KR20190093360A - 리벳을 포함하는 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 비딩부/클림핑부가 생략된 원통형 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관통구가 형성된 중심부가 하향 오목한 형태로 이루어진 안전벤트; 중심부에 관통구가 형성되어 있고 전지의 내압 상승시 전류를 단전시키는 전류차단부재; 머리부는 상기 안전벤트의 중심부 상에 위치하고 몸통부는 상기 안전벤트 및 전류차단부재의 관통구를 통과하면서 상기 전류차단부재의 하면 외측으로 돌출되도록 위치하는 리벳; 상기 안전벤트 및 상기 전류차단부재 사이에 위치하는 제1가스켓; 및 상기 리벳과 상기 안전벤트의 접촉부에 위치하는 제2가스켓을 포함하는 캡 어셈블리, 및 이를 포함하는 비딩부/클림핑부가 생략된 원통형 전지에 대한 것이다.
Description
본 발명은 리벳을 포함하는 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 비딩부/클림핑부가 생략된 원통형 전지에 대한 것으로서, 구체적으로, 상기 캡 어셈블리를 구성하는 안전벤트, 전류차단부재, 제1가스켓 및 제2가스켓에는 양극 단자 역할을 하는 리벳을 통과시킬 수 있는 관통구가 형성되어 있고, 상기 안전벤트는 탑 캡의 역할을 하는 구조로 이루어지며, 상기 캡 어셈블리를 포함하는 전지케이스에는 비딩부/클림핑부가 생략되어 있는 원통형 전지에 대한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지는 다양한 모바일 기기의 에너지원으로 사용되고 있다. 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로도 주목받고 있다.
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.
전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 및 소정 크기의 다수의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
그러나, 상기 원통형 전지는 전지의 안전한 사용을 위해 부가되는 안전벤트, 전류차단부재를 포함하는 캡 어셈블리를 고정하기 위하여 클림핑(crimping) 공정 및 비딩(beading) 공정을 수행하게 되는 바, 클림핑부 및 비딩부에 의해 이차전지의 내부 공간에서 전지의 용량과 관련 없는 부분이 차지하는 부피가 큰 문제가 있다.
또한, 클림핑 공정에서 외력이 인가될 때 캡 어셈블리의 부품에 변형이 발생할 수 있는 바, 전지의 불량율이 증가하여 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 각형 리튬 이차전지로서, 전극 탭과 접속되는 전극단자가 설치되는 캡조립체를 포함하고, 전극 탭의 절곡을 배제함으로써 절곡 불량을 방지할 수 있는 리튬 이차전지를 개시하고 있다.
특허문헌 2는 전극 집합체를 내부에 수용하며 일단이 탑캡 조립체에 의해 마감되는 캔부재를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는 상기 캔부재의 일단을 마감하는 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트를 관통하며 상기 전극 집합체와 직접 연결되는 리베트를 포함하는 이차전지를 개시하고 있다.
그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 리튬 이차전지는 각형 전지에 대한 것이므로, 클림핑 및 비딩 과정이 필요한 원통형 이차전지의 구조와 상이한 구조로 이루어지는 바, 원통형 이차전지의 구조를 변경하여 전지의 용량을 증가시키기 위한 해결방안을 제시하지 못하고 있다.
특허문헌 3은 비딩공정이 제거된 이차전지 및 이차전지의 제조방법을 개시하나, 전극 집합체를 수용하는 캔부재는 바닥부와 상기 바닥부의 테두리부분에서 상측으로 연장되는 벽면부를 포함하고, 상기 벽면부의 내측면에서 탑캡 조립체가 접착되는 구조로 이루어진다.
즉, 특허문헌 3의 이차전지는 상기 벽면부에 포함되는 가스켓부가 절곡되는 구조를 포함하는 바, 상기 가스켓부가 절곡된 구조는 종래의 클림핑 부와 대응되는 구조로서, 상기와 같은 문제점을 완전히 해결하지 못하고 있다.
이와 같이, 클림핑 공정 및 비딩 공정을 생략하면서 전지의 용량을 증가시킬 수 있으며, 이차전지의 제조 과정에서 불량율을 낮출 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 원통형 전지용 캡 어셈블리로서, 캡 어셈블리를 구성하는 안전벤트, 전류차단부재, 제1가스켓 및 제2가스켓에는 상기 리벳이 통과될 수 있도록 관통구가 형성되어 있고 상기 안전벤트가 최외각에 위치하는 바, 종래의 원통형 전지용 캡 어셈블리에서 탑 캡이 생략되고 리벳이 양극 단자의 역할을, 안전벤트가 상기 양극 단자를 제외한 탑 캡의 역할을 수행한다.
또한, 상기 캡 어셈블리가 결합된 원통형 이차전지를 사용하는 경우, 상기 캡 어셈블리를 고정하기 위한 비딩부 형성 과정이 불필요하고, 상기 캡 어셈블리를 고정하기 위하여 용접을 수행하는 것으로 클림핑 공정을 생략할 수 있다.
따라서, 클림핑부 및 비딩부가 생략되는 만큼 전극조립체의 부피를 증가시킬 수 있는 바, 전지의 용량을 증가시킬 수 있고, 클링핑 공정 및 비딩 공정에서 전지가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캡 어셈블리는,
관통구가 형성된 중심부가 하향 오목한 형태로 이루어진 안전벤트;
중심부에 관통구가 형성되어 있고 전지의 내압 상승시 전류를 단전시키는 전류차단부재;
머리부는 상기 안전벤트의 중심부 상에 위치하고 몸통부는 상기 안전벤트 및 전류차단부재의 관통구를 통과하면서 상기 전류차단부재의 하면 외측으로 돌출되도록 위치하는 리벳;
상기 안전벤트 및 상기 전류차단부재 사이에 위치하는 제1가스켓; 및
상기 리벳과 상기 안전벤트의 접촉부에 위치하는 제2가스켓;
을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는 최상단에 안전벤트가 위치하고, 종래의 원통형 이차전지용 캡 어셈블리에 적용되는 탑 캡이 생략되는 바, 종래의 돌출된 구조의 탑 캡의 생략으로 인하여 캡 어셈블리의 높이를 줄일 수 있다.
또한, 상기 안전벤트는 전지케이스의 상부 케이스 역할을 할 뿐 양극 단자의 역할은 상기 리벳이 수행하는 바, 강성이 높은 스테인리스와 같은 소재로 사용하여 상기 안전벤트를 제조할 수 있다. 따라서, 종래에 탑 캡을 생략하는 전지의 경우 안전벤트가 양극 단자 역할을 함으로써, 알루미늄 소재의 안전벤트를 사용하는 경우와 비교할 때, 강성이 향상된 캡 어셈블리를 제공할 수 있다.
종래에는 상기 탑 캡이 양극 단자의 역할을 함께 수행하였으나, 본 발명에서는 리벳이 양극 단자의 역할을 수행하고, 상기 리벳은 하향 오목한 형태의 안전벤트의 중심부에 머리부가 위치하는 바, 상기 리벳의 머리부의 두께를 얇게 함으로써 전체적인 캡 어셈블리의 높이를 최소화할 수 있다.
또한, 상기 안전벤트와 상기 전류차단부재 사이에 제1가스켓이 위치하고, 상기 리벳과 상기 안전벤트 사이에 제2가스켓이 위치함으로써 절연성을 확보할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 안전벤트는, 상기 관통구가 형성되어 있는 오목한 평탄부인 중심부, 상기 중심부로부터 외측방향으로 상향 기울기를 형성하며 연장되는 경사부, 및 상기 중심부와 평행하도록 상기 경사부로부터 외측 방향으로 연장되는 외주부를 포함하고, 상기 경사부 및 상기 외주부 사이에는 노치가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 전지 내부의 압력이 증가되는 경우, 하향 오목한 형태의 안전벤트의 형태가 상향으로 돌출되는 형태로 반전될 수 있고, 상향으로 돌출된 상태에서, 상기 노치가 형성된 부분이 파단되며 가스 배출이 이루어질 수 있다.
상기 제1가스켓은 상기 리벳의 몸통부가 통과하는 관통구가 중심에 형성되어 있으며, 상기 전류차단부재의 상면에 위치하고 상기 안전벤트와 이격되도록 배치되는 평면부, 및 상기 평면부로부터 외측으로 연장되고, 하면은 상기 전류차단부재의 외주변을 감싸면서 상기 전류차단부재의 하면보다 하향 연장되고, 상면은 상향 돌출되어 상기 안전벤트의 외주부 하면과 대면하는 단차부를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 캡 어셈블리는 상기 캡 어셈블리를 전지케이스에 고정하기 전에, 상기 캡 어셈블리를 구성하는 부재들을 위치 고정하기 위하여 상기 리벳을 가압하여 소성 변형시키는 바, 이 과정에 의해 안전벤트 및 전류차단부재의 노치부가 변형되는 것을 방지하기 위하여, 상기 안전벤트는 상기 제1가스켓과 이격되도록 위치한다.
따라서, 상기 이격 간격을 유지할 수 있도록, 상기 제1가스켓의 적어도 일부는 상기 안전벤트 중심부 하면과 접하도록 돌출된 구조를 포함할 수 있다.
상기 돌출된 구조는 제1가스켓의 관통구 주변부에 형성될 수 있고, 또는 상기 제1가스켓의 평면부로서 상기 안전벤트의 중심부와 대면하는 부분의 일부에 형성될 수 있다.
즉, 상기 돌출된 구조를 제외한 나머지 제1가스켓의 평면부 상면은 상기 안전벤트의 하면과 이격된 상태로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제1가스켓의 단차부의 상면은 상기 안전벤트의 외주부 하면과 소정간격 이격되도록 배치되는 바, 상기 돌출된 구조는 상기 단차부 상면과 상기 안전벤트의 외주부 하면이 대면하는 부분의 일부에 형성될 수 있다.
상기 안전벤트의 하면과 상기 제1가스켓 상면 간에 형성된 이격 공간은 캡 어셈블리의 조립을 위한 리벳팅 과정에서 상기 안전벤트 및 상기 제1가스켓이 밀착되면서 사라지거나 이격 간격이 짧아지게 된다.
상기 리벳팅 과정의 압축 공정을 통해 밀착 구조(Sealing)가 이루어 지는 결과, 캡 어셈블리를 통해 전해액이 누액되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2가스켓은 상기 리벳의 몸통부가 통과하는 관통구가 중심에 형성되어 있으며, 상기 리벳의 머리부와 상기 안전벤트의 중심부 상면 사이에 위치하는 상부 및 상기 상부로부터 하향 연장되면서 상기 리벳의 몸통부 외주변과 상기 안전벤트의 관통구 내측면 사이에 위치하는 하부를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 제2가스켓은 상기 양극 단자가 되는 리벳과 음극 단자가 되는 안전벤트 간의 접촉을 방지하여 절연성을 확보할 수 있다.
또는, 상기 제2가스켓의 상부는 상기 리벳의 머리부가 안착되도록 오목부가 형성되는 구조일 수 있는 바, 상기 리벳의 머리부 외주변 둘레를 상기 제2가스켓의 상부가 감싸는 구조로 이루어지기 때문에, 상기 리벳과 상기 안전벤트 간의 접촉을 더욱 완벽하게 차단할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제2가스켓의 하부는 상기 제1가스켓의 관통구 내면과 접하도록 연장되는 구조로 이루어질 수 있는 바, 상기 제2가스켓의 하부 길이가 상기 안전벤트의 두께와 동일하거나 더 짧은 경우에는 상기 안전벤트의 관통구에서 리벳과의 접촉이 일어날 수 있으므로, 상기 제2가스켓의 하부가 연장되는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
또는, 상기 제2가스켓의 하부 길이가 상기 안전벤트의 두께와 대응되는 경우에는, 상기 제1가스켓의 관통구의 내경이 상기 제2가스켓의 내경과 동일하거나 더 작게 형성됨으로써, 상기 리벳과 상기 안전벤트 간의 접촉을 방지할 수 있다.
한편, 상기 리벳이 양극 단자의 역할을 하는 점을 고려할 때, 상기 리벳은 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기 캡 어셈블리를 포함하는 원통형 이차전지를 제공할 수 있는 바, 상기 원통형 이차전지는 상기 캡 어셈블리가 전지케이스의 개방 상부에 탑재되는 원통형 이차전지로서, 상기 전지케이스의 내부에 전극조립체가 수납되어 있고, 상기 전지케이스의 외주변 상단은 상기 캡 어셈블리의 안전벤트 외주변과 용접에 의해 결합되는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전극조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 전극조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 전극조립체, 상기 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 전극조립체, 또는 상기 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로간에 부착되는 라미네이션-스택형 전극조립체 등이 사용될 수 있다.
상기 캡 어셈블리는 원통형의 전지케이스의 개방 상단에 위치하기 전에, 리벳을 소성 변형시키는 리벳팅 공정을 통해 양극 단자를 형성하게 된다.
상기 제1가스켓 및 상기 제2가스켓은 소정의 탄성을 갖고 리벳팅 공정에서 가압시 압축될 수 있는 소재로 이루어질 수 있는 바, 상기 리벳팅 공정을 통해 상기 안전벤트, 상기 제1가스켓, 제2가스켓 및 전류차단부재가 리벳팅 되는 방향으로 밀착 배열된다.
따라서, 상기 제1가스켓의 단차부 상면과 상기 안전벤트의 외주부 하면이 밀착되고, 상기 제1가스켓의 평면부 상면과 상기 안전벤트의 중심부 하면이 밀착되는 바, 상기 리벳팅 과정의 압축 공정을 통해 밀착 구조(Sealing)가 이루어지는 결과, 캡 어셈블리를 통해 전해액이 누액되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 캡 어셈블리가 상기 전지케이스의 상단에 위치시킨 상태에서 용접이 이루어지면, 상기 제1가스켓의 단차부 하면은 상기 전극조립체의 상면에 위치하는 절연 부재와 밀착 배열되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 상기 제1가스켓에 의해 상기 전극조립체의 유동을 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 리벳이 양극 단자의 역할을 하는 바, 상기 전극조립체의 양극 탭은 전류차단부재 하면에 결합되고, 상기 전류차단부재는 상기 리벳과 연결되는 바, 외부로 노출된 상기 리벳을 통해 외부 디바이스와의 연기적인 연결이 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 원통형 이차전지의 제조방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 원통형 이차전지의 제조방법은
(a) 전류차단부재, 제1가스켓, 안전벤트 및 제2가스켓을 높이 방향으로 순차 배열하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 순차 배열된 부재들의 중심부 관통구를 통과하도록 리벳을 위치시키는 단계;
(c) 상기 리벳을 가압하여 소성 변형시켜서 캡 어셈블리를 조립하는 단계; 및
(d) 상기 캡 어셈블리를 원통형 전지케이스의 상단에 위치시키고 용접하는 단계;
를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지 제조방법은, 리벳을 소성 변형시켜 캡 어셈블리를 완성하고, 상기 캡 어셈블리를 원통형 전지케이스의 상단과 용접에 의해 결합시키고, 상기 제1가스켓의 상면의 적어도 일부에는 상기 안전벤트와 접하는 돌기가 형성되어 있고, 상기 돌기를 제외한 나머지 재1가스켓의 상부는 상기 안전벤트와 이격 거리를 형성하도록 배치된다.
따라서, 상기 단계 (c)에 의하여 상기 안전벤트와 상기 제1가스켓이 밀착되는 경우, 상기 돌기가 형성된 부분의 제1가스켓의 상면과 상기 안전벤트의 하면은 부분적으로 밀착될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원통형 이차전지는 종래의 원통형 전지용 캡 어셈블리에서 탑 캡이 생략되고 리벳이 양극 단자의 역할을, 안전벤트가 상기 양극 단자를 제외한 탑 캡의 역할을 수행하는 바, 상기 리벳이 안전벤트 및 전류차단부재 등을 관통할 수 있도록 관통구가 형성된 안전벤트 및 전류차단부재를 포함하고, 상기 리벳에 의한 체결에 의해 캡 어셈블리의 구성요소들이 고정될 수 있다.
또한, 상기 캡 어셈블리가 결합된 원통형 이차전지를 사용하는 경우, 상기 안전벤트의 외주변을 전지케이스의 상부 끝단에 용접으로 결합하여 고정시킬 수 있으므로 캡 어셈블리를 고정하기 위한 비딩 공정을 생략할 수 있고, 별도의 클림핑 공정도 불필요하다.
따라서, 클림핑부 및 비딩부가 생략되는 만큼 전극조립체의 부피를 증가시켜서, 고용량의 이차전지를 제공할 수 있으며, 또한 클링핑 공정 및 비딩 공정에서 전지가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 캡 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 2는 리벳팅 이전의 캡 어셈블리의 수직 단면도이다.
도 3은 도 2의 일부 확대도이다.
도 4는 리벳팅 이후의 캡 어셈블리의 수직 단면도이다.
도 5는 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 일부 수직 단면도이다.
도 2는 리벳팅 이전의 캡 어셈블리의 수직 단면도이다.
도 3은 도 2의 일부 확대도이다.
도 4는 리벳팅 이후의 캡 어셈블리의 수직 단면도이다.
도 5는 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 일부 수직 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 캡 어셈블리의 분해 사시도이고, 도 2는 리벳팅 이전의 캡 어셈블리의 수직 단면도이다.
도 1을 참조하면, 캡 어셈블리(100)는 위에서 아래 방향으로 리벳(130), 제2가스켓(150), 안전벤트(110), 제1가스켓(140), 및 전류차단부재(120)가 순차적으로 적층되어 있다.
도 2를 참조하면, 안전벤트(110)는 관통구가 형성된 중심부가 하향 오목한 형태로 이루어지고, 관통구가 형성된 평탄부인 중심부(111), 중심부(111)로부터 외측방향으로 상향 기울기를 형성하며 연장되는 경사부(112), 및 중심부(111)와 평행하도록 경사부(112)로부터 외측 방향으로 연장되는 외주부(113)를 포함한다.
경사부(112)와 외주부(113) 사이에는 노치가 형성되어 있어, 전지의 내압 증가시 상기 노치에서 파단이 용이하게 이루어짐으로써 가스 배출이 신속하게 이루어질 수 있다.
제1가스켓(140)은 리벳(130)이 통과하는 관통구가 중심에 형성되어 있고, 전류차단부재(120)의 상면에 위치하는 평면부(141), 및 평면부(141)로부터 외측으로 연장되면서 상부는 안전벤트(110) 방향으로 돌출되고 하부는 전류차단부재(120)의 외주변을 둘러싸며 하향 연장되는 단차부(142)로 이루어진다.
제2가스켓(150)은 리벳(130)이 통과하는 관통구가 중심에 형성되어 있는 상부(151)와 상부(151)로부터 하향 연장되면서 리벳(130)의 몸통부(132) 외주변과 안전벤트(110)의 관통구 내측면 및 제1가스켓(140)의 관통구 내측면 사이에 위치하는 하부(152)로 구성된다.
상부(151)에는 리벳(130)의 머리부(131)가 안착될 수 있도록 오목한 구조가 형성되어 있는 바, 리벳(130)의 상부(131) 외주변을 감싸는 구조로 이루어짐으로써 안전벤트(110)와 리벳(130)이 접촉하는 것을 완전히 차단할 수 있다.
리벳(130)은 제2가스켓(150), 안전벤트(110), 제1가스켓(140) 및 전류차단부재(120)의 중심에 형성된 관통구를 통과하여 하단이 전류차단부재(140)의 하면보다 하향 연장되도록 위치한다.
캡 어셈블리(100)는 리벳팅 전 상태를 도시하는 바, 리벳(130)의 하단(133)은 변형되지 않은 상태이고, 제1가스켓(140)의 중심부에는 돌기(143)가 형성되어 있는 바, 안전벤트(110)와 제1가스켓(140) 사이에는 대체로 이격 공간이 형성되어 있다.
제1가스켓(140)의 하부의 내경은 상부의 내경보다 크게 도시되어 있으나, 제1가스켓(140)의 하부의 내경은 전류차단부재(120)의 외경과 대응되는 크기로 형성되면 족하고, 상부의 내경과 하부의 내경은 서로 동일할 수도 있고, 안전벤트(110)와 리벳(130) 간의 절연성을 확보할 수 있다면, 내경의 크기는 특별히 한정되지 않는다.
도 3은 도 2의 부분 확대도를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 리벳 공정에서 안전벤트(110) 및 전류차단부재(120)가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 제1가스켓의 평면부(141)의 중심부에는 돌출부(143)가 형성되어 있는 바, 안전벤트(110) 외주부(113)의 하면과 제1가스켓의 단차부(142) 상면은 소정의 거리(a1) 만큼 이격되어 있고, 평면부(141)에서 돌출부(143)를 제외한 나머지 부분은 안전벤트의 중심부(111)와 소정의 거리(a2) 만큼 이격되어 있다. 여기서, a1은 a2 보다 크거나 동일하게 형성될 수 있고, 리벳팅 이후에 상기 이격 거리(a1)는 제거되어 안전벤트(110) 외주부(113) 하면은 제1가스켓의 단차부(142) 상면과 밀착되나, 이격 거리(a2)는 제거되거나 또는 짧아질 수 있다.
도 4는 리벳팅 이후의 캡 어셈블리의 수직 단면도이다.
도 4를 참조하면, 캡 어셈블리(200)는 리벳(230)의 머리부(231)에서 하향 연장된 몸통부(232) 끝단(233)이 소성 변형되었다. 전류차단부재(220)의 하면 외측으로 돌출된 끝단(233)의 외주면 지름이 관통구의 지름보다 크게 변형되어 캡 어셈블리(200)의 모든 구조가 밀착되도록 고정시킬 수 있다.
제1가스켓(240) 및 제2가스켓(250)은 탄성이 있는 소재로 이루어질 수 있는 바, 특히 제1가스켓의 돌출부가 압축되면서 캡 어셈블리(200)의 밀착 구조(Sealing)가 형성될 수 있다.
즉, 리벳팅에 의하여, 안전벤트의 외주부(213) 하면과 제1가스켓(240)의 단차부(242) 상면은 밀착되고, 제1가스켓(240)의 평면부(241)는 안전벤트의 중심부(211)와 밀착된다.
이와 같은 밀착 구조(Sealing)로 인하여 이차전지 조립 후 전해액 주액시, 전해액이 누액되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 일부 수직 단면도이다.
도 5를 참조하면, 원통형 이차전지(300)는 전지케이스(303) 내부에 전극조립체(301)를 수납하고, 전극조립체(301)의 상부에는 절연부재(360)가 위치한다. 상향 연장된 양극 탭(302)은 전류차단부재(320)의 하면에 결합하고, 전류차단부재(320)는 리벳의 몸통부 끝단(333)과 연결되는 바, 리벳이 양극 단자로 기능하게 된다.
제1가스켓(340)의 단차부(342) 하면은 절연부재(360)와 밀착 배열되면서 전극조립체(301)를 위치 고정하는 역할을 하고 있다.
캡 어셈블리는 안전벤트(310)의 외주변을 전지케이스(303)의 상부 끝단에 용접(350)하여 위치 고정하는 바, 원통형 이차전지(300)는 비딩 공정 및 클램핑 공정을 생략할 수 있다.
제1가스켓(340)의 외경은 안전벤트(310)의 외경보다 작게 도시되어 있는 바, 제1가스켓(340)의 외경이 전지케이스(303)의 내경과 대응되는 크기로 이루어지는 경우에는, 전지케이스에 외부 충격이 인가되는 경우, 제1가스켓(340)이 손상될 수 있는 바, 제1가스켓(340)의 외경은 전지케이스(303)의 외경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 비딩부 및 클램핑 부의 생략에 의해 캡 어셈블리의 높이가 줄어들기 때문에 전극조립체가 차지하는 부피를 최대화할 수 있는 바, 전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100, 200 : 캡 어셈블리
110, 210, 310 : 안전벤트
111, 211 : 안전벤트 중심부
112 : 안전벤트 경사부
113, 213 : 안전벤트 외주부
120, 220, 320 : 전류차단부재
130, 230 : 리벳
131, 231 : 리벳의 머리부
132, 232 : 리벳의 몸통부
133, 233, 333 : 리벳의 몸통부 끝단
140, 240, 340 : 제1가스켓
141, 241 : 제1가스켓의 평면부
142, 242, 342 : 가스켓의 단차부
143 : 돌기부
150, 250 : 제2가스켓
151, 251 : 상부
152, 252 : 하부
300 : 원통형 이차전지
301 : 전극조립체
302 : 양극 탭
303 : 전지케이스
350 : 용접
360 : 절연부재
a1 : 안전벤트 외주부의 하면과 제1가스켓의 단차부 상면의 이격 거리
a2 : 안전벤트 중심부의 하면과 제1가스켓의 평면부 상면의 이격 거리
110, 210, 310 : 안전벤트
111, 211 : 안전벤트 중심부
112 : 안전벤트 경사부
113, 213 : 안전벤트 외주부
120, 220, 320 : 전류차단부재
130, 230 : 리벳
131, 231 : 리벳의 머리부
132, 232 : 리벳의 몸통부
133, 233, 333 : 리벳의 몸통부 끝단
140, 240, 340 : 제1가스켓
141, 241 : 제1가스켓의 평면부
142, 242, 342 : 가스켓의 단차부
143 : 돌기부
150, 250 : 제2가스켓
151, 251 : 상부
152, 252 : 하부
300 : 원통형 이차전지
301 : 전극조립체
302 : 양극 탭
303 : 전지케이스
350 : 용접
360 : 절연부재
a1 : 안전벤트 외주부의 하면과 제1가스켓의 단차부 상면의 이격 거리
a2 : 안전벤트 중심부의 하면과 제1가스켓의 평면부 상면의 이격 거리
Claims (14)
- 관통구가 형성된 중심부가 하향 오목한 형태로 이루어진 안전벤트;
중심부에 관통구가 형성되어 있고 전지의 내압 상승시 전류를 단전시키는 전류차단부재;
머리부는 상기 안전벤트의 중심부 상에 위치하고 몸통부는 상기 안전벤트 및 전류차단부재의 관통구를 통과하면서 상기 전류차단부재의 하면 외측으로 돌출되도록 위치하는 리벳;
상기 안전벤트 및 상기 전류차단부재 사이에 위치하는 제1가스켓; 및
상기 리벳과 상기 안전벤트의 접촉부에 위치하는 제2가스켓;
을 포함하는 캡 어셈블리. - 제1항에 있어서, 상기 안전벤트는,
상기 관통구가 형성되어 있는 오목한 평탄부인 중심부;
상기 중심부로부터 외측방향으로 상향 기울기를 형성하며 연장되는 경사부; 및
상기 중심부와 평행하도록 상기 경사부로부터 외측 방향으로 연장되는 외주부;
를 포함하고,
상기 경사부 및 상기 외주부 사이에는 노치가 형성되어 있는 캡 어셈블리. - 제1항에 있어서, 상기 제1가스켓은 상기 리벳의 몸통부가 통과하는 관통구가 중심에 형성되어 있으며,
상기 전류차단부재의 상면에 위치하고, 상기 안전벤트와 이격되도록 배치되는 평면부; 및
상기 평면부로부터 외측으로 연장되고, 하면은 상기 전류차단부재의 외주변을 감싸면서 상기 전류차단부재의 하면보다 하향 연장되고, 상면은 상향 돌출되어 상기 안전벤트의 외주부 하면과 대면하는 단차부;
를 포함하는 캡 어셈블리. - 제3항에 있어서, 상기 제1가스켓의 적어도 일부는 상기 안전벤트 중심부 하면과 접하도록 돌출된 구조로 이루어진 캡 어셈블리.
- 제3항에 있어서, 상기 단차부의 상면은 상기 안전벤트의 외주부 하면과 소정간격 이격되도록 배치되는 캡 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 제2가스켓은 상기 리벳의 몸통부가 통과하는 관통구가 중심에 형성되어 있으며,
상기 리벳의 머리부와 상기 안전벤트의 중심부 상면 사이에 위치하는 상부; 및
상기 상부로부터 하향 연장되면서 상기 리벳의 몸통부 외주변과 상기 안전벤트의 관통구 내측면 사이에 위치하는 하부;
를 포함하는 캡 어셈블리. - 제6항에 있어서, 상기 제2가스켓의 상부는 상기 리벳의 머리부가 안착되도록 오목부가 형성된 구조인 캡 어셈블리.
- 제6항에 있어서, 상기 제2가스켓의 하부는 상기 제1가스켓의 관통구 내면과 접하도록 연장되는 구조로 이루어진 캡 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 리벳은 알루미늄으로 이루어진 캡 어셈블리.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 따른 캡 어셈블리가 전지케이스의 개방 상부에 탑재되는 원통형 이차전지로서,
상기 전지케이스의 내부에 전극조립체가 수납되어 있고,
상기 전지케이스의 외주변 상단은 상기 캡 어셈블리의 안전벤트 외주변과 용접에 의해 결합되는 원통형 이차전지. - 제10항에 있어서, 상기 캡 어셈블리는, 상기 제1가스켓의 단차부 상면과 상기 안전벤트의 외주부 하면이 밀착되고, 상기 제1가스켓의 평면부 상면과 상기 안전벤트의 중심부 하면이 밀착되는 구조로 이루어진 원통형 이차전지.
- 제11항에 있어서, 상기 제1가스켓의 단차부 하면은 상기 전극조립체의 상단에 위치하는 절연부재의 상면과 밀착 배열되어 있는 원통형 이차전지.
- 제10항에 있어서, 상기 전극조립체의 양극 탭은 상기 전류차단부재의 하면에 결합하고 있는 원통형 이차전지.
- 제10항에 따른 원통형 이차전지의 제조방법으로서,
(a) 전류차단부재, 제1가스켓, 안전벤트 및 제2가스켓을 높이 방향으로 순차 배열하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 순차 배열된 부재들의 중심부 관통구를 통과하도록 리벳을 위치시키는 단계;
(c) 상기 리벳을 가압하여 소성 변형시켜서 캡 어셈블리를 조립하는 단계; 및
(d) 상기 캡 어셈블리를 원통형 전지케이스의 상단에 위치시키고 용접하는 단계;
를 포함하는 원통형 이차전지의 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020180012902A KR102487217B1 (ko) | 2018-02-01 | 2018-02-01 | 리벳을 포함하는 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 비딩부/클림핑부가 생략된 원통형 전지 |
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| KR1020180012902A KR102487217B1 (ko) | 2018-02-01 | 2018-02-01 | 리벳을 포함하는 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 비딩부/클림핑부가 생략된 원통형 전지 |
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