KR100647568B1 - Sealed battery - Google Patents
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Abstract
목적 : 전지의 경량화를 실현할 수 있도록 한 밀폐전지를 제공한다.Purpose: To provide a sealed battery capable of realizing a lighter weight of the battery.
구성 : 정극, 부극 및 전해액을 수납하는 것으로 고분자 수지로 된 캔(40)과, 그 캔의 개구에 결합 밀봉되는 것으로 고분자 수지로 된 캡 플레이트(60)와, 상기 정극 및 부극에서 각각 인출된 탭(22)(24)과 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하여 결합되는 금속재의 정극 및 부극 단자(26)(28)를 포함하고, 상기 캡 플레이트는 2매의 플레이트(60a)(60b)를 적층하되, 상기 2매의 플레이트의 사이이며 그리고 상기 정극 및 부극 단자가 삽입되는 구멍의 내주에 가스켓(64)을 설치하며, 상기 고분자 수지로 유리전이온도가 150℃ 이상이고 용융 온도가 200℃ 이상인 열가소성수지를 사용하여 구성한다.Composition: A can 40 made of a polymer resin by accommodating a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, a cap plate 60 made of a polymer resin being sealed to an opening of the can, and a tab drawn from the positive electrode and the negative electrode, respectively. (22) and (24), the positive electrode and the negative electrode terminal (26) (28) of the metal material which is electrically connected to and coupled through the cap plate, the cap plate comprises two plates (60a) (60b) The gasket 64 is installed between the two plates, and the inner circumference of the hole into which the positive and negative terminals are inserted, wherein the polymer resin has a glass transition temperature of 150 ° C. or higher and a melting temperature of 200 ° C. or higher. It consists of thermoplastic resin.
효과 : 캔과 캡 플레이트를 고분자 수지로 형성하므로 전지의 경량화를 실현하고, 정극 및 부극의 외부 접속 구조를 용이하고 단순하게 실현하며, 가스켓을 이용하여 전지의 밀폐성을 향상시킬 수 있다.Effect: Since the can and the cap plate are formed of a polymer resin, the battery weight can be reduced, the external connection structure of the positive electrode and the negative electrode can be easily and simply realized, and the sealing property of the battery can be improved by using a gasket.
고분자, 수지, 캡 플레이트, 단자, 가스켓Polymer, Resin, Cap Plate, Terminal, Gasket
Description
도 1은 본 발명에 의한 밀폐전지를 도시한 분해 사시도.1 is an exploded perspective view showing a sealed battery according to the present invention.
도 2는 본 발명의 밀폐전지를 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view showing a sealed battery of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 예를 도시한 확대 단면도.3 is an enlarged cross-sectional view showing another example of the present invention.
도 4는 종래 공지된 밀폐전지를 도시한 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing a conventionally known sealed battery.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
2-전극군 22,24-탭2-
26-정극 단자 28-부극 단자26-positive terminal 28-negative terminal
26a,28a-축수부 26b,28b-헤드부26a, 28a-bearing 26b, 28b-head
30-단자 플레이트 60-캡 플레이트30-terminal plate 60-cap plate
60a-상부 플레이트 60b-하부 플레이트60a-
62-구멍 64-가스켓62-hole 64-gasket
본 발명은 고분자 수지를 이용하여 전지를 경량화할 수 있도록 한 밀폐전지에 관한 것이다.The present invention relates to a sealed battery that can be used to reduce the weight of the battery using a polymer resin.
밀폐전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 주로 사용되고 있으며, 외관상으로는 원통형과 각형 전지로 구분되고 있다.Sealed batteries are rechargeable and can be miniaturized and large-capacity. Representatively, nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, lithium (Li) batteries, and lithium-ion (Li-ion) batteries are mainly used. It is divided into a square battery.
도 4는 각형 밀폐전지의 일반적인 구조를 보여주고 있다. 4 shows a general structure of a rectangular sealed battery.
도면에서와 같이 각형 밀폐전지는 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취하므로 전극군(2)을 형성하고, 그 전극군(2)을 압착한 후 캔(4) 내부에 삽입하며, 그 캔(4)의 상측 개구에 캡 플레이트(6)를 용접 결합하되, 그 캡 플레이트(6)의 상부에 절연판(8)을 개재하여 단자 플레이트(10)를 설치하고 그들의 중심에 가스켓(12)으로 절연된 인출 단자(14)를 체결한 것이며, 상기 캡 플레이트(6)에 형성된 주입구(6a)를 통하여 전해액을 주입한 후 밀봉 결합되어진다.As shown in the drawing, the rectangular sealed battery is wound together through a separator between the positive electrode and the negative electrode to form an
상기 전극군(2) 중에서 부극은 도시 생략한 단자 탭을 이용하여 혹은 캔(4)과 직접 접촉됨에 의해 전기적으로 연결되고, 정극은 단자 탭(16)과 용접된 인출 단자(14)를 통하여 단자 플레이트(10)에 접속된 후 외부로 연결되어진다. 여기서 상기 인출 단자(14)는 캡 플레이트(6), 절연판(8), 가스켓(12) 및 단자 플레이트(10)를 물리적으로 체결함과 동시에, 전지 외부로 연결되는 전기적인 단자 역할을 겸한다.The negative electrode of the
또 상기한 전극군(2)은 금속으로 된 캔(4) 및 캡 플레이트(6)와의 절열을 위 하여, 상면과 하면에 각각 절연체(18a)(18b)를 설치하여 이루어진다.In addition, the
이와 같이 구성되는 밀폐전지는 그 전지가 사용되는 휴대 장치들의 경량화에 맞추어 점차 경량화되는 추세에 있다. 그러나 종래의 밀폐전지를 보면 캔(4)과 캡 플레이트(6)의 재질로 금속을 사용하기 때문에 그 무게로 인하여 전지의 경량화에 한계가 있는 실정이다.The sealed battery configured as described above is gradually becoming lighter in accordance with the light weight of portable devices in which the battery is used. However, in the conventional sealed battery, since the metal is used as the material of the
또한 종래의 밀폐전지는 금속 캔(4)과 캡 플레이트(6)를 사용하므로 인해, 전극과의 절연 및 전기적인 외부 접속을 실현하기 위하여, 절연체(18a)(18b)와 절연판(8)과 가스켓(12) 및 인출 단자(14) 등을 사용하게 되며, 그 결과 구조 및 제조 공정이 복잡하게 되는 문제점이 있다.In addition, since the conventional sealed battery uses the metal can 4 and the
이에 따라 근래에는 외장 케이스로 파우치를 사용하는 전지의 개발이 진행되고 있기도 하지만, 이것은 비교적 안정된 충·방전 반응이 이루어지는 폴리머 리튬전지에 한정되고 있을 뿐이고, 더욱 안전성 문제 때문에 실용화까지는 아직 소원한 단계에 머물고 있는 실정이다.As a result, in recent years, development of a battery using a pouch as an external case has been progressed, but this is only limited to a polymer lithium battery having a relatively stable charging and discharging reaction. There is a situation.
앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 전지의 경량화를 실현하고, 아울러 구성 및 제조 공정을 단순화할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.In order to solve the problems of the prior art described above, the present invention has been made in order to realize a light weight of the battery, and to simplify the configuration and manufacturing process.
이를 위하여 본 발명에서는 고분자 수지를 이용하여 외장 케이스를 형성하고, 그 내부에 수납된 전극으로부터 전기적인 외부 접속을 용이하게 실현할 수 있 도록 한 전극 단자를 구비한 밀폐전지를 제안한다.To this end, the present invention proposes a sealed battery having an electrode terminal to form an exterior case using a polymer resin and to easily realize an electrical external connection from an electrode housed therein.
보다 구체적으로 본 발명의 밀폐전지는 고분자 수지를 이용하여 캔과 캡 플레이트를 형성하고, 상기 캔의 내부에 정극, 부극 및 전해액으로 구성된 발전 요소를 수납한 것이며, 그 캔의 개구에 캡 플레이트를 결합하여 밀봉한 구성으로 이루어진다.More specifically, the sealed battery of the present invention forms a can and a cap plate using a polymer resin, and stores a power generation element consisting of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte in the can, and couples the cap plate to an opening of the can. It is made of a sealed configuration.
캡 플레이트에는 정극 및 부극에서 각각 인출된 탭과 연결되고 외부 접속을 실현하기 위한 것으로 금속으로 된 정극 및 부극 단자를 설치한다. 정극 및 부극 단자는 리벳팅 혹은 코킹(cocking) 방식으로 결합되어지며, 전기적인 연결의 신뢰성을 위하여 단자 플레이트를 더 설치할 수 있다.The cap plate is provided with a positive electrode and a negative electrode terminal made of metal connected to the tabs drawn from the positive electrode and the negative electrode, respectively, to realize external connection. The positive electrode and negative electrode terminals are coupled by riveting or cocking, and a terminal plate may be further installed for reliability of the electrical connection.
한편 본 발명의 밀폐전지는 금속으로 된 전극 단자의 결합 부위에서 고분자 수지로 된 캡 플레이트와의 밀폐성을 고려하여, 상기 캡 플레이트의 구멍 내부에 가스켓을 설치하고 있으며, 이를 위하여 상기 캡 플레이트를 2매의 플레이트를 초음파 용접하고 그 사이에 가스켓을 설치한다.Meanwhile, in the sealed battery of the present invention, a gasket is installed inside the hole of the cap plate in consideration of the sealing property with the cap plate made of a polymer resin at the coupling portion of the electrode terminal made of metal, and for this purpose, two cap plates are provided. Ultrasonic welding of plates and install gaskets between them.
또한 캔과 캡 플레이트는 초음파 용접에 의해 결합시킬 수 있으며, 그 재로인 고분자 수지로는 유리전이온도가 150℃ 이상이고, 용융 온도가 200℃ 이상인 열가소성수지를 사용한다.
In addition, the can and the cap plate can be bonded by ultrasonic welding. As the polymer resin, the can and the cap plate are thermoplastic resins having a glass transition temperature of 150 ° C or higher and a melting temperature of 200 ° C or higher.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of this invention is described based on an accompanying drawing.
도 1 및 도 2는 본 발명의 각형 밀폐전지를 도시한 분해 사시도 및 단면도이 다. 도면에서의 각형 밀폐전지는 리튬이온의 이동에 의해 충·방전이 이루어지는 리튬(이온)전지의 일 예를 보여주고 있으며, 참고로 종래의 구성과 동일한 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하기로 한다.1 and 2 are an exploded perspective view and a cross-sectional view showing a rectangular sealed battery of the present invention. The rectangular sealed battery in the figure shows an example of a lithium (ion) battery that is charged and discharged by the movement of lithium ions, and the same reference numerals will be given to the same parts as the conventional configuration.
본 발명의 각형 밀폐전지는 외관상 캔(40)과 그 캔(40)의 상측 개구에 용접 결합되는 캡 플레이트(60)로 구성된 각형 케이스를 포함한다.The rectangular sealed battery of the present invention includes a rectangular case composed of a
캔(40)과 캡 플레이트(60)는 본 발명을 목적을 달성하기 위하여, 종래와 달리 고분자 수지를 이용하여 형성하므로 전지의 경량화를 도모하고 있다. 여기서 고분자 수지로는 먼저 전해액과의 반응이 없어야 하고, 유리전이온도가 150℃ 이상이며 용융 온도가 200℃ 이상인 열가소성수지를 사용한다.In order to achieve the object of the present invention, the
보다 구체적으로는 염화비닐리덴수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 불소수지, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리술폰 등을 사용할 수 있다.More specifically, vinylidene chloride resin, polyethylene, polypropylene, fluororesin, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyphenylene oxide, polysulfone and the like can be used.
캔(40)은 내부에 정극, 부극, 그리고 정극과 부극을 절연하는 세퍼레이터를 함께 권취한 전극군(2)과 전해액을 포함하는 발전 요소를 수납하고 있으며, 그 발전 요소 중에서 전해액은 종래와 달리 캡 플레이트(60)의 결합 전에 미리 주입되어진다. 이때 전해액의 사전 주입은 고분자 수지로 된 캔(40)과 캡 플레이트(60)를 초음파 용접함에 의해 가능하게 되는 것이다. 이것을 부연하여 설명하면 종래에는 금속 재질의 캔과 캡 어셈블리를 레이저 용접하였는데, 이 경우에는 전해액과의 발화 위험이 있기 때문에 용접 후 주입구를 통해 전해액을 주입하였으므로 장시간이 소요되었다.The can 40 houses a power generation element including an
상기한 발전 요소의 정극 및 부극은 전기적인 외부 접속을 실현하기 위하여, 전극군(2)의 상측으로 돌출된 정극 및 부극 탭(22)(24)을 구비하는 바, 이것은 동시에 같은 방향으로 위치한다.The positive electrode and the negative electrode of the power generation element are provided with positive and
또 상기 탭(22)(24)의 외부 접속을 위하여 상기 캡 플레이트(60)에는 정극 단자(26) 및 부극 단자(28)가 설치되어진다. 이러한 전극 단자(26)(28)는 케이스와 달리 금속 재료로 형성되는 것이며, 캡 플레이트(60)의 구멍(62)을 관통하여 외부로 인출되고 밀폐성을 위하여 리벳팅 혹은 코킹 결합되어진다.In addition, the
이때 본 발명에서는 금속으로 된 전극 단자(26)(28)와 고분자 수지로 된 캡 플레이트(60)와의 재질상의 차이로 밀폐성이 저하될 우려가 있음을 고려하여, 상기 캡 플레이트(60)의 구멍(62) 내주에 가스켓(64)을 설치한다. 이를 위하여 상기 캡 플레이트(60)는 2매의 플레이트(60a)(60b)를 적층하여 상호 초음파 용접으로 결합하고, 그 사이에 소정의 공간을 마련하여 가스켓(64)을 설치하고 있다. 이때 가스켓(64)의 내경은 전극 단자(26)(28)의 축수부(26a)(28a) 외경보다 작게 형성함이 바람직하다.In this case, in consideration of the possibility that the sealing property may be lowered due to the material difference between the
한편 본 발명에서는 전극 단자(26)(28)의 외부 접속을 보다 신뢰성 있게 달성하기 위해, 리벳팅 및 코킹 결합되는 상부 헤드부(26c)(28c)와 캡 플레이트(60)의 사이에 단자 플레이트(30)를 설치하여 접촉 면적을 확대하고 있다. 이때 상기 단자 플레이트(30)는 도 3에 도시한 바와 같이, 전극 단자(26)(28)의 하부 헤드부(26b)(28b)와 캡 플레이트(60)의 사이에도 설치할 수 있는데, 이때 상기 단자 플레이트(30)에는 정극 및 부극 탭(22)(24)이 용접되어진다.Meanwhile, in the present invention, in order to more reliably achieve the external connection of the
이러한 단자 플레이트(30)는 캡 플레이트(60)의 상부 및 하부 플레이트(60a)(60b)에 각각 홈(60c)을 형성하여 안착되게 하므로 조립성을 향상시킬 수 있다.The
한편 본 발명에서는 전지의 이상 작동이나 내압 상승에 대한 안전대책으로 캡 플레이트(60)에 물리적인 방법으로 홈(66)을 형성하거나 그 자체에 구멍을 뚫고 그 구멍을 박판으로 막아 밀봉하여 상대적으로 취약하게 형성할 수 있다.Meanwhile, in the present invention, as a safety measure against abnormal operation of the battery or an increase in the internal pressure, the
또한 본 발명에서는 종래와 마찬가지로 캔(40)을 금속으로 형성하고 캡 플레이트(60)만을 고분자 수지로 형성할 수도 있는데, 이 경우에는 전지의 경량화 효과가 미약한 단점이 발생할 수 있다.In addition, in the present invention, the
이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명은 전지의 절반 이상의 무게를 차지하는 외장 케이스의 재질로 고분자 수지를 사용하므로, 전지 전체 무게를 경량화하는 효과를 얻을 수 있다.As can be seen through the configuration and operation described above, the present invention uses the polymer resin as the material of the outer case occupying more than half the weight of the battery, it is possible to obtain the effect of reducing the weight of the battery.
본 발명은 외장 케이스를 고분자 수지로 형성하므로, 정극, 부극 및 그 전기적인 접속과의 쇼트가 발생할 우려가 없으며, 그에 따라 절연체 및 절연판을 생략할 수 있으므로 구성 및 제조 공정을 단순화하는 효과를 얻을 수 있다.In the present invention, since the outer case is formed of a polymer resin, there is no fear of shorting with the positive electrode, the negative electrode, and the electrical connection thereof, and thus, the insulator and the insulating plate can be omitted, thereby simplifying the construction and manufacturing process. have.
또한 본 발명에서는 캔과 캡 플레이트의 결합전에 전극군과 함께 전해액을 주입하므로, 전지의 제조 및 조립 시간을 단축하는 효과도 얻을 수 있다.In addition, in the present invention, since the electrolyte is injected together with the electrode group before the can and the cap plate are coupled, the effect of shortening the manufacturing and assembly time of the battery can also be obtained.
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