KR101657361B1 - 이차 전지용 캔의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 이차 전지용 캔의 주름 및 찢어짐 등의 불량을 완화할 수 있는 이차 전지용 캔의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지를 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명에 일 실시예는 금속 판재를 준비하는 금속 판재 준비 단계, 상기 금속 판재를 소정 길이로 절단하는 금속 판재 절단 단계, 절단된 상기 금속 판재의 상면의 중심영역에 주변부 보다 두께가 얇은 오목부를 형성하여 프리폼으로 성형하는 프리폼 성형 단계 및 상기 프리폼의 상면을 펀칭하는 펀칭 단계를 포함하는 이차 전지용 캔의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지를 개시한다.
이를 위해 본 발명에 일 실시예는 금속 판재를 준비하는 금속 판재 준비 단계, 상기 금속 판재를 소정 길이로 절단하는 금속 판재 절단 단계, 절단된 상기 금속 판재의 상면의 중심영역에 주변부 보다 두께가 얇은 오목부를 형성하여 프리폼으로 성형하는 프리폼 성형 단계 및 상기 프리폼의 상면을 펀칭하는 펀칭 단계를 포함하는 이차 전지용 캔의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지를 개시한다.
Description
본 발명의 일 실시예는 이차 전지용 캔의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(Rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 캔에 내장 설치하고, 캔에 전극 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 구성된다.
한편, 이차 전지는 과충전 등에 의해 과도한 열이 발생하거나 전해액이 분해되면 내부 압력이 상승하여 발화되거나 폭발할 수 있다. 이에 따라, 안전성을 향상시킬 수 있는 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 이차 전지용 캔의 주름 및 찢어짐 등의 불량을 완화할 수 있는 이차 전지용 캔의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 이차 전지용 캔의 장측면과 단측면 사이의 높이 차이를 줄임으로써 잘려져 버려지는 스크랩 량을 줄일 수 있는 이차 전지용 캔의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 제조 방법은 금속 판재를 준비하는 금속 판재 준비 단계, 상기 금속 판재를 소정 길이로 절단하는 금속 판재 절단 단계, 절단된 상기 금속 판재의 상면의 중심영역에 주변부 보다 두께가 얇은 오목부를 형성하여 프리폼으로 성형하는 프리폼 성형 단계 및 상기 프리폼의 상면을 펀칭하는 펀칭 단계를 포함한다.
상기 금속 판재 절단 단계 이후, 상기 절단된 금속 판재의 모서리에 라운드부를 형성하는 라운드부 형성 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 펀칭 단계에서 상기 프리폼은 하면, 장측면 및 단측면을 갖는 캔으로 성형되고, 상기 단측면 및 장측면이 동일 높이가 되도록 상기 단측면 및 장측면의 상부 영역인 스크랩을 제거하는 스크랩 제거 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 프리폼 성형 단계에서 상기 오목부의 폭은 상기 프리폼의 상면의 폭 대비 10% 내지 90%로 형성될 수 있다.
상기 프리폼 성형 단계에서 상기 오목부의 깊이는 상기 프리폼의 두께 대비 1% 내지 50%로 형성될 수 있다.
상기 펀칭 단계에서 상기 프리폼의 상면을 가압하는 펀치는 상기 주변부에 먼저 닿을 수 있다.
상기 프리폼 성형 단계에서 상기 오목부의 상면은 평평하게 형성될 수 있다.
상기 프리폼 성형 단계에서 상기 오목부는 중심영역으로 갈수록 깊이가 점차적으로 깊어질 수 있다.
상기 프리폼 성형 단계에서 상기 오목부의 상면은 원형 혹은 타원형일 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체, 상기 전극조립체를 내측에 수용하고, 상단 개구를 갖는 캔, 상기 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트 및 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판에 각각 전기적으로 연결되며, 상기 캡 플레이트의 상부로 돌출된 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자를 포함하고, 상기 캔은 금속 판재의 상면의 중심영역에 주변부 보다 두께가 얇은 오목부가 형성된 프리폼을 펀칭하여 성형된다.
상기 오목부의 폭은 상기 프리폼의 상면의 폭 대비 10% 내지 90%로 형성될 수 있다.
상기 오목부의 깊이는 상기 프리폼의 두께 대비 1% 내지 50%로 형성될 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지는 이차 전지용 캔의 주름 및 찢어짐 등의 불량을 완화할 수 있다.
또한, 본 발명에 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지는 이차 전지용 캔의 장측면과 단측면 사이의 높이 차이를 줄임으로써 잘려져 버려지는 스크랩 량을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 제조 방법을 순차적으로 도시한 사시도, 상면도 및 측면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔이 적용된 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 프리폼을 도시한 사시도, 상면도 및 측면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 프리폼을 도시한 사시도, 상면도 및 측면도이다.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 제조 방법을 순차적으로 도시한 사시도, 상면도 및 측면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔이 적용된 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 프리폼을 도시한 사시도, 상면도 및 측면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 프리폼을 도시한 사시도, 상면도 및 측면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 더불어, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 더욱이, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 단계, 동작, 부재, 요소, 수치 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 단계, 동작, 부재, 요소, 수치 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1 및 제 2 등의 용어가 특정한 내용들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 구성을 다른 구성과 구별하기 위하여만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 제조 방법을 도시한 흐름도이고, 도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 제조 방법을 순차적으로 도시한 사시도, 상면도 및 측면도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 제조 방법은 금속 판재 준비 단계(S10), 금속 판재 절단 단계(S20), 라운드부 형성 단계(S30), 프리폼 성형 단계(S40), 펀칭 단계(S50) 및 스크랩 제거 단계(S60)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 금속 판재 준비 단계(S10)에서는 추후 캔으로 성형되는 금속 판재(1)를 준비한다. 여기서, 상기 금속 판재(1)는 냉간 단조 공정 중 압연방식 또는 압출방식의 공정을 거쳐 긴 판상의 판재로 형성된다. 또한, 상기 금속 판재(1)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성된다.
이후, 도 3을 참조하면, 상기 금속 판재 절단 단계(S20)에서는 금속 판재(1)를 미리 정해진 소정의 길이만큼 절단하여 다수의 금속 판재(10)로 분리한다.
이후, 도 4를 참조하면, 라운드부 형성 단계(S30)에서는 절단된 금속 판재(10)의 각 모서리 영역 및 모서리 영역에서의 하면에 각각 라운드부(12)를 형성한다. 이로써 성형품인 캔의 개구에서 발생하는 균열을 통해 장변측이 찢어짐을 유도하는 문제를 억제할 수 있으며, 캔의 외관에 흔적을 남기지 않아 외관을 깔끔하게 할 수 있다.
이후, 도 5 및 도 6을 참조하면, 프리폼 성형 단계(S40)에서는 절단된 금속 판재(10)의 상면(11)의 대략 중심영역에 오목부(11a)를 형성하여 프리폼(10')으로 성형한다. 여기서, 상기 오목부(11a)는 금속 판재(10)의 상면(11)에서 하부 방향으로 더욱 압착 혹은 절단되어 형성된다. 따라서, 오목부(11a)가 형성된 중심영역은 금속 판재(10)의 상면(11)의 주변부(11b) 보다 얇은 두께를 갖는다.
여기서, 상기 오목부(11a)의 폭(D1)은 상기 프리폼의 상면의 폭(D2) 대비 10% 내지 90%로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 오목부(11a)의 폭(D1)이 프리폼(10')의 상면(11)의 폭(D2) 대비 10% 이하인 경우, 캔 형성 시 중앙 유동 속도 및 높이 차이 저감 효과가 미미하고, 오목부(11a)의 폭(D1)이 프리폼(10')의 상면(11)의 폭(D2) 대비 90% 이상인 경우 단변 유동 및 캔 높이 형성 개선 효과가 미미 하기 때문이다.
또한, 여기서, 상기 오목부(11a)의 깊이(H2)는 상기 프리폼의 두께(H1) 대비 1% 내지 50%로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 오목부(11a)의 깊이(H2)가 프리폼의 두께(H1) 대비 1% 이하인 경우 후술할 펀칭 공정을 통해 성형되는 캔의 장변측과 단변측의 높이 차이 저감 효과가 미미하고, 오목부(11a)의 깊이(H2)가 프리폼의 두께(H1) 대비 50% 이상인 경우 후술할 펀칭 공정을 통해 캔의 단변측 높이가 장변측 중앙 대비 커질 가능성이 크고, 캔의 장변 중앙에서 높이 형성이 심하게 부진할 가능성이 있기 때문이다.
이후, 도 7 내지 도 9를 참조하면, 펀칭 단계(S50)에서는 다이(D) 상에 프리폼(10')을 안착한 후 프리폼(10')의 상면을 펀치(P)로 압착하여, 하면(100a)과 측면(100b)을 갖는 캔을 성형한다. 여기서, 상기 펀칭 단계(S50)는 딥드로잉 혹은 임팩트 단조 공정을 통해 수행될 수 있다.
여기서, 상기 펀치(P)는 프리폼(10')의 상면을 가압할 경우, 상기 주변부(11b)에 먼저 닿는다. 이를 통해 캔의 단변측으로 성형되는 프리폼(10')의 주변부(11b)에서 먼저 변형 유동이 쏠리게 되고, 캔의 장변측으로 성형되는 프리폼(10')의 중심영역(즉, 오목부(11a))에서 변형 유동의 쏠림이 완화되므로 장변과 단변 사이의 높이 차이는 줄어들게 된다. 즉, 캔의 장변과 단변의 높이를 동일하게 하기 위해 장변과 단변의 상부 영역으로 형성되는 스크랩 발생이 줄어들므로 잘려져 버려지는 스크랩 량을 줄일 수 있다.
여기서, 상기 펀칭 단계(S50)는 딥드로잉 공정을 이용할 경우 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 다이(D) 및 펀치(P)는 면적은 점차 작아짐에 따라 캔의 하면(100a)의 면적은 점차 작아지며 측면(100b)의 길이는 점차 길어져 요구하는 최종 형상의 캔으로 성형할 수 있다. 이는 처음부터 상기 다이(D) 및 펀치(P)의 면적을 요구하는 면적으로 설정하여 딥드로잉 공정을 수행할 시, 프리폼(10')에 무리한 힘이 가해져 최종 제품인 캔에 균열이 발생할 가능성이 크기 때문이다.
다만, 임팩트 공정은 금속 슬러그(Slug)를 사용해 프리폼(10')을 형성하므로, 기계식 프레스로 단조해 단일 공정만으로 캔 완성품의 80% 내지 90%를 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 펀칭 공정을 통해 최종적으로 도 9에 도시된 바와 같이 하면(100a), 장측면(100b) 및 단측면(100c)을 갖는 캔(100')을 성형한다.
여기서, 상기 캔(100')은 장측면(100b)의 높이(H3)와 단측면(100c)의 높이(H4) 사이에 차이가 있으므로, 단측면(100c)의 높이(H4)를 기준으로 한 커팅 라인(C)의 상부 영역은 제거해야 한다.
여기서, 다음의 [표 1]을 참조하면, 상기 오목부(11a)의 깊이(H2)가 증가함에 따라 장측면(100b)의 높이(H3)와 단측면(100c)의 높이(H4) 차이가 감소함을 확인할 수 있다. 여기서, 실험에서 사용된 프리폼(10')의 두께(H1)는 9mm이다.
| 오목부(11a)의 깊이(H2) | 장측면(100b)의 높이(H3) - 단측면(100c)의 높이(H4) |
| 0 mm | 12.5 mm |
| 0.25 mm | 10.9 mm |
| 0.5 mm | 10.3 mm |
이후, 도 9 및 도 10을 참조하면, 스크랩 제거 단계(S60)에서는 상술한 바와 같이 커팅 라인(C)의 상부 영역인 스크랩(S)을 커팅하며 이를 제거한다. 이로써 도 10에 도시된 바와 같이 장측면(100b)과 단측면(100c)이 동일 높이가 된 캔(100)이 형성된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔이 적용된 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)는 캔(100), 전극조립체(110), 제 1 집전판(120), 제 1 단자부(130), 제 2 집전판(150), 제 2 단자부(160) 및 캡 조립체(180)를 포함한다. 물론, 이와 같은 본원의 이차 전지(1000)는 복수개가 서로 직렬 연결되어 고전압을 출력하는 대용량 배터리 팩을 구성할 수 있다.
상기 캔(100)은 상술한 바와 같이 이차 전지용 캔의 제조 방법에 따라 제조된 캔으로 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(150)이 삽입 안착될 수 있는 상단 개구(101)가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 11 에서는 상기 캔(100)과 캡 조립체(180)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 상단 개구(101)가 명확히 도시되지 않았지만, 캡 조립체(180)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 캔(100)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 제 2 집전판(150) 및 캡 조립체(180)와 절연된다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 음극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 제 1 전극판(111)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체의 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 또한, 상기 제 1 전극판(111)은 음극 활물질층이 도포되지 않은 제 1 전극 무지부(111a)를 포함한다.
상기 제 1 전극 무지부(111a)는 제 1 전극판(11)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(112)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극집전체의 양면에 도포된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 또한, 상기 제 2 전극판(112)은 양극 활물질층이 도포되지 않은 제 2 전극 무지부(112a)를 포함한다.
상기 제 2 전극 무지부(112a)는 제 2 전극판(112)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다. 즉, 제 1 전극판(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)의 쇼트(short)를 방지하고 이차 전지의 전하(charge), 예를 들면 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 것으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리플로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 어느 하나로 이루어져 있으나, 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 여기서, 바람직하게는 세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 간의 단락을 방지하는데 유리하다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 집전판(120)과 제 2 집전판(150)이 결합된다. 바람직하게는 전극 조립체(110)의 양측 단부인 제 1 전극 무지부(111a)와 제 2 전극 무지부(112a) 각각에 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(150)이 결합된다.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 캔(100)에 수납된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
상기 제 1 집전판(120)은 알루미늄, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나의 도전성 재질로 제조될 수 있다.
상기 제 1 집전판(120)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(111a)와 접촉됨으로써, 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 집전판(120)은 제 1 전극(111)과 접속된 제 1 전극 접속부(121), 제 1 단자부(130)와 접속된 제 1 단자 접속부(122) 및 상기 제 1 전극 접속부(121)와 제 1 단자 접속부(122) 사이를 연결하는 제 1 연결부(123)를 포함한다. 이러한 상기 제 1 집전판(120)은 일체형으로 이루어진다. 상기 제 1 집전판(120)은 제 1 연결부(123)가 절곡된 모서리부를 구비하여, 대략 "ㄱ" 형태로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극 접속부(121)는 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(111a)와 접촉됨으로써, 제 1 전극(111)과 전기적으로 연결된다.
상기 제 1 전극 접속부(121)는 상기 제 1 전극 무지부(111a)에 용접되며, 수직 방향으로 세워진 형태를 한다.
상기 제 1 단자 접속부(122)는 상기 제 1 단자부(130)에 용접되며, 대략 수평 방향으로 누워 있는 플레이트 형태로, 후술되는 캡 조립체(180)의 캡 플레이트(181)와 전극 조립체(110) 사이에 설치된다. 상기 제 1 단자 접속부(122)에는 상면과 하면 사이를 관통하도록 제 1 단자홀(122a)이 형성된다. 상기 제 1 단자홀(122a)에는 상기 단자부(130)의 제 1 전극 단자(131)가 끼워져 결합된다. 즉 상기 제 1 단자홀(122a)은 제 1 전극 단자(131)가 수용되도록, 제 1 전극 단자(131)와 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
상기 제 1 연결부(123)는 일측이 제 1 전극 접속부(121)와 연결되고, 타측이 제 1 단자 접속부(122)와 연결된다. 상기 제 1 연결부(123)는 일측과 타측 사이에 절곡된 모서리부를 갖으며, 대략 "ㄱ"형태로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 단자부(130)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제 1 집전판(120)과 전기적으로 접속된다. 상기 제 1 단자부(130)는 제 1 집전판(120)의 제 1 단자홀(122a)에 수용되는 제 1 전극 단자(131)와, 상기 제 1 전극 단자(131)에 결합된 제 1 단자 플레이트(132) 및 연결 플레이트(133)를 포함한다.
제 1 전극 단자(131)는 후술되는 캡 플레이트(181)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 캡 플레이트(181)의 하부에서 제 1 집전판(120)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 전극 단자(131)는 캡 플레이트(181)의 상부로 일정 길이 연장 및 돌출된 동시에, 캡 플레이트(181)의 하부에는 제 1 전극 단자(131)가 상기 캡 플레이트(181)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(131a)가 형성될 수 있다. 상기 제 1 전극 단자(131) 중 플랜지(131a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제 1 집전판(120)의 제 1 단자홀(122a)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극 단자(131) 중 상기 플랜지(131a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(181)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 연장 및 돌출된 영역에는 연결 플레이트(133)가 고정될 수 있다.
연결 플레이트(133)는 후술할 상부 절연부재(184)를 통해, 캡 플레이트(181)와 이격되며, 캡 플레이트(181)와 평행하게 배치된다.
연결 플레이트(133)는 주로 도전성 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제 1 전극 단자(131)와 전기적으로 접속된다. 연결 플레이트(133)에는 제 1 전극 단자(131)의 상부 영역이 관통되도록 제 1 단자홀이 형성된다.
상기 제 2 집전판(150)은 제 2 전극판(112)과 접속된 제 2 전극 접속부(151), 제 2 단자부(160)와 접속된 제 2 단자 접속부(152) 및 상기 제 2 전극 접속부(151)와 제 2 단자 접속부(152) 사이를 연결하는 제 2 연결부(153)를 포함한다. 이러한 상기 제 2 집전판(150)은 일체형으로 이루어진다. 상기 제 2 집전판(150)은 제 2 연결부(153)가 절곡된 모서리부를 구비하여, 대략 "ㄱ" 형태로 이루어질 수 있다. 상기 제 2 집전판(150)은 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나의 도전성 재질로 제조될 수 있다.
상기 제 2 전극 접속부(151)는 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제 2 전극 무지부(112a)와 접촉됨으로써, 제 2 전극(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 전극 접속부(151)는 상기 제 2 전극 무지부(112a)에 용접되며, 수직 방향으로 세워진 형태를 한다.
상기 제 2 단자 접속부(152)는 상기 제 2 단자부(160)에 용접되며, 대략 수평 방향으로 누워 있는 플레이트 형태로, 후술되는 캡 조립체(180)의 캡 플레이트(181)와 전극 조립체(110) 사이에 설치된다.
상기 제 2 단자 접속부(152)에는 상면과 하면 사이를 관통하도록 제 2 단자홀(152a) 및 퓨즈홀(152b)이 형성된다. 상기 제 2 단자홀(152a)에는 상기 단자부(160)의 제 2 전극 단자(161)가 끼워져 결합된다. 즉 상기 제 2 단자홀(152a)은 제 2 전극 단자(161)가 수용되도록, 제 2 전극 단자(161)와 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
상기 퓨즈홀(152b)은 제 2 단자 접속부(152)중에서 제 2 전극 단자(161)가 결합되는 제 2 단자홀(152a)과 중첩되지 않도록 모서리(C2)와 인접한 영역에 위치한다. 상기 퓨즈홀(152b)이 형성된 영역은, 퓨즈홀(152b)에 의해서 단면적이 제 2 단자 접속부(152)의 다른 영역의 단면적 보다 적다.
따라서 퓨즈홀(152b)이 형성된 영역은, 이차 전지(1000)에 고전류 단락이 발생하여 3000A 이상의 전류가 순간적으로 흐르는 경우 발생된 고열에 의해 용융 되어, 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다.
여기서, 상기 고전류 단락은 이차 전지(1000)의 과충전 등으로 인해 열이 발생하고 전해액이 분해되어 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되는 경우 후술할 캡 조립체(180)의 반전 플레이트(189)와 연결 플레이트(133)의 접촉 시 유발 될 수 있다. 또한 고전류 단락은 이차 전지(1000)가 Y축으로 압축될 경우 제 2 단자부(160)와 연결 플레이트(133)의 타측이 접촉될 경우 유발 될 수 있으며, 이차 전지(1000)가 Z축 압축될 경우 캡 플레이트(181)와 연결 플레이트(133)의 하면이 직접 접촉될 경우 유발될 수 있다. 즉, 퓨즈홀(152b)이 형성된 영역이 고전류 단락 발생시, 용융되어 전기적 흐름을 차단하므로, 발화 및 폭발과 같은 위험한 상황까지 이르기 전에 이차 전지(1000)의 충전 또는 방전 동작을 정지시킬 수 있다.
상기 제 2 연결부(153)는 일측이 제 2 전극 접속부(151)와 연결되고, 타측이 제 2 단자 접속부(152)와 연결된다. 상기 제 2 연결부(153)는 일측과 타측 사이에 절곡된 모서리부(C2)를 갖으며, 대략 "ㄱ"형태로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 단자부(160)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제 2 집전판(150)과 전기적으로 접속된다. 또한 제 2 단자부(160)는 캡 플레이트(181)와 전기적으로 접속된다. 상기 제 2 단자부(160)는 제 2 집전판(150)의 제 2 단자홀(152a)에 수용되는 제 2 전극 단자(161)와, 상기 제 2 전극 단자(161)에 결합된 제 2 단자 플레이트(162)를 포함한다.
상기 제 2 전극 단자(161)는 후술되는 캡 플레이트(181)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 캡 플레이트(181)의 하부에서 제 2 집전판(150)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 전극 단자(161)는 캡 플레이트(181)의 상부로 일정 길이 연장 및 돌출된 동시에, 캡 플레이트(181)의 하부에는 제 2 전극 단자(161)가 상기 캡 플레이트(181)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(161a)가 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극 단자(161) 중 플랜지(161a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제 2 집전판(150)의 제 2 단자홀(152a)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극 단자(161)중 상기 플랜지(161a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(181)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 연장 및 돌출된 영역에는 제 2 단자 플레이트(162)가 고정될 수 있다.
상기 제 2 전극 단자(162)는 상면과 하면을 관통하는 제 2 단자홀(162a)을 구비하는 판형상을 갖는다. 상기 제 2 전극 단자(162)의 제 2 단자홀(162a)은 제 2 전극 단자(161)가 수용되도록, 제 2 전극 단자(161)의 수평방향 크기 및 형상과 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 제 2 단자 플레이트(162)는 상기 제 2 단자홀(162a)에 캡 플레이트(181)의 상부로 돌출된 제 2 전극 단자(161)가 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다.
이러한 상기 제 2 단자부(160)는 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나 이러한 재질로 상기 제 2 단자부(160)의 재질이 한정되는 것은 아니다.
상기 캡 조립체(180)는 상기 캔(100)에 결합된다. 상기 캡 조립체(180)는 구체적으로 캡 플레이트(181), 시일 가스켓(182, 187), 안전벤트(183), 상부 절연부재(184, 186), 하부 절연부재(185, 188) 및 반전 플레이트(189)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(181)는 상기 캔(100)의 상단 개구(101)를 밀봉하며, 상기 캔(100)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(181)는 레이저 용접 방식으로 상기 캔(100)에 결합될 수 있다. 상기 캡 플레이트(181)는 상기 제 2 단자부(160)에 전기적으로 접속되어, 상기 캡 플레이트(181)는 상기 제 2 단자부(160)와 같은 극성을 가질 수 있다. 물론, 이에 따라 상기 캡 플레이트(181) 및 캔(100)은 동일한 극성을 가질 수 있다. 상기 캡 플레이트(181)는 상면과 하면 사이를 관통하는 벤트홀(181a)과 단락홀(181b)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 단락홀(181b)은 연결 플레이트(133)의 하부에 위치한다.
상기 시일 가스켓(183, 187)은 절연성 재질로 제 1 전극 단자(131)와 캡 플레이트(181)의 사이에 형성되는 제 1 시일 가스켓(183) 및 제 2 전극 단자(161)와 캡 플레이트(181)의 사이에 형성되는 제 2 시일 가스켓(187)을 포함하며, 제 1 전극 단자(131) 및 제 2 전극 단자(161)의 각각과 캡 플레이트(181)의 사이를 밀봉시킨다. 이러한 제 1 시일 가스켓(183) 및 제 2 시일 가스켓(187)은 외부의 수분이 이차 전지(1000)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(1000)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 안전벤트(183)는 캡 플레이트(181)의 벤트홀(181a)에 설치되고, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치가 형성될 수 있다.
상기 상부 절연부재(184, 186)는 연결 플레이트(133)와 캡 플레이트(181)의 사이에 배치되는 제 1 상부 절연부재(184) 및 연결 플레이트(133)와 캡 플레이트(181)의 사이에 배치되는 제 2 상부 절연부재(186)를 포함한다.
상기 제 1 상부 절연부재(184)는 연결 플레이트(133)와 캡 플레이트(181) 사이를 전기적 절연 시킨다. 또한, 제 1 상부 절연부재(184)는 연결 플레이트(133)의 제 1 단자홀(132a)의 상부로 돌출되는 연장부(184b)를 포함하며, 상기 연장부(184b)는 연결 플레이트(133)와 제 1 전극 단자(131) 사이를 전기적 절연 시킨다.
또한, 상기 제 1 상부 절연부재(184)는 상기 캡 플레이트(181)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(184)는 시일 가스켓(182)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(184)는 제 1 단자부(130)와 캡 플레이트(181) 사이를 절연시킨다.
상기 제 2 상부 절연 부재(186)는 제 2 연결 플레이트(162)와 캡 플레이트(181)의 사이에도 배치될 수 있으나, 제 2 연결 플레이트(162)의 일부분은 캡 플레이트(181)와 접촉되어 전기적으로 연결된다.
상기 하부 절연부재(185, 188)는 제 1 집전판(120)과 캡 플레이트(181)의 사이에 형성되는 제 1 하부 절연부재(185) 및 제 2 집전판(150)과 캡 플레이트(181)의 사이에 형성되는 제 2 하부 절연부재(188)를 포함한다.
상기 제 1 하부 절연부재(185) 및 제 2 하부 절연부재(188)는 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(150) 각각과 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 제 1 하부 절연부재(185) 및 제 2 하부 절연부재(188)는 제 1 집전판(120)과 캡 플레이트(181) 사이의 쇼트, 그리고 상기 제 2 집전판(150)과 캡 플레이트(181) 사이의 쇼트를 방지한다. 더불어, 이러한 상기 제 1 하부 절연부재(185) 및 제 2 하부 절연부재(188)는 제 1 전극 단자(131)와 제 2 전극 단자(161)의 각각과 캡 플레이트(181)의 사이에도 형성됨으로써, 제 1 전극 단자(131)와 제 2 전극 단자(161)의 각각과 상기 캡 플레이트(181) 사이의 불필요한 쇼트도 방지한다.
상기 반전 플레이트(189)는 캡 플레이트(181)의 단락홀(181b)에 배치되며, 상기 제 1 연결 플레이트에 의해 덮인다. 여기서, 상기 반전 플레이트(189)는 아래로 볼록한 라운드부와, 캡 플레이트(181)에 고정된 테두리부를 포함한다. 여기서, 상기 반전 플레이트(189)는 캡 플레이트(181)와 동일한 극성을 가진다.
여기서, 상기 반전 플레이트(189)는 이차 전지(1000)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 반전되어 위로 볼록하게 돌출되어 퓨즈부가 동작하도록 할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 프리폼을 도시한 사시도, 상면도 및 측면도이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 프리폼을 도시한 사시도, 상면도 및 측면도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 프리폼(20')의 오목부(21a)는 중심영역으로 갈수록 깊이가 점차적으로 깊어진다. 즉, 상기 오목부(21a)는 측면에서 보면 역 아치 형상을 갖는다.
또한, 도 13을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 프리폼(30')의 오목부(31a)는 중심영역으로 갈수록 깊이가 점차적으로 깊어지며, 상면에서 보면 원형 또는 타원형의 형상을 갖는다. 즉, 상기 오목부(31a)는 일종의 깔대기 형상을 갖는다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 캔의 프리폼(10')의 오목부(11a)는 계단형의 단차를 갖는데 반해, 도 12 및 도 13에 도시된 프리폼(20', 30')은 역 아치 형상 및 깔대기 형상을 각각 가질 수 있으므로, 최종 제품인 캔의 장변측의 높이를 선택적으로 제어할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
1, 10; 금속 판재 10'; 프리폼
100; 캔 110; 전극 조립체
120; 제 1 집전판 130; 제 1 단자부
150; 제 2 집전판 160; 제 2 단자부
180; 캡 조립체 1000; 이차전지
100; 캔 110; 전극 조립체
120; 제 1 집전판 130; 제 1 단자부
150; 제 2 집전판 160; 제 2 단자부
180; 캡 조립체 1000; 이차전지
Claims (12)
- 금속 판재를 준비하는 금속 판재 준비 단계;
상기 금속 판재를 소정 길이로 절단하는 금속 판재 절단 단계;
절단된 상기 금속 판재의 상면의 중심영역에 절단된 상기 금속 판재의 일측변에서 마주보는 타측변으로 관통되어 주변부 보다 두께가 얇은 오목부를 형성하여 프리폼으로 성형하는 프리폼 성형 단계; 및
상기 프리폼의 상면을 펀칭하는 펀칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캔의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 금속 판재 절단 단계 이후,
상기 절단된 금속 판재의 모서리에 라운드부를 형성하는 라운드부 형성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캔의 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 펀칭 단계에서 상기 프리폼은 하면, 장측면 및 단측면을 갖는 캔으로 성형되고,
상기 단측면 및 장측면이 동일 높이가 되도록 상기 단측면 및 장측면의 상부 영역인 스크랩을 제거하는 스크랩 제거 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캔의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 프리폼 성형 단계에서 상기 오목부의 폭은 상기 프리폼의 상면의 폭 대비 10% 내지 90%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캔의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 프리폼 성형 단계에서 상기 오목부의 깊이는 상기 프리폼의 두께 대비 1% 내지 50%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캔의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 펀칭 단계에서 상기 프리폼의 상면을 가압하는 펀치는 상기 주변부에 먼저 닿는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캔의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 프리폼 성형 단계에서 상기 오목부의 상면은 평평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캔의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 프리폼 성형 단계에서 상기 오목부는 중심영역으로 갈수록 깊이가 점차적으로 깊어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캔의 제조 방법. - 제 8항에 있어서,
상기 프리폼 성형 단계에서 상기 오목부의 상면은 원형 혹은 타원형인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캔의 제조 방법. - 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체;
상기 전극조립체를 내측에 수용하고, 상단 개구를 갖는 캔;
상기 캔의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트; 및
상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판에 각각 전기적으로 연결되며, 상기 캡 플레이트의 상부로 돌출된 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자를 포함하고,
상기 캔은 금속 판재의 상면의 중심영역에 절단된 상기 금속 판재의 일측변에서 마주보는 타측변으로 관통되어 주변부 보다 두께가 얇은 오목부가 형성된 프리폼을 펀칭하여 성형된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 10항에 있어서,
상기 오목부의 폭은 상기 프리폼의 상면의 폭 대비 10% 내지 90%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 10항에 있어서,
상기 오목부의 깊이는 상기 프리폼의 두께 대비 1% 내지 50%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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