KR101296203B1 - 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조 - Google Patents

원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조 Download PDF

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Abstract

원통형 전지의 케이스와 헤더를 견고하게 결합하면서도 전지 내부의 밀봉 구조를 강화시킬 수 있는 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조는, 원통형 전지의 케이스와, 상부가 개방된 케이스의 경사진 내경을 따라 상하 방향으로 이동하며, 내주면에 쐐기가 마련된 스토퍼, 및 스토퍼의 쐐기에 치합되는 쐐기결합면이 외주면에 마련되어, 케이스의 개방된 상부로 삽입 체결되는 헤더를 포함한다.

Description

원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조{STRUCTURE FOR COMBINATION OF CASE AND HEADER IN CYLINDRICAL BATTERY}
본 발명은 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원통형 전지의 케이스와 헤더를 견고하게 결합하면서도 전지 내부의 밀봉 구조를 강화시킬 수 있는 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조에 관한 것이다.
전지는 대기 상태에 방치해두면 전해액의 증발 또는 흡습 등에 의해 특성이 열화 되므로, 케이스 내에 넣어 밀봉시켜줄 필요성이 있다. 이러한 전지는 종류 및 용도에 따라 원통형, 핀형, 페이퍼형, 각형과 같이 다양한 형태로 제공될 수 있다.
도 1은 원통형 전지의 일 예로서 리튬전지의 개략적인 구조를 도시한 도면이다. 일반적으로, 리튬전지는 상부가 개방된 원통형 케이스(1)의 내부에 리튬 음극(2)이 설치되고, 리튬 음극(2)의 내부에 세퍼레이터(4)가 구비되어 있다. 그리고 세퍼레이터(4)의 내부에는 탄소 양극(5)이 설치된다.
탄소 양극(5)의 중심에는 중공이 마련되며, 이 중공의 내부에는 전지 외부로 돌출된 집전체(7)가 구비되며, 이는 원통형 케이스(1)의 밑판과 절연되게 설치된다.
한편, 원통형 케이스(1)의 개방된 상부 공간을 통해 헤더(20)가 결합된다. 헤더(20)의 하부에는 음극 판(8)이 설치되고, 음극 판(8)과 집전체(7)는 상호 절연된 구조로 이루어져 있다.
그런데 이와 같은 원통형 전지에서, 원통형 케이스(이하, '케이스'라 함)(1)와 헤더(20) 간의 결합 상태는 매우 중요하다.
특히, 케이스(1)와 헤더(20)의 결합 상태는 고압에 우수하며, 안전하고 견고하게 이루어져야 한다. 그리고 케이스(1)와 헤더(20)의 결합을 통해 제공된 전지 내부의 밀봉 상태는 튼튼하게 유지될 수 있어야 한다.
최근 알려진 바로는 상기와 같은 케이스 및 헤더 간의 결합 방식으로 레이저 용접을 이용하는 방식이 알려져 있다.
다만, 고가의 장비를 이용하지 않으면서도 간단한 체결 조작 방식으로 케이스와 헤더를 견고하게 결합할 수 있으면서도, 전지의 밀봉 구조를 강화시킬 수 있는 원통형 전지의 결합구조에 관한 새로운 방안이 절실히 요청되는 바이다.
관련된 선행기술로는 대한민국 등록실용신안공보 제199350호(2000.10.02. 공고)가 있으며, 상기 선행문헌에는 리튬 1차 전지에 관한 기술이 개시되어 있다.
본 발명은 헤더와 케이스 상호 간의 결합 상태를 안전하고 견고하게 유지시켜주면서도, 원통형 전지의 밀봉 구조를 강화시켜 줄 수 있는 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조는, 원통형 전지의 케이스; 상부가 개방된 상기 케이스의 경사진 내경을 따라 상하 방향으로 이동하며, 내주면에 쐐기가 마련된 스토퍼; 및 상기 스토퍼의 쐐기에 치합되는 쐐기결합면이 외주면에 마련되어, 상기 케이스의 개방된 상부로 삽입 체결되는 헤더;를 포함한다.
상기 스토퍼를 상하 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 더 포함한다.
상기 스토퍼를 상하 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 더 포함하되, 상기 탄성부재는, 상기 헤더가 상기 케이스의 개방된 상부를 통과하여 설정된 깊이만큼 진입될 때까지는 상기 헤더에 의해 밀려난 상기 스토퍼의 가압에 의해 탄성 수축되며, 상기 헤더가 설정된 깊이만큼 진입된 이후에는 상기 헤더와 스토퍼 간의 접촉 간섭이 없어짐에 따라 탄성 복원될 수 있다.
상기 케이스와 헤더 간의 쐐기 결합 부위로부터 이격하여 배치되며, 원통형 전지 내부의 밀봉 상태를 강화시켜주는 씰링부재를 더 포함한다.
상기 씰링부재는, 연질의 고무 재질이거나 경질의 테플론 또는 금속 재질을 가질 수 있다.
상기 케이스와 헤더 간의 쐐기결합 부위로부터 이격하여 원통형 전지 내부의 밀봉을 강화하는 씰링부재가 더 구비되되, 상기 씰링부재는, 상기 케이스의 내측으로 간격을 두고 돌출된 제1, 2내입단부의 사이에 개재될 수 있다.
상기 케이스의 개방된 상부 끝단에는 상기 스토퍼의 이탈을 방지하는 마감단부가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예 의하면, 헤더와 케이스 상호 간의 결합 상태를 안전하고 견고하게 유지시켜주면서도, 원통형 전지의 밀봉 구조를 강화시켜 줄 수 있다.
특히, 헤더와 케이스 간의 결합 구조를 쐐기 방식으로 하여 상호 견고하게 체결될 수 있도록 해주며, 헤더에 구비된 개스킷에 의해 전지 내부의 밀봉 상태가 더욱 더 튼튼하게 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 원통형 전지의 케이스와 헤더 간의 결합 시 응력이 전혀 발생되지 않아 외부로부터 인가된 진동이나 충격에 강인한 구조를 가질 수 있다.
도 1은 원통형 전지의 단면 구조를 간략히 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조를 모식적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지에서, 케이스 및 헤더 간의 결합상태를 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지에서, 케이스 및 헤더를 분해 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지의 케이스 및 헤더 간의 결합 전 모습을 보여주는 제1작동상태도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지의 케이스 및 헤더 간의 결합 후 모습을 보여주는 제2작동상태도.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
전지는 대기 상태에 방치해두면 전해액의 증발 또는 흡습 등에 의해 특성이 열화 되므로, 케이스 내에 넣어 밀봉시켜줄 필요성이 있다. 그리고 전지는 종류 및 용도에 따라 원통형, 핀형, 페이퍼형, 각형과 같이 다양한 형태로 제공될 수 있다.
그 중에서, 원통형 전지의 경우, 구조 및 특성에 따라 코인 타입, A, AA, AAA, C, D, DD 등으로 그 종류가 다양한데, 그 외장 형태는 대부분 원통 형상의 케이스와, 이 케이스의 상부를 덮어 전지 내부를 밀봉하는 헤더로 구성된다.
특히, 원통형 전지에서 케이스와 헤더 간의 결합 상태는 전지의 품질에 중요한 영향을 끼친다.
케이스와 헤더 간의 결합 상태는 고압에 우수하고, 안전하고, 견고하게 이루어지는 것이 바람직하며, 또한, 이러한 결합을 통해 제공된 전지 내부의 밀봉 상태는 튼튼하게 유지될 수 있어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 원통형 전지(100)는 케이스(110)와, 스토퍼(120), 탄성부재(130), 씰링부재(140) 및 헤더(150)을 포함한다.
케이스(110)는 원통형 전지의 외장 하우징을 의미한다.
특히, 원통형 전지(100)에도 그 종류가 다양할 수 있으므로, 상기 케이스(110)의 내부 단면은 구체적으로 도시하지 않았다.
즉, 전지의 종류마다 케이스(110) 내부의 구성은 조금씩 차이가 있을 수 있으며, 도시된 케이스(110)는 이러한 구성을 내부 공간으로 수용하는 원통 형상 용기 형태로 제공될 수 있다.
그리고 케이스(110)의 상부는 관용적으로 알려진 바와 같이 개방된다.
헤더(150)는 케이스(110)의 개방된 상부로 결합되는 구성으로서, 케이스(110)의 개방된 상부 형상에 대응하는 원판 형태로 제공될 수 있다.
종래의 방식에 따르면, 케이스(110)와 헤더(150) 간의 결합 상태를 견고하게 해주고, 이를 통해 전지 내부의 밀봉 효과를 향상시키기 위하여 레이저 용접 등과 같은 방법을 이용하였다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 케이스(110)와 헤더(150) 간의 결합을 위해 고가의 레이저 용접 장치 또는 추가적인 공정이 필요하지 않게 된다.
다시 말해서, 본 발명의 일 실시예에서의 케이스(110)와 헤더(150) 간의 결합은 케이스에 구비된 스토퍼(120)와 헤더(150) 사이의 쐐기 형태 치합 구조에 따라 이루어지기 때문이다.
이와 같은 원통형 전지의 결합 구조는 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지에서, 케이스 및 헤더 간의 결합상태를 보여주는 단면도이고, 도 4는 케이스 및 헤더 간의 결합을 분해 도시한 단면도이다.
원통형 전지의 케이스(110)의 상부는 개방 형성되어 있으며, 케이스(110)의 내부에는 수용공간이 마련되어 있는데, 이 수용공간으로는 별도로 도시하지 않았으나, 다양한 종류의 전지마다 조금씩 차이가 있는 세부 구성들이 채워질 수 있다.
즉, 여기서의 케이스(110)는 원통형 전지의 모습을 갖춘 여러 형태의 전지의 케이스가 모두 포함되는 것으로 이해할 수 있다.
케이스(110)의 개방된 상부의 내경은 경사지게 형성된다.
특히, 케이스의 경사진 내경(이하, '케이스 경사면'이라 함)(111)의 구체적인 형상은 위에서 아래로 갈수록 안쪽 지름이 확장된 형태로 이루어져 있다. 그리고, 케이스 경사면(111)에 접촉하는 스토퍼(120)가 구비된다.
스토퍼(120)는 상기 케이스 경사면(111)에 접촉되어 상하 방향으로 슬라이딩 이동이 가능한 링 형상의 이동블록을 말한다.
스토퍼(120)의 외주면은 케이스 경사면(111)에 대면 접촉하여 이동이 가능하도록 케이스 경사면(111)에 대응하여 경사진 형태로 이루어질 수 있다. 이와 함께, 스토퍼(120)의 내주면에는 쐐기(즉, 복수의 톱니형 돌기)(121)가 마련되어 있다.
스토퍼의 쐐기(121)는 헤더(150) 하단 외주면을 따라 마련된 쐐기결합면(150a)과 치합 가능하도록 상호 대응되는 형상을 가질 수 있다.
그리고 스토퍼(120)의 하단에는 탄성부재(130)가 구비된다.
탄성부재(130)는 관용적으로 스프링으로 지칭되는 부재를 모두 포함하는 것으로, 구체적으로는 도시된 바와 같이 코일 스프링이 이용될 수 있으며, 이 외에도 판 스프링 등과 같이 다양한 종류의 스프링이라면 탄성부재(130)에 해당될 수 있다.
헤더(150)는 케이스(110)의 개방된 상부로 삽입되어 결합된다.
특히, 헤더(153)의 하단 외주면 상에는 전술한 스토퍼(120)의 내주면에 마련된 쐐기에 치합되는 쐐기결합면(150a)이 형성되어 있다.
즉, 케이스(110) 내부에 구비된 스토퍼(120)의 쐐기(121)와, 헤더(150) 외부에 마련된 쐐기결합면(150a) 간의 쐐기결합을 통해 서로 견고하게 결합되는 구조를 갖는다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지(100)는 케이스(110)와 헤더(150) 간의 쐐기결합 부위로부터 이격하여 배치되는 적어도 하나 이상의 씰링부재(140)를 더 포함할 수 있다.
구체적인 예로서, 씰링부재(140)는 도시된 바와 같이 케이스 내측으로부터 간격을 두고 내입되어 돌출된 제1, 2내입단부(115a, 115b) 사이에 개재되는 형태로 제공될 수 있다.
특히, 이러한 씰링부재(140)는 연질의 고무 재질을 가질 수 있다. 이와 달리 씰링부재(140)는 경질의 테플론 등의 합성수지나 금속 재질을 가질 수 있다. 이러한 특징에 따라, 부식성이 강한 리튬 1차 전지의 케이스 및 헤더 결합구조로 이용될 수 있다.
그리고 케이스(110)의 개방된 상부 끝단에는 케이스 경사면(111)을 둘러 내장된 스토퍼(120)가 작업자의 의도와 달리 외부로 이탈하는 것을 방지해 주는 마감단부(112)가 단차를 두고 형성되어 있다.
특히, 케이스 경사면(111)을 따라 이동하는 스토퍼(120)의 하부에는 탄성부재(130)가 구비되고, 스토퍼(120)는 케이스 경사면(111)을 따라 하향 이동 시 내경이 확장되며 상향 이동 시 내경이 수축되는 점을 고려하여 작동 관계를 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지의 케이스 및 헤더 간의 결합 전 그리고 결합 후의 작동 상태를 간략히 도시한 도면이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 케이스(110)의 개방된 상부 쪽으로 헤더(150)를 밀어 넣으면(즉, 외력 F를 작용하면), 헤더(150)와 접촉 마찰된 스토퍼(120)가 케이스 경사면(111)을 따라 하향 이동한다. 이 경우, 케이스(110)의 개방된 상부를 통과하여 진입되는 헤더(150)는 설정된 깊이만큼 삽입된다.
한편, 케이스 경사면(111)을 따라 하향 이동함에 따라 스토퍼(120)의 직경은 증가하게 된다.
또한, 이러한 스토퍼(120)의 동작에 따라, 스토퍼(120)의 하부를 지지하는 탄성부재(130)는 길이 방향으로 수축하게 된다.
도 6을 참조하면, 케이스(110)의 개방된 상부를 통과하여 진입된 헤더(150)가 설정된 깊이만큼 삽입된 이후, 헤더(150)를 가압하는 외력(도 5의 F)을 해제하면 길이방향으로 수축된 탄성부재(130)의 복원력에 의해 스토퍼(120)는 다시 상향 이동한다.
그리고 상향 이동하는 스토퍼(120)의 직경은 다시 수축된다.
이와 같은 스토퍼(120)의 상향 이동에 따른 직경 수축 작용에 의해 스토퍼(120)의 내주면에 마련된 쐐기(121)는 헤더(150)에 마련된 쐐기결합면(150a)과 상호 치합 된다.
이로써, 원통형 전지의 케이스(110)와 헤더(120) 간의 결합 상태는 견고하게 체결될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예 의하면, 헤더와 케이스 상호 간의 결합 상태를 안전하고 견고하게 유지시켜주면서도, 원통형 전지의 밀봉 구조를 강화시켜 줄 수 있다.
특히, 헤더와 케이스 간의 결합 구조를 쐐기 방식으로 하여 상호 견고하게 체결될 수 있도록 해주며, 헤더에 구비된 씰링부에 의해 전지 내부의 밀봉 상태가 더욱 더 튼튼하게 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 원통형 전지의 케이스와 헤더 간의 결합 시 응력이 전혀 발생되지 않아 외부로부터 인가된 진동이나 충격에 강인한 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 유연한 고무 씰링재와 함께 딱딱한 소재인 테플론 혹은 금속 씰링재의 이용이 가능해져 특히 부식성이 강한 리튬 1차 전지의 제조 시 적용할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 원통형 전지
110: 케이스
111: 케이스 경사면 112: 마감단부
115a: 제1내입단부 115b: 제2내입단부
120: 스토퍼 121: 쐐기
130: 탄성부재
140: 씰링부재
150: 헤더 150a: 쐐기결합면

Claims (7)

  1. 원통형 전지의 케이스;
    상부가 개방된 상기 케이스의 경사진 내경을 따라 상하 방향으로 이동하며, 내주면에 쐐기가 마련된 스토퍼; 및
    상기 스토퍼의 쐐기에 치합되는 쐐기결합면이 외주면에 마련되어, 상기 케이스의 개방된 상부로 삽입 체결되는 헤더;를 포함하는 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스토퍼를 상하 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 더 포함하는 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스토퍼를 상하 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 더 포함하되,
    상기 탄성부재는,
    상기 헤더가 상기 케이스의 개방된 상부를 통과하여 설정된 깊이만큼 진입될 때까지는 상기 헤더에 의해 밀려난 상기 스토퍼의 가압에 의해 탄성 수축되며,
    상기 헤더가 설정된 깊이만큼 진입된 이후에는 상기 헤더와 스토퍼 간의 접촉 간섭이 없어짐에 따라 탄성 복원되는 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이스와 헤더 간의 쐐기 결합 부위로부터 이격하여 배치되며, 원통형 전지 내부의 밀봉 상태를 강화시켜주는 씰링부재를 더 포함하는 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 씰링부재는, 연질의 고무 재질이거나 경질의 테플론 또는 금속 재질을 갖는 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 케이스와 헤더 간의 쐐기결합 부위로부터 이격하여 배치되며, 원통형 전지 내부의 밀봉 상태를 강화시켜주는 씰링부재를 더 포함하되,
    상기 씰링부재는, 상기 케이스의 내측으로 간격을 두고 돌출된 제1, 2내입단부의 사이에 개재되는 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이스의 개방된 상부 끝단에는 상기 스토퍼의 이탈을 방지하는 마감단부가 구비되는 원통형 전지의 케이스 및 헤더 결합구조.
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