KR102347978B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR102347978B1
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Abstract

본 발명은 벤팅을 원활하게 할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극 조립체를 내부에 수용하는 캔부재 및 상기 캔부재의 개구부를 덮는 탑캡 조립체를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는 상기 캔부재 내부의 내압 증가 시 파단되는 파단부 및 상기 파단부의 경계를 형성하는 파단 노치부를 포함하는 안전벤트부 및 상기 파단부에 부착되며 상기 캔부재의 내부 내압 증가 시 파단되어 전류를 차단하는 차단부를 구비하는 전류차단장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 벤팅을 원활하게 할 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 안전벤트의 외측에 형성된 양극단자가 안전벤트의 파단된 배출구를 가로 막아서 원활한 벤팅(venting)을 방해하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 안전벤트의 벤팅 시 벤팅을 원활하게 하는 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극 조립체를 내부에 수용하는 캔부재 및 상기 캔부재의 개구부를 덮는 탑캡 조립체를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는 상기 캔부재 내부의 내압 증가 시 파단되는 파단부 및 상기 파단부의 경계를 형성하는 파단 노치부를 포함하는 안전벤트부 및 상기 파단부에 부착되며 상기 캔부재의 내부 내압 증가 시 파단되어 전류를 차단하는 차단부를 구비하는 전류차단장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 안전벤트부의 상기 파단부에 결합되고 외부와 전기적으로 접속하는 단자부일 수 있다.
상기 안전벤트부의 상기 파단 노치부는 상기 캔부재의 내부를 향해 형성될 수 있다.
상기 안전벤트부의 상기 파단 노치부는 상기 캔부재의 외부를 향해 형성될 수 있다.
상기 안전벤트부는 상기 파단 노치부의 둘레 외측에서 상기 전류차단장치를 향해서 벤딩된 벤딩부를 포함할 수 있다.
상기 단자부의 테두리부는 상기 캔부재에 결합되도록 연장될 수 있다.
상기 단자부는 상기 파단부에 결합되어 상기 캔부재 내부의 내압 증가 시 상기 파단부와 함께 제거되는 제거부를 구비될 수 있다.
상기 제거부는 상기 단자부에 형성된 제거 노치부에 의해 파단될 수 있다.
상기 안전벤트부는 상기 파단부의 테두리에 상기 테두리 단부로부터 상기 전류차단장치의 상기 차단부와 부착되는 부분으로 갈수록 두께가 두꺼워지게 형성되는 힌지부를 포함할 수 있다.
상기 힌지부는 테두리 단부로부터 상기 전류차단장치 방향으로 기울어지도록 형성될 수 있다.
상기 힌지부는 상기 캔부재의 내부 압력 증가시 상기 전류차단장치의 반대 방향으로 기울어지도록 변형될 수 있다.
상기 힌지부의 테두리부에 오목하게 형성된 리버스 노치를 포함할 수 있다.
상기 파단부는 둘레부에 오목하게 형성된 리버스 노치를 포함할 수 있다.
상기 파단부는 상기 리버스 노치로부터 상기 전류차단장치 방향으로 경사를 형성하여 상기 차단부와 부착될 수 있다.
본 발명에 따르면, 벤팅을 원활하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지의 용량을 증가시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1을 A-A 절개선을 따라 절개하여 내부 주요부를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 2에 단자부가 설치된 것을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에서 파단부와 단자부가 제거된 것을 도시한 사용상태도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 3에 단자부가 설치된 것을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 4에 단자부가 설치된 것을 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 단자부의 테두리가 캔부재에 결합되는 것을 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9에서 파단부와 제거부가 제거된 것을 도시한 사용상태도이다.
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 도 1을 A-A 절개선을 따라 절개하여 내부 주요부를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극 조립체(1)를 내부에 수용하는 캔부재(3) 및 상기 캔부재(3)의 개구부를 덮는 탑캡 조립체(100)를 포함하며, 상기 탑캡 조립체(100)는 상기 캔부재(3) 내부의 내압 증가 시 파단되는 파단부(111) 및 상기 파단부(111)의 경계를 형성하는 파단 노치부(113)를 포함하는 안전벤트부(110) 및 상기 파단부(111)에 부착되며 상기 캔부재(3)의 내부 내압 증가 시 파단되어 전류를 차단하는 차단부(121)를 구비하는 전류차단장치(120)를 포함한다.
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(3)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 또는 알루미늄 합금이 사용된다.
캔부재(3)는 전극 조립체(1)와 전해액(미도시)의 용기가 되고, 전극 조립체(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.
안전벤트부(110)의 파단 노치부(113)는 캔부재(3)의 내부를 향해 오목하게 형성될 수 있고 또는 캔부재(3)의 외부를 향해 오목하게 형성될 수도 있다.
파단 노치부(113)의 형성 방향은 제조의 편리성 및 캔부재(3) 내부 내압 증가 시 가스 배출 기능 향상을 위해 선택적으로 제조 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 탑캡 조립체(100)에서 단자부를 제거하여 캔부재(3) 내부 가스 벤트(vent) 시 배출로를 확보함과 동시에 탑캡 조립체(100)의 총고(전체 높이)를 낮출 수 있어 캔부재(3) 내부 공간을 확보함에 따라 이차전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 안전벤트부(110)는 파단 노치부(113)의 둘레 외측에서 전류차단장치(120)가 있는 방향을 향해 벤딩(bending)된 벤딩부(115)를 포함할 수 있다.
벤딩부(115)는 안전벤트부(110)를 캔부재(3)에 조립할 시 안전벤트부(110)와 캔부재(3)의 결합부 위치를 캔부재(30) 전체 높이에서 낮추는 기능을 할 수 있다.
즉, 안전벤트부(110)는 테두리부를 폴딩하여 캔부재(3)의 개구부와 함께 구부리거나 주름을 잡는 크림핑(crimping) 방식으로 안전벤트부(110)를 캔부재(3)에 결합하는데, 안전벤트부(110)의 벤딩부(115)에 의해 안전벤트부(110)의 테두리부의 위치를 낮게 형성하여 테두리부의 폴딩 및 캔부재(30)와의 크림핑(crimping)에 의해 캔부재(30)의 전체 높이가 높아지는 것을 방지할 수 있다.
파단부(111)는 둘레부의 벤딩되는 위치에 오목하게 형성된 리버스 노치(117)를 포함할 수 있다.
파단부(111)는 정상적인 상황에서 전류차단장치(120) 방향으로 벤딩되게 형성되는데, 캔부재(3) 내부 압력 증가시 파단부(111)는 내부 압력에 의해 파단되기 전에 리버스 노치(117)를 기준으로 전류차단장치(120)의 반대 방향으로 벤딩되도록 변형될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 안전벤트부(110)는 파단부(111)의 테두리에 테두리 단부로부터 전류차단장치(120)의 차단부(121)와 부착되는 부분으로 갈수록 두께가 두꺼워지게 형성되는 힌지부(119)를 포함할 수 있다.
힌지부(119)는 파단부(111)의 테두리 단부로부터 전류차단장치(120) 방향으로 기울어지도록 형성되어 파단부(111)의 테두리 단부의 두께가 파단부(111)의 다른 부위에 비해 얇게 형성될 수 있다.
힌지부(110)의 테두리부에 오목한 리버스 노치(117)가 형성될 수 있다.
힌지부(119)는 리버스 노치(117)로부터 연속되게 형성될 수 있다.
이와 같이, 리버스 노치(117)와 연속되게 형성된 힌지부(119)는 캔부재(3)의 내부 압력 증가시 파단부(111)가 파단되기에 앞서 캔부재(30)의 내부 압력에 의해 전류차단장치(120)의 반대 방향으로 기울어지도록 변형되는 것을 쉽게 하여 일시적으로 캔부재(3) 내부 공간을 증대함에 따라 안전벤트부(110)의 벤트(vent) 시기를 늦출 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 2에 단자부가 설치된 것을 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5에서 파단부와 단자부가 제거된 것을 도시한 사용상태도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는 안전벤트부(110)의 파단부(111)에 단자부(130)가 결합될 수 있다.
단자부(130)는 캔부재(3)의 외측으로 노출되어 외부와 전기적으로 접속할 수 있다.
그리고 단자부(130)는 파단 노치부(113) 둘레 내측에서 파단부(111)와 용접 결합되어 파단부(111)의 파단 시 파단부(111)와 함께 탑캡 조립체(100)로부터 제거될 수 있다.
단자부(130)가 파단부(111)와 함께 탑캡 조립체(100)로부터 제거됨에 따라 가스의 배출로를 확보할 수 있어 가스 벤트를 원활히 하는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 3에 단자부가 설치된 것을 도시한 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지는 안전벤트부(110)의 파단부(111)에 단자부(130)가 결합되는데, 단자부(130)의 테두리부는 안전벤트부(110)의 벤딩부(115) 둘레 내측에 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 4에 단자부가 설치된 것을 도시한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지는 안전벤트부(110)의 파단부(111)에 단자부(130)가 결합되는데, 힌지부(119)는 파단부(111)에서 단자부(130)와 결합된 결합부의 내측 단부로부터 전류차단장치(120) 방향으로 기울어지도록 형성되어 상기 결합부의 내측 단부로부터 전류차단장치(120) 방향으로 갈수록 두께가 두꺼워지게 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 단자부의 테두리가 캔부재에 결합되는 것을 도시한 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지는 안전벤트부(110)의 파단부(111)에 단자부(130)가 결합되는데, 단자부(130)의 테두리부는 안전벤트부(110)와 함께 캔부재(3)에 크림핑(crimping) 결합되도록 연장 형성될 수 있다.
그리고 단자부(130)는 안전벤트부(110)의 파단 노치부(113) 인근에 오목한 제거 노치부(133)를 형성할 수 있다.
제거 노치부(133)는 단자부(130)에서 파단부(111)의 파단 시 파단부(111)와 함께 탑캡 조립체(100)로부터 제거되는 제거부(131)의 경계를 형성할 수 있다.
도 10은 도 9에서 파단부와 제거부가 제거된 것을 도시한 사용상태도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 캔부재(3)의 내압 증가 시 내압에 의해 안전벤트부(110)로부터 파단부(111)가 떨어지면서 그 압력에 의해 제거 노치부(133)가 파단되어 단자부(130)로부터 제거부(131)가 떨어질 수 있다. 이와 같이 제거부(131)가 파단부(111)와 함께 탑캡 조립체(100)로부터 제거됨에 따라 가스 배출로를 확보할 수 있어 캔부재(3) 내부 가스의 벤트(도 10에서 화살표로 표시)를 원활하게 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 가스 벤팅을 원활하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지의 용량을 증가시키는 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: 전극 조립체
3: 캔부재
100: 탑캡 조립체
110: 안전벤트부
111: 파단부
113: 노치부
115: 벤딩부
117: 리버스 노치
119: 힌지부
120: 전류차단장치
121: 차단부
130: 단자부
131: 제거부
133: 제거 노치부

Claims (14)

  1. 전극 조립체(1)를 내부에 수용하는 캔부재(3); 및
    상기 캔부재(3)의 개구부를 덮는 탑캡 조립체(100); 를 포함하며,
    상기 탑캡 조립체(100)는,
    상기 캔부재(3) 내부의 내압 증가 시 파단되는 파단부(111) 및 상기 파단부(111)의 경계를 형성하는 파단 노치부(113)를 포함하는 안전벤트부(110);
    상기 파단부(111)에 부착되며 상기 캔부재(3)의 내부 내압 증가 시 파단되어 전류를 차단하는 차단부(121)를 구비하는 전류차단장치(120); 및
    상기 안전벤트부(110)의 상기 파단부(111)에 결합되고 외부와 전기적으로 접속하는 단자부(130)를 포함하고,
    상기 단자부(130)는 상기 파단부(111)에 결합되어 상기 캔부재(3) 내부의 내압 증가 시 상기 파단부(111)와 함께 제거되는 제거부(131)를 구비하며,
    상기 제거부(131)는 상기 단자부(130)에 형성된 제거 노치부(133)에 의해 파단되고,
    상기 제거 노치부(133)는 상기 단자부(130)에서 상기 파단부(111)의 파단 시 상기 파단부(111)와 함께 상기 탑캡 조립체(100)로부터 제거되는 제거부(131)의 경계를 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 안전벤트부(110)의 상기 파단 노치부(113)는 상기 캔부재(3)의 내부를 향해 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 안전벤트부(110)의 상기 파단 노치부(113)는 상기 캔부재(3)의 외부를 향해 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 안전벤트부(110)는 상기 파단 노치부(113)의 둘레 외측에서 상기 전류차단장치(120)를 향해서 벤딩된 벤딩부(115)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 단자부(130)의 테두리부는 상기 캔부재(3)에 결합되도록 연장된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 안전벤트부(110)는 상기 파단부(111)의 테두리에 상기 테두리 단부로부터 상기 전류차단장치(120)의 상기 차단부(121)와 부착되는 부분으로 갈수록 두께가 두꺼워지게 형성되는 힌지부(119)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 힌지부(119)는 테두리 단부로부터 상기 전류차단장치(120) 방향으로 기울어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 힌지부(119)는 상기 캔부재(3)의 내부 압력 증가시 상기 전류차단장치(120)의 반대 방향으로 기울어지도록 변형되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 힌지부(119)의 테두리부에 오목하게 형성된 리버스 노치(117)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 파단부(111)는 둘레부에 오목하게 형성된 리버스 노치(117)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 파단부(111)는 상기 리버스 노치(117)로부터 상기 전류차단장치(120) 방향으로 경사를 형성하여 상기 차단부(121)와 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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