KR100571233B1

KR100571233B1 - 이차 전지

Info

Publication number: KR100571233B1
Application number: KR1020040003866A
Authority: KR
Inventors: 한규남
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2006-04-13
Also published as: KR20050076067A

Abstract

용기형 캔, 캔의 개구부를 통해 캔에 내장되는 전극 조립체, 캔의 개구부를 마감하는 캡 어셈블리를 포함하여 이루어지는 베어 셀의 적어도 일 측면에서 안전 장치가 결합되고, 상기 안전 장치가 결합된 상기 베어 셀의 측면과 상기 안전 장치의 적어도 일부 표면에 접하도록 수지 몰드가 구비되어 이루어지는 이차 전지에 있어서, 상기 수지 몰드는 상기 수지 몰드가 상기 베어 셀과 닿는 접촉면을 기준으로 볼 때 적어도 두 개의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 개시된다. 수지 몰드에서 베어 셀에 직접 닿는 직접 접착층은 상대적 고접착성 물질층으로 이루어지고, 간접 접착층은 상대적 저접착성 물질층으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 성형 수지 몰드를 이차 전지에 안정적으로 부착시킬 수 있으며, 이를 통해 베어 셀과 안전 장치를 강하게 결합시켜, 외력에 의한 벤딩이나 트위스팅에 의해 성형 수지 몰드나 안전 장치들이 베어 셀에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

Description

이차 전지 {Secondary Battery}

도1은 성형 수지에 의해 결합되기 전 단계에 있는 종래의 리튬 이온 수지 팩 전지의 일 예에 대한 개략적 분해 사시도,

도2는 성형 수지에 의해 결합된 상태의 종래의 리튬 이온 수지 팩 이차 전지를 나타내는 사시도,

도3 내지 도5는 도1과 같은 형태의 베어 셀과 안전 장치를 가지는 수지 팩 전지에 본 발명을 실현하기 위해 이루어지는 중요 과정들을 도시한 부분 단면도들,

도 6은 본 발명 형성을 위한 베어 셀 각 부품과 안전 장치의 조립체에 대한 분해 사시도,

도7은 본 발명의 형성을 위한 베어 셀 상태의 전지와 안전 장치의 조립체를 형성하기 직전 상태를 나타내는 사시도,

도8은 성형 수지 틀에 베어 셀과 안전 장치의 조립체를 고정시킨 상태를 나타내는 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100: 베어 셀 111: 양극 단자

113: 단자용 통공 112: 전해액 주입공

130: 음극 단자 110: 캡 플레이트

120: 가스켓 150: 단자 플레이트

160: 마개 190: 절연 케이스

191: 리드 통공 192: 전해액 통과공

20,200: 성형 수지부 210: 고접착성 물질층

220: 저접착성 물질층 217: 음극 리드

211: 캔 212: 전극 조립체

213: 양극 214: 세퍼레이트

215: 음극 216: 양극 리드

30,300: 보호회로 기판 35: 회로부

36,37,360,370: 접속 단자 31,32,310,320: 외부 단자

311: 외부 단자 표면

41,42: 접속 리드 410,420: 리드 플레이트

43,140,430: 절연 플레이트 500: 성형 수지 틀

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 조립체, 캔, 캡 조립체를 구비하여 이루어진 베어 셀(bare cell)과 베어 셀에 보호회로 기판을 전기적으로 접속하여 이루어지는 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화 가능성으로 인하여 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 근래에 개발되고 사용되는 것 가운데 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 있다.

그런데, 전지는 에너지원으로서 많은 에너지를 방출할 가능성을 가지고 있다. 이차전지의 경우, 에너지를 충전된 상태에서 자체에 높은 에너지를 축적하고 있으며, 충전하는 과정에서는 다른 에너지원으로 부터 에너지를 공급받아 축적하게 된다. 이런 과정이나 상태에서 내부 단락 등 이차 전지의 이상이 발생하는 경우, 전지 내에 축적된 에너지가 단시간에 방출되면서 발화, 폭발 등의 안전 문제를 일으킬 수 있다.

따라서, 이차 전지에는 충전된 상태에서 혹은 충전하는 과정에서 전지 자체의 이상으로 인한 발화나 폭발을 막기 위해 여러 가지 안전 장치가 구비된다. 안전 장치들은 통상 리드 플레이트(lead plate)라 불리는 도체구조에 의해 베어 셀의 양극 단자 및 음극 단자와 연결된다. 이들 안전 장치는 전지의 고온 상승이나, 과도한 충방전 등으로 전지의 전압이 급상승하는 등의 경우에 전류를 차단해 전지의 파열, 발화 등 위험을 방지하게 한다. 안전 장치로서 베어 셀에 연결되는 것으로는 이상 전류나 전압을 감지하여 전류 흐름을 막는 보호회로, 이상 전류에 의한 과열로 작동하는 PTC(positive temperature coefficient)소자, 바이메탈 등이 있다.

베어 셀과 안전 장치가 결합된 상태의 이차 전지는 별도의 케이스에 수납되어 완성된 외관을 갖춘 이차 전지를 이루게 된다. 이후, 별도의 케이스를 사용하지 않고, 베어 셀과 보호회로 기판 등의 안전 장치 단자를 먼저 용접 등으로 연결하고, 그 사이 공간, 혹은 주변 공간에 성형 수지를 채워 베어 셀과 보호회로를 물리 적으로 결합시킨 수지 팩 이차 전지로 이루어지는 경우가 많아지고 있다.

수지 팩 이차 전지의 경우, 베어 셀에 안전 장치들을 부착한 코아 팩을 케이스에 넣어 완성하는 경우에 비해 외관을 몰딩으로 매끈하게 하거나, 케이스에 해당하는 두께를 줄일 수 있고, 케이스에 장입하는 불편이 없다는 이점이 있다.

도1은 성형 수지에 의해 결합되기 전 단계에 있는 종래의 리튬 이온 수지 팩 전지의 일 예에 대한 개략적 분해 사시도이며, 도2는 성형 수지에 의해 결합된 상태의 종래의 리튬 이온 수지 팩 이차 전지를 나타내는 사시도이다.

도1 및 도2를 참조하면, 수지 팩 전지에서 베어 셀의 전극 단자(130, 111)가 형성된 면에 나란히 보호회로 기판(30)이 배치된다. 그리고, 도2와 같이 베어 셀(100)과 보호회로 기판과의 간극을 성형 수지로 충전한다. 성형 수지로 충전할 때 성형 수지가 보호회로 기판의 바깥 면까지 덮을 수 있으나 전지의 외부 단자(31, 32)는 외부로 노출되도록 한다.

베어 셀(100)에는 보호회로 기판(30)과 대향하는 측면에는 양극 단자(111), 음극 단자(130)가 형성되어 있다. 양극 단자(111)는 알미늄 혹은 알미늄 합금으로 이루어지는 캡 플레이트 자체이거나 캡 플레이트 상에 결합된 니켈 함유 금속 판이 될 수 있다. 음극 단자(130)는 캡 플레이트 상에 돌기 모양으로 돌출된 단자이며, 주위에 개재된 절연체 가스켓에 의해서 캡 플레이트(110)와 전기적으로 격리되어 있다.

보호회로 기판(30)은 수지로 이루어진 판넬에 회로가 형성되어 이루어지고, 외측 표면에 외부 단자(31, 32) 등이 형성되어 있다. 이 기판(30)은 베어 셀(100) 의 대향 면(캡 플레이트면)과 거의 같은 크기와 모양을 가진다.

보호회로 기판(30)에서 외부 단자(31,32)가 형성된 이면, 즉, 내측면에는 회로부(35) 및 접속 단자(36, 37)가 구비된다. 회로부(35)에는 충방전시에 있어서 과충전, 과방전으로부터 전지를 보호하기 위한 보호 회로 등이 형성되어 있다. 회로부(35)와 각각의 외부 단자(31, 32)는 보호회로 기판(30)을 통과하는 도전구조에 의해 전기 접속되어 있다.

베어 셀(100)과 보호회로 기판(30) 사이에는 접속 리드(41, 42) 및 절연 플레이트(43) 등이 배치되어 있다. 접속 리드(41, 42)는 통상 니켈로 이루어지고 캡 플레이트(110) 및 보호회로 기판(30)의 접속 단자(36,37)와의 전기 접속을 위해 형성되며 'L'자형 구조 혹은 평면적 구조로 이루어진다. 접속 리드(41, 42)와 각 단자( 36, 37)의 접속을 위해서는 저항 스폿 용접이 사용될 수 있다. 본 예에서는 보호회로 기판과 음극 단자 사이에 있는 접속 리드(42)에는 브레이커(breaker) 등이 별도로 형성된 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 보호회로 기판의 회로부(35)에는 브레이커는 제외된다. 절연 플레이트(43)는 음극 단자(130)와 접속되는 접속 리드(42)와, 양극이 되는 캡 플레이트 사이를 절연하기 위해서 설치된다.

그런데, 이상에서 도시된 바와 같이 베어 셀(100)과 보호회로 기판(30) 기타 전지 부속을 성형 수지를 이용하여 팩 전지로 형성할 때, 팩 전지 상태에서 보호회로 기판(30) 등 전지 부속을 베어 셀(100)에 고정적으로 결합시키는 성형 수지부(20)는 캡 플레이트(110)나 캔과 같이 금속으로 이루어지는 베어 셀(100)과 재질이 다르고, 접해있는 면적도 크지 않아 부착 강도가 약하다는 문제가 있다.

부착 강도를 강하게 하기 위해서는 리드 플레이트(접속 리드) 등의 접속 구조를 크게 하여 보강 구조로 이용하거나, 접속 리드 등과 별도인 보강구조를 캡 플레이트에 용접하고, 보강 구조와 베어 셀 사이에는 부분적으로 공간을 형성하여 성형 수지가 이 공간을 채우면서 보강 구조를 감싸게 하는 방법을 생각할 수 있다. 리드 플레이트나 보강구조가 크면 성형 수지 몰드 속에 깊이 위치하여 안전 장치를 포함하는 몰드와 베어 셀 사이의 부착력을 높이는 측면이 있다.

그러나. 성형 수지 몰드가 보강 구조를 포괄하여야 하므로 이런 형태의 보강 구조는 전지의 크기가 제한되어야 하므로 확대되는데 한계를 가진다. 또한, 보강 구조의 돌출이 크면 몰드와 베어 셀의 캡 플레이트 접촉면을 기준으로 몰드 단부가 멀어지므로 몰드 단부에 측방의 힘이 작용하면 접촉면에 작용하는 벤딩 외력이 커지기 쉽다.

또한, 성형 수지와 금속 보강 구조의 재료의 이질성도 부착 강도를 높이는 것을 어렵게 한다. 가령, 금속 보강 구조를 단순한 형태로 하여 돌출 구조를 만들고 돌출 구조가 성형 수지로 속으로 뻗어 있는 경우에는 재료의 이질성으로 인하여 전지의 성형 수지부와 베어 셀 부분을 위와 아래로 당기면 안전 장치를 포함하는 성형 수지부가 베어 셀에서 분리되기 쉽다.

보강 구조를 작게 하면서도 성형 수지부와 베어 셀의 결합 강도를 높이기 위해서는 위에서 일부 언급하였듯이 보강 구조를 복잡하게 하여 보강 구조를 둘러가면서 수지 성형이 이루어지도록 할 수 있다. 가령, 베어 셀과 베어 셀에 결합되는 보강 구조 사이에 틈을 형성하고, 그 틈으로 성형 수지가 채워져 보강 구조를 성형 수지가 둘러싸도록 할 수 있다. 일본국 특허공개 2003-7282에는 이런 형태의 구조가 개시된 것을 볼 수 있다.

그러나, 이런 경우에도 보강 구조만으로는 성형 수지 몰드가 충분한 결합력을 갖지 못할 수 있고, 수지를 부어 넣을 때 보호회로 기판과 베어 셀 사이에 수지가 고르게 채워지지 않을 수 있다. 수지가 채워지지 않으면 결합구조가 더욱 약화될 수 있다.

본 발명은 상술한 종래 수지 팩 이차 전지의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 베어 셀에 부착된 보호회로 기판 등 안전 장치를 감싸는 성형 수지 몰드의 결합을 강화시킬 수 있는 구성을 가지는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 종래의 수지 팩 이차 전지에서 보강 구조가 작고 단순한 경우에도 이를 감싸면서 베어 셀에 결합되는 성형 수지 몰드가 베어 셀 및 보강 구조에 잘 결합될 수 있는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 용기형 캔, 캔의 개구부를 통해 캔에 내장되는 전극 조립체, 캔의 개구부를 마감하는 캡 어셈블리를 포함하여 이루어지는 베어 셀의 적어도 일 측면에서 안전 장치가 결합되고, 상기 안전 장치가 결합된 상기 베어 셀의 측면과 상기 안전 장치의 적어도 일부 표면에 접하도록 수지 몰드가 구비되어 이루어지는 이차 전지에 있어서,

상기 수지 몰드는 상기 수지 몰드가 상기 베어 셀과 닿는 접촉면을 기준으로 볼 때 적어도 두 개의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 베어 셀에 직접 닿는 수지 몰드 층인 직접 접착층은 상대적 고접착성 물질층으로 이루어지고, 고접착성 물질층을 기준으로 베어 셀과 안전 장치의 반대쪽에 위치하는 수지 몰드의 층인 간접 접착층은 상대적 저접착성 물질층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 고접착성 물질층은 베어 셀이나 안전 장치를 이루는 금속 부분과 높은 접착력을 유지할 수 있는 에폭시 수지, 기타 접착제 성분으로 이루어질 수 있으며, 저접착성 물질층은 외장재로 사용될 수 있는 폴리올레핀계 수지층, 폴리에스테르계 수지층, 폴리아미드, 폴리우레탄 등을 사용할 수 있다. 그리고, 두 층은 성분을 통상 달리할 것이나, 성분이 동일하여도 형성 조건에 따라 결합 구조를 달리하는 두 층이 될 수도 있다.

폴리올레핀계 수지로는 폴리프로필렌, 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체 등이 사용될 수 있고, 폴리에스테르계 수지로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르공중합체 및 폴리카보네이트 등이 사용될 수 있다.

본 발명에서 베어 셀의 측면에 직접 닿는 직접 접착층을 고접착성 물질층으로 하는 경우에 고접착성 물질층은 성형 수지 몰딩 방법으로 이루어질 수도 있다.

본 발명 이차 전지의 형성을 위해 고접착성 물질층을 베어 셀의 해당 접착면에 미리 형성한 후 베어 셀에 안전 장치를 부착하는 방법이 사용될 수 있다. 이 경 우, 수지 몰드는 수지 몰드가 베어 셀과 닿는 접촉면에서만 적어도 두 개의 층으로 이루어지게 된다. 안전 장치인 보호회로 기판과 수지 몰드 사이의 접착은 일반적으로 큰 문제가 없기 때문에 베어 셀과 수지 몰드의 접촉면만을 고접착성 물질과 일반 수지의 이중층으로 형성해도 이차 전지에서 베어 셀과 안전 장치의 접착에 큰 문제가 없다.

한편, 본 발명 이차 전지의 형성을 위해 안전 장치가 부착된 셀의 해당 부분을 액상의 고접착성 물질에 담그는 방식(dipping)이나 해당 부분에 고접착성 물질을 스프레이로 뿌리는 방식(spraying)이 사용될 수 있다. 이 경우, 수지 몰드는 상기 수지 몰드가 상기 베어 셀 및 안전 장치와 닿는 접촉면을 기준으로 볼 때 적어도 두 개의 층으로 이루어지게 될 것이다.

본 발명에서 베어 셀의 일 측면에 직접 닿는 직접 접착층을 형성할 때에는 직접 접착층이 열접착성 물질일 수 있으므로 접착력을 향상시키기 위해 베어 셀과 안전 장치를 상온에서 가열하여 일정 온도 이상으로 할 수 있고, 직접 접착층을 형성하는 물질을 일정 이상의 온도에서 베어 셀 및 안전 장치 표면에 제공하거나, 접착층이 도포, 건조 된 뒤에 열을 가할 수도 있다.

본 발명에서 직접 접착층은 베어 셀의 표면과 간접 접착층을 매개하는 역할만 할 수 있으면 충분하며, 통상 통제가 가능한 0.05mm에서 3mm 정도의 두께를 가질 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도3 내지 도5는 도1과 유사한 형태의 베어 셀과 안전 장치를 가지는 수지 팩 전지에 본 발명을 실현하기 위해 이루어지는 중요 과정들을 도시한 부분 단면도들이다.

도3을 참조하면, 도1과 같은 분리된 이차 전지 부품들이 결합된 상태를 형성한다. 접속 단자(360)와 리드 플레이트(410)의 돌출 형성된 부분은 용접으로 결합되므로 보호회로 기판(300)과 베어 셀(100)은 일체가 된다. 리드 플레이트(410)가 용접된 베어 셀(100)의 캡 플레이트(110)와 보호회로 기판(300) 사이에는 용접된 접속 단자(360) 및 리드 플레이트(410) 부분을 제외하고 빈 공간(10)이 형성된다.

도4를 참조하여 설명하면, 도3 상태의 이차 전지 조립체에서 캡 플레이트(110) 표면과 캡 플레이트 표면에서 돌출된 구조를 형성하는 리드 플레이트(410) 표면, 보호회로 기판(300)의 전면에 고접착성 물질층(210)이 형성된다. 이 물질층의 두께는 액상 고접착성 물질의 용매, 온도 등을 조절함으로써 점도를 조절하는 방법으로 결정될 수 있다. 통상은 고접착성 물질층(210)의 두께는 0.1mm 이하로 얇게 유지하는 것이 바람직하다.

이때 보호회로 기판에서 완성된 전지의 외부 단자(310)로 사용될 부분은 표면(311)에 절연층이 형성되면 문제가 발생한다. 이 표면(311) 부분의 고접착성 물질층(210)은 액상의 고접착성 물질에 담그는 공정 후에 용제로 제거하거나, 액상의 고접착성 물질에 담그는 공정 전에 외부 단자 면에 캡핑이나 테이핑 등을 통해 형성되지 않도록 한다.

도5를 참조하면, 도4와 같이 캡 플레이트(110) 및 보호회로 기판(300) 표면 에 고접착성 물질층(210)이 형성된 상태의 이차 전지 조립체에서 베어 셀(100)의 캡 플레이트(110)와 보호회로 기판(300) 사이는 통상의 성형 수지 물질이 채워져 보호회로 기판과 함께 외형상으로 볼 때는 도2와 같은 수지 팩 이차 전지의 성형 수지부(200)가 형성되었다.

이와 같은 상태의 수지 팩 이차 전지에서는 보호회로 기판(300) 같은 이차 전지 안전 장치가 성형 수지부(200)를 매개로 베어 셀(100)에 부착된다. 그리고, 성형 수지부(200)는 복수의 층으로 형성되어, 통상의 성형 수지층 혹은 저접착성 물질층(220)이 고접착성 물질층(210)을 매개로 캡 플레이트(110), 리드 플레이트(410), 보호회로 기판(300) 표면과 같은 금속과의 접촉면에 부착된다.

종래에는 이들 금속 부속의 표면과 그 표면에서 수지 몰드로 돌출되는 접속 리드 표면과 수지 몰드 사이의 접촉면에서의 이들 이질적인 성분 사이의 접착력이 수지 몰드에 돌출된 용접된 리드 부분의 기계적 지지력에 더해져 외력에 의한 벤딩이나 트위스팅에 대한 저항력으로 작용하였다. 그리고, 이질적 성분 사이의 접착력은 크지 않았다. 그러나, 본 발명에서는 이 접착력은 금속 부속의 표면과 고접착성 물질 사이의 접착력, 고접착성 물질과 저접착성 수지층 사이의 접착력 가운데 작은 것에 의해 결정되며, 이들 사이의 접착력은 모두 금속 부속 표면과 통상의 수지 재료 사이의 접착력에 비해 월등히 뛰어난 상태를 이루도록 할 수 있다. 따라서, 외력에 의한 벤딩이나 트위스팅에 의한 저항력은 그만큼 커지게 되고, 비록 접속 리드 부분의 지지 강도가 작은 경우에도 접착력만으로 외력에 의한 변형에 강한 저항력을 가지게 된다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 형성하는 과정을 통해 본 발명을 더 살펴본다.

도 6은 본 발명 형성을 위한 베어 셀 부품과 안전 장치 조립체 상태의 리튬 팩 전지에 대한 분해 사시도이며, 도7은 베어 셀과 안전 장치 조립 직전 상태를 나타내는 사시도이다.

도 6 및 도7을 참조하면, 리튬 팩 전지는 캔(211)과, 이 캔(211)의 내부에 수용되는 전극 조립체(212)와, 캔(211)의 개방된 상단과 결합하여 캔 상단을 밀봉하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 베어 셀을 가진다.

전극 조립체(212)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 양극(213), 세퍼레이터(214), 음극(215), 세퍼레이터의 적층체를 와형으로 권취하여 형성한다.

양극(213)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예컨대 알미늄 호일로 된 양극 집전체와, 그 양면에 코팅된 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 양극 활물질층을 포함하고 있다. 양극(213)에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체의 영역에 양극 리드(216)가 전기적으로 연결되어 있다.

음극(215)은 전도성의 금속 박판, 이를테면 구리 호일로 된 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 탄소재를 주성분으로 하는 음극 활물질층을 포함하고 있다. 음극(215)에도 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체의 영역에 음극 리드(217)가 접속되어 있다.

양극(213) 및 음극(215)과, 양극 및 음극 리드(216,217)는 극성을 달리하여 배치될 수도 있으며, 양극 및 음극 리드(216,217)가 전극 조립체(212)로부터 인출되는 경계부에는 두 전극(213,215)간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(218) 가 각각 감겨져 있다.

세퍼레이터(214)는 폴리 에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어져 있다. 세퍼레이터(214)는 양극 및 음극(213)(215)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판간의 단락을 방지하는데 유리하다.

본 실시예와 같은 각형 캔(211)은 대략 직육면체의 형상을 가진 알미늄 혹은 알미늄 합금으로 형성된다. 캔(211)의 개방된 상단을 통해 전극 조립체(212)가 수용되어 캔(211)은 전극 조립체(212) 및 전해액의 용기 역할을 하게된다. 캔(211)은 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하나 본 실시예에서는 캡 조립체의 캡 플레이트(110)가 양극단자의 역할을 수행하게 된다.

캡 조립체에는 캔(211)의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡 플레이트(110)가 마련되어 있다. 캡 플레이트(110)의 중앙부에는 음극 단자가 통과할 수 있도록 단자용 통공(113)이 형성된다. 캡 플레이트(110)의 중앙부를 관통하는 음극 단자(130) 외측에는 음극 단자(130)와 캡 플레이트(110)와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(120)이 설치되어 있다. 캡 플레이트(110) 중앙부, 단자용 통공(113) 근방에는 캡 플레이트(110) 하면에 절연 플레이트(140)가 배치되어 있다. 절연 플레이트(140)의 아랫면에는 단자 플레이트(150)가 설치되어 있다.

음극 단자(130)는 가스켓(120)이 외주면을 감싼 상태에서 단자용 통공(113)을 통하여 삽입되어 있다. 음극 단자(130)의 저면부는 절연 플레이트(140)를 개재 한 상태에서 단자 플레이트(150)와 전기적으로 연결되어 있다.

캡 플레이트(110) 하면에는 양극(213)으로부터 인출된 양극 리드(216)가 용접되어 있으며, 음극 단자(130)의 하단부에는 음극(215)으로부터 인출된 음극 리드(217)가 사행으로 접혀진 상태에서 용접되어 있다.

한편, 전극 조립체(212)의 상면에는 전극 조립체(212)와 캡 조립체와의 전기적 절연을 위하고, 이와 동시에 상기 전극 조립체(212)의 상단부를 커버할 수 있도록 절연 케이스(190)가 설치되어 있다. 전극 조립체(212)의 중앙부와 음극 리드(217)가 통과할 수 있도록 리드 통공(191)이 형성되고, 다른 측방에는 전해액 통과공(192)이 형성되어 있다.

캡 플레이트(110)의 일측에는 전해액 주입공(112)이 형성되어 있다. 상기 전해액 주입공(112)에는 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입공을 밀폐시키기 위하여 마개(160)가 설치된다. 캡 조립체를 캔(211)과 결합시키는 방법으로 캡 플레이트(110) 주변부와 캔(211) 측벽의 용접이 이루어진다.

캡 플레이트(110) 위에는 평행한 측벽을 가지고, 측벽의 하부를 연결하며 마개(160) 부분에 통공을 가지는 저면으로 형성된 리드 플레이트(410)가 마개(160) 주변에 용접된다. 리드 플레이트(접속 리드)는 전기 접속을 위한 것이나, 후에 성형 수지부와의 경계면에서 측벽이 상기 성형 수지부 방향으로 돌출될수록 성형 수지부 속에 박혀 성형수지부와 베어 셀을 고정시켜주는 역할을 할 수 있다. 리드 플레이트(410)는 'ㄷ'자형 측벽 혹은 'ㄴ'자형 측벽을 가질 수도 있다.

리드 플레이트(410)는 니켈, 니켈 합금 혹은 니켈 도금된 스테인레스강 재질 로 이루어지는 것이 바람직하며, 리드 플레이트의 두께는 일반적 범위에서 통상 0.05 내지 0.5 mm로 이루어진다. 리드 플레이트(410)의 두께는 캔의 두께와 용접 편의와 관련되며, 두껍게 형성될 경우, 캡 조립체로 밀봉한 전지 캔(211)과 보호회로 기판(300) 사이의 공간을 수지로 채워 형성하는 팩 전지에서 전지를 비틀거나(twisting) 구부릴(bending) 때 외력에 대한 저항 강도를 높일 수 있으므로 유리한 측면이 있다.

또한, 리드 플레이트가 길게 돌출되면 그만큼 수지 몰드와의 접촉면이 많아져 접착력이 높아지나, 이차 전지 크기가 커지는 문제가 있으므로 그 크기는 제한된다. 용접은 캡 플레이트(110)의 재질이 통상 알미늄 혹은 알미늄 합금으로 이루어져 열전도성이 높고, 저항이 미미하므로 저항 용접은 적합치 않고, 통상 레이져 용접으로 이루어질 수 있다.

이어서, 리드 플레이트(410,420)와 보호회로 기판(300)의 접속 단자(360,370) 사이의 용접이 이루어진다. 이로써 도3과 같은 상태의 이차 전지 조립체가 이루어진다.

도3 상태의 이차 전지 조립체를 캔 부분을 잡고 캡 플레이트(110)와 보호회로 기판(300) 부분을 액상의 고접착성 물질에 담근 후 꺼내어 건조 혹은 경화시킨다. 따라서, 도4와 같이 캡 플레이트(110) 표면과 캡 플레이트 표면에서 돌출된 구조를 형성하는 접속 리드(410,420) 표면, 보호회로 기판(300)의 전면에 고접착성 물질층(210)이 형성된다. 이 물질층의 두께는 액상 고접착성 물질의 용매, 온도 등을 조절함으로써 점도를 조절하는 방법으로 결정될 수 있다. 이차 전지의 크기 및 무게를 줄일 수 있고, 필요없는 부분에 형성된 것을 제거하기 용이하다는 측면에서 고접착성 물질층(210)의 두께는 0.1mm 이하로 얇게 유지하는 것이 바람직하다. 수지로 이차 전지 전체를 도포하여 외장을 형성하는 경우, 도3의 이차 전지 조립체 전체가 액상의 고접착성 물질에 담그어질 수 있다.

도4와 같이 캡 플레이트 및 보호회로 기판 표면에 고접착성 물질층(210)이 형성된 상태의 이차 전지 조립체를 도8과 같이 성형 수지 틀(500)에 넣고 고정한다. 액상의 성형 수지를 부어 넣어 틀의 빈 공간을 채움으로써 베어 셀의 캡 플레이트와 보호회로 기판 사이는 성형 수지가 채워져 보호회로 기판과 함께 외형상으로 볼 때는 도2와 같고 단면상으로 도5와 같은 수지 팩 이차 전지의 성형 수지부(200)를 형성한다.

한편, 도5와 같은 상태의 수지 팩 이차 전지에서 외부 단자 면이 딥 가공에 의해 도4와 같은 상태에서 고접착성 물질층(210)에 의해 덮여있다. 그러므로, 성형 수지 틀(500)을 제거한 상태에서 보호회로 기판의 외부 단자 면(311)을 고접착성 물질층(210)에 대한 용제를 이용하여 닦아줌으로써 고접착성 물질층을 제거할 수 있다. 이 과정에서 베어 셀의 측면인 캔 표면에 묻어있는 고접착성 물질층도 함께 제거할 수 있다. 이때, 용제는 저접착성 물질층에 대해서는 용제로 작용하지 않는 물질을 사용하며, 수지 팩 이차 전지에서 고접착성 물질층이 저접착성 물질층과 전지 부속의 금속 표면을 매개하는 부분은 모두 저접착성 물질층으로 덮인 상태이므로 이차 전지 전체를 용제로 닦는 방법으로 필요없는 부분에 묻은 고접착성 물질층을 모두 제거할 수 있다.

본 발명에 따르면, 성형 수지 몰드를 이차 전지에 안정적으로 부착시킬 수 있으며, 이를 통해 베어 셀과 안전 장치를 강하게 결합시킬 수 있다. 즉, 외력에 의한 벤딩이나 트위스팅에 의해 성형 수지 몰드나 안전 장치들이 베어 셀에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 같은 기계적 결합 강도를 요구할 때 베어 셀의 보강 구조나 크기를 보다 작고, 단순하게 할 수 있으므로 수지 몰딩에서의 수지가 보다 용이하고 균등하게 채워질 수 있도록 한다.

Claims

용기형 캔, 상기 캔의 개구부를 통해 상기 캔에 내장되는 전극 조립체, 상기 개구부를 마감하는 캡 어셈블리를 포함하여 이루어지는 베어 셀의 적어도 일 측면에서 안전 장치가 결합되고, 상기 안전 장치가 결합된 상기 베어 셀의 측면과 상기 안전 장치의 적어도 일부 표면에 접하도록 수지 몰드가 구비되어 이루어지는 이차 전지에 있어서,

상기 수지 몰드는 상기 수지 몰드가 상기 베어 셀과 닿는 접촉면을 기준으로 볼 때 상기 베어셀에 직접 접촉되는 직접 접착층과 상기 직접 접착층을 사이에 두고 상기 베어셀에 결합되는 간접 접착층을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,

상기 베어 셀에 직접 닿는 수지 몰드 층인 직접 접착층은 상대적으로 금속에 대한 고접착성 물질층으로 이루어지고,

상기 간접 접착층은 상대적으로 금속에 대한 저접착성 물질층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2 항에 있어서,

상기 고접착성 물질층은 에폭시 수지로 이루어지고,

상기 저접착성 물질층은 폴리올레핀계 수지층, 폴리에스테르계 수지층, 폴리 아미드, 폴리우레탄 가운데 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2 항에 있어서,

상기 직접 접착층은 상기 안전 장치가 결합된 상태의 이차 전지 조립체의 적어도 일부를 액상의 고접착성 물질층 물질에 담그는 방식(dipping) 또는 스프레이 처리하는 방식(spraying)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2 항에 있어서,

상기 직접 접착층이 열접착성 물질이며,

상기 직접 접착층을 형성하는 물질은 일정 이상의 온도에서 상기 베어 셀 및 상기 안전 장치 표면에 제공되거나 일단 성층된 뒤 열을 가하여 형성됨을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2 항에 있어서,

상기 직접 접착층은 0.05mm 내지 3mm 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,

상기 수지 몰드는 상기 수지 몰드가 상기 안전 장치 및 상기 베어 셀과 닿는 접촉면을 기준으로 볼 때 적어도 두 개의 층으로 이루어지고,

상기 베어 셀과 상기 안전 장치에 직접 닿는 수지 몰드 층인 직접 접착층은 상대적 고접착성 물질층으로 이루어지고,

상기 고접착성 물질층을 기준으로 상기 베어 셀의 반대쪽에 위치하는 수지 몰드 층인 간접 접착층은 상대적 저접착성 물질층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.