KR100389968B1 - 리튬이온 이차전지 - Google Patents

Abstract

캔과 캡의 밀봉성을 확보함으로써 전해액의 누액을 방지하고 에너지 저장 밀도를 향상시킬 수 있는 박형 광면적의 리튬이온 이차전지에 관하여 개시한다. 본 발명의 박형 광면적의 리튬이온 이차전지는 캔에 플랜지를 적용하고, 플랜지를 포함한 캔의 상부를 캡에 삽입하여 조립하고 용접하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 캔과 캡의 용접에 필요한 용접 면적을 확보하여 전해액이 누액되는 것을 방지할 수 있으며, 개구부가 넓고 0.3mm 이하 두께의 금속 용기를 전지 캔으로 사용할 수 있으므로 에너지 저장 밀도를 획기적으로 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 캔과 캡이 삽입방식으로 조립됨으로써 캡과 캡의 용접시 별도의 지그가 필요없게 되어 생산성을 향상시켜 생산단가를 낮출 수 있고, 종래보다 용기의 성형 깊이를 얕게 함으로써 다양한 형상의 전지를 용이하게 만들 수 있으며, 캔의 형상에 의하여 형성되는 외측의 공간을 활용하여 보호회로함과 PTC함을 설치함으로써 전지 소프트 팩의 부피당 에너지 저장 밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.

Description

리튬이온 이차전지 {Lithium ion secondary battery}

본 발명은 박형 광면적의 리튬이온 이차전지에 관한 것으로, 특히 넓은 개방부를 갖는 광면적 캔과 캡의 밀봉성을 확보함으로써 전해액의 누액을 방지하고 에너지 저장 밀도를 향상시키며, 다양한 형상의 전지를 만들 수 있는 박형 광면적의 리튬이온 이차전지에 관한 것이다.

휴대전화 및 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 전자기기 시장이 확대되고 다양화됨에 따라 재충전이 가능한 전원공급용 이차전지에 대한 수요도 확대되고 있다. 휴대용 전자기기의 소형화, 경량화, 고성능화 및 다기능화는 전력원으로 사용되는 이차전지에 대한 에너지 저장 밀도의 계속적인 향상을 요구하고 있다.

따라서, 이를 충족하기 위한 다년간의 연구결과, 현재의 리튬의 가역적인 삽입, 방출이 가능한 탄소음극과 리튬의 가역적인 삽입, 및 방출이 가능한 양극물질을 채용한 리튬이온 이차전지가 등장하였다. 이러한 리튬이온 이차전지는 기존의 니켈-카드뮴 및 니켈-수소와 같은 수용액계 이차전지보다 단위 무게, 부피당 에너지 밀도 및 충방전 수명이 상대적으로 크기 때문에 휴대용 전자기기의 새로운 에너지원으로써 급속히 기존 전지를 대치하고 있다.

한편, 휴대 전화기 및 개인 휴대 정보 단말기들은 처리 및 표시 정보량의 증가로 인해 디스플레이의 크기가 증가 일로에 있으며, 이와 더불어 통신기능이 첨가되며 에너지 사용량도 급격히 증가하는 추세이다. 따라서, 통상의 6mm 이하의 박형 리튬이온 이차전지를 채용하는 경우에는 충분한 구동시간을 얻기 힘든 실정이므로, 2개 이상의 전지를 연결하거나, 보다 두꺼운 전지를 채용해야 하는 것이 실정이다. 이러한 리튬이온 이차전지의 외형은 크게 전해액 등이 삽입되는 캔과, 캔과 더불어 밀봉된 용기를 형성하는 캡으로 이루어진다. 그런데 리튬이온 이차전지의 넓이가 넓어지고 용량이 증가됨에 따라서, 리튬이온 이차전지를 사용하는 중에 자연적으로 발생하는 전극의 팽창 및 가스 발생에 따른 내압의 상승으로 캔과 캡의 접촉 부위에서 전해액이 누액되는 상황이 종종 발생된다. 만일 이와 같이 전해액이 누액되는 경우에는, 그 자체로 전지의 성능에 치명적인 영향을 미칠 뿐 만 아니라, 더욱 심각하게는 전지가 사용되고 있는 전자기기의 전자회로를 오염시켜 고가인 전자기기의 수명을 단축시키게 된다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 리튬이온 이차전지를 설명하기 위한 개략도이다.

상술한 바와 같은 전해질의 누액에 따른 문제점을 방지하기 위하여, 기존의 리튬 이온 각형 전지는 전지 캔과 캡의 밀봉 면적을 최소화하는 데에 주안점을 두고 전지 캔으로는 개구부가 좁고 깊게 파인 형상의 금속 용기를 사용하고 있다. 그런데 용기 개구부의 면적에 비해 깊게 파인 내부의 표면적이 증가하게 되면 금속판의 연신이 그만큼 크게 이루어져야 한다. 따라서, 용기 모서리에서의 파열 또는 용기 벽체의 변형이 발생하게 되므로 박형의 광면적 전지를 제조하는 데 적합하지 않으며, 용기가 깊게 파이게 되므로 다양한 형상의 전지를 제조하는 데 한계가 있다.

최근 0.2mm 정도의 벽체 두께를 갖는 리튬이온 각형전지가 등장하고 있으나 이 경우 역시 연신율이 높은 알루미늄 등으로 외장재가 한정되고 있는 실정이다. 연신율이 높은 금속은 다단계 성형(Deep Drawing)에는 용이하지만 전지의 내압에 의해 쉽게 변형되고 열전도율이 높아 밀봉을 위해 사용되는 레이저 용접에서 높은 불량률을 보이는 한계점을 가지고 있다. 그리고, 다단계 성형은 공정의 까다로움으로 금속 외장재의 제조 단가를 상승시키며, 외장재 금속 재질의 선택과 두께의 변경에 큰 한계점을 가지고 있다.

한편, 리튬이온 이차전지는 전지 캔과 외부 단자가 부착된 전지 캡의 용접 면적 확보와 대량생산으로 생산성을 증대시키기 위하여 전지 캡을 전지 캔에 끼워 맞춘 후 레이저 용접으로 제작해왔다.

도 1a를 참조하면, 종래의 끼워 맞춤방식의 리튬이온 이차전지에서는 전지 캡(21)을 캔에 끼워 맞추기 위해 캡을 2단으로 제작하여야 하며 이에 따른 전지캡(21)의 두께 증가는 필수적이다. 그리고, 개구부가 넓고 얇게 파인 형상의 금속 캔(11)과 캡(21)을 용접하여 밀봉할 경우, 밀봉의 품질을 확보하기 위해서도 전지 캡(21)의 두께 증가는 필수적이다. 상술한 바와 같은 이유로 전지 캡(21)의 두께가 증가하게 되면 전지의 부피 당 에너지 밀도의 손실은 매우 커지게 된다. 따라서, 박형의 광면적 전지를 제조하기 위하여 끼워 맞춤방식을 이용하는 것은 적합하지 않다. 그리고, 도 1a의 (4)와 같이 캔(11)과 캡(21)이 조립된 상태에서 외측에 보호회로함(30) 및 PTC함(40)이 설치되는 경우에는 부피 당 에너지 밀도의 손실이 더욱 커지게 된다. 이에 따라 개구부가 넓고 얇게 파인 형상의 금속 캔에 전극체를 삽입한 후 1단의 넓은 판상 형태의 금속 캡을 위치시켜 용접하여 밀봉하려는 시도가 계속 시도되고 있다.

도 1b를 참조하면, 끼워 맞춤 형태의 2단 형상이 아닌 전지 캔(12)과 같은 두께의 1단의 넓은 판상 형태의 전지 캡(22)을 사용할 경우 용접에 필요한 용접 면적을 확보하기 위하여 전지 캔(12)과 전지 캡(22)의 두께를 높여야만 한다. 따라서, 금속 용기의 가용 최대 용접 길이는 금속 용기의 두께와 같으므로 0.3mm 이하의 두께의 금속 용기에서는 적절한 밀봉성을 확보할 수 없어 생산공정을 수율이 떨어지는 단점이 있다.

또한, 끼워 맞춤 형태의 2단 형상이 아닌 전지 캔(12)과 같은 두께의 1단의 넓은 판상 형태의 전지 캡(22)을 사용할 경우 밀봉성을 확보하기 위하여 전지 캔(12)과 전지 캡(22)의 접합 위치를 정확히 맞추어야만 하는 문제점이 있다. 이는 고정밀도의 공차관리가 요구되어 생산 단가를 상승시키게 되며, 용접 공정에서 추가로 고가의 자동 지그(Jig)가 필요하게 되고, 위치 고정에 필요한 공정 시간 때문에 생산 속도 또한 크게 하락시켜 전지의 생산 단가를 상승시키게 된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 플랜지를 전지 캔에 도입함으로써 전지 캔과 캡을 종래보다 얇은 두께로 제작하여 에너지 저장 밀도를 향상시키고, 플랜지의 돌출 길이를 조정하여 밀봉의 효율성을 증대시키며, 생산성을 향상시킬 수 있는 리튬이온 이차전지를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 캔의 형상에 의하여 형성되는 외측의 공간에 보호회로함 및 PTC함을 설치함으로써 전지 외부의 공간을 최대로 활용할 수 있는 리튬 이온 이차전지를 제공하는 데 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 리튬이온 이차전지를 설명하기 위한 사시도들;

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 리튬이온 이차전지를 설명하기 위한 사시도들이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 리튬이온 이차전지는: 하부와, 개방된 상부와, 자신의 하부와 상부를 연결하는 측벽으로 각각 독립된 공간을 이루면서 서로 통하는 제1 및 제2 영역으로 이루어지되; 전극판 및 전해액이 내삽되도록 밀폐된 하부를 가지는 상기 제1 영역과; 소정영역은 밀폐되어 상기 제1 영역의 측벽으로부터 외측으로 돌출되고 나머지 소정영역은 상기 제1 영역이 형성하는 공간과 상기 제2 영역이 형성하는 공간이 서로 통하도록 개방된 형상의 하부와, 상기 제2 영역의 측벽 외측으로 돌출되도록 상기 제2 영역의 상단에 마련된 플랜지와,상기 제1 영역의 횡단면적보다 큰 횡단면적을 가지는 상기 제2 영역;으로 이루어진 캔과;

하부가 개방된 공간을 이루도록 밀폐된 상부와 상기 플랜지를 감쌀 수 있는 둘레를 형성하는 측벽들을 가지며, 자신의 상기 측벽들 내측과 상기 플랜지의 외측이 대향되도록 상기 캔과 조립되어 하나의 밀폐된 용기를 형성하는 캡과;

일단은 상기 전극판과 연결되고 다른 일단은 상기 캔의 외부로 노출되는 전극단자를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 제2 영역의 하부는 소정영역이 상기 제1 영역의 측벽으로부터 2∼10mm 돌출되도록 형성되며, 상기 플랜지는 상기 제2 영역의 측벽으로부터 0.2∼2mm 돌출되는 것을 특징으로 하고, 상기 캡의 측벽의 둘레는, 상기 측벽들 내측과 상기 플랜지의 외측이 대향되도록 상기 캔과 상기 캡이 위치되면 상기 캡의 측벽 내측과 상기 플랜지 외측 사이의 간극이 1mm 이하가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 제2 영역의 측벽의 높이는 0.5∼3mm이고, 상기 캡의 측벽의 높이는 0.5∼5mm인 것을 특징으로 하여도 좋다.

나아가, 상기 전극 단자의 다른 일단은 상기 캔의 제2 영역의 밀폐된 하부를 관통하여 상기 캔의 외부로 노출되는 것을 특징으로 하여도 좋다. 이 때, 상기 전극단자와 연결되는 회로가 내장된 보호회로함이 상기 제1 영역의 측벽의 외측과 상기 제2 영역의 하부의 외측에 의하여 생기는 공간에 위치되도록 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 전극단자와 연결되는 PTC 소자가 내장된 PTC함이, 상기 제1 영역의 측벽의 외측과 상기 제2 영역의 하부의 외측에 의하여 생기는 공간에위치되도록 상기 캔의 제1 영역의 측벽의 외측 또는 상기 캔의 제2 영역의 하부의 외측에 설치되거나, 또는 상기 플랜지의 하부에 위치되도록 상기 제1 영역의 측벽에 설치되는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 캔의 플랜지와 상기 캡의 측벽 또는 상부를 용접하여 밀폐된 상기 용기를 형성하는 것을 특징으로 하여도 좋다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 캔의 사시도로서 참조부호 A는 도 2의 a-a' 선에 따른 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 캡의 사시도로서 참조부호 B는 도 3의 b-b' 선에 따른 단면도이며, 도 4는 도 2에 따른 캔과 도 3에 따른 캡이 조립된 형상을 나타내는 사시도로서 참조부호 C는 도 4의 c-c' 선에 따른 단면도이다. 도 5는 도 4에 따른 캔과 캡의 조립체에 보호회로함 및 PTC함이 설치된 형상을 나타내는 사시도로서 참조부호 D는 도 5의 d-d' 선에 따른 단면도이고, 참조부호 E는 도 5의 e-e' 선에 따른 단면도이다.

도 2를 참조하면, 캔(100)은 각각 독립된 공간을 가지며 서로 통하는 제1 영역(110)과 제2 영역(120)으로 이루어진다. 제2 영역(120)의 횡단면적은 제1 영역(110의 횡단면적보다 크다.

제1 영역(110)은 개방된 상부(111)와, 밀폐된 하부(112)와, 공간을 형성하도록 상부(111)와 하부(112)를 연결하는 측벽(113)들로 이루어진다.

제2 영역(120)은 하부(122)와, 개방된 상부(121)와, 공간을 형성하도록상부(121)와 하부(122)를 연결하는 측벽(123)들과, 측벽들 외측으로 돌출되도록 상단에 마련된 플랜지(124)로 이루어진다. 이 때, 제2 영역(120)의 하부(122)는 제1 영역(110)의 하부(112)와는 달리, 소정영역(112')은 밀폐되어 제1 영역(110)의 측벽(113)으로부터 외측으로 돌출되어 있고, 나머지 소정영역(122")은 개방되어 제1 영역(110)의 상부(111)와 연결되어 있다. 따라서, 제1 영역(110)의 상부(111)와 제2 영역(120)의 하부(122)를 통하여 제1 영역(110)과 제2 영역(120)이 형성하는 내부의 공간은 서로 통하게 된다. 한편, 제2 영역(120)의 하부(122)에 있어서 밀폐되고 돌출된 영역(122')이 제1 영역(110)의 일측벽(113')에 대해서만 존재하도록 하여도 좋다. 이 경우에는 제2 영역(120)의 측벽들에 있어서 일측벽(123)을 제외한 나머지 측벽들은 제1 영역(110)의 다른 측벽(113")들의 연장선 상에 위치되도록 한다.

그리고 미도시 되었지만, 캔(100)의 제1 영역(110)에는 전극판 및 전해액이 삽입되게 되고, 전극판과 일단이 연결되는 전극 단자의 다른 일단은 캔(100)의 제2 영역(120)의 돌출되고 밀폐된 하부(122')를 관통하여 외부에 노출되어 있다.

캔(100)의 플랜지(124)는 후술되는 캡과 조립됨으로써 밀폐된 용기를 형성한다.

한편, 제2 영역(120)의 하부(122)에 있어서 밀폐되고 돌출된 영역(112')의 돌출길이는 제1 영역(110)의 일측벽(113')으로부터 2∼10mm인 것이 좋다. 이것은 캔(100)의 제1 영역(110)의 일측벽(113')의 외측과 제2 영역(120)의 밀폐되고 돌출된 하부(122')의 외측에 의하여 생기는 공간에 후술되는 보호회로함 또는 PTC함을설치하는 경우에 보호회로함 또는 PTC함의 부피 및 그 설치 작업성을 고려한 것이다. 하지만, 그 돌출길이가 그 이상 커지게 되면 캔의 부피가 커지게 되는 문제점이 있다.

플랜지(124)는 그 돌출 길이를 조정하여 밀봉의 효율성을 증대시킬 수 있으며, 제2 영역(120)의 측벽으로부터 0.2∼2mm 돌출되는 것이 좋다. 이것은 후술되는 캔과 캡의 접합 작업에 있어서의 작업성을 고려한 것이다.

도 3을 참조하면, 캡(200)은 밀폐된 상부(210)와 도 2의 캔(100)의 플랜지(124)를 감쌀 수 있는 둘레를 형성하는 측벽(230)들로 이루어져, 내측에 하부가 개방된 공간이 있는 형상이다. 이 때, 캡(200)의 측벽(230)들 내측과 캔(100)의 플랜지(124)의 외측이 대향하고, 캔(100)의 플랜지(124)의 상부와 캡(200)의 상부(210)의 내측 소정영역이 맞닿도록 캔(100)과 캡(200)을 조립시켰을 때, 캡(200)의 측벽(230) 내측과 플랜지(124) 외측 사이의 간극이 1mm 이하가 되도록 캡(200)의 측벽(230)들의 둘레를 형성하는 것이 좋다. 이것은 그 간극이 너무 크게되면 용접 등을 실시하여 캔(100)과 캡(200)을 접합시킨 경우에도 밀봉성이 저하될 수 있기 때문이다.

그리고, 캔(100)의 제2 영역(120)의 측벽(123)의 높이가 0.5∼3mm이면, 캡(200)의 측벽(230)들의 높이는 0.5∼5mm인 것이 좋다. 이것은 캔(100)과 캡(200)을 조립시킨 경우에 캡(200)이 적어도 캔(100)의 제1 및 제2 영역(110, 120)을 감쌀 수 있도록 하는 것이 밀봉성을 위하여 좋으나, 캡(200)의 높이가 너무 높으면 이것은 후술되는 캔(100)과 캡(200)의 접합 작업에 있어서의 작업성을 저하시키기때문이다.

도 4를 참조하면, 캡(200)의 측벽(230)들 내측과 캔(100)의 플랜지(124)의 외측이 대향하고, 캔(100)의 플랜지(124)의 상부와 캡(200)의 상부(210) 내측의 소정영역이 맞닿도록 캔(100)과 캡(200)이 조립되어 있다. 레이저 용접 또는 저항용접을 이용하여 캡(200)의 측벽(230) 및 상부와 캔(100)의 플랜지(124)를 접합시킴으로써 하나의 밀폐된 용기가 형성된다.

이와 같이, 플랜지를 포함한 캔의 상부가 캡에 삽입되고 플랜지와 캡이 용접됨으로써, 캔과 캡의 용접에 필요한 용접 면적을 확보할 수 있고 별도의 지그없이 용접을 수행할 수 있다.

한편, 리튬이온 이차전지에는 일반적으로 안전장치로서 온도 상승시 전류를 차단하는 PTC소자 또는 과충전, 과방전을 방지하는 기능의 보호 회로가 채용된다.

도 5를 참조하면, 캔(100)의 제1 영역의 일측벽(113')의 외측과 제2 영역의 돌출되고 밀폐된 하부(122')의 외측에 의하여 생기는 공간에 전극 단자와 전기적으로 연결되는 보호회로함(410)이 설치되어 있다. 이 때, 보호회로함(410)은 캔(100)의 제1 영역의 그 일측벽(113') 또는 캔(100)의 제2 영역의 그 하부(122')에 견고하게 설치된다.

그리고, 캔(100)의 제1 영역의 다른 측벽(113")의 외측과 플랜지(124)의 하부에 의하여 생기는 공간에 전극 단자와 전기적으로 연결되는 PTC함(420)이 설치되어 있다. 이 때, PTC(420)함은 캔(100)의 제1 영역의 그 측벽(113")의 외측에 견고하게 설치된다. 이와 같이, 캔(100)의 제1 영역의 일측벽(113')의 외측과 제2 영역의 돌출되고 밀폐된 하부(122')의 외측에 의하여 생기는 공간에 보호회로함(410)을 설치하고, 캔(100)의 제1 영역의 다른 일측벽(113")의 외측과 플랜지(124)의 하부에 의하여 생기는 공간에 PTC함(420)을 설치함으로써 보호회로가 부착되어 제조되는 전지 소프트 팩의 부피를 줄임과 동시에 전지 소프트 팩 상태로서의 부피당 에너지 저장 밀도가 향상되게 된다.

한편 캔(100)의 제2 영역의 돌출되고 밀폐된 하부(122')를 통하여 전해액을 주입하도록 캔(100)의 제2 영역의 그 하부(122')에는 전해액 주입구(600)가 마련되어 있다. 그리고, 전극판과 일단이 연결된 전극 단자의 다른 일단(500)은 캔(100)의 제2 영역의 하부의 돌출되고 밀폐된 영역(122')을 관통하여 캔(100)의 제2 영역의 그 하부(122')의 외벽에 설치되어 있다. 이 때, 전극 단자(500)가 관통한 캔(100)의 제2 영역의 하부의 소정 영역은 전해액이 누액되지 않도록 매우 단단하게 밀봉되어 있고, 전해액 주입구(600) 역시 전해액을 주입한 이후 매우 견고하게 밀봉되게 된다.

[실시예 1]

두께가 0.15mm인 금속판으로 된 본 발명의 캔과 캡을 사용하여 두께 4.2mm, 단직경 34mm, 장직경 54mm의 각형으로 리튬이온 이차전지를 제조하였다.

이 때, 캔의 플랜지의 돌출길이는 용접할 수 있는 충분한 면적이 되도록 0.5mm로 하고, 캔의 플랜지의 외측과 캡의 측벽 내측 사이의 간격은 0.1mm가 되도록 하여 도 4와 같이 조립한 다음 캔의 플랜지와 캡의 상부 및 측벽을 레이저 용접으로 접합하였다. 그리고, 도 4와 같은 형상으로 보호회로함과 PTC함을 캔의 외측면에 견고하게 부착하였다.

이와 같이 제조된 리튬이온 이차전지의 소프트 팩 상태로서의 부피당 에너지 저장 밀도는 420Wh/l 였다.

[도 1a에 따른 리튬이온 이차전지의 예]

두께 4.2mm, 단직경 34mm, 장직경 50mm의 각형으로서 도 1a에 따른 형상의 캔과 캡을 이용한 리튬이온 이차전지를 제조하였다. 이 때, 캔으로는 0.3mm 두께의 금속판이 사용되었고, 캡으로는 0.8mm 두께의 금속판이 사용되었다. 마련된 캔과 캡을 도 1a의 (3)과 같이 조립하여 레이저 용접하고, 그 조립체 외측벽에 도 1a의 (4)와 같이 보호회로함과 PTC함을 견고하게 부착하였다.

이 때, 리튬이온 이차전지의 소프트 팩 상태로서의 부피당 에너지 저장 밀도는 286Wh/l 였다.

[도 1b에 따른 리튬이온 이차전지의 예]

두께 4.2mm, 단직경 34mm, 장직경 50mm의 각형으로서 도 1b에 따른 형상의 캔과 캡을 이용한 리튬이온 이차전지를 제조하였다. 이 때, 캔과 캡은 모두 0.3mm 두께의 금속판을 사용하여 1단으로 마련하였다. 마련된 캔과 캡을 도 1b의 (3)과 같이 조립하여 레이저 용접하였다.

[비교예 1]

본 발명에 따른 실시예 1과 [도 1a에 따른 리튬이온 이차전지의 예]의 전지를 비교하면 본 발명에 따른 경우가 단위부피당 에너지 저장밀도가 큼을 알 수 있다. 따라서, [도 1a에 따른 리튬이온 이차전지의 예]의 전지와 같은 에너지 저장 밀도를 갖도록 본 발명에 따른 리튬이온 이차전지를 제조하는 경우에는 [도 1a에 따른 리튬이온 이차전지의 예]의 전지보다 전지의 두께를 얇게 할 수 있다. 이와 같이 종래보다 용기의 성형 깊이를 얕게 함으로써 다양한 형상의 전지를 용이하게 만들 수 있다.

[비교예 2]

상술한 실시예 1에 따른 본 발명의 전지와 도 1a 및 도 1b에 따라 제조된 리튬이온 이차전지를 각각 4.2V 충전 상태에서 5일간 보관 저장하였다. 그리고 각각의 전지의 중앙부에 구멍을 뚫고 5기압의 공기압을 가한 상태로 1시간 동안 보관하였다.

이와 같은 조건에서 [도 1b에 따른 리튬이온 이차전지의 예]에 따른 전지는 접합면을 통해 전해질이 소량 흘러나왔으며 전압도 3.97V로 저하되었으나, [도 1a에 따른 리튬이온 이차전지의 예]에 따른 전지와 본 발명의 전지는 누액 없이 전압도 4.12V, 4.13V로 유지되었다.

그리고, [도 1b에 따른 리튬이온 이차전지의 예]에 따른 전지는 용접에 소요되는 작업 소요 시간이 총 30분으로 본 발명의 전지의 10분에 비하여 3배 이상의생산성 손실이 발생하였다. 그리고, 용접 공정을 위한 별도의 레이저 용접기와 간섭을 제거한 복잡한 형상의 지그가 필요했으며, 이에 비하여 본 발명의 전지는 캔을 캡의 하부에 삽입하는 공정만이 요구되어 별도의 지그가 필요하지 않았다.

상술한 바와 같은 본 발명의 리튬이온 이차전지에 의하면, 캔에 플랜지를 적용하고, 플랜지를 포함한 캔의 상부를 캡에 삽입하여 조립함으로써 캔과 캡의 용접에 필요한 용접 면적을 확보하여 전해액이 누액되는 것을 방지할 수 있으며, 개구부가 넓고 얇은 금속 용기를 전지 캔으로 사용할 수 있으며, 금속 용기의 두께를 0.3mm 이하로 줄여서 에너지 저장 밀도를 획기적으로 증가시킬 수 있다.

또한, 캔과 캡이 삽입방식으로 조립됨으로써 캡과 캡의 용접시 별도의 지그가 필요없게 되어 생산성을 향상시켜 생산단가를 낮출 수 있다.

나아가, 종래보다 용기의 성형 깊이를 얕게 함으로써 다양한 형상의 전지를 용이하게 만들 수 있다.

더 나아가, 캔의 형상에 의하여 형성되는 외측의 공간을 활용하여 보호회로함과 PTC함을 설치함으로써 전지 소프트 팩의 부피당 에너지 저장 밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (8)

1. 하부와, 개방된 상부와, 자신의 하부와 상부를 연결하는 측벽으로 각각 독립된 공간을 이루면서 서로 통하는 제1 및 제2 영역으로 이루어지되; 전극판 및 전해액이 내삽되도록 밀폐된 하부를 가지는 상기 제1 영역과; 소정영역은 밀폐되어 상기 제1 영역의 측벽으로부터 외측으로 돌출되고 나머지 소정영역은 상기 제1 영역이 형성하는 공간과 상기 제2 영역이 형성하는 공간이 서로 통하도록 개방된 형상의 하부와, 상기 제2 영역의 측벽 외측으로 돌출되도록 상기 제2 영역의 상단에 마련된 플랜지와, 상기 제1 영역의 횡단면적보다 큰 횡단면적을 가지는 상기 제2 영역;으로 이루어진 캔과;

   하부가 개방된 공간을 이루도록 밀폐된 상부와 상기 플랜지를 감쌀 수 있는 둘레를 형성하는 측벽들을 가지며, 자신의 상기 측벽들 내측과 상기 플랜지의 외측이 대향되도록 상기 캔과 조립되어 하나의 밀폐된 용기를 형성하는 캡과;

   일단은 상기 전극판과 연결되고 다른 일단은 상기 캔의 외부로 노출되는 전극단자를 구비하는 리튬이온 이차전지.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제2 영역의 하부는 소정영역이 상기 제1 영역의 측벽으로부터 2∼10mm 돌출되도록 형성되며, 상기 플랜지는 상기 제2 영역의 측벽으로부터 0.2∼2mm 돌출되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
3. 제 1항에 있어서, 상기 캡의 측벽의 둘레는, 상기 측벽들 내측과 상기 플랜지의 외측이 대향되도록 상기 캔과 상기 캡이 위치되면 상기 캡의 측벽 내측과 상기 플랜지 외측 사이의 간극이 1mm 이하가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제2 영역의 측벽의 높이는 0.5∼3mm이고, 상기 캡의 측벽의 높이는 0.5∼5mm인 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
5. 제1 항에 있어서, 상기 전극 단자의 다른 일단은 상기 캔의 제2 영역의 밀폐된 하부를 관통하여 상기 캔의 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
6. 제 1항 또는 제5 항에 있어서, 상기 전극단자와 연결되는 회로가 내장된 보호회로함이 상기 제1 영역의 측벽의 외측과 상기 제2 영역의 하부의 외측에 의하여 생기는 공간에 위치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
7. 제 1항 또는 제5 항에 있어서, 상기 전극단자와 연결되는 PTC 소자가 내장된 PTC함이, 상기 제1 영역의 측벽의 외측과 상기 제2 영역의 하부의 외측에 의하여 생기는 공간에 위치되도록 상기 캔의 제1 영역의 측벽의 외측 또는 상기 캔의 제2영역의 하부의 외측에 설치되거나, 또는 상기 플랜지의 하부에 위치되도록 상기 제1 영역의 측벽에 설치되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
8. 제 1항에 있어서, 상기 캔의 플랜지와 상기 캡의 측벽 또는 상부를 용접하여 밀폐된 상기 용기를 형성하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.