KR102013490B1 - 이차전지 조립체의 전극단자 조립방법 및 이의 조립방법으로 조립된 이차전지의 전극단자 - Google Patents

이차전지 조립체의 전극단자 조립방법 및 이의 조립방법으로 조립된 이차전지의 전극단자 Download PDF

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Abstract

전극단자를 캡 플레이트에 간편하고 견고하게 조립될 수 있게 하고, 외부 충격등에 의해서도 전극단자를 보호하며, 전해액의 누출을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 이차전지 조립체의 전극단자 조립방법 및 이의 조립방법으로 조립된 이차전지의 전극단자에 관한 것이다.

Description

이차전지 조립체의 전극단자 조립방법 및 이의 조립방법으로 조립된 이차전지의 전극단자{Method For assembling eletrode terminal of secondary Battery assembly and eletrode terminal assembled by it}
본 발명은 이차전지 조립체의 전극단자 조립방법 및 이의 조립방법으로 조립된 이차전지의 전극단자에 관한 것으로써, 특히 전극단자를 캡 플레이트에 간편하고 견고하게 조립될 수 있게 하고, 외부 충격등에 의해서도 전극단자를 보호하며, 전해액의 누출을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 이차전지 조립체의 전극단자 조립방법 및 이의 조립방법으로 조립된 이차전지의 전극단자에 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, 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, 전극단자를 캡 플레이트에 간편하게 조립될 수 있게 하고, 외부 충격등에 의해서도 전극단자를 보호하며, 전극단자의 조립중 캡 플레이트의 변형을 최소화할 수 있도록 한 이차전지 조립체의 전극단자 조립방법 및 이의 조립방법으로 조립된 이차전지의 전극단자를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하는 본 발명은 전극조립체와 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 돌출되어 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 전극단자를 구비하는 이차전지 조립체의 전극단자 조립방법에 있어서,
상기 전극단자는 상기 단자공에 결합되는 기둥부와, 상기 기둥부의 하단부 외주면에 형성되는 플랜지부가 형성되고,
내주면이 상기 기둥부에 결합되고 외주면이 상기 단자공에 결합되는 중공의 수직부와, 상기 수직부의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 플랜지부에 안착되는 수평부가 형성된 가스켓을 구비하고,
상기 전극단자를 받침블럭에 안착시키는 단계와;
상기 전극단자의 기둥부에 상기 가스켓을 결합하여 상기 플랜지부 상면에 안착시키는 단계와;
상기 전극단자 및 가스켓에 상기 캡플레이트의 단자공을 결합시키면서 상기 기둥부의 상단부가 상기 캡 플레이트의 상면부로 돌출되도록 하고 상기 가스켓이 상기 캡 플레이트의 하면에 밀착되도록 하는 단계와;
하부가 개방된 캐비티가 형성되고 상부에 용융수지가 주입되는 주입공이 형성되며 상기 캐비티 내측에 상기 단자공의 가장자리를 누르는 복수의 누름핀이 형성된 금형을 상기 기둥부의 상단부가 외부로 노출되도록 상기 기둥부를 포위하면서 상기 캡플레이트 상면에 안착시키는 단계와;
상기 주입공에 용융수지를 주입하고 경화시켜서 상기 수지캡을 형성하는 단계와;
상기 금형을 제거하여서 상기 수지캡에 상기 금형의 누름핀 제거에 따른 핀홀이 형성되게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 조립방법에 있어서, 상기 기둥부의 외주면에는 상기 용융수지가 진입되는 환형홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명 조립방법에 있어서, 상기 가스켓은 소성변형이 가능한 합성수지재로 형성하고, 상기 수평부의 상면과 하면에 환형돌기를 형성하여서,
상기 금형을 캡플레이트 상면에 안착시키는 단계에서 상기 환형돌기가 상기 금형과 받침블럭 사이에서 압착되어 소성변형시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명 이차전지 조립체의 전극단자는 상기의 조립방법으로 조립된 것을 특징으로 한다.
첫째, 전극단자는 용융수지가 경화된 수지캡에 의해서 간편하고 견고하게 캡 플레이트에 고정될 수 있게 되고, 작업 공정을 단순화하여 이차 전지의 생산성을 향상시킬 수 있게 한다.
둘째, 금형(400)의 누름핀(403)에 의해서 캡플레이트(130)의 변형을 방지시킴으로써, 전해액의 누출을 방지할 수 있도록 한다.
세째, 환형돌기(223)가 형성된 가스켓(220)을 소성변형이 가능한 합성수지재로 형성함으로써, 받침블럭(300)과 금형(400) 사이의 압착력에 의해서 캡플레이트(130)와 플랜지부(212) 사이에서 환형돌기(223)가 압착 소성변형되어 전해액의 누출을 방지하는 실링작용이 향상된다.
네째, 수지캡(500)에는 금형의 누름핀(403) 제거에 따른 핀홀(501)이 형성되게 되므로, 이 핀홀(501)에 전극단자(210)와 전기적으로 접속되는 외부단자의 캡핀(611)이 결합되도록 하여 외부단자(610)가 안정적으로 접속될 수 있도록 될 수 있도록 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 4는 본 발명 실시예의 조립방법으로 조립된 전극단자를 구비하는 이차전지를 나타낸 개략 단면도,
도 5는 도 4의 요부 분리도,
도 6a 내지 도 6d는 본 발명 실시예의 전극단자 조립 순서도,
도 7은 수지캡의 평면도,
도 8은 전극단자에 외부단자의 연결상태를 설명하는 개략도,
도 9는 캡플레이트의 변형 상태를 설명하는 개략도이다.
본 발명 실시예의 이차전지 조립체의 전극단자 조립방법은 전극단자를 캡 플레이트에 간편하고 견고하게 조립될 수 있게 하고, 외부 충격등에 의해서도 전극단자를 보호하며, 전해액의 누출을 효과적으로 방지할 수 있도록 한다.
본 발명 실시예의 조립방법으로 조립된 전극단자를 채용하는 이차전지를 나타낸 도 4, 도 5 및 도 6d를 참조하면, 이는 전극조립체(110)와 전해액이 수용되며 상부가 개방된 케이스(120), 상기 케이스(120)의 개방된 상부와 결합되며 단자공(131)이 형성된 캡 플레이트(130)와, 상기 단자공(131)에 결합되어 상단부가 상기 캡 플레이트(130) 상부로 돌출되고 하단부가 상기 캡 플레이트(130)의 하부로 돌출되어 상기 전극조립체(110)와 전기적으로 연결되는 전극단자(200)와, 상기 전극조립체(110)와 전극단자(200)의 하단부를 전기적으로 연결하는 집전부재(115)를 구비한다.
상기 전극단자(210)는 상기 단자공(131)에 결합되는 기둥부(211)와, 상기 기둥부(211)의 하단부 외주면에 형성되는 플랜지부(212)가 형성된 구조를 가진다.
상기 전극단자(210)와 캡플레이트(130) 사이에는 가스켓(220)이 결합되어서 상기 전해액의 누출이 방지될 수 있도록 한다.
상기 가스켓(220)은 내주면이 상기 기둥부(211)에 결합되고 외주면이 상기 단자공(131)에 결합되는 중공의 수직부(221)와, 상기 수직부(221)의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 플랜지부(212)에 안착되는 수평부(222)가 형성된 구조를 가진다.
상기 캡플레이트(130)의 상면으로 돌출된 상기 기둥부(211)의 주변에는 용융수지로 몰딩된 수지캡(500)이 형성된다.
상기 기둥부(211)의 외주면에 상기 용융수지가 진입되는 환형홈(213)이 형성되어서, 상기 수지캡(500)의 이탈이 방지되도록 한다.
또한, 상기 가스켓(220)은 소성변형이 가능한 합성수지재로 형성하고, 상기 수평부(222)의 상면과 하면에 환형돌기(223)를 형성하여서, 상기 캡플레이트(130)와 플랜지부(212) 사이에서 환형돌기(223)가 압착되어 소성변형됨으로써, 실링효과가 향상되도록 하였다.
상기와 같은 구성의 이차전지의 전극단자는 용융수지로 몰딩된 수지캡(500)에 의해서 캡 플레이트(130)에 간편하게 조립될 수 있고, 외부 충격에 의해서도 안전하게 보호될 수 있다.
상기와 같은 구성의 이차전지 조립체의 전극단자 조립방법은 다음과 같다.
도 6a를 참조하면, 상기 전극단자(210)를 받침블럭(300)에 안착시키고, 상기 전극단자(210)의 기둥부(211)에 상기 가스켓(220)을 결합하여 상기 플랜지부(212) 상면에 안착시킨다.
이어서 상기 전극단자(210) 및 가스켓(220)에 상기 캡플레이트(130)의 단자공(131)을 결합시키면서 상기 기둥부(211)의 상단부가 상기 캡 플레이트(130)의 상면부로 돌출되도록 하고 상기 가스켓(220)이 상기 캡 플레이트(130)의 하면에 밀착되도록 한다.
이어서 도 6b를 참조하면, 하부가 개방된 캐비티(401)가 형성되고 상부에 용융수지가 주입되는 주입공(402)이 형성되며 상기 캐비티(401) 내측에 상기 단자공(131)의 가장자리를 누르는 복수의 누름핀(403)이 형성된 금형(400)을 상기 기둥부(211)의 상단부가 외부로 노출되도록 상기 기둥부(211)를 포위하면서 상기 캡플레이트(130) 상면에 안착시킨다.
이때 상기 금형(400)에는 상기 기둥부(211)의 상단부가 돌출되도록 결합되는 결합공(404)이 형성되어 있다.
상기 금형(400)을 상기 캡플레이트(130)의 상면에 안착시킬때 상기 누름핀(403)은 상기 단자공(131)의 가장자리를 누르게 되어서, 단자공(131)의 가장자리가 변형되는 것을 방지한다.
즉, 도 8을 참조하면, 상기 금형(400)과 받침블럭(300) 사이에서 상기 캡플레이트(130), 가스켓(220) 및 플랜지부(212)에 압착력이 가해질때, 상기 가스켓(220)의 수평부(222) 부분에서 상방향으로의 반력(反力)이 작용하여 단자공(131)의 가장자리가 상방향으로 벤딩되는 변형이 발생하게 된다. 이 경우 추후 용융수지가 주입될때 용융수지의 누출이 발생되고 추후 전해액의 누출이 되는 문제점이 있게 된다.
따라서 상기 누름핀(403)의 누름작용은 상기와 같은 문제점 발생을 방지할 수 있게 한다.
이어서 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 주입공(402)에 용융수지를 주입하고 경화시킨 후 금형(400)을 제거하여 도 6d에 도시된 바와 같이 수지캡(500)을 형성시킨다.
한편, 상기 가스켓(220)은 소성변형이 가능한 합성수지재로 형성됨으로써, 상기 받침블럭(300)과 금형(400) 사이의 압착력에 의해서 상기 캡플레이트(130)와 플랜지부(212) 사이에서 환형돌기(223)가 압착 소성변형되어 전해액의 누출을 방지하는 실링작용이 향상된다.
상기 수지캡(500)에는 상기 누름핀(403)의 제거에 따른 핀홀(501)이 형성되며, 이 핀홀(501)은 도 8에 도시된 바와 같이 전극단자(210)와 전기적으로 접속되는 외부단자(610)가 안정적으로 접속될 수 있도록 외부단자의 캡핀(611)이 결합될 수 있도록 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은 금형(400)에 의한 수지캡(500)의 형성으로 전극단자(200)를 캡 플레이트(130)에 간편하게 조립될 수 있게 하고, 수지캡(500)에 의해서 기둥부(211)의 외주면을 감싸므로써 외부 충격등에 의해서도 전극단자(200)를 보호할 수 있게 한다.
또한 누름핀(403)에 의해서 캡플레이트(130)의 변형을 방지함으로써 전해액의 누출을 방지할 수 있도록 한다.
110...전극조립체 120...케이스
130...캡플레이트 200...전극단자
211...기둥부 212...플랜지부
220...가스켓 300...받침블럭
400...금형 500...수지캡

Claims (4)

  1. 전극조립체와 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 돌출되어 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 전극단자를 구비하는 이차전지 조립체의 전극단자 조립방법에 있어서,
    상기 전극단자(210)는 상기 단자공(131)에 결합되는 기둥부(211)와, 상기 기둥부(211)의 하단부 외주면에 형성되는 플랜지부(212)가 형성되고,
    내주면이 상기 기둥부(211)에 결합되고 외주면이 상기 단자공(131)에 결합되는 중공의 수직부(221)와, 상기 수직부(221)의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 플랜지부(212)에 안착되는 수평부(222)가 형성된 가스켓(220)을 구비하고,
    상기 전극단자(210)를 받침블럭(300)에 안착시키는 단계와;
    상기 전극단자(210)의 기둥부(211)에 상기 가스켓(220)을 결합하여 상기 플랜지부(212) 상면에 안착시키는 단계와;
    상기 전극단자(210) 및 가스켓(220)에 상기 캡플레이트(130)의 단자공(131)을 결합시키면서 상기 기둥부(211)의 상단부가 상기 캡 플레이트(130)의 상면부로 돌출되도록 하고 상기 가스켓(220)이 상기 캡 플레이트(130)의 하면에 밀착되도록 하는 단계와;
    하부가 개방된 캐비티(401)가 형성되고 상부에 용융수지가 주입되는 주입공(402)이 형성되며 상기 캐비티(401) 내측에 상기 단자공(131)의 가장자리를 누르는 복수의 누름핀(403)이 형성된 금형(400)을 상기 기둥부(211)의 상단부가 외부로 노출되도록 상기 기둥부(211)를 포위하면서 상기 캡플레이트(130) 상면에 안착시키는 단계와;
    상기 주입공(402)에 용융수지를 주입하고 경화시켜서 수지캡(500)을 형성하는 단계와;
    상기 금형(400)을 제거하여서 상기 수지캡(500)에 상기 금형의 누름핀(403) 제거에 따른 핀홀(501)이 형성되게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 조립체의 전극단자 조립방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기둥부(211)의 외주면에 상기 용융수지가 진입되는 환형홈(213)이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지 조립체의 전극단자 조립방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 가스켓(220)은 소성변형이 가능한 합성수지재로 형성하고, 상기 수평부(222)의 상면과 하면에 환형돌기(223)를 형성하여서,
    상기 금형(400)을 캡플레이트(130) 상면에 안착시키는 단계에서 상기 환형돌기(223)가 상기 금형(400)과 받침블럭(300) 사이에서 압착되어 소성변형시키는 것을 특징으로 하는 이차전지조립체의 전극단자 조립방법.
  4. 청구항 3의 방법으로 조립된 것을 특징으로 하는 이차전지 조립체의 전극단자.
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