y)의 약 3분의 1보다 조금 적은 거리인 30% 정도로 할 수 있다. 이렇게 용접강도가 작은 부분(36)의 길이를 결정하는 것은 전지의 전체적인 기계적, 구조적 안정성을 고려해야 하는 것으로, 용접강도가 작은 부분이 상기와 같이 전체 길이의 50%를 초과할 경우에는 전체적인 전지의 기계 구조적 안정성이 저하될 수 있고, 용접강도가 작은 부분이 지나치게 짧을 경우에는 본 발명에 따른 효과를 충분히 살릴 수 없기 때문이다. 그러나, 본 발명에 따라 장변부 방향에서의 압축시 일정한 형상으로 압축되도록 하기 위해 장변 접합부의 일정부분이 먼저 파단되도록 하기 위해서는 용접강도가 작은 부분이 약간 정도 있는 경우에도 성취될 수 있다. 이는 종압축시 짧은 부분이지만, 중앙부의 용접강도가 작은 부분의 파단이 먼저 일어나게 되면, 이를 중심으로 일정범위까지는 접합부의 파단이 연속하여 일어날 수 있기 때문이다. 이러한 용접강도의 차이는 하기 설명되는 바와 같이 용접 비드들(40)간의 중심거리 곧, 비드간 거리의 차이에 의해 발생될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 상기와 같이 용접강도를 달리하는 원리를 나타낸 것으로, 도 4a는 용접강도가 큰 부분에서의 비드간 거리를 나타내기 위한 도면이며, 도 4b는 용접강도가 작은 부분에서의 비드간 거리를 나타내기 위한 도면이다.

먼저, 도 4a에서, 용접강도가 큰 부분에서는 접합부를 형성하는 용접비드들이 그림과 같이 밀집되어 배열된다. 따라서, 이 접합부를 이루는 비드 중 하나인 제 1비드(40a)와 이와 인접되는 제 2비드(40b)의 중심(42a),(42b)이 이루는 거리(w)가 비드 반지름(x)의 절반보다 작도록 하는 것이다. 곧, 비드간 거리(w)가 비드 반지름(x)의 0% 초과, 50% 미만이 되도록 하는 것이며, 바람직하게는 비드 반지름(x)의 25%가 되도록 한다. 이때, 비드간 거리(w)가 너무 작으면, 용접효율을떨어뜨리게 되고, 비드간 거리(w)가 비드 반지름(x)의 50%에 너무 인접하게 되면, 하기 용접강도가 작은 부분과 구별되어 보다 쉽게 파단되는 효과가 줄어들게 된다.

또한 도 4b에서 볼 수 있는 바와 같이, 용접강도가 작은 부분에서는 용접비드들간의 거리를 좀더 멀어지도록 하는 데, 곧, 이 부분을 구성하는 비드 중 하나인 제 3비드(40c)와 제 4비드(40d)의 비드 중심(42c),(42d)이 이루는 거리(w')가 비드 반지름(x)의 절반보다 크도록 하는 것이다. 따라서, 이때의 비드간 거리(w')는 비드 반지름(x)의 50%이상, 100% 이하가 되도록 하며, 바람직하게는 75%가 되도록 한다. 이는 비드간 거리(w')가 비드 반지름(x)의 100%를 초과하게 되면, 전지 접합부에서의 구조적 안정성을 해치게 되기 때문이다.

다음으로 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 각형 이차 전지의 작용을 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명한다.

먼저, 도 3 및 도 5a를 참고로 하면, 본 발명에 따른 각형 이차 전지는 장변 접합부(32a,32b)와 단변 접합부(34a,34b)를 구비하여, 이 장변 접합부 중 적어도 하나의 장변 접합부(32a)의 중앙부를 접합강도, 곧 용접 강도가 작게 형성하여, 장변부 방향으로의 압축, 곧 전지를 종압축할 경우에 이 용접 강도가 작게 형성된 부분에서 먼저 파단이 되도록 일어나도록 하는 것이다.

도 5a는 이와 같은 전지를 종압축하는 시험을 개략적으로 도시한 것으로 전지(1)를 종방향으로 세우고 이를 압축기(3,5)를 이용해 압축했을 때, 본 발명에 따르면 상기와 같이 용접 강도가 작게 형성된 부분에서 먼저 파단이 일어나게 된다.

도 5b 및 도 5c는 이와 같이 본 발명에 따른 실시예와 접합부 전체에 걸쳐동일한 용접강도를 지니도록 한 각형 이차 전지의 비교예를 도 5a와 같이 종압축한 결과를 나타내는 것이다.

도 5b와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예는 접합강도가 작게 형성한 부분(36)을 장변 접합부의 양쪽 모두에 형성시킨 것으로 종압축시에 이 부분에서 먼저 파단이 일어나 전지는 전지 케이스(10)의 개구부가 양옆으로 벌어지면서 개구되게 되어, 내부에 수납된 극판 조립체(12)도 양옆으로 벌어지게 된다. 따라서 극판 조립체(12)의 단락도 방지할 수 있으며, 전지의 모양변형에 따른 안전성의 저하도 방지할 수 있게 된다.

한편, 도 5c와 같이 접합부(30)의 접합강도가 일정한 비교예의 경우에는 전지는 특정방향으로 접혀질 수 있게 되며, 이에 따라 내부에서 단락이 발생될 가능성도 높게 되어, 위험도가 높아지게 된다.

이와 같은 본 발명의 기술적 사상은 도면에서 나타낸 바와 같이 접합부가 캡 플레이트와 동일 평면상에 형성된 전지 뿐만 아니라, 접합부가 캡 플레이트로부터 돌출되어 형성된 경우에도 그대로 적용될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 각형 이차 전지는 케이스와 캡 플레이트의 접합부를 그 장변부의 중앙부위 접합강도가 작도록 하여, 장변부 방향으로의 압축에 따른 압축 형상이 일정하게 되도록 하여, 압축에 따른 변형 시에도 전지의 안전성이 유지될 수 있도록 할 수 있으며, 또한 이를 접합 조건만을 변형시켜 달성할 수 있으므로, 별도의 추가적인 구조없이도 종래의 설비만으로 제조가 가능하게 된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 이로부터 다양한 변형 및, 균등한 타 실시예를 용이하게 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims (8)

1. 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 개재하여 권취된 극판 조립체가 수납되도록 적어도 하나의 개구부를 가지며, 상기 개구부가 한쌍의 장변부와 단변부로 구비된 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 개구부에 대응되는 형상으로 상기 개구부와 접합되어 전지를 밀봉하는 캡 플레이트를 구비한 각형 이차 전지에 있어서,

   상기 케이스 본체와 캡 플레이트는 그 사이에 서로 접합된 접합부를 가지고, 상기 접합부는 용접에 의해 복수의 비드를 가지며, 상기 접합부 중 상기 장변부의 적어도 하나를 따라 형성된 접합부는 그 양단으로부터 중앙부로 갈수록 접합강도가 작아지도록 형성하되, 접합강도가 작은 부분은 접합강도가 큰 부분에 비해 그 비드들 사이의 중심 거리가 더 멀게 구비된 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 접합강도가 작은 부분을 구성하는 비드들은 그 비드간 거리가 상기 비드 반지름의 50%이상, 100%이하인 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 접합강도가 작은 부분을 구성하는 비드들은 그 비드간 거리가 상기 비드 반지름의 75%인 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 접합강도가 큰 부분을 구성하는 비드들은 그 비드간 거리가 상기 비드의 반지름의 0% 초과, 50%미만인 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 접합강도가 큰 부분을 구성하는 비드들은 그 비드간 거리가 상기 비드의 반지름의 25% 인 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 접합강도가 작은 부분은 그 장변부 전체길이의 0% 초과, 50% 이하인 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 접합강도가 작은 부분은 그 장변부 전체길이의 30%인 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지.