KR102368696B1 - 일체형 벤트를 구비한 2차전지용 캡플레이트 및 2차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트 및 2차 전지에 관한 것으로, 2차 전지에 사용되는 전지케이스의 상단에 배치되는 캡플레이트에 가스배출을 위한 벤트가 일체로 형성되어 구비되는 일체형 벤트를 구비한 2차전지용 캡플레이트 및 이를 이용한 2차 전지이다.
이를 위해, 금속재질의 플레이트를 프레스 성형을 통하여 캡플레이트의 일부분 두께가 얇아지도록 하여 가스를 배출할 수 있는 벤트를 형성하는 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트 및 이를 이용한 2차 전지를 제공하게 된다.

Description

일체형 벤트를 구비한 2차전지용 캡플레이트 및 2차전지{A CAP-PLATE WITH ONE-PIECE VENT FOR SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY USED IT}

본 발명은 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트 및 2차 전지에 관한 것으로, 2차 전지에 사용되는 전지케이스의 상단에 배치되는 캡플레이트에 가스배출을 위한 벤트가 일체로 형성되어 구비되는 일체형 벤트를 구비한 2차전지용 캡플레이트 및 이를 이용한 2차 전지이다.

전기자동차 및 ESS 등에 적용되는 2차 전지의 경우 다양한 용도로 사용되고 있는데, 대표적으로는 전지 케이스 내부에 전해질 용액을 내포하고, 중간에 분리막을 구비한 후, 분리막을 중심으로 양측에 양극 전극과 음극 전극을 각각 설치한 후 분리막을 통한 전자의 이동을 통하여 전기를 생성 또는 충전하게 된다.

그러나 이와 같은 전해질을 작용을 이용한 전지의 경우 전지 케이스 내부의 압력이 비이상적으로 높아지게 되면, 전지 케이스의 외부로 폭발하며 누출되는 사고가 발생하게 되어, 다양한 형태의 안전 수단이 강구되고 있다.

그 중 대표적인 것으로는 전지 케이스의 일측에 강제 배출을 위한 밸브와 같은 배출 수단을 구비하는 기술이 제공되고 있는데, 전지 케이스의 특징상 금속제의 케이스가 적용되기 때문에 배출을 위한 수단이 구비되는 곳을 별도로 가공한 이종 또는 동종의 부재를 별도의 용접 등의 공정을 통하여 결합하게 된다.

이러한 종래의 기술로는 대한민국 공개특허 제10-2021-0065847호(비수전해질 이차 전지, 이하 '선행기술' 이라 함. 2021년 06월 04일 공개)는 정극과 부극을 갖는 전극체(20)와, 비수전해질과, 전지 케이스(30)를 구비하는 비수전해질 이차 전지(10; 110; 210)가 제공된다. 전지 케이스(30)는, 개구부(32h)를 갖고, 전극체(20)와 상기 비수전해질을 수용하는 케이스본체(32)와, 개구부(32h)를 막는 덮개(34; 134)를 구비한다. 덮개(34; 134)는, 판상의 덮개 본체(34b;134b)와, 전지 케이스(30)의 내압이 미리 정해진 밸브 개방압보다도 커진 때에 개방되는 밸브부(34v)와, 밸브부(34v)의 상기 밸브 개방압보다도 큰 개방압으로 설정된 가스 배출부(34n; 138n)를 구비하는 기술을 제공하고 있다.

이와 같은 선행기술의 경우, 전해질 용익애 배출되도록 하는 배출수단(밸브)을 구현하기 위해, 별도의 부재를 용접을 통하여 완성하는 기술을 제공함으로써, 그 구조가 매우 복잡하고, 그에 따른 하중이 증가하는 문제가 발생하게 된다.

이에 전해질 용액을 이용하는 2차 전지를 이용하는 다양한 기술분야에서 요구되는 하중의 절감 및 구조의 단순화로 인한 생산량 증대에 대한 기술적 요구가 발생하고 있는 추세이다.

대한민국 공개특허 제10-2021-0065847호(비수전해질 이차 전지, 2021년 06월 04일 공개) 대한민국 공개특허 제10-2016-0134067호(전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지, 2016년11월23일 공개)

본 발명은 상기와 같은 기술적 요구에 따라 하중의 절감 및 별도의 용접작업 없이 일체형으로 형성되는 벤트와 같은 구조의 단순화로 인한 생산량이 증대될 수 있는 일체형 벤트를 구비한 2차전지용 캡플레이트 및 2차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 금속재질의 플레이트를 프레스 성형을 통하여 캡플레이트의 일부분 두께가 얇아지도록 하여 가스를 배출할 수 있는 벤트를 형성하는 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트를 제공하게 된다.

이때, 상기 벤트 일부분의 두께를 조절하고 터짐 정도를 조절하기 위해, 반복절곡 작업을 통하여 연질화 하여 성형하게 되며, 상기 벤트와 플레이트가 접하는 면에 노치가 형성되고, 2차 전지 내부의 가스 발생에 따른 압력이 증가하면, 플레이트 보다 상대적으로 두께가 얇은 벤트의 노치 부분이 파손되며, 개방되어 압력이 외부로 분출되도록 한다.

또한, 상기 벤트는 캡플레이트(11)의 일측으로 돌출되는 돌출형 벤트(12); 캡플레이트(11b)의 일측으로 함몰되는 함몰형 벤트(12b); 캡플레이트(11c)의 일측으로 돌출되고, 모서리가 라운딩 처리되는 라운드형 벤트(12c); 캡플레이트(11d)의 일측으로 링형상으로 돌출되어 형성되는 링형 벤트(12d); 및 캡플레이트(11e)의 일측으로 바형상으로 돌출되어 형성되는 바형 벤트(12e) 중 어느 하나의 형태를 적용하게 된다.

또한, 상기 링형 벤트(12d)는 캡플레이트(11d)와 링형 벤트(12d)가 접하는 면 중 바깥쪽에 위치하는 면에만 노치(13d)가 형성되도록 하고, 상기 바형 벤트(12e)는 캡플레이트(11e)의 종측방향 또는 횡측방향으로 바형태로 형성되고, 상기 바형상의 단부에서 방사되는 바형태의 가지를 더 구비하여 다양한 형태로 형성 되도록 한다.

또한, 상기 가지는 바형상의 단부에서 'Y', '+', 'X' 등 다양한 형태의 부가지가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트를 제공하게 된다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트를 이용하는 2차 전지를 제공함으로써 본 발명의 목적을 보다 잘 달성할 수 있는 것이다.

본 발명의 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트 및 2차 전지를 제공함으로써, 간단한 구조의 캡플레이트를 적용하여 생산성이 향상되는 효과가 있으며, 2차 전지의 내부에서 가스 등의 압력요인이 발새할 경우 신속하게 외부로 배출 할 수 있도록 하여 2차 전지 폭발로 인한 화재와 같은 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트를 적용한 2차 전지의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 함몰형 벤트의 적용을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 함몰형 벤트의 적용을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 함몰형 벤트의 적용을 도시한 2차 전지의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 라운드형 벤트의 적용을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 라운드형 벤트의 적용을 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 라운드형 벤트의 적용을 도시한 2차 전지의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 링형 벤트의 적용을 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 링형 벤트의 적용을 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 링형 벤트의 적용을 도시한 2차 전지의 사시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 바형 벤트의 적용을 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명에 따른 바형 벤트의 적용을 도시한 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 바형 벤트의 적요을 도시한 2차 전지의 사시도이다.
도 16은 본 발명에 따른 벤트의 파괴형태를 도시한 예시도이다.

이하에서 본 발명의 일체형 벤트를 구비한 2차전지용 캡플레이트 및 2차전를 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있도록 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명의 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트는 2차전지 케이스의 상단부분에 배치되고, 일부분에 전원 단자가 구비되도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트를 적용한 2차 전지의 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명의 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트는 금속재질의 플레이트를 프레스 성형을 통하여 캡플레이트(11)의 일부분을 돌출되도록 하는 벤트(12)를 형성하고, 상기 벤트(12) 일부분의 두께가 얇아지도록 하여 가스를 배출할 수 있는 노치(13)를 형성되도록 한다.

여기서 상기 노치(13)는 캡플레이트(11)와 벤트(12)의 경계지점에 형성되도록 하고, 상기 노치(13) 구간의 두께를 조절하기 하고 터짐 정도를 조절하기 위해, 반복절곡 작업을 통하여 연질화 하여 노치(13)를 성형하게 된다.

이때, 상기 반복절곡 작업은 금속의 연질화 즉, 연성화를 위해, 일측방향으로 프레스 한 후 반대측 방향으로 또다시 프레스 하는 작업을 반복적으로 연속실시하여 노치(13) 구간의 두께 및 연질화를 구현하는 것이다.

이는, 다양한 종류의 2차 전지에 적용시 내부에서 발생되는 압력의 배출허용치에 적용할 수 있도록 하는 것으로, 통상적으로는 20bar의 압력이 요구되나, 이를 한정하는 것은 아니며, 그 이하 또는 그 이상의 압력구간에서도 적용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기와 같은 벤트(12)는 캡플레이트(11)의 일측에 돌출 또는 함몰되는 형태로 다양한 형상으로 형성될 수 있다.(도 4 내지 도 15 참조)

예를 들어, 캡플레이트(11)의 일측으로 돌출되는 돌출형 벤트(12), 캡플레이트(11b)의 일측으로 함몰되는 함몰형 벤트(12b), 캡플레이트(11c)의 일측으로 돌출되고, 모서리가 라운딩 처리되는 라운드형 벤트(12c), 캡플레이트(11d)의 일측으로 링형상으로 돌출되어 형성되는 링형 벤트(12d), 캡플레이트(11e)의 일측으로 바형상으로 돌출되어 형성되는 바형 벤트(12e) 등이 있을 수 있다.

여기서, 상기 함몰형 벤트(12b)는 캡플레이트(11b)의 상측에서 하측 방향으로 함몰되어 형성되고, 캡플레이트(11b)의 함몰된 부분과 함몰형 벤트(12b)의 상단면과 접하는 부분에 2차 전지의 내부 압력이 발생할 때, 파괴되며 개방되는 노치(13b)가 형성된다.

이때, 상기 노치(13b)는 캡플레이트(11b)와 함몰형 벤트(12b) 가 접하는 면을 따라 형성되어 2차 전지의 내부에서 발생되는 가스 등의 압력발생요인의 위치에 상관없이 압력발생요인의 위치와 가까운 부분에서 파괴되며 개방될 수 있도록 하는 것이다.

상기 라운드형 벤트(12c)는 캡플레이트(11c)의 상측면으로 돌출되어 형성되도록 하며, 캡플레이트(11c)와 라운드형 벤트(12c)가 접하는 면을 따라 노치(13c)가 형성되도록 한다.

또한, 상기 링형 벤트(12d)는 캡플레이트(11d)의 상측 방향으로 링형상의 돌출형태로 형성되는데, 이때, 캡플레이트(11d)와 링형벤트(12d)가 접하는 면 중 바깥쪽에 위치하는 면에만 노치(13d)가 형성되도록 한다.

이는 노치(13d)가 전지 내부의 압력에 의해 파괴되며 개방될 때, 링형 벤트(12d)의 외측방향으로 내부 압력이 배출 될 수 있도록 하는 것이다.

상기 바형 벤트(12e)는 캡플레이트(11e)의 상측 방향으로 바형상의 돌출형태로 형성되는데, 캡플레이트(11e)의 종측방향 또는 횡측방향으로 바형태로 형성되고, 상기 바형상의 단부에서 방사되는 바형태의 가지를 더 구비하여 다양한 형태로 형성될 수 있도록 한다.

그 예로, 바형상의 단부에서 'Y', '+', 'X' 등 다양한 형태의 가지가 더 형성될 수 있도록 한다.

이와 같은 바형 벤트(12e) 또한 캡플레이트(11e)와 접하는 면을 따라 노치(13e)가 형성되도록 하여, 2차 전지의 내부에 압력이 발생할 경우 노치(13e)가 파괴되며 개방되어 내부의 압력을 배출할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트(1)는 2차 전지를 위한 배터리 케이스의 몸체부(2) 상단에 체결되는데, 이때, 용접과 같은 방법을 포함하는 다양한 방법을 적용하여 몸체부(2)와 접합하게 된다.

또한, 상기와 같은 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트(1)를 적용한 2차전지를 제공함으로써, 배터리 폭발사고에 빠르게 대처할 수 있으며, 그 구조가 간단하여 생산량을 증대할 수 있는 2차 전지를 제공할 수 있는 것이다.

11 : 캡플레이트
12 : 벤트
13 : 노치

Claims (8)

1. 금속재질의 플레이트를 프레스 성형을 통하여 캡 플레이트의 일측으로 돌출 또는 함몰되도록 벤트를 형성하고,
   상기 벤트와 상기 플레이트의 경계지점에 노치가 형성되도록 하고,
   상기 노치의 두께를 조절하여 터짐 정도를 조절하기 위해 일측 방향으로 프레스 한 후, 반대측 방향으로 또다시 프레스 하는 작업을 반복적으로 연속 실시하여 노치 구간의 두께 및 연질화를 구현하기 위한 성형을 하고,
   상기 캡 플레이트와 벤트가 접하는 면 중 바깥쪽에 위치하는 면에만 노치가 형성되도록 하여 2차 전지 내부의 가스 발생에 따른 압력이 증가하면, 플레이트 보다 상대적으로 두께가 얇은 벤트의 노치 부분이 파손되어, 개방되도록 하여 압력이 외부로 분출되는 것을 특징으로 하는 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡 플레이트.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 벤트가 돌출벤트의 경우에, 모서리가 라운딩 처리되는 라운드형 벤트(12c);
   캡플레이트(11d)의 일측으로 링형상으로 돌출되어 형성되는 링형 벤트(12d); 및
   캡플레이트(11e)의 일측으로 바형상으로 돌출되어 형성되는 바형 벤트(12e) 중 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항의 일체형 벤트를 구비한 2차 전지용 캡플레이트를 이용하는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
   

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