KR100795679B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 전극단자를 캡플레이트와 절연하기 위한 목적으로 설치되는 가스켓의 구조를 개선하여 베어셀의 상부에 몰딩되는 수지몰딩부의 부착강도를 향상시킴과 아울러 이차보호소자의 보강구조를 배제하여 간소한 구조에 의하여 수지몰딩부의 틀어짐을 방지하도록 한 것이다.
베어셀, 캡플레이트, 수지몰딩부, 가스켓

Description

이차전지 {Secondary battary}
도 1은 종래 기술에 의한 이차전지의 구조를 도시한 상부측 단면도.
도 2는 종래 기술에 의한 이차전지의 외관사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지의 상부측 단면도.
도 4는 도 3에서 수지몰딩부가 제거된 상태의 베어셀의 평면도.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 가스켓의 구조를 도시한 부분단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 ; 이차전지 110 ; 베어셀
120 ; 캔 130 ; 캡조립체
131 ; 캡플레이트 132 ; 음극단자
133 ; 가스켓 133a,133c,133d ; 스토퍼
133b ; 요부 150 ; 보호회로기판
160 ; 수지몰딩부
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베어셀의 상부에 결합되는 수지몰딩부의 결합력을 향상시켜 보호회로기판 및 이차보호소자의 부착강도를 향상시키도록 한 이차전지에 관한 것이다.
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 이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 양극판, 음극판 및, 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체를 수용하는 금속재질의 캔에 수납하고, 이 캔 내부에 전해액을 주입하여 밀봉하여 베어셀이 형성된다. 이렇게 형성된 베어셀은 통상적으로 상부에 캔과 절연된 전극 단자를 구비하며, 상기 전극 단자는 리튬 이차전지의 어느 한 극을 이루게 하고, 타극은 캔 자체가 되도록 한다. 따라서, 상기 전극조립체의 양극판과 음극판은 캔과 전극단자의 어느 하나에 각각 연결된다.
상기와 같이 밀봉된 베어셀의 상부 또는 측부에는 바이메탈(bimetal), PTC(Positive Temperature Coefficient)와 같은 이차보호소자 및 보호회로기판을 포함하는 보호회로모듈(PCM: Protecting Circuit Module) 등의 안전장치가 연결되어 전지 팩에 수납되거나 수지로 몰딩되어 리튬 이차전지를 형성하게 된다. 이때, 이러한 리튬 이차전지의 안전장치들은 양극과 음극에 각각 연결되어 전지의 고온 상승이나, 과충방전 등으로 전지의 전압이 급상승할 때에 전류를 차단해 전지의 파열 등의 위험을 방지한다.
도 1은 수지가 몰딩되기 전의 종래의 리튬 이차전지의 부분단면도이고, 도 2는 수지 몰딩된 후의 종래 리튬 이차전지의 사시도를 나타낸다.
종래의 일반적인 리튬 이차전지(1)는, 베어셀(10)과 상기 베어셀(10)의 상부에 안착되는 보호회로기판(50)을 포함하여 형성된다. 또한, 리튬 이차전지(1)는 상기 베어셀(10)의 상부에 설치되는 이차보호소자(40)를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 이차보호소자(40)는 리튬 이차전지의 구성에 따라 상기 베어셀(10)의 측부에 형성될 수도 있다. 상기 이차보호소자(40)는 도 1에서 편의상 단면도가 아닌 정면도로 도시되었다.
상기 베어셀(10)은 캔(20)과 전극조립체(22)와 캡조립체(30)를 포함하여 형성된다. 상기 캔(20)은 상단부가 개방된 대략 박스 형상의 금속재질 용기이며, 경량의 전도성 금속이면서 부식에 대처가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다. 상기 캔(20)은 양극판(23), 세퍼레이터(24), 음극판(25)으로 이루어진 전극조립체(22)와 전해액이 수용되는 용기가 되고, 상기 전극조립체(22)가 캔(20)의 개방된 상단개구부를 통해 삽입된 뒤 캔(20)의 상단개구부는 캡조립체(30)에 의해 밀봉된다.
상기 전극조립체(22)는 양극판(23)과 음극판(24) 사이에 세퍼레이터(25)가 개재되어 권취되면서 형성된다. 상기 양극판(23)은 양극탭(26)을 통하여 캡플레이 트(31)에 전기적으로 연결되며, 음극판(25)은 음극탭(27)을 통하여 캡플레이트(31)의 음극단자(32)에 전기적으로 연결된다.
따라서 캔(20)은 음극단자(32)와 전기적으로 절연되어 양극단자의 역할을 하게 된다.
상기 캡조립체(30)가 캔(20)의 상단에 삽입되어 용접된 뒤에는 캡플레이트(31)의 전해액주입구(36)를 통해 캔(20)의 내부로 전해액이 주입되고, 전해액의 주입이 완료된 후에 상기 전해액주입구(36)는 마개(37)와 같은 별도의 밀폐수단에 의하여 밀봉된다.
상기 캡조립체(30)는 캔(20)의 상단개구부에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡플레이트(31)가 구비된다. 상기 캡플레이트(31)는 캔(20)과의 용접성을 위하여 캔(20)과 동일한 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 캡플레이트(31)의 중앙부에는 전극 단자(32)가 통과할 수 있도록 단자통공이 형성된다. 캡플레이트(31)의 중앙부를 관통하는 음극 단자(32) 외측에는 음극 단자(32)와 캡플레이트(31)와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(33)이 설치된다. 캡플레이트(31)의 단자통공 근방에는 캡플레이트(31) 하면에 절연판(34)이 배치되어 있다. 절연판(34)의 하면에는 터미널플레이트(35)가 설치되어 있다.
상기 이차보호소자(40)는 캡플레이트(31)의 상면에 안착되어 음극단자(32)와 보호회로기판(50) 사이에 연결되며, 이차보호소자(40)로는 PTC 소자, 바이메탈 또는 써멀퓨즈가 사용될 수 있다. 이때 상기 이차보호소자(40)로 PTC 소자가 사용될 때는 주위의 캡플레이트(31)등과의 절연을 위하여 외부에 절연테이프 등으로 수회 감싸지게 된다.
상기 보호회로기판(50)은 배선 패턴이 형성된 인쇄회로기판(PCB)에 다수의 전기 소자가 실장되어 형성되며, 리튬 이차전지의 충방전을 포함하는 제반 작동을 제어하게 된다. 상기 보호회로기판(50)은 기판리드플레이트(54, 56)에 의하여 상기 베어셀(10)의 전극단자(32)(39)에 전기적으로 연결되어 상기 전극조립체(22)와 전기적으로 연결된다. 상기 보호회로기판(50)은 상부에 외부 기기와 전기적으로 접촉되는 전극단자(52)가 형성된다.
리튬 이차전지(1)는 도 1에서 점선(a)으로 표시된 영역이 수지로 몰딩되어 캡조립체(30)와 이차보호소자(40) 및 보호회로기판(50)을 보호하며 최종 외관을 형성하게 된다. 즉, 리튬 이차전지는 도 2를 참조하면, 하부의 캔(20)과 수지 몰딩부(60)로 외관을 형성하게 되며, 수지몰딩부(60)의 상부에 상기 보호회로기판(50)의 전극단자(52)가 노출된다.
그러나 종래 베어셀(10)과 보호회로기판(50) 기타 전지 부속을 수지몰딩부(60)에 의하여 팩형 전지로 형성할 때, 팩형 전지 상태에서 보호회로 기판(50) 등 전지 부속을 베어 셀(10)에 고정적으로 결합시키는 수지몰딩부(60)는 캡플레이트(31)나 캔(20)과 같이 금속으로 이루어지는 베어셀(10)과 재질이 상이함과 아울러 접촉하고 있는 면적도 넓지 않아 부착 강도가 약하여 베어셀(10)에서 수지몰딩부(60)가 정위치에 몰딩된 상태를 유지하지 못하고 분리되거나, 트위스팅(Twisting)이 발생되는 문제가 있다.
이러한 종래 수지몰딩부의 결합구조에 의하여 이차전지의 베어셀에서 수지몰 딩부가 쉽게 분리되거나, 또는 수지몰딩부가 베어셀의 상단부에서 정위치에 위치하지 못하여 트위스팅되는 문제점을 방지하기 위해서는 리드플레이트(54)(56) 등의 접속부위를 확대하거나, 별도의 이차보호소자(40)의 보강 구조를 형성해야 하므로 제조단가가 상승되는 문제가 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 본 발명의 목적은 수지몰딩부의 부착강도를 향상시키도록 한 이차전지를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이차보호소자의 보강구조를 배제하여 간소한 구조에 의하여 수지몰딩부의 틀어짐을 방지하도록 한 이차전지를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이차전지는, 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판을 절연시키는 세퍼레이터가 순차적으로 권취되는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡플레이트와 상기 캡플레이트에 형성된 단자통공에 가스켓이 개재된 상태로 삽입되는 전극단자를 포함하는 캡조립체를 구비하는 베어셀; 및 상기 베어셀의 상부에 성형수지인 수지몰딩부에 의해 결합되는 보호회로기판;을 포함하고, 상기 캡조립체의 가스켓에는 상기 수지몰딩부를 베어셀과 결합시키기 위한 스토퍼가 돌출형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 스토퍼는 상기 가스켓에서 상기 캡플레이트와 평행하게 연장형성되는 수평부로 형성된다. 이때, 상기 수평부는 상기 가스켓의 상단부에 형성되는 것이바 람직하다. 또한, 상기 스토퍼는 상기 수평부의 단부에서 수직으로 형성되는 수직부를 더 포함할 수 있다.
또는, 상기 스토퍼는 상기 수지몰딩부와 접촉되는 접촉면에 성형수지가 충진되는 복수의 요부로 형성된다.
또는, 상기 스토퍼는 상기 수지몰딩부와 접촉되는 접촉면에 하단에서 상단으로 갈수록 폭이 넓게 형성된다. 이때, 상기 스토퍼는 계단 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에 의한 가스켓의 스토퍼는 수지몰딩부를 캡플레이트에 결속시키기 위하여 가스켓과 캡플레이트 사이에 수지가 충진되는 공간을 확보하여 수지몰딩부의 부착강도를 향상시킴과 아울러 트위스팅의 발생을 방지할 수 있는 구조로 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
첨부도면 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 부분단면도이고, 도 4는 도 3에 적용된 본 발명에 의한 캡플레이트의 평면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는 베어셀(110)과 상기 베어셀의 상부에 연결되는 보호회로기판(150)을 포함하여 형성된다.
상기 베어셀(110)은 캔(120)과 상기 캔(120)의 내부에 수용되는 전극조립체 (122)와, 상기 캔(120)의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체(130)를 포함하여 형성된다. 또한, 캡조립체(130)의 상부에는 이차보호소자(140)가 형성된다.
상기 캔(120)은 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재로 형성될 수 있으며, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 상기 캔(120)의 상단은 개구되어 이 상단개구부를 통해 전극조립체(122)가 수용된다.
상기 전극조립체(122)는 양극판(123)과, 음극판(125) 및 세퍼레이터(124)를 포함하여 형성된다. 상기 양극판(123)과 음극판(125)은 세퍼레이터(124)를 개재하여 적층된 후 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 권취될 수 있다. 상기 양극판(123)에는 양극탭(126)이 용접되어 있으며, 이 양극탭(126)의 단부는 상기 전극조립체(122)의 상방으로 돌출하여 있다. 상기 음극판(125)에도 음극탭(127)이 용접되어 있으며, 이 음극탭(127)의 단부도 상기 전극조립체(122)의 상방으로 돌출하여 있다. 상기 전극조립체(122)의 양극판(123)과 음극판(125)은 리튬 이차전지의 구성에 따라서는 반대로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 캡조립체(130)는 캡플레이트(131)와 전극단자(132)와 절연플레이트(134) 및 터미널플레이트(135)를 포함하여 형성된다.
상기 캡플레이트(131)는 상기 캔(120)의 상단개구부와 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 상기 캡플레이트(131)의 중앙에는 상기 전극단자(132), 예를 들면 음극단자(132)가 삽입되어 결합된다. 또한, 상기 음극단자(132)는 하면에 상기 전극조립체(122)의 음극탭(127)이 용접되어 전기적으로 결합된다. 또한, 상기 캡플레이트(131)의 타측 하면에는 상기 전극조립체(122)의 양극탭(126)이 용접된다. 상기 캡플레이트(131)의 중앙부에는 전극 단자(132)가 통과할 수 있도록 단자통공(131a)이 형성되고, 단자통공의 일측에는 마개(137)로 봉입되는 전해주입구(131b)가 형성된다.
상기 음극단자(132)는 상기 캡플레이트(131)와의 절연을 위하여 튜브형의 가스켓(133)이 게재된다. 또한, 상기 캡플레이트(131)의 하면에는 상기 음극단자(132)의 저면부와 전기적으로 연결되는 터미널플레이트(135)가 형성되며, 상기 터미널플레이트(135) 및 음극단자(132)와 캡플레이트(131)의 전기적 절연을 위하여 절연플레이트(134)가 설치된다. 상기 절연플레이트(134)는 전해액에 내성이 있는 PP(Polypropylene) 또는 PPS(Polypropylene Sulfide) 또는 PI(Polyimide) 재질의 절연판 또는 테이프가 사용될 수 있다.
한편, 상기 음극단자(132)는 형성위치에 따라서는 양극단자로 형성되어 양극탭(126)이 연결될 수 있음은 물론이다. 따라서, 이러한 경우에는 상기 캡플레이트(131)의 하면에는 상기 음극탭(127)이 연결된다.
상기 이차보호소자(140)는 캡플레이트(131)의 상면에 안착되어 음극단자(132)와 보호회로기판(150) 사이에 연결되며, 이차보호소자(140)로는 PTC 소자, 바이메탈 또는 써멀퓨즈가 사용될 수 있다. 이때 상기 이차보호소자(140)로 PTC 소자가 사용될 때는 주위의 캡플레이트(131) 등과의 절연을 위하여 외부에 절연테이프 등으로 수회 감싸지게 된다.
상기 보호회로기판(150)은 배선 패턴이 형성된 인쇄회로기판(PCB)에 다수의 전기 소자가 실장되어 형성되며, 리튬 이차전지의 충방전을 포함하는 제반 작동을 제어하게 된다. 상기 보호회로기판(150)은 기판리드플레이트(154, 156)에 의하여 상기 베어셀(110)의 음극단자(132) 및 캔(120)에 전기적으로 연결되어 상기 전극조립체(122)와 전기적으로 연결된다. 상기 보호회로기판(150)은 상부에 외부 기기(도면에 표시하지 않음)와 전기적으로 접촉되는 전극단자(152)가 형성된다.
리튬 이차전지(100)는 수지로 몰딩되어 캡조립체(130)와 이차보호소자(140) 및 보호회로기판(150)을 보호하며 최종 외관을 형성하게 된다. 즉, 캔(120)과 수지몰딩부(160)로 외관을 형성하게 되며, 수지몰딩부(160)의 상부에 상기 보호회로기판(150)의 전극단자(152)가 노출된다.
이러한 수지몰딩부(160)가 캡조립체(130)의 상부에 성형시 상기 수지몰딩부(160)가 금속으로 제조된 상기 캡플레이트(131)와 견고하게 결합되도록 상기 캡플레이트(131)의 단자통공(131a)에 삽입되는 가스켓(133)에 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 스토퍼(133a)가 연장형성된다.
즉, 상기 캡조립체(130)에는 상기 수지몰딩부(160)를 결속시킬 수 있는 구조를 마련하기 위하여 절연 재질로 형성된 가스켓(133)의 가장자리에서 수지몰딩부(160)를 향하여 돌출되는 스토퍼(133a)가 일체로 형성된다.
상기 스토퍼(133a)는 가스켓(133)의 상단에서 수평방향, 즉, 캡플레이트(131)와 평행한 방향으로 형성된다. 따라서 상기 스토퍼(133a)와 캡플레이트(131) 사이에 형성되는 빈 공간에 수지가 충진될 수 있어 스토퍼(133a)에 의해 상기 캡플레이트(131)에 대한 상기 수지몰딩부(160)의 결속력을 향상시킨다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 수지몰딩부 (160)가 캡조립체(130)의 캡플레이트(131)와 가스켓(133)의 스토퍼(133a) 사이에 형성된 빈 공간까지 주입된 상태로 응고된다. 따라서 수지몰딩부(160)에 의하여 이차보호소자(140) 및 보호회로기판(150)이 보호됨과 아울러 수지몰딩부(160)가 가스켓(133)의 스토퍼(133a)에 의해 결속된 상태로 견고하게 결합되기 때문에 수지몰딩부(160)에 의해 캔(120)에 안착결합된 캡플레이트(131)에 이차보호소자(140)가 견고하게 구속된 상태를 유지하게 된다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 의한 이차전지의 부분단면도로서, 본 발명의 다른 실시예들에 의한 이차전지는 상기 가스켓에 형성되는 스토퍼의 형상을 개선하여서 된 것이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 가스켓은 수지몰딩부가 몰딩되는 상태에서 수지몰딩부와 접촉되는 면에 복수의 요부(133b)를 형성하여 구성된다. 이러한 요부(133b)는 수지몰딩부를 향하여 수평방향으로 돌출되게 연장형성되는 가스켓의 스토퍼(133a)의 외측면에도 형성된다.
따라서 가스켓(133)과 가스켓의 스토퍼(133a)에 형성된 요부(133b)에 수지가 충진되어 수지몰딩부(160)가 견고하게 구속되는 결속력이 발휘된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 가스켓을 도시한 것으로, 가스켓(133)의 상단에서 수평방향으로 연장형성(수평부)된 스토퍼(133a)의 단부에서 다시 하방향으로 수직하게 스토퍼(133c)를 연장형성(수직부)하여 구성된다. 이때, 상기 수직부로 형성된 스토퍼(133c)는 몰딩시 수지가 유입될 수 있도록 캡플레이트(131)와 일정간격 이격되게 형성된다.
이와 같이 구성되는 가스켓(133)은 수평부로 형성된 스토퍼(133a)에 의하여 수지몰딩부(160)가 캡플레이트(131)에 대하여 상방향으로 분리되지 않도록 부착강도를 향상시킴과 아울러 수직부로 형성된 스토퍼(133c)에 의하여 수지몰딩부(160)가 캡플레이트(131)에 대하여 좌우방향으로 분리되거나 트위스팅되지 않게 된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 가스켓을 도시한 것으로, 가스켓(133)의 하단에서 상단으로 갈수록 면적이 넓어지는 계단형상의 스토퍼(133d)가 형성된다.
이와 같은 구성에 의한 가스켓(133)의 스토퍼(133d)에 의하여 수지몰딩부(160)는 캡플레이트(131)에 의하여 부착강도를 향상시키게 된다. 특히 계단형상의 스토퍼(133d)는 수평부 및 수직부와 요부를 형성하여서된 스토퍼들의 기술적 특징을 포함하는 효과를 구현하게 된다.
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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 이차전지는 전극단자와 캡플레이트의 절연을 목적으로 개재되는 가스켓의 구조를 개선하여 베어셀의 상부에서 보호회로기판을 결합시키며 외관을 형성하는 수지몰딩부의 부착강도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 이차보호소자의 보강구조를 배제하여 간소한 구조에 의하여 수지몰딩부의 틀어짐을 방지하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판을 절연시키는 세퍼레이터가 순차적으로 권취되는 전극조립체와,
    상기 전극조립체가 수용되는 캔과,
    상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡플레이트와 상기 캡플레이트에 형성된 단자통공에 가스켓이 개재된 상태로 삽입되는 전극단자를 포함하는 캡조립체를 구비하는 베어셀; 및
    상기 베어셀의 상부에 성형수지인 수지몰딩부에 의해 결합되는 보호회로기판;을 포함하고,
    상기 캡조립체의 가스켓에는 상기 수지몰딩부를 베어셀과 결합시키기 위한 스토퍼가 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스토퍼는 상기 가스켓에서 상기 캡플레이트와 평행하게 연장형성되는 수평부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수평부는 상기 가스켓의 상단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스토퍼는 상기 수평부의 단부에서 수직으로 형성되는 수직부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스켓은 수지몰딩부와 접촉되는 접촉면에 성형수지가 충진되는 복수의 요부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스토퍼는 상기 수지몰딩부와 접촉되는 접촉면에 하단에서 상단으로 갈수록 폭이 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스토퍼는 계단 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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