KR101453783B1

KR101453783B1 - 캡 조립체 및 이를 이용한 이차 전지

Info

Publication number: KR101453783B1
Application number: KR1020100100969A
Authority: KR
Inventors: 김성종; 구자훈
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2014-10-21
Also published as: KR20120039323A

Abstract

본 발명은 전류차단부재(Current Interruptive Device; CID)를 구비하지 않는 구조로 이차 전지의 용량이 증가될 수 있도록 하는 캡 조립체와 이를 포함하는 이차 전지를 개시한다. 본 발명에 따른 캡 조립체는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체가 수납된 전지 캔의 개방단에 결합되는 이차 전지용 캡 조립체로서, 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자; 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치되고, 상기 이차 전지의 내압 증가시 파열되며, 상기 전극 조립체의 양극판 또는 음극판에 부착된 전극 리드와 접촉하는 안전 벤트; 및 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓을 포함한다.

Description

캡 조립체 및 이를 이용한 이차 전지{Cap assembly and secondary battery using the same}

본 발명은 이차 전지 및 그에 사용되는 캡 조립체(cap assembly)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전류차단부재(Current Interruptive Device; CID)를 구비하지 않는 구조로 이차 전지의 용량이 증가될 수 있도록 하는 캡 조립체와 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.

한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다. 이러한 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스, 즉 전지 캔 및 전지 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.

도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차 전지는 원통형 전지 캔(20), 전지 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(30), 전지 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 조립체(10), 캡 조립체(10)를 장착하기 위해 전지 캔(20)의 선단에 마련된 비딩부(40) 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑 부위(50)를 구비한다.

전극 조립체(30)는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 권취된 구조이며, 양극에는 양극 리드(31)가 부착되어 캡 조립체(10)에 접속되어 있고, 음극에는 음극 리드(미도시)가 부착되어 전지 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.

캡 조립체(10)는 양극 단자를 형성하는 탑 캡(11), 전지 내부의 온도 상승시 전지 저항이 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)와 같은 안전 소자(12), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 및/또는 가스를 배기하는 안전 벤트(13), 특정 부분을 제외하고 안전 벤트(13)를 전류차단부재(15)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(14), 양극에 연결된 양극 리드(31)가 접속되어 있는 전류차단부재(15)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 이러한 캡 조립체(10)는 가스켓(16)에 장착된 상태로 전지 캔(20)의 비딩부(40)에 장착된다. 따라서, 정상적인 작동조건에서 전극 조립체(30)의 양극은 양극 리드(31), 전류차단부재(15), 안전 벤트(13) 및 안전 소자(12)를 경유하여 탑 캡(11)에 연결되어 통전을 이룬다. 그러나, 과충전 등과 같은 원인에 의해 전극 조립체(30) 쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하면, 안전 벤트(13)는 그 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 이때, 안전 벤트(13)가 전류차단부재(15)로부터 분리되어 전류가 차단되게 된다. 따라서, 충방전이 더 이상 진행되지 않게 되어 이차 전지의 안전성이 확보된다. 더욱이, 이차 전지의 내압이 일정값 이상으로 증가하면, 안전 벤트(13)가 파열되고 가압 가스는 그러한 파열 부위를 경유하여 탑 캡(11)의 가스 구멍을 통해 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다.

한편, 통상적으로 이차 전지의 용량은 수납된 전극 조립체(30)의 전체 면적에 의해 영향을 많이 받는다. 즉, 넓은 면적의 전극 조립체(30)를 수납할수록 이차 전지의 용량은 커지게 마련이다. 하지만, 캔형 이차 전지는 일반적으로 전지 캔(20)의 크기가 규격화되어 있어 보다 넓은 면적의 전극 조립체(30)를 수납하기 위해 전지 캔(20)의 크기나 부피 자체를 임의로 증가시킬 수는 없다. 그러므로, 동일한 크기 조건 하에서 전지 캔(20)에 가급적 넓은 면적의 전극 조립체(30)를 수납하는 것이 좋다. 그러나, 종래의 캡 조립체(10)에 의하면 상술한 캡 조립체(10)의 여러 구성 요소로 인해 전극 조립체(30)를 수납하는 공간이 줄어들 수밖에 없으며, 따라서 전극 조립체(30)의 수납 공간을 늘려 전지 용량을 증가시키는데에는 한계가 있다. 특히, 일반적인 이차 전지의 경우, 전지 캔(20)의 선단에 비딩부(40)가 구비되어 있기 때문에, 전극 조립체(30)의 수납 공간 확보에 더 큰 어려움이 있으며, 그로 인해 전지 용량을 늘리는 것이 더욱 어렵게 된다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전극 조립체의 수납 공간을 늘릴 수 있도록 구조가 개선된 캡 조립체 및 이를 이용한 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캡 조립체는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체가 수납된 전지 캔의 개방단에 결합되는 이차 전지용 캡 조립체로서, 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자; 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치되고, 상기 이차 전지의 내압 증가시 파열되며, 상기 전극 조립체의 양극판 또는 음극판에 부착된 전극 리드와 접촉하는 안전 벤트; 및 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓을 포함한다.

바람직하게는, 상기 안전 벤트는 평평하다.

또한 바람직하게는, 상기 전지 캔은 비딩부를 구비하지 않는다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 캔; 및 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡, 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자, 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치되고 상기 이차 전지의 내압 증가시 파열되며 상기 전극 조립체의 양극판 또는 음극판에 부착된 전극 리드와 접촉하는 안전 벤트 및 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓을 포함하는 캡 조립체를 구비한다.

바람직하게는, 상기 안전 벤트는 평평하다.

본 발명에 의하면, 캡 조립체에서 전류차단부재(CID) 및 이를 위해 필요한 구성요소, 이를테면 전류차단부재와 안전 벤트를 전기적으로 절연시키는 절연부재 가 제거됨으로써, 이들이 차지하는 공간만큼 전극 조립체의 수납 공간을 더욱 확보하여 전지 용량을 더욱 크게 할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 캡 조립체가 비딩부를 구비하지 않는 이차 전지에 적용되는 경우, 안전 벤트와 근접하는 하부까지 전극 조립체가 수납되도록 할 수 있으므로, 보다 큰 전극 조립체의 수납이 가능하여 이차 전지의 용량을 더욱 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 안전 벤트 하부에 전류차단부재가 존재하지 않으므로 안전 벤트를 하부 방향으로 돌출시키지 않고 평평하게 구성되도록 할 수 있으며, 이 경우 종래 안전 벤트의 굴곡 부분이 차지하는 공간만큼 이차 전지 내부 용량을 확보할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체 부분의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체 부분의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드가 안전 벤트의 삽입홀에 삽입 고정된 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체 부분의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체(100) 부분의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는, 전극 조립체(300), 전지 캔(200) 및 캡 조립체(100)를 포함한다.

상기 전극 조립체(300)는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 전지 캔(200)에 수납된다. 이때, 전극 조립체(300)는 젤리-롤 형태로 권취되어 배치되므로 젤리-롤이라고도 불린다. 전극 조립체(300)의 전극판들은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 전극판들이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재하는 것이 바람직한데, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 리드(310)가 부착될 수 있다. 일반적으로 전극 조립체(300)의 상단에 부착되는 양극 리드는 캡 조립체(100)에 전기적으로 연결되고, 전극 조립체(300)의 하단에 부착되는 음극 리드는 전지 캔(200)의 바닥에 연결된다.

한편, 전극 조립체(300)의 상단에는 상부 절연판(600)이 배치될 수 있다. 이러한 상부 절연판(600)은 전극 조립체(300)와 캡 조립체(100) 사이를 절연시키는 역할을 한다.

상기 전지 캔(200)은, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통 구조를 가진다. 이러한 전지 캔(200)의 내부 공간에는 상기 전극 조립체(300)와 함께 전해액이 수납된다.

본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체(100)는, 탑 캡(110), 안전 소자(120), 안전 벤트(130) 및 가스켓(160)을 포함한다.

상기 탑 캡(110)은, 캡 조립체(100)의 최상부에 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성한다. 따라서, 상기 탑 캡(110)은 외부와 전기적으로 접속되도록 한다. 또한, 이러한 탑 캡(110)에는 가스가 배출될 수 있는 가스 구멍(111)이 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(300)로부터 가스 발생시 이러한 가스 구멍(111)을 통해 전지 캔(200) 외부로 가스가 배출되도록 할 수 있다. 상기 탑 캡(110)은, 예를 들어 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.

상기 안전 소자(120)는, 탑 캡(110)과 안전 벤트(130) 사이에 개재되어, 탑 캡(110)과 안전 벤트(130)를 전기적으로 연결시킨다. 상기 안전 소자(120)는 전지의 과열에 의해 전지 내부의 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 이를테면 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)로 형성될 수 있다.

상기 안전 벤트(130)는, 안전 소자(120)의 하부에서 안전 소자(120)와 접촉되도록 배치되며, 이차 전지의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우 파열되도록 구성된다. 이때, 상기 안전 벤트(130)는, 도면에 도시된 바와 같이, 중심부가 하부 방향으로 돌출되도록 형성되고, 그러한 중심부 부근에 소정의 노치(131)가 형성될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 내부, 즉 전극 조립체(300) 쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하게 되면, 안전 벤트(130)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 노치들(131)을 중심으로 파열될 수 있다. 따라서, 이러한 안전 벤트(130)의 파열된 부분을 통해 전지 캔(200)의 내부에 차 있던 가스가 외부로 배출될 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)의 안전 벤트(130)는 상부가 안전 소자(120)와 직접 접촉되고, 하부가 전극 조립체(300)의 양극판 또는 음극판에 부착된 전극 리드(310)와 직접 접촉된다. 종래에는 일반적으로 안전 벤트(130)의 하부에 전류차단부재가 존재하여, 전극 리드(310)가 전류차단부재에 직접 접촉되는 구성으로 캡 조립체(100)가 형성되었으나, 본 발명에 의하면 캡 조립체(100)에 전류차단부재가 구비되지 않고 전극 리드(310)가 안전 벤트(130)로 직접 연결된다. 따라서, 종래 캡 조립체(100)의 전류차단부재가 차지하는 공간만큼 이차 전지 내부 공간을 확보함으로써 이차 전지의 용량을 늘릴 수 있다.

바람직하게는, 상기 안전 벤트(130)는 중심부가 하부 방향으로 돌출되지 않고 평평한 것이 좋다.

도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체(100) 부분의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 도 2와 달리, 안전 벤트(130)가 굴곡되지 않고 평평하게 형성되어 있다. 종래 이차 전지의 캡 조립체(100)에서는 안전 벤트(130)의 하부에 전류차단부재가 존재하여, 정상적인 상태에서는 안전 벤트(130)의 하부 돌출 부분이 전류차단부재와 접촉되다가, 가스 발생으로 내압이 증가하면 안전 벤트(130)의 형상이 역전되도록 구성되어, 전류차단부재와 안전 벤트(130) 사이의 전기적 접속이 차단되도록 한다. 하지만, 본 발명에 따르면 안전 벤트(130)의 하부에 전류차단부재가 존재하지 않으므로, 안전 벤트(130)는 하부로 돌출되지 않아도 된다. 이와 같이 안전 벤트(130)가 하부로 돌출되지 않고 평평하게 형성되면, 종래 안전 벤트(130)가 하부로 돌출되었던 공간만큼 이차 전지의 내부 공간 확보가 가능해 용량을 증대시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 안전 벤트(130)는 전극 리드(310)와 용접에 의해 결합될 수 있다. 이때, 안전 벤트(130)와 전극 리드(310)의 용접은 레이저 용접이나 저항 용접과 같이 다양한 용접 방식에 의해 수행될 수 있으며, 본 발명이 이러한 용접 방식에 의해 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 안전 벤트(130)에는 전극 리드(310)가 삽입되기 위한 삽입홀이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전극 리드(310)가 상기 안전 벤트(130)의 삽입홀에 삽입 고정되는 방식으로 안전 벤트(130)와 전극 리드(310)가 결합되도록 할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(310)가 안전 벤트(130)의 삽입홀(132)에 삽입 고정된 구성을 도시하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 안전 벤트(130)에는 전극 리드(310)가 삽입되기 위한 삽입홀(132)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 전극 리드(310)는 이러한 삽입홀(132)에 삽입됨으로써 고정될 수 있다. 이때, 전극 리드(310)가 안전 벤트(130)의 삽입홀(132)에 삽입된 후, 전극 리드(310)와 안전 벤트(130)의 적어도 일부 접촉 부위가 용접되어 더욱 강하게 고정될 수도 있음은 물론이다.

이와 같이, 안전 벤트(130)에 삽입홀(132)을 형성하여 전극 리드(310)가 삽입 고정되도록 하면, 안전 벤트(130)와 전극 리드(310)가 더욱 안정적으로 결합되도록 할 수 있다. 또한, 안전 벤트(130) 하부에 전극 리드(310)가 용접되지 않아도 되므로, 안전 벤트(130)와 전극 조립체(300) 사이의 간격을 더욱 좁힐 수 있어 이차 전지의 내부 공간 확보가 더욱 용이해진다.

또한, 상기 안전 벤트(130)는, 가스 발생으로 이차 전지의 내압이 증가하여 파열되는 경우, 전극 리드(310)와의 접촉이 단절되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 용접 강도 등을 조절하여, 상기 안전 벤트(130)의 파열시 안전 벤트(130)와 전극 리드(310)의 용접 부분이 분리되도록 할 수 있다. 다른 예로서, 정상적인 상태에서 전극 리드(310)의 길이가 안전 벤트(130)와 전극 조립체(300) 사이의 거리 정도가 되도록 전극 리드(310)가 팽팽하게 안전 벤트(130)와 연결되도록 구성함으로써, 안전 벤트(130)가 파열되는 경우 전극 리드(310) 자체가 파단되도록 할 수도 있다. 또 다른 예로서, 정상적인 상태에서는 전극 리드(310)가 안전 벤트(130)의 삽입홀(132)에 삽입되어 안전 벤트(130)와 접촉되도록 구성되다가, 안전 벤트(130)가 파열되는 경우 전극 리드(310)가 안전 벤트(130)의 삽입홀(132)로부터 빠져 이탈되도록 구성할 수도 있다. 이와 같이, 안전 벤트(130)의 파열시 안전 벤트(130)와 전극 리드(310)의 접촉이 단절되는 구성은 다양하게 구현될 수 있다.

상기와 같이, 안전 벤트(130)의 파열시 안전 벤트(130)와 전극 리드(310)의 접촉이 단절되도록 캡 조립체(100)를 구성하면, 이차 전지 내부의 가스 발생으로 내압이 증가하는 경우 충전 또는 방전 전류가 차단되도록 함으로써 이차 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.

상기 가스켓(160)은, 'C'자 형태로 굴곡되어 탑 캡(110), 안전 소자(120) 및 안전 벤트(130)의 테두리 부위를 감싼다. 상기 가스켓(160)은 전기 절연성과, 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 소재, 예를 들어 폴리올레핀(polyolefine) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조될 수 있다. 또한, 상기 가스켓(160)은 절연성이 약화되는 것을 방지하기 위해 열처리에 의하지 않고 기계적 가공에 의해 벤딩되는 것이 좋다.

바람직하게는, 상기 전지 캔(200)은 비딩부를 구비하지 않는 것이 좋다. 즉, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)는 비딩부가 형성되지 않은 이차 전지에 적용되는 것이 좋다.

도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체(100) 부분의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)는, 도 2 및 도 3과 달리 비딩부가 구비되어 있지 않는 전지 캔(200)의 개방단에 장착될 수 있다. 이와 같이 비딩부가 없는 이차 전지의 경우, 종래 비딩부가 차지하는 공간만큼 전극 조립체(300)를 더 수납할 수 있다. 즉, 비딩부가 구비된 이차 전지의 경우 비딩부의 존재로 인해 전극 조립체(300)가 캡 조립체(100)에 근접하는 것에는 한계가 있으나, 비딩부가 구비되지 않은 이차 전지의 경우 전극 조립체(300)가 캡 조립체(100)에 최대한 가까이 근접할 수 있다. 따라서, 전류차단부재가 없고 전극 리드(310)가 안전 벤트(130)에 직접 결합되는 본 발명에 따른 캡 조립체(100)는, 이와 같은 비딩부가 없는 이차 전지에 적용될 때 이차 전지의 용량 증가 효과가 더욱 크게 향상될 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 비딩부가 없는 이차 전지의 캡 조립체(100)는, 커버(170)를 더 포함할 수 있다. 상기 커버(170)는 탑 캡(110), 안전 소자(120) 및 안전 벤트(130)를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓(160)을 둘러싸며, 전지 캔(200)의 개방단에 용접될 수 있다. 상기 커버(170)는 가스켓(160)의 외측을 감싸도록 대략 'C'자 형상으로 굴곡될 수 있으며, 커버(170)의 일정 부분과 전지 캔(200)의 개방단은 레이저 용접 등에 의해 용접 결합될 수 있다. 이를 위해, 커버(170)는 니켈, 알루미늄, 니켈 합금 또는 알루미늄 합금 등으로 구성될 수 있다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)가 적용되는 이차 전지에 있어서, 양극판은 올리빈계 양극 활물질층을 구비하는 것이 좋다. 양극 활물질로서 올리빈계 화합물을 이용하면, 전해액과의 반응에 의한 가스 발생이 억제되고 이차 전지의 열적 안정성이 향상될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 캡 조립체(100)에 전류차단부재가 존재하지 않더라도, 이와 같이 가스 발생이 억제되는 올리빈계 양극 활물질을 이용하면 이차 전지의 안정성이 더욱 확보될 수 있다. 특히, 전지 캔(200)에 비딩부가 구비되어 있지 않은 이차 전지에 이러한 올리빈계 양극 활물질을 사용하면, 이차 전지의 용량이 더욱 커지게 되므로, 올리빈계 양극 활물질의 에너지 발생 효율 감소의 문제점을 보완할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 올리빈계 양극 활물질은 리튬철인산염(LiFePO₄)일 수 있다. 리튬철인산염은, 기존의 LiCoO₂ 등과 같은 리튬 복합 금속 화합물에 비해 에너지 밀도 면에서 손실이 크지 않고 가스 발생이 억제되며 안정성이 향상될 뿐만 아니라, 고가의 코발트가 사용되지 않으므로 비용을 낮추는 효과를 가질 수 있다. 하지만, 이 외에도 다양한 올리빈계 화합물이 본 발명에 따른 이차 전지의 양극 활물질로 이용될 수 있다. 예를 들어, 리튬망간인산염 또는 리튬니켈인산염 등의 화합물이 양극 활물질로 이용될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 캡 조립체
110: 탑 캡
111: 가스 구멍
120: 안전 소자
130: 안전 벤트
131: 노치
160: 가스켓
170: 커버
200: 전지 캔
300: 전극 조립체
310: 전극 리드
600: 상부 절연판

Claims

양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체가 수납된 전지 캔의 개방단에 결합되는 이차 전지용 캡 조립체에 있어서,
최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡;
상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자;
상기 안전 소자와 접촉되도록 배치되고, 상기 이차 전지의 내압 증가시 파열되며, 상기 전극 조립체의 양극판 또는 음극판에 부착된 전극 리드와 접촉하는 안전 벤트; 및
상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓
을 포함하고,
상기 안전 벤트는 파열시 상기 전극 리드와 분리되거나 상기 전극 리드를 파단시킴으로써 상기 전극 리드와의 접촉이 단절되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
제1항에 있어서,
상기 안전 벤트는 평평한 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
제1항에 있어서,
상기 안전 벤트는 상기 전극 리드와 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
제1항에 있어서,
상기 안전 벤트에 삽입홀이 형성되어, 상기 전극 리드가 상기 삽입홀에 삽입 고정된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
삭제
제1항에 있어서,
상기 전지 캔은 비딩부를 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
제1항에 있어서,
상기 양극판은 올리빈계 양극 활물질층을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
제7항에 있어서,
상기 올리빈계 양극 활물질은 리튬철인산염인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체;
상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 캔; 및
상기 전지 캔의 개방단에 결합되는 이차 전지용 캡 조립체로서, 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡, 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전 소자, 상기 안전 소자와 접촉되도록 배치되고 상기 이차 전지의 내압 증가시 파열되며 상기 전극 조립체의 양극판 또는 음극판에 부착된 전극 리드와 접촉하는 안전 벤트 및 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓을 포함하는 캡 조립체
를 구비하고,
상기 안전 벤트는 파열시 상기 전극 리드와 분리되거나 상기 전극 리드를 파단시킴으로써 상기 전극 리드와의 접촉이 단절되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제9항에 있어서,
상기 안전 벤트는 평평한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제9항에 있어서,
상기 안전 벤트는 상기 전극 리드와 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제9항에 있어서,
상기 안전 벤트에 삽입홀이 형성되어, 상기 전극 리드가 상기 삽입홀에 삽입 고정된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
삭제
제9항에 있어서,
상기 전지 캔은 비딩부를 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제9항에 있어서,
상기 양극판은 올리빈계 양극 활물질층을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제15항에 있어서,
상기 올리빈계 양극 활물질은 리튬철인산염인 것을 특징으로 하는 이차 전지.