KR101350664B1 - 안전성이 향상된 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 이차전지는 캡 어셈블리에 포함된 벤트 이외에도 캔의 측면판, 하면판 또는/및 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 벤트를 형성시켜 가스의 신속하고, 효율적인 분산을 통하여 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
벤트, 원통형 캔, 이차 전지, 안전성

Description

안전성이 향상된 이차 전지{SECONDARY BATTERY HAVING AN IMPROVED SAFETY}
본 발명은 측면판, 하면판 또는/및 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 벤트를 형성시켜 안전성을 향상시킨 원통형 이차전지에 대한 것이다.
모바일 기기가 다양화되고, 그에 대한 수요가 증가하면서 그 전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 3.6V정도로, 니켈-카드뮴전지나 니켈-수소 전지보다 3배 정도 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 이러한 모바일 기기의 전원으로서 각광을 받고 있다.
모바일 기기에 대한 기술개발이 진행되고, 그에 대한 수요가 증가함에 따라 고에너지 밀도와 높은 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해서도 많은 연구가 이루어지고 있다. 또한, 이차전지는 모바일 기기와 같이 사용자가 휴대하고 다니는 장치에 사용되므로, 이차전지에 대한 안정성 확보 및 성능저하 방지는 매우 중요하다.
일반적으로 원통형 리튬 이차전지에는, 전극조립체와, 상기 전극조립체와 전해액을 수용하는 원통형 캔과, 상기 원통형 캔의 상부에 조립되어 상기 원통형 캔을 밀봉하며 상기 전극조립체에서 발생 되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡조립체를 포함하여 형성된다.
리튬 이차 전지는 양극 활물질로 리튬 함유 전이 금속 산화물을 사용하며, 예를 들면 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiMnO2 및 LiNi1 -XCoXO2(여기에서, 0<X<1)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된다. 또한, 음극 활물질로는 탄소, 리튬 금속 또는 합금을 사용하며 기타 리튬을 흡장 방출할 수 있고, 리튬에 대한 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와같은 금속 산화물도 가능하다. 또한, 비수 전해액으로 환형 카보네이트와 선형 카보네이트를 사용한다. 비수전해액에는 리튬염을 포함하며, 구체적 예를 들면 LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4 , LiAsF6, 및 LiN(CF3SO2)2로 이루어진 군으로부터 선택된다.
리튬 이차 전지는 특히 충전된 상태에서 양극 또는 음극과 비수 전해액이 고온에서 서로 반응하여 큰 반응열을 발생시키며 이와 같은 열에 의한 연쇄적인 발열반응이 전지의 안전성 문제를 일으키는 원인이 된다.
특히 원통형 리튬 이온 이차전지가 과충전 상태로 되면, 전극 조립체의 대략 상부 영역부터 전해액이 증발하여 저항이 증가하기 시작한다. 이때 전극조립체의 양극에 형성된 리튬함유 금속 산화물 등으로 이루어진 양극활물질은 과충전시 리튬이 석출되기 시작하며, 이에 따라 열역학적으로 불안정한 구조로 변경된다. 이렇게 과충전된 상태에서 외부의 물리적 충격이나, 고온에서의 노출로 인하여 전지가 임계온도에 이르면 불안정한 구조의 양극 활물질로부터 산소가 방출된다. 방출된 산소와 전해액 용매 등은 분해되면서 발열하고, 이러한 분해반응은 양극에서 방출된 산소에 의해 더욱 가속화된다. 결국에는 이러한 연쇄적인 발열 분해반응에 의하여 전지의 발화, 폭발현상이 일어난다.
과충전시의 안전성을 향상시키기 위해서는 비수 전해액에 첨가제를 첨가하여 그 문제를 해결하고 있으나, 극심한 고온에의 노출 등의 상황에서 안전성을 확보 위해서는 비수 전해액에 첨가제를 첨가하는 것으로는 해결할 수 없다. 또한, 전해액에 첨가된 사이클로 헥실 벤젠(CHB) 및 바이페닐(BP)와 같은 물질들은 이차전지의 과충전시 분해되어 가스를 발생시키는데 이에 의해 전지의 내부 압력이 급격히 증가하는 문제가 있다.
따라서, 원통형 리튬 이차전지는 과충전시 폭발 및 발화현상을 방지하기 위하여 캡플레이트에 과충전에 의한 내부 압력 증가시 형태가 변형되는 벤트와, 상기 벤트의 형태 변경에 의해 전류가 차단되는 회로 기판을 설치하고 있다. 이러한 벤트 및 회로기판을 총칭하여 CID(Current Interrupt Device)라고도 하며, 이는 캡조립체의 구성 요소 중 하나가 된다.
전지의 이상동작으로 인하여 발생한 가스는 벤트를 통해 빠져나가면서 벤트가 변형되면 그 위에 설치되어 있던 회로기판이 파손됨으로써 전류를 차단하게 된다. 이에 따라 회로 기판에 형성된 배선 패턴이 끊어짐으로써 더 이상 전류가 흐르지 않게 된다. 이처럼 전류가 차단되면 과충전 상태가 정지됨으로써 전지의 폭발 및 발화 현상도 방지된다.
도 1에서는 종래의 벤트구조를 포함하는 이차전지를 도시하였는데, 도 1에서 도시된 바와 같이 상기 캡조립체에는 양극단자를 형성하는 상단캡(41)과, 회로기판(42), 벤트(43), 절연부재(44), 양극에 연결된 양극탭(34)가 접속되어 있는 캡플레이트(45)가 순차적으로 적층 된 구조로 되어있다.
그런데, 기존에는 이처럼 벤트가 캡플레이트에만 형성되어 전지 내부에서 발생한 가스가 아래에서 위쪽으로만 배출될 수 있기 때문에, 배출에 걸리는 시간이 오래 걸리고, 효과적인 가스 배출이 어려운 문제점이 있었다. 또한, 내부의 압력이 효과적으로 해소되지 않음에 따라 젤리-롤과 같은 전지 내부의 물질들이 가스와 함께 추진력을 받아 전지 밖으로 빠져나가면서 전지 주변에 물리적 충격을 가하는 문제가 있었다.
극심한 고온환경 등에 노출되어 전지 내부의 압력이 급속도로 증가하는 경우 종래의 벤트구조에 의해서는 이러한 물리적인 충격으로 인한 외상 위험가능성을 줄이기 어려우므로, 종래 보다 높은 전지의 안전성을 확보할 수 있는 구조가 절실히 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전지 내부의 가스방출을 효과적으로 유도하여 전지의 안정성이 향상된 원통형 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 이차 전지는 양극, 음극, 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체와, 상기 전극조립체의 외면을 감싸고, 원통형 측면판과 상기 원통형 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하고, 상기 측면판, 상기 하면판 및 상기 측면판과 하면판이 만나는 모서리부 중 어느 하나에 형성된 벤트를 포함하는 캔과, 상기 캔의 상부에 형성된 캡어셈블리를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 양극, 음극, 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체와, 상기 전극조립체의 외면을 감싸고, 원통형 측면판과 상기 원통형 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하고, 상기 측면판, 상기 하면판 및 상기 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 벤트가 형성된 캔과, 상기 캔의 상부에 형성된 캡어셈블리를 포함한다.
또한, 상기 벤트는 직선, 직각으로 꺽여진 선, 한 면이 개방된 다각형 형태 및 원 형태 중에서 선택될 수 있다.
또한, 상기 벤트는 점선형태로 이루어진 것일 수 있다.
또한, 상기 벤트는 상기 캔의 내벽에 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 벤트는 상기 캔의 내벽과 외벽 모두에 형성되는 것일 수 있다.
또한, 상기 벤트는 상기 캔의 외벽에 형성된 벤트와 상기 내벽에 형성된 벤트가 서로 엇갈려서 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 벤트는 상기 캔의 외벽에 형성된 벤트와 상기 내벽에 형성된 벤트가 서로 마주보고 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 캡어셈블리에 벤트가 더 형성되고, 상기 캡어셈블리의 벤트의 작동압력은 15~25 kgf/cm2 이고, 상기 캔의 측면판, 하면판 또는/및 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 형성된 벤트의 작동압력은 25~30 kgf/cm2 일 수 있다.
본 발명에 의하면 전지의 이상동작시 가스를 신속하게 방출하고, 가스의 분출방향이 분산되므로, 전지 내부 물질이 추진력을 받아 외부로 방출됨에 따른 물리적 손상의 위험을 방지할 수 있다.
본 발명에 의한 이차전지(100)는 도 1에서 도시된 바와 같이 원통형 캔(20)과, 캔 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극조립체(30) 및 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(40)로 구성되어 있다.
상기 원통형 캔(20)은 상기 원통형 전극조립체(30)가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통형 측면판과 상기 원통형 측면판의 하부 를 밀폐하는 하면판을 포함하여 형성된다. 상기 원통형 측면판의 상부는 상기 전극조립체(30)를 삽입하기 위하여 개구되어 있다. 또한, 상기 원통형 캔(20)은 일반적으로 니켈(Ni), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다.
상기 원통형 캔(20)의 내부에는 전극조립체(30)가 수용되는데, 전극조립체(30)는 양극(32)과 음극(31)사이에 분리막(33)을 개재한 상태로 젤리-롤 형태로 감은 구조로 되어 있으며, 양극(32)에는 양극탭(34)이 부착되어 캡어셈블리(40)에 접속되어 있고, 음극(31)에는 음극탭(35)이 부착되어 캔(20)의 하단에 접속되어 있다. 상기 원통형 캔(20)의 하면판 중앙에 상기 전극조립체(30)의 음극 탭(35)이 접합됨으로써, 상기 원통형 캔(20) 자체는 음극 역할을 수행하게 된다.
상기 양극(31)은 양극집전체와, 상기 양극집전체의 양면에 코팅된 양극활물질층을 포함한다. 상기 양극집전체는 양극활물질로부터 전자를 모아서 외부회로로 이동시킬 수 있도록 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil), 니켈호일, 스테인레스 호일 등으로 이루어진다.
또한, 상기 양극활물질층은 전극 반응물질인 리튬을 흡입 및 방출 가능한 플러스극 재료를 1종 이상 포함하고, 필요에 따라 탄소재료 등의 도전재 및 폴리 불화 비닐리덴 등의 결착제를 포함할 수 있다. 리튬을 흡입 및 방출 가능한 재료로는 황화티탄(TiS2), 황화 몰리브덴(MoS2), 셀렌화 니오브(NbSe2), 산화바나듐(V2O5), 리튬코발드 복합산화물(LixCoO2), 리튬 니켈 복합 산화물(LixNiO2), 리튬 니켈 코발트 복합산화물(LixNi1 - zCozO2 , Z<1)등의 금속 황화물, 금속 셀렌화물, 금속 산화물 등이 있다.
상기 양극(32)의 양 말단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극집전체 영역, 즉, 양극무지부가 형성된다. 상기 양극무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극조립체(30)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극탭(34)이 접합되어 있다.
또한, 상기 음극(31)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극집전체와, 그 양면에 코팅된 음극활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극활물질층은 음극활물질을 포함하고, 필요에 따라 도전재 및 결착재 등을 더 포함할 수 있다.
상기 음극활물질은 리튬과 합금을 형성 가능한 금속 원소 또는 반금속 원소인데, 구체적으로 마그네슘(Mg), 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 비스머스(Bi), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 파라듐(Pd), 백금(Pt) 및 천연 흑연, 인조흑연, 난흑연화 탄소, 역흑연화 탄소 등의 탄소재료 등에서 선택하여 사용될 수 있다.
상기 음극(31)의 양 말단에는 음극활물질층이 형성되지 않은 음극집전체 영역, 즉 음극무지부가 형성된다. 상기 음극무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극조립체(30)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(35)이 접합되어있다.
더불어 상기 전극조립체의 상부에는 캡 어셈블리(40)가 형성된다. 상기 캡 어셈블리는 양극 단자를 형성하는 상단캡(41)과, 회로기판(42), 벤트(43), 절연부재(44), 양극에 연결된 양극탭(34)이 접속되어 있는 캡플레이트(45)가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 되어있다. 상기 벤트는 전지 내부의 압력이 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하기 위해 형성되며, 벤트와 캡플레이트 사이에는 벤트와 캡플레이트를 전기적으로 분리시키기 위하여 절연부재(44)가 형성된다.
본 발명에 의한 이차전지는 이차전지 캔의 측면판 및 하면판 중 적어도 일 면에 벤트를 형성할 수 있는데, 그 형태는 직선, 직각으로 꺽여진 선, 한 면이 개방된 다각형 형태, 원 형태 중에서 선택될 수 있다. 도 2a 내지 도2f에서는 본 발명에 의한 벤트의 비제한적인 형태(210a, 210b, 210c, 210d, 210e, 210f)를 도시하였다.
본 발명에 의한 벤트는 도 2a 내지 도 2e처럼 캔의 측면판 또는 하면판에 형성할 수도 있으나, 캔의 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 형성(210f)할 수도 있다. 또한 벤트는 측면판, 하면판 또는 모서리부 중 어느 한 곳에만 형성될 수도 있으나, 압력의 분산이 더욱 요구되는 경우에는 선택적으로 여러 개의 벤트를 형성할 수도 있다.
캡어셈블리에 형성된 벤트(43)에 의해 가스가 방출되기 위해서는 가스가 상부측으로 유도되어야 하는데, 통상적으로 양극의 중앙부분에서부터 발열반응이 시작되고, 다른 부분에서도 국부적으로도 발열이 일어나기 때문에 연쇄적인 발열반응과정에서 한꺼번에 발생한 가스가 한 방향으로만 방출되는 것은 한계가 있다.
본 발명에 의하면 전지 내부의 압력이 급격히 상승하더라도 내부 압력이 캡 어셈블리에 형성된 벤트(43) 방향인 상측으로 배출될 뿐 아니라, 측면판, 하면판 또는 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 형성된 벤트로도 가스가 분산되어 내부 압력이 효과적으로 해소될 수 있다.
즉, 이차 전지의 캔의 측면판 또는 하면판에도 벤트를 형성시키면 내부 압력이 상부, 측면, 하면으로 분산되므로 신속하고, 효율적으로 해소되어, 급격한 가스 방출과 동반하는 전지 내부 물질의 분출과, 분출되는 전지 내부 물질의 추진력에 의한 2차적인 물리적 손상을 방지할 수 있다. 또한, 가스의 분출방향이 분산되므로 전지 자체가 가스 분출에 의한 반발력에 의해 추진력을 얻는 것에 의한 전지 주위에 대한 물리적 충격도 방지할 수 있다.
전지가 과충전 등으로 인하여 내부 압력이 높아졌을 경우가 아닌, 정상상태에서는 벤트가 측면판이나, 하면판 또는 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 형성되더라도 외부의 충격에 의해서는 벤트가 파손되지 않아야 하는데, 도 3에서 도시한 바와 같이, 벤트를 점선으로 구성하는 경우 라인으로 벤트를 형성한 경우보다 외부충격에 대해서 강한 장점이 있다.
캡어셈블리에 형성된 벤트의 압력보다, 캔의 측면 또는/및 하면에 형성된 벤트의 작동압력은 높은 것이 바람직한데, 이에 따라 내압이 아주 크지 않아서 캡 어셈블리의 벤트를 통해 가스의 분출이 충분한 경우에는, 상방향으로만 벤트를 유도하고, 전지의 내압이 매우 커지면 캔의 측면 및 하면의 벤트를 통하여 신속한 가스 방출의 유도 및 전지의 안정성을 확보할 수 있게 된다. 캡어셈블리의 벤트의 작동 압력은 15~25 kgf/cm2 이고, 상기 캔의 측면판, 하면판 또는 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 형성된 벤트의 작동압력은 25~30 kgf/cm2 인 것이 바람직하다.
도 3 및 도 4에서 도시한 점선 형태의 벤트는 라인형태의 벤트와 동일하게 작동압력을 가지도록 구성하므로, 이에 따라 내부 압력에 대한 민감도는 차이가 없으며, 다만 외부의 충격에 대해 점선 형태의 벤트가 라인 형태보다 더 강하므로 전지의 정상상태에서의 파손위험을 막을 수 있다.
또한, 전지 외부에서의 충격에 의한 벤트의 파손을 막기 위하여 내벽에만 벤트를 형성할 수도 있는데 이를 도 5에서 도시하였다. 이와 같이 내벽에만 벤트를 형성하면 벤트가 형성된 부위에 대해 외벽에 노치를 형성한 벤트구조에 비해 외부의 충격에 대해 강하고 내압에 의한 벤트의 작동이 민감할 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7에서는 캔의 외벽 및 내벽 모두에 벤트가 형성된 것으로, 점선형태의 벤트를 도시하였는데, 도 6에서와 같이 내벽에 형성된 벤트와 외벽에 형성된 벤트가 서로 엇갈려 형성되거나(230), 도 7에서 도시한 바와 같이 서로 마주보고 형성(240)할 수 있다. 벤트가 외벽 및 내벽에서 서로 엇갈려 형성되는 경우 외부의 충격에 의해 벤트부분에 충격이 집중되더라도 캔이 덜 파열될 수 있기 때문에 유리하고, 벤트가 서로 마주보고 형성되는 경우에는 벤트가 내부 가스 발생에 대하여 더 민감하게 반응할 수 있다. 또한, 캔의 외벽 및 내벽 모두에 형성된 벤트는 도 6 및 도 7과 같은 점선 형태의 것뿐 아니라 라인 형태로도 구성할 수 있다.
이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명을 설명하도록 하되, 본 발명이 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
측면판에 벤트를 형성시킨 캔을 이용하여 원통형 전지를 조립한다. 조립한 전지를 4.2V로 만충전을 완료하여 고온의 화염에 직접적으로 노출시킨다. 노출 과정에서 주변은 알루미늄(Al)망으로 보호하고, 전지의 폭발이 발생될 때까지 유지시킨다. 폭발 시 전지의 유동 및 전지 내부 물질의 방출 과정을 관찰하고, 손상된 Al망의 손상정도를 관찰하였다.
실시예 2
하면판에 벤트를 형성시킨 캔을 이용하여 원통형 전지를 조립하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.
실시예 3
측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 벤트를 형성시킨 캔을 이용하여 원통형 전지를 조립하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.
비교예
측면판, 하면판, 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 벤트를 형성시키지 않고, 실시예 1과 동일하게 진행한다.
상기 실시예 1 내지 실시예 3의 경우, 전지의 폭발까지의 시간은 비교예에 비하여 길었으며, 전지의 폭발이 있었으나, 전지 내부의 젤리-롤 등이 전지 밖으로 방출되지는 않았다. 그러나 비교예의 경우 전지 내부의 젤리-롤이 방출되어 Al망이 손상되었다.
이에 따라, 본 발명에 의하면 이차 전지가 폭발되기까지의 시간이 길고, 내부 물질의 방출에 의한 물리적 손상이 없어 기존 이차 전지에 비해 고온 노출 등의 환경 하에서도 안전성이 확보됨을 알 수 있었다.
도 1은 종래의 이차전지를 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 의한 벤트의 구조를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 점선 형태의 벤트 구조를 도시한 것이다.
도 5는 캔의 내벽에 형성된 벤트를 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 캔의 내벽 및 외벽에 형성된 벤트를 도시한 것이다.
[도면 부호에 대한 간단한 설명]
100 : 이차 전지
210a, 210b, 210c, 210d, 210e, 210f, 220, 230, 240 : 벤트
40 : 캡 어셈블리
30 : 전극조립체
20 : 캔

Claims (9)

  1. 양극, 음극, 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;와
    상기 전극조립체의 외면을 감싸고, 원통형 측면판과 상기 원통형 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하고, 상기 측면판, 상기 하면판 및 상기 측면판과 하면판이 만나는 모서리부 중 어느 하나에 형성된 벤트를 포함하는 캔;과,
    상기 캔의 상부에 형성된 캡어셈블리를 포함하고,
    상기 벤트는 점선형태로 이루어지고,
    상기 벤트는 상기 캔의 내벽에만 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 양극, 음극, 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;와
    상기 전극조립체의 외면을 감싸고, 원통형 측면판과 상기 원통형 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하고, 상기 측면판, 상기 하면판 및 상기 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 벤트가 형성된 캔;과
    상기 캔의 상부에 형성된 캡어셈블리;를 포함하고,
    상기 벤트는 점선형태로 이루어지고,
    상기 벤트는 상기 캔의 내벽에만 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 벤트는 직선, 직각으로 꺽여진 선, 한 면이 개방된 다각형 형태 및 원형태 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 캡어셈블리에 벤트가 더 형성되고, 상기 캡어셈블리의 벤트의 작동압력은 15~25 kgf/cm2 이고, 상기 캔의 측면판, 하면판 또는 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 형성된 벤트의 작동압력은 25~30 kgf/cm2 인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9252400B2 (en) * 2011-09-07 2016-02-02 Tesla Motors, Inc. Battery cap assembly with high efficiency vent
KR101907215B1 (ko) 2012-08-08 2018-10-11 삼성에스디아이 주식회사 원통형 리튬 이온 이차 전지
KR101487392B1 (ko) * 2012-09-06 2015-01-27 주식회사 엘지화학 하단 노치부가 형성되어 있는 각형 이차전지 및 이를 포함하는 전지팩
KR101975389B1 (ko) 2013-01-04 2019-05-07 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR102155706B1 (ko) 2016-05-02 2020-09-14 주식회사 엘지화학 이차전지용 캡 조립체
KR102629177B1 (ko) * 2016-07-12 2024-01-26 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR102161027B1 (ko) 2016-08-09 2020-09-29 주식회사 엘지화학 이차전지용 캡 조립체
KR20180092444A (ko) * 2017-02-09 2018-08-20 주식회사 엘지화학 원통형 리튬 이차전지
EP3506392B1 (en) 2017-04-13 2021-08-04 LG Chem, Ltd. Secondary battery
KR102618988B1 (ko) * 2018-03-26 2023-12-28 에이치그린파워 주식회사 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR102421803B1 (ko) 2018-05-03 2022-07-15 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지용 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR102517383B1 (ko) 2018-05-31 2023-04-04 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지용 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR102475969B1 (ko) 2018-08-17 2022-12-09 주식회사 엘지에너지솔루션 상단 개방이 가능한 구조를 포함하는 원통형 이차전지

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06333548A (ja) * 1993-05-19 1994-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 防爆型電池
KR20050018269A (ko) * 2003-08-16 2005-02-23 삼성에스디아이 주식회사 캔측면 안전변세트를 갖는 이차전지
KR20060027674A (ko) * 2004-09-23 2006-03-28 주식회사 엘지화학 개선된 안전벤트를 포함하고 있는 각형 이차전지
KR100833737B1 (ko) 2006-10-25 2008-05-29 삼성에스디아이 주식회사 각형 리튬 이온 전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06333548A (ja) * 1993-05-19 1994-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 防爆型電池
KR20050018269A (ko) * 2003-08-16 2005-02-23 삼성에스디아이 주식회사 캔측면 안전변세트를 갖는 이차전지
KR20060027674A (ko) * 2004-09-23 2006-03-28 주식회사 엘지화학 개선된 안전벤트를 포함하고 있는 각형 이차전지
KR100833737B1 (ko) 2006-10-25 2008-05-29 삼성에스디아이 주식회사 각형 리튬 이온 전지

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