KR102043864B1

KR102043864B1 - 이차전지용 캡 조립체

Info

Publication number: KR102043864B1
Application number: KR1020150169156A
Authority: KR
Inventors: 강중구
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2019-11-12
Also published as: KR20170063128A

Abstract

본 발명은 이차전지용 캡 조립체에 관한 것으로서, 캔의 개구부에 구비되는 탑 캡; 상기 탑 캡 하부에 구비되는 다운 캡; 및 상기 탑 캡과 상기 다운 캡의 테두리를 감싸고, 상기 캔의 개구부에 실장되는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓은 제1 가스켓부와, 상기 제1 가스켓부 보다 낮은 용융점을 가지는 제2 가스켓부을 형성하고, 상기 제2 가스켓부는 상기 캔 내부의 온도 상승시 용융되면서 상기 캔의 내부와 외부를 연결하는 가스 방출통로을 형성한다.

Description

이차전지용 캡 조립체{CAP ASSEMBLY OF SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지용 캡 조립체에 관한 것으로서, 특히 가스 방출이 용이한 이차전지용 캡 조립체에 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.

한편, 이차전지는 원형 전지, 각형 전지 및 파우치형으로 분리된다.

특허등록번호 제10-0958649호

종래기술에 따른 원형 전지는 전극조립체, 전해액, 전극조립체와 전해액이 수용되는 캔, 및 캔의 개구부에 실장되는 캡 조립체를 포함한다.

그러나 종래기술에 따른 원형 전지는 충방전시 전극조립체와 전해액의 상호 반응에 의해 고온의 가스가 발생하며, 이 고온의 가스가 캔 내부의 압력 및 온도를 상승시키면서 폭발 또는 발화가 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 캔 내부에 발생한 고온의 가스를 외부로 신속하게 방출하여 안전성을 높인 이차전지용 캡 조립체를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체는 캔의 개구부에 구비되는 탑 캡; 상기 탑 캡 하부에 구비되는 다운 캡; 상기 탑 캡과 상기 다운 캡 사이에 구비되는 안전벤트; 및 상기 탑 캡과 상기 안전벤트, 및 상기 다운 캡의 테두리를 감싸고, 상기 캔의 개구부에 실장되는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓은 제1 가스켓부와, 상기 제1 가스켓부 보다 낮은 용융점을 가지는 제2 가스켓부을 형성하고, 상기 제2 가스켓부는 상기 캔 내부의 온도 상승시 용융되면서 상기 캔의 내부와 외부를 연결하는 가스 방출통로을 형성하며, 상기 제1 가스켓부과 상기 제2 가스켓부는 적어도 3개 이상 교대로 배치되고, 3개 이상의 상기 제1 가스켓부는 상기 캔의 개구부 내주면에 등간격으로 배치되고, 3개 이상의 제2 가스켓부는 상호 대응하는 제1 가스켓부 사이에 배치되면서 상호 대응하는 제1 가스켓부를 연결하며, 캔의 내부 온도가 90℃~200℃로 상승하면, 3개 이상의 상기 제1 가스켓부는 용융되지 않음에 따라 상기 탑 캡, 상기 다운 캡 및 상기 캔의 둘레를 3 곳 이상 지지하여 상기 탑 캡, 상기 다운 캡 및 상기 캔의 외형을 유지시키고, 상기 제2 가스켓부는 용융되면서 상호 대응하는 제1 가스켓부 사이에 캔의 내부와 외부를 연결하는 3개 이상의 상기 가스 방출통로를 형성할 수 있다.

상기 제1 가스켓부와 상기 제2 가스켓부는 교대로 배치되면서 상기 탑 캡, 상기 안전 소자, 상기 안전벤트 및 상기 다운 캡의 테두리를 감쌀 수 있다.

상기 제1 가스켓부과 상기 제2 가스켓부는 적어도 3개 이상 교대로 배치될 수 있다.

상기 제2 가스켓부는 상기 제1 가스켓부 보다 큰 면적을 가질 수 있다.

상기 제2 가스켓부의 용융점은 90℃~200℃일 수 있다.

상기 제1 가스켓부는 내열성을 가지는 소재로 마련될 수 있다.

상기 가스켓의 내주면에는 내열성을 가지는 링 형태의 내측 지지편이 구비될 수 있다.

상기 가스켓의 외주면에는 내열성을 가지는 링 형태의 외측 지지편이 구비될 수 있다.

상기 탑 캡과 상기 다운 캡 사이에는 상기 캔 내부의 압력에 의해 절개되면서 상기 캔 내부의 가스를 외부로 방출하는 안전벤트가 구비될 수 있다.

첫째: 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체는 캡 내부의 온도 상승시 가스켓의 제2 가스켓부가 용융되면서 가스 방출통로를 형성하며, 이 가스 방출통로를 통해 캡 내부에 발생한 고온의 가스를 외부로 신속하게 방출할 수 있고, 이에 안전성을 높일 수 있다.

둘째: 본 발명에 따른 가스켓은 내열성을 가지는 제1 가스켓부와 용융점이 낮은 제2 가스켓부를 교대로 배치함으로써 제1 가스켓부를 통해 캡 조립체의 외형을 유지할 수 있고, 제2 가스켓부의 용융을 통해 캔 내부에 발생한 고온의 가스를 외부로 방출할 수 있다.

셋째: 본 발명에 따른 제2 가스켓부는 제1 가스켓부 보다 큰 면적으로 형성함으로써 가스 방출통로를 크게 확보할 수 있으며, 이에 캔 내부에 발생한 고온의 가스를 보다 신속하게 외부로 방출할 수 있다.

넷째: 본 발명에 따른 가스켓은 내주면 또는 외주면에 각각 내열성 소재의 지지편을 구비함으로써 캡 조립체의 외형을 안정적으로 유지시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체에 포함된 가스켓을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체에 포함된 가스켓을 도시한 평면도.
도 4는 도 3에 표시한 A-A선 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체에 대한 사용상태를 나타낸 것으로, 도 5는 가스켓에 포함된 제2 가스켓부의 용융전 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 가스켓에 포함된 제2 가스켓부의 용융 후 상태를 나타낸 도면임.
도 7은 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체의 다른 실시예를 나타낸 도면.

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 이차전지는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(100), 전해액(미도시), 전극조립체(100)와 전해액이 개구부를 통해 수용되는 캔(200), 및 캔(200)의 개구부에 실장되는 캡 조립체(300)를 포함한다.

전극조립체(100)는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층되어 형성되며, 복수의 전극은 양극과 음극으로 마련된다. 그리고 양극에는 양극탭이, 음극에는 음극탭이 결합되며, 상기 양극탭은 캡 조립체(300)에 전기적으로 연결되고, 상기 음극탭은 캔(200)에 전기적으로 연결된다.

캔(200)은 상부에 개구부가 형성된 원통형상을 가지며, 바닥면에 음극탭의 선단이 결합된다.

캡 조립체(300)는 캔(200)의 개구부에 구비되는 탑 캡(310), 탑 캡(310) 하부에 구비되는 다운 캡(330), 탑 캡(310)과 다운 캡(330) 사이에 구비되는 안전벤트(320), 및 탑 캡(310), 안전벤트(320), 다운 캡(330)의 테두리를 감싸고 캔(200)의 개구부에 실장되는 가스켓(340)을 포함한다.

한편, 이차전지는 충방전시 전극조립체와 전해액의 상호 반응에 의해 가스가 발생하며, 이 고온의 가스는 캔(200) 내부에 압력을 상승시키면서 폭발 또는 발화가 발생할 수 있다.

여기서 안전벤트(320)는 캔(200) 내부에 발생한 가스압력에 의해 절개되면서 캔(200) 내부의 가스를 외부로 방출하며, 이에 이차전지의 안전성을 높인다.

한편, 이차전지는 충방전시 전극조립체와 전해액의 상호 반응에 의해 가스와 함께 열이 발생하고, 이 열에 의해 캔 내부의 온도가 상승하면서 폭발 또는 발화가 발생할 수 있다. 여기서 안전벤트(320)는 가스압력에 의해서는 절개되지만 온도에 의해서는 절개되지 않기에 이차전지의 폭발 또는 발화를 방지하는데 한계가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 캡 조립체(300)는 캔(200) 내부에 발생한 열원을 외부로 방출시키는 가스켓(340)을 포함한다.

즉, 가스켓(340)은 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 가스켓부(341)와, 제1 가스켓부(341) 보다 낮은 용융점을 가지는 제2 가스켓부(342)을 형성한다.

즉, 가스켓(340)은 캔(200) 내부의 온도 상승시 캔(200) 내부에 발생한 고온의 열에 의해 제2 가스켓부(342)가 용융되면서 캔(200)의 내부와 외부를 연결하는 가스 방출통로(342a)를 형성하며, 이 가스 방출통로(342a)를 통해 캔(200) 내부의 열원을 외부로 방출시켜서 이차전지의 폭발 및 발화를 방지한다.

보다 상세히 설명하면, 가스켓(340)은 도 2 및 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 탑 캡(310), 안전벤트(320) 및 다운 캡(330)의 테두리를 감싸도록 제1 가스켓부(341)와 제2 가스켓부(342)가 교대로 배치된다.

제1 가스켓부(341)은 내열성 소재로 마련되며, 이에 제1 가스켓부(341)은 캔(200) 내부에 발생한 고온의 열원에 의해 용융되는 않으며, 이에 캡 조립체(300)의 외형이 유지시켜서 외부단락과 같은 위험이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

제2 가스켓부(342)는 제1 가스켓부(341) 보다 낮은 용융점을 가진다. 특히 제2 가스켓부(342)의 용융점은 90℃~200℃, 바람직하게는 100℃일 수 있다. 즉, 캔(100)의 내부 온도가 100℃ 상승할 경우 캔(100)의 폭발 위험성이 높으며, 이에 제2 가스켓부(342)의 용융점을 100℃로 설정함으로써 캔(100)의 폭발 전에 캔(100) 내부의 열원에 의해 제2 가스켓부(342)가 용융되면서 가스 방출통로(342a)를 형성하고, 이 가스 방출통로(342a)를 통해 열원을 외부로 방출시킬 수 있다.

한편, 제1 가스켓부(341)과 제2 가스켓부(342)는 적어도 3개 이상 교대로 배치될 수 있다. 즉, 제1 가스켓부(341)는 가스켓(340)의 표면에서 적어도 3군데 이상 배치되며, 이에 캔(200) 내부 온도가 상승하여 제2 가스켓부(342)가 용융되더라도 제1 가스켓부(341)에 의해 탑 캡(310), 안전벤트(320) 및 다운 캡(330)을 적어도 3군데 이상 지지할 수 있어 외형을 유지시킬 수 있다.

한편, 제2 가스켓부(342)는 제1 가스켓부(341) 보다 큰 면적을 가질 수 있다. 즉, 제2 가스켓부(342)를 크게 형성함으로써 가스 방출통로 또한 크게 형성되며, 이에 캔(200) 내부에 발생한 고온의 신속하게 방출할 수 있다.

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

먼저, 이차전지의 캡 조립체(300)와 캔(200)을 통해 충방전을 진행한다. 이때, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(110)와 전해액의 상호 반응에 의해 고온의 가스가 발생하면서 캔(200) 내부의 압력 및 온도를 상승시킨다.

여기서 캔(200) 내부에 발생한 가스의 압력이 상승하면, 캔(200) 내부에 발생한 가스압력에 의해 안전벤트(320)가 절개되고, 안전벤트(320)의 절개부분을 통해 캔(200) 내부에 발생한 가스압력을 외부로 방출할 수 있다.

한편, 캔(200) 내부에 발생한 가스의 압력은 낮고 온도는 높을 경우, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 캔(200) 내부의 열원에 의해 캡조립체(300)에 포함된 가스켓(340)의 제2 가스켓부(342)가 용융되면서 가스 방출통로(343a)를 형성하며, 이 가스 방출통로(343a)를 통해 캔(200) 내부에 발생한 고온의 가스를 외부로 방출할 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체(300)는 캔(200) 내부에 발생한 고온의 가스를 외부로 신속하게 방출할 수 있으며, 이에 안전성을 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 실시예와 동일한 구성과 기능을 가지는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.

도 7은 본 발명에 따른 가스켓의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 가스켓(340)은 내주면에 내열성을 가지는 링 형태의 내측 지지편(350)이 구비되며, 내측 지지편(350)은 가스켓(340)의 외형을 안정적으로 유지시킴에 따라 외부 닥락과 같은 위험발생을 방지한다.

또한, 가스켓(340)의 외주면에는 내열성을 가지는 링 형태의 외측 지지편(360)이 더 구비될 수 있으며, 외측 지지편(360)은 내측 지지편(350)과 함께 가스켓(340)의 외형을 안정적으로 유지시킴에 따라 외부 닥락과 같은 위험발생을 방지한다.

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.

100: 전극조립체
200: 캔
300: 캡 조립체
310: 탑 캡
320: 안전벤트
330: 다운 캡
340: 가스켓
341: 제1 가스켓부
342: 제2 가스켓부

Claims

캔의 개구부에 구비되는 탑 캡;
상기 탑 캡 하부에 구비되는 다운 캡;
상기 탑 캡과 상기 다운 캡 사이에 구비되는 안전벤트; 및
상기 탑 캡과 상기 안전벤트, 및 상기 다운 캡의 테두리를 감싸고, 상기 캔의 개구부에 실장되는 가스켓을 포함하며,
상기 가스켓은 제1 가스켓부와, 상기 제1 가스켓부 보다 낮은 용융점을 가지는 제2 가스켓부을 형성하고,
상기 제2 가스켓부는 상기 캔 내부의 온도 상승시 용융되면서 상기 캔의 내부와 외부를 연결하는 가스 방출통로을 형성하며,
상기 제1 가스켓부과 상기 제2 가스켓부는 적어도 3개 이상 교대로 배치되고,
3개 이상의 상기 제1 가스켓부는 상기 캔의 개구부 내주면에 등간격으로 배치되고, 3개 이상의 제2 가스켓부는 상호 대응하는 제1 가스켓부 사이에 배치되면서 상호 대응하는 제1 가스켓부를 연결하며,
캔의 내부 온도가 90℃~200℃로 상승하면, 3개 이상의 상기 제1 가스켓부는 용융되지 않음에 따라 상기 탑 캡, 상기 다운 캡 및 상기 캔의 둘레를 3 곳 이상 지지하여 상기 탑 캡, 상기 다운 캡 및 상기 캔의 외형을 유지시키고, 상기 제2 가스켓부는 용융되면서 상호 대응하는 제1 가스켓부 사이에 캔의 내부와 외부를 연결하는 3개 이상의 상기 가스 방출통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 가스켓부와 상기 제2 가스켓부는 교대로 배치되면서 상기 탑 캡, 상기 안전벤트 및 상기 다운 캡의 테두리를 감싸는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체.
삭제
청구항 2에 있어서,
상기 제2 가스켓부는 상기 제1 가스켓부 보다 큰 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제1 가스켓부는 내열성을 가지는 소재로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 가스켓의 내주면에는 내열성을 가지는 링 형태의 내측 지지편이 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 가스켓의 외주면에는 내열성을 가지는 링 형태의 외측 지지편이 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체.
삭제