WO2018151557A1 - 캡조립체 제조방법 및 그에 의한 캡조립체 - Google Patents

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WO2018151557A1
WO2018151557A1 PCT/KR2018/001983 KR2018001983W WO2018151557A1 WO 2018151557 A1 WO2018151557 A1 WO 2018151557A1 KR 2018001983 W KR2018001983 W KR 2018001983W WO 2018151557 A1 WO2018151557 A1 WO 2018151557A1
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cap
cap assembly
prevention layer
border
layer
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PCT/KR2018/001983
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황만용
김기린
아베타카
김종호
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신흥에스이씨 주식회사
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    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a cap assembly manufacturing method and a cap assembly thereby, and more particularly, to a cap assembly manufacturing method capable of preventing an electrical short circuit of a secondary battery and a cap assembly thereby.
  • secondary batteries are cylindrical batteries and rectangular batteries in which an electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and a pouch type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet according to the shape of a battery case. Are classified.
  • the electrode assembly is a built-in battery case consisting of a laminated structure of a positive electrode, a separator, a negative electrode and capable of charging and discharging, a jelly-roll type wound through a separator between a long sheet-type positive electrode and a negative electrode coated with an active material
  • the structure is classified into a stacked structure in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked in a state where a separator is interposed therebetween.
  • the jelly-roll type electrode assembly has advantages of easy manufacturing and high energy density per weight.
  • the jelly-roll type electrode assembly is most widely manufactured, and the jelly-roll type electrode assembly is usually manufactured as a cylindrical secondary battery.
  • the cylindrical secondary battery includes an electrode assembly 11, a battery can 12, a cap assembly 13, and a gasket 14.
  • the electrode assembly 11 is inserted into the battery can 12, and the cap assembly 13 is inserted into the upper opening of the battery can 12 with the electrode assembly 11 inserted into the battery can 12.
  • the gasket 14 is installed on the inner circumferential surface of the upper opening of the battery can 12 on which the cap assembly 13 is seated, thereby preventing electrolyte leakage of the electrode assembly enclosed therein or preventing outflow of gas generated during operation. can do.
  • the electrode assembly 11 is composed of a positive electrode plate 11a and a negative electrode plate 11b.
  • the positive electrode plate 11a is coated with a positive electrode active material layer on the surface of the positive electrode current collector
  • the negative electrode plate 11b is formed by coating a negative electrode active material layer on the surface of the negative electrode current collector.
  • the separator 11c which electrically insulates the positive electrode plate 11a and the negative electrode plate 11b is wound in the jelly roll shape.
  • a positive electrode tab 11d is connected to the cap assembly 13 at an upper portion of the electrode assembly 11, and a negative electrode tab 11e is connected to a bottom surface of the battery can 12 at a lower portion thereof.
  • the positive electrode current collector of the positive electrode plate 11a is formed of a conductive metal material to collect electrons from the positive electrode active material layer and move them to an external circuit.
  • the positive electrode active material layer is prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder, and is formed by coating a predetermined thickness on the positive electrode current collector.
  • a positive electrode non-coating portion is formed at both ends of the positive electrode plate 11a in which the positive electrode active material layer is not formed in the positive electrode current collector, and a positive electrode tab 11d is welded to one side of the positive electrode non-coating portion.
  • the negative electrode current collector of the negative electrode plate 11b is formed of a conductive metal material to collect electrons from the negative electrode active material layer and move them to an external circuit.
  • the negative electrode active material layer is prepared by mixing a negative electrode active material, a conductive material and a binder, and is formed by coating a predetermined thickness on the negative electrode current collector.
  • the negative electrode non-coating portion is formed at both ends of the negative electrode plate 11b in which the negative electrode active material layer is not formed in the negative electrode current collector, and the negative electrode tab 11e is welded to one side of the negative electrode non-coating portion.
  • the separator 11c is interposed between the positive electrode plate 11a and the negative electrode plate 11b.
  • the separator 11c is formed of a porous membrane polymer material to prevent the short circuit between the positive electrode plate 11a and the negative electrode plate 11b and to pass lithium ions.
  • the battery can 12 includes a side plate 12a, which is a cylindrical body having a predetermined diameter, and a bottom plate 12b that seals a lower portion of the side plate 12a to form a space in which the electrode assembly 13 is accommodated.
  • the battery can 12 is typically formed of a lightweight conductive metal made of aluminum or an aluminum alloy, and is formed by a processing method such as deep drawing.
  • the cap assembly 13 may include a cap-up 13a, a safety vent 13b, a cap-down 13c, an insulator 13d, and a sub plate (13). 13e).
  • the cap up 13a may be electrically connected to the electrode assembly 11, and may transmit current generated from the electrode assembly 11 to the outside.
  • the safety vane 13b is installed on the lower surface of the cap-up 13a so that the upper surface is in close contact, and when the pressure rises due to abnormal operation inside the battery can 12 or the temperature rises, the current is cut off or the pressure-resistant gas is released. Can be discharged.
  • the cap down 13c is installed below the safety vent 13b.
  • the insulator 13d is installed at the rim between the safety vent 13b and the cap down 13c.
  • the subplate 13e is fixed to the lower surface of the capdown 13c to which the positive electrode tab 11d is attached.
  • the cap up 13a and the safety vent 13b are seated on the inner peripheral surface seating portion of the gasket 14 installed in the upper opening of the battery can 12 so that the gasket 14 is tightly assembled to the outer peripheral surface of the cap up 13a.
  • the gasket 14 is fixed while being sandwiched between the cap assembly 13 and the top of the can 12.
  • the gasket 14 may serve to seal and insulate between the can 12 and the cap assembly 13.
  • the gasket 14 elastically flows the electrode assembly 12 and absorbs the shock from the shock generated when the battery falls or vibrates due to the relationship between the electrode assembly 11 and the cap assembly 13. do.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to contact the end of the battery can when a short circuit of current occurs in the situation where the gasket melts or the internal pressure pushes the cap assembly to the battery can end in a high temperature environment generated during abnormal operation of the secondary battery. It is an object of the present invention to provide a cap assembly manufacturing method and a cap assembly thereby allowing a current to be interrupted to cut off current, thereby ensuring safety and durability of a secondary battery.
  • the alignment step of aligning the ban border of the safety band and the cap border, the bonding step of joining the ban border and the cap rim and the band rim and the cap rim It provides a cap assembly manufacturing method comprising a seating step for seating the anti-energization layer to the junction.
  • the aligning step may be to form a banding part by bending the band border with the cap border.
  • the bonding step may be to form a junction to be melt-bonded.
  • the joining step may further include a foreign matter removing step of removing a welding foreign matter generated through the welding.
  • the cap rim or banding portion facing the outer peripheral surface corner portion of the current prevention layer may be provided with a first spaced apart space portion spaced apart from the outer peripheral surface corner portion.
  • the cap edge or the banding portion facing the inner peripheral surface corner portion of the electricity prevention layer may be to provide a second separation space portion for separating the inner peripheral surface corner portion.
  • the banding portion may be formed to extend the heat transfer path.
  • the current prevention layer may include a metal material or a conductor.
  • the non-conductive layer may be provided on the surface of the metal material or the conductor.
  • the outer diameter of the energization preventing layer may be provided more than the inner diameter of the inlet of the battery can.
  • the present invention in order to solve the above technical problem, a cap-up, a positive terminal and a safety band provided on the lower portion of the cap up and the joint portion for joining the cap edge of the cap and the vane edge of the safety vent,
  • the cap rim or the band rim is provided with a cap assembly, characterized in that the current prevention layer is seated.
  • the band border may be provided with a bending portion.
  • the vent rim and the cap rim or the bending portion and the cap rim may be melt-bonded.
  • the cap border or banding portion facing the outer circumferential surface corner portion of the energization preventing layer may provide a first spaced apart space portion spaced apart from the outer circumferential surface corner portion of the energization preventing layer.
  • the cap edge or the banding portion facing the inner peripheral surface corner portion of the electricity prevention layer may be to provide a second separation space portion for separating the inner peripheral surface corner portion.
  • the bending portion may be formed to extend the heat transfer path.
  • the current prevention layer may include a metal material or a conductor.
  • the metal material or the conductor may be provided with an insulator layer on the surface.
  • the current prevention layer may be interposed with the adhesive layer between the bending portion or the cap border.
  • the outer diameter of the energization preventing layer may be greater than or equal to the inner diameter of the battery can inlet.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a cap assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cap assembly which is an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a cap assembly which is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view illustrating a state in which an energization leaving layer is seated in the bending portion and the cap up of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a view showing a state of assembling the cap assembly of FIG.
  • FIG. 6 is a plan view of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a view showing that the heat transfer path (path) is increased in the cap assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view illustrating a state of use of FIG. 3.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which a conventional secondary battery cap assembly is assembled.
  • the upper (up) or lower (down) (on or under) includes both the two components are in direct contact with each other (directly) or one or more other components are formed indirectly formed between the two (component).
  • the upper (up) or lower (down) (on or under) includes both the two components are in direct contact with each other (directly) or one or more other components are formed indirectly formed between the two (component).
  • 'on' or 'under' it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one component.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a cap assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing a cap assembly is located on the top of the cap assembly is an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a banding in another embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view showing the cap assembly located on the upper portion of the additional cap-up
  • Figure 4 is a view showing the various states that the conductive layer is placed on the bending portion, the cap up of Figure 3, (a) to prevent the energization layer to reach the terminal portion of the cap up The extended state
  • (b) the anti-energization layer is located on the upper interface of the cap-up and banding portion
  • (c) the anti-energization layer is positioned on the upper banding portion
  • Figure 5 shows a state of assembling the cap assembly of
  • (a) the vent rim is in close contact with the cap rim so that the jig is pressurized
  • FIG. 7 is a view showing a right side portion of the cap assembly of the present invention, which shows a path through which an adhesive layer is applied and heat generated during heat compression is transferred.
  • 8 is a cross-sectional area of the secondary battery having a current prevention layer according to the present invention is melted by a high temperature caused by abnormal operation of the gasket is melted and the cap assembly is shorted with the end of the battery can intersect the current prevention layer intercept the current. The figure shows.
  • the electrode assembly 11, the battery can 12, and the gasket 14 of the cap assembly 1 of the present invention are as described above with reference to FIG. 9. Detailed description thereof will be omitted and only related descriptions will be provided.
  • the cap assembly manufacturing method according to the embodiment of the present invention includes an alignment step S10, a bonding step S20, and a seating step S30.
  • Alignment step (S10) is to align the ban border 110 of the safety vent 100 and the cap rim 210 of the cap-up 200 by the auto-aligning (auto-aligning) in the in-line process according to mass production It is said that facing of cap up.
  • the cap rim is seated on the band rim and then joined by the same method as welding, but the band rim may surround the cap rim and have a banding portion to improve the sealing property of the cap assembly.
  • the cap assembly is reduced by bending the band edge facing the banding part in advance. Compensation can be added to reduce the overall thickness increase of.
  • Bonding step (S20) may be bonded to the ban border 110 of the safety vent 100 and the cap rim 210 of the cap up 200, by the physical bonding in the aligned state of the type that can be energized Any method may be used as long as it is a method, and for example, the band edge 110 and the cap border 210 may be melt welded.
  • Bent border 110 and cap border 210 that is melt-bonded in the bonding step (S20) may be made by various methods of welding, such as laser welding, arc welding and spot welding, and the defect between the parts due to the narrow metal gap Considering the concerns of the management of metal foreign matter that can occur during welding is important, pulse welding method is preferred to core welding.
  • the seating step (S30) refers to the process of seating the anti-conduction layer 300 on the cap border 210, where the anti-conduction layer 300 is seated on the cap border 210, as shown in FIG. It is a structure of the raw material which can prevent the electricity supply provided between the edge part of a doped battery can, and a cap assembly.
  • the current prevention layer since the current prevention layer is to be seated on the cap assembly of the cylindrical secondary battery, it has a circular shape as a whole and to form a through hole 310 therein so that the protruding terminal of the cap-up, it is in the shape of a conventional washer It may be provided.
  • the current prevention layer is not particularly limited, for example, a non-conductor or a material that prevents power supply.
  • the current prevention layer may include a metal material or a conductor.
  • the metal material or conductor may be electrically conductive, but have excellent workability. Can be used because they are not broken or broken when they are pressed against each other (by high pressure generated by abnormal operation inside the battery) .
  • a non-conductive layer is provided on the surface of the metal material or conductor to prevent energization. You can do it.
  • the metal material or conductor need not be limited as long as it is excellent in workability, preferably aluminum can be used, and the surface thereof can be insulated.
  • the insulator treatment forms an insulator layer that prevents the conduction of a metal material or a conductor.
  • the insulator layer can be laminated with a general insulator material, and preferably, an oxide film treatment can be performed by an anodizing method having excellent mass productivity.
  • aluminum oxide Al 2 O 3
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • the center layer may be provided with aluminum
  • the skin layer may be provided with an aluminum oxide insulator layer.
  • the cap rim 210 facing the outer circumferential surface corner (CO) of the current blocking layer 300 is spaced apart from the outer circumferential surface corner CO of the current blocking layer 300. It may be provided with a spaced space portion 211, which is a non-conductive treatment at the corner (corner portion) when the non-conduction layer is provided with a non-conductive layer on the surface of the metal material or conductor, that is, the shape of the corner may be uneven. In addition, there may be provided to secure a safety space in order to fundamentally block the possibility that the portion of the non-conductive edge is energized with the cap assembly due to non-uniform lamination of the insulator layer.
  • the inner circumferential surface corner portion means an edge opposite to the cap assembly of both edges of the inner circumferential surface of the energization prevention layer, and the outer circumferential surface corner portion means an edge facing the cap assembly of both edges.
  • the second edge space portion 212 spaced apart from the outer peripheral surface corner CI of the anti-energization layer 300 on the cap border 210 opposite to the inner peripheral surface corner CI of the antistatic current layer 300. ) May be provided.
  • the first and second spaced spaces 211 and 212 provided on the cap rim have a first and second spaced spaces 121 and 122 formed in a bending portion in a cap assembly having a bending portion to improve the sealing property. It may be provided.
  • the bonding step (S20) may further include a foreign matter removal step (S20 ') that can remove the foreign matter (B) generated when welding the band border 110 and the cap border 120, but mass production Since it is a difficult process to adopt during welding, it is possible to select a welding method that can reduce foreign matters during welding.
  • a foreign matter removal step (S20 ') that can remove the foreign matter (B) generated when welding the band border 110 and the cap border 120, but mass production Since it is a difficult process to adopt during welding, it is possible to select a welding method that can reduce foreign matters during welding.
  • the outer circumferential surface corner portion CO and the inner circumferential surface corner portion CI of the energization prevention layer 300 may not be smoothly processed, and thus the insulator layer may not be properly formed during the insulator treatment process.
  • protrusions may be generated on the surfaces of the outer circumferential surface corner portion CO and the inner circumferential surface corner portion CI, such that energization may occur when the protrusions contact the cap rim 210.
  • the first spaced apart space portion 211 and the second spaced space portion 212 provided by the cap border 210, the outer peripheral surface corner (CO) and the inner peripheral surface corner (CI) of the current prevention layer 300 The cap and the border portion is spaced apart from each other, and as described above, if the bending portion is provided, the first and second spaced apart space portion 121, 122 may be configured.
  • the band edge 110 is bent to the cap border 210 to form a bending unit 120 (S10 ′). It may further include, the reason for bending or the relationship with the cap border is as described above.
  • the bending part 120 fixes the cap rim 210 by wrapping the cap rim 210, and has a structure laminated to the cap rim 210.
  • the bonding step (S20) may be bonded to the bending portion 120 of the safety band 100 and the cap border 210 of the cap up 200, but may be by a variety of energized bonding method, preferably banding
  • the part 120 and the cap border 210 may be melt welded, and the welding method may be various welding methods, such as laser welding, arc welding, or spot welding. Pulse welding is preferred.
  • the welding portion B may be generated in various forms in the joint portion W, which is a welding portion, and a safety space at the position to fundamentally prevent damage or energization of the current prevention layer by the welding foreign substance. It may be provided with a safe space portion 123 to provide a bending portion or a cap border.
  • the separation prevention portion thus formed may form a separation space with the corner portion CI of the inner circumferential surface of the energization prevention layer 300, or may provide a joint portion W by welding between the safety band and the cap-up, so that electricity is supplied by contact with the electricity prevention layer. It can be prevented.
  • the welding foreign material may be generated in various forms in the case of joining, in particular, when the joining is by welding. Damage to the energization prevention layer due to water or energization can be fundamentally prevented, or as shown in the drawing, when the joint portion W is a predetermined position of the bending portion other than the first and second spaced portions, the safety space portion 123 at that position. It is further provided with a bending portion to prevent damage or energization.
  • the first and second spaced spaces 211 and 212 provided on the cap rim have a first and second spaced spaces 121 and 122 formed in a bending portion in a cap assembly having a bending portion to improve the sealing property. It may be provided.
  • the seating step (S30) may be seated on the banding portion 120 or the cap border 210, if the inner circumferential surface of the barrier layer extends close to the terminal of the cap-up portion, from the terminal to the cap border In the far case it may be provided to reach the bending portion.
  • the current prevention layer may be used as long as the current can be prevented, preferably a metal material or a conductor may be used, which is replaced with the above description.
  • the banding part 120 facing the outer circumferential surface corner portion CO of the anti-conduction layer 300 is spaced apart from the first circumference of the outer circumferential surface corner portion CO of the anti-energization layer 300.
  • the space part 121 may be provided.
  • the banding part 120 or the cap border 210 which faces the inner peripheral surface corner portion CI of the anti-energization layer 300 is provided with a second separation space portion that separates the inner peripheral surface corner CI of the anti-energization layer 300 from each other. can do.
  • a second spaced space portion 212 is formed between the inner circumferential surface corner portion and the cap border, and conversely.
  • a second spaced apart space portion 122 may be formed between the inner peripheral surface corner portion and the bending portion.
  • the conductive current prevention layer 300 is similar to the previous view in Figure 4, the outer peripheral surface corner portion (CO) and the inner peripheral surface corner portion (CI) of the conductive current prevention layer 300 is not smoothly processed, the non-conductive layer is properly formed during the insulator processing Otherwise, protrusions may be generated on the surfaces of the outer circumferential corner portion CO and the inner circumferential surface corner portion CI, such that energization may occur when the protrusion contacts the banding portion 120 or the cap border 210.
  • the bending part 120 is provided with a first spaced apart space 121 and a second spaced space 122, or when the inner circumferential surface of the current prevention layer extends to the cap edge, the second spaced space portion ( Since 212 may be provided on the cap border, as illustrated in FIG. 4, the location of the inner peripheral surface corner CI of the current prevention layer 300 may vary according to a change in width. .
  • the inner circumferential surface corner (CI) of the current prevention layer 300 when the inner circumferential surface corner (CI) of the current prevention layer 300 is located in the cap rim 210 as shown in Figure 4 (a), the inner circumferential surface of the cap rim 210 and the current prevention layer 300
  • the second spaced apart space portion 212 may be spaced apart from the corner portion (CI), and as shown in Figure 4 (b) and (c), the inner peripheral surface corner portion of the current prevention layer 300
  • a second separation space part may be provided in the bending part.
  • an adhesive layer may be used as a method of fixing when the current prevention layer 300 is seated on the cap assembly, and may be fixed through the adhesive layer 400 between the banding part 120 and the adhesive layer may be adhesive. It can be used without limitation so long as it can be attached and fixed to the banding portion and the current prevention layer, but preferably a polypropylene having heat resistance, durability can be used, in this case it can be attached by heat fusion method. .
  • a heat transfer path may be formed in the bending part 120, and the heat transfer path may include heat generated during heat fusion of the current prevention layer 300. Since it is not transmitted to the empty space of the spaced part 122, heat damage may be prevented from being applied to the insulator 13d (insulating member) interposed to insulate the cap down from the safety band at the lower portion of the bending part 120.
  • the heat transfer path is not a space by the second spaced space portion 122, but a path in which the conduction prevention layer and the bending portion 120 are in direct contact with each other, thereby increasing the distance that the heat moves and applying heat to the insulating member. It can minimize the loss and thus prevent the thermal damage of the insulating member.
  • the energization prevention layer 300 may be welded to the cap assembly (cap rim, the upper portion of the banding portion) in some cases, and will be replaced with the above-described welding description.
  • diameter (d) of the current prevention layer 300 may be provided with the same or larger than the diameter (D) of the inlet of the battery can 600, as shown in FIG.
  • the current prevention layer 300 is the diameter (d) means the outer diameter
  • the diameter (D) of the battery can 600 means the inner diameter
  • the current prevention layer 300 is the current prevention layer 300 due to vibration by the external force.
  • the diameter (d) of the energization prevention layer 300 is larger than the diameter (D) of the battery can 600 to prevent the conduction prevention layer 300 is separated from the inlet of the battery can 600 even if the position of the It may be provided to be the same, and in consideration of manufacturing tolerances can be provided in reality.
  • the anti-energization layer 300 melts the gasket 700 due to high heat during abnormal operation of the secondary battery, and the internal pressure pushes the cap assembly 1 toward the end of the battery can 600.
  • the end of the battery can 600 is contacted, so that the current flowing from the battery can 600 can be cut off.
  • the cap assembly 1 may include a safety vent 100, a cap up 200, a junction portion W, and an energization prevention layer 300.
  • the cap up 200 is a configuration corresponding to the positive terminal of the cap assembly, as shown in Figure 3, the lower portion of the cap up 200 is provided with a safety band 100 is the cap border 210 of the cap up 200 And the vane edge 110 of the safety vent 100 is by melt welding It may be fixed through the junction (W).
  • the energization prevention layer 300 is seated on the junction portion (W).
  • the cap rim 210 facing the outer circumferential surface corner portion CO of the anti-conduction layer 300 has a first spacing portion spaced apart from the outer circumferential surface corner portion CO of the anti-electric layer 300. 211 is provided, and the second edge space 212 spaced apart from the corner CI of the outer circumferential surface of the electricity prevention layer 300 is disposed on the cap rim 210 facing the inner circumferential surface corner CI of the electricity prevention layer 300. ) May be provided, and the reason for this is omitted as described above, and the description of the configuration or operation of the anti-conduction layer 300 is replaced with the previously described contents.
  • the band border 110 may be bent with the cap border 210 to form the bending part 120, and the bending part ( 120 may surround the cap border 210 to fix the cap border 210 and have a structure laminated to the cap border 210, and a description thereof will be omitted herein as described above.
  • the first spaced space portion 121 and the second spaced space portion 122 provided in the bending portion 120 may be used to bend.
  • the jig 500 is for bending, and presses the band edge toward the upper cap border and may use a press to implement a step for forming the first and second spaced portions in the band border.
  • the end of the bent border 110 may be provided with a separate step portion (120a) that can minimize the occurrence of the tolerance generated when bending to the cap border (210) side.
  • the stepped portion 120a minimizes the horizontal deformation tolerance generated during the forging operation, thereby forming a step forming the spaced space portion in the bent border 110.
  • the separation prevention portion thus formed may form a separation space with the corner portion CI of the inner circumferential surface of the energization prevention layer 300, or may provide a joint portion W by welding between the safety band and the cap-up, so that electricity is supplied by contact with the electricity prevention layer. It can be prevented.
  • the outer conductive layer 300 and the inner peripheral surface corner CI of the conductive preventing layer 300 may not be smoothly processed, and thus the insulator layer may not be properly formed during the insulator processing. No, a protrusion may be generated at an edge thereof, and energization may be generated when the protrusion contacts the cap border 210.
  • first spaced apart space 121 and the second spaced space 122 may be opposite to the corner outer circumferential surface CO and the corner inner circumferential surface CI of the energization prevention layer 300.
  • the outer peripheral surface CO and the corner inner peripheral surface CI of the corner portion of the current prevention layer 300 may be spaced apart from the cap border 210.
  • the inner circumferential surface corner portion CI of the anti-conduction layer 300 is shown to be extended to the cap rim 210 terminal, but the inner circumferential surface corner portion CI is the bending portion 120.
  • the banding portion 120 may have a second spaced apart space portion 122 to space the inner peripheral surface (CI) CI,
  • the welding foreign material may be generated in various forms in the case of joining, in particular, when the joining is by welding. Damage to the energization prevention layer due to water or energization can be fundamentally prevented, or as shown in the drawing, when the joint portion W is a predetermined position of the bending portion other than the first and second spaced portions, the safety space portion 123 at that position. It is further provided with a bending portion to prevent damage or energization.
  • the cap assembly manufacturing method according to the present invention and the cap assembly according to the present invention is a battery when the short circuit of the current occurs in the situation where the gasket is melted or the internal pressure pushes the cap assembly to the battery can end in a high temperature environment generated during abnormal operation of the secondary battery By blocking the energization of the current generated in contact with the end of the can, it is possible to ensure the safety and durability of the secondary battery.

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Abstract

본 발명은 캡조립체 제조방법 및 그의 캡조립체를 개시한다. 본 발명에 따르는 캡조립체 제조방법 및 그의 캡조립체는 안전밴트의 밴트테두리와 캡업의 캡테두리를 정렬하는 정렬 단계와, 상기 밴트테두리와 상기 캡테두리를 접합하는 접합 단계 및 상기 밴트테두리와 상기 캡테두리의 접합부에 통전 방지층을 안착시키는 안착 단계를 포함하여, 캡조립체를 제조하는데, 이에 의할 때 이차전지의 이상작동시 발생된 고열 환경에서 가스켓이 용융되거나 내부 압력이 캡조립체를 전지캔 단부로 밀어 올리는 상황에서 전류의 단락이 발생 할 경우 전지캔의 단부와 접촉되어 발생하는 전류의 통전을 차단하여, 이차전지의 안전성 및 내구성을 확보할 수 있는 캡조립체 제조방법 및 그에 의한 캡조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

캡조립체 제조방법 및 그에 의한 캡조립체
본 발명은 캡조립체 제조방법 및 그에 의한 캡조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차전지의 전기적 단락을 방지할 수 있는 캡조립체 제조방법 및 그에 의한 캡조립체에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 전극조립체는 전지케이스에 내장되어 양극, 분리막, 음극의 적층 구조로 이루어지며 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조로 분류된다.
그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이에 따라, 젤리-롤형 전극조립체는 가장 널리 제작되고 있으며, 젤리-롤형 전극조립체는 통상적으로 원통형 이차전지로 제작된다.
이러한 원통형 이차전지는 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 전극조립체(11), 전지캔(12), 캡조립체(13) 및 카스켓(14)을 포함한다.
상기 전극조립체(11)는 전지캔(12) 내부에 삽입되며, 전지캔(12)의 내부에 전극조립체(11)가 삽입된 상태에서 전지캔(12)의 상단 개구부에는 캡조립체(13)가 결합된다.
그리고 카스켓(14)은 캡조립체(13)가 안착되는 전지캔(12)의 상단 개구부의 내주면에 설치되어, 내부에 빌봉된 전극조립체의 전해질 누액을 방지하거나 작동시 발생되는 기체의 유출을 방지할 수 있다.
전극조립체(11)는 양극판(11a)과 음극판(11b)으로 구성된다. 양극판(11a)은 양극집전체의 표면에 양극활물질층이 코팅되고, 음금판(11b)은 음극집전체의 표면에 음극활물질층이 코팅되어 이루어진다.
양극판(11a) 및 음극판(11b) 사이에는 양극판(11a)과 음극판(11b)을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(11c)가 젤리-롤 형상으로 권취되어 이루어진다.
그리고 전극조립체(11)의 상부에는 양극탭(11d)이 캡조립체(13)와 연결되고, 하부에는 음극탭(11e)이 전지캔(12)의 바닥면에 연결된다.
양극판(11a)의 양극집전체는 양극활물질층으로부터 전자를 모아서 외부회로로 이동시킬 수 있도록 도전성있는 금속재질로 형성된다.
양극활물질층은 양극활물질과 도전재 및 바인더를 혼합하여 제조되며, 양극집전체 상에 소정의 두께로 코팅되어 형성된다. 양극집전체중에서 양극활물질층이 형성되지 않는 양극판(11a)의 양쪽 끝부분에 양극무지부를 형성하며 양극무지부의 일측에는 양극탭(11d)이 용접된다.
음극판(11b)의 음극집전체는 음극활물질층으로부터 전자를 모아서 외부회로로 이동시킬 수 있도록 도전성있는 금속재질로 형성된다. 음극활물질층은 음극활물질과 도전재 및 바인더를 혼합하여 제조되며, 상기 음극집전체 상에 소정의 두께로 코팅되어 형성된다. 음극집전체중에서 음극활물질층이 형성되지 않는 음극판(11b)의 양쪽 끝부분에 음극무지부를 형성하고, 음극무지부의 일측에는 음극탭(11e)이 용접된다.
세퍼레이터(11c)는 양극판(11a)과 음극판(11b) 사이에 개재된다.
세퍼레이터(11c)는 양극판(11a)과 음극판(11b)의 단락을 방지하며 리튬 이온을 통과할 수 있도록 다공막 고분자물질로 형성된다.
전지캔(12)은 전극조립체(13)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(12a)과, 측면판(12a)의 하부를 밀폐하는 하면판(12b)으로 이루어진다. 전지캔(12)은 통상적으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 경량의 전도성 금속으로 형성되며, 딥 드로잉 등의 가공방법으로 형성된다.
한편, 캡조립체(13)는 캡업(Cap-up)(13a), 안전밴트(Safety Vent)(13b), 캡다운(Cap-down)(13c), 인슐레이터(Insulator)(13d) 및 서브 플레이트(13e)를 포함한다.
캡업(13a)은 전극조립체(11)와 전기적으로 연결되며 상기 전극조립체(11)에서 발생되는 전류를 외부로 전달할 수 있다.
안전밴트(13b)는 캡업(13a)의 하면에 상면이 밀착되게 설치되어 전지캔(12)의 내부에서 이상작동으로 인하여 압력이 상승하는 경우나 온도가 상승하는 경우에, 전류를 차단하거나 내압 가스를 배출할 수 있다.
캡 다운(13c)는 안전밴트(13b)의 하부에 설치된다.
인슐레이터(13d)는 안전밴트(13b)와 캡다운(13c) 사이 테두리에 설치된다.
서브 플레이트(13e)은 캡다운(13c)의 하면에 고정되어 양극탭(11d)이 부착된다.
캡업(13a)과 안전밴트(13b)는 전지캔(12)의 상단 개구부에 설치되는 가스켓(14)의 내주면 안착부에 안착되어 가스켓(14)이 캡업(13a)의 외주면에 밀착되어 조립된다.
가스켓(14)은 캡조립체(13)와 캔(12)의 상부 사이에 개재된 채 압착되면서 고정된다.
그에 따라 가스켓(14)은 상기 캔(12)과 캡조립체(13) 사이를 밀폐시키고 절연시키는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 가스켓(14)은 전극조립체(11)와 캡조립체(13) 사이에 구비된 관계상 전지의 낙하 또는 진동시 발생하는 충격으로 부터 전극조립체(12)를 탄성적으로 유동시키며 충격을 흡수하기도 한다.
그러나 가스켓(14)은 도 9에 도시된 바와 같이, 내부의 전해액에 의하여 용해되거나 이차전지 이상작동으로 인한 고열로 녹는 경우에 내부에서 발생된 압력에 의하여 캡업(13a)과 전지캔(12)는 상호 접촉되어 전기적으로 쇼트될 우려가 있어 이에 대한 대응책이 필요한 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이차전지의 이상작동시 발생된 고열 환경에서 가스켓이 용융되거나 내부 압력이 캡조립체를 전지캔 단부로 밀어 올리는 상황에서 전류의 단락이 발생 할 경우 전지캔의 단부와 접촉되어 발생하는 전류의 통전을 차단하여, 이차전지의 안전성 및 내구성을 확보할 수 있는 캡조립체 제조방법 및 그에 의한 캡조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 안전밴트의 밴트테두리와 캡업의 캡테두리를 정렬하는 정렬 단계와, 상기 밴트테두리와 상기 캡테두리를 접합하는 접합 단계 및 상기 밴트테두리와 상기 캡테두리의 접합부에 통전 방지층을 안착시키는 안착 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡조립체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 정렬단계는 상기 밴트테두리를 상기 캡테두리로 밴딩시켜 밴딩부를 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 접합 단계는 용융 접합되는 접합부를 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 접합 단계에는 상기 용접을 통해 발생되는 용접 이물질을 제거하는 이물질 제거 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전 방지층의 외주면 코너부에 대향되는 캡테두리 또는 밴딩부는 외주면코너부를 이격시키는 제1 이격공간부를 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전 방지층의 내주면 코너부에 대향되는 캡테두리 또는 밴딩부는 내주면 코너부를 이격키시는 제2 이격공간부를 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전방지층에 대향하는 접합부를 이격시키는 안전공간을 제공하는 안전공간부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 밴딩부에는 열전달 경로가 연장 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전 방지층은 금속재 또는 도체를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 금속재 또는 도체의 표면에는 부도체 층이 구비된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전 방지층의 외경은 전지캔의 입구의 내경 이상으로 구비되는 것일 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 양극단자인 캡업과, 상기 캡업의 하부에 구비되는 안전밴트 및 상기 캡업의 캡테두리와 상기 안전밴트의 밴트테두리를 접합하는 접합부를 포함하며, 상기 캡테두리 또는 밴트테두리에는 통전 방지층이 안착되는 것을 특징으로 하는 캡조립체를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 밴트테두리는 밴딩부를 구비한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 벤트테두리와 캡테두리 또는 상기 밴딩부와 상기 캡테두리는 용융접합되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전 방지층의 외주면 코너부에 대향되는 캡테두리 또는 밴딩부는 상기 통전 방지층의 외주면 코너부를 이격시키는 제1 이격공간부를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전 방지층의 내주면 코너부에 대향되는 캡테두리 또는 밴딩부는 내주면 코너부를 이격키시는 제2 이격공간부를 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전방지층에 대향하는 접합부를 이격시키는 안전공간을 제공하는 안전공간부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 밴딩부는 열전달 경로가 연장 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전 방지층은 금속재 또는 도체를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 금속재 또는 도체는 표면에 부도체층이 구비된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전 방지층은 밴딩부 또는 캡테두리와의 사이에 접착층을 개재한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 통전 방지층의 외경은 전지캔 입구의 내경 이상인 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 전지캔 내부의 전해액의 누설에 의해 가스켓의 손상시 통전을 차단하여 이차전지의 전기적 쇼트를 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 캡조립체 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예인 캡조립체를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예인 캡조립체를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 밴딩부 및 캡업에 통전 방치층이 안착되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 캡조립체를 조립하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 캡조립체에 있어서, 열전달 경로(path)가 증가되는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 3의 사용 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 종래의 이차전지 캡조립체가 조립된 상태를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 구성요소가 다른 구성요소의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소가 상기 두 구성요소 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 '상(위) 또는 하(아래)(on or under)'로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 캡조립체 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예인 최상부에 캡업이 위치한 캡조립체를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예로 밴딩부가 캡업의 상부에 위치한 캡조립체를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 밴딩부, 캡업에 통전 방치층이 안착된 여러 상태를 나타낸 도면으로, (a) 통전방지층이 캡업의 단자부에 가까이 이르도록 연장된 상태, (b) 통전방지층이 캡업과 밴딩부의 계면 상부에 위치한 상태, (c) 통전방지층이 밴딩부 상부에 위치한 상태를 보여주며, 도 5는 도 3의 캡조립체를 조립하는 상태를 나타낸 도면으로, (a) 지그가 가압할 수 있도록 벤트테두리가 캡테두리에 밀착하여 기립된 상태, (b) 지그가 가압을 시작하여 밴딩이 이루어지는 과정 중간을 보인 상태, (c) 지그에 의한 단조가 완료되어 밴딩부에 이격공간부를 형성하는 단차들이 성형된 상태를 보여주고, 도 6은 본 발명에 따르는 전지캔과 통전방지층을 평면적으로 나타낸 그림으로, 캡조립체의 상부로 통전방지층이 안착된 채 전지캔의 단부가 크램핑된 형상을 보여주며, 도 7은 본 발명의 캡조립체의 우측단면 이부를 보여주는 그림으로, 접착층을 개재시키고 가열압착시 발생된 열(Heat)이 전달되는 경로를 표시한 것이고, 도 8은 본 발명에 따르는 통전방지층을 구비한 이차전지가 이상작동으로 발생한 고열로 가스켓이 용융되며 캡조립체가 전지캔 단부와 쇼트나는 상황에서 통전방지층이 개재되어 통전을 차단하는 형상을 단면적으로 보여주는 도면이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 이전에, 본 발명의 캡조립체(1)의 구성 중 전극조립체(11), 전지캔(12), 가스켓(14)은 도 9를 참조하여 앞서 설명한 바와 같으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하고 관련된 설명만을 하기로 한다.
한편, 도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예인 캡조립체 제조방법은 정렬 단계(S10), 접합 단계(S20) 및 안착 단계(S30)를 포함한다.
정렬 단계(S10)는 안전밴트(100)의 밴트테두리(110)와 캡업(200)의 캡테두리(210)를 정렬하는 것으로 대량생산에 따라 인라인 공정에서 자동 정렬(auto-aligning)에 의하여 안전밴트와 캡업의 대향시키는 것을 말한다.
여기서, 상기 밴트테두리에 캡테두리가 안착되어 이후에 용접과 같은 방법으로 접합될 것이나, 캡조립체의 밀폐성을 향상시키기 위하여 상기 밴트테두리가 캡테두리를 감싸며 밴딩부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 밴딩부가 구비된 경우에는 캡조립체의 전체 두께가 증가되어 발전용량에 손실이 발생되므로, 두께의 증가를 방지하기 위하여, 밴딩부와 대면하는 캡테두리의 두께를 미리 감소시켜서 밴딩함으로써 캡조립체의 전체두께 증가를 감소시키는 보상을 추가적으로 할 수 있다.
접합 단계(S20)는 안전밴트(100)의 밴트테두리(110)와 캡업(200)의 캡테두리(210)를 접합할 수 있는데, 정렬된 상태에서 물리적 접합에 의하는 것으로 통전이 가능한 형태의 접합방법이라면 어떤 방법이든 사용할 수 있으며, 예컨대, 밴트테두리(110)와 캡테두리(210)를 용융용접할 수 있다.
접합 단계(S20)에서 용융접합되는 밴트테두리(110)와 캡테두리(210)는 레이저 용접, 아크 용접 및 스폿 용접 등 다양한 방법의 용접으로 이루어 질 수 있으며, 부품간 간격이 좁아 금속이물질에 의한 불량의 우려를 감안하여 용접시 발생될 수 있는 금속이물질의 관리가 중요한바, 심용접 보다는 펄스 용접 방식이 바람직하다.
그리고 안착 단계(S30)는 캡테두리(210)에 통전 방지층(300)을 안착시키는 공정을 말하며, 여기서 캡테두리에(210)에 안착되는 통전 방지층(300)은 도 2에 도시된 바와 같이, 클림핑된 전지캔의 단부와 캡조립체와의 사이에 구비되는 통전을 방지할 수 있는 소재의 구성이다.
또한 상기 통전 방지층은 원통형 이차전지의 캡조립체 상부에 안착되는 것이므로, 전체적으로 원형의 형상을 가지며 캡업의 돌출 단자가 관통될 수 있도록 내부에 관통홀(310)을 형성시키고 있어, 통상적인 와셔의 형상으로 구비될 수 있다.
상기 통전 방지층은 통전을 방지하는, 예컨대 부도체, 소재라는 특별히 한정할 것은 아니며, 바람직하게는 금속재 또는 도체를 포함할 수 있고, 금속재 또는 도체는 통전성을 가지나 가공성이 우수하고 전지캔의 단부와 캡조립체가 맞닿으며 상호 가압되는 경우(전지 내부의 이상작동으로 인하여 발생되는 고압에 의하여)에 깨지거나 부서지지 아니하는 특징이 있어 사용할 수 있으며 이때, 금속재 또는 도체의 표면에는 부도체층이 구비하여 통전을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 금속재 또는 도체는 가공성이 우수한 것인 한 한정할 필요는 없고, 바람직하게 알루미늄을 사용할 수 있으며, 그 표면을 부도체리할 수 있다.
여기서, 부도체처리는 금속재 또는 도체의 통전성을 방지하는 부도체층을 형성한다는 것으로, 일반적인 부도체 소재를 적층할 수 있으며, 바람직하게는 양산성이 우수한 아노다이징공법에 의한 산화막처리를 할 수 있다.
예컨대, 알루미늄의 경우에 아노다이징 부도체처리에 의하여 알루미늄 표면에 산화알루미늄(Al2O3)을 부도체층으로 사용할 수 있는데, 즉, 중심층에 알루미늄이 구비되고 그 표피층으로 산화알루미늄 부도체층이 구비될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 통전 방지층(300)의 외주면 코너부(CO, Corner of Outer)에 대향되는 캡테두리(210)에는 통전 방지층(300)의 외주면 코너부(CO)을 이격시키는 제1이격공간부(211)를 구비할 수 있는데, 이는 통전 방지층이 금속재나 도체의 표면에 부도체층을 구비한 경우에 모서리(코너부)에 부도체처리가 미흡하여, 즉 모서리의 형상이 불균일할 수 있고, 거기에 부도체층의 불균일한 적층으로 인해 부도체처리가 안된 모서리의 일부분이 캡조립체와 통전될 우려를 근본적으로 차단하기 위하여 안전공간을 확보하기 위하여 구비할 수 있다.
여기서, 상기 내주면 코너부는 통전방지층의 내주면의 양 모서리중 캡조립체에 대향하는 모서리를 의미하고, 외주면 코너부는 양 모서리중 캡조립체에 대향하는 모서리를 의미한다.
마찬가지로, 통전 방지층(300)의 내주면 코너부(CI, Corner of Inner)에 대향되는 캡테두리(210)에는 통전 방지층(300)의 외주면 코너부(CI)를 이격키시는 제2 이격공간부(212)를 구비할 수 있다.
상기 캡테두리에 구비된 제1,2이격공간부(211, 212)는 앞서 밀폐성을 향상을 위하여 밴딩부를 구비한 구조의 캡조립체에서는 제1,2이격공간부(121, 122)가 밴딩부에 구비될 수 있다.
한편, 접합 단계(S20)에서 밴트테두리(110)와 캡테두리(120)를 용접시 발생하는 용접 이물질(B)을 제거할 수 있는 이물질 제거 단계(S20')를 더 포함할 수 있으나, 대량생산시 채용하기 어려운 공정이므로 용접시 이물발생을 감소시킬 수 있는 용접방법을 선택할 수 있다.
다만, 용접 이물질(B)이 다량 발생되는 경우라면 불량처리하는 것과 트레이드오프(trade-off) 관계를 고려하여 선택할 수 있다 하겠다.
한편, 통전 방지층(300)은 도 2에 도시된 바와 같이, 통전 방지층(300)의 외주면 코너부(CO)와 내주면 코너부(CI)가 매끄럽게 가공되지 못해 부도체 처리과정에서 부도체층이 제대로 형성되지 못하고 외주면코너부(CO)과 내주면코너부(CI)의 표면에 돌출부가 발생하여, 돌출부가 캡테두리(210)에 접촉시 통전이 발생될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 캡테두리(210)가 제공한 제1이격공간부(211)와 제2이격공간부(212)가 통전방지층(300)의 외주면코너부(CO)과 내주면코너부(CI)와 캡테두리 대향부분을 이격시키며, 앞서 본 바와 같이 밴딩부가 구비된 경우라면, 밴딩부의 제1,2이격공간부(121, 122)로 구성할 수 있다.
또한, 정렬 단계(S10)에는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 밴트테두리(110)를 상기 캡테두리(210)로 밴딩(bending)시켜 밴딩부(120)를 형성하는 단계(S10')를 더 포함할 수 있으며, 밴딩하는 이유나 캡테두리와의 관계는 앞서 설명한 바와 같다.
밴딩부(120)는 캡테두리(210)을 감싸서 캡테두리(210)를 고정시키며, 캡테두리(210)에 적층되는 구조를 가진다.
그리고 접합 단계(S20)는 안전밴트(100)의 밴딩부(120)와 캡업(200)의 캡테두리(210)를 접합할 수 있으며, 다양한 통전가능한 접합 방식에 의할 수 있으나, 바람직하게는 밴딩부(120)와 캡테두리(210)를 용융용접할 수 있고, 이러한 용접 방법으로는 레이저 용접, 아크 용접, 또는 스폿 용접 등 다양한 방법의 용접방법에 의할 수 있고, 특히 용접이물 발생이 적은 펄스용접이 바람직하다 하겠다.
상기 용접에 의하는 경우에 용접부위인 접합부(W)에는 용접 이물(B)이 다양한 형태로 발생될 수 있고, 용접이물에 의한 통전방지층의 손상이나 통전을 근본적으로 예방할 수 있도록 그 위치에 안전공간을 제공하는 안전공간부(123)를 밴딩부나 캡테두리에 구비할 수 있다.
이렇게 형성된 이격방지부는 통전 방지층(300)의 내주면 코너부(CI)와의 이격공간을 형성하거나, 안전밴트와 캡업간 용접에 의한 접합부(W)를 제공할 수 있어, 통전방지층과 접촉에 의한 통전을 예방할 수 있다.
여기서, 밴딩부와 캡테두리를 용접한 접합부(W)가 제2이격공간부에 위치한 경우에는 접합시, 특히 접합이 용접에 의한 것인 경우라면 용접 이물이 다양한 형태로 발생될 수 있고, 용접이물에 의한 통전방지층의 손상이나 통전을 근본적으로 예방할 수 있고, 또는 도면에서 처럼 접합부(W)가 제1,2이격공간부가 아닌 밴딩부의 소정위치인 경우에는, 그 위치에 안전 공간부(123)를 밴딩부에 더 구비하여 손상이나 통전을 방지할 수 있다.
상기 캡테두리에 구비된 제1,2이격공간부(211, 212)는 앞서 밀폐성을 향상을 위하여 밴딩부를 구비한 구조의 캡조립체에서는 제1,2이격공간부(121, 122)가 밴딩부에 구비될 수 있다.
이어, 안착 단계(S30)는 밴딩부(120)나 캡테두리(210)에 통전 방지층(300)을 안착시킬 수 있는데, 통전방지층의 내주면이 캡업부의 단자 가까이 연장된 경우에는 캡테두리까지, 단자로부터 먼 경우에는 밴딩부에 이르도록 구비될 수 있다.
또한 상기 통전방지층은 통전을 방지할 수 있는 한 어떤 것이라도 사용할 수 있고, 바람직하게는 금속재 또는 도체를 사용할 수 있으며 이에 대하여는 앞서 설명한 것으로 대체한다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 통전 방지층(300)의 외주면 코너부(CO)에 대향되는 밴딩부(120)에는 통전 방지층(300)의 외주면 코너부(CO)를 이격시키는 제1 이격공간부(121)를 구비할 수 있다.
그리고, 통전 방지층(300)의 내주면코너부(CI)에 대향되는 밴딩부(120)나 캡테두리(210)에는 통전 방지층(300)의 내주면코너부(CI)를 이격시키는 제2이격공간부를 구비할 수 있다.
여기서 통전방지층의 내주면이 캡업의 단자에 가까이 형성된 경우에는 내주면코너부와 대향되는 부분이 캡테두리가 되어, 내주면코너부와 캡테두리와의 사이에 제2이격공간부(212)가 형성되고, 반대로 단자에서 멀게 구비된 경우에는 내주면코너부와 밴딩부와의 사이에 제2이격공간부(122)가 형성될 수 있다.
한편, 통전 방지층(300)은 도 4에서 앞서 본 바와 유사하게, 통전방지층(300)의 외주면코너부(CO)과 내주면코너부(CI)가 매끄럽게 가공되지 못해 부도체 처리과정에서 부도체층이 제대로 형성되지 아니하고 외주면코너부(CO)와 내주면코너부(CI)의 표면에 돌출부가 발생하여, 돌출부가 밴딩부(120) 또는 캡테두리(210)와 접촉시 통전이 발생될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 밴딩부(120)에는 제1이격공간부(121)와 제2이격공간부(122)가 구비되거나, 통전방지층의 내주면이 캡테두리까지 연장된 경우에는 제2이격공간부(212)가 캡테두리에 구비될 수 있으므로, 통전 방지층(300)은 도 4에 도시된 바와 같이, 폭의 변화에 따라, 통전 방지층(300)의 내주면코너부(CI)의 위치가 달라 질 수 있다.
이때, 통전 방지층(300)의 내주면코너부(CI)가 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 캡테두리(210)에 위치할 경우에는 캡테두리(210)와 통전 방지층(300)의 내주면 코너부(CI)를 이격시킬 수 있는 제2이격공간부(212)를 구비할 수 있고, 한편 도 4의 (b)와(c)에 도시된 바와 같이, 통전 방지층(300)의 내주면코너부(CI)가 밴딩부(120)에 위치시에는 밴딩부에 제2이격공간부가 마련될 수 있다.
또한, 통전방지층(300)을 캡조립체에 안착시키는 경우에 고정하는 방법으로 접착층을 사용할 수 있고, 밴딩부(120)와의 사이에 접착층(400)을 개재시켜 고정할 수 있으며, 접착층은 접착성을 가지고 있어서 밴딩부와 통전방지층을 부착 고정할 수 있는 것인 한 제한없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 내열성, 내구성을 구비한 폴리프로필렌을 사용할 수 있고, 이 경우에는 가열융착의 방법으로 부착할 수 있다.
아울러, 밴딩부(120)에는 도 7에 도시된 바와 같이, 열전달 경로(path)가 연장 형성될 수 있는데, 상기 열전달 경로는 통전 방지층(300)의 열융착시 발생되는 열(Heat)이 제2이격공간부(122)의 빈 공간으로 전달되지 않아 밴딩부(120)의 하부에서 캡다운과 안전밴트를 절연시키도록 개재된 인슐레이터(13d, 절연부재)에 열손상을 가하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 열전달 경로는 제2이격공간부(122)에 의한 공간이 아니라, 통전방지층과 밴딩부(120)가 직접 접촉된 경로일 것이어서, 열이 이동하는 거리가 증가하게 되어 절연부재에 열이 가해지는 것을 최소화할 수 있고 따라서 절연부재의 열손상을 방지할 수 있다.
또한, 통전 방지층(300)은 경우에 따라 캡조립체(캡테두리, 밴딩부의 상부와)와 용접될 있는데, 앞서 설명한 용접 설명으로 대체한다.
그리고 통전방지층(300)의 직경(d)은 도 6에 도시된 바와 같이, 전지캔(600)의 입구의 직경(D)보다 같거나 크게 구비될 수 있다.
여기서, 통전 방지층(300)은 직경(d)은 외경을 의미하며, 전지캔(600)의 직경(D)은 내경을 의미하고, 통전 방지층(300)이 외력에 의한 진동에 의하여 통전 방지층(300)의 위치가 변경되더라도, 통전 방지층(300)이 전지캔(600)의 입구에서 이탈되는 것을 방지하도록 통전 방지층(300)의 직경(d)을 전지캔(600)의 직경(D) 보다 크거나 같도록 구비될 수 있으며, 제조상 공차를 감안하여 현실적으로는 크게 마련할 수 있다.
이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 통전 방지층(300)은 이차전지의 이상 작동시 고열에 의하여 가스켓(700)이 용융되고 내부 압력이 캡조립체(1)를 전지캔(600) 단부로 밀어 올리는 상황에서 전류의 단락이 발생할 경우 전지캔(600)의 단부와 접촉되므로, 전지캔(600)에서 발생하는 전류의 통전을 차단할 수 있다.
도 3 내지 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 캡조립체(1)는 안전밴트(100), 캡업(200), 접합부(W) 및 통전 방지층(300)을 포함할 수 있다.
상기 캡업(200)은 캡조립체의 양극단자에 해당하는 구성이며, 도 3에 도시된 바와 같이, 캡업(200)의 하부에는 안전밴트(100)가 구비되어 캡업(200)의 캡테두리(210)와 안전밴트(100)의 밴트테두리(110)는 용융용접에 의한 접합부(W)를 통해 고정될 수 있다.
여기서, 접합부(W)의 상부로 통전 방지층(300)이 안착된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 통전 방지층(300)의 외주면 코너부(CO)에 대향되는 캡테두리(210)에는 통전 방지층(300)의 외주면 코너부(CO)를 이격시키는 제1 이격공간부(211)가 구비되며, 통전 방지층(300)의 내주면 코너부(CI)의 대향되는 캡테두리(210)에는 통전 방지층(300)의 외주면 코너부(CI)를 이격키시는 제2 이격공간부(212)가 구비될 수 있는데, 이에 대한 이유는 앞서 설명한 바와 같이 생략하며, 또한 통전 방지층(300)의 구성이나 작동에 대한 설명은 기설명된 내용으로 대체한다.
한편, 본 발명의 실시예서, 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 밴트테두리(110)는 캡테두리(210)로 밴딩(bending)시켜 밴딩부(120)를 형성시킬 수 있고, 밴딩부(120)는 캡테두리(210)을 감싸서 캡테두리(210)를 고정 시키며, 캡테두리(210)에 적층되는 구조를 가질 수 있으며, 이에 대한 설명은 앞서 설명한 바와 같이 여기서는 생략하기로 한다.
또한, 상기 밴딩부(120)에 구비되는 제1이격공간부(121)와 제2이격공간부(122)는 도 5에 도시된 바와 같이, 밴트테두리(110)를 캡테두리(210) 상부로 지그(500)를 이용하여, 밴딩시킬 수 있다.
상기 지그(500)는 밴딩을 위한 것으로, 밴트테두리를 캡테두리 상부를 향해 가압하며 밴트테두리에 제1,2이격공간부를 형성시키는 단차를 구현하기 위한 가압프레스를 이용할 수 있다.
이때, 밴트테두리(110)의 단부에는 캡테두리(210) 측으로 밴딩시 발생하는 공차의 발생을 최소화 시킬 수 있는 별도의 단차부(120a)를 구비할 수 있다.
즉, 상기 단차부(120a)는 단조 작업시 발생하는 수평방향의 변형공차를 최소화하여, 밴트테두리(110)에 이격공간부를 형성하는 단차를 형성할 수 있도록 한다.
이렇게 형성된 이격방지부는 통전 방지층(300)의 내주면 코너부(CI)와의 이격공간을 형성하거나, 안전밴트와 캡업간 용접에 의한 접합부(W)를 제공할 수 있어, 통전방지층과 접촉에 의한 통전을 예방할 수 있다.
한편, 통전 방지층(300)은 도 7에 도시된 바와 같이, 통전 방지층(300)의 외주면코너부(CO)와 내주면코너부(CI)가 매끄럽게 가공되지 못해 부도체 처리과정에서 부도체 층이 제대로 형성되지 아니하고, 그 모서리에 돌출부가 발생하여, 돌출부가 캡테두리(210)에 접촉시 통전이 발생될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 밴딩부(120)에는 제1 이격공간부(121)와 제2 이격공간부(122)가 통전 방지층(300)의 코너부 외주면(CO)과 코너부 내주면(CI)에 대향되게 구비되어, 통전 방지층(300)의 코너부 외주면(CO)과 코너부 내주면(CI)을 캡테두리(210)와 이격시킬 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8에서는 통전 방지층(300)의 내주면코너부(CI)가 캡테두리(210) 단자를 향하여 넓게 연장된 구조로 도시되어 있으나, 내주면코너부(CI)가 밴딩부(120)에 대향되게 구비되는 경우에는 밴딩부(120)가 내주면코너부(CI)를 이격시키는 제2이격공간부(122)를 둘 수 있고,
여기서, 밴딩부와 캡테두리를 용접한 접합부(W)가 제2이격공간부에 위치한 경우에는 접합시, 특히 접합이 용접에 의한 것인 경우라면 용접 이물이 다양한 형태로 발생될 수 있고, 용접이물에 의한 통전방지층의 손상이나 통전을 근본적으로 예방할 수 있고, 또는 도면에서 처럼 접합부(W)가 제1,2이격공간부가 아닌 밴딩부의 소정위치인 경우에는, 그 위치에 안전 공간부(123)를 밴딩부에 더 구비하여 손상이나 통전을 방지할 수 있다.
한편, 통전방지층과 접착층에 대한 내용은 기설명된 바와 같이, 그로 대체한다.
즉, 상기와 같은 구성을 통해서 본 발명에 따르는 캡조리체의 제조방법이나 그에 의한 캡조립체에 의하여, 종래 이차전지 이상작동이나 전기적 단락에 의한 가스켓 손상으로 발생되는 전지캔의 단부와 캡조립체간 통전 문제 및 전해액 누액현상을 해결할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 수정과 변경에 관계된 차이점들을 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따르는 캡조립체 제조방법 및 그에 의한 캡조립체은 이차전지의 이상작동시 발생된 고열 환경에서 가스켓이 용융되거나 내부 압력이 캡조립체를 전지캔 단부로 밀어 올리는 상황에서 전류의 단락이 발생 할 경우 전지캔의 단부와 접촉되어 발생하는 전류의 통전을 차단하여, 이차전지의 안전성 및 내구성을 확보할 수 있다.

Claims (21)

  1. 안전밴트의 밴트테두리와 캡업의 캡테두리를 정렬하는 정렬 단계;
    상기 밴트테두리와 상기 캡테두리를 접합하는 접합 단계; 및
    상기 밴트테두리와 상기 캡테두리의 접합부에 통전 방지층을 안착시키는 안착 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡조립체 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정렬단계는 상기 밴트테두리를 상기 캡테두리로 밴딩시켜 밴딩부를 형성하는 것을 특징으로 하는 캡조립체 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접합 단계는 용융 접합되는 접합부를 형성하는 것을 특징으로 하는 캡조립체 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 통전 방지층의 외주면 코너부에 대향되는 캡테두리 또는 밴딩부는 외주면코너부를 이격시키는 제1 이격공간부를 제공하는 것을 특징으로 하는 캡조립체 제조방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 통전 방지층의 내주면 코너부에 대향되는 캡테두리 또는 밴딩부는 내주면 코너부를 이격키시는 제2 이격공간부를 제공하는 것을 특징으로 하는 캡조립체 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 통전방지층에 대향하는 접합부를 이격시키는 안전공간을 제공하는 안전공간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡조립체의 제조방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 밴딩부에는 열전달 경로가 연장 형성된 것을 특징으로 하는 캡조립체 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 통전 방지층은 금속재 또는 도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡조립체 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속재 또는 도체의 표면에는 부도체 층이 구비된 것을 특징으로 하는 캡조립체 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 통전 방지층의 외경은 전지캔의 입구의 내경 이상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 캡조립체 제조방법.
  11. 양극단자인 캡업;
    상기 캡업의 하부에 구비되는 안전밴트; 및
    상기 캡업의 캡테두리와 상기 안전밴트의 밴트테두리를 접합하는 접합부를 포함하며,
    상기 캡테두리 또는 밴트테두리에는 통전 방지층이 안착되는 것을 특징으로 하는 캡조립체.
  12. 제12항에 있어서,
    상기 밴트테두리는 밴딩부를 구비한 것을 특징으로 하는 캡조립체.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 벤트테두리와 캡테두리 또는 상기 밴딩부와 캡테두리는 용융접합되는 접합부를 구비하는 것을 특징으로 하는 캡조립체.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 통전 방지층의 외주면 코너부에 대향되는 캡테두리 또는 밴딩부에는 상기 통전 방지층의 외주면 코너부를 이격시키는 제1 이격공간부를 구비하는 것을 특징으로 하는 캡조립체.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 통전 방지층의 내주면 코너부에 대향되는 캡테두리 또는 밴딩부는 내주면 코너부를 이격키시는 제2 이격공간부를 제공하는 것을 특징으로 하는 캡조립체.
  16. 제13에 있어서,
    상기 통전방지층에 대향하는 접합부를 이격시키는 안전공간을 제공하는 안전공간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡조립체.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 밴딩부에는 열전달 경로가 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 캡조립체.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 통전 방지층은 금속재 또는 도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡조립체.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 금속재 또는 도체는 표면에 부도체층이 구비된 것을 특징으로 하는 캡조립체.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 통전 방지층은 밴딩부 또는 캡테두리와의 사이에 접착층을 개재한 것을 특징으로 하는 캡조립체.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 통전 방지층의 외경은 전지캔 입구의 내경 이상인 것을 특징 하는 캡조립체.
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