KR101264462B1 - 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 베어셀을 구성하는 캡 플레이트의 상면에 형성된 돌기를 리드 플레이트의 일면에 형성된 통공에 삽입하여 그 돌기부분을 리벳팅함으로써 리드 플레이트와 베에셀의 결합력을 높일 수 있는 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지는 양극, 음극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극 조립체, 상기 전극 조립체와 전해액을 수용하는 용기형 캔, 상기 캔의 개구부를 마감하는 캡 플레이트를 갖는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 베어 셀; 및 상기 캡 조립체에 설치된 리드 플레이트를 통해 상기 베어 셀에 접속되는 보호 회로 모듈을 포함하며, 상기 리드 플레이트의 일면에는 통공이 형성되어 상기 리드 플레이트는 상기 통공과 상기 캡 플레이트 상면에 형성된 돌기에 의해 상기 캡 플레이트에 리벳팅으로 체결되는 것을 특징으로 한다.
이차전지, 베어셀, 리드 플레이트, 돌기, 리벳팅
Description
도 1은 성형 수지에 의해 결합되기 전 단계에 있는 종래의 이차 전지의 일 예에 대한 개략적 부분 분해 사시도이다.
도 2는 성형 수지에 의해 결합된 상태의 종래의 이차 전지를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지가 성형 수지에 의해 결합되기 전 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 이차 전지에서 양극 리드 플레이트를 확대 도시한 확대 사시도이다.
도 5는 도 3의 이차 전지에서 통공이 형성된 양극 리드 플레이트가 캡 플레이트에 형성된 돌기에 삽입된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 양극 리드 플레이트와 캡 플레이트가 리벳팅 공법으로 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 양극 리드 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 통공이 형성된 양극 리드 플레이트가 캡 플레이트에 형성된 돌기에 삽입된 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 양극 리드 플레이트와 캡 플레이트가 리벳팅 공법으로 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
111: 캔 112: 전극 조립체
113: 양극판 114: 세퍼레이터
115: 음극판 116: 양극탭
117: 음극탭 118: 절연 테이프
210, 410: 캡 플레이트 211: 단자용 통공
212: 전해액 주입공 213: 돌기
220: 가스켓 230: 전극 단자
240: 절연 플레이트 250: 단자 플레이트
260, 460: 마개 290: 절연 케이스
291: 음금탭용 홀 292: 양극탭용 홀
293: 전해액 주입공 300: 보호 회로 모듈
311, 321: 외부 입출력 단자 320: 절연판
360: 양극용 접속 단자 370: 음극용 접속 단자
380, 580: 양극 리드 플레이트 382, 582: 저면
382a, 582a: 홀 384, 584: 측벽
390: 음극용 접속 단자
본 발명은 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베어셀을 구성하는 캡 플레이트의 상면에 형성된 돌기를 리드 플레이트의 일면에 형성된 통공에 삽입하여 그 돌기부분을 리벳팅함으로써 리드 플레이트와 베에셀의 결합력을 높일 수 있는 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화 가능성으로 인하여 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 근래에 개발되고 사용되는 것 가운데 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와, 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 있다.
이들 이차 전지에서 베어 셀(bare cell)의 대부분은 양극, 음극 및 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체를 통상 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 캔에 수납하고, 캔을 캡 조립체로 마감한 뒤, 캔 내부에 전해액을 주입하고 밀봉함으로써 형성된다. 캔이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되면 알루미늄의 가벼운 속성으로 전지의 경량화가 이루어질 수 있고, 고전압하에서 장시간 사용할 때에도 부식되지 않는 등 유리한 점이 있다.
상기 베어 셀에는 통상적으로 상부에 주위 부분과 절연된 전극 단자가 구비되며, 이 전극 단자가 베어 셀 내에서 전극 조립체의 한 전극과 연결되어 전지의 양극 단자 또는 음극 단자를 이루게 된다. 그리고, 캔 자체는 전극 단자와 반대의 극성을 가진다.
밀봉된 이차 전지 베어 셀의 전극 단자는 PTC(positive temperature coefficient)소자, 서멀 퓨즈(thermal fuse) 및 보호 회로 모듈(Protective Circuit Module)등의 안전장치의 단자와 전기적으로 연결된다. 안전장치들은 베어셀의 양극과 음극에 연결되어 전지의 과열이나, 과도한 충ㆍ방전 등으로 전지의 전압이 급상승하는 등의 문제가 발생할 때 전류를 차단해 전지의 파열 등 위험을 방지하게 한다.
통상, 베어 셀의 전극과 보호 회로 모듈 등의 전기 단자를 직접 용접하여 전기적으로 접속시키는 것은 베어 셀의 형태상, 재질상 용이하지 않다. 따라서, 리드 플레이트(lead plate)라 불리는 도체구조가 전지의 양극, 음극과 보호 회로 모듈 같은 안전장치의 전기 단자를 연결하는 역할을 한다. 리드 플레이트의 재질로는 통상 니켈 또는 니켈 합금이나, 니켈이 도금된 스테인레스강이 사용된다. 이렇게 베어셀과 보호 회로 모듈은 리드 플레이트와의 용접에 의하여 전기적으로 연결된다.
안전장치와 베어 셀은 전기적으로 연결된 상태로 별도의 팩에 수납되거나, 용융된 수지로 사이 공간이 채워져 피복되어 전지 팩을 이룬다.
도 1은 성형 수지에 의해 결합되기 전 단계에 있는 종래의 이차 전지의 일 예에 대한 개략적 부분 분해 사시도이고, 도 2는 성형 수지에 의해 결합된 상태의 종래의 이차 전지를 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 이차 전지에서 베어셀(10)의 전극 단자(11,12)가 형성된 면에 나란히 보호 회로 기판(30)이 배치된다. 그리고, 도 2와 같이 베어셀(10)과 보호 회로 기판(30)과의 간극을 성형 수지로 충전한다. 성형 수 지로 충전할 때 성형 수지가 보호 회로 기판의 바깥 면까지 덮을 수 있으나 전지의 외부 입출력 단자(31,32)는 외부로 노출되도록 한다.
베어셀(10)에는 보호 회로 기판(30)과 대향하는 측면에는 양극 단자(11), 음극 단자(12)가 형성되어 있다. 양극 단자(11)는 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 이루어지는 캡 플레이트 자체이거나 캡 플레이트 상에 결합된 니켈 함유 금속판이 될 수 있다. 음극 단자(12)는 캡 플레이트 상에 돌기 모양으로 돌출된 단자이며, 주위에 개재된 절연체 가스켓에 의해서 캡 플레이트(13)와 전기적으로 격리되어 있다.
보호 회로 기판(30)은 수지로 이루어진 판넬에 회로가 형성되어 이루어지고, 외측 표면에 외부 입출력 단자(31,32) 등이 형성되어 있다. 이 기판(30)은 베어셀(10)의 대향 면(캡 플레이트면)과 거의 같은 크기와 모양을 가진다.
보호 회로 기판(30)에서 외부 입출력 단자(31,32)가 형성된 이면, 즉, 내측면에는 회로부(35) 및 접속 단자(36,37)가 구비된다. 회로부(35)에는 충방전시에 과충전, 과방전으로부터 전지를 보호하기 위한 보호 회로 등이 형성되어 있다. 회로부(35)와 각각의 외부 입출력 단자(31,32)는 보호 회로 기판(30)을 통과하는 도전구조에 의해 전기 접속되어 있다.
베어셀(10)과 보호 회로 기판(30) 사이에는 리드 플레이트(41,42) 및 절연판(43) 등이 배치되어 있다. 리드 플레이트(41,42)는 통상 니켈로 이루어지고 캡 플레이트(13) 및 보호 회로 기판(30)의 접속 단자(36,37)와의 전기 접속을 위해 형성되며 'L'자형 구조 혹은 평면적 구조로 이루어진다. 리드 플레이트(41, 42)와 접 속 단자(36, 37)는 일반적으로 스폿용접에 의하여 결합된다. 여기서, 리드 플레이트(41, 42)는 양극으로서 역할을 하는 양극 리드 플레이트(41)와 음극으로서 역할을 하는 음극 리드 플레이트(42)로 구분되어진다. 또한, 접속 단자(36, 37)도 양극 역할을 하는 양극용 접속 단자(36)와 음극 역할을 하는 음극용 접속 단자(37)로 구분되어진다. 본 예에서는 보호 회로 기판(30)과 음극 단자(12) 사이에 있는 음극 리드 플레이트(42)에는 브레이커(breaker) 등이 별도로 형성된 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 보호 회로 기판(30)의 회로부(35)에는 브레이커가 제외된다. 절연판(43)은 음극 단자(12)와 접속되는 음극 리드 플레이트(42)와 양극이 되는 캡 플레이트(13) 사이를 절연하기 위해서 설치된다. 이러한 절연판(43)은 음극 리드 플레이트(42)를 베어셀(10)에 부착되어 고정되도록 접착테이프 재질로 이루어져 있다.
보호 회로 기판(30) 및 기타 전지 부속은, 도 2에 도시된 바와 같이, 성형수지부(20)에 의해 베어셀(10) 상부에 고정적으로 결합된다. 여기서, 외부 입출력 단자(31, 32)는 성형 수지부(20)의 상면에서 노출되어 형성된다.
상기와 같은 구성을 가지고 이루어진 종래의 이차 전지에서, 베어셀(10)과 보호 회로 모듈(20)을 전기적으로 연결하기 위한 매개체인 리드 플레이트(41, 42) 각각을 베어셀(10)의 양극단자(11)로서 역할을 하는 캡 플레이트(13)와 음극단자(12) 각각에 연결시, 음극 리드 플레이트(42)는 접착테이프 재질로 이루어진 절연판(43)에 부착되면서 음극단자(12)에 연결되고, 양극 리드 플레이트(41)는 캡 플레이트(13)에 레이저 용접으로 결합되어 전기적으로 연결된다. 이런 방식에 의해, 양극 리드 플레이트(41)와 음극 리드 플레이트(42)는 베어셀(10)에 전기적으로 연결된다.
그런데, 양극 리드 플레이트(42)를 캡 플레이트(13)에 결합시키기 위해 실시하는 레이저 용접은 점용접 형태로 이루어지는데, 이런 용접에는 용접을 위한 레이저 빔의 출력이 엄격하게 조절되지 않을 경우 문제가 발생하기 쉽다. 가령, 레이저 빔의 출력이 약하면 캡 플레이트(13)와 접촉하는 양극 리드 플레이트(41)의 저면만 부분 용융되고 그 저면의 하부에 위치하는 캡 플레이트(13)는 충분히 용융되지 않아 용접의 강도가 떨어지기 쉽다. 이런 경우, 이후 공정이나 전지 팩에서 밴딩(bending) 테스트 또는 트위스팅(twisting) 테스트시 베어셀(10)에서 양극 리드 플레이트(41)가 떨어지는 경우를 쉽게 볼 수 있다. 용접 강도는 어느 정도의 통계적 분포를 그리게 되므로 양극 리드 플레이트(41)의 저면 아래쪽의 캡 플레이트(13)까지 충분히 용융시키기 위해서는 레이저 빔 출력이 커야 하고 레이저 빔 출력 손실이 과다하게 된다는 측면이 있다. 또한, 레이저 빔 출력이 과다한 경우에도 캡 플레이트(13)의 용접부분에 파손 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 캡 플레이트(13)의 용접부분의 파손 문제가 커져 캡 플레이트(13)에 구멍이 발생하면 베어셀(10)의 내부의 전해액이 밖으로 누액될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 캔 제조업체, 캡 조립체 제조업체 각각으로부터 각각 캔 및 캡 조립체를 제공받아 베어셀(10)을 완성하는 경우에, 캔과 캡 조립체를 용접에 의해 결합함으로써 베어셀(10)을 완성하고 난 후 완성된 베어셀(10)의 캡 플레이트(13)에 단품으로 제공되는 양극 리드 플레이트(41)를 부착시키는 별도의 레이저 용접 공정이 실시되어야 한다. 이러한 레이저 용접을 실시하기 위해서는, 단품으로 제공되는 양극 리드 플레이트(41)를 집어서 베어셀(10)의 캡 플레이트(13)의 정해진 위치로 안착시키는 피더(feeder) 공정이 추가로 요구된다. 이렇게, 양극 리드 플레이트(41)를 베어셀(10)의 캡 플레이트(13)에 레이저 용접으로 부착시키는 레이저 용접을 실시할 경우 별도의 피더(feeder) 공정이 요구되므로, 그에 따른 제조공정 시간이 길어질 뿐 아니라 전지의 제작공정이 복잡해진다. 이에 따라, 전지 제조 수율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 베어셀을 구성하는 캡 플레이트의 상면에 형성된 돌기를 리드 플레이트의 일면에 형성된 통공에 삽입하여 그 돌기부분을 리벳팅함으로써 리드 플레이트와 베에셀의 결합력을 높일 수 있는 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지는 양극, 음극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극 조립체, 상기 전극 조립체와 전해액을 수용하는 용기형 캔, 상기 캔의 개구부를 마감하는 캡 플레이트를 갖는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 베어 셀; 및 상기 캡 조립체에 설치된 리드 플레이트를 통해 상기 베어 셀에 접속되는 보호 회로 모듈을 포함하며, 상기 리드 플레이트의 일면에는 통공이 형성되어 상기 리드 플레이트는 상기 통공과 상기 캡 플레이트 상면에 형성된 돌기에 의해 상기 캡 플레이트에 리벳팅으로 체결되는 것을 특징으로 한다.
상기 돌기는 상기 캡 플레이트와 일체로 형성될 수 있다.
상기 리드 플레이트의 타면은 상기 보호 회로 모듈에 형성된 전극 단자와 용접되어 상기 베어셀과 상기 보호 회로 모듈이 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 리드 플레이트는 양극일 수 있다.
상기 돌기는 평면형상이 원형, 타원형, 및 다각형 중 어느 하나로 선택될 수 있다.
상기 캡 플레이트 상면으로부터 돌출되는 상기 돌기의 높이는 상기 캡 플레이트 두께의 1/3 내지 1/2일 수 있다.
상기 통공은 상기 돌기의 평면형상과 같은 형상으로 형성될 수 있다.
상기 돌기는 상기 통공에 삽입되어 상기 리벳팅에 의해 상기 캡 플레이트에 걸칠 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지가 성형 수지에 의해 결합되기 전 상태를 나타내는 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 이차 전지에서 양극 리드 플레이트를 확대 도시한 확대 사시도이고, 도 5는 도 3의 이차 전지에서 통공이 형성된 양극 리드 플레이트가 캡 플레이트에 형성된 돌기에 삽입된 상태를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5의 양극 리드 플레이트와 캡 플레이트가 리벳팅 공법으로 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 캔(111), 이 캔(111)의 내부에 수용되는 전극 조립체(112), 캔(111)의 개방된 상단과 결합하여 캔 상단을 밀봉하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 베어 셀과 보호 회로 모듈(300)을 포함하여 이루어진다.
전극 조립체(112)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 양극판(113), 세퍼레이터(114), 음극판(115), 세퍼레이터의 적층체를 와형으로 권취하여 형성한다.
양극판(113)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예컨대 알루미늄 호일로 된 양극 집전체와, 그 양면에 코팅된 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 양극 활물질층을 포함하고 있다. 양극(113)에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체의 영역에 양극탭(116)이 전기적으로 연결되어 있다.
음극판(115)은 전도성의 금속 박판, 이를테면 구리 호일로 된 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 탄소재를 주성분으로 하는 음극 활물질층을 포함하고 있다. 음극(115)에도 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체의 영역에 음극탭(117)이 접속되어 있다.
양극판(113) 및 음극판(115)과, 양극탭(116) 및 음극탭(117)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있으며, 양극탭(116) 및 음극탭(117)이 전극 조립체(112)로부터 인출되는 경계부에는 두 전극판(113,115)간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(118)가 각각 감겨져 있다.
세퍼레이터(114)는 폴리 에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어져 있다. 세퍼레이터(114)는 양극판(113) 및 음극판(115)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판간의 단락을 방지 하는데 유리하다.
캔(111)은 대략 직육면체의 형상을 가진 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 형성된다. 캔(111)의 개방된 상단을 통해 전극 조립체(112)가 수용되어 캔은 전극 조립체 및 전해액의 용기 역할을 하게 된다. 캔은 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 본 발명의 실시 예에서는, 캔이 양극 단자의 역할을 하여 캔과 결합되는 캡 조립체의 캡 플레이트(210) 또한 양극 단자의 역할을 수행하게 된다. 물론 실시 예에 따라, 캔 및 캡 플레이트가 음극 단자의 역할을 수행할 수도 있다.
캡 조립체에는 캔(111)의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡 플레이트(210)가 마련되어 있다. 캡 플레이트(210)의 중앙부에는 전극 단자(230)가 통과할 수 있도록 단자용 통공(211)이 형성된다. 캡 플레이트(210)의 중앙부를 관통하는 전극 단자(230) 외측에는 전극 단자(230)와 캡 플레이트(210)와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(220)이 설치되어 있다. 캡 플레이트(210) 중앙부, 단자용 통공(211) 근방에는 캡 플레이트(210) 하면에 절연 플레이트(240)가 배치되어 있다. 절연 플레이트(240)의 아랫면에는 단자 플레이트(250)가 설치되어 있다.
전극 단자(230)는 가스켓(220)이 외주면을 감싼 상태에서 단자용 통공(211)을 통하여 삽입되어 있다. 여기서, 전극 단자(230)는 캔(111) 및 캡 조립체의 양극 단자와 반대의 극성인 음극 단자로서의 역할을 수행한다. 전극 단자(230)의 저면부는 절연 플레이트(240)를 개재한 상태에서 단자 플레이트(250)와 전기적으로 연결되어 있다.
캡 플레이트(210) 하면에는 양극(113)으로부터 인출된 양극탭(116)이 용접되어 있으며, 전극 단자(230)의 하단부에는 음극(115)으로부터 인출된 음극 탭(117)이 사행으로 접혀진 상태에서 용접되어 있다.
한편, 전극 조립체(112)의 상면에는 전극 조립체(112)와 캡 조립체와의 전기적 절연을 위하고, 이와 동시에 상기 전극 조립체(112)의 상단부를 커버할 수 있도록 절연 케이스(290)가 설치되어 있다. 절연 케이스(290)는 절연성을 가지는 고분자 수지이며, 폴리 프로필렌으로 된 것이 바람직하다. 절연 케이스(290)의 중앙부에는 음극탭(117)이 통과할 수 있도록 음극탭용 홀(291)이 형성되고, 일측에는 양극탭(116)이 통과할 수 있도록 양극탭용 홀(292)이 형성된다. 또한 절연 케이스(290)의 타측에는 전해액 통과공(293)이 형성되어 있다. 전해액 통과공은 별도로 형성되지 않을 수 있다.
캡 플레이트(210)의 일측에는 전해액 주입공(212)이 형성되어 있다. 상기 전해액 주입공(212)에는 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입공을 밀폐시키기 위하여 마개(260)가 설치된다. 마개(260)는 알루미늄이나 알루미늄 함유 금속으로 만든 볼형 모재를 전해액 주입공(212) 위에 놓고 기계적으로 전해액 주입공(212)으로 압입하여 형성한다. 밀봉을 위해 마개(260)는 전해액 주입공(212) 주변에서 캡 플레이트(210)에 용접된다. 용접의 용이성을 위해 통상 마개(260)는 캡 플레이트(210)와 동일한 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 캡 플레이트(210)의 상면, 즉 마개(260)의 측방에는 돌기(213)가 형성된다. 이러한 돌기(250)는 하기될 양극 리드 플레이트(380)의 통공(382a)에 삽입되 도록 하기 위한 것으로 캡 플레이트(210)의 상면으로부터 돌출된 원형기둥 형태로 형성된다. 물론 돌기(213)는 사각기둥 또는 오각기둥과 같은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 이에 돌기의 형태를 한정하지는 않는다. 본 발명의 일 실시예에서, 돌기(213)는 마개(260)의 측방에 형성되었지만, 하기될 양극 리드 플레이트(380)가 캡 플레이트에 부착되는 위치에 달라질 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 구조를 가지고, 캡 플레이트(210) 주변부와 캔(111) 측벽이 용접되어 결합됨으로써, 베어셀 전지가 완성된다.
보호 회로 모듈(300)은 외부 입출력 단자(311, 321)가 형성된 상면과 회로부(도면에 표시하지 않음) 및 접속 단자(360, 370)가 구비된 하면으로 형성된다. 접속 단자(360, 370)는 양극용 접속 단자(360)와 음극용 접속 단자(370)로 구성되며, 이러한 양극용 접속 단자(360) 및 음극용 접속 단자(370)는 베어 셀과 연결되도록 형성된 양극 리드 플레이트 및 음극 리드 플레이트(380, 390)와 전기 접속을 위해 대략 'L'자형 구조로 형성된다. 리드 플레이트(380, 390)와 접속 단자(360, 370)는 일반적으로 스폿용접에 의하여 결합된다.
도 3의 미설명부호(320)는 음극 리드 플레이트(390)와 전극단자(230) 연결시 음극 리드 플레이트(390)와 양극 단자 역할을 하는 캡 플레이트(210)를 전기적으로 절연하기 위한 절연판이다.
상기와 같은 구조를 갖는 베어 셀과 보호 회로 모듈(300)이 리드 플레이트(380, 390)를 통해 전기적으로 연결된 상태로 별도의 팩에 수납되거나, 용융된 수지로 사이 공간이 채워져 피복되어 팩형태의 이차 전지를 이룬다.
다음은 베어 셀과 보호 회로 모듈(300)을 전기적으로 연결하는 리드 플레이트들(380,390) 중, 양극 리드 플레이트(380)가 베어셀과 보호 회로 모듈(300)에 연결되는 구조에 대해 살펴볼 것이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 양극 리드 플레이트(380)는 평면도 상에서 볼 때 대략 직사각형으로 이루어지며, 일면, 즉 저면(382)과 저면(382)의 주변부 일부에서 상부로 연장되어 형성되는 타면, 즉 측벽(384)을 포함하여 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 양극 리드 플레이트(380)의 저면(382) 일부, 즉 중앙부에는 캡 플레이트(210)의 돌기(213)가 삽입되도록 통공(382a)이 형성된다. 이러한 구조를 갖는 양극 리드 플레이트(380)의 저면(382)의 통공(382a)과 캡 플레이트(210)의 돌기(213)가 결합되면, 베어 셀과 양극 리드 플레이트(380)가 전기적으로 연결된다.
양극 리드 플레이트(380)의 측벽(384)은 저면(382)의 주변부 일부에서 상부 방향으로 수직 돌출되게 형성되며, 도 3에 도시된 보호 회로 모듈(300)의 양극용 접속 단자(360)와의 용접을 위해 존재한다. 이에 따라, 양극 리드 플레이트 측벽(384)에는 보호 회로 모듈의 양극용 접속 단자(360)가 용접되어, 양극 리드 플레이트(380)와 전기적으로 연결된 베어 셀과 보호 회로 모듈(300)이 전기적으로 연결된다.
양극 리드 플레이트(380)가 베어셀에 결합되는 것을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 양극 리드 플레이트(380)의 저면(382)에 형 성된 통공(382a)에 캡 플레이트(210)의 상면에 형성된 돌기(213)가 삽입된다. 여기서, 통공(382a)은 돌기(213)가 용이하게 삽입되도록 캡 플레이트(210)의 돌기(213)와 같은 크기 또는 조금 큰 크기로 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 통공(382a)의 형상은 돌기(213)의 평면형상과 같은 원형이만, 돌기(213)의 형상이 달라짐에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 돌기(213)의 평면 형상이 타원형이거나, 사각형 및 오각형을 포함하는 다각형이면, 통공(382a)의 형상은 타원형이나, 사각형 및 오각형을 포함하는 다각형으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기와 같이 양극 리드 플레이트 저면(382)의 통공(382a)에 캡 플레이트(210)의 돌기(213)가 삽입된 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 돌기(213) 부분을 리벳팅 공법으로 리벳팅함으로써 양극 리드 플레이트(380)를 캡 플레이트(210)에 체결한다. 자세히 설명하면, 양극 리드 플레이트 저면(382)의 통공(382a)에 삽입된 캡 플레이트(210)의 돌기(213)를 리벳팅 공법으로 리벳팅하면, 양극 리드 플레이트(380)의 통공(382a)을 통해 저면(382) 상부로 튀어나온 돌기(213)가 리벳팅 공법에 의해 옆으로 조금 퍼지면서 양극 리드 플레이트(380)의 저면(382)에 걸치는 구조가 된다. 이렇게, 캡 플레이트(210)의 돌기(213)가 양극 리드 플레이트(380)의 저면(382)에 걸치는 구조가 되어, 양극 리드 플레이트(380)와 캡 플레이트(210)가 물리적으로 체결된다. 상기와 같이 캡 플레이트(210)의 돌기(213)가 양극 리드 플레이트(380)의 저면(382)에 걸치는 형태로 결합되어, 밴딩 테스트 및 트위스팅 테스트 등의 외부적인 힘이 전지에 가해질 때 양극 리드 플레이트(380)가 베어셀의 캡 플레이트(210)로부터 이탈하는 것이 방지될 수 있다.
상기와 같이, 양극 리드 플레이트 저면(382)의 통공(382a)에 끼워져 리벳팅되는 돌기(213)는 딥드로잉 공법으로 캡 플레이트(210)의 상면으로부터 돌출되어 캡 플레이트(210)와 일체로 형성된다. 이렇게 캡 플레이트(210)와 일체로 형성되는 돌기(213)의 최대 돌출높이는 캡 플레이트(210)의 상면으로부터 캡 플레이트(210) 두께의 1/3 내지 1/2이다. 이는, 돌기(382a)의 돌출 높이가 캡 플레이트(210) 두께의 1/3보다 작으면 돌기(382a)의 높이가 너무 낮기 때문에, 돌기(213)가 양극 리드 플레이트 저면(382)의 통공(382a)에 끼워졌을때 양극 리드 플레이트 저면(382)로부터 튀어나온 부분이 거의 없어 리벳팅 공법을 실시하기 어렵고, 반면 돌기(382a)의 돌출 높이가 캡 플레이트(210) 두께의 1/2보다 크면, 캡 플레이트(210)에 돌기(213)를 형성하기 위해서 캡 플레이트(210)를 딥드로잉 처리시 돌기(213) 부분의 캡 플레이트(210)가 너무 얇아져 강도면에서 약하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 양극 리드 플레이트를 도시한 사시도이고, 도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 통공이 형성된 양극 리드 플레이트가 캡 플레이트에 형성된 돌기에 삽입된 상태를 나타내는 도면이고, 도 9는 8의 양극 리드 플레이트와 캡 플레이트가 리벳팅 공법으로 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지와 비교하여 양극 리드 플레이트의 구조만 다를뿐 동일한 구성요소를 갖는다. 이에 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 하고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 양극 리드 플레이트(580)가 도 3의 베어셀과 보호 회로 모듈(300)에 연결 되는 구조를 중심으로 설명할 것이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 양극 리드 플레이트(580)는 평면도 상에서 볼 때 대략 직사각형으로 이루어지며, 일면, 즉 저면(582)과 저면(582)의 주변부 일부에서 상부로 연장되어 형성되는 타면, 즉 측벽(584)을 포함하여 형성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 양극 리드 플레이트(580)의 저면(582)에는 캡 플레이트(410) 상면에 형성된 두개의 돌기(413)가 삽입되도록 두개의 통공(582a)이 형성된다. 이러한 구조를 갖는 양극 리드 플레이트(580)의 저면(582)의 통공(582a)과 캡 플레이트(410)의 돌기(413)가 결합되면, 베어 셀과 양극 리드 플레이트(580)가 전기적으로 연결된다.
양극 리드 플레이트(580)의 측벽(584)은 저면(582)의 주변부 일부에서 상부 방향으로 수직 돌출되게 형성되며, 도 3에 도시된 보호 회로 모듈(300)의 양극용 접속 단자(360)와의 용접을 위해 존재한다. 이에 따라, 양극 리드 플레이트 측벽(584)에는 보호 회로 모듈의 양극용 접속 단자(360)가 용접되어, 양극 리드 플레이트(580)와 전기적으로 연결된 베어 셀과 보호 회로 모듈(300)이 전기적으로 연결된다.
양극 리드 플레이트(580)가 베어셀에 결합되는 것을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
우선, 도 8에 도시된 바와 같이, 양극 리드 플레이트(580)의 저면(582)에 형성된 통공(582a)에 캡 플레이트(410)의 상면에 형성된 돌기(413)가 삽입된다. 여기서, 통공(582a)은 돌기(413)가 용이하게 삽입되도록 캡 플레이트(410)의 돌기(413) 와 같은 크기 또는 조금 큰 크기로 형성된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 통공(582a)의 형상은 돌기(413)의 평면형상과 같은 원형이만, 돌기(413)의 형상이 달라짐에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 돌기(413)의 평면 형상이 타원형이거나, 사각형 및 오각형을 포함하는 다각형이면, 통공(382a)의 형상은 타원형이나, 사각형 및 오각형을 포함하는 다각형으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기와 같이 양극 리드 플레이트 저면(582)의 통공(582a)에 캡 플레이트(510)의 돌기(413)가 삽입된 후, 도 9에 도시된 바와 같이, 돌기(413) 부분을 리벳팅 공법으로 리벳팅함으로써 양극 리드 플레이트(380)를 캡 플레이트(410)에 체결한다. 자세히 설명하면, 양극 리드 플레이트 저면(582)의 통공(582a)에 삽입된 캡 플레이트(410)의 돌기(413)를 리벳팅 공법으로 리벳팅하면, 양극 리드 플레이트(580)의 통공(582a)을 통해 저면(582) 상부로 튀어나온 돌기(513)가 리벳팅 공법에 의해 옆으로 조금 퍼지면서 양극 리드 플레이트(580) 저면(582)에 걸치는 구조가 된다. 이렇게, 캡 플레이트(410)의 돌기(413)가 양극 리드 플레이트(580)의 저면(582)에 걸치는 구조가 되어, 양극 리드 플레이트(580)와 캡 플레이트(410)가 물리적으로 체결된다. 상기와 같이 캡 플레이트(410)의 돌기(413)가 양극 리드 플레이트(580)의 저면(582)에 걸치는 형태로 결합되어, 밴딩 테스트 및 트위스팅 테스트 등의 외부적인 힘이 전지에 가해질 때 양극 리드 플레이트(580)가 베어셀의 캡 플레이트(410)로부터 이탈하는 것이 방지될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 캡 플레이트(410)에 두개의 돌기(413)를 형성하고 양극 리드 플레이트(580)의 저면(582)에 두개의 돌기(413)에 대응되는 통공(582a)을 두개 형성하 여 리벳팅 공법으로 두개의 돌기(413)가 양극 리드 플레이트(580)의 통공(582a)을 통해 저면(582)에 걸치는 구조가 되어 본 발명의 일 시시예에 따른 이차 전지에서 하나의 돌기가 양극 리드 플레이트의 하나의 통공에 삽입되어 리벳팅되는 경우보다 양극 리드 플레이트와 베어셀의 결합력을 더 높일 수 있다.
상기와 같이, 양극 리드 플레이트 저면(582)의 통공(582a)에 끼워져 리벳팅되는 돌기(413a)는 딥드로잉 공법으로 캡 플레이트(410)의 상면으로부터 돌출되어 캡 플레이트(410)와 일체로 형성된다. 이렇게 캡 플레이트(410)와 일체로 형성되는 돌기(413)는 캡 플레이트(410)의 상면으로부터 캡 플레이트(410) 두께의 1/3 내지 1/2 만큼 돌출되는 높이를 갖는다. 이는, 돌기(413)의 돌출 높이가 캡 플레이트(410) 두께의 1/3보다 작으면 돌기(413)의 높이가 너무 낮기 때문에, 돌기(413)가 양극 리드 플레이트 저면(582)의 통공(582a)에 끼워졌을때 양극 리드 플레이트 저면(582)로부터 튀어나온 부분이 거의 없어 리벳팅 공법을 실시하기 어렵고, 반면 돌기(413)의 돌출 높이가 캡 플레이트(410) 두께의 1/2보다 크면, 캡 플레이트(410)에 돌기(413)를 형성하기 위해서 캡 플레이트(410)를 딥드로잉 처리시 돌기(413) 부분의 캡 플레이트(410)가 너무 얇아져 강도면에서 약하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지는 양극 리드 플레이트를 돌기와 통공에 의해 리벳팅 공법으로 캡 플레이트에 물리적으로 결합시킴으로써, 종래의 이차 전지에서 캡 플레이트와 양극 리드 플레이트를 레이저 용접의 점용접으로 결합시킨 경우보다 캡 플레이트와 양극 리드 플레이트의 결합강도를 높일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지는 캡 플레이트를 포함하는 베어 셀과 양극 리드 플레이트의 결합력을 높여, 외력으로 인해 양극 리드 플레이트가 베어 셀로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지는 돌기가 형성된 캡 플레이트와 통공이 형성된 양극 리드 플레이트를 리벳팅 공법으로 체결함으로서 베어셀과 양극 리드 플레이트의 물리적 결합력을 높일 수 있다. 이에 따라, 베어 셀과 보호 회로 모듈 사이의 공간을 수지로 채워 형성하는 팩 전지에서 전지를 비틀거나 구부릴 때와 같은 외력이 가해질 경우, 리드 플레이트가 베어 셀로부터 쉽게 분리되는 것이 방지될 수 있어 전지의 불량이 줄어들 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지는 캡 플레이트와 양극 리드 플레이트를 리벳팅 공법으로 결합시킴으로써, 종래의 이차 전지에서 캡 플레이트와 양극 리드 플레이트 결합을 위해 실시하는 레이저 공정을 생략할 수 있어 레이저 공정으로 인한 불량을 줄일 수 있으며, 레이저 공정에 따라 추가되는 피더(feeder) 공정 또한 생략할 수 있다. 따라서, 이차 전지의 제조 공정을 단순화하여 제조 공정시간을 줄일 수 있으며 이에 따라 제조 수율을 높일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
Claims (8)
- 양극, 음극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극 조립체, 상기 전극 조립체와 전해액을 수용하는 용기형 캔, 상기 캔의 개구부를 마감하는 캡 플레이트를 갖는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 베어 셀; 및상기 캡 조립체에 설치된 리드 플레이트를 통해 상기 베어 셀에 접속되는 보호 회로 모듈을 포함하며,상기 리드 플레이트의 일면에는 통공이 형성되어 상기 리드 플레이트는 상기 통공과 상기 캡 플레이트 상면에 형성된 돌기에 의해 상기 캡 플레이트에 리벳팅으로 체결되고,상기 돌기는 평면형상이 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나로 선택되는 것을 특징으로 하는 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 돌기는 상기 캡 플레이트와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 리드 플레이트의 타면은 상기 보호 회로 모듈에 형성된 전극 단자와 용접되어 상기 베어셀과 상기 보호 회로 모듈이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지.
- 제 3항에 있어서,상기 리드 플레이트는 양극인 것을 특징으로 하는 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 캡 플레이트 상면으로부터 돌출되는 상기 돌기의 높이는 상기 캡 플레이트 두께의 1/3 내지 1/2인 것을 특징으로 하는 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 통공은 상기 돌기의 평면형상과 같은 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 돌기는 상기 통공에 삽입되어 상기 리벳팅에 의해 상기 캡 플레이트에 걸치는 것을 특징으로 하는 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지.
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Patent Citations (1)
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