KR19990041759A - 이차전지의 캡 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
목적 : 전지의 비정상적인 작용에 의해 내압이 상승될 경우 개방되는 안전변을 구비하여, 폭발에 대한 안전성이 확보되도록 한 이차전지의 캡 어셈블리에 관한 것으로서, 특히 상기 안전변의 작동 불량과 구조적인 복잡성 및 제조상의 어려움을 해소할 수 있도록 한다.
구성 : 음극부(62)와 양극부(66)의 중심을 관통하여 결합된 리벳(68)의 중심에 밴트(74)를 형성하고, 그 밴트가 안전변(76)에 의해 밀봉되도록 하며, 상기 안전변의 저부로 전지의 내압이 작용되도록 한 구성으로 이루어진다. 여기서, 리벳의 중심에 형성된 밴트는 전해액의 주입구로 사용될 수 있다.
효과 : 상기한 안전변은 전지 내압이 규정압 이상으로 상승될 경우, 그 압력에 의해 변형되고 개방되어서 전지의 구조적인 안전성을 확보한다. 상기 안전변은 리벳과 한 몸체로 형성되고, 또한 전해액의 주입구 역할을 겸하게 되므로서, 캡 어셈블리의 구조를 단순화하고, 제조가 용이하도록 한다.
Description
본 발명은 전지의 비정상적인 작용으로 내부의 압력이 규정된 압력 이상으로 상승될 경우 작동되어서, 전지의 내압을 감소시키고 폭발을 방지하여 안전성을 확보할 수 있도록 한 이차전지의 캡 어셈블리에 관한 것이다.
이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 대표적인 것으로 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li) 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있다.
여기서, 리튬이온전지는 양극활물질로 리튬-천이금속산화물이 사용되고, 음극활물질로 리튬금속, 리튬합금, 탄소 혹은 탄소복합체가 사용되어서, 양극과 음극간에 리튬 이온이 이동되어 기전력을 발생시키므로서, 충·방전이 이루어지도록 한다.
도 7은 종래 공지된 리튬이온전지의 전체 구조를 나타내고 있다. 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취된 전극 롤(2)은 전해액과 함께 상기 음극과 접속되는 캔(4)의 내부에 수납되고, 그 캔(4)의 상부에는 상기 양극과 접속되는 캡 어셈블리(6)가 설치되어서 밀봉된다. 전극 롤(2)의 상면과 하면에는 캡 어셈블리(6) 및 캔(4)과의 접촉을 방지하기 위해 각각 절연판(8)이 설치된다.
캡 어셈블리(6)는 캔(4)의 상부에 용접되는 음극부(10)를 갖추어서, 그 중심에 양극부(12)가 설치되고, 음극부(10)와 양극부(12)의 사이에 절연판(14)이 설치된 구조로 이루어진다. 양극부(12)는 상기 양극에 탭(16)으로 연결되고, 음극부(10) 및 양극부(12)의 중심을 관통하여 설치된 리벳(18)과 접속 및 지지된다. 리벳(18)은 절연판(20)을 개재하여 음극부(10)와 절연된다.
이와 같이 구성된 리튬이온전지는 외부의 쇼트와 같은 과부하나 전해액의 전기분해에 의한 가스발생 및 열폭주현상 등으로 내압이 상승될 경우 폭발의 위험이 있기 때문에, 캡 어셈블리(6)에 방폭수단을 설치하여 안전성을 확보하고 있다.
이를 위하여, 캡 어셈블리(6)의 음극부(10)에는 기계적인 방법이나 에칭 및 전기 주형법(electrofoaming)으로 일정한 홈을 형성하여 안전변(22)이 설치되고 있다. 이러한 안전변(22)은 전지 내부의 압력이 규정 이상으로 상승될 경우 파열되어서, 내압을 감소시키므로서 폭발을 방지한다.
한편, 캡 어셈블리(6)의 음극부(10)에는 전해액 주입구(24)가 형성되는데, 이것은 전해액 주입후 플러그(26)를 넣어 용접함으로써 밀봉된다.
종래 기술에서 언급된 리튬이온전지에 있어서, 캡 어셈블리의 방폭수단 즉, 안전변은 작동이 불량하고 제조가 어려운 문제점이 있다.
예를 들어, 기계적인 방법에 의해 홈이 파여진 종래의 안전변은 그 홈의 깊이 및 형상에 차이가 있어, 내압에 따른 파단시 압력 오차가 발생되고, 작동이 불량하게 된다.
또한, 에칭이나 전기 주형법에 의해 형성된 종래의 안전변은 홈의 깊이 및 형상이 일정한 반면, 제조 공정이 복잡하고 비용이 상승되는 문제점이 있다.
이와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 목적에서 안출된 것으로서, 본 발명은 안전변이 규정 압력에서 작동되게 하여 전지의 안전성을 확보하고, 구조를 단순화하여 낮은 비용으로 용이하게 제조할 수 있도록 한 이차전지의 캡 어셈블리를 제공한다.
이를 위하여, 본 발명은 음극부와 양극부의 중심을 관통하여 결합된 리벳의 중심에 밴트를 형성하고, 그 밴트가 안전변에 의해 밀봉되도록 하며, 상기 안전변의 저부로 전지의 내압이 작용되도록 한 기술적 구성으로 이루어진다.
상기한 안전변은 전지 내압이 규정압 이상으로 상승될 경우, 그 압력에 의해 개방되어서 전지의 구조적인 안전성을 확보한다. 또한, 상기 안전변은 리벳과 한 몸체로 형성되므로서, 캡 어셈블리의 구조를 단순화하고, 제조가 용이하게 실현되도록 한다.
한편, 본 발명은 리벳의 중심에 형성된 밴트는 전해액의 주입구를 겸할 수 있다. 이 경우, 캡 어셈블리의 전체 구조는 더욱 단순하게 실현된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 이차전지의 캡 어셈블리를 보인 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 관련된 이차전지의 전체 구성을 도시한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 캡 어셈블리를 보인 분해 사시도이고,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 관련된 이차전지의 전체 구성을 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 관련된 안전변의 또 다른 설치 구조를 보인 일부 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 관련된 안전변의 또 다른 예를 보인 평면도이며,
도 7은 종래 공지된 이차전지의 캡 어셈블리를 보인 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
60,600-캡 어셈블리 62,602-음극부
66,606-양극부 68,608-리벳
74,614-밴트 76,616,622-안전변
78-전해액 주입구 80-플러그
620-오목부 624-크로스 마크
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
참고로 본 발명을 설명함에 있어, 종래 기술에서 인용된 도면과 동일한 본 발명의 구성에 대해서는 설명의 명료성을 위해 동일한 부호를 사용하기로 한다.
실시예 1
도 1 및 도 2에 자세히 도시한 바와 같이, 본 실시예의 이차전지는 내압의 이상 상승에 따른 폭발을 방지하는 안전장치로서, 안전변을 갖추어 구성된 캡 어셈블리(60)를 구비하여 이루어진다.
캡 어셈블리(60)는 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취되어서 수납된 캔(4)의 상부에 결합되고 밀봉된다. 캔(4)은 양극과 세퍼레이터 및 음극이 권취된 전극 롤(2)과 전해액을 함께 수납하는 외장 케이스로서, 도시되지 않은 탭을 이용하여 상기 음극과 접속된다. 전극 롤(2)은 캡 어셈블리(60) 및 캔(4)과의 접촉을 방지하기 위해, 상면과 하면에 각각 절연판(8)을 갖추어서 캔(4)의 내부에 설치된다.
여기서, 본 실시예의 캡 어셈블리(60)는 캔(4)의 상부에 용접되는 음극부(62)와, 그 음극부의 중앙에 절연체(64)를 개재하여 설치되는 양극부(66)와, 상기 음극부(62)와 양극부(66)의 중심을 관통하여 결합되는 리벳(68)을 포함하여 구성된다. 리벳(68)은 절연체(70)을 개재하여 음극부(62)와 절연되고, 탭(72)을 이용하여 전극 롤(2)의 양극과 접속되어서, 그 양극과 양극부(66)의 전기적인 접속을 달성한다.
이렇게 구성된 본 실시예의 캡 어셈블리(60)는 폭발을 방지하기 위한 안전장치로서, 리벳(68)의 중심에 내압 방출용 밴트(74)가 형성되고, 그 밴트(74)가 안전변(76)에 의해 밀봉되도록 하며, 상기 안전변(76)의 저부로 전지의 내압이 작용되어서, 전지의 내압이 규정압 이상으로 상승될 경우 개방되도록 한다.
리벳(68)의 중심을 관통하여 형성된 밴트(74)는 상측으로 갈수록 폭이 좁아져 테이퍼로 형성되고, 안전변(76)은 그 밴트(74)의 하측으로부터 끼워져 밀봉된다. 보다 구체적인 예로서, 상기 밴트(74)는 원통상으로 형성되고, 안전변(76)은 그 밴트(74)에 삽입되어 밀봉되는 볼로 형성될 수 있다. 이 경우에, 원통상의 밴트(74)를 구비하고 볼상의 안전변(76)이 삽입된 리벳(68)은 다소 소프트한 알루미늄 재질로 제조된다. 또한, 상기 볼은 강으로 제조된다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 이차전지는 음극부(62)의 일측에 형성된 전해액 주입구(78)를 통해 전해액이 주입된 후, 플러그(80)가 압입되어서 용접됨에 의해 밀봉된다.
이상에서 설명된 본 실시예의 구성에 의거하여, 상기한 안전변(76)은 전지 내압이 규정압 이상으로 상승될 경우, 그 압력을 받는 볼 즉, 안전변(76)이 밴트(74)를 변형시키면서 밖으로 돌출되어 개방되므로서, 전지의 내압을 해소하게 된다.
따라서, 본 실시예에 의한 이차전지는 내압의 이상 상승시에도 폭발이 방지되고, 구조적인 안전성이 확보된다.
또한, 본 실시예의 밴트(74)와 안전변(76)은 리벳(68)과 한 몸체로 형성되므로서, 캡 어셈블리(60)의 전체 구조를 단순화할 수 있으며, 용이한 제조를 실현할 수 있다.
실시예 2
도 3 및 도 4에 자세히 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 이차전지는 내압의 이상 상승에 따른 폭발을 방지하는 안전장치로서, 안전변을 갖추어 구성된 캡 어셈블리(600)를 구비하여 이루어진다.
캡 어셈블리(600)는 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취되어서 수납된 캔(4)의 상부에 결합되고 밀봉된다. 캔(4)은 양극과 세퍼레이터 및 음극이 권취된 전극 롤(2)과 전해액을 함께 수납하는 외장 케이스로서, 도시되지 않은 탭을 이용하여 상기 음극과 접속된다. 전극 롤(2)은 캡 어셈블리(600) 및 캔(4)과의 접촉을 방지하기 위해, 상면과 하면에 각각 절연판(8)을 갖추어서 캔(4)의 내부에 설치된다.
여기서, 본 실시예의 캡 어셈블리(600)는 캔(4)의 상부에 용접되는 음극부(602)와, 그 음극부의 중앙에 절연체(604)를 개재하여 설치되는 양극부(606)와, 상기 음극부(602)와 양극부(606)의 중심을 관통하여 결합되는 리벳(608)을 포함하여 구성된다. 리벳(608)은 절연체(610)를 개재하여 음극부(602)와 절연되고, 탭(612)을 이용하여 전극 롤(2)의 양극과 접속되어서, 그 양극과 양극부(606)의 전기적인 접속을 달성한다.
이렇게 구성된 본 실시예의 캡 어셈블리(600)는 폭발을 방지하기 위한 안전장치로서, 리벳(608)의 중심에 내압 방출용 밴트(614)가 형성되고, 그 밴트(614)가 안전변(616)에 의해 밀봉되도록 하며, 상기 안전변(616)의 저부로 전지의 내압이 작용되어서, 전지의 내압이 규정압 이상으로 상승될 경우 개방되도록 한다.
본 실시예의 안전변(616)은 밴트(614)의 개구를 밀봉하기 위해 상기 리벳(608)의 상면에 부착되는 판상의 리드로 구성된다. 리드(616)는 리벳(608)의 상면에 웰딩 접합에 의해 결합된다. 또한, 상기 리드(616)는 도 5에 표시된 다른 예와 같이, 리벳(618)의 상면에서 아래쪽으로 파여진 오목부(620)에 안착되고 웰딩 접합될 수 있다.
이 경우에, 상기 판상의 리드(616)는 전지의 내압 상승시 개방되는 규정의 압력을 결정하기 위해, 다소 소프트한 재질인 알루미늄으로 제조된다. 또한, 제 6에 표시된 다른 예와 같이, 리드(620)는 그 상면에 크로스 마크(622)를 형성한 구조로 이루어질 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 이차전지는 별도의 전해액 주입구를 제거하기 위해, 밴트(614)를 통한 전해액의 주입이 이루어진다. 이 경우, 본 실시예의 안전변(616, 622)은 전해액의 주입 후 밀봉된다.
이상에서 설명된 본 실시예의 구성에 의거하여, 상기한 안전변(616, 622)은 전지 내압이 규정압 이상으로 상승될 경우, 그 압력을 받아 파단되므로서 전지의 내압을 해소하게 된다.
따라서, 본 실시예에 의한 이차전지는 내압의 이상 상승시에도 폭발이 방지되고, 구조적인 안전성이 확보된다.
또한, 본 실시예의 밴트(614)와 안전변(616, 622)은 리벳(608)과 한 몸체로 형성되고, 그 밴트(614)에 의해 전해액의 주입이 동시에 이루어지므로서, 캡 어셈블리(600)의 전체 구조를 더욱 단순화할 수 있으며, 용이한 제조를 실현할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 이차전지의 캡 어셈블리는 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.
즉, 본 발명은 양극부와 음극부를 어셈블리하는 리벳의 중심에 밴트를 형성하고, 그 밴트가 안전변에 의해 개방되도록 구성하므로서, 전지의 내압이 규정압 이상으로 상승될 경우 정확하게 개방되어서 전지의 안전성이 확보되도록 한다.
또한, 본 발명은 밴트와 안전변을 리벳과 한 몸체로 형성하고, 필요한 경우 상기 밴트를 통하여 전해액의 주입이 이루어지도록 하므로서, 캡 어셈블리의 전체 구조를 단순화할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 캡 어셈블리의 제조 공정이 간소화되고, 제조가 용이하게 실현되며, 제조 비용이 절감되는 효과를 얻게 된다.
한편, 본 발명에 의하면 음극부에서 종래의 안전변을 제거하므로서, 절연체를 설치하기 위한 공간을 보다 많이 확보할 수 있으며, 그에 따라 음극부와 양극부의 단락을 확실하게 방지하는 효과를 얻게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 발명에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
Claims (11)
- 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취되어서 수납된 캔의 상부에 결합되는 음극부와, 그 음극부의 중앙에 절연체를 개재하여 설치되는 양극부와, 상기 음극부와 양극부의 중심을 관통하여 결합되고 상기 음극부와 절연된 리벳과, 그 리벳의 중심을 관통하여 형성된 밴트와, 그 밴트를 밀봉하는 안전변을 포함하여 구성되고, 상기 안전변의 저부로 전지의 내압이 작용되게 한 구성을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
- 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취되어서 수납된 캔의 상부에 결합되는 음극부와, 그 음극부의 중앙에 절연체를 개재하여 설치되는 양극부와, 상기 음극부와 양극부의 중심을 관통하여 결합되고 상기 음극부와 절연된 리벳과, 그 리벳의 중심을 관통하여 상측으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성된 밴트와, 그 밴트의 하측으로부터 끼워져 밀봉되는 안전변을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
- 제 2 항에 있어서, 상기 안전변은 원통형의 밴트에 삽입되어 밀봉되는 볼로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
- 제 3 항에 있어서, 상기 볼은 강 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
- 제 2 항에 있어서, 상기 리벳은 알루미늄 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
- 제 2 항에 있어서, 상기 음극부에는 전해액의 주입후 플러그에 의해 밀봉되는 전해액 주입구가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
- 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취되어서 수납된 캔의 상부에 결합되는 음극부와, 그 음극부의 중앙에 절연체를 개재하여 설치되는 양극부와, 상기 음극부와 양극부의 중심을 관통하여 결합되고 상기 음극부와 절연된 리벳과, 그 리벳의 중심을 관통하여 형성된 밴트와, 상기 밴트를 통하여 전해액이 주입된 후 그 밴트의 개구를 밀봉하기 위해 상기 리벳의 상면에 부착되는 안전변을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
- 제 7 항에 있어서, 상기 안전변은 리벳 상면에 웰딩 접합되는 판상의 리드인 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
- 제 7 항에 있어서, 상기 안전변은 리벳의 상면에서 아래쪽으로 파여진 오목부에 안착되고 웰딩 접합되는 판상의 리드인 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 판상 리드는 알루미늄 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 판상 리드에는 크로스 마크가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
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