KR20070080864A - Cylindrical secondary battery of double connecting structure - Google Patents

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Abstract

A cylindrical secondary battery with double connection structure is provided to supply stable output power even when applying outer impact such as instantly elevated output power or vibration to the battery by fabricating a safety vent and a projection type top cap connected to the safety vent, and a conductive connector to combine the safety vent with the top cap. A cylindrical battery includes a cap assembly(400) which is insulated and mounted on top end of a battery can(200) through a gasket(500). The cap assembly comprises: a safety vent(420) connected to a safe current blocking element; a protrusion type top cap connected around the safety vent; and a flexible conductive connection element to electrically connect the safety vent and the top cap in a spacing between the safety vent and the top cap. The conductive connection element is connected to the safety vent and the top cap by welding the both ends of the connection element between the top center(422) of the safety vent and the inner bottom side of the top cap.

Description

이중 접속 구조의 원통형 이차전지 {Cylindrical Secondary Battery of Double Connecting Structure}Cylindrical Secondary Battery of Double Connecting Structure

도 1은 종래의 원통형 이차전지의 대표적인 상부 구조를 보여주는 단면 모식도이다;1 is a schematic cross-sectional view showing a representative upper structure of a conventional cylindrical secondary battery;

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지의 상부 구조를 보여주는 단면 모식도이다;2 is a schematic cross-sectional view showing an upper structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention;

도 3a 및 3b는 도 2의 전지에 사용된 안전벤트와 전류차단 부재의 사시도이다;3A and 3B are perspective views of safety vents and current blocking members used in the battery of FIG. 2;

도 4는 도 2에서 금속 플레이트가 안전벤트와 상단 캡에 각각 연결되어 있는 형상의 사시도이다;4 is a perspective view of a shape in which the metal plate in FIG. 2 is connected to the safety vent and the top cap, respectively;

도 5a 내지 5c는 도 2의 전지 내부에서 가압 가스가 발생하였을 때의 일련의 작동 과정을 보여주는 단면 모식도들이다;5A through 5C are cross-sectional schematic diagrams showing a series of operating procedures when pressurized gas is generated in the battery of FIG. 2;

도 6a는 또다른 실시예에 따른 전류차단 부재의 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 절단선(B-B)에 따른 단면도이다.6A is a perspective view of a current blocking member according to still another embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 6A.

본 발명은 이중 접속 구조의 원통형 이차전지에 관한 것으로, 안전용 전류차단 부재에 연결되어 있는 안전벤트 및 상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡을 포함하고 있는 원통형 이차전지로서, 상기 안전벤트와 상단 캡 사이의 이격 공간 내에 안전벤트와 상단 캡을 전기적으로 연결하는 유연한 도전성 접속부재가 설치되어 있어서, 안전벤트에 대한 상단 캡의 전기적 연결이 그것의 외주 접촉면 뿐만 아니라 상기 도전성 접속부재에 의해 이중적으로 달성되므로, 순간적으로 높은 출력과 진동 등 외부 충격에 의해서도 안정적인 출력을 제공할 수 있다.The present invention relates to a cylindrical secondary battery having a double connection structure, comprising a safety vent connected to a safety current blocking member and a top cap of a protruding shape connected to it along an outer circumferential surface of the safety vent. And a flexible conductive connecting member for electrically connecting the safety vent and the upper cap in a space between the safety vent and the upper cap, so that the electrical connection of the upper cap to the safety vent is connected to the conductive contact as well as its peripheral contact surface. Since it is dually achieved by the member, it is possible to provide a stable output even by external impact such as instantaneously high output and vibration.

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. As the development and demand for mobile devices increases, the demand for secondary batteries as energy sources is increasing rapidly. Among them, many researches have been conducted and commercialized on lithium secondary batteries with high energy density and high discharge voltage. It is widely used.

이차전지가 휴대폰, 노트북 등의 전원으로 사용되는 경우에는 일정한 출력을 안정적으로 제공하는 이차전지가 요구되는 반면에, 전동드릴 등과 같은 파워툴의 동력원으로 사용되는 경우, 순간적으로 높은 출력을 제공하면서 진동, 낙하 등과 같은 외부의 물리적 충격에 대해서도 안정적일 수 있는 이차전지가 요구된다.When a secondary battery is used as a power source for a mobile phone or a laptop, a secondary battery that provides a stable output is required, whereas when used as a power source of a power tool such as an electric drill, it provides instantaneous high output while vibrating There is a need for a secondary battery that can be stable against external physical shocks such as falling and the like.

이와 관련하여, 종래의 원통형 이차전지의 구조가 도 1에 개시되어 있다. 일반적으로 이차전지(10)는 원통형 캔(20), 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤형의 전극조립체(30), 및 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(40)로 구성되어 있다.In this regard, the structure of a conventional cylindrical secondary battery is disclosed in FIG. In general, the secondary battery 10 includes a cylindrical can 20, a jelly-roll electrode assembly 30 accommodated in the can 20, and a cap assembly 40 coupled to an upper portion of the can 20. It is.

전극조립체(30)는 양극(31)과 음극(32) 사이에 분리막(33)을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 감은 구조로 되어 있으며, 양극(31)에는 양극 탭(34)이 부착되어 캡 어셈블리(40)에 접속되어 있고, 음극(32)에는 음극 탭(도시하지 않음)이 부착되어 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.The electrode assembly 30 has a structure in which the electrode assembly 30 is wound in a jelly-roll shape with a separator 33 interposed between the anode 31 and the cathode 32, and a cathode tab 34 is attached to the cathode 31. A negative electrode tab (not shown) is attached to the negative electrode 32, and is connected to the lower end of the can 20.

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 및/또는 가스를 배기하는 안전벤트(43), 특정 부분을 제외하고 안전벤트(43)를 캡 플레이트(45)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(44), 양극(31)에 연결된 양극 탭(34)이 접속되어 있는 캡 플레이트(45)가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 되어 있다.The cap assembly 40 includes a top cap 41 forming a positive electrode terminal, a positive temperature coefficient element 42 for blocking current due to a large increase in battery resistance when the temperature inside the battery increases, and a pressure increase inside the battery. Safety vents 43 for interrupting current and / or exhausting gas, insulating members 44 for electrically separating the safety vents 43 from the cap plate 45, except for certain parts, and connected to the anode 31. The cap plate 45 to which the positive electrode tab 34 is connected is laminated sequentially.

그러나, 이러한 구조의 이차전지는 순간적으로 높은 출력을 제공하기 어려울 뿐만 아니라, 진동 등과 같은 외부 충격시 접촉면의 저항이 증가되어 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. 예를 들어, 진동 등에 의해 상단 캡(41)과 PTC 소자(42) 또는 안전벤트(43) 사이의 접촉면 저항은 20 ~ 30 mΩ 정도 증가한다.However, the secondary battery of such a structure is not only difficult to provide a high output instantaneously, it was confirmed that it is difficult to provide a uniform output because the resistance of the contact surface is increased during external impact such as vibration. Specifically, the PTC element 42 generally exhibits an electrical resistance of about 7 to 32 mΩ even at room temperature, and further causes a steep rise in resistance due to an increase in temperature. Therefore, it can act as a great deterrent to providing instantaneous high power. In addition, the contact surface of the upper cap 41, the PTC element 42, the safety vent 43 and the cap plate 45 during the external impact such as vibration does not provide a uniform output because the change of resistance is very large. For example, the contact surface resistance between the upper cap 41 and the PTC element 42 or the safety vent 43 increases by about 20 to 30 mΩ due to vibration or the like.

이러한 내부 저항의 증가는 파워툴 등의 전원으로 사용되는 고전류용 이차전지에서 발열을 유발하여 전지의 안전성이 문제될 수 있으며, 전지의 성능을 저하시키는 주요 원인으로 작용한다.The increase in the internal resistance may cause heat generation in the secondary battery for high current used as a power tool such as a power tool, which may cause the safety of the battery, and serves as a major cause of deterioration of the battery performance.

따라서, 도 1과 같은 종래의 원통형 이차전지 구조는 고전류용 이차전지로 사용함에 있어서 소망하는 효과를 발휘하지 못한다.Therefore, the conventional cylindrical secondary battery structure as shown in Figure 1 does not exhibit the desired effect in using as a secondary battery for high current.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 종래 리튬 이차전지의 캡 어셈블리 구조에서 PCT 소자를 제거하고, 상단 캡에 대한 안전벤트의 전기적 연결을 이들의 외주면 접촉 부위 이외에 별도의 접속부재를 설치하여 달성할 경우, 전지의 단위 체적당 고 에너지 밀도와 순간적으로 높은 출력을 발휘할 수 있어서 고율 충방전을 달성할 수 있고, 또한 진동, 낙하 등과 같은 외부의 물리적 충격시 접촉면의 저항 증가에도 불구하고 균일한 출력을 제공할 수 있으며, 더 나아가 안전벤트를 이하에서 설명하는 특정한 구조로 만들었을 때 전지의 안전성을 향상시킬 수 있음을 새로이 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After repeated studies and various experiments, the present inventors removed a PCT device from the cap assembly structure of a conventional lithium secondary battery, and provided a separate connection member for the electrical connection of the safety vent to the upper cap in addition to the contact portion of the outer peripheral surface thereof. When installed and achieved, high energy density and instantaneous high output per unit volume of the battery can be achieved to achieve high rate charging and discharging, and in spite of an increase in resistance of the contact surface during external physical shock such as vibration and dropping. The present invention has been newly discovered that it is possible to provide a uniform output and further improve the safety of the battery when the safety vent is made to the specific structure described below.

따라서, 본 발명에 따른 이차전지는 가스켓을 통해 원통형 전지 캔의 상단부 에 절연된 상태로 장착되는 캡 어셈블리에서, 안전용 전류차단 부재에 연결되어 있는 안전벤트 및 상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡을 포함하고 있으며, 상기 안전벤트와 상단 캡 사이의 이격 공간 내에 안전벤트와 상단 캡을 전기적으로 연결하는 유연한 도전성 접속부재가 설치되어 있는 것으로 구성되어 있다. Therefore, the secondary battery according to the present invention is connected to it along the outer circumferential surface of the safety vent and the safety vent is connected to the safety current blocking member in the cap assembly mounted insulated on the upper end of the cylindrical battery can via a gasket It includes a protruding top cap, and is configured to be provided with a flexible conductive connection member for electrically connecting the safety vent and the top cap in the space between the safety vent and the top cap.

본 발명자들의 실험에 따르면, 이러한 캡 어셈블리 구조를 가진 이차전지는 파워툴용 전원과 같은 고전류 이차전지로서 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. According to the experiments of the present inventors, the secondary battery having such a cap assembly structure was found to be very useful as a high current secondary battery such as a power tool for power tools. In general, power tools require high output instantaneously, and often require discontinuous operation rather than long continuous operation, and are subject to internal or external physical shocks such as vibration and dropping due to the nature of the working environment. many.

이러한 요구에 부합하기 위해서는, 첫째, 전지의 내부 저항이 작아야 하며, 둘째, 전지 구성 요소들의 접속 상태가 안정적이어야 한다.To meet this requirement, first, the internal resistance of the battery must be small, and second, the connection state of the battery components must be stable.

본 발명에서는 상기 첫 번째 요건을 만족시키기 위하여, PTC 소자 등 일부 구성요소들을 제거하였다. 이는, 전지 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, 파워툴 등과 같이 일반적으로 불연속적인 작동이 요구되는 경우에는 오히려 PTC 소자의 제거가 바람직할 수 있다. 그러한 이유에서 본 발명은 PTC 소자가 제거된 캠 어셈블리 구조를 바탕으로 하고 있지만, PTC 소자의 제거만으로는 상기 두 번째 요건을 만족시킬 수 없다.In the present invention, in order to satisfy the first requirement, some components such as a PTC device are removed. This is because a PTC device, which is generally used as one of battery safety devices, may rather hinder a high rate of charge and discharge. One of the representative causes of battery safety problems is a rise in temperature inside the battery caused by a long continuous discharge. Therefore, when discontinuous operation is generally required, such as a power tool, it may be preferable to remove the PTC device. . For that reason, the present invention is based on the cam assembly structure from which the PTC element is removed, but the removal of the PTC element alone cannot satisfy the second requirement.

앞서의 설명과 같이 일부 구성요소들이 제거된 캡 어셈블리에서 전기적 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 의해 전기적 결합을 이루고 있는 상단 캡과 안전벤트 사이의 접촉면에 불균일 접속상태를 유발한다. 반면에, 본 발명에서는 안전벤트와 상단 캡 사이의 접촉면에서 불균일 접속상태가 발생하더라도 그 사이에 설치된 유연한 도전성 접속부재에 의해 내부 저항의 증가 문제가 해결된다. As described above, the portion of the cap assembly where some components are removed is in physical contact for electrical coupling between the top cap and the safety vent. For example, in the case of power tools, such as electric drills, which cause very high vibrations during use, such vibrations are transmitted directly to the power supply, and these physical shocks are caused by the physical contact of the top cap and safety vents. It causes a non-uniform connection state between the contact surfaces. On the other hand, in the present invention, even if a non-uniform connection state occurs in the contact surface between the safety vent and the upper cap, the problem of increasing the internal resistance is solved by the flexible conductive connection member provided therebetween.

따라서, 본 발명의 이차전지는 고전류 이차전지에서 필요한 상기 요건들을 모두 달성하고 있다.Accordingly, the secondary battery of the present invention achieves all of the above requirements for high current secondary batteries.

안전벤트와 상단 캡에 대한 상기 도전성 접속부재의 연결은 다양한 방식으로 달성될 수 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 상기 도전성 접속부재는 안전벤트의 상단 중앙부와 상단 캡의 하단 내면 사이에 각각 용접된 상태로 연결될 수 있다. The connection of the conductive connecting member to the safety vent and the top cap can be achieved in a variety of ways, and in one preferred embodiment, the conductive connecting member is welded between the upper center of the safety vent and the lower inner surface of the upper cap, respectively. Can be connected to.

도전성 접속부재는 진동 등에 의한 외부 충격에 대해서도 안정적인 접속상태를 유지하고 전지의 내압 상승에 의한 안전벤트의 작동을 방해하지 않도록 소정의 유연성을 가져야 한다. 이러한 유연성은, 예를 들어, 접속부재의 일부에 탄력적인 절곡부를 형성하여 달성될 수 있다. The conductive connecting member must have a predetermined flexibility in order to maintain a stable connection even against external shocks due to vibration and the like, and to prevent the safety vent from operating due to an increase in the internal pressure of the battery. Such flexibility can be achieved, for example, by forming elastic bends in a portion of the connecting member.

이러한 도전성 접속부재의 형태는 와이어 등의 선형 구조물, 플레이트 등의 편형 구조물, 기타 다양한 형태의 입체형 구조물일 수 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 접속부재는 스트립 형태의 도전성 플레이트로서 적어도 일부가 절곡된 상태 로 안전벤트와 상단 캡에 그것의 양 단부가 연결되어 있는 형태일 수 있다.The conductive connecting member may be a linear structure such as a wire, a flat structure such as a plate, or a three-dimensional structure of various other forms. In one preferred embodiment, the connecting member is a conductive plate in a strip form, and at least a portion thereof is bent. Both ends of the furnace safety vent and the upper cap may be connected.

상기 접속부재는 안정적인 통전을 이룰 수 있는 도전성 소재로 되어 있는 바, 바람직하게는 구리, 니켈, 알루미늄 등의 금속으로 이루어져 있다. The connecting member is made of a conductive material capable of achieving stable energization. Preferably, the connecting member is made of a metal such as copper, nickel, aluminum, or the like.

상기 안전벤트와 그것에 연결되어 있는 안전용 전류차단 부재는 전지의 비정상적인 작동 또는 전기 구성요소들의 열화로 인한 전지 내부 압력의 상승시 가스를 외부로 배출시키고 전류를 차단함으로써 전지의 안전성을 향상시킨 안전 구조물이다.The safety vent and the safety current blocking member connected to the safety vent improve the safety of the battery by discharging the gas to the outside and blocking the current when the internal pressure of the battery increases due to abnormal operation of the battery or deterioration of electrical components. to be.

하나의 바람직한 예에서, 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 전류차단 부재는 하나 또는 그 이상의 가스 배출구와 압력에 의해 분리가능하고 상향 돌출된 돌출부를 포함하고 있으며 상기 돌출부가 상기 안전벤트의 하단에 결합되어 있고 돌출부 이외의 부분에 양극 탭이 연결되어 있는 구조일 수 있다. In one preferred embodiment, one or more gas outlets are formed in the upper cap, and the safety vent has a recessed shape in the center thereof, and the upper and lower bent portions each have a first notch and a second notch. And the current blocking member includes a protrusion protruding upwardly and detachable by pressure from one or more gas outlets, and the protrusion is coupled to a lower end of the safety vent and a positive electrode tab is provided at a portion other than the protrusion. It may be a connected structure.

더욱 바람직한 예로서, 상기 전류차단 부재는 돌출부를 중심으로 동심원상으로 3 ~ 5의 관통홀과 상기 관통홀을 연결하며 노치가 형성되어 있는 브릿지가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 전지 내부의 압력이 상승할 때 전류차단 부재로부터 더욱 용이하게 분리되어 전류차단 부재로부터 안전벤트로의 통전을 차단할 수 있다.As a more preferable example, the current blocking member may have a structure in which a bridge having a notch formed by connecting the through holes of 3 to 5 and the through holes concentrically about the protrusion part is formed. Therefore, when the pressure inside the battery rises, it is more easily separated from the current blocking member to block the energization from the current blocking member to the safety vent.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be further described with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지에서 캡 어셈블리 구조가 도시되어 있다.2 shows a cap assembly structure in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지(100)는 캔(200)의 내부에 전극조립체(도시하지 않음)를 삽입하고, 여기에 전해액을 주입하며, 캔(200)의 개당 상단에 캡 어셈블리(400)를 장착함으로써 제조된다.Referring to FIG. 2, the battery 100 according to the present invention inserts an electrode assembly (not shown) into the inside of the can 200, injects an electrolyte solution therein, and has a cap assembly at the top of the can 200. Manufactured by mounting 400.

캡 어셈블리(400)는 캔(200)의 상부 비딩부(210)에 장착되는 기밀유지용 가스켓(500) 내부에 상단 캡(410)과 내부 압력 강하용 안전벤트(420)가 밀착되어 있는 구조로 이루어져 있다. 상단 캡(410)은 중앙이 상향 돌출되어 있어서 외부 회로와의 접속에 의한 양극 단자로서의 역할을 수행하고, 돌출부 주변을 따라 캔(200) 내부의 압축 가스가 배출될 수 있는 관통구(412)가 다수 개 형성되어 있다.The cap assembly 400 has a structure in which the upper cap 410 and the internal pressure drop safety vent 420 are in close contact with the inside of the airtight gasket 500 mounted on the upper beading part 210 of the can 200. consist of. The upper cap 410 has a center projecting upward to serve as a positive electrode terminal by connection with an external circuit, and a through hole 412 through which the compressed gas inside the can 200 can be discharged along the periphery of the protrusion. Many are formed.

안전벤트(420)는 전류가 통하는 박막 구조물로서, 그것의 중앙부는 함몰되어 만입형 중앙부(422)를 형성하고 있고, 중앙부(422)의 상절곡 및 하절곡 부위에는 각각 깊이를 달리하는 2 개의 노치들(424, 426)이 형성되어 있다. The safety vent 420 is a thin film structure through which a current flows, and a central portion thereof is recessed to form an indented central portion 422, and two notches having different depths in the upper and lower bending portions of the central portion 422, respectively. Fields 424 and 426 are formed.

도 2 및 도 3a에서 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.As shown in FIGS. 2 and 3A, the first notch 424 formed at the upper portion of the notches 424 and 426 forms a closed curve, and the second notch 426 formed at the lower portion is an open curve at one side thereof. It is structured. In addition, since the engagement force of the second notch 426 is made smaller than the engagement force of the first notch 424, the second notch 426 is dug deeper than the first notch 424.

다시 도 2를 참조하면, 상단 캡(410)과 안전벤트(420)의 전기적 연결은 가스 켓(500) 내부에서 서로 밀착되어 있는 외주면 접촉부위(A)와, 상단 캡(410)과 안전벤트(420) 사이의 이격 공간에 설치된 유연한 금속 플레이트(600)에 의해 달성된다. 금속 플레이트(600)는 그것의 양 단부가 상단 캡(410)의 하단 내면과 안전벤트(420)의 상단 중앙부에 용접에 의해 연결되어 있다. 진동 등과 같은 외부 충격의 인가시 불균일한 접속상태로 인해 외주면 접촉부위(A)의 저항이 증가됨에 반하여, 금속 플레이트(600)는 안정적인 접속상태를 유지하므로 저항 증가를 유발하지 않는다. Referring back to FIG. 2, the electrical connection between the upper cap 410 and the safety vent 420 includes an outer circumferential contact portion A which is in close contact with each other inside the gasket 500, the upper cap 410 and the safety vent ( This is achieved by a flexible metal plate 600 installed in the space between the 420. The metal plate 600 has both ends thereof connected by welding to the lower inner surface of the upper cap 410 and the upper middle portion of the safety vent 420. While the resistance of the outer circumferential surface contact portion A is increased due to a nonuniform connection state when an external shock such as vibration is applied, the metal plate 600 maintains a stable connection state and thus does not cause an increase in resistance.

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. When the internal pressure of the can 200 rises above the critical pressure, the second notch 426 of the safety vent 420 fails to withstand the pressure and breaks, so that the pressurized gas inside the can 200 is opened in the hole of the upper cap 410. Exit through 412.

이러한 과정에서, 전지 내부의 가스를 방출함과 동시에 전류를 차단하는 전류차단 부재(700)는 안전벤트(420)의 하방에 설치되어 있다. 전류차단 부재(700)는 도전성 판재의 부재로서 보조 가스켓(510)에 설치되어 있다. In this process, the current blocking member 700 which cuts off the gas at the same time to discharge the gas inside the battery is provided below the safety vent 420. The current blocking member 700 is provided in the auxiliary gasket 510 as a member of the conductive plate.

도 3b에는 전류차단 부재의 일 예가 도시되어 있다.3B shows an example of a current blocking member.

도 3b를 참조하면, 전류차단 부재(700)는 측면에 가스가 배출되는 구멍(710; 가스 배출구)이 다수 형성되어 있고, 중앙부는 위쪽으로 돌출되어 돌출부(720)를 이루고 있으며, 돌출부(720)는 전류차단 부재(700)로부터 용이하게 분리 가능하도록 되어 있고 안전벤트(도 2의 420)의 중앙부(422) 밑면과 용접 부착된 구조로 되어 있다.Referring to FIG. 3B, the current blocking member 700 has a plurality of holes 710 (gas outlets) through which gas is discharged from the side surface, the central portion protrudes upward to form the protrusion 720, and the protrusion 720. Is easily detachable from the current blocking member 700 and has a structure welded to the bottom surface of the central portion 422 of the safety vent (420 of FIG. 2).

도 4에는 도 2에서 금속 플레이트가 안전벤트와 상단 캡에 각각 연결되어 있 는 형상의 사시도가 도시되어 있다. 이해의 편의를 위해, 도면에는 상단 캡을 일부 분리한 상태가 표현되어 있다.FIG. 4 is a perspective view of a shape in which the metal plate in FIG. 2 is connected to the safety vent and the top cap, respectively. For the sake of understanding, a state in which the upper cap is partially removed is represented in the drawing.

도 4를 참조하면, 금속 플레이트(600)는 얇은 스트립형 플레이트로서 일측 단부(610)는 안전벤트(420)의 만입형 중앙부(422)의 상단에 용접되어 있고, 타측 단부(도시하지 않음)는 상단 캡(410)의 하단 내면에 용접되어 있다. Referring to FIG. 4, the metal plate 600 is a thin strip plate, and one end 610 is welded to the upper end of the indentation center 422 of the safety vent 420, and the other end (not shown) It is welded to the lower inner surface of the upper cap 410.

안전벤트(420)와 상단 캡(410)의 상호 대면하는 부위에 금속 플레이트(600)의 양 단부를 용접한 후 이들을 밀착시키므로, 조립된 상태에서 금속 플레이트(600)의 일부는 절곡부(620)를 형성하고 있다.Since both ends of the metal plate 600 are welded to the sites where the safety vent 420 and the upper cap 410 face each other, the two parts of the metal plate 600 are bent in the assembled state. To form.

도 5a 내지 5c에는 도 2의 전지에서 안전벤트의 작동 과정이 모식적으로 도시되어 있다.5a to 5c schematically show the operation of the safety vent in the battery of FIG.

우선 도 5a을 참조하면, 전지의 비정상적인 작동 또는 전지 구성요소들의 열화로 인해 발생된 가스에 의해 전지의 내부 압력이 상승하게 되면, 상기 가압 가스는 전류차단 부재(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 만입형 중앙부(422)가 상방향으로 들려 올려지게 된다. 이때, 중앙부(422) 밑면에 용접 부착되어 있는 전류차단 부재(700)의 돌출부(720)가 도 5b에서와 같이 전류차단 부재(700)에서 분리되면서 중앙부(422)과 함께 들어올려지게 되어 전류차단 부재(700)가 단절되게 된다.First, referring to FIG. 5A, when the internal pressure of the battery is increased due to the gas generated due to abnormal operation of the battery or deterioration of the battery components, the pressurized gas may be formed at the gas outlet formed in the current blocking member 700. Exit through 710 to apply a pressure to the safety vent (420). When the pressure of the gas is equal to or greater than the threshold (hereinafter, abbreviated as "first threshold pressure"), the indentation center portion formed in the safety vent 420 by the pressure of the gas for pressurizing the safety vent 420 ( 422 is lifted upward. At this time, the protrusion 720 of the current blocking member 700 which is welded to the bottom of the central portion 422 is lifted up with the central portion 422 while being separated from the current blocking member 700 as shown in FIG. 5B. Member 700 is disconnected.

이와 같이, 안전벤트(420)의 중앙부(422)가 위로 들려 올려질 수 있는 것은 안전벤트(420)에 형성된 제 1 노치(424) 및 제 2 노치(426) 때문으로, 가스 압력에 의해 중앙부(422)의 상절곡 및 하절곡 부위에 형성되어 있는 노치(422, 424) 부분이 유연하게 휘어지면서 하향 절곡되어 있던 중앙부(422)를 위로 들어올리게 되는 것이다. 따라서, 최초 전류차단 부재(700)와 안전벤트(420) 및 상단 캡(410)으로 연결되어 통전되던 전류가 안전벤트(420)에 부착된 돌출부(720)가 전류차단 부재(700)로부터 이탈되어 떨어지면서 전류가 차단되게 되는 것이다. As such, the central portion 422 of the safety vent 420 may be lifted up because of the first notch 424 and the second notch 426 formed in the safety vent 420, The notches 422 and 424 formed at the upper and lower bending portions of the 422 are flexibly bent to lift the center portion 422 which is bent downward. Therefore, the current 720 which is connected to the first current blocking member 700, the safety vent 420, and the upper cap 410 and is energized is separated from the current blocking member 700. As it falls, the current is cut off.

1차적으로 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 중앙부(422)가 안전벤트(420)로부터 절개되어 들려 올려지게 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, 중앙부(422)는 안전벤트(420)로부터 완전히 떨어지지 않고 붙어 있는 상태가 된다.When there is additional gas generation even after the primary current is cut off, the safety vent 420 is continuously energized by the increased gas pressure, and the gas pressure is reduced to a threshold value (hereinafter, "second threshold pressure"). 5), as shown in FIG. 5C, the second notch 426 of the safety vent 420 is broken to discharge the gas inside the battery to the outside. That is, the second notch 426 of the lower bent portion formed in the safety vent 420 breaks without being able to withstand the gas pressure inside the battery, and thus the center portion 422 of the safety vent 420 is cut off from the safety vent 420. The gas leaked out through the breakage gap is discharged to the outside through the hole 412 formed in the upper cap 410 to lower the internal pressure of the battery. At this time, since the second notch 426 is a curved line and a part of which the notch is not formed, the part of which the notch is not formed is not broken, and only the part where the notch is formed is broken, and the center part 422 is a safety vent ( It is in a state of being stuck without falling completely from 420.

안전벤트(420)와 상단 탭(410) 사이에 설치되어 있는 금속 플레이트(600)는 쉽게 변형되므로, 상기 일련의 과정에서 안전벤트(420)의 변형 과정을 전혀 방해하 지 않는다.Since the metal plate 600 installed between the safety vent 420 and the upper tab 410 is easily deformed, it does not interfere with the deformation process of the safety vent 420 in the series of processes.

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.In one preferred example, the first critical pressure is 5 to 15 kgf / cm 2 , preferably 10 to 12 kgf / cm 2 , and the second critical pressure is 17 to 25 kgf / cm 2 , preferably 19 to 21 kgf / cm 2 .

도 6a 및 6b에는 도 2에서 전류차단 부재의 하나의 실시예에 따른 구조가 모식적으로 도시되어 있다.6A and 6B schematically show a structure according to one embodiment of the current blocking member in FIG. 2.

이들 도면을 참조하면, 전류차단 부재(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 6b의 전류차단 부재(700)와 차이가 있다. 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 전류차단 부재(701)의 본체로부터 분리되게 된다. Referring to these drawings, the current blocking member 701 is formed with a plurality of through-holes 710 through which gas is discharged along the side, and an upwardly projecting protrusion 721 is formed at the center thereof, and the protrusion 721 is formed. It is different from the current blocking member 700 of FIG. 6B in that three through holes 730 and three bridges 740 connecting the through holes 730 are symmetrically formed at the center thereof. . The notch 750 is formed in the bridge 740, and when the gas pressurized to the safety vent 420 is applied to the safety vent 420 inside the battery, the indentation 422 is lifted up and the indentation 422 is formed. The protrusion 721 welded to the cutout 721 is separated from the main body of the current blocking member 701 as the notch 750 is cut out.

이하에서는 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

Ni을 도금한 SPC-3(냉간압연강판)을 사용하여 상단 캡을 제작하고, 알루미늄 판(Al1050-H24)을 사용하여 도 3a와 같은 구조의 안전벤트 및 도 3b와 같은 구조의 전류차단 부재를 각각 제작하였고, 상기 상단 캡과 안전벤트 사이에 접속부재로서 니켈 플레이트를 각각 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 전류차단 부재는 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.The upper cap is made of SPC-3 (cold rolled steel plate) plated with Ni, and the safety vent of the structure as shown in FIG. 3A and the current blocking member as shown in FIG. 3B are made using the aluminum plate (Al1050-H24). Each was manufactured, and a nickel plate was welded as a connecting member between the upper cap and the safety vent, respectively, to manufacture a cap assembly. The safety vent is a plate having an outer diameter of 16 mm and a thickness of 0.3 mm, wherein the first notch forming the upper bent portion thereof has a diameter of 10 mm and the thickness of 0.10 mm, the second notch forming the lower bent portion. Was made with a diameter of 4 mm and a thickness of 0.05 mm. The current blocking member is a plate having an outer diameter of 11 mm and a thickness of 0.45 mm, and six gas outlets having a diameter of 2 mm were radially drilled, and a protrusion having a diameter of 2.4 mm and a protrusion height of 0.38 mm in a half-blanking method in the center thereof. Was formed.

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 만충전하고, 8 각형의 드럼에 넣어 66 rpm의 속도로 30 분간 회전시킨 뒤, 전지의 내부 저항을 측정하였다. 그 결과가 하기 표 1에 개시되어 있다.Using such a cap assembly, a cylindrical lithium battery of 18650 (diameter 18 mm, length 65 mm) was fabricated. The battery thus prepared was fully charged to 4 A and 4.2 V, put into an octagonal drum, rotated at a speed of 66 rpm for 30 minutes, and the internal resistance of the battery was measured. The results are shown in Table 1 below.

[비교예 1]Comparative Example 1

실시예 1에서 상단 캡과 안전벤트 사이에 니켈 플레이트를 연결하지 않았다는 점만을 제외하고는 실시예 1에서 동일한 방법으로 전지를 제조하였고 드럼 테스트를 행하였다. 그 결과가 하기 표 1에 개시되어 있다.The battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that no nickel plate was connected between the top cap and the safety vent in Example 1 and a drum test was performed. The results are shown in Table 1 below.

Figure 112006009444685-PAT00001
Figure 112006009444685-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.As shown in Table 1, the battery of Example 1 manufactured by the method according to the present invention had almost no change in resistance value before and after the drum test, whereas the battery of Comparative Example 1 had a significant increase in resistance after the test. Able to know.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 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 충격시 접촉면의 저항 증가에도 불구하고 균일한 출력을 제공할 수 있으므로, 고출력 전원으로서 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 안전벤트를 특정한 구조로 만들었을 때 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.As described above, the secondary battery according to the present invention can exhibit a high energy density and instantaneously high output per unit volume of the battery, thereby achieving high rate charge and discharge, and also contact surfaces during external physical shocks such as vibration and dropping. It is possible to provide a uniform output in spite of an increase in the resistance, so that it can be preferably used as a high output power source. In addition, it is possible to improve the safety of the battery when the safety vent to a specific structure.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (6)

가스켓을 통해 원통형 전지 캔의 상단부에 절연된 상태로 장착되는 캡 어셈블리에서, 안전용 전류차단 부재에 연결되어 있는 안전벤트 및 상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡을 포함하고 있으며, 상기 안전벤트와 상단 캡 사이의 이격 공간 내에 안전벤트와 상단 캡을 전기적으로 연결하는 유연한 도전성 접속부재가 설치되어 있는 것으로 구성되어 있는 원통형의 이차전지. A cap assembly mounted insulated from an upper end of a cylindrical battery can via a gasket, the cap assembly comprising a safety vent connected to a safety current blocking member and a protruding top cap connected to it along an outer circumferential surface of the safety vent; And a flexible conductive connection member for electrically connecting the safety vent and the upper cap in the spaced space between the safety vent and the upper cap. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 접속부재는 안전벤트의 상단 중앙부와 상단 캡의 하단 내면 사이에 그것의 양 단부가 각각 용접된 상태로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the conductive connection member is connected between the upper center portion of the safety vent and the lower inner surface of the upper cap in a state where both ends thereof are welded. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 접속부재는 그것의 일부에 탄력적인 절곡부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery according to claim 1, wherein the conductive connecting member is formed with an elastic bending portion thereof. 제 3 항에 있어서, 상기 도전성 접속부재는 스트립 형태의 도전성 플레이트로서 적어도 일부가 절곡된 상태로 안전벤트와 상단 캡에 그것의 양 단부가 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 3, wherein the conductive connection member is a strip-shaped conductive plate, and both ends thereof are welded to the safety vent and the upper cap with at least a portion thereof bent. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 접속부재는 금속으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the conductive connection member is made of metal. 제 1 항에 있어서, 상기 이차전지는 파워툴용 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the secondary battery is used as a power source for a power tool.
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