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KR100947977B1 - 이차 전지 - Google Patents

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KR100947977B1
KR100947977B1 KR1020060027959A KR20060027959A KR100947977B1 KR 100947977 B1 KR100947977 B1 KR 100947977B1 KR 1020060027959 A KR1020060027959 A KR 1020060027959A KR 20060027959 A KR20060027959 A KR 20060027959A KR 100947977 B1 KR100947977 B1 KR 100947977B1
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electrode
assembly
insulating case
hole
negative electrode
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KR1020060027959A
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김길호
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 전극 조립체와 캡 조립체 사이에 삽입되는 절연 케이스의 구조를 변경하여 전극탭의 하부 절곡을 방지할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터, 및 상기 양극과 상기 음극으로부터 인출되는 전극탭을 구비하는 전극조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 용기형 캔; 상기 캔의 개구부에 결합되고 상기 전극탭과 연결되는 캡 조립체; 및 상기 전극 조립체와 상기 캡 조립체 사이에 위치하며, 상기 전극탭이 통과하는 홀이 형성된 절연 케이스를 포함하여 이루어지며, 상기 절연 케이스는 적어도 하나의 홀 측벽의 적어도 일부로부터 신장된 격벽부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
도 1은 종래의 이차 전지의 일례로 각형 이차 전지를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.
도 2는 결합된 절연 케이스와 전극 조립체를 도 1의 라인 A-A를 따라 절취한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.
도 4는 결합된 절연 케이스와 전극 조립체를 도 3의 라인 B-B를 따라 절취한 측단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110,310: 캡 플레이트 112,312: 전해액 주입구
120,320: 가스켓 130,330: 전극단자
140,340: 절연 플레이트 150,350: 단자 플레이트
190,390: 절연 케이스 191,391: 음극탭용 홀
192,392: 양극탭용 홀 211,411: 캔
212,412: 전극 조립체 213,413: 양극
214,414: 세퍼레이터 215,415: 음극
216,416: 양극탭 217,417: 음극탭
218,418: 절연 테이프 393: 격벽부
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 조립체와 캡 조립체 사이에 삽입되는 절연 케이스의 구조를 변경하여 전극탭의 하부 절곡을 방지할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화 가능성으로 인하여 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 근래에 개발되고 사용되는 것 가운데 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 있다.
이들 이차 전지에서 베어셀(Bare Cell)의 대부분은 양극, 음극 및 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체를 통상 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 캔에 수납하고, 캔을 캡 조립체로 마감한 뒤, 캔 내부에 전해액을 주입하고 밀봉함으로써 형성된다. 캔은 철재로 형성될 수 있으나 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하게 되면 알루미늄의 가벼운 속성으로 전지의 경량화가 이루어질 수 있고, 고전압하에서 장시간 사용할 때에도 부식되지 않는 등 유리한 점이 있다.
밀봉된 이차 전지 베어 셀의 전극 단자는 PTC 소자(positive temperature coefficient), 서멀 퓨즈(thermal fuse) 및 보호회로 기판(PCM: Protective Circuit Module) 등의 안전장치의 단자와 전기적으로 연결된다. 안전장치들은 양극과 음극에 연결되어 전지의 고온 상승이나, 과도한 충방전 등으로 전지의 전압이 급상승하는 경우 전류를 차단해 전지의 파열 등 위험을 방지하게 한다.
안전장치와 베어 셀은 전기적으로 연결된 상태로 별도의 팩에 수납되거나, 용융된 수지로 사이 공간이 채워지고 피복되어 팩 전지를 이룬다.
도 1은 종래의 이차 전지의 일례로 각형 이차 전지를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래 이차 전지는 캔(211)과, 이 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체(212)와, 캔(211)의 개방된 상단과 결합하여 캔(211) 상단을 밀봉하는 캡 조립체를 구비하여 이루어진다.
전극 조립체(212)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 양극(213), 세퍼레이터(214), 음극(215)을 와형으로 권취하여 형성한다. 양극(213)에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체의 영역에 양극탭(216)이 전기적으로 연결되어 있다. 음극(215)에도 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체의 영역에 음극탭(217)이 접속되어 있다.
양극(213) 및 음극(215)과, 탭들(216,217)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있으며, 탭들(216,217)이 전극 조립체(212)로부터 인출되는 경계부에는 탭과 두 전극(213,215) 사이의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(218)가 각각 감겨질 수 있다.
종래의 각형 캔(211)은 대략 직육면체의 형상을 가진 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 형성된다. 캔(211)의 개방된 상단을 통해 전극 조립체(212)가 수용되어 캔(211)은 전극 조립체(212) 및 전해액의 용기 역할을 하게 된다. 캔(211)은 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다.
캡 조립체에는 캔(212)의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡 플레이트(110)가 마련되어 있다. 캡 플레이트(110)의 중앙부에는 전극 단자(130)가 통과할 수 있도록 단자용 통공이 형성된다. 캡 플레이트(110)의 중앙부를 관통하는 음극 단자(130) 외측에는 음극 단자(130)와 캡 플레이트와(110)의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(120)이 설치되어 있다. 캡 플레이트(110) 중앙부, 단자용 통공 근방에는 캡 플레이트(110) 하면에 절연 플레이트(140)가 배치되어 있다. 절연 플레이트(140)의 아랫면에는 단자 플레이트(150)가 설치되어 있다. 또한, 캡 플레이트(110)의 일측에는 전해액 주입구(112)가 형성된다. 전해액 주입구(112)에는 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입구를 밀폐시키기 위하여 마개(미도시)가 설치된다.
한편, 캡 조립체와 전극 조립체(212)사이, 보다 정확하게는 캡 조립체의 하부측으로 전극 조립체(212)의 상면에는 절연 케이스(190)가 더 설치된다. 절연 케이스(190)는 일측에 전극 조립체(212)로부터 음극탭(217)이 통과할 수 있도록 음극탭용 홀(191)이 형성되고, 다른 측방 가장자리에, 즉 양극탭(216)과 대응되는 위치에, 양극탭용 홀(192)이 형성되어 있다. 전해액 통과공은 별도로 형성되지 않을 수도 있다.
전극 조립체(212)의 전극(213, 215)으로부터 양극탭(216) 및 음극탭(217)이 인출되어 캡조립체의 전극 단자에 연결되도록 양극탭(216)은 절연 케이스(190)의 양극탭용 홀(192)을 통해 캡 플레이트(110) 하면에 용접될 수 있고, 음극탭(217)은 음극탭용 홀(191)을 통과해 음극 단자(130)하면에 용접될 수 있다.
도 2는 결합된 절연 케이스와 전극 조립체를 도 1의 라인 A-A를 따라 절취한 측단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 절연 케이스(190)는 도 1에 도시된 캡 조립체와 전극 조립체(212) 사이에 설치되어 캡 조립체와 전극 조립체(212)를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 여기서, 절연 케이스(190)는 절연성을 가지는 고분자수지이며, 폴리프로필렌으로 된 것이 바람직하다.
한편, 전극 조립체(212)로부터 인출되어 음극탭용 홀(191)을 통과한 음극탭(217)은 도 1에 도시된 음극단자(130)와 가까운 거리로 연결되기 때문에, 절연 케이스(190)와 캡 조립체 사이에 사행으로 접히게 된다.
상기와 같이 캡 조립체와 절연 케이스 사이에 사행으로 접힌 음극탭을 갖는 이차 전지는 낙하 또는 진동 등의 외부적인 충격을 받으면, 사행으로 접힌 음극탭이 절연 케이스의 하부로 밀려 눌려질 수 있다. 이 경우, 눌려진 음극탭이 소정의 틈이 있는 음극탭용 홀을 통해 절연 케이스 하부의 전극 조립체에 닿게 되어 전극간의 단락(short)을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 이차 전지의 안전성을 떨어뜨리는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극 조립체와 캡 조립체 사이에 삽입되는 절연 케이스의 구조를 변경하여 전극탭의 하부 절곡을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차 전지는 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터, 및 상기 양극과 상기 음극으로부터 인출되는 전극탭을 구비하는 전극조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 용기형 캔; 상기 캔의 개구부에 결합되고 상기 전극탭과 연결되는 캡 조립체; 및 상기 전극 조립체와 상기 캡 조립체 사이에 위치하며, 상기 전극탭이 통과하는 홀이 형성된 절연 케이스를 포함하여 이루어지며, 상기 절연 케이스는 적어도 하나의 홀 측벽의 적어도 일부로부터 신장된 격벽부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 홀 측벽의 적어도 일부는 상기 절연 케이스의 길이방향과 평행한 홀 내면의 측벽부분으로 이루어질 수 있다.
상기 격벽부가 신장된 홀을 통과하는 전극탭은 상기 캡 조립체와 상기 절연 케이스 사이에서 사행으로 접혀져 상기 캡 조립체의 전극단자와 상기 전극 조립체의 전극을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 격벽부는 상기 절연 케이스의 상부 방향으로 기울어져 이루어질 수 있다.
상기 격벽부는 0.1 내지 0.2mm의 두께로 이루어질 수 있으며, 상기 절연케이스와 같은 재질로 일체로 형성될 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 캔(411)과, 이 캔(411)의 내부에 수용되는 전극 조립체(412)와, 캔(411)의 개방된 상단과 결합하여 캔 상단을 밀봉하는 캡 조립체를 구비한다.
캔(411)은 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재로 형성될 수 있으며, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 즉, 캔(411)의 외부 바닥면이 양극단자의 역할을 수행할 수 있다. 캔(411)의 개방된 상단을 통해 전극 조립체(412)가 수용된다.
양극(413)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예컨대 알미늄 호일로 된 양극 집전체와, 그 양면에 코팅된 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 양극 활물질층을 포함하고 있다. 양극(413)에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체의 영역에 양극탭(416)이 전기적으로 연결되어 있다.
음극(415)은 전도성의 금속 박판, 이를테면 구리 호일로 된 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 탄소재를 주성분으로 하는 음극 활물질층을 포함하고 있다. 음극(415)에도 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체의 영역에 음극탭(417)이 접속되어 있다.
양극(413) 및 음극(415)과, 양극 및 음극 탭(416,417)은 극성을 달리하여 배 치될 수도 있으며, 양극 및 음극 탭(416,417)이 전극 조립체(412)로부터 인출되는 경계부에는 두 전극(413,415)간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(418)가 각각 감겨져 있다.
세퍼레이터(414)는 폴리 에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어져 있다. 세퍼레이터(414)는 양극 및 음극(413)(415)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판간의 단락을 방지하는데 유리하다.
캡 조립체에는 캔(411)의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡 플레이트(310)가 마련되어 있다. 캡 플레이트(310)의 중앙부에는 전극 단자가 통과할 수 있도록 단자용 통공이 형성된다. 캡 플레이트(310)의 중앙부를 관통하는 전극 단자(330) 외측에는 전극 단자(330)의 캡 플레이트(310)와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(320)이 설치되어 있다. 캡 플레이트(310) 중앙부, 단자용 통공 근방에는 캡 플레이트 하면에 절연 플레이트(340)가 배치되어 있다. 절연 플레이트(340)의 아랫면에는 단자 플레이트(350)가 설치되어 있다.
전극 단자(330)는 가스켓(320)이 외주면을 감싼 상태에서 단자용 통공을 통하여 삽입되어 있다. 전극 단자(330)의 저면부는 절연 플레이트(340)를 개재한 상태에서 단자 플레이트(350)와 전기적으로 연결되어 있다.
캡 플레이트(310) 하면에는 양극(413)으로부터 인출된 양극탭(416)이 용접되어 있으며, 전극 단자(330)의 하단부에는 음극(415)으로부터 인출된 음극탭(417)이 사행으로 접혀진 상태에서 용접되어 있다.
한편, 전극 조립체(412)의 상면에는 전극 조립체(412)와 캡 조립체와의 전기적 절연을 위하고, 이와 동시에 상기 전극 조립체(412)의 상단부를 커버할 수 있도록 절연 케이스(390)가 설치되어 있다. 절연 케이스(390)는 절연성을 가지는 고분자 수지이며, 폴리 프로필렌으로 된 것이 바람직하다. 절연 케이스(390)는 일측에 전극 조립체(412)로부터 음극탭(417)이 통과할수 있도록 음극탭용 홀(391)이 형성되고, 다른 측방 가장자리에, 즉 양극탭(416)과 대응되는 위치에 양극탭용 홀(392)이 형성되어 있다. 전해액 통과공은 별로로 형성되지 않을 수도 있다.
캡 플레이트(310)의 일측에는 전해액 주입공(312)이 형성되어 있다. 상기 전해액 주입공(312)에는 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입공을 밀폐시키기 위하여 마개(미도시)가 설치된다. 마개는 통상 알루미늄이나 알루미늄 함유 금속으로 만든 볼형 모재를 전해액 주입공 위에 놓고 기계적으로 전해액 주입공으로 압입하여 형성한다. 따라서 볼은 전해액 주입공(412)보다 큰 직경을 가져야 한다.
이러한 구성을 가지는 캡 조립체와 캔에 수납된 전극 조립체는 절연 케이스(390)에 의해 절연되어 진다.
도 4는 결합된 절연 케이스와 전극 조립체를 도 3의 라인 B-B를 따라 절취한 측단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 절연 케이스(390)는 음극탭용 홀(391)의 양 측벽에서 신장된 격벽부(393)를 더 포함한다. 여기서, 격벽부(393)가 신장되는 음극탭용 홀(391)의 양 측벽은 절연 케이스의 길이방향과 평행한 홀 내면의 측벽이다.
격벽부(393)는 절연 케이스(390)의 상부 방향으로 소정의 기울기를 갖는다. 이러한 격벽부(393)는 절연 케이스(390)와 같은 절연성을 가지는 고분자 수지, 가령 폴리 프로필렌으로 된 것으로 형성될 수 있고, 음극탭(417)이 절연 케이스(390) 상부로 인출되기 용이하도록 절연 케이스(390)의 두께보다 얇은 0.1 내지 0.2mm의 두께로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 격벽부(393)는 음극탭용 홀(391)을 통과하는 음극탭(417)을 고정시켜 주는 역할을 함으로써 상기 격벽부(393)를 갖는 절연 케이스(390)를 포함하는 이차 전지에 외력이 가해질 경우 절연 케이스(390) 상부에 사행으로 형성된 음극탭(417)이 절연 케이스(390)의 하부로 밀려져 내려가는 것을 막아주게 된다. 또한 일정부분 사행 형성된 음극탭(417)이 전극 조립체(412) 방향으로 어느 정도 밀려 내려가는 경우에도 격벽부(393)가 음극탭(417)과 전극 조립체(412) 상면의 직접 접촉을 방지하는 역할을 한다. 이에 따라, 음극탭(417)이 절연 케이스(390)의 하부에 위치하는 전극 조립체(412)에 닿지 않아 전극간의 단락(short)이 방지될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체와 캡 조립체 사이에 삽입되는 절연 케이스의 전극탭용 홀의 내측벽에서 신장되는 격벽부를 형성하여 전극탭용 홀을 통과하는 전극탭을 고정시킴으로써 절연 케이스 상부에 사행으로 접혀 형성된 전극탭이 외력에 의해 절연 케이스 하부로 절곡되어 내려가는 것을 막을 수 있다. 또한, 일정부분 사행 형성된 전극탭이 전극 조립체 방향으 로 어느 정도 밀려 내려가는 경우에도 격벽부가 전극탭과 전극 조립체 상면의 직접 접촉을 방지하는 역할을 한다. 이에 따라, 전극탭이 절연 케이스 하부에 위치하는 전극 조립체에 닿지 않아 전극간의 단락(short)이 방지될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 안전성을 확보할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (6)

  1. 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터, 및 상기 양극과 상기 음극으로부터 인출되는 전극탭을 구비하는 전극조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 용기형 캔;
    상기 캔의 개구부에 결합되고 상기 전극탭과 연결되는 캡 조립체; 및
    상기 전극 조립체와 상기 캡 조립체 사이에 위치하며, 상기 전극탭이 통과하는 홀이 형성된 절연 케이스를 포함하여 이루어지는 이차 전지에 있어서,
    상기 절연 케이스는 적어도 하나의 홀 측벽의 적어도 일부로부터 신장된 격벽부를 포함하며,
    상기 격벽부가 신장된 홀을 통과하는 전극탭은 상기 캡 조립체와 상기 절연 케이스 사이에서 사행으로 접혀져 상기 캡 조립체의 전극단자와 상기 전극 조립체의 전극을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 홀 측벽의 적어도 일부는 상기 절연 케이스의 길이방향과 평행한 홀 내면의 측벽부분인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 격벽부는 상기 절연 케이스의 상부 방향으로 기울어짐을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 격벽부는 0.1 내지 0.2mm의 두께로 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 격벽부는 상기 절연케이스와 같은 재질로 일체로 형성됨을 특징으로 하는 이차 전지.
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