KR20110001713U

KR20110001713U - 유리/금속 밀봉부를 포함하는 캡 조립체 및 이의 제조 방법과 캡 조립체를 구비하는 전지

Info

Publication number: KR20110001713U
Application number: KR2020090010528U
Authority: KR
Inventors: 이호태
Original assignee: 이호태
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2011-02-21

Abstract

본 발명은 전지의 누액에 의한 폭발을 방지하기 위하여 양극과 음극을 전기적으로 분리시켜주는 유리/금속 밀봉부(glass to metal sealing, 이하 G/M 밀봉부라 칭함)를 포함하는 캡 조립체 및 이의 제조 방법과 캡 조립체를 구비하는 전지에 관한 것으로써, 본 발명에 따른 G/M 밀봉부는 중앙 부위에 관통공이 형성되는 캡 모재와; 상기 관통공 테두리가 눌리어서 형성된 단차면과; 상기 단차면 위에 배치되는 고분자층과; 상기 관통공 중앙에 삽입되는 "T" 자형의 금속핀과; 상기 금속핀과 접합되면서 상기 관통공 및 상기 단차면 위를 모두 접합시키는 유리를 포함한다.

G/M 밀봉부, 단차면, 고분자, 전해액 누설, T자형 금속핀, 전지, 폭발

Description

유리/금속 밀봉부를 포함하는 캡 조립체 및 이의 제조 방법과 캡 조립체를 구비하는 전지{CAP ASSEMBLY INCLUDING GLASS TO METAL SEALING, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND BATTERY CELL HAVING IT}

본 발명은 전지의 외부면에서 양극과 음극을 전기적으로 분리시켜주는 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체 및 이의 제조 방법과 캡 조립체를 구비하는 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지의 장시간 저장이나 사용 중에 발생 가능한 누액 및 이에 따른 파열 및 폭발 현상을 방지하고 사용상의 안전성을 확보해 주는 G/M 밀봉부가 포함되는 캡 조립체를 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 밀봉하게 된다.

이처럼 전지를 밀봉시키는데 사용되는 캡 조립체에는 양극과 음극을 전기적으로 분리시켜주는 유리와 금속 간의 접합이 된 G/M 밀봉부를 갖추고 있어서 전지 외부 전자기기에 양극과 음극의 극성을 제공할 수 있다. G/M 밀봉부를 구비한 전지를 장기간 보관하면서 사용하다 보면 유리와 금속의 열팽창 계수의 차이로 유리와 금속 접합면에서 균열이 발생하여 전지 내에 있는 전해액이 밖으로 배출되는 누액 현상이 발생할 수 있다. 상기 누액은 전지와 연결되어 사용되는 전자기기를 심하게 부식시킬 수 있으며, 또한 누액이 된 전지를 계속 사용하는 경우에 전지의 파열이나 폭발 현상을 가져올 수 있다. 누액 된 전지를 사용하면 과열이 되어 전지 내부압력이 증가되면서 발화 및 폭발할 수 있는 상황이 된다. 따라서, 전지의 안전한 사용을 위하여는 G/M 밀봉부의 안전성을 고려한 설계가 매우 중요하다.

G/M 밀봉부의 구조로 가장 널리 사용되는 방법은 전지의 금속 캡 조립체의 중앙 영역에 관통공을 형성하고, 봉 형태로 이루어진 금속핀을 관통공 중앙에 위치시킨 후, 유리물질을 금속핀과 접촉시키면서 관통공의 나머지 부분에 충진시키어 금속 캡 조립체와 금속핀을 전기적으로 분리시키는 것이다. 캡 조립체와 금속핀은 전기적으로 반대의 극성을 갖도록 한다.

도 1a는 종래에 사용되고 있는 G/M 밀봉부를 포함하는 전지의 실제 캡 조립체 사진들이다. 상기 G/M 밀봉부는 중앙에 봉 형태의 금속핀과 이와 접합 상태로 금속핀을 에워싸는 링 형상의 유리, 상기 유리와 접합되어 있는 금속으로 이루어진 캡 모재로 구성되어 있다. 상기 캡 모재는 전지의 종류에 따라서 스테인레스 스틸, 철 또는 알루미늄 등의 금속으로 이루어진다.

종래의 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체에서 금속과 유리의 접합 경계면은 4군데 이며, 접합 경계면의 단면은 "I" 자 형상(굵은 선으로 표시)을 갖는다. 도1b 에 상기 G/M 밀봉부가 결합된 캡 조립체의 단면도를 도시해 놓았다. 도 1c는 G/M 밀봉부를 포함하고 있는 실제의 전지 캡 조립체에서 전지 내부의 전해액이 누설된 경우를 누설 이전과 비교해 놓은 사진이다. 상기 G/M 밀봉부 내의 균열을 통하여 전해액이 누설되어 캡 조립체를 얼룩지게 한 모습이다. 이러한 캡 조립체를 구비한 전지를 계속 사용 시 파열이나 폭발과 같은 매우 위험한 상황을 초래할 수 있다.

상기 G/M 밀봉부의 전해액 누설의 발생 과정을 도 2에 나타내었다. 상기 G/M 밀봉부에 사용되는 유리 재질 내부는 무수히 많은 미세공극(micro-pore)이 분산되어 있는 다공질 구조를 갖는다. 이러한 구조로 인하여 전지 케이스와 캡 조립체의 용접 시 열충격에 의해 다공질 유리의 미세공극에 미시균열(micro-crack)이 형성될 수가 있다(도 2a). 미시균열의 선단(tip)에 형성된 응력은 전지의 내부압력이 클수록 증가한다. 저장온도가 높을수록 전지의 내부압력은 증가하므로, 미시균열의 선단에 형성된 응력은 저장온도가 높을수록 증가한다. 균열의 선단에 형성된 응력이 균열이 전파되기에 필요한 임계응력 보다 높아지면, 미시균열은 점점 성장하여 거시균열이 된다(도 2b).

전지를 저온이나 상온에서 저장한 경우에는 미시균열 선단에 형성된 응력이 임계응력보다 낮기 때문에, 균열이 더 이상 성장하지 못하여 전해액 누설이 발생하지 않으나, 고온에서 저장하는 경우에는 전지 내부에 큰 내부압력이 형성되기 때문에, 균열의 선단에 걸리는 응력이 임계응력을 초과하게 되어 미시균열이 성장하고, 그 결과 형성된 거시균열을 통해 전해액이 누설될 수가 있다(도 2c). 전해액 누설은 주로 유리와 금속의 경계면에서 발생한다. 저온과 고온을 순환하는 동안 유리와 금속의 열팽창 계수가 달라서 유리와 금속의 경계면에서 응력이 집중되고 이로 인하여 거시균열이 형성되기 때문이다.

전술한 G/M 밀봉부의 전해액 누설 문제점을 보완하기 위하여 다양한 종류의 유리 재질을 금속과 접합시키어 사용해 왔으나 누액 현상은 빈번히 발생하여 왔다.

이처럼, 종래 기술에 따른 전지는 상기 G/M 밀봉부를 제조하는 과정에서, 또는 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체를 전지 캔에 접합시키는 과정에서 열충격을 받아 유리재질 내부에 미세 균열을 내포하기 쉬운 구조를 갖는다. 이러한 구조는 고온의 분위기를 겪으면서 거시균열로 성장하고 거시균열이 외부로 통로를 형성하게 되면 전해액 누설을 일으킬 수 있으며, 상기 전지가 계속 사용되면서 과열로 인하여 파열 및 폭발을 초래하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 G/M 밀봉부에서 유리재질 내에서 형성된 미세균열이 유리와 금속 경계면에서 거시균열로 성장하여 전해액을 누설시키는 현상을 방지하기 위하여 유리와 금속 접합 경계면을 종래의 "I" 자형 단면에서 관통공 주위를 눌러 주어 단차를 형성시킴으로써 상기 단면 경계면을 "계단형" 으로 바꾸고, 또한 봉 형태의 금속핀을 T자 형태로 바꾸어 금속핀과 유리의 경계면을 마찬가지로 계단형으로 만들어 줌으로써 거시균열이 형성되더라도 균열에 의한 외부와의 통로 형성을 어렵게 함으로써 전지 외부로의 전해액의 누설을 막아준다. 이때 단차면은 제1 단차면과 제2 단차면의 이중 구조로 함으로써 계단형의 경계면을 확장할 수 있다. 또한 단차면 위에 고분자분말을 도포하거나 고분자필름을 배치한 후에 그 위를 유리로 덮음으로써 유리와 금속의 열팽창 차이로 인한 응력집중을 완화시켜 줌으로써 유리와 금속 경계면 부위에서 유리의 거시균열 자체의 형성을 억제함으로써 전해액의 누설을 막아준다. 상기 방법으로 전해액 누설로 인한 전지의 발화 및 폭발을 미연에 방지할 수 있는 G/M 밀봉부가 포함된 캡 조립체를 구비하는 전지를 제공한다.

본 발명에 따른 G/M 밀봉부는 중앙 부위에 관통공이 형성되는 캡 모재와; 상기 관통공 테두리가 눌리어서 형성된 단차면과; 상기 단차면 위에 배치되는 고분자층과; 상기 관통공 중앙에 삽입되는 "T" 자형의 금속핀과; 상기 관통공 내부 및 상기 단차면 위에 접합되어 상기 캡 모재와 상기 금속핀을 연결시키는 유리를 포함한다.

디스크 형상의 상기 캡 모재의 중앙영역에 관통공이 형성되고, 상기 관통공 테두리에 프레스 공법으로 압력을 가하여 단차면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 금속핀을 지그를 이용하여 상기 관통공의 중앙 부위에 상기 관통공과의 접촉 없이 삽입시키는 것을 특징으로 한다.

상기 금속핀은 상기 관통공을 관통하여 양단이 상기 캡 모재의 외부로 노출되는 것을 특징으로 한다.

상기 금속핀은 상기 관통공을 관통하고 전지의 외부로 노출되는 한쪽 단이 디스크 형태를 갖고 다른 쪽이 봉 구조를 갖는 압정 모양의 "T" 자형의 구조로 되 는 것을 특징으로 한다.

상기 캡 모재의 단차면 위에 유리가 직접 접합되는 것을 특징으로 한다.

상기 캡 모재의 단차면과 위 상기 유리 층 사이에 고분자분말을 도포하거나 고분자필름을 삽입하는 것을 특징으로 한다.

상기 고분자분말 또는 고분자필름은 전지용 전해액과 반응이 일어나지 않는 재질인 것을 특징으로 한다.

상기 고분자분말 및 필름은 폴리이미드, 캡톤필름, 테프론 및 유리섬유 보강 플라스틱(fiberglass reinforced plastics;FRP) 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 캡 모재와 상기 관통공에 삽입된 상기 금속핀을 상기 유리로 접합시키는 것을 특징으로 한다.

상기 금속핀과 상기 유리 사이의 접합 시 금속핀의 디스크 상판 아랫면을 유리와 접합시키어 접합 경계면이 "

" 형상의 계단형으로 하며, 상기 캡 모재와 상기 유리 사이의 접합 경계면도 상기 단차면이 유리로 덮히면서 "

" 형상의 계단형으로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 단차면을 제1 단차면과 제2 단차면의 두 단계로 하면 상기 캡 모재와 상기 유리의 접합 경계면은 "

" 의 계단 형상이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 유리는 상기 금속핀과 상기 캡 모재와 접합특성이 우수한 재료인 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체의 제조방법은 디스크 형상의 모재를 마련하는 단계와; 상기 모재의 중앙에 관통공을 마련하는 단계와; 상기 관통공 테두리에 단차면을 마련하는 단계와; 상기 단차면의 형상에 대응하는 고분자분말 또는 고분자필름을 마련하는 단계와;상기 고분자분말 또는 고분자필름을 단차면 위에 안착하는 단계와; "T" 자형의 금속핀을 마련하는 단계와; 상기 금속핀을 상기 관통공에 삽입하는 단계와; 유리로 상기 모재의 단차면과 관통공 내부에 충진시켜 상기 모재와 상기 금속핀을 접합시키는 단계를 포함한다.

상기 캡 모재를 마련하는 단계에서, 상기 모재를 디스크 형상인 원형으로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 캡 모재의 관통공을 마련하는 단계에서, 상기 캡 모재의 중앙 부위에 타공 공법으로 원형의 관통공을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 단차면을 마련하는 단계에서, 상기 캡 모재의 상기 관통공의 테두리 부분에 프레스 공법으로 압력을 가하여 단차면을 형성시키는 것을 특징으로 한다.

상기 고분자분말 또는 고분자필름을 상기 단차면 위에 배치하는 단계에서, 상기 고분자분말을 솔벤트와 혼합 후 액상으로 만든 후 스프레이 방법으로 도포하거나, 상기 고분자필름은 접착성이 있는 필름으로 캡 모재의 단차면 붙이어 접합하는 것을 특징으로 한다.

상기 고분자분말이나 고분자필름의 배치는 단차면의 형상과 대응되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 캡 모재와 상기 금속핀을 유리로 접합시키는 단계에서, 상기 유리를 가열 용융 후 상기 금속핀이 삽입된 관통공 내부와 상기 단차면 위에 부은 후 굳히어 접합하며, 상기 캡 모재와 상기 유리의 접합면은 "

" 또는"

" 계단 형상으로 되도록 하며, 상기 금속핀과 상기 유리의 접합면도 "

" 형상이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체를 구비하는 전지는 케이스와; 상기 케이스의 개방된 상면을 폐쇄하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡 조립체는 상기 케이스의 개방된 상면에 대응되는 크기를 갖고, 하나의 관통공이 중앙에 형성되는 캡 모재와; 상기 관통공 테두리에 형성된 단차면과; 상기 관통공 중앙에 삽입된 "T" 자형의 금속핀과; 캡 모재와 상기 금속핀을 접합하는 유리와; 상기 단차면과 상기 유리 사이에 삽입된 고분자분말 또는 고분자필름을 포함한다.

본 발명에 따르면, 전지의 캡 모재와 금속핀 사이를 유리로 기밀하게 굴곡을 주어 접합함에 따라, 전지의 개방된 상면을 폐쇄하는 동시에, 비정상 작동 시에 전지에서 발생되는 전해액 누설을 막아주는 효과가 있다.

이로 인해 전지의 비정상 작동 시 발화 및 폭발을 사전에 방지할 수 있어 사용상의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래의 기술과 같이 전지의 케이스와 캡 조립체를 접합시키는 제조과정에서 금속과 유리의 경계면에서 열충격에 의해 형성될 수 있는 유리의 거시균열 이 전지의 사용 중이나 보관 중에 전지 외부로 확장되는 것을 접합 경계면을 굴곡지게 하거나 유리와 금속 사이에 고분자물질을 삽입하여 유리의 응력을 완충시켜 줌으로써 전해액 누설을 방지하여 사용상의 안전성을 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 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명에 따른 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체(100)를 나타내는 분해 및 결합상태를 나타내는 사시도이다. 도 3을 참조하면 캡 조립체(10)는 중앙에 관통공(210)이 형성되고, 상기 관통공(210)의 테두리에 단차면(220)이 형성되는 캡 모재(200)와; 상기 단차면 위에 배치된 고분자분말 또는 고분자필름(300)과;상기 관통공(210)의 중앙에 삽입되는 금속핀(410)과; 상기 관통공(210)의 내부와 상기 단차면(220) 위에 주입되어 상기 캡 모재(200)와 상기 금속핀(410)을 상기 유리(420)로 접합 연결시키어 이루어진 G/M 밀봉부(400)를 포함한다. 이러한 상기 G/M 밀봉부(400)를 포함하는 캡 조립체(100)는 전지의 일측, 예를 들어 전지 케이스의 상부를 폐쇄하도록 케이스의 상부에 결합되어 캡 모재는 전지 내부의 음극판 또는 양극판과, G/M 밀봉부의 금속핀은 전지 내부의 양극판 또는 음극판과 전기적으로 연결되고 동시에 전지 외부로 두 극성을 제공하며, 또한 전지 내부의 전해액이 밖으로 누설되지 않도록 막아주는 역할을 한다.

도 4는 본 발명에 따른 상기 캡 조립체(100)의 제조방법을 나타내는 사시도이다. 도 4를 참조하면 G/M 밀봉부(400)를 포함하는 캡 조립체(100)의 제조방법은 디스크 형상의 모재(200)를 마련하는 단계와; 상기 모재의 중앙에 관통공(210)을 마련하는 단계와; 상기 관통공 테두리에 단차면(220)을 마련하는 단계와; 상기 단차면의 형상에 대응하는 고분자분말 또는 고분자필름(300)을 마련하는 단계와; 상기 고분자분말 또는 고분자필름을 단차면 위에 안착하는 단계와; "T" 자형의 금속핀(410)을 마련하는 단계와; 상기 금속핀을 상기 관통공에 삽입하는 단계와; 유리(420)를 상기 모재의 단차면과 관통공 내부에 충진시켜 상기 모재와 상기 금속핀을 접합시키는 단계를 포함한다. 도 5는 상기 제조방법에 의해 완성된 캡 조립체의 단면도이다.

상기 캡 모재(200)는 스테인레스 스틸 금속 재질의 디스크 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 금속핀(410) 및 상기 유리(420)가 삽입되도록 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 금속핀(410) 및 상기 유리(420)와 함께 전지 케이스의 내부를 밀폐시킬 수 있다면 어떠하여도 무방하다.

상기 금속핀(410)은 니켈-철 합금을 가공하여 디스크 형상의 상판과 봉 형상 의 기둥이 합쳐지는 "T" 자형 형태로 만들며, 디스크 형상의 상판이 전지의 외부로 향하도록 함으로써 상판의 윗면이 외부 도선에 연결되면 전기적으로 양극 또는 음극의 역할을 하게 한다.

상기 유리와 상기 금속핀 사이의 접합은 디스크 상판의 아랫면과 봉의 측면이 모두 유리와 접합시키어 접합 경계면의 단면이 도6a와 같이 "

" 형상이 되도록 한다.

상기 유리와 상기 캡 모재 사이의 접합은 관통공 내부와 단차면이 모두 유리와 접합되도록 하여 접합 경계면의 단면이 도 6b와 같이 "

" 형상이 되도록 한다. 도 6c와 같이 단차면을 두 단계로 하면 접합 경계면이 "

" 계단 형상이 되면서 확장되어 효과를 높일 수 잇다.

"

" 이나 계단 형상을 갖춤으로써 접합 경계면의 면적을 늘릴 수 있으며, 이로 인하여 유리와 금속 사이에서 생기는 유리의 거시균열이 국부적으로 생기더라도 유리로 금속을 덮는 면적을 크게 함으로써 상기 균열이 전지 외부로 연결되는 것을 막아줄 수 있다. 그 결과로 전지 내부의 전해액 누설을 효과적으로 차단할 수 있다.

상기 유리의 재질로는 압축도가 높은 바륨-알칼리계의 재료가 적당하다.

상기 단차면과 접합되는 상기 유리 사이에 고분자분말 또는 고분자필름을 삽입하는 것이 바람직하다. 금속과 유리가 접합한 상태로 장기 보관되면 고온과 저온 등 온도 순환을 겪게 되는데, 금속과 유리는 열팽창계수가 크게 차이 나므로 접합 면에 있는 유리가 응력을 받아 균열을 생성할 수가 있다. 이러한 응력을 완충하기 위하여 단차면 위에 고분자분말을 솔벤트와 혼합하여 액상으로 만든 후 스프레이 방법으로 얇게 도포한 다음 솔벤트를 건조시키면 얇은 고분자층을 형성시키거나, 접착 성분이 있는 얇은 고분자필름을 단차면 위에 부착시킨 다음, 고분자층 위에 유리를 접합시키면 열팽창계수의 차이에 의해 발생할 수 있는 균열 현상을 막아줄 수 있다. 상기 고분자분말 또는 고분자필름의 재료는 전지 내부의 전해액과 반응을 하지 않아야 하며, 리튬-티오닐클로라이드 전지 경우에는 티오닐클로아이드(SOCl2) 용매와 반응하지 않는 캡톤필름, 테프론 및 유리섬유 보강 플라스틱(fiberglass reinforced plastics;FRP) 중 선택되는 어느 하나가 적합하다.

상기 G/M 밀봉부는 도면에 도시된 도3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 전극이 형성되는 단자부(400)일 수 있다. 상기 단자부(400)는 전지 내의 양극판 또는 음극판과 접촉하여 전극을 형성하는 수단으로서, 금속핀(410)과 유리(420)를 포함한다.

상기 관통공의 테두리에는 프레스 공법으로 상기 단차면(220)이 형성되고, 상기 단차면 위에는 고분자분말 또는 고분자필름(300)이 안착되며, 상기 단자부(400)는 상기 모재(200)의 관통공(210)에 삽입되며, 상기 단자부와 상기 단차면은 유리(420)로 접합되어 연결된다.

이때 상기 고분자분말 또는 고분자필름(300)은 상기 단차면(220)과 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 금속핀(410)은 상기 유리(420)와 접합되어 고정되고, 전지 내의 양극판 또는 음극판과 접촉하여 전극단자의 역할을 한다. 상기 금속핀(410)은 상기 관통공 (210)을 관통하여 양단이 상기 모재(200)의 외부로 노출되는 것이 바람직하다. 그래서 금속핀(410)의 일측은 전지에 구비되는 양극판 또는 음극판과 접촉되고, 금속핀(410)의 타측은 외부에 대응하는 전극단자의 역할을 한다. 이때 전극단자의 역할을 하는 타측은 디스크 형상으로 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 G/M 밀봉부가 구비되는 전지를 도 7을 참조하여 설명하면, 전지(10)는 원통형의 케이스(500)와, 상기 케이스(500)의 내부에 수용되는 전해액(510) 및 극판 조립체(520)와, 상기 케이스(500)의 개방된 상면을 폐쇄하는 캡 조립체(100)를 포함한다.

상기 케이스(500)는 원통형으로 형성되고, 이에 접합하도록 케이스(500)의 내부에는 양극판(521), 음극판(523) 및 격리판(525)을 원통형으로 권취시킨 원통 형태의 극판 조립체(520)가 마련된다. 물론 상기 케이스(500) 및 극판 조립체(520)의 형상은 원통 형태에 한정되지 않으며, 전지의 구조에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

상기 캡 조립체(100)는 전술된 바와 같이 캡 모재(200), 모재의 단차면(220) 및 고분자 부재(300) G/M 밀봉부(400)를 포함한다. 따라서, 상기 모재(200), 모재의 단차면(220) 및 고분자부재(300), G/M 밀봉부(400)의 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

상기 캡 조립체(100)는 상기 케이스(500)의 개방된 상면을 모두 커버하도록 상기 케이스(500)의 개방된 상면과 대응되는 형상으로 형성되거나, 상기 케이스(500)의 개방된 상면에 별도의 캡이 구비되고, 상기 캡의 일부에 상기 캡 모재 (200)가 설치될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 원통형의 전지(10)는 제조공정상의 열충격이나, 보관시 온도 변화, 즉 열순환에 의해 금속과 유리 경계면 사이에서 유리의 균열 생성 또는 균열 성장을 억제함으로써 전지 내부의 전해액 누설을 차단하게 된다. 이러한 결과로 전해액 누설에 의한 전지의 과열 및 폭발을 방지하게 된다.

도 1a는 종래의 전지에 사용되는 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체 사진이고,

도 1b는 종래의 전지에 사용되는 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체를 나타내는 단면도이고,,

도 1c 종래의 전지에 사용되는 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체에서 전해액 누설 이전과 누설 이후를 나타내는 사진이고,

도 2a, 2b 및 2c는 금속과 유리 경계면에서 유리의 균열이 성장하는 과정을 나타내는 개략도이며,

도 3은 본 발명에 따른 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체의 분해 및 결합상태를 나타내는 사시도이고,

도 4는 본 발명에 따른 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체의 제조방법을 나타내는 사시도이고,

도 5는 본 발명에 따른 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체의 단면도이고,

도 6a는 본 발명에 따른 금속핀과 유리의 접합 경계면을 나타내고, 도 6b는 캡 모재와 유리의 접합 경계면을 나타내고, 도 6c는 캡 모재와 유리의 확장된 접합 경계면을 나타내며,

도 7은 본 발명에 따른 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체가 조립된 전지의 단면도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10: 전지 100: 캡 조립체

200: 캡 모재 300: 고분자부재

400: G/M 밀봉부 410: 금속핀

420: 유리 500: 케이스

Claims

중앙에 관통공이 형성되는 캡 모재와;

상기 관통공 테두리에 형성된 단차면과;

상기 단차면 위에 배치되는 고분자분말 또는 고분자필름과;

상기 관통공 중앙에 삽입되는 T 자형의 금속핀과;

상기 금속핀과 상기 캡 모재를 유리로 접합시킨 G/M 밀봉부를 포함하는 캡 조립체.
청구항 1에 있어서,

상기 캡 모재의 중앙 부위에 원형의 관통공을 형성하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체
청구항 1에 있어서,

상기 캡 모재의 상기 관통공의 테두리 부분에 단차면을 형성시키는 것을 특징으로 하는 캡 조립체
청구항 1에 있어서,

상기 고분자분말 또는 고분자필름을 상기 단차면 위에 배치하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체
청구항 1에 있어서,

상기 고분자분말이나 고분자필름의 배치는 단차면의 형상과 대응되도록 하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체
청구항1에 있어서,

상기 금속핀은 디스크 형상의 상판과 봉 형상의 기둥이 합쳐지는 "T" 자형 형태로 만들며, 디스크 형상의 상판이 전지의 외부로 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
청구항 1에 있어서,

상기 캡 모재와 상기 금속핀을 유리로 접합시키는 것을 특징으로 하는 캡 조립체
청구항 6에 있어서,

상기 고분자분말 또는 고분자필름의 재료는 전지 내부의 전해액과 반응을 하하 않는 것을 특징으로 하는 캡 조립체
청구항 6에 있어서,

리튬-티오닐클로라이드 전지 경우에 티오닐클로아이드(SOCl2) 용매와 반응하 지 않는 캡톤필름, 테프론 및 유리섬유 보강 플라스틱(fiberglass reinforced plastics;FRP) 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
청구항 1에 있어서,

상기 유리의 재질이 상기 캡 모재나 상기 금속핀 보다 낮은 융점을 갖는 재료인 것을 특징으로 하는 캡 조립체.
디스크 형상의 모재를 마련하는 단계와;

상기 모재의 중앙에 관통공을 마련하는 단계와;

상기 관통공 테두리에 단차면을 마련하는 단계와;

상기 단차면의 형상에 대응하는 고분자분말 또는 고분자필름을 마련하는 단계와;

상기 고분자분말 또는 고분자필름을 단차면 위에 배치하는 단계와;

"T" 자형의 금속핀을 마련하는 단계와;

상기 금속핀을 상기 관통공에 삽입하는 단계와;

유리를 상기 모재의 단차면과 관통공 내부에 충진시켜 상기 모재와 상기 금속핀을 접합하여 연결시키는 단계를 포함하는 캡 조립체의 제조방법.
청구항 11에 있어서,

상기 캡 모재의 관통공을 마련하는 단계에서,

상기 캡 모재의 중앙 부위에 타공 공법으로 원형의 관통공을 형성하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체 제조방법
청구항 11에 있어서,

상기 단차면을 마련하는 단계에서,

상기 캡 모재의 상기 관통공의 테두리 부분에 프레스 공법으로 압력을 가하여 단차면을 형성시키는 것을 특징으로 하는 캡 조립체 제조방법.
청구항 11에 있어서,

상기 고분자분말 또는 고분자필름을 상기 단차면 위에 배치하는 단계에서,

상기 고분자분말을 솔벤트와 혼합 후 액상으로 만든 후 스프레이 방법으로 도포하거나, 상기 고분자필름은 접착성이 있는 필름으로 캡 모재의 단차면 붙이어 접합하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체 제조방법.
청구항 11에 있어서,

상기 고분자부재는 외부 영역으로 노출되지 않도록 유리가 덮이는 것을 특징으로 하는 전지.
청구항 11 있어서,

상기 캡 모재와 상기 금속핀을 유리로 접합하여 연결시키는 단계에서,

상기 유리를 가열 용융 후 상기 금속핀이 삽입된 관통공 내부와 상기 단차면 위에 부은 후 굳히어 접합하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체 제조방법.
청구항 16에 있어서,

상기 유리와 상기 금속핀 사이의 접합시키는 단계에서,

상기 금속핀의 디스크 상판의 아랫면과 봉의 측면이 모두 유리와 접합시키어 접합 경계면의 단면이 "
" 형상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체 제조방법.
청구항 16에 있어서,

상기 캡 모재와 상기 유리 사이의 접합시키는 단계에서,

관통공 내부와 단차면이 모두 유리와 접합되도록 하여 접합 경계면의 단면이 "
" 또는 "" 계단 형상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 캡 조립체 제조방법.
케이스와;

상기 케이스의 개방된 상면을 폐쇄하는 캡 조립체를 포함하고,

상기 캡 조립체는

상기 케이스의 개방된 상면에 대응되는 크기를 갖고, 중앙에 관통공이 형성 되는 캡 모재와;

상기 관통공의 테두리에 형성된 단차면과;

상기 단차면 위에 배치된 고분자분말 또는 고분자필름과;

상기 관통공에 양단이 관통공을 관통하는 "T" 자형의 금속핀과;

상기 캡 모재와 상기 금속핀을 접합하여 연결하는 상기 유리를 포함하는 전지.
청구항 19에 있어서,

상기 캡 모재와 상기 금속핀은 양극과 음극 전극의 단자부로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지.
청구항 19에 있어서,

상기 캡 모재와 상기 유리 사이의 접합 경계면과, 상기 금속핀과 상기 유리 사이의 접합 경계면은 모두 굴곡형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지