KR200456974Y1 - 전지의 전해액 주입부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지의 전해액 누설에 기인한 폭발을 방지하기 위하여 전해액 주입부 및 이의 제조방법과 이를 구비한 전지에 관한 것으로써, 본 발명에 따른 전해액 주입부는 전지 캔 밑면의 중앙 부위에 관통공이 형성되는 케이스 모재와; 상기 관통공 테두리가 눌리어서 형성된 단차면과; 상기 단차면의 테두리 위, 아랫면에 끼워져서 상기 관통공을 폐쇄하는 고분자부재와; 고분자부재 옆으로 나란히 단차면 위에 배치되는 링 형상의 얇은 금속링과; 상기 금속링과 상기 고분자부재를 덮는 원형의 금속판을 포함한다.

전해액 주입부, 고분자부재, 단차면, 금속링, 전해액 누설, 원형 금속판, 전지, 폭발

Description

전해액 주입부 및 이의 제조 방법과 전해액 주입부를 구비한 전지{ELECTROLYTE FILLING ASSEMBLY, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND BATTERY CELL HAVING IT}

본 발명은 전지의 전해액 누설 및 누설에 의한 폭발을 방지하기 위하여 전해액 주입부 및 이의 제조방법과 이를 구비한 전지에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 전지의 장시간 저장이나 사용 중에 발생 가능한 누액 및 이에 따른 파열 및 폭발 현상을 방지하고 사용상의 안전성을 확보해 주는 전해액 주입부를 구비하는 전지에 관한 것이다.

일반적으로, 전지는 전기화학 반응의 원리를 이용하여 전기를 얻는 장치로서, 휴대가 용이하여 생활 전반에 널리 사용되고 있다.

이러한 전지는 양극판, 음극판, 격리판 및 전해액 등을 포함하는데, 상기 전해액은 부식성이 강하고 인체에 해롭기 때문에 외부로 누설되지 않도록 상기 구성물들을 케이스에 넣고, 케이스의 개방부를 캡 조립체로 밀봉하며, 또한 전해액 주입구에 구형의 금속을 올려 놓은 후 용접시키어 주입구를 밀봉시킨다.

이처럼 전지의 전해액 주입구를 밀봉시키는데 사용되는 금속볼은 전지의 케 이스와 동종의 금속으로 이루어져 있고, 전극봉을 이용하여 금속볼을 케이스에 대해 누르는 동시에 순간적으로 높은 전류를 가하여 금속볼을 케이스 금속 모재에 녹여 붙이는 용접 과정을 갖는다. 도1a에서 도1d는 금속볼을 주입구에 용접시키는 과정을 나타내는 사진이다. 과정을 자세히 살펴보면 먼저 주입구로 전해액을 바늘을 주입구에 꼽고 전지 내부를 진공으로 만든 후 전해액을 주입한 다음에, 주입구 주변에 묻어 있는 전해액을 깨끗이 닦아낸다. 다음으로 주입구 위에 금속볼을 올려 놓고 전극봉 이용하여 케이스 모재와 용접을 시킨다. 대게 전해액이 주입되는 주입구는 원형으로써 1mm 이하의 지름을 가지며 금속볼은 이보다 약간 큰 2mm 이하의 지름을 갖도록 하여 금속볼이 누르는 동안에 주입구를 통과하는 것을 방지한다. 이때 주입구의 테두리에 금속볼이 제대로 접촉되어 있지 않거나 혹은 용접시에 흔들림으로 인하여 금속볼 외면이 주입구의 테두리와 균일하게 빈틈없이 접촉하지 못하면 용접동안 금속볼의 미세한 파편이 전지 내부로 들어가서 전지의 사용 시 내부단락의 원인을 제공할 수 있으며, 또한 케이스 모재와 녹아 붙은 금속볼 경계면이 고르지 못하여 미세한 구멍(pinhole)이 생기게 되면 전지를 장시간 보관 후, 이들 미세한 구멍(pinhole)을 통하여 전지 내부의 전해액이 누설될 수 있다. 이외에도 전해액 주입 후 주입구 주변 케이스 모재의 표면에 전해액이 잔존할 수 있는데 큰 전류가 흐르는 용접 공정 순간에 전류가 전해액을 통하여 전지 내부로 들어가서 폭발 사고를 일으킬 수도 있다.

리튬-티오닐클로라이드 전지에서 전해액 누설이 종종 발생되는데, 누설된 전해액 티오닐클로라이드(SOCl₂)는 외부의 수증기(H₂O)와 만나서 아래와 같은 반응에 의하여 염산과 이산화황 기체를 발생시킨다.

SOCl₂ + H₂O → HCl + SO₂

상기의 반응에 의해 생긴 염산(HCl)은 케이스 금속 모재를 부식시키며, SOCl₂의 누설을 더욱 더 촉진시킨다. 그 결과로 부식은 급속히 진행하게 된다.

도 2는 전해액 주입구에서 전해액 누설로 인하여 전해액 주입구를 덮고 있는 금속덮게(bottom terminal)가 부식된 경우를 나타내는 사진이다.

전술한 전해액 누설을 방지하기 위하여 전해액 주입 후 먼저 금속볼 보다 약간 작은 PTFE 볼을 전해액 주입구에 먼저 밀어 넣고 다시 금속볼을 올려 놓고 용접을 하는 공정을 거쳐서 전해액 주입구를 밀봉하기도 한다. 그러나 상기의 방법들은 PTFE 볼과 금속볼 지름 2.0mm 이하로 작고 둥글어서 전해액 주입구에 정확히 위치 시키는 작업이 어려우며, 또한 전해액 주입구에 올려 놓은 볼이 작은 흔들림이나 충격에 전해액 주입구에서 이탈하기 쉬어 균일한 용접공정에 어려움이 있다.

이상과 같이 종래의 기술은 주입구를 밀봉시키는 금속볼이 작고 또한 완전한 구형으로 되어 있지 않아 주입구 테두리와의 접촉이 균일하지 못하여 용접공정을 어렵게 하고 또한 치밀한 접합을 저해하는 요인으로 작용해 왔다. 이로 인하여 제조공정 중에 전지의 파열이 발생되거나, 전지의 장기간 보관 중에 전해액 누설이 생기어 전지의 사용시 파열이나 폭발을 초래하는 안전상에 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 종래의 전해액 주입 밀봉부에서 발생하는 전해액 누설 현상을 방지하기 위하여 전해액 주입구와 금속볼의 용접 대신에, 케이스 모재의 밑면에 전해액 주입구를 위하여 모재 중앙 부위에 관통공을 형성하고, 상기 관통공의 테두리를 눌러서 단차면을 형성시키며, 상기 단차면의 테두리 위, 아랫면에 "H" 자 형상의 고분자부재를 끼우고, 고분자부재 옆으로 나란히 단차면 위에 링 형상의 얇은 금속을 배치한 다음, 상기 금속 링 위에 원형의 금속판을 접촉하도록 배치한 후 케이스 모재와 금속링 및 원형 금속판을 용접시킨다.

이때 상기 고분자부재는 단차면의 테두리 위, 아랫면에 끼워져 상기 관통공을 폐쇄하고, 원형 금속판은 외부에서 볼 때 고분자부재와 링 금속 모두를 덮는다. 상기 고분자부재는 "H" 자 형상 이외에 "T" 자 형상도 무방하며, "T" 자형에서 상판 " - "은 상기 관통공을 폐쇄하도록 한다. 상기의 고분자부재 사용으로 용접 시 케이스 모재의 표면에 남아 있는 전해액에 의하여 전류가 전지 내부로 들어가는 것을 막아주며, 또한 금속들간의 용접 시 금속 파편이 전지 내부로 들어가는 것을 원천적으로 막아줄 수 있다. 얇고 넓적한 상기 금속링을 원형 금속판과 케이스 모재 사이에 삽입하여 용접함으로써 용접에 의한 경계면을 넓고 치밀하게 할 수 있어서 전해액 누설을 막아줄 수 있다.

상기의 방법으로 전해액 누설로 인한 전지의 발화 및 폭발을 미연에 방지할 수 있는 전해액 주입부를 구비하는 전지를 제공한다.

본 발명에 따른 전해액 주입부는 전지 캔 밑면의 중앙 부위에 관통공이 형성 되는 케이스 모재와; 상기 관통공 테두리가 눌리어서 형성된 단차면과; 상기 단차면의 테두리에 끼워져 있는 고분자부재와; 고분자부재 옆으로 나란히 단차면 위에 배치되는 링 형상의 얇은 금속링과; 상기 금속링 위에 배치되는 원형의 금속판을 포함한다

상기 케이스 모재의 중앙영역에 프레스 공법으로 타공하여 관통공을 형성하고, 상기 관통공 테두리에 단차면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 고분자부재는 "H" 자 형상으로 하여 상기 관통공의 테두리 위, 아랫면에 끼워지고 상기 관통공 모두를 덮어 전지 내부를 폐쇄시키는 것을 특징으로 한다.

상기 고분자부재는 "T" 자 형상이 되어도 무방함을 특징으로 한다.

상기 고분자부재는 전해액과 반응이 일어나지 않는 재질인 것을 특징으로 한다.

상기 고분자부재는 상기 단차면의 위, 아랫면과 치밀하게 접촉될 수 있도록 탄성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 고분자부재는 테프론 및 유리섬유 보강 플라스틱(fiberglass reinforced plastics;FRP) 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 금속링은 상기 고분자부재의 옆으로 나란히 상기 단차면 위에 배치시키는 것을 특징으로 한다.

상기 금속링은 상기 케이스 모재의 상기 단차면과 접촉이 많이 되도록 넓고 얇은 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 금속판은 상기 금속링과 상기 고분자부재 모두를 덮고 외부에 노출되는 것을 특징으로 한다.

상기 금속판은 상기 단차면의 형상과 넓이에 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 금속판과 상기 금속링 및 상기 케이스 모재는 녹는점이 같은 동일한 금속재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 금속판과 상기 금속링 및 상기 케이스 모재는 함께 용접되는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 상기 고분자부재를 상기 단차면의 테두리 위, 아랫면에 끼우고 상기 관통공을 폐쇄함으로써, 용접 시 케이스 모재의 표면에 남아 있는 전해액에 의하여 전류가 전지 내부로 들어가는 것을 막아주어 제조공정 중에 파열 사고를 방지하며, 용접 시 미세한 금속 파편이 전지 내부로 들어가는 것을 원천적으로 막아주어 전지의 내부단락 요인을 근본적으로 없애주는 효과가 있다. 이외에도 전해액 주입 후, 곧 바로 주입구를 폐쇄시킴으로써 전해액의 증기가 외부로 방출되는 것을 막아주어 증기에 의한 전지 오염을 방지하는 효과와 전해액의 외부로의 누설을 물리적으로 우선하여 막아주는 효과가 있다. 얇고 넓적한 상기 금속링을 원형 금속판과 케이스 모재 사이에 삽입하여 함께 용접함으로써 금속간의 경계면을 넓히고 치밀하게 할 수 있어서 전해액 누설을 효율적으로 막아주는 효과가 있다.

상기의 방법으로 전해액 누설 및 이로 인한 전지의 발화 및 폭발을 미연에 방지할 수 있는 전해액 주입부를 구비하는 전지를 제공한다.

또한, 종래의 기술과 같이 운반이 어렵고, 구 형상이 균일하지 않은 금속볼을 사용하지 않음으로써 제조공정상의 불량을 현격히 줄일 수 있어서 제조공정 및 사용상의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하 도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명에 따른 전해액 주입부(100)를 나타내는 분해 상태를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 상기 전해액 주입부(100)의 제조방법을 나타내는 사시도이다.

본 발명에 따른 도 3을 참조하면 전해액 주입부(100)는 전지 케이스 밑면의 중앙 부위에 관통공(210)이 형성되는 케이스 모재(200)와; 상기 관통공 테두리가 눌리어서 형성된 단차면(220)과; 상기 단차면(220)의 테두리에 끼워져 있는 고분자부재(300)와; 상기 고분자부재(300) 옆으로 나란히 상기 단차면 위에 배치되는 링 형상의 얇은 금속링(400)과; 상기 고분자부재(300)와 상기 금속링(400)을 덮는 원형의 금속판(500)을 포함한다

이러한 상기 전해액 주입부(100)는 전지의 일측, 예를 들어 전지 케이스의 하부 밑면에 결합되어 전해액이 주입되는 통로를 제공하며, 또한 전해액 주입 후, 통로를 폐쇄하여 전지 내부의 전해액이 밖으로 누설되지 않도록 막아주는 역할을 한다.

본 발명에 따른 도 4를 참조하면 전해액 주입부(100)의 제조방법은 케이스 모재(200)를 마련하는 단계와; 상기 모재(200)의 중앙에 관통공(210)을 마련하는 단계와; 상기 관통공(210) 테두리에 단차면(220)을 마련하는 단계와; 상기 단차면(220)의 위, 아래면에 끼워지고 상기 관통공을 폐쇄하는 고분자부재(300)를 마련하는 단계와; 상기 고분자부재(300)의 옆에 나란히 상기 단차면 위에 배치되는 상기 금속링(400)을 마련하는 단계와; 상기 고분자부재와 상기 금속링 위에 상기 금속판(500)을 배치시키는 단계와; 상기 케이스 모재(200)와 상기 금속링(400)와 상기 금속판(500)을 용접시키는 단계를 포함한다.

상기 전해액 조립부(100)가 전지에 적용되는 경우, 전지 케이스의 하부에 형성되어 전해액 주입의 통로 역할을 한다. 이때 상기 케이스 모재(200)는 스테인레스 스틸 금속 재질의 캔 형태로 준비된 상태에서 타공 및 프레스 공법에 의해 관통공(210) 및 단차면(220)이 형성된다. 상기 관통공(210)은 상기 모재(200)의 중심영역에 형성되는 것으로서, 상기 단차면(220)의 형성과 상기 고분자부재(300)가 끼워지도록 원형의 형상을 갖는다.

상기 관통공(210)은 상기 캡 모재(200)의 중심영역에 타공되어 상하로 관통되는 형상을 갖는다. 물론 상기 모재(200)의 형상은 이에 한정되지 않고, 상기 고분자부재(300), 상기 금속링(400) 그리고 상기 금속판(500)과 함께 전해액 주입구를 밀폐시킬 수 있다면 어떠하여도 무방하다.

상기 고분자부재(300)는 "H" 자 형태로 만들며, 상기 단차면 테두리의 위, 아랫면에 끼워지고 상기 관통공(210)을 폐쇄하도록 함으로써 전해액 주입 후, 전해액이 밖으로 역류하는 것을 막아주는 역할을 하게 한다. 상기 고분자부재(300)은 압정과 같은 "T" 자 형상을 갖게 하는 것도 바람직하다.

상기 금속링(400)은 상기 케이스 모재(200)의 상기 단차면(220) 위에 상기 고분자부재(300) 옆에 나란히 안착되어 상기 케이스 모재(200)와 용접된다.

상기 금속판(500)은 상기 고분자부재(300)와 상기 금속링(400)을 덮어서 외 부로부터 이들을 단절시키는 역할을 하고, 상기 단차면의 형상 크기에 대응되어 배치되도록 한다.

상기 케이스 모재(200), 상기 금속링(400) 그리고 상기 금속판(500)은 함께 용접되며, 용접 시에 용접봉으로 상기 금속판(500)에 물리적 힘을 가하여 금속 간에 접촉을 치밀하게 하고, 상기 고분자부재(300)가 상기 케이스 모재(200)에 대해서 압축될 수 있도록 한다. 상기 고분자부재(300)의 압축은 전해액의 누설을 우선적으로 예방해주는 역할을 한다.

상기 케이스 모재(200), 상기 금속링(400) 그리고 상기 금속판(500)의 재질은 금속 경계면 사이에서 접합이 치밀하게 될 수 있도록 녹는점이 같은 동일한 금속재질로 한다. 상기 금속의 재질로는 스테인레스 스틸이나 니켈계의 재료가 적당하다.

다음으로, 본 발명에 따른 전해액 주입부(100)가 구비되는 전지를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 5은 본 발명에 따른 전지를 나타내는 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전지(20)는 원통형의 케이스(600)와, 상기 케이스(600)의 내부에 수용되는 전해액(610) 및 극판 조립체(620)와, 상기 케이스(600)의 개방된 상면을 폐쇄하는 캡 조립체(700)를 포함한다.

상기 케이스(600)는 원통형으로 형성되고, 이에 접합하도록 케이스(600)의 내부에는 양극판(621), 음극판(623) 및 격리판(625)을 원통형으로 권취시킨 원통 형태의 극판 조립체(620)가 마련된다. 물론 상기 케이스(600) 및 극판 조립체(620) 의 형상은 원통 형태에 한정되지 않으며, 전지의 구조에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

상기 전해액 주입부(100)는 전술된 바와 같이 케이스 모재(200), 모재의 단차면(220) 및 고분자 부재(300), 금속링(400), 금속판(500)을 포함한다. 따라서, 상기 모재(200), 모재의 단차면(220) 및 고분자부재(300), 금속링(400), 금속판(500)의 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 원통형의 전지(10)는 제조공정 중에 파열 사고를 방지하며, 용접 시 미세한 금속 파편이 전지 내부로 들어가는 것을 원천적으로 막아주어 전지의 내부단락 요인을 근본적으로 없애주고, 전지를 장기 보관 시 전해액 누설을 효율적으로 막아주어 전지의 과열 및 폭발을 방지함으로써 전지를 안전하게 지속적으로 사용할 수 있다.

도 1은 종래의 전지에 사용되는 전해액 주입부 제조공정을 나타내는 사진이고,

도 2는 종래의 전지에서 전해액 주입부에서 전해액 누설이 되어 케이스 밑면 덮게가 부식된 것을 나타내는 사진이며,

도 3은 본 발명에 따른 전해액 주입부의 분해 및 결합상태를 나타내는 사시도이고,

도 4는 본 발명에 따른 전해액 주입부의 제조방법을 나타내는 사시도이고,

도 5는 본 발명에 따른 전해액 주입부가 포함된 전지의 단면도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

20: 전지 100: 전해액 주입부

200: 케이스 모재 300: 고분자부재

400: 금속링 500: 금속판

600: 케이스 700: 캡 조립체

Claims (21)

1. 중앙에 관통공이 형성되는 케이스 모재와;

   상기 관통공 테두리에 형성된 단차면과;

   상기 단차면의 테두리 위, 아랫면에 끼워지고 관통공을 폐쇄하는 "H" 자 형상이나 "T" 자 형상의 고분자부재와;

   상기 고분자부재 옆으로 나란히 상기 단차면 위에 안착되는 금속링과;

   상기 고분자부재와 상기 금속링을 덮는 원형의 금속판을 포함하는 전해액 주입부.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 케이스 모재의 하부 밑면 중앙 부위에 원형의 관통공을 형성하는 것을 특징으로 하는 전해액 주입부
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 케이스 모재의 상기 관통공의 테두리 부분에 단차면을 형성시키는 것을 특징으로 하는 전해액 주입부
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 고분자부재를 상기 단차면의 테두리 위, 아랫면에 끼워지고 상기 관통공을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 전해액 주입부
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 고분자부재는 "H" 자 또는 'T" 자 형상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전해액 주입부
6. 청구항1에 있어서,

   상기 금속링은 상기 고분자부재 옆으로 나란히 상기 단차면 위에 안착시키는 것을 특징으로 하는 전해액 주입부.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 금속판은 상기 고분자부재와 상기 금속링을 덮어서 이들을 외부로부터 단절시키는 것을 특징으로 하는 전해액 주입부
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 금속판은 상기 단차면의 형상과 크기에 대응되도록 하는 것을 특징으로 하는 전해액 주입부
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 고분자부재는 전지 내부의 전해액과 반응을 하지 않는 것을 특징으로 하는 전해액 주입부
10. 청구항 1에 있어서,

    리튬-티오닐클로라이드 전지 경우에 상기 고분자부재는 티오닐클로라이드(SOCl₂) 용매와 반응하지 않는 테프론, 폴리이미드,및 유리섬유 보강 플라스틱(fiberglass reinforced plastics;FRP) 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전해액 주입부.
11. 청구항 1에 있어서,

    상기 케이스 모재와 상기 금속링 그리고 상기 금속판은 함께 용접되며, 용접 시에 용접봉으로 상기 금속판에 물리적 힘을 가하여 금속 간에 접촉을 치밀하게 하고, 상기 고분자부재가 상기 케이스 모재에 대해서 압축될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전해액 주입부
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 케이스 모제와 상기 금속링과 상기 금속판은 녹는점이 같은 동일한 금속재료가 되는 것을 특징으로 하는 전해액 주입부.
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