KR102475969B1 - 상단 개방이 가능한 구조를 포함하는 원통형 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원통형 리튬 이차전지로서,
전극조립체 및 전해액을 수용하는 원통형 전지케이스, 및 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 위치하는 캡 어셈블리를 포함하며,
상기 원통형 전지케이스는 상기 캡 어셈블리의 외주변을 감싸도록 클림핑부를 형성하고,
상기 클림핑부의 상면은 상기 이차전지의 중심 축 방향 끝단의 적어도 일부가 갈라지는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지에 대한 것이다.
전극조립체 및 전해액을 수용하는 원통형 전지케이스, 및 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 위치하는 캡 어셈블리를 포함하며,
상기 원통형 전지케이스는 상기 캡 어셈블리의 외주변을 감싸도록 클림핑부를 형성하고,
상기 클림핑부의 상면은 상기 이차전지의 중심 축 방향 끝단의 적어도 일부가 갈라지는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지에 대한 것이다.
Description
본 발명은 원통형 이차전지의 내부 압력 증가시 가스 배출을 위하여 캡 어셈블리가 전지케이스로부터 이탈하여 분리될 수 있도록 전지케이스의 상단 개방이 가능한 구조를 포함하는 원통형 이차전지에 대한 것이다.
충방전이 가능하여 반복 사용이 가능한 이차전지가 휴대폰, 노트북 컴퓨터 내지 웨어러블 디바이스 등의 전원으로 널리 사용되고 있다. 특히 리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 상대적으로 높고, 단위 중량당 높은 에너지 밀도를 갖기 때문에 전기자동차 내지 전력 저장장치와 같은 고용량 및 고전압이 필요한 제품에 주로 사용되고 있다.
상기 리튬 이차전지는 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 배치된 전극조립체와, 상기 전극조립체를 전해액과 함께 밀봉 수용하는 전지케이스를 구비하며, 전지케이스의 형태에 따라 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 나뉜다. 원통형 전지와 각형 전지는 금속 캔에 전극조립체를 장착한 형태이며, 파우치형 전지는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 장착한 형태이다.
상기 원통형 이차전지는 부피 대비 용량이 큰 장점이 있으며, 일반적인 원통형 이차전지의 구조를 도 1에 도시하였다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차전지는 원통형 전지케이스(10), 전지케이스의(10)의 내부에 수용되는 젤리-롤형 전극조립체(30), 전지케이스(10)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(20), 캡 어셈블리(20)를 장착하기 위한 비딩부(11) 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑부(12)를 포함한다.
전극조립체(30)는 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취된 구조이며, 양극판에는 양극 탭(31)이 부착되어 캡 어셈블리(20)에 접속되어 있고, 음극판에는 음극 (미도시)이 부착되어 전지케이스(10)의 하단에 접속되어 있다.
캡 어셈블리(20)는 탑 캡(21), 안전소자(22), 안전 벤트(23), 절연부재(24), 및 전류차단부재(25) 등이 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 캡 어셈블리(20)는 가스켓(26)에 장착된 상태로 전지케이스(10)의 비딩부(11)에 의해 위치 고정이 이루어진다. 따라서, 정상적인 작동 조건에서 전극조립체(30)의 양극은 양극 탭(31), 전류차단부재(25), 안전 벤트(23) 및 안전 소자(22)를 경유하여 탑 캡(21)에 연결되어 통전을 이룬다. 특히, 캡 어셈블리(20)의 안전 벤트(23)는 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하고 및/또는 가스를 배기한다. 즉, 이차 전지에서는 과충전 등과 같은 원인에 의해 전극조립체(30) 쪽으로부터 가스가 발생할 수 있으며, 상기 캡 어셈블리(20)의 안전 벤트(23)는, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하여 일정 수준 이상으로 내압이 증가하는 경우 파열됨으로써 이차 전지 내부의 가스가 외부로 배출되도록 할 수 있다.
도 2는 도 1의 원통형 이차전지의 사시도인 바, 도 2을 참조하면, 전지케이스(10)는 탑 캡(21)의 외주변을 감싸는 구조의 클림핑부(12)가 형성되어 있는 바, 클림핑부(12)는 탑 캡(21)의 외주변에서 탑 캡(21)의 중심부 방향으로 연장된 구조로 이루어지고, 클림핑부(12)의 연장 끝단은 링 형태로 이루어진다.
이와 같은 구조의 전지케이스(10)은, 내압이 증가하는 경우 탑 캡(21)에 형성된 개구(27)를 통해 가스가 배출된다. 그러나, 개구(27)의 크기가 작기 때문에 가스 배출이 빠르게 이루어지기 어려운 문제가 있다.
또한, 빠른 가스 배출이 이루어지지 않는 경우에는 원통형 이차전지의 원통형 측면부가 파단될 수 있는 바, 이와 같은 경우 측면에 인접하게 위치하는 이차전지가 변형되거나 이차전지의 연쇄적인 파단이 일어날 수 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 전극조립체와 전해액을 내부에 수용하고, 상부에 비딩부 및 클림핑부를 포함하되, 상기 크림핑부에 하나 이상의 노치가 형성된 원형 캔 및 상기 원형 캔의 크림핑부에 결합된 캡 조립체를 포함하는 원형 이차전지를 개시한다.
상기 특허문헌 1의 원형 이차전지는 크림핑부에 형성된 노치가 파단되는 경우, 전지케이스의 상단부가 전지케이스로부터 분리되어 캡 조립체와 크림핑부가 함께 이탈되는 구조이다. 따라서, 상기 노치가 파단되기 위해서는 캡 어셈블리를 전극조립체와 반대 방향으로 밀어내는 힘이 강하게 필요한 바, 노치가 파단되는 시점을 조절하기 어려운 문제가 있다.
특허문헌 2는 이차전지의 내압 증가시 이차전지 내부의 가스를 외부로 원활하게 배출하기 위하여, 비딩부에 하나 이상의 노치가 형성된 전지케이스를 개시한다.
상기 특허문헌 2의 이차전지는 비딩부 둘레를 따라서 연속적 또는 비연속적으로 노치가 형성된 구조인 바, 상기 노치가 파단되면서 가스 배출이 가능하다. 그러나, 상기 특허문헌 2의 노치는 원통형 이차전지의 원통형 측면에 형성되는 바, 상기 노치가 파단되는 경우, 원통형 측면에 이웃하게 배치되어 있는 다른 이차전지에게 영향을 주는 문제가 있다.
특허문헌 3은 전극조립체의 외면을 감싸고, 원통형 측면판과 상기 원통형 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하고, 상기 측면판, 상기 하면판 및 상기 측면판과 하면판이 만나는 모서리부 중 어느 하나에 형성된 벤트를 포함하는 캔과, 상기 캔의 상부에 형성된 캡 어셈블리를 포함하는 이차전지를 개시한다.
상기 특허문헌 3의 이차전지는 원통형 측면판, 하면판, 또는 상기 측면판과 하면판이 만나는 모서리부에 벤팅부가 형성된 구조인 바, 상기 특허문헌 2의 문제점과 같이 상기 벤팅부가 파단되는 경우 측면판에 인접하게 위치하는 이차전지가 손상될 수 있는 문제가 있으며, 상기 벤팅부가 전지케이스로부터 완전히 탈리되는 구조가 아니기 때문에 가스 배출 통로를 넓게 확보하기 어려운 문제가 있다.
특허문헌 4는 측면부에 상대적으로 두께가 얇은 홈 형성부가 형성되고, 밸브 구멍을 구비한 덮개판과 배기구를 구비한 단자판 사이에 개재하여 상기 덮개판의 밸브 구멍을 상시 폐색하도록 배설된 밸브 본체가 있는 방폭 밀봉판을 포함하고, 전지 내에서 발생한 가스압에 의한 전지케이스 홈 형성부의 얇은 부분 파단 압력이 상기 방폭 밀봉판의 밸브 본체 파단 압력보다 큰 방폭형 전지에 대한 것으로서, 방폭 밀봉판에 있는 밸브 본체의 파단만으로 발생 가스를 용이하게 방출할 수 있다.
상기 특허문헌 4는 전지 내부의 가스를 배출하기 위하여 전지 케이스가 개방되는 구조를 개시하지 않는다.
따라서, 원통형 이차전지에서 전지 내부에 형성된 가스를 빠르게 배출하여 원통형 이차전지의 측면부가 파열되는 것을 방지하고, 측면 방향으로 이웃하는 이차전지를 보호할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원통형 전지케이스의 상단에서 캡 어셈블리의 외주변을 감싸는 클림핑부의 형상을 변형하여 상기 클림핑부가 용이하게 개방될 수 있는 바, 이차전지 내부의 가스 배출 통로를 넓게 확보할 수 있는 원통형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원통형 리튬 이차전지로서 전극조립체 및 전해액을 수용하는 원통형 전지케이스, 및 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 위치하는 캡 어셈블리를 포함하며, 상기 원통형 전지케이스는 상기 캡 어셈블리의 외주변을 감싸도록 클림핑부를 형성하고, 상기 클림핑부의 상면은 상기 이차전지의 중심 축 방향 끝단의 적어도 일부가 갈라지는 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 클림핑부의 상면은 끝단의 갈라진 구조가 균일한 간격으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 클림핑부의 상면은 상기 클림핑부의 끝단이 원통형 전지케이스의 원통형 측면과 평행하게 펴지는 형태로 변형될 수 있다.
또한, 상기 클림핑부의 상면은 상기 이차전지의 중심축으로 갈수록 이격 거리가 증가하는 형태로 갈라지는 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 클림핑부의 상면은 상기 이차전지의 중심축 측으로부터 외주변 방향으로 슬릿이 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 원통형 전지케이스의 내압 증가로 인하여 상기 클림핑부의 상면이 개방되면, 상기 캡 어셈블리가 상기 이차전지의 중심축 방향과 평행한 방향으로 분리되면서 가스 배출이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 캡 어셈블리가 분리된 원통형 전지케이스는 일 단위의 형태를 유지할 수 있다.
또한, 상기 클림핑부 상면의 갈라지는 구조의 시작부분은 상기 클림핑부의 상면과 측면이 만나는 모서리부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 원통형 전지케이스의 원통형 측면의 두께는, 상기 클림핑부의 두께가 나머지 부분의 두께 보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 캡 어셈블리는 탑 캡, 안전 벤트 및 전류차단부재를 포함하고, 상기 클림핑부의 상면은 상기 안전 벤트의 벤팅 압력보다 높은 압력에서 개방될 수 있다.
또한, 상기 원통형 이차전지를 포함하는 전지팩으로서, 상기 전지팩은 2개 이상의 원통형 이차전지들이, 원통형 측면이 서로 밀접하도록 배열되는 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 원통형 이차전지는 직렬 연결 및/또는 병렬 연결로 이루어지는 전지팩을 구성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 캡 어셈블리의 외주변을 감싸는 클림핑부의 끝단의 적어도 일부가 갈라지는 구조로 이루어지는 바, 이차전지 내부의 압력 증가시 상기 클림핑부가 용이하게 개방될 수 있다.
이와 같이, 상기 클림핑부가 개방되는 구조로 변형되면, 이차전지 내부의 가스 압력에 의해 캡 어셈블리가 전지케이스로부터 분리되어 이탈되고, 상기 전지케이스의 상단이 완전히 개방되는 바, 가스 배출 통로를 넓게 확보하여 신속하게 가스 배출이 가능하다.
도 1은 종래의 일반적인 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 2는 도 1의 사시도이다.
도 3는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 사시도이다.
도 4는 도 3의 이차전지 클림핑부의 개방 후를 나타내는 사시도이다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 클림핑부의 형태를 나타내는 평면도이다.
도 6는 클림핑부 상면의 상대적인 크기를 나타내는 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 7은 클림핑부의 상면과 측면이 이루는 각도를 나타내는 원통형 이차전지의 사시도이다.
도 8은 다른 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 9는 본원의 원통형 이차전지를 사용하여 제조된 전지팩의 사시도이다.
도 2는 도 1의 사시도이다.
도 3는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 사시도이다.
도 4는 도 3의 이차전지 클림핑부의 개방 후를 나타내는 사시도이다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 클림핑부의 형태를 나타내는 평면도이다.
도 6는 클림핑부 상면의 상대적인 크기를 나타내는 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 7은 클림핑부의 상면과 측면이 이루는 각도를 나타내는 원통형 이차전지의 사시도이다.
도 8은 다른 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 9는 본원의 원통형 이차전지를 사용하여 제조된 전지팩의 사시도이다.
상기와 같은 효과를 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 원통형 리튬 이차전지로서 전극조립체 및 전해액을 수용하는 원통형 전지케이스, 및 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 위치하는 캡 어셈블리를 포함하며, 상기 원통형 전지케이스는 상기 캡 어셈블리의 외주변을 감싸도록 클림핑부를 형성하고, 상기 클림핑부의 상면은 상기 이차전지의 중심 축 방향 끝단의 적어도 일부가 갈라지는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전극조립체는 양극 및 음극 사이에 절연성을 확보하기 위한 분리막이 개재된 구조로 이루어지는 바, 구체적으로, 분리막이 개재된 상태로 하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판이 적층되어 있는 스택형 전극조립체, 또는 양극판과 음극판을 포함하는 적층형 유닛셀들이 분리 시트에 의해 권취되어 있는 스택-폴딩형 전극조립체, 또는 양극판과 음극판을 포함하는 적층형 유닛셀들이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 있는 라미네이션-스택형 전극조립체; 또는 하나의 양극판과 하나의 음극판이 분리막이 개재된 상태로 권취되어 있는 권취형 전극조립체일 수 있으며, 원통형 구조로 이루어진 전지케이스에 수납된 상태에서 전지의 용량을 최대화할 수 있는 구조임을 고려할 때, 상기 전극조립체는 권취형 전극조립체가 바람직하다.
상기 클림핑부는 캡 어셈블리의 외주변을 감싸면서 이차전지의 중심 방향으로 연장된 구조인 바, 상기 캡 어셈블리와 전지케이스의 클림핑부 사이에는 가스켓이 개재될 수 있다.
상기 가스켓은 상기 캡 어셈블리의 외주변을 싸면서 캡 어셈블리와 전지케이스 사이의 절연성을 확보하고, 상기 캡 어셈블리의 원위치 고정을 위한 부재로서, 상기 클림핑부는 상기 가스켓의 상단 외주변 및 측면 외주변을 감싸는 구조로 이루어질 수 있는 바, 상기 가스켓의 상단 외주변을 감싸는 부분은 클림핑부의 상면이고, 상기 가스켓의 측면 외주변을 감사는 부분은 클림핑부의 측면이라 할 수 있다.
상기 클림핑부의 상면은 이차전지의 중심 축 방향의 끝단이 갈라지는 형태로 형성되어 있다.
이와 관련하여, 도 3은 본원의 원통형 이차전지의 사시도를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 원통형 이차전지(100)는 원통형 전지케이스(110)의 상단에 캡 어셈블리가 위치하고, 상기 캡 어셈블리(120)의 외주변과 전지케이스(110)의 내면 사이에 가스켓(126)이 게재되어 있다.
전지케이스(110)의 상단은 캡 어셈블리(120) 및 가스켓(126)의 외주면을 감싸도록 이차전지의 중심부 방향으로 절곡되어 클림핑부(112)를 형성하고, 클림핑부(112)의 상면은 이차전지의 중심 축 방향 끝단이 갈라지는 형상으로 이루어진다.
구체적으로, 도 3에 도시된 이차전지의 클림핑부(12)는 톱니바퀴 날과 유사한 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 본원 발명은 클림핑부의 이차전지의 중심 축 방향 끝단이 갈라진 형태로 이루어지기 때문에 이차전지의 내압으로 캡 어셈블리를 클림핑부 방향으로 밀어내는 힘이 증가하면 상기 클림핑부의 상면의 절곡된 형태가 변형되어 캡 어셈블리를 전지케이스로부터 이탈시키면서 가스 배출을 위한 통로를 넓게 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 클림핑부 상면의 절곡되었던 끝단이 원통형 전지케이스의 원통형 측면과 평행하게 펴지는 형태로 변형된다. 즉, 상기 원통형 전지케이스의 내압 증가로 인하여 상기 클림핑부 상면의 형태가 변형되면, 상기 캡 어셈블리가 상기 이차전지의 중심축 방향과 평행한 방향으로 분리될 수 있는 바, 상기 전지케이스의 상부가 완전히 개방된 구조가 된다. 따라서, 종래의 이차전지가 탑 캡에 형성된 좁은 개구를 통해 가스를 배출하는 것과 비교할 때, 가스 배출을 위한 통로가 현저히 넓어지는 효과를 얻을 수 있다.
이와 관련하여 도 4는 상기 도 3의 이차전지 클림핑부의 개방 후 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 이차전지의 클림핑부 끝단(112)의 형태가 원통형 전지케이스(110)의 측면과 평행한 형태로 변형되는 바, 이차전지 내압에 의해 캡 어셈블리(120) 및 가스켓(126)은 전지케이스(110)의 상단으로부터 분리된다.
상기 클림핑부 상면의 변형에 의해 캡 어셈블리가 전지케이스로부터 분리되어 이탈되는 경우, 상기 클림핑부는 상기 전지케이스와 결합된 상태가 유지되는 바, 상기 캡 어셈블리가 전지케이스로부터 분리되더라도 상기 원통형 전지케이스는 일 단위의 형태를 유지할 수 있다. 즉, 클림핑부 상면의 변형 및 캡 어셈블리의 이탈에 불구하고 원통형 전지케이스가 파단되어 복수의 유닛으로 쪼개지는 구조와 차이가 있으며, 캡 어셈블리의 분리에 의해 파편이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 상기 캡 어셈블리가 용이하게 전지케이스로부터 분리되기 위하여, 캡 어셈블리를 고정하는 클림핑부의 상면의 갈라진 구조는 이차전지의 중심 축을 기준으로 대향 방향에서 대칭이 되도록 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 상기 클림핑부 상면은 끝단의 갈라진 구조가 균일한 간격으로 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 클림핑부 상면은 상기 이차전지의 중심축으로 갈수록 이격 거리가 증가하는 형태로 갈라지는 구조로 이루어질 수 있다.
이와 관련하여, 도 3의 클림핑부의 상면은 이차전지의 중심축으로 갈수록 끝단의 이격 거리가 증가하는 형태로 갈라지는 구조로 도시되어 있다.
이와 같이, 본원의 원통형 이차전지는 클림핑부의 측면으로부터 연장되는 클림핑부의 상면이 갈라지는 형태로 이루어진다.
다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 클림핑부 상면은, 상기 이차전지의 중심축 측으로부터 외주변 방향으로 슬릿이 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
이와 관련하여, 도 5는 이차전지의 중심축 인접부에서 외주변 방향으로 슬릿이 형성된 클림핑부 상면의 구조를 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 캡 어셈블리(220)의 외주를 감싸는 가스켓(226)의 상면에는 이차전지의 중심 방향으로 연장되도록 절곡된 클림핑부(212)가 형성되어 있다. 클림핑부(212)의 상면에는 슬릿(228)이 형성되어 있는 바, 내측에 위치한 가스켓(226)의 상면이 노출될 수 있고, 슬릿(228)에 의해 클림핑부(212)가 여러 가닥으로 갈라진 구조이다.
따라서, 이차전지의 내압 증가로 인하여 클림핑부의 형상 변형이 용이하게 이루어질 수 있고, 가스 배출이 신속하게 이루어질 수 있다.
도 5의 이차전지는 캡 어셈블리(220)는 탑 캡에 개구가 형성되지 않은 구조로 도시하고 있으나, 도 3의 캡 어셈블리(120)와 같이 개구가 형성된 탑 캡을 포함하는 구조일 수 있다.
상기 클림핑부 상면의 갈라지는 구조가 클림핑부의 상면의 중간에서 시작되는 경우에는 전지케이스의 상부가 완전히 개방되지 않아서 캡 어셈블리가 분리되어 이탈되기 어려운 바, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 갈라지는 구조의 시작부분은 상기 클림핑부의 상면과 측면이 만나는 모서리부에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 도 3과 같이 톱니바퀴와 유사한 형태의 클림핑부가 형성되는 경우에도, 클림핑부 상면의 갈라지는 구조의 시작부분은 상기 클림핑부의 상면과 측면이 만나는 모서리부에 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 캡 어셈블리가 용이하게 전지케이스로부터 이탈될 수 있도록 클림핑부 상면이 캡 어셈블리를 감싸는 부분을 짧게 형성하는 것이 바람직한 바, 상기 클림핑부의 상면은 상대적으로 중심부 방향으로 짧게 연장되는 구조로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 상기 클림핑부 상면의 내경은 비딩부의 내경보다 크게 형성될 수 있다.
또는, 상기 클림핑부의 상면이 너무 좁게 형성되는 경우에는 캡 어셈블리의 분리가 너무 빨리 이루어질 수 있는 바, 클림핑부 상면의 형태 및 길이 등을 적절한 범위에서 설정할 수 있다.
이와 관련하여 도 6은 상기 클림핑부 상면의 상대적인 크기를 나타내기 위하여 상기 원통형 이차전지의 수직 단면도를 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 전지케이스(310)에 형성된 클림핑부(312)의 폭(a1)은 는 비딩부(311)의 폭(b1)보다 작게 형성될 수 있는 바, 전지케이스의 클림핑부 상면이 용이하게 개방될 수 있도록 클림핑부(312) 상면의 구조 변형과 함께 클림핑부(312)의 폭을 상대적으로 작게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 원통형 전지케이스로부터 캡 어셈블리의 이탈이 용이하게 이루어지기 위하여, 상기 클림핑부의 상면과 측면이 이루는 각도는 90도 보다 작게 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 도 7은 클림핑부의 상면과 측면이 이루는 각도를 예시적으로 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 전지케이스(410)에 형성된 클림핑부(412)의 폭(a2)은 비딩부(411)의 폭(b2) 보다 크게 형성되나, 이와 같은 경우 도 6의 전지케이스보다 클림핑부 상면의 변형이 어려울 수 있는 바, 클림핑부 상면의 형태 변형이 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 클림핑부(412)의 절곡 각도(c)가 90도 보다 작은 예각으로 형성된다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 클림핑부 상면의 변형을 용이하게 유도하기 위하여 상기 전지케이스의 두께를 부분적으로 다르게 적용할 수 있는 바, 예를 들어, 상기 원통형 전지케이스의 원통형 측면의 두께는, 상기 클림핑부의 두께가 나머지 부분의 두께 보다 작게 형성될 수 있다.
즉, 도 8을 참조하면, 클림핑부(512)의 두께는 전지케이스(510)의 원통형 측면의 두께보다 얇게 형성되어 클림핑부(512) 상단의 형태 변형이 용이하게 이루어질 수 있고, 나아가 전지케이스 성형시 변형되는 부분인 비딩부(511)의 두께도 클림핑부(512)의 두께와 대응되도록 전지케이스의 측면 두께보다 상대적으로 얇게 형성될 수 있다.
상기 캡 어셈블리는 탑 캡, 안전 벤트 및 전류차단부재를 포함할 수 있는 바, 상기 이차전지에서 발생한 가스는 상기 안전 벤트가 파단되면 탑 캡의 개구를 통해 배출될 수 있다. 그러나, 가스 배출량이 급속히 증가하는 경우에는, 상기 클림핑부 상면이 변형되어 가스를 배출할 수 있다. 즉, 상기 클림핑부 상면은 상기 안전 벤트의 벤팅 압력보다 높은 압력에서 개방될 수 있는 바, 1차적으로 탑 캡의 개구를 통한 가스 배출이 이루어지고, 가스 발생량 증가시 2차적으로 클림핑부 상면의 변형에 의해 가스 배출이 신속하게 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 원통형 이차전지로 구성되는 전지팩을 제공하는 바, 상기 전지팩은 2개 이상의 원통형 이차전지들이, 원통형 측면이 서로 밀접하도록 배열되는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 본원의 원통형 이차전지는 전지케이스의 상단이 개방되어 가스가 배출되는 구조인 바, 원통형 이차전지의 중심축을 따라 이차전지가 배치되는 경우에는 가스 배출 통로를 확보하기 어렵고, 이탈되는 캡 어셈블리에 의해 상부에 위치하는 이차전지가 손상될 수 있다.
따라서, 복수의 원통형 이차전지를 이용하여 전지팩을 구성하는 경우, 상기 전지팩은 원통형 전지케이스의 측면들이 서로 밀접하게 배열하여 서로 병렬 연결된 단층 배열 구조의 전지 모듈을 구성할 수 있고, 이와 같은 단층 배열 구조의 전지 모듈을 수직 방향으로 적층하고 상기 적층된 전지 모듈들을 직렬 연결하여 고전압 및 고용량의 전지팩을 제조할 수 있다.
이와 관련하여 도 9는 본원의 원통형 이차전지를 이용하여 제조된 전지팩의 사시도를 모식적으로 도시하고 있다. 도 9를 참조하면, 도 3의 전지케이스(110)를 포함하는 원통형 이차전지(100) 5개가 원통형 측면이 인접하도록 배열되어 있고, 상기 5개의 원통형 이차전지(100)들은 병렬로 연결될 수 있다.
상기 5개의 원통형 이차전지들이 하나의 층을 이루면서 총 4개의 층상 구조로 배열되어 있고, 상기 하나의 층을 구성하는 원통형 이차전지들은 인접하는 층과는 직렬 연결될 수 있다.
그러나, 하나의 층을 이루는 원통형 이차전지들이 직렬로 연결될 수 있으며, 인접하는 층에 배치되는 원통형 이차전지들과의 연결이 병렬로 이루어질 수 있음은 물론이다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
10, 110, 310, 410, 510 : 전지케이스
11, 311, 411, 511 : 비딩부
12, 112, 212, 312, 412, 512 : 클림핑부
20, 120, 220 : 캡 어셈블리
21 : 탑 캡
22 : 안전소자
23 : 안전 벤트
24 : 절연부재
25 : 전류차단부재
26, 126, 226 : 가스켓
27 : 탑 캡의 개구
30 : 전극조립체
31 : 양극 탭
100 : 원통형 이차전지
228 : 슬릿
a1, a2 : 클림핑부의 폭
b1, b2 : 비딩부의 폭
c : 클림핑부의 절곡 각도
11, 311, 411, 511 : 비딩부
12, 112, 212, 312, 412, 512 : 클림핑부
20, 120, 220 : 캡 어셈블리
21 : 탑 캡
22 : 안전소자
23 : 안전 벤트
24 : 절연부재
25 : 전류차단부재
26, 126, 226 : 가스켓
27 : 탑 캡의 개구
30 : 전극조립체
31 : 양극 탭
100 : 원통형 이차전지
228 : 슬릿
a1, a2 : 클림핑부의 폭
b1, b2 : 비딩부의 폭
c : 클림핑부의 절곡 각도
Claims (12)
- 원통형 리튬 이차전지로서,
전극조립체 및 전해액을 수용하는 원통형 전지케이스, 및 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 위치하는 캡 어셈블리를 포함하며,
상기 원통형 전지케이스는 상기 캡 어셈블리의 외주변을 감싸도록 클림핑부를 형성하고,
상기 클림핑부의 상면은 상기 이차전지의 중심 축 방향 끝단의 적어도 일부가 갈라지는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지. - 제 1 항에 있어서, 상기 클림핑부의 상면은 끝단의 갈라진 구조가 균일한 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 클림핑부의 상면은 끝단이 원통형 전지케이스의 원통형 측면과 평행하게 펴지는 형태로 변형되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 클림핑부의 상면은 상기 이차전지의 중심축으로 갈수록 이격 거리가 증가하는 형태로 갈라지는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 클림핑부의 상면은 상기 이차전지의 중심축 측으로부터 외주변 방향으로 슬릿이 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 전지케이스의 내압 증가로 인하여 상기 클림핑부의 상면이 개방되면, 상기 캡 어셈블리가 상기 이차전지의 중심축 방향과 평행한 방향으로 분리되면서 가스 배출이 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
- 제 6 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리가 분리된 원통형 전지케이스는 일 단위의 형태를 유지하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 클림핑부 상면의 갈라지는 구조의 시작부분은 상기 클림핑부의 상면과 측면이 만나는 모서리부에 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 전지케이스의 원통형 측면의 두께는, 상기 클림핑부의 두께가 나머지 부분의 두께 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리는 탑 캡, 안전 벤트 및 전류차단부재를 포함하고, 상기 클림핑부의 상면은 상기 안전 벤트의 벤팅 압력보다 높은 압력에서 개방되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나에 따른 원통형 이차전지를 포함하는 전지팩으로서,
상기 전지팩은 2개 이상의 원통형 이차전지들이, 원통형 측면이 서로 밀접하도록 배열되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩. - 제 11 항에 있어서, 상기 원통형 이차전지는 직렬 연결 및/또는 병렬 연결로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020180095914A KR102475969B1 (ko) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | 상단 개방이 가능한 구조를 포함하는 원통형 이차전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180095914A KR102475969B1 (ko) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | 상단 개방이 가능한 구조를 포함하는 원통형 이차전지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200020334A KR20200020334A (ko) | 2020-02-26 |
| KR102475969B1 true KR102475969B1 (ko) | 2022-12-09 |
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ID=69637854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180095914A KR102475969B1 (ko) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | 상단 개방이 가능한 구조를 포함하는 원통형 이차전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102475969B1 (ko) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20130063206A (ko) | 2011-12-06 | 2013-06-14 | 주식회사 엘지화학 | 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 |
| KR20160043725A (ko) | 2014-10-14 | 2016-04-22 | 주식회사 엘지화학 | 노치를 포함하는 원형 이차전지 |
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2018
- 2018-08-17 KR KR1020180095914A patent/KR102475969B1/ko active IP Right Grant
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| KR20200020334A (ko) | 2020-02-26 |
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