KR102642157B1 - Cylindrical lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 내부 압력이 기준 압력보다 높을 경우 안전벤트가 반전되어 전류 경로를 차단하거나, 충방전 전류가 기준 전류보다 높을 경우 퓨즈가 용단되어 전류 경로를 차단할 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 수용된 전극 조립체; 및 상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡 조립체는 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 캡업 하판과, 상기 캡업 하판의 상부에 설치된 캡업 상판과, 상기 캡업 하판과 상기 캡업 상판을 전기적으로 연결하는 퓨즈 소자와, 상기 퓨즈 소자를 감싸면서 상기 캡업 하판과 상기 캡업 상판을 결합하는 절연 부재를 포함하는 이차 전지를 개시한다.Various embodiments of the present invention relate to secondary batteries, and the technical problem to be solved is that when the internal pressure is higher than the reference pressure, the safety vent is reversed to block the current path, or when the charge/discharge current is higher than the reference current, the fuse blows. The aim is to provide a secondary battery that can block the current path.
For this purpose, the present invention includes a cylindrical can; an electrode assembly accommodated in the cylindrical can; and a cap assembly that seals the cylindrical can, wherein the cap assembly electrically connects a cap-up lower plate electrically connected to the electrode assembly, a cap-up upper plate installed on an upper portion of the cap-up lower plate, and electrically connects the cap-up lower plate and the cap-up upper plate. Disclosed is a secondary battery including a fuse element and an insulating member surrounding the fuse element and coupling the cap-up lower plate and the cap-up upper plate.

Description

원통형 리튬 이온 이차 전지{Cylindrical lithium ion secondary battery}Cylindrical lithium ion secondary battery

본 발명의 다양한 실시예는 원통형 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다.Various embodiments of the present invention relate to cylindrical lithium ion secondary batteries.

리튬 이온 이차 전지는 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 휴대형 전자기기뿐만 아니라 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 전원 용도로 사용되고 있다. Lithium-ion secondary batteries have the advantage of high operating voltage and high energy density per unit weight, so they are used as a power source for not only portable electronic devices but also hybrid vehicles or electric vehicles.

이러한 리튬 이온 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 및 파우치형의 이차 전지로 분류될 수 있다. 이중 원통형 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 캔과, 캔의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 캔의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다.These lithium ion secondary batteries can be classified into cylindrical, prismatic, and pouch-type secondary batteries in shape. A double cylindrical lithium-ion secondary battery generally consists of a cylindrical electrode assembly, a cylindrical can to which the electrode assembly is combined, an electrolyte solution injected into the inside of the can to enable movement of lithium ions, and combined on one side of the can. It consists of a cap assembly that prevents leakage of electrolyte and prevents separation of the electrode assembly.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.The above-described information disclosed in the background technology of this invention is only for improving understanding of the background of the present invention, and therefore may include information that does not constitute prior art.

본 발명의 다양한 실시예는 내부 압력이 기준 압력보다 높을 경우 안전벤트가 반전되어 전류 경로를 차단하고, 충방전 전류가 기준 전류보다 높을 경우 퓨즈가 용단되어 전류 경로를 차단할 수 있는 이차 전지를 제공한다. Various embodiments of the present invention provide a secondary battery in which when the internal pressure is higher than the reference pressure, the safety vent is reversed to block the current path, and when the charge/discharge current is higher than the reference current, the fuse is blown to block the current path. .

또한, 본 발명의 다양한 실시예는 안전벤트의 작동 압력을 높일 수 있고, 고온 방치 저장 특성도 개선할 수 있는 이차 전지를 제공한다.Additionally, various embodiments of the present invention provide a secondary battery that can increase the operating pressure of a safety vent and improve high-temperature storage characteristics.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지는 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 수용된 전극 조립체; 및 상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡 조립체는 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 캡업 하판과, 상기 캡업 하판의 상부에 설치된 캡업 상판과, 상기 캡업 하판과 상기 캡업 상판을 전기적으로 연결하는 퓨즈 소자와, 상기 퓨즈 소자를 감싸면서 상기 캡업 하판과 상기 캡업 상판을 결합하는 절연 부재를 포함할 수 있다.A cylindrical lithium ion secondary battery according to various embodiments of the present invention includes a cylindrical can; an electrode assembly accommodated in the cylindrical can; and a cap assembly that seals the cylindrical can, wherein the cap assembly electrically connects a cap-up lower plate electrically connected to the electrode assembly, a cap-up upper plate installed on an upper portion of the cap-up lower plate, and electrically connects the cap-up lower plate and the cap-up upper plate. It may include a fuse element and an insulating member that surrounds the fuse element and couples the cap-up lower plate and the cap-up upper plate.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 캡 조립체가 전지 내압뿐만 아니라 과전류에 의해서도 전류 경로를 차단할 수 있음으로써, 전지의 안전성이나 신뢰성을 더욱 향상시킨다.In this way, the embodiment of the present invention further improves the safety and reliability of the battery by allowing the cap assembly to block the current path not only due to the internal pressure of the battery but also due to overcurrent.

상기 캡업 하판은 중앙에 개구를 갖는 원형 디스크 형태로 형성될 수 있고, 상기 캡업 상판은 원형 디스크 형태로 형성될 수 있다.The cap-up lower plate may be formed in a circular disk shape with an opening in the center, and the cap-up upper plate may be formed in a circular disk shape.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 캡업 하판이 안전벤트와 전기적으로 접속되고, 캡업 상판이 외부 장치에 전기적으로 접속되도록 함으로써, 통상의 이차 전지와 같이 충전 및 방전이 원할하게 수행되도록 한다.In this way, the embodiment of the present invention ensures that the cap-up lower plate is electrically connected to the safety vent and the cap-up upper plate is electrically connected to an external device, so that charging and discharging are performed smoothly like a typical secondary battery.

상기 퓨즈 소자는 퓨즈와, 상기 퓨즈의 일측과 상기 캡업 하판을 연결하는 하부 리드와, 상기 퓨즈의 타측과 상기 캡업 상판을 연결하는 상부 리드를 포함할 수 있다.The fuse element may include a fuse, a lower lead connecting one side of the fuse and the lower plate of the cap-up, and an upper lead connecting the other side of the fuse and the upper plate of the cap-up.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 퓨즈 소자에 의해 캡업 하판과 캡업 상판이 전기적으로 연결됨으로써, 정상적인 충방전 조건하에서는 퓨즈 소자가 충방전 전류의 경로 역할을 하지만, 과전류 시 퓨즈 용단에 의해 캡업 하판과 캡업 상판 사이의 전류 경로가 차단되도록 하여, 전지의 안전성이나 신뢰성을 향상시킨다.In this way, in the embodiment of the present invention, the cap-up lower plate and the cap-up upper plate are electrically connected by a fuse element, so that under normal charging and discharging conditions, the fuse element serves as a path for charging and discharging current, but in case of overcurrent, the cap-up lower plate is blown by fuse blowing. By blocking the current path between the top plate and the cap-up plate, the safety and reliability of the battery are improved.

상기 절연 부재는 하단이 상기 캡업 하판에 결합되고, 상단이 상기 캡업 상판에 결합된 역깔때기 형태로 형성될 수 있다.The insulating member may be formed in the shape of an inverted funnel with a lower end coupled to the cap-up lower plate and an upper end coupled to the cap-up upper plate.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 절연 부재가 캡업 하판과 캡업 상판 사이에 결합됨으로써, 종래에 비해 전지 내압에 따른 작동 압력을 더욱 증가시킬 수 있다.In this way, in the embodiment of the present invention, the insulating member is coupled between the cap-up lower plate and the cap-up upper plate, thereby further increasing the operating pressure according to the battery internal pressure compared to the prior art.

상기 절연 부재는 상기 캡업 하판이 결합되도록 외측 표면에 형성된 외측 요홈과, 상기 캡업 상판이 결합되도록 내측 표면에 형성된 내측 요홈을 포함할 수 있다.The insulating member may include an outer groove formed on an outer surface to be coupled to the cap-up lower plate, and an inner groove formed in an inner surface to be coupled to the cap-up upper plate.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 절연 부재의 외측 및 내측에서 캡업 하판 및 캡업 상판이 각각 결합됨으로써, 캡업 하판, 절연 부재 및 캡업 상판 사이의 결합력이 더욱 향상되도록 한다.In this way, in the embodiment of the present invention, the cap-up lower plate and the cap-up upper plate are coupled to each other on the outside and inside of the insulating member, thereby further improving the bonding force between the cap-up lower plate, the insulating member, and the cap-up upper plate.

상기 절연 부재는 적어도 하나의 제1개구를 포함할 수 있다.The insulating member may include at least one first opening.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 안전벤트의 반전 후 파단 시 바로 전지의 내부 가스를 외부로 방출할 수 있도록 하고, 또한, 전지의 작동압도 낮출 수 있도록 한다.In this way, the embodiment of the present invention allows the internal gas of the battery to be released to the outside immediately upon rupture after the safety vent is reversed, and also allows the operating pressure of the battery to be lowered.

상기 절연 부재는 상기 퓨즈 소자와 대응하는 영역에 형성된 적어도 하나의 제2개구를 포함할 수 있다.The insulating member may include at least one second opening formed in an area corresponding to the fuse element.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 퓨즈 소자의 퓨즈 용단 시 용융 재료가 이동할 공간을 마련하여, 절연 부재의 폭발이나 소음 현상을 방지할 수 있다.In this way, the embodiment of the present invention provides a space for the molten material to move when the fuse of the fuse device is blown, thereby preventing explosion or noise of the insulating member.

상기 절연 부재는 20 내지 25 kgf/cm2의 내압에서 개방될 수 있다.The insulating member can be opened at an internal pressure of 20 to 25 kgf/cm 2 .

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 기존 전지의 작동압(14 내지 18 kgf/cm2)보다 높은 작동압을 구현할 수 있다.In this way, embodiments of the present invention can implement a higher operating pressure than the operating pressure of existing batteries (14 to 18 kgf/cm 2 ).

상기 퓨즈 소자는 100 내지 300A의 전류에서 절단될 수 있다.The fuse element can be cut at a current of 100 to 300A.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 전지의 용량 및 전지의 특성에 따라 이미 판매되고 있는 퓨즈 소자를 선택하여 쉽게 적용할 수 있도록 한다. 일례로, 종래에는 전지 용량 및 전지의 특성에 따라 퓨즈 영역을 별도로 새롭게 설계해야 했었으나, 본 발명의 실시예는 이러한 수고를 회피할 수 있다.In this way, the embodiment of the present invention allows for easy application by selecting a fuse device already on the market according to the capacity and characteristics of the battery. For example, conventionally, the fuse area had to be designed separately and newly according to battery capacity and battery characteristics, but embodiments of the present invention can avoid this trouble.

본 발명의 다양한 실시예는 내부 압력이 기준 압력보다 높을 경우 안전벤트가 반전되어 전류 경로를 차단하고, 충방전 전류가 기준 전류보다 높을 경우 퓨즈가 용단되어 전류 경로를 차단할 수 있는 이차 전지를 제공한다. 일례로, 본 발명의 실시예는 전지 내부 압력과 전지의 전류에 각각 반응하여, 전류 경로를 차단하여 전지의 안전성 및 신뢰성을 향상시킨다.Various embodiments of the present invention provide a secondary battery in which when the internal pressure is higher than the reference pressure, the safety vent is reversed to block the current path, and when the charge/discharge current is higher than the reference current, the fuse is blown to block the current path. . For example, an embodiment of the present invention responds to the internal pressure of the battery and the current of the battery, respectively, and blocks the current path to improve the safety and reliability of the battery.

또한, 본 발명의 다양한 실시예는 안전벤트의 작동 압력을 높일 수 있고, 고온 방치 저장 특성도 개선할 수 있는 이차 전지를 제공한다. 일례로, 본 발명의 실시예는 퓨즈 소자를 포함하며, 인서트 사출 방식으로 캡 조립체를 제조함으로써, 전지의 내부 압력에 따른 작동 압력을 높일 수 있고, 이에 따라 고온에서 장시간 방치된다고 해도 전지의 특성(전지의 내압이 높아짐에 따라 안전벤트의 개방시간이 빨라지는 형상)이 저하되지 않게 된다.Additionally, various embodiments of the present invention provide a secondary battery that can increase the operating pressure of a safety vent and improve high-temperature storage characteristics. For example, an embodiment of the present invention includes a fuse element, and by manufacturing the cap assembly using an insert injection method, the operating pressure according to the internal pressure of the battery can be increased, and thus the characteristics of the battery ( As the internal pressure of the battery increases, the opening time of the safety vent becomes faster) and does not deteriorate.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중에서 캡 조립체의 캡업을 도시한 상면 사시도, 저면 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중에서 캡 조립체를 도시한 상면 사시도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중에서 캡 조립체의 캡업을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중에서 캡 조립체의 캡업을 도시한 단면도이다.1A to 1C are perspective views, cross-sectional views, and exploded perspective views showing cylindrical lithium ion secondary batteries according to various embodiments of the present invention.
2A to 2D are a top perspective view, a bottom perspective view, a cross-sectional view, and an exploded perspective view showing a cap-up of a cap assembly in a cylindrical lithium ion secondary battery according to various embodiments of the present invention.
3A and 3B are a top perspective view and a cross-sectional view showing a cap assembly in a cylindrical lithium ion secondary battery according to various embodiments of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view showing a cap-up of a cap assembly in a cylindrical lithium ion secondary battery according to various embodiments of the present invention.
Figure 5 is a cross-sectional view showing a cap-up of a cap assembly in a cylindrical lithium ion secondary battery according to various embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

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.The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided to make the disclosure more faithful and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.

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"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.In addition, in the drawings below, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of explanation, and the same symbols refer to the same elements in the drawings. As used herein, the term “and/or” includes any one and all combinations of one or more of the listed items. In addition, the meaning of "connected" in this specification refers not only to the case where member A and member B are directly connected, but also to the case where member C is interposed between member A and member B to indirectly connect member A and member B. do.

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, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"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.The terms used herein are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. Additionally, when used herein, “comprise, include,” and/or “comprising, including” refer to mentioned features, numbers, steps, operations, members, elements, and/or groups thereof. It specifies the presence and does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, movements, members, elements and/or groups.

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.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers and/or parts, these members, parts, regions, layers and/or parts are limited by these terms. It is obvious that this cannot be done. These terms are used only to distinguish one member, component, region, layer or section from another region, layer or section. Accordingly, a first member, component, region, layer or portion described below may refer to a second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.Space-related terms such as “beneath,” “below,” “lower,” “above,” and “upper” are used to refer to an element or feature shown in a drawing. It can be used to facilitate understanding of other elements or features. These space-related terms are for easy understanding of the present invention according to various process states or usage states of the present invention, and are not intended to limit the present invention. For example, if an element or feature in a drawing is turned over, an element or feature described as “bottom” or “below” becomes “top” or “above.” Therefore, “lower” is a concept encompassing “upper” or “lower.”

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지의 사시도, 단면도 및 분해 사시도가 도시되어 있다.1A to 1C, a perspective view, a cross-sectional view, and an exploded perspective view of a cylindrical lithium ion secondary battery according to various embodiments of the present invention are shown.

도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100)는 원통형 캔(110)과, 전극 조립체(120)와, 캡 조립체(140)를 포함할 수 있다. 또한, 원통형 리튬 이온 이차 전지(100)는 전극 조립체(120)에 결합된 센터핀(130)을 더 포함할 수도 있다.As shown in FIGS. 1A to 1C, the cylindrical lithium ion secondary battery 100 according to various embodiments of the present invention may include a cylindrical can 110, an electrode assembly 120, and a cap assembly 140. You can. Additionally, the cylindrical lithium ion secondary battery 100 may further include a center pin 130 coupled to the electrode assembly 120.

원통형 캔(110)은 원형의 바닥부(111)와, 바닥부(111)의 둘레로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 측부(112)을 포함한다. 이차 전지의 제조 공정 중 원통형 캔(110)의 상부는 개방되어 있다. 따라서, 이차 전지의 조립 공정 중 전극 조립체(120) 및 센터핀(130)이 전해액과 함께 원통형 캔(110)에 삽입될 수 있다. 원통형 캔(110)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 스틸, 니켈이 도금된 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 더불어, 원통형 캔(110)에는 캡 조립체(140)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(140)를 중심으로 그 하부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)가 형성되고, 그 상부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)가 형성될 수 있다. The cylindrical can 110 includes a circular bottom portion 111 and a side portion 112 extending a predetermined length upward from the circumference of the bottom portion 111. During the secondary battery manufacturing process, the top of the cylindrical can 110 is open. Accordingly, during the assembly process of the secondary battery, the electrode assembly 120 and the center pin 130 may be inserted into the cylindrical can 110 together with the electrolyte solution. The cylindrical can 110 may include, but is not limited to, steel, nickel-plated steel, stainless steel, aluminum, or aluminum alloy. In addition, in the cylindrical can 110, a beading part 113 recessed inward is formed in the lower portion centered on the cap assembly 140 to prevent the cap assembly 140 from being released to the outside, and at the top thereof. A crimping part 114 bent inside may be formed.

전극 조립체(120)는 원통형 캔(110)의 내부에 수용된다. 전극 조립체(120)는 음극 활물질(예를 들면, 흑연, 탄소 등등)이 코팅된 음극판(121), 양극 활물질(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등등))이 코팅된 양극판(122) 및, 음극판(121)과 양극판(122) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(123)로 이루어진다. 음극판(121), 양극판(122) 및 세퍼레이터(123)는 대략 원기둥 형태로 권취된다. 여기서, 음극판(121)은 구리(Cu) 포일, 양극판(122)은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 음극판(121)에는 하부로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(124)이, 양극판(122)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극탭(125)이 용접될 수 있으나, 그 반대도 가능하다. 더불어, 음극탭(124)은 니켈(Ni) 재질, 양극탭(125)은 알루미늄(Al) 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.The electrode assembly 120 is accommodated inside the cylindrical can 110. The electrode assembly 120 includes a negative electrode plate 121 coated with a negative electrode active material (e.g., graphite, carbon, etc.), and a positive electrode plate coated with a positive electrode active material (e.g., transition metal oxide (LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, etc.)). 122) and a separator 123 that is located between the negative electrode plate 121 and the positive plate 122 to prevent short circuit and only allows movement of lithium ions. The negative plate 121, the positive plate 122, and the separator 123 are wound in a substantially cylindrical shape. Here, the negative plate 121 may be copper (Cu) foil, the positive plate 122 may be aluminum (Al) foil, and the separator 123 may be polyethylene (PE) or polypropylene (PP). However, in the present invention, the above materials are used. It is not limited. Additionally, a negative electrode tab 124 extending a certain length protruding downward may be welded to the negative electrode plate 121, and a positive electrode tab 125 protruding upward a certain length may be welded to the positive electrode plate 122, but the reverse is also possible. In addition, the negative electrode tab 124 may be made of nickel (Ni), and the positive electrode tab 125 may be made of aluminum (Al), but the above materials are not limited to the present invention.

또한, 전극 조립체(120)의 음극탭(124)은 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있다. 따라서 원통형 캔(110)은 음극으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로 양극탭(125)이 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있으며, 이러한 경우 원통형 캔(110)은 양극으로 동작할 수 있다. Additionally, the negative electrode tab 124 of the electrode assembly 120 may be welded to the bottom 111 of the cylindrical can 110. Therefore, the cylindrical can 110 can operate as a cathode. Of course, conversely, the anode tab 125 may be welded to the bottom 111 of the cylindrical can 110, and in this case, the cylindrical can 110 may operate as an anode.

더불어, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(126a) 및 그 외측에 제2홀(126b)이 형성된 하부 절연판(126)이 전극 조립체(120)와 바닥부(111)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 하부 절연판(126)은 전극 조립체(120)가 원통형 캔(110) 중 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 하부 절연판(126)은 전극 조립체(120) 중 양극판(122)이 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(126a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 센터핀(130)을 통해 상부로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(126b)은 음극탭(124)이 관통하여 바닥부(111)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다.In addition, the lower insulating plate 126 is coupled to the cylindrical can 110 and has a first hole 126a in the center and a second hole 126b on the outside thereof between the electrode assembly 120 and the bottom 111. may be included. This lower insulating plate 126 serves to prevent the electrode assembly 120 from electrically contacting the bottom 111 of the cylindrical can 110. In particular, the lower insulating plate 126 serves to prevent the positive electrode plate 122 of the electrode assembly 120 from electrically contacting the bottom 111. Here, the first hole (126a) serves to quickly move the gas upward through the center pin 130 when a large amount of gas is generated due to an abnormality in the secondary battery, and the second hole (126b) is the cathode. It serves to allow the tab 124 to penetrate and be welded to the bottom portion 111.

또한, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(127a) 및 그 외측에 다수의 제2홀(127b)이 형성된 상부 절연판(127)이 전극 조립체(120)와 캡 조립체(140)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 상부 절연판(127)은 전극 조립체(120)가 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 상부 절연판(127)은 전극 조립체(120) 중 음극판(121)이 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉하지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(127a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 캡 조립체(140)로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(127b)은 양극탭(125)이 관통하여 캡 조립체(140)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한 나머지 제2홀(127b)은 전해액 주입 공정에서, 전해액이 상기 전극 조립체(120)로 신속히 흘러 들어가도록 하는 역할을 한다.In addition, the upper insulating plate 127 coupled to the cylindrical can 110 and having a first hole 127a in the center and a plurality of second holes 127b on the outside thereof is connected to the electrode assembly 120 and the cap assembly 140. may be interposed between. This upper insulating plate 127 serves to prevent the electrode assembly 120 from electrically contacting the cap assembly 140. In particular, the upper insulating plate 127 serves to prevent the negative electrode plate 121 of the electrode assembly 120 from electrically contacting the cap assembly 140. Here, the first hole (127a) serves to quickly move the gas to the cap assembly 140 when a large amount of gas is generated due to an abnormality in the secondary battery, and the second hole (127b) serves to allow the gas to quickly move to the cap assembly 140. ) serves to penetrate through and be welded to the cap assembly 140. Additionally, the remaining second hole 127b serves to allow the electrolyte to quickly flow into the electrode assembly 120 during the electrolyte injection process.

더불어, 제1,2절연판(126,127)의 제1홀(126a,127a)의 직경은 센터핀(130)의 직경보다 작게 형성됨으로써, 외부 충격에 의해 센터핀(130)이 원통형 캔(110)의 바닥부(111) 또는 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 한다.In addition, the diameters of the first holes 126a and 127a of the first and second insulating plates 126 and 127 are formed to be smaller than the diameter of the center pin 130, so that the center pin 130 is damaged by the cylindrical can 110 due to external impact. Avoid electrical contact with the bottom 111 or the cap assembly 140.

센터핀(130)은 속이 비어 있는 원형 파이프 형태로서, 전극 조립체(120)의 대략 중앙에 결합될 수 있다. 이러한 센터핀(130)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 폴리부틸렌 테프탈레이트(PolyButylene Terepthalate)로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 이러한 센터핀(130)은 전지의 충방전 중 전극 조립체(120)의 변형을 억제하는 역할을 하며, 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스의 이동 통로 역할을 한다. The center pin 130 has the shape of a hollow circular pipe and can be coupled to approximately the center of the electrode assembly 120. This center pin 130 may be made of steel, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, or polybutylene terepthalate, but the material is not limited here. This center pin 130 serves to suppress deformation of the electrode assembly 120 during charging and discharging of the battery and serves as a passage for gas generated inside the secondary battery.

캡 조립체(140)는 캡업(cap-up)(1410), 캡업(1410)의 하부에 설치된 동시에 캡업(1410)의 측면 및 상면 둘레를 감싸는 안전벤트(142), 안전벤트(142)의 하부에 설치된 절연링(143), 안전벤트(142)와 절연링(143)의 하부에 설치되고, 제1,2관통홀(144a,144b)이 형성된 캡다운(cap-down)(144), 캡다운(144)의 하면에 고정되어 양극탭(125)과 전기적으로 접속된 서브 플레이트(145) 및 캡업(1410), 안전벤트(142), 절연판(143), 캡다운(144)과 원통형 캔(110)의 측부(111)를 절연시키는 절연 가스켓(146)을 포함할 수 있다.The cap assembly 140 includes a cap-up 1410, a safety vent 142 installed on the lower part of the cap-up 1410, and a safety vent 142 surrounding the side and upper surface of the cap-up 1410, and a lower part of the safety vent 142. The installed insulating ring 143, the safety vent 142, and the cap-down 144, which are installed on the lower part of the insulating ring 143 and have first and second through holes 144a and 144b. A subplate 145 and cap-up 1410, a safety vent 142, an insulating plate 143, a cap-down 144, and a cylindrical can 110 are fixed to the lower surface of (144) and electrically connected to the anode tab 125. ) may include an insulating gasket 146 that insulates the side portion 111.

여기서, 절연 가스켓(146)은 실질적으로 원통형 캔(110)의 측부(111)에 형성된 비딩부(113)와 크림핑부(114)의 사이에 압착된 형태를 한다. 또한, 상기 캡다운(144)에 형성된 관통홀(144a,144b)은 원통형 캔(110)의 내부에서 이상 내압 발생시 내부 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 물론, 이러한 내압에 의해 우선 안전벤트(142)가 상부 방향으로 반전되면서 서브 플레이트(145)와 전기적으로 분리되고, 이후 안전벤트(142)가 찢어지면서 내부의 가스가 외부로 방출된다.Here, the insulating gasket 146 is substantially pressed between the beading portion 113 and the crimping portion 114 formed on the side portion 111 of the cylindrical can 110. In addition, the through holes 144a and 144b formed in the cap down 144 serve to discharge internal gas to the outside when abnormal internal pressure occurs inside the cylindrical can 110. Of course, due to this internal pressure, the safety vent 142 is first flipped upward and electrically separated from the subplate 145, and then the safety vent 142 is torn and the gas inside is released to the outside.

더불어, 원통형 캔(110)의 내측에는 전해액(도면에 도시되지 않음)이 주액되어 있으며, 이는 충방전시 전지 내부의 음극판(121) 및 양극판(122)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.In addition, an electrolyte solution (not shown in the drawing) is injected into the inside of the cylindrical can 110, which causes lithium ions generated by an electrochemical reaction on the negative plate 121 and the positive plate 122 inside the battery during charging and discharging. It serves to enable movement. This electrolyte solution may be a non-aqueous organic electrolyte solution that is a mixture of lithium salt and high purity organic solvent. In addition, the electrolyte may be a polymer using a polymer electrolyte, and the type of electrolyte is not limited here.

도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중에서 캡 조립체(140)의 캡업(1410)에 대한 상면 사시도, 저면 사시도, 단면도 및 분해 사시도가 도시되어 있다.2A to 2D, a top perspective view, a bottom perspective view, a cross-sectional view, and an exploded perspective view of the cap up 1410 of the cap assembly 140 among the cylindrical lithium ion secondary batteries according to various embodiments of the present invention are shown.

도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 캡 조립체(140)의 캡업(1410)은 전극 조립체(120)에 전기적으로 연결된 캡업 하판(1420)과, 캡업 하판(1420)의 상부에 설치된 캡업 상판(1430)과, 캡업 하판(1420)과 캡업 상판(1430)을 전기적으로 연결하는 퓨즈 소자(1440)와, 퓨즈 소자(1440)를 감싸면서 캡업 하판(1420)과 캡업 상판(1430)을 결합하는 절연 부재(1450)를 포함할 수 있다.2A to 2D, among the secondary batteries 100 according to various embodiments of the present invention, the cap up 1410 of the cap assembly 140 has a cap up lower plate 1420 electrically connected to the electrode assembly 120. and a cap-up upper plate 1430 installed on the upper part of the cap-up lower plate 1420, a fuse element 1440 that electrically connects the cap-up lower plate 1420 and the cap-up upper plate 1430, and a cap-up device surrounding the fuse element 1440. It may include an insulating member 1450 that couples the lower plate 1420 and the cap-up upper plate 1430.

캡업 하판(1420)은 중앙에 개구(1420a)를 가지며 대략 원형 디스크 형태로 형성될 수 있다. 일례로, 캡업 하판(1420)은 대략 평평한 하면(1421)과, 하면(1421)의 반대면인 대략 평평한 상면(1422)과, 하면(1421)과 상면(1422)의 사이로서 내측에 개구(1420a)를 정의하는 내측면(1423)과, 내측면(1423)의 반대면으로서 하면(1421)과 상면(1422)의 사이에 외측 엣지를 정의하는 외측면(1424)을 포함할 수 있다. The cap-up lower plate 1420 has an opening 1420a in the center and may be formed in a substantially circular disk shape. For example, the cap-up lower plate 1420 has a substantially flat lower surface 1421, a substantially flat upper surface 1422 that is opposite to the lower surface 1421, and an opening 1420a on the inside between the lower surface 1421 and the upper surface 1422. ) may include an inner surface 1423 defining an inner surface 1423, and an outer surface 1424 defining an outer edge between the lower surface 1421 and the upper surface 1422 as the opposite surface of the inner surface 1423.

여기서, 개구(1420a)는 전지 내압이 기준압보다 클 경우 안전벤트(1460)가 반전되어 위치되는 영역일 수 있다. 또한, 캡업 하판(1420)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, SPCE(steel plate cold deep drawn extra), 알루미늄 합금과 같은 도전체를 포함할 수 있다.Here, the opening 1420a may be an area where the safety vent 1460 is inverted and positioned when the internal pressure of the battery is greater than the reference pressure. Additionally, the cap-up lower plate 1420 may include a conductor such as, but not limited to, SPCE (steel plate cold deep drawn extra) or aluminum alloy.

캡업 상판(1430)은 원형 디스크 형태로 형성될 수 있다. 일례로, 캡업 상판(1430)은 대략 평평한 하면(1431)과, 하면(1431)의 반대면인 대략 평평한 상면(1432)과, 하면(1431)과 상면(1432)의 사이에 외측 엣지를 정의하는 외측면(1434)을 포함할 수 잇다. The cap-up upper plate 1430 may be formed in a circular disk shape. For example, the cap-up upper plate 1430 has a substantially flat lower surface 1431, a substantially flat upper surface 1432 that is the opposite side of the lower surface 1431, and an outer edge defining an outer edge between the lower surface 1431 and the upper surface 1432. It may include an outer surface 1434.

여기서, 캡업 상판(1430)의 외측면(1434)이 갖는 외경은 캡업 하판(1420)의 내측면(1423)이 갖는 내경보다 작을 수 있다. 따라서, 캡업 하판(1420)과 캡업 상판(1430) 사이에 형성되는 절연 부재(1450)는 자연스럽게 역깔때기 형태로 형성될 수 있다. 또한, 캡업 상판(1430)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, SPCE(steel plate cold deep drawn extra), 알루미늄 합금과 같은 도전체를 포함할 수 있다.Here, the outer diameter of the outer surface 1434 of the cap-up upper plate 1430 may be smaller than the inner diameter of the inner surface 1423 of the cap-up lower plate 1420. Accordingly, the insulating member 1450 formed between the cap-up lower plate 1420 and the cap-up upper plate 1430 can naturally be formed in an inverted funnel shape. Additionally, the cap-up upper plate 1430 may include a conductor such as, but not limited to, SPCE (steel plate cold deep drawn extra) or aluminum alloy.

퓨즈 소자(1440)는 퓨즈(1441)와, 퓨즈(1441)의 하측과 캡업 하판(1420)을 연결하는 하부 리드(1442)와, 퓨즈(1441)의 상측과 캡업 상판(1430)을 연결하는 상부 리드(1443)를 포함할 수 있다. The fuse element 1440 includes a fuse 1441, a lower lead 1442 connecting the lower side of the fuse 1441 and the cap-up lower plate 1420, and an upper portion connecting the upper side of the fuse 1441 and the cap-up upper plate 1430. It may include a lead 1443.

여기서, 하부 리드(1442)는 캡업 하판(1420)의 하면(1421)에 레이저 또는 초음파로 용접되거나 솔더링될 수 있다. 또한, 상부 리드(1443)는 캡업 상판(1430)의 하면(1431)에 레이저 또는 초음파로 용접되거나 솔더링될 수 있다. Here, the lower lead 1442 may be welded or soldered to the lower surface 1421 of the cap-up lower plate 1420 using a laser or ultrasonic waves. Additionally, the upper lead 1443 may be welded or soldered to the lower surface 1431 of the cap-up top plate 1430 using a laser or ultrasonic waves.

이와 같이 하여, 퓨즈 소자(1440)는 캡업 하판(1420)과 캡업 상판(1430)을 전기적으로 연결하며, 캡업 하판(1420)과 캡업 상판(1430)의 사이에서 충방전 전류 경로가 된다. In this way, the fuse element 1440 electrically connects the cap-up lower plate 1420 and the cap-up upper plate 1430, and becomes a charge/discharge current path between the cap-up lower plate 1420 and the cap-up upper plate 1430.

일례로, 퓨즈 소자(1440)의 단락 전류는 전지 특성에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 퓨즈 소자(1440)의 단락 전류는 대략 100A 내지 300A로 결정될 수 있으며, 이러한 전류에서 퓨즈 소자(1440)가 용융되어 끊어질 수 있다.For example, the short-circuit current of the fuse element 1440 may be determined according to battery characteristics. For example, the short-circuit current of the fuse element 1440 may be determined to be approximately 100A to 300A, and at this current, the fuse element 1440 may melt and break.

퓨즈(1441)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 납-주석 합금, 아연-주석 합금, 구리 합금, 알루미늄 합금 등을 포함할 수 있다. 또한, 퓨즈 소자(1440)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 실 퓨즈, 고리형 퓨즈, 관형 퓨즈 등을 포함할 수 있다.The fuse 1441 may include, but is not limited to, lead-tin alloy, zinc-tin alloy, copper alloy, aluminum alloy, etc. Additionally, the fuse element 1440 may include, but is not limited to, a seal fuse, annular fuse, or tubular fuse.

절연 부재(1450)는 퓨즈 소자(1440)를 감싸면서 캡업 하판(1420)과 캡업 상판(1430)을 결합한다. 절연 부재(1450)는 하부 영역이 캡업 하판(1420)에 결합되고, 상부 영역이 캡업 상판(1430)에 결합된 역깔때기 형태로 형성될 수 있다. The insulating member 1450 surrounds the fuse element 1440 and couples the cap-up lower plate 1420 and the cap-up upper plate 1430. The insulating member 1450 may be formed in an inverted funnel shape in which the lower region is coupled to the cap-up lower plate 1420 and the upper region is coupled to the cap-up upper plate 1430.

일례로, 절연 부재(1450)는 캡업 하판(1420)의 하면(1421)보다 낮은 위치에 형성된 대략 평평한 하면(1451)과, 하면(1451)의 반대면으로서 캡업 상판(1430)의 상면(1432)과 대략 동일면을 갖는 상면(1452)과, 상면(1452)으로부터 하부 방향으로 경사지게 연장된 외측 경사면(1453)과, 외측 경사면(1453)의 반대면으로서 경사지게 연장된 내측 경사면(1454)을 포함할 수 있다. For example, the insulating member 1450 has a substantially flat lower surface 1451 formed at a lower position than the lower surface 1421 of the cap-up lower plate 1420, and an upper surface 1432 of the cap-up upper plate 1430 as the opposite side of the lower surface 1451. It may include an upper surface 1452 having approximately the same surface, an outer inclined surface 1453 obliquely extending downward from the upper surface 1452, and an inner inclined surface 1454 extending obliquely as the opposite surface of the outer inclined surface 1453. there is.

또한, 절연 부재(1450)는 캡업 하판(1420)이 결합되도록 외측 경사면(1453)에 형성된 외측 요홈(1453a)과, 캡업 상판(1430)이 결합되도록 상면(1452)과 내측 경사면(1454)의 사이에 형성된 내측 요홈(1454a)을 포함할 수 있다.In addition, the insulating member 1450 has an outer groove 1453a formed on the outer inclined surface 1453 to engage the cap-up lower plate 1420, and a space between the upper surface 1452 and the inner inclined surface 1454 to engage the cap-up upper plate 1430. It may include an inner groove (1454a) formed in.

예를 들면, 절연 부재(1450)의 외측 요홈(1453a)을 통해 캡업 하판(1420)의 내측면(1423) 및 하면(1421)의 둘레가 결합되고, 절연 부재(1450)의 내측 요홈(1454a)을 통해 캡업 상판(1430)의 외측면(1434) 및 하면(1431)의 둘레가 결합될 수 있다.For example, the circumferences of the inner surface 1423 and the lower surface 1421 of the cap-up lower plate 1420 are coupled through the outer groove 1453a of the insulating member 1450, and the inner groove 1454a of the insulating member 1450 The perimeter of the outer surface 1434 and the lower surface 1431 of the cap-up upper plate 1430 can be coupled.

이러한 절연 부재(1450)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 폴리염화비닐 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴 수지, 나일론 수지, 폴리프로필렌 수지와 같은 열가소성 플라스틱, 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 요소 수지, 아미노 수지, 에폭시 수지와 같은 열경화성 플라스틱으로 형성될 수 있다.This insulating member 1450 includes, but is not limited to, thermoplastic plastics such as polyvinyl chloride resin, polystyrene resin, acrylic resin, nylon resin, polypropylene resin, polyester resin, phenolic resin, melamine resin, and silicone. It may be formed of thermosetting plastic such as resin, urea resin, amino resin, or epoxy resin.

한편, 이러한 캡업 하판(1420), 캡업 상판(1430), 퓨즈 소자(1440) 및 절연 부재(1450)는 인서트 사출 방식으로 동시에 형성될 수 있다. 일례로, 퓨즈 소자(1440)가 캡업 하판(1420)과 캡업 상판(1430)의 사이에 전기적으로 연결된 후, 이들 구성 요소가 금형 내부에 안착된 후, 용융된 절연 수지를 금형 내부에 주입함으로써, 퓨즈 소자(1440)를 갖는 일체화된 캡업(1410)이 제조될 수 있다.Meanwhile, the cap-up lower plate 1420, the cap-up upper plate 1430, the fuse element 1440, and the insulating member 1450 may be formed simultaneously using an insert injection method. For example, after the fuse element 1440 is electrically connected between the cap-up lower plate 1420 and the cap-up upper plate 1430, after these components are seated inside the mold, the molten insulating resin is injected into the mold, An integrated cap-up 1410 with a fuse element 1440 can be manufactured.

이와 같이 하여, 캡업(1410)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 20 내지 25 kgf/cm2의 압력에서 파단될 수 있다. 일례로, 전지의 내부 압력이 대략 20 내지 25 kgf/cm2에 도달하였을 경우, 캡업(1410)중 캡업 상판(1430) 및/또는 절연 부재(1450)가 파단되며 전지의 내부 가스를 외부로 방출할 수 있다. In this way, the cap-up 1410 may fracture at a pressure of, for example, but not limited to, approximately 20 to 25 kgf/cm 2 . For example, when the internal pressure of the battery reaches approximately 20 to 25 kgf/cm 2 , the cap-up top plate 1430 and/or the insulating member 1450 of the cap-up 1410 is broken and the internal gas of the battery is released to the outside. can do.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 캡 조립체(140)는 전지의 내부 압력 및/또는 충방전 전류에 반응하여 동작할 수 있다. In this way, the cap assembly 140 according to an embodiment of the present invention may operate in response to the internal pressure and/or charge/discharge current of the battery.

일례로, 전지의 충방전 전류가 대략 100 내지 300A일 때 퓨즈 소자(1440)가 동작하여 충방전 전류를 차단할 수 있다. 다른 예로, 전지의 내부 압력이 대략 20 내지 25 kgf/cm2일 때, 캡업(1410)의 절연 부재(1450)가 파단되어 전지 내부 가스를 외부로 방출할 수 있다. For example, when the charge/discharge current of the battery is approximately 100 to 300 A, the fuse element 1440 may operate to block the charge/discharge current. As another example, when the internal pressure of the battery is approximately 20 to 25 kgf/cm 2 , the insulating member 1450 of the cap-up 1410 may be broken and the gas inside the battery may be released to the outside.

따라서, 본 발명은 이차 전지(100)의 단락 특성을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 작동 압력을 높일 수 있어 고온 저장 특성도 개선할 수 있다.Therefore, the present invention can not only control the short-circuit characteristics of the secondary battery 100, but also improve the high-temperature storage characteristics by increasing the operating pressure.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100) 중에서 캡 조립체(140)의 상면 사시도 및 단면도가 도시되어 있다.Referring to FIGS. 3A and 3B , a top perspective view and a cross-sectional view of the cap assembly 140 of the cylindrical lithium ion secondary battery 100 according to various embodiments of the present invention are shown.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 캡 조립체(140)는 캡업(1410)의 캡업 하판(1420) 아래에 안전벤트(1460)가 결합될 수 있다.As shown in FIGS. 3A and 3B, among the secondary batteries 100 according to various embodiments of the present invention, the cap assembly 140 has a safety vent 1460 coupled under the cap-up lower plate 1420 of the cap-up 1410. It can be.

일례로, 안전벤트(1460)는 대략 중앙에 하부를 향해 절곡된 절곡부(1460a)와, 절곡부(1460a)로부터 외측으로 연장되어 절연 부재(1450)의 하면(1451)에 접촉하는 제1연장부(1461)와, 제1연장부(1461)로부터 상부로 절곡된 후 외측으로 연장되어 캡업 하판(1420)의 하면(1421)에 접촉하는 제2연장부(1462)와, 제2연장부(1462)로부터 상부 방향으로 절곡되어 캡업 하판(1420)의 외측면(1424)에 접촉하는 제3연장부(1463)와, 제3연장부(1463)로부터 수평 방향으로 절곡되어 캡업 하판(1420)의 상면(1422)에 접촉하는 제4연장부(1464)를 포함할 수 있다.For example, the safety vent 1460 includes a bent portion 1460a bent downward at approximately the center, and a first extension extending outward from the bent portion 1460a and contacting the lower surface 1451 of the insulating member 1450. A portion 1461, a second extension portion 1462 that is bent upward from the first extension portion 1461 and then extends outward and contacts the lower surface 1421 of the cap-up lower plate 1420, and a second extension portion ( A third extension portion 1463 is bent upward from 1462 and contacts the outer surface 1424 of the cap-up lower plate 1420, and is bent horizontally from the third extension portion 1463 to contact the outer surface 1424 of the cap-up lower plate 1420. It may include a fourth extension 1464 in contact with the upper surface 1422.

한편, 안전벤트(1460)의 제2연장부(1462)에는 링 형태로 절연링(143)이 결합되고, 안전벤트(1460) 및 절연링(143)의 하부에 캡다운(144)이 결합될 수 있다. 절연링(143)으로 인해, 안전벤트(1460)와 캡다운(144)의 사이에는 일정 공간 또는 갭이 형성된다. Meanwhile, an insulating ring 143 is coupled to the second extension portion 1462 of the safety vent 1460 in a ring shape, and a cap down 144 is coupled to the lower part of the safety vent 1460 and the insulating ring 143. You can. Due to the insulating ring 143, a certain space or gap is formed between the safety vent 1460 and the cap down 144.

또한, 캡다운(144)은 중앙에 형성된 제1관통홀(144a)을 포함하며, 제1관통홀(144a)의 내측으로 안전벤트(1460)의 절곡부(1460a)가 연장되어 위치될 수 있다. 더불어, 캡다운(144)은 둘레에 형성된 다수의 가스 배출용 제2관통홀(144b)을 더 포함할 수 있다. 또한, 캡다운(144)의 하면에 제1관통홀(144a)을 덮는 서브 플레이트(145)가 결합된다. 서브 플레이트(145)는 전극 조립체(120)의 양극탭(125)이 전기적으로 접속될 수 있다.In addition, the cap down 144 includes a first through hole 144a formed in the center, and the bent portion 1460a of the safety vent 1460 can be extended and positioned inside the first through hole 144a. . In addition, the cap down 144 may further include a plurality of second gas discharge holes 144b formed around the circumference. Additionally, a sub plate 145 covering the first through hole 144a is coupled to the lower surface of the cap down 144. The sub plate 145 may be electrically connected to the positive electrode tab 125 of the electrode assembly 120.

이와 같이 하여, 전지 내압이 미리 설정된 기준 압력보다 클 경우, 예를 들면, 전지 내압이 대략 20 내지 25 kgf/cm2보다 클 경우, 전지 내부의 가스가 캡다운(144)에 구비된 가스 배출용 제2관통홀(144b)을 통하여 안전벤트(1460)를 상부로 밀어 올리게 된다. 따라서, 안전벤트(1460)의 절곡부(1460a)가 반전되면서 안전벤트(1460)의 절곡부(1460a)와 서브 플레이트(145) 사이의 전기적 접속 상태가 해제된다. 일례로, 안전벤트(1460)와 서브 플레이트(145) 사이의 전류 경로가 차단된다.In this way, when the battery internal pressure is greater than the preset reference pressure, for example, when the battery internal pressure is greater than approximately 20 to 25 kgf/cm 2 , the gas inside the battery is discharged through the gas discharge device provided in the cap down 144. The safety vent 1460 is pushed upward through the second through hole 144b. Accordingly, as the bent portion 1460a of the safety vent 1460 is reversed, the electrical connection between the bent portion 1460a of the safety vent 1460 and the subplate 145 is released. For example, the current path between the safety vent 1460 and the subplate 145 is blocked.

한편, 전지 전류가 미리 설정된 기준 전류보다 클 경우, 예를 들면, 전지 전류가 대략 100 내지 300A보다 클 경우, 퓨즈 소자(1440)의 퓨즈(1441)가 용단된다. 따라서, 캡업(1410)의 캡업 하판(1420)과 캡업 상판(1430) 사이의 전기적 접속 상태가 해제된다. 일례로, 캡업(1410)의 캡업 하판(1420)과 캡업 상판(1430) 사이의 전류 경로가 차단된다.Meanwhile, when the battery current is greater than a preset reference current, for example, when the battery current is greater than approximately 100 to 300 A, the fuse 1441 of the fuse element 1440 blows. Accordingly, the electrical connection between the cap-up lower plate 1420 and the cap-up upper plate 1430 of the cap-up 1410 is released. For example, the current path between the cap-up lower plate 1420 and the cap-up upper plate 1430 of the cap-up 1410 is blocked.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 캡 조립체(140)가 퓨즈 소자(1440)를 내장함으로써, 안전성 및 신뢰성이 향상된다. 일례로, 본 발명의 실시예에 따른 캡 조립체(140)는 전지의 내부 압력 및/또는 전류에 의해 전류를 차단하여 전지의 안전성 및 신뢰성을 향상시킨다. In this way, the safety and reliability of the secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention are improved by incorporating the fuse element 1440 in the cap assembly 140. For example, the cap assembly 140 according to an embodiment of the present invention improves the safety and reliability of the battery by blocking the current by the internal pressure and/or current of the battery.

예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)의 캡 조립체(140)는 전지의 내부 압력이 대략 25 내지 25 kgf/cm2보다 높을 경우, 안전벤트(1460)가 반전되면서 안전벤트(1460)와 서브 플레이트(145) 사이의 전류 경로를 차단한다. 여기서, 안전벤트(1460)와 서브 플레이트(145)는 상호간 용접되어 있기 때문에, 용접 품질이나 용접 위치에 따라 안전벤트(1460)와 서브 플레이트(145)가 상호간 분리되는 전지 내부 압력에 편차가 상대적으로 클 수 있다.For example, in the cap assembly 140 of the secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention, when the internal pressure of the battery is higher than approximately 25 to 25 kgf/cm 2 , the safety vent 1460 is inverted and the safety vent opens. Block the current path between 1460 and subplate 145. Here, since the safety vent 1460 and the sub-plate 145 are welded to each other, there is a relative deviation in the internal pressure of the battery where the safety vent 1460 and the sub-plate 145 are separated from each other depending on the welding quality or welding position. It can be big.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)의 캡 조립체(140)는 전지의 전류가 대략 100 내지 300A일 경우, 퓨즈 소자(1440)가 용단되면서 캡 조립체(140)의 캡업 하판(1420)과 캡업 상판(1430) 사이의 전류 경로를 차단한다. 여기서, 퓨즈 소자(1440)의 용단 시점은 전류량에 따라 비교적 정확하게 결정될 수 있다. 일례로, 대략 100A의 전류에서 퓨즈 소자(1440)가 용단되도록 설계되거나, 대략 200A의 전류에서 퓨즈 소자(1440)가 용단되도록 설계되거나, 또는 대략 300A의 전류에서 퓨즈 소자(1440)가 용단되도록 설계될 수 있다.In addition, in the cap assembly 140 of the secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention, when the current of the battery is approximately 100 to 300 A, the fuse element 1440 is blown and the cap-up lower plate 1420 of the cap assembly 140 is blown. ) blocks the current path between the cap-up top plate 1430. Here, the blowing point of the fuse element 1440 can be relatively accurately determined depending on the amount of current. For example, the fuse element 1440 is designed to blow at a current of approximately 100A, the fuse element 1440 is designed to blow at a current of approximately 200A, or the fuse element 1440 is designed to blow at a current of approximately 300A. It can be.

더불어, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 퓨즈 소자(1440)의 동작과 안전벤트(1460)의 동작이 독립적으로 수행됨으로써, 이차 전지(100)의 안전성 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다. In addition, in the secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention, the operation of the fuse element 1440 and the operation of the safety vent 1460 are performed independently, thereby further improving the safety and reliability of the secondary battery 100. there is.

예를 들면, 이차 전지(100)의 내부 압력이 기준 압력보다 높지 않고, 이차 전지(100)에 대전류만이 흐를 경우, 퓨즈 소자(1440)가 동작함으로써(예를 들면, 퓨즈 소자(1440)가 용단됨으로써), 전류 경로가 차단될 수 있다. For example, when the internal pressure of the secondary battery 100 is not higher than the reference pressure and only a large current flows through the secondary battery 100, the fuse element 1440 operates (e.g., the fuse element 1440 (by fusing), the current path can be blocked.

또한, 예를 들면, 이차 전지(100)에 과전류가 흐르지 않고, 이차 전지(100)의 내부 압력만이 기준 압력보다 높을 경우, 안전벤트(1460)가 동작함으로써(예를 들면, 안전벤트(1460)가 반전되어 안전벤트(1460)와 서브 플레이트(145)가 전기적으로 분리됨으로써), 전류 경로가 차단될 수 있다.In addition, for example, when no overcurrent flows in the secondary battery 100 and only the internal pressure of the secondary battery 100 is higher than the reference pressure, the safety vent 1460 operates (e.g., the safety vent 1460 ) is inverted and the safety vent 1460 and the subplate 145 are electrically separated), so that the current path may be blocked.

물론, 이러한 전류 경로의 차단 이후에도, 이차 전지(100)의 내부 압력이 더욱 증가하게 되면, 캡 조립체(140)중 캡업(1410)의 절연 부재(1450) 또는 캡업 상판(1430)이 캔(110)으로부터 분리됨으로써, 이차 전지(100)의 내부 가스가 외부로 방출될 수 있다.Of course, even after blocking this current path, if the internal pressure of the secondary battery 100 further increases, the insulating member 1450 or the cap-up upper plate 1430 of the cap-up 1410 of the cap assembly 140 may be exposed to the can 110. By being separated from the secondary battery 100, the internal gas of the secondary battery 100 may be released to the outside.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중에서 캡 조립체(140)의 캡업(2410)에 대한 단면도가 도시되어 있다.Referring to FIG. 4, a cross-sectional view of the cap up 2410 of the cap assembly 140 of a cylindrical lithium ion secondary battery according to various embodiments of the present invention is shown.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 캡 조립체(140)의 캡업(2410)은 절연 부재(1450)에 형성된 적어도 하나의 개구(2411)를 더 포함할 수 있다. 개구(2411)는 절연 부재(1450)의 외측 경사면(1453)과 내측 경사면(1454)를 완전히 관통하여 형성될 수 있으며, 개구(2411)를 통해 이차 전지(100)의 내부 가스가 외부로 방출될 수 있다. 또한, 절연 부재(1450)의 개구(2411)로 인하여, 이차 전지(100)의 내압은 안전벤트(1460)에 의해서만 결정될 수 있다. 일례로, 안전벤트(1460)가 내부 압력에 의해 반전되어 파열되면, 바로 내부 가스가 캡업(2410)의 절연 부재(1450)에 형성된 개구(2411)를 통해 외부로 방출될 수 있다.As shown in FIG. 4, among the secondary batteries 100 according to various embodiments of the present invention, the cap up 2410 of the cap assembly 140 further includes at least one opening 2411 formed in the insulating member 1450. can do. The opening 2411 may be formed to completely penetrate the outer inclined surface 1453 and the inner inclined surface 1454 of the insulating member 1450, and the internal gas of the secondary battery 100 may be discharged to the outside through the opening 2411. You can. Additionally, due to the opening 2411 of the insulating member 1450, the internal pressure of the secondary battery 100 can be determined only by the safety vent 1460. For example, when the safety vent 1460 is inverted and ruptured due to internal pressure, the internal gas may be released to the outside through the opening 2411 formed in the insulating member 1450 of the cap-up 2410.

이와 같이 하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지는 종래와 같이 상대적으로 낮은 내부 압력, 예를 들면, 대략 14 내지 18 kgf/cm2보다 크면 안전 동작이 이루어질 수 있다.In this way, the secondary battery according to various embodiments of the present invention can operate safely when the internal pressure is relatively low, for example, greater than approximately 14 to 18 kgf/cm 2 as in the prior art.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100) 중에서 캡 조립체(140)의 캡업(3410)에 대한 단면도가 도시되어 있다.Referring to FIG. 5, a cross-sectional view of the cap up 3410 of the cap assembly 140 of the cylindrical lithium ion secondary battery 100 according to various embodiments of the present invention is shown.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 캡 조립체(140)의 캡업(3410)은 절연 부재(1450)에 형성된 적어도 하나의 퓨즈홀(3411)을 더 포함할 수 있다. 퓨즈홀(3411)은 퓨즈 소자(1440) 중 퓨즈(1441)와 대응되는 영역에 형성될 수 있다. 일례로, 퓨즈홀(3411)은 퓨즈(1441)와 절연 부재(1450)의 외측 경사면(1453) 사이에 형성될 수 있다. 예를 들면, 퓨즈홀(3411)을 통해, 용융된 퓨즈(1441)의 용융재료가 전지 외측으로 방출될 수 있다. 따라서, 퓨즈 소자(1440)의 동작 시 절연 부재((1440)가 폭발하거나 소음이 발생되지 않는다.As shown in FIG. 5, among the secondary batteries 100 according to various embodiments of the present invention, the cap up 3410 of the cap assembly 140 further includes at least one fuse hole 3411 formed in the insulating member 1450. It can be included. The fuse hole 3411 may be formed in an area corresponding to the fuse 1441 among the fuse elements 1440. For example, the fuse hole 3411 may be formed between the fuse 1441 and the outer inclined surface 1453 of the insulating member 1450. For example, through the fuse hole 3411, the molten material of the melted fuse 1441 may be discharged to the outside of the battery. Therefore, when the fuse element 1440 operates, the insulating member 1440 does not explode or generate noise.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 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.What has been described above is only one example for carrying out the cylindrical lithium ion secondary battery according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and as claimed in the following patent claims, the present invention Without departing from the gist, anyone with ordinary knowledge in the field to which the invention pertains will say that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various modifications can be made.

100; 본 발명에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지
110; 캔 111: 바닥부
112; 측부 113; 비딩부
114; 크림핑부 120; 전극 조립체
121; 음극판 122; 양극판
123; 세퍼레이터 124; 음극탭
125; 양극탭 126; 하부 절연판
126a; 제1홀 126b; 제2홀
127; 상부 절연판 127a; 제1홀
127b; 제2홀 130; 센터핀
140; 캡 조립체
1410; 캡업 1420; 캡업 하판
1420a; 개구 1421; 하면
1422; 상면 1423; 내측면
1424; 외측면 1430; 캡업 상판
1431; 하면 1432; 상면
1434; 외측면 1440; 퓨즈 소자
1441; 퓨즈 1442; 하부 리드
1443; 상부 리드 1450; 절연 부재
1451; 하면 1452; 상면
1453; 외측 경사면 1453a; 외측 요홈
1454; 내측 경사면 1454a; 내측 요홈
1460; 안전벤트 1460a; 절곡부
1461; 제1연장부 1462; 제2연장부
1463; 제3연장부 1464; 제4연장부
143; 절연링 144; 캡다운
144a; 제1관통홀 144b; 제2관통홀
145; 서브 플레이트 146; 절연 가스켓100; Cylindrical lithium ion secondary battery according to the present invention
110; Can 111: Bottom
112; lateral 113; Bidding Department
114; Crimping part 120; electrode assembly
121; negative plate 122; positive plate
123; separator 124; cathode tab
125; anode tab 126; lower insulating plate
126a; Hall 1 126b; 2nd hole
127; upper insulating plate 127a; Hole 1
127b; 2nd hole 130; center pin
140; cap assembly
1410; cap up 1420; Cap-up bottom plate
1420a; opening 1421; if
1422; Sangmyeon 1423; medial side
1424; outer surface 1430; cap-up top
1431; If 1432; top surface
1434; outer surface 1440; fuse element
1441; fuse 1442; lower lead
1443; upper lead 1450; insulation member
1451; If 1452; top surface
1453; outer slope 1453a; Outer groove
1454; medial slope 1454a; medial groove
1460; Safety vent 1460a; bend
1461; First Extension 1462; 2nd extension
1463; Third Extension 1464; 4th extension
143; insulating ring 144; cap down
144a; First through hole 144b; 2nd through hole
145; subplate 146; insulating gasket

Claims (9)

원통형 캔;
상기 원통형 캔에 수용된 전극 조립체; 및
상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고,
상기 캡 조립체는 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 안전벤트와, 상기 안전벤트 상에 전기적으로 연결된 캡업 하판과, 상기 캡업 하판의 상부에 설치된 캡업 상판과, 상기 캡업 하판과 상기 캡업 상판을 전기적으로 연결하는 퓨즈 소자와, 상기 퓨즈 소자를 감싸면서 상기 캡업 하판과 상기 캡업 상판을 결합하는 절연 부재를 포함하며,
상기 절연 부재는 상기 퓨즈 소자와 대응하는 영역에 형성되어 상기 퓨즈 소자의 용융 재료가 외부로 방출되어 상기 절연 부재의 폭발이나 소음 발생을 방지하도록 제공되는 적어도 하나의 퓨즈홀을 포함하는 이차 전지.Cylindrical can;
an electrode assembly accommodated in the cylindrical can; and
Comprising a cap assembly that seals the cylindrical can,
The cap assembly includes a safety vent electrically connected to the electrode assembly, a cap-up lower plate electrically connected to the safety vent, a cap-up upper plate installed on top of the cap-up lower plate, and electrically connecting the cap-up lower plate and the cap-up upper plate. It includes a fuse element and an insulating member that surrounds the fuse element and couples the cap-up lower plate and the cap-up upper plate,
The insulating member is formed in an area corresponding to the fuse element and includes at least one fuse hole provided to prevent explosion or noise generation of the insulating member by discharging molten material of the fuse element to the outside. 제 1 항에 있어서,
상기 캡업 하판은 중앙에 개구를 갖는 원형 디스크 형태로 형성되고, 상기 캡업 상판은 원형 디스크 형태로 형성된 이차 전지.According to claim 1,
The secondary battery wherein the cap-up lower plate is formed in the shape of a circular disk with an opening in the center, and the cap-up upper plate is formed in the shape of a circular disk. 제 1 항에 있어서,
상기 퓨즈 소자는 퓨즈와, 상기 퓨즈의 일측과 상기 캡업 하판을 연결하는 하부 리드와, 상기 퓨즈의 타측과 상기 캡업 상판을 연결하는 상부 리드를 포함하는 이차 전지.According to claim 1,
The fuse element is a secondary battery including a fuse, a lower lead connecting one side of the fuse and the lower plate of the cap-up, and an upper lead connecting the other side of the fuse and the upper plate of the cap-up. 제 1 항에 있어서,
상기 절연 부재는 하단이 상기 캡업 하판에 결합되고, 상단이 상기 캡업 상판에 결합된 역깔때기 형태로 형성된 이차 전지.According to claim 1,
The insulating member is a secondary battery formed in the shape of an inverted funnel with a lower end coupled to the cap-up lower plate and an upper end coupled to the cap-up upper plate. 제 1 항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 캡업 하판이 결합되도록 외측 표면에 형성된 외측 요홈과, 상기 캡업 상판이 결합되도록 내측 표면에 형성된 내측 요홈을 포함하는 이차 전지.According to claim 1,
The insulating member is a secondary battery including an outer groove formed on an outer surface to couple the cap-up lower plate and an inner groove formed on an inner surface to couple the cap-up upper plate. 제 1 항에 있어서,
상기 절연 부재는 적어도 하나의 제1개구를 포함하는 이차 전지.According to claim 1,
A secondary battery wherein the insulating member includes at least one first opening. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 절연 부재는 20 내지 25 kgf/cm2의 내압에서 개방되는 이차 전지.According to claim 1,
A secondary battery in which the insulating member opens at an internal pressure of 20 to 25 kgf/cm 2 . 제 1 항에 있어서,
상기 퓨즈 소자는 100 내지 300A의 전류에서 절단되는 이차 전지.According to claim 1,
A secondary battery in which the fuse element is cut off at a current of 100 to 300A.
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