KR100319105B1 - Cap assembly used in secondary battery and method for making the same - Google Patents
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Abstract
목적: 전지의 이상 작동이나 과충전으로 인한 내부 압력 상승시, 전류 차단과 동시에 전지 내압을 해소할 수 있도록 하는 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법을 제공함에 목적을 두고 있다.PURPOSE: To provide a cap assembly of a secondary battery and a method of manufacturing the same, which are capable of releasing the internal voltage at the same time when the internal pressure rises due to abnormal operation or overcharging of the battery.
구성: 상호 절연된 양극과 음극 및 전해액이 수납된 캔(4)의 상측 개구에 적층 밀봉되는 것으로, 전지의 내압을 받아 변형하는 가변 플레이트(140)와 통기공을 갖는 캡 커버(10) 및 상기 가변 플레이트의 하부에 절연체(16)를 개재하여 용접 결합되는 통기공을 갖는 커런트 브레이크 디스크(180)를 포함하며, 상기 가변 플레이트와 커런트 브레이크 디스크의 용접부(22)에는 돌기(184)를 형성하되 그 돌기가 대향 부재의 내부까지 압입되도록 강하게 용접하고, 상기 돌기 혹은 그 주변에 가변 플레이트의 변형에 의해 전단되는 파단부(24)를 형성한 것이며, 상기 파단부가 용접부의 분리 압력 보다 작은 압력에서 전단되게 구성한다.Composition: A cap cover 10 having a vent hole and a variable plate 140 deformed and sealed in an upper opening of a can 4 in which an insulated positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte are accommodated. And a current brake disc 180 having a vent hole welded to the lower part of the variable plate via an insulator 16, and a protrusion 184 is formed at the weld 22 of the variable plate and the current brake disc. The projection is strongly welded to the inside of the opposing member, and the fracture portion 24 is formed at the projection or its periphery by deformation of the variable plate, and the fracture portion is sheared at a pressure smaller than the separation pressure of the weld portion. Configure.
효과: 전지 내압에 의한 가변 플레이트의 변형 작동시 파단부가 전단되면서 커런트 브레이크 디스크와 분리되므로, 전지 내압을 해소하고 동시에 전류 흐름을 차단할 수 있으며, 그 결과로 전지의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.Effect: Since the breakage part is sheared and separated from the current brake disc during deformation operation of the variable plate due to the battery breakdown voltage, it is possible to release the breakdown voltage of the battery and to block current flow at the same time, thereby ensuring the safety and reliability of the battery.
Description
본 발명은 전지의 비정상적인 작용으로 내부 압력이 규정 이상으로 상승할 경우, 그 압력에 의해 파단되어서 전지의 내압을 감소시키고 동시에 전류를 차단하여 안전성을 확보할 수 있도록 한 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것이다.According to the present invention, when the internal pressure rises above a specified level due to an abnormal action of a battery, the cap assembly of a secondary battery and a manufacture thereof, which are broken by the pressure to reduce the internal pressure of the battery and at the same time cut off the current to ensure safety. It is about a method.
이차전지는 외관상 원통형과 각형으로 구분되며, 양극 및 음극 물질에 따라 여러 가지로 분류되고 있다.Secondary batteries are classified into cylindrical and rectangular in appearance, and are classified into various types according to positive and negative electrode materials.
도 5는 종래 공지된 원통형(spirally-wound) 이차전지의 일 예로서, 양극 활물질로 리튬금속 산화물을 사용하고 음극 활물질로 카본을 사용하며 유기 용매로 된 전해액을 사용하는 리튬 이차전지를 보여주고 있다.FIG. 5 illustrates a lithium secondary battery that uses lithium metal oxide as a cathode active material, uses carbon as an anode active material, and uses an organic solvent electrolyte as an example of a conventionally known cylindrically-wound secondary battery. .
도면에서 리튬 이차전지는 양극과 음극의 사이에 세퍼레이터를 개재하고 함께 권취하여 전극군(2)을 형성하고, 그 전극군(2)을 캔(4)의 내부에 삽입하며, 그 캔(4)의 내부에 전해액을 주입하고, 상기 캔의 상측 개구에 절연 가스켓(6)을 개재하여 캡 어셈블리(8)를 설치한 후 캔(4)의 개구 끝단을 크림핑하여 밀봉하므로 실현되어진다.In the drawing, a lithium secondary battery is wound together with a separator between a positive electrode and a negative electrode to form an electrode group 2, the electrode group 2 is inserted into the can 4, and the can 4 It is realized by injecting electrolyte into the interior of the can, installing the cap assembly 8 through the insulating gasket 6 in the upper opening of the can, and then crimping and sealing the opening end of the can 4.
캡 어셈블리(8)는 캡 커버(10)와 전류제한기(12) 및 전지 내압에 의해 변형되는 가변 플레이트(14)의 순서로 적층되고, 가변 플레이트(14)의 하부에 절연체(16)를 개재하여 통기공(18a)이 있는 커런트 브레이크 디스크(18)를 용접한 구성으로 되어 있으며, 상기 커런트 브레이크 디스크(18)는 단자 탭(20)을 통하여전극군(2)의 양극 혹은 음극과 연결되어진다. 아울러 전극군(2)의 다른 전극은 도시하지 않은 단자 탭 혹은 캔과의 직접 접촉에 의해 외부로 연결되어진다.The cap assembly 8 is laminated in the order of the cap cover 10, the current limiter 12, and the variable plate 14 deformed by the battery breakdown voltage, and interposes an insulator 16 under the variable plate 14. The current brake disc 18 with the vent hole 18a is welded, and the current brake disc 18 is connected to the positive electrode or the negative electrode of the electrode group 2 through the terminal tab 20. . In addition, the other electrode of the electrode group 2 is connected to the outside by direct contact with a terminal tab or can not shown.
이렇게 구성된 리튬 이차전지는 이상 작동이나 과충전시 양극에서 전해액의 분해가 일어나고 음극에서 리튬 금속이 석출되어 쇼트될 수 있으며, 이때 내부의 압력이 규정된 압력 이상으로 상승되어 발열 및 폭발의 위험성을 수반하게 된다.The lithium secondary battery configured as described above may cause electrolyte decomposition at the anode during the abnormal operation or overcharging, and lithium metal may be short-circuited due to the precipitation of the lithium metal at the cathode. do.
이러한 위험성을 고려한 안전수단으로서, 종래에는 전지의 내부 압력이 가변 플레이트(14)의 아래 면에 작용되게 구성하여, 규정 이상의 압력이 발생할 경우 가변 플레이트(14)를 상방향으로 밀어 올려 변형되게 함으로써, 커런트 브레이크 디스크(18)와의 용접 결합을 분리하고 전류의 흐름을 차단하며 더 이상의 반응을 억제하므로 안정성을 확보하는 커런트 브레이커를 구성한다. 또한 전지의 내부 압력이 계속 상승할 경우에는 가변 플레이트(14)의 안전변(혹은 취약부)(14a)가 파단되어 내부 가스를 외부로 방출한다.As a safety means in consideration of such a risk, in the prior art, the internal pressure of the battery is configured to act on the lower surface of the variable plate 14, by pushing the variable plate 14 upwards to deform in the event of pressure above the prescribed, A current breaker that separates the welding bond with the current brake disc 18, blocks the flow of current, and suppresses further reactions, constitutes a current breaker to ensure stability. In addition, when the internal pressure of the battery continues to rise, the safety valve (or weak portion) 14a of the variable plate 14 breaks to release the internal gas to the outside.
그러나 지금까지의 커런트 브레이커는 가변 플레이트(14)와 커런트 브레이크 디스크(18)의 용접 압력에 의해 그 작동 압력이 결정되는바, 이것은 상기 용접 압력을 정확하게 맞추기가 어렵기 때문에 실제 적용시 많은 노력과 고도의 기술이 요구되는 문제점이 있다.However, the current breaker up to now has its working pressure determined by the welding pressure of the variable plate 14 and the current brake disc 18. This is because it is difficult to accurately match the welding pressure. There is a problem that requires the skill of.
또한 종래 가변 플레이트(14)의 안전변(14a)은 기계적인 방법이나 에칭법 혹은 전기주형법(electro foaming)으로 홈을 형성하게 되는바, 상기 홈은 깊이 및 형상에 차이가 있어 파단시 압력 오차가 발생하고 작동이 불량하게 되는 문제점이 있다.In addition, the safety valve 14a of the conventional variable plate 14 forms a groove by a mechanical method, an etching method or an electro foaming method, and the groove has a difference in depth and shape, so that a pressure error at break There is a problem that occurs and the operation is poor.
앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명은 커런트 브레이커와 안전변의 작동이 동시에 이루어지도록 하여, 안전수단의 오작동 및 작동 불량을 방지하므로 전지의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 한 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법을 제공함에 목적을 두고 있다.In order to solve the problems of the prior art described above, the present invention is to make the operation of the current breaker and the safety valve at the same time, to prevent the malfunction and malfunction of the safety means secondary battery to ensure the safety and reliability of the battery Its purpose is to provide a cap assembly and a method of manufacturing the same.
이를 위하여 본 발명에서는 상호 절연된 양극과 음극 및 전해액이 수납된 캔의 상측 개구에 적층 밀봉되는 캡 어셈블리를 구성함에 있어서, 전지의 내압을 받아 변형하는 가변 플레이트와 통기공을 갖는 캡 커버 및 상기 가변 플레이트의 하부에 절연체를 개재하여 용접 결합되는 통기공을 갖는 커런트 브레이크 디스크로 구성하되, 상기 가변 플레이트와 커런트 브레이크 디스크의 용접부에는 돌기를 형성하여 그 돌기가 대향 부재의 내부까지 압입되도록 강하게 용접하고, 상기 돌기 혹은 그 주변에 가변 플레이트의 변형에 의해 전단되는 파단부를 형성하며, 상기 파단부는 용접부의 분리 압력 보다 작은 압력에서 전단되게 구성한다.To this end, in the present invention, in the cap assembly configured to be laminated and sealed in the upper opening of the can containing the mutually insulated positive and negative electrodes and the electrolyte, the cap cover having a variable plate and a vent that is deformed under the internal pressure of the battery and the variable It consists of a current brake disk having a vent hole welded to the lower part of the plate through an insulator, forming a projection on the welded portion of the variable plate and the current brake disk to weld strongly so that the projection is pressed into the interior of the opposing member, A breakage part is formed around the protrusion or by the deformation of the variable plate, and the breakage part is configured to be sheared at a pressure smaller than the separation pressure of the welded part.
상기 돌기는 가변 플레이트 혹은 커런트 브레이크 디스크의 표면에서 돌출 형성된다.The protrusions protrude from the surface of the variable plate or current brake disc.
또한 본 발명에서는 상기 캡 어셈블리를 제조하는 방법으로, 상기 가변 플레이트 혹은 커런트 브레이크 디스크 중에서 어느 한쪽에 복수개의 돌기를 형성하고, 상기 가변 플레이트와 커런트 브레이크 디스크를 용접하되 상기 돌기가 대향하는 커런트 브레이크 디스크 혹은 가변 플레이트의 내부까지 압입되게 용접 결합함을 특징으로 한다.In the present invention, a method of manufacturing the cap assembly, a plurality of projections on any one of the variable plate or the current brake disc, and welding the variable plate and the current brake disc, but the current brake disc facing the projection or It is characterized in that the welding coupling to press the inside of the variable plate.
도 1은 본 발명에 의한 이차전지의 캡 어셈블리를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a cap assembly of a secondary battery according to the present invention.
도 2는 본 발명의 커런트 브레이크 디스크를 확대 도시한 평면도.Figure 2 is an enlarged plan view of the current brake disc of the present invention.
도 3은 본 발명의 작동 상태를 설명하는 단면도.3 is a cross-sectional view illustrating an operating state of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 예를 도시한 단면도.4 is a sectional view showing another example of the present invention.
도 5는 일반적인 이차전지를 도시한 단면도.5 is a cross-sectional view showing a general secondary battery.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
4-캔 10-캡 커버4-can 10-cap cover
12-전류제한기 16-절연체12-current limiter 16-insulator
22-용접부 24-파단부22-Weld 24-break
26-통기공 140-가변 플레이트26-ventilated 140-variable plate
142,184-돌기 180-커런트 브레이크 디스크142,184-Turning 180-Current Brake Discs
182-통기공182-vent
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.
첨부 도면에서 본 발명은 이차전지의 한 예로서 나선형 전극구조 및 원통형 케이스 구조를 갖는 리튬 및 리튬이온 이차전지를 보여주고 있으며, 종래 기술에서 인용된 부분과 동일한 구성에 대하여는 설명의 명료성을 위해 동일 부호를 사용하기로 한다.In the accompanying drawings, the present invention shows a lithium and lithium ion secondary battery having a spiral electrode structure and a cylindrical case structure as an example of a secondary battery, the same reference numerals for the clarity of the same configuration for the same parts as cited in the prior art Let's use.
도 1은 본 발명에 의한 이차전지를 도시한 것으로서, 특히 캡 어셈블리 구조를 상세하게 보여주고 있다.1 illustrates a secondary battery according to the present invention, and particularly shows a cap assembly structure in detail.
본 발명의 이차전지는 외관상 캔(4)과 그 상측 개구에 적층 밀봉되는 캡 어셈블리(80)로 구성되며, 상기 캡 어셈블리(80)를 구성하는 것으로 적어도 통기공(10a)를 갖는 캡 커버(10)와 가변 플레이트(140)를 적층하고, 상기 가변 플레이트(140)의 하부에 절연체(16)를 개재하여 통기공(182)을 구비한 커런트 브레이크 디스크(180)를 용접하여 이루어진다. 또 캡 커버(10)와 가변 플레이트(140)의 사이에는 전류제한기(12)를 더 설치할 수 있다.The secondary battery of the present invention is composed of a cap assembly 80 that is laminated and sealed to the can 4 and its upper opening in appearance, and constitutes the cap assembly 80, and has a cap cover 10 having at least a vent hole 10a. ) And the variable plate 140 are laminated, and the current brake disc 180 having the vent hole 182 is welded through the insulator 16 under the variable plate 140. In addition, a current limiter 12 may be further provided between the cap cover 10 and the variable plate 140.
이렇게 구성된 캡 어셈블리(80)는 규정 이상의 전지 내압 상승에 대한 안전수단으로 커런트 브레이커와 안전변을 구비하게 되는바, 본 발명에서는 상기 커런트 브레이커와 안전변이 동시에 작동되게 함에 그 특징을 두고 있다.The cap assembly 80 configured as described above is provided with a current breaker and a safety valve as a safety means against an increase in the battery voltage higher than a prescribed value. In the present invention, the current breaker and the safety valve are characterized in that they operate simultaneously.
이를 위하여 본 발명에서는 가변 플레이트(140)와 커런트 브레이크 디스크(180)를 상호 용접하되 그 용접부(22)가 전지의 규정 내압에 의해 떨어지지 않을 정도로 강하게 용접하고, 그 용접부(22) 및 용접부(22)의 주변에 전지 내압을받아 상측으로 변형되는 상기 가변 플레이트(140)의 작동에 의해 자체 전단되는 파단부(24)를 형성하고 있다.To this end, in the present invention, the variable plate 140 and the current brake disc 180 are welded to each other, but the welding portion 22 is welded so strongly that it does not fall by the specified internal pressure of the battery, the welding portion 22 and the welding portion 22 The breakage part 24 which is self-sheared by the operation of the variable plate 140 deformed upward by receiving the battery internal pressure is formed in the vicinity of the.
용접부(22)는 도 2에 도시한 바와 같이 커런트 브레이크 디스크(180)에 복수개의 상향 돌기(184)를 형성하여, 그 돌기(184)가 가변 플레이트(140)의 표면 내부까지 압입되도록 용접하므로 과용착되게 할 수 있다. 돌기(184)는 용접 주조 혹은 프레스 법에 의해 성형할 수 있다.The welded part 22 forms a plurality of upward protrusions 184 on the current brake disc 180 as shown in FIG. 2, and welds the protrusions 184 so as to be press-fitted into the surface of the variable plate 140. You can be good. The protrusion 184 can be molded by welding casting or pressing.
그 결과로 파단부(24)는 용접부(22)의 분리 압력 보다 작은 압력에서 먼저 파단되어, 도 3과 같이 가변 플레이트(140)의 자체 변형과 함께 전단되므로, 전류 흐름의 차단과 동시에 통기공(26)을 만들어 전지 내압을 해소하게 된다.As a result, the break 24 is first broken at a pressure smaller than the separation pressure of the weld 22, and sheared together with the deformation of the variable plate 140 as shown in FIG. 26) to release the battery internal pressure.
파단부(24)는 용접부(22)의 돌기(184)로 인해 가변 플레이트(140)의 평균 두께 보다 당연히 작게 형성되므로 용이하게 파단되는 것이지만, 용접부(22)의 분리 압력에 앞서 파단되도록 하는 작용을 보다 확실하게 달성하기 위해 노치나 홈을 더 형성할 수 있다. 이때 파단부(24)의 전단 압력은 전지의 규정 압력 10∼30의 범위에서 이루어진다.The break 24 is easily broken because the protrusion 184 of the weld 22 is formed to be smaller than the average thickness of the variable plate 140, but the break 24 is broken prior to the separation pressure of the weld 22. More notches or grooves can be formed to achieve more certainty. At this time, the shear pressure of the breaking part 24 is the specified pressure of the battery 10-30 Is made in the range of.
한편 본 발명에 의한 용접부(22)의 구성은 도 4에 도시한 다른 예와 같이, 가변 플레이트(140)에 하향 돌기(142)를 형성하고, 상기 돌기(142)가 커런트 브레이크 디스크(180)의 표면 내부까지 압입되도록 강하게 용접 결합할 수 있다. 이때 파단부(24)는 돌기(142)를 프레스 성형할 때 형성된 홈(24a) 혹은 스트레스에 의해 취약해진 돌기 자체 혹은 상기 돌기(142)의 압입 용접에 의해 두께가 얇아진 부분으로 형성할 수 있으며, 그 작용은 앞서 설명한 바와 같이 용접부(22) 보다 낮은압력에서 파단되어야 한다.Meanwhile, in the configuration of the welded part 22 according to the present invention, as shown in FIG. 4, the downward protrusion 142 is formed on the variable plate 140, and the protrusion 142 is formed of the current brake disc 180. It can be welded strongly to press into the surface. In this case, the breaker part 24 may be formed of a groove 24a formed when the protrusion 142 is press-molded, or a protrusion itself weakened by stress or a part thinned by a press-fit welding of the protrusion 142. The action must be broken at a lower pressure than the weld 22 as described above.
이에 따라 본 발명을 구성하는 안전수단은 전지가 이상 작동하여 내압이 규정 이상으로 상승할 때, 도 3과 같이 상기 압력을 받는 가변 플레이트(140)의 파단부(24)가 전단되어 통기공(26)을 만들므로 전지 내부의 압력을 해소하고, 동시에 가변 플레이트(140) 자체의 상승 변형에 의해 커런트 브레이크 디스크(180)와 분리되므로 전류의 흐름을 차단하는 작용을 동시에 수행하는 것이다.Accordingly, in the safety means of the present invention, when the battery operates abnormally and the internal pressure rises above the prescribed value, the breakage part 24 of the variable plate 140 subjected to the pressure is sheared as shown in FIG. ) To relieve the pressure inside the battery, and at the same time separate from the current brake disk 180 by the upward deformation of the variable plate 140 itself to perform the action of blocking the flow of current at the same time.
이렇게 구성된 본 발명의 캡 어셈블리(80)는 전극군(2) 중에서 어느 한 전극에서 인출된 탭(20)에 커런트 브레이크 디스크(180)를 연결하고, 상기 전극군(2) 중에서 나머지 전극을 도시하지 않은 탭 혹은 직접 접촉에 의해 캔(4)과 연결한 후, 가스켓(6)을 개재하여 캔(4)의 개구에 적층하고, 그 캔(4)의 개구 단부를 크림핑함에 의해 밀봉 결합되어진다.The cap assembly 80 of the present invention configured as described above connects the current brake disc 180 to the tab 20 withdrawn from any one of the electrode groups 2, and does not show the remaining electrodes of the electrode groups 2. After connecting with the can 4 by means of a tab or direct contact, it is laminated to the opening of the can 4 via the gasket 6 and sealed by crimping the opening end of the can 4. .
이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 전지 내압을 받아 변형되는 가변 플레이트를 이용하여 파단부가 전단되면서 커런트 브레이커 및 안전변이 동시에 작동되도록 함으로써, 안전수단의 오작동을 방지할 수 있는 것이며, 결과적으로 전지의 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.As can be seen through the configuration and operation described above, the present invention by using a variable plate that is deformed under the battery pressure to shear the breaker while the current breaker and the safety valve to operate at the same time, it is possible to prevent the malfunction of the safety means As a result, the effect of improving the safety and reliability of the battery can be obtained.
또한 본 발명에 의하면 가변 플레이트와 커런트 브레이크 디스크가 완전히 용접되어 분리되지 않으므로, 외부 충격(혹은 낙하)에 의한 전지 내부의 단선을 방지할 수 있으며, 그 결과 제품의 생산성과 품질 특성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, since the variable plate and the current brake disc are not completely welded and separated, it is possible to prevent disconnection inside the battery due to an external impact (or drop), thereby improving the productivity and quality characteristics of the product. You can get it.
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