KR20100111020A - 수지볼 이탈방지 구조의 헤더, 이러한 헤더가 설치된 전지, 및 이러한 전지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전해액 주입전지의 전지헤더의 전해액 주입구에 전해액 주입구 보다 큰 원주상에 홈을 형성하도록 하여 전해액 주입구의 하부가 상부보다 작아지도록 함으로써 제작이 간편한 전해액 주입구를 형성하는 한편, 하부가 작아진 전해액 주입구에 수지 볼을 삽입하도록 함으로써 수지 볼이 전지 케이스 내부로 이탈되는 것을 방지하도록 하여 세척액이 전해액과 혼합되는 것을 방지하며, 전해액이 전지 외부로 누액 되는 현상을 막을 수 있도록 하는 것이다.

전지 헤드, 전해액 주입구, 수지 볼, 금속 볼

Description

수지볼 이탈방지 구조의 헤더, 이러한 헤더가 설치된 전지, 및 이러한 전지의 제조방법{header with preventing structure for drop-out of resin ball, battery therewith, making method for battery therewith}

본 발명은 전해액을 전지 케이스의 내부하는 전지에서 전해액의 주입구 형상이 수지볼이 전지 케이스 내부로 빠지지 않도록 이루어진 수지볼 이탈방지 구조의 헤더와 이러한 헤더가 설치된 전지 및 이러한 전지를 제조하기 위한 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 전해액이 케이스에 저장되는 전지 구조를 설명하는 단면도이고, 도 2는 일반적인 헤더의 전해액 주입구에 수지 볼과 금속볼이 설치된 상태의 단면 영상이다.

도 1에 도시된 전지는 리튬 티오닐(Li/SOCl₂) 전지로서, 상부가 개방되고, 하부가 밀폐된 케이스(1) 내부에는 음극 집전체(5), 양극 집전체(3)와 세퍼레이터(7)가 설치되고, 케이스(1)의 상부면에는 헤더(9)가 용접된다. 헤더(9)에는 중앙 에 유리(glass)에 의하여 절연되도록 양극(13)이 설치되고, 양극(13)의 하부는 양극 집전체(3)의 중심에 삽입 도통되고, 상부는 헤더(9) 중심부로부터 상향 돌출된다. 또한, 헤더(9)에는 상하 관통된 전해액 주입구(17)가 형성된다.

케이스(1)의 내주면과 헤더(9)의 외주면을 용접에 의하여 결합시킨 후 케이스(1)의 내부를 진공펌프에 의하여 진공 시킨 후 전해액을 케이스 내부에 주입한 후 헤더(9)의 전해액 주입구(17)에 금속 볼(15)(통상적으로 스텐레스 재질로 제조되기 때문에 SUS 볼이라 함)을 설치하여 용접하여 전해액 주입구(17)를 밀봉시킨다. 그러나 전해액 주입구(17)와 금속 볼(15)의 용접면이 이물질로 오염되어 있을 경우에 계면저항이 증가하여 용접 중 폭비(暴飛)가 발생할 수 있고, 전해액의 원재료인 염화티오닐(SOCl₂)이 대기 중의 수분과 반응하여 생성된 염화수소(HCl) 때문에 금속의 표면을 부식시켜 장기간 저장하는 중에 전해액이 누출될 가능성이 있기 때문에 전해액 주입구(17)와 금속 볼(15)을 세척액으로 세척해 준 후 용접을 해야 한다. 이와 같은 세척액으로 세척하는 동안에 세척액이 케이스(1)의 내부로 주입되게 되면 전해액의 순도를 떨어뜨려 전지 성능을 약화시키기 때문에 세척액이 케이스(1) 내부에 주입되는 것을 방지하기 위하여 금속 볼(15)의 설치 전에 수지로 형성된 수지 볼(19)(통상적으로 테프론 수지로 제조되기 때문에 소위 테프론 볼이라 함)을 도 2와 같이 전해액 주입구(17)에 압입하여 설치한 후 그 위에 금속 볼(15)을 설치하여 금속 볼(15)을 헤더(9)에 용접하여 밀봉시킨다.

도 3은 종래의 헤더의 제작공정을 설명하는 단면도이고, 도 4는 도 3의 공정 에 의하여 생성되는 헤더의 단면도이고, 도 5는 도 3의 공정에 의하여 생산된 헤더의 문제점을 설명하는 영상이다.

헤더(9)에 전해액 주입구(17)를 형성하기 위해서는 전해액 주입구 보다 큰 직경의 관통공과 관통공 하부에 내경이 점차 확산되는 확산 관통공이 형성된 다이(die)(21)에 헤더(9)를 올려놓고, 전해액 주입구와 동일한 직경의 펀치(21)로 헤더(9)에 충격을 가하여 펀치(21) 직경에 해당하는 원통형상의 금속을 제거함으로써 전해액 주입구(17)를 형성하게 된다.

이와 같이 펀치(21)로 헤더(9)에 충격을 가하여 전해액 주입구(17)를 가공하는 경우에 전해액 주입구(17)를 형성하기 위하여 헤더(9)로부터 제거되는 원통형상의 금속의 저면과 헤더(9)의 저면은 펀치(21)에 의하여 절단되기 전에 떨어져 나가게 되어 도 4와 같이 전해액 주입구(17)의 하부가 확산되게 된다.

이와 같이 전해액 주입구(17)의 하부가 확대되게 되면 금속 볼(15)을 설치시에 수지 볼(19)이 케이스(1)의 내부로 빠지게 되어 도 5와 같은 영상과 같이 되는 경우가 빈번하게 발생된다. 수지 볼(19)이 빠지면 주입한 전해액이 넘쳐흘러서 전해액 주입구(17) 주변이 오염되고 세척액이 전해액과 혼합되는 현상이 발생되고, 용접불량의 주요 원인이 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 전해액이 케이스 내부에 주입되는 전지에 있어서, 케이스 상부면에 설치되는 헤더의 전해액 주입구의 상부 직경 보다 하부 직경이 작도록 형성함으로써 전해액 주입구에 삽입되는 수지 볼이 케이스 내부로 빠지지 않도록 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 해결과제는 헤더에 상하 직경이 균일한 관통공을 형성하고, 하면에 관통공의 직경 보다 큰 직경을 갖는 원주상에 홈을 단조에 의하여 형성함으로써 관통공의 하면의 직경이 작아지도록 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 해결수단은 전지 케이스의 상부를 밀폐시키고 상기 전지 케이스의 내부에 전해액을 주입하되 수지볼이 이탈이 방지되는 전해액 주입구를 구비하는 수지볼 이탈 방지구조를 갖는 전지 헤더에 있어서: 상기 전지 헤더의 전해액 주입구는 상기 전지 헤더의 상면과 하면을 관통하는 관통공으로 이루어지되 관통공의 하면 직경이 상면 직경보다 작은 것이다.

본 발명의 다른 해결수단은 전지 케이스와 상기 전지 케이스의 상부를 밀폐시키는 전지헤더로 이루어지며, 상기 전지헤더에는 전지 케이스와 상기 전지헤더에 의하여 형성되는 공간에 전해액을 주입하는 전해액 주입구가 형성되는 전해액 주입 전지에 있어서: 상기 전지헤더의 하면에는 상기 전해액 주입구보다 큰 직경의 원주 상에 단조공정에 의한 홈이 형성되고, 상기 홈에 의하여 상기 전해액 주입구의 하부는 상부보다 좁아지는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결수단은 전지 케이스와 상기 전지 케이스를 상부를 밀폐시키는 전지헤더로 이루어지며 내부에 전해액이 주입되는 전해액 주입 전지의 제조방법에 있어서: 상기 전지의 제조방법은 상기 전지 케이스의 내부에 수납될 수납물을 설치하고, 전해액 주입구가 형성되고, 양극이 설치된 전지헤더를 준비하는 단계; 상기 전지헤더를 상기 전지 케이스의 상부에 용접하는 단계; 상기 전지헤더의 전해액 주입구를 통하여 전해액을 주입하는 단계; 상기 전해액 주입구를 수지 볼로 밀봉하고, 금속 볼로 용접하여 밀봉하는 단계를 포함하며, 상기 전지헤더의 준비단계는 상기 전지헤더의 상면과 하면을 관통하는 관통공을 형성하는 단계; 상기 전지헤더의 하면에 상기 관통공보다 큰 직경의 원주상에 단조공정에 의하여 홈을 형성하는 단계에 의하여 전해액 주입구를 형성하는 단계를 포함하는 것이다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 헤더에 금속 볼을 설치할 때 수지 볼이 전지의 내부로 빠지지 않기 때문에 밀봉효과를 높여 세척액이 전해액과 혼합되어 전지의 성능이 저하되는 현상과 발열 현상을 방지할 수 있으며, 사용시에 전해액이 외부로 누출되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 전지 헤더의 하면에 단조공정에 의한 홈을 형성하도록 함으로써 전해액 주입구의 하부직경을 상부보다 작아지도록 간단히 제조하도록 함으로써 제조공정을 단순화시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 단면도이다.

헤더(9)에는 전해액 주입구가 형성되되 전해액 주입구 내벽에는 걸림턱이 형성되도록 한다. 도 6에 도시된 바와 같이 걸림턱의 상부에는 직경(D1)의 관통공으로 이루어지며, 걸림턱으로부터 하부 까지는 직경(D1) 보다 작은 직경(D2)의 관통공이 형성된다. 이와 같이 걸림턱이 형성된 전해액 주입구에 수지 볼(19)이 압입되게 되면 걸림턱에 의하여 수지볼(19)이 전해액 중에 빠지게 되는 것이 방지된다.

이와 같은 전해액 주입구를 헤더(9)에 형성하기 위해서는 드릴작업으로 직경(D1)의 구멍을 헤더(9)의 상면으로부터 하면 가까이 형성하고, 드릴작업으로 직경(D1)의 바닥면에 직경(D2)의 관통공을 형성하여 제조한다.

또한, 도 6에 도시된 전해액 주입구는 주물 공정에 의하여 제조될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 단면도이다.

도 7에 도시된 실시예의 헤더(9)의 하면에는 V자형 홈이 형성되어 있다. 도 7에 도시된 실시예에서는 전해액 주입구를 형성하기 위하여 먼저 헤더(9)에 직경 D1의 관통공을 헤더 상면에서 하면까지 관통시키고, 헤더(9)의 하면에 직경 D1보다 큰 직경을 갖는 원주상에 V자 형 홈을 단조로 가공한다. 이와 같이 V자형의 홈을 단조시키면 관통공의 하부내벽이 관통공의 중심으로 쏠리게 되는 쏠림현상이 발생하기 때문에 관통공의 하부가 상부보다 좁아지게 되며, 관통공의 하단부에 인접되면서부터 하부가 좁아지게 되는 만곡부가 형성되는 전해액 주입구가 형성되고, 전 해액 주입구에 수지볼(19)을 삽입시킬 때 전해액 주입구의 하부의 만곡부에 의하여 수지볼(19)이 빠져 이탈되는 것을 방지한다.

이때 V자형의 홈의 정점으로부터 양 빗면이 이루는 각도는 30ㅀ내지 70ㅀ 사이가 바람직하다. 30ㅀ이하인 경우에는 쏠림 현상으로 인하여 하부 내벽이 관통공의 중심으로 기울어지는 현상이 작아져 수지볼(19)이 빠지는 것을 방지하지 못하며, 70ㅀ 이상 되면 홈에 의하여 쏠림 현상을 갖는 내벽이 헤더로부터 분리되는 현상이 발생된다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 8에 도시된 실시예의 헤더는 도 7에 도시된 실시예의 헤더와 홈의 형상을 제외하고는 모두 동일하다.

도 8에 도시된 홈(23)은 정점을 기준으로 전해액 주입구를 향하는 면은 경사지게 형성되지만 다른 면은 상하 수직으로 이루어져 있기 때문에 홈(23)의 깊이가 얕아도 전해액 주입구의 하부를 좁히는 현상이 크게 일어난다. 또한, 홈(23)을 기준으로 전해액 주입구 쪽으로는 변형이 발생되지만 반대쪽으로는 변형이 되지 않기 때문에 헤더(9) 전체적 형상에 변형을 초래하지 않는다.

이와 같이, 헤더(9)에 전해액 주입구를 형성하되 전해액 주입구의 상부보다 하부의 직경을 좁게 함으로써 수지 볼(19)이 케이스 내부로 빠지지 않도록 하고, 이와 같은 전해액 주입구를 주물 공정, 단조 공정등 다양한 방법으로 가공할 수 있다. 특히 단조 공정에 의하여 하면에 전해액 주입구 보다 큰 원주상에 V자형 또는 도 8의 실시예의 홈을 형성함으로써 간단히 전해액 주입구의 하부를 좁게 형성할 수 있으며, 이때 형성되는 전해액 주입구는 주물 공정에 의한 것 보다 내벽이 만곡 되게 형성되기 때문에 수지 볼(19)이 전해액 주입구를 밀폐시키는 효과가 높아져 세척액이 케이스 내부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 7과 도 8에 도시된 실시예의 헤더는 전해액 주입구와 중앙에 양극 보다 큰 직경의 관통공을 형성하고, 중앙의 관통공에 양극이 글래스에 의하여 고정된다. 이와 같이 완성된 헤더는 내부에 수납될 수납물들이 설치된 전지 케이스의 상단 내주면에 용접됨으로써 전지가 완성된다.

도 1은 일반적인 전해액이 케이스에 저장되는 전지 구조를 설명하는 단면도이다.

도 2는 일반적인 헤더의 전해액 주입구에 수지 볼과 금속볼이 설치된 상태의 단면 영상이다.

도 3은 종래의 헤더의 제작공정을 설명하는 단면도이다.

도 4는 도 3의 공정에 의하여 생성되는 헤더의 단면도이다.

도 5는 도 3의 공정에 의하여 생산된 헤더의 문제점을 설명하는 영상이다.

도 6은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 단면도이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

Claims (8)

1. 전지 케이스의 상부를 밀폐시키고 상기 전지 케이스의 내부에 전해액을 주입하되 수지볼이 이탈이 방지되는 전해액 주입구를 구비하는 수지볼 이탈 방지구조를 갖는 전지 헤더에 있어서:

   상기 전지 헤더의 전해액 주입구는 상기 전지 헤더의 상면과 하면을 관통하는 관통공으로 이루어지되 관통공의 하면 직경이 상면 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 수지볼 이탈 방지구조를 갖는 전지 헤더.
2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 관통공의 내벽에는 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 수지볼 이탈 방지구조를 갖는 전지 헤더.
3. 청구항 제1항에 있어서, 상기 관통공의 내벽에는 하향되며 관통공의 직경이 좁아지도록 하는 만곡부가 형성되는 것을 특징으로 하는 수지볼 이탈 방지구조를 갖는 전지 헤더.
4. 청구항 제3항에 있어서, 상기 만곡부는 상기 전지헤더의 하면에 상기 관통공보다 큰 직경의 원주상에 단조공정에 의하여 형성되는 홈에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 수지볼 이탈 방지구조를 갖는 전지 헤더.
5. 청구항 제4항에 있어서, 상기 홈은 정점이 상향으로 형성되는 역 V자 형상의 홈인 것을 특징으로 하는 수지볼 이탈 방지구조를 갖는 전지 헤더.
6. 청구항 제4항에 있어서, 상기 홈은 정점이 상향으로 형성되되 일면이 경사지고, 다른 일면이 상하 수직인 것을 특징으로 하는 수지볼 이탈 방지구조를 갖는 전지 헤더.
7. 전지 케이스와 상기 전지 케이스의 상부를 밀폐시키는 전지헤더로 이루어지며, 상기 전지헤더에는 전지 케이스와 상기 전지헤더에 의하여 형성되는 공간에 전해액을 주입하는 전해액 주입구가 형성되는 전해액 주입 전지에 있어서:

   상기 전지헤더의 하면에는 상기 전해액 주입구보다 큰 직경의 원주상에 단조공정에 의한 홈이 형성되고, 상기 홈에 의하여 상기 전해액 주입구의 하부는 상부보다 좁아지는 것을 특징으로 하는 전해액 주입 전지.
8. 전지 케이스와 상기 전지 케이스를 상부를 밀폐시키는 전지헤더로 이루어지며 내부에 전해액이 주입되는 전해액 주입 전지의 제조방법에 있어서:

   상기 전지의 제조방법은

   상기 전지 케이스의 내부에 수납될 수납물을 설치하고, 전해액 주입구가 형성되고, 양극이 설치된 전지헤더를 준비하는 단계;

   상기 전지헤더를 상기 전지 케이스의 상부에 용접하는 단계;

   상기 전지헤더의 전해액 주입구를 통하여 전해액을 주입하는 단계;

   상기 전해액 주입구를 수지볼로 밀봉하고, 금속볼로 용접하여 밀봉하는 단계를 포함하며,

   상기 전지헤더의 준비단계는

   상기 전지헤더의 상면과 하면을 관통하는 관통공을 형성하는 단계;

   상기 전지헤더의 하면에 상기 관통공보다 큰 직경의 원주상에 단조공정에 의하여 홈을 형성하는 단계에 의하여 전해액 주입구를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 전해액 주입 전지의 제조방법.

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