KR100428618B1 - 캡 어셈블리를 갖는 각형 전지의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

단자 플레이트와 전극핀 사이의 접촉 저항을 제거하여 전지의 내부 저항 증가를 억제하며, 단자 플레이트에 대한 전극핀의 결합력을 강화시키는 전지의 제조 방법에 관한 것으로서,
세퍼레이터를 매개로 양극판과 음극판을 감아 전극군을 형성하고, 전극군을 케이스 내부에 수납하는 단계와; 캡 플레이트와 절연판 및 단자 플레이트에 절연 가스킷을 매개로 전극핀을 삽입하는 단계와; 단자 플레이트 방향에서 전극핀을 고속 회전시켜 스피닝(spinning)에 의한 회전력을 단자 플레이트에 전극핀을 결합하여 캡 어셈블리를 조립하는 단계와; 조립된 캡 어셈블리를 케이스에 고정시켜 케이스를 밀봉하는 단계를 포함하는 전지의 제조 방법을 제공한다.

Description

캡 어셈블리를 갖는 각형 전지의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF PRISMATIC BATTERY WITH CAP ASSEMBLY}
본 발명은 전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지의 캡 어셈블리를 구성하는 전극핀과 단자 플레이트의 결합 방식을 개선하여 전극핀과 단자 플레이트 사이의 접촉 저항을 제거하고, 단자 플레이트에 대한 전극핀의 결합력을 증대시키는 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전지 가운데 충방전이 가능한 전지를 이차전지라 하며, 이차전지에는 대표적으로 니켈수소(Ni-MH) 전지와 리튬(Li) 전지 및 리튬이온(Li-ion) 전지가 있다. 그리고 이차전지는 전극군을 수용하는 케이스의 형상에 따라 원통형 전지와 각형 전지 및 단추형 전지 등으로 구분할 수 있다.
도 8은 일반적인 각형 이차전지의 단면도로서, 이차전지(1)는 케이스(3)와, 케이스(3) 내부에 수납되며 활물질이 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 매개로 젤리롤(jelly roll) 형태로 감아 형성된 전극군(5)과, 케이스(3) 상부에 고정되어 케이스(3)를 밀봉하는 캡 어셈블리(7)로 이루어진다.
상기 캡 어셈블리(7)는 케이스(3)에 고정되어 케이스(3)를 밀봉하는 캡 플레이트(9)와, 음극판에서 연장된 음극탭(11)이 고정되는 단자 플레이트(13)와, 캡 플레이트(9)와 단자 플레이트(13) 사이에 설치되어 절연을 행하는 절연판(15)과, 캡 플레이트(9)와 절연판(15) 및 단자 플레이트(13)에 형성된 구멍을 관통하여 단자 플레이트(13)에 연결되는 전극핀(17)과, 전극핀(17)을 둘러싸 절연을 행하는 가스킷(19)을 포함한다.
이로서 전극핀(17)이 단자 플레이트(13)와 전기적으로 연결되어 음극 단자 역할을 하는데, 상기한 전극핀(17)은 가스킷(19)에 둘러싸인 상태로 캡 플레이트(9)의 상부에서 단자 플레이트(13)를 향해 삽입되고, 전극핀(17)의 하부가 통상의 코킹(caulking) 공정을 통해 단자 플레이트(13)에 일체로 고정된다.
그러나 전극핀(17)을 코킹하여 단자 플레이트(13)에 고정시키는 종래의 방식에서는 전극핀(17)과 단자 플레이트(13) 사이의 접촉 저항에 의해 전지(1)의 내부 저항이 증가하는 문제가 발생한다. 이러한 전지(1)의 내부 저항 증가는 전지의 수명과 용량 저하로 이어진다.
또한, 종래의 캡 어셈블리(7)는 단자 플레이트(13)에 대한 전극핀(17)의 결합력이 우수하지 못하기 때문에, 외력을 가해 전극핀(17)을 회전시키면,전극핀(17)이 단자 플레이트(13)에서 분리되어 회전하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 전극핀(17)의 회전은 음극 단자의 기능성을 저하시켜 전지의 불량을 유발하게 된다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전극핀과 단자 플레이트의 결합 방식을 개선하여 단자 플레이트에 대한 전극핀의 결합력을 증대시키고, 전극핀과 단자 플레이트의 접촉 저항을 제거하여 전지의 내부 저항 증가를 억제할 수 있는 전지의 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 전지의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2∼도 7은 본 발명에 의한 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 각 제조 단계에서의 개략도.
도 8은 일반적인 각형 이차전지의 부분 절개 단면도.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
캡 플레이트와 절연판 및 단자 플레이트에 절연 가스킷을 매개로 전극핀을 삽입하고, 단자 플레이트 방향에서 전극핀을 고속 회전시켜 스피닝(spinning)에 의한 회전력으로 단자 플레이트에 전극핀을 결합하여 캡 어셈블리를 조립하는 단계를 포함하는 전지의 제조 방법을 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전지의 제조 과정을 나타낸 공정 순서도이고, 도 2∼도 7은 전지의 제조 과정을 설명하기 위한 각 제조 단계에서의 개략도이다.
먼저 도 2에 도시한 바와 같이, 활물질이 도포된 양극판(2)과 음극판(4)을세퍼레이터(6)를 매개로 감아 전극군(8)을 형성하고, 이 전극군(8)을 케이스(10) 내부에 수납한다. 이 때, 양극판(2)에는 소정 길이의 양극탭(12)이 용접되고, 음극판(4)에는 소정 길이의 음극탭(14)이 용접되어 케이스(10)의 개구부(10a)로 양극탭(12)과 음극탭(14)이 노출된다.
다음으로 케이스(10) 상부를 밀봉하게 될 캡 어셈블리를 조립한다.
도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 캡 어셈블리(16)는 케이스(10)의 개구부(10a)에 대응하는 캡 플레이트(18)와, 캡 플레이트(18) 하단에 배치되는 절연판(20)과, 절연판(20) 하단에 배치되는 단자 플레이트(22)를 포함하며, 캡 플레이트(18)와 절연판(20) 및 단자 플레이트에(22)는 전극핀(24) 삽입을 위한 관통홀(H)이 형성된다.
상기 전극핀(24)은 디스크 모양의 단자부(24a)와, 실린더 모양의 삽입부(24b)로 구성되어 대략 "T"자 모양의 단면 형상을 가지며, 음극탭(14)이 고정될 단자 플레이트(22) 내부에 삽입부(24b)가 고정되어 상기 전극핀(24)이 단자 플레이트(22)를 통해 음극탭(14)과 전기적으로 연결되고, 단자부(24a)가 캡 플레이트(18) 외부로 노출되어 음극 단자로 기능하게 된다.
그리고 절연 가스킷(26)이 전극핀(24)과 캡 플레이트(18)를 절연시키기 위해 전극핀(24)을 둘러싸는데, 이는 캡 어셈블리(16)와 케이스(10) 조립 과정에서 캡 플레이트(18) 하단에 양극탭(12)이 용접되므로, 캡 플레이트(18)가 전극핀(24)과 반대 극성을 갖기 때문이다.
이로서 도시하지 않은 고정수단을 이용하여 캡 플레이트(18)와 절연판(20),단자 플레이트(22)를 정렬하여 이들의 관통홀(H)이 일치하도록 한 다음, 절연 가스킷(26)을 매개로 전극핀(24)을 캡 플레이트(18)의 상부에서 하부를 향해 삽입하여 상기 전극핀(24)이 캡 플레이트(18)와 절연판(20) 및 단자 플레이트(22)를 관통하도록 한다.
이와 같이 전극핀(24) 삽입을 통해 캡 플레이트(18)와 절연판(20) 및 단자 플레이트(22)가 물리적으로 결합하게 되며, 전극핀(24)의 삽입부(24b) 하단이 단자 플레이트(22)에 접촉하여 단자 플레이트(22)와 전기적으로 연결된다.
다음으로 도 5에 도시한 바와 같이, 전극핀(24)의 삽입부(24b)가 위를 향하도록 배치한 다음, 전극핀의 삽입부(24b) 위에 스피닝(spinning) 장치(28)를 설치한다. 상기 스피닝 장치(28)는 전극핀(24)과 대략 5~20°의 각도를 두고 삽입부(24b)의 일부와 접촉하는 스피닝 펀치(30)와, 스피닝 펀치(30)와 연결되어 이를 공전시키는 회전부(32)로 이루어진다.
따라서 스피닝 펀치(30)를 전극핀 삽입부(24b)에 접촉시킨 상태에서 회전부(32)를 구동시키면, 전극핀(24)이 스피닝 펀치(30)의 회전에 따라 같이 공전하면서 회전력에 의해 삽입부(24b) 끝단의 직경이 점진적으로 확대되며, 이러한 전극핀 삽입부(24b)의 확장력이 단자 플레이트(22)에 가해지게 된다.
그 결과, 상기한 스피닝 공정에 의해 단자 플레이트(22) 내부에 전극핀(24)의 삽입부(24b)가 공고하게 결합되어 단자 플레이트(24)에 대한 전극핀(24)의 결합력이 향상된다. 이 때, 단자 플레이트(22)는 전극핀(24)의 회전력을 충분히 지지할 수 있도록 종래의 단자 플레이트보다 큰 두께, 대략 0.8 mm 정도의 두께를 갖는것이 바람직하다.
이로서 스피닝 공정 이후 전극핀(24)의 형상을 살펴보면, 도 6에 도시한 바와 같이 삽입부(24b) 끝단의 직경(d1)이 단자부(24a)와 접하는 삽입부(24b) 상단의 직경(d2)보다 크게 되어 단자 플레이트(22) 내부로 전극핀의 삽입부(24b)가 확장된 결과를 나타낸다.
바람직하게, 상기 전극핀(24)은 소정의 연성을 갖는 단조강 또는 냉간 압연용 탄소강선(SWCH) 등의 금속으로 이루어지며, 상기 스피닝 과정은 전극핀의 삽입부(24b)를 대략 50∼1,000 rpm의 회전 속도로 0.1~1초 동안 회전시키는 것으로 이루어진다.
이와 같이 스피닝 방식을 통해 단자 플레이트(22)에 고정된 전극핀(24)은 단자 플레이트(22)와의 접촉 저항이 제거되어 전지의 내부 저항 상승을 효과적으로 방지하며, 상기한 과정을 통해 캡 어셈블리(16)의 조립을 완성한다.
마지막으로, 도 7에 도시한 바와 같이 캡 어셈블리(16)를 케이스(10) 상부에 위치시키고, 양극탭(12)을 캡 플레이트(18) 하단에, 음극탭(14)을 단자 플레이트(22) 하단에 용접 등의 방법으로 고정시킨 다음, 캡 플레이트(18)의 가장자리와 케이스(10)의 개구부를 용접 등의 방법으로 접합하여 케이스(10)를 밀봉시킴으로써 전지 조립을 완성한다.
상기와 같이 제작된 전지는 전극핀(24)과 단자 플레이트(22) 사이의 접촉 저항이 제거되어 전지의 내부 저항 상승을 억제함은 물론, 단자 플레이트(22)에 대한 전극핀(24)의 결합력이 강화된다.
이로서 외력을 가해 전극핀(24)을 회전시키는 경우에도 전극핀(24)이 단자 플레이트(22)에서 분리되지 않고, 단자 플레이트(22)가 케이스(10) 내부에 걸려 회전을 멈추게 되면, 전극핀(24)도 회전을 멈추어 전극핀(24)의 회전을 방지하는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 발명은 스피닝에 의한 결합력으로 전극핀을 단자 플레이트에 고정시킴에 따라, 단자 플레이트에 대한 전극핀의 결합력을 증대시키고, 전극핀과 단자 플레이트 사이의 접촉 저항을 제거하여 전지의 내부 저항이 증가하는 것을 억제한다. 또한 본 발명에 의해 제조된 전지는 전극핀의 회전을 방지하여 전지의 불량 발생을 최소화한다.

Claims (5)

  1. 세퍼레이터를 매개로 양극판과 음극판을 감아 전극군을 형성하고, 전극군을 케이스 내부에 수납하는 단계와;
    캡 플레이트와 절연판 및 단자 플레이트에 절연 가스킷을 매개로 전극핀을 삽입하는 단계와;
    상기 단자 플레이트 방향에서 전극핀을 고속 회전시켜 스피닝(spinning)에 의한 회전력으로 단자 플레이트에 전극핀을 결합하여 캡 어셈블리를 조립하는 단계; 및
    상기 조립된 캡 어셈블리를 케이스에 고정시켜 케이스를 밀봉시키는 단계
    를 포함하는 전지의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리와 케이스의 밀봉 단계 이전에,
    상기 양극판에 양극탭을 설치하고, 음극판에 음극탭을 설치하며, 상기 양극탭을 캡 플레이트 하단에, 음극탭을 단자 플레이트 하단에 고정시키는 단계를 포함하는 전지의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리를 조립하는 단계가,
    캡 플레이트와 절연판 및 단자 플레이트에 형성된 관통홀이 일치하도록 이들 부재를 정렬시키는 단계와;
    절연 가스킷을 매개로 캡 플레이트와 절연판 및 단자 플레이트의 관통홀에 전극핀을 삽입하는 단계; 및
    상기 전극핀에 스피닝 장치를 설치하여 단자 플레이트의 방향에서 전극핀을 고속 회전시키는 단계를 포함하는 전지의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스피닝 장치가 전극핀과 일정한 각도를 두고 전극핀 삽입부의 일부와 접촉하는 스피닝 펀치와, 스피닝 펀치와 연결되어 이를 공전시키는 회전부로 이루어지는 전지의 제조 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 전극핀을 회전시키는 단계가 전극핀을 50~1,000rpm의 회전 속도로 0.1~1초 동안 회전시키는 것으로 이루어지는 전지의 제조 방법.
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