KR20030005800A

KR20030005800A - 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20030005800A
Application number: KR1020010041256A
Authority: KR
Inventors: 우병찬; 최경재; 박경남
Original assignee: (주)상아프론테크
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-23
Also published as: KR100420761B1

Abstract

본 발명은 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 캡 어셈블리는 조립구멍과, 밑면으로 돌출된 하나 이상의 돌출돌기를 갖는 캡 플레이트와; 캡 플레이트의 조립구멍에 압입되는 도전성 재질의 전극핀과; 전극핀의 둘레에 끼워지며 전극핀이 조립구멍에 압입되는 과정에서 상단이 눌려져 내측으로 접혀지거나 또는 외측으로 늘어나면서 전극핀의 머리부를 감싸는 튜브 형태의 절연슬리브와; 전극핀의 단부 둘레에 배치되도록 캡 플레이트에 부착되며, 움직임이 방지되도록 캡 플레이트의 돌출돌기와 결합되는 걸림홈을 갖는 절연판을 포함한다. 그리고 캡 어셈블리의 제조방법은 멜트 인덱스값이 5g/min 이하인 불소수지 또는 폴리프로필렌로 구성되는 성형재료를 용융하여 튜브체로 압출하는 단계와; 압출된 튜브체를 소정의 길이로 절단하여 절연슬리브를 제작하는 단계와; 캡 플레이트에 조립구멍을 가공하는 단계와; 절연슬리브에 전극핀을 압입하는 단계와; 결합된 절연슬리브와 전극핀을 캡 플레이트에 조립구멍에 강제 압입하는 단계와; 캡 플레이트의 밑면으로 돌출된 전극핀의 단부를 스피닝 처리하여 캡 플레이트에 눌러 붙이는 단계와; 캡 플레이트의 밑면으로 돌출된 절연슬리브의 단부를 프레싱 처리하여 캡 플레이트에 눌러 붙이는 단계와: 전극핀의 단부 둘레에 배치될 수 있도록 절연판을 캡 플레이트에 부착시키는 단계를 포함한다.

Description

이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법{SECONDARY BATTERY CAP ASSEMBLY AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내구성이 향상되고, 제조공정이 단순화되어 제작비용을 절감시킬 수 있는 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이차전지(secondary battery)는 재충전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 것으로, 니켈카드뮴(Ni-Cd)전지, 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬이온(Li-ion)전지 등이 있다. 특히, 리튬이온 전지는 에너지 밀도가 높아 소형 대용량화가 가능하고, 수명이 길며, 카드뮴과 납 또는 수은 등과 같은 오염물질을 사용하지 않기 때문에 최근 들어 각광받고 있다.

한편, 리튬이온 전지는 외형에 따라 원통형과 각형이 있는데, 그 중에서도 각형 리튬이온 전지는 설치상의 잇점 때문에 많이 사용되고 있다. 이러한 각형 리튬이온 전지(이하, "이차전지"라 약칭함)는 수납실을 갖는 알루미늄 캔을 구비한 다음, 캔의 수납실에 분리막을 사이에 두고 권취되는 양극시트와 음극시트를 수납하고, 수납실의 트인 상부를 캡 어셈블리로 폐쇄하며, 캔의 수납실에 전해액을 주입한 후 밀봉하는 구성을 갖는다.

한편, 캡 어셈블리는 양극단자와, 음극단자 그리고 전해액을 주입하기 위한 주입구 및 캔의 내부압을 방출하기 위한 안전변(safety vent)등이 갖추고 있다. 도 1에는 캡 어셈블리의 구성을 나타내는 단면도가 도시되어 있다. 이에 따르면, 캡어셈블리(1)는 캡 플레이트(3)를 구비한다. 캡 플레이트(3)는 도전성 재질인 알루미늄으로서, 캔(C)이 수납실(R)의 트임부에 용접 고정된다. 이러한 캡 플레이트(3)는 도시하지 않은 양극시트와 연결되어 양극단자의 역할을 수행하도록 구성된다. 여기서, 캡 플레이트(3)는 양극시트와 직접적으로 연결될 수도 있지만, 보통 캔(C)을 통하여 간접적으로 연결된다.

한편, 캡 플레이트(3)의 중앙에는 조립구멍(3a)이 형성되어 있으며, 이 조립구멍(3a)에는 전극리벳(5)이 절연슬리브(7)를 개재하여 설치된다. 즉, 전극리벳(5)의 몸통부(5a)와 머리부(5b)를 둘러쌀 수 있는 절연슬리브(7)를 사출성형하여 제조한 다음, 상기 절연슬리브(7)에 전극리벳(5)을 끼워 조립하고, 조립된 전극리벳(5)과 절연슬리브(7)를 캡 플레이트(3)의 조립구멍(3a)에 압입하며, 하부로 돌출된 전극리벳(5)의 단부를 절연판(9a)과 터미널판(9b)을 개재하여 코킹(caulking)가공한 것이다. 이렇게 설치된 전극리벳(5)은 절연슬리브(7)와 절연판(9)에 의해 캡 플레이트(3)와 절연된 상태에서 터미널판(9b)을 통하여 도시하지 않은 음극시트와 연결되어 음극단자의 역할을 수행하도록 구성된다. 여기서, 절연슬리브(7)는 전극리벳 (5)과 캡 플레이트(3)를 절연시키는 역할도 하지만 전극리벳(5)과 조립구멍(3a)사이의 기밀을 유지시키는 역할도 수행한다.

아울러 캡 플레이트(3)에는 캔(C)의 수납실(R)에 전해액을 주입하기 위한 주입구멍(3b)과, 캔(C)의 내부압을 방출하기 위한 안전변(3c)이 형성되어 있다. 특히, 안전변(3c)은 평소에는 막혀져 있으나, 캔(C)의 수납실(R) 압력이 상승하는 경우, 파열되어 내부의 가스를 방출하도록 구성된다.

그러나 이와 같은 종래의 캡 어셈블리는 사출성형되는 절연슬리브가 자주 손상되는 문제가 있었고, 또한 절연슬리브를 사출성형하는 과정에서 발생되는 버 (burr)로 인하여 조립구멍과 절연슬리브 간에 기밀성이 저하되는 문제가 있었으며, 또한 절연슬리브의 제조비용이 비싼 단점이 있었다.

즉, 사출성형하는 성형재료는 다른 성형방법, 예를 들어 압출과 같은 성형방법에서 사용하는 성형재료에 비해 멜트 인덱스(melt index)값, 즉 용융상태의 성형재료 유동성이 큰 것을 사용하게 된다. 한편, 멜트 인덱스값이 큰 재료의 성형품은 멜트 인덱스값이 작은 재료의 성형품에 비해 내열성과 내충격성이 다소 떨어지게 된다. 따라서, 멜트 인덱스값이 큰 재료로 사출성형되는 종래의 절연슬리브(7)는 조그마한 충격에도 손상되거나 파손되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 사출성형법을 이용하여 제품을 성형하는 과정에서는 필연적으로 성형품에 버(burr)가 형성되는 바, 절연슬리브(7)를 사출성형하는 과정에서도 버가 발생된다. 결국, 절연슬리브(7)에 형성되는 버는 조립구멍(3a)과 절연슬리브(7)간에 기밀을 방해하여 캔(C)의 밀폐성을 떨어뜨리는 결과를 초래하는 것이다. 한편, 절연슬리브(7)를 사출성형한 후, 기계가공을 통해 버를 제거하는 방법도 있지만, 이는 별도의 기계가공 공정을 추가로 시행해야 한다는 번거로움이 있다. 더구나 기계가공하더라도 절연슬리브(7)의 크기가 매우 작기 때문에 기계가공하기가 매우 어려운 단점이 있는 것이다.

또한, 절연슬리브(7)는 그 크기가 매우 작은 바, 사출성형하는 과정에서 실제로 제품을 구성하는 절연슬리브(7)의 크기보다 절연슬리브(7)를 성형하기 위해 성형기에 형성된 스프루(sprue:탕구) 및 러너(runner:탕도)의 크기가 더 크게 구성된다. 따라서, 절연슬리브(7)를 이루는 성형재료보다 스프루와 러너를 이루는 성형재료의 크기가 커 재료의 낭비를 초래하게 되는 것이다. 결국, 이 같은 재료의 낭비는 절연슬리브(7)의 제조비용을 상승시키는 원인이 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 절연슬리브를 작은 멜트 인덱스값을 갖는 재료로 압출에 의한 방법으로 제작함으로써 절연슬리브의 내충격성 및 내열성을 향상시킬 수 있음은 물론 버의 형성을 방지하여 조립구멍과 절연슬리브간의 기밀을 유지할 수 있는 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 절연슬리브를 사출에 의한 성형방법이 아니라 압출에 의한 방법으로 제작함으로써 성형재료의 낭비를 최소한으로 줄여주어 제작비용을 저감시킬 수 있고, 특히 제작공정 단순화시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 이차전지의 캡 어셈블리의 구성을 나타내는 단면도,

도 2와 도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 이차전지의 캡 어셈블리의 구성을 나타내는 분해사시도 및 결합단면도,

도 4는 본 발명에 따른 이차전지의 캡 어셈블리의 제조방법을 나타내는 블럭도,

도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 제조방법의 주요 공정을 나타내는 공정도들이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 캡 어셈블리20: 캡 플레이트

22: 조립구멍24: 전해액 주입구멍

26: 안전변28: 돌출돌기

30: 전극핀32: 몸통부

34: 머리부40: 절연슬리브

50: 절연판52: 관통구멍

54: 걸림홈

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지의 캡 어셈블리는 양극시트와 음극시트와 전해질이 수납되는 캔의 수납실을 밀폐하는 이차전지의 캡 어셈블리에 있어서, 조립구멍과, 밑면으로 돌출된 적어도 하나 이상의 돌출돌기를 갖는 캡 플레이트와; 상기 캡 플레이트의 조립구멍에 압입되며, 돌출된 단부를 눌러 붙임에 따라 상기 캡 플레이트에 조립되는 도전성 재질의 전극핀과; 상기 전극핀과 캡 플레이트가 절연되도록 상기 전극핀의 둘레에 끼워지며 상기 전극핀이 조립구멍에 압입되는 과정에서 그 상단이 눌려져 내측으로 접혀지거나 또는 외측으로 늘어나면서 상기 전극핀의 머리부를 감싸는 튜브 형태의 절연슬리브와; 상기 전극핀의 단부 둘레에 배치될 수 있도록 상기 캡 플레이트에 부착되며, 움직임이 방지되도록 상기 캡 플레이트의 돌출돌기와 결합되는 걸림홈을 갖는 절연판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 이차전지의 캡 어셈블리 제조방법은 양극시트와 음극시트와 전해질이 수납되는 캔의 수납실을 밀폐하는 이차전지의 캡 어셈블리를 제조하는 방법에 있어서, 멜트 인덱스값이 5g/min 이하인 불소수지 또는 폴리프로필렌로 구성되는 성형재료를 용융하여 튜브체로 압출 성형하는 단계와; 압출된 튜브체를 소정의 길이로 절단하여 절연슬리브를 제작하는 단계와; 캡 플레이트에 조립구멍을 가공하는 단계와; 상기 절연슬리브에 상기 전극핀을 압입하여 결합시키는 단계와; 결합된 상기 절연슬리브와 전극핀을 상기 캡 플레이트에 조립구멍에 강제 압입하는 단계와; 상기 캡 플레이트의 밑면으로 돌출된 상기 전극핀의 단부를 스피닝 처리하여 상기 캡 플레이트에 눌러 붙이는 단계와; 상기 캡 플레이트의 밑면으로 돌출된 상기 절연슬리브의 단부를 프레싱 처리하여 상기 캡 플레이트에 눌러 붙이는 단계와: 상기 전극핀의 단부 둘레에 배치될 수 있도록 절연판을 상기 캡 플레이트에 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 2와 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지의 캡 어셈블리(10)는 캡 플레이트(20)를 갖는다. 캡 플레이트(20)는 도전성 재질인 알루미늄으로서, 중앙에는 조립구멍(22)이 형성되고, 일단에는 전해액 주입구멍 (24)이 형성되며, 타단에는 안전변(26)이 형성된다. 이러한 캡 플레이트(20)는 도시하지 않은 캔 내부의 양극시트와 연결되어 양극단자의 역할을 수행한다.

한편, 캡 플레이트(20)의 조립구멍(22)에는 전극핀(30)이 절연슬리브(40)를 개재하여 끼워진다. 전극핀(30)은 몸통부(32)와 머리부(34)로 구성되는데, 몸통부 (32)는 캡 플레이트(20)의 조립구멍(22)에 끼워져 관통되도록 구성되며, 머리부 (34)는 캡 플레이트(20)의 상면으로 돌출되도록 구성된다. 이러한 전극핀(30)은 도전성 재질인 알루미늄 또는 구리 등으로 구성된다. 여기서, 전극핀(30)의 표면에는 니켈이 1㎛∼10㎛두께로 도금되는 것이 바람직한데, 이는 전극핀(30)의 내식성을 강화시키고, 전극핀(30)의 표면조도를 좋게 하며, 용접성을 향상시키기 위함이다. 이와 같은 전극핀(30)은 도시하지 않은 캔 내부의 음극시트와 연결되어 음극단자의 역할을 수행한다.

그리고 절연슬리브(40)는 튜브체로서, 전극핀(30)의 둘레에 배치되어 캡 플레이트(20)와 전극핀(30)을 절연시키는 역할을 한다. 여기서, 절연슬리브(40)는 전극핀(30) 둘레에 끼워진 상태에서 프레스에 의해 캡 플레이트(20)의 조립구멍(22)에 압입되는데, 압입되는 과정에서 도 3a에 도시된 바와 같이 전극핀(30)의 머리부 (34)에 의해 눌려지면서 내면으로 접혀져 전극핀(30)의 머리부(34)를 감싸도록 구성된다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 내면으로 접혀지지 않고 그대로 확장되면서 전극핀(30)의 머리부(34)를 감싸기도 한다. 이러한 절연슬리브(40)는 압출에 의한 방법으로 제조되며, 절연성이면서 멜트 인덱스(melt index)값이 작은 재질, 예를 들어 멜트 인덱스 값이 5g/min이하인 불소수지 또는 폴리프로필렌 등으로 구성된다. 이 같은 재질의 절연슬리브(40)는 내충격성과 내열성이 매우 좋은 특징을 갖는다.

한편, 본 발명에서는 절연슬리브(40)의 내경이 전극핀(30)의 외경보다 작도록 구성된다. 이는 절연슬리브(40)가 전극핀(30)에 억지끼움되도록 구성함으로써 전극핀(30)과 절연슬리브(40)가 서로 밀착되도록 하기 위함이다. 그리고 본 발명에서는 전극핀(30)에 절연슬리브(40)가 끼워졌을 때의 외경이, 캡 플레이트(20)의 조립구멍(22) 내경보다 크도록 구성된다. 이는 전극핀(30)을 조립구멍(22)에 압입할 때, 전극핀(30)의 외면에 끼워진 절연슬리브(40)가 반경방향 내측으로 신축변형하면서 조립구멍(22)에 압입되도록 구성함으로써 절연슬리브(40)와 조립구멍(22)간에 틈새가 발생되지 않도록 하기 위함인 것이다.

실험결과에 의하면, 전극핀(30)에 절연슬리브(40)가 끼워졌을 때의 절연슬리브(40)의 외경은, 캡 플레이트(20)의 조립구멍(22)의 내경보다 대략 5%∼15%정도 크게 하는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 이는 절연슬리브(40)의 외경이 캡 플레이트(20)의 조립구멍(22)의 내경보다 5% 이하로 크게 되면, 조립구멍(22)과 전극핀(30)간에 밀폐성이 저하될 우려가 있고, 절연슬리브(40)의 외경이 캡 플레이트(20)의 조립구멍(22)의 내경보다 15% 이상으로 크게 되면, 조립시 절연슬리브 (40)가 변형되거나 또는 조립구멍(22)이 변형될 우려가 있기 때문이다.

또한, 실험결과에 의하면, 절연슬리브(40)는 전극핀(30)에 끼워진 상태에서 캡 플레이트(20)의 조립구멍(22)에 압입될 때, 대략 10%∼50%정도로 압축될 수 있는 두께를 갖는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 이는 조립구멍(22)에 압입될 때의 압축비가 10%이하이면, 조립구멍(22)과 전극핀(30)간에 밀폐성이 저하될 우려가 있고, 조립구멍(22)에 압입될 때의 압축비가 50%이상이면, 압입시 절연슬리브(40)가 파손되거나 또는 조립구멍(22)이 변형될 우려가 있기 때문이다. 여기서, 전극핀 (30)의 직경이 0.5mm∼10mm이라면, 절연슬리브(40)의 두께가 대략 0.2mm∼5mm정도로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 조립구멍(22)을 관통하여 캡 플레이트(20)의 밑면으로 돌출된 전극핀 (30)의 단부는 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이 스피닝(spinning)가공에 의해 반경방향외측으로 확장되며, 따라서 전극핀(30)은 캡 플레이트(20)와 견고하게 결합된다. 아울러 절연슬리브(40)의 단부도 프레스에 의해 외측으로 가압되어 전극핀 (30)과 캡 플레이트(20)를 절연시키게 된다.

그리고 전극핀(30) 단부의 둘레로는 절연판(50)이 배치된다. 이 절연판(50)은 도 2에 도시된 바와 같이 전극핀(30)의 단부가 관통될 수 있는 관통구멍(52)을 갖추고 있는 것으로, 전극핀(30) 둘레를 차단함으로써 전극핀(30)과 캡 플레이트 (20)간의 절연효과를 증대시키는 역할을 한다. 이러한 절연판(50)은 접착제에 의해 캡 플레이트(20)의 밑면에 부착된다. 아울러 절연판(50)은 캡 플레이트(20)에 부착된 상태에서 유동되지 않도록 구성되는데, 이를 위해 캡 플레이트(20)의 밑면에는 돌출돌기(28)들이 형성되며, 절연판(50)에는 돌출돌기(28)들이 걸리도록 안착되는걸림홈(54)이 형성되어 있다. 본 발명의 도면에서는 돌출돌기(28)가 조립구멍(22)의 양쪽에 형성된 것으로 도시되어 있지만, 절연판(50)의 이동을 방지할 수 있는 위치라면 어느 곳이라도 무방하며 그 개수도 적어도 하나 이상이면 바람직하다.

이상과 같은 구성으로 이루어진 이차전지의 캡 어셈블리는 전극핀(30)과 캡 플레이트(20)를 절연하기 위한 절연슬리브(40)를 작은 멜트 인덱스값을 갖는 재료로 압출성형하여 제작함으로써 절연슬리브(40)의 내충격성과 내열성을 향상시킬 수 있다. 특히, 종래와 달리 절연슬리브(40)에 버(burr)가 형성되지 않음에 따라 조립구멍(22)과 절연슬리브(40)간의 기밀을 유지시킬 수 있는 특징을 갖는다.

이하에서는 이와 같은 구성을 갖는 캡 어셈블리의 제조방법을 도 4와 도 5a내지 도 5e를 참고로하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 본 발명의 제조방법은 도 4에 도시된 바와 같이 절연슬리브(40)의 원료가 되는 성형재료를 구비하고, 구비된 성형재료를 용융하여 튜브체로 압출성형하는 단계를 포함한다(S101). 여기서, 튜브체의 성형재료는 상술한 바와 같이 멜트 인덱스값이 5g/min이하인 불소수지 또는 폴리프로필렌 등으로 구성된다. 아울러 압출하는 과정에서의 튜브체 내경은 후술하는 전극핀(30)의 외경보다 작도록 구성된다. 또한 튜브체 두께는 후술하는 절연슬리브(40)와 전극핀(30)이 결합된 상태에서 캡 플레이트(20)의 조립구멍(22)에 압입될 때, 대략 10%∼50%정도로 압축될 수 있는 두께를 갖도록 구성된다.

한편, 튜브체의 성형이 완료되면, 길이가 긴 튜브체를 소정의 길이로 절단하여 절연슬리브(40)를 제작한다(S103). 이때, 절연슬리브(40)는 전극핀(30)의 몸통부(32)보다 길게 구성되어야 한다.

그리고 튜브체의 압출성형하고 이를 절단하는 동안 캡 플레이트(20)를 구비하고, 구비된 캡 플레이트(20)에 조립구멍(22)과 돌출돌기(28) 그리고 전해액 주입구멍(24)과 안전변(26)을 가공한다(S105). 조립구멍(22)과 돌출돌기(28)와 전해액 주입구멍(24)과 안전변(26)은 펀칭에 의한 방법 또는 드릴링에 의한 방법으로 형성된다. 여기서, 조립구멍(22)은 상술한 바와 같이 후술하는 전극핀(30)과 절연슬리브(40)이 결합되었을 때의 절연슬리브(40)의 외경보다 작도록 구성된다. 아울러 조립구멍(22)을 가공하는 과정에서 조립구멍(22)의 상부는 모따기 가공을 하는 것이 바람직한데, 이는 조립구멍(22)에 절연슬리브(40)와 전극핀(30)을 압입할 때, 진입을 용이하게 하기 위함이다.

한편, 캡 플레이트(20)의 가공처리가 완료되면, 이어서 전극핀(30)을 구비하고, 구비된 전극핀(30)의 외면에 절연슬리브(40)을 끼워 결합시킨다(S107). 이때, 절연슬리브(40)의 내경이 전극핀(30)의 외경보다 작게 구성되므로 절연슬리브(40)와 전극핀(30)은 도 5a에 도시된 바와 같이 서로 밀착된 상태로 결합된다. 여기서, 전극핀(30)에 결합된 절연슬리브(40)는 전극핀(30)의 끝부분보다 더 돌출되어야 한다.

그리고 절연슬리브(40)와 전극핀(30)의 결합이 완료되면, 이어서 결합된 절연슬리브(40)와 전극핀(30)을 캡 플레이트(20)의 조립구멍(22)에 강제 압입한다 (S109). 강제 압입 단계(S109)는 도 5b에 도시된 바와 같이 상,하부 프레스 프레임 (P1, P2)에 의해 이루어지는데, 이때의 압입 속도는 절연슬리브(40)가 손상되지 않도록 천천히 이루어져야 한다. 여기서, 프레스 프레임(P1, P2)을 통하여 강제 압입하는 과정에서 절연슬리브(40)와 전극핀(30)에 대한 상부 프레스 프레임(P1)의 압입 깊이는 대략 10%∼20%정도 더 커야 한다. 다시 말해, 프레싱 후, 탄성을 갖는 절연슬리브(40)가 늘어나면서 캡 플레이트(20)에 대한 절연슬리브(40)의 돌출높이가 소망하는 돌출높이보다 더 돌출될 수 있다. 따라서, 소망하는 돌출높이를 얻을 수 있도록 절연슬리브(40)를 더 가압하는 것이다. 이를 위해 상부 프레스 프레임 (P1)의 프레스면의 깊이를 소망하는 절연슬리브(40)의 돌출높이보다 더 작게 한다. 아울러 상,하부 프레스 프레임(P1, P2)의 프레스면에는 공기가 출입할 수 있는 공기 출입 구멍(V)이 형성되어 있는데, 이 공기 출입 구멍(V)은 프레싱하는 과정에서 프레스 프레임(P1, P2)의 프레스면에 형성되는 공기의 압축 및 부압을 해소시킨다.

한편, 조립구멍(22)에 전극핀(30)과 절연슬리브(40)를 강제 압입하는 과정에서 상기 절연슬리브(40)의 상부는 전극핀(30)의 머리부(34)에 의해 눌려지면서 내면으로 접혀지거나 또는 확장 변형되면서 머리부(34)의 외측을 덮게 되는데, 이때 접혀지거나 확장 변형된 절연슬리브(40)는 전극핀(30)의 머리부(34)를 감싸게 되어 전극핀(30)과 캡 플레이트(20)를 절연시킨다.

다시, 도 4에 도시된 바와 같이 강제 압입 단계(S109)가 완료되면, 곧이어 전극핀(30)의 끝부분을 스피닝 처리하는 단계(S111)를 시행하고, 이어서 절연슬리브(40)의 끝부분을 눌러 가압하는 프레싱(pressing) 처리 단계(S113)를 시행한다. 스피닝 처리 단계(S111)는 도 5c에 도시된 바와 같이 캡 플레이트(20)로부터 돌출된 전극핀(30)의 끝부분을 스피닝 지그(J)를 통하여 반경방향외측으로 눌러 붙임으로써 캡 플레이트(20)와 전극핀(30)을 견고하게 결합시키는 단계이다. 여기서, 전극핀(30)의 스피닝 처리각도(α)는 전극핀(30)의 축중심에 대해 대략 3°∼6°정도로 이루도록 함이 바람직하다. 이는 스피닝 처리각도(α)가 전극핀(30)의 축중심에 대해 3°이하인 경우에는 전극핀(30)에 하중이 크게 작용하여 전극핀(30)의 용접성능을 저하시키기 때문이며, 스피닝 처리각도(α)가 전극핀(30)의 축중심에 대해 6°이상이 되면, 제조 공정 소요시간이 증가되어 생산성을 저하시키기 때문이다.

그리고 프레싱 처리 단계(S113)는 도 5d에 도시된 바와 같이 캡 플레이트 (20)로부터 돌출된 절연슬리브(40)의 끝부분을 상,하부 프레스 프레임(P1, P2)를 통하여 가압함으로써 캡 플레이트(20)에 눌러 붙이는 단계이다. 이렇게 가압된 절연슬리브(40)는 전극핀(30)과 캡 플레이트(20)의 절연성을 증대시킬 뿐만 아니라 후술하는 절연판(50)의 부착을 용이하게 한다.

한편, 프레싱 처리 단계(S113)가 완료되면, 이어서 절연판(50)을 구비하고, 구비된 절연판(50)을 전극핀(30)의 둘레에 배치되도록 캡 플레이트(20)에 부착한다 (S115). 절연판(50)은 전극핀(30)의 끝부분 둘레를 차단하여 전극핀(30)과 캡 플레이트(20)간의 절연효과를 증대시키는 역할을 하는 것으로, 접착제에 의해 부착된다. 이때, 절연판(50)을 부착시키는 과정에서 캡 플레이트(20)의 돌출돌기(28)는 절연판(50)의 걸림홈(54)에 걸리도록 배치되어야 한다.

한편, 절연판(50)의 부착이 완료되면, 캡 플레이트(20)에 부착된 절연판(50)을 프레싱하여(S116) 캡 플레이트(20)에 대한 절연판(50)의 부착력을 강화시킨다. 물론, 프레싱은 프레스에 의해 이루어진다.

그리고 이와 같은 여러 단계를 통하여 조립된 캡 어셈블리(10)는 절연 검사와 기밀 검사 등과 같은 각종 검사를 통하여 그 이상 유무를 테스트 받게 되며 (S117), 최종적으로 이 테스트를 통과하면, 캡 어셈블리(10)의 제작이 완료되는 것이다.

이상에서와 같이 여러 단계를 통하여 제조된 캡 어셈블리는 도 5a 내지 도 5e에 도시된 바와 같이 전극핀(30)과 캡 플레이트(20)를 절연하기 위한 절연슬리브 (40)를 압출성형함으로써 제조공정을 단순화시킬 수 있음은 물론 성형재료의 낭비를 최소한으로 줄여 제조비용을 절감시킬 수 있으며, 특히 절연슬리브(40)에 버 (burr)가 형성되지 않음에 따라 조립구멍(22)과 절연슬리브(40)간의 기밀을 유지시킬 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 절연슬리브(40)를 작은 멜트 인덱스값을 갖는 재료로 제작함으로써 캡 어셈블리의 내충격성과 내열성을 향상시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지의 캡 어셈블리 및 그 제조방법은 전극핀과 캡 플레이트를 절연하기 위한 절연슬리브를 압출성형하여 절단하여 사용함으로써 제조공정을 단순화시킬 수 있음은 물론 성형재료의 낭비를 최소한으로 줄여 제조비용을 절감시킬 수 있으며, 특히 압출형성함에 따라 절연슬리브에 버가 형성되지 않음에 따라 조립구멍과 절연슬리브간의 기밀을 유지시킬 수있는 장점을 갖는다. 또한, 절연슬리브를 작은 멜트 인덱스값을 갖는 재료로 제작함으로써 캡 어셈블리의 내충격성과 내열성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

양극시트와 음극시트와 전해질이 수납되는 캔의 수납실을 밀폐하는 이차전지의 캡 어셈블리에 있어서,

조립구멍과, 밑면으로 돌출된 적어도 하나 이상의 돌출돌기를 갖는 캡 플레이트와;

상기 캡 플레이트의 조립구멍에 압입되며, 돌출된 단부를 눌러 붙임에 따라 상기 캡 플레이트에 조립되는 도전성 재질의 전극핀과;

상기 전극핀과 캡 플레이트가 절연되도록 상기 전극핀의 둘레에 끼워지며 상기 전극핀이 조립구멍에 압입되는 과정에서 그 상단이 눌려져 내측으로 접혀지거나 또는 외측으로 늘어나면서 상기 전극핀의 머리부를 감싸는 튜브 형태의 절연슬리브와;

상기 전극핀의 단부 둘레에 배치될 수 있도록 상기 캡 플레이트에 부착되며, 움직임이 방지되도록 상기 캡 플레이트의 돌출돌기와 결합되는 걸림홈을 갖는 절연판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
제 1항에 있어서, 상기 전극핀은 구리 또는 알루미늄으로 구성되며, 그 표면에는 1㎛∼10㎛두께로 니켈이 도금되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
제 1항에 있어서, 상기 절연슬리브는 멜트 인덱스값이 5g/min 이하인 불소수지 또는 폴리프로필렌으로 구성되며, 압출에 의한 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리.
양극시트와 음극시트와 전해질이 수납되는 캔의 수납실을 밀폐하는 이차전지의 캡 어셈블리를 제조하는 방법에 있어서,

멜트 인덱스값이 5g/min 이하인 불소수지 또는 폴리프로필렌로 구성되는 성형재료를 용융하여 튜브체로 압출 성형하는 단계와;

압출된 튜브체를 소정의 길이로 절단하여 절연슬리브를 제작하는 단계와;캡 플레이트에 조립구멍을 가공하는 단계와;

상기 절연슬리브에 상기 전극핀을 압입하여 결합시키는 단계와;

결합된 상기 절연슬리브와 전극핀을 상기 캡 플레이트에 조립구멍에 강제 압입하는 단계와;

상기 캡 플레이트의 밑면으로 돌출된 상기 전극핀의 단부를 스피닝 처리하여 상기 캡 플레이트에 눌러 붙이는 단계와;

상기 캡 플레이트의 밑면으로 돌출된 상기 절연슬리브의 단부를 프레싱 처리하여 상기 캡 플레이트에 눌러 붙이는 단계와:

상기 전극핀의 단부 둘레에 배치될 수 있도록 절연판을 상기 캡 플레이트에 부착시키는 단계를 포함하는 이차전지의 캡 어셈블리 제조방법.
제 4항에 있어서, 상기 절연슬리브의 내경은 상기 전극핀의 외경보다 작도록 제작되고, 상기 캡 플레이트의 조립구멍의 내경은 상기 전극핀이 압입된 절연슬리브의 외경보다 작도록 가공되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리의 제조방법.
제 4항에 있어서, 상기 성형재료를 튜브체로 압출 성형하는 단계에서, 상기 튜브체의 두께가 0.2mm 내지 5mm범위를 갖도록 압출하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리의 제조방법.
제 4항에 있어서, 상기 절연슬리브와 전극핀을 강제 압입하는 단계에서, 상기 절연슬리브와 전극핀을 가압하는 상부 프레스 프레임의 프레스면 깊이는 상기 절연슬리브와 전극핀에 대한 상기 상부 프레스 프레임의 압입깊이가 10% 내지 20%정도 더 커지도록 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리의 제조방법.
제 7항에 있어서, 상기 상부 프레스 프레임의 프레스면에는 상기 프레스면에 형성되는 공기의 압축 및 부압을 해소할 수 있도록 공기 출입 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리의 제조방법.
제 4항에 있어서, 상기 전극핀을 스피닝 처리하는 단계에서, 스피닝 처리각도는 상기 전극핀의 축중심에 대해 대략 3°내지 6°정도로 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 캡 어셈블리의 제조방법.