KR20040110335A - 이차 전지 및 이의 밀봉 방법 - Google Patents

Abstract

필러 와이어를 사용하여 전해액 주입구를 밀봉한 이차 전지에 관한 것으로, 본 발명의 이차 전지는, 양극판과 음극판 및 이 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와; 상기 전극 조립체가 내부에 수납되는 캔과; 상기 캔의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트와; 상기 캔 또는 캡 플레이트에 제공되는 전해액 주입구와; 상기 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉 부재;를 포함하며, 상기 밀봉 부재는 필러 와이어 용융액을 포함한다.

Description

이차 전지 및 이의 밀봉 방법{SECONDARY BATTERY AND METHODE FOR SEALING THEREOF}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필러 와이어를 사용한 전해액 주입구의 밀봉 방법에 관한 것이다.

이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적인 것으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 있으며, 외관상으로는 원통형과 각형 전지로 구분된다.

통상적으로, 상기한 이차 전지는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어진 발전 요소, 즉, 전극 조립체와, 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 금속제의 캔과, 캔의 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함한다.

여기에서, 상기 캡 조립체는 캔의 개구부에 직접 용접되어 캔을 밀봉하는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트를 관통하여 설치되는 단자 핀 및 상기 단자 핀을 캡 플레이트와 절연시키는 가스켓을 포함하며, 단자 핀에는 음극판으로부터 인출된 음극 탭이 용접되어 상기 단자 핀이 음극 단자부로서의 기능을 한다.

그리고, 양극판으로부터 인출된 양극 탭은 상기 캡 플레이트의 하면이나, 캔의 내면에 직접 전기적으로 연결되어 상기 단자 핀을 제외한 전지 외부 전체가 양극 단자부로서의 기능을 하게 한다.

이와 같은 구성을 갖는 이차 전지는 캔 내부에 전극 조립체를 수납하고, 개구부에 캡 플레이트를 용접한 후, 조립 공정의 마지막 단계로서 상기 캡 플레이트에 형성된 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입하고, 볼 혹은 핀과 같은 플러그를 압입하여 상기 주입구를 막은 후 이를 레이저 용접하고, 이어서 밀봉성을 강화시키기 위해 자외선 경화 수지층을 도포 및 경화하여 상기 전해액 주입구를 밀봉하고 있다.

그런데, 상기한 방법을 사용하여 전해액 주입구를 밀봉하는 종래의 방식은 밀봉 공정이 복잡하며, 밀봉 후에는 캡 플레이트에 용접 이물이 묻어있거나 캡 플레이트에 구멍이 천공되는 등의 불량이 유발되는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 필러 와이어를 사용하여 전해액 주입구를 밀봉함으로써 상기한 문제점을 해결한 이차 전지 및 이의 밀봉 방법을 제공함에 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지의 구성을 나타내는 단면도.

도 2는 도 1에 도시한 전해액 주입구의 밀봉 방법을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 주입구 밀봉 부재의 구성을 나타내는 도 1의 원내 확대도.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

양극판과 음극판 및 이 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와;

상기 전극 조립체가 내부에 수납되는 캔과;

상기 캔의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트와;

상기 캔 또는 캡 플레이트에 제공되는 전해액 주입구와;

상기 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉 부재;

를 포함하며, 상기 밀봉 부재는 필러 와이어 용융액을 포함하는 이차 전지에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 밀봉 부재는 볼 또는 핀 등의 플러그를 더욱 포함할 수 있다.

그리고, 상기한 이차 전지의 전해액 주입구는, 필러 와이어를 전해액 주입구에 일정한 속도로 공급하면서 레이저 빔을 사용하여 상기 필러 와이어를 용융시킴으로써 상기 용융된 필러 와이어에 의해 전해액 주입구를 밀봉하는 이차 전지의 밀봉 방법에 의해 밀봉할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 필러 와이어를 사용한 밀봉 공정은 전해액 주입구에 볼 또는 핀 등의 플러그를 압입한 후 실시할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각형 2차 전지의 단면도를 도시한 것이고,도 2는 도 1의 전해액 주입구 밀봉 공정을 나타내는 공정도를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 일면에 개구부가 구비된 캔(10)과, 상기 개구부를 통해 캔(10)의 내부에 수납되는 전극 조립체(20)와, 캔(10)의 개구부를 밀봉하는 캡 조립체(30)를 포함한다.

상기 전극 조립체(20)는 양극판(22) 및 음극판(24)이 세퍼레이터(26)를 개재하여 형성된 것으로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 양극판(22) 및 음극판(24)이 세퍼레이터(26)를 개재하여 적층된 후 권취된 젤리 롤형의 전극 조립체(20)가 사용될 수 있다.

이 때, 상기 음극판(24)은 스트립 형상의 금속박판으로 된 음극 집전체를 구비하며, 상기 음극 집전체로는 구리 박판이 사용될 수 있다. 상기 음극 집전체의 적어도 일면에는 음극 활물질을 포함한 음극합제가 코팅된 음극 코팅부가 형성되며, 상기 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고, 이에 바인더, 가소제, 도전재 등을 함유해 음극합제를 이룰 수 있다.

또한, 상기 양극판(22)은 스트립 형상의 금속박판으로 된 양극 집전체를 구비하며, 상기 양극 집전체로는 알루미늄 박판이 사용될 수 있다. 상기 양극 집전체의 적어도 일면에는 양극 활물질을 포함한 양극합제가 코팅되는 양극 코팅부가 형성되는 데, 상기 양극 활물질로는 리튬계 산화물을 사용하고, 이에 바인더, 가소제, 도전재 등을 함유해 양극합제를 이룰 수 있다.

상기와 같은 전극 조립체(20)의 상부로는 양극판(22) 및 음극판(24)에 각각 전기적으로 연결된 양극 탭(미도시함) 및 음극 탭(28)이 인출되어 있다. 음극탭(28)으로는 니켈 박막이 사용될 수 있고, 양극 탭은 알루미늄 박막이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 양극 탭 및 음극 탭(28)의 위치는 도 1과는 반대로 구비될 수도 있음은 물론이다.

한편, 상기 캔(10)은 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 본 실시예에 따르면 상기 캔(10)은 경량의 전도성 금속인 Al 또는 Al 합금으로 형성될 수 있다.

상기 캔(10)은 그의 측면 모서리 부분이 각이 진 각형으로 구비될 수도 있고, 비록 도면으로 나타내지는 않았지만, 그 모서리 부분이 라운드 처리된 라운드형으로 구비될 수도 있다.

상기와 같은 캔(10)의 개구부에는 캡 조립체(30)가 설치되어 밀봉되는 데, 상기 캡 조립체(30)는 상기 개구부에 직접 용접되어 캔(10)을 밀봉하는 캡 플레이트(32)를 구비한다. 상기 캔(10)과 캡 플레이트(32)는 그 용접의 용이성을 위하여 동일한 금속재로 구비될 수 있다.

그리고, 캡 조립체(30)에는 상기 캡 플레이트(32)에 가스켓(34)을 통해 절연되도록 관통 형성된 단자 핀(36)이 구비되는 데, 이 단자 핀(36)의 하부에는 음극판(24)으로부터 인출된 음극 탭(28)이 용접되어, 상기 단자 핀(36)은 음극 단자부로서의 기능을 한다.

한편, 양극판(22)으로부터 인출된 양극 탭은 상기 단자 핀(36)을 제외한 전지 외부 전체가 양극 단자부로서의 기능을 하도록 상기 캡 플레이트(32)의 하면, 또는 캔(10)의 내면에 직접 전기적으로 연결된다.

그러나, 이러한 양극 단자 및 음극 단자의 구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 양극 단자부의 구조도 상기 음극 단자부의 구조와 같이 별도의 단자 핀을 통해 형성할 수도 있으며, 이 밖에도 다른 어떠한 구조도 적용될 수 있다.

한편, 상기와 같은 전극 조립체(20)와 캡 조립체(30)의 사이에는 전극 조립체(20)를 보다 견고히 고정시키기 위한 절연성의 보호 케이스(38)가 설치될 수 있다.

그리고, 상기 캡 플레이트(32)에 형성된 전해액 주입구(32')는 본 실시예의 밀봉 부재(40)에 의해 밀봉되는데, 본 실시예에서는 상기한 밀봉 부재(40)가 레이저 빔에 의해 용융된 필러 와이어 용융액(42)으로 이루어진다.

전해액 주입구(32')의 밀봉 공정에 있어서, 상기한 필러 와이어 용융액(42)를 형성하는 와이어(W)의 직경(R) 및 공급 속도(V), 그리고 레이저 빔(B)의 출력 등은 캡 플레이트(32) 및 필러 와이어(W)의 재질 등에 따라 다양한 변경이 가능하지만, 용융성 및 캡 플레이트와의 접착성이 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금 계열의 필러 와이어(W)를 사용하는 경우에는, 직경(R)이 0.5∼2.0㎜인 필러 와이어(W)를 1∼3㎜/sec의 속도(V)로 공급하면서 0.2∼1.5㎾의 출력을 갖는 레이저 빔(B)을 사용하여 전해액 주입구(32')를 밀봉할 수 있다.

물론, 다른 재질의 필러 와이어, 예를 들어 납 재질의 필러 와이어를 가열봉으로 용융시켜 전해액 주입구(32')를 밀봉하는 것도 가능하다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 부재를 나타내는 도 1의 원내 확대도를 도시한 것으로, 본 실시예의 이차 전지는 전해액 주입구(32')의 밀봉성을더욱 향상시키기 위해 상기 주입구(32')에 볼 또는 핀 등의 플러그(44)를 압입한 후, 상기 도 2의 필러 와이어(W) 및 레이저 용접 방법을 사용하여 전해액 주입구(32')를 밀봉한 것이다. 따라서, 본 실시예는 밀봉 부재(40')가 플러그(44)와 필러 와이어 용융액(42)으로 이루어지므로, 전술한 도 1 및 도 2의 실시예에 비해 밀봉성이 더욱 향상된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본원 발명은, 필러 와이어를 사용한 레이저 용접 방식에 의해 전해액 주입구를 밀봉함으로써, 상기 밀봉 공정을 종래보다 단순화 할 수 있고, 밀봉 공정 이후에 캡 플레이트에 용접 이물이 묻어있거나 구멍이 천공되는 등의 불량을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 양극판과 음극판 및 이 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와;

   상기 전극 조립체가 내부에 수납되는 캔과;

   상기 캔의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트와;

   상기 캔 또는 캡 플레이트에 제공되는 전해액 주입구와;

   상기 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉 부재;

   를 포함하며, 상기 밀봉 부재는 필러 와이어 용융액을 포함하는 이차 전지.
2. 제 1항에 있어서, 상기 밀봉 부재는 볼 또는 핀 등의 플러그를 더욱 포함하는 이차 전지.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 필러 와이어 용융액은 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 납 중에서 선택된 어느 한 재질로 이루어지는 이차 전지.
4. 제 3항에 있어서, 상기 필러 와이어 용융액은 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금 계열의 재질로 이루어지는 이차 전지.
5. 캔 또는 캡 플레이트에 구비된 전해액 주입구를 통해 캔 내부에 전해액을 주입한 후, 상기 전해액 주입구를 밀봉하는 이차 전지의 밀봉 방법에 있어서,

   필러 와이어를 전해액 주입구에 일정한 속도로 공급하면서 레이저 빔을 사용하여 상기 필러 와이어를 용융시킴으로써 상기 용융된 필러 와이어에 의해 전해액 주입구를 밀봉하는 이차 전지의 밀봉 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 전해액 주입구에 볼 또는 핀 등의 플러그를 압입한 후, 상기 필러 와이어를 사용한 밀봉 공정을 실시하여 전해액 주입구를 밀봉하는 이차 전지의 밀봉 방법.
7. 제 5항 또는 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 납 중에서 선택된 어느 한 재질로 이루어진 필러 와이어를 사용하는 이차 전지.
8. 제 7항에 있어서, 상기 필러 와이어는 특히 알루미늄 또는 알루미늄계 합금을 사용하는 이차 전지의 밀봉 방법.
9. 제 8항에 있어서, 직경(R)이 0.5∼2.0㎜인 알루미늄 또는 알루미늄계 합금재의 필러 와이어를 1∼3㎜/sec의 속도(V)로 공급하면서 0.2∼1.5㎾의 출력을 갖는 레이저 빔을 사용하여 전해액 주입구를 밀봉하는 이차 전지의 밀봉 방법.