KR100364573B1 - 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

이차전지는 외부케이싱의 열린 단부에 배치되어, 전지내의 압력이 비정상적일 때 전류경로를 차단하기 위한 단절조립체를 갖는다. 단절조립체는, 외부케이싱의 열린 단부를 밀봉하는 파열판, 파열판의 한 면의 일부에 전기적으로 접속되고 전지의 외부단자로서 역할을 하는 캡, 파열판의 다른 면의 일부에 접합되며 전지의 내부단자로서 역할을 하고 통기공들을 갖는 용접판, 및 파열판 및 외부케이싱간의 틈을 밀봉하고, 파열판 및 용접판간의 접합부 둘레의 공간을 제외한, 파열판 및 용접판을 전기적으로 절연된 형태로 유지하는 절연개스킷을 구비한다. 파열판의 일부 및 용접판은 접합계면에서의 원자들의 확산이 초기스테이지에서 접합된다. 초음파용접기는 전술한 접합을 수행하도록 사용된다.

Description

이차전지 및 그 제조방법{Secondary battery and method of manufacturing same}

본 발명은 전지내의 압력이 상승할 때 전류경로를 차단하는 기능을 갖는 이차전지 및 그런 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.

근년, 반복된 충전 및 방전사이클들을 통해 장기간 동안 사용될 수 있는 고에너지밀도의 이차전지들, 예를 들면, 리튬이온 이차전지들에 대한 요구가 있어 왔다. 그 이차전지들에 대해 충분한 안전조치들을 취하는 것이 어느 때보다 더 중요하다. 일반적으로, 이차전지들은 밀폐된 구조로 되어 있다. 그러므로, 예를 들면, 이차전지가 과충전될 때, 담겨 있는 전해용액이 전지에서 다량의 기체로 급속히 기화되어, 전지내의 압력의 급격한 상승을 초래한다. 그런 조건이 계속되면,전지 자체가 파열하기 쉬워, 위험한 상황을 일으킨다. 이차전지에서 사용되었던 안전조치 중 하나는 전지내의 압력이 상승할 때 전류경로를 차단하기 위한 전류차단구성요소(이하, "단절소자"라 함)이다.

이차전지들에 사용하기 위한 종래의 한 단절소자가 이하 상세히 설명될 것이다. 첨부한 도면들중의 도 1a 및 1b에 보여진 것처럼, 종래의 이차전지는 외부케이싱(16)의 열린 단부에 배치된 단절소자를 갖는다. 단절소자는 편평한 선단이 있는 하향돌출부(11a)를 갖고 외부케이싱(16)의 열린 단부를 봉하는 파열판(11), 링판(12)에 의해 파열판(11)의 상면에 전기적으로 접속되고 전지의 외부단자로서 역할을 하는 캡(10), 하향돌출부(11a)의 선단에 접속된 전지의 내부단자로서 역할을 하고 통기공들(14a)을 갖는 용접판(14), 및 파열판(11) 및 외부케이싱(16) 간의 틈을 밀봉하고, 파열판(11) 및 용접판(14)을 용접판 및 파열판 간의 접합부(15) 둘레의 공간을 제외하고는, 전기적으로 절연된 형태로 유지하는 절연개스킷(13)을 포함한다.

절연개스킷(13)은, 파열판(11) 및 캡(10)이 장착된 오목부, 오목부의 하면에 한정된 개구부, 개구부의 내주면에 배치되고 용접판(14)을 유지하는 장착부를 갖는다.

용접판(14) 및 파열판(11)은 접합부(15)를 제외하고는 서로 전기적으로 접속되지 않는다.

외부케이싱(16)은 그 안에 양극판, 음극판 및 분리기로 된 코일조립체와 전해용액을 수용한다.

용접판(14)은 원형형상으로 되어 있다. 코일조립체로부터 연장하는 전기전도탭(17)이 용접판(14)에 용접된다.

전술한 바와 같이 구성된 이차전지의 경우, 전지내의 압력이 상승할 때, 응력이 돌출부(11a)를 캡(10)측으로 변위하는 방향으로 파열판(11)에 인가되면서, 장력이 용접판(14) 및 파열판(11)간의 접합부(15)상에 집중된다. 장력이 접합부(15)의 강도를 초과할 때, 파열판(11)의 돌출부(11a)의 선단은 용접판(14)으로부터 떼어지고, 돌출부(11a)는 캡(10)측으로 변형된다. 전지의 외부 및 내부 간의 전기접속이 단절되어, 전지내의 가스의 발생을 중단시킨다. 그 결과, 전지내의 압력이 증가하는 것이 방지된다.

단절소자는, 전지내의 압력이 전지 자체를 파열할 정도의 레벨에 도달할 때, 파열판이 벗겨져서 전류경로를 확실히 차단하도록 설계되어야 한다. 파열판은, 전지내의 압력이 전지 자체를 파열할 정도의 레벨에 도달할 때 분리되지 않는 상태로 있는 것이 허용되지 않는다. 파열판은, 전지가 딱딱한 물체 위에 떨어질 때 받는 충격들로 인해 쉽게 분리되는 것이 허용되지 않는다.

그러므로, 용접판 및 파열판간의 접합부의 기계적 강도는 전지의 소망한 신뢰도를 보장하는 중요한 요소이며, 일정한 값으로 제어되는 것이 필요하다.

일본공개특허공보 평9-199106호는 용접강도의 변화들을 감소하고 안정화시키기 위한 기법을 개시한다. 이 공보는, 용접판에 해당하는 제1판(내부단자판, 6) 및 파열판에 해당하는 제2판(방폭밸브체, 3)이 초음파용접공정에 의해 용접될 때 제1판의 돌출부의 선단의 평평한 표면에서는, 용접강도의 변화들이 용접강도에 영향을 미치는 돌출부의 높이 및 평평한 표면의 면적을 한정함으로써 감소되고 안정화될 수 있는 것을 개시한다.

그러나, 전술한 공보는, 용접강도의 변화들이 면적 및 형상이 한정되는 접합면들을 초음파용접공정으로 용접함으로써 감소되고 안정화될 수 있다는 것만을 개시하고, 접합계면들이 벗김(peeling)강도를 일정한 레벨로 제어하기 위해 어떤 상태이어야 하는 가를 밝히지 않았다.

금속접합면들이 서로 접하게 된 다음 초음파용접이 수행될 때, 금속접합면들상의 모든 미세한 요철들의 볼록부들의 밀착면적이 증가하고, 금속접합면들간의 접합은 서로 밀착하게 유지되는 면들에서의 원자들의 확산에 의해 증진된다. 그 후, 원자들의 확산은 금속접합계면을 활성화하여, 보이드(void)들을 제거하여 금속접합면들의 용융금속영역들(이하, "너겟들"이라 함)을 형성한다. 너겟들이 초음파용접공정에 의해 형성될 때, 금속접합면들간의 벗김강도는 너겟들이 형성되는 영역들의 재료강도(전단강도)에 등가하게 된다. 전술한 공보에 개시된 기법으로도, 원자들의 확산이 초음파용접공정으로 너겟들이 형성되는 단계로 진행할 때, 접합부의 벗김강도는 너겟들이 형성되는 영역들의 재료강도에 크게 의존하고, 초음파용접공정을 위한 설정조건들을 조절함으로써만 제어하는 것이 어렵다.

접합부의 벗김강도는 접합면적에 비례하여 증가한다. 그러므로, 접합면적(전류통과면적)이 큰 전류를 이차전지로부터 끌어내기 위해 증가될 때, 금속접합면들이 재료강도와 동일한 접합강도를 달성하도록 접합된다면, 접합부의 벗김강도가 너무 커서 전류경로를 차단할 수 없다.

도 1a 및 도 1b에 보여진 것처럼, 전극판으로부터 연장하는 전기전도탭은 이차전지내의 원형용접판에 접속된다. 이차전지가 조립되거나 진동 또는 충격을 받게 될 때 힘(force)들이 전기전도탭에 인가된다면, 용접판은 접합면들내에서 회전하기 쉽다. 용접판은 접합부에만 접속되므로, 접합부에서 비틀림력(torsional force)들이 발생한다. 그러므로, 접합부가 뜻밖에 벗겨지는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 큰 전류를 이차전지로부터 끌어내기 위한 전류통과면적을 달성하고, 또한 파열판 및 용접판간의 접합부의 벗김강도를 일정한 레벨로 쉽게 제어하기 위해 이차전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 이차전지내의 압력이 비정상적으로 높아지게 될 때를 제외하고는, 이차전지가 조립되거나 진동 또는 충격을 받게 될 때, 분리되지 않는 접합부를 구비한 매우 신뢰할 만한 단절소자를 갖는 이차전지를 제공하는 것이다.

전술한 목적들을 달성하기 위해 행해진 발명자들의 연구 결과, 접합부가 초기단계(initial stage)에서의 원자들의 확산에 의해 생성된다면, 접합부의 벗김강도는 초음파용접기의 설정조건들만으로 제어될 수 있다는 것을 알아내었다. 그리고, 발명자들은 각 접합 후 벗김강도의 변화들을 감소하고 안정화하기 위해 접합면들의 형상을 발명하였다. 또, 접합부의 벗김강도가 완전히 확산접합된 접합부의 벗김강도보다 작으므로, 발명자들은 이차전지가 조립되거나 진동 또는 충격을 받게 될 때 파열판이 쉽게 벗겨지는 것을 방지하기 위해 단절조립체의 구성을 발명하였다.

도 1a는 종래의 이차전지의 단절소자의 부품들의 부분측단면도;

도 1b는 도 1a에 보여진 종래의 이차전지의 전지케이싱 내에서 보여진 용접판 및 관련된 부품들의 평면도;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 단절소자의 측단면도;

도 3a는 도 2에 보여진 단절소자의 접합부의 접합면을 따라 취해진 단면도;

도 3b는 도 3a의 선 I-I'을 따라 취해진 단면도;

도 4a는 도 2에 보여진 단절소자의 접합부의 다른 접합면을 따라 취해진 단면도;

도 4b는 도 4a의 선 II-II'을 따라 취해진 단면도;

도 5는 도 2에 보여진 단절소자의 접합부의 또 다른 접합면을 따라 취해진 단면도;

도 6은 도 2에 보여진 단절소자의 접합부의 또 다른 접합면을 따라 취해진 단면도;

도 7은, 도 2에 보여진 이차전지의 전지케이싱내에서 보여진 것처럼, 용접판 및 관련된 부품들의 평면도;

도 8은, 도 2에 보여진 이차전지의 전지케이싱내에서 본, 다른 용접판 및 관련된 부품들의 평면도;

도 9a는 접합계면에서의 원자들의 확산이 초기단계인 접합부의 단면의 현미경사진 화상(representation)을 보여주는 도면; 및

도 9b는 완전한 확산접합이 이루어지는 접합부의 단면의 현미경사진 화상을 보여주는 도면.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 파열판 13 : 절연개스킷

14 : 용접판 15 : 접합부

본 발명에 따르면, 외부케이싱의 열린 단부에 배치되어 전지내의 압력이 비정상적일 때 전류경로를 차단하기 위한 단절조립체로서, 외부케이싱의 열린 단부를 밀봉하는 파열판, 파열판의 한 면의 일부에 전기적으로 접속되고 전지의 외부단자로서 역할을 하는 캡, 파열판의 다른 면의 일부에 접합되며 전지의 내부단자로서 역할을 하고 통기공들을 갖는 용접판, 및 파열판 및 외부케이싱간의 틈을 밀봉하고, 파열판 및 용접판간의 접합부 둘레의 공간을 제외한, 파열판 및 용접판을 전기적으로 절연된 형태로 유지하는 절연개스킷을 구비한 단절조립체를 갖고, 파열판의 일부 및 용접판을 접합계면에서의 원자들의 확산을 초기단계에서 종료하여 초음파용접기로 접합하는 단계를 포함하는 이차전지의 제조방법이 제공된다.

전술한 방법으로, 파열판 및 용접판간의 접합부의 벗김강도는 접합재료들의 강도 미만이 된다. 접합면적이 큰 전류를 이차전지로부터 끌어내도록 증가하더라도, 초기단계의 원자들의 확산에 의해 이루어진 접합은, 전류경로가 지나치게 큰 벗김강도로 인해 차단될 수 없는 불량은 없다. 또, 초기단계에서의 원자들의 확산에 의해 이루어진 접합은 초음파용접기의 설정조건들하에 쉽게 이루어질 수 있다.

보다 상세하게는, 전술한 방법의 경우, 파열판 및 용접판 중 하나는 돌출부를 갖고, 다른 하나는 돌출부가 끼워맞추어지는 오목부를 가지고, 파열판 및 용접판의 접합면들은 돌출부 및 오목부와 서로 맞물려서 유지되고, 파열판의 일부 및 용접판은 접합계면에서의 원자들의 확산을 초기단계에 종료함으로써 초음파용접기로 접합된다. 돌출부는 반구형, 기둥형, 방사상 또는 줄무늬형의 돌출부일 수도 있다. 이 방법으로, 접합면들은 서로 맞물려서 유지되는 돌출부 및 오목부를 가지므로, 접합면들은 접합될 때 쉽게 위치될 수 있다. 접합면들은 요철들에 의해 서로 맞물려서 유지되기 때문에, 접촉표면적은 접합면들의 최대투영면적(접합부의 외주변에 의해 둘러싸인 면적) 이상이 되도록 증가되어, 접합들의 단위면적당 초기확산접합영역의 발생율의 변화들이 감소된다. 이런 방식으로, 접합들의 벗김강도의 변화들이 감소되고 안정화된다. 게다가, 이후 접합면들을 그 면방향을 따라 변위시키는 경향이 있는 힘이 생성될 때, 접합면들상의 요철들은 접합면들이 서로에 대해 변위되는 것을 방지한다. 결국, 접합단계에서의 접합면들을 따라 인가된 힘의 영향은 감소된다.

전술한 방법에서, 원자들의 확산진행을 초기단계에 조절하여, 파열판 및 용접판간의 접합부의 벗김강도를 조절할 수 있다.

초기단계는 너겟들로 형성된 확산접합된 영역들의 면적이 접합면들의 50%를 초과하지 않는 단계를 포함한다.

전술한 방법에 의해 제조된 이차전지는 용접판이 접합부에 대해 회전되는 것을 방지하기 위한 수단을 갖는다. 바람직하게는, 이차전지는 용접판이 접합부에 대해 요동하는 것을 방지하기 위한 수단을 더 포함한다. 전술한 수단 둘 다는 용접판이 위치적으로 변위되는 것을 방지하므로, 이차전지가 조립되거나 진동 또는 충격을 받게 될 때 응력들이 접합부에 인가되지 않는다. 따라서, 이차전지의 신뢰도가 증가하게 된다.

절연개스킷이, 파열판이 장착된 오목부, 오목부의 하면에 한정된 개구부, 개구부의 내주면내에 배치되며 용접판을 그 안에 장착하기 위한 장착부를 갖는다면, 용접판의 회전을 방지하기 위한 수단, 및 용접판의 요동을 방지하기 위한 수단이 다음 구조도 될 수도 있다.

이를테면, 용접판이 접합부에 대해 회전되는 것을 방지하기 위한 수단은 외주에지상에 이(tooth)를 포함할 수 있고, 절연개스킷의 장착부는 이가 맞추어지는 오목부를 가질 수도 있다. 다른 대안으로는, 용접판이 접합부에 대해 회전되는 것을 방지하기 위한 수단은 다각형 형상으로 된 용접판을 포함할 수 있고, 장착부는 용접판의 다각형 형상에 상보적인 형상이 될 수도 있다. 용접판이 접합부에 대해 요동하는 것을 방지하기 위한 수단은 용접판의 대향면들을 붙잡는 오목부의 형태인 장착부를 포함할 수도 있다.

본 발명의 전술한 및 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 본 발명의 실시예들을 설명하는 첨부한 도면들을 참조하여 다음 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이다.

도 2에 보여진 것처럼, 본 발명에 따른 이차전지는 접합부(15)에 서로 접합되는 파열판(11) 및 용접판(14)을 포함하는 단절소자를 갖는다. 파열판(11) 및 용접판(14)은 도 1a 및 도 1b에 보여진 종래의 이차전지와는 다른 공정에 따라 접합부(15)에서 서로 접합되고, 접합부(15)는 도 1a 및 도 1b에 보여진 종래의 이차전지와 다른 형상을 갖는다.

본 발명에 따른 접합부(15)에서 파열판(11) 및 용접판(14)을 서로 접합하는공정이 설명될 것이다. 도 2에 보여진 것처럼, 파열판(11)의 돌출부(11a)의 선단면 및 용접판(14)은, 접합계면에서의 원자들의 확산이 초기단계에 있는 접합부(15)에서 서로 접합된다. 파열판(11)의 돌출부(11a) 및 용접판(14)은 통상의 초음파용접기에 의해 서로 접합된다. 파열판(11) 및 용접판(14)은, 예를 들면, 알루미늄으로 만들어지지만, 비철금속으로도 만들어질 수 있다.

도 9a에 보여진 것처럼, 초기확산에 의해 이루어진 접합부(15)에서, 접합계면에서의 원자들의 확산은 초기단계(이것은 너겟들로 형성된 확산접합영역들의 면적이 많아야 접합면들의 50%, 또는 더 바람직하게는 10% 이하인 단계이다)에 있다. 초음파용접기가 채용되더라도, 접합계면에서의 원자들의 확산 진행이 후기단계(이것은 너겟들로 형성된 확산접합영역들의 면적이 적어도 접합면들의 50%를 초과하는 단계이다)에 들어가기 전에, 접합공정은 종료된다. 그렇게 접합공정을 종료하는 이유는, 초음파용접기에 의해 수행된 접합공정에서의 원자들의 확산이 후기단계에 들어갔다면, 접합재료들이 접합면들의 반 이상을 차지하는 너겟들에 의해 서로 단단히 접합되기 때문이다. 그런 다음, 벗김강도는 너겟들이 형성되는 영역의 재료강도에 등가하게 되고, 너겟들이 형성되는 영역의 총면적은 초음파용접 조건들하에서 벗김강도를 제어하도록 조절된다. 그러나, 초음파용접을 위한 설정조건들(예를 들면, 가압하중, 초음파진동들이 가해지는 시간, 초음파진동들의 주파수, 초음파진동들의 에너지량 등)을 조절하는 것만으로는, 너겟들의 형성이 진행되는 빠른 속도 때문에 용접이 수 밀리초(ms) 단위로 완료되는 용접영역의 벗김강도를 제어하는 데 정밀성 문제가 생기게 된다. 본 실시예에서, 파열판(11)의 돌출부(11a)의 선단면및 용접판(14)은, 접합계면에서의 원자들의 확산진행이 초음파용접기에 의해 초기단계에서 완료되는 접합단계에서 서로 접합된다. 이런 방식으로, 파열판(11) 및 용접판(14)의 벗김강도는, 초음파용접에 의해 이루어진 접합강도보다 작을 수 있고, 따라서, 너겟들이 형성되는 영역들의 재료강도는 벗김강도와 동일하게 된다. 그러므로, 접합이 초기확산상태에 있는 한, 큰 전류를 이차전지로부터 끌어내기 위해 접합면적을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 설정접합조건들을 설정하는 데 용이함으로 인해 쓰기에 편리한 것이라 일반적으로 말해지는 초음파용접기가 확산접합을 수행하는 데 사용되므로, 초기확산상태의 접합이 쉽게 실현될 수 있다.

접합부(15)의 형상은 이하 설명될 것이다. 도 2에 보여진 것처럼, 파열판(11) 및 용접판(14)간의 접합부(15)에서, 접합면들은 요철들에 의해 해서 맞물려서 지지된다. 접합면들의 형상의 예들이 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 5 및 도 6에 보여진다. 도 3a 및 도 3b에 보여진 예에서는, 접합면들은 반구형의 돌출부들(18) 및 상보오목부들에 의해 서로 맞물려서 유지된다. 도 4a 및 도 4b에 보여진 실시예에서는, 접합면들은 기둥형의 돌출부들(19) 및 상보오목부들에 의해 서로 맞물려서 유지된다. 도 5 및 도 6에서, 접합면들 중 하나 또는 하나의 접합면은 방사상의 돌출부들(20) 또는 줄무늬형의 돌출부들(21)을 가질 수 있고, 다른 접합면은 방사상의 돌출부들(20) 또는 줄무늬형의 돌출부들(21)을 수용하는 오목부들을 가질 수 있다. 도 5 및 도 6에서, 돌출부들은, 도 3b 또는 도 4b에 보여진 것처럼, 반원형 또는 장방형 단면을 가질 수도 있다. 도 6에 보여진 예에서, 접합면들이 접합될 때, 초음파진동들은 줄무늬형의 돌출부들(21)이 형성된 방향에 수직한 방향으로 바람직하게 인가되어야 한다. 초음파진동들이 인가되는 그런 방향은, 초음파진동들에 의해 나타나는 응력들이 금속표면들을 활성화시켜 접합계면의 원자들을 만족스럽게 확산시킨다는 점에서 유리하다.

접합부(15)의 접합면들에 전술한 형상들을 사용하는 것은 각 접합 후의 벗김강도의 변화들을 감소하고 안정화하는 데 효과적이다. 전술한 형상들의 효율성에 대한 이유가 이하 설명될 것이다. 확산접합공정에서의 원자들의 확산은, 접합면들이 원자간 거리로 서로 밀접하게 유지되는 영역으로부터 진행한다. 접합면들이 서로 밀접하게 유지되는 영역의 발생(occurrence)은, 금속표면들상의 미세한 요철들이 균일하지 않기 때문에 매 접합마다 변화한다. 접합면들에서의 확산접합영역의 면적비가 동일한 접합조건들하에서도 일정하지 않으므로, 벗김강도는 매 접합마다 약간 변화하는 것이 예상된다. 그러므로, 본 실시예에서, 접합면들은 그 형상들이 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 5 및 도 6에 보여진 요철들에 의해 서로 맞물려서 유지되어, 접촉표면적을 접합면들의 최대투영면적 이상이 되도록 증가시키고, 그래서 매 접합시 단위면적당 초기확산접합영역의 발생율의 변화들이 감소된다. 이 방식으로, 각 접합 후의 벗김강도의 변화들이 감소되어, 전지내의 압력이 기설정된 이상레벨에 도달할 때 전류가 확실히 차단되도록 한다.

더욱이, 접합부재들이 요철들에 의해 서로 맞물려서 유지되므로, 접합부재들은 접합될 때 쉽게 위치될 수 있다. 게다가, 벗김방향과는 다른 방향으로 인가된 힘, 예를 들면, 접합부재들을 접합면들을 따라 변위시키는 경향이 있는 힘이 생성될 때, 접합면들의 요철들은 접합면들이 서로에 대해 변위되는 것을 방지한다. 결국, 접합상태의 벗김방향과는 다른 방향으로 인가된 힘의 영향이 감소된다.

본 실시예에서, 도 2에 보여진 것처럼, 절연개스킷(13)의 오목한 저부의 중심 개구부에 장착된 용접판(14)은, 용접판(14)이 절연개스킷(13)에 대하여 회전할 수 없는 그런 형상으로 되어 있다. 예를 들면, 도 7에 보여진 것처럼, 용접판(14)은 돌출부(14c)가 있는 외주변에지(14b)를 갖고, 절연개스킷(13)은 돌출부(14c)가 끼워맞추어지는 그루부들(13a), 용접판(14)을 장착하기 위한 개구부(13b)를 갖는다. 다른 대안으로는, 도 8에 보여진 것처럼, 용접판(14)은 다각형 형상이고, 절연개스킷(13)은 용접판(14)을 장착하기 위한 개구부(13b)를 가지며, 용접판(14)의 다각형 형상에 상보적인 형상으로 되어 있다. 그 구조로, 이차전지가 조립되거나 진동 또는 충격을 받게 될 때의 전기전도탭(17)에 힘들이 인가될 때 조차도, 용접판(14)은 접합부(15)에 대해 회전되는 것이 방지된다. 또한, 도 2, 도 7 및 도 8에 보여진 것처럼, 용접판(14)의 대향면들상의 외주변에지를 붙잡기 위한 그루브(13c)는, 용접판(14)을 절연개스킷(13)에 장착하기 위한 개구부(13b)의 내주면내에서 한정된다. 이 스냅(snap)끼워맞춤구조는 용접판(14)이 접합부(15)에 대해 요동하는 것을 방지한다. 전술한 구조들을 결합함으로써, 이차전지가 조립되거나 진동 또는 충격을 받게 될 때 응력들은 초기확산접합에 의해 생성된 접합부(15)에 인가되지 않는다. 전지내의 압력이 이상적으로 높을 때를 제외하고는, 접합부(15)는 벗겨지지 않으므로, 이차전지는 매우 신뢰할 만하다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 특정한 용어들을 사용하여 설명되었으나, 그런 설명은 단지 설명하기 위한 것이고, 변화들 및 변형들이 다음 청구항들의 정신및 범위를 벗어남없이 만들어질 수 있음이 이해된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 이차전지내의 압력이 비정상적으로 높아지게 될 때를 제외하고는, 이차전지가 조립되거나 진동 또는 충격을 받게 될 때, 벗겨지지 않는 접합부를 구비한 매우 신뢰할 만한 단절소자를 갖는 이차전지를 제공할 수 있다.

Claims (18)

1. 외부케이싱의 열린 단부에 배치되어, 전지내의 압력이 비정상적일 때 전류경로를 차단하기 위한 단절조립체로서, 상기 외부케이싱의 열린 단부를 밀봉하는 파열판, 상기 파열판의 한 면의 일부에 전기적으로 접속되고 전지의 외부단자로서 역할을 하는 캡, 상기 파열판의 다른 면의 일부에 접합되며 전지의 내부단자로서 역할을 하고 통기공들을 갖는 용접판, 및 상기 파열판 및 상기 외부케이싱간의 틈을 밀봉하고, 상기 파열판 및 상기 용접판간의 접합부 둘레의 공간을 제외한, 상기 파열판 및 상기 용접판을 전기적으로 절연된 형태로 유지하는 절연개스킷을 구비한 단절조립체를 갖는 이차전지의 제조방법에 있어서,

   상기 파열판의 일부 및 상기 용접판을 접합계면에서의 원자들의 확산을 초기 스테이지에 종료하여 초음파용접기로 접합하는 단계를 포함하는 이차전지 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 초기스테이지는 너겟들로 형성된 확산접합영역들의 면적이 접합면들의 50%를 초과하지 않는 스테이지를 포함하는 이차전지 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 원자들의 확산의 진행을 초기스테이지에서 조절함으로써 상기 파열판 및 상기 용접판간의 접합부의 벗김강도를 조절하는 단계를 더 포함하는 이차전지 제조방법.
4. 외부케이싱의 열린 단부에 배치되어, 전지내의 압력이 비정상적일 때 전류경로를 차단하기 위한 단절조립체를 갖는 이차전지로서, 상기 단절조립체는, 상기 외부케이싱의 열린 단부를 밀봉하는 파열판, 상기 파열판의 한 면의 일부에 전기적으로 접속되고 전지의 외부단자로서 역할을 하는 캡, 상기 파열판의 다른 면의 일부에 접합되며 전지의 내부단자로서 역할을 하고 통기공들을 갖는 용접판, 및 상기 파열판 및 상기 외부케이싱간의 틈을 밀봉하고, 상기 파열판 및 상기 용접판간의 접합부 둘레의 공간을 제외한, 상기 파열판 및 상기 용접판을 전기적으로 절연된 형태로 유지하는 절연개스킷을 포함하고, 상기 파열판 및 상기 용접판 중 하나는 돌출부를 갖고, 다른 하나는 상기 돌출부가 끼워맞추어지는 오목부를 갖는 이차전지의 제조방법에 있어서,

   상기 파열판 및 상기 용접판의 접합면들을 상기 돌출부 및 상기 오목부로 서로 맞물리게 하여 유지하는 단계; 및

   상기 파열판 및 상기 용접판을 접합계면에서의 원자들의 확산을 초기스테이지에서 종료하여 초음파용접기로 접합하는 단계를 포함하는 이차전지 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 초기스테이지는 너겟들로 형성된 확산접합된 영역들의 면적이 접합면들의 50%를 초과하지 않는 스테이지를 포함하는 이차전지 제조방법.
6. 제4항에 있어서, 원자들의 확산의 진행을 초기스테이지에서 조절함으로써 상기 파열판 및 상기 용접판간의 접합부의 벗김강도를 조절하는 단계를 더 포함하는 이차전지 제조방법.
7. 외부케이싱의 열린 단부에 배치되어, 전지내의 압력이 비정상적일 때 전류경로를 차단하기 위한 단절조립체를 갖고, 상기 단절조립체는, 상기 외부케이싱의 열린 단부를 밀봉하는 파열판, 상기 파열판의 한 면의 일부에 전기적으로 접속되고 전지의 외부단자로서 역할을 하는 캡, 상기 파열판의 다른 면의 일부에 접합되며 전지의 내부단자로서 역할을 하고 통기공들을 갖는 용접판, 및 상기 파열판 및 상기 외부케이싱간의 틈을 밀봉하고, 상기 파열판 및 상기 용접판간의 접합부 둘레의 공간을 제외한, 상기 파열판 및 상기 용접판을 전기적으로 절연된 형태로 유지하는 절연개스킷을 포함하고,

   상기 파열판의 일부 및 상기 용접판은 접합계면에서의 원자들의 확산이 초기스테이지에 있을 때 접합되는 이차전지.
8. 제7항에 있어서, 상기 초기스테이지는 너겟들로 형성된 확산접합된 영역들의 면적이 접합면들의 50%를 초과하지 않는 스테이지를 포함하는 이차전지.
9. 제8항에 있어서, 상기 파열판 및 상기 용접판간의 접합부의 접합면들이 요철들에 의해 서로 맞물려서 유지되는 이차전지.
10. 제9항에 있어서, 상기 용접판이 상기 접합부에 대해 회전되는 것을 방지하기 위한 수단을 더 포함하는 이차전지.
11. 제9항에 있어서, 상기 용접판이 상기 접합부에 대해 요동하는 것을 방지하기 위한 수단을 더 포함하는 이차전지.
12. 외부케이싱의 열린 단부에 배치되어, 전지내의 압력이 비정상적일 때 전류경로를 차단하기 위한 단절조립체를 갖고, 상기 단절조립체는, 상기 외부케이싱의 열린 단부를 밀봉하는 파열판, 상기 파열판의 한 면의 일부에 전기적으로 접속되고 전지의 외부단자로서 역할을 하는 캡, 상기 파열판의 다른 면의 일부에 접합되며 전지의 내부단자로서 역할을 하고 통기공들을 갖는 용접판, 및 상기 파열판 및 상기 외부케이싱간의 틈을 봉하고, 상기 파열판 및 상기 용접판간의 접합부 둘레의 공간을 제외한, 상기 파열판 및 상기 용접판을 전기적으로 절연된 형태로 유지하는 절연개스킷을 포함하고,

    상기 절연개스킷은 상기 파열판이 장착된 오목부, 상기 오목부의 저부로 한정되는 개구부, 및 상기 개구부의 내주면내에 배치되어 상기 용접판을 그 안에 장착하는 장착부를 가지고, 상기 파열판의 일부 및 상기 용접판은 접합계면에서의 원자들의 확산이 초기스테이지로 접합되는 이차전지.
13. 제12항에 있어서, 상기 초기스테이지는 너겟들로 형성된 확산접합된 영역들의 면적이 접합면들의 50%를 초과하지 않는 스테이지를 포함하는 이차전지.
14. 제13항에 있어서, 상기 파열판 및 상기 용접판간의 접합부의 접합면들이 요철들에 의해 서로 맞물려서 유지되는 이차전지.
15. 제14항에 있어서, 상기 파열판 및 상기 용접판의 접합면들 중 하나는 반구형, 기둥형, 방사상 또는 줄무늬형의 돌출부를 갖고, 다른 하나는 상기 돌출부가 끼워맞추어지는 오목부를 갖는 이차전지.
16. 제14항에 있어서, 상기 용접판은 그 외주변에지에 돌출부를 갖고, 상기 절연개스킷의 상기 장착부는 상기 돌출부가 끼워맞추어지는 오목부를 갖는 이차전지.
17. 제14항에 있어서, 상기 용접판은 다각형 형상이고, 상기 장착부는 용접판의 상기 다각형 형상에 상보적인 형상으로 된 이차전지.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 장착부는 상기 용접판의 대향면들을 붙잡는 오목부를 포함하는 이차전지.