KR102487834B1 - Stainless Steel Cylindrical Battery Case Having Non-uniform Thickness - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 페라이트계 스테인리스 스틸로 이루어진 원통형 전지케이스에 있어서,
상기 원통형 전지케이스의 측면은 개방된 상단부의 두께가 나머지 부분의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 형성되는 원통형 전지케이스에 대한 것이다.In the present invention, in a cylindrical battery case made of ferritic stainless steel,
The side surface of the cylindrical battery case is for a cylindrical battery case in which the thickness of the open upper end is relatively thicker than the thickness of the remaining parts.
Description
본원 발명은 두께가 일정하지 않은 스테인리스 스틸 원통형 전지케이스에 대한 것으로서, 구체적으로, 페라이트계 스테인리스 스틸로 이루어지고, 전지케이스의 측면은 개방된 상단부의 두께가 나머지 부분의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 형성된 원통형 전지케이스에 대한 것이다.The present invention relates to a stainless steel cylindrical battery case having an irregular thickness, and specifically, is made of ferritic stainless steel, and the side of the battery case is a cylindrical shape in which the thickness of the open upper part is relatively thicker than the thickness of the remaining parts. It's about the battery case.
충방전이 가능한 이차전지는 다양한 모바일 기기의 에너지원으로 사용되고 있다. 또한 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로도 주목받고 있다.Secondary batteries capable of charging and discharging are used as energy sources for various mobile devices. In addition, secondary batteries are attracting attention as an energy source for electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc., which are proposed as alternatives to conventional gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 또는 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.Depending on the shape of the battery case, the secondary battery is classified into a cylindrical battery or prismatic battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet. .
전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막으로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다. 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 및 소정 크기의 다수의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높으며 모양이 적합하여 원통형 캔에 주로 사용된다.An electrode assembly embedded in a battery case is a power generating device capable of charging and discharging, including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. It is classified into a jelly-roll type in which a separator is interposed between a long sheet-type positive electrode and a negative electrode coated with an active material and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed between them. Among them, the jelly-roll type electrode assembly is mainly used in cylindrical cans because it is easy to manufacture, has a high energy density per weight, and has a suitable shape.
원통형 전지용 전지케이스는 알루미늄 소재 또는 스테인리스 소재가 사용되었고, 특히 전지케이스의 강성을 증가시키기 위하여 오스테나이트계 스테인리스 스틸이 사용되었다.A battery case for a cylindrical battery is made of aluminum or stainless steel, and in particular, austenitic stainless steel is used to increase the rigidity of the battery case.
오스테나이트계 스테인리스 스틸은 가공경화로 인한 강성 증가로 비딩(Beading) 및 클림핑(Crimping) 가공을 위하여, 별도로 높은 온도에서 열처리를 하여 강성을 낮게 풀어주는 과정을 필요로 한다. 상기 과정은 시간 및 경제적인 면에서 비효율적인 바, 비딩부 및 클림핑부가 형성되지 않은 원통형 전지를 사용하려는 시도가 있었다. 이럴 경우, 오히려 캡 어셈블리를 고정시키기 위해 용접 등 다른 방법이 필요케 되어 제조 공정 속도가 늦어지게 되는 문제점이 있다.Austenitic stainless steel requires a separate heat treatment at a high temperature to lower the stiffness for beading and crimping due to the increase in stiffness due to work hardening. Since the above process is inefficient in terms of time and economy, attempts have been made to use a cylindrical battery in which a beading part and a crimping part are not formed. In this case, there is a problem in that the speed of the manufacturing process is slowed down because other methods such as welding are required to fix the cap assembly.
오스테나이트계 스테인리스 스틸은 가공경화성이 높기 때문에 추가의 가공을 피하기 위해서 전체적으로 두께가 균일한 전지 캔을 사용하고 있는 바, 전지케이스의 무게가 무겁고 내부 공간을 최대로 활용하지 못하는 문제가 있다.Since austenitic stainless steel has high work hardenability, a battery can having a uniform thickness is used to avoid additional processing, and thus, the battery case is heavy and the internal space is not utilized to the maximum.
특허문헌 1은 페라이트계 스테인리스 스틸 표면에 니켈 도금층이 형성된 전지 캔을 사용하여 전지케이스 성형시 윤활제로서 작용할 수 있게 했다. 구체적으로 비딩부 및 클림핑부가 형성되어 있지 않은 구조이며, 추가적으로 니켈 도금층을 형성하고 있다. 특허문헌 2는 페라이트계 스테인리스 스틸로 이루어진 각형 전지를 개시하고 있다.Patent Document 1 uses a battery can in which a nickel plating layer is formed on the surface of ferritic stainless steel so that it can act as a lubricant during molding of a battery case. Specifically, it has a structure in which a beading portion and a crimping portion are not formed, and a nickel plating layer is additionally formed. Patent Document 2 discloses a prismatic battery made of ferritic stainless steel.
그럼에도 불구하고 특허문헌 1 및 특허문헌 2는 이차전지의 전체적인 무게를 감량하거나, 내부 공간을 확보하여 용량을 향상시키기 위한 구조를 제시하지 못하고 있다.Nevertheless, Patent Document 1 and Patent Document 2 do not suggest a structure for reducing the overall weight of a secondary battery or improving capacity by securing an internal space.
이와 같이, 강성이 높은 전지케이스를 사용함에도 내부 공간을 최대로 확보하여 전지의 용량을 증가시킬 수 있는 해결책은 아직까지 제시되지 않았다.As described above, a solution capable of increasing the capacity of the battery by maximizing the internal space even when using a battery case having high rigidity has not yet been proposed.
본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 페라이트계 스테인리스 스틸로 이루어지고 공간 효율성이 높은 원통형 지케이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a cylindrical case made of ferritic stainless steel and having high space efficiency.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 원통형 전지케이스는,The cylindrical battery case according to the present invention for achieving the above object,
페라이트계 스테인리스 스틸로 이루어진 원통형 전지케이스에 있어서,In a cylindrical battery case made of ferritic stainless steel,
상기 원통형 전지케이스의 측면은 개방된 상단부의 두께가 나머지 부분의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 형성되는 구조로 이루어진다.The side surface of the cylindrical battery case has a structure in which the thickness of the open upper end is relatively thicker than the thickness of the remaining parts.
상기 페라이트계 스테인리스 스틸은 니켈(Ni)을 포함하지 않고, 니오븀(Nb)을 포함한다.The ferritic stainless steel does not contain nickel (Ni) and contains niobium (Nb).
상기 원통형 전지케이스는 균일한 내경을 갖고, 상단부의 외경은 나머지 부분의 외경보다 크게 형성된다.The cylindrical battery case has a uniform inner diameter, and the outer diameter of the upper end is larger than the outer diameter of the remaining parts.
상기 전지케이스의 측면은, 상기 상단부가 외측으로 돌출되는 단차 구조를 포함한다.A side surface of the battery case includes a stepped structure in which the upper end protrudes outward.
상기 전지케이스의 측면에서, 상기 상단부의 두께와 나머지 부분의 두께 차는 적어도 0.05㎜이상이다.On the side of the battery case, a difference in thickness between the upper portion and the remaining portion is at least 0.05 mm or more.
상기 전지케이스의 측면의 상단부 두께는 0.22㎜ 초과 내지 0.25㎜ 이하이며, 측면의 나머지 부분의 두께는 0.10㎜ 이상 내지 0.20㎜ 이하이다.The thickness of the upper end of the side of the battery case is greater than 0.22 mm and less than or equal to 0.25 mm, and the thickness of the remaining portion of the side is greater than or equal to 0.10 mm and less than or equal to 0.20 mm.
상기 전지케이스는 측면의 상단부 두께와 밑면의 두께가 동일하다.The battery case has the same thickness as the thickness of the upper part of the side and the lower part.
상기 전지케이스의 상단부에는 상기 캡 어셈블리를 고정하기 위한 비딩부 및 클림핑부가 형성되어 있다.A beading part and a crimping part for fixing the cap assembly are formed at an upper end of the battery case.
상기 전지케이스의 가공 경화에 따른 비커스 경도 증가는, 가공 전 비커스 경도를 기준으로 120% 내지 180%이다.The increase in Vickers hardness according to work hardening of the battery case is 120% to 180% based on the Vickers hardness before processing.
상기 페라이트계 스테인리스 스틸은 입자 크기(grain size)가 8㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다.The ferritic stainless steel may have a grain size of 8 μm to 15 μm.
더욱 상세하게는, 상기 페라이트계 스테인리스 스틸은 입자크기(grain size)가 8 내지 13 ㎛일 수 있다.More specifically, the ferritic stainless steel may have a grain size of 8 to 13 μm.
본원 발명은 상기 원통형 전지케이스 및, 상기 전지케이스의 개방 상단에 위치하는 캡 어셈블리를 포함하는 원통형 전지를 제공한다.The present invention provides a cylindrical battery including the cylindrical battery case and a cap assembly positioned at an open top of the battery case.
본원 발명은 또한, 상기 원통형 전지가 직간접적으로 직렬 연결 또는 병렬 연결된 구조를 포함하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery pack including a structure in which the cylindrical batteries are directly or indirectly connected in series or in parallel.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 원통형 전지케이스는 측면의 상단부 두께가 측면의 나머지 부분의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 형성되는 바, 얇아진 측면 두께에 의하여, 전지의 무게를 감소시킬 수 있다.As described above, the thickness of the upper end of the side of the cylindrical battery case according to the present invention is relatively thicker than the thickness of the rest of the side, and the weight of the battery can be reduced due to the reduced thickness of the side.
또한, 상기 전지케이스의 측면의 두께를 얇게 형성하기 때문에 상대적으로 전지케이스의 내부 공간을 넓게 확보할 수 있는 바, 전지의 용량이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.In addition, since the thickness of the side of the battery case is formed thin, it is possible to secure a relatively wide internal space of the battery case, thereby providing a secondary battery with improved battery capacity.
도 1은 본원 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지케이스의 수직 단면도이다.
도 2는 도 1의 원통형 전지케이스에 비딩부 및 클림핑부가 형성된 상태이다.
도 3은 전지케이스의 입자 크기에 따른 외관 변화를 나타내는 사진이다.1 is a vertical cross-sectional view of a cylindrical battery case according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a state in which a beading part and a crimping part are formed in the cylindrical battery case of FIG. 1 .
Figure 3 is a photograph showing the change in appearance according to the particle size of the battery case.
본원 발명에 따른 원통형 전지케이스는, 전지케이스의 측면부에 단차가 형성되어 측면의 두께가 균일하지 않은 구조로 이루어지고, 페라이트계 스테인리스 스틸로 이루어질 수 있다.The cylindrical battery case according to the present invention has a structure in which steps are formed on the side of the battery case so that the thickness of the side is not uniform, and may be made of ferritic stainless steel.
상기 원통형 전지케이스의 측면은 개방된 상단부의 두께가 나머지 부분의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 형성되는 구조로 이루어질 수 있다.The side surface of the cylindrical battery case may be made of a structure in which the thickness of the open upper end is relatively thicker than the thickness of the remaining parts.
상기 전지케이스는, 캡 어셈블리가 위치하는 개방 상단부에 비딩부 및 클림핑부가 형성될 것을 고려하여 상대적으로 두껍게 형성되고, 측면의 나머지 부분인 중심부 및 하단부는 상대적으로 얇은 두께로 이루어지는 바, 얇아진 측면의 두께만큼 전지케이스 내부 공간이 넓어지게 된다.The battery case is formed relatively thick considering that the beading part and the crimping part are formed at the open upper part where the cap assembly is located, and the center and lower part, which are the remaining parts of the side surface, are made of a relatively thin thickness. The inner space of the battery case is widened by the thickness.
따라서, 전지케이스 내부에 수납되는 전극조립체의 부피가 증가될 수 있고, 전지의 용량을 증가시킬 수 있으며, 측면의 두께 감소분에 따라 전체적인 전지케이스의 중량이 감소된다.Therefore, the volume of the electrode assembly accommodated inside the battery case can be increased, the capacity of the battery can be increased, and the overall weight of the battery case is reduced according to the decrease in the thickness of the side surface.
예를 들어, 21700 원통형 전지(지름이 21㎜, 높이가 70㎜인 원통형 전지)의 경우, 전지케이스 측면의 두께를 0.1㎜ 감소시키면 100mAh의 용량을 증가시킬 수 있고, 중량은 10.08g에서 6.74g으로 약 33%를 감량할 수 있다.For example, in the case of a 21700 cylindrical battery (cylindrical battery with a diameter of 21 mm and a height of 70 mm), if the thickness of the side of the battery case is reduced by 0.1 mm, the capacity of 100 mAh can be increased, and the weight is from 10.08 g to 6.74 g. can reduce about 33%.
하나의 구체적인 예에서, 일반적으로 페라이트계 스테인리스 스틸은 오스테나이트계 스테인리스 스틸과 비교할 때, 니켈을 포함하지 않는 점에서 차이가 있고, 본원의 원통형 전지케이스는 여기에 니오븀(Nb)을 포함하는 소재로 이루어진 점에 특징이 있다. 상기 니오븀을 포함함으로써 내식성, 성형성, 용접성 및 고온특성이 향상될 수 있다.In one specific example, ferritic stainless steel is generally different from austenitic stainless steel in that it does not contain nickel, and the cylindrical battery case of the present application is made of a material containing niobium (Nb). It is characterized by the fact that it is made. Corrosion resistance, formability, weldability, and high-temperature characteristics may be improved by including the niobium.
상기 원통형 전지케이스의 측면은 상단에서부터 하단까지의 내경이 균일한 크기로 이루어지나, 상단부의 외경은 나머지 부분의 외경보다 크게 형성되는 구조로 이루어진다.The side surface of the cylindrical battery case has a structure in which the inner diameter from the top to the bottom has a uniform size, but the outer diameter of the upper end is larger than the outer diameter of the remaining parts.
즉, 상기 전지케이스의 측면은, 상기 상단부가 외측으로 돌출되는 단차 구조를 포함하는 구조로 이루어진다.That is, the side surface of the battery case has a structure including a stepped structure in which the upper end protrudes outward.
상기 돌출되는 단차 구조는 상기 전지케이스에 비딩부 및 클림핑부가 형성되기 전 상태의 외면 구조이다. 상기 전지케이스에 비딩부 및 클림핑부가 형성될 때, 상기 전지케이스의 얇은 부분은 고정된 상태에서 상기 단차 구조 부분이 전지케이스의 내측으로 변형되면서 비딩부 및 클림핑부가 형성되는 바, 상기 단차 구조 부분이 내측으로 오목한 형태로 변형된다.The protruding stepped structure is an outer surface structure before the beading and crimping portions are formed in the battery case. When the beading part and the crimping part are formed in the battery case, the stepped structure part is deformed to the inside of the battery case while the thin part of the battery case is fixed, and the beading part and the crimping part are formed. The portion is deformed into an inwardly concave shape.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스의 측면에서, 상기 상단부의 두께와 나머지 부분의 두께 차는 적어도 0.05㎜이상이 되도록 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 단차부의 두께와 나머지 부분의 두께 차는 0.1㎜ 이상일 수 있다.In one specific example, on the side of the battery case, the thickness difference between the thickness of the upper part and the remaining part may be formed to be at least 0.05 mm or more, and preferably, the thickness difference between the thickness of the stepped part and the remaining part may be 0.1 mm or more. can
상기에서 설명한 바와 같이, 0.1㎜의 두께 차가 형성되는 전지케이스를 사용하는 경우에는, 전지케이스의 전체 측면 두께가 상단부의 두께와 동일하도록 형성되는 경우와 비교할 때, 100 mAh의 용량이 증가하고, 33%의 무게가 감소되는 효과를 얻을 수 있다.As described above, in the case of using a battery case having a thickness difference of 0.1 mm, the capacity of 100 mAh is increased compared to the case where the entire side thickness of the battery case is formed to be the same as the thickness of the upper part, 33 You can get the effect of reducing the weight of %.
구체적으로, 상기 측면 상단부 두께는 0.22㎜ 이상 내지 0.25㎜ 이하이며, 측면의 나머지 부분의 두께는 0.10㎜ 이상 내지 0.20㎜ 이하인 범위로 이루어질 수 있다. 상기 측면의 상단부 두께가 0.22㎜ 미만인 경우에는, 비딩부 및 클림핑부 형성시 크랙이 발생할 확률이 현저히 증가하게 되기 때문에 바람직하지 않다.Specifically, the thickness of the upper portion of the side surface is 0.22 mm or more to 0.25 mm or less, and the thickness of the remaining portion of the side surface may be made in a range of 0.10 mm or more to 0.20 mm or less. When the thickness of the upper end of the side surface is less than 0.22 mm, it is not preferable because the probability of occurrence of cracks significantly increases when forming the beading part and the crimping part.
즉 본원 발명에 따른 전지케이스 경우, 비딩부 및 클림핑부를 형성하지 않을 경우에는 전지케이스 두께를 전체적으로 균일하게 하여 0.10㎜ 이상 내지 0.20㎜ 이하인 범위로 구성할 수 있다. 종래의 타 금속에 비하여 강도가 높기 때문에 금속의 두께를 얇게 하는 것이 가능하기 때문이다.That is, in the case of the battery case according to the present invention, when the beading portion and the crimping portion are not formed, the thickness of the battery case may be made uniform throughout to range from 0.10 mm or more to 0.20 mm or less. This is because it is possible to reduce the thickness of the metal because the strength is higher than that of other conventional metals.
즉, 종래의 원통형 전지케이스와 외경이 동일하더라도 케이스의 두께가 얇기 때문에 전체적으로 전지케이스 내부의 부피를 증가시킬 수 있으므로, 전지의 용량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.That is, even if the outer diameter of the conventional cylindrical battery case is the same, since the thickness of the case is thin, the internal volume of the battery case can be increased as a whole, thereby increasing the capacity of the battery.
그러나 비딩부 및 클림핑부를 형성할 경우에는 비딩부 및 클림핑부가 형성되는 부분만 두께를 0.22㎜ 이상 내지 0.25㎜ 이하로 구성한다. 두께가 0.22㎜ 미만인 경우에는, 비딩부 및 클림핑부 형성시 크랙이 발생할 확률이 현저히 증가하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 이와 같은 차별화된 두께를 구성하여 전지케이스 내부의 부피를 가능한 최대로 구성하면서 전지케이스의 불량을 최소화할 수 있다.However, in the case of forming the beading portion and the crimping portion, only the portion where the beading portion and the crimping portion are formed has a thickness of 0.22 mm or more to 0.25 mm or less. If the thickness is less than 0.22 mm, it is not preferable because the probability of occurrence of cracks significantly increases when forming the beading part and the crimping part. By configuring such a differentiated thickness, it is possible to minimize defects in the battery case while maximizing the internal volume of the battery case.
상기 전지케이스는 전지케이스의 중량 감소 및 전지 용량 증가를 위하여 측면의 상단부를 제외한 나머지 부분의 두께를 얇게 형성하고 있으나, 전지케이스의 낙상 등 외부 충격으로부터 전극조립체를 보호하기 위하여, 전지케이스의 밑면의 두께는 상기 측면의 상단부 두께와 동일한 두께를 갖도록 형성할 수 있다.In order to reduce the weight of the battery case and increase the battery capacity, the thickness of the remaining portion except for the upper portion of the side of the battery case is thin, but in order to protect the electrode assembly from external impact such as a fall of the battery case, the bottom of the battery case The thickness may be formed to have the same thickness as the thickness of the upper end of the side surface.
상기 전지케이스의 개방 상단부에는 상기 캡 어셈블리를 고정하기 위한 비딩부 및 클림핑부가 형성될 수 있는 바, 상기 비딩부 및 클림핑부는 상대적으로 두께가 두꺼운 전지케이스의 측면 상단부에 형성되며, 외측으로 돌출된 측면 상단부의 단차 구조는 내측으로 오목하도록 변형된 구조가 된다.A beading part and a crimping part for fixing the cap assembly may be formed at the open upper part of the battery case, and the beading part and the crimping part are formed at the upper part of the side surface of the battery case with a relatively thick thickness and protrude outward. The stepped structure of the upper part of the side surface becomes a structure deformed to be concave inward.
상기 전지케이스의 가공 경화에 따른 비커스 경도 증가는, 가공 전 비커스 경도를 기준으로 160% 내지 180%일 수 있으며, 상세하게는 165% 내지 170%일 수 있다.The increase in Vickers hardness according to work hardening of the battery case may be 160% to 180%, and specifically 165% to 170% based on the Vickers hardness before processing.
NPS(Nickel Plated Steel), 오스테나이트계 스테인리스 스틸 및 페라이트계 스테인리스 스틸의 가공경화 정도를 비교하기 위하여, 비커스 경도를 측정하였고, 그 결과는 하기 그래프와 같다In order to compare the degree of work hardening of NPS (Nickel Plated Steel), austenitic stainless steel and ferritic stainless steel, Vickers hardness was measured, and the results are shown in the graph below.
상기 그래프를 참조하면, 페라이트계 스테인리스 스틸은 경도가 NPS 보다 높다. 가공경화 증가 정도를 비교하면 오스테나이트계 스테인리스 스틸(265%), NPS(약 187%), 및 페라이트계 스테인리스 스틸(약167%) 순서이다. 페라이트계 스테인리스 스틸이 갖는 경도는 오스테나이트계 스테인리스 스틸이 갖는 경도보다 다소 높은 반면, 가공에 따른 경화 증가율은 낮음을 알 수 있다. 따라서, 페라이트계 스테인리스 스틸은 소재 자체의 경도가 높음에도 불구하고 비딩부 및 클림핑부 형성을 위한 성형성이 우수함을 알 수 있다.Referring to the above graph, ferritic stainless steel has a higher hardness than NPS. Comparing the degree of increase in work hardening, it is in the order of austenitic stainless steel (265%), NPS (about 187%), and ferritic stainless steel (about 167%). It can be seen that the hardness of the ferritic stainless steel is slightly higher than that of the austenitic stainless steel, but the hardening increase rate due to processing is low. Accordingly, it can be seen that the ferritic stainless steel has excellent formability for forming a beading portion and a crimping portion despite the high hardness of the material itself.
일반적으로, 원통형 전지케이스는 캡 조립체를 원통형 전지케이스의 개방 상단에 위치 고정하기 위하여 비딩부를 성형하는데, 상기 비딩부를 성형하는 과정에서 전지케이스의 내표면에 크랙이 발생할 수 있다. 이는 전지케이스가 갖는 다양한 물성이 갖는 특성의 영향을 받기 때문이다.In general, a cylindrical battery case forms a beading portion to fix the cap assembly to an open top of the cylindrical battery case. In the process of forming the beading portion, cracks may occur on the inner surface of the battery case. This is because it is affected by the characteristics of various physical properties of the battery case.
구체적으로, 전지케이스의 구성 성분, 입자 크기(grain size) 및 표면조도 등의 영향을 받는다.Specifically, it is affected by the components, grain size, and surface roughness of the battery case.
예를 들어, 상기 전지케이스는 상대적으로 두께가 두껍게 형성되는 개방 상단부에 비딩부를 성형하는 과정에서 전지케이스의 내표면에 주름이 발생하는 바, 상기 주름에 의해 비딩부 내부에 크랙이 발생하는 것으로 예상된다. 따라서, 상기 비딩부 내부에 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 상기 전지케이스의 내표면에 주름의 크기를 감소시키는 것이 중요한 이슈가 되고 있다.For example, in the case of the battery case, wrinkles are generated on the inner surface of the battery case in the process of forming a beading part at an open upper end portion formed to be relatively thick, and cracks are expected to occur inside the beading part due to the wrinkles. do. Therefore, in order to prevent cracks from occurring inside the beading part, reducing the size of wrinkles on the inner surface of the battery case has become an important issue.
이에, 본원 발명은 상기 원통형 전지케이스의 소재로 사용된 페라이트계 스테인리스 스틸의 입자 크기가 8㎛ 내지 15 ㎛일 수 있고, 상세하게는 8 내지 13 ㎛의 범위인 전지케이스를 사용한다.Accordingly, the present invention uses a battery case in which the particle size of the ferritic stainless steel used as a material for the cylindrical battery case may be 8 μm to 15 μm, and specifically ranges from 8 to 13 μm.
상기 입자 크기와 관련하여, 일반적으로 전지케이스 제조용 페라이트계 스테인리스 강판의 입자 크기는 전지케이스의 형태로 성형하는 과정에서 입자 크기가 유지되는 점을 고려할 때, 상기 입자 크기는 전지케이스 제조전 페라이트계 스테인리스 강판 자체의 입자 크기일 수 있고, 성형 후의 전지케이스에 사용된 페라이트계 스테인리스 강판의 입자 크기일 수 있다.Regarding the particle size, in general, considering that the particle size of the ferritic stainless steel sheet for manufacturing a battery case is maintained in the process of forming the battery case, the particle size is determined by ferritic stainless steel before manufacturing the battery case. It may be the grain size of the steel sheet itself, or the grain size of the ferritic stainless steel sheet used in the battery case after molding.
상기 페라이트계 스테인리스 스틸의 입자 크기가 15㎛보다 큰 경우에는 전지케이스에 비딩부 성형시 주름의 크기가 크기 때문에 크랙이 발생할 확률이 높아지는 문제가 있고, 입자 크기가 8㎛ 보다 작은 소재의 제조가 어려운 문제가 있으므로 바람직하지 않다If the particle size of the ferritic stainless steel is larger than 15 μm, there is a problem in that the probability of cracking increases due to the large size of wrinkles when forming the beading part in the battery case, and it is difficult to manufacture a material having a particle size smaller than 8 μm. I don't like it because I have a problem
또한, 상기 페라이트계 스테인리스 스틸의 입자 크기는, 상기 페라이트계 스테인리스 강판을 이용하여 원통형 전지케이스의 형상을 제조하는 몰딩 과정에서 소착(galling)이 발생하는 것과 관련이 있다.In addition, the particle size of the ferritic stainless steel is related to the occurrence of galling during a molding process of manufacturing the shape of a cylindrical battery case using the ferritic stainless steel sheet.
상기 원통형 전지케이스는 금형과 프레스를 이용하여 제조될 수 있는데, 상기 페라이트계 스테인리스 강판을 원통형 전지케이스의 형태로 성형하는 과정에서 상기 금형과 강판 사이의 유막층이 손실되면서 서로 간에 접촉이 일어나고, 강판의 일부가 금형에 부착되면서 성형된 전지케이스의 표면에 소착될 수 있다.The cylindrical battery case may be manufactured using a mold and a press. In the process of forming the ferritic stainless steel sheet into a cylindrical battery case, the oil film layer between the mold and the steel plate is lost and contact occurs between them, and the steel plate A part of may be adhered to the surface of the molded battery case while being attached to the mold.
그러나, 본원 발명과 같이, 입자 크기가 8㎛ 내지 15 ㎛인 원통형 전지케이스는 상기와 같은 소착 문제를 해결할 수 있다.However, as in the present invention, the cylindrical battery case having a particle size of 8 μm to 15 μm can solve the above-described sticking problem.
구체적으로, 상기 페라이트계 스테인리스 강판의 입자 크기가 13.1㎛인 경우에는, 금형과 프레스를 이용하여 원통형 전지케이스를 200개 이상 제조할 때부터 소착현상이 발견되고, 11.8㎛인 경우에는 500개 이상 제조할 때까지 소착현상이 전혀 발생하지 않는다.Specifically, when the particle size of the ferritic stainless steel sheet is 13.1 μm, the seizure phenomenon is found when more than 200 cylindrical battery cases are manufactured using a mold and a press, and when the grain size is 11.8 μm, more than 500 are manufactured. There is no sticking phenomenon at all until it is done.
반면에, 입자 크기가 18㎛인 경우에는, 제조 개수가 100개를 넘어갈 때부터 소착현상이 발생하는 바, 이와 같은 경우에는 실용성이 떨어지므로 바람직하지 않다.On the other hand, when the particle size is 18 μm, the sticking phenomenon occurs when the number of products exceeds 100, and in this case, practicality is poor, which is not preferable.
이와 같이, 본원 발명은 상단부의 두께가 상대적으로 두껍게 형성된 원통형 전지케이스로서, 두께가 두꺼운 상단부와 나머지 얇은 부분 간의 두께 차이가 0.05mm 이상이 되도록 형성되는 바, 비딩부 성형시 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기와 같이 소정의 입자 크기를 갖는 페라이트계 원통형 전지케이스를 사용함으로써, 비딩부의 크랙 방지 및 소착 문제를 해결할 수 있다.As such, the present invention is a cylindrical battery case in which the thickness of the upper part is relatively thick, and the thickness difference between the thick upper part and the remaining thin part is formed to be 0.05 mm or more, preventing cracks from occurring during molding of the beading part. can do. In addition, by using the ferrite-based cylindrical battery case having a predetermined particle size as described above, it is possible to solve the problem of crack prevention and seizure of the beading part.
따라서, 두께 차이가 있도록 단차가 형성된 구조의 전지케이스가 소정의 입자 크기를 갖는 경우에는 비딩부의 크랙 방지 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.Therefore, when the battery case having a stepped structure having a thickness difference has a predetermined particle size, the crack prevention effect of the beading part can be further improved.
본원 발명은 상기 원통형 전지케이스 및, 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 위치하는 캡 어셈블리를 포함하는 원통형 전지를 제공한다.The present invention provides a cylindrical battery including the cylindrical battery case and a cap assembly positioned at an open top of the cylindrical battery case.
본원 발명은 또한, 상기 원통형 전지가 직간접적으로 직렬 연결 또는 병렬 연결된 구조를 포함하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery pack including a structure in which the cylindrical batteries are directly or indirectly connected in series or in parallel.
상기 원통형 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈의 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The cylindrical secondary battery can be used not only as a power source for small-sized devices, but also preferably as a unit cell of a medium-large-sized battery module including a plurality of battery cells used as a power source for medium-large-sized devices.
상기 디바이스의 구체적인 예로는. 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.A specific example of the device is. A mobile device, a wearable device, or a power tool powered by an omniscient motor; electric vehicles, including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), and the like; electric two-wheeled vehicles including electric bicycles (E-bikes) and electric scooters (E-scooters); electric golf carts; Power storage devices (Energy Storage System) and the like may be mentioned, but is not limited thereto.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments in which a person skilled in the art can easily practice the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in the detailed description of the operating principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, the same reference numerals are used for parts having similar functions and actions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is said to be connected to another part, this includes not only the case where it is directly connected but also the case where it is indirectly connected with another element interposed therebetween. In addition, including a certain component does not exclude other components unless otherwise stated, but means that other components may be further included.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다. The present invention will be described as detailed examples with reference to the drawings.
도 1은 하나의 실시예에 따른 원통형 전지케이스의 수직 단면도이다.1 is a vertical cross-sectional view of a cylindrical battery case according to one embodiment.
도 1을 참조하면, 전지케이스(100)는 단차가 형성된 측면(120)과 평면상 원형의 밑면(130)으로 구성된다.Referring to FIG. 1 , the
측면(120)은 개방된 방향의 상단부(110)의 두께(d1)가 나머지 부분의 두께(d2) 보다 두껍게 형성되어 있고, 상단부(110)의 두께(d1)는 하면의 두께(d3)와 동일한 두께로 이루어진다. 하면의 두께는 필요에 따라서 나머지 부분의 두께(d2)와 동일하게 형성할 수 있다.In the
비딩부 및 클림핑부가 필요치 않은 전지케이스의 경우에는 케이스 전체적으로 두께를 균일하게 형성할 수 있다. 이때는 가능한 최소의 두께(d2)를 형성하는 것이 바람직하다.In the case of a battery case that does not require a beading portion and a crimping portion, the thickness of the entire case may be uniformly formed. At this time, it is preferable to form the smallest possible thickness (d2).
도 2는 도 1의 원통형 전지케이스에 비딩부 및 클림핑부가 형성된 상태이다.FIG. 2 is a state in which a beading part and a crimping part are formed in the cylindrical battery case of FIG. 1 .
도 2를 참조하면, 전지케이스(100')는 상대적으로 두께가 두꺼운 상단부(110)에 비딩부(111)와 클림핑부(112)가 형성되어 있다. 상단부(110)의 두께가 일정 정도 보다 작으면 비딩부 형성시 크랙이 발생할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the battery case 100' has a
비딩부(111) 및 클림핑부(112) 형성시 전지케이스 측면(120)의 두께 변화는 없고, 상단부를 제외한 나머지 부분은 형상이 변하지 않으며, 전지케이스의 상단부에 캡 어셈블리(140)를 위치한 상태에서 비딩부(111) 및 클림핑부(112)가 형성된다.When the
예를 들어, 비딩부 및 클림핑부의 성형 전과 후의 전지 크기를 비교하면, 21700 전지의 경우, 전지의 외경 지름은 21㎜이나, 전극조립체가 수납되는 부분인 측면의 두께가 상대적으로 얇게 형성되는 바, 종래에 전체적으로 두께가 동일한 두꺼운 전지케이스를 사용하는 경우와 비교할 때, 전지케이스의 내경 지름이 증가하는 바, 전지 내부에서 전극조립체가 수납 가능한 부분의 부피가 늘어나게 된다. 따라서, 전지의 용량 증가가 가능하고, 줄어든 두께에 상응하는 정도의 무게 감소 효과도 있다.For example, comparing the size of the battery before and after molding the beading part and the crimping part, in the case of a 21700 battery, the outer diameter of the battery is 21 mm, but the thickness of the side surface where the electrode assembly is accommodated is relatively thin. , Compared to the conventional case of using a thick battery case having the same thickness as a whole, the inner diameter of the battery case increases, so the volume of the portion inside the battery where the electrode assembly can be accommodated increases. Therefore, it is possible to increase the capacity of the battery, and there is also an effect of reducing the weight corresponding to the reduced thickness.
이하에서는, 본원 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although described with reference to the examples of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예 1><Example 1>
니오븀을 소량 포함하는 페라이트계 스테인리스 강판을 사용하여 도 1과 같이 개방 상단부에 단차가 형성된 전지케이스를 제조한다.Using a ferritic stainless steel plate containing a small amount of niobium, a battery case having a step difference formed at an open upper end as shown in FIG. 1 is manufactured.
상기 전지케이스의 측면에서 상단의 두꺼운 부분의 두께는 0.25㎜이고, 상단을 제외한 나머지 부분의 두께는 0.15㎜이며, 전지케이스 밑면의 두께는 0.25㎜가 되도록 성형하였다.On the side of the battery case, the thickness of the upper thick portion was 0.25 mm, the thickness of the remaining portion except for the upper portion was 0.15 mm, and the thickness of the bottom of the battery case was molded to be 0.25 mm.
이후, 상기 전지케이스의 상단부를 내측으로 가압하여 비딩부를 형성하였다.Then, the upper end of the battery case was pressed inward to form a beading part.
상기와 동일한 방법으로 23개의 전지케이스를 제조하였다.Twenty-three battery cases were manufactured in the same manner as above.
<비교예 1><Comparative Example 1>
전지케이스의 측면에서 상단의 두꺼운 부분의 두께를 0.25㎜에서 0.22㎜로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해 23개의 전지케이스를 제조하였다.Twenty-three battery cases were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the upper thick part on the side of the battery case was changed from 0.25 mm to 0.22 mm.
<실험예 1><Experimental Example 1>
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 전지케이스에서, 비딩부에 크랙이 발생됐는지 여부를 확인하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.In the battery cases manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, it was confirmed whether cracks occurred in the beading part, and the results are shown in Table 1 below.
상기 표 1을 참조하면, 비딩부가 형성된 전지케이스 측면 상단부의 두께가 0.22㎜인 비교예 1의 전지케이스는 23개의 전지케이스 가운데 11개에서 크랙이 발생하였으나, 전지케이스의 측면 상단부의 두께가 0.25㎜인 실시예 1의 전지케이스는 크랙이 발생한 건이 없다.Referring to Table 1, the battery case of Comparative Example 1 having a thickness of 0.22 mm at the upper portion of the side of the battery case with a beading portion formed cracks in 11 out of 23 battery cases, but the thickness of the upper portion of the side of the battery case was 0.25 mm. In the battery case of Example 1, no cracks occurred.
이는, 상단부의 두께가 줄어들수록 추가 두께감소 가공에 의한 가공경화로 인해 강도가 커지고 연신율의 감소로 인해 크랙이 더 쉽게 일어나기 때문인 것으로 예상된다.This is expected to be because as the thickness of the upper part decreases, the strength increases due to work hardening by additional thickness reduction processing, and cracks occur more easily due to a decrease in elongation.
<실시예 2><Example 2>
니오븀을 소량 포함하고 입자 크기가 13.1㎛인 페라이트계 스테인리스 강판을 금형에 놓고 프레싱하여 실시예 1과 같이 개방 상단부에 단차가 형성된 전지케이스를 제조한다.A battery case having a stepped opening at the upper end was manufactured as in Example 1 by placing a ferritic stainless steel sheet containing a small amount of niobium and having a particle size of 13.1 μm in a mold and pressing.
상기 전지케이스의 측면에서 상단의 두꺼운 부분의 두께는 0.25㎜이고, 상단을 제외한 나머지 부분의 두께는 0.15㎜이며, 전지케이스 밑면의 두께는 0.25㎜가 되도록 성형하였다.On the side of the battery case, the thickness of the upper thick portion was 0.25 mm, the thickness of the remaining portion except for the upper portion was 0.15 mm, and the thickness of the bottom of the battery case was molded to be 0.25 mm.
이후, 상기 전지케이스의 상단부를 내측으로 가압하여 비딩부를 형성하였다.Then, the upper end of the battery case was pressed inward to form a beading part.
<실시예 3><Example 3>
니오븀을 소량 포함하고 입자 크기가 11.8㎛인 페라이트계 스테인리스 강판을 사용한 점을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법에 의해 원통형 전지케이스를 제조하였다.A cylindrical battery case was manufactured in the same manner as in Example 2, except that a ferritic stainless steel sheet containing a small amount of niobium and having a particle size of 11.8 μm was used.
<비교예 2><Comparative Example 2>
니오븀을 소량 포함하고 입자 크기가 18.0㎛인 페라이트계 스테인리스 강판을 사용한 점을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법에 의해 원통형 전지케이스를 제조하였다.A cylindrical battery case was manufactured in the same manner as in Example 2, except that a ferritic stainless steel sheet containing a small amount of niobium and having a particle size of 18.0 μm was used.
<실험예 2><Experimental Example 2>
상기 실시예 2, 실시예 3 및 비교예 2에서 제조된 각각의 원통형 전지케이스의 단차부에 형성된 주름의 크기를 확인하기 위하여, 0도 45도 및 90도의 세 방향에서 조도를 측정하였고, 그 결과는 도 3에 도시하였다.In order to check the size of the wrinkles formed on the stepped portion of each cylindrical battery case manufactured in Example 2, Example 3 and Comparative Example 2, the roughness was measured in three directions of 0, 45 and 90 degrees, and the results is shown in Figure 3.
도 3을 참조하면, 입자 크기가 13.1㎛인 실시예 2의 전지케이스는 좁고 얕은 주름이 형성되나 입자 크기가 11.8㎛인 실시예 3의 전지케이스는 상기 실시예 2의 전지케이스보다는 주름의 폭과 깊이가 깊어지는 것으로 관찰된다.Referring to FIG. 3, the battery case of Example 2 having a particle size of 13.1 μm has narrow and shallow wrinkles, but the battery case of Example 3 having a particle size of 11.8 μm has a width and width of wrinkles more than the battery case of Example 2. It is observed that the depth increases.
또한, 입자 크기가 18.0㎛인 비교예 2의 전지케이스는 주름이 상대적으로 매우 깊어지게 되는 바, 비교예 2와 같이 입자 크기가 큰 강판을 사용하는 경우에는 크랙의 형성으로 인해 전지케이스의 품질이 현저히 낮아지는 것을 알 수 있다.In addition, the battery case of Comparative Example 2 having a particle size of 18.0 μm has relatively deep wrinkles, and when a steel sheet having a large particle size is used as in Comparative Example 2, the quality of the battery case is deteriorated due to the formation of cracks. It can be seen that it is significantly lowered.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above information.
100, 100' : 전지케이스
110 : 상단부
111: 비딩부
112 : 클림핑부
120 : 측면
130 : 밑면
140 : 캡 어셈블리
d1 : 측면 상단부의 두께
d2 : 측면 상단부를 제외한 나머지 측면 부분의 두께
d3 : 밑면의 두께100, 100': battery case
110: upper part
111: beading unit
112: crimping unit
120: side
130: bottom
140: cap assembly
d1: Thickness of the upper part of the side
d2: Thickness of the remaining side parts except for the upper part of the side
d3: thickness of base
Claims (12)
상기 원통형 전지케이스의 측면은 개방된 상단부의 두께가 나머지 부분의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 형성되며,
상기 페라이트계 스테인리스 스틸은 입자 크기(grain size)가 8㎛ 내지 15 ㎛인 원통형 전지케이스.In a cylindrical battery case made of ferritic stainless steel,
The side surface of the cylindrical battery case is formed with a thickness of the open upper end relatively thicker than the thickness of the remaining part,
The ferritic stainless steel is a cylindrical battery case having a grain size of 8 μm to 15 μm.
A cylindrical battery comprising the battery case according to any one of claims 1 to 9 and 11, and a cap assembly positioned at an open top of the battery case.
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|---|---|---|---|
| KR1020180018802A KR102487834B1 (en) | 2018-02-14 | 2018-02-14 | Stainless Steel Cylindrical Battery Case Having Non-uniform Thickness |
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