WO2019245125A1 - 벤팅 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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최용수
김상훈
김나윤
유형균
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a venting device and a manufacturing method thereof, and more particularly, is inserted into at least one sealing portion of a pouch of a secondary battery, and when the internal pressure of the pouch increases, the internal gas can be discharged to the outside to adjust the pressure.
  • a venting device and a method of manufacturing the same are inserted into at least one sealing portion of a pouch of a secondary battery, and when the internal pressure of the pouch increases, the internal gas can be discharged to the outside to adjust the pressure.
  • types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries. These secondary batteries are not only small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, portable game devices, power tools, and e-bikes, but also large products and surplus power generation such as electric vehicles and hybrid vehicles. It is also applied to a power storage device for storing power or renewable energy and a backup power storage device.
  • Secondary batteries are classified into a pouch type and a can type according to the material of a case accommodating the electrode assembly.
  • the pouch type houses the electrode assembly in a pouch made of soft polymer material.
  • the can type accommodates the electrode assembly in a case made of a material such as metal or plastic.
  • the secondary battery may generate gas due to internal short circuit, overcharge, overdischarge due to external shock.
  • a high temperature may accelerate the electrochemical reaction of the electrolyte and the electrode active material to generate gas.
  • the generated gas raises the internal pressure of the secondary battery, causing problems such as weakening of the bonding force between the components, breakage of the case of the secondary battery, premature operation of the protection circuit, deformation of the electrode, internal short circuit, and explosion.
  • a protective member such as a CID filter and a safety vent is provided. Therefore, when the pressure inside the case increases, the electrical connection is physically blocked.
  • such a protection member was not fully provided.
  • An object of the present invention is to provide a venting device and a method for manufacturing the same, which is inserted into at least one sealing portion of the pouch of the secondary battery, the internal pressure of the pouch is increased to discharge the gas inside to the outside to adjust the pressure It is.
  • Venting device for solving the above problems in the venting device is inserted into the sealing portion of the pouch of the secondary battery, is inserted between both sides of the sealing portion is sealed with the sealing portion, the metal plate A housing made of; A gasket made of a polymer, formed in an interior of the housing, and having a passage formed therein for communicating with the inside and outside of the pouch; And a leaf spring which opens and closes the passage according to the internal pressure of the pouch and is made of metal, and the housing includes a crimping portion formed at an upper end and crimped together with the gasket.
  • the gasket may include a lower gasket through which the passage is formed; And an upper gasket having the same outer diameter as the lower gasket, extending upwardly from the lower gasket, having a relatively thin thickness compared to the lower gasket, and crimped together when the crimping portion is crimped.
  • the leaf spring the center formed in the center; And a periphery extending in an outward direction from the center, and the gas exhaust hole may be perforated in the periphery.
  • the crimping portion may be crimped while pressing the peripheral portion of the leaf spring.
  • the apparatus may further include a ball disposed between the gasket and the leaf spring and contacting or spaced from the gasket and opening and closing the passage at an outlet side of the passage.
  • the gasket, the inner circumferential edge of the outlet side surface of the passage may be chamfered or filleted.
  • the housing may include an upper housing and a lower housing different in shape or size from each other.
  • the lower housing may have a width smaller than the width of the upper housing.
  • the upper housing may have a circular cylinder shape
  • the lower housing may have an elliptical cylinder shape
  • the gasket may be inserted into the upper housing.
  • a method of manufacturing a venting device inserted into a sealing portion of a pouch of a secondary battery, by molding a metal plate, including an insertion space therein Manufacturing a housing; Installing a leaf spring in the gasket through which a passage communicating with the inside and outside of the pouch is formed, opening and closing the passage according to the internal pressure of the pouch; Inserting the gasket provided with the leaf spring into an insertion space of the housing; And crimping a crimping portion formed on the top of the housing.
  • the housing may be manufactured by molding the metal sheet by a drawing process by stretching with a punch.
  • the drawing step may include: a first drawing step of stretching the metal sheet with a first punch; And a second drawing process of stretching the metal sheet with a second punch having a smaller cross-sectional diameter than the first punch.
  • the first punch may have a circular cross section and the second punch may have an elliptical cross section.
  • the ball contacting or spaced apart from the gasket at the outlet side of the passage may be further installed to open and close the passage.
  • the venting device By drawing-molding the metal plate to manufacture the housing of the venting device, and crimping the crimping portion formed at the top of the housing, the venting device can be manufactured quickly and economically, and can be excellently sealed.
  • the venting device can be further miniaturized.
  • FIG. 1 is an assembly view of a secondary battery including a venting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the rechargeable battery of FIG.
  • FIG 3 is a partial cross-sectional view of a battery case according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view of the venting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flow chart of a method for manufacturing a venting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a metal plate on which first drawing molding is performed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a metal plate on which second drawing molding is performed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a metal plate completed drawing molding according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of a housing manufactured by extracting only a part molded from a metal sheet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side cross-sectional view of a gasket according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a side cross-sectional view showing a state in which a ball and a leaf spring is installed in a gasket according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side cross-sectional view showing a state in which a gasket is inserted into a housing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a side cross-sectional view showing a state of crimping the crimping portion formed on the upper end of the housing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a side cross-sectional view of the venting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a side cross-sectional view of a venting device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an assembly view of a secondary battery 1 including a venting device 15 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the secondary battery 1 of FIG.
  • an electrode active material slurry is applied to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector to prepare a positive electrode and a negative electrode, and stacked on both sides of a separator.
  • the electrode assembly 10 having a predetermined shape is formed.
  • the electrode assembly 10 is accommodated in the battery case 13 and the electrolyte is injected and then sealed.
  • the electrode assembly 10 includes an electrode tab 11, as shown in FIG. 1.
  • the electrode tab 11 is connected to the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly 10, respectively, and protrudes out of the electrode assembly 10 to become a path through which electrons can move between the inside and the outside of the electrode assembly 10. .
  • the electrode current collector of the electrode assembly 10 is composed of a portion to which the slurry is applied and a terminal portion to which the slurry is not applied, that is, a plain portion.
  • the electrode tab 11 may be formed by cutting the uncoated portion or by connecting an additional conductive member to the uncoated portion by ultrasonic welding or the like. As shown in FIG. 1, the electrode tabs 11 may protrude side by side in the same direction from one side of the electrode assembly 10, but are not limited thereto and may protrude in different directions.
  • Electrode leads 12 are connected to electrode tabs 11 of the electrode assembly 10 by spot welding.
  • a part of the electrode lead 12 is surrounded by the insulating portion 14.
  • the insulating part 14 is positioned to be limited to the sealing part 134 in which the upper pouch 131 and the lower pouch 132 of the battery case 13 are heat-sealed, and the electrode lead 12 is placed on the battery case 13. Glue. Then, the electricity generated from the electrode assembly 10 is prevented from flowing to the battery case 13 through the electrode lead 12, and the sealing of the battery case 13 is maintained. Therefore, this insulation portion 14 is made of a non-conductive non-conductor that is not very good electricity.
  • the insulating part 14 may be easily attached to the electrode lead 12 and a relatively thin insulating tape is used, but various members may be used as long as the insulating lead 14 may be insulated. have.
  • the electrode leads 12 may extend in the same direction or may extend in opposite directions depending on the formation positions of the positive electrode tab 111 and the negative electrode tab 112.
  • the positive lead 121 and the negative lead 122 may have different materials from each other. That is, the positive electrode lead 121 may be made of the same aluminum (Al) material as the positive electrode current collector, and the negative electrode lead 122 may be made of the same copper (Cu) material or nickel (Ni) coated copper material as the negative electrode current collector.
  • a portion of the electrode lead 12 protruding to the outside of the battery case 13 becomes a terminal portion and is electrically connected to an external terminal.
  • the battery case 13 is a pouch made of a soft material.
  • the battery case 13 accommodates and seals the electrode assembly 10 so that a part of the electrode lead 12, that is, the terminal part, is exposed.
  • the battery case 13 includes an upper pouch 131 and a lower pouch 132.
  • the lower pouch 132 is formed with a cup part 133 provided with an accommodating space 1331 for accommodating the electrode assembly 10, and the upper pouch 131 has the electrode assembly 10 of the battery case 13.
  • the accommodation space 1331 is covered from the top so as not to be separated to the outside. In this case, as illustrated in FIG.
  • the cup part 133 having the accommodation space 1331 is formed in the upper pouch 131, and the electrode assembly 10 may be accommodated therein.
  • the upper pouch 131 and the lower pouch 132 may be manufactured by being connected to each other, but are not limited thereto and may be manufactured separately from each other.
  • the venting device 15 is inserted between both sides of the sealing portion 134 and sealed together, thereby fixing in the sealing portion 134 do.
  • the venting device 15 includes a passage 154 that communicates the inside and the outside of the battery case 13, and when the internal pressure of the battery case 13 increases, the internal gas is discharged to the outside to adjust the pressure. do. Details of the venting device 15 will be described later.
  • the accommodation space 1331 provided in the lower pouch 132 is provided.
  • the electrode assembly 10 is accommodated therein, and an upper pouch 131 covers the accommodation space 1331 at the top.
  • the secondary battery 1 is manufactured as shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the battery case 13 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery case 13 is manufactured by drawing a pouch film 135.
  • the pouch film 135 is stretched to form the cup portion 133.
  • the pouch film 135 includes a gas barrier layer 1351, a surface protection layer 1352, and a sealant layer 1353.
  • the gas barrier layer 1351 secures the mechanical strength of the battery case 13, blocks the entry of gas or moisture outside the secondary battery 1, and prevents leakage of the electrolyte solution.
  • the gas barrier layer 1351 includes a metal, and an aluminum thin film (Al Foil) is mainly used.
  • Aluminum can secure a mechanical strength of more than a predetermined level while being light in weight, and can secure complementary and heat dissipating properties such as electrochemical properties by the electrode assembly 10 and the electrolyte.
  • the present invention is not limited thereto, and various materials may be included in the gas barrier layer 1351.
  • the gas barrier layer 1351 may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), and aluminum (Al).
  • Fe iron
  • C carbon
  • Cr chromium
  • Mn manganese
  • Ni nickel
  • Al aluminum
  • the gas barrier layer 1351 is made of a material containing iron, mechanical strength is improved, and when the material containing aluminum is improved, flexibility may be used in consideration of respective characteristics.
  • the surface protective layer 1352 is made of a polymer and is positioned at the outermost layer to electrically insulate the electrode assembly 10 from the outside, while protecting the secondary battery 1 from friction and collision with the outside.
  • the outermost layer refers to a direction toward the outside in a direction opposite to the direction in which the electrode assembly 10 is positioned with respect to the gas barrier layer 1351.
  • the surface protective layer 1352 is made of polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymer, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, polypara.
  • the surface protective layer 1352 may have a single film structure made of any one material, or may have a composite film structure in which two or more materials are formed in layers.
  • the sealant layer 1353 is made of a polymer and is located in the innermost layer to make direct contact with the electrode assembly 10.
  • a part of the pouch-type battery case 13 is drawn to include a cup part including a bag-shaped accommodation space 1331 ( 133 is formed.
  • the electrolyte is injected.
  • the sealant layers 1353 are adhered to each other to seal the battery case 13.
  • the sealant layer 1353 is in direct contact with the electrode assembly 10 and thus has to be insulative.
  • the sealant layer 1353 is in contact with the electrolyte and thus has corrosion resistance.
  • the inside since the inside must be completely sealed to block material movement between the inside and the outside, it must have a high sealing property. That is, the sealing portion 134 bonded to the sealant layers 1353 should have excellent thermal adhesive strength.
  • the sealant layer 1353 includes polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymer, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, poly Paraphenylenebenzobisoxazole, polyarylate, teflon, and glass fibers.
  • polyolefin resins such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) are mainly used.
  • Polypropylene (PP) has excellent mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, abrasion resistance, heat resistance, and chemical properties such as corrosion resistance, and is mainly used for manufacturing the sealant layer 1353.
  • the sealant layer 1353 may have a single film structure made of any one material, or may have a composite film structure in which two or more materials are formed in layers.
  • FIG. 4 is a perspective view of the venting device 15 according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 1 further includes at least one venting device 15.
  • Venting device 15 is inserted into at least one of the sealing portion 134 of the pouch of the secondary battery 1, when the internal pressure of the pouch increases, the internal gas is discharged to the outside to adjust the pressure.
  • the venting device 15 is inserted between both surfaces of the sealing part 134 to be sealed together with the sealing part 134 and made of a metal plate 2;
  • a gasket (152) made of a polymer and formed in the housing (151) and having a passage (154) therein for communicating with the inside and the outside of the pouch;
  • a leaf spring 153 that opens and closes the passage 154 according to the internal pressure of the pouch and is made of metal.
  • the housing 151 includes a crimping unit 1514 formed at an upper end thereof and crimped together with the gasket 152.
  • venting device 15 is disposed between the gasket 152 and the leaf spring 153, at the outlet side of the passage 154, contacting or spaced apart from the gasket 152 and the passage 154. It may further include a ball 155 to open and close).
  • the housing 151 is inserted between both surfaces of the sealing part 134 to be sealed together with the sealing part 134 and is made of a metal plate 2.
  • the sealant layer 1353 which is the innermost layer of the sealing part 134, contacts the housing 151.
  • the sealant layer 1353 of the sealing unit 134 may be sealed, and the housing 151 may be fused and sealed together.
  • the housing 151 includes an upper housing 1511 and a lower housing 1512, and a step may be formed between the upper housing 1511 and the lower housing 1512. Such a step may be formed because the upper housing 1511 and the lower housing 1512 are different in shape or size from each other.
  • the upper housing 1511 may have a circular cylinder shape with a cross section
  • the lower housing 1512 may have an elliptical cylinder shape with an ellipse cross section.
  • the width of the lower housing 1512 may be smaller than the width of the upper housing 1511. Therefore, since the lower housing 1512 is inserted between both surfaces of the sealing part 134 and sealed together, the lower housing 1512 may be fused with the inner surface of the sealing part 134, and the upper housing 1511 may protrude out of the pouch.
  • the lower housing 1512 may have a width smaller than the thickness of the sealing portion 134, and in particular, the long axis of the cross section may be 6 mm or less.
  • the lower housing 1512 has an elliptical cylinder shape having an elliptical cross section so that the lower housing 1512 is easily sealed to the sealing portion 134 so that the sealing can be maintained without breaking for a long time. have.
  • the width of the upper housing 1511 may also be smaller than the thickness of the sealing portion 134, and particularly preferably the diameter of the cross section is 8 mm or less.
  • the housing 151 may have various shapes such as one cylinder shape without being divided into the upper housing 1511 and the lower housing 1512.
  • the gasket 152 (shown in FIG. 10) is made of polymer and formed inside the housing 151.
  • the gasket 152 is formed with a passage 154 communicating with the inside and outside of the pouch through the center thereof. Detailed description of the gasket 152 will be described later.
  • the leaf spring 153 is made of metal to open and close the passage 154 formed in the gasket 152 according to the internal pressure of the pouch.
  • the leaf spring 153 contacts the gasket 152 to close the outlet 1541 of the passage 154 (shown in FIG. 10).
  • the leaf spring 153 opens the outlet 1541 of the passage 154 while a part is spaced apart from the gasket 152.
  • the leaf spring 153 includes a central portion 1531, a peripheral portion 1532, and a gas exhaust hole 1533. Detailed description of the leaf spring 153 will be described later.
  • the crimping unit 1514 is formed at an upper end of the housing 151 to be crimped together with the gasket 152 to prevent separation of the leaf spring 153 and the ball 155 (shown in FIG. 11). A detailed description of the crimping unit 1514 will be described later.
  • venting device 15 is a flowchart of a method of manufacturing the venting device 15 according to an embodiment of the present invention.
  • the housing 151 of the venting device 15 is manufactured by drawing molding the metal plate 2, and the crimping unit 1514 formed on the upper end of the housing 151 is crimped. Therefore, the venting device 15 can be manufactured quickly and economically, and the sealing property can be excellent. In addition, since the thickness of the outer wall of the housing 151 of the venting device 15 can be made thin, the venting device 15 can be further miniaturized. To this end, the method for manufacturing the venting device 15 according to an embodiment of the present invention, which is inserted into the sealing portion 134 of the pouch of the secondary battery 1, forms a metal plate 2 and inserts an interior therein.
  • a housing 151 including a 1513 (S501); Installing a leaf spring 153 for opening and closing the passage 154 in accordance with the internal pressure of the pouch in the gasket 152 through which the passage 154 communicating with the inside and outside of the pouch is formed (S502). ; Inserting the gasket 152 provided with the leaf spring 153 into an insertion space 1513 of the housing 151 (S503); And crimping the crimping unit 1514 formed on the top of the housing 151 (S504).
  • the housing 151 is manufactured by molding in a drawing step of stretching the metal plate 2 with a punch, and the drawing step is to form the metal plate 2 A first drawing step of stretching with a first punch; And a second drawing step of stretching the metal sheet 2 to a second punch having a smaller diameter in cross section than the first punch.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a metal plate 2 on which first drawing molding is performed according to an embodiment of the present invention.
  • the metal plate 2 has a wide thin plate shape and is made of metal, and may include aluminum (Al) or stainless steel (STS). And according to an embodiment of the present invention, by molding the metal plate 2 to produce a housing 151 (S508).
  • the metal sheet 2 may be molded by a drawing process of stretching the metal plate 2 with a punch.
  • the drawing molding may be performed a plurality of times, in particular, twice on the metal plate 2. Specifically, the metal sheet 2 may be seated on a die, the stripper may fix the metal plate 2, and then stretched with a first punch to perform first drawing molding.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a metal plate 2 on which second drawing molding is performed according to an embodiment of the present invention.
  • the upper housing 1511 When the first drawing molding is performed on the metal plate 2 as described above, the upper housing 1511 is formed as shown in FIG. 7.
  • the upper housing 1511 has a cup (Cup) shape of which the ball 155 is concave downward, and includes an insertion space 1513 into which the gasket 152 is inserted.
  • the drawing molding can be performed a plurality of times, in particular twice, for the metal plate 2. Accordingly, when the first drawing process is completed, the lower surface of the upper housing 1511 is seated on the die again, the stripper fixes the upper housing 1511 of the metal plate 2, and then stretched with a second punch. 2 Drawing molding can be performed.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a metal plate 2 in which drawing molding is completed according to an embodiment of the present invention.
  • the lower housing 1512 is formed as shown in FIG. 8.
  • the lower housing 1512 is formed from the lower surface of the upper housing 1511, and has a cup shape in which the lower housing 155 is convex downward as the upper housing 1511, and a passage 154 is formed therein. .
  • the second punch used for the second drawing molding may have a smaller diameter in cross section than the first punch used for the first drawing molding. Therefore, as described above, a step may be formed between the upper housing 1511 and the lower housing 1512, and in particular, the width of the lower housing 1512 may be smaller than the width of the upper housing 1511.
  • the first punch may be circular in cross section
  • the second punch may be oval in cross section.
  • the upper housing 1511 may have a circular cylinder shape due to a cross section
  • the lower housing 1512 may have an elliptical cylinder shape with an ellipse cross section.
  • the lower housing 1512 has an outer seal on the sealing portion 134, and an inner portion of the lower housing 1512 extends a passage 154 formed in the gasket 152. That is, the inside of the lower housing 1512 also becomes part of the passage 154.
  • an inlet of the passage 154 may be formed, and gas inside the pouch may be introduced into the passage 154 through the inlet.
  • the housing 151 may not include the upper housing 1511 and the lower housing 1512, and may have a cylindrical shape that does not include a step by itself.
  • the drawing molding on the metal sheet 2 with only one punch can be carried out only once or plural times.
  • the housing 151 also has a circular cylinder shape, and if the cross section of the punch is elliptical, the housing 151 also has an elliptical cylinder shape.
  • the housing 151 has an elliptical cross section so that the housing 151 has an elliptical cross section so that the housing 151 is easily sealed to the sealing portion 134 so that the sealing is maintained without breaking for a long time. It is preferable to have an elliptical cylinder shape.
  • FIG. 9 is a perspective view of a housing 151 manufactured by extracting only a part molded from a metal plate 2 according to an embodiment of the present invention.
  • the metal sheet 2 When the drawing molding is completed in the metal sheet 2, the metal sheet 2 includes the drawing molded portion and the remaining unmolded portion. At this time, by removing the remaining unmolded part and extracting only the drawing-molded part, as shown in FIG. 9, the housing 151 is manufactured (S501).
  • the housing 151 includes a crimping unit 1514 at the top.
  • the crimping unit 1514 is formed on the upper end of the housing 151, particularly the upper housing 1511, and crimped together with the gasket 152 to prevent the leaf spring 153 and the ball 155 from being separated.
  • the crimping is to bend the crimping unit 1514 so that the crimping unit 1514 and the gasket 152 seal the outer surface of the leaf spring 153.
  • the crimping unit 1514 may be crimped together with the gasket 152 to prevent moisture from penetrating into the venting device 15.
  • the housing 151 of the venting device 15 is manufactured by drawing and molding the metal plate 2 without the need of using a machining process such as a lathe or milling, and inserting a separate plate. Needless to say, the crimping portion 1514 formed on the top of the housing 151 is crimped. Therefore, the venting device 15 can be manufactured quickly and economically, and the sealing property can be excellent. In addition, since the thickness of the outer wall of the housing 151 of the venting device 15 can be made thin, the venting device 15 can be further miniaturized.
  • FIG 10 is a side sectional view of a gasket 152 according to one embodiment of the present invention.
  • the gasket 152 is made of a polymer and is formed inside the housing 151.
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • the gasket 152 has the same outer diameter as the lower gasket 1522 and the lower gasket 1522 through which the passage 154 is formed, and extends upward from the lower gasket 1522.
  • the upper gasket 1521 is relatively thinner than the lower gasket 1522 and is crimped together when the crimping unit 1514 is crimped.
  • the gasket 152 may be formed after the lower gasket 1522 and the upper gasket 1521 are manufactured separately from each other, but the lower gasket 1522 and the upper gasket 1521 may be integrally manufactured from the beginning. desirable.
  • the gasket 152 is preferably inserted into the upper housing 1511.
  • the lower gasket 1522 has a disk shape and corresponds to the shape and size of the insertion space 1513 formed in the upper housing 1511 to be easily inserted into the upper housing 1511. That is, if the upper housing 1511 has a circular cylinder shape, the lower gasket 1522 also has a circular disc shape, and if the upper housing 1511 has an elliptical cylinder shape, the lower gasket 1522 is also elliptical. Has a disk shape of. Therefore, when the lower gasket 1522 is inserted into the upper housing 1511, the outer circumferential surface of the lower gasket 1522 is in close contact with the inner circumferential surface of the upper housing 1511.
  • the lower gasket 1522 has a passage 154 communicating with the inside and outside of the pouch through the center thereof. As described above, the passage 154 formed in the lower gasket 1522 extends into the lower housing 1512.
  • the upper gasket 1521 has the same outer diameter as the lower gasket 1522, extends upward from the lower gasket 1522, and is relatively thinner than the lower gasket 1522. Since the upper gasket 1521 has the same outer diameter as the lower gasket 1522, the outer circumferential surface of the upper gasket 1521 and the outer circumferential surface of the lower gasket 1522 extend without forming a step. Therefore, when the gasket 152 is inserted into the upper housing 1511, not only the lower gasket 1522 but also the outer circumferential surface of the upper gasket 1521 is in close contact with the inner circumferential surface of the upper housing 1511. In addition, the thickness is relatively thinner than the lower gasket 1522 and extends upward. Therefore, when the crimping portion 1514 formed on the upper end of the upper housing 1511 is crimped, the upper gasket 1521 is also crimped together.
  • FIG 11 is a side cross-sectional view showing a state in which the ball 155 and the leaf spring 153 is installed on the gasket 152 according to an embodiment of the present invention.
  • the leaf spring 153 is made of metal to open and close the passage 154 formed in the gasket 152 according to the internal pressure of the pouch. Therefore, as shown in FIG. 11, the leaf spring 153 is installed in the provided gasket 152 (S502). In particular, in order for the leaf spring 153 to open and close the passage 154 easily, the leaf spring 153 is preferably installed in contact with the upper surface of the lower gasket 1522 in which the outlet of the passage 154 is formed.
  • the leaf spring 153 contacts the gasket 152 to close the outlet 1541 of the passage 154.
  • the leaf spring 153 opens the outlet 1541 of the passage 154 while a part is spaced apart from the gasket 152.
  • the passage 154 is opened and closed using a coil spring.
  • the venting device 15 should be miniaturized in order to be inserted into the sealing part 134 of the secondary battery 1.
  • the coil spring is used as in the prior art, the structure of the venting device 15 is complicated and there is a limit to miniaturization. Therefore, according to one embodiment of the present invention, by using the leaf spring 153, it can be miniaturized so that the structure can be simplified and inserted into the sealing portion 134 of the secondary battery (1).
  • the gas exhaust hole 1533 is perforated in the leaf spring 153.
  • the leaf spring 153 includes a central portion 1531 formed at the center and a peripheral portion 1532 extending outwardly from the central portion 1531. Since the center portion 1531 closes the passage 154 formed in the gasket 152, the gas exhaust hole 1533 should not be perforated in the center portion 1531. Accordingly, the gas exhaust hole 1533 may be perforated in the peripheral portion 1532 of the leaf spring 153.
  • the gas exhaust hole 1533 may have a different opening pressure of the venting device 15 depending on the shape and area of the gas exhaust hole 1533. Therefore, the opening pressure of the venting device 15 can be adjusted by adjusting the shape and area of the gas exhaust hole 1533.
  • the opening pressure here means a specific pressure inside the pouch when the venting device 15 is opened.
  • the ball 155 when installing the leaf spring 153 to the gasket 152, as shown in Figure 11, the ball 155 may also be installed together.
  • the ball 155 has a spherical shape and is disposed between the gasket 152 and the leaf spring 153, and in particular, the ball 155 is disposed on the outlet 1541 side of the passage 154 formed in the gasket 152.
  • the passage 154 is opened and closed while contacting or spaced apart from the gasket 152.
  • the ball 155 receives an elastic force from the central portion 1531 of the leaf spring 153 toward the gasket 152 side, closes the gasket 152 and closes the passage 154.
  • the ball 155 is in close contact with the gasket 152, it is possible to prevent the gap is generated and the sealability is destroyed.
  • the ball 155 may be made of a polymer to further improve adhesion to the gasket 152, but may also be made of metal to improve the durability of the ball 155.
  • the gasket 152 may be chamfered or filleted at the inner circumferential edge of the outlet 1541 side of the passage 154.
  • the ball 155 may easily adhere to the chamfered or filleted inner circumferential surface 1523 of the gasket 152.
  • the gas pushes the ball 155 outward and the leaf spring 153 is pushed out as the ball 155 is pushed out. Pushed away.
  • the leaf spring 153 is spaced apart from the gasket 152 so that the ball 155 may be separated from the gasket 152 to open the outlet 1541 of the passage 154, and the gas inside the pouch may pass through the passage 154. And may be discharged to the outside through the gas exhaust hole 1533.
  • the gas inside the pouch is sufficiently discharged to the outside, reducing the internal pressure of the pouch again. Then, while the pressure of the gas which pushes the leaf spring 153 decreases, the leaf spring 153 returns to its original position by elasticity and pushes the ball 155 back inward. Then, the leaf spring 153 again contacts the gasket 152 at the outlet 1541 side of the passage 154, and the ball 155 comes into close contact with the gasket 152. 1541).
  • FIG. 12 is a side cross-sectional view showing a state in which the gasket 152 is inserted into the housing 151 according to an embodiment of the present invention.
  • the gasket 152 is inserted into the insertion space 1513 of the housing 151 (S503).
  • the housing 151 includes an upper housing 1511 and a lower housing 1512
  • the gasket 152 is preferably inserted into the upper housing 1511.
  • the lower gasket 1522 has a disc shape.
  • the upper gasket 1521 has the same outer diameter as the upper gasket 1521 and the lower gasket 1522. Therefore, when the gasket 152 is inserted into the upper housing 1511, not only the lower gasket 1522 but also the outer circumferential surface of the upper gasket 1521 is in close contact with the inner circumferential surface of the upper housing 1511.
  • FIG 13 is a side cross-sectional view showing a state of crimping the crimping unit 1514 formed on the upper end of the housing 151 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 14 is a venting device according to an embodiment of the present invention Side cross-sectional view of (15).
  • the crimping unit 1514 formed on the upper end of the housing 151 is crimped (S504).
  • the gasket 152 is preferably crimped by mechanical processing, rather than crimped by chemical or heat treatment, in order to prevent the insulation from being weakened.
  • the crimping jig 4 is lowered from above to press the crimping unit 1514 formed at the top of the housing 151.
  • the lower surface of the crimping jig 4 includes a curved surface recessed inwardly.
  • the crimping jig 4 induces the crimping portion 1514 of the housing 151 to be bent toward the center of the housing 151.
  • the crimping portion 1514 can be bent together with the gasket 152 such that the crimping portion 1514 and the gasket 152 can seal the outer surface of the leaf spring 153.
  • the gas exhaust hole 1533 is formed in the peripheral portion 1532 of the leaf spring 153. Accordingly, the crimping unit 1514 may be crimped while pressing the peripheral portion 1532 to avoid the gas exhaust hole 1533 so as not to shield the gas exhaust hole 1533 of the leaf spring 153.
  • venting device 15 is a side cross-sectional view of the venting device 15 according to another embodiment of the present invention.
  • the ball 155 is disposed between the gasket 152 and the leaf spring 153.
  • the ball 155 and the leaf spring 153 together open and close the outlet of the passage 154.
  • the venting device 15 must be miniaturized in order to be inserted into the sealing portion 134 of the secondary battery 1. It is because electronic products are miniaturized as technology advances gradually, and the secondary battery 1 installed in these electronic products is also miniaturized together. Therefore, it is important to simplify the structure of the venting device 15 as much as possible and to reduce the size.
  • the balls 155 are removed, as shown in FIG. That is, no other configuration exists between the gasket 152a and the leaf spring 153a. Therefore, according to another embodiment of the present invention, the structure of the venting device 15a can be further simplified and the size can be further reduced.
  • the gas inside the pouch is sufficiently discharged to the outside, reducing the internal pressure of the pouch again. Then, while the pressure of the gas pushing the leaf spring 153a decreases, the leaf spring 153a returns to its original position by elasticity. The leaf spring 153a closes the outlet 1541 of the passage 154 while contacting the gasket 152a at the outlet 1541 side of the passage 154 again without passing through the ball 155.
  • the central portion 1531a of the leaf spring 153a is formed flat without bending upward as shown in FIG. 15.
  • the inner circumferential edge of the passage 154 of the gasket 152a may not be chamfered or filleted.
  • the process of bending the central portion 1531a of the leaf spring 153a and the inner circumferential edge of the passage 154 of the gasket 152a may be chamfered or filleted. Since the process can be omitted, the method of manufacturing the venting device (15a) can also be simplified.

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 벤팅 장치는 이차 전지의 파우치의 실링부에 삽입되는 벤팅 장치에 있어서, 상기 실링부의 양 면 사이에 삽입되어 상기 실링부와 함께 실링되며, 금속 판재로 제조되는 하우징; 폴리머로 제조되고, 상기 하우징의 내부에 형성되며, 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로가 관통 형성되는 가스켓; 및 상기 파우치의 내부 압력에 따라 상기 통로를 개폐하며, 금속으로 제조되는 판 스프링을 포함하고, 상기 하우징은, 상단에 형성되어, 상기 가스켓과 함께 크림핑되는 크림핑부를 포함한다.

Description

벤팅 장치 및 그의 제조 방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2018년 06월 18일자 한국특허출원 제10-2018-0069451호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 벤팅 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 파우치의 실링부에 적어도 하나 삽입되어, 파우치의 내부 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절할 수 있는 벤팅 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 연성의 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
한편, 이차 전지는 외부 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의해 기체가 발생할 수 있다. 또는 고온에서 보관하거나 저장하는 경우, 높은 온도가 전해질 및 전극 활물질의 전기화학적 반응을 빠르게 촉진하여 기체가 발생할 수 있다.
이 때, 상기 발생한 기체는 이차 전지의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 결합력 약화, 이차 전지의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다. 이를 방지하기 위해, 캔 형(Can Type)의 이차 전지의 경우에는, CID 필터 및 안전 벤트와 같은 보호 부재가 마련되었다. 따라서, 케이스의 내부의 압력이 증가하면 전기적 연결을 물리적으로 차단하였다. 그러나, 종래의 파우치 형(Pouch Type)의 이차 전지의 경우에는, 이러한 보호 부재가 충분히 마련되지 않았다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이차 전지의 파우치의 실링부에 적어도 하나 삽입되어, 파우치의 내부 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절할 수 있는 벤팅 장치 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 벤팅 장치는 이차 전지의 파우치의 실링부에 삽입되는 벤팅 장치에 있어서, 상기 실링부의 양 면 사이에 삽입되어 상기 실링부와 함께 실링되며, 금속 판재로 제조되는 하우징; 폴리머로 제조되고, 상기 하우징의 내부에 형성되며, 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로가 관통 형성되는 가스켓; 및 상기 파우치의 내부 압력에 따라 상기 통로를 개폐하며, 금속으로 제조되는 판 스프링을 포함하고, 상기 하우징은, 상단에 형성되어, 상기 가스켓과 함께 크림핑되는 크림핑부를 포함한다.
또한, 상기 가스켓은, 상기 통로가 관통 형성되는 하부 가스켓; 및 상기 하부 가스켓과 외경이 동일하고, 상기 하부 가스켓으로부터 상방으로 연장 형성되며, 상기 하부 가스켓에 비해 상대적으로 두께가 얇고, 상기 크림핑부가 크림핑되면 함께 크림핑되는 상부 가스켓을 포함할 수 있다.
또한, 상기 판 스프링은, 중심에 형성된 중심부; 및 상기 중심부로부터 외측 방향으로 연장 형성된 주변부를 포함하며, 상기 주변부에는 가스 배기 홀이 타공될 수 있다.
또한, 상기 크림핑부는, 상기 판 스프링의 상기 주변부를 가압하며 크림핑될 수 있다.
또한, 상기 가스켓과 상기 판 스프링의 사이에 배치되어, 상기 통로의 출구측에서, 상기 가스켓과 접촉 또는 이격하며 상기 통로를 개폐하는 볼을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스켓은, 상기 통로의 출구측 면의 내주 모서리가 챔퍼링 또는 필렛팅될 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 서로 모양 또는 크기가 상이한 상부 하우징 및 하부 하우징을 포함할 수 있다.
또한, 상기 하부 하우징은, 너비가 상기 상부 하우징의 너비보다 작을 수 있다.
또한, 상기 상부 하우징은, 원형 실린더 형상을 가지고, 상기 하부 하우징은, 타원형 실린더 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 가스켓은, 상기 상부 하우징에 삽입될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 벤팅 장치 제조 방법은 이차 전지의 파우치의 실링부에 삽입되는 벤팅 장치를 제조하는 방법에 있어서, 금속 판재를 성형하여, 내부에 삽입 공간을 포함하는 하우징을 제조하는 단계; 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로가 관통 형성되는 가스켓에, 상기 파우치의 내부 압력에 따라 상기 통로를 개폐하는 판 스프링을 설치하는 단계; 상기 판 스프링이 설치된 상기 가스켓을, 상기 하우징의 삽입 공간에 삽입하는 단계; 및 상기 하우징의 상단에 형성된 크림핑부를 크림핑하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 하우징을 제조하는 단계에 있어서, 상기 하우징은, 상기 금속 판재를 펀치로 연신하는 드로잉 공정으로 성형하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 드로잉 공정은, 상기 금속 판재를 제1 펀치로 연신하는 제1 드로잉 공정; 및 상기 금속 판재를 상기 제1 펀치보다 단면의 직경이 작은 제2 펀치로 연신하는 제2 드로잉 공정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 펀치는, 횡단면이 원형이고, 상기 제2 펀치는, 횡단면이 타원형일 수 있다.
또한, 상기 판 스프링을 설치하는 단계에 있어서, 상기 가스켓과 상기 판 스프링의 사이에, 상기 통로의 출구측에서 상기 가스켓과 접촉 또는 이격하며 상기 통로를 개폐하는 볼을 더 설치할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
금속 판재를 드로잉 성형하여 벤팅 장치의 하우징을 제조하고, 하우징의 상단에 형성된 크림핑부를 크림핑하므로, 벤팅 장치를 빠르고 경제적으로 제조할 수 있고, 밀봉성이 우수할 수 있다.
또한, 벤팅 장치의 하우징의 외벽 두께를 얇게 제조할 수 있으므로, 벤팅 장치를 더욱 소형화할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치가 포함된 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 제조가 완료된 도 1의 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 드로잉 성형이 수행되는 금속 판재를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 드로잉 성형이 수행되는 금속 판재를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 드로잉 성형이 완료된 금속 판재를 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재에서 드로잉 성형된 부분만을 추출하여 제조된 하우징의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓의 측단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓에 볼과 판 스프링을 설치한 모습을 나타낸 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓을 하우징에 삽입한 모습을 나타낸 측단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징의 상단에 형성된 크림핑부에 크림핑을 수행하는 모습을 나타낸 측단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치의 측단면도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 장치의 측단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치(15)가 포함된 이차 전지(1)의 조립도이고, 도 2는 제조가 완료된 도 1의 이차 전지(1)의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한다. 그리고 전지 케이스(13)에 전극 조립체(10)를 수납하고 전해액 주입 후 실링한다.
전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)의 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 전극 집전체는 슬러리가 도포된 부분과 슬러리가 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)가 열 융착되는 실링부(134)에 한정되어 위치하여, 전극 리드(12)를 전지 케이스(13)에 접착시킨다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)의 형성 위치에 따라 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있고 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있다. 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)에서 전지 케이스(13)는 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 그리고 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)를 포함한다. 하부 파우치(132)에는 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133)가 형성되고, 상부 파우치(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이 상부 파우치(131)에도 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133)가 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 일측이 서로 연결되어 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 분리되어 별도로 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
전지 케이스(13)의 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)가 서로 맞닿은 후, 테두리에 형성된 실링부(134)가 실링된다. 이 때 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 벤팅 장치(15)는 상기 실링부(134)의 양 면의 사이에 삽입되어 함께 실링됨으로써, 실링부(134) 내에 고정된다. 그리고 벤팅 장치(15)는 전지 케이스(13)의 내부 및 외부를 서로 연통하는 통로(154)를 포함하여, 전지 케이스(13)의 내부 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절한다. 벤팅 장치(15)에 대한 자세한 내용은 후술한다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 파우치(132)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 파우치(131)가 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)의 테두리에 형성된 실링부(134)가 실링되면, 도 2에 도시된 바와 같이 이차 전지(1)가 제조된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 일부 단면도이다.
전지 케이스(13)는 파우치 필름(135)을 드로잉(Drawing) 성형하여 제조된다. 즉, 파우치 필름(135)을 연신시켜 컵부(133)를 형성함으로써 제조된다. 이러한 파우치 필름(135)은 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 배리어층(Gas Barrier Layer, 1351), 표면 보호층(Surface Protection Layer, 1352) 및 실란트층(Sealant Layer, 1353)을 포함한다.
가스 배리어층(1351)은 전지 케이스(13)의 기계적 강도를 확보하고, 이차 전지(1) 외부의 가스 또는 수분 등의 출입을 차단하며, 전해액의 누수를 방지한다. 일반적으로 가스 배리어층(1351)은 금속을 포함하며 주로 알루미늄 박막(Al Foil)이 사용된다. 알루미늄은 소정 수준 이상의 기계적 강도를 확보할 수 있으면서도 무게가 가볍고 전극 조립체(10)와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 확보할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 다양한 재질이 가스 배리어층(1351)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 이 때 상기 가스 배리어층(1351)을 철이 함유된 재질로 제조할 경우에는 기계적 강도가 향상되고, 알루미늄이 함유된 재질로 할 경우에는 유연성이 향상되므로, 각각의 특성을 고려하여 사용될 수 있을 것이다.
표면 보호층(1352)은 폴리머로 제조되고, 최외층에 위치하여 외부와의 마찰 및 충돌로부터 이차 전지(1)를 보호하면서, 전극 조립체(10)를 외부로부터 전기적으로 절연시킨다. 여기서 최외층이란, 상기 가스 배리어층(1351)을 기준으로 전극 조립체(10)가 위치하는 방향의 반대 방향으로, 외부를 향하는 방향을 말한다. 이러한 표면 보호층(1352)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 주로 내마모성 및 내열성을 가지는 나일론(Nylon) 수지 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머가 사용된다. 그리고 표면 보호층(1352)은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 가지거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수도 있다.
실란트층(1353)은 폴리머로 제조되고, 최내층에 위치하여 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉한다. 파우치 형 전지 케이스(13)는 상기와 같은 적층 구조의 파우치 필름(135)을, 펀치 등을 이용하여 드로잉(Drawing) 성형하면, 일부가 연신되어 주머니 형태의 수용 공간(1331)을 포함하는 컵부(133)를 형성하면서 제조된다. 그리고, 이러한 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 내부에 수용되면 전해액을 주입한다. 그 후에 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)를 서로 접촉시키고, 실링부(134)에 열 압착을 하면 실란트층(1353)끼리 접착됨으로써 전지 케이스(13)가 실링된다. 이 때, 실란트층(1353)은 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가져야 하며, 전해액과도 접촉하므로 내식성을 가져야 한다. 또한, 내부를 완전히 밀폐하여 내부 및 외부간의 물질 이동을 차단해야 하므로, 높은 실링성을 가져야 한다. 즉, 실란트층(1353)끼리 접착된 실링부(134)는 우수한 열 접착 강도를 가져야 한다. 일반적으로 이러한 실란트층(1353)에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 주로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 실란트층(1353)을 제조하는데 주로 사용된다. 나아가, 무연신 폴리프로필렌(Cated Polypropylene) 또는 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원 공중합체로 구성될 수도 있다. 또한, 실란트층(1353)은, 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 갖거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치(15)의 사시도이다.
상기 기술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 적어도 하나의 벤팅 장치(15)를 더 포함한다. 벤팅 장치(15)는 이차 전지(1)의 파우치의 실링부(134)에 적어도 하나 삽입되어, 파우치의 내부 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절한다. 이를 위해 벤팅 장치(15)는 상기 실링부(134)의 양 면 사이에 삽입되어 상기 실링부(134)와 함께 실링되며, 금속 판재(2)로 제조되는 하우징(151); 폴리머로 제조되고, 상기 하우징(151)의 내부에 형성되며, 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로(154)가 관통 형성되는 가스켓(152); 및 상기 파우치의 내부 압력에 따라 상기 통로(154)를 개폐하며, 금속으로 제조되는 판 스프링(153)을 포함한다. 그리고, 상기 하우징(151)은, 상단에 형성되어, 상기 가스켓(152)과 함께 크림핑되는 크림핑부(1514)를 포함한다.
또한, 벤팅 장치(15)는 상기 가스켓(152)과 상기 판 스프링(153)의 사이에 배치되어, 상기 통로(154)의 출구측에서, 상기 가스켓(152)과 접촉 또는 이격하며 상기 통로(154)를 개폐하는 볼(155)을 더 포함할 수 있다.
하우징(151)은 상기 실링부(134)의 양 면 사이에 삽입되어 실링부(134)와 함께 실링되며, 금속 판재(2)로 제조된다. 하우징(151)이 상기 실링부(134)의 양 면에 삽입되면, 실링부(134)의 최내층인 실란트층(1353)과 하우징(151)이 접촉한다. 그리고, 열과 압력이 가해지면, 실링부(134)의 실란트층(1353)이 실링되면서, 하우징(151)이 함께 융착되어 실링될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(151)은 상부 하우징(1511)과 하부 하우징(1512)을 포함하며, 상부 하우징(1511)과 하부 하우징(1512) 사이에 단차가 형성될 수 있다. 이러한 단차는, 상부 하우징(1511)과 하부 하우징(1512)이 서로 모양 또는 크기가 상이함으로써, 형성될 수 있다. 예를 들면, 상부 하우징(1511)은 횡단면이 원인 원형 실린더 형상을 가지고, 하부 하우징(1512)은 횡단면이 타원인 타원형 실린더 형상을 가질 수 있다. 또는, 하부 하우징(1512)의 너비가 상부 하우징(1511)의 너비보다 작을 수 있다. 따라서, 하부 하우징(1512)은 실링부(134)의 양 면 사이에 삽입되어 함께 실링되므로 실링부(134)의 내측면과 융착되고, 상부 하우징(1511)은 파우치의 외측으로 돌출될 수 있다.
이 때, 하부 하우징(1512)의 너비가 과도하게 크다면, 실링부(134)도 크게 변형되어야 하므로, 실링부(134)의 실링이 파괴될 가능성이 높다. 따라서, 하부 하우징(1512)은 너비가 상기 실링부(134)의 두께보다 작을 수 있으며, 특히 횡단면의 장축이 6 mm 이하인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 기술한 바와 같이 하부 하우징(1512)은 횡단면이 타원인 타원형 실린더 형상을 가짐으로써, 하부 하우징(1512)이 실링부(134)에 용이하게 실링되어, 실링이 장기간 파괴되지 않고 유지될 수 있다.
또한, 상부 하우징(1511)이 과도하게 크다면, 파우치의 외측으로 돌출된 상부 하우징(1511)이, 주변의 다른 이차 전지(1)를 간섭할 수 있다. 그럼으로써, 이차 전지(1)의 패키지 또는 모듈을 조립하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 따라서, 상부 하우징(1511)은 너비도 상기 실링부(134)의 두께보다 작을 수 있으며, 특히 횡단면의 직경이 8 mm 이하인 것이 바람직하다. 다만 이에 제한되지 않고, 하우징(151)은 상부 하우징(1511) 및 하부 하우징(1512)으로 구분되지 않고 하나의 실린더 형상을 가지는 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
가스켓(152, 도 10에 도시됨)은 폴리머로 제조되고, 상기 하우징(151)의 내부에 형성된다. 그리고, 가스켓(152)에는 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로(154)가, 중심을 관통하여 형성된다. 가스켓(152)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
판 스프링(153)은 금속으로 제조되어 파우치의 내부 압력에 따라, 상기 가스켓(152)에 형성된 통로(154)를 개폐한다. 특히, 파우치의 내부 압력이 특정 압력보다 작은 경우에, 판 스프링(153)은 가스켓(152)과 접촉하여 통로(154)의 출구(1541, 도 10에 도시됨)를 폐쇄한다. 그리고, 파우치의 내부 압력이 점차 증가함으로써 특정 압력을 초과하면, 판 스프링(153)은 일부가 상기 가스켓(152)과 이격되면서 통로(154)의 출구(1541)를 개방한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 판 스프링(153)은 중심부(1531), 주변부(1532) 및 가스 배기 홀(1533)을 포함한다. 판 스프링(153)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
크림핑부(1514)는 하우징(151)의 상단에 형성되어, 가스켓(152)과 함께 크림핑됨으로써, 판 스프링(153)과 볼(155, 도 11에 도시됨)의 이탈을 방지한다. 크림핑부(1514)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치(15)를 제조하는 방법의 흐름도이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 판재(2)를 드로잉 성형하여 벤팅 장치(15)의 하우징(151)을 제조하고, 하우징(151)의 상단에 형성된 크림핑부(1514)를 크림핑하므로, 벤팅 장치(15)를 빠르고 경제적으로 제조할 수 있고, 밀봉성이 우수할 수 있다. 또한, 벤팅 장치(15)의 하우징(151)의 외벽 두께를 얇게 제조할 수 있으므로, 벤팅 장치(15)를 더욱 소형화할 수 있다. 이를 위해 이차 전지(1)의 파우치의 실링부(134)에 삽입되는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치(15)를 제조하는 방법은, 금속 판재(2)를 성형하여, 내부에 삽입 공간(1513)을 포함하는 하우징(151)을 제조하는 단계(S501); 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로(154)가 관통 형성되는 가스켓(152)에, 상기 파우치의 내부 압력에 따라 상기 통로(154)를 개폐하는 판 스프링(153)을 설치하는 단계(S502); 상기 판 스프링(153)이 설치된 상기 가스켓(152)을, 상기 하우징(151)의 삽입 공간(1513)에 삽입하는 단계(S503); 및 상기 하우징(151)의 상단에 형성된 크림핑부(1514)를 크림핑하는 단계(S504)를 포함한다.
상기 하우징(151)을 제조하는 단계에 있어서, 상기 하우징(151)은, 상기 금속 판재(2)를 펀치로 연신하는 드로잉 공정으로 성형하여 제조하고, 상기 드로잉 공정은, 상기 금속 판재(2)를 제1 펀치로 연신하는 제1 드로잉 공정; 및 상기 금속 판재(2)를 상기 제1 펀치보다 단면의 직경이 작은 제2 펀치로 연신하는 제2 드로잉 공정을 포함한다.
이하, 도 5의 흐름도에 도시된 각 단계를 도 6 내지 도 14를 참고하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 드로잉 성형이 수행되는 금속 판재(2)를 나타낸 개략도이다.
금속 판재(2)는 도 6에 도시된 바와 같이, 넓고 얇은 판형의 형상을 가지고, 금속으로 제조되며, 특히 알루미늄(Al) 또는 스테인레스 스틸(STS)을 포함할 수 있다. 그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 금속 판재(2)를 성형하여 하우징(151)을 제조한다(S508). 하우징(151)을 제조하기 위해, 상기 금속 판재(2)를 펀치로 연신하는 드로잉(Drawing) 공정으로 성형할 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 판재(2)에 대하여 드로잉 성형이 복수 회, 특히 2회 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 판재(2)를 다이에 안착시키고, 스트리퍼가 금속 판재(2)를 고정시킨 후, 제1 펀치로 연신함으로써 제1 드로잉 성형을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 드로잉 성형이 수행되는 금속 판재(2)를 나타낸 개략도이다.
상기와 같이 금속 판재(2)에 제1 드로잉 성형이 수행되면, 도 7에 도시된 바와 같이 상부 하우징(1511)이 형성된다. 상부 하우징(1511)은 하방이 외측으로 볼(155)록한 컵(Cup) 형상을 가지고, 내부에 가스켓(152)이 삽입되는 삽입 공간(1513)을 포함한다.
상기 기술한 바와 같이, 금속 판재(2)에 대하여 드로잉 성형이 복수 회, 특히 2회 수행될 수 있다. 따라서, 상기 제1 드로잉 공정이 완료되면, 상부 하우징(1511)의 하면을 다시 다이에 안착시키고, 스트리퍼가 금속 판재(2)의 상부 하우징(1511)을 고정시킨 후, 제2 펀치로 연신함으로써 제2 드로잉 성형을 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 드로잉 성형이 완료된 금속 판재(2)를 나타낸 개략도이다.
상기와 같이 제2 드로잉 성형이 수행되면, 도 8에 도시된 바와 같이 하부 하우징(1512)이 형성된다. 하부 하우징(1512)은 상부 하우징(1511)의 하면으로부터 형성되며, 상부 하우징(1511)과 같이 하방이 외측으로 볼(155)록한 컵(Cup) 형상을 가지고, 내부에 통로(154)가 형성된다.
제2 드로잉 성형에 사용되는 제2 펀치는, 제1 드로잉 성형에 사용되는 제1 펀치보다 단면의 직경이 더 작을 수 있다. 따라서, 상기 기술한 바와 같이, 상부 하우징(1511)과 하부 하우징(1512) 사이에 단차가 형성될 수 있으며, 특히 하부 하우징(1512)의 너비가 상부 하우징(1511)의 너비보다 작을 수 있다. 또한, 제1 펀치는 횡단면이 원형이고, 제2 펀치는 횡단면이 타원형일 수 있다. 그럼으로써, 상기 기술한 바와 같이, 상부 하우징(1511)은 횡단면이 원인 원형 실린더 형상을 가지고, 하부 하우징(1512)은 횡단면이 타원인 타원형 실린더 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 하부 하우징(1512)은 외부가 실링부(134)에 실링되고, 내부는 가스켓(152)에 형성된 통로(154)를 연장한다. 즉, 하부 하우징(1512)의 내부도 통로(154)의 일부가 된다. 그리고 상기 성형된 하우징(151)의 하면에 타공 작업을 수행하면, 상기 통로(154)의 입구가 형성되어, 파우치 내부의 가스가 상기 입구를 통해 상기 통로(154)로 유입될 수 있다.
다만 이에 제한되지 않고 하우징(151)이 상부 하우징(1511) 및 하부 하우징(1512)을 포함하지 않고, 그 자체로 단차를 포함하지 않는 실린더 형상을 가질 수 있다. 이를 위해, 하나의 펀치만으로 금속 판재(2)에 드로잉 성형이 단지 1회만 수행되거나, 복수 회 수행될 수 있다. 그럼으로써, 하나의 펀치만으로 드로잉 성형을 수행하므로, 다이와 스트리퍼를 재조정할 필요가 없어 벤팅 장치(15)의 제조 시간을 절약할 수 있다. 이 때, 펀치의 횡단면이 원형이라면, 하우징(151)도 원형 실린더 형상을 가지고, 펀치의 횡단면이 타원형이라면, 하우징(151)도 타원형 실린더 형상을 가진다. 그런데 상기 기술한 바와 같이, 하우징(151)이 실링부(134)에 용이하게 실링되어 실링이 장기간 파괴되지 않고 유지되기 위해, 횡단면이 타원형인 펀치를 사용함으로써, 하우징(151)은 횡단면이 타원인 타원형 실린더 형상을 가지는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재(2)에서 드로잉 성형된 부분만을 추출하여 제조된 하우징(151)의 사시도이다.
금속 판재(2)에서 드로잉 성형이 완료되면, 금속 판재(2)는 드로잉 성형된 부분과 성형되지 않은 나머지 부분을 포함한다. 이 때, 성형되지 않은 나머지 부분을 제거하고, 드로잉 성형된 부분만을 추출함으로써, 도 9에 도시된 바와 같이, 하우징(151)이 제조된다(S501).
이러한 하우징(151)은 상단에 크림핑부(1514)를 포함한다. 크림핑부(1514)는 하우징(151), 특히 상부 하우징(1511)의 상단에 형성되어, 가스켓(152)과 함께 크림핑됨으로써, 판 스프링(153)과 볼(155)의 이탈을 방지한다. 여기서 크림핑이란, 크림핑부(1514)를 벤딩하여, 크림핑부(1514) 및 가스켓(152)이 판 스프링(153)의 외면을 밀봉시키는 것이다.
만약 판 스프링(153)의 상방에 별도의 플레이트을 삽입한다면, 플레이트의 외주면이 하우징(151)의 내벽을 가압하여 마찰력을 생성함으로써, 판 스프링(153)과 볼(155)의 이탈을 방지할 수 있다. 그러나, 판 스프링(153)도 금속으로 제조되고 플레이트도 금속으로 제조되므로, 판 스프링(153)과 플레이트 사이에 간극이 존재하여 수분이 침투하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 크림핑부(1514)가 가스켓(152)과 함께 크림핑되어, 벤팅 장치(15)의 내부로 수분이 침투하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 선반 또는 밀링과 같은 절삭 가공 등을 이용할 필요 없이, 금속 판재(2)를 드로잉 성형하여 벤팅 장치(15)의 하우징(151)을 제조하고, 별도의 플레이트를 삽입할 필요 없이, 하우징(151)의 상단에 형성된 크림핑부(1514)가 크림핑된다. 따라서, 벤팅 장치(15)를 빠르고 경제적으로 제조할 수 있고, 밀봉성이 우수할 수 있다. 또한, 벤팅 장치(15)의 하우징(151)의 외벽 두께를 얇게 제조할 수 있으므로, 벤팅 장치(15)를 더욱 소형화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓(152)의 측단면도이다.
가스켓(152)은 폴리머로 제조되고, 상기 하우징(151)의 내부에 형성된다. 특히, 절연성, 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 소재, 예를 들어 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀(Polyolefine)계 폴리머로 제조되는 것이 바람직하다. 가스켓(152)은 도 10에 도시된 바와 같이, 통로(154)가 관통 형성되는 하부 가스켓(1522) 및 상기 하부 가스켓(1522)과 외경이 동일하고, 상기 하부 가스켓(1522)으로부터 상방으로 연장 형성되며, 상기 하부 가스켓(1522)에 비해 상대적으로 두께가 얇고, 상기 크림핑부(1514)가 크림핑되면 함께 크림핑되는 상부 가스켓(1521)을 포함한다. 이러한 가스켓(152)은, 하부 가스켓(1522)과 상부 가스켓(1521)이 서로 별도로 제조된 후 조립되어 형성될 수도 있으나, 하부 가스켓(1522)과 상부 가스켓(1521)이 처음부터 일체로 제조되는 것이 바람직하다.
만약 상기 기술한 바와 같이, 하우징(151)이 상부 하우징(1511)과 하부 하우징(1512)을 포함한다면, 가스켓(152)은 상부 하우징(1511)에 삽입되는 것이 바람직하다. 이 때, 하부 가스켓(1522)은 원반 형상을 가지며, 상부 하우징(1511)에 용이하게 삽입되기 위해, 상부 하우징(1511)에 형성된 삽입 공간(1513)과 모양 및 크기가 대응된다. 즉, 만약 상부 하우징(1511)이 원형 실린더 형상을 가진다면, 하부 가스켓(1522)도 원형의 원반 형상을 가지고, 만약 상부 하우징(1511)이 타원형 실린더 형상을 가진다면, 하부 가스켓(1522)도 타원형의 원반 형상을 가진다. 따라서, 하부 가스켓(1522)이 상부 하우징(1511)에 삽입되면, 하부 가스켓(1522)의 외주면은 상부 하우징(1511)의 내주면에 밀착된다.
이러한 하부 가스켓(1522)에는 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로(154)가 중심을 관통하여 형성된다. 그리고 상기 기술한 바, 하부 가스켓(1522)에 형성된 통로(154)는 하부 하우징(1512)의 내부로 연장된다.
상부 가스켓(1521)은 하부 가스켓(1522)과 외경이 동일하고, 하부 가스켓(1522)으로부터 상방으로 연장 형성되며, 하부 가스켓(1522)에 비해 상대적으로 두께가 얇다. 상부 가스켓(1521)이 하부 가스켓(1522)과 외경이 동일하므로, 상부 가스켓(1521)의 외주면과 하부 가스켓(1522)의 외주면은 단차가 형성되지 않고 연장된다. 따라서, 가스켓(152)이 상부 하우징(1511)에 삽입되면, 하부 가스켓(1522) 뿐만 아니라, 상부 가스켓(1521)의 외주면도 상부 하우징(1511)의 내주면에 밀착된다. 그리고, 하부 가스켓(1522)에 비해 상대적으로 두께가 얇으며, 상방으로 연장 형성된다. 따라서, 상부 하우징(1511)의 상단에 형성된 크림핑부(1514)가 크림핑되면, 상부 가스켓(1521)도 함께 크림핑된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓(152)에 볼(155)과 판 스프링(153)을 설치한 모습을 나타낸 측단면도이다.
판 스프링(153)은 금속으로 제조되어 파우치의 내부 압력에 따라, 상기 가스켓(152)에 형성된 통로(154)를 개폐한다. 따라서 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 마련된 가스켓(152)에, 이러한 판 스프링(153)을 설치한다(S502). 특히, 판 스프링(153)이 통로(154)를 용이하게 개폐하기 위해, 판 스프링(153)은 통로(154)의 출구가 형성된 하부 가스켓(1522)의 상면에 접촉하며 설치되는 것이 바람직하다.
파우치의 내부 압력이 특정 압력보다 작은 경우에, 판 스프링(153)은 가스켓(152)과 접촉하여 통로(154)의 출구(1541)를 폐쇄한다. 그리고, 파우치의 내부 압력이 점차 증가함으로써 특정 압력을 초과하면, 판 스프링(153)은 일부가 상기 가스켓(152)과 이격되면서 통로(154)의 출구(1541)를 개방한다.
종래에는 코일 스프링을 사용하여 통로(154)를 개폐하였다. 그런데, 이차 전지(1)의 실링부(134)에 삽입되기 위해서는 벤팅 장치(15)가 소형화 되어야 한다. 그러나, 종래와 같이 코일 스프링을 사용한다면, 벤팅 장치(15)의 구조가 복잡하고, 소형화되는데 한계가 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 판 스프링(153)을 사용함으로써, 구조를 단순화 하여 이차 전지(1)의 실링부(134)에 삽입할 수 있을 정도로 소형화 될 수 있다.
한편, 판 스프링(153)이 통로(154)를 개방하였을 때 가스를 외부로 배출하기 위해, 판 스프링(153)에는, 가스 배기 홀(1533)이 타공되는 것이 바람직하다. 이 때, 판 스프링(153)은 중심에 형성된 중심부(1531) 및 상기 중심부(1531)로부터 외측 방향으로 연장 형성된 주변부(1532)를 포함한다. 그리고 중심부(1531)는 가스켓(152)에 형성된 통로(154)를 폐쇄하므로, 상기 중심부(1531)에는 가스 배기 홀(1533)이 타공되지 않아야 한다. 따라서, 상기 가스 배기 홀(1533)은 판 스프링(153)의 주변부(1532)에 타공되는 것이 바람직하다. 이러한 가스 배기 홀(1533)은, 형성되는 모양 및 면적에 따라 벤팅 장치(15)의 개방 압력이 상이할 수 있다. 따라서, 가스 배기홀(1533)의 모양 및 면적으로 조절함으로써, 벤팅 장치(15)의 개방 압력을 조절할 수 있다. 여기서 개방 압력이란, 벤팅 장치(15)가 개방될 때의 파우치 내부의 특정 압력을 말한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스켓(152)에 판 스프링(153)을 설치할 때, 도 11에 도시된 바와 같이, 볼(155)도 함께 설치할 수 있다. 볼(155)은 구의 형상을 가지고, 가스켓(152)과 판 스프링(153)의 사이에 배치되며, 특히 가스켓(152)에 형성된 통로(154)의 출구(1541)측에 배치된다. 그리고, 통로(154)의 출구(1541)측에서, 가스켓(152)과 접촉 또는 이격하며 상기 통로(154)를 개폐한다. 구체적으로 볼(155)은 판 스프링(153)의 중심부(1531)로부터 가스켓(152) 측을 향해 탄성력을 인가받아, 가스켓(152)과 밀착하며 상기 통로(154)를 폐쇄한다. 이 때, 가스켓(152)은 폴리머로 제조되므로, 상기 볼(155)은 가스켓(152)과 밀착함으로써, 간극이 발생하여 밀봉성이 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 볼(155)은 가스켓(152)과의 밀착성을 더욱 향상시키기 위해 폴리머로 제조될 수도 있으나 볼(155)의 내구성을 향상시키기 위해 금속으로 제조될 수도 있다.
한편, 가스켓(152)은 통로(154)의 출구(1541)측 면의 내주 모서리가 챔퍼링(Chamfering) 또는 필렛팅(Filleting)될 수 있다. 그럼으로써 도 11에 도시된 바와 같이, 가스켓(152)의 챔퍼링 또는 필렛팅된 내주면(1523)에, 상기 볼(155)이 용이하게 밀착할 수 있다.
파우치 내부에 가스가 발생하여 파우치의 내부 압력이 점차 증가함으로써 특정 압력을 초과하면, 상기 가스가 볼(155)을 외측으로 밀어내고, 상기 볼(155)이 밀려남에 따라 판 스프링(153)이 외측으로 밀려난다. 그리고 판 스프링(153)은 상기 가스켓(152)과 이격되면서 볼(155)이 가스켓(152)으로부터 이탈하여 통로(154)의 출구(1541)를 개방하고, 파우치 내부의 가스가 상기 통로(154) 및 가스 배기 홀(1533)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
파우치 내부의 가스가 충분히 외부로 배출되어 파우치의 내부 압력이 다시 감소한다. 그러면, 판 스프링(153)을 밀어내는 가스의 압력이 감소하면서, 판 스프링(153)은 탄성에 의해 원래의 위치로 복귀하고, 볼(155)을 다시 내측으로 밀어낸다. 그리고, 판 스프링(153)은 다시 통로(154)의 출구(1541) 측에서, 상기 가스켓(152)과 접촉하고, 볼(155)이 상기 가스켓(152)과 밀착하면서 통로(154)의 출구(1541)를 폐쇄한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓(152)을 하우징(151)에 삽입한 모습을 나타낸 측단면도이다.
가스켓(152)에 판 스프링(153)이 설치되면, 도 12에 도시된 바와 같이, 가스켓(152)을 하우징(151)의 삽입 공간(1513)에 삽입한다(S503). 특히, 하우징(151)이 상부 하우징(1511)과 하부 하우징(1512)을 포함한다면, 가스켓(152)은 상부 하우징(1511)에 삽입되는 것이 바람직하다.
상기 기술한 바와 같이, 하부 가스켓(1522)은 원반 형상을 가진다. 그리고, 상부 가스켓(1521)은 상부 가스켓(1521)이 하부 가스켓(1522)과 외경이 동일하다. 따라서, 가스켓(152)이 상부 하우징(1511)에 삽입되면, 하부 가스켓(1522) 뿐만 아니라, 상부 가스켓(1521)의 외주면도 상부 하우징(1511)의 내주면에 밀착된다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징(151)의 상단에 형성된 크림핑부(1514)에 크림핑을 수행하는 모습을 나타낸 측단면도이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치(15)의 측단면도이다.
가스켓(152)이 하우징(151)의 삽입 공간(1513)에 삽입되면, 하우징(151)의 상단에 형성된 크림핑부(1514)를 크림핑한다(S504). 이 때, 가스켓(152)은 절연성이 약화되는 것을 방지하기 위해, 화학 또는 열처리로 크림핑되는 것보다, 기계적 가공으로 크림핑되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 도 13에 도시된 바와 같이, 크림핑 지그(4)가 상방에서 하방으로 하강하여 하우징(151)의 상단에 형성된 크림핑부(1514)을 가압한다.
크림핑 지그(4)의 하면은 내측으로 함몰된 곡면을 포함한다. 따라서, 크림핑 지그(4)는, 하우징(151)의 크림핑부(1514)가 하우징(151)의 중심을 향하여 벤딩되도록 유도한다. 그럼으로써, 도 14에 도시된 바와 같이, 크림핑부(1514)가 가스켓(152)과 함께 벤딩되어, 크림핑부(1514) 및 가스켓(152)이 판 스프링(153)의 외면을 밀봉할 수 있다. 이 때, 상기 기술한 바와 같이, 판 스프링(153)의 주변부(1532)에는 가스 배기 홀(1533)이 타공되어 형성된다. 따라서, 상기 크림핑부(1514)는 판 스프링(153)의 가스 배기 홀(1533)을 차폐하지 않도록, 가스 배기 홀(1533)을 피해 주변부(1532)를 가압하며 크림핑되는 것이 바람직하다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 장치(15)의 측단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스켓(152)과 판 스프링(153)의 사이에 볼(155)이 배치된다. 따라서, 볼(155)과 판 스프링(153)이 함께 통로(154)의 출구를 개폐한다. 그러나, 상기 기술한 바와 같이, 이차 전지(1)의 실링부(134)에 삽입되기 위해서는 벤팅 장치(15)가 소형화되어야 한다. 점차 기술이 발전함에 따라 전자 제품들이 소형화되고, 이러한 전자 제품들에 설치되는 이차 전지(1)도 함께 소형화 되기 때문이다. 따라서, 최대한 벤팅 장치(15)의 구조를 단순화하고, 크기를 감소시키는 것이 중요하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 벤팅 장치(15a)의 구조를 더욱 단순화하기 위해, 도 15에 도시된 바와 같이, 볼(155)이 제거된다. 즉, 가스켓(152a)과 판 스프링(153a) 사이에 다른 구성이 존재하지 않는다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 벤팅 장치(15a)의 구조를 더욱 단순화하고 크기를 더욱 감소시킬 수 있다.
파우치 내부에 가스가 발생하여 파우치의 내부 압력이 점차 증가함으로써 특정 압력을 초과하면, 상기 가스가 볼(155)을 통하지 않고, 판 스프링(153a)을 직접 밀어낸다. 그리고 판 스프링(153a)은 상기 가스켓(152a)과 이격되면서 통로(154)의 출구(1541)를 개방하고, 파우치 내부의 가스가 상기 통로(154) 및 가스 배기 홀(1533)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
파우치 내부의 가스가 충분히 외부로 배출되어 파우치의 내부 압력이 다시 감소한다. 그러면, 판 스프링(153a)을 밀어내는 가스의 압력이 감소하면서, 판 스프링(153a)은 탄성에 의해 원래의 위치로 복귀한다. 그리고, 판 스프링(153a)은 볼(155)을 통하지 않고, 다시 통로(154)의 출구(1541) 측에서, 상기 가스켓(152a)과 접촉하면서 통로(154)의 출구(1541)를 폐쇄한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 볼(155)이 존재하지 않으므로, 판 스프링(153a)의 중심부(1531a)가 도 15에 도시된 바와 같이, 상방으로 벤딩되지 않고 평평하게 형성된다. 그리고, 가스켓(152a)의 통로(154)의 내주 모서리가 챔퍼링(Chamfering) 또는 필렛팅(Filleting)되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 판 스프링(153a)의 중심부(1531a)를 벤딩하는 과정 및 가스켓(152a)의 통로(154)의 내주 모서리가 챔퍼링(Chamfering) 또는 필렛팅(Filleting)하는 과정이 생략될 수 있으므로, 벤팅 장치(15a)를 제조하는 방법도 단순화 할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 이차 전지의 파우치의 실링부에 삽입되는 벤팅 장치에 있어서,
    상기 실링부의 양 면 사이에 삽입되어 상기 실링부와 함께 실링되며, 금속 판재로 제조되는 하우징;
    폴리머로 제조되고, 상기 하우징의 내부에 형성되며, 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로가 관통 형성되는 가스켓; 및
    상기 파우치의 내부 압력에 따라 상기 통로를 개폐하며, 금속으로 제조되는 판 스프링을 포함하고,
    상기 하우징은,
    상단에 형성되어, 상기 가스켓과 함께 크림핑되는 크림핑부를 포함하는 벤팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스켓은,
    상기 통로가 관통 형성되는 하부 가스켓; 및
    상기 하부 가스켓과 외경이 동일하고, 상기 하부 가스켓으로부터 상방으로 연장 형성되며, 상기 하부 가스켓에 비해 상대적으로 두께가 얇고, 상기 크림핑부가 크림핑되면 함께 크림핑되는 상부 가스켓을 포함하는, 벤팅 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판 스프링은,
    중심에 형성된 중심부; 및
    상기 중심부로부터 외측 방향으로 연장 형성된 주변부를 포함하며,
    상기 주변부에는 가스 배기 홀이 타공되는, 벤팅 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 크림핑부는,
    상기 판 스프링의 상기 주변부를 가압하며 크림핑되는, 벤팅 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가스켓과 상기 판 스프링의 사이에 배치되어, 상기 통로의 출구측에서, 상기 가스켓과 접촉 또는 이격하며 상기 통로를 개폐하는 볼을 더 포함하는, 벤팅 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스켓은,
    상기 통로의 출구측 면의 내주 모서리가 챔퍼링 또는 필렛팅되는, 벤팅 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    서로 모양 또는 크기가 상이한 상부 하우징 및 하부 하우징을 포함하는, 벤팅 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하부 하우징은,
    너비가 상기 상부 하우징의 너비보다 작은, 벤팅 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 상부 하우징은,
    원형 실린더 형상을 가지고,
    상기 하부 하우징은,
    타원형 실린더 형상을 가지는, 벤팅 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가스켓은,
    상기 상부 하우징에 삽입되는, 벤팅 장치.
  11. 이차 전지의 파우치의 실링부에 삽입되는 벤팅 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    금속 판재를 성형하여, 내부에 삽입 공간을 포함하는 하우징을 제조하는 단계;
    상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로가 관통 형성되는 가스켓에, 상기 파우치의 내부 압력에 따라 상기 통로를 개폐하는 판 스프링을 설치하는 단계;
    상기 판 스프링이 설치된 상기 가스켓을, 상기 하우징의 삽입 공간에 삽입하는 단계; 및
    상기 하우징의 상단에 형성된 크림핑부를 크림핑하는 단계를 포함하는 벤팅 장치 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하우징을 제조하는 단계에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 금속 판재를 펀치로 연신하는 드로잉 공정으로 성형하여 제조하는, 벤팅 장치 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 드로잉 공정은,
    상기 금속 판재를 제1 펀치로 연신하는 제1 드로잉 공정; 및
    상기 금속 판재를 상기 제1 펀치보다 단면의 직경이 작은 제2 펀치로 연신하는 제2 드로잉 공정을 포함하는, 벤팅 장치 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 펀치는,
    횡단면이 원형이고,
    상기 제2 펀치는,
    횡단면이 타원형인, 벤팅 장치 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 판 스프링을 설치하는 단계에 있어서,
    상기 가스켓과 상기 판 스프링의 사이에, 상기 통로의 출구측에서 상기 가스켓과 접촉 또는 이격하며 상기 통로를 개폐하는 볼을 더 설치하는, 벤팅 장치 제조 방법.
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