KR20160143831A - 2 차 배터리 및 2 차 배터리의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

2 차 배터리는 밀봉 본체 (25), 리벳 부재 (30), 리벳 부재 (30) 와 접촉하고 밀봉 본체 (25) 와 리벳 부재 (30) 사이에 고정되는 개스킷 (27), 홀더 부재 (60), 외장 본체 (10) 의 내압이 상승할 때에 변형되는 반전 플레이트 (40), 및 리벳 부재 (30) 와 접촉하고 리벳 부재 (30) 보다 높은 열 전도성을 갖는 열 축적 부분 (70) 을 포함한다. 반전 플레이트 (40) 의 외부 주변 에지 (42) 는 리벳 부재 (30) 의 주변 에지 부분 (36) 에 용접함으로써 연결되고, 열 축적 부분 (70) 은 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 및 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 사이에 샌드위치된다.

Description

2 차 배터리 및 2 차 배터리의 제조 방법{SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF SECONDARY BATTERY}
본 발명은 전류 차단 디바이스가 제공된 2 차 배터리, 및 이러한 2 차 배터리의 제조 방법에 관한 것이다.
일본 특허 공개 공보 No. 2008-66254 (JP 2008-66254 A) 에 설명된 2 차 배터리에는 전류 차단 디바이스가 제공된다. 전류 경로는 다이어프램이 외장 본체의 내압에 응답하여 사전 결정된 양 또는 그 보다 많은 양만큼 변형될 때에 파괴되는 전류 경로의 일부를 형성하는 포일을 차단함으로써 차단된다.
JP 2008-66254 A 에 설명된 2 차 배터리를 제조할 때에, 외부 단자, 개스킷, 밀봉 본체, 절연 홀더, 및 밀봉 리드는 외장 본체의 외측에 존재하는 측으로부터 이러한 순서로 오버랩된다. 밀봉 본체에 형성된 관통 구멍을 통해 삽입되는 외부 단자의, 외장 본체의 내측에 위치되는 일단부 측은 크림핑된다. 그 결과로서, 개스킷은 외부 단자와 밀봉 본체 사이에 압축되어 고정되고 절연 홀더는 밀봉 본체와 밀봉 리드 사이에 압축되어 고정된다. 이러한 상태에서, 다이어프램은 밀봉 리드의 주변 에지 부분에 레이저 용접된다.
여기서, JP 2008-66254 A 에 설명되는 2 차 배터리에서, 알루미늄과 같은 상대적으로 높은 열 전도성을 갖는 금속 부재가 밀봉 리드 및 외부 단자로서 사용되고, 폴리에테르 에테르 케톤과 같은 상대적으로 낮은 열 전도성 및 양호한 절연 특성들을 갖는 수지 부재는 절연 홀더 부재로서 사용된다. 따라서, 밀봉 리드에 다이어프램을 용접할 때에 발생되는 열은 리벳 부재 및 외부 단자를 통해 개스킷으로 전달된다.
과도한 열이 개스킷으로 전달된다면, 개스킷의 온도는 개스킷의 재료의 유리 전이점을 초과하고, 개스킷은 파열 또는 변형되어, 외장 본체의 내측의 밀봉성을 감소시킬 것이다. 또한, 개스킷의 탄성은 열의 영향으로부터 감소될 수 있고, 이는 외부 단자, 밀봉 리드, 및 홀더 부재 등을 래틀링 (rattling) 시키고 진동시킬 수 있다. 이러한 래틀링은 전류 경로에서 파단을 의도치않게 발생시킬 수 있다. 외장 본체의 내측을 기밀성으로 유지하는 개스킷의 성능이 감소한다면, 2 차 배터리의 신뢰성은 손상받을 것이다.
따라서 본 발명은 외장 본체의 내측을 기밀성으로 유지하는 개스킷으로 전달되는 열을 감소시키고 따라서 신뢰성을 개선시킬 수 있는 2 차 배터리 뿐만 아니라 이러한 2 차 배터리의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 양상은 리벳 부재 및 집전기 부재에 연결되고 외장 본체의 내압이 상승할 때에 변형되는 반전 플레이트, 리벳 부재와 열적으로 접촉하고 밀봉 본체와 리벳 부재 사이에서 압축되고 변형된 상태로 고정되는 개스킷, 및 리벳 부재와 열적으로 접촉하고 리벳 부재의 열 전도성 이상의 열 전도성을 갖는 열 축적 부분이 제공되는 2 차 배터리에 관한 것이다. 반전 플레이트의 외부 주변 에지는 리벳 부재의 주변 에지 부분에 용접됨으로써 연결되고, 열 축적 부분은 리벳 부재의 대향 부분과 홀더 부재의 연장 부분 사이에 샌드위치된다.
본 발명의 제 2 양상은 배터리 요소, 배터리 요소가 수용되는 외장 본체, 외장 본체에 제공되는 개방형 부분에 배열되는 밀봉 본체, 배터리 요소에 연결되는 집전기 부재, 전기적으로 도전성의 리벳 부재, 리벳 부재와 접촉하고 밀봉 본체와 리벳 부재 사이에 제공되는 개스킷, 리벳 부재 및 집전기 부재에 연결되고 외장 본체의 내압이 상승할 때에 집전기 부재로부터 멀리 그리고 리벳 부재를 향해 변형되는 전기적으로 도전성의 반전 플레이트, 반전 플레이트 및 리벳 부재의 연결 부분과 리벳 부재 및 개스킷의 접촉 부분 사이에 제공되고, 연결 부분으로부터 접촉 부분으로 전달되는 열의 양을 억제하는 열 전도량 억제 부분, 및 열 전도량 억제 부분으로부터 개스킷을 절연하는 절연 부분을 포함하는 2 차 배터리에 관한 것이다.
상기 설명된 제 1 양상 또는 제 2 양상의 구조에 따르면, 반전 플레이트가 리벳 부재에 용접될 때에 발생되는 열은 열 축적 부분에 축적되고, 따라서 리벳 부재를 통해 개스킷으로 전달되는 열의 양은 감소될 수 있다. 그 결과로서, 개스킷은 파열 또는 변형으로부터 억제될 수 있고, 따라서 외장 본체의 내측의 밀봉성은 유지될 수 있다. 추가로, 개스킷의 변형으로 인해 홀더 부재의 래틀링은 억제될 수 있고, 따라서 전류 차단 디바이스는 오류 활성화로부터 억제될 수 있고, 따라서 2 차 배터리의 신뢰성이 개선될 수 있다.
본 발명의 제 3 양상은 2 차 배터리의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 제조 방법으로 반전 플레이트를 용접하는 단계에서, 반전 플레이트의 외부 주변 에지는 리벳 부재의 주변 에지 부분에 용접되는 한편, 개스킷은 리벳 부재와 열적으로 접촉하고, 리벳 부재의 열 전도성 이상의 열 전도성을 갖는 열 축적 부분은 리벳 부재의 대향 부분과 홀더 부재의 연장 부분 사이에 샌드위치되어 열 축적 부분은 리벳 부재와 열적으로 접촉한다.
본 발명의 제 4 양상은 개스킷이 밀봉 본체와 리벳 부재 사이에 배열되도록 2 차 배터리의 두껑인 밀봉 본체의 관통 구멍을 통해 리벳 부재를 삽입하는 단계, 및 2 차 배터리의 내압이 상승할 때에 집전기 부재로부터 멀리 그리고 리벳 부재를 향해 변형하는 반전 플레이트를, 리벳 부재에 용접하는 단계를 포함하는 2 차 배터리의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 제조 방법은 리벳 부재에 반전 플레이트를 용접하기 전에, 반전 플레이트 및 리벳 부재의 용접부로부터 리벳 부재 및 개스킷의 접촉 부분으로, 용접부와 접촉 부분 사이에서, 전달되는 열의 양을 억제하는 열 전도량 억제 부분을 제공하는 것을 포함한다.
상기 설명된 제 3 양상 또는 제 4 양상의 제조 방법을 사용하는 것은 리벳 부재에 반전 플레이트를 용접할 때에 발생되는 열이 열 축적 부분에 축적되는 것을 가능하게 하고, 따라서 리벳 부재를 통해 개스킷으로 전달되는 열의 양은 감소될 수 있다. 그 결과로서, 개스킷은 파열 또는 변형으로부터 억제될 수 있고, 따라서 외장 본체의 내측의 밀봉성은 유지될 수 있다. 추가로, 개스킷의 변형으로 인해 홀더 부재의 래틀링은 억제될 수 있고, 따라서 전류 차단 디바이스는 오류 활성화로부터 억제될 수 있다. 그 결과로서, 개선된 신뢰성을 갖는 2 차 배터리가 제조될 수 있다.
이러한 2 차 배터리 및 2 차 배터리의 제조 방법에 따르면, 외장 본체의 내측을 기밀성으로 유지하는 개스킷으로 전달되는 열의 양을 감소시키고 따라서 신뢰성을 개선시킬 수 있는 2 차 배터리, 및 이러한 2 차 배터리의 제조 방법을 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 예시적인 실시형태의 특징들, 이점들, 및 기술적 및 산업적 중요성은 유사한 도면 번호가 유사한 요소들을 나타내는 첨부된 도면들을 참조하여 아래에 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 2 차 배터리의 평면도이고,
도 2 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 2 차 배터리의 단면도이고,
도 3 은 도 1 에서 라인 III-III 을 따라 취한 단면도이고,
도 4 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 2 차 배터리의 제조 방법에서 제 1 단계의 도면이고,
도 5 는 도 4 에 도시된 제 1 단계에서 준비된 열 축적 부분의 평면도이고,
도 6 은 도 4 에 도시된 제 1 단계에서 준비된 열 축적 부분의 단면도이고,
도 7 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 2 차 배터리의 제조 방법에서 제 2 단계의 도면이고,
도 8 은 열 축적 부분이 도 7 에 도시된 제 2 단계에서 리벳 부재와 홀더 부재 사이에 샌드위치된 상태의 단면도이고,
도 9 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 2 차 배터리의 제조 방법에서 제 3 단계의 도면이고,
도 10 은 리벳 부재의 팁 단부 부분가 크림핑될 때에 적용되는 부하가 과도할 경우 2 차 배터리의 상태의 단면도이고,
도 11 은 본 발명의 효과를 검증하도록 수행되는 검증 테스트에서 사용되는 열 축적 부분의 사이즈를 예시하는 도면이고,
도 12 는 본 발명의 효과를 검증하도록 수행되는 검증 테스트의 결과들 및 조건들을 예시하는 도면이고,
도 13 은 본 발명의 효과를 검증하도록 수행되는 검증 테스트의 결과들을 예시하는 도면이다.
이하에, 본 발명의 예시적인 실시형태들은 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 아래에 설명된 예시적인 실시형태들에서, 유사한 또는 공통된 부분들은 도면들에 유사한 도면 부호들로 표시될 것이며, 이들 부분들의 설명은 반복되지 않을 것이다.
(2 차 배터리의 구조)
본 발명의 하나의 예시적인 실시형태에 따른 2 차 배터리 (100) 는 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명될 것이다. 2 차 배터리 (100) 는 외장 본체 (10), 전극 본체 (13) (도 2), 음의 외부 단자 (20) 및 집전기 (50) (도 2), 및 양의 외부 단자 (24) 및 집전기 (51) (도 2) 를 포함한다. 외장 본체 (10) 는 폐쇄된-단부의 각진 튜브-형상의 수용 부분 (15), 및 수용 부분 (15) 의 개방형 부분 (16) (도 3) 을 밀봉하는 밀봉 본체 (25) (2 차 배터리의 뚜껑) 를 포함한다. 전극 본체 (13) (배터리 요소) 는 외장 본체 (10) 의 내측에 수용된다. 외부 단자들 (20 및 24) 은 외장 본체 (10) 의 밀봉 본체 (25) 에 부착된다.
전극 본체 (13) 는 도시 생략된 양의 코어 본체, 음의 코어 본체, 및 분리기를 갖는다. 양의 코어 본체 및 음의 코어 본체는 분리기를 통해 권취된다. 음의 코어 본체 노출형 부분 (11) 은 전극 본체 (13) 의 일단부에 제공되고, 양의 코어 본체 노출형 부분 (12) 은 전극 본체 (13) 의 다른 단부에 제공된다.
음의 코어 본체 노출형 부분 (11) 은 연결 단자 및 집전기 (50) 를 통해 외부 단자 (20) 에 전기적으로 연결된다. 양의 코어 본체 노출형 부분 (12) 은 나중에 설명될 전류 차단 디바이스 (CID) 및 집전기 (51) 를 통해 외부 단자 (24) 에 전기적으로 연결된다.
도 3 은 도 1 에서 라인 III-III 을 따라 취해진 단면도이다. 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 2 차 배터리 (100) 는 또한 도전성의 플레이트 (21), 절연기 (23), 개스킷 (27), 밀봉 본체 (25), 리벳 부재 (30), 반전 플레이트 (40), 집전기 (51), 및 홀더 부재 (60) 를 포함한다.
밀봉 본체 (25) 는 플랫형 플레이트 형상을 갖는다. 밀봉 본체 (25) 는 외장 본체 (10) 에 제공된 개방형 부분 (16) 을 블로킹하도록 제공된다. 관통 구멍 (25m) 은 밀봉 본체 (25) 에 형성된다. 이러한 관통 구멍 (25m) 은 외장 본체 (10) 의 외측에 공간과 외장 본체 (10) 의 내측의 공간을 소통하도록 형성된다.
절연기 (23) 는 외장 본체 (10) 의 외장 부분에 제공된다. 절연기 (23) 는 밀봉 본체 (25) 의 바로 상단에 놓인다. 절연기 (23) 는 밀봉 본체 (25) 와 도전성의 플레이트 (21) 사이에 개재된다. 절연기 (23) 는 절연 재료로 제조되고, 도전성의 플레이트 (21) 로부터 밀봉 본체 (25) 를 전기적으로 절연한다.
리벳 부재 (30) 는 알루미늄 합금과 같은 도전성의 재료로 제조된다. 리벳 부재 (30) 는 밀봉 본체 (25) 에 형성된 관통 구멍 (25m) 을 통해 삽입된다. 리벳 부재 (30) 는 외장 본체 (10) 의 외측에서 도전성의 플레이트 (21) 에 연결되고, 외장 본체 (10) 의 내측에서 반전 플레이트 (40) 에 연결된다. 리벳 부재 (30) 는 밀봉 본체 (25) 에 제공된 관통 구멍 (25m) 을 통해 통과하고, 외장 본체 (10) 의 내측으로 연장되고, 반전 플레이트 (40) 에 연결된다. 리벳 부재 (30) 는 도전성의 플레이트 (21) 에 전기적으로 연결된다. 리벳 부재 (30) 는 반전 플레이트 (40) 에 도전성의 플레이트 (21) 를 전기적으로 연결한다. 도전성의 플레이트 (21) 는 외부 단자 (24) 에 전기적으로 연결된다 (도 2).
리벳 부재 (30) 는 크림핑 부분 (31), 작은 직경 부분 (32), 대향 부분 (33), 단차 부분 (34), 큰 직경 부분 (35), 및 플랜지 부분 (36) 을 포함한다. 작은 직경 부분 (32) 은 가상의 센터 축선 (102) 에 센터링된 원통형 방식으로 연장되는 형상을 갖는다. 크림핑 부분 (31) 은 대향 부분 (33) 으로부터 작은 직경 부분 (32) 의 대향부에 형성된다. 크림핑 부분 (31) 은 작은 직경 부분 (32) 이 관통 구멍 (25m) 을 통해 삽입된 후에 작은 직경 부분 (32) 의 팁 단부 부분 측을 크림핑함으로써 형성된다. 도전성의 플레이트 (21), 절연기 (23), 밀봉 본체 (25), 개스킷 (27), 홀더 부재 (60), 및 열 축적 부분 (열 축적 부재) (70) 은 크림핑 부분 (31) 과 대향 부분 (33) 사이에 크림핑되어 고정된다.
대향 부분 (33) 은 작은 직경 부분 (32) 으로부터 큰 직경 부분 (35) 을 향해 방사상 외향으로 연장되는 일반적으로 원반형 형상을 갖는다. 대향 부분 (33) 은 밀봉 본체 (25) 를 외장 본체 (10) 내측에서 거리를 두어 마주본다. 대향 부분 (33) 은 외장 본체 (10) 내측에서 밀봉 본체 (25) 에 실질적으로 평행하게 연장된다.
단차 부분 (34) 은 센터 축선 (102) 에 센터링되는 외부 주변 측을 향해 돌출하는 작은 직경 부분 (32) 의 부분에 의해 형성된다. 단차 부분 (34) 은 외장 본체 (10) 의 내측에 제공된다. 단차 부분 (34) 은 외장 본체 (10) 의 개방형 부분 (16) 을 블록킹하는 밀봉 본체 (25) 로부터 떨어진 위치에 제공된다. 갭은 단차 부분 (34) 과 밀봉 본체 (25) 사이에 형성된다. 나중에 설명될 개스킷 (27) 은 이러한 갭에 배열된다. 단차 부분 (34) 은 외장 본체 (10) 의 내측에서의 단부 부분에 제공된다. 단차 부분 (34) 은 대향 부분 (33) 의 가장 안쪽 주변 부분에서 크림핑 부분 (31) 을 마주보는 표면이 크림핑 부분 (31) 을 향해 돌출하는 형상을 갖는다.
큰 직경 부분 (35) 은 대향 부분 (33) 의 주변 에지로부터 직립하고 (집전기 (51) 를 향해 만곡됨) 전체적으로 환형의 형상을 갖는다. 플랜지 부분 (36) 은 대향 부분 (33) 으로부터 대향 측에 위치된 큰 직경 부분 (35) 의 단부 부분의 주변 에지에 위치된 부분이다. 플랜지 부분 (36) 은 환형의 형상을 갖는다. 큰 직경 부분 (35) 및 플랜지 부분 (36) 은 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 의 주변 에지에 위치되는 주변 에지 부분에 상응한다. 대향 부분 (33), 큰 직경 부분 (35), 및 플랜지 부분 (36) 의 내측에 대한 공간은 나중에 설명될 반전 플레이트 (40) 를 반전시키도록 허용한다.
리벳 부재 (30) 에 있어서, 플랜지 부분 (36) 의 외측 직경은 19 mm 일 수 있고, 플랜지 부분 (36) 의 하부 단부로부터 크림핑 부분 (31) 의 팁 단부로의 높이는 예를 들면 8 mm 일 수 있다.
개스킷 (27) 은 PFA (Perfluoroalkoxy Fluorine Resin) 또는 EPDM (ethylene propylene diene Rubber) 과 같은 탄성 수지 재료 또는 고무 재료로 제조된다. 개스킷 (27) 은 리벳 부재 (30) 와 접촉하도록 제공된다. 개스킷 (27) 은 밀봉 본체 (25) 와 리벳 부재 (30) 사이에 개재된다. 그 결과로서, 외장 본체 (10) 의 내측은 기밀성으로 밀봉된다. 개스킷 (27) 은 밀봉 본체 (25) 와 리벳 부재 (30) 사이에 밀봉부로서 제공된다.
개스킷 (27) 은 원통형 부분 (28) 및 플랜지 부분 (29) 을 갖는다. 원통형 부분 (28) 은 관통 구멍 (25m) 을 통해 삽입된다. 원통형 부분 (28) 은 관통 구멍 (25m) 을 규정하는 밀봉 본체 (25) 의 내부의 주변 표면, 및 리벳 부재 (30) 의 작은 직경 부분 (32) 의 외부 주변 표면과 접촉하도록 제공된다. 플랜지 부분 (29) 은 원통형 부분 (28) 의 단부 부분으로부터 센터 축선 (102) 에 센터링된 외부 주변 측을 향해 연장되도록 제공된다. 플랜지 부분 (29) 은 밀봉 본체 (25) 와 단차 부분 (34) 사이에 샌드위치된다. 이러한 방식으로, 개스킷 (27) 은 리벳 부재 (30) 와 열적으로 접촉하고 (따라서 리벳 부재 (30) 로부터의 열은 개스킷 (27) 으로 전달되고), 밀봉 본체 (25) 와 리벳 부재 (30) 사이에 압축되고 변형된 상태로 고정된다.
반전 플레이트 (40) 는 도전성의 재료로 제조된다. 반전 플레이트 (40) 는 위로부터 봤을 때에 원형인 얇은 플레이트 형상을 갖는다. 반전 플레이트 (40) 는 대향 부분 (33) 을 마주보는 측에서 리세스를 형성하고 집전기 (51) 를 마주보는 측에서 돌출하는 형상을 갖는다. 반전 플레이트 (40) 는 대향 부분 (33) 과 집전기 (51) 사이에 배열된다. 반전 플레이트 (40) 는 센터 부분 (41) (반전 부분) 및 외부 주변 에지 (42) 를 갖는다.
반전 플레이트 (40) 의 센터 부분 (41) 은 나중에 설명될 집전기 (51) 의 얇은 부분 (52) 에 연결되고, 반전 플레이트 (40) 의 외부 주변 에지 (42) 는 리벳 부재 (30) 의 플랜지 부분 (36) 의 내측에 연결된다. 그 결과로서, 반전 플레이트 (40) 는 집전기 (51) 에 리벳 부재 (30) 를 전기적으로 연결한다. 반전 플레이트 (40) 의 센터 부분 (41) 및 외부 주변 에지 (42) 는 용접에 의해 집전기 (51) 및 리벳 부재 (30) 에 고정된다.
홀더 부재 (60) 는 외장 본체 (10) 의 내측에 제공된다. 홀더 부재 (60) 는 관통 구멍 (25m) 과 반대 측에서 개스킷 (27) 을 샌드위치되어 배열된다. 홀더 부재 (60) 는 밀봉 본체 (25) 바로 아래에 제공된다. 홀더 부재 (60) 는 작은 직경 부분 (32) 측에 반대 측에 위치된 대향 부분 (33) 의 일부, 큰 직경 부분 (35), 및 플랜지 부분 (36) 를 전체적으로 둘러싸도록 제공된다. 홀더 부재 (60) 는 밀봉 본체 (25) 와 대향 부분 (33) 사이에 샌드위치하도록 고정된다.
홀더 부재 (60) 는 PPS (polyphenylene sulfide) 와 같은 우수한 절연 특징들을 갖고 고강성인 절연 수지를 사용하여 형성된다. 홀더 부재 (60) 는 구성 부분들로서 연장 부분 (61) 및 본체 부분 (63) 을 갖는다. 본체 부분 (63) 은 밀봉 본체 (25) 에 인접한 위치로부터 밀봉 본체 (25) 로부터 떨어진 방향으로 원통형 형상으로 연장되도록 제공된다. 본체 부분 (63) 은 대향 부분 (33) 및 반전 플레이트 (40) 를 둘러싸도록 제공된다. 대향 부분 (33) 및 반전 플레이트 (40) 는 본체 부분 (63) 에 의해 둘러싸이는 공간에 배열된다.
연장 부분 (61) 은 밀봉 본체 (25) 에 인접한 위치에 제공된다. 연장 부분 (61) 은 본체 부분 (63) 의 단부 부분으로부터 센터 축선 (102) 에 센터링된 내부의 주변 측을 향해 연장되도록 제공된다. 즉, 연장 부분 (61) 은 본체 부분 (63) 의 단부 부분으로부터 개스킷 (27) 을 향해 연장된다. 연장 부분 (61) 은 밀봉 본체 (25) 와 대향 부분 (33) 사이에 위치된다. 연장 부분 (61) 은 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 을 향해 개방된 그루브 (62) 를 갖는다.
홀더 부재 (60) 의 외부 치수들은 예를 들면 폭이 23 mm 이고 깊이가 21 mm 이고, 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 의 높이가 2.5 mm 이고, 연장 부분 (61) 의 내측 직경이 18 mm 로 될 수 있다. 또한, 그루브 (62) 는 연장 부분 (61) 에서 피팅되도록 형성되고, 깊이는 예를 들면 2.0 mm 이하이다.
열 축적 부분 (70) 은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 또는 철과 같은 우수한 열 전도성을 갖는 금속 재료, 또는 이들 이상의 열 전도성을 갖는 탄소 재료를 사용하여 형성된다. 열 축적 부분 (70) 은 위로부터 봤을 때 링 형상을 갖는다. 열 축적 부분 (70) 은 리벳 부재 (30) 와 동일한 재료이다. 또한, 열 축적 부분 (70) 은 리벳 부재 (30) 의 열 전도성보다 높은 열 전도성을 갖는 재료로부터 제조될 수 있다. 열 축적 부분 (70) 은 무기질 재료가 리벳 부재 (30) 의 열 전도성 이상의 보다 높은 열 전도성을 갖는 한, 무기질 재료로부터 제조될 수 있다. 또한, 열 축적 부분 (70) 은 금속 플레이트 및 무기질 재료의 플레이트로 이루어질 수 있다. 또한, 열 축적 부분 (70) 의 부피 비열은 홀더 부재 (60) 의 부피 비열보다 클 수 있다. 추가로, 이러한 예시적인 실시형태의 열 축적 부분 (70) 은 개스킷 (27) 의 열 저항성보다 높은 열 저항성을 가질 수 있다. 열 축적 부분 (70) 및 열 축적 부분 (70) 의 바로 아래에 존재하는 리벳 부재 (30) 의 일부는 열 전도량 억제 부분으로서 간주될 수 있다.
열 전도량 억제 부분보다 리벳 부재 (30) 및 개스킷 (27) 의 접촉 부분에 보다 가까운 측에 존재하는 리벳 부재 (30) 의 제 1 부분의 부피 비열이 C1 이고, 제 1 부분의 두께가 T1 이고, 열 전도량 억제 부분의 평균 부피 비열이 C2 이고, 열 전도량 억제 부분의 두께가 T2 일 때에, C2T2 는 또한 C1T1 보다 클 수 있다 (즉, C2T2>C1T1).
열 축적 부분 (70) 은 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 과 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 사이에 샌드위치된다. 열 축적 부분 (70) 은 리벳 부재 (30) 보다 높은 열 전도성 (보다 작은 비열 용량) 을 갖고, 리벳 부재 (30) 와 열적으로 접촉한다 (즉, 리벳 부재 (30) 와 접촉하여 리벳 부재 (30) 로부터의 열이 열 축적 부분 (70) 로 전달된다).
이러한 종류의 구조에 따르면, 나중에 설명될 2 차 배터리를 제조하기 위한 제조 프로세스에서, 반전 플레이트 (40) 가 리벳 부재 (30) 에 용접될 때에 발생하는 열은 열 축적 부분 (70) 에 축적된다. 열 축적 부분 (70) 은 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 에 의해 개스킷 (27) 으로부터 절연된다. 따라서, 리벳 부재 (30) 를 통해 개스킷 (27) 으로 전달되는 용접 시에 발생되는 열의 양은 감소될 수 있다.
또한, 열 축적 부분 (70) 은 예를 들면 탄성을 갖는 디스크 스프링에 의해 형성된다. 열 축적 부분 (70) 은 그루브 (62) 에 수용된다. 열 축적 부분 (70) 은 그루브 (62) 에 수용되면서 밀봉 본체 (25) 로부터 떨어진 방향으로 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 을 압박한다. 그 결과로서, 열 축적 부분 (70) 과 리벳 부재 (30) 사이의 접촉은 증가될 수 있고, 따라서 상기 설명된 용접 중에 발생된 열은 열 축적 부분 (70) 으로 효과적으로 전달될 수 있다. 그 결과로서, 리벳 부재 (30) 를 통해 개스킷 (27) 으로 전달되는 열의 양은 심지어 추가로 감소될 수 있다.
집전기 (51) 는 외장 본체 (10) 내측에 전류 차단 디바이스와 배터리 요소 사이에 접촉 지점을 형성한다. 집전기 부재로서 집전기 (51) 는 외장 본체 (10) 내측에 홀더 부재 (60) 에 의해 보유된다. 집전기 (51) 는 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 을 거리를 두어 마주본다. 집전기 (51) 는 밀봉 본체 (25) 로부터 떨어진 방향으로 원통형 방식으로 연장되는 본체 부분 (63) 의 팁 단부에서 홀더 부재 (60) 에 연결된다.
집전기 (51) 는 얇은 부분 (52) 을 갖는다. 이러한 얇은 부분 (52) 의 두께는 집전기 (51) 에 제공된 그루브로 인해 다른 부분들의 두께보다 얇다. 도시 생략된 집전기 탭은 집전기 (51) 에서 밀봉 본체 (25) 로부터 떨어진 방향으로 제공된다. 이러한 집전기 탭은 집전기 (51) 로부터 연장되고 배터리 요소의 전극 플레이트에 연결된다. 집전기 (51) 는 집전기 탭을 통해 배터리 요소에 전기적으로 연결된다. 얇은 부분 (52) 은 또한 집전기 (51) 에 형성된 관통 구멍을 블로킹하는 차단 필름에 의해 형성될 수 있다.
(전류 차단 디바이스의 작동)
도 3 을 참조하면, 전류 차단 디바이스는 집전기 (51), 반전 플레이트 (40), 및 리벳 부재 (30) 에 의해 형성된다. 전류 차단 디바이스가 활성화되기 전에 2 차 배터리 (100) (도 1) 의 일반적인 사용 중에, 반전 플레이트 (40) 는 센터 부분 (41) 이 집전기 (51) 를 향해 외부로 돌출되는 형상을 갖고, 집전기 (51) 는 반전 플레이트 (40), 리벳 부재 (30), 및 도전성의 플레이트 (21) 를 통해 외부 단자 (20) (도 1) 에 전기적으로 연결된다.
전류 차단 디바이스가 활성화되기 전에, 전류는 집전기 (51) (얇은 부분 (52)), 반전 플레이트 (40) (센터 부분 (41)), 및 리벳 부재 (30) 로, 이러한 순서로 유동한다. 그 결과로서, 파워는 2 차 배터리 (100) 로부터 외부 디바이스로 공급된다. 충전 중에, 전류는 역방향으로 유동한다. 외장 본체 (10) (도 1) 의 내압이 상승할 때에, 반전 플레이트 (40) 의 센터 부분 (41) 은 외장 본체 (10) 내측에서 가스에 의해 가압된다. 외장 본체 (10) 의 내압은 센터 부분 (41) 에 고르게 적용된다. 집전기 (51) 의 얇은 부분 (52) 은 집전기 (51) 의 다른 부분들 (예를 들면, 두꺼운 부분) 보다 덜 강성이다.
외장 본체 (10) 의 내압이 설정 값 (활성화 압력) 보다 높게 된다면, 얇은 부분 (52) 은 파괴될 것이고, 반전 플레이트 (40) 의 센터 부분 (41) 은 파괴된 얇은 부분 (52) 및 집전기 (51) 로부터 분리되고, 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 을 향해 변형될 것이다. 그 결과로서, 집전기 (51) 및 반전 플레이트 (40) 가 분리되고, 따라서 전기적 도전이 차단된다.
(제조 방법)
예시적인 실시형태에 따른 2 차 배터리의 제조 방법은 도 4 내지 도 9 를 참조하여 설명될 것이다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시형태에 따라 2 차 배터리를 제조할 때에, 처음에 외장 본체 (10) 에 제공된 개방형 부분 (16) 에 배열될 밀봉 본체 (25) 가 준비된다. 다음에, 도전성의 플레이트 (21), 절연기 (23), 및 밀봉 본체 (25) 는 외장 본체 (10) 의 외측으로 될 측으로부터 이러한 순서로 중첩되어 위치된다. 이때, 도전성의 플레이트 (21), 절연기 (23), 및 밀봉 본체 (25) 는 이들 센터 축선들 (102) 이 정렬되는 방식으로 오버랩된다.
계속해서, 개스킷 (27) 및 홀더 부재 (60) 는 외장 본체 (10) 의 내측을 마주보게 될 밀봉 본체 (25) 의 메인 표면 (25a) 에 위치된다. 이때, 홀더 부재 (60) 는 관통 구멍 (25m) 에 반대 측에서 개스킷 (27) 을 샌드위치하여 배열된다. 개스킷 (27) 은 원통형 부분 (28) 이 관통 구멍 (25m) 을 규정하는 밀봉 본체 (25) 의 내부의 주변 표면과 접촉하고, 플랜지 부분 (29) 이 밀봉 본체 (25) 의 메인 표면 (25a) 과 접촉하도록 위치된다. 홀더 부재 (60) 는 연장 부분 (61) 이 밀봉 본체 (25) 의 메인 표면 (25a) 과 접촉하도록 위치된다. 그루브 (62) 는 밀봉 본체 (25) 가 위치되는 측에 반대 측을 마주본다.
다음에, 열 축적 부분 (70) 은 외장 본체 (10) 의 내측을 마주보게 될 메인 표면인 밀봉 본체 (25) 의 메인 표면 (25a) 에 배열되는 홀더 부재 (60) 의 메인 표면에 위치된다. 보다 구체적으로, 열 축적 부분 (70) 은 그루브 (62) 에 위치된다.
도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이, 열 축적 부분 (70) 은 센터 부분에 제공된 구멍 (72) 을 갖고, 따라서 센터 축선 (102) 의 연장 방향으로부터 봤을 때에 링 형상을 갖는다. 열 축적 부분 (70) 은 외부 주변으로부터 내부의 주변을 향해 외부 주변 단부들 (P1 및 P2) 을 통해 통과하는 가상의 평면 (VP) 으로부터 떨어지게 경사진다. 따라서, 열 축적 부분 (70) 이 그루브 (62) 에 위치될 때에, 열 축적 부분 (70) 은 외부 주변으로부터 내부의 주변을 향해 그루브 (62) 의 바닥 부분으로부터 떨어지게 경사진다.
계속해서, 리벳 부재 (30) 로서, 작은 직경 부분 (32) 의 팁 단부에서 크림핑되지 않은 부재가 준비된다. 대향 부분 (33) 이 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 및 개스킷 (27) 의 플랜지 부분 (29) 을 마주보면서, 도전성의 플레이트 (21) 에 연결될 작은 직경 부분 (32) 의 팁 단부 (리벳 부재 (30) 의 일단부 측) 는 열 축적 부분 (70) 이 위치되는 측으로부터 밀봉 본체 (25) 에 제공되는 관통 구멍 (25m) 을 통해 도 4 에 화살표 A 에 의해 도시되는 바와 같이 삽입된다. 이때, 작은 직경 부분 (32) 의 팁 단부는 관통 구멍 (25m) 을 통해 삽입되어 작은 직경 부분 (32) 의 외부 주변 표면이 개스킷 (27) 의 원통형 부분 (28) 의 외부 주변 표면과 접촉한다.
도 7 에 도시된 바와 같이, 리벳 부재 (30) 의 단차 부분 (34) 이 개스킷 (27) 의 플랜지 부분 (29) 과 접촉하면서, 작은 직경 부분 (32) 의 팁 단부 부분 측은 센터 축선 (102) 으로부터 떨어지는 방향으로 크림핑된다. 그 결과로서, 크림핑 부분 (31) 이 형성되고, 도전성의 플레이트 (21), 절연기 (23), 밀봉 본체 (25), 개스킷 (27), 홀더 부재 (60), 및 열 축적 부분 (70) 은 크림핑 부분 (31) 과 대향 부분 (33) 사이에 크림핑되어 고정된다. 이러한 방식으로, 열 축적 부분 (70), 홀더 부재 (60), 및 개스킷 (27) 은 리벳 부재 (30) 와 밀봉 본체 (25) 사이에 샌드위치되어 고정된다.
이러한 상태로, 개스킷 (27) 은 리벳 부재 (30) 와 열적으로 접촉하고 (따라서 리벳 부재 (30) 로부터의 열은 개스킷 (27) 으로 전달되고), 밀봉 본체 (25) 와 리벳 부재 (30) 사이에 압축되고 변형된 상태로 고정된다. 열 축적 부분 (70) 은 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 과 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 사이에 샌드위치됨으로써 그루브 (62) 에 수용된다.
도 8 에 도시된 바와 같이, 열 축적 부분 (70) 은 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 과 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 사이에 샌드위치됨으로써 플랫형 플레이트 형상으로 변형된다. 그 결과로서, 열 축적 부분 (70) 으로부터의 압박력은 화살표 C 에 의해 도시된 바와 같이 적용되고, 열 축적 부분 (70) 은 밀봉 본체 (25) 로부터 떨어지는 방향으로 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 을 압박한다.
계속해서, 도 7 에 의해 다시 도시되는 바와 같이, 반전 플레이트 (40) 는 도면의 화살표 B 의 방향으로 이동되고, 반전 플레이트 (40) 의 외부 주변 에지 (42) 는 리벳 부재 (30) 의 플랜지 부분 (36) 의 내측에 배열된다. 다음에, 도 9 에 도시된 바와 같이, 레이저 광 (80) 은 플랜지 부분 (36) 및 외부 주변 에지 (42) 의 경계 부분 근처로 방출된다. 용접부는 플랜지 부분 (36) 및 외부 주변 에지 (42) 에 형성되고, 반전 플레이트 (40) 는 리벳 부재 (30) 에 용접된다. 다음에, 집전기 (51) 는 반전 플레이트 (40) 에 연결된다. 따라서, 2 차 배터리 (100) 에 제공되는 전류 차단 디바이스가 제조될 수 있다.
여기서, 리벳 부재 (30) 에 반전 플레이트 (40) 를 용접할 때에 발생되는 열은 리벳 부재 (30) 를 통해 개스킷 (27) 으로 전달된다. 이때, 열이 용접부로부터 개스킷 (27) 으로 전달되는 열 전달 경로에 열 축적 부분 (70) 이 배열되지 않는다면, 과도한 열이 개스킷 (27) 으로 전달되게 될 것이다. 그 결과로서, 개스킷 (27) 의 재료의 유리 전이점이 초과될 수 있다. 이러한 경우에, 개스킷은 파열되거나 변형되어 외장 본체 (10) 내측의 밀봉성을 감소시킬 수 있다. 또한, 개스킷 (27) 의 탄성이 열의 영향으로부터 감소될 수 있고, 리벳 부재 (30) 의 위치가 변형될 수 있고 이는 홀더 부재 (60) 를 래틀링시키고 진동시킬 수 있다. 이러한 래틀링은 전류 차단 디바이스를 오류 활성화시킬 수 있다.
이러한 예시적인 실시형태에서, 반전 플레이트 (40) 의 외부 주변 에지 (42) 는 리벳 부재 (30) 의 플랜지 부분 (36) 에 용접되는 한편, 개스킷 (27) 은 리벳 부재 (30) 와 열적으로 접촉하는 상태이고, 리벳 부재 (30) 보다 높은 열 전도성 (보다 작은 비열 용량) 을 갖는 열 축적 부분 (70) 은 리벳 부재 (30) 와 열적으로 접촉하도록 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 과 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 사이에 샌드위치된 상태이다. 또한, 열 축적 부분 (70) 은 열이 플랜지 부분 (36) 및 외부 주변 에지 (42) 에 형성된 용접부로부터 개스킷 (27) 으로 전달되는 열 전달 경로에 배열된다.
따라서, 도 9 에 화살표들에 의해 도시된 바와 같이, 반전 플레이트 (40) 가 리벳 부재 (30) 에 용접될 때에 발생된 많은 열은 열 축적 부분 (70) 에 의해 축적된다. 그 결과로서, 개스킷 (27) 으로 전달되는 열의 양은 감소된다.
열 축적 부분 (70) 은 바람직하게 리벳 부재 (30) 로부터 전달되는 보다 많은 열을 축적하도록 큰 부피를 갖는다. 상기 설명된 것과 같은 치수들을 갖는 리벳 부재 (30) 및 홀더 부재 (60) 를 사용할 때에, 부피는 바람직하게 150 mm3 이상이다. 예를 들면, 열 축적 부분 (70) 이 그루브 (62) 에 수용되고 플랫형 플레이트 형상으로 취해질 때에, 외측 직경은 바람직하게 18 mm 이고, 내측 직경은 바람직하게 8 mm 이고, 두께는 바람직하게 2 mm 이다. 이 이외에도, 외측 직경, 내측 직경, 및 두께는 부피가 150 mm3 이상으로 되도록 적절히 변경될 수 있고, 예를 들면, 외측 직경은 16 mm 이고, 내측 직경은 8 mm 이고, 두께는 1.0 mm 일 수 있다.
용접 시에 발생된 열의 일부를 열 축적 부분 (70) 에 축적되게 하는 것은 개스킷 (27) 의 온도가 개스킷 (27) 의 재료의 유리 전이점 온도에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 결국에, 개스킷은 유리 전이점 온도가 초과되는 결과로써 파열되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 개스킷이 열로부터 변형되고 시간이 경과함에 따라 크리프 파열되는 것이 또한 방지된다. 그 결과로서, 이러한 예시적인 실시형태에 따른 2 차 배터리 (100) 에 있어서, 외장 본체 (10) 의 내측은 충분한 기밀성을 유지할 수 있고, 2 차 배터리의 신뢰성은 개선될 수 있다.
추가로, 열 축적 부분 (70) 과 대향 부분 (33) 사이의 접촉은 열 축적 부분 (70) 으로서 그루브 (62) 에 수용되면서 밀봉 본체 (25) 로부터 멀어지는 방향으로 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 을 압박하는 디스크 스프링을 사용함으로써 개선된다. 그 결과로서, 열 축적 부분 (70) 에서의 열 전도성은 개선되고, 따라서 개스킷 (27) 으로 전달되는 열의 양은 보다 효과적으로 감소될 수 있다.
뿐만 아니라, 열 축적 부재가 밀봉 본체 (25) 로부터 멀어지는 방향으로 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 을 압박하는 결과로서, 홀더 부재 (60) 의 래틀링은 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 이 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 으로부터 멀어지는 방향으로 변형됨에도 불구하고 억제될 수 있다. 이러한 래틀링이 억제될 수 있는 이유는 도 1 을 참조하여 설명될 것이다.
작은 직경 부분 (32) 의 팁 단부 부분 측이 센터 축선 (102) 으로부터 멀어지는 방향으로 크림핑될 때에 리벳 부재 (30) 의 작은 직경 부분 (32) 의 팁 단부 부분에 적용되는 부하가 과도하게 된다면, 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 은 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 으로부터 멀어지는 방향으로 변형될 것이다.
작은 탄성 변형을 갖는 수지가 절연 특성들 등의 관점으로부터 홀더 부재 (60) 에 대해 사용되고, 따라서 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 이 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 으로부터 멀어지는 방향으로 변형된다면, 홀더 부재 (60) 는 리벳 부재 (30) 의 변형에 종속되어 변형되지 않을 것이다. 따라서, 갭은 홀더 부재 (60) 와 리벳 부재 (30) 사이에 형성된다.
이러한 종류의 경우에도, 열 축적 부분 (70) 은 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 의 변형에 종속되어 변형될 것이고 대향 부분 (33) 과 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 사이에 샌드위치될 것이다. 따라서, 열 축적 부분 (70) 으로부터의 압박력이 리벳 부재 (30) 및 홀더 부재 (60) 에 작용하여 홀더 부재 (60) 및 리벳 부재 (30) 가 분리될 지라도, 홀더 부재 (60) 가 리벳 부재 (30) 와 밀봉 본체 (25) 사이에 고정된 상태는 유지될 것이다. 그 결과로서, 홀더 부재 (60) 의 래틀링은 억제될 수 있고 따라서 전류 차단 디바이스의 오류 활성화가 억제될 수 있다.
또한, 열 축적 부분 (70) 의 일부는 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 과 열적으로 접촉하고, 따라서 리벳 부재 (30) 에 반전 플레이트 (40) 를 용접할 때에 발생하는 열은 열 축적 부분 (70) 에 의해 축적될 수 있다. 따라서, 개스킷 (27) 으로 전달되는 열의 양은 감소될 수 있다. 그 결과로서, 마치 상기 설명된 바와 같이, 외장 본체 (10) 의 내측은 충분한 기밀성을 유지할 수 있고, 2 차 배터리 (100) 의 신뢰성은 개선될 수 있다.
예상보다 긴 연장된 시간 기간에 걸쳐 사용된 개스킷 (27) 으로 인해 개스킷 (27) 을 구성하는 수지의 특성이 감소하여 개스킷 (27) 의 압박력이 감소하는 경우가 존재할 수 있다. 이러한 종류의 경우에도, 열 축적 부분 (70) 으로부터 압박력이 작용함으로써 홀더 부재 (60) 의 래틀링은 억제될 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 이러한 예시적인 실시형태에 따른 2 차 배터리 및 2 차 배터리의 제조 방법을 사용하는 것은 외장 본체 (10) 의 내측을 기밀성으로 유지시키는 개스킷 (27) 으로 전달되는 열이 감소되도록 하고 신뢰성을 향상시키도록 할 수 있다.
이러한 예시적인 실시형태에서, 반전 플레이트 (40) 가 디스크 스프링에 의해 형성되지만, 반전 플레이트 (40) 는 이에 제한되지 않고, 또한 플랫형 플레이트 형상을 갖는 링 부재에 의해 형성될 수 있는 경우가 설명된다. 이러한 경우에도, 리벳 부재 (30) 로 전달되는 열은 열 축적 부분 (70) 이 리벳 부재 (30) 와 열적으로 접촉함으로써 열 축적 부분 (70) 으로 효과적으로 전달된다. 그 결과로서, 개스킷 (27) 의 온도는 리벳 부재 (30) 및 반전 플레이트 (40) 가 용접될 때에 상승되는 것으로부터 억제될 수 있다.
이러한 예시적인 실시형태에서, 열 축적 부분 (70) 이 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 에 제공되는 그루브 (62) 에 수용되지만, 열 축적 부분 (70) 은 이에 제한되지 않는 경우가 설명된다. 즉, 그루브 (62) 는 제공되지 않을 수 있고 열 축적 부분 (70) 은 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 및 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 사이에 샌드위치될 수 있다. 이러한 경우에도, 리벳 부재 (30) 로부터의 열은 열 축적 부분 (70) 이 리벳 부재 (30) 와 열적으로 접촉함으로써 열 축적 부분 (70) 으로 효과적으로 전달된다. 그 결과로서, 개스킷 (27) 의 온도는 리벳 부재 (30) 및 반전 플레이트 (40) 가 용접될 때에 상승하는 것으로부터 억제될 수 있다.
열 축적 부분 (70) 이 그루브 (62) 에 수용될 때에, 전류 차단 디바이스의 높이 치수가 증가하는 것으로부터 방지될 수 있고, 따라서 외장 본체 (10) 에 수용되는 전극 본체의 높이는 감소하는 것으로부터 방지될 수 있다. 그 결과로서, 배터리 특징들에서 감소는 억제될 수 있다.
이러한 예시적인 실시형태에서, 전류 차단 디바이스가 양의 외부 단자 (24) 측에 제공되지만, 전류 차단 디바이스는 이에 제한되지 않는 경우가 설명된다. 즉, 전류 차단 디바이스는 단지 양의 외부 단자 (24) 및 음의 외부 단자 (20) 중 적어도 하나에만 제공될 필요가 있다.
다음에, 본 발명의 효과를 검증하도록 수행되는 검증 테스트는 도 11 내지 도 13 을 참조하여 설명될 것이다. 검증 테스트에서, 리벳 부재 (30) 는 순수 알루미늄 (A1050) 을 사용하여 형성되었다. 검증 테스트에서 사용된 리벳 부재 (30) 의 외부 치수 및 홀더 부재 (60) 의 외부 치수는 예시적인 실시형태에 따라 리벳 부재 (30) 및 홀더 부재 (60) 와 동일한 사이즈들이었다.
도 11 에 도시된 바와 같이, 검증 테스트에서, 플랫형 플레이트 형상을 갖는 열 축적 부분은 열 축적 부분 (70) 으로서 사용되었다. 또한, 도 12 에 도시된 바와 같은 다양한 재료들로 제조되고 다양한 내측 직경들 (D1), 외측 직경들 (D2), 두께들 (T1) 을 갖는 다양한 열 축적 부분들 (70) 은 비교예들 2a 내지 4a, 및 예들 1 내지 10 에 대해 열 축적 부분들로서 준비되었더. 또한, 열 축적 부분들 (70) 의 부피들은 또한 열 축적 부분들 (70) 의 내측 직경 (D1), 외측 직경 (D2), 및 두께 (T1) 를 변경함으로써 도 12 에 도시된 바와 같이 변경되었다. 비교예 1a 에서, 열 축적 부분 (70) 은 제공되지 않았다.
비교예들 2a 내지 4a 및 예들 1 내지 10 에 대한 홀더 부재들 (60) 로서, 비교예들 2a 내지 4a 및 예들 1 내지 10 의 각각에 대한 열 축적 부분에 상응하는 그루브 (62) 가 제공된 홀더 부재가 준비되었다. 비교예 1a 에서, 그루브는 홀더 부재 (60) 에 제공되지 않았다.
2 차 배터리들은 비교예들 1a 내지 4a 및 예들 1 내지 10 에서 예시적인 실시형태의 2 차 배터리의 제조 방법에 따른 제조 방법에 의해 제조되었고 리벳 부재 (30) 및 반전 플레이트 (40) 를 용접할 때에 개스킷들 (27) 의 온도가 측정되었다. 리벳 부재 (30) 및 반전 플레이트 (40) 를 용접할 때에 레이저 출력은 열 입력이 150 W 로 되도록 조정되었다. 2 차 배터리들은 전류 차단 디바이스의 활성화 압력이 0.75 MPa 로 되도록 제조되었다.
개스킷들 (27) 은 PFA 를 사용하여 형성되었다. PFA 의 유리 전이 온도는 거의 130 도이다. 따라서, 용접 중에 개스킷들 (27) 의 온도들은 유리 전이 온도를 초과하지 않도록 120℃ 보다 높지않는 것이 바람직하다
(테스트 결과들)
도 12 및 도 13 에 도시된 바와 같이, 비교예들 1a 내지 4a 에서, 용접 중 개스킷들 (27) 의 온도들은 모두 130℃ 보다 높고, PFA 의 유리 전이 온도보다 높았다. 그러나, 예들 1 내지 10 에서, 개스킷들 (27) 의 온도들은 모두 130℃ 보다 낮고, PFA 의 유리 전이 온도보다 낮았다.
비교예 1a 와 비교예들 2a 내지 4a 및 예들 1 내지 10 을 비교할 때에 용접 중 개스킷 (27) 의 온도는 열 축적 부분 (70) 이 제공되지 않았을 경우보다 열 축적 부분 (70) 이 제공되었을 경우에 보다 낮았다. 추가로, 비교예들 2a 내지 4a 및 예들 1 내지 10 의 각각을 비교할 때에, 용접 중 개스킷 (27) 의 온도는 열 축적 부분 (70) 이 알루미늄으로 제조될 때 부피가 증가함에 따라 감소한다. 따라서, 용접 중 열 축적 부분 (70) 의 부피와 개스킷 (27) 의 온도 사이에 비례 관계가 존재한다는 것이 확인되었다. 열 축적 부분 (70) 이 알루미늄으로 제조되고 열 축적 부분 (70) 의 부피가 150 mm3 이상일 때에, 용접 중 개스킷들 (27) 의 온도들은 모두 120℃ 이하이고, PFA 의 유리 전이 온도보다 낮다.
예들 7 내지 10 를 비교할 때에, 열 축적 부분 (70) 의 부피가 일정하고 단지 재료만이 변경될 경우, 개스킷 (27) 의 온도가 각각의 재료의 열 전도성 및 비열 용량으로 인해 변경된다는 것이 확인되었다. 용접 중 개스킷 (27) 의 온도는 보다 낮은 비열 용량 및 보다 높은 열 전도성을 갖는 재료에 있어서 보다 많이 감소될 수 있다는 것이 확인되었다.
이들 결과들로부터, 리벳 부재에 반전 플레이트를 용접할 때에 발생되는 열이 열 축적 부분에 축적될 수 있고, 따라서 리벳 부재 (30) 를 통해 개스킷으로 전달되는 열의 양이, 리벳 부재 (30) 와 열적으로 접촉하고 리벳 부재 (30) 보다 높은 열 전도성을 갖고 (보다 작은 비열 용량을 갖고), 리벳 부재 (30) 의 대향 부분 (33) 과 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 사이에 샌드위치되는 열 축적 부분 (70) 을 가짐으로써, 감소될 수 있다는 것을 실험적으로 증명하였다고 말할 수 있다. 또한, 또한 용접 중에 개스킷 (27) 의 온도는 열 축적 부분 (70) 의 부피를 150 mm3 이상으로 함으로써 신뢰성있게 감소될 수 있다는 것을 실험적으로 증명하였다고 말할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들 및 예들은 상기 설명되었지만, 이들 예시적인 실시형태들 및 예들은 모든 면에서 단지 예시적이고 제한적으로 해석되어서는 안된다. 예를 들면, 개스킷 (27) 과 열 축적 부분 (70) 사이에 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 을 제공하는 대신에, 아래에 설명된 바와 같은 구조가 채용될 수 있다. 리벳 부재 (30) 에 반전 플레이트 (40) 를 용접할 때에, 충분한 공간이 열 축적 부분 (70) 과 개스킷 (27) 사이에 제공될 수 있거나 또는 홀더 부재 (60) 와 상이한 절연 부재가 열 축적 부분 (70) 과 개스킷 (27) 사이에 제공될 수 있고, 따라서 용접부로부터 개스킷 (27) 으로 열 축적 부분 (70) 을 통해 전달되는 열의 양은 용접부로부터 직접 개스킷 (27) 으로 리벳 부재 (30) 를 통해 전달되는 열의 양보다 적다. 또한, 개스킷 (27) 의 플랜지 부분 (29) 은 밀봉 본체 (25) 의 하부 측 대신에 밀봉 본체 (25) 의 상부 측에 제공될 수 있고, 홀더 부재 (60) 의 연장 부분 (61) 의 내측 직경은 리벳 부재 (30) 의 단차 부분 (34) 의 외측 직경과 동일한 사이즈일 수 있다.

Claims (18)

  1. 배터리 요소와 상기 배터리 요소가 수용된 외장 본체의 외측에 제공된 외부 단자 사이에서 상기 외장 본체의 내압이 상승할 때에 전류의 유동을 차단하는 전류 차단 디바이스가 제공된 2 차 배터리로서:
    상기 외장 본체에 제공된 개방형 부분에 배열된 밀봉 본체,
    상기 외부 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 밀봉 본체에 제공된 관통 구멍을 통해 통과하고 상기 외장 본체 내로 연장되는 리벳 부재,
    상기 리벳 부재와 열적으로 접촉하고, 상기 밀봉 본체와 상기 리벳 부재 사이에서 압축되고 변형된 상태로 고정되는 개스킷,
    상기 외장 본체 내측에서 상기 배터리 요소에 연결된 집전기 부재를 보유하는 홀더 부재,
    상기 리벳 부재 및 상기 집전기 부재에 연결되고, 상기 외장 본체의 내압이 상승할 때에 상기 집전기 부재로부터 멀리 그리고 상기 리벳 부재를 향해 변형하는 반전 플레이트, 및
    상기 리벳 부재와 열적으로 접촉하고 상기 리벳 부재의 열 전도성 이상의 열 전도성을 갖는 열 축적 부분을 포함하고,
    상기 리벳 부재는 상기 외장 본체의 내측에서 상기 밀봉 본체와 거리를 두어 마주보는 대향 부분, 및 상기 대향 부분의 주변 에지에 위치되는 주변 에지 부분을 포함하고,
    상기 홀더 부재는 상기 관통 구멍과는 반대 측에서 상기 개스킷을 샌드위치하여 배열되고, 상기 개스킷을 향해 연장된 연장 부분을 포함하고,
    상기 반전 플레이트의 외부 주변 에지는 상기 리벳 부재의 상기 주변 에지 부분에 용접에 의해 연결되고,
    상기 열 축적 부분은 상기 리벳 부재의 상기 대향 부분과 상기 홀더 부재의 상기 연장 부분 사이에 샌드위치되는, 2 차 배터리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀더 부재의 상기 연장 부분은 상기 리벳 부재의 상기 대향 부분을 향해 개방된 그루브를 갖고,
    상기 열 축적 부분은 상기 그루브에 수용되는, 2 차 배터리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열 축적 부분은 디스크 스프링이고,
    상기 열 축적 부분은 상기 그루브에 수용되면서 상기 밀봉 본체로부터 멀어지는 방향으로 상기 리벳 부재의 상기 대향 부분을 압박하는, 2 차 배터리.
  4. 2 차 배터리로서:
    배터리 요소,
    상기 배터리 요소가 수용된 외장 본체,
    상기 외장 본체에 제공된 개방형 부분에 배열된 밀봉 본체,
    상기 배터리 요소에 연결된 집전기 부재,
    전기적으로 도전성의 리벳 부재,
    상기 리벳 부재와 접촉하고 상기 밀봉 본체와 상기 리벳 부재 사이에 제공되는 개스킷,
    상기 리벳 부재 및 상기 집전기 부재에 연결되고, 상기 외장 본체의 내압이 상승할 때에 상기 집전기 부재로부터 멀리 그리고 상기 리벳 부재를 향해 변형되는 전기적으로 도전성의 반전 플레이트,
    상기 반전 플레이트 및 상기 리벳 부재의 연결 부분과 상기 리벳 부재 및 상기 개스킷의 접촉 부분 사이에 제공되고, 상기 연결 부분으로부터 상기 접촉 부분으로 전달되는 열의 양을 억제하는 열 전도량 억제 부분, 및
    상기 열 전도량 억제 부분으로부터 상기 개스킷을 절연하는 절연 부분을 포함하는, 2 차 배터리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 전도량 억제 부분의 두께는 상기 열 전도량 억제 부분보다 상기 접촉 부분에 가까운 측에 있는 상기 리벳 부재의 제 1 부분의 두께보다 두꺼운, 2 차 배터리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열 전도량 억제 부분은 상기 리벳 부재의 부분, 및 상기 리벳 부재의 상기 부분과 접촉하고 상기 리벳 부재와 동일한 재료로 제조되는 제 1 부재를 포함하는, 2 차 배터리.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 열 전도량 억제 부분은 상기 리벳 부재의 부분, 및 상기 리벳 부재의 상기 부분과 접촉하고 상기 리벳 부재보다 높은 열 전도성을 갖는 재료로 제조되는 제 2 부재를 포함하는, 2 차 배터리.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 열 전도량 억제 부분은 상기 리벳 부재의 부분, 및 상기 리벳 부재의 상기 부분과 접촉하고 금속 및 무기질 재료 중 적어도 하나로부터 형성되는 제 2 부재로부터 형성되는, 2 차 배터리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 부재를 유지하는 홀더 부재를 추가로 포함하는, 2 차 배터리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 부재의 부피 비열은 상기 홀더 부재의 부피 비열보다 큰, 2 차 배터리.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 부재는 상기 개스킷의 열 저항성보다 큰 열 저항성을 갖는, 2 차 배터리.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 전도량 억제 부분보다 상기 리벳 부재 및 상기 개스킷의 상기 접촉 부분에 보다 가까운 측에 있는 상기 리벳 부재의 제 1 부분의 부피 비열이 C1 일 때에, 상기 제 1 부분의 두께는 T1 이고, 상기 열 전도량 억제 부분의 평균 부피 비열은 C2 이고, 상기 열 전도량 억제 부분의 두께는 T2 이고, C2T2>C1T1 인, 2 차 배터리.
  13. 배터리 요소와 상기 배터리 요소가 수용된 외장 본체의 외측에 제공된 외부 단자 사이에서 상기 외장 본체의 내압이 상승할 때에 전류의 유동을 차단하는 전류 차단 디바이스가 제공된 2 차 배터리의 제조 방법으로서:
    밀봉 본체를 준비하는 제 1 단계,
    상기 밀봉 본체에 개스킷 및 홀더 부재를 위치시키는 제 2 단계,
    상기 홀더 부재의 제 1 표면에 열 축적 부분을 위치시키는 제 3 단계로서, 상기 제 1 표면은 상기 밀봉 본체가 배열된 상기 홀더 부재의 제 2 표면으로부터 상기 홀더 부재의 대향 측에 있는, 상기 제 3 단계,
    상기 열 축적 부분이 위치된 측으로부터 상기 밀봉 본체에 제공된 관통 구멍을 통해 상기 외부 단자에 전기적으로 연결된 리벳 부재의 일단부 측을 삽입하고, 상기 리벳 부재와 상기 밀봉 본체 사이에, 상기 열 축적 부분, 상기 홀더 부재, 및 상기 개스킷을 샌드위치함으로써 제 위치에 상기 열 축적 부분, 상기 홀더 부재, 및 상기 개스킷을 고정하는 제 4 단계,
    상기 외장 본체의 내압이 상승할 때에 집전기 부재로부터 멀리 그리고 상기 리벳 부재를 향해 변형하는 반전 플레이트를, 상기 밀봉 본체, 상기 개스킷, 상기 홀더 부재, 상기 열 축적 부분, 상기 리벳 부재 및 상기 반전 플레이트를 포함하는 어셈블리를 형성하도록 상기 리벳 부재에 용접하는 제 5 단계, 및
    상기 반전 플레이트가 상기 외장 본체의 내측에 배열되도록 상기 외장 본체에 상기 어셈블리를 조립하는 제 6 단계를 포함하고,
    상기 제 2 단계에서, 상기 홀더 부재는 상기 관통 구멍과는 반대 측에서 상기 개스킷을 샌드위치하여 배열되고,
    상기 열 축적 부분은 상기 리벳 부재의 열 전도성 이상의 열 전도성을 갖고,
    상기 홀더 부재는 상기 개스킷을 향해 연장되는 연장 부분을 포함하고,
    상기 리벳 부재는 상기 외장 본체 내측에서 상기 밀봉 본체와 거리를 두어 대향하는 대향 부분, 및 상기 대향 부분의 주변 에지에 위치되는 주변 에지 부분을 포함하고,
    상기 제 4 단계에서, 상기 개스킷은 상기 리벳 부재와 열적으로 접촉하고, 상기 밀봉 본체와 상기 리벳 부재 사이에서 압축되고 변형된 상태로 고정되고, 상기 열 축적 부분은 상기 리벳 부재의 상기 대향 부분과 상기 홀더 부재의 상기 연장 부분 사이에 샌드위치되고,
    상기 제 5 단계에서, 상기 반전 플레이트의 외부 주변 에지는 상기 리벳 부재의 상기 주변 에지 부분에 용접되는 한편, 상기 개스킷은 상기 리벳 부재와 열적으로 접촉하고, 상기 열 축적 부분은 상기 리벳 부재와 열적으로 접촉하고, 상기 열 축적 부분은 상기 리벳 부재의 상기 대향 부분과 상기 홀더 부재의 상기 연장 부분 사이에 샌드위치되는, 2 차 배터리의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 홀더 부재의 상기 연장 부분은 상기 리벳 부재의 상기 대향 부분을 향해 개방된 그루브를 갖고,
    상기 제 3 단계에서, 상기 열 축적 부분은 상기 그루브에 수용되는, 2 차 배터리의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 그루브에 수용되면서 상기 밀봉 본체로부터 멀어지는 방향으로 상기 리벳 부재의 상기 대향 부분을 압박하는 디스크 스프링은 상기 열 축적 부분으로서 사용되는, 2 차 배터리의 제조 방법.
  16. 2 차 배터리의 제조 방법으로서:
    개스킷이 밀봉 본체와 리벳 부재 사이에 배열되도록 상기 2 차 배터리의 뚜껑인 상기 밀봉 본체의 관통 구멍을 통해 상기 리벳 부재를 삽입하는 단계,
    상기 2 차 배터리의 내압이 상승할 때에 집전기 부재로부터 멀리 그리고 상기 리벳 부재를 향해 변형하는 반전 플레이트를, 상기 리벳 부재에 용접하는 단계, 및
    상기 반전 플레이트를 상기 리벳 부재에 용접하기 전에, 상기 반전 플레이트 및 상기 리벳 부재의 용접부로부터 상기 리벳 부재 및 상기 개스킷의 접촉 부분으로, 상기 용접부와 상기 접촉 부분 사이에서, 전달되는 열의 양을 억제하는 열 전도량 억제 부분을 제공하는 단계를 포함하는, 2 차 배터리의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    (i) 상기 열 전도량 억제 부분으로서, 상기 리벳 부재의 열 전도성 이상의 열 전도성을 갖는 제 1 부재는 상기 리벳 부재에 배열되고,
    (ii) 상기 반전 플레이트는 상기 개스킷이 상기 제 1 부재와 접촉하지 않고 상기 리벳 부재에 용접되는, 2 차 배터리의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    절연 부분이 상기 제 1 부재와 상기 개스킷 사이에 제공되어, 상기 반전 플레이트를 상기 리벳 부재에 용접할 때에, 상기 용접부로부터 상기 개스킷으로 상기 제 1 부재를 통해 전달되는 열의 양은 상기 용접부로부터 직접 상기 개스킷으로 상기 리벳 부재를 통해 전달되는 열의 양보다 작은, 2 차 배터리의 제조 방법.
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