KR20160096882A - 전해액 주입효율을 높인 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전해액 주입구가 전지케이스의 바닥벽의 중앙에 형성됨으로써 전해액 주입 공정 시 별도의 센서 없이도 전해액 주입구의 위치를 정확하게 인지할 수 있어 주입공정이 간단해질 뿐만 아니라 전해액 주입의 정확도를 획기적으로 높일 수 있으며, 전해액 주입구가 전지케이스의 바닥벽의 중앙에 형성됨에 따라 종래에 용접공정 시 G/M의 파손 및 용접불량이 빈번하게 발생하는 문제점을 획기적으로 해결할 수 있고, 전해액 주입구 및 클로징핀의 접촉면적을 증가시킴으로써 외부 충격 및 진동에 의한 클로징핀의 이탈을 획기적으로 방지할 수 있으며, 전해액 주입구의 걸림턱의 외면에 톱니 형상의 결속홈들을 형성함으로써 전해액 주입구의 내측벽 및 클로징핀들의 결속력을 더욱 높일 수 있는 전지에 관한 것이다.

Description

전해액 주입효율을 높인 전지{battery for enhancing electrolyte filling efficiency}
본 발명은 전해액 주입효율을 높인 전지에 관한 것으로서, 상세하게로는 전해액 주입구를 전지케이스의 밀폐된 바닥벽의 중앙에 형성함과 동시에 클로징핀과의 접촉 면적을 증가시킴으로써 전해액 주입공정이 간단해질 뿐만 아니라 주입의 정확도를 높이고, 용접공정 시 G/M의 파손 및 용접불량률을 획기적으로 절감시키며, 클로징핀의 이탈을 방지할 수 있는 전지에 관한 것이다.
전지는 일반적으로 전기화학 반응을 유발하여 전기를 발생시키는 장치로서, 소형제작이 가능할 뿐만 아니라 휴대가 용이하여 다양한 장비 및 목적으로 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래의 전지를 나타내는 측단면도이다.
도 1의 종래의 전지(이하 종래기술이라고 함)(100)는 양극, 음극 및 세퍼레이터(seperator)로 이루어지는 전극조립체(101)와, 일측이 개구되어 내부에 전극조립체가 설치되는 전지케이스(103)와, 전지케이스(103)의 개구부에 설치되는 헤더조립체(105)로 이루어지고, 전지케이스(130) 내부에는 전해액이 수용된다. 이때 헤더(151)는 일측에 양면을 관통하는 전해액 주입구(157)가 형성되고, 전해액 주입구에는 클로징핀(160)이 용접되어 내부가 밀봉된다.
또한 헤더(151)에는 유리(glass)(153)에 의하여 절연되도록 양극핀(155)이 설치된다.
이와 같이 구성되는 전지(100)는 전해액 주입 시 센서에 의하여 헤더(151)의 전해액 주입구(157)의 위치가 감지되면 회동수단을 이용하여 전해액 주입구(157)가 기 설정된 방향을 향하도록 배치시킨 후 전지케이스(103) 내부를 진공으로 형성하고, 주입노즐을 전해액 주입구(157)로 삽입시켜 전해액을 주입하고, 전해액 주입이 완료되면 전해액 주입구(157)로 클로징핀(160) 또는 금속볼을 삽입시킨 후 용접하여 전지케이스(103) 내부를 밀봉시킨다.
그러나 종래기술(100)은 전해액 주입구(157)가 헤더의 일측, 상세하게로는 헤더의 중앙이 아닌 중앙으로부터 이격된 위치에 형성되기 때문에 전해액 주입구(157)가 정확한 위치에 형성되지 않는 경우 주입노즐이 전해액 주입구(157)로 정확하게 삽입되지 못하게 되고, 이에 따라 전해액 주입이 이루어지지 않거나 또는 주입노즐이 파손되는 사고가 빈번하게 발생하였다.
또한 전해액 주입구(157)는 일반적으로 1mm 이하의 내경으로 형성되어 센서의 전해액 주입구 인식률이 떨어지기 때문에 전해액 주입구(157)의 정위치를 잡기가 어려워 주입불량률이 높은 단점을 가진다.
또한 종래에는 전해액 주입이 완료되면 전해액 주입구(157)로 클로징핀(160) 또는 금속볼이 압입되어 억지끼움 되도록 구성되나, 이러한 클로징핀(160) 또는 금속볼의 억지끼움 시 발생하는 압력에 의하여 G/M이 파손되어 공정의 불량률이 과도하게 증가하는 문제점이 발생한다.
또한 종래에는 전해액 주입구(157)로 클로징핀(160) 또는 금속볼이 압입되면 용접공정이 수행되나, 용접 시 발생하는 열이 G/M(153)으로 전달되어 G/M(153)이 변형되거나 파손되는 현상이 발생하게 되고, 이러한 현상을 방지하기 위하여 용접세기를 약하게 하는 경우에는 용접불량이 발생하게 된다.
도 2는 도 1에 적용되는 밀봉공정을 설명하기 위한 예시도이다.
종래기술(100)은 전해액 주입이 완료되면 클로징핀(160)을 전해액 주입구(157)로 억지끼움 한 후 클로징핀(160)을 용접하여 전지케이스(103) 내부를 밀봉시키기 위한 밀봉공정을 수행한다.
또한 종래기술(100)의 밀봉공정을 도 2를 참조하여 살펴보면, 클로징핀(160)을 전해액 주입구(157)로 억지끼움 시키는 압입단계와, 압입단계에 의해 전해액 주입구(157)로 억지끼움 된 클로징핀(160)의 상부영역을 용접시키는 용접단계로 이루어진다.
이때 클로징핀(160)은 전해액 주입구(157)의 내경보다 큰 외경으로 형성됨에 따라 전해액 주입구(157)로 억지끼움 되며, 클로징핀(160)의 단부가 헤더(151)의 외면과 평평한 상태를 형성하도록 압입된다.
이러한 상태에서 전해액 주입구(157)로 삽입된 클로징핀(160)의 상부영역을 용접하면 클로징핀(160)의 상부영역이 용융됨에 따라 전해액 주입구(157)의 내측벽에 결속하여 전지케이스(103) 내부가 밀봉된다.
그러나 종래기술(100)은 클로징핀(160)이 전체 면적 대비 전해액 주입구(157)의 내벽에 접촉되는 접촉면적(S)이 작아 클로징핀(160)의 결속력이 떨어지게 되고, 이에 따라 외부 충격 또는 진동에 의하여 결속이 해제되는 문제점이 빈번하게 발생한다.
본 발명의 출원인에 의하여 출원되어 특허 등록받은 국내등록특허 제10-2010-0111020호(발명의 명칭 : 수지볼 이탈방지 구조의 헤더, 이러한 헤더가 설치된 전지, 및 이러한 전지의 제조방법)에는 전해액 주입구가 외측에서 내측으로 향할수록 내경이 작아지도록 형성하여 수지 볼이 전지 케이스의 내부로 이탈되는 현상을 방지하기 위한 전지가 기재되어 있다.
그러나 상기 전지는 수지 볼의 내부 이탈은 방지할 수 있으나, 전해액 주입구가 헤더의 일측에 설치되기 때문에 전술하였던 바와 같이 1)전해액 주입구가 정확한 위치에 형성되지 않는 경우 전해액 주입불량 또는 주입노즐의 파손현상이 발생하는 것과, 2)센서의 전해액 주입구 인식률이 떨어져 주입불량률이 높은 것과, 3)클로징핀 또는 금속볼의 억지끼움 시 발생하는 압력에 의하여 G/M이 깨지거나 파손되는 것과, 4)용접 시 발생하는 열에 의하여 G/M이 변형되는 문제점이 그대로 지속되는 한계를 가진다.
즉 전해액 주입의 불량률, 억지끼움 시 발생하는 압력에 의한 G/M의 파손 및 용접 시 발생하는 열에 의한 G/M의 파손 현상을 방지할 수 있는 전지에 대한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 전해액 주입구가 전지케이스의 바닥벽의 중앙에 형성됨에 따라 전해액 주입공정이 간단해짐과 동시에 주입의 정확도를 높일 수 있으며, 용접공정 시 G/M의 파손 및 용접불량률을 획기적으로 절감시킬 수 있는 전지를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 전해액 주입구의 내측벽에 직경의 차이에 의하여 걸림턱이 형성되되 전지케이스의 바닥벽의 외면으로부터 걸림턱까지의 직경이 걸림턱부터 바닥벽의 내면까지의 직경보다 큰 크기로 형성됨으로써 클로징핀과의 접촉면적을 증가시켜 외부 충격 및 진동에 의한 클로징핀의 이탈을 획기적으로 방지할 수 있는 전지를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 전해액 주입구의 걸림턱의 외면에 톱니 형상의 결속홈들이 형성됨으로써 전해액 주입구의 내측벽 및 클로징핀과의 결속력을 더욱 높일 수 있는 전지를 제공하기 위한 것이다.
과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 일측이 개구되어 내부에 양극, 음극 및 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체 및 전해액이 수용되며, 일측 개구부에 헤더가 설치되는 전지케이스를 포함하는 전지에 있어서: 상기 전지케이스의 상기 개구부에 대향되는 바닥벽의 중앙에는 전해액 주입구가 형성되는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 전해액 주입구의 내측벽에는 직경의 차이에 의하여 걸림턱이 형성되고, 상기 전해액 주입구는 상기 바닥벽의 외면으로부터 상기 걸림턱까지의 직경(D1)이 상기 걸림턱으로부터 상기 바닥벽의 내면까지의 직경(D2) 보다 큰 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 걸림턱의 외면에는 양단부가 원호를 따라 연결되는 결속홈들이 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 결속홈은 톱니 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 전해액 주입구에 삽입되어 상기 전해액 주입구를 밀봉시키는 밀봉수단은 상기 바닥벽의 두께와 동일한 길이를 갖는 막대 형상으로 형성되며, 외경이 상기 전해액 주입구의 작은 직경(D2) 보다 큰 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 전해액 주입구가 전지케이스의 바닥벽의 중앙에 형성됨으로써 전해액 주입 공정 시 별도의 센서 없이도 전해액 주입구의 위치를 정확하게 인지할 수 있어 주입공정이 간단해질 뿐만 아니라 전해액 주입의 정확도를 획기적으로 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 전해액 주입구가 전지케이스의 바닥벽의 중앙에 형성됨에 따라 종래에 용접공정 시 G/M의 파손 및 용접불량이 빈번하게 발생하는 문제점을 획기적으로 해결할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 전해액 주입구 및 클로징핀의 접촉면적을 증가시킴으로써 외부 충격 및 진동에 의한 클로징핀의 이탈을 획기적으로 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 전해액 주입구의 걸림턱의 외면에 톱니 형상의 결속홈들을 형성함으로써 전해액 주입구의 내측벽 및 클로징핀들의 결속력을 더욱 높일 수 있다.
도 1은 종래의 전지를 나타내는 측단면도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 밀봉공정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 전지를 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 3의 전지케이스를 하부에서 바라본 사시도이다.
도 5는 도 3의 A를 확대한 측단면도이다.
도 6은 도 5의 전해액 주입구로 클로징핀이 삽입되어 용접되는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 도 5의 전해액 주입구의 제2 실시예를 나타내는 측단면도이다.
도 8은 도 7의 제2 전해액 주입구에 용접된 클로징핀을 나타내는 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 전지를 나타내는 측면도이고, 도 4는 도 3의 전지케이스를 하부에서 바라본 사시도이다.
도 3의 전지(1)는 일측이 개구되어 내부에 수용공간을 갖는 원통 형상의 전지케이스(3)와, 전지케이스(3) 내부에 설치되는 전극조립체(5)와, 전지케이스(3)의 일측 개구부에 설치되는 헤더조립체(7)와, 도면에는 도시되지 않았지만 전지케이스(3) 내부에 수용되는 전해액(미도시)으로 이루어진다. 이때 전해액은 공지된 바와 같이 앰플 또는 유리격벽에 의하여 전극조립체와 분리되게 수용되는 것으로 구성될 수 있다.
전극조립체(5)는 양극, 음극 및 세퍼레이터(seperator)로 이루어지며, 전해액에 의하여 활성화되어 전기를 발생시킨다.
또한 전극조립체(5)는 전지에 있어서 통상적으로 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
헤더조립체(7)는 중공 원판으로 형성되어 전지케이스(3)의 일측 개구부에 설치되는 헤더(71)와, 헤더(71)의 중공에 수직 설치되어 전지케이스(3) 내측으로 돌출되는 단부가 양극에 연결되는 양극핀(73)과, 헤더(71) 및 양극핀(73)을 절연시키는 G/M(75)으로 이루어지고, 헤더(71)는 전극조립체(5)의 음극에 연결된다.
이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 헤더(71)가 원판 형상으로 형성되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 헤더(71)는 전지케이스(3)의 개구부의 형상에 대응하여 다양한 형상의 판재로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 헤더조립체(7)는 전지에 있어서 통상적으로 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4의 전지케이스(3)는 공지된 바와 같이 일측이 개구되는 원통 형상으로 형성되며, 일측 개구부에는 전술하였던 헤더조립체(7)가 설치되되 내부에는 전극조립체(5) 및 전해액이 수용된다.
이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 전지케이스(3)가 원통 형상으로 형성되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 전지케이스(3)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 각형 또는 다단식 원통형 등과 같은 다양한 형상으로 구성될 수 있다.
또한 전지케이스(3)는 일측 개구부에 대향되는 바닥벽(31)의 중앙에 전해액 주입구(315)가 형성된다.
전해액 주입구(315)에는 클로징핀(9)이 억지끼움 되고, 전해액 주입구(315)로 억지끼움 된 클로징핀(9)이 용접되어 전지케이스(3) 내부가 밀봉된다.
이와 같이 본 발명은 종래에서와 같이 헤더(71)의 일측에 전해액 주입구를 형성하는 것이 아니라 전지케이스(3)의 바닥벽(31)의 중앙에 전해액 주입구(315)를 형성함으로써 종래에 센서가 전해액 주입구의 위치를 정확하게 감지하지 못하여 주입불량률이 높은 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 공정이 간단해지며, 제조비용을 절감시킬 수 있는 장점을 가진다.
또한 본 발명은 전지케이스(3)의 바닥벽(31)의 중앙에 전해액 주입구(315)가 형성됨에 따라 클로징핀(9)을 전해액 주입구(315) 내부로 억지끼움 할 때 발생하는 압력 또는 전해액 주입구(315) 내부로 압입된 클로징핀(9)을 용접할 때 발생하는 열에 의하여 G/M(75)이 파손되거나 손상되는 종래의 문제점을 획기적으로 해결할 수 있게 된다.
또한 도 3과 4에는 도시되지 않았지만 전지케이스(3)의 바닥벽(31)에는 벤트(bent)가 형성될 수 있다.
도 5는 도 3의 A를 확대한 측단면도이고, 도 6은 도 5의 전해액 주입구로 클로징핀이 삽입되어 용접되는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
전지케이스(3)는 도 5에 도시된 바와 같이 바닥벽(31)의 중앙에 전해액 주입구(315)가 형성된다.
전해액 주입구(315)는 바닥벽(31)의 양면을 관통하되 내측벽에 내측벽으로부터 내측으로 돌출되는 걸림턱(351)이 형성됨으로써 걸림턱(351)에 의하여 다른 크기를 갖는 내경들로 형성된다.
즉 전해액 주입구(315)는 바닥벽(31)의 외면(311)으로부터 걸림턱(351)까지는 직경(D1)을 갖게 되고, 걸림턱(351)부터 바닥벽(31)의 내면(313)까지는 'D1'보다 작은 크기의 내경(D2)을 갖게 된다.
이와 같이 구성되는 전해액 주입구(315)에는 도 6에 도시된 바와 같이 클로징핀(9)이 압입된다.
클로징핀(9)은 전지케이스(3)와 동일한 재질로 이루어지며, 상세하게로는 SUS 재질인 것이 바람직하다.
또한 클로징핀(9)은 길이(L)를 갖는 막대 형상으로 형성되며, 전해액 주입구(315)의 소직경(D2) 보다 외경(R)이 크게 형성됨으로써 전해액 주입구(315)로 억지끼움 된다. 이때 클로징핀(9)은 길이(L)가 전지케이스(3)의 바닥벽(31)의 두께(d)와 동일한 크기로 형성됨으로써 억지끼움 시 양단부가 전지케이스(3)의 바닥벽(31)의 외면(311) 및 내면(313)과 평평한 상태를 형성하게 된다.
또한 클로징핀(9)은 전해액 주입구(315)로 억지끼움 되면, 전해액 주입구(315) 내측에 배치되되 대직경(D1)의 내측에 배치되는 영역이 용접장치에 의해 용접됨에 따라 전해앱 주입구(315)의 대직경(D1) 내측에서 용융되어 대직경(D1)을 형성하는 전해액 주입구(315)의 내측벽에 결속되게 된다.
즉 본 발명의 전지케이스(3)는 바닥벽(31)의 중앙에 전해액 주입구(315)를 형성하되 전해액 주입구(315)의 내측벽이 평탄면으로 형성되는 것이 아니라 걸림턱(351)에 의하여 내경이 변하는 다층식 구조로 형성되어 용접 시 클로징핀(9)과의 접촉 면적을 증가시킴으로써 클로징핀(9)의 일부영역만이 전해액 주입구(315)에 접촉됨에 따라 결속력이 떨어지는 종래의 문제점을 획기적으로 해결할 수 있게 된다.
도 7은 도 5의 전해액 주입구의 제2 실시예를 나타내는 측단면도이고, 도 8은 도 7의 제2 전해액 주입구에 용접된 클로징핀을 나타내는 예시도이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 전지케이스의 전해액 주입구의 제2 실시예이고, 전지케이스(3)는 전술하였던 도 5의 전지케이스(3)와 동일하게 바닥벽(31)의 중앙에 제2 전해액 주입구(415)가 형성된다.
제2 전해액 주입구(415)는 전술하였던 도 5의 전해액 주입구(315)와 동일하게 내측벽에 걸림턱(451)이 형성되며, 걸림턱(451)에 의하여 바닥벽(31)의 외면으로부터 걸림턱(451)까지는 대직경(D1)으로 형성되되 걸림턱(451)으로부터 바닥벽(31)의 내면까지는 소직경(D2)으로 형성된다.
또한 제2 전해액 주입구(315)는 걸림턱(451)의 외면에 외면으로부터 내측으로 톱니 형상의 결속홈(453)들이 복수개가 형성된다. 이때 결속홈(453)들은 원호를 따라 양단부들이 연결된다.
이와 같이 구성되는 제2 전해액 주입구(415)는 클로징핀(9)이 용접될 때 용융된 클로징핀(9)의 용접물이 결속홈(453)들 내부로 삽입됨에 따라 클로징핀(9)과의 결속력을 더욱 높일 수 있게 되고, 이에 따라 외부 진동 및 충격이 발생하더라도 클로징핀(9)이 이탈되지 않고 견고하게 결속될 수 있게 된다.
1:전지 3:전지케이스 5:전극조립체
7:헤더조립체 9:클로징핀 31:바닥벽
71:헤더 73:양극핀 75:G/M
315:전해액 주입구 351:걸림턱 415:제2 전해액 주입구
451:결속홈

Claims (5)

  1. 일측이 개구되어 내부에 양극, 음극 및 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체 및 전해액이 수용되며, 일측 개구부에 헤더가 설치되는 전지케이스를 포함하는 전지에 있어서:
    상기 전지케이스의 상기 개구부에 대향되는 바닥벽의 중앙에는 전해액 주입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 전지.
  2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 전해액 주입구의 내측벽에는 직경의 차이에 의하여 걸림턱이 형성되고,
    상기 전해액 주입구는 상기 바닥벽의 외면으로부터 상기 걸림턱까지의 직경(D1)이 상기 걸림턱으로부터 상기 바닥벽의 내면까지의 직경(D2) 보다 큰 것을 특징으로 하는 전지.
  3. 청구항 제2항에 있어서, 상기 걸림턱의 외면에는 양단부가 원호를 따라 연결되는 결속홈들이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지.
  4. 청구항 제3항에 있어서, 상기 결속홈은 톱니 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지.
  5. 청구항 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 전해액 주입구에 삽입되어 상기 전해액 주입구를 밀봉시키는 밀봉수단은 상기 바닥벽의 두께와 동일한 길이를 갖는 막대 형상으로 형성되며, 외경이 상기 전해액 주입구의 작은 직경(D2) 보다 큰 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지.
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