KR101142600B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지의 캔에 홈부를 형성하고 절연케이스에 돌출부를 형성하여, 캔에 절연케이스 삽입 시 홈부에 돌출부가 안착됨에 의해 절연케이스의 기울어짐을 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이차전지는 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하도록 일측이 개구된 캔; 상기 캔의 개구된 부분을 밀봉하는 캡조립체; 및 상기 전극조립체와 상기 캡조립체의 사이에 위치하며, 상기 캔의 상부에 삽입되는 절연케이스;를 포함하되, 상기 캔의 상부 내측면에는 홈부가 형성되며, 상기 홈부가 형성된 위치와 맞닿는 상기 절연케이스의 외측면에는 돌출부가 형성된다. 이러한 구성에 의하여, 전극조립체의 상부가 절연케이스에 의해 압박되지 않아 음극판의 노출 및 음극 활물질이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이차전지, 캔, 절연케이스, 홈부, 돌출부

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이차전지의 캔에 삽입되는 절연케이스의 기울어짐을 방지하여 음극판과 양극판의 물리적 쇼트를 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화가 급속하게 진전됨에 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 중 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고, 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체를 전해액과 함께 캔에 수납하고, 캔의 상단부를 캡조립체로 밀봉하여 형성된다.
여기서, 전극조립체는 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 형성된다. 양극판에는 양극탭이 결합되어 전극조립체의 상단부로 돌출되며, 음극판에는 음극탭이 결합되어 전극조립체의 상단부로 돌출된다. 전극조립체에서 양극탭과 음극탭은 소정 거리 떨어져 형성되어 전기적으로 절연되도록 한다.
그리고, 캡조립체는 캡플레이트와, 절연플레이트와, 단자플레이트 및 전극단자를 포함하여 구성된다. 캡조립체는 별도의 절연케이스와 결합되어 캔의 상단개구부에 결합되면서 캔을 밀봉하게 된다.
절연케이스에는 양극탭용 홈과 음극탭용 홀이 형성되며, 캔에 수용된 전극조립체 상부와 캡조립체 하부 사이의 쇼트를 방지하기 위해 삽입된다. 또한, 절연케이스는 절곡된 음극탭과 양극탭이 캔 내벽에 닿음으로써 발생할 수 있는 쇼트를 방지할 수 있다.
그러나, 이러한 절연케이스는 캡 내부에서 전극조립체의 상부에 얹힌 상태로 놓여지기 때문에 외부의 충격이 가해질 경우 전극조립체의 상부를 압박할 수 있다는 문제가 있다. 전극조립체의 상부가 압박되면 절연케이스의 하부가 세퍼레이터 사이를 파고들어 음극판을 노출시키게 되고, 음극 활물질이 손상될 수 있다. 또한, 전극조립체의 상부가 압박되면 세퍼레이터가 변형됨에 따라 양극판과 음극판이 직접 접촉하여 쇼트가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이차전지의 캔에 홈부를 형성하고 절연케이스에 돌출부를 형성하여, 캔에 절연케이스 삽입 시 홈부에 돌출부가 안착됨에 의해 절연케이스의 기울어짐을 방지할 수 있는 이차전지를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하도록 일측이 개구된 캔; 상기 캔의 개구된 부분을 밀봉하는 캡조립체; 및 상기 전극조립체와 상기 캡조립체의 사이에 위치하며, 상기 캔의 상부에 삽입되는 절연케이스;를 포함하되, 상기 캔의 상부 내측면에는 홈부가 형성되며, 상기 홈부가 형성된 위치와 맞닿는 상기 절연케이스의 외측면에는 돌출부가 형성된다.
또한, 상기 캔의 수평 단면은 사각 형상으로, 한 쌍의 단변부와 한 쌍의 장변부를 포함하며, 상기 홈부는 상기 캔의 단변부에 형성된다.
또한, 상기 캔의 수평 단면은 모서리가 둥글게 처리된 사각 형상이다.
또한, 상기 캔 단변부의 두께는 장변부의 두께보다 더 두껍게 형성된다.
또한, 상기 홈부 및 상기 돌출부는 적어도 한 쌍씩 형성된다.
또한, 상기 홈부 및 상기 돌출부는 각각 대칭이 되도록 마주보는 변의 동일한 위치에 형성된다.
또한, 상기 홈부 및 상기 돌출부는 각각 한 개씩 형성된다.
또한, 상기 홈부 및 상기 돌출부는 수평 단면이 사각 형상이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이차전지의 캔에 홈부를 형성하고 절연케이스에 돌출부를 형성하여, 캔에 절연케이스 삽입 시 홈부에 돌출부가 안착됨에 의해 절연케이스의 기울어짐을 방지함으로써, 전극조립체의 상부가 절연케이스에 의해 압박되지 않아 음극판의 노출 및 음극 활물질이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 절연케이스의 기울어짐을 방지함으로써, 음극판의 노출로 의한 열노출을 방지하여 음극판과 양극판의 물리적 쇼트를 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이차전지를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 분리 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체(12), 캔(10) 및 캡조립체(20)를 포함한다. 또한, 전극조립체(12)와 캡조립체(20) 사이에 위치되는 절연케이스(70)를 포함한다.
전극조립체(12)는 양극판(15)과 음극판(13) 사이에 세퍼레이터(14)가 개재되 면서 권취되어 형성된다. 양극판(15)에는 양극탭(16)이 결합되어 전극조립체(12)의 상단부로 돌출되며, 음극판(13)에는 음극탭(17)이 결합되어 전극조립체(12)의 상단부로 돌출된다. 전극조립체(12)에서 양극탭(16)과 음극탭(17)은 소정 거리 이격되도록 형성되어 전기적으로 절연된다. 그리고, 양극탭(16) 및 음극탭(17)이 전극조립체(12)로부터 인출되는 부분에는 전극 간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(18)가 감겨져 있다.
즉, 양극탭(16) 및 음극탭(17)은 전극조립체(12)의 양극판(15) 및 음극판(13) 각각과 전기적으로 연결되고, 캔(10)의 개구된 방향으로 인출된다. 이를 위해 양극탭(16) 및 음극탭(17)은 캔(10) 내부에서 전극조립체(12)의 상부에 고정되는 절연케이스(70)의 리드통공(72)을 각각 관통하여 캔(10) 또는 단자플레이트(60)와 전기적으로 연결된다.
양극판(15) 및 음극판(13)은 각각 알루미늄 금속박과 구리 금속박에 슬러리를 코팅 건조하여 제작된다. 이때, 슬러리는 양극판(15) 및 음극판(13) 각각의 활물질과 활물질을 금속박에 점착하도록 하는 고정제를 포함한다. 리튬 이차전지의 경우, 양극 활물질로는 주로 리튬 함유 산화물이 이용되고, 음극 활물질로는 하드카본, 소프트카본, 흑연 및 탄소물질 중 어느 하나를 주로 이용할 수 있으나, 본 발명은 리튬 이차전지에 한정되는 것은 아니다.
캔(10)은 개구된 일측으로 전극조립체(12)를 수용하며, 캔(10)의 수평 단면은 모서리가 둥글게 처리된 사각 형상으로, 한 쌍의 단변부(10a)와 한 쌍의 장변부(10b)를 포함한다. 캔(10)의 수평 단면 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 시되지는 않았으나, 캔(10)의 수평 단면 형상은 사각 형상 또는 타원 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다. 캔(10)은 금속재로, 바람직하게 가볍고 연성이 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 캔(10)은 딥드로잉 방식을 이용하여 용이하게 제작할 수 있다.
이러한 캔(10)의 상부 내측면에는 홈부(19)가 형성되는데, 홈부(19)는 추후 설명하는 절연케이스(70)의 돌출부(71)가 안착될 수 있는 공간이다. 홈부(19)는 장변부(10b)에 형성될 수도 있으나, 절연케이스(70)가 균형을 유지하며 효과적으로 고정되기 위해서는 단변부(10a)에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 홈부(19)는 대칭이 되도록 마주보는 변의 동일한 위치에 한 쌍이 형성될 수 있는데, 이로 인해 안착된 절연케이스(70)의 기울어짐을 방지할 수 있다. 그리고, 홈부(19)는 한 개만 형성될 수 있는데 이 경우 절연케이스(70)의 기울어짐을 방지할 수 있음은 물론 공정이 단순화될 수 있다. 또한, 홈부(19)가 한쪽에만 형성되어 있으므로, 절연케이스(70)가 캔(10)에 역으로 삽입되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 홈부(19)의 수평 단면은 다양한 형상으로 형성될 수 있으나, 바람직 하게는 사각 형상으로 형성된다. 이에 의해 절연케이스(70)가 홈부(19)에 안정적으로 안착되어 균형을 유지할 수 있다.
또한, 캔(10) 단변부(10a)의 두께는 장변부(10b)의 두께보다 더 두껍게 형성됨이 바람직한데, 이는 단변부(10a)에 홈부(19)가 형성되더라도 단변부(10a)가 일정 두께를 유지하여 캔(10)의 강도를 유지하기 위함이다.
캡조립체(20)는 캡플레이트(40), 전극단자(30), 절연플레이트(50), 단자플레 이트(60) 및 가스켓(35)을 포함한다. 이 중 캡플레이트(40)는 캡조립체(20)와 캔(10)의 결합 시에 캔(10)의 개구면을 밀봉하여 캔(10)의 일면을 형성할 수 있다. 이를 위해, 캡플레이트(40)는 용접과 같은 방법을 이용하여 캔(10)의 개구면에 결합될 수 있다. 아울러, 캡플레이트(40)는 절연케이스(70)의 리드통공(72)을 관통하여 인출되는 양극탭(16) 및 음극탭(17) 중 어느 하나와 전기적으로 연결된다. 또한, 캡플레이트(40)에는 가스켓(35)과의 결합을 위한 제1 단자홀(41) 및 전해액의 주입을 위한 전해액주입구(42)가 형성된다. 전해액주입구(42)는 캡플레이트(40)에 형성되며, 캔(10) 내부로 전해액을 주입하는 통로로 이용된다. 그리고, 전해액주입구(42)는 전해액의 주입 후 마개(43)에 의해 밀봉된다.
가스켓(35)은 전극단자(30)와 캡플레이트(40) 간의 절연을 확보하기 위한 것으로, 가스켓(35)에는 전극단자(30)와의 결합을 위한 제1 단자홀(41)이 형성되고, 전극단자(30)는 제1 단자홀(41)을 관통하는 형태로 가스켓(35)에 결합된다.
절연플레이트(50)는 캡플레이트(40)와 단자플레이트(60) 간의 절연을 위해 그 사이에 삽입된다. 또한, 절연플레이트(50)에는 전극단자(30)가 관통할 수 있도록 제2 단자홀(51)이 형성된다.
단자플레이트(60)는 제3 단자홀(61)에 의해 전극단자(30)와 전기적으로 연결된다. 또한, 단자플레이트(61)는 양극탭(16) 및 음극탭(17) 중 캡플레이트(40)와 연결되지 않은 단자와 전기적으로 연결된다. 즉, 캡플레이트(40)가 양극탭(16)과 전기적으로 연결되는 경우, 단자플레이트(60)는 음극탭(17)과 연결되며, 이를 통해 전극단자(30)와 음극탭(17)의 전기적 연결을 중계할 수 있다.
절연케이스(70)는 전극조립체(12)와 캡조립체(20)가 전기적으로 절연되도록 그 사이에 위치하며, 보다 상세하게는 캔(10)의 상부에 삽입된 상태로 위치한다. 절연케이스(70)는 일반적으로 전기절연성이 우수한 경질의 플라스틱 수지를 이용하여 제조된다. 이로 인해, 절연케이스(70)를 캔(10) 내부에 삽입하는 경우, 전해액에 의한 변형이 거의 없고, 전극조립체(12)와 캡조립체(20) 간의 절연을 확보하기 용이하다. 그러나, 절연케이스(70)로 경질 플라스틱 수지를 사용하는 경우, 탄성이 약해 캔(10)에 결합하기 어려워지므로, 이를 보완하기 위하여 절연케이스(70)는 베이스부(74)와 지지부(73)로 구성되어 캔(10)에 안정적으로 결합되도록 할 수 있다.
베이스부(74)는 일정한 두께의 플레이트로 형성되며, 캔(10)의 수평 단면 형상, 특히 전극조립체(12) 수납 후 잔여 공간의 단면 형태와 유사한 형태로 형성된다. 그리고, 베이스부(74)는 캔(10)과의 용이한 결합을 위하여 잔여 공간의 단면보다 조금 작은 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 베이스부(74)에는 전해액주입구(미도시) 및 리드통공(72)이 형성된다.
지지부(73)는 베이스부(74)의 가장자리 일부에 베이스부(74)와 일체로 형성된다. 지지부(73)는 캡조립체(20) 및 절연케이스(70)가 캔(10) 내부에 수납될 때, 캡조립체(20)와 절연케이스(70) 간의 간격을 확보할 수 있도록 한다. 또한, 절연케이스(70)의 삽입을 보다 용이하게 하기 위한 삽입 가이드 역할을 할 수 있다.
이러한 절연케이스(70)의 지지부(73)에는 홈부(19)가 형성된 위치와 맞닿는 외측면에 돌출부(71)가 형성된다. 이에 의해 캔(10)의 홈부(19)에 절연케이스(70) 의 돌출부(71)가 안착됨으로써, 절연케이스(70)의 기울어짐이 방지되어 절연케이스(70) 하부에 위치하는 전극조립체(12)의 상단부를 압박하지 않을 수 있다. 또한, 앞서 설명한 홈부(19)와 마찬가지로, 돌출부(71) 역시 마주보는 변의 동일한 위치에 대칭이 되도록 형성되거나, 한 개만 형성될 수도 있다. 그리고, 돌출부(71)의 수평 단면은 사각 형상인 것이 바람직하다.
도 2는 도 1의 A-A` 단면도이고, 도 3a는 도 1의 B-B` 단면도이며, 도 3b는 본 발명에 따른 절연케이스의 평면도이다.
도 2 내지 도 3b를 참조하면, 캔(10) 상부의 내측면에는 홈부(19)가 형성되며, 캔(10)의 단변부(10a, 도 1 참조)에 한 쌍의 홈부(19)가 형성되는 것이 바람직하다. 홈부(19)는 절연케이스(70)가 캔(10)에 삽입될 때 절연케이스(70)의 돌출부(71)가 안착되는 영역으로, 홈부(19)가 형성된 위치와 맞닿는 절연케이스(70)의 외측면에 돌출부(71)가 형성된다. 여기서, 절연케이스(70)는 바닥을 형성하는 베이스부(74)와, 베이스부(74)의 가장자리 일부에 베이스부(74)와 수직으로 형성된 지지부(73)를 포함하는데, 돌출부(71)는 지지부(73)의 상부에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 절연케이스(70)가 캔(10) 내부에 삽입되어 고정되도록 돌출부(71)의 수평 길이와 홈부(19)의 수평 깊이는 동일하게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 돌출부(71)의 수직 길이는 절연케이스(70) 지지부(73)의 높이보다 짧게 형성되는 것이 바람직하다.
도 4a는 본 발명에 따른 캔에 절연케이스가 안착된 상태의 수직단면도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 캔에 절연케이스가 안착된 상태의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 캔(10)의 상부에 절연케이스(70)가 삽입되며, 절연케이스(70)의 돌출부(71)가 캔(10)의 홈부(19)에 안착된다. 절연케이스(70)는 캡조립체(20, 도 1 참조)와 전극조립체(12, 도 1 참조) 사이에 위치하여 캡조립체(20)와 전극조립체(12) 사이에 발생할 수 있는 전기적인 쇼트를 방지한다. 이차전지의 낙하 등 외부충격이 가해지는 경우에 절연케이스(70)의 모서리가 전극조립체(12)의 상부에 압박을 가할 수 있으므로, 절연케이스(70)의 단면 형상은 모서리가 둥근 사각 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 절연케이스(70) 외측면의 돌출부(71)를 보다 효과적으로 캔(10)에 고정시키기 위하여 돌출부(71)가 형성된 위치와 맞닿는 캔(10)의 단변부(10a) 내측면에는 홈부(19)가 형성된다. 이에 의해 캔(10) 단변부(10a)의 두께는 장변부(10b)의 두께보다 더 두껍게 형성됨이 바람직한데, 이는 단변부(10a)에 홈부(19)가 형성되더라도 단변부(10a)가 일정 두께를 가짐으로써 캔(10)의 강도를 유지하기 위함이다. 바람직하게, 캔(10) 장변부(10b)의 두께는 0.2㎜ 정도이고, 캔(10) 단변부(10a)의 두께는 0.4㎜ 정도이다. 그리고, 예를 들어, 캔(10) 단변부(10a)의 두께가 0.38㎜이면, 단변부(10a)에 형성된 홈부(19)의 수평 깊이는 0.15~0.18㎜로 형성하여, 단변부(10a)에 형성된 홈부(19)를 제외한 두께가 0.2~0.23㎜ 정도가 되도록 하여 캔(10) 장변부(10b)와 유사한 두께를 유지할 수 있다.
여기서, 홈부(19) 및 돌출부(71)의 수평 단면 형상은 다양한 형상으로 형성될 수 있으나, 절연케이스(70)의 균형을 위하여 사각 형상으로 형성되는 것이 바람 직하다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 이차전지의 캔에 홈부를 형성하고 절연케이스에 돌출부를 형성하여, 캔에 절연케이스 삽입 시 홈부에 돌출부가 안착됨에 의해 절연케이스의 기울어짐을 방지함으로써, 전극조립체의 상부가 절연케이스에 의해 압박되지 않아 음극판의 노출 및 음극 활물질이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 음극판의 노출로 의한 열노출을 방지하여 음극판과 양극판의 물리적 쇼트를 방지할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 분리 사시도.
도 2는 도 1의 A-A` 단면도.
도 3a는 도 1의 B-B` 단면도.
도 3b는 본 발명에 따른 절연케이스의 평면도.
도 4a는 본 발명에 따른 캔에 절연케이스가 안착된 상태의 수직단면도.
도 4b는 본 발명에 따른 캔에 절연케이스가 안착된 상태의 평면도.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10 : 캔 10a : 단변부
10b : 장변부 12 : 전극조립체
19 : 홈부 20 : 캡조립체
40 : 캡플레이트 50 : 절연플레이트
60 : 단자플레이트 70 : 절연케이스
71 : 돌출부 75 : 지지부

Claims (9)

  1. 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수용하도록 한 쌍의 장변부와 단변부를 포함하며 일측이 개구된 캔;
    상기 캔의 개구된 부분을 밀봉하는 캡조립체; 및 상기 전극조립체와 상기 캡조립체의 사이에 위치하며, 상기 캔의 상부에 삽입되는 절연케이스;를 포함한 이차전지에 있어서,
    상기 캔의 단변부의 적어도 어느 일측 상단부 내측면에는 홈부가 형성되고, 상기 홈부가 형성된 위치와 맞닿는 상기 절연케이스의 외측면에는 돌출부가 형성되되,
    상기 홈부가 형성된 단변부에서 홈부를 제외한 두께가 상기 캔의 장변부 두께 이상으로 형성되도록 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캔의 수평 단면은 사각 형상으로, 한 쌍의 단변부와 한 쌍의 장변부를 포함하며, 상기 홈부는 상기 캔의 단변부에 형성되는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캔의 수평 단면은 모서리가 둥글게 처리된 사각 형상인 이차전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 캔 단변부의 두께가 장변부의 두께보다 더 두껍게 형성되는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 홈부 및 상기 돌출부는 적어도 한 쌍씩 형성되는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 홈부 및 상기 돌출부는 각각 대칭이 되도록 마주보는 변의 동일한 위치에 형성되는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 홈부 및 상기 돌출부는 각각 한 개씩 형성되는 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 홈부 및 상기 돌출부는 수평 단면이 사각 형상인 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 캔의 장변부의 두께는 0.2㎜이고, 상기 단변부에 형성된 홈부의 수평깊이는 0.15~0.18㎜이고, 상기 홈부를 제외한 단변부 두께는 0.2~0.23㎜로 형성하는 이차전지.
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