KR20060065378A - 고율 충방전 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스켓을 통해 원통형 전지 캔의 비딩부에 절연된 상태로 설장되는 캡 어셈블리에 있어서, 안전벤트가 발전소자의 양극에 결합되어 있는 양극리드에 전기적으로 연결되어 있고, 중앙이 상향 돌출되어 있는 상단 캡이 그것의 외주면을 따라 상기 안전벤트에 접속되어 있으며, 상단 캡과 안전벤트의 상기 접속 부위가 용접되어 있는 구조로 구성되어 있는 고율 충방전이 가능한 리튬 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 전지의 단위 체적당 고 에너지 밀도와 순간적으로 높은 출력을 발휘할 수 있어서 고율 충방전을 달성할 수 있고, 또한 진동, 낙하 등과 같은 외부의 물리적 충격시에도 접촉면의 저항이 변화되지 않아 균일한 출력을 제공할 수 있으므로 파워툴용 전원으로서 바람직하게 사용될 수 있다.

Description

고율 충방전 리튬 이차전지 {Lithium Secondary Battery For High Rate Charge And Discharge}
도 1은 종래의 리튬 이차전지의 대표적인 상부 구조를 보여주는 단면 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 상부 구조를 보여주는 단면 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 상부 구조를 보여주는 단면 모식도이다;
도 4a 및 4b는 도 3의 전지에 사용된 안전벤트와 전류차단부재의 사시도이다;
도 5a ~ 5c는 도 3의 전지 내부에서 가압 가스가 발생하였을 때의 작동 과정을 보여주는 단면 모식도들이다;
도 6a는 또다른 실시예에 따른 전류차단부재의 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 절단선(A-A)에 따른 단면도이다.
본 발명은 고율 충방전 리튬 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 파워툴용 동력원에 요구되는 순간적으로 높은 출력과 진동 등 외부 충격에 의해서도 안정적인 출력을 제공하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 고에너지 밀도와 높은 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지가 휴대폰, 노트북 등의 전원으로 사용되는 경우에는 일정한 출력을 안정적으로 제공하는 리튬 이차전지가 요구되는 반면에, 전동드릴 등과 같은 파워툴의 동력원으로 사용되는 경우에는 순간적으로 높은 출력을 제공할 수 있고 진동, 낙하 등과 같은 외부의 물리적 충격에 대해서도 안정적일 수 있는 리튬 이차전지가 요구된다.
이와 관련하여, 종래의 원통형 리튬 이차전지의 구조가 도 1에 개시되어 있다. 일반적으로 이차전지(10)는 원통형 캔(20), 캔(20)의 내부에 수용되는 발전소자(30), 및 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(40)로 구성되어 있다.
발전소자(30)는 양극(31)과 음극(32) 사이에 분리막(33)을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 감은 구조로 되어 있으며, 상기 양극(31)에는 양극리드(34)가 부착되어 캡 어셈블리(40)에 접속되어 있고, 상기 음극(32)에는 음극리드(도시하지 않음) 가 부착되어 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.
상기 캡 어셈블리(40)는 양극 단자를 형성하는 상단 캡(41), 전지 내부의 온도 상승시 전지저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element; 42), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 안전벤트(43), 특정 부분을 제외하고 안전벤트(43)를 캡 플레이트(45)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(44), 양극(31)에 연결된 양극리드(34)가 접속되어 있는 캡 플레이트(45)가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 되어 있다.
그러나, 이러한 구조의 리튬 이차전지는 순간적으로 높은 출력을 제공하기 어려울 뿐만 아니라 진동 등과 같은 외부 충격시 접촉면의 저항이 변화되어 균일한 출력을 제공하기 어려운 것으로 확인되었다. 구체적으로 PTC 소자(42)는 일반적으로 상온에서도 대략 7 ~ 32 mΩ 정도의 전기 저항을 나타내며 더욱이 온도의 상승으로 가파른 저항 상승을 유발한다. 따라서, 순간적으로 높은 출력을 제공하는데 큰 저해요인으로 작용할 수 있다. 또한, 진동 등의 외부 충격시 상단 캡(41), PTC 소자(42), 안전벤트(43) 및 캡 플레이트(45)의 접촉면은 저항의 변화가 매우 커지므로 균일한 출력을 제공하지 못한다.
따라서, 도 1과 같은 종래의 원통형 이차전지의 캡 어셈블리 구조는 파워툴용 리튬 이차전지로 사용함에 있어서 소망하는 효과를 발휘하지 못한다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 심도있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 종래 리튬 이차전지의 캡 어셈블리 구조에서 PCT 소자를 제거하고 안전벤트를 양극리드에 전기적으로 연결하며 상단 캡과 안전벤트의 접촉 부위를 용접한 구조로 제작할 때, 전지의 단위 체적당 고 에너지 밀도와 순간적으로 높은 출력을 발휘할 수 있어서 고율 충방전을 달성할 수 있고, 또한 진동, 낙하 등과 같은 외부의 물리적 충격시에도 접촉면의 저항이 변화되지 않아 균일한 출력을 제공할 수 있으며, 더 나아가 안전벤트를 이하에서 설명하는 특정한 구조로 만들었을 때 전지의 안정성을 향상시킬 수 있음을 새로이 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는 고율 충방전이 가능한 리튬 이차전지로서, 가스켓을 통해 원통형 전지 캔의 비딩부에 절연된 상태로 설장되는 캡 어셈블리에 있어서, 안전벤트가 발전소자의 양극에 결합되어 있는 양극리드에 전기적으로 연결되어 있고, 중앙이 상향 돌출되어 있는 상단 캡이 그것의 외주면을 따라 상기 안전벤트가 접속되어 있으며, 상단 캡과 안전벤트의 상기 접속 부위가 용접되어 있는 구조로 구성되어 있다.
본 발명자들의 실험에 따르면, 이러한 캡 어셈블리 구조를 가진 리튬 이차전지는 파워툴용 전원으로서 매우 유용한 것으로 확인되었다. 통상적으로, 파워툴은 순간적으로 높은 출력을 필요로 하고, 장시간의 연속적인 작동보다는 불연속적인 작동이 요구되는 경우가 많으며, 작업 환경의 특성상 진동, 낙하 등의 내부 또는 외부의 물리적 충격을 받는 경우가 많다.
이러한 요구에 부합하기 위해서는, 첫째, 한정된 전지 체적에서 보다 큰 에너지 밀도를 제공하여야 하고, 둘째, 전지의 내부 저항이 작아야 하며, 셋째, 전지 구성 요소들의 결합 내지 접속 상태가 안정적이어야 한다.
본 발명에서는 상기 첫번째 요건을 만족시키기 위하여, 캡 어셈블리의 구조를 변경하여 그것의 두께를 더욱 얇게 함으로써, 전지내에서 양극/분리막/음극으로 구성된 발전소자가 차지하는 체적의 상대적 크기를 크게 하였다. 구체적으로, PTC 소자 등 일부 구성요소들을 제거하고, 전류차단부재를 장착하는 경우에도 그것을 특정 구조로 제작함으로써 종래기술에서 안전벤트와 캡 플레이트 사이에 개재되는 절연부재가 필요치 않은 구조를 취하고 있다.
PTC 소자의 제거는 또한 상기 두번째 요건을 동시에 만족시키는데, 이는, 전지의 안전소자의 하나로서 일반적으로 사용되는 PTC 소자가 고율의 충방전에 오히려 장애가 될 수 있기 때문이다. 전지의 안전성 문제가 유발되는 대표적인 원인 중의 하나는 장시간의 연속적인 방전에 의한 전지 내부의 온도 상승이므로, 파워툴과 같이 일반적으로 불연속적인 작동이 요구되는 경우에는 오히려 PTC 소자의 제거가 바람직할 수 있다. 그러한 이유에서 본 발명에서는 PTC 소자가 제거된 캠 어셈블리 구조를 제공하지만, PTC 소자의 제거만으로는 상기 세번째 요건을 만족시킬 수 없다.
앞서의 설명과 같이 다수의 요소들이 제거된 캡 어셈블리에서 전기적인 결합을 위한 물리적 접촉을 이루고 있는 부위는 상단 캡과 안전벤트 사이이다. 예를 들어, 전동 드릴과 같이 사용 과정에서 매우 큰 진동이 유발되는 파워툴의 경우, 그러한 진동은 그대로 전원장치로 전달되며, 이러한 물리적 충격은 물리적 접촉에 의한 전기적 결합을 이루고 있는 상단 캡과 안전벤트 사이의 접촉면에 불균일하고 경우에 따라서는 큰 저항을 유발한다. 본 발명자들은 이러한 전기적 접속 상태에 있는 접촉면을 용접하였을 경우에, 예기치 못한 현저한 효과가 얻어짐을 확인하였다. 그러한 결과는 추후 설명하는 실시예와 비교예를 통해 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 리튬 이차전지는, 종래의 전지에서 필수적으로 요구되는 일부 요소들을 제거하고, 발전소자의 양극에 결합되어 있는 양극리드를 안전벤트에 전기적으로 연결하며, 상단 캡과 안전벤트의 물리적 접촉 부위를 용접하는 구성에 의해, 파워툴용 전원으로 요구되는 상기 요건들을 모두 달성할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 캡 어셈블리 구조가 도 2에 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지(100)는 캔(200)의 내부에 발전소자(300)를 삽입하고 여기에 전해액을 주입하며, 캔(200)의 상단 개구에 캡 어셈블리(400)를 장착함으로써 제조된다.
캡 어셈블리(400)는 캔(200)의 상부 비딩부(210)에 설장되는 기밀유지용 가스켓(500) 내부에 상단 캡(410)과 내부 압력 저하를 위한 안전벤트(420)가 밀착되어 설치된다. 상단 캡(410)은 중앙이 상향 돌출되어 있어서 외부 회로와의 접속에 의한 양극 단자로서의 역할을 수행한다. 안전벤트(420)는, 도 2에 특정되어 있는 형상에 관계없이, 전지내의 비정상적인 압력 상승을 제거할 수 있고 전도성이 있는 것이라면 그것의 구조가 특별히 제한되는 것은 아니며, 당업계에 공지되어 있는 다양한 구조들이 적용될 수 있다. 안전벤트(420)의 하단은 양극리드(310)를 통해 발전소자(300)의 양극에 전기적으로 연결되어 있다.
상단 캡(410)과 안전벤트(420)의 접촉면은 적어도 한 곳 이상에서 용접부(600)를 형성하고 있다. 바람직하게는 용접부(600)가 방사상 대칭 위치에 동시에 형성될 수 있게, 예를 들어, 2 곳, 4 곳, 6 곳, 8 곳에 대칭 구조로 형성된다. 본 발명에 사용된 용어 "용접"은 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접 등의 문언적 의미에서의 용접 뿐만 아니라, 납땜 등의 체결방법 등을 또한 포함하는 개념으로 사용되고 있다. 용접은 캡 어셈블리(400) 자체의 조립과정에서 행해질 수도 있고, 캡 어셈블리(400)를 캔(200)의 비딩부(210)에 설장한 상태에서도 행해질 수 있다.
도 1의 캡 어셈블리(40)와 비교하여 도 2의 캡 어셈블리(400)는 전체적인 두께가 매우 얇아졌고, 그로 인해 캔(100) 내에 수용되는 발전소자(300)의 체적이 더욱 커질 수 있다.
바람직한 하나의 실시예에서, 본 발명의 캡 어셈블리는 전지 내부 압력의 상승시 가스를 외부로 배출하고 동시에 전류의 흐름을 차단함으로써 안정성을 더욱 향상시킨 구조로 이루어져 있다.
예를 들어, 상단 캡에는 하나 또는 그 이상의 가스 배출구가 형성되어 있고, 안전벤트는 중앙부가 함몰된 형상으로서 그것의 상절곡 부위 및 하절곡 부위에는 각각 제 1 노치 및 제 2 노치가 형성되어 있으며, 상기 안전벤트의 아래에는, 하나 또는 그 이상의 가스 배출구와 압력에 의해 분리가능하고 상향 돌출된 돌출부를 포함하고 있으며 상기 돌출부가 상기 안전벤트의 하단에 결합되어 있고 돌출부 이외의 부분에 양극리드가 연결되어 있는 전류차단부재를 더 포함하는 것으로 구성되어 있다. 그러한 대표적인 예가 도 3에 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 상기 상단 캡(410)은 중앙부가 상향으로 돌출 형성되어 있고, 돌출부 주변을 따라 캔(200) 내부의 압축 가스가 배출될 수 있는 구멍(412)이 다수개 형성된 구조로 되어 있다.
상기 안전벤트(420)는 전류가 통하는 박막으로서, 그것의 중앙부는 함몰되어 홈(422)을 형성하고 있고, 홈(422)의 상절곡 및 하절곡 부위에는 각각 깊이를 달리하는 2 개의 노치들(424, 426)이 형성되어 있다. 도 4a에서 보는 바와 같이, 노치(424, 426) 중 상부에 형성되는 제 1 노치(424)는 폐곡선을 이루고 있고, 하부에 형성되는 제 2 노치(426)는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있다. 또한, 제 2 노치(426)의 결합력은 제 1 노치(424)의 결합력보다 작게 만들어지므로, 제 2 노치(426) 는 제 1 노치(424)보다 깊게 파여 있다.
상단 캡(410)과 안전벤트(420)는 캔(200) 상단에 밀폐 설치되는 가스켓(500) 내부에 서로 밀착되어 설치되어 있고, 그러한 밀착 부위의 적어도 1 곳 이상에 용접부(600)가 형성되어 있다. 안전벤트(420)의 소재는 특별히 제한되는 것은 아니며, 알루미늄계 재질의 소재가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기와 같은 구조로 인해, 캔(200) 내부압력이 임계 압력 이상으로 상승하게 되면, 안전벤트(420)의 제 2 노치(426)가 압력을 견디지 못하고 파단되면서 캔 (200) 내부의 가압 가스가 상단 캡(410)의 구멍(412)을 통해 빠져나가게 된다.
이러한 과정에서, 전지 내부의 가스를 방출함과 동시에 전류를 차단하는 전류차단부재(700)는 안전벤트(420)의 하방에 설치되어 있다. 전류차단부재(700)는 도전성 판재의 부재로서 보조가스켓(510)에 설치되어 있다. 바람직하게는, 전류차단부재(700)의 재질은 안전벤트(420)와 동일한 재질로 이루어져 있고, 상기 보조가스켓(510)은 전류차단부재(700)와 안전벤트(420)가 통전되는 것을 막을 수 있도록 폴리프로필렌계열의 재질로 이루어져 있다.
도 4b에는 전류차단부재의 일 예가 도시되어 있는 바, 이를 참조하면, 전류차단부재(700)는 측면에 가스가 배출되는 구멍(710; 가스 배출구)이 다수 형성되어 있고, 중앙부는 위쪽으로 돌출되어 돌출부(720)를 이루고 있으며, 돌출부(720)는 전류차단부재(700)로부터 용이하게 분리 가능하도록 되어 있고 안전벤트(도 3의 420)의 홈(422) 밑면과 용접 부착된 구조로 되어 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 전류차단부재(700)는 외경 11 mm에 대해 두께가 0.4 ~ 0.5 mm인 알루미늄 재질로 되어 있고, 구멍(710)은 직경 2 mm로 가운데를 중심으로 6 개가 형성되어 있으며, 중앙부에 형성되는 돌출부(720)는 직경 2.4 mm 및 돌출높이 0.38 mm가 되도록 프레스 가공하여 돌출부(720)와 전류차단부재(700)의 경계면 두께가 0.12 mm 정도가 되도록 구성할 수 있다. 전류차단부재(700)의 경계면의 두께가 얇기 때문에 압력에 의해 vent가 변형될 때, 돌출부(720)가 쉽게 분리될 수 있게 된다. 안전벤트(420)의 홈(422) 밑면과 전류차단부재(700)의 돌출부(720)의 부착은 예를 들어 레이저용접, 초음파용접, 저항용접 등의 방법에 의해 달성될 수 있다.
이러한 구조의 안전벤트(420)와 전류차단부재(700)의 제조과정을 예시적으로 설명하면, 전류차단부재(700)를 보조가스켓(510) 내부에 삽입하고, 상향 돌출된 돌출부(720)와 안전벤트(420)의 하향 돌출 홈(422)을 용접부착시킨 후, 다시 상단 캡(410)을 안전벤트(420)와 용접한 뒤, 가스켓(500)에 삽입하고 이를 캔(200)의 비딩부(210) 상에 설장하여 프레스 가공함으로써 크림핑한다. 그러나, 앞서의 설명과 같이, 도 3의 전지 구조를 제조할 수 있는 것이라면 기타의 방법들도 당연히 적용될 수 있다.
도 5a 내지 5c에는 상기 구조의 작동원리가 도시되어 있다.
도 5a을 참조하면, 전지의 비정상적인 작동에 의해 발생된 가스에 의해 전지내부 압력이 상승하게 되면, 상기 가압 가스는 전류차단부재(700)에 형성되어 있는 가스 배출구(710)를 통해 빠져나가 안전벤트(420)에 압력을 가하게 된다. 가스의 압력이 임계값(이하에서는, "제 1 임계 압력"으로 약칭함) 이상이 되면, 안전벤트(420)를 가압하는 가스의 압력에 의해 안전벤트(420)에 형성되어 있는 홈(422)이 상방향으로 들어올려지게 된다. 이때, 상기 홈(422) 밑면에 용접부착되어 있는 전류차단부재(700)의 돌출부(720)가 도 5b에서와 같이 전류차단부재(700)에서 분리되면서 홈(422)과 함께 들어올려지게 되어 전류차단부재(700)가 단절되게 된다.
이와 같이, 안전벤트(420)의 홈(422)이 위로 들어올려질 수 있는 것은 안전벤트(420)에 형성된 제 1 노치(424) 및 제 2 노치(426) 때문으로, 가스 압력에 의해 상기 홈(422)의 상절곡 및 하절곡 부위에 형성되어 있는 노치(422, 424) 부분이 유연하게 휘어지면서 하향 절곡되어 있던 홈(422)을 위로 들어올리게 되는 것이다. 따라서, 최초 전류차단부재(700)와 안전벤트(420) 및 상단 캡(410)으로 연결되어 통전되던 전류가 안전벤트(420)에 부착된 돌출부(720)가 전류차단부재(700)로부터 이탈되어 떨어지면서 전류가 차단되게 되는 것이다.
일차적으로 전류를 차단시킨 후에도 추가 가스발생이 있는 경우에는 증가된 가스압력에 의해 안전벤트(420)가 지속적으로 힘을 받게 되고, 상기 가스압이 임계값(이하에서는, "제 2 임계 압력"으로 약칭함) 이상이 되면, 도 5c에서와 같이, 안전벤트(420)의 제 2 노치(426)가 파단되면서 전지 내부의 가스를 외부로 배출시키게 된다. 즉, 안전벤트(420)에 형성되어 있는 하부절곡 부위의 제 2 노치(426)가 전지 내부의 가스압력을 견디지 못하고 파단되면서 안전벤트(420)의 홈(422)이 안전벤트(420)로부터 절개되어 들어올려지게 되고, 그 파단 틈새를 통해 새어나온 가스는 상단 캡(410)에 형성된 구멍(412)을 통해 외부로 배출되게 되어 전지 내부압력을 낮춰주게 되는 것이다. 이때, 제 2 노치(426)는 개곡선으로 되어 일부분에는 노치가 형성되어 있는 않으므로, 노치가 형성되어 있지 않은 부분은 파단되지 않고 노치가 형성된 부분만 파단되게 되어, 홈(422)은 안전벤트(420)로부터 완전히 떨어지지 않고 붙어 있는 상태가 된다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 제 1 임계 압력은 5 ~ 15 kgf/cm2, 바람직하게는 10 ~ 12 kgf/cm2이고, 제 2 임계 압력은 17 ~ 25 kgf/cm2, 바람직하게는 19 ~ 21 kgf/cm2이다.
본 발명에 있어서, 상기 전류차단부재는 바람직하게는 돌출부를 중심으로 동심원상으로 3 ~ 5의 관통홀과 상기 관통홀을 연결하며 노치가 형성되어 있는 브릿지가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 전지 내부의 압력이 제 1 임계 압력 이상으로 상승할 때 전류차단부재로부터 더욱 용이하게 분리되어 전류차단부재로부터 안전벤트로의 통전을 차단할 수 있다.
도 6a에는 상기와 같은 전류차단부재의 하나의 실시예에 따른 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6a를 참조하면, 전류차단부재(701)는 측면을 따라 가스가 배출되는 관통구들(710)이 다수 형성되어 있고, 중앙에는 상향 돌출된 돌출부(721)가 형성되어 있으며, 돌출부(721)를 중심으로 동심원 상으로 3 개의 관통홀(730)과, 관통홀(730)을 연결하는 3 개의 브릿지(740)가 대칭적으로 형성되어 있다는 점에서 도 4b의 전류차단부재(700)와 차이가 있다. 도 6b에서 보는 바와 같이, 브릿지(740)에는 노치(750)가 형성되어 있어서, 전지 내부에 제 1 임계 압력 이상으로 가압된 가스가 안전벤트(420)에 가해질 때, 만입부(422)가 들어 올려지면서 만입부(422)에 용접되어 있는 돌출부(721)는 노치(750)가 절취되면서 전류차단부재(701)의 본체로부터 분리되게 된다.
하나의 예로서, 전류차단부재(701)는 외경 8 ~ 11 mm에 대해 두께가 0.4 ~ 0.5 mm인 알루미늄 재질로 되어 있고, 관통구(710)는 직경 1.0 ~ 1.5 mm로 가운데를 중심으로 6 개가 형성되어 있으며, 돌출부(721)는 직경 1.4 ~ 1.6 mm 및 돌출높 이 0.15 ~ 0.3 mm로 형성되어 있고, 관통홀(730)은 폭 0.4 ~ 0.7 mm 및 원주길이 1.5 ~ 3.5 mm로서 그것의 중앙 반경(돌출부의 중심으로부터 이격되어 있는 거리)은 1.0 ~ 2 mm이며, 브릿지(740)의 노치(750)는 두께 약 40 ~ 100 ㎛로 구성되어 있다.
이하에서는 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
Ni을 도금한 SPC-3(냉간압연강판)을 사용하여 상단 캡을 제작하고, 알루미늄 판(Al1050-H24)을 사용하여 도 4a와 같은 구조의 안전벤트 및 도 4b와 같은 구조의 전류차단부재를 각각 제작하였고, 상기 상단 캡과 안전벤트를 도 3에서와 같이 레이저 용접하여 캡 어셈블리를 제작하였다. 상기 안전벤트는 16 mm의 외경과 0.3 mm의 두께를 가지는 판재로서, 그것의 상절곡 부위를 형성하는 제 1 노치는 10 mm의 직경과 0.10 mm의 두께로, 하절곡 부위를 형성하는 제 2 노치는 4 mm의 직경과 0.05 mm의 두께로 만들었다. 상기 전류차단부재는 11 mm의 외경과 0.45 mm의 두께를 가지는 판재로서, 직경 2 mm의 가스 배출구 6 개를 방사상으로 천공하였으며, 중앙에 Half-blanking 방식으로 직경 2.4 mm 및 돌출높이 0.38 mm의 돌출부를 형성하였다.
그와 같은 캡 어셈블리를 사용하여 18650 규격(직경 18 mm, 길이 65 mm)의 원통형 리튬 이전전지를 제작하였다. 그렇게 제조된 전지를 4 A 및 4.2 V로 100 mA까지 만충전하고, 8 각형의 드럼에 넣어 66 rpm의 속도로 30 분간 회전시킨 뒤, 전지의 내부 저항을 측정하였다. 그 결과가 하기 표 1에 개시되어 있다.
[비교예 1]
실시예 1에서 상단 캡과 안전벤트를 용접하지 않았다는 점만을 제외하고는 실시예 1에서 동일한 방법으로 전지를 제조하였고 드럼 테스트를 행하였다. 그 결과가 하기 표 1에 개시되어 있다.
Figure 112004058416259-PAT00001
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 실시예 1의 전지는 드럼 테스트 전과 후의 저항값이 거의 변화가 없는 반면에, 비교예 1의 전지는 테스트 이후 저항이 상당히 증가하였음을 알 수 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 전지의 단위 체적당 고 에너지 밀도와 순간적으로 높은 출력을 발휘할 수 있어서 고율 충방전을 달성할 수 있고, 또한 진동, 낙하 등과 같은 외부의 물리적 충격시에도 접촉면의 저항이 변화되지 않아 균일한 출력을 제공할 수 있으므로 파워툴용 전원으로서 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 안전벤트를 특정한 구조로 만들었을 때 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 가스켓을 통해 원통형 전지 캔의 비딩부에 절연된 상태로 설장되는 캡 어셈블리에 있어서, 안전벤트가 발전소자의 양극에 결합되어 있는 양극리드에 전기적으로 연결되어 있고, 중앙이 상향 돌출되어 있는 상단 캡이 그것의 외주면을 따라 상기 안전벤트가 접속되어 있으며, 상단 캡과 안전벤트의 상기 접속 부위가 용접되어 있는 구조로 구성되어 있는 고율 충방전이 가능한 리튬 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 용접부가 2 또는 그 이상으로서 상호 방사상 대칭 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 용접은 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접 또는 납땜으로 행해지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상단 캡에는 하나 또는 그 이상의 가스 배출구가 형성되어 있고;
    상기 안전벤트는 중앙부가 함몰된 형상으로서 그것의 상절곡 부위 및 하절곡 부위에는 각각 제 1 노치 및 제 2 노치가 형성되어 있으며;
    상기 안전벤트의 아래에는, 하나 또는 그 이상의 가스 배출구와 압력에 의해 분리가능하고 상향 돌출된 돌출부를 포함하고 있으며 상기 돌출부가 상기 안전벤트 의 하단에 결합되어 있고 돌출부 이외의 부분에 양극리드가 연결되어 있는 별도의 전류차단부재를 더 포함하는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전류차단부재는 돌출부를 중심으로 동심원상으로 3 ~ 5의 관통홀과 상기 관통홀을 연결하며 노치가 형성되어 있는 브릿지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 전지가 파워툴용 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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