리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지 document_id A220623019129

본 발명은 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베어셀을 구성하는 캡 플레이트의 상면에 형성된 돌기를 리드 플레이트의 일면에 형성된 통공에 삽입하여 그 돌기부분을 리벳팅함으로써 리드 플레이트와 베에셀의 결합력을 높일 수 있는 리드 플레이트와 베어셀을 리벳팅 결합하는 이차 전지에 관한 것이다. 이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화 가능성으로 인하여 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 근래에 개발되고 사용되는 것 가운데 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와, 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 있다. 이들 이차 전지에서 베어 셀(bare cell)의 대부분은 양극, 음극 및 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체를 통상 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 캔에 수납하고, 캔을 캡 조립체로 마감한 뒤, 캔 내부에 전해액을 주입하고 밀봉함으로써 형성된다. 캔이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되면 알루미늄의 가벼운 속성으로 전지의 경량화가 이루어질 수 있고, 고전압하에서 장시간 사용할 때에도 부식되지 않는 등 유리한 점이 있다. 상기 베어 셀에는 통상적으로 상부에 주위 부분과 절연된 전극 단자가 구비되며, 이 전극 단자가 베어 셀 내에서 전극 조립체의 한 전극과 연결되어 전지의 양극 단자 또는 음극 단자를 이루게 된다. 그리고, 캔 자체는 전극 단자와 반대의 극성을 가진다. 밀봉된 이차 전지 베어 셀의 전극 단자는 PTC(positive temperature coefficient)소자, 서멀 퓨즈(thermal fuse) 및 보호 회로 모듈(Protective Circuit Module)등의 안전장치의 단자와 전기적으로 연결된다. 안전장치들은 베어셀의 양극과 음극에 연결되어 전지의 과열이나, 과도한 충ㆍ방전 등으로 전지의 전압이 급상승하는 등의 문제가 발생할 때 전류를 차단해 전지의 파열 등 위험을 방지하게 한다. 통상, 베어 셀의 전극과 보호 회로 모듈 등의 전기 단자를 직접 용접하여 전기적으로 접속시키는 것은 베어 셀의 형태상, 재질상 용이하지 않다. 따라서, 리드 플레이트(lead plate)라 불리는 도체구조가 전지의 양극, 음극과 보호 회로 모듈 같은 안전장치의 전기 단자를 연결하는 역할을 한다. 리드 플레이트의 재질로는 통상 니켈 또는 니켈 합금이나, 니켈이 도금된 스테인레스강이 사용된다. 이렇게 베어셀과 보호 회로 모듈은 리드 플레이트와의 용접에 의하여 전기적으로 연결된다. 안전장치와 베어 셀은 전기적으로 연결된 상태로 별도의 팩에 수납되거나, 용융된 수지로 사이 공간이 채워져 피복되어 전지 팩을 이룬다. 도 1은 성형 수지에 의해 결합되기 전 단계에 있는 종래의 이차 전지의 일 예에 대한 개략적 부분 분해 사시도이고, 도 2는 성형 수지에 의해 결합된 상태의 종래의 이차 전지를 나타내는 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 이차 전지에서 베어셀(10)의 전극 단자(11,12)가 형성된 면에 나란히 보호 회로 기판(30)이 배치된다. 그리고, 도 2와 같이 베어셀(10)과 보호 회로 기판(30)과의 간극을 성형 수지로 충전한다. 성형 수지로 충전할 때 성형 수지가 보호 회로 기판의 바깥 면까지 덮을 수 있으나 전지의 외부 입출력 단자(31,32)는 외부로 노출되도록 한다. 베어셀(10)에는 보호 회로 기판(30)과 대향하는 측면에는 양극 단자(11), 음극 단자(12)가 형성되어 있다. 양극 단자(11)는 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 이루어지는 캡 플레이트 자체이거나 캡 플레이트 상에 결합된 니켈 함유 금속판이 될 수 있다. 음극 단자(12)는 캡 플레이트 상에 돌기 모양으로 돌출된 단자이며, 주위에 개재된 절연체 가스켓에 의해서 캡 플레이트(13)와 전기적으로 격리되어 있다. 보호 회로 기판(30)은 수지로 이루어진 판넬에 회로가 형성되어 이루어지고, 외측 표면에 외부 입출력 단자(31,32) 등이 형성되어 있다. 이 기판(30)은 베어셀(10)의 대향 면(캡 플레이트면)과 거의 같은 크기와 모양을 가진다. 보호 회로 기판(30)에서 외부 입출력 단자(31,32)가 형성된 이면, 즉, 내측면에는 회로부(35) 및 접속 단자(36,37)가 구비된다. 회로부(35)에는 충방전시에 과충전, 과방전으로부터 전지를 보호하기 위한 보호 회로 등이 형성되어 있다. 회로부(35)와 각각의 외부 입출력 단자(31,32)는 보호 회로 기판(30)을 통과하는 도전구조에 의해 전기 접속되어 있다. 베어셀(10)과 보호 회로 기판(30) 사이에는 리드 플레이트(41,42) 및 절연판(43) 등이 배치되어 있다. 리드 플레이트(41,42)는 통상 니켈로 이루어지고 캡 플레이트(13) 및 보호 회로 기판(30)의 접속 단자(36,37)와의 전기 접속을 위해 형성되며 'L'자형 구조 혹은 평면적 구조로 이루어진다. 리드 플레이트(41, 42)와 접속 단자(36, 37)는 일반적으로 스폿용접에 의하여 결합된다. 여기서, 리드 플레이트(41, 42)는 양극으로서 역할을 하는 양극 리드 플레이트(41)와 음극으로서 역할을 하는 음극 리드 플레이트(42)로 구분되어진다. 또한, 접속 단자(36, 37)도 양극 역할을 하는 양극용 접속 단자(36)와 음극 역할을 하는 음극용 접속 단자(37)로 구분되어진다. 본 예에서는 보호 회로 기판(30)과 음극 단자(12) 사이에 있는 음극 리드 플레이트(42)에는 브레이커(breaker) 등이 별도로 형성된 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 보호 회로 기판(30)의 회로부(35)에는 브레이커가 제외된다. 절연판(43)은 음극 단자(12)와 접속되는 음극 리드 플레이트(42)와 양극이 되는 캡 플레이트(13) 사이를 절연하기 위해서 설치된다. 이러한 절연판(43)은 음극 리드 플레이트(42)를 베어셀(10)에 부착되어 고정되도록 접착테이프 재질로 이루어져 있다. 보호 회로 기판(30) 및 기타 전지 부속은, 도 2에 도시된 바와 같이, 성형수지부(20)에 의해 베어셀(10) 상부에 고정적으로 결합된다. 여기서, 외부 입출력 단자(31, 32)는 성형 수지부(20)의 상면에서 노출되어 형성된다. 상기와 같은 구성을 가지고 이루어진 종래의 이차 전지에서, 베어셀(10)과 보호 회로 모듈(20)을 전기적으로 연결하기 위한 매개체인 리드 플레이트(41, 42) 각각을 베어셀(10)의 양극단자(11)로서 역할을 하는 캡 플레이트(13)와 음극단자(12) 각각에 연결시, 음극 리드 플레이트(42)는 접착테이프 재질로 이루어진 절연판(43)에 부착되면서 음극단자(12)에 연결되고, 양극 리드 플레이트(41)는 캡 플레이트(13)에 레이저 용접으로 결합되어 전기적으로 연결된다. 이런 방식에 의해, 양극 리드 플레이트(41)와 음극 리드 플레이트(42)는 베어셀(10)에 전기적으로 연결된다. 그런데, 양극 리드 플레이트(42)를 캡 플레이트(13)에 결합시키기 위해 실시하는 레이저 용접은 점용접 형태로 이루어지는데, 이런 용접에는 용접을 위한 레이저 빔의 출력이 엄격하게 조절되지 않을 경우 문제가 발생하기 쉽다. 가령, 레이저 빔의 출력이 약하면 캡 플레이트(13)와 접촉하는 양극 리드 플레이트(41)의 저면만 부분 용융되고 그 저면의 하부에 위치하는 캡 플레이트(13)는 충분히 용융되지 않아 용접의 강도가 떨어지기 쉽다. 이런 경우, 이후 공정이나 전지 팩에서 밴딩(bending) 테스트 또는 트위스팅(twisting) 테스트시 베어셀(10)에서 양극 리드 플레이트(41)가 떨어지는 경우를 쉽게 볼 수 있다. 용접 강도는 어느 정도의 통계적 분포를 그리게 되므로 양극 리드 플레이트(41)의 저면 아래쪽의 캡 플레이트(13)까지 충분히 용융시키기 위해서는 레이저 빔 출력이 커야 하고 레이저 빔 출력 손실이 과다하게 된다는 측면이 있다. 또한, 레이저 빔 출력이 과다한 경우에도 캡 플레이트(13)의 용접부분에 파손 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 캡 플레이트(13)의 용접부분의 파손 문제가 커져 캡 플레이트(13)에 구멍이 발생하면 베어셀(10)의 내부의 전해액이 밖으로 누액될 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 그리고, 캔 제조업체, 캡 조립체 제조업체 각각으로부터 각각 캔 및 캡 조립체를 제공받아 베어셀(10)을 완성하는 경우에, 캔과 캡 조립체를 용접에 의해 결합함으로써 베어셀(10)을 완성하고 난 후 완성된 베어셀(10)의 캡 플레이트(13)에 단품으로 제공되는 양극 리드 플레이트(41)를 부착시키는 별도의 레이저 용접 공정이 실시되어야 한다. 이러한 레이저 용접을 실시하기 위해서는, 단품으로 제공되는 양극 리드 플레이트(41)를 집어서 베어셀(10)의 캡 플레이트(13)의 정해진 위치로 안착시키는 피더(feeder) 공정이 추가로 요구된다. 이렇게, 양극 리드 플레이트(41)를 베어셀(10)의 캡 플레이트(13)에 레이저 용접으로 부착시키는 레이저 용접을 실시할 경우 별도의 피더(feeder) 공정이 요구되므로, 그에 따른 제조공정 시간이 길어질 뿐 아니라 전지의 제작공정이 복잡해진다. 이에 따라, 전지 제조 수율이 저하되는 문제점이 있다.