KR101127612B1 - 리튬 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부에 센터핀을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 캔; 및 상기 캔의 일 면에 연결되는 캡 조립체;를 포함하며, 적어도 상기 센터핀의 일 단은 변형단을 구비하며, 상기 변형단은 상기 캔 또는 캡 조립체의 내면과 충돌한 충격력에 의해 변형되며 상기 센터핀이 상기 캔 또는 캡 조립체의 외부로 튀어나가지 않도록 방지하고, 상기 센터핀의 내부에 길이 방향으로 공동이 형성되어 있으며, 상기 센터핀의 단면의 두께가 상기 센터핀의 단부로 갈수록 얇게 되는 리튬 이차 전지를 제공한다.
Description
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기능성 센터핀을 구비한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이차전지는 센터핀이 결합된 원통 형태의 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 캔과, 상기 캔 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 상기 캔의 일측에 결합되어 상기 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다. 이러한 리튬 이차전지는 통상 그 용량이 2000~4000mA 정도이기 때문에, 주로 대용량의 전력이 필요한 노트 피씨(note PC), 디지털 카메라, 캠코더 등에 장착되고 있다. 일례로 이러한 리튬 이차전지는 다수개가 필요한 개수만큼 직렬 또는 병렬로 연결되고, 또한 보호회로가 장착된 채 소정 형태의 하드팩(hard pack)으로 조립되어 상기 전자기기에 전원용으로 결합되어 이용된다. 또한, 이러한 리튬 이차전지의 제조 방법은 음극 활물질이 코팅된 음극판, 세퍼레이터 및 양극 활물질이 코팅된 양극판을 함께 적층한 후, 봉 형태의 권취축에 일단을 결합한 후, 대략 원통 형태로 권취하여 전극 조립체를 형성한다. 이어서, 상기 전극 조립체에 센터핀을 결합한 후, 이를 원통형 캔에 삽입한다. 이어서, 상기 원통형 캔에 전해액을 주입하고, 캡 조립체를 상기 원통형 캔의 상부에 결합함으로써, 원통 형태의 리튬 이온 전지를 완성한다. 한편, 이러한 리튬 이차전지는 과충전시 폭발 및 발화 현상을 방지하기 위해, 과충전에 의한 내부 압력 증가시 형태가 변형되는 안전 벤트, 상기 안전 벤트의 형태 변경에 의해 전류가 차단되는 회로 기판이 설치되고 있다. 통상 상기 안전 벤트 및 회로 기판은 총칭하여 CID(Current Interrupt Device)라고도 하며, 이는 캡 조립체의 한 구성 요소가 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 목적은 리튬 이차전지 내부 압력의 증가로 인한 폭발시 센터핀의 돌출 등을 저지하여 리튬 이차전지의 안전성을 향상시키는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면 내부에 센터핀을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 캔; 및 상기 캔의 일 면에 연결되는 캡 조립체;를 포함하며, 적어도 상기 센터핀의 일 단은 변형단을 구비하며, 상기 변형단은 상기 캔 또는 캡 조립체의 내면과 충돌한 충격력에 의해 변형되며 상기 센터핀이 상기 캔 또는 캡 조립체의 외부로 튀어나가지 않도록 방지하고, 상기 센터핀의 내부에 길이 방향으로 공동이 형성되어 있으며, 상기 센터핀의 단면의 두께가 상기 센터핀의 단부로 갈수록 얇게 되는 리튬 이차 전지를 개시한다.
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여기서, 상기 변형단은 상기 센터핀의 길이방향을 따라 노치부가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 변형단은 상기 센터핀의 중앙으로부터 멀어지는 방향을 따라 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 여기서, 상기 센터핀의 중앙으로부터 멀어지는 방향을 따라 상기 변형단의 지름이 증가할 수 있다. 여기서, 상기 변형단은 상기 센터핀의 길이 방향을 따라 곡면을 가질 수 있다.
여기서, 상기 노치부는 상기 변형단의 외표면에 길이방향으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 노치부는 지그재그 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 적어도 하나의 관통홀이 상기 변형단의 외표면에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 변형단은 틈에 의해 갈라진 복수 개의 절단부가 상기 센터핀의 길이방향을 따라 형성될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 절단부 중 적어도 한 절단부는 반경 방향 외측으로 굽을 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 절단부 중 적어도 한 절단부는 반경 방향 내측으로 굽을 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 절단부 중 적어도 한 절단부는 반경 방향 내측으로 굽으며 상기 복수 개의 절단부 중 적어도 다른 한 절단부는 반경 방향 외측으로 굽을 수 있다.
여기서, 상기 변형단은 상기 센터핀의 길이 방향을 따라 곡면을 가질 수 있다.
여기서, 상기 변형단은 상기 센터핀의 길이방향을 따라 노치부를 가질 수 있다.
여기서, 상기 노치부는 상기 틈보다 상기 센터핀의 길이방향을 따라 상기 센터핀의 중심에 더 가까이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 변형단은 적어도 하나의 관통홀이 상기 변형단의 외표면에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 한 관통홀은 상기 틈보다 상기 센터핀의 길이방향을 따라 상기 센터핀의 중심에 더 가까이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 변형단은 적어도 하나의 관통홀이 상기 변형단의 외표면에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 변형단은 상기 센터핀의 중앙에서 멀어지는 방향으로 테이퍼진 형상을 가질 수 있다.
여기서, 상기 변형단은 상기 센터핀의 중앙에서 멀어지는 방향을 따라 반경이 증가할 수 있다.
여기서, 상기 변형단은 상기 센터핀의 길이방향을 따라 곡면을 가질 수 있다.
여기서, 상기 변형단은 경사진 가장자리를 가질 수 있다.
여기서, 상기 캔은 원통형일 수 있다.
여기서, 상기 변형단은 상기 센터핀의 길이방향으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지에 의하면 전지의 폭발시 센터핀이 캡 조립체 또는/및 캔의 내부면과 충돌하며 파열 및 변형되어 센터핀의 돌출이 저지되고 그럼으로써 이차전지의 안전성이 향상된다.
또한, 별도의 구조적 추가 없이 기존 센터핀에 노치 또는 틈을 형성하여 상기 목적을 달성할 수 있으므로 저렴하게 전지를 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 전지의 개략적 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II'에 따른 개략적 단면도이다.
도 3은 도 1의 개략적 분해 사시도이다.
도 4는 캡 조립체의 또 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5a, 5b는 본 발명에 의한 리튬 이차전지의 내부에서 센터핀이 폭발에 의해 양극 캡과 충돌하여 변형된 예를 도시한 부분 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 일 단에 노치부를 구비한 센터핀의 개략적 정면도이다.
도 7a, 7b, 7c, 7d, 7e는 끝 단이 길이방향으로 얇아지도록 경사를 가지는 도 6a 내지 도 6e의 단면도이다.
도 8은 6a의 VIII-VIII'를 따라 취한 개략적 단면도이다.
도 9a 내지 도 9e는 일 단에 절단부를 구비한 센터핀의 개략적 정면도이다.
도 10은 도 9a의 X-X'를 따라 취한 개략적 단면도이다.
도 11a 내지 도 11e는 도 9a 내지 도 9e의 개략적 사시도이다.
도 12는 절단부의 끝 단들 중 적어도 일부가 센터핀 반경 방향 외측으로 향한 도면의 개략적 사시도이다.
도 13a 및 도 13c는 일 단에 관통홀부를 구비한 센터핀의 정면도이다.
도 14a 내지 도 14c는 일 단에 노치부 및 절단부의 조합을 구비한 센터핀의 정면도이다.
도 15a 내지 도 15c는 일 단에 절단부 및 관통홀부의 조합을 구비한 센터핀의 정면도이다.
도 16은 일 단에 노치부, 절단부, 및 관통홀부의 조합을 구비한 센터핀의 정면도이다.
도 2는 도 1의 II-II'에 따른 개략적 단면도이다.
도 3은 도 1의 개략적 분해 사시도이다.
도 4는 캡 조립체의 또 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5a, 5b는 본 발명에 의한 리튬 이차전지의 내부에서 센터핀이 폭발에 의해 양극 캡과 충돌하여 변형된 예를 도시한 부분 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 일 단에 노치부를 구비한 센터핀의 개략적 정면도이다.
도 7a, 7b, 7c, 7d, 7e는 끝 단이 길이방향으로 얇아지도록 경사를 가지는 도 6a 내지 도 6e의 단면도이다.
도 8은 6a의 VIII-VIII'를 따라 취한 개략적 단면도이다.
도 9a 내지 도 9e는 일 단에 절단부를 구비한 센터핀의 개략적 정면도이다.
도 10은 도 9a의 X-X'를 따라 취한 개략적 단면도이다.
도 11a 내지 도 11e는 도 9a 내지 도 9e의 개략적 사시도이다.
도 12는 절단부의 끝 단들 중 적어도 일부가 센터핀 반경 방향 외측으로 향한 도면의 개략적 사시도이다.
도 13a 및 도 13c는 일 단에 관통홀부를 구비한 센터핀의 정면도이다.
도 14a 내지 도 14c는 일 단에 노치부 및 절단부의 조합을 구비한 센터핀의 정면도이다.
도 15a 내지 도 15c는 일 단에 절단부 및 관통홀부의 조합을 구비한 센터핀의 정면도이다.
도 16은 일 단에 노치부, 절단부, 및 관통홀부의 조합을 구비한 센터핀의 정면도이다.
이하에서는 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다. 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 리튬 이차전지(100)를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 전지의 개략적 사시도이다. 도 2는 도 1의 II-II'에 따른 개략적 단면도이다. 도 3은 도 1의 개략적 분해 사시도이다.
본 발명의 실시예로 원통형 리튬 이차전지(100)에 대하여 설명하지만 본 발명의 실시예가 원통형에 제한되는 것은 아니며 다양한 모양의 전지에 적용될 수 있다. 예를 들어 리튬 이차전지는 사각형, 정사각형, 타원형 또는 다른 단면 형상을 가질 수 있으며 본 발명은 도시된 바와 같이 일정한 단면 형상을 가진 직육면체에 제한되지 않는다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 리튬 이차전지(100)는 전극 조립체(110), 센터핀(120), 캔(140), 및 캡 조립체(150)를 구비한다. 전극 조립체(110)는 음극판(111), 양극판(112), 및 세퍼레이터(113)를 구비한다. 여기서, 음극판(111)은 예를 들어 흑연 등의 음극 활물질이 코팅되어 있다. 양극판(112)은 예를 들어 코발트산리튬(LiCoO2)의 양극 활물질이 코팅되어 있다. 이때, 세퍼레이터(113)는 음극판(111)과 양극판(112)과 사이에 위치되며 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 역할을 한다. 이때, 원통형 캔(140)은 음극판(111), 양극판(112) 및 세퍼레이터(113)를 대략 원기둥 형태로 권취하여 수납한다. 음극판(111)은 구리(Cu) 포일일 수 있으며, 양극판(112)은 알루미늄(Al) 포일일 수 있으며, 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있다. 또한, 음극판(111)에는 하부로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(114)이 용접될 수 있고, 양극판(112)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극탭(115)이 용접될 수 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 다른 실시예에 따르면 음극판(111)이 상부로 소정의 길이만큼 돌출된 음극탭(114)에 용접될 수도 있고 양극판(112)이 하부로 소정의 길이만큼 돌출된 양극탭(115)에 용접될 수도 있다. 또한, 음극탭(114)은 니켈(Ni) 재질, 양극탭(115)은 알루미늄(Al) 재질일 수 있다. 이때, 음극판(111), 양극판(112), 세퍼레이터(113), 음극탭(114), 및 양극탭(115)의 재질은 위에 기재된 재질로 한정된 것은 아니며 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 것은 본 발명의 보호범위에 속한다.
한편, 원통형 캔(140)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 이의 등가물로 형성 가능하며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
센터핀(120)은 전극 조립체(110)의 대략 중앙에 결합되어 있으며, 이는 전지의 충방전중 전극 조립체(110)의 변형을 억제하는 역할을 한다. 이때, 센터핀(120)은 예를 들어 니켈(Ni)로 형성할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 센터핀(120)은 예를 들어 알루미늄(Al)등의 다른 금속 또는 금속의 합성재질일 수 있다.
캡 조립체(150)는 도 3을 참조하면 가스켓(151), 안전 벤트(152), 회로기판(153), 양성 온도 소자(PTC)(154), 및 양극 캡(155)을 구비한다. 캡 조립체(150)는 원통형 캔(140)의 일 측에 배치될 수 있다. 가스켓(151)은 대략 링 형태로 원통형 캔(140)의 일 측에 배치된다. 이때, 절연성 가스켓(151)에는 양극탭(115)과 접속되는 도전성 안전 벤트(152)가 결합되어 이루어질 수 있다. 여기서, 안전 벤트(152)는 캔(140) 내부의 압력 상승시 변형되거나 파열되어 회로기판(153)을 파손시키거나 또는 가스를 외부로 방출시키는 역할을 한다. 회로기판(153)은 안전 벤트(152)의 일 측에 배치되어 안전 벤트(152)의 변형시 파손 또는 파괴되어 전류가 차단된다. 양성 온도 소자(154)는 회로기판(153)의 상부에는 배치되어 과전류시 전류가 차단되는 역할을 한다. 양극 캡(155)은 양성 온도 소자(154)의 일 측에 배치되어 외부에 양극 전압(또는 음극 전압)을 인가할 수 있다. 또한 양극 캡(155)은 가스 배출이 용이하도록 다수의 통공(155a)을 구비할 수 있다. 이러한 안전 벤트(152), 회로기판(153), 양성 온도 소자(154) 및 양극 캡(155)은 모두 절연성 가스켓(151) 내측에 장착되어 있음으로써, 안전 벤트(152), 회로기판(153), 양성 온도 소자(154) 및 양극 캡(155)은 원통형 캔(140)과의 직접적인 쇼트가 방지되도록 되어 있다. 더불어, 회로기판(153)의 표면에는 배선 패턴(153a)이 형성되어 있는데, 이러한 배선 패턴(153a)은 회로기판(153)이 파손되거나 파괴되면 자연스럽게 끊어지도록 되어 있다.
캡 조립체(150)의 구성은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 도 4는 캡 조립체(150')의 또 다른 실시예를 도시한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 캡 조립체(150')는 서브디스크(161), 벤트(162), 캡 다운(163),및 인슐레이터(164)를 구비할 수도 있다. 이때, 서브디스크(161)는 센터핀(120)의 일 단에 대응하여 배치된다. 벤트(162)는 서브디스크(161)와 용접되어 배치된다. 이때, 벤트(162)가 가스의 압력등에 의하여 변형되면 서브디스크(161)와 벤트(162)가 떨어져 전류가 흐르지 않게 된다. 캡 다운(163)은 서브디스크(161)와 벤트(162)구조를 유지하는 역할을 한다. 인슐레이터(164)는 캡 다운(163)과 벤트(162) 사이에 배치되어 절연 기능을 수행할 수 있다. 이하 설명을 용이하게 하기 위하여 도 1 내지 도 3에 도시된 캡 조립체(150)를 기준으로 설명한다. 그러나 센터핀(120)의 기능 및 작동은 이에 제한되지 않으며 도 4에 도시된 캡 조립체(150)에서도 동일하게 작동한다.
도 2를 참조하면, 원통형 캔(140)에는 캡 조립체(150)를 중심으로 캡 조립체(150)는 비딩부(beading part)(143) 및 크림핑부(crimping part)가 형성된다. 비딩부(143)는 캡 조립체(150)의 하부에 형성되며 원통형 캔(140)의 내부를 향해 움푹 파일 수 있다. 캡 조립체(150)의 상부에는 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(144)가 형성될 수 있다. 이러한 비딩부(143) 및 크림핑부(144)는 캡 조립체(150)를 원통형 캔(140)에 단단히 고정 및 지지하여 캡 조립체 이탈을 방지하는 역할을 하며, 또한 전해액이 외부로 누액되지 않도록 하는 역할을 한다. 더불어, 원통형 캔(140)의 내측에는 전해액(미도시)이 주입되어 있으며, 이는 충방전시 전지 내부의 음극판(111) 및 양극판(112)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 이와 달리 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으나 본 발명의 보호 범위는 이에 한정되는 것이 아니며 전해액의 종류는 다양하게 변형 가능하다.
센터핀(120)은 전극 조립체(110) 중심에 위치할 수 있다. 센터핀(120)의 내부 구조는 길이 방향으로 관통될 수 있다. 하지만 센터핀(120)의 구조는 이에 제한되지 않으며 내부가 관통되지 않고 메워져 있는 구조를 구비할 수도 있다. 한편, 리튬 이차전지(100)는 급격한 가열 등을 포함하여 다양한 이유로 폭발될 수 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지(100)가 과충전 상태가 되면, 전극 조립체(110)의 대략 상부 영역부터 전해액이 증발하여 저항이 증가하기 시작한다. 이때 전극 조립체(110)의 대략 중심 영역부터 변형이 일어나 리튬이 석출되기 시작한다. 또한 전극 조립체(110)의 상부 영역의 저항 증가에 따라 국부적으로 발열이 시작되어 리튬 이차전지(100) 온도도 급상승한다. 이와 같은 상태가 되면, 통상 과충전시 분해되어 가스를 발생하는 사이클로 헥실 벤젠(CHB) 및 바이 페닐(BP)(전해액 첨가제) 등의 작용에 의해 내부 압력이 급격히 증가하며 폭발의 가능성도 있다. 이와 같이 리튬 이차전지(100)가 폭발하게 되면 센터핀(120)은 캡 조립체(150)를 뚫고 돌출할 수 있다. 만약 센터핀(120)이 리튬 이차전지(100) 폭발에 의해 돌출하게 되면 안전상 심각한 문제점이 발생할 수 있다. 이에 따라, 센터핀(120)의 적어도 일 단은 캔(140) 내측면 또는 캡 조립체(150)와 충돌시 변형되도록 구성하여 센터핀(120) 충돌의 충격력을 완충하여 센터핀(120)의 돌출을 억제할 수 있다.
도 5a 또는 도 5b를 참조하여 센터핀(120)과 캡 조립체(150)의 충돌을 설명한다. 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 리튬 이차전지(100)의 내부에서 센터핀(120)이 폭발에 의해 양극 캡(155)과 충돌하여 변형되는 예를 도시한 부분 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 센터핀(120)이 폭발에 의해 이동하게 되면 먼저 안전 벤트(152)와 충돌하게 된다. 센터핀(120)은 안전 벤트(152)를 뚫어 안전 벤트(152)를 변형시킨다. 안전 벤트(152)는 가스 등의 내부 압력에 의해 변형되면 이에 따라 안전 벤트(152)의 일 측에 설치된 회로 기판이 파손됨으로써 전류를 차단하는 역할을 한다. 이와 같이 회로기판에 형성된 배선 패턴이 끊어짐으로써, 전류가 흐르지 않도록 하여 안전장치 역할을 할 수 있다. 따라서, 센터핀(120)의 일 단(120a, 120b)이 안전 벤트(152)와 충돌하여 안전 벤트(152)를 변형시키면 내부 압력 증가 외에도 센터핀(120)이 기계적 힘을 작용하여 안전 벤트(152)를 직접 변형시키기 때문에 안전 벤트(152) 및 회로기판(153)이 보다 확실하게 변형되어 안전장치 역할을 강화할 수 있다. 이후, 센터핀(120)은 캡 조립체(150)의 양극 캡(155)과 충돌한다. 이때, 센터핀(120)의 일 단이 쉽게 변형될 수 있도록 구성되어 센터핀(120)이 양극 캡(155)과 충돌시 도 5와 같이 변형되며 충격력을 흡수하여 돌출되지 않는다.
이하 설명의 편의성을 위하여 센터핀(120)과 타 구성요소간의 충돌을 센터핀(120)과 양극 캡(155)과의 충돌만을 예를 들어 설명하겠으나 폭발에 의한 센터핀(120)과 타 구성요소간의 충돌은 이에 제한되지 않으며 센터핀(120)은 양극 캡(155) 뿐만 아니라 예를 들어 캔(140)의 바닥면(142) 등과 충돌할 수 있다.
센터핀(120)의 적어도 일 단이 충돌시 변형되며 충격력을 완충하기 위하여 센터핀의 일 단(120a, 120b)은 다양하게 구성될 수 있다. 이때, 센터핀의 일 단(120a, 120b)은 청구항의 변형단을 의미한다. 예를 들어, 센터핀(120)의 일 단(120a, 120b)은 노치부(n), 절단부(g), 관통홀부(h) 중 적어도 어느 하나 또는 그들의 조합으로 구성될 수 있다. 노치부(n)를 구비한 센터핀(120)에 대한 설명은 도 6a 내지 도 6e, 도 7a, 내지 7e, 및 도 8을 참조하여 설명한다. 절단부(g)를 구비한 센터핀(120)의 실시예에 대한 설명은 도 9a 내지 도 9e, 도 10, 도 11a 내지 도 11e, 및 도 12를 참조하여 설명한다. 관통홀부(h)를 구비한 센터핀(120)의 실시예에 대한 설명은 도 13a 내지 13c를 참조하여 설명한다. 노치부(n)와 절단부(g)의 조합을 구비한 센터핀(120)의 실시예에 대한 설명은 도 14a 내지 도 14c를 참조하여 설명한다. 절단부(g)와 관통홀부(h)의 조합을 구비한 센터핀(120)의 실시예에 대한 설명은 도 15a 내지 도 15c를 참조하여 설명한다. 노치부(n),절단부(g), 및 관통홀부(h)를 구비한 센터핀(120)의 실시예에 대한 설명은 도 16을 참조하여 설명한다. 이때 각 실시예들은 센터핀(120)이 길이 방향으로 관통된 형상을 기준으로 설명하였으나 센터핀(120)의 형상은 이에 제한되지 않으며 센터핀(120)의 내부가 관통되지 않고 메워져 있거나, 다른 물질에 의해 채워져 있는 경우에도 적용가능하다. 여기서, 본 발명의 보호범위는 노치부(n), 절단부(g), 관통홀부(h) 중 적어도 어느 하나 또는 그들의 조합에 의한 예에 제한되지 않으며 센터핀(120)의 일 단이 충돌의 충격력을 완충하여 센터핀(120)의 돌출을 방지하는 구조의 다양한 예를 모두 포함한다.
먼저, 도 6a 내지 도 6e, 도 7a, 내지 7e, 및 도 8을 참조하여 노치부(n)를 구비한 센터핀(120)의 실시예를 설명한다. 도 6a 내지 도 6e는 일 단에 노치부(n)를 구비한 센터핀(120)의 개략적 정면도이다. 도 7a, 7b, 7c, 7d, 7e는 끝 단이 길이방향으로 얇아지도록 경사를 가지는 도 6a 내지 도 6e의 단면도이다. 도 8은 6a의 VIII-VIII'를 따라 취한 개략적 단면도이다.
일 실시예로서, 도 6a와 같이 센터핀(120)의 적어도 일 단은 센터핀(120)의 길이 방향을 따라 노치부(n)를 구비할 수 있다. 이때 도 6a는 노치부(n)가 길이방향을 따라 형성된 예를 도시하였으나 노치부(n) 형상은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 노치부(n)는 센터핀(120)의 일 단에 사선 방향으로 형성될 수도 있고 지그재그 형상으로 형성될 수도 있다. 이때, 센터핀(120)은 직경의 변화가 없이 일정한 직경을 구비한다. 이때, 도 7a와 같이 센터핀(120)은 단면의 두께가 끝으로 갈수록 얇아지게 형성될 수 있다. 그럼으로써, 센터핀의 단부는 뾰족한 형상을 가지게 된다. 이때, 도 7a에서 센터핀(120)의 단부는 양극 캡(155)과 충돌시 반경 방향 외측으로 미끄러지기 용이한 경사를 형성한다. 따라서 센터핀(120)의 일 단은 양극 캡(155)과 충돌시 반경 방향 외측으로 파열 및 변형되기 용이하다. 그러나 센터핀(120)의 일 단의 형상은 이에 제한되지 않는다. 도 7a에서 또 다른 예로 센터핀(120)의 단부는 양극 캡(155)과 충돌시 반경 방향 내측으로 미끄러지기 용이한 경사를 형성한다. 이때 센터핀(120)의 일 단은 양극 캡(155)과 충돌시 반경 방향 내측으로 파열 및 변형되기 용이하다.
센터핀(120)의 끝 단의 형상은 이에 제한되지 않으며 경사각이 없는 단면을 구비할 수도 있다. 도 8를 참조하면 노치부(n)가 센터핀(120) 외표면에 형성되어 있다. 그러나 노치부(n)의 위치는 이에 제한되지 않으며 노치부(n)는 센터핀(120)이 폭발 등에 의해 양극 캡(155)과 충돌시 파열과 변형이 쉽게 일어나 상기 충격력을 완충하도록 센터핀(120) 외표면 혹은 내표면에 형성될 수 있다. 또한, 노치부(n)의 홈의 깊이를 깊게 또는 얇게 형성하여 충돌시 변형이 쉽게 일어나는 정도를 조절할 수도 있다. 또한, 노치부(n) 홈의 끝부분이 뾰족한 경사를 형성하도록 구성할 수도 있고 또는 노치부(n)의 홈 끝이 평평한 면을 형성하도록 구성할 수도 있다.
도 6a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 6b와 같이 센터핀(120)의 일 단은 길이 방향을 따라 직경이 점점 커지도록 구성할 수도 있다. 이와 같이 직경이 점점 커지도록 구성할 경우 양극 캡(155)과 센터핀(120)이 충돌시 센터핀(120)의 일 단이 센터핀(120) 반경 방향 외측으로 파열 및 변형될 수 있다. 도 7b는 도 6b의 단면도이며, 도 7b에 도시된 바와 같이, 센터핀(120)의 끝 단의 경사면이 양극 캡(155)과 충돌시 반경 방향 외측으로 미끄러지도록 형성된 경우 센터핀(120)은 충돌시 반경 방향 외측으로 더 용이하게 변형될 수 있다.
도 6a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 6c와 같이 센터핀(120)의 일 단은 길이방향을 따라 굴곡을 구비할 수도 있다. 이때 굴곡은 도 6c에 도시된 중앙이 부푼 형상에 제한되지 않으며 다양한 굴곡을 구비할 수도 있다. 도 7c는 도 6c의 단면도이다. 이와 같이 센터핀(120)의 일 단에 굴곡을 구비함으로 센터핀(120)과 양극 캡(155)이 충돌시 충격력이 길이방향 뿐만 아니라 원주방향으로 전달되어 힘의 분산 및 완충효과를 가질 수 있다.
도 6a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 6d와 같이 센터핀(120)의 일 단은 길이방향을 따라 충돌시 파열과 변형이 쉽게 일어나 충격력을 완충하도록 테이퍼(taper)진 형상일 수 있다. 이와 같이 센터핀(120)의 일 단이 직경이 점점 작아지는 테이퍼진 형상일 경우, 양극 캡(155)과 센터핀(120)이 충돌시 센터핀(120)의 일 단이 센터핀(120) 안쪽으로 파열 및 변형될 수 있다. 도 7d는 도 6d의 단면도이다. 이때, 센터핀(120)의 끝 단의 경사면이 양극 캡(155)과 충돌시 안쪽으로 미끄러지기 용이하게 형성된 경우, 양극 캡(155)과 센터핀(120)의 충돌시 센터핀(120) 일 단이 안쪽으로 변형되는 것이 더 용이하다. 또는 센터핀(120)의 일 단을 안쪽으로 구부려 센터핀(120)과 양극 캡(155)이 충돌시 충돌 면이 보다 탄력적으로 접촉할 수도 있다.
도 6a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 6e와 같이 센터핀(120)의 일 단이 길이방향을 따라 복수 개의 굴곡을 구비할 수도 있다. 도 7e는 도 6e의 센터핀(120)의 단면도이다. 이와 같이 센터핀(120)이 복수 개의 굴곡을 구비함으로 양극 캡(155)과 충돌시 탄성적으로 파열 및 변형될 수도 있다.
이제 도 9a 내지 도 9e, 도 10, 도 11a 내지 도 11e, 및 도 12를 참조하여, 절단부(g)를 구비한 센터핀(120)의 실시예를 설명한다. 도 9a 내지 도 9e는 일 단에 절단부를 구비한 센터핀의 개략적 정면도이다. 도 10은 도 9a의 X-X'를 따라 취한 개략적 단면도이다. 도 11a 내지 도 11e는 도 9a 내지 도 9e의 개략적 사시도이다. 도 12는 절단부의 끝 단들 중 적어도 일부가 센터핀 반경 방향 외측 방향으로 향한 도면의 개략적 사시도이다.
일 실시예로서 도 9a와 같이 센터핀(120)의 일 단은 센터핀(120)의 길이 방향으로 형성된 틈에 의해 갈라진 복수 개의 절단부(g)를 구비할 수 있다. 이때, 센터핀(120)은 사선 방향을 따라 형성된 틈에 의해 갈라진 절단부(g)를 구비할 수도 있다. 이때, 도 9a의 길이 방향 단면은 도 7a에 도시된 바와 같이 센터핀(120)의 끝 단에 경사면이 형성될 수 있다. 도 9a의 반경 방향 단면은 도 10을 참조하면, 절단부(g)와 절단부(g)는 각각 틈(gap)을 통해 서로 분리될 수 있다. 도 11a는 도 9a의 센터핀(120)의 개략적 사시도이다.
도 9a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 9b와 같이 센터핀(120)의 일 단은 길이 방향을 따라 복수 개의 절단부(g)를 구비할 수 있다. 센터핀(120)의 절단부(g)의 일단은 반경방향 외측으로 형성될 수 있다. 도 11b는 도 9b에 도시된 센터핀(120)의 개략적 사시도이다. 여기서, 도 9b의 단면은 도 7b에 도시된 바와 같이 센터핀(120)의 끝 단에 경사면이 안쪽을 바라보도록 형성할 수 있다. 이때, 절단부(g)의 끝 단들 중 적어도 일부는 센터핀(120)과 양극 캡(155)의 충돌시 변형이 쉽게 일어나 충격력을 완충하도록 센터핀(120)의 반경 방향 외측을 향해 형성될 수 있다. 이때, 센터핀(120)과 양극 캡(155)이 충돌하면 절단부(g)가 센터핀(120)의 반경 방향 외측을 향해 변형될 수 있다.
도 9a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 9c와 같이 센터핀(120)의 일 단은 센터핀(120)의 길이 방향을 따라 굴곡을 구비하도록 복수 개의 절단부(g)를 구비할 수 있다. 여기서, 도 9c의 단면은 도 7c에 도시된 바와 같이 센터핀(120)의 일 단에 굴곡을 형성할 수 있다. 센터핀(120)의 일 단에 굴곡을 구비함으로 센터핀(120)과 양극 캡(155)이 충돌시 충격력이 길이방향 뿐만 아니라 원주방향으로 전달되어 힘의 분산 및 완충효과를 가질 수 있다.
도 9a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 9d와 같이 센터핀(120)의 일 단은 센터핀(120)의 길이 방향으로 형성된 틈에 의해 갈라진 복수 개의 절단부(g)를 구비할 수 있다. 이때, 적어도 하나의 절단부(g)는 반경방향 안쪽으로 구부려질 수 있다. 도 11d는 도 9d의 개략적 사시도이다. 여기서, 도 9d의 단면은 도 7d에 도시된 바와 같이 센터핀(120)의 끝 단에 경사면이 충돌시 반경 방향 내측으로 미끄러지도록 형성될 수도 있고 또는 센터핀(120)의 일 단을 안쪽으로 구부려 센터핀(120)과 양극 캡(155)이 충돌시 충돌면이 보다 탄력적으로 접촉할 수도 있다. 이때, 절단부(g)의 끝 단들 중 적어도 일부는 센터핀(120)과 양극 캡(155)의 충돌시 변형이 쉽게 일어나 충격력을 완충하도록 센터핀(120)의 반경 방향 내측을 향해 형성될 수 있다. 이때, 센터핀(120)과 양극 캡(155)이 충돌하면 절단부(g)가 센터핀(120)의 반경 방향 내측을 향해 변형될 수 있다.
도 9a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 9e와 같이 센터핀(120)의 일 단은 센터핀(120)의 길이 방향을 따라 굴곡을 형성하도록 복수 개의 절단부(g)를 구비할 수 있다. 여기서, 도 9e의 길이방향 단면은 도 7e에 도시된 바와 같이 센터핀(120)의 일 단에 굴곡을 형성할 수 있다. 도 11e는 도 9e에 도시된 센터핀(120)의 개략적 사시도이다. 이와 같이 센터핀(120)이 복수 개의 굴곡을 형성함으로 양극 캡(155)과 충돌시 탄성적으로 파열 및 변형될 수도 있다.
이때, 본 도 9a 내지 도 9e에 도시된 센터핀(120)의 절단부(g)의 형상은 이에 제한되지 않으며 예를 들어 상기 센터핀(120) 끝 단이 센터핀(120)의 반경 방향 외측 또는 반경 방향 내측을 향해 방사형으로 형성될 수도 있다.
도 9a에 도시된 실시예의 변형예로서,도 12와 같이 센터핀(120)의 일 단은 센터핀(120)의 길이 방향을 따라 복수 개의 절단부(g)를 구비하며, 일부 절단부(g)는 반경 방향 내측으로 다른 절단부(g)는 반경 방향 외측을 향하도록 구비할 수 있다. 이와 같이 절단부(g)의 방향, 모양들을 변화시켜 센터핀(120)이 폭발 등에 의해 양극 캡(155)이 충돌시 찢어짐이나 변형을 용이케 할 수 있다. 이러한 센터핀(120)의 변형을 통해 센터핀(120)이 양극 캡(155)을 뚫고 돌출되지 않도록 구성할 수 있다.
이제 도 13a 내지 13c를 참조하여 관통홀부(h)를 구비한 센터핀(120)의 실시예를 설명한다. 도 13a 및 도 13c는 일 단에 관통홀부를 구비한 센터핀의 정면도이다. 도 13a 내지 도 13c를 참조하면 센터핀의 적어도 일단은 센터핀(120)과 양극 캡(155)의 충돌시 파열과 변형이 쉽게 일어나 충격력을 완충하도록 구멍을 가지는 관통홀부를 구비할 수 있다. 일 실시예로서, 도 13a에서 일정한 패턴을 가진 다수의 구멍을 일 단에 가진 센터핀(120)을 도시하고 있다. 도 13a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 13b은 충격시 찢어짐이 용이하도록 단일 구멍을 일 단에 구비한 센터핀(120)을 도시하고 있다. 도 13a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 13c는 일정한 패턴의 구멍이 교대로 일 단에 형성된 센터핀(120)을 도시하고 있다.
이때, 도시되어 있지 않지만, 관통홀부(h)를 일 단에 구비한 센터핀(120)은 양극 캡(155)과 충돌시 파열과 변형이 쉽게 일어나 충격력을 완충하도록 테이퍼(taper)진 형상일 수 있다. 그러나 본 발명의 일실시예는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 관통홀부(h)를 일 단에 구비한 센터핀(120)은 길이방향을 따라 점점 직경이 커지도록 구성될 수도 있다. 또는 관통홀부(h)를 일 단에 구비한 센터핀(120)은 충돌시 파열과 변형이 쉽게 일어나 충격력을 완충하도록 길이방향을 따라 굴곡을 형성할 수도 있다. 또는 관통홀부(h)를 일 단에 구비한 센터핀(120)은 길이방향으로 점차 얇아지는 경사를 구비할 수도 있다.
이제 도 14a 내지 도 14c를 참조하여 노치부(n)와 절단부(g)의 조합을 구비한 센터핀(120)의 실시예를 설명한다. 도 14a 내지 도 14c는 일 단에 노치부 및 절단부의 조합을 구비한 센터핀의 정면도이다. 센터핀(120)과 양극 캡(155)의 충돌시 센터핀(120) 일부의 파열과 변형이 쉽게 일어나 충격력을 완충하여 센터핀(120)이 돌출되지 않도록 하기 위해서 센터핀(120)의 일 단에 노치부(n)와 절단부(g)가 조합될 수 있다. 일 실시예로서, 도 14a는 직경에 변화 없이 일직선으로 뻗은 센터핀(120)의 일단에 노치부(n)와 절단부(g)가 형성된 것을 도시하고 있다. 도 14a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 14b는 절단부(g)의 끝단이 반경 방향 내측을 향하고 있고 절단부(g) 끝에 노치부(n)가 형성된 센터핀(120)을 도시하고 있다. 도 14a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 14c는 절단부(g)의 끝단이 반경 방향 외측을 향하고 있고 절단부(g) 끝에 노치부(n)가 형성된 센터핀(120)을 도시하고 있다.
이제 도 15a 내지 도 15c를 참조하여 절단부(g)와 관통홀부(h)의 조합을 구비한 센터핀(120)의 실시예를 설명한다. 도 15a 내지 도 15c는 일 단에 절단부(g) 및 관통홀부(h)의 조합을 구비한 센터핀의 정면도이다. 센터핀(120)과 양극 캡(155)의 충돌시 센터핀(120) 일부의 파열과 변형이 쉽게 일어나 충격력을 완충하여 센터핀(120)이 돌출되지 않도록 하기 위해서 센터핀(120)의 일 단에 절단부(g)와 관통홀부(h)의 조합을 구비할 수 있다. 일 실시예로서, 도 15a는 직경에 변화 없이 일직선으로 뻗은 센터핀(120)의 일단에 절단부(g)와 관통홀부(h)가 형성된 것을 도시하고 있다. 도 15a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 15b는 절단부(g)의 끝단이 반경 방향 내측을 향하고 있고 절단부(g) 아래 관통홀부(h)가 형성된 센터핀(120)을 도시하고 있다. 도 15a에 도시된 실시예의 변형예로서, 도 15c는 절단부(g)의 끝단이 반경 방향 외측을 향하고 있고 절단부(g) 아래 관통홀부(h)가 형성된 센터핀(120)을 도시하고 있다.
이제 도 16을 참조하여 노치부(n),절단부(g), 및 관통홀부(h)를 구비한 센터핀(120)의 실시예를 설명한다. 도 16은 일 단에 노치부(n), 절단부(g), 및 관통홀부(h)의 조합을 구비한 센터핀(120)의 정면도이다. 센터핀(120)의 일 단에 도시된 바와 같이 노치부(n),절단부(g), 및 관통홀부(h)를 구비함으로써 폭발 등에 의해 양극 캡(155)과 충돌시 찢어짐이나 변형을 용이케 할 수 있다. 이러한 센터핀(120)의 변형을 통해 센터핀(120)이 양극 캡(155)을 뚫고 돌출되지 않도록 구성할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 이차전지를 제조 및 사용하는 모든 산업에 이용될 수 있다.
100: 원통형 리튬 이차전지 110:전극 조립체
111:음극판 112:양극판
113:세퍼레이터 114:음극탭
115:양극탭 120:센터핀
140:캔 142:바닥면
143:비딩부 144:크림핑부
150:캡 조립체 151:가스켓
152:안전 벤트 153:회로기판
154: 양성 온도 소자 155:양극 캡
h:관통홀부 g:절단부
n: 노치부
111:음극판 112:양극판
113:세퍼레이터 114:음극탭
115:양극탭 120:센터핀
140:캔 142:바닥면
143:비딩부 144:크림핑부
150:캡 조립체 151:가스켓
152:안전 벤트 153:회로기판
154: 양성 온도 소자 155:양극 캡
h:관통홀부 g:절단부
n: 노치부
Claims (25)
- 내부에 센터핀을 구비하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 캔; 및
상기 캔의 일 면에 연결되는 캡 조립체;를 포함하며,
적어도 상기 센터핀의 일 단은 변형단을 구비하며, 상기 변형단은 상기 캔 또는 캡 조립체의 내면과 충돌한 충격력에 의해 변형되며 상기 센터핀이 상기 캔 또는 캡 조립체의 외부로 튀어나가지 않도록 방지하고,
상기 센터핀의 내부에 길이 방향으로 공동이 형성되어 있으며,
상기 센터핀의 단면의 두께가 상기 센터핀의 단부로 갈수록 얇게 되는 리튬 이차 전지. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 변형단은 상기 센터핀의 길이방향을 따라 노치부가 형성된 리튬 이차 전지. - 제3항에 있어서,
상기 변형단은 상기 센터핀의 중앙으로부터 멀어지는 방향을 따라 테이퍼진 형상을 가지는 리튬 이차 전지. - 제3항에 있어서,
상기 센터핀의 중앙으로부터 멀어지는 방향을 따라 상기 변형단의 지름이 증가하는 리튬 이차 전지. - 제3항에 있어서,
상기 변형단은 상기 센터핀의 길이 방향을 따라 곡면을 가지는 리튬 이차 전지. - 제3항에 있어서,
상기 노치부는 상기 변형단의 외표면에 길이방향으로 형성된 리튬 이차 전지. - 제3항에 있어서,
상기 노치부는 지그재그 형태로 형성된 리튬 이차 전지. - 제3항에 있어서,
적어도 하나의 관통홀이 상기 변형단의 외표면에 형성된 리튬 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 변형단은 틈에 의해 갈라진 복수 개의 절단부가 상기 센터핀의 길이방향을 따라 형성된 리튬 이차 전지. - 제10항에 있어서,
상기 복수 개의 절단부 중 적어도 한 절단부는 반경 방향 외측으로 굽은 리튬 이차 전지. - 제10항에 있어서,
상기 복수 개의 절단부 중 적어도 한 절단부는 반경 방향 내측으로 굽은 리튬 이차 전지. - 제10항에 있어서,
상기 복수 개의 절단부 중 적어도 한 절단부는 반경 방향 내측으로 굽으며 상기 복수 개의 절단부 중 적어도 다른 한 절단부는 반경 방향 외측으로 굽은 리튬 이차 전지. - 제10항에 있어서,
상기 변형단은 상기 센터핀의 길이 방향을 따라 곡면을 가지는 리튬 이차 전지. - 제10항에 있어서,
상기 변형단은 상기 센터핀의 길이방향을 따라 노치부를 가지는 리튬 이차 전지. - 제15항에 있어서,
상기 노치부는 상기 틈보다 상기 센터핀의 길이방향을 따라 상기 센터핀의 중심에 더 가까이 형성된 리튬 이차 전지. - 제10항 또는 15항에 있어서,
상기 변형단은 적어도 하나의 관통홀이 상기 변형단의 외표면에 형성된 리튬 이차 전지. - 제17항에 있어서,
상기 적어도 한 관통홀은 상기 틈보다 상기 센터핀의 길이방향을 따라 상기 센터핀의 중심에 더 가까이 형성된 리튬 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 변형단은 적어도 하나의 관통홀이 상기 변형단의 외표면에 형성된 리튬 이차 전지. - 제19항에 있어서,
상기 변형단은 상기 센터핀의 중앙에서 멀어지는 방향으로 테이퍼진 형상을 가지는 리튬 이차 전지. - 제19항에 있어서,
상기 변형단은 상기 센터핀의 중앙에서 멀어지는 방향을 따라 반경이 증가하는 리튬 이차 전지. - 제19항에 있어서,
상기 변형단은 상기 센터핀의 길이방향을 따라 곡면을 가지는 리튬 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 변형단은 경사진 가장자리를 가지는 리튬 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 캔은 원통형인 리튬 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 변형단은 상기 센터핀의 길이방향으로 구성된 리튬 이차 전지.
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