KR20060027674A - 개선된 안전벤트를 포함하고 있는 각형 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 각형의 전지 케이스, 양극, 음극 및 분리막을 포함하고 있고 상기 전지 케이스 내부에 삽입되는 발전소자, 및 전극 단자들을 포함하고 있고 상기 전지 케이스를 상단에 장착되어 내부를 밀봉하는 캡으로 이루어져 있는 각형 이차전지에 있어서, 상기 전지 케이스의 측면에, 전지 식별표시의 둘 또는 그 이상의 문자 내지 기호에 개방형 또는 폐쇄형의 노치홈이 형성되어 있는 안전벤트를 포함하는 것으로 구성되어 있는 각형 이차전지를 제공한다.

상기 각형 이차전지는 전지 케이스의 측면에 다수의 안전벤트를 포함하고 있고 그러한 안전벤트가 전지의 식별을 위한 문자 및/또는 기호 등의 형태로 각인되어 있어서, 전지의 설계시 기설정한 임계치에 매우 근사한 압력에서 가압 가스를 배출하여 전지의 안전성을 담보할 수 있고, 식별표시의 입력 과정에서 함께 안전벤트를 형성할 수 있으므로 전지의 제조공정이 간단해질 수 있으며, 안전벤트가 식별표시와 일체로 형성되므로 전지 케이스의 외면을 간략화할 수 있는 장점을 가진다.

Description

개선된 안전벤트를 포함하고 있는 각형 이차전지 {Prismatic Secondary Battery Containing Improved Safety Vent}

도 1a 내지 1c는 종래기술에서 전지 케이스의 측면에 폐쇄형 또는 개방형 노치홈으로 형성된 안전벤트들의 형상에 대한 모식도들이다;

도 2는 본 발명에 사용될 수 있는 통상적인 각형 이형전지의 모식도이다;

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 안전벤트가 전지 케이스의 측면에 형성되어 있는 각형 이차전지의 모식도이다;

도 4는 도 3에서 A-A의 수직 단면도이다.

도면의 주요 부호에 대한 설명

100: 각형 이차전지 200: 전지 케이스

300: 발전소자 400: 양극단자

500: 캡 600: 볼부재

700: 식별표시(본 발명의 안전벤트)

본 발명은 개선된 안전벤트를 포함하고 있는 각형 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각형 전지 케이스의 측면에 제품의 기호, 번호 등과 같은 식별표시를 노치홈을 형성하면서 각인하여 안전벤트를 형성한 각형 이차전지에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

이차전지는 형태에 따라 대략 원통형, 각형 및 파우치형으로 분류된다. 전지는 사용 상태 및 조건에 따라 다양한 환경에 노출될 수 있으며, 사용자의 안전을 위해 특히 폭발의 위험성을 예방하는 것이 요구된다. 일반적으로, 내부 쇼트, 허용된 전류, 전압을 초과한 충전상태, 고온에의 노출, 낙하등에 의한 충격 등과 같은 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압은 전지의 폭발을 초래할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 전지의 형태적 차이에도 불구하고, 전지 폭발의 직접적인 원인인 고압을 해소할 수 있는 고압 해소 수단을 포함하고 있다.

예를 들어, 원통형 전지는 특정한 구조의 안전벤트가 캡 어셈블리에 설치되어 있고, 각형 전지는 전지의 캡 또는 케이스에 안전벤트가 형성되어 있으며, 파우 치형 전지는 별도의 안전벤트 없이 라미네이트 시트의 봉합부가 분리되는 방식으로 고압을 해소하고 있다.

일반적으로, 각형 이차전지에서 안전벤트는 알루미늄 전지 케이스에 폐쇄형 또는 일부 개방형의 노치홈이 형성되어 있는 절개가능한 형태의 부재로서 형성되어 있다. 예를 들어, 한국특허출원공개 제2000-14824호에는 일부 개방형의 노치홈을 가지고 있는 안전벤트가 전지 케이스의 상단면에 형성되어 있는 각형 이차전지가 개시되어 있다. 그러나, 각형 이차전지에서 그것의 내부에 고압이 발생하는 경우는 주로 양극/분리막/음극의 발전소자에서 유발되는 경우가 많고, 이로 인해 전해액의 열 폭주로 인한 고압은 직접적으로 전지 케이스의 측면에 작용하므로, 상기 출원에서와 같이 상단면에 형성되어 있는 안전벤트는 고압에 대한 반응 민감도가 상대적으로 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 도 1a 내지 1c에서와 같이, 일부 각형 이차전지들은 폐쇄형 또는 일부 개방형의 노치홈이 형성되어있는 안전벤트를 전지 케이스의 측면에 포함하고 있다.

도 1a의 안전벤트(10)는 각형 이차전지 케이스(20)의 직사각 측면 형상에 상응하는 큰 윤곽으로 전지 케이스의 외면에 형성되어 있고, 그러한 윤곽을 따라 노치홈(30)이 형성되어 있다. 즉, 폐쇄형의 노치홈을 가지고 있다. 반면에, 도 1b와 1c의 안전벤트(12, 14)는 전지 케이스 측면의 모서리에 작은 윤곽으로 형성되어 있고, 이때의 노치홈(30)은 일부 개방형으로 형성되어 있다.

이러한 구조의 안전벤트는 전지 내부에서 발생한 고압에 상대적으로 민감하 게 반응하는 장점은 있으나, 전지의 설계시 의도한 압력 임계치를 정확하게 설정하기에 어려움이 있다. 윤곽을 따라 노치홈이 형성되어 있는 안전벤트의 경우, 노치홈의 깊이 및 길이, 윤곽의 길이 및 형태 등 다양한 요소들의 복합적인 작용에 의해 노치홈 부위의 절개가 일어난다. 따라서, 이러한 요소들을 모두 고려하여 제작된 경우에도 다수의 전지에는 불량 안전벤트가 만들어질 가능성이 있으며 이는 전지 폭발이라는 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 또한, 상기와 같은 다양한 요소들의 복합적인 작용에 의해 벤팅이 수행되므로, 전지 내부의 가압된 가스가 배기되기 위한 벤팅이 설정 압력 임계치에 근사하게 부합되기 어려운 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 심도있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 다수의 안전벤트를 전지 케이스의 측면에 형성할 경우, 일부 안전벤트의 불량이나 다양한 요소들의 복합적인 작용으로 실행되는 벤팅의 불확실성을 상당한 부분 해소함으로써, 안전벤트의 실효성을 극대화시킬 수 있음을 확인하였다. 그러나, 다수의 안전벤트를 전지 케이스에 형성하기 위해서는 이를 위한 제조 공정수가 많이 증가하는 문제점과, 다수의 안전벤트가 형성되어 있음으로 인해 전지 케이스의 측면에 형상 및 표면 불균일성을 초래하는 문제점을 야기시킨다.

따라서, 본 발명자의 목적은 이러한 문제점을 동시에 해소할 수 있는 개선된 안전벤트를 가진 각형 이차전지를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 각형 이차전지는, 각형의 전지 케이스, 양극, 음극 및 분리막을 포함하고 있고 상기 전지 케이스 내부에 삽입되는 발전소자, 및 전극 단자들을 포함하고 있고 상기 전지 케이스를 상단에 장착되어 내부를 밀봉하는 캡으로 이루어져 있는 각형 이차전지에 있어서, 상기 전지 케이스의 측면에, 전지 식별표시의 둘 또는 그 이상의 문자 내지 기호에 개방형 또는 폐쇄형의 노치홈이 형성되어 있는 안전벤트를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 안전벤트는 전지 케이스의 측면에 다수의 안전벤트를 포함하고 있고 그러한 안전벤트가 전지의 식별을 위한 문자 및/또는 기호 등의 형태로 각인되어 있어서, 전지의 설계시 기설정한 임계치에 매우 근사한 압력에서 가압 가스를 배출하여 전지의 안전성을 담보할 수 있고, 식별표시의 입력 과정에서 함께 안전벤트를 형성할 수 있으므로 전지의 제조공정이 간단해질 수 있으며, 안전벤트가 식별표시와 일체로 형성되므로 전지 케이스의 외면을 간략화할 수 있는 장점을 가진다.

상기에서 전지 케이스의 측면은 전지 케이스의 전면 및/또는 후면을 의미한다. 전지 케이스의 전면과 후면은 내부의 발전소자로부터 발생한 가스의 압력이 바로 전달되므로 가압 가스의 벤팅을 위한 최적의 부위일 수 있다.

상기에서 전지 식별표시는 전지의 제조업자, 일련번호, 생산일자 등 전지를 식별하기 위해 전지 케이스의 외부에 부가되는 다양한 표식들을 의미한다. 이러한 식별표시는 일반적으로 아라비아 숫자, 알파벳, 로고 등의 문자 또는 기호로 표현되므로, 본 발명에서는 식별표시를 구성하는 이들 문자 또는 기호들 중의 적어도 둘 또는 그 이상이 안전벤트로 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전지 식별표시의 문자 또는 기호가 노치홈이 형성되도록 각인되어 있어 그 자체로서 안전벤트를 형성한다. 즉, 전지 케이스의 표면에 노치홈을 형성하여 전지 식별표시의 문자 또는 기호를 구성하게 된다. 따라서, 문자 또는 기호의 형상에 따라 노치홈은 개방형 또는 폐쇄형을 이루게 된다.

일반적인 전지의 제작과정을 보면, 전지 케이스에 발전소자를 삽입하고 그 상단에 캡을 장착한 후, 전해액의 주입 및 결합부위의 용접을 행한 뒤, 최종적으로 전지 케이스의 표면에 제품의 식별표시를 인쇄한다. 본 발명에서의 안전벤트는 그 자체가 전지의 식별표시로서 사용되므로, 상기와 같은 식별표시의 입력 과정에서 안전벤트의 형성을 실행할 수 있다. 본 발명에 있어서, 노치홈의 형성에 의한 식별표시의 입력은 다양한 방법에 의해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 레이저를 조사하여 적정한 노치홈을 가지도록 식별표시를 전지 케이스의 표면에 입력할 수 있다. 경우에 따라서는, 식별표시의 일부, 예를 들어, 전지의 제조업자 표시는 제품의 종류 및 순번에 관계없이 고유하게 입력되므로, 전지 케이스의 제작과정에서 일률적으로 입력할 수도 있다. 이 경우, 압연 등을 통해 식별표시의 입력이 행해질 수 있다.

식별표시 상에 형성되는 노치홈의 깊이는 전지 케이스의 소재 및 두께, 의도한 압력 임계치, 식별표시로서의 문자 또는 기호의 크기 및 수 등 다양한 요소에 의해 결정되며, 바람직하게는 캔 벽 두께의 10% 내지 90%의 범위에서 결정할 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 이차전지를 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2에는 본 발명에 사용될 수 있는 하나의 실시예에 따른 통상적인 각형 이차전지의 구조가 도시되어 있다. 각형 이차전지(100)는 음극단자의 역할을 이루는 각형 전지 케이스(200)의 내부로 양극, 음극 및 분리막으로 조합된 발전소자(300)가 삽입되고, 케이스(200)의 개구부로는 양극단자(400)가 설치된 캡(500)이 봉착되어 이루어진다. 양극단자(400)의 내측으로는 안전장치(도시하지 않음)가 내장 설치되어 있다. 이와 같은 각형 이차전지(100)를 제조하기 위해서는, 우선 상기 케이스(200)의 내부로 발전소자(300)를 삽입하고, 캡(500)을 케이스(200)의 개구부에 안착시킨 후, 그것의 접착면 부위를 레이저 용접으로 밀봉한다. 그런 다음, 케이스(200)의 내부로 전해액을 주입하게 되는 바, 전해액 주입은 캡(500)의 일측부위에 형성되어 있는 주입구(510)를 통해 이루어진다. 상세하게는, 주입구(510)로 전해액을 주입한 후, 주입구(510)에 알루미늄 등으로 만들어진 볼부재(600)를 끼워지고, 별도의 금속 박판(610)을 볼부재(600) 위로 안착시켜 주입구(510)를 전체적으로 막은 상태에서 레이저 용접을 통해 밀봉한다. 본 발명에 따른 안전벤트는 그러 한 각형 이차전지(100)의 케이스 전면(210) 또는 후면(220) 상에 만들어진다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 안전벤트의 형상을 보여주는 모식도가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 전지 케이스(200)의 표면에는 안전벤트로서의 식별표시(700)가 표식된다. 식별표시(700)는 제조업체 표시(710)와 제품의 일련번호(720)로 구성되어 있다. 식별표시(700)를 구성하고 있는 개개의 문자들(730)은 케이스(200)의 표면에 레이저를 조사함으로써 각인된다.

이러한 문자들(730)의 각인으로 인해 도 4에서 보는 바와 같이 케이스(200)의 표면에 노치홈(800)이 형성된다. 즉, 노치홈(800)의 형상은 각각의 문자(730)를 표식하고, 그 자체로서 안전벤트(730: 문자)를 형성한다. 따라서, 전지의 내부에서 쇼트 등에 의해 고온 및 고압이 발생하였을 때 가압된 가스는 노치홈(800)을 절개하고 외부로 배출된다.

안전벤트의 절개 형태는 문자(730)의 형상에 따라 달라질 수 있으며, 동일한 깊이의 노치홈(800)일 경우를 가정할 때, 문자(730)의 형태, 즉, 노치홈(800)의 윤곽에 따라 특정 문자의 안전벤트만이 절개될 수 있다.

경우에 따라서는 제조업체 표시(710)만을 안전벤트로 구성할 수도 있으며, 제품 일련번호(720)만을 안전벤트로서 구성할 수도 있다. 그러나, 어느 경우에도 둘 또는 그 이상의 문자들(730)을 안전벤트로서 구성하는 것이 필요하다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 각형 이차전지는 전지 케이스의 측면에 다수의 안전벤트를 포함하고 있고 그러한 안전벤트가 전지의 식별을 위한 문자 및/또는 기호 등의 형태로 각인되어 있어서, 전지의 설계시 기설정한 임계치에 매우 근사한 압력에서 가압 가스를 배출하여 전지의 안전성을 담보할 수 있고, 식별표시의 입력 과정에서 함께 안전벤트를 형성할 수 있으므로 전지의 제조공정이 간단해질 수 있으며, 안전벤트가 식별표시와 일체로 형성되므로 전지 케이스의 외면을 간략화할 수 있는 장점을 가진다.

Claims (4)

1. 각형의 전지 케이스, 양극, 음극 및 분리막을 포함하고 있고 상기 전지 케이스 내부에 삽입되는 발전소자, 및 전극 단자들을 포함하고 있고 상기 전지 케이스를 상단에 장착되어 내부를 밀봉하는 캡으로 이루어져 있는 각형 이차전지에 있어서, 상기 전지 케이스의 측면에, 전지 식별표시의 둘 또는 그 이상의 문자 내지 기호에 개방형 또는 폐쇄형의 노치홈이 형성되어 있는 안전벤트를 포함하는 것으로 구성되어 있는 각형 이차전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈은 레이저 조사에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
3. 제 1 항에 있어서, 안전벤트를 형성하는 전지 식별표시는 전지 제조업자를 나타내는 문자 내지 기호로서, 그것의 노치홈은 전지 케이스의 제조과정에서 압연에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈은 캔 벽 두께의 10% 내지 90%의 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.

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