KR101326186B1 - Prismatic Secondary Battery Employed with Safety Plate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극, 음극 및 분리막으로 구성된 전극조립체가 각형의 전지케이스에 밀봉되어 있는 각형 이차전지로서, 상기 전지케이스는 상단이 개방되어 있고 금속 소재로 이루어진 장방형의 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 개방 상단에 결합되며 전극단자를 포함하고 있는 케이스 캡으로 이루어져 있으며, 전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체 상에 형성되어 있고, 상기 안전판은 2개 이상의 비연속적인 선상(線狀)의 노치홈들로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지를 제공한다.The present invention is a rectangular secondary battery in which an electrode assembly consisting of a positive electrode, a negative electrode and a separator is sealed in a rectangular battery case, the battery case is open at the top and a rectangular case body made of a metal material, the case body is opened It is composed of a case cap coupled to the top and including an electrode terminal, a safety plate is formed on the case body when the high pressure inside the battery is generated, the safety plate is notched groove of two or more discontinuous line It provides a rectangular secondary battery, characterized in that consisting of.
Description
본 발명은 안전판이 구비된 각형 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극, 음극 및 분리막으로 구성된 전극조립체가 각형의 전지케이스에 밀봉되어 있는 각형 이차전지로서, 상기 전지케이스는 상단이 개방되어 있고 금속 소재로 이루어진 장방형의 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 개방 상단에 결합되며 전극단자를 포함하고 있는 케이스 캡으로 이루어져 있으며, 전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체 상에 형성되어 있고, 상기 안전판은 2개 이상의 비연속적인 선상(線狀)의 노치홈들로 이루어져 있는 각형 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a rectangular secondary battery provided with a safety plate, and more particularly, a rectangular secondary battery in which an electrode assembly composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator is sealed in a rectangular battery case, and the upper side of the battery case is open. A rectangular case body made of a metal material, and a case cap coupled to an open upper end of the case body and including an electrode terminal, a safety plate is formed on the case body when the high pressure inside the battery is generated, the safety plate Relates to a square secondary battery consisting of two or more discontinuous linear notches.
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 technology development and demand for mobile devices have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has been rapidly increasing. Many researches have been conducted on lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage among such secondary batteries. .
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.The secondary battery is classified into a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is housed in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, and a pouch-shaped battery in which the electrode assembly is housed in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet .
전지케이스에 내장되는 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 스택형, 및 바이셀 또는 풀셀 등의 유닛셀을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형으로 대략 분류된다.The electrode assembly incorporated in the battery case is a charge / dischargeable power generating element formed of a laminate structure of a positive electrode / separator / negative electrode. The electrode assembly is composed of a jelly-roll type in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode coated with an active material, A stacked type in which a plurality of positive and negative electrodes of a size are stacked in a state in which a separator is interposed, and stacked / folded type stacked units in which unit cells such as bi-cells or pull cells are wound in separate films.
이러한 이차전지는 사용 상태 및 조건에 따라 다양한 환경에 노출될 수 있으며, 사용자의 안전을 위해 특히 폭발의 위험성을 예방하는 것이 요구된다. 일반적으로, 내부 쇼트, 허용된 전류, 전압을 초과한 충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 등에 의한 충격 등과 같은 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압은 전지의 폭발을 초래할 수 있다. 따라서, 이차전지는 상기와 같은 전지의 형태적 차이에도 불구하고, 전지 폭발의 직접적인 원인인 고압을 해소할 수 있는 고압 해소 수단을 구비하고 있다.Such a secondary battery may be exposed to various environments depending on usage conditions and conditions, and it is required to prevent the risk of explosion especially for the safety of the user. Generally, the high temperature and high pressure inside the battery, which can be caused by an abnormal operating condition of the battery such as an internal short, an allowable current, a charging state exceeding a voltage, exposure to a high temperature, . Therefore, the secondary battery is provided with a high-voltage relieving means capable of relieving the high voltage which is a direct cause of the explosion of the battery despite the difference in the shape of the battery.
예를 들어, 원통형 전지는 특정한 구조의 안전판이 캡 어셈블리에 설치되어 있고, 각형 전지는 전지의 캡 또는 케이스에 노치홈이 형성되어 있으며, 파우치형 전지는 별도의 노치홈 없이 라미네이트 시트의 봉합부(밀봉부)가 분리되는 방식으로 고압을 해소하고 있다.For example, in a cylindrical battery, a safety plate having a specific structure is installed in a cap assembly, a prismatic battery has a notch groove formed in a cap or a case of the battery, and the pouch type battery has a notch groove Sealing portion) are separated from each other.
일반적인 각형 이차전지에서는, 알루미늄 전지케이스에 폐쇄형 또는 일부 개방형의 노치홈이 절개 가능한 형태로 형성되어 있다.In a general prismatic secondary battery, a closed type or a partially open type notch groove is formed in the aluminum battery case so as to be cutable.
예를 들어, 도 1에서와 같이, 각형 이차전지는 일부 개방형의 노치홈을 전지케이스의 측면에 포함하고 있다.For example, as shown in Fig. 1, the prismatic secondary battery includes a notch groove of a partially open type on the side surface of the battery case.
도 1의 노치홈(30)은 각형 이차전지케이스(20)의 측면 모서리에 작은 윤곽으로 형성되어 있고, 일부 개방형으로 형성되어 있다. 즉, 노치홈은 케이스의 응력 분포에 있어서 응력값이 상대적으로 큰 부위에 형성되어 있어서, 전지의 과도한 내압 상승시 곡선 형상이 파단되도록 설계되어 있다.The
이러한 구조의 노치홈은 전지 내부에서 발생한 고압에 상대적으로 민감하게 반응하는 장점은 있으나, 전지의 설계시 의도한 압력 임계치를 정확하게 설정하기 어려운 문제점이 있다.This notch groove has the advantage of relatively sensitive to the high pressure generated inside the battery, but there is a problem that it is difficult to accurately set the intended pressure threshold value in the design of the battery.
즉, 상기에서 언급한 바와 같이, 케이스의 측면 모서리 부위에는 높은 응력이 가해지므로, 낮은 압력에서도 노치홈의 파단이 쉽게 일어날 수 있으며, 무엇보다 전지케이스의 두께가 얇은 경우에는 고압에 특히 민감하게 반응하기 때문에 의도하지 않은 파단이 일어나게 된다.That is, as mentioned above, since high stress is applied to the side edges of the case, breakage of the notch groove can easily occur even at low pressure, and above all, it is particularly sensitive to high pressure when the battery case is thin. As a result, unintentional breakage occurs.
따라서, 응력값이 큰 부위에 형성되는 노치홈의 크기 및 깊이는 상대적으로 작게 하는 것이 불가피한데, 노치홈의 크기 및 깊이를 작게 할 경우에는 오히려 노치홈의 파단이 원활하지 않은 문제점이 발생하게 된다.Therefore, the size and depth of the notch groove formed in the site where the stress value is large is inevitably small. However, when the size and depth of the notch groove are reduced, a problem of not breaking the notch groove is rather smooth. .
한편, 종래의 각형 이차전지에서 안전판의 길이가 긴 경우, 노치홈에서 과도한 변형이 일어나거나 찢어지는 현상이 발생할 수 있다.On the other hand, when the safety plate is long in the conventional rectangular secondary battery, excessive deformation or tearing may occur in the notch grooves.
따라서, 크랙 또는 파단이 전파되기 어려운 구간에 노치홈을 형성함으로써, 안전판이 작동한 후에 에너지 완화(energy release) 현상을 적절히 제어할 수 있는 기술이 매우 필요한 실정이다.Therefore, by forming a notch groove in a section where cracks or breaks are difficult to propagate, there is a great need for a technology capable of appropriately controlling energy release after the safety plate is operated.
또한, 노치홈의 형상은 비정상적인 조건에서 신뢰성이 있게 작동하는데 매우 중요한 인자인 것으로 예상된다. In addition, the shape of the notch grooves is expected to be a very important factor for the reliable operation under abnormal conditions.
따라서, 전지케이스의 두께, 응력값에 따른 노치홈의 위치, 노치홈의 형상, 길이, 깊이 등을 종합적으로 고려하여, 내압이 증가하는 경우, 노치홈의 균일한 파단에 의해 신속하게 가스를 배출할 수 있는 각형전지에 대한 개발의 필요성이 높은 실정이다.Therefore, in consideration of the thickness of the battery case, the location of the notch groove according to the stress value, the shape, the length, the depth of the notch groove, and the like, when the internal pressure increases, the gas is quickly discharged by uniform fracture of the notch groove. There is a high need for the development of a square battery that can be made.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 안전판을 2개 이상의 비연속적인 선상의 노치홈들로 구성하는 경우, 안전판의 작동 후에 에너지 완화 현상을 효과적으로 제어하고 고압을 용이하게 해소할 수 있음을 확인하였다.After in-depth study and various experiments, the present inventors can effectively control the energy relaxation phenomenon after the operation of the safety plate and easily solve the high pressure when the safety plate is composed of two or more non-continuous line notches. It was confirmed that there is.
또한, 전지케이스의 측면에서 응력값이 상대적으로 작은 부위에 특정한 구조의 노치홈을 형성하고 그와 동시에 특정한 형상의 노치홈을 형성할 경우, 적정한 조건에서 노치홈의 파단이 신뢰성 있게 일어나고, 결과적으로 안전성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.In addition, when a notch groove having a specific structure is formed in a portion where the stress value is relatively small on the side of the battery case, and at the same time, when a notch groove having a specific shape is formed, breakage of the notch groove occurs reliably under appropriate conditions. It was confirmed that the safety can be improved.
따라서, 본 발명자의 목적은 필요한 시점에서 효과적으로 파단이 일어날 수 있는 개선된 구조의 안전판을 가진 각형 이차전지를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rectangular secondary battery having a safety plate of an improved structure in which breakage can occur effectively when necessary.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 각형 이차전지는, 양극, 음극 및 분리막으로 구성된 전극조립체가 각형의 전지케이스에 밀봉되어 있는 각형 이차전지로서, 상기 전지케이스는 상단이 개방되어 있고 금속 소재로 이루어진 장방형의 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 개방 상단에 결합되며 전극단자를 포함하고 있는 케이스 캡으로 이루어져 있으며, 전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체 상에 형성되어 있고, 상기 안전판은 2개 이상의 비연속적인 선상(線狀)의 노치홈들로 이루어져 있는 것으로 구성되어 있다.According to the present invention, a rectangular secondary battery according to the present invention is a rectangular secondary battery in which an electrode assembly composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator is sealed in a rectangular battery case, and the battery case is open at the top and is made of a metallic material. It consists of a rectangular case body made of, and a case cap coupled to the open upper end of the case body and including an electrode terminal, a safety plate is formed on the case body when the high pressure inside the battery is generated, the safety plate is two It consists of the above-mentioned non-continuous notch grooves.
따라서, 본 발명에 따른 각형전지의 안전판은, 전지 내부의 고압 발생시 파단되도록 케이스 본체 상에 형성되어 있고, 2개 이상의 비연속적인 선상의 노치홈들로 이루어져 있으므로, 안전판이 작동한 후에 에너지 완화 현상을 효과적으로 제어할 수 있다.Therefore, the safety plate of the square battery according to the present invention is formed on the case body so as to break when a high pressure occurs inside the battery, and consists of two or more discontinuous line notches, so that energy relaxation after the safety plate is operated. Can be effectively controlled.
본 발명에서 노치홈들이 "비연속적인 선상"의 형상으로 이루어져 있다는 것은 노치홈들의 사이에 상기 노치홈들보다 깊이(또는 잔여 두께)가 현저히 차이가 있는 부위가 위치함을 의미한다. 즉, 노치홈들과 이들의 상호 이격 부위에서 깊이 또는 잔여두께가 비연속적인 구배(gradient)를 나타냄을 의미한다. 따라서, 전지 내부에 고압이 발생하여 일측의 노치홈(a)이 파단된 후, 잔여 파단 응력이 인접한 노치홈(b)에 집중되어 상기 노치홈(b)의 파단을 유발하는 과정에서 해소됨으로써, 파단이 불균일하게 진행되어 변형이 유발되거나 파단이 과도하게 전파되어 전지케이스가 찢어지는 것을 방지할 수 있다.In the present invention, the notch grooves are formed in the shape of "non-continuous line" means that a portion where the depth (or residual thickness) is significantly different than the notch grooves are located between the notch grooves. In other words, it means that the depth or residual thickness at the notched grooves and their mutually spaced areas shows a discontinuous gradient. Therefore, after the high pressure is generated inside the battery and the notch groove (a) of one side is broken, the residual breaking stress is concentrated in the adjacent notch groove (b) to be resolved in the process of causing the notch groove (b) to be broken. Uneven progress may cause deformation, or excessive propagation of the break may prevent the battery case from tearing.
상기 노치홈들은, 예들 들어, 곡선 및/또는 직선으로 이루어질 수 있다. 즉, 노치홈의 형상은 소망하는 전지의 사양에 따라 곡선, 직선, 또는 곡선 및 직선의 조합으로 디자인될 수 있다.The notches may be, for example, curved and / or straight. That is, the shape of the notch groove can be designed in a curve, a straight line, or a combination of curves and straight lines according to the specifications of the desired battery.
하나의 바람직한 예에서, 상기 노치홈들 중 적어도 1개는 수직 단면상으로 잔여 두께(케이스 본체의 두께에서 노치홈의 깊이를 차감한 후의 두께)에서 구배를 가지도록 함으로써, 파단을 위한 응력 집중을 용이하게 제어할 수 있다.In one preferred example, at least one of the notch grooves has a gradient in the remaining thickness (the thickness after subtracting the depth of the notch groove from the thickness of the case body) on a vertical cross section, thereby facilitating stress concentration for fracture. Can be controlled.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 케이스 본체의 두께는 0.4 mm 이하이고, 노치홈들은 고압 상태에서 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 40% 이하의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다.In another preferred embodiment, the case body has a thickness of 0.4 mm or less, and the notched grooves are formed on the case body exhibiting a stress distribution of 40% or less based on the maximum stress S MAX of the case under high pressure. Can be.
따라서, 본 발명에 따른 각형 이차전지의 노치홈들은, 케이스 본체의 응력 분포에 있어서 응력값이 40% 이하의 상대적으로 작은 부위에 형성되어 있어서, 낮은 압력에서도 노치홈이 쉽게 파단되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 높은 파단압의 제공 및 깊은 노치의 형성이 가능하다.Therefore, the notch grooves of the rectangular secondary battery according to the present invention are formed at relatively small portions having a stress value of 40% or less in the stress distribution of the case body, thereby preventing the notch grooves from easily breaking even at low pressure. It is possible to provide a high breaking pressure and to form a deep notch.
바람직하게는, 이후 실험예에서도 입증되는 바와 같이, 특정한 위치에 노치홈의 깊이가 길이방향을 기준으로 양단부로부터 중앙부 쪽으로 얇아지는 구조로 형성됨으로써, 노치홈이 높은 작동신뢰성을 발휘하여 균일한 노치홈의 파열에 의해 전지 외부로 신속하게 가스가 배출되어 전지의 안전성을 담보할 수 있다.Preferably, as demonstrated in the following experimental example, the depth of the notch groove at a specific position is formed in a thinner structure from both ends to the center portion in the longitudinal direction, whereby the notch groove exhibits high operating reliability and uniform notch groove. Due to the rupture of the gas, the gas is quickly discharged to the outside of the battery to ensure the safety of the battery.
또 다른 예에서, 상기 노치홈들은 케이스 본체의 상단으로부터 [(케이스 본체의 길이(L) - 케이스의 길이 방향에 대한 젤리-롤의 양극 폭(W)) X 2]의 영역 이내에 적어도 일부가 위치하고 있는 구조일 수 있다. 또한, 바람직하게는 노치홈들 중 50% 이하가 상기 케이스 본체의 특정 영역 이내에 위치할 수 있다.In another example, the notch grooves are located at least partially within the region of [(length of case body (L) minus jelly-roll anode width (W) relative to case length) X 2] from the top of the case body. It can be a structure. In addition, preferably 50% or less of the notched grooves may be located within a specific area of the case body.
따라서, 노치홈들을 통해 고압의 가스가 분출되는 경우 고압에 의한 유체 유동에 의해 전극이 노치홈을 막을 수 있으므로, 노치홈들이 상기에 정의된 특정 부위에 위치하고 있는 경우 노치홈이 막히는 것을 방지할 수 있다. Therefore, when the gas of high pressure is ejected through the notch grooves, the electrode may block the notch grooves by the fluid flow due to the high pressure, so that the notch grooves can be prevented from clogging when the notch grooves are located at the specific part defined above. have.
경우에 따라서는, 상기 케이스 본체의 중앙부에 위치한 노치홈의 잔여 두께는 케이스 본체의 두께를 기준으로 50% 이하의 크기를 가지고 있어서, 소망하는 압력에서 노치홈의 파단을 용이하게 할 수 있다.In some cases, the remaining thickness of the notch groove located at the center portion of the case main body has a size of 50% or less based on the thickness of the case main body, so that the notch groove can be easily broken at a desired pressure.
한편, 본 발명에 따른 각형 이차전지에서 노치홈들은 다양한 구조를 가질 수 있다. Meanwhile, the notch grooves in the rectangular secondary battery according to the present invention may have various structures.
하나의 바람직한 예에서, 상기 안전판은 2개의 비연속적인 곡선의 노치홈들로 이루어져 있고, 상기 노치홈들은 케이스 본체의 수직 중심축을 기준으로 양측으로 분리되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.In one preferred example, the safety plate is composed of two non-continuous curve notch grooves, the notch grooves may be of a structure that is separated on both sides with respect to the vertical center axis of the case body.
상기 구조에서, 노치홈들은 각각 수직 단면상으로 잔여 두께에서 구배를 가질 수 있으며, 구체적인 예로서, 상기 노치홈들은 각각 케이스 본체의 양측 단부로부터 케이스 본체의 중앙부로 갈수록 잔여 두께가 얇아지는 구배를 가지는 구조일 수 있다.In the above structure, the notch grooves may each have a gradient in the remaining thickness on the vertical cross section, and as a specific example, the notch grooves each have a gradient in which the residual thickness becomes thinner from both ends of the case body toward the center of the case body. Can be.
또 다른 바람직한 하나의 예에서, 상기 노치홈들은 잔여 두께가 상대적으로 두꺼운 브릿지 노치홈으로 연결되어 있어서, 일측 노치홈이 파단 후 응력이 브릿지 노치홈을 경유하여 인접한 노치홈으로 전파될 수 있도록 유도할 수 있다.In another preferred example, the notch grooves are connected to bridge notch grooves having a relatively thick residual thickness, so that after the notch grooves are broken, stress can be propagated to the adjacent notch grooves via the bridge notch grooves. Can be.
상기 구조에서, 브릿지 노치홈의 잔여 두께는 상기 노치홈들의 평균 잔여 두께보다 10 내지 90% 두꺼운 크기를 가지는 것이 바람직하다.In the above structure, it is preferable that the residual thickness of the bridge notch grooves is 10 to 90% thicker than the average residual thickness of the notch grooves.
예를 들어, 브릿지 노치홈의 잔여 두께가 다른 노치홈들의 평균 잔여 두께보다 10% 미만의 두꺼운 크기를 가지면 노치홈들에 대해 실질적으로 잔여 두께의 구배를 가지지 못하므로 비연속적인 선상의 안전판를 구현하기 어렵고, 반대로 90% 초과의 두꺼운 크기를 가지면 앞서 설명한 바와 같은 파단 응력의 전파 방향에 대한 선택성이 떨어질 수도 있으므로 바람직하지 않다.For example, if the residual thickness of the bridge notch grooves is less than 10% thicker than the average residual thickness of the other notch grooves, there is no substantially residual thickness gradient with respect to the notch grooves, thereby implementing a discontinuous line safety plate. On the contrary, having a thick size of more than 90% is not preferable because the selectivity to the propagation direction of the fracture stress as described above may be inferior.
또 다른 예에서, 상기 안전판은 3개의 비연속적인 노치홈들로 이루어져 있고, 상기 노치홈들의 잔여 두께들은 서로 동일하거나 또는 각각 다르게 구성할 수도 있다.In another example, the safety plate is composed of three discontinuous notch grooves, and the remaining thicknesses of the notch grooves may be the same or different from each other.
상기 구조에서, 예를 들어, 안전판은 케이스 본체의 수직 중심축에 위치한 직선형 노치홈과, 상기 직선형 노치홈의 양측 단부와 이격되어 있는 2개의 곡선형 노치홈들로 이루어질 수 있다.In the above structure, for example, the safety plate may be composed of a straight notched groove located in the vertical center axis of the case body, and two curved notched grooves spaced apart from both ends of the straight notched groove.
한편, 고용량화로 인한 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공에 따라, 본 발명이 적용되는 케이스 본체의 두께는 바람직하게는 0.2 내지 0.4 mm의 범위 내에 있을 수 있다. 따라서, 상기 특정한 위치와 형상의 노치홈은 일반적인 케이스 본체에 비해 얇은 두께의 케이스 본체임에도 불구하고 적정 임계치에서 신뢰성 있는 파열을 이룰 수 있다.On the other hand, according to the large area of the case due to the high capacity and processing into a thin material, the thickness of the case body to which the present invention is applied may preferably be in the range of 0.2 to 0.4 mm. Therefore, the notch groove of the specific position and shape can achieve a reliable rupture at an appropriate threshold despite the case body of a thin thickness than the general case body.
또 다른 예에서, 노치홈들이 파단되는 상기 전지 내부의 고압은 정상적인 조건에서의 전지 내압의 2배 이상의 압력일 수 있으며, 상기에서 정상적인 조건은 대기압(1 기압) 내지 3 기압의 상태를 의미한다.In another example, the high pressure inside the battery where the notch grooves are broken may be at least twice the pressure of the battery under normal conditions, where the normal condition means atmospheric pressure (1 atm) to 3 atm.
앞서 언급한 바와 같이, 선상의 노치홈들은 상기와 같은 고압 상태에서 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 40% 이하의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다. As mentioned above, the linear notch grooves may have a structure formed on the case body exhibiting a stress distribution of 40% or less based on the maximum stress S MAX of the case under the high pressure.
응력 분포는 전지케이스의 형상, 구조 등에 의해 다양하게 변화될 수 있는 바, 일반적인 각형 전지에서 나타나는 응력 분포가 도 8에 개시되어 있다. The stress distribution may be variously changed by the shape, structure, and the like of the battery case, and the stress distribution shown in a general rectangular battery is shown in FIG. 8.
본 발명자들이 확인한 바로는, 케이스의 SMAX를 기준으로 40%를 초과하는 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 노치홈을 형성하는 경우에, 낮은 압력에서도 노치홈이 용이하게 파단되는 것으로 확인되었다. 결과적으로, 상기와 같은 조건을 만족함으로써, 종래와 같이 높은 응력 분포, 즉, SMAX를 기준으로 40%를 초과하는 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 노치홈을 형성한 경우보다, 높은 압력에서 파단될 수 있다.As confirmed by the present inventors, when the notch groove was formed on the case main body having a stress distribution exceeding 40% based on the S MAX of the case, the notch groove was easily broken even at low pressure. As a result, by satisfying the above conditions, breakage at higher pressure than in the case where notch grooves are formed on the case body showing a high stress distribution, that is, a stress distribution exceeding 40% based on S MAX as in the prior art, Can be.
이러한 노치홈은 바람직하게는 SMAX의 10 내지 40%의 응력 분포, 더욱 바람직하게는 25 내지 35%의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다. This notch groove may be a structure that is formed on the case body preferably exhibiting a stress distribution of 10 to 40%, more preferably 25 to 35% of the S MAX .
따라서, 케이스 본체의 응력 분포에 있어서 응력값이 상대적으로 작은 부위에 형성되어 있어서, 낮은 압력에서도 노치홈들이 쉽게 파단되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 높은 파단압의 제공 및 깊은 노치의 형성이 가능하다.Therefore, since the stress value is formed at a relatively small portion of the stress distribution of the case body, it is possible to prevent the notch grooves from being easily broken even at low pressure, and to provide a high breaking pressure and to form a deep notch. Do.
이러한 노치홈들은 바람직하게는 케이스 본체의 양면(전면 또는 후면)에서 수직 중심축 부위에 형성되어 있을 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 케이스 본체의 좌우 폭을 기준으로 1/5 내지 1/2 크기의 중앙 위치에 형성되어 있을 수 있다.These notched grooves may be formed in the vertical central axis portion on both sides (front or rear) of the case body, and more preferably, 1/5 to 1/2 size of the left and right width of the case body It may be formed in a central position.
상기 노치홈들의 위치가 상기 범위를 벗어나는 경우에는, 고압에서 노치홈의 파단 및 가스 배출을 기대하기 어려울 수 있고, 작은 압력에도 노치홈의 파열이 발생하므로, 고압의 안전성 및 조립 공정성에서 바람직하지 않다.If the location of the notch grooves is out of the above range, it may be difficult to expect breakage of the notch grooves and gas discharge at high pressures, and the notch grooves are broken even at a small pressure, which is not preferable in the safety and assembly processability of the high pressures. .
본 발명자들이 행한 실험에 따르면, 앞서 설명한 바와 같이 계속적으로 압력이 상승하여 일정한 수준 이상이 되면, 상기 노치홈들이 균일하게 파단될 수 있으므로, 전지 외부로 신속하게 가스가 배출되어 결과적으로 전지의 안정성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. According to the experiments performed by the present inventors, as described above, when the pressure continuously rises to a predetermined level or more, the notch grooves may be uniformly broken, so that the gas is quickly discharged to the outside of the battery, resulting in stability of the battery. It was confirmed that it could be improved.
이러한 노치홈들은 상기 형성 위치의 범위를 만족하면서, 바람직하게는, 케이스 본체의 상단 개구와, 케이스 본체의 내부에 장착되는 전극조립체의 상단 사이에 대응하는 공간의 케이스 본체 상에 형성되어 있을 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 상기 노치홈들은 케이스 본체의 상단 개구에 가까우면서, 케이스 본체의 내부에 장착되는 전극조립체의 양극의 상단으로부터 전극조립체 방향으로 최대 5 mm 이내와 상단 개구 사이에 대응하는 공간의 케이스 본체 상에 형성될 수도 있다. 이러한 위치에 형성된 노치홈들은 케이스 내부의 잉여 공간, 구체적으로, 전극조립체 장착 부위의 상단에 위치함으로써, 가스 배출을 보다 용이하게 하고, 전극조립체의 파손을 최소화할 수 있다.Such notched grooves may be formed on the case body in a space corresponding to the upper end of the case body and the upper end of the electrode assembly mounted inside the case body, while satisfying the range of the formation position. . In one specific example, the notch grooves are close to the top opening of the case body, and within a maximum of 5 mm in the direction of the electrode assembly from the top of the anode of the electrode assembly mounted inside the case body, and between the corresponding top openings. It may be formed on the case body. Notched grooves formed in such a position can be located in the surplus space inside the case, specifically, the upper end of the electrode assembly mounting portion, to facilitate gas discharge and minimize the breakage of the electrode assembly.
특히, 적어도 하나의 노치홈이 원호 또는 타원 형상으로 형성될 경우, 가스배출이 노치홈의 어느 한 부위에 지나치게 편중되는 것을 방지하여, 노치홈의 파단시 압력편차를 최소화할 수 있으며, 얇은 케이스 본체에 대해 케이스 자체의 강도를 확보할 수 있다는 장점이 있다. In particular, when at least one notch groove is formed in an arc or ellipse shape, the gas discharge is prevented from being excessively biased in any part of the notch groove, thereby minimizing the pressure deviation when the notch groove is broken, and the thin case body The strength of the case itself can be assured.
상기 노치홈의 원호 형상은, 바람직하게는, 케이스 본체의 상하길이의 1/3 내지 1.5배 크기의 곡률반경을 가질 수 있다.The arc shape of the notch groove may preferably have a radius of curvature of 1/3 to 1.5 times the vertical length of the case body.
상기 반경이 너무 작은 경우에는 곡률이 커져서 상대적으로 원호 형상의 폭이 작아지게 되고, 반대로 너무 큰 경우에는 곡률이 완만해져서 고압이 발생하더라도 노치홈의 파단이 어려울 수 있으므로, 바람직하지 않다.If the radius is too small, the curvature becomes large and the width of the arc shape becomes relatively small. On the contrary, if the radius is too large, the notch groove may be difficult to break even if a high pressure occurs, which is not preferable.
또한, 노치홈의 위치 및 곡률이 상기 범위를 벗어나지 않는다면, 상기 노치홈은 원호의 곡률 중심이 상부에 위치하는 상향 원호 형상이거나, 또는 원호의 곡률 중심이 하부에 위치하는 하향 원호 형상으로 형성될 수도 있다.In addition, if the location and curvature of the notch groove do not deviate from the above range, the notch groove may be formed in an upward arc shape in which the center of curvature of the arc is located at the top, or in a downward arc shape in which the center of curvature of the arc is at the bottom thereof. have.
한편, 본 발명자들이 실험적으로 확인한 바에 따르면, 노치홈의 잔여 두께가 일정한 경우에는, 케이스 본체에서 응력이 상대적으로 작은 부위에 원호 형상으로 형성되어 있는 경우에도, 효과적인 노치홈의 파열에 적합하지 않았다.On the other hand, according to the inventors confirmed experimentally, even if the residual thickness of the notch groove is constant, even when formed in an arc shape in a relatively small portion of the stress in the case body, it was not suitable for rupture of the effective notch groove.
즉, 일정한 잔여 두께로 노치홈을 형성하고자 하는 경우에는, 균일한 잔여 두께의 형성이 매우 어려워져 압력이 집중되는 부위가 임의의 위치에 설정되고, 그로 인해 작동 신뢰성이 떨어져서 낮은 압력하에서도 케이스의 형태가 변형되는 현상이 나타나는 등의 문제점이 발생하였다. 이에 따라, 케이스 본체의 응력값 및 잔여 두께는 노치홈의 파열 및 가스 배출과 밀접한 관계가 있음을 확인할 수 있었다.That is, in the case where the notched groove is to be formed with a constant residual thickness, it is very difficult to form a uniform residual thickness, so that the area where the pressure is concentrated is set at an arbitrary position, and as a result, the operation reliability is low and the Problems such as the appearance of deformation occurs. Accordingly, it was confirmed that the stress value and the remaining thickness of the case body are closely related to the rupture of the notch grooves and the gas discharge.
하나의 바람직한 예에서, 상기 잔여 두께의 평균값은 본체 케이스의 두께를 기준으로 40 내지 70%의 범위에서 결정할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같은 다양한 요소들을 고려하여 최적의 상태를 제공할 수 있는 범위로서 결정된다. In one preferred example, the average value of the remaining thickness may be determined in the range of 40 to 70% based on the thickness of the body case. This is determined as a range capable of providing an optimal state in consideration of various factors as described above.
또한, 상기 노치홈들 중 중앙부와 인접한 부위의 최저 잔여 두께는 본체 케이스의 두께를 기준으로 20 내지 50% 크기일 수 있다. 상기 깊이가 20% 이하일 경우에는 작은 압력 하에서도 노치홈이 쉽게 파단될 수 있으며, 50% 이상일 경우 앞서 설명한 바와 같이, 노치홈의 중앙부에 인접한 부위와 노치홈의 양단부의 두께가 소망하는 정도의 차이를 갖지 못하여 작동신뢰성이 낮아질 수 있으므로, 바람직하지 않다.In addition, the lowest residual thickness of the portion adjacent to the center of the notched grooves may be 20 to 50% in size based on the thickness of the body case. If the depth is 20% or less, the notch groove can be easily broken even under a small pressure. If the depth is 50% or more, as described above, the difference between the area adjacent to the center of the notch groove and the thickness of both ends of the notch groove are desired. Since it may not have the operation reliability can be lowered, it is not preferable.
또한, 상기 잔여 두께는 노치홈의 양단부로부터 중앙부에 인접한 부위 쪽으로 순차적으로 얇아지는 구배 구조로 이루어질 수 있다. 여기에서, '순차적으로'는 단계적으로 점차 얇아지는 것을 의미한다. 따라서, 특정부위에만 압력이 집중되는 것을 방지하고 노치홈의 파단시 압력편차를 최소화할 수 있다.In addition, the remaining thickness may have a gradient structure that is sequentially thinned from both ends of the notched groove toward a portion adjacent to the center portion. Here, 'sequentially' means gradually thinner in stages. Therefore, it is possible to prevent the pressure from concentrating only on a specific part and to minimize the pressure deviation when the notch groove is broken.
상기 노치홈에서 중앙부와 인접한 부위의 잔여 두께가 양단부의 잔여 두께보다 얇아 노치홈의 파단이 용이한 두께라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는, 중앙부와 인접한 부위의 잔여 두께가 양단부의 잔여 두께의 40 내지 70% 크기로 형성될 수 있다.If the residual thickness of the portion adjacent to the center in the notch groove is thinner than the remaining thickness of both ends, the thickness is not particularly limited, and preferably, the residual thickness of the portion adjacent to the center portion is equal to the remaining thickness of the both ends. 40 to 70% in size.
이와 같이, 잔여 두께가 양단부로부터 중앙부와 인접한 부위 쪽으로 얇아지는 구조로 이루어진 노치홈이 구비된 각형전지는 효과적인 작동신뢰성을 발휘할 수 있음을 실험으로 확인하였다.As described above, it was confirmed by experiment that the rectangular battery having a notch groove having a structure in which the remaining thickness becomes thinner from the both ends to the portion adjacent to the center portion can exhibit effective operation reliability.
상기 노치홈은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 별도의 펀치를 이용하여 압연함으로써 형성될 수 있다. 경우에 따라서는, 소정의 도구를 사용하여 케이스의 표면을 긁어 절취하는 방법도 가능할 수 있다. The notch groove may be formed by various methods, and preferably, may be formed by rolling using a separate punch. In some cases, a method of scraping off the surface of the case using a predetermined tool may be possible.
상기 노치홈의 수직 단면은 내압 발생시 노치홈을 용이하게 파단할 수 있는 형태라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 하향 쐐기형 또는 사다리꼴일 수 있다. 쐐기형의 경우에는 노치홈 상단부의 크랙(crack)에 의한 파단이 일어나며, 사다리꼴의 경우에는 단변이 늘어나면서 전단 응력에 의해 파단이 일어난다. 결과적으로, 노치홈의 균일하고 즉각적인 파단을 유도할 수 있어서 전지의 안전성을 담보할 수 있다.The vertical cross section of the notch groove is not particularly limited as long as it can easily break the notch groove when internal pressure is generated, and may be, for example, a downward wedge or trapezoid. In the case of the wedge shape, the fracture occurs due to a crack in the upper end of the notch groove, and in the case of the trapezoid, the fracture occurs due to the shear stress as the short side increases. As a result, it is possible to induce uniform and immediate breakage of the notch groove, thereby ensuring the safety of the battery.
상기 전극조립체는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 구조일 수 있으며, 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점이 있다.The electrode assembly may be a jelly-roll (wound) structure having a structure in which long sheets of positive and negative electrodes are wound in a state where a separator is interposed therebetween, and has an advantage of easy manufacturing and high energy density per weight.
이러한 구조의 이차전지는 더욱 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있다.The secondary battery having such a structure is more preferably a lithium secondary battery.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 각형 이차전지는 안전판을 2개 이상의 비연속적인 선상의 노치홈들로 구성함으로써, 안전판의 작동 후의 파단 응력을 용이하게 제어함과 동시에 안전판의 불필요한 파단을 방지하고 안전판의 작동 후 가스 분출을 효율적으로 수행할 수 있다.As described above, the rectangular secondary battery according to the present invention comprises two or more non-continuous notch grooves of the safety plate, to easily control the breaking stress after the operation of the safety plate and to prevent unnecessary breakage of the safety plate. It is possible to efficiently perform gas ejection after the operation of the safety valve.
또한, 전지케이스의 측면에서 응력값이 상대적으로 작은 부위에 특정한 구조의 노치홈들을 형성하고, 그와 동시에 적어도 하나의 노치홈을 특정한 형상으로 형성함으로써, 적정한 조건에서 노치홈의 파단이 신뢰성 있게 일어나고, 결과적으로 안전성을 향상시킬 수 있다.In addition, by forming notch grooves of a specific structure in a portion where the stress value is relatively small on the side of the battery case, and simultaneously forming at least one notch groove in a specific shape, breakage of the notch grooves occurs reliably under appropriate conditions. As a result, safety can be improved.
도 1은 종래의 노치홈을 포함하는 각형 이차전지의 모식도이다;
도 2는 본 발명에 사용되는 각형 이차전지의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 각형 이차전지의 모식도이다;
도 4는 도 3의 노치홈을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도이다;
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도들이다;
도 8은 도 6에서 각형 이차전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이다;
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 각형 이차전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이다;
도 10은 도 3의 노치홈의 수직 단면을 나타내고 있는 사진이다;
도 11은 도 1의 노치홈의 수직 단면을 나타내고 있는 사진이다;
도 12는 도 2의 전지케이스에 탑재되는 젤리-롤형 전극조립체를 권취하는 과정을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram of a rectangular secondary battery including a conventional notch groove;
2 is a schematic view of a prismatic secondary battery used in the present invention;
3 is a schematic view of a rectangular secondary battery including a notch groove according to one embodiment of the present invention;
4 is a partial front view of the case body including the notch groove of FIG. 3;
5 to 7 are partial front views of a case body including a notch groove according to another embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a photograph showing a stress distribution of the rectangular secondary battery in FIG. 6; FIG.
9 is a photograph showing a stress distribution of a rectangular secondary battery including a notch groove according to another embodiment of the present invention;
10 is a photograph showing a vertical cross section of the notch groove of FIG. 3;
FIG. 11 is a photograph showing a vertical cross section of the notch groove of FIG. 1; FIG.
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a process of winding up a jelly-roll type electrode assembly mounted on the battery case of FIG. 2.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 2에는 본 발명에 사용될 수 있는 하나의 실시예에 따른 통상적인 각형 이차전지의 구조가 도시되어 있다.Figure 2 shows the structure of a conventional rectangular secondary battery according to one embodiment that can be used in the present invention.
도 2를 참조하면, 각형 이차전지(100)는 음극단자의 역할을 이루는 각형 전지케이스(200)의 내부로, 시트형의 양극, 음극이 분리막을 개재한 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤 구조의 전극조립체(도시하지 않음)가 삽입되어 있다.Referring to FIG. 2, the rectangular
전지케이스(200)는 상단이 개방되어 있고 금속 소재로 이루어진 장방형의 케이스 본체(210)와, 이러한 케이스 본체(210)의 개방 상단에 양극단자(400)가 설치된 케이스 캡(220)이 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다. 음극단자는 양극단자(400)와 전기적으로 절연된 케이스 본체(210) 또는 케이스 캡(220) 자체일 수 있다.The
이와 같은 각형 이차전지(100)를 제조하기 위해서는, 우선 케이스 본체(210)의 내부로 전극조립체를 삽입하고, 케이스 캡(220)을 케이스 본체(210)의 개구부에 안착시킨 후, 그것의 접착면 부위를 레이저 용접으로 밀봉한다. 그런 다음, 전지케이스(200)의 내부로 전해액을 주입하게 되는 바, 전해액 주입은 케이스 캡(220)의 일측부위에 형성되어 있는 주입구(230)를 통해 이루어진다. 상세하게는, 주입구(230)로 전해액을 주입한 후, 주입구(230)에 알루미늄 등으로 만들어진 볼 부재를 끼워지고, 별도의 금속 박판을 볼 부재(600) 위로 안착시켜 주입구(230)를 전체적으로 막은 상태에서 레이저 용접을 통해 밀봉한다. 주입구(230)의 밀봉 방법이 상기의 것으로 한정되는 것은 아니며, 기타 다양한 방법이 가능할 수 있다. In order to manufacture such a rectangular
본 발명에 따른 노치홈은 이러한 각형 이차전지(100)의 케이스 본체의 전면(211) 또는 후면(도시하지 않음) 상에 형성되어 있다.The notch groove according to the present invention is formed on the
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 각형 이차전지의 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 노치홈을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도가 모식적으로 도시되어 있다. 참고로, 도 3 내지 도 7에서는 이해의 편의를 위하여 케이스 본체 대비 안전판의 크기를 상대적으로 크게 표현하였다.FIG. 3 is a schematic view of a rectangular secondary battery including a notch groove according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a partial front view of the case body including the notch groove of FIG. 3. . For reference, in FIGS. 3 to 7, the size of the safety plate is relatively large compared to the case body for convenience of understanding.
이들 도면을 참조하면, 각형 이차전지는 전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체(40) 상에 형성되어 있고, 안전판은 2개의 비연속적인 선상의 노치홈들(60, 62)로 이루어져 있다.Referring to these drawings, the rectangular secondary battery has a safety plate formed on the
구체적으로, 노치홈들(60, 62)은 2개의 원호 형상으로 이루어져 있고, 원호 형상은 케이스 본체(40)의 폭(Q)을 기준으로 우측 단부로부터 약 1/3 크기의 중앙 위치와 좌측 단부로부터 약 1/3 크기의 중앙 위치 및 케이스 본체(40)의 길이(L)를 기준으로 약 3/10 크기의 상단 위치 내에 형성되어 있다. 또한, 원호 형상의 곡률은 케이스 본체(40)의 길이(L)를 기준으로 약 3/10의 반경(R)으로 형성된 곡률로 이루어져 있다. 이러한 원호 형상에 의해, 노치홈들(60, 62)은 가스 배출을 균일하게 하면서도 일정한 기계적 강도를 유지할 수 있다.Specifically, the
또한, 노치홈들(60, 62)은 수직 단면상으로 케이스 본체(40)의 두께에서 노치홈의 깊이를 차감한 후의 두께인 잔여 두께에서 구배를 가지고 있고, 케이스 본체(40)의 중앙부(3)와 인접한 부위(2, 4)의 잔여 두께는 케이스 본체(40)의 두께를 기준으로 40%의 크기를 가지고 있다.In addition, the
한편, 노치홈들(60, 62)은 케이스 본체(40)의 상단으로부터 [(케이스 본체의 길이(L) - 케이스의 길이 방향에 대한 젤리-롤의 양극 폭(W)) X 2]의 영역(A) 이내에 모두 위치하고, 케이스 본체(40)의 수직 중심축인 중앙부(3)를 기준으로 양측으로 분리되어 있다. 또한, 젤리-롤은 음극(32), 분리막(36), 양극(34)이 권취된 구조로 이루어져 있다.On the other hand, the
잔여 두께(80)는 노치홈의 전체길이(l)를 기준으로 양단부(1, 5)로부터 중앙부(3) 쪽으로 순차적으로 얇아지는 구조로 형성되어 있다. 즉, 노치홈들(60, 62) 중 중앙부(3)와 인접한 부위들(2, 4)의 최저 잔여 두께는 케이스 본체의 두께(T)를 기준으로 약 30%의 잔여 두께(t)를 형성하고, 양단부(1, 5)로 점점 잔여 두께는 두꺼워져서 최대 80%의 두께를 형성한다.The remaining
또한, 노치홈의 적정 범위 및 압력의 조정에 따라, 도 12의 그래프에서와 같이, 벤트의 깊이 및 범위를 조정할 수 있음은 물론이다.In addition, according to the adjustment of the appropriate range and pressure of the notch groove, as shown in the graph of FIG.
도 5 내지 도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도들이 모식적으로 도시되어 있다.5 to 7 are partial front views of a case body including a notch groove according to still another embodiment of the present invention.
이들 도면을 참조하면, 도 5의 안전판은 케이스 본체(40)의 수직 중심축에 위치한 직선형 노치홈(66)과, 직선형 노치홈(66)의 양측 단부와 이격되어 있는 2개의 곡선형 노치홈들(64, 66)로 이루어져 있다. 이격 거리는 직선형 노치홈(66)의 길이를 기준으로 5 내지 30% 크기일 수 있다.Referring to these drawings, the safety plate of FIG. 5 includes a
다음으로, 도 6의 안전판은 케이스 본체(40)에 잔여 두께가 얇은 원호 형상의 노치홈들(61, 63)과, 잔여 두께가 원호 형상의 노치홈들(61, 63)보다 70% 두꺼운 크기를 가지며 노치홈들(61, 63)을 연결하고 있는 브릿지 노치홈(65)이 형성되어 있고, 도 7의 안전판은 케이스 본체(40)에 9개의 노치홈들(67)이 형성되어 있다.Next, the safety plate of FIG. 6 is 70% thicker than the arc-shaped
도 8에는 도 6의 각형 이차전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 각형 이차전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이 도시되어 있다.FIG. 8 is a photograph showing a stress distribution of the rectangular secondary battery of FIG. 6, and FIG. 9 is a photograph showing a stress distribution of a rectangular secondary battery including a notch groove according to another embodiment of the present invention. It is.
먼저 도 8을 도 6과 함께 참조하면, 케이스 본체(40)의 노치홈들(61, 63, 65)은 고압 가스를 배출하기 위한 절개 가능한 형태의 부재로서, 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 약 25 내지 35%의 응력 분포를 나타내는 케이스의 부위에, 원호의 곡률 중심이 상부에 위치하는 상향 원호 형상으로 형성되어 있다. First, referring to FIG. 8 together with FIG. 6, notch
도 8에서 보는 바와 같이, 응력 분포는 일정한 압력이 인가되었을 때 각 부위별로 나타나는 인장응력이 등고선으로 나타나며, 명도가 높은 부위(밝은 색 부위)는 응력이 상대적으로 높은 부위로서 최대 응력(SMAX) 분포 부위이고, 명도가 낮은 부위(어두운 부위)는 응력이 상대적으로 낮은 부위로서, 최저 응력(SMIN) 분포 부위를 의미한다. As shown in FIG. 8, the stress distribution is represented by the contour lines of the tensile stress of each part when a constant pressure is applied, and the part with high brightness (light color part) is the part with relatively high stress and the maximum stress (S MAX ). The site of distribution, the site of low brightness (dark site) is a site of relatively low stress, and means the site of minimum stress (S MIN ) distribution.
또한, 원호는, 도 8과 같이, 원호의 곡률 중심이 상부에 위치하는 상향 원호 형상일 수도 있지만, 그와 반대로, 도 9와 같이, 원호의 곡률 중심이 하부에 위치하는 하향 원호 형상일 수도 있다. In addition, although the circular arc may be an upward circular arc shape in which the center of curvature of a circular arc is located in the upper part like FIG. 8, the circular arc may be a downward circular arc shape in which the center of curvature of a circular arc is located in lower part as shown in FIG. .
도 10에는 도 3의 노치홈의 수직 단면을 나타내고 있는 사진이 도시되어 있다. FIG. 10 is a photograph showing a vertical section of the notch groove of FIG. 3.
도 10을 참조하면, 노치홈(61)의 수직 단면은 하향 쐐기형으로 형성되어 있으며, 잔여 두께(80)의 평균값은 케이스 본체(40)의 두께(T)를 기준으로 약 40%의 크기로 형성되어 있다.Referring to FIG. 10, the vertical cross section of the
따라서, 내압이 점차 상승하여 정상적인 전지 내압의 2배 이상의 압력이 발생하게 되면, 노치홈(61)에 크랙이 발생하면서 용이하게 파열되어 전지 외부로 신속하게 가스가 배출되며 결과적으로 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.Therefore, when the internal pressure gradually rises to generate a pressure greater than twice the normal battery internal pressure, a crack occurs in the
도 12에는 도 2의 전지케이스에 탑재되는 젤리-롤형 전극조립체를 권취하는 과정을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a process of winding up a jelly-roll type electrode assembly mounted on the battery case of FIG. 2.
도 12를 참조하면, 젤리-롤(10a)은 음극(32)과 양극(34)의 좌측 단부에서 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부(36)에 음극 탭(31)과 양극 탭(33)을 수직으로 부착한 후, 음극(32)과 양극(34)을 좌측 단부에서 우측 단부 방향으로 권취하여 제조된다. Referring to FIG. 12, the jelly-
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 will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
Claims (24)
전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체 상에 형성되어 있고, 상기 안전판은 서로 이격되어 있는 2개 이상의 노치홈들로 이루어져 있고, 상기 2개 이상의 노치홈들은 비연속적인 선상(線狀)의 안전판을 형성하며, 상기 노치홈들은 최대 응력(SMAX)을 기준으로 40% 이하의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. An electrode assembly composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator is a rectangular secondary battery sealed in a rectangular battery case, wherein the battery case is open at the top and is formed of a rectangular case body made of a metallic material, and coupled to an open upper end of the case body. It consists of a case cap containing an electrode terminal,
A safety plate is formed on the case body when a high pressure inside the battery is generated, and the safety plate is composed of two or more notched grooves spaced apart from each other, and the two or more notch grooves are formed in a discontinuous line shape. Forming a safety plate, the notched grooves are rectangular secondary battery, characterized in that formed on the case body showing a stress distribution of 40% or less based on the maximum stress (S MAX ).
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JP2001307707A (en) * | 2000-02-18 | 2001-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Security apparatus of square battery and its manufacturing method |
JP2001345083A (en) * | 2000-05-31 | 2001-12-14 | At Battery:Kk | Sealed secondary battery |
KR20020042598A (en) * | 2002-05-16 | 2002-06-05 | 이점호 | safety-groove of a secondary battery |
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- 2011-02-17 KR KR1020110014107A patent/KR101326186B1/en active IP Right Grant
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001307707A (en) * | 2000-02-18 | 2001-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Security apparatus of square battery and its manufacturing method |
JP2001266804A (en) * | 2000-03-23 | 2001-09-28 | At Battery:Kk | Sealed secondary battery |
JP2001345083A (en) * | 2000-05-31 | 2001-12-14 | At Battery:Kk | Sealed secondary battery |
KR20020042598A (en) * | 2002-05-16 | 2002-06-05 | 이점호 | safety-groove of a secondary battery |
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