KR20180113855A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20180113855A
KR20180113855A KR1020170045512A KR20170045512A KR20180113855A KR 20180113855 A KR20180113855 A KR 20180113855A KR 1020170045512 A KR1020170045512 A KR 1020170045512A KR 20170045512 A KR20170045512 A KR 20170045512A KR 20180113855 A KR20180113855 A KR 20180113855A
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Abstract

이차전지의 벤트홀 상부에 배치되는 상부 벤트부, 상부 벤트부 아래에서 상부 벤트부에 평행하게 배치된 하부 벤트부 및 상부 벤트부와 하부 벤트부 사이에서 상부 벤트부와 하부 벤트부 중앙 영역에 배치되어 상부 벤트부와 하부 벤트부 사이에 형성되는 공간을 분할하도록 그 양 끝단이 상부 벤트부와 하부 벤트부에 결합되며, 그 내부에 측 방향으로 관통하는 다수의 홀들을 포함하는 화염 필터부를 포함하는 전류 차단을 위한 안전 벤트를 포함하는 이차전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이며, 구체적으로는 이차전지의 안전벤트 구조에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 자전거, 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데 대표적인 형상으로는 각형, 원통형 및 파우치형 등을 들 수 있으며, 전극조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 또한, 상기 전극조립체에는 전극탭, 양극의 단자 등이 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
한편, 이차전지는 전력소모가 너무 많거나 충전 전류가 너무 큰 경우, 배터리 셀 내 극심한 온도 상승으로 인해 내부에 압력이 상승되어 폭발할 수 있다. 그러므로 안정성을 향상시킬 수 있는 구성을 구비한 이차전지가 요구된다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않은 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 제조 공정 중 또는 실사용 중 외력이나 이차전지의 내부 압력에 의한 파손 시, 내부에서 화염이 발생하더라도 외부로 유출되는 화염을 양을 줄일 수 있는 안전 장치를 구비한 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 이차전지의 벤트홀 상부에 배치되는 상부 벤트부; 상기 상부 벤트부 아래에서 상기 상부 벤트부에 평행하게 배치된 하부 벤트부; 및 상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부 사이에서 상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부 중앙 영역에 배치되어 상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부 사이에 형성되는 공간을 분할하도록 그 양 끝단이 상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부에 결합되며, 그 내부에 측 방향으로 관통하는 다수의 홀들을 포함하는 화염 필터부;를 포함하는 전류 차단을 위한 안전 벤트를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부는 상기 화염 필터부를 기준으로 서로 반대 방향에 각각 노치부를 형성한다.
일 실시예에서, 상기 상부 벤트부는 상기 노치부가 형성된 제1 영역과 상기 노치부가 형성되지 않는 제2 영역으로 구분되며 상기 제1 영역의 두께는 상기 제2 영역보다 얇고, 상기 하부 벤트부는 상기 노치부가 형성된 제3 영역과 상기 노치부가 형성되지 않은 제4 영역으로 구분되며 상기 제3 영역의 두께는 상기 제4 영역보다 얇다.
한편, 상기 상부 벤트부의 제1 영역은 상기 하부 벤트부의 제3 영역보다 얇을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 화염 필터부는 상기 상기 벤트부 및 상기 하부 벤트부와 대체로 수직인 방향으로 형성된다.
일 실시예에서, 상기 이차전지는, 케이스; 상기 케이스에 삽입되고 제1 전극판, 제2 전극판 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 형성된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 및 상기 케이스를 밀봉하되, 벤트 홀을 갖는 캡 플레이트;를 더 포함하며, 상기 안전 벤트는 상기 캡 플레이트의 벤트홀에 결합되어, 상기 케이스의 내압이 기준압보다 클 경우 파단된다.
일 실시에에서, 상기 노치부는 평면의 형태가 ＋ 형태, ㅧ 형태, 또는 I 형태이며, 상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부는 평면의 형태가 타원형이다.
또한, 상기 상부 벤트부는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 형성된 홈을 포함하고, 상기 하부 벤트부는 상기 제3 영역과 상기 제4 영역 사이에 형성된 홈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 제조 공정 또는 실사용 중 외력이나 이차전지의 파손에 의해 내부에 화염(불꽃)이 발생했을 때, 외부로의 화염 유출을 최소화하여 이차전지의 안정성이나 신뢰성이 향상된다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 이차전지의 파손 시 안전벤트의 파단 영역이 명확하여 이차전지가 파손되지 않고, 화염을 유출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 안전벤트 부위를 확대한 단면 사시도를 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전벤트의 각 구성을 분해한 사시도이이다.
도 4b와 도 4c는 안전벤트의 각 구성요소와 캡 플레이트의 결합 관계를 나타낸 단면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전벤트를 이용하는 경우의 화염의 이동 경로를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2 단자(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 권취되거나 겹쳐서 형성된다. 여기서, 제1전극판(111)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제2전극판(112)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
제1전극판(111)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제1전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1전극 무지부(111a)를 포함한다. 제1전극 무지부(111a)는 제1전극판(111)과, 제1전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
제2전극판(112)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제2전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2전극 무지부(112a)를 포함한다. 제2전극 무지부(112a)는 제2전극판(112)과, 제2전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
상기와 같은 제1전극판(111) 및 제2전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 또한, 세퍼레이터(113)는 액체 또는 겔 상태의 전해액을 필요로 하지 않는 황화물계, 산화물계 또는 인산염화합물계와 같은 무기물계 고체 전해질로 대체될 수도 있다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 각각에 전기적으로 연결되는 제1단자(120) 및 제2단자(130)가 위치된다.
이러한 전극 조립체(110)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전해액과 함께 케이스(140)에 수납된다. 상기 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF■, LiBF■와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체 또는 겔상일 수 있다. 상술한 바와 같이, 무기물계 고체 전해질이 사용될 경우, 전해액은 생략될 수도 있다.
제1단자(120)는 금속으로 형성되며, 제1전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 제1단자(120)는 제1집전판(121), 제1단자 기둥(122) 및 제1단자 플레이트(124)를 포함한다.
제1집전판(121)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1전극 무지부(111a)와 접촉된다. 실질적으로, 제1집전판(121)은 제1전극 무지부(111a)에 용접된다. 제1집전판(121)은 대략 '┎' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(121a)이 형성된다. 단자홀(121a)에는 제1단자 기둥(122)이 끼워져 리벳팅 및/또는 용접된다. 이러한 제1집전판(121)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 구리 또는 구리 합금으로 제조된다.
제1단자 기둥(122)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 캡 플레이트(151)의 하부에서 제1집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 또한, 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에 제1단자 기둥(122)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(122e)가 형성된다. 제1단자 기둥(122)에서 플랜지(122e)의 하부에 위치하는 영역은 제1집전판(121)의 제1단자홀(121a)에 끼워진 후 리벳팅 및/또는 용접된다. 여기서, 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 여기서, 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 이러한 제1단자 기둥(122)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다.
제1단자 플레이트(124)는 홀(124a)을 가지며, 이러한 홀(124a)에 제1단자 기둥(122)이 결합되고 리벳팅 및/또는 용접된다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 상부로 노출된 제1단자 기둥(122)과 제1단자 플레이트(124) 사이의 계면이 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 제1단자 기둥(122)과 제1단자 플레이트(124)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융된 후 냉각되어 용접된다. 이러한 용접 영역은 도 2에서 도면 부호 125로 표시되어 있다.
한편, 상술한 제1단자 플레이트(124)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된 버스바(도시되지 않음)가 용접될 수 있다.
제2단자(130) 역시 금속으로 형성되며, 제2전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 제2단자(130)는 제2집전판(131), 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(134)를 포함한다.
제2집전판(131)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제2전극 무지부(112a)와 접촉된다. 상기 제2집전판(131)은 대략 '┑' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(131a)이 형성된다. 상기 단자홀(131a)에는 상기 제2단자 기둥(132)이 끼워져 결합된다. 이러한 제2집전판(131)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다.
제2단자 기둥(132)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제2집전판(131)과 전기적으로 연결된다. 제2단자 기둥(132)은 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에는 제2단자 기둥(132)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(132e)가 형성된다. 제2단자 기둥(132)에서 플랜지(132e)의 하부에 위치하는 영역은 제2집전판(131)의 제2단자홀(131a)에 끼워진 후 리벳팅 및/또는 용접된다. 여기서, 제2단자 기둥(132)은 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 이러한 제2단자 기둥(132)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다.
제2단자 플레이트(134)는 홀(134a)을 갖는다. 또한, 제2단자 플레이트(134)는 제2단자 기둥(132)에 결합된다. 즉, 제2단자 플레이트(134)의 홀(134a)에 제2단자 기둥(132)이 결합된다. 또한, 제2단자 기둥(132)과 제2단자 플레이트(134)는 상호간 리벳팅 및/또는 용접된다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 상부로 노출된 제2단자 기둥(132)과 제2단자 플레이트(134)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 제2단자 기둥(132)과 제2단자플레이트(134)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.
더불어, 제2단자 플레이트(134)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 버스바(도시되지 않음)가 용이하게 용접된다. 여기서, 제2단자 플레이트(134)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 이하에서 설명될 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 제2단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.
여기서, 전극 조립체(110)의 권취 축(도 2에서 좌우 방향의 수평축)은 제1단자(120)의 제1단자 기둥(122)이 갖는 단자 축(도 2에서 상하 방향의 수직축)과, 제2단자(130)의 제2단자 기둥(132)이 갖는 단자 축(도 2에서 상하 방향의 수직축)에 대하여 대략 수직 또는 대략 직각의 관계를 갖는다.
케이스(140)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제1단자(120) 및 제2단자(130)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.
캡 조립체(150)는 케이스(140)에 결합된다. 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 시일 가스켓(152), 마개(153), 안전벤트(154), 상부 절연부재(155) 및 하부 절연부재(156)를 포함한다.
캡 플레이트(151)는 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 케이스(140)에 결합될 수 있다. 여기서, 캡 플레이트(151)는 상술한 바와 같이 제2단자(130)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
시일 가스켓(152)은 절연성 재질로 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(152)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
마개(153)는 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉하며, 안전벤트(154)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되며, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치가 형성된다. 안전벤트(154)의 구체적인 구성은 도 3 및 도4를 참조하여 설명한다.
상부 절연부재(155)는 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성된다. 또한, 상부 절연부재(155)는 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상부 절연부재(155)는 시일 가스켓(152)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(155)는 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132)과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
하부 절연부재(156)는 제1집전판(121) 및 제2집전판(131) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다. 즉, 하부 절연부재(156)는 제1집전판(121)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락, 그리고 제2집전판(131)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락을 방지한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 안전벤트 부위를 확대한 단면 사시도를 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전벤트의 각 구성을 분해한 사시도이며, 도 4b와 도 4c는 안전벤트의 각 구성요소와 캡 플레이트의 결합 관계를 나타낸 단면 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1000의 안전벤트(154)는 상부 벤트부(154a), 하부 벤트부(154b) 및 화염 필터부(154c)를 포함한다.
상부 벤트부(154a)는 이차전지(100)의 벤트홀(151b)의 상부에 배치된다. 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)은 상부쪽에 상기 상부 벤트부(154a)가 안착될 수 있는 상단 안착부(151b_2)를 포함한다. 상기 상단 안착부(151b_2)의 크기는 상부 벤트부(154a)의 크기에 대응되도록 형성된다. 한편, 벤트홀(151b)는 상기 상부 벤트홀(154a)가 배치되는 높이에 맞게 캡 플레이트(151)의 표면에서 돌출된 돌출부(151b_1)를 포함할 수 있다. 즉, 돌출부(151b_1)의 상단면은 상부 벤트부(154a)의 상단면의 일부 영역과 동일 평면상에 존재할 수 있다.
그리고 하부 벤트부(154b)는 상기 상기 벤트부(154a)의 하단에 배치되며 상기 벤트부(154a)와 평행하게 배치된다. 그리고 하부 벤트부(154b)는 캡 플레이트(151)의 하단 안착부(151b_3)에 안착된다. 하단 안착부(151b_3)은 벤트홀(151b) 내측 하단에 형성된 단턱 형상이 될 수 있다. 또한, 상단 안착부(151b_2)와 하단 안착부(151b_3) 사이에는 상단 안착부(151b_2)와 하단 안착부(151b_3)의 단턱들로 인해 벤트홀(151b) 내측으로 연장된 연장부가 형성된다.
상부 벤트부(154a)와 하부 벤트부(154b)는 도면에서와 같이 타원형으로 형성될 수도 있으며, 직사각형 형태에서 양 끝단 부분만 반원이 결합된 형태일 수도 있다. 그러나 본 발명은 이러한 형태에 한정되는 것은 아니며, 직사각형이나 원형 형태도 포함할 수 있을 것이다.
그리고 화염 필터부(154c)는 상부 벤트부(154a)와 하부 벤트부(154b) 사이에서 각 상부 벤트부(154a)와 하부 벤트부(154b)의 중앙 영역에 배치되어 상부 벤트부(154a)와 하부 벤트부(154b)의 배치로 생기는 공간을 분할하는 기능을 한다. 그리고 화염 필터부(154c)는 그 상단면과 하단면이 각각 상부 벤트부(154a)와 하부 벤트부(154b)에 결합되며, 좌우측면 방향, 즉 측 방향으로 화염 필터부(154c)를 관통하는 다수의 홀들(154c_1)을 포함한다. 이 다수의 홀들(154c_1)은 하부 벤트부(154b)를 관통하는 화염의 일부를 차단하고 압력과 화염과 화염의 일부만을 상부 벤트부(154a) 쪽으로 보내는 기능을 한다.
한편, 상부 벤트부(154a)와 하부 벤트부(154b)는 각각 노치부(154a_1, 및 154b_1)를 포함한다. 한편, 상부 벤트부(154a)의 노치부(154a_1)와 하부 벤트부(154b)의 노치부(154b_1)는 화염 필터부(154c)를 기준으로 서로 반대 방향에 형성된다.
즉, 도 4a를 참조하면, 상부 벤트부(154a)는 화염 필터부(154c)를 기준으로 노치부(154a_1)가 형성된 제1 영역(A)과 노치부(154a_1)가 형성되지 않은 제2 영역(B)으로 구분된다. 그리고 제1 영역(A)와 제2 영역(B) 사이에는 홈(154a_2)을 더 포함할 수 있다. 그리고 상부 벤트부(154a)의 제1 영역(A)의 두께는 제2 영역(B)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 이는 노치부(154a_1)가 형성된 제1 영역(A)의 두께가 얇아 더욱 쉽게 파단될 수 있게 하기 위함이다.
그리고 하부 벤트부(154b)는 화염 필터부(154c)를 기준으로 노치부(154b_1)가 형성된 제3 영역(C)과 노치부(154b_1)가 형성되지 않은 제4 영역(D)으로 구분된다. 그리고 제3 영역(C)와 제4 영역(D) 사이에는 홈(154b_2)을 더 포함할 수 있다. 그리고 하부 벤트부(154b)의 제3 영역(C)의 두께는 제4 영역(D)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 이는 노치부(154b_1)가 형성된 제3 영역(C)의 두께가 얇아 더욱 쉽게 파단될 수 있게 하기 위함이다.
화염 필터부(154c)는 상부 벤트부(154a)와 하부 벤트부(154b)와 대체로 수직인 방향으로 배치된다. 또한, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이 벤트홀(151b)에 수직 방향으로 형성된 2개의 홈(151b_4)에 삽입되어 고정된다. 화염 필터부(154c)는 하부 벤트부(154b)의 노치부(154b_1)가 파단되는 경우 하부 벤트부(154b)의 제3 영역(C)을 통해 들어오는 압력에도 상기 벤트홀(151b)의 홈(151b_4)에 의해 고정되어 넘어지지 않게 된다.
한편 각 노치부(154a_1 및 154b_1)는 상부 벤트부(154a)와 하부 벤트부(154b) 의 평면에 형성된 엠보싱(미도시)를 따라 형성될 수도 있다. 그리고 각 노치부(154a_1 및 154b_1)는 상부 벤트부(154a)와 하부 벤트부(154b) 의 평면에 형성된 홈으로 형성되는 것이 바람직하다. 노치부(154a_1 및 154b_1)는, 평면의 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, + 형태나, ㅧ 형태, 또는 I 형태로 형성될 수 있다.
더불어, 노치부(154a_1 및 154b_1)는 케이스(140)의 내압이 기준압 이상일 경우 파단되어, 케이스(140)의 내압을 신속하게 대기압이 되도록 한다. 따라서, 노치부(154a_1 및 154b_1)의 두께는 각각 제1 영역 (A) 및 제3 영역(B)의 두께보다 얇게(작게) 형성된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다양한 실시예는 노치부(154a_1 및 154b_1)가 제조 공정 중 마지막 단계에서 형성되므로, 제조 공정 중 노치부(154a_1 및 154b_1)가 파손될 확률이 작고, 파단 영역 또는 형상을 명확하게 정의할 수 있으며, 더욱이 파단 영역 또는 형상에 대한 공정 관리가 용이한 엠보싱 처리된 안전벤트(154)를 갖는 이차 전지(100)를 제공한다.
한편, 상술한 노치부(154a_1 및 154b_1)는 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔에 의해 형성되거나, 또는 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 더욱이, 노치부(154a_1 및 154b_1)는 금형에 의해 형성될 수도 있다. 예를 들면, 반원 형태의 돌기가 형성된 상부 금형에 상부 벤트부(154a) 및 하부 벤트부(154b)의 상면이 결합된 상태에서, 대략 + 형태의 돌기가 형성된 하부 금형이 상부 벤트부(154a) 및 하부 벤트부(154b)의 하면을 가압함으로써, 상술한 노치부(154a_1 및 154b_1)가 형성될 수 있다. 더욱이, 이러한 노치부(154a_1 및 154b_1)는 상부 벤트부(154a) 및 하부 벤트부(154b)의 성형 공정 중에 함께 성형될 수도 있다.
그러나, 이러한 노치부(154a_1 및 154b_1)는 상부 벤트부(154a)의 제1 영역, 그리고 하부 벤트부(154b)의 제3 영역의 상부면에 형성될 수도 있고, 하부면에 형성될 수도 있다. 그리고 상기 제1 영역과 제3 영역의 상부면과 하부면에 동시에 형성될 수도 있다.
노치부(154a_1 및 154b_1)가 제1 영역(A)과 제3 영역(B)에 형성된 홈의 형태이기 때문에 제1 영역(A)과 제3 영역(B)의 다른 영역보다 매우 얇은 층을 구성하고 케이스(140)의 내압이 기준압보다 높으면, 다른 영역이 아닌 노치부(154a_1 및 154b_1)가 파단될 수 있게 된다.
노치부(154a_1 및 154b_1)의 형태가 대략 + 형태를 함으로써, 케이스(140)의 내압이 기준압보다 높을 경우, 안전벤트(154)의 파단 형태 역시 대략 + 형태일 수 있다. 그러나 만일 노치부(154a_1 및 154b_1)의 형태가 대략 X 형태를 하는 경우에는, 케이스(140)의 내압이 기준압보다 높을 경우, 안전벤트(154)의 파단 형태 역시 대략 X 형태일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전벤트를 이용하는 경우의 화염의 이동 경로를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면 케이스(140)의 내압이 기준압보다 높을 경우나 내부에서 화염이이 발생하는 경우 내측에 위치하는 안전벤트(154)의 하부 벤트부(154b)가 케이스(140)의 내압에 직접 영향을 받다. 그러면, 하부 벤트부(154b)의 노치부(154b_1)가 파단되고, 내압 및 화염은 하부 벤트부(154b)의 제3 영역(C)와 상부 벤트부(154a)의 제2 영역(B)으로 들어온다. 그런 다음, 압력과 화염의 일부만이 화염 필터부(154c)의 홀들(154c_1)을 통과하여 하부 벤트부(154b)의 제4 영역(D)와 상부 벤트부(154a)의 제1 영역(A)으로 들어온다. 그리고 그 압력은 상부 벤트부(154a)의 노치부(154a_1)를 파단시킨다. 이에 따라 케이스(140) 내부에서 발생한 화염의 일부만이 화염 필터부(154c)를 통과하여 외부로 유출 될 수 있다.
한편, 케이스(140) 내부에서 발생한 압력은 화염 필터부(154c)를 통과하여 하부 벤트부(154b)의 제4 영역(D)와 상부 벤트부(154a)의 제1 영역(A)으로 들어온 압력보다 크기 때문에, 상부 벤트부(154a)의 제1 영역(A)은 하부 벤트부(154b)의 제3 영역(C)보다 얇은 것이 바람직하다. 또는 상부 벤트부(154a)의 노치부(154a_1)의 두께가 하부 벤트부(154b)의 노치부(154b_1)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 이를 통해, 케이스(140)의 내부 압력보다 더 작은 압력에도 상부 벤트부(154a)의 노치부(154a_1)가 쉽게 파단 될 수 있게 한다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 제조 공정 또는 실사용 중 외력이나 이차전지의 파손에 의해 내부에 화염(불꽃)이 발생했을 때, 외부로의 화염 유출을 최소화하여 이차전지의 안정성이나 신뢰성이 향상된다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 이차전지의 파손 시 안전벤트의 파단 영역이 명확하여 이차전지가 파손되지 않고, 화염을 유출할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 이차 전지 110: 전극 조립체
120: 제1단자 130: 제2단자
140: 케이스 150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트 151b ; 벤트홀
151b_1: 돌출부 151b_2: 상단 안착부
151b_3: 하단 안착부 151b_4: 벤트홀 홈
154: 안전벤트 154a: 상부 벤트부
154b: 하부 벤트부 154c: 화염 필터부
154a_1, 154b_1: 노치부 154c_1: 홀
154a_2, 154b_2; 벤트부 홈

Claims (9)

  1. 이차전지의 벤트홀 상부에 배치되는 상부 벤트부;
    상기 상부 벤트부 아래에서 상기 상부 벤트부에 평행하게 배치된 하부 벤트부; 및
    상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부 사이에서 상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부 중앙 영역에 배치되어 상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부 사이에 형성되는 공간을 분할하도록 그 양 끝단이 상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부에 결합되며, 그 내부에 측 방향으로 관통하는 다수의 홀들을 포함하는 화염 필터부;
    를 포함하는 전류 차단을 위한 안전 벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부는 상기 화염 필터부를 기준으로 서로 반대 방향에 각각 노치부를 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 벤트부는 상기 노치부가 형성된 제1 영역과 상기 노치부가 형성되지 않는 제2 영역으로 구분되며 상기 제1 영역의 두께는 상기 제2 영역보다 얇고,
    상기 하부 벤트부는 상기 노치부가 형성된 제3 영역과 상기 노치부가 형성되지 않은 제4 영역으로 구분되며 상기 제3 영역의 두께는 상기 제4 영역보다 얇은 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 벤트부의 제1 영역은 상기 하부 벤트부의 제3 영역보다 얇은 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 화염 필터부는 상기 상기 벤트부 및 상기 하부 벤트부와 대체로 수직인 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이차전지는,
    케이스;
    상기 케이스에 삽입되고 제1 전극판, 제2 전극판 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 형성된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 및
    상기 케이스를 밀봉하되, 벤트 홀을 갖는 캡 플레이트;
    를 더 포함하며,
    상기 안전 벤트는 상기 캡 플레이트의 벤트홀에 결합되어, 상기 케이스의 내압이 기준압보다 클 경우 파단되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 노치부는 평면의 형태가 ＋ 형태, ㅧ 형태, 또는 I 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 벤트부와 상기 하부 벤트부는 평면의 형태가 타원형인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 벤트부는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 형성된 홈을 포함하고,
    상기 하부 벤트부는 상기 제3 영역과 상기 제4 영역 사이에 형성된 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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