JP7207639B2 - 電池ケースの腐食を防止する円筒型電池用ガスケット及びこれを含む円筒型電池 - Google Patents
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Description
本出願は２０１９年５月８日付の韓国特許出願第２０１９－００５３９６９号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明は電池ケースの腐食を防止する円筒型電池用ガスケット及びこれを含む円筒型電池に関するものであり、具体的に、防錆層が除去された円筒型電池ケースの上部を取り囲む構造を有して電池ケースの腐食を防止する円筒型電池用ガスケット及びこれを含む円筒型電池に関する。
携帯電話を含むモバイルデバイスの増加趨勢に伴い、有線型製品が主類をなしていたイヤホン、清掃機も無線型製品に変形されて製造されている。無線型製品に適用されるエネルギー源としては、エネルギー密度及び作動電圧が高く、寿命特性に優れたリチウム二次電池が広く使われている。
リチウム二次電池は、電池ケースの形状によって、電極組立体が円筒形又は角形の金属缶に内蔵されている円筒型二次電池及び角型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型二次電池とに分類される。そのうち円筒型二次電池は相対的に容量が大きく構造的に安定であるという利点を有する。
円筒型二次電池は、腐食を防止するために、ニッケルなどがコートされた鉄（Ｆｅ）素材の鋼板を電池ケースとして使い、ディープドローイングのような成形過程の後、円筒型電池ケース部を母材である鋼板から切り取る過程を経る。
ここで、電池ケースのカット面はニッケルコーティング層が形成されなかった部分であり、鉄素材の断面が露出される。前記カット面はクリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）過程の後にも依然として露出された状態であるので、さびが発生するか腐食が発生する。
特許文献１は、電極組立体、ビーディング部を備えずに前記電極組立体を収納する電池缶、及び前記電池缶の開放端に結合されるキャップ組立体を含む二次電池に関するものである。
前記特許文献１はキャップ組立体の周縁上部及び電池缶の上部を取り囲む構造のキャップカバーを使っており、前記キャップカバーを用いて電池ケースの露出を防止することができるが、前記キャップカバーを固定するために電池ケースの上部を変形した構造を使っている。このように、電池ケースの上部構造を変形する場合には追加工程が必要であり、電池の製造工程が複雑になる問題がある。
特許文献２は高分子樹脂及び硝酸ナトリウム系物質を含む気化性防錆剤とベース樹脂とを含む防錆性ガスケットが適用された円筒型電池に関するものである。
前記特許文献２は防錆性ガスケットの内部物質が水分と反応して硝酸酸化物を生成し、前記硝酸酸化物が円筒型缶の表面を酸化させることにより、高温高湿の条件でもクリンピング部の腐食を防止する方法を開示している。
特許文献３は円筒型ケースの端部が挿入されて固定される挿入溝を含む第１部と前記第１部から前記ケースの内部に延びてキャップ組立体を支持する第２部とを備えるガスケットを含む円筒型電池に関するものである。
前記特許文献３は電池ケースの末端が挿入されることができる挿入溝が形成されたガスケットを使っているが、ビーディング部及びクリンピング部が形成されない円筒型電池に適用するものであり、電池ケースのクリンピング部の形成前から前記第１部に電池ケースの末端が挿入された状態である構造を有する。
このように、クリンピング構造が形成される円筒型二次電池用ガスケットであって、電池ケースの上部末端にニッケルコーティングが除去されて露出される部分が生じても腐食を防止することができる構造を有するガスケットに対する必要性が高い、というのが実情である。
本発明は前記のような問題を解決するためのものであり、防錆コーティングが除去されやすい電池ケースの末端部を取り囲む構造を有して電池ケースの腐食を防止する円筒型電池用ガスケット及びこれを含む円筒型電池を提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明は、ドーナツ形の円筒型電池用ガスケットであって、前記ガスケットの下部をなし、キャップアセンブリーを支持する支持部と、前記ガスケットの側面部をなし、前記支持部の外側から上方に延びたクリンピング部とを含み、前記クリンピング部の末端には前記クリンピング部の外側から下方に向かって延びた延長部が形成される構造を有することができる。
前記支持部の上面には突起構造が形成されることができる。
円筒型電池の組立のために前記クリンピング部を変形した状態で前記延長部の最外殻の半径の大きさは前記クリンピング部の内側の半径より小さいとすることができる。
前記支持部の内側から下方に延びる下端部をさらに含むことができる。
また、本発明は、前記円筒型電池用ガスケットを含む円筒型電池であって、前記円筒型電池は、電極組立体を収納した円筒型電池ケースと、前記円筒型電池ケースの開放部に搭載されるキャップアセンブリーと、前記円筒型電池ケースと前記キャップアセンブリーとの間に介在される円筒型電池用ガスケットとを含み、前記円筒型電池ケースの上部は前記キャップアセンブリーの外周縁を取り囲んで前記円筒型電池ケースの中心部に向かって折り曲げられ、前記円筒型電池ケースの上部末端は前記円筒型電池用ガスケットの前記延長部によって形成された収納部に収容されることができる。
前記クリンピング部と延長部末端との間の離隔距離は前記電池ケースの上部厚さと同一であるかそれより小さいとすることができる。
前記円筒型電池が結合された状態で前記収納部は電池ケースの中心方向に下向きに傾いた構造を有することができる。
前記延長部は前記延長部の開始部から延長部の末端の方向に行くほど厚さが減少する形態を有することができる。
前記電池ケースの上部の少なくとも一部には防錆層の除去された未コーティング部が形成され、前記延長部は前記未コーティング部を取り囲む構造を有することができる。
前記キャップアセンブリーはトップキャップ及び安全ベントを含み、前記安全ベントの下面には凹部が形成され、前記凹部は前記円筒型電池用ガスケットの支持部の上面に形成された突起構造と噛み合うように位置し、前記安全ベントと前記円筒型電池用ガスケットが結合されることができる。
前記電池ケースは前記キャップアセンブリー及び円筒型電池用ガスケットを支持するためのビーディング部を含み、前記円筒型電池用ガスケットの支持部の内側から下方に延びる下端部は前記ビーディング部とキャップアセンブリーとの間に位置することができる。
前記キャップアセンブリーは安全ベントの下面と結合する電流遮断部材をさらに含み、前記ガスケットの下端部は前記電流遮断部材を支持するように前記電池ケースの中心方向に延びる構造を有することができる。
本発明は、前記円筒型電池を含む電池パックを提供することができる。
以下、添付図面に基づいて本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
本発明は、円筒型電池の電池ケース腐食を防止するために、円筒型電池の密封部材であるガスケットの構造を変形した。
一般に、円筒型電池は、腐食を防止するために、表面にニッケルコーティング層が形成された鋼板を使い、前記鋼板をディープドローイングして電池ケース形態に成形し、成形された部分を鋼板からカットして電池ケースとして使用する。
ここで、カット面はニッケルコーティング層が形成されていない部分であるが、空気中に露出されてさびが生じるか腐食されることがある。
したがって、本発明は、円筒型電池の密封部材として使われるガスケットに新しい形態を適用して前記のような問題を解決した。すなわち、前記ガスケットがニッケルコーティング層の形成されていない電池ケースの上部末端部を取り囲むように構造を変更した。
これに関連して、図１は本発明によるガスケットを含む円筒型二次電池が組み立てられる前の上部断面図、図２は本発明によるガスケットの一部を切開した状態の斜視図である。
図１及び図２を参照すると、キャップアセンブリー１１０は、正極端子の役割をする突出型構造のトップキャップ１０１、トップキャップ１０１の外周縁を取り囲み、下部に位置する安全ベント１０２、安全ベント１０２の下面と接触している電流遮断部材１０４、及び電流遮断部材１０４と安全ベント１０２の外周縁との接触を遮断するＣＩＤガスケット１０３を含む。
キャップアセンブリー１１０と電池ケースとの間の絶縁性を確保し、電池ケースの密封のために使われるガスケットは、キャップアセンブリーを支持する支持部１２１、及び支持部１２１の外側から上方に延びたクリンピング部１２２を含み、クリンピング部１２２の末端には外側から下方に延びた延長部１２３が形成される。
ガスケットは支持部１２１の内側から下方に延びた下端部１２４を含み、下端部１２４は電流遮断部材１０４及び電流遮断部材１０４と安全ベント１０２との間の絶縁性を確保するためのＣＩＤガスケット１０３を支持するように中心方向にさらに延びた構造を有する。
安全ベント１０２は下面に凹部１０５が形成され、ガスケットの支持部１２１の上面には突起構造１２５が形成され、凹部１０５に突起構造１２５が挿入されることにより、安全ベントを含むキャップアセンブリーがガスケットと安定的に結合されることができ、このような結合によってキャップアセンブリーが定位置に固定されることができる。
突起構造１２５は２列のリング形構造が示されているが、１列以上の離隔した突起が連続的に又は間欠的に形成される構造を有することができる。
延長部１２３は電池ケースの末端を収容することができる収納部１２６を形成し、延長部の開始部１２３ａから延長部の末端１２３ｂの方向に行くほど延長部１２３の厚さが減少する形態を有し、電池ケースを収納部１２６に収容した状態で延長部末端１２３ｂが電池ケースにもっと密着することができる。
図３は本発明によるガスケットを含む円筒型二次電池が組み立てられた状態の上部断面図、図４は本発明によるガスケット延長部の拡大断面図である。図３及び図４を参照すると、図３の円筒型電池は図１及び図２のガスケット及びキャップアセンブリー１１０が電池ケース２００に収容されて密封された状態を示している。
電池ケース２００の上部２０１はクリンピング過程によって電池ケースの中心部の方向に折り曲げられてガスケットの上部及びキャップアセンブリーの外周縁の上面を取り囲む構造に変形され、変形された電池ケース２００の上部２０１の末端２０２は延長部１２３によって形成されたガスケットの収納部１２６に収容される。
延長部１２３の長さは、特に制限されないが、電池ケースの上部に形成された防錆層が除去された未コーティング部２０１ａを取り囲むことができる長さである。防錆層が除去された未コーティング部２０１ａは末端に形成されず、電池ケースの製造中に金属の変形によって電池ケースの上部から外側又は内側下端部に押し出される。従来は、このような点を全然認識することができず、未コーティング部が末端部に形成されるものと見なし、末端部とガスケットの接触によって腐食を防止することに期待して設計されたから、電池ケースの上部から外側又は内側下端部に押し出された未コーティング部で継続的な腐食が発生することを防止することができなかった。
特に、外部に露出される電池の場合、気温の変化による水蒸気の凝縮、雨や雪などの汚染などのため防錆が非常に重要であるが、前記のような微細な違いを認識することができなくて継続的な腐食が発生したから、このような問題を依然として解決することができなかったが、本発明は未コーティング部の押し出される部分を認識してこのような問題を解決することができた。
ただ、延長部１２３が電池ケースの上部外面に位置する点を考慮するとき、円筒型電池の全長が増加することを防止するために、電池ケースのクリンピング部の上方への最大突出部まで延びない長さを有することができる。
具体的に、図４を参照すると、延長部の最外殻半径ａ１の大きさはクリンピング部の内側半径ａ２より小さく形成されることができる。
また、延長部の末端の方向に厚さが減少する構造を適用することにより、延長部の付加によって円筒型電池の全長が増加することを防止している。
電池ケース２００にキャップアセンブリー１１０とガスケットを収納した後、クリンピング部１２２及びビーディング部２０３を形成した状態でガスケットとキャップアセンブリー１１０が密着すれば、ガスケットの突起構造１２５が安全ベントの凹部１０５に挿入されて安定的な固定が可能な構造になる。
電池ケース２００はビーディング部２０３が形成された構造を有し、ガスケットの下端部１２４はビーディング部２０３とキャップアセンブリー１１０との間に位置してこれらの接触を遮断する。
延長部１２３は電池ケース２００と密着するように電池ケース２００の外面に位置することが好ましい。ガスケットにおいてクリンピング部１２２と延長部１２３末端との間の離隔距離ｂ１は前記電池ケースの上部厚さｂ２と同一であることができる。
もしくは、ガスケットが弾性素材からなることができ、クリンピング部１２２と延長部１２３の末端との間の離隔距離ｂ１は電池ケースの上部厚さｂ２より小さいサイズを有することができ、電池ケース２００の上部が収納部１２６に挿入されれば、収納部１２６が延びるように変形され、電池ケースの上部が装着されることができる。
一方、収納部１２６は電池ケースの中心方向に下向きに傾いた構造を有することができるので、クリンピングされた電池ケースの上部がロールバック現象によってクリンピング前の状態に戻ろうとする力が作用しても、未コーティング部が露出されることを最小化することができ、電池ケースの密封を安定的に維持することができるという追加の効果がある。
また、本発明は、前記のような構造の円筒型電池が直列及び／又は並列で連結されて構成された電池パックを提供することができるので、高出力及び高容量でありながら安全性が向上した電池パックを提供することができる。
本発明が属した分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形をなすことが可能であろう。
以上で説明したように、本発明はガスケットのクリンピング部に電池ケースの上部末端を収容することができる収納部が形成された構造であるので、電池ケースの製造過程で電池ケースの上部末端に不可避に発生するニッケル（Ｎｉ）メッキ破断部によって鉄（Ｆｅ）露出部の腐食を防止することができる。
また、ガスケットの延長部形態を電池ケースの中心方向に下向きに傾いた構造に形成することにより、クリンピング部のロールバックによって電池ケースの上部末端がガスケットの収納部から離脱することを防止することができる。
また、ガスケットの延長部の長さを一定範囲に限定することにより、前記延長部が形成されるにもかかわらず、円筒型二次電池の全体大きさが増加することを防止することができる。
１０１ トップキャップ
１０２ 安全ベント
１０３ ＣＩＤガスケット
１０４ 電流遮断部材
１０５ 凹部
１１０ キャップアセンブリー
１２１ 支持部
１２２ クリンピング部
１２３ 延長部
１２３ａ 延長部の開始部
１２３ｂ 延長部の末端
１２４ 下端部
１２５ 突起構造
１２６ 収納部
２００ 電池ケース
２０１ 電池ケースの上部
２０１ａ 未コーティング部
２０２ 電池ケースの上部の末端
２０３ ビーディング部
ａ１ 延長部の最外殻の半径
ａ２ クリンピング部の内側の半径
ｂ１ クリンピング部と延長部末端との間の離隔距離
ｂ２ 電池ケースの上部厚さ
１０２ 安全ベント
１０３ ＣＩＤガスケット
１０４ 電流遮断部材
１０５ 凹部
１１０ キャップアセンブリー
１２１ 支持部
１２２ クリンピング部
１２３ 延長部
１２３ａ 延長部の開始部
１２３ｂ 延長部の末端
１２４ 下端部
１２５ 突起構造
１２６ 収納部
２００ 電池ケース
２０１ 電池ケースの上部
２０１ａ 未コーティング部
２０２ 電池ケースの上部の末端
２０３ ビーディング部
ａ１ 延長部の最外殻の半径
ａ２ クリンピング部の内側の半径
ｂ１ クリンピング部と延長部末端との間の離隔距離
ｂ２ 電池ケースの上部厚さ
Claims (13)
- ドーナツ形の円筒型電池用ガスケットであって、
前記円筒型電池用ガスケットの下部をなし、キャップアセンブリーを支持する支持部と、
前記円筒型電池用ガスケットの側面部をなし、前記支持部の外側から上方に延びたクリンピング部とを含み、
前記クリンピング部の末端には前記クリンピング部の外側から下方に向かって延びた延長部が形成される、円筒型電池用ガスケット。 - 前記支持部の上面には突起構造が形成される、請求項１に記載の円筒型電池用ガスケット。
- 円筒型電池の組立のために前記クリンピング部を変形した状態で前記延長部の最外殻の半径の大きさは前記クリンピング部の内側の半径より小さい、請求項１または２に記載の円筒型電池用ガスケット。
- 前記支持部の内側から下方に延びる下端部をさらに含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の円筒型電池用ガスケット。
- 電極組立体を収納した円筒型電池ケースと、
前記円筒型電池ケースの開放部に搭載されるキャップアセンブリーと、
前記円筒型電池ケースと前記キャップアセンブリーとの間に介在される請求項１～４のいずれか一項に記載の円筒型電池用ガスケットとを含み、
前記円筒型電池ケースの上部は前記キャップアセンブリーの外周縁を取り囲んで前記円筒型電池ケースの中心部に向かって折り曲げられ、
前記円筒型電池ケースの上部末端は前記円筒型電池用ガスケットの前記延長部によって形成された収納部に収容される、円筒型電池。 - 前記クリンピング部と前記延長部の末端との間の離隔距離は前記円筒型電池ケースの上部厚さと同一であるかそれより小さい、請求項５に記載の円筒型電池。
- 前記円筒型電池が結合された状態で前記収納部は前記円筒型電池ケースの中心方向に下向きに傾いた構造を有する、請求項５または６に記載の円筒型電池。
- 前記延長部は前記延長部の開始部から延長部の末端の方向に行くほど厚さが減少する形態を有する、請求項５～７のいずれか一項に記載の円筒型電池。
- 前記円筒型電池ケースの上部の少なくとも一部には防錆層の除去された未コーティング部が形成され、
前記延長部は前記未コーティング部を取り囲む構造を有する、請求項５～８のいずれか一項に記載の円筒型電池。 - 前記キャップアセンブリーはトップキャップ及び安全ベントを含み、
前記安全ベントの下面には凹部が形成され、
前記凹部は前記円筒型電池用ガスケットの支持部の上面に形成された突起構造と噛み合うように位置し、前記安全ベントと前記円筒型電池用ガスケットが結合される、請求項５～９のいずれか一項に記載の円筒型電池。 - 前記円筒型電池ケースは前記キャップアセンブリー及び前記円筒型電池用ガスケットを支持するためのビーディング部を含み、
前記円筒型電池用ガスケットの支持部の内側から下方に延びる下端部は前記ビーディング部とキャップアセンブリーとの間に位置する、請求項５～１０のいずれか一項に記載の円筒型電池。 - 前記キャップアセンブリーは安全ベントの下面と結合する電流遮断部材をさらに含み、
前記円筒型電池用ガスケットの下端部は前記電流遮断部材を支持するように前記円筒型電池ケースの中心方向に延びる構造を有する、請求項１１に記載の円筒型電池。 - 請求項５～１２のいずれか一項に記載の円筒型電池を含む、電池パック。
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