KR20150035267A - 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지 캔의 내압이 증가하여 안전 벤트가 변형 및 파열되는 경우, 안전 벤트의 변형이 신속히 이루어지고, 가압 가스가 외부로 신속하게 배기될 수 있도록 하는 개선된 구조를 갖는 이차 전지용 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 개시한다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체는, 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 및 상기 탑 캡의 하부에 위치하여 전지 캔의 내압 증가시 형태가 변형되는 안전 벤트를 포함하되, 상기 안전 벤트는, 상기 전지 캔의 내압 증가시 파단이 용이하도록 홈이 형성된 제1노치부를 구비하고, 상기 제1노치부는 일부분이 다른 부분보다 홈이 더 깊게 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지{Cap assembly and secondary battery including the same}
본 발명은 이차 전지를 제조하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 캔의 내부 압력증가시 내부의 가스가 외부로 쉽게 배출될 수 있도록 구조가 개선된 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다. 이러한 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스, 즉 전지 캔 및 전지 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.
도 1은, 종래기술에 따른 원통형 이차 전지의 캡 조립체 부분의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차 전지는 원통형 전지 캔(20), 전지 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(30), 전지 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 조립체(10), 캡 조립체(10)를 장착하기 위해 전지 캔(20)의 선단에 마련된 비딩부(40) 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑 부위(50)를 구비한다.
전극 조립체(30)는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 권취된 구조이며, 양극에는 양극 리드(31)가 부착되어 캡 조립체(10)에 접속되어 있고, 음극에는 음극 리드(미도시)가 부착되어 전지 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.
캡 조립체(10)는 양극 단자를 형성하는 탑 캡(11), 전지 내부의 온도 상승시 저항이 증가하여 전류를 차단하는 안전 소자(12), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단 및/또는 가스를 배기하는 안전 벤트(13), 특정 부분을 제외하고 안전 벤트(13)를 전류차단부재(15)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(14), 양극에 연결된 양극 리드(31)가 접속되어 있는 전류차단부재(15)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 이러한 캡 조립체(10)는 가스켓(16)에 장착된 상태로 전지 캔(20)의 비딩부(40)에 장착된다. 따라서, 정상적인 작동 조건에서 전극 조립체(30)의 양극은 양극 리드(31), 전류차단부재(15), 안전 벤트(13) 및 안전 소자(12)를 경유하여 탑 캡(11)에 연결되어 통전을 이룬다.
그러나, 과충전 등과 같은 원인에 의해 전극 조립체(30)쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하면, 안전 벤트(13)는 그 형상이 역전되면서 상방으로 변형되게 되고, 이때, 안전 벤트(13)가 전류차단부재(15)로부터 분리되어 전류가 차단되게 된다. 따라서, 충방전이 더 이상 진행되지 않게 되어 이차 전지의 안전성이 확보될 수 있다. 더욱이, 이차 전지의 내압이 일정값 이상으로 증가하면, 안전 벤트(13)가 파열되고 가압 가스는 그러한 파열 부위를 경유하여 탑 캡의 가스 구멍(11a)을 통해 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다. 이러한 안전 벤트(13)는 전지 캔(20)의 내압 증가시에 변형 및 파열이 용이하도록 하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 홈이 형성된 노치부(13a)가 구비될 수 있다.
그런데 종래기술에 따른 이차 전지용 캡 조립체의 안전 벤트(13)는 노치부(13a)를 구비하고 있고, 이러한 노치부(13a)는 균일한 깊이를 갖는다. 종래기술에 의하면, 전지 캔(20)의 내압이 증가할 경우, 가압 가스가 균일하게 안전 벤트(13)에 압력을 가하게 되므로 안전 벤트(13)의 변형이 신속히 이루어지지 못하게 된다. 뿐만 아니라, 내압이 더욱 증가하여 이차 전지의 내압이 일정값 이상으로 증가하는 경우 안전 벤트(13)가 파열되는데, 안전 벤트(13)의 노치부(13a)의 어느 지점이 파열될 것인지를 예측할 수 없다.
도 2는 종래기술에 따른 이차 전지용 캡 조립체의 안전 벤트가 파단된 상태에서 가압 가스가 흐르는 모습을 시각적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 도면에 F로 도시된 안전 벤트의 파단 부분은 안전 벤트(13)의 우측에 위치한다. 따라서, 가압 가스는 안전 벤트의 파단 부분(F)을 통과하여 도면의 우측방향으로 흐른 뒤에 방향을 전환하여 좌측방향으로 흘러 탑 캡에 구비된 가스 구멍(11a)을 통해 외부로 배기된다. 이 경우, 안전 벤트의 파단 부분(F)을 통해 배출된 가압 가스는 탑 캡의 가스 구멍(11a)을 통해 제대로 배기되지 못해 배기가 원활하게 이루어지지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전지 캔의 내압이 증가하여 안전 벤트가 변형 및 파열되는 경우, 안전 벤트의 변형이 신속히 이루어지고, 가압 가스가 외부로 신속하게 배기될 수 있도록 하는 이차 전지용 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체는, 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 및 상기 탑 캡의 하부에 위치하여 전지 캔의 내압 증가시 형태가 변형되는 안전 벤트를 포함하되, 상기 안전 벤트는, 상기 전지 캔의 내압 증가시 파단이 용이하도록 홈이 형성된 제1노치부를 구비하고, 상기 제1노치부는 일부분이 다른 부분보다 홈이 더 깊게 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1노치부는, 링 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 안전 벤트는, 상기 제1노치부의 외측 또는 내측에 링 형상으로 형성된 제2노치부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1노치부는, 상호 간 소정 거리 이격된 다수의 홈을 구비하여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1노치부는, 하나의 홈이 연속하여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1노치부는, 상기 안전 벤트의 절곡 부분에 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1노치부는, 가장 깊게 형성된 홈의 깊이가 가장 얕게 형성된 홈의 깊이보다 2 배 ~ 10 배 깊은 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1노치부는, 가장 깊게 홈이 형성된 부분의 길이가 1 % ~ 90 %가 되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 탑 캡과 상기 안전 벤트 사이에 배치되어, 온도 상승시 전류를 차단하는 안전 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상부가 상기 안전 벤트의 하단에 연결되고, 하부가 전극 조립체와 연결될 수 있는 전류차단부재; 및 상기 안전 벤트와 상기 전류차단부재 사이에 개재되어 일부분을 제외하고는 상기 전류차단부재를 상기 안전 벤트와 전기적으로 절연시키는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 탑 캡 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상술한 이차 전지용 캡 조립체는 원통형 이차 전지 캔에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는 상술한 이차 전지용 캡 조립체를 포함한다.
본 발명에 따르면, 노치부는, 일부분의 홈의 깊이가 다른 부분의 홈의 깊이와 다르게 구성되어, 전지 캔의 내압이 증가할 경우, 안전 벤트가 신속하게 변형되고, 가압 가스가 외부로 신속하게 배기될 수 있다.
따라서, 과충전 등에 의해 전극 조립체에서 가스가 발생하여 내압이 증가하더라도, 이차 전지의 폭발 등이 방지될 수 있게 되므로 안전성이 개선된 이차 전지가 구현될 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 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 아니 된다.
도 1은, 종래기술에 따른 원통형 이차 전지의 캡 조립체 부분의 단면도이다.
도 2는, 종래기술에 따른 이차 전지용 캡 조립체의 안전 벤트가 파단된 상태에서 가압 가스가 흐르는 모습을 시각적으로 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체 부분의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는, 도 3의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체의 안전 벤트가 파단된 상태에서 가압 가스가 흐르는 모습을 시각적으로 나타낸 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체의 수평단면도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체의 수평단면도이다.
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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체 부분의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는, 전극 조립체(300), 전지 캔(200) 및 캡 조립체(100)를 포함한다.
상기 전극 조립체(300)는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 전지 캔(200)에 수납된다. 이때, 전극 조립체(300)는 젤리 롤 형태로 권취되어 배치될 수 있으며, 이 경우 젤리 롤이라고도 불린다. 전극 조립체(300)의 전극판들은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성될 수 있는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 전극판들이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있는데, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 리드가 부착될 수 있다. 일반적으로 원통형 이차 전지에서 양극 리드는 전극 조립체(300)의 상단에 부착되어 캡 조립체(100)에 전기적으로 연결되고, 음극 리드는 전극 조립체(300)의 하단에 부착되어 전지 캔(200)의 바닥에 연결된다.
한편, 전극 조립체(300)의 상단에는 상부 절연판이 배치될 수 있다. 이러한 상부 절연판은 전극 조립체(300)와 캡 조립체(100) 사이를 절연시키는 역할을 한다.
상기 전지 캔(200)은, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통형 또는 각형 구조를 가질 수 있다. 이러한 전지 캔(200)의 내부 공간에는 상기 전극 조립체(300)와 함께 전해액이 수납된다.
상기 전지 캔(200)은, 원통형으로 형성될 수 있으나, 각형과 같이 원통형 이외의 다양한 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체(100)는, 탑 캡(110) 및 안전 벤트(130)를 포함한다. 상기 캡 조립체(100)는 전지 캔(200)의 상단, 즉 개방단에 결합되는 이차 전지의 구성요소로서, 전지 캔(200)의 개방단을 밀폐시킨다. 이러한 캡 조립체(100)는, 전지 캔(200)의 형태에 따라 원형 또는 각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 탑 캡(110)은, 캡 조립체(100)의 최상부에 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성한다. 따라서, 상기 탑 캡(110)은 외부 장치, 이를테면 부하 또는 충전 장치와 전기적으로 접속된다. 또한, 이러한 탑 캡(110)에는 가스가 배출될 수 있는 가스 구멍(110a)이 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(300)로부터 가스 발생시 이러한 가스 구멍(110a)을 통해 전지 캔(200) 외부로 가스가 배출되도록 할 수 있다. 상기 탑 캡(110)은, 예를 들어 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 안전 벤트(130)는, 상기 탑 캡(110)의 하부에 위치하여, 이차 전지의 내압, 즉 전지 캔(200)의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우 형태가 변형되도록 구성된다. 예를 들어, 상기 안전 벤트(130)는 이차 전지의 내압이 12~25 kgf/cm2일 때 형태가 변형되어 파열되도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 상기 안전 벤트(130)는, 도면에 도시된 바와 같이, 중심부가 하부 방향으로 돌출되도록 형성되고, 그러한 중심부 부근에 소정의 노치부가 형성될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 내부, 즉 전극 조립체(300) 쪽으로부터 가스가 발생하여 전지 캔(200)의 내압이 증가하게 되면, 안전 벤트(130)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 된다. 이때, 안전 벤트(130)와 전극 조립체(300)의 전기적 연결이 차단되게 되며, 이차 전지의 내압이 일정값 이상으로 증가하면, 안전 벤트(130)는 노치부를 중심으로 파열될 수 있다. 따라서, 이러한 안전 벤트(130)의 파열된 부분을 통해 전지 캔(200)의 내부에 차 있던 가스가 외부로 배출될 수 있게 된다.
특히, 본 발명에 따른 안전 벤트(130)는, 전지 캔(200)의 내압 증가시 파단이 용이하도록 홈이 형성된 제1노치부(131)를 구비할 수 있다. 이러한 제1노치부(131)는 일부분이 다른 부분보다 홈이 더 깊게 형성될 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서, 제1노치부(131)는 부분적으로 홈의 깊이가 서로 다르게 형성될 수 있다. 이에 대해서는 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4는, 도 3의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1노치부의 일부분(131a)은 제1노치부의 다른 부분(131b)보다 홈이 더 깊게 형성되어 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1노치부의 일부분(131a)은 W1a의 깊이를 가지고 제1노치부의 다른 부분(131b)은 W1b의 깊이를 가지며, W1a > W1b 이다. 이로 인해, 전지 캔(200)의 내압 증가시 홈이 더 깊게 형성된 부분(131a)이 다른 부분(131b) 보다 쉽게 변형되고, 내압이 일정값 이상으로 증가할 경우, 홈이 더 깊게 형성된 부분(131a)이 먼저 파단될 수 있게 된다.
도 5는, 본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체의 안전 벤트가 파단된 상태에서 가압 가스가 흐르는 모습을 시각적으로 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 구조적인 특징으로 인해, 홈이 더 깊게 형성된 부분(131a)이 다른 부분(131b) 보다 쉽게 변형 및 파단 되므로, 도면의 좌측부분에 파단 부분(F)이 형성된다. 따라서, 가압 가스는 안전 벤트(130)의 파단 부분(F)을 통과하여 유출되고, 유출된 부분에 탑 캡(110)의 가스 구멍(110a)이 위치하므로, 방향을 전환할 필요 없이 곧바로 탑 캡(110)의 가스 구멍(110a)을 통해 외부로 배기될 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 전지 캔(200)의 내압이 증가할 경우, 안전 벤트(130)가 신속하게 변형되고, 캡 조립체(100)에서 가스가 원활하게 배출될 수 있도록 유로(flow path)가 형성되어 가압 가스가 외부로 신속하게 배기될 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 제1노치부(131)는 링 형상으로 형성될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 원통형 이차 전지에 적용되는 캡 조립체(100)는 원통형 전지 캔(200)에 대응되도록 원통 형상을 갖는다. 따라서, 제1노치부(131)도 원통 형상의 캡 조립체(100)에 적합하도록 링 형상을 갖는 것이 좋다. 다만, 제1노치부(131)의 형상이 링 형상에 제한되는 것은 아니며 각형 등 다양한 형상이 채용될 수도 있음은 물론이다.
더욱 바람직하게는, 상기 안전 벤트(130)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1노치부(131)의 외측에 제2노치부(132)를 더 포함할 수 있다. 외측에 형성된 제2노치부(132)는 내측에 형성된 제1노치부(131)와 대응되는 형상을 갖는 것이 좋다. 즉, 도면의 실시예처럼 제1노치부(131)가 링 형상인 경우에는 제2노치부(132)도 링 형상으로 형성되는 것이 좋다. 다만, 제1노치부(131)와 제2노치부(132)가 서로 다른 형상을 갖는 것을 배제한다는 의미로 해석되어서는 아니된다.
또한, 제2노치부 외측에 제3, 제4노치부 등을 더 포함할 수 있고, 제2노치부가 제1노치부의 내측에 형성될 수도 있으며, 제2노치부 내측에 제3, 제4노치부 등이 더 형성될 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이다.
또한 바람직하게는, 상기 제1노치부(131)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 안전 벤트(130)의 절곡 부분(b)에 구비될 수 있다. 제1노치부(131)가 절곡 부분(b) 상에 구비되는 경우에는 그렇지 않은 경우와 비교할 때, 전지 캔(200)의 내압 증가시 형태 변형이 더욱 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제1노치부(131)는, 상호 간 소정 거리 이격된 다수의 홈을 구비하여 형성될 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체의 수평단면도이다.
도 6을 참조하면, 제1노치부(131) 및 제2노치부(132)는 각각 다수의 홈을 구비하고 있고, 이러한 다수의 홈은 상호간 소정의 거리로 이격되어 배치되어 있다. 한편, 이러한 실시예에서, 기준선 S1을 중심으로 제1노치부(131) 및 제2노치부(132)는 각각 비대칭형상을 띌 수 있다. 즉, 제1노치부(131) 및 제2노치부(132)의 좌측 부분에는, 도 4의 좌측 제1노치부 및 좌측 제2노치부와 같이, 홈이 깊게 형성될 수 있고, 제1노치부(131) 및 제2노치부(132)의 우측 부분에는, 도 4의 우측 제1노치부 및 우측 제2노치부와 같이, 제1노치부(131) 및 제2노치부(132)의 좌측 부분보다 홈이 얕게 형성될 수 있다. 이로 인해, 전지 캔(200)의 내압 증가시 홈이 더 깊게 형성된 제1노치부(131) 및 제2노치부(132)의 좌측 부분이 제1노치부(131) 및 제2노치부(132)의 우측 부분보다 쉽게 변형되고, 내압이 일정값 이상으로 증가할 경우, 홈이 더 깊게 형성된 노치부의 좌측 부분이 파단되게 된다. 따라서, 전지 캔(200) 내부의 가압 가스가 노치부의 좌측의 파단 부분에 형성된 유로(flow path)를 통해 외부로 배기될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제1노치부(131)는, 하나의 홈이 연속하여 형성될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 캡 조립체의 수평단면도이다.
도 7을 참조하면, 제1노치부(131) 및 제2노치부(132)는 하나의 홈이 연속하여 형성되어 있다. 즉, 도 6에 도시된 실시예와 달리 홈이 단속적으로 형성되지 않고 연속적으로 형성되어 있다.
한편, 도 6 및 도 7의 실시예에서, 홈이 깊게 형성된 부분(D1, D2)이 차지하는 영역이 홈이 얕게 형성된 부분이 차지하는 영역보다 좁게 형성되는 것이 좋다. 전지 캔(200)의 내압 증가시 홈이 깊게 형성된 부분(D1, D2)에서 파단이 발생하므로, 홈이 깊게 형성된 부분(D1, D2)이 차지하는 영역이 좁게 형성되면, 노치부의 파단 가능 범위가 더욱 좁게 제한될 수 있다. 따라서, 전지 캔(200) 내부의 가압 가스를 탑 캡(110)의 가스 구멍(110a)으로 유도하기가 더욱 용이해진다.
더욱 바람직하게는, 제1노치부는, 가장 깊게 형성된 부분의 길이가 1 % ~ 90 %가 되도록 형성될 수 있다.
또한 바람직하게는, 제1노치부는, 가장 깊게 형성된 홈의 깊이가 가장 얕게 형성된 홈의 깊이보다 2 배 ~ 10 배 깊을 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 실시예와 같이 제1노치부가 서로 다른 2개의 부분에서 각각 다른 깊이를 갖는 홈으로 형성되는 경우, 깊은 홈의 깊이는 얕은 홈의 깊이에 비해 2 배 ~ 10 배가 되도록 형성되는 것이 좋다.
한편, 상기 제1노치부(131)에 적용될 수 있는 특징들은 제2노치부(132)에도 동일하게 적용될 수 있다는 점은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로 반복적인 설명은 생략한다.
또한, 도면의 실시예에서 홈의 형상은 쐐기 형상으로 도시되었으나, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 원통 형상, 막대 형상 등 다양한 형상이 채용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체(100)는, 안전 소자(120)를 더 포함할 수 있다.
상기 안전 소자(120)는, 탑 캡(110)과 안전 벤트(130) 사이에 배치되어 정상적인 상태에서는 탑 캡(110)과 안전 벤트(130)를 전기적으로 연결시킨다. 다만, 상기 안전 소자(120)는, 비정상 상태, 예를 들어 온도 상승시 탑 캡(110)과 안전 벤트(130) 간의 전기적 연결을 차단시킨다. 상기 안전 소자(120)는 전지의 과열에 의해 전지 내부의 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 이를테면 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 전류차단부재(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 전류차단부재(150)는, CID(Current Interrupt Device)라고도 불리는데, 안전 벤트(130)와 전극 조립체(300) 사이에 위치하여, 전극 조립체(300)와 안전 벤트(130)가 전기적으로 접속되도록 한다. 즉, 전류차단부재(150)는, 상부의 적어도 일부분이 안전 벤트(130)의 중앙 돌출 부분 하단에 연결되고, 하부의 적어도 일부분이 전극 조립체(300)의 전극 리드, 이를테면 양극 리드와 연결된다. 따라서, 정상적인 상태에서는 전극 조립체(300)로부터 생성된 전류는 양극 리드를 거쳐 전류차단부재(150), 안전 벤트(130) 및 탑 캡(110)으로 흐름으로써 이차 전지의 방전이 이루어질 수 있다. 그러나, 가스 발생으로 전지의 내압이 증가하여 안전 벤트(130)의 형상이 역전되면, 안전 벤트(130)와 전류차단부재(150) 사이의 접촉이 끊어지거나, 전류차단부재(150)가 파손되어, 안전 벤트(130)와 전극 조립체(300) 사이의 전기적 접속은 차단되게 된다.
이처럼 캡 조립체(100)는 전류차단부재(150)를 포함할 수 있는데, 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 절연부재(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 절연부재(140)는, 안전 벤트(130)와 전류차단부재(150) 사이에 개재되어, 안전 벤트(130)의 중앙 돌출 부분과 전류차단부재(150)가 접촉되는 부분을 제외하고는 전류차단부재(150)와 안전 벤트(130)가 서로 전기적으로 절연되도록 한다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 가스켓(160)을 더 포함할 수 있다.
상기 가스켓(160)은, 탑 캡(110) 및 안전 벤트(130)의 테두리 부위를 감싸도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 가스켓(160)은, 도면에 도시된 바와 같이, 'C'자 형태로 굴곡될 수 있다. 상기 가스켓(160)은 전기 절연성과 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 소재, 예를 들어 폴리올레핀(polyolefine) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조될 수 있다. 또한, 상기 가스켓(160)은 절연성이 약화되는 것을 방지하기 위해 열처리에 의하지 않고 기계적 가공에 의해 벤딩되는 것이 좋다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체(100)는, 원통형 이차 전지 캔(200)에 결합될 수 있다. 이 경우, 원통형 이차 전지 캔(200)에 결합되기 위해 캡 조립체(100)는 원통 형상이 될 수 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.
이상의 본 발명에 대한 상세한 설명 또는 도면에서, 상, 하, 내, 외 등과 같은 용어의 사용은 하나의 요소를 다른 요소와 상대적으로 구분하기 위하여 사용되었으며, 설명의 효율성을 높이기 위한 도구적 개념일 뿐, 물리적인 위치, 선후 관계 등을 절대적인 기준에 의하여 구분하기 위하여 사용된 개념으로 해석되어서는 아니된다.
본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.
100: 캡 조립체
110: 탑 캡 110a: 가스 구멍
120: 안전 소자
130: 안전 벤트 131: 제1노치부 132: 제2노치부
140: 절연부재 150: 전류차단부재 160: 가스켓
200: 전지 캔 300: 전극 조립체 400: 비딩부
500: 클림핑 부위
b: 안전 벤트의 절곡 부분
F: 안전 벤트의 파단 부분

Claims (13)

  1. 이차 전지용 캡 조립체에 있어서,
    최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 및
    상기 탑 캡의 하부에 위치하여 전지 캔의 내압 증가시 형태가 변형되는 안전 벤트를 포함하되,
    상기 안전 벤트는, 상기 전지 캔의 내압 증가시 파단이 용이하도록 홈이 형성된 제1노치부를 구비하고, 상기 제1노치부는 일부분이 다른 부분보다 홈이 더 깊게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1노치부는, 링 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 안전 벤트는, 상기 제1노치부의 외측 또는 내측에 링 형상으로 형성된 제2노치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1노치부는, 상호 간 소정 거리 이격된 다수의 홈을 구비하여 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1노치부는, 하나의 홈이 연속하여 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1노치부는, 상기 안전 벤트의 절곡 부분에 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1노치부는, 가장 깊게 형성된 홈의 깊이가 가장 얕게 형성된 홈의 깊이보다 2 배 ~ 10 배 깊은 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1노치부는, 가장 깊게 홈이 형성된 부분의 길이가 1 % ~ 90 %가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탑 캡과 상기 안전 벤트 사이에 배치되어, 온도 상승시 전류를 차단하는 안전 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상부가 상기 안전 벤트의 하단에 연결되고, 하부가 전극 조립체와 연결될 수 있는 전류차단부재; 및
    상기 안전 벤트와 상기 전류차단부재 사이에 개재되어 일부분을 제외하고는 상기 전류차단부재를 상기 안전 벤트와 전기적으로 절연시키는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 탑 캡 및 상기 안전 벤트의 테두리들을 감싸는 가스켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    원통형 이차 전지 캔에 결합되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지용 캡 조립체를 포함하는 이차 전지.
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