KR20080037199A - 각형 리튬 이온 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 각형 리튬 이온 전지는, 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 각형 캔과, 상기 전극조립체를 수용하도록 이루어진 상기 각형 캔의 상단 개구부를 마감하는 캡 조립체를 구비하며, 상기 각형 캔의 마주보는 두 최대면적면 가운데 적어도 하나는, 중앙부에 형성되는 변형 방지부와, 상기 변형 방지부 및 상기 최대면적면의 외곽선 사이에 형성된 취약부를 가지는 안전벤트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 내압에 의한 각형 전지의 캔 변형이 일어날 때 최대면적면에 형성된 안전 벤트에서 취약부 양쪽으로 작용하는 힘을 집중시켜 쉽게 취약부가 파열되도록 함으로써 폭발이나, 발화를 방지하고, 각형 리튬 이온 전지의 안전성 및 신뢰성을 높일 수 있게 한다.

Description

각형 리튬 이온 전지{Prismatic can type lithium ion rechargeable battery}

도1은 본 발명의 각형 리튬 이온 전지의 일 실시예에서의 전극 조립체, 캔 및 캡 조립체의 구성을 나타내는 정단면도의 상부,

도2는 본 발명에 따라 각형 전지의 최대면적면 가운데 하나에 안전벤트를 이루는 취약부와 본 발명의 변형 방지부가 형성된 일 실시예를 나타내는 정면도이고,

도3은 도2의 안전벤트 및 변형 방지부가 함께 형성된 부분에서의 캔 벽체에 대한 횡단면도,

도4는 본 발명 일 실시예에서 안전벤트 취약부가 파단되는 현상을 설명하기 위한 캡 플레이트 및 캔 벽체에 대한 종단면도,

도5는 도2의 실시예에서 각형 캔 최대면적면의 최대변형부 개념을 고려하여 안전벤트를 설치한 상태를 나타내는 정면도,

도6은 각형 전지의 최대 변형부를 점선으로 나타내는 정면도,

도7 내지 도11은 본 발명의 다른 실시예들에서의 다양한 변형 방지부와 취약부가 형성된 형태를 나타내는 정면도들이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10:캔 30,130: 전극단자

140: 캡 플레이트 150: 변형 방지부

160: 안전 벤트 170: 변형 촉진부

본 발명은 각형 리튬 이온 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내압 증가시 안전 벤트의 작동의 신뢰성을 높일 수 있는 각형 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다.

전자 기기의 발달과 함께 부품의 소형화가 가능해지면서 이동형 전자 기기들이 많이 개발되고 있다. 이런 이동형 전자 기기의 전원으로 전지가 사용된다. 전지 가운데 이차 전지는 충전을 통한 재사용이 가능하므로 경제성이 높고, 소형 고용량화도 가능한 이차 전지들이 개발되면서 많이 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 부피 및 질량에 비해 많은 에너지를 축적할 수 있어서 이동용 전자 전기 기기의 전원으로 많이 사용되고 있다.

리튬 이차 전지는 근래에 파우치형으로도 많이 생산되고 있으나, 양극과 음극 그리고 이들 두 전극 사이에 있는 세퍼레이터를 가지는 전극조립체가 전해액과 함께 금속 캔에 수용되어 이루어지는 경우가 많다. 캔형 이차 전지의 경우, 용량을 위주로 하는 원통형과 부피 감축과 휴대성을 높이기 위해 얇은 두께로 형성이 가능한 각형으로 다시 나뉠 수 있다.

리튬 이온 전지는 대개 양극 활물질로 리튬 이온의 흡장 탈리가 가능한 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬, 또는 코발트, 니켈, 망간 가운데 적어도 둘을 포함하는 고용체의 산화물의 리튬염을 사용한다. 음극 활물질로는 역시 리튬 이온의 흡장과 탈리가 가능한 다양한 탄소 구조체가 사용될 수 있으며, 이들 두 전극 활물질은 바인더, 용매, 도전제 등과 슬러리 형태로 만들어져 집전체 표면에 코팅되어 전극을 형성하게 된다.

두 전극 사이에는 단락을 방지하는 세퍼레이터가 설치되고, 전지 형성을 위해서는 두 전극 사이에서 리튬 이온을 매개하여 전지에 전류가 흐르도록 하는 전해질이 필요하다.

그런데, 리튬 전지는 높은 충방전 동작 전압을 가지며, 높은 전압이 인가된 상태에서 전해질과 전극 물질 사이에 부반응이 이루어거나, 동작중의 열 발생에 의해 고온에서의 전해질이나 전극 물질의 부반응이 이루어질 수도 있다. 그 결과 가스가 발생하여 전지의 내압을 높여 전지를 팽창시킬 수 있다. 또한, 흑연 음극의 경우, 리튬 이온을 흡장하는 충전시 부피가 증가되어 전극조립체 및 전지의 팽창을 가져온다.

가스 발생 및 내압 증가는 전지 내의 이상 반응에 의한 경우가 많으며, 이런 이상 반응이 지속적으로 이루어지거나, 일정 수준 이상으로 이루어지면 전지의 폭발 위험이 생기고, 안전성을 떨어뜨린다. 따라서, 이상 반응이 발생할 때의 일정 이상의 내압 증가가 이루어지면 이런 현상을 이용하여 전지가 작동을 차단하도록 안전 벤트와 같은 안전 장치를 설치한다.

가령, 과충전을 방지하기 위해서 비페닐류나 알킬벤젠류를 첨가한 전해액이 사용되는 경우, 이들 첨가제는 과충전시 전압에 의해 전해액보다 먼저 분해되면서 가스를 발생시키거나, 폴리머를 형성하게 된다. 발생된 가스는 내압을 상승시키고 캔이나 캡 플레이트 일부에 취약부인 안전 벤트를 설치하면 내압 상승은 안전 벤트를 파열시켜 가스가 빠지도록 하여 폭발을 방지하게 된다.

양극에 코발트산 리튬을 형성하면서 재료가 되는 탄산 리튬을 화학양론상 과승으로 첨가할 때에도 잔류 탄산 리튬은 고전압에서 분해되면서 탄산 가스를 방출하여 안전 벤트를 작동시킬 수 있다.

안전 벤트는 너무 쉽게 동작할 경우, 외부의 사소한 충격에도 파열되어 전지를 폐기하도록 하는 문제가 있다. 한편, 쉽게 터지지 않거나, 늦게 터질 경우에는 열폭주와 발화, 폭발로 이어지는 안전상의 심각한 문제를 야기시킬 수 있다.

따라서, 외부의 단순 충격에 의해서는 쉽게 터지지 않고 내압의 상승에 의해 정확한 내압 범위에서 작동하는 안전 벤트가 요구된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 안전 벤트 형성 상의 문제점을 해결하기 위한 하나의 구성을 가진 각형 리튬 이온 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 내압에 의한 각형 전지의 캔 변형이 일어날 때 변형력을 집중시켜 쉽게 파열됨으로써 리튬 이온 이차 전지의 안전성을 높일 수 있는 각형 리튬 이온 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 각형 리튬 이온 전지는,

전극 및 세퍼레이터가 적층되거나, 적층 권취되어 이루어지는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 각형 캔, 전극 조립체가 삽입되는 입구가 되는 각형 캔의 상단 개구부를 마감하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 각형 리튬 이온 전지에서, 캔의 최대면적면의 한 변 중앙부에 인접한 위치에 취약부를 가지는 안전 벤트가 형성되고, 취약부 아래쪽으로는 상기 변과 수직한 방향으로 길게 형성되는 변형 방지부가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 취약부는 적어도 일부에서 변과 평행한 부분을 가지는 것이 바람직하며, 캔 벽체에 홈을 형성하여 얇은 두께를 가지도록 하는 방법으로 이루어질 수 있다. 또한, 취약부는 변에 인접하므로 적어도 최대면적면의 중앙보다 가까이 설치된다.

취약부는 전지 길이 방향인 두 부분의 수직 취약부와 이들 수직 취약부의 상단을 연결하는 연결 취약부로 나뉠 수 있으며, 연결 취약부는 거시적으로 수평으로 형성된다고 볼 수 있다. 취약부의 구체적인 형태로는 인접한 변과 나란한 것이거나, 변을 향해 볼록하게 튀어나오는 반원형이나 포물선, ∩형태, 혹은 ㄷ자를 열린 부분이 최대면적면의 중앙을 향하고 폐쇄된 부분이 변을 향하는 형태일 수도 있다.

본 발명의 변형 방지부는 취약부 아래쪽으로 캔 최대면적면 벽체에 길이 방향으로 형성되는 산이나 골을 적어도 하나 형성하여 이루어질 수 있으며, 길이 방 향으로의 구부림 변형을 방지하는 굴곡선이나 다른 형태도 가능하다.

취약부와 변형 방지부는 변형 방지부의 산이나 골이 바로 취약부의 하측부터 시작되도록 할 수도 있으나, 이런 경우, 캔 형성 단계에서 취약부의 파열이 발생하기 쉬우므로 취약부와 절곡부의 시작 부분은 일정 간격, 가령, 0.5 내지 5mm 이격되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 취약부는 캔의 최대면적면의 한 변 양 측의 모서리 및 그 변에 근접한, 내압 상승시 상대적으로 변형이 큰 부분을 연결하여 이루어지는 최대변형부의 중간에 형성될 수 있다. 이때, 최대변형부 보다 상기 변 쪽에 가까운 위치에 안전벤트 절개선 적어도 일부가 형성되고, 상기 취약부의 양측에는 상기 최대변형부를 따라 변형 촉진부가 형성되도록 할 수도 있다.

본 발명에서 취약부가 형성되는 최대면적면의 일 변은 각형 캔의 개구부를 마감하는 캡 플레이트가 위치하는 측변이거나, 캔 저면 쪽의 측변일 수 있다.

본 발명에서 안전벤트는 단일한 취약부만으로 구성될 수 있으며, 이때 '취약부'는 '안전벤트'와 대체적으로 사용될 수 있지만, 통상, 안전벤트는 취약부와 다른 가능한 요소들, 복수의 취약부를 포괄하는 총괄 개념으로, 기능적인 측면에서 주로 사용하기로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 각형 리튬 이온 전지는,

전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 각형 캔과, 상기 전극조립체를 수용하도록 이루어진 상기 각형 캔의 상단 개구부를 마감하는 캡 조립체를 구비하며, 상기 각형 캔의 마주보는 두 최대면적면 가운데 적어도 하나는, 중앙부에 형성 되는 변형 방지부와, 상기 변형 방지부 및 상기 최대면적면의 외곽선 사이에 형성된 취약부를 가지는 안전벤트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이때, 취약부는 상기 변형 방지부의 상기 최대면적면의 중앙을 기준으로 할 때의 일 외측단을 외측에서 일부 둘러싸는 개곡선으로 이루질 수 있고, 특히 개곡선은 외측단을 평면각으로 180도 이상 둘러싸는 것일 수 있다. 취약부는 복수 개의 외측단에 대해 대응되는 복수 개로 형성될 수 있다.

변형 방지부는 최대면적면의 중앙부에 형성되어도 반드시 중앙부에 대칭적으로 형성될 필요는 없으며, 최대면적면의 중앙을 기준으로 볼 때 중앙부의 한 쪽으로, 가령, 캡 플레이트와 연결되는 상변쪽으로 치우쳐 형성될 수 있다.

한편, 변형 방지부의 외측단은 최대면적면의 중앙에서 임의의 방향으로 볼 때 그 방향으로 변형방지부를 이루는 부분 중 가장 외측에 있는 부분을 의미한다. 가령, 변형 방지부가 최대면적면의 중앙을 커버하는 4각 딤플 형태를 이룰 때 딤플의 변이나 모서리는 모두 변형 방지부의 외측단을 이룬다고 볼 수 있다.

또한 취약부는 벽체에 노치 구조로 이루어지는 것일 수 있다.

외측단은 최대면적면의 장축 방향 혹은 대각선 방향의 외측단인 것이 변형력을 지례의 원리로 집중시키는 데 효과적이다.

구체적으로 취약부는 최대면적면에서 중앙보다, 캡 조립체와 연결된 부분과 인접한 위치에 최대면적면의 장축을 가로지르도록 형성되고, 변형 방지부는 장축과 평행한 방향으로 길게 최대면적면의 벽체에 형성되는 굴곡선을 포함하여 이루어지는 것일 수 있다. 굴곡선은 하나 이상으로, 벽체에 주름을 형성하거나, 프레싱 가 공 등으로 꺾인 부분을 형성하여 이루어질 수 있다.

변형 방지부는 최대면적면 중앙부에 딤플 형태로 이루어질 수 있으며, 이때 딤플은 최대면적면의 벽체에 단차부를 형성하거나, 벽체 일부의 두께를 두껍게 형성하거나, 꺽인 부분을 형성하여 꺾인 부분의 양측에 있는 두 면이 각을 형성하도록 하는 방법으로 이루어질 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 각형 리튬 이온 전지의 일 실시예에서의 전극 조립체, 캔 및 캡 조립체의 구성을 나타내는 정단면도의 부분이다.

도 1을 참조하면, 리튬 이차 전지는 양극(13), 음극(15) 및 세퍼레이터(14)로 구성되는 전극조립체(12)를 전해액과 함께 캔(10)에 수납하고, 이 캔(10)의 상단부를 캡조립체(20)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 캡조립체(20)는 캡플레이트(40)와 절연플레이트(50)와 터미널플레이트(60) 및 전극단자(30)를 포함하여 구성된다. 상기 캡조립체(20)는 절연케이스(70)와 결합되어 캔(10)을 밀봉하게 된다.

캡플레이트(40)의 중앙에 형성되어 있는 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 전해액 주입공(42)을 통하여 전해액이 주입되고 전해액주입공(42)은 마개(43)에 의하여 밀폐된다. 상기 전극단자(30)는 상기 음극(15)의 음극탭(17) 또는 상기 양극(13)의 양 극탭(16)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.

도2는 본 발명에 따라 각형 전지의 최대면적면 가운데 하나에 안전벤트를 이루는 취약부와 본 발명의 변형 방지부가 형성된 일 실시예를 나타내는 정면도이고,

도3은 도2의 안전벤트 및 변형 방지부가 함께 형성된 부분에서의 캔 벽체에 대한 AA선에 따른 횡단면도이다.

도4는 본 발명 일 실시예에서 안전벤트 취약부가 파단되는 현상을 설명하기 위한 캡 플레이트 및 캔 중앙부 벽체에 대한 종단면도이다.

도2의 정면도에서, 직육면체형 캔(10)의 최대면적면 가운데 하나에 안전 벤트(160) 및 변형 방지부(150)가 설치되어 있다. 안전 벤트(160)는 캡 플레이트(140:본 도에서는 이 부분만 단면도 방식으로 표시함)와 결합된 최대면적면 상변의 전체 가운데 1/3 정도의 폭을 이루는, 즉, 상변을 대략 3등분 할 때 가운데 부분에 해당하는, 중앙부에서 아래쪽에 5mm 거리 이격된 부분에 위치한다.

안전벤트(160)는 ㄷ자형 취약부로 이루어지며, ㄷ자형 취약부의 열린 방향이 캔(10) 저면을 향하도록 이루어진다. 따라서, 안전 벤트(160)의 ㄷ자형 취약부 가운데 위쪽 수평 취약부는 최대면적면 상변과 나란하게 되며, 수평 취약부 대신에 변을 향해 볼록하게 튀어나오는 반원형 또는 포물선, ∩형태의 취약부도 가능하다.

위쪽 취약부의 1mm 정도 아래쪽에서부터 3개의 산으로 이루어진 변형 방지부(150)가 전지의 상하방향(길이 방향)으로 형성된다. 변형 방지부(150)의 길이는 각형 전지 최대면적면의 중앙부 이하까지 뻗어 있다. 따라서, 상하로 길게 형성된 산의 상부는 ㄷ자형 안전벤트(160)의 상하로 형성된 수직 취약부와 나란히 형성되 어 있다. 최대면적면 전체를 통해 변형은 길이 방향 중심축을 따라 가장 크게 이루어질 것이므로 변형 방지부(150)를 이루는 3개의 산들 중 가운데 있는 산은 최대면적면의 중심축과 일치하고 변형 방지부 전체는 중심축에 대해 좌우 대칭으로 형성되는 것이 바람직하다.

도3의 횡단면도를 참조하면, 안전벤트(160)의 취약부에서는 캔(10) 벽체의 다른 부분에 비해 두께를 0.05mm 이하로 얇게 노치를 형성하여 다른 부분에 비해 쉽게 터질 수 있게 되어 있다. 변형 방지부(150)의 산 구조는 캔(10) 벽체의 두께는 다른 부분과 비교하여 특별한 변화가 없는 상태로 굴곡만 이루어져 전지 길이방향으로 다른 캔 벽체 부분보다 쉽게 구부러지지 않을 것을 쉽게 알 수 있다.

직육면체 형태의 각형 캔은 내부에 가스가 발생하거나 전극 조립체가 충전에 따라 팽창하면, 전체적으로 내압에 의해 팽창하면서 최대면적면은 캔 외측으로 볼록한 형태가 되고, 다른 면들은 오히려 내측으로 볼록하게 되기 쉽다. 최대면적면에서도 부분적으로 변형되는 정도가 다르지만 전체적으로 도4의 형태와 같이 면적 중심이 볼록해지고, 주변은 다른 면들과 연결되어 있으므로 팽창이 되지 않는다.

도4와 같은 안전벤트(160)의 취약부 및 산 형태의 변형 방지부(150)가 형성된 최대면적면의 길이 방향으로 형성되는 중심선 부분에서의 종단면을 보면, 전지 상부면인 캡 플레이트(140) 면이나 저면과 연결되는 부분은 전지의 두께 방향으로의 팽창이 거의 이루어지지 못한다. 최대면적면의 중심 부분에서는 두께 방향으로 전지 외측으로 팽창하는 힘이 작용한다.

따라서, 최대면적면 벽체는 양단인 캔(10) 저면 및 캡 플레이트(140) 접속부 에서 벽체를 도면상의 아래쪽 및 양 측방으로 당기는 힘을 받고, 중심에서는 벽체를 위쪽으로 밀어내는 힘을 받아, 결과적으로 벽체를 길이 방향으로 구부리는 힘을 받는다고 볼 수 있다. 그런데, 길이 방향으로 형성된 산이나 골 구조는 내압의 작용에 의한 구부리는 힘에 대해 저항하고, 최대면적면 벽체에 평편한 형태를 유지하려는 힘을 작용시킨다. 내압에 의한 벽체를 길이 방향으로 구부리는 작용과 변형 방지부(150)의 평편한 상태를 유지하려는 힘은 변형 방지부(150)가 끝나는 지점에서 가장 강하게 서로 반대방향으로 작용하게 된다. 따라서 변형 방지부(150) 끝 부분에 취약부인 노치 형태의 절개예정선이 형성되면 쉽게 파열되어 안전 벤트(160)의 역할을 하게 된다.

안전 벤트(160)의 취약부에 미치는 힘은 지렛대의 작용점에 미치는 힘과 유사하게 생각할 수 있다. 가령, 벽체의 변형 방지부를 하나의 막대처럼 생각하면 ㄷ자형 취약부의 열린 부분을 이루는 두 끝점을 연결하는 가상의 연결선은 지렛대의 받침점처럼 작용하고, 막힌 부분을 이루는 수평 취약부는 작용점이 된다. 수평 취약부와 열린 부분의 두 끝점을 연결하는 가상의 연결선까지의 이격거리는 작용점과 받침점 사이의 거리와 같이 작용하여 벽체를 구부리는 힘은 작용점인 취약부에 증폭되어 미치게 된다. 이런 측면에서 ㄷ자형 취약부 가운데 변형 방지부의 산이나 골과 나란한 수직 취약부는 수평 취약부에 비해 길게 형성되는 것이 유리하다.

한편, 안전 벤트(160)의 수평 취약부를 변형 방지부(150)와 직접 닿도록 형성하면 취약부는 내압이나 외부 충격에 취약한 부분이므로 형성하는 과정에서 파열이 발생하기 쉽다. 따라서, 변형 방지부(150)는 수평 취약부로부터 일정 거리 이격 되게 형성하는 것이 안전하다.

도5는 도2의 실시예에서 각형 캔 최대면적면의 최대변형부 개념을 고려하여 안전벤트를 설치한 상태를 나타내는 정면도이다.

도5의 구성에서는 안전 벤트(160)나 변형 방지부(150)의 전반적 구성은 도2의 실시예와 같으나, 안전 벤트(160)가 최대면적면의 최대변형부를 고려하여 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 최대변형부의 캔 형성 단계에서 외관상 표시되는 것이 아니고, 시뮬레이션이나 실제 실험 등을 통해 얻을 수 있다. 최대변형부는 각형 캔을 캡 조립체로 밀봉한 전지 케이스 내에 압력을 증가시켜 스웰링 변형을 일으킬 때 상대적으로 변화가 큰 곳으로, 하나의 측변마다 그 측변 근방에서 하나의 연결된 선의 형태를 취하거나, 일정 폭의 띠 형태를 취할 수 있다. 개략적인 최대변형부의 형태는 도6의 점선과 같이 완만한 곡선에 가깝지만, 좌우 대칭을 이루도록 한 번 이상 꺾어진 선분의 형태로 볼 수도 있다.

여기서 ㄷ자형 안전벤트의 가운데의 막힌 부분을 이루는 수평 절개선을 이 최대변형부에서 변 쪽으로 가령, 5mm 치우치게 위치하도록 하고, 변형 방지부(150)가 최대변형부를 가로지르도록 한다. 변형 방지부(150) 끝단과 수평 취약부는 안전 벤트(160)나 변형 방지부(150)의 형성 단계에서의 수평 취약부의 파열을 막기 위해 0.5 내지 1mm 이격 형성한다. 이때, 수평 취약부와 최대변형부의 이격 거리가 너무 멀어지면 내압에 의한 변형력과 변형 방지부에 의해 변형을 방지하는 힘이 이격 거리에 걸쳐 분산되어 수평 취약부 파열이 쉽게 이루어지지 않을 수 있다.

안전 벤트(160) 양측으로는 최대 변형부를 따라 변형 촉진부(170)가 설치될 수 있다. 변형 촉진부(170)는 최대변형부와 실질적으로 같거나 밀접한 위치에 있어서 캔 내압에 의해 변형이 이루어질 경우, 쉽게 꺾이는 형태가 되도록 하면, 안전벤트가 형성된 부분에는 양 측의 변형 촉진부(170)를 연결하는 선을 따라 캔(10)의 벽체가 꺾이도록 하는 힘이 집중적으로 작용하게 된다.

그러나, 변형 촉진부(170)를 연결하는 선(가령,도5의 AA) 상에는 변형 촉진부와 같은 쉽게 꺾이는 구성이 없고, 오히려 변형을 방지하는 변형 방지부가 가로지르게 되므로 변형 방지부를 통해 안전 벤트(160)의 취약부에 미치는 힘을 더욱 집중시키는 역할을 할 수 있다.

도7 내지 도11은 본 발명의 다른 측면에서의 실시예들을 나타낸다.

도7을 보면, 취약부는 수평취약부(165)만으로 되고 그 아래쪽에 굴곡선(155) 2개가 형성되어 있다. 굴곡선(155)은 도5의 변형 방지부(150)와 같은 역할을 한다. 굴곡선은 벽체에 주름을 형성하거나, 프레스 틀을 이용하여 부분적으로 꺽인 면을 형성하는 방법으로 이루어질 수 있다. 수평취약부(165)는 각형 캔(10)의 최대면적면에서 중앙보다 캡 조립체를 이루는 캡 플레이트(140)와 연결된 부분과 인접한 위치에 최대면적면의 장축(A)을 가로지르도록 형성된다.

도8을 참조하면, 취약부는 수평취약부(175)만으로 이루어지고, 그 아래쪽에 길이 방향으로 길게 형성된 직사각형의 딤플(180)이 형성되어 있다.

도9를 참조하면, 전체 취약부(260)는 ㄷ자형으로 수평취약부(265)와 수직취약부(267)로 이루어지고, 그 아래쪽에 변형 방지부로서 장축과 평행한 방향으로 길 게 직사각형 딤플(280)이 형성된다.

직사각형 딤플의 한 작은 변이 취약부의 ㄷ자의 열린부분을 이루는 두 수직취약부(267) 끝단을 연결한 가상선(269)보다 캡 조립체를 이루는 캡 플레이트(140) 쪽에 가깝게 위치하도록 취약부에 감싸진다.

도10을 참조하면, 취약부(360)는 최대면적면에서 중앙보다 캡 플레이트(140)와 연결된 부분과 인접한 위치에 최대면적면의 장축을 가로지르도록 형성되며, 변형 방지부는 장축과 평행한 방향으로 길게 마름모꼴 딤플(380)로 이루어진다.

이때, 취약부는 닫힌 부분이 상기 캡 플레이트(140)를 향하는 V자형으로 형성되고, 마름모꼴 딤플의 캡 플레이트쪽 모서리가 취약부(360)의 V자의 열린부분을 이루는 두 단부를 연결한 가상선(369)보다 캡 플레이트(140) 쪽에 가깝게 위치하도록 하여 취약부에 감싸지도록 한다.

도11을 참조하면, 변형 방지부는 장축과 평행한 방향으로 길게 최대면적면의 벽체에 형성되는 직사각형 딤플(480)로 이루어지며, 취약부(460)는 직사각형 딤플(480)의 캡 플레이트(140)쪽 두 모서리(481) 외측에 꺽인 선분 형태로 두 모서리(481)를 감싸도록 형성된다.

이상 도8 내지 도11의 실시예들에서 딤플들은 변형방지부를 이루어 스웰링 변형시 최대면적면이 부풀어오르는 것을 방지하면서 동시에 도5의 변형 방지부(150)와 같은 지레 역할을 하여 안전벤트를 이루는 취약부가 파열되도록 힘을 증폭하는 역할을 한다.

본 발명에 따르면, 내압에 의한 각형 전지의 캔 변형이 일어날 때 최대면적면에 형성된 안전 벤트에서 취약부 양쪽으로 작용하는 힘을 집중시켜 쉽게 취약부가 파열되도록 함으로써 폭발이나, 발화를 방지하고, 각형 리튬 이온 전지의 안전성 및 신뢰성을 높일 수 있게 한다.

Claims (21)

1. 전극조립체와

   상기 전극조립체가 수용되는 각형 캔과

   상기 전극조립체를 수용하도록 이루어진 상기 각형 캔의 상단 개구부를 마감하는 캡 플레이트를 가진 캡 조립체를 구비하며,

   상기 각형 캔의 마주보는 두 최대면적면 가운데 적어도 하나는, 중앙부에 형성되는 변형 방지부와, 상기 변형 방지부 및 상기 최대면적면의 외곽선 사이에 형성된 취약부를 가지는 안전벤트를 구비하는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 취약부는 상기 변형 방지부의 상기 최대면적면의 중앙을 기준으로 할 때의 일 외측단을 외측에서 일부 둘러싸는 개곡선을 이루는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 외측단은 상기 최대면적면의 장축 방향 혹은 대각선 방향의 외측단인 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 취약부는 상기 최대면적면의 벽체에 노치 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 개곡선은 상기 외측단을 평면각으로 180도 이상 둘러싸는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 취약부는 상기 최대면적면에서 중앙보다 상기 캡 조립체와 연결된 부분과 인접한 위치에 상기 최대면적면의 장축을 가로지르도록 형성되며,

   상기 변형 방지부는 상기 장축과 평행한 방향으로 길게 상기 최대면적면의 벽체에 형성되는 굴곡선을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 취약부는 ㄷ자 형태로 형성되고, 상기 ㄷ자의 닫힌 부분이 상기 캡 조립체를 향하도록 형성되며,

   상기 굴곡선의 한 단부는 상기 ㄷ자의 열린부분을 이루는 두 단부를 연결한 가상선보다 상기 캡 조립체 쪽에 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 취약부는 상기 최대면적면에서 중앙보다 상기 캡 플레이트와 연결된 부분과 인접한 위치에 상기 최대면적면의 장축을 가로지르도록 형성되며,

   상기 변형 방지부는 상기 장축과 평행한 방향으로 길게 상기 최대면적면의 벽체에 형성되는 직사각형 딤플로 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 취약부는 ㄷ자 형태로 형성되고, 상기 ㄷ자의 닫힌 부분이 상기 캡 조립체를 향하도록 형성되며,

   상기 직사각형 딤플의 한 작은 변이 상기 ㄷ자의 열린부분을 이루는 두 단부를 연결한 가상선보다 상기 캡 플레이트 쪽에 가깝게 위치하도록 상기 취약부에 감싸지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 취약부는 상기 최대면적면에서 중앙보다 상기 캡 플레이트와 연결된 부분과 인접한 위치에 상기 최대면적면의 장축을 가로지르도록 형성되며,

    상기 변형 방지부는 상기 장축과 평행한 방향으로 길게 상기 최대면적면의 벽체에 형성되는 마름모꼴 딤플로 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
11. 제 10에 있어서,

    상기 취약부는 닫힌 부분이 상기 캡 플레이트를 향하는 V자형으로 형성되고,

    상기 마름모꼴 딤플의 상기 캡 플레이트 쪽 모서리가 상기 취약부의 V자의 열린부분을 이루는 두 단부를 연결한 가상선보다 상기 캡 조립체 쪽에 가깝게 위치하도록 상기 취약부에 감싸지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 변형 방지부는 상기 장축과 평행한 방향으로 길게 상기 최대면적면의 벽체에 형성되는 직사각형 딤플로 이루어지며,

    상기 취약부는 직사각형 딤플의 상기 캡 플레이트 쪽 두 모서리 외측에 꺽인 선분 형태로 상기 두 모서리를 감싸도록 형성됨을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
13. 제 8 항 내지 제 12 항 가운데 어느 한 항에 있어서,

    상기 딤플은 상기 최대면적면의 벽체에 단차부를 형성하거나, 상기 벽체의 두께를 부분적으로 두껍게 형성하거나, 상기 최대면적면을 부분적으로 꺾어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
14. 전극 및 세퍼레이터가 적층되거나, 적층 권취되어 이루어지는 전극 조립체,

    상기 전극 조립체를 수용하도록 상단에 개구부를 가지는 각형 캔,

    상기 개구부를 마감하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 각형 리튬 이온 전지에서,

    상기 캔의 최대면적면의 한 변 중앙부에 인접한 위치에 취약부를 가지는 안전 벤트가 형성되고,

    상기 취약부 아래쪽으로는 상기 변과 수직한 방향으로 길게 형성되는 변형 방지부가 설치되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 취약부는 적어도 일부에서 상기 변과 평행한 부분을 가지는 것는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 변형 방지부는 상기 취약부 아래쪽으로 상기 최대면적면 길이 방향으로 형성되는 산이나 골을 적어도 하나 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
17. 제 14 항에 있어서,

    상기 취약부는 두 부분의 수직 취약부와 이들 수직 취약부 상단을 연결하는 연결 취약부를 구비하며,

    상기 변형 방지부는 상기 연결 취약부와 0.5 내지 5mm 이격되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
18. 제 14 항에 있어서,

    상기 취약부는 상기 최대면적면의 상기 변 양 측의 모서리 및 상기 변에 근접한, 내압 상승시 상대적으로 변형이 큰 부분을 연결하여 이루어지는 최대변형부의 중간에 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 최대변형부보다 상기 변 쪽에 가까운 위치에 상기 취약부의 적어도 일부가 형성되고, 상기 취약부의 양측에는 상기 최대변형부를 따라 변형 촉진부가 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
20. 제 14 항에 있어서,

    상기 변은 상기 캡 조립체를 이루는 캡 플레이트와 연결된 변이거나, 상기 캔의 저면과 연결된 변인 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.
21. 제 17 항에 있어서,

    상기 연결 취약부는 상기 변과 나란한 것,

    상기 변을 향해 볼록하게 튀어나오는 반원형 또는 포물선,

    ∩형태,

    ㄷ자의 열린 부분이 상기 최대면적면의 중앙을 향하고 폐쇄된 부분이 상기 변을 향하는 형태 가운데 하나인 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이온 전지.

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