KR20080050642A - 용량이 증가된 원통형 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, 전지 내부에서의 고압 발생시 파열되면서 고압 가스를 배출하는 소정의 노치가 형성되어 있는 원판 형상의 안전벤트 상에, 중공부를 가진 PTC 소자(positive temperature coefficient element)가 탑재되어 있고, 상기 PTC 소자가 접하는 안전벤트의 해당 부위는 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 전지의 용량을 증가시킬 수 있는 캡 어셈블리를 제공한다.

Description

용량이 증가된 원통형 전지 {Cylindrical Battery of Increased Capacity}

도 1은 원통형 이차전지의 상부 구조를 보여주는 단면 모식도이다;

도 2는 도 1의 전지에 사용되는 안전벤트의 사시도이다;

도 3a는 도 1의 전지에 사용되는 전류차단부재의 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 절단선(A-A)에 따른 단면도이다;

도 4a 내지 4c는 도 1의 전지 내부에서 가압 가스가 발생하였을 때의 작동 과정을 보여주는 단면 모식도들이다;

도 5는 종래기술에 따른 캡 어셈블리의 상부 구조에 대한 부분 단면 모식도이다;

도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 캡 어셈블리의 상부 구조에 대한 부분 단면 모식도이다.

본 발명은 용량이 증가된 원통형 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 젤 리-롤이 내장되어 있는 원통형 캔에 탑재되는 캡 어셈블리에서, 안전벤트 상에 PTC 소자와 탑 캡을 순차적으로 실장하여 캡 어셈블리를 구성할 때, PTC 소자가 접하는 안전벤트의 부위를 상대적으로 얇게 만들어, 동일 규격 대비 전지 용량을 증가시킨 원통형 전지에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.

그러나, 전지의 충방전시 젤리-롤형 전극조립체는 반복적인 팽창과 수축을 겪으면서 변형되는 경향이 있고, 이러한 과정에서 응력이 중심부로 집중되어 전극이 분리막을 뚫고 금속 센터 핀에 접촉됨으로써 내부단락이 유발하는 경향이 있다. 상기 내부 단락으로 인한 발열에 의해 유기 용매가 분해되어 가스가 발생하고, 전지 내의 가스압 상승에 의해 전지가 파열될 수 있다. 이러한 전지 내부의 가스압 상승은 외부 충격에 의해 내부 단락이 발생하였을 때에도 일어날 수 있다.

상기와 같은 전지의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 원통형 전지의 캡 어셈블리에는 안전벤트, PTC 소자, 전류차단소자(Current Interrupt Device: CID) 등의 안전 소자들이 다수 설치되어 있다. 이들 안전 소자들은 다양한 원인에 의해 손상될 수 있는 전지의 안전성을 해결하고 있는 반면에, 전지의 용량 감소를 초래하는 주요 원인으로 작용한다.

구체적으로, 원통형 전지의 충방전 용량은 동일한 규격의 외형 크기에서 캔에 내장된 젤리-롤의 크기에 좌우되므로, 다수의 안전 소자들이 탑재됨으로 인해 캡 어셈블리의 두께가 증가하게 되면, 동일 규격 대비 젤리-롤의 크기 감소가 불가피하다. 따라서, 전지의 안전성을 확보하면서 전지 용량을 증대시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

이와 관련하여, 한국 등록특허 제0573103호는 이차전지의 캡 어셈블리에서 캡 커버와 전류 제한기의 절개부에 서포트 플레이트에서 연장된 체결부를 위치시켜 종래의 서포트 플레이트의 하부를 지지하던 가변 플레이트의 두께를 제거하여 전지의 용량을 증대시키는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 원통형 이차전지의 캡 어셈블리가 캡 커버, 전류 제한기, 가변 플레이트 및 서포트 플레이트의 4중 구조로 형성되어 있어서, 본원발명의 상단 캡, PTC 소자 및 안전벤트로 구성되는 3중 구조에 비해 기본적으로 두께가 크기 때문에 전지의 용량 증대 측면에서 한 계가 있으며, 재료비 또한 증가한다는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 원통형 전지의 제조시, 젤리-롤이 내장되어 있는 원통형 캔에 탑재되는 캡 어셈블리의 안전벤트 상에 PTC 소자와 탑 캡을 순차적으로 실장하여 캡 어셈블리를 구성하는 구조에서, PTC 소자가 접하는 안전벤트의 부위를 상대적으로 얇게 만드는 경우, 이들 안전소자들의 작동에 영향을 미치지 않으면서 동일 규격 대비 전지 용량을 증가시킬 수 있는 이점을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, 전지 내부에서의 고압 발생시 파열되면서 고압 가스를 배출하는 소정의 노치가 형성되어 있는 원판 형상의 안전벤트 상에, 중공부를 가진 PTC 소자(positive temperature coefficient element)가 탑재되어 있고, 상기 PTC 소자가 접하는 안전벤트의 해당 부위는 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.

일반적으로, 동일한 규격의 외형 크기를 가진 원통형 이차전지에서 전지의 충방전 용량은 앞서 설명한 바와 같이 전지 캔에 내장된 젤리-롤의 크기에 의해 좌우되는 바, 상기 원통형 이차전지의 캡 어셈블리는 PTC 소자와 접하는 안전벤트의 해당 부위가 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 있어서, 상기 줄어든 안전벤트의 두께에 대응하는 체적만큼 전지용량은 증대하게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 안전벤트의 두께는 안전벤트의 소재에 따라 달라질 수 있으므로 특별히 한정되지는 않으나, 바람직하게는 0.15 내지 0.4 mm일 수 있다. 상기 안전벤트의 두께는 안전벤트의 기계적 강성, 탄성력 등에 영향을 미치며, 안전벤트의 두께가 두꺼워질수록, 상기 안전벤트가 전지케이스 내부에서 차지하는 공간이 커지면서 전지의 용량이 감소할 수 있다. 반대로, 안전벤트의 두께가 너무 얇을 경우 소망하는 기계적 강성 등을 나타내지 못하고 약한 외부 충격에 의해서도 파괴될 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 안전벤트는 소재의 두께가 두꺼울수록 높은 기계적 강성을 지닐 수 있지만 상기와 같은 문제점이 발생할 수 있으므로, 이러한 점들을 복합적으로 고려하여 상기 범위내에서 적절히 결정할 수 있다.

또한, PTC 소자가 접하는 안전벤트 부위의 두께는 전지의 내압 증가시 상부로 역전 변형되면서 고압가스를 배출하는 역할을 수행할 수 있는 범위라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 안전벤트 두께를 기준으로 20% 내지 50%일 수 있다. 상기 PTC 소자가 접하는 안전벤트 부위의 두께가 안전벤트의 두께를 기준으로 20% 미만인 경우 앞서 설명한 바와 같이 소정의 기계적 강성을 발휘할 수 없고, 반대로 50%를 초과하는 경우 소망하는 전지 용량의 증대를 기대할 수 없으므로 바람직하지 않다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 캡 어셈블리는 안전벤트 및 PTC 소자와, 하나 이상의 가스 배출구가 형성되어 있는 탑 캡의 적층 구조로 이루어져 있고, 그것의 외주면에 가스켓이 장착되어 있어서, 안전벤트는 전지의 내압 증가시 상부로 역전 변형되면서 고압 가스를 배출하고, PTC 소자는 전지의 온도상승시 저항이 크게 증가하면서 전류를 차단함으로써 전지의 안전성을 크게 향상시키는 구조일 수 있다.

상기 안전벤트는, 바람직하게는, 중앙이 하향 만입된 형상으로 되어 있고, 상기 만입부를 형성하는 상절곡 부위 및 하절곡 부위에는 각각 제 1 노치 및 제 2 노치가 형성되어 있으며, 상기 제 1 노치는 폐곡선을 이루고 있고, 하부에 형성되는 제 2 노치는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있으며, 제 2 노치는 제 1 노치 보다 깊게 파여 있고, 상기 안전벤트의 하단에는 전지 내부의 압력 상승시 파열되어 전류를 차단하는 전류차단부재가 설치되어 있는 구조일 수 있다.

따라서, 전지 내부의 압력이 비정상적으로 상승하면, 가압된 가스는 전류차단부재의 관통구 및 관통홀을 통과하여 안전벤트에 압력을 가하게 되고, 그러한 압력에 의해 안전벤트의 하향 만입부가 들려 올려지면서 상기 만입부에 용접 부착되어 있는 돌출부가 일정한 압력(이하에서는, "제 1 임계 압력"으로 약칭함) 이상에서 전류차단부재로부터 용이하게 분리되어 전류차단부재로부터 안전벤트로의 통전을 차단하게 된다. 그러한 전류의 차단에도 불구하고 계속적으로 압력이 상승하여 일정한 수준(이하에서는, "제 2 임계 압력"으로 약칭함) 이상이 되면, 상기 안전벤 트의 제 2 노치가 절취되면서 내부의 가압 가스가 상단 갭의 구멍을 통해 외부로 배출되게 된다.

상기 전류차단부재는 가스의 배출을 위한 하나 또는 그 이상의 관통구를 포함하고 있고, 안전벤트의 만입부의 하단에 용접 부착되어 있는 상향 돌출된 돌출부가 중앙에 형성되어 있으며, 젤리-롤의 양극에 연결되어 있는 양극 리드가 상기 돌출부를 제외한 부위의 하단면을 통해 전기적으로 연결되어 있고, 상기 돌출부를 중심으로 동심원상으로 3 내지 5 개의 관통홀과 상기 관통홀을 연결하며 노치가 형성되어 있는 브릿지가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

본 발명은 또한 상기 방법으로 제조된 캡 어셈블리를 포함하고 있는 원통형 이차전지를 제공한다.

일반적으로 젤리-롤형 전극조립체의 양극 호일에 용접되어 있는 양극 탭은 캡 어셈블리에 용접되어 전지 상단의 돌출 단자에 연결되며, 음극 호일에 용접되어 있는 음극 탭은 전지케이스(원통 캔)의 하단에 용접되어 캔 자체가 음극 단자를 구성한다. 이와 같은 탑재가 이루어진 상태에서 전해액이 주입되고, 캔의 개방 상단을 밀봉하면 원통형 전지가 완성된다. 상기 원통형 캔의 소재는, 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는, 스테인리스 스틸, 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 전지는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 그러한 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분 리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 상기 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.

상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.

양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 양극 활물질로서의 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 바인더를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 음극 활물질로서 탄소 활물질과 도전재 및 바인더를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 원통형 이차전지의 상부 구조를 보여주는 부분 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전지(100)는 캔(200)의 내부에 발전소자로서의 전극조립체(300)를 삽입하고 여기에 전해액을 주입하며, 캔(200)의 상단 개구부에 캡 어셈블리(400)를 장착함으로써 제조된다.

캡 어셈블리(400)는 캔(200)의 상부 비딩부(210)에 실장되는 기밀유지용 가스켓(500) 내부에 상단 캡(410)과 과전류를 차단하기 위한 PTC 소자(420) 및 내부 압력 저하를 위한 안전벤트(430)가 밀착되어 설치된다. 상단 캡(410)은 중앙이 상향 돌출되어 있어서 외부 회로와의 접속에 의한 양극 단자로서의 역할을 수행한다. 안전벤트(430)는 그것의 하단이 전류차단부재(440) 및 양극리드(310)를 통해 발전소자(300)의 양극에 연결되어 있다.

안전벤트(430)는 도전성의 얇은 판재로서, 그것의 중앙부는 하향 만입부(432)를 형성하고 있고, 만입부(432)의 상절곡 및 하절곡 부위에는 각각 깊이를 달리하는 2 개의 노치들이 형성되어 있다. 도 2에서 보는 바와 같이, 노치 중 상부에 형성되는 제 1 노치(434)는 폐곡선을 이루고 있고, 하부에 형성되는 제 2 노치(436)는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있다. 또한, 제 2 노치(436)의 결 합력은 제 1 노치(434)의 결합력보다 작게 만들어지므로, 제 2 노치(436)는 제 1 노치(434)보다 깊게 파여 있다. 즉, 제 2 노치(436)는 제 1 노치(434)보다 깊게 형성되어 있어서, 제 2 임계 압력 이상의 가압 가스가 안전벤트(430)를 압박할 때, 제 2 노치(436)가 절취되게 된다. 반면에, 제 1 노치(434)는 제 2 임계 압력 이하의 가압 가스가 안전벤트(430)에 작용할 때 제 2 노치(436)와 함께 작용하여 만입부(432)가 들려 올려질 수 있게 한다.

전지 내부에서 임계치 이상으로 되었을 때 전류를 차단하는 전류차단부재(440)는 도전성 판재로서 안전벤트(430)의 하방에 설치되어 있다. 바람직하게는, 전류차단부재(440)의 재질은 안전벤트(430)와 동일한 재질로 이루어져 있고, 보조가스켓(510)은 전류차단부재(440)와 안전벤트(430)가 통전되는 것을 막을 수 있도록 폴리프로필렌 계열의 재질로 이루어져 있다.

또한, PTC 소자(도시하지 않음)가 접하는 안전벤트(430)의 부위(438)는 다른 부위보다 얇게 형성되어 있다.

도 3a에는 본 발명에 따른 전류차단부재(440)의 일례가 도시되어 있는 바, 이를 참조하면, 전류차단부재(440)에는 측면을 따라 가스가 배출되는 관통구들(441)이 다수 형성되어 있고, 중앙에는 상향 돌출된 돌출부(442)가 형성되어 있으며, 돌출부(442)를 중심으로 동심원 상으로 3 개의 관통홀(443)과, 관통홀(443)을 연결하는 3 개의 브릿지(444)가 대칭적으로 형성되어 있다. 돌출부(442)는 안전벤트(430)의 만입부(432) 하단에 용접되어 있다. 도 3b에서 보는 바와 같이, 브릿지(444)에는 노치(445)가 형성되어 있어서, 전지 내부에 제 1 임계치 이상으로 가압된 가스가 안전벤트(430)에 가해질 때, 만입부(432)가 들어 올려지면서 만입부(432)에 용접되어 있는 돌출부(442)는 노치(445)가 절취되면서 전류차단부재(440)의 본체로부터 분리되게 된다.

도 4a 내지 4c에는 상기 구조의 작동원리가 도시되어 있다.

도 4a를 참조하면, 전지의 비정상적인 작동에 의해 발생된 가스에 의해 전지내부 압력이 상승하게 되면, 상기 가압 가스는 전류차단부재(440)에 형성되어 있는 관통구(441)와 관통홀(443)을 통해 빠져나가 안전벤트(430)에 압력을 가하게 된다. 가스의 압력이 제 1 임계 압력 이상이 되면, 안전벤트(430)를 가압하는 가스의 압력에 의해 안전벤트(430)의 하향 만입부(432)는 상방향으로 들어 올려지게 된다. 이때, 만입부(432) 밑면에 용접부착되어 있는 전류차단부재(440)의 돌출부(442)는 그것의 노치(445)가 절취되면서 도 4b에서와 같이 전류차단부재(440)에서 분리되어 만입부(432)와 함께 들어올려지게 되어 통전이 단절되게 된다.

이와 같이, 안전벤트(430)의 만입부(432)가 위로 들어올려질 수 있는 것은 안전벤트(430)에 형성되어 있는 제 1 노치(434) 및 제 2 노치(436) 때문으로, 가스 압력에 의해 만입부(432)의 상절곡 및 하절곡 부위를 형성하는 노치 부분이 유연하게 휘어지면서 하향 절곡되어 있던 만입부(432)를 위로 들어올리게 되는 것이다. 따라서, 최초 전류차단부재(440)와 안전벤트(430)와 PTC 소자(420) 및 상단 캡(410)으로 연결되어 통전되던 전류가 안전벤트(430)에 부착된 돌출부(442)가 전류차단부재(440)로부터 이탈되어 떨어지면서 전류가 차단되게 되는 것이다.

일차적으로 전류를 차단시킨 후에도 추가 가스발생이 있는 경우에는 증가된 가스압력에 의해 안전벤트(430)가 지속적으로 힘을 받게 되고, 상기 가스압이 제 2 임계 압력 이상이 되면, 도 4c에서와 같이, 안전벤트(430)의 제 2 노치(436)가 파단되면서 전지 내부의 가스를 외부로 배출시키게 된다. 즉, 안전벤트(430)에 형성되어 있는 하절곡 부위의 제 2 노치(436)가 전지 내부의 가스압력을 견디지 못하고 파단되면서 안전벤트(430)의 만입부(432)가 안전벤트(430)로부터 절취되어 들어올려지게 되고, 그 파단 틈새를 통해 새어나온 가스는 상단 캡(410)에 형성된 구멍(412)을 통해 외부로 배출되게 되어 전지 내부압력을 낮춰주게 되는 것이다. 이때, 제 2 노치(436)는 개곡선으로 되어 일부분에는 노치가 형성되어 있지 않으므로, 노치가 형성되어 있지 않은 부분은 파단되지 않고 노치가 형성된 부분만 파단되게 되어, 만입부(432)는 안전벤트(430)로부터 완전히 떨어지지 않고 붙어 있는 상태가 된다.

도 5에는 종래기술에 따른 캡 어셈블리의 상부 구조에 대한 부분 단면 모식도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 캡 어셈블리의 상부 구조에 대한 부분 단면 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 캡 어셈블리(400)의 상부는 상단캡(410), PTC 소자(420) 및 안전벤트(430) 등을 포함하고, 그 중, PTC 소자(420)는 전지의 온도가 상승할 때 저항을 크게 증가시켜 전류를 차단하고, 안전벤트(430)는 전지의 내부 압력이 증가할 때 캡 어셈블리의 상부(400)로 형상이 역전되면서 고압가스를 배출하게 된다.

종래의 캡 어셈블리(400)는, 도 5에서 보는 바와 같이, 원판 형태의 PTC 소 자(420)에 안전벤트(430)가 밀착되어 있는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 캡 어셈블리(400) 중, 상단캡(410), PTC 소자(420) 및 안전벤트(430)로 초래되는 높이는 각 소자의 두께들의 합에 대응하여 나타난다.

반면에, 본 발명에 따르면, 도 6에서 보는 바와 같이, PTC 소자(420)가 접하는 안전벤트(430)의 부위(438)는 안전벤트(430) 두께의 20% 내지 50%에 해당하는 얇은 두께로 형성되어 있어서, 상기 두께의 감소 크기만큼 캡 어셈블리(400)의 크기가 줄어들게 된다. 따라서, 상기와 같이 줄어든 크기만큼 전극조립체의 크기를 늘려서, 동일 규격 대비 전지 용량을 증가시킬 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

외경 16 mm 및 두께 0.3 mm 알루미늄 판재에, 안전벤트는 도 2에서와 같이, 9.6 mm 직경과 0.10 mm 두께의 제 1 노치를 형성하고 4 mm 직경과 0.06 mm 두께의 제 2 노치를 형성한 후, 중앙을 하향으로 0.65 mm 깊이만큼 돌출된 만입부를 가지도록 하고, PTC 소자와 접하는 안전벤트의 두께는 0.1 mm로 얇게 제조하였다.

또한, 외경 11 mm 및 두께 0.5 mm의 알루미늄 판재에, 도 3a에서와 같이, 직경 1.5 mm의 관통구를 방사상으로 6 개 천공하고, 중앙에 직경 1.53 mm 및 돌출높이 0.20 mm의 돌출부를 형성하였다. 그런 다음, 폭 0.6 mm 및 원주길이 2.61 mm의 관통홀을 중앙 돌출부의 중심으로부터 1.5 mm의 거리에 3 개 천공하고, 관통홀을 잊는 각각의 브릿지에 두께 약 70 ㎛의 노치를 형성하여 전류차단부재를 제조하였다.

상기 전류차단부재를 그것의 외주면을 따라 폴리프로필렌 소재의 가스켓에 삽입하고, 상기 안전벤트의 만입부 밑면을 상기 돌출부 윗면에 레이저 용접하여 부착시켰다.

도 1에서와 같이, 리튬 코발트 산화물로 구성된 양극과 흑연으로 구성된 음극 사이에 폴리에틸렌의 다공성 분리막을 개재한 형태의 젤리-롤형 전극조립체를 원통형 캔에 삽입한 후 캔의 윗면을 비딩하여 고정시키고, 그러한 비딩부에 전류차단부재가 부착되어 있는 상기 안전벤트와, PTC 소자 및 상단 캡이 삽입되어 있는 가스켓을 끼워넣고 캔의 상단을 안쪽으로 프레싱하여 가스켓을 클림핑함으로써 전지를 제조하였다.

[비교예 1]

PTC 소자와 접하는 안전벤트의 두께를 얇게 만들지 않고 0.3 mm 두께로 유지하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전지를 제조하였다.

2600 mAh급 원통형 이차전지 모델에서 상기 실험을 실시한 결과, 실시예 1의 개선된 상기 캡 어셈블리를 적용할 경우, 0.2 mm 높이의 내부공간이 증가하고, 증가된 전극의 폭을 용량으로 환산할 경우 9.3 mA의 전지 용량이 증가했음을 알 수 있었다. 또한, 과충전시의 안전성 실험과 고온 노출시의 안전성 실험을 수행한 결 과, 실시예 1의 전지는 비교예 1의 전지에서처럼 정상적으로 작동하였다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 캡 어셈블리의 제조시 PTC 소자가 접하는 안전벤트 부위의 두께를 상대적으로 얇게 만듦으로써, PTC 소자의 안정적인 장착을 유지하면서 전지 용량을 증가시킬 수 있으며, 재료비 절감에 따른 경제성을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, 전지 내부에서의 고압 발생시 파열되면서 고압 가스를 배출하는 소정의 노치가 형성되어 있는 원판 형상의 안전벤트 상에, 중공부를 가진 PTC 소자(positive temperature coefficient element)가 탑재되어 있고, 상기 PTC 소자가 접하는 안전벤트의 해당 부위는 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 안전벤트는 0.15 내지 0.4 mm의 두께를 가지며, PTC 소자가 접하는 부위의 두께는 상기 두께의 20% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리는 안전벤트 및 PTC 소자와, 하나 이상의 가스 배출구가 형성되어 있는 탑 캡의 적층 구조로 이루어져 있고, 그것의 외주면에 가스켓이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 안전벤트는 중앙이 하향 만입된 형상으로 되어있고, 상기 만입부를 형성하는 상절곡 부위 및 하절곡 부위에는 각각 제 1 노치 및 제 2 노치가 형성되어 있으며, 상기 제 1 노치는 폐곡선을 이루고 있고, 하부에 형성되 는 제 2 노치는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있으며, 제 2 노치는 제 1 노치 보다 깊게 파여 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 안전벤트의 하단에는 전지 내부의 압력 상승시 파열되어 전류를 차단하는 전류차단부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 전류차단부재는 가스의 배출을 위한 하나 또는 그 이상의 관통구를 포함하고 있고, 안전벤트의 만입부의 하단에 용접 부착되어 있는 상향 돌출된 돌출부가 중앙에 형성되어 있으며, 젤리-롤의 양극에 연결되어 있는 양극 리드가 상기 돌출부를 제외한 부위의 하단면을 통해 전기적으로 연결되어 있고, 상기 돌출부를 중심으로 동심원상으로 3~5의 관통홀과 상기 관통홀을 연결하며 노치가 형성되어 있는 브릿지가 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 따른 캡 어셈블리를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.

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