KR19980060805A - 전지의 캡 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스배출공이 형성된 캡 커버, 상기 캡 커버 상단에 조립되어 양극단자가 되는 캡 및 상기 캡 커버의 상단 및 캡 하단사이에 개재되어 상기 가스배출공을 개폐하는 러버벤트로 이루어진 전지의 캡 조립체에 있어서, 상기 캡 커버의 상단 및 캡 하단과 접해 있는 러버벤트의 상부 및 하부 표면에 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지의 캡 조립체를 제공한다. 본 발명의 러버벤트는 캡과 캡 커버에 대한 밀착성이 우수하고, 내압 변화에 따른 탄성 감소로 인하여 발생되는 부분적인 경화현상을 방지할 수 있다. 그리고 캡 조립체의 조립시 부품 규격의 여유도를 향상시킴으로써 조립 불량률을 감소시킬 수 있어서 공정개선 및 원가절감 효과를 얻을 수 있다.

Description

전지의 캡 조립체

본 발명은 전지의 캡 조립체에 관한 것으로서, 상세하기로는 내압 변화에 따른 러버벤트의 내구성이 향상되고 조립시 불량률이 감소될 수 있는 전지의 캡 조립체에 관한 것이다.

전지는 화합물이 가지고 있는 화학에너지를 전기화학적인 반응을 거쳐 전기에너지로 전환하는 장치로서, 일회용인 1차전지와 재사용이 가능한 2차전지로 구분할 수 있다. 지금까지 실용화된 전지중 망간 건전지와 알칼리 전지는 1차전지에 속하고 납축전지, 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지는 2차전지에 속한다. 이들중 1차전지는 에너지 전환기능을 활용한 장치라고 할 수 있으며, 2차전지는 방전된 화합물에 전기에너지를 공급하여 재충전할 수 있으므로 전기에너지의 저장기능도 갖는다. 이러한 기능이외에 전지는 비상용 및 휴대용 전원이란 특성을 가지므로 다른 전기에너지원과 차별되며 전지만의 특유한 용도를 갖는다. 이러한 특성을 갖는 전지는 그 용도가 매우 다양한데, 예를 들면 가전제품과 통신기기의 휴대용 전원으로, 심장박동기와 같은 의료용으로 무공해 전기자동차의 전원으로, 심야유휴전력을 저장할 수 있는 축전용으로 그리고 군사용, 우주항공산업, 로봇 등의 휴대용 전원으로 이용될 수 있다.

도 1은 일반적인 원통형 전지의 구조를 나타낸 단면도이다.

이를 참조하면, 종래의 원통형 전지 (10)에는 원통형의 케이스 (19)가 마련되고, 그 케이스 (19)의 내부에는 양극판 (16)과 음극판 (17)이 교번하여 설치되어 있다. 그리고 양극판 (16)과 음극판 (17) 사이에는 두 극판을 절연시키는 세퍼레이타 (18)가 개재되어 있다. 그리고 상기 양극판 (16)과 음극판 (17)의 적층부 상단에는 러버벤트 (12)가 마련되어 있는 캡 (11) 및 캡 커버 (13)로 이루어진 캡 조립체 (10)가 설치되어 있다. 상기 캡 커버 (13)의 중심부에는 가스배출공 (13')이 형성되어 있으며, 상기 캡 (11) 및 캡 커버 (13)의 접합부위 둘레에는 가스켓 (14)이 설치되어 양극과 음극을 절연시킨다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 전지에서 충방전이 반복되면 전지의 내압이 점차적으로 증가하여 전지의 케이스가 폭발할 가능성이 있다. 이를 방지하여 전지의 과충전 및 과방전시 이상 내압에 대한 안전성을 고려하여 전지 내부의 압력이 일정압력 이상이 되면 내압을 감소시킬 수 있는 역할을 하는 것이 러버벤트가 구비된 캡 조립체이다.

도 2는 도 1의 전지에서 캡 조립체 부분을 발췌하여 나타낸 도면이다.

이를 참조하면, 케이스의 폭발을 방지하기 위하여 케이스 내부의 압력이 소정압력이상으로 되면 캡 커버 (24)의 가스배출공 (22)을 폐쇄하고 있던 러버벤트 (23)이 캡 커버 (24)로부터 이격되면서 가스 배출공 (22)을 개방하여 가스를 외부로 방출시키도록 되어 있다. 즉 러버벤트 (23)는 전지 충방전시 전지 내압 조절을 위해서 전지외부 및 내부압력의 차이에 따라 가스를 방출시키는 역할을 한다.

도 3a는 종래의 러버벤트를 확대하여 나타낸 사시도이다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 러버벤트 (30)는 서로 다른 상면 (31)과 저면 (32)를 가지며, 도면 부호 (33)으로 표시되는 원통형 몸체를 갖는다. 이 때 저면 (32)은 반구형이거나 평평하다. 이러한 형상을 갖는 러버벤트의 측면은 도 3b와 도 3c에 나타난 바와 같다. 즉, 도 3b의 경우에는 저면 (32)이 반구형 상태이고, 도 3c의 경우에는 저면 (32)이 평평한 상태이다.

상기한 바와 같은 형상을 갖는 러버벤트를 구비한 전지의 내부에서 발생하는 가스의 압력은 러버벤트 (30)의 저면 (32)에 직접적으로 작용하는데, 소정압력까지는 전지 내부의 가스 방출을 억제하고 있다가 그 이상의 압력이 되면 압력에 의해 러버벤트가 들러 올려지면서 가스가 방출됨으로써 전지 내압이 조절된다.

캡 조립체를 구성하는 캡 및 캡 커버는 니켈 도금 처리된 스테인레스 동판이나 철동판을 사용하여 제조하며, 단자부를 겸하는 캡의 직경과 높이는 건전지와의 호환성을 위하여 규격이 정해져 있다. 예를 들어 단3형의 경우에는 직경이 4.2 내지 5.5mm이고 높이는 1.0mm이상이다. 이러한 제약으로 인하여, 도 3에 나타난 바와 같은 형상을 갖는 탄성체 러버벤트는 그 높이가 직경보다 크기 때문에 캡과 캡 커버사이에 러버벤트를 삽입시킬 때 치우침 현상이 발생되기도 한다. 이러한 러버벤트의 치우침 현상은 러버벤트를 삽입하는 경우 이외에 가스 배출을 위한 러버벤트의 가스배출공 개폐 과정에서도 발생된다.

상기한 바와 같이 러버벤트가 캡 조립체내에서 어느 한 쪽으로 치우치게 되면, 바닥면에 가해지는 압력의 편차가 생기게 된다. 이러한 압력의 편차에 의하여 러버벤트가 들어 올려질 때 바닥면에 압력이 적게 가해지는 부분이 더 쉽게 들어 올려지며, 이에 따라 압력을 적게 받는 쪽으로 더 많은 가스가 방출되는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 러버벤트를 부분적으로 경화시킴으로써 전지의 수명을 단축한다.

따라서 바닥면에 가해지는 압력의 편차가 커질수록 러버벤트의 부분 경화 및 이로 인한 전지의 수명 단축이 심화되므로 압력 편차를 적절히 조절하는 것이 매우 중요하다. 이러한 압력 편차는 통상 15±2kgf/㎠ 범위내에서 조절되는 것이 바람직하다.

특히 도 3b와 같은 형상의 러버벤트를 사용하는 경우에는, 러버벤트 하부의 볼록부로 의한 높이 상승 및 캡 조립체 조립시 러버벤트의 위치 변화에 따른 불량이 종종 생기게 된다. 그리고 도 3c와 같은 형상의 러버벤트를 사용하는 경우에는, 캡과 캡 커버의 압착부에 굴곡이 발생할 우려가 있으므로 캡 조립체의 조립을 매우 정교하게 실시해야 한다는 단점이 있다. 그렇지 않는 경우에는 러버벤트의 위치가 불안정하고 캡 용접시 용접 지그(jig)에 의하여 러버벤트가 손상되어 캡과 캡 커버의 밀착성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 캡 조립체 조립시 러버벤트의 위치가 약간 벗어난다고 하더라도 캡과 캡 커버와의 밀착성이 충분히 확보되어 내압 변화에 따른 러버벤트의 내구성이 향상되고 조립 불량률이 감소될 수 있는 전지의 캡 조립체에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 원통형 전지의 구조를 나타낸 도면이고,

도 2는 도 1의 전지에서 캡 조립체 부분을 발췌하여 나타낸 도면이고,

도 3a는 종래 러버벤트의 확대 사시도이고,

도 3b는 저면이 반구형인 러버벤트의 측면을 나타낸 도면이고,

도 3c는 저면이 평평한 러버벤트의 측면을 나타낸 도면이고,

도 4는 본 발명의 일실시에 따른 러버벤트의 측면을 나타낸 도면이고,

도 5는 본 발명의 일실시에 따른 캡 조립체를 나타낸 도면이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10. 전지11, 21, 51. 캡

12, 23, 53. 러버벤트13, 24, 54. 캡 커버

13', 22, 52. 관통공(가스배출공)

14. 가스켓16. 양극판

17. 음극판18. 세퍼레이타

19. 케이스

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 가스배출공이 형성된 캡 커버, 상기 캡 커버 상단에 조립되어 양극단자가 되는 캡 및 상기 캡 커버의 상단 및 캡 하단사이에 개재되어 상기 가스배출공을 개폐하는 러버벤트로 이루어진 전지의 캡 조립체에 있어서, 상기 캡 커버의 상단 및 캡 하단과 접해 있는 러버벤트의 상부 및 하부 표면에 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지의 캡 조립체를 제공한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 러버벤트의 측면을 나타낸 도면이다.

이를 참조하면, 상, 하 표면에 엠보싱 처리하여 요철을 형성하면 캡 하단과 캡 커버 상단에 접한 러버벤트의 표면적이 넓어짐으로 하여 종래보다 밀착성이 개선된다. 그리고 이러한 형태의 러버벤트를 캡 조립체내로 삽입하는 경우 치우침 현상이 발생하더라도 러버벤트의 바닥면에 가해지는 힘의 분배가 균등해진다. 따라서 방출하는 가스의 압력 편차가 적기 때문에 러버벤트가 부분적으로 경화되는 현상을 최대한 억제할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 캡 조립체가 도시되어 있다.

이를 참조하면, 본 전지의 캡 조립체에서는 양극단자인 캡 (51)과 캡 커버 (54)사이에 상부 및 하부 표면에 요철이 형성되어 있는 러버벤트 (53)가 개재되어 있고, 그 러버벤트 (53)는 가스배출공 (52)을 폐쇄하고 있다. 여기에서 러버벤트 (53)는 알칼리성 전해액과의 접촉으로 인한 화학반응을 억제하기 위하여 에틸렌프로필렌고무, 불화고무, 실리콘 고무 등의 내알칼리성 고무로 형성된다.

이와 같은 캡 조립체의 동작을 살펴보면, 전지의 충방전과정에서 가스가 발생할 경우, 이 가스는 가스배출공 (52)을 통하여 러버벤트 (53)에 대해 인가압력을 상승시키게 되고 이에 따라 러버벤트 (53)가 개방되어 가스가 배출되게 된다. 이 때 러버벤트 (53)의 상하 표면에는 요철이 형성되어 있어서 러버벤트 삽입시나 가스 배출을 위한 러버벤트의 개폐시 러버벤트의 위치가 조금 벗어나도 캡 및 캡 커버에 대한 밀착성을 확보할 수 있게 됨으로써 이로 인한 불량을 막을 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 실시에를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 반드시 하기 실시에로만 한정되는 것은 아니다.

실시예

상부 및 하부 표면에 요철이 형성된 러버 벤트를 구비하는 캡 조립체를 사용하여 전지를 100개 제조하였다.

상기 전지의 내압을 상승시키면서 러버벤트의 압력통제 범위를 측정하여 15±2kgf/㎠의 범위를 벗어나는 전지의 갯수를 세어서 불량률을 측정하였다. 또한 상기 전지에 대하여 충, 방전을 반복실시하여 러버벤트가 경화되기 시작한 때의 충방전 싸이클횟수를 기록함으로써 전지의 수명을 측정하였다.

비교예

상, 하 표면에 요철이 형성되지 않은 러버벤트를 사용한 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 실시하였다.

상기 실시예 및 비교예에 따른 전지의 불량률과 전지수명을 측정하여 다음의 표 1에 나타내었다.

표 1

구분	압력통제범위(15±2kgf/㎠)를 벗어난 전지의 갯수(개)	러버벤트가 경화되기 시작하는 충방전 싸이클수(회)
실시예	4	400
비교예	10	300

상기 결과로부터 알 수 있듯이, 상부 및 하부 표면에 요철이 형성된 러버벤트를 구비하는 실시예의 경우는 비교예의 경우에 비하여 압력 통제 범위를 벗어나는 전지의 갯수가 감소하였으며, 러버벤트가 경화되기 시작되는 충, 방전 싸이클 횟수가 더 많아져 전지의 수명이 연장되었다.

본 발명의 러버벤트는 캡과 캡 커버에 대한 밀착성이 우수하고, 내압 변화에 따른 탄성 감소로 인하여 발생되는 부분적인 경화현상을 방지할 수 있다.그리고 캡 조립체의 조립시 부품 규격의 여유도를 향상시킴으로써 조립 불량률을 감소시킬 수 있어서 공정개선 및 원가절감 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 가스배출공이 형성된 캡 커버, 상기 캡 커버 상단에 조립되어 양극단자가 되는 캡 및 상기 캡 커버의 상단 및 캡 하단사이에 개재되어 상기 가스배출공을 개폐하는 러버벤트로 이루어진 전지의 캡 조립체에 있어서,

   상기 캡 커버의 상단 및 캡 하단에 접해 있는 러버벤트의 상부 및 하부 표면에 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지의 캡 조립체.