KR20170053392A - 기밀성이 우수한 가스켓를 구비한 캡조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기밀성이 우수한 가스켓을 구비한 캡조립체를 개시한다.
본 발명에 따르는 기밀성이 우수한 가스켓을 구비한 캡조립체는 양극단자인 캡업부와, 상기 캡업부와 전기적으로 연결되어, 전지 내부 압력에 의하여 파단되는 노치를 구비한 밴트부 및 상기 밴트부 주변부로 절연층을 개재시켜 절연하고 밴트부 중앙부에 통전경로를 형성한 작동밴트부;를 포함하는 캡조립체와, 상기 캡조립체와 개구부를 통하여 결합고정되는 이차전지캔 및 상기 캡조립체와 이차전지캔과의 사이에 개재되어 캔 내부를 실링하는 가스켓을 포함하되, 상기 가스켓의 적어도 일단부는 복수개의 겹층으로 구비되는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때, 이차전지 캔과 캡조립체와의 계면, 캡조립체의 부품들과의 계면을 통하여 전해액이나 그 기체가 외부로 누출되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

Description

기밀성이 우수한 가스켓를 구비한 캡조립체{Beading-less cap assembly with modifed gasket structure}

본 발명은 기밀성이 우수한 가스켓을 구비한 캡조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지 캔과 캡조립체와의 계면, 캡조립체의 부품들과의 계면을 통하여 전해액이나 그 기체가 외부로 누출되는 것을 원천적으로 방지할 수 있는 기밀성이 우수한 가스켓을 구비한 캡조립체에 관한 것이다.

종래 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 가장 널리 제작되고 있으며, 젤리-롤형 전극조립체는 통상적으로 원통형 전지로 제작된다.

상기 내부 단락으로 인한 발열에 의해 유기 용매가 분해되어 가스가 발생하고, 전지 내의 가스압 상승에 의해 전지가 파열될 수 있다. 이러한 전지 내부의 가스압 상승은 외부 충격에 의해 내부 단락이 발생하였을 때에도 일어날 수 있다.

상기와 같은 전지의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 원통형 전지의 캡 어셈블리에는 고압가스를 배출하는 안전밴트, 전지 내압의 상승시 전류를 차단하는 전류차단소자(Current Interrupt Device: CID) 등의 안전 소자들과 상기 소자들을 보호하는 돌출형 단자를 형성하는 탑캡 등이 가스켓에 의해 고정된 구조로 이루어져 있다.

상기 캡 어셈블리의 구조는, 가스켓이 안전밴트, PTC 소자(이차전지의 용도에 따라 선택적으로 사용됨), CID, 탑캡 등의 외주면을 감쌈으로써, 본질적으로 전지 내부의 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지해서, 전지의 최내측에 위치하는 안전밴트와 그것의 외주면을 감싸는 가스켓의 계면을 통해 전해액이 누출되지 않는다면, 안전밴트와 PTC 소자의 계면, PTC 소자와 탑캡의 계면 등 금속 소재들 간의 계면에서도 전해액 누출이 발생하지 않는다.

그러나, 전지의 충방전 작동 과정, 낙하, 외부 충격 등에 의해, 실질적으로 가스켓과 안전밴트의 계면을 통해 일부 전해액이 누출되며, 이렇게 누출된 전해액이 금속 소재들 간의 계면을 통해 외부로 쉽게 누출될 수 있는 문제점이 있다. 즉, 금속 소재들 간의 상호 계면 부위는 상대적으로 밀착성이 떨어지므로, 일단 금속 소재들의 계면으로 유입된 전해액은 가스켓과 관련 소자들의 계면 부위에 비해 외부로 쉽게 누출될 수 있고 이차전지 캔 내부에서 이상작동으로 인한 고열로 인하여 전해액이 기화될 수도 있어서, 캡 어셈블리에서 전해액이나 그 기체가 누출되는 현상을 감소시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

이와 관련하여, 대한민국공개특허공보 제2012-103394호에서는, 도 2, 3에서 볼 수 있듯이, 전극 조립체(10), 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 캔(20), 상기 캔(20)을 밀봉하는 캡 조립체(30), 하부 절연판(40), 상부 절연판(50), 센터 핀(60), 절연 가스켓(70)을 구성하여, 상기 절연 가스켓(70)은 캔(20)과 캡 조립체(30) 사이에 위치하여,서로 다른 극성을 갖는 캔(20)과 캡 조립체(30)를 절연시키면서, 상기 캡 조립체(30)와 함께 캔(20)을 밀봉하고, 상기 캡 조립체(30)는 상기 절연 가스켓(70) 내에 삽입되며, 전극 단자 역할을 하는 상부 캡(31), 상기 상부 캡(31)의 하부에 순서대로 위치하는 벤트(32), 절연재(33), 전류차단소자(34) 및 서브 플레이트(35)를 포함하도록 하며, 전류차단소자(34)는 전극 조립체의 상부에 위치하고, 전극 조립체의 제1 전극탭에 서브 플레이트(35)을 개재하여 전기적으로 연결되어 있고, 전류차단소자(34)는 전지의 비정상적인 작동시 전류를 차단하는 기능을 하며, 상기 벤트(32)는 전류차단소자(34)의 상부에 위치하고, 전류차단소자(34)에 접촉에 의해 전기적으로 연결되어 있고, 또한 상기 벤트(32)는 전극 조립체에서 발생한 가스에 의하여 캔의 내부 압력이 증가하는 경우, 파단되어 캔 내부의 압력을 감소시키는 기능을 하고, 상기 벤트(32)는 전류차단소자(34)와 접촉하도록 하부로 돌출된 돌출부(321)를 구비하며, 이러한 돌출부(321)는 전지의 정상상태에서는 하부로 돌출되어 있으나, 전지의 비정상적인 동작으로 캔 내부의 압력이 증가하는 경우 상부방향으로 이동하게 되고, 그 결과, 벤트(32)와 전류차단소자(34)는 전기적으로 개방되어 전류의 흐름이 차단되며, 벤트(32)와 전류차단소자(34)가 분리되어 전류가 차단되었음에도 불구하고, 캔내부의 압력이 계속 증가하는 경우, 벤트(32)가 파열되어 캔 내부의 가스가 외부로 배출되도록 함으로써, 전지가 폭발하는 것을 방지하며, 상기 벤트(32)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 형상기억합금 중 어느 하나 이상으로 구성되며, 일정한 고온에서 그 돌출부(321)가 줄어들게 하거나 정상온도에서 하부로 돌출된 돌출부(321)가 일정한 온도(예를 들면 100℃)에서 상부로 돌출되도록 제작한 것을 사용하는 것에 의하여, 일정한 온도에서 상기 벤트(32)와 전류차단소자(34)는 전기적으로 분리되어 전류의 흐름이 차단되도록 할 수 있고, 또한, 상부 캡(31)은 피티시 서미스터(36)에 도전성 접착제(37) 예를 들면, 실버 페이스트, 솔더링 등에 의하여 전기적으로 연결되어 전극 단자의 역할을 하도록 하고 있으나, 이러한 캡어셈블리는 캡조립체의 외주면을 감싸면서 밀봉하는 가스켓이 이차전지 내부에서 발생하는 열이나 전해액에 의하여 가스켓이 녹거나 손실되어 형상이 변하는 결과로, 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 통전부재인 금속소재들(캡업부, 안전벤트, 캡다운부) 사이에 개재된 가스켓, 절연층이 전해액 누액이나 그 기체에 의하여 부식되어 손실되고 상호 물리적으로 부착되어 전기적 단락이 발생하는 문제가 여전히 있었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이차전지 캔과 캡조립체와의 계면, 캡조립체의 부품들과의 계면을 통하여 전해액이나 그 기체가 외부로 누출되는 것을 원천적으로 방지할 수 있는 기밀성이 우수한 가스켓을 구비한 캡조립체를 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 양극단자인 캡업부와, 상기 캡업부와 전기적으로 연결되어, 전지 내부 압력에 의하여 파단되는 노치를 구비한 밴트부 및 상기 밴트부 주변부로 절연층을 개재시켜 절연하고 밴트부 중앙부에 통전경로를 형성한 작동밴트부;를 포함하는 캡조립체와, 상기 캡조립체와 개구부를 통하여 결합고정되는 이차전지캔 및 상기 캡조립체와 이차전지캔과의 사이에 개재되어 캔 내부를 실링하는 가스켓을 포함하되, 상기 가스켓의 적어도 일단부는 복수개의 겹층으로 구비되는 것을 특징으로 하는 기밀성이 우수한 가스켓를 구비한 캡조립체를 제공한다.

한편, 본 발명은 양극단자인 캡업부와, 상기 캡업부와 전기적으로 연결되어, 전지 내부 압력에 의하여 파단되는 노치를 구비한 밴트부와, 상기 밴트부 주변부로 절연층을 개재시켜 절연하고 밴트부 중앙부에 통전경로를 형성한 작동밴트부 및 상기 캡조립체의 캡업부, 밴트부외 단부에 제2가스켓을 개재시켜 감싸는 아웃케이지를 포함하는 캡조립체 및 상기 캡조립체와 개구부를 통하여 결합고정되는 이차전지캔을 포함하되, 상기 제2가스켓의 적어도 일단부는 복수개의 겹층으로 구비되는 것을 특징으로 하는 기밀성이 우수한 가스켓를 구비한 캡조립체를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 가스켓 또는 제2가스켓은 적어도 내피층과 외피층을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 내피층은 경성재질의 고분자 재료이고, 외피층은 연성재질의 고분자 재료인 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 가스켓 또는 제2가스켓이 캡조립체를 따라 절곡되는 부분에 대향하는 전지캔의 외부 해당면에 레이저 용접을 통하여 고에너지를 전달시켜 가스켓 또는 제2가스켓의 해당부분을 융해시킨 후 경화시키는 것일 수 있다.

본 발명에 따르는 기밀성이 우수한 가스켓을 구비한 캡조립체에 의하면, 이차전지 캔과 캡조립체와의 계면, 캡조립체의 부품들과의 계면을 통하여 전해액이나 그 기체가 외부로 누출되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 캡조립체의 기술적 특징을 보여주는 캡조립체의 단면도이고,
도 2, 3은 종래 원통형 이차전지를 분해하여 구성요소별로 보여주는 그림이다.

이하에서는 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

첨부된 도 1을 참고하여 본 발명에 따르는 캡조립체를 보면, 양극단자인 캡업부와, 상기 캡업부와 전기적으로 연결되어, 전지 내부 압력에 의하여 파단되는 노치를 구비한 밴트부 및 상기 밴트부 주변부로 절연층을 개재시켜 절연하고 밴트부 중앙부에 통전경로를 형성한 작동밴트부;를 포함하는 캡조립체와, 상기 캡조립체와 개구부를 통하여 결합고정되는 이차전지캔 및 상기 캡조립체와 이차전지캔과의 사이에 개재되어 캔 내부를 실링하는 가스켓을 포함하되, 상기 가스켓의 적어도 일단부는 복수개의 겹층으로 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르는 캡조립체는 양극단자인 캡업부와, 상기 캡업부와 전기적으로 연결되어, 전지 내부 압력에 의하여 파단되는 노치를 구비한 밴트부와, 상기 밴트부 주변부로 절연층을 개재시켜 절연하고 밴트부 중앙부에 통전경로를 형성한 작동밴트부 및 상기 캡조립체의 캡업부, 밴트부외 단부에 제2가스켓을 개재시켜 감싸는 아웃케이지를 포함하는 캡조립체 및 상기 캡조립체와 개구부를 통하여 결합고정되는 이차전지캔을 포함하되, 상기 제2가스켓의 적어도 일단부는 복수개의 겹층으로 구비되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가스켓 또는 제2가스켓의 적어도 일단부는 복수개의 겹층으로 구비된 상태로 전지캔의 비딩부에 클램핑되거나 아웃케이지에 의하여 클램핑된 후에 전지캔 내부의 압력이 상승하면 비딩부 내부나 아웃케이지 내부에 겹층이 전지캔 내벽이나 아웃케이지 내벽으로 밀착되어 내부의 전해액의 누설을 방지할 수 있다.

더 나아가, 상기 가스켓 또는 제2가스켓의 적어도 내피층과 외피층을 포함하도록 하여, 비딩부에 의한 클램핑이나 아웃케이지에 의한 클램핑 힘으로 캡조립체와 비딩부 또는 아웃케이지 대면간에는 밀폐성을 확보하고, 전지캔의 압력이 상승하는 경우에는 내피층과 외피층의 단부가 내벽으로 밀착하여 밀폐성을 향상시킬 수 있다.

또 한편, 상기 내피층은 경성재질의 고분자 재료를 사용하여 캡조립체의 외부면에 친화력이나 부착강도를 확보하고, 반대로 외피층은 연성재질의 고분자 재료를 채용하여 클램핑시 발생할 수 있는 내부의 빈 공간을 빠짐없이 채울 수 있다.

다른 측면에서 본 발명에 따르는 가스켓 또는 제2가스켓의 채움성을 확보하여 밀폐성을 향상시킬 수 있는데, 전지캔과 캡조립체와의 접합시 사용되는 레이저 용접의 고에너지를 활용할 수 있다.

즉, 상기 가스켓 또는 제2가스켓이 캡조립체를 따라 절곡되는 부분에 대향하는 전지캔의 외부 해당면에 레이저 용접을 통하여 고에너지를 전달시켜 가스켓 또는 제2가스켓의 해당부분을 융해시킨 후 경화시켜서, 가스켓의 비딩부나 아웃케이지에 존재하는 빈 공간을 채울 수 있다.

Claims (5)

1. 양극단자인 캡업부와, 상기 캡업부와 전기적으로 연결되어, 전지 내부 압력에 의하여 파단되는 노치를 구비한 밴트부 및 상기 밴트부 주변부로 절연층을 개재시켜 절연하고 밴트부 중앙부에 통전경로를 형성한 작동밴트부;를 포함하는 캡조립체;
   상기 캡조립체와 개구부를 통하여 결합고정되는 이차전지캔; 및
   상기 캡조립체와 이차전지캔과의 사이에 개재되어 캔 내부를 실링하는 가스켓;을 포함하되, 상기 가스켓의 적어도 일단부는 복수개의 겹층으로 구비되는 것을 특징으로 하는 기밀성이 우수한 가스켓를 구비한 캡조립체.
   
2. 양극단자인 캡업부와, 상기 캡업부와 전기적으로 연결되어, 전지 내부 압력에 의하여 파단되는 노치를 구비한 밴트부와, 상기 밴트부 주변부로 절연층을 개재시켜 절연하고 밴트부 중앙부에 통전경로를 형성한 작동밴트부 및 상기 캡조립체의 캡업부, 밴트부외 단부에 제2가스켓을 개재시켜 감싸는 아웃케이지를 포함하는 캡조립체; 및
   상기 캡조립체와 개구부를 통하여 결합고정되는 이차전지캔;을 포함하되,
   상기 제2가스켓의 적어도 일단부는 복수개의 겹층으로 구비되는 것을 특징으로 하는 기밀성이 우수한 가스켓를 구비한 캡조립체.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 가스켓 또는 제2가스켓은 적어도 내피층과 외피층을 포함하는 것을 특징으로 하는 기밀성이 우수한 가스켓를 구비한 캡조립체.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 내피층은 경성재질의 고분자 재료이고, 외피층은 연성재질의 고분자 재료인 것을 특징으로 하는 기밀성이 우수한 가스켓를 구비한 캡조립체.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 가스켓 또는 제2가스켓이 캡조립체를 따라 절곡되는 부분에 대향하는 전지캔의 외부 해당면에 레이저 용접을 통하여 고에너지를 전달시켜 가스켓 또는 제2가스켓의 해당부분을 융해시킨 후 경화시키는 것을 특징으로 하는 기밀성이 우수한 가스켓를 구비한 캡조립체.
   
   
   
   
   

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