KR20070076172A - 각형 이차 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캡 조립체에 포함된 캡 플레이트의 주연부에 단차 또는 테이퍼를 형성하여 캔과의 용접시 용접부가 캔의 용융된 부분이 캡 플레이트의 주연부를 감싸 이루어짐으로써 캔과 캡 조립체의 용접성을 향상시킬 수 있는 각형 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 각형 이차전지는 두 전극과 세퍼레이터를 구비하여 이루어지는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 금속 캔, 상기 전극 조립체의 인입구가 되는 상기 금속 캔의 개구부를 마감하는 캡 조립체를 구비하여 이루어며, 상기 캔의 개구부와 상기 캡 조립체에 포함되는 캡 플레이트 주연부와의 용접부가 상기 캡 플레이트의 상면부터 하부 방향으로 적어도 상기 캡 플레이트 두께의 절반까지 형성됨을 특징으로 한다.
Description
도 1은 종래의 각형 이차 전지의 베어 셀에서 캔과 캡 조립체의 경계부가 용접되기 전의 상태를 나타내는 상부 단면도이다.
도 2는 도 1의 베어 셀에서 캔과 캡 조립체의 경계부가 용접된 후의 상태를 나타내는 상부의 일부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차 전지의 베어 셀에서 캔과 캡 조립체의 경계부가 용접되기 전의 상태를 나타내는 상부 단면도이다.
도 4는 도 3의 베어 셀에서 캔과 캡 조립체의 경계부가 용접된 후의 상태를 나타내는 상부의 일부 단면도이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 각형 이차 전지의 베어 셀에서 캔과 캡 조립체의 경계부가 용접되기 전의 상태를 나타내는 상부 단면도이다.
도 6는 도 5의 베어 셀에서 캔과 캡 조립체의 경계부가 용접된 후의 상태를 나타내는 상부의 일부 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 각형 이차 전지가 제조되는 과정을 나타내는 흐름도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
12, 112, 212: 전극 조립체 13, 113, 213: 양극판
14, 114, 214: 세퍼레이터 15, 115, 215: 음극판
16, 116, 216: 양극 탭 17, 117, 217: 음극 탭
18, 118, 218: 절연 테이프 21, 121, 221: 캔
31, 131, 231: 캡 플레이트 32, 132, 232: 가스켓
33, 133, 233: 전극단자 34, 134, 234: 절연 플레이트
35, 135, 235: 단자 플레이트 36, 136, 236: 마개
37, 137, 237: 용접부 38, 138, 238: 안전변
39, 139, 239: 전해액 주입구 40, 140, 240: 절연 케이스
41, 141, 241: 음극탭용 홀 42, 142, 242: 전해액 통과공
131a, 231a: 주연부 131b, 231b: 제 1 주연부
131c, 231c: 제 2 주연부 131d: 단턱면
본 발명은 각형 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캡 조립체에 포함된 캡 플레이트의 주연부에 단차 또는 테이퍼를 형성하여 캔과의 용접시 용접부가 캔의 용융된 부분이 캡 플레이트의 주연부를 감싸 이루어짐으로써 캔과 캡 조립 체의 용접성을 향상시킬 수 있는 각형 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화 가능성으로 인하여 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 근래에 개발되고 사용되는 것 가운데 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 있다.
이들 이차 전지에서 베어셀(Bare Cell)의 대부분은 양극, 음극 및 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체를 통상 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 캔에 수납하고, 캔을 캡 조립체로 마감한 뒤, 캔 내부에 전해액을 주입하고 밀봉함으로써 형성된다. 캔은 철재로 형성될 수 있으나 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하게 되면 알루미늄의 가벼운 속성으로 전지의 경량화가 이루어질 수 있고, 고전압하에서 장시간 사용할 때에도 부식되지 않는 등 유리한 점이 있다.
밀봉된 이차 전지 베어 셀의 전극 단자는 PTC 소자(positive temperature coefficient), 서멀 퓨즈(thermal fuse) 및 보호회로 모듈(PCM: Protective Circuit Module) 등의 안전장치의 단자와 전기적으로 연결된다. 안전장치들은 양극과 음극에 연결되어 전지의 고온 상승이나, 과도한 충방전 등으로 전지의 전압이 급상승하는 경우 전류를 차단해 전지의 파열 등 위험을 방지하게 한다.
안전장치와 베어 셀은 전기적으로 연결된 상태로 별도의 팩에 수납되거나, 용융된 수지로 사이 공간이 채워지고 피복되어 팩 전지를 이룬다.
도 1은 종래의 각형 이차 전지의 베어 셀에서 캔과 캡 조립체의 경계부가 용접되기 전의 상태를 나타내는 상부 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 각형 이차 전지의 베어 셀은 대략 직육면체로 형성되는 각형 캔(21)과, 이 캔(21)의 내부에 수용되는 전극 조립체(12)와, 캔(21)의 개방된 상단과 결합하여 캔 상단을 밀봉하는 캡 조립체를 구비하여 이루어진다.
전극 조립체(12)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 양극판(13), 세퍼레이터(14), 음극판(15)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다.
양극판(13)에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체의 영역에 양극 탭(16)이 전기적으로 연결되어 있다. 음극판(15)에도 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체의 영역에 음극 탭(17)이 접속되어 있다.
양극판(13) 및 음극판(15)과, 탭들(16,17)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있으며, 탭들(16,17)이 전극 조립체(12)로부터 인출되는 경계부에는 탭과 두 전극판(13,15) 사이의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(18)가 각각 감겨질 수 있다.
세퍼레이터(14)는 양극판 및 음극판(13)(15)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판간의 단락을 방지하는데 유리하다.
캔(21)은 대략 직육면체의 형상을 가진 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 형성된다. 캔(21)의 개방된 상단을 통해 전극 조립체(12)가 수용되어 캔(11)은 전극 조립체 및 전해액의 용기 역할을 하게 된다. 캔(21)은 그 자체가 단자역할을 수행할 수 있다.
캡 조립체에는 캔(21)의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡 플레이트(31)가 마련되어 있다. 캡 플레이트(31)의 중앙부에는 전극 단자 (33)가 통과할 수 있도록 단자용 통공이 형성된다. 캡 플레이트(31)의 중앙부를 관통하는 전극 단자(33)와 캡 플레이트(31) 사이에는 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(32)이 설치된다.
캡 플레이트(31) 하면에는 절연 플레이트(34)가 배치되어 있다. 절연 플레이트(34)의 아랫면에는 단자 플레이트(35)가 설치되어 있다. 전극 단자(33)의 저면부는 단자 플레이트(35)와 전기적으로 연결되어 있다.
캡 플레이트(31) 하면에는 양극판(13)으로부터 인출된 양극 탭(16)이 용접되어 있으며, 전극 단자(33)의 하단부에는 음극판(15)으로부터 인출된 음극 탭(17)이 사행으로 접혀진 상태에서 용접된다.
한편, 전극 조립체(12)의 상면에는 전극 조립체(12)와 캡 조립체와의 전기적 절연을 위하고, 이와 동시에 상기 전극 조립체(12)의 상단부를 커버할 수 있도록 절연 케이스(40)가 설치된다. 절연 케이스(40)는 절연성을 가지는 고분자 수지, 가령 폴리프로필렌으로 된 것이 바람직하다. 절연 케이스(40)의 중앙부에는 음극 탭(17)이 통과할 수 있도록 음극탭용 홀(41)이 형성되고, 다른 측방에는 전해액 통과공(42)이 형성되어 있다. 전해액 통과공은 별도로 형성되지 않을 수 있다.
캡 플레이트(31)의 일측에는 이차전지 내부의 기체의 방출에 의해 생성된 내부압력을 해소하도록 안전구조물인 안전변(38)이 형성된다. 캡 플레이트(31)의 타측에는 전해액 주입구(39)가 형성되며, 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입구를 밀폐시키기 위하여 마개(36)가 설치된다. 마개(36)는 알루미늄이나 알루미늄 함유 금속으로 만든 볼형 모재를 전해액 주입구(39) 위에 놓고 기계적으로 전해액 주입 구(39)로 압입하여 형성한다. 밀봉을 위해 마개(36)는 전해액 주입구(39) 주변에서 캡 플레이트(36)에 용접된다. 캡 조립체는 캡 플레이트(31)의 주연부를 캔(21) 개구부 측벽에 용접하여 캔에 결합된다. 캡 플레이트(31)의 형태에 따라 캔(21)과의 용접이 캡 플레이트(110)의 상부 또는 측부에서 이루어질 수 있다. 통상, 캔(21)과 캡 플레이트(21)의 용접은 용접의 편의성 때문에 캡 플레이트(21)의 상부에서 이루어진다. 이와 같은 캔(21)과 캡 플레이트(31)의 용접이 캡 플레이트(31)의 상부에서 이루어지는 일반적인 경우를 도 2를 참조하여 나타낼 것이다.
도 2는 도 1의 베어 셀에서 캔과 캡 조립체의 경계부가 용접된 후의 상태를 나타내는 상부의 일부 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상단 내부에 단차를 가진 캔(21)의 개구부 내면에 캡 플레이트(31)가 삽입되어 형성된 경계부에 레이저가 조사되어 용접부(37)가 형성된다.
상기와 같이 캔의 개구부를 캡 조립체로 밀봉하기 위해서 캔(21)의 개구부와 캡 플레이트(31)의 주연부가 접하는 그 경계부를 따라 레이저 용접을 수행하게 될 경우, 캡 조립체의 표면, 즉 캔(21)의 개구부와 캡 플레이트(31)의 주연부 사이의 경계부 부분에 레이저가 조사된다. 그런데, 이 경우 캡 조립체의 오픈된 표면부분에 조사되는 레이저로 발생된 열은 오픈된 표면 부분이 외부에 직접적으로 노출되어 있어 표면 밖 외부로 빠르게 발산되기 쉽다. 이에, 레이저 조사로 인해 발생된 열이 캡 플레이트(31)의 주연부와 캔(21)의 개구부가 접하는 그 경계부에 잔존하는 시간이 짧아 캔(21)의 개구부와 캡 플레이트(31) 주연부 사이의 경계부 깊은 곳, 즉, 캡 플레이트 두께방향의 하부까지 전달되기 어렵다. 이에 따라, 레이저 조사시 발생된 열에 의해 용융되어 형성되는 용접부(37)의 심도가 작아, 캔(21)과 캡 플레이트(31)가 용접되는 면적이 작아진다. 따라서, 캔(21)과 캡 조립체와의 결합력이 약해, 전지에 큰 충격이 가해질 경우 캔(21)과 캡 플레이트(31)와의 결합이 깨어지기 쉽다. 이로 인해, 캔(21)과 캡 플레이트(31)와의 깨어진 용접부분을 통해 전해액이 누액될 수 있어 전지의 용접 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 캡 조립체에 포함된 캡 플레이트의 주연부에 단차 또는 테이퍼를 형성하여 캔과의 용접시 용접부가 캔의 용융된 부분이 캡 플레이트의 주연부를 감싸 이루어짐으로써 캔과 캡 조립체의 용접성을 향상시킬 수 있는 각형 이차 전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 각형 이차 전지는 두 전극과 세퍼레이터를 구비하여 이루어지는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 금속 캔, 상기 전극 조립체의 인입구가 되는 상기 금속 캔의 개구부를 마감하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지며, 상기 캔의 개구부와 상기 캡 조립체에 포함되는 캡 플레이트 주연부와의 용접부가 상기 캡 플레이트의 상면부터 하부 방향으로 적어도 상기 캡 플레이트 두께의 절반까지 형성됨을 특징으로 한다.
상기 용접부는 상기 캔 개구부 내측면 상부가 용융되어 상기 캡 플레이트의 주연부를 감싼 형태로 이루어질 수 있다.
상기 용접부는 단차진 또는 테어퍼진 주연부를 가진 캡 플레이트를 이용하여 상기 캔의 개구부 내면과 용접되어 이루어질 수 있다.
상기 단차진 캡 플레이트의 주연부는 두께방향의 중간에 단턱면을 가지며, 상기 단턱면을 중심으로 상부에 위하는 제 1 주연부가 상기 캔의 개구부 내측면과 이격되어 형성되고 하부에 위치하는 제2 주연부가 상기 캔의 개구부와 맞닿게 형성되어 이루어질 수 있다.
상기 테이퍼진 캡 플레이트의 주연부는 두께방향의 중간을 중심으로 상부에 위치하는 제 1 주연부가 상부에서 하부로 갈수록 넓어지는 테이퍼 형상으로 형성되고 하부에 위치하는 제 2 주연부가 상기 캔의 개구부와 맞닿게 형성되어 이루어질 수 있다.
상기 캔의 개구부 상단의 내측벽은 상기 캡 플레이트가 삽입되도록 단턱면이 형성될 수 있다.
상기 캔의 개구부와 상기 캡 플레이트의 주연부는 레이저 조사에 의해 용접될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 각형 이차 전지의 제조 방법은 두전극 및 상기 두 전극 사이에 세퍼레이터가 개재되어 권취된 전극 조립체를 준비하는 단계와; 상기 전극 조립체를 수용하기 위해 개구부가 형성된 직육면체형으로 이루어지며, 상기 개구부 상단의 내측벽에 단턱면을 갖는 캔을 준비하는 단계와; 단차지거나 테어퍼진 주연부를 갖는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 준비하는 단계 와; 상기 전극 조립체를 상기 캔에 수용하는 단계; 및 상기 전극 조립체가 수용된 캔의 개구부를 상기 캡 조립체로 마감하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 캔의 개구부를 상기 캡 조립체로 마감하는 단계는 상기 캔의 개구부와 상기 캡 조립체의 주연부를 레이져 조사로 용접하는 것을 포함할 수 있다.
상기 캔 개구부 내측면 상부가 상기 레이저 조사에 의해 용융되어 상기 캡 플레이트의 주연부를 감쌀 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차 전지의 베어 셀 구성을 나타내는 상부 단면도이고, 도 4는 도 3의 베어 셀에서 캔과 캡 조립체의 경계부가 용접된 후의 상태를 나타내는 상부의 일부 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차 전지의 베어 셀은 대략 직육면체로 형성되는 각형 캔(121)과, 이 캔(121)의 내부에 수용되는 전극 조립체(112)와, 캔(121)의 개방된 상단과 결합하여 캔 상단을 밀봉하는 캡 조립체를 구비하여 이루어진다. 캡 조립체에는 단차진 형상의 주연부(131a)를 갖는 캡 플레이트(131)가 형성된다.
전극 조립체(112)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 양극판(113), 세퍼레이터(114), 음극판(115)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다.
양극판(113)에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체의 영역에 양극 탭(116)이 전기적으로 연결되어 있다. 음극판(115)에도 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체의 영역에 음극 탭(117)이 접속되어 있다.
양극판(113) 및 음극판(115)과, 탭들(116,117)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있으며, 탭들(116,117)이 전극 조립체(112)로부터 인출되는 경계부에는 탭과 두 전극판(113,115) 사이의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(118)가 각각 감겨질 수 있다.
세퍼레이터(114)는 양극판 및 음극판(113)(115)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판간의 단락을 방지하는데 유리하다.
캔(121)은 대략 직육면체의 형상을 가진 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 형성된다. 캔(121)의 개방된 상단을 통해 전극 조립체(112)가 수용되어 캔(121)은 전극 조립체 및 전해액의 용기 역할을 하게 된다. 캔(121)은 그 자체가 단자역할을 수행할 수 있다. 여기서, 캔(121)의 개구부 상단 내측에 하기할 캡 조립체가 삽입되어, 캡 조립체 상면에서 용접이 이루어지도록 캔(121)의 개구부 내측에 단차에 의한 단턱면(121a)이 형성된다.
캡 조립체에는 캔 개구부와 용접이 이루어지는 캡 플레이트(131)가 마련되어 있다. 캡 플레이트(131)의 중앙부에는 전극 단자(133)가 통과할 수 있도록 단자용 통공이 형성된다. 캡 플레이트(131)의 중앙부를 관통하는 전극 단자(133)와 캡 플레이트(131) 사이에는 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(132)이 설치된다.
캡 플레이트(131) 하면에는 절연 플레이트(134)가 배치되어 있다. 절연 플레이트(134)의 아랫면에는 단자 플레이트(135)가 설치되어 있다. 전극 단자(133)의 저면부는 단자 플레이트(135)와 전기적으로 연결되어 있다.
캡 플레이트(131) 하면에는 양극판(113)으로부터 인출된 양극 탭(116)이 용접되어 있으며, 전극 단자(133)의 하단부에는 음극판(115)으로부터 인출된 음극 탭(117)이 사행으로 접혀진 상태에서 용접된다.
한편, 전극 조립체(112)의 상면에는 전극 조립체(112)와 캡 조립체와의 전기적 절연을 위하고, 이와 동시에 상기 전극 조립체(112)의 상단부를 커버할 수 있도록 절연 케이스(140)가 설치된다. 절연 케이스(140)는 절연성을 가지는 고분자 수지, 가령 폴리프로필렌으로 된 것이 바람직하다. 절연 케이스(140)의 중앙부에는 음극 탭(117)이 통과할 수 있도록 음극탭용 홀(141)이 형성되고, 다른 측방에는 전해액 통과공(142)이 형성되어 있다. 전해액 통과공은 별도로 형성되지 않을 수 있다.
캡 플레이트(131)의 일측에는 이차전지 내부의 기체의 방출에 의해 생성된 내부압력을 해소하도록 보호구조물인 안전변(138)이 형성된다. 캡 플레이트(131)의 타측에는 전해액 주입구(139)가 형성되며, 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입구를 밀폐시키기 위하여 마개(136)가 설치된다. 마개(136)는 알루미늄이나 알루미늄 함유 금속으로 만든 볼형 모재를 전해액 주입구(139) 위에 놓고 기계적으로 전해액 주입구(139)로 압입하여 형성한다. 밀봉을 위해 마개(136)는 전해액 주입구(139) 주변에서 캡 플레이트(131)에 용접된다.
또한, 본 발명의 특징부인 캡 플레이트(131)는 단차진 형상의 주연부(131a)를 가진다. 캡 플레이트(131)의 주연부(131a)는 두께방향의 중간에 단턱면(131d)과, 단턱면(131d)의 상부에 위치하는 제 1 주연부(131b), 및 단턱면(131d)의 하부 에 위치하는 제 2 주연부(131c)를 포함한다.
이러한 구조를 갖는 캡 조립체를 캔(121)의 개구부 상단에 삽입할 경우, 캡 플레이트(131)의 제 1 주연부(131b)는 단턱면(131d)으로 인해 캔(121)의 개구부 내측면 사이에 이격 거리를 가지며, 제 2 주연부(131c)는 캔(121)의 개구부 내측면과 맞닿는다.
이러한 상태에서, 캔(121)의 개구부와 캡 플레이트(131)의 주연부(131a)사이의 경계부에 레이저가 조사되면, 레이저 조사로 발생된 열이 경계부 부분에 위치하는 캔(121)의 개구부와 캡 플레이트(131)의 주연부(131a)를 용융시켜 용접부(137)를 형성한다. 이에 따라 캡 조립체가 캔(121)에 결합된다.
도 3 및 도 4를 참조하여 자세히 설명하면, 캔(121)의 개구부 내측면 일부와 이격된 거리를 갖는 주연부(131a)를 포함하는 캡 플레이트(131)가 레이저 조사에 의해 캔(121)에 용접시, 레이저 조사는 캡 조립체의 상부, 즉 캔(121)의 개구부와 캡 플레이트(131)의 주연부(131a) 사이의 경계부에서 이루어진다. 이 때, 레이저 조사로 발생된 열이 캔(121) 상단을 용융시켜 용융된 부분이 캡 플레이트 주연부(131a)의 단턱면(131d)과 제 1 주연부(131b)를 감싸 용접부(137)를 형성한다. 물론, 레이저 조사시 경계부 부분의 캡 플레이트(131)도 단턱면(131d) 부분으로 용융된다. 상기와 같이 캔(121)의 개구부와 캔 개구부 내측면 일부와 캡 플레이트 주연부(131a) 사이에 이격된 거리로 형성된 공간은 캡 플레이트(131) 상부 표면 외부와 직접적으로 접하지 않기 때문에, 캔 개구부와 캡 플레이트 주연부 사이의 경계부에 레이저가 조사될때 발생한 열이 캡 플레이트 상부표면 외부로 발산되는 속도가 종 래의 캡 플레이트의 주연부와 캔 개구부 사이의 경계부에 레이저가 조사될 때 발생된 열이 캡 플레이트 상부표면 외부로 발산되는 속도보다 늦다. 이에 따라, 경계부에 잔존하는 열이 캡 플레이트(131)의 주연부(131a)와 캔(121) 개구부 사이의 경계부 깊은 곳, 즉 캡 플레이트 두께방향의 하부까지 전달될 수 있어, 캔(121)의 개구부와 캡 플레이트 주연부(131a) 사이에 형성되는 용접부(137)가, 도 4에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트의 상면부터 하부 방향으로 적어도 캡 플레이트 두께의 절반까지 이를 수 있다. 이에 따라, 레이저 조사로 발생된 열로 용융되어 형성되는 용접부(137)의 심도가 커짐으로, 캔(121)과 캡 플레이트(131)가 용접되는 면적이 커져 캔(131)과 캡 조립체와의 결합력이 종래의 각형 이차 전지에서보다 강화될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 전지는 외부 충격에 대해 저항력이 높아져 캔(121)과 캡 플레이트(131)와의 깨어진 용접부분으로 인해 발생되는 전해액 누액현상을 방지할 수 있어, 용접 신뢰성을 높일 수 있다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 각형 이차 전지의 베어 셀에서 캔과 캡 조립체의 경계부가 용접되기 전의 상태를 나타내는 상부 단면도이고, 도 6는 도 5의 베어 셀에서 캔과 캡 조립체의 경계부가 용접된 후의 상태를 나타내는 상부의 일부 단면도이다.
도 5의 본 발명의 다른 실시예에 따른 각형 이차 전지는 도 3의 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차 전지와 비교하여 캡 플레이트의 구조만 다를뿐 동일한 구성을 갖는다. 이에, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 각형 이차 전지의 특징부인 캡 플레이트(231) 는 테이퍼진 형상의 주연부(231a)를 가진다. 캡 플레이트(231)의 주연부(231a)는 두께방향의 중간을 중심으로 상부에 위치하는 제 1 주연부(231b)와, 하부에 위치하는 제 2 주연부(231c)를 포함한다. 여기서, 제 1 주연부(231b)는 캡 플레이트(231)의 상면 끝단에서 캡 플레이트(231)의 두께방향의 중간으로 갈수록 넓어지는 테이퍼 형상으로 형성된다.
이러한 구조를 갖는 캡 조립체를 캔(221)의 개구부 상단에 삽입할 경우, 캡 플레이트(231)의 제 1 주연부(231b)는 테이퍼진 부분으로 인해 캔(221)의 개구부 내측면 사이에 이격 거리를 가지며, 제 2 주연부(231c)는 캔(221)의 개구부 내측면과 맞닿는다.
이러한 상태에서, 캔(221)의 개구부와 캡 플레이트(231)의 주연부(231a)사이의 경계부에 레이저가 조사되면, 레이저 조사로 발생된 열이 경계부 부분에 위치하는 캔(221)의 개구부와 캡 플레이트(231)의 주연부(231a)를 용융시켜 용접부(237)를 형성한다. 이에 따라 캡 조립체가 캔(221)에 결합된다.
도 5 및 도 6을 참조하여 자세히 설명하면, 캔(221)의 개구부 내측면 일부와 이격된 거리를 갖는 주연부(231a)를 포함하는 캡 플레이트(231)가 레이저 조사에 의해 캔(221)에 용접시, 레이저 조사는 캡 조립체의 상부, 즉 캔(221)의 개구부와 캡 플레이트(231)의 주연부(231a) 사이의 경계부에서 이루어진다. 이 때, 레이저 조사로 발생된 열이 캔(221) 상단을 용융시켜 용융된 부분이 캡 플레이트 주연부(231a)의 테이퍼진 제 1 주연부(231b)를 감싸 용접부(237)를 형성한다. 물론, 레이저 조사시 경계부 부분의 캡 플레이트(231)도 테이퍼진 제 1 주연부(231b) 부분을 따라 용융된다. 상기와 같이 캔(221)의 개구부와 캔 개구부 내측면 일부와 캡 플레이트 주연부(231a) 사이에 이격된 거리로 형성된 공간은 캡 플레이트(231) 상부 표면 외부와 직접적으로 접하지 않기 때문에, 캔 개구부와 캡 플레이트 주연부 사이의 경계부에 레이저가 조사될 때 발생한 열이 캡 플레이트 상부 표면 외부로 발산되는 속도가 종래의 캡 플레이트의 주연부와 캔 개구부 사이의 경계부에 레이저가 조사될때 발생된 열이 캡 플레이트 상부 표면 외부로 발산되는 속도보다 늦다. 이에 따라, 경계부에 잔존하는 열이 캡 플레이트(231)의 주연부(231a)와 캔(221) 개구부 사이의 경계부 깊은 곳, 즉, 캡 플레이트 두께방향의 하부까지 전달될 수 있어, 캔(221)의 개구부와 캡 플레이트 주연부(231a) 사이에 형성되는 용접부(237)가, 도 6에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트의 상면부터 하부 방향으로 적어도 캡 플레이트 두께의 절반까지 이를 수 있다. 이에 따라, 레이저 조사로 발생된 열로 용융되어 형성되는 용접부(237)의 심도가 커짐으로써, 캔(221)과 캡 플레이트(231)가 용접되는 면적이 커져 캔(231)과 캡 조립체와의 결합력이 종래의 각형 이차 전지에서보다 강화될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 각형 이차 전지는 외부 충격에 대해 저항력이 높아져 캔(221)과 캡 플레이트(231)와의 깨어진 용접부분으로 인해 발생되는 전해액 누액현상을 방지할 수 있어, 용접 신뢰성을 높일 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 각형 이차 전지가 제조되는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 각형 이차 전지의 제조방법은 다음과 같 다.
우선, 전극 조립체 준비 단계(S11)에서는, 양면에 양극 활물질이 도포된 양극판과, 세퍼레이터와, 양면에 음극 활물질이 도포된 음극을 순서대로 배치하고, 배치된 양극과 음극 및 세퍼레이터를 맨드렐(mendrel)과 같은 권취기를 이용해 젤리롤형(jelly-roll type)으로 권취하여 형성된 전극 조립체를 준비한다.
그리고, 캔 준비 단계(S12)에서는, 알루미늄 혹은 알루미늄 함금등의 금속으로 전극 조립체를 수용할 수 있도록 개구부를 갖는 직육면체형의 캔을 형성한다. 이러한 개구부를 갖는 캔을 형성하는 데는 주로 드로잉(drawing) 방법이 이용된다. 여기서, 캔의 개구부 상단의 내측벽에는 단차로 이루어진 단턱면을 형성한다. 이는 하길될 캡 조립체가 캔의 단턱면에 삽입되어 용접 편의상 레이저 용접이 캡 조립체의 상방에서 이루어지도록 하기 위한 것이다.
캡 조립체 준비 단계(S13)에서는, 캔을 준비하는 단계(S12)에서 형성된 캔의 개구부에 결합되는 캡 플레이트와, 캡 플레이트에 가스켓을 매개로 하여 삽입되는 전극 단자와, 캡 플레이트의 아랫면에 설치되는 절연 플레이트와, 절연 플레이트의 아랫면에 설치되어 음극단자와 통전되는 단자 플레이트를 포함하여 이루어지는 캡 조립체를 준비한다. 여기서, 캡 플레이트는 캔에 대응되는 판형으로서 주연부에는 단차 또는 테이퍼를 형성한다. 이와 같이 단차진 또는 테이퍼진 주연부를 갖는 캡 플레이트는 금형방법, 그라인딩(grinding)방법 또는 펀치 방법등 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 이에 본 발명에서 캡 플레이트를 형성하는 방법을 한정하지는 않는다.
상기의 전극 조립체 준비 단계(S11), 캔 준비 단계(S12), 및 캡 조립체 준비 단계(S13)는 정해진 순서가 없으므로 어느 단계가 먼저 이루어져도 무방하다.
다음으로, 전극 조립체를 캔에 수용하는 단계(S14)에서는, 전극 조립체 준비 단계(S11)에서 형성된 전극 조립체를 캔 준비 단계(S12)에서 형성된 캔의 개구부에 삽입하다.
마지막으로, 캔의 개구부를 캡 조립체로 마감하는 단계(S15)에서는, 전극 조립체를 캔에 수용하는 단계(S14)를 거친 캔의 개구부를 캡 조립체를 준비하는 단계(S13)에서 형성된 캡 조립체로 마감하여 각형 이차 전지를 완성한다.
캔의 개구부를 캡 조립체로 마감하는 단계(S15)를 자세히 설명하면, 내측면에 단턱면이 형성된 캔에 캡 조립체에 포함된 캡 플레이트를 삽입한다. 이경우, 캔에 캡 플레이트를 용접하기 위한 레이저 용접은 캡 조립체의 상방에서 이루어진다. 캔 개구부 상단과 캡 플레이트이 주연부 사이의 경계부에 레이저가 조사되면, 경계부에 발생된 열이 캔 상단을 용융시켜 용융된 부분이 캡 플레이트의 단차진 부분 또는 테이퍼진 주연부 부분을 감싸 용접부를 형성한다. 물론, 레이저 조사시 경계부의 캡 플레이트 부분도 단차진 부분 또는 테이퍼진 주연부 부분을 따라 용융된다.
상기와 같이 캔과 캡 플레이트를 용접하기 위해, 캔의 개구부 상단에 캡 플레이트를 삽입할 경우, 단차진 또는 테이퍼진 캡 플레이트의 주연부로 인해 캡 플레이트의 주연부와 캔의 개구부 내측면 일부 사이에는 공간이 형성된다. 이러한 공간은 캡 플레이트 상부 표면 외부와 직접적으로 접하지 않기 때문에, 캔 개구부와 캡 플레이트 주연부 사이의 경계부에 레이저가 조사될 때 발생한 열이 캡 플레이트 상부 표면 외부로 발산되는 속도가 종래의 캡 플레이트의 주연부와 캔 개구부 사이의 경계부에 레이저가 조사될때 발생된 열이 캡 플레이트 상부 표면 외부로 발산되는 속도보다 늦다. 이에 따라, 경계부에 잔존한 열이 캡 플레이트의 주연부와 캔 개구부 사이의 경계부 깊은 곳, 즉, 캡 플레이트 두께방향의 하부에 전달될 수 있어, 캔의 개구부와 캡 플레이트 주연부 사이에 형성되는 용접부가 캡 플레이트의 상면부터 하부 방향으로 적어도 캡 플레이트 두께의 절반까지 이를 수 있다. 이에 따라, 레이저 조사로 발생된 열로 용융되어 형성되는 용접부의 심도가 커짐으로, 캔과 캡 플레이트 용접되는 면적이 커져 캔과 캡 조립체와의 결합력이 종래의 각형 이차 전지에서보다 강화될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 각형 이차 전지의 제조방법은 외부 충격에 대해 저항력이 높아져 캔과 캡 플레이트와의 깨어진 용접부분으로 인해 발생되는 전해액 누액현상을 방지할 수 있어, 전지의 용접 신뢰성을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 각형 이차 전지는 캡 플레이트의 주연부에 단차진 단차부 또는 테이퍼를 형성하여 캔 개구부 내측면 상단 일부와 단차부 또는 테이퍼를 갖는 캡 플레이트 사이에 공간이 형성된다. 이러한 공간에는 캔 개구부와 캡 플레이트 주연부 사이의 경계부에 레이저가 조사되어 발생된 열이 잔존하여 그 잔존한 열이 경계부의 깊은 곳까지 전달될 수 있어, 캔의 개구부와 캡 플레이트 주연부 사이에 형성된 용접부의 심도가 종래의 각형 이차 전지에서 형성된 용접부의 심도보다 커진다. 이에 따라, 캔과 캡 조립체와의 결합력이 종래의 각형 이차 전지에서보다 강화될 수 있다. 따라서, 본 발명의 따른 각형 이차 전지는 외부 충격에 대해 저항력이 높아져 깨어진 용접부로 인해 발생되는 전해액 누액현상을 방지할 수 있어, 용접 신뢰성을 높일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
Claims (10)
- 두 전극과 세퍼레이터를 구비하여 이루어지는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 금속 캔, 상기 전극 조립체의 인입구가 되는 상기 금속 캔의 개구부를 마감하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 각형 이차 전지에 있어서,상기 캔의 개구부와 상기 캡 조립체에 포함되는 캡 플레이트 주연부와의 용접부가 상기 캡 플레이트의 상면부터 하부 방향으로 적어도 상기 캡 플레이트 두께의 절반까지 형성됨을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 용접부는 상기 캔 개구부 내측면 상부가 용융되어 상기 캡 플레이트의 주연부를 감싼 형태로 이루어짐을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 용접부는 단차진 또는 테어퍼진 주연부를 가진 캡 플레이트를 이용하여 상기 캔의 개구부 내면과 용접되어 이루어짐을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
- 제 3항에 있어서,상기 단차진 캡 플레이트의 주연부는 두께방향의 중간에 단턱면을 가지며, 상기 단턱면을 중심으로 상부에 위치하는 제 1 주연부가 상기 캔의 개구부 내측면 과 이격되어 형성되고 하부에 위치하는 제2 주연부가 상기 캔의 개구부와 맞닿게 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
- 제 3항에 있어서,상기 테이퍼진 캡 플레이트의 주연부는 두께방향의 중간을 중심으로 상부에 위치하는 제 1 주연부가 상부에서 하부로 갈수록 넓어지는 테이퍼 형상으로 형성되고 하부에 위치하는 제 2 주연부가 상기 캔의 개구부와 맞닿게 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 캔의 개구부 상단의 내측벽은 상기 캡 플레이트가 삽입되도록 단턱면이 형성됨을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 캔의 개구부와 상기 캡 플레이트의 주연부는 레이저 조사에 의해 용접됨을 특징으로 하는 각형 이차 전지.
- 두전극 및 상기 두 전극 사이에 세퍼레이터가 개재되어 권취된 전극 조립체를 준비하는 단계와;상기 전극 조립체를 수용하기 위해 개구부가 형성된 직육면체형으로 이루어 지며, 상기 개구부 상단의 내측벽에 단턱면을 갖는 캔을 준비하는 단계와;단차지거나 테어퍼진 주연부를 갖는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 준비하는 단계와;상기 전극 조립체를 상기 캔에 수용하는 단계; 및상기 전극 조립체가 수용된 캔의 개구부를 상기 캡 조립체로 마감하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지의 제조 방법.
- 제 8항에 있어서,상기 캔의 개구부를 상기 캡 조립체로 마감하는 단계는상기 캔의 개구부와 상기 캡 조립체의 주연부를 레이져 조사로 용접하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지의 제조 방법.
- 제 9항에 있어서,상기 캔 개구부 내측면 상부가 상기 레이저 조사에 의해 용융되어 상기 캡 플레이트의 주연부를 감싸는 것을 특징으로 하는 각형 이차 전지의 제조 방법.
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