KR100579366B1 - 캔형 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

양극판, 음극판, 상기 양극판 및 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체, 전극 조립체가 수용되는 용기를 이루는 캔, 캔의 개방된 상부에 결합되며, 전해액 주입공이 형성된 캡 플레이트와 상기 전해액 주입공을 밀폐하도록 상기 전해액 주입공에 용접되는 마개를 구비하는 캡 조립체를 포함하여 이루어지며, 마개가 연화 알미늄을 함유함을 특징으로 하는 캔형 이차 전지가 개시된다.
본 발명에 따르면, 캡 플레이트의 변형에 따른 종래의 문제점들, 즉, 캡 플레이트와 캔 사이의 용접의 열화, 갭 발생과, 캡 플레이트의 전해액 주입공을 이루는 면과 마개 사이로의 전해액 누출을 방지할 수 있다.

Description

캔형 이차 전지 {Can type secondary battery}
도1은 캡 플레이트의 전해액 주입공 및 마개 부분을 포함하여 캔형 이차 전지의 상부를 나타내는 부분 단면도,
도2는 전해액 주입공에 알미늄 볼을 압입하여 캔을 밀봉하는 경우의 전해액 주입공 주변의 문제점을 나타내는 부분 단면도,
도3은 도2와 같은 밀봉된 부분 주변에 용접을 실시할 경우의 문제점을 나타내는 부분 단면도,
도4는 이차 전지의 일 실시예로 각형 구조를 가지는 리튬 이온 전지의 예를 나타내는 분리 사시도이며,
도5 및 도6은 본 발명의 일 실시예에서 전해액 주입공 및 마개의 결합 상태를 압입 단계 및 용접 단계에서 각각 나타내는 부분 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11: 캔 12: 전극 조립체
13: 양극 14: 세퍼레이터
15: 음극 16: 양극 리드
17: 음극 리드 18: 절연 테이프
110: 캡 플레이트 111: 통공
112: 전해액 주입공 120: 가스켓
130: 전극 단자 140: 절연 플레이트
150: 단자 플레이트 190:절연 케이스
191: 리드 통공 192: 전해액 통과공
160,160',260,260': 마개
본 발명은 캔형 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캔형 이차 전지에서 전해액 주입공 밀봉 구조에 관한 것이다.
캔형 이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 캔형 이차 전지로는 현재 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬이온(Li-ion) 전지 등이 사용되고 있다. 이차 전지를 전해질 종류에 따라 구분해 보면, 액체 전해질을 사용하는 경우와 고체 폴리머 전해질 혹은 겔 상의 전해질을 사용하는 경우로 나눌 수 있다.
리튬 이차 전지의 경우, 액체 전해질을 사용하는 경우에도 리튬과 수분(H2O)의 반응성 때문에 비수성 전해질을 사용한다. 비수성 전해질을 사용함에 따라 리튬 이온 전지는 충전시 물의 분해전압의 지배를 받지 않으므로 상대적으로 높은 전지 전압을 가질 수 있다.
액체 전해질은 리튬염이 유기 용매에서 해리된 상태를 가진다. 리튬염이 용 해되는 용매로는 대개 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 또는 다른 알킬기 함유 카보네이트나 이와 유사한 유기 화합물이 사용된다.
고체 전해질을 사용하는 리튬 이차 전지에서는 전해액의 누액 문제가 없을 것이나 액상의 전해질을 사용하는 캔형 리튬 이온 전지의 경우 누액을 방지하는 것은 화학전지 일반의 경우와 같이 중요한 문제가 되고 있다. 특히, 리튬 이온 전지가 전원으로 사용되는 휴대용 전화기, 컴퓨터, 개인 정보 단말기, 캠코더 등이 고가 정밀기기임을 감안할 때 누액 방지의 문제는 더욱 중요해 진다.
한편, 캔형 이차 전지에서 누액이 흐르기 쉬운 곳으로 캔과 캡 조립체 사이의 용접부 및 캡 조립체의 전해액 주입공을 들 수 있다.
도1은 캡 플레이트의 전해액 주입공 및 마개 부분을 포함하여 캔형 이차 전지의 상부를 나타내는 부분 단면도이다.
도1을 참조하여 설명하면, 전극 조립체(12)가 캔(11)에 삽입된 뒤 캔(11)의 개구부는 캡 조립체에 의해 마감된다. 캡 조립체와 캔 개구부는 용접에 의해 결합되며, 캡 조립체의 캡 플레이트(110)에는 전해액 주입공(112)이 형성되어 있다. 캔 개구부와 캡 조립체의 용접 후 전해액 주입공(112)으로 전해액이 주입되고, 전해액 주입공(112)은 그 내부에 볼을 압입하여 마개(160)를 형성함으로써 폐쇄된다.
캡 플레이트(110)의 일측에 형성된 전해액 주입공(112)에는 보올 압입에 의해 형성된 마개(160)가 주변의 캡 플레이트(110)에 용접되어 있다. 이는 보올의 기계적 압입만으로는 마개(160)와 캡 플레이트(110) 사이의 미세 갭으로 전해액이 누출되는 것을 신뢰성 있게 차단할 수 없기 때문이다.
캡 플레이트(110)나 보올은 대개 알미늄을 사용하여 형성하는데, 전기 및 열 전도성이 우수한 소재 특성상 이들을 용접하는 방법으로 레이져를 이용하는 방법이 주로 사용된다. 마개(160)의 가장자리 부분인 용접부에 레이져 빔이 조사되면 용접부에서 마개(160) 및 캡 플레이트(110)의 전해액 주입공(112) 내면이 부분 용융하여 용접이 이루어진다.
그런데, 전지의 고용량화, 경량화를 위해 캔의 박형화가 이루어지고, 이에 따라 캡 어셈블리의 캡 플레이트의 두께도 근래에 1mm 이하로 형성되는 경우가 늘어나고 있다. 캡 플레이트가 얇아질수록 기계적 강도는 작아지고 외력에 의한 변형의 위험은 증가한다. 특히, 안전변이 캔의 하부 대신에 캡 플레이트에 형성되는 캔형 이차 전지에서는 가공 부위 근처에 안전변이 있는 경우 가공시의 외력에 따른 캡 플레이트의 변형이 더욱 심화될 수 있다.
캡 플레이트 등이 공정 중에 외력에 의해 쉽게 변형될 경우, 기존의 용접된 부분에 캡 플레이트 변형에 의한 갭이 발생할 수 있고, 이후의 용접 등 가공 공정에서 변형으로 인하여 가공의 정도가 떨어지고, 용접 불량에 따른 리크(leak)의 문제가 빈발하게 된다.
도2는 전해액 주입공에 알미늄 볼을 압입하여 캔을 밀봉하는 경우의 전해액 주입공 주변의 문제점을 나타내는 부분 단면도이며, 도3은 도2와 같은 밀봉된 부분 주변에 용접을 실시할 경우의 문제점을 나타내는 부분 단면도이다.
도2 및 도3에 도시된 바에 따르면, 전해액 주입공 부분이 볼의 압입에 따라 주변보다 함몰된 형태를 보이고 있다. 볼은 전해액 주입공에 충분히 삽입되지 못하 고 마개(160')로 형성된 상태에서 그 상부가 캡 플레이트(110) 상면보다 위쪽으로 많이 두드러져 있다. 캡 플레이트(110)의 전해액 주입공 내면은 아래쪽이 벌어지는 형태를 이루고 있으므로 볼 가운데 전해액 주입공으로 압입된 부분, 즉, 마개(160')의 외면이 전해액 주입공 내면과 밀착되지 않고 전해액 주입공 입구 부분에서만 닿아 있다. 따라서, 마개(160')가 전해액 주입공을 밀폐시키는 기능이 떨어진다. 즉, 캔 내부의 전해액이 전해액 주입공의 입구까지 올라올 수 있고, 전해액 주입공 부분에서도 마개(160')와 전해액 주입공 사이에 미세 갭이 존재할 가능성이 있고, 특히, 압입시의 압력이 전지의 변형을 유도할 경우 누액 현상이 발생할 수 있다.
또한, 전해액이 마개(160')때문에 캡 플레이트(110) 상면까지 누출되지는 않아도 마개(160')와 전해액 주입공 내면 사이의 미세 갭에는 전해액이 채워져 있는 경우가 많다. 이런 상태에서 마개(160')와 전해액 주입공 내면을 이루는 캡 플레이트(110)를 용접할 경우, 마개(160)와 전해액 주입공 사이의 용접면을 전해액이 오염시켜 용접 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 오염된 용접부에는 '스팟터(spatter)'라고 불리는 불순물 개재 영역이 도5의 일부 선분들로 도시된 바와 같이 형성되고 이 불순물층을 통해 혹은 이 불순물이 제거된 틈(pin hole)을 통해 전해액 누출이 발생하거나 이 틈으로 외부의 습기나 산소가 침투하여 스웰링 등의 현상을 일으키는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 박형화된 캔 형 이차 전지에서 전해액 주입공을 볼 압입으로 밀봉하는 과정에서 캡 플레이트의 변형을 방지함으로써 전해액 주입공 밀봉에 신뢰성을 확보할 수 있는 캔형 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전해액 주입공에 볼을 압입하는 과정에서 캡 플레이트 변형을 방지하여 캡 플레이트와 캔 사이의 용접부 열화를 방지할 수 있는 캔형 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전해액 주입공과 마개의 용접시 '스파터 발생'과 같은 전해액 누출 요인 발생을 방지할 수 있는 캔형 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 캔형 이차 전지는,
양극판, 음극판, 상기 양극판 및 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 수용되는 용기를 이루는 캔;
상기 캔의 개방된 상부에 결합되며, 전해액 주입공이 형성된 캡 플레이트와 상기 전해액 주입공을 밀폐하도록 상기 전해액 주입공에서 상기 캡 플레이트와 용접되는 마개를 구비하는 캡 조립체;를 포함하여 이루어지는 캔형 이차 전지에 있어서,
상기 마개는 연화 알미늄을 함유하여 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명에서 마개는 연화 알미늄을 적어도 일부 포함하며, 연화된 알미늄은 볼 형태로의 성형 과정에서 아르곤 분위기의 연질화 처리를 실시하는 방법으로 형 성될 수 있다.
본 발명에서 연화된 알미늄은 미세 경도 시험기로 비이커스 경도를 측정할 때 Hv 값이 적어도 27 이하, 바람직하게는 26 이하가 되도록 형성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명에서 캡 플레이트는 알미늄 혹은 알미늄 함유 금속으로 하며, 두께 1mm 이하로 형성될 수 있다.
본 발명에서 전해액 주입공에 압입된 볼에 의해 형성된 마개는 볼이 압입된 후에 압입되지 않고 상부에 남는 잔여부가 캡 플레이트 상면으로부터 0.15mm 이하로 형성됨이 바람직하다. 전해액 주입공 마개의 잔여부가 캡 플레이트 상면으로부터 0.15mm를 초과하는 경우, 이후의 레이저 용접 등의 공정에서 용접의 균일성을 확보하기 어렵게 하여 부분적으로 용융이 충분히 이루어지지 못하게 하거나, 미세 홀을 남기는 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서 캡 플레이트나 마개를 알미늄을 함유하는 물질로 형성할 때 마개와 캡 플레이트 사이의 용접은 레이져 스폿 용접이나 레이져 연속 용접으로 실시하는 것이 바람직하다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캔형 리튬 이온 전지를 상세하게 설명하고자 한다.
도4는 이차 전지의 일 실시예로 각형 구조를 가지는 리튬 이온 전지의 예를 나타내는 분리 사시도이다.
도4를 참조하면, 각형의 리튬 이온 전지는 양극(13), 세퍼레이터(14), 음극(15)으로 구성되는 전극 조립체(12), 전극 조립체(12)를 수용하는 캔(11)과, 상기 캔(11)과 결합되는 캡 조립체를 포함한다.
전극 조립체(12)는 통상 전기 용량을 높이기 위해 양극(13) 및 음극(15)을 넓은 판형으로 형성한 뒤 세퍼레이터(14)를 양극(13)과 음극(15) 사이에 개재하여 적층하고 와형으로 권취하여 이른바 '젤리 롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다. 젤리 롤을 형성할 때 음극 및 양극이 접촉되는 것을 방지하기 위해 바깥쪽을 향하는 전극면 위에 분리막을 덧붙이고 권취작업을 실시하게 된다.
양극(13)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예컨대 알미늄 호일로 된 양극 집전체와, 그 양면에 코팅된 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 양극 활물질층을 포함하고 있다. 양극(13)에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체의 영역에 양극 리드(16)가 전기적으로 연결되어 있다.
음극(15)은 전도성의 금속 박판, 이를테면 구리 호일로 된 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 탄소재를 주성분으로 하는 음극 활물질층을 포함하고 있다. 음극(15)에도 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체의 영역에 음극 리드(17)가 접속되어 있다.
양극(13) 및 음극(15)과, 양극 및 음극 리드(16,17)는 극성을 달리하여 배치될 수도 있으며, 양극 및 음극 리드(16,17)가 전극 조립체(12)로부터 인출되는 경계부에는 두 전극(13,15)간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(18)가 각각 감겨져 있다.
세퍼레이터(14)는 폴리 에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어져 있다. 세퍼레이터(14)는 양극 및 음극(13)(15)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판간의 단락을 방지하는데 유리하다.
캔(11)은 도시된 바와 같은 각형 리튬 이온 전지에서 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다. 캔을 이루는 재질로는 철재도 사용되나 경량의 전도성 금속이면서 부식에 대처가 용이한 알미늄 또는 알미늄 합금이 바람직하다. 캔(11)은 전극 조립체(12)와 전해액의 용기가 되고, 전극 조립체(12)가 투입되도록 개방된 위쪽은 캡 조립체에 의해 봉해진다. 통형 리튬 이온 전지에서는 캔은 원통형으로 형성된다.
캡 조립체에는 캔(11)의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡 플레이트(110)가 구비된다. 캡 플레이트(110)는 캔(11)과의 결합을 위한 용접성 향상을 위해 캔(11)과 동일한 알미늄이나 알미늄 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 캡 플레이트(110)의 중앙부에는 전극 단자가 통과할 수 있도록 단자용 통공이 형성된다. 캡 플레이트(110)의 중앙부를 관통하는 전극 단자(130) 외측에는 전극 단자(130)와 캡 플레이트(110)와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(120)이 설치되어 있다. 캡 플레이트(110) 중앙부, 단자용 통공 근방에는 캡 플레이트 하면에 절연 플레이트(140)가 배치되어 있다. 절연 플레이트(140)의 아랫면에는 단자 플레이트(150)가 설치되어 있다.
캡 플레이트(110)에는 양극 리드(16)가 용접 등의 방법으로 전기적으로 접속 되며, 가스켓(120)에 의하여 캡 플레이트(110)와 절연된 전극 단자(130)에는 음극 리드(17)가 사행으로 접혀진 상태에서 역시 전기 용접 등의 방법으로 전기적으로 접속된다. 양극 및 음극 리드(16,17)는 도시되지 않은 PTC(positive temperature coefficient)와 보호회로부에 각각 극성 따라 전기적으로 접속된다.
한편, 전극 조립체(12)의 상면에는 전극 조립체(12)와 캡 조립체와의 전기적 절연을 위하고, 이와 동시에 상기 전극 조립체(12)의 상단부를 커버할 수 있도록 절연 케이스(190)가 설치되어 있다. 절연 케이스(190)는 절연성을 가지는 고분자 수지이며, 폴리 프로필렌으로 된 것이 바람직하다. 전극 조립체(12)의 중앙부와 음극 리드(17)가 통과할 수 있도록 리드 통공(191)이 형성되고, 다른 측방에는 전해액 통과공(192)이 형성되어 있다. 전해액 통과공은 별도로 형성되지 않을 수 있으며, 양극 리드(16)를 위한 리드 통공이 음극을 위한 중앙의 리드 통공(191) 옆에 형성될 수도 있다.
캡 플레이트(110)의 일측에는 전해액 주입공(112)이 형성되어 있다. 상기 전해액 주입공(112)에는 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입공을 밀폐시키기 위하여 마개(260)가 설치된다.
마개(260)는 통상 알미늄이나 알미늄 함유 금속으로 만든 볼형 모재를 전해액 주입공 위에 놓고 기계적으로 전해액 주입공으로 압입하여 형성한다. 따라서 볼은 전해액 주입공(112)보다 큰 직경을 가져야 한다. 전해액 주입공(112) 내면과 마개(260)의 접촉부에는 마개(260)의 주위를 둘러가면서 레이져(200)를 이용한 용접이 이루어진다.
이상의 구조를 가진 이차 전지를 형성하는 방법을 개략 살펴보면, 먼저, 양극(13), 세퍼레이터(14), 음극(15), 세퍼레이터(14) 순으로 배치된 적층구조체를 젤리-롤형으로 와인딩하게 된다. 와인딩으로 형성된 전극 조립체(12)는 개구부가 형성된 각형 캔(11)에 삽입된다.
다음으로, 전극 조립체(12)의 상부면에는 절연 케이스(190)를 안착시킨다. 절연 케이스(190)의 상부로는 리드 통공(191)을 통해 양극 및 음극 리드(16,17)가 인출된다.
이어서, 캔(11)의 개구부에는 캡 조립체가 공급된다. 캡 조립체의 형성과정을 보면, 가스켓(120)이 외주면에 개재된 전극 단자(130)는 단자용 통공을 통하여 캡 플레이트(110)에 삽입된다. 캡 플레이트(110)의 하부에서 절연 플레이트(140)을 개재한 상태로 단자 플레이트(150)와 전기적으로 연결된다.
캡 플레이트(110)의 아랫면에는 양극 리드(16)가 직접적으로 용접되며, 전극 단자(130)의 하단부에는 음극 리드(17)가 사행으로 접혀져 용접된다.
다음으로, 캔(11)에 대하여 캡 플레이트(110)가 접하는 경계부를 따라 용접하게 된다. 이에 따라, 캔(11)은 양극(13), 양극 리드(16), 캡 플레이트(110)의 경로로 전기적으로 연결되어서 양극성을 가지게 된다. 전극 단자(130)는 음극(15), 음극 리드(17), 단자 플레이트(150)를 따라서 연결되어서 음극성을 띄게 된다.
이어서, 캡 플레이트(110)의 일측에 형성된 전해액 주입공(112)을 따라 전해액을 주입하게 된다. 전해액이 주입된 전해액 주입공(112) 상에는 상기 전해액 주입공(112)을 밀폐시키기 위하여 볼이 배치된다. 이후, 압입 공정을 통하여, 상기 볼의 단부는 전해액 주입공(112)으로 삽입되어 마개(260)를 형성한다. 전해액 주입공(112)에 대한 마개(260)의 밀폐성을 강화시키기 위하여 마개(260)와 캡 플레이트(110)의 연결부를 따라서 용접을 한다.
도5 및 도6은 본 발명의 일 실시예에서 전해액 주입공 내면과 마개의 결합 상태를 압입 단계 및 용접 단계에서 각각 나타내는 부분 단면도이다.
도6을 참조하여 설명하면, 캡 플레이트(110)의 재질은 알미늄으로 이루어지며, 전지의 고용량 박형화를 위해 두께 0.8mm로 형성된다. 전해액 주입공 내면은 단면도로 볼 때 입구가 도시된 것과 같이 콘형으로 경사부를 가지거나 단순 평행 홀 면으로 형성될 수 있다. 전해액 주입 후 전해액 주입공을 채우기 위해서 사용되는 알미늄 볼은 연화처리된 알미늄을 사용한다. 알미늄 볼은 종래에 JIS 1050 알미늄 재질에서 좀 더 연성을 가지도록 열처리가 된 JIS 1070 알미늄 재질을 사용하며, 알미늄을 볼로 형성하는 과정에서 아르곤 분위기를 거치도록 하는 등의 처리를 통해 연성을 증가시킨 것을 사용한다. 연화 알미늄 볼은 비이커스 경도 평균값(Hv) 26 정도의 것을 사용하였다.
연화 알미늄 볼을 사용함으로써 캡 플레이트(110)가 0.8mm의 얇은 알미늄판으로 형성됨에도 불구하고 전해액 주입공에 볼을 압입할 때 쉽게 압입이 이루어지는 것을 볼 수 있다. 압입 후 전해액 주입공 상단에 캡 플레이트(110) 상면보다 높게 남는 잔여부는 매우 줄어들고, 압입된 부분(마개:260')은 전해액 주입공 내면에서 아래쪽에 이르기까지 거의 밀착되는 것을 볼 수 있다. 볼에 대한 압력의 대부분이 볼의 변형을 위한 힘으로 사용되고, 캡 플레이트의 변형에 소모되는 에너지는 줄어든다. 이런 상황에서는 전해액 주입공에 볼 압입 공정에서 볼에 대한 압력을 줄이는 것이 가능하며, 캡 플레이트(110)가 볼 주입 압력에 의해 변형될 위험은 더욱 줄어들게 된다.
전해액 주입공 내면이 전해액 주입공 입구에서 아래쪽까지 볼이 변형되어 형성된 마개(260')와 밀착되면 마개(260')와 전해액 주입공 사이의 갭에 전해액이 존재하거나 갭을 통해 전해액이 누출되는 문제는 대부분 방지될 수 있다.
또한, 이런 상태에서 캡 플레이트(110)와 마개(260) 사이의 용접이 이루어지면 도7에 도시된 것과 같은 치밀한 용접부 단면을 얻을 수 있다. 따라서, 종래와 같은 스파터 발생과 미세 틈 생성으로 캔형 이차 전지에서 누액이 발생하는 문제가 효과적으로 방지될 수 있다.
아래 표1, 표2, 표3은 각각 일반 알미늄판과 종래의 JIS 1050 알미늄 볼과 본 발명의 연화된 JIS 1070 알미늄 볼(직경 1.1mm)을 미세 경도 시험기로 측정한 경우의 비이커스 경도 측정 결과를 나타낸다. 이때, Hv값은 표준 피라미드형 압입자의 하중을 제1 대각선 길이와 제2 대각선 길이의 곱으로 나준 값에 1.854를 곱한 정형적 비이커스 경도값이다.
D1(제1 대각선 길이) D2(제2 대각선 길이) 경도값(Hv)
28.6 27.9 58.0
30.1 27.7 55.5
27.8 27.6 60.4
25.7 26.4 68.3
27.5 29.8 56.4
경도 평균값 59.7
D1(제1 대각선 길이) D2(제2 대각선 길이) 경도값(Hv)
43.5 42.6 25
38 38.7 31.5
38.3 39.8 31.1
41.2 40.5 27.7
38.1 37.8 32.1
경도 평균값 29.5
D1(제1 대각선 길이) D2(제2 대각선 길이) 경도값(Hv)
41.5 41.4 26.9
41.8 41.9 26.4
40.9 42.1 26.9
43.8 44.1 24.0
43.1 42.4 25.3
경도 평균값 25.9
이상의 표를 참조하면 연화 알미늄 볼은 종래의 알미늄 볼에 비해 15% 이상 연화된 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 연화 알미늄 볼은 전체적으로 27 이하의 비이커스 경도 값을 가지며, 평균 26 정도의 비이커스 경도 값을 가짐을 알 수 있다. 종래의 알미늄 볼의 경우에 예외적인 것, 편차 범위 밖의 것을 고려하지 않으면, 비이커스 경도 값 27을 넘고 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 캡 플레이트의 변형에 따른 종래의 문제점들, 즉, 캡 플레이트와 캔 사이의 용접의 열화, 갭 발생과, 캡 플레이트의 전해액 주입구 면과 마개 사이의 전해액 누출을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전해액 주입공과 마개 사이의 용접면에 전해액이 존재하여 용접시 용접면이 오염되고, 미세 틈이 형성되는 것을 막을 수 있다.
본 발명에 따르면, 캔형 이차 전지에서 전해액이 누출되는 것을 막에 제품 신뢰성을 제고할 수 있다.

Claims (7)

  1. 양극판, 음극판, 상기 양극판 및 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수용되는 용기를 이루는 캔;
    상기 캔의 개방된 상부에 결합되며, 전해액 주입공이 형성된 캡 플레이트와 상기 전해액 주입공을 밀폐하도록 상기 전해액 주입공에 용접되는 마개를 구비하는 캡 조립체;를 포함하여 이루어지는 캔형 이차 전지에 있어서,
    상기 마개는 연화 알미늄 볼을 상기 전해액 주입공에 압입하여 형성하며, 상기 연화 알미늄 볼은 성형과정에서 아르곤 분위기의 연질화 처리를 거쳐 형성된 것임을 특징으로 하는 캔형 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마개는 미세 경도 시험기로 비이커스 경도를 측정할 때 Hv 값이 적어도 27 이하가 되도록 형성된 연화 알미늄을 함유하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 캔형 이차 전지.
  3. 양극판, 음극판, 상기 양극판 및 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수용되는 용기를 이루는 캔;
    상기 캔의 개방된 상부에 결합되며, 전해액 주입공이 형성된 캡 플레이트와 상기 전해액 주입공을 밀폐하도록 상기 전해액 주입공에 용접되는 마개를 구비하는 캡 조립체;를 포함하여 이루어지는 캔형 이차 전지에 있어서,
    상기 마개는 미세 경도 시험기로 비이커스 경도를 측정할 때 Hv 값이 적어도 27 이하가 되도록 형성된 연화 알미늄을 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 캔형 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연화 알미늄은 Hv 값이 26 이하가 되도록 형성된 것임을 특징으로 하는 캔형 이차 전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 알미늄 혹은 알미늄 함유 금속으로 형성된 것이며, 두께 1mm 이하로 형성된 것임을 특징으로 하는 캔형 이차 전지.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 마개는 연화 알미늄 함유 볼을 상기 전해액 주입공에 압입하여 형성하며,
    상기 마개의 상기 볼이 압입된 후의 잔여부가 상기 캡 플레이트의 상면으로부터 0.15mm 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 캔형 이차 전지.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트와 상기 마개는 레이져 스폿 용접이나 레이져 용접으로 결속된 것임을 특징으로 하는 캔형 이차 전지.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012047053A3 (ko) * 2010-10-08 2012-06-21 주식회사 엘지화학 전해액 주입구의 밀봉성이 우수한 각형 전지

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100922442B1 (ko) * 2005-12-14 2009-10-19 주식회사 엘지화학 전해액 주입구의 밀봉성이 우수한 각형 전지
KR100898685B1 (ko) * 2006-03-27 2009-05-22 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
CN100438133C (zh) * 2006-03-28 2008-11-26 惠州亿纬锂能股份有限公司 一次锂电池
CN101064364B (zh) * 2006-04-29 2012-11-28 深圳市比克电池有限公司 一种锂离子电池盖板、电池壳及电池
JP4131553B2 (ja) * 2006-05-27 2008-08-13 日立マクセル株式会社 密閉型電池
JP5120867B2 (ja) * 2006-05-30 2013-01-16 日立マクセルエナジー株式会社 密閉型電池
US7721694B2 (en) * 2006-07-20 2010-05-25 Delphi Technologies, Inc. Lock pin retention plug for a two-step rocker arm assembly
FR2909577B1 (fr) * 2006-12-08 2009-03-06 Accumulateurs Fixes Procede de soudure par laser a optique annulaire
KR100867928B1 (ko) 2007-09-27 2008-11-10 삼성에스디아이 주식회사 보호회로기판 및 이를 구비하는 배터리 팩
JP5224324B2 (ja) * 2007-10-12 2013-07-03 日立マクセル株式会社 密閉型電池
US9099691B2 (en) * 2009-11-25 2015-08-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery
JP2013033688A (ja) * 2011-08-03 2013-02-14 Sharp Corp 二次電池
CN102738507B (zh) * 2012-07-24 2014-07-30 上海航天电源技术有限责任公司 一种全密封耐腐蚀的焊接一体化锂离子电池
US9147865B2 (en) 2012-09-06 2015-09-29 Johnson Controls Technology Llc System and method for closing a battery fill hole
JP6191882B2 (ja) * 2014-12-05 2017-09-06 トヨタ自動車株式会社 密閉型電池およびその製造方法
KR102000632B1 (ko) 2016-06-09 2019-10-01 주식회사 엘지화학 2차 전지 전극의 두께 변화 측정 장치 및 그를 장착한 2차 전지
CN209804723U (zh) * 2019-04-30 2019-12-17 宁德时代新能源科技股份有限公司 顶盖组件以及二次电池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5776632A (en) * 1996-10-03 1998-07-07 Wilson Greatbatch Ltd. Hermetic seal for an electrochemical cell
JP2000090913A (ja) * 1998-09-11 2000-03-31 Japan Storage Battery Co Ltd 電 池
KR100522680B1 (ko) * 1999-09-29 2005-10-19 삼성에스디아이 주식회사 밀폐전지 및 그 제조방법
JP2001297739A (ja) 2000-04-10 2001-10-26 Sony Corp 電池、電池の製造方法及び溶接方法
JP3844733B2 (ja) * 2002-12-26 2006-11-15 松下電器産業株式会社 非水電解質二次電池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012047053A3 (ko) * 2010-10-08 2012-06-21 주식회사 엘지화학 전해액 주입구의 밀봉성이 우수한 각형 전지
US10033028B2 (en) 2010-10-08 2018-07-24 Lg Chem, Ltd. Prismatic battery having electrolyte injection-hole capable of providing excellent sealing ability

Also Published As

Publication number Publication date
CN100495768C (zh) 2009-06-03
KR20050077324A (ko) 2005-08-02
CN1649199A (zh) 2005-08-03
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JP2005216850A (ja) 2005-08-11
US7666548B2 (en) 2010-02-23
US20050164079A1 (en) 2005-07-28

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