KR100615160B1 - Cap assembly for a battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지내부의 압력상승에 대하여 안정성이 확보될 수 있는 전지용 캡어셈블리에 관한 것으로서, 캡어셈블리는: 가스배출공이 마련된 캡; 상기 캡과 내부공간을 형성하며 밀봉홀이 마련된 캡커버; 상기 캡커버와 내부공간을 형성하며 내부가스가 출입하여 상기 밀봉홀에 내압을 가할 수 있도록 주변홀이 마련된 하부금속판; 상기 캡커버와 상기 하부금속판 사이에 부착되며, 온도의 변화에 따라 전류의 흐름을 제어하는 PTC저항기; 상기 밀봉홀을 덮는 플랜지부를 구비하는 피스톤과, 상기 피스톤이 가이드될 수 있으며 상기 하부금속판에 설치되는 실린더와, 상기 밀봉홀에 작용하는 압력에 따라 상기 플랜지부가 개폐될수 있는 완충스프링을 구비하는 밀봉어셈블리;를 구비한다. The present invention relates to a battery cap assembly capable of ensuring stability against pressure rise in a battery, the cap assembly comprising: a cap provided with a gas discharge hole; A cap cover forming an inner space with the cap and having a sealing hole; A lower metal plate forming an inner space with the cap cover and provided with a peripheral hole to allow internal gas to enter and apply internal pressure to the sealing hole; A PTC resistor attached between the cap cover and the lower metal plate to control a flow of current according to a change in temperature; A seal having a piston having a flange covering the sealing hole, a cylinder in which the piston can be guided and installed in the lower metal plate, and a shock absorbing spring in which the flange can be opened and closed according to a pressure applied to the sealing hole. An assembly;
Description
도 1은 본 발명에 따른 캡어셈블리의 일실시예를 구비한 이차전지의 구조를 도시한 부분 단면도이다.1 is a partial cross-sectional view showing the structure of a secondary battery having one embodiment of a cap assembly according to the present invention.
도 2는 도 1의 이차전지에 구비된 캡 어셈블리의 일실시예를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of a cap assembly provided in the secondary battery of FIG. 1.
도 3은 도 2의 캡어셈블리의 분리사시도를 도시한 것이다.3 is an exploded perspective view of the cap assembly of FIG. 2.
도 4a는 도 2 및 도 3의 캡어셈블리에 구비되는 PTC복합구조체의 단면도를 도시한 것이고, 도 4b는 그 평면도를 도시한 것이다.4A illustrates a cross-sectional view of the PTC composite structure provided in the cap assemblies of FIGS. 2 and 3, and FIG. 4B illustrates a plan view thereof.
도 5는 본 발명에 따른 캡어셈블리의 다른 실시예의 단면도를 도시한 것이다.5 shows a cross-sectional view of another embodiment of a cap assembly according to the invention.
도 6은 종래의 이차전지의 단면도를 도시한 것이다.6 illustrates a cross-sectional view of a conventional secondary battery.
도 7은 도 6의 캡 캡어셈블리의 단면도를 도시한 것이다.7 illustrates a cross-sectional view of the cap cap assembly of FIG. 6.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10. 이차전지 13. 전지케이스 10.
13a. 넥 15. 전극조립체13a.
17. 전해액 19. 가스켓17.
21. 양극탭 21. Anode Tab
50,80. 캡어셈블리 53. 캡50,80.
55. 캡커버 57. PTC복합구조체55.
60. 밀봉어셈블리 63. 실린더60.
65. 피스톤 66. 인장스프링65. Piston 66. Tension spring
67. 밀봉부재 67. Sealing member
76.압축스프링 86.보강재 76.Compression spring 86.Reinforcement
본 발명은 전지내부의 압력상승에 대하여 안정성이 확보될 수 있는 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내압상승의 방지를 위한 PTC(positive temperature coeffiecient)저항기 및 내부가스 배출기구를 구비한 캡어셈블리 및 이를 채용한 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery capable of ensuring stability against a pressure rise in the battery, and more particularly, a cap assembly having a PTC (positive temperature coeffiecient) resistor and an internal gas discharge mechanism for preventing a pressure increase. It relates to a secondary battery employing the same.
이차전지는 기본적으로 세퍼레이터가 개재된 상태로 박판형태의 양극판 및 음극판을 적층하여 전지케이스에 삽입하고 여기에 전해액을 주입하고 밀봉함으로써 제조된다. A secondary battery is basically manufactured by stacking a thin plate-shaped positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator interposed therebetween, inserting it into a battery case, injecting and sealing an electrolyte solution therein.
이와 같은 이차전지는 전원을 필요로 하는 기기에 따라 여러 가지 형상으로 제조되어질 수 있지만, 원주형 또는 다각주형 예컨데, 정사각주형이나 직사각주형 등과 같은 전지가 보편적으로 많이 사용된다. 이하에서 상기 원주형이나 원통형 또는 다각주형의 전지를 주형전지라 하기로 한다. Such a secondary battery may be manufactured in various shapes according to a device requiring a power source, but a battery such as a square mold or a polygonal mold, for example, a square mold or a rectangular mold, is commonly used. Hereinafter, the cylindrical, cylindrical or polygonal battery will be referred to as a template battery.
도6은 종래의 원통형 이차전지의 단면도를 도시한 것이고, 도 7은 도6의 이차전지의 캡어셈블리의 단면도를 도시한 것이다.FIG. 6 is a sectional view of a conventional cylindrical secondary battery, and FIG. 7 is a sectional view of a cap assembly of the secondary battery of FIG.
도6을 참조하면, 원통형의 이차전지(100)는 양극판(111),세퍼레이터(112) 및 음극판(113)이 순서대로 적층된 전극 조립체(110)가 롤(roll)의 형태로 나선상으로 감겨 원통형의 케이스(120)내에 삽입되고 전해액(115)이 주입된 후 밀봉됨으로써 제조된다. 그리고 케이스(120)의 상부에는 캡조립체(130)가 배치된다. 캡커버(137)는 전극조립체의 양극판(111)에 형성되어 있는 양극탭(139)과 연결되고, 전극조립체의 음극판(113)에 형성되어 있는 음극탭(140)은 케이스(120)의 내면과 접촉된다. 따라서, 상기 원통형의 이차전지(100)는 케이스(120)와 캡(133)이 소정의 외부 전기회로(미도시)에 접속됨으로써 전류를 공급한다.Referring to FIG. 6, in the cylindrical
그런데, 이와 같은 이차 전지는 전지단락 또는 과충전 등과 같은 비정상적인 사용상태에 의하여 전지의 내부 온도가 상승하고 가스가 발생하여 전지내부의 압력이 상승하게 된다. However, in such a secondary battery, the internal temperature of the battery increases due to an abnormal use state such as battery short circuit or overcharge, and gas is generated to increase the pressure inside the battery.
예컨데, 니켈 수소 전지에 있어서, 과충전이 일어나면 전해액중의 OH-가 분해되어 산소 가스가 발생하여 전지의 내압이 증가하게 된다. 또한, 금속리튬이나 카본을 음극활물질로 사용하는 리튬 이차전지에 있어서도 방전 또는 단락이 생기면, 발열을 수반하여 유기 전해액의 분해가 촉진됨으로써 가스가 발생하여 전지의 내압이 상승하게 된다. For example, in a nickel hydrogen battery, when overcharge occurs, OH − in the electrolyte is decomposed to generate oxygen gas, thereby increasing the internal pressure of the battery. In addition, even in a lithium secondary battery using metal lithium or carbon as a negative electrode active material, when discharge or short circuit occurs, decomposition of the organic electrolyte solution is promoted with heat generation, thereby generating gas and increasing the internal pressure of the battery.
더욱이, 전지화성공정에서, 밀폐된 전지에 과전류 혹은 과전압 등이 인가되었을 경우에는 가스발생에 의하여 전지내압이 전지내의 초기 설정된 압력이상으로 상승하게 되어 전지의 성능은 더욱 감소하게 된다. In addition, when overcurrent or overvoltage is applied to the sealed battery in the battery formation process, the internal pressure of the battery rises above the initial pressure set in the battery due to gas generation, thereby further reducing the performance of the battery.
이와같이 전지 내압이 상승하는 경우에는, 극판의 팽윤 현상으로 인하여 전해액의 고갈 현상이 나타날 뿐만 아니라, 전해액이 캡 조립체 주변부로 새어나오는 등 전지의 성능 및 수명 특성상에 전반적인 열화를 초래한다. In this case, when the internal pressure of the battery increases, not only the depletion of the electrolyte may occur due to the swelling of the electrode plate, but also the electrolyte may leak to the periphery of the cap assembly, resulting in overall deterioration in performance and life characteristics of the battery.
따라서, 전지의 안전성 측면에서, 전지 내압을 소정 범위내로 조정하기 위하여 종래의 이차전지는 도 7에 도시되어 있는 바와 같은 캡조립체(130)를 구비하고 있었다. 상기 캡조립체(130)는 캡(133), 캡커버(137) 및 벤트러버(vent rubber;135)를 구비하고, 상기 캡(133)에 가스를 전지의 외부로 배출하기 위한 배출공(133a)을 마련하고, 상기 캡(133)에 부착되는 캡커버(137)에 관통공(137a)을 형성하고, 상기 캡(133)과 캡커버(137)사이에는 벤트러버(vent rubber;135)를 삽입하였다.Therefore, in view of the safety of the battery, the conventional secondary battery has a
이와 같은 구조를 가지는 원통형의 이차전지의 가스배출과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the gas discharge process of the cylindrical secondary battery having such a structure as follows.
이차 전지의 화성공정 또는 과충전등에 의하여 내부가스가 증가하여 전지의 내압이 상승하면, 캡커버(137)에 형성된 관통공(137a)을 밀폐하는 벤트러버(135)의 가압 탄성력이 전지 내부의 가스 압력을 극복하지 못하면, 전지 내부의 가스가 관통공(137a)과 배출공(133a)을 통하여 전지 외부로 방출되어 전지내압이 감소하게 된다.When the internal pressure of the battery increases due to the formation process of the secondary battery or the overcharge, etc., the pressure elastic force of the
그런데, 이와같은 이차전지에 있어서, 상기 벤트러버(135)의 압축율은 20%이상이 되면 탄성체로서의 특성, 예를 들어 영구압축률, 반발탄성계수 등이 변화하게 되므로, 압축률을 고려하는 동시에 소정의 전지 내부의 압력에 견디도록 벤트러버(135)의 높이를 직경보다 크게 한다. 또한, 전극단자를 겸하는 상기 캡(133)의 직경과 높이는 건전지와의 호환성을 위하여 규격이 정해져 있다. 따라서, 벤트러버(135)를 높이를 상대적으로 크게 하는 것은 결과적으로 캡 조립체 높이를 크게하여 전지내 유효공간의 손실을 가져오게 된다.However, in such a secondary battery, when the compression ratio of the
그리고, 벤트러버(135)의 높이가 상대적으로 큰 경우, 벤트러버(135)를 삽입하는 과정 또는, 벤트러버(135)가 가스 배출을 위하여 관통공(137a)을 개폐하는 과정에서 벤트러버(135)의 치우침이 발생하게 된다. 이러한 치우침현상이 발생하게 되면, 벤트러버(135)의 바닥면에 가해지는 압력의 편차가 발생하므로 벤트러버(135)가 부분적으로 경화하여 전지의 수명이 단축되어진다.In addition, when the height of the
그리고, 전지의 내압 상승의 주요 원인은 전지내부의 온도상승과 관계되는데, 상기 종래의 캡조립체와 같은 경우에는, 전지내부의 온도상승과는 무관하게 충방전을 하게 된다. 따라서, 전지내부의 온도상승에 대한 제어수단이 없으므로 전지의 열화가 온도상승에 따라 계속되고, 이와 함께 벤트러버에 의한 가스배출이 원활하게 되지 못하는 경우는 전지의 계속적인 내압상승으로 인하여 전지의 폭발이나 화염을 유발하는 등의 전지의 안정성이 보장되지 못하고, 내압 상승으로 인한 가스방출시 전해액의 누수가 증가하여 전지의 성능이 떨어지는 문제점이 있다.In addition, the main cause of the internal pressure rise of the battery is related to the temperature rise inside the battery. In the case of the conventional cap assembly, charge and discharge are performed regardless of the temperature rise inside the battery. Therefore, since there is no control means for the temperature rise inside the battery, the deterioration of the battery continues with the temperature rise, and when the gas discharge by the vent rubber is not smooth, the battery may explode due to the continuous internal pressure rise of the battery. The stability of the battery, such as causing a flame or the like, is not guaranteed, and there is a problem in that the performance of the battery decreases due to an increase in leakage of the electrolyte when releasing the gas due to an increase in internal pressure.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 전지 내부의 발열 및 내압의 상승을 방지하고 전지 내압을 일정범위내로 유지하여 전지의 연속사용을 가능하게 함으로써 전지의 수명 및 성능이 개선된 캡조립체 및 이를 구비한 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is designed to solve the above problems, and prevents the increase of heat generation and internal pressure inside the battery and maintains the battery internal pressure within a certain range to enable the continuous use of the battery cap improved battery life and performance An object of the present invention is to provide an assembly and a secondary battery having the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일측면에 따른 캡어셈블리는: 가스배출공이 마련된 캡; 상기 캡과 내부공간을 형성하며 밀봉홀이 마련된 캡커버; 상기 캡커버와 내부공간을 형성하며 내부가스가 출입하여 상기 밀봉홀에 내압을 가할 수 있도록 주변홀이 마련된 하부금속판; 및 상기 밀봉홀을 덮는 플랜지부를 구비하는 피스톤과, 상기 피스톤이 가이드될 수 있으며 상기 하부금속판에 설치되는 실린더와, 상기 밀봉홀에 작용하는 압력에 따라 상기 플랜지부가 개폐될수 있는 완충스프링을 구비하는 밀봉어셈블리;를 포함한다. 또한 상기 피스톤의 플랜지부에는 전해액과의 화학반응이 억제되는 내알칼리성 고무로 된 밀봉부재가 포함된 캡어셈블리가 제공된다. 나아가 상기 캡어셈블리는 캡커버와 하부금속판사이에 부착되며, 온도의 변화에 따라 전류의 흐름을 제어하는 PTC저항기를 더 구비할 수 있다. Cap assembly according to one aspect of the present invention to achieve the above object: a cap provided with a gas discharge hole; A cap cover forming an inner space with the cap and having a sealing hole; A lower metal plate forming an inner space with the cap cover and provided with a peripheral hole to allow internal gas to enter and apply internal pressure to the sealing hole; And a piston having a flange covering the sealing hole, a cylinder in which the piston can be guided and installed in the lower metal plate, and a shock absorbing spring in which the flange can be opened and closed according to the pressure applied to the sealing hole. It includes a sealing assembly. In addition, the flange of the piston is provided with a cap assembly including a sealing member made of alkali-resistant rubber to suppress the chemical reaction with the electrolyte. Further, the cap assembly is attached between the cap cover and the lower metal plate, it may further include a PTC resistor for controlling the flow of current in accordance with the change in temperature.
그리고, 양극판과 음극판을 구비하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 삽입되는 케이스; 상기 케이스에 주입된 전해액; 상기 본 발명의 일측면에 따른 캡어셈블리; 및 상기 캡어셈블리가 삽입되어 상기 케이스의 내부를 밀폐하는 가스켓;을 구비하는 이차전지가 제공된다.And, the electrode assembly having a positive electrode plate and a negative electrode plate; A case into which the electrode assembly is inserted; An electrolyte solution injected into the case; A cap assembly according to one aspect of the present invention; And a gasket for inserting the cap assembly to seal the inside of the case.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 일실시예로서 이차전지를 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a secondary battery as an embodiment of the present invention.
도1은 본 발명에 따른 캡조립체의 일실시예를 채용한 이차전지의 단면도를 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view of a secondary battery employing an embodiment of a cap assembly according to the present invention.
도 1을 참조하면, 전극조립체(15)는 박판형태의 양극판(15a)과 음극판(15b)사이에 세퍼레이터(15c)가 개재되어 롤(roll)의 형태로 감겨 케이스(13)내에 삽입된다. 그리고, 전해액(17)이 주입된후, 넥(neck;13a)이 형성된 케이스(13)상부에 캡어셈블리(50)가 끼워진 가스켓(19)을 끼워넣은 후, 크림핑(crimping)하여 본 발명에 따른 원통형의 이차전지(10)가 제조된다. Referring to FIG. 1, the
상기 가스켓(19)은 유연한 합성수지재료 예컨데, 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 폴리테트로플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 등을 재질로 하여 단차진 원통형상을 가지며, 상기 캡어셈블리(50)는 후술하는 바와 같이 그 외주부에 가스켓(19)에 끼워지는 방향과 반대방향으로 버(bur; 미도시)가 형성되어 있어 일단 가스켓(19)에 끼워진 후에는 용이하게 분리되지 않도록 한다. 상기 캡어셈블리(50)의 하부는 양극판(15a)의 양극탭(21)과 연결된다.The
도 2는 도 1의 원통형 이차전지의 가스켓에 삽입되는 캡어셈블리의 일실시예를 도시한 단면도이고, 도3은 도2의 캡어셈블리의 분리사시도이다. 그리고 도4a는 도3의 캡어셈블리의 PTC복합구조체의 단면도를 도시한 것이고, 도4b는 그 평면도를 도시한 것이다. 여기서 각 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of a cap assembly inserted into a gasket of the cylindrical secondary battery of FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded perspective view of the cap assembly of FIG. 2. 4A shows a cross-sectional view of the PTC composite structure of the cap assembly of FIG. 3, and FIG. 4B shows a plan view thereof. In the drawings, like reference numerals denote like members having the same function.
도 2와 도 3을 참조하면, 상기 캡어셈블리(50)는 캡(53), 캡커버(55), 실린 더(63), 인장스프링(66) 및 플랜지(65a)가 달린 피스톤(65) 및 PTC복합구조체(57)를 구비한다. 2 and 3, the
여기서, 상기 실린더(63), 인장스프링(66) 및 플랜지(65a)가 달린 피스톤(65)은 후술하는 바와같이 정상적인 경우에는 전지내부의 가스를 캡커버(55)와 케이스(13)의 내부에 밀봉하지만, 전지의 내압이 설정값이상이 되면 가스의 출입을 제어하여 밀봉 및 내압제어수단으로서 그 일예가 된다. 이하에서 설명의 중복을 피하기 위하여 이를 간단히 밀봉어셈블리(60)라 하기로 한다. Here, when the cylinder (63), the tension spring (66) and the piston (65a) with the flange (65a) as described later, the gas inside the battery inside the
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 PTC복합구조체(57)는 링형상의 상부금속판(57a)과 플랜지가 달린 실린더형상의 하부금속판(57c)사이에 정온도계수 저항 특성을 나타내는 링형상의 PTC저항기(57b)가 부착되어 형성된다. 또한, 도 2 및 도 3의 캡커버(55)에 PTC저항기가 곧바로 부착됨으로써 상부금속판이 없는 PTC복합구조체도 가능하다. 여기서, 상기 하부금속판(57c)에는 전지내부의 가스가 통과하는 주변홀(57e)과 도 2 및 도3의 실린더(63)가 삽입되어 부착되는 중앙홀(57d)이 형성된다. 4A and 4B, the PTC
상기 금속판(57a,57c)은 전도성이 좋은 도체 예컨데, 니켈이나 구리, 또는 니켈이나 구리를 도금한 금속으로 제조된다. 그리고 상기 PTC저항기(57b)는 도전제인 카본 블랙 또는 이와 유사한 물질이 분산되어 있는 수지 물질을 포함하는 수지 조성물로 만들어지나, 이에 관하여는 본 발명의 기술분야에서 통상 사용되는 것이면 제한없이 활용될 수 있다. The
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 PTC복합구조체(57)에는 밀봉어셈블리(60), 캡커버(55) 및 캡(53)이 설치되는데, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다. 2 and 3, the PTC
하부금속판(57c)의 중앙홀(57d)에는 실린더(63)를 삽입하여 부착하고, 상기 실린더(63)의 외주에는 완충스프링 예컨데, 인장스프링(66)을 배치한 후 하부금속판(57c)이나 실린더(63)에 마련된 스프링좌부(미도시)에 인장스프링(66)의 일단을 부착한다. 그리고, 캡커버(55)와 하부금속판(57c)사이에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 가스가 통과할 수 있는 홀이 마련된 보강재가 설치될 수 있는데, 이 경우에는 캡커버(55)와 하부금속판(57c)의 강성을 보강하는 역할을 한다.The
상기 PTC복합구조체(57)의 플랜지부(58)에는 밀봉홀(55a)이 형성된 캡커버(55)가 부착된다. A
상기 밀봉홀(55a)과 실린더(63)에는 하면에 밀봉부재(67)가 부착된 피스톤(65)을 삽입하고, 피스톤(65)이나 또는 플랜지부(65a)에 마련된 스프링좌부(미도시)에 인장스프링(66)의 타단을 부착한다. 여기서 상기 인장스프링(66)은 전지내압 예컨데, 10기압(bar)에 해당하는 탄성력을 갖도록 한다. 그리고, 상기 플랜지부(65a)에 의하여 밀봉홀(55a)이 밀봉될 수 있도록 플랜지부(65a)의 반경은 상기 밀봉홀(55a)의 반경보다 크게 하며, 바람직하게는 1.3 내지 1.5배 이상으로 한다. 그리고 피스톤(65)의 플랜지부(65a)에 부착된 밀봉부재(sealing material;67)는 알칼리성 전해액 등과의 접촉이 있더라도 화학반응이 억제되고 밀봉이 효과적으로 되며 내열 및 전기 절연성이 우수한 재질 예컨데, 에틸렌프로필렌고무, 불화고무, 실리콘 고무 등의 내알칼리성 고무을 선택한다.A
이와 같이 하여, 상기 캡커버(55)를 가스배출공(53a)이 형성되어 있는 캡의 플랜지부(53b) 부착되면 본 발명의 일실시예로서 캡어셈블리(50)가 구비된다. 여기서, 캡(53), 캡커버(55), 하부금속판(57c) 또는 상부금속판(57a)의 외주부에 버를 형성할수 있는데, 이와 같은 경우에는 도 1의 가스켓(19)에 삽입된 후에 용이하게 이완되지 않게 되어 가스켓(19)과 캡어셈블리(50)사이에서 전지의 내부가스가 누출되는 것을 방지할 수 있다.As such, when the
상기 캡어셈블리(50)의 PTC복합구조체(57)의 하부금속판(57c)에는, 도1에 도시된 바와 같이, 전극구조체의 양극판(15a)에 형성된 양극탭(21)이 저항용접이나 납땜 등에 의하여 부착된다.In the
그리고, 상기 하부금속판(57c), PTC저항기(57b), 상부금속판(57a)이나 캡커버(55) 및 캡(53)을 부착하는 방법은 전지의 충방전시 도전성이 충분히 유지되는 한 그 방법에는 제한이 없으며, 상기의 방법으로는 납땜, 저항용접, 초음파용접, 레이저용접, 전자빔용접 및 도전접착제에 의한 접합등이 있다. 그런데, PTC저항기(57b)와 밀봉부재(67)는 열로부터 보호하는 것이 중요하므로, PTC저항기(57b)의 부착 및 캡커버(55)와 캡(53)사이의 부착은 도전접착제를 이용하여 접합하는 것이 바람직하다. 그리고 캡커버(55)의 가장자리를 구부려서 크림핑방식에 의하여 캡(53)과 캡커버(55)를 부착할 수도 있다.The
위와 같이 본발명의 일실시예에 따른 캡어셈블리를 채용한 이차전지의 작용을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the operation of the secondary battery employing the cap assembly according to an embodiment of the present invention as follows.
양극판(15a)의 양극탭(21)은 PTC복합구조체의 하부금속판(57C)에 부착되어 캡어셈블리(50)가 양극이 되고, 음극판(15b)의 음극탭은 전지 케이스(13) 내면에 부착되어 전지케이스(13)가 음극이 된다. The
이와 같은 이차전지(10)가 정상적인 사용상태에 있는 경우, 캡어셈블리의 캡(53)과 전지케이스(13)는 외부의 전기회로에 연결되어 전류를 공급한다. When the
그러나, 상기 이차전지(10)가 전지단락 또는 과충전 등과 같이 비정상적인 사용상태하에 있는 경우에는, 전지의 내부 온도가 상승하고 이에 따라 PTC저항기의 저항도 증가하게 되고, 설정된 임계값 예컨데, 전지내압이 대략 10기압(bar)을 초과하는 온도에 도달하는 경우에는 PTC저항기의 저항이 급속하게 증가되어 전류의 흐름이 차단된다. 따라서, 이와 같은 PTC저항기의 작용에 의하여, 과전류에 의한 과열 및 압력상승이 방지된다.However, when the
그리고, PTC저항기가 제기능을 하지 않는 경우 또는 가스발생에 의한 전지 내압이 과도하게 상승하는 경우에는, 밀봉어셈블리(60)가 작동하여 전지의 안전성이 보장된다.In the case where the PTC resistor is not functioning or the battery internal pressure due to gas generation is excessively increased, the sealing
즉, 캡커버(55)의 밀봉홀(55a)을 밀폐하고 있는 피스톤(65)의 플랜지부(65a)에 내압이 인장스프링(66)의 소정의 탄성력 예컨데, 10기압(bar)에 해당하는 탄성력을 초과하는 경우에는 피스톤(65)의 플랜지부(65a)가 상방으로 이격되어 밀봉어셈블리(60)의 밀봉기능은 해제되고, 전지 내부의 가스가 캡커버(55)의 밀봉홀(55a)과 캡(53)의 가스배출공(53a)을 통하여 외부로 배출된다.That is, the internal pressure is a predetermined elastic force of the
그리고, 전지의 내부가스가 외부로 방출되어 전지의 내압이 감소되는 경우, 피스톤(65)은 인장스프링(66)의 탄성력을 받아 하방으로 내려가게 되고, 피스톤(65)의 플랜지부(65a)에 설치된 밀봉부재(67)에 의하여 캡커버(55)의 밀봉홀(55a)은 밀폐된다. In addition, when the internal gas of the battery is discharged to the outside and the internal pressure of the battery is reduced, the
또한, 전지의 내부온도가 설정된 임계값이하로 내려가면, PTC저항기의 저항은 감소하므로 전지의 기능은 정상적으로 돌아온다. Further, when the internal temperature of the battery falls below the set threshold value, the resistance of the PTC resistor decreases, so that the function of the battery returns to normal.
도 5는 본 발명에 따른 캡어셈블리의 다른 실시예의 단면도를 도시한 것이다. 여기서, 앞서 도시된 도면과 동일한 참조번호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.5 shows a cross-sectional view of another embodiment of a cap assembly according to the invention. Here, the same reference numerals as the drawings shown above indicate the same member having the same function.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 다른 실시예로서 캡어셈블리(80)는 캡(53)과 플랜지부(65a)사이에 압축스프링(76)을 구비한다. 여기서, 캡커버(55)와 하부금속판(57c)의 강성을 보강하기 위하여, 가스가 통과할 수 있는 홀(86a)이 마련된 보강재(86)가 설치될수 있다. Referring to FIG. 5, as another embodiment according to the present invention, the
이와 같은 구성에 의하면, 캡커버(55)의 밀봉홀(55a)을 밀폐하고 있는 피스톤(65)의 플랜지부(65a)에 내압이 작용하게 되는데, 전지내부의 압력이 설정값 예컨데, 10기압(bar)을 초과하는 경우에는 전지내압이 압축스프링(76)의 탄성력을 극복하여 피스톤(65)의 플랜지부(65a)를 상방으로 이격시키게 된다. 따라서, 전지내부의 가스가 밀봉홀(55a)과 가스배출공(53a)을 통하여 외부로 배출되어진다.According to such a structure, internal pressure acts on the
이와 같은 본 발명의 일측면에 따른 캡어셈블리에 있어서, 도2의 인장스프링(65), 그리고 도5의 압축스프링(76)은 각각 완충스프링의 일예로서 예시적인 것에 불과하며, 상기 완충스프링은 공기압 또는 유압을 피스톤(65) 및 실린더(63)사이에 개재함으로써 전지내부의 압력을 소정값이하로 유지하는 것이 가 능하다. 또한 상기 완충스프링으로서 고무벨로우즈나 또는 공기 벨로우즈가 이용될 수 있으며, 이와같은 완충스프링은 전지의 내압제어를 위한 수단으로서 본 발명의 기술분야에서 균등하게 사용될 수 있는 것이면, 제한없이 사용될 수 있다.In such a cap assembly according to an aspect of the present invention, the
그리고 본원 발명은 원통형의 이차전지에 한정되는 것은 아니며, 전지케이스의 형상에 맞도록 캡어셈블리의 형상을 변경함으로써 다각주형의 전지등과 같은 주형전지에 구비되는 것도 가능하다.In addition, the present invention is not limited to the cylindrical secondary battery, and may be provided in a mold battery such as a polygonal mold battery by changing the shape of the cap assembly to match the shape of the battery case.
따라서, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Accordingly, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Could be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 캡어셈블리 및 이를 구비한이차전지는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.As described above, the cap assembly and the secondary battery having the same according to the present invention can obtain the following effects.
전지내부의 온도가 일정값이상이 되면, PTC저항기에 의하여 전류흐름이 차단되어 일차적으로 전지의 내압이 일정 범위내로 유지될 수 있고, 또한 상기 PTC저항기가 작동하지 않는 경우 또는 계속적인 전지내부의 가스발생에 의한 내압 상승이 있는 경우에는 이차적으로 밀봉어셈블리의 밀봉이 해제되므로 전지의 폭발을 예방할 수 있어 전지의 안정성이 향상된다. 또한, 치우침현상이 있는 벤트러버와 같은 부분적 경화를 가져오지 않으며 PTC저항기와 개폐식의 밀봉어셈블리를 구비한 캡어 셈블리를 사용함으로써 전지의 연속사용이 보장됨으로써 전지의 수명이 개선되고 그 성능이 향상된다.When the temperature inside the battery is above a certain value, the current flow is interrupted by the PTC resistor so that the internal pressure of the battery can be maintained within a certain range, and when the PTC resistor is not operated or the gas in the battery continues. When there is an increase in the internal pressure due to the generation, the sealing of the sealing assembly is secondarily released, thereby preventing the explosion of the battery and improving the stability of the battery. In addition, by using a cap assembly with PTC resistors and an open / close seal assembly, continuous use of the battery is ensured without the partial hardening, such as a bent rubber with a bias phenomenon, thereby improving battery life and improving its performance. .
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