KR20080083441A - 이차전지 - Google Patents

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KR20080083441A
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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 전극단자와 보호회로를 연결하기 위한 이차보호소자를 개선하여 공정수를 줄이고 제조비용을 절감하도록 한 이차전지에 관한 것이다.
본 발명은 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡플레이트와 상기 캡플레이트를 관통하는 전극단자를 구비하는 캡조립체 및 상기 캡조립체의 상부에 구비되는 보호회로를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 캡조립체와 상기 보호회로를 연결하는 이차보호소자를 구비하고, 상기 이차보호소자는 상기 보호회로 및 캡조립체와 연결되는 연결 탭을 일체로 형성하여 부품수를 줄여 제조비용을 절감함과 아울러 용접공정을 배제하여 제품의 품질을 향상시키는 효과가 있다.
캡조립체, 보호회로, 이차보호소자, 연결 탭

Description

이차전지{Secondary battery}
도 1은 본 발명 실시예에 의한 이차전지의 상부측 부분단면도.
도 2는 본 발명 실시예에 의한 PTC 소자의 사시도.
도 3은 도 1에서 보호회로기판을 배제한 상태의 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 ; 베어셀 20 ; 캔
22 ; 전극조립체 23 ; 양극판
24 ; 세퍼레이터 25 ; 음극판
30 ; 캡조립체 31 ; 캡플레이트
32 ; 음극단자 40 ; PTC 소자
42 ; PTC 소자 본체 44,46 ; 연결 탭부
50 ; 보호회로기판
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차보호소자의 형상을 개선하여 공정수를 줄이고 제조비용을 절감하도록 한 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 개인 컴퓨터 등의 휴대용 무선 기기제품과 전기 자전거, 전기 자동차, 전동 공구 등의 경량화 및 고기능화가 진행되면서 구동원으로서 사용되는 전지에 대한 연구가 진행되고 있다.
특히 충방전이 가능한 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배 정도 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지 및 리튬 이온 전지와, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분되며, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와, 유기 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나뉜다.
이와 같은 이차전지에 사용되는 대부분의 기기에서는 보호 회로인 PCM(Protection Circuit Module)이 구비된다. 상기 보호 회로는 배터리의 충방전시 안전 회로가 구동되도록 하여 과충전 보호, 과방전 보호 및 과전류가 차단되도록 함으로써 배터리를 폭발 위험으로부터 보호하고 수명 연장과 고성능화를 유지하게 된다.
일반적으로 이차전지의 베어셀은 캔과 전극조립체와 캡조립체를 포함하고, 이차전지의 구성에 따라서 상단부에 이차보호소자가 포함된다.
상기 캔은 직육방체의 형상으로 상단이 개방된 용기로서 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성된다. 상기 캔의 재질은 경량의 전도성 금속이면서 내식성을 갖는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 캔은 양극판, 세퍼레이터, 음극판으로 이루어진 전극조립체와 전해액이 수납되고, 개방된 상단부는 캡조립체에 의해 밀봉된다.
상기 캡조립체는 캔의 상단개구부에 대응되는 크기와 형상을 같은 평판형의 캡플레이트가 구비된다.
상기 전극조립체는 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태로 권취되어 형성된다. 상기 양극판은 양극탭을 통하여 상기 캡플레이트에 전기적으로 연결되며, 상기 음극판은 음극탭을 통하여 상기 캡플레이트에 연결된다. 따라서 캔은 음극단자와 전기적으로 절연되어 양극단자의 역할을 하게 된다.
상기 캡조립체가 캔의 상단과 용접된 후에는 상기 캡플레이트의 전해액주입구를 통해서 전해액이 주입되고, 상기 전해액주입구는 볼이 압입되어 이루어지는 마개로 밀봉된다.
상기 캡플레이트의 중앙에는 음극단자가 통과할 수 있도록 단자통공이 형성되고, 상기 음극단자의 외측에는 음극단자와 캡플레이트를 전기적으로 절연시키기 위해 튜브형상의 가스켓이 개재된다. 또한, 상기 캡플레이트의 하부에는 상기 음극단자와 전기적으로 연결되는 터미널플레이트를 절연플레이트가 개재된 상태에서 상기 캡플레이트와 절연되도록 설치된다.
상기 이차보호소자는 상기 캡플레이트의 상면에 안착되어 음극단자가 보호회로기판과 연결된다. 상기 이차보호소자는 통상 PTC(Positive Temperature Coefficient) 또는 써멀퓨즈가 사용된다.
그러나 상기한 바와 같이 구성되는 종래의 이차전지는 이차보호소자로 사용되는 PTC 소자가 상기 전극단자와 보호회로기판의 단자를 연결하기 위하여 연결 탭이 필요하다. 이를 위해서 상기 PTC 소자의 양단에 연결 탭을 용접하는 공정을 실시하게 된다. 즉, 이차보호소자를 구성하기 위하여 PTC 소자와 양쪽 연결 탭으로 이루어지는 3가지 부품이 소요되고, 2회의 저항용접 공정을 추가로 실시하게 된다.
따라서 종래에는 부품수의 증가로 인해 제조단가가 상승되고, 용접불량 발생으로 인해 제품의 신뢰도가 저하되는 등의 문제가 있다.
이와 같은 문제점에 착안하여 안출한 본 발명의 목적은 캡플레이트와 보호회로의 단자를 연결하기 위한 이차보호소자에 연결터미널을 일체로 형성하여 부품수를 절감하여 제조비용을 절감함과 아울러 용접공정을 배제하여 제품의 품질을 향상시키도록 한 이차전지를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡플레이트와 상기 캡플레이트를 관통하는 전극단자를 구비하는 캡조립체 및 상기 캡조립체의 상부에 구비되는 보호회로기판을 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 캡조립체의 전극단자와 상기 보호회로기판을 연결하는 이차보호소자를 구비하되, 상기 이차보호소 자가 상기 보호회로기판 및 전극단자와 전기적으로 연결되는 연결 탭을 이차보호소자와 일체로 형성하여 구성함을 특징으로 한다.
상기 이차보호소자는 PTC 소자인 것이 바람직하며, 이때, 상기 PTC 소자는 PTC 소자 본체와, 상기 PTC 소자 본체의 양단에 일체로 형성된 연결 탭부로 구성된다. 상기 연결 탭부는 상기 PTC 소자 본체의 일단부에 형성되어 상기 보호회로기판과 연결되는 보호회로기판 연결용 탭부와, 상기 PTC 소자 본체의 타단부에 형성되어 상기 전극단자와 연결되는 전극단자 연결용 탭부를 포함한다.
이때, 상기 보호회로기판 연결용 탭부는 상기 PTC 소자 본체와 일체로 형성된 본체연결부와, 상기 본체연결부와 일체로 형성되어 상기 보호회로기판과 연결되는 기판연결부로 구성되며, 상기 기판연결부는 상기 보호회로기판과 용접될 수 있는 길이만큼 연장형성되고, 상기 본체연결부와 기판연결부로 이루어지는 보호회로기판 연결용 탭부는 단면 형상이 L자형으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전극단자 연결용 탭부는 상기 PTC 소자 본체와 일체로 형성된 본체 연결부와, 상기 본체 연결부와 일체로 형성되어 상기 전극단자와 연결되는 단자연결부로 구성되며, 상기 단자연결부는 상기 전극단자와 용접될 수 있는 길이만큼 길이가 연장형성되고, 상기 전극단자를 복개될 수 있을 만큼 면적을 갖고 형성되며, 상기 본체연결부와 단자연결부로 이루어지는 전극단자 연결용 탭부는 PTC 소자 본체에 대하여 단차진 형태의 단면 형상을 갖고 형성된 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면으로는 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔 과, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡플레이트와 상기 캡플레이트를 관통하는 전극단자를 구비하는 캡조립체 및 상기 캡조립체의 상부에 구비되는 보호회로기판을 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 캡조립체와 상기 보호회로기판을 연결하는 이차보호소자를 구비하되, 상기 이차보호소자의 일단부는 장방형의 평판으로 형성되고 장방형 평판의 일측변에서 수직방향으로 상향 연장형성되어 단부가 상기 보호회로기판의 하면과 용접되고, 상기 이차보호소자의 타단부는 장방형의 평판으로 형성되고 수평방향으로 연장형성되어 하면이 상기 전극단자의 상면과 용접된 것을 특징으로 한다.
상기 이차보호소자의 일단부는 단면이 L자형으로 형성되고, 상기 이차보호소자의 타단부는 상기 전극단자의 높이만큼 단면이 단차지게 형성될 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명 실시예에 의한 이차전지의 상부측 부분단면도이고, 도 2는 본 발명 실시예에 의한 PTC 소자의 사시도이며, 도 3은 도 1에서 보호회로기판을 배제한 상태의 평면도이다.
본 발명 실시예에 의한 이차전지의 베어셀(10)은 캔(20)과 전극조립체(22)와 캡조립체(30)를 포함한다. 또한, 상기 캡조립체(30)의 상부에는 이차보호소자(40)가 포함된다.
상기 캔(20)은 직육방체의 형상으로 상단이 개방된 용기로서 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성된다. 상기 캔(20)의 재질은 경량의 전도성 금속이면서 내식성을 갖는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 상기 캔(20)은 양극판(23), 세퍼레이터(24), 음극판(25)으로 이루어진 전극조립체(22)와 전해액이 수납되고, 개방된 상단부는 캡조립체(30)에 의해 밀봉된다.
상기 캡조립체(30)는 캔(20)의 상단개구부에 대응되는 크기와 형상을 갖는 평판형의 캡플레이트(31)가 구비된다.
상기 전극조립체(22)는 양극판(23)과 음극판(25) 사이에 세퍼레이터(24)가 개재되어 젤리-롤(Jelly-roll) 형태로 권취되어 형성된다. 상기 양극판(23)은 양극탭(26)을 통하여 상기 캡플레이트(31)에 전기적으로 연결되며, 상기 음극판(25)은 음극탭(27)을 통하여 상기 캡플레이트(31)에 연결된다. 따라서 상기 캔(20)은 음극단자(32)와 전기적으로 절연되어 양극단자의 역할을 하게 된다.
상기 캡조립체(30)가 캔(20)의 상단과 용접된 후에는 상기 캡플레이트(31)의 전해액주입구(36)를 통해서 전해액이 주입되고, 상기 전해액주입구(36)는 볼이 압입되어 이루어지는 마개(37)로 밀봉된다.
상기 캡플레이트(31)의 중앙에는 음극단자(32)가 통과할 수 있도록 단자통공이 형성되고, 상기 음극단자(32)의 외측에는 음극단자(32)와 캡플레이트(31)를 전기적으로 절연시키기 위해 튜브형상의 가스켓(33)이 개재된다. 또한, 상기 캡플레이트(31)의 하부에는 상기 음극단자(32)와 전기적으로 연결되는 터미널플레이트(35)를 절연플레이트(34)가 개재되어 상기 캡플레이트(31)와 절연시키는 상태로 설치한다.
상기 이차보호소자(40)는 상기 캡플레이트(31)의 상면에 안착되어 음극단자(32)가 보호회로기판(50)과 연결되며, 상기 이차보호소자(40)는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 또는 써멀퓨즈가 사용되는 바, 본 발명의 실시예에서는 PTC 소자(40)를 구비한다.
상기 PTC 소자(40)는 주위의 온도가 증가함에 따라 저항이 증가하여 전류의 흐름을 조정하는 소자이다. 상기 PTC 소자로는 SBR(styrene butadience rubber)과 같은 수지와 탄소분말로 형성된 복합재료를 사용하는 복합계 또는 티탄산바륨으로 형성되는 산화물계가 일반적으로 사용되나, 그 종류를 한정하지는 않는다. 바람직하게는 상기 PTC 소자는 소자의 두께를 최소화할 수 있는 복합계 소자를 사용하며, 복합계 소자는 상판과 하판 사이에는 탄소분말과 수지를 박막으로 형성하여 제작한다. 상기 복합계 소자는 온도가 증가되면 수지가 팽창되면서 탄소분말 간의 접촉이 일부 끊어지면서 내부 저항이 증가된다.
본 발명 실시예에 의한 PTC 소자(40)의 형상은 도 2를 참조하면, PTC 소자 본체(42)의 양단에 연결 탭부(44,46)가 일체로 형성된다.
연결 탭부중 PTC 소자 본체(42)의 일단부에는 보호회로기판(50)과 연결되는 보호회로기판 연결용 탭부(44)가 형성된다. 또한, PTC 소자 본체(42)의 타단부에는 음극단자(32)와 연결되는 전극단자 연결용 탭부(46)가 형성된다.
상기 보호회로기판 연결용 탭부(44)는 PTC 소자 본체(42)의 하면과 동일 평면상에서 직사각형의 형상으로 형성되어 PTC 소자 본체(42)와 일체로 형성된 본체 연결부(44a)와, 상기 본체연결부(44a)의 일측변에서 수직 상방향으로 직사각형의 형상으로 형성되는 기판연결부(44b)로 구성된다. 상기 기판연결부(44b)는 보호회로기판(50)과 용접될 수 있는 길이만큼 연장형성된다. 상기 본체연결부(44a)와 기판연결부(44b)로 이루어지는 보호회로기판 연결용 탭부(44)는 단면 형상이 L자형으로 형성된다.
또한, 상기 전극단자 연결용 탭부(46)는 PTC 소자 본체(42)의 상면과 동일 평면상에서 PTC 소자 본체(42)와 일체로 형성된 본체 연결부(46a)와, 상기 본체 연결부(46a)에서 단차지게 형성되어 직사각형으로 연장형성된 단자연결부(46b)로 구성된다. 상기 단자연결부(46b)는 음극단자(32)와 용접될 수 있는 길이만큼 길이가 연장형성되고, 음극단자(32)의 상면을 복개될 수 있을 만큼 면적을 갖고 형성된다. 그리고 상기 본체연결부(46a)와 단자연결부(46b)로 이루어지는 전극단자 연결용 탭부(46)는 PTC 소자 본체(42)에 대하여 단차진 형태의 단면 형상을 갖는다.
상기 보호회로 연결용 탭부(44)와 전극단자 연결용 탭부(46)의 형상이 각각 L자형으로 형성되고 단차지게 형성되며, 이들을 구성하는 요소들이 직사각형의 형상으로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정할 필요는 없다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 이차전지의 작용을 설명한다.
본 발명에 따른 이차전지는 캔(20) 내부에 전극조립체(22)와 전해액을 수용한 후에 캡조립체(30)를 사용하여 캔(20)의 상단개구부를 밀봉하게 된다. 캡조립체(30)는 음극단자(32)가 가스켓(33)이 개재된 상태로 단자통공에 조립되고, 캡플 레이트(31)의 하부에는 절연플레이트(34)가 개재된 상태로 터미널플레이트(35)가 구비된다. 상기 전극조립체(22)의 양극판(23)은 양극탭(26)에 의하여 캡플레이트(31)와 전기적으로 연결되고, 음극판(25)은 음극탭(27)에 의하여 음극단자(32)와 전기적으로 연결된다.
상기 캡조립체(30)의 상부측에 설치되는 보호회로기판(50)은 상기 캡플레이트(31)의 상면에 설치되는 이차보호소자인 PTC 소자(40)에 의해 연결된다. 이때, 상기 PTC 소자(40)는 보호회로기판 연결용 탭부(44)에 의해 상기 보호회로기판(50)의 하면과 연결되고, 전극단자 연결용 탭부(46)에 의해 상기 음극단자(32)의 상면에 연결되어 결과적으로 상기 음극단자(32)와 상기 보호회로기판(50)과 연결된다. 보다 구체적으로는 상기 보호회로기판 연결용 탭부(44)의 기판연결부(44b)의 상단부가 보호회로기판(50)의 하면과 용접고정되고, 상기 전극단자 연결용 탭부(46)의 단자연결부(46b)의 하면이 음극단자(32)의 상면과 용접되어 고정된다.
본 발명에 의한 상기 PTC 소자(40)는 상기 캡플레이트(31)의 상면에 설치시 연결 탭부(44,46)가 PTC 소자 본체(42)와 일체로 형성된 상태이기 때문에 종래와 같이 별도의 용접 공정을 실시하지 않게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며 후술하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 본 발명의 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된 다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 이차전지는 캡플레이트와 보호회로의 단자를 연결하기 위한 이차보호소자에 연결터미널을 일체로 형성하여 부품수를 절감하면서 재료비용을 절감하는 효과가 있다.
또한, 이차보호소자에 연결터미널을 고정하기 위한 용접공정을 배제하여 조립성을 향상시키면서 불량감소를 통한 제품의 품질을 확보하는 이점이 있다.

Claims (13)

  1. 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡플레이트와 상기 캡플레이트를 관통하는 전극단자를 구비하는 캡조립체 및 상기 캡조립체의 상부에 구비되는 보호회로기판을 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 캡조립체의 전극단자와 상기 보호회로기판을 연결하는 이차보호소자를 구비하되, 상기 이차보호소자가 상기 보호회로기판 및 전극단자와 전기적으로 연결되는 연결 탭을 이차보호소자와 일체로 형성하여 구성함을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이차보호소자는 PTC 소자인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 PTC 소자는 PTC 소자 본체와, 상기 PTC 소자 본체의 양단에 일체로 형성된 연결 탭부로 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연결 탭부는 상기 PTC 소자 본체의 일단부에 형성되어 상기 보호회로기 판과 연결되는 보호회로기판 연결용 탭부와, 상기 PTC 소자 본체의 타단부에 형성되어 상기 전극단자와 연결되는 전극단자 연결용 탭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보호회로기판 연결용 탭부는 상기 PTC 소자 본체와 일체로 형성된 본체연결부와, 상기 본체연결부와 일체로 형성되어 상기 보호회로기판과 연결되는 기판연결부로 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판연결부는 상기 보호회로기판과 용접될 수 있는 길이만큼 연장형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 본체연결부와 기판연결부로 이루어지는 보호회로기판 연결용 탭부는 단면 형상이 L자형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 전극단자 연결용 탭부는 상기 PTC 소자 본체와 일체로 형성된 본체 연결부와, 상기 본체 연결부와 일체로 형성되어 상기 전극단자와 연결되는 단자연결 부로 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단자연결부는 상기 전극단자와 용접될 수 있는 길이만큼 길이가 연장형성되고, 상기 전극단자를 복개될 수 있을 만큼 면적을 갖고 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 본체연결부와 단자연결부로 이루어지는 전극단자 연결용 탭부는 PTC 소자 본체에 대하여 전극단자의 높이만큼 단차진 형태의 단면 형상을 갖고 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡플레이트와 상기 캡플레이트를 관통하는 전극단자를 구비하는 캡조립체 및 상기 캡조립체의 상부에 구비되는 보호회로기판을 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 캡조립체와 상기 보호회로기판을 연결하는 이차보호소자를 구비하되, 상기 이차보호소자의 일단부는 장방형의 평판으로 형성되고 장방형 평판의 일측변에서 수직방향으로 상향 연장형성되어 단부가 상기 보호회로기판의 하면과 용접되고, 상기 이차보호소자의 타단부는 장방형의 평판으로 형성되고 수평방향으로 연장 형성되어 하면이 상기 전극단자의 상면과 용접된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 이차보호소자의 일단부는 단면이 L자형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 이차보호소자의 타단부는 상기 전극단자의 높이만큼 단면이 단차지게 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
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