KR101972422B1 - 차량용 이차전지 어셈블리 및 제작방법 - Google Patents

차량용 이차전지 어셈블리 및 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 이차전지 어셈블리 및 제작방법에 관한 것으로, 2단 실링 방식을 적용하여 기밀성이 우수하고, 고압이 작용해도 캡 플레이트의 변형이 발생하지 않으며, 압착 시 가스켓과 캡 플레이트 사이, 가스켓과 전극조립체 사이의 기포 발생을 최소화하여 불량률을 감소하고 생산성을 증대할 수 있는 차량용 이차전지 어셈블리 및 제작방법을 제공한다.

Description

차량용 이차전지 어셈블리 및 제작방법{Secondary battery assembly for vehicle and manufacturing method}
본 발명은 기밀성이 우수한 고품질의 차량용 이차전지 어셈블리 및 이의 제작방법에 관한 것이다.
이차전지는 휴대용 무선 전자 제품의 개발에 따라 소형화 및 경량화를 통해 에너지 밀도가 높은 방식으로 제작되며, 전력이 요구되는 다양한 제품의 개발에 따라 다양한 형태에 적용 가능한 이차전지의 개발이 이루어지고 있다.
최근에는 이산화탄소 배출 및 미세 먼지와 같은 환경 문제로 인해 환경 친화적인 전기차에 대한 관심이 높아짐에 따라 차량에 적용 가능한 이차전지에 개발이 급속하게 이루어지고 있다. 차량에 적용되는 이차전지는 팩 형태로 제작되어 다수개의 팩이 전기적으로 연결되어 모듈화시킨 이른바 이차전지 팩이 전기차의 동력원으로 사용되고 있다.
일반적으로 전기차에 적용되는 이차전지 팩은, 양극판과 음극판 및 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체와, 전극조립체 및 전해액을 수용하는 케이스, 케이스의 상부를 차단하며 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트, 캡 플레이트에 설치되며 전극조립체를 외부의 회로와 접속시키는 전극으로 구성되는 것이 일반적이다.
여기서, 케이스 내부에 삽입되는 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 캡 플레이트와 전극단자 사이에 개재되는 가스켓의 형태와 구조를 변경하여 기밀을 유지하는 방식의 많은 기술이 존재한다. 예를 들면, 도1에서 나타나는 것과 같이 동심원으로 형성된 압착돌기(29a)를 포함한 가스켓(29)이 캡 플레이트(15)와 전극단자(27) 사이에 개재되어 압력(P방향)이 가해질 때 압착돌기(29a)가 플렌지부(27b)의 상면과 캡 플레이트(15)의 하면에 압착되면서 실링되어 기밀을 유지하는 구성을 가지며, 전극단자(27)에 고착된 몰딩부(33)가 인서트 사출로 구비되어 실링 구조를 가진다.
하지만, 도 1과 같은 구성에 있어서, 압착돌기의 정밀한 수치 제어가 되지 않게 되면 가스켓의 압착시 가스켓과 캡 플레이트 사이에 기포가 발생되어 기포를 따라 전해질 용액이 누출되는 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 대부분의 캡 플레이트는 알루미늄 재질로 구성되고, 두께 또한 2 내지 5 mm의 두께로 형성되는바, 1600bar 이상 고압의 압력에 의해 압착될 때 캡 플레이트와 전극단자 사이에 개재된 불소수지 재질의 가스켓이 밀림으로써, 캡 플레이트의 관통구멍(15a) 주변이 휘거나, 휨으로 인한 캡 플레이트와 전극단자가 불량 결합되어 생산 공정에서 많은 불량품이 생산되는 문제가 발생할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1573488호
본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서, 2단 실링 방식을 적용하여 압착 시 가스켓, 캡 플레이트 및 전극단자 사이의 기포 발생을 최소화함으로써 우수한 기밀성을 확보하고, 고압 성형시 캡 플레이트의 변형을 방지할 수 있어 불량률을 감소하고 생산성을 증대할 수 있는 차량용 이차전지 어셈블리 및 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 차량용 이차전지 어셈블리는, 일측에 적어도 하나의 관통홀을 포함하는 판상의 캡 플레이트; 상단부의 일부에는 홈부가 형성되는 코어본체, 상기 코어본체와 일체를 이루고, 상기 캡 플레이트 하부에 위치하여 판상의 플랜지가 형성되는 하부본체를 포함하되, 상기 관통홀에 관통 삽입되는 구조의 전극조립체; 상기 캡 플레이트와 상기 전극조립체 사이에 개재되되, 내부가 빈 원기둥 형성의 몸체와, 상기 몸체에서 연장되어 하단이 원판으로 형성되는 실링부를 포함하고, 상기 실링부의 상면에 형성되는 적어도 하나의 상면압착돌기와, 상기 실링부의 저면에 형성되는 적어도 하나의 저면압착돌기를 포함하는 가스켓; 및 상면에 적어도 하나의 압착홀이 형성되는 사출성형부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 코어본체의 외곽을 따라 몸체가 슬라이딩 방식으로 끼움결합하고, 실링부는 하부본체의 상면에 안착되도록 가스켓을 삽입하는 가스켓 삽입단계; 상기 가스켓이 결합된 전극조립체를 관통홀에 홈부의 일부까지 슬라이딩 방식으로 끼움결합하여 상기 전극조립체를 삽입하는 전극조립체 삽입단계; 상기 실링부는 캡 플레이트와 상기 전극조립체 사이에 개재된 상태로 금형에 삽입하는 금형 삽입단계; 상기 전극조립체의 하부 방향에서 상부 방향으로 소정의 압력을 가하면 상기 캡 플레이트와 상기 전극조립체 사이에 개재된 상기 실링부가 압착되어 기밀을 유지하게 되는 1차 실링 단계; 및 상기 전극조립체의 측면 방향에서 재료가 주입되어 상기 홈부와 캡 플레이트의 상면 일부까지 인서트 사출되되, 상기 사출성형부에 적어도 하나의 압착홀이 형성되고, 가장자리에 상부로 돌출된 걸림턱이 형성되고, 사출압에 의해 상기 홈부와 상기 몸체의 단부의 사이공간으로 상기 재료가 밀려들어감으로써 기밀을 유지하는 2차 실링 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 2단 실링 방식을 적용하여 이차전지 내부에 수용된 전해질 용액이 전극단자를 통해 외부로의 누출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고압에서 사출성형부를 사출되게 할 때 캡 플레이트의 변형이 발생하지 않으며, 사출 성형시 고압으로 압착한 상태에서 사출이 이루어지게 하기 때문에 가스켓의 실링부와 캡 플레이트 사이에 기포가 존재할 가능성을 최소화하여 불량률을 감소시키고 고품질의 이차전지를 대량생산할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 전극 어셈블리의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 이차전지 어셈블리를 나타낸 단면도이다.
도 2b은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 이차전지 어셈블리를 나타낸 정면도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 이차전지 어셈블리가 결합될 때를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 이차전지 어셈블리가 인서트 사출되면서 압착될 때 금형으로 고정되는 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 이차전지 어셈블리가 결합된 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 이차전지 어셈블리가 결합될 때를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 이차전지 어셈블리를 결합하는 제작방법을 나타내는 블럭도이다.
이하 본 발명에 의한 차량용 이차전지 어셈블리 및 제작방법에 대해 보다 상세한 설명을 하도록 하며 첨부되는 도면을 참조하는 것으로 한다.
단, 제시되는 도면 및 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 기술적 사상에 따른 하나의 실시 가능한 예를 설명하는 것인 바 본 발명의 기술적 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2a, 2b 및 2c에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 차량용 이차전지 어셈블리는, 캡 플레이트(10), 전극조립체(20), 가스켓(30) 및 사출성형부(40)로 구성될 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 캡 플레이트(10)는 알루미늄 재질의 판상으로 형성되며 2 내지 3 mm의 두께를 가지며 일측에 적어도 하나의 관통홀(11)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 양극 또는 음극 역할을 수행할 수 있는 전극조립체(20)가 삽입될 수 있도록 2개의 관통홀(11)을 형성할 수 있으며, 전해질 용액을 수용하는 케이스와 결합되되, 내부 화학작용을 통해 생성된 가스를 배출하기 위한 별도의 가스 배출구멍(12)을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 전극조립체(20)는 상단부의 일부에는 홈부(20c)가 형성되는 코어본체(20a)와, 상기 코어본체(20a)와 일체로 형성되고, 상기 캡 플레이트(10) 하부에 위치하여 판상의 플랜지가 형성되는 하부본체(20b)를 포함할 수 있다. 여기서, 코어본체(20a)는 관통홀(11)에 삽입 관통될 수 있으며, 코어본체(20a)에 형성된 홈부(20c)가 형성된 일부까지 삽입되는 것이 바람직하다.
그리고, 가스켓(30)은 상기 캡 플레이트(10)와 상기 전극조립체(20) 사이에 개재되고, 적어도 하나의 압착돌기를 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 내부가 빈 원기둥 형상의 몸체(30a)와, 상기 몸체(30a)에서 연장되어 하단이 원판으로 형성되는 실링부(30b)를 포함할 수 있으며, 상기 실링부(30b)는 상면에 상면압착돌기(30c)가 형성될 수 있고, 저면에는 저면압착돌기(30d)를 형성할 수 있다. 여기서, 상면압착돌기(30c)와 저면압착돌기(30d)는 실링부(30b)의 원주방향을 따라 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
예를 들면, 상면압착돌기(30c)는 상면의 외곽에 동심원 형상으로 1개가 형성될 수 있고, 저면압착돌기(30d)는 내곽과 외곽에 원주방향을 따라 각각 1개씩 형성될 수 있다. 즉, 상면에는 1개의 압착돌기가 형성될 수 있고, 저면에는 2개의 압착돌기가 형성될 수 있다.
상기와 같은 가스켓의 상면 및 저면에 압착돌기를 적어도 하나 이상 포함함으로써 압착 공정 진행시 전해질 용액의 기밀을 극대화시킬 수 있다.
한편, 가스켓(20)은 고온 및 고압의 환경에서 내구성이 우수한 소재로 제조될 수 있으며 예를 들어 불소수지 재질로 형성될 수 있다.
그리고, 사출성형부(40)는 인서트 사출에 의해 적어도 하나의 압착홀(40a)이 형성될 수 있고, 가장자리에 상부로 돌출된 걸림턱(40b)을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 사출성형부(40)는 적어도 하나 이상의 압착홀(40a)을 형성할 수 있고, 형성된 압착홀(40a)은 캡 플레이트(10)의 두께 및 강도에 따라 다양한 개수로 형성될 수 있다.
즉, 상기 압착홀(40a)에 대응되는 금형(41)이 상기 압착홀(40a)이 생성되는 위치에서 캡 플레이트(10)를 지지하도록 구성되어 하부에서 상부 방향으로 높은 압력이 가해지더라도 캡 플레이트(10)의 변형을 방지하여 불량품 생산을 감소할 수 있는바 어셈블리 생산 효율성을 높일 수 있다.
이때, 사출성형부(40)는 내충격성, 내후성, 가공성 등이 우수한 소재로 제조될 수 있고, 예를 들어 폴리카보네이트 소재에 카본 화이바가 혼합된 재질로 제조될 수 있다.
다음으로 차량용 이차전지 어셈블리의 제작방법에 대해 설명하도록 한다.
도6에 도시된 바와 같이, 코어본체(20a)의 외곽을 따라 몸체(30a)가 슬라이딩 방식으로 끼움결합 하고, 실링부(30b)는 하부본체(20b)의 상면에 안착되도록 가스켓(30)을 삽입하는 가스켓 삽입단계(S1)를 수행할 수 있다. 이때, 가스켓(30)과 전극조립체(20)가 슬라이딩되면서 결합될 때 가스켓(30)의 외곽 및 내곽에 적어도 하나의 탭핑영역을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 가스켓(30)이 결합된 전극조립체(20)를 관통홀(11)에 홈부(20c)의 일부까지 슬라이딩 방식으로 끼움결합하여 전극조립체(20)를 삽입 관통하는 전극조립체 삽입단계(S2)를 수행할 수 있다. 이때, 상기 코어본체(20a)의 외곽에 결합된 몸체(30a)의 끝단이 캡 플레이트(10)의 상면으로 돌출되는 구조로 삽입될 수 있거나, 몸체(30a)의 끝단이 캡 플레이트(10)의 상면까지 도달하는 구조로 삽입될 수 있다.
그리고, 상기 실링부(30b)는 캡 플레이트(10)와 전극조립체(20) 사이에 개재된 상태로 금형(41)에 삽입되는 금형 삽입단계(S3)을 수행할 수 있다. 상기 금형(41)은 압착홀(40a)에 대응되는 지지구조를 가질 수 있으며, 상기 전극조립체(20)의 하부에서 상부방향으로 소정의 압력을 가해도 캡 플레이트(10)의 일측에서 견고하게 지지하므로 캡 플레이트(10)의 밴딩을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 전극조립체(20)의 하부 방향에서 상부 방향으로 소정의 압력을 가하면 상기 캡 플레이트(10)와 상기 전극조립체(20) 사이에 개재된 실링부(30b)가 압착되어 기밀을 유지하게 되는 1차 실링 단계(S4)를 수행할 수 있다.
이때, 1600bar의 고압에 의해 상면압착돌기(30c)는 캡 플레이트(10)의 하면에서 긴밀하게 압착될 수 있고, 저면압착돌기(40d)는 하부본체(20b)의 상면에 긴밀하게 압착될 수 있다. 즉, 1600bar의 고압으로 압착함으로써 실링부(30b)와 맞닿는 캡 플레이트(10)의 하면과 하부본체(20b)의 상면에 발생할 수 있는 기포 발생을 최소화할 수 있다.
그리고, 상기 전극조립체(20)의 측면 방향에서 재료가 주입되어 상기 홈부(20c)와 캡 플레이트(10)의 상면 일부까지 인서트 사출되어 사출성형부(40)로 형성되되, 상기 사출성형부(40)에 적어도 하나의 압착홀(40a)이 형성되고, 사출압에 의해 상기 홈부(20c)와 상기 몸체(30a)의 단부의 사이공간으로 상기 재료가 밀려들어감으로써 기밀을 유지하는 2차 실링 단계(S5)를 수행할 수 있다.
여기서, 상기 1차 실링 단계(S4)와 동시에 진행될 수 있으며, 금형(41)의 빈 공간에 삽입되는 재료에 의해 사출성형부(40)가 형성될 수 있다. 사출성형부(40)는 판상으로 인서트 사출될 수 있으며, 하부에서 상부 방향으로 가하는 압력의 세기에 따라 사출성형부(40)의 두께를 조절할 수 있다.
한편, 코어본체(20a)의 외곽에 결합된 몸체(30a)의 끝단이 캡 플레이트(10)의 상면으로 돌출되게끔 삽입되는 구조에서 돌출 삽입된 몸체(30a)의 외주면에 인서트 사출로 형성된 사출성형부(40)가 2차 실링 역할을 수행할 수 있으며, 코어본체(20a)의 외곽에 결합된 몸체(30a)의 끝단이 상기 캡 플레이트(10)의 상면까지 삽입되는 구조에서 상기 캡 플레이트(10)의 상면에 인서트 사출로 형성된 사출성형부(40)가 2차 실링 역할을 수행함으로써 실링 효과를 극대화할 수 있다.
즉, 높은 압력이 하부에서 상부 방향으로 가해지면 캡 플레이트(10)와 전극조립체(20) 사이에 개재되는 가스켓(30)이 압착되면서 1차 실링이 이루어질 수 있고, 상기 캡 플레이트(10)의 상면으로 돌출된 홈부(20c)의 일부에 인서트 사출이 진행되되, 사출압에 의해 몸체의 끝단이 압축을 받게 됨으로써 더욱 긴밀하게 실링이 이루어질 수 있는 것이다.
따라서, 가스켓 삽입단계(S1), 전극조립체 삽입단계(S2), 금형 삽입단계(S3)가 시계열적으로 진행되되 1차 실링 단계(S4) 및 2차 실링 단계(S5)를 동시에 진행함으로써 이차전지 내부에 수용된 전해질 용액의 누수를 예방할 수 있고, 캡 플레이트의 밴딩을 방지함으로써 고품질의 차량용 이차전지 어셈블리를 제작할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에서 변경하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10 : 캡 플레이트
11 : 관통홀
12 : 가스 배출구멍
20 : 전극조립체
20a : 코어본체
20b : 하부본체
20c : 홈부
30 : 가스켓
30a : 몸체
30b : 실링부
30c : 상면압착돌기
30d : 저면압착돌기
40 : 사출성형부
40a : 압착홀
40b : 걸림턱
41 : 금형

Claims (6)

  1. 일측에 적어도 하나의 관통홀을 포함하는 판상의 캡 플레이트;
    상단부의 일부에는 홈부가 형성되는 코어본체, 상기 코어본체와 일체를 이루고, 상기 캡 플레이트 하부에 위치하여 판상의 플랜지가 형성되는 하부 본체를 포함하되, 상기 관통홀에 관통 삽입되는 구조의 전극조립체;
    상기 캡 플레이트와 상기 전극조립체 사이에 개재되되, 내부가 빈 원기둥 형상의 몸체와, 상기 몸체에서 연장되어 하단이 원판으로 형성되는 실링부를 포함하고, 상기 실링부의 상면에 형성되는 적어도 하나의 상면압착돌기와, 상기 실링부의 저면에 형성되는 적어도 하나의 저면압착돌기를 포함하는 가스켓; 및
    상기 코어본체 주위에 사출성형으로 상기 캡 플레이트 상면에 결합되며, 상기 실링부의 직상부 위치에 원을 이루면서 형성되는 복수의 압착홀을 포함하되, 상기 압착홀은 사출성형시 금형이 상기 캡 플레이트를 지지함에 따라 형성되는 것임을 특징으로 하는 사출성형부;를 포함하는 차량용 이차전지 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상면압착돌기와 상기 저면압착돌기는 상기 실링부의 원주방향을 따라 형성되며, 상기 몸체 내부로 상기 전극조립체의 코어본체가 삽입되고, 상기 실링부는 상기 전극조립체의 하부본체 상면과 상기 캡 플레이트의 하면 사이에서 압착되어 실링되는 차량용 이차전지 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스켓은 상기 몸체의 끝단이 상기 캡 플레이트의 상면까지 위치하여 압착되는 구조를 형성하고, 상기 사출성형부는 상기 코어본체의 외주면을 감싸는 구조로 압착되는 차량용 이차전지 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스켓은 상기 몸체의 끝단이 상기 전극조립체 외곽면을 따라 상기 캡 플레이트의 상면으로 돌출되는 구조로 압착되고, 상기 사출성형부는 상기 몸체의 외주면을 감싸는 구조로 압착되는 차량용 이차전지 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 차량용 이차전지 어셈블리 제조방법은,
    코어본체의 외곽을 따라 몸체가 슬라이딩 방식으로 끼움결합하고, 실링부는 하부본체의 상면에 안착되도록 가스켓을 삽입하는 가스켓 삽입단계;
    상기 가스켓이 결합된 전극조립체를 관통홀에 홈부의 일부까지 슬라이딩 방식으로 끼움결합하여 상기 전극조립체를 삽입하는 전극조립체 삽입단계;
    상기 실링부는 캡 플레이트와 상기 전극조립체 사이에 개재된 상태로 금형에 삽입하는 금형 삽입단계;
    상기 전극조립체의 하부 방향에서 상부 방향으로 소정의 압력을 가하면 상기 캡 플레이트와 상기 전극조립체 사이에 개재된 상기 실링부가 압착되어 기밀을 유지하게 되는 1차 실링 단계; 및
    상기 전극조립체의 측면 방향에서 재료가 주입되어 상기 홈부와 캡 플레이트의 상면 일부까지 인서트 사출되어 사출성형부로 형성되되, 상기 사출성형부에 적어도 하나의 압착홀이 형성되고, 사출압에 의해 상기 홈부와 상기 몸체의 단부의 사이공간으로 상기 재료가 밀려들어감으로써 기밀을 유지하는 2차 실링 단계;를 포함하는 차량용 이차전지 어셈블리 제작방법.
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