KR101065887B1 - 원통형 리튬 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 조립체의 회전에 의한 불량을 방지한 원통형 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 상부로 돌출된 양극 탭을 구비하는 양극 전극판과, 하부로 돌출된 음극 탭을 구비하는 음극 전극판과, 상기 양극 전극판 및 음극 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터가 다수회 권취되어 형성된 전극 조립체와; 상기 전극 조립체가 결합되도록 소정 공간을 갖는 원통형 측면판이 형성되고, 상기 원통형 측면판의 하부에는 하면판이 형성되며, 상부는 상기 전극 조립체를 수납하기 위하여 개구된 원통형 캔과; 상기 원통형 캔의 상부에 결합되는 동시에, 상기 양극 탭이 접합되는 캡 조립체와; 상기 원통형 캔에 주입된 전해액과; 상기 원통형 캔의 하면판 상부에 접촉되어 상기 음극 탭과 접합되는 회전 부재를 포함하는 원통형 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이차 전지, 원통형, 회전 부재

Description

원통형 리튬 이차 전지{Cylindrical Ion Secondary battery}
도 1a는 본 발명의 일실시에에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 사시도.
도 1b는 도 1a의 A-A` 라인에 따른 단면도.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 평면도.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 단면도.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 평면도.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 단면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시에에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 단면도.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 도 6에 도시된 원통형 리튬 이차 전지의 안전 벤트에 한정하여 도시한 도면.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
100, 500; 원통형 리튬 이차 전지
110, 510; 전극 조립체 111, 511; 양극 탭
112, 512; 상부 절연 플레이트 113, 513; 음극 전극판
114, 514; 세퍼레이터 115, 515; 양극 전극판
116, 516; 하부 절연 플레이트 117, 517; 음극 탭
120, 220, 320, 420, 520; 원통형 캔
121, 521; 측면판 122, 222, 322, 422, 522; 하면판
130, 530; 캡 조립체 131, 531; 안전 벤트
132, 532; 인쇄 회로 기판 133, 533; 양성 온도 소자
134, 534; 양극 캡 135, 535; 절연 가스켓
140, 540; 전해액 150, 536, 550; 회전 부재
본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극 조립체의 회전에 의한 불량을 방지한 원통형 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정기간동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 상기 원통형 리튬 이차 전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 원통 형태로 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 결합되는 원통형 캔과, 상기 캔을 막아 상기 전극 조립체의 이탈을 억제하는 캡 조립체와, 상기 캔 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.
이러한 원통형 리튬 이차 전지는 양극 활물질이 코팅되며 양극 탭이 연결된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅되며, 음극 탭이 연결된 음극 전극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 원통 형태로 권취하여 전극 조립체를 제조한다.
그런 다음, 상기 전극 조립체를 원통형의 캔에 넣은 후, 상기 전극 조립체의 음극 탭을 상기 원통형 캔의 하부면에 용접 등의 방법을 통하여 접합하고, 상기 전극 조립체가 이탈하지 않도록 상기 전극 조립체 상부인 캔의 소정 영역을 비딩(beading)하고, 상기 원통형의 캔에 전해액을 주입한다.
이후에, 상기 원통형 캔의 상부에 캡 조립체를 조립한 후, 상기 원통형 캔 상단을 크리핑(criping)함으로써, 상기 캡 조립체가 원통형 캔에 강하게 결합 및 고정되도록 하여 이차 전지를 완성한다.
그러나, 상기한 바와 같은 원통형 리튬 이차 전지는 각형 리튬 이차 전지에 비하여 상기 전극 조립체의 회전이 발생할 수 있으며, 특히, 상기 전극 조립체의 회전량이 큰 경우에는 상기 음극 탭의 변형을 유발하는 문제점이 있다.
또한, 상기 음극 탭의 변형이 큰 경우에는 상기 세퍼레이터를 파괴하여 상기 양극 전극판과 음극 전극판의 쇼트를 발생시키는 심각한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 전극 조립체의 회전에 의한 불량을 방지한 원통형 리튬 이차 전지를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부로 돌출된 양극 탭을 구비하는 양극 전극판과, 하부로 돌출된 음극 탭을 구비하는 음극 전극판과, 상기 양극 전극판 및 음극 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터가 다수회 권취되어 형성된 전극 조립체와; 상기 전극 조립체가 결합되도록 소정 공간을 갖는 원통형 측면판이 형성되고, 상기 원통형 측면판의 하부에는 하면판이 형성되며, 상부는 상기 전극 조립체를 수납하기 위하여 개구된 원통형 캔과; 상기 원통형 캔의 상부에 결합되는 동시에, 상기 양극 탭이 접합되는 캡 조립체와; 상기 원통형 캔에 주입된 전해액과; 상기 원통형 캔의 하면판 상부에 접촉되어 상기 음극 탭과 접합되는 회전 부재를 포함하는 원통형 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 회전 부재는 0.1㎛ 내지 0.3㎛의 두께를 갖으며, 상기 회전 부재의 폭은 3㎜ 내지 3.2㎜이며, 상기 회전 부재는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Steel) 또는 이들의 합금 중 어느 하나의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 회전 부재는 회전체로 이루어지며, 상기 원통형 캔의 하면판에 상기 회전 부재를 수납하기 위한 원형의 요부(凹部)로 이루어지는 원형의 패턴을 더 구비할 수도 있다. 상기 원형의 패턴 요부(凹部)의 깊이는 0.05㎜ 내지 0.07㎜이며, 상기 원형의 패턴 요부(凹部)의 직경은 3.7㎜ 내지 4㎜인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상부로 돌출된 양극 탭을 구비하는 양극 전극판과, 하부로 돌출된 음극 탭을 구비하는 음극 전극판과, 상기 양극 전극판 및 음극 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터가 다수회 권취되어 형성된 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 수납하기 위한 소정 공간을 갖는 원통형 측면판이 형성되고, 상기 원통형 측면판의 하부에는 하면판이 형성되며, 상기 원통형 측면판의 상부는 상기 전극 조립체를 수납하기 위하여 개구된 원통형 캔과; 상기 양극 탭과 접합되는 제 1 회전 부재를 구비하는 안전 벤트를 포함하며, 상기 원통형 캔의 상부와 결합되는 캡 조립체와; 상기 전극 조립체의 회전에 의한 변형을 방지하며, 상기 원통형 캔의 하면판 상부에 접촉되어 상기 음극 탭과 접합되는 제 2 회전 부재와; 상기 원통형 캔에 주입된 전해액을 포함하는 원통형 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 회전 부재는 상부 회전체와 하부 회전체로 이루어지며, 상부 회전체와 하부 회전체의 접합부의 직경이 상부 회전체 및 하부 회전체의 최대 직경보다 작은 것이 바람직하다.
상기 제 1 회전 부재는 뒤집어진 원뿔대 형상의 회전체일 수도 있다.
상기 안전 벤트의 중심부에는 상기 제 1 회전 부재를 수납하기 위한 패턴을 더 구비하며, 상기 제 1 회전 부재는 상기 제 1 회전 부재를 수납하기 위한 패턴에 수납될 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도면에 있어서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 사시도이며, 도 1b는 도 1a의 A-A` 라인에 따른 단면도이다.
도 2a는 도 1a 및 도 1b에 도시된 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 평면도이며, 도 2b는 도 1a 및 도 1b에 도시된 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 단면도로써, 원통형 캔 및 회전 부재에 한정하여 도시한 것이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지(100)는 충ㆍ방전 시 전압차를 발생시키는 원통형의 전극 조립체(110)와, 상기 전극 조립체(110)를 수납하는 대략 원통형의 케이스(120)와, 상기 원통형의 케이스(120) 상부에 조립되어 상기 전극 조립체(110)가 이탈되지 않도록 하는 캡 조립체(130)와, 상기 원통형 캔(120)에 주입되어 상기 전극 조립체(110) 간에 리튬 이온의 이동이 가능하게 하는 전해액(140)과, 상기 전극 조립체의 변형 없이 회전을 가능하게 하는 회전 부재(150)로 이루어져 있다.
상기 전극 조립체(110)는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판(115), 음극 활물질이 코팅된 양극 전극판(113), 상기 양극 전극판(115) 및 음극 전극판(113) 사이에 위치하여 상기 양극 전극판(115)과 음극 전극판(113)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(114)로 이루어진다. 또한, 상기 양극 전극판(115), 음극 전극판(113) 및 세퍼레이터(114)는 대략 원형으로 권취되어 상기 원통형 캔(120)에 수납된다. 이때, 상기 양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다. 음극 활물질는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다. 또한, 일반적으로 상기 양극 전극판(115)은 알루미늄(Al) 재질, 음극 전극판(113)은 구리(Cu) 재질을 사용하며, 상기 세퍼레이터(114)는 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 양극 전극판(115)에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 상부로 일정 길이 돌출된 양극 탭(111)이 접합되어 있다. 상기 음극 전극판(113)에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 이루어지며, 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(117)이 접합되어 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 더불어 상기 전극 조립체(110)의 상ㆍ하부에는 각각 직접적인 캡 조립체(130) 또는 원통형 캔(120)과의 접촉을 피하기 위해 상ㆍ하부 절연 플레이트(112, 116)가 더 부착되어 있다.
상기 원통형 캔(120)은 상기 원통형 전극 조립체(110)가 결합될 수 있도록 소정 공간을 가지며 일정 직경을 갖는 원통형 측면판(121)이 형성되어 있고, 상기 원통형 측면판(121)의 하부에는 그 원통형 측면판(121)의 하부 공간을 막은 하면판(122)이 형성되어 있으며, 상기 원통형 측면판(121)의 상부는 상기 전극 조립체(110)를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 있다. 한편, 상기 원통형 캔(120)는 일반적으로 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성되나, 본 발명에서는 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 더불어 상기 원통형 캔(120)은 상부에서 상기 캡 조립체(130)를 압박하도록 한쪽으로 휘어진 크리핑(criping)부(123)가 형성되고, 하부에서 상부 방향으로 상기 캡 조립체(130)를 압박하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩 (beading)부(124)가 더 형성되어 있다.
상기 캡 조립체(130)는 상기 양극 리드(111)가 용접된 동시에, 과충전 또는 이상 발열시 형태가 반전되는 도전성 안전 벤트(131)와, 상기 도전성 안전 벤트(131) 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어, 상기 안전 벤트(131)의 반전시 회로가 끊어지는 인쇄 회로 기판(PCB, Printed Circuit board, 132)과, 상기 인쇄 회로 기판(132) 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어 소정 온도 이상에서 회로가 끊어지는 양성 온도 소자(133)와, 상기 양성 온도 소자(133)의 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어, 실제의 전류를 외부로 인가하는 도전성 양극캡(134)과, 상기 안전 벤트(131), 인쇄 회로 기판(132), 양성 온도 소자(133) 및 양극캡(134)의 측부 둘레를 감싸는 형태를 하며 상기 원통형 캔(120)으로부터 상기 나열한 것들을 절연시키는 절연 가스켓(135)으로 이루어진다.
상기 전해액(140)은 충ㆍ방전시 전지 내부의 양극 및 음극에서 전기 화학적 반응에 의하여 생성되는 리튬 이온(Li Ion)의 이동 매체 역할을 하며, 이는 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 상기 전해액(140)은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 상기 전해액 물질의 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 회전 부재(150)는 상기 원통형 캔(120) 하면판(122) 중앙에 위치하며, 상기 회전 부재(150)의 하측면은 상기 원통형 캔의 하면판에 접촉되어 있으며, 상기 회전 부재(150)의 상측면은 상기 전극 조립체(110) 중 상기 음극 전극판(113)에 부착된 음극탭(117)이 접합, 고정되어 있다. 따라서, 상기 회전 부재(150)를 통하 여, 상기 전극 조립체(110)가 회전할 수 있게 되어, 상기 전극 조립체(110)의 회전에 의한 양극 탭(111)의 변형이 방지되며, 상기 전극 조립체(110)의 회전으로 인한 변형에 의한 양극 전극판(115)과 음극 전극판(113) 사이의 쇼트를 방지할 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체(110)의 음극 탭(117)이 접합, 고정된 상기 회전 부재(150)가 상기 원통형 캔(120)과 접촉됨으로써, 상기 원통형 캔(120) 자체는 이차 전지의 음극 역할을 수행하게 된다.
한편, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 원통형 캔(120)의 하면판(122) 상부에 회전 부재(150)가 형성되어 있으며, 상기 회전 부재(150)는 상기 원통형 캔(120) 하면판(122)의 상부와 접촉되어 있다.
이때, 상기 회전 부재(150)는 얇은 판상(plate), 회전체, 직육면체 등의 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 회전 부재(150)의 형상은 도면에서 회전체의 형상으로 표현하였으나, 여기서 그 형상을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 회전 부재(150)는 0.1㎛ 내지 0.3㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이는 상기 회전 부재(150)의 두께가 0.1㎛ 이하인 경우에는 상기 전극 조립체(110)의 음극 탭(117)과 상기 회전 부재(150)를 일반적으로 용접을 통하여 접합하는데, 이때, 상기 회전 부재(150)가 파손될 우려가 있기 때문이다. 또한, 상기 회전 부재(150)의 두께가 0.3㎛ 이상인 경우에는 상기 전극 조립체(110)와 상기 원통형 캔(120)의 하면판(122) 사이의 이격 거리가 너무 커져서, 상기 원통형 캔(120)의 높이에 비하여 원통형 리튬 이차 전지(100)의 용량이 작아지는 문제점이 있기 때문이다.
또한, 상기 회전 부재(150)의 최대 폭(W)은 상기 원통형 캔(120)의 내측 직경(D) 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3㎜ 내지 3.2㎜인 것이 바람직하다. 이는 상기 원형의 회전 부재(150)가 상기 전극 조립체(110)의 회전 시에 상기 전극 조립체(110)와 동시에 회전할 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 상기 회전 부재(150)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Steel), 이들의 합금 또는 이들의 등가물로 이루어지며, 여기서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
상기한 바와 같이, 상기 원통형 캔(120) 하면판(122) 상부에 회전 부재(150)를 구비하는 원통형 리튬 이차 전지(100)는 상기 회전 부재(150)에 의하여, 상기 전극 조립체(110)의 회전에 의해 발생할 수 있는 음극 탭(117)의 변형 및 음극 전극판(113)과 양극 전극판(115)의 쇼트 문제를 방지할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 평면도이며, 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 단면도로써, 원통형 캔 및 회전 부재에 한정하여 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 원통형 리튬 이차 전지는 도 2a 및 도 2b에 도시된 원통형 리튬 이차 전지와 구조적으로 유사하다. 다만, 회전 부재(250)가 원판 형상으로 이루어지며, 상기 원통형 캔 하면판(222) 중앙에 원형의 요부(凹部)로 이루어지는 원형의 패턴(225)이 형성된 구조만이 다르다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 원통형 캔(220)의 하면판(222) 중앙에는 원형의 패턴(225)이 형성되어 있다. 상기 원형의 패턴(225)은 상기 원통형 캔(220)의 하면 판(222) 중앙에 상기 원통형 캔(220)의 내부를 기준으로 하여 요부(凹部)를 구비하는 형상으로 형성되어 있다.
또한, 상기 원형의 패턴(225)의 요부(凹部)에는 원판형의 회전 부재(250)가 형성되어 있으며, 상기 원판형의 회전 부재(250)의 하측면은 상기 원형의 패턴(225)의 요부(凹部)의 바닥면과 접촉되어 있다.
이때, 상기 원형의 패턴(225)은 상기 원판형의 회전 부재(250)를 수납하기 위한 것으로, 상기 회전 부재(250)가 회전시 유동으로 인한 이탈하는 것을 방지하기 위한 것이다.
또한, 상기 원형의 패턴(225) 요부(凹部)의 깊이(h1)는 0.05㎜ 내지 0.07㎜인 것이 바람직하다.
또한, 상기 원형의 패턴(125) 요부(凹部)의 직경(D`1)은 3.3㎜ 내지 3.5㎜인 것이 바람직하다.
또한, 상기 원판형의 회전 부재(150)의 직경(D`2)은 상기 원통형 캔(220)의 내부 직경(D') 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3.0㎜ 내지 3.2㎜인 것이 바람직하다. 이는 상기 원판형의 회전 부재(150)가 상기 전극 조립체(110)의 회전 시에 상기 전극 조립체(110)와 동시에 회전할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상기 원판형의 회전 부재(150)의 높이(h2)는 0.1㎜ 내지 0.3㎜인 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 단면도로써, 원통형 캔 및 회전 부재에 한정하여 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같은 원통형 리튬 이차 전지는 도 3a 및 도 3b에 도시된 원통형 리튬 이차 전지와 구조적으로 유사하다. 다만, 상기 원통형 캔(320) 하면판(322) 중앙에 형성되며, 원형의 요부(凹部)를 구비하는 원형의 패턴(325)이 원통형 캔 내부를 기준으로 하여 외부로 돌출되도록 형성되는 구조만이 다르다.
도 4를 참조하면, 원통형 캔(320)의 하면판(322) 중앙에는 원형의 요부(凹部)를 구비하는 원형의 패턴(325)이 형성되어 있으며, 상기 원형의 패턴(325)에는 원판형의 회전 부재(350)가 형성되어 있다. 상기 원판형의 회전 부재(350)는 상기 원형의 패턴(325)의 바닥면과 접촉되어 있다.
이때, 상기 원형의 요부(凹部)를 구비하는 원형의 패턴(325)은 상기 원통형 캔(320)의 내부를 기준으로 하였을 때, 외부로 돌출된 형상을 갖는다.
이때, 상기 원형의 패턴(325)의 외부로 돌출된 부분의 높이(h3)는 0.05㎜ 내지 0.07㎜인 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 단면도로써, 원통형 캔 및 회전 부재에 한정하여 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같은 따른 원통형 리튬 이차 전지는 도 3a 및 도 3b에 도시된 원통형 리튬 이차 전지와 구조적으로 유사하다. 다만, 원통형 캔(420) 하면판(422) 중앙에 형성되며, 원형의 요부(凹部)를 구비하는 원형의 패턴(425)이 별도로 형성되어 있는 구조만이 다르다.
도 5를 참조하면, 원통형 캔(420)의 하면판(422) 중앙 상부면에는 원형의 요부(凹部)를 구비하는 원형의 패턴(425)이 형성되어 있다. 상기 원형의 패턴(425)은 알루미늄, 구리(Cu), 철(steel) 또는 이들의 등가물로 이루어지나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 원형의 패턴(425)의 요부(凹部)에는 원판형의 회전 부재(450)가 형성되어 있으며, 상기 원판형의 회전 부재(450)는 상기 원형의 패턴(425) 요부(凹部)의 바닥면과 접촉되어 있다.
이때, 상기 원형의 패턴(425)의 총고는 0.3㎜ 내지 0.32㎜인 것이 바람직하다. 이는 상기 원형의 패턴(425)의 총고가 0.3㎜ 이하인 경우에는 상기 회전 부재(450)를 수납하기 어려우며, 상기 원형의 패턴(425)의 총고가 0.32㎜ 이상인 경우에는 전극 조립체와 상기 원통형 캔(420) 사이의 이격 거리가 너무 커져서, 상기 원통형 캔(420)의 높이에 비하여 이차 전지의 용량이 작아지는 문제점이 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 단면도로써, 회전 부재를 구비하는 안전 벤트에 한정하여 도시한 것이다.
도 6 및 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같은 원통형 리튬 이차 전지는 도 1a 내지 도 5에 도시된 원통형 리튬 이차 전지(500)와 구조적으로 유사하다. 다만, 캡 조립체(530)의 안전 밴트(531)에 별도의 회전 부재(536)를 더 구비하는 구조만 이 다르다.
도 6에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지(500)는 충ㆍ방전 시 전압차를 발생시키며, 양극 탭(511)이 부착된 양극 전극판(515), 음극 탭(517)이 부착된 음극 전극판(513), 세퍼레이터(514) 및 상ㆍ하부 절연 플레이트(512, 515)를 구비하는 원통형의 전극 조립체(110)와, 상기 전극 조립체(510)를 수납하며, 측면판(521), 하면판(522), 크리핑부(523) 및 비딩부(524)를 구비하는 대략 원통형의 케이스(520)와, 상기 전극 조립체(510)의 회전에 의한 변형을 방지하는 제 1 회전 부재(536)를 구비하는 도전성 안전 벤트(531), 인쇄회로 기판(532), 양성 온도 소자(533), 양극캡(534) 및 절연 가스켓(535)으로 이루어지는 캡 조립체(530)와, 상기 원통형 캔(520)에 주입되어 상기 전극 조립체(510) 간에 리튬 이온의 이동이 가능하게 하는 전해액(540)과, 상기 원통형 캔(520)의 하면판(522) 상부면 상에 위치하는 제 2 회전 부재(550)로 이루어져 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 제 1 회전 부재(536)는 중심부가 오목한 회전체 또는 뒤집어진 원뿔대 형상의 회전체로 이루어지며, 상기 제 1 회전 부재(536)는 상기 안전 벤트(531)와 측면의 일부분 또는 전체가 접촉하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제 1 회전 부재(536)가 상기 중심부가 오목한 회전체인 경우에는 상부 회전체(536a)와 하부 회전체(536b)로 이루어지며, 상기 중심부의 직경이 상부 회전체(536a) 및 하부 회전체(536b)의 최대 직경보다 작은 것이 바람직하다. 이는 상기 제 1 회전 부재(536)가 상기 안전 벤트(531)로부터 이탈하는 것을 방지하기 위함이다.
도 7c 및 도 7d를 참조하면, 상기 안전 벤트(531)는 상기 원통형 캔(520)의 내부를 기준으로 하였을 때, 상기 제 1 회전 부재(536)를 수납하기 위한 요부(凹部)를 구비하는 패턴(537)을 더 구비하며, 상기 제 1 회전 부재(536)를 수납하기 위한 패턴(537)은 상기 제 1 회전 부재(536)와 닮은 꼴 회전체 형상인 것이 바람직하며, 상기 제 1 회전 부재(536)는 상기 제 1 회전 부재(536)를 수납하기 위한 패턴(537)에 수납된다.
이때, 상기 제 1 회전 부재(536)를 수납하기 위한 패턴(537)의 직경은 상기 제 1 회전 부재(537)에 대응하는 부분의 직경 이상인 것이 바람직하다. 예를 들면, 제 1 회전 부재(536)가 중심부가 오목한 회전체인 경우, 상기 제 1 회전 부재(536)를 수납하기 위한 패턴(537) 또한, 중심부가 오목한 회전체의 형상이다. 또한, 상기 제 1 회전 부재(536)가 뒤집어진 원뿔대 형상의 회전체인 경우, 상기 제 1 회전 부재(536)를 수납하기 위한 패턴(537) 또한, 뒤집어진 원뿔대 형상의 회전체 형상이다.
또한, 상기 제 1 회전 부재(536)는 그 측면이 상기 제 1 회전 부재(536)를 수납하기 위한 패턴(537)의 측면과 접촉되어 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 전극 조립체의 회전에 의한 불량을 방지한 원통형 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 상부로 돌출된 양극 탭을 구비하는 양극 전극판과, 하부로 돌출된 음극 탭을 구비하는 음극 전극판과, 상기 양극 전극판 및 음극 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터가 다수회 권취되어 형성된 전극 조립체와;
    상기 전극 조립체가 결합되도록 소정 공간을 갖는 원통형 측면판이 형성되고, 상기 원통형 측면판의 하부에는 하면판이 형성되며, 상부는 상기 전극 조립체를 수납하기 위하여 개구된 원통형 캔과;
    상기 원통형 캔의 상부에 결합되는 동시에, 상기 양극 탭이 접합되는 캡 조립체와;
    상기 원통형 캔에 주입된 전해액과;
    상기 원통형 캔의 하면판 상부에 접촉되어 상기 음극 탭과 접합되는 회전 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 부재는 0.1㎜ 내지 0.3㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 부재의 폭은 3㎜ 내지 3.2㎜인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 부재는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Steel) 또는 이들의 합금 중 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 부재는 회전체로 이루어지며,
    상기 원통형 캔의 하면판에 상기 회전 부재를 수납하기 위한 원형의 요부(凹部)로 이루어지는 원형의 패턴을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 원형의 패턴 요부(凹部)의 깊이는 0.05㎜ 내지 0.07㎜인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 원형의 패턴 요부(凹部)의 직경은 3.3㎜ 내지 3.5㎜인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  8. 상부로 돌출된 양극 탭을 구비하는 양극 전극판과, 하부로 돌출된 음극 탭을 구비하는 음극 전극판과, 상기 양극 전극판 및 음극 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터가 다수회 권취되어 형성된 전극 조립체와;
    상기 전극 조립체를 수납하기 위한 소정 공간을 갖는 원통형 측면판이 형성되고, 상기 원통형 측면판의 하부에는 하면판이 형성되며, 상기 원통형 측면판의 상부는 상기 전극 조립체를 수납하기 위하여 개구된 원통형 캔과;
    상기 양극 탭과 접합되는 제 1 회전 부재를 구비하는 안전 벤트를 포함하며, 상기 원통형 캔의 상부와 결합되는 캡 조립체와;
    상기 전극 조립체의 회전에 의한 변형을 방지하며, 상기 원통형 캔의 하면판 상부에 접촉되어 상기 음극 탭과 접합되는 제 2 회전 부재와;
    상기 원통형 캔에 주입된 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 회전 부재는 상부 회전체와 하부 회전체로 이루어지며,
    상부 회전체와 하부 회전체의 접합부의 직경이 상부 회전체 및 하부 회전체의 최대 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 회전 부재는 뒤집어진 원뿔대 형상의 회전체인 것을 특징으로 하 는 원통형 리튬 이차 전지.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 안전 벤트의 중심부에는 상기 제 1 회전 부재를 수납하기 위한 패턴을 더 구비하며,
    상기 제 1 회전 부재는 상기 제 1 회전 부재를 수납하기 위한 패턴에 수납되는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
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