KR20140042837A - Prismatic secondary battery employed with safety plate - Google Patents

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KR20140042837A
KR20140042837A KR1020140027904A KR20140027904A KR20140042837A KR 20140042837 A KR20140042837 A KR 20140042837A KR 1020140027904 A KR1020140027904 A KR 1020140027904A KR 20140027904 A KR20140027904 A KR 20140027904A KR 20140042837 A KR20140042837 A KR 20140042837A
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case body
secondary battery
notch groove
case
rectangular
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이진수
김동명
성주환
안순호
정상석
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주식회사 엘지화학
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Abstract

The present invention relates to a prismatic secondary battery where an electrode assembly which comprises an anode and a cathode and a separator is sealed in a prismatic battery case. The battery case includes a square case body which is made of a metallic material and has an open upper end, and a case cap which is combined with the open upper end of the case body and includes an electrode terminal. A safety plate which is broken when a high voltage is generated in the battery is formed on the case body. The safety plate is a line-shaped notch groove which is formed at a position which includes a vertical center axis in both sides of the case body. The notch groove includes at least one part of a curve part and generally has a line-shaped structure of a closed type.

Description

안전판이 구비된 각형 이차전지 {Prismatic Secondary Battery Employed with Safety Plate}Square secondary battery with safety plate {Prismatic Secondary Battery Employed with Safety Plate}

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 있고, 전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체 상에 형성되어 있으며, 안전판은 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축을 포함하는 위치에 형성되어 있는 선상의 노치홈으로서, 노치홈은 적어도 일부에서 곡선 부위를 포함하고 있고, 전체적으로 폐쇄형 선상 구조를 가지는 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 to break when a high pressure occurs inside the battery. A linear notch groove formed at a position including a vertical central axis on both sides of the notch groove, the notch groove includes at least a portion of the curved portion, and relates to a rectangular secondary battery having a closed linear structure as a whole.

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.The secondary battery is classified into a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is housed in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, and a pouch-shaped battery in which the electrode assembly is housed in a pouch-shaped 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, 노치홈(30)은 케이스의 응력 분포에 있어서 응력값이 상대적으로 큰 부위에 형성되어 있어서, 전지의 과도한 내압 상승시 곡선 형상이 파단되도록 설계되어 있다.The notch groove 30 of FIG. 1 is formed in a small outline at the side edge of the rectangular secondary battery case 20, and is partially formed in an open shape. That is, the notch groove 30 is formed in a portion where the stress value is relatively large in the stress distribution of the case, and is designed such that a curved shape breaks when the internal pressure of the battery increases excessively.

이러한 구조의 노치홈(30)은 전지 내부에서 발생한 고압에 상대적으로 민감하게 반응하는 장점은 있으나, 전지의 설계시 의도한 압력 임계치를 정확하게 설정하기 어려운 문제점이 있다.The notch groove 30 of this structure 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, 전지케이스의 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 a high stress is applied to the side edge portion of the battery case, the breakage of the notch groove may easily occur even at low pressure, and above all, particularly when the battery case is thin, it is particularly sensitive to high pressure. Unresponsive breaks occur because of the reaction.

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. .

또한, 각형 이차전지의 또 다른 예로서, 노치홈이 전지케이스의 상단 중앙부에 형성된 구조를 들 수 있다. As another example of the prismatic secondary battery, there is a structure in which the notch groove is 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, 노치홈이 폐쇄형 구조로 이루어져 있지 않으므로 안전판 작동시 노치홈의 주변 영역으로 크랙이 전파되거나 변형되는 것과 같은 불필요한 파단이 야기될 수 있는 문제점이 있다. However, this structure forms a safety plate made of notch grooves 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, but the notch groove has a closed structure. Since it is not made there is a problem that can cause unnecessary fracture, such as propagation or deformation of cracks to the peripheral area of the notch groove during the operation of the safety plate.

따라서, 상기와 같이 종래의 각형 이차전지가 가진 복잡한 문제들을 해결할 수 있는 안전판 구조를 구비한 각형 이차전지에 관한 기술이 매우 필요한 실정이다.Therefore, there is a great need for a technology related to a rectangular secondary battery having a safety plate structure that can solve the complex problems of the conventional rectangular secondary battery as described above.

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 각형 이차전지에 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 rectangular secondary 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, 안전판은 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축을 포함하는 위치에 형성되어 있는 선상의 노치홈으로서, 노치홈은 적어도 일부에서 곡선 부위를 포함한 상태에서 전체적으로 폐쇄형 선상 구조를 가지도록 구성함으로써, 노치홈을 용이하게 제조할 수 있고, 안전판 작동시 노치홈의 주변 영역으로 크랙이 전파되거나 변형되는 것과 같은 불필요한 파단이 야기되는 것을 방지할 수 있음을 확인하였다.After the inventors have conducted extensive research and various experiments, the safety plate is a linear notch groove formed at a position including a vertical center axis on both sides of the case body, and the notch groove is generally formed at least partially including a curved portion. By constructing to have a closed linear structure, it was confirmed that notch grooves can be easily manufactured and that unnecessary breakage such as propagation or deformation of cracks to the surrounding area of the notch grooves can be prevented when the safety plate is operated. .

또한, 전지케이스 표면에서 응력값이 상대적으로 작은 부위에 특정한 구조의 노치홈을 형성하고 그와 동시에 특정한 형상의 노치홈을 형성할 경우, 적정한 조건에서 노치홈의 파단이 신뢰성 있게 일어나고, 결과적으로 안전성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.In addition, when a notch groove of a specific structure is formed in a portion where the stress value is relatively small on the surface of the battery case, and at the same time, a notch groove of a specific shape is formed, the notch groove breaks reliably under appropriate conditions, and as a result, safety It was confirmed that can be improved.

따라서, 본 발명자의 목적은 필요한 시점에서 효과적으로 파단이 일어날 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 in which breakage can occur effectively when necessary.

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 있고, 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 있으며, A safety plate is formed on the case body that breaks when a high pressure is generated inside the battery.

상기 안전판은 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축을 포함하는 위치에 형성되어 있는 선상(線狀)의 노치홈으로서, 상기 노치홈은 적어도 일부에서 곡선 부위를 포함하고 있고, 전체적으로 폐쇄형 선상 구조를 가지는 구조로 구성되어 있다.The safety plate is a linear notch groove formed at a position including a vertical center axis on both sides of the case body, and the notch groove includes a curved portion at least in part and has a closed linear structure as a whole. Consists of

따라서, 본 발명에 따른 각형 이차전지의 안전판은, 선상의 노치홈이 적어도 일부에서 곡선 부위를 포함한 상태에서 전체적으로 폐쇄형 선상 구조를 가지는 구조로 이루어져 있으므로, 종래의 노치홈이 개방형의 직선 또는 곡선으로 케이스 본체에 형성된 구조와 비교하여, 안전판의 작동후에 노치홈과 인접한 부위가 불필요하게 변형되거나 찢어지는 것을 방지할 수 있다.Therefore, since the safety plate of the rectangular secondary battery according to the present invention has a structure in which the linear notch groove has a closed linear structure as a whole including a curved portion at least in part, the conventional notch groove is formed as an open straight or curved line. Compared with the structure formed in the case body, it is possible to prevent unnecessary deformation or tearing of the portion adjacent to the notch groove after the operation of the safety plate.

또한, 노치홈이 응력값이 상대적으로 작은 부위인 케이스 본체의 수직 중심축을 포함하는 위치에 형성되어 있으므로, 적정한 조건에서 노치홈의 파단이 신뢰성 있게 일어날 수 있다.In addition, since the notch groove is formed at a position including the vertical central axis of the case body, which is a portion where the stress value is relatively small, breakage of the notch groove can occur reliably under appropriate conditions.

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.

상기 폐쇄형 선상 구조는 폐쇄형의 선으로 이루어진 구조이면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 적어도 일부가 원의 호, 타원의 호, 스플라인(spline), 및 직선으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 이루어질 수 있으며, 더욱 바람직하게는 원 또는 타원의 폐곡선으로 이루어질 수 있다.The closed linear structure is not particularly limited as long as it is a closed linear structure. Preferably, at least a portion of the linear linear structure is one selected from the group consisting of arcs of circles, arcs of ellipses, splines, and straight lines. It may be more preferably made of a closed curve of a circle or ellipse.

상기 구조의 하나의 예로서, 상기 폐쇄형 선상 구조는 타원 형태의 단일 폐곡선이고, 상기 타원은 케이스 본체의 폭 방향으로 장축 또는 단축이 위치하고 있는 구조일 수 있다.As one example of the structure, the closed linear structure may be a single closed curve in the form of an ellipse, and the ellipse may be a structure in which a long axis or a short axis is positioned in the width direction of the case body.

이 경우, 상기 타원은 장축의 길이가 케이스 본체의 폭의 20 내지 80% 크기로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 장축의 길이가 케이스 본체의 폭을 기준으로 20% 크기 미만이면 소망하는 고압에서 노치홈의 파단을 달성하기 어렵고, 이와는 반대로 80% 크기를 초과하면 소망하지 않는 저압에서 노치홈이 파단될 수 있으므로 바람직하지 않다.In this case, the ellipse may have a length of 20 to 80% of the length of the main body of the long axis, specifically, if the length of the long axis is less than 20% of the size of the width of the case body of the notch groove at a desired high pressure. Breakage is difficult to achieve and, on the contrary, exceeding 80% size is not desirable because the notch grooves can break at undesired low pressures.

또한, 상기 타원은 단축의 길이가 케이스 본체의 폭의 3 내지 20% 크기로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 단축의 길이가 케이스 본체의 폭을 기준으로 3% 크기 미만이면 소망하는 소정의 압력에서 노치홈의 파단을 달성하기 어렵고, 이와는 반대로 20% 크기를 초과하면 전체적인 노치홈의 크기가 증가하므로 바람직하지 않다.In addition, the ellipse may have a length of the short axis is 3 to 20% of the width of the case body, specifically, if the length of the short axis is less than 3% size based on the width of the case body notched groove at a desired predetermined pressure. It is difficult to achieve breakage, and on the contrary, if the size exceeds 20%, the overall notch groove size increases, which is not preferable.

또 다른 예에서, 상기 폐곡선은 원 형태의 단일 폐곡선일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 원의 직경은 케이스 본체의 폭의 5 내지 30% 크기로 이루어질 수 있다. 구체적으로 원의 직경이 케이스 본체의 폭을 기준으로 5% 크기 미만이면 소망하는 고압에서 노치홈의 파단을 달성하기 어렵고, 이와는 반대로 30% 크기를 초과하면 소망하지 않는 저압에서 노치홈이 파단될 수 있으므로 바람직하지 않다.In another example, the closed curve may be a single closed curve in the form of a circle, and preferably, the diameter of the circle may be 5 to 30% of the width of the case body. Specifically, if the diameter of the circle is less than 5% of the width of the case body, it is difficult to achieve notch groove breakage at a desired high pressure. On the contrary, if the diameter exceeds 30%, the notch groove may break at an undesired low pressure. Therefore, it is not preferable.

경우에 따라서는, 상기 폐쇄형 선상 구조는 원 또는 타원의 호와 직선이 조합된 형태로 이루어질 수 있으며, 하나의 구체적인 예에서, 원 또는 타원의 호들이 양측에 위치하고 한 쌍의 직선들이 상기 호들을 연결한 구조로 이루어질 수 있다. In some cases, the closed linear structure may be formed by a combination of a circle or an ellipse arc and a straight line, and in one specific example, arcs of a circle or ellipse are located at both sides and a pair of straight lines may be used. It can be made of a connected structure.

상기 구조에서, 직선들은 케이스 본체의 수직 중심축을 통과하는 구조일 수 있으며, 상기 폐쇄형 선상 구조는 장축의 길이가 케이스 본체의 폭의 20 내지 80% 크기이고 단축의 길이가 케이스 본체의 폭의 3 내지 30% 크기일 수 있다.In the above structure, the straight lines may be a structure passing through the vertical central axis of the case body, wherein the closed linear structure has a length of the long axis is 20 to 80% of the width of the case body and the length of the short axis is 3 times the width of the case body To 30% in size.

한편, 상기 선상의 노치홈은 고압 상태에서 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 40% 이하의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다. On the other hand, the linear notch groove may be a structure formed on the case body showing a stress distribution of 40% or less based on the maximum stress (S MAX ) of the case in a high pressure state.

응력 분포는 전지케이스의 형상, 구조 등에 의해 다양하게 변화될 수 있는 바, 일반적인 각형 이차전지에서 나타나는 응력 분포가 도 7에 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 secondary battery is disclosed in FIG. 7.

하나의 구체적인 예에서, 상기 케이스 본체의 두께는 0.4 mm 이하이고, 상기 노치홈이 고압 상태에서 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 40% 이하의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다.In one specific example, the case body has a thickness of 0.4 mm or less, and the notch 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 in a high pressure state. It may be a structure.

따라서, 본 발명에 따른 각형 이차전지의 노치홈은, 케이스 본체의 응력 분포에 있어서 응력값이 40% 이하의 상대적으로 작은 부위에 형성되어 있어서, 낮은 압력에서도 노치홈이 쉽게 파단되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 높은 파단압의 제공 및 깊은 노치홈의 형성이 가능하다.Therefore, the notch groove of the square secondary battery according to the present invention 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 low pressure. It is possible to provide a high breaking pressure and to form a deep notch groove.

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, 상기와 같이 특정한 위치에 형성되어 있는 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. Therefore, the notch groove formed at the specific position as described above can achieve a reliable rupture at an appropriate threshold, although the case body is thinner than the general case body.

본 발명자들이 확인한 바로는, 케이스의 SMAX를 기준으로 40%를 초과하는 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 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 노치홈을 형성한 경우보다, 높은 압력에서 파단될 수 있다.As confirmed by the present inventors, when the notch groove was formed on the case main body having a stress distribution exceeding 40% based on the S MAX of the case, the notch groove was easily broken even at low pressure. As a result, by satisfying the above conditions, breakage at higher pressure than in the case where notch grooves are 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, Can be.

이러한 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. This notch groove may be a structure that is formed on the case body preferably exhibiting a stress distribution of 10 to 40%, more preferably 25 to 35% of the S MAX .

한편, 상기 노치홈은 폐쇄형 선상에서 잔여 두께(케이스 본체의 두께에서 노치홈의 깊이를 차감한 후의 두께)가 상대적으로 얇은 부위를 포함하고 있는 구조일 수 있다. On the other hand, the notch groove may have a structure in which the remaining thickness (the thickness after subtracting the depth of the notch groove from the thickness of the case body) has a relatively thin portion on the closed line.

구체적으로, 상기 노치홈에서 상대적으로 얇은 부위의 잔여 두께는 노치홈의 평균 잔여 두께의 30 내지 70% 크기일 수 있으며, 그에 따라 소망하는 압력에서 노치홈이 용이하게 파단되도록 할 수 있다.Specifically, the remaining thickness of the relatively thin portion in the notched groove may be 30 to 70% of the average residual thickness of the notched groove, thereby allowing the notched groove to be easily broken at a desired pressure.

이러한 노치홈의 잔여 두께는 상기의 조건을 만족하는 범위에서 다양한 형태가 가능할 수 있음은 물론이다.Of course, the remaining thickness of the notch groove may be various forms in a range satisfying the above conditions.

하나의 바람직한 예에서, 상기 노치홈 중 상대적으로 얇은 부위는 케이스 본체의 수직 중심축 상에 위치하는 구조일 수 있다.In one preferred example, the relatively thin portion of the notch groove may be a structure located on the vertical central axis of the case body.

따라서, 노치홈의 파단은 잔여 두께가 가장 얇은 케이스 본체의 수직 중심축 부위에서 시작되어, 상대적으로 큰 크기의 부위(예를 들어, 우측 또는 좌측 부위)로 전파되면서 파단이 진행되는 과정을 거치게 된다. 그러한 파단은 폐쇄형 선상 구조로 인해 외부 방향으로 진행되지는 않으므로, 케이스가 찢어지는 것을 방지할 수 있으며, 파단력이 노치홈에 집중되어 효율적인 파단이 가능하게 된다.Therefore, the breakage of the notch groove starts at the vertical central axis of the case body with the smallest remaining thickness, and propagates to a relatively large size (eg, right or left side) and undergoes a process of breaking. . Such a break does not proceed outward due to the closed linear structure, thereby preventing the case from tearing, and the breaking force is concentrated in the notch groove, thereby enabling efficient breakage.

한편, 본 발명자들이 실험적으로 확인한 바에 따르면, 노치홈의 잔여 두께가 일정한 경우에는, 케이스 본체에서 응력이 상대적으로 작은 부위에 노치홈이 형성되어 있는 경우에도, 효과적인 노치홈의 파단이 달성되지 않았다.On the other hand, according to the inventors experimentally confirmed, when the notch groove is constant thickness, even if the notched groove is formed in a relatively small portion of the stress in the case body, effective notch breakage was not achieved.

즉, 일정한 잔여 두께로 노치홈을 형성하고자 하는 경우에는, 균일한 잔여 두께의 형성이 매우 어려워져 압력이 집중되는 부위가 임의의 위치에 설정되고, 그로 인해 작동 신뢰성이 떨어져서 낮은 압력하에서도 전지 케이스의 형태가 변형되는 현상이 나타나는 등의 문제점이 발생함을 확인하였다. 이에 따라, 케이스 본체의 응력값 및 잔여 두께는 노치홈의 파열 및 가스 배출과 밀접한 관계가 있음을 확인할 수 있었다.That is, in the case where the notched groove is to be formed with a constant residual thickness, it is very difficult to form a uniform residual thickness, so that the area where the pressure is concentrated is set at an arbitrary position, whereby the operation case is low and the battery case is low even under low pressure. It was confirmed that the problem occurs, such as the phenomenon that the shape of the deformation appears. Accordingly, it was confirmed that the stress value and the remaining thickness of the case body are closely related to the rupture of the notch grooves and the gas discharge.

하나의 바람직한 예에서, 상기 노치홈의 잔여 두께의 평균값은 케이스 본체의 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 of the notch groove may be determined in the range of 40 to 70% based on the thickness of the case body. This is determined as a range capable of providing an optimal state in consideration of various factors as described above.

하나의 예로서, 상기 케이스 본체의 수직 중심축 상에서 노치홈의 잔여 두께는, 잔여 두께의 평균값이 케이스 본체의 두께를 기준으로 40 내지 70% 크기를 만족하는 범위에서, 케이스 본체의 두께를 기준으로 20 내지 50% 크기일 수 있다.As one example, the remaining thickness of the notched groove on the vertical center axis of the case body is based on the thickness of the case body in a range where an average value of the remaining thickness satisfies 40 to 70% of the size of the case body. 20 to 50% in size.

즉, 상기 노치홈의 잔여 두께는 상기 케이스 본체의 수직 중심축 상에서 케이스 본체의 두께를 기준으로 20 내지 50% 크기인 것이 바람직하다. 상기 크기가 20% 미만일 경우에는 작은 압력 하에서도 노치홈이 쉽게 파단될 수 있으며, 50%를 초과하는 경우 앞서 설명한 바와 같이, 수직 중심축의 노치홈과 양단부의 노치홈의 두께가 소망하는 정도의 차이를 갖지 못하여 작동신뢰성이 낮아질 수 있으므로, 바람직하지 않다.That is, the remaining thickness of the notch groove is preferably 20 to 50% of the size of the case body on the vertical center axis of the case body. If the size is less than 20%, the notch groove can be easily broken even under a small pressure. If the size is greater than 50%, as described above, the difference between the desired thickness of the notched groove on the vertical central axis and the notched groove on both ends is desired. Since it may not have the operation reliability can be lowered, it is not preferable.

또한, 상기 잔여 두께는 케이스 본체의 폭 방향을 기준으로 노치홈의 양단부로부터 수직 중심축으로 순차적으로 얇아지는 구배 구조로 이루어질 수 있다. 여기에서, '순차적으로'는 단계적으로 점차 얇아지는 것을 의미한다. 따라서, 특정부위에만 압력이 집중되는 것을 방지하고 노치홈의 파단시 압력편차를 최소화할 수 있다.In addition, the remaining thickness may be formed in a gradient structure that is sequentially thinned from both ends of the notched groove to the vertical central axis based on the width direction of the case body. Here, 'sequentially' means gradually thinner in stages. Therefore, it is possible to prevent the pressure from concentrating only on a specific part and to minimize the pressure deviation when the notch groove is broken.

상기 케이스 본체의 수직 중심축 상에서 노치홈의 잔여 두께는, 양단부의 잔여 두께보다 얇아 노치홈의 파단이 용이한 두께라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는, 양측 단부의 잔여 두께의 40 내지 70% 크기로 형성될 수 있다.The remaining thickness of the notch groove on the vertical central axis of the case body is not particularly limited as long as it is thinner than the remaining thickness of the both ends to facilitate breaking of the notch groove, and preferably 40 to 70% of the remaining thickness of both ends. It can be formed in size.

이와 같이, 잔여 두께가 양단부로부터 수직 중심축으로 얇아지는 구조로 이루어진 노치홈이 구비된 각형 이차전지는 효과적인 작동신뢰성을 발휘할 수 있음을 실험으로 확인하였다.As described above, it was confirmed by experiment that the rectangular secondary battery provided with the notch groove having the remaining thickness thinned from the both ends to the vertical central axis can exhibit effective operation reliability.

또 다른 예에서, 노치홈들이 파단되는 상기 전지 내부의 고압은 정상적인 조건에서의 전지 내압의 2배 이상의 압력일 수 있으며, 상기에서 정상적인 조건은 대기압(1 기압) 내지 3 기압의 상태를 의미한다.In another example, the high pressure inside the battery where the notch grooves are broken may be at least twice the pressure of the battery under normal conditions, where the normal condition means atmospheric pressure (1 atm) to 3 atm.

한편, 상기 노치홈은, 케이스 본체의 좌우 폭을 기준으로 1/4 내지 1/2 크기의 중앙 위치이면서, 케이스 본체의 상하 길이를 기준으로 1/20 내지 1/4 크기의 상부 또는 하부 위치에 형성되어 있을 수 있다.On the other hand, the notch groove is a central position of 1/4 to 1/2 size based on the left and right width of the case body, and in the upper or lower position of 1/20 to 1/4 size based on the upper and lower lengths of the case body. It may be formed.

상기 노치홈의 위치가 상기 범위를 벗어나는 경우에는, 고압에서 노치홈의 파단 및 가스 배출을 기대하기 어려울 수 있고, 작은 압력에도 노치홈의 파단이 발생하므로, 고압의 안전성 및 조립 공정성에서 바람직하지 않다.If the location of the notch groove is out of the above range, it may be difficult to expect breakage of the notch groove and gas discharge at high pressure, and breakage of the notch groove occurs even at a small pressure, which is not preferable in the safety and assembly processability of the high pressure. .

본 발명자들이 행한 실험에 따르면, 앞서 설명한 바와 같이 계속적으로 압력이 상승하여 일정한 수준 이상이 되면, 상기 노치홈이 균일하게 파단될 수 있으므로, 전지 외부로 신속하게 가스가 배출되어 결과적으로 전지의 안정성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. According to the experiments performed by the inventors, as described above, when the pressure continuously rises to a predetermined level or more, the notch grooves can be uniformly broken, so that the gas is quickly discharged to the outside of the battery, resulting in stability of the battery. It was confirmed that it could be improved.

이러한 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 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 노치홈은 케이스 내부의 잉여 공간, 구체적으로, 전극조립체 장착 부위의 상단에 위치함으로써, 가스 배출을 보다 용이하게 하고, 전극조립체의 파손을 최소화할 수 있다.The notch groove may be formed on the case body in a space corresponding to the upper end of the case body and the upper end of the electrode assembly mounted inside the case body, while satisfying the range of the formation position. . In one specific example, the notch groove is close to the top opening of the case body, and within a maximum of 5 mm in the direction of the electrode assembly from the top of the anode of the electrode assembly mounted inside the case body, and corresponding space between the top opening. It may be formed on the case body. The 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.

상기 노치홈은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 별도의 펀치를 이용하여 압연하거나 레이저 가공에 의해 형성될 수 있다. 경우에 따라서는, 소정의 도구를 사용하여 케이스의 표면을 긁어 절취하는 방법도 가능할 수 있다. The notch groove may be formed by various methods, and preferably, may be rolled using a separate punch or formed by laser processing. In some cases, a method of scraping off the surface of the case using a predetermined tool may be possible.

상기 노치홈의 수직 단면은 내압 발생시 노치홈을 용이하게 파단할 수 있는 형태라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 하향 쐐기형 또는 사다리꼴일 수 있다. 하향 쐐기형의 경우에는 노치홈 상단부의 크랙(crack)에 의한 파단이 일어나며, 사다리꼴의 경우에는 단변이 늘어나면서 전단 응력에 의해 파단이 일어난다. 결과적으로, 노치홈의 균일하고 즉각적인 파단을 유도할 수 있어서 전지의 안전성을 담보할 수 있다.The vertical cross section of the notch groove is not particularly limited as long as it can easily break the notch groove when internal pressure is generated, and may be, for example, a downward wedge or trapezoid. In the case of the downward wedge shape, the fracture occurs due to a crack in the upper end of the notch groove, and in the case of the trapezoid, the fracture occurs due to the shear stress as the short side increases. As a result, it is possible to induce uniform and immediate breakage of the notch groove, thereby ensuring the safety of the battery.

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 노치홈은 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 groove is a structure in which at least part is located within the region of [(length of case body (L)-the width of the jelly-roll anode width (W)) X 2] from the top of the case body. Can be. In addition, preferably 50% or less of the notched groove may be located within a specific area of the case body.

따라서, 노치홈을 통해 고압의 가스가 분출되는 경우 고압에 의한 유체 유동에 의해 전극이 노치홈을 막을 수 있으므로, 노치홈이 상기에 정의된 특정 부위에 위치하고 있는 경우 노치홈이 막히는 것을 방지할 수 있다. Therefore, when the high pressure gas is ejected through the notch grooves, the electrode may block the notch grooves due to the fluid flow due to the high pressure. Therefore, the notch grooves may 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 중심축을 포함하는 위치에 형성되어 있는 선상의 노치홈이 적어도 일부에서 곡선 부위를 포함하고 있고, 전체적으로 폐쇄형 선상 구조를 가지도록 구성됨으로써, 노치홈을 용이하게 제조할 수 있고, 안전판 작동시 노치홈의 주변 영역으로 크랙이 전파되거나 변형되는 것과 같은 불필요한 파단이 야기되는 것을 방지할 수 있다.As described above, in the rectangular secondary battery according to the present invention, the linear notch grooves formed at positions including a vertical central axis on both sides of the case body include curved portions at least in part, and have a closed linear structure as a whole. It is possible to easily manufacture the notch grooves, and to prevent unnecessary breakage such as propagation or deformation of cracks to the peripheral area of the notch grooves when the safety plate is operated.

더욱이, 전지케이스의 측면에서 응력값이 상대적으로 작은 부위에 특정한 구조의 노치홈을 특정한 형상으로 형성함으로써, 적정한 조건에서 노치홈의 파단이 신뢰성 있게 일어나고, 결과적으로 안전성을 향상시킬 수 있다.Furthermore, by forming a notch groove having a specific structure in a specific shape at a portion where the stress value is relatively small on the side of the battery case, breakage of the notch groove occurs reliably under appropriate conditions, 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 노치홈을 포함하는 각형 이차전지의 모식도이다;
도 4는 도 3의 노치홈을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도이다;
도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도들이다;
도 7은 도 3의 각형 이차전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이다;
도 8은 도 3의 노치홈의 수직 단면을 나타내고 있는 사진이다;
도 9는 도 1의 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 view of a rectangular secondary battery including a notch groove according to one embodiment of the present invention;
4 is a partial front view of the case body including the notch groove of FIG. 3;
5 and 6 are partial front views of a case body including a notch groove 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 vertical cross section of the notch groove of FIG. 3;
9 is a photograph showing a vertical cross section of the notch groove of FIG. 1;
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 secondary battery 100 is a inside of a rectangular battery case 200 serving as a negative electrode terminal, and has a jelly-roll structure having a structure in which a sheet-shaped positive electrode and a negative electrode are wound with a separator interposed therebetween. The electrode assembly (see FIG. 10) is inserted.

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 battery case 200 has an open upper end and a rectangular case body 210 made of a metal material, and a case cap 220 in which an anode terminal 400 is installed at an open upper end of the case body 210. It consists of a structure. The negative electrode terminal may be the case body 210 or the case cap 220 itself electrically insulated from the positive electrode terminal 400.

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 secondary battery 100, first, the electrode assembly is inserted into the case body 210, the case cap 220 is seated in the opening of the case body 210, and then its adhesive surface. The site is sealed by laser welding. Then, the electrolyte is injected into the battery case 200, the electrolyte is injected through the injection port 230 formed on one side of the case cap 220. In detail, after the electrolyte is injected into the injection hole 230, a ball member made of aluminum or the like is inserted into the injection hole 230, and a separate metal sheet is seated on the ball member 600 to completely block the injection hole 230. Seal through laser welding in the state. The sealing method of the injection hole 230 is not limited to the above, various other methods may be possible.

본 발명에 따른 노치홈은 이러한 각형 이차전지(100)의 케이스 본체의 전면(211) 또는 후면(도시하지 않음) 상에 형성되어 있다.The notch groove according to the present invention is formed on the front side 211 or the rear side (not shown) of the case body of the rectangular secondary battery 100.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 각형 이차전지의 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 노치홈을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도가 모식적으로 도시되어 있다. 참고로, 도 3 내지 도 7에서는 이해의 편의를 위하여 케이스 본체 대비 안전판의 크기를 상대적으로 크게 표현하였다. FIG. 3 is a schematic view of a rectangular secondary battery including a notch groove according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a partial front view of the case body including the notch groove of FIG. 3. . For reference, in FIGS. 3 to 7, the size of the safety plate is relatively large compared to the case body for convenience of understanding.

이들 도면을 도 8과 함께 참조하면, 각형 이차전지는 전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체(40) 상에 형성되어 있고, 안전판은 케이스 본체(40)의 양면 중 전면 또는 후면에서 수직 중심축(B)을 포함하는 위치에 형성되어 있는 선상의 노치홈(60)으로서, 전체적으로 폐쇄형 선상 구조를 가지고 있다.Referring to these drawings together with FIG. 8, the rectangular secondary battery has a safety plate formed on the case body 40 that is broken when a high pressure is generated in the battery, and the safety plate has a vertical center at the front or rear of both sides of the case body 40. As the linear notch groove 60 formed in the position including the axis B, it has a closed linear structure as a whole.

구체적으로, 노치홈(60)은 폐쇄형 선상 구조인 타원 폐곡선이고, 타원은 케이스 본체(40)의 폭 방향(Q)으로 장축(D)이 위치하고 있으며, 장축(D)의 길이가 케이스 본체(40)의 폭(Q)의 약 35% 크기이고, 단축(S)의 길이가 케이스 본체(40)의 폭(Q)의 약 10% 크기로 이루어져 있다.Specifically, the notch groove 60 is an elliptic closed curve having a closed linear structure, and the ellipse has a long axis D located in the width direction Q of the case body 40, and the length of the long axis D is the case body ( 40 is about 35% of the width Q, and the length of the short axis S is about 10% of the width Q of the case body 40.

타원 폐곡선은 케이스 본체(40)의 폭(Q)을 기준으로 우측 단부로부터 약 1/2 크기의 중앙 위치 및 케이스 본체(40)의 길이(L)를 기준으로 약 4/10 크기의 상단 위치(a) 내에 형성되어 있다..The elliptic closed curve is about 1/2 of the center position from the right end with respect to the width Q of the case body 40 and an upper position of about 4/10 size with respect to the length L of the case body 40 ( It is formed in a).

또한, 노치홈(60)은 수직 단면상으로 케이스 본체(40)의 두께에서 노치홈(60)의 깊이를 차감한 후의 두께인 잔여 두께(80)가 수직 중심축(B) 상에서 가장 얇은 크기를 가지고 있다.In addition, the notch groove 60 has the thinnest size on the vertical center axis B, the thickness of which is the thickness after subtracting the depth of the notch groove 60 from the thickness of the case body 40 on the vertical cross section. have.

잔여 두께(80)는 노치홈의 장축(D)을 기준으로 양단부(A, C)로부터 수직 중심축(B) 쪽으로 순차적으로 얇아지는 구조로 형성되어 있다. 즉, 노치홈(60) 중 수직 중심축(B)의 최저 잔여 두께는 케이스 본체의 두께(T)를 기준으로 약 30%의 잔여 두께(t)를 형성하고, 양단부(A, C)로 점점 잔여 두께는 두꺼워져서 최대 80%의 두께를 형성한다.The remaining thickness 80 is formed in a structure that is sequentially thinned from both ends A and C toward the vertical central axis B based on the long axis D of the notched groove. That is, the lowest residual thickness of the vertical central axis B of the notched groove 60 forms a residual thickness t of about 30% based on the thickness T of the case body, and gradually increases to both ends A and C. The remaining thickness is thickened to form a thickness of up to 80%.

한편, 노치홈(60)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 위치하고 있다. 또한, 젤리-롤은 음극(32), 분리막(36), 양극(34)이 권취된 구조로 이루어져 있다.On the other hand, the notch groove 60 is a region (a) of [(length of case body L-anode width W of jelly-roll with respect to the length direction of case) X 2] from the upper end of the case body 40. Located within. In addition, the jelly roll has a structure in which the cathode 32, the separator 36, and the anode 34 are wound.

도 5 및 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노치홈을 포함하는 케이스 본체의 부분 정면도들이 모식적으로 도시되어 있다.5 and 6 are partial front views of a case body including a notch groove according to still another embodiment of the present invention.

이들 도면을 참조하면, 도 5의 노치홈(61)은 원 형태의 단일 폐곡선으로서, 원의 직경(b)은 케이스 본체(40)의 폭(W)의 약 20% 크기로 이루어져 있고, 도 6의 노치홈(62)은 타원의 호들(63, 64)이 양측에 위치하고 한 쌍의 직선들(65, 66)이 타원의 호들(63, 64)을 연결한 구조로서, 직선들(65, 66)은 케이스 본체(40)의 수직 중심축(B)을 통과하고 있다.Referring to these drawings, the notch groove 61 of FIG. 5 is a single closed curve in a circle shape, and the diameter b of the circle is about 20% of the width W of the case body 40, and FIG. 6. The notch groove 62 of the ellipse has a structure in which the arcs 63 and 64 of the ellipse are located at both sides, and the pair of straight lines 65 and 66 connect the arcs 63 and 64 of the ellipse. ) Passes through the vertical central axis B of the case body 40.

또한, 도 6의 노치홈(62)에서 폐쇄형 선상 구조는 장축(D)의 길이가 케이스 본체(40)의 폭(W)의 약 40% 크기이고 단축(S)의 길이가 케이스 본체(40)의 폭(W)의 약 10% 크기로 이루어져 있다. In addition, in the notch groove 62 of FIG. 6, the closed linear structure has a length of the long axis D being about 40% of the width W of the case body 40, and a length of the short axis S is the case body 40. ) Is about 10% of the width (W).

도 7에는 도 3의 각형 이차전지의 응력 분포를 나타내고 있는 사진이 도시되어 있다.FIG. 7 is a photograph showing the stress distribution of the rectangular secondary battery of FIG. 3.

도 7을 도 3과 함께 참조하면, 케이스 본체(40)의 노치홈(60)은 고압 가스를 배출하기 위한 절개 가능한 형태의 부재로서, 케이스 본체(40)의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 약 25 내지 35%의 응력 분포를 나타내는 케이스의 부위에, 타원 폐곡선으로 형성되어 있다. Referring to FIG. 7 together with FIG. 3, the notch groove 60 of the case body 40 is a member that can be cut out to discharge the high pressure gas, based on the maximum stress S MAX of the case body 40. An elliptic closed curve is formed at the site of the case showing a stress distribution of about 25 to 35%.

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.

도 8에는 도 3의 노치홈의 수직 단면을 나타내고 있는 사진이 도시되어 있다. 8 is a photograph showing a vertical cross section of the notch groove of FIG. 3.

도 8을 참조하면, 노치홈(60)의 수직 단면은 하향 쐐기형으로 형성되어 있으며, 잔여 두께(80)의 평균값은 케이스 본체(40)의 두께(T)를 기준으로 약 40%의 크기로 형성되어 있다.Referring to FIG. 8, the vertical cross section of the notch groove 60 is formed in a downward wedge shape, and the average value of the remaining thickness 80 is about 40% based on the thickness T of the case body 40. Formed.

따라서, 내압이 점차 상승하여 정상적인 전지 내압의 3배 이상의 압력이 발생하게 되면, 노치홈(60)에 크랙이 발생하면서 용이하게 파열되어 전지 외부로 신속하게 가스가 배출되며 결과적으로 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.Therefore, when the internal pressure gradually increases to generate a pressure three times greater than the normal battery internal pressure, cracks occur in the notch groove 60 and are easily ruptured, thereby quickly discharging gas to the outside of the battery, and consequently improving the stability of the battery. You can.

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-roll 10a may include the negative electrode tab 31 and the positive electrode tab 33 on the uncoated portion 36 to which the electrode active material is not coated at the left ends of the negative electrode 32 and the positive electrode 34. After attaching vertically, the cathode 32 and the anode 34 are manufactured by winding from the left end to the right end direction.

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 (19)

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 있고,
전지 내부의 고압 발생시 파단되는 안전판이 케이스 본체 상에 형성되어 있으며,
상기 안전판은 케이스 본체의 양면에서 수직 중심축을 포함하는 위치에 형성되어 있는 선상(線狀)의 노치홈으로서, 상기 노치홈은 적어도 일부에서 곡선 부위를 포함하고 있고, 전체적으로 폐쇄형 선상 구조를 가지는 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 the electrode terminal,
A safety plate is formed on the case body that breaks when a high pressure is generated inside the battery.
The safety plate is a linear notch groove formed at a position including a vertical central axis on both sides of the case body, wherein the notch groove includes a curved portion at least in part and has a closed linear structure as a whole. Square secondary battery characterized by.
제 1 항에 있어서, 상기 폐쇄형 선상 구조는 적어도 일부가 원의 호, 타원의 호, 스플라인(spline), 및 직선으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery of claim 1, wherein the closed linear structure comprises at least one portion selected from the group consisting of arcs of circles, arcs of ellipses, splines, and straight lines. 제 2 항에 있어서, 상기 폐쇄형 선상 구조는 원 또는 타원의 폐곡선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery of claim 2, wherein the closed linear structure is formed of a closed curve of a circle or an ellipse. 제 3 항에 있어서, 상기 폐쇄형 선상 구조는 타원 형태의 단일 폐곡선이고, 상기 타원은 케이스 본체의 폭 방향으로 장축 또는 단축이 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery of claim 3, wherein the closed linear structure is a single closed curve having an ellipse shape, and the ellipse has a long axis or a short axis in a width direction of the case body. 제 4 항에 있어서, 상기 타원은 장축의 길이가 케이스 본체의 폭의 20 내지 80% 크기인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery of claim 4, wherein the length of the ellipse is 20 to 80% of the width of the case body. 제 4 항에 있어서, 상기 타원은 단축의 길이가 케이스 본체의 폭의 3 내지 20% 크기인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery of claim 4, wherein the length of the ellipse is about 3 to 20% of the width of the case body. 제 3 항에 있어서, 상기 폐쇄형 선상 구조는 원 형태의 단일 폐곡선인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.4. The rectangular rechargeable battery of claim 3, wherein the closed linear structure is a single closed curve in a circular shape. 제 3 항에 있어서, 상기 폐쇄형 선상 구조는 원 형태의 단일 폐곡선이고, 상기 원의 직경은 케이스 본체의 폭의 5 내지 30% 크기인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery of claim 3, wherein the closed linear structure is a single closed curve in a circle shape, and the diameter of the circle is 5 to 30% of the width of the case body. 제 3 항에 있어서, 상기 폐쇄형 선상 구조는 원 또는 타원의 호와 직선이 조합된 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.4. The rectangular rechargeable battery as claimed in claim 3, wherein the closed linear structure has a form in which an arc and a straight line of a circle or ellipse are combined. 제 9 항에 있어서, 상기 폐쇄형 선상 구조는 원 또는 타원의 호들이 양측에 위치하고 한 쌍의 직선들이 상기 호들을 연결한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. 10. The rectangular secondary battery of claim 9, wherein the closed linear structure has a structure in which arcs of circles or ellipses are located at both sides, and a pair of straight lines connect the arcs. 제 10 항에 있어서, 상기 직선들은 케이스 본체의 수직 중심축을 통과하는 구조인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery of claim 10, wherein the straight lines pass through a vertical central axis of the case body. 제 10 항에 있어서, 상기 폐쇄형 선상 구조는 장축의 길이가 케이스 본체의 폭의 20 내지 80% 크기이고 단축의 길이가 케이스 본체의 폭의 3 내지 30% 크기인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The rectangular secondary battery according to claim 10, wherein the closed linear structure has a length of 20 to 80% of the width of the case body and a length of 3 to 30% of the width of the case body. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스 본체의 두께는 0.4 mm 이하이고, 상기 노치홈이 고압 상태에서 케이스의 최대 응력(SMAX)을 기준으로 40% 이하의 응력 분포를 나타내는 케이스 본체 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The case body according to claim 1, wherein the case body has a thickness of 0.4 mm or less, and the notch 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 in a high pressure state. Rectangular secondary battery, characterized in that. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈은 폐쇄형 선상에서 잔여 두께(케이스 본체의 두께에서 노치홈의 깊이를 차감한 후의 두께)가 상대적으로 얇은 부위를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. The rectangular secondary battery according to claim 1, wherein the notch groove includes a portion having a relatively thin thickness on the closed line (the thickness after subtracting the depth of the notch groove from the thickness of the case body). 제 14 항에 있어서, 상기 노치홈에서 상대적으로 얇은 부위의 잔여 두께는 노치홈의 평균 잔여 두께의 30 내지 70% 크기인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.15. The rectangular secondary battery of claim 14, wherein the remaining thickness of the relatively thin portion of the notched groove is 30 to 70% of the average remaining thickness of the notched groove. 제 14 항에 있어서, 상기 노치홈에서 상대적으로 얇은 부위는 케이스 본체의 수직 중심축 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.15. The rectangular rechargeable battery of claim 14, wherein a relatively thin portion of the notch groove is located on a vertical central axis of the case body. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 젤리-롤인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. The prismatic secondary battery of claim 1, wherein the electrode assembly is a jelly roll. 제 1 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The prismatic secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is a lithium secondary battery. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈은 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 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.The method of claim 1, wherein the notch groove is at least partially within an area of [(length of case body (L) minus width of jelly-roll in the length direction of case) X 2] from an upper end of the case body. Square secondary battery, characterized in that located.
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