KR101347715B1 - 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 레이저 가공에 의해 형성된 선상(線狀)의 노치홈인 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 upper end 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 a notch groove of the linear shape formed by laser processing It provides a rectangular secondary battery, characterized in that.

Description

안전판이 구비된 각형 이차전지 {Prismatic Secondary Battery Employed with Safety Plate}Square secondary battery with safety plate {Prismatic Secondary Battery Employed with Safety Plate}
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 레이저 가공에 의해 형성된 선상(線狀)의 노치홈인 구조로 구성되어 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 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rectangular secondary battery that is constituted of a structure that is a linear notch groove formed by laser processing.
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 상기 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 embedded in the battery case is a power generator capable of charging and discharging composed of a laminated structure of anode / separation membrane / cathode, a jelly-roll type wound through a separator between a long sheet-type anode and an anode coated with an active material, and It is roughly classified into a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, and a stack / folding type in which a unit cell such as a bicell or a full cell is wound with a separator film.
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, 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, in spite of the above-mentioned difference in shape of the battery, there is provided a high-voltage relieving means capable of relieving the high pressure which is a direct cause of the battery explosion.
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 이차전지 케이스(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 notch groove 30 of FIG. 1 is formed in a small outline at the side edge of the rectangular secondary battery case 20, and is partially formed in an open shape. That is, the notch groove is formed in a portion where the stress value is relatively large in the stress distribution of the case, and is designed to break the curved shape when the battery is excessively increased in internal pressure.
이러한 구조의 노치홈은 전지 내부에서 발생한 고압에 상대적으로 민감하게 반응하는 장점은 있으나, 전지의 설계시 의도한 압력 임계치를 정확하게 설정하기에 어려움이 있다.The notch groove of this structure has the advantage of reacting relatively sensitive to the high pressure generated in the battery, but it is difficult to accurately set the pressure threshold intended 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 노치홈은 주로 프레스 가공에 의해 형성된다. 그러나, 프레스 가공에서 노치홈이 파단되는 압력을 낮추기 위해 노치홈의 깊이를 깊게 가공하면 안전판의 가공 후에 노치홈 영역의 함몰과 노치홈 인접 영역의 돌출과 같은 전지케이스의 변형이 발생된다. 이러한 변형의 원인은 노치홈을 프레스로 가공시 변형된 양에 의해 발생된 재료(예를 들어 알루미늄)가 유동하기 때문이다.Meanwhile, in the conventional rectangular secondary battery, the notch groove is mainly formed by press working. However, when the depth of the notch groove is deeply processed in order to lower the pressure at which the notch groove breaks in the press working, deformation of the battery case such as the depression of the notch groove region and the protrusion of the adjacent notch groove after the processing of the safety plate occurs. This deformation is caused by the flow of the material (for example, aluminum) generated by the amount of deformation when the notch groove is processed into a press.
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, 선상의 노치홈을 레이저 가공에 의해 케이스 본체에 형성하는 경우, 가공 전후 치수 안정성이 뛰어나며 노치홈이 변형되지 않음을 확인하였다.The inventors, after extensive research and various experiments, confirmed that the notch grooves were excellent in dimensional stability before and after processing and the notch grooves were not deformed when the notch grooves were formed in the case body by laser processing.
또한, 전지 케이스의 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 at a site 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 효과적으로 치수적 안정성이 뛰어나며 변형이 발생되지 않는 개선된 구조의 노치홈을 가진 각형 이차전지를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rectangular secondary battery having an improved notch groove having excellent dimensional stability and no deformation.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 각형 이차전지는, Square secondary battery according to the present invention for achieving this object,
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, 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,
전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체 상에 형성되어 있고, 상기 안전판은 레이저 가공에 의해 형성된 선상(線狀)의 노치홈인 구조로 구성되어 있다.A safety plate that breaks when a high pressure is generated inside the battery is formed on the case body, and the safety plate has a structure that is a linear notch groove formed by laser processing.
따라서, 본 발명에 따른 각형 이차전지는 선상의 노치홈이 레이저 가공에 의해 케이스 본체에 형성되므로, 종래의 선상의 노치홈이 프레스 가공에 의해 케이스 본체에 형성되는 각형 이차전지의 구조와 비교하여, 가공 전후 치수 안정성이 뛰어나며 노치홈이 변형되지 않는 장점이 있다.Therefore, in the rectangular secondary battery according to the present invention, since the linear notch groove is formed in the case body by laser processing, compared with the structure of the rectangular secondary battery in which the conventional linear notch groove is formed in the case body by press working. It has excellent dimensional stability before and after processing and has the advantage that the notch groove is not deformed.
즉, 본 발명에 따른 노치홈의 레이저 가공법은 프레스 가공시 발생되는 전지케이스의 외관 변형 및 치수 변형을 효과적으로 억제하고, 레이저를 반복 조사함으로써 소망하는 노치홈의 깊이를 효과적으로 만들 수 있다.That is, the laser processing method of the notch groove according to the present invention can effectively suppress the appearance deformation and the dimensional deformation of the battery case generated during press working, and can effectively make the desired notch groove depth by repeatedly irradiating the laser.
참고로, 본 발명에서 레이저 가공은 집속된 레이저 빔에 의하여 재료를 가공하는 것을 의미한다. 따라서, 상기와 같이 본 발명의 레이저를 이용한 노치홈의 각인 방법은 케이스 본체의 일부를 고속으로 가열하여 가공하므로 열 변형층이 좁고 비 접촉식이므로 공구의 마모가 없는 장점이 있다. 또한, 노치홈을 케이스 본체에 정밀하게 각인할 수 있으며, 작업시 소음과 진동이 없는 장점이 있다.For reference, laser processing in the present invention means processing the material by the focused laser beam. Therefore, the stamping method of the notch groove using the laser of the present invention as described above has a merit that there is no wear of the tool because the heat deformation layer is narrow and non-contact because a part of the case body is heated and processed at high speed. In addition, the notch groove can be accurately imprinted on the case body, there is an advantage that there is no noise and vibration during operation.
바람직하게는, 상기 레이저는 노치홈의 형성시 케이스 본체에 변형을 발생시키는 않는 종류이면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는, 펄스 레이저 또는 연속파(Continuous Wave) 레이저일 수 있다.Preferably, the laser is not particularly limited as long as it does not cause deformation in the case body when the notch groove is formed. Preferably, the laser may be a pulse laser or a continuous wave laser.
구체적으로, 소망하는 노치 깊이를 만들기 위해서는 펄스 레이저를 사용하고, 이 경우, 소망하는 노치홈의 깊이를 만들기 위해 레이저 속도, 중첩률, 파워 등을 조정하고 1회 또는 수차례의 반복 레이저 가공을 통해 소망하는 안전판의 작동 압력을 만들 수 있다.Specifically, a pulsed laser is used to create the desired notch depth. In this case, the laser speed, overlap rate, power, etc. are adjusted in order to create the desired depth of the notched groove, and through one or several repeated laser processings. The working pressure of the desired safety valve can be made.
또한, 노치홈의 깊이를 균일하게 만들기 위해서는 연속파 레이저를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, in order to make the depth of a notch groove uniform, it is preferable to use a continuous wave laser.
경우에 따라서는, 상기 레이저는 이산화탄소, 루비, 또는 YAG 레이저가 사용될 수도 있다.In some cases, the laser may be a carbon dioxide, ruby, or YAG laser.
하나의 바람직한 예에서, 상기 케이스 본체의 두께는 0.4 mm 이하이고, 노치홈이 고압 상태에서 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 40% 이하의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다.In one preferred example, the case body has a thickness of 0.4 mm or less, and the notch groove is 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, 케이스 본체의 응력 분포에 있어서 응력값이 40% 이하의 상대적으로 작은 부위에 노치홈이 형성되어 있어서, 낮은 압력에서도 노치홈이 쉽게 파단되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 높은 파단압의 제공 및 깊은 노치의 형성이 가능하다.Therefore, the notch groove is formed in a relatively small portion where the stress value is 40% or less in the stress distribution of the case body, thereby preventing the notch groove from easily breaking even at low pressure, and providing a high breaking pressure. And the formation of deep notches.
바람직하게는, 상기 각형 이차전지의 노치홈에서, 케이스 본체의 잔여 두께(케이스 본체의 두께에서 노치홈의 깊이를 차감한 후의 두께)가 길이방향을 기준으로 양단부로부터 중앙부 쪽으로 얇아지는 구조로 형성되어 있어서, 노치홈이 높은 작동신뢰성을 발휘하여 균일한 노치홈의 파열에 의해 전지 외부로 신속하게 가스가 배출되어 전지의 안전성을 담보할 수 있다.Preferably, in the notch groove of the rectangular secondary battery, the remaining thickness of the case body (the thickness after subtracting the depth of the notch groove from the thickness of the case body) is formed in a structure that becomes thinner from both ends to the center portion in the longitudinal direction. Therefore, the notch groove exhibits high operating reliability, and gas is quickly discharged to the outside of the battery by the rupture of the uniform notch groove, thereby ensuring the safety of the battery.
최근 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 전지케이스에 비해 얇은 두께의 케이스임에도 불구하고 적정 임계치에서 신뢰성 있는 파열을 이룰 수 있다.According to the recent large capacity 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 be preferably 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 of a thin thickness than the general battery case.
노치홈이 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.The high pressure inside the battery where the notch groove is broken may be a pressure that is at least twice the internal pressure of the battery under normal conditions, and the normal condition means a state of atmospheric pressure (1 atm) to 3 atm.
앞서 정의한 바와 같이, 선상의 노치홈은 상기와 같은 고압 상태에서 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 40% 이하의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있다. As defined above, the linear notched groove is formed on the case body exhibiting a stress distribution of 40% or less based on the maximum stress S MAX of the case in the high pressure state as described above.
응력 분포는 전지케이스의 형상, 구조 등에 의해 다양하게 변화될 수 있는 바, 일반적인 각형 이차전지에서 나타나는 응력 분포가 도 4에 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 secondary battery is disclosed in FIG. 4.
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 노치홈이 형성되어 있어서, 낮은 압력에서도 노치홈이 쉽게 파단되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 높은 파단압의 제공 및 깊은 노치의 형성이 가능하다.Therefore, the notch groove is formed in a portion where the stress value is relatively small in the stress distribution of the case main body, thereby preventing the notch groove from easily breaking even at low pressure, and providing high breaking pressure and deep notch. Formation is possible.
이러한 노치홈은 바람직하게는 케이스 본체의 양면(전면 또는 후면)에서 수직 중심축 부위에 형성되어 있을 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 케이스 본체의 좌우 폭을 기준으로 1/4 내지 1/2 크기의 중앙 위치이면서, 케이스 본체의 상하 길이를 기준으로 1/20 내지 1/5 크기의 상부 또는 하부 위치에 형성되어 있을 수 있다.The notch groove may be formed in the vertical central axis portion on both sides (front or rear) of the case body, and more preferably, 1/4 to 1/2 size of the left and right width of the case body In the center position, it may be formed in the upper or lower position of 1/20 to 1/5 size based on the upper and lower lengths of the case body.
상기 노치홈의 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 groove is out of the above range, it may be difficult to expect breakage of the notch groove and gas discharge at high pressure, and the notch groove may be broken at a small pressure, which is not preferable in the safety and assembly processability of the high pressure. .
본 발명자들이 행한 실험에 따르면, 앞서 설명한 바와 같이 계속적으로 압력이 상승하여 일정한 수준 이상이 되면, 상기 노치홈이 균일하게 파단될 수 있으므로, 전지 외부로 신속하게 가스가 배출되어 결과적으로 전지의 안정성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. According to the experiments performed by the inventors, as described above, when the pressure continuously rises to a predetermined level or more, the notch grooves can 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 노치홈은 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 노치홈은 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 노치홈은 케이스 내부의 잉여 공간, 구체적으로, 전극조립체 장착 부위의 상단에 위치함으로써, 가스 배출을 보다 용이하게 하고, 전극조립체의 파손을 최소화할 수 있다.The notch groove 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 groove is 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 corresponding space between the top opening. It may be formed on the case body. The notch groove formed at such a position may be located at the upper portion of the surplus space inside the case, specifically, the electrode assembly mounting portion, to facilitate gas discharge and minimize damage of the electrode assembly.
특히, 본 발명에 따른 노치홈은 원호 형상으로 형성됨으로써, 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, the notch groove according to the present invention is formed in an arc shape, thereby preventing the gas discharge from being excessively biased in any part of the notch groove, thereby minimizing the pressure deviation during breakage of the notch groove, for a thin case body The strength of the case itself can be secured.
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 노치홈 중 중앙부의 최저 잔여 두께는 케이스 본체의 두께를 기준으로 20 내지 50% 크기일 수 있다. 상기 깊이가 20% 미만일 경우에는 작은 압력 하에서도 노치홈이 쉽게 파단될 수 있으며, 50%를 초과하는 경우 앞서 설명한 바와 같이, 노치홈의 중앙부와 양단부의 두께가 소망하는 정도의 차이를 갖지 못하여 작동신뢰성이 낮아질 수 있으므로, 바람직하지 않다.In addition, the minimum remaining thickness of the center portion of the notched groove may be 20 to 50% size based on the thickness of the case body. If the depth is less than 20%, the notch groove can be easily broken even under a small pressure. If the depth is greater than 50%, as described above, the thickness of the center and both ends of the notched groove does not have a desired difference. It is not preferable because the reliability can be lowered.
또한, 상기 잔여 두께는 양단부로부터 중앙부 쪽으로 순차적으로 얇아지는 구조로 이루어질 수 있다. 여기에서, '순차적으로'는 단계적으로 점차 얇아지는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 잔여 두께의 구조는 특정부위에만 압력이 집중되는 것을 방지하고 노치홈의 파단시 압력편차를 최소화할 수 있다.In addition, the remaining thickness may be configured to be sequentially thinned from both ends toward the center portion. Here, 'sequentially' means gradually thinner in stages. Therefore, this residual thickness structure can prevent the pressure from concentrating only on a specific portion and can minimize the pressure deviation during breakage of the notch groove.
상기 노치홈에서 중앙부의 잔여 두께는 양단부의 잔여 두께보다 얇아 노치홈의 파단이 용이한 두께라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는, 양단부의 잔여 두께의 40 내지 70% 크기로 형성될 수 있다.The remaining thickness of the center portion in the notch groove is not particularly limited as long as the thickness of the center portion is thinner than the remaining thickness of both ends, so that the notch groove is easily broken. Preferably, the thickness of the center portion may be 40 to 70% of the remaining thickness of both ends.
이와 같이, 잔여 두께가 양단부로부터 중앙부 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 both ends toward the center part can exhibit effective operation reliability.
상기 노치홈의 수직 단면은 내압 발생시 노치홈을 용이하게 파단할 수 있는 형태라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 하향 쐐기형상 또는 사다리꼴 형상일 수 있다. 하향 쐐기형상의 경우에는 노치홈 상단부의 크랙(crack)에 의한 파단이 일어나며, 사다리꼴 형상의 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 shape or a trapezoidal shape. In the case of the downward wedge shape, the fracture occurs due to a crack in the upper end of the notch groove, and in the case of the trapezoidal shape, the fracture occurs due to the shear stress while the short side is increased. 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 젤리-롤(권취형) 구조 뿐만 아니라, 스택형 구조 또는 스택/폴딩형 구조일 수도 있으며, 그 중 젤리-롤은 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점이 있지만, 그것으로 한정되지 않음은 물론이다.The electrode assembly may not only have a jelly-roll (wound) structure, but also a stacked structure or a stack / foldable structure. Among them, the jelly-roll may be easily manufactured and has a high energy density per weight. Of course, it is not limited.
이러한 구조의 이차전지는 더욱 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있다.The secondary battery having such a structure is more preferably a lithium secondary battery.
한편, 상기 노치홈은 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 노치홈 중 50% 이하가 상기 케이스 본체의 특정 영역 이내에 위치할 수 있다.On the other hand, the notch groove is a structure in which at least part is located within the region of [(length of case body (L)-the width of the jelly-roll anode width (W)) X 2] from the top of the case body. Can be. In addition, preferably 50% or less of the notched groove may be located within a specific area of the case body.
따라서, 노치홈을 통해 고압의 가스가 분출되는 경우 고압에 의한 유체 유동에 의해 전극이 노치홈을 막을 수 있으므로, 노치홈이 상기에 정의된 특정 부위에 위치하고 있는 경우 노치홈이 막히는 것을 방지할 수 있다. Therefore, when the high pressure gas is ejected through the notch grooves, the electrode may block the notch grooves due to the fluid flow due to the high pressure. Therefore, the notch grooves may be prevented from being blocked when the notch grooves are located at the specific part defined above. have.
상기 노치홈은 필요에 따라 다양한 형상으로 구성될 수 있으며, 예를 들어 분지형 또는 폐곡선 형상일 수 있다.The notch groove may be configured in various shapes as needed, for example, may be a branched or closed curve shape.
구체적으로, 노치홈이 분지형 형상인 경우, 상기 노치홈은 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축 부위에 형성되어 있는 제 1 노치홈과, 상기 제 1 노치홈의 적어도 한 곳 이상의 위치에서 분지된 1개 이상의 제 2 노치홈으로 이루어질 수 있으며, 이러한 구조는 노치홈의 불필요한 찢어짐을 방지하고 노치홈의 작동 후에 가스의 분출을 효율적으로 수행할 수 있다. Specifically, when the notch groove has a branched shape, the notch groove has a first notch groove formed at a vertical central axis portion on both sides of the case body, and one branched at at least one position of the first notch groove. It may be composed of two or more second notch grooves, and this structure can prevent unnecessary tearing of the notch grooves and efficiently perform the ejection of gas after the operation of the notch grooves.
또한, 노치홈이 폐곡선 형상인 경우, 상기 노치홈은 적어도 일부에서 곡선 부위를 포함하고 있고, 전체적으로 원 또는 타원의 폐곡선 구조를 가질 수 있으며, 이러한 구조는 종래의 노치홈이 개방형의 직선 또는 곡선으로 케이스 본체에 형성된 구조와 비교하여, 안전판의 작동후에 노치홈과 인접한 부위가 불필요하게 변형되거나 찢어지는 것을 방지할 수 있다.In addition, when the notch groove has a closed curve shape, the notch groove may include a curved portion at least in part, and may have a circular or elliptic closed curve structure as a whole, and such a structure may include a conventional notch groove as an open straight or curved line. Compared with the structure formed in the case body, it is possible to prevent unnecessary deformation or tearing of the portion adjacent to the notch groove after the operation of the safety plate.
경우에 따라서는, 상기 노치홈은 케이스 본체의 수직 중심축 부위에서 잔여 두께(케이스 본체의 두께에서 노치홈의 깊이를 차감한 후의 두께)가 비연속적으로 감소하는 구간("비연속적 감소 구간")을 포함하는 구조일 수 있으며, 이러한 구조는 종래의 노치홈의 잔여 두께가 케이스 본체의 양 단부로부터 수직 중심축 부위로 갈수록 연속적으로 감소하는 안전판 구조와 비교하여, 안전판 가공시 발생하는 케이스 본체의 변형을 방지하고 안전판의 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In some cases, the notch groove is a section in which the remaining thickness (the thickness after subtracting the depth of the notch groove from the thickness of the case body) is discontinuously decreased in the vertical central axis portion of the case body ("discontinuous reduction section"). This structure may be a structure including a deformation of the case body generated during the safety plate processing, compared with the safety plate structure in which the residual thickness of the conventional notched groove is continuously reduced from both ends of the case body toward the vertical central axis portion. Can improve the operating reliability of the safety valve.
상기 구조에서, 노치홈은 길이방향의 수직 단면상으로 'U'자, 'V'자, 또는 '사다리꼴' 형상을 가지고 있는 구조가 바람직하다.In the above structure, the notch groove is preferably a structure having a 'U', 'V', or 'trapezoid' shape on the vertical cross section in the longitudinal direction.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 각형 이차전지는 선상의 노치홈을 레이저 가공에 의해 케이스 본체에 형성함으로써, 가공 전후 노치홈의 치수 안정성이 뛰어나며 노치홈이 변형되지 않도록 할 수 있다. As described above, in the rectangular secondary battery according to the present invention, by forming the linear notch grooves in the case body by laser processing, the dimensional stability of the notched grooves before and after processing can be excellent and the notch grooves can be prevented from being deformed.
또한, 응력이 낮은 특정한 부위에 노치홈을 형성하고, 상기 노치홈이 원호 형상으로 벤트 두께가 노치홈의 전체 길이를 기준으로 그것의 중앙부로 갈수록 점점 얇아지는 구조로 형성됨으로써, 상대적으로 높은 내압에서 신뢰성 있게 작동하여 전지 내부의 고압 가스를 효과적으로 배출할 수 있어서, 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.In addition, the notch groove is formed in a specific portion of low stress, and the notch groove is formed in a circular arc shape and the thickness of the notch groove becomes thinner toward the center thereof based on the entire length of the notched groove. By operating reliably, it is possible to effectively discharge the high pressure gas inside the battery, thereby greatly improving the safety of the battery.
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 각형 전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 각형 전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이다;
도 6은 도 3의 노치홈을 포함하는 부분 정면도이다;
도 7은 도 3의 노치홈의 수직 단면을 나타내고 있는 사진이다;
도 8은 도 1의 노치홈의 수직 단면을 나타내고 있는 사진이다;
도 9는 도 2의 전지케이스에 탑재되는 젤리-롤형 전극조립체를 권취하는 과정을 나타내는 모식도이다;
도 10 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈들을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도들이다;
도 13은 도 12의 노치홈의 길이에 따른 다양한 잔여 두께를 나타내는 그래프이다.
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 photograph showing a stress distribution of the square battery of FIG. 3;
5 is a photograph showing a stress distribution of a square battery including a notch groove according to another embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a partial front view including the notch groove of FIG. 3; FIG.
7 is a photograph showing a vertical cross section of the notch groove of FIG. 3;
8 is a photograph showing a vertical cross section of the notch groove of FIG. 1;
9 is a schematic diagram showing a process of winding up a jelly-roll type electrode assembly mounted on the battery case of FIG. 2;
10 to 12 are partial front views of a case body including notched grooves according to another embodiment of the present invention;
FIG. 13 is a graph illustrating various residual thicknesses along the length of the notch groove of FIG. 12.
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(도 9 참조)가 삽입되어 있다.Referring to FIG. 2, the rectangular secondary battery 100 is a inside of a rectangular battery case 200 serving as a negative electrode terminal, and has a jelly-roll structure having a structure in which a sheet-shaped positive electrode and a negative electrode are wound with a separator interposed therebetween. The electrode assembly (see Fig. 9) is inserted.
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 battery case 200 has an open upper end and a rectangular case body 210 made of a metal material, and a case cap 220 in which an anode terminal 400 is installed at an open upper end of the case body 210. It consists of a structure. The negative electrode terminal may be the case body 210 or the case cap 220 itself electrically insulated from the positive electrode terminal 400.
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 secondary battery 100, first, the electrode assembly is inserted into the case body 210, the case cap 220 is seated in the opening of the case body 210, and then its adhesive surface. The site is sealed by laser welding. Then, the electrolyte is injected into the battery case 200, the electrolyte is injected through the injection port 230 formed on one side of the case cap 220. In detail, after the electrolyte is injected into the injection hole 230, a ball member made of aluminum or the like is inserted into the injection hole 230, and a separate metal sheet is seated on the ball member 600 to completely block the injection hole 230. Seal through laser welding in the state. The sealing method of the injection hole 230 is not limited to the above, various other methods may be possible.
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 front side 211 or the rear side (not shown) of the case body of the rectangular secondary battery 100.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노치홈의 형상을 보여주는 정면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 각형 이차전지에 대해 응력 분포를 나타낸 사진이 개시되어 있다. 참고로, 도 3에서는 이해의 편의를 위하여 케이스 본체 대비 안전판의 크기를 상대적으로 크게 표현하였다.3 is a front view showing the shape of a notch groove according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a photograph showing a stress distribution of the rectangular secondary battery of FIG. 3. For reference, in FIG. 3, 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 레이저 가공에 의해 형성된 선상의 노치홈(60)으로 이루어져 있다.Referring to these drawings, the rectangular secondary battery has a safety plate formed on the case body 40 that is broken when a high voltage is generated in the battery, and the safety plate is formed of a linear notch groove 60 formed by laser processing.
케이스 본체(40)의 노치홈(60)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. The notch groove 60 of the case body 40 is a cuttable member for discharging the high pressure gas, and is formed in a part of the case which exhibits a stress distribution of about 25 to 35% based on the maximum stress S MAX of the case. The center of curvature of the arc is formed in the shape of an upward arc located at the top.
도 4에서 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 Figure 4, the stress distribution is a tensile stress appearing in each region when a constant pressure is applied as a contour line, the high brightness (light region) is a relatively high stress as 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.
노치홈(60)의 원호 형상은 케이스 본체(40)의 폭(Q)을 기준으로 약 1/3 크기의 중앙 위치 및 케이스 본체(40)의 길이(L)를 기준으로 약 1/10 크기의 상단 위치 내에 형성되어 있다. 또한, 원호 형상의 곡률은 케이스 본체(40)의 길이(L)를 기준으로 약 1/2의 반경(R)으로 형성된 곡률로 이루어져 있다. 이러한 원호 형상에 의해, 노치홈(60)는 가스 배출을 균일하게 하면서도 일정한 기계적 강도를 유지할 수 있다.The arc shape of the notch groove 60 is about one-tenth the size of the center position of about one-third the size of the case body 40 and the length L of the case body 40. It is formed in the upper position. In addition, the arc-shaped curvature is composed of a curvature formed with a radius R of about 1/2 of the length L of the case body 40. By this arc shape, the notch groove 60 can maintain a constant mechanical strength while making the gas discharge uniform.
한편, 노치홈(60)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 위치하고 있다. 또한, 젤리-롤은 음극(32), 분리막(36), 양극(34)이 권취된 구조로 이루어져 있다.On the other hand, the notch groove 60 is a region A of [(length of case body L-anode width W of jelly-roll with respect to the longitudinal direction of case) X 2] from the top of the case body 40. Located within. In addition, the jelly roll has a structure in which the cathode 32, the separator 36, and the anode 34 are wound.
또한, 원호는, 도 3 및 4에서와 같이, 원호의 곡률 중심이 상부에 위치하는 상향 원호 형상일 수도 있지만, 그와 반대로, 도 5에서와 같이, 원호의 곡률 중심이 하부에 위치하는 하향 원호 형상일 수도 있다. In addition, the circular arc may have an upward arc shape in which the center of curvature of the arc is located at the upper side as in FIGS. 3 and 4, but on the contrary, as in FIG. 5, the circular arc in which the center of curvature of the arc is located at the bottom as in FIG. 5. It may be a shape.
도 5를 도 3과 함께 참조하면, 노치홈의 원호 형상은 원호의 곡률 중심이 하부에 위치하는 하향 원호 형상으로 형성되어 있는 점을 제외하고는, 도 3의 노치홈의 위치 및 곡률과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 5 together with FIG. 3, the arc shape of the notch groove is the same as the position and curvature of the notch groove of FIG. 3 except that the center of curvature of the arc is formed in a downward arc shape having a lower portion. Detailed description will be omitted.
도 6에는 도 3의 노치홈의 형상을 보여주는 부분 정면도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 3의 노치홈의 수직 단면을 나타내는 사진이 개시되어 있다.FIG. 6 is a partial front view showing the shape of the notch groove of FIG. 3, and FIG. 7 is a photograph showing a vertical cross section of the notch groove of FIG. 3.
이들 도면을 참조하면, 잔여 두께(80)는 노치홈의 전체길이(l)를 기준으로 양단부(1, 5)로부터 중앙부(3) 쪽으로 순차적으로 얇아지는 구조로 형성되어 있다. 즉, 노치홈(60) 중 중앙부(3)의 최저 잔여 두께는 케이스 본체의 두께(T)를 기준으로 약 30%의 전여 두께(t)를 형성하고, 양단부로 갈수록 점점 잔여 두께는 두꺼워져서 최대 80%의 두께를 형상한다.Referring to these figures, the remaining thickness 80 is formed in a structure that is sequentially thinned from both ends 1 and 5 toward the central portion 3 based on the total length l of the notched groove. That is, the minimum remaining thickness of the center portion 3 of the notch groove 60 forms a transfer thickness t of about 30% based on the thickness T of the case body, and the remaining thickness becomes thicker toward both ends. Shape 80% of the thickness.
한편, 노치홈(60)의 수직 단면은 하향 쐐기형으로 형성되어 있으며, 잔여 두께의 평균값은 케이스 본체(40)의 두께(T)를 기준으로 약 40%의 깊이로 형성되어 있다.On the other hand, the vertical cross section of the notched groove 60 is formed in a downward wedge shape, and the average value of the remaining thickness is formed to a depth of about 40% based on the thickness T of the case body 40.
따라서, 내압이 점차 상승하여 정상적인 전지 내압의 2배 이상의 압력이 발생하게 되면, 노치홈에 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 notch groove and is easily ruptured, thereby quickly discharging gas to the outside of the battery, and consequently, improving the stability of the battery. .
도 9에는 도 2의 전지케이스에 탑재되는 젤리-롤형 전극조립체를 권취하는 과정을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.FIG. 9 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 9를 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. 9, the jelly-roll 10a may include the negative electrode tab 31 and the positive electrode tab 33 on the uncoated portion 36 to which the electrode active material is not coated at the left ends of the negative electrode 32 and the positive electrode 34. After attaching vertically, the cathode 32 and the anode 34 are manufactured by winding from the left end to the right end direction.
도 10 내지 도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도들이 모식적으로 도시되어 있다.10 to 11 are partial front views of a case body including a notch groove according to still another embodiment of the present invention.
먼저 도 10을 참조하면, 노치홈은 케이스 본체(40)의 양면에서 수직 중심축(3) 부위에 형성되어 있는 원호 형상의 제 1 노치홈(61)과, 제 1 노치홈(61)의 양 단부 부위에서 분지된 2개의 직선 형상의 제 2 노치홈들(62)로 이루어져 있다.First, referring to FIG. 10, the notch groove has an arc-shaped first notch groove 61 and an amount of the first notch groove 61 formed at portions of the vertical central axis 3 on both sides of the case body 40. It consists of two straight second notched grooves 62 branched at the end portion.
또한, 제 2 노치홈들(62)은 제 1 노치홈(61)의 중심축(3)으로부터 단부까지의 거리(La)에 대해 0.4La의 범위에서 단부 방향으로 편향된 위치에서 분지되어 있고, 제 1 노치홈(61)과 연속되어 있다.Further, the second notched groove (62) is branched from the distance (L a) to the end portion direction in the range of 0.4L for a deflected position to the end portion from the central axis (3) of the first notched groove 61, and And the first notch groove 61.
다음으로 도 11을 참조하면, 안전판은 케이스 본체(40)의 양면 중 전면 또는 후면에서 수직 중심축(B)을 포함하는 위치에 형성되어 있는 선상의 노치홈(63)으로서, 전체적으로 폐쇄형 선상 구조를 가지고 있다.Next, referring to FIG. 11, the safety plate is a linear notch groove 63 formed at a position including a vertical center axis B at the front or rear side of both sides of the case body 40, and the closed linear structure as a whole. Have
구체적으로, 노치홈(63)은 폐쇄형 선상 구조인 타원 폐곡선이고, 타원은 케이스 본체(40)의 폭 방향(Q)으로 장축(D)이 위치하고 있으며, 장축(D)의 길이가 케이스 본체(40)의 폭(Q)의 약 35% 크기이고, 단축(S)의 길이가 케이스 본체(40)의 폭(Q)의 약 10% 크기로 이루어져 있다.Specifically, the notch groove 63 is an elliptic closed curve having a closed linear structure, and the ellipse has a long axis D located in the width direction Q of the case body 40, and the length of the long axis D is the case body ( 40 is about 35% of the width Q, and the length of the short axis S is about 10% of the width Q of the case body 40.
도 12에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 13에는 도 12의 노치홈의 길이에 따른 다양한 잔여 두께들을 나타내는 그래프가 도시되어 있다.FIG. 12 is a partial front view of a case body including a notch groove according to another embodiment of the present invention. FIG. 13 is a graph showing various residual thicknesses according to the length of the notch groove of FIG. 12. It is.
이들 도면을 참조하면, 안전판은 케이스 본체(40)의 양면 중 전면 또는 후면에서 수직 중심축(h-h')을 포함하는 위치에 형성되어 있는 선상의 노치홈(64)으로서, 노치홈(64)은 케이스 본체(40)의 수직 중심축(h-h') 부위에서 잔여 두께(b)가 비연속적으로 감소하는 구간(d)을 포함하고 있다.Referring to these drawings, the safety plate is a linear notch groove 64 formed at a position including a vertical center axis (h-h ') at the front or rear of both surfaces of the case body 40, and the notch groove 64 ) Includes a section d in which the residual thickness b discontinuously decreases at the vertical central axis h-h 'of the case body 40.
또한, 노치홈(64)의 비연속적 감소 구간(d)은 노치홈(64)의 길이(l)를 기준으로 약 20%의 크기 범위에서, 케이스 본체의 수직 중심축(h-h')으로부터 이격된 좌측 부위(61) 및 우측 부위(62)에서 형성되어 있다.In addition, the non-continuous reduction period d of the notch groove 64 is from the vertical center axis h-h 'of the case body in the size range of about 20% based on the length l of the notch groove 64. It is formed at the left side region 61 and the right side region 62 spaced apart.
또한, 케이스 본체 수직 중심축(h-h') 상의 잔여 두께(b)는, 비연속적 감소 구간(d)을 기준으로, 노치홈 양단의 잔여 두께(a)의 약 30% 크기이고, 노치홈(64)은 길이방향의 수직 단면상으로 대략 'U'자 형상을 가지고 있다. Further, the residual thickness b on the case body vertical center axis h-h 'is about 30% of the residual thickness a at both ends of the notched groove, based on the non-continuous reduction interval d. Reference numeral 64 has a substantially 'U' shape in the vertical direction in the longitudinal direction.
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 (21)

  1. 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 레이저 가공에 의해 형성된 선상(線狀)의 노치홈으로 이루어져 있고,상기 케이스 노치홈이 고압 상태에서 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 40% 이하의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있으며,
    상기 노치홈은 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축 부위에 위치하면서, 케이스 본체의 상단 개구와, 케이스 본체의 내부에 장착되는 전극조립체의 상단 사이의 공간에 대응하는 케이스 본체 부위 상에 형성되어 있고,
    상기 노치홈은 원호의 곡률 중심이 하부에 위치하는 하향 원호 형상이며, 본체의 상하 길이의 1/3 내지 1.5배 크기의 곡률 반경을 가지고,
    상기 케이스 본체의 두께에서 노치홈의 깊이를 차감한 후의 잔여 두께가, 양단부로부터 노치홈의 중앙부 쪽으로 점점 얇아지는 구조로 이루어져 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,
    The safety plate is broken on the case body when the high pressure inside the battery is generated, the safety plate consists of a linear notch groove formed by laser processing, the case notch groove is the maximum stress of the case under high pressure ( S MAX ) is formed on the case body showing a stress distribution of 40% or less,
    The notch grooves are formed on the case body portion corresponding to the space between the top opening of the case body and the top of the electrode assembly mounted inside the case body, while being located at the vertical central axis portions on both sides of the case body.
    The notch groove has a downward arc shape in which the center of curvature of the arc is located below, and has a radius of curvature of 1/3 to 1.5 times the upper and lower lengths of the main body.
    The thickness of the case main body secondary battery, characterized in that the remaining thickness after subtracting the depth of the notch groove is made thinner from both ends toward the center of the notch groove.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저는 펄스 레이저 또는 연속파(Continuous Wave) 레이저인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery of claim 1, wherein the laser is a pulse laser or a continuous wave laser.
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  5. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스 본체의 두께는 0.2 내지 0.4 mm의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.According to claim 1, wherein the thickness of the case body is a rectangular secondary battery, characterized in that in the range of 0.2 to 0.4 mm.
  6. 제 1 항에 있어서, 노치홈이 파단되는 상기 전지 내부의 고압은 정상적인 조건에서의 전지 내압의 2배 이상의 압력인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery according to claim 1, wherein the high pressure inside the battery where the notch groove is broken is at least twice the pressure of the battery under normal conditions.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈은 최대 응력(SMAX)의 10 내지 40%의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular rechargeable battery as claimed in claim 1, wherein the notch groove is formed on a case body exhibiting a stress distribution of 10 to 40% of the maximum stress S MAX .
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  13. 제 1 항에 있어서, 상기 잔여 두께의 평균값은 케이스 본체의 두께를 기준으로 40 내지 70% 크기인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. The rectangular secondary battery of claim 1, wherein the average thickness of the remaining thickness is 40 to 70% based on the thickness of the case body.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈 중 중앙부의 최저 잔여 두께는 케이스 본체의 두께를 기준으로 20 내지 50% 크기인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. The rectangular secondary battery of claim 1, wherein a minimum remaining thickness of the center portion of the notch groove is 20 to 50% based on the thickness of the case body.
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  16. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈에서 중앙부의 잔여 두께는 양단부의 잔여 두께의 40 내지 70% 크기인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. The rectangular secondary battery of claim 1, wherein the remaining thickness of the center portion of the notch groove is 40 to 70% of the remaining thickness of both ends.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈의 수직 단면은 하향 쐐기 형상인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery of claim 1, wherein a vertical cross section of the notch groove has a downward wedge shape.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈의 수직 단면은 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery of claim 1, wherein a vertical cross section of the notch groove has a trapezoidal shape.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 젤리-롤인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. The prismatic secondary battery of claim 1, wherein the electrode assembly is a jelly roll.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The prismatic secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is a lithium secondary battery.
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