KR100880657B1 - 2차 전지용 전지 캡 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부가 개방된 2차 전지캔의 상기 상부를 밀봉하는 전지 캡 어셈블리로서, 고리 형태를 하고 상기 고리의 외측단에 수직절곡부(162)를 가지며 외측단의 수직절곡부(162)가 캔(110)의 내측면에 용접 밀봉되는 캡 용접판(160); 외측면에 안으로 들어가는 가스켓 홈이 형성되며 상기 가스켓 홈에 캡 용접판(160)의 내측단이 삽입되어 밀착 결합되도록 설치되며 절연체로 이루어지는 고리형태의 절연 밀봉 가스켓(140); 가운데에는 주액구멍(180)이 뚫려 있고 외측면에는 안으로 들어가는 리벳 홈이 형성되며 상기 리벳 홈에 상기 가스켓(140)의 내측단이 삽입되어 밀착 결합되도록 리베팅되는 고리형태의 리벳 단자(130); 및 리벳 단자(130)의 주액구멍(180)을 밀폐하며 도전성 재질로 이루어지는 주액구멍 밀폐제(170);를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 공간손실을 최소화할 수 있으므로 높은 에너지 저장밀도를 가지는 소형 이차 전지를 얻을 수 있다. 특히, 직경이 작은 원통형 전지에 유용하게 적용할 수 있다.

2차 전지, 주액구멍, 리벳단자, 캡 어셈블리, 밀봉 가스켓

Description

2차 전지용 전지 캡 어셈블리{Cap assembly for use in secondary battery}

도 1은 종래의 각형 2차 전지의 문제점을 설명하기 위한 도면;

도 2는 종래의 원통형 2차 전지의 문제점을 설명하기 위한 도면;

도 3은 본 발명에 따른 2차 전지의 제조과정을 설명하기 위한 개략도;

도 4는 도 3의 전지 캡 어셈블리(C)를 설명하기 위한 상세도; 및

도 5는 본 발명의 전지 캡 어셈블리(C)를 원통형 전지에 적용한 경우의 장점을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명>

C: 전지 캡 어셈블리 130: 리벳 단자

140: 절연 밀봉 가스켓 150: 절연체

160: 캡 용접판 162, 164: 수직절곡부

170: 주액구멍 밀폐제 180: 주액구멍

본 발명은 캡 어셈블리에 관한 것으로서, 특히 2차 전지용 캡 어셈블리에 관한 것이다.

종래의 2차 전지의 경우에는 전해액의 주액 및 밀봉을 이루기 위해 캡 어셈블리와는 별도로 주액구멍을 마련하여, 캡 어셈블리의 조립이 완료된 후에 상기 주액구멍을 통해 전해액을 주입하고 상기 주액구멍을 밀봉하는 제조과정을 거쳤다. 이러한 예가 대한민국 공개특허공보 제2007-34221(2007.3.28. 공개)호에 개시되었다.

도 1은 대한민국 공개특허공보 제2007-34221호에 개시된 각형 전지의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 상기 공개특허공보에 따르면, 캡 어셈블리가 전지용기와 용접에 의하여 전기적으로 일체화되기 때문에, 외부단자를 형성하는 단자 밀봉 구조가 필요하며, 또한 전해액의 주액에 의하여 용접부위의 오염이 발생하는 문제를 회피하기 위하여 전해액이 주입되기 전에 미리 캡 어셈블리와 전지 용기의 용접을 수행하는 것이 필수적이다.

따라서 위에서 내려다 볼 때에는 도 1과 같이 밀봉나사(320)와 밀봉 가스켓(330)으로 이루어지는 단자 밀봉 구조와 전해액 주입구멍(1)이 모두 존재해야 하며, 상기 단자 밀봉구조와 전해액 주입구멍(1)이 일정간격 떨어지도록 하기 위해서는 전지덮개(310)의 장변 길이가 15mm 이상 되어야 한다. 따라서 전지의 직경이 12mm 이내인 소형 전지에는 적용하기가 어려운 구조이다.

상기와 같이 캡 어셈블리의 조립이 완료된 후에 전해액을 주입하는 경우가 아닌, 전해액 주입 후에 캡 어셈블리를 조립하는 기술도 대한민국 특허 제417563호에 개시된 바 있다.

도 2는 대한민국 특허 제417563호에 개시된 원통형 전지의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 캡 어셈블리의 외측면이 절연 밀봉 가스켓(6)으로 밀봉되기 때문에 참조부호 A와 같이 전지 캔(5)의 물리적 크림핑을 통한 기계적 절연밀봉이 가능하다는 특징이 있다. 따라서 캡 어셈블리가 전지 캔(5)에 조립되기 전에 전해액이 주입되어 전지 캔의 내벽에 일정한 수준의 오염이 발생하더라도 물리적 크림핑 체결에 의해 형성되는 밀봉구조에 심각한 문제를 유발시키지는 않는다는 장점이 있다.

그러나 이러한 크림핑을 위해서는 전지캔(5)이 절연 밀봉 가스켓(6)을 기계적으로 눌러주어야 하기 때문에 전지캔(5)의 기계적 강도가 적절히 필요하며, 따라서 전지 캔(5)의 두께를 얇게 하는데 제약이 발생한다. 따라서 작은 직경의 제품에 있어, 유효 내부 체적이 감소하는 단점이 있다.

또한, 참조부호 B로 표시한 바와 같이 크림핑을 위해서는 절연 밀봉 가스켓(6)의 아랫면을 기계적으로 지지해주어야 하기 때문에 전지캔(5)에 비딩면을 형성해야 한다. 따라서 상하방향으로 공간의 낭비가 발생하여 높이가 짧은 전지에 이러한 구조를 적용할 경우에 에너지 저장밀도가 낮아지는 단점이 발생한다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상술한 종래의 문제점을 해 결하기 위하여 캡 어셈블리의 조립이 완료된 후에 전해액을 주입하는 구조를 취하면서도, 공간손실을 최소화하여 높은 에너지 저장밀도를 가짐으로써 소형전지에 적합한 전지 캡 어셈블리를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 상부가 개방된 2차 전지캔의 상기 상부를 밀봉하는 전지 캡 어셈블리에 관한 것으로서,

고리 형태를 하고 상기 고리의 외측단에 수직절곡부를 가지며 상기 외측단의 수직절곡부가 상기 캔의 내측면에 용접 밀봉되는 캡 용접판;

외측면에 안으로 들어가는 가스켓 홈이 형성되며 상기 가스켓 홈에 상기 캡 용접판의 내측단이 삽입되어 밀착 결합되도록 설치되며 절연체로 이루어지는 고리형태의 절연 밀봉 가스켓;

가운데에는 주액구멍이 뚫려 있고 외측면에는 안으로 들어가는 리벳 홈이 형성되며 상기 리벳 홈에 상기 가스켓의 내측단이 삽입되어 밀착 결합되도록 리베팅되는 고리형태의 리벳 단자; 및

상기 리벳 단자의 주액구멍을 밀폐하며 도전성 재질로 이루어지는 주액구명 밀폐제;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 캡 용접판의 내측단에는 수직절곡부가 형성되어 상기 수직절곡부와 상기 캡 용접판의 수평면 사이에 절연체가 삽입되는 것이 바람직하며, 이 때 상기 가스켓 홈에는 상기 내측단의 수직절곡부와 상기 절연체가 같이 삽입되어 들어가 밀 착 결합된다.

상기 가스캣은 PP 또는 PFA와 같이 사출성형 가능한 고분자 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 주액구멍 밀폐제는 금속볼을 상기 주액구멍에 삽입한 후에 용접 밀폐시킴으로써 얻어질 수 있다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.

도 3은 본 발명에 따른 2차 전지의 제조과정을 설명하기 위한 개략도이고, 도 4는 도 3의 전지 캡 어셈블리(C)를 설명하기 위한 상세도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 전지 캡 어셈블리(C)는 캡 용접판(160), 절연 밀봉 가스켓(140), 리벳 단자(130), 절연체(150)를 포함하여 이루어진다.

캡 용접판(160)은 고리 형태를 하며 상기 고리의 외측단과 내측단에 수직절곡부(162, 164)를 각각 갖는다.

절연 밀봉 가스켓(140)은 고리 형태를 하며 고리의 외측면에는 안으로 들어가는 가스켓 홈이 형성되어 있다. 상기 가스켓 홈 안으로 캡 용접판(160)의 내측단 에 형성된 수직절곡부(164)가 끼워져 들어간다. 절연 밀봉 가스켓(140)은 PP 또는 PFA와 같은 사출 가능한 고분자 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

리벳 단자(130)는 가운데에는 주액구멍(180)이 뚫려 있고 외측면에는 안으로 들어가는 리벳 홈이 형성되어 있다. 절연 밀봉 가스켓(140)의 내측단이 상기 리벳 홈에 끼워져 들어가도록 설치된다.

이 상태에서 리벳 단자(130)를 위 아래로 압착하여 리벳팅을 하면 갭 용접판(160), 절연 밀봉 가스켓(140), 및 리벳 단자(130)가 서로 밀착 결합되어 일체화 된다.

이 때 절연 밀봉 가스켓(140)이 절단되어 리벳 단자(130)와 캡 용접판(160)이 전기적으로 서로 연결되는 경우가 생길 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 캡 용접판(160)의 내측단에 형성되어 잇는 수직절곡부(164)와 캡 용접판(160)의 수평면 사이에 절연체(150)를 삽입 설치한다. 그러면, 혹시나 절연 밀봉 가스켓(140)이 깨지더라도 리벳단자(130)와 캡 용접판(160)이 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다.

전지 캔(100)에 전극 조립체(젤리 롤, 110)를 삽입한 후에 전극 조립체(110)를 전지 캔(100)의 바닥면에 용접 고정한다. 전극 조립체(100)의 상면에 절연링(120)을 설치하고, 전극 조립체(100)에서 단자(111)를 끌어내어 절연링(120) 밖으로 뽑아낸다. 그리고 이 단자(111)를 상술한 바와 같은 구성을 가지는 전지 캡 어셈블리(C)의 리벳 단자(130)에 연결한다.

그 다음에, 전지 캡 어셈블리(C)를 전지 캔(100)의 상부 개방부에 삽입하여 캡 용접판(160)의 외측단에 형성되는 수직절곡부(162)와 전지 캔(100)의 내측면을 서로 용접 밀봉한다.

다음에, 리벳 단자의 주액구멍(180)을 통하여 전해액을 주입한 후에 주액구명(180)에 주액구멍 밀폐제((170)로서 금속볼을 삽입하여 용접 밀폐한다.

도 5는 본 발명의 전지 캡 어셈블리(C)를 원통형 전지에 적용한 경우의 장점을 설명하기 위한 도면이다. 도 5의 (a)와 같이 주액구멍(180)이 리벳단자(130)와 별도로 설치되는 경우에는 주액구멍(180)과 리벳단자(130) 사이에 소정의 간격이 필요하므로 전지의 직경이 어느 정도 커야 하는 문제가 생긴다. 그리고 이를 해결하기 위하여 (b)와 같이 리벳주액구멍(180)과 리벳단자(130)를 편측으로 형성하는 경우에는 조립에 불편함이 존재한다. 그러나 (c)와 같이 리벳단자(130)에 주액구멍(180)을 형성하는 본 발명에 따르면 한 번의 조립으로 소형전지에 적합한 구조를 얻을 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 전지 캡 어셈블리(C)는 최대 직경이 15mm 이내이고, 높이가 25mm 이내인 원통형 소형 이차전지에 매우 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공간손실을 최소화할 수 있으므로 높은 에너지 저장밀도를 가지는 소형 이차 전지를 얻을 수 있다. 특히, 직경이 작은 원통형 전지에 유용하게 적용할 수 있다.

Claims (4)

1. 상부가 개방된 2차 전지캔의 상기 상부를 밀봉하는 전지 캡 어셈블리에 있어서,

   고리 형태를 하고 상기 고리의 외측단에 수직절곡부를 가지며 상기 외측단의 수직절곡부가 상기 2차 전지캔의 내측면에 용접 밀봉되는 캡 용접판;

   외측면에 안으로 들어가는 가스켓 홈이 형성되며 상기 가스켓 홈에 상기 캡 용접판의 내측단이 삽입되어 밀착 결합되도록 설치되며 절연체로 이루어지는 고리형태의 절연 밀봉 가스켓;

   가운데에는 주액구멍이 뚫려있고 외측면에는 안으로 들어가는 리벳 홈이 형성되며 상기 리벳 홈에 상기 가스켓의 내측단이 삽입되어 밀착 결합되도록 리베팅되는 고리형태의 리벳 단자; 및

   상기 리벳 단자의 주액구멍을 밀폐하며 도전성 재질로 이루어지는 주액구명 밀폐제;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지 캡 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 캡 용접판의 내측단에는 수직절곡부가 형성되며, 상기 수직절곡부와 상기 캡 용접판의 수평면 사이에 절연체가 삽입되며, 상기 가스켓 홈에는 상기 내측단의 수직절곡부와 상기 절연체가 같이 삽입되어 들어가 밀착 결합되는 것을 특징으로 하는 전지 캡 어셈블리.
3. 제1항에 있어서, 상기 가스캣은 고분자 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 캡 어셈블리.
4. 제1항에 있어서, 상기 주액구멍 밀폐제는 금속볼을 상기 주액구멍에 삽입한 후에 용접 밀폐시킴으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 전지 캡 어셈블리.

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