KR20120039181A - 신규한 구조의 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 전지 - Google Patents

신규한 구조의 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 전지 Download PDF

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KR20120039181A
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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 노치들이 형성되어 있는 안전벤트의 하단에는 젤리-롤의 전극리드가 전기적으로 연결되어 있고, 상기 안전벤트와 전극리드 사이에는 소정의 온도에서 전류를 차단하는 안전부재가 위치하고 있는 캡 어셈블리를 제공한다.

Description

신규한 구조의 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 전지 {Cap Assembly of Novel Structure and Cylindrical Battery Employed with the Same}
본 발명은 신규한 구조의 캡 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 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 안전벤트의 하단에는 젤리-롤의 전극리드가 전기적으로 연결되어 있고, 상기 안전벤트와 전극리드 사이에는 소정의 온도에서 전류를 차단하는 안전부재가 위치하고 있는 캡 어셈블리에 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. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
또한, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
도 1에는 일반적인 원통형 전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 원통형 전지(100)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(120)를 원통형 케이스(130)에 수납하고, 원통형 케이스(130) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(130)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극 단자; 도시하지 않음)가 형성되어 있는 탑 캡(140)을 결합하여 제작한다.
젤리-롤형 전극조립체(120)는 양극(121)과 음극(122), 및 분리막(123)을 차례로 적층하여 둥근 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심인 전극조립체(120)의 중심부에는 원통형의 센터 핀(150)이 삽입되어 있다. 센터 핀(150)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(150)은 전극조립체(120)를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다.
한편, 리튬 이차전지는 안전성이 낮다는 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 전지가 대략 4.5 V 이상으로 과충전되는 경우에는 양극 활물질의 분해반응이 일어나고, 음극에서 리튬 금속의 수지상(dendrite) 성장과, 전해액의 분해반응 등이 일어난다. 이러한 과정에서 열이 수반되어 상기와 같은 분해반응과 다수의 부반응들이 급속히 진행되며, 급기야는 전지의 발화 및 폭발이 유발되기도 한다.
따라서, 이러한 문제점을 해소하기 위하여, 일반적인 원통형 이차전지에는 전지의 비정상적인 작동시 전류를 차단하고 내압을 해소하기 위한 전류차단부재(Current Interruptive Device; CID)가 젤리-롤형 전극조립체와 탑 캡 사이의 공간에 장착되어 있다.
도 2 내지 도 4에는 그러한 CID의 일련의 작동 과정이 단계적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 탑 캡(10)은 돌출된 형태로 양극 단자를 형성하고 배기구가 천공되어 있으며, 그것의 하부에 전지 내부의 온도 상승시 전지 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element: 20), 정상적인 상태에서는 하향 돌출된 형상으로 되어 있고 전지 내부의 압력 상승시 돌출되면서 파열되어 가스를 배기하는 안전벤트(30), 및 상단 일측 부위가 안전벤트(30)에 결합되어 있고 하단 일측이 전극조립체(40)의 양극에 연결되어 있는 전류차단부재(50)가 순차적으로 위치되어 있다. 또한, 전류차단부재(50)를 고정하기 위한 전류차단부재용 가스켓(52)이 전류차단부재(50)의 외면을 감싸고 있다.
따라서, 정상적인 작동조건에서 전극조립체(40)의 양극은 전극 리드(42), 접속 플레이트(50), 안전벤트(30) 및 PTC 소자(20)를 경유하여 탑 캡(10)에 전기적으로 연결되어 통전을 이룬다.
그러나, 과충전 등과 같은 원인에 의해 전극조립체(40) 쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하면, 도 3에서와 같이, 안전벤트(30)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 이때, 안전벤트(30)가 전류차단부재 (50)로부터 분리되어 전류가 차단되게 된다. 따라서, 과충전이 더 이상 진행되지 않도록 하여 안전성을 확보한다. 그럼에도 불구하고, 계속적으로 내압이 증가하면, 도 4에서와 같이, 안전벤트(30)가 파열되고 가압 가스는 그러한 파열 부위를 경유하여 탑 캡(10)의 배기구를 통해 배기됨으로써, 전지의 폭발을 방지하게 된다.
한편, 원통형 이차전지는 상기와 같은 과충전 특성뿐만 아니라 고온저장 특성을 동시에 가지고 있어야 한다.
고온저장 특성은 전지가 일정 온도(예를 들어 75℃)에서 장시간 유지시 전압 강하가 없이 전지 고유의 특성을 유지해야 하는 것으로, 테스 트 후에도 전지가 정상적인 전압 및 전류 상태로 작동되어야 함을 의미한다.
과충전 특성은, 상기에 언급한 바와 같이, 전지가 정상 전압보다 높게 충전되는 경우, 전지의 내압 및 온도 상승에 따른 폭발 이전에 전압과 전류를 효과적으로 차단하여 폭발을 방지하도록 CID가 정상 작동되어야 함을 의미한다.
이러한 고온 저장 특성과 과충전 특성을 동시에 만족할 수 있도록, 단락압 스펙인 8 ~ 14 kgf/cm2 내에서 전해액 주액량을 조절하는 방법이 주로 사용되고 있다.
그러나, 전해액을 원통형 전지 캔에 적게 주입하면 고온 저장특성에는 유리하지만, 과충전 특성에 불리하게 작용되는 문제점이 있다. 즉, 전해액 양이 적어 전지셀 내부의 공간이 커지므로 과충전 상태에서 가스가 발생하면 CID를 단락시키는 가스가 채워지기 이전에 전지셀 내부의 온도가 상승하여 전지셀의 폭발이 발생한다.
반대로, 전해액을 많이 주입하면 과충전 특성에는 유리하지만, 고온 저장 특성에는 불리하게 작용하는 문제점이 있다. 즉, 전해액 양이 많아져 전지셀 내부의 공간이 작아지므로, 고온 저장 상태에서 가스가 발생하면 CID를 단락시키는 결과를 초래하게 되고 결과적으로 전지의 사용이 불가능해진다.
따라서, 전해액 주액량을 조절하지 않으면서 고온 저장 특성과 과충전 특성을 동시에 만족시키는 신규한 구조의 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원통형 전지에 대한 기술이 매우 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 캡 어셈블리 중 안전벤트와 전극리드 사이에 소정의 온도에서 전류를 차단하는 안전부재를 결합함으로써, 전해액 주입량을 조절하지 않으면서 고온 저장 특성과 과충전 특성을 동시에 만족시킬 수 있음을 발견하고, 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 노치들이 형성되어 있는 안전벤트의 하단에는 젤리-롤의 전극리드가 전기적으로 연결되어 있고, 상기 안전벤트와 전극리드 사이에는 소정의 온도에서 전류를 차단하는 안전부재가 위치하고 있는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는, 캡 어셈블리 중 안전벤트와 젤리-롤의 전극리드가 소정의 온도에서 전류를 차단하는 안전부재를 경유하여 전기적으로 연결됨으로써, 전해액 주입량을 조절하지 않으면서도 고온 저장 특성과 과충전 특성을 동시에 만족시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는, 안전부재가 소정의 온도에서 전류를 차단하는 역할을 수행하므로, 전해액 양이 많을 때 전지셀 내부 공간이 작아져 가스 발생시 CID가 단락되는 종래의 캡 어셈블리 구조와 달리, 전지셀 내부의 압력이 일정 부분 상승하더라도 전류 차단이 이루어지지 않으므로 고온 저장 특성에 기여할 수 있다.
또한, 전해액 양이 적은 경우에도, 과충전시 전지셀의 내부 온도가 지속적으로 상승하여 폭발 시점 전에 소정의 온도 도달시, 안전부재에 의해 전류를 차단하여 온도가 더 상승하는 것을 억제할 수 있으므로 폭발 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는, 전류차단부재와 전류차단부재용 가스켓이 필요 없으므로, 제조비용을 절감할 수 있고, 성능에 문제가 없도록 적정량의 전해액만 주입하면 되므로 주액 공정성을 향상시킬 수 있다.
게다가, 안전부재가 젤리-롤과 근접한 위치에 있을 수 있도록 안전벤트와 전극리드 사이에 위치하고 있으므로, 젤리-롤의 온도 변화에 더욱 신속하게 반응하여 소정의 온도에서 전류를 차단할 수 있다.
상기 젤리-롤의 상단면에는, 바람직하게는, 안전부재와의 접촉을 방지하기 위한 절연성 플레이트가 장착되어 있어서, 안전부재와 젤리-롤의 접촉에 의한 단락을 방지할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 안전부재는 온도 퓨즈(thermal fuse)로 이루어질 수 있다.
따라서, 온도 퓨즈는 열충격(thermal shock), 과충전(overcharge), 또는 낙하(drop)가 발생시 전류 차단에 의해 안전성을 향상시키고, 단락압의 상승 및 저하와 같은 공정상의 문제점을 용이하게 해결할 수 있다.
상기 소정의 온도는 80℃ 내지 110℃, 바람직하게는 80℃ 내지 100℃일 수 있다. 상기 온도가 너무 낮은 경우에는 고온 저장 조건에서 전류를 차단할 수 있고, 반대로 너무 높은 경우에는 과충전 조건에서 전류 차단 기능을 수행하지 못할 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 전극리드는, 예를 들어, 안전부재가 결합된 부위의 전단부에서 젤리-롤의 중심으로부터 외측으로 1차 절곡된 후, 안전부재가 결합된 부위의 후단부에서 내측으로 다시 절곡되는 구조로 이루어져 있어서, 안전부재가 절곡되어 파손되는 것을 방지할 수 있다.
상기 구조에서, 안전부재는 전극리드의 상단 일부에 결합되어 있는 구조일 수 있으며, 예를 들어, 안전부재는 전극리드의 상단 일부와 용접에 의해 일체형으로 결합되어 있는 구조일 수 있다.
상기 안전벤트는 전지의 비정상적인 작동 또는 전지 구성요소들의 열화로 인한 전지 내부 압력의 상승시 가스를 외부로 배출시켜 전지의 안전성을 담보하는 일종의 안전소자이다. 예를 들어, 전지의 내부에서 가스가 발생하여 임계치 이상으로 내압이 증가하였을 때, 안전벤트가 파열되고, 그러한 파열 부위로 배출되는 가스는 상단 캡에 형성되어 있는 하나 또는 둘 이상의 가스 배출구를 통해 외부로 배출될 수 있다.
따라서, 상기 안전벤트는 소재가 특별히 제한되지는 않으나, 임계치 이상의 내압 증가에 의해 파열될 수 있을 정도의 강성을 가지기 위하여, 바람직하게는 0.15 내지 0.4 mm의 두께를 가진 알루미늄 판재로 이루어진 것일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 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 형성되는 제 2 노치는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있으며, 제 2 노치는 제 1 노치 보다 깊게 파여 있는 것으로 구성된 것일 수 있다.
따라서, 제 2 노치가 제 1 노치보다 깊게 형성되어 있어서, 임계 압력 이상의 가압 가스가 안전벤트를 압박할 때, 제 2 노치가 절취된다. 반면에, 제 1 노치는 제 2 임계 압력 이하의 가압 가스가 안전벤트에 작용할 때 제 2 노치와 함께 작용하여 만입부가 들려 올려질 수 있게 한다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 캡 어셈블리는 하나 이상의 가스 배출구가 형성되어 있는 탑 캡, 및 안전벤트의 적층 구조로 이루어져 있고, 그것의 외주면에 가스켓이 장착되어 있는 것으로 구성되어 있는 것일 수 있다.
따라서, 안전부재가 결합된 전극리드의 상단부를 용접에 의해 안전벤트와 결합함으로써 연속적인 공정에 의해 캡 어셈블리의 제조가 가능하다.
또한, 상기 구조의 캡 어셈블리는, 도 2의 구조와 같이 종래의 탑 캡/안전벤트/PTC 소자/전류차단부재(CID)/ 전류차단부재용 가스켓으로 형성된 캡 어셈블리와 비교하여 PTC 소자/전류차단부재(CID)/전류차단부재용 가스켓이 필요 없게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는, 앞서 언급한 바와 같이 전류차단부재와 전류차단부재용 가스켓이 필요 없으므로 제조비용이 감소되며, 또한 PTC 소자가 필요 없으므로 PTC 소자의 높이만큼 클림핑(Crimping)부의 높이가 감소되고 이는 비딩(Beading)부의 높이를 증가시켜 젤리-롤의 전지용량을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 또한 상기 캡 어셈블리를 포함하는 것으로 구성된 원통형 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 젤리-롤형 전극조립체를 원통형 금속 캔에 장착한 상태에서 금속 캔의 개방 상단에 상기와 같은 캡 어셈블리를 결합하고, 전극조립체의 음극을 캔의 하단에 용접하며, 전극조립체와 전해질이 내장된 상태에서 전지를 밀폐시키기 위해 그것의 상단에 결합되는 캡 어셈블리에 전극조립체의 양극을 용접하여 제조된다.
본 발명에 따른 상기 전지는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 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 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는 안전벤트와 전극리드 사이에 소정의 온도에서 전류를 차단하는 안전부재를 연결함으로써, 전해액 주입량을 조절하지 않으면서도 고온 저장 특성과 과충전 특성을 동시에 만족시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 원통형 전지의 수직 단면 사시도이다;
도 2 내지 4는 원통형 전지에서 CID의 작동에 의해 전류가 차단되고 고압 가스가 배출되는 일련의 과정에 대한 수직 단면도들이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지의 부분 단면 모식도이다;
도 6은 도 5의 원통형 전지에 사용된 안전벤트의 사시도이다;
도 7은 도 5의 안전부재의 단면 모식도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지의 부분 단면 모식도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 원통형 전지에 사용된 안전벤트의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 원통형 전지(100a)는 캔(200)의 내부에 젤리-롤(110)을 삽입하고, 여기에 전해액을 주입하며, 캔(200)의 개방 상단에 캡 어셈블리(300)를 장착함으로써 제조된다.
캡 어셈블리(300)는 캔(200)의 클림핑부(202)와 비딩부(210)의 상부 내면에 장착되는 기밀유지용 가스켓(400) 내부에 탑 캡(310)과 내부 압력 강하용 안전벤트(320)가 밀착되어 있는 구조로 이루어져 있다. 탑 캡(310)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(312)가 다수 개 형성되어 있다.
또한, 캡 어셈블리(300)는 가스 배출구인 관통구(312)가 형성되어 있는 탑 캡(310), 및 안전벤트(320)의 적층 구조로 이루어져 있고, 그것의 외주면에 가스켓(400)이 장착되어 있다.
따라서, 도 5의 캡 어셈블리(300)는 도 2의 캡 어셈블리와 비교하여 PTC 소자(20)가 필요 없으므로 PTC 소자(20)의 높이만큼 클림핑부(202)의 높이(h)가 감소되고 이는 비딩부(210)의 높이(H)를 증가시켜 젤리-롤(110)의 전지용량을 증가시킨다.
안전벤트(320)는 전류가 통하는 박막 구조물로서, 그것의 중앙부는 함몰되어 만입형 중앙부(322)를 형성하고 있고, 중앙부(322)의 상절곡 및 하절곡 부위에는 각각 깊이를 달리하는 2 개의 노치들(324, 326)이 형성되어 있다.
또한, 안전벤트(320)의 하단에는 젤리-롤(110)의 전극리드(600)가 연결되어 있고, 전극리드(600)에는 80℃ 내지 110℃에서 전류를 차단하는 안전부재(610)가 결합되어 있다.
따라서, 안전부재(610)가 젤리-롤(100)과 근접한 위치에 있으므로, 젤리-롤(100)의 온도 변화에 더욱 신속하게 반응하여 전류를 차단하게 된다.
젤리-롤(110)의 상단면에는 안전부재(610)와의 접촉을 방지하기 위한 절연성 플레이트(220)가 장착되어 있어서, 젤리-롤(110)과 안전부재(610)의 접촉에 의한 단락을 방지하게 된다.
또한, 전극리드(600)는 안전부재(610)가 결합된 부위의 전단부(612)에서 젤리-롤(110)의 중심으로부터 외측으로 1차 절곡된 후, 안전부재(610)가 결합된 부위의 후단부(614)에서 내측으로 다시 절곡되어 있다.
한편, 노치들(324, 326) 중 상부에 형성되는 제 1 노치(324)는 폐곡선을 이루고 있고, 하부에 형성되는 제 2 노치(326)는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있다. 또한, 제 2 노치(326)의 결합력은 제 1 노치(324)의 결합력보다 작게 만들어지므로, 제 2 노치(326) 는 제 1 노치(324)보다 깊게 파여 있다.
따라서, 캔(200)의 내부압력이 임계 압력 이상으로 상승하게 되면, 안전벤트(320)의 제 2 노치(326)가 압력을 견디지 못하고 파단되면서 캔(200) 내부의 가압 가스가 상단 캡(310)의 관통구(312)를 통해 외부로 빠져나가게 된다.
도 7에는 도 5의 안전부재의 단면 모식도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 안전부재인 온도 퓨즈(610)의 중앙부위(A)가 얇은 판상형으로 이루어져 있어서, 예를 들어, 전지셀 내부의 온도가 80℃ 미만인 경우에는 전류 차단이 일어나지 않아 고온 저장 특성을 충족시키고, 80℃를 초과하는 경우에는 상대적으로 얇은 중앙부위(A)가 파단되면서 젤리-롤 (110)로부터 안전벤트(322)에 흐르는 전류를 차단함으로써 과충전에 의한 폭발을 방지하게 된다.
그러나, 상기 구조 이외에, 소정의 온도에서 전류를 차단할 수 있는 기타 다른 구조들도 가능할 수 있음은 물론이다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (12)

  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 노치들이 형성되어 있는 안전벤트의 하단에는 젤리-롤의 전극리드가 전기적으로 연결되어 있고, 상기 안전벤트와 전극리드 사이에는 소정의 온도에서 전류를 차단하는 안전부재가 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 젤리-롤의 상단면에는 안전부재의 접촉을 방지하기 위한 절연성 플레이트가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 안전부재는 온도 퓨즈(thermal fuse)로 이루어진 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 온도는 80℃ 내지 110℃인 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 온도는 90℃ 내지 100℃인 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전극리드는 안전부재가 결합된 부위의 전단부에서 젤리-롤의 중심으로부터 외측으로 1차 절곡된 후, 안전부재가 결합된 부위의 후단부에서 내측으로 다시 절곡되는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 안전부재는 전극리드의 상단 일부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 안전벤트는 0.15 내지 0.4 mm의 두께를 가진 알루미늄 판재인 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  9. 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, 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 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리는 하나 이상의 가스 배출구가 형성되어 있는 탑 캡, 및 안전벤트의 적층 구조로 이루어져 있고, 그것의 외주면에 가스켓이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나에 따른 캡 어셈블리를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
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