KR102629177B1 - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 이차 전지의 케이스 중 측벽부에 일체화되도록 안전 벤트를 형성함으로써, 이차 전지의 안정성을 향상시키고, 제조비 감소 및 공정의 단순화 효과를 갖는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 개방된 개구를 덮는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 케이스는 서로 마주보는 두 쌍의 측벽부 및 상기 측벽부들과 수직을 이루는 바닥부를 포함하고, 상기 측벽부들과 바닥부 중 선택된 어느 한 영역의 모서리부에는 안전 벤트가 일체 형성되는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 개방된 개구를 덮는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 케이스는 서로 마주보는 두 쌍의 측벽부 및 상기 측벽부들과 수직을 이루는 바닥부를 포함하고, 상기 측벽부들과 바닥부 중 선택된 어느 한 영역의 모서리부에는 안전 벤트가 일체 형성되는 이차 전지가 개시된다.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 및 돌출된다.
본 발명은 이차 전지의 케이스 중 측벽부에 일체화되도록 안전 벤트를 형성함으로써, 이차 전지의 안정성을 향상시키고, 제조비 감소 및 공정의 단순화 효과를 갖는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 개방된 개구를 덮는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 케이스는 서로 마주보는 두 쌍의 측벽부 및 상기 측벽부들과 수직을 이루는 바닥부를 포함하고, 상기 측벽부들과 바닥부 중 선택된 어느 한 영역의 모서리부에는 안전 벤트가 일체 형성될 수 있다.
여기서, 상기 안전 벤트는 상기 케이스의 외면으로부터 일정 깊이 절삭되어 형성될 수 있다.
그리고 상기 안전 벤트는 상기 케이스의 외면으로부터 일정 깊이를 갖는 벤트 홈 및 상기 벤트 홈의 저면으로부터 일정 깊이를 갖는 노치 홈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 벤트 홈의 깊이와 노치 홈의 깊이의 합은, 상기 안전 벤트가 형성된 영역의 전체 두께 대비 70 내지 90%로 형성될 수 있다.
또한, 상기 안전 벤트는 일측 및 타측에 라운드진 형태의 선단부와 직선 형태의 종단부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 종단부는 상기 안전 벤트가 형성된 영역의 모서리부와 동일 선상에 위치할 수 있다.
또한, 상기 모서리부는 상기 안전 벤트가 형성된 영역 중 상기 측벽부와 바닥부가 만나는 지점일 수 있다.
또한, 상기 두 쌍의 측벽부는, 서로 마주보며 이격되는 제 1 장측벽부와 제 2 장측벽부; 및 서로 마주보며 이격되고, 상기 제 1 장측벽부와 제 2 장측벽부에 비하여 상대적으로 작은 면적으로 형성되는 제 1 단측벽부와 제 2 단측벽부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 안전 벤트는 상기 제 1 단측벽부 및 제 2 단측벽부 중 선택된 어느 하나에 형성될 수 있다.
또한, 상기 안전 벤트는 상기 바닥부에 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 케이스 중 측벽부에 일체화되도록 안전 벤트를 형성함으로써, 이차 전지의 안정성을 향상시키고, 제조비 감소 및 공정의 단순화 효과를 가질 수 있다.
또한, 안전 벤트의 종단부가 측벽부의 끝단 모서리 상에 위치함으로써, 가공성 및 정밀성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 케이스를 상세하게 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 케이스의 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 중 케이스의 실제 적용 예를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 케이스를 상세하게 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 케이스의 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 중 케이스의 실제 적용 예를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제 1 단자(120), 제 2 단자(130), 케이스(140) 및 캡 플레이트(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층체가 권취되거나 겹쳐서 형성된다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 양극 역할을 할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 음극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제 1 전극판(111)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질이 도포되어 형성된다. 상기 제 1 전극판(111)은 제 2 전극 활물질이 도포된 영역인 제 1 전극 활물질층(111a) 및 제 1 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부(111b)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(111b)는 제 1 전극판(111)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극판(111)의 재질이 한정되지는 않는다.
상기 제 2 전극판(112)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질이 도포되어 형성된다. 상기 제 2 전극판(112)은 제 2 전극 활물질이 도포된 영역인 제 2 전극 활물질층(미도시) 및 제 2 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부(112b)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부는 제 2 전극판(112)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 제 2 전극판(112)의 재질이 한정되지는 않는다.
상기와 같은 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질이 한정되지 않는다.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(140)에 수납된다. 상기 전해액은 유기 용매에 리튬염이 용해된 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
한편, 상기 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)의 적어도 일 개소에는 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)이 접속될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 전극탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)와 제 1 단자(120) 사이에 개재되고, 상기 제 2 전극탭(112b)은 상기 전극 조립체(110)와 제 2 단자(130) 사이에 개재된다. 본 명세서를 통하여 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)은 전극탭(111b, 112b)으로 총괄적으로 호칭될 수도 있다.
실질적으로, 상기 제 1 전극탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)의 제 1 전극판(111) 중 제 1 활물질이 도포되지 않은 제 1 무지부 자체이거나, 또는 제 1 무지부에 접속된 별도 부재일 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극 탭(112b)은 상기 전극 조립체(110)의 제 2 전극판(112) 중 제 2 활물질이 도포되지 않은 제 2 무지부 자체이거나, 또는 상기 제 2 무지부에 접속된 별도의 부재일 수 있다.
상기 제 1 전극 탭(111b)은 상기 전극 조립체(110)의 상단으로부터 후술될 상기 제 1 단자(120)의 하단을 향하여 연장되며, 상기 제 2 전극 탭(112b)은 상기 전극 조립체(110)의 상단으로부터 후술될 상기 제 2 단자(130)의 하단을 향하여 연장된다. 각각의 상기 제 1 전극탭(111b) 및 제 2 전극탭(112b)은 상기 제 1 단자(120) 및 제 2 단자(130)에 직접 전기적으로 접속 또는 용접된다.
고용량 고출력 배터리의 경우에는 전극 조립체(110) 자체로부터 다수의 전극탭(111b, 112b)이 연장되므로 높은 출력 전류를 얻을 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체(110)가 갖는 전극 탭(111b, 112b, 무지부 자체 또는 별도 부재)이 직접 단자에 전기적으로 접속되어 전기적 경로가 짧아짐으로써, 전극 조립체와 단자 사이의 전기적 접속 공정이 간단할 뿐만 아니라 이차 전지의 내부 저항 및 부품 개수가 감소한다. 더불어, 상기 전극 조립체(110)가 갖는 권취 축과 상기 제 1, 2 단자(120, 130)가 갖는 단자 축이 상호간 대략 평행 또는 수평하게 형성됨으로써 전해액 주입 시 전극 조립체의 전해액 함침성이 우수하다.
상기 제 1 단자(120)는 상기 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결되며, 제 1 단자 기둥(121) 및 제 1 단자 플레이트(122)를 포함한다.
상기 제 1 단자 기둥(121)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 상기 제 1 단자 기둥(121)은 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제 1 전극탭(111b)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제 1 단자 기둥(121)은 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제 1 단자 기둥(121)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 형성된 플랜지(121a)를 포함한다. 특히, 상기 플랜지(121a)에는 상기 제 1 전극탭(111b)이 전기적으로 접속 또는 용접된다. 한편, 상기 제 1 단자 기둥(121)은 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 또는, 상기 제 1 단자(120)가 양극 단자일 경우, 상기 제 1 단자 기둥(121)은 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 제 1 단자 플레이트(122)는 그 중앙에 홀(미도시)을 포함한다. 그리고 상기 홀에는 상기 제 1 단자 기둥(121)이 결합되고 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제 1 단자 기둥(121)과 상기 제 1 단자 플레이트(122)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제 1 단자 기둥(121)과 제 1 단자 플레이트(122)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.
상기 제 2 단자(130)는 상기 제 2 전극판(112)과 전기적으로 연결되며, 제 2 단자 기둥(131) 및 제 2 단자 플레이트(132)를 포함한다.
상기 제 2 단자 기둥(131)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 상기 제 2 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제 2 전극탭(112b)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제 2 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(151) 하부에서 상기 제 2 단자 기둥(131)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 형성된 플랜지(131a)를 포함한다. 특히, 상기 플랜지(131a)에는 상기 제 2 전극탭(112b)이 전기적으로 접속 또는 용접된다. 한편, 상기 제 2 단자 기둥(131)은 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다.
상기 제 2 단자 플레이트(132)는 홀(미도시)을 포함한다. 그리고 상기 홀에는 상기 제 2 단자 기둥(131)이 결합되고 용접된다. 즉, 상부로 노출된 상기 제 2 단자 기둥(131)과 제 2 단자 플레이트(132)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제 2 단자 기둥(131)과 제 2 단자플레이트(132)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.
상기 케이스(140)는 상부에 개방된 개구부를 포함하는 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 상기 케이스(140)는 그 내부에 상기 전극 조립체(110), 제 1 단자(120) 및 제 2 단자(130)가 삽입 안착될 수 있는 수용부(140a)가 구비된다. 상기 케이스(140)는 상호 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 두 쌍의 측벽부(141, 142, 143, 144)와 상기 두 쌍의 측벽부의 하부에 이들과 대략 수직으로 형성된 바닥부(145)을 포함한다. 여기서, 상기 측벽부는 상대적으로 면적이 넓은 한 쌍의 장측벽부(141, 142) 및 상대적으로 면적이 적은 한 쌍의 단측벽부(143, 144)를 포함한다. 또한, 상기 한 쌍의 단측벽부(143, 144) 중 하나에는 안전 벤트(146)가 형성될 수 있다. 이에 대해서는 후에 보다 자세히 설명하도록 한다.
상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 이 때, 상기 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어 상기 전극 조립체(110), 제 1 단자(120), 제 2 단자(130) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)에 결합된다. 즉, 상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)의 개구부를 밀폐시킨다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 상부 절연부재(152a), 하부 절연부재(152b), 시일 가스켓(152c) 및 마개(153)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(151)는 상기 케이스(140)의 개구부를 밀봉하며, 상기 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(140)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)는 상술한 바와 같이 상기 제 1 단자(120)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 상기 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 캡 플레이트(151)는 전해액 주입구(151a)를 포함한다. 상기 전해액 주입구(151a)를 통해 상기 케이스(140) 내로 전해액의 주입이 이루어진다. 그리고 상기 마개(153)에 의하여 상기 전해액 주입구(151a)가 밀봉된다.
상기 상부 절연부재(152a)는 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성된다. 또한, 상기 상부 절연부재(152a)는 상기 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(152a)는 상기 시일 가스켓(152c)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(152a)는 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131)과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(152b)는 상기 제 1 전극 탭(111b) 및 제 2 전극 탭(112b) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(152b)는 상기 제 1 전극 탭(111b)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락, 그리고 상기 제 2 전극 탭(112b)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락을 방지한다.
상기 시일 가스켓(152c)은 절연성 재질로 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 상기 제 1 단자 기둥(121) 및 제 2 단자 기둥(131) 각각과 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉시킨다. 상기 시일 가스켓(152c)은 외부의 수분이 상기 단위 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 상기 단위 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
한편, 상기 캡 플레이트(151)가 상기 제 1 단자(120)와 동일한 극성을 가질 경우, 상기 제 1 단자(120)과 캡 플레이트(151) 사이의 상부 절연부재(152a), 하부 절연부재(152b) 및 시일 가스켓(152c)은 생략될 수 있다.
이하에서는 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 케이스에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 중 케이스를 상세하게 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 상기 케이스(140)는 일면에 개방된 개구부가 형성되고, 내부에는 전극 조립체(110)의 수용을 위한 수용부(140a)가 형성된다. 또한, 상기 케이스(140)는 서로 마주보며 이격된 제 1 장측벽부(141)와 제 2 장측벽부(142), 서로 마주보며 이격된 제 1 단측벽부(143)와 제 2 단측벽부(144) 및 개방된 개구부와 마주보는 바닥부(145)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 단측벽부(143)에는 안전 벤트(146)가 형성될 수 있다. 물론, 이것으로 상기 안전 벤트(146)의 위치를 한정하는 것은 아니며, 상기 안전 벤트(146)는 상기 제 2 단측벽부(144)에 형성되는 것도 가능하다.
상기 안전 벤트(146)는 상기 제 1 단측벽부(143)의 하부에 형성된다. 특히, 상기 안전 벤트(146)의 끝단은 상기 제 1 단측벽부(143)의 끝단과 일치할 수 있다. 상기 안전 벤트(146)는 벤트 홈(147) 및 노치 홈(148)을 포함한다. 상기 벤트 홈(147)과 노치 홈(148)의 형성으로 인해, 상기 안전 벤트(146)는 상기 제 1 단측벽부(143)의 다른 영역에 비하여 그 두께가 상대적으로 얇게 형성된다.
상기 벤트 홈(147)은 상기 제 1 단측벽부(143)의 외면으로부터 수용부(140a)와 대응되는 내면을 향하여 일정 깊이를 갖도록 형성된다. 또한, 상기 벤트 홈(147)은 선단부(147a) 및 종단부(147b)를 포함한다. 여기서, 상기 선단부(147a)는 상기 벤트 홈(147)의 가공이 시작되는 영역이며, 상기 종단부(147b)는 상기 벤트 홈(147)의 가공이 완료되는 영역일 수 있다. 또한, 상기 선단부(147a)는 라운드진 형태를 가질 수 있으며, 상기 종단부(147b)는 직선 형태를 가질 수 있다. 특히, 상기 종단부(147b)는 상기 케이스(140) 중 제 1 측벽부(143)와 바닥부(145) 사이의 모서리부(C)에 위치할 수 있다. 이 때, 상기 모서리부(C)는 제 1 측벽부(143)의 모서리들 중 단측에 위치한 모서리일 수 있다.
상기 노치 홈(148)은 상기 벤트 홈(147)의 저면으로부터 상기 내면을 향하여 일정 깊이를 갖도록 형성된다. 상기 제 1 측벽부(143) 중 노치 홈(148)과 대응되는 영역, 즉 노치부는 과충전이나 단락 등 상기 이차 전지(100)의 비정상적인 작동 시 발생된 고온, 고압의 가스에 의하여 실질적으로 파단되는 부분이다. 즉, 상기 안전 벤트(146) 중 상기 노치 홈(148)과 대응되는 노치부는 다른 영역에 비하여 보다 더 얇게 형성됨으로써, 상기 이차 전지(100)의 내압 상승 시 파단되어 내부 가스를 외부로 방출시킨다.
상기 벤트 홈(147)의 깊이(T2)는 상기 제 1 측벽부(143)의 전체 두께(T1)의 40 내지 60%로 형성될 수 있다. 또한, 상기 노치 홈(148)의 깊이(T3)는 상기 벤트 홈(147)의 깊이(T2)의 40 내지 60%로 형성될 수 있다. 이 때, 상기 벤트 홈(147)의 깊이(T2)와 노치 홈(148)의 깊이(T3)의 합(T2+T3)은 상기 제 1 측벽부(143)의 전체 두께(T1) 대비 70% 내지 90%로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 안전 벤트(146) 중 노치 홈(148)과 대응되는 노치부의 두께(T4)는 상기 제 1 측벽부(143)의 전체 두께(T1) 대비 10 내지 30%로 형성되는 것이 바람직하다. 만약 상기 노치부의 두께(T4)가 10% 미만으로 형성될 경우, 작은 내압에도 노치부가 파단될 가능성이 있어 바람직하지 않다. 또한, 상기 노치부의 두께(T4)가 30%를 초과할 경우, 노치부의 파단이 적절한 시기에 이루어지지 않아 바람직하지 않다.
한편, 상기 벤트 홈(147)은 고속 절삭 공구를 통한 CNC(Computer Numerical Control) 가공에 의해 형성된다. 즉, 상기 벤트 홈(147)은 상기 제 1 단측벽부(143)의 일부가 절삭 공구에 의하여 절삭됨으로써 형성된다. 상기 벤트 홈(147)은 상기 이차 전지(100)의 제조 과정 중 케이스(140)의 이송 라인에 이러한 고속 절삭 공정을 추가함으로써 형성될 수 있다.
구체적으로, 이송 라인을 통해 케이스(140)가 이송되고, 이 때 제 1 단측벽부(143)의 기설정된 영역(선단부가 형성될 영역)을 향하여 제 1 축(예를 들면, 제 1 단측벽부와 수직인 축)을 따라 절삭 공구가 접근하게 된다. 이에 따라, 절삭 공구에 의한 단측벽부(143)의 절삭이 시작되고, 선단부(147a)의 가공이 이루어진다. 그리고 이송 라인에 의하여 케이스(140)가 이동됨으로써, 선단부(147a)로부터 모서리부(C)를 향하여 절삭이 이루어지고, 결국 상기 종단부(147b)에서 절삭이 완료된다. 따라서, 상기 선단부(147a)는 상기 절삭 공구와 대응되는 형태, 예를 들면 둥그런 절삭 공구의 형태로 인하여 라운드진 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 단측벽부(143)의 끝단, 즉 모서리부(C)까지 절삭이 이루어지므로, 상기 종단부(147b)와 모서리부(C)는 동일 선상에 위치하게 된다. 이에 따라, 상기 종단부(147b)는 직선 형태로 형성될 수 있다. 한편, 모서리부(C)까지 절삭이 완료된 후에 상기 절삭 공구는 제 1 축을 따라 상기 제 1 단측벽부(143)로부터 멀어지도록 이격된다.
상기 노치 홈(148)은 상기 벤트 홈(147)의 형성 이후, 상기 벤트 홈(147)의 저면에 노치 형상의 펀치를 타발함으로써 이루어진다. 또는, 상기 벤트 홈(147)과 유사하게 고속 절삭 공정를 더 추가함으로써 이루어질 수도 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는, 상기 케이스(140)에 케이스(140)의 다른 영역에 비해 상대적으로 얇은 두께를 가진 안전 벤트(146)를 포함한다. 따라서, 상기 이차 전지(100)의 비정상적인 동작 시 발생한 내부 가스를 용이하게 외부로 방출시켜 이차 전지(100)의 안정성을 향상시키는 것이 가능하다.
이 때, 상기 안전 벤트(146)는 이후 회로 모듈이 설치되는 캡 플레이트 상부가 아닌, 케이스(140)의 측벽부에 위치함으로써, 고온 고압의 가스 방출 시 회로 모듈의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 이차 전지(100)의 안전 벤트(146)는 상기 케이스(140)와 일체화되어 형성된다. 즉, 상기 케이스(140)의 제 1 측벽부(143)에 일정 깊이를 갖는 벤트 홈(147) 및 노치 홈(148)을 형성함으로써, 케이스(140)의 다른 영역에 비하여 얇은 두께를 갖는 안전 벤트(146)를 형성하게 된다. 따라서, 별도의 안전 벤트를 구비하여 설치하는 것에 비하여 제조비 감소 및 공정의 단순화 효과를 가질 수 있다.
또한, 상기 안전 벤트(146)의 가공시, 절삭 공구는 단순히 제 1 축만을 따라 이동하므로 가공 작업이 보다 간편하게 이루어질 수 있다. 다시 말해서, 상기 절삭 공구는 상기 제 1 축을 따라 제 1 측벽부(143)로 접근하여 선단부(147a)를 가공한다. 그리고 별다른 추가 작업 없이, 케이스(140)가 이송 라인을 따라 이송되는 동작에 의해 선단부(147a)로부터 모서리부(C)까지의 절삭이 이루어진다. 또한, 절삭 종료 후, 절삭 공구는 다시 제 1 축을 따라 제 1 측벽부(143)로부터 이격된다. 즉, 절삭 공구가 케이스(140)를 향하여 접근 또는 이격될 때, 여러 방향 축의 이동이 이루어지지 않고 단순히 제 1 축만을 따라 이동하게 된다. 따라서, 안전 벤트(146)의 가공 작업이 보다 단순하게 이루어져 작업 효율 및 정확도가 향상될 수 있다.
더불어, 상기 안전 벤트(146)는 제 1 측벽부(143)의 끝단과 인접하게 형성된다. 구체적으로, 상기 안전 벤트(146)는 선단부(147a)로부터 모서리부(C)까지 연장되어 형성됨으로써, 절삭이 끝나는 지점인 종단부(147b)는 모서리부(C)와 동일 선상에 위치한다. 따라서, 선단부(147a)의 위치만을 정확히 제어하여 절삭 공구를 케이스(140)에 접근시킴으로써, 가공성 및 정밀성이 향상될 수 있다. 다시 말해서, 안전 벤트(146)가 제 1 측벽부(143)의 끝단까지 절삭되어 형성되므로, 종단부가 제 1 측벽부(143)의 다른 특정 영역에 위치할 경우에 비해 종단부의 위치에 대한 별도의 제어가 불필요하다. 따라서, 절삭 공구의 접근 또는 이격 동작의 제어가 보다 간편하며, 가공성 및 정밀성이 향상될 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 케이스의 사시도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는, 케이스 중 안전 벤트의 위치를 제외하고 나머지 구성은 앞선 실시예와 모두 동일하다. 따라서, 이하에서는 중복된 설명은 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 케이스(240)는 서로 마주보며 이격된 제 1 장측벽부(241)와 제 2 장측벽부(242), 서로 마주보며 이격된 제 1 단측벽부(243)와 제 2 단측벽부(244) 및 이들과 대략 수직을 이루는 바닥부(245)를 포함한다. 즉, 도면은 상기 바닥부(245)가 상부를 향하도록 도시되어 있으며, 바닥부(245)와 마주보는 영역에는 앞선 실시예와 동일하게 개방된 개구부가 형성된다.
상기 바닥부(245)의 일측 끝단에는 안전 벤트(246)가 형성된다. 물론, 이것으로 상기 안전 벤트(246)의 위치를 한정하는 것은 아니며, 상기 안전 벤트(246)는 상기 바닥부(245)의 타측 끝단에 형성되는 것도 가능하다.
상기 안전 벤트(246)의 끝단은 상기 바닥부(245)의 끝단과 일치할 수 있다. 상기 안전 벤트(246)는 벤트 홈(247) 및 노치 홈(248)을 포함한다. 상기 벤트 홈(247)과 노치 홈(248)의 형성으로 인해, 상기 안전 벤트(246)는 상기 바닥부(245)의 다른 영역에 비하여 그 두께가 상대적으로 얇게 형성된다.
상기 벤트 홈(247)은 상기 바닥부(245)의 외면으로부터 내면을 향하여 일정 깊이를 갖도록 형성된다. 상기 벤트 홈(247)은 앞선 실시예와 마찬가지로 절삭 공구에 의하여 바닥부(245)의 일부가 절삭됨으로써 형성된다.
상기 벤트 홈(247)은 절삭 공구에 의하여 절삭이 시작되는 영역인 선단부(247a)와 절삭이 완료되는 영역인 종단부(247b)를 포함한다. 따라서, 상기 선단부(247a)는 라운드진 형태를 가질 수 있으며, 상기 종단부(247b)는 직선 형태를 가질 수 있다. 특히, 상기 종단부(247b)는 상기 케이스(240) 중 바닥부(245)와 제 1 측벽부(243) 사이의 모서리부(D)와 동일 선상에 위치하게 된다.
상기 노치 홈(248)은 상기 벤트 홈(247)의 저면으로부터 상기 내면을 향하여 일정 깊이를 갖도록 형성된다. 즉, 상기 노치 홈(248)은 상기 벤트 홈(247)의 형성 이후, 상기 벤트 홈(247)의 저면에 노치 형상의 펀치를 타발함으로써 형성된다. 또는, 상기 벤트 홈(247)과 유사하게 고속 절삭 공정를 더 추가함으로써 이루어질 수도 있다. 상기 노치 홈(148)과 대응되는 영역은 다른 영역에 비하여 보다 얇게 형성됨으로써, 상기 이차 전지(100)의 내압 상승 시 파단되어 내부 가스를 외부로 방출시킨다.
이처럼, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 앞선 실시예와 다르게 상기 바닥부(245)에 안전 벤트(246)가 형성될 수 있다. 특히, 상기 바닥부(245)는 전극 조립체(110)의 권취 축과 수직을 이루므로, 전극 조립체(110)에서 발생하는 내부 가스가 안전 벤트(246)로 보다 신속하게 이동되는 것이 가능하다. 즉, 안전 벤트(246)가 보다 빠르게 동작할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 적용 예에 대하여 설명하도록 한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 중 케이스의 실제 적용 예를 나타낸 것이다.
도 5a를 참조하면, 이차 전지의 케이스 중 측벽부의 하면에 안전 벤트가 형성되어 있다. 이 때, 안전 벤트는 끝단이 측벽부의 끝단까지 연장되어 형성된다. 또한, 안전 벤트의 선단부는 라운드진 형태로 형성되고, 종단부는 직선 형태로 형성되어 있다.
도 5b를 참조하면, 이차 전지의 케이스 중 바닥부에 안전 벤트가 형성되어 있다. 이 때, 안전 벤트는 끝단이 바닥부의 끝단까지 연장되어 형성된다. 또한, 안전 벤트의 선단부는 라운드진 형태로 형성되고, 종단부는 직선 형태로 형성되어 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 이차 전지 110; 전극 조립체
120; 제 1 단자 130; 제 2 단자
140; 케이스 141, 142; 제 1, 2 장측벽부
143, 144; 제 1, 2 단측벽부 145; 바닥부
146; 안전 벤트 147; 벤트 홈
147a; 선단부 147b; 종단부
148; 노치 홈 150; 캡 조립체
240; 케이스 241, 242; 제 1, 2 장측벽부
243, 244; 제 1, 2 단측벽부 245; 바닥부
246; 안전 벤트 247; 벤트 홈
247a; 선단부 247b; 종단부
248; 노치 홈 C, D; 모서리
120; 제 1 단자 130; 제 2 단자
140; 케이스 141, 142; 제 1, 2 장측벽부
143, 144; 제 1, 2 단측벽부 145; 바닥부
146; 안전 벤트 147; 벤트 홈
147a; 선단부 147b; 종단부
148; 노치 홈 150; 캡 조립체
240; 케이스 241, 242; 제 1, 2 장측벽부
243, 244; 제 1, 2 단측벽부 245; 바닥부
246; 안전 벤트 247; 벤트 홈
247a; 선단부 247b; 종단부
248; 노치 홈 C, D; 모서리
Claims (10)
- 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
상기 케이스의 개방된 개구를 덮는 캡 플레이트를 포함하고,
상기 케이스는 서로 마주보는 두 쌍의 측벽부 및 상기 측벽부들과 수직을 이루는 바닥부를 포함하고,
상기 측벽부들과 바닥부 중 선택된 어느 한 영역의 모서리부에는 안전 벤트가 일체 형성되며,
상기 안전 벤트는 상기 케이스의 외면으로부터 일정 깊이를 갖는 벤트 홈 및 상기 벤트 홈의 저면으로부터 일정 깊이를 갖는 노치 홈을 포함하고,
상기 벤트 홈은 선단부에서 종단부까지 연장되어 상기 종단부가 상기 안전 벤트가 형성된 영역 중 상기 측벽부와 상기 바닥부가 만나는 지점인 모서리부와 동일 선상에 위치하도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 안전 벤트는 상기 케이스의 외면으로부터 일정 깊이 절삭되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 벤트 홈의 깊이와 노치 홈의 깊이의 합은, 상기 안전 벤트가 형성된 영역의 전체 두께 대비 70 내지 90%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 두 쌍의 측벽부는,
서로 마주보며 이격되는 제 1 장측벽부와 제 2 장측벽부; 및
서로 마주보며 이격되고, 상기 제 1 장측벽부와 제 2 장측벽부에 비하여 상대적으로 작은 면적으로 형성되는 제 1 단측벽부와 제 2 단측벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 안전 벤트는 상기 제 1 단측벽부 및 제 2 단측벽부 중 선택된 어느 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 안전 벤트는 상기 바닥부에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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