KR20070035195A - Lithium rechargeable battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 양극판과 음극판 및 상기 두 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 캔 및 상기 캔의 상단 개구부에 결합되는 캡플레이트를 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 캡플레이트는 소정 위치에 멤브레인 벤트(membrane vent)를 포함한다.The present invention relates to a lithium secondary battery, including an electrode assembly including a positive electrode plate and a negative electrode plate, and a separator interposed between the two electrode plates, a can housing the electrode assembly, and a cap plate coupled to an upper opening of the can. In the lithium secondary battery, the cap plate includes a membrane vent (membrane vent) in a predetermined position.

Description

리튬 이차 전지{Lithium rechargeable battery}Lithium secondary battery {Lithium rechargeable battery}

도 1은 종래의 각형 리튬 이차 전지를 나타낸 부분 단면도.1 is a partial cross-sectional view showing a conventional rectangular lithium secondary battery.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 벤트를 포함하는 캡플레이트의 단면도.Figure 2a is a cross-sectional view of a cap plate including a membrane vent according to an embodiment of the present invention.

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 벤트를 포함하는 캡플레이트의 단면도.2B is a cross-sectional view of a cap plate including a membrane vent according to another embodiment of the present invention.

도 2c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤브레인 벤트를 포함하는 캡플레이트의 단면도.Figure 2c is a cross-sectional view of a cap plate including a membrane vent according to another embodiment of the present invention.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 재질의 단면도.3A is a cross-sectional view of a membrane material according to one embodiment of the present invention.

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 재질의 단면도.3B is a cross-sectional view of a membrane material according to another embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 벤트가 형성된 캡플레이트를 포함하는 리튬 이차 전지의 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view of a lithium secondary battery including a cap plate formed with a membrane vent according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지 내부에서 발생하는 가스에 의한 전지의 스웰링 현상을 억제할 수 있는 멤브레인 벤트 (membrane vent)가 형성된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery having a membrane vent capable of suppressing a swelling phenomenon of a battery caused by a gas generated inside the battery.

일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선 기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.In general, as the light weight and high functionality of a portable wireless device such as a video camera, a portable telephone, a portable computer, and the like have progressed, many studies have been conducted on secondary batteries used as driving power. Such secondary batteries include, for example, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries are rechargeable, compact, and large in capacity, and are widely used in advanced electronic devices because of their high operating voltage and high energy density per unit weight.

이러한 이차 전지는 양극판, 음극판 및, 세퍼레이터로 이루어진 발전 요소, 즉, 전극조립체를 금속제의 캔에 수납하고, 이 캔 내부에 전해액을 주입하여 밀봉하여 형성된다. 이렇게 캔에 밀봉된 이차전지는 통상 상부에 캔과 절연된 전극 단자를 구비하여, 이 전극 단자가 전지의 어느 한 극을 이루게 하고, 타 극은 전지 캔 자체가 되도록 한다. The secondary battery is formed by accommodating a power generation element consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator, that is, an electrode assembly in a metal can, injecting an electrolyte into the can, and sealing the same. The secondary battery sealed in the can is usually provided with an electrode terminal insulated from the can at the top, so that the electrode terminal forms one pole of the battery, and the other electrode is the battery can itself.

상기와 같이 밀봉된 베어셀의 상부에는 PTC와 같은 이차보호소자 및 보호회로모듈(PCM: Protecting Circuit Module) 등의 안전장치가 연결되어 전지 팩에 수납되거나 수지로 몰딩되어 이차전지를 형성하게 된다. 이때, 이들 이차전지의 안전장치들은 양극과 음극에 각각 연결되어 전지의 고온 상승이나, 과충방전 등으로 전지의 전압이 급상승할 때에 전류를 차단해 전지의 파열 등 위험을 방지한다.A secondary protection device such as a PTC and a protection device such as a protection circuit module (PCM) are connected to an upper portion of the bare cell sealed as described above, and the secondary battery is formed in a battery pack or molded with resin to form a secondary battery. At this time, the safety devices of these secondary batteries are connected to the positive electrode and the negative electrode, respectively, to prevent the risk of battery rupture by blocking the current when the battery voltage rises rapidly due to the high temperature of the battery or overcharge and discharge.

도 1은 종래의 각형 리튬 이차 전지를 나타낸 부분 단면도이다.1 is a partial cross-sectional view showing a conventional rectangular lithium secondary battery.

도 1을 참조하면, 각형 리튬 이차 전지는 양극판(13), 음극판(15) 및 세퍼레 이터(14)를 포함하는 전극조립체(12)를 전해액과 함께 캔(10)에 수납하고, 이 캔(10)의 상단부를 캡조립체(20)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 캡조립체(20)는 상기 캔(10)의 상부에 결합되는 캡플레이트(40)와, 상기 캡플레이트(40)의 단자통공(41)에 삽입되는 전극단자(30)와, 상기 캡플레이트(40)의 아랫면에 설치되는 절연플레이트(50)와, 상기 절연플레이트(50)의 아랫면에 설치되어서 상기 전극단자(30)와 통전되는 터미널플레이트(60)를 포함하여 구성된다. 상기 캡조립체(20)는 상기 전극조립체(12)의 상부에 설치되는 별도의 절연케이스(70)에 의하여 상기 전극조립체(12)와 절연되면서 상기 캔(10)의 상단개구부에 결합되어 캔(10)을 밀봉하게 된다.Referring to FIG. 1, in a rectangular lithium secondary battery, an electrode assembly 12 including a positive electrode plate 13, a negative electrode plate 15, and a separator 14 is accommodated in a can 10 together with an electrolyte, and the can ( It is formed by sealing the upper end of 10) with the cap assembly 20. The cap assembly 20 includes a cap plate 40 coupled to an upper portion of the can 10, an electrode terminal 30 inserted into a terminal through-hole 41 of the cap plate 40, and the cap plate ( Insulating plate 50 is provided on the lower surface of the 40, and the terminal plate 60 is provided on the lower surface of the insulating plate 50 and the electrode terminal 30 is energized. The cap assembly 20 is coupled to the upper opening of the can 10 while being insulated from the electrode assembly 12 by a separate insulating case 70 installed on the electrode assembly 12. ) Will be sealed.

상기 캡플레이트(40)의 중앙에 형성되어 있는 상기 단자통공(41)에는 전극단자(30)가 삽입된다. 상기 전극단자(30)가 단자통공(41)에 삽입될 때는 전극단자(30)와 캡플레이트(40)의 절연을 위하여 전극단자(30)의 외면에 튜브형 개스킷(46)이 결합되어 함께 삽입된다. 상기 캡조립체(20)가 상기 캔(10)의 상단부에 조립된 후 전해액주입공(42)을 통하여 전해액이 주입되고 상기 전해액주입공(42)은 마개(43)에 의하여 밀폐된다.The electrode terminal 30 is inserted into the terminal through-hole 41 formed in the center of the cap plate 40. When the electrode terminal 30 is inserted into the terminal through-hole 41, the tubular gasket 46 is coupled to the outer surface of the electrode terminal 30 and inserted together to insulate the electrode terminal 30 and the cap plate 40. . After the cap assembly 20 is assembled to the upper end of the can 10, the electrolyte is injected through the electrolyte injection hole 42, and the electrolyte injection hole 42 is closed by a stopper 43.

상기 양극판(13)은 양극탭(16)을 통하여 캡플레이트(40)에 전기적으로 연결되며, 음극판(15)은 음극탭(17)을 통하여 캡플레이트(40)의 전극단자(30)에 전기적으로 연결된다. 따라서 상기 전극단자(30)가 음극단자로 작용하게 되고, 상기 캔(10)은 상기 전극단자(30)와 전기적으로 절연되어 양극단자의 역할을 하게 된다.The positive electrode plate 13 is electrically connected to the cap plate 40 through the positive electrode tab 16, and the negative electrode plate 15 is electrically connected to the electrode terminal 30 of the cap plate 40 through the negative electrode tab 17. Connected. Accordingly, the electrode terminal 30 acts as a negative electrode terminal, and the can 10 is electrically insulated from the electrode terminal 30 to serve as a positive electrode terminal.

상기 안전벤트(44)는 캡플레이트(40)의 상면과 하면에서 부분적으로 압축되 어 박육부로 형성된다. 따라서 상기 안전벤트(44)는 캡플레이트(40) 전체에서 제일 취약한 부분이며, 캔(10) 내부에서 가스로 인하여 압력이 발생되면 먼저 파괴되면서 가스를 방출하여 캔(10) 내부의 압력을 감소시키고 캔(10)의 폭발을 방지하는 역할을 하게 된다. 상기 안전벤트(44)는 도 1에서 보는 바와 같이 캡플레이트(40)에 형성될 수 있으나 필요에 따라서는 캔의 바닥면에 형성될 수 있으며 캔의 다른 위치에도 형성될 수 있음은 물론이다.The safety vent 44 is partially compressed in the upper and lower surfaces of the cap plate 40 is formed as a thin portion. Therefore, the safety vent 44 is the most vulnerable portion of the cap plate 40 as a whole, and when pressure is generated due to gas in the can 10, the gas is first destroyed and the gas is released to reduce the pressure in the can 10. It serves to prevent the explosion of the can 10. The safety vent 44 may be formed on the cap plate 40 as shown in FIG. 1, but may be formed on the bottom surface of the can, if necessary, and may be formed at other positions of the can.

종래의 각형 리튬 이차 전지의 안전벤트는 전지 내압이 규정치 이상으로 상승되면 파열되어 상기 내압을 감소시킴으로써 전지가 폭발하는 것을 방지하는 역할을 하지만, 고온방치 및 열충격과 같은 단기간 혹은 충방전을 반복하면서 장기간에 걸쳐 전지 내부에서 발생하는 가스에 의한 전지의 스웰링 현상을 근본적으로 해결하지는 못한다.The safety vent of the conventional rectangular lithium secondary battery ruptures when the internal pressure of the battery rises above a specified value and serves to prevent the battery from being exploded by reducing the internal pressure, but repeats a short period of time such as high temperature standing and thermal shock, or charges and discharges. It does not fundamentally solve the swelling phenomenon of the battery caused by the gas generated inside the battery.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전지 내부에서 발생하는 가스에 의한 전지의 스웰링 현상을 억제할 수 있는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery that can suppress the swelling phenomenon of the battery by the gas generated inside the battery.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양극판과 음극판 및 상기 두 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 캔 및 상기 캔의 상단 개구부에 결합되는 캡플레이트를 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 캡플레이트는 소정 위치에 멤브레인 벤트(membrane vent)를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention includes an electrode assembly including a positive electrode plate and a negative electrode plate and a separator interposed between the two electrode plates, a can housing the electrode assembly and a cap plate coupled to the top opening of the can. In the lithium secondary battery, the cap plate includes a membrane vent (membrane vent) in a predetermined position.

상기 멤브레인 벤트는 상기 캡플레이트에 형성된 벤트부의 상부 또는 하부 또는 그 중간에 멤브레인이 부착되어 이루어질 수 있다. 상기 멤브레인 벤트는 전재 내부에서 충방전을 반복하면서 지속적으로 발생하거나 고온방치 및 열충격과 같이 단기간에 급속하게 발생하는 메탄, 에탄, 프로판, 수소, 이산화탄소, 일산화탄소 등의 가스를 외부로 방출시키면서 외부의 수분(H2O)이 전지 내로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 상기 멤브레인 벤트는 종래의 안전벤트와 같이 전지 내압이 규정치 이상으로 상승되면 파열되어 상기 내압을 감소시킴으로써 전지가 폭발하는 것을 방지하는 역할도 수행할 수 있다.The membrane vent may be formed by attaching a membrane to an upper portion or a lower portion or a middle portion of the vent portion formed on the cap plate. The membrane vent continuously discharges and discharges gases such as methane, ethane, propane, hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide, which are continuously generated during repeated charging and discharging or rapidly occurring in a short time such as high temperature standing and thermal shock. (H 2 O) can be blocked from entering the battery. In addition, the membrane vent may serve to prevent the battery from being exploded by rupturing when the internal pressure of the battery rises above a prescribed value, as in the conventional safety vent.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 벤트를 포함하는 캡플레이트의 단면도를 나타낸다. 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 벤트를 포함하는 캡플레이트의 단면도를 나타낸다. 도 2c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤브레인 벤트를 포함하는 캡플레이트의 단면도를 나타낸다. 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 재질의 단면도를 나타내며, 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 재질의 단면도를 나타낸다.Figure 2a shows a cross-sectional view of a cap plate comprising a membrane vent according to an embodiment of the present invention. Figure 2b shows a cross-sectional view of a cap plate comprising a membrane vent according to another embodiment of the present invention. 2C is a cross-sectional view of a cap plate including a membrane vent according to another embodiment of the present invention. Figure 3a shows a cross-sectional view of the membrane material according to an embodiment of the present invention, Figure 3b shows a cross-sectional view of the membrane material according to another embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 캡플레이트(140, 150, 160)는 단자통공(141, 151, 161)과, 전해액 주입구(142, 152, 162)와, 멤브레인 벤트(144, 154, 164)를 포함하여 형성된다. 상기 멤브레인 벤트(144, 154, 164)는 상기 캡플 레이트(140, 150, 160)의 일측에 소정 크기로 형성될 수 있다. 상기 멤브레인 벤트(144, 154, 164)는 상기 캡플레이트에 형성된 벤트부(144a, 154a, 164a)에 멤브레인(144b, 154b, 164b)이 부착되어 이루어지며, 상기 멤브레인(144b, 154b, 164b)은 상기 벤트부(144a, 154a, 164a)의 상부 또는 하부 또는 그 중간에 부착될 수 있다. 상기 멤브레인(144b, 154b, 164b)은 전해액의 유출이 없도록 상기 벤트부(144a, 154a, 164a)를 밀봉하는 방식으로 부착된다.2A to 2C, the cap plates 140, 150, and 160 of the present invention may include terminal through holes 141, 151, and 161, electrolyte injection holes 142, 152, and 162, and membrane vents 144 and 154. , 164). The membrane vents 144, 154, and 164 may be formed in a predetermined size on one side of the capple rates 140, 150, and 160. The membrane vents 144, 154, and 164 are formed by attaching the membranes 144b, 154b, and 164b to the vent parts 144a, 154a, and 164a formed in the cap plate, and the membranes 144b, 154b, and 164b include: The vent part 144a, 154a, and 164a may be attached to an upper portion or a lower portion thereof or in the middle thereof. The membranes 144b, 154b, and 164b are attached in a manner that seals the vent parts 144a, 154a, and 164a so that there is no leakage of the electrolyte.

본 발명의 멤브레인(180, 190)은, 도 3a 및 3b를 참조하면, 미세기공(micropore)을 가진 폴리머 재질로 형성된다. 상기 미세기공을 가진 폴리머 재질은 전지 내부에서 발생하는 가스를 미세기공을 통하여 외부로 방출하면서 외부로부터의 수분 유입을 차단한다. 상기 멤브레인(180, 190)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 재질로 이루어질 수 있다. 하지만, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 멤브레인(180, 190)의 폴리머 재질에 충전제를 포함시켜 기계적 강도를 강화시킬 수 있다. 상기 멤브레인(180, 190)은 단층막 또는 다층막 구조로 이루어질 수 있다. 상기 다층막은 동일 재질 또는 서로 다른 재질의 폴리머 막들을 라미네이팅하여 제조될 수 있다.3A and 3B, the membranes 180 and 190 of the present invention are formed of a polymer material having micropores. The polymer material having the micropores blocks the inflow of moisture from the outside while releasing the gas generated inside the battery to the outside through the micropores. The membranes 180 and 190 may be made of at least one material selected from the group consisting of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), and silicone resin. However, the material is not limited thereto. A filler may be included in the polymer material of the membranes 180 and 190 to enhance mechanical strength. The membranes 180 and 190 may have a single layer or a multilayer structure. The multilayer film may be manufactured by laminating polymer films of the same material or different materials.

상기 멤브레인(190)이 다층막 구조를 이루는 경우 멤브레인(190)의 다층막 중 최외층막은 플라즈마 표면처리될 수 있다. 플라즈마 표면처리는 물을 사용하지 않는 건식공정으로 환경오염이 적으며 강도, 탄성률 등과 같은 재료의 기계적 특성을 변화시키지 않으면서 표면 특성만을 변화시킬 수 있는 효율적인 방법으로 알려 져 있다. 플라즈마를 이용한 고분자 표면처리는 에너지 입자가 고분자 표면과 충돌을 일으키므로 표면의 공유결합을 끊어서 반응성이 있는 라디칼이 생성된다. 일반적으로 고분자 표면처리에 사용되는 플라즈마 가스는 아르곤, 헬륨과 같은 불활성 기체나 산소, 암모니아, 그리고 사불화탄소와 같은 활성 기체로 분류된다. 이러한 기체의 종류에 따라 고분자 표면에 생성된 라디칼에 의해 특정 관능기를 표면에 도입함으로써 표면을 개질한다고 알려져 있다. 상기 멤브레인(190)의 다층막 중 최외층막을 산소 가스 분위기 하에서 플라즈마 처리를 하면, 상기 최외층막 표면에 하이드록실(hydroxyl), 카복실(carboxyl) 등의 극성 관능기가 도입되어, 외부에서 전지 내부로 침투하려는 수분이 상기 최외층막 표면에 붙들려 전지 내로 유입될 수 없게 된다.When the membrane 190 has a multilayer film structure, the outermost layer film of the multilayer film of the membrane 190 may be plasma surface treated. Plasma surface treatment is a dry process that does not use water. It is known to be an efficient way to change the surface properties without changing the mechanical properties of materials such as strength and modulus. In the surface treatment of polymers using plasma, energy particles collide with the surface of polymers, and thus, reactive radicals are generated by breaking covalent bonds on the surface. In general, plasma gases used for polymer surface treatment are classified into inert gases such as argon and helium or active gases such as oxygen, ammonia, and carbon tetrafluoride. It is known that the surface is modified by introducing specific functional groups into the surface by radicals generated on the surface of the polymer according to the kind of the gas. Plasma treatment of the outermost layer of the multilayer film of the membrane 190 under an oxygen gas atmosphere introduces polar functional groups such as hydroxyl, carboxyl, etc. to the outermost layer, and penetrates into the battery from the outside. Moisture to be caught on the surface of the outermost layer film can not be introduced into the battery.

도 4는 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 벤트가 형성된 캡플레이트를 포함하는 리튬 이차 전지의 단면도를 나타낸다.4 is a cross-sectional view of a rechargeable lithium battery including a cap plate formed with a membrane vent according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 리튬 이차 전지는 캔(210)과, 상기 캔(210)의 내부에 수용되는 전극조립체(212)와, 상기 캔(210)의 상부에 결합되는 캡조립체(220)를 포함하여 형성된다.Referring to FIG. 4, a lithium secondary battery includes a can 210, an electrode assembly 212 accommodated in the can 210, and a cap assembly 220 coupled to an upper portion of the can 210. Is formed.

상기 캔(210)은 상부가 개방된 대략 각형의 금속재로 형성되며, 바람직하게는 가볍고 연성이 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 스테인레스강 등으로 형성되나 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(210)은 그 자체가 단자 역할을 수행하는 것이 가능하다.The can 210 is formed of a substantially square metal material having an open top, and is preferably formed of light and ductile aluminum or aluminum alloy, stainless steel, etc., but is not limited thereto. The can 210 may itself serve as a terminal.

상기 전극조립체(212)는 양극판(213)과 음극판(215)과 세퍼레이터(214)를 포 함한다. 상기 양극판(213)과 음극판(215)은 세퍼레이터(214)를 개재하여 적층된 후 젤리롤(jelly-roll) 형태로 권취될 수 있다. 상기 양극판(213)에는 양극탭(216)이, 상기 음극판(215)에는 음극탭(217)이 레이저용접, 초음파용접, 저항용접과 같은 용접이나 도전성 접착제에 의하여 통전가능하도록 부착되어 있으며, 각각 상방향으로 인출되어 있다. 상기 도전성 접착제로는 접착력이 우수한 에폭시수지, 아크릴수지, 변성 우레탄수지 등의 합성수지와 합성고무에 도전성이 우수한 은, 니켈 등의 금속가루와 카본을 균일하게 혼합 분산시킨 도전성 페이스트가 사용될 수 있다.The electrode assembly 212 includes a positive electrode plate 213, a negative electrode plate 215, and a separator 214. The positive electrode plate 213 and the negative electrode plate 215 may be stacked through a separator 214 and then wound in a jelly-roll form. The positive electrode tab 216 is attached to the positive electrode plate 213, and the negative electrode tab 217 is attached to the negative electrode plate 215 so as to be energized by welding or conductive adhesive such as laser welding, ultrasonic welding, and resistance welding. In the direction. As the conductive adhesive, a conductive paste obtained by uniformly mixing and dispersing metal powder such as silver, nickel, and carbon having excellent conductivity in synthetic resins such as epoxy resin, acrylic resin, modified urethane resin, and the like having excellent adhesive strength may be used.

상기 양극판(213)으로는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 통상 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다. 상기 음극판(215)으로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 통상 구리 또는 구리 합금이 사용된다. 상기 양극판(213) 및 음극판(215) 형태로는 호일, 필름, 시트, 펀칭된 것, 다공질체, 발포체 등을 들 수 있다.As the positive electrode plate 213, a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver on the surface of stainless steel, nickel, aluminum, titanium or alloys thereof, aluminum or stainless steel, etc. may be used. Alloys are used. As the negative electrode plate 215, those obtained by surface treatment of carbon, nickel, titanium, silver on the surface of stainless steel, nickel, copper, titanium or alloys thereof, copper or stainless steel, and the like, usually copper or copper Alloys are used. Examples of the positive electrode plate 213 and the negative electrode plate 215 include a foil, a film, a sheet, a punched one, a porous body, a foam, and the like.

상기 양극판(213) 및 음극판(215)의 적어도 일면에는 각각 양극 활물질층 및 음극 활물질층이 형성된다. 전극 활물질층은 리튬 이온을 가역적으로 삽입 및 탈리할 수 있는 전극 활물질, 바인더, 도전제 등을 용매에 분산시켜 전극 활물질 슬러리를 제조하고 이를 극판의 적어도 일면에 도포한 후, 건조 및 압연하여 형성한다.The positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are formed on at least one surface of the positive electrode plate 213 and the negative electrode plate 215, respectively. The electrode active material layer is formed by dispersing an electrode active material, a binder, a conductive agent, and the like capable of reversibly inserting and desorbing lithium ions in a solvent to prepare an electrode active material slurry, applying it to at least one surface of the electrode plate, and drying and rolling the same. .

상기 양극 활물질로는 통상적으로 리튬함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코 게나이드 화합물을 모두 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, 또는 LiNi1 -x- yCoxMyO2(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다. 상기 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다.As the cathode active material may be a conventional lithium-containing transition metal oxide or lithium kalko to use all of the cyanide compound, and representative examples include LiCoO 2, LiNiO 2, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4, or LiNi 1 -x- y Co Metal oxides such as x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1, and M is a metal of Al, Sr, Mg, La, etc.) may be used. As the negative electrode active material, a carbon material such as crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite, carbon fiber, lithium metal, lithium alloy, or the like may be used.

상기 세퍼레이터(214)는 상기 양극판(213) 및 음극판(215) 사이의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동통로를 제공하는 것으로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포와 같은 공지된 것을 사용할 수 있다.The separator 214 prevents a short circuit between the positive electrode plate 213 and the negative electrode plate 215 and provides a movement path of lithium ions, and a polyolefin-based polymer film such as polypropylene and polyethylene, or a multi-film and microporous film thereof. Known such as, woven and nonwoven fabrics can be used.

상기 캔(210)의 상부에 결합되는 캡조립체(220)는 캡플레이트(240)와 절연플레이트(250)와 터미널플레이트(260)와 전극단자(230)를 포함하여 구성된다. 상기 캡플레이트(240)는 상기 캔(210)의 상단개구부와 대응되는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 상기 캡플레이트(240)의 중앙에는 소정 크기의 단자통공(241)이 형성되며, 일측에는 전해액주입구(242)가 형성되고, 다른 측에는 멤브레인 벤트(244)가 형성된다. 상기 전해액주입구(242)는 전해액 주입 후 마개(243)와 결합되어 밀폐된다. 상기 멤브레인 벤트(244)의 위치는 임의로 설정할 수 있으며 상기 단자통공(241)과 전해액주입구(242)에 간섭되지 않는 위치라면 어느 곳에라도 형성할 수 있다. 상기 멤브레인 벤트(244)는 상기 캡플레이트(240)에 형성된 벤트부(244a)와 상기 벤트부(244a)에 부착된 멤브레인(244b)으로 이루어진다. 상기 멤 브레인(244b)은 미세기공을 가진 폴리머 재질로 형성되어 전지 내부에서 발생하는 가스를 외부로 방출함으로써 전지가 부풀어 오르는 스웰링 현상을 방지할 수 있다. 한편, 상기 멤브레인(244b)은 외부의 수분이 전지 내로 유입되는 것은 차단한다.The cap assembly 220 coupled to the upper portion of the can 210 includes a cap plate 240, an insulation plate 250, a terminal plate 260, and an electrode terminal 230. The cap plate 240 is formed of a metal plate having a size and shape corresponding to the top opening of the can 210. A terminal hole 241 having a predetermined size is formed in the center of the cap plate 240, an electrolyte injection hole 242 is formed at one side, and a membrane vent 244 is formed at the other side. The electrolyte injection hole 242 is combined with the stopper 243 after the injection of the electrolyte is sealed. The position of the membrane vent 244 may be arbitrarily set and may be formed at any position as long as it does not interfere with the terminal through hole 241 and the electrolyte injection hole 242. The membrane vent 244 includes a vent part 244a formed in the cap plate 240 and a membrane 244b attached to the vent part 244a. The membrane 244b may be formed of a polymer material having micropores to prevent swelling of the battery from swelling by releasing gas generated inside the battery to the outside. On the other hand, the membrane 244b blocks external moisture from entering the battery.

상기 단자통공(241)에는 전극단자(230)가 삽입되며, 상기 전극단자(230)의 외면에는 상기 캡플레이트(240)와의 전기적 절연을 위한 튜브 형상의 가스켓(246)이 설치되어 있다. 상기 캡플레이트(240)의 아랫면에는 절연플레이트(250)가 설치되어 있으며, 상기 절연플레이트(250)의 아랫면에는 터미널플레이트(260)가 배치되어 있다. 상기 전극단자(230)의 저면부는 상기 절연플레이트(250)를 개재시킨 상태에서 상기 터미널플레이트(260)와 전기적으로 연결되어 있다.An electrode terminal 230 is inserted into the terminal through hole 241, and a tube-shaped gasket 246 is provided on an outer surface of the electrode terminal 230 to electrically insulate the cap plate 240. An insulating plate 250 is disposed on a lower surface of the cap plate 240, and a terminal plate 260 is disposed on a lower surface of the insulating plate 250. A bottom portion of the electrode terminal 230 is electrically connected to the terminal plate 260 in a state where the insulating plate 250 is interposed therebetween.

상기 캡플레이트(240)의 아랫면에는 상기 양극탭(216)이 용접되어 있다. 상기 터미널플레이트(260)에는 상기 음극탭(217)이 용접됨으로써 상기 전극단자(230)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 양극탭(216) 및 음극탭(217)은 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속재로 이루어지지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.The positive electrode tab 216 is welded to the bottom surface of the cap plate 240. The negative electrode tab 217 is welded to the terminal plate 260 to be electrically connected to the electrode terminal 230. The positive electrode tab 216 and the negative electrode tab 217 are made of a metal material such as nickel or a nickel alloy, but are not limited thereto.

상기 전극조립체(212)의 상부에는 상기 전극조립체(212)와 캡조립체(220)를 전기적으로 절연시켜 주며, 상기 전극조립체(212)와 양극탭(216)과 음극탭(217)의 위치를 고정시키는 절연 케이스(270)가 설치되어 있다. 상기 절연 케이스(270)는 음극탭 인출구(273)를 구비하고 있으며, 절연성 고분자 수지, 예를 들면 폴리프로필렌(polypropylene: PP)으로 이루어진다.An upper portion of the electrode assembly 212 electrically insulates the electrode assembly 212 and the cap assembly 220, and fixes the positions of the electrode assembly 212, the positive electrode tab 216, and the negative electrode tab 217. Insulating case 270 is provided. The insulating case 270 includes a negative electrode tab outlet 273 and is made of an insulating polymer resin, for example, polypropylene (PP).

본 발명의 멤브레인 벤트가 각형 리튬 이차 전지에 실시되는 것으로 기재되어 있으나 이차 전지의 형태가 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 양극판과 음 극판 및 상기 두 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체와, 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스를 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 케이스가 멤브레인 벤트를 포함할 수 있다.Although the membrane vent of the present invention is described as being performed on a square lithium secondary battery, the form of the secondary battery is not limited thereto. Therefore, in a secondary battery including an electrode assembly including a positive electrode plate and a negative electrode plate, and a separator interposed between the two electrode plates, and a case accommodating the electrode assembly, the case may include a membrane vent.

본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, it is merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 캡플레이트에 형성된 멤브레인 벤트를 통하여 전지 내부에서 발생하는 메탄, 에탄, 프로판, 수소, 이산화탄소, 일산화탄소 등의 가스가 외부로 방출되면서 외부의 수분이 전지 내로 유입되는 것이 차단됨으로써 전지 내부에서 발생하는 가스에 의한 전지의 스웰링 현상을 억제할 수 있다. 또한, 전지 내압이 규정치 이상으로 상승되면 멤브레인 벤트가 파열되어 상기 내압을 감소시킴으로써 전지가 폭발하는 것을 방지할 수도 있다.Lithium secondary battery according to the present invention is blocked by the external moisture is introduced into the battery while the gas such as methane, ethane, propane, hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide generated inside the battery is discharged to the outside through the membrane vent formed on the cap plate As a result, the swelling phenomenon of the battery due to the gas generated inside the battery can be suppressed. In addition, when the internal voltage of the battery rises above a prescribed value, the membrane vent may be ruptured to reduce the internal pressure, thereby preventing the battery from exploding.

Claims (10)

양극판과 음극판 및 상기 두 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 캔 및 상기 캔의 상단 개구부에 결합되는 캡플레이트를 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서,An lithium secondary battery comprising an electrode assembly including a positive electrode plate and a negative electrode plate, and a separator interposed between the two electrode plates, a can housing the electrode assembly, and a cap plate coupled to an upper opening of the can. 상기 캡플레이트는 소정 위치에 멤브레인 벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The cap plate is a lithium secondary battery, characterized in that it comprises a membrane vent in a predetermined position. 제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인 벤트는 상기 캡플레이트에 형성된 벤트부의 상부 또는 하부 또는 그 중간에 멤브레인이 부착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the membrane vent is formed by attaching a membrane to an upper portion, a lower portion, or a middle portion of a vent portion formed on the cap plate. 제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인 벤트는 전지 내부에서 발생하는 가스를 외부로 방출하고 외부의 수분이 전지 내로 유입되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the membrane vent discharges gas generated inside the battery to the outside and prevents external moisture from entering the battery. 제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인 벤트는 미세기공을 가진 폴리머 재질의 멤브레인으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the membrane vent comprises a polymer membrane having micropores. 제 4 항에 있어서, 상기 멤브레인은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 4, wherein the membrane is formed of at least one material selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, and silicone resin. 제 4 항에 있어서, 상기 멤브레인은 단층막 또는 다층막 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 4, wherein the membrane has a single layer or a multilayer structure. 제 6 항에 있어서, 상기 멤브레인이 다층막 구조를 갖는 경우, 멤브레인의 다층막 중 최외층막은 플라즈마 표면처리되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.7. The lithium secondary battery according to claim 6, wherein when the membrane has a multilayer film structure, the outermost layer film of the multilayer film of the membrane is subjected to plasma surface treatment. 제 7 항에 있어서, 상기 최외층막이 산소 분위기 하에서 플라즈마 표면처리되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 7, wherein the outermost layer film is subjected to plasma surface treatment in an oxygen atmosphere. 제 4 항에 있어서, 상기 멤브레인의 폴리머 재질이 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 4, wherein the polymer material of the membrane comprises a filler. 양극판과 음극판 및 상기 두 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체와, 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스를 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 케이스가 멤브레인 벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.A secondary battery comprising an electrode assembly including a positive electrode plate and a negative electrode plate, and a separator interposed between the two electrode plates, and a case accommodating the electrode assembly, wherein the case includes a membrane vent.
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