KR100624968B1 - 캡 조립체와 이를 구비하는 리튬이온 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬이온 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지의 팩 작업시 쇼트 발생을 방지하도록 구조가 개선된 캡 조립체와, 이를 채용한 리튬이온 이차전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 리튬이온 이차전지에 의하면 본 발명은 전해액 주입구가 형성된 위치의 캡 플레이트에 단차가 형성되어 있어, 전해액 주입구를 밀폐시킨 후 형성되는 자외선 경화제부가 캡 플레이트 외부로 돌출되지 않아, 와셔의 불필요한 홀을 제거할 수 있다. 이에 따라 전지의 팩 작업시 와셔 상부에 존재하는 리이드와 캡 플레이트 상에 존재하는 자외선 경화제부의 접촉을 방지할 수 있어 팩 작업시 전지의 쇼트를 방지하여 전지의 안전성이 향상되는 효과가 있다.
Description
도 1은 종래 리튬이온 이차전지를 절개하여 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 리튬이온 이차전지를 절개하여 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 캡 플레이트 및 와셔 단면도.
도 4는 본 발명에 다른 실시예에 의한 캡 플레이트 및 와셔 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
310, 310a...캡 플레이트 312...전해액 주입구
360...볼 360a...밀봉핀
420...보호회로 430, 430a...자외선 경화제부
440...와셔 450...지지체
460...단차
본 발명은 리튬이온 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지의 팩 작업시 쇼트 발생을 방지하도록 구조가 개선된 캡 조립체와, 이를 채용한 리튬이온 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로, 소형 및 대용량화가 가능하다. 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있다. 근래에 개발된 리튬 이차 전지는 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 이차전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지는 리튬이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
도 1은 일반적인 각형 리튬이온 이차전지를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 이차전지는 캔(11)과, 상기 캔(11)의 내부의 수용되는 전극 조립체(12)와 상기 캔(11)의 상단개구부에 결합되는 캡 조립체(100)와 제 1 또는 제 2 전극 단자(120)를 보호회로(220)에 전기적으로 연결시키기 위한 리이드(200)와 상기 캡 플레이트 상부에 결합되는 와셔(240)를 포함하여 구성된다.
상기 캔(11)은 각형 리튬이온 이차전지에서 대략 직육면체에서 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성된다. 상기 캔(11)은 제 1 전극판(13), 세퍼레이터(14), 제 2 전극판(15)으로 이루어진 전극 조립체(12)와 전해액의 용기가 되고, 전극 조립체(12)가 캔(11)의 개방된 상단, 즉, 상단개구부를 통해 삽입된 후 상단개구부는 캡 조립체(100)에 의해 봉해진다.
상기 캡 조립체(100)에는 캔(11)의 상단개구부에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡 플레이트(110)가 구비된다. 상기 캡 플레이트(110)의 중앙부에는 전극 단자가 통과할 수 있도록 단자통공(111)이 형성되며, 상기 캡 플레이트(110)의 중앙부를 관통하는 제 1 또는 제 2 전극 단자(120) 외측에는 제 1 또는 제 2 전극단자(120)와 캡 플레이트(110)와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(130)이 설치된다. 상기 캡 플레이트(110)의 단자통공(111) 근방에는 캡 플레이트(110) 하면부에 절연판(140)이 배치되어 있고, 상기 절연판(140)의 하부면에는 전극 단자(120)와 통전되는 터미널 플레이트(150)가 구비되어 있다.
또한, 상기 캡 플레이트(110)에는 내압 상승하여 일정 압력 이상 도달 시 개스가 방출될 수 있도록 하는 안전밴트(190)가 구비되어 있으며, 일측에는 상기 캔(11)의 내부에 전해액을 주입하기 위한 통로를 제공하는 전해액 주입구(112)가 형성되어 있다.
상기 전해액 주입구(112)는 프레스와 같은 가압수단으로 볼(160)을 압입하여 밀폐시키게 되며, 상기 볼을 압입 후 전해액의 누액을 방지하기 위해 상기 볼(160)은 캡 플레이트(110)와 압착되는 경계부분을 따라 레이저 용접 등의 방법으로 용접된다. 상기 압입된 볼(160) 상측에는 자외선 경화제가 코팅된 다음 적정 온도에서 경화시킴으로 자외선 경화제부(230)를 형성시켜 전해액의 누액을 이차적으로 방지한다.
상기 캡 플레에트(110) 상부에는 상기 제 1 또는 제 2 전극 단자(120)와 연결된 리이드(200)를 제 1 또는 제 2 전극 탭(17)이 연결된 캡 플레이트(110)와 절연시키기 위한 와셔(240)가 구비되어 있다.
상기 와셔(240)는 상기 캡 플레이트(110) 상부에 위치하므로 상기 전해액 주입구(112)의 볼(160) 상측에 형성된 자외선 경화제부(230)와의 접촉이 발생할 수 있어, 이를 방지하기 위해 상기 와셔(240)에는 홀(261)이 형성되어 있다.
그러나 상기 와셔(240)에 형성된 홀(261)은 개방되어 있어 상기 와셔(240) 상부에 위치하고 있는 리이드(200)가 상기 전해액 주입구(112) 상에 형성되어 있는 자외선 경화제부(230)와 접촉할 수 있으며, 특히 전지의 팩 작업시 상기 홀(261)을 통해 전지가 쇼트될 수 있어 전지의 안전성이 하락하는 문제점이 있다.
본 발명은 리튬이온 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지의 팩 작업시 쇼트 발생을 방지하도록 구조가 개선된 캡 조립체와 이를 채용한 리튬이온 이차전지에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 적어도 단자통공과 일측에 전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체에 있어서, 상기 캡 플레이트에는 상기 전해액 주입구 상측이 넓게 단차가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 리튬이온 이차전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 권취형 전극 조 립체와 상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 케이스와 상기 케이스의 상부에 설치되며, 적어도 단자통공과 전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 전해액 주입구는 상측이 넓게 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 의한 리튬이온 이차전지 일부를 절개하여 도시한 단면도를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 캡 플레이트와 와셔의 단면도를 나타내며, 도 5는 본 발명에 다른 실시예에 의한 캡 플레이트와 와셔의 단면도를 나타낸다.
도 2 및 도3을 참조하면, 리튬이온 이차전지(30)는 캔(31)과, 상기 캔(31)의 내부에 수용되는 전극조립체(32)와 상기 캔(31)의 상단개구부에 결합되는 캡 조립체(300)와 제 1 전극 또는 제 2 전극 단자를 보호회로(420)에 전기적으로 연결시키기 위한 리이드(400)와 캡 플레이트(310) 상측에 위치하는 와셔(440)를 포함하여 구성된다.
상기 전극 조립체(32)는 제 1 전극(33)과 제 2 전극(35)사이에 세퍼레이터(34)가 게재되면서 권취되어 형성된다. 상기 제 1 전극(33)은 제 1 전극 탭(36)을 통하여 캡 플레이트(310)에 전기적으로 연결되며, 제 2 전극(35)은 제 2 전극 탭(37)을 통하여 캡 플레이트(310)에 형성된 제 2전극 단자(320)에 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 전극 단자(320)는 가스켓(330) 및 절연판(340)으로 인해 상기 캡 플레이트(310)와 절연된다.
상기 캔(31)은 철재로 형성될 수 있으나 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하게 되면 알루미늄의 가벼운 속성으로 전지의 경량화가 이루어질 수 있고, 고전압 하에서 장시간 사용할 때에도 부식되지 않는 등 유리한 점이 있다. 상기 캔(31)은 제 1 전극(33), 세퍼레이터(34), 제 2 전극(35)으로 이루어진 전극 조립체(32)와 전해액(미도시)의 용기가 되고, 전극 조립체(32)가 캔(31)의 개방된 상단, 즉, 상단개구부를 통해 삽입된 후 상단개구부는 캡 조립체(300)에 의해 봉해진다.
상기 캡 조립체(300)에는 캔(31)의 상단개구부에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡 플레이트(310)가 구비된다. 상기 캡 플레이트(310)의 중앙부에는 전극단자(320)가 통과할 수 있도록 단자통공(311)이 형성된다.
상기 캡 플레이트(310)의 중앙부를 관통하는 제 2 전극단자(320) 외측에는 제 2 전극단자(320)와 캡 플레이트(310)와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(330)이 설치된다. 상기 캡 플레이트(310)의 단자통공(311) 근방에는 캡 플레이트(310) 하면부에 절연판(340)이 배치되어 있고, 상기 절연판(340)의 하부면에는 제 1 전극 단자(320)와 통전되는 터미널 플레이트(350)가 구비되어 있다.
또한, 상기 캡 플레이트(310)에는 내압 상승하여 일정 압력 이상 도달 시 개스가 방출될 수 있도록 하는 안전밴트(390)가 형성되어 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(310)의 일측에는 상기 캔(31)의 내부에 전해액을 주입하기 위한 통로를 제공하는 전해액 주입구(312)가 형성되어 있다.
또한, 상기 제 2 전극단자(320)는 리이드(400)와 연결되며, 상기 리이드 (400)는 보호회로(420) 기판상에 솔더링되어 상기 전극 조립체(32)와 전기적으로 연결된다. 상기 보호회로(420)는 상기 전극 조립체(32)의 과충전 전압 및 전류, 과방전 전압 및 전류 그리고 쇼트 등을 제어하며, 상기 리튬이온 이차전지 캔(31)의 소정 영역에 설치된다. 상기 리이드(400)는 제 1 전극(33)과 연결된 캡 플레이트(310)와 절연할 필요가 있으며, 이에 따라 캡 플레이트(310) 상측에는 절연체로 형성된 와셔(440)가 구비된다.
상기 캡 플레이트(310) 상측에 상기 와셔(440)가 안정적으로 위치되기 위해서는 상기 와셔(440)와 상기 캡 플레이트(310) 사이에 소정의 공간이 필요하다. 즉, 상기 와셔(440)에는 지지체(450)가 구비되어 있으며, 상기 와셔 지지체(450)는 상기 와셔(440)와 캡 플레이트(310) 사이에 소정의 공간을 확보하면서 상기 와셔(440)를 캡 플레에트(310) 상에 안정적으로 위치될 수 있도록 한다. 상기 와셔 지지체(450)는 스폰지와 같은 탄력성 있는 물질을 사용할 수 있으며, 소정간격으로 형성될 수 있다.
상기 전해액 주입구(312)는 볼(360)에 의하여 밀봉되며, 상기 볼(360)은 승강운동을 하는 프레스와 같은 가압수단으로 압입된 후 상기 볼(360)이 캡 플레이트(310)에 압착된 경계 부분을 따라 레이저 등의 용접으로 상기 볼(360)을 밀폐시킨다. 또한, 레이저 용접 후 전해액의 누액을 방지하기 위해 상기 볼(360) 상측에 자외선 경화제를 코팅한 다음 적정 온도에서 경화시켜 자외선 경화제부(430)를 형성시켜 전해액 누액을 보다 확실히 방지할 수 있다.
상기 전해액 주입구(312) 상측의 외측 방향으로 상기 캡 플레이트(310)는 단 차(460)가 형성되어 있어 상기 볼(360) 상측에 형성된 자외선 경화제부(430)는 상기 캡 플레이트(310) 외부로 돌출되지 않는다. 따라서 상기 와셔(440)에는 상기 자외선 경화제부(430)와의 접촉을 방지하기 위한 홀(261)이 없게 되며, 팩 작업시 자외선 경화제부(430)가 캡 플레이트(310) 외부로 노출되는 문제점이 없다.
즉, 상기 와셔(440)는 종래의 와셔(240)에 형성되어 있는 개방된 홀(261)이 없어 전지의 팩 작업시 상기 와셔(440) 상부에 위치한 리이드(400)와 캡 플레에트(310)에 형성된 자외선 경화제부(430)와의 접촉이 발생될 우려가 없어, 전지의 쇼트가 발생하지 않게 된다.
도 4를 참조하면, 상기 전해액 주입구(312)는 상측이 넓게 단차(460)가 형성되며, 상기 전해액 주입구(312)는 볼을 압입하는 방법이 아닌 밀봉핀(360a)을 끼워 맞추는 형태로 밀봉된다. 상기 밀봉핀(360a)의 상부면은 상기 전해액 주입구(312)가 형성된 캡 플레이트(310a) 면과 수평면을 이루도록 하며, 상기 밀봉핀(360a)과 캡 플레이트(310a)가 만나는 경계부를 따라 레이저 용접 등으로 밀폐된다.
레이저 용접 등과 같은 방법에 의해 상기 전해액 주입구(312)를 밀폐시킨 후 전해액의 누액을 이차적으로 방지하기 위해 상기 밀봉핀(360a) 상부에 자외선 경화제를 코팅한 후 이를 적정온도에서 경화시킴으로 자외선 경화제부(430a)를 형성하여 전해액 주입구(312)를 완전 밀폐시킨다.
상기 밀봉핀(360a) 상측에 형성된 자외선 경화제부(430a)는 상기 캡 플레이트(310a) 상에 형성된 상기 단차(460)에 형성되어 상기 캡 플레이트(310a) 외측으로 돌출되지 않아, 상기 와셔(440) 상부에 위치한 리이드(400)와의 쇼트를 방지할 수 있다.
다음은 본 발명에 따른 리튬이온 이차전지의 작용에 대하여 설명한다.
상기 캡 플레이트(310)에 형성된 전해액 주입구(312)는 상측이 넓은 단차(460)가 형성되어 있어, 상기 전해액 주입구(312)를 밀폐시킨 후 형성된 자외선 경화제부(430)가 상기 캡 플레이트(310) 외부로 돌출되지 않아 상기 캡 플레이트(310) 상측에 위치한 와셔(440)와 접촉되지 않게 되며, 이에 따라 상기 와셔(440)에는 상기 자외선 경화제부(430)와의 접촉을 막기 위한 홀이 형성되지 않는다.
즉, 상기 와셔(440)에는 홀이 없어 상기 와셔(440) 상부에 위치한 리이드(400)와 상기 캡 플레이트(310)에 위치한 자외선 경화제부(430)가 접촉할 염려가 없으며, 전지의 팩 작업시에 리이드(400)와 캡 플레이트(310)와의 쇼트를 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 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 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 리튬이온 이차전지에 의하면 본 발명은 전해액 주입구가 형성된 위치의 캡 플레이트에 단차가 형성되어 있어, 전해액 주입구를 밀폐시킨 후 형성되는 자외선 경화제부가 캡 플레이트 외부로 돌출되지 않아, 와셔의 불필요한 홀을 제거할 수 있다. 이에 따라 전지의 팩 작업시 와셔 상부에 존재하는 리이드와 캡 플레이트 상에 존재하는 자외선 경화제부의 접촉을 방지할 수 있어 팩 작업시 전지의 쇼트를 방지하여 전지의 안전성이 향상되는 효과가 있다.
Claims (10)
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- 삭제
- 적어도 단자통공과 일측에 전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체에 있어서,상기 캡 플레이트에는 상기 전해액 주입구 상측이 넓게 단차가 형성되고,상기 전해액 주입구는 볼을 압입하여 밀폐시킨 후 용접 고정되며,상기 볼 상에는 자외선 경화제부가 형성되는 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
- 삭제
- 적어도 단자통공과 일측에 전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체에 있어서,상기 캡 플레이트에는 상기 전해액 주입구 상측이 넓게 단차가 형성되고,상기 전해액 주입구는 밀봉핀으로 밀폐시킨 후 용접 고정되며,상기 밀봉핀의 상부에는 자외선 경화제부가 형성되는 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
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- 제 1 전극판, 제 2 전극판, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 권취형 전극 조립체와;상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 케이스 및상기 케이스의 상부에 설치되며, 적어도 단자통공과 전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 포함하며,상기 전해액 주입구는 상측이 넓게 단차가 형성되고,상기 전해액 주입구는 볼을 압입하여 밀폐시킨 후 용접 고정되며,상기 볼상에는 자외선 경화제부가 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
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- 제 1 전극판, 제 2 전극판, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 권취형 전극 조립체와;상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 케이스 및상기 케이스의 상부에 설치되며, 적어도 단자통공과 전해액 주입구가 형성된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 포함하며,상기 전해액 주입구는 상측이 넓게 단차가 형성되고,상기 전해액 주입구는 밀봉핀으로 밀폐시킨 후 용접 고정되며,상기 밀봉핀의 상부에는 자외선 경화제부가 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
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