KR20150045182A - 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 제1 전극 탭 및 제2 전극 탭을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 캔; 상기 제2 전극 탭이 삽입되어 고정되는 탭 홀을 구비하는 전극 단자; 및 상기 전극 단자가 삽입되는 단자 홀을 구비하며, 상기 캔의 상단 개구부를 커버하는 탑 캡을 포함한다.
본 발명에 따르면, 탑 캡 조립체를 이루는 부품의 개수가 감소되면서도 제품의 불량률을 줄일 수 있으며, 이로써 이차전지의 제작 원가 절감 및 생산성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 제품의 품질 또한 향상될 수 있게 된다.

Description

이차전지{Secondary battery}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 전극 단자와 전극 탭 사이의 전기적 연결을 위해 설치되는 베이스 플레이트가 생략된 구조를 갖는 이차전지에 관한 것이다.

이차 전지는 충전과 방전을 거듭하며 반복하여 사용할 수 있으므로, 일회용인 건전지에 비해 경제적이며, 근래에는 작은 부피에 고용량을 구현할 수 있게 됨에 따라, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대용 전자기기의 구동 전원으로 널리 사용되고 있다.

이러한 이차 전지로는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 등이 있다.

이들 중에서 리튬 이차 전지는 소형 및 대용량화가 가능하며, 작동 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 널리 사용되고 있다.

리튬 이차 전지는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극 조립체 및 리튬 이온을 전달하는 전해액을 포함한다.

리튬 이온 이차 전지는 전해액이 누출되어 리튬 전이금속이 공기 중에 노출될 경우 전지가 폭발할 수 있고, 과충전시에도 화학반응으로 인해 내부 압력이 상승하여 폭발할 가능성이 있어 통상 보호회로를 구비하여 사용한다.

이에 비해 리튬 폴리머 이차 전지는 고분자 겔 형태의 전해질을 사용함으로써 배터리 모양을 다양하게 형성할 수 있고, 화학적 반응에 강하다는 장점이 있다.

리튬 이온 이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 외장재의 형태에 따라 캔형 및 파우치형으로 구분하며, 캔형은 원통형과 각형으로 구분할 수 있다.

리튬 이온 이차 전지가 캔형으로 이루어지는 경우, 외장재는 일반적으로 알루미늄 등의 금속으로 형성되며, 원통형 혹은 각기둥형이나 모서리에 곡면을 형성한 기둥형 등의 형상을 갖는다.

특히, 각형 이차전지의 경우에는, 캔의 일측에는 개구부가 형성되어 개구부를 통해 전극 조립체 및 전해액이 수용되며, 캔의 개구부를 탑 캡 조립체로 밀봉함으로써 이차 전지를 형성하게 된다.

도 1을 참조하면, 이러한 각형 이차전지에 있어서, 탑 캡 조립체(1)는, 통상적으로 탑 캡(2)과 탑 캡(2)을 관통하는 전극 단자(3), 전극 단자(3)와 탑 캡(2) 사이에 개재되는 절연 가스켓(4), 그리고 전극 단자(3)와 전극 탭(5) 사이를 연결하는 베이스 플레이트(6)를 포함하는 복잡한 구성을 갖는다.

이러한 복잡한 구성은 이차전지의 생산성 향상에 저해가 되므로, 탑 캡 조립체(1)의 구조적인 변경을 통해 탑 캡 조립체를 구성하는 부품의 개수를 줄임으로써 이차전지의 생산성을 향상시킬 수 있는 방안이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 고려하여 창안된 것으로서, 탑 캡 조립체의 구조를 적절히 변경함으로써 적용되는 부품의 개수를 줄이고, 이로써 이차전지의 제작 원가를 절감하고 생산성을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 위에서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 제1 전극 탭 및 제2 전극 탭을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 캔; 상기 제2 전극 탭이 삽입되어 고정되는 탭 홀을 구비하는 전극 단자; 및 상기 전극 단자가 삽입되는 단자 홀을 구비하며, 상기 캔의 상단 개구부를 커버하는 탑 캡을 포함한다.

상기 탭 홀은, 상기 탑 캡의 하부에서 상부를 향하는 방향으로 관통될 수 있다.

상기 제1 전극 탭은, 상기 탭 홀 내에서 상기 전극 단자와 연결될 수 있다.

상기 제1 전극 탭과 상기 탭 홀의 내측 벽 사이에는 용접용 솔더가 개재될 수 있다.

상기 제1 전극 탭의 단부는, 상기 전극 단자의 상부 표면과 동일 평면을 이룰 수 있다.

상기 이차전지는, 상기 탑 캡과 상기 전극 단자 사이에 개재되는 절연 부재를 포함할 수 있다.

상기 전극 단자는, 상기 탑 캡의 하부에서 상기 절연 부재 상에 밀착되어 상기 전극 단자를 고정시키는 플랜지부를 구비할 수 있다.

본 발명에 따르면, 탑 캡 조립체를 이루는 부품의 개수가 감소되면서도 제품의 불량률을 줄일 수 있으며, 이로써 이차전지의 제작 원가 절감 및 생산성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 제품의 품질 또한 향상될 수 있게 된다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 이차전지에 적용되는 탑 캡 조립체의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 일부를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 일부를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 평면도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 일부를 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10) 및 전해액(미도시)을 수용하는 캔(20), 및 캔(20)의 상단 개구부(20a)를 커버하는 탑 캡 조립체(30)를 포함할 수 있다.

상기 전극 조립체(10)는 제1 전극 판(11), 제2 전극 판(12), 그리고 전극 판(11,12) 사이에 개재되는 세퍼레이터(13)를 포함하며, 이러한 전극 판(11,12) 및 세퍼레이터(12)와 함께 권취됨으로써 형성된다.

상기 제1 전극 판(11)은 전도성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 제1 전극 집전체 및 이러한 제1 전극 집전체의 양 면에 코팅된 제1 전극 활물질 층을 포함한다.

또한, 상기 제1 전극 집전체의 양 말단에는 제1 전극 활물질 층이 형성되지 않는 제1 전극 무지부가 있으며, 제1 전극 무지부의 일측 단부에는 제1 전극 탭(14)이 연결된다. 여기서, 상기 제1 전극 판(11)은 양극으로서 작용하는 양극 판일 수 있다.

상기 제2 전극 판(12)은 전도성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일로 이루어진 제2 전극 집전체 및 이러한 제2 전극 집전체의 양 면에 코팅된 제2 전극 활물질 층을 포함한다.

또한, 상기 제2 전극 집전체의 양 말단에는 제2 전극 활물질 층이 형성되지 않는 제2 전극 무지부가 있으며, 제2 전극 무지부의 일측 단부에는 제2 전극 탭(15)이 연결된다. 여기서, 상기 제2 전극 판(12)은 음극으로서 작용하는 음극 판일 수 있다.

상기 세퍼레이터(13)는 제1 전극 판(11)과 제2 전극 판(12)의 쇼트(short)를 방지하는 것으로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)를 포함하는 군(group)에서 선택되는 어느 하나로 이루어져 있으나, 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 세퍼레이터(13)는 제 1 전극판(11) 및 제 2 전극판(12)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 제 1 전극판(11) 및 제 2 전극판(12) 간의 전기적인 단락을 방지하는데 유리하다.

상기 캔(20)은 대략 직육면체의 형상을 가진 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 이루어지는 것으로서, 상단 개구부(20a)를 통해 전극 조립체(10)를 수용한다.

또한, 상기 캔(20)은 전극 조립체(10)에 구비된 한 쌍의 전극 탭(14,15) 중 어느 하나와 직접 또는 간접적으로 연결되어 그 자체로서 양극 또는 음극 단자의 역할을 수행할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 탑 캡 조립체(30)는 탑 캡(31), 전극 단자(32) 및 절연 부재(35)를 포함할 수 있다.

상기 탑 캡(31)은 캔(20)의 상단 개구부(20a)를 커버하는 것으로서, 전극 단자(32)가 삽입되는 단자 홀(H1)을 구비한다. 또한, 도면에 도시되지는 않았으나 캔(20)의 내부로 전해액을 주입할 수 있도록 전해액 주입구를 구비할 수 있다. 이러한 전해액 주입구는, 전해액 주입 공정이 완료된 후에 마개에 의해 밀폐된다.

상기 탑 캡(31)은 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 이 경우 한 쌍의 전극 탭(14,15) 중 어느 하나와 직접 또는 간접적으로 연결됨으로써 캔(20)과 동일한 극성을 가질 수 있다.

상기 전극 단자(32)는 탑 캡(31)에 구비된 단자 홀(H1)에 삽입되며, 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결된다.

좀 더 구체적으로, 상기 전극 단자(32)는 탑 캡(31)의 하부로부터 상부를 향하는 방향으로 관통되어 형성된 탭 홀(H2)을 구비하며, 이러한 탭 홀(H2) 내에는 전극 조립체(10)의 전극 탭(14,15) 중 어느 하나가 삽입되어 고정된다. 즉, 한 쌍의 전극 탭(14,15) 중 어느 하나는 탭 홀(H2) 내에서 전극 단자(32)와 직접 또는 간접적으로 결합하는 것이다.

상기 탭 홀(H2)을 통해 전극 탭(14)을 삽입한 후, 전극 단자(32)의 상부를 통해 드러나는 전극 탭(14) 부분은 절단함으로써 전극 탭(14)의 단부가 전극 단자(32)의 상부 표면과 동일 평면을 이루도록 할 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 상기 전극 단자(32)와 전극 탭(14)을 연결하기 위해 전극 탭(14)과 탭 홀(H2)의 내측 벽 사이에는 솔더(S)가 개재될 수 있다. 즉, 상기 전극 단자(32)와 전극 탭(14)은 탭 홀(H2) 내에서 용접에 의해 견고하게 결합될 수 있다.

다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 절연 부재(35)는 탑 캡(31)과 전극 단자(32) 사이에 개재되어 두 부품 사이의 접촉을 방지한다. 즉, 상기 탑 캡(31)과 전극 단자(32)는 각각 한 쌍의 전극 탭(14,15) 중 서로 다른 전극 탭과 연결되는데, 절연 부재(35)는 이러한 두 부품 사이의 전기적 접촉을 방지함으로써 이차전지 내부의 단락이 발생되는 것을 방지하는 것이다.

또한, 상기 절연 부재(35)는 그 설치 위치에 따라 상부 가스켓(33) 및 하부 가스켓(34)으로 구분된다. 즉, 상기 상부 가스켓(33)은 탑 캡(31)의 상면(도 3을 기준으로 볼 때, 탑 캡(31)의 윗쪽 면을 의미함)과 전극 단자(32) 사이 및 단자 홀(H1)의 내측 벽과 전극 단자(32) 사이에 개재되고, 하부 가스켓(34)은 탑 캡(31)의 하면(도 3을 기준으로 볼 때, 탑 캡(31)의 아랫쪽 면을 의미함)과 전극 단자(32) 사이에 개재된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극 단자(32)에 탭 홀(H2)이 형성되고, 전극 탭(14,15) 중 어느 하나가 탭 홀(H2) 내에 삽입되어 고정된 구조를 가짐으로써 베이스 플레이트(6, 도 1 참조)가 생략될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극 탭(14)과 전극 단자(32)가 직접 연결됨으로써 두 부품 사이를 연결하기 위한 별도의 부품이 요구되지 않아 이차전지의 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전극 탭(14)과 전극 단자(32) 사이의 결합이 안정적으로 이루어질 수 있어 제품의 품질 또한 향상시킬 수 있다.

다음은, 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 일부를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는, 앞선 실시예에 따른 이차전지와 비교하여 전극 단자(32)의 형상에 있어서 일부 차이가 있을 뿐, 다른 구성요소들은 실질적으로 동일하다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 설명함에 있어서는, 앞선 실시예에서와 중복되는 설명은 생략하기로 하며, 전극 단자(32)의 형상에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에 적용되는 전극 단자(32)는 탑 캡(31)의 하부, 즉 캔(20)의 내부에서 하부 가스켓(34)에 밀착되어 전극 단자(32)를 고정시키는 플랜지부(32a)를 구비한다.

이러한 플랜지부(32a)는 전극 단자(32)의 움직임을 제한함으로써 전극 단자(32)와 전극 탭(14) 사이의 결합이 잘 유지될 수 있도록 하며, 이로써 이차전지의 품질이 향상될 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10: 전극 조립체 11: 제1 전극판
12: 제2 전극판 13: 세퍼레이터
14: 제1 전극 탭 15: 제2 전극 탭
20: 캔 20a: 캔의 상단 개구부
30: 탑 캡 조립체 31: 탑 캡
H1: 단자 홀 32: 전극 단자
H2: 탭 홀 32a: 플랜지부
33: 절연 부재 34: 상부 가스켓
35: 하부 가스켓

Claims (7)

1. 제1 전극 탭 및 제2 전극 탭을 구비하는 전극 조립체;
   상기 전극 조립체를 수용하는 캔;
   상기 제2 전극 탭이 삽입되어 고정되는 탭 홀을 구비하는 전극 단자; 및
   상기 전극 단자가 삽입되는 단자 홀을 구비하며, 상기 캔의 상단 개구부를 커버하는 탑 캡을 포함하는 이차전지.
2. 제1항에 있어서,
   상기 탭 홀은,
   상기 탑 캡의 하부에서 상부를 향하는 방향으로 관통되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 전극 탭은,
   상기 탭 홀 내에서 상기 전극 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 전극 탭과 상기 탭 홀의 내측 벽 사이에는 용접용 솔더가 개재되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극 탭의 단부는,
   상기 전극 단자의 상부 표면과 동일 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 이차전지.
6. 제1항에 있어서,
   상기 탑 캡과 상기 전극 단자 사이에 개재되는 절연 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
7. 제1항에 있어서,
   상기 전극 단자는,
   상기 탑 캡의 하부에서 상기 절연 부재 상에 밀착되어 상기 전극 단자를 고정시키는 플랜지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.

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