KR102038982B1 - 2차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탑캡 조립체의 구조를 개선하는 2차 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극 집합체 및 상기 전극 집합체를 내부에 수용하며 일단이 탑캡 조립체에 의해 마감되는 캔부재를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는 상기 캔부재에 고정되는 지지부와 상기 지지부에 관통 형성되는 배기홀과 상기 지지부로부터 상기 배기홀 측으로 돌출되는 확장부가 마련되는 캡 플레이트 와 상기 지지부와 결합되는 벤트판과 상기 벤트판에 형성되어 상기 캔부재 내부의 압력 증가 시 절개되어 가스 배출구를 형성하는 노치부가 마련되는 벤트부재를 포함하여, 상기 확장부는 상기 노치부의 절개를 가이드하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 2차 전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 탑캡 조립체의 구조를 개선하는 2차 전지에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0095118호에는 종래의 2차 전지가 개시되어 있다.

2차 전지는 내부 압력 증가 시에 탑캡 조립체를 통해 내부 가스를 외부로 배출하며, 탑캡 조립체는 내부 가스의 배출을 위한 벤트(vent)가 형성된다.

이러한 벤트는 탑캡 조립체와 캔의 사이에 마련된 벤트 플렌지부에 형성된 노치가 캔 내부 압력 증가 시 절개되어 가스 배출을 위한 통로를 형성하는 구성이다.

그런데 종래에는 노치가 절개되는 과정에서 노치 이외에 벤트 플렌지부의 다른 부위가 가스 압력에 의해 말려 올라가면서 탑캡 조립체에 형성된 배기홀을 막아 가스의 배출을 방해하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 탑캡 조립체를 개선하여 가스 배출 시 노치부 이외에 벤트부재의 다른 부위가 변형되는 것을 방지할 수 있는 2차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 2차 전지는 전극 집합체 및 상기 전극 집합체를 내부에 수용하며 일단이 탑캡 조립체에 의해 마감되는 캔부재를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는 상기 캔부재에 고정되는 지지부와 상기 지지부에 관통 형성되는 배기홀과 상기 지지부로부터 상기 배기홀 측으로 돌출되는 확장부가 마련되는 캡 플레이트 와 상기 지지부와 결합되는 벤트판과 상기 벤트판에 형성되어 상기 캔부재 내부의 압력 증가 시 절개되어 가스 배출구를 형성하는 노치부가 마련되는 벤트부재를 포함하여, 상기 확장부는 상기 노치부의 절개를 가이드하는 것을 특징으로 한다.

상기 배기홀은 복수 개이며, 상기 확장부는 상기 지지부로부터 복수의 상기 배기홀 각각에 대응하게 형성될 수 있다.

상기 확장부는 상기 지지부의 내측 둘레로부터 수평 측으로 돌출될 수 있다.

상기 확장부는 상기 벤트판에 밀착되되, 단부가 상기 노치부 까지 연장될 수 있다.

본 발명에 따르면, 벤트부재의 노치부 절개를 확장부가 가이드 하여 탑캡 조립체의 가스 배출 면적을 확보하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 2차 전지의 내부 압력이 비정상적으로 상승할 시 탑캡 조립체를 통해 캔부재 내부의 가스를 원활히 배출하여 2차 전지의 안전성을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지에 탑캡 조립체가 설치된 상태에서 주요부를 나타내기 위해 일부를 절단하여 단면에서 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탑캡 조립체의 캡 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑캡 조립체에서 캔부재의 내부 압력 증가시 벤트부재의 노치부가 절개되어 가스가 배기되는 것을 도시한 사용상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지에 탑캡 조립체가 설치된 상태에서 주요부를 나타내기 위해 일부를 절단하여 단면에서 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지는 전극 집합체(1) 및 상기 전극 집합체(1)를 내부에 수용하며 일단이 탑캡 조립체(100)에 의해 마감되는 캔부재(3)를 포함한다.

전극 집합체(1)는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 복수 회 적층하여 제작할 수 있다.

다만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 전극 집합체(1)는 양극과 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수도 있다.

양극은 알루미늄 판일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.

양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.

양극 활물질부는 예를 들어, 알루미늄판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.

음극은 구리 판일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.

음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.

음극 활물질부는 예를 들어, 구리판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.

분리막은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있다.

캔부재(3)는 원형 리튬이온 2차 전지에서 대략 원통형의 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 일반적으로 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다.

캔부재(3)는 전극 집합체(1)와 전해액(미도시)의 용기가 되고, 전극 집합체(1)가 캔부재(3)의 개방된 상단, 즉, 상단개구부를 통해 캔부재(3)에 삽입된 뒤 캔부재(3)의 상단개구부는 탑캡 조립체(100)에 의해 봉해진다.

탑캡 조립체(100)는 캔부재(3)에 고정되는 지지부(111)와 지지부(111)에 관통 형성되는 배기홀(115)과 지지부(111)로부터 배기홀(115) 측으로 돌출되는 확장부(117)가 마련되는 캡 플레이트(110)를 포함한다.

그리고 지지부(111)와 밀착되도록 결합되는 벤트판(121)과, 벤트판(121)에 형성되어 캔부재(3) 내부의 압력 증가 시 압력에 의해 절개되어 가스 배출구를 형성하는 노치부(123)가 마련되는 벤트부재(120)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탑캡 조립체의 캡 플레이트를 도시한 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(110)는 지지부(111)로부터 일측으로 돌출되는 헤드부(119)가 형성되는데, 헤드부(119)와 지지부(111)의 사이에 배기홀(115)이 형성되고 헤드부(119)와 지지부(111)는 기둥(112)에 의해 연결된다.

배기홀(115)은 하나로 형성될 수도 있지만, 바람직하게는 복수의 기둥(112)이 지지부(111)의 내측 둘레를 따라 일정 간격으로 배열되어 복수의 배기홀(115)이 일정 크기를 갖도록 하는 것이 가스의 배출 위치에 관계없이 원활하게 배출되도록 하는 효과가 있다.

확장부(117)는 지지부(111)의 내측 둘레에 지지부(111)로부터 수평 측으로 돌출되는데 특히 배기홀(115) 측으로 돌출되도록 형성된다.

이러한 확장부(117)는 도 1에 도시된 바와 같이 벤트부재(120)에 밀착되어 단부가 벤트부재(120)의 노치부(123)까지 연장된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑캡 조립체에서 캔부재의 내부 압력 증가시 벤트부재의 노치부가 절개되어 가스가 배기되는 것을 도시한 사용상태도이다.

도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지에서 캔부재(3)의 내부 압력이 비정상적으로 증가할 시 탑캡 조립체(100)를 통해 캔부재(3) 내부의 가스가 배출되는 것을 상세히 설명한다.

캔부재(3) 내부의 압력이 외부 충격 등에 의해 비정상적으로 상승하게 되면 캔부재(3)의 개구부 측으로 캔부재(3) 내부의 가스가 이동하게 되고 캔부재(3)의 개구부를 마감하도록 설치된 탑캡 조립체(100)에 가해지는 압력이 상승하게 된다.

그러면 탑캡 조립체(100)에서 캔부재(3)의 개구부 측 최 외곽에 위치한 베이스 플레이트(130)에 가스의 배출을 위해 형성된 절개부(130a)가 상승된 압력에 의해 베이스 플레이트(130)에 형성된 노치를 따라 절개되어 가스 이동홀(130b)이 형성된다.

그리고 가스 이동홀(130b)을 따라 분출되는 가스의 압력에 의해 벤트부재(120)의 노치부(123)가 절개되어 가스 배출구(123a)를 형성한다.

그리고 가스 배출구(123a)를 통해 가스가 캡 플레이트(110)의 배기홀(115)로 이동하여 외부로 배출된다.

이때, 노치부(123)와 연결된 벤트판(121)은 노치부(123)와의 경계부까지 확장부(117)와 밀착되어 노치부(123)가 압력에 의해 절개될 시 벤트판(121)이 가스의 배출 방향으로 말려 올라가는 것을 방지한다.

즉, 확장부(117)는 벤트판(121)의 외측면에 밀착되며, 특히 확장부(117)의 단부가 노치부(123)와의 경계까지 연장되게 형성되어 압력에 의해 내측에서 외측으로 밀어내는 힘으로 노치부(123)가 절개될 시 벤트판(121)의 외측에 밀착되어 벤트판(121)의 변형을 방지하는 역할을 한다.

따라서 종래에 벤트판(121)이 압력에 의해 외측으로 말려 올라가 캡 플레이트(110)의 배기홀(115)을 막음에 따라 가스의 배출을 방해하는 문제점을 해결할 수 있다.

도 3에서 가스의 이동은 화살표로 도시한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 벤트부재의 노치부 절개를 확장부가 가이드 하여 탑캡 조립체의 가스 배출 면적을 확보하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 2차 전지의 내부 압력이 비정상적으로 상승할 시 탑캡 조립체를 통해 캔부재 내부의 가스를 원활히 배출하여 2차 전지의 안전성을 높이는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 2차 전지를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 전극 집합체
3: 캔부재
100: 탑캡 조립체
110: 캡 플레이트
111: 지지부
112: 기둥
130: 베이스 플레이트
130a: 절개부
130b: 가스 이동홀
115: 배기홀
117: 확장부
119: 헤드부
120: 리베트
121: 벤트판
123: 노치부
123a: 가스 배출구

Claims (4)

1. 전극 집합체(1); 및
   상기 전극 집합체(1)를 내부에 수용하며 일단이 탑캡 조립체(100)에 의해 마감되는 캔부재(3); 를 포함하며,
   상기 탑캡 조립체(100)는,
   상기 캔부재(3)에 고정되는 지지부(111)와 상기 지지부(111)에 관통 형성되는 배기홀(115)과 상기 지지부(111)로부터 상기 배기홀(115) 측으로 돌출되는 확장부(117)가 마련되는 캡 플레이트(110); 와
   상기 지지부(111)와 결합되는 벤트판(121)과 상기 벤트판(121)에 형성되어 상기 캔부재(3) 내부의 압력 증가 시 절개되어 가스 배출구(123a)를 형성하는 노치부(123)가 마련되는 벤트부재(120); 를 포함하여,
   상기 확장부(117)는 탑캡 조립체의 가스 배출 면적을 확보하도록, 상기 노치부(123)의 절개를 가이드하되,
   상기 배기홀(115)은 복수 개이며, 상기 확장부(117)는 상기 지지부(111)로부터 복수의 상기 배기홀(115) 각각에 대응하게 형성되며,
   상기 확장부(117)는 상기 지지부(111)의 내측 둘레로부터 수평 측으로 돌출되되, 배기홀(115) 측으로 돌출되도록 형성되고,
   압력에 의해 내측에서 외측으로 밀어내는 힘으로 노치부(123)가 절개될 시 벤트판(121)의 외측에 밀착되어 벤트판(121)의 변형을 방지하도록, 상기 확장부(117)는 상기 벤트판(121)의 외측면에 밀착되되, 단부가 상기 노치부(123)와의 경계까지 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
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