KR20080036248A - Cap assembly of improved safety by preventing leakage and cylindrical secondary battery employed with the same - Google Patents

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Abstract

A cap assembly, and a cylindrical battery containing the cap assembly are provided to prevent the penetration of moisture and the leakage of an electrolyte solution due to a pin hole, thereby improving the safety of a battery. A cap assembly is mounted at the open upper part of a can of a battery, wherein a current interception member(600) is combined to the lower end of a safety vent(320) having a certain notch(324,326) by welding to be broken to intercept current in case on the increase of internal pressure, and a polymer resin is coated on the corresponding part of the safety vent to seal the welding combination part. Preferably the safety vent is an aluminum plate having a thickness of 0.15-0.4 mm.

Description

누액 차단에 의해 안전성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 이차전지 {Cap Assembly of Improved Safety by Preventing Leakage and Cylindrical Secondary Battery Employed with the Same}Cap Assembly of Improved Safety by Preventing Leakage and Cylindrical Secondary Battery Employed with the Same}

도 1은 일반적인 원통형 이차전지의 수직 단면 사시도이다;1 is a vertical cross-sectional perspective view of a general cylindrical secondary battery;

도 2a 내지 2c는 원통형 이차전지에서 CID의 작동에 의해 전류가 차단되고 고압 가스가 배출되는 일련의 과정에 대한 수직 단면도들이다;2A to 2C are vertical cross-sectional views of a series of processes in which a current is cut off and a high pressure gas is discharged by the operation of a CID in a cylindrical secondary battery;

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 단면 모식도이다;3 is a schematic cross-sectional view of a cylindrical secondary battery according to one embodiment of the present invention;

도 4는 도 3의 전지에 사용된 안전벤트의 사시도이다;4 is a perspective view of a safety vent used in the battery of FIG. 3;

도 5는 도 3의 전지에 사용된 전류차단부재의 사시도이다;5 is a perspective view of a current blocking member used in the battery of FIG. 3;

도 6은 실험예 1에서 비교예 1에 따른 전지 중 누액이 발생한 전지의 용접 부위 핀홀 사진이다. 6 is a pinhole photograph of a welded portion of a battery in which leakage occurs in the battery according to Comparative Example 1 in Experimental Example 1. FIG.

본 발명은 누액 차단에 의해 안전성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, 전지 내부에서의 고압 발생시 파열되면서 고압 가스를 배출하는 소정의 노치가 형성되어 있는 안전벤트의 하단에는, 전지 내부의 압력 상승시 파열되어 전류를 차단하는 전류차단부재가 용접에 의해 결합되어 있고, 이러한 용접 결합부의 밀봉을 보장하기 위해 안전벤트의 해당 부위 상에는 고분자 수지가 도포되어 있는 것으로 구성함으로써, 용접 결합부에 형성된 핀홀에 의한 수분 침투, 전해액의 누출, 및 가스의 부적절한 배출로 인한 CID 단락의 지연을 근본적으로 방지할 수 있는 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a cap assembly having improved safety by leakage leakage and a cylindrical secondary battery including the same. More specifically, an electrode assembly (jelly-roll) having a cathode / separation membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can. A cap assembly mounted on an open upper end of a can in a battery having a structure, and at the lower end of a safety vent having a predetermined notch for releasing a high pressure gas while rupturing when a high pressure occurs inside the battery, a rupture occurs when a pressure rises inside the battery. The current blocking member which cuts off is coupled by welding, and in order to ensure the sealing of this welding joint part, the polymer resin is coated on the corresponding part of the safety vent, so that water penetration by the pinhole formed in the welding joint part, Essentially avoid delays in CID shorts due to electrolyte leakage and improper discharge of gases. Which relates to a cap assembly and a cylindrical secondary battery which contains it.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As the development and demand for mobile devices increases, the demand for secondary batteries as energy sources is increasing rapidly. Among them, many researches have been conducted and commercialized and widely used for lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage. It is used.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.According to the shape of the battery case, secondary batteries are classified into cylindrical batteries and rectangular batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet. . Among them, the cylindrical battery has the advantage of relatively large capacity and structurally stable.

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. In addition, the electrode assembly embedded in the battery case is a power generator capable of charging and discharging composed of a laminated structure of the anode / separator / cathode, a jelly-roll type wound through a separator between the long sheet-type anode and cathode coated with the active material And a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are classified into a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked in a state where a separator is interposed therebetween. Among them, the jelly-roll type electrode assembly has advantages of easy manufacturing and high energy density per weight.

도 1에는 일반적인 원통형 전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.1 is a vertical cross-sectional perspective view of a typical cylindrical battery.

도 1을 참조하면, 원통형 이차전지(100)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(120)를 원통형 케이스(130)에 수납하고, 원통형 케이스(130) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(130)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극 단자; 도시하지 않음)가 형성되어 있는 탑 캡(140)을 결합하여 제작한다.Referring to FIG. 1, the cylindrical secondary battery 100 receives a jelly-roll type (wound) electrode assembly 120 in a cylindrical case 130 and injects an electrolyte solution into the cylindrical case 130, and then the case 130. ) Is manufactured by combining the top cap 140 having an electrode terminal (for example, a positive electrode terminal; not shown) formed at an open upper end thereof.

전극조립체(120)는 양극(121)과 음극(122), 및 분리막(123)을 차례로 적층하여 둥근 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심(젤리-롤의 중심부)에는 원통형의 센터 핀(150)이 삽입되어 있다. 센터 핀(150)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(150)은 전극조립체를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다. The electrode assembly 120 has a structure in which the anode 121, the cathode 122, and the separator 123 are sequentially stacked and wound in a round shape. A cylindrical center pin 150 is formed at its core (center of the jelly-roll). Is inserted. The center pin 150 is generally made of a metal material to impart a predetermined strength, and has a hollow cylindrical structure in which a plate is rounded. The center pin 150 acts as a passage for fixing and supporting the electrode assembly and for discharging gas generated by internal reaction during charging and discharging and operation.

한편, 리튬 이차전지는 안전성이 낮다는 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 전지가 대략 4.5 V 이상으로 과충전되는 경우에는 양극 활물질의 분해반응이 일어나고, 음극에서 리튬 금속의 수지상(dendrite) 성장과, 전해액의 분해반응 등이 일 어난다. 이러한 과정에서 열이 수반되어 상기와 같은 분해반응과 다수의 부반응들이 급속히 진행되며, 급기야는 전지의 발화 및 폭발이 유발되기도 한다. On the other hand, lithium secondary batteries have the disadvantage of low safety. For example, when the battery is overcharged to approximately 4.5 V or more, decomposition reaction of the positive electrode active material occurs, dendrite growth of lithium metal at the negative electrode, decomposition reaction of electrolyte solution, and the like occur. In this process, heat is accompanied, so that the decomposition reaction and a number of side reactions are rapidly progressed, and the air supply may cause the battery to ignite and explode.

따라서, 이러한 문제점을 해소하기 위하여, 일반적인 원통형 이차전지에는 전지의 비정상적인 작동시 전류를 차단하고 내압을 해소하기 위한 전류차단부재(Current Interruptive Device; CID)가 전극조립체와 탑 캡 사이의 공간에 장착되어 있다. Therefore, in order to solve this problem, the general cylindrical secondary battery has a current interrupting member (CID) is mounted in the space between the electrode assembly and the top cap to cut off the current during abnormal operation of the battery and to break down the internal pressure. have.

도 2a 내지 2c에는 그러한 CID의 일련의 작동 과정이 단계적으로 도시되어 있다. 2A-2C illustrate a step by step sequence of operation of such a CID.

이들 도면을 참조하면, 탑 캡(10)은 돌출된 형태로 양극 단자를 형성하고 배기구가 천공되어 있으며, 그것의 하부에 전지 내부의 온도 상승시 전지 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element: 20), 정상적인 상태에서는 하향 돌출된 형상으로 되어 있고 전지 내부의 압력 상승시 돌출되면서 파열되어 가스를 배기하는 안전벤트(30), 및 상단 일측 부위가 안전벤트(30)에 결합되어 있고 하단 일측이 전극조립체(40)의 양극에 연결되어 있는 접속 플레이트(50)가 순차적으로 위치되어 있다.Referring to these drawings, the top cap 10 has a positive electrode terminal formed in a protruding shape, and an exhaust port is perforated, and a PTC element for blocking current due to a large increase in battery resistance when the temperature inside the battery increases. Positive temperature coefficient element: 20), in the normal state has a downwardly protruding shape, the safety vent 30 to explode and exhaust gas when the pressure inside the battery rises, and the upper one side is coupled to the safety vent 30 The connection plate 50, which is connected to the anode of the electrode assembly 40, is positioned sequentially.

따라서, 정상적인 작동조건에서 전극조립체(40)의 양극은 리드(42), 접속 플레이트(50), 안전벤트(30) 및 PTC 소자(20)를 경유하여 탑 캡(10)에 연결되어 통전을 이룬다.Therefore, under normal operating conditions, the anode of the electrode assembly 40 is connected to the top cap 10 through the lead 42, the connection plate 50, the safety vent 30, and the PTC element 20 to conduct electricity. .

그러나, 과충전 등과 같은 원인에 의해 전극조립체(40) 쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하면, 도 2b에서와 같이, 안전벤트(30)는 그것의 형상이 역전 되면서 상향 돌출되게 되고, 이때, 안전벤트(30)가 접속 플레이트(50)로부터 분리되어 전류가 차단되게 된다. 따라서, 과충전이 더 이상 진행되지 않도록 하여 안전성을 확보한다. 그럼에도 불구하고, 계속적으로 내압이 증가하면, 도 2c에서와 같이, 안전벤트(30)가 파열되고 가압 가스는 그러한 파열 부위를 경유하여 탑 캡(10)의 배기구를 통해 배기됨으로써, 전지의 폭발을 방지하게 된다. 따라서, 상기 일련의 과정이 순차적으로 진행되는 경우에는 전지의 안전성이 담보될 수 있다. However, when gas is generated from the electrode assembly 40 due to a cause such as overcharge, and the internal pressure increases, as shown in FIG. 2B, the safety vent 30 protrudes upward while its shape is reversed. The vent 30 is separated from the connection plate 50 so that the current is cut off. Therefore, overcharging does not proceed any more to ensure safety. Nevertheless, if the internal pressure continues to increase, as shown in FIG. 2C, the safety vent 30 is ruptured and the pressurized gas is exhausted through the exhaust port of the top cap 10 via such a rupture portion, thereby preventing the explosion of the battery. Will be prevented. Therefore, when the series of processes are sequentially performed, the safety of the battery can be ensured.

그러나, 접속 플레이트(50)의 상단 일측 부위와 안전벤트(30)가 용접에 의해 결합되어 있어서, 과용접에 의하여 용접 결합부위에 미세한 크기의 핀 홀(pin hole) 등이 만들어질 가능성이 있으며, 이러한 핀 홀을 통해 수분이 침투하거나 전해액이 누출되는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 누액 현상이 발생하는 경우, 인화성 물질인 전해액은 외부로 누출되어 공기 중의 산소와 접촉하면서 발화를 유발할 수 있고, 전지 내부로 침투한 수분은 전해액의 분해반응을 유발하여 역시 발화 내지 폭발을 초래할 수 있다. However, since one side of the upper end of the connection plate 50 and the safety vent 30 are joined by welding, there is a possibility that a pin hole having a minute size or the like is formed in the weld joint by overwelding. Moisture infiltration or electrolyte leakage may occur through the pinholes. When such leakage occurs, the electrolyte, which is a flammable substance, may leak out and come into contact with oxygen in the air, causing ignition, and moisture penetrating into the battery may cause decomposition reaction of the electrolyte, causing fire or explosion. have.

또한, 전지의 내부 가스가 부분적으로 외부로 유출됨으로써 CID 작동에 필요한 내부 압력을 유지하지 못하게 된다. 구체적으로, CID의 작동 과정은 전극조립체 부위에서의 가스 발생량에 절대적으로 의존하는 바, 가스 발생량이 충분치 못하거나 짧은 시간내에 소정량의 수준으로 증가하지 못하면 CID 단락이 늦어지게 되고, 전극조립체의 계속적인 통전으로 인해 열폭주 현상이 일어날 수 있다. 열폭주 현상은 전지가 계속적인 통전 상태에 놓여 있을 때 발생하거나 또는 더욱 가속화됨으로써, 전지가 발화 또는 폭발할 위험이 매우 커지므로 안전성에 심각한 문제가 있다. 더욱이, 최근 노트북 PC의 발화 사건이 연이어 발생함에 따라 전지의 안전성에 대한 중요성이 더욱 강조되고 있다.In addition, the internal gas of the battery is partially leaked to the outside, thereby preventing the internal pressure necessary for CID operation. Specifically, the operation of the CID is absolutely dependent on the amount of gas generated at the electrode assembly, so if the amount of gas generated is not sufficient or does not increase to a predetermined level within a short time, the CID short circuit is delayed and the electrode assembly continues. Thermal runaway can occur due to constant energization. The thermal runaway phenomenon occurs when the battery is in a continuous energized state or is further accelerated, thereby increasing the risk of the battery igniting or exploding, which is a serious problem in safety. Moreover, the importance of the safety of the battery has been further emphasized as recent ignition events of the notebook PC occur.

그러나, 종래기술에는 이러한 용접 결합부에 형성된 미세한 크기의 핀홀에 의한 전해액의 누액 현상 및 가스의 부적절한 배출로 인한 문제에 대해 인식이나 해결 방안이 전혀 제시되지 않고 있다. 따라서, 안전벤트의 과용접시 형성될 수 있는 핀 홀로부터 밀봉성을 유지할 수 있는 전지에 대한 개발의 필요성이 높은 실정이다. However, in the prior art, there are no recognitions or solutions for the problems caused by leakage of electrolyte and improper discharge of gas due to the pinholes of the minute size formed in the weld joint. Therefore, there is a high demand for the development of a battery capable of maintaining the sealing property from the pinholes that may be formed during over welding of the safety vent.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 캡 어셈블리 중 안전벤트의 하단에 전류차단부재를 용접에 의해 결합하고, 그러한 용접 결합부를 고분자 수지로 도포하는 경우, 용접 과정에서 전류차단부재 또는 안전벤트의 용접 부위에 미세한 크기의 핀홀이 형성되는 경우에도, 상기 도포된 고분자 수지에 의해 우수한 밀봉성을 유지하여 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application, after extensive research and various experiments, the current blocking member is welded to the lower end of the safety vent of the cap assembly by welding, and when the welding joint is coated with a polymer resin, the current blocking during the welding process In the case where a pinhole having a small size is formed in a welding portion of a member or a safety vent, it has been found that by maintaining the excellent sealing property by the coated polymer resin, the safety of the battery can be greatly improved. Reached.

따라서, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립 체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, 전지 내부에서의 고압 발생시 파열되면서 고압 가스를 배출하는 소정의 노치가 형성되어 있는 안전벤트의 하단에는 전지 내부의 압력 상승시 파열되어 전류를 차단하는 전류차단부재가 용접에 의해 결합되어 있고, 이러한 용접 결합부의 밀봉을 보장하기 위해 안전벤트의 해당 부위 상에는 고분자 수지가 도포되어 있는 것으로 구성되어 있다. Accordingly, the cap assembly according to the present invention is a cap assembly mounted on an open upper end of a can in a battery having a structure in which an electrode assembly (jelly-roll) having a cathode / separation membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can. At the lower end of the safety vent, which has a predetermined notch for releasing high pressure gas while bursting when high pressure is generated, a current blocking member that ruptures when the pressure inside the battery rises to cut off the current is joined by welding. To ensure that it consists of a polymer resin applied on the relevant part of the safety vent.

일반적으로, 안전벤트와 전류차단부재는 매우 얇은 알루미늄 판재로 이루어져 있어서, 전류차단부재와의 용접 공정시 경미한 공정상의 변동에 의해서도 과용접이 행해짐으로써 안전벤트가 천공되어 용접 부위에 미세한 크기의 핀홀이 형성될 수 있다. In general, the safety vent and the current blocking member are made of a very thin aluminum plate, and the welding process is performed by the slight process variation during the welding process with the current blocking member. Can be.

이 경우, 핀홀을 통해 수분 침투 및 전해액의 누액이 발생할 수 있고, 충방전 반복 또는 외부적 충격 등에 의해 핀홀이 점차적으로 커지게 되는 경우 용접 부위의 결합력이 약해지게 된다. 더욱이, CID 작동에 필요한 내부 압력을 유지하지 못하게 되어 열폭주 현상으로 인한 전지의 발화 내지 폭발이 발생할 수 있으므로 안전성에 심각한 문제가 발생한다. In this case, water infiltration and leakage of the electrolyte may occur through the pinholes, and when the pinholes gradually increase due to repeated charge / discharge cycles or external shocks, the bonding force of the welded portion is weakened. In addition, since the internal pressure required to operate the CID may not be maintained, a fire or explosion of the battery may occur due to thermal runaway, thereby causing serious safety problems.

한편, 캡 어셈블리를 제조하는 공정에서 시각 인식(machine vision) 등을 통한 전수 검사가 행해지는 경우에도, 현실적으로 미세한 크기의 핀홀까지는 검출하지는 못한다. 또한, 안전 부품이라는 특성상 비파괴 검사 이외에 별도의 검사 방법을 강구하기 어렵다. 따라서, 안전벤트와 CID 소자의 결합부위에 핀홀이 형성되었는지 여부를 사전에 검출하는 것이 극히 어려운 실정이다. On the other hand, even when a total inspection through machine vision or the like is performed in the process of manufacturing the cap assembly, it is impossible to detect pinholes having a fine size in reality. In addition, due to the nature of the safety component, it is difficult to devise a separate inspection method in addition to the non-destructive inspection. Therefore, it is extremely difficult to detect in advance whether a pinhole is formed at the coupling portion between the safety vent and the CID element.

이러한 핀 홀의 형성을 방지하기 위해, 용접을 약하게 하는 경우, 결합 부위에 손상이 쉽게 발생하여 CID 단락 이전에 전류가 차단됨으로써 전지로서의 기능을 수행할 수 없게 되므로 문제가 있다.In order to prevent the formation of such pinholes, when the welding is weak, damage occurs at the joining site, so that the current is blocked before the CID short-circuit, thereby making it impossible to perform a function as a battery.

반면에, 본 발명에 따른 상기 안전벤트 상에는 앞서 정의된 바와 같이, 용접 결합부의 밀봉을 보장하기 위해 용접 결합부의 대응 부위에 고분자 수지가 도포되어 있다. On the other hand, on the safety vent according to the present invention, as defined above, a polymer resin is applied to a corresponding portion of the weld joint to ensure the seal of the weld joint.

따라서, 안전벤트와 전류차단부재의 결합을 위한 용접시 바람직하지 못한 핀홀이 형성되는 경우에도, 상기 고분자 수지에 의해 수분의 침투 또는 전해액의 누액을 근본적으로 방지할 수 있으므로 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 핀홀의 형성을 방지하기 위해 용접을 약하게 수행하거나, 수분 또는 전해액의 침투로 핀홀의 크기가 점차적으로 커지는 등의 이유로 인해 안전벤트와 전류차단부재의 결합력이 약화되는 것을 미연에 방지할 수 있다. Therefore, even when undesired pinholes are formed during welding of the safety vent and the current blocking member, the penetration of water or leakage of the electrolyte may be fundamentally prevented by the polymer resin, thereby greatly improving battery safety. Can be. In addition, it is possible to prevent the weakening of the coupling force between the safety vent and the current blocking member due to the weak welding or the penetration of moisture or electrolyte to gradually increase the size of the pinhole. .

여기서, "용접 결합부의 대응 부위"는 안전벤트와 전류차단부재가 용접에 의해 결합된 지점에 대응하는 부위로서, 상기 부재들의 용접시 핀홀이 발생할 가능성이 있는 부위라면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는, 안전벤트의 상부면의 부위로서 안전벤트 상에 장착되는 PTC 소자 또는 탑 캡과 상면하는 부위일 수 있다. Here, the "corresponding part of the welding joint part" is a part corresponding to the point where the safety vent and the current blocking member are joined by welding, and are not particularly limited as long as there is a possibility that a pinhole may occur during welding of the members. The upper surface of the safety vent may be a portion of the top surface of the PTC element or the top cap mounted on the safety vent.

상기 안전벤트는 전지의 비정상적인 작동 또는 전지 구성요소들의 열화로 인한 전지 내부 압력의 상승시 가스를 외부로 배출시켜 전지의 안전성을 담보하는 일종의 안전소자이다. 예를 들어, 전지의 내부에서 가스가 발생하여 임계치 이상으로 내압이 증가하였을 때, 안전벤트가 파열되고, 그러한 파열 부위로 배출되는 가 스는 상단 캡에 형성되어 있는 하나 또는 둘 이상의 가스 배출구를 통해 외부로 배출될 수 있다. The safety vent is a kind of safety device that ensures the safety of the battery by discharging the gas to the outside when the internal pressure of the battery rises due to abnormal operation of the battery or degradation of battery components. For example, when gas is generated inside the cell and the internal pressure increases above the threshold, the safety vent ruptures, and the gas discharged to the rupture site is externally discharged through one or more gas outlets formed in the top cap. Can be discharged.

따라서, 상기 안전벤트는 특별히 제한되지 않으나, 임계치 이상의 내압 증가에 의해 파열될 수 있을 정도의 강성을 가지기 위하여, 바람직하게는 0.15 내지 0.4 mm의 두께를 가진 알루미늄 판재로 이루어진 것일 수 있다.Therefore, the safety vent is not particularly limited, but may be made of an aluminum plate having a thickness of preferably 0.15 to 0.4 mm in order to have a rigidity that can be ruptured by an increase in the internal pressure or more.

하나의 바람직한 예에서, 상기 안전벤트는 비정상적인 조건에서 가스의 배출 이전에 전류를 차단할 수 있도록, 중앙이 하향 만입된 형상으로 되어있고, 상기 만입부를 형성하는 상절곡 부위 및 하절곡 부위에는 각각 제 1 노치 및 제 2 노치가 형성되어 있으며, 상기 제 1 노치는 폐곡선을 이루고 있고, 하부에 형성되는 제 2 노치는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있으며, 제 2 노치는 제 1 노치 보다 깊게 파여 있는 것으로 구성된 것일 수 있다. In one preferred embodiment, the safety vent has a shape in which the center is downwardly indented to cut off the current before the gas is discharged under abnormal conditions, and each of the upper bent portion and the lower bent portion, which form the indentation portion, has a first A notch and a second notch are formed, the first notch forms a closed curve, and the second notch formed at the lower portion has a structure of an open curve having one side open, and the second notch is dug deeper than the first notch. It may consist of what is present.

따라서, 제 2 노치가 제 1 노치보다 깊게 형성되어 있어서, 제 2 임계 압력 이상의 가압 가스가 안전벤트를 압박할 때, 제 2 노치가 절취되게 된다. 반면에, 제 1 노치는 제 2 임계 압력 이하의 가압 가스가 안전벤트에 작용할 때 제 2 노치와 함께 작용하여 만입부가 들려 올려질 수 있게 한다.Therefore, the second notch is formed deeper than the first notch, so that the second notch is cut when the pressurized gas above the second critical pressure presses the safety vent. On the other hand, the first notch acts with the second notch when pressurized gas below the second threshold pressure acts on the safety vent so that the indentation can be lifted up.

상기 전류차단부재는 전지 내부의 압력 상승시 파열되어 전류를 차단하는 부재로서, 이러한 역할을 수행하는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 가스의 배출을 위한 하나 또는 그 이상의 관통구를 포함하고 있고, 안전벤트의 만입부 하단에 용접 부착되어 있는 상향 돌출된 돌출부가 중앙에 형성되어 있으며, 젤리-롤의 양극에 연결되어 있는 양극 리드가 상기 돌출부를 제외한 부위의 하단면 을 통해 전기적으로 연결되어 있고, 상기 돌출부를 중심으로 동심원상으로 3~5의 관통홀과 상기 관통홀을 연결하며 노치가 형성되어 있는 브릿지가 형성되어 있는 구조로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The current blocking member is a member that ruptures when the pressure rises inside the battery to block the current, and is not particularly limited as long as it performs such a role, and preferably includes one or more through holes for discharging gas. An upwardly protruding protrusion that is welded to the bottom of the indentation portion of the safety vent is formed at the center, and an anode lead connected to the anode of the jelly-roll is electrically connected through the lower surface of the portion except for the protrusion. It may be made of a structure in which a bridge in which notches are formed by connecting the through holes of 3 to 5 and the through holes concentrically around the protrusions is formed, but is not limited thereto.

따라서, 전지 내부의 압력이 비정상적으로 상승하면, 가압된 가스는 전류차단부재의 관통구 및 관통홀을 통과하여 안전벤트에 상향 압력을 가하게 되고, 그러한 압력에 의해 안전벤트의 하향 만입부가 들려 올려지면서 상기 만입부에 용접 부착되어 있는 돌출부가 일정한 압력(이하에서는, "제 1 임계 압력"으로 약칭함) 이상에서 전류차단부재로부터 용이하게 분리되어 전류차단부재로부터 안전벤트로의 통전을 차단하게 된다. 그러한 전류의 차단에도 불구하고 계속적으로 압력이 상승하여 일정한 수준(이하에서는, "제 2 임계 압력"으로 약칭함) 이상이 되면, 상기 안전벤트의 제 2 노치가 절취되면서 내부의 가압 가스가 상단 갭의 구멍을 통해 외부로 배출되게 된다. Therefore, if the pressure inside the battery rises abnormally, the pressurized gas passes through the through-hole and through-hole of the current blocking member to apply an upward pressure to the safety vent, and the downward indentation of the safety vent is lifted by such pressure. The protrusions welded to the indents are easily separated from the current blocking member above a certain pressure (hereinafter, abbreviated as " first critical pressure ") to cut off electricity from the current blocking member to the safety vent. In spite of the interruption of such current, when the pressure continues to rise and reaches a certain level (hereinafter, abbreviated as "second critical pressure"), the second notch of the safety vent is cut off and the pressurized gas inside the top gap is cut off. It is discharged to the outside through the hole of.

경우에 따라서는, 전지 내부의 온도 상승시 전지저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element)가 상단 캡과 안전벤트 사이에 밀착된 상태로 개재될 수 있다.In some cases, a PTC element (positive temperature coefficient element) that blocks a current due to a large increase in battery resistance when the temperature rises inside the battery may be interposed between the upper cap and the safety vent.

상기 전류차단소자 및 안전벤트의 결합을 위한 용접방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 초음파 용접에 의할 수도 있고, 탄산가스 레이저 광선을 조사하는 등의 레이저 용접으로 달성될 수도 있다. 초음파 용접에 의할 경우, 정밀한 용접을 위해 용접 지그에 의해 플레이트 주위를 눌러 두는 것이 필요할 수 있다. 반면에, 탄산가스 레이저 광선 등을 조사하여 레이저 용접을 행하는 경우에는 용접 폭의 조절이 용이하므로 별도의 장치를 필요로 하지 않고, 에너지 용량이 크며, 금속박 표면에서 열 에너지로서 흡수되기 때문에 용접 스피드를 빠르게 설정할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있어서 더욱 바람직하다.The welding method for coupling the current blocking device and the safety vent is not particularly limited. For example, the welding method may be performed by ultrasonic welding, or may be achieved by laser welding such as irradiating a carbon dioxide laser beam. In the case of ultrasonic welding, it may be necessary to hold the plate around by a welding jig for precise welding. On the other hand, in the case of laser welding by irradiating carbon dioxide laser beam or the like, the welding width can be easily adjusted. Therefore, a separate device is not required, the energy capacity is large, and the welding speed is increased because it is absorbed as thermal energy on the metal foil surface. Since it can set quickly, productivity can be improved and it is more preferable.

상기 고분자 수지는 수분의 침투 또는 전해액의 누액을 방지할 수 있도록 소정의 밀봉성을 가진 소재라면 특별히 제한되지 않는다. 다만, 상기 고분자 수지는 안전벤트 상에 도포되는 바, 전성이 매우 큰 소재인 경우, 이를 도포하는 과정에서 안전벤트에 형성되어 있는 노치를 덮게 되어 안전벤트가 적절하게 작동할 수 없게 됨으로써 전지의 안전성을 해할 염려가 있다. The polymer resin is not particularly limited as long as the polymer resin has a predetermined sealing property to prevent penetration of moisture or leakage of electrolyte. However, since the polymer resin is applied on the safety vents, when the material is very high in electrical conductivity, it covers the notch formed in the safety vents during application of the safety vents, thereby preventing the safety vents from operating properly. There is a risk of harm.

따라서, 상기 고분자 수지는 소정의 점성을 가짐으로써 너무 크지 않은 전성을 가진 것이 바람직할 수 있고, 특히 바람직하게는 자외선 경화 수지일 수 있다. 자외선 경화 수지를 이용하여 광경화법에 의해 도포하는 경우, 비교적 단시간에 소망하는 부위에 고분자 수지 도포층을 형성할 수 있으므로 경화 시간을 단축시킬 수 있으며, 이에 따라 고분자 도포 물질이 퍼지면서 안전 벤트 내부의 노치를 덮게 되는 현상을 미연에 방지할 수 있다. Therefore, the polymer resin may have a viscosity that is not too large by having a predetermined viscosity, and particularly preferably may be an ultraviolet curable resin. In the case of coating by the photocuring method using an ultraviolet curable resin, since the polymer resin coating layer can be formed in a desired portion in a relatively short time, the curing time can be shortened. The phenomenon of covering the notch can be prevented in advance.

자외선 경화 수지는, 예를 들어, 우레탄(urethane)계 수지, 아크릴(acryl)계 수지, 열가소성 일래스토머(elastomer), 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지 및 이들의 혼합물 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는 에폭시 수지일 수 있다. The ultraviolet curable resin may be, for example, a urethane resin, an acrylic resin, a thermoplastic elastomer, a polyester resin, an epoxy resin, or a mixture thereof, but is not limited thereto. It may be preferably an epoxy resin.

하나의 바람직한 예에서, 상기 캡 어셈블리는 하나 이상의 가스 배출구가 형성되어 있는 탑 캡, PTC 소자(positive temperature coefficient element), 안전벤 트 및 전류차단부재의 적층 구조로 이루어져 있고, 그것의 외주면에 가스켓이 장착되어 있는 것으로 구성되어 있는 것일 수 있다. In one preferred embodiment, the cap assembly consists of a stack structure of a top cap, a positive temperature coefficient element, a safety vent and a current blocking member having one or more gas outlets formed therein, and a gasket on the outer circumferential surface thereof. It may be configured to be mounted.

따라서, 전류차단부재를 장착한 후, 용접에 의해 안전벤트를 결합하고, 안전벤트의 상단면에 고분자 물질을 도포함으로써 연속적인 공정에 의해 캡 어셈블리의 제조가 가능하다. Therefore, after mounting the current blocking member, by coupling the safety vent by welding, by applying a polymer material on the upper surface of the safety vent it is possible to manufacture the cap assembly by a continuous process.

본 발명은 또한 상기 캡 어셈블리를 포함하는 것으로 구성된 원통형 전지를 제공한다. The present invention also provides a cylindrical cell consisting of including the cap assembly.

본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 젤리-롤형 전극조립체를 원통형 금속 캔에 장착한 상태에서 금속 캔의 개방 상단에 상기와 같은 캡 어셈블리를 결합하고, 전극조립체의 음극을 캔의 하단에 용접하며, 전극조립체와 전해질이 내장된 상태에서 전지를 밀폐시키기 위해 그것의 상단에 결합되는 탑 캡의 돌출단자에 전극조립체의 양극을 용접하여 제조된다. In the cylindrical secondary battery according to the present invention, in the state in which the jelly-roll type electrode assembly is mounted on a cylindrical metal can, the cap assembly is coupled to the open top of the metal can, and the negative electrode of the electrode assembly is welded to the bottom of the can, It is manufactured by welding the positive electrode of the electrode assembly to the protruding terminal of the top cap coupled to the top of the electrode assembly and the electrolyte in order to seal the battery in the built-in state.

본 발명에 따른 상기 전지는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.The battery according to the present invention may preferably be a lithium secondary battery of high energy density, discharge voltage, and output stability. Other components of the lithium secondary battery according to the present invention will be described in detail below.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다. In general, a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte, and the like.

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, 필요 에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다. The positive electrode is produced by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder onto a positive electrode current collector, followed by drying, and further, a filler may be further added as necessary. The negative electrode is also manufactured by coating and drying the negative electrode material on the negative electrode current collector, and if necessary, the components as described above may be further included.

상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. The separator is interposed between the cathode and the anode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte solution consists of a nonaqueous electrolyte solution and a lithium salt, and a liquid nonaqueous electrolyte solution, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used as the nonaqueous electrolyte solution.

상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.Since the current collector, the electrode active material, the conductive material, the binder, the filler, the separator, the electrolyte, the lithium salt, and the like are known in the art, a detailed description thereof will be omitted herein.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can be produced by conventional methods known in the art. That is, it may be prepared by inserting a porous separator between the anode and the cathode and injecting the electrolyte therein.

양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.The positive electrode may be manufactured by, for example, applying a slurry containing the lithium transition metal oxide active material, the conductive material, and the binder described above onto a current collector and then drying. Similarly, the negative electrode can be prepared by, for example, applying a slurry containing the above-described carbon active material, a conductive material and a binder onto a thin current collector and then drying it.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be further described with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지에서 캡 어셈블리 구조가 도시되어 있고, 도 4 및 도 5에는 도 3의 전지에 사용된 안전벤트 및 전류차단부재의 사시도가 각각 도시되어 있다. 3 illustrates a cap assembly structure of a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 illustrate perspective views of the safety vent and the current blocking member used in the battery of FIG. 3, respectively.

우선 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지(100)는 캔(200)의 내부에 전극조립체(도시하지 않음)를 삽입하고, 여기에 전해액을 주입하며, 캔(200)의 개방 상단에 캡 어셈블리(300)를 장착함으로써 제조된다.First, referring to FIG. 3, the battery 100 according to the present invention inserts an electrode assembly (not shown) into the can 200, injects electrolyte therein, and caps on the open top of the can 200. Manufactured by mounting the assembly 300.

캡 어셈블리(300)는 캔(200)의 상부 비딩부(210)에 장착되는 기밀유지용 가스켓(400) 내부에 상단 캡(310)과 내부 압력 강하용 안전벤트(320)가 밀착되어 있는 구조로 이루어져 있다. 상단 캡(310)은 중앙이 상향 돌출되어 있어서 외부 회로와의 접속에 의한 양극 단자로서의 역할을 수행하고, 돌출부 주변을 따라 캔(200) 내부의 압축 가스가 배출될 수 있는 관통구(312)가 다수 개 형성되어 있다.The cap assembly 300 has a structure in which the upper cap 310 and the internal pressure drop safety vent 320 are in close contact with the inside of the airtight gasket 400 mounted on the upper beading part 210 of the can 200. consist of. The upper cap 310 protrudes upward in the center to serve as a positive electrode terminal by connection with an external circuit, and a through hole 312 through which the compressed gas inside the can 200 can be discharged along the periphery of the protrusion. Many are formed.

안전벤트(320)는 전류가 통하는 박막 구조물로서, 그것의 중앙부는 함몰되어 만입형 중앙부(322)를 형성하고 있고, 중앙부(322)의 상절곡 및 하절곡 부위에는 각각 깊이를 달리하는 2 개의 노치들(324, 326)이 형성되어 있다. Safety vent 320 is a current-carrying thin film structure, its center portion is recessed to form an indented center portion 322, and two notches having different depths at the upper and lower bending portions of the central portion 322, respectively. Fields 324 and 326 are formed.

도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 노치(324, 326) 중 상부에 형성되는 제 1 노치(324)는 폐곡선을 이루고 있고, 하부에 형성되는 제 2 노치(326)는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있다. 또한, 제 2 노치(326)의 결합력은 제 1 노치(324)의 결합력보다 작게 만들어지므로, 제 2 노치(326) 는 제 1 노치(324)보다 깊게 파여 있다. As shown in FIGS. 3 and 4, the first notch 324 formed at the upper portion of the notches 324 and 326 forms a closed curve, and the second notch 326 formed at the lower portion has an open curve at one side thereof. It is structured. In addition, since the engagement force of the second notch 326 is made smaller than the engagement force of the first notch 324, the second notch 326 is dug deeper than the first notch 324.

캔(200) 내부압력이 임계 압력 이상으로 상승하게 되면, 안전벤트(320)의 제 2 노치(326)가 압력을 견디지 못하고 파단되면서 캔(200) 내부의 가압 가스가 상단 캡(310)의 구멍(312)을 통해 빠져나가게 된다. When the internal pressure of the can 200 rises above the critical pressure, the second notch 326 of the safety vent 320 fails to withstand the pressure and the pressurized gas inside the can 200 causes the hole of the upper cap 310 to break. Exit at 312.

이러한 과정에서, 전지 내부의 가스를 방출함과 동시에 전류를 차단하는 전류차단부재(600)가 안전벤트(320)의 하방에 설치되어 있다. 전류차단부재(600)는 도전성 판재의 부재로서 보조 가스켓이 설치되어 있다. In this process, the current blocking member 600 for discharging the gas inside the battery and at the same time cut off the current is installed below the safety vent 320. The current blocking member 600 is provided with an auxiliary gasket as a member of the conductive plate.

전류차단부재(600)는 도 5에서 보는 바와 같이, 측면을 따라 가스가 배출되는 관통구들(610)이 다수 형성되어 있고, 중앙에는 상향 돌출된 돌출부(620)가 형성되어 있으며, 돌출부(620)를 중심으로 동심원 상으로 3 개의 관통홀(630)과, 관통홀(630)을 연결하는 3 개의 브릿지(640)가 대칭적으로 형성되어 있다. 브릿지(640)에는 노치(650)가 형성되어 있어서, 전지 내부에서의 압력 상승으로 인해 가압 가스가 안전벤트(도 2: 320)에 가해질 때, 만입형 중앙부(322)가 들어 올려지면서 만입형 중앙부(322)와 결합된 돌출부(620)는 노치(650)가 절취되면서 전류차단부재(600)의 본체로부터 분리되게 된다As shown in FIG. 5, the current blocking member 600 includes a plurality of through holes 610 through which gas is discharged along a side surface thereof, and an upwardly protruding protrusion 620 is formed in the center thereof, and the protrusion 620 is formed in the current blocking member 600. Three through holes 630 and three bridges 640 connecting the through holes 630 are formed symmetrically on a concentric circle. The notch 650 is formed in the bridge 640 so that when the pressurized gas is applied to the safety vent (FIG. 2: 320) due to the pressure increase inside the battery, the indented center portion 322 is lifted up and the indented center portion is lifted. The protrusion 620 coupled with the 322 is separated from the main body of the current blocking member 600 while the notch 650 is cut out.

도 4 및 도 5를 참조하면, 돌출부(620)의 상면과 안전벤트(320)의 만입형 중앙부(322)의 하면은 용접 등에 의한 방법으로 결합되어 용접 결합부(660)를 형성한다. 그러나, 안전벤트(320)는 매우 얇은 금속 판재로 구성되어 있어서, 용접 과정에서 핀 홀 등이 발생할 수 있고, 이로 인해 수분이 침투하거나 전해액이 누출될 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해, 안전벤트(320)의 만입형 중앙부(322) 상면에는 전류차단부재(600)와 안전벤트(320)가 결합된 부위인 용접 결합부(660)에 대응하는 위치에, 고분자 수지(700)가 도포되어 있다. 4 and 5, the upper surface of the protruding portion 620 and the lower surface of the indented central portion 322 of the safety vent 320 are joined by a method such as welding to form a welding coupling portion 660. However, since the safety vent 320 is made of a very thin metal plate, a pinhole or the like may occur during the welding process, which may cause moisture to penetrate or leak the electrolyte. Therefore, in order to prevent this, the upper surface of the indented central portion 322 of the safety vent 320 in a position corresponding to the welding coupling portion 660, which is a portion where the current blocking member 600 and the safety vent 320 is coupled, Polymer resin 700 is applied.

따라서, 누액을 근본적으로 차단하고, 핀 홀로 인해 가스 발생량이 충분치 못하여 CID 단락이 늦어지게 되어 열폭주 현상이 발생하는 것을 방지함으로써 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다. 고분자 수지(700)를 도포하는 공정에서 노치(326)가 덮이지 않도록, 고분자 수지(700)는 자외선 경화 수지로 이루어질 수 있다. Therefore, it is possible to fundamentally improve the safety of the battery by blocking leakage and fundamentally preventing the occurrence of thermal runaway by delaying CID short circuit due to insufficient gas generation due to the pinhole. The polymer resin 700 may be made of an ultraviolet curable resin so that the notch 326 is not covered in the process of applying the polymer resin 700.

이하에서는 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

Ni을 도금한 SPCE(냉간압연강판)을 사용하여 상단 캡 및 원통형 캔을 제작하고, 원통형 캔에 전극조립체를 장착한 다음, 전극조립체의 상단부에 대응하는 부위의 원통형 캔에 비딩 공정을 행하여 클림핑 부위를 형성하고, 클림핑 부위의 내측면에 가스켓을 삽입한 후 전류차단부재를 장착하고 레이저 용접을 통해 안전벤트와 결합하였다. 이 때, 용접은 일반적인 정격 용접 파워보다 약 5% 정도 높은 파워로 실시하였다. 그런 다음, 안전벤트의 상부에서 용접 결합부위에 대응하는 부위에 폴리우레탄 올리고머 혼합물을 도포하고, UV을 조사하여 경화시켰다. 그런 다음, PTC 소자 및 탑 캡을 장착하고, 캔의 상단을 내측으로 절곡한 다음, 클림핑 및 가압 공정을 행하여 18650 규격(직경 18 mm, 길이 65 mm)의 원통형 이전전지를 제작하였다. Using Ni-plated SPCE (cold rolled steel sheet), a top cap and a cylindrical can are fabricated, the electrode assembly is mounted on the cylindrical can, and then a crimping process is performed on a cylindrical can of a portion corresponding to the upper end of the electrode assembly. After forming the site, the gasket was inserted into the inner surface of the crimping site, the current blocking member was mounted, and the safety vent was combined by laser welding. At this time, welding was performed at a power about 5% higher than the general rated welding power. Then, the polyurethane oligomer mixture was applied to the site corresponding to the weld joint at the top of the safety vent, and cured by irradiation with UV. Then, a PTC element and a top cap were mounted, the top of the can was bent inward, and then a crimping and pressing process was performed to produce a cylindrical transfer battery of 18650 (diameter 18 mm, length 65 mm).

[비교예 1]Comparative Example 1

안전벤트의 상부에 폴리우레탄 올리고머 혼합물 수지를 도포하지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 제작하였다. A cylindrical secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the polyurethane oligomer mixture resin was not coated on the safety vent.

[실험예 1]Experimental Example 1

실시예 1 및 2에서 제조된 전지 30 개와 비교예 1에서 제조된 전지 30 개의 전지들을 도립시킨 상태에서, 15 kgf 까지 셀 내부에 압력을 가하면서 전류차단부재(안전벤트)가 작동되기 전에 전해액이 누출되는 지를 확인하였다. 그 결과가 하기 표 1에 개시되어 있다.In the state where 30 batteries manufactured in Examples 1 and 2 and 30 batteries manufactured in Comparative Example 1 were inverted, the electrolyte was applied before the current blocking member (safety vent) was operated while applying pressure to the inside of the cell up to 15 kgf. Check for leaks. The results are shown in Table 1 below.

<표 1>TABLE 1

Figure 112006076058310-PAT00001
Figure 112006076058310-PAT00001

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 전지들에서는 어떠한 경우에도 전해액의 누출(leakage)이 발생하지 않은 반면에, 전류차단부재의 작동 전후하여 비교예 1의 전지들은 2 개에서 전해액의 누출이 발생하였음을 확인하였다. 따라서, 본 발명에 따른 전지들은 용접 결합부에 고분자 수지를 도포함으로써 우수한 밀봉성을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 비교예 1의 전지들 중 전해액이 누출된 전지를 분해하여 용접 부위의 사진을 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타 난 바와 같이, 전해액이 누출된 전지의 용접 부위에는 수 개의 핀홀이 형성되어 있었고, 이에 의해 전류 차단 부재와 안전벤트 용접부재에서 전해액의 누출이 발생하였음을 확인할 수 있었다. As shown in Table 1, in the battery of Example 1 according to the present invention, no leakage of the electrolyte occurred in any case, whereas the cells of Comparative Example 1 were prepared before and after the operation of the current blocking member. It was confirmed that the leakage of the electrolyte occurred at. Therefore, it can be seen that the batteries according to the present invention exhibit excellent sealing properties by applying a polymer resin to the weld joint. In addition, a photograph of a welded site is shown in FIG. 6 by disassembling a battery in which electrolyte is leaked among the batteries of Comparative Example 1. As shown in FIG. 6, several pinholes were formed in the welded portion of the battery in which the electrolyte leaked, and it was confirmed that the leakage of the electrolyte occurred in the current blocking member and the safety vent welding member.

[실험예 2]Experimental Example 2

상기 실시예 1과 비교예 1에서 각각 제조된 30 개의 전지들에 대해 1 C, 10 V 의 과충전 테스트를 실시하여 전지의 발화 여부를 확인하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.30 batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were respectively subjected to an overcharge test of 1 C and 10 V to determine whether the batteries were ignited. The results are shown in Table 2 below.

<표 2>TABLE 2

Figure 112006076058310-PAT00002
Figure 112006076058310-PAT00002

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 각 실시예들에 따른 전지는 발화하지 않았으나, 비교예 1의 전지는 2 개의 전지가 발화되었음을 확인할 수 있다.As shown in Table 2, the battery according to the embodiments of the present invention did not ignite, the battery of Comparative Example 1 can be confirmed that the two batteries ignited.

이는 전지가 과충전 조건에서 전해액이 분해되면서 온도의 상승과 함께 내부 가스가 발생하게 되는데, 실시예 1에 따른 전지는 내압이 일정 수준 이상이 되면 CID 소자의 단락이 일어나고, 그에 따라 내부의 고압 가스를 분출되면서 전지의 발화를 미연에 방지하기 때문이다. This is because the battery decomposes the electrolyte under overcharging conditions, and the internal gas is generated with an increase in temperature. In the battery according to Example 1, when the internal pressure is higher than a predetermined level, a short circuit occurs in the CID element, thereby preventing the internal high-pressure gas. This is because the ignition of the battery is prevented while being ejected.

그러나, 비교예 1의 전지는 안전 벤트 상의 용접 결합부에 형성된 핀홀을 통해 내부 가스가 부분적으로 유출됨으로써, CID 단락이 유발되지 않게 되어 열폭주 현상에 의해 전지가 발화한 것으로 추측된다. However, in the battery of Comparative Example 1, the internal gas partially flows out through the pinhole formed in the weld joint on the safety vent, so that the CID short circuit is not caused, and the battery is ignited by the thermal runaway phenomenon.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는 안전벤트의 하단에 전류차단부재를 용접하고 이러한 용접 결합부의 밀봉을 보장하기 위해 안전벤트의 해당 부위 상에는 고분자 수지를 도포함으로써, 용접 결합부에 형성될 수 있는 핀 홀을 통한 수분 침투, 전해액의 누액 및 CID 단락 지연을 근본적으로 방지할 수 있으므로, 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다. As described above, the cap assembly according to the present invention is formed by welding a current blocking member to the bottom of the safety vent and applying a polymer resin on the corresponding portion of the safety vent to ensure the sealing of the weld joint. It is possible to fundamentally prevent moisture penetration through the pinholes, leakage of electrolyte, and delay of CID short circuit, thereby greatly improving battery safety.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (9)

양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, 전지 내부에서의 고압 발생시 파열되면서 고압 가스를 배출하는 소정의 노치가 형성되어 있는 안전벤트의 하단에는, 전지 내부의 압력 상승시 파열되어 전류를 차단하는 전류차단부재가 용접에 의해 결합되어 있고, 이러한 용접 결합부의 밀봉을 보장하기 위해 안전벤트의 해당 부위 상에는 고분자 수지가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.A cap assembly mounted on an open upper end of a can in a battery in which an electrode assembly (jelly-roll) having a cathode / membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can, and which discharges a high pressure gas while rupturing when a high pressure occurs inside the battery. At the bottom of the safety vent where the notch is formed, a current blocking member that ruptures when the pressure inside the battery rises to block the current is joined by welding, and on the corresponding part of the safety vent to ensure the sealing of the welding joint. Cap assembly characterized in that the polymer resin is applied. 제 1 항에 있어서, 상기 안전벤트는 0.15 내지 0.4 mm의 두께를 가진 알루미늄 판재인 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.The cap assembly of claim 1, wherein the safety vent is an aluminum sheet having a thickness of 0.15 to 0.4 mm. 제 1 항에 있어서, 상기 안전벤트는 중앙이 하향 만입된 형상으로 되어 있고, 상기 만입부를 형성하는 상절곡 부위 및 하절곡 부위에는 각각 제 1 노치 및 제 2 노치가 형성되어 있으며, 상기 제 1 노치는 폐곡선을 이루고 있고, 하부에 형성되는 제 2 노치는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있으며, 제 2 노치는 제 1 노치 보다 깊게 파여 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.The safety vent of claim 1, wherein the safety vent has a shape in which the center is indented downward, and a first notch and a second notch are formed at an upper bent portion and a lower bent portion, respectively, which form the indented portion. Has a closed curve, and the second notch formed at the lower portion has a structure of an open curve on one side, and the second notch is deeper than the first notch. 제 1 항에 있어서, 상기 전류차단부재는 가스의 배출을 위한 하나 또는 그 이상의 관통구를 포함하고 있고, 안전벤트의 만입부의 하단에 용접 부착되어 있는 상향 돌출된 돌출부가 중앙에 형성되어 있으며, 젤리-롤의 양극에 연결되어 있는 양극 리드가 상기 돌출부를 제외한 부위의 하단면을 통해 전기적으로 연결되어 있고, 상기 돌출부를 중심으로 동심원상으로 3 내지 5의 관통홀과 상기 관통홀을 연결하며 노치가 형성되어 있는 브릿지가 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리. According to claim 1, wherein the current blocking member includes one or more through-holes for the discharge of the gas, an upwardly projecting protrusion is welded to the lower end of the indentation of the safety vent is formed in the center, jelly The anode lead connected to the anode of the roll is electrically connected through the bottom surface of the portion excluding the protrusion, and connects the through holes of 3 to 5 and the through holes concentrically around the protrusion. Cap assembly, characterized in that made of a structure in which the bridge is formed. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 자외선 경화 수지인 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.The cap assembly of claim 1, wherein the polymer resin is an ultraviolet curable resin. 제 5 항에 있어서, 상기 자외선 경화 수지는 에폭시계 수지인 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.6. The cap assembly of claim 5, wherein the ultraviolet curable resin is an epoxy resin. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리는 하나 이상의 가스 배출구가 형성되어 있는 탑 캡, PTC 소자(positive temperature coefficient element), 안전벤트 및 전류차단부재의 적층 구조로 이루어져 있고, 그것의 외주면에 가스켓이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.2. The cap assembly of claim 1, wherein the cap assembly is formed of a laminated structure of a top cap, a positive temperature coefficient element, a safety vent, and a current blocking member having one or more gas outlets, and a gasket is mounted on an outer circumferential surface thereof. Cap assembly characterized in that. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 따른 캡 어셈블리를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.A cylindrical battery comprising a cap assembly according to any one of claims 1 to 7. 제 8 항에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.9. The cylindrical battery according to claim 8, wherein the battery is a lithium secondary battery.
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