KR102161027B1 - 이차전지용 캡 조립체 - Google Patents

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KR102161027B1
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Abstract

본 발명은 이차전지용 캡 조립체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체는, 전극 조립체가 내장되는 전지의 외각에 위치되며, 돌출된 형태의 양극 단자 및 상기 양극 단자 주위로 형성된 다수의 배출구를 포함하는 탑 캡 및 상기 전지의 내압 증가시 파열되어 상기 배출구로 내부가스의 배출이 가능하도록 파열부가 형성된 안전 벤트를 포함하고, 상기 안전 벤트의 상기 파열부에서 상기 탑 캡까지의 직선 거리는 상기 전지의 내압 증가시 파열되는 상기 파열부의 길이 보다 길게 형성된다.

Description

이차전지용 캡 조립체{CAP ASSEMBLY FOR RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지용 캡 조립체에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약3배의 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. 또한, 리튬 이차 전지는 각형 전지, 원통형 전지, 파우치형 전지로 구분될 수 있다.
리튬 이온 이차 전지는 양극/세퍼레이터/음극이 순차적으로 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다. 특히, 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스 및 케이스의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.
한국 공개특허 제10-2009-0105547호
본 발명의 하나의 관점은 내부 가스를 전지 외부로 원활하게 배출할 수 있는 이차전지용 캡 조립체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체는, 전극 조립체가 내장되는 전지의 외각에 위치되며, 돌출된 형태의 양극 단자 및 상기 양극 단자 주위로 형성된 다수의 배출구를 포함하는 탑 캡 및 상기 전지의 내압 증가시 파열되어 상기 배출구로 내부가스의 배출이 가능하도록 파열부가 형성된 안전 벤트를 포함하고,
상기 안전 벤트의 상기 파열부에서 상기 탑 캡까지의 직선 거리는 상기 전지의 내압 증가시 파열되는 상기 파열부의 길이 보다 길게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체는 전지 내부의 가스 발생으로 전지의 내압 상승시 가스 배출이 용이한 구조로 형성된다. 이에 따라, 전지 내부의 급격한 가스 발생시 가스 배출을 원활히 할 수 있어, 내부 가스로 인한 폭발력이 감소되고, 전지의 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체가 설치되는 이차전지를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 탑 캡을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3에서 A-A'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트의 파열부가 파열된 상태의 일례를 나타낸 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트의 파열부가 파열된 상태의 다른 예를 나타낸 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 전류차단부재의 일례를 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 전류차단부재의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체가 설치되는 이차전지를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체(100)는, 양극 단자(111) 및 배출구(112)가 형성된 탑 캡(Top cap)(110) 및 이차 전지(10)의 내압 상승시 파열되는 파열부(131)가 형성된 안전 벤트(bent)(130)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 탑 캡을 나타낸 평면도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 이차전지용 캡 조립체에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 탑 캡(110)은 이차 전지(10)의 외각에 위치되고, 양극 단자(111)와 배출구(112) 및 수용부(113)를 포함하여 형성될 수 있다.
여기서, 탑 캡(110)은 전극 조립체(12)가 내장되는 전지 케이스(11)의 최외각에 위치될 수 있다. 이때, 탑 캡(110)은 예를 들어 원통형 전지 케이스(11)의 최상부에 위치될 수 있다.
양극 단자(111)는 탑 캡(110)의 최상단에 돌출된 형태로 형성되고, 이차 전지(10)의 내부에 수용된 전극 조립체(12)와 전기적으로 연결되는 단자를 형성할 수 있다.
배출구(112)는 양극 단자(111) 주위로 다수로 형성되어 전지 내부의 가스를 배출할 수 있다.
한편, 양극 단자(111)는 탑 캡(110)의 중앙부에 위치되고, 배출구(112)는 양극 단자(111)의 주위로 한 쌍으로 형성될 수 있다. 이때, 배출구(112)의 둘레는 양극 단자(111) 둘레의 1/2 이상에 걸쳐 형성될 수 있다.
전극 조립체(12)는 케이스(11)에 수용되고, 케이스(11)의 내부에 전해액이 주입될 수 있다. 또한, 전극 조립체(12)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(12c) 및 분리막(12d)이 결집되어 적층된 구조를 형성한다. 아울러, 전극은 양극(12a)과 음극(12b)을 포함하고, 양극(12a)은 탑 캡(110)의 양극 단자(111)와 전기적으로 연결될 수 있다.
분리막(12d)은 양극(12a)과 음극(12b)를 분리하고, 절연 재질로 이루어져 양극(12a)과 음극(12b) 사이를 전기적으로 절연한다. 이때, 양극(12a) 및 음극(12b)은 분리막(12d)과 함께 권취되어 젤리 롤(Jelly roll) 형으로 형성될 수 있다. 여기서, 분리막(12d)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
수용부(113)는 양극 단자(111)의 하부에 안전 벤트(130)의 파열부(131)가 수용되도록 안전 벤트(130) 방면으로 개방된 형태로 형성될 수 있다.
안전소자(120)는 탑 캡(110)과 안전 벤트(130) 사이에 구비되어, 탑 캡(110)과 안전 벤트(130)를 전기적으로 연결시킨다. 여기서, 안전소자(120)는 전지의 과열에 의해 전지 내부의 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 예를 들어 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트를 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3에서 A-A'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 안전 벤트(130)는 탑 캡(110) 보다 이차 전지(10)의 내측에 위치되고, 파열부(131)와 파열 노치(132) 및 절곡 노치(133)가 형성될 수 있다.
또한, 안전 벤트(130)는 탑 캡(110)의 배출구(112)를 개방 및 폐쇄할 수 있다. 여기서, 탑 캡(110)의 배출구(112)와 이차 전지(10)의 내부를 연결하는 통로 상에 안전 벤트(130)가 위치된다. 이에 따라, 안전벤트(130)의 파열부(131) 파열 전에는 탑 캡(110)의 배출구(112)가 폐쇠되고, 전지의 내압 상승으로 파열부(131)가 파열되면 탑 캡(110)의 배출구(112)가 개방될 수 있다.
파열부(131)는 양극 단자(111)와 마주보는 방향에 위치되어, 양극 단자(111)와 파열부(131)가 상호 나란하게 구비될 수 있다.
또한, 파열부(131)는 전지 내압의 상승시 탑 캡(110) 방향으로 파열될 수 있다. 이때, 파열부(131)의 가장자리를 따라 파열 노치(132)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 파열 노치(132)의 파열에 따라 위치 또는 형태가 변하는 파열부(131)는 안전 벤트(130)로부터 탑 캡(110)의 수용부(113) 방향으로 파열되어 탑 캡(110)의 수용부(113)에 수용될 수 있다.
아울러, 파열 노치(132)는 평면도 상으로 일측이 개방된 원형 링(Ring) 형태로 형성될 수 있다.
절곡 노치(133)는 안전 벤트(130)의 평면도 상으로 볼 때 파열 노치(132) 보다 더 큰 원의 형태를 형성한다. 즉, 절곡 노치(133)는 안전 벤트(130)의 평면도 상에서 파열 노치(132)의 외측을 따라 파열 노치(132)와 일정거리 이격된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 안전 벤트(130)는 전지의 내압 증가시 절곡 노치(133)를 중심으로 탑 캡(110) 방향으로 절곡될 수 있다.
한편, 도 4를 참고하면, 절곡 노치(133) 보다 파열 노치(132)가 먼저 파열되도록, 파열 노치(132)가 절곡 노치(133) 보다 큰 홈을 형성할 수 있다.
여기서, 파열 노치(132)의 폭(a1)은 절곡 노치(133)의 폭(a2) 보다 넓게 형성될 수 있다. 또한, 파열 노치(132)의 깊이(b1)는 절곡 노치(133)의 깊이(b2) 보다 깊게 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트의 파열부(131)가 파열된 상태의 일례를 나타낸 부분 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트의 파열부가 파열된 상태의 다른 예를 나타낸 부분 단면도이다. 여기서, 도 5는 안전 벤트(130)의 파열부(131)가 완전 파열된 상태를 나타내고, 도 6은 안전 벤트(130)의 파열부(131)가 부분 파열된 상태를 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 안전 벤트(130)의 파열부(131)에서 탑 캡(110)까지의 직선 거리는 전지의 내압 증가시 파열되는 파열부(131)의 길이 보다 길게 형성될 수 있다. 즉, 파열부(131)에서 탑 캡(110)의 양극 단자(111)까지의 간격(A)은 파열 노치(132)의 지름(B) 보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 파열부(131)가 파열시 파열부(131)의 단부가 양극 단자(111)에 걸려 충분히 파열부위가 개방되지 않는 현상을 방지 또는 최소화할 수 있다.
특히, 파열부(131)에서 탑 캡(110)의 양극 단자(111) 까지의 간격(A)은 파열 노치(132)의 지름(B)과 안전 벤트(130)의 절곡시 이동되는 파열부(131)의 이동간격의 합(C) 보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 안전 벤트(130)가 탑 캡(110) 방향으로 절곡되며 파열부(131)가 파열시 파열부(131)의 단부가 양극 단자(111)에 걸려 충분히 파열부위가 개방되지 않는 현상을 방지 또는 최소화할 수 있다.
또한, 양극 단자(111)의 폭(C)은 파열 노치(132)의 지름(B) 보다 크게 형성될 수 있다. 이로 인해, 파열부(131)가 파열시 파열부(131)의 단부가 탑 캡(110)의 측면에 걸려 파열부위가 충분히 개방되는 않는 현상을 방지 또는 최소화 할 수 있다.
결국, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체(100)는 전지의 내부가스가 탑 캡(110)의 배출구(112)로 배출되는 통로를 충분히 확보하여 가스 배출이 용이할 수 있다. 따라서, 전지 내부의 급격한 가스 발생시 가스 배출을 원활히 할 수 있다.
전류차단부재(140)는 안전 벤트(130)에 일측부가 연결되고, 타측부가 전극 조립체(12)와 연결되며, 가스의 배출을 위한 관통구(141)가 형성된다. 여기서, 전류차단부재(140)는 중앙부가 안전 벤트(130) 방향으로 돌출되어 안전 벤트(130)의 파열부(131)와 접촉됨에 따라 전기적으로 연결된다. 이때, 전지 내압 발생으로 전류차단부재(140)의 관통구(141)를 통과한 가스에 의해 안전 벤트(130)에 압력이 가해지면 안전 벤트(130)는 절곡 노치(133)를 중심으로 탑 캡(110) 방향으로 절곡하고, 전류차단부재(140)에 접촉된 안전 벤트(130)의 파열부(131)가 전류차단부재(140)로부터 이격된다. 이에 따라, 전류차단부재(140)와 안전 벤트(130) 간의 접촉이 해제되어, 전극 조립체(12)에서 양극 단자(111)로의 전류 연결이 차단된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 전류차단부재의 일례를 나타낸 평면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 전류차단부재의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 7을 참고하면, 일례로 관통구(141)는 전류차단부재(140)의 외주면에 한 쌍으로 구비될 수 있다. 이때, 관통구(141)는 전류차단부재(140)의 중심축을 중심으로 방사상 대칭 위치에서 원호 형태로 형성될 수 있다. 이때, 한 쌍의 관통구(141)는 전류차단부재(140)의 중심축을 중심으로 형성되는 가상의 원 둘레의 1/2 이상에 걸쳐 형성될 수 있다. 이에 따라, 전지 내부의 급격한 가스 발생시 관통구(141)를 통해 원활하게 가스를 배출할 수 있다.
도 8을 참고하면, 다른 예로 관통구(142)는 전류차단부재(140')의 외주면에 전류차단부재(140')의 중심축을 중심으로 링(Ring) 형태로 형성될 수 있다.
이때, 링 형태의 관통구(142)는 전류차단부재(140')의 중심축을 중심으로 형성되는 가상의 원 둘레의 1/2 이상에 걸쳐 형성될 수 있다. 이에 따라, 전지 내부의 급격한 가스 발생시 관통구(142)를 통해 원활하게 가스를 배출할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 이차 전지
11: 전지 케이스
12: 전극 조립체
12a: 양극
12b: 음극
12c: 전극
12d: 분리막
100: 캡 조립체
110: 탑 캡
111: 양극 단자
112: 배출구
113: 수용부
120: 안전소자
130: 안전 벤트
131: 파열부
132: 파열 노치
133: 절곡 노치
140, 140': 전류차단부재
141,142: 관통구

Claims (12)

  1. 전극 조립체가 내장되는 전지의 외각에 위치되며, 돌출된 형태의 양극 단자 및 상기 양극 단자 주위로 형성된 다수의 배출구를 포함하는 탑 캡; 및
    상기 전지의 내압 증가시 파열되어 상기 배출구로 내부가스의 배출이 가능하도록 파열부가 형성된 안전 벤트를 포함하고,
    상기 안전 벤트의 상기 파열부에서 상기 탑 캡까지의 직선 거리는 상기 전지의 내압 증가시 파열되는 상기 파열부의 길이 보다 길게 형성되며,
    상기 안전 벤트는 상기 파열부의 가장자리를 따라 형성된 파열 노치를 포함하고, 상기 전지의 내압 증가시 상기 파열 노치가 파열됨에 따라 상기 파열부가 상기 안전 벤트로부터 파열되며,
    상기 파열 노치는 상기 안전 벤트의 평면도 상으로 원형 링 형태로 형성되고,
    상기 파열부에서 상기 탑 캡의 상기 양극 단자까지의 간격은 상기 파열 노치의 지름 보다 크게 형성되며,
    상기 안전 벤트는 평면도 상으로 볼 때 상기 파열 노치 보다 더 큰 원을 형성하는 절곡 노치를 포함하고,
    상기 절곡 노치 보다 상기 파열 노치가 먼저 파열되도록, 상기 파열 노치가 상기 절곡 노치 보다 큰 홈을 형성하고,
    상기 양극 단자의 폭은 상기 파열 노치의 지름 보다 크게 형성되며,
    상기 안전 벤트에 일측부가 연결되고, 타측부가 상기 전극 조립체와 연결되며, 가스의 배출을 위한 관통구가 형성된 전류차단부재를 더 포함하고,
    상기 안전 벤트는 상기 절곡 노치를 중심으로 상기 전류차단부재 방향으로 절곡된 상태로 구비되되, 상기 전지의 내압 증가시 상기 절곡 노치를 중심으로 상기 탑 캡 방향으로 절곡되며,
    상기 파열 노치의 지름과 상기 안전 벤트의 절곡시 이동되는 파열부의 이동간격의 합 보다 크게 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 탑 캡의 중앙부에 상기 양극 단자가 위치되고, 상기 양극 단자의 주위로 상기 배출구가 한 쌍으로 형성되며,
    한 쌍의 상기 배출구의 둘레는 상기 양극 단자 둘레의 1/2 이상에 걸쳐 형성되고,
    상기 안전 벤트의 상기 파열부는 상기 양극 단자와 마주보는 방향에 위치되어 상호 나란하게 구비되는 이차전지용 캡 조립체.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통구는 상기 전류차단부재의 외주면에 한 쌍으로 구비되어,
    중심축을 중심으로 방사상 대칭 위치에서 원호 형태로 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통구는 상기 전류차단부재의 외주면에 중심축을 중심으로 링(ring) 형태로 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
KR1020160101164A 2016-08-09 2016-08-09 이차전지용 캡 조립체 KR102161027B1 (ko)

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