KR102308423B1 - Battery Cell Having a Top Cap on Which a Shape Memory Alloy Is Formed - Google Patents

Battery Cell Having a Top Cap on Which a Shape Memory Alloy Is Formed Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체; 상기 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 밀봉되어 있으며, 상기 전극조립체가 수납되도록 일측이 개방되어 있는 전지케이스; 및 상기 전지케이스의 개방 부위에 밀봉 결합되고, 상기 전지케이스의 최상부에 양극 단자가 형성된 캡 어셈블리; 를 포함하며, 상기 캡 어셈블리의 소정의 부위에는 전극조립체로부터 가스 발생시 발생된 가스를 배출하도록 형성되어 있는 가스 배출구를 포함하고 있고, 상기 캡 어셈블리의 소정의 부위는 형상 기억 합금체로 이루어져 소정의 온도에 도달시, 가스 배출구의 크기가 증가하여 더 많은 가스가 배출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다. The present invention provides an electrode assembly having a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; a battery case in which the electrode assembly is sealed in a state impregnated with an electrolyte, and one side is opened to accommodate the electrode assembly; and a cap assembly sealingly coupled to the open portion of the battery case and having a positive electrode terminal formed on an uppermost portion of the battery case. A predetermined portion of the cap assembly includes a gas outlet formed to discharge gas generated when gas is generated from the electrode assembly, and a predetermined portion of the cap assembly is made of a shape memory alloy material and is heated to a predetermined temperature. Upon arrival, the size of the gas outlet increases, and relates to a battery cell, characterized in that formed so that more gas is discharged.

Description

형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡을 구비하는 전지셀 {Battery Cell Having a Top Cap on Which a Shape Memory Alloy Is Formed}{Battery Cell Having a Top Cap on Which a Shape Memory Alloy Is Formed}

본 발명은 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡을 구비하는 전지셀에 관한 것이다. The present invention relates to a battery cell having a top cap on which a shape memory alloy body is formed.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 특히, 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지에 대해 많은 연구 및 상용화가 이루어지고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. have.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Representatively, in terms of battery shape, demand for prismatic secondary batteries and pouch-type secondary batteries that can be applied to products such as mobile phones with thin thickness is high, and in terms of materials, lithium ion batteries with high energy density, discharge voltage, and output stability, Demand for lithium secondary batteries such as lithium ion polymer batteries is high.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.According to the shape of the battery case, the secondary battery is classified into a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet. . Among them, the cylindrical battery has an advantage in that it has a relatively large capacity and is structurally stable.

이러한 원통형 리튬 이차전지에는, 전극조립체와, 상기 전극조립체와 전해액을 수용하는 원통형 캔과, 상기 원통형 캔의 상부에 조립되어 상기 원통형 캔을 밀봉하며 상기 전극조립체에서 발생 되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡 어셈블리를 포함하여 형성된다.In such a cylindrical lithium secondary battery, an electrode assembly, a cylindrical can for accommodating the electrode assembly and the electrolyte, and assembled on the upper part of the cylindrical can to seal the cylindrical can and to flow the current generated from the electrode assembly to an external device and a cap assembly.

상기 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 풀셀 또는 바이셀 등의 유닛셀들이 분리필름에 의해 권취되어 있는 스택/폴딩형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. The electrode assembly embedded in the battery case is a charging/discharging power generating element having a stacked structure of positive electrode/separator/negative electrode, and is a jelly-roll type and , a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, and a stack/folding type in which unit cells such as full cells or bi-cells are wound by a separation film. Among them, the jelly-roll type electrode assembly is easy to manufacture and has the advantage of high energy density per weight.

한편, 리튬 이차전지는 안전성이 낮다는 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 전지가 대략 4.5V 이상으로 과충전되는 경우에는 양극 활물질의 분해반응이 일어나고, 음극에서 리튬 금속의 수지상(dendrite) 성장과, 불안정한 구조의 양극 활물질로부터의 산소 방출에 의한 전해액의 분해반응 등이 일어난다. 이러한 과정에서 열이 수반되어 상기와 같은 분해반응과 다수의 부반응들이 급속히 진행되며, 급기야는 전지의 발화 및 폭발이 유발되기도 한다. On the other hand, lithium secondary batteries have a disadvantage in that safety is low. For example, when the battery is overcharged to about 4.5V or more, the decomposition reaction of the positive electrode active material occurs, the dendrite growth of lithium metal in the negative electrode, and the decomposition reaction of the electrolyte by the release of oxygen from the positive electrode active material having an unstable structure etc. happens In this process, heat is accompanied by the decomposition reaction and a number of side reactions as described above, and eventually, ignition and explosion of the battery are induced.

고온 조건에서 열에 의한 전해액 분해 반응으로 가스가 발생하며, 짧은 시간내에 전지에서의 발열량이 급격히 증가하면, 열폭주 현상이 일어날 수 있다. Gas is generated by the decomposition reaction of the electrolyte solution by heat under high temperature conditions, and if the amount of heat generated in the battery rapidly increases within a short time, a thermal runaway phenomenon may occur.

열폭주 현상은 전지가 계속적인 통전 상태에 놓여 있을 때 발생하거나 또는 더욱 가속화됨으로써, 전지가 발화 또는 가스의 압력에 의해 폭발할 위험이 매우 커지므로 안전성에 심각한 문제가 있다.The thermal runaway phenomenon occurs when the battery is continuously energized or is further accelerated, thereby increasing the risk of the battery igniting or exploding due to the pressure of the gas, thereby causing a serious safety problem.

더욱이, 고출력, 고용량 전지의 필요에 따라, 이에 맞춰 이차 전지의 양극 활물질로서 Ni 과량의 리튬 니켈계 산화물을 사용하고 있으나, Ni의 함량이 높아질수록 열 안정성은 더욱 낮아져 이러한 활물질을 사용하는 전지에 있어 고온 안전성 확보는 필수적이다.Furthermore, in accordance with the need for high-output and high-capacity batteries, an excess of Ni is used as a cathode active material of a secondary battery according to this requirement, but as the content of Ni increases, thermal stability is further lowered. Securing high temperature safety is essential.

따라서, 원통형 리튬 이차전지는 과충전시 폭발 및 발화현상을 방지하기 위하여 캡플레이트에 과충전에 의한 내부 압력 증가시 형태가 변형되는 안전 벤트와, 상기 벤트의 형태 변경에 의해 전류가 차단되는 회로 기판을 설치하고 있다. Therefore, the cylindrical lithium secondary battery has a safety vent that is deformed when the internal pressure increases due to overcharging on the cap plate to prevent explosion and ignition when overcharging, and a circuit board that blocks current by changing the shape of the vent. are doing

이 중, 전지셀 내부 압력의 증가시 변형되어 안전 벤트가 작동하면, 전지셀 내부의 가스가 안전 벤트를 통해 배출되며, 상기 가스는 최종적으로 전지셀의 외부로 배출되어야 한다. Among them, when the battery cell is deformed when the internal pressure increases and the safety vent operates, the gas inside the battery cell is discharged through the safety vent, and the gas must be finally discharged to the outside of the battery cell.

만약, 전지셀 내부에 가득차 있는 가스가 전지셀의 외부로 원활하게 배출되지 않는다면, 전지셀이 폭발할 위험이 있는 바, 전지셀의 안정성의 큰 문제가 발생될 수 있다. If the gas filled inside the battery cell is not smoothly discharged to the outside of the battery cell, there is a risk that the battery cell will explode, which may cause a big problem in the stability of the battery cell.

이에 따라, 전지셀의 안정성을 확보하기 위해, 전극조립체에서 발생되는 가스를 전지셀 외부로 원활하게 배출시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다. Accordingly, in order to secure the stability of the battery cell, there is a high need for a technology capable of smoothly discharging the gas generated from the electrode assembly to the outside of the battery cell.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 가스 배출구가 형성되어 있는 탑 캡의 일부를 형상 기억 합금체로 형성하는 경우, 전극조립체에서 발생되는 가스를 전지셀 외부로 원활하게 배출시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. After repeated in-depth research and various experiments, the inventors of the present application, as will be described later, when a portion of the top cap in which the gas outlet is formed is formed of a shape memory alloy, the gas generated from the electrode assembly is converted into a battery cell. It was confirmed that it could be smoothly discharged to the outside, and the present invention was completed.

따라서, 본 발명은, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체; 상기 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 밀봉되어 있으며, 상기 전극조립체가 수납되도록 일측이 개방되어 있는 전지케이스; 및 상기 전지케이스의 개방 부위에 밀봉 결합되고, 상기 전지케이스의 최상부에 양극 단자가 형성된 캡 어셈블리; 를 포함하며, 상기 캡 어셈블리의 소정의 부위에는 전극조립체로부터 가스 발생시 발생된 가스를 배출하도록 형성되어 있는 가스 배출구를 포함하고 있고, 상기 캡 어셈블리의 소정의 부위는 형상 기억 합금체로 이루어져 소정의 온도에 도달시, 가스 배출구의 크기가 증가하여 더 많은 가스가 배출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다. Accordingly, the present invention, an electrode assembly having a structure of a separator interposed between the positive electrode, the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode; a battery case in which the electrode assembly is sealed in a state impregnated with an electrolyte, and one side is opened to accommodate the electrode assembly; and a cap assembly sealingly coupled to the open portion of the battery case and having a positive electrode terminal formed on an uppermost portion of the battery case. A predetermined portion of the cap assembly includes a gas outlet formed to discharge gas generated when gas is generated from the electrode assembly, and a predetermined portion of the cap assembly is made of a shape memory alloy material and is heated to a predetermined temperature. Upon arrival, the size of the gas outlet increases to provide a battery cell, characterized in that formed so that more gas is discharged.

이 때, 상기 전지케이스는 원통형으로 형성될 수 있으며, 또한, 상기 캡 어셈블리는, 상기 전지케이스의 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 있는 양극 단자를 포함하는 탑 캡; 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전소자; 및 상기 안전소자와 접촉되도록 배치되고 이차전지의 내압 증가시 파열되는 안전벤트; 를 포함하며, 상기 탑 캡의 소정의 부위에 가스 배출구가 형성될 수 있다. At this time, the battery case may be formed in a cylindrical shape, and the cap assembly may include: a top cap including a positive terminal protruding from the top of the battery case; a safety element disposed under the top cap to be in contact with the top cap; and a safety vent disposed to be in contact with the safety element and ruptured when the internal pressure of the secondary battery increases. Including, a gas outlet may be formed in a predetermined portion of the top cap.

또한, 상기 전지케이스 및 탑 캡은 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어져 있을 수 있다. In addition, the battery case and the top cap may be made of aluminum or an aluminum alloy.

한편, 본 발명의 형상은 원통형으로 한정되지 않으며, 각형 전지셀에도 사용될 수 있고, 상기 각형 전지셀 내부의 가스를 배출시키는 부위를 형상 기억 합금체로 형성할 수 있다. On the other hand, the shape of the present invention is not limited to a cylindrical shape, and may be used in a prismatic battery cell, and a portion for discharging gas inside the prismatic battery cell may be formed of a shape memory alloy body.

본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 상기 탑 캡은, 상기 양극 단자를 포함하는 부위인 제 1 부위; 상기 안전소자와 접촉하는 부위인 제 2 부위; 및 상기 제 1 부위 및 제 2 부위를 연결하는 제 3 부위; 로 이루어져 있으며, 상기 가스 배출구는 제 2 부위에 형성될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the top cap may include: a first portion including the positive terminal; a second portion that is in contact with the safety element; and a third site connecting the first site and the second site; and the gas outlet may be formed in the second portion.

이 때, 가스 배출구는 소정의 직경을 갖는 개구 형상으로 형성될 수 있으며, 전지셀이 소정의 온도에 도달할 때, 상기 제 2 부위의 길이가 신장함에 따라, 개구의 직경 역시 증가됨으로써, 전지셀 내부의 가스 배출을 원활하게 하도록 형성될 수 있다. At this time, the gas outlet may be formed in the shape of an opening having a predetermined diameter, and when the battery cell reaches a predetermined temperature, as the length of the second portion increases, the diameter of the opening also increases, so that the battery cell It may be formed to facilitate the discharge of gas inside.

본 발명의 하나의 다른 실시예에 따르면, 상기 탑 캡은, 상기 양극 단자를 포함하는 부위인 제 1 부위; 상기 안전소자와 접촉하는 부위인 제 2 부위; 및 상기 제 1 부위 및 제 2 부위를 연결하는 제 3 부위; 로 이루어져 있으며, 상기 가스 배출구는 제 3 부위의 일부에 형성될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the top cap may include: a first portion including the positive terminal; a second portion that is in contact with the safety element; and a third site connecting the first site and the second site; and the gas outlet may be formed in a portion of the third portion.

전술한 바와 동일한 원리로, 전지셀이 소정의 온도에 도달할 때, 상기 제 3 부위의 길이가 신장함에 따라, 개구의 직경 역시 증가됨으로써, 전지셀 내부의 가스 배출을 원활하게 하도록 형성될 수 있다. In the same principle as described above, when the battery cell reaches a predetermined temperature, as the length of the third portion increases, the diameter of the opening also increases, so that the gas inside the battery cell can be smoothly discharged. .

또한, 전지셀이 소정의 온도에 도달할 때, 제 1 부위 및 제 2 부위를 연결하는 제 3 부위의 길이가 신장됨에 따라, 양극 단자를 포함하는 제 1 부위가 전지셀이 정상적인 온도에 있는 상태보다 외측 방향으로 더 돌출되도록 형성될 수 있다. In addition, when the battery cell reaches a predetermined temperature, as the length of the third portion connecting the first portion and the second portion is extended, the first portion including the positive terminal is in a state where the battery cell is at a normal temperature It may be formed to protrude further outward.

본 발명의 또 하나의 다른 실시예에 따르면, 상기 탑 캡은, 상기 양극 단자를 포함하는 부위인 제 1 부위; 상기 안전소자와 접촉하는 부위인 제 2 부위; 및 상기 제 1 부위 및 제 2 부위를 연결하는 제 3 부위; 로 이루어져 있으며, 상기 제 3 부위는 탄성 부재를 일부 포함하며, 상기 가스 배출구는 제 3 부위의 일부에 형성되어 있고, 상기 안전벤트 및 제 1 부위 사이에는 형상 기억 합금체를 포함하는 지지부; 를 더 포함하며, 상기 지지부는 소정의 온도에 도달시, 길이가 신장하여 상기 제 1 부위가 전지케이스의 최상부로부터 더 돌출되도록 형성될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the top cap may include: a first portion including the positive terminal; a second portion that is in contact with the safety element; and a third site connecting the first site and the second site; a support part including a shape memory alloy body between the safety vent and the first part, wherein the third part includes a part of an elastic member, the gas outlet is formed in a part of the third part; Further comprising, when the support portion reaches a predetermined temperature, the length may be extended so that the first portion further protrudes from the top of the battery case.

한편, 상기 지지부는 소정의 길이를 갖는 봉 형상으로 형성되어 있으며, 소정의 거리를 두고 이격되어 있는 한 쌍으로 형성될 수 있다. Meanwhile, the support part may be formed in a rod shape having a predetermined length, and may be formed as a pair spaced apart from each other by a predetermined distance.

이 때, 지지부의 형상은 봉 형상에 제한되지 않으며, 설계자의 선택에 따라, 자유롭게 변경 가능하고, 지지부의 개수 역시, 설계자의 선택에 따라, 자유롭게 선택될 수 있다. At this time, the shape of the support part is not limited to the rod shape, and can be freely changed according to the designer's selection, and the number of the support part can also be freely selected according to the designer's selection.

또한, 상기 지지부는 제 1 부위를 지지하는 부위 측과 인접한 부위에만 형상 기억 합금체가 형성될 수 있으며, 구체적으로, 상기 지지부의 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 부위의 길이는 전체 길이를 기준으로 50%로 형성될 수 있다. In addition, the shape memory alloy body may be formed only in the portion adjacent to the side of the support portion supporting the first portion, and specifically, the length of the portion in which the shape memory alloy body is formed in the support portion is 50% based on the total length. can be formed with

이와 같이, 안전벤트 및 제 1 부위 사이를 지지하는 지지부를 형성함에 따라, 전지셀이 소정의 온도에 도달할 때, 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 부위의 길이가 신장함으로써, 상기 제 1 부위를 전지셀의 외측 방향으로 밀어낼 수 있다. In this way, by forming the support part for supporting between the safety vent and the first part, when the battery cell reaches a predetermined temperature, the length of the part where the shape memory alloy body is formed is extended, so that the first part is protected from the battery. It can be pushed outward of the cell.

또한, 탑 캡의 제 3 부위에는 탄성 부재가 형성되어 있는 바, 지지부의 길이가 신장됨에 따라, 탄성 부재의 길이 역시 증가됨으로써, 탑 캡의 제 1 부위가 전지셀의 외측 방향으로 더 돌출될 수 있다. In addition, an elastic member is formed on the third portion of the top cap. As the length of the support portion increases, the length of the elastic member also increases, so that the first portion of the top cap may further protrude outward of the battery cell. have.

이 때, 상기 지지부의 전체 길이를 기준으로 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 비율은 설계자의 선택에 따라 자유롭게 변경 가능하다. In this case, the ratio at which the shape memory alloy body is formed based on the total length of the support part can be freely changed according to the designer's choice.

한편, 본 발명은, 전술한 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공하며, 상기 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공한다. On the other hand, the present invention provides a battery pack comprising the above-described battery cells, and provides a device comprising the battery pack.

이 때, 상기 디바이스는 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공한다. At this time, the device is a notebook computer, netbook, tablet PC, mobile phone, MP3, wearable electronic device, power tool (power tool), electric vehicle (Electric Vehicle, EV), hybrid electric vehicle (Hybrid Electric Vehicle, HEV), plug - In hybrid electric vehicle (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), electric bicycle (E-bike), electric scooter (E-scooter), electric golf cart (electric golf cart), or power storage system characterized in that provides a device that

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡의 부위에 가스 배출구를 형성함으로써, 전극조립체에서 발생되는 가스를 전지셀 외부로 원활하게 배출시키며, 궁극적으로 전지셀의 안정성을 증대시키는 효과를 발휘한다. As described above, the battery cell according to the present invention smoothly discharges the gas generated from the electrode assembly to the outside of the battery cell by forming a gas outlet in the portion of the top cap where the shape memory alloy body is formed, and ultimately It exhibits the effect of increasing the stability of the battery cell.

도 1은, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡을 구비하는 전지셀이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 2의 a는, 전지셀이 정상적인 상태일 때, 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 2의 b는, 전지셀 내부가 소정의 온도에 도달하였을 때, 형상 기억 합금체의 길이가 신장된 상태인 탑 캡이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 3은, 본 발명의 하나의 다른 실시예에 따른 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡을 구비하는 전지셀이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 4의 a는, 전지셀이 정상적인 상태일 때, 지지부 및 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 4의 b는, 전지셀 내부가 소정의 온도에 도달하였을 때, 지지부의 길이가 신장되며, 형상 기억 합금체의 길이가 신장된 상태인 탑 캡이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다.
1 is a schematic diagram schematically showing a battery cell having a top cap on which a shape memory alloy body is formed according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2A is a schematic diagram schematically showing a top cap having a shape memory alloy body formed thereon when the battery cell is in a normal state;
2B is a schematic diagram schematically showing a top cap in a state in which the length of the shape memory alloy body is extended when the inside of the battery cell reaches a predetermined temperature;
3 is a schematic diagram schematically showing a battery cell having a top cap on which a shape memory alloy body is formed according to another embodiment of the present invention;
FIG. 4 a is a schematic diagram schematically illustrating a top cap in which a support part and a shape memory alloy body are formed when the battery cell is in a normal state;
FIG. 4B is a schematic diagram schematically illustrating a top cap in a state in which the length of the support portion is extended and the length of the shape memory alloy body is extended when the inside of the battery cell reaches a predetermined temperature.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be further described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 1은, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡을 구비하는 전지셀이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다.1 is a schematic diagram schematically showing a battery cell having a top cap on which a shape memory alloy body is formed according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전지셀(100)은 원통형으로 형성되어 있으며, 젤리-롤 형태의 전극조립체(130)와, 전극조립체(130)와 함께 전해액을 수용하는 원통형의 전지케이스(140)와, 전지 케이스(140)의 상부 개방단에 밀봉 결합된 캡 어셈블리(120)를 포함한다.1, the battery cell 100 is formed in a cylindrical shape, and the electrode assembly 130 in the form of a jelly-roll, and a cylindrical battery case 140 for accommodating the electrolyte together with the electrode assembly 130, and a cap assembly 120 sealingly coupled to the upper open end of the battery case 140 .

전극조립체(130)는 양극(131)과 음극(132) 사이에 세퍼레이터(133)이 개재된 상태로 적층하여 젤리-롤 형태로 감긴 구조이며, 양극(131)에는 양극 리드(150)가 부착되어 캡 어셈블리(120)에 접속되어 있고, 음극(132)에는 음극 리드(미도시)이 부착되어 전지 케이스(140)의 하단에 접속되어 있다. The electrode assembly 130 has a structure in which a separator 133 is interposed between the positive electrode 131 and the negative electrode 132 and is wound in a jelly-roll shape, and the positive electrode lead 150 is attached to the positive electrode 131 , It is connected to the cap assembly 120 , and a negative lead (not shown) is attached to the negative electrode 132 and is connected to the lower end of the battery case 140 .

또한, 전극조립체(130)의 중심부에는 원통형의 센터핀(110)이 삽입되어 있으며, 이러한 센터핀(110)은 전극조립체(130)를 고정 및 지지하고, 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다.In addition, a cylindrical center pin 110 is inserted into the center of the electrode assembly 130 , and the center pin 110 fixes and supports the electrode assembly 130 , and is generated by an internal reaction during charging and discharging and operation. It acts as a channel for releasing the gas.

이 때, 캡 어셈블리(120)는 양극 단자가 마련된 탑 캡(Top Cap)(123)과, 탑 캡(123)의 하부에 위치하고 전지 내부의 압력 상승에 의해 파열되어 가스를 배기하기 위한 노치(Notch)(125)가 형성된 안전벤트(122)와, 탑 캡(121)과 안전벤트(122) 사이에 개재된 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element) 형태의 안전소자(123)와, 상단 일측이 안전벤트(122)에 접촉되고 하단 일측이 전극조립체(130)의 양극 리드(150)에 연결된 전류차단부재(124)를 구비한다.At this time, the cap assembly 120 includes a top cap 123 provided with a positive terminal, and a notch positioned under the top cap 123 and ruptured by an increase in pressure inside the battery to exhaust gas. A safety vent 122 in which ) 125 is formed, a safety element 123 in the form of a PTC element (Positive Temperature Coefficient element) interposed between the top cap 121 and the safety vent 122, and a safety vent at the upper end A current blocking member 124 is provided in contact with the 122 and the lower end is connected to the anode lead 150 of the electrode assembly 130 .

이러한 원통형 전지셀은 정상적인 작동조건에서 전극조립체(130)의 양극(131)이 양극 리드(150), 전류차단부재(124), 안전벤트(122) 및 안전소자(123)를 경유하여 탑 캡(121)에 연결되어 통전된다. In this cylindrical battery cell, the positive electrode 131 of the electrode assembly 130 under normal operating conditions passes through the positive electrode lead 150, the current blocking member 124, the safety vent 122 and the safety element 123 to the top cap ( 121) and energized.

또한, 과충전 등에 의해 전극조립체(130)에서 가스가 발생하여 내압이 증가할 경우에는 안전벤트(122)가 상방으로 변형되면서 전류차단부재(124)로부터 분리되어 전류가 자동적으로 차단됨으로써 전지의 안정성이 확보될 수 있다. In addition, when gas is generated in the electrode assembly 130 due to overcharging and the internal pressure is increased, the safety vent 122 is deformed upward and is separated from the current blocking member 124 to automatically cut off the current, so that the stability of the battery is improved. can be secured.

더욱이, 이차전지의 내압이 계속 증가할 경우에는 안전벤트(122)가 파열되고 탑 캡(31)의 배기구를 통해 가스가 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다.Moreover, when the internal pressure of the secondary battery continues to increase, the safety vent 122 is ruptured and the gas is exhausted through the exhaust port of the top cap 31 , thereby preventing the battery from exploding.

이 때, 탑 캡(121)에는 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 부위를 포함하며, 이에 대해서는 이하에서 구체적으로 설명한다. In this case, the top cap 121 includes a portion where the shape memory alloy body is formed, which will be described in detail below.

도 2의 a는, 전지셀이 정상적인 상태일 때, 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이며, 도 2의 b는, 전지셀 내부가 소정의 온도에 도달하였을 때, 형상 기억 합금체의 길이가 신장된 상태인 탑 캡이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다.2A is a schematic diagram schematically showing a top cap having a shape memory alloy body formed thereon when the battery cell is in a normal state, and FIG. 2B is when the inside of the battery cell reaches a predetermined temperature, It is a schematic diagram schematically showing a top cap in a state in which the length of the shape memory alloy body is extended.

도 2의 a 및 b를 참조하면, 탑 캡(121)은, 양극 단자를 포함하는 부위인 제 1 부위(121c), 안전소자와 접촉하는 부위인 제 2 부위(121a) 및 제 1 부위(121c) 및 제 2 부위(121a)를 연결하는 제 3 부위(121b)로 이루어져 있다. Referring to FIGS. 2A and 2B , the top cap 121 includes a first portion 121c that includes a positive electrode terminal, a second portion 121a and a first portion 121c that is in contact with the safety element. ) and a third portion 121b connecting the second portion 121a.

이 때, 가스 배출구는 제 3 부위(121b)의 일부에 형성되어 있으며, 가스 배출구는 소정의 직경을 갖는 개구 형상으로 형성될 수 있고, 전지셀이 소정의 온도에 도달할 때, 제 3 부위(121b)의 길이가 신장함에 따라, 개구의 직경 역시 증가됨으로써, 전지셀 내부의 가스 배출을 원활하게 하도록 형성되어 있다. At this time, the gas outlet is formed in a part of the third portion 121b, the gas outlet may be formed in an opening shape having a predetermined diameter, and when the battery cell reaches a predetermined temperature, the third portion ( As the length of 121b) increases, the diameter of the opening also increases, so that the gas inside the battery cell is smoothly discharged.

이와 같이, 전지셀이 소정의 온도에 도달할 때, 형상 기억 합금체로 형성되어 있는 제 3 부위(121b)의 길이가 신장함에 따라, 제 1 부위는 전지셀의 외측 방향으로 더욱 돌출된다. As such, when the battery cell reaches a predetermined temperature, as the length of the third portion 121b formed of the shape-memory alloy body increases, the first portion further protrudes outward of the battery cell.

구체적으로, 정상적인 상태에서 제 1 부위(121c) 및 제 2 부위(121a)의 높이 차(d1)이며, 전지셀이 소정의 온도에 도달했을 때, 제 1 부위(121c) 및 제 2 부위(121a)의 높이 차(d2)는 전지셀이 정상적인 상태일 때에 비해, 더욱 증가된다. Specifically, it is the height difference d1 between the first portion 121c and the second portion 121a in a normal state, and when the battery cell reaches a predetermined temperature, the first portion 121c and the second portion 121a ), the height difference d2 is further increased compared to when the battery cell is in a normal state.

도 3은, 본 발명의 하나의 다른 실시예에 따른 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡을 구비하는 전지셀이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이며, 도 4의 A는, 전지셀이 정상적인 상태일 때, 지지부 및 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이고, 도 4의 B는, 전지셀 내부가 소정의 온도에 도달하였을 때, 지지부의 길이가 신장되며, 형상 기억 합금체의 길이가 신장된 상태인 탑 캡이 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다.3 is a schematic diagram schematically showing a battery cell having a top cap having a shape memory alloy body formed thereon according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4A is when the battery cell is in a normal state. , a schematic diagram schematically showing a top cap on which a support part and a shape memory alloy body are formed, and FIG. 4B is, when the inside of the battery cell reaches a predetermined temperature, the length of the support part is extended, and the shape memory alloy body It is a schematic diagram schematically showing a top cap in an extended state.

도 3, 도 4의 a 및 b를 참조하면, 도 1에 도시된 전지셀과는 달리, 안전벤트(222) 및 탑 캡(221) 사이에 형상 기억 합금체를 포함하는 지지부(260)가 수직한 방향으로 위치되어 탑 캡(221)의 제 1 부위(221C)를 지지하고 있다. Referring to FIGS. 3 and 4 a and b, unlike the battery cell shown in FIG. 1 , the support part 260 including the shape memory alloy between the safety vent 222 and the top cap 221 is vertical. It is positioned in one direction to support the first portion 221C of the top cap 221 .

지지부(260)는 소정의 온도에 도달시, 길이가 상측 방향으로 신장하여 탑 캡(221)의 양극 단자를 포함하는 부위가 전지케이스(240)의 최상부로부터 더 돌출되도록 형성되어 있다. When a predetermined temperature is reached, the support part 260 is formed to extend upward in length so that a portion of the top cap 221 including the positive terminal further protrudes from the top of the battery case 240 .

이 때, 탑 캡(221)의 제 3 부위(221b)에는 탄성 부재가 형성되어 있는 바, 지지부(260)의 길이가 신장됨에 따라, 탄성 부재의 길이 역시 증가됨으로써, 탑 캡(221)의 제 1 부위(221c)가 전지셀의 외측 방향으로 더 돌출될 수 있다. At this time, an elastic member is formed on the third portion 221b of the top cap 221 . As the length of the support part 260 is increased, the length of the elastic member also increases, so that the first portion of the top cap 221 is formed. One portion 221c may further protrude outwardly of the battery cell.

이 때, 지지부(260)의 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 부위의 길이는 전체 길이를 기준으로 50%이며, 제 1 부위(221c)를 지지하는 부위 측과 인접한 부위에만 형상 기억 합금체가 형성되어 있다. At this time, the length of the portion where the shape-memory alloy body is formed of the support portion 260 is 50% of the total length, and the shape-memory alloy body is formed only in the portion adjacent to the portion supporting the first portion 221c. .

이와 같이, 지지부(260)는 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 부위(261) 및 형상 기억 합금체가 형성되어 있지 않은 부위(262)를 모두 포함하도록 형성되어 있으며, 이에 따라, 전지셀 내부가 소정의 온도에 도달하였을 때, 제 1 부위(221c)가 전지케이스의 최상부로부터 더 돌출되는 방향으로 신장된다. As such, the support portion 260 is formed to include both the portion 261 in which the shape-memory alloy body is formed and the portion 262 in which the shape-memory alloy body is not formed. When reaching , the first portion 221c extends in a direction further protruding from the top of the battery case.

구체적으로, 정상적인 상태에서 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 부위의 높이(d3)보다, 전지셀이 소정의 온도에 도달했을 때, 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 부위의 높이(d4)가 더욱 증가되도록 형성되어 있다. Specifically, when the battery cell reaches a predetermined temperature, the height (d4) of the portion where the shape memory alloy body is formed is further increased than the height (d3) of the portion where the shape memory alloy body is formed in a normal state. has been

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (13)

양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체;
상기 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 밀봉되어 있으며, 상기 전극조립체가 수납되도록 일측이 개방되어 있는 전지케이스; 및
상기 전지케이스의 개방 부위에 밀봉 결합되고, 상기 전지케이스의 최상부에 양극 단자가 형성된 캡 어셈블리; 를 포함하며,
상기 캡 어셈블리의 소정의 부위에는 전극조립체로부터 가스 발생시 발생된 가스를 배출하도록 형성되어 있는 가스 배출구를 포함하고 있고,
상기 캡 어셈블리의 소정의 부위는 형상 기억 합금체로 이루어져 소정의 온도에 도달시, 가스 배출구의 크기가 증가하여 가스가 배출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 있어서,
상기 전지케이스는 원통형으로 형성되어 있고,
상기 캡 어셈블리는,
상기 전지케이스의 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 있는 양극 단자를 포함하는 탑 캡;
상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전소자; 및
상기 안전소자와 접촉되도록 배치되고 이차전지의 내압 증가시 파열되는 안전벤트;를 포함하며,
상기 탑 캡의 소정의 부위에 가스 배출구가 형성되어 있고,
상기 탑 캡은,
상기 양극 단자를 포함하는 부위인 제 1 부위;
상기 안전소자와 접촉하는 부위인 제 2 부위; 및
상기 제 1 부위 및 제 2 부위를 연결하는 제 3 부위; 로 이루어져 있으며,
상기 제 3 부위는 탄성 부재를 일부 포함하며, 상기 가스 배출구는 제 3 부위의 일부에 형성되어 있고,
상기 안전벤트 및 제 1 부위 사이에는 형상 기억 합금체를 포함하는 지지부; 를 더 포함하며,
상기 지지부는 소정의 온도에 도달시, 길이가 신장하여 상기 제 1 부위가 전지케이스의 최상부로부터 더 돌출되도록 형성되어 있고,
상기 지지부는 소정의 길이를 갖는 봉 형상으로 형성되어 있으며, 소정의 거리를 두고 이격되어 있는 한 쌍으로 형성되어 있으며,
상기 지지부는 제 1 부위를 지지하는 부위 측과 인접한 부위에만 형상 기억 합금체가 형성되어 있고,
상기 지지부의 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 부위의 길이는 전체 길이를 기준으로 50%인 것을 특징으로 하는 전지셀.
an electrode assembly having a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode;
a battery case in which the electrode assembly is sealed in a state impregnated with an electrolyte, and one side is opened to accommodate the electrode assembly; and
a cap assembly sealingly coupled to the open portion of the battery case and having a positive electrode terminal formed on an uppermost portion of the battery case; includes,
A predetermined portion of the cap assembly includes a gas outlet formed to discharge gas generated when gas is generated from the electrode assembly,
In the battery cell, characterized in that the predetermined portion of the cap assembly is made of a shape-memory alloy material and is formed so that the gas is discharged by increasing the size of the gas outlet when a predetermined temperature is reached,
The battery case is formed in a cylindrical shape,
The cap assembly,
a top cap including a positive terminal protruding from the top of the battery case;
a safety element disposed under the top cap to be in contact with the top cap; and
a safety vent disposed to be in contact with the safety element and ruptured when the internal pressure of the secondary battery increases;
A gas outlet is formed in a predetermined portion of the top cap,
The top cap is
a first portion including the positive terminal;
a second portion that is in contact with the safety element; and
a third site connecting the first site and the second site; consists of,
The third portion includes a portion of the elastic member, the gas outlet is formed in a portion of the third portion,
a support portion including a shape memory alloy body between the safety vent and the first portion; further comprising,
When the support part reaches a predetermined temperature, the length is extended so that the first part protrudes further from the top of the battery case,
The support part is formed in a rod shape having a predetermined length, and is formed in a pair spaced apart by a predetermined distance,
The support part has a shape memory alloy body formed only on the part adjacent to the part supporting the first part,
The length of the portion in which the shape memory alloy body of the support is formed is 50% of the total length of the battery cell.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스 및 탑 캡은 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein the battery case and the top cap are made of aluminum or an aluminum alloy. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항, 제 4 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.A battery pack comprising the battery cell according to any one of claims 1 to 4. 제 11 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.A device comprising the battery pack according to claim 11 . 제 12 항에 있어서, 상기 디바이스는 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스.13. The method of claim 12, wherein the device is a notebook computer, netbook, tablet PC, mobile phone, MP3, wearable electronic device, power tool, electric vehicle (Electric Vehicle, EV), hybrid electric vehicle (Hybrid Electric Vehicle, HEV) ), Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV), electric bicycle (E-bike), electric scooter (E-scooter), electric golf cart, or system for power storage Device characterized in that.
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