KR100855180B1 - 충방전핀에 대한 이탈방지 구조의 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지케이스의 내부에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 장착되고 그것의 개방 상단에 캡 플레이트가 밀봉되는 이차전지로서, 상기 캡 플레이트에 형성되어 있는 돌출단자의 상단면 중앙에, 양산공정에서 전지셀이 충방전 장치에 임시적으로 장착되어 충전될 때, 상기 충방전 장치의 접속핀이 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 소정 크기의 접속용 홈이 형성되어 있는 이차전지를 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 이차전지는 전지 양산공정에서 충방전 장치에 의해 전지를 충전할 때 전극단자로부터 접속핀이 이탈되는 것을 방지하여 외부단락의 가능성을 최소화하고, 전극단자에 대한 접속핀의 안정적인 접촉 상태를 제공하여 양산공정의 효율성이 높아지는 효과가 있다.

Description

충방전핀에 대한 이탈방지 구조의 이차전지 {Secondary Battery Having Structure of Preventing Missing of Charging and Discharging Pin}

도 1은 종래기술에 따른 각형 전지에서 캡 플레이트에 형성되는 돌출단자로서의 리벳의 평면도와 수직 단면도이다;

도 2a 및 2b는 이차전지의 양산공정에서 전지셀의 활성화를 위한 충전 과정에서 사용되는 접속핀의 모식도들이다;

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 사각형의 접속용 홈이 형성되어 있는 돌출단자로서의 리벳의 평면도와 수직 단면도이다;

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 원형의 접속용 홈이 형성되어 있는 돌출단자로서의 리벳의 평면도와 수직 단면도이다;

도 5는 도 4의 리벳을 이용하여 각형 전지의 돌출단자를 구성하는 분해 사시도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

100: 리벳 110: 판상체

120: 본체 130: 접속용 홈

140: 연장부

본 발명은 충방전핀에 대한 이탈방지 구조를 가진 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전지케이스의 내부에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 장착되고 그것의 개방 상단에 캡 플레이트가 밀봉되는 이차전지로서, 상기 캡 플레이트에 형성되어 있는 돌출단자의 상단면 중앙에, 양산공정에서 전지셀이 충방전 장치에 임시적으로 장착되어 충전될 때, 상기 충방전 장치의 접속핀(충방전핀)이 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 소정 크기의 접속용 홈이 형성되어 있는 이차전지에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류된다. 구체적으로, 파우치형 전지는 라미네이트 시트의 일측 단부에 전극단자가 돌출되도록 전극조립체를 내장한 구조로 전지셀을 형성하며, 원통형 전지 및 각형 전지는 금속 전지 캔에 전극조립체를 내장하고 캔의 개 방 상단에 전극단자가 돌출되어 있는 캡 플레이트를 장착하는 구조로 전지셀을 형성한다.

도 1에는 각형 전지에서 캡 플레이트에 형성되는 돌출단자의 평면도와 수직 단면도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 각형 전지의 돌출단자(10)는 원기둥 형태의 본체(11)와 그것의 상단에 위치하고 상단면이 평평한 판상체(12)로 구성되어 있는 리벳으로, 본체(11)의 단부에 형성되어 있는 연장부(13)에 의하여 캡 플레이트(도시하지 않음)에 리벳팅되어 전극단자를 이룬다.

한편, 이차전지는 양산공정에서 팩 케이스에 내장하기 전의 전지셀 단계에서 별도의 충방전 장치에 각각의 전지셀들을 임시적으로 장착하여 활성화를 위한 충전을 행한 후에 전지팩으로 제조되어 출하된다. 이러한 충방전 장치에서 전지의 충방전을 위하여 전극단자에 접촉하게 되는 접속단자는 일반적으로 핀의 형태로 이루어져 있으며, 양산공정의 자동화로인하여 짧은 시간내에 전극단자에 접촉하여 충전을 행한 후 분리된다.

도 2a 및 2b에는 이차전지의 양산공정에서 전지셀의 활성화를 위한 충전 과정에서 사용되는 접속핀의 예들이 도시되어 있다.

이들 도면에서 보는 바와 같이 전지셀의 활성화를 위한 충전과정에서 사용되는 접속핀(40)은 전체적으로 도전성의 봉상 본체(41)로 이루어져 있고, 충전장치에 장착되는 후미부(42)와 전지셀(도시하지 않음)의 전극단자에 접촉되는 전단부(43)로 구성되어 있다. 전단부(43)는 전극단자에 대한 탄력적인 접촉을 위해 압축스프링(44)으로 지지되어 있으며, 전극단자와 직접 접하는 외면에는 접촉시 미끄러짐을 방지할 수 있도록 요철(45)이 형성되어 있다.

그러나, 이러한 구조에도 불구하고 접속핀(40)은 전극단자로부터 이탈되기 쉬우며, 이는 외부단락 및 취급상, 공정상의 불량을 초래하는 원인이 된다. 특히, 이차전지로서 각형 전지 및 원통형 전지를 사용할 경우, 상단에 돌출되어 있는 전극단자는 상단면이 평평한 구조로 되어 있기 때문에 접속핀(40)이 이탈되기 쉬우며, 이로 인해 접속단자와 탑 캡 어셈블리간의 외부단락이 발생되는 위험성이 매우 높은 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이차전지의 캡 플레이트에 돌출되는 전극단자의 상단면에 충방전 장치의 접속핀에 대응하는 형상의 접속용 홈을 형성할 경우, 양산공정의 충방전 장치에서 전지의 충방전시 전극단자로부터 접속핀이 이탈되는 것을 방지하면서 충전을 위한 효과적인 접촉 상태를 제공하여, 전지 제조의 자동화 공정에 매우 바람직함을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 전지케이스의 내 부에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 장착되고 그것의 개방 상단에 캡 플레이트가 밀봉되어 제조되는 이차전지로서, 상기 캡 플레이트에 형성되어 있는 돌출단자의 상단면 중앙에, 양산공정에서 전지셀이 충방전 장치에 임시적으로 장착되어 충전될 때, 상기 충방전 장치의 접속핀(충방전핀)이 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 소정 크기의 접속용 홈이 형성되어 있는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 전지의 양산공정에서 이차전지의 충전시 돌출단자에 형성되어 있는 상기 접속용 홈에 충방전 장치의 충방전핀의 단부가 삽입형태로 접촉되어 접함으로써, 상기 충방전핀이 돌출단자로부터 이탈되는 것을 방지하여 전지의 외부단락의 발생을 최소화하고 안정적인 접촉 상태에 의해 효과적인 충전을 행할 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 접속용 홈은 접속시 접속핀의 단부가 일부 삽입되는 형태로 접촉될 수 있도록 0.1 ~ 0.5 mm의 깊이 및/또는 1.0 ~ 2.0 mm의 너비(폭)로 이루어져 있다. 더욱이, 상기 홈은 접속핀의 단부가 더욱 안정적으로 고정될 수 있도록 그것의 가장자리에서 중앙으로 하향 테이퍼된 구조를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 홈은 접속핀이 그것의 가장자리에 접하는 경우에도 상기 테이퍼 구조에 의해 접속핀을 중앙으로 정위치시킬 수 있다.

또한, 상기 접속용 홈은 접속핀에 대응하는 형태라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 평면상으로 보았을 때 원형, 타원형 또는 사각형 등으로 다양할 수 있으며, 가공이 용이한 원형의 형태가 더욱 바람직하다.

상기 돌출단자는 전지의 상단에 돌출되어 있는 전극단자로서 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 하나의 구체적인 예로서, 상기 돌출단자는 원통형의 본체와 상기 접속용 홈이 상단면에 형성되어 있고 상기 본체의 상단에 일체에 형성되는 판상체로 구성된 리벳을 그것의 본체를 캡 플레이트를 관통하도록 삽입하고, 관통된 본체 단부에 형성되어 있는 연장부를 상기 캡 플레이트의 하단면에 리벳팅하는 것으로 형성될 수 있다. 이때, 원통형 본체 및 리벳이 캡 플레이트에 대해 절연될 수 있도록 전기절연성의 가스켓을 그 사이에 개재하며, 전극조립체의 전극 탭을 용이하게 용접 또는 솔더링할 수 있도록 별도의 도전판 상에 리벳팅하는 것이 바람직하다.

상기 돌출단자의 소재는 전극단자로서 전도성이 높은 소재라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는 Cu, Ni 및/또는 Cr이 도금되어 있는 스틸, 스테인리스 스틸, 알루미늄, Al 합금, Ni 합금, Cu 합금 또는 Cr 중에 선택될 수 있다.

상기 돌출단자는 전지에서 상단에 돌출되어 있는 전극단자로서 음극 단자인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이차전지는 원통형 또는 각형의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 원통형 전지 또는 각형 전지에 바람직하게 적용될 수 있으며, 그 중에서도 특히 각형 전지에 바람직하다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 사각형의 접속용 홈이 형성되어 있는 돌출단자로서의 리벳의 평면도와 수직 단면도가 도시되어 있으며, 도 4에는 또 다른 실시예에 따른 원형의 접속용 홈이 형성되어 있는 돌출단자로서의 리벳의 평면도와 수직 단면도가 도시되어 있다.

도 3 및 도 4을 참조하면, 리벳(100)은 원통형의 본체(110)와 그것의 상단에 위치하며 상단면이 평평한 판상체(120)로 구성되어 있으며, 캡 플레이트(도시하지 않음)에 장착되어 각형 전지의 돌출단자를 형성한다.

리벳(100)의 원통형의 본체(110)에는 그것의 단부에 리벳팅을 위한 연장부(111)가 형성되어 있고, 판상체(120)에는 그것의 상단면에 충방전 장치의 접속핀(도시하지 않음)의 이탈을 방지하기 위한 접속용 홈(130)이 형성되어 있다.

접속용 홈(130)은 접속핀(도시하지 않음)의 단부가 삽입되어 안정적으로 고정될 수 있도록, 약 0.1 ~ 0.5 mm의 깊이와 1.0 ~ 2.0 mm의 너비(폭)를 가지며, 그것의 내부는 가장자리에서 중앙으로 하향 테이퍼된 구조(131)로 이루어져 있다.

접속용 홈이 형성되어 있는 리벳을 이용하여 각형 전지의 돌출단자를 구성하는 과정에 대하여 도 4을 참조하여 자세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 돌출단자(예를 들어, 음극단자)는 리벳(100)을 전지 캔(도시하지 않음)의 상단에 장착되는 캡 플레이트(300)의 관통구(310)에 장착함으로써 형성된다.

캡 플레이트(300)의 관통구(310)에는, 그 자체로서 전극단자(예를 들어, 양극단자) 역할을 하는 캡 플레이트(300)와 리벳(100)이 상호 절연된 상태를 유지할 수 있도록, 전기절연성의 가스켓(200)을 먼저 설치한 후 리벳(100)이 장착된다. 가스켓(200)은 상기와 같은 절연 상태를 제공함과 동시에, 리벳(100)과 관통구(310) 사이를 탄력적으로 밀봉하여 전해액 등이 외부로 유출되거나 외부의 물질이 유입되는 것을 방지한다.

이렇게 장착된 리벳(100)은 캡 플레이트(300)의 관통구(310)를 통과한 본체(110)의 단부에 구비되어 있는 연장부(111)를 캡 플레이트(300)의 방향으로 리벳팅함으로써 돌출단자를 형성한다. 일반적으로는, 리벳(100)의 리벳팅된 연장부(111)가 캡 플레이트(300)의 하면에 접촉되는 것을 방지할 수 있도록 또 다른 가스켓(도시하지 않음)이 가스켓(200)에 연속하여 추가로 설치되며, 전극조립체(도시하지 않음)의 전극 탭 등에 용이하게 용접 내지 솔더링될 수 있도록 도전판(도시하지 않음)이 추가로 설치된다. 이러한 도전판 역시 가스켓 등에 의해 캡 플레이트(300)로부터 절연됨은 물론이다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 전지 양산공정에서 충방전 장치에 의해 전지를 충전할 때 전극단자로부터 접속핀이 이탈되는 것을 방지하여 외부단락의 가능성을 최소화하고, 전극단자에 대한 접속핀의 안정적인 접촉 상태를 제공하여 양산공정의 효율성이 높아지는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 전지케이스의 내부에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 장착되고 그것의 개방 상단에 캡 플레이트가 밀봉되는 이차전지로서, 상기 캡 플레이트에 형성되어 있는 돌출단자의 상단면 중앙에, 양산공정에서 전지셀이 충방전 장치에 임시적으로 장착되어 충전될 때, 상기 충방전 장치의 접속핀(충방전핀)이 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 접속용 홈이 형성되어 있으며, 상기 접속용 홈은 0.1 ~ 0.5 mm의 깊이 및 1.0 ~ 2.0 mm의 너비(폭)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 접속용 홈은 홈의 중앙으로 하향 테이퍼된 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 접속용 홈은 평면상에서 원형, 타원형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 이차전지.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출단자는 리벳을 캡 플레이트에 리벳팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출단자는 Cu, Ni 및/또는 Cr이 도금되어 있는 스틸, 스테인리스 스틸, 알루미늄, Al 합금, Ni 합금, Cu 합금 또는 Cr으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출단자는 음극 단자인 것을 특징으로 하는 이차전지.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 전지는 원통형 전지 또는 각형 전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출단자는, 원통형의 본체와 상기 접속용 홈이 상단면에 형성되어 있고 상기 본체의 상단에 일체에 형성되는 판상체로 구성된 리벳을 그것의 본체를 캡 플레이트를 관통하도록 삽입하고, 관통된 본체 단부에 형성되어 있는 연장부를 상기 캡 플레이트의 하단면에 리벳팅하는 것으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.

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