KR20190093299A - 원통형 리튬 이온 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 원통형 리튬 이온 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 안전벤트의 형성과 동시에 또는 이후에 과도 금속이 안전벤트의 주변인 굴곡부로 가이드되도록 설계하여, 캔 바닥의 평탄성을 개선하고 안전벤트의 손상을 줄일 수 있는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 수용된 전극 조립체; 및
상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 원통형 캔은 원형의 바닥부와, 상기 바닥부로부터 상기 전극 조립체를 향하여 굴곡된 굴곡부와, 상기 굴곡부에 형성된 안전벤트를 포함하는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 개시한다.

Description

원통형 리튬 이온 이차 전지{Cylindrical lithium ion secondary battery}
본 발명의 실시예는 원통형 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지는 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 휴대형 전자기기뿐만 아니라 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 전원 용도로 사용되고 있다.
이러한 리튬 이온 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 및 파우치형의 이차 전지로 분류될 수 있다. 이중 원통형 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 캔과, 캔의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 캔의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 안전벤트의 형성과 동시에 또는 이후에 과도 금속이 안전벤트의 주변인 굴곡부로 가이드되도록 설계하여, 캔 바닥의 평탄성을 개선하고 안전벤트의 손상을 줄일 수 있는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지는 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 수용된 전극 조립체; 및 상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 원통형 캔은 원형의 바닥부와, 상기 바닥부로부터 상기 전극 조립체를 향하여 굴곡된 굴곡부와, 상기 굴곡부에 형성된 안전벤트를 포함할 수 있다.
상기 굴곡부 및 상기 안전벤트는 원형의 링 형태일 수 있다.
상기 굴곡부는 상기 바닥부로부터 상기 캡 조립체를 향하여 휘어진 한쌍의 곡면부와, 상기 한쌍의 곡면부를 연결하는 평평한 평평부를 포함할 수 있고, 상기 안전벤트는 상기 평평부로부터 상기 전극 조립체를 향하여 경사진 한쌍의 경사부와, 상기 한쌍의 경사부를 연결하는 평탄한 평탄부를 포함할 수 있다.
상기 굴곡부의 깊이는 0.1 mm 내지 0.15 mm일 수 있고, 상기 안전벤트의 두께는 0.05 mm 내지 0.2 mm일 수 있다.
상기 굴곡부의 깊이는 0.1 mm 내지 0.13 mm일 수 있고, 상기 안전벤트의 두께는 0.075 mm 내지 0.105 mm일 수 있다.
상기 안전벤트의 체적은 0.49 mm3 내지 0.31 mm3일 수 있고, 상기 굴곡부의 체적은 0.3 mm3 내지 0.75 mm3일 수 있다.
상기 굴곡부에는 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지판이 접착되어 상기 안전벤트를 덮을 수 있다.
상기 안전벤트와 상기 수지판 사이에 공간이 구비될 수 있다.
상기 안전벤트에는 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지층이 코팅될 수 있다.
본 발명의 실시예는 안전벤트의 형성과 동시에 또는 이후에 과도 금속이 안전벤트의 주변인 굴곡부로 가이드되도록 설계하여, 캔 바닥의 평탄성을 개선한 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공한다. 즉, 본 발명의 실시예는 캔 바닥에 안전벤트 외에도 바닥으로부터 전극 조립체를 향하여 절곡된 굴곡부를 더 형성함으로써, 안전벤트 형성 시 밀려나는 잉여 금속이 굴곡부로 이동하도록 하여, 캔 바닥의 평탄도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 캔 바닥의 평탄도가 향상되면, 이후 공정인 캔의 비딩 공정 및 크림핑 공정에서도 치수 오차가 감소되고, 이에 따라 전반적으로 이차 전지의 치수 산포로 인한 불량이 감소하게 된다.
또한, 본 발명의 실시예는 캔 바닥의 평탄성 개선으로 인해, 캔 바닥에 용접되는 탭의 용접 강도 산포도 줄일 수 있게된다. 물론, 이는 전지 제조 공정 중 용접 및 기구 구성 시 치수 안정으로 인해, 다양한 불량 요인을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 굴곡부의 표면에 수지판을 부착하여 안전벤트를 덮거나, 또는 안전벤트의 표면에 직접 수지층을 코팅함으로써, 안전벤트 형성시 도금층 외측으로 노출된 안전벤트의 표면이 산화되거나 손상되는 현상을 방지할 수 있다. 물론, 이차 전지의 온도가 기준 온도 이상으로 상승할 경우, 수지판이나 수지층은 용융됨으로써, 안전벤트의 동작에 방해가 되지 않는다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔의 바닥부를 도시한 저면도, 도 2b는 2a의 2b-2b선을 취한 단면도, 및 도 2c는 도 2b의 2c 영역을 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔의 바닥부를 뒤집어서 도시한 일부 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔의 바닥부를 도시한 일부 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리틈 이온 이차 전지 중에서 원통형 캔의 바닥부에 형성된 안전벤트의 두께 대비 파단압을 도시한 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중에서 원통형 캔의 바닥부에 형성된 굴곡부의 깊이 및 안전벤트의 두께를 설명하기 위한 도면이고, 도 6b 및 도 6c는 안전벤트의 두께 대비 볼륨 및 굴곡부의 깊이 대비 볼륨을 도시한 그래프이다.
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, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100)는 원통형 캔(110)과, 전극 조립체(120)와, 캡 조립체(140)를 포함할 수 있다. 또한, 원통형 리튬 이온 이차 전지(100)는 전극 조립체(120)에 결합된 센터핀(130)을 더 포함할 수도 있다.
원통형 캔(110)은 원형의 바닥부(111)와, 바닥부(111)의 둘레로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 측부(112)을 포함한다. 이차 전지의 제조 공정 중 원통형 캔(110)의 상부는 개방되어 있다. 따라서, 이차 전지의 조립 공정 중 전극 조립체(120) 및 센터핀(130)이 전해액과 함께 원통형 캔(110)에 삽입될 수 있다. 원통형 캔(110)은 스틸, 니켈이 도금된 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 더불어, 원통형 캔(110)에는 캡 조립체(140)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(140)를 중심으로 그 하부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)가 형성되고, 그 상부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)가 형성되어 있다.
한편, 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에는 바닥부(111)로부터 전극 조립체(120)를 향하여 굴곡된 굴곡부(1110)와, 굴곡부(1110)에 형성된 바닥부(111)의 두께보다 얇은 안전벤트(1120)를 포함할 수 있다. 굴곡부(1110)는 안전벤트(1120)의 형성 시 또는 형성 후 과도 금속이 안전벤트(1120)의 주변인 굴곡부(1110)로 가이드되도록 하여, 바닥부(111)의 평탄도가 개선되도록 하고, 안전벤트(1120)가 크랙되거나 손상되지 않도록 한다. 물론, 안전벤트(1120)는 원통형 캔(110)의 내압이 비정상적으로 상승 시 파단되어 내부 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 이와 같은 굴곡부(1110) 및 안전벤트(1120)에 대해서는 아래에서 다시 상세하게 설명하도록 한다.
전극 조립체(120)는 원통형 캔(110)의 내부에 수용된다. 전극 조립체(120)는 음극 활물질(예를 들면, 흑연, 탄소 등등)이 코팅된 음극판(121), 양극 활물질(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등등))이 코팅된 양극판(122) 및, 음극판(121)과 양극판(122) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(123)로 이루어진다. 음극판(121), 양극판(122) 및 세퍼레이터(123)는 대략 원기둥 형태로 권취된다. 여기서, 음극판(121)은 구리(Cu) 포일, 양극판(122)은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 음극판(121)에는 하부로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(124)이, 양극판(122)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극탭(125)이 용접될 수 있으나, 그 반대도 가능하다. 더불어, 음극탭(124)은 니켈(Ni) 재질, 양극탭(125)은 알루미늄(Al) 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 전극 조립체(120)의 음극탭(124)은 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있다. 따라서 원통형 캔(110)은 음극으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로 양극탭(125)이 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있으며, 이러한 경우 원통형 캔(110)은 양극으로 동작할 수 있다.
더불어, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(126a) 및 그 외측에 제2홀(126b)이 형성된 제1절연판(126)이 전극 조립체(120)와 바닥부(111)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1절연판(126)은 전극 조립체(120)가 원통형 캔(110) 중 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제1절연판(126)은 전극 조립체(120) 중 양극판(122)이 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(126a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 센터핀(130)을 통해 상부로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(126b)은 음극탭(124)이 관통하여 바닥부(111)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다.
또한, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(127a) 및 그 외측에 다수의 제2홀(127b)이 형성된 제2절연판(127)이 전극 조립체(120)와 캡 조립체(140)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제2절연판(127)은 전극 조립체(120)가 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제2절연판(127)은 전극 조립체(120) 중 음극판(121)이 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉하지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(127a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 캡 조립체(140)로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(127b)은 양극탭(125)이 관통하여 캡 조립체(140)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한 나머지 제2홀(127b)은 전해액 주입 공정에서, 전해액이 상기 전극 조립체(120)로 신속히 흘러 들어가도록 하는 역할을 한다.
더불어, 제1,2절연판(126,127)의 제1홀(126a,127a)의 직경은 센터핀(130)의 직경보다 작게 형성됨으로써, 외부 충격에 의해 센터핀(130)이 원통형 캔(110)의 바닥부(111) 또는 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 한다.
센터핀(130)은 속이 비어 있는 원형 파이프 형태로서, 전극 조립체(120)의 대략 중앙에 결합될 수 있다. 이러한 센터핀(130)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 폴리부틸렌 테프탈레이트(PolyButylene Terepthalate)로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 이러한 센터핀(130)은 전지의 충방전 중 전극 조립체(120)의 변형을 억제하는 역할을 하며, 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스의 이동 통로 역할을 한다.
캡 조립체(140)는 다수의 관통홀(141a)이 형성된 캡 업(cap-up)(141), 캡 업(141)의 하부에 설치된 안전 플레이트(142), 안전 플레이트(142)의 하부에 설치된 절연판(143), 안전 플레이트(142)와 절연판(143)의 하부에 설치되고, 제1,2관통홀(144a,144b)이 형성된 캡 다운(cap-down)(144), 캡 다운(144)의 하면에 고정되어 양극탭(125)과 전기적으로 접속된 서브 플레이트(145) 및 캡 업(141), 안전 플레이트(142), 절연판(143), 캡 다운(144)과 원통형 캔(110)의 측부(111)을 절연시키는 절연 가스켓(146)을 포함한다. 여기서, 절연 가스켓(146)은 실질적으로 원통형 캔(110)의 측부(111)에 형성된 비딩부(113)와 크림핑부(114)의 사이에 압착된 형태를 한다. 또한, 상기 캡 업(141) 및 상기 캡 다운(144)에 형성된 관통홀(141a,144a,144b)은 원통형 캔(110)의 내부에서 이상 내압 발생시 내부 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 물론, 이러한 내압에 의해 우선 안전 플레이트(142)가 상부 방향으로 반전되면서 서브 플레이트(145)와 전기적으로 분리되고, 이후 안전 플레이트(142)가 찢어지면서 내부의 가스가 외부로 방출된다.
더불어, 원통형 캔(110)의 내측에는 전해액(도면에 도시되지 않음)이 주액되어 있으며, 이는 충방전시 전지 내부의 음극판(121) 및 양극판(122)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100) 중 원통형 캔(110)의 바닥부(111)를 도시한 저면도, 도 2b는 2a의 2b-2b선을 취한 단면도, 및 도 2c는 도 2b의 2c 영역을 확대 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 원통형 캔(110)은 대략 원형의 평평한 바닥부(111)와, 바닥부(111)로부터 전극 조립체(120)를 향하여 굴곡된 굴곡부(1110)와, 굴곡부(1110)에 형성된 안전벤트(1120)를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 굴곡부(1110) 및 굴곡부(1110)의 내측에 형성된 안전벤트(1120)는 대략 원형의 링 형태일 수 있다.
바닥부(111)는 대략 평평한 제1면(111a)과, 제1면(111a)의 반대면인 대략 평평한 제2면(111b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 거리는 바닥부(111)의 두께로 정의될 수 있다.
굴곡부(1110)는 바닥부(111)로부터 전극 조립체(120)를 향하여 휘어진 한쌍의 곡면부(1111)와, 한쌍의 곡면부(1111)를 연결하는 하나의 평평한 평평부(1112)를 포함할 수 있다. 여기서, 곡면부(1111) 역시 대체로 휘어진 제1면(1111a)과, 제1면(1111a)의 반대면으로서 대체로 휘어진 제2면(1111b)을 포함할 수 있다. 또한, 제1면(1111a)과 제2면(1111b) 사이의 거리는 곡면부(1111)의 두께로 정의될 수 있다.
평평부(1112) 역시 대략 평평한 제1면(1112a)과, 제1면(1112a)의 반대면으로서 대략 평평한 제2면(1112b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1면(1112a)과 제2면(1112b) 사이의 거리는 평평부(1112)의 두께로 정의될 수 있다. 또한, 바닥부(111) 및 굴곡부(1110)(곡면부(1111) 및 평평부(1112)를 포함)의 두께는 상호간 동일할 수 있다. 다만, 굴곡부(1110)중 평평부(1112)의 제2면(1112b)은 바닥부(111)의 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이에 위치되거나 또는 바닥부(111)의 제1면(111a)보다 높게 위치될 수 있다. 더불어, 굴곡부(1110)중 평평부(1112)의 제2면(1112b)은 바닥부(111)의 제2면(111b)보다 높게 위치될 수 있다.
안전벤트(1120)는 굴곡부(1110)중 평평부(1112)로부터 전극 조립체를 향하여 경사진 한쌍의 경사부(1121)와, 한쌍의 경사부(1121)를 연결하는 평탄한 평탄부(1122)를 포함할 수 있다. 즉, 안전벤트(1120)의 경사부(1121)는 평평부(1112)의 제2면(1112b)으로부터 상부를 향하여 경사지게 형성되고, 또한 안전벤트(1120)의 평탄부(1122)는 평평부(1112)의 제1면(1112a)과 제2면(1112b) 사이에 형성된다. 여기서, 안전벤트(1120)의 두께는 평탄부(1122)와 평평부(1112)의 제1면(1112a) 사이의 거리로 정의될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 굴곡부(1110) 및 안전벤트(1120)에 따르면, 금형을 통한 굴곡부(1110) 및 안전벤트(1120)의 형성 시, 안전벤트(1120)로부터 사라진 금속의 체적을 굴곡부(1110)가 흡수함으로써, 바닥부(111)의 휨 현상이 발생하지 않게 된다. 즉, 금형에 의해 안전벤트(1120)의 경사부(1121) 및 평탄부(1122)가 형성될 때, 과도 금속이 인접 영역으로 밀리게 되는데, 이러한 밀려나는 과도 금속을 굴곡부(1110)가 흡수하게 됨으로써, 바닥부(111)의 평탄성이 유지된다. 여기서, 안전벤트(1120)의 깊이가 상대적으로 깊으면, 굴곡부(1110)의 깊이 역시 상대적으로 깊게 되도록 하고, 또한 안전벤트(1120)의 깊이가 상대적으로 작으면, 굴곡부(1110)의 깊이 역시 상대적으로 작게 되도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100) 중 원통형 캔(110)의 바닥부(111)를 뒤집어서 도시한 일부 확대 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 굴곡부(1110)의 평평부(1112)(즉, 평평부(1112)의 제2면(1112b))에는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지판(1130)이 더 접착되어 안전벤트(1120)를 덮을 수 있다. 일부 예에서, 수지판(1130)은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 수지판(1130)은 대략 원형의 링 형태일 수 있다. 또한, 일부 예에서, 수지판(1130)은 대략 평평하게 형성되므로, 안전벤트(1120)와 수지판(1130) 사이에 공간이 구비될 수 있다.
이와 같이 하여, 이차 전지(100)의 동작 온도(예를 들면, 0℃ 내지 70℃)에서는 수지판(1130)이 안전벤트(1120)를 보호하지만(예를 들면, 안전벤트(1120)의 녹 발생 억제), 이차 전지(100)의 동작 온도가 대략 100℃를 초과하게 되면, 수지판(1130)이 용융되어 안전벤트(1120)의 동작에 방해가 되지 않도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100) 중 원통형 캔(110)의 바닥부(111)를 도시한 일부 확대 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 안전벤트(1120) 즉, 경사부(1121) 및 평탄부(1122)에는, 예를 들어 한정하는 것은 아니지만, 대략 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지층(1140)이 코팅될 수 있다. 일부 예에서, 수지층(1140)은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 금형을 이용하여 안전벤트(1120)를 형성하게 되면, 그 표면에 형성되어 있던 니켈 도금층이 제거됨으로써, 스틸이 그대로 외부로 노출되고, 이에 따라 안전벤트(1120)의 표면에 녹이 발생할 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이, 안전벤트(1120)의 표면에 대략 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 수지층(1140)을 형성하게 되면, 이러한 녹 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이차 전지(100)의 동작 온도에서는 수지층(1140)이 안전벤트(1120)를 보호하지만, 이차 전지(100)의 동작 온도가 대략 100℃를 초과하게 되면, 수지층(1140)이 용융되어 안전벤트(1120)의 동작에 방해가 되지 않도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리틈 이온 이차 전지(100) 중에서 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 형성된 안전벤트(1120)의 두께 대비 파단압을 도시한 그래프이다. 여기서, X축은 안전벤트(1120)의 두께를 의미하고, Y축은 안전벤트(1120)의 파단압력을 의미한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 안전벤트(1120)의 두께가 대략 60 ㎛일 경우, 파단압력은 대략 30 Kgf/cm2 이며, 안전벤트(1120)의 두께가 대략 80 ㎛ 경우, 파단압력은 대략 35 Kgf/cm2 , 두께가 대략 100 ㎛ 경우 50 Kgf/cm2, 두께가 대략 120 ㎛ 경우 70 Kgf/cm2, 두께가 대략 140 ㎛ 경우 100 Kgf/cm2 로서 두께가 증가할수록 파단압력도 증가하게 된다. 그러나, 45 ㎛ 이하에서 안전벤트(1120)의 두께가 상대적으로 얇아서 제조 공정중 안전벤트(1120)가 크렉되고, 70 ㎛ 이하에서 크랙될 수 있으며, 75 ㎛ 이상에서는 안전벤트(1120)의 두께가 두꺼워서 크렉의 위험이 없어진다.
따라서, 안전벤트(1120)의 두께는 대체로 75 ㎛ 내지 105 ㎛가 바람직하나, 이차 전지(100)의 파단 압력이 대략 30 Kgf/cm2 내지 150 Kgf/cm2 정도에서 관리되어야 하므로, 안전벤트(1120)의 두께는 대체로 50 ㎛ 내지 200 ㎛로 관리될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100) 중에서 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 형성된 굴곡부(1110)의 깊이 및 안전벤트(1120)의 두께를 설명하기 위한 도면이고, 도 6b 및 도 6c는 안전 벤트(1120)의 두께 대비 볼륨 및 굴곡부(1110)의 깊이 대비 볼륨을 도시한 그래프이다. 여기서, 도 6b의 X축은 안전벤트(1120)의 두께이고, Y축은 안전벤트(1120)의 공간 체적이다. 또한, 도 6c의 X축은 굴곡부(1110)의 깊이이고, Y축은 굴곡부(1110)의 공간 체적이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 굴곡부(1110)의 깊이는 바닥부(111)의 제2면(1111b)으로부터 굴곡부(1110)중 평평부(1112)의 제1면(1112a)까지의 거리로 정의될 수 있고, 안전벤트(1120)의 두께는 안전벤트(1120)의 평탄부(1122)로부터 굴곡부(1110)중 평평부(1112)의 제1면(1112a)까지의 거리로 정의될 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 안전벤트(1120)의 두께가 대략 0.05 mm로부터 0.20 mm까지 변할 경우(증가할 경우), 안전벤트(1120)의 공간 체적은 대략 0.49 mm3로부터 0.31 mm3으로 변한다(감소한다). 여기서, 실험 결과 안전벤트(1120)의 두께는 대략 0.05 mm 내지 0.20 mm, 더욱 바람직하기로 대략 0.075 mm 내지 0.105 mm일 수 있다. 안전벤트(1120)의 두께가 대략 0.05 mm보다 작으면 제조 공정 중 크랙 현상이 발생될 수 있고, 안전벤트(1120)의 두께가 대략 0.20 mm보다 두꺼우면 파단압이 너무 커질 수 있다.
한편, 도 6c에 도시된 바와 같이, 굴곡부(1110)의 깊이가 대략 0.05 mm로부터 0.14 mm까지 변할 경우(증가할 경우), 굴곡부(1110)의 공간 체적은 대략 0.08 mm3로부터 0.59 mm3으로 변한다(증가한다). 여기서, 실험 결과 굴곡부(1110)의 깊이는 대략 0.10 mm 내지 0.15 mm, 더욱 바람직하기로 대략 0.10 mm 내지 0.13 mm인 것이 바람직하다. 굴곡부(1110)의 깊이가 대략 0.10 mm보다 작으면 제조 공정 중 안전벤트(1120)로부터 사라지는 금속의 흡수율이 작아 평탄도가 저하되고, 굴곡부(1110)의 깊이가 대략 0.15 mm보다 깊으면 캔(110)의 내부 체적이 너무 작아질 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지을 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; 본 발명에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지
1110; 굴곡부 1111; 곡면부
1111a; 제1면 1111b; 제2면
1112; 평평부 1112a; 제1면
1112b; 제2면 1120; 안전벤트
1121; 경사부 1122; 평탄부
1130; 수지판 1140; 수지층
110; 캔 111: 바닥부
111a; 제1면 111b; 제2면

Claims (9)

  1. 원통형 캔;
    상기 원통형 캔에 수용된 전극 조립체; 및
    상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 원통형 캔은 원형의 바닥부와, 상기 바닥부로부터 상기 전극 조립체를 향하여 굴곡된 굴곡부와, 상기 굴곡부에 형성된 안전벤트를 포함함을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부 및 상기 안전벤트는 원형의 링 형태인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부는 상기 바닥부로부터 상기 캡 조립체를 향하여 휘어진 한쌍의 곡면부와, 상기 한쌍의 곡면부를 연결하는 평평한 평평부를 포함하고,
    상기 안전벤트는 상기 평평부로부터 상기 전극 조립체를 향하여 경사진 한쌍의 경사부와, 상기 한쌍의 경사부를 연결하는 평탄한 평탄부를 포함함을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부의 깊이는 0.1 mm 내지 0.15 mm이고,
    상기 안전벤트의 두께는 0.05 mm 내지 0.2 mm인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부의 깊이는 0.1 mm 내지 0.13 mm이고,
    상기 안전벤트의 두께는 0.075 mm 내지 0.105 mm인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 안전벤트의 체적은 0.49 mm3 내지 0.31 mm3이고,
    상기 굴곡부의 체적은 0.3 mm3 내지 0.75 mm3인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부에는 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지판이 접착되어 상기 안전벤트를 덮는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 안전벤트와 상기 수지판 사이에 공간이 구비된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 안전벤트에는 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지층이 코팅된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
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