KR101117993B1 - 신규한 밀봉 구조의 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지로서, 상기 각형 캔의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트에는 전지 제조과정에서 전해액 주입구로 사용되고 완성된 전지의 내압 상승시 벤트로서 사용되는 관통구가 천공되어 있으며, 상기 관통구는 상대적으로 큰 직경의 상부 개구와 상대적으로 작은 직경의 하부 개구가 연통되어 있는 구조로서, 상기 상부 개구는 상측 방향으로 직경이 작아지는 상향 테이퍼 구조로 이루어져 있으며, 접착제가 도포된 금속 볼을 상기 관통구 상에 위치시킨 상태에서 압입하여 관통구의 형상으로 소성 변형시킴으로써 밀봉이 이루어지는 구조를 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.

Description

신규한 밀봉 구조의 이차전지 {Secondary Battery of Novel Sealing Structure}
본 발명은 신규한 밀봉 구조의 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지로서, 상기 각형 캔의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트에는 전지 제조과정에서 전해액 주입구로 사용되고 완성된 전지의 내압 상승시 벤트로서 사용되는 관통구가 천공되어 있으며, 상기 관통구는 상대적으로 큰 직경의 상부 개구와 상대적으로 작은 직경의 하부 개구가 연통되어 있는 구조로서, 상기 상부 개구는 상측 방향으로 직경이 작아지는 상향 테이퍼 구조로 이루어져 있으며, 접착제가 도포된 금속 볼을 상기 관통구 상에 위치시킨 상태에서 압입하여 관통구의 형상으로 소성 변형시킴으로써 밀봉이 이루어지는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류된다. 최근에는, 모바일 기기의 소형화에 따라 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 있다.
각형 이차전지는 각형의 전지케이스 내부에 양극, 음극 및 분리막으로 구성된 전극조립체를 내장하고 상단에 베이스 플레이트를 용접 등의 방법으로 장착한 뒤, 베이스 플레이트에 형성되어 있는 전해액 주입구를 통해 전지케이스 내부에 전해액을 주입하고 금속 볼을 이용하여 밀봉하며, 그 위에 안전소자와 보호회로 등을 실장한 뒤, 하우징(외부 케이스)으로 밀봉하여 제조된다.
이러한 각형 이차전지에서 전지케이스의 상단에 장착되는 베이스 플레이트의 평면도와 직선 A-A에 따른 수직 단면도가 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 베이스 플레이트(100)는 그것의 중앙에 전극조립체의 전극(예를 들어 음극) 탭에 연결되어 있는 전극단자(101)가 돌출되어 있고, 측면에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(102)가 형성되어 있다. 또한, 돌출된 전극단자(101)와 베이스 플레이트(100) 사이에는, 전극조립체의 다른 전극(예를 들어 양극)과 연결되어 그 자체로서 전극단자의 역할을 하는 베이스 플레이트(100)와의 전기적 절연을 위한 절연부재(103)가 개재되어 있다.
이러한 구조에서, 전해액의 주입이 이루어진 전해액 주입구(102)는 일반적으로 도 2에서와 같이, 수직 단면상으로 사각형의 형태이며, 그것보다 다소 큰 구경을 가진 알루미늄 등의 금속 볼(104)에 의하여 밀봉된다. 구체적으로, 금속 볼(104)을 전해액 주입구(102)에 위치시킨 상태에서 그것의 상단으로부터 가압하여 소성 변형시켜 주입구(120)를 밀봉한 뒤, 그 위에 금속 박판을 레이저 용접함으로 써 전해액 주입구를 밀봉하고, 상기 레이저 용접 후 압입된 볼 및 전해액 주변부를 보호하기 위하여, 상기 부위를 에폭시 수지(도시하지 않음)로 도포하게 된다.
그러나, 상기 전지의 제조방법은 다수의 공정들로 이루어져 있는 바, 그 과정이 복잡할 뿐만 아니라, 이에 따른 전지의 불량률이 증가할 수 있으며, 결과적으로 전지의 제조비용을 증가시키는 문제점이 있다.
한편, 이차전지는 과충전, 과방전, 과열, 외부의 충격 등에 의해 전지가 비정상적인 상태로 작동되면서 내부에서 가스가 발생할 수 있다. 예를 들어, 과열된 전지는 가스를 발생시키고 각형 캔에서 가압된 가스는 전지요소의 분해반응을 더욱 촉진시켜 계속적인 과열 및 가스 발생을 유발하고, 이러한 과정이 어떠한 임계점 이상에 도달하면 전지의 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다.
따라서, 이차전지의 각형 캔이 일정한 수준 이상으로 팽창되었을 때, 상기 각형 캔의 일부를 절개 또는 파열시켜 가스를 배출할 수 있는 벤트 역할을 하는 구조를 별도로 형성해야 하는 번거로움이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 각형 캔의 베이스 플레이트 상에 전해액 주입구 및 내압 상승시 벤트로서 작용할 수 있는 특정한 구조의 관통구를 형성하고, 그러한 관통구를 특정한 금속 볼의 소성 변형에 의해 밀봉하는 경우, 관통구와 소성 변형된 금속 볼 간의 결합력이 관통구의 특정한 형상과 접착제 의해 강화되면서 밀봉을 이루고, 이차전지가 일정한 수준 이상으로 팽창되었을 때, 밀봉된 관통구의 용이한 개봉에 의해 내압 상승을 해소할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지로서,
상기 각형 캔의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트에는 전지 제조과정에서 전해액 주입구로 사용되고 완성된 전지의 내압 상승시 벤트로서 사용되는 관통구가 천공되어 있으며,
상기 관통구는 상대적으로 큰 직경의 상부 개구와 상대적으로 작은 직경의 하부 개구가 연통되어 있는 구조로서, 상기 상부 개구는 상측 방향으로 직경이 작아지는 상향 테이퍼 구조로 이루어져 있으며,
접착제가 도포된 금속 볼을 상기 관통구 상에 위치시킨 상태에서 압입하여 관통구의 형상으로 소성 변형시킴으로써 밀봉하는 것으로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명은 접착제가 도포된 볼에 의해 상기와 같은 특정한 구조의 관통구를 밀폐함으로써, 소망하는 수준의 밀봉성을 발휘하면서도, 전지의 내압 상승시 상기 관통구를 통해 가스가 배출될 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
즉, 관통구의 상부 개구 및 하부 개구가 상기와 같은 특정한 테이퍼 구조로 이루어져 있고 상기 금속 볼에 접착제가 도포되어 있어서, 종래기술의 용접 공정 및 에폭시 수지 도포 공정을 생략하여, 전지의 제조 공정을 크게 간소화시킬 수 있다. 또한, 상기 전지가 일정한 수준 이상으로 팽창되었을 때, 전지 케이스의 일부를 절개 또는 파열시켜 가스를 배출할 수 있는 안전장치를 별도로 형성하지 않고도, 상기 관통구를 통해 전지 내부의 고압 가스를 배출할 수 있어서, 결과적으로 전지의 제조비용을 크게 낮출 수 있다.
하나의 예에서, 상기 상부 개구의 평균 내경은 하부 개구의 내경에 대해 120 내지 400%의 크기로 이루어질 수 있다. 여기서, 상부 개구의 평균 내경은 경사면이 시작되는 관통구의 상단면 직경과 경사면이 끝나는 관통구의 중단면 직경의 평균을 의미하며, 하부 개구의 내경은 경사면 구조가 형성되어 있지 않은 관통구의 직경을 의미한다.
또한, 상기 상부 개구의 높이는 하부 개구의 높이에 대해 50 내지 200%의 크기로 이루어질 수 있다. 여기서, 상부 개구의 높이는 상기 경사면 구조가 형성된 관통구의 높이를 의미하며, 하부 개구의 높이는 상기 경사면 구조가 형성되어 있지 않은 관통구의 높이를 의미한다.
상기 상부 개구의 내경이 너무 작은 경우에는 금속 볼이 충분한 밀봉성을 발휘할 수 있을 정도로 소성 변형 되기 어려울 수 있고, 반대로 너무 큰 경우에는 전 지 내부의 작은 가스압에도 금속 볼이 관통구로부터 분리될 수 있으므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 상부 개구의 높이가 너무 작은 경우에는 상부 개구의 공간 대비 소성 변형된 금속 볼의 부피가 상대적으로 커서 금속 볼의 상당 부분이 베이스 플레이트의 상단면으로 돌출될 수 있으며, 반대로 너무 큰 경우에는 지나치게 높은 밀봉성으로 인해 전지 내압의 상승시에 벤트 작용을 하기 어려울 수 있다.
이러한 점을 함께 고려할 때, 상기 상부 개구의 상향 테이퍼 각도는 바람직하게는 수평면을 기준으로 40 ~ 80도의 범위 내에 있을 수 있다.
따라서, 상부 개구의 내경과 높이 및 경사도는 관통구 및 금속 볼의 크기 등에 의해 적절히 결정될 수 있으며, 접착제가 도포된 금속 볼이 소성 변형되어 관통구를 용이하게 밀봉할 수 있는 구조라면, 필요에 따라 일부 변형된 구조도 가능함은 물론이다.
상기 금속 볼이 상부 개구에 안착되어 소성 변형에 의해 관통구를 용이하게 밀봉할 수 있도록, 바람직하게는 상기 금속 볼의 직경은 하부 개구의 내경보다 크게 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 상기 금속 볼의 직경은 하부 개구의 내경에 대해 150 내지 300%의 크기일 수 있다. 따라서, 상기 금속 볼은 상부 개구의 형상으로 소성 변형되어 안착되고, 하부 개구로 이탈하지 않지 않아 관통구를 효율적으로 밀봉할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 상부 개구의 내부에는 소성 변형된 금속 볼과의 접촉 계면적을 높이기 위한 하나 이상의 그루브들이 형성되어 있을 수 있다. 즉, 소성 변형된 금속볼과의 접촉 계면적이 넓을수록 접착력이 증가하므로, 우수한 밀봉상태를 유지할 수 있다,
상기 언급한 바와 같이, 소성 변형된 금속 볼과의 접촉 계면적을 높이기 위하여, 상기 상부 개구의 상단 외주면에 인접한 베이스 플레이트의 부위에도 하나 이상의 그루브들이 형성되어 있을 수 있으며, 필요에 따라 상기 개구 내부와 상기 개구의 상단 외주면에 인접한 베이스 플레이트의 부위 모두에 그루브들이 형성될 수도 있다.
상기와 같이 관통구 내에 금속 볼을 압입하는 과정에서, 상기 소성 변형된 금속 볼과 관통구의 계면 중 적어도 일부에는 접착제가 개재되어 있을 수 있다. 구체적으로, 관통구의 특이적인 형상으로 인해, 금속 볼은 관통구의 내면과 완전히 일치하도록 소성 변형되기는 어려울 수 있다. 따라서, 이러한 불완전 밀착 부위에 접착제가 위치하게 되어 밀봉성을 보완하게 된다. 상기와 같은 위치에 부가된 접착제는 전지에 요구되는 수준의 밀봉을 발휘할 수 있도록 조력하면서도, 소성 변형 형태보다는 낮은 결합력에 의해 전지의 내압 상승시 가압 가스가 배출될 수 있는 경로를 제공하게 된다.
상기 접착제는 다양할 수 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 유리 쉘(shell)의 내부에 액상 접착제가 담지되어 있는 유리 캡슐의 형태로 금속 볼의 외면에 도포되어 있을 수 있다. 이러한 형태로 부가된 접착제는, 금속 볼을 압입할 때, 금속 볼의 외면에 도포되어 있는 유리 쉘이 파괴되면서 내부에 액상 접착제가 외부로 흘러나와 접착력을 발휘하게 된다. 따라서, 전지의 제조 공정 중에는 접착력을 발 휘하지 않아 취급이 용이하고, 금속 볼의 압입시 비로서 접착력을 발휘하므로 관통구의 밀봉 과정을 더욱 원활하게 수행할 수 있다.
또한, 상기 접착제는 알루미늄에 대한 접착이 가능한 물질이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 에폭시(Epoxy) 수지, 폴리이미드(Polyimide) 수지, 아크릴(Acrylic) 수지, 폴리우레탄(Polyurethane) 수지, 및 경화제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상일 수 있다.
상기 구조에서, 유리 캡슐들은 금속 볼의 외면에 견고하게 도포될 수 있도록 바인더에 의해 도포되는 것이 바람직하다. 이러한 바인더로는 예를 들어 핫멜트 타입(Hot-Melt type)의 접착제가 사용될 수 있으며, 상기 핫멜트 타입 접착제의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 열가소성 수지 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
경우에 따라서는, 상기 유리 캡슐 구조의 접착제에서, 유리 쉘의 내부에 경화제가 담지되어 있고, 유리 쉘의 외면에 상기 경화제에 의해 접착성 경화 반응이 일어나는 접착제가 도포되어 있는 구조일 수도 있다.
따라서, 유리 쉘이 파괴되면 내부의 경화제에 의해 외면에 되어 있던 접착제가 경화되면서 접착력을 발휘하게 된다. 유리 쉘의 외면에 도포되는 접착제는 접착성 경화 반응이 일어날 수 있는 물질이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 폴리우레탄 수지 등을 들 수 있으며, 유리 쉘의 내부에 담지되는 경화제는 상기 물질들의 경화를 유발할 수 있는 물질이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 아민 화합물, 과산화물, 산 무수물 등을 들 수 있다.
상기 금속 볼은 압입시 소성 변형되어 접착제에 의해 관통구를 밀봉하는 소재라면 특별히 제한되는 것은 않으며, 바람직하게는 베이스 플레이트와 동일한 소재로 이루어져 있으며, 예를 들어, 알루미늄 소재일 수 있다.
본 발명의 이차전지는 다양한 변형이 가능할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
이러한 변형 이차전지는, 예를 들어, 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지로서, 상기 각형 캔의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트에는 전지 제조과정에서 전해액 주입구로 사용되고 완성된 전지의 내압 상승시 벤트로서 사용되는 관통구가 천공되어 있고, 상기 관통구는 상측 방향으로 직경이 커지는 상향 테이퍼 구조로 이루어져 있으며, 접착제가 외면에 도포되어 있고 상기 관통구의 내면 형상에 대응하는 밀폐부재가 관통구에 삽입되어 밀봉이 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 관통구에 접착제를 도포하고, 상기 관통구의 내면 형상에 대응하는 밀폐부재를 삽입함으로써, 종래기술에서와 같이, 관통구를 밀봉하기 위한 압입 공정, 용접 공정 등을 수행하지 않음으로써, 공정의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.
다만, 상기 변형 구조는 앞서 설명한 구조에 비해 밀봉과 고압 배출을 동시에 만족하기 어려운 측면이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 하나의 바람직한 예에서, 상기 관통구와 밀폐부재의 계면에는 환형의 가스켓이 추가로 개재되어 있을 수 있다. 따라서, 접착 제에 의해 제공되는 기본적인 밀봉성을 가스켓에 의해 강화되면서, 밀폐부재가 전지의 임계 내압에서 효과적으로 분리될 수 있다.
상기 관통구와 밀폐부재 상에 가스켓을 장착하는 방식은 다양할 수 있으며, 더욱 효율적인 장착을 위해, 바람직하게는 상기 가스켓에 대응하는 위치의 관통구 및/또는 밀폐부재 상에는 환형의 그루브가 각인되어 있고, 상기 가스켓은 그러한 그루브 상에 장착되는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 내용을 바탕으로 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
구체적으로,
각형 캔의 내부에 전극조립체를 장착하는 과정;
상대적으로 큰 직경의 상부 개구와 상대적으로 작은 직경의 하부 개구가 연통되어 있고 상기 상부 개구가 상측 방향으로 직경이 작아지는 상향 테이퍼 구조로 이루어진 관통구가 천공되어 있는 베이스 플레이트를 상기 각형 캔의 개방 상단에 장착하여 결합하는 과정;
상기 관통구를 통해 각형 캔 내부에 전해액을 주입하는 과정; 및
접착제가 도포된 금속 볼을 상기 관통구 상에 위치시킨 상태에서 압입하여 관통구의 형상으로 소성 변형시킴으로써 밀봉하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
상기 관통구의 밀봉 방법에 따르면, 상부 개구 및 하부 개구가 상기와 같은 테이퍼 구조로 이루어져 있는 관통구에 접착제가 도포된 금속 볼을 압입하는 과정 만으로도 관통구가 밀봉되므로, 제조 공정을 크게 단축시킬 수 있으며, 벤트 역할을 하는 별도의 구조 없이도, 완성된 전지의 내압 발생시 상기 관통구를 통해 가스를 제거하는 벤트 역할을 수행할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 구체적으로 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 이차전지에서 관통구가 형성되어 있는 베이스 플레이트의 평면도 및 직선 B-B에 따른 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 베이스 플레이트(200)는 그것의 중앙에 전극조립체(도시하지 않음)의 음극 탭에 연결되어 있는 전극단자(201)가 돌출되어 있고, 일측에 관통구(210)가 형성되어 있다. 관통구(210) 인근의 상단 만입홈은 보호회로모듈 등을 베이스 플레이트(200) 상에 안정적으로 탑재하기 위해 형성되어 있다. 전극단자(201)와 베이스 플레이트(200) 사이에는 절연부재(203)가 개재되어 있어서, 전극조립체의 양극 탭에 연결되는 베이스 플레이트(200)를 전극단자(201)로부터 절연시킨다.
관통구의 경사면 구조를 상세하게 설명하기 위하여 점선원 부위(b)를 확대하여 도 4에 나타내었고, 도 5에는 접착제가 도포된 금속 볼의 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 관통구(210)는 수직 단면상으로 큰 직경(W)의 상부 개구(211)와 작은 직경(w)의 하부 개구(212)가 연통되어 있는 구조로서, 상부 개구(211)는 상측 방향으로 직경이 작아지는 상향 테이퍼 구조로 이루어져 있으며, 하부 개구의 직경(w)보다 크고 상부 개구의 직경(W)보다 작은 구형의 금속 볼(300)이 압입되어 밀봉된다.
또한, 상부 개구(211)의 평균 내경은 하부 개구(212)의 내경에 대해 약 200%의 크기(W)로 형성되어 있고, 하부 개구(212)의 높이에 대해 약 150%의 높이(d)로 형성되어 있다. 또한, 상부 개구(211)의 상향 테이퍼 각도는 수평면을 기준으로 약 60도의 각도(r)를 이루고 있다.
금속 볼(300)은 알루미늄으로 이루어져 있으며, 그 외면에 접착제(310)가 도포되어 있다. 접착제(310)는 유리 쉘(shell)(311)의 내부에 액상 접착제(312)가 담지되어 있는 유리 캡슐의 형태로, 바인더(도시하지 않음)에 의해 금속 볼(300)의 외면에 도포되어 있다.
따라서, 전극조립체가 장착된 각형 캔의 개방 상단에 베이스 플레이트(200)를 장착하고, 전해액을 주입한 뒤 관통구(210)를 밀봉하고자 할 때, 큰 직경(W)의 상부 개구(211)와 작은 직경(w)의 하부 개구(212)가 연통되어 있는 구조로서, 상부 개구(211)가 상측 방향으로 직경이 작아지는 상향 테이퍼 구조로 이루어진 관통구(210)를, 접착제(310)가 도포된 금속 볼(300)에 의해 밀봉한다. 구체적으로, 관통구(210)에 대해 금속 볼(300)을 압입하면, 금속 볼(300)의 외면에 도포되어 있는 유리 쉘(311)이 파열되면서 내부에 액상 접착제(312)가 외부로 흘러나와 접착 역할을 발휘하게 된다. 따라서, 용접 과정 및 에폭시 수지의 도포 과정에 의하지 않고도 밀봉을 수행할 수 있고, 전지의 내압 상승시 관통구(210)를 통해 고압 가스를 배출할 수 있으므로, 결과적으로, 각형 이차전지의 제조 공정을 크게 단축시킬 수 있다.
도 6에는 또 다른 실시예에 따른 각형 이차전지에서 관통구가 형성되어 있는 베이스 플레이트의 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 상부 개구(211)의 내부에는 2 개의 그루브들(221, 222)이 형성되어 있고, 상부 개구(211)의 상단 외주면에 인접한 베이스 플레이트(200)의 부위에 2 개의 그루브들(223, 224)이 형성되어 있는 것을 제외하고는 도 4와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
즉, 소성 변형된 금속볼과의 접촉 계면적이 넓을수록 접착력이 증가하므로, 이러한 구조는 도 4의 구조와 비교하여, 그루브들(221, 222, 223, 224)을 통해 소성 변형된 금속 볼과의 접촉 계면적을 높일 수 있어 우수한 밀봉상태를 유지할 수 있다,
도 7에는 본 발명의 변형예에 따른 각형 이차전지에서 관통구가 형성되어 있는 베이스 플레이트의 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 관통구(230)가 상측 방향으로 직경이 커지는 상향 테이퍼 구조로 이루어져 있으며, 접착제(310)가 외면에 도포되어 있고 관통구(230)의 내면 형상에 대응하는 밀폐부재(320)가 관통구(230)에 삽입되어 밀봉이 이루어진다.
관통구(230)와 밀폐부재(320)의 계면에는 한 쌍의 환형의 가스켓(330, 331)이 개재되어 있고, 가스켓(330)에 대응하는 위치의 관통구(230) 상에는 가스켓(330)의 장착을 지지하기 위한 환형의 그루브(도시하지 않음)가 각인되어 있다. 따라서, 상기와 같은 특정한 구조에 의해, 소망하는 수준의 밀봉성을 발휘하면서 전지 내압의 상승시 임계 압력에서 관통구(230)가 개방될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 관통구에 대한 금속 볼의 압입 공정에 의해 소망하는 수준의 밀봉성을 발휘할 수 있으므로 전지의 제조공정을 효과적으로 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 전지의 내압 상승시 관통구를 통해 가스를 배출시킬 수 있으므로 별도의 벤트 구조를 전지에 형성할 필요가 없다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 각형 이차전지에서 전해액 주입구가 형성되어 있는 베이스 플레이트의 평면도 및 직선 A-A에 따른 수직 단면도이다;
도 2는 도 1의 점선원 a 부위의 확대도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 이차전지에서 관통구가 형성되어 있는 베이스 플레이트의 평면도 및 직선 B-B에 따른 수직 단면도이다;
도 4는 도 3의 점선원 b 부위의 확대도이다;
도 5는 접착제가 도포된 금속 볼의 단면도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 각형 이차전지에서 관통구가 형성되어 있는 베이스 플레이트의 수직 단면도이다;
도 7은 본 발명의 변형예에 따른 각형 이차전지에서 관통구가 형성되어 있는 베이스 플레이트의 수직 단면도이다.

Claims (19)

  1. 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지로서,
    상기 각형 캔의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트에는 전지 제조과정에서 전해액 주입구로 사용되고 완성된 전지의 내압 상승시 벤트로서 사용되는 관통구가 천공되어 있으며,
    상기 관통구는 상대적으로 큰 직경의 상부 개구와 상대적으로 작은 직경의 하부 개구가 연통되어 있는 구조로서, 상기 상부 개구는 상측 방향으로 직경이 작아지는 상향 테이퍼 구조로 이루어져 있으며,
    접착제가 도포된 금속 볼을 상기 관통구 상에 위치시킨 상태에서 압입하여 관통구의 형상으로 소성 변형시킴으로써 밀봉이 이루어지고,
    상기 금속 볼의 직경은 하부 개구의 내경보다 크고 상부 개구의 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 개구의 평균 내경은 하부 개구의 내경에 대해 120 내지 400%의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 개구의 높이는 하부 개구의 높이에 대해 50 내지 200%의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 개구의 상향 테이퍼 각도는 수평면을 기준으로 40 ~ 80도인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 볼의 직경은 하부 개구의 내경에 대해 150 내지 300%의 크기인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 개구의 내부에는 소성 변형된 금속 볼과의 접촉 계면적을 높이기 위한 하나 이상의 그루브들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 개구의 상단 외주면에 인접한 베이스 플레이트의 부위에 소성 변형된 금속 볼과의 접촉 계면적을 높이기 위한 하나 이상의 그루브들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 소성 변형된 금속 볼과 관통구의 계면 중 적어도 일부에는 접착제가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 접착제는 유리 쉘(shell)의 내부에 액상 접착제가 담지되어 있는 유리 캡슐의 형태로 금속 볼의 외면에 도포되어 있는 유리 캡슐의 형태로 금속 볼의 외면에 부가된 후, 관통구에 대한 금속 볼의 압입 과정에서 유리 쉘이 파괴되면서 금속 볼과 관통구의 계면에 개재되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 유리 캡슐들은 바인더에 의해 금속 볼의 외면에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 접착제는 유리 쉘의 내부에 경화제가 담지되어 있고 유리 쉘의 외면에 상기 경화제에 의해 접착성 경화 반응이 일어나는 접착제가 도포되어 있는 유리 캡슐의 형태로 금속 볼의 외면에 부가된 후, 관통구에 대한 금속 볼의 압입 과정에서 유리쉘이 파괴되면서 금속 볼과 관통구의 계면에 개재되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 볼은 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지로서,
    상기 각형 캔의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트에는, 전지 제조과정에서 전해액 주입구로 사용되고 완성된 전지의 내압 상승시 벤트로서 사용되는, 관통구가 천공되어 있으며,
    상기 관통구는 상측 방향으로 직경이 커지는 상향 테이퍼 구조로 이루어져 있으며,
    접착제가 외면에 도포되어 있고 상기 관통구의 내면 형상에 대응하는 밀폐부재가 관통구에 삽입되어 밀봉이 이루어지고,
    상기 관통구와 밀폐부재의 계면에는 환형의 가스켓이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 삭제
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 가스켓에 대응하는 위치의 관통구 및/또는 밀폐부재 상에는 가스켓의 장착을 지지하기 위한 환형의 그루브가 각인되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지를 제조하는 방법으로서,
    각형 캔의 내부에 전극조립체를 장착하는 과정;
    상대적으로 큰 직경의 상부 개구와 상대적으로 작은 직경의 하부 개구가 연통되어 있고 상기 상부 개구가 상측 방향으로 직경이 작아지는 상향 테이퍼 구조로 이루어진 관통구가 천공되어 있는 베이스 플레이트를, 상기 각형 캔의 개방 상단에 장착하여 결합하는 과정;
    상기 관통구를 통해 각형 캔 내부에 전해액을 주입하는 과정; 및
    접착제가 도포된 금속 볼을 상기 관통구 상에 위치시킨 상태에서 압입하여 관통구의 형상으로 소성 변형시킴으로써 밀봉하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  18. 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지로서,
    상기 각형 캔의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트에는 전지 제조과정에서 전해액 주입구로 사용되고 완성된 전지의 내압 상승시 벤트로서 사용되는 관통구가 천공되어 있으며,
    상기 관통구는 상대적으로 큰 직경의 상부 개구와 상대적으로 작은 직경의 하부 개구가 연통되어 있는 구조로서, 상기 상부 개구는 상측 방향으로 직경이 작아지는 상향 테이퍼 구조로 이루어져 있으며,
    접착제가 도포된 금속 볼을 상기 관통구 상에 위치시킨 상태에서 압입하여 관통구의 형상으로 소성 변형시킴으로써 밀봉이 이루어지고,
    상기 상부 개구의 평균 내경은 하부 개구의 내경에 대해 120 내지 400%의 크기로 이루어지며, 상기 상부 개구의 높이는 하부 개구의 높이에 대해 50 내지 200%의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지로서,
    상기 각형 캔의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트에는 전지 제조과정에서 전해액 주입구로 사용되고 완성된 전지의 내압 상승시 벤트로서 사용되는 관통구가 천공되어 있으며,
    상기 관통구는 상대적으로 큰 직경의 상부 개구와 상대적으로 작은 직경의 하부 개구가 연통되어 있는 구조로서, 상기 상부 개구는 상측 방향으로 직경이 작아지는 상향 테이퍼 구조로 이루어져 있으며,
    접착제가 도포된 금속 볼을 상기 관통구 상에 위치시킨 상태에서 압입하여 관통구의 형상으로 소성 변형시킴으로써 밀봉이 이루어지고,
    상기 상부 개구의 상향 테이퍼 각도는 수평면을 기준으로 40 ~ 80도인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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