KR101162859B1 - 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캡조립체의 단변부를 열처리하여 캔에 삽입함에 의해 캡조립체의 장변부 일 영역이 휘어지는 것을 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체를 수용하며, 상단이 개구된 캔; 및 상기 캔의 개구된 부분을 밀봉하는 캡조립체;를 포함하되, 상기 캡조립체의 단변부가 상기 단변부를 제외한 캡조립체의 다른 부분보다 연성이 크게 형성된다.
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 캡조립체가 휘어지는 것을 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로, 각형 이차전지는 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔에 결합하는 캡조립체를 포함하여 이루어진다. 이러한 캔의 상부에는 개구부가 형성되며, 캡조립체는 캔의 개구부를 밀봉하며 결합된다. 이때, 캔의 개구부보다 캡조립체의 사이즈를 약간 크게 설계하여 억지끼움에 의해 캔에 캡조립체를 결합하게 된다.
그러나, 상기와 같은 방법으로 캔에 캡조립체를 삽입하면, 캡조립체의 장변부 일 영역이 휘어지며 캔에 결합된다. 이에 의해 베어셀 외면이 휘어져 있으므로, 베어셀 외면에 팩 작업 시 어려움이 따른다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 캡조립체의 단변부를 열처리하여 캔에 삽입함에 의해 캡조립체의 장변부 일 영역이 휘어지는 것을 방지할 수 있는 이차전지를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 양극탭 및 음극탭을 구비하는 전극조립체를 수용하며, 상단이 개구된 캔; 및 상기 캔의 개구된 부분을 밀봉하되, 상기 양극탭 또는 음극탭과 전기적으로 연결되는 캡플레이트를 포함하는 캡조립체;를 포함하되, 상기 캡플레이트의 단변부가 상기 단변부를 제외한 상기 캡플레이트의 다른 부분보다 연성이 크고, 상기 캡조립체는 상기 캡플레이트의 단변부가 찌그러진 상태로 상기 캔의 개구된 부분에 결합된다.
여기서, 상기 캡플레이트의 단변부를 열처리하여 연성을 크게 할 수 있다.
그리고, 상기 단변부의 경도는 40Bacole 내지 48Bacole 범위일 수 있다.
또한, 상기 캡플레이트의 단변부를 제외한 다른 부분의 경도는 50Bacole 내지 55Bacole 범위일 수 있다.
더욱이, 상기 단변부는 상기 캡조립체 중앙부를 향하여 1mm 내지 5mm 범위의 두께로 열처리될 수 있다.
또한, 상기 캡조립체는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)으로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 캔에 캡조립체를 삽입할 시 캡조립체의 장변부 일 영역이 휘어지는 것을 방지함으로써, 베어셀에 팩 공정 작업을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지를 나타내는 분해사시도.
도 2는 캡조립체의 단변부가 열처리된 상태를 나타내는 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 캡조립체가 캔에 삽입된 형태를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 캡조립체가 캔에 삽입된 형태를 나타내는 평면도.
도 2는 캡조립체의 단변부가 열처리된 상태를 나타내는 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 캡조립체가 캔에 삽입된 형태를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 캡조립체가 캔에 삽입된 형태를 나타내는 평면도.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이차전지를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지를 나타내는 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체(12)를 수용하며, 상단이 개구된 캔(10) 및 캔(10)의 개구된 부분을 밀봉하는 캡조립체(20)를 포함한다. 이 중, 캡조립체(20)는 캡플레이트(40), 전극단자(30), 절연플레이트(50), 단자플레이트(60) 및 가스켓(35)을 포함한다. 그리고, 캡플레이트(40)는 한 쌍의 장변부(44a)와, 장변부(44a)의 단부를 연결하는 한 쌍의 단변부(44b) 및 장변부(44a)와 단변부(44b)에 의해 형성되는 상부면(44c) 및 하부면(44d)을 포함한다. 본 발명에서는 캔(10)에 캡조립체(20)를 삽입 시, 캡조립체(20) 중 캡플레이트(40)의 단변부(44b)가 열처리되지만, 설명의 편의상, 캡조립체(20)의 단변부(44b)로 설명하기로 한다.
이와 같은 이차전지의 캔(10)에 캡조립체(20)를 삽입 시 억지끼움에 의해 삽입된다. 이때, 캡조립체(20)의 장변부(44a) 일 영역이 휘어지는 것을 방지하기 위하여 캡조립체(20) 단변부(44b)의 연성을 단변부(44b)를 제외한 캡조립체(20)의 다른 부분의 연성보다 크게 한다. 연성을 크게 하는 방법으로, 캡조립체(20)의 단변부(44b)를 열처리할 수 있다.
캡조립체(20)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 그리고, 캡조립체(20)의 단변부(44b)를 열처리함에 의해 단변부(44b)를 제외한 캡조립체(20)의 다른 부분(44e)보다 단변부(44b)의 연성이 크게 된다. 즉, 단변부(44b)를 열처리함에 의해 단변부(44b)를 제외한 캡조립체(20)의 다른 부분(44e)보다 단변부(44b)의 경도가 작게 된다.
보다 상세하게, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된 캡조립체(20)의 단변부(44b)를 제외한 다른 부분(44e)의 경도는 50Bacole 내지 55Bacole 의 범위이다. 그리고, 열처리한 단변부(44b)의 경도는 40Bacole 내지 48Bacole 범위일 수 있다. 열처리한 단변부(44b)의 경도가 40Bacole 미만이면, 연성이 과도하게 커서 캔에 삽입되기 전에 단변부(44b)의 형태가 변형되어 캔(10)의 개구부를 밀봉하기 어렵다. 또한, 열처리한 단변부(44b)의 경도가 50 Bacole을 초과하면, 열처리하지 않은 캡조립체(20)의 다른 부분(44e)과 연성이 비슷하여 캡조립체(20)를 캔(10)에 삽입 시 캡조립체(20)의 장변부(44a) 일 영역이 휘어질 수 있다.
이하에서는 각형 이차전지의 구성에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 전극조립체(12)는 양극판(15)과 음극판(13) 사이에 세퍼레이터(14)가 개재된 상태로 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 라미미네이션 테이프(18)가 감겨져 있다. 라미네이션 테이프(18)는 양극탭(16) 또는 음극탭(17)에서 발생하는 열을 차단하고, 양극탭(16) 또는 음극탭(17)의 가장자리에 의해 전극조립체(12)가 압박받지 않도록 하는 역할을 수행한다.
여기서, 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 형성된다. 캔(10)의 수평 단면 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 도시되지는 않았으나, 캔(10)의 수평 단면 형상은 사각 형상 또는 타원 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다. 또한, 캔(10)은 금속재로, 딥드로잉 방식을 이용하여 용이하게 제작할 수 있다.
캡조립체(20)는 앞서 설명한 바와 같이, 캡플레이트(40), 전극단자(30), 절연플레이트(50), 단자플레이트(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.
그리고, 앞서 설명한 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.
또한, 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 위치되며, 보다 상세하게는 캔(10)의 상부에 삽입된 상태로 위치된다. 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.
이처럼 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(75)로 구성되어 캔(10)에 안정적으로 결합되도록 할 수 있다. 여기서, 베이스부(74)는 절연케이스(70)의 하부면이고, 지지부(75)는 절연케이스(70)의 외측면이다.
절연케이스(70)의 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, 절연케이스(70)의 베이스부(74)는 캔(10)과의 억지끼움 결합을 위하여 잔여 공간의 단면보다 조금 큰 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 절연케이스(70)의 베이스부(74)에는 전해액주입구(미도시) 및 리드통공(72)이 형성된다.
도 2는 캡조립체의 단변부가 열처리된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 캡조립체(20)는 단변부(44b)에 열처리를 하여 단변부(44b)를 제외한 캡조립체(20)의 다른 부분(44e)보다 단변부의 연성을 크게 하여 캔(10)에 삽입한다. 연성이 크면 그만큼 경도는 작아지게 되어 캡조립체(20)의 단변부(44b)는 캡조립체(20)의 단변부(44b)를 제외한 다른 부분(44e)보다 물러지게 된다.
이때, 캡조립체(20)의 단변부(44b)는 캡조립체(20)의 중앙부를 향하여 1mm 내지 5mm 범위의 두께(A)로 열처리할 수 있다. 단변부(44b)가 캡조립체(20)의 중앙부를 향하여 1mm 미만의 두께로 열처리되면, 열처리된 부분이 미미하여 열처리에 따른 효과를 기대할 수 없다.
그리고, 단변부(44b)가 캡조립체(20)의 중앙부를 향하여 5mm를 초과하여 열처리되면, 캡조립체(20)를 캔(10)에 삽입 시 캡조립체(20)의 장변부(44a) 일 영역이 휘어질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 캡조립체가 캔에 삽입된 형태를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 캡조립체가 캔에 삽입된 형태를 나타내는 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 캡조립체(20)의 단변부(44b)를 열처리하여 캔(10)에 삽입하면, 캡조립체(20)는 열처리한 부분(단변부(44b))만 찌그러지며 캔(10)에 삽입된다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된 캡조립체(20)의 단변부(44b)를 열처리하면, 열처리한 단변부(44b)를 제외한 캡조립체(20)의 다른 부분(44e)보다 단변부(44b)의 연성은 커지게 되며 경도는 작아진다. 이에 의해 열처리한 단변부(44b)만이 변형이 되며 캔(10)에 삽입되는 것이다.
즉, 캡조립체(20)의 장변부(44a) 일 영역의 휘어짐 없이 캡조립체(20)를 캔(10)에 삽입할 수 있다. 이에 의해 베어셀의 외면이 휘어지지 않으므로, 팩 공정 시 작업성이 향상될 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 이차전지에 대하여 보다 상세히 설명하고자 한다.
표 1은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 캡조립체(20)의 휘어짐 유무를 나타낸다.
구분 | 열처리한 단변부의 경도 (Bacole) |
열처리한 단변부를 제외한 캡조립체 다른 부분의 경도(Bacole) | 캡조립체의 휘어짐 유무 |
실시예 | 40-48 | 50-53 | 휘어짐 현상 없음 |
구분 | 열처리하지 않은 캡조립체 경도(Bacole) | 캡조립체의 휘어짐 유무 |
|
비교예 | 50-53 | 휘어짐 현상 보임 |
표 1을 참조하면, 단변부를 열처리하여 단변부가 40~48Bacole의 경도를 가지는 경우, 캡조립체의 휘어짐 현상이 발견되지 않았다. 그러나, 캡조립체를 열처리하지 않아 캡조립체 전체가 50~53Bacole의 경도를 가지는 경우, 캡조립체의 중앙부분이 휘어지는 것을 알 수 있다.
이에 의해 본 발명의 실시예와 같이 캡조립체의 단변부를 열처리하여 단변부의 경도를 작게 함으로써, 캔에 캡조립체를 삽입 시 휘어짐이 발생되는 것을 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.
10 : 캔 20 : 캡조립체
30 : 전극단자 40 : 캡플레이트
44a : 장변부 44b : 단변부
44e : 단변부를 제외한 캡조립체의 다른 부분
50 : 절연플레이트 60 : 단자플레이트
30 : 전극단자 40 : 캡플레이트
44a : 장변부 44b : 단변부
44e : 단변부를 제외한 캡조립체의 다른 부분
50 : 절연플레이트 60 : 단자플레이트
Claims (6)
- 양극탭 및 음극탭을 구비하는 전극조립체를 수용하며, 상단이 개구된 캔; 및
상기 캔의 개구된 부분을 밀봉하되, 상기 양극탭 또는 음극탭과 전기적으로 연결되는 캡플레이트를 포함하는 캡조립체;를 포함하되,
상기 캡플레이트의 단변부가 상기 단변부를 제외한 상기 캡플레이트의 다른 부분보다 연성이 크고,
상기 캡조립체는 상기 캡플레이트의 단변부가 찌그러진 상태로 상기 캔의 개구된 부분에 결합된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 캡플레이트의 단변부는 열처리된 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 캡조립체는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)으로 형성되는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 단변부의 경도는 40 Bacole 내지 48 Bacole 범위인 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 캡플레이트의 단변부를 제외한 다른 부분의 경도는 50 Bacole 내지 55 Bacole 범위인 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 단변부는 상기 캡조립체 중앙부를 향하여 1mm 내지 5mm 범위의 두께로 열처리된 이차전지.
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