KR20160015898A - 전지의 안정성을 향상시키는 하부 절연체를 포함하는 원통형 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형 전지를 수십 내지 수백, 수천개를 연결하여 전원으로 사용하는 응용분야(예를 들어, E-bike, xEV 등)에 대한 적용에 있어서, 전지 내부 압력이 파단 압력에 도달하여 폭발 시, 전지 하부로 폭발을 유도하여 전지 측면 폭발을 방지하고, 이에 따라 인접한 전지로 폭발력이 전이되는 것을 방지할 수 있게 하는 원통형 이차전지에 관한 것으로서, 전극 조립체가 전지케이스 내에 수납되는 구조의 이차전지로서, 상기 전지케이스의 하단은 하부 벤트(Bottom vent)를 포함하고, 상기 전극 조립체와 전지케이스 하단 사이는 하부 절연체(Bottom insulator)를 포함한다.

Description

전지의 안정성을 향상시키는 하부 절연체를 포함하는 원통형 이차전지{Cylindrical secondary battery having bottom insulator to improve safety of battery}

본 발명은 전지의 안정성을 향상시키는 하부 절연체를 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

리튬 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라 원통형 전지 및 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류될 수 있고, 이러한 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체 구조에 따라 젤리-롤형과 스택형 등으로 구분된다.

이 중 원통형 이차전지는 젤리-롤형 전극 조립체를 상부가 개방된 원통형 캔에 수납하고, 상기 원통형 캔 내에 전해액을 주입한 후에, 상기 전극 조립체에서 발생되는 전류를 외부 장치로 공급하도록 상단에 전극 단자가 형성되는 캡 조립체로 상기 원통형 캔 상부를 밀봉 결합하여 제작한다. 상기 전극 조립체의 권심(젤리-롤의 중심부)에는, 금속 소재로 이루어진 원통형의 센터 핀이 삽입되어 소정의 강도를 부여하며, 상기 센터 핀은 상기 전극 조립체가 원통형 캔의 하부 중심 위치에 고정 및 지지되도록 용접될 수 있다.

최근 들어, 상기 원통형 이차전지를 수십개 내지 수백, 수천개를 연결하여 사용하는 응용 분야(예를 들어, E-bike, xEV 등)에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이들 분야에 원통형 이차전지를 적용하기 위해서는 전지의 안전성이 담보되어야 한다. 특히, 외부 또는 내부 요인에 의해 전지가 폭발하게 될 때, 전지의 측면이 폭발되는 경우 인접한 전지로 폭발력이 전이되어 연쇄적인 폭발을 일으킬 가능성이 있으므로, 이를 방지하기 위하여 전지의 상·하부 방향으로 폭발을 유도할 필요성이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 전극 조립체와 전지케이스 사이에 구비되는 도넛 형태의 하부 절연체에 하나 이상 사이드 홀을 포함하게 하되, 상기 사이드 홀의 크기, 개수 및 면적을 조절하게 하였다.

이에 따라, 하부 벤트에서 가스가 용이하게 배출되게 하고, 전지 폭발 시 전지 측면에서 폭발이 일어나는 것을 방지하여 폭발력이 인접한 전지에 전이되는 것을 방지할 수 있게 하는 안전성이 향상된 원통형 이차전지를 제공한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에서, 전극 조립체가 전지케이스 내에 수납되는 구조의 이차전지로서, 상기 전지케이스의 하단은 하부 벤트(Bottom vent)를 포함하고, 상기 전극 조립체와 전지케이스 하단 사이에는 하부 절연체(Bottom insulator)를 포함하는 원통형 이차전지를 제공한다.

본 발명에 따른 원통형 이차전지는 외부 또는 내부 요인에 의한 전지 폭발 시, 하부 벤트에서 가스가 용이하게 배출되게 하며, 전지 측면에서 폭발이 일어나는 것을 방지하여 폭발력이 인접한 전지에 전이되는 것을 방지할 수 있게 한다.

이에 따라 상기 원통형 이차전지를 수십개 내지 수백, 수천개를 연결하여 사용하는 응용 분야(예를 들어, E-bike, xEV 등)에 적용 시, 인접한 전지로 폭발력이 전이되는 것을 방지할 수 있게 됨으로써 안전성을 확보할 수 있게 된다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 원통형 리튬 이차전지의 외부 형상을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 원통형 리튬 이차전지의 하부 절연체의 저면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 하부 절연체의 저면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 하부 절연체의 저면도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 하부 절연체의 저면도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 하부 절연체의 저면도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 하부 절연체의 저면도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 하부 절연체의 저면도를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에서 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단어의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 전극 조립체와 전지케이스 하단 사이에 포함되는 절연체(하부 절연체)의 형상을 개선함으로써, 전지케이스 하단의 하부 벤트로 가스 배출을 용이하게 하고, 전지 폭발 시 측면 폭발을 방지하여 폭발력이 인접한 전지로 전이되는 것을 방지할 수 있게 하는 안전성이 향상된 원통형 이차전지에 대한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에서는, 전극 조립체(100)가 전지케이스(200) 내에 수납되는 구조의 이차전지로서, 상기 전지케이스의 하단은 하부 벤트(Bottom vent)(300)를 포함하고, 상기 전극 조립체와 전지케이스 하단 사이에는 하부 절연체(Bottom insulator)(400)를 포함하는 이차전지를 제공한다(도 1 참조).

상기 전극 조립체(100)는, 양극집전체의 표면에 양극활물질층이 코팅된 양극판과 음극집전체의 표면에 음극활물질층이 코팅된 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 위치하여 상기 양극판과 음극판을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터가 젤리-롤 형상으로 권취되어 형성될 수 있다.

상세하게는, 상기 양극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들어 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어지는 양극집전체와 그 양면에 코팅된 양극활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 양극판의 양 말단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극집전체 영역, 즉 양극무지부가 형성될 수 있다. 상기 양극무지부의 일단에는, 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며 전극 조립체(100)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭이 접합될 수 있다.

한편, 상기 음극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일(foil)로 이루어지는 음극집전체와 그 양면에 코팅된 음극활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 음극판의 양 말단에는 음극활물질층이 형성되지 않은 음극집전체 영역, 즉 음극무지부가 형성될 수 있다. 상기 음극무지부의 일단에는, 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며 전극조립체(100)의 하부로 일정 길이 돌출되는 음극 탭이 접합될 수 있다.

더불어, 상기 전극 조립체의 상부 및 하부에는 각각 캡 조립체(240) 또는 원통형 캔(200)과의 접촉을 방지하기 위한 상부-절연체 또는 하부 절연체(400)가 포함될 수 있다.

상기 전지케이스(200)는 전극 조립체가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성된 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 전지 케이스는 원통형 캔일 수 있다(도 1 참조).

상기 캔은 전극 조립체가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통형 측면판, 상기 원통형 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하여 형성되며, 상기 원통형 측면판의 상부는 상기 전극 조립체를 삽입할 수 있도록 개구되어 있다. 상기 원통형 캔의 하면판 중앙은 상기 전극 조립체의 음극 탭이 접합됨으로써, 상기 원통형 캔 자체가 음극 역할을 수행할 수 있게 된다. 상기 캔은 일반적으로 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 원통형 캔은 상단 개구부로 삽입되는 전극 조립체의 유동을 방지하기 위하여, 캔의 상단이 외부로부터 내부로 절곡되는 크림핑(crimping) 부가 형성될 수 있으며, 또한 상기 원통형 캔은 상기 크림핑 부의 하부에 상기 크림핑 부와 일정간격 이격되어 캡 조립체의 하부를 압박하는 동시에, 전극 조립체의 유동을 방지하도록 안쪽으로 움푹 파여진 비딩(beading) 부가 더 형성될 수도 있다.

한편, 상기 캔은 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 재질로 형성된 것일 수 있으며, 예를 들어 니켈(Ni), 철(Fe), 상기 니켈과 철의 합금 또는 니켈(Ni)이 도금된 철(Fe) 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 재질의 조합으로 형성된 것일 수 있다.

한편, 본원 발명의 전지는 상기 캔에 전극 조립체를 수납한 다음 상기 캔의 상단 개구부에 결합되어 캔을 밀봉하는 캡 조립체(240)가 포함될 수 있다(도 1 참조).

상기 캡 조립체(240)는 전류차단수단, 이차보호소자 및 상부 캡을 포함하여 형성될 수 있으며, 안전벤트를 더 포함할 수 있다. 상기 안전벤트는 판상으로 중앙에서 하부로 돌출되는 돌출부가 형성되고, 캡 조립체의 하부에 위치하며, 이차전지 내부에서 압력 발생 시, 상기 돌출부가 상부 방향으로 변형되면서, 가스를 방출할 수 있게 한다. 상기 안전벤트의 하면에는 전극 조립체의 양극판 및 음극판 중 선택되는 하나의 전극판, 예를 들어 양극판에서 인출한 양극탭이 용접되어 상기 안전벤트와 전극조립체의 양극판이 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 양극판 및 음극판 중 선택되고 남은 하나의 전극판, 예를 들어 음극판은 탭 또는 직접 접촉 방식에 의해 캔과 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 리튬 이차전지는 과충전과 같은 내부 변화나 사용 환경에 따른 외부 충격에 의해 양극과 음극의 전위차가 급격하게 좁혀지면서 열이 발생함과 더불어 전해액이 분해되고 이에 따라 메탄 가스나 수소 가스 등이 다량 발생되어 내부 압력이 높아져 전지케이스의 파단 압력에 도달하는 경우 폭발의 위험성이 있다. 이때, 상기 전지케이스의 하단에 구비되는 하부 벤트(300)는, 상기 벤트가 열림으로써 가스를 빠르게 배출하고, 전지의 폭발을 방지할 수 있게 하는 역할을 한다. 특히 상기 하부 벤트(300)는 전지케이스의 하단에 위치함으로써, 전지의 하부 방향으로 폭발을 유도하는 역할을 한다(도 1 참조).

상기 하부 벤트(300)의 모양은 필요 또는 사용처에 따라 달라질 수 있으나, 일반적으로 원형 또는 C자 형태를 가질 수 있다. 한편, 상기 벤트의 경우 벤트 경계면을 따라 파단을 용이하게 하기 위한 노치부가 추가로 형성될 수 있다(도 1 참조).

한편, 상기 전극조립체(100)와 전지케이스(200) 하단 사이에는 절연을 위한 하부 절연체(400)가 구비될 수 있다(도 1 참조).

본 발명의 일 실시예에서, 상기 하부 절연체는 중앙에 관통구를 가지는 도넛(doughnut) 형태일 수 있으며, 상기 관통구는 센터핀이 통과할 수 있도록 원형으로 관통된 것일 수 있다.

한편, 종래의 하부 절연체(400)의 경우 중앙의 관통구(410)만을 포함하는 형태였으나(도 2 참조), 본 발명의 일 실시예에서는 중앙의 관통구 이외에 하부 절연체에 하나 이상의 사이드 홀(side hole)(450)을 더 포함할 수 있다(도 3 내지 8 참조).

상기 사이드 홀(450)은 각각 예를 들어 다각형, 원형, 타원형 및 무정형으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 형태일 수 있으며, 그 형태, 크기 및 개수는 하부 벤트와의 관계 및 폭발 유도성을 고려하여 적절히 취사 선택될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 하부 절연체(400)에 형성된 사이드 홀(450)은 상기 관통구(410)를 중심으로 대칭 또는 비대칭인 형태로 형성될 수도 있다(도 3 참조). 예를 들어, 전지 폭발 시, 폭발력이 하부 벤트로 전달될 때, 그 힘이 균형적으로 전달될 수 있도록 하나 이상의 사이드 홀(450)은 관통구(410)를 기준으로 대칭적으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 하부 절연체(400)에 형성된 사이드 홀(450)은 전지 폭발 시 폭발력을 하부 벤트로 적절하게 전달될 수 있도록 하기 위하여 3 ~ 20개로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 사이드 홀이 특별한 규칙 없이 하부 절연체에 불규칙하게 형성될 수도 있다(도 4 참조).

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 하부 절연체(400)에 형성된 사이드 홀(450)은 3개일 수 있으며, 상기 사이드 홀은 각각 상기 관통구(410)로부터 이격되되, 사이드 홀 서로 간에도 이격되어 형성된 것일 수 있다(도 5 참조). 이때 사이드 홀(450)의 형태는 무정형일 수 있다(도 5 참조).

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 하부 절연체(400)에 형성된 사이드 홀(450)은 12개 내지 16개일 수 있으며, 이때 상기 사이드 홀은 긴 타원형 또는 도트형상으로 상기 관통구(410)로부터 이격되어, 상기 관통구를 둘러싸며 형성된 구조일 수 있다(도 6 내지 도 8 참조).

외부 또는 내부 요인에 의해 전지 내부의 압력이 파단 압력에 도달 시, 전지케이스 내부의 가스는 상기 사이드 홀을 통해 전지케이스 하단으로 이동하고 하부 벤트에 압력을 가해 상기 하부 벤트가 열리게 함으로써 전지의 하부 방향으로 폭발을 유도한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 하부 절연체(400)에 형성된 사이드 홀(450)의 총 면적은 상기 하부 절연체의 총 단면적 대비 5% 내지 50%일 수 있다. 상기 사이드 홀의 총 면적이 하부 절연체의 총 단면적 대비 5% 미만인 경우 폭발력을 전지케이스 하부로 온전히 전달하기 곤란하므로 전지 측면이 폭발할 가능성이 높아질 수 있다. 이 경우 폭발력이 인접한 전지로 전이되어 연쇄 폭발이 일어날 수 있는 문제점이 있다. 한편 상기 사이드 홀의 총 면적이 하부 절연체의 총 단면적 대비 50% 초과인 경우, 절연체의 절연성을 충분히 확보하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 하부 절연체(400)에 형성된 사이드 홀(450)의 총 면적은 상기 하부 벤트의 총 단면적 대비 5% 내지 50%일 수 있다. 상기 사이드 홀의 총 면적이 하부 벤트의 총 단면적 대비 5% 미만인 경우 정상적인 가스 분출을 저해하므로, 가스가 하부 벤트를 통해 용이하게 배출되기 어려우며, 이에 따라 폭발력이 전지 하부로 유도되기 어렵다. 한편, 상기 사이드 홀의 총 면적이 하부 벤트의 총 단면적 대비 50% 초과인 경우, 절연체의 절연성을 충분히 확보하기 어렵다.

한편, 본 발명의 일 실시예서 상기 하부 절연체(400)는 전극조립체와 전지의 전기 절연성을 유지하고, 외부 충격에 의해 변형된 센터 핀의 단부나 모서리에 의한 절연체의 압박, 관통 또는 전극 시트들의 미끄러짐 등 내부 단락 요인이 있을 경우에도 절연성을 유지할 수 있도록 고분자 수지 재질로 형성된 것일 수 있다.

상기 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 페놀 수지 및 멜라민 수지 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2이상의 혼합물을 포함할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 상기와 같은 구조를 가짐으로써, 상기 전지를 수십 내지 수백, 수천개를 연결하여 전원으로 사용하는 응용분야(예를 들어, E-bike, xEV 등)에 적용되는 경우 외부 또는 내부 요인에 의해 전지 내부가 파단 압력에 도달하여 폭발하게 되는 경우라도 전지의 측면 폭발을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 폭발에 의해 폭발력이 인접한 전지로 전이되는 것을 방지하게 되므로 안정성을 확보할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

실시예 1

전지케이스에 전극 조립체를 수납하고, 캡 조립체로 상기 전기케이스 상부 개구부를 밀봉하여 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다(도 1참조).

구체적으로, 상기 전극 조립체는 양극, 분리막 및 음극을 순차적으로 개재하여제조하였다.

우선, 양극 활물질로서 LiCoO₂ 96 중량%와 카본블랙 2 중량% 및 폴리플루오로비닐리덴 2 중량%를 혼합하고 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)를 추가로 첨가하고 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조하고, 이를 알루미늄 호일에 130 ㎛ 두께로 도포한 후 압연 및 건조하여 양극을 제조하고, 천연흑연 96 중량%에 카본블랙계 도전재 1 중량%, 카르복시메틸셀룰로스(CMC) 1.5 중량%, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 1.5 중량%를 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하고, 이를 구리 호일에 150 ㎛ 두께로 도포한 후 압연 및 건조하여 음극을 제조하였다. 제조된 상기 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조하였다.

상기 제조된 전극 조립체를 전지케이스 내부에 수납하고 LiPF₆가 1 mol 및 2 중량%의 VC(vinyl chloride)가 녹아있는 카보네이트계 전해액을 상기 내부에 주입한 다음 캡 조립체를 상기 캔 상단에 결합시켜 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다. 여기에서, 상기 전극 조립체를 전지케이스 내부에 수납할 때 상기 전극 조립체의 하단과 전지케이스 사이에 도 3에 도시한 바와 같은 하부 절연체를 개재하였다.

실시예 2

도 3에 도시한 바와 같은 하부 절연체 대신에 도 4에 도시한 바와 같은 하부 절연체를 전극 조립체 하단과 전지케이스 사이에 개재한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.

실시예 3

도 3에 도시한 바와 같은 하부 절연체 대신에 도 5에 도시한 바와 같은 하부 절연체를 전극 조립체 하단과 전지케이스 사이에 개재한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.

실시에 4

도 3에 도시한 바와 같은 하부 절연체 대신에 도 6에 도시한 바와 같은 하부 절연체를 전극 조립체 하단과 전지케이스 사이에 개재한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.

실시예 5

도 3에 도시한 바와 같은 하부 절연체 대신에 도 7에 도시한 바와 같은 하부 절연체를 전극 조립체 하단과 전지케이스 사이에 개재한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.

실시예 6

도 3에 도시한 바와 같은 하부 절연체 대신에 도 8에 도시한 바와 같은 하부 절연체를 전극 조립체 하단과 전지케이스 사이에 개재한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.

비교예

도 3에 도시한 바와 같은 하부 절연체 대신에 도 2에 도시한 바와 같은 하부 절연체를 전극 조립체 하단과 전지케이스 사이에 개재한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.

실험예

상기 실시예 1 내지 6 및 비교예에서 제조한 각 원통형 리튬 이차전지의 측부 파열 발생 정도를 비교분석하기 위하여, 상기 각 원통형 리튬 이차전지 10개씩을 사용하여, 고온에 노출시키고 발화에 의한 측부 파열 발생 정도를 육안으로 확인하였다. 구체적으로, 상기 각 원통형 리튬 이차전지를 대류가 가능한 오븐에 넣고 상온으로부터 분당 10℃로 승온시켜 500℃의 고온에 1시간동안 노출시켜 전지 발화에 의한 측무 파열 여부를 확인하였으며, 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	측부파열 발생 빈도	측부파열 발생 수준
실시예 1	5/10	파열(50% 미만 파열)
실시예 2	3/10	경도의 파열(20% 이하)
실시예 3	0/10	n/a
실시예 4	0/10	n/a
실시예 5	0/10	n/a
실시예 6	0/10	n/a
비교예	8/10	고도의 파열(50% 이상 파열)

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 사이드 홀을 갖는 하부 절연체를 포함하는 원통형 리튬 이차전지(실시예 1 내지 실시예 8)가 사이드 홀을 갖지 않는 일반적인 하부 절연체를 포함하는 원통형 리튬 이차전지(비교예)에 비하여 현저히 줄어든 측부파열 현상을 나타내었다. 이는, 사이드 홀을 갖는 하부 절연체를 사용함으로써 전지 조립체로부터 돌출된 탭과 전지 케이스와의 접촉을 방지하면서 하부 벤트로 가스가 용이하게 배출될 수 있게 함으로써 측부파열을 억제하여 전지 안정성을 향상시킬 수 있음을 의미하는 결과이다.

100: 전극 조립체
200: 전지케이스 240: 캡 조립체
300: 하부 벤트 400: 하부 절연체
410: 관통구 450: 사이드 홀

Claims (10)

1. 전극 조립체가 전지케이스 내에 수납되는 구조의 이차전지로서,
   상기 전지케이스의 하단은 하부 벤트(Bottom vent)를 포함하고,
   상기 전극 조립체와 전지케이스 하단 사이에는 하부 절연체(Bottom insulator)를 포함하는 원통형 이차전지.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부 절연체의 중앙에는 도넛(doughnut) 형태의 관통구를 포함하고,
   상기 하부 절연체는 하나 이상의 사이드 홀(side hole)을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 사이드 홀은 다각형, 원형, 타원형 및 무정형으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 형태인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 사이드 홀은 상기 관통구를 중심으로 대칭 또는 비대칭인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 사이드 홀은 3 ~ 10개이고,
   상기 사이드 홀은 하부 절연체에 불규칙하게 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
   
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 사이드 홀은 3개이고,
   상기 사이드 홀은 각각 관통구로부터 이격되되, 상기 사이드 홀 서로 간에도 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
   
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 하부 절연체에 형성된 사이드 홀의 총 면적은 상기 하부 절연체의 총 단면적 대비 5% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
   
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 하부 절연체에 형성된 사이드 홀의 총 면적은 상기 하부 벤트의 총 단면적 대비 5% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
   
9. 청구항 2에 있어서,
   상기 하부 절연체는 고분자 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 페놀 수지 및 멜라민 수지로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.

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