KR20100025961A - 밀착성이 우수한 각형 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각형의 전지케이스에 전극조립체를 내장하고 있는 전지로서, 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트는 고정 지그에 의한 전지케이스의 측면 가압시 전지케이스의 상단 내측면과 밀착되도록 그것의 양측 대향 측면이 하향 테이퍼(경사면) 구조로 되어 있는 각형 전지를 제공한다.

Description

밀착성이 우수한 각형 전지 {Prismatic Battery of Excellent Adherence}

본 발명은 밀착성이 우수한 각형 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각형의 전지케이스에 전극조립체를 내장하고 있는 전지로서, 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트는 고정 지그에 의한 전지케이스의 측면 가압시 전지케이스의 상단 내측면과 밀착되도록 그것의 양측 대향 측면이 하향 테이퍼(경사면) 구조로 되어 있는 각형 전지에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류된다. 최근에는, 모바일 기기의 소형화에 따라 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 있다.

그 중, 각형 전지는 각형의 전지케이스 내부에 양극, 음극 및 분리막으로 구성된 전극조립체를 내장하고 상단에 베이스 플레이트를 용접 등의 방법으로 장착한 뒤, 베이스 플레이트에 형성되어 있는 전해액 주입구를 통해 전지케이스 내부에 전해액을 주입하고 금속 볼을 이용하여 밀봉하며, 그 위에 안전소자와 보호회로 부재 등을 실장한 뒤, 하우징(외부 케이스)으로 밀봉하여 제조된다.

상기와 같은 각형 전지의 예로서, 도 1에는 종래기술에 따른 각형 전지의 상부를 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 A 부위에 대한 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 종래의 각형 전지(100)에서 베이스 플레이트(110)의 중앙에는 전극조립체(111)의 전극(예를 들어 음극) 탭에 연결되어 있는 전극단자(112)가 돌출되어 있고, 전지케이스(120)의 개방 상단에 밀착되도록 구성되어 있다. 또한, 베이스 플레이트(110)는 수직 단면상 사각 판재의 형태로서, 양측 하단 모서리는 베이스 플레이트(110)를 전지케이스(120)의 내측면에 상부로부터 삽입하기 용이하도록 테이퍼(115) 구조로 이루어져 있다.

도 3에는 도 1의 전지케이스가 전지셀의 제조 과정에서 고정 지그에 의해 가압된 상태를 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 B 부위를 확대한 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지케이스(120)를 고정 지그(130)의 내부에 삽입하고 전지케이스(120)의 상단에 베이스 플레이트(110)를 위치시킨다. 이러한 과정에서, 전지케이스(120)와 베이스 플레이트(110)의 밀착을 위해 고정 지그(130)를 전지케이스(120)의 내측 방향으로 가압한다. 이 때, 전지케이스(120)의 상부는 절곡점(132)을 기준으로 전지케이스(120)의 외측 방향으로 절곡되는 형태가 되므로, 베 이스 플레이트(110)와 전지케이스(120)의 접촉 부위는 소정의 길이(a3)만큼 벌어진다. 상기 길이(a3)는 벌어진 각도(a1)에 해당하는 크기로서 a2 ×sin(a1)의 수식으로 표현된다.

다음 과정으로, 전지케이스(120)와 베이스 플레이트(110)의 접촉 계면 부위를 상부로부터 레이저 용접을 수행하면, 벌어진 길이(a3)로 인해 열 손실이 발생하여 용접 부위(140)의 용접 깊이(a4)가 작아지므로, 전지케이스(120)와 베이스 플레이트(110)의 밀착성이 저하되고, 레이저 빔이 벌어진 길이 (a3)를 통과하여 각형 전지 내부로 유입되는 문제점이 발생한다.

따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 고정 지그에 의한 전지케이스의 측면 가압시 전지케이스의 상부가 외측방향으로 벌어지더라도 전지케이스와 베이스 플레이트의 밀착성을 향상시킬 수 있는 특정 구조의 베이스 플레이트를 포함하는 각형 전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전지케이스와 베이스 플레이트의 접촉면을 상부로 부터 레이저에 의한 용접시 용접 부위에서 열 손실이 발생하는 것을 최소화하고, 레이저 빔이 전지셀 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 구조로 이루어진 각형 전지를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 각형 전지는 각형의 전지케이스에 전극조립체를 내장하고 있는 전지로서, 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트는 고정 지그에 의한 전지케이스의 측면 가압시 전지케이스의 상단 내측면과 밀착되도록 그것의 양측 대향 측면이 하향 테이퍼(경사면) 구조로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명의 각형 전지는 베이스 플레이트의 양측면이 하향 테이퍼를 가진 경사면 구조로 구성되어 있어서, 전지셀(또는 전지)의 제조과정에서 고정 지그를 사용하여 전지케이스의 측면을 가압할 때, 전지케이스의 상부가 외측 방향으로 벌어지더라도, 상기 테이퍼 구조에 의해 벌어진 크기가 보상되므로, 베이스 플레이트와 전지케이스의 접촉면을 밀착시킬 수 있다.

또한, 상기 베이스 플레이트의 경사면 구조에 의해 베이스 플레이트와 전지케이스의 밀착성이 향상되므로, 경사면 구조가 없는 베이스 플레이트와 비교하여 베이스 플레이트와 전지케이스의 접촉면에 대한 레이저 용접시 용접 깊이가 증가되고, 이는 용접 부위의 용접성을 향상시켜 각형 전지의 내구성을 증가시킬 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 경사면의 각도는 고정 지그에 의한 측면 가압 시 외향 절곡되는 전지케이스의 내측 각도와 일치하도록 구성될 수 있다.

즉, 전지케이스와 베이스 플레이트의 밀착을 위해 고정 지그를 사용하여 전지케이스의 측면을 가압하는 경우, 전지케이스는 고정 지그의 상단면과 접하는 위치(절곡점)를 기준으로 소정의 내측 각도를 가지면서 외향으로 절곡되는 바, 전지케이스의 내측 각도에 베이스 플레이트의 경사면 각도를 일치시킴으로써, 상호간의 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 구조에서, 경사면의 각도는 예시적으로, 0.1 내지 10 도로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는, 하향 내측으로 경사진 구조일 수 있다. 경사면의 각도가 상기 예시 범위를 벗어나는 경우 소망하는 베이스 플레이트와 전지케이스의 밀착성을 확보하기 어려우므로 바람직하지 않다.

상기 고정 지그는 전지케이스의 개방 상단면으로부터 0.5 내지 3 mm만큼 하향 이격된 위치에서 전지케이스의 측면을 가압하여 고정하는 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 하향 이격된 위치는 상기 전지케이스의 상단면을 기준으로 그것의 하부 방향으로 이격되어 있는 거리를 의미한다.

구체적으로, 상기 하향 이격된 위치가 0.5 mm 보다 작은 경우, 레이저 용접 후 고정 지그와 전지케이스가 서로 달라붙어 상호 분리하기가 용이하지 않고, 반대로, 3 mm 보다 큰 경우, 전지케이스의 상부가 외측 방향으로 많이 벌어져서, 궁극적으로 전지케이스와 베이스 플레이트의 밀착성을 감소시키는 문제점이 있으므로 바람직하지 않다.

더욱 바람직하게는, 상기 고정 지그는 전지케이스의 개방 상단면으로부터 1 내지 2 mm 만큼 하향 이격된 위치에서 전지케이스의 측면을 가압하여 고정하는 구조로 이루어질 수 있다.

따라서, 이러한 구조는, 앞서 언급한 바와 같이, 레이저 용접시 고정 지그와 전지케이스가 서로 접착되는 것을 방지하면서 전지케이스와 베이스 플레이트를 용이하게 밀착시킬 수 있다.

상기 경사면 구조는 베이스 플레이트의 두께를 기준으로 10 내지 80%의 깊이로 형성될 수 있다. 여기서, 베이스 플레이트의 두께는 베이스 플레이트의 상단면으부터 베이스 플레이트의 하단면까지의 폭을 의미한다.

상기 베이스 플레이트는 전지케이스의 개방 상단을 밀봉하면서, 전지케이스에 내장되는 전극조립체의 전극 탭들에 연결되어 그 자체로서 전극단자 역할도 수행한다. 예를 들어, 베이스 플레이트의 중앙에는 베이스 플레이트의 기타 부위로부터 전기적으로 절연된 상태에서 소정의 돌출 단자가 형성되어 있고, 전극조립체의 제 1 전극 탭이 상기 돌출 단자에 접속되고, 전극조립체의 제 2 전극 탭이 베이스 플레이트의 상기 기타 부위에 접속되는 구조일 수 있다. 따라서, 베이스 플레이트는 전기 전도성의 소재라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는 알루미늄으로 이루어질 수 있다.

상기 고정 지그는 전지셀의 제조를 위해 베이스 플레이트를 전지케이스의 개방 상단에 위치 및 고정시키는 과정에서 전지케이스를 정위치 고정시키기 위해 사용되는 지그로서, 예를 들어 베이스 플레이트의 양 측면과 전지케이스의 상단 내측면을 용접에 의해 결합하기 위해 사용되는 용접용 지그일 수 있다.

따라서, 상기 용접용 지그는, 전지케이스의 상단 내측면과 베이스 플레이트의 양 측면을 용접하기 위해, 기본적으로 전지케이스와 베이스 플레이트를 상호 용이하게 고정시킬 수 있는 구조로 이루어져 있으며, 필요에 따라 일부 변형된 구조도 가능함은 물론이다.

본 발명은 또한, 상기 각형 전지의 제조방법을 제공한다.

구체적으로, 상기 각형 전지의 제조방법은, 고정 지그에 의해 전지케이스의 측면을 가압하여 고정하는 과정, 전지케이스의 개방 상단에 베이스 플레이트를 위치시키는 과정, 베이스 플레이트와 전지케이스의 접촉면을 상부로부터 레이저 용접하는 과정으로 구성될 수 있다.

상기 과정의 일부는 순서가 변경될 수도 있으며, 이는 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 전지케이스의 개방 상단에 베이스 플레이트를 위치시키는 과정이 먼저 수행되고, 그런 다음, 고정 지그에 의해 전지케이스의 측면을 가압하여 고정하는 과정이 수행될 수도 있다.

상기 각형 전지의 제조방법에 따르면, 고정 지그에 의한 전지케이스의 측면 가압시 베이스 플레이트를 전지케이스의 상단 내측면과 밀착된 상태에서, 전지케이스와 베이스 플레이트의 접촉면을 상부로부터 레이저 용접함으로써, 제조 공정성을 향상시킬 수 있고, 레이저 용접시 레이저 빔이 전지셀 내부로 유입되어 각형 전지의 성능을 감소시키는 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 각형 전지의 제조시 각형 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트를 제공한다.

상기 베이스 플레이트는, 중앙에는 베이스 플레이트 본체로부터 전기적으로 절연된 상태로 돌출 단자가 형성되어 있고, 고정 지그에 의한 전지케이스의 측면 가압시 전지케이스의 상단 내측면과 밀착되는 각도로 양측 대향 측면이 하향 테이퍼(경사면) 구조로 구성되어 있다.

따라서, 상기 베이스 플레이트는 양측 대향 측면이 하향 테이퍼 구조로 형성되어 있으므로, 앞서 설명한 바와 같이, 베이스 플레이트를 각형 전지케이스의 개방 상단에 위치시키고 고정 지그에 의해 전지케이스의 측면을 가압하거나, 또는 고정 지그에 의해 전지케이스의 측면을 가압한 상태에서 베이스 플레이트를 각형 전지케이스의 개방 상단에 위치시킬 때, 전지케이스와 베이스 플레이트의 밀착성이 크게 향상된다.

하나의 예시로서, 상기 베이스 플레이트는 중앙에 전극조립체의 전극(예를 들어 음극) 탭에 연결되어 있는 전극단자가 돌출되어 있고, 상기 전극단자로부터 이격된 위치에서 베이스 플레이트 본체에 전해액 주입을 위한 전해액 주입구가 형성될 수 있다. 또한, 전극조립체의 다른 전극(예를 들어 양극)과 연결되어 그 자체로서 전극단자의 역할을 하는 베이스 플레이트 본체가 돌출된 전극단자와 전기적으로 절연될 수 있도록, 돌출된 전극단자와 베이스 플레이트 본체 사이에 소정의 절연부재가 개재될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 구체적으로 설명하지 만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 상부를 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 C 부위를 확대한 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 베이스 플레이트(210)는 중앙에 전극조립체(211)의 음극 탭에 연결되어 있는 전극단자(212)가 베이스 플레이트(210)의 본체와 절연된 상태로 돌출되어 있다.

또한, 베이스 플레이트(210)는 수직 단면상으로 양측 대향 측면이 하향 테이퍼(경사면) 구조(215)로 이루어져 있으므로, 도 7과 같이 고정 지그(230)에 의한 전지케이스(220)의 측면 가압시 전지케이스(220)의 상단 내측면과 용이하게 밀착된다.

베이스 플레이트(210)의 경사면은 베이스 플레이트(210)의 두께(t)를 기준으로 대략 70%의 깊이(b2)로 형성되어 있고, 전지케이스(220)의 내측면을 기준으로 대략 1도의 각도(b1)를 가지고 내측 방향으로 하향 테이퍼 되어 있다.

도 7에는 도 5의 각형 전지가 고정 지그에 의해 가압된 상태를 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 D 부위를 확대한 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 도 5와 함께 참조하면, 고정 지그(230)가 전지케이스(220)의 개방 상단면으로부터 대략 2 mm 거리(d)만큼 하향 이격된 위치에서 전지케이스(220) 의 측면을 가압하면, 전지케이스(220)의 상부는 절곡점(232)을 기준으로 외향으로 도 4와 같이 소정의 각도(a1)를 가지고 벌어지게 되고, 이 때 벌어진 전지케이스(220)의 상단 내측면은 베이스 플레이트(210)의 경사면(215)과 밀착된다.

다음으로, 전지케이스(220)의 개방 상단에 베이스 플레이트(210)를 위치시킨 후, 베이스 플레이트(210)와 전지케이스(220)의 접촉면을 상부로부터 레이저 용접하여, 각형 전지를 완성하게 된다.

경우에 따라서는, 전지케이스(220)의 개방 상단에 베이스 플레이트(210)를 위치시킨 후, 고정 지그(230)에 의해 전지케이스(220)의 측면을 가압한 다음, 베이스 플레이트(210)와 전지케이스(220)의 접촉면을 상부로부터 레이저 용접을 수행할 수도 있다.

도 8과 같이, 전지케이스(220)와 베이스 플레이트(210)는 상호 완전히 밀착된 상태에서 레이저 용접이 수행되므로, 용접시 열손실이 적게 되고, 이는 도 4의 용접 깊이(a4)보다 더 깊은 용접 깊이(b4)를 가지게 하며, 상호간의 결합력을 더욱 향상시킨다.

또한, 전지케이스(220)와 베이스 플레이트(210)의 접촉면은 베이스 플레이트(210)의 경사면 구조에 의해 완전히 밀착되어 있으므로, 레이저 용접시 레이저 빔이 각형 전지(200)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 각형 전지는 전지케이스의 개방 상 단에 장착되는 베이스 플레이트의 양측 대향 측면이 하향 테이퍼(경사면) 구조로 형성되어 있으므로, 고정 지그에 의한 전지케이스의 측면 가압시 전지케이스의 상단부가 외측방향으로 벌어지더라도 전지케이스와 베이스 플레이트를 완전히 밀착시킬 수 있다.

또한, 상기와 같이 고정 지그에 의한 전지케이스의 측면 가압시, 전지케이스와 베이스 플레이트가 완전히 밀착되므로, 전지케이스와 베이스 플레이트의 접촉면을 상부로부터 레이저에 의한 용접시 용접 부위에서 열 손실이 발생하는 것을 최소화하고, 레이저 빔이 전지셀 내부로 유입되는 것을 효과적으로 방지하여 각형 전지의 내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 각형 전지의 상부를 나타내는 모식도이다;

도 2는 도 1의 A 부위에 대한 부분 확대도이다;

도 3은 도 1의 전지케이스가 전지셀의 제조 과정에서 고정 지그에 의해 가압된 상태를 나타내는 모식도이다;

도 4는 도 3의 B 부위를 확대한 부분 확대도이다;

도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 상부를 나타내는 모식도이다;

도 6은 도 5의 C 부위를 확대한 부분 확대도이다;

도 7은 도 5의 각형 전지가 고정 지그에 의해 가압된 상태를 나타내는 모식도이다;

도 8은 도 7의 D 부위를 확대한 부분 확대도이다.

Claims (10)

1. 각형의 전지케이스에 전극조립체를 내장하고 있는 전지로서, 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트는 고정 지그에 의한 전지케이스의 측면 가압시 전지케이스의 상단 내측면과 밀착되도록 그것의 양측 대향 측면이 하향 테이퍼(경사면) 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 경사면의 각도는 고정 지그에 의한 측면 가압시 외향 절곡되는 전지케이스의 내측 각도와 일치하는 크기인 것을 특징으로 하는 각형 전지.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 경사면의 각도는 0.1 내지 10 도인 것을 특징으로 하는 각형 전지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 지그는 전지케이스의 개방 상단면으로부터 0.5 내지 3 mm만큼 하향 이격된 위치에서 전지케이스의 측면을 가압하여 고정하는 것을 특징으로 하는 각형 전지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 지그는 전지케이스의 개방 상단면으로부터 1 내지 2 mm 만큼 하향 이격된 위치에서 전지케이스의 측면을 가압하여 고정하는 것 을 특징으로 하는 각형 전지.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 경사면 구조는 베이스 플레이트의 두께를 기준으로 10 내지 80%의 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 전지.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 알루미늄으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 각형 전지.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 지그는 베이스 플레이트의 양 측면과 전지케이스의 상단 내측면을 용접에 의해 결합하기 위해 사용되는 용접용 지그인 것을 특징으로 하는 각형 전지.
9. 제 1 항에 따른 각형 전지를 제조하는 방법으로서, 고정 지그에 의해 전지케이스의 측면을 가압하여 고정하는 과정, 전지케이스의 개방 상단에 베이스 플레이트를 위치시키는 과정, 및 베이스 플레이트와 전지케이스의 접촉면을 상부로부터 레이저 용접하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 전지의 제조방법.
10. 각형 전지의 제조시 각형 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 베이스 플레이트로서, 중앙에는 베이스 플레이트 본체와 전기적으로 절연된 상태로 돌출 단자가 형성되어 있고, 고정 지그에 의한 전지케이스의 측면 가압시 전지케이스의 상단 내 측면과 밀착되는 각도로 양측 대향 측면이 하향 테이퍼(경사면) 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 전지용 베이스 플레이트.

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