KR20070078493A - 리튬 이차전지의 캔 및 이를 이용한 리튬 이차전지 - Google Patents

리튬 이차전지의 캔 및 이를 이용한 리튬 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지의 캔 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 이차전지의 캔의 하면판 또는 측면판에 전지의 내압을 감지할 수 있는 센서를 형성함으로써 전지 내부에 구비된 안전장치와 더불어 리튬 이차전지의 안전성을 더욱 향상시키고 사용자가 외부에서 전지의 내압 상태를 인지할 수 있도록 한 리튬 이차전지의 캔 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 센서, 하면판, 측면판, 안전성

Description

리튬 이차전지의 캔 및 이를 이용한 리튬 이차전지{Can for lithium rechargeable battery and Lithium rechargeable battery using the same}
도 1은 일반적인 원통형 리튬 이차전지의 수직 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 수직 단면도
도 3a는 도 2 중 캔의 사시도
도 3b는 도 3a의 A-A 단면도
도 3c는 도 3a의 저면도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔의 수직 단면도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 수직 단면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 작용을 도시한 수직 단면도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
200, 300 - 리튬 이차전지 210, 310 - 전극조립체
230, 330 - 캔 231, 331 - 측면판
232, 332 - 하면판 234, 334 - 센서
250, 350 - 캡조립체
본 발명은 리튬 이차전지의 캔 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 이차전지의 캔의 하면판 또는 측면판에 전지의 내압을 감지할 수 있는 센서를 형성함으로써 전지 내부에 구비된 안전장치와 더불어 리튬 이차전지의 안전성을 더욱 향상시키고 사용자가 외부에서 전지의 내압 상태를 인지할 수 있도록 한 리튬 이차전지의 캔 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 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 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 원통형 리튬 이차전지의 수직 단면도를 나타낸다.
원통형 리튬 이차전지(100)는, 도 1을 참조하면, 전극조립체(110)와, 상기 전극조립체(110)와 전해액을 수용하는 원통형 캔(130)과, 상기 원통형 캔(130) 상부에 조립되어 상기 원통형 캔(130)을 밀봉하며 상기 전극조립체(110)에서 발생되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡조립체(150)를 포함하여 형성된다.
상기 전극조립체(110)는 양극집전체의 표면에 양극활물질층이 코팅된 양극판(112)과 음극집전체의 표면에 음극활물질층이 코팅된 음극판(114)과 상기 양극판(112) 및 음극판(114) 사이에 위치하여 상기 양극판(112)과 음극판(114)을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(113)가 젤리-롤 형상으로 권취되어 형성된다. 상기 양극판(112)은, 도면에는 상세히 도시되지 않았지만, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극집전체와, 그 양면에 코팅된 양극활물질층을 포함하고 있다. 상기 양극판(112)의 양 말단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극집전체 영역, 즉, 양극무지부가 형성된다. 상기 양극무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극조립체(110)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭(116)이 접합되어 있다. 또한, 상기 음극판(114)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극집전체와, 그 양면에 코팅된 음극활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(114)의 양 말단은 음극활물질층이 형성되지 않은 음극집전체 영역, 즉 음극무지부가 형성된다. 상기 음극무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극조립체(110)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(118)이 접합되어 있다.
상기 원통형 캔(130)은 상기 원통형 전극조립체(110)가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통형 측면판(132)과 상기 원통형 측면판(132)의 하부를 밀폐하는 하면판(134)을 포함하여 형성되며, 상기 원통형 측면판(132)의 상부는 상기 전극조립체(110)를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 있다. 상기 원통형 캔(130)의 하면판(134) 중앙에 상기 전극조립체(110)의 음극 탭(118)이 접합됨으로써, 상기 원통형 캔(130) 자체는 음극 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 원통형 캔(130)은 일반적으로 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다. 더불어 상기 원통형 캔(130)은 상부의 개구에 결합되는 상기 캡조립체(150)의 상부를 압박하도록 상단에서 내부로 휘어진 크리핑(clipping)부(136)가 형성된다. 또한, 상기 원통형 캔(130)은 상기 크리핑부(136)로부터 하방으로 상기 캡조립체의 두께에 대응되는 거리만큼 이격된 위치에 상기 캡조립체(150)의 하부를 압박하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩(beading)부(138)가 더 형성되어 있다.
상기 캡조립체(150)는 안전밴트(152), 전류차단수단(153)과 이차보호소자 (154)및 캡업(156)을 포함하여 형성된다. 상기 안전밴트(152)는 판상으로 중앙에 하부로 돌출되는 돌출부가 형성되어 상기 캡조립체(150)의 하부에 위치하며, 이차전지의 내부에서 발생한 압력에 의하여 돌출부가 상부 방향으로 변형하게 된다. 상기 안전밴트(152)의 하면 소정위치에는 전극조립체(110)의 양극판(112) 및 음극판(114) 중에서 한 전극판 예를 들어, 양극판(112)에서 인출한 양극탭(116)이 용접되어 상기 안전밴트(152)와 전극조립체(110)의 양극판(112)이 전기적으로 연결된다. 여기서 양극판(112) 및 음극판(114) 중 나머지 전극판, 예를 들어 음극은 도시하지 않은 탭 혹은 직접 접촉 방식에 의해 캔(130)과 전기적으로 연결된다. 상기 안전밴트(152)의 돌출부가 상부 방향으로 변형되면 상기 안전밴트(152)의 상부에 위치한 전류차단수단(153)의 배선 패턴이 끊어져 전류가 차단되고 전지 내부의 압력 상승도 서서히 중지된다. 상기 캡업(156)은 전지 내부에서 발생한 가스를 배출하기 위해 배출구(157)가 다수개 형성되어 있다. 한편, 상기 캡조립체(150)와 캔(130)은 개스킷(160)에 의해 절연된다.
최근 리튬 이차전지의 연구 방향은 용량을 높이고 안전성을 향상시키기 위한 방향으로 진행되는 추세이다. 원통형 리튬 이차전지는 상기에서 언급한 바와 같이 전지 내부 압력이 상승하면 안전밴트와 전류차단수단이 작동하여 전류를 차단시키고, 이에 따라 압력 상승이 서서히 중지되는 구조로 되어 있다. 또한, 상기에서 언급하지 않았으나 각형 리튬 이차전지의 경우 캡플레이트의 일측에 형성된 안전밴트가 작동하여 전지 내부에서 발생한 가스를 외부로 배출하도록 되어 있다. 이러한 안전장치들의 작동 시스템은 전지 내부에서 이루어지므로 사용자가 전지 외부의 상태를 통해서 전지의 위험 상태를 판단하기 힘들다는 문제점이 있다. 또한, 이러한 안전장치들이 정확한 시점에 정상적으로 작동하지 않는 경우에는 사용자가 인지할 수 없는 상태에서 전지가 폭발, 발화될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 리튬 이차전지의 캔의 하면판 또는 측면판에 전지의 내압을 감지할 수 있는 센서를 형성함으로써 전지 내부에 구비된 안전장치와 더불어 리튬 이차전지의 안전성을 더욱 향상시키고 사용자가 외부에서 전지의 내압 상태를 인지할 수 있도록 한 리튬 이차전지의 캔 및 이를 이용한 리튬 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지의 캔은 측면판과, 상기 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하여 형성되며, 상기 측면판의 상부는 전극조립체를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 상단 개구부를 이루고 있는 리튬 이차전지의 캔에 있어서, 상기 측면판 또는 상기 하면판에는 전지의 내압 상승을 외부에서 감지할 수 있는 센서가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서는 전지의 내부 방향으로 만입된 오목 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 센서는 반구 형상, 반타원구 형상, 원통형상, 원뿔대 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 센서는 상기 측면판 또는 상기 하면판의 타측 두께에 비해 적어도 50%의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 센서는 상기 하면판에 형성되는 경우 상기 하면판의 중앙부에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬 이차전지는 전극조립체와; 측면판과, 상기 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하여 형성되며, 상기 측면판의 상부는 상기 전극조립체를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 상단 개구부를 이루고 있는 캔; 및 상기 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 측면판 또는 상기 하면판에는 전지의 내압 상승을 외부에서 감지할 수 있는 센서가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서는 전지의 내부 방향으로 만입된 오목 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 센서는 반구 형상, 반타원구 형상, 원통 형상, 원뿔대 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 센서는 상기 측면판 또는 상기 하면판의 타측 두께에 비해 적어도 50%의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 센서는 상기 하면판에 형성되는 경우 상기 하면판의 중앙부에 형성될 수 있 다.
또한, 상기 캡조립체는 안전밴트를 구비하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 캡조립체는 전류차단수단(CID;Current Interrupt Device)를 더 구비하여 이루어질 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 수직 단면도를 나타낸다. 도 3a는 도 2 중 캔의 사시도를 나타내며, 도 3b는 도 3a의 A-A 단면도를 나타내며, 도 3c는 도 3a의 저면도를 나타낸다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔의 수직 단면도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)는, 도 2를 참조하면, 전극조립체(210)와 캔(230) 및 캡조립체(250)를 포함하여 형성된다. 상기 리튬 이차전지(200)는 원통형으로 형성된다.
상기 전극조립체(210)는 양극판(212), 음극판(214), 세퍼레이터(213)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 전극조립체(210)는 양극탭(216), 음극탭(218)을 포함하여 형성된다.
상기 양극판(212)은 양극집전체, 양극활물질층 및 양극무지부를 구비한다. 상기 양극집전체는 양극활물질층으로부터 전자를 모아서 외부회로로 이동시킬 수 있도록 도전성있는 금속재질로 형성된다. 상기 양극활물질층은 양극활물질과 도전재 및 바인더를 혼합하여 제조되며, 상기 양극집전체 상에 소정의 두께로 코팅되어 형성된다. 상기 양극무지부는 양극집전체 중 양극활물질층이 형성되지 않은 부분이다. 상기 양극무지부의 일측에는 상기 양극탭(216)이 용접된다.
상기 음극판(214)은 음극집전체, 음극활물질층 및 음극무지부를 구비한다. 상기 음극집전체는 음극활물질층으로부터 전자를 모아서 외부회로로 이동시킬 수 있도록 도전성있는 금속재질로 형성된다. 상기 음극활물질층은 음극활물질과 도전재 및 바인더를 혼합하여 제조되며, 상기 음극집전체 상에 소정의 두께로 코팅되어 형성된다. 상기 음극무지부는 음극집전체 중 음극활물질층이 형성되지 않은 부분으로, 상기 음극무지부의 일측에는 상기 음극탭(218)이 용접된다.
상기 양극탭(216)과 음극탭(218)은 각각 양극무지부와 음극무지부에 용접되어 전극조립체(210)와 전지의 다른 부분을 전기적으로 연결하는 역할을 하게 된다. 상기 양극탭(216)과 음극탭(218)은 저항용접에 의해 용접되며, 용접부위에는 쇼트와 발열을 방지하기 위해 라미네이션 테이프가 부착될 수 있다. 여기서, 상기 양극탭(216)과 음극탭(218)의 용접 방식을 한정하는 것은 아니다.
상기 세퍼레이터(213)는 상기 양극판(212)과 음극판(214) 사이에 개재되며 상기 전극조립체(210)의 외주면을 둘러 싸도록 연장되어 형성될 수도 있다. 상기 세퍼레이터(213)는 상기 양극판(212)과 음극판(214)의 단락을 방지하며, 리튬 이온을 통과시킬 수 있도록 다공막 고분자물질로 형성된다.
상기 캔(230)은, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 측면판(231)과 하면판(232)을 포함하여 원통형으로 형성된다. 또한, 상기 측면판(231)은 대략 서로 동심원을 이루는 외주면과 내주면을 구비하며, 상기 하면판(232)은 대략 서로 평행한 전면과 후면을 구비한다. 또한, 상기 캔(230)은 센서(234)를 구비하여 형성된다. 상기 캔(230)의 상단은 개구되어 상단개구부를 이루고 있으며, 상기 상단개구부를 통해 전극조립체(210)가 삽입되고, 전해액이 주입된다. 상기 캔(230)의 상부는 전극조립체(210)의 삽입 후 상기 전극조립체(210)가 캔(230) 내부에서 유동하는 것을 방지하고, 캡조립체(250)의 안착을 위해 비딩부(238)가 형성되며, 캡조립체(250)의 삽입 후 전지의 밀폐를 위해 크리핑부(236)가 형성된다. 상기 캔(230)은 가볍고 연성이 우수한 알루미늄 또는 그 합금 재질 또는 니켈로 형성되며, 여기서 상기 캔(230)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(230)은 바람직하게는 딥드로잉(deep drawing) 방식으로 제조되며, 여기서 상기 캔(230)의 제조 방법을 한정하는 것은 아니다.
상기 센서(234, 234a)는, 도 3b 및 도 4를 참조하면, 전지의 내압 상승을 외부에서 감지할 수 있도록 하기 위해 형성된다. 상기 센서(234, 234a)는 상기 캔(230)의 측면판(231) 또는 하면판(232)에 형성되며, 바람직하게는 상기 하면판(232)에 형성된다. 상기 센서(234, 234a)가 하면판(232)에 형성되는 경우 하면판(232)의 대략 중앙부에 형성되는 것이 바람직하다. 전지 내부에 발생한 가스가 하면판(232)에 압력을 가하는 경우 가장자리부에 비해 중앙부가 이러한 압력을 받기에 적합하기 때문이다. 또한, 상기 센서(234, 234a)는 전지의 내부 방향으로 만입 된 오목 형상으로 형성될 수 있다. 이 때, 상기 센서(234, 234a)는 반구 형상, 반타원구 형상, 원통형상, 원뿔대 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성된다. 도 3b에는 상기 센서(234)가 반구 형상으로 형성된 경우가 도시되어 있고, 도 4에는 상기 센서(234a)가 원뿔대 형상으로 형성된 경우가 도시되어 있다. 다만, 여기서 상기 센서(234, 234a)의 형상을 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 센서(234, 234a)는 수직 단면 형상이 반원 형상, 반타원 형상, 사각 형상, 사다리꼴 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 센서(234, 234a)는 저면 형상이 원 형상, 타원 형상, 사각 형상 등으로 형성될 수 있으며, 여기서 상기 센서(234, 234a)의 저면 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 센서(234, 234a)는 하면판(232)의 타측 두께에 비해 적어도 50%의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 센서(234, 234a)의 두께가 하면판(232)의 타측 두께의 50% 미만이 되도록 형성되는 경우, 센서(234, 234a)의 두께가 지나치게 얇아지므로 전지 내부의 가스 압력에 의해 파손되어 전해액이 외부로 유출될 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 상기 센서(234, 234a)는 프레스 방식에 의해 형성될 수 있으며, 여기서 상기 센서(234, 234a)의 형성방법을 한정하는 것도 아니다. 상기 센서(234, 234a)는 전지 내부의 가스 발생량이 증가하여 내압이 증가하면 전지의 외부 방향으로 볼록하게 변형되므로, 사용자가 외부에서 전지의 위험 상황을 인지할 수 있도록 하게 된다.
상기 캡조립체(250)는 안전밴트(252)와 전류차단수단(253)과 이차보호소자 (254)및 캡업(256)을 포함하여 형성된다.
상기 안전밴트(252)는 판상으로 중앙에 하부로 돌출되는 돌출부가 형성되어 상기 캡조립체(250)의 하부에 위치하며, 이차전지의 내부에서 발생한 압력에 의하여 돌출부가 상부 방향으로 변형하게 된다. 상기 안전밴트(252)의 변형은 상기 센서(234)의 변형보다 먼저 일어날 수도 있고, 나중에 일어날 수도 있다. 상기 안전밴트(252)의 하면 소정위치에는 전극조립체(210)의 양극판(212) 및 음극판(214) 중에서 한 전극판 예를 들어, 양극판(212)에서 인출한 양극탭(216)이 용접되어 상기 안전밴트(252)와 전극조립체(210)의 양극판(212)이 전기적으로 연결된다. 여기서 양극판(212) 및 음극판(214) 중 나머지 전극판, 예를 들어 음극판(214)은, 음극판(214)에서 인출한 음극탭(218)이 베어 셀의 하면판(242)에 용접되어 캔(230)과 전기적으로 연결된다. 상기 안전밴트(252)는 캔(230) 내부의 압력 상승시 변형되거나 파열되어 상기 전류차단수단(253)을 파손시키는 역할을 한다. 또한, 상기 안전 밴트(252)의 상부에는 상기 안전 밴트(252)의 변형시 파손되어 전류가 차단되는 전류차단수단(253)이 더 위치되어 있고, 상기 전류차단수단(253)의 상부에는 과전류시 전류가 차단되는 이차보호소자(254)가 위치되어 있다. 더불어, 상기 이차보호소자(254)의 상부에는 외부에 양극 전압 또는 음극 전압을 제공하는 도전성 캡업(256)이 더 위치되어 있다. 상기 캡업(256)에는 복수개의 배출구(257)가 형성되어 안전밴트(252)의 파손 후에 전지 내부에서 발생한 가스를 외부로 배출할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상기 캡조립체(250)는 가스켓(260)이 더 구비되어 양극 역할을 하는 캡조립체(250)와 음극 역할을 하는 캔(230)을 서로 절연시키게 된다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대하여 설명한 다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 수직 단면도를 나타낸다. 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 리튬 이차전지(300)는 각형으로 형성된다는 점을 제외하면 상기 도 2의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지(300)는, 도 5를 참조하면, 양극판(312), 음극판(314) 및 세퍼레이터(313)로 구성되는 전극조립체(310)를 전해액과 함께 캔(330)에 수납하고, 이 캔(330)의 상단개구부를 캡조립체(350)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 리튬 이차전지(300)는 장변을 포함하며 서로 마주보도록 형성되는 정면과 배면, 단변을 포함하며 서로 마주보도록 형성되는 양 측면, 상기 캡플레이트(352)가 위치하는 상면과 상기 상면과 마주보는 하면을 포함하여 이루어진다.
상기 전극조립체(310)는 양극판(312)과 음극판(314)사이에 세퍼레이터(314)가 개재되면서 권취되어 형성된다. 상기 전극조립체(310)는 도 2의 실시예에서 충분히 설명되었으므로, 여기서 상세한 설명은 생략한다.
상기 캔(330)는 대략 직사각형 형상의 한 쌍의 장측벽과 한 쌍의 단측벽을 포함하여 이루어지는 측면판(331)과, 하면판(332)을 포함하여 대략 박스 형상으로 형성되며, 상부는 개구되어 상단 개구부를 이루고 있다. 상기 캔(330)은 측면판(331)에 센서(334)가 형성된다. 또한, 상기 캔(330)는 대략 박스형상으로 형성될 때 수평방향으로의 단면의 형상이 사각형상 또는 타원형상 등 다양한 형상으로 형 성될 수 있다. 상기 상단개구부로는 상기 전극조립체(310)가 삽입된다. 또한, 상기 전극조립체(310) 사이로 함침하여 리튬 이온의 이동을 가능하게 해 주는 전해액이 주입된다. 캔(330)의 재질은 주로 가벼운 알루미늄(Al)이 사용된다. 상기 캔(330)의 상부는 캡조립체(350)에 의해 밀봉되어, 전해액의 누출이 방지된다. 상기 캔(330)의 장측벽과 단측벽의 두께는 대략 0.2 내지 0.4mm로 형성되며, 상기 하면판(332)의 두께는 대략 0.2 내지 0.7mm로 형성된다. 다만, 여기서 상기 장측벽과 단측벽 및 하면판(332)의 두께를 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(330)는 바람직하게는 딥드로잉(deep drawing) 방식에 의하여 형성되며, 상기 장측벽과 단측벽 및 상기 하면판(332)은 일체형으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 캔(330)의 형성 방법을 한정하는 것은 아니다.
상기 센서(334)는 하면판(332) 또는 측면판(331)의 소정 위치에 형성되며 장측벽 또는 단측벽에 형성될 수 있다. 도 5에는 상기 센서(334)가 측면판(331) 중 단측벽에 형성된 경우가 도시되어 있다. 상기 센서(334)는 바람직하게는 상기 단측벽에 형성되며, 보다 바람직하게는 상기 단측벽의 대략 중앙부에 형성된다. 상기 센서(334)가 장측벽에 형성되는 경우 단측벽에 형성되는 경우에 비해 캔(330) 내부의 전극조립체(310)를 변형, 압박하는 정도가 심해질 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 상기 센서(334)는 단측벽의 중앙부에 형성됨으로써 전지 내부에서 발생한 가스가 미치는 압력을 받기에 적합하게 된다. 상기 센서(334)는 전지의 내부 방향으로 만입된 오목 형상으로 형성되며, 반구 형상, 반타원구 형상, 원통형상, 원뿔대 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 센서(334)는 측면판(331) 또는 하면판(332)의 타측 두께에 비해 적어도 50%의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 캡조립체(350)는 캡플레이트(352)와 절연플레이트(354)와 터미널플레이트(356) 및 전극단자(358)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(350)는 별도의 절연케이스(370)와 결합되어 캔(330)의 상단 개구부에 결합되어 캔(330)을 밀봉하게 된다.
상기 캡플레이트(352)는 상기 캔(330)의 상단개구부에 용접되어 상기 캔(330)을 밀봉한다. 상기 캡플레이트(352)는 일측에 전해액주입구(353)가 형성되어 있으며, 상기 전해액주입구(353)는 볼 등으로 압입, 용접되어 있다. 상기 캡플레이트(352)의 대략 중앙에는 단자통공1이 형성되어 있으며, 상기 단자통공1에는 개스킷 튜브(360)에 의해 절연된 전극단자(358)가 삽입된다.
상기 절연플레이트(354)는 개스킷과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(352)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(354)에는 상기 캡플레이트(352)의 단자통공1에 대응되는 위치에 상기 전극단자(358)가 삽입되는 단자통공2가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(354)의 하면에는 상기 터미널플레이트(356)가 안착되도록 터미널플레이트(356)의 크기에 상응하는 안착홈이 형성된다.
상기 터미널플레이트(356)는 일반적으로 Ni합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(354)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(356)에는 캡플레이트(352)의 단자통공1에 대응되는 위치에 상기 전극단자(358)가 삽입되는 단자통공3이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(358)가 상기 개스킷 튜브(360)에 의하여 절연되면서 캡 플레이트(352)의 단자통공1을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(356)는 상기 캡플레이트(352)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(358)와 전기적으로 연결된다.
상기 터미널플레이트(356)의 일측에는 상기 음극판(314)에 결합된 음극탭(318)이 용접되며, 캡플레이트(352)의 타측에는 상기 양극판(312)에 결합된 양극탭(316)이 용접된다. 상기 음극탭(318)과 양극탭(316)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며 일반적으로는 저항용접이 사용된다.
상기 전극단자(358)는 상기 음극판(314)의 음극탭(318) 또는 상기 양극판(312)의 양극탭(316)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 센서가 적용된 리튬 이차전지의 작용에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는 도 2의 실시예에 따른 리튬 이차전지가 적용된 경우에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 작용을 도시한 수직 단면도를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)는, 도 6을 참조하면, 전극조립체(210)와 캔(230) 및 캡조립체(250)를 포함하여 형성된다. 상기 리튬 이차전지(200)는 과충전, 과전류 등의 상태에 놓이게 되는 경우 내부 온도가 상승하고 전지 내부에 다량의 가스가 발생하게 된다. 이러한 가스들은 캔(230)의 내측면에 소정 크기의 압력을 미치게 되며, 이렇게 전지의 온도와 내부압력이 계속하여 상승하게 되면 전지가 폭발, 발화의 위험에 놓이게 된다. 상기 리튬 이차전지(200)의 내부 온도가 고온이 되고 전지의 내부 압력이 임계점에 도달하게 되면 캡조립체(250)의 안전밴트(252)가 작동하여 전류차단수단(253)을 변형시켜 배선 패턴을 끊게 된다. 한편, 전지 내부에 발생한 가스는 캔(230)의 하면판(232)에도 상당량의 압력을 미치게 되고 센서(234)가 전지의 외부 방향, 즉 하부 방향으로 변형되면서 돌출부를 형성하게 된다. 이 때, 사용자는 전지의 온도와 더불어 센서(234)의 변형을 시각으로 인지할 수 있게 되므로 전지가 위험 상황에 놓여 있다는 사실을 알 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지에 의하면 캔에 센서가 구비됨으로써 전지 내부에 구비된 안전장치와 더불어 리튬 이차전지의 안전성을 더욱 향상시키고 사용자가 외부에서 전지의 내압 상태를 인지할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 측면판과, 상기 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하여 형성되며, 상기 측면판의 상부는 전극조립체를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 상단 개구부를 이루고 있는 리튬 이차전지의 캔에 있어서,
    상기 측면판 또는 상기 하면판에는 전지의 내압 상승을 외부에서 감지할 수 있는 센서가 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 캔.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서는 전지의 내부 방향으로 만입된 오목 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 캔.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 센서는 반구 형상, 반타원구 형상, 원통형상, 원뿔대 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 캔.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 측면판 또는 상기 하면판의 타측 두께에 비해 적어도 50%의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 캔.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 하면판에 형성되는 경우 상기 하면판의 중앙부에 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 캔.
  6. 전극조립체와;
    측면판과, 상기 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하여 형성되며, 상기 측면판의 상부는 상기 전극조립체를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 상단 개구부를 이루고 있는 캔; 및
    상기 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 측면판 또는 상기 하면판에는 전지의 내압 상승을 외부에서 감지할 수 있는 센서가 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 센서는 전지의 내부 방향으로 만입된 오목 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 센서는 반구 형상, 반타원구 형상, 원통 형상, 원뿔대 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 센서는 상기 측면판 또는 상기 하면판의 타측 두께에 비해 적어도 50%의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 센서는 상기 하면판에 형성되는 경우 상기 하면판의 중앙부에 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 캡조립체는 안전밴트를 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 캡조립체는 전류차단수단(CID;Current Interrupt Device)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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