KR101308206B1 - 원통형 이차전지 - Google Patents

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KR101308206B1
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Abstract

본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로, 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 개구부에 설치되어 캔을 밀봉하며 상기 전극조립체에서 발생되는 전류를 외부 장치로 전달하는 캡 조립체를 포함하는 원통형 이차전지에 있어서, 상기 캡 조립체는 상부 캡, 안전밴트를 포함하고, 상기 캡 조립체의 상부 캡과 안전밴트는 코킹에 의하여 일체로 결합하거나 또는 리벳에 의하여 일체로 결합함으로써 캡 조립체의 부품 간의 접촉 저항을 줄임으로써 전지의 내부 저항을 감소시키고, 이종 재질의 부품이라도 접합 불량을 방지하며, 조립작업이 간편하여 작업성이 향상되고, 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.
캡조립체, 안전밴트, 전류차단

Description

원통형 이차전지 {CYLINDER TYPE SECONDARY BATTERY}
본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조 공정을 간소화하면서 접합 불량을 방지하도록 한 원통형 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히 리튬 이차전지는 작동전압이 3.6V로서 전자장비의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 작동전압이 3배 높고, 단위중량당 에너지 밀도가 높다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로는 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 리튬 이차전지는 여러가지 형상으로 제조되는데 대표적으로 원통형, 각형 및 파우치형이 있다.
이중에서 원통형 이차전지는 전극조립체와, 원통형 캔과 캡 조립체와 가스켓을 포함하여 구성된다.
이러한 원통형 이차전지의 제조과정을 설명하면 다음과 같다.
전극조립체가 원통형 캔의 내부에 수용되고, 캔 내부에 전해액이 주입된다. 캔의 개구부에는 절연을 위한 가스켓이 설치되고, 가스켓의 내측에는 캔의 개구부 를 마감하기 위한 캡 조립체가 설치된다. 그리고 캡 조립체의 상부 캡을 클림핑 하여 캔을 밀봉하게 된다. 이후 전지의 외부에 외장재를 부착하는 튜빙 작업에 의해 전지의 조립이 완료된다.
원통형 이차전지에서 캡 조립체는 안전밴트와, 하부 캡과, 전류차단부와, 안전밴트의 상부에 설치되어 전류를 전지의 외부로 통전시키는 상부 캡 등으로 구성된다.
종래의 캡 조립체는 안전밴트와 상부 캡 및 하부 캡이 주로 용접에 의해 접합되며, 이러한 용접 작업은 초음파 용접 또는 레이저 용접 등에 의해 캡 조립체의 구성 부품간의 접합 부위에 실시된다. 이처럼 초음파 용접 또는 레이저 용접 등과 같은 용접 작업을 실시함에 따라 제조 비용이 상승되고, 제조 공정도 복잡해지는 단점이 있다.
또한, 종래의 캡 조립체는 부품의 재질이 서로 일치하지 않는 경우에 접합 부위에서 용접 불량이 발생되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 보다 간단한 구조에 의해 캡 조립체의 접합을 실시하여 제조 비용을 절감하면서 제조 공정을 간소화시키도록 한 원통형 이차전지를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 캡조립체의 접합 불량을 방지하도록 한 원통형 이차전지를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 개구부에 설치되어 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 원통형 이차전지에 있어서, 상기 캡 조립체는 전류를 외부 장치로 전달하는 상부 캡 및, 상기 상부 캡의 하부에 설치되어 상기 전극 조립체의 전류를 상부 캡으로 전달하는 안전밴트를 포함하고, 상기 상부 캡과 안전밴트는 코킹에 의하여 일체로 결합한 것을 특징으로 한다.
상기 상부 캡과 상기 안전밴트는 상하로 적층되고, 상기 안전밴트의 원주상에 코킹홀이 형성되어 상기 상부 캡의 하단부가 상기 코킹홀을 관통하여 안전밴트의 하면에서 변형되어 압착되는 상태로 고정된 것이 바람직하다.
상기 캡 조립체는 상기 안전밴트의 하부에 설치되는 절연체와, 상기 절연체의 하부에 설치되고 중앙에 관통공이 형성된 하부 캡과, 상기 하부 캡의 하부에 고정설치되고 상기 관통공을 통하여 안전밴트와 고정되는 전류차단부를 포함하여 구성된 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 개구부에 설치되어 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 원통형 이차전지에 있어서, 상기 캡 조립체는 전류를 외부 장치로 전달하는 상부 캡 및, 상기 상부 캡의 하부에 설치되어 상기 전극 조립체의 전류를 상부 캡으로 전달하는 안전밴트를 포함하고, 상기 상부 캡과 안전밴트는 리벳팅에 의하여 일체로 결합한 것을 특징으로 한다.
상기 상부 캡과 안전밴트는 상하로 적층되고, 상기 상부 캡과 안전밴트에는 원주상으로 리벳홀이 형성되어 상기 리벳홀을 통해 리벳이 삽입된 상태에서 상기 리벳의 상단부는 상기 상부 캡의 상면에서 변형되어 압착된 상태로 고정되고 상기 리벳의 하단부는 안전밴트의 하면에서 변형되어 압착된 상태로 고정된 것이 바람직하다.
상기 리벳은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 형성된 것이 바람직하다.
상기 캡 조립체는 상기 안전밴트의 하부에 설치되는 절연체와, 상기 절연체의 하부에 설치되고 중앙에 관통공이 형성된 하부 캡과, 상기 하부 캡의 하부에 고정설치되고 상기 관통공을 통하여 안전밴트와 고정되는 전류차단부를 포함하여 구성된 것이 바람직하다.
본 발명은 제조 공정을 간소화하여 작업성이 향상되고, 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.
본 발명은 서로 다른 재질의 부품이라도 접합 불량을 방지하면서 접합상태를 양호하게 유지하도록 하는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 원통형 이차전지(100)는 전극 조립체(110)와, 상단이 개구되어 전극 조립체(110)와 전해액을 수용하는 원통형 캔(120)과, 원통형 캔(120)의 상단 개구부에 설치되어 캔(120) 을 밀봉하는 캡 조립체(130)와, 원통형 캔(120)과 캡 조립체(130)를 밀착시키는 가스켓(140)을 포함하여 구성한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 원통형 이차전지(100)의 캡 조립체(130)는 상부 캡(131)과 안전밴트(132)를 포함하여 구성되며, 상부 캡(131)과 안전밴트(132)를 코킹(calking)에 의하여 일체로 조립하여 구성한다.
상기 전극 조립체(110)는 양극집전체의 표면에 양극활물질층이 코팅된 양극판(111)과, 음극집전체의 표면에 음극활물질층이 코팅된 음극판(112)과, 상기 양극판(111) 및 음극판(112) 사이에 위치하여 상기 양극판(111)과 음극판(112)을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(113)가 젤리-롤 형상으로 권취되어 이루어진다. 상기 전극 조립체(110)의 상부에는 제1전극탭(114)이 돌출되게 연결되고, 하부에는 제2전극탭(115)이 원통형 캔(120)의 바닥면에 접촉되게 연결된다.
상기 원통형 캔(120)은 상기 전극조립체(110)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(121)과, 측면판(121)의 하부를 밀폐하는 하면판(122)으로 이루어진다. 원통형 캔(120)의 상단 개구부는 전극 조립체(100)를 삽입한 후에 밀폐하도록 개방되어 있다. 또한, 원통형 캔(120)의 상부에는 전극 조립체(100)의 유동을 방지하기 위한 비딩부(123)가 형성된다. 그리고 원통형 캔(120)의 최상단부에는 캡 조립체(130)와 가스켓(140)을 고정하기 위한 클림핑부(124)가 형성된다.
상기 캡 조립체(130)는 상부 캡(131)과, 안전밴트(132)와, 하부 캡(134)이 설치되고, 안전밴트(132)와 하부 캡(134) 사이에는 절연체(133)가 설치된다. 하부 캡(134)의 하면에는 전류차단부(135)가 설치되며, 전류차단부(135)의 하면에 제1전극탭(114)이 부착된다.
상기 상부 캡(131)은 상부가 볼록하게 형성되어 외부와 전기적으로 접속되는 단자의 역할을 수행한다.
상기 안전밴트(132)는 원판의 형상으로 형성되며 중앙에는 하방향으로 돌출된 돌출부(132a)가 형성된다.
상기 절연체(133)는 상기 안전밴트(132)의 하부에 설치된다.
상기 하부 캡(134)은 상기 절연체(133)의 하부에 설치된다. 상기 하부 캡(134)은 중앙에 관통공(134a)이 형성되어 관통공(134a)을 통하여 상기 안전밴트의 돌출부(132a)가 하부측으로 돌출된다.
상기 안전밴트(132)와 하부 캡(134) 사이에 설치되는 절연체(133)에 의하여 상기 안전밴트(132)와 하부 캡(134)은 절연상태가 된다.
상기 전류차단부(135)는 하부 캡(134)의 관통공(134a)을 차단하는 상태로 레이저 용접되어 고정된다. 그리고 상기 안전밴트(132)의 돌출부(132a)와 초음파 용접되어 고정된다.
상기 전류차단부(135)의 하면에는 제1전극탭(114)이 부착된다.
따라서 상기 안전밴트(132)와 전류차단부(135)가 용접되고, 하부 캡(134)과 전류차단부(135)가 용접되므로 상기 안전밴트(132), 절연체(133), 하부 캡(134) 및 전류차단부(135)는 일체로 결합된 상태의 전류차단수단의 구성을 갖는다.
여기서 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상부 캡(131)과 안전밴트(132)를 코 킹에 의하여 결합한다.
이러한 코킹 공정을 설명하면, 상부 캡(131)과 안전밴트(132)를 적층시킨 상태에서 안전밴트(132)의 하부에 지지체(미도시)를 위치시키고 상기 상부 캡(131)의 상면에서 코킹정을 타격한다. 코킹정의 타격에 의해 상기 상부 캡(131)은 상기 안전밴트(132)를 관통하게 되고 계속해서 코킹정을 타격함에 따라 안전밴트(132)를 관통한 상부 캡(131)의 하단부(131a)가 지지체에 의하여 방사형으로 변형되면서 안전밴트(132)의 하면의 압착되는 상태로 고정된다.
또는, 안전밴트(132)에 미리 코킹홀(132b)을 형성한 상태에서 코킹홀(132b)의 하부에 지지체(미도시)를 위치시키고, 상기 상부 캡(131)의 상면에서 코킹 정을 타격하면 상기 상부 캡(132)은 안전밴트(132)의 코킹홀(132b)을 관통하게 되며 계속해서 코킹 정을 타격함에 따라 안전밴트(132)의 코킹홀(132b)을 관통하는 상부 캡(131)의 하단부(131a)가 지지체에 의하여 변형되면서 안전밴트(132)의 코킹홀(132b)의 주위를 감싸면서 압착되어 고정된다.
한편, 상기 가스켓(140)은 상부 캡(131)과 안전밴트(132), 절연체(133), 하부 캡(134)의 가장자리에 설치된다. 상기 가스켓(140)은 캡 조립체(130)와 원통형 캔(120)의 개구부 내측벽 사이에 개재되어 전지의 기밀을 유지하게 된다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지의 부분단면도이고, 도 4는 도 3의 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지(200)는 전극 조립체(110)와, 상단이 개구되어 전극 조립체(110)와 전해액을 수용하는 원통형 캔(120)과, 원통형 캔(120)의 상단 개구부에 설치되어 캔(120)을 밀봉하는 캡 조립체(230)와, 원통형 캔(120)과 캡 조립체(230) 사이에 개재되는 가스켓(140)을 포함하여 구성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지(200)는 상부 캡(231)과 안전밴트(232)를 구비하는 캡 조립체(230)를 포함하여 구성되며, 상부 캡(231)과 안전밴트(232)는 리벳(250)을 사용하여 체결된다. 따라서 이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지(200)는 캡 조립체(230)의 상부 캡(231)과 안전밴트(232)가 리벳(250)에 의해 조립된 구조를 중심으로 설명한다. 또한, 원통형 이차전지(200)는 도 1 및 도 2에 따른 원통형 이차전지(100)와 동일하거나 또는 유사한 구성은 동일한 도면부호를 사용하여 상세한 설명은 생략한다.
상기 캡 조립체(230)는 상부 캡(231)과, 안전밴트(232)와, 하부 캡(134)이 설치되고, 안전밴트(232)와 하부 캡(134) 사이에는 절연체(133)가 설치된다. 하부 캡(134)의 하면에는 전류차단부(135)가 설치되며, 전류차단부(135)에 제1전극탭(114)이 부착된다.
상기 안전밴트(232)는 원판의 형상으로 형성되며 중앙에는 하방향으로 돌출된 돌출부(232a)가 형성된다. 안전밴트(232)의 돌출부(232a)는 전류차단부(135)의 상면에 부착된다.
따라서 상부 캡(231)과 안전밴트(232)가 리벳팅되어 일체로 체결된 상태에서 가스켓(140)은 상부 캡(231)와 안전밴트(232)의 가장자리를 감싸게 된다.
상기 리벳(250)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 경량이고 부식에 강하고 작업성이 양호한 이점을 갖는다.
도 4를 참조하면, 상기 상부 캡(231)과 안전밴트(232)은 원주상으로 리벳(250)을 설치하기 위한 리벳홀(231a)(232b)이 형성되며, 적어도 2개 이상의 리벳홀(231a)(232b)이 일정 간격을 갖고 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 상부 캡(231)과 안전밴트(232)를 리벳팅에 의하여 결합하는 순서를 설명하면 다음과 같다.
상부 캡(231)의 리벳홀(231a)과 안전밴트(232)의 리벳홀(232b)을 일치시킨 상태에서 리벳홀(231a)(232b)을 통해 리벳(250)을 삽입한다. 그리고 안전밴트(232)의 리벳홀(232b)의 하측에 지지체(미도시)를 위치시킨 상태에서 리벳(250)을 코킹 정 또는 그 밖에 타격수단을 사용하여 타격한다. 이러한 타격에 의하여 리벳(250)은 상단부(251)가 변형되면서 상기 상부 캡(231)의 리벳홀(231a)의 상부에서 방사형으로 변형되어 상부 캡(231)의 상면에 고정된다. 그리고 리벳(250)의 하단부(252)는 지지체에 의하여 안전밴트(232)의 리벳홀(232b)의 하부에서 방사형으로 변형되어 안전밴트(232)의 하면에 고정된다.
이처럼 리벳(250)의 상,하단부(251)(252)가 변형되어 상부 캡(231)의 상면과 안전밴트(232)의 하면에 각각 고정되므로 상부 캡(231)과 안전밴트(232)에는 외관상 변형이 발생되지 않고 간단하게 접합 공정이 완료된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 단면도이고,
도 2는 도 1의 상부측 확대단면도이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지의단면도이고,
도 4는 도 3의 평면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100,200 ; 원통형 이차전지
110 ; 전극 조립체 120 ; 캔
130 ; 캡 조립체 131 ; 상부 캡
131a ; 상부 캡의 하단부 132 ; 안전밴트
132a ; 돌출부 132b ; 코킹홀
133 ; 절연체 134 ; 하부 캡
135 ; 전류차단부 140 ; 가스켓
230 ; 캡 조립체 231 ; 상부 캡
231a ; 리벳홀 232 ; 안전밴트
232a ; 돌출부 232b ; 리벳홀
250 ; 리벳 251,252 ; 리벳의 상,하단부

Claims (7)

  1. 전극조립체와,
    상기 전극조립체를 수용하는 캔과,
    상기 캔의 개구부에 설치되어 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 원통형 이차전지에 있어서,
    상기 캡 조립체는 전류를 외부 장치로 전달하는 상부 캡 및, 상기 상부 캡의 하부에 설치되어 상기 전극 조립체의 전류를 상부 캡으로 전달하는 안전밴트를 포함하고,
    상기 상부 캡과 안전밴트는 코킹에 의하여 일체로 결합하고,
    상기 코킹은 상호 평평한 면이 마주 보도록 상기 상부 캡과 상기 안전밴트를 상하로 적층하고, 상기 상부 캡의 상면에서 코팅정을 타격하여, 상기 상부 캡이 상기 안전밴트를 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안전밴트의 원주상에 코킹홀이 형성되어 상기 상부 캡의 하단부가 상기 코킹홀을 관통하여 안전밴트의 하면에서 변형되어 압착되는 상태로 고정된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 조립체는 상기 안전밴트의 하부에 설치되는 절연체와, 상기 절연체 의 하부에 설치되고 중앙에 관통공이 형성된 하부 캡과, 상기 하부 캡의 하부에 고정설치되고 상기 관통공을 통하여 안전밴트와 고정되는 전류차단부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
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