KR20200012219A - 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체와 그의 제조방법, 및 원통형 이차전지의 캡 조립체와 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원통형 이차전지의 캡 조립체에서 알루미늄 소재인 안전벤트와 캡다운 사이에 열융착되어 절연 기능을 수행하는 절연체에 있어서, 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 5~15w%, 석유수지 1~5w%, 및 MFR이 10 이상 40 이하의 폴리프로필렌 수지 80~94w%를 포함하고, 0.4~0.55mm의 두께를 갖는 고리 형상의 단층 구조를 가지며, 외주면의 일측에 직선 형태의 제1 절단부가 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체와 그의 제조방법, 및 원통형 이차전지의 캡 조립체와 그의 제조방법에 관한 것으로, 이를 통해 우수한 접착 고정력, 내화학성, 및 내열성을 갖는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체 및 작업 효율성을 높인 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 제공할 수 있다.
일반적으로, 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 최근 그 개발 및 사용이 증가하고 있다. 이차전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어지는 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다. 이차전지는 구조적 특징에 따라 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등으로 분류할 수 있다.
원통형 이차전지는 일반적으로 원통형 캔과, 원통형 캔 내부에 수납되는 전극 조립체와, 원통형 캔 상부에 결합되는 캡 조립체(Cap Assembly)를 포함하여 이루어진다. 캡 조립체는 원통형 캔의 개구부 상에 위치하며, 캡업, 안전벤트, 절연체, 캡다운을 포함하여 구성된다.
안전벤트와 캡다운 사이에는 상기 구성요소들의 절연을 위한 절연체가 배치되는데, 이와 관련하여 도 1에서는 종래의 절연체 구조를 도시하였다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 다층 절연체(30)는 안전벤트 부착부(31), 베이스부(32), 캡다운 부착부(33)의 3층 구조를 가지며, 압출 방식으로 제조되거나 베이스부(32)를 성형한 후 그 양면에 부착부(31, 33)를 캐스팅(casting)하거나 각각을 필름(film)으로 준비하여 합지공정(laminating)으로 제조되었다.
그러나, 종래의 다층 절연체(30)는 생산, 슬리팅, 펀칭 등 공정이 복잡하고 다층 구조로 인하여 두께를 편차 ±0.05mm 이내로 제조하기가 용이하지 않으며, 다층의 시트로서 알루미늄 소재의 안전벤트(10) 및 캡다운(20)과 접착할 수 있는 표면층의 두께가 불균일하다는 문제가 있으며, 이에 따라 접착 불량이 발생하면서 내전해성 불량도가 높아지는 등 높은 품질을 유지하는데 어려움이 있게 된다.
또한, 상기 다층 절연체(30)는 알루미늄에 접착시키기 위해 원형으로 펀칭 성형 작업을 별도로 수행하여야 하므로 별도의 작업 공수가 들게 되고, 펀칭 후 남은 부분의 재사용이 불가능하여 약 30% 이상의 손실이 발생하므로 원가 상승의 원인이 되었다.
본 발명은 안전벤트 및 캡다운과 열융착을 통해 우수한 접착 고정력을 유지할 수 있으며, 뛰어난 내화학성 및 내열성을 갖는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 사출 성형을 통하여 작업성 및 원가 효율성을 개선하고, 높은 치수 안정성 및 두께 균일성을 갖는 절연체를 제조할 수 있는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 제공하기 위함이다.
본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체는 원통형 이차전지의 캡 조립체에서 알루미늄 소재인 안전벤트와 캡다운 사이에 열융착되어 절연 기능을 수행하는 절연체에 있어서, 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 5~15w%, 석유수지 1~5w%, 및 MFR이 10 이상 40 이하의 폴리프로필렌 수지 80~94w%를 포함하고, 0.4~0.55mm의 두께를 갖는 고리 형상의 단층 구조를 가지며, 외주면의 일측에 직선 형태의 제1 절단부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 절단부의 반대편에 위치한 상기 외주면의 타측에는, 직선 형태의 제2 절단부가 추가 형성될 수 있다.
또한, 상기 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체는, 내부에 11.60~12.10mm의 직경을 갖는 원형의 개구부가 형성되고, 상기 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 최대 직경은 15.25mm~15.65mm이고, 상기 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 최소 직경은 14.55mm~15.30mm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 절단부의 길이는, 4.20mm~4.30mm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체는, 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 9~11w% 및 석유수지 2~4w%를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체는, 안전벤트, 상기 안전벤트의 하부에 위치하는 캡다운, 및 상기 안전벤트와 캡다운 사이에 열융착되어 절연 기능을 수행하는 절연체를 포함하고, 상기 절연체는, 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 5~15w%, 석유수지 1~5w%, 및 MFR이 10 이상 40 이하의 폴리프로필렌 수지 80~94w%를 포함하고, 0.4~0.55mm의 두께를 갖는 고리 형상의 단층 구조를 가지며, 외주면의 일측에 직선 형태의 제1 절단부가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법은 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 5~15w%, 석유수지 1~5w%, 및 MFR이 10 이상 40 이하의 폴리프로필렌 수지 80~94w%를 포함하는 펠릿(pellet)을 사출 성형기에 투입하는 단계, 상기 펠릿을 용융시켜 금형의 캐비티(cavity)와 연결된 제1 게이트를 통해 상기 캐비티로 사출함으로써, 0.4~0.55mm의 두께를 갖는 고리 형상의 절연체를 성형하는 단계, 및 상기 제1 게이트에 인접한 상기 절연체의 일측을 절단함으로써, 상기 절연체의 외주면 일측에 직선 형태의 제1 절단부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 금형에는 상기 제1 게이트와 반대측에 위치하는 제2 게이트가 추가 연결되며, 상기 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법은, 상기 제2 게이트에 인접한 상기 절연체의 타측을 절단함으로써, 상기 절연체의 외주면 타측에 직선 형태의 제2 절단부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 캐비티는, 고리 형상이며 서로 마주보는 상면부와 하면부, 상기 상면부와 상기 하면부를 외측에서 연결하는 외주면부, 및 상기 상면부와 상기 하면부를 내측에서 연결하는 내주면부를 포함하고, 상기 제1 게이트는, 상기 캐비티의 일측 외주면부와 수평 방향으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 캐비티의 외경은 15.25mm~15.35mm이고, 상기 캐비티의 내경은 11.90~12.10mm이며, 상기 캐비티의 높이는 0.45~0.55mm인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체의 제조방법은 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 5~15w%, 석유수지 1~5w%, 및 MFR이 10 이상 40 이하의 폴리프로필렌 수지 80~94w%를 포함하는 펠릿(pellet)을 사출 성형기에 투입하는 단계, 상기 펠릿을 용융시켜 금형의 캐비티(cavity)와 연결된 제1 게이트를 통해 상기 캐비티로 사출함으로써, 0.4~0.55mm의 두께를 갖는 고리 형상의 절연체를 성형하는 단계, 상기 제1 게이트에 인접한 상기 절연체의 일측을 절단함으로써, 상기 절연체의 외주면 일측에 직선 형태의 제1 절단부를 형성하는 단계 및 상기 제1 절단부가 형성된 절연체를 안전벤트와 캡다운 사이에 열융착하는 단계를 포함할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 안전벤트 및 캡다운과 열융착을 통해 우수한 접착 고정력을 유지할 수 있으며, 뛰어난 내화학성 및 내열성을 갖는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 사출 성형을 통하여 작업성 및 원가 효율성을 개선하고, 높은 치수 안정성 및 두께 균일성을 갖는 절연체를 제조할 수 있는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1에서는 종래의 절연체 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 캡 조립체의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 절연체를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 절연체를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 캡 조립체의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 절연체를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 절연체를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명과 관련된 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예들과 관련된 도면들을 참고하여, 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체 및 그의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 캡 조립체의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체(100)는 원통형 캔(110), 하부 절연판(115), 전극 조립체(120), 센터핀(130), 상부 절연판(135), 캡 조립체(140), 및 개스킷(150)을 포함할 수 있다.
원통형 캔(110)은 상부가 개방된 원통 형태를 가질 수 있으며, 이에 따라 원통형 캔(110) 내부에는 하부 절연판(115), 전극 조립체(120), 센터핀(130), 및 상부 절연판(135)가 수용될 수 있다.
여기서, 전극 조립체(120)의 음극 탭은 원통형 캔(110)의 바닥면에 용접될 수 있으며, 이 경우 원통형 캔(110)은 음극으로 동작할 수 있다.
전극 조립체(120)는 음극 활물질이 코팅된 음극판, 양극 활물질이 코팅된 양극판, 및 상기 음극판과 상기 양극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터를 포함할 수 있으며, 상기 원통형 캔(110)에 삽입될 수 있다.
센터핀(130)은 전극 조립체(120)의 대략 중앙에 결합될 수 있다.
캡 조립체(140)는 캡업(Cap-up, 141), 상기 캡업(141)의 하부에 설치되는 안전벤트(Safety Vent, 142), 상기 안전벤트(142)의 하부에 설치되는 캡다운(Cap-down, 144), 안전벤트(142)와 캡다운(144) 사이에 배치되는 절연체(Insulator, 143), 상기 캡다운(144)의 하면에 고정되어 전극 조립체(120)의 양극 탭과 전기적으로 연결되는 서브 플레이트(145)를 포함한다.
캡업(141)은 전극 단자의 역할을 하며, 안전벤트(142)와 결합되어 통전이 가능하도록 한 금속이나 통전 소재로 구성되며, 그 일부분에 공기가 유동할 수 있는 기류유동홀이 구비될 수 있다.
안전벤트(142)는 캡업(141)과 대응되는 원형의 판체로 형성되고, 중심 영역의 중앙에는 하부 방향으로 돌출되는 돌출부가 형성될 수 있다.
이러한 안전벤트(142)의 돌출부는 캡다운(144)의 관통홀을 관통할 수 있으며, 이를 통해 캡다운(144)의 하면에 고정된 서브 플레이트(145)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 서브 플레이트(145)는 초음파 용접 등을 통해 다른 구성요소에 부착될 수 있다.
또한, 안전벤트(142)는 캡업(141) 중 돌출된 단자부를 제외한 영역에 밀착되게 설치되며, 원통형 캔(110)의 내부에서 이상 내압 발생 시 돌출부의 용접된 부분이 찢어져 파단되면서 서브 플레이트(145)와 전기적으로 분리되어 전류를 차단하며 내압 가스를 배출시킬 수 있다.
절연체(143)는 절연 재질로 형성되며, 안전벤트(142)와 캡다운(144) 사이에 개재되어 상기 안전벤트(142)와 캡다운(144) 사이를 절연시킬 수 있다.
이를 위하여, 절연체(143)는 알루미늄 소재인 안전벤트(142)와 캡다운(144) 사이에 열융착될 수 있다.
캡다운(144)은 원형의 판체로 형성되고, 중앙에는 안전벤트(142)의 돌출부가 관통하도록 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀의 주변부에는 원통형 캔(110)의 과도한 내압 발생 시 안전벤트(142)의 돌출부를 상승시키는 가스가 배출되는 가스 배출공이 형성될 수 있다.
서브 플레이트(145)는 캡다운(144)의 관통홀을 관통하는 안전벤트(142)의 돌출부에 용접될 수 있다. 이에 따라, 서브 플레이트(145)는 전극 조립체(120)의 양극 탭과 안전벤트(142)를 전기적으로 접속시킬 수 있다.
개스킷(150)은 원통형 캔(110)의 상단 개구부와, 캡업(141) 및 안전벤트(142)의 외주연 사이에 밀착 조립되어, 원통형 캔(110)에서 캡 조립체(140)가 분리되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 절연체를 나타낸 도면이다. 특히, 도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 절연체(143)의 사시도이고, 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 절연체(143)의 상면도이다.
본 발명의 실시예에 의한 절연체(143)는 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 5~15w%, 석유수지 1~5w%, 및 MFR이 10 이상 40 이하의 폴리프로필렌 수지 80~94w%를 포함하여, 알루미늄 소재의 안전벤트(142) 및 캡다운(144)과 열융착되어 충분한 접착 고정력을 유지할 수 있고, 또한 전해액 내에서도 내화학성을 유지하고 내부의 고열에서도 변형없이 견딜 수 있다.
구체적으로, 폴리프로필렌계 그라프팅 수지는, 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상으로 5~15w%가 함유될 수 있다.
여기서, 상기 폴리프로필렌계 그라프팅 수지가 5w%보다 적으면 접착력이 현저하게 낮아지며, 15w%보다 많아지더라도 접착력이 비례하여 높아지지 않고 소재 비용만 높아지게 되며, 보다 바람직하게는 9~11w%로 설정될 수 있다.
다음으로, 폴리프로필렌 수지는, 정해진 측정 조건하에서 용융물을 피스톤에서 압출하였을 때의 유량으로 용융물의 흐름의 용이성을 나타내는 용용지수(MFR: Melt Flow Rate, 이하 MFR 이라 함)가 10 이상 40 이하로 80~94w%가 함유될 수 있다.
MFR의 측정은 ASTM D1238 규격 또는 ISO 1133 규격에 의하여 측정될 수 있으며, 이에 따라 MFR은 일정 온도(230℃), 일정하중(2.16kg)에서 용융체가 규정된 오리피스(내경 2.09mm, 높이 8mm)을 이동하여 10분간 압출되는 수지의 중량(g)을 통해 측정될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 내전해성이 강한 폴리프로필렌 수지를 기반으로 MFR을 10 이상 40 이하로 하여 유동성을 확보함으로써 박막 사출 성형을 가능하게 하면서, 전해액 내에서 변형없이 유지되는 내화학성도 함께 보유할 수 있다.
여기서 폴리프로필렌 수지가 80w% 이하이면 열에 취약해 알루미늄 소재로부터 박리되며, 94w% 이상이면 열에 강하지만 다른 구성 소재의 비율이 줄어들면서 알루미늄 소재와의 접착력이 낮아지게 된다.
다음으로, 석유수지는 1~5w%를 함유할 수 있으며, 잘 녹으며 끈끈한 특성을 가져 상기 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지의 알루미늄 접착력을 향상시키며, 알루미늄 소재와의 접착력을 7.0N 이상 유지시킬 수 있게 한다.
여기서 석유수지가 1w% 보다 적거나 5w%보다 많아지면 접착력 향상에 도움을 주지 못하며, 보다 바람직하게는 2~4w%로 설정될 수 있다.
또한, 도 4(a)를 참조하면 절연체(143)는 내부에 개구부(200)가 형성된 고리 형상의 단층 구조를 가질 수 있으며, 그 두께(H)는 0.4~0.55mm로 설정될 수 있다. 이때, 개구부(200)는 원 형상을 가질 수 있다.
이때, 절연체(143)의 두께(H)는 최초 제조 시 0.45~0.55mm로 설정될 수 있으며, 열융착을 통해 안전벤트(142)와 캡다운(144) 사이에 고정되는 경우 0.05mm 정도 두께(H)가 얇아질 수 있다. 이에 따라, 열융착 공정 후 절연체(143)의 두께(H)는 0.40~0.50mm로 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 절연체(143)는 추후 살펴볼 바와 같이 사출 성형에 의해 제조되므로, 단층 구조를 가지며 외주면의 일측에는 직선 형태의 제1 절단부(210)가 형성될 수 있다.
이에 따라, 절연체(143)의 외주면은 일측에 형성된 직선 형태의 제1 절단부(210)와 나머지 부분을 구성하는 곡면부(220)를 포함할 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 절연체(143)의 개구부(200)의 직경(R2)은 11.60~12.10mm로 설정될 수 있다. 예를 들어, 개구부(200)의 직경(R2)은 최초 제조 시 11.90mm~12.10mm로 설정될 수 있으며, 열융착을 통해 안전벤트(142)와 캡다운(144) 사이에 고정되는 경우 0.3mm 정도 직경(R2)이 줄어들 수 있다.
또한, 절연체(143)의 일측에는 제1 절단부(210)가 형성되어 있으므로, 절연체(143)의 직경은 일정하지 않고 최대 직경(R1)과 최소 직경(R3)을 가지게 된다.
이때, 절연체(143)의 최대 직경(R1)은 15.25mm~15.65mm으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 절연체(143)의 최대 직경(R1)은 최초 제조 시 15.25mm~15.35mm로 설정될 수 있으며, 열융착을 통해 안전벤트(142)와 캡다운(144) 사이에 고정되는 경우 0.3mm 정도 직경(R3)이 늘어날 수 있다.
또한, 절연체(143)의 최소 직경(R3)은 14.55mm~15.30mm으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 제1 절단부(210)를 구비한 절연체(143)의 최소 직경(R3)은 최초 제조 시 14.90mm~15.05mm로 설정될 수 있으며, 열융착을 통해 안전벤트(142)와 캡다운(144) 사이에 고정되는 경우 0.3mm 정도 직경(R3)이 늘어날 수 있다.
또한, 제1 절단부(210) 및 제2 절단부(211)를 구비한 절연체(143)의 최소 직경(R3)은 최초 제조 시 14.55mm~14.75mm로 설정될 수 있으며, 열융착을 통해 안전벤트(142)와 캡다운(144) 사이에 고정되는 경우 0.3mm 정도 직경(R3)이 늘어날 수 있다.
또한, 제1 절단부(210)의 길이(L1)는 4.20mm~4.30mm로 설정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 절연체를 나타낸 도면이다. 특히, 도 5(a)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 절연체(143')의 사시도이고, 도 5(b)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 절연체(143')의 상면도이다.
여기서는 상술한 실시예와 차이가 있는 구성요소를 중심으로 설명을 진행하며, 중복되는 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 절연체(143')는 외주면의 타측에 형성된 제2 절단부(211)를 추가적으로 포함할 수 있다.
이때, 제2 절단부(211)는 제1 절단부(210)의 반대편에 위치한 외주면의 타측에 형성될 수 있으며, 추후 살펴볼 바와 같이 사출 성형 구조의 차이에 의해 추가 형성될 수 있다.
제2 절단부(211)의 길이(L2)는 4.20mm~4.30mm로 설정될 수 있으며, 일례로 제1 절단부(210)의 길이(L1)와 동일하게 설정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 나타낸 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법은 펠릿 투입 단계(S10), 사출 성형 단계(S20), 및 절단 단계(S30)를 포함할 수 있다.
펠릿 투입 단계(S10)에서는 사출 성형기에 원재료로서, 펠릿(pellet)을 투입할 수 있다.
펠릿은 사출 성형용 수지를 입자 형태로 고체화한 것을 말하며, 예를 들어 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 5~15w%, 석유수지 1~5w%, 및 MFR이 10 이상 40 이하의 폴리프로필렌 수지 80~94w%를 포함할 수 있다.
사출 성형 단계(S20)에서는 사출 성형기에 투입된 펠릿을 용융시켜 금형(330)의 캐비티(cavity, 340)로 사출함으로써, 0.4~0.55mm의 두께를 갖는 고리 형상의 절연체(143)를 성형할 수 있다.
사출 성형기로 투입된 펠릿은 사출 성형기에 구비된 별도의 가열부에 의해 용융될 수 있으며, 용융된 원재료는 금형(330)과 연결된 제1 러너(310)를 통해 캐비티(340)와 연결된 제1 게이트(320)로 공급될 수 있다.
제1 게이트(320)로 공급된 용융 재료는 고리 형상의 캐비티(340)로 공급될 수 있으며, 도 7(c)에 도시된 것과 같은 절연체(143)를 형성할 수 있다. 또한, 제1 게이트(320)는 캐비티(340)로의 원료 공급 역할과 함께 캐비티(340) 내의 가스를 외부로 배출하는 역할도 수행할 수 있다.
금형(330) 내 구비된 캐비티(340)의 경우, 고리 형상이며 서로 마주보는 상면부(341)와 하면부(342), 상면부(341)와 하면부(342)를 외측에서 연결하는 외주면부(343), 및 상면부(341)와 하면부(342)를 내측에서 연결하는 내주면부(344)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 게이트(320)는 캐비티(340)의 일측 외주면부(343)와 수평 방향으로 연결될 수 있다.
즉, 제1 게이트(320)가 캐비티(340)의 상하 방향으로 위치하여, 캐비티(340)의 상면부(341) 또는 하면부(342)와 연결되는 경우에는 두께 정확도가 떨어질 수 있다. 이러한 두께의 불균일성으로 인하여, 추후 캡 조립체(140)에 부착시 접착 불량을 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 제1 게이트(320)를 외주면부(343)와 수평 방향으로 연결함으로써, 두께의 불균일성을 최소화할 수 있다.
예를 들어, 캐비티(340)의 외경(R5)은 15.25mm~15.35mm이고, 캐비티(340)의 내경(R6)은 11.90~12.10mm로 설정될 수 있다.
또한, 캐비티(340)의 높이(h1)는 0.45~0.55mm로 설정될 수 있다.
도 7(c)와 같이 사출 성형이 완료된 이후, 절연체(143)를 금형(330)으로부터 분리시키는 경우, 제1 러너(310)와 제1 게이트(320) 내에 존재하는 사출 잔여물 때문에 제1 게이트(320)에 인접한 절연체(143)의 일측에는 불필요한 잔여 부분이 존재하게 된다. 이러한 불필요한 잔여 부분이 존재하는 경우, 추후 캡 조립체(140)에 부착시 접착 품질 및 치수 안정성 등의 문제를 발생시키게 된다.
따라서, 절연체(143)의 사출 성형 후 제1 게이트(320)에 인접한 절연체(143)의 일측을 절단함으로써, 도 4에 도시된 바와 같은 직선 형태의 제1 절단부(210)를 절연체(143)의 외주면 일측에 형성할 수 있다.
이때, 절연체(143)의 절단 동작은 금형(330) 내에 위치한 별도의 절단가공공구(예를 들어, 블레이드(blade))를 통해 이루어질 수 있다.
그 이후, 제1 절단부(210)가 형성된 절연체(143)를 안전벤트(142)와 캡다운(144) 사이에 열융착하는 단계가 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
여기서는 상술한 실시예와 차이가 있는 구성요소를 중심으로 설명을 진행하며, 중복되는 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 7에서는 금형(330)에 러너(310)와 게이트(320)가 각각 하나씩만 설치된 경우를 도시하였으나, 제조 방식에 따라 도 8에 도시한 바와 같이 러너(310, 350)와 게이트(320, 360)가 각각 두 개씩 설치될 수 있다.
이 경우, 용융된 원재료는 제1 러너(310)와 제1 게이트(320)를 통해 캐비티(340)로 공급될 수 있으며, 캐비티(340) 내의 가스는 제2 러너(350)와 제2 게이트(360)를 통해 배출될 수 있다.
이때, 제2 게이트(360)는 제1 게이트(320)와 마주보는 형태로 금형(330)에 추가 연결될 수 있다. 또한, 제2 게이트(360)는 캐비티(340)의 타측 외주면부(343)와 수평 방향으로 연결될 수 있다.
따라서, 제2 러너(350)와 제2 게이트(360) 내에 존재하는 사출 잔여물 때문에 제2 게이트(360)에 인접한 절연체(143')의 타측에는 불필요한 잔여 부분이 존재하게 된다.
따라서, 절연체(143)의 사출 성형 후 제1 게이트(320)에 인접한 절연체(143')의 일측과 제2 게이트(360)에 인접한 절연체(143')의 타측을 절단함으로써, 도 5에 도시된 바와 같은 직선 형태의 제1 절단부(210)와 제2 절단부(211)가 각각 절연체(143)의 외주면 일측과 타측에 형성될 수 있다.
이때, 절연체(143')의 절단 동작은 금형(330) 내에 위치한 별도의 절단가공공구(예를 들어, 블레이드(blade))를 통해 이루어질 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 절연체와 종래 절연체의 접착력(인장강도)과 내전해성의 테스트 결과를 대비하여 나타낸 것이다.
도 9에 나타낸 바와 같이 총 15회 테스트하였으며, 인장강도에 있어서는 종래 절연체(30)의 경우 평균 11.80, 본 발명의 실시예에 의한 절연체(143)의 경우 평균 11. 16으로 큰 차이가 없었고, 또한 내전해성은 전해액(1.0M LiPF6 in EC:EMC:DEC:PC:DMC = 2:2:2:2:2 또는 원형)에 함침시켜 60℃, 30분간 방치 후 서브 플레이트(145)가 탈락되거나 찢어지는 경우 양호로 판단하였는데, 종래 절연체(30)와 본 발명의 실시예에 의한 절연체(143) 모두 서브 플레이트(145)가 탈락하여 내전해성이 양호함을 알 수 있었다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이지 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체
110: 원통형 캔
120: 전극 조립체
130: 센터핀
140: 캡 조립체
143, 143': 절연체
150: 개스킷
200: 개구부
210: 제1 절단부
211: 제2 절단부
220: 곡면부
110: 원통형 캔
120: 전극 조립체
130: 센터핀
140: 캡 조립체
143, 143': 절연체
150: 개스킷
200: 개구부
210: 제1 절단부
211: 제2 절단부
220: 곡면부
Claims (11)
- 원통형 이차전지의 캡 조립체에서 알루미늄 소재인 안전벤트와 캡다운 사이에 열융착되어 절연 기능을 수행하는 절연체에 있어서,
무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 5~15w%, 석유수지 1~5w%, 및 MFR이 10 이상 40 이하의 폴리프로필렌 수지 80~94w%를 포함하고,
0.4~0.55mm의 두께를 갖는 고리 형상의 단층 구조를 가지며, 외주면의 일측에 직선 형태의 제1 절단부가 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 절단부의 반대편에 위치한 상기 외주면의 타측에는, 직선 형태의 제2 절단부가 추가 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체. - 제1항에 있어서,
상기 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체는, 내부에 11.60~12.10mm의 직경을 갖는 원형의 개구부가 형성되고,
상기 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 최대 직경은 15.25mm~15.65mm이고, 상기 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 최소 직경은 14.55mm~15.30mm인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 절단부의 길이는, 4.20mm~4.30mm인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체. - 제1항에 있어서,
상기 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체는, 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 9~11w% 및 석유수지 2~4w%를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체. - 안전벤트;
상기 안전벤트의 하부에 위치하는 캡다운; 및
상기 안전벤트와 캡다운 사이에 열융착되어 절연 기능을 수행하는 절연체; 를 포함하고,
상기 절연체는,
무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 5~15w%, 석유수지 1~5w%, 및 MFR이 10 이상 40 이하의 폴리프로필렌 수지 80~94w%를 포함하고,
0.4~0.55mm의 두께를 갖는 고리 형상의 단층 구조를 가지며, 외주면의 일측에 직선 형태의 제1 절단부가 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 캡 조립체. - 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 5~15w%, 석유수지 1~5w%, 및 MFR이 10 이상 40 이하의 폴리프로필렌 수지 80~94w%를 포함하는 펠릿(pellet)을 사출 성형기에 투입하는 단계;
상기 펠릿을 용융시켜 금형의 캐비티(cavity)와 연결된 제1 게이트를 통해 상기 캐비티로 사출함으로써, 0.4~0.55mm의 두께를 갖는 고리 형상의 절연체를 성형하는 단계; 및
상기 제1 게이트에 인접한 상기 절연체의 일측을 절단함으로써, 상기 절연체의 외주면 일측에 직선 형태의 제1 절단부를 형성하는 단계를 포함하는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 금형에는 상기 제1 게이트와 반대측에 위치하는 제2 게이트가 추가 연결되며,
상기 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법은, 상기 제2 게이트에 인접한 상기 절연체의 타측을 절단함으로써, 상기 절연체의 외주면 타측에 직선 형태의 제2 절단부를 형성하는 단계를 포함하는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 캐비티는, 고리 형상이며 서로 마주보는 상면부와 하면부, 상기 상면부와 상기 하면부를 외측에서 연결하는 외주면부, 및 상기 상면부와 상기 하면부를 내측에서 연결하는 내주면부를 포함하고,
상기 제1 게이트는, 상기 캐비티의 일측 외주면부와 수평 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 캐비티의 외경은 15.25mm~15.35mm이고, 상기 캐비티의 내경은 11.90~12.10mm이며, 상기 캐비티의 높이는 0.45~0.55mm인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 캡 조립체용 절연체의 제조방법. - 무수말레인산을 함유한 그라프트율 0.6% 이상의 폴리프로필렌계 그라프팅 수지 5~15w%, 석유수지 1~5w%, 및 MFR이 10 이상 40 이하의 폴리프로필렌 수지 80~94w%를 포함하는 펠릿(pellet)을 사출 성형기에 투입하는 단계;
상기 펠릿을 용융시켜 금형의 캐비티(cavity)와 연결된 제1 게이트를 통해 상기 캐비티로 사출함으로써, 0.4~0.55mm의 두께를 갖는 고리 형상의 절연체를 성형하는 단계;
상기 제1 게이트에 인접한 상기 절연체의 일측을 절단함으로써, 상기 절연체의 외주면 일측에 직선 형태의 제1 절단부를 형성하는 단계; 및
상기 제1 절단부가 형성된 절연체를 안전벤트와 캡다운 사이에 열융착하는 단계를 포함하는 원통형 이차전지의 캡 조립체의 제조방법.
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