WO2012121468A1 - 부품을 접착시킨 캡조립체를 포함하는 이차전지 - Google Patents

부품을 접착시킨 캡조립체를 포함하는 이차전지 Download PDF

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WO2012121468A1
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secondary battery
conductive adhesive
vent
cap
assembly
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PCT/KR2011/008115
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황만용
김기린
김종호
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신흥에스이씨주식회사
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery including a cap assembly to which a component is bonded. More specifically, at least two of an upper cap, a piezo thermistor, a safety vent, an insulating member, a current blocking device, and a subplate may be formed by a conductive adhesive. Secondary including a cap assembly bonded to the parts that can be bonded to each other to reduce the number of parts to improve the assembly of the battery and to have a safety that does not cause contact failure due to external impact such as vibration or dropping It relates to a battery.
  • batteries are divided into chemical cells and physical cells, and chemical cells can be divided into primary cells, secondary batteries, and fuel cells.
  • the secondary battery may be a nickel / cadmium (Ni-Cd) secondary battery, a nickel / hydrogen (Ni-Mh) secondary battery, a sealed lead acid (SLA) secondary battery, a lithium (Li) ion secondary battery, a lithium (Li) -polymer secondary Batteries and reusable alkaline secondary batteries.
  • Ni-Cd nickel / cadmium
  • Ni-Mh nickel / hydrogen
  • SLA sealed lead acid
  • Li (Li) ion secondary battery lithium (Li) -polymer secondary Batteries and reusable alkaline secondary batteries.
  • lithium ion secondary batteries are widely used for reasons such as high operating voltage and voltage density.
  • the lithium ion secondary battery when the lithium ion secondary battery is overcharged to a predetermined voltage or more, side reactions between the positive electrode active material and the electrolyte are increased, and if the lithium ion secondary battery is severely accompanied by structural collapse of the positive electrode active material and oxidation reaction of the electrolyte, lithium is precipitated from the negative electrode active material. If charging continues in this state, the lithium ion secondary battery may ignite or explode.
  • the cap assembly of the cylindrical secondary battery generally includes a safety device that blocks the flow of current when the internal pressure or the internal temperature of the battery is higher than a predetermined level and allows the internal gas to flow out. do.
  • safety devices include current interrupt devices, vents, and fitness thermistors.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a conventional cylindrical secondary battery having a fetish thermistor.
  • Conventional cylindrical secondary battery (1) is a cylindrical can (2), the electrode assembly (3) of the jelly roll type accommodated inside the can (2), a cap assembly (4) coupled to the top of the can (2), and the cap It consists of a crimping portion 5 for mounting the assembly 4.
  • the electrode assembly 3 has a structure that is wound in a jelly-roll shape with a separator 3c interposed between the positive electrode 3a and the negative electrode 3b, and a positive electrode tab 3d is attached to the positive electrode 3a. It is connected to the assembly 4, and the negative electrode tab (not shown) is attached to the negative electrode 3b, and is connected to the lower end of the can 2. As shown in FIG.
  • the cap assembly 4 includes a top cap 4a forming a positive terminal, a positive temperature coefficient element 4b which blocks a current due to a large increase in battery resistance when the temperature inside the battery rises, and a pressure rise inside the battery.
  • a safety vent 4c which cuts off current and / or exhausts gas, an insulating member 4d which electrically separates the safety vent 4c from the cap plate 4e, except for a specific part, and is connected to the anode 3a.
  • the cap plate 4e to which the positive electrode tab 3d is connected is laminated in sequence.
  • the crimping portion 5 is formed at the top of the can 2 so that the cap assembly 4 can be mounted on the open top of the can 2. More specifically, the crimping part 5 forms the indentation part 2a inwardly by beading the upper end part of the can 2, and the gasket 6 has a cap plate 4e, an insulating member 4d, It is formed by inserting the outer circumferential surface of the safety vent 4c and the upper cap 4a in turn, and then bending the upper end.
  • the gasket 6 positioned on the inner side of the crimping portion 5 is enclosed, and the cap assembly 4 is mounted by performing a crimping and pressing process.
  • the cap assembly coupled to the top of the can and the crimping structure for mounting the cap assembly so that the sub-PTC device generally exhibits an electrical resistance of about 7 to 32 m ⁇ even at room temperature, and further a steep resistance rise due to the temperature rise.
  • the contact surface of the top cap, PTC element, safety vent and cap plate does not provide uniform output because the change of resistance increases about 20 to 30 m ⁇ .
  • This increase in internal resistance may cause heat generation in the secondary battery, which may cause a safety problem of the battery, and act as a major cause of deterioration of the battery performance.
  • cap assembly of the cylindrical secondary battery has a poor sealing property against external impact, the resistance of the electrical connection parts is variable, and the safety is low, it is difficult to achieve the desired level of battery performance.
  • the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to reduce the number of parts by adhering and integrating one or more components constituting the cap assembly to simplify the assembly process of the secondary battery It is to provide a secondary battery comprising a cap assembly bonded to a component that can improve the assembly.
  • Another object of the present invention is to provide a secondary battery including a cap assembly bonded to one or more components constituting the cap assembly and bonded to each other to be separated from each other by external impact or vibration to prevent contact resistance increase. It is.
  • the cap assembly comprises an upper cap, a fetish thermistor, a safety vent, an insulating member, and a cap plate, and the upper cap and the fetish thermistor are adhered to each other by a conductive adhesive.
  • the upper cap may be bonded to the upper part of the thermistor by a conductive adhesive (for example, solder, silver paste, anisotropic conductive adhesive) or the like to be integrated.
  • a conductive adhesive for example, solder, silver paste, anisotropic conductive adhesive
  • the thickness of the solder is preferably a thickness (eg, 10 ⁇ m to 60 ⁇ m) that does not significantly increase internal resistance.
  • the conductive adhesive may be a conductive adhesive obtained by uniformly mixing and dispersing metal powder such as silver, nickel, and carbon having excellent conductivity in synthetic resins such as epoxy resin, acrylic resin, modified urethane resin, and the like having excellent adhesion.
  • the thickness of the conductive adhesive according to an embodiment of the present invention is characterized in that less than 10um.
  • Vents constituting the cap assembly of the secondary battery according to an embodiment of the present invention is composed of any one or more of aluminum, aluminum alloy or shape memory alloy, and the protrusions are reduced at a certain high temperature or protruding downward from the normal temperature It is characterized in that it is manufactured to protrude upward at a temperature of 100 °C.
  • a cap assembly of a secondary battery including an electrode assembly, a can housing the electrode assembly, and a cap assembly sealing the can includes a sub plate, a vent, an insulating material, and a current electrically connected to the electrode assembly. Integrating the vent to the sub-plate by ultrasonic welding in the state of assembling the blocking element, and integrally, and comprises an upper cap that is electrically connected and bonded to the vent by a conductive adhesive and at the same time serves as an electrode terminal It is characterized by.
  • a cap assembly of a secondary battery including an electrode assembly including an electrode assembly according to an embodiment of the present invention, a can housing the electrode assembly and a cap assembly sealing the can, adheres the upper cap and the PTC thermistor with a conductive adhesive, and simultaneously It is characterized in that the seam thermistor and the vent is bonded with a conductive adhesive, and the protrusion and the sub-plate of the vent are bonded together by ultrasonic welding while the vent, the insulating material, and the current blocking device are assembled.
  • the assembly process of the cap assembly can be reduced to increase productivity, and internal contact is caused by external force due to dropping or vibration.
  • the stability of the secondary battery can be improved by preventing a change in resistance, and the assemblability of the secondary battery can be improved by adhering the upper cap and the fetish thermistor with a conductive adhesive (for example, soldering or silver paste). .
  • the vent constituting the cap assembly is turned upward at a certain high temperature to block the current between the vent and the subplate to cut off the current according to the high temperature generated in the secondary battery without using a fitness thermistor. Reducing the number of parts can reduce costs and improve production costs and productivity.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a conventional cylindrical secondary battery having a fetish thermistor.
  • Figure 2 is an exploded perspective view showing the configuration of a cap assembly of a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of an electrode assembly accommodated in a can shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the upper cap and thermistor bonded by the conductive adhesive according to the present invention
  • FIG. 5 is a graph illustrating a comparison of switching currents when a cap assembly to which an upper cap and a pisiti thermistor are bonded and a pisiti thermistor are simply stacked on the upper cap according to the present invention
  • FIG. 6 is a graph illustrating a comparison of trip speeds when a cap assembly to which an upper cap and a pisiti thermistor are bonded and a pisiti thermistor are simply stacked on the upper cap according to the present invention
  • 9A and 9B are a state in which the single-piece finite thermistor is bent by external impact and the adhesive assembly of the upper cap and thermistor according to the present invention is not bent by external impact,
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a second embodiment in which an upper cap, a PTC thermistor, a vent, a current interrupting device, and a sub plate constituting a cap assembly according to the present invention are bonded and integrated with a conductive adhesive;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a third embodiment in which the upper cap and the vent constituting the cap assembly without the PTCC thermistor are integrated with a conductive adhesive to assemble the cap assembly according to the present invention
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a fourth embodiment in which an upper cap, a vent, a current interrupting device, and a subplate constituting the cap assembly without the PTC thermistor are integrated with a conductive adhesive according to the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • Figure 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the cap assembly of the secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an exploded perspective view of the electrode assembly accommodated in the can shown in Figure 2
  • Figure 4 is conductive by the present invention Sectional view of the upper cap and thermistor bonded by an adhesive.
  • the rechargeable battery according to the first exemplary embodiment of the present invention includes an electrode assembly 10, a can 20 accommodating the electrode assembly 10, and a cap sealing the can 20. Assembly 30.
  • the secondary battery of the present invention may further include a lower insulating plate 40, an upper insulating plate 50, a center pin 60, and an insulating gasket 70.
  • the insulating gasket 70 is positioned between the can 20 and the cap assembly 30 to insulate the can 20 and the cap assembly 30 having different polarities, along with the cap assembly 30. Seal 20.
  • the cap assembly 30 is inserted into the insulating gasket 70 and has an upper cap 31 serving as an electrode terminal, a vent 32 and an insulating material 33 sequentially positioned below the upper cap 31. And a current interrupt device 34 and a sub plate 35.
  • the current blocking device 34 is positioned above the electrode assembly, and is electrically connected to the first electrode tab of the electrode assembly via the sub plate 35.
  • the current blocking element 34 functions to cut off current during abnormal operation of the battery.
  • the vent 32 is positioned above the current blocking device 34 and is electrically connected to the current blocking device 34 by contact.
  • the vent 32 is broken when the internal pressure of the can increases due to the gas generated in the electrode assembly, thereby reducing the pressure inside the can.
  • the vent 32 has a protrusion 321 protruding downward to contact the current interrupt device 34.
  • the protrusion 321 protrudes downward in the normal state of the battery, but moves upward when the pressure inside the can increases due to abnormal operation of the battery.
  • the vent 32 and the current blocking device 34 Is electrically open to cut off the flow of current.
  • the vent 32 and the current interrupt device 34 are separated and the current is cut off, when the pressure inside the can continues to increase, the vent 32 is ruptured and the gas inside the can is discharged to the outside. To prevent it from exploding.
  • the vent 32 is made of at least one of aluminum, an aluminum alloy, or a shape memory alloy, and the protrusion 321 is reduced at a constant high temperature, or the protrusion 321 protruding downward from the normal temperature is a constant temperature (for example, for example, by using one manufactured to protrude upward at 100 ° C., the vent 32 and the current blocking device 34 may be electrically separated from each other at a predetermined temperature to block the flow of current.
  • cap assembly 30 may further include a PTC thermistor 36 positioned between the upper cap 31 and the vent 32 to improve electrical safety against high temperature.
  • the upper cap 31 is electrically connected to the finite thermistor 36 by a conductive adhesive 37, for example, silver paste, soldering, or the like, to serve as an electrode terminal.
  • a conductive adhesive 37 for example, silver paste, soldering, or the like.
  • the upper cap 31 is bonded to and integrated with the fitness thermistor 36 by the conductive adhesive 37.
  • the upper cap 31 is applied to the conductive thermistor 36 to which the conductive adhesive 37 is applied. Place on top and glue.
  • the conductive adhesive 37 may be applied to the lower surface of the upper cap 31, and then the finite thermistor 36 may be positioned and adhered to the lower portion of the conductive adhesive 37. Thereafter, the upper cap 31 and the finite thermistor 36 arranged with the conductive adhesive 37 therebetween are passed through the reflow oven to bond the upper cap 31 and the finite thermistor 36 to each other.
  • the conductive adhesive 37 formed between the upper cap 31 and the piston thermistor 36 preferably has a thickness of about 10 ⁇ m to about 60 ⁇ m because the thinner the better the adhesive strength is maintained.
  • the solder used is a tin-zinc alloy in which the weight ratio of tin to zinc is 1: 1 to 9: 1, and a nickel-zinc alloy in which the weight ratio of nickel zinc is 2: 8 to 0.5: 9.5. , Tin, tin alloy, nickel, nickel alloy, silver or silver alloy.
  • FIG. 5 is a graph showing a comparison of switching currents when the cap assembly to which the upper cap and the pisiti thermistor are adhered and the piezo thermistor are simply stacked on the upper cap according to the present invention.
  • the switching current of the cap assembly to which the upper cap and the piezoelectric thermistor are bonded at room temperature is 9A, and the switching current of the simply stacked cap assembly is higher as 8.8A.
  • FIG. 6 shows a graph showing a comparison of the trip speed when the cap assembly to which the upper cap and the pisit thermistor are adhered and the pisit thermistor are simply stacked on the upper cap.
  • the tripping speed of the cap assembly bonded to the upper cap and the pisit thermistor is 9.2 to 12.5 sec
  • the tripping speed of the simple laminated cap assembly is 11.8 to 13 sec. It can be seen that the trip speed is faster.
  • the power consumption due to leakage current in the tripped state is 2.15 watt in the adhesive assembly, and 2.21 watt in the simple laminated cap assembly, and the power consumption of the cap assembly in which the upper cap and theity thermistor are bonded is smaller.
  • Fig. 7 shows the test results of the temperature resistance characteristics of the assembly of the upper cap and thermistor and the conventional thermistor unit according to the present invention.
  • the assembly # 01, # 02 of the upper cap and thermistor increased to 100 kPa with a sudden increase in resistance around 117 ° C.
  • the conventional thermistors # 01, # 02, # 03 were 10dk ⁇ around 117 ° C. It became 100 kPa over 34 degreeC.
  • the resistance of the upper cap and thermistor assembly is rapidly increased at a lower temperature around 117 ° C., the resistance of the overcurrent due to overheating is better than that of the conventional single thermistor.
  • the resistance increased by about 160% in the adhesive assembly and about 400% in the case of a simple laminate. Increasing resistance resulted in much more stable adhesion assembly.
  • the assembly according to the present invention had superior electrical operation performance and greatly improved lifetime characteristics compared to the conventional thermistor unit.
  • the upper cap 31 and the finite thermistor 36 are attached to the upper cap 31 by the conductive adhesive, in contrast to the bending of the single-piece finite thermistor.
  • the mechanical properties (strength) of the parts are not only greatly improved by external impact as shown in FIG. 9B, but also the number of parts in battery application assembly is reduced.
  • the assembly process of the secondary battery can be simplified.
  • the current blocking element 34 and the vent 32 that can cut off the current according to the pressure change inside the secondary battery and reduce the internal pressure, as well as the current according to the temperature change inside the secondary battery. Since it has a fitness thermistor 36 that can block the stability of the secondary battery can be improved.
  • the assembly according to the present invention is better in some characteristics (internal resistance) without worsening the electrical characteristics as compared with the conventional thermistor unit.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a second embodiment in which an upper cap, a PTC thermistor, a vent, a current interrupting element, and a subplate constituting the cap assembly according to the present invention are bonded together with a conductive adhesive.
  • the upper cap 31 and the PTC thermistor 36 are adhered with a conductive adhesive, and at the same time, the PTI thermistor 36 and the vent 32 are bonded with the conductive adhesive 37.
  • the vent 32, the insulating material 33, and the current interruption element 34 are assembled, the protrusion 321 and the sub plate 35 of the vent 32 are bonded by the ultrasonic welding 39 to be integrated.
  • the cap assembly 30 is integrally handled as one component and inserted into the insulating gasket 70 in the assembling process to assemble the upper cap 31, the PTC thermistor 36, and the vent 32.
  • the assembly process is significantly simpler than when the insulating material 33, the current blocking device 34, and the sub plate 35 are separately assembled, thereby reducing assembly time and assembly manpower, thereby increasing productivity and reducing production costs.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a third embodiment of the present invention in which the upper cap and the vent constituting the cap assembly without the PTC thermistor are integrally bonded with a conductive adhesive to assemble the cap assembly.
  • the protrusion 381 of the vent 38 is assembled in a state in which the vent 38, the insulating material 33, and the current interruption element 34 are assembled without using the PTC thermistor 36. ) And the sub plate 35 are integrated by ultrasonic welding 39.
  • the vent 38 is made of any one or more of aluminum, aluminum alloy, or shape memory alloy, and at a certain high temperature, the protrusion is reduced, or the protrusion protruding downward from the normal temperature at a constant temperature (eg, 100 ° C.). By making it protrude upward, the downwardly protruding portion 381 may protrude upwards at a constant high temperature so as to be electrically insulated from the subplate 35.
  • a constant temperature eg, 100 ° C.
  • the vent 38 not only protrudes the protrusion 381 upward by pressure but also protrudes upward even at a constant high temperature (for example, 100 ° C.) so that the function of the PTC thermistor 36 is increased. In place of this, parts and cost can be saved.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a fourth embodiment in which the upper cap, the vent, the current interrupting element and the subplate constituting the cap assembly without the PTCC thermistor are bonded and integrated with a conductive adhesive according to the present invention.
  • the upper cap 31 and the vent 38 are bonded with the conductive adhesive 37 without using the PTC thermistor 36, and the vent 38 and the insulating material 33 And the protrusion 381 and the sub plate 35 of the vent 38 are bonded by ultrasonic welding 39 to be integrated in the state where the current blocking device 34 is assembled.
  • the vent 38 is composed of any one or more of aluminum, aluminum alloy or shape memory alloy, and at a certain high temperature (eg, 100 ° C.), the protrusion is reduced or the protrusion 381 protruding downward from the normal temperature is a temperature.
  • a certain high temperature eg, 100 ° C.
  • the protrusion is reduced or the protrusion 381 protruding downward from the normal temperature is a temperature.
  • Produced to protrude upward at 100 °C to generate heat in the secondary battery can be electrically blocked with the sub-plate 35 when it becomes a constant high temperature.
  • the cap assembly 30 according to the present embodiment is integrated without using the PTC thermistor 36 and inserted into the insulating gasket 70 in the assembling process as one component, thereby assembling each component separately.
  • the assembly process can be simplified.
  • the number of parts can be reduced by adhering the upper cap and the fetish thermistor with a conductive adhesive, thereby simplifying the assembly process of the secondary battery.
  • the upper cap, the PTC thermistor, the vent, the current blocking element, and the sub-plate constituting the cap assembly are assembled by integrating and bonding with a conductive adhesive, which greatly simplifies the assembly process compared to when assembling each component individually. Reduced manpower means higher productivity and lower production costs.

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Abstract

전극 조립체가 수용된 캔을 밀봉하는 캡 조립체의 상부 캡과 피티씨 서미스터를 도전성 접착제로 접착하여 일체화함으로써 조립공정을 줄일 수 있는 캡조립체가 개시된다. 피티시 서미스터와 상부 캡을 도전성 접착제에 의하여 접착시켜 하나의 부품으로 구성하여 부품수를 줄임으로써 전지의 조립성을 향상시킬 수 있다. 상부 캡과 피티씨 서미스터를 접착하는 도전성 접착제는 접착력이 우수한 에폭시 수지, 아크릴수지, 변성 우레탄 수지 등의 합성수지와 합성고무에 도전성이 우수한 은, 니켈 등 금속가루와 카본을 균일하게 혼합분산시킨 도전성 접착제일 수 있다. 또한 캡조립체를 구성하는 벤트를 일정한 고온에서 그 돌출부가 줄어들게 하거나 정상온도에서 하부로 돌출된 돌출부가 온도 100℃ 에서 상부로 돌출하도록 제작함으로써 피티씨서미스터를 대신할 수 있다. 이러한 캡 조립체는 부품수를 줄여서 이차 전지의 조립성과 생산성을 향상시킬 수 있고, 낙하, 진동 등에 의한 외력에 의해 내부 접촉저항의 변동이 발생하지 않도록 하여 이차 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

부품을 접착시킨 캡조립체를 포함하는 이차전지
본 발명은 부품을 접착시킨 캡조립체를 포함하는 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 상부 캡, 피시티 서미스터, 안전벤트, 절연부재, 전류차단 소자 및 서브 플레이트 중 2개 이상을 도전성 접착제에 의하여 각각 접착시켜 일체화하여 부품수를 줄임으로써 전지의 조립성을 향상시킬 수 있고 진동이나 낙하 등의 외부 충격에 의해 접촉불량이 발생하지 않는 안전성을 갖도록 할 수 있는 부품을 접착시킨 캡조립체를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
일반적으로 전지는 크게 화학전지와 물리전지로 나뉘고, 화학전지는 일차전지 및 이차전지, 그리고 연료전지로 나눌 수 있다. 상기 이차전지로는 니켈/카드뮴(Ni-Cd) 이차전지, 니켈/수소(Ni-Mh) 이차전지, 밀폐납산(SLA) 이차전지, 리튬(Li) 이온 이차전지, 리튬(Li)-중합체 이차전지 및 재사용 알카리(Reusable alkaline) 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이온 이차전지가 높은 작동 전압 및 전압 밀도 등의 이유로 광범위하게 사용되고 있다.
다만, 상기 리튬 이온 이차전지는 일정 전압 이상으로 과충전되는 경우에는 양극 활물질과 전해액의 부반응이 많아지고, 심하면 양극 활물질의 구조붕괴 및 전해액의 산화 반응 등이 동반되며, 음극활물질에서 리튬이 석출된다. 이러한 상태에서 계속하여 충전이 이루어지면 리튬이온 이차전지가 발화하거나 폭발할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 원통형 이차 전지의 캡 조립체는 일반적으로 전지의 내부 압력 또는 내부 온도가 일정 수준 이상이면 전류의 흐름을 차단하고, 내부 기체를 외부로 유출할 수 있는 안전장치를 포함하게 된다. 이러한 안전 장치의 예로는 전류차단소자, 벤트, 피티시 서미스터 등이 있다.
하지만, 이와 같이 캡 조립체에 전류차단소자, 벤트, 피티시 서미스터 등과 같은 이차 전지의 안전성을 향상시키기 위한 수단을 추가하는 경우 진동 등과 같은 외부 충격시 접촉면의 저항이 증가되어 균일한 출력을 제공하기 어렵다.
도 1에는 피티시 서미스터를 구비하는 종래의 원통형 이차전지의 구조를 나타내는 수직 단면도가 도시된다.
종래의 원통형 이차전지(1)는 원통형 캔(2), 캔(2)의 내부에 수용되는 젤리롤형의 전극조립체(3), 캔(2)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(4), 및 캡 어셈블리(4)를 장착하기 위한 클림핑 부위(5)로 구성되어 있다.
전극조립체(3)는 양극(3a)과 음극(3b) 사이에 분리막(3c)을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 감은 구조로 되어 있으며, 양극(3a)에는 양극 탭(3d)이 부착되어 캡 어셈블리(4)에 접속되어 있고, 음극(3b)에는 음극 탭 (도시하지 않음)이 부착되어 캔(2)의 하단에 접속되어 있다.
캡 어셈블리(4)는 양극 단자를 형성하는 상단 캡(4a), 전지 내부의 온도 상승시 전지저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element; 4b), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 및/또는 가스를 배기하는 안전벤트(4c), 특정 부분을 제외하고 안전벤트(4c)를 캡 플레이트 (4e)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(4d), 양극(3a)에 연결된 양극 탭(3d)이 접속되어 있는 캡 플레이트(4e)가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다.
클림핑 부위(5)는 캡 어셈블리(4)를 캔(2)의 개방 상단에 장착할 수 있도록 캔(2)의 상단에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 클림핑 부위(5)는, 캔(2)의 상단부를 비딩 가공함으로써 내측으로 만입부(2a)를 형성하고, 가스켓(6)에 캡 플레이트(4e), 절연부재(4d), 안전벤트(4c) 및 상단 캡(4a)의 외주면을 차례로 삽입한 다음, 상단부를 절곡함으로써 형성된다.
결과적으로, 클림핑 부위(5)의 내측면에 위치하는 가스켓(6)을 감싸는 형태로 되고, 클림핑(crimping) 및 프레싱 공정을 수행함으로써 캡 어셈블리(4)를 장착한다.
이와 같이 캔의 상부에 결합되는 캡 조립체 및 캡 조립체를 장착하기 위한 클림핑 구조로 구성되어 부PTC 소자는 일반적으로 상온에서도 대략 7 ~ 32 mΩ 정도의 전기 저항을 나타내며 더욱이 온도의 상승으로 가파른 저항 상승을 유발하여 진동 등의 외부 충격시 상단 캡, PTC 소자, 안전 벤트 및 캡 플레이트의 접촉면은 저항의 변화가 20 ~ 30 mΩ 정도 증가하게 되므로 균일한 출력을 제공하지 못한다.
이러한 내부 저항의 증가는 이차전지에서 발열을 유발하여 전지의 안전성이 문제될 수 있으며, 전지의 성능을 저하시키는 주요 원인으로 작용한다.
또한 원통형 이차전지의 캡조립체는 외부 충격에 대해 밀봉성이 떨어지고, 전기적 접속부위들의 저항이 가변적이며, 안전성이 낮아, 소망하는 수준의 전지 성능을 발휘하기 어렵다.
이차 전지의 캡 조립체는 각각의 구성요소들을 개별적으로 삽입해야 하므로 취급이 번거롭고 각 부품마다 조립공정이 필요하므로 부품수만큼 조립공정이 필요하여 조립공정의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 캡 조립체의 구성요소들이 단순히 적층된 구조이기 때문에 구성요소들 사이의 밀착성이 떨어져 전지내부에서 발생하는 가스가 누출될 염려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 이차 전지의 조립 공정을 간소화할 수 있도록 캡 조립체를 구성하는 부품들을 하나 이상 서로 접착하고 일체화하여 부품수를 감소시켜 조립성을 향상시킬 수 있는 부품을 접착시킨 캡조립체를 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 캡 조립체를 구성하는 부품들을 하나 이상 서로 접착하고 일체화하여 외부충격이나 진동에 의해 서로 분리되어 접촉저항 증가하지 않도록 할 수 있는 부품을 접착시킨 캡조립체를 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체는 상부 캡, 피티시 서미스터, 안전벤트, 절연부재 및 캡 플레이트로 구성되고 상부 캡과 피티시 서미스터를 도전성 접착제에 의하여 접착하여 일체화함으로써 캡조립체의 부품수를 감소시켜 캡 조립체의 조립공정을 간소화할 수 있고 외부충격에 의해 구부러지거나 접촉불량이 발생하지 않도록 할 수 있다.
상기 상부 캡은 도전성 접착제(예를 들면 솔더, 실버 페이스트, ACM(이방성 전도접착체) 등)에 의하여 상기 서미스터 상부에 접착되어 일체화할 수 있다.
솔더에 의해 상기 상부 캡과 상기 피티시 서미스터를 접착하는 경우 상기 솔더의 두께는 내부저항을 크게 증가시키지 않는 두께 (예를 들면 10μm 내지 60μm)가 바람직하다.
도전성 접착제는 접착력이 우수한 에폭시 수지, 아크릴수지, 변성 우레탄 수지 등의 합성수지와 합성고무에 도전성이 우수한 은, 니켈 등 금속가루와 카본을 균일하게 혼합분산시킨 도전성 접착제일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 접착제의 두께는 10um이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡조립체를 구성하는 벤트는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 형상기억합금 중 어느 하나 이상으로 구성되며, 일정한 고온에서 그 돌출부가 줄어들게 하거나 정상온도에서 하부로 돌출된 돌출부가 온도 100℃에서 상부로 돌출하도록 제작되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 캔 및 상기 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지의 캡 조립체는 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 서브 플레이트, 벤트와 절연재 및 전류차단소자를 조립한 상태에서 상기 벤트를 서브플레이트에 초음파 용접에 의하여 그 돌출부가 접착되도록하여 일체화하고, 상기 벤트에 도전성 접착제에 의해 전기적으로 연결되고 접착되는 동시에 전극 단자로 기능하는 상부 캡을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 캔 및 상기 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지의 캡 조립체는 상부 캡과 피티씨 서미스터를 도전성 접착제로 접착시키고, 동시에 피티씨 서미스터와 벤트를 도전성 접착제로 접착시킬 뿐만 아니라 벤트와 절연재 및 전류차단소자를 조립한 상태에서 벤트의 돌출부와 서브 플레이트를 초음파용접으로 접착하여 일체화한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 이차전지의 캡 조립체에 따르면, 상부캡에 도전성 접착제에 의하여 접착된 피티시 서미스터를 포함하여 캡 조립체의 조립공정을 줄여서 생산성을 높일 수 있고, 낙하, 진동 등에 의한 외력에 의해 내부 접촉저항의 변동이 발생하지 않도록 하여 이차 전지의 안정성을 향상시킬 수 있고, 상부 캡과 피티시 서미스터를 도전성 접착제(예, 솔더링, 실버 페이스트 등)에 의해 접착시킴으로써 이차 전지의 조립성을 향상시킬 수 있다.
또한 캡 조립체를 구성하는 벤트를 일정한 고온에서 그 돌출부가 위로 향하도록 하여 벤트와 서브플레이트 사이에 전류를 차단하도록 하여 피티시서미스터를 사용하지 않고 이차전지에서 발생하는 고온에 따라 전류를 차단할 수 있도록 하여 부품수를 줄임으로써 원가를 절감하고 생산비 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 피티시 서미스터를 구비하는 종래의 원통형 이차전지의 구조를 나타내는 수직 단면도가 도시된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 캡조립체의 구성을 나타내는 분해 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 캔에 수용되는 전극 조립체의 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 의해 도전성 접착제에 의해 접착된 상부 캡과 서미스터의 단면도,
도 5는 본 발명에 의하여 상부 캡과 피시티 써미스터를 접착한 캡조립체와 단순히 상부 캡에 피시티 써미스터를 적층한 경우에 스위칭 전류의 비교를 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명에 의하여 상부 캡과 피시티 써미스터를 접착한 캡조립체와 단순히 상부 캡에 피시티 써미스터를 적층한 경우에 트립속도의 비교를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명에 의한 상부 캡과 서미스터의 조립체와 종래의 서미스터 단품의 온도 저항 특성의 시험결과,
도 8은 본 발명에 의한 상부 캡과 서미스터의 접착 조립체를 일정한 전압과 전류 조건에서 트립횟수를 반복하여 저항 변화를 시험한 결과,
도9a 및 도 9b는 단품 피티시 서미스터가 외부 충격으로 구부러진 상태이고본 발명에 의한 상부 캡과 서미스터의 접착 조립체가 외부 충격에 의해 구부러짐이 없는 상태,
도 10은 본 발명에 의하여 캡 조립체를 구성하는 상부 캡, 피티씨 서미스터, 벤트, 전류차단소자 및 서브 플레이트를 도전성 접착제로 접착하여 일체화한 제2 실시예의 단면도,
도 11은 본 발명에 의하여 피티씨 서미스터 없이 캡 조립체를 구성하는 상부 캡과 벤트를 도전성 접착제로 접착하여 일체화하여 캡 조립체를 조립한 제3 실시예의 단면도,
도 12는 본 발명에 의하여 피티씨 서미스터 없이 캡 조립체를 구성하는 상부 캡, 벤트, 전류차단소자 및 서브 플레이트를 도전성 접착제로 접착하여 일체화한 제4 실시예의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 캡조립체의 구성을 나타내는 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 캔에 수용되는 전극 조립체의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명에 의해 도전성 접착제에 의해 접착된 상부 캡과 서미스터의 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체(10), 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 캔(20) 및 상기 캔(20)을 밀봉하는 캡 조립체(30)를 포함한다.
또한, 본 발명의 이차 전지는 하부 절연판(40), 상부 절연판(50), 센터 핀(60) 및 절연 가스켓(70)을 더 포함할 수 있다.
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 밀봉한다.
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 포함한다.
전류차단소자(34)는 전극 조립체의 상부에 위치하고, 전극 조립체의 제1 전극탭에 서브 플레이트(35)을 개재하여 전기적으로 연결되어 있다. 전류차단소자(34)는 전지의 비정상적인 작동시 전류를 차단하는 기능을 한다.
벤트(32)는 전류차단소자(34)의 상부에 위치하고, 전류차단소자(34)에 접촉에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 벤트(32)는 전극 조립체에서 발생한 가스에 의하여 캔의 내부 압력이 증가하는 경우, 파단되어 캔 내부의 압력을 감소시키는 기능을 한다. 벤트(32)는 전류차단소자(34)와 접촉하도록 하부로 돌출된 돌출부(321)를 구비한다.
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 차단된다. 벤트(32)와 전류차단소자(34)가 분리되어 전류가 차단되었음에도 불구하고, 캔 내부의 압력이 계속 증가하는 경우, 벤트(32)가 파열되어 캔 내부의 가스가 외부로 배출되도록 함으로써, 전지가 폭발하는 것을 방지한다.
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 있다.
또한, 본 발명에 의한 캡 조립체(30)는 상기 상부 캡(31)과 벤트(32) 사이에 위치하는 PTC 서미스터(36)를 더 포함하여, 고온에 대한 전기적 안전성을 향상시킬 수 있다.
상부 캡(31)은 피티시 서미스터(36)에 도전성 접착제(37) 예를 들면, 실버 페이스트, 솔더링 등에 의하여 전기적으로 연결되어 전극 단자의 역할을 한다. 이차 전지의 조립성을 향상시키기 위하여, 상부 캡(31)은 도전성 접착제(37)에 의하여 피티시 서미스터(36)에 접착되어 일체화된다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 피티시 서미스터(36)의 상부면에 도전성 접착제(37)를 도포한 후 상부 캡(31)을 도전성 접착제(37)가 도포된 피티시 써미스터(36)의 상부에 위치시켜 접착시킨다.
이와 달리, 상부 캡(31)의 하부면에 도전성 접착제(37)을 도포한 후 피티시 서미스터(36)를 도전성 접착제(37) 하부에 위치시켜 접착할 수도 있다. 이 후 도전성 접착제(37)을 사이에 두고 배열된 상부 캡(31)과 피티시 서미스터(36)를 리플로우 오븐에 통과시켜 상부 캡(31)과 피티시 서미스터(36)를 접착시킨다.
리플로우 오븐을 통과시켜 도전성 접착제에 의하여 접착된 상부 캡(31)과 피티시 서미스터(36)를 세척 및 후처리를 할 수 있다. 상부 캡(31)과 피시티 서미스터(36) 사이에 형성되는 도전성 접착제(37)는 접착강도가 유지되는 한 얇을수록 좋으므로 대략 10μm 내지 약 60μm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
또한 상기 도전성 접착제로서 납땜을 사용하는 경우 사용되는 납땜은 주석:아연의 중량비가 1:1∼9:1인 주석- 아연합금, 니켈 아연의 중량비가 2:8∼0.5:9.5인 니켈-아연 합금, 주석, 주석합금, 니켈, 니켈 합금, 은 또는 은합금으로 이루어질 수 있다.
도 5에 본 발명에 의하여 상부 캡과 피시티 써미스터를 접착한 캡조립체와 단순히 상부 캡에 피시티 써미스터를 적층한 경우에 스위칭 전류의 비교를 나타내는 그래프가 도시된다.
도시된 바와 같이 상온에서 상부 캡과 피시티 써미스터를 접착한 캡 조립체의 스위칭 전류가 9A 이고, 단순 적층한 캡조립체의 스위칭 전류가 8.8A로서 더 높아짐을 알 수 있다.
도 6에 본 발명에 의하여 상부 캡과 피시티 써미스터를 접착한 캡조립체와 단순히 상부 캡에 피시티 써미스터를 적층한 경우에 트립속도의 비교를 나타내는 그래프가 도시된다.
도시된 바와 같이 상부 캡과 피시티 써미스터를 접착한 캡 조립체의 트립속도는 9.2~12.5sec 이고, 단순 적층한 캡조립체의 트립속도는 11.8~13sec로서 상부 캡과 피시티 써미스터를 접착한 캡 조립체의 트립속도가 더 빨라짐을 알 수 있다.
트립된 상태에서 누설전류에 의한 소비전력은 접착조립체가 2.15watt 이고, 단순 적층 캡조립체는 2.21watt로서 상부 캡과 피시티 써미스터를 접착한 캡 조립체의 소비전력이 더 작아짐을 알 수 있다.
도 7에 본 발명에 의한 상부 캡과 서미스터의 조립체와 종래의 서미스터 단품의 온도 저항 특성의 시험결과를 도시한다.
도시된 바와 같이 상부 캡과 서미스터의 조립체 #01, #02는 117℃ 부근에서 저항이 급격하게 증가하여 100㏀ 이 되었고, 종래의 서미스터 단품 #01, #02, #03은 117℃ 부근에서 10d㏀이 되고 34℃ 이상에서 100㏀ 이 되었다.
따라서 상부 캡과 서미스터의 조립체가 117℃ 부근의 더 낮은 온도에서 저항이 급격하게 증가하여 100㏀ 이상이 되므로 과열에 의한 과전류 차단특성은 종래의 단품 서미스터보다 더 좋아졌다고 할 수 있다.
또한 15Vdc/40Adc의 전압과 전류조건에서 트립 횟수를 1000회 반복하여 저항변화를 시험한 결과 도 8에 도시된 바와 같이 접착조립체의 경우 약 160% 저항이 증가하고, 단순적층체의 경우 약 400% 저항증가로 접착조립체가 훨씬 안정적인 결과를 나타내었다.
이상의 시험 결과에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 조립체가 종래의 서미스터단품에 비하여 전기적 동작성능이 우수하고 수명특성결과가 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 9a에 도시된 바와 같이 단품 피티시 서미스터의 경우 외부의 충격에 이해 쉽게 구부러짐에 반하여 상부 캡(31)과 피티시서미스터(36)를 도전성 접착제에 의해 접착시킨 경우 상부 캡(31)과 피티시서미스터(36)를 도전성 접착제에 의해 접착시킴으로써 도 9b에 도시된 바와 같이 외부의 충격에 의해 쉽게 구부러지지 않고 부품의 기계적 특성(강도)이 크게 향상될 뿐만 아니라 전지적용 조립시에 부품수가 줄게되어 이차 전지의 조립 공정을 간소화 할 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지에 따르면, 이차 전지 내부의 압력 변화에 따라 전류를 차단하고 내부 압력을 감소시킬 수 있는 전류차단소자(34) 및 벤트(32)뿐만 아니라 이차 전지 내부의 온도 변화에 따라 전류를 차단할 수 있는 피티시서미스터(36)를 구비하므로 이차 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
이상의 시험 결과에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 조립체가 종래의 서미스터 단품에 비하여 전기적 특성이 나빠지지 않고 어떤 특성(내부 저항)에서는 더 좋아짐을 확인할 수 있었다.
도 10에 본 발명에 의하여 캡 조립체를 구성하는 상부 캡, 피티씨 서미스터, 벤트, 전류차단소자 및 서브 플레이트를 도전성 접착제로 접착하여 일체화한 제2 실시예의 단면도가 도시된다.
본 발명에 의한 제 2실시예에 의하면 상부 캡(31)과 피티씨 서미스터(36)를 도전성 접착제로 접착시키고, 동시에 피티씨 서미스터(36)와 벤트(32)를 도전성 접착제(37)로 접착시킬 뿐만 아니라 벤트(32)와 절연재(33) 및 전류차단소자(34)를 조립한 상태에서 벤트(32)의 돌출부(321)와 서브 플레이트(35)를 초음파 용접(39)으로 접착하여 일체화한다.
따라서 본 실시예에 의한 캡조립체(30)는 일체화하여 하나의 부품으로서 취급되어 조립공정에서 절연 가스켓(70)내에 삽입되어 조립됨으로써 상부 캡(31), 피티씨 서미스터(36), 벤트(32), 절연재(33) 및 전류차단소자(34) 그리고 서브 플레이트(35)를 개별적으로 조립하는 때에 비하여 현저히 조립공정이 단순해져서 조립시간과 조립 인력이 절감되어짐으로써 생산성이 높아지고 생산비를 절감할 수 있다.
도 11에 본 발명에 의하여 피티씨 서미스터 없이 캡 조립체를 구성하는 상부 캡과 벤트를 도전성 접착제로 접착하여 일체화하여 캡 조립체를 조립한 제3 실시예의 단면도가 도시된다.
본 발명에 의한 제 3실시예에 의하면 피티씨 서미스터(36)를 사용하지 않고 벤트(38)와 절연재(33) 및 전류차단소자(34)를 조립한 상태에서 상기 벤트(38)의 돌출부(381)와 서브 플레이트(35)를 초음파 용접(39)으로 접착하여 일체화한다.
상기 벤트(38)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 형상기억합금 중 어느 하나 이상으로 구성되며, 일정한 고온에서 그 돌출부가 줄어들게 하거나 정상온도에서 하부로 돌출된 돌출부가 일정한 온도 (예를 들면, 100℃)에서 상부로 돌출하도록 제작함으로써 일정한 고온에서 아래로 향한 돌출부(381)가 위로 향하여 돌출되도록 하여 서브 플레이트(35)와 전기적으로 절연되도록 할 수 있다.
따라서 본 실시예에 의한 벤트(38)는 압력에 의해서도 그 돌출부(381)가 위로 향하여 돌출될 뿐만아니라 일정한 고온(예를 들면, 100℃)에서도 위로 향하여 돌출되도록 하여 피티씨 서미스터(36)의 기능을 대신하여 부품을 절약하고 원가를 절감할 수 있다.
도 12에 본 발명에 의하여 피티씨 서미스터 없이 캡 조립체를 구성하는 상부 캡, 벤트, 전류차단소자 및 서브 플레이트를 도전성 접착제로 접착하여 일체화한 제4 실시예의 단면도가 도시된다.
본 발명에 의한 제 4실시예에 의하면 피티씨 서미스터(36)를 사용하지 않고 상부 캡(31)과 벤트(38)를 도전성 접착제(37)로 접착시키고, 상기 벤트(38)와 절연재(33) 및 전류차단소자(34)를 조립한 상태에서 상기 벤트(38)의 돌출부(381)와 서브 플레이트(35)를 초음파 용접(39)으로 접착하여 일체화한다.
이때 벤트(38)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 형상기억합금 중 어느 하나 이상으로 구성되며, 일정한 고온(예를들면 100℃)에서 그 돌출부가 줄어들게 하거나 정상온도에서 하부로 돌출된 돌출부(381)가 온도 100℃에서 상부로 돌출하도록 제작하여 이차전지에서 열이 발생하여 일정한 고온이 되는 경우 서브 플레이트(35)와 전기적으로 차단되도록 할 수 있다.
따라서 본 실시예에 의한 캡조립체(30)는 피티씨 서미스터(36)를 사용하지 않고 일체화하여 하나의 부품으로서 조립공정에서 절연 가스켓(70)내에 삽입되어 조립됨으로써 각 부품을 개별적으로 조립하는 때에 비하여 현저히 조립공정이 단순해질 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의한 이차 전지에 따르면, 상부 캡과 피티시 서미스터를 도전성 접착제에 의해 접착시킴으로써 부품수가 줄게되어 이차 전지의 조립 공정을 간소화 할 수 있다.
또한 캡 조립체를 구성하는 상부 캡, 피티씨 서미스터, 벤트, 전류차단소자 및 서브 플레이트를 도전성 접착제로 접착하여 일체화하여 조립함으로써 각 부품을 개별적으로 조립하는 때에 비하여 현저히 조립공정이 단순해져서 조립시간과 조립 인력이 절감되어짐으로써 생산성이 높아지고 생산비를 절감할 수 있다.
그리고 피티씨 서미스터를 사용하지 않고 벤트가 전류를 차단하도록 하여 피티씨 서미스터의 기능을 대신하여 부품을 절약하고 원가를 절감할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 캔 및 상기 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서,
    상기 캡 조립체는 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 벤트, 상기 벤트에 전기적으로 연결된 피티시 서미스터 및 상기 피티시 서미스터에 전기적으로 연결되고 전극 단자로 기능하는 상부 캡을 포함하고,
    상기 피티시 서미스터와 상기 상부 캡은 도전성 접착제에 의해 접착된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 접착제는 솔더, ACM(이방성 전도접착체)인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도전성 접착제는 접착력이 우수한 에폭시 수지, 아크릴수지, 변성 우레탄 수지의 합성수지와 합성고무에 도전성이 우수한 금속가루와 카본을 균일하게 혼합분산시킨 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벤트는 그 돌출부가 줄어들게 하거나 정상온도에서 하부로 돌출된 돌출부가 온도 100℃에서 상부로 돌출하도록 제작한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 도전성 접착제가 솔더인 경우 그 두께는 10μm 내지 약 60μm인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 도전성 접착제는 10um이하의 두께인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 캔 및 상기 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서,
    상기 캡 조립체는 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 서브 플레이트, 벤트와 절연재 및 전류차단소자를 조립한 상태에서 상기 벤트를 서브플레이트에 초음파 용접에 의하여 그 돌출부가 접착되도록하여 일체화하고, 상기 벤트에 도전성 접착제에 의해 전기적으로 연결되고 접착되는 동시에 전극 단자로 기능하는 상부 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도전성 접착제는 솔더, ACM(이방성 전도접착체)인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제7항에 있어서, 상기 도전성 접착제는 접착력이 우수한 에폭시 수지, 아크릴수지, 변성 우레탄 수지의 합성수지와 합성고무에 도전성이 우수한 금속가루와 카본을 균일하게 혼합분산시킨 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벤트는 그 돌출부가 줄어들게 하거나 정상온도에서 하부로 돌출된 돌출부가 온도 100℃에서 상부로 돌출하도록 제작한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 도전성 접착제가 솔더인 경우 10μm 내지 약 60μm의 두께인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 도전성 접착제는 10um이하의 두께인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 캔 및 상기 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서,
    상기 캡 조립체는 상부 캡과 피티씨 서미스터를 도전성 접착제로 접착시키고, 동시에 피티씨 서미스터와 벤트를 도전성 접착제로 접착시킬 뿐만 아니라 벤트와 절연재 및 전류차단소자를 조립한 상태에서 벤트의 돌출부와 서브 플레이트를 초음파 용접하여 일체화한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제13항에 있어서, 상기 도전성 접착제는 솔더, ACM(이방성 전도접착체)인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제13항에 있어서, 상기 도전성 접착제는 접착력이 우수한 에폭시 수지, 아크릴수지, 변성 우레탄 수지의 합성수지와 합성고무에 도전성이 우수한 금속가루와 카본을 균일하게 혼합분산시킨 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벤트는 그 돌출부가 줄어들게 하거나 정상온도에서 하부로 돌출된 돌출부가 온도 100℃에서 상부로 돌출하도록 제작한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 도전성 접착제가 솔더인 경우 그 두께는 10μm 내지 약 60μm인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제15항에 있어서, 상기 도전성 접착제는 10um이하의 두께인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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