KR100528897B1 - 이차전지의 캡 어셈블리 - Google Patents

Abstract

목적 : 전지의 폭발을 방지하고 안전성을 확보할 수 있도록 하는데 적합한 이차전지의 캡 어셈블리를 제공함에 목적이 있다.

구성 : 전극부(2)가 수납된 캔(6)의 상측 단부에 부극 플레이트(10)를 용접하고, 그 부극 플레이트의 상부에 가스켓(140) 및 절연체(16)을 개재하여 정극 플레이트(12)를 설치하며, 그 정극 플레이트의 상부에 전류제한기(82)를 배치하되, 상기 부극 플레이트와 가스켓의 사이에 삽입되는 정극 지지체(86)의 상측 단부를 크림핑하여 정극 플레이트와 전류제한기를 하나로 어셈블리하고, 상기 부극 플레이트와 정극 플레이트의 중심을 관통하는 리벳(18)을 결합하며, 상기 전류제한기의 상부에 캡 커버(84)를 설치한 구성으로 이루어진다.

효과 : 전지의 총 높이를 유지하면서 전류제한기를 설치하므로, 안전성을 확보함과 동시에 고용량의 전지를 실현할 수 있다.

Description

이차전지의 캡 어셈블리{Cap assembly used in secondary battery}

본 발명은 전지의 비정상적인 작용으로 과전류가 흐르게 될 경우 작동하여 전류 흐름을 통제하므로, 전지의 폭발을 방지하고 안전성을 확보할 수 있도록 하는데 적합하게 이용할 수 있는 이차전지의 캡 어셈블리에 관한 것이다.

이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있으며, 외관상으로는 원통형과 각형 전지로 구분되고 있다.

도 3은 각형 이차전지의 일반적인 구조를 나타내고 있다. 도면에서와 같이 정극과 세퍼레이터 및 부극이 함께 롤 상으로 권취되고 압착된 전극부(2)은 상·하부에 절연판(4a)(4b)을 개재하여 캔(6) 내부로 수납되고, 그 캔(6)의 상부에는 안전장치를 포함하는 캡 어셈블리(8)가 설치된다.

캡 어셈블리(8)는 각형 캔(6)의 상부에 용접되는 부극 플레이트(10)와 그 중심에 배치되는 정극 플레이트(12)의 사이에 가스켓(14) 및 절연체(16)을 개재하고, 부극 플레이트와 정극 플레이트의 중심을 관통하는 리벳(18)을 이용하여 어셈블리된다. 리벳(18)은 전극부(2)에서 인출된 정극 탭(20)과 연결된다.

이와 같이 구성된 이차전지는 부극 플레이트(10)에 형성된 전해액 주입구(22)를 통해 전해액을 주입한 후, 그 곳에 플러그를 삽입하고 용접하므로 밀봉되어진다.

여기서 캡 어셈블리(8)는 전지의 이상 작동에 따른 내압 상승 및 폭발에 대한 안전대책으로, 부극 플레이트(10)에 기계적인 방법이나 에칭 및 전기주형법(electrofoaming)으로 일정한 홈을 형성하여 안전변(24)을 형성하고 있다.

한편 이차전지는 도전성 물체에 의해 외부에서 쇼트될 경우, 과전류가 흐르게 되고 그로 인하여 열폭주(thermal runway)현상이 발생되어서 폭발의 위험성이 있다. 이러한 위험성을 해소하기 위한 것으로, 종래에는 도 4와 같이 캔(6)의 바닥면에 전류제한기(26)를 설치하고 있다. 전류제한기(26)는 전지가 발열되면 그 열에 의해 전류 통전성을 급격히 저하시키므로 전지의 폭발을 방지한다.

이러한 전류제한기(26)는 캡 어셈블리가 캔의 상부에 크림핑(crimping)되는 원통형 이차전지일 경우에는 압착에 의한 방법으로 전지의 내부에 용이하게 설치될 수 있지만, 캡 어셈블리와 캔이 레이저 용접되는 각형 이차전지의 경우에는 도 4에 표시한 바와 같이 전지의 외부에 설치할 수밖에 없다.

이렇게 설치되는 전류제한기(26)는 전지의 외형 치수를 증가시키게 되는 바, 한정된 전지의 전체 높이에서 보면 전류제한기에 해당되는 높이 만큼 유효 높이가 줄어드는 문제점이 있다.

이에 따라 종래의 이차전지에서는 과전류에 대한 안전성을 확보하는 대신 용량이 감소할 수밖에 없다. 또한 전류제한기가 전지의 외부로 노출되므로 구조적으로 불안정하여 탈락이 위험이 있으며, 작업이 번거롭게 되는 문제점이 있다.

앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명은 전지 내부의 불용(不用) 공간을 이용하여 전류제한기를 설치하므로, 과전류에 대한 안전성을 확보하고, 동시에 유효(有效) 체적의 확대와 그에 따른 전지의 용량 증대를 실현할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

이에 따라 본 발명에서는 전류제한기가 일체로 어셈블리된 이차전지의 캡 어셈블리를 제공한다.

이를 위하여 본 발명의 캡 어셈블리는 전극부가 수납된 캔의 상단부에 용접된 부극 플레이트를 구비하여서, 그 부극 플레이트의 상부에 가스켓 및 절연체을 개재하여 정극 플레이트를 설치하고, 정극 플레이트의 상부에 전류제한기를 배치하되, 상기 부극 플레이트와 가스켓의 사이에 삽입되는 지지체의 상측 단부를 크림핑(crimping)하여 정극 플레이트와 전류제한기를 하나로 어셈블리하고, 상기 부극 플레이트와 정극 플레이트의 중심을 관통하는 리벳을 결합하며, 상기 전류제한기의 상부에 캡 커버를 설치한 구성으로 이루어진다.

따라서, 본 발명의 캡 어셈블리는 캔의 내부에 수납된 정극과 접속된 리벳, 그 리벳과 접속된 정극 플레이트, 전류제한기 및 캡 커버의 순서로 연결된다.

이상에서 설명한 구성에 의거하여, 상기한 전류제한기는 전지 외부에서 쇼트되어 과전류가 흐르고 열이 발생하면, 정극 플레이트와 캡 커버의 사이에서 전류 흐름을 급격히 저하시켜, 전지의 안전성을 확보하게 된다.

이때 상기 전류제한기는 캔 내부의 불용 공간에 설치되므로, 전지의 총 높이가 동일한 경우에 실제적으로 정극과 부극 즉, 전극부가 설치되는 유효 공간을 감소함이 없이 고용량의 전지를 실현할 수 있다.

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 설명한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어, 종래 기술에서 인용한 부분과 동일한 본 발명의 구성에 대하여는 동일 부호를 사용하기로 한다.

도 1에서 자세히 도시한 바와 같이, 본 발명의 이차전지는 정극과 세퍼레이터 및 부극이 함께 권취된 전극부(2)가 수납되는 캔(6)을 구비하며, 그 캔(6)의 상부에 캡 어셈블리(80)가 설치되어서 밀봉되는 구조로 이루어진다.

여기서 본 발명의 이차전지는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 특징적인 구성으로, 전류제한기(82)를 캡 어셈블리(80)와 함께 일체로 어셈블리하여 전지 내부에 설치되도록 하고 있다.

보다 구체적으로 본 발명의 캡 어셈블리(80)는 캔(6)의 상부에 레이저를 이용하여 부극 플레이트(10)를 용접하고, 그 부극 플레이트(10)의 가운데에 가스켓(140)와 절연체(16)을 개재하여 정극 플레이트(12)를 설치한 것이며, 정극 플레이트(12)의 상부에 전류제한기(82)와 캡 커버(84)를 순서대로 설치하되, 부극 플레이트(10)와 가스켓(140)의 사이에 정극 지지체(86)를 설치하여, 그 정극 지지체(86)를 이용하여 절연체(140), 정극 플레이트(12) 및 전류제한기(82)를 하나의 몸체로 어셈블리한다.

이때 정극 지지체(86)는 상측 단부를 크림핑함에 의해 구성 부품들을 고정하는 것이며, 전류제한기(82)의 상부에 배치된 캡 커버(84)까지 함께 어셈블리할 수도 있다.

이렇게 배치된 부극 플레이트(10)와 정극 플레이트(12)는 그 중심을 관통하여 결합되는 리벳(18)에 의해 조립된다. 이때 리벳(18)과 전류제한기(82)는 사이에 소정의 공간을 형성하여 절연된다. 그 후 전류제한기(82)의 상부에 캡 커버(84)를 용접할 수 있다.

또한 상기 리벳(18)은 전류제한기(82)의 중심을 관통하여 그 상면에 리벳팅되므로, 부극 플레이트(10) 및 정극 플레이트(12)와 함께 전류제한기(82)를 어셈블리할 수도 있다.

이렇게 결합되는 리벳(18)은 전극부(2)에서 인출된 정극 탭(20)과 전기적으로 연결된다. 캡 어셈블리(80)와 전극부(2)의 사이에는 상부 절연판(4a)이 설치되어서 절연되고, 그 전극부(2)는 캔(6)과의 사이에 하부 절연판(도시생략)을 개재하여 절연된다. 캔(6)은 전극부(2)에서 인출된 부극 탭(도시생략) 혹은 전극부(2)의 최외곽 부극과 직접 접촉하므로, 부극 단자로 사용된다.

한편 도 2는 본 발명의 다른 예를 보여주고 있다.

도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 캡 어셈블리(800)의 구성은 앞에서 설명한 것과 동일하며 그 조립 방법 또한 같다.

다만 상기 캡 어셈블리(800)는 도 1에서 정극 플레이트(12)를 제거하여 부품수를 줄이고, 구성을 더욱 간단하게 하고 있다.

이 경우에 부극 플레이트(10)의 가운데에는 가스켓(140) 및 절연체(16)을 개재하여 전류제한기(82)가 설치되고, 그 전류제한기(82)와 가스켓(140)가 정극 지지체(86)에 의해 어셈블리된다. 또 리벳(18)은 부극 플레이트(10)와 전류제한기(82)의 중심을 관통하여 결합된다.

이상에서 설명한 구성에 의거하여, 본 발명의 캡 어셈블리(80)(800)는 캔(6)의 내부에 수납된 전극부(2)에서 인출된 정극 탭(20)과 연결되는 리벳(18), 그 리벳(18)에 접속된 정극 플레이트(12) 및 전류제한기(82), 그리고 캡 커버(84)를 통하여 전기적으로 연결된다.

이러한 전기적인 연결 경로에서, 본 발명에 의한 전류제한기(82)는 전지 외부의 쇼트에 의해 과전류가 흐르고 열이 발생할 경우, 리벳(18) 및 정극 플레이트(12)와 캡 커버(84)의 사이에서 전류의 통전성을 급격히 저하시켜, 전류의 흐름을 차단한다.

한편, 본 발명의 캡 어셈블리(80)(800)는 부극 플레이트(10)가 캔(6)의 상측 단부에서 아래쪽으로 함몰되게 형성된다. 여기서 부극 플레이트(10)의 함몰 구조는 전류제한기(82)에 의한 전지의 총 높이 증가를 방지한다. 또한 상기한 부극 플레이트(10)는 함몰되지 않고 편평한 판상 구조로 이루어질 수 있는데, 이때 캔(6)은 전류제한기(82)의 높이 만큼 낮게 형성된다.

이에 따라 본 발명의 전류제한기(82)는 캡 어셈블리(80)(800)와 일체로 형성되어서 전지의 내부에 설치되고, 동시에 정극과 세퍼레이터 및 부극이 권취된 전극부(2)가 수납된 유효 체적을 감소시키지 않으면서, 그 전극부(2)과 캡 어셈블리(80)(800) 사이의 불용 공간을 이용하여 설치된다.

이러한 이유로 본 발명의 이차전지는 전류제한기(82)에 의해 과전류에 대한 안전성을 확보하면서, 동시에 전지의 총 높이가 동일한 경우 실제적으로 정극과 부극이 설치되는 유효 공간을 충분히 확보하여, 고용량의 전지를 실현하게 된다.

이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 이차전지의 캡 어셈블리는 전류제한기와 함께 조립되므로 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉, 본 발명은 각형 전지의 특성상 외부에 설치되었던 전류제한기를 캡 어셈블리와 함께 일체로 형성하여 전지 내부의 불용 공간을 이용하여 설치하므로, 전지의 높이 증가나 정극과 부극이 설치되는 유효 체적의 감소 없이, 과전류에 의한 내압 증가 및 폭발 위험을 방지할 수 있다. 또한 상기와 같은 이유로 전지의 고용량화를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명은 전류제한기의 외부 노출을 차단하므로서, 구조적으로 보다 안정되고 조립성이 용이한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 이차전지의 캡 어셈블리를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 다른 예를 보인 단면도.

도 3은 종래 공지된 이차전지를 도시한 단면도.

도 4는 종래 공지된 이차전지의 다른 예를 보인 정면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2-전극부6-캔

10-부극 플레이트12-정극 플레이트

16-절연체18-리벳

80-캡 어셈블리82-전류제한기

84-캡 커버86-정극 지지체

140-가스켓

Claims (7)

1. 전극부가 수납된 캔의 상측 단부에 설치 및 밀봉되는 이차전지의 캡 어셈블리에 있어서, 상기 캔의 상측 단부에 용접된 부극 플레이트와, 그 부극 플레이트의 가운데에 가스켓 및 절연체을 개재하여 설치되는 정극 플레이트와, 그 정극 플레이트의 상부에 배치되는 전류제한기와, 상기 가스켓와 정극 플레이트와 전류제한기를 하나로 어셈블리하는 정극 지지체와, 상기 부극 플레이트와 정극 플레이트 및 절연체의 중심을 관통하여 결합되는 리벳을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서, 전류제한기의 상부에 캡 커버를 설치한 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
3. 제 2 항에 있어서, 캡 커버가 정극 지지체에 의해 어셈블리된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 전류제한기가 리벳에 의해 부극 플레이트 및 정극 플레이트와 함께 결합된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
5. 전극부가 수납된 캔의 상측 단부에 설치 및 밀봉되는 이차전지의 캡 어셈블리에 있어서, 상기 캔의 상측 단부에 용접된 부극 플레이트와, 그 부극 플레이트의 가운데에 가스켓 및 절연체을 개재하여 설치되는 전류제한기와, 상기 가스켓와 전류제한기를 하나로 어셈블리하는 정극 지지체와, 상기 부극 플레이트와 전류제한기의 중심을 관통하여 결합되는 리벳을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
6. 제 5 항에 있어서, 전류제한기의 상부에 캡 커버를 설치한 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
7. 제 6 항에 있어서, 캡 커버가 정극 지지체에 의해 어셈블리된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.