KR101335285B1 - Cap Assembly of Novel Structure and Cylindrical Battery Employed with the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, 전지의 고압 가스에 의해 파열되도록 소정의 노치가 형성되어 있는 안전벤트; 상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡; 상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓; 및 전지의 발화를 방지하기 위한 소화성분을 포함하고 있고, 적어도 일부가 상단 캡과 가스켓의 계면에 장착되어 있는 소화부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리를 제공한다. The present invention provides a cap assembly mounted on an open upper end of a can in a battery having a structure in which an electrode assembly (jelly-roll) having a positive electrode / membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can, and has a predetermined notch to be ruptured by the high pressure gas of the battery. The safety vent is formed; A protruding top cap connected to the safety vent along the outer circumferential surface thereof; A gasket mounted on an outer circumferential surface of the upper cap; And a fire extinguishing component for preventing ignition of the battery, wherein at least a portion of the fire extinguishing member is mounted at an interface between the top cap and the gasket; It provides a cap assembly comprising a.
Description
본 발명은 신규한 구조의 캡 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, 전지의 고압 가스에 의해 파열되도록 소정의 노치가 형성되어 있는 안전벤트; 상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡; 상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓; 및 전지의 발화를 방지하기 위한 소화성분을 포함하고 있고, 적어도 일부가 상단 캡과 가스켓의 계면에 장착되어 있는 소화부재;를 포함하는 캡 어셈블리에 관한 것이다.The present invention relates to a cap assembly having a novel structure, and more particularly, an electrode assembly (jelly-roll) of the anode / separator / cathode structure is mounted in the open upper end of the can in a battery having a structure in which the cylindrical can is embedded. A cap assembly, comprising: a safety vent having a predetermined notch formed to be ruptured by a high pressure gas of a battery; A protruding top cap connected to the safety vent along the outer circumferential surface thereof; A gasket mounted on an outer circumferential surface of the upper cap; And a fire extinguishing component for preventing ignition of the battery, wherein at least a portion of the fire extinguishing member is mounted at an interface between the top cap and the gasket.
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. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.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 . Among them, the cylindrical battery has the advantage of relatively large capacity and structurally stable.
또한, 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 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. In addition, the electrode assembly embedded in the battery case is a power generator capable of charging and discharging composed of a laminated structure of a positive electrode, a separator, and a negative electrode, and a jelly-roll type wound around a separator between a long sheet type positive electrode and a negative electrode coated with an active material; A plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are classified into a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked in a state where a separator is interposed therebetween. Among them, the jelly-roll type electrode assembly has an advantage of being easy to manufacture and having a high energy density per weight.
도 1에는 일반적인 원통형 전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.1 is a vertical cross-sectional perspective view of a typical cylindrical battery.
도 1을 참조하면, 원통형 전지(100)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(120)를 원통형 케이스(130)에 수납하고, 원통형 케이스(130) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(130)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극 단자; 도시하지 않음)가 형성되어 있는 탑 캡(140)을 결합하여 제작한다.Referring to FIG. 1, the
젤리-롤형 전극조립체(120)는 양극(121)과 음극(122), 및 분리막(123)을 차례로 적층하여 둥근 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심인 전극조립체(120)의 중심부에는 원통형의 센터 핀(150)이 삽입되어 있다. 센터 핀(150)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(150)은 전극조립체(120)를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다.The jelly-roll
한편, 리튬 이차전지는 안전성이 낮다는 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 전지가 대략 4.5V 이상으로 과충전되는 경우에는 양극 활물질의 분해반응이 일어나고, 음극에서 리튬 금속의 수지상(dendrite) 성장과, 전해액의 분해반응 등이 일어난다. On the other hand, the lithium secondary battery has a disadvantage of low safety. For example, when the battery is overcharged to about 4.5 V or more, decomposition reaction of the positive electrode active material occurs, dendrite growth of lithium metal at the negative electrode, decomposition reaction of electrolyte solution, and the like occur.
이러한 과정에서 열이 수반되어 상기와 같은 분해반응과 다수의 부반응들이 급속히 진행되며, 급기야는 전지의 발화 및 폭발이 유발되기도 한다. In this process, the decomposition reaction and the many side reactions are rapidly proceeded with heat accompanied by heat, and the ignition and explosion of the battery may be caused.
따라서, 이러한 문제점을 해소하기 위하여, 일반적인 원통형 이차전지에는 전지의 비정상적인 작동시 전류를 차단하고 내압을 해소하기 위한 전류차단부재(Current Interruptive Device; CID)가 젤리-롤형 전극조립체와 탑 캡 사이의 공간에 장착되어 있다. Therefore, in order to solve this problem, the general cylindrical secondary battery has a current interrupting member (CID) to cut off the current during abnormal operation of the battery and to break the breakdown voltage (CID) space between the jelly-roll type electrode assembly and the top cap It is mounted on.
도 2를 참조하면, 탑 캡(10)은 돌출된 형태로 양극 단자를 형성하고 배기구가 천공되어 있으며, 그것의 하부에 전지 내부의 온도 상승시 전지 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element: 20), 정상적인 상태에서는 하향 돌출된 형상으로 되어 있고 전지 내부의 압력 상승시 돌출되면서 파열되어 가스를 배기하는 안전벤트(30), 및 상단 일측 부위가 안전벤트(30)에 결합되어 있고 하단 일측이 전극조립체(40)의 양극에 연결되어 있는 접속 플레이트(50)가 순차적으로 위치되어 있다.Referring to FIG. 2, the
따라서, 정상적인 작동조건에서 전극조립체(40)의 양극은 리드(42), 접속 플레이트(50), 안전벤트(30) 및 PTC 소자(20)를 경유하여 탑 캡(10)에 연결되어 통전을 이룬다.Therefore, under normal operating conditions, the anode of the
그러나, 안전벤트(30), 또는 PTC 소자(20) 등 일부 안전장치에 문제가 생길 경우, 전지의 발화가 발생할 위험성은 여전히 존재한다.However, if a problem occurs in some safety devices such as the
즉, 리튬 이차전지는 과충전, 외부로부터의 가열, 물리적 변형 등 다양한 환경하에 놓였을 때 발화의 위험성이 높다. 이러한 발화 위험성의 원인인 과충전을 예방하고, 물리적 변형에 따른 내부 쇼트 등을 예방하기 위한 다양한 방법들이 제시되고 있다. 그러나, 이러한 예방 수단에도 불구하고 발화를 예방하거나, 적어도 발화가 개시되었을 때 그것의 진행을 억제할 수 있는 수단이 요구된다. 발화에 따른 위험성은 특히 대용량 전지에서 더욱 심각하게 대두된다.That is, the lithium secondary battery has a high risk of ignition when placed in various environments such as overcharging, external heating, and physical deformation. Various methods have been proposed to prevent overcharge, which is the cause of the ignition hazard, and to prevent internal short-circuit due to physical deformation. However, despite these preventive measures, measures are required to prevent ignition, or at least to inhibit its progress when ignition is initiated. The risk of ignition is particularly serious in large capacity batteries.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique capable of fundamentally solving such problems.
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 발명의 목적은 소화 성분을 포함하는 소화부재에 의해 전지셀의 발화를 방지할 수 있는 캡 어셈블리를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a cap assembly capable of preventing ignition of a battery cell by a fire extinguishing member comprising a fire extinguishing component.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 캡 어셈블리를 포함하여 안전성이 향상된 원통형 전지를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a cylindrical battery with improved safety, including such a cap assembly.
따라서, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, Accordingly, the cap assembly according to the present invention is a cap assembly mounted on an open top end of a can in a battery having a structure in which an electrode assembly (jelly-roll) having a cathode / separation membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can,
전지의 고압 가스에 의해 파열되도록 소정의 노치가 형성되어 있는 안전벤트; A safety vent having a predetermined notch formed to be ruptured by the high pressure gas of the battery;
상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡;A protruding top cap connected to the safety vent along the outer circumferential surface thereof;
상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓; 및A gasket mounted on an outer circumferential surface of the upper cap; And
전지의 발화를 방지하기 위한 소화성분을 포함하고 있고, 적어도 일부가 상단 캡과 가스켓의 계면에 장착되어 있는 소화부재;A fire extinguishing member including a fire extinguishing component for preventing ignition of the battery, at least a part of which is mounted at an interface between the top cap and the gasket;
를 포함하는 구조로 구성되어 있다.As shown in FIG.
일반적으로, 전지셀의 발화는 셀의 상부 부위에서 발생한다. 따라서, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는 상기 소화부재를 상기 상단 캡과 가스켓의 계면에 위치시킴으로써, 온도 변화에 더욱 신속하게 반응하여, 상기 소화부재에 의해 전지셀이 발화되는 것을 미연에 방지할 수 있다.In general, ignition of a battery cell occurs in the upper portion of the cell. Accordingly, the cap assembly according to the present invention can prevent the battery cell from being ignited by the fire extinguishing member by placing the fire extinguishing member at the interface between the upper cap and the gasket, thereby reacting more rapidly to temperature change. .
이와 같이 전지셀의 발화를 억제하는 소화부재가 장착될 수 있는 공간은 전지의 전반적인 구조를 고려할 때 매우 제한적일 수밖에 없는 바, 본 발명에 따르면, 소화부재의 적어도 일부가 상단 캡과 가스켓의 계면에 장착되는 구조를 취하고 있다. As such, the space in which the fire extinguishing member which suppresses the ignition of the battery cell can be mounted is very limited in consideration of the overall structure of the battery. According to the present invention, at least a part of the fire extinguishing member is mounted at the interface between the upper cap and the gasket. It takes a structure to become.
하나의 바람직한 예에서, 소화부재의 적어도 일부가 장착되는 계면은 상단 캡의 상면 또는 외주부 측면일 수 있다.In one preferred example, the interface on which at least a portion of the fire extinguishing member is mounted may be the top surface or outer peripheral side of the top cap.
바람직하게는, 상기 소화부재가 상단 캡 또는 가스켓의 계면의 형상에 대응할 수 있도록, 바람직하게는 평면상으로 중공형의 환형 구조로 이루어져 있고, 반경상으로 20 내지 100% 크기의 외측 부위가 상단 캡과 가스켓의 계면에 장착 고정되어 있는 구조일 수 있다.Preferably, so that the fire extinguishing member can correspond to the shape of the interface of the top cap or gasket, it is preferably made of a planar hollow annular structure, the outer portion of the size of 20 to 100% in the radius of the top cap It may be a structure that is fixed to the interface of the gasket.
상기 소화부재는 전지의 성능을 저하시키지 않으면서 우수한 발화 억제 기능을 발휘할 수 있는 구조라면 특별히 제한하는 것은 아니며, 예를 들어, 난연성 성분을 내장하고 있는 금속 링 또는 박막 형상의 중공형 난연 필름일 수 있다. The fire extinguishing member is not particularly limited as long as it can exert an excellent fire suppression function without degrading the performance of the battery. For example, the fire extinguishing member may be a metal ring or a hollow hollow flame retardant film having a flame retardant component. have.
상기 난연성 성분("난연제: frame retardant")의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 무기화합물 난연제 등이 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 이들의 하나 또는 둘 이상의 혼합물의 형태로 사용될 수도 있다.The kind of the flame retardant component (“frame retardant”) is not particularly limited, and for example, halogen-based flame retardants, phosphorus-based flame retardants, inorganic compound flame retardants, and the like may be used, and in some cases, one or more of them. It can also be used in the form of a mixture.
할로겐계 난연제는 일반적으로 기체상에서 발생하는 라디칼을 실질적으로 안정화시킴으로써 난연 효과를 발휘한다. 할로겐계 난연제의 예로는, 트리브로모 페녹시에탄, 테트라 브로모 비스페놀-A (TBBA), 옥타브로모 디페닐에테르 (OBDPE), 브롬화 에폭시, 브롬화 폴리 카보네이트 올리고모, 염소화 파라핀, 염소화 폴리에틸렌, 지환족 염소계 난연제 등을 들 수 있다. The halogen-based flame retardant generally exhibits a flame retarding effect by substantially stabilizing the radicals generated on the gas phase. Examples of halogen-based flame retardants include tribromo phenoxyethane, tetra bromo bisphenol-A (TBBA), octabromo diphenyl ether (OBDPE), brominated epoxy, brominated polycarbonate oligomo, chlorinated paraffin, chlorinated polyethylene, alicyclic Chlorine-based flame retardants and the like.
인계 난연제는 일반적으로 열분해에 의해 폴리메타인산을 생성하고 이것이 보호층을 형성하거나 폴리메타인산이 생성될 때의 탈수작용에 의해서 생성되는 탄소 피막이 산소를 차단함으로써 난연 효과를 발휘한다. 인계 난연제의 예로는, 적인, 인산 암모늄 등의 phosphates, phosphine oxide, phosphine oxide diols, phosphites, phosphonates, triaryl phosphate, alkyldiaryl phosphate, trialkyl phosphate, resorcinaol bisdiphenyl phosphate (RDP) 등을 들 수 있다.Phosphorus-based flame retardants generally produce a polymethic acid by pyrolysis, and the carbon film produced by dehydration when it forms a protective layer or when polymethic acid is produced exerts a flame retardant effect. Examples of phosphorus-based flame retardants include phosphates such as red, ammonium phosphate, phosphine oxide, phosphine oxide diols, phosphites, phosphonates, triaryl phosphate, alkyldiaryl phosphate, trialkyl phosphate, resorcinaol bisdiphenyl phosphate (RDP), and the like.
무기화합물 난연제는 일반적으로 열에 의해 분해되어, 물, 이산화탄소, 이산화황, 염화수소 등의 불연성 가스를 방출하고 흡열반응을 유발함으로써, 가연성 가스를 희석시켜 산소의 접근을 방지하고, 흡열반응에 의해 냉각 및 열분해 생성물의 생성을 감소시켜 난연 효과를 발휘한다. 그러한 무기 화합물 난연제의 예로는, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화안티몬, 수산화주석, 산화주석, 산화몰리브덴, 지르코늄화합물, 붕산염, 칼슘염 등을 들 수 있다. The inorganic compound flame retardant is generally decomposed by heat to release an incombustible gas such as water, carbon dioxide, sulfur dioxide, and hydrogen chloride to induce an endothermic reaction, thereby preventing the access of oxygen by diluting the flammable gas and cooling and pyrolysis The production of the product is reduced and the flame retarding effect is exhibited. Examples of such inorganic compound flame retardants include aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, antimony oxide, tin hydroxide, tin oxide, molybdenum oxide, zirconium compounds, borate salts, calcium salts, and the like.
구체적으로, 상기 난연성 성분은 하론 성분을 포함하고 있는 것일 수 있다. 하론(Halon)은 할로겐 원소(플루오르(불소), 염소, 브롬증기)의 탄소화합물 기체로서, 연소물의 산화반응을 할로겐 원소의 부촉매 작용으로 차단함으로써, 산소의 접근을 방지하여 연소를 막는다. 그러한 하론의 예로서 바람직하게 하론-1211 (Halon-1211: CF2BrCl)이 사용될 수 있다.Specifically, the flame retardant component may be one containing a halon component. Halon is a carbon compound gas of halogen element (fluorine (fluorine), chlorine, bromine vapor). By blocking the oxidation reaction of the combustion product by the cocatalyst of halogen element, it prevents the access of oxygen and prevents combustion. As an example of such a halon, Halon-1211 (Halon-1211: CF2BrCl) can be preferably used.
상기 난연 필름의 기재는 그 자체가 전지 내부에서 화학작용을 유발하지 않으면서 난연제를 안정하게 보지할 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러한 필름 기재의 예로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 또는 플루오린계 폴리머 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 그 자체로 난연성을 나타내는 폴리우레탄 등이 사용될 수 있다.The substrate of the flame retardant film is not particularly limited as long as the substrate can stably hold the flame retardant without causing chemical reaction inside the battery. Examples of such film substrates include polyethylene, polypropylene, polyurethane, or fluorine-based polymers. Polyurethanes and the like, which preferably exhibit flame retardancy per se, may be used.
하나의 구체적인 예에서, 상기 난연성 성분은 난연 필름 전체 중량을 기준으로 20 내지 90 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 난연제는 필름 기재의 내부에 포함된 형태로 존재할 수도 있고, 경우에 따라서는 필름의 외면에 코팅된 형태로 존재할 수도 있다.In one specific example, the flame retardant component is preferably included in 20 to 90% by weight based on the total weight of the flame retardant film. The flame retardant may be present in the form contained within the film substrate, and in some cases, may be present in the form of a coating on the outer surface of the film.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 난연성 성분은 금속 링 전체 중량을 기준으로 할 때 20 내지 90 중량%의 함량으로 링 기재의 내부에 포함되어 있을 수도 있다.In another specific example, the flame retardant component may be included in the ring substrate in an amount of 20 to 90 wt% based on the total weight of the metal ring.
한편, 상기 소화부재는 소정 온도 이상에서 액체에서 기체로 변화하여 열을 흡수하는 특성을 가질 수 있다. 즉, 전지셀의 내부 온도가 지속적으로 상승하여 폭발 시점 전에 소정의 온도 도달시, 소화부재에 의해 주위의 열을 흡수하고 주변의 공기를 차단하여 온도가 더 상승하는 것을 억제할 수 있으므로 발화를 효과적으로 방지할 수 있다.On the other hand, the extinguishing member may have a characteristic of absorbing heat by changing from a liquid to a gas at a predetermined temperature or more. That is, when the internal temperature of the battery cell continuously rises and reaches a predetermined temperature before the time of explosion, the fire can be effectively prevented by absorbing the surrounding heat by the extinguishing member and blocking the surrounding air to further increase the temperature. You can prevent it.
상기 소정 온도는, 예를 들어 100℃ 이상일 수 있으며, 바람직하게는 100℃ 내지 200℃의 범위에서 결정될 수 있다.The predetermined temperature may be, for example, 100 ° C or higher, and preferably, may be determined in the range of 100 ° C to 200 ° C.
하나의 예에서, 상기 안전벤트는 중앙이 하향 만입된 형상으로 되어있고, 상기 만입부를 형성하는 상절곡 부위 및 하절곡 부위에는 각각 제 1 노치 및 제 2 노치가 형성되어 있으며, 상기 제 1 노치는 폐곡선을 이루고 있고, 하부에 형성되는 제 2 노치는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있으며, 제 2 노치는 제 1 노치 보다 깊게 파여 있는 구조일 수 있다. In one example, the safety vent has a shape in which the center is indented downward, and the first notch and the second notch are formed in the upper bent portion and the lower bent portion forming the indentation, respectively, the first notch Comprising a closed curve, the second notch formed in the lower portion has a structure of the open curve on one side, the second notch may be a structure that is deeper than the first notch.
따라서, 제 2 노치가 제 1 노치보다 깊게 형성되어 있어서, 임계 압력 이상의 가압 가스가 안전벤트를 압박할 때, 제 2 노치가 절취된다. 반면에, 제 1 노치는 제 2 임계 압력 이하의 가압 가스가 안전벤트에 작용할 때 제 2 노치와 함께 작용하여 만입부가 들려 올려질 수 있게 한다.Thus, the second notch is formed deeper than the first notch, so that when the pressurized gas above the critical pressure presses the safety vent, the second notch is cut. On the other hand, the first notch acts together with the second notch when the pressurized gas below the second critical pressure acts on the safety vent, so that the recess can be lifted up.
또 다른 예에서, 상기 상단 캡과 안전 벤트의 사이에는 PTC 소자가 개재되어 있는 구조일 수 있다.In another example, a PTC device may be interposed between the upper cap and the safety vent.
즉, 상기 소화부재의 인접한 위치에 PTC 소자가 개재되어 있으므로, 소정 온도 이상에서 PTC 소자가 작동하지 않을 경우, 상기 소화부재가 즉시 열을 흡수함으로써, 전지셀의 안전성을 담보할 수 있다. That is, since the PTC element is interposed in the adjacent position of the fire extinguishing member, when the PTC element does not operate at a predetermined temperature or more, the fire extinguishing member immediately absorbs heat, thereby ensuring the safety of the battery cell.
본 발명은 또한 상기 캡 어셈블리를 포함하는 것으로 구성된 원통형 전지를 제공한다. The present invention also provides a cylindrical cell consisting of including the cap assembly.
본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 젤리-롤형 전극조립체를 원통형 금속 캔에 장착한 상태에서 금속 캔의 개방 상단에 상기와 같은 캡 어셈블리를 결합하고, 전극조립체의 음극을 캔의 하단에 용접하며, 전극조립체와 전해질이 내장된 상태에서 전지를 밀폐시키기 위해 그것의 상단에 결합되는 캡 어셈블리에 전극조립체의 양극을 용접하여 제조된다. In the cylindrical secondary battery according to the present invention, in the state in which the jelly-roll type electrode assembly is mounted on a cylindrical metal can, the cap assembly is coupled to the open top of the metal can, and the negative electrode of the electrode assembly is welded to the bottom of the can, It is manufactured by welding the positive electrode of the electrode assembly to the cap assembly coupled to the top of the electrode assembly and the electrolyte in order to seal the battery in the built-in state.
본 발명에 따른 상기 전지는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.The battery according to the present invention may preferably be a lithium secondary battery having high energy density, discharge voltage, and output stability. Other components of the lithium secondary battery according to the present invention will be described in detail below.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다. Generally, a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and the like.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다. The positive electrode is prepared, for example, by applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, followed by drying, and if necessary, a filler is further added. The negative electrode is also manufactured by applying and drying the negative electrode material on the negative electrode collector, and if necessary, may further include the above-described components.
상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. The separation membrane is interposed between the cathode and the anode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전헤질 등이 사용된다.The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte solution consists of a non-aqueous electrolyte solution and a lithium salt. As the non-aqueous electrolyte solution, a liquid nonaqueous electrolyte solution, a solid electrolyte, an inorganic solid pregelatin, and the like are used.
상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.The collector, the electrode active material, the conductive material, the binder, the filler, the separator, the electrolyte, and the lithium salt are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can be manufactured by a conventional method known in the art. That is, a porous separator may be inserted between the anode and the cathode, and an electrolyte may be injected into the separator.
양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.The anode can be produced, for example, by applying a slurry containing the above-described lithium transition metal oxide active material, a conductive material and a binder on a current collector, followed by drying. Likewise, the negative electrode can be produced, for example, by applying a slurry containing the above-described carbon active material, a conductive material and a binder onto a thin current collector and then drying it.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는 상단 캡과 가스켓의 계면에 소화성분을 포함하는 소화부재를 장착함으로써, 전지의 발화를 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다. As described above, the cap assembly according to the present invention is equipped with a fire extinguishing member including a fire extinguishing component at the interface between the top cap and the gasket, thereby preventing the ignition of the battery to improve the safety.
도 1은 일반적인 원통형 전지의 수직 단면 사시도이다;
도 2는 도 1의 부분 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지의 사시도이다;
도 4는 도 3의 분해도이다;
도 5는 도 3의 부분 확대도이다;
도 6은 도 3의 부분 단면 사시도이다;
도 7은 도 6의 안전벤트의 사시도이다.1 is a vertical sectional perspective view of a typical cylindrical battery;
2 is a partial cross-sectional perspective view of FIG. 1.
3 is a perspective view of a cylindrical battery according to one embodiment of the present invention;
4 is an exploded view of FIG. 3;
5 is a partially enlarged view of FIG. 3;
6 is a partial cross-sectional perspective view of FIG. 3;
7 is a perspective view of the safety vent of FIG. 6.
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 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지의 사시도가 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 분해도가 도시되어 있다.Figure 3 is a schematic view of a perspective view of a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is an exploded view of Figure 3 is shown.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 원통형 전지(100a)는 캔(200)의 내부에 젤리-롤(도시하지 않음)을 삽입하고, 여기에 전해액을 주입하며, 캔(200)의 개방 상단에 캡 어셈블리(300)를 장착한다. 또한, 양극과 음극을 절연시키기 위하여 캡 어셈블리(300) 상단에 절연부재(400)을 안착시킨 뒤, 튜브(410)로 압착시킴으로써 절연상태를 유지하게 된다. Referring to these drawings, the
도 5에는 도 3의 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 3의 부분 단면 확대도가 모식적으로 도시되어 있다. FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. 3 and FIG. 6 is a partially enlarged view of FIG. 3.
이들 도면을 도 3 및 도 4와 함께 참조하면, 캡 어셈블리(300)는 전지의 고압 가스에 의해 파열되도록 소정의 노치가 형성되어 있는 안전벤트(330); 안전벤트(320)의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡(310); 상단 캡(310)의 외주면에 장착되어 있는 가스켓(340); 상단 캡(310)과 안전 벤트(320)의 사이에는 개재되어 있는 PTC 소자(350); 및 상단 캡(310)과 가스켓(340)의 계면에 장착되어 있는 소화부재(360);를 포함한다.3 and 4, the
소화부재(350)는 평면상으로 중공형의 환형 구조로 이루어져 있고, 반경상으로 대부분의 외측 부위가 상단 캡(310)과 가스켓(340)의 계면에 장착 고정되어 있다.The
또한, 소화부재(350)는 난연성 성분인 하론 성분을 포함하고 있는 금속 링의 형상으로, 난연성 성분은 금속 링 전체 중량을 기준으로 할 때 약 60 중량%의 함량으로 링 기재의 내부에 포함되어 있다.In addition, the
따라서, 100℃ 이상에서 소화부재(350)는 주위의 열을 흡수하고 주변의 공기를 차단하여 더 이상의 온도 상승을 억제한다. 따라서, 전지의 발화를 근본적으로 방지하고 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, at 100 ° C. or higher, the
도 7에는 도 6의 안전벤트의 사시도가 모식적을 도시되어 있다.FIG. 7 schematically illustrates a perspective view of the safety vent of FIG. 6.
안전벤트(320)의 노치들(324, 326) 중 상부에 형성되는 제 1 노치(324)는 폐곡선을 이루고 있고, 하부에 형성되는 제 2 노치(326)는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있다. 또한, 제 2 노치(326)의 결합력은 제 1 노치(324)의 결합력보다 작게 만들어지므로, 제 2 노치(326) 는 제 1 노치(324)보다 깊게 파여 있다. The
따라서, 캔(200)의 내부압력이 임계 압력 이상으로 상승하게 되면, 안전벤트(320)의 제 2 노치(326)가 압력을 견디지 못하고 파단되면서 캔(200) 내부의 가압 가스가 외부로 빠져나가게 된다.
Accordingly, when the internal pressure of the
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 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 (17)
전지의 고압 가스에 의해 파열되도록 소정의 노치가 형성되어 있는 안전벤트;
상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡;
상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓; 및
전지의 발화를 방지하기 위한 소화성분을 포함하고 있고, 적어도 일부가 상단 캡과 가스켓의 계면에 장착되어 있는 소화부재;
를 포함하고,
상기 소화부재는 난연성 성분을 내장하고 있는 금속 링 또는 박막 형상의 중공형 난연 필름이며,
상기 난연성 성분은 금속 링 또는 난연 필름 전체 중량을 기준으로 할 때 20 내지 90 중량%의 함량으로 링 또는 필름 기재의 내부에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.A cap assembly mounted on an open upper end of a can in a battery having a structure in which an electrode assembly (jelly-roll) having a cathode / membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can,
A safety vent having a predetermined notch formed to be ruptured by the high pressure gas of the battery;
A protruding top cap connected to the safety vent along the outer circumferential surface thereof;
A gasket mounted on an outer circumferential surface of the upper cap; And
A fire extinguishing member including a fire extinguishing component for preventing ignition of the battery, at least a part of which is mounted at an interface between the top cap and the gasket;
Lt; / RTI >
The fire extinguishing member is a hollow flame retardant film having a metal ring or a thin film shape containing a flame retardant component,
The flame retardant component is a cap assembly, characterized in that contained in the interior of the ring or film substrate in an amount of 20 to 90% by weight based on the total weight of the metal ring or flame retardant film.
전지의 고압 가스에 의해 파열되도록 소정의 노치가 형성되어 있는 안전벤트;
상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡;
상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓; 및
전지의 발화를 방지하기 위한 소화성분을 포함하고 있고, 적어도 일부가 상단 캡과 가스켓의 계면에 장착되어 있는 소화부재;
를 포함하고,
상기 소화부재는 난연성 성분을 내장하고 있는 금속 링 또는 박막 형상의 중공형 난연 필름이며,
상기 난연성 성분은 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 및 무기화합물 난연제로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.A cap assembly mounted on an open upper end of a can in a battery having a structure in which an electrode assembly (jelly-roll) having a cathode / membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can,
A safety vent having a predetermined notch formed to be ruptured by the high pressure gas of the battery;
A protruding top cap connected to the safety vent along the outer circumferential surface thereof;
A gasket mounted on an outer circumferential surface of the upper cap; And
A fire extinguishing member including a fire extinguishing component for preventing ignition of the battery, at least a part of which is mounted at an interface between the top cap and the gasket;
Lt; / RTI >
The fire extinguishing member is a hollow flame retardant film having a metal ring or a thin film shape containing a flame retardant component,
The flame retardant component is a cap assembly, characterized in that one or two or more mixtures selected from the group consisting of halogen-based flame retardant, phosphorus-based flame retardant, and inorganic compound flame retardant.
전지의 고압 가스에 의해 파열되도록 소정의 노치가 형성되어 있는 안전벤트;
상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡;
상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓; 및
전지의 발화를 방지하기 위한 소화성분을 포함하고 있고, 적어도 일부가 상단 캡과 가스켓의 계면에 장착되어 있는 소화부재;
를 포함하고,
상기 소화부재는 100℃ 이상에서 액체에서 기체로 변화하여 열을 흡수하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.A cap assembly mounted on an open upper end of a can in a battery having a structure in which an electrode assembly (jelly-roll) having a cathode / membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can,
A safety vent having a predetermined notch formed to be ruptured by the high pressure gas of the battery;
A protruding top cap connected to the safety vent along the outer circumferential surface thereof;
A gasket mounted on an outer circumferential surface of the upper cap; And
A fire extinguishing member including a fire extinguishing component for preventing ignition of the battery, at least a part of which is mounted at an interface between the top cap and the gasket;
Lt; / RTI >
The fire extinguishing member has a cap assembly characterized in that it has a characteristic of absorbing heat by changing from a liquid to a gas at 100 ℃ or more.
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