KR101970650B1 - 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극조립체 및 전해액을 수용하는 캔, 및 상기 캔의 개구부에 실장되는 캡 조립체를 구비한 이차전지로서, 상기 캡 조립체는 상기 캔의 개구부에 구비되고, 가스 방출부가 형성된 탑캡을 포함하며, 상기 가스 방출부는 폐쇄된 상태에서 상기 캔 내부의 가스 압력이 상승하면, 가스 압력에 의해 개방되면서 상기 캔 내부의 가스를 외부로 방출할 수 있다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 특히 가스 방출이 용이한 캡 조립체를 구비한 이차전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

특허등록번호 제10-0958649호

종래기술에 따른 이차 전지 중 원통형 이차전지는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 상기 전극조립체와 함께 전해액이 수납되는 원통형 캔, 및 상기 캔의 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함한다.

여기서 종래기술에 따른 원통형 이차전지는 고온에 노출되거나, 과충전, 외부단락 및 전극조립체 손상 등이 발생할 경우 내부에 가스가 발생하면서 부피가 급격하게 팽창하며, 이에 이차전지가 폭발하거나 또는 발화하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 가스 방출이 용이한 캡 조립체를 구비하여 캔 내부에 발생한 가스를 캡 조립체를 통해 외부로 신속하게 방출시키는 이차전지를 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체 및 전해액을 수용하는 캔, 및 상기 캔의 개구부에 실장되는 캡 조립체를 구비하고, 상기 캡 조립체는 상기 캔의 개구부에 구비되고, 가스 방출부가 형성된 탑캡을 포함하며, 상기 가스 방출부는 폐쇄된 상태에서 상기 캔 내부의 가스 압력에 의해 개방되면서 상기 캔 내부의 가스를 외부로 방출할 수 있다.

상기 가스 방출부는 상기 탑캡의 표면에 절개홈으로 형성되고, 상기 절개홈은 상기 캔 내부의 가스 압력이 상승하면 절개되면서 개방될 수 있다.

상기 절개홈은 상기 탑캡의 내부 상면을 레이저로 노칭하여 형성될 수 있다.

상기 탑캡은 상기 캔의 개구부에 구비되는 평탄면, 상기 평탄면으로부터 외부로 돌출되는 돌출면, 및 상기 평탄면과 돌출면을 연결하는 수직면을 가지며, 상기 절개홈은 상기 평탄면과 상기 수직면이 연결되는 부분에 형성될 수 있다.

상기 절개홈은 복수 개 형성될 수 있다.

상기 상호 대응하는 절개홈 사이의 상기 수직면은 내측방향으로 함몰된 강도 보강용 압입홈을 형성할 수 있다.

상기 복수 개의 절개홈의 깊이는 서로 다를 수 있다.

상기 캡 조립체는 상기 탑캡의 하부에 안전밴트를 더 포함할 수 있다.

상기 안전밴트에는 상기 캔 내부의 압력 상승시 절개되는 노치가 형성될 수 있다.

본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.

첫째: 캡 조립체에 가스 방출부를 형성함으로써 이차전지 내부에 가스 발생시 상기 가스 방출부를 통해 신속하게 외부로 방출할 수 있으며, 이에 이차전지의 부피증대, 폭발 및 발화를 미연에 방지할 수 있다.

둘째: 가스 방출부는 캡 조립체의 표면에 절개홈으로 형성함으로써 별도의 부품 추가 없이도 이차전지 내부에 가스 외부로 방출할 수 있으며, 특히 비용절감의 효과도 얻을 수 있다.

셋째: 레이저 노칭을 통해 절개홈을 형성함으로써 작업 효율성을 높일 수 있다.

넷째: 캡 조립체의 탑캡은 평탄면, 수직면 돌출면으로 형성되는데, 상기 수직면과 평탄면 연결부위에 절개홈을 형성함으로써 외부의 충격에 의해 절개홈이 개방되는 문제를 해결할 수 있다.

다섯째: 상호 대응하는 절개홈 사이의 탑갭을 압착하여 압입홈을 형성함으로써 절개홈을 형성함에 따라 낮아진 탑캡의 강도를 증대할 수 있다.

여섯째: 절개홈은 복수개로 형성하고, 복수개의 절개홈은 서로 다른 깊이를 가짐으로써 가스 압력에 따라 개방되는 절개홈의 수가 증대되면서 가스가 한번에 분사되지 않게 서서히 분사되도록 유도할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지의 탑캡을 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 측면도.
도 4는 도 2의 평면도.
도 5는 도 2의 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 이차전지의 작용상태를 나타낸 도면으로, 도 6은 가스 방출 전 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 가스방출 후 상태를 나타낸 도면임.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명에 따른 이차전지(100)는 도 1 내지 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(110) 및 전해액(미도시)을 수용하는 캔(120), 및 캔(120)의 개구부에 실장되는 캡 조립체(130)를 구비한다,

여기서 캡 조립체(130)는 캔(120)의 개구부에 구비되는 탑캡(131), 탑캡(131) 하부에 구비되는 안전벤트(132), 탑캡(131)과 안전벤트(132) 사이에 구비되는 PTC소자(133), 및 탑캡(131) 안전벤트(132) 및 PTC 소자(133)의 주면을 감싸면서 캔(120)의 개구부를 실장하는 가스켓(134)을 포함한다.

탑캡(131)은 도 2를 참조하면, 캔(120)의 개구부에 구비되는 평탄면(131a), 평탄면(131a)으로부터 외부로 돌출되는 돌출면(131b), 및 평탄면(131a)과 돌출면(131b)을 연결하는 수직면(131c)을 가진다.

한편, 본 발명에 따른 이차전지(100)는 고온에 노출되거나, 과충전, 외부단락 및 전극조립체 손상 등이 발생할 경우 내부에 가스가 발생하면서 부피가 급격하게 팽창하며, 이에 이차전지가 폭발하거나 또는 발화하는 위험성이 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 이차전지(100)는 캔(120) 내부에 발생한 가스를 외부로 방출하기 위한 가스 방출부가 포함될 수 있으며, 이 가스 방출부를 통해 이차전지(100)의 안전성을 높일 수 있다.

일례로, 본 발명에 따른 이차전지(100)는 도 2 내지 도 4를 참조하면, 탑캡(131)에 가스 방출부(131d)를 포함한다. 즉, 가스 방출부(131d)는 폐쇄된 상태에서 캔(120) 내부의 가스 압력이 상승하면, 가스 압력에 의해 개방되면서 캔(120) 내부의 가스를 외부로 방출할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 가스 방출부(131d)는 탑캡(131)의 표면에 절개홈으로 형성된다(도 2 참조). 즉, 탑캡(131)의 표면에 절개홈인 가스 방출부(131d)를 형성하면 가스 방출부(131d)가 형성된 탑캡(131)의 표면 두께가 다른 표면 두께 보다 작아지게 되며, 이에 캔(120) 내부의 가스 압력이 상승하면 가스 압력에 의해 두께가 작은 절개홈인 가스 방출부(131d)가 절개되면서 개방되어 캔(120) 내부의 가스를 외부로 방출할 수 있다.

여기서 절개홈인 가스 방출부(131d)는 탑캡(131)의 내부 상면을 레이저로 노칭하여 형성될 수 있다. 즉, 탑캡(131) 내부 상면에 절개홈인 가스 방출부(131d)를 형성함에 따라 외부에서의 식별되지 않게 숨길 수가 있으며, 이에 시각적인 고급스러움을 높일 수 있다. 또한 레이저로 노칭함에 따라 가스 방출부(131d)를 보다 용이하게 형성시킬 수 있다.

한편, 절개홈인 가스 방출부(131d)는 평탄면(131a)과 수직면(131c)이 연결되는 부분에 형성될 수 있다. 즉 평탄면(131a)과 수직면(131c)이 연결되는 부분은 내측으로 접혀지는 부분으로, 이 접혀진 부분에 절개홈인 가스 방출부(131d)를 형성하면 외부의 충격으로부터 가스 방출부(131d)가 절개되는 것을 방지할 수 있다. 다시 말해 가스 방출이 아닌 다른 충격으로 가스 방출부(131d)가 절개되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 절개홈인 가스 방출부(131d)는 복수 개 형성될 수 있다. 즉, 캔(120) 내부의 가스 압력 상승시 복수 개의 절개홈인 가스 방출부(131d) 중 어느 하나라도 먼저 개방되면서 캔(120) 내부의 가스를 신속하게 방출할 수 있으며, 특히 하나의 가스 방출부(131d)가 불량이더라도 다른 가스 방출부(131d)를 통해 가스 방출이 가능하여 안전성을 높일 수 있다. 더불어 복수 개의 가스 방출부(131d)가 개방되면서 캔(120) 내부의 가스를 보다 신속하게 사방으로 분산하여 방출시킬 수 있다.

한편, 복수 개의 절개홈의 깊이는 서로 다르게 형성할 수도 있다. 즉, 캔(120) 내부의 가스 압력에 따라 깊이가 깊은 절개홈부터 순차적으로 절개되도록 유도하여 캔(120) 내부의 가스가 한번에 방출되지 않고 서서히 방출되도록 유도하며, 이에 가스의 급격한 방출로 인한 화재 등의 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

한편, 탑캡(131)은 도 4 및 도 5를 참조하면, 절개홈인 가스 방출부(131d)를 형성함에 따라 돌출면(131b), 평탄면(131a), 수직면(131c), 및 평탄면(131a)과 수직면(131c)이 연결부분의 강도가 약화되며, 이에 강도 증대를 위해 상호 대응하는 절개홈 사이의 수직면(131c)을 내측방향으로 함몰되게 압착하여 압착홈(131e)을 형성한다. 즉, 압착홈(131e)은 탑캡(131)의 수직면(131c) 강도를 증대하며, 이에 탑캡(131)의 외형을 유지시키는 한편, 외부의 충격에 의해 돌출면(131b)가 눌려지는 것을 방지할 수 있다.

한편, 캡 조립체(130)는 탑캡(131)의 하부에 안전밴트(132)를 포함하되, 안전벤트(132)에는 캔(120) 내부의 압력 상승시 압력에 의해 절개되는 노치(132a)가 형성될 수 있다. 즉, 가스 압력이 아닌 외부 충격에 의해 캔(120) 내부의 압력이 상승할 경우 안전벤트(132)를 통해 1차로 차단하는 한편, 가스 압력이 발생하면 1차로 안전벤트(132)가 절개되고, 2차로 절개홈이 절개되도록 유도하여 가스의 급격한 방출을 방지한다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 이차전지의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 캔(120) 내부에 전극조립체(110), 전해액(미도시)을 수용한 상태로 캡 조립체(130)를 실장하여 이차전지(100)를 제조한다.

이와 같이 제조된 이차전지(100)는 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 충방전을 하는데, 이때 전극조립체(110) 및 전해액의 상호 반응에 의해 가스가 발생하고, 이 가스에 의해 캔(120) 내부의 압력이 상승하면서 캔(120)의 부피가 상승하는데, 이때 가스 압력에 의해 안전벤트(132)의 노치(132a)가 절개되고, 다시 탑캡(131)의 절개홈인 가스 방출부(131d)가 절개되면서 캔(120) 내부의 가스를 외부로 방출한다.

이때 절개홈인 가스 방출부(131d)는 복수개로 마련되면서 캔(120) 내부의 가스를 사방으로 분사하여 신속한 방출이 가능하며, 특히 복수개의 절개홈인 가스 방출부(131d)는 순차적으로 개방되면서 급격한 가스 방출로 인한 화재발생을 미연에 방지할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 이차전지(100)는 캔(120) 내부의 가스 압력이 상승하면 외부로 신속하게 방출할 수 있는 가스 방출부를 형섬함으로써 캔의 부피증대, 폭발 및 화재발생을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 전극조립체
120: 캔
130: 캡 조립체
131: 탑캡
131a: 평탄면
131b: 돌출면
131c: 수직면
131d: 절개홈
131e: 압입홈
132: 안전벤트
133: PTC 소자
134: 가스켓

Claims (9)

1. 전극조립체 및 전해액을 수용하는 캔, 및 상기 캔의 개구부에 실장되는 캡 조립체를 구비한 이차전지로서,
   상기 캡 조립체는 상기 캔의 개구부에 구비되고, 가스 방출부가 형성된 탑캡을 포함하며,
   상기 가스 방출부는 폐쇄된 상태에서 상기 캔 내부의 가스 압력이 상승하면, 가스 압력에 의해 개방되면서 상기 캔 내부의 가스를 외부로 방출하고,
   상기 가스 방출부는 상기 탑캡의 표면에 절개홈으로 형성되고, 상기 절개홈은 상기 캔 내부의 가스 압력이 상승하면 절개되면서 개방되며,
   상기 탑캡은 상기 캔의 개구부에 구비되는 평탄면, 상기 평탄면으로부터 외부로 돌출되는 돌출면, 및 상기 평탄면과 돌출면을 연결하는 수직면을 가지고,
   상기 절개홈은 상기 평탄면과 상기 수직면이 연결되는 부분인 내측으로 접혀지는 부분에 형성되며,
   상기 절개홈은 복수 개 형성되고,
   복수개의 상기 절개홈 깊이는 서로 다른 것을 특징으로 하는 이차전지.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 절개홈은 상기 탑캡의 내부 상면을 레이저로 노칭하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상호 대응하는 상기 절개홈 사이의 상기 수직면은 내측방향으로 함몰된 압착홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
7. 삭제
8. 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 6 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
   상기 캡 조립체는 상기 탑캡의 하부에 안전밴트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 안전밴트에는 상기 캔 내부의 압력 상승시 절개되는 노치가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.

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