KR200228356Y1 - 전지의캡조립체 - Google Patents

Abstract

전지의 캡 조립체를 개시한다. 본 고안에 따른 전지의 캡 조립체는 캡부재와, 상기 캡부재의 중앙에 설치되는 양극단자와, 상기 캡부재의 일단에 설치되며 전해액을 충진하는 전해액 주입구와, 상기 캡부재의 타단에 안전변이 설치되어 있는 전지의 캡 조립체에 있어서, 상기 안전변은 상기 캡부재에 형성된 안전변 장착부에 그 원주부가 절연물질로 실링된 것을 특징으로 하며 제조공정수를 줄이는 이점이 있다.

Description

전지의 캡 조립체{Cap assembly for battery}

본 고안은 전지의 캡 조립체에 관한 것으로서, 상세하게는 전지의 내압 상승시 안전 벤트가 파단되어 폭발을 방지하는 전지의 캡 조립체에 관한 것이다.

휴대용 전자정보기기와 무선통신기기의 발달에 따라 이차전지에 대한 수요가 증대되고 있다. 지금까지 개발된 이차전지 중 많이 사용되고 있는 것으로는 니켈카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지 등이 있다.

또한 리튬이온전지는 장수명, 고용량 측면에서 우수하며, 예컨데 기존의 니켈카드뮴 전지 등에 비해 3.5 ~ 4 볼트의 높은 방전 전압을 갖고 있어 동일한 부피 내에 고용량의 전기에너지를 저장할 수 있다.

상술한 전지는 쇼트, 과충전, 역충전, 충격변형 등의 요인에 의하여 전지 내부에 가스가 발생하게 되어 전지의 내부 압력이 상승된다. 특히 과충전상태가 지속되는 경우, 전지 내부의 전해액 또는 활물질이 일부 분해되어, 전지의 내부 온도가 급격하게 상승되므로써 폭발할 수 있으므로 일정 압력 이상이 되면 가스를 외부로 방출시켜 전지의 폭발을 방지할 필요성이 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 전지 내압이 상승됨에 의한 폭발을 방지하고자 안전변이 구비된 캡 조립체가 제안되었다.

상기 캡 조립체를 제작하기 위해서는, 통상적으로 0.5 ~ 1.0 ㎜ 정도 두께 범위의 금속판(이후 "박판"이라고 칭한다)과 1.5 ㎜ 정도 두께 범위의 금속판(이후 "후판"이라고 칭한다)이 많이 사용된다.

도 1 및 도 2에는 종래의 캡 조립체의 일례가 도시되어 있다.

상기 도면들을 참조하면, 종래의 캡 조립체의 일례로서 각형 리튬 이온 전지의 캡조립체는 1.5 ㎜ 정도 두께의 후판을 사용한 캡부재(12)와, 상기 캡부재(12)의 일측에 배치되어 있는 안전변(11)을 포함한다. 또한 상기 캡부재(12)의 타단에 는 전해액 주입구(15)가 형성된다. 또한 상기 캡부재(12)의 중심부에는 양극단자(13)가 상기 캡부재(12)에 글래스물질 등의 절연물질(14)로 고정 및 절연, 실링 되어 있다.

상술한 바와 같이 상기 양극단자(13)가 상기 캡부재(12)와 절연물질(14)로 실링 되는 캡 조립체의 구조에서, 상기 절연물질(14)이 상기 양극단자(13)를 전지의 내압에 견디도록 상기 캡부재(12)에 지지하기 위해서는, 상기 절연물질(14)의 기계적 강도 및 안전성을 보증하기 위한 상기 절연물질(14)의 두께가 최소한 약 1.5 ㎜ 정도가 되어야 한다.

따라서, 상기 양극단자(13)는 상기 1.5 ㎜ 후판에 1.5 ㎜의 두께의 글래스로 된 절연물질(14)로 실링되므로써 내압을 견딜 수 있다.

한편, 상기 안전변(11)은 소정 이상의 압력에서 파열될 수 있는 것으로, 그 두께 및 강도가 상기 캡부재(12)보다 약한 재질로 상기 캡부재(12)와는 별도로 형성되어 있고, 상기 캡부재(12)에 레이저로 용접되어 설치되어 있다.

또한, 상기 안전변(11)은 상기 캡부재(12) 보다 얇은 재료로 별도로 제작되어, 레이저 시임 등의 방법으로 상기 캡부재(12)에 용접되어 설치된다.

따라서 상술한 바와 같이 종래의 캡 조립체의 일례에 있어서 별도의 안전변(11)을 제작하여 레이저 시임(Laser Seam) 용접(16) 등으로 안전변(11)을 캡부재(12)에 취부할 경우 상기 안전변(11)의 취부작업이 리벳팅 등의 고정작업으로인하여 까다롭고 또한 그 공정수가 늘어난다는 문제점이 있다.

도 3에는 종래 전지의 캡 조립체의 다른 예가 도시되어 있다.

상기 도면을 참조하면, 캡 조립체의 다른 예에서는 0.5 ~ 1.0 ㎜ 정도 두께의 박판을 캡부재(32)로 사용하고 있다.

상기 전지의 캡 조립체의 다른 예에서는, 개스킷부재(34)를 이용해 캡부재(32)에 양극단자(33)를 고정 및 절연을 하고 있다. 여기서 만일 상기 양극단자(33)를 상기 박판의 캡부재(32)에 설치하기 위하여 제 일례의 경우와 같이 글래스로 된 절연물질로 실링 한다면, 절연물질의 두께가 최소한 약 1.5 ㎜ 정도가 되어야 전지의 내압을 견딜 있으므로, 상기 박판에 1.0 ㎜ 정도 두께로 실링되는 절연물질로는 기계적 강도 및 안전성을 보증할 수 없다.

한편, 상기 안전변부(32a)는 별도로 만들어 붙이지 않고 캡부재(32) 그 자체에 형성시킨다. 또한 상기 안전변부(32a)는 캡부재(32) 그 자체에 형성되는 원주형태의 노치에 의해 구분되어진다.

상기 캡 조립체의 다른 예에서는 개스킷부재(34)를 이용해 캡부재(32)에 양극단자(33)를 고정 하므로써, 리벳팅 작업 등으로 인하여 그 작업이 까다롭고 작업 공수가 늘어 난다는 불리한 점이 있다.

상술한 바와 같이 종래의 캡 조립체(30)의 각각의 예에서, 캡부재(12)에 안전변(11) 또는 안전변부(32a)가 설치된 캡조립체(10)(30)는, 전지의 내압이 상승하면 안전변(11) 또는 안전변부(32a)로 압력이 몰리면서 상기 안전변(11) 또는 안전변부(32a)를 파괴시키므로써 배기구가 형성되어, 전지 내부에서 이상발생되어 폭발가능성이 있는 가스를 상기 배기구를 통하여 전지의 외부로 배출시킨다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제조 공정이 줄어들고 안전변의 구조가 개선된 전지의 캡 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 캡 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이고,

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 절단하여 본 개략적인 단면도이고,

도 3은 종래의 다른 캡 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이고,

도 4는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 절단하여 본 개략적인 단면도이고,

도 5는 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 캡 조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도 이고,

도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 절단하여 본 개략적인 단면도이고,

도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 절단하여 본 개략적인 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 30, 50...캡 조립체 11,51...안전변

12, 32, 52...캡부재 13, 33 ,53...양극단자

14, 54...절연물질 15...전해액 충진구

32a...안전변부

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 전지의 캡 조립체는 캡부재와, 상기 캡부재의 중앙에 설치되는 양극단자와, 상기 캡부재의 일단에 설치되며 전해액을 충진하는 전해액 주입구와, 상기 캡부재의 타단에 안전변이 설치되어 있는 전지의 캡 조립체에 있어서, 상기 안전변은 상기 캡부재에 형성된 안전변 장착부에 그 원주부가 절연물질로 실링된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 안전변은 바닥 플레이트와, 상기 바닥 플레이트의 가장자리부 상방으로 연장되는 테두리벽을 포함하는 캔 형상인 것이 바람직하다. 또한 상기 테두리벽의 높이는 상기 캡부재의 두께와 같게 형성함이 바람직하다. 또한 상기 바닥 플레이트에는 이에 형성된 노치부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 바닥 플레이트에 형성된 것으로 노치부의 파단을 위한 압력집중부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 압력집중부는 바닥 플레이트에서 돌출 되는 콘부를 포함하여 된 것을 더 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 고안의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 고안의 일 실시 예에 따른 전지의 캡 조립체가 도 5 내지 도 7에 도시되어 있다. 여기에서 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

본 고안의 캡 조립체는 후판의 금속 재질로 된 캡부재(52)와, 상기 캡부재(52)의 일측에 배치되는 안전변(51)을 포함한다. 또한 상기 캡부재(52)의 타단에 는 전해액 주입구(15)가 형성된다. 또한 상기 캡부재(52)의 중심부에는 양극단자(53)가 상기 캡부재(52)와 글래스와 같은 절연물질(54)로 고정 및 실링 되어 있다. 또한 상기 안전변(51)은 소정 압력 이상에서 파열될 수 있는 것으로, 그 내압강도가 상기 캡부재(52)보다 약하게 형성되어 상기 캡부재(12)에 형성된 안전변 장착부에 절연물질(54)로 고정 및 실링 되어 있다.

여기서 상기 양극단자(53) 및 상기 안전변(51)이 상기 캡부재(52)에 절연물질(54)로 실링되어 기계적 강도 및 안전성을 보증하기 위해서는, 이 실링부의 두께가 약 1.5 ㎜ 정도는 되어야 하므로, 본 실시예는 상기 조건을 만족시킨다.

도 7은 본 고안의 일 실시예에 따른 각형 리튬 이온 전지의 캡 조립체의 특징부의 하나인 안전변(54)의 상세를 나타낸 것이다.

상기 도면을 참조하여 보면, 본 고안의 특징부의 하나인 안전변(54)은 그 윗면은 열려 있고 바닥면은 막혀 있는 캔 형상 또는 한쪽이 막힌 파이프의 형상으로 형성되어 있으며, 그 캔 형상의 높이 즉, 상기 바닥 플레이트의 가장자리부에서 그 상방으로 연장되는 테두리벽(51b)의 높이(h)는 캡부재(52)와 같은 약 1.5 ㎜ 정도가 바람직하다.

또한 상기 안전변(54)은 원추형 즉, 콘 형태로 돌출 된 바닥 플레이트(51a)와, 상기 바닥 플레이트(51a)의 외주부에서 수직으로 설치되는 파이프 형태의 테두리벽(51b)을 포함한다. 또한 상기 테두리벽(51b)에서 중심부로 소정간격 떨어져서 원주형태로 바닥 플레이트(51a) 상에 노치부(b)를 형성하고, 또한 상기 노치부(b)에서 내부 또는 중심부로 유도노치(c)를 형성시킨다.

상기 유도노치(c)는 바닥 플레이트(51a)에 형성된 노치부(b)로 부터 방사상으로 모여서 정점(a)을 형성한다. 또한 상부로 솟아 압력집중이 가능하도록 콘 형태로 되어 있어 전지 내부에서 쇼트 및 충격변형, 과충전에 의해 가스가 발생하여 전 노치부에 압력이 가해질 때 압력집중을 꼭지점 즉, 정점(a)으로 유발시켜 특정압력 이상에서 용이하게 상기 정점(a)이 먼저 터지도록 고안되었다. 또한 도시되지는 않았지만, 상기 노치부(b)와 유도노치(c)부의 노치 깊이가 상호 다르게 형성되어 안전변(51)의 초기 전단진행을 유도하도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 안전변(51)의 테두리벽(51b)은 글래스물질 등의 절연물질(54)로 캡부재(52)와 실링이 용이하도록 되어 있다. 또한 상기 안전변(51)의 테두리벽(51b)의 높이(h)는 캡부재(52)와 같은 약 1.5 ㎜ 정도를 만족하므로 글래스 실링부의 두께에 의한 캡부재(52)와의 내압에 대한 강도와 접합신뢰성이 확보된다.

또한 도시되지는 않았지만, 상기 테두리벽(51b)은 상기 캡부재(52)와의 접합 안정성을 높이기 위하여, 그 표면을 엠보싱 또는 돌기를 가공, 성형시키는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구조를 가진 본 고안의 각 실시예에 따른 전지의 캡 조립체가설치된 전지는 다음과 같이 동작한다.

상술한 실시예에 따른 각형 리튬 이온 전지에서 충, 방전, 과전류, 과충전 등으로 인해 전지 내부의 이상 상태로 인하여 온도가 상승되면 전해액을 비롯한 화학물질로 부터 가스가 발생되면서 정상시 10㎏/㎟ 정도인 내압(內壓)이 과도하게 상승된다. 이때 상기 전지 내부에서 발생된 가스에 의한 압력은 상기 안전변(54)을 가압한다. 상술한 이상 상태가 계속되어 전지의 내부 압력이 소정 이상으로 상승되면 상기 안전변(54)의 가장자리에 형성된 노치부(b)에서 받은 압력과 전단 흐름은 유도노치(c)에 의해, 중심부인 콘 형상의 정점(a)으로 몰려 중심의 정점(a)이 먼저 파괴된다. 결과적으로 콘 형상의 안전변(54)이 파열되므로써 배출통공을 형성하여 전지 내의 가스는 전지 외부로 배출되고, 따라서 전지의 내압은 감소되어 안정화된다.

본 고안에 따른 전지의 켑 조립체는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째; 양극단자와 안전변을 켑부재에 설치시 동일한 실링공정에서 설치를 진행하므로 제조 공정 수의 절감이 가능하다.

둘째; 노치부에서 중심으로 향하는 유도노치에 의해, 콘 형태의 정점이 먼저 파열되므로 파열시 큰 파편의 비산을 방지 할 수 있다.

본 고안은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명 되었으나 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해 할 수 있을 것이다. 따라서 본 고안의진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 캡부재;

   상기 캡부재의 중앙에 설치되는 양극단자;

   상기 캡부재의 일단에 설치되며, 전해액을 충진하는 전해액 주입구; 및

   상기 캡부재의 타단에 설치되며, 상기 캡부재에 형성된 안전변 장착부에 그 원주부가 절연물질로 실링된 안전변;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 캡조립체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 안전변은 바닥플레이트와, 상기 바닥플레이트의 가장자리부 상방으로 연장되며 상기 캡부재의 두께와 상응하는 높이를 가지는 테두리벽을 포함하는 캔 형상인 것을 특징으로 하는 전지의 캡조립체.
3. 제2항에 있어서,

   상기 바닥플레이트에는 상기 테두리벽과 인접한 곳에 원주형태의 노치부가 형성된 것을 특징으로 하는 전지의 캡조립체.
4. 제3항에 있어서,

   상기 노치부의 내측으로는 노치부의 파단을 위하여 상기 바닥플레이트로부터 내측으로 돌출되며, 상기 노치부로부터 정점으로 연장되는 부위에는 상기 노치부와 노치깊이가 서로 다른 복수의 유도노치부가 형성된 것을 특징으로 하는 전지의 캡조립체.
5. 제1항에 있어서,

   상기 캡부재에 설치된 양극단자와 안전변이 상기 동일한 절연물질에 의해서 동일 공정에서 실링된 것을 특징으로 하는 전지의 캡 조립체.