KR20110017835A - 안전성이 향상된 원통형 이차전지 - Google Patents
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Abstract
Description
도 2 내지 4는 종래의 원통형 이차전지에서 안전소자의 작동에 의해 전류가 차단되고 고압 가스가 배출되는 일련의 과정에 대한 수직 단면도들이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지의 단면 모식도이다;
도 6 및 도 7은 도 5의 이차전지에 사용된 안전벤트의 사시도 및 평면도이다;
도 8 및 도 9는 도 5의 이차전지에 사용된 전류차단 부재의 사시도 및 평면도이다;
도 10 및 도 11은 도 5의 이차전지에 사용된 전류차단 부재용 가스켓의 사시도 및 평면도이다;
도 12 및 도 13은 도 5의 이차전지에 사용된 판상형 절연부재의 사시도 및 평면도이다;
도 14는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 판상형 절연부재, 전류차단 부재 가스켓 및 전류차단 부재의 적층과정의 모식도이다;
도 15 내지 17은 도 5의 이차전지에서 안전소자의 작동에 의해 전류가 차단되고 고압 가스가 배출되는 일련의 과정에 대한 수직 단면도들이다;
도 18은 실시예 1, 4 및 5와 비교예 1 및 2의 전지들에 대한 실험예 1의 계면저항 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
Claims (22)
- 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체('젤리-롤') 및 전해액이 원통형 캔에 내장되어 있는 원통형 전지로서, 상기 원통형 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리에는,
전지의 고압 가스에 의해 파열되도록 소정의 노치가 형성되어 있는 안전벤트;
상기 안전벤트의 하단에 용접에 의해 결합되어 있고, 전지 내압 상승시 전류를 차단하는 전류차단 부재; 및
상기 전류차단 부재의 외주면을 감싸는 전류차단 부재용 가스켓;
을 포함하고,
상기 전류차단 부재는 가스의 배출을 위한 둘 또는 그 이상의 관통구들을 포함하고 있으며, 상기 관통구들은 그것의 전체 면적이 전류차단 부재의 전체 면적대비 20 ~ 50%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지. - 제 1 항에 있어서, 상기 전류차단 부재는 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 ~ 5개의 관통홀들과 상기 관통홀들을 연결하며 노치가 형성되어 있는 브릿지가 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 관통구들은 그것의 전체 면적이 전류차단 부재의 전체 면적대비 30 ~ 40%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 관통구들은 전류차단 부재의 중심을 기준으로 방사상 대칭 위치에서 원호 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 2 항에 있어서, 3개의 관통구들이 전류차단 부재의 중심을 기준으로 50 ~ 80도의 각도 범위에 대응하는 길이의 원호 형상을 이루며 동일한 간격으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 2 항에 있어서, 상기 관통홀들은 관통구들에 대응하는 위치에서 전류차단 부재의 중심을 기준으로 40 ~ 55도의 각도 범위에 대응하는 길이의 원호 형상을 이루며 동일한 간격으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 안전벤트는 중앙이 하향 만입된 형상으로 되어 있고, 상기 만입부를 형성하는 상절곡 부위 및 하절곡 부위에는 각각 제 1 노치 및 제 2 노치가 형성되어 있으며, 상부에 형성되는 제 1 노치는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 노치는 서로 대향하는 양단이 개방된 개곡선의 구조를 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 노치의 크기는 전류차단 부재에 형성된 관통구들의 중심선을 연결한 가상원의 크기에 대응하는 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 노치의 개방 부위는 제 1 노치부의 절취시 만입부가 완전히 절취되는 것을 방지할 수 있도록, 안전벤트의 중심에 대해 20 ~ 50도의 각도에 대응하는 원호 길이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 노치에서 개방된 양단은 제 1 노치의 개방 부위와 일치하지 않는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리는 전류차단 부재, 전류차단 부재용 가스켓, 안전벤트, PTC 소자, 및 하나 이상의 가스 배출구가 형성되어 있는 탑 캡의 적층 구조로 이루어져 있고, 상기 적층 구조의 외주면에 가스켓이 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전류차단 부재용 가스켓은 중앙에 개구가 형성되어 있고, 상기 중앙 개구는 전류차단 부재의 상기 관통구와 연통된 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 13 항에 있어서, 상기 전류차단 부재의 관통구, 전류차단 부재용 가스켓의 개구, 및 안전벤트의 노치는 일직선 상으로 연통되는 위치로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 캔의 내부에는 안전성을 향상시키기 위한 첨가제('전해액 첨가제')를 포함하는 전해액이 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 15 항에 있어서, 상기 전해액 첨가제는 150℃ 이상에서 온도 상승에 따라 순차적으로 전해액 분해 반응에 의해 가스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 16 항에 있어서, 상기 전해액 첨가제는 150 내지 250℃에서 제 1 차 전해액 분해 반응을 일으키고 250 내지 300℃에서 제 2 차 전해액 분해 반응을 일으키는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 15 항에 있어서, 상기 전해액 첨가제는 플루오르 에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate)인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 15 항에 있어서, 상기 전해액 첨가제는 전해액 중량을 기준으로 11 ~ 40 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 제 15 항에 있어서, 상기 전해액 첨가제는 전해액 중량을 기준으로 15 ~ 35 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
- 전극조립체 및 전해액이 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서,
상기 전지의 전해액에는 150℃ 이상에서 온도 상승에 따라 순차적으로 전해액 분해 반응에 의해 가스를 발생시키는 첨가제가 전해액 중량을 기준으로 11 ~ 40 중량%로 포함되어 있고,
상기 캡 어셈블리에는 가스 배출 및 전극단자의 연결을 위해 중앙에 개구가 천공되어 있고 그것의 주변에 하나 또는 그 이상의 관통구가 천공되어 있는 판상형 절연부재가 젤리-롤의 상단에 탑재되어 있으며, 상기 관통구는 판상형 절연부재의 면적대비 20 ~ 50%의 크기로 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리. - 제 21 항에 있어서, 상기 판상형 절연부재의 관통구는 전류차단 부재용 가스켓의 중앙 개구 및 전류차단 부재의 관통구와 일직선 상으로 연통되는 위치로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
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