KR101446153B1 - 이차 전지용 캡 조립체와 이를 이용하는 이차 전지, 및 이러한 이차 전지를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 캡 조립체와 전지 캔의 결합 공정이 용이하게 수행되도록 하면서도 그 결합력이 강하게 유지될 수 있도록 구조가 개선된 캡 조립체와 이차 전지, 및 이러한 이차 전지를 제조하는 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 캡 조립체는, 전지 캔의 개방단에 결합되는 이차 전지용 캡 조립체로서, 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자; 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치되는 안전 벤트; 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓; 및 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸며, 상기 전지 캔에 안착될 수 있는 돌출부가 외주면에 구비되고 상기 돌출부의 상부에 노치가 형성되어, 상기 노치가 형성된 부분에서 상기 전지 캔의 개방단과 용접되는 커버를 포함한다.
Description
본 발명은 이차 전지를 제조하는 기술에 관한 것으로, 캡 조립체와 전지 캔의 결합 공정이 용이하게 수행되도록 하면서도 그 결합력이 강하게 유지될 수 있도록 구조가 개선된 캡 조립체와 이차 전지, 및 이러한 이차 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다. 이러한 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스, 즉 전지 캔 및 전지 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.
도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 캡 조립체 부분의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차 전지는 원통형 전지 캔(20), 전지 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(30), 전지 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 조립체(10)를 구비한다.
전극 조립체(30)는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 권취된 구조이며, 양극에는 양극 리드(31)가 부착되어 캡 조립체(10)에 접속되어 있고, 음극에는 음극 리드(미도시)가 부착되어 전지 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.
캡 조립체(10)는 양극 단자를 형성하는 탑 캡(11), 전지 내부의 온도 상승시 전지 저항이 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)와 같은 안전 소자(12), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 및/또는 가스를 배기하는 안전 벤트(13), 특정 부분을 제외하고 안전 벤트(13)를 전류차단부재(15)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(14), 양극에 연결된 양극 리드(31)가 접속되어 있는 전류차단부재(15)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 가스켓(16)이 이러한 탑 캡(11), 안전 소자(12) 및 안전 벤트(13) 등을 감싸도록 구비된다. 따라서, 정상적인 작동조건에서 전극 조립체(30)의 양극은 양극 리드(31), 전류차단부재(15), 안전 벤트(13) 및 안전 소자(12)를 경유하여 탑 캡(11)에 연결되어 통전을 이룬다. 그러나, 과충전 등과 같은 원인에 의해 전극 조립체(30) 쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하면, 안전 벤트(13)는 그 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 이때, 안전 벤트(13)가 전류차단부재(15)로부터 분리되어 전류가 차단되게 된다. 따라서, 충방전이 더 이상 진행되지 않게 되어 이차 전지의 안전성이 확보된다. 더욱이, 이차 전지의 내압이 일정값 이상으로 증가하면, 안전 벤트(13)가 파열되고 가압 가스는 그러한 파열 부위를 경유하여 탑 캡(11)의 가스 구멍을 통해 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다.
이러한 원통형 이차 전지는 일반적으로 전극 조립체(30)가 전지 캔(20)에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 전지 캔(20)의 개방단에 캡 조립체(10)를 장착하여 밀봉시킴으로써 조립이 이루어진다.
캡 조립체(10)를 전지 캔(20)에 장착하여 밀봉하는 방식에는 여러 가지가 있을 수 있는데, 그 중 하나의 방식이 레이저 용접과 같은 용접에 의해 캡 조립체(10)를 전지 캔(20)과 결합 밀봉시키는 것이다. 이와 같이 레이저 용접에 의해 캡 조립체(10)를 전지 캔(20)과 용접시키기 위해서는 도면에 도시된 바와 같이, 캡 조립체(10)의 최외곽에 커버(17)를 구비하는 것이 통상적이다. 이러한 커버(17)는 전지 캔(20)과 용접을 위한 구성요소이기 때문에 전지 캔(20)과 용접이 가능한 재질, 이를테면 금속 재질로 이루어질 수 있다. 전지 캔(20)과 캡 조립체(10) 사이의 레이저 용접은 도면에서 A로 표시된 부분과 같이 캡 조립체(10)와 전지 캔(20) 사이로 레이저를 조사함으로써 수행되는 것이 일반적이다.
하지만, 이와 같은 방식으로 캡 조립체(10)와 전지 캔(20)을 용접하는 경우, 캡 조립체(10)와 전지 캔(20) 사이를 정확하게 용접하는 것이 어려울 뿐 아니라, 용접이 이루어진다 하더라도 용접 강도가 양호하지 못한 경우가 많다. 만일 캡 조립체(10)와 전지 캔(20)의 용접 강도가 좋지 않다면, 외부 충격에 의해 캡 조립체(10)와 전지 캔(20)의 용접 부분이 쉽게 분리 또는 파손될 수 있다. 그리고, 이는, 전해액의 누출이나 양극 리드(31)의 단락과 같은 문제를 야기시켜, 이차 전지의 고장은 물론, 발화나 폭발과 같은 이차 전지의 안전성에 심각한 문제를 초래할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전지 캔에 대한 레이저 용접 공정을 용이하게 수행하면서도 용접 강도를 향상시킬 수 있도록 구조가 개선된 캡 조립체 및 이를 사용하는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캡 조립체는, 전지 캔의 개방단에 결합되는 이차 전지용 캡 조립체로서, 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자; 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치되는 안전 벤트; 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓; 및 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸며, 상기 전지 캔에 안착될 수 있는 돌출부가 외주면에 구비되고 상기 돌출부의 상부에 노치가 형성되어, 상기 노치가 형성된 부분에서 상기 전지 캔의 개방단과 용접되는 커버를 포함한다.
바람직하게는, 상기 커버는 상기 노치가 형성된 부분에서의 돌출부의 상하 길이가 0.3mm 이하이다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 비딩부를 구비하지 않고 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 캔; 및 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡, 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자, 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치되는 안전 벤트, 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓, 및 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸며, 상기 전지 캔에 안착될 수 있는 돌출부가 외주면에 구비되고 상기 돌출부의 상부에 노치가 형성되어, 상기 노치가 형성된 부분에서 상기 전지 캔의 개방단과 용접되는 커버를 포함하는 캡 조립체를 포함한다.
바람직하게는, 상기 커버는 상기 노치가 형성된 부분에서의 돌출부의 상하 길이가 0.3mm 이하이다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지 제조 방법은, 비딩부를 구비하지 않는 전지 캔의 개방단에 커버를 구비하는 캡 조립체를 결합시켜 이차 전지를 제조하는 방법으로서, 상기 전지 캔에 안착될 수 있도록 상기 커버의 외주면에 구비된 돌출부의 상부에 노치를 형성하는 단계; 상기 커버의 돌출부를 이용하여 상기 캡 조립체를 상기 전지 캔의 개방단에 안착시키는 단계; 및 상기 커버의 상부로부터 상기 노치가 형성된 부분에 레이저를 수직으로 조사하여 상기 캡 조립체를 상기 전지 캔의 개방단에 용접시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 노치 형성 단계는 상기 노치가 형성된 부분에서의 돌출부의 상하 길이가 0.3mm 이하가 되도록 상기 노치를 형성한다.
본 발명에 의하면, 전지 캔과 캡 조립체의 레이저 용접시 캡 조립체의 커버 상부에서 커버를 향해 수직으로 레이저를 조사할 수 있다.
따라서, 레이저 용접 공정이 용이해져, 이차 전지의 제조에 들어가는 시간 및 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 캡 조립체와 전지 캔의 용접 강도를 크게 향상시킬 수 있어, 캡 조립체와 전지 캔의 용접 부분이 파손되어 발생할 수 있는 전해액의 누출이나 캡 조립체의 분리 또는 파손 등을 방지할 수 있다. 그러므로, 이로 인한 이차 전지의 고장이나 발화, 폭발과 같은 문제가 발생하는 것을 예방할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 캡 조립체 부분의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체 부분의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은, 도 2의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이고.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체에서 커버만을 분리하여 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 조립체 커버를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡 조립체 커버를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 도 6의 C 부분에 대한 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 9는, 도 8에 도시된 흐름도에 따라 이차 전지를 제조하는 방법을 도식화하여 나타내는 단면도이다.
도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 캡 조립체 부분의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체 부분의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은, 도 2의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이고.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체에서 커버만을 분리하여 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 조립체 커버를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡 조립체 커버를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 도 6의 C 부분에 대한 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 9는, 도 8에 도시된 흐름도에 따라 이차 전지를 제조하는 방법을 도식화하여 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체(100) 부분의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는, 전극 조립체(300), 전지 캔(200) 및 캡 조립체(100)를 포함한다.
상기 전극 조립체(300)는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 전지 캔(200)에 수납된다. 이때, 전극 조립체(300)는 젤리 롤 형태로 권취되어 배치되므로 젤리 롤이라고도 불린다. 전극 조립체(300)의 전극판들은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 전극판들이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재하는 것이 바람직한데, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 리드(310)가 부착될 수 있다. 일반적으로 양극 리드는 전극 조립체(300)의 상단에 부착되어 캡 조립체(100)에 전기적으로 연결되고, 음극 리드는 전극 조립체(300)의 하단에 부착되어 전지 캔(200)의 바닥에 연결된다.
한편, 전극 조립체(300)의 상단에는 상부 절연판(600)이 배치될 수 있다. 이러한 상부 절연판(600)은 전극 조립체(300)와 캡 조립체(100) 사이를 절연시키는 역할을 한다.
상기 전지 캔(200)은, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통형 또는 각형 구조를 가질 수 있다. 이러한 전지 캔(200)의 내부 공간에는 상기 전극 조립체(300)와 함께 전해액이 수납된다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체(100)는, 탑 캡(110), 안전 소자(120), 안전 벤트(130), 가스켓(160) 및 커버(170)를 포함한다.
상기 탑 캡(110)은, 캡 조립체(100)의 최상부에 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성한다. 따라서, 상기 탑 캡(110)은 외부와 전기적으로 접속되도록 한다. 또한, 이러한 탑 캡(110)에는 가스가 배출될 수 있는 가스 구멍(111)이 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(300)로부터 가스 발생시 이러한 가스 구멍(111)을 통해 전지 캔(200) 외부로 가스가 배출되도록 할 수 있다. 상기 탑 캡(110)은, 예를 들어 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 안전 소자(120)는, 탑 캡(110)과 안전 벤트(130) 사이에 개재되어 탑 캡(110)과 안전 벤트(130)를 전기적으로 연결시킨다. 상기 안전 소자(120)는 전지의 과열에 의해 전지 내부의 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 이를테면 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)로 형성될 수 있다.
상기 안전 벤트(130)는, 안전 소자(120)의 하부에서 안전 소자(120)와 접촉되도록 배치되며, 이차 전지의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우 파열되도록 구성된다. 예를 들어, 상기 안전 벤트(130)는 이차 전지의 내압이 12~25 kgf/cm2일 때 파열될 수 있다. 상기 안전 벤트(130)는, 도면에 도시된 바와 같이, 중심부가 하부 방향으로 돌출되도록 형성되고, 그러한 중심부 부근에 소정의 노치(131)가 형성될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 내부, 즉 전극 조립체(300) 쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하게 되면, 안전 벤트(130)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 노치들(131)을 중심으로 파열될 수 있다. 따라서, 이러한 안전 벤트(130)의 파열된 부분을 통해 전지 캔(200)의 내부에 차 있던 가스가 외부로 배출될 수 있게 된다.
상기 가스켓(160)은, 탑 캡(110), 안전 소자(120) 및 안전 벤트(130)의 테두리 부위를 감싼다. 따라서, 상기 가스켓(160)의 상단부는, 도면에 도시된 바와 같이, 'C'자 형태로 굴곡될 수 있다. 상기 가스켓(160)은 전기 절연성과 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 소재, 예를 들어 폴리올레핀(polyolefine) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조될 수 있다. 또한, 상기 가스켓(160)은 절연성이 약화되는 것을 방지하기 위해 열처리에 의하지 않고 기계적 가공에 의해 벤딩되는 것이 좋다.
상기 커버(170)는, 탑 캡(110), 안전 소자(120) 및 안전 벤트(130)를 밀착시킬 수 있도록 가스켓(160)을 둘러싸며, 전지 캔(200)의 개방단에 용접될 수 있다. 상기 커버(170)는 가스켓(160)의 외측을 감싸도록 대략 'C'자 형상으로 굴곡될 수 있으며, 전지 캔(200)의 개방단에 용접될 수 있다. 이를 위해, 상기 커버(170)는 니켈, 알루미늄, 니켈 합금 또는 알루미늄 합금 등으로 구성될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)의 커버(170)는 전지 캔(200)에 안착되기 위한 돌출부(171)를 외주면에 구비하고, 그러한 돌출부(171)의 상부에 노치(172)가 형성되어 있다. 이에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 도 2의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체(100)에서 커버(170)만을 분리하여 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 커버(170)는 외주면에 수평 방향으로 돌출된 돌출부(171)를 구비하는데, 이러한 돌출부(171)는 전지 캔(200)의 상단에 안착되기 위한 구성이다. 그리고, 이러한 돌출부(171)의 상부에는 노치(172)가 형성되어 있다. 여기서, 노치(172)란 돌출부(171)의 상부에 오목하게 들어간 형태를 의미하는 것으로, 홈 또는 오목부와 같은 다른 유사한 용어로도 표현될 수 있음은 물론이다. 또한, 도면에 도시된 돌출부(171) 및 노치(172)의 형태는 일례에 불과할 뿐, 본 발명이 이러한 커버(170)의 돌출부(171) 및 노치(172)의 특정 형태에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 커버(170)는 전지 캔(200)의 상단에 안착되는 돌출부(171)의 상부에 노치(172)가 형성되어 있기 때문에, 이러한 노치(172)가 형성된 부분에서 전지 캔(200)의 개방단과 용접될 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이 커버(170)의 상부에서 노치(172) 부분으로 레이저를 수직으로 조사함으로써 커버(170)를 전지 캔(200)의 상단과 용접시킬 수 있다. 이와 같이 커버(170) 상부에서 커버(170)로 레이저를 수직으로 조사하는 경우, 도 1과 같이 종래 전지 캔(200)과 커버(170) 사이로 레이저를 조사하는 방식에 비해, 용접 강도가 크게 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 커버(170)에 형성된 노치(172)를 따라 레이저를 조사하면 되므로 커버(170)의 노치(172)가 레이저 용접에 대한 가이드 역할을 하여 용접 공정이 보다 용이해질 수 있다.
바람직하게는, 상기 커버(170)는, 도 3에서 t로 표시된 바와 같은, 노치(172)가 형성된 부분에서의 돌출부(171)의 두께, 즉 상하 길이가 0.3mm 이하인 것이 좋다. 용접이 이루어지는 부분에서의 커버(170) 두께가 너무 두꺼우면 커버(170)와 전지 캔(200)의 용접이 제대로 이루어지지 않거나 용접 강도가 약할 수 있다. 하지만, 상기 실시예와 같이, 용접이 이루어지는 부분의 돌출부(171) 두께가 0.3mm 이하이면 커버(170)의 돌출부(171)와 전지 캔(200) 사이에 레이저 용접이 잘 이루어질 수 있고 적절한 용접 강도가 생성될 수 있다.
한편, 상기 실시예에서 커버(170)의 돌출부(171) 중 노치(172)가 형성된 부분에서의 두께가 일정 두께 이하로 얇으면 되며, 노치(172)가 형성되지 않은 돌출부(171)의 다른 부분의 두께가 전체적으로 얇아야 하는 것은 아니다. 따라서, 노치(172)가 형성된 부분을 제외하고는 돌출부(171)의 두께가 전체적으로 일정 두께 이상을 가질 수 있기 때문에, 탑 캡(110), 안전 소자(120) 및 안전 벤트(130) 등과 같은 캡 조립체(100)의 다른 구성요소가 결합된 커버(170)가 안정적으로 전지 캔(200)의 상단에 장착될 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 커버(170) 및 캡 조립체(100)의 구성은 일 실시예에 불과하며, 다양한 실시예가 존재할 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 조립체(100) 커버(170)를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)의 커버(170)는, 돌출부(171)의 상부에 노치(172)가 형성되되, 도 4와 같이 돌출부(171)의 상부에 전체적으로 노치(172)가 형성되지 않고, 부분적으로 노치(172)가 형성될 수 있다. 이 경우 용접 공정에 들어가는 시간 및 비용을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡 조립체(100) 커버(170)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 C 부분에 대한 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)의 커버(170)는, 돌출부(171)의 상부에 노치(172)가 다중으로 형성될 수 있다. 즉, 도 2 내지 도4의 실시예에서는 돌출부(171)의 상부에 노치(172)가 단일로 형성된 것으로 도시되었으나, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 노치(172)는 다중으로 형성될 수 있다. 이와 같이 커버(170)의 돌출부(171)에 노치(172)가 다중으로 형성되는 경우 레이저 용접에 의한 용접 강도가 보다 강해질 수 있다. 한편, 도 6 및 도 7의 실시예에서는 커버(170)의 돌출부(171)에 노치(172)가 2중으로 형성된 것으로 도시되었으나, 3중 또는 그 이상으로도 형성될 수 있음은 물론이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 캡 조립체(100)는 전류차단부재(150) 및 절연부재(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 전류차단부재(150)는, 상부의 적어도 일부분이 안전 벤트(130)의 하단에 연결되는 캡 조립체(100)의 구성 요소이다. 따라서, 정상적인 상태에서는 안전 벤트(130)의 하부 돌출 부분이 전류차단부재(150)와 접촉되다가, 가스 발생으로 내압이 증가하여 안전 벤트(130)의 형상이 역전되면, 전류차단부재(150)와 안전 벤트(130) 사이의 전기적 접속이 차단될 수 있다. 또한, 상기 전류차단부재(150)의 하부는 전극 조립체(300), 보다 상세하게는 전극 조립체(300)에 부착된 전극 리드(310)와 연결될 수 있다. 따라서, 정상적인 상태에서 전류차단부재(150)는 전극 조립체(300)와 안전 벤트(130) 사이에 통전이 이루어지도록 한다. 전류차단부재(150)의 소정 부위에는 노치(151)가 형성될 수 있으며, 전류차단부재(150)는 이차 전지의 내부 압력에 의해 안전 벤트(130)와 함께 변형될 수 있다.
상기 절연부재(140)는, 안전 벤트(130)와 전류차단부재(150) 사이에 개재되어, 안전 벤트(130)의 돌출 부분과 전류차단부재(150)가 접촉되는 부분을 제외하고는 전류차단부재(150)와 안전 벤트(130)가 서로 전기적으로 절연되도록 한다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)는 전지 캔(200)에 비딩부가 구비되어 있지 않은 이차 전지에 적용되는 것이 바람직하다. 비딩부가 구비되어 있지 않은 이차 전지의 경우 캡 조립체(100)의 고정 및 밀봉이 상대적으로 어려워, 레이저 용접과 같은 용접 공정이 보다 필요하기 때문이다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전지 캔(200)에 비딩부가 구비된 경우에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)는 전지 캔(200)의 형상과 마찬가지로 원통형 또는 각형으로 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 9는 도 8에 도시된 흐름도에 따라 이차 전지를 제조하는 방법을 도식화하여 나타낸 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지 제조 방법은, 우선 전지 캔(200)에 안착될 수 있도록 외주면에 돌출부(171)가 구비된 커버(170)를 마련하고, 이러한 커버(170) 돌출부(171)의 상부에 노치(172)를 형성한다(S110). 이때, 상기 S110 단계에서, 노치(172)가 형성된 부분의 돌출부(171)의 상하 길이는 0.3mm 이하가 되는 것이 좋다. 한편, 상기 노치(172) 및 돌출부(171)는, 본 발명의 출원 시점에서 공지된 다양한 공정 기술을 통해 형성될 수 있으며, 본 발명이 이러한 노치(172) 및 돌출부(171)의 형성 방식에 의해 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 커버(170)의 내주면에 적어도 하나 이상의 노치(173)를 형성하고(S120), 커버(170)의 내주면에 캡 조립체(100)의 다른 구성요소, 이를테면, 탑 캡(110), 안전 소자(120), 안전 벤트(130) 및 가스켓(160)을 결합시킨다(S130). 다음으로, 커버(170)에 결합된 다른 구성요소를 감싸도록 커버(170)의 내주면에 형성된 노치(173) 부분을 중심으로 커버(170)를 벤딩한다(S140). 한편, 상기 S120 단계 내지 S140 단계는, S110 단계 이전에 수행될 수도 있다.
그리고 나서, 커버(170)의 외주면에 구비된 돌출부(171)가 전지 캔(200)에 안착되는 방식으로 캡 조립체(100)를 전지 캔(200)의 개방단에 안착시킨 다음(S150), 커버(170)의 상부로부터 노치(172)가 형성된 부분으로 레이저를 수직 조사함으로써 캡 조립체(100)를 전지 캔(200)의 개방단에 용접시킨다(S160).
한편, 도 9에서는 커버(170)의 내주면 중 하부에 노치(173)를 형성하고, 그러한 노치(173)를 중심으로 커버(170)의 하부를 벤딩시키는 구성이 도시되었으나, 커버(170)의 내주면 중 상부에 노치(173)를 형성하여 커버(170)의 상부를 벤딩시키는 구성 또한 가능하다.
또한, 도 8 및 도 9는 캡 조립체(100)를 구성하고 그러한 캡 조립체(100)를 전지 캔(200)에 장착하는 공정을 중심으로 이차 전지 제조 방법을 도시한 것이며, 도 8 및 도 9에 도시된 구성 이외에 이차 전지를 제조하기 위한 다른 공정이 부가될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다. 예를 들어, 상기 S140 단계 이후 S150 단계 이전에 캡 조립체(100)와 전극 리드(310)를 연결하는 공정이 더 포함될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 캡 조립체
110: 탑 캡
120: 안전 소자
130: 안전 벤트
140: 절연부재
150: 전류차단부재
160: 가스켓
170: 커버
171: 돌출부
172: 노치
200: 전지 캔
300: 전극 조립체
110: 탑 캡
120: 안전 소자
130: 안전 벤트
140: 절연부재
150: 전류차단부재
160: 가스켓
170: 커버
171: 돌출부
172: 노치
200: 전지 캔
300: 전극 조립체
Claims (15)
- 전지 캔의 개방단에 결합되는 이차 전지용 캡 조립체에 있어서,
최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡;
상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자;
상기 안전 소자와 접촉되도록 배치되는 안전 벤트;
상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓; 및
상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸며, 상기 전지 캔의 상단에 안착될 수 있는 돌출부가 외주면에 구비되고 상기 돌출부의 상부에 노치가 형성되어, 상기 노치가 형성된 부분에서 하부에 위치하는 상기 전지 캔의 개방단과 용접되는 커버
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 커버는 상기 노치가 형성된 부분에서의 돌출부의 상하 길이가 0.3mm 이하인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 전지 캔은 비딩부를 구비하고 있지 않는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체. - 제1항에 있어서,
상부가 상기 안전 벤트의 하단에 연결되고, 하부가 전극 조립체와 연결될 수 있는 전류차단부재; 및 상기 안전 벤트와 상기 전류차단부재 사이에 개재되어 부분적으로 상기 전류차단부재를 상기 안전 벤트와 전기적으로 절연시키는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 캡 조립체는 원통형인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체. - 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체;
비딩부를 구비하지 않고 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 캔; 및
최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡, 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자, 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치되는 안전 벤트, 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓, 및 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸며, 상기 전지 캔의 상단에 안착될 수 있는 돌출부가 외주면에 구비되고 상기 돌출부의 상부에 노치가 형성되어, 상기 노치가 형성된 부분에서 하부에 위치하는 상기 전지 캔의 개방단과 용접되는 커버를 포함하는 캡 조립체
를 포함하는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 커버는 상기 노치가 형성된 부분에서의 돌출부의 상하 길이가 0.3mm 이하인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 전지 캔은 비딩부를 구비하고 있지 않는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 캡 조립체는, 상부가 상기 안전 벤트의 하단에 연결되고 하부가 상기 전극 조립체와 연결될 수 있는 전류차단부재, 및 상기 안전 벤트와 상기 전류차단부재 사이에 개재되어 부분적으로 상기 전류차단부재를 상기 안전 벤트와 전기적으로 절연시키는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 캡 조립체는 원통형인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 비딩부를 구비하지 않는 전지 캔의 개방단에 커버를 구비하는 캡 조립체를 결합시켜 이차 전지를 제조하는 방법에 있어서,
상기 전지 캔의 상단에 안착될 수 있도록 상기 커버의 외주면에 구비된 돌출부의 상부에 노치를 형성하는 단계;
상기 커버의 돌출부를 이용하여 상기 캡 조립체를 상기 전지 캔의 개방단에 안착시키는 단계; 및
상기 커버의 상부로부터 상기 노치가 형성된 부분에 레이저를 수직으로 조사하여 상기 캡 조립체를 상기 전지 캔의 개방단에 용접시키는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 노치 형성 단계는 상기 노치가 형성된 부분에서의 돌출부의 상하 길이가 0.3mm 이하가 되도록 상기 노치를 형성하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 노치 형성 단계 이전 또는 이후에,
상기 커버의 내주면에 적어도 하나 이상의 노치를 형성하여 상기 내주면에 형성된 노치 부분을 중심으로 상기 커버를 벤딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 전지 캔은 비딩부를 구비하고 있지 않는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 캡 조립체는 원통형인 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
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