KR20120094691A - Prismatic secondary battery employed with safety plate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 안전판이 구비된 각형 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극, 음극 및 분리막으로 구성된 전극조립체가 각형의 전지케이스에 밀봉되어 있는 각형 이차전지로서, 전지케이스는 상단이 개방되어 있고 금속 소재로 이루어진 장방형의 케이스 본체와, 케이스 본체의 개방 상단에 결합되며 전극단자를 포함하고 있는 케이스 캡으로 이루어져 있으며, 전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체 상에 형성되어 있고, 안전판은 선상(線狀)의 노치홈들로 이루어져 있으며, 노치홈들은 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축 부위에 형성되어 있는 제 1 노치홈과, 제 1 노치홈의 적어도 한 곳 이상의 위치에서 분지된 1개 이상의 제 2 노치홈으로 이루어진 각형 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a rectangular secondary battery provided with a safety plate, and more particularly, a rectangular secondary battery in which an electrode assembly composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator is sealed in a rectangular battery case, and a battery case has an open top and a metal It consists of a rectangular case body made of a material, and a case cap coupled to an open upper end of the case body and including an electrode terminal. A safety plate is formed on the case body when a high pressure is generated inside the battery. A notch groove, wherein the notch grooves are formed on a vertical central axis portion on both sides of the case body, and at least one branch branched at at least one position of the first notch groove. It relates to a square secondary battery consisting of two notched grooves.
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.As technology development and demand for mobile devices have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has been rapidly increasing. Many researches have been conducted on lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage among such secondary batteries. .
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.According to the shape of the battery case, secondary batteries are classified into cylindrical batteries and rectangular batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet. .
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 스택형, 및 바이셀 또는 풀셀 등의 유닛셀을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형으로 대략 분류된다.The electrode assembly incorporated in the battery case is a charge / dischargeable power generating element formed of a laminate structure of a positive electrode / separator / negative electrode. The electrode assembly is composed of a jelly-roll type in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode coated with an active material, A stacked type in which a plurality of positive and negative electrodes of a size are stacked in a state in which a separator is interposed, and stacked / folded type stacked units in which unit cells such as bi-cells or pull cells are wound in separate films.
이러한 이차전지는 사용 상태 및 조건에 따라 다양한 환경에 노출될 수 있으며, 사용자의 안전을 위해 특히 폭발의 위험성을 예방하는 것이 요구된다. 일반적으로, 내부 쇼트, 허용된 전류, 전압을 초과한 충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 등에 의한 충격 등과 같은 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압은 전지의 폭발을 초래할 수 있다. 따라서, 이차전지는 상기와 같은 전지의 형태적 차이에도 불구하고, 전지 폭발의 직접적인 원인인 고압을 해소할 수 있는 고압 해소 수단을 구비하고 있다.Such a secondary battery may be exposed to various environments depending on usage conditions and conditions, and it is required to prevent the risk of explosion especially for the safety of the user. Generally, the high temperature and high pressure inside the battery, which can be caused by an abnormal operating condition of the battery such as an internal short, an allowable current, a charging state exceeding a voltage, exposure to a high temperature, . Therefore, the secondary battery is provided with a high-voltage relieving means capable of relieving the high voltage which is a direct cause of the explosion of the battery despite the difference in the shape of the battery.
예를 들어, 원통형 전지는 특정한 구조의 안전판이 캡 어셈블리에 설치되어 있고, 각형 전지는 전지의 캡 또는 케이스에 노치홈이 형성되어 있으며, 파우치형 전지는 별도의 노치홈 없이 라미네이트 시트의 봉합부(밀봉부)가 분리되는 방식으로 고압을 해소하고 있다.For example, in a cylindrical battery, a safety plate having a specific structure is installed in a cap assembly, a prismatic battery has a notch groove formed in a cap or a case of the battery, and the pouch type battery has a notch groove Sealing portion) are separated from each other.
일반적인 각형 이차전지에서는, 알루미늄 전지케이스에 폐쇄형 또는 일부 개방형의 노치홈이 절개 가능한 형태로 형성되어 있다.In a general prismatic secondary battery, a closed type or a partially open type notch groove is formed in the aluminum battery case so as to be cutable.
예를 들어, 도 1에서와 같이, 각형 이차전지는 일부 개방형의 노치홈을 전지케이스의 측면에 포함하고 있다.For example, as shown in Fig. 1, the prismatic secondary battery includes a notch groove of a partially open type on the side surface of the battery case.
도 1의 노치홈(30)은 각형 이차전지 케이스(20)의 측면 모서리에 작은 윤곽으로 형성되어 있고, 일부 개방형으로 형성되어 있다. 즉, 노치홈은 케이스의 응력 분포에 있어서 응력값이 상대적으로 큰 부위에 형성되어 있어서, 전지의 과도한 내압 상승시 곡선 형상이 파단되도록 설계되어 있다.The
이러한 구조의 노치홈은 전지 내부에서 발생한 고압에 상대적으로 민감하게 반응하는 장점은 있으나, 전지의 설계시 의도한 압력 임계치를 정확하게 설정하기 어려운 문제점이 있다.This notch groove has the advantage of relatively sensitive to the high pressure generated inside the battery, but there is a problem that it is difficult to accurately set the intended pressure threshold value in the design of the battery.
즉, 상기에서 언급한 바와 같이, 케이스의 측면 모서리 부위에는 높은 응력이 가해지므로, 낮은 압력에서도 노치홈의 파단이 쉽게 일어날 수 있으며, 무엇보다 전지케이스의 두께가 얇은 경우에는 고압에 특히 민감하게 반응하기 때문에 의도하지 않은 파단이 일어나게 된다.That is, as mentioned above, since high stress is applied to the side edges of the case, breakage of the notch groove can easily occur even at low pressure, and above all, it is particularly sensitive to high pressure when the battery case is thin. As a result, unintentional breakage occurs.
따라서, 응력값이 큰 부위에 형성되는 노치홈의 크기 및 깊이는 상대적으로 작게 하는 것이 불가피한데, 노치홈의 크기 및 깊이를 작게 할 경우에는 오히려 노치홈의 파단이 원활하지 않은 문제점이 발생하게 된다.Therefore, the size and depth of the notch groove formed in the site where the stress value is large is inevitably small. However, when the size and depth of the notch groove are reduced, a problem of not breaking the notch groove is rather smooth. .
각형 이차전지의 또 다른 예로서, 노치홈이 전지케이스의 상단 중앙부에 형성된 구조를 들 수 있다. As another example of the rectangular secondary battery, a notch groove may be formed in the upper center portion of the battery case.
그러나, 이러한 구조는 응력이 상대적으로 작은 전지케이스의 상단 중앙부에 노치홈으로 이루어진 안전판을 형성하여 대면적, 두께가 얇은 박형 전지에 대해 안전판의 파단압을 올릴 수 있으나, 노치를 전지케이스의 중앙부로 갈수록 얇게 하면서 대칭 구조를 형성하기 어렵고, 안전판 작동시 주변 영역으로 크랙이 전파되거나 변형 등과 같은 불필요한 파단이 야기될 수 있는 문제점이 있다.However, this structure forms a safety plate consisting of a notch groove in the upper center of the battery case with a relatively low stress, thereby increasing the breaking pressure of the safety plate for a thin battery having a large area and thickness. Increasingly thin, it is difficult to form a symmetrical structure, there is a problem that can cause unnecessary fracture, such as propagation of cracks or deformation to the peripheral area during the operation of the safety plate.
또 다른 각형 이차전지의 예로서, 전지케이스의 상단 좌측부 또는 상단 우측부에 원호 형상의 노치홈이 형성된 구조를 들 수 있다. 구체적으로, 이러한 구조는 안전판 작동시 주변 영역으로 크랙이 전파되거나 변형되는 것과 같은 안전판의 불필요한 찢어짐을 방지하기 위해 별도의 선이 연장되어 있다.Another example of the rectangular secondary battery is a structure in which an arc-shaped notch groove is formed in the upper left part or the upper right part of the battery case. In particular, such a structure has a separate line extending to prevent unnecessary tearing of the safety plate such as crack propagation or deformation to the surrounding area during the safety plate operation.
그러나, 이러한 구조는 각인하는 안전판의 길이가 길어져 가공이 힘들고 가공시 안전판 주위 영역이 볼록하게 변형되는 문제점이 있다.However, such a structure has a problem that the length of the safety plate to be engraved is difficult to process and the area around the safety plate is convexly deformed during processing.
따라서, 안전판의 불필요한 찢어짐을 방지하고 안전판의 작동 후에 가스의 분출을 효율적으로 하며 압력 제어를 효과적으로 할 수 있는 각형 이차전지에 관한 기술이 매우 필요한 실정이다.Therefore, there is a great need for a technology related to a square secondary battery that can prevent unnecessary tearing of the safety plate, efficiently eject gas after the safety plate is operated, and effectively control the pressure.
또한, 노치홈의 형상은 비정상적인 조건에서 신뢰성이 있게 작동하는데 매우 중요한 인자인 것으로 예상된다.In addition, the shape of the notch grooves is expected to be a very important factor for the reliable operation under abnormal conditions.
따라서, 전지케이스의 두께, 응력값에 따른 노치홈의 위치, 노치홈의 형상, 길이, 깊이 등을 종합적으로 고려하여, 내압이 증가하는 경우, 노치홈의 균일한 파단에 의해 신속하게 가스를 배출할 수 있는 각형전지에 대한 개발의 필요성이 높은 실정이다.Therefore, in consideration of the thickness of the battery case, the location of the notch groove according to the stress value, the shape, the length, the depth of the notch groove, and the like, when the internal pressure increases, the gas is quickly discharged by uniform fracture of the notch groove. There is a high need for the development of a square battery that can be made.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 안전판의 노치홈들을 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축 부위에 형성되어 있는 제 1 노치홈과, 제 1 노치홈의 적어도 한 곳 이상의 위치에서 분지된 1개 이상의 제 2 노치홈으로 구성함으로써, 안전판의 불필요한 찢어짐을 방지하고 안전판의 작동 후에 가스의 분출을 효율적으로 하며 압력을 효과적으로 제어할 수 있음을 확인하였다.After in-depth research and various experiments, the inventors have branched the notch grooves of the safety plate in at least one position of the first notch groove and the first notch groove, which are formed at the vertical central axis portions on both sides of the case body. By constructing one or more second notched grooves, it was confirmed that unnecessary tearing of the safety plate can be prevented, gas can be efficiently ejected after the operation of the safety plate and the pressure can be effectively controlled.
또한, 전지케이스의 측면에서 응력값이 상대적으로 작은 부위에 특정한 구조의 제 1 노치홈 및 제 2 노치홈을 형성하고 그와 동시에 특정한 형상의 제 1 노치홈 및 제 2 노치홈을 형성할 경우, 적정한 조건에서 제 1 노치홈 및 제 2 노치홈의 파단이 신뢰성 있게 일어나고, 결과적으로 안전성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.In addition, when the first notch groove and the second notch groove of a specific structure are formed in a portion where the stress value is relatively small in the side of the battery case, and at the same time to form the first notch groove and the second notch groove of a specific shape, It was confirmed that breakage of the first notch groove and the second notch groove occurred reliably under appropriate conditions, and as a result, the safety could be improved.
따라서, 본 발명자의 목적은 효과적으로 파단을 이룰 수 있는 개선된 구조의 안전판을 가진 각형 이차전지를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rectangular secondary battery having a safety plate of an improved structure that can effectively break.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 각형 이차전지는, 양극, 음극 및 분리막으로 구성된 전극조립체가 각형의 전지케이스에 밀봉되어 있는 각형 이차전지로서, 상기 전지케이스는 상단이 개방되어 있고 금속 소재로 이루어진 장방형의 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 개방 상단에 결합되며 전극단자를 포함하고 있는 케이스 캡으로 이루어져 있으며, According to the present invention, a rectangular secondary battery according to the present invention is a rectangular secondary battery in which an electrode assembly composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator is sealed in a rectangular battery case, and the battery case is open at the top and is made of a metallic material. It consists of a rectangular case body made of, and a case cap coupled to the open top of the case body and including an electrode terminal,
전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체 상에 형성되어 있고, 상기 안전판은 선상(線狀)의 노치홈들로 이루어져 있으며, A safety plate is formed on the case body when broken inside the battery when the high pressure is generated, the safety plate is made of notched grooves of the line,
상기 노치홈들은 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축 부위에 형성되어 있는 제 1 노치홈과, 상기 제 1 노치홈의 적어도 한 곳 이상의 위치에서 분지된 1개 이상의 제 2 노치홈으로 이루어져 있다.The notch grooves include a first notch groove formed at a vertical central axis portion on both sides of the case body, and at least one second notch groove branched at at least one position of the first notch groove.
따라서, 본 발명에 따른 각형 이차전지의 안전판은, 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축 부위에 형성되어 있는 제 1 노치홈과, 제 1 노치홈의 적어도 한 곳 이상의 위치에서 분지된 1개 이상의 제 2 노치홈으로 이루어진 선상의 노치홈들로 이루어져 있으므로, 안전판의 불필요한 찢어짐을 방지하고 안전판의 작동 후에 가스의 분출을 효율적으로 수행할 수 있다.Therefore, the safety plate of the rectangular secondary battery according to the present invention, the first notch groove formed in the vertical central axis portion on both sides of the case body, and at least one second branch branched at at least one position of the first notch groove. Since the notch grooves are formed of the notch grooves, it is possible to prevent unnecessary tearing of the safety plate and to efficiently eject the gas after the operation of the safety plate.
참고로, 본 명세서에서 케이스 본체의 양면은 케이스 본체의 전면 또는 후면을 의미한다.For reference, both sides of the case body in the present specification means the front or rear of the case body.
하나의 바람직한 예로서, 상기 제 2 노치홈은 제 1 노치홈의 단부 부위에서 분지되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 제 1 노치홈의 파단 응력이 그것의 양 단부 부위에서 제 2 노치홈에 의해 분산되도록 하여, 제 1 노치홈이 불필요하게 찢어지는 것을 방지할 수 있다. As one preferred embodiment, the second notch groove may have a structure branched at an end portion of the first notch groove. Therefore, the breaking stress of the first notched groove can be dispersed by the second notched groove at both end portions thereof, thereby preventing the first notched groove from being torn unnecessarily.
상기 구조에서, 제 2 노치홈은 제 1 노치홈의 중심축으로부터 단부까지의 거리(La)에 대해 0.5La 이하의 범위에서 단부 방향으로 편향된 위치에서 분지되어 있을 수 있으며, 바람직하게는 0.01La 내지 0.3La의 범위 내에 있을 수 있다.In the above structure, the second notch groove may be branched from the deflected position to the end direction in the range of 0.5L or less with respect to a distance (L a) to the end portion from the central axis of the first notched groove, preferably 0.01 It may be in the range of L a to 0.3L a .
본 명세서에서 "제 2 노치홈이 제 1 노치홈으로부터 분지되어 있다"는 것은, 상기 두 노치홈들이 연속적으로 형성되어 있는 경우 뿐만 아니라, 앞서 설명한 바와 같은 파단 에너지(파단 응력)의 분산이 가능한 범위에서 이격되어 있는 경우를 모두 포함한다. 따라서, 제 2 노치홈은 제 1 노치홈으로부터 연속되어 있거나, 또는 제 1 노치홈으로부터 이격되어 있는 구조일 수 있다.In the present specification, "the second notched groove is branched from the first notched groove" means not only a case where the two notched grooves are formed continuously, but also a range in which breaking energy (break stress) as described above can be dispersed. This includes all cases that are spaced from. Accordingly, the second notch groove may be a structure that is continuous from the first notch groove or spaced apart from the first notch groove.
상기 후자의 구조에서, 제 2 노치홈은 제 1 노치홈에 가장 인접한 부위가 제 1 노치홈의 양단부들의 직선 거리(Lb)를 기준으로 0.2Lb 이하의 크기, 예를 들어, 0.05Lb 내지 0.2Lb의 크기로 제 1 노치홈으로부터 이격되어 있는 구조일 수 있다.In the latter structure, the second notch groove has a size of 0.2L b or less, for example, 0.05L b , based on a straight line distance L b of both ends of the first notch groove. It may be a structure spaced apart from the first notch groove to the size of 0.2L b .
구체적으로, 제 2 노치홈에서 제 1 노치홈에 가장 인접한 부위가 제 1 노치홈의 양단부들의 직선 거리(Lb)를 기준으로 0.2Lb를 초과하는 경우 소망하는 파단 에너지의 분산을 달성할 수 없으므로 바람직하지 않다. 반면에, 이격 거리의 하한치는 특별히 한정되지 않는 바, 제 2 노치홈이 제 1 노치홈으로부터 실질적으로 이격되지 않은 경우에는 앞서 정의한 바와 같이 제 2 노치홈이 제 1 노치홈에 연속적인 형상으로 분지되어 있는 구조를 이루기 때문이다. Specifically, when the portion closest to the first notched groove in the second notched groove exceeds 0.2L b based on the straight line distance L b of both ends of the first notched groove, desired dispersion of breaking energy can be achieved. It is not desirable because it is not. On the other hand, the lower limit of the separation distance is not particularly limited. If the second notch groove is not substantially spaced apart from the first notch groove, the second notch groove branches in a continuous shape to the first notch groove as defined above. This is because the structure is made.
또 다른 예로서, 상기 제 2 노치홈은 제 1 노치홈의 일측 또는 양측 단부에서 분지되어 있는 구조일 수 있으며, 소망하는 파단 압력 조건에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.As another example, the second notch groove may have a structure branched at one or both ends of the first notch groove, and may be selectively used according to a desired breaking pressure condition.
한편, 상기 제 2 노치홈의 평균 잔여 두께(케이스 본체의 두께에서 노치홈의 깊이를 차감한 후의 두께)는 제 1 노치홈의 평균 잔여 두께와 동일하거나 그 보다 작은 구조일 수 있으며, 후자의 구조가 파단 에너지의 상쇄에 의해 케이스의 찢어짐을 방지하는 측면에서 더욱 바람직하다.Meanwhile, the average residual thickness of the second notch groove (the thickness after subtracting the depth of the notch groove from the thickness of the case body) may be the same or smaller than the average residual thickness of the first notch groove. Is more preferable in terms of preventing tearing of the case by offsetting the breaking energy.
또 다른 예로서, 상기 제 2 노치홈은 소망하는 파단 압력에 따라 곡선 또는 직선으로 이루어질 수 있다. 이러한 소망하는 파단 압력은 제품 사양에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.As another example, the second notch groove may be curved or straight, depending on the desired breaking pressure. This desired breaking pressure may of course vary with product specifications.
하나의 바람직한 예에서, 상기 케이스 본체의 두께는 0.4 mm 이하이고, 제 1 노치홈은 고압 상태에서 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 40% 이하의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다.In one preferred embodiment, the case body has a thickness of 0.4 mm or less, and the first notched groove is formed on the case body exhibiting a stress distribution of 40% or less based on the maximum stress S MAX of the case at high pressure. It can be a structure.
이와 같이, 케이스 본체의 응력 분포에 있어서 응력값이 40% 이하의 상대적으로 작은 부위에 제 1 노치홈이 형성되어 있어서, 낮은 압력에서도 노치홈이 쉽게 파단되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 높은 파단압의 제공 및 깊은 노치의 형성이 가능하다.In this way, the first notch groove is formed in a relatively small portion where the stress value is 40% or less in the stress distribution of the case main body, thereby preventing the notch groove from being easily broken even at a low pressure. The provision of pressure and the formation of deep notches are possible.
또 다른 예에서, 상기 제 1 노치홈은 케이스 본체의 잔여 두께(케이스 본체의 두께에서 노치홈의 깊이를 차감한 후의 두께)가 길이 방향을 기준으로 양단부로부터 중앙부 쪽으로 얇아지는 구조로 형성되어 있어서, 노치홈이 높은 작동신뢰성을 발휘하여 균일한 노치홈의 파열에 의해 전지 외부로 신속하게 가스가 배출되어 전지의 안전성을 담보할 수 있다.In another example, the first notch groove is formed in a structure in which the remaining thickness of the case body (the thickness after subtracting the depth of the notch groove from the thickness of the case body) becomes thinner from both ends to the center portion in the longitudinal direction. The notch groove exhibits high operating reliability, and gas is quickly discharged to the outside of the battery by the rupture of the uniform notch groove, thereby ensuring the safety of the battery.
한편, 고용량화로 인한 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공에 따라, 본 발명이 적용되는 케이스 본체의 두께는 바람직하게는 0.2 내지 0.4 mm의 범위 내에 있을 수 있다. 따라서, 상기 특정한 위치와 형상의 제 1 노치홈과 제 2 노치홈은 일반적인 케이스 본체에 비해 얇은 두께의 케이스 본체임에도 불구하고 적정 임계치에서 신뢰성 있는 파열을 이룰 수 있다.On the other hand, according to the large area of the case due to the high capacity and processing into a thin material, the thickness of the case body to which the present invention is applied may preferably be in the range of 0.2 to 0.4 mm. Thus, the first notch groove and the second notch groove of the specific position and shape may achieve a reliable rupture at an appropriate threshold, although the case body is thinner than the general case body.
또 다른 예에서, 상기 안전판이 파단되는 전지 내부의 고압은 정상적인 조건에서의 전지 내압의 3배를 초과하는 압력일 수 있으며, 상기에서 정상적인 조건은 대기압(1 기압) 내지 2 기압의 상태를 의미한다.In another example, the internal pressure of the battery in which the safety plate is broken may be a pressure exceeding three times the internal pressure of the battery under normal conditions, where the normal condition means a state of atmospheric pressure (1 atm) to 2 atm. .
앞서 언급한 바와 같이, 제 1 노치홈은 상기와 같은 고압 상태에서 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 40% 이하의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다. As mentioned above, the first notch groove may be a structure formed on the case body exhibiting a stress distribution of 40% or less based on the maximum stress S MAX of the case in the high pressure state as described above.
응력 분포는 전지케이스의 형상, 구조 등에 의해 다양하게 변화될 수 있는 바, 일반적인 각형 전지에서 나타나는 응력 분포가 도 8에 개시되어 있다. The stress distribution may be variously changed by the shape, structure, and the like of the battery case, and the stress distribution shown in a general rectangular battery is shown in FIG. 8.
본 발명자들이 확인한 바로는, 케이스의 SMAX를 기준으로 40%를 초과하는 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 제 1 노치홈을 형성하는 경우에, 낮은 압력에서도 노치홈이 용이하게 파단되는 것으로 확인되었다. 결과적으로, 상기와 같은 조건을 만족함으로써, 종래와 같이 높은 응력 분포, 즉, SMAX를 기준으로 40%를 초과하는 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 제 1 노치홈을 형성한 경우보다, 높은 압력에서 파단될 수 있다.The inventors have confirmed that when the first notch groove is formed on the case body exhibiting a stress distribution exceeding 40% based on the S MAX of the case, the notch groove is easily broken even at low pressure. . As a result, by satisfying the above conditions, higher pressure than in the case where the first notch groove is formed on the case body showing a high stress distribution, that is, a stress distribution exceeding 40% based on S MAX as in the prior art, It can be broken at.
이러한 제 1 노치홈은 바람직하게는 SMAX의 10 내지 40%의 응력 분포, 더욱 바람직하게는 25 내지 35%의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다. The first notch groove may be a structure that is formed on the case body preferably showing a stress distribution of 10 to 40%, more preferably 25 to 35% of S MAX .
따라서, 케이스 본체의 응력 분포에 있어서 응력값이 상대적으로 작은 부위에 형성되어 있어서, 낮은 압력에서도 제 1 노치홈이 쉽게 파단되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 높은 파단압의 제공 및 깊은 노치의 형성이 가능하다.Therefore, the stress value in the stress distribution of the case main body is formed at a relatively small portion, whereby the first notch groove can be easily prevented from breaking even at low pressure, providing a high breaking pressure and forming a deep notch. This is possible.
이러한 제 1 노치홈은 바람직하게는 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축 부위에 형성되어 있을 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 케이스 본체의 좌우 폭을 기준으로 1/4 내지 1/2 크기의 중앙 위치에 형성되어 있을 수 있다.The first notch groove may be preferably formed at a vertical central axis portion on both sides of the case body, and more preferably, at a central position of 1/4 to 1/2 size based on the left and right widths of the case body. It may be formed.
상기 제 1 노치홈의 위치가 상기 범위를 벗어나는 경우에는, 고압에서 제 1 노치홈의 파단 및 가스 배출을 기대하기 어려울 수 있고, 작은 압력에도 제 1 노치홈의 파열이 발생하므로, 고압의 안전성 및 조립 공정성에서 바람직하지 않다.When the position of the first notch groove is out of the above range, it may be difficult to expect breakage of the first notch groove and gas discharge at high pressure, and the first notch groove may be broken even at a small pressure, thereby ensuring high safety and Not preferred in assembly processability.
본 발명자들이 행한 실험에 따르면, 상기 제 1 노치홈은, 앞서 설명한 바와 같이 계속적으로 압력이 상승하여 일정한 수준 이상이 되면, 제 1 노치홈이 균일하게 파열될 수 있으므로, 전지 외부로 신속하게 가스가 배출되어 결과적으로 전지의 안정성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. According to an experiment conducted by the present inventors, the first notch groove has a constant pressure rise as described above, so that the first notch groove may be uniformly ruptured as described above. It was confirmed that the discharge can improve the stability of the battery as a result.
이러한 제 1 노치홈은 상기 형성 위치의 범위를 만족하면서, 바람직하게는, 케이스 본체의 상단 개구와, 케이스 본체의 내부에 장착되는 전극조립체의 상단 사이에 대응하는 공간의 케이스 본체 상에 형성되어 있을 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 노치홈은 케이스 본체의 상단 개구에 가까우면서, 케이스 본체의 내부에 장착되는 전극조립체의 양극의 상단으로부터 전극조립체 방향으로 최대 5 mm 이내와 상단 개구 사이에 대응하는 공간의 케이스 본체 상에 형성될 수도 있다. 이러한 위치에 형성된 제 1 노치홈은 케이스 내부의 잉여 공간, 구체적으로, 전극조립체 장착 부위의 상단에 위치함으로써, 가스 배출을 보다 용이하게 하고, 전극조립체의 파손을 최소화할 수 있다.The first notch groove may be formed on the case main body of a space corresponding to the upper end of the case main body and the upper end of the electrode assembly mounted inside the case main body, while satisfying the range of the formation position. Can be. In one specific example, the first notch groove is close to the upper opening of the case body, and corresponds to a distance between the upper opening and a maximum of 5 mm in the direction of the electrode assembly from the upper end of the anode of the electrode assembly mounted inside the case body. It may be formed on the case body of the space. The first notch groove formed at such a position may be located at the upper portion of the surplus space inside the case, specifically, the electrode assembly mounting portion, to facilitate gas discharge and minimize damage of the electrode assembly.
특히, 본 발명에 따른 제 1 노치홈은 원호 형상으로 형성됨으로써, 가스배출이 노치홈의 어느 한 부위에 지나치게 편중되는 것을 방지하여, 노치홈의 파단시 압력편차를 최소화할 수 있으며, 얇은 케이스 본체에 대해 케이스 자체의 강도를 확보할 수 있다는 장점이 있다. In particular, the first notch groove according to the present invention is formed in an arc shape, thereby preventing the gas discharge from being excessively biased in any part of the notch groove, thereby minimizing the pressure deviation when the notch groove is broken, and the thin case body With respect to the strength of the case itself can be secured.
상기 제 1 노치홈의 원호 형상은, 바람직하게는, 케이스 본체의 상하 길이의 1/3 내지 1.5배 크기의 곡률반경을 가질 수 있다.The arc shape of the first notch groove may preferably have a radius of curvature of 1/3 to 1.5 times the vertical length of the case body.
상기 반경이 너무 작은 경우에는 곡률이 커져서 상대적으로 원호 형상의 폭이 작아지게 되고, 반대로 너무 큰 경우에는 곡률이 완만해져서 고압이 발생하더라도 제 1 노치홈의 파열이 어려울 수 있으므로, 바람직하지 않다.If the radius is too small, the curvature becomes large and the width of the arc shape becomes relatively small. On the contrary, if the radius is too large, the first notch groove may be hardly broken even if a high pressure occurs, which is not preferable.
또한, 제 1 노치홈의 위치 및 곡률이 상기 범위를 벗어나지 않는다면, 상기 제 1 노치홈은 원호의 곡률 중심이 상부에 위치하는 상향 원호 형상이거나, 또는 원호의 곡률 중심이 하부에 위치하는 하향 원호 형상으로 형성될 수도 있다.Further, if the position and curvature of the first notch groove do not deviate from the above range, the first notch groove may be an upward arc shape in which the center of curvature of the arc is located at the top, or a downward arc shape in which the center of curvature of the arc is located at the bottom thereof. It may be formed as.
한편, 본 발명자들이 실험적으로 확인한 바에 따르면, 상기 제 1 노치홈의 잔여 두께가 일정한 경우에는, 케이스 본체에서 응력이 상대적으로 작은 부위에 원호 형상으로 형성되어 있는 경우에도, 효과적인 제 1 노치홈의 파열에 적합하지 않았다.On the other hand, according to the inventors confirmed experimentally, when the residual thickness of the first notch groove is constant, even if the case body is formed in an arc shape in a relatively small stress portion of the case body, the effective first notch groove rupture Was not suitable for.
즉, 일정한 잔여 두께로 제 1 노치홈을 형성하고자 하는 경우에는, 균일한 잔여 두께의 형성이 매우 어려워져 압력이 집중되는 부위가 임의의 위치에 설정되고, 그로 인해 작동 신뢰성이 떨어져서 낮은 압력하에서도 케이스의 형태가 변형되는 현상이 나타나는 등의 문제점이 발생하였다. 이에 따라, 케이스 본체의 응력값 및 잔여 두께는 제 1 노치홈의 파열 및 가스 배출과 밀접한 관계가 있음을 확인할 수 있었다.That is, in the case where the first notched groove is to be formed with a constant residual thickness, it is very difficult to form a uniform residual thickness, so that the site where the pressure is concentrated is set at an arbitrary position, whereby the operation reliability is inferior and even under low pressure. Problems such as the appearance of the deformation of the case appeared. Accordingly, it was confirmed that the stress value and the remaining thickness of the case body are closely related to the rupture of the first notch groove and the gas discharge.
하나의 바람직한 예에서, 상기 잔여 두께의 평균값은 본체 케이스의 두께를 기준으로 40 내지 70%의 범위에서 결정할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같은 다양한 요소들을 고려하여 최적의 상태를 제공할 수 있는 범위로서 결정된다. In one preferred example, the average value of the remaining thickness may be determined in the range of 40 to 70% based on the thickness of the body case. This is determined as a range capable of providing an optimal state in consideration of various factors as described above.
또한, 상기 제 1 노치홈 중 중앙부의 최저 잔여 두께는 케이스 본체의 두께를 기준으로 20 내지 50% 크기일 수 있다. 상기 깊이가 20% 이하일 경우에는 작은 압력 하에서도 제 1 노치홈이 쉽게 파열될 수 있으며, 50% 이상일 경우 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 노치홈의 중앙부와 제 1 노치홈의 양단부의 두께가 소망하는 정도의 차이를 갖지 못하여 작동신뢰성이 낮아질 수 있으므로, 바람직하지 않다.In addition, the minimum remaining thickness of the center portion of the first notch groove may be 20 to 50% size based on the thickness of the case body. When the depth is 20% or less, the first notch groove may be easily ruptured even under a small pressure. When the depth is 50% or more, as described above, the thickness of the central portion of the first notch groove and both ends of the first notch groove may be desired. It is not preferable because the operation reliability can be lowered because there is no difference in degree.
또한, 상기 잔여 두께는 제 1 노치홈의 양단부로부터 중앙부 쪽으로 순차적으로 얇아지는 구조로 이루어질 수 있다. 여기에서, '순차적으로'는 단계적으로 점차 얇아지는 것을 의미한다. 따라서, 특정부위에만 압력이 집중되는 것을 방지하고 제 1 노치홈의 파단시 압력편차를 최소화할 수 있다.In addition, the remaining thickness may have a structure that is sequentially thinned from both ends of the first notch groove toward the center portion. Here, 'sequentially' means gradually thinner in stages. Therefore, it is possible to prevent the pressure from concentrating only on a specific portion and to minimize the pressure deviation when the first notch groove is broken.
상기 제 1 노치홈에서 중앙부의 잔여 두께는 양단부의 잔여 두께보다 얇아 제 1 노치홈의 파단이 용이한 두께라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는, 중앙부의 잔여 두께가 양단부의 잔여 두께의 40 내지 70% 크기로 형성될 수 있다.The remaining thickness of the center portion of the first notch groove is not particularly limited as long as the thickness of the center portion of the first notch groove is thinner than the remaining thickness of both ends, so that the thickness of the first notch groove is easily broken. It can be formed in 70% size.
이와 같이, 잔여 두께가 양단부로부터 중앙부와 인접한 부위 쪽으로 얇아지는 구조로 이루어진 제 1 노치홈이 구비된 각형전지는 효과적인 작동신뢰성을 발휘할 수 있음을 실험으로 확인하였다.As described above, it was confirmed by experiment that the rectangular battery having the first notch grooves having a structure in which the remaining thickness becomes thinner from the both ends toward the portion adjacent to the center portion can exhibit effective operation reliability.
상기 제 1 노치홈 및 제 2 노치홈은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 별도의 펀치를 이용하여 압연함으로써 형성될 수 있다. 경우에 따라서는, 소정의 도구를 사용하여 케이스의 표면을 긁어 절취하는 방법도 가능할 수 있다.The first notch groove and the second notch groove may be formed by various methods, and preferably, may be formed by rolling using a separate punch. In some cases, a method of scraping off the surface of the case using a predetermined tool may be possible.
상기 제 1 노치홈 및 제 2 노치홈의 수직 단면은 내압 발생시 제 1 노치홈 및 제 2 노치홈을 용이하게 파단할 수 있는 형태라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 하향 쐐기형 또는 사다리꼴일 수 있다. 하향 쐐기형의 경우에는 제 1 노치홈 및 제 2 노치홈 상단부의 크랙(crack)에 의한 파단이 일어나며, 사다리꼴의 경우에는 단변이 늘어나면서 전단 응력에 의해 파단이 일어난다. 결과적으로, 제 1 노치홈 및 제 2 노치홈의 균일하고 즉각적인 파단을 유도할 수 있어서 전지의 안전성을 담보할 수 있다.The vertical cross-section of the first notch groove and the second notch groove is not particularly limited as long as it can easily break the first notch groove and the second notch groove when internal pressure is generated, and may be, for example, a downward wedge or trapezoid. have. In the case of the downward wedge shape, the fracture occurs due to a crack in the upper end of the first notch groove and the second notch groove, and in the case of the trapezoid, the fracture occurs due to the shear stress while the short side is extended. As a result, uniform and immediate breakage of the first notch groove and the second notch groove can be induced to ensure the safety of the battery.
경우에 따라서는, 제 1 노치홈이 하향 쐐기형의 수직 단면을 가지고 제 2 노치홈이 사다리꼴의 수직 단면을 가진 구조일 수 있으며, 이와 반대로, 제 1 노치홈이 사다리꼴의 수직 단면을 가지고 제 2 노치홈이 하향 쐐기형의 수직 단면을 가진 구조일 수도 있다. In some cases, the first notch groove may have a vertical cross section of a downward wedge shape, and the second notch groove may have a trapezoidal vertical cross section. On the contrary, the first notch groove may have a vertical cross section of a trapezoid shape. The notch groove may be a structure having a vertical cross section of a downward wedge shape.
상기 전극조립체는 젤리-롤(권취형) 구조 뿐만 아니라, 스택형 구조 또는 스택/폴딩형 구조일 수도 있으며, 그 중 젤리-롤은 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점이 있지만, 그것으로 한정되지 않음은 물론이다.The electrode assembly may not only have a jelly-roll (wound) structure, but also a stacked structure or a stack / foldable structure. Among them, the jelly-roll may be easily manufactured and has a high energy density per weight. Of course, it is not limited.
이러한 구조의 이차전지는 더욱 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있다.The secondary battery having such a structure is more preferably a lithium secondary battery.
한편, 상기 노치홈들은 케이스 본체의 상단으로부터 [(케이스 본체의 길이(L) - 케이스의 길이 방향에 대한 젤리-롤의 양극 폭(W)) X 2]의 영역 이내에 적어도 일부가 위치하고 있는 구조일 수 있다. 또한, 바람직하게는 노치홈 중 50% 이하가 상기 케이스 본체의 특정 영역 이내에 위치할 수 있다.On the other hand, the notch grooves have a structure in which at least a portion of the notch grooves is located within an area of [(length of the case body (L)-an anode width (W) of the jelly-roll with respect to the length direction of the case) X 2]). Can be. In addition, preferably 50% or less of the notched groove may be located within a specific area of the case body.
따라서, 노치홈들을 통해 고압의 가스가 분출되는 경우 고압에 의한 유체 유동에 의해 전극이 노치홈들을 막을 수 있으므로, 노치홈들이 상기에 정의된 특정 부위에 위치하고 있는 경우 노치홈들이 막히는 것을 방지할 수 있다. Therefore, when the high pressure gas is ejected through the notch grooves, the electrode may block the notch grooves by the fluid flow due to the high pressure, so that the notch grooves can be prevented from being blocked when the notch grooves are located at the specific part defined above. have.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 각형 이차전지는 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축 부위에 형성되어 있는 제 1 노치홈과, 제 1 노치홈의 적어도 한 곳 이상의 위치에서 분지된 1개 이상의 제 2 노치홈으로 구성함으로써, 안전판의 불필요한 찢어짐을 방지하고 안전판의 작동 후에 가스의 분출을 효율적으로 하며 압력을 효과적으로 제어할 수 있다.As described above, the rectangular secondary battery according to the present invention has a first notch groove formed in the vertical central axis portion on both sides of the case body, and at least one second branch branched at at least one position of the first notch groove. By constructing a notch groove, it is possible to prevent unnecessary tearing of the safety plate, to efficiently eject gas after the operation of the safety plate, and to effectively control the pressure.
또한, 전지케이스의 측면에서 응력값이 상대적으로 작은 부위에 특정한 구조의 제 1 노치홈 및 제 2 노치홈을 형성하고 그와 동시에 특정한 형상의 제 1 노치홈 및 제 2 노치홈을 형성함으로써, 적정한 조건에서 제 1 노치홈 및 제 2 노치홈의 파단이 신뢰성 있게 일어나고, 결과적으로 안전성을 향상시킬 수 있다.In addition, by forming the first notch groove and the second notch groove of a specific structure in a portion where the stress value is relatively small in the side of the battery case, and at the same time by forming the first notch groove and the second notch groove of a specific shape, Under the conditions, breakage of the first notch groove and the second notch groove occurs reliably, and as a result, safety can be improved.
도 1은 종래의 노치홈을 포함하는 각형 이차전지의 모식도이다;
도 2는 본 발명에 사용되는 각형 이차전지의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노치홈들을 포함하는 각형 이차전지의 모식도이다;
도 4는 도 3의 노치홈들을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도이다;
도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈들을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도들이다;
도 7은 도 3의 각형 이차전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈들을 포함하는 각형 이차전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이다;
도 9는 도 3의 제 1 노치홈의 수직 단면을 나타내고 있는 사진이다;
도 10은 도 2의 전지케이스에 탑재되는 젤리-롤형 전극조립체를 권취하는 과정을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram of a rectangular secondary battery including a conventional notch groove;
2 is a schematic view of a prismatic secondary battery used in the present invention;
3 is a schematic diagram of a rectangular secondary battery including notched grooves according to one embodiment of the present invention;
4 is a partial front view of a case body including the notches of FIG. 3;
5 and 6 are partial front views of a case body including notched grooves according to another embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a photograph showing a stress distribution of the rectangular secondary battery of FIG. 3; FIG.
8 is a photograph showing a stress distribution of a rectangular secondary battery including notched grooves according to another embodiment of the present invention;
9 is a photograph showing a vertical cross section of the first notch groove of FIG. 3;
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a process of winding up a jelly-roll type electrode assembly mounted on the battery case of FIG. 2.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 2에는 본 발명에 사용될 수 있는 하나의 실시예에 따른 통상적인 각형 이차전지의 구조가 도시되어 있다.Figure 2 shows the structure of a conventional rectangular secondary battery according to one embodiment that can be used in the present invention.
도 2를 참조하면, 각형 이차전지(100)는 음극단자의 역할을 이루는 각형 전지케이스(200)의 내부로, 시트형의 양극, 음극이 분리막을 개재한 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤 구조의 전극조립체(도 10 참조)가 삽입되어 있다.Referring to FIG. 2, the rectangular
전지케이스(200)는 상단이 개방되어 있고 금속 소재로 이루어진 장방형의 케이스 본체(210)와, 이러한 케이스 본체(210)의 개방 상단에 양극단자(400)가 설치된 케이스 캡(220)이 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다. 음극단자는 양극단자(400)와 전기적으로 절연된 케이스 본체(210) 또는 케이스 캡(220) 자체일 수 있다.The
이와 같은 각형 이차전지(100)를 제조하기 위해서는, 우선 케이스 본체(210)의 내부로 전극조립체를 삽입하고, 케이스 캡(220)을 케이스 본체(210)의 개구부에 안착시킨 후, 그것의 접착면 부위를 레이저 용접으로 밀봉한다. 그런 다음, 전지케이스(200)의 내부로 전해액을 주입하게 되는 바, 전해액 주입은 케이스 캡(220)의 일측부위에 형성되어 있는 주입구(230)를 통해 이루어진다. 상세하게는, 주입구(230)로 전해액을 주입한 후, 주입구(230)에 알루미늄 등으로 만들어진 볼 부재를 끼워지고, 별도의 금속 박판을 볼 부재(600) 위로 안착시켜 주입구(230)를 전체적으로 막은 상태에서 레이저 용접을 통해 밀봉한다. 주입구(230)의 밀봉 방법이 상기의 것으로 한정되는 것은 아니며, 기타 다양한 방법이 가능할 수 있다. In order to manufacture such a rectangular
본 발명에 따른 노치홈은 이러한 각형 이차전지(100)의 케이스 본체의 전면(211) 또는 후면(도시하지 않음) 상에 형성되며, 케이스 본체(210)의 두께는 약 0.3 mm이다.The notched groove according to the present invention is formed on the
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노치홈들을 포함하는 각형 이차전지의 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 노치홈들을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도가 모식적으로 도시되어 있다. 참고로, 도 3 내지 도 6에서는 이해의 편의를 위하여 케이스 본체 대비 안전판의 크기를 상대적으로 크게 표현하였다.3 is a schematic view of a rectangular secondary battery including notched grooves according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a partial front view of the case body including the notched grooves of FIG. 3. . For reference, in FIGS. 3 to 6, the size of the safety plate is relatively large compared to the case body for convenience of understanding.
이들 도면을 참조하면, 각형 이차전지는 전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체(40) 상에 형성되어 있고, 안전판은 선상의 노치홈들(60, 62)로 이루어져 있다.Referring to these drawings, the rectangular secondary battery has a safety plate formed on the
구체적으로, 노치홈들(60, 62)은 케이스 본체(40)의 양면에서 수직 중심축(3) 부위에 형성되어 있는 원호 형상의 제 1 노치홈(60)과, 제 1 노치홈(60)의 양 단부 부위에서 분지된 2개의 직선 형상의 제 2 노치홈들(62)로 이루어져 있다.Specifically, the
또한, 제 2 노치홈들(62)은 제 1 노치홈(60)의 중심축(3)으로부터 단부까지의 거리(La)에 대해 0.4La의 범위에서 단부 방향으로 편향된 위치에서 분지되어 있고, 제 1 노치홈(60)과 연속되어 있다.Further, the second notched groove (62) is branched from the distance (L a) to the end portion direction in the range of 0.4L for a deflected position to the end portion from the central axis (3) of the first notched
제 1 노치홈(60)은 원호 형상으로 이루어져 있고, 원호 형상은 케이스 본체(40)의 좌우 폭(W)을 기준으로 약 1/2 크기의 중앙 위치와 케이스 본체(40)의 상하 길이(L)를 기준으로 약 3/10 크기의 상단 위치 내에 형성되어 있다. 또한, 원호 형상의 곡률은 케이스 본체(40)의 상하 길이(L)를 기준으로 약 3/10의 반경(R)으로 형성된 곡률로 이루어져 있다. 이러한 원호 형상에 의해, 제 1 노치홈(60)은 가스 배출을 균일하게 하면서도 일정한 기계적 강도를 유지할 수 있다.The
또한, 제 1 노치홈(60)은 수직 단면상으로 케이스 본체(40)의 두께에서 제 1 노치홈(60)의 깊이를 차감한 후의 두께인 잔여 두께에서 구배를 가지고 있고, 케이스 본체(40)의 중앙부(3)에 위치한 노치홈의 잔여 두께는 케이스 본체(40)의 두께를 기준으로 40%의 크기를 가지고 있다.In addition, the
잔여 두께(80)는 제 1 노치홈(60)의 전체길이(l)를 기준으로 양단부(1, 5)로부터 중앙부(3) 쪽으로 순차적으로 얇아지는 구조로 형성되어 있다.The remaining
한편, 노치홈들(60, 62)은 케이스 본체(40)의 상단으로부터 [(케이스 본체의 길이(L) - 케이스의 길이 방향에 대한 젤리-롤의 양극 폭(W)) X 2]의 영역(A) 이내에 모두 위치하고 있다. 또한, 젤리-롤은 음극(32), 분리막(36), 양극(34)이 권취된 구조로 이루어져 있다.On the other hand, the
도 5 및 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈들을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도들이 모식적으로 도시되어 있다.5 and 6 schematically show partial front views of a case body including notched grooves according to another embodiment of the present invention.
이들 도면을 참조하면, 도 5의 안전판은 제 2 노치홈들(64, 68)이 제 1 노치홈(66)과 이격되어 있는 점을 제외하고는 도 4의 안전판과 동일한 구조로 형성되어 있다.Referring to these drawings, the safety plate of FIG. 5 is formed in the same structure as the safety plate of FIG. 4 except that the
또한, 제 2 노치홈들(64, 68)은 각각 제 1 노치홈(66)에 가장 인접한 부위가 제 1 노치홈(66)의 양단부들의 직선 거리(Lb)를 기준으로 0.07Lb의 크기로 제 1 노치홈(66)으로부터 이격되어 있고, 케이스 본체(40)의 두께에서 제 2 노치홈들(64, 68)의 깊이를 차감한 후의 두께인 잔여 두께는 제 1 노치홈(66)의 잔여 두께와 동일하게 형성되어 있다. In addition, each of the second notched
다음으로, 도 6의 안전판은 원호 형상의 제 2 노치홈들(61, 63)이 제 1 노치홈(66)의 양측 단부로부터 이격되어 있는 점을 제외하고는 도 4의 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Next, the safety plate of FIG. 6 is the same as the structure of FIG. 4 except that the arc-shaped
도 7에는 도 3의 각형 이차전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈들을 포함하는 각형 이차전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이 도시되어 있다.FIG. 7 is a photograph showing a stress distribution of the rectangular secondary battery of FIG. 3, and FIG. 8 is a photograph showing a stress distribution of a rectangular secondary battery including notched grooves according to another embodiment of the present invention. It is.
먼저 도 7을 도 3과 함께 참조하면, 케이스 본체(40)의 제 1 노치홈(60)과 제 2 노치홈들(62)은 고압 가스를 배출하기 위한 절개 가능한 형태의 부재로서, 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 약 25 내지 35%의 응력 분포를 나타내는 케이스의 부위에, 제 1 노치홈(63)인 원호의 곡률 중심이 상부에 위치하는 상향 원호 형상으로 형성되어 있다. First, referring to FIG. 7 together with FIG. 3, the
도 7에서 보는 바와 같이, 응력 분포는 일정한 압력이 인가되었을 때 각 부위별로 나타나는 인장응력이 등고선으로 나타나며, 명도가 높은 부위(밝은 색 부위)는 응력이 상대적으로 높은 부위로서 최대 응력(SMAX) 분포 부위이고, 명도가 낮은 부위(어두운 부위)는 응력이 상대적으로 낮은 부위로서, 최저 응력(SMIN) 분포 부위를 의미한다.As shown in FIG. 7, the stress distribution has a tensile stress that appears in each region when a constant pressure is applied, and a high brightness portion (light color portion) is a portion having a relatively high stress as a maximum stress (S MAX ). The site of distribution, the site of low brightness (dark site) is a site of relatively low stress, and means the site of minimum stress (S MIN ) distribution.
또한, 원호는, 도 7과 같이, 원호의 곡률 중심이 상부에 위치하는 상향 원호 형상일 수도 있지만, 그와 반대로, 도 8과 같이, 원호의 곡률 중심이 하부에 위치하는 하향 원호 형상일 수도 있다. In addition, although the circular arc may be an upward circular arc shape in which the center of curvature of a circular arc is located in the upper part like FIG. 7, on the contrary, as shown in FIG. 8, the circular arc may be a downward circular arc shape in which the center of curvature of a circular arc is located in the lower part. .
도 9에는 도 3의 제 1 노치홈의 수직 단면을 나타내고 있는 사진이 도시되어 있다.FIG. 9 is a photograph showing a vertical section of the first notch groove of FIG. 3.
도 9를 참조하면, 제 1 노치홈(60)의 수직 단면은 하향 쐐기형으로 형성되어 있으며, 잔여 두께(80)의 평균값은 케이스 본체(40)의 두께(T)를 기준으로 약 60%의 깊이로 형성되어 있다.Referring to FIG. 9, the vertical cross section of the
따라서, 내압이 점차 상승하여 정상적인 전지 내압의 2배 이상의 압력이 발생하게 되면, 제 1 노치홈(61)에 크랙이 발생하면서 용이하게 파열되어 전지 외부로 신속하게 가스가 배출되며 결과적으로 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.Therefore, when the internal pressure gradually rises to generate a pressure not less than twice the normal battery internal pressure, a crack occurs in the
도 10에는 도 2의 전지케이스에 탑재되는 젤리-롤형 전극조립체를 권취하는 과정을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a process of winding up a jelly-roll type electrode assembly mounted on the battery case of FIG. 2.
도 10을 참조하면, 젤리-롤(10a)은 음극(32)과 양극(34)의 좌측 단부에서 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부(36)에 음극 탭(31)과 양극 탭(33)을 수직으로 부착한 후, 음극(32)과 양극(34)을 좌측 단부에서 우측 단부 방향으로 권취하여 제조된다. Referring to FIG. 10, the jelly-
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
Claims (26)
전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체 상에 형성되어 있고, 상기 안전판은 선상(線狀)의 노치홈들로 이루어져 있으며,
상기 노치홈들은 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축 부위에 형성되어 있는 제 1 노치홈과, 상기 제 1 노치홈의 적어도 한 곳 이상의 위치에서 분지된 1개 이상의 제 2 노치홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. An electrode assembly composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator is a rectangular secondary battery sealed in a rectangular battery case, wherein the battery case is open at the top and is formed of a rectangular case body made of a metallic material, and coupled to an open upper end of the case body. It consists of a case cap containing an electrode terminal,
A safety plate is formed on the case body when broken inside the battery when the high pressure is generated, the safety plate is made of notched grooves of the line,
The notch grooves may include a first notch groove formed at a vertical central axis portion on both sides of the case body, and at least one second notch groove branched at at least one position of the first notch groove. Square secondary battery.
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