KR20130130643A

KR20130130643A - 전지 케이스 덮개 및 전지 케이스 덮개의 방폭 밸브의 형성 방법

Info

Publication number: KR20130130643A
Application number: KR1020130057028A
Authority: KR
Inventors: 하루유키 고니시
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2013-12-02
Also published as: CN103427059B; JP5806641B2; KR101490592B1; JP2013243075A; CN103427059A

Abstract

본 발명의 과제는, 얇은 알루미늄 합금제 덮개의 파단용 오목홈을 정밀도 양호하게 가공할 수 있어, 확실하게 개열하는 방폭 기구를 구비하는 전지 케이스의 덮개 및 전지 케이스 덮개의 방폭 밸브의 형성 방법을 제공하는 것이다. 해결 수단으로서, 알루미늄 합금제 전지 케이스 덮개의 방폭 밸브(2)로서, 얇은 평탄형상 오목부(3)에 보다 얇은 파단용 오목홈(4)을 코이닝 가공에 의해 마련할 때에, 추가로 파단용 오목홈(4)보다 두껍지만 평탄형상 오목부(3)보다 얇은, 파단용 오목홈(4)의 성형을 보조하는 오목홈(5)을 동시에 코이닝 가공하여 마련한다.

Description

전지 케이스 덮개 및 전지 케이스 덮개의 방폭 밸브의 형성 방법{BATTERY CASE COVER AND METHOD FOR FORMING AN EXPLOSION-PROOF VALVE OF A BATTERY CASE COVER}

본 발명은 전지 케이스 덮개로서, 소정의 내부 압력이 가해지면, 그 내부 압력을 개방하는 방폭(防爆) 밸브(방폭 기구)를 구비한 덮개 및 전지 케이스 덮개의 방폭 밸브의 형성 방법에 관한 것이다.

휴대 전화나 노트형 퍼스널 컴퓨터 등의 전원으로서, 리튬 이온 2차 전지가 널리 사용되고 있다. 이러한 전지 케이스를 구성하는 판재에는, 그 덮개를 포함하여 금속이 사용되고 있는 일이 많으며, 특허문헌 1 내지 3에서는 SUS 등의 철 합금이 사용된 전지 케이스가 개시되고, 특허문헌 4 내지 7에서는 알루미늄 합금이 사용된 전지 케이스가 개시되어 있다. 특히, 전지 케이스의 덮개나 본체 등을 알루미늄 합금판 소재로 구성하면, 내식성이나 경량화 및 가공성이나 비용면에서도 유리하다.

이러한 2차 전지의 외장인 케이스(이하, 전지 케이스)는, 전지의 충방전이나 사용 환경하의 온도 상승에 의해서 내부 압력이 상승하는 일이 있고, 이 내부 압력에 의해 전지 케이스가 변형하거나, 또는 파열할 위험성을 안고 있다. 이와 같은 전지 케이스의 파열을 방지하기 위해, 파열하지 않을 정도의 내부 압력에서 전지 케이스의 일부가 개열(開裂)하여 내부 압력을 개방하도록 한 안전 장치로서의 방폭 밸브(방폭 기구)가 마련되어 있다.

일반적인 방폭 밸브의 구조는, 전지 케이스를 구성하는 덮개 등의 판재의 일부를 홈형상으로 박육(薄肉) 가공하여 파단용 오목홈(박육부)으로 함으로써, 이 오목홈을 내부 압력의 소폭 상승으로 선택적으로 파단, 개열시키는 것이다. 구체적으로는, 덮개 등의 박육부 내에, 평면에서 보아 타원형 혹은 직선형상의 파단용 오목홈을 가공하여 마련하고, 전지 내부에서의 가스 발생 등의 이상시에는, 이 파단용 오목홈의 재료가 파단해서 내부의 가스를 방출하여, 전지의 폭발을 방지하는 것이다.

예를 들면, 특허문헌 8에서는, 덮개체의 평탄부의 일부에 평면에서 보아 원형인 박육부를 마련하고, 여기에, 추가로 박육의 환상 오목홈(파단용 오목홈)을 2개, 간격을 두고서 이중으로 하여 마련하며, 원형의 내측의 환상 오목홈을 보다 얇게 하고 있다. 그리고, 외측의 환상 오목홈을 고압용 안전 밸브로서 형성하고, 원형의 내측의 환상 오목홈을 저압용 안전 밸브로서 형성하고 있다. 그리고, 상기 전지 케이스 내부의 압력 변화에 따라서, 상기 제 1 박육부와 제 2 박육부 중 적어도 한쪽을 개열시켜서 내부 기체를 외부로 방출하도록 구성하고 있다. 여기서, 고압용 안전 밸브는, 원환상의 박육 평탄부(제 1 박육부)와, 이 박육 평탄부에 둘러싸인 제 1 영역을 프레스 가공에 의해 형성하고 있다. 한편, 저압용 안전 밸브는 덮개의 상기 제 1 영역 내에 바닥을 갖는 구멍을 절삭 가공 혹은 프레스 가공에 의해 형성하고 있다.

여기서, 덮개체 등의 박판재의 일부를 방폭 밸브로서 홈형상으로 박육 가공하는 방법으로서는, 특허문헌 1, 2에는 관통 구멍을 형성한 판재와 다른 판재를 서로 부착하는 방법이 개시되고, 특허문헌 3에는 다이(die)와 펀치를 이용한 냉간 단조에 의한 방법이 개시되고, 특허문헌 4 내지 7에는 프레스 가공에 의한 방법이 개시되어 있다.

상기 박육부의 형상으로서는, 평면에서 보아, 특허문헌 2, 5는 1개의 직선, 특허문헌 1 내지 4, 6은 십자형 등의 1점 이상에서 교차하는 복수의 직선으로 이루어지며, 특허문헌 3, 7, 8은 환상과, 다양한 형상이 개시되어 있다.

이들 박육부를 마련하는 부위로서, 특허문헌 1, 2, 8은 덮개[봉구판(封口板)]에, 특허문헌 4, 5는 본체의 넓은 면, 특허문헌 6은 본체의 넓은 면 또는 본체의 좁은 면으로 하고 있다. 또한, 특허문헌 9에서는, 작은 부하에서는 넓은 면인 정배면과 비교하여 변형이 생기기 어려운 전지 케이스 본체의 폭 좁은 면인 측면에 방폭 밸브를 마련하고 있다.

일본 특허 공개 제 1993-314959 호 공보 일본 특허 공개 제 2002-83578 호 공보 일본 특허 공개 제 2005-251447 호 공보 일본 특허 공개 제 2001-35467 호 공보 일본 특허 공개 제 2001-345083 호 공보 일본 특허 공개 제 2001-143664 호 공보 일본 특허 공개 제 1999-204093 호 공보 일본 특허 공개 제 2003-297323 호 공보 일본 특허 공개 제 2009-4271 호 공보

전지 케이스가 파열하기 전에, 방폭 밸브인 파단용 오목홈을 확실하게 개열시키기 위해서는, 수십 ㎛ 내지 수백 ㎛ 단위가 되는 극히 얇은 두께(판 두께, 육후)를 갖는 파단용 오목홈이나 덮개의 박육부의 잔존 두께의 정밀도나 형상 정밀도의 확보가 필수적이다. 이것에 대해서, 상기 종래 기술에 있어서의, 냉간 단조 혹은 절삭 가공, 프레스 가공 등에서는, 상기 마이크로의 두께(육후)를 갖는, 특히 상기 파단용 오목홈의 잔존 두께의 정밀도나 형상 정밀도의 확보가 곤란하다.

이것에 대해서, 공지의 코이닝(coining) 가공, 원래의 소재판으로부터 덮개를 프레스 가공에 의해 제작하는 일환으로서, 상기 극히 얇은 두께를 갖는 파단용 오목홈이나 덮개의 박육부를, 잔존 두께의 정밀도나 형상 정밀도가 양호하게, 효율적으로 가공할 수 있다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 코이닝 가공은, 기대(강체)(13) 상에 덮개(20)(판재)를 고정하고, 상부로부터 돌기(철조, 칼날형상)(23)를 마련한 금형(22)을 덮개(20)에 가압하여 가공하고, 상기 금형(22)의 돌기(23)에 의해, 방폭 밸브로서 기능하는 파단용 오목홈(21)을 박육부(3)에 각인 가공한다. 이와 같은 코이닝 가공은 상기 냉간 단조 혹은 절삭 가공에 비하여 효율적이며, 상기 덮개(20)의 박육부(3)나 파단용 오목홈(21)의 잔존 두께의 정밀도나 형상 정밀도의 확보를 도모할 수 있다.

다만, 이것은 강성이 높은 상기 SUS 등의 철 합금이나 강철에 대해서 말하는 것이며, 연질이고, 또한 탄성 계수가 낮은 특성을 갖는 알루미늄 합금판에서는, 이것을 소재로 하는 덮개에서는, 상기 코이닝 가공에 의해서도, 특히 상기 파단용 오목홈(21)의 잔존 두께의 정밀도나 형상 정밀도의 확보가 곤란해진다.

보다 구체적으로, 덮개(20)의 알루미늄 합금판(판재)의 상기 박육부(3)에, 상기 파단용 오목홈(21)을 코이닝 가공했을 경우, 형성하는 상기 파단용 오목홈(21)의 이측(파단용 오목홈 가공의 바닥측)에, 화살표로 나타내는 「잘록부(움푹부)」가 발생하기 쉬워진다. 이러한 잘록부는, 파단용 오목홈(21)의 연장 방향으로 부분적 혹은 국부적으로 발생하기 때문에, 발생의 정도나 발생 부위에 따라서, 파단용 오목홈(21)의 육후(판 두께)가 부분적으로 얇아지고, 방폭 밸브의 작동압이 안정되지 않고, 파열하기 전에 확실하게 개열하는 방폭 기구가 되지 않는 경우가 생긴다.

이와 같은 잘록부는, 상기 금형으로 코이닝 가공할 때의, 상기 돌기의 하강(가압)으로 좌우로 눌려 나누어지는 알루미늄 합금 재료의 이동(좌측 방향의 화살표로 나타냄)의 거동이, 덮개(20)의 알루미늄 합금판 박육부(3)의 화살표로 나타내는 「휨」에 의해서 불균일해지기 때문에 발생한다. 이러한 경향은, 소재가 알루미늄 합금판인 경우의 현저한 특징이며, 강성이 높은 상기 SUS 등의 철 합금제나 동제의 덮개에서는, 육후(판 두께)가 동일하게 얇아도 발생하기 어렵다.

또한, 알루미늄 합금판은 연질이므로, 이것을 소재로 하는 덮개에서는, 덮개 본체의 다른 부분을 극단적으로 변형시키지 않고, 상기 박육부나 파단용 오목홈을 파단시키기 위해서는, 상기 박육부나 파단용 오목홈의 판 두께를 더욱 얇게 할 필요가 있다. 예를 들면, 실제로 상기 박육부의 판 두께는 100㎛, 파단용 오목홈의 판 두께는 30㎛ 정도로 극히 얇아진다. 이 때문에, 이 파단용 오목홈을 상기 금형으로 코이닝 가공할 때의, 덮개의 알루미늄 합금판의 휨의 불균일성의 발생이나, 형성하는 상기 파단용 오목홈 가공부의 바닥의 상기 잘록부의 발생은 보다 심해진다.

본 발명은, 이와 같은 문제점에 감안하여 이루어진 것이며, 얇은 알루미늄 합금제 덮개라도, 상기 코이닝 가공에 의해서 상기 파단용 오목홈을 정밀도 양호하게 가공할 수 있어, 파열하기 전에, 설정대로의 작동 압력으로 확실하게 개열하는 방폭 기구를 구비하는, 전지 케이스의 덮개 및 전지 케이스의 덮개의 방폭 밸브의 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적 달성을 위해서, 본 발명의 전지 케이스 덮개의 요지는, 방폭 밸브를 구비한 두께 0.5mm 내지 2mm의 알루미늄 합금제 전지 케이스 덮개에 있어서, 상기 방폭 밸브의 구조로서, 상기 전지 케이스 덮개에 두께 50㎛ 내지 300㎛의 얇은 평탄형상 오목부가 마련되고, 이러한 평탄형상 오목부에는 두께 10㎛ 내지 100㎛의 보다 얇은 파단용 오목홈이 코이닝 가공에 의해 마련되어 있으며, 또한 파단용 오목홈에 대해서, 이 파단용 오목홈보다 두껍지만 상기 평탄형상 오목부보다 얇은 오목홈이, 상기 파단용 오목홈의 형성용 오목홈으로서, 상기 파단용 오목홈에 대해서 서로 간격을 두고서 병렬하여, 상기 코이닝 가공에 의해 마련되어 있는 것이다.

또한, 상기 목적 달성을 위해서, 본 발명의 전지 케이스 덮개의 방폭 밸브의 형성 방법의 요지는, 두께 0.5mm 내지 2mm의 알루미늄 합금판으로 이루어지는 상기 전지 케이스 덮개의 프레스 가공에 의해서, 이 전지 케이스 덮개에 두께 50㎛ 내지 300㎛의 얇은 평탄형상 오목부를 형성한 후, 이 평탄형상 오목부에 두께 10㎛ 내지 100㎛의 보다 얇은 파단용 오목홈을 추가로 코이닝 가공에 의해 형성할 때에, 이 파단용 오목홈에 대해서, 이 파단용 오목홈보다 두껍지만 상기 평탄형상 오목홈보다 얇은 오목홈을, 이 파단용 오목홈 대해서 서로 간격을 두고서 병렬시켜, 이 파단용 오목홈과 동시에 코이닝 가공에 의해 형성하는 것이다.

본 발명에 의하면, 상기한 얇은 알루미늄 합금제에 있어서도, 코이닝 가공에 의해서, 극히 얇은 파단용 오목홈을 정밀도 양호하게 가공할 수 있다. 그 결과, 전지 케이스가 파열하기 전에, 전지 케이스의 덮개의 방폭 밸브를 확실하게 개열할 수 있다.

도 1은 본 발명 전지 케이스 덮개의 일 태양을 사시도와 단면도로 도시하는 설명도,
도 2는 본 발명 전지 케이스 덮개의 다른 태양을 사시도와 단면도로 도시하는 설명도,
도 3은 본 발명 전지 케이스 덮개의 일 태양을 평면도와 측면도로 도시하는 설명도,
도 4는 도 3의 ○로 둘러싼 A를 확대해서 단면도로 도시하는 설명도,
도 5는 본 발명의 전지 케이스 덮개의 코이닝 가공을 도시하는 단면도,
도 6은 종래의 전지 케이스 덮개의 코이닝 가공을 도시하는 단면도.

이하에 도면을 참조하면서, 본 발명의 매우 적합한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

도 1 및 도 2에, 본 발명 전지 케이스 덮개의 각 실시형태를, 상측에 전체 사시도, 하측에 그 일부의 단면도로 각각 도시한다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 전지 케이스 덮개(1)는, 일정한 판 두께를 갖는 알루미늄 합금 박판을 프레스 가공에 의해 성형하여 이루어지고, 전체가 평판형의 형상을 갖고 있다.

여기서, 덮개(1)의 소재인 알루미늄 합금 박판, 혹은 성형된 본 발명의 전지 케이스 덮개(1)의 두께(판 두께)는, 상기한 휴대 전화나 노트형 개인용 컴퓨터 혹은 자동차용 등의 전원인 리튬 이온 2차 전지 케이스의 덮개로서 O.5mm 내지 2mm의 범위로 한다. 전지 케이스 덮개(1)의 두께가 0.5mm 미만에서는, 3000계, 5000계, 6000계 중에서도 비교적 고강도인 알루미늄 합금 박판을 덮개의 소재로서 이용했다고 해도, 덮개로서 요구되는 강성이나 강도가 부족하다. 한편, 전지 케이스 덮개(1)의 두께가 2mm를 초과하면, 전지 케이스 본체를 알루미늄 합금 박판으로 하여도, 중량이 무거워지는 동시에, 두께가 두꺼워져, 박육부나 파단용 오목홈 등의 방폭 밸브의 정밀도가 양호한 가공이 어려워진다. 또한, 상기한 본 발명의 과제인, 파단용 오목홈의 코이닝 가공시의, 덮개의 휨의 불균일성의 발생이나 파단용 오목홈 바닥부의 잘록부의 발생 등이 일어나기 어려워, 본 발명의 적용 자체가 불필요해진다.

[방폭 밸브]

도 1 및 도 2에 있어서, 본 발명의 전지 케이스 덮개(1)는, 그 중앙부에 방폭 밸브(2)를 구비하고, 이 방폭 밸브(2)의 구조로서, 먼저 두께 50㎛ 내지 300㎛의 얇은 평탄형상 오목부(3)가 마련되어 있다. 평탄형상 오목부(3)의 두께가 50㎛미만에서는, 상기 비교적 고강도인 알루미늄 합금 박판을 덮개의 소재로서 이용했다고 해도, 덮개로서 요구되는 강성이나 강도가 부족하다. 한편, 평탄형상 오목부(3)의 두께가 300㎛를 초과하면, 이후에 가공되는 파단용 오목홈(4)의 두께를 충분히 얇게 하는 가공이 곤란해져, 전지 케이스의 내부 장력 상승에 대하여, 전지 케이스의 파열을 방지하기 위해, 파열하지 않는 정도의 내부 압력에서 개열하지 않아, 방폭 밸브의 기점이 되지 않는다. 또한, 상기한 덮개의 두께와 동일하게, 본 발명의 과제인, 파단용 오목홈의 가공시의, 덮개의 휨의 불균일성의 발생이나 파단용 오목홈 바닥부의 잘록부의 발생 등이 일어나기 어려워, 본 발명의 적용 자체가 불필요해진다.

이러한 평탄형상 오목부(3)의 평면에서 본 형상은, 반드시 도 1 및 도 2와 같은, 프레스 가공에 의해 성형되기 쉬운 타원형상이나 타원에 유사한 원형이나 다각형 형상으로 할 필요는 없다. 성형이 가능하면, 평면에서 본 다른 형상으로서, 대략 사각형(대략 직사각형), 진원형, 원형에 유사한 다각형 형상으로 형성하여도 좋다. 또한, 이러한 평탄형상 오목부(3)[방폭 밸브(2)]를 마련하는 전지 케이스 덮개(1)의 위치도, 도 1과 같이, 그 중앙부로 하지 않고, 전지 케이스 덮개(1)의 평면형상이나 면적, 혹은 다른 부품의 장착 위치에 따라서, 단부측으로 하는 등, 적절히 선택할 수 있다.

평탄형상 오목부(3)의 주연부는, 프레스 가공에 의해 성형하기 쉬운 원래의 덮개(1)의 표면을 향하여 외측으로 넓어지는 경사벽(3a)으로 되어 있다. 단, 이 벽(3a)의 형상도, 수직이나 원호형상 등, 성형하기 쉬운 형상을 적절히 선택할 수 있다.

[파단용 오목홈(주 스코어)]

다음에, 도 1 및 도 2에서는, 이 평탄형상 오목부(3)에, 보다 얇은 파단용 오목홈(주 스코어)(4)이 상기 코이닝 가공에 의해 마련되어 있다. 이 파단용 오목홈(4)은 방폭 밸브로서의 주요한 기능(기점)을 수행한다. 즉, 2차 전지의 외장인 전지 케이스의 내부 압력 상승에 대해서, 전지 케이스의 파열을 방지하기 위해, 파열하지 않을 정도의 내부 압력에서 개열하는 기점이 되어, 내부 압력을 개방한다.

이들 파단용 오목홈(4)의 두께[가공 후의 바닥(4a)의 잔존 두께, 도 4의 t3]는 10㎛ 내지 100㎛의 범위로 한다. 파단용 오목홈(4)의 두께가 10㎛ 미만에서는, 상기 비교적 고강도인 알루미늄 합금 박판을 덮개의 소재로서 이용했다고 해도, 덮개로서 요구되는 강성이나 강도가 부족하다. 한편, 파단용 오목홈(4)의 두께가 100㎛를 초과하면, 전지 케이스의 내부 압력 상승에 대해서, 전지 케이스의 파열을 방지하기 위해, 파열하지 않을 정도의 내부 압력에서 개열하지 않아, 방폭 밸브의 기점이 되지 않는다.

여기서, 파단용 오목홈(4)의 평면에서 본 형상은, 도 1에서는, 평면에서 보아 타원형의 평탄형상 오목부(3)의 형상을 따르는 형태로, 타원형의 환상으로 형성하고 있다. 이것에 대해서, 도 2의 태양에서는, 평면에서 보아 타원형의 평탄형상 오목부(3)의 길이가 가장 긴 중앙부를 따르는 형태로, 직선형상으로 형성하고 있다. 이와 같이, 진원형상, 타원형상 등의 환상으로 하거나, 직선형상 혹은 곡선형상으로 하거나, 또한, 파단용 오목홈(4)을 연속시키거나, 단속적으로 마련할지 등은, 코이닝 가공에 의해 형성이 가능하면, 적절히 선택할 수 있다. 또한, 파단용 오목홈(4)은, 본 발명의 과제와 같이 코이닝 가공에 의한 형성이 어렵기 때문에, 서로 병렬시켜 2개 이상(복수개) 마련할 필요는 없으며, 기본적으로 1개만으로도 좋다. 이 파단용 오목홈(4)을 마련하는 평탄형상 오목부(3) 내의 위치는, 도 1과 같이, 그 중앙부나 길이 방향에 걸쳐서 연장하도록 하지 않고, 평탄형상 오목부(3)의 평면형상이나 면적, 혹은 장착 위치에 따라서 적절히 선택 가능하다.

도 1 및 도 2에서는, 이러한 파단용 오목홈(4)의 단면이, 이 파단용 오목홈(4)의 육후를 규정하고 있는 평탄형상 바닥부(4a)와, 이 바닥부(4a)로부터 평탄형상 오목부(3)의 표면까지 솟아오르는 바닥부 양측의 경사 양측벽(4b, 4c)으로 형성되는 대략 쐐기형(역 사다리꼴형)의 단면 형상을 하고 있다. 이와 같은 대략 쐐기형 형상은, 코이닝 가공에 의해 형성하기 쉽지만, 성형이 가능하면, 반원형, 직사각형 등의, 통상 오목홈의 단면 형상으로서 공지된 다른 단면 형상으로 해도 좋다.

[성형 보조용 오목홈(부 스코어)]

도 1 및 도 2에 있어서, 이러한 파단용 오목홈(4)에 대해서, 이 파단용 오목홈(4)보다 두껍지만, 상기 평탄형상 오목부(3)보다 얇은 오목홈(부 스코어)(5)이, 파단용 오목홈(4)의 형성용 오목홈으로서, 파단용 오목홈(4)에 대해서 서로 간격을 두고서 병렬하여, 상기 코이닝 가공에 의해 마련되어 있다.

이러한 오목홈(5)은, 파단용 오목홈(4)을 코이닝 가공에 의해 형성(성형)할 때의, 성형을 보조하는 역할을 수행한다. 즉, 이 파단용 오목홈과 동시에 코이닝 가공에 의해 형성되며, 평탄형상 오목부(3)에, 파단용 오목홈(4)을 코이닝 가공할 때에, 형성하는 파단용 오목홈(4)의 이측(파단용 오목홈 가공의 바닥측)에, 상기 도 6에서 도시하는 「잘록부(움푹부)」가 발생하는 것을 방지한다.

[전지 케이스 덮개의 방폭 밸브의 형성 방법]

이러한 오목홈(5)의 기능을 설명하기 위해서, 우선, 도 5를 이용하여, 상기 도 1의 타입의 환상의 파단용 오목홈(4)의 코이닝 가공 방법, 즉, 본 발명에 있어서의 전지 케이스 덮개의 방폭 밸브의 형성 방법을 설명한다.

도 5에 단면도로 도시하는 코이닝 가공 장치에 있어서, 우선, 덮개(1)의 평탄형상 오목부(3)는, 평판인 소재 알루미늄 합금판을, 돌기(11, 12)를 갖지 않고, 알루미늄 합금판과 접촉하는 바닥면측이 평탄인 금형(10)(도시하지 않음)에 의해서 코이닝 가공에 의해 형성한다. 즉, 덮개(1)를 하방측으로부터 기대(강체; 13)로 지지한 후에, 상기 바닥면측이 평탄한 금형(10)을 덮개(1)의 상방으로부터 하강 혹은 기대(13)를 상승시켜서, 상기 금형(10)을 덮개(1) 표면에 가압하여, 평탄형상 오목부(3)를 형성한다.

이것에 이어서, 덮개(1)의 평탄형상 오목부(3)에, 파단용 오목홈(4)과 성형 보조용의 오목홈(5)을 도 5에 도시하는 코이닝 가공 장치로 형성한다. 도 5에 있어서, 덮개(1)의 평탄형상 오목부(3)의 상부에 배치된 금형(10)에는, 평탄형상 오목부(3)와 접촉하는 바닥면측에, 돌기(11, 12)가 마련되어 있다. 이 돌기(11, 12)는, 평탄형상 오목부(3)측에 점선으로 나타내는, 형성하고 싶은 환상의 파단용 오목홈(4)과, 평탄형상 오목부(3)의 폭 방향의 내측에 배치된 환상의 오목홈(5)의 형상, 간격, 형성 위치와 대응한 형상, 간격, 위치를 하고 있다. 그리고, 평탄형상 오목부(3) 상에서 환상(타원형상)으로 연장하는 파단용 오목홈(4)과 오목홈(5)에 대응하여, 금형 바닥면 상에 환상(타원형상)으로 연장하도록 마련되어 있다.

또한, 돌기(11, 12)는, 당연히 형성하고 싶은 오목홈의 단면 형상이나 길이 방향의 형상에 대응시키는 것이고, 상기 도 2의 타입의 직선형상의 파단용 오목홈(4, 5)을 코이닝 가공하는 경우에는, 돌기(11, 12)도 이것에 따라 직선형상이 된다. 덧붙여, 환상의 오목홈(5)의 형성용의 돌기(12)의 존재를 제외하면, 상기 도 6의 종래 공지의 파단용 오목홈(4)의 코이닝 가공 방법과 장치적으로도 조작적으로도 동일하다.

오목홈 형성용의 돌기(11)는 평탄형상 오목부의 폭 방향의 외측의 파단용 오목홈(4)의 형성(각인, 압각)용으로서, 두께 10㎛ 내지 100㎛의 육후인 파단용 오목홈에 대응한 높이를 갖고, 단면 형상이 상기 쐐기형 형상을 하고 있다. 또한, 오목홈 형성용의 돌기(12)는 평탄형상 오목부의 폭 방향의 내측의 오목홈(5)의 형성(각인, 압각)용으로서, 상기 파단용 오목홈(4)보다 두껍지만, 상기 평탄형상 오목부(3)보다 얇은 오목홈에 대응하는 높이를 갖고, 단면 형상이 상기 쐐기형을 하고 있다.

이들 오목홈 형성 시에는, 덮개(1)[평탄형상 오목부(3)]를 하방측으로부터 기대(강체; 13)로 지지한 후에, 금형(10)을 하강 혹은 기대(13)를 상승시켜서, 상기 금형(10)의 돌기(11, 12)를 평탄형상 오목부(3) 표면에 가압하여 간다. 그리고, 파단용 오목홈(4)과 서로 간격을 두고서 병렬한 오목홈(5)을 동시에 코이닝 가공에 의해 형성(각인, 압각)하여 간다.

[성형 보조용 오목홈(5)의 기능]

파단용 오목홈(4)과 서로 간격을 두고서 병렬한 오목홈(5)을 동시에 코이닝 가공함으로써, 코이닝 가공 시에, 상기 도 6에서 도시한 특히 휘기 쉬운 평탄형상 오목부(3)의 폭 방향의 내측의 부분이 오목홈(5)의 코이닝 가공에 의해서, 금형(10)[돌기(12)]과 기대(13) 사이에 협지되어, 구속되게 된다. 이것에 의해서, 상기 평탄형상 오목부(3)의 「휨」이 억제되며, 금형의 돌기의 하강(가압)으로 좌우로 나누어지는 알루미늄 합금 재료의 이동의 거동이 균일화된다. 이것에 의해서, 평탄형상 오목부(3)나 파단용 오목홈(4)의 잔존 두께의 정밀도나 형상 정밀도의 확보가 도모된다.

이와 같은 기능을 발휘하는 필수의 조건으로서, 우선, 파단용 오목홈(4)에 대해서, 이 파단용 오목홈(4)보다도 두껍지만 상기 평탄형상 오목부보다 얇게 한다. 이 파단용 오목홈(4)보다 얇고, 파단용 오목홈(4)과 서로 간격을 두고서 병렬한 오목홈(5)을 동시에 코이닝 가공하면, 코이닝 가공 시에 오목홈(5)의 내측의 평탄형상의 오목부(3)의 휨이 생겨, 오목홈(5)의 이측에 잘록부가 생겨 버린다. 또한, 오목홈(5)이 파단용 오목홈(4)보다 먼저 내압에 의해서 파괴되게 된다. 그리고, 상기 평탄형상 오목부와 동일한 두께에서는, 애당초 오목홈(5) 자체를 형성할 수 없다.

또한, 오목홈(5)을 파단용 오목홈(4)에 대해서 서로 간격을 두고서 병렬시키지 않으면, 파단용 오목홈과 동시에 코이닝 가공할 때에, 오목홈(5)이, 이들 오목홈 주변의 상기 평탄형상 오목부(3)를 구속하는 기능을 수행할 수 없다. 이러한 서로의 간격도, 서로 근접시키지 않고 너무 멀어지면, 오목홈(5)이 이들 오목홈 주변의 평탄형상 오목부(3)를 구속하는 기능이 약해진다.

또한, 파단용 오목홈(4)과 동시에, 코이닝 가공에 의해 오목홈(5)을 형성하는 것을 하지 않고, 코이닝 가공에 의한 오목홈(5)측의 형성에, 파단용 오목홈(4)의 가공 개시에 대한 「시간적인 지연」이 생길수록, 혹은 파단용 오목홈(4)의 가공 개시 전에 먼저 가공해 버리는 「시간적인 편차」가 클수록, 오목홈(5)이 이들 오목홈 주변의 평탄형상 오목부(3)를 구속하는 기능이 약해진다.

본 발명에 있어서, 성형 보조용의 오목홈(5)은, 이와 같이 파단용 오목홈(4)을 코이닝 가공에 의해 형성할 때의, 성형을 보조하는 기능을 수행할 수 있도록 마련된다. 따라서, 상기한 특허문헌 8과 같이, 덮개체의 일부에 평면에서 보아 원형의 박육부를 마련하고, 여기에 박육의 환상 오목홈(파단용 오목홈)을 2개, 간격을 두고서 병렬시켜 마련하고, 이들 서로의 두께를 변경하여, 고압용 안전 밸브와 저압용 안전 밸브로 하여, 방폭 밸브로 하고 있는 방식과는 다음과 같이 구별된다.

즉, 특허문헌 8에서는, 덮개 자체나 평탄형상 오목부의 두께도 불분명하며, 이들 환상 오목홈의 육후를 d1, d2로서 나타내고 있지만, 수치의 기재가 없어, 본 발명과 같은 얇기인지 불분명하다. 또한, 덮개의 재질에 대해서도 기재가 없어, 본 발명과 같은 알루미늄 합금인지 불분명하다. 또한, 특허문헌 8에서는, 원형의 내측의 환상 오목홈을 보다 얇고, 외측의 환상 오목홈을 보다 두껍게 하고 있는 점도 다르다. 이것에 대해서, 본 발명에서는, 반대로, 도 1과 같이, 보다 두꺼운 환상 오목홈(5)쪽을 파단용 환상 오목홈(4)보다도 평면에서 보아 평탄형상 오목부(3)의 폭 방향의 내측(안쪽)에 형성한다. 이것도 오목홈을 도 1과 같은 환상으로 하는 경우에, 오목홈(5)이 상기 도 6에서 도시한 특히 휘기 쉬운 평탄형상 오목부(3)의 폭 방향의 내측의 부분을 구속하는 기능을 강하게 하기 때문이다. 특허문헌 8과 같이, 보다 두꺼운 환상 오목홈쪽을 파단용 오목홈(4)보다 평면에서 보아 평탄형상 오목부(3)의 외측(바깥쪽)에 형성했을 경우에는, 이러한 기능이 약해져버려, 상기 코이닝 가공에 있어서의, 평탄형상 오목부(3)나 파단용 오목홈(4)의 잔존 두께의 정밀도나 형상 정밀도의 확보를 도모할 수 없게 된다.

이와 같이, 파단용 오목홈(4)과 파단용 오목홈의 형성용 오목홈(5)을, 평면에서 보아, 서로 간격을 두고서 병렬된 대략 환상으로 각각 형성하는 도 1과 같은 경우에는, 보다 두꺼운 환상 오목홈(5)쪽을 보다 얇은 파단용 환상 오목홈(4)보다 평면에서 보아 평탄형상 오목부(3)의 폭 방향의 내측(안쪽)에 코이닝 가공에 의해 형성한다. 이것은, 상기한 바와 같이, 오목홈(5)이 이들 오목홈 주변의 상기 평탄형상 오목부(3)를 구속하는 기능을 강하게 하기 때문이며, 파단용 오목홈(5)쪽을 파단용 오목홈(4)보다 평면에서 보아 평탄형상 오목부(3)의 외측(바깥쪽)에 형성한 경우에는 이러한 기능이 약해진다.

한편, 도 2에서는, 파단용 오목홈의 형성용 오목홈(5, 6)을, 직선형상의 파단용 오목홈(4)에 대해서, 그 양측에 파단용 오목홈(4)을 사이에 두는 형태로 2개, 코이닝 가공에 의해 직선형상으로 서로 간격을 두고서 병렬하여 마련하고 있다. 이것도, 오목홈(5)이 이들 오목홈 주변의 상기 평탄형상 오목부(3)를 구속하는 기능을 강하게 하기 때문이다. 이것에 대해서, 파단용 오목홈의 형성용 오목홈(5)이나 오목홈(6)중 어느 하나를, 직선형상의 파단용 오목홈(4)에 대해서, 그 어느 하나의 편측에 1개만, 코이닝 가공에 의해, 직선형상으로 서로 간격을 두고서 병렬하여 마련하여도 좋다. 이와 같은 경우는, 직선형상의 파단용 오목홈(4)에 대해서, 어느 측에도, 파단용 오목홈의 형성용 오목홈(5)이나 오목홈(6)을 마련해도 좋다.

[전지 케이스 덮개의 전체 형상]

도 3은 상기 도 1의 타입의, 실제로 설계, 제조되는 본 발명의 전지 케이스 덮개(1)의, 직사각형인 평판형상의 직방체로 이루어지는 전체 형상예를, 상측에 평면도, 하측에 측면도로 각각 도시하고 있다.

전지 케이스 덮개(1)의 크기, 형상, 면적 등은 통상의 리튬 이온 2차 전지 등의 사양(전지 케이스 본체의 사양)에 따른다. 또한, 이러한 전지 케이스 덮개(1)가 장착되는 전지 케이스 본체나, 전지 케이스 덮개(1)에 통상 장착되어야 하는, 외부 정극(正極), 전해액의 주입구나 커버 등의 다른 필요 부품의 표시도 생략하고 있다. 이러한 도 3에 있어서, 1a, 1b는 덮개(1)의 폭 방향의 양측면, 1c는 바닥면, 1d, 1d는 덮개(1)의 길이 방향의 양단부이다.

이러한 도 3의 전지 케이스 덮개(1)에 있어서의 방폭 밸브 구성은 상기 도 1과 동일하며, 평판형상의 덮개(1)의 평탄형상 오목부(3)의 중앙부에 방폭 밸브(2)를 구비하고, 이 방폭 밸브(2)의 구조로서 얇은 평탄형상 오목부(3)가 마련되어 있다. 그리고, 이 평탄형상 오목부(3)에 의해 얇은 파단용 환상 오목홈(4)이 상기 코이닝 가공에 의해 마련되어 있다. 또한, 성형 보조용 환상 오목홈(5)쪽을 파단용 오목홈(4)보다 평면에서 보아 평탄형상 오목부(3)의 내측(안쪽)에, 코이닝 가공에 의해, 평면에서 보아 서로 간격을 두고서 병렬된 타원형상으로 각각 형성하고 있다.

여기서, 도시하지 않는 전지 케이스 본체는, 도 3의 덮개(1)에 대응하는 형상을 하고 있으며, 통상은, 정면 및 배면이 측면 및 상하면에 비하여 넓은 면인 편평형 대략 직방체(상자체)이다. 재질은 강제나 SUS제라도 좋지만, 전지 케이스 덮개(1)와 동일한 알루미늄 합금판으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 크기는 통상의 리튬 이온 2차 전지 등의 사양에 따르는 것으로 한다. 또한, 전지 케이스 본체의 판 두께는 2차 전지의 사양이나 가공 방법 등에 의한 것이며, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 바닥면 O.5mm 내지 1.5mm, 정배면 및 측면 O.5mm 내지 1.2mm이다. 전지 케이스 본체의 성형 방법으로서는, 판 두께 O.5mm 내지 1.5mm의 알루미늄 합금판을, 예를 들어 드로잉 가공 등의 공지된 방법에 의해 성형하는 것을 들 수 있다.

전지 케이스 덮개나 본체 전지 케이스의 알루미늄 함금판으로서는, 순수 알루미늄인 1000계 합금이나, 3000(A1-Mn)계 합금 중에서도 고강도인 알루미늄 합금이 가공성 및 내식성의 면에서 바람직하다. 단, 사용 조건이나 성형 조건에 따라서는, 보다 고강도인 5000계나 6000계 알루미늄 합금을 이용해도 좋다. 또한, 적절한 내부 압력에서 개열시키고, 또한 성형도 가능하게 하기 위해서, 그 재료 강도는 O.2% 내력에서 40MPa 내지 140MPa의 범위가 바람직하다.

도 4는 상기 도 3의 하측의 측면도에 ○ 표시의 A로 둘러싼 방폭 밸브(2)의 부분을 단면도로 확대하여 나타내고 있다. 그리고, 하측에, 상기 단면도의 ○ 표시의 B로 둘러싼 파단용 오목홈(4)과 파단용 오목홈의 형성용 오목홈(5)의 부분을 단면도로 확대하여 나타내고 있다.

도 4의 전지 케이스 덮개(1)는, 두께(판 두께)(t1)가 1.1mm, 평탄형상 오목부(3)의 두께(판 두께)(t2)가 110㎛이다. 또한, 파단용 오목홈(주 스코어)(4)의 두께인, 코이닝 가공 후의 바닥(4a)의 잔존 두께(t3)가 20㎛, 성형 보조용의 오목홈(부 스코어)(5)의 코이닝 가공 후의 바닥(5a)의 잔존 두께(t4)가 40㎛이다. 또한, 파단용 오목홈(주 스코어)(4)의 쐐기형 단면에 있어서의 평탄한 바닥(4a)의 횡방향의 폭(w1)이 50㎛, 평탄형상 오목부(3)측(상측)의 횡방향의 폭(w2)이 110㎛이다. 또한, 성형 보조용의 오목홈(부 스코어)(5)의 쐐기형 단면에 있어서의 평탄한 바닥(5a)의 횡방향의 폭(w3)이 10㎛, 평탄형상 오목부(3)측(상측)의 횡방향의 폭(w4)이 100㎛이다.

[산업상 이용가능성]

이상, 본 발명은, 얇은 알루미늄 합금제 덮개의 파단용 오목홈을 정밀도 양호하게 가공할 수 있어, 파열하기 전에 확실하게 개열하는 방폭 기구를 구비하는 전지 케이스의 덮개 및 전지 케이스의 덮개의 방폭 밸브의 형성 방법을 제공할 수 있다. 이 때문에, 리튬 이온 2차 전지 등에 매우 적합하게 사용할 수 있다.

1 : 전지 케이스 덮개 2 : 방폭 밸브
3 : 박육 평탄부 4 : 파단용 오목홈
5, 6 : 성형 보조용 오목홈 10 : 금형
11, 12 : 돌기 13 : 기대

Claims

방폭 밸브를 구비한 두께 O.5mm 내지 2mm의 알루미늄 합금제 전지 케이스 덮개에 있어서,
상기 방폭 밸브의 구조로서, 상기 전지 케이스 덮개에 두께 50㎛ 내지 300㎛의 얇은 평탄형상 오목부가 마련되고, 상기 평탄형상 오목부에는 두께 10㎛ 내지 100㎛의 보다 얇은 파단용 오목홈이 코이닝 가공에 의해 마련되어 있으며, 또한 상기 파단용 오목홈에 대하여, 상기 파단용 오목홈보다 두껍지만 상기 평탄형상 오목부보다 얇은 오목홈이, 상기 파단용 오목홈의 형성용 오목홈으로서, 상기 파단용 오목홈에 대하여 서로 간격을 두고서 병렬하여, 상기 코이닝 가공에 의해 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
전지 케이스 덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 파단용 오목홈은, 이 파단용 오목홈의 두께를 규정하고 있는 평탄형상 바닥부와, 상기 바닥부로부터 상기 평탄형상 오목부 표면까지 솟아오르는 경사 양측벽으로 형성되는 대략 쐐기형의 단면 형상을 하고 있는
전지 케이스 덮개.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 파단용 오목홈과 상기 파단용 오목홈의 형성용 오목홈이, 평면에서 보아, 서로 간격을 두고서 병렬된 대략 환상으로 각각 형성되며, 상기 파단용 오목홈의 형성용 오목홈쪽이 상기 파단용 오목홈보다도 평면에서 보아 상기 평탄형상 오목부의 폭 방향의 내측에 형성되어 있는
전지 케이스 덮개.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 파단용 오목홈과 상기 파단용 오목홈의 형성용 오목홈이, 평면에서 보아, 서로 간격을 두고서 병렬된 대략 직선형상으로 각각 형성되어 있는
전지 케이스 덮개.
전지 케이스 덮개의 방폭 밸브의 형성 방법에 있어서,
두께 O.5mm 내지 2mm의 알루미늄 합금판으로 이루어지는 상기 전지 케이스 덮개의 코이닝 가공에 의해서, 상기 전지 케이스 덮개에 두께 50㎛ 내지 300㎛의 얇은 평탄형상 오목부를 형성한 후, 상기 평탄형상 오목부에 두께 10㎛ 내지 100㎛의 보다 얇은 파단용 오목홈을 추가로 코이닝 가공에 의해 형성할 때에, 상기 파단용 오목홈에 대해서, 상기 파단용 오목홈보다 두껍지만 상기 평탄형상 오목부보다 얇은 오목홈을, 상기 파단용 오목홈에 대하여 서로 간격을 두고서 병렬시켜서, 상기 파단용 오목홈과 동시에 코이닝 가공에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는
전지 케이스 덮개의 방폭 밸브의 형성 방법.