KR100563029B1 - 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 조립방법 - Google Patents

Abstract

목적 : 알루미늄 재질에 적합한 전극 단자를 설치하여, 구성 부품을 단순화할 수 있도록 하는 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 조립방법을 제공한다.

구성 : 알루미늄 재질로 캡 플레이트(62)를 제작하고, 부극 단자(64)의 외부 인출 구조를 캡 플레이트에 구멍(66)을 형성하여 인출하며, 그 구멍에 프리트(68)를 채워 융착한다. 프리트는 알루미늄 재질의 용융 온도 이하인 500∼600℃에서 용융되는 것으로, 실리콘(Si)과 티탄(Ti)과 알칼리금속의 혼합물로 한다. 이렇게 구성된 캡 어셈블리(60)를 전극부(4)와 전해액이 수납된 캔(2)의 상측 단부에 결합한다.

효과 : 상기한 캡 어셈블리는 구성이 단화화되고, 전지 내부의 유효 공간을 확대할 수 있으며, 그 결과로 고용량의 전지를 실현할 수 있다. 또 전지를 경량화할 수 있다.

알루미늄, 캡 플레이트, 부극, 단자, 프리트

Description

이차전지의 캡 어셈블리 및 그 조립방법{Cap assembly used in secondary battery and method for assembling the same}

도 1은 본 발명에 의한 이차전지의 캡 어셈블리를 확대 도시한 단면도.

도 2는 일반적인 각형 이차전지를 도시한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2-캔 4-전극부

24-부극 탭 60-캡 어셈블리

62-캡 플레이트 64-부극 단자

66-구멍 68-프리트

본 발명은 구성 부품을 단순화하고 전지 내부의 유효 공간을 확보하여 용량을 증대할 수 있도록 하는데 적합한 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 조립방법에 관한 것이다.

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

도 2는 각형 전지의 일반적인 구조를 나타내고 있다. 도면에서 캔(2)은 내부에 부극과 세퍼레이터 및 정극이 함께 권취된 전극부(4)를 수납하고, 그 상부에 캡 어셈블리(6)를 설치하여 외장 케이스를 구성한다.

이렇게 구성되는 이차전지의 외장 케이스는 근래 들어 경량화를 실현하기 위해 알루미늄을 사용하여 제작하고 있다.

외장 케이스의 내부에서 전극부(4)는 상·하부에 절연판(8)을 개재하여 설치된다.

여기서 캡 어셈블리(8)는 캔(2)의 상부에 용접되는 정극 플레이트(10)의 가운데에 절연체(12) 및 가스켓(14)을 개재하여 부극 플레이트(16)를 설치하고, 정극 플레이트와 부극 플레이트의 중심을 관통하는 리벳(18)을 이용하여 어셈블리된다.

캡 어셈블리(6)에는 주입구(20)가 형성되어 전해액 주입 후 플러그에 의해 밀봉되고, 전지 내압 상승 및 폭발에 대한 안전대책으로 안전변(22)을 구비하고 있다.

이렇게 구성된 캡 어셈블리(6)는 전극부(4)에서 인출된 부극 탭(24)이 리벳(18)에 용접됨에 의해 부극 단자로 사용된다. 또 캔(2)은 전극부(2)에서 인출된 정극 탭(도시생략) 혹은 전극부(2)의 최외곽 정극과 직접 접촉함에 의해 정극 단자로 사용되어진다.

그러나 종래의 이차전지를 보면, 캡 어셈블리(6)를 구성하는 부품의 수가 많아 제조 및 조립 공정이 복잡한 문제점이 있다.

또 종래의 이차전지는 캡 어셈블리(6)의 구성 부품들이 차지하는 공간이 많은 관계로, 상대적으로 전지의 용량을 결정하는 전극부(4)의 유효 설치 공간이 감소하는 문제점이 있다. 특히 캡 어셈블리(6)는 정극 플레이트(10)와 부극 플레이트(16)를 결합하며 동시에 전지의 내·외부를 전기적으로 연결하는 리벳(18) 구조에 의거하여, 구성이 복잡해지고 내부 공간을 많이 차지하게 된다.

앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 부품 수를 줄이고, 전지 내부의 전극부가 설치될 유효 공간을 늘여 용량을 증대할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

이를 위하여 본 발명에서는 알루미늄 재질로 캡 플레이트를 제작하고, 전극 단자의 외부 인출 구조를 캡 플레이트에 구멍을 형성하여 인출하며, 그 구멍에 프리트(frit)를 채워 융착하므로, 구성 부품을 단순화한 이차전지의 캡 어셈블리를 제공한다.

여기서 프리트는 알루미늄 재질의 용융 온도 이하인 500∼600℃에서 용융되는 것으로, 실리콘(Si)과 티탄(Ti)과 알칼리금속의 혼합물로 된다. 이렇게 구성된 캡 플레이트는 캔의 내부에 전극부와 전해액을 수납한 후, 그 상측 단부에 결합되어진다.

또한 본 발명에서는 상기 전극 단자를 조립하는 방법으로, 알루미늄으로 된 캡 플레이트에 구멍을 형성하고, 그 구멍의 중심에 전극 단자를 배치한 다음 상기 구멍에 프리트 파우더를 채워 넣고 500∼600℃로 가열하여 프리트를 용융하며 다시 냉각하여 실링하는 방법을 제안한다.

이에 따라 본 발명의 캡 어셈블리는 구성이 단화화되고, 전지 내부의 유효 공간을 증대할 수 있으며, 그 결과로 고용량의 전지를 실현할 수 있다.

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 참고로 본 발명의 구성을 설명함에 있어 종래 기술에서 설명한 부분과 동일한 구성에 대하여는 동일 부호를 부여하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 이차전지의 캡 어셈블리 구성을 확대하여 보여주고 있다.

본 발명에서 이차전지는 각형 리튬이온전지를 일 예로 설명한다. 리튬이온전지는 부극 활물질로

,

및

중에서 적어도 1종이 함유된 리튬-천이금속산화물을 사용하고, 정극 활물질로 탄소 및 탄소복합체를 사용한다.

전극 기재에 활물질을 도포 및 충전하여 형성된 부극 및 정극은 사이에 세퍼레이터를 개재하여 절연된 상태에서 맨드렐을 이용하여 롤 상으로 권취되고 그 후 압착되어 전극부(4)를 구성한다.

이렇게 형성된 전극부(4)는 알루미늄으로 제작된 캔(2) 내부에 수납되고, 그 캔(2)의 상측 단부에는 캡 어셈블리(60)가 결합되어 밀봉되므로 외장 케이스를 구성한다.

캡 어셈블리(60)는 캔과 마찬가지로 알루미늄으로 제작되고 그 캔(2)의 상측에 용접되는 캡 플레이트(62)와 그 중심에 설치되는 부극 단자(64)로 구성된다.

여기서 본 발명은 전극부(4)의 상측으로 돌출된 부극 탭(24)을 외장 케이스의 외부로 연결하기 위하여 부극 단자(64)를 설치함에 있어, 캡 어셈블리(60)의 구성을 단순화하고 그 자체의 두께를 줄이는 방안으로, 캡 플레이트(62)에 구멍(66)을 형성하고, 여기에 프리트(68)를 채워 융착함으로써 부극 단자(64)를 고정하고 있다.

부극 단자(64)는 니켈을 주성분으로 하는 합금 혹은 스테인레스 스틸로 제작된 것으로, 캡 플레이트(62)와 절연되어야 한다. 이를 위하여 프리트(68)는 실리콘과 티탄과 알카리금속의 혼합물로 이루어지며, 특히 제조 공정에서 알루미늄 재질로 된 캡 플레이트(62)의 용융점을 고려하여 500∼600℃에서 용융되는 것으로 한다.

캡 어셈블리(60)는 제조 단계에서, 부극 단자(64)를 캡 플레이트(62)의 구멍(66) 중심에 배치하고, 그 상태에서 파우더 상태의 프리트(68)를 채워 넣은 다음, 상기 캡 플레이트(62)를 500∼600℃ 분위기의 노(盧)에 투입하여 프리트(68)를 용융하고 다시 냉각하므로 융착 및 실링되어 진다.

이러한 구성에 의거하여 본 발명의 캡 어셈블리(60)는 종래의 복잡한 구조를 제거하고 부품 수를 줄일 수 있다.

이렇게 형성된 캡 어셈블리(60)는 캔(2) 내부에 전극부(4)를 수납하고 부극 탭(24)과 부극 단자(64)를 용접하여 연결한 다음, 그 캔(2)의 상측 개구에 용접에 의해 결합되어 진다. 전극부(4)는 상·하부에 절연판(8)을 개재하여 설치되고, 캔(2)은 전극부(4)의 정극 탭(도시생략)과 연결되거나 혹은 전극부(4) 최외곽의 정극과 직접 접촉할 수 있다.

캡 어셈블리(60)는 주입구(70)를 구비하여 전해액 주입 후 플러그에 의해 밀봉되어진다. 또 전지 내압 상승 및 폭발에 대한 안전대책으로 안전변(72)을 구비한다.

이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명의 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 조립방법은 알루미늄 재질에서 전극 단자의 외부 연결을 구현하여, 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉 본 발명에 의하면 캡 어셈블리의 구성 부품의 수가 감소함을 알 수 있다.

또 상기와 같은 이유로 전지 내부에서 캡 어셈블리가 차지하는 공간을 줄임으로써, 전극부가 설치될 유효 공간을 확대할 수 있고, 그 결과로 전지의 용량을 증대하는 효과를 얻을 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면 제조 공정을 단축하고 용이하게 실현할 수 있으며, 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 알루미늄으로 된 캡 플레이트에 형성되는 구멍과, 그 구멍의 중심에 배치되는 전극 단자와, 상기 구멍에 채워져 융착된 프리트를 포함하고, 프리트는 실리콘과 티탄과 알칼리금속의 혼합물인 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 프리트는 500∼600℃에서 용융되는 것임을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
4. 제 1 항에 있어서, 캡 플레이트는 정극이고, 전극 단자는 부극인 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
5. 제 1 항에 있어서, 전극 단자는 니켈을 주성분으로 하는 합금 혹은 스테인 레스 스틸인 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
6. 알루미늄으로 된 캡 플레이트에 구멍을 형성하는 단계와, 그 구멍의 중심에 전극 단자를 배치하고 상기 구멍에 프리트 파우더를 채워 넣은 후에 500∼600℃로 가열하여 프리트를 용융하며 다시 냉각하여 실링하는 단계를 포함하는 이차전지의 캡 어셈블리 조립방법.
7. 제 6 항에 있어서, 프리트는 실리콘과 티탄과 알칼리금속의 혼합물인 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리 조립방법.

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