KR20040110335A - Secondary battery and methode for sealing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필러 와이어를 사용한 전해액 주입구의 밀봉 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a method for sealing an electrolyte injection hole using a filler wire.
이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적인 것으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 있으며, 외관상으로는 원통형과 각형 전지로 구분된다.Rechargeable batteries can be recharged, miniaturized, and large-capacity. Representative examples include nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, lithium (Li) batteries, and lithium-ion (Li-ion) batteries. Separated by.
통상적으로, 상기한 이차 전지는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어진 발전 요소, 즉, 전극 조립체와, 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 금속제의 캔과, 캔의 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함한다.Typically, the secondary battery includes a power generation element consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator, that is, an electrode assembly, a metal can containing the electrode assembly and the electrolyte, and a cap assembly sealing the opening of the can.
여기에서, 상기 캡 조립체는 캔의 개구부에 직접 용접되어 캔을 밀봉하는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트를 관통하여 설치되는 단자 핀 및 상기 단자 핀을 캡 플레이트와 절연시키는 가스켓을 포함하며, 단자 핀에는 음극판으로부터 인출된 음극 탭이 용접되어 상기 단자 핀이 음극 단자부로서의 기능을 한다.Here, the cap assembly includes a cap plate welded directly to the opening of the can to seal the can, a terminal pin installed through the cap plate, and a gasket for insulating the terminal pin from the cap plate. The negative electrode tab drawn out from the negative electrode plate is welded so that the terminal pin functions as a negative electrode terminal portion.
그리고, 양극판으로부터 인출된 양극 탭은 상기 캡 플레이트의 하면이나, 캔의 내면에 직접 전기적으로 연결되어 상기 단자 핀을 제외한 전지 외부 전체가 양극 단자부로서의 기능을 하게 한다.The positive electrode tab drawn from the positive electrode plate is directly connected to the lower surface of the cap plate or the inner surface of the can so that the entire outside of the battery except the terminal pin functions as a positive electrode terminal portion.
이와 같은 구성을 갖는 이차 전지는 캔 내부에 전극 조립체를 수납하고, 개구부에 캡 플레이트를 용접한 후, 조립 공정의 마지막 단계로서 상기 캡 플레이트에 형성된 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입하고, 볼 혹은 핀과 같은 플러그를 압입하여 상기 주입구를 막은 후 이를 레이저 용접하고, 이어서 밀봉성을 강화시키기 위해 자외선 경화 수지층을 도포 및 경화하여 상기 전해액 주입구를 밀봉하고 있다.A secondary battery having such a configuration accommodates an electrode assembly in a can, welds a cap plate to an opening, and injects electrolyte through an electrolyte injection hole formed in the cap plate as a final step of the assembling process. The same plug is press-fitted to close the injection hole, followed by laser welding, and then the UV-curable resin layer is coated and cured to enhance the sealing property, thereby sealing the electrolyte injection hole.
그런데, 상기한 방법을 사용하여 전해액 주입구를 밀봉하는 종래의 방식은 밀봉 공정이 복잡하며, 밀봉 후에는 캡 플레이트에 용접 이물이 묻어있거나 캡 플레이트에 구멍이 천공되는 등의 불량이 유발되는 문제점이 있다.However, the conventional method of sealing the electrolyte inlet using the above-described method is complicated in the sealing process, there is a problem that a defect such as a welding foreign matter on the cap plate or a hole is perforated in the cap plate after sealing. .
이에, 본 발명은 필러 와이어를 사용하여 전해액 주입구를 밀봉함으로써 상기한 문제점을 해결한 이차 전지 및 이의 밀봉 방법을 제공함에 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a secondary battery and a sealing method thereof, which solve the above problems by sealing an electrolyte injection hole using a filler wire.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지의 구성을 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시한 전해액 주입구의 밀봉 방법을 나타내는 도면.FIG. 2 is a view showing a sealing method of an electrolyte injection hole shown in FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 주입구 밀봉 부재의 구성을 나타내는 도 1의 원내 확대도.3 is an enlarged view of a circle in FIG. 1 showing the configuration of an electrolyte injection hole sealing member according to another embodiment of the present invention;
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,
양극판과 음극판 및 이 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와;An electrode assembly having a positive electrode plate and a negative electrode plate, and a separator interposed between the positive electrode plates;
상기 전극 조립체가 내부에 수납되는 캔과;A can in which the electrode assembly is received;
상기 캔의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트와;A cap plate for sealing an opening of the can;
상기 캔 또는 캡 플레이트에 제공되는 전해액 주입구와;An electrolyte injection hole provided in the can or the cap plate;
상기 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉 부재;A sealing member for sealing the electrolyte injection hole;
를 포함하며, 상기 밀봉 부재는 필러 와이어 용융액을 포함하는 이차 전지에 의해 달성된다.The sealing member is achieved by a secondary battery comprising a filler wire melt.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 밀봉 부재는 볼 또는 핀 등의 플러그를 더욱 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the sealing member may further include a plug such as a ball or a pin.
그리고, 상기한 이차 전지의 전해액 주입구는, 필러 와이어를 전해액 주입구에 일정한 속도로 공급하면서 레이저 빔을 사용하여 상기 필러 와이어를 용융시킴으로써 상기 용융된 필러 와이어에 의해 전해액 주입구를 밀봉하는 이차 전지의 밀봉 방법에 의해 밀봉할 수 있다.The method of sealing a secondary battery in which the electrolyte injection hole of the secondary battery seals the electrolyte injection hole with the molten filler wire by melting the filler wire using a laser beam while supplying a filler wire to the electrolyte injection hole at a constant speed. It can seal by.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 필러 와이어를 사용한 밀봉 공정은 전해액 주입구에 볼 또는 핀 등의 플러그를 압입한 후 실시할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the sealing process using the filler wire may be carried out after pressing a plug such as a ball or a pin into the electrolyte injection hole.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각형 2차 전지의 단면도를 도시한 것이고,도 2는 도 1의 전해액 주입구 밀봉 공정을 나타내는 공정도를 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view of a rectangular secondary battery according to an embodiment of the present invention, Figure 2 shows a process diagram showing the electrolyte injection hole sealing process of FIG.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 일면에 개구부가 구비된 캔(10)과, 상기 개구부를 통해 캔(10)의 내부에 수납되는 전극 조립체(20)와, 캔(10)의 개구부를 밀봉하는 캡 조립체(30)를 포함한다.Referring to the drawings, a secondary battery according to an embodiment of the present invention, the can 10 is provided with an opening on one surface, the electrode assembly 20 accommodated in the can 10 through the opening, and the can 10 Cap assembly 30 to seal the opening of the < RTI ID = 0.0 >
상기 전극 조립체(20)는 양극판(22) 및 음극판(24)이 세퍼레이터(26)를 개재하여 형성된 것으로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 양극판(22) 및 음극판(24)이 세퍼레이터(26)를 개재하여 적층된 후 권취된 젤리 롤형의 전극 조립체(20)가 사용될 수 있다.The electrode assembly 20 is formed of the positive electrode plate 22 and the negative electrode plate 24 via the separator 26. According to an exemplary embodiment of the present invention, the positive electrode plate 22 and the negative electrode plate 24 may be formed of the separator 26. The electrode assembly 20 of the jelly roll-type wound after being laminated through a) may be used.
이 때, 상기 음극판(24)은 스트립 형상의 금속박판으로 된 음극 집전체를 구비하며, 상기 음극 집전체로는 구리 박판이 사용될 수 있다. 상기 음극 집전체의 적어도 일면에는 음극 활물질을 포함한 음극합제가 코팅된 음극 코팅부가 형성되며, 상기 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고, 이에 바인더, 가소제, 도전재 등을 함유해 음극합제를 이룰 수 있다.At this time, the negative electrode plate 24 includes a negative electrode current collector made of a strip-shaped metal thin plate, and a copper thin plate may be used as the negative electrode current collector. A negative electrode coating part coated with a negative electrode mixture including a negative electrode active material is formed on at least one surface of the negative electrode current collector, and a carbon material is used as the negative electrode active material, and may contain a binder, a plasticizer, a conductive material, and the like to form a negative electrode mixture. have.
또한, 상기 양극판(22)은 스트립 형상의 금속박판으로 된 양극 집전체를 구비하며, 상기 양극 집전체로는 알루미늄 박판이 사용될 수 있다. 상기 양극 집전체의 적어도 일면에는 양극 활물질을 포함한 양극합제가 코팅되는 양극 코팅부가 형성되는 데, 상기 양극 활물질로는 리튬계 산화물을 사용하고, 이에 바인더, 가소제, 도전재 등을 함유해 양극합제를 이룰 수 있다.In addition, the positive electrode plate 22 includes a positive electrode current collector made of a strip-shaped metal thin plate, and an aluminum thin plate may be used as the positive electrode current collector. At least one surface of the positive electrode current collector is formed with a positive electrode coating portion coated with a positive electrode mixture including a positive electrode active material, the lithium active material is used as the positive electrode active material, containing a binder, a plasticizer, a conductive material, etc. Can be achieved.
상기와 같은 전극 조립체(20)의 상부로는 양극판(22) 및 음극판(24)에 각각 전기적으로 연결된 양극 탭(미도시함) 및 음극 탭(28)이 인출되어 있다. 음극탭(28)으로는 니켈 박막이 사용될 수 있고, 양극 탭은 알루미늄 박막이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 양극 탭 및 음극 탭(28)의 위치는 도 1과는 반대로 구비될 수도 있음은 물론이다.A positive electrode tab (not shown) and a negative electrode tab 28, which are electrically connected to the positive electrode plate 22 and the negative electrode plate 24, respectively, are drawn out from the upper side of the electrode assembly 20. Nickel thin film may be used as the negative electrode tab 28, and aluminum thin film may be used as the positive electrode tab, but is not limited thereto. Positions of the positive electrode tab and the negative electrode tab 28 may be provided as opposed to FIG. 1.
한편, 상기 캔(10)은 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 본 실시예에 따르면 상기 캔(10)은 경량의 전도성 금속인 Al 또는 Al 합금으로 형성될 수 있다.On the other hand, the can 10 may be made of a metal material having a substantially rectangular parallelepiped shape, and thus can itself serve as a terminal. According to the present embodiment, the can 10 may be formed of Al or an Al alloy, which is a lightweight conductive metal.
상기 캔(10)은 그의 측면 모서리 부분이 각이 진 각형으로 구비될 수도 있고, 비록 도면으로 나타내지는 않았지만, 그 모서리 부분이 라운드 처리된 라운드형으로 구비될 수도 있다.The can 10 may be provided in an angled square of the side edge portion thereof, and although not shown in the drawing, the can 10 may be provided in a round shape in which the edge portion is rounded.
상기와 같은 캔(10)의 개구부에는 캡 조립체(30)가 설치되어 밀봉되는 데, 상기 캡 조립체(30)는 상기 개구부에 직접 용접되어 캔(10)을 밀봉하는 캡 플레이트(32)를 구비한다. 상기 캔(10)과 캡 플레이트(32)는 그 용접의 용이성을 위하여 동일한 금속재로 구비될 수 있다.A cap assembly 30 is installed and sealed at the opening of the can 10, and the cap assembly 30 has a cap plate 32 welded directly to the opening to seal the can 10. . The can 10 and the cap plate 32 may be provided with the same metal material for ease of welding.
그리고, 캡 조립체(30)에는 상기 캡 플레이트(32)에 가스켓(34)을 통해 절연되도록 관통 형성된 단자 핀(36)이 구비되는 데, 이 단자 핀(36)의 하부에는 음극판(24)으로부터 인출된 음극 탭(28)이 용접되어, 상기 단자 핀(36)은 음극 단자부로서의 기능을 한다.In addition, the cap assembly 30 is provided with a terminal pin 36 formed to be insulated from the cap plate 32 through the gasket 34, and the lower portion of the cap assembly 30 is withdrawn from the negative electrode plate 24. The negative electrode tab 28 is welded so that the terminal pin 36 functions as a negative electrode terminal portion.
한편, 양극판(22)으로부터 인출된 양극 탭은 상기 단자 핀(36)을 제외한 전지 외부 전체가 양극 단자부로서의 기능을 하도록 상기 캡 플레이트(32)의 하면, 또는 캔(10)의 내면에 직접 전기적으로 연결된다.On the other hand, the positive electrode tab drawn out from the positive electrode plate 22 is electrically directly on the lower surface of the cap plate 32 or the inner surface of the can 10 so that the entire outside of the battery except the terminal pin 36 functions as a positive electrode terminal portion. Connected.
그러나, 이러한 양극 단자 및 음극 단자의 구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 양극 단자부의 구조도 상기 음극 단자부의 구조와 같이 별도의 단자 핀을 통해 형성할 수도 있으며, 이 밖에도 다른 어떠한 구조도 적용될 수 있다.However, the structures of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are not necessarily limited thereto, and the structure of the positive electrode terminal portion may be formed through a separate terminal pin like the structure of the negative electrode terminal portion, and any other structure may be applied. have.
한편, 상기와 같은 전극 조립체(20)와 캡 조립체(30)의 사이에는 전극 조립체(20)를 보다 견고히 고정시키기 위한 절연성의 보호 케이스(38)가 설치될 수 있다.Meanwhile, an insulating protective case 38 may be installed between the electrode assembly 20 and the cap assembly 30 to fix the electrode assembly 20 more firmly.
그리고, 상기 캡 플레이트(32)에 형성된 전해액 주입구(32')는 본 실시예의 밀봉 부재(40)에 의해 밀봉되는데, 본 실시예에서는 상기한 밀봉 부재(40)가 레이저 빔에 의해 용융된 필러 와이어 용융액(42)으로 이루어진다.In addition, the electrolyte injection hole 32 ′ formed in the cap plate 32 is sealed by the sealing member 40 of the present embodiment. In this embodiment, the filler wire in which the sealing member 40 is melted by a laser beam is used. It consists of the melt 42.
전해액 주입구(32')의 밀봉 공정에 있어서, 상기한 필러 와이어 용융액(42)를 형성하는 와이어(W)의 직경(R) 및 공급 속도(V), 그리고 레이저 빔(B)의 출력 등은 캡 플레이트(32) 및 필러 와이어(W)의 재질 등에 따라 다양한 변경이 가능하지만, 용융성 및 캡 플레이트와의 접착성이 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금 계열의 필러 와이어(W)를 사용하는 경우에는, 직경(R)이 0.5∼2.0㎜인 필러 와이어(W)를 1∼3㎜/sec의 속도(V)로 공급하면서 0.2∼1.5㎾의 출력을 갖는 레이저 빔(B)을 사용하여 전해액 주입구(32')를 밀봉할 수 있다.In the sealing process of the electrolyte injection hole 32 ', the diameter R, the supply speed V, and the output of the laser beam B, etc., of the wire W forming the filler wire melt 42 are capped. Various modifications can be made depending on the material of the plate 32 and the filler wire W. However, in the case of using the aluminum or aluminum alloy-based filler wire W having easy meltability and adhesion to the cap plate, the diameter Electrolyte injection hole 32 'by using laser beam B having an output of 0.2 to 1.5 kW while supplying filler wire W having a (R) of 0.5 to 2.0 mm at a speed V of 1 to 3 mm / sec. ) Can be sealed.
물론, 다른 재질의 필러 와이어, 예를 들어 납 재질의 필러 와이어를 가열봉으로 용융시켜 전해액 주입구(32')를 밀봉하는 것도 가능하다.Of course, it is also possible to melt the filler wire of another material, for example lead filler wire with a heating rod to seal the electrolyte injection hole (32 ').
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 부재를 나타내는 도 1의 원내 확대도를 도시한 것으로, 본 실시예의 이차 전지는 전해액 주입구(32')의 밀봉성을더욱 향상시키기 위해 상기 주입구(32')에 볼 또는 핀 등의 플러그(44)를 압입한 후, 상기 도 2의 필러 와이어(W) 및 레이저 용접 방법을 사용하여 전해액 주입구(32')를 밀봉한 것이다. 따라서, 본 실시예는 밀봉 부재(40')가 플러그(44)와 필러 와이어 용융액(42)으로 이루어지므로, 전술한 도 1 및 도 2의 실시예에 비해 밀봉성이 더욱 향상된다.FIG. 3 is an enlarged view of a circle in FIG. 1 showing a sealing member according to another embodiment of the present invention. The secondary battery of the present embodiment may further improve the sealing property of the electrolyte injection hole 32 '. After inserting a plug 44 such as a ball or a pin into '), the electrolyte injection hole 32' is sealed using the filler wire W and the laser welding method of FIG. Therefore, in the present embodiment, since the sealing member 40 'is made of the plug 44 and the filler wire melt 42, the sealing property is further improved as compared with the above-described embodiment of Figs.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it is within the scope of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본원 발명은, 필러 와이어를 사용한 레이저 용접 방식에 의해 전해액 주입구를 밀봉함으로써, 상기 밀봉 공정을 종래보다 단순화 할 수 있고, 밀봉 공정 이후에 캡 플레이트에 용접 이물이 묻어있거나 구멍이 천공되는 등의 불량을 제거할 수 있는 효과가 있다.As described above, in the present invention, by sealing the electrolyte injection port by the laser welding method using a filler wire, the sealing process can be simplified than before, and the foreign matters or welded holes on the cap plate after the sealing process are perforated. There is an effect that can remove the defects such as being.
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