KR20190011515A

KR20190011515A - 이차전지

Info

Publication number: KR20190011515A
Application number: KR1020170094142A
Authority: KR
Inventors: 이병구; 김도균; 정상석; 이병국; 신항수; 민건우; 김찬배
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2019-02-07
Also published as: KR102314627B1

Abstract

본 발명은 탑캡 조립체의 크기를 줄일 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극 조립체를 내부에 수용하는 캔부재 및 상기 캔부재의 개구부를 덮는 탑캡 조립체를 포함하며, 상기 탑캡 조립 체는 상기 캔부재의 외측을 바라보는 면에 오목하게 형성되어 절개 가능한 노치부와 상기 캔부재의 내측을 바라보는 면에 함몰된 결합홈을 형성하는 안전벤트부, 상기 결합홈에 끼움 결합되는 전류차단장치 가스켓 및 상기 전류차단장치 가스켓에 설치되고 상기 캔부재의 내부 내압 증가 시 파단되어 전류를 차단하는 전류차단장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 탑캡 조립체의 크기를 줄일 수 있는 이차전지에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

도 6은 종래의 이차전지의 캔부재 개구부에 탑캡 조립체가 설치된 주요부를 도시한 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 탑캡 조립체(10)는 외부로 노출되어 외부와 전기적으로 연결되는 양극단자(11)를 형성한다.

그리고 테두리가 양극단자(11)의 테두리에 폴딩되어 결합하고, 내부 가스의 배출을 위해 양극단자의 하측에 적층되는 안전벤트(13)를 형성한다.

그리고 내부 압력 증가 시 파단되어 전류를 차단하는 전류차단장치(15)가 안전벤트(13)의 하측에 적층되게 형성된다.

양극단자(11)는 안전벤트(13)와 함께 크림핑 가스켓(17)에 의해 캔부재(3)의 개구부에 절곡 결합하고, 전류차단장치(15)는 전류차단장치 가스켓(19)에 의해 크림핑 가스켓(17)에 결합된다.

그런데 종래의 탑캡 조립체(10)는 양극단자(11), 안전벤트(13), 전류차단장치(15), 크림핑 가스켓(17), 전류차단장치 가스켓(19)을 포함하기 때문에 부품이 많아 크기를 줄이기 어렵다는 문제점이 있었다.

전자장치가 다양한 분야에 활용되면서 이러한 전자장치에 사용하기 위한 고용량의 이차전지의 개발을 필요로하고 있다.

이차전지는 고용량을 구현하기 위해서 이차전지의 내부 공간을 최대한 확보하여 전극조립체의 용량을 극대화할 필요가 있는데 탑캡 조립체의 크기가 커서 이차전지의 내부 공간을 충분히 확보하기 어려운 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 탑캡 조립체의 부품을 최소화하고 크기를 줄여 내부 공간을 극대화할 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극 조립체를 내부에 수용하는 캔부재 및 상기 캔부재의 개구부를 덮는 탑캡 조립체를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는 상기 캔부재의 외측을 바라보는 면에 오목하게 형성되어 절개 가능한 노치부와 상기 캔부재의 내측을 바라보는 면에 함몰된 결합홈을 형성하는 안전벤트부, 상기 결합홈에 끼움 결합되는 전류차단장치 가스켓 및 상기 전류차단장치 가스켓에 설치되고 상기 캔부재의 내부 내압 증가 시 파단되어 전류를 차단하는 전류차단장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 결합홈의 둘레는 상기 노치부의 둘레보다 클 수 있다.

상기 안전벤트부는 상기 캔부재의 외측을 바라보는 면에서 상기 결합홈의 둘레보다 둘레가 큰 단차를 구비할 수 있다.

상기 안전벤트부는 상기 캔부재 내부의 압력 증가 시 절개되는 상기 노치부에 의해 상기 안전벤트부로부터 파단되는 파단부를 포함할 수 있다.

상기 전류차단장치는 상기 파단부에 부착되어 있다가 상기 캔부재 내부의 압력 증가 시 파단되어 상기 파단부와 함께 제거되는 차단부를 포함할 수 있다.

상기 전류차단장치 가스켓은 상기 전류차단장치의 테두리를 감싸며 결합할 수 있다.

상기 전류차단장치 가스켓은 상기 전류차단장치의 테두리에 대응하게 형성될 수 있다.

상기 전류차단장치 가스켓은 상기 전류차단장치의 테두리 단부를 커버하는 몸체부를 포함할 수 있다.

상기 전류차단장치 가스켓은 상기 몸체부의 외측 둘레를 감싸는 용접부를 포함할 수 있다.

상기 용접부는 내측 둘레가 라운드(round)를 형성할 수 있다.

상기 안전벤트부는 금속 소재로 이루어지고, 상기 용접부는 금속 소재로 이루어져 상기 안전벤트부와 용접 결합될 수 있다.

상기 전류차단장치 가스켓은 상기 결합홈과 마주보는 면을 지지하는 지지부를 포함할 수 있다.

상기 전류차단장치 가스켓은 상기 전류차단장치의 테두리 하부를 지지하는 받침부를 포함할 수 있다.

상기 안전벤트부의 테두리부에 위치하고, 상기 캔부재의 개구부와 함께 절곡되어 상기 안전벤트부의 테두리부를 감싸며 결합되는 크림핑 가스켓을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 탑캡 조립체의 크기를 최소화하여 캔부재 내부의 공간을 극대화하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 이차전지의 용량을 극대화하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 탑캡 조립체의 부품을 최소화하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 탑캡 조립체의 조립 공정을 간소화하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 탑캡 조립체의 조립 원가를 절감하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전류차단장치 가스켓과 전류차단장치의 결합력을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1을 A-A 절단선을 따라 절단하여 주요부를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 전류차단장치 가스켓만을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.
도 5는 도 3이 이차전지에 설치된 것을 도시한 단면도이다.
도 6은 종래의 이차전지의 캔부재 개구부에 탑캡 조립체가 설치된 주요부를 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

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 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1을 A-A 절단선을 따라 절단하여 주요부를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극 조립체(1)를 내부에 수용하는 캔부재(3) 및 상기 캔부재(3)의 개구부를 덮는 탑캡 조립체(100)를 포함하며, 상기 탑캡 조립체(100)는 상기 캔부재(3)의 외측을 바라보는 면에 오목하게 형성되어 절개 가능한 노치부(111)와 상기 캔부재(3)의 내측을 바라보는 면에 함몰된 결합홈(113)을 형성하는 안전벤트부(110), 상기 결합홈(113)에 끼움 결합되는 전류차단장치 가스켓(130) 및 상기 전류차단장치 가스켓(130)에 설치되고 상기 캔부재(3)의 내부 내압 증가 시 파단되어 전류를 차단하는 전류차단장치(120)를 포함한다.

전극 조립체(1)는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 복수 회 적층하여 제작할 수 있다.

그리고 전극 조립체(1)는 양극과 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수도 있다.

캔부재(3)는 원형 리튬이온 2차 전지에서 대략 원통형의 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이거나 각형 리튬이온 2차 전지에 대략 각형의 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기일 수 있으며, 일반적으로 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다.

캔부재(3)는 전극 조립체(1)와 전해액(미도시)의 용기가 되고, 전극 조립체(1)가 캔부재(3)의 개방된 상단, 즉, 상단개구부를 통해 캔부재(3)에 삽입된 뒤 캔부재(3)의 상단개구부는 탑캡 조립체(100)에 의해 봉해진다.

안전벤트부(110)는 캔부재(3)의 개구부에 결합할 수 있다.

안전벤트부(110)는 캔부재(3)의 개구부를 절곡하는 크림핑(crimping) 결합 방식으로 캔부재(3)의 개구부에 결합될 수 있다.

이때 안전벤트부(110)의 둘레부와 캔부재(30)의 개구부 사이에 크림핑 가스켓(140)이 위치할 수 있다.

크림핑 가스켓(140)은 안전벤트부(110)의 테두리부에 위치하여 캔부재(3)의 개구부를 절곡할 시 캔부재(3)와 함께 안전벤트부(110)의 테두리를 감싸도록 절곡되어 결합할 수 있다. 이로써 테두리부에서의 기밀성이 담보될 수 있다.

안전벤트부(110)는 캔부재(3) 내부의 압력 증가 시 절개되는 노치부(111)에 의해 안전벤트부(110)로부터 파단되는 파단부(115)를 포함할 수 있다.

안전벤트부(110)는 안전벤트부(110)로부터 파단된 파단부(115)가 있던 부분을 통해 캔부재(3) 내부의 가스를 외부로 배출할 수 있다.

안전벤트부(110)의 상측에 종래의 양극 단자가 형성되지 않아 안전벤트부(110)를 통한 가스의 배출은 종래의 탑캡 조립체에 비해 원활할 수 있다.

결합홈(113)은 둘레의 크기가 노치부(111)의 둘레의 크기보다 크게 형성될 수 있다.

결합홈(113)의 둘레의 크기가 노치부(111)에 비해 크게 형성됨에 따라 결합홈(113)에 끼움 결합된 전류차단장치 가스켓(130)과 전류차단장치 가스켓(130)에 설치된 전류차단장치(120)가 캔부재(3) 내부 압력 증가 시 파단부(115)와 함께 제거되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 결합홈(113)에 끼움 결함된 전류차단장치 가스켓(130)은 캔부재(3) 내부 압력 증가 시 파단부(115)가 안전벤트부(110)로부터 파단되어 제거되더라도 캔부재(3)에 결합된 채로 남아있는 안전벤트부(110)의 부분에 고정되어 있을 수 있다.

또한, 전류차단장치(120)는 전류차단장치 가스켓(130)에 고정되어 있을 수 있다.

안전벤트부(110)는 캔부재(3)의 내측을 바라보는 면에 함몰된 결합홈(113)을 형성하면서 안전벤트부(110)의 두께를 증가시키지 않기 위해 안전벤트부(110)의 외측을 바라보는 면에 결합홈(113)의 함몰된 깊이에 대응하게 단차(117)를 구비할 수 있다.

단차(117)는 결합홈(113)의 함몰된 깊이에 대응하기 위해 단차(117)의 둘레가 결합홈(113)의 둘레보다 크게 형성될 수 있다.

전류차단장치 가스켓(130)은 결함홈(113)의 내측 둘레에 밀착되게 끼움 결합할 수 있다.

전류차단장치 가스켓(130)은 절연체인 고무, 수지 등으로 이루어질 수 있다.

전류차단장치(120)는 파단부(115)에 부착되어 있다가 캔부재(30) 내부의 압력 증가 시 파단되어 파단부(115)와 함께 제거되는 차단부(121)를 포함할 수 있다.

전류차단장치(120)로부터 차단부(121)가 제거되면 캔부재(3) 내부에 수용된 전극 조립체(1)로부터의 전류를 차단할 수 있다.

전류차단장치 가스켓(130)은 전류차단장치(120)의 테두리에 대응하게 형성되어 전류차단장치(120)의 테두리를 감싸며 결합할 수 있다.

전류차단장치 가스켓(130)은 일 실시예로 전류차단장치(120)의 테두리 단부에 밀착 결합되어 전류차단장치(120)의 테두리 단부를 커버하는 몸체부(133)를 포함할 수 있다.

전류차단장치 가스켓(130)은 다른 실시예로 결합홈(113)과 마주보는 단부를 지지하는 지지부(131)를 포함할 수 있다.

지지부(131)는 몸체부(133)의 단부 중 결합홈(113)을 향하는 부분의 단부로부터 전류차단장치(120)의 테두리부를 지지하게 연장될 수 있다.

전류차단장치 가스켓(130)은 또 다른 실시예로 전류차단장치(120)의 테두리 하부를 지지하는 받침부(135)를 포함할 수 있다.

받침부(135)는 몸체부(133)의 단부 중 결합홈(113)의 반대측을 향하는 부분의 단부로부터 전류차단장치(120)의 테두리부를 지지하게 연장될 수 있다.

받침부(135)의 크기는 지지부(131)의 크기에 비해 작게 형성되어 전류차단장치(120)를 전류차단장치 가스켓(130)에 설치하는 것을 쉽게 할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 이차전지는 탑캡 조립체(100)를 안전벤트부(110)와 안전벤트부(110)에 끼움 결합되는 전류차단장치 가스켓(130)과 전류차단장치 가스켓(130)에 설치되는 전류차단장치(120)를 포함하게 형성하고 안전벤트부(110)를 크림핑 가스켓(140)과 함께 캔부재(3)에 결합함으로써 탑캡 조립체(100)의 부품 수를 줄여 조립 공정의 간소화와 원가 절감을 구현하면서 탑캡 조립체(100)의 크기를 극소화할 수 있다.

그리고 탑캡 조립체(100)의 크기를 극소화함에 따라 캔부재(30) 내부 공간을 확보할 수 있어 캔부재(30) 내부에 수용되는 전극 조립체(1)의 용량을 극대화할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 전류차단장치 가스켓만을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 평면도이고, 도 5는 도 3이 이차전지에 설치된 것을 도시한 단면도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는 전류차단장치 가스켓(130)의 몸체부(133) 외측 둘레를 감싸는 용접부(137)를 포함할 수 있다.

전류차단장치 가스켓(130)은 고무, 수지 등의 절연체로 이루어져 금속 소재인 안전벤트부(110)와 용접 결합이 어렵다. 따라서 용접부(137)는 금속 소재로 형성하여 금속 소재인 안전벤트부(110)의 결합홈(113)과 용접 결합하게 할 수 있다.

용접부(137)는 내측 둘레에 결합한 전류차단장치 가스켓(130)에 압력을 작용할 수 있다. 용접부(137)의 압력은 전류차단장치 가스켓(130)에 전류차단장치(120)가 결합되어 고정되도록 결합력을 높일 수 있다.

또한, 용접부(137)는 내측 둘레에 라운드(round)를 형성하여 내측 둘레에 결합된 전류차단장치 가스켓(130)과의 결합력을 높일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 탑캡 조립체의 크기를 최소화하여 캔부재 내부의 공간을 극대화하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 이차전지를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.

1: 전극 조립체
3: 캔부재
100: 탑캡 조립체
110: 안전벤트부
111: 노치부
113: 결합홈
115: 파단부
120: 전류차단장치
121: 차단부
130: 전류차단장치 가스켓
131: 지지부
133: 몸체부
135: 받침부
137: 용접부
140: 크림핑 가스켓

Claims

전극 조립체(1)를 내부에 수용하는 캔부재(3); 및
상기 캔부재(3)의 개구부를 덮는 탑캡 조립체(100); 를 포함하며,
상기 탑캡 조립체(100)는,
상기 캔부재(3)의 외측을 바라보는 면에 오목하게 형성되어 절개 가능한 노치부(111)와 상기 캔부재(3)의 내측을 바라보는 면에 함몰된 결합홈(113)을 형성하는 안전벤트부(110);
상기 결합홈(113)에 끼움 결합되는 전류차단장치 가스켓(130); 및
상기 전류차단장치 가스켓(130)에 설치되고 상기 캔부재(3)의 내부 내압 증가 시 파단되어 전류를 차단하는 전류차단장치(120); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 결합홈(113)의 둘레는 상기 노치부(111)의 둘레보다 큰 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 2에 있어서,
상기 안전벤트부(110)는 상기 캔부재(3)의 외측을 바라보는 면에서 상기 결합홈(113)의 둘레보다 둘레가 큰 단차(117)를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 안전벤트부(110)는 상기 캔부재(3) 내부의 압력 증가 시 절개되는 상기 노치부(111)에 의해 상기 안전벤트부(110)로부터 파단되는 파단부(115)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 4에 있어서,
상기 전류차단장치(120)는,
상기 파단부(115)에 부착되어 있다가 상기 캔부재(3) 내부의 압력 증가 시 파단되어 상기 파단부(115)와 함께 제거되는 차단부(121)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 전류차단장치 가스켓(130)은 상기 전류차단장치(120)의 테두리를 감싸며 결합되는 특징으로 하는 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 전류차단장치 가스켓(130)은 상기 전류차단장치(120)의 테두리에 대응하게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 전류차단장치 가스켓(130)은 상기 전류차단장치(120)의 테두리 단부를 커버하는 몸체부(133)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 8에 있어서,
상기 전류차단장치 가스켓(130)은 상기 몸체부(133)의 외측 둘레를 감싸는 용접부(137)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 9에 있어서,
상기 용접부(137)는 내측 둘레가 라운드(round)를 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 9에 있어서,
상기 안전벤트부(110)는 금속 소재로 이루어지고, 상기 용접부(137)는 금속 소재로 이루어져 상기 안전벤트부(110)와 용접 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 전류차단장치 가스켓(130)은 상기 결합홈(113)과 마주보는 면을 지지하는 지지부(131)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 전류차단장치 가스켓(130)은 상기 전류차단장치(120)의 테두리 하부를 지지하는 받침부(135)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 안전벤트부(110)의 테두리부에 위치하고, 상기 캔부재(3)의 개구부와 함께 절곡되어 상기 안전벤트부(110)의 테두리부를 감싸며 결합되는 크림핑 가스켓(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.