KR101281038B1 - 캡 조립체 및 이를 이용한 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비딩부가 없는 전지 캔에 적용되어 전극 조립체의 수납 공간을 늘릴 수 있으면서도 안정적인 결합력 및 밀봉력을 제공할 수 있도록 구조가 개선된 캡 조립체 및 이를 이용하는 이차 전지를 개시한다. 본 발명에 따른 캡 조립체는, 비딩부를 구비하지 않는 전지 캔의 개방단에 결합되는 이차 전지용 캡 조립체로서, 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자; 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치된 안전 벤트; 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓; 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸는 커버; 및 상기 커버의 상부에 배치되고, 상기 전지 캔의 개방단에 안착될 수 있도록 외측 단부가 상기 커버의 외측 단부보다 외부 방향으로 돌출되게 위치하며, 상기 커버의 외측 단부보다 돌출된 부분의 상면에 제1 노치가 형성되어 상기 제1 노치가 형성된 부분에서 상기 전지 캔의 개방단과 용접되는 웰딩 가이드를 포함한다.

Description

캡 조립체 및 이를 이용한 이차 전지{Cap assembly and secondary battery using the same}
본 발명은 이차 전지를 제조하는 기술에 관한 것으로, 캡 조립체와 전지 캔의 결합 공정을 용이하게 수행되도록 하면서도 그 결합력을 강하게 유지시킬 수 있도록 구조가 개선된 캡 조립체 및 이를 이용하는 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다. 이러한 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스, 즉 전지 캔 및 전지 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.
도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 캡 조립체(10) 부분의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차 전지는 원통형 전지 캔(20), 전지 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(30), 전지 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 조립체(10), 캡 조립체(10)를 장착하기 위해 전지 캔(20)의 선단에 마련된 비딩부(40) 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑 부위(50)를 구비한다.
전극 조립체(30)는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 권취된 구조이며, 양극에는 양극 리드(31)가 부착되어 캡 조립체(10)에 접속되어 있고, 음극에는 음극 리드(미도시)가 부착되어 전지 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.
캡 조립체(10)는 양극 단자를 형성하는 탑 캡(11), 전지 내부의 온도 상승시 저항이 증가하여 전류를 차단하는 안전 소자(12), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하고 및/또는 가스를 배기하는 안전 벤트(13), 특정 부분을 제외하고 안전 벤트(13)를 전류차단부재(15)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(14), 양극에 연결된 양극 리드(31)가 접속되어 있는 전류차단부재(15)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 이러한 캡 조립체(10)는 가스켓에 장착된 상태로 전지 캔(20)의 비딩부(40)에 장착된다. 따라서, 정상적인 작동 조건에서 전극 조립체(30)의 양극은 양극 리드(31), 전류차단부재(15), 안전 벤트(13) 및 안전 소자(12)를 경유하여 탑 캡(11)에 연결되어 통전을 이룬다.
그런데, 이와 같은 구조의 종래 이차 전지는 비딩부(40)가 존재하기 때문에, 비딩부(40)가 차지하는 공간만큼 전극 조립체(30)의 수납 공간이 줄어들게 되고, 이는 결국 이차 전지의 용량을 늘리는데 장애로 작용할 수 있다.
그럼에도 불구하고, 이와 같이 이차 전지에 비딩부(40)를 구비하는 이유는, 비딩부(40)가 없는 경우 전지 캔(20)의 개방단에 캡 조립체(10)를 안착시켜 결합시키는 것이 용이하지 않기 때문이다. 뿐만 아니라, 캡 조립체(10)의 안정적인 결합력 및 밀봉력을 확보하기가 어려워 캡 조립체(10)의 분리나 전극 리드의 절단으로 인한 전원 무감 현상, 또는 전해액의 유출과 같은 문제를 일으킬 수 있다. 더욱이, 이러한 캡 조립체(10)의 분리나 전해액의 유출은 이차 전지의 고장 및 파손은 물론, 발화나 폭발과 같은 사고로 이어져 큰 피해를 발생시킬 수 있기 때문에 심각한 문제로 인식될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 비딩부가 없는 전지 캔에 적용되어 전극 조립체의 수납 공간을 늘릴 수 있으면서도 안정적인 결합력 및 밀봉력을 제공할 수 있도록 구조가 개선된 캡 조립체 및 이를 이용하는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캡 조립체는, 비딩부를 구비하지 않는 전지 캔의 개방단에 결합되는 이차 전지용 캡 조립체로서, 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자; 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치된 안전 벤트; 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓; 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸는 커버; 및 상기 커버의 상부에 배치되고, 상기 전지 캔의 개방단에 안착될 수 있도록 외측 단부가 상기 커버의 외측 단부보다 외부 방향으로 돌출되게 위치하며, 상기 커버의 외측 단부보다 돌출된 부분의 상면에 제1 노치가 형성되어 상기 제1 노치가 형성된 부분에서 상기 전지 캔의 개방단과 용접되는 웰딩 가이드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 웰딩 가이드는 상기 커버와 용접된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 비딩부를 구비하지 않고 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 캔; 및 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡, 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자; 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치된 안전 벤트, 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓, 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸는 커버, 및 상기 커버의 상부에 배치되고, 상기 전지 캔의 개방단에 안착될 수 있도록 외측 단부가 상기 커버의 외측 단부보다 외부 방향으로 돌출되게 위치하며, 상기 커버의 외측 단부보다 돌출된 부분의 상면에 제1 노치가 형성되어 상기 제1 노치가 형성된 부분에서 상기 전지 캔의 개방단과 용접되는 웰딩 가이드를 포함하는 캡 조립체를 포함한다.
바람직하게는, 상기 웰딩 가이드는 상기 커버와 용접된다.
본 발명에 의하면, 비딩부를 구비하지 않는 이차 전지에 적용되어 전지 캔 내부에서 전극 조립체의 수납 공간을 늘려 이차 전지의 용량을 증대시킬 수 있다.
또한, 전지 캔에 비딩부가 구비되지 않음에도 캡 조립체를 전지 캔의 개방단에 용이하게 장착할 수 있으며, 캡 조립체와 전지 캔의 레이저 용접시 용접 공정이 편리하고 용접의 균일성을 확보할 수 있다.
따라서, 캡 조립체와 전지 캔 사이에 안정적인 결합력 및 밀봉력을 확보함으로써 캡 조립체의 분리나 전해액의 유출을 방지할 수 있다. 그러므로, 캡 조립체의 분리나 전해액의 유출로 인한 이차 전지의 고장 및 파손, 발화나 폭발과 같은 문제가 발생하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 캡 조립체 부분의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체 부분의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은, 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체에서 웰딩 가이드만을 분리하여 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 웰딩 가이드의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웰딩 가이드의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 도 6의 웰딩 가이드가 포함된 캡 조립체가 전지 캔의 상단에 용접되는 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웰딩 가이드의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는, 도 8의 웰딩 가이드가 포함된 캡 조립체의 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡 조립체의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체가 전지 캔의 개방단에 결합된 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체(100) 부분의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는, 전극 조립체(300), 전지 캔(200) 및 캡 조립체(100)를 포함한다.
상기 전극 조립체(300)는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 전지 캔(200)에 수납된다. 이때, 전극 조립체(300)는 젤리 롤 형태로 권취되어 배치되므로 젤리 롤이라고도 불린다. 전극 조립체(300)의 전극판들은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 전극판들이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재하는 것이 바람직한데, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 리드(310)가 부착될 수 있다. 일반적으로 양극 리드는 전극 조립체(300)의 상단에 부착되어 캡 조립체(100)에 전기적으로 연결되고, 음극 리드는 전극 조립체(300)의 하단에 부착되어 전지 캔(200)의 바닥에 연결된다.
한편, 전극 조립체(300)의 상단에는 상부 절연판(600)이 배치될 수 있다. 이러한 상부 절연판(600)은 전극 조립체(300)와 캡 조립체(100) 사이를 절연시키는 역할을 한다.
상기 전지 캔(200)은, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통형 또는 각형 구조를 가질 수 있다. 이러한 전지 캔(200)의 내부 공간에는 상기 전극 조립체(300)와 함께 전해액이 수납된다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체(100)는, 탑 캡(110), 안전 소자(120), 안전 벤트(130), 가스켓(160), 커버(170) 및 웰딩 가이드(180)를 포함한다. 상기 캡 조립체(100)는 전지 캔(200)의 형태에 따라 원형 또는 각형으로 형성될 수 있다.
상기 탑 캡(110)은, 캡 조립체(100)의 최상부에 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성한다. 따라서, 상기 탑 캡(110)은 외부와 전기적으로 접속되도록 한다. 또한, 이러한 탑 캡(110)에는 가스가 배출될 수 있는 가스 구멍이 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(300)로부터 가스 발생시 이러한 가스 구멍을 통해 전지 캔(200) 외부로 가스가 배출되도록 할 수 있다. 상기 탑 캡(110)은, 예를 들어 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 안전 소자(120)는, 탑 캡(110)과 안전 벤트(130) 사이에 개재되어 탑 캡(110)과 안전 벤트(130)를 전기적으로 연결시킨다. 상기 안전 소자(120)는 전지의 과열에 의해 전지 내부의 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 이를테면 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)로 형성될 수 있다.
상기 안전 벤트(130)는, 안전 소자(120)의 하부에서 안전 소자(120)와 접촉되도록 배치되며, 이차 전지의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우 파열되도록 구성된다. 예를 들어, 상기 안전 벤트(130)는 이차 전지의 내압이 12~25 kgf/cm2일 때 파열될 수 있다. 상기 안전 벤트(130)는, 도면에 도시된 바와 같이, 중심부가 하부 방향으로 돌출되도록 형성되고, 그러한 중심부 부근에 소정의 노치(131)가 형성될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 내부, 즉 전극 조립체(300) 쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하게 되면, 안전 벤트(130)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 노치들(131)을 중심으로 파열될 수 있다. 따라서, 이러한 안전 벤트(130)의 파열된 부분을 통해 전지 캔(200)의 내부에 차 있던 가스가 외부로 배출될 수 있게 된다.
상기 가스켓(160)은, 탑 캡(110), 안전 소자(120) 및 안전 벤트(130)의 테두리 부위를 감싼다. 따라서, 상기 가스켓(160)은, 도면에 도시된 바와 같이, 'C'자 형태로 굴곡될 수 있다. 상기 가스켓(160)은 전기 절연성과 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 소재, 예를 들어 폴리올레핀(polyolefine) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조될 수 있다. 또한, 상기 가스켓(160)은 절연성이 약화되는 것을 방지하기 위해 열처리에 의하지 않고 기계적 가공에 의해 벤딩되는 것이 좋다.
상기 커버(170)는, 탑 캡(110), 안전 소자(120) 및 안전 벤트(130)를 밀착시킬 수 있도록 가스켓(160)을 둘러싸며, 가스켓(160)의 외측을 감싸도록 대략 'C'자 형상으로 굴곡될 수 있다. 상기 커버(170)는 니켈, 알루미늄, 니켈 합금 또는 알루미늄 합금 등으로 구성될 수 있다.
상기 웰딩 가이드(180)(welding guide)는, 커버(170)의 상부에 배치되는 구성 요소로서, 그 외측 단부가 전지 캔(200)의 개방단에 안착된다. 이를 위해, 웰딩 가이드(180)의 외측 단부는, 도면에 도시된 바와 같이, 커버(170)의 외측 단부보다 외부 방향으로 돌출되도록 위치한다. 즉, 웰딩 가이드(180)는 커버(170)의 외주면보다 이차 전지의 외부 방향으로 돌출되게 형성된다. 그리고, 웰딩 가이드(180)에서 이와 같이 커버(170)의 외측 단부보다 외부 방향으로 돌출된 부분의 상면에 제1 노치(181)가 형성되어 있다. 이에 대해서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체(100)에서 웰딩 가이드(180)만을 분리하여 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 웰딩 가이드(180)는 전지 캔(200)의 상단에 안착되는 부분, 즉 도 3에서 C로 표시된 부분과 같이 커버(170)보다 외부로 돌출된 외측 단부의 상면에 제1 노치(181)가 형성되어 있다. 여기서, 노치란 웰딩 가이드(180)의 상부에서 오목하게 들어간 형태를 의미하는 것으로, 홈 또는 오목부와 같은 다른 유사한 용어로도 표현될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 제1 노치(181)의 형태 및 위치는 일례에 불과할 뿐, 본 발명이 이러한 제1 노치(181)의 특정 형태나 위치 등에 의해 제한되는 것은 아니다.
상기 웰딩 가이드(180)는 전지 캔(200)의 상단에 안착되는 부분의 상부에 제1 노치(181)가 형성되어 있기 때문에, 이러한 제1 노치(181)가 형성된 부분에서 전지 캔(200)의 개방단과 용접될 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이 웰딩 가이드(180)의 상부에서 제1 노치(181) 부분으로 레이저를 수직으로 조사함으로써 웰딩 가이드(180)의 외부로 돌출된 부분(C)의 하면을 전지 캔(200)의 상단과 용접시킬 수 있다. 이와 같이 웰딩 가이드(180)의 상부에서 웰딩 가이드(180)로 레이저를 수직으로 조사하는 경우, 웰딩 가이드(180)와 전지 캔(200) 사이의 용접 강도가 좋아질 수 있다. 뿐만 아니라, 웰딩 가이드(180)의 상부에 형성된 제1 노치(181)를 따라 레이저를 조사하면 되므로 웰딩 가이드(180)의 제1 노치(181)가 레이저 용접에 대한 가이드 역할을 하여 용접 공정이 용이해지고, 용접 강도를 균일하게 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 웰딩 가이드(180)는, 도 3에서 t로 표시된 바와 같은, 제1 노치(181)가 형성된 부분에서의 상하 길이, 즉 두께가 0.3mm 이하인 것이 좋다. 용접이 이루어지는 부분에서의 웰딩 가이드(180) 두께가 너무 두꺼우면 웰딩 가이드(180)와 전지 캔(200)의 용접이 제대로 이루어지지 않거나 용접 강도가 약해질 수 있다. 하지만, 상기 실시예와 같이, 용접이 이루어지는 부분의 웰딩 가이드(180) 두께가 0.3mm 이하이면 웰딩 가이드(180)와 전지 캔(200) 사이에 레이저 용접이 잘 이루어질 수 있고 적절한 용접 강도가 생성될 수 있다.
한편, 상기 실시예에서 웰딩 가이드(180)는 제1 노치(181)가 형성된 부분에서의 두께가 일정 두께 이하로 얇으면 되며, 제1 노치(181)가 형성되지 않은 부분에서의 웰딩 가이드(180) 두께가 전체적으로 얇아야 하는 것은 아니다. 따라서, 제1 노치(181)가 형성된 부분을 제외하고는 웰딩 가이드(180)의 두께가 전체적으로 일정 두께 이상을 가질 수 있기 때문에, 일정 수준 이상의 강도를 갖고 캡 조립체(100)를 안정적으로 지지 및 보호할 수 있다. 또한, 상기 웰딩 가이드(180)는 제1 노치(181)가 형성된 부분을 제외하고 다른 부분에서 전체적으로 두께가 균일해야 하는 것은 아니며, 캡 조립체(100)나 전지 캔(200)의 형태 등에 따라 각각의 부분마다 서로 다른 두께를 가질 수도 있다.
상기 웰딩 가이드(180)는, 니켈 도금 스틸(Ni plated steel), 스테인리스 스틸(SUS) 또는 SPCE 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 커버(170)와 동일 재질로 이루어질 수도 있다. 특히, 상기 웰딩 가이드(180)는 부식 방지를 위해 니켈 성분이 함유된 재질로 이루어지는 것이 좋다. 그러나, 본 발명이 이러한 웰딩 가이드(180)의 특정 재질에 의해 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 웰딩 가이드(180) 및 캡 조립체(100)의 구성은 일부 실시예에 불과하며, 다양한 실시예가 존재할 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 웰딩 가이드(180)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)의 웰딩 가이드(180)는, 전지 캔(200)에 안착되는 부분의 상면에 제1 노치(181)가 형성되되, 도 4와 같이 외측 단부 상면 전체에 제1 노치(181)가 형성되지 않고, 부분적으로 제1 노치(181)가 형성될 수 있다. 이 경우 용접 공정에 들어가는 시간 및 비용을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 상기 실시예에서는 웰딩 가이드(180)의 상면에 제1 노치(181)가 단일로 형성된 것으로 도시되었으나, 이러한 제1 노치(181)는 다중, 즉 다겹으로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웰딩 가이드(180)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 웰딩 가이드(180)가 포함된 캡 조립체(100)가 전지 캔(200)의 상단에 용접되는 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)의 웰딩 가이드(180)는, 외측 단부의 상면에 제1 노치(181)가 2중으로 형성될 수 있다. 이 경우, 웰딩 가이드(180)를 전지 캔(200)에 용접할 때, 2중으로 형성된 제1 노치(181) 모두에 레이저가 조사되어 용접이 이루어질 수 있다. 이와 같이 웰딩 가이드(180)의 전지 캔(200)에 안착되는 부분의 상면에 노치가 2중 이상으로 형성되면, 레이저 용접에 의한 용접 강도가 보다 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 달리 웰딩 가이드(180)의 전지 캔(200)에 안착되는 부분의 상면에 노치가 3중 이상으로 형성될 수 있음은 물론이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)는 웰딩 가이드(180)를 상부에 구비하고 이러한 웰딩 가이드(180)는 제1 노치(181)가 형성된 부분에서 전지 캔(200)과 레이저로 용접되기 때문에, 캡 조립체(100)와 전지 캔(200)을 강하게 결합시키는 것은 물론, 전해액의 누액을 방지한다.
바람직하게는, 상기 캡 조립체(100)의 웰딩 가이드(180)는 커버(170)와 용접되는 것이 바람직하다. 이와 같이 웰딩 가이드(180)가 커버(170)와 용접되면, 웰딩 가이드(180)와 커버(170) 사이의 고정력이 강화되어, 결국에는 캡 조립체(100)와 전지 캔(200)의 안정적인 결합력이 확보될 수 있다. 즉, 상기 실시예에 의하면, 탑 캡(110), 안전 소자(120), 안전 벤트(130) 및 가스켓(160)의 외곽에서 이들을 둘러싸고 있는 커버(170)가 웰딩 가이드(180)와 용접되고, 웰딩 가이드(180)는 전지 캔(200)과 용접되므로, 전지 캔(200)과 캡 조립체(100)가 안정적으로 결합될 수 있다. 따라서, 캡 조립체(100)의 분리나 전극 리드(310)의 절단과 같은 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기와 같이 웰딩 가이드(180)와 커버(170)가 용접되면, 웰딩 가이드(180)와 커버(170) 사이로 전해액이 유출되는 것을 막아 캡 조립체(100)의 밀봉력을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 웰딩 가이드(180)는 커버(170)와 용접되기 위해 상면에 제2 노치가 형성되어, 상기 제2 노치가 형성된 부분에서 커버(170)와 용접될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웰딩 가이드(180)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 9는 도 8의 웰딩 가이드(180)가 포함된 캡 조립체(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 웰딩 가이드(180)는 상면에 제2 노치(182)가 형성된다. 이때, 제2 노치(182)는 커버(170)보다 외측으로 돌출된 부분(C)을 제외하고는 웰딩 가이드(180)의 상면 중 어느 부분에 형성되어도 무방하다. 즉, 하면에서 커버(170)와 접촉하고 있는 부분이라면 웰딩 가이드(180)의 어느 부분에도 이러한 제2 노치(182)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 도 8 및 도 9에 도시된 제2 노치(182)의 크기, 형태, 위치 등은 일 실시예에 불과하며, 본 발명에서 제2 노치(182)는 제1 노치(181)와 마찬가지로 다양한 크기, 형태, 위치 등을 가질 수 있다. 그리고, 도 9에 도시된 바와 같이 웰딩 가이드(180)의 상면에 형성된 제2 노치(182)에는 레이저가 조사되어, 웰딩 가이드(180)의 하면과 커버(170)의 상면이 접촉되는 부분에서 용접이 이루어지게 된다.
이와 같이 웰딩 가이드(180)의 상부에서 웰딩 가이드(180)의 제2 노치(182) 부분으로 레이저를 수직으로 조사하는 경우, 웰딩 가이드(180)와 커버(170) 사이의 용접 강도가 좋아질 수 있다. 뿐만 아니라, 웰딩 가이드(180)의 제2 노치(182)가 레이저 용접에 대한 가이드 역할을 하여 웰딩 가이드(180)와 커버(170) 사이의 용접 공정이 용이해질 수 있다.
한편, 제2 노치(182)가 형성된 부분의 상하 길이는, 제1 노치(181)가 형성된 부분의 상하 길이와 마찬가지로 0.3mm 이하인 것이 좋다. 또한, 제2 노치(182)는 제1 노치(181)와 마찬가지로 웰딩 가이드(180)의 상부에서 다중으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)에서, 상기 웰딩 가이드(180)는 커버(170)와 용접되기 위해 내측 단부가 커버(170)의 내측 단부보다 외부 방향에 위치할 수 있다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캡 조립체(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 캡 조립체(100)에서 웰딩 가이드(180)의 내측 단부가 커버(170)의 내측 단부보다 바깥쪽으로 위치하여, 웰딩 가이드(180)의 내측 단부 안쪽으로 커버(170)가 노출된다. 즉, 상기 실시예의 경우 웰딩 가이드(180)가 커버(170)의 상부 전체를 덮지 않고 커버(170)의 일부가 노출되도록 캡 조립체(100)가 구성된다. 그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 웰딩 가이드(180)의 내측 단부와 커버(170)의 상면이 접촉하는 경계 부분에 레이저가 조사되어, 웰딩 가이드(180)와 커버(170)의 용접이 이루어질 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 도 8 및 도 9의 실시예와 같이 웰딩 가이드(180)의 상면에 제2 노치(182)를 형성하지 않더라도, 웰딩 가이드(180)의 상부에서 웰딩 가이드(180)로 레이저를 조사하여 웰딩 가이드(180)와 커버(170)를 용접할 수 있다.
한편, 도 8 내지 도 10의 실시예에서 웰딩 가이드(180)와 커버(170)가 용접되는 구성을 설명하였으나 이는 일부 실시예에 불과하며, 웰딩 가이드(180)와 커버(170)가 용접되는 구성은 다양하게 존재할 수 있다. 그리고, 본 발명은 이와 같은 웰딩 가이드(180)와 캡 조립체(100)가 용접되는 구체적인 구성에 의해 한정되지 않는다.
상기와 같이 웰딩 가이드(180)와 커버(170)가 용접되는 구성은 캡 조립체(100)를 전지 캔(200)의 개방단에 장착하여 전지 캔(200)과 웰딩 가이드(180)를 용접하기 전에 수행되는 것이 좋다. 그러나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 웰딩 가이드(180)와 커버(170)는 서로 용접되지 않을 수도 있다. 이때에는, 전지 캔(200)의 개방단에 캡 조립체(100)가 안착될 수 있는 구성이 구비되는 것이 좋다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체(100)가 전지 캔(200)의 개방단에 결합된 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 캔(200)의 개방단에 안착부(210)가 구비되어 있다. 그리고, 그러한 안착부(210)에 커버(170)의 하단이 안착됨으로써, 커버(170)와 커버(170)가 감싸고 있는 캡 조립체(100)의 여러 구성 요소, 이를테면 탑 캡(110), 안전 소자(120), 안전 벤트(130) 및 가스켓(160) 등이 전지 캔(200)의 개방단에서 상부 방향으로 지지되도록 할 수 있다. 그리고, 본 발명에 의하면, 커버(170)의 상부에 전지 캔(200)과 용접된 웰딩 가이드(180)가 구비되어 커버(170)를 비롯한 캡 조립체(100)의 다른 구성 요소들을 하부 방향으로 지지하기 때문에, 캡 조립체(100)는 전지 캔(200)의 개방단에 안정적으로 결합 고정될 수 있다. 여기서, 전지 캔(200)의 개방단에 구비된 안착부(210)는 도 11에 도시된 바와 같이 돌출부의 형태로 구성될 수도 있고, 또는 단차의 형태로 구성될 수도 있다. 본 발명은 이와 같이 커버(170)가 안착되는 안착부(210)의 구체적인 형태나 크기 등에 의해 제한되지 않는다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)는 전류차단부재(150) 및 절연부재(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 전류차단부재(150)는, 상부의 적어도 일부분이 안전 벤트(130)의 하단에 연결되는 캡 조립체(100)의 구성 요소이다. 따라서, 정상적인 상태에서는 안전 벤트(130)의 하부 돌출 부분이 전류차단부재(150)와 접촉되어 전기적 접속을 이룰 수 있다. 그러나, 가스 발생으로 내압이 증가하여 안전 벤트(130)의 형상이 역전되면, 이러한 전류차단부재(150)와 안전 벤트(130) 사이의 전기적 접속이 차단될 수 있다. 또한, 상기 전류차단부재(150)의 하부는 전극 조립체(300), 보다 상세하게는 전극 조립체(300)에 부착된 전극 리드(310)와 연결될 수 있다. 따라서, 정상적인 상태에서 전류차단부재(150)는 전극 조립체(300)와 안전 벤트(130) 사이에 통전이 이루어지도록 한다. 전류차단부재(150)의 소정 부위에는 노치가 형성될 수 있으며, 전류차단부재(150)는 이차 전지의 내부 압력에 의해 안전 벤트(130)와 함께 변형될 수 있다.
상기 절연부재(140)는, 안전 벤트(130)와 전류차단부재(150) 사이에 개재되어, 안전 벤트(130)의 돌출 부분과 전류차단부재(150)가 접촉되는 부분을 제외하고는 전류차단부재(150)와 안전 벤트(130)가 서로 전기적으로 절연되도록 한다.
이때, 상기 캡 조립체(100)의 가스켓(160)은 하단부가 전류차단부재(150)의 하부를 감싸도록 연장되는 것이 좋다. 즉, 도 2에서 B로 도시된 부분과 같이, 가스켓(160)의 하단부가 전류차단부재(150)의 하부까지 연장되어 전류차단부재(150)의 하부를 감싸는 구조를 갖는 것이 좋다. 이 경우, 가스켓(160)은 전류차단부재(150)를 지지함과 동시에 이를 보호할 수 있게 된다. 더욱이, 이러한 가스켓(160)의 구조에 의하면, 전지 캔(200)의 측면에 충격이 인가되어 전지 캔(200)이 안쪽으로 변형되는 경우, 가스켓(160)의 하단부가 전류차단부재(150)의 하부에서 안쪽으로 더욱 이동하게 되므로, 가스켓(160)이 전류차단부재(150)의 하부를 보다 확실하게 감싸 지지 및 보호할 수 있다.
또한, 상기 가스켓(160)과 전류차단부재(150) 사이에는 수평 방향으로 빈 공간이 형성되는 것이 좋다. 이 경우, 외부 충격이 있더라도 가스켓(160)에 전해진 충격이 곧바로 전류차단부재(150)에 전달되지는 않으므로, 전류차단부재(150)에 전달되는 충격을 흡수 또는 완화시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 캡 조립체
110: 탑 캡
120: 안전 소자
130: 안전 벤트
140: 절연부재
150: 전류차단부재
160: 가스켓
170: 커버
180: 웰딩 가이드
181: 제1 노치
200: 전지 캔
300: 전극 조립체
310: 전극 리드
600: 상부 절연판

Claims (18)

  1. 비딩부를 구비하지 않는 전지 캔의 개방단에 결합되는 이차 전지용 캡 조립체에 있어서,
    최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡;
    상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자;
    상기 안전 소자와 접촉되도록 배치된 안전 벤트;
    상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓;
    상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸는 커버; 및
    상기 커버의 상부에 배치되고, 상기 전지 캔의 개방단에 안착될 수 있도록 외측 단부가 상기 커버의 외측 단부보다 외부 방향으로 돌출되게 위치하며, 상기 커버의 외측 단부보다 돌출된 부분의 상면에 제1 노치가 형성되어 상기 제1 노치가 형성된 부분에서 상기 전지 캔의 개방단과 용접되는 웰딩 가이드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웰딩 가이드는 상기 커버와 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 웰딩 가이드의 내측 단부는 상기 커버의 내측 단부보다 외부 방향에 위치하여, 상기 웰딩 가이드의 내측 단부 부분에서 상기 커버와 용접되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 웰딩 가이드는, 상면에 제2 노치가 형성되어 상기 제2 노치가 형성된 부분에서 상기 커버와 용접되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전지 캔의 개방단에 안착부가 구비되어,
    상기 커버는 상기 전지 캔의 안착부에 안착되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웰딩 가이드는, 상기 제1 노치가 형성된 부분에서의 상하 길이가 0.3mm 이하인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상부가 상기 안전 벤트의 하단에 연결되고, 하부가 전극 조립체와 연결될 수 있는 전류차단부재; 및 상기 안전 벤트와 상기 전류차단부재 사이에 개재되어 상기 전류차단부재를 상기 안전 벤트와 부분적으로 전기적 절연시키는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스켓은, 하단부가 상기 전류차단부재의 하부를 감싸도록 연장된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 캡 조립체는 원형인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  10. 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체;
    비딩부를 구비하지 않고 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 캔; 및
    최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡, 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자; 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치된 안전 벤트, 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓, 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸는 커버, 및 상기 커버의 상부에 배치되고, 상기 전지 캔의 개방단에 안착될 수 있도록 외측 단부가 상기 커버의 외측 단부보다 외부 방향으로 돌출되게 위치하며, 상기 커버의 외측 단부보다 돌출된 부분의 상면에 제1 노치가 형성되어 상기 제1 노치가 형성된 부분에서 상기 전지 캔의 개방단과 용접되는 웰딩 가이드를 포함하는 캡 조립체
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 웰딩 가이드는 상기 커버와 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 웰딩 가이드의 내측 단부는 상기 커버의 내측 단부보다 외부 방향에 위치하여, 상기 웰딩 가이드의 내측 단부 부분에서 상기 커버와 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 웰딩 가이드는, 상면에 제2 노치가 형성되어 상기 제2 노치가 형성된 부분에서 상기 커버와 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 전지 캔은 개방단에 안착부를 구비하고,
    상기 커버는 상기 전지 캔의 안착부에 안착된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 웰딩 가이드는, 상기 제1 노치가 형성된 부분에서의 상하 길이가 0.3mm 이하인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 캡 조립체는, 상부가 상기 안전 벤트의 하단에 연결되고 하부가 상기 전극 조립체와 연결된 전류차단부재, 및 상기 안전 벤트와 상기 전류차단부재 사이에 개재되어 상기 전류차단부재를 상기 안전 벤트와 부분적으로 전기적 절연시키는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가스켓은, 하단부가 상기 전류차단부재의 하부를 감싸도록 연장된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 전지 캔은 원통형인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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