KR101100913B1 - 안전 배기 조립체 및 이의 제조 방법과 안전 배기 조립체를 구비하는 전지 - Google Patents

안전 배기 조립체 및 이의 제조 방법과 안전 배기 조립체를 구비하는 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지의 내부 압력이 설정 압력을 초과하면 내부 압력이 외부로 배출될 수 있도록 일정 부분이 파단 또는 분리되어 전지의 발화 및 폭발을 방지함으로써 사용상의 안전성을 확보해주는 안전 배기 조립체 및 이의 제조 방법과 안전 배기 조립체를 구비하는 전지에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 안전 배기 조립체는 제1관통공이 형성되는 모재와; 제2관통공이 형성되고, 상기 제2관통공과 제1관통공이 연통되도록 배치되는 스페이서와; 상기 스페이서의 일면에 안착되고, 상기 제2관통공을 차폐하는 덮개부재와; 상기 모재와 덮개부재를 접합시키는 접합부재를 포함한다.
안전 배기 장치, 전지, 땜납, 용융, 폭발

Description

안전 배기 조립체 및 이의 제조 방법과 안전 배기 조립체를 구비하는 전지{SAFETY VENTILATION ASSEMBLY, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND CELL HAVING IT}
본 발명은 안전 배기 조립체 및 이의 제조 방법과 안전 배기 조립체를 구비하는 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지의 내부 압력이 설정 압력을 초과하면 내부 압력이 외부로 배출될 수 있도록 일정 부분이 파단 또는 분리되어 전지의 발화 및 폭발을 방지함으로써 사용상의 안전성을 확보해주는 안전 배기 조립체 및 이의 제조 방법과 안전 배기 조립체를 구비하는 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 전지는 전기 화학 반응의 원리를 이용하여 전기를 얻는 장치로서, 휴대가 용이하여 생활 전반에 널리 사용되고 있다.
이러한 전지는 양극판, 음극판, 격리판 및 전해액 등을 포함하는데, 상기 전해액은 부식성이 강하고 인체에 해롭기 때문에 외부로 누설되지 않도록 상기 구성물들을 케이스에 넣고, 케이스의 개방부를 캡 조립체로 밀봉하게 된다.
이처럼 밀봉된 전지에 과충전, 과방전, 강제 단락, 압착, 기계적 충격, 열적 충격, 충전(충전 불가용 전지의 경우) 등의 비정상적 상황이 발생되면 발열과 함께 내부 압력이 증가되고, 이 상태에서 내부 압력이 적절히 외부로 배출되지 않으면 발화 및 폭발할 수 있는 상황이 된다. 따라서, 통상적인 전지에는 내부 압력이 증가하여 일정 수준에 이르게 되면 내부 압력을 배기하여 발화 및 폭발을 방지하기 위한 안전 배기 수단이 마련되어 있다.
상기 안전 배기 수단으로 가장 널리 사용되는 방법은 전지의 케이스 또는 캡 조립체의 일부 영역에 파단 패턴을 형성하여, 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가되면, 상기 파단 패턴이 파단됨으로써 내부 압력이 신속하게 외부로 배기되도록 하는 것이다.
도 1은 종래의 전지에 사용되는 안전 배기 수단을 나타내는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 안전 배기 수단은 모재가 되는 금속 디스크(disk)(100)와, 상기 금속 디스크(100)의 표면상에 (a)와 같은 '＊' 형태, (b)와 같은 '｜' 형태, (c)와 같은 '○' 형태, (d)와 같은 '⊂' 등과 같은 파단 패턴(110)을 형성함으로써 구성된다.
상기 파단 패턴(100)은 비교적 두꺼운 금속 디스크에 프레스(Press) 공법으로 오목하게 노치(Notch)를 가공함으로써 형성된다. 그러나, 상기 프레스 공법은 비교적 두꺼운 금속 디스크에 노치를 형성하므로 노치 주위로 큰 응력이 발생되어 형성된 노치의 두께가 불균일하여 파단 압력이 불균일하게 나타난다. 더욱이, 프레스 공법은 금속 디스크를 고응력 상태로 가압하는 과정을 반복 수행함에 따라 그때 마다 발생하는 반복 스트레스로 인하여 노치 금형이 파손되기 쉬울 뿐 아니라, 노치 금형의 마모율이 높아 시간이 지날수록 가공 공차가 커지게 된다.
전술한 프레스 공법의 문제점을 보완하기 위하여 금속 디스크(100)를 에칭(Etching) 공법으로 1차 가공한 다음 에칭 영역을 프레스 공법으로 2차 가공하여 노치를 형성하는 방법이 제안되었다. 즉, 비교적 두꺼운 금속 디스크를 마련한 다음 노치를 형성할 영역을 에칭하여 얇게 만들고, 상기 에칭 영역을 노치 금형으로 프레싱하여 더 얇은 두께의 노치를 형성하게 된다. 이러한 방법은 비교적 얇은 두께의 에칭 영역을 프레싱하여 노치를 형성하므로 노치 주위 및 노치 금형에 가해지는 응력이 감소되는 장점이 있지만, 에칭시의 형상 공차와 프레싱시의 가공 공차가 불균일하여 파단 압력 또한 불균일하게 나타난다. 또한, 프레스 공법과 마찬가지로 노치 금형이 마모되어 가공 공차가 커지게 된다.
이처럼, 종래 기술에 따른 전지는 안전 배기 구조를 형성하는 과정에서 발생하는 공정 편차로 인하여 안전 배기 구조의 파단 압력이 불균일하게 나타나기 때문에 비정상적 상황시 전지의 발화 및 폭발을 신뢰성 있게 방지하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전지 내부 온도가 상승하여 과열이 되는 비정상적 상황이 발생하더라도 접합부재가 녹으면서 덮개부재가 모재에서 신뢰성 있게 파단 또는 분리되어 관통공이 노출됨에 따라 누적된 내부 기체와 전해액이 함께 배출되어 전지의 발화 및 폭발을 미연에 방지할 수 있는 안전 배기 조립체 및 이의 제조 방법과 안전 배기 조립체를 구비하는 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 안전 배기 조립체는 제1관통공이 형성되는 모재와; 제2관통공이 형성되고, 상기 제2관통공과 제1관통공이 연통되도록 배치되는 스페이서와; 상기 스페이서의 일면에 안착되고, 상기 제2관통공을 차폐하는 덮개부재와; 상기 모재와 덮개부재를 접합시키는 접합부재를 포함한다.
상기 모재에는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈의 내부영역에 상기 제1관통공이 형성되며, 상기 스페이서 및 덮개부재는 상기 안착홈에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
상기 덮개부재는 전극을 형성하는 단자부이고, 상기 단자부는 상기 제1관통공 및 제2관통공에 삽입되고, 제3관통공이 형성되는 하우징과; 상기 하우징의 제3관통공에 삽입되고, 제4관통공이 형성되는 절연체와; 상기 제4관통공에 삽입되는 금속핀을 포함한다.
상기 제3관통공에는 상기 절연체가 안착되는 절연체 안착단이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 금속핀은 상기 제1 내지 제4관통공을 관통하여 양단이 상기 모재의 외부로 노출되는 것을 특징으로 한다.
상기 스페이서는 전지용 전해액과 반응이 일어나지 않는 재질인 것을 특징으로 한다.
상기 스페이서는 캡톤필름, 테프론 및 유리섬유 보강 플라스틱(fiberglass reinforced plastics;FRP) 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 접합부재는 상기 모재 및 단자부보다 낮은 융점을 갖는 재료인 것을 특징으로 한다.
상기 접합부재는 땜납 또는 무연납인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 안전 배기 조립체의 제조 방법은 제1관통공이 형성되는 모재를 마련하는 단계와; 제2관통공이 형성되는 스페이서를 마련하는 단계와; 제1관통공과 제2관통공이 연통되도록 스페이서를 모재에 배치하는 단계와; 상기 스페이서의 제2관통공이 차폐되도록 덮개부재를 배치하는 단계와; 상기 모재와 상기 덮개부재를 접합부재로 접합시키는 단계를 포함한다.
상기 모재를 마련하는 단계에서, 상기 모재에 안착홈을 형성하고, 상기 안착홈의 내부영역에 제1관통공을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 스페이서를 배치하는 단계에서, 상기 스페이서는 상기 안착홈에 삽입되 어 배치되고, 상기 덮개부재를 배치하는 단계에서, 상기 덮개부재는 상기 안착홈에 삽입되어 상기 스페이서에 안착되는 것을 특징으로 한다.
상기 스페이서를 배치하는 단계에서, 상기 스페이서에 압력을 주어 상기 스페이서가 상기 모재에 밀착되는 것을 특징으로 한다.
상기 모재와 덮개부재를 접합부재로 접합시키는 단계는, 상기 접합부재를 가열 융착시켜 접합시키는 것을 특징으로 한다.
상기 접합부재로는 상기 모재 및 덮개부재보다 낮은 융점을 갖는 재료가 사용되는 것을 징으로 한다.
본 발명에 따른 안전 배기 조립체를 구비하는 전지는 케이스와; 상기 케이스의 개방된 상면을 폐쇄하는 안전 배기 조립체를 포함하고, 상기 안전 배기 조립체는 상기 케이스의 개방된 상면에 대응되는 크기를 갖고, 적어도 하나의 제1관통공이 형성되는 모재와; 제2관통공이 형성되고, 상기 제2관통공과 각각의 제1관통공이 연통되도록 배치되는 적어도 하나의 스페이서와; 상기 각각의 스페이서 일면에 안착되고, 상기 제2관통공을 차폐하는 적어도 하나의 덮개부재와; 상기 모재와 각각의 덮개부재를 접합시키는 접합부재를 포함한다.
상기 덮개부재는 전극을 형성하는 단자부인 것을 특징으로 한다.
상기 케이스 또는 모재에는 상기 덮개부재와 구분되어 단자부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 스페이서는 상기 안전 배기 조립체의 외부 영역으로 노출되지 않도록 접합부재가 덮이는 것을 특징으로 한다.
상기 접합부재는 상기 안전 배기 조립체의 외부 영역으로 노출되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 케이스의 개방된 상면에는 일부분이 개방된 캡으로 폐쇄되고, 상기 캡의 개방된 일부분을 상기 안전 배기 조립체가 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전지의 개방된 상면을 폐쇄하는 안전 배기 조립체를 구성하는 모재와 덮개부재를 용융점이 낮은 접합부재로 기밀하게 접합함에 따라, 전지의 정상 작동시 전지의 상면을 밀봉하는 동시에, 비정상 작동시에는 전지에서 발생되는 열에 의해 접합부재가 녹으면서 모재에서 덮개부재가 파단 또는 분리되어 전지 내부의 과도한 기체 및 전해액이 외부로 신속하게 배출시킬 수 있는 효과가 있다.
이로 인해 전지의 비정상 작동시 발화 및 폭발을 사전에 방지할 수 있어 사용상의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래의 기술과 같이 제조과정에서 발생되는 기계적인 공정 편차를 줄일수 있고, 동일한 접합부재의 사용으로 인하여 파단 압력을 균일하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명에 따른 안전 배기 조립체를 나타내는 분해 사시도이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 안전 배기 조립체의 분해 및 결합상태를 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 안전 배기 조립체(10)는 안착홈(210)이 형성되고, 상기 안착홈(210)의 내부영역에 제1관통공(220)이 형성되는 모재(200)와; 상기 안착홈(210)에 삽입되는 스페이서(300)와; 상기 안착홈(210)에 삽입되어 상기 스페이서(300)의 일면에 안착되는 덮개부재와; 상기 모재(200)와 덮개부재를 접합시키는 접합부재(500)를 포함한다. 이러한 안전 배기 조립체(10)는 전지의 일측, 예를 들어 전지 케이스의 상부를 폐쇄하도록 케이스의 상부에 결합되어 전지의 내부에서 축적된 열이 상기 접합부재(500)의 녹는 온도에 도달되면 접합부재(500)가 녹으면서 모재(200)와 덮개부재의 경계 부위가 파단 또는 분리되면서 과도하게 누적된 내부 기체 및 전해액을 외부로 배출시키는 역할을 한다.
상기 모재(200)는 전지에 적용되는 경우, 전지 케이스의 개방된 상부에 설치되어 전지 케이스의 내부를 밀폐시키는 역할을 한다. 이때 상기 모재(200)는 금속 재질로 형성되고, 예를 들어 디스크 형태로 준비된 상태에서 프레스 공법에 의해 안착홈(210) 및 제1관통공(220)이 형성된다. 상기 안착홈(210)은 상기 모재(200)의 중심영역에 형성되는 것으로서, 상기 스페이서(300) 및 덮개부재가 삽입되도록 요홈의 형상을 갖는다. 상기 제1관통공(220)은 상기 안착홈(210)의 중심영역에 타공되어 상하로 관통되는 형상을 갖는다. 물론 상기 모재(200)의 형상은 이에 한정되지 않고, 상기 스페이서(300) 및 덮개부재와 함께 전지 케이스의 내부를 밀폐시킬 수 있다면 어떠하여도 무방하다.
상기 스페이서(300)는 전지 내의 전해액이 접합부재(500)와 접촉되지 않도록 하는 수단으로서, 상기 모재(200)와 덮개부재 사이에 삽입되고, 상기 모재(200)와 덮개부재가 접합부재(500)로 접합되면서 위치가 고정된다. 그리고, 상기 스페이서(300)는 그 외형이 상기 안착홈(210)의 내부 형상과 대응되는 형상으로 구비되는 것이 바람직하다. 그리고, 내부에는 상기 모재(200)의 제1관통공(220)과 연통되는 제2관통공(310)이 형성된다. 예를 들어 원형의 디스크 형태로 형성되어 상기 안착홈(210)에 삽입된 상태에서 스페이서(300)를 압착함에 따라 스페이서(300)가 안착홈(210)에 긴밀하게 압입되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스페이서(300)는 전해액과 반응하지 않는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어 상기 스페이서(300)는 티오닐클로라이드(SOCl2) 전해액과 반응을 하지 않아야 하며, 상기 티오닐클로아이드 전해액과 반응하지 않는 캡톤필름, 테프론 및 유리섬유 보강 플라스틱(fiberglass reinforced plastics;FRP) 중 선택되는 어느 하나가 적합하다.
상기 덮개부재는 상기 스페이서(300)의 제2관통공(310)을 차폐하는 수단으로서, 도면에 도시된 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 전극이 형성되는 단자부(400)일 수 있다. 상기 단자부(400)는 전지 내의 양극판 또는 음극판과 접촉하여 전극을 형성하는 수단으로서, 하우징(410), 절연체(420) 및 금속핀(430)을 포함한다.
상기 하우징(410)은 상기 모재(200)의 안착홈(210)에 인입되고, 상기 제1관통공(220) 및 제2관통공(310)에 삽입되는 돌출부(413)가 형성되며, 상기 돌출부(413)의 내부영역에 제3관통공(411)이 형성된다. 상기 하우징(410)의 제3관통공(411)에는 내벽 하단부에 상기 절연체(420)가 안착되는 절연체 안착단(415)이 형성될 수 있다. 그래서, 상기 절연체(420)가 제3관통공(411)에 삽입되고 융착되어 고정되는 경우, 절연체(420)가 제3관통공(411)의 하방으로 탈락되는 것을 방지한다. 이때 상기 절연체(420)의 하단부는 상기 절연체 안착단(415)이 형성된 제3관통공(411)의 하단부와 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 절연체(420)는 상기 하우징(410)의 제3관통공(411)에 삽입되고, 제4관통공(421)이 형성되며, 상기 절연체(420)는 상기 하우징(410)과 금속핀(430)을 전기적으로 절연시키는 역할을 한다.
상기 금속핀(430)은 절연체(420)의 상기 제4관통공(421)에 삽입되어 고정되고, 전지 내의 양극판 또는 음극판과 접촉하여 전극단자의 역할을 한다. 상기 금속핀(430)은 상기 제1 내지 제4관통공(220,310,411,421)을 관통하여 양단이 상기 모재(200)의 외부로 노출되는 것이 바람직하다. 그래서 금속핀(430)의 일측은 전지에 구비되는 양극판 또는 음극판과 접촉되고, 금속핀(430)의 타측은 전극단자의 역할을 한다.
상기와 같이 구성되는 단자부(400)의 조립 과정은 다음과 같다.
먼저, 모재(200)의 안착홈(210)에 하우징(410)을 삽입한 다음, 절연체(420)를 제3관통공(411)에 삽입하고, 상기 절연체(420)의 제4관통공(421)에 금속핀(430)을 삽입한 후, 열을 이용하여 상기 절연체(420)를 융착시킨다. 상기 융착 과정을 통해 하우징(410)의 제3관통공(411)은 밀봉되고, 금속핀(430)의 주위가 절연된다. 그래서, 상기 절연체(420)는 절연성이 좋고 용융점이 비교적 낮은 유리 재질을 이용하는 것이 바람직하다. 이때 상기 모재(200)의 안착홈(210)에 삽입되는 하우징(410)은 전기 저항 용접 등을 실시하여 하우징(410)을 모재(200)에 접합시킬 수 있다. 물론 상기 단자부(400)의 조립 과정은 이에 한정되지 않고, 하우징(410)을 모재(200)의 안착홈(210)에 삽입하지 않고, 하우징(410)에 절연체(420) 및 금속핀(430)을 결합한 상태에서 단자부(400)을 모재(200)의 안착홈(210)에 삽입하여 조립을 완성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 배기 조립체가 조립된 전지를 나타내는 단면도이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 안전 배기 조립체의 덮개부재(700)는 단자부(400)와 구분되어 케이스(600) 또는 모재(200)에 구비될 수 있다. 이때 상기 덮개부재(700)는 상기 스페이서(300)에 형성되는 제2관통공(310)을 차폐할 수 있다면 어떠한 형 상으로 제조되어도 무방하다. 다만, 접합부재(500)에 의해 모재(200)와 결합되기 위하여 원판형의 디스크 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 모재(200) 또는 케이스(600)에는 전극이 형성되는 단자부(400)가 별도로 구비되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 스페이서(300) 및 덮개부재(700)를 각각 2개씩 별도로 구비하였지만 그 개수는 어떠하여도 무방하다.
전술된 실시예들에서 상기 모재(200), 스페이서(300) 및 접합부재(500)의 재질은 적용되는 전지 시스템에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
예를 들어, 리튬 이온(Li-ion) 전지의 경우라면, 모재(200)는 통상적으로 철이나 알루미늄 재질이 사용되고, 이때 접합부재(500)는 알루미늄 계열을 사용할 수 있다. 그리고, Li/SOCl2 전지의 경우라면, 모재(200)는 통상적으로 스테인리스스틸 재질이 사용되고, 이때 접합부재(500)는 스테인리스스틸, 니켈 등의 금속재료가 사용 가능하다. 하지만, 본 발명에서는 접합부재(500)가 모재(200)와 단자부(400)를 접합시키는 것 이외에도 전지가 과열되면 접합부재가 과열된 열에 의해 스스로 녹으면서 모재(200)에서 단자부(400)를 분리시켜 배기구의 역할을 해야 하므로 녹는점이 비교적 낮은 땜납이나 무연납을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서는 통상적인 원통형 전지에 적합하게 사용할 수 있도록 모재(200) 및 스페이서(300)를 원형의 디스크 형태로 제작하고, 스페이서(300)에 원형의 단자부(400)를 삽입하고 접합시켜서 구성되는 안전 배기 조립체(10)를 예시하였으나, 상기 모재(200), 스페이서(300) 및 단자부(400)의 형태 및 구조는 이에 한정되지 않고, 적용되는 전지의 형태 및 구조에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 안전 배기 조립체(10)의 접합부재(500)는 적용되는 전지의 외부 영역으로만 노출되도록 형성되고, 접합부재(500)가 적용되는 전지의 내부 영역으로 침투되지 않도록 형성되지는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 안전 배기 조립체의 제조 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 안전 배기 조립체의 분해 및 결합상태를 나타내는 사시도이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 모재(200)를 준비한 다음 프레스 공법을 이용하여 중심 영역에 안착홈(210)을 형성하고, 상기 안착홈(210)의 내부영역에 제1관통공(220)이 형성되도록 한다. 또한, 상기 모재(200)와 별도로 상기 안착홈(210)에 대응되는 형상을 갖고, 내부영역에 제2관통공(310)이 형성되는 스페이서(300)를 마련한다. 또한, 전술된 바와 같이 중심 영역에 금속핀(430)이 구비되는 단자부(400)를 마련한다.
그런 다음, 모재(200)의 안착홈(210)에 스페이서(300)를 삽입한다. 그리고, 상기 안착홈(210)에 단자부(400)를 삽입하여 단자부(400)가 스페이서(300)의 상부에 안착 되도록 한다. 이때 상기 단자부(400)의 테두리에 물리적으로 압력을 주어 스페이서(300)가 단자부(400)와 모재(200) 사이에 밀착되도록 압착시킨다.
스페이서(300)가 밀착되어 있는 상태에서 모재(200)와 단자부(400)의 테두리 경계면을 접합부재(500)로 접합시킨다. 이때 접합부재(500)는 상기 모재(200) 및 단자부(400)보다 낮은 융점을 갖는 재료, 예를 들어 납땜 또는 무연납을 가열 융착시켜 접합시킨다. 접합에 사용되는 접합부재(500)의 양은 약 0.1 ~ 2g 사이로 하고, 접합부재(500)를 용융점 이상으로 가열하면 액체로 상변화된 접합부재(500)가 모세관 현상에 의해 모재(200)와 단자부(400) 사이로 확산하면서 모재(200)와 단자부(400)가 기밀성 있게 접합된다.
다음으로, 본 발명에 따른 안전 배기 조립체가 구비되는 전지를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 전지를 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전지(20)는 원통형의 케이스(600)와, 상기 케이스(600)의 내부에 수용되는 전해액(610) 및 극판 조립체(620)와, 상기 케이스(600)의 개방된 상면을 폐쇄하는 안전 배기 조립체(10)를 포함한다.
상기 케이스(600)는 원통형으로 형성되고, 이에 접합하도록 케이스(600)의 내부에는 양극판(621), 음극판(623) 및 격리판(625)을 원통형으로 권취시킨 원통 형태의 극판 조립체(620)가 마련된다. 물론 상기 케이스(600) 및 극판 조립체(620)의 형상은 원통 형태에 한정되지 않으며, 전지의 구조에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
상기 안전 배기 조립체(10)는 전술된 바와 같이 모재(200), 스페이서(300), 단자부(400) 및 접합부재(500)를 포함한다. 따라서, 상기 모재(200), 스페이 서(300), 단자부(400) 및 접합부재(500)의 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 모재(200)는 상기 케이스(600)의 개방된 상면을 모두 커버하도록 상기 케이스(600)의 개방된 상면과 대응되는 형상으로 형성되거나, 상기 케이스(600)의 개방된 상면에 별도의 캡이 구비되고, 상기 캡의 일부에 상기 모재(200)가 설치될 수 있다.
상기 스페이서(300)는 상기 접합부재(500)로 덮여서 상기 안전 배기 조립체(10)의 외부 영역으로 노출되지 않는 것이 바람직하다.
또한, 상기 접합부재(500)는 상기 안전 배기 조립체(10)의 외부 영역으로 노출되게 형성되어 전지(20)의 비정상 작동시 접합부재가 용융되면서 단자부(400)가 모재(200)에서 분리되는 것이 용이하도록 한다.
상기와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 원통형의 전지(20)가 비정상적인 상황으로 과열이 되면 모재(200)와 단자부(400)를 접합하고 있는 접합부재(500)가 녹는점에 도달하게 되어 녹기 시작하면서 모재(200)와 단자부(400) 접촉 부위가 파단 또는 분리되어 과도한 내부 기체와 전해액을 외부로 배출시켜 전지(20)의 발화 및 폭발을 방지하게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 안전 배기 조립체의 성능을 검증하는 실험을 실시하였고, 그 결과를 사진으로 나타내었다.
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 안전 배기 조립체를 적용한 전지에서 과충전 전후를 보여주는 사진이다.
실험은 안전 배기 조립체가 구비된 전지에 강제충전을 실시하여 전지(20)의 비정상 작동 상황을 조성하였다.
강제충전이 진행되면서 전지(20) 내부에서 가열되는 열이 안전 배기 조립체의 접합부재(500)를 용융시킬 수 있는 온도까지 도달하지 않았을 때는 도 6a에서 알 수 있듯이 전지(20)의 외관상 아무런 변화가 없다. 하지만, 강제충전이 계속 진행됨에 따라 전지(20) 내부가 과열되어 접합부재(500)를 용융시킬 수 있는 온도까지 도달하게 되면 접합부재(500)가 용융되면서 단자부(400)가 모재(200)에서 분리되고, 이에 따라 모재(200)의 제1관통공(220)이 노출되면서 배기구의 역할을 하여 전지(20) 내부 기체 및 전해액이 배출된다.(도 6b 참조)
도 1은 종래의 전지에 사용되는 안전 배기 수단을 나타내는 평면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 안전 배기 조립체를 나타내는 분해 사시도이며,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 안전 배기 조립체의 분해 및 결합상태를 나타내는 사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 전지를 나타내는 단면도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 배기 조립체가 조립된 전지를 나타내는 단면도이고,
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 안전 배기 조립체를 적용한 전지에서 과충전 전후를 보여주는 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 안전 배기 조립체 20: 전지
200: 모재 300: 스페이서
400: 단자부 410: 하우징
420: 절연체 430: 금속핀
500: 접합부재 600: 케이스
700: 덮개부재

Claims (21)

  1. 제1관통공이 형성되는 모재와;
    제2관통공이 형성되고, 상기 제2관통공과 제1관통공이 연통되도록 배치되는 스페이서와;
    상기 스페이서의 일면에 안착되고, 상기 제2관통공을 차폐하는 덮개부재와;
    상기 모재와 덮개부재를 접합시키는 접합부재를 포함하는 안전 배기 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재에는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈의 내부영역에 상기 제1관통공이 형성되며,
    상기 스페이서 및 덮개부재는 상기 안착홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 덮개부재는 전극을 형성하는 단자부이고,
    상기 단자부는,
    상기 제1관통공 및 제2관통공에 삽입되고, 제3관통공이 형성되는 하우징과;
    상기 하우징의 제3관통공에 삽입되고, 제4관통공이 형성되는 절연체와;
    상기 제4관통공에 삽입되는 금속핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제3관통공에는 상기 절연체가 안착되는 절연체 안착단이 형성되는 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 금속핀은 상기 제1 내지 제4관통공을 관통하여 양단이 상기 모재의 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 스페이서는 전지용 전해액과 반응이 일어나지 않는 재질인 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스페이서는 캡톤필름, 테프론 및 유리섬유 보강 플라스틱(fiberglass reinforced plastics;FRP) 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 접합부재는 상기 모재 및 단자부보다 낮은 융점을 갖는 재료인 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 접합부재는 땜납 또는 무연납인 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체.
  10. 제1관통공이 형성되는 모재를 마련하는 단계와;
    제2관통공이 형성되는 스페이서를 마련하는 단계와;
    제1관통공과 제2관통공이 연통되도록 스페이서를 모재에 배치하는 단계와;
    상기 스페이서의 제2관통공이 차폐되도록 덮개부재를 배치하는 단계와;
    상기 모재와 상기 덮개부재를 접합부재로 접합시키는 단계를 포함하는 안전 배기 조립체 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 모재를 마련하는 단계에서,
    상기 모재에 안착홈을 형성하고, 상기 안착홈의 내부영역에 제1관통공을 형성하는 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 스페이서를 배치하는 단계에서, 상기 스페이서는 상기 안착홈에 삽입되어 배치되고,
    상기 덮개부재를 배치하는 단계에서, 상기 덮개부재는 상기 안착홈에 삽입되어 상기 스페이서에 안착되는 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 스페이서를 배치하는 단계에서,
    상기 스페이서에 압력을 주어 상기 스페이서가 상기 모재에 밀착되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체 제조 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 모재와 덮개부재를 접합부재로 접합시키는 단계는,
    상기 접합부재를 가열 융착시켜 접합시키는 것을 특징으로 하는 안전 배기 조립체 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 접합부재로는 상기 모재 및 덮개부재보다 낮은 융점을 갖는 재료가 사용되는 것을 징으로 하는 안전 배기 조립체 제조 방법.
  16. 케이스와;
    상기 케이스의 개방된 상면을 폐쇄하는 안전 배기 조립체를 포함하고,
    상기 안전 배기 조립체는
    상기 케이스의 개방된 상면에 대응되는 크기를 갖고, 적어도 하나의 제1관통공이 형성되는 모재와;
    제2관통공이 형성되고, 상기 제2관통공과 각각의 제1관통공이 연통되도록 배치되는 적어도 하나의 스페이서와;
    상기 각각의 스페이서 일면에 안착되고, 상기 제2관통공을 차폐하는 적어도 하나의 덮개부재와;
    상기 모재와 각각의 덮개부재를 접합시키는 접합부재를 포함하는 전지.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 덮개부재는 전극을 형성하는 단자부인 것을 특징으로 하는 전지.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 케이스 또는 모재에는 상기 덮개부재와 구분되어 단자부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전지.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 안전 배기 조립체의 외부 영역으로 노출되지 않도록 접합부재가 덮이는 것을 특징으로 하는 전지.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 접합부재는 상기 안전 배기 조립체의 외부 영역으로 노출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 전지.
  21. 청구항 16에 있어서,
    상기 케이스의 개방된 상면에는 일부분이 개방된 캡으로 폐쇄되고,
    상기 캡의 개방된 일부분을 상기 안전 배기 조립체가 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 전지.
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