KR19980060824A - 전지의 캡 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벤트 홀(vent hold)이 형성된 캡 커버, 상기 캡 커버 상단에 조립되어 양극 단자가 되는 캡 및 상기 캡 커버 상단 및 하단 사이에 개재되어 상기 벤트 홀을 개폐하는 벤트 러버(vent rubber)로 이루어진 전지의 캡 조립체에 있어서, 상기 캡 커버가 2개 내지 4개의 벤트 홀을 가지는 것을 특징으로 하는 전지의 캡 조립체에 관한 것으로서, 이 캡 조립체를 채용하면 전지 성능과 수명을 크게 개선할 수 있다.

Description

전지의 캡 조립체
본 발명은 전지의 캡 조립체(cap assembly)에 관한 것으로서, 특히 캡 커버의 형상을 개선함으로써, 벤트 러버(vent rubber)에 작용하는 압력을 분산시켜 여러 사이클에 걸친 충방전에 의한 수축에도 벤트 러버가 복원력을 잃지 않도록 하여 전지의 수명을 연장시키는 캡 조립체에 관한 것이다.
전지는 직류 전압을 공급하는 전기(장치) 제품으로서 각종 전기/전자 제품에 사용되는 다양한 형태의 건전지를 비롯하여 자동차용 배터리, 시스템의 비상 전원, 예를 들면 UPS(Uninterruptible Power System: 무정전 전원 공급 장치) 등에 사용되는 축전지 등이 있다.
도 1은 전형적인 전지(10)의 내부 구조를 나타낸 단면도이다. 구체적으로, 전지(10)는 원통형의 캔으로 된 케이스(11)를 구비하고, 그 케이스(11)의 내부 에는 소정의 폭과 길이를 갖는 직사각형의 박편으로 형성된 양극판(12)과 음극판(13)이 코어(미도시)를 중심으로 교번으로 배치된 나선형의 롤 구조체가 구비된다. 그리고 상기 양극판(12)과 음극판(13) 사이에는 두 극판(12,13)을 절연시키기 위한 절연 물질로 된 격리판(14)이 개재되어 있다. 또한, 상기 양극판(12)과 음극판(13)의 적층부 상단과 하단에는 그 적층부를 지지 및 고정하는 상, 하부 링(15,16)이 각각 설치되어 있고, 상부 링(15) 위에는 그 내부에 벤트 러버(vent rubber; 17)가 마련되어 있는 캡(18) 및 캡 커버(19)가 설치되어 있다. 그리고 캡 (18) 및 캡 커버(19)의 접합 부위 둘레에는 가스켓(20)이 설치되어 양극과 음극을 절연시키는 동시에 전해액의 누출을 방지하여 전지를 보호한다.
이러한 전지는 충, 방전이 반복됨으로서 전기를 발생하게 되는데, 충전이 이루어지는 과정에서 과충전이 일어나게 되면 가스가 발생하게 되고, 이로 인하여 전지의 내압이 급격하게 상승하게 된다. 이처럼 가스에 의해 전지 내압이 상승하면 케이스(11)가 폭발을 야기할 수도 있는데, 이를 방지하는 역할을 하는 것이 벤트 러버가 구비된 캡 및 캡 커버로 이루어진 캡 조립체이다.
도 2 및 도 3은 상기 캡 조립체의 횡단면 및 종단면을 도시한 도면이다.
도 2는 크림핑형(crimping type)의 캡 조립체를 나타낸 것이고, 도 3은 웰딩형(welding type)을 나타내는 도면이다. 여기서, 참조부호 200은 캡 조립체를, 210은 캡을, 220는 벤트 러버를, 230은 캡 커버를, 그리고 240은 벤트 홀(vent hole)을 나타낸다. 구체적으로, 전지의 캡 조립체(200)는 캡(210), 캡 커버(230) 및 캡과 캡 커버로 이루어진 공간에 삽입되는 벤트 러버(220)로 이루어져 있는데, 상기 벤트 러버(220)는 캡 커버(230)가 형성하는 벤트 홀(240)을 폐쇄하고 있다.
상기 도면을 참조하여, 캡 조립체가 전지 내압의 상승을 방지하는 메카니즘에 대해 설명하면 다음과 같다.
반복되는 충방전 과정에서 발생하는 가스로 인하여 케이스 내부의 압력이 소정 압력 이상으로 되면 가스에 의해 캡 커버(230) 중앙의 벤트 홀(240)로 압력이 가해진다. 이로 인하여 캡 커버(230)의 벤트 홀(240)을 페쇄하고 있던 벤트 러버(220)가 위로 밀리면서 열리게 되고 캡 커버(240)로부터 이격되면서 벤트 홀(240)을 개방하여 가스를 외부로 방출시키게 된다.
그러나, 충전과 방전이 여러 사이클에 걸쳐 진행되면서 벤트 러버에 반복적으로 압력이 가해지고 그에 따라 벤트 러버의 수축도 반복되면서, 러버의 반발 탄성력 즉, 복원력이 떨어지게 된다. 벤트 러버의 복원력이 떨어지게 되면 캡 커버와 벤트 러버 사이의 공간을 통해 전해액이 누설되고 수소 가스가 누출되어 전지의 수명이 줄어들고 또 이로 인하여 전지 성능이 떨어지는 문제점이 생긴다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 반복되는 충방전 과정에서 벤트 러버의 작용하는 압력을 분산시킴으로써 벤트 러버의 복원력이 떨어지는 것을 방지함으로써, 전지의 수명을 연장시키는 캡 조립체를 제공하는 것이다.
도 1은 전지의 내부 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 2 및 도 3은 종래 전지의 캡 조립체를 나타내는 종단면도 및 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전지의 캡 조립체를 나타내는 종단면도 및 횡단면도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10... 전지11... 케이스
12... 양극판13... 음극판
14... 격리판15... 상부 링
16... 하부 링17... 벤트 러버
18... 캡19... 캡 커버
20... 가스켓21... 벤트 홀
200, 400... 캡 조립체210, 410... 캡
220, 420...벤트 러버230, 430... 캡 커버
240, 440... 벤트 홀
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 벤트 홀(vent hole)이 형성된 캡커버, 상기 캡 커버 상단에 조립되어 양극 단자가 되는 캡 및 상기 캡 커버 상단 및 하단 사이에 개재되어 상기 벤트 홀을 개폐하는 벤트 러버(vent rubber)로 이루어진 전지의 캡 조립체에 있어서, 상기 캡 커버는 2개 내지 4개의 벤트 홀을 가지는 것을 특징으로 하는 전지의 캡 조립체가 제공된다.
본 발명에서는 종래 벤트 러버의 한곳에 집중적으로 가해지는 압력을 여러군데로 분산시킴으로써 벤트 러버의 복원력을 유지하도록 하였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 특징에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 전지의 캡 조립체를 나타내는 종단면 및 횡단면도이다. 구체적으로, 캡 조립체(400)는 양극 단자를 이루는 캡(410), 상기 캡의 양단에 접촉되면서 캡의 아래에 형성되는 캡 커버(420) 및 캡과 캡 커버가 이루는 공간에 개재되어 있는 벤트 러버(430)로 이루어져 있다.
상기 캡 커버(420)는 중앙에 4개의 벤트 홀(440)을 가지고 있는데, 이 벤트 홀은 상하 각각 2개씩 동일한 간격으로 형성되어 있다.
이하, 본 발명의 원리를 설명하고자 한다.
전지의 충방전 동안 양극 및 음극에서 일어나는 반응을 니켈 수소 전지를 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
양극: Ni(OH)2+ OH-→ NiOOH +e-
음극: M + H2O + e-→ MH + OH-
따라서, 전지에서 전체적으로 일어나는 반응은 다음과 같다.
Ni(OH)2+ M → NiOOH + MH
음극의 재료로 사용되는 수소 흡장 합금의 경우 충전시에는 수소를 방출하고 방전시에는 흡수하는 성질을 가지고 있다. 따라서, 전지의 조립후 충전지 수소가스로 인하여 전지 내부의 압력이 증가하게 된다. 내부 압력이 일정압 이상이 되면 전지의 변형, 폭발의 위험이 있기 때문에 일정압 이상이 되는 경우 전지 내부의 수소 가스를 방출해 주는 것이 필요하며, 이는 캡 조립체에 의해 이루어진다.
본 발명은 종래 하나의 벤트 홀을 가지고 있는 캡 커버의 구조를 2개 내지 4개의 벤트 홀을 가지는 구조로 개선하였다. 이때, 형성되는 벤트홀의 개수에 관계없이 벤트홀 형성부위의 직경은 약 2mm를 초과하지 않는 범위내에 있는 것이 바람직하다. 따라서, 벤트홀의 개수가 4개를 초과하게 되면 각 벤트 홀의 직경이 지나치게 미세해지기 때문에 공정이 어려워진다는 문제점이 있다.
종래 벤트 홀이 하나일 경우는 러버에 작용하는 압력이 집중되었으나, 본 발명의 경우 종래의 벤트 홀보다 홀의 크기가 작은 여러개의 벤트 홀이 있어, 압력이 여러군데로 분산된다. 따라서, 러버에 작용하는 압력을 분산시켜 여러 사이클에 걸친 충방전에 의한 수축에도 복원력을 잃지 않도록 하여 전지의 수명을 연장시키는 것이다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명의 효과를 보다 구체적으로 제시하기로 하되, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
도 5에 도시된 바와 같이, 4개의 벤트 홀을 갖는 전지의 캡 커버를 구비하는 캡 조립체를 사용하여 전지를 100개 제조하였다. 상기 100개의 전지 각각에 대하여 충방전을 반복 실시하여 벤트 러버가 경화되기 시작할 때까지의 충방전 사이클 수를 기록하고 평균값을 산출하였다. 평균 충방전 싸이클수는 800회였다.
비교예
도 3에 도시된 것과 같이, 1개의 벤트 홀을 갖는 전지의 캡 커버를 구비하는 캡 조립체를 이용하여 전지를 100개 제조하였다. 상기 실시예와 마찬가지의 방법으로 평균 충방전 싸이클수를 산출한 결과, 500회였다.
상기 결과로부터, 본 발명의 캡 조립체를 구비한 전지는 종래의 캡 조립체를 구비한 전지에 비해 충방전 싸이클 수가 훨씬 많은 것을 알 수 있으며, 따라서 전지의 수명 특성이 더 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 전지의 캡 조립체는 벤트 러버에 작용하는 압력이 분산되어 러버의 복원력을 잃지 않음으로써 이를 채용하는 전지는 통상의 캡 조립체를 채용하는 전지에 비해 성능 및 수명 특성의 현저히 향상된다.

Claims (1)

  1. 벤트 홀(vent hole)이 형성된 켑 커버 상단에 조립되어 양극 단자가 되는 캡 및 상기 캡 커버상단 및 하단 사이에 개재되어 상기 벤트 홀을 개페하는 벤트 러버(vent rubber)로 이루어진 전지의 캡 조립체에 있어서,
    상기 캡 커버는 2개 내지 4개의 벤트 홀을 가지는 것을 특징으로 하는 전지의 캡 조립체.
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