KR100779002B1

KR100779002B1 - 리튬 이차전지 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100779002B1
Application number: KR1020050128995A
Authority: KR
Inventors: 허돈구
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-11-22
Also published as: KR20070067779A

Abstract

본 발명은 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해액주입구를 밀폐하기 위해 알루미늄 재질의 볼 대신 고무 재질의 볼을 사용함으로써 용접 공정이 필요없게 되어 공정이 단순해짐은 물론, 전해액의 추가 주입이 가능하며 보조 안전밴트로도 활용될 수 있는 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

리튬 이차전지, 전해액주입구, 밀폐수단, 고무 재질, 전해액 리필

Description

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

도 1은 일반적인 리튬 이차전지의 분리 사시도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 수직 단면도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡플레이트의 수직 단면도

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡플레이트의 수직단면도

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 작용을 도시한 수직 단면도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

200 - 리튬 이차전지 210 - 캔

220 - 전극조립체 230 - 캡조립체

240, 340 - 캡플레이트 242, 342 - 전해액주입구

243, 343 - 안전밴트 250, 350 - 밀폐수단

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 1은 일반적인 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타낸다.

상기 리튬 이차전지(100)는, 도 1을 참조하면, 양극판(123), 음극판(125) 및 세퍼레이터(124)로 구성되는 전극조립체(120)를 전해액과 함께 캔(110)에 수납하고, 이 캔(110)의 상단개구부(110a)를 캡조립체(130)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(120)는 양극판(123)과 음극판(125) 사이에 세퍼레이터(124)가 개재되면서 권취되어 형성된다. 상기 양극판(123)에는 양극탭(126)이 결합되어 전극조립체(120)의 상단부로 돌출되며, 음극판(125)에는 음극탭(127)이 결합되어 전극조립체(120)의 상단부로 돌출된다. 상기 전극조립체(120)에서 상기 양극탭(126)과 음극탭(127)은 소정거리 떨어져 형성되어 전기적으로 절연되도록 한다. 상기 양극탭(126)과 음극탭(127)은 일반적으로 니켈 금속으로 형성된다.

상기 캡조립체(130)는 캡플레이트(140)와 절연플레이트(160)와 터미널플레이트(170) 및 전극단자(135)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(130)는 별도의 절연케이스(180)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 크기의 단자통공1(141)이 형성되며, 단자통공1(141)에 삽입될 때는 전극단자(135)와 캡플레이트(140)의 절연을 위하여 전극단자(135)의 외면에는 튜브형의 개스킷튜브(146)가 결합되어 함께 삽입된다. 한편, 상기 캡플레이트(140)의 일측에는 전해액주입구(142)가 소정크기로 형성된다. 상기 캡조립체(130)가 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)에 조립된 후 전해액주입구(142)를 통하여 전해액이 주입되고, 전해액주입구(142)는 별도의 밀폐수단인 볼에 의하여 밀폐된다. 또한, 상기 캡플레이트(140)의 타측에는 안전밴트(143)가 소정 크기로 형성된다. 상기 안전밴트(143)는 캡플레이트(140)의 다른 부분에 비해 얇게 형성되어 전지 내부의 압력이 임계치 이상으로 상승하면 파손된다.

상기 전극단자(135)는 상기 음극판(125)의 음극탭(127) 또는 상기 양극판 (123)의 양극탭(126)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.

상기 절연플레이트(160)는 가스켓과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(140)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(160)에는 상기 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(135)가 삽입되는 단자통공2(161)가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(160)의 하면에는 상기 터미널플레이트(170)가 안착되도록 터미널플레이트(170)의 크기에 상응하는 안착홈(162)이 형성된다.

상기 터미널플레이트(170)는 일반적으로 니켈 합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(160)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(170)에는 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(135)가 삽입되는 단자통공3(171)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(135)가 상기 개스킷튜브(146)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(170)는 상기 캡플레이트(140)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(135)와 전기적으로 연결된다.

상기 터미널플레이트(170)의 일측에는 상기 음극판(125)에 결합된 음극탭(127)이 용접되며, 캡플레이트(140)의 타측에는 상기 양극판(123)에 결합된 양극탭(126)이 용접된다. 상기 음극탭(127)과 양극탭(126)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며, 일반적으로는 저항용접이 사용된다.

상기 절연케이스(180)는 캡조립체(130)와 전극조립체(120) 사이의 절연을 담당하게 되며, 양극탭용 홀(182)과 음극탭용 홀(184)이 형성되어 있다.

통상적으로 리튬 이차전지의 전해액주입구는 연한 금속재질의 볼의 압입 및 용접에 의해 밀폐된다. 이 경우 볼 압입 공정은 작업자가 상당량의 압력을 가해야 하므로 많은 노력과 시간이 요구된다는 문제점이 있다. 또한, 볼 압입 공정 후에 금속 재질의 볼이 전해액주입구의 내부에 견고하게 융착되기 위해 볼 용접 공정이 별도로 요구된다는 문제점이 있다. 또한, 전해액 주입공정 이후에 볼 압입과 용접에 의해 전해액주입구가 밀폐되고 나면, 전해액을 추가로 주입할 수 없게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 전해액주입구를 밀폐하기 위해 알루미늄 재질의 볼 대신 고무 재질의 볼을 사용함으로써 용접 공정이 필요없게 되어 공정이 단순해짐은 물론, 전해액의 추가 주입이 가능하며 보조 안전밴트로도 활용될 수 있는 리튬 이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지는 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 일측에 전해액주입구가 형성된 캡플레이트를 포함하며 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 구비하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 전해액주입구는 고무 재질의 밀폐수단에 의해 밀폐되고, 상기 밀폐수단은 상기 리튬 이차전지의 내부 압력이 설정값에 도달하는 경우에 전해액 주입구로부터 탈리되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 밀폐수단은 볼 형상으로 형성되며, 상기 전해액주입구의 내부는 상기 밀폐수단의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 밀폐수단은 불소계 고무, 부타디엔 고무(Butadiene Rubber), 부틸 고무(Isobutylene-Isoprene Rubber) 중 어느 하나 또는 이들간의 조합물을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 밀폐수단은 측면에 단차가 형성되며, 상기 전해액주입구의 내부는 상기 밀폐수단의 형상에 대응되도록 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 리튬 이차전지 제조방법은 캡플레이트에 전해액주입구를 형성하는 전해액주입구 형성단계; 상기 전해액주입구에 전해액을 주입하는 전해액 주입단계; 및 상기 전해액주입구에 고무재질의 밀폐수단을 삽입하는 밀폐수단 삽입단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 리튬 이차전지 제조방법은 상기 고무재질의 밀폐수단을 주사기로 찔러 상기 리튬 이차전지의 내부로 전해액을 추가로 주입하는 전해액 리필(refill)단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 리튬 이차전지 제조방법은 상기 전해액 리필단계 이후에 상기 고무재질의 밀폐수단의 상부에 광경화성 물질을 도포하는 광경화성 물질 도포단계를 더 포함하여 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡플레이트의 수직 단면도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)는, 도 2를 참조하면, 양극판(223), 음극판(225) 및 세퍼레이터(224)로 구성되는 전극조립체(220)를 전해액과 함께 캔(210)에 수납하고, 이 캔(210)의 상단개구부를 캡조립체(230)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 하면(210b)을 포함하여 이루어진다.

상기 전극조립체(220)는 양극판(223)과 음극판(225) 사이에 세퍼레이터(224)가 개재되면서 권취되어 형성된다.

상기 양극판(223)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(223)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(220)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭(226)이 접합되어 있다.

상기 음극판(225)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(225)의 양 말단은 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영 역, 즉 음극 무지부가 형성된다. 상기 음극 무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극 조립체(220)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(227)이 접합되어 있다. 더불어 상기 전극 조립체(220)의 하부에는 캔(210)과의 접촉을 방지하기 위한 절연판이 더 포함되어 형성될 수 있다.

상기 세퍼레이터(224)는 상기 양극판(223)과 음극판(225) 사이에 개재되며 상기 전극조립체(220)의 외주면을 둘러싸도록 연장되어 형성될 수도 있다. 상기 세퍼레이터(224)는 상기 양극판(223)과 음극판(225)의 단락을 방지하며, 리튬 이온을 통과시킬 수 있도록 다공막 고분자물질로 형성된다.

상기 캔(210)은 대략 직사각형 형상의 한 쌍의 장측벽(212)과, 한 쌍의 단측벽(213) 및 하면판(210b)을 포함하여 대략 박스 형상으로 형성되며, 상부는 개구되어 상단개구부를 이루고 있다. 또한, 상기 캔(210)은 대략 박스형상으로 형성될 때 수평방향으로의 단면의 형상이 사각형상 또는 타원형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 상단개구부로는 상기 전극조립체(220)가 삽입된다. 또한, 상기 전극조립체(220) 사이로 함침하여 리튬 이온의 이동을 가능하게 해 주는 전해액이 주입된다. 캔(210)의 재질은 주로 가벼운 알루미늄(Al)이 사용된다. 상기 캔(210)의 상부는 캡조립체(230)에 의해 밀봉되어, 전해액의 누출이 방지된다. 상기 캔(210)의 장측벽(212)과 단측벽(213)의 두께는 대략 0.2 내지 0.4mm로 형성되며, 상기 하면판(210b)의 두께는 대략 0.2 내지 0.7mm로 형성된다. 다만, 여기서 상기 장측벽(212)과 단측벽(213)의 두께를 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(210)은 바람직하게는 딥드로잉(deep drawing) 방식에 의하여 형성되며, 상기 장측벽(212)과 단측벽 (213) 및 상기 하면판(210b)은 일체형으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 캔(210)의 형성 방법을 한정하는 것은 아니다.

상기 캡조립체(230)는 캡플레이트(240)와 절연플레이트(260)와 터미널플레이트(270) 및 전극단자(235)를 포함하여 구성된다. 상기 캡조립체(230)는 별도의 절연케이스(280)와 결합되어 캔(210)의 상단개구부에 결합되어 캔(210)을 밀봉하게 된다.

상기 캡플레이트(240)는, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 캔(210)의 상단개구부에 용접되어 상기 캔(210)을 밀봉한다. 상기 캡플레이트(240)는 단자통공1(241)과 전해액주입구(242)와 안전밴트(243)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 전해액주입구(242)는 밀폐수단(250)에 의해 밀폐된다.

상기 단자통공1(241)은 상기 캡플레이트(240)의 대략 중앙에 형성되며, 개스킷튜브(246)에 의해 절연된 전극단자(235)가 삽입된다.

상기 전해액주입구(242)는 상기 캡플레이트(240)의 일측에 형성된다. 상기 전해액주입구(242)의 상단은 리튬 이차전지(200)의 상부 방향을 향하도록 형성되며, 상기 전해액주입구(242)의 하단은 리튬 이차전지(200)의 캔(210) 내부, 즉 전극조립체(220)를 향하도록 형성된다. 한편, 상기 리튬 이차전지(200)가 상부에 보호회로기판을 포함한 핫멜팅부가 형성되는 이너팩(inner pack) 방식으로 제조되는 경우 상기 전해액주입구(242)의 상부에는 핫멜팅부(도면 미도시)가 위치하게 된다. 상기 전해액주입구(242)는 평면 형상이 원형상, 타원형상, 사각형상, 다각형상 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 원형상으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 전해액주입구(242)의 평면 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 전해액주입구(242)는 수직 단면 형상이 11자 형상, Y자 형상, V자 형상, ( ) 형상 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 ( )자 형상으로 형성된다. 상기 전해액주입구(242)는 수직 단면 형상이 ( ) 형상으로 형성되면 상하측 단부가 볼 형상의 밀폐수단(250)을 잡아주게 되어 보다 밀폐도를 향상시킬 수 있게 된다. 다만, 여기서 상기 전해액주입구(242)의 수직단면 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 전해액주입구(242)는 프레스 방식에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 여기서 상기 전해액주입구(242)의 형성방법을 한정하는 것은 아니다.

상기 밀폐수단(250)은 상기 전해액주입구(242)의 내부에 삽입된다. 상기 밀폐수단(250)의 상부는 리튬 이차전지(200)의 상부방향을 향하게 되며, 상기 밀폐수단(250)의 하부는 리튬 이차전지(200)의 내부, 즉 전극조립체(220) 방향을 향하도록 형성된다. 상기 밀폐수단(250)은 원기둥 형상, 와인잔 형상, 원뿔 형상, 볼 형상 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 볼 형상으로 형성된다. 상기 밀폐수단(250)이 볼 형상으로 형성되고, 상기 전해액주입구(242)의 수직 단면이 ( ) 형상으로 형성되면 서로 대응되는 형상에 의해 밀폐도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 밀폐수단(250)은 탄성이 우수한 고무 재질로 형성되며, 바람직하게는 불소계 고무, 부타디엔 고무, 부틸 고무 중 어느 하나 또는 이들의 조합물을 포함하는 재질로 형성된다. 부타디엔 고무는 부타디엔을 중합하여 만든 합성고무의 일종으로, 가공성과 탄성, 내마모성 및 내한성이 우수하며 발열성이 낮은 성질을 가진다. 부틸 고무는 이소부틸렌과 소량의 이소프렌을 낮은 온도에서 액체 상태로 이온중합한 고무로, 기후의 변화에 잘 견디고 열이나 오존, 산화제에 강하며, 전기절연성과 충격흡수력 및 유연성이 우수한 성질을 가진다. 또한, 상기 밀폐수단(250)은 상기 전해액주입구(242)의 내부보다 약간 크게 형성되는 것이 밀폐도 향상의 측면에서 바람직하다. 상기 밀폐수단(250)이 전해액주입구(242)에 삽입될 때는 밀폐수단(250)을 압축하여 부피를 줄인 후 전해액주입구(242) 내부로 삽입하게 된다.

또한, 상기 밀폐수단(250)은 고무재질로 형성되므로 주사바늘과 같은 얇은 관에 의해 관통될 수 있다. 전해액 주입공정을 거친 리튬 이차전지(200)는 경우에 따라 전해액의 양이 부족한 경우가 있다. 이 때, 주사기 등의 도구를 사용하여 전해액을 전지 내부에 주액할 수 있다. 상기 밀폐수단(250)에는 전해액 리필공정이 끝나면 주사바늘자국이 남게 될 수 있다. 이렇게 되면 전해액주입구(242)의 밀폐도가 저하되므로, 밀폐도 향상을 위해 밀폐수단(250)의 상부에 광경화성 물질이 도포될 수도 있다. 상기 광경화성 물질은 밀폐수단(250)의 상부를 포함하여 상기 밀폐수단(250)과 전해액주입구(242)의 경계 부분에도 도포될 수 있음은 물론이다.

상기 안전밴트(243)는 상기 캡플레이트(240)의 타측에 형성되며, 다른 부분에 비해 얇은 두께로 형성된다. 상기 안전밴트(243)는 평면 형상이 타원형으로 형성될 수 있으며, 다만 여기서 상기 안전밴트(243)의 평면 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 안전밴트(243)는 압착방식으로 형성될 수 있으며, 여기서 상기 안전밴트(243)의 형성방식을 한정하는 것은 아니다. 상기 안전밴트(243)는 전지 내부의 압력이 소정 압력 이상으로 상승하면 파손되어 전지의 발화, 폭발을 방지하는 역할을 한다.

상기 절연플레이트(260)는 가스켓과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(240)의 하면에 결합된다. 상기 절연플레이트(260)에는 상기 캡플레이트(240)의 단자통공1(241)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(235)가 삽입되는 단자통공2가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(260)의 하면에는 상기 터미널플레이트(270)가 안착되도록 터미널플레이트(270)의 크기에 상응하는 안착홈이 형성된다.

상기 터미널플레이트(270)는 일반적으로 Ni합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(260)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(270)에는 캡플레이트(240)의 단자통공1(241)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(235)가 삽입되는 단자통공3이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(235)가 상기 개스킷튜브(246)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(240)의 단자통공1(241)을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(270)는 상기 캡플레이트(240)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(235)와 전기적으로 연결된다.

상기 터미널플레이트(270)의 일측에는 상기 음극판(225)에 결합된 음극탭(227)이 용접되며, 캡플레이트(240)의 타측에는 상기 양극판(223)에 결합된 양극탭(226)이 용접된다. 상기 음극탭(227)과 양극탭(226)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며 일반적으로는 저항용접이 사용된다.

상기 전극단자(235)는 상기 음극판(225)의 음극탭(227) 또는 상기 양극판(223)의 양극탭(226)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.

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

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡플레이트의 수직 단면도를 나타낸다. 도 4의 실시예는 전해액주입구(342)의 내면과 밀폐수단(350)의 측면에 단차가 형성되어 있다는 점을 제외하면 상기 도 3의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지는 전극조립체와 캔 및 캡조립체를 포함하여 형성된다. 상기 전극조립체와 캔은 도 3의 실시예에서 충분히 설명하였으므로, 여기서 상세한 설명은 생략한다.

상기 캡조립체는 캡플레이트(340)와 절연플레이트와 터미널플레이트 및 전극단자를 포함하여 형성된다. 상기 절연플레이트와 터미널플레이트 및 전극단자는 상기 도 3의 실시예에서 충분히 설명하였으므로, 여기서 상세한 설명은 생략한다.

상기 캡플레이트(340)는, 도 4를 참조하면, 단자통공1(341)과 전해액주입구(342)와 안전밴트(343)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 전해액주입구(342)는 밀폐수단(350)에 의해 밀폐된다. 상기 단자통공1(341)은 상기 캡플레이트(340)의 대략 중앙에 형성된다. 또한, 상기 전해액주입구(342)는 상기 캡플레이트(340)의 일측에 형성되고, 상기 안전밴트(343)는 상기 캡플레이트(340)의 타측에 형성된다. 다만, 상기 캡플레이트(340)에 형성된 구성요소들이 이와 다르게 배치될 수도 있음은 물론이다.

상기 전해액주입구(342)는 상부(342a)와 하부(342b)로 이루어진다. 상기 전해액주입구(342)는 내경이 서로 다른 상부(342a)와 하부(342b)로 이루어져 측면에 단차가 형성되어 있다.

상기 상부(342a)는 전해액이 주입되는 입구 부분으로 하부(342b)에 비해 상대적으로 큰 내경으로 형성된다. 이 때, 상기 상부(342a)는 리튬 이차전지의 상부 방향을 향하도록 형성된다. 상기 상부(342a)의 평면 형상은 원형상, 타원형상, 사각형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 원형상으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 상부(342a)의 평면 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 상부(342a)는 측면이 대략 캡플레이트(340)의 상면과 소정의 각도를 이루는 평면으로 형성될 수 있으며, 특히 수직이 되도록 형성될 수도 있다.

상기 하부(342b)는 상부(342a)에 비해 상대적으로 작은 내경으로 형성된다. 상기 하부(342b)는 위로는 단차부를 거쳐 상부(342a)와 연결되며, 아래로는 전지의 내부 방향, 즉 전극조립체 방향을 향하게 된다. 상기 하부(342b)의 저면 형상은 원형상, 타원형상, 사각형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 상부(342a)와 마찬가지로 원형상으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 하부(342b)의 저면 형상을 한정하는 것은 아니다. 상기 하부(342b)의 측면은 대략 캡플레이트(340) 하면과 수직이 되도록 형성될 수 있으며, 여기서 상기 하부(342b)의 측면과 캡플레이트(340) 하면이 이루는 각을 한정하는 것은 아니다.

상기 밀폐수단(350)은 상기 전해액주입구(342)를 밀폐하도록 형성된다. 상기 밀폐수단(350)은 평면 형상 및 저면 형상이 원형상, 타원형상, 사각형상 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 원형상으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 밀폐수단(350)의 평면 형상 및 저면 형상을 한정하는 것은 아니다. 상 기 밀폐수단(350)의 측면에는 단차가 형성된다. 상기 밀폐수단(350)은 상대적으로 직경이 큰 상부와, 상기 상부에 비해 직경이 작은 하부로 이루어지며, 상부와 하부 사이에는 단차가 형성된다. 상기 상부는 전해액주입구(342)의 상부(342a)와 대응되며, 상기 하부는 전해액주입구(342)의 하부(342b)와 대응되게 된다. 상기 밀폐수단(350)은 상기 전해액주입구(342)의 내면 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 밀폐수단(350)은 직경이 서로 다른 2단 원통 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 여기서 상기 밀폐수단(350)의 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 밀폐수단(350)은 고무 재질로 형성되며, 특히 불소계 고무, 부타디엔 고무(Butadiene Rubber), 부틸 고무(Isobutylene-Isoprene Rubber) 중 어느 하나 또는 이들간의 조합물을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 밀폐수단(350)은 탄성이 좋은 고무 재질로 형성되므로, 전해액주입구(342)에 삽입하기에 용이하다. 더불어 상기 밀폐수단(350)은 안전밴트(343)를 보조하는 역할을 수행할 수도 있다. 즉, 전지 내부 압력이 어느 임계치 이상으로 상승할 경우 안전밴트(343)가 작동하게 되는데, 어떤 이유로 안전밴트(343)가 작동하지 않거나 작동 시점이 지연되면 밀폐수단(350)이 전해액주입구(342)로부터 탈리되어 내부 가스를 배출할 수 있도록 한다. 또한, 상기 밀폐수단(350)에 의하면 전해액의 리필이 가능하다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는 도 3의 실시예에 따른 리튬 이차전지를 중심으로 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)의 제조방법은 전극조립체(220) 를 형성하는 전극조립체(220) 형성단계, 캡플레이트(240)에 전해액주입구(242)를 형성하는 전해액주입구(242) 형성단계, 캔(210)의 상단개구부(210a)로 상기 전극조립체(220)를 삽입하는 전극조립체(220) 삽입단계, 캡조립체(230)로 상기 상단개구부(210a)를 밀봉하는 캔(210) 밀봉단계, 상기 전해액주입구(242)에 전해액을 주입하는 전해액 주입단계 및 상기 전해액주입구(242)를 고무 재질의 밀폐수단(250)으로 밀봉하는 밀폐수단(250) 삽입단계를 포함하여 이루어진다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)의 제조방법은 전해액 리필단계 및 광경화성 물질 도포단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 전극조립체(220) 형성단계, 전해액주입구(242) 형성단계, 전극조립체(220) 삽입단계, 캔(210) 밀봉단계 및 전해액 주입단계는 일반적인 리튬 이차전지 제조방법과 유사하므로, 상세한 설명은 생략한다.

상기 밀폐수단(250) 삽입단계는 전해액주입구(242)에 고무 재질의 밀폐수단(250)을 삽입하는 과정이다. 상기 밀폐수단(250)은 고무 재질로 형성되어 있으므로, 전해액주입구(242)에 삽입시 별도의 도구가 필요없으며 상부로부터 가해야 할 압력이 크지 않아도 된다. 상기 밀폐수단(250)은 전해액주입구(242)와의 밀착성을 보다 향상시키기 위해 전해액주입구(242)의 내면보다 약간 크게 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 밀폐수단(250)의 삽입이 원활하도록 하기 위해서는 밀폐수단(250)을 압축시킨 채로 전해액주입구(242) 내부에 삽입하면 된다.

상기 전해액 리필단계는, 도 5를 참조하면, 상기 밀폐수단(250)을 주사기(I)로 찔러 상기 리튬 이차전지(200)의 내부로 전해액(290)을 추가로 주입하는 과정이다. 제조공정 중 유닛에 따라 전해액의 주액량이 적은 불량품의 경우 상기 전해액 리필단계를 이용하면 부족한 전해액이 용이하게 보충될 수 있다. 상기 전해액 리필단계에서는 먼저 작업자가 주사기(I)로 적당량의 전해액(290)을 흡입한 후, 주사바늘을 밀폐수단(250) 내부로 관통하여 전지 내부로 전해액(290)을 분사하게 된다.

상기 광경화성 물질 도포단계는 상기 전해액 리필단계 후에 상기 고무재질의 밀폐수단(250)의 상부에 광경화성 물질을 도포하는 과정이다. 상기 전해액 리필단계를 거치고 나면 밀폐수단(250)의 표면에 미세하게나마 주사바늘 자국이 남아있게 된다. 상기 밀폐수단(250)의 탄성력이 우수하므로 어느 정도의 주사바늘 자국은 문제가 되지 않으나, 보다 밀폐도를 향상시키기 위해서는 밀폐수단(250)의 상부에 광경화성 물질이 도포되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 광경화성 물질은 밀폐수단(250)의 상면 뿐만 아니라, 밀폐수단(250)과 전해액주입구(242)의 입구가 접하는 부분에까지 도포되는 것이 바람직하다.

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, 고무 재질의 밀폐수단으로 전해액주입구를 밀폐함으로써 전해액주입구의 밀봉이 보다 간편하고 단순해지므로 작업시간이 단축될 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 의하면, 전해액의 주액량이 적은 유닛에 주사기를 이용하여 전해액을 주입할 수 있어 전해액의 리필이 가능하다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 의하면, 고무 재질의 밀폐수단을 사용하여 레이저용접이 이루어지지 않으므로 공정이 단축될 뿐만 아니라, 보조 안전밴트로도 활용할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 일측에 전해액주입구가 형성된 캡플레이트를 포함하며 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 구비하는 리튬 이차전지에 있어서,

상기 전해액주입구는 고무 재질의 밀폐수단에 의해 밀폐되고, 상기 밀폐수단은 상기 리튬 이차전지의 내부 압력이 설정값에 도달하는 경우에 전해액 주입구로부터 탈리되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 밀폐수단은 볼 형상으로 형성되며, 상기 전해액주입구의 내부는 상기 밀폐수단의 형상에 대응되도록 형성되는 것은 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 밀폐수단은 불소계 고무, 부타디엔 고무(Butadiene Rubber), 부틸 고무(Isobutylene-Isoprene Rubber) 중 어느 하나 또는 이들 간의 조합물을 포함하는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1항에 있어서,

상기 밀폐수단은 측면에 단차가 형성되며, 상기 전해액주입구의 내부는 상기 밀폐수단의 형상에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
캡플레이트에 전해액주입구를 형성하는 전해액주입구 형성단계;

상기 전해액주입구에 전해액을 주입하는 전해액 주입단계;

상기 전해액주입구에 고무재질의 밀폐수단을 삽입하는 밀폐수단 삽입단계; 및

상기 고무재질의 밀폐수단을 주사기로 찔러 상기 리튬 이차전지의 내부로 전해액을 추가로 주입하는 전해액 리필(refill)단계

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
삭제
제 5항에 있어서,

상기 전해액 리필단계 이후에 상기 고무재질의 밀폐수단의 상부에 광경화성 물질을 도포하는 광경화성 물질 도포단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.