KR20200095895A - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

이차전지가 개시된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전지 캔의 상부 끝부에는 탑 캡을 향해 내측으로 절곡되어 탑 캡을 고정하는 절곡부가 형성되고, 전지 캔의 내부 압력이 일정 값을 초과하는 경우 탑 캡 또는 절곡부의 변형에 의해, 위에서 바라보았을 때의 탑 캡과 절곡부가 서로 중첩되는 영역(R)의 면적이 감소하여 절곡부와 탑 캡 간의 결합력이 감소함으로써, 탑 캡의 전 영역이 전지 캔으로부터 이격되는 이차전지가 제공된다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이차전지의 내압 상승시 가스를 효과적으로 배출할 수 있는 구조를 갖는 이차전지에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)는 구조 및 제조 방법에 따라 파우치형 이차전지, 각형 이차전지, 원통형 이차전지 등으로 나뉠 수 있다. 이 중 원통형 이차전지는 원통 구조의 전지 캔 내부에 전극 조립체가 수용되고 전지 캔의 상부에 탑 캡이 결합된 구조를 가진다.
한편, 종래에 비해 동일 부피 대비 보다 큰 용량을 갖는 이차전지에 대한 요구가 증가하면서 그러한 이차전지를 제조하기 위한 연구 역시 활발하게 진행되고 있다.
동일 부피 대비 보다 큰 용량을 갖는 이차전지를 제조하기 위해 양극 내 양극 활물질에 포함되는 니켈의 함량이 증가하고 있는 추세이다. 그러나, 양극 활물질에 포함되는 니켈의 함량이 증가할수록 양극 활물질의 열적 안정성은 저하되는 문제가 있다. 양극 활물질의 열적 안정성이 저하된다는 것은 이차전지 내의 온도 또는 압력 상승으로 인해 이차전지의 화재 또는 폭발이 발생할 가능성이 증가한다는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 이차전지에 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 화합물 등을 추가하는 방법을 고려해볼 수 있으나 비용, 생산성 등의 측면에서 한계가 있는 것이 현실이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이차전지의 구조를 최적화함으로써 이차전지 내부의 압력 또는 온도가 상승하였을 때 발생할 수 있는 이차전지의 화재 또는 폭발의 위험성을 제거하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하고 상부가 개방되어 있는 전지 캔; 및 상기 전지 캔의 상부에 결합되는 탑 캡; 을 포함하고, 상기 전지 캔의 상부 끝부에는 상기 탑 캡을 향해 내측으로 절곡되어 상기 탑 캡을 고정하는 절곡부가 형성되고, 상기 전지 캔의 내부 압력이 일정 값을 초과하는 경우 상기 탑 캡 또는 상기 절곡부의 변형에 의해, 위에서 바라보았을 때의 상기 탑 캡과 상기 절곡부가 서로 중첩되는 영역(R)의 면적이 감소하여 상기 절곡부와 상기 탑 캡 간의 결합력이 감소함으로써, 상기 탑 캡의 전 영역이 상기 전지 캔으로부터 이격되는 이차전지가 제공된다.
상기 전지 캔의 내부 압력이 상기 일정 값을 초과하는 경우, 상기 탑 캡은 복수의 구성으로 조각나지 않은 일체(一體)의 상태로 상기 전지 캔으로부터 이격될 수 있다.
상기 전지 캔의 내부 압력이 상기 일정 값을 초과하는 경우, 상기 절곡부가 절곡된 정도가 완화됨으로써 상기 탑 캡이 상기 전지 캔으로부터 이격될 수 있다.
상기 전지 캔의 내부 압력이 상기 일정 값을 초과하는 경우, 상기 탑 캡의 중심부가 상방으로 휘어짐으로써 상기 탑 캡이 상기 전지 캔으로부터 이격될 수 있다.
상기 일정 값은 30kgf 이상 60kgf 이하의 범위에 속하는 값일 수 있다.
상기 전지 캔은 폭(W)을 가지고, 상기 절곡부는 절곡 길이(A)를 가지고, 상기 전지 캔의 폭(W)에 대한 상기 절곡부의 절곡 길이(A)의 비 A/W는 2.27×10-2 내지 7.5×10-2일 수 있다.
상기 절곡부는 두께(t1)를 가지고, 상기 절곡부는 절곡 길이(A)를 가지고, 상기 절곡부의 두께(t1)에 대한 상기 절곡부의 절곡 길이(A)의 비 A/t1은 1.43 내지 6일 수 있다.
상기 탑 캡에서 상방으로 돌출된 단자 영역은 두께(t2)를 가지고, 상기 절곡부는 절곡 길이(A)를 가지고, 상기 탑 캡의 상기 단자 영역의 두께(t2)에 대한 상기 절곡부의 절곡 길이(A)의 비 A/t2는 1 내지 5일 수 있다.
상기 절곡부의 절곡 길이(A)는 0.5mm 내지 1.5mm일 수 있다.
상기 전지 캔의 폭(W)은 20mm 내지 22mm일 수 있다.
상기 절곡부의 두께(t1)는 0.25mm 내지 0.35mm일 수 있다.
상기 탑 캡의 단자 영역의 두께(t2)는 0.3mm 내지 0.5mm일 수 있다.
상기 전지 캔은 니켈(Ni)이 코팅된 철(Fe) 재질을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지의 구조를 최적화함으로써 이차전지 내부의 압력 또는 온도가 상승하였을 때 발생할 수 있는 이차전지의 화재 또는 폭발의 위험성을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 도시한 측단면도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 설명하도록 한다.
이차전지
도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지(10)는, 전극 조립체(미도시), 전극 조립체를 수용하고 상부가 개방되어 있는 전지 캔(100), 및 전지 캔(100)의 상부에 결합되는 탑 캡(200)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 탑 캡(200)은 중앙부가 상방으로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 이하, 본 명세서에서는 탑 캡(200)에서 상방으로 돌출된 영역을 '단자 영역'이라 부르기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지는 예를 들어, 원통형 이차전지일 수 있으나, 본 발명이 적용될 수 있는 이차전지의 종류는 그에 제한되지 않는다. 또한, 전지 캔(100)은 원통 형상을 가질 수 있으나, 전지 캔(100)의 형상 역시 그에 제한되지 않는다. 한편, 전지 캔(100)은 니켈(Ni)이 포함된 철(Fe) 재질을 포함할 수 있다.
전지 캔(100)의 상부 내측부와 탑 캡(200)의 외측 둘레 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(300)이 구비될 수 있다. 또한, 탑 캡(200)의 하면에는 안전 벤트(400)가 밀착 구비될 수 있다.
계속해서 도 1을 참고하면, 전지 캔(100)의 상부 끝부에는 탑 캡(200)을 향해 내측으로 절곡되는 절곡부(110)가 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 절곡부(110)는 가스켓(300)을 하방으로 가압하게 되므로, 절곡부(110)에 의해 탑 캡(200)이 고정될 수 있다. 전지 캔(100)에 형성된 절곡부(110)의 하부에는 내측 방향으로 만입된 형상을 갖는 비딩부(120)가 형성될 수 있다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 이차전지(10)를 위에서 바라보았을 때 탑 캡(200)과 절곡부(110)가 서로 중첩되는 영역(R, 이하, '중첩 영역')이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지(10)는 이차전지 내부의 압력이 증가하는 경우 탑 캡(200)의 전 영역이 전지 캔(100)으로부터 이격됨으로써 이차전지(10) 내부의 가스를 외부로 배출할 수 있는 구조를 가질 수 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 이차전지(10)는, 이차전지 내부의 압력이 일정 값을 초과하는 경우, 탑 캡(200) 또는 절곡부(110) 형상의 변형에 의해, 위에서 바라보았을 때의 탑 캡(200)과 절곡부(110)의 중첩 영역(R)의 면적이 감소하여 탑 캡(200)과 절곡부(110) 간의 결합력이 감소함으로써, 탑 캡(200)의 전 영역이 전지 캔(100)으로부터 이격되는 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지(10)에서, 전지 캔(100)의 내부 압력이 일정 값을 초과하는 경우, 탑 캡(200)의 전 영역이 전지 캔(100)으로부터 이격되는 방식은 크게 두 가지로 나뉠 수 있다.
첫번째는, 이차전지(10)의 내압 상승에 의해 탑 캡(200)과 가스켓(300) 등이 전지 캔(100)의 상부 끝부에 형성된 절곡부(110)를 상방으로 가압함으로써 절곡부(110)가 절곡된 정도가 완화되고, 이에 따라 중첩 영역(R)에서 절곡부(110)와 탑 캡(200)이 서로 미끄러지게 되어 탑 캡(200)이 전지 캔(100)으로부터 이격되는 방식(이하, '제1 이격 방식'이라 부르기로 한다)이다.
두번째는, 이차전지(10)의 내압 상승에 의해 이차전지(10)의 내압이 탑 캡(200)의 중심부의 하면을 상방으로 가압하여 탑 캡(200)의 중심부(즉, 단자 영역)가 상방으로 휘어지고, 이에 따라 중첩 영역(R)에서 절곡부(110)와 탑 캡(200)이 서로 미끄러지게 되어 탑 캡(200)이 전지 캔(100)으로부터 이격되는 방식이다(이하, '제2 이격 방식'이라 부르기로 한다).
상기 두 가지 방식은 선택적으로 하나만 일어나는 것이 아니고, 탑 캡(200)의 전 영역이 전지 캔(100)으로부터 이격될 때 서로 혼재된 상태로 동시에 일어날 수 있다.
만약, 이차전지의 내압 상승으로 탑 캡의 전 영역이 전지 캔으로부터 이격될 때, 탑 캡이 복수의 파편으로 조각난 상태로 전지 캔으로부터 이격되는 경우 복수의 파편들이 여러 방향으로 날아감으로써 안전 사고가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지(10)에서, 전지 캔(100)의 내부 압력이 일정 값을 초과하는 경우, 탑 캡(200)은 복수의 구성으로 조각나지 않은 일체(一體)의 상태로 전지 캔(100)으로부터 이격될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지(10)는, 이차전지 내부의 압력이 일정 값을 초과하는 경우, 탑 캡(200) 또는 절곡부(110) 형상의 변형에 의해 탑 캡(200)의 전 영역이 전지 캔(100)으로부터 이격될 수 있는데, 이때, 상기 일정 값은 30kgf 이상 60kgf 이하의 범위에 속하는 값일 수 있다.
상기 일정 값이 30kgf 미만인 경우에는, 탑 캡(200)과 전지 캔(100) 간의 결합이 지나치게 약하게 되므로, 이차전지 내부의 가스가 외부로 배출될 필요가 없는 경우에도 탑 캡(200)이 전지 캔(100)으로부터 이격되는 문제가 발생할 수 있다. 반면, 상기 일정 값이 60kgf를 초과하는 경우에는, 탑 캡(200)과 전지 캔(100) 간의 결합이 지나치게 강하게 되므로, 이차전지 내부 압력 상승으로 가스가 외부로 배출되어야 하는 경우에도 탑 캡(200)이 전지 캔(100)으로부터 이격되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 일정 값은 30kgf 이상 55kgf 이하의 범위에 속하는 값일 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지(10)에서 전지 캔(100)은 소정의 폭(W)을 가질 수 있다. 전지 캔(100)이 원통 형상을 갖는 경우 도 1에 도시된 폭(W)은 전지 캔(100)의 직경이라고 볼 수 있다.
또한, 전지 캔(100)에 형성되는 절곡부(110)는 절곡부가 전지 캔(100)의 내측으로 절곡된 소정의 길이인 절곡 길이(A)를 가질 수 있다. 그리고, 절곡부(110)는 소정의 두께(t1)를 가질 수 있다.
한편, 탑 캡(200)은 소정의 두께(t2)를 가질 수 있다. 이때, 탑 캡(200)의 전 영역에 걸쳐 일정한 두께를 가질 수도 있으나, 편의상 본 명세서에서는 탑 캡(200)에서 상방으로 돌출된 단자 영역의 두께가 t2인 경우를 중심으로 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 이차전지(10)에서 전지 캔(100)의 폭(W)에 대하여 절곡부(110)의 절곡 길이(A)는 일정한 비율을 가질 수 있다. 즉, 전지 캔(100)의 폭(W)에 대한 절곡부(110)의 절곡 길이(A)의 비 A/W는 2.27×10-2 내지 7.5×10-2일 수 있다.
A/W가 2.27×10-2 미만인 경우에는 전지 캔(100)과 탑 캡(200) 간의 결합력이 지나치게 작게 되어, 이차전지(10)의 내압이 정상적인 상황에서도 절곡부(110)의 절곡 정도가 완화되어 탑 캡(200)이 전지 캔(100)으로부터 이격되는 문제가 발생할 수 있다. 반대로, A/W가 7.5×10-2 를 초과하는 경우에는 전지 캔(100)과 탑 캡(200) 간의 결합력이 지나치게 크게 되어, 이차전지(10)의 내압이 비정상적인 상황에서도 탑 캡(200)이 전지 캔(100)으로부터 이격되지 않으므로 이차전지(10)가 폭발할 위험성이 있을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지(10)에서 절곡부(110)의 두께(t1)에 대하여 절곡부(110)의 절곡 길이(A) 역시 일정한 비율을 가질 수 있다. 즉, 절곡부(110)의 두께(t1)에 대한 절곡부(110)의 절곡 길이(A)의 비 A/t1은 1.43 내지 6일 수 있다.
A/t1가 1.43 미만인 경우에는 절곡부(110)의 두께(t1)는 상대적으로 큰 반면 절곡 길이(A)는 상대적으로 작게 되므로, 전지 캔(100)의 상부 끝부에 절곡부(110)를 성형하는 것이 어려워지게 되어 절곡부(110)의 성형성이 떨어질 수 있다. 반대로, A/t1가 6을 초과하는 경우에는 절곡부(110)의 두께(t1)는 상대적으로 작은 반면 절곡 길이(A)는 상대적으로 크게 되므로, 절곡부(110)가 형성되는 영역의 내구성이 떨어지게 되어 절곡부(110)의 성형 과정에서 절곡부(110)가 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 보다 바람직하게 A/t1은 2.0 내지 4.3일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지(10)에서 탑 캡(200)의 단자 영역의 두께(t2)에 대하여 절곡부(110)의 절곡 길이(A) 역시 일정한 비율을 가질 수 있다. 즉, 탑 캡의 단자 영역의 두께(t2)에 대한 상기 절곡부의 절곡 길이(A)의 비 A/t2는 1.0 내지 5.0일 수 있다.
A/t2가 1.0 미만인 경우에는 탑 캡(200)의 단자 영역의 두께(t2)는 상대적으로 큰 반면 절곡 길이(A)는 상대적으로 작게 되므로, 탑 캡(200)의 단자 영역에서의 변형이 거의 일어나지 않게 되어, 이차전지(10)의 내압 상승으로 탑 캡(200)의 전 영역이 전지 캔(100)으로부터 이격될 때 주로 상기 '제1 이격 방식'에 의해서만 이루어지게 된다. 반대로, A/t2가 5.0을 초과하는 경우에는 탑 캡(200)의 단자 영역의 두께(t2)는 상대적으로 작은 반면 절곡 길이(A)는 상대적으로 크게 되므로, 절곡 길이(A)에서 절곡이 되는 정도의 완화가 거의 일어나지 않게 되어, 이차전지(10)의 내압 상승으로 탑 캡(200)의 전 영역이 전지 캔(100)으로부터 이격될 때 주로 상기 '제2 이격 방식'에 의해서만 이루어지게 된다. 탑 캡(200)의 전 영역이 전지 캔(100)으로부터 이격될 때 제1 이격 방식에만 의존하는 경우, 이차전지의 사용 상태에 따라 제1 이격 방식이 작동하지 않는 경우 탑 캡(200)이 전지 캔(100)으로부터 이격되지 않아 이차전지(10)가 폭발할 수 있다. 이는 제2 이격 방식에만 의존하는 경우에도 마찬가지이다. 따라서, 이차전지의 사용 상태에 관계없이 탑 캡(200)이 이차전지(10)로부터 이격될 수 있도록 하기 위해서는 제1 이격 방식과 제2 이격 방식이 조화롭게 작동할 수 있도록 A/t2를 설정할 필요가 있다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지(10)의 절곡부(110)의 절곡 길이(A)는 0.5mm 내지 1.5mm일 수 있다.
절곡부(110)의 절곡 길이(A)가 0.5mm 미만인 경우에는 절곡 길이(A)가 지나치게 짧게 되므로, 전지 캔(100)의 상부 끝부에 절곡부(110)를 성형하는 것이 어려워지게 되어 절곡부(110)의 성형성이 떨어질 수 있고, 평상시에 절곡부(110)에 의한 전지 캔(100)과 탑 캡(200) 간의 결합력이 떨어지게 되어 정상적인 상황에서도 탑 캡(200)이 전지 캔(100)으로부터 이격되는 문제가 발생할 수 있다. 반면, 절곡부(110)의 절곡 길이(A)가 1.5mm 초과인 경우에는 절곡 길이(A)가 지나치게 크게 되므로, 절곡부(110)에 의한 전지 캔(100)과 탑 캡(200) 간의 결합력이 지나치게 커지게 되어 이차전지(10)의 내압 상승으로 탑 캡(200)이 전지 캔(100)으로부터 이격되어야 하는 상황에서도 이격되지 않게 되어 이차전지(10)가 폭발할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지(10)의 전지 캔(100)에 형성된 절곡부(110)의 두께(t1)는 0.25mm 내지 0.35mm일 수 있다.
절곡부(110)의 두께(t1)가 0.25mm 미만인 경우에는 절곡부(110)가 형성되는 영역의 내구성이 떨어지게 되어 절곡부(110)의 성형 과정에서 절곡부(110)가 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 반면, 절곡부(110)의 두께(t1)가 0.35mm를 초과하는 경우에는 전지 캔(100)의 상부 끝부에 절곡부(110)를 성형하는 것이 어려워지게 되어 절곡부(110)의 성형성이 떨어지게 될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지(10)의 탑 캡(200)의 두께(t2)는 0.3mm 내지 0.5mm일 수 있다.
탑 캡(200)의 두께(t2)가 0.3mm 미만인 경우에는 이차전지(10)의 내압 상승으로 탑 캡(200)의 전 영역이 전지 캔(100)으로부터 이격될 때 주로 상기 '제2 이격 방식'에 의해서만 이루어질 수 있다. 반면, 탑 캡(200)의 두께(t2)가 0.5mm를 초과하는 경우에는 이차전지(10)의 내압 상승으로 탑 캡(200)의 전 영역이 전지 캔(100)으로부터 이격될 때 주로 상기 '제1 이격 방식'에 의해서만 이루어질 수 있다. 보다 바람직하게 t2는 0.35mm 내지 0.45mm 사이의 값을 가질 수 있다.
또한, 이차전지(10)의 생산성 및 이차전지(10)를 사용할 때의 효율성 등을 위해 본 발명에 따른 이차전지(10)의 전지 캔(100)의 폭(W)은 20mm 내지 22mm일 수 있다.
원통형 이차전지의 경우 안전 벤트(400, 도 1 참조)가 구비되는 것이 일반적인데, 종래 기술에 따르면 원통형 이차전지의 내부 압력이 상승하는 경우 안전 벤트가 파단되면서 이차전지 내부의 가스와 전해액 등을 외부로 배출함으로써 이차전지의 폭발을 방지하게 된다.
그러나, 종래 기술에 따르면 안전 벤트가 파단되더라도 이차전지 내부의 가스와 전해액 등이 외부로 배출되는 출구는 안전 벤트에서 파단된 영역에 제한되기 때문에 가스와 전해액 등의 신속한 배출이 어렵다는 문제점이 있었다. 특히, 이차전지의 직경 또는 크기가 큰 경우, 예를 들어, 이차전지의 직경이 11mm를 초과하는 경우에는 이차전지의 폭발을 방지하기 위해서 가스와 전해액이 최대한 신속하게 외부로 배출될 필요가 있는데, 안전 벤트에서 파단된 영역은 국부적이므로 가스와 전해액이 외부로 신속하게 배출되지 못하여 이차전지의 안전성이 담보되지 못하는 문제점이 있었다. 또한, 안전 벤트가 파단되더라도 탑 캡은 전지 캔과 결합된 상태를 유지하게 되므로, 안전 벤트가 탑 캡의 하부에 여전히 구속되어 안전 벤트에서 파단되어 개방되는 영역의 크기가 탑 캡에 의해 제한되는 문제점도 있었다.
그러나, 전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전지 캔(100)의 내부 압력이 일정 값을 초과하는 경우 전지 캔(100)의 절곡부(110)와 탑 캡(200) 간의 결합력이 감소하면서, 탑 캡(200)의 전 영역이 전지 캔(100)으로부터 이격되므로, 이차전지 내부의 가스와 전해액이 신속하게 외부로 배출될 수 있다. 또한, 탑 캡이 전지 캔으로부터 이격되므로, 안전 벤트 중 파단되어 개방되는 영역의 크기가 탑 캡에 의해 제한되지 않게 되므로, 안전 벤트에서 파단되는 영역의 크기가 증가하여 이차전지 내부의 가스와 전해액이 더욱 신속하게 외부로 배출될 수 있다.
실시예 1
원통형 이차전지를 제조하였다. 전지 캔의 직경은 21.05mm였고, 전지 캔의 두께는 0.3mm였고, 전지 캔의 상부 끝부에 형성되는 절곡부의 두께 역시 0.3mm였다. 또한, 전지 캔의 상부에서 절곡부와 결합되는 탑 캡의 두께는 0.4mm였다. 또한, 절곡부의 절곡 길이는 0.5mm였다.
실시예 2
절곡부의 절곡 길이가 1.5mm인 경우를 제외하면, 실시예 1과 동일하게 원통형 이차전지를 제조하였다.
실험예
실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 원통형 이차전지 내부의 압력을 증가시키면서, 탑 캡의 전 영역이 일체(一體)의 상태로 전지 캔으로부터 이격될 때의 이차전지 내부의 압력을 측정하였다.
실시예 1에 따른 원통형 이차전지에서 탑 캡의 전 영역이 일체의 상태로 전지 캔으로부터 이격될 때의 이차전지 내부의 압력은 33kgf였다.
실시예 2에 따른 원통형 이차전지에서 탑 캡의 전 영역이 일체의 상태로 전지 캔으로부터 이격될 때의 이차전지 내부의 압력은 50kgf였다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
10 : 이차전지
100 : 전지 캔
110 : 절곡부
120 : 비딩부
200 : 탑 캡
300 : 가스켓
400 : 안전 벤트
A : 절곡부의 절곡 길이
R : 탑 캡과 절곡부의 중첩 영역
t1 : 전지 캔의 두께
t2 : 탑 캡의 단자 영역의 두께
W : 전지 캔의 폭

Claims (13)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하고 상부가 개방되어 있는 전지 캔; 및
    상기 전지 캔의 상부에 결합되는 탑 캡; 을 포함하고,
    상기 전지 캔의 상부 끝부에는 상기 탑 캡을 향해 내측으로 절곡되어 상기 탑 캡을 고정하는 절곡부가 형성되고,
    상기 전지 캔의 내부 압력이 일정 값을 초과하는 경우 상기 탑 캡 또는 상기 절곡부의 변형에 의해, 위에서 바라보았을 때의 상기 탑 캡과 상기 절곡부가 서로 중첩되는 영역(R)의 면적이 감소하여 상기 절곡부와 상기 탑 캡 간의 결합력이 감소함으로써, 상기 탑 캡의 전 영역이 상기 전지 캔으로부터 이격되는 이차전지.
  2. 청구항 1에서,
    상기 전지 캔의 내부 압력이 상기 일정 값을 초과하는 경우, 상기 탑 캡은 복수의 구성으로 조각나지 않은 일체(一體)의 상태로 상기 전지 캔으로부터 이격되는 이차전지.
  3. 청구항 2에서,
    상기 전지 캔의 내부 압력이 상기 일정 값을 초과하는 경우, 상기 절곡부가 절곡된 정도가 완화됨으로써 상기 탑 캡이 상기 전지 캔으로부터 이격되는 이차전지.
  4. 청구항 2에서,
    상기 전지 캔의 내부 압력이 상기 일정 값을 초과하는 경우, 상기 탑 캡의 중심부가 상방으로 휘어짐으로써 상기 탑 캡이 상기 전지 캔으로부터 이격되는 이차전지.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에서,
    상기 일정 값은 30kgf 이상 60kgf 이하의 범위에 속하는 값인 이차전지.
  6. 청구항 1에서,
    상기 전지 캔은 폭(W)을 가지고,
    상기 절곡부는 절곡 길이(A)를 가지고,
    상기 전지 캔의 폭(W)에 대한 상기 절곡부의 절곡 길이(A)의 비 A/W는 2.27×10-2 내지 7.5×10-2인 이차전지.
  7. 청구항 1에서,
    상기 절곡부는 두께(t1)를 가지고,
    상기 절곡부는 절곡 길이(A)를 가지고,
    상기 절곡부의 두께(t1)에 대한 상기 절곡부의 절곡 길이(A)의 비 A/t1은 1.43 내지 6인 이차전지.
  8. 청구항 1에서,
    상기 탑 캡에서 상방으로 돌출된 단자 영역은 두께(t2)를 가지고,
    상기 절곡부는 절곡 길이(A)를 가지고,
    상기 탑 캡의 상기 단자 영역의 두께(t2)에 대한 상기 절곡부의 절곡 길이(A)의 비 A/t2는 1 내지 5인 이차전지.
  9. 청구항 6에서,
    상기 절곡부의 절곡 길이(A)는 0.5mm 내지 1.5mm인 이차전지.
  10. 청구항 6에서,
    상기 전지 캔의 폭(W)은 20mm 내지 22mm인 이차전지.
  11. 청구항 7에서,
    상기 절곡부의 두께(t1)는 0.25mm 내지 0.35mm인 이차전지.
  12. 청구항 8에서,
    상기 탑 캡의 단자 영역의 두께(t2)는 0.3mm 내지 0.5mm인 이차전지.
  13. 청구항 1에서,
    상기 전지 캔은 니켈(Ni)이 코팅된 철(Fe) 재질을 포함하는 이차전지.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010047791A (ko) * 1999-11-23 2001-06-15 김순택 각형 이차 전지
KR20080053538A (ko) * 2006-12-11 2008-06-16 주식회사 엘지화학 안전성이 강화된 클림핑 형상의 리튬이온 이차전지

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3667835B2 (ja) 1995-10-24 2005-07-06 三洋電機株式会社 密閉型蓄電池
JPH11111244A (ja) 1997-09-30 1999-04-23 Sanyo Electric Co Ltd 密閉型蓄電池
JP2001155778A (ja) 1999-11-30 2001-06-08 Ngk Insulators Ltd リチウム二次電池
JP3580213B2 (ja) 2000-02-28 2004-10-20 松下電器産業株式会社 円筒形電池用封口板
JP4622027B2 (ja) * 2000-03-21 2011-02-02 株式会社Ｇｓユアサ 密閉形電池
KR100601545B1 (ko) * 2004-10-12 2006-07-19 삼성에스디아이 주식회사 원통형 이차 전지
KR100878701B1 (ko) * 2006-03-13 2009-01-14 주식회사 엘지화학 고율 충방전 원통형 이차전지
KR100882916B1 (ko) * 2007-08-27 2009-02-10 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR20110100473A (ko) * 2010-03-04 2011-09-14 주)제원 Csc 전기 에너지 저장 소자용 글라스 가스켓, 그 글라스 가스켓의 제조방법, 그 글라스 가스켓을 이용한 전기 에너지 저장 소자, 및 그 전기 에너지 저장 소자의 제조방법
US9496539B2 (en) 2011-08-12 2016-11-15 Johnson Controls Technology Llc Current collector for an electromechanical cell
WO2013046712A1 (ja) * 2011-09-29 2013-04-04 パナソニック株式会社 密閉型二次電池
FR2988521B1 (fr) 2012-03-21 2016-10-07 Batscap Sa Ensemble de stockage d'energie comprenant une bague elastique isolante electriquement
FR2989837A1 (fr) * 2012-04-18 2013-10-25 Accumulateurs Fixes Systeme et procede de detection de desoperculation pour un accumulateur etanche
CN104956515B (zh) 2013-01-31 2017-09-26 三洋电机株式会社 密闭型电池
US20150364735A1 (en) 2013-01-31 2015-12-17 Sanyo Electric Co., Ltd. Sealed battery
KR101678735B1 (ko) * 2014-10-02 2016-11-23 주식회사 엘지화학 이차전지 탑 캡 어셈블리
JP6536354B2 (ja) * 2015-11-02 2019-07-03 株式会社村田製作所 電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
JP6823925B2 (ja) * 2015-11-30 2021-02-03 株式会社村田製作所 電池、電池パックおよび電子機器
KR102618120B1 (ko) 2016-04-14 2023-12-27 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
CN206148480U (zh) * 2016-11-25 2017-05-03 佛山市顺德区金泰电池有限公司 一种可复位侧排式电池防爆盖帽
KR102286204B1 (ko) 2017-01-04 2021-08-05 주식회사 엘지에너지솔루션 고분자 수지에 의해 밀봉된 각형 전지셀
JP6927297B2 (ja) 2017-06-07 2021-08-25 株式会社村田製作所 二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010047791A (ko) * 1999-11-23 2001-06-15 김순택 각형 이차 전지
KR20080053538A (ko) * 2006-12-11 2008-06-16 주식회사 엘지화학 안전성이 강화된 클림핑 형상의 리튬이온 이차전지

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