WO2014126408A1 - 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법 - Google Patents

벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법 Download PDF

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WO2014126408A1
WO2014126408A1 PCT/KR2014/001207 KR2014001207W WO2014126408A1 WO 2014126408 A1 WO2014126408 A1 WO 2014126408A1 KR 2014001207 W KR2014001207 W KR 2014001207W WO 2014126408 A1 WO2014126408 A1 WO 2014126408A1
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WO
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vent
cap plate
battery
secondary battery
recess
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PCT/KR2014/001207
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Inventor
임영진
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(주)영하이테크
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    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a cap plate for a secondary battery having a vent structure and a method of manufacturing the same. More specifically, when an abnormal pressure is generated inside the battery and a risk of explosion occurs, the internal pressure is first blown out of the vent structure.
  • the present invention relates to a cap plate for a secondary battery having a vent structure and to a method of manufacturing the same, which eliminates the risk of explosion of the battery.
  • secondary batteries capable of charging and discharging include lead-acid batteries, nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries, nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, and lithium ion batteries.
  • large-capacity batteries include lead-acid batteries, nickel-cadmium batteries, and lithium ion batteries.
  • lead-acid batteries and nickel-cadmium batteries contain environmentally regulated materials, which may limit their use in the future.
  • Lithium ion batteries on the other hand, use carbon as a positive electrode and LiCoO 2 as a negative electrode, and are widely used in mobile phones, laptops, and digital cameras because they are light in weight and have high capacity.
  • lithium ion batteries and nickel-hydrogen batteries are difficult to be applied to large-capacity products due to the risk of explosion.
  • the small-capacity sealed cylindrical batteries have a maximum of 30 atm, and the sealed square batteries developed for electric vehicles have a maximum of 8 atm. It is designed and applied to be able to vent at a degree.
  • Korean Patent Publication No. 10-0363689 Safety vent for battery and its manufacturing method refers to the outside of the vent hole container in which the vent plate is provided on the bottom surface of the battery outer metal container. It is welded to the side, the vent plate is provided with a vent, and a technique for coating the bent plate welding site in and out of the metal container with a phenolic resin is proposed.
  • the registration number 10-0324863 "explosion-proof sealing plate for a sealed battery and its manufacturing method" is formed in the center of the upper metal foil made of aluminum having a thin thickness portion having a breaking strength of 18 ⁇ 24kg / cm2, and similarly the lower part made of aluminum A thin section having a breaking strength of 10 to 13 kg / cm 2 is formed in the center of the metal foil, and the relationship between the diameter A of the thin section of the upper metal foil and the diameter B of the thin section of the lower metal foil is A ⁇ B.
  • Metal foil is welded to the center of each metal foil through an insulating gasket, and inserted into a metal casing made of aluminum having four ventilation holes, and a metal cap having a temperature resistor and four ventilation holes is placed on the upper portion thereof.
  • a sealing plate by sealing the periphery of the metal case, a large amount of gas is generated in an abnormal state of the sealed battery. It proposes a technology that can certainly exhaust the internal gas.
  • the registration number 10-0760753 "can secondary battery” has two electrodes, an electrode assembly comprising a separator, a metal can for receiving the electrode assembly, closing the opening of the metal can that is the inlet of the electrode assembly
  • a reinforcement plate having a cap assembly, the upper surface of the cap plate included in the cap assembly to cover the area of the safety vent formed in the cap plate, the reinforcement plate includes a predetermined opening in the same plane corresponding to the safety vent Has proposed a technology that is provided.
  • the vent structure of the battery according to the related art has a method of forming a hole in a body or a cap for a vent function, and joining a structure having a vent structure that is separately formed through (laser) welding or heat fusion.
  • this method has a problem in that the manufacturing cost increases due to the increase in the number of parts and manufacturing process, and the secondary process required for welding, heat fusion, etc. must be made essentially, so that there is a problem in that material management and processing time increase. .
  • Korean Patent No. 10-0440937 “cap assembly having a safety valve, a rectangular secondary battery having the same” is a cap plate having an insertion hole; A hollow insulating tube inserted into the insertion hole of the cap plate; A pin inserted into the insulation tube; An insulating plate disposed on a bottom surface of the cap plate; And a center curved portion formed on one side of the cap plate, the curved portion curved toward the inside of the rectangular secondary battery, and an outer curved portion extending along the circumference of the central curved portion and curved toward the inside of the rectangular secondary battery. It is proposed a technology to have a safety valve.
  • the registration number 10-0824850 "bent forming method of the secondary battery" is formed on the cap plate is thinner than the other portion around the periphery, the thickness of the portion of the cap plate or the can other parts around
  • a primary coining step of forming a thinner, a secondary coining step of forming a crease in a periphery of the primary coined portion, and a fracture part having the thinnest thickness in the vent inside the crease A technique that includes a third coining step to form is proposed.
  • Such a technique is intended to increase productivity by eliminating the addition of additional components in addition to the cap plate by forming a vent structure integrally with the cap plate, unlike the prior art by applying the press working method.
  • this prior art has a problem that the compression ratio of the cap plate material is excessive to form a vent structure.
  • the thickness of the cap plate is 0.8 to 1.0 mm
  • the thickness of the cap plate of the part where the vent is formed is 70 ⁇ m
  • the thickness of the break portion, which is where breakage is expected in the vent structure when the battery is abnormal is 20 to 30. It is only a micrometer. Therefore, such a prior art, when forming the vent structure integrally, the difference in the molding thickness of the vent structure and the thickness of the cap plate is large, the occurrence of buckling due to the sudden change of the cap plate material made around the vent structure, concentration of stress, There is a problem that a defect of the cap plate itself occurs due to the generation of wrinkles.
  • the present invention has been proposed to improve such a problem of the prior art, and by applying a press working method to form a vent structure integrally with the cap plate, the physical and physical changes of the cap plate when forming the vent structure It is an object of the present invention to provide a cap plate for a secondary battery having a vent structure of a new type that can be minimized, and a method of manufacturing the same.
  • the secondary battery having a vent structure for relieving the explosion risk of the battery by relieving the internal pressure of the battery by first popping when the internal pressure of the battery abnormally occurs
  • a cap plate comprising: a body (12) having an upper surface (12a) and a lower surface (12b); A vent unit 20 formed integrally with the body 12 and formed to burst before other portions of the body 12 when the pressure inside the battery is higher than a set value; The vent unit 20 is recessed in the direction of the bottom surface 12b from the top surface 12a of the body 12 so as to open in the direction of the top surface 12a of the body 12, and thus the bottom surface 22 and the side surface 23.
  • a vent recess 21 formed to have a thickness from the bottom surface 22 to the bottom surface 12b of the body 12 smaller than the thickness of the body 12; It is formed to protrude on the upper surface 12a of the body 12 while being integrally formed with the material of the body 12 seamlessly, and is formed to be raised in the outward direction of the side 23 of the vent recess 21.
  • a vent flange 24 is formed on the upper surface 12a of the body 12 to form an edge of the vent recess 21 so that the vent recess 21 when the pressure inside the battery is higher than a set value.
  • a burst occurs in the bottom surface 22 of
  • the volume S2 of the vent flange 24 in the vent unit 20 may be equal to the volume S1 of the vent recess 21. Can be.
  • the vent unit 20 is recessed in the direction of the bottom surface 12b of the body 12 from the bottom surface 22 of the vent recess 21.
  • the vent notch 30 may be further provided to cause a burst in the vent notch 30 when the pressure inside the battery is higher than a predetermined value.
  • the secondary pressure having a vent structure for relieving the explosion risk of the battery by releasing the internal pressure of the battery by first popping when the internal pressure of the battery abnormally occurs
  • a method of manufacturing a battery cap plate comprising: preparing a body disc 12 'having an upper surface 12a and a lower surface 12b; It is formed integrally with the body 12 through an inverted extrusion process of the press working method on the body disc 12 ', and if the pressure inside the battery is higher than the set value, the other part of the body 12 before Forming a vent unit 20 to pop.
  • the upper mold 50 of the press die 40 for performing the back extrusion process is the vent recess 21 of the vent unit 20.
  • the movable stripper 54 is installed to be spaced by a thickness t2 of the step, and the forming of the vent unit 20 may include the punch 52 having an upper surface 12a of the body disc 12 '.
  • the material flowing in the formation of the vent recess 21 is moved between the punch 52 and the movable stripper 54 to form an upper surface of the body 12.
  • the image to form the border of the vent recess 21 By allowing the vent flange 24 to be formed, the material flowing in the formation of the vent recess 21 flows upwardly of the body disc 12 ′ so that the vent flange 24 is formed in the body 12. It can be formed integrally with the material without a seam.
  • a bottom surface of the vent recess 21 is formed through a coining process of a press working method.
  • the method may further include forming a vent notch 30 to be recessed in the direction of the bottom surface 12b of the body 12 at 22.
  • a cap plate for a secondary battery having a vent structure according to the present invention and a method for manufacturing the same, in forming the vent unit 20 forming the vent structure, a cap plate is applied by applying an inverted extrusion process of a press working method.
  • the vent recess 21 in the body 12 of the body 10 the material flows toward the upper surface 12a of the body 12 to form the vent flange 24, thereby forming the body 12 and the body 12.
  • the material flowing in the formation of the vent structure may be effectively prevented from the problems of the prior art generated by moving to the body 12.
  • the battery cap plate having a vent structure according to the present invention and a method for manufacturing the same have an excessive compression ratio of the cap plate material to form a vent structure in the prior art by minimizing physical and physical changes of the cap plate when the vent structure is formed. While eliminating the problem to be made can be expected to increase the productivity by eliminating the addition of a separate component in addition to the cap plate.
  • FIG. 1 is a view for explaining an example of a secondary battery to which a cap plate for a secondary battery having a vent structure according to the present invention is applied;
  • FIG. 2 is a view for explaining a cap plate for a secondary battery having a vent structure and a method of manufacturing the same according to the technical idea of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view for explaining a cap plate for a secondary battery having a vent structure according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a plan view of a cap plate for a secondary battery having the vent structure shown in FIG. 3;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state taken along the line AA ′ of FIG. 4;
  • FIG. 6 is a view for explaining a method of manufacturing a cap plate for a secondary battery having a vent structure according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a view for explaining another embodiment of the manufacturing method of the cap plate for a secondary battery having a vent structure according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the basic components of the secondary battery (case (can), electrode assembly, electrode terminal, gasket, insulating element, cap plate, etc.) and their combination and action, press method and Figures of workers in the fields commonly applied to the present invention and the parts they can usually know through those in the related fields, such as the components and functions of the mold, the application form and action of the cap plate in the secondary battery, the action of the vent structure, etc. And the detailed description is omitted, and illustrated and described with respect to the parts related to the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view for explaining a cap plate for a secondary battery having a vent structure according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a plan view of a cap plate for a secondary battery having a vent structure shown in FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state taken along the AA ′ line
  • FIG. 6 is a view for explaining a method of manufacturing a cap plate for a secondary battery having a vent structure according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. It is a figure for explaining another Example of the manufacturing method of the cap plate for secondary batteries which has the vent structure which concerns on preferred embodiment of this invention.
  • the secondary battery cap plate 10 having a vent structure allows the vent unit 20 to be integrally formed on the cap plate 10, but the vent unit The material which flows in the formation of the vent recess 21 of the 20 is formed by forming the vent flange 24 of the vent unit 20.
  • the secondary battery cap plate 10 having the vent structure may be blown first when the internal pressure of the battery is abnormal to solve the internal pressure of the battery to prevent the risk of explosion of the battery.
  • the battery cap plate 10 having the vent structure includes a body 12 and a vent unit 20.
  • the body 12 has an upper surface 12a and a lower surface 12b and is made of a thin metal plate such as aluminum.
  • the body 12 has an injection hole 4 for injecting an electrolyte solution, and a terminal hole 14 through which the positive and negative terminals coupled to protrude to the outside are formed. .
  • the vent unit 20 is integrally formed with the body 12 and is formed to burst before other parts of the body 12 when the pressure inside the battery is higher than the set value.
  • the vent unit 20 in this embodiment consists of a vent recess 21, a vent flange 24 and a vent notch 30.
  • the vent recess 21 is recessed in the direction of the lower surface 12b from the upper surface 12a of the body 12 so as to open in the direction of the upper surface 12a of the body 12 to have the bottom surface 22 and the side surface 23. And a thickness from the bottom surface 22 to the bottom surface 12b of the body 12 is thinner than the thickness of the body 12.
  • the vent flange 24 is formed to protrude onto the upper surface 12a of the body 12 while being integrally formed with the material of the body 12 seamlessly, and in the outward direction of the side 23 of the vent recess 21. By being raised and formed, the edge of the vent recess 21 is formed on the upper surface 12a of the body 12.
  • the volume S2 of the vent flange 24 in the vent unit 20 of the cap plate 10 for the secondary battery having the vent structure according to the present embodiment is the vent recess 21. It may be equal to the volume (S1) of.
  • the volume S2 of the vent flange 24 in the vent unit 20 is the same as the volume S1 of the vent recess 21 refers to a state formed through back extrusion.
  • the volume H2 of the vent flange 24 may be reduced by reducing the height H and the thickness t2 of the vent flange 24 through polishing or cutting.
  • the secondary battery cap plate 10 having the vent structure according to the present exemplary embodiment may burst within the bottom surface 22 of the vent recess 21 when the pressure inside the battery becomes higher than the set value. To be generated.
  • the vent notch 30 is formed such that the pressure inside the battery is higher than the set value, the vent notch 30 is generated.
  • the method of manufacturing a cap plate for a secondary battery having a vent structure is applied to the body of the cap plate 10 by applying an inverted extrusion process of a press working method.
  • the material flowing when the vent recess 21 is formed at 12 is moved in the direction of the upper surface 12a of the body 12 so as to form the vent flange 24.
  • a cap plate for a secondary battery having a vent structure first, preparing a body disc 12 'having an upper surface 12a and a lower surface 12b. After passing through ⁇ FIG. 6 (a) ⁇ , the body disc 12 ′ is integrally formed on the body 12 through an inverted extrusion process of a press process (FIGS. 6 (b) to 6 ( d) ⁇ , and forming the vent unit 20 to pop before other parts of the body 12 when the pressure inside the battery is higher than the set value.
  • the upper mold 50 of the press die 40 for the back extrusion process is a vent unit 20
  • a movable stripper 54 which is provided to be spaced by a thickness t2 of 24.
  • the lower die 60 of the press die 40 forms a material groove 64 in a die holder as in the form applied to the extrusion process of a general press working method, and the body disc in the material groove 64.
  • the press mold 40 applied to the method of manufacturing a cap plate for a secondary battery having a vent structure according to the present embodiment may be manufactured in a form for performing a single process, but is composed of a progressive mold and is continuous It is also possible to produce a finished product in one mold through a conventional process.
  • the forming of the vent unit 20 includes placing the body disc 12 ′ on the lower mold 60 as shown in FIG. 6C, the punch 52 is compressed to the upper surface 12a of the body disc 12 'so that the vent recess 21 is formed and the vent recess 21 is formed.
  • the time-flowing material is moved between the punch 52 and the movable stripper 54 so that the vent flange 24 is formed on the upper surface 12a of the body 12 to form the edge of the vent recess 21.
  • the material flowing in the formation of the set 21 flows upwardly of the body disc 12 ′ so that the vent flange 24 is integrally formed with the material of the body 12 seamlessly.
  • the bottom surface 22 of the vent recess 21 through a coining process by installing a notch punch 72 having a sharp end of the press working method to the upper mold 50 (coining)
  • the vent notch 30 is formed to be recessed in the direction of the bottom surface 12b of the body 12.
  • cap plate for a secondary battery having a vent structure and a manufacturing method thereof according to the preferred embodiment of the present invention are illustrated according to the above description and drawings, but these are merely described as examples and the technical spirit of the present invention. Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the scope of the invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining an example of a secondary battery to which a cap plate for a secondary battery having a vent structure according to the present invention is applied.
  • a secondary battery 1 to which a battery cap plate 10 having a vent structure according to the present invention is applied includes an electrode assembly (not shown) in a case 2.
  • the electrode assembly is formed by winding the separator between the positive electrode and the negative electrode through an insulator.
  • the secondary battery 1 is illustrated as an example of a rectangular type as a lithium ion secondary battery, but may be applied to various types of batteries such as a lithium polymer battery or a cylindrical battery. In the art, various known techniques may be selectively applied.
  • the case 30 forms the overall appearance of the secondary battery 1 and may be formed of a conductive metal such as aluminum, an aluminum alloy, or nickel plated steel.
  • the cap plate 10 according to the present invention is coupled to an opening formed at one side of the case 30.
  • the cap plate 10 is made of a thin metal plate such as aluminum, and an injection hole 4 for injecting an electrolyte is formed, and a stopper 16 is coupled to the injection hole 4.
  • the cap plate 10 is provided with a vent unit 20 according to the present invention to be opened at a set pressure.
  • the positive electrode terminal 3a electrically connected to the positive electrode and the negative electrode terminal 3b electrically connected to the negative electrode protrude out of the cap plate 10.
  • the positive and negative terminals 3a and 3b are installed through the cap plate 10, and a gasket is installed between the positive and negative terminals 3a and 3b and the cap plate 10 for insulation and sealing.
  • FIG. 2 is a view for explaining a cap plate for a secondary battery having a vent structure according to the technical idea of the present invention and a manufacturing method thereof.
  • (a) of Figure 2 is a view illustrating a body disc 12 'for forming a cap plate
  • Figure 2 (b) is a vent of the vent unit 20 through an inverted extrusion (inverted extrusion) process It is a figure for demonstrating the state in which the recess 21 and the vent flange 24 were formed
  • FIG.2 (c) is a figure for demonstrating the state in which the vent notch 30 of the vent unit 20 was formed.
  • a method of manufacturing a cap plate for a secondary battery having a vent structure includes a vent recess of a vent unit 20 on a body disc 12 ′ for forming a body 12 of a cap plate.
  • the material flowing in the formation of the 21 is formed by the vent flange 24 of the vent unit 20, thereby forming an integral vent structure with the body 12.
  • the material flowing in the body 12 may be effectively prevented from occurring in the prior art.
  • the method of manufacturing a cap plate for a secondary battery having a vent structure according to the present invention is applied to the body 12 of the cap plate 10 by applying an inverted extrusion process of the press working method of the vent recess 21
  • the material flowing during formation is moved in the direction of the top surface 12a of the body 12 to form a vent flange 24, thereby forming a single vent structure with the body 12, while the material flowing during the formation of the vent structure
  • Such a manufacturing method of a cap plate for a secondary battery having a vent structure is a technique for preventing the explosion risk of the battery by releasing the internal pressure of the battery by first bursting when the internal pressure of the battery abnormally occurs
  • the body disk 12' is pressed into the body 12 through an inverted extrusion process. It is integrally formed, the step of forming the vent unit 20 to burst before other parts of the body 12 when the pressure inside the battery is higher than the set value.
  • the thickness T of the body disc 12 ' is formed in the same manner as the body 12 of the completed cap plate as about 0.8 ⁇ 1.0mm.
  • a body disc 12 ′ may be obtained from a blank disc through a blanking process of a press working method.
  • the thickness t1 from the bottom surface 22 to the bottom surface 12b of the body 12 is about 70 ⁇ m, and the inside of the battery is formed.
  • the thickness of the vent notch 30, which is a break point at which the vent structure is expected is about 20 to 30 ⁇ m.
  • the vent notch 30, as shown in Fig. 2 (c) after forming the vent unit 20, the bottom surface 22 of the vent recess 21 through the coining (pressing) process of the press working method Is formed to be recessed in the direction of the lower surface (12b) of the body (12).
  • the volume S1 ⁇ formation of the region to be formed by the vent recess 21 is formed.
  • the product of the width 22 'for the bottom surface 22 of the vent recess 21 to be the height 23' and the length for the side 23 is the volume of the vent flange 24 (the vent flange 24).
  • the vent flange 24 the vent flange 24
  • the vent recess 21 on the body 12 of the cap plate 10 by forming the same height as the product of the height H (see FIG. 5) and the thickness t2 (see FIG. 5) and the perimeter length.
  • the material flowing during formation is moved toward the upper surface 12a of the body 12 to form a vent flange 24 to form a buckling according to the sudden change of the material consisting of the body 12 around the vent structure, the concentration of stress Prevent wrinkles.
  • a cap plate for a secondary battery having a vent structure according to the present invention and a method for manufacturing the same, in forming the vent unit 20 forming the vent structure, a cap plate is applied by applying an inverted extrusion process of a press working method.
  • the vent recess 21 in the body 12 of the body 10 the material flows toward the upper surface 12a of the body 12 to form the vent flange 24, thereby forming the body 12 and the body 12.
  • the material flowing in the formation of the vent structure may be effectively prevented from the problems of the prior art generated by moving to the body 12.
  • the battery cap plate having a vent structure according to the present invention and a method for manufacturing the same have an excessive compression ratio of the cap plate material to form a vent structure in the prior art by minimizing physical and physical changes of the cap plate when the vent structure is formed. While eliminating the problem to be made can be expected to increase the productivity by eliminating the addition of a separate component in addition to the cap plate.

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Abstract

본 발명은 전지 내부에 압력이 비정상적으로 발생하여 폭발의 위험성이 발생되는 경우 벤트 구조에서 먼저 터짐으로 내부 압력을 해소하여 전지의 폭발 위험성을 방지할 수 있도록 하는 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 벤트 구조를 형성하는 벤트 유니트(20)를 형성함에 있어서, 프레스 가공법의 후방 압출(inverted extrusion) 공정을 적용하여 캡 플레이트(10)의 몸체(12)에 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 소재가 몸체(12)의 상면(12a) 방향으로 이동되어 벤트 플랜지(24)를 형성하도록 함으로써, 몸체(12)와 일체의 벤트 구조를 형성하면서도 벤트 구조의 형성시 유동되는 소재가 몸체(12)로 이동되어 발생되는 종래기술의 문제점을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법
본 발명은 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 전지 내부에 압력이 비정상적으로 발생하여 폭발의 위험성이 발생되는 경우 벤트 구조에서 먼저 터짐으로 내부 압력을 해소하여 전지의 폭발 위험성을 방지할 수 있도록 하는 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 충방전이 가능한 2차 전지로는 연축전지, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬 이온 전지(lithium ion battery) 등이 있다. 이들 중에서 대용량으로 적용되는 전지로는 연축전지, 니켈-카드뮴 전지, 리튬 이온 전지가 주류를 이루고 있다. 그러나 현재 환경과 관련한 법규가 강화되고 있는 실정에 비추어 연축전지와 니켈-카드뮴 전지는 환경규제물질을 함유하고 있어 향후 그 사용이 제약을 받을 수 있다. 반면, 리튬 이온 전지는 (+)극으로 탄소를, (-)극으로 LiCoO2 를 사용하는 전지로서, 무게가 가볍고 고용량의 전지를 만드는 데 유리해 휴대폰, 노트북, 디지털 카메라 등에 많이 사용되고 있다.
한편, 리튬 이온 전지, 니켈-수소 전지 등은 폭발의 위험성으로 인하여 대용량 제품으로는 적용하는데 어려움이 있는데, 소용량의 밀폐형 원통형 전지는 최대 30기압, 전기 자동차용으로 개발된 밀폐형 각형 전지는 최대 8기압 정도에서 벤트(vent)될 수 있도록 설계되어 적용되고 있다.
이와 같은 전지의 폭발을 방지하기 위한 벤트 구조와 관련하여 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0363689호 "전지용 안전벤트 및 그의 제조방법"은 벤트 플레이트가 전지 외장 금속용기 저면에 구비되는 벤트홀의 용기 외부쪽에 용접되어 있으며, 벤트 플레이트에는 벤트가 구비되어 있고, 금속용기 안팎의 벤트 플레이트 용접 부위가 페놀수지로 코팅되도록 하는 기술을 제안하고 있다.
또한, 등록번호 제10-0324863호 "밀폐형전지용방폭실링판및그제조방법"은 알루미늄으로 이루어진 상부 금속박의 중앙부에 18∼24kg/㎠의 파단강도를 가진 얇은 두께부를 형성하고, 마찬가지로 알루미늄으로 이루어진 하부금속박의 중앙부에 10∼13kg/㎠의 파단강도를 가진 얇은 두께부를 형성하고, 또한 상부금속박의 얇은 두께부의 직경 A와 하부금속박의 얇은 두께부의 직경 B와의 관계를 A≥B로 하고, 이 2매의 금속박을 절연가스킷을 개재해서 각각의 금속박의 중앙부를 용접하고, 이것을 4개의 통기구멍을 가진 알루미늄제의 금속케이스속에 삽입해서, 그 상부에 온도저항체 및, 4개의 통기구멍을 가진 금속제캡을 얹어 놓고, 금속케이스의 둘레가장자리부를 봉하여 붙여서 실링판을 얻음으로써, 밀폐형 전지의 이상 상태에 있어서의 대량의 가스발생시에 확실하게 내부가스를 배기할 수 있도록 하는 기술을 제안하고 있다.
또한, 등록번호 제10-0760753호 "캔형 이차 전지"는 두 전극, 세퍼레이터를 구비하여 이루어지는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 금속 캔, 상기 전극 조립체의 인입구가 되는 상기 금속 캔의 개구부를 마감하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지며, 상기 캡 조립체에 포함된 캡 플레이트의 상면에는 상기 캡 플레이트에 형성된 안전벤트의 영역을 덮되, 상기 안전벤트와 동일 평면상 대응되는 부분에 소정의 개구부가 포함된 보강 플레이트가 구비되는 기술을 제안하고 있다.
이와 같은 종래기술에 따른 전지의 벤트 구조는 벤트 기능을 위해 본체 또는 캡에 홀을 형성하고, 별도로 형성되는 벤트 구조를 갖는 구성을 (레이저) 용접 또는 열융착을 통해 결합시키는 방식을 취하고 있다.
그러나, 이와 같은 방법은 부품수 및 제조공정수가 증가되어 제조비용이 증가되는 문제점이 있고, 용접, 열융착 등에 필요한 2차 공정이 필수적으로 이루어져야 함으로 자재의 관리와 공정시간이 증가되는 문제점이 있는 것이다.
한편, 등록번호 제10-0440937호 "안전변을 가진 캡 조립체 및, 그것을 구비한 각형 2차 전지"는 삽입공을 가지는 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트의 삽입공에 삽입되는 중공형 절연 튜브; 상기 절연 튜브에 삽입되는 핀; 상기 캡 플레이트의 저면에 배치되는 절연판; 및, 상기 캡 플레이트의 일측에 형성되는 것으로서, 각형 이차 전지의 내부를 향해 만곡된 중심의 만곡부와, 상기 중심의 만곡부의 둘레를 따라서 연장되고 각형 이차 전지의 내부를 향해 만곡된 외곽의 만곡부를 가진 안전변을 구비하도록 하는 기술을 제안하고 있다.
또한, 등록번호 제10-0824850호 "이차전지의 벤트 형성방법"은 캡플레이트에 주변의 다른 부분보다 두께가 얇은 벤트를 형성하되, 상기 캡플레이트 또는 상기 캔의 일 부분의 두께를 주변의 다른 부분보다 얇게 성형하는 1차 코이닝(coining) 단계와, 상기 1차 코이닝된 부분 중 주변부에 주름을 형성하는 2차 코이닝 단계와, 상기 주름 안쪽에 상기 벤트 내에서 가장 얇은 두께를 갖는 파단부를 형성하는 3차 코이닝 단계를 포함하는 기술을 제안하고 있다.
이와 같은 기술은 프레스 가공법을 적용하여 전술한 종래기술과 달리 캡 플레이트에 일체로 벤트 구조가 형성되도록 함으로써, 캡 플레이트 외에 별도의 구성요소의 추가를 배제하여 생산성을 높이고자 하고 있다.
그러나, 이와 같은 종래기술은 벤트 구조를 형성하기 위해 캡 플레이트 소재의 압축율이 과도하게 이루어지는 문제점이 있다. 예컨대, 통상적으로 캡 플레이트의 두께는 0.8 ∼ 1.0㎜이고, 벤트가 형성되는 부분의 캡 플레이트의 두께는 70㎛이며, 전지의 내부 이상시 벤트 구조에서 파단이 예상되는 곳인 파단부의 두께는 20∼30㎛에 불과하다. 따라서, 이와 같은 종래기술은 벤트 구조를 일체로 형성할 때 벤트 구조의 성형 두께와 캡 플레이트의 두께 차이가 커 벤트 구조의 주변으로 이루어지는 급격한 캡 플레이트 소재의 변화에 따른 좌굴의 발생, 응력의 집중, 주름의 발생 등으로 캡 플레이트 자체의 결함이 발생되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 프레스 가공법을 적용하여 캡 플레이트에 일체로 벤트 구조를 형성하도록 하되, 벤트 구조의 형성시 캡 플레이트의 물성적·물리적 변화를 최소화시킬 수 있도록 하는 새로운 형태의 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 전지의 내부 압력이 비정상적으로 발생하는 경우 먼저 터짐으로 전지의 내부 압력을 해소하여 전지의 폭발 위험성을 방지하도록 하기 위한 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트에 있어서, 상면(12a)과 하면(12b)을 갖는 몸체(12) 및; 상기 몸체(12)에 일체로 형성되고, 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 상기 몸체(12)의 다른 부분보다 먼저 터지도록 형성되는 벤트 유니트(20)를 포함하되; 상기 벤트 유니트(20)는 상기 몸체(12)의 상면(12a) 방향으로 개구되도록 상기 몸체(12)의 상면(12a)으로부터 하면(12b) 방향으로 함몰되어 바닥면(22)과 측면(23)을 갖도록 형성되고, 상기 바닥면(22)으로부터 상기 몸체(12)의 하면(12b)까지의 두께가 상기 몸체(12)의 두께보다 얇게 형성되는 벤트 리세스(21) 및; 상기 몸체(12)의 소재와 이음매없이 일체로 형성되면서 상기 몸체(12)의 상면(12a)상으로 돌출되도록 형성되되, 상기 벤트 리세스(21)의 측면(23)의 외측방향으로 융기되어 형성됨으로써, 상기 몸체(12)의 상면(12a)상에서 상기 벤트 리세스(21)의 테두리를 형성하는 벤트 플랜지(24)를 구비하여, 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 상기 벤트 리세스(21)의 바닥면(22)내에서 터짐이 발생되도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트에서 상기 벤트 유니트(20)에서 상기 벤트 플랜지(24)의 체적(S2)은 상기 벤트 리세스(21)의 용적(S1)과 동일할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트에서 상기 벤트 유니트(20)는 상기 벤트 리세스(21)의 바닥면(22)에서 상기 몸체(12)의 하면(12b) 방향으로 함몰되도록 형성되는 벤트 노치(30)를 더 구비하여, 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 상기 벤트 노치(30)에서 터짐이 발생되도록 할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 전지의 내부 압력이 비정상적으로 발생하는 경우 먼저 터짐으로 전지의 내부 압력을 해소하여 전지의 폭발 위험성을 방지하도록 하기 위한 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법에 있어서, 상면(12a)과 하면(12b)을 갖는 몸체 원판(12')를 준비하는 단계 및; 상기 몸체 원판(12')에 프레스 가공법의 후방 압출(inverted extrusion) 공정을 통해 몸체(12)에 일체로 형성되고, 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 상기 몸체(12)의 다른 부분보다 먼저 터지도록 하는 벤트 유니트(20)를 형성하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법에서 상기 후방 압출 공정을 진행하기 위한 프레스 금형(40)의 상형(50)은 상기 벤트 유니트(20)의 벤트 리세스(21)을 형성하기 위한 펀치(52) 및, 상기 몸체 원판(12')를 지지하면서 상기 벤트 유니트(20)의 벤트 플랜지(24)를 형성하도록 상기 펀치(52)의 둘레로 상기 벤트 플랜지(24)의 두께(t2)만큼의 간격을 갖도록 설치되는 가동 스트리퍼(54)를 구비하고, 상기 벤트 유니트(20)를 형성하는 단계는 상기 펀치(52)를 상기 몸체 원판(12')의 상면(12a)으로 압축시켜 상기 벤트 리세스(21)가 형성되도록 하는 동시에 상기 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 재료가 상기 펀치(52)와 가동 스트리퍼(54) 사이로 이동되어 상기 몸체(12)의 상면(12a)상에서 상기 벤트 리세스(21)의 테두리를 이루도록 상기 벤트 플랜지(24)가 형성되도록 함으로써, 상기 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 소재가 상기 몸체 원판(12')의 상방향으로 유동되어 상기 벤트 플랜지(24)가 상기 몸체(12)의 소재와 이음매없이 일체로 형성되도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법은 상기 벤트 유니트(20)를 형성한 후, 프레스 가공법의 압인(coining) 가공을 통해 상기 벤트 리세스(21)의 바닥면(22)에서 상기 몸체(12)의 하면(12b) 방향으로 함몰되도록 벤트 노치(30)를 형성하는 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 의한 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법에 따르면, 벤트 구조를 형성하는 벤트 유니트(20)를 형성함에 있어서, 프레스 가공법의 후방 압출(inverted extrusion) 공정을 적용하여 캡 플레이트(10)의 몸체(12)에 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 소재가 몸체(12)의 상면(12a) 방향으로 이동되어 벤트 플랜지(24)를 형성하도록 함으로써, 몸체(12)와 일체의 벤트 구조를 형성하면서도 벤트 구조의 형성시 유동되는 소재가 몸체(12)로 이동되어 발생되는 종래기술의 문제점을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법은 벤트 구조의 형성시 캡 플레이트의 물성적·물리적 변화를 최소화시켜 종래기술에서 벤트 구조를 형성하기 위해 캡 플레이트 소재의 압축율이 과도하게 이루어지는 문제점을 해소하면서도 캡 플레이트 외에 별도의 구성요소의 추가를 배제하여 생산성을 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트가 적용되는 2차 전지의 일례를 설명하기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 기술 사상에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법을 설명하기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트를 설명하기 위한 사시도;
도 4는 도 3에서 보인 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 평면도;
도 5는 도 4에서 A-A' 라인을 따라 절취한 상태를 보여주는 단면도;
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법을 설명하기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 7에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 각 도면에서 종래기술로부터 용이하게 확인할 수 있는 2차 전지의 기본적인 구성요소{케이스(캔), 전극 조립체, 전극단자, 가스켓 등 절연요소, 캡 플레이트 등} 및 그들의 결합 및 작용, 프레스 공법 및 금형의 구성요소 및 작용, 2차 전지에서 캡 플레이트의 적용형태 및 작용, 벤트 구조의 작용 등 통상 본 발명에 적용되는 분야의 종사자들 및 그들이 관련분야의 종사자들을 통해 통상적으로 알 수 있는 부분들의 도시 및 상세한 설명은 생략하고, 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하였다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트를 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 도 3에서 보인 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 평면도이며, 도 5는 도 4에서 A-A' 라인을 따라 절취한 상태를 보여주는 단면도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트(10)는 캡 플레이트(10)에 일체로 벤트 유니트(20)가 형성되도록 하되, 벤트 유니트(20)의 벤트 리세스(21)의 형성시 유동하게 되는 소재가 벤트 유니트(20)의 벤트 플랜지(24)를 형성하여 이루어진다.
좀 더 구체적으로 보면, 본 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트(10)는 전지의 내부 압력이 비정상적으로 발생하는 경우 먼저 터짐으로 전지의 내부 압력을 해소하여 전지의 폭발 위험성을 방지하도록 한다. 이 벤트 구조를 갖는 전지용 캡 플레이트(10)는 몸체(12)와 벤트 유니트(20)를 구비하여 이루어진다. 몸체(12)는 상면(12a)과 하면(12b)을 갖고, 알루미늄 등의 얇은 금속판으로 이루어진다. 그리고, 몸체(12)에는, 도 1에서 보인 바와 같이 같이, 전해액을 주입시키기 위한 주입구(4)가 형성되고, 외부로 돌출되도록 결합되는 양극 및 음극 단자가 통과되는 단자홀(14)이 형성된다.
벤트 유니트(20)는 몸체(12)에 일체로 형성되고, 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 몸체(12)의 다른 부분보다 먼저 터지도록 형성된다. 본 실시예에서 벤트 유니트(20)는 벤트 리세스(21), 벤트 플랜지(24) 및 벤트 노치(30)로 이루어진다. 벤트 리세스(21)는 몸체(12)의 상면(12a) 방향으로 개구되도록 몸체(12)의 상면(12a)으로부터 하면(12b) 방향으로 함몰되어 바닥면(22)과 측면(23)을 갖도록 형성되고, 바닥면(22)으로부터 몸체(12)의 하면(12b)까지의 두께가 몸체(12)의 두께보다 얇게 형성된다. 벤트 플랜지(24)는 몸체(12)의 소재와 이음매없이 일체로 형성되면서 몸체(12)의 상면(12a)상으로 돌출되도록 형성되되, 벤트 리세스(21)의 측면(23)의 외측방향으로 융기되어 형성됨으로써, 몸체(12)의 상면(12a)상에서 벤트 리세스(21)의 테두리를 형성한다. 이때, 도 2에서 보인 바와 같이, 본 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트(10)의 벤트 유니트(20)에서 벤트 플랜지(24)의 체적(S2)은 벤트 리세스(21)의 용적(S1)과 동일할 수 있다. 물론, 이와 같은 벤트 유니트(20)에서 벤트 플랜지(24)의 체적(S2)은 벤트 리세스(21)의 용적(S1)과 동일하다는 의미는 후방 압출을 통해 형성된 상태를 지칭하는 것으로, 필요시에는 추후 연마 또는 절삭 가공을 통해 벤트 플랜지(24)의 높이(H)와 두께(t2)를 줄여 벤트 플랜지(24)의 체적(S2)이 줄어들 수 있는 것이다.
이와 같은 구성을 통해 본 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트(10)는 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 상기 벤트 리세스(21)의 바닥면(22)내에서 터짐이 발생되도록 한다. 특히, 벤트 노치(30)가 형성되어 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 벤트 노치(30)에서 터짐이 발생된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법은 프레스 가공법의 후방 압출(inverted extrusion) 공정을 적용하여 캡 플레이트(10)의 몸체(12)에 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 소재가 몸체(12)의 상면(12a) 방향으로 이동되어 벤트 플랜지(24)를 형성하도록 하는 것을 특징으로 한다.
좀 더 구체적으로 보면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법은 먼저, 상면(12a)과 하면(12b)을 갖는 몸체 원판(12')를 준비하는 단계{도 6의 (a)}를 거친 후, 몸체 원판(12')에 프레스 가공법의 후방 압출(inverted extrusion) 공정을 통해 몸체(12)에 일체로 형성{도 6(b) 내지 도 6의 (d)}되고, 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 몸체(12)의 다른 부분보다 먼저 터지도록 하는 벤트 유니트(20)를 형성하는 단계로 이루어진다.
특히, 도 6에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법에서 후방 압출 공정을 진행하기 위한 프레스 금형(40)의 상형(50)은 벤트 유니트(20)의 벤트 리세스(21)을 형성하기 위한 펀치(52) 및, 몸체 원판(12')를 지지하면서 벤트 유니트(20)의 벤트 플랜지(24)를 형성하도록 펀치(52)의 둘레로 벤트 플랜지(24)의 두께(t2)만큼의 간격을 갖도록 설치되는 가동 스트리퍼(54)를 구비하여 이루어진다. 물론, 프레스 금형(40)의 하형(60)은 일반적인 프레스 가공법의 압출 공정에 적용되는 형태와 같이 다이 홀더(die holder)에 소재홈(64)을 형성하고, 이 소재홈(64)내에 몸체 원판(12')이 놓이도록 하여 후방 압출 공정을 진행하고, 밀핀(66) 등으로 공정이 완료된 제품을 취출하도록 할 수도 있을 것이다. 그리고, 본 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법에 적용되는 프레스 금형(40)은 단일 공정을 진행하기 위한 형태로 제작될 수도 있지만, 프로그레시브(progressive) 금형으로 구성되어 연속적인 공정을 통해 한 금형에서 완성 제품을 생산하도록 할 수도 있는 것이다.
본 실시예의 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법에서 벤트 유니트(20)를 형성하는 단계는, 도 6의 (b)와 같이, 몸체 원판(12')을 하형(60)상에 재치시킨 후, 도 6의 (c)와 같이, 펀치(52)를 몸체 원판(12')의 상면(12a)으로 압축시켜 벤트 리세스(21)가 형성되도록 하는 동시에 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 재료가 펀치(52)와 가동 스트리퍼(54) 사이로 이동되어 몸체(12)의 상면(12a)상에서 벤트 리세스(21)의 테두리를 이루도록 벤트 플랜지(24)가 형성되도록 함으로써, 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 소재가 몸체 원판(12')의 상방향으로 유동되어 벤트 플랜지(24)가 몸체(12)의 소재와 이음매없이 일체로 형성되도록 한다. 그리고, 도 6의 (d)와 같이, 프레스 가공법의 끝이 뽀족한 노치 펀치(72)를 상형(50)에 설치하여 압인(coining) 가공을 통해 벤트 리세스(21)의 바닥면(22)에서 몸체(12)의 하면(12b) 방향으로 함몰되도록 벤트 노치(30)를 형성된다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트가 적용되는 2차 전지의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 전지용 캡 플레이트(10)가 적용되는 2차 전지(1)는 케이스(2)내에 전극 어셈블리(도시 않음)를 내장한다. 이때, 전극 어셈블리는 양극과 음극 사이에 절연체인 세퍼레이터를 개재하여 귄취되어 형성된다. 본 발명에서 2차 전지(1)는 리튬 이온 2차 전지로서 각형인 것을 예로서 도시하여 설명하였으나, 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있을 것이고, 전극 어셈블리의 구성은 이 분야에서 이미 다양하게 알려진 기술들이 선택적으로 적용될 수 있을 것이다.
이와 같은 2차 전지(1)에서 케이스(30)는 2차 전지(1)의 전체적인 외관을 형성하며, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속 등으로 형성될 수 있다. 이 케이스(30)의 일측에 형성된 개구에 본 발명에 따른 캡 플레이트(10)가 결합된다. 캡 플레이트(10)는 알루미늄 등의 얇은 금속판으로 이루어지며, 전해액을 주입시키기 위한 주입구(4)가 형성되고, 이 주입구(4)에는 마개(16)가 결합된다. 그리고, 이 캡 플레이트(10)에는 본 발명에 따른 벤트 유니트(20)가 형성되어 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 한다. 그리고, 양극과 전기적으로 연결된 양극 단자(3a)와 음극과 전기적으로 연결된 음극 단자(3b)가 캡 플레이트(10)의 외측으로 돌출되어 설치된다. 양극 및 음극 단자(3a, 3b)는 캡 플레이트(10)를 관통하여 설치되고, 양극 및 음극 단자(3a, 3b)와 캡 플레이트(10) 사이에는 절연 및 밀봉을 위하여 가스킷이 설치된다.
도 2는 본 발명의 기술 사상에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 이때, 도 2의 (a)는 캡 플레이트를 형성하기 위한 몸체 원판(12')을 설명하기 도면이고, 도 2의 (b)는 후방 압출(inverted extrusion) 공정을 통해 벤트 유니트(20)의 벤트 리세스(21) 및 벤트 플랜지(24)가 형성된 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 2의 (c)는 벤트 유니트(20)의 벤트 노치(30)가 형성된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법은 캡 플레이트의 몸체(12)를 형성하기 위한 몸체 원판(12') 상에서 벤트 유니트(20)의 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 소재{도 2의 (a)에서 빗금친 부분}가 벤트 유니트(20)의 벤트 플랜지(24)로 형성되도록 함으로써, 몸체(12)와 일체의 벤트 구조를 형성하면서도 벤트 구조의 형성시 유동되는 소재가 몸체(12)로 이동되어 발생되는 종래기술의 문제점을 효과적으로 방지할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법은 프레스 가공법의 후방 압출(inverted extrusion) 공정을 적용하여 캡 플레이트(10)의 몸체(12)에 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 소재가 몸체(12)의 상면(12a) 방향으로 이동되어 벤트 플랜지(24)를 형성하도록 함으로써, 몸체(12)와 일체의 벤트 구조를 형성하면서도 벤트 구조의 형성시 유동되는 소재가 몸체(12)로 집중됨으로써 발생되는 종래기술의 문제점{캡 플레이트 소재의 변화에 따른 좌굴의 발생, 응력의 집중, 주름의 발생 등으로 캡 플레이트 자체의 결함이 발생되는 문제점}을 효과적으로 방지할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법은 전지의 내부 압력이 비정상적으로 발생하는 경우 먼저 터짐으로 전지의 내부 압력을 해소하여 전지의 폭발 위험성을 방지하도록 하기 위한 기술로서, 상면(12a)과 하면(12b)을 갖는 몸체 원판(12')를 준비하는 단계를 거친 후, 몸체 원판(12')에 프레스 가공법의 후방 압출(inverted extrusion) 공정을 통해 몸체(12)에 일체로 형성되고, 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 몸체(12)의 다른 부분보다 먼저 터지도록 하는 벤트 유니트(20)를 형성하는 단계로 이루어진다. 이때, 도 2의 (a)에서 보는 바와 같이, 몸체 원판(12')의 두께(T)는 0.8 ∼ 1.0㎜ 정도로서 완성된 캡 플레이트의 몸체(12)와 동일하게 형성된다. 이와 같은 몸체 원판(12')은 알루미늄 원판으로부터 프레스 가공법의 블랭킹(blanking) 공정을 통해 얻을 수 있을 것이다. 그리고, 도 2의 (b)와 같이 벤트 리세스(21)가 형성되었을 때 바닥면(22)으로부터 몸체(12)의 하면(12b)까지의 두께(t1)는 70㎛ 정도이고, 전지의 내부 이상시 벤트 구조에서 파단이 예상되는 곳인 벤트 노치(30)의 두께는 20∼30㎛ 정도이다. 이때, 벤트 노치(30)는, 도 2의 (c)와 같이, 벤트 유니트(20)를 형성한 후, 프레스 가공법의 압인(coining) 가공을 통해 벤트 리세스(21)의 바닥면(22)에서 몸체(12)의 하면(12b) 방향으로 함몰되도록 형성된다.
본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법은, 도 2의 (a) 및 (b)에서 보는 바와 같이, 벤트 리세스(21)로 형성될 영역의 용적(S1){형성될 벤트 리세스(21)의 바닥면(22)에 대한 폭(22')과 측면(23)에 대한 높이(23') 및 길이의 곱}은 벤트 플랜지(24)의 체적{벤트 플랜지(24)의 높이(H; 도 5 참조)와 두께(t2; 도 5 참조) 및 둘레 길이의 곱}과 동일하게 형성되도록 함으로써, 캡 플레이트(10)의 몸체(12)에 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 소재가 몸체(12)의 상면(12a) 방향으로 이동되어 벤트 플랜지(24)를 형성하여 벤트 구조 주변의 몸체(12)으로 이루어지는 급격한 소재의 변화에 따른 좌굴의 발생, 응력의 집중, 주름의 발생 등을 방지하도록 한다.
본 발명에 의한 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법에 따르면, 벤트 구조를 형성하는 벤트 유니트(20)를 형성함에 있어서, 프레스 가공법의 후방 압출(inverted extrusion) 공정을 적용하여 캡 플레이트(10)의 몸체(12)에 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 소재가 몸체(12)의 상면(12a) 방향으로 이동되어 벤트 플랜지(24)를 형성하도록 함으로써, 몸체(12)와 일체의 벤트 구조를 형성하면서도 벤트 구조의 형성시 유동되는 소재가 몸체(12)로 이동되어 발생되는 종래기술의 문제점을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 벤트 구조를 갖는 전지용 캡 플레이트 및 그의 제조방법은 벤트 구조의 형성시 캡 플레이트의 물성적·물리적 변화를 최소화시켜 종래기술에서 벤트 구조를 형성하기 위해 캡 플레이트 소재의 압축율이 과도하게 이루어지는 문제점을 해소하면서도 캡 플레이트 외에 별도의 구성요소의 추가를 배제하여 생산성을 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (6)

  1. 전지의 내부 압력이 비정상적으로 발생하는 경우 먼저 터짐으로 전지의 내부 압력을 해소하여 전지의 폭발 위험성을 방지하도록 하기 위한 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트에 있어서,
    상면(12a)과 하면(12b)을 갖는 몸체(12) 및;
    상기 몸체(12)에 일체로 형성되고, 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 상기 몸체(12)의 다른 부분보다 먼저 터지도록 형성되는 벤트 유니트(20)를 포함하되;
    상기 벤트 유니트(20)는 상기 몸체(12)의 상면(12a) 방향으로 개구되도록 상기 몸체(12)의 상면(12a)으로부터 하면(12b) 방향으로 함몰되어 바닥면(22)과 측면(23)을 갖도록 형성되고, 상기 바닥면(22)으로부터 상기 몸체(12)의 하면(12b)까지의 두께가 상기 몸체(12)의 두께보다 얇게 형성되는 벤트 리세스(21) 및;
    상기 몸체(12)의 소재와 이음매없이 일체로 형성되면서 상기 몸체(12)의 상면(12a)상으로 돌출되도록 형성되되, 상기 벤트 리세스(21)의 측면(23)의 외측방향으로 융기되어 형성됨으로써, 상기 몸체(12)의 상면(12a)상에서 상기 벤트 리세스(21)의 테두리를 형성하는 벤트 플랜지(24)를 구비하여,
    전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 상기 벤트 리세스(21)의 바닥면(22)내에서 터짐이 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤트 유니트(20)에서 상기 벤트 플랜지(24)의 체적(S2)은 상기 벤트 리세스(21)의 용적(S1)과 동일한 것을 특징으로 하는 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 벤트 유니트(20)는 상기 벤트 리세스(21)의 바닥면(22)에서 상기 몸체(12)의 하면(12b) 방향으로 함몰되도록 형성되는 벤트 노치(30)를 더 구비하여, 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 상기 벤트 노치(30)에서 터짐이 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트.
  4. 전지의 내부 압력이 비정상적으로 발생하는 경우 먼저 터짐으로 전지의 내부 압력을 해소하여 전지의 폭발 위험성을 방지하도록 하기 위한 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법에 있어서,
    상면(12a)과 하면(12b)을 갖는 몸체 원판(12')를 준비하는 단계 및;
    상기 몸체 원판(12')에 프레스 가공법의 후방 압출(inverted extrusion) 공정을 통해 몸체(12)에 일체로 형성되고, 전지 내부의 압력이 설정된 값보다 높아지는 경우 상기 몸체(12)의 다른 부분보다 먼저 터지도록 하는 벤트 유니트(20)를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 후방 압출 공정을 진행하기 위한 프레스 금형(40)의 상형(50)은 상기 벤트 유니트(20)의 벤트 리세스(21)을 형성하기 위한 펀치(52) 및,
    상기 몸체 원판(12')를 지지하면서 상기 벤트 유니트(20)의 벤트 플랜지(24)를 형성하도록 상기 펀치(52)의 둘레로 상기 벤트 플랜지(24)의 두께(t2)만큼의 간격을 갖도록 설치되는 가동 스트리퍼(54)를 구비하고,
    상기 벤트 유니트(20)를 형성하는 단계는 상기 펀치(52)를 상기 몸체 원판(12')의 상면(12a)으로 압축시켜 상기 벤트 리세스(21)가 형성되도록 하는 동시에 상기 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 재료가 상기 펀치(52)와 가동 스트리퍼(54) 사이로 이동되어 상기 몸체(12)의 상면(12a)상에서 상기 벤트 리세스(21)의 테두리를 이루도록 상기 벤트 플랜지(24)가 형성되도록 함으로써, 상기 벤트 리세스(21)의 형성시 유동되는 소재가 상기 몸체 원판(12')의 상방향으로 유동되어 상기 벤트 플랜지(24)가 상기 몸체(12)의 소재와 이음매없이 일체로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 벤트 유니트(20)를 형성한 후, 프레스 가공법의 압인(coining) 가공을 통해 상기 벤트 리세스(21)의 바닥면(22)에서 상기 몸체(12)의 하면(12b) 방향으로 함몰되도록 벤트 노치(30)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벤트 구조를 갖는 2차 전지용 캡 플레이트의 제조방법.
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