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KR101520064B1 - 이차전지용 캡 조립체의 제조방법과 그에 따라 제조된 캡 조립체 및 이를 채용한 이차전지 - Google Patents

이차전지용 캡 조립체의 제조방법과 그에 따라 제조된 캡 조립체 및 이를 채용한 이차전지 Download PDF

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KR101520064B1
KR101520064B1 KR1020110091894A KR20110091894A KR101520064B1 KR 101520064 B1 KR101520064 B1 KR 101520064B1 KR 1020110091894 A KR1020110091894 A KR 1020110091894A KR 20110091894 A KR20110091894 A KR 20110091894A KR 101520064 B1 KR101520064 B1 KR 101520064B1
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Abstract

본 발명은 안전벤트 위에 탑 캡을 정렬하는 단계; 상기 탑 캡의 플랜지와 상기 안전벤트의 플랜지를 용접하는 단계; 및 상기 안전벤트의 플랜지 단부를 밴딩하여 상기 탑 캡의 플랜지 상부에 형성된 용접부를 덮는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체의 제조방법을 개시한다.

Description

이차전지용 캡 조립체의 제조방법과 그에 따라 제조된 캡 조립체 및 이를 채용한 이차전지{METHOD FOR PRODUCING CAP ASSEMBLY, CAP ASSEMBLY THEREBY AND SECONDARY BATTERY HAVING THE SAME}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탑 캡과 안전벤트 간의 용접공정이 개선된 이차전지용 캡 조립체의 제조방법과 그에 따라 제조된 캡 조립체 및 이를 채용한 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 캔 타입과, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치 타입으로 분류될 수 있다. 캔 타입 중 원통형 이차전지는 상대적으로 전지용량이 크고 구조적으로 안정성이 좋은 것으로 알려져 있다.
이차전지의 전지케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 것으로서, 젤리-롤 형태의 권취 구조 또는 스택 구조를 갖는다.
도 1에는 일반적인 원통형 이차전지의 주요 구성이 구체적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 원통형 이차전지는 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)와 함께 전해액을 수용하는 원통형의 전지 케이스(20)와, 전지 케이스(20)의 상부 개방단에 밀봉 결합된 캡 조립체(30)를 포함한다.
캡 조립체(30)는 양극단자(미도시)가 마련된 탑 캡(Top cap)(31)과, 탑 캡(31)의 하부에 위치하고 전지 내부의 압력 상승에 의해 파열되어 가스를 배기하도록 노치(Notch)(32a)가 형성된 안전벤트(32)와, 상단 일측이 안전벤트(32)에 접촉되고 하단 일측은 전극 조립체(10)의 양극 리드(15)에 연결된 전류차단부재(34)를 구비한다.
정상적인 작동조건에서 전극 조립체의 양극은 양극 리드(15), 전류차단부재(34) 및 안전벤트(32)를 경유하여 탑 캡(31)에 연결되어 통전된다.
원통형 이차전지는 과충전 등에 의해 전극 조립체에서 가스가 발생하여 내압이 증가할 경우 안전벤트(32)가 상방으로 변형되면서 전류차단부재(34)로부터 분리되어 전류가 자동적으로 차단됨으로써 전지의 안전성이 확보될 수 있다. 또한, 내압이 계속 증가할 경우에는 안전벤트(32)가 파열되고 탑 캡(31)의 배기구를 통해 가스가 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다.
이러한 작동을 위해서는 캡 조립체를 이루는 탑 캡(31)과 안전벤트(32)를 긴밀히 결합하여 전해액이나 가스의 누출을 방지하고 접촉저항을 최소화하는 것이 무엇보다도 중요하다.
이와 관련하여, 일본 공개특허공보 제2003-187773호에는 안전벤트와 상단 캡의 접촉저항이 증가하는 것을 방지하기 위하여, 안전벤트의 단부가 탑 캡의 외주면을 감싸도록 밴딩되고, 안전벤트와 탑 캡 사이를 레이저 용접으로 접합한 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지가 개시되어 있다.
종래기술에 따른 이차전지용 캡 조립체는 도 1에 도시된 바와 같이 밴딩된 안전벤트의 플랜지(Flange) 단부와 탑 캡의 플랜지 상부면 사이에 접합부(40)가 형성된다.
그러나, 종래기술에 따른 이차전지용 캡 조립체는 밴딩된 안전벤트(32)의 플랜지 외부면이 용접 과정에서 고에너지에 의해 표면 형상이 변형되어 전해액의 누액 원인이 될 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 탑 캡을 감싸는 안전벤트의 플랜지 외부면에 용접부가 형성되어 표면 형상이 변형되는 것을 방지할 수 있는 이차전지용 캡 조립체의 제조방법과 그에 따라 제조된 캡 조립체 및 이를 채용한 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 탑 캡과 안전벤트를 먼저 용접한 후에 밴딩 공정을 수행하는 이차전지용 캡 조립체의 제조방법과 그에 따라 제조된 캡 조립체 및 이를 채용한 이차전지를 개시한다.
즉, 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체의 제조방법은 (a) 안전벤트 위에 탑 캡을 정렬하는 단계; (b) 상기 탑 캡의 플랜지와 상기 안전벤트의 플랜지를 용접하는 단계; 및 (c) 상기 안전벤트의 플랜지 단부를 밴딩하여 상기 탑 캡의 플랜지 상부에 형성된 용접부를 덮는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계 (b)에서는, 상기 탑 캡의 플랜지 상부로부터 상기 안전벤트 방향으로 고에너지를 가하여 용접을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 탑 캡과 상기 탑 캡의 하부에 위치하는 안전벤트를 구비한 이차전지용 캡 조립체에 있어서, 상기 탑 캡의 플랜지와 상기 안전벤트의 플랜지가 용접에 의해 상호 접합되고, 상기 안전벤트의 플랜지 단부가 상기 탑 캡의 플랜지 단부를 감싸도록 밴딩되어 상기 탑 캡의 플랜지 상부에 형성된 용접부를 덮는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체가 제공된다.
상기 탑 캡의 플랜지 상부에는 단차부가 형성되고, 상기 단차부에 상기 용접부가 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 함께 전해액을 수용하는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 탑 캡과 상기 탑 캡의 하부에 위치하는 안전벤트를 구비한 캡 조립체를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 탑 캡의 플랜지와 상기 안전벤트의 플랜지가 용접에 의해 상호 접합되고, 상기 안전벤트의 플랜지 단부가 상기 탑 캡의 플랜지 단부를 감싸도록 밴딩되어 상기 탑 캡의 플랜지 상부에 형성된 용접부를 덮는 것을 특징으로 하는 이차전지가 제공된다.
본 발명에 따르면 탑 캡을 감싸는 안전벤트의 플랜지 외부면에 용접에 의한 표면 형상의 변형이 발생하지 않고 깨끗한 표면이 얻어지므로 전해액의 누액을 방지할 수 있고 기계적인 안정성과 접촉저항 특성이 개선된 이차전지를 구현할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 원통형 이차전지의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체의 조립과정을 도시한 공정도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체의 조립과정을 도시한 공정도이다.
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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지는 전극 조립체(100)와, 전극 조립체(100)와 함께 전해액을 수용하는 전지 케이스(110)와, 전지 케이스(110)의 개방단에 밀봉 결합되고 탑 캡(121)과 안전벤트(122)가 용접 후 밴딩된 구조를 가진 캡 조립체(120)를 포함한다.
전극 조립체(100)는 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 것으로서, 바람직하게 젤리-롤 형태의 권취 구조를 갖는다.
캡 조립체(120)는 양극단자가 마련된 탑 캡(121)과, 탑 캡(121)의 하부에 위치하는 안전벤트(122)와, 상단이 안전벤트(122)에 접촉되고 하단은 전극 조립체(100)의 양극 리드(105)에 연결된 전류차단부재(123)를 포함한다.
이차전지는 과충전 등에 의해 전극 조립체(100)에서 가스가 발생하여 내압이 증가할 경우 안전벤트(122)가 상방으로 변형되면서 전류차단부재(123)로부터 분리되어 전류가 자동적으로 차단됨으로써 전지의 안전성이 확보될 수 있다. 또한, 내압이 계속 증가할 경우에는 안전벤트(122)가 파열되고 탑 캡(121)의 배기구를 통해 가스가 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다.
안전벤트(122)는 내압 상승시 파열 가능한 적어도 하나 이상의 노치(122a)를 구비한다. 노치(122a)는 'v'형 홈의 구조를 갖는 것이 바람직하나, 그 형상이나 개수는 필요에 따라 다양하게 변형 가능하다.
안전벤트(122)의 플랜지와 탑 캡(121)의 플랜지는 레이저 용접과 같이 고에너지를 가하는 용접에 의해 상호 접합된다. 이에 따라 탑 캡(121)의 플랜지 단부 하부면과 그 아래에 위치한 안전벤트(122)의 상부면 사이에는 접합부(130)가 형성된다. 접합부(130)는 바람직하게 적어도 하나 이상의 점 형상이나 선 형상으로 형성될 수 있으며, 그밖에 다양한 변형이 가능하다.
용접 효율을 높이기 위하여 탑 캡(121)의 플랜지 상부면에는 소정 형상의 단차부(도 4의 131 참조)가 부가적으로 형성될 수 있다.
안전벤트(122)의 플랜지 단부는 탑 캡(121)의 플랜지 가장자리를 감싸도록 밴딩됨으로써 접합부(130)에 대응하는 탑 캡(121)의 플랜지 상부면에 형성된 용접부, 즉 용접에 의해 표면이 변형된 부위를 덮는다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체의 제조방법에 포함되는 안전벤트(122)와 탑 캡(121) 간의 조립과정이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체의 제조방법은 안전벤트(122) 위에 탑 캡(121)을 정렬하고, 레이저 용접 등을 수행하여 탑 캡(121)의 플랜지와 상기 안전벤트(122)의 플랜지를 용접한 후 안전벤트(122)의 플랜지를 위로 밴딩하여 밴딩부(124)를 형성하는 공정을 수행한다.
용접 단계에서는 탑 캡(121)의 플랜지 상부로부터 하방, 즉 안전벤트(122) 방향으로 고에너지를 가하여 탑 캡(121)의 플랜지와 안전벤트(122)의 플랜지를 용접한다.
밴딩에 의해 안전벤트(122)의 플랜지 단부는 탑 캡(121)의 플랜지 상부에 위치하되, 탑 캡(121)의 플랜지 상부에 형성된 용접부가 외부에 노출되지 않도록 덮는다.
도 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체의 제조방법에 포함되는 안전벤트(122)와 탑 캡(121) 간의 조립과정이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 탑 캡(121)의 플랜지 상부에 단차부(131)를 형성하고, 상기 단차부(131) 지점에서 레이저 용접 등을 수행하여 용접 효율을 보다 높이는 것이 가능하다. 이 경우 상기 단차부(131)에 용접부가 위치하게 된다.
본 발명에 따르면, 탑 캡(121)의 플랜지 하부면과 안전벤트(122) 사이에 접합부(130)가 형성되고, 탑 캡(121)의 플랜지 상부면에 형성된 용접부는 안전벤트(122)의 플랜지 단부에 의해 가려지므로 깨끗한 외부면을 얻을 수 있어 전해액의 누액을 방지할 수 있고 기계적인 안정성 등도 개선할 수 있다.
이상에서 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: 전극 조립체 110: 전지 케이스
120: 캡 조립체 121: 탑 캡
122: 안전벤트 122a: 노치
123: 전류차단부재 124: 밴딩부
130: 접합부

Claims (6)

  1. 이차전지용 캡 조립체의 제조방법에 있어서,
    (a) 안전벤트 위에 탑 캡을 정렬하는 단계;
    (b) 상기 탑 캡의 플랜지 상부로부터 상기 안전벤트 방향으로 고에너지를 가하는 용접을 수행하여 상기 탑 캡의 플랜지와 상기 안전벤트의 플랜지를 상호 접합하는 단계; 및
    (c) 상기 안전벤트의 플랜지 단부를 밴딩하여 상기 용접에 의해 상기 탑 캡의 플랜지 상부에 형성된 표면이 변형된 부위를 덮는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 탑 캡과 상기 탑 캡의 하부에 위치하는 안전벤트를 구비한 이차전지용 캡 조립체에 있어서,
    탑 캡의 플랜지 상부로부터 상기 안전벤트 방향으로 고에너지를 가하는 용접에 의해, 상기 탑 캡의 플랜지 하부면과 상기 안전벤트의 상부면 사이에는 접합부가 형성되고 상기 접합부에 대응하는 상기 탑 캡의 플랜지 상부에는 표면이 변형된 부위가 형성되고,
    상기 안전벤트의 플랜지 단부가 상기 탑 캡의 플랜지 단부를 감싸도록 밴딩되어 상기 표면이 변형된 부위를 덮는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탑 캡의 플랜지 상부에는 단차부가 형성되고,
    상기 단차부에 상기 표면이 변형된 부위가 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체.
  5. 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 함께 전해액을 수용하는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 탑 캡과 상기 탑 캡의 하부에 위치하는 안전벤트를 구비한 캡 조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,
    탑 캡의 플랜지 상부로부터 상기 안전벤트 방향으로 고에너지를 가하는 용접에 의해, 상기 탑 캡의 플랜지 하부면과 상기 안전벤트의 상부면 사이에는 접합부가 형성되고 상기 접합부에 대응하는 상기 탑 캡의 플랜지 상부에는 표면이 변형된 부위가 형성되고,
    상기 안전벤트의 플랜지 단부가 상기 탑 캡의 플랜지 단부를 감싸도록 밴딩되어 상기 표면이 변형된 부위를 덮는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탑 캡의 플랜지 상부에는 단차부가 형성되고,
    상기 단차부에 상기 표면이 변형된 부위가 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
KR1020110091894A 2011-09-09 2011-09-09 이차전지용 캡 조립체의 제조방법과 그에 따라 제조된 캡 조립체 및 이를 채용한 이차전지 KR101520064B1 (ko)

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