KR20130008330A - 이차전지용 캡 조립체 및 이를 채용한 이차전지 - Google Patents

이차전지용 캡 조립체 및 이를 채용한 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탑 캡과 안전벤트를 구비한 이차전지용 캡 조립체와 이를 채용한 이차전지에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 안전벤트는 탑 캡의 가장자리단을 감싸는 밴딩부를 포함하고, 밴딩부는 안전벤트에 마련된 노치 부분의 밴딩에 의해 형성되어 상기 탑 캡의 가장자리단에 밀착된 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지용 캡 조립체 및 이를 채용한 이차전지{CAP ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY HAVING THE SAME}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탑 캡과 안전벤트 간의 결합구조가 개선된 이차전지용 캡 조립체와 이를 채용한 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 캔 타입과, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치 타입으로 분류될 수 있다. 캔 타입 중 원통형 이차전지는 상대적으로 전지용량이 크고 구조적으로 안정성이 좋은 것으로 알려져 있다.
이차전지의 전지케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 것으로서, 젤리-롤 형태의 권취 구조 또는 스택 구조를 갖는다.
도 1에는 일반적인 원통형 이차전지의 주요 구성이 구체적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 원통형 이차전지는 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)와 함께 전해액을 수용하는 원통형의 전지 케이스(20)와, 전지 케이스(20)의 상부 개방단에 밀봉 결합된 캡 조립체(30)를 포함한다.
캡 조립체(30)는 양극단자가 마련된 탑 캡(Top cap)(31)과, 탑 캡(31)의 하부에 위치하고 전지 내부의 압력 상승에 의해 파열되어 가스를 배기하도록 노치(Notch)(32a)가 형성된 안전벤트(32)와, 탑 캡(31)과 안전벤트(32) 사이에 개재된 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element) 형태의 안전소자(33)와, 상단 일측이 안전벤트(32)에 접촉되고 하단 일측은 전극 조립체(10)의 양극 리드(15)에 연결된 접속부재(34)를 구비한다.
정상적인 작동조건에서 전극 조립체의 양극은 양극 리드(15), 접속부재(34), 안전벤트(32) 및 안전소자(33)를 경유하여 탑 캡(31)에 연결되어 통전된다.
원통형 이차전지는 과충전 등에 의해 전극 조립체에서 가스가 발생하여 내압이 증가할 경우 안전벤트(32)가 상방으로 변형되면서 접속부재(34)로부터 분리되어 전류가 자동적으로 차단됨으로써 전지의 안전성이 확보될 수 있다. 또한, 내압이 계속 증가할 경우에는 안전벤트(32)가 파열되고 탑 캡(31)의 배기구를 통해 가스가 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다.
이러한 작동을 위해서는 캡 조립체를 이루는 탑 캡(31)과 안전벤트(32)를 긴밀히 결합하여 전해액이나 가스의 누출을 방지하고 접촉저항을 최소화하는 것이 무엇보다도 중요하다.
이와 관련하여, 일본 공개특허공보 제2003-187773호에는 안전벤트와 상단 캡의 접촉저항이 증가하는 것을 방지하기 위하여, 안전벤트의 단부가 탑 캡의 외주면을 감싸도록 밴딩되고, 밴딩된 안전벤트의 안쪽면이 탑 캡 상에 레이저 용접에 의해 접합된 밀폐형 전지가 개시되어 있다.
원통형 이차전지에서 안전벤트(32)의 밴딩 부분은 탑 캡(31)에 밀착되도록 탑 캡(31)의 외주면에 대하여 직각으로 밴딩되는 것이 바람직하다.
그러나, 종래기술에 따른 이차전지용 캡 조립체는 도 2에 도시된 바와 같이 안전벤트(32)가 곡선으로 밴딩됨으로 인해 탑 캡(31)의 외주면과 안전벤트(32) 사이에 빈틈(35)이 형성되어 전해액의 누액이나 가스 누출을 유발할 수 있는 취약점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 안전벤트가 탑 캡의 외주면에 직각으로 밴딩되어 밀착될 수 있는 구조를 가진 이차전지용 캡 조립체와 이를 채용한 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 안전벤트에 밴딩용 노치가 형성된 구조를 가진 캡 조립체를 개시한다.
즉, 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체는 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 탑 캡과 상기 탑 캡의 하부에 위치하는 안전벤트를 구비한 것으로서, 상기 안전벤트는 상기 탑 캡의 가장자리단을 감싸는 밴딩부를 포함하고, 상기 밴딩부는 상기 안전벤트에 마련된 노치 부분의 밴딩에 의해 형성되어 상기 탑 캡의 가장자리단에 밀착된 것을 특징으로 한다.
상기 안전벤트는 전지 내부의 압력 상승에 의해 파열되어 가스를 배기하는 적어도 하나 이상의 제1 노치와, 상기 제1 노치에 비해 상대적으로 단부 쪽에 가까이 위치한 제2 노치를 구비하고, 상기 제2 노치에 대한 밴딩에 의해 상기 밴딩부가 형성될 수 있다.
상기 밴딩부는 상기 제2 노치에 대한 직각 밴딩에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 함께 전해액을 수용하는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 탑 캡과 상기 탑 캡의 하부에 위치하는 안전벤트를 구비한 캡 조립체를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 안전벤트는 상기 탑 캡의 가장자리단을 감싸는 밴딩부를 포함하고, 상기 밴딩부는 상기 안전벤트에 마련된 노치 부분의 밴딩에 의해 형성되어 상기 탑 캡의 가장자리단에 밀착된 것을 특징으로 하는 이차전지가 제공된다.
본 발명에 따르면 탑 캡의 외주면에 안전벤트가 빈틈없이 밴딩되면서 조립될 수 있다.
따라서, 본 발명의 적용시 전해액의 누액이나 가스 누출을 방지할 수 있고 기계적인 안정성과 접촉저항 특성이 개선된 이차전지를 구현할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 원통형 이차전지의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 이차전지의 주요 구성을 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 주요 구성을 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 4는 도 3에서 안전벤트와 탑 캡 간의 조립과정을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 주요 구성을 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지는 전극 조립체(100)와, 전극 조립체(100)와 함께 전해액을 수용하는 전지 케이스(110)와, 전지 케이스(110)의 개방단에 밀봉 결합되고 탑 캡(121)과 안전벤트(122)가 노치(122b)에 긴밀히 결합된 캡 조립체(120)를 포함한다.
전극 조립체(100)는 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 것으로서, 바람직하게 젤리-롤 형태의 권취 구조를 갖는다.
전지 케이스(110)는 다른 형태의 케이스에 비해 상대적으로 전지용량이 크고 구조적으로 안정성이 좋은 원통형 케이스가 채용되는 것이 바람직하다.
캡 조립체(120)는 양극단자가 마련된 탑 캡(121)과, 탑 캡(121)의 하부에 위치하는 안전벤트(122)와, 상단이 안전벤트(122)에 접촉되고 하단은 전극 조립체(100)의 양극 리드(105)에 연결된 접속부재(123)를 포함한다.
이차전지는 과충전 등에 의해 전극 조립체(100)에서 가스가 발생하여 내압이 증가할 경우 안전벤트(122)가 상방으로 변형되면서 접속부재(123)로부터 분리되어 전류가 자동적으로 차단됨으로써 전지의 안전성이 확보될 수 있다. 또한, 내압이 계속 증가할 경우에는 안전벤트(122)가 파열되고 탑 캡(121)의 배기구를 통해 가스가 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다.
안전벤트(122)는 내압 상승시 파열 가능한 적어도 하나 이상의 제1 노치(122a)와, 제1 노치(122a)에 비해 상대적으로 단부 쪽에 가까운 위치에 형성되어 밴딩부(124)의 형성시 직각 밴딩을 가능케 하는 적어도 하나 이상의 제2 노치(122b)를 구비한다.
제2 노치(122b)는 안전벤트(122)가 밴딩되는 부분마다 형성되는 것이 바람직하다. 제2 노치(122b)는 도 4에 도시된 바와 같은 'v'형 홈의 구조를 갖는 것이 바람직하나, 그 형상이나 개수는 필요에 따라 다양하게 변형 가능하다.
안전벤트(122)는 제2 노치(122b)에 의해 탑 캡(121)의 외주면에 대하여 수직을 이루도록 직각 밴딩되어 탑 캡(121)과 긴밀히 결합된다. 이에 따라, 탑 캡(121)의 가장자리단을 감싸는 밴딩부(124)가 형성되고, 안전벤트(122)의 단부는 탑 캡(121)의 상부에 위치하게 된다.
도 4에는 본 발명에 따른 캡 조립체의 제조를 위한 안전벤트(122)와 탑 캡(121) 간의 조립과정이 도시되어 있다.
도 4에 나타난 바와 같이 안전벤트(122)의 제2 노치(122b) 부분을 이용하여 직각 밴딩하여 탑 캡(121)의 가장자리단을 감싸는 공정을 수행함으로써 안전벤트(122)의 밴딩부(124)와 탑 캡(121)의 가장자리단 사이에 빈틈이 존재하지 않는 캡 조립체를 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 탑 캡(121)과 안전벤트(122)가 밀착 결합되어 균일한 접촉면이 얻어지므로 전해액의 누액이나 가스 누출을 방지할 수 있고 기계적인 안정성 등도 개선할 수 있는 효과의 현저성이 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 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: 전극 조립체 110: 전지 케이스
120: 캡 조립체 121: 탑 캡
121a: 커플링부 122: 안전벤트
122a: 제1 노치 122b: 제2 노치
123: 접속부재 124: 밴딩부

Claims (6)

  1. 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 탑 캡과 상기 탑 캡의 하부에 위치하는 안전벤트를 구비한 이차전지용 캡 조립체에 있어서,
    상기 안전벤트는 상기 탑 캡의 가장자리단을 감싸는 밴딩부를 포함하고,
    상기 밴딩부는 상기 안전벤트에 마련된 노치 부분의 밴딩에 의해 형성되어 상기 탑 캡의 가장자리단에 밀착된 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안전벤트는 전지 내부의 압력 상승에 의해 파열되어 가스를 배기하는 적어도 하나 이상의 제1 노치와, 상기 제1 노치에 비해 상대적으로 단부 쪽에 가까이 위치한 제2 노치를 구비하고,
    상기 제2 노치에 대한 밴딩에 의해 상기 밴딩부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 노치에 대한 직각 밴딩에 의해 상기 밴딩부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지용 캡 조립체.
  4. 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 함께 전해액을 수용하는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 탑 캡과 상기 탑 캡의 하부에 위치하는 안전벤트를 구비한 캡 조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 안전벤트는 상기 탑 캡의 가장자리단을 감싸는 밴딩부를 포함하고,
    상기 밴딩부는 상기 안전벤트에 마련된 노치 부분의 밴딩에 의해 형성되어 상기 탑 캡의 가장자리단에 밀착된 것을 특징으로 하는 이차전지
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안전벤트는 전지 내부의 압력 상승에 의해 파열되어 가스를 배기하는 적어도 하나 이상의 제1 노치와, 상기 제1 노치에 비해 상대적으로 단부 쪽에 가까이 위치한 제2 노치를 구비하고,
    상기 제2 노치에 대한 밴딩에 의해 상기 밴딩부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 노치에 대한 직각 밴딩에 의해 상기 밴딩부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
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