KR20180043996A - 측면 벤트를 포함하는 원통형 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극 및 분리막으로 구성된 전극조립체;
상기 전극조립체를 내장하고, 상부가 개방된 구조의 원통형 캔; 및
상기 원통형 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리;
를 포함하고,
전지 내부의 고압 발생시 파단되는 벤트가 상기 원통형 캔의 측면에 형성되어 있으며,
상기 벤트는 3개 이상의 연속적 또는 비연속적인 선상(線狀)의 노치홈들이 하나의 지점에서 만나는 교점을 가지는 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지를 제공한다.

Description

측면 벤트를 포함하는 원통형 전지 {Cylindrical Battery Having Side Vent}
본 발명은 측면 벤트를 포함하는 원통형 전지에 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.
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. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
이러한 원통형 리튬 이차전지에는, 전극조립체와, 상기 전극조립체와 전해액을 수용하는 원통형 캔과, 상기 원통형 캔의 상부에 조립되어 상기 원통형 캔을 밀봉하며 상기 전극조립체에서 발생 되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡 어셈블리를 포함하여 형성된다.
상기 전지케이스에 내장되는 상기 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 풀셀 또는 바이셀 등의 유닛셀들이 분리필름에 의해 권취되어 있는 스택/폴딩형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
한편, 리튬 이차전지는 안전성이 낮다는 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 전지가 대략 4.5V 이상으로 과충전되는 경우에는 양극 활물질의 분해반응이 일어나고, 음극에서 리튬 금속의 수지상(dendrite) 성장과, 불안정한 구조의 양극 활물질로부터의 산소 방출에 의한 전해액의 분해반응 등이 일어난다. 이러한 과정에서 열이 수반되어 상기와 같은 분해반응과 다수의 부반응들이 급속히 진행되며, 급기야는 전지의 발화 및 폭발이 유발되기도 한다.
고온 조건에서 열에 의한 전해액 분해 반응으로 가스가 발생하며, 짧은 시간내에 전지에서의 발열량이 급격히 증가하면, 열폭주 현상이 일어날 수 있다. 열폭주 현상은 전지가 계속적인 통전 상태에 놓여 있을 때 발생하거나 또는 더욱 가속화됨으로써, 전지가 발화 또는 가스의 압력에 의해 폭발할 위험이 매우 커지므로 안전성에 심각한 문제가 있다.
더욱이, 고출력, 고용량 전지의 필요에 따라, 이에 맞춰 이차 전지의 양극 활물질로서 Ni 과량의 리튬 니켈계 산화물을 사용하고 있으나, Ni의 함량이 높아질수록 열 안정성은 더욱 낮아져 이러한 활물질을 사용하는 전지에 있어 고온 안전성 확보는 필수적이다.
상기 과충전시의 안전성을 향상시키기 위해서 비수 전해액에 첨가제를 첨가하여 그 문제를 해결하고 있으나, 극심한 고온에의 노출 등의 상황에서 안전성을 확보 위해서는 비수 전해액에 첨가제를 첨가하는 것으로는 해결할 수 없다. 또한, 전해액에 첨가된 사이클로 헥실 벤젠(CHB) 및 바이페닐(BP)와 같은 물질들은 이차전지의 과충전시 분해되어 가스를 발생시키는데 이에 의해 전지의 내부 압력이 급격히 증가하는 문제가 있다.
따라서, 원통형 리튬 이차전지는 과충전시 폭발 및 발화현상을 방지하기 위하여 캡플레이트에 과충전에 의한 내부 압력 증가시 형태가 변형되는 안전 벤트와, 상기 벤트의 형태 변경에 의해 전류가 차단되는 회로 기판을 설치하고 있다. 이러한 벤트 및 회로기판을 총칭하여 CID(Current Interrupt Device)라고도 하며, 이는 캡 어셈블리의 구성 요소 중 하나가 된다.
전지의 이상동작으로 인하여 발생한 가스는 안전 벤트를 통해 빠져나가면서 안전 벤트가 변형되면 그 위에 설치되어 있던회로기판이 파손됨으로써 전류를 차단하게 된다. 이에 따라 회로 기판에 형성된 배선 패턴이 끊어짐으로써 더이상 전류가 흐르지 않게 된다. 이처럼 전류가 차단되면 과충전 상태가 정지됨으로써 전지의 폭발 및 발화 현상도 방지된다.
도 1에서는 종래의 벤트구조를 포함하는 이차전지를 도시하였는데, 도 1에서 도시된 바와 같이 상기 캡 어셈블리에는 양극단자를 형성하는 상단캡(41)과, 회로기판(42), 안전 벤트(43), 절연부재(44), 양극에 연결된 양극탭(34)가 접속되어 있는 캡플레이트(45)가 순차적으로 적층된 구조로 되어있다.
그런데, 기존에는 이처럼 안전 벤트가 캡플레이트에만 형성되어 전지 내부에서 발생한 가스가 아래에서 위쪽으로만 배출될 수 있기 때문에, 배출에 걸리는 시간이 오래 걸리고, 효과적인 가스 배출이 어려운 문제점이 있었다. 또한, 내부의 압력이 효과적으로 해소되지 않음에 따라 젤리-롤과 같은 전지 내부의 물질들이 가스와 함께 추진력을 받아 전지 밖으로 빠져나가면서 전지 주변에 물리적 충격을 가하는 문제가 있었다.
따라서, 고온 등에 의해 내압이 증가하는 경우, 전류를 차단하고, 발생한 가스를 외부로 신속하게 배출하여 안전성을 확보할 수 있는 원통형 전지에 대한 개발의 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 과충전, 오작동 등에 의한 전지 내부의 가스 발생으로 전지의 내압이 상승하는 경우 외부로 신속하게 내부의 가스를 배출할 수 있도록 하여 전지의 안전성이 향상된 원통형 전지를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 전지는,
양극, 음극 및 분리막으로 구성된 전극조립체;
상기 전극조립체를 내장하고, 상부가 개방된 구조의 원통형 캔; 및
상기 원통형 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리;
를 포함하고,
전지 내부의 고압 발생시 파단되는 벤트가 상기 원통형 캔의 측면에 형성되어 있으며,
상기 벤트는 3개 이상의 연속적 또는 비연속적인 선상(線狀)의 노치홈들이 하나의 지점에서 만나는 교점을 가지는 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 종래에는 전지가 대략 4.5V 이상으로 과충전되는 경우 등에 따라 전지 내부의 고압 발생 또는 고온 조건에서의 전지 안전성을 확보하기 위해, 다양한 시도가 있어 왔다.
그러나, 그러한 시도에서는 고온 조건이나 과충전에 따른 내압 증가 등에 따른 문제를 일부 해결할 수 있었으나, 근본적인 전지 안전성을 확보하는데는 충분하지 못했다. 더 나아가, 시도 중 하나로서 측면에 직선, 원형, 직각으로 꺾여진 선 등의 형태로 추가적인 벤트를 형성하 구성도 개시되어 있으나, 본 출원의 발명자들은, 이와 같이 하나의 선으로 이루어진 벤트는 내부 압력에 의해 파열되더라도, 그 형태가 크게 개방되지 않아 외부로 내부의 고압력이 방출될 수 있는 유량이 매우 적어, 내부의 고압력을 일시적으로 해소할 수 있는 수단을 제공하지 못해 충분한 안전성을 확보하지 못하고, 열 안전성이 매우 낮은 Ni 과량의 활물질을 포함하는 전지에 있어서는 상기의 방법으로도 안전성 문제의 해소가 충분하지 못함을 확인하였다.
반면, 심도있는 연구를 거듭한 끝에, 벤트를 형성하는데 있어, 3개 이상의 연속적 또는 비연속적인 선상(線狀)의 노치홈들이 하나의 지점에서 교차하거나 만나는 형상으로 벤트를 형성하는 경우, 내압 발생시 파열이 용이하게 일어나고, 그 압력을 일시에 해소할 수 있어, Ni 과량의 양극 활물질을 포함하는 전지에 있어서도 충분한 안전성을 확보할 수 있음을 확인하였다.
또한, 상기와 같이 3개의 선상 노치홈들이 하나의 지점에서 교차 또는 만나는 경우, 상기 하나의 지점이 파열이 일어나는 작용점(weak point)으로 작용하게 되므로, 내부 압력에 보다 민감하게 작용하여, 셀 내부 압력을 빠르게 해소할 수 있고, 작용점으로부터 3개의 선상 노치홈들의 형성된 방향으로 열리는 형태로 파열이 일어나, 파열 방향 및 형태를 예측할 수 있는 바, 비정형적, 무작위적인 파열을 방지할 수 있다.
상기에서, 연속적 선상이라 함은, 중간에 끊어짐 없이 연결된 형태의 연속선을 의미하고, 비연속적인 선상이라 함은 점선을 의미하며, 노치홈들이 하나의 지점에서 만나는 교점을 가지는 형상이라 함은, 노치홈들의 일측단부가 상기 교점에서 만나는 것을 의미하고, 상기 각각의 노치홈들이 만나는 각도는 0도를 초과하는 형태라면 제한이 없다.
따라서, 상기 노치홈들은 각각 곡선, 또는 직선, 또는 곡선 및 직선의 조합으로 이루어질 수 있고, 상기 선들은 연속선 또는 점선의 형태일 수 있다. 상세하게는 파열 방향이 일정하고, 중간에 끊기는 일 없이 예측성을 높이기 위해, 직선일 수 있고, 더욱 상세하게는, 직선의 연속선 형태일 수 있다.
한편, 상기 노치홈들이 점선으로 이루어진 경우에는, 소망하는 정도의 파단 면적을 갖도록 하기 위해 중간에 끊김 없이 파단이 이루어져야 하는 바, 점선들의 간격은 0.1mm ~ 1mm, 상세하게는 0.1mm ~ 0.5mm일 수 있고, 점선의 크기는 상세하게는 0.5mm ~ 5mm일 수 있고, 상세하게는 1mm ~ 2mm일 수 있다.
또한, 상기 노치홈들의 교점에서 형성되는 각도들은 상기에서 언급한 바와 같이 0도를 초과하는 형태라면 한정되지 아니하고, 각각의 노치홈들의 각도들이 서로 상이할 수도, 일정할 수도 있으나, 한 방향에서 노치홈들이 더 작은 각도를 갖도록 형성되는 경우, 그 방향으로의 파단만 용이하고, 반대방향으로의 파단은 상대적으로 적게 되므로 내부 압력의 불균일을 유발할 수 있는 바, 상세하게는, 전체적으로 교점을 중심으로 노치홈들이 형성하는 각도들이 일정할 수 있다.
상기 파단의 방향성, 예측 가능성 등을 모두 고려하면, 상세하게는, 상기 벤트는 3개 내지 6개의 노치홈들로 구성될 수 있고, 더욱 상세하게는, 4개 내지 6개, 더욱 상세하게는 5개 내지 6개의 노치홈들로 구성될 수 있다.
이때, 상기 노치홈들이 교점에서 형성되는 각도들은 각각 40도 내지 150도의 범위일 수 있다.
예를 들어, 상기 벤트가 3개의 노치홈들로 구성되는 경우, 상기 노치홈들은 각각 약 120도의 간격으로 일정하게 형성되고, 4개의 노치홈들로 구성되는 경우에는 약 90도 간격, 5개의 노치홈들로 구성되는 경우에는 약 72도, 6개의 노치홈들로 구성되는 경우에는 약 60도의 간격으로 일정하게 형성되는 것이 가장 바람직하다.
물론, 상기 일정한 간격은, 육안으로 보기에 차이가 나는 간격을 제외하고, 1~5도, 상세하게는 1~2도 정도의 차이를 가지는 경우도 일정한 간격의 범주에 포함된다고 볼 수 있다.
한편, 상기 원통형 전지의 캡 어셈블리에 안전벤트가 더 형성되어 있고, 상기 캡 어셈블리의 안전벤트의 작동압력은 캔 측면의 벤트의 작동압력 대비 0.8 내지 1.2배일 수 있고, 상세하게는, 1.0 내지 1.2배, 더욱 상세하게는 1.1 내지 1.2배일 수 있다.
즉, 캔 측면의 벤트의 작동 압력과 캡 어셈블리의 안전벤트의 작동압력은 유사할 수 있다.
이와 같이, 캔 측면의 벤트와, 캡 어셈블리의 안전벤트의 작동압력이 유사해야 캔 측면의 벤트 형성의 의미가 있고, 만일 상기 범위를 벗어나, 캔 측면의 벤트의 작동 압력이 캡 어셈블리의 안전벤트의 작동압력보다 1.2배 이상인 경우에는, 벤트의 작동 전에 캡 어셈블리의 안전벤트가 먼저 작용하도록 설정된 것이므로, 캔 측면에 벤트를 형성시키지 않은 종래 원통형 전지와 다를 바 없이 내부 압력을 빠르게 해소하지 못하고 폭발할 가능성이 크다. 반대로 0.8배 이하인 경우에는, 너무 빨리 작용해 폭발의 위험이 없을 때도, 벤트가 파단되어 전지의 사용이 불가능하게 되므로, 전지의 수명이 줄어드는 문제가 있다.
여기서, 상기 캡 어셈블리의 안전벤트의 작동압력은 15~25 kgf/cm2일 수 있다.
이와 같이 캡 어셈블리의 안전벤트의 작동압력과 유사한 작동압력을 가지고, 파단되었을 때, 효과적으로 내부 압력을 방출하기 위한, 상기 각각의 노치홈들의 길이는, 각각 일단에서 타단까지의 직선거리가, 캔의 하단에서 캡 어셈블리의 상단까지의 원통형 전지 전체 길이를 기준으로 1/40 내지 1/10일 수 있고, 상세하게는 1/30 내지 1/10일 수 있으며, 더욱 상세하게는 1/20 내지 1/15일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 노치홈들의 길이가 1/40 이하로 너무 짧은 경우, 파단이 일어나는 면적이 너무 작아, 내부의 압력이 효과적으로 해소되지 않음에 따라 폭발하면서 전지 주변에 물리적 충격을 가하는 문제가 있을 수 있고, 1/10 보다 커 너무 긴 경우, 노치홈들의 강도가 너무 약하고, 파단면적이 너무 커서 조그만 내부 압력에도 파단이 일어날 수 있으며 한번에 너무 많은 가스가 방출되어 폭발과 같은 형태를 이룰 수 있는 바, 바람직하지 않다.
또한, 이와 같이 형성된 벤트가 전지의 내압 발생에 의해 파단되는 경우, 상기 파단 면적이 원통형 전지 전체 면적의 1/15 내지 1/30, 상세하게는 1/15 내지 1/25로 형성될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 파단 면적이 1/15보다 크게 형성되는 경우에는 내부 압력을 조금씩 낮출 수 있는 형태가 아니라, 한번에 전지 내부의 가스가 대량으로 방출되면서 폭발과 유사한 형상이 될 수 있고, 1/30보다 작은 경우에는, 소망하는 정도의 내부 압력을 해소할 만한 면적이 되지 않아, 종래 기술과 비교하여 큰 차이가 없는 바, 폭발의 안전성을 충분히 확보할 수 없어 바람직하지 않다.
상기 파단 면적은 상기 노치홈들의 길이에 대응되므로, 벤트의 구조, 예를 들어, 노치홈들의 개수와 각도에 의해 정해지는 파단 면적을 고려하여, 길이가 설정될 수 있는 것이다. 즉, 상기 파단 면적의 조건이 노치홈들의 길이 조건에 앞선다.
한편, 상기 노치홈들은 각각 수직 단면상으로 잔여 두께에서 구배를 가질 수 있으며, 구체적인 예로서, 상기 노치홈들은 각각 노치홈들의 교점에서 교점과 떨어져 위치하는 일단부로 갈수록 잔여 두께가 얇아지는 구배를 가지는 구조일 수 있다.
이때, 벤트의 작동압력이 캡 어셈블리의 안전벤트의 작동압력과 유사한 작동압력을 가지도록 하기 위한 또 하나의 요소로서, 상기 노치홈들의 평균 잔여 두께는 캔의 두께의 20 내지 60%일 수 있다.
노치홈들의 평균 잔여 두께가 캔의 두께의 20% 미만의 두꺼운 크기를 가지면 너무 낮은 압력에서도 벤트가 파단되는 문제가 있고, 반대로 60%의 크기를 가지면 노치홈들에 대해 실질적으로 잔여 두께의 구배를 가지지 못하고, 높은 내부 압력에도 노치홈의 파단이 이루어지기 어려워 가스 배출을 기대하기 어려움에 따라 폭발의 가능성이 있어 벤트가 형성되지 않은 종래 원통형 전지와 비교하여 소망하는 효과를 발휘할 수 없는 바, 바람직하지 않다.
또한, 상기 각각의 노치홈들의 수직 단면은 내압 발생시 노치홈들을 용이하게 파단할 수 있는 형태라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 하향 쐐기형 또는 사다리꼴일 수 있다. 쐐기형의 경우에는 노치홈들 상단부의 크랙(crack)에 의한 파단이 일어나며, 사다리꼴의 경우에는 단변이 늘어나면서 전단 응력에 의해 파단이 일어난다. 결과적으로, 이러한 형태가 보다 노치홈의 균일하고 즉각적인 파단을 유도할 수 있어서 전지의 안전성을 담보할 수 있다.
본 발명의 하나의 구체적인 예에서, 상기 캔 측면에 형성되는 벤트의 위치는 하부, 상세하게는 캔의 하단에서 캡 어셈블리의 상단까지의 원통형 전지 전체 길이를 기준으로, 캔의 하단에서부터 1/2까지, 상세하게는 1/4까지의 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 원통형 전지는 각형 전지와 달리, 상기에서 설명한 바와 같이 캡 어셈블리에도 안전벤트가 형성되어 있다.
따라서, 벤트의 위치가 캔 하부에 위치하는 경우, 캡 어셈블리의 안전벤트의 거동에 영향을 미치거나 받지 않고, 독자적으로 내부 압력에 따른 작용으로 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 캡 어셈블리와 함께 상부, 하부에서 모두 벤트가 작용할 수 있으므로, 가스의 분출방향이 분산되므로 한방향으로의 압력 쏠림에 따라 젤리-롤과 같은 전지 내부의 물질들이 가스와 함께 추진력을 받아 전지 밖으로 빠져나가면서 전지 주변에 물리적 충격을 가하는 현상을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
반면에, 상기 범위를 벗어나, 원통형 전지 전체 길이를 기준으로, 캔의 하단에서부터 1/2까지의 범위를 벗어나 형성되는 경우에는 캡 어셈블리의 안전벤트 작동에 영향을 줄 수 있고, 효과적인 압력 분산이 이루어지지 않으므로, 바람직하지 않다
한편, 상기 전극조립체는, 예를 들어, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조가 권취된 젤리-롤형 전극조립체일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
상기 양극은 예를 들어, 양극 집전체에 양극활물질 입자들로 구성된 양극활물질과, 도전재 및 바인더가 혼합된 양극 합제를 도포하여 제조될 수 있고, 필요에 따라서는 상기 양극 합제에 충진제를 더 첨가할 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 제조되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극활물질은, 예를 들어, 상기 양극활물질 입자 외에, 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등으로 구성될 수 있으며, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
그러나, 상기에서 설명한 바와 같이, 고출력, 고용량화에 따라 사용되는 Ni 과량의 양극 활물질을 사용하는 경우, 열 안정성이 낮기 때문에 보다 높은 안전성이 요구되는 바, 상세하게는, 양극 활물질로서 하기 화학식 1로 표현되는 리튬 니켈계 산화물을 60 중량% 이상 포함할 수 있고, 본 발명에 따른 원통형 전지의 구조는 이러한 활물질을 포함하는 경우 더욱 바람직하다.
Li1+xNiaM1-aO4-yAy (1)
상기 식에서, M은 Mn, Co, Mg, Al, Zn, Cu, Fe, B, Cr, Zr, Ca 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고;
A는 -1가 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이며;
-0.5≤x≤0.5; 0.1≤a≤0.6; 0≤y≤0.1이다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 원통형 전지는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성을 제공하는 리튬 이차전지일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
상기 원통형 전지는 원통형 캔에 전극조립체가 내장된 상태로 리튬염 함유 비수계 전해액이 함침된 구조를 갖는다.
이하에서는 기타 성분에 대해 설명한다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
상기 원통형 캔의 소재는, 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는, 스테인리스 스틸, 스틸, 알루미늄 또는 그 합금들 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 원통형 전지는 벤트의 파단에 의해 전지 내부의 고압 가스를 효과적으로 배출할 수 있어 전지 안전성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 파단의 방향성이 예측가능하므로, 불안정한 파단을 막고, 폭발적인 가스 방출은 방지하면서도 파단에 따른 일시적인 압력 해소가 충분한 소정의 파단 면적을 가지므로 Ni 과량의 양극 활물질을 사용하는 경우에도 더욱 충분한 안전성을 확보할 수 있다.
도 1은 일반적인 원통형 전지의 단면도이다;
도 2 내지 도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 벤트 구조를 도시한 것이다;
도 7은 비교예 2에 따른 벤트 구조를 도시한 것이다;
도 8은 비교예 3에 따른 벤트 구조를 도시한 것이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노치홈의 수직 단면을 나타낸 모식도이다;
도 10은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 노치홈의 수직 단면을 나타낸 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지의 기본구조는 도 1과 같다.
구체적으로, 본 발명에 따른 원통형 전지(100)는 도 1에서 도시된 바와 같이 원통형 캔(20)과, 캔 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극조립체(30) 및 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(40)로 구성되어 있다.
상기 원통형 캔(20)은 상기 원통형 전극조립체(30)가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성되도록 일정 직경을 상부가 개방된 구조의 원통형 구조를 가진다. 또한, 상기 원통형 캔(20)은 일반적으로 니켈(Ni), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다.
상기 원통형 캔(20)의 내부에는 전극조립체(30)가 수용되는데, 전극조립체(30)는 양극(32)과 음극(31)사이에 분리막(33)을 개재한 상태로 젤리-롤 형태로 감은 구조로 되어 있으며, 양극(32)에는 양극탭(34)이 부착되어 캡 어셈블리(40)에 접속되어 있고, 음극(31)에는 음극탭(35)이 부착되어 캔(20)의 하단에 접속되어 있다. 상기 원통형 캔(20)의 하단 중앙에 상기 전극조립체(30)의 음극 탭(35)이 접합됨으로써, 상기 원통형 캔(20) 자체는 음극 역할을 수행하게 된다.
더불어 상기 전극조립체의 상부에는 캡 어셈블리(40)가 형성된다. 상기 캡 어셈블리는 양극 단자를 형성하는 상단캡(41)과, 회로기판(42), 안전벤트(43), 절연부재(44), 양극에 연결된 양극탭(34)이 접속되어 있는 캡플레이트(45)가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 되어있다. 상기 안전벤트는 전지 내부의 압력이 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하기 위해 형성되며, 안전벤트와 캡플레이트 사이에는 벤트와 캡플레이트를 전기적으로 분리시키기 위하여 절연부재(44)가 형성된다.
본 발명에 따른 원통형 전지는 이러한 상기 원통형 전지 구조에서 원통형 캔(20)의 하부에 추가적인 벤트를 형성할 수 있고, 이러한 벤트는 3개 이상의 연속적 또는 비연속적인 선상(線狀)의 노치홈들이 하나의 지점에서 교차하거나 만나는 형상으로 이루어질 수 있다.
도 2 내지 도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 벤트의 예시들이 도시되어 있다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 원통형 전지(100)은 원통형 캔(20)과, 캔 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극조립체(30) 및 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(40)로 구성되어 있다.
그리고, 도 2 내지 도 5의 캔(20) 측면의 하부에는 벤트들(50, 51, 52, 53, 54, 55)이 각각 형성되어 있다.
가스가 방출되기 위해서는 가스가 상부측으로 유도되어야 하는데, 통상적으로 양극의 중앙부분에서부터 발열반응이 시작되고, 다른 부분에서도 국부적으로도 발열이 일어나기 때문에 연쇄적인 발열반응과정에서 한꺼번에 발생한 가스가 한 방향으로만 방출되는 것은 한계가 있다.
따라서, 전지 내부의 압력이 급격히 상승하더라도 내부 압력이 캡어셈블리에 형성된 안전벤트(도 1의 43) 방향인 상측으로 배출될 뿐 아니라, 측면에 형성된 벤트들(50, 51, 52, 53, 54, 55)으로도 가스가 분산되어 내부 압력이 효과적으로 해소될 수 있다.
먼저, 도 2에 도시된 벤트(50)는 3개의 직선의 연속선 형상인 노치홈들(50', 50'', 50''')로 구성되고, 이들이 하나의 교점에서 만나는 형상, 일명 'Y' 형상으로 이루어져 있다. 이때, 상기 노치홈들(50', 50'', 50''')이 교점에서 형성되는 각도(a)는 약 120도로 일정하다.
또한, 상기 각각의 노치홈들(50', 50'', 50''')은 원통형 전지 전체 길이(L)을 기준으로 약 1/15 내지 1/10의 길이(l1)으로 형성되어 있다.
이러한 벤트(50)가 내부 압력의 상승으로 파단되는 경우, 파단 면적(S1)은 원통형 전지의 외면의 전체 면적의 약 1/15가 되므로 효과적으로 내부 압력을 일시에 해소할 수 있다.
둘째로, 도 3에 도시된 벤트(51)은 5개의 직선의 연속선 형상인 노치홈들(이하의 도면부터는 별도로 도시하지 않음)로 구성되고, 이들이 하나의 교점에서 만나는 형상, 일명 '별' 형상으로 이루어져 있다. 이때, 상기 노치홈들이 교점에서 형성되는 각도(b)는 약 72도로 일정하다.
또한, 상기 각각의 노치홈들은 원통형 전지 전체 길이(L)을 기준으로 약 1/20 내지 1/15의 길이(l2)으로 형성되어 있다.
이러한 벤트(51)가 내부 압력의 상승으로 파단되는 경우, 파단 면적(S2)은 원통형 전지의 외면의 전체 면적의 약 1/25가 되므로 효과적으로 내부 압력을 일시에 해소할 수 있다.
셋째로, 도 4에 도시된 벤트(52)은 6개의 직선의 연속선 형상인 노치홈들로 구성되고, 이들이 하나의 교점에서 만나는 형상, 일명 '눈꽃' 형상으로 이루어져 있다. 이때, 상기 노치홈들이 교점에서 형성되는 각도(c)는 약 60도로 일정하다.
또한, 상기 각각의 노치홈들은 원통형 전지 전체 길이(L)을 기준으로 약 1/15 내지 1/10의 길이(l3)으로 형성되어 있다.
이러한 벤트(52)가 내부 압력의 상승으로 파단되는 경우, 파단 면적(S3)은 원통형 전지의 외면의 전체 면적의 약 1/30가 되므로 효과적으로 내부 압력을 일시에 해소할 수 있다.
넷째로, 도 5에 도시된 벤트(53)은 4개의 직선의 점선 형상인 노치홈들로 구성되고, 이들이 하나의 교점에서 만나는 형상, 일명 'K' 형상으로 이루어져 있다. 이때, 상기 노치홈들이 교점에서 형성되는 각도들(d, d')은 각각 약 60도 및 180도로 구성되어 일정하지 않다.
또한, 상기 각각의 노치홈들은 원통형 전지 전체 길이(L)을 기준으로 약 1/20 내지 1/15의 길이(l4)와, 1/15 내지 1/10의 길이( l'4)로 다르게 형성되어 있다.
즉, 도 5에서 보는 바와 같이, 노치홈들은 각각이 이루는 각도, 및 길이가 서로 상이할 수 있다.
이러한 벤트(53)가 내부 압력의 상승으로 파단되는 경우, 파단 면적(S4)은 원통형 전지의 외면의 전체 면적의 약 1/30가 되므로 효과적으로 내부 압력을 일시에 해소할 수 있다.
마지막으로, 도 6에 도시된 벤트(54)은 6개의 곡선의 연속선 형상인 노치홈들로 구성되고, 이들이 하나의 교점에서 만나는 형상, 일명 '바람개비' 형상으로 이루어져 있다. 이때, 상기 노치홈들이 교점에서 형성되는 각도들(e)은 각각 약 60도로 구성되어 일정하다
또한, 상기 각각의 노치홈들은 양단의 직선길이(l5)가 원통형 전지 전체 길이(L)을 기준으로 약 1/15 내지 1/10로 형성되어 있다.
즉, 도 6에서 보는 바와 같이, 노치홈들은 곡선형태를 가질 수도 있다.
이러한 벤트(54)가 내부 압력의 상승으로 파단되는 경우, 파단 면적(S5)은 원통형 전지의 외면의 전체 면적의 약 1/15가 되므로 효과적으로 내부 압력을 일시에 해소할 수 있다.
상기 도 2 내지 도 6에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 각각의 원통형 전지에 있어서, 설명의 편의를 위해 하나의 벤트가 형성된 구조만을 도시하였으나, 필요에 따라 여러 개의 벤트를 함께 형성할 수도 있음은 물론이다.
이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명을 설명하도록 하되, 본 발명이 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
측면에 하기 도 2과 같은 벤트(노치홈들의 길이: 10~15mm)를 형성시킨 캔을 이용하여 원통형 전지(전체 높이(길이): 162.5mm)를 조립한다.
<실시예 2>
측면에 하기 도 3과 같은 벤트를 형성시킨 캔을 이용하여 원통형 전지를 조립한다.
<실시예 3>
측면에 하기 도 4과 같은 벤트를 형성시킨 캔을 이용하여 원통형 전지를 조립한다.
<실시예 4>
측면에 하기 도 5과 같은 벤트를 형성시킨 캔을 이용하여 원통형 전지를 조립한다.
<비교예 1>
측면에 벤트를 형성시키지 않은 캔을 이용하여 원통형 전지를 조립한다.
<비교예 2>
측면에 하기 도 7과 같이 하나의 직선으로 이루어진 일자형의 벤트를 형성시킨 캔을 이용하여 원통형 전지를 조립한다.
<비교예 3>
측면에 하기 도 8과 같이 하나의 곡선으로 이루어진 부메랑 형상의 벤트를 형성시킨 캔을 이용하여 원통형 전지를 조립한다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에서 조립한 전지(Ni, Mn, Co를 포함하는 활물질을 포함하는 고츌력용 원통형 전지로써 용량이 2950mAh 이상임)를 각각 20개씩 준비하여, 4.2V로 만충전을 완료하여 고온의 화염에 직접적으로 노출시킨다. 노출 과정에서 주변은 알루미늄(Al)망으로 보호하고, 전지의 폭발이 발생될 때까지 유지시킨다. 폭발 정도 및 전지의 유동과 전지 내부 물질의 방출 과정을 관찰하고, 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.
시험의 불량 수량은 전지가 알루미늄 망을 뚫고 밖으로 나오는 경우를 산정한다.
폭발까지 시간 폭발 개수
실시예 1 약 3분 1
실시예 2 약 3분 0
실시예 3 약 3분 1
실시예 4 약 3분 5초 1
비교예 1 약 3분 20초 5
비교예 2 약 3분 10초 4
비교예 3 약 3분 10초 3
상기 실시예 1 내지 실시예 4의 경우, 전지의 폭발까지의 시간은 비교예와 유사하였으나, 전지 내부의 젤리-롤 등이 전지 밖으로 방출되지는 않았다. 그러나 비교예 1의 경우 많은 양의 전지에서 전지 내부의 젤리-롤이 방출되어 Al망이 손상되었고, 비교예 2 및 3의 경우, 비교에 1보다는 폭발시간이 길었으나, 일부 전지에서 폭발과 함께 젤리-롤이 방출되어 Al망의 손상이 발생하였다.
이에 따라, 본 발명에 의하면 측면에 별도의 벤트부가 형성되어 있는 경우, 폭발까지 유사한 정도의 시간을 가지는 반면, 폭발시에, 내부 물질의 방출에 의한 물리적 손상이 줄고, 더 나아가, 하나의 선으로 교차점이 없거나 적은 형태의 벤트부가 형성되어 있는 경우에 비해, 선상의 노치홈들의 교차점이 형성되어 있는 경우, 압력에 따른 예측가능한 파단으로 가스 배출이 용이하여 고온 노출 등의 환경 하에서도 높은 안전성을 확보할 수 있음을 알 수 있었다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

  1. 양극, 음극 및 분리막으로 구성된 전극조립체;
    상기 전극조립체를 내장하고, 상부가 개방된 구조의 원통형 캔; 및
    상기 원통형 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리;
    를 포함하고,
    전지 내부의 고압 발생시 파단되는 벤트가 상기 원통형 캔의 측면에 형성되어 있으며,
    상기 벤트는 3개 이상의 연속적 또는 비연속적인 선상(線狀)의 노치홈들이 하나의 지점에서 만나는 교점을 가지는 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈들은 각각 곡선, 또는 직선, 또는 곡선 및 직선의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈들이 교점에서 형성되는 각도들은 일정한 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 벤트는 3개 내지 6개의 노치홈들로 구성되는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈들이 교점에서 형성되는 각도들은 각각 40도 내지 150도의 범위 내인 것을 특징으로 원통형 전지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 노치홈들의 길이는, 각각 일단에서 타단까지의 직선거리가, 캔의 하단에서 캡 어셈블리의 상단까지의 원통형 전지 전체 길이를 기준으로 1/40 내지 1/10인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 벤트는 전지의 내압 발생에 의한 파단 면적이 원통형 전지 전체 면적의 1/15 내지 1/30로 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈들은 각각 수직 단면상으로 잔여 두께에서 구배를 가지는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 노치홈들은 각각 노치홈들의 교점에서 교점과 떨어져 위치하는 일단부로 갈수록 잔여 두께가 얇아지는 구배를 가지는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈들의 평균 잔여 두께는 캔의 두께의 20 내지 60%인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈들의 수직 단면은 하향 쐐기 형상인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 노치홈들의 수직 단면은 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 벤트는 캔의 하단에서 캡 어셈블리의 상단까지의 원통형 전지 전체 길이를 기준으로, 캔의 하단에서부터 1/2까지의 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 벤트는 캔의 하단에서 캡 어셈블리의 상단까지의 원통형 전지 전체 길이를 기준으로, 캔의 하단에서부터 1/4까지의 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리에 안전벤트가 더 형성되어 있고, 상기 캡 어셈블리의 안전벤트의 작동압력은 캔 측면의 벤트의 작동압력 대비 0.8 내지 1.2배인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리의 안전벤트의 작동압력은 15~25 kgf/cm2인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 양극은 양극 활물질로서 하기 화학식 1로 표현되는 리튬 니켈계 산화물을 60 중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지:
    Li1+xNiaM1-aO4-yAy (1)
    상기 식에서, M은 Mn, Co, Mg, Al, Zn, Cu, Fe, B, Cr, Zr, Ca 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고;
    A는 -1가 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이며;
    -0.5≤x≤0.5; 0.1≤a≤0.6; 0≤y≤0.1이다.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 젤리-롤인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
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