KR102275779B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 단락 시 단락압의 저하를 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극조립체를 수용하는 캔부재, 상기 캔부재의 개구부를 덮는 탑캡 조립체 및 상기 탑캡 조립체에 마련되고, 상기 캔부재 내부의 내압 증가 시 가스를 배출하기 위한 안전벤트를 포함하고, 상기 안전벤트는 몸체 및 상기 몸체의 바깥쪽 테두리부가 벤딩(bending)된 벤딩부를 포함하며, 상기 벤딩부와 상기 몸체의 사이에는 완충공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 단락 시 단락압의 저하를 방지할 수 있는 이차전지에 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 이차 전지가 개시되어 있다.
이차 전지는 내부 압력 증가 시에 탑캡 조립체를 통해 내부 가스를 외부로 배출하며, 탑캡 조립체는 내부 가스의 배출을 위한 안전벤트(vent)가 형성된다.
이러한 안전벤트는 탑캡 조립체와 캔의 사이에 마련된 벤트 플렌지부에 형성된 노치가 캔 내부 압력 증가 시 절개되어 가스 배출을 위한 통로를 형성하는 구성이다.
그런데 종래에는 탑캡 조립체를 캔에 결합 시 캔을 절곡하는 크림핑 공정에 의해 결합하는데 크림핑 공정 중 안전벤트에 외력이 가해져 안전벤트 작동부의 형상이 변형되는 문제점이 있었다.
안전벤트 작동부의 형상이 변형되면 안전벤트를 파단시키는 실제 단락압이 설계한 단락압 대비 저하되어 전지 안전성을 약화시키는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 안전벤트를 개선하여 단락압 저하를 방지할 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체를 수용하는 캔부재, 상기 캔부재의 개구부를 덮는 탑캡 조립체 및 상기 탑캡 조립체에 마련되고, 상기 캔부재 내부의 내압 증가 시 가스를 배출하기 위한 안전벤트를 포함하고, 상기 안전벤트는 몸체 및 상기 몸체의 바깥쪽 테두리부가 벤딩(bending)된 벤딩부를 포함하며, 상기 벤딩부와 상기 몸체의 사이에는 완충공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 벤딩부는 상기 몸체로부터 기립하게 벤딩된 기립부와, 상기 기립부의 단부로부터 상기 몸체의 내측 방향으로 벤딩된 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 상기 몸체의 표면을 따라 벤딩되어 상기 몸체와 접촉하는 접촉부를 포함할 수 있다.
상기 지지부는 상기 기립부의 단부로부터 상기 몸체의 상면과 평행한 방향으로 벤딩된 상부와 상기 상부의 단부와 상기 접촉부를 연결하는 브릿지부를 포함할 수 있다.
상기 지지부는 경사면으로 형성될 수 있다.
상기 완충공간의 둘레를 상기 몸체와 상기 기립부와 상기 지지부가 감쌀 수 있다.
상기 완충공간은 링형상으로 감싸질 수 있다.
상기 캔부재의 개구부를 절곡하는 크림핑(crimping)에 의해 상기 벤딩부가 상기 캔부재에 체결될 수 있다.
상기 완충공간은 상기 크림핑 시의 압력을 완충할 수 있다.
상기 벤딩부와 상기 캔부재의 사이를 절연하는 크림핑 가스켓을 포함할 수 있다.
상기 완충공간에 삽입되는 완충부재를 더 포함할 수 있다.
상기 완충부재는 고무, 합성수지, 섬유, 실리콘 중에 어느 하나 이상의 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 크림핑 공정에서 안전벤트의 변형을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 안전벤트와 전류차단부재가 끊어져서 이차전지의 기능을 상실하게 하는 압력인 단락압을 일정하게 유지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 단락 시 단락압을 일정하게 유지하여 추가적인 이차전지 내부의 반응을 억제하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 단락 시 단락압을 일정하게 유지하여 이차전지의 폭발 및 화재를 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 주요부를 보이기 위해 도 1을 절단하여 A-A 방향으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 완충공간 부분을 확대하여 완충부재가 삽입된 것을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 완충공간 부분을 확대하여 완충부재가 삽입된 것을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 완충부재를 평면에서 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 균등물이 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 이차전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 주요부를 보이기 위해 도 1을 절단하여 A-A 방향으로 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체(1)를 수용하는 캔부재(100), 상기 캔부재(100)의 개구부(101)를 덮는 탑캡 조립체(110) 및 상기 탑캡 조립체(110)에 마련되고, 상기 캔부재(100) 내부의 내압 증가 시 가스를 배출하기 위한 안전벤트(120)를 포함하고, 상기 안전벤트(120)는 몸체(121) 및 상기 몸체(121)의 바깥쪽 테두리부가 벤딩(bending)된 벤딩부(130)를 포함하며, 상기 벤딩부(130)와 상기 몸체(121)의 사이에는 완충공간(B)이 형성된다.
전극 조립체(1)는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 복수 회 적층하여 제작할 수 있다.
그리고 전극 조립체(1)는 양극과 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수도 있다.
캔부재(100)는 원형 리튬이온 2차 전지에서 대략 원통형의 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이거나 각형 리튬이온 2차 전지에 대략 각형의 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기일 수 있으며, 일반적으로 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄, 알루미늄 합금 및 스테인레스 중 어느 하나 이상의 소재가 사용될 수 있다.
캔부재(100)는 전극 조립체(1)와 전해액(미도시)의 용기가 되고, 전극 조립체(1)가 캔부재(100)의 개방된 상단, 즉, 상단개구부를 통해 캔부재(100)에 삽입된 뒤 캔부재(100)의 상단개구부는 탑캡 조립체(110)에 의해 밀봉될 수 있다.
탑캡 조립체(110)는 안전벤트(120)와 안전벤트(120)의 하측에 결합되는 전류차단부재(160)를 포함할 수 있다.
안전벤트(120)는 캔부재(100) 내부의 내압 상승 시 캔부재(100) 내부의 가스를 배출하기 위해 안전벤트(120)에 오목하게 형성되어 캔부재(100) 내부의 내압에 의해 파단되는 노치부(123)를 형성할 수 있다.
전류차단부재(160)는 안전벤트(120)의 하측에 중앙부(161)를 결합하고, 캔부재(10) 내부의 내압 상승 시 안전벤트(120)의 파단부와 함께 중앙부(161)를 파단시켜 전류를 차단시킬 수 있다.
도 3은 도 2에서 완충공간 부분을 확대하여 완충부재가 삽입된 것을 도시한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 벤딩부(130)는 안전벤트(120)의 몸체(121) 바깥쪽 테두리부로부터 기립하게 벤딩된 기립부(131)와 기립부(131)의 단부로부터 몸체(121)의 내측 방향으로 벤딩된 지지부(133)와 지지부(133)의 단부로부터 몸체(121)의 표면을 따라 벤딩되어 몸체(121)와 접촉하는 접촉부(135)를 포함할 수 있다.
접촉부(135)는 몸체(121)의 표면에 요철 방식으로 체결되거나 용접 등에 의해 결합될 수 있다.
지지부(133)는 일 예로 기립부(131)의 단부로부터 몸체(121)의 상면과 평행한 방향으로 벤딩된 상부(133a)와 상부(133a)의 단부로부터 벤딩되어 상부(133a)와 접촉부(135)를 연결하는 브릿지부(133b)를 포함할 수 있다.
완충부재(141)는 완충공간(B)에 삽입되어 완충공간(B)의 완충 기능을 강화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 완충공간 부분을 확대하여 완충부재가 삽입된 것을 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 지지부(133)는 다른 실시예로 기립부(131)의 단부로부터 접촉부(135)로 경사면을 형성하게 벤딩되어 기립부(131)로부터 접촉부(135)로 연결될 수 있다.
완충공간(B)은 링형상을 형성하는 안전벤트(120)의 바깥쪽 테두리부를 따라 그에 대응하는 형태로 형성될 수 있다.
완충공간(B)의 둘레는 몸체(121)와 기립부(131)와 지지부(133)에 의해 감싸지도록 형성될 수 있다.
탑캡 조립체(110)는 크림핑(crimping) 공정에 의해 캔부재(100)에 결합될 수 있다.
크림핑 공정은 캔부재(100)의 개구부(101)를 절곡하여 절곡된 개구부(101)의 압력으로 탑캡 조립체(110)의 안전벤트(120)에 압착되어 탑캡 조립체(110)를 캔부재(100)에 결합하는 것이다.
캔부재(100)의 개구부(101)와 탑캡 조립체(110)의 사이에는 크림핑 가스켓(150)이 형성되어 캔부재(100)와 탑캡 조립체(110) 및 안전벤트(120)의 벤딩부(130)의 사이를 절연할 수 있다.
이때, 절곡된 개구부(101)가 안전벤트(120)의 벤딩부(130)를 압박하면, 벤딩부(130)에 의해 형성된 완충공간(B)이 절곡된 개구부(101)로부터 가해지는 압력을 완충하는 댐퍼(damper) 역할을 할 수 있다.
즉, 링형상의 완충공간(B)의 둘레를 감싸는 벤딩부(130)의 지지부(133)로 절곡된 개구부(101)의 압력이 가해지면 기립부(131)로부터 벤딩된 지지부(133)는 완충공간(B) 측으로 눌려지면서 개구부(101)의 압력을 완충할 수 있다.
이와 같이 벤딩부(130)의 지지부(133)가 크림핑 공정에 의한 개구부(101)의 압력을 완충하면 개구부(101)의 압력에 의해 안전벤트(120) 몸체(121) 측의 변형을 방지할 수 있다.
안전벤트(120) 몸체(121) 측의 변형을 방지함으로써 캔부재(100) 내부의 내압 증가시 안전벤트(120)의 노치부(123)가 정상적으로 파단되어 가스를 배출 할 수 있도록 함으로써 안전벤트(120)의 기능 저하를 방지하는 효과가 있다.
한편, 벤딩부(130)의 지지부(133)가 경사면을 형성하면 경사면은 탑캡 조립체(110)의 외측에서 내측으로 높이가 낮아지도록 기울어지게 형성되고, 크림핑 공정에 의해 절곡된 개구부(101)는 지지부(133)의 경사면에 걸리게 되어 탑캡 조립체(110)의 결합력을 증대할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 완충부재를 평면에서 도시한 평면도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 완충공간(B)은 내부에 완충부재(141)를 삽입할 수 있다.
완충부재(141)는 완충공간(B)에 대응하는 형상으로 형성되어 완충공간(B)의 완충 기능을 강화할 수 있다.
즉, 완충부재(141)는 링형의 탄성을 갖는 고무, 합성수지, 섬유, 실리콘 등 중 어느 하나 이상의 소재로 형성되고, 완충공간(B) 내부에 삽입되어 완충공간(B)이 받는 압력을 완충하도록 도울 수 있다.
완충부재(141)는 안전벤트(120)의 바깥쪽 테두리 부에 완충부재(141)를 위치한 상태에서 벤딩부(130)를 형성하여 완충공간(B) 내부에 완충부재(141)를 삽입할 수도 있고, 완충부재(141)가 고무, 합성수지, 실리콘 등의 소재로 형성된다면 안전벤트(120)에 벤딩부(130)를 먼저 형성한 후에 완충공간(B)에 고무, 합성수지, 실리콘 등을 채워서 완충부재(141)를 제작할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 크림핑 공정에서 안전벤트의 변형을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 안전벤트와 전류차단부재가 끊어져서 이차전지의 기능을 상실하게 하는 압력인 단락압을 일정하게 유지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 단락 시 단락압을 일정하게 유지하여 추가적인 이차전지 내부의 반응을 억제하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 단락 시 단락압을 일정하게 유지하여 이차전지의 폭발 및 화재를 방지하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이차전지를 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 실시가 가능하다.
1: 전극조립체
100: 캔부재
101: 개구부
110: 탑캡 조립체
120: 안전벤트
121: 몸체
130: 벤딩부
131: 기립부
133: 지지부
133a: 상부
133b: 브릿지부
135: 접촉부
141: 완충부재
150: 크림핑 가스켓
160: 전류차단부재
161: 중앙부
B: 완충공간

Claims (11)

  1. 전극조립체(1)를 수용하는 캔부재(100);
    상기 캔부재(100)의 개구부(101)를 덮는 탑캡 조립체(110); 및
    상기 탑캡 조립체(110)에 마련되고, 상기 캔부재(100) 내부의 내압 증가 시 가스를 배출하기 위한 안전벤트(120); 를 포함하고,
    상기 안전벤트(120)는,
    몸체(121); 및
    상기 몸체(121)의 바깥쪽 테두리부가 벤딩(bending)된 벤딩부(130); 를 포함하며,
    상기 벤딩부(130)와 상기 몸체(121)의 사이에는 완충공간(B)이 형성되고,
    상기 벤딩부(130)는,
    상기 몸체(121)로부터 기립하게 벤딩된 기립부(131)와,
    상기 기립부(131)의 단부로부터 상기 몸체(121)의 내측 방향으로 벤딩된 지지부(133)와,
    상기 지지부(133)의 단부로부터 상기 몸체(121)의 표면을 따라 벤딩되어 상기 몸체(121)와 접촉하는 접촉부(135); 를 포함하며,
    상기 완충공간(B)의 둘레를 상기 몸체(121)와 상기 기립부(131)와 상기 지지부(133)가 감싸며,
    상기 완충공간(B)의 완충 기능이 강화되도록 상기 완충공간(B)에는 완충부재(141)가 삽입된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지부(133)는,
    상기 기립부(131)의 단부로부터 상기 몸체(121)의 상면과 평행한 방향으로 벤딩된 상부(133a)와,
    상기 상부(133a)의 단부와 상기 접촉부(135)를 연결하는 브릿지부(133b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지부(133)는 경사면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충공간(B)은 링형상으로 감싸지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 캔부재(100)의 개구부(101)를 절곡하는 크림핑(crimping)에 의해 상기 벤딩부(130)가 상기 캔부재(100)에 체결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 완충공간(B)은 상기 크림핑 시의 압력을 완충하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 벤딩부(130)와 상기 캔부재(100)의 사이를 절연하는 크림핑 가스켓(150)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충부재(141)는 고무, 합성수지, 섬유, 실리콘 중에 어느 하나 이상의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.

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