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KR102250195B1 - 이차 전지용 캡 어셈블리 및 그 제조 방법 - Google Patents

이차 전지용 캡 어셈블리 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102250195B1
KR102250195B1 KR1020160086370A KR20160086370A KR102250195B1 KR 102250195 B1 KR102250195 B1 KR 102250195B1 KR 1020160086370 A KR1020160086370 A KR 1020160086370A KR 20160086370 A KR20160086370 A KR 20160086370A KR 102250195 B1 KR102250195 B1 KR 102250195B1
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South Korea
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top cap
safety vent
cap
secondary battery
thickness
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KR1020160086370A
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이관수
류덕현
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 탑 캡과 안전 벤트를 구비한 이차 전지용 캡 어셈블리와 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이차 전지용 캡 어셈블리는 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되는 것으로서, 탑 캡과 상기 탑 캡의 하부에 위치하는 안전 벤트를 구비하되, 상기 안전 벤트는 단부가 상기 탑 캡의 상부에 위치하도록 상기 탑 캡의 가장자리단을 감싸는 밴딩부를 포함하고, 상기 밴딩부가 접하는 상기 탑 캡의 가장자리단에는 단차부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

이차 전지용 캡 어셈블리 및 그 제조 방법{CAP ASSEMBLY FOR SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탑 캡과 안전 벤트간의 조립 구조가 개선된 이차 전지용 캡 어셈블리 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 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 이차 전지는 상대적으로 전지 용량이 크고 구조적으로 안정성이 좋은 것으로 알려져 있다.
원통형 이차 전지는 젤리-롤 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체와 함께 전해액을 수용하는 원통형의 전지 케이스와, 전지 케이스의 상부 개방단에 밀봉 결합된 캡 어셈블리를 포함한다.
도 1에는 일반적인 원통형 이차 전지의 캡 어셈블리 구성이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 캡 어셈블리(30)는 양극단자가 마련된 탑 캡(Top cap)(31)과, 탑 캡(31)의 하부에 위치하고 전지 내부의 압력 상승에 의해 파열되어 가스를 배기하기 위한 노치(Notch)(35)가 형성된 안전 벤트(32)와, 상단 일측이 안전 벤트(32)에 접촉되고 하단 일측은 전극 조립체(미도시)의 양극 리드(미도시)에 연결되는 전류 차단 부재(34)를 구비한다. 탑 캡(31)과 안전 벤트(32)의 외주면에는 가스켓(36)이 장착된다.
정상적인 작동 조건에서 전극 조립체의 양극은 양극 리드, 전류 차단 부재(34) 및 안전 벤트(32)를 경유하여 탑 캡(31)에 연결되어 통전된다.
과충전 등에 의해 전극 조립체에서 가스가 발생하여 내압이 증가할 경우에는 안전 벤트(32)가 상방으로 변형되면서 전류 차단 부재(34)로부터 분리되어 전류가 자동적으로 차단됨으로써 전지의 안전성이 확보될 수 있다. 또한, 내압이 계속 증가할 경우에는 안전 벤트(32)가 파열되고 탑 캡(31)의 배기구를 통해 가스가 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다.
최근 원통형 이차 전지의 전기 자동차(EV) 시장 확대 적용에 따라 10년 이상의 사용시 내구성에 대한 요구가 증가되고 있다. 내구성 중 전기 자동차와 같은 차량의 진동(Vibration) 환경에서 이차 전지의 저항 변화 및 이차 전지 내부에서 발생되는 가스 및 전해액의 누액을 방지하는 것이 매우 중요한데, 고장 모드 발생 시 전지 성능 및 안전성에 심각한 영향을 줄 수 있기 때문이다.
이차 전지의 저항 변동 및 가스 누출, 전해액의 누액은 도 1에 점선 화살표로 표시한 바와 같이, 주로 전지 케이스와 캡 어셈블리(30) 사이에 불가피하게 형성되는 틈 및 탑 캡(31)과 안전 벤트(32) 조립 계면을 통해 발생되며, 이를 방지하는 기술 확보가 매우 중요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 탑 캡과 안전 벤트가 긴밀히 결합됨으로써 가스 누출, 전해액의 누액과 같은 리키지(Leakage) 문제를 해결할 수 있는 이차 전지용 캡 어셈블리 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 안전 벤트가 탑 캡의 외주면을 감싸도록 밴딩된 구조를 가진 캡 어셈블리를 개시한다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 어셈블리는 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되는 것으로서, 탑 캡과 상기 탑 캡의 하부에 위치하는 안전 벤트를 구비하되, 상기 안전 벤트는 단부가 상기 탑 캡의 상부에 위치하도록 상기 탑 캡의 가장자리단을 감싸는 밴딩부를 포함하고, 상기 밴딩부가 접하는 상기 탑 캡의 가장자리단에는 단차부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 밴딩부의 두께와 상기 단차부 깊이가 상호 일치한다.
바람직하게, 상기 밴딩부의 안쪽면이 상기 탑 캡의 단차부에 평행하게 안착되어 레이저 용접에 의해 접합된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 캡 어셈블리 제조 방법에서, 상기 안전 벤트는 단부가 상기 탑 캡의 상부에 위치하도록 상기 탑 캡의 가장자리단을 감싸는 밴딩부를 포함하도록 형성하고, 상기 밴딩부가 접하는 상기 탑 캡의 가장자리단에는 단차부를 형성한다.
이 때, 상기 밴딩부의 두께와 상기 단차부 깊이가 상호 일치하도록 단조 공정을 통해 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명의 캡 어셈블리는 이를 포함하는 이차 전지 및 이러한 이차 전지를 포함하는 전기 자동차로까지 확장될 수 있다.
예를 들어, 이차 전지는 양극, 분리막 및 음극이 적층된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 함께 전해액을 수용하는 전지 케이스와, 본 발명에 따른 캡 어셈블리를 포함한다.
본 발명에 따르면 탑 캡 가장자리단을 단조 공정을 통해 두께를 낮추고, 안전 벤트 길이를 증가시켜 밴딩부로 삼음과 동시에 안전 벤트 밴딩부도 단조 공정을 통해 두께를 낮추고 밴딩부를 컬링(Curling)하여 종래 구조의 취약 부분을 제거할 수 있다.
탑 캡, 안전 벤트의 단조 공정 적용시 측면 전체 캡 어셈블리 부위의 높이 변경없이 유지 가능하여 동일 규격 이차 전지의 용량 저하를 방지할 수 있으며, 리키지 취약 부분 제거를 통해 이차 전지의 내구성 향상에 도움이 되는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 적용시 탑 캡과 안전 벤트가 물리적으로 긴밀히 밀착되어 균일한 접촉면이 얻어지므로 전해액의 누액을 효과적으로 방지할 수 있고 접촉 저항도 개선할 수 있다. 탑 캡 단차부와 평행하게 안착되는 밴딩부에 레이저 용접시 용접 품질 확보가 유리하여, 조립 공정 중 발생될 수 있는 용접부 데미지(Damage)에 의한 캡 어셈블리 저항 변동 민감도도 개선할 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 이차 전지의 캡 어셈블리 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리 구성을 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리의 탑 캡과 안전 벤트의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리의 탑 캡과 안전 벤트의 접합면을 보여주는 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 사상을 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 캡 어셈블리 구성을 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 캡 어셈블리(130)는 양극단자가 마련된 탑 캡(131)과, 탑 캡(131)의 하부에 위치하고 전지 내부의 압력 상승에 의해 파열되어 가스를 배기하기 위한 노치(135)가 형성된 안전 벤트(132)를 포함한다. 캡 어셈블리(130)는 상단 일측이 안전 벤트(132)에 접촉되고 하단 일측은 전극 조립체(미도시)의 양극 리드(미도시)에 연결되는 전류 차단 부재(134)와 탑 캡(131)과 안전 벤트(132)의 외주면에 장착되는 가스켓(136)을 더 포함할 수 있다.
탑 캡(131)은, 캡 어셈블리(130)의 최상부에 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성한다. 따라서, 탑 캡(131)은 외부와 전기적으로 접속되도록 한다. 또한, 이러한 탑 캡(131)에는 가스가 배출될 수 있는 배기구가 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(미도시)로부터 가스 발생시 이러한 배기구를 통해 외부로 가스가 배출되도록 할 수 있다. 탑 캡(131)은, 예를 들어 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
탑 캡(131)과 안전 벤트(132) 사이에는 탑 캡(131)과 안전 벤트(133)를 전기적으로 연결시키는 안전 소자가 개재될 수 있다. 안전 소자는 전지의 과열에 의해 전지 내부의 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 이를테면 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)로 형성될 수 있다.
정상적인 작동 조건에서 전극 조립체의 양극은 양극 리드, 전류 차단 부재(134) 및 안전 벤트(132)를 경유하여 탑 캡(131)에 연결되어 통전될 수 있다.
안전 벤트(132)는 중앙이 하향 만입된 형상으로 되어있고, 상기 만입부를 형성하는 절곡 부위에 노치(135)가 형성되어 있다. 전류 차단 부재(134)는 이차 전지 내부의 압력 상승시 파열되어 전류를 차단하도록 설치될 수 있다. 전류 차단 부재(134)는 가스의 배출을 위한 하나 또는 그 이상의 관통구를 포함하고 있고, 안전 벤트(132)의 만입부의 하단에 용접 부착되어 있는 상향 돌출된 돌출부가 중앙에 형성되어 있으며, 전극 조립체(미도시)의 양극 리드(미도시)가 상기 돌출부를 제외한 부위의 하단면을 통해 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.
과충전 등에 의해 전극 조립체에서 가스가 발생하여 내압이 증가할 경우에는 안전 벤트(132)가 상방으로 변형되면서 전류 차단 부재(134)로부터 분리되어 전류가 자동적으로 차단됨으로써 전지의 안전성이 확보될 수 있다. 또한, 내압이 계속 증가할 경우에는 안전 벤트(132)가 파열되고 탑 캡(131)의 배기구를 통해 가스가 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다.
도 2의 점선 타원 및 그 확대 도면으로 가리키는 바와 같이, 안전 벤트(132)는 탑 캡(131)의 가장자리단을 감싸도록 밴딩되어 탑 캡(131)과 긴밀히 결합된다. 보다 상세하게, 안전 벤트(132)는 탑 캡(131)의 가장자리단을 감싸는 밴딩부(132a)를 구비한다. 밴딩부(132a)가 접하는 탑 캡(131)의 가장자리단에는 단차부(131a)가 형성되어 있다.
바람직하게, 밴딩부(132a)는 단차부(131a)에 놓인다. 그리고, 밴딩부(132a)의 두께(d1)와 단차부(131a)의 깊이(d2)가 상호 일치한다. 이에 따라 밴딩부(132a)가 탑 캡(131) 상면으로부터 돌출됨이 없다. 또한, 밴딩부(132a)의 두께(d1)를 낮추고 밴딩부(132a)가 접하는 탑 캡(131)의 해당 부위를 얇은 두께로 형성하여, 즉 단차부(131a)를 형성하여, 단순히 안전 벤트의 단부가 탑 캡 단부를 감싸도록 하는 경우에 비하여 두께 증가가 없고 이에 따라 동일 규격 이차 전지의 용량 감소를 방지할 수 있다. 밴딩부(132a)와 단차부(131a)는 탑 캡(131) 상면에서 보았을 때 이음매가 드러나지 않도록 상호 꼭 들어맞는 맞춤 구조로 형성함이 바람직하다.
탑 캡(131), 안전 벤트(132)의 두께는 그 소재에 따라 달라질 수 있으므로 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어 안전 벤트(132)의 두께는 안전 벤트(132)의 기계적 강성, 탄성력 등에 영향을 미치며, 안전 벤트(132)의 두께가 두꺼워질수록, 안전 벤트(132)가 전지 케이스 내부에서 차지하는 공간이 커지면서 전지의 용량이 감소할 수 있다. 반대로, 안전 벤트(132)의 두께가 너무 얇을 경우 소망하는 기계적 강성 등을 나타내지 못하고 약한 외부 충격에 의해서도 파괴될 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서, 안전 벤트(132)는 소재의 두께가 두꺼울수록 높은 기계적 강성을 지닐 수 있지만 상기와 같은 문제점이 발생할 수 있으므로, 이러한 점들을 복합적으로 고려하여 적절히 결정할 수 있다.
밴딩부(132a)의 두께(d1), 그리고 단차부(131a) 깊이(d2)도 적절한 단조 공정을 통해 얻을 수 있는 두께이면서 단조 공정시 찢어짐이나 균열 등 문제 발생이 없는 정도이면 특별히 한정되지는 않지만, 바람직하게 밴딩부(132a)의 두께(d1)는 안전 벤트(132) 두께의 20% 내지 50%일 수 있다. 밴딩부(132a)의 두께(d1)가 안전 벤트(132)의 두께를 기준으로 20% 미만인 경우나 50% 초과인 경우 밴딩부(132a) 컬링시 주름이 생기거나 변형이 되는 등 원활한 컬링이 되지 않을 염려가 있어 바람직하지 않다.
예를 들어, 안전 벤트(132)는 0.15 내지 0.4 mm의 두께를 가지며, 밴딩부(132a)의 두께(d1)는 상기 두께의 20% 내지 50%로 한다.
이러한 캡 어셈블리(130) 제조를 위하여, 탑 캡(131) 가장자리단은 단조 공정을 통해 두께를 낮추어 단차부(131a)를 형성한다. 그리고, 안전 벤트(132) 길이를 증가시킴과 동시에 안전 벤트(132) 밴딩부(132a)도 단조 공정을 통해 두께를 낮춘다. 밴딩부(132a)의 두께(d1)를 낮추지 않고 안전 벤트(132) 두께 그대로 하는 경우에 밴딩부(132a)를 단차부(131a)에 같은 높이로 안착시키려면 탑 캡(131)의 두께가 커져야 한다. 본 발명에서는 밴딩부(132a)의 두께(d1)를 낮추기 때문에 탑 캡(131)의 두께도 커질 필요가 없어 전체적인 캡 어셈블리(130)의 두께 증가가 없다.
단조 공정은 일반적으로 고온에서 금속을 녹인 뒤 기계나 해머로 여러 번 두드려 원하는 모양을 만드는 가공 공정을 말한다. 단조는 크게 단련과 프레스(Press)로 나눌 수 있다. 단련은 대장장이와 같은 방식으로 보면 되는데, 해머와 같은 도구를 이용해서 원하는 형상으로 만드는 것이다. 이러한 단련의 작업 방법은 평탄한 공구 사이에 소재를 놓고 적당히 돌리거나 위치를 바꾸어 두들기면서 바라는 모양의 제품으로 만드는 자유단조와, 일정한 모양으로 요각한 금형 사이에 소재를 끼우고 두들겨서 바라는 모양의 제품을 만드는 형단조가 대표적이다. 그리고 프레스는 단조 프레스를 사용하여 서서히 가압함으로써 제품을 성형하는 방법으로 소음이나 진동이 없다는 장점이 있고, 상대적으로 대형 부품의 제조에 많이 채용된다. 탑 캡(131)과 안전 벤트(132)의 단조는 그 소재의 특성을 고려하여 적절한 단조 조건 하에서 이루어지도록 한다. 가공의 용이성 및 재현성을 위하여 프레스 방식이 적합하며, 유압프레스, 너클프레스 등의 설비를 이용하여 150 ~ 750℃의 온간 단조 또는 상온의 냉간 단조를 이용할 수 있다.
이후 밴딩부(132a)를 컬링하여 탑 캡(131)의 가장자리단을 감싸도록 한 후 단차부(131a)에 놓이도록 한다. 그런 다음, 탑 캡(131)의 단차부(131a)와 평행하게 안착된 밴딩부(132a)에 레이저 용접을 하여 탑 캡(131)과 안전 벤트(132)를 결합한다. 혹은 단차부(131a) 인접 측면인 탑 캡(131)과 안전 벤트(132) 접촉부위에 레이저 용접을 동시 적용하여 좀 더 견고한 용접 품질을 확보하는 것도 가능하다.
밴딩부(132a)는 탑 캡(131)의 둘레를 따라 연속적인 원형으로 형성되거나 십자 모양과 같이 불연속적인 돌출부의 형태로 형성될 수 있다. 단차부(131a)는 이러한 밴딩부(132a)에 대응되는 형상으로 연속적으로 형성되거나 불연속적으로 형성될 수 있다. 단조 공정 등을 적용하는 제조 방법의 용이성을 위해서는 연속적인 구조가 바람직하다.
밴딩부(132a)는 탑 캡(131)의 둘레를 따라 원주 부분을 360도 전체 감싸도록 형성될 수 있다. 대신에 360도가 아닌 일부만 감싸도록 구성될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리(130)의 탑 캡(131)과 안전 벤트(132)의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도들이다. 보다 구체적으로, 도 3은 안전 벤트(132)의 밴딩부(132a)가 탑 캡(121)의 가장자리단을 감싸도록 밴딩되기 이전의 구성이고, 도 4는 안전 벤트(132)의 밴딩부(132a)가 탑 캡(121)의 가장자리단을 감싸도록 밴딩된 이후의 구성이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 안전 벤트(132)는, 탑 캡(131)의 외주부보다 길게 연장 형성되고 단조 공정을 통해 두께를 낮춘 밴딩부(132a)를 복수 개 구비할 수 있다. 그리고, 이와 같은 안전 벤트(132)의 밴딩부(132a)는 탑 캡(131)의 가장자리단을 감싸도록 밴딩되어, 도 4에 도시된 바와 같이, 안전 벤트(132)는 탑 캡(131)의 가장자리단을 감싸면서 탑 캡(131)의 단차부(131a)에 놓이게 된다. 그런 다음, 탑 캡(131)의 단차부(131a)와 평행하게 안착된 밴딩부(132a)에 레이저 용접을 하여 접합면(W)을 형성해 탑 캡(131)과 안전 벤트(132)를 결합한다.
이와 같이, 밴딩부(132a)가 탑 캡(131)의 테두리 일부분만 감싸도록 하는 경우, 밴딩부(132a)의 크기가 비교적 작으므로 공정이 용이해지고, 비용을 절감할 수 있다. 그리고, 이러한 실시예에 의하면, 밴딩부(132a)의 연장 부분에 대한 벤딩(혹은 절곡) 공정이 보다 용이해질 수 있다.
밴딩부(132a)의 안쪽면은 탑 캡(131)의 단차부(131a)에 평행하게 안착되어 레이저 용접에 의해 접합되어 있다. 접합면(W)은 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 밴딩부(132a)의 안쪽면과 단차부(131a) 표면에 위치한다. 접합 위치는 적어도 하나 이상의 점 형상이나 선 형상으로 형성될 수 있으며, 그밖에 다양한 변형이 가능하다. 특히, 탑 캡(131)의 단차부(131a)에 평행하게 안착되어 있는 밴딩부(132a)의 안쪽면을 따라 길게 이어지는 형상으로 용접을 하여 접합면(W)을 도시한 바와 같이 길게 형성하면 더욱 긴밀히 탑 캡(131)과 안전 벤트(132)를 결합할 수 있다.
이와 같이 탑 캡(131), 안전 벤트(132)의 단조 공정 적용 시 측면 전체 캡 어셈블리(130) 부위의 높이 변경없이 유지 가능하여 이차 전지의 용량 증가를 도모할 수 있다. 탑 캡(131)과 안전 벤트(132)가 물리적으로 긴밀히 밀착되어 균일한 접촉면이 얻어지므로 전해액의 누액을 효과적으로 방지할 수 있고 접촉 저항도 개선할 수 있다. 이와 같이, 리키지 취약 부분 제거를 통해 이차 전지의 내구성 향상에 도움이 되는 이점이 있다.
특히, 탑 캡(131)의 단차부(131a)와 평행하게 안착된 밴딩부(132a)에 레이저 용접시 용접 품질 확보가 유리하여, 조립 공정 중 발생될 수 있는 용접부 데미지에 의한 캡 어셈블리(130) 저항 변동 민감도도 개선할 수 있다.
탑 캡(131)의 단차부(131a)와 평행하게 안착된 밴딩부(132a) 구조를 통해, 밴딩부(132a)의 들뜸이 차단되어 탑 캡(131)으로부터 안전 벤트(132)가 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 탑 캡(131)과 안전 벤트(132) 간에 균일한 접촉면을 갖는 동시에 밀착력을 높일 수 있다.
전지 케이스에 전극 조립체와 전해액을 수용하도록 하고, 전지 케이스의 개방단에 이러한 캡 어셈블리(130)를 밀봉 결합하여 이차 전지를 제조할 수 있다. 이러한 이차 전지에 이용될 수 있는 전극 조립체는 양극, 분리막 및 음극이 적층된 것으로서, 바람직하게 젤리-롤 형태의 권취 구조를 가질 수 있다. 전지 케이스는 다른 형태의 케이스에 비해 상대적으로 전지용량이 크고 구조적으로 안정성이 좋은 원통형 케이스가 채용되는 것이 바람직하다. 원통형 케이스의 소재는, 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는, 스테인리스 스틸, 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 일반적으로 젤리-롤형 전극 조립체의 양극 집전체에 용접되어 있는 양극 탭은 캡 어셈블리(130)에 용접되어 전지 상단의 돌출 단자에 연결되며, 음극 집전체에 용접되어 있는 음극 탭은 전지 케이스의 하단에 용접되어 캔 자체가 음극 단자를 구성한다. 이와 같은 탑재가 이루어진 상태에서 전해액이 주입되고, 전지 케이스의 개방 상단을 캡 어셈블리(130)로 밀봉하면 이차 전지가 완성된다.
본 발명에 따른 캡 어셈블리(130)는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차 전지 제조에 이용될 수 있다. 그러한 리튬 이차 전지는 전극 조립체, 리튬염 함유 비수 전해액, 전지 케이스 등으로 구성되어 있다.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다. 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
그리고 이러한 리튬 이차 전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다. 양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 양극 활물질로서의 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 바인더를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 음극 활물질로서 탄소 활물질과 도전재 및 바인더를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 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.
130: 캡 어셈블리 131: 탑 캡
131a: 단차부 132: 안전 벤트
132a: 밴딩부 W: 접합면

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  7. 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 탑 캡과 상기 탑 캡의 하부에 위치하는 안전 벤트를 구비한 이차 전지용 캡 어셈블리 제조 방법에 있어서,
    상기 안전 벤트는 단부가 상기 탑 캡의 상부에 위치하도록 상기 탑 캡의 가장자리단을 감싸는 밴딩부를 포함하도록 형성하고, 상기 밴딩부가 접하는 상기 탑 캡의 가장자리단에는 단차부를 형성하며,
    상기 밴딩부의 두께와 상기 단차부 깊이가 상호 일치하도록 단조 공정을 통해 조절하고,
    상기 밴딩부의 안쪽면을 상기 탑 캡의 단차부에 평행하게 안착시켜 레이저 용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 어셈블리 제조 방법.
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  9. 제7항에 있어서, 상기 밴딩부의 두께는 상기 안전 벤트 두께의 20% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 어셈블리 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 밴딩부는 상기 탑 캡의 둘레를 따라 원주 부분을 일부만 감싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 어셈블리 제조 방법.
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