KR100450183B1 - 누액 방지 기능이 향상된 이차 전지 - Google Patents

Abstract

전해액에 대한 누액 경로를 연장하여 누액 시간을 지연시켜 전지 수명을 향상시킬 수 있도록 하기 위하여, 내부 공간을 가지는 캔과, 상기 내부 공간에 수용되는 전극군 및 상기 캔에 제공된 개구부에 안착되어 상기 전극군에 전기적으로 연결되면서 상기 내부 공간을 밀폐시키도록 상기 캔에 결합되는 캡 어셈블리를 포함한다. 상기에서 캡 어셈블리는, 상기 개구부에 결합되어 상기 내부 공간을 밀폐시키는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트의 일측으로 배치되어 상기 전극군에 연결되는 탭 플레이트와, 상기 캡 플레이트와 탭 플레이트 사이에 개재되는 절연 플레이트와, 상기 캡 플레이트, 탭 플레이트 및 절연 플레이트에 관통 설치되어 이들을 결합시키는 전극핀 및 상기 캡 플레이트와 전극핀 사이에 개재되는 절연 가스킷을 포함한다. 또한, 상기에서 전극핀은, 상기 캡 플레이트의 일측으로 배치되면서 상기 절연 가스킷과의 접촉 부위를 다단을 형성하는 머리부 및 상기 머리부에서 연장 형성되어 상기 절연 가스킷, 캡 플레이트, 절연 플레이트 및 탭 플레이트에 관통 설치되는 기둥부를 포함한다.

Description

누액 방지 기능이 향상된 이차 전지{SECONDARY BATTERY WITH ENHANCED PREVENTING CHARACTERISTIC FOR LIQUID LEAKAGE}

본 발명은 캡 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지용 캡 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 충전을 통해 재사용이 가능한 전지로서, 소형 및 대용량화가 가능하고, 극판 조립체인 전극군을 수용하는 케이스의 외관에 따라 원통형 전지와 각형 전지 및 단추형 전지 등으로 구분할 수 있다.

이 중 각형 전지를 예로하여 일반적이 이차 전지의 구성을 설명하면, 도 ?에 도시된 바와 같이, 상기 이차전지는 크게 사각 형상의 캔(1)과, 활물질이 도포된 양극판(3)과 음극판(5) 사이에 세퍼레이터(7)를 개재하여 젤리롤(jelly roll) 형태로 형성되어 상기 캔(1) 내부에 배치되는 전극군(9)과, 상기 캔(1)의 개구부로 탑재되면서 상기 전극군(9)과 전기적으로 연결되어 캔(1)을 밀폐시키는 캡 어셈블리(11)를 포함하여 구성된다.

상기에서 캡 어셈블리(11)는, 상기 캔(3)에 일체로 조립되어 밀봉을 행하는 캡 플레이트(11a)와, 상기 전극군(9) 중 어느 하나의 극판, 일례로 음극판(5)에 연결된 전극탭(13)이 고정되는 탭 용접판(11b)과, 상기 캡 플레이트(11a)와 탭 용접판(11b) 사이에 설치되어 절연을 행하는 절연부재(11c)와, 상기 캡 플레이트(11a), 탭 용접판(11b) 및 절연부재(11c)에 형성된 구멍을 관통하여 상기 탭 용접판(11b)에 접촉됨으로써 이와 전기적으로 연결되는 전극핀(11d)과, 이 전극핀(11d)과 더불어 상기 캡 플레이트(11a)에 형성된 구멍에 삽입되면서 상기 전극핀(11d)과 상기 캡 플레이트(11a) 사이를 절연시키는 가스킷(11e)으로 이루어진다.

그런데 상기와 같은 구조의 캡 어셈블리(11)를 갖는 이차전지에 있어서는, 상기한 가스킷(11e)에 문제가 생겨 그 형상에 변형이 생기는 경우, 상기 캔(1) 내부에 수용된 전해액이 상기 캔(1) 밖으로 쉽게 누액되어 해당 전지의 성능을 떨어뜨릴 가능성이 높은 문제점이 있다.

이러한 문제점은 상기 캡 어셈블리(11)의 구조에 있어, 상기 전극핀(11d)과 상기 가스킷(11e)이 서로 압착되어 접촉되는 부위인 상기 전극핀(11d)의머리부(110d)와 기둥부(112d)의 연결부위가 밋밋하게 형성됨에 따라, 상기 카스킷(11e)이 변형되는 경우, 상기 캔(1) 내부로부터 전해액이 상기 전극핀(11d)의 기둥부(112d)를 타고 상기 머리부(110d)를 통해 쉽게 상기 캔(1) 밖으로 빠져나갈 수 있기 때문에 일어날 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 전지 사용시, 캔 내부로부터 전해액이 누액될 환경이 조성되는 경우, 그 누액 시간을 지연시켜 누액으로 인해 전지의 수명이 단축되지 않도록 할 수 있는 이차 전지를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 부분 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캡 어셈블리의 전극핀을 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 캡 어셈블리의 작용 설명을 도시한 단면도이다.

도 4는 일반적인 이차 전지의 일례를 도시한 절개 사시도이다.

도 5는 일반적인 이차 전지용 캡 어셈블리를 도시한 단면도이다.

이에 본 발명에 따른 이차 전지는, 내부 공간을 가지는 캔과, 상기 내부 공간에 수용되는 전극군 및 상기 캔에 제공된 개구부에 안착되어 상기 전극군에 전기적으로 연결되면서 상기 내부 공간을 밀폐시키도록 상기 캔에 결합되는 캡 어셈블리를 포함한다. 상기에서 캡 어셈블리는, 상기 개구부에 결합되어 상기 내부 공간을 밀폐시키는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트의 일측으로 배치되어 상기 전극군에 연결되는 탭 플레이트와, 상기 캡 플레이트와 탭 플레이트 사이에 개재되는 절연 플레이트와, 상기 캡 플레이트, 탭 플레이트 및 절연 플레이트에 관통 설치되어 이들을 결합시키는 전극핀 및 상기 캡 플레이트와 전극핀 사이에 개재되는 절연 가스킷을 포함한다. 또한, 상기에서 전극핀은, 상기 캡 플레이트의 일측으로 배치되면서 상기 절연 가스킷과의 접촉 부위를 다단을 형성하는 머리부 및 상기 머리부에서 연장 형성되어 상기 절연 가스킷, 캡 플레이트, 절연 플레이트 및 탭 플레이트에 관통 설치되는 기둥부를 포함한다.

본 발명에 있어, 상기 머리부의 다단은 상기 머리부의 중심부가 상기 머리부의 주변부보다 돌출된 형태로 형성된다. 바람직하게 상기 머리부의 다단은 임의의 두께를 가지는 제1단과, 이 제1단보다 얇은 두께를 가지는 2단으로 형성된다.

본 발명에 있어, 상기 제1단의 표면은 비평탄면으로 형성되며, 더욱이 상기 제1단은 본 발명에 있어 상기 머리부의 중심부로부터 이 머리부의 주변부로 갈수록 상기 제1단의 두께가 점차적으로 두꺼워지게 형성된다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 부분 단면도이다. 본 실시예에서 예로 하고 있는 이차 전지는 리튬 이온 2차 전지로서 그 외형은 각형이 이루어지고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 이차 전지는, 일정 크기를 이루는 각형의 캔(20) 내부 공간에 양극판, 음극판 및 세퍼레이터가 조합되어 이루어진 전극군(22)을 삽입하고, 상기 캔(20)의 개구부(20a)에 캡 어셈블리(24)를 결합시켜 구성되고 있다.

상기에서 캡(20)은, 상기 이차 전지의 외형을 이루면서 그 내부로는 상기한 전극군(22)뿐만 아니라 전해액이 주입되며, 상기 전극군(22)은 세퍼레이터를 사이에 두고 젤리롤 형태로 권선된 양극판 및 음극판으로 구성된다.

또한, 상기 캡 어셈블리(24)는 상기 개구부(20a)에 안착되면서 상기 캔(20)의 내부 공간을 밀폐시키도록 상기 캔(20)에 용접 등을 통해 결합되는 바, 이 때, 상기 캡 어셈블리(24)는 상기 전극군(22)에 전기적으로 연결된다.

상기 캡 어셈블리(24)의 세부 구성을 살펴보면, 우선 상기 캡 어셈블리(24)에는 이 캡 어셈블리(24)의 베이스를 이루면서 상기 개구부(20a)에 결합되는 캡 플레이트(24a)가 포함된다. 이 캡 플레이트(24a)의 대략 중심부에는 소정의 크기를 갖는 원형의 구멍(240a)이 형성되며, 그 좌,우 양측으로는 도시하지 않은 전해액 주입구 및 안전변 등이 형성된다.

상기 캡 플레이트(24a)의 일측(상기한 캔 내부를 향한)으로는 상기 전극군(22)과의 전기적 연결을 위해 탭 플레이트(24b)가 배치되는 바, 이 탭 플레이트(24b)와 상기 캡 플레이트(24a) 사이에는 이들의 전기적 절연을 위해 절연 플레이트(24c)가 개재된다. 여기서 상기 탭 플레이트(24b) 및 상기 절연 플레이트(24c)에도 상기 캡 플레이트(24a)의 구멍(240a)과 연통되는 구멍(240b)(240c)이 각기 형성되어 있다.

본 실시예에서 상기 탭 플레이트(24b)로는 상기 전극군(22)의 음극판으로부터 연장된 탭(26)이 연결되며, 상기 캡 플레이트(24a)로는 상기 전극군(22)의 양극판으로부터 연장된 탭(미도시)이 연결된다.

한편, 상기 캡 플레이트(24a), 탭 플레이트(24b) 및 절연 플레이트(24c)는 상기한 구멍(240a),(240b),(240c)으로 삽입 결합되는 전극핀(24d)에 의해 상호 결합된다.

즉, 상기 전극핀(24d)은 그 기둥부(240d)를 상기 구멍(240a),(240b),(240c)에 삽입시킨 후, 리벳팅 결합 등을 통해 상기 플레이트들을 한 몸으로 결합시키게 되는 바, 이 때 상기 전극핀(24d)의 머리부(242d)는 상기 캡 플레이트(24a)의 다른 일측(상기 캔 외부를 향한)에 배치된다. 참고로 도 1에 도시한 전극핀(24d)은 캡 어셈블리의 구성을 위해 리벳팅되어 상기 기둥부(240d)가 변형된 상태를 도시한 것이며, 도 2에 도시한 전극핀(24d)은 상기 캡 어셈블리를 구성하기 전, 초기 상태를 도시한 것이다.

아울러, 상기 전극핀(24d)과 상기 캡 플레이트(24a)의 사이에는 이들의 절연을 위해 절연 가스킷(24e)이 개재되는 바, 이 절연 가스킷(24e)에도 역시 상기 전극핀(24d)이 삽입되기 위한 구멍(240e)이 형성되어 있다.

한편, 본 발명에 있어, 상기 전극핀(24d)은 상기 머리부(242d)를 구성함에 있어 상기 절연 가스킷(24e)과 접촉되는 부위(도 1을 기준으로 볼 때, 하측부위)가 다단으로 이루어질 수 있도록 하고 있다.

본 발명에서 이처럼 상기 전극핀(24d)의 머리부(242d)를 형성하는 이유는, 상기 이차 전지의 실질적인 사용시, 경우에 따라 상기 캔(20) 내부로부터 전해액 등이 누액되는 경우, 상기 캔(20) 내부에 형성되는 누액 경로를 연장시켜 전해액이 상기 캔(20) 밖으로 최종 누액되는 시간을 연장시키도록 하기 위함이다.

이러한 상기 전극핀(24d)의 구성에 대해 좀 더 구체적으로 알아보면, 우선 상기 머리부(242d)는 전술한 바와 같이 다단의 형태를 갖게 되는 바, 본 실시예에서는 상기 머리부(242d)의 중심부가 그 주변부보다 돌출된 형태의 다단으로 이루게된다 (도 2 참조). 다시 말해 본 실시예에서 상기 머리부(242d)는, 임의의 두께(d₁)를 갖는 제1단(244d)과 상기 두께(d₁)보다 얇은 두께(d₂)를 갖는 제2단(246d)으로 형성된다.

더욱이, 상기에서 제1단(244d)은 그 표면을 비평탄한 면으로 형성하게 되는데, 가령 이 제1단(244d)의 표면은, 상기 머리부(242d)의 중심부로부터 이의 주변부로부터 갈수록 점차 상기 제1단(244d)의 두께가 두꺼워지도록 하는 굴곡진 형상을 가질 수 있다. 물론, 이의 형상은 이에 국한되지 않고 비평탄한 여러 가지 예로 변형되어 적용 가능하다.

이에 상기와 같이 구성되는 본 발명의 이차 전지는, 그 작용시, 경우에 따라 상기 캡 어셈블리(24)의 구성에 이상이 생겨, 예를 들어 상기 절연 가스킷(24e)에 미세하게나마 결점이 생겨 상기 캔(20) 내부로부터 누액이 시작되는 경우(도 4의 화살표 참조), 이 누액 경로를 종래의 경우보다 연장시킬 수 있게 되는데, 이러한 작용은 상기 전극핀(24d) 머리부(242d)의 제1단(246d)이 비평탄면으로 형성되었기 때문에 가능하게 된다.

즉, 상기 캔(20) 내부로부터 누액되기 시작한 전해액은 상기 전극핀(24d)의 기둥부(240d)를 타고 상기 머리부(242d)로 넘어갈 때, 굴곡져 형성된 상기 제1단(246d)을 통과시, 그 누액 속도를 종래보다 늦출 수 있게 되고 이에 최종적으로 상기 캔(20) 밖으로 누액되는 시간을 지연시킬 수 있게 된다.

이처럼 본 발명에 있어, 다단으로 형성된 상기 전극핀(24d)의 머리부(242d)는, 전해액의 누액시, 그 누액 시간을 지연시킬 수 있을뿐더러, 굴곡진 형성 부위가 상기 절연 가스킷(24e)과의 접촉 부위를 국부적으로 압축시킬 수 있으므로 누액 초기시부터 이를 방지하는데 효과적이라 할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 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.

이와 같이 본 발명에 의한 이차 전지는, 누액 방지를 위한 실링 특성을 향상시킬 수 있는 캡 어셈블리를 갖추고 있어, 누액으로 인한 전지 수명 저하를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 내부 공간을 가지는 캔과;

   상기 내부 공간에 수용되는 전극군; 및

   상기 캔에 제공된 개구부에 안착되어 상기 전극군에 전기적으로 연결되면서 상기 내부 공간을 밀폐시키도록 상기 캔에 결합되는 캡 어셈블리

   를 포함하고,

   상기 캡 어셈블리가,

   상기 개구부에 결합되어 상기 내부 공간을 밀폐시키는 캡 플레이트와;

   상기 캡 플레이트의 일측으로 배치되어 상기 전극군에 연결되는 탭 플레이트와;

   상기 캡 플레이트와 탭 플레이트 사이에 개재되는 절연 플레이트와;

   상기 캡 플레이트, 탭 플레이트 및 절연 플레이트에 관통 설치되어 이들을 결합시키는 전극핀; 및

   상기 캡 플레이트와 전극핀 사이에 개재되는 절연 가스킷

   을 포함하고,

   상기 전극핀이

   상기 캡 플레이트의 일측으로 배치되면서 상기 절연 가스킷과의 접촉 부위를 다단을 형성하는 머리부; 및

   상기 머리부에서 연장 형성되어 상기 절연 가스킷, 캡 플레이트, 절연 플레이트 및 탭 플레이트에 관통 설치되는 기둥부

   를 포함하는 이차 전지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 머리부의 다단이 상기 머리부의 중심부가 상기 머리부의 주변부보다 돌출된 형태로 형성되는 이차 전지.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 머리부의 다단이 임의의 두께를 가지는 제1단과, 이 제1단보다 얇은 두께를 가지는 2단으로 형성되는 이차 전지.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1단의 표면이 비평탄면으로 형성되는 이차 전지.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1단이 상기 머리부의 중심부로부터 이 머리부의 주변부로 갈수록 상기 제1단의 두께가 점차적으로 두꺼워지게 형성되는 이차 전지.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 캔이 각형으로 형성되는 이차 전지.