KR101959565B1 - 이차전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

이차전지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극단자를 캡 플레이트에 간편하고 견고하게 조립될 수 있게 하고, 외부 충격등에 의해서도 전극단자를 보호하고 집전부재가 전극단자에 안정적으로 전기적 연결상태가 유지될 수 있도록 한 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

이차전지 및 이의 제조방법{Secondary Battery and Manufacturing Method For it}
본 발명은 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 특히 전극단자를 캡 플레이트에 간편하고 견고하게 조립될 수 있게 하고, 외부 충격등에 의해서도 전극단자를 보호하고 집전부재가 전극단자에 안정적으로 전기적 연결상태가 유지될 수 있도록 한 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차에 사용되는 배터리팩은 충전 및 방전이 가능한 이차전지로 이루어지면서 해당 전기자동차의 모터 구동을 위한 전원과 같은 각종 전원을 공급하기 위해 대용량의 전력을 저장할 수 있도록 이루어진 팩이다.
이와 같은 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다.
상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
일예의 이차전지가 한국공개특허 10-2012-0124026호에 개시되고 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.
이는 제1 전극(11)과 제2 전극(12)사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취되어 형성된 복수의 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)가 내장되는 케이스(26), 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 제1 단자부(30)와 제2 단자부(40) 및 케이스(26)에 형성된 개구에 결합되는 캡 플레이트(20) 및 케이스(26) 내에 설치되는 제1 및 제2 하부 절연부재들(60, 80)을 구비한다.
상기 제1단자부(30)는 제1리벳(31), 제1단자플레이트(32), 제1단자플레이트(32)와 캡 플레이트(20) 사이에 설치되는 제1단자 절연부재(33) 및 제1가스켓(34)을 포함하고. 제1리벳(31)은 제1기둥부(31a), 제1플랜지부(31b) 및 제1결합돌기(31c)를 포함한다.
상기와 같은 구성에 있어서, 제1단자부(30)의 조립은 다음과 같은 공정으로 이루어진다.
먼저, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1집전부재(50)와 제1하부 절연부재(60)를 서로 결합시키고, 제1단자부(30)를 제1집전부재(50)의 상면에 결합시키면서 제1하부 절연부재(60)에 안착시키고, 제1단자부(30)에 제1가스켓(34)을 결합시킨다.
이어서 도 3c에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(20)의 하부측으로부터 제1단자부(30)가 상부로 돌출되도록 결합시킨 후, 돌출된 제1단자부(30)에 제1단자 절연부재(33)와 제1단자 플레이트(32)를 순차적으로 결합시킨다.
이어서 제1하부 절연부재(60)측을 받침블럭(80)에 안착시키고, 제1단자부(30)의 상단부를 타격구(85)로 타격하여 리벳팅한다.
그런데 이와 같은 이차 전지는 많은 구성들이 결합되어 이루어지는 것으로 이러한 구성들을 결합하는데 많은 노동력이 필요하게 되어, 제조 과정에서 생산성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 제1집전부재(50)를 지지한 제1하부 절연부재(60)는 고정돌기(62)(64)에 의해서 캡 플레이트(20)의 저면에 끼움 결합되는 구조를 가짐으로써, 외부의 충격이나 충전과 방전을 되풀이하는 동안 끼움 결합이 이탈될 수 있게 되어서, 제1전극 단자부(30)와 전극 조립체(10) 사이의 전기적 단락이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 제1단자부(30)의 상단부를 타격구(85)로 타격하여 리벳팅함으로써, 물리적 충격에 의한 채택된 요소들의 변형이 발생하는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2012-124026호 공개특허공보 제10-2013-004041호 공개특허공보 제10-2013-141173호
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 전극단자을 캡 플레이트에 간편하게 조립될 수 있게 하고, 외부 충격등에 의해서도 전극단자를 보호하고 집전부재가 전극단자에 안정적으로 전기적 연결상태가 유지될 수 있도록 한 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하는 본 발명은 전극조립체, 상기 전극조립체가 수용되고 전해액이 수용되며 상부가 개방된 케이스, 상기 케이스의 개방된 상부와 결합되며 단자공이 형성된 캡 플레이트와, 상기 단자공에 결합되어 상단부가 상기 캡 플레이트 상부로 돌출되고 하단부가 상기 캡 플레이트의 하부로 돌출되는 기둥부를 갖는 전극단자와, 상기 전극단자와 상기 캡 플레이트 사이에 이 둘을 절연시키는 절연부재와, 상기 전극조립체와 전극단자의 하단부를 전기적으로 연결하는 집전부재를 구비하는 이차전지에 있어서,
상기 기둥부의 상단부 외주면에는 환형돌기가 형성되고, 상기 기둥부의 하단부 외주면에는 상기 절연부재가 안착되는 플랜지부가 형성되며,
상기 기둥부의 상면부를 제외한 상기 캡 플레이트 상면부로 돌출된 상기 기둥부 및 상기 단자공이 매몰되도록 용융수지가 경화된 수지캡을 구비하며,
상기 캡 플레이트에는 상기 단자공 가장자리로부터 상부로 연장된 환형리브가 형성되고, 상기 절연부재는 상기 플랜지부에 안착되는 수평부와 상기 환형리브에 대향되는 환형의 수직부로 이루어지며,
상기 절연부재의 수평부 상면과 하면 그리고 수직부의 내면과 외면에는 탄성의 엠보싱이 복수 형성되되, 상기 엠보싱은 상기 기둥부를 중심으로 동심원상으로 일정간격으로 복수 형성되며,
상기 캡 플레이트에 제1관통공이 형성되고,
상기 플랜지부에 상기 제1관통공과 동일선상으로 제2관통공이 형성되며,
상기 절연부재의 수평부를 관통하여 상기 제1,2관통공에 중공관이 결합되며,
상기 집전부재의 상단부는 상기 플랜지부의 하면에 밀착되되 상기 제2관통공과 연결되는 유입공이 형성되고 하방향으로 개방된 오목부가 형성되며,
상기 수지캡을 형성하는 용융수지가 상기 중공관을 통하여 상기 오목부에 공급되어 경화된 고정몰드가 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하는 본 발명 이차전지를 제조하는 방법은,
삭제
삭제
삭제
삭제
상기 전극단자의 기둥부에 상기 절연부재를 결합하여 상기 플랜지부 상면에 안착시키는 단계와;
상기 전극단자를 상기 단자공에 결합시키면서 상기 기둥부의 상단부가 상기 캡 플레이트의 상면부로 돌출되도록 하고 상기 절연부재가 상기 캡 플레이트의 하면에 밀착되도록 하는 단계와;
상기 절연부재를 관통하여 상기 제1관통공과 제2관통공을 연결하도록 상기 중공관을 결합시키는 단계와;
상기 집전부재의 유입공이 상기 제2관통공과 연결되도록 상기 집전부재의 상단부를 상기 플랜지부의 하면에 밀착시키는 단계와;
상기 오목부가 폐쇄된 제1공간부를 형성하도록 상기 절연부재를 하부금형에 안착시키는 단계와;
상기 캡 플레이트의 상면부로 돌출한 상기 기둥부 및 상기 단자공을 포위하는 제2공간부를 형성하도록 사출금형에 진입시키고, 상기 제2공간부에 용융수지를 주입하여서 상기 제1공간부 및 제2공간부에 용융수지를 공급시키는 단계와;
상기 제1공간부 및 제2공간부에 공급된 용융수지를 경화시켜서 상기 수지캡 및 고정몰드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
첫째, 전극단자(300)는 용융수지가 경화된 수지캡(500)에 의해서 간편하고 견고하게 캡 플레이트(200)에 고정될 수 있게 하며, 작업 공정을 단순화 하여 이차 전지의 생산성을 향상 시킬 수 있게 한다.
둘째, 캡 플레이트(200)에 상부로 연장된 환형리브(220)가 형성됨으로써, 수지캡(500)에 측방향("가" 방향)으로 외부충격이 가해질 경우 환형리브(220)에 의해서 외부충격에 따른 수지캡(500)의 유동을 방지하여 전극단자(300)를 보호할 수 있게 한다.
세째, 상기 절연부재(400)에 탄성의 엠보싱(430)이 복수 형성됨으로써, 전극단자(300)와 캡 플레이트(200) 사이를 절연시킬 뿐만 아니라, 전극단자(300) 또는 캡 플레이트(200)의 열변형 등으로 수지캡(500)에 균열이 발생하고 또한 전극단자(300)와 캡 플레이트(200) 사이의 간극이 벌어지더라도 탄성의 엠보싱(430)에 의해서 전해액의 누출을 방지하고 절연기능을 수행할 수 있도록 한다.
네째, 절연부재(400)의 엠보싱(430)은 기둥부(310)를 중심으로 동심원상으로 일정간격으로 복수 형성됨으로써, 수지캡(500)에 균열이 발생한 경우 복수의 동심원상의 엠보싱(430)에 의해서 효과적으로 전해액의 누출을 방지할 수 있게 한다.
다섯째, 한번의 용융수지의 공급으로 수지캡(500) 및 고정몰드(500a)를 형성함으로써, 집전부재(700)의 고정 및 전극단자(300)의 고정 및 보호를 동시에 수행할 수 있도록 함으로써 제조를 간편하게 한다.
도 1은 종래 이차전지를 나타낸 개략 단면도,
도 2는 도 1의 요부 단면도,
도 3a 내지 도 3d는 도 1의 이차전지를 제조하는 공정도,
도 4a는 본 발명 실시예의 이차전지를 나타낸 개략 단면도,
도 4b는 도 4a의 요부 분리 사시도,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 이차전지를 제조하는 공정도,
도 6은 본 발명 다른 실시예를 나타낸 요부 단면도,
도 7a 내지 도 7d는 도 6의 이차전지를 제조하는 공정도이다.
본 발명은 전극단자를 캡 플레이트에 간편하고 견고하게 조립될 수 있게 하고, 외부 충격등에 의해서도 집전부재가 전극단자에 안정적으로 전기적 연결상태가 유지될 수 있도록 한다.
본 발명 실시예의 이차전지를 나타낸 도 4a를 참조하면, 이는 전극조립체(10), 상기 전극조립체(10)가 수용되고 전해액이 수용되며 상부가 개방된 케이스(20), 상기 케이스(20)의 개방된 상부와 결합되며 단자공(210)이 형성된 캡 플레이트(200)와, 상기 단자공(210)에 결합되어 상단부가 상기 캡 플레이트(200) 상부로 돌출되고 하단부가 상기 캡 플레이트(200)의 하부로 돌출되는 전극단자(300)와, 상기 전극단자(300)와 상기 캡 플레이트(200) 사이에 이 둘을 절연시키는 절연부재(400)와, 상기 전극조립체(10)와 전극단자(300)의 하단부를 전기적으로 연결하는 집전부재(700)를 구비한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 전극단자(300)를 상기 캡 플레이트(200)에 고정하기 위한 수단은 다음과 같다.
먼저, 상기 기둥부(310)는 상단부 외주면에 환형돌기(311)가 형성되고, 하단부 외주면에는 상기 절연부재(400)가 안착되는 플랜지부(320)가 형성된다.
상기 캡 플레이트(200) 상면부로 돌출된 상기 기둥부(310) 및 상기 단자공(210)이 매몰되도록 용융수지가 경화된 수지캡(500)을 구비한다.
상기 기둥부(310)의 상면부는 외부로 전원을 공급하기 위해 수지캡(500)으로부터 외부로 노출된다.
상기와 같이 전극단자(300)는 수지캡(500)에 의해서 간편하고 견고하게 캡 플레이트(200)에 고정된다.
한편, 상기 캡 플레이트(200)에는 상기 단자공(210) 가장자리로부터 상부로 연장된 환형리브(220)가 형성되어서, 도 4a에 도시된 바와 같이 수지캡(500)에 측방향("가" 방향)으로 외부충격이 가해질 경우 환형리브(220)에 의해서 외부충격에 따른 수지캡(500)의 유동을 방지하여 전극단자(300)를 보호할 수 있도록 하였다.
상기 절연부재(400)는 상기 플랜지부(300)에 안착되는 수평부(410)와 상기 기둥부(310)에 대향되는 환형의 수직부(420)로 이루어지며, 상기 절연부재(400)의 수평부(410) 상면과 하면 그리고 수직부(420)의 내면과 외면에는 탄성의 엠보싱(430)이 복수 형성되어 있다.
상기와 같은 절연부재(400)는 상기 전극단자(300)와 상기 캡 플레이트(200) 사이를 절연시킬 뿐만 아니라, 상기 전극단자(300) 또는 상기 캡 플레이트(200)의 열변형 등으로 수지캡(500)에 균열이 발생하고 또한 전극단자(300)와 캡 플레이트(200) 사이의 간극이 벌어지더라도 탄성의 엠보싱(430)에 의해서 전해액의 누출을 방지하고 절연기능을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 엠보싱(430)은 상기 기둥부(310)를 중심으로 동심원상으로 일정간격으로 복수 형성됨으로써, 상기와 같이 수지캡(500)에 균열이 발생한 경우 복수의 동심원상의 엠보싱(430)에 의해서 효과적으로 전해액의 누출을 방지할 수 있게 한다.
상기와 같은 구성의 이차전지를 제조하는 방법은, 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 전극단자(300)의 기둥부(310)에 상기 절연부재(400)를 결합하여 상기 플랜지부(320) 상면에 안착시키고, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 전극단자(300)를 상기 단자공(210)에 결합시키면서 상기 기둥부(310)의 상단부가 상기 캡 플레이트(200)의 상면부로 돌출되도록 하고 상기 절연부재(400)가 상기 캡 플레이트(200)의 하면에 밀착되도록 한다.
이어서 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 캡 플레이트(200)의 상면부로 돌출한 상기 기둥부(310) 및 상기 단자공(210)을 포위하도록 사출금형(910)에 진입시키고, 도 5d에 도시된 바와 같이 용융수지를 주입하고 경화시켜서 상기 수지캡(500)을 형성한다.
상기와 같은 제조방법은 용융수지의 공급으로 수지캡(500)을 형성하므로써 간편하고 견고하게 상기 전극단자(300)를 캡 플레이트(200)에 고정시킬 수 있게 한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예의 이차전지의 전극단자 부분 및 이의 제조공정의 일부분을 나타낸다. 이하에서는 상기 실시예의 구성과 동일부분에 대하여는 동일부호를 적용하고 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 캡 플레이트(200)의 단자공(210) 주변에는 복수의 제1관통공(230)이 형성되고, 상기 플랜지부(320)에는 상기 제1관통공(230)과 동일선상으로 제2관통공(330)이 형성되며, 상기 절연부재(400)의 수평부(410)를 관통하여 상기 제1,2관통공(230)(330)에는 중공관(600)이 결합된다.
상기 집전부재(700)의 상단부는 상기 플랜지부(320)의 하면에 밀착되되 상기 제2관통공(330)과 연결되는 유입공(701)이 형성되고 하방향으로 개방된 오목부(702)가 형성된다.
상기 수지캡(500)을 형성하는 용융수지는 상기 중공관(600)을 통하여 상기 오목부(702)에 공급되어 경화되어서 고정몰드(500a)를 형성한다.
상기와 같은 구성의 이차전지는 고정몰드(500a)에 의해서 집전부재(700)가 안정적으로 전극단자(300)에 고정될 수 있게 된다.
상기 두번째 실시예의 이차전지를 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저 도 7a에서와 같이, 상기 전극단자(300)의 기둥부(310)에 상기 절연부재(400)를 결합하여 상기 플랜지부(320) 상면에 안착시키고, 상기 전극단자(300)를 상기 단자공(210)에 결합시키면서 상기 기둥부(310)의 상단부가 상기 캡 플레이트(200)의 상면부로 돌출되도록 하고 상기 절연부재(400)가 상기 캡 플레이트(200)의 하면에 밀착되도록 하고, 상기 절연부재(400)를 관통하여 상기 제1관통공(230)과 제2관통공(330)을 연결하도록 상기 중공관(600)을 결합시킨다.
이어서 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 집전부재(700)의 유입공(701)이 상기 제2관통공(330)과 연결되도록 상기 집전부재(700)의 상단부를 상기 플랜지부(320)의 하면에 밀착시키고, 상기 오목부(702)가 폐쇄된 제1공간부(703)를 형성하도록 상기 절연부재(400)를 하부금형(920)에 안착시킨다.
이어서 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 캡 플레이트(200)의 상면부로 돌출한 상기 기둥부(310) 및 상기 단자공(210)을 포위하는 제2공간부(510)를 형성하도록 사출금형(910)에 진입시키고, 도 7d에 도시된 바와 같이 상기 제2공간부(510)에 용융수지를 주입하여서 상기 제1공간부(703) 및 제2공간부(510)에 용융수지를 공급시킨다.
상기 제1공간부(703) 및 제2공간부(510)에 공급된 용융수지를 경화시켜서 상기 수지캡(500) 및 고정몰드(500a)를 형성한다.
상기와 같은 제조방법은 한번의 용융수지의 공급으로 수지캡(500) 및 고정몰드(500a)를 형성함으로써, 집전부재(700)의 고정 및 전극단자(300)의 고정 및 보호를 동시에 수행할 수 있도록 함으로써 제조를 간편하게 한다.
200...캡 플레이트 210...단자공
220...환형리브 300...전극단자
310...(전극단자의)기둥부 320...플랜지부
400...절연부재 500...수지캡
500a...고정몰드 600...중공관
700...집전부재

Claims (5)

  1. 전극조립체, 상기 전극조립체가 수용되고 전해액이 수용되며 상부가 개방된 케이스, 상기 케이스의 개방된 상부와 결합되며 단자공이 형성된 캡 플레이트와, 상기 단자공에 결합되어 상단부가 상기 캡 플레이트 상부로 돌출되고 하단부가 상기 캡 플레이트의 하부로 돌출되는 기둥부를 갖는 전극단자와, 상기 전극단자와 상기 캡 플레이트 사이에 이 둘을 절연시키는 절연부재와, 상기 전극조립체와 전극단자의 하단부를 전기적으로 연결하는 집전부재를 구비하는 이차전지에 있어서,
    상기 기둥부(310)의 상단부 외주면에는 환형돌기(311)가 형성되고, 상기 기둥부(310)의 하단부 외주면에는 상기 절연부재(400)가 안착되는 플랜지부(320)가 형성되며,
    상기 기둥부(310)의 상면부를 제외한 상기 캡 플레이트(200) 상면부로 돌출된 상기 기둥부(310) 및 상기 단자공(210)이 매몰되도록 용융수지가 경화된 수지캡(500)을 구비하며,
    상기 캡 플레이트(200)에는 상기 단자공(210) 가장자리로부터 상부로 연장된 환형리브(220)가 형성되고,
    상기 절연부재(400)는 상기 플랜지부(320)에 안착되는 수평부(410)와 상기 기둥부(310)에 대향되는 환형의 수직부(420)로 이루어지며,
    상기 절연부재(400)의 수평부(410) 상면과 하면 그리고 수직부(420)의 내면과 외면에는 탄성의 엠보싱(430)이 복수 형성되되,
    상기 엠보싱(430)은 상기 기둥부(310)를 중심으로 동심원상으로 일정간격으로 복수 형성되며,
    상기 캡 플레이트(200)에 제1관통공(230)이 형성되고,
    상기 플랜지부(320)에 상기 제1관통공(230)과 동일선상으로 제2관통공(330)이 형성되며,
    상기 절연부재(400)의 수평부(410)를 관통하여 상기 제1,2관통공(230)(330)에 중공관(600)이 결합되며,
    상기 집전부재(700)의 상단부는 상기 플랜지부(320)의 하면에 밀착되되 상기 제2관통공(330)과 연결되는 유입공(701)이 형성되고 하방향으로 개방된 오목부(702)가 형성되며,
    상기 수지캡(500)을 형성하는 용융수지가 상기 중공관(600)을 통하여 상기 오목부(702)에 공급되어 경화된 고정몰드(500a)가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1의 이차전지를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 전극단자(300)의 기둥부(310)에 상기 절연부재(400)를 결합하여 상기 플랜지부(320) 상면에 안착시키는 단계와;
    상기 전극단자(300)를 상기 단자공(210)에 결합시키면서 상기 기둥부(310)의 상단부가 상기 캡 플레이트(200)의 상면부로 돌출되도록 하고 상기 절연부재(400)가 상기 캡 플레이트(200)의 하면에 밀착되도록 하는 단계와;
    상기 절연부재(400)를 관통하여 상기 제1관통공(230)과 제2관통공(330)을 연결하도록 상기 중공관(600)을 결합시키는 단계와;
    상기 집전부재(700)의 유입공(701)이 상기 제2관통공(330)과 연결되도록 상기 집전부재(700)의 상단부를 상기 플랜지부(320)의 하면에 밀착시키는 단계와;
    상기 오목부(702)가 폐쇄된 제1공간부(703)를 형성하도록 상기 절연부재(400)를 하부금형(920)에 안착시키는 단계와;
    상기 캡 플레이트(200)의 상면부로 돌출한 상기 기둥부(310) 및 상기 단자공(210)을 포위하는 제2공간부(510)를 형성하도록 사출금형(910)에 진입시키고, 상기 제2공간부(510)에 용융수지를 주입하여서 상기 제1공간부(703) 및 제2공간부(510)에 용융수지를 공급시키는 단계와;
    상기 제1공간부(703) 및 제2공간부(510)에 공급된 용융수지를 경화시켜서 상기 수지캡(500) 및 고정몰드(500a)를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
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