KR20080035401A

KR20080035401A - 리튬 이차전지

Info

Publication number: KR20080035401A
Application number: KR1020060102059A
Authority: KR
Inventors: 정현제; 박정준; 임현준
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-04-23

Abstract

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 캔과, 캔의 내부에 수용되며 중앙에 전극탭이 구비되는 전극조립체, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하고 중앙에 상기 전극탭과 접속되는 전극단자가 설치되는 캡조립체를 포함하고, 상기 전극조립체에 구비되는 전극탭과 상기 캡조립체에 설치되는 전극단자간의 결합형태를 용접 방식에 의해 접합하여 구성함으로써 전극탭의 절곡을 배제함으로써 절곡불량으로 인한 제품의 신뢰도 저하를 방지하고 전극탭의 길이를 단축시켜 제조원가를 절감하도록 한 것이다.

이차전지, 전극탭, 전극단자

Description

리튬 이차전지{Littum secondary battery}

도 1은 종래 기술에 의한 리튬 이차전지의 정면측 부분 종단면도.

도 2는 도 1의 측면측 단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차전지의 정면측 부분 종단면도.

도 4는 도 3의 측면측 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 ; 리튬 이차전지 10 ; 베어셀

20 ; 캔 22 ; 전극조립체

27' ; 음극탭 27'a ; 수직부

27'b ; 수평부 30 ; 캡조립체

31 ; 캡플레이트 32 ; 음극단자

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극단자와 접속되는 전극탭의 접속 방식을 개선하여 전극탭의 절곡불량을 방지함과 아울러 전극탭의 길이를 단축시켜 제조원가를 절감하도록 한 리튬 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 일반적인 리튬 이차전지의 상부측 부분단면도이다.

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 형성된다.

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 합금으로 형성된다. 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 캡플레이트(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)의 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 접속되어 상기 전극조립체(22)와 접속된다. 상기 보호회로기판(50)은 상부에 외부 기기와 접속되는 전극단자(52)가 관통되게 설치된 다.

도 2는 종래 기술에 의한 이차전지의 측면측 단면도로서, 음극탭(27)이 수회 절곡된 상태로 음극단자(32)의 하면에 밀착된 상태로 접속되어 있다.

이와 같이 종래 리튬 이차전지에서는 캡조립체(30)를 캔(20)의 상단 개구부를 밀봉시키는 과정에서 캡플레이트(31)의 중앙부에 조립되어 있는 음극단자(32)가 전극조립체(22)의 중앙에 결합되어 있는 음극탭(27)의 단부를 압착시켜 음극탭(27)을 절곡시키면서 전기적으로 접속된다.

따라서 음극탭(27)의 상측에 음극단자(32)가 정확하게 위치하여 조립되지 않거나, 균일한 곡률로 음극탭(27)이 절곡되지 않는 등의 절곡불량이 발생되는 경우에는 하드 쇼트(hard short)로 인한 안전사고의 발생될 수 있는 문제가 있다. 이는 음극탭과 음극단자 간에 구속상태가 미약하기 때문이다.

또한, 음극탭(27)이 절곡될 수 있는 길이만큼 길이를 길게 형성해야 하므로 제조원가를 상승시키는 요인이 된다.

이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 음극탭과 음극단자의 구속상태를 강화하여 상호간의 접속상태를 양호하게 실시하도록 하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 음극탭이 절곡되지 않는 상태에서 음극탭과 음극단자의 접속을 실시하여 제조원가를 절감하려는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 캔과, 캔의 내부에 수용되며 중앙 에 전극탭이 구비되는 전극조립체, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하고 중앙에 상기 전극탭과 접속되는 전극단자가 설치되는 캡조립체를 포함하고, 상기 전극조립체에 구비되는 전극탭과 상기 캡조립체에 설치되는 전극단자간의 결합형태를 용접 방식에 의해 접합하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 전극탭은 단부가 상기 전극단자의 하면에 용접되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전극탭은 음극탭이고, 상기 전극단자는 음극단자인 것이 바람직하다.

상기 전극탭은 L자형으로 형성되어 수평부가 상기 전극단자와 용접되거나, 또는 I자형으로 형성되어 단부가 전극단자에 용접될 수 있다.

이러한 상기 캔은 각형 타입인 것이 바람직하나, 원통형 또는 파우치형의 경우에도 적용가능하다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차전지(1)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 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 형성된다.

상기 베어셀(10)은 캔(20)과 전극조립체(22)와 캡조립체(30)를 포함하여 형 성된다. 상기 캔(20)은 상단부가 개방된 대략 박스 형상의 금속재질 용기이며, 경량의 전도성 금속이면서 부식에 대처가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 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 캡플레이트(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 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 접속되어 상기 전극조립체(22)와 접속된다. 상기 보호회로기판(50)은 상부에 외부 기기와 접속되는 전극단자(52)가 관통되게 설치된다.

이때 본 발명에 의한 리튬 이차전지는 도 4를 참조하면, 상기 음극탭(27')을 절곡시키지 않고 L자형으로 형성하여 음극단자(32)와 접속시킨다.

즉, 음극탭(27')은 수직부(27'a)와 수평부(27'b)로 이루어지고, 수평부(27'b)가 음극단자(32)에 용접 등의 접합 방식으로 고정된다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 리튬 이차전지의 조립방법을 설명한다.

본 발명에 의한 리튬 이차전지는 캔(20)의 내부에 전극조립체(22)를 완전히 삽입하기 전 상태에서 전극조립체(22)에 결합된 음극탭(27')의 수평부(27'b)와 캡조립체(30)의 음극단자(32)의 하면을 용접한다. 그리고 전극조립체(22)를 캔(20)의 내부에 삽입하고, 그 다음에 캡조립체(30)의 캡플레이트(31)를 캔(20)의 상단개구부에 안착시켜 밀봉하게 된다.

본 발명의 실시예에서 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 음극탭을 형상을 I자형으로 형성하여 음극탭의 상단부와 음극단자(32)의 하면을 용접 등의 방식으로 접합할 수도 있다.

상술한 실시예에는 주로 각형 리튬 이차전지에 대하여 설명하였으나, 이에 한정할 필요는 없고 원통형, 파우치형 전지에서도 적용가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 리튬 이차전지는 음극탭이 음극단자와 접속되는 구조가 음극탭의 절곡에 의한 방식을 채택하지 않게 되어 음극탭의 절곡불량으롱 인한 접속불량의 문제점을 원천적으로 해결하는 효과가 있으며, 음극탭이 음극단자에 보다 강력하게 구속되어 접속되는 효과가 있다.

또한, 음극탭의 길이가 현저하게 감소되므로 음극탭의 사용량이 줄어들어 제조원가를 절감하는 효과가 있다.

Claims

캔, 상기 캔의 내부에 수용되며 중앙에 전극탭이 구비되는 전극조립체, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하고 중앙에 상기 전극탭과 접속되는 전극단자가 설치되는 캡조립체를 포함하고,

상기 전극조립체에 구비되는 전극탭과 상기 캡조립체에 설치되는 전극단자를 용접에 의해 접합하여 구성한 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 전극탭의 단부가 상기 전극단자의 하면에 용접되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 전극탭은 음극탭이고, 상기 전극단자는 음극단자인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 전극탭은 L자형 또는 I자형으로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 캔은 각형 타입인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.