KR20110105953A - 이차 전지용 캡 조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체가 수납된 케이스의 개방단에 레이저 용접될 수 있는 이차 전지용 캡 조립체에 있어서: 케이스의 개방단에 위치될 수 있는 탑 캡(top cap); 탑 캡에 접촉되도록 배치된 안전 소자 안전 소자에 접촉되도록 배치된 안전 벤트 탑 캡; 안전 소자 및 안전벤트의 테두리들을 감쌀 수 있는 가스켓 및 탑 캡; 안전 소자; 및 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 가스켓을 둘러싸며, 케이스의 개방단에 용접될 수 있는 커버를 구비한다.
Description
본 발명은 이차 전지용캡 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리튬 이온 이차 전지의 원통형 케이스에 결합되는 캡 조립체에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충, 방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등의 전원에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 리튬 이차 전지는 각형 전지, 원통형 전지, 파우치형 전지로 구분될 수 있다.
리튬 이온 이차 전지는 양극/세퍼레이터/음극이 순차적으로 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다. 특히, 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스 및 케이스의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.
전극 조립체는 각각 활물질이 도포된 시트 형태의 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 권취한 젤리-롤 타입과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 순차적으로 적층시킨 스택 타입으로 분류된다. 여기서, 젤리-롤 타입의 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점이 있고, 특히 원통형 또는 각형 전지의 케이스에 수납이 용이하므로 젤리-롤 타입의 전극 조립체가 널리 이용되고 있다. 한편, 스택 타입 전극 조립체는 파우치형 전지에 널이 이용되고 있다.
도 1은 종래의 원통형 이차 전지의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차 전지(10)는 원통형 캔(20), 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(30), 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 조립체(40), 캡 조립체(40)를 장착하기 위해 캔(20)의 선단에 마련된 비딩부(21), 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑 부위(50)를 구비한다.
전극 조립체(30)는 양극(31)과 음극(32) 사이에 분리막(33)이 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 감긴 구조이며, 양극(31)에는 양극 탭(34)이 부착되어 캡 조립체(40)에 접속되어 있고, 음극(32)에는 음극 탭(미도시)이 부착되어 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.
캡 조립체(40)는 양극 단자를 형성하는 상단 캡(41), 전지 내부의 온도 상승 시 전지 저항이 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element; 42), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 및/또는 가스를 배기하는 안전 벤트(43), 특정 부분을 제외하고 안전 벤트(43)를 캡 플레이트(45)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(44), 양극(31)에 연결된 양극탭(34)이 접속되어 있는 캡 플레이트(45)가 순차적으로 적층된 구조이다. 캡 조립체(40)는 가스켓(60)에 장착된 상태로, 캔(20)의 비딩부(21)에 장착된다.
이러한 원통형 이차 전지는, 일반적으로 원통형 캔에 젤리-롤형 전극 조립체를삽입하고, 젤리-롤의 상단 외주면에 대응한 캔에 비딩부를 형성한 후, 가스켓이 장착된 캡 어셈블리를 설치한 뒤 캔의 상단을 클림핑하고 사이징하여 제조된다. 상기 사이징 공정은 내부공간 확보를 위해 비딩부의 폭을 줄이기 위하여, 주입구를 밀봉한 상태에서 전지를 금형으로 프레싱하는 공정이다.
그런데, 사이징 공정 전의 비딩부의 폭이 사이징 공정에 의해 줄어 들지만, 비딩부의 내측부가 하향 변형되는 문제점도 발생한다. 이러한 비딩부의 하향 변형으로 전지의 내부 공간이 감소되어, 동일 규격 대비 전지 용량이 감소될 수 있다. 또한, 하향 변형된 비딩부가 전극 조립체의 상단면이나 전극탭과 접촉하게 되는 경우, 단락을 유발할 수 있으므로 전지의 안전성에 심각한 문제가 있다. 한편, 사이징 공정은 비딩부의 폭이 재차 복원되는 것을 방지하기 위하여 빠른 하강 속도로 진행되기 때문에, 강한 충격으로 인해 전극 조립체를 손상시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 착상된 것으로서, 캔의 선단에 비딩부가 마련되지 않은 상태에서 캡 조립체가 캔의 개방단에 레이저 용접될 수 있도록 구조가 개선된 이차 전지용 캡 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지용 캡 조립체는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체가 수납된 케이스의 개방단에 레이저 용접될 수 있는 이차 전지용 캡 조립체에 있어서: 상기 케이스의 개방단에 위치될 수 있는 탑 캡(top cap); 상기 탑 캡에 접촉되도록 배치된 안전 소자; 상기 안전 소자에 접촉되도록 배치된 안전 벤트; 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감쌀 수 있는 가스켓; 및 상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸며, 상기 케이스의 개방단에 용접될 수 있는 커버를 구비한다.
바람직하게, 상기 커버는 상기 케이스의 끝단에 얹혀져서 상기 커버의 하면과 상기 케이스의 끝단이 용접될 수 있다.
바람직하게, 상기 커버는 상기 케이스의 내면에 돌출된 지지부에 지지될 수 있도록 상기 케이스에 삽입되어 그 상면이 상기 케이스의 끝단과 용접될 수 있다.
바람직하게, 캡 조립체는 상기 안전 벤트에 용접되고 상기 전극 조립체와 연결될 수 있는 전류 차단 필터 및 상기 안전 벤트와 상기 전류 차단 필터 사이에 개재된 필터 가스켓을 더 구비한다.
바람직하게, 상기 가스켓은 열처리에 의하지 않고 벤딩될 수 있다.
바람직하게, 상기 캡 조립체는 원통체이다.
바람직하게, 상기 커버는 니켈, 알루미늄, 니켈 합금, 및 알루미늄 합금으로 구성된 그룹 중 선택된 어느 하나의 재질을 포함한다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명에 따른 캡 조립체를 사용하게 되면, 종래의 비딩 공정, 크림핑 공정, 및 사이징 공정이 생략됨으로써, 조립 라인의 공정을 단순화시킬 수 있다.
둘째, 동일 규격의 종래의 이차 전지에 비해 내부 공간이 넓어짐으로써 전지의 용량을 증대시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시하는 것에 불과하며, 본 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면들에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 종래의 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의바람직한 제1 실시예에 따른 캡 조립체가 채용되는 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 분해 단면도이다.
도 3은 도 2의 결합 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 캡 조립체가 채용되는 이차 전지를 도시한 분해 단면도이다.
도 5는 도 4의 결합 단면도이다.
도 1은 종래의 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의바람직한 제1 실시예에 따른 캡 조립체가 채용되는 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 분해 단면도이다.
도 3은 도 2의 결합 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 캡 조립체가 채용되는 이차 전지를 도시한 분해 단면도이다.
도 5는 도 4의 결합 단면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
일반적으로, 원통형 이차 전지에 있어서, 젤리-롤 타입의 전극 조립체의 양극 호일에 용접된 양극 리드는 캡조립체와 전기적으로 연결되어 탑-캡 상단의 돌출 단자에 연결되며, 음극 호일에 용접된 음극 리드는 케이스의 밀폐단에 용접되어 케이스 자체가 음극 단자를 구성한다. 케이스의 소재는 특별히 제한되지 않으며 스테인리스 스틸, 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 전극 조립체가 케이스에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 케이스의 개방단에 캡 조립체를 장착하여 밀봉시키면 이차 전지의 조립이 완성된다.
본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 이차 전지는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성이 높은 리튬(이온) 이차전지일 수 있다. 이러한 리튬 이차전지는 양극, 음극, 세퍼레이터, 리튬염을 함유한 비수 전해액 등으로 구성된다. 양극은 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 참가하기도 한다. 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라 전술한 성분들이 더 포함될 수도 있다. 세퍼레이터는 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가진 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 구성되며, 비수 전해액은 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. 여기서, 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 세퍼레이터, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 널이 알려져 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캡 조립체를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 캡 조립체가 채용된 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 분해 단면도이고, 도 3은 도 2의 결합 단면도이다.
도 2 및 도 3을참조하면, 본 실시예에 따른 캡 조립체(130)는 전극 조립체(110)를 전해액과 함께 수납하는 원통형 케이스(120)의 개방단에 삽입되어 밀봉 용접되기 위한 커버(132)를 포함한다. 도면의 참조 부호 100은 이차 전지를 나타낸다.
전극 조립체(110)는 서로 극성이 다르고 쉬트 형태로 구성된 두 개의 전극판들(112)(114)과 이러한 전극판들(112)(114)을 상호 절연시키기 위해 전극판들(112)(114) 사이에 개재되거나 어느 하나의 전극판(112)(114)의 측면에 배치되는 세퍼레이터(116)를 구비하고, 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 권취된 구조가 바람직하다. 물론, 소정 규격의 양극판(112)과 음극판(114)이 세퍼레이터(116)를 사이에 두고 적층된 형태일 수도 있다. 두 개의 전극판들(112)(114)은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성된다. 용매는 후속 공정에서 제거된다. 전극판들(112)(114)이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재하는 것이 바람직하다. 무지부에는 각각의 전극판(112)(114)에 대응되는 리드(118)가 부착된다. 전극 조립체(110)의 상단에 부착되는 리드(118)는캡 조립체(130)에 전기적으로 연결되고, 전극 조립체(110)의 하단에 부착되는 제2 리드(미도시)는 케이스(120)의 바닥에 연결된다. 물론, 리드(118)와 제2 리드는 모두 캡 조립체(130) 방향으로 인출될 수도 있다.
전극 조립체(110)는 케이스(120)의 바닥부에 설치된 제1 절연판(미도시) 위에 배치되고, 전극 조립체(110)의 상단에는 제2 절연판(111)이 배치되는 것이 바람직하다. 제1 절연판은 전극 조립체(110)와 케이스(120)의 바닥부 사이를 절연시키고, 제2 절연판(111)은 전극 조립체(110)와 캡 조립체(130) 사이를 절연시킨다.
상기 케이스(120)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통 구조를 가진다. 케이스(120)의 내부 공간에는 전극 조립체(110)와 전해액(미도시)이 수용된다. 상기 전해액은 이차 전지(100)의 충, 방전 시 전극 판들(112)(114)의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것이다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으나, 전해액의 종류는 문제되지 않는다.
한편, 케이스(120)의 중앙에는 젤리롤 형태로 권취된 전극 조립체(110)가 풀리는 것을 방지하고 이차 전지(100) 내부의 가스의 이동 통로의 역할을 수행하는 센터핀(미도시)이 삽입될 수도 있다. 케이스(120)의 상단에는 종래와 같은 비딩부(21:도 1 참조)가 마련되지 않는 구조 즉, 개방부가 실질적으로 직선인 구조이다. 또한, 케이스(120)는 내면에 돌출된 지지부(122)를 구비한다. 지지부(122)는 케이스(120)를 단조 가공함으로써 형성될 수 있다. 지지부(122)는 케이스(120)의 개방 끝단으로부터 실질적으로 캡 조립체(130)의 커버(132)의 길이에 해당되는 만큼 하향되어 형성된다. 지지부(122)는 케이스(120)의 측벽으로부터 약 50 내지 100마이크로 미터의 길이(L)로 돌출되고, 지지부(122)의 두께(D)는 대략 0.4밀리미터이다. 지지부(122)는 캡 조립체(130)의 커버(132)가 삽입되어 커버(132)의 하면이 접촉되는 부분이다.
캡 조립체(130)는 케이스(120)의 개방단에 위치될 수 있는 탑캡(top cap)(134), 탑 캡(134)에 접촉되도록 배치된 안전 소자(136), 안전 소자(136)에 접촉되도록 배치된 안전 벤트(138), 탑 캡(134), 안전 소자(136) 및 안전 벤트(138)의 테두리들을 감쌀 수 있는 가스켓(131), 및 탑 캡(134), 안전 소자(136) 및 안전 벤트(138)의 테두리들을 밀착시킬 수 있도록 가스켓을 둘러싸게 형성되고, 케이스(120)의 끝단에 용접(예, 레이저 용접)되어 용접부(140)를 형성할 수 있는 커버(132)를 구비한다.
탑 캡(134)은 외부와 전기적으로 접속되도록 형성된 전극단자(미도시)를 갖으며 가스가 배출될 수 있는 가스 구멍(134a)이 형성된다. 탑 캡(134)은 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄 등과 같은 금속 재질로 형성된다.
안전 소자(136)는 탑 캡(134)과 안전 벤트(138) 사이에 개재되며, 탑 캡(134)과 안전 벤트(138)를 전기적으로 연결시킨다. 안전 소자(136)는 전지(100)의 과열에 의해 전지 내부의 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 예를 들어 PTC 소자로 형성될 수 있다.
안전 벤트(138)는 중앙에 돌출된 용접부(138a)와, 용접부(138a)의 주위에 형성된 노치부(138b)를 구비한다. 안전 벤트(138)의 용접부(138a)는 전류 차단 필터(CID: current Interrupt filter)(133)와 용접되고 전류 차단 필터(133)는 이차 전지(100)의 내부 압력에 의해 안전 벤트(138)와 함께 변형될 수 있다. 전류 차단 필터(133)는 필터 가스켓(135)에 의해 안전 벤트(138)로부터 절연된다. 전류 차단 필터(133)의 소정 부위에는 노치(133a)가 형성되어 있다. 필터 가스켓(135)은 전류 차단 필터(133)를 삽입시켜 지지 함으로써 전류 차단 필터(133)의 단락 후 안전 벤트(138)와의 전류 차단을 목적으로 사용된다.
또한, 이상 내압에 의해 안전 벤트(138)와 전류 차단 필터(133)가 변형될 때, 안전 벤트(138)의 용접부(138a)는 분리되지 않고 전류 차단 필터(133)에 형성된 노치들(133a) 또는 안전 벤트(138)에 형성된 노치부(138b)만 찢어지게 된다. 따라서, 노치들(133a) 및 노치부(138b)의 두께, 폭, 각도 등에 의해 이차 전지(100)의 작동압이 결정되는 것이 바람직하다. 결과적으로, 이러한 노치들(133a) 및 노치부(138b)은 전지(100)의 내부 압력이 설계치 이상으로 발생할 경우 이차 전지(100)의 전류를 차단시키는 기능을 한다. 보다 구체적으로, 이상 내압에 의해 전류 차단 필터(133)가 단락된 후 내부 압력이 지속적으로 발생할 경우 안전 벤트(138)의 노치부(138b)에 의해 1차적으로 벤팅이 되고, 이 때, 가스의 원활한 배출을 위해 전류 차단 필터(133)의 구멍(133b)과 안전 벤트(138)의 벤팅 후에 형성된 구멍과 탑 캡(134)에 형성된 가스 구멍(134a)은 모두 연통되도록 설계되어 있으며, 전류 차단 필터(138)의 용접부(138a) 근처의 작은 구멍(138c)은 노치부(138b)를 형성하기 위해 만들어진 것이다.
전류 차단 필터(133)와 필터 가스켓(135)은 억지끼움에 의해 결합된다. 그렇지 않으면, 전류 차단 필터(133)의 단락 후 내부에서 자유롭게 움직이게 되고 이때 케이스(120)에 접촉되어 쇼트가 발생될 가능성이 있다.
가스켓(131)은 'ㄷ'자 형태로 굴곡되어 탑 캡(134), 안전 소자(136) 및 안전 벤트(138)의 테두리 부위를 감싼다. 가스켓(131)은 전기 절연성과, 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 소재 예를 들어, 폴리올레핀(polyolefine) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조된다. 가스켓(131)은 열처리에 의하지 않고 기계적 가공에 의해 벤딩되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 가스켓(131)을 열처리할 경우, 절연성이 약화되기 때문이다.
커버(132)는 가스켓(131)의 외측을 감싸도록 대략 'ㄷ'자 형상으로 굴곡될 수 있으며, 케이스(120)의 개방단의 끝단부의 내벽 속으로 삽입되어 지지부(122)에 얹혀질 수 있는 구조이며, 커버(132)의 상면 모서리와 케이스(120)의 끝단은 레이저 용접된다. 이를 위해, 커버(132)는 니켈, 알루미늄, 니켈 합금, 및 알루미늄 합금으로 구성된 그룹 중 선택된 어느 하나의 재질을 포함한다.
본 실시예에 따른 캡 조립체(130)의 조립 공정에 있어서, 탑 캡(134), 안전 소자(136) 및 안전 벤트(138)의 테두리에 대한 가스켓(131)과 커버(132)의 조립은 가스켓(131)을 먼저 테두리에 주변에 굴곡시킨 후, 가스켓(131)의 외주면에 커버(132)를 굴곡시킬 수도 있고, 가스켓(131)과 함께 커버를 대략 'ㄷ'자 형태로 굴곡시킨 후 그들 조립체에 테두리를 삽입한 후 밀착시키는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 캡 조립체가 채택된 이차 전지를 도시한 분해 단면도이고, 도 5는 도 4의 결합 단면도이다. 도 2 및 도 3에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 캡 조립체(230)는 커버(132)를 구비하며, 케이스(220)의 개방단의 끝단(222)에 안착된 상태에서 커버(132)의 하면 모서리 부분이 케이스(220)의 끝단(222)에 레이저 용접되어 용접부(140)를 형성한다. 그리고, 캡 조립체(230)의 구성은 전술한 제1 실시예의 그것과 대부분 동일하지만 안전 벤트(138)에 접속되는 전류 차단 장치(240)의 구성이 다르다. 따라서, 캡 조립체(230)의 다른 구성요소들의 재질 및 구조 이들의 조립 공정은 전술한 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 참조 부호200은 이차 전지를 나타낸다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 이차 전지(200)에 있어서, 캡 조립체(230)의 커버(132)는 케이스(220)의 끝단(222)의 내측벽에 삽입되는 것이 아니라, 케이스(220) 끝단(222) 위에 얹혀진 상태에서 용접되기 때문에 전술한 제1 실시예의 이차 전지(100) 보다 작업성이 뛰어난 효과가 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 케이스(220)에는 전술한 지지부(122)가 형성될 필요가 없다.
본 실시예에 따른 캡 조립체(230)에 있어서, 전류 차단 장치(240)는 차단 가스켓(142)에 의해 감싸져 있으므로, 안전 벤트(138)와 절연된다. 전류 차단 장치(240)의 중앙에는 안전 벤트(138)의 중앙 용접부(138a)에 용접되도록 돌출된 돌출부(244)가 형성되고, 돌출부(244)를 제외한 부위에는 전극 조립체(110)의 양극 리드(118)가 전기적으로 연결된다. 돌출부(244) 주위에는 동심원상으로 3개의 관통홀들(246)이 마련된다. 관통홀들(246)의 주변에는 노치(248)가 형성된다. 전류 차단 장치(240)의 외주면에는 가스의 배출을 위한 3개의 관통구들(240a)이 중심축을 중심으로 방사상 대칭 위치에 원호 형상으로 형성되어 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 조립체(130)와 본 발명의 제2 실시예에 따른 캡 조립체(230)는 서로 호환될 수 있다. 즉, 제1 실시예에 따른 캡 조립체(130)는 제2 실시예의 케이스(220)의 개방단의 끝단(222)에 얹혀져서 단순히 용접(레이저)될 수도 있고, 제2 실시예에 따른 캡 조립체(230)가 제1 실시예에 따른 케이스(120)의 개방단의 내측으로 삽입되어 용접(레이저)될 수 있다.
이상에서, 본 발명은 비록 한정된 실시예들과 도면들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100,200...이차 전지 110...전극 조립체
111...제2 절연판 112,114...전극판
116...세퍼레이터 118...리드
120,220...케이스 122...지지부
130,230...캡 조립체 131...가스켓
132...커버 134...탑 캡
136...안전 소자 138...안전 벤트
222...끝단 240...전류 차단 장치
244...돌출부
111...제2 절연판 112,114...전극판
116...세퍼레이터 118...리드
120,220...케이스 122...지지부
130,230...캡 조립체 131...가스켓
132...커버 134...탑 캡
136...안전 소자 138...안전 벤트
222...끝단 240...전류 차단 장치
244...돌출부
Claims (7)
- 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체가 수납된 케이스의 개방단에 용접될 수 있는 이차 전지용 캡 조립체에 있어서:
상기 케이스의 개방단에 위치될 수 있는 탑 캡(top cap);
상기 탑 캡에 접촉되도록 배치된 안전 소자;
상기 안전 소자에 접촉되도록 배치된 안전 벤트;
상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감쌀 수 있는 가스켓; 및
상기 탑 캡, 상기 안전 소자 및 상기 안전 벤트를 밀착시킬 수 있도록 상기 가스켓을 둘러싸며, 상기 케이스의 개방단에 용접될 수 있는 커버를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 커버는 상기 케이스의 끝단에 얹혀져서 상기 커버의 하면과 상기 케이스의 끝단이 용접될 수 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 커버는 상기 케이스의 내면에 돌출된 지지부에 지지될 수 있도록 상기 케이스에 삽입되어 그 상면이 상기 케이스의 끝단과 용접될 수 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 안전 벤트에 용접되고 상기 전극 조립체와 연결될 수 있는 전류 차단 필터; 및
상기 안전 벤트와 상기 전류 차단 필터 사이에 개재된 필터 가스켓을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 가스켓은 열처리에 의하지 않고 벤딩될 수 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 캡 조립체는 원통체인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 커버는 니켈, 알루미늄, 니켈 합금, 및 알루미늄 합금으로 구성된 그룹 중 선택된 어느 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017014576A1 (ko) * | 2015-07-21 | 2017-01-26 | 주식회사 엘지화학 | 안정성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원형 이차전지 |
| KR20180081292A (ko) * | 2017-01-06 | 2018-07-16 | 주식회사 엘지화학 | 전류차단부재의 외주부에 절연 물질이 코팅되어 있는 원통형 이차전지의 캡 어셈블리 |
| EP3584853A4 (en) * | 2017-09-13 | 2020-05-06 | LG Chem, Ltd. | CYLINDRICAL BATTERY CELL WITHOUT SPHERICAL ELEMENT |
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| WO2022065637A1 (ko) * | 2020-09-25 | 2022-03-31 | 삼성에스디아이(주) | 원통형 이차 전지 |
| WO2022092662A1 (ko) * | 2020-10-27 | 2022-05-05 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 |
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| KR100670526B1 (ko) * | 2005-03-09 | 2007-01-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | 원통형 이차 전지 및 그 형성 방법 |
| KR100855182B1 (ko) * | 2006-02-09 | 2008-08-28 | 주식회사 엘지화학 | 용접에 의해 탑 캡이 결합된 원통형 전지 |
| KR100947989B1 (ko) * | 2007-11-06 | 2010-03-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 및 그 제조 방법 |
-
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017014576A1 (ko) * | 2015-07-21 | 2017-01-26 | 주식회사 엘지화학 | 안정성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원형 이차전지 |
| US10818959B2 (en) | 2015-07-21 | 2020-10-27 | Lg Chem, Ltd. | Cap assembly having improved stability and cylindrical secondary battery including the same |
| KR20180081292A (ko) * | 2017-01-06 | 2018-07-16 | 주식회사 엘지화학 | 전류차단부재의 외주부에 절연 물질이 코팅되어 있는 원통형 이차전지의 캡 어셈블리 |
| US10770711B2 (en) | 2017-01-06 | 2020-09-08 | Lg Chem, Ltd. | Cap assembly for cylindrical secondary battery comprising current interrupt device coated with insulating material on outer circumference surface |
| EP3584853A4 (en) * | 2017-09-13 | 2020-05-06 | LG Chem, Ltd. | CYLINDRICAL BATTERY CELL WITHOUT SPHERICAL ELEMENT |
| US11063318B2 (en) | 2017-09-13 | 2021-07-13 | Lg Chem, Ltd. | Cylindrical battery cell having no beading part |
| WO2022065637A1 (ko) * | 2020-09-25 | 2022-03-31 | 삼성에스디아이(주) | 원통형 이차 전지 |
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| KR101293208B1 (ko) | 2013-08-05 |
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