KR20200116336A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20200116336A
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secondary battery
safety plate
cylindrical
edge
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KR1020190037997A
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김대규
고성귀
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 별도의 다른 구성없이 캡 업에 의해서 전극 조립체의 전극탭과 모듈화를 위한 팩 탭 사이가 전기적으로 연결되므로, 전류 경로 상에서 발생될 수 있는 저항과 발열을 저감시키는데 있다.
이를 위해 본 발명은 상단 개구부를 갖는 원통형 캔과, 원통형 캔에 수용되며, 전극 탭을 갖는 전극 조립체 및, 원통형 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하며, 캡 조립체는 원통형 캔 내부의 압력 상승시 파단되는 벤트를 갖는 원형 판 형상인 안전 플레이트 및 안전 플레이트의 상부에 위치하며, 안전 플레이트의 가장자리부를 감싸는 캡 업을 포함하며, 전극 탭은 캡 업과 접촉 및 결합된 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력 저장 시스템이다. 재충전이 불가능한 일차 전지에 비해 이차 전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 셀룰러폰, 노트북, 타블렛 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다. 최근에는 환경 오염 방지를 위해 전기 자동차에 대한 관심이 높아졌고, 이에 따라 전기 자동차에 고용량의 이차 전지가 채택되고 있다. 이러한 이차 전지는 고밀도, 고출력, 안정성 등의 특성이 요구되고 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 다양한 실시예는 별도의 다른 구성없이 캡 업에 의해서 전극 조립체의 전극탭과 모듈화를 위한 팩 탭 사이가 전기적으로 연결되므로, 전류 경로 상에서 발생될 수 있는 저항으로 인한 발열을 저감시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지는 상단 개구부를 갖는 원통형 캔과, 상기 원통형 캔에 수용되며, 전극 탭을 갖는 전극 조립체 및, 상기 원통형 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 캡 조립체는 벤트를 갖는 원형 판 형상인 안전 플레이트 및 상기 안전 플레이트의 상부에 위치하며, 상기 안전 플레이트의 가장자리부를 감싸는 캡 업을 포함하며, 상기 전극 탭은 상기 캡 업과 접촉 및 결합될 수 있다.
상기 캡 업은 평평한 원형 판형상의 단자부와, 상기 단자부의 가장자리로부터 하부 방향으로 절곡된 연결부와, 상기 연결부의 하단으로부터 외측 수평방향으로 연장된 제1연장부와, 상기 제1연장부의 가장자리로부터 하부 방향으로 절곡된 절곡부 및, 상기 절곡부의 하단으로부터 내측 수평방향으로 연장된 제2연장부를 포함할 수 있다.
상기 안전 플레이트의 가장자리부는 상기 제1연장부에 상면이 접촉되고, 상기 절곡부에 측면이 접촉되며, 상기 제2연장부에 하면이 접촉될 수 있다.
상기 안전 플레이트의 가장자리부는 상기 캡 업의 상기 제1연장부와 상기 제1연장부와 평행한 상기 제2연장부 사이에 개재될 수 있다.
상기 제2연장부는 상부로부터 하부 끝단까지 절개된 슬릿이 복수개 구비 될 수 있다.
상기 안전 플레이트는 상기 벤트가 상기 단자부의 하부에 위치하며, 상면으로부터 하부 방향으로 형성된 원형 링 형상의 홈일 수 있다.
상기 연결부는 적어도 하나의 개구를 가질 수 있다.
상기 전극 탭은 상기 제2연장부에 용접될 수 있다.
상기 안전 플레이트는 평평한 원형 판 형상으로, 상면에 상기 벤트가 형성된 중심부와, 상기 중심부의 가장자리로부터 하부방향으로 절곡된 단차부 및, 상기 단차부의 하단으로부터 외측 방향으로 연장된 가장자리부를 포함할 수 있다.
상기 캡 조립체는 캡 업과 상기 원통형 캔 사이에 개재된 절연 가스켓을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 별도의 다른 구성없이 캡 업에 의해서 전극 조립체의 전극탭과 모듈화를 위한 팩 탭 사이가 전기적으로 연결되므로, 전류 경로 상에서 발생될 수 있는 저항으로 인한 발열을 저감시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 이차 전지의 캡 조립체 중 캡 업과 안전 플레이트가 결합되기 이전을 확대 도시한 분해 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 캡 업에 안전 플레이트 삽입된 단면도와, 캡 업과 안전 플레이트가 결합된 단면도이다.
도 4는 도 3b에 도시된 캡 업과 안전 플레이트가 결합된 저면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 비교예 캡 조립체 구성과, 비교예 캡 조립체의 발열 상태를 열화상 카메라로 측정한 결과와 전류에 따른 온도 변화 그래프 및, 도 1a 내지 도 4에 도시된 이차 전지의 발열 상태를 열화상 카메라로 측정한 결과와 전류에 따른 온도 변화 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 이차전지의 캡 조립체 중 캡 업과 안전 플레이트가 결합되기 이전을 확대 도시한 분해 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7에 도시된 캡 업에 안전 플레이트 삽입된 단면도와, 캡 업과 안전 플레이트가 결합된 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)" 및/또는 "포함하는(comprising)"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 이용된다. 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 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서 "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도가 도시되어 있고, 도 1b는 도 1a에 도시된 이차 전지(100)의 종단면도가 도시되어 있다. 여기서 종단면은 이차전지(100)를 길이방향으로 절단한 단면이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 원통형 캔(110)과, 원통형 캔(110) 내부에 수납된 전극 조립체(120) 및 원통형 캔(110)의 상단 개구를 밀봉하는 캡 조립체(140)를 포함한다. 또한, 본 발명은 전극 조립체(120)에 결합된 센터핀(130)을 더 포함할 수 있다.
원통형 캔(110)은 원형의 바닥부(111)와, 바닥부(111)로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 측부(112)를 포함한다. 이차 전지의 제조 공정 중 원통형 캔(110)의 상부는 개방되어 있다. 따라서 이차 전지의 조립 공정 중 전극 조립체(120)가 전해액과 함께 원통형 캔(110)에 삽입될 수 있다. 원통형 캔(110)은 스틸, 스틸 합금, 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 형성될 수 있다.
전극 조립체(120)는 원통형 캔(110)의 내부에 수용된다. 전극 조립체(120)는 상부 및 하부 방향으로 각각 돌출된 두 개의 전극 탭(124,125)을 구비할 수 있다. 전극 조립체(120)는 음극 활물질(예를 들면, 흑연, 탄소 등)이 코팅된 음극판(121), 양극 활물질(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등))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) 또는 니켈(Ni) 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 음극 탭(124)이, 양극판(122)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극 탭(125)이 용접될 수 있으나, 그 반대도 가능하다. 더불어, 음극 탭(124)은 구리 또는 니켈 재질, 양극 탭(125)은 알루미늄 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 전극 조립체(120)의 음극 탭(124)은 케이스(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있다. 따라서 케이스(110)는 음극으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로 양극 탭(125)이 케이스(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있으며, 이러한 경우 케이스(110)는 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 업(141)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, 스틸 합금, 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. 경우에 따라 센터핀(130)은 생략될 수 있다.
캡 조립체(140)는 다수의 관통홀(141d)이 형성된 캡 업(cap-up)(141), 캡 업(141)의 하부에 설치된 안전 플레이트(142) 및, 캡 업(141)을 원통형 캔(110)의 측부(111)로부터 절연시키는 절연 가스켓(143)을 포함한다. 상기 캡 업(141)은 안전 플레이트(142)의 가장자리부를 감쌀 수 있다. 또한 캡 업(141)은 하면에 양극 탭(125)이 접촉되어, 용접될 수 있다. 이와 같은 캡 업(141)과 안전 플레이트(142)의 구성 및 결합 관계는 하기에서 자세하게 설명하고자 한다.
여기서, 절연 가스켓(143)은 실질적으로 원통형 캔(110)의 측부(111)에 형성된 비딩부(113)와 크림핑부(114)를 따라 형성되어, 캡 업(141)과 사이에 압착된 형태를 한다. 즉, 절연 가스켓(143)은 캡 업(141)과 비딩부(113)사이, 캡 업(141)과 크림핑부(114)사이에 개재에 압착된 상태로 개재될 수 있다. 또한, 상기 캡 업(141)에 형성된 관통홀(141g)은 원통형 캔(110)의 내부에서 이상 내압 발생시 내부 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 물론, 이러한 내압에 의해 우선 안전 플레이트(142)의 벤트(142a)가 파단되어 찢어지면서 내부의 가스가 외부로 방출된다.
이러한 캡 조립체(140)는 통상의 알루미늄, 알루미늄 합금, 스틸, 스틸 합금, 니켈, 니켈 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으며, 본 발명에서 그 재질이 한정되지 않는다.
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 폴리머이거나 또는 고체(solid) 전해질일 수도 있으며, 여기서 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 도 1a 및 도 1b에 도시된 이차 전지(100)의 캡 조립체(140) 중 캡 업(141)과 안전 플레이트(142)가 결합되기 이전을 확대 도시한 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 3a를 참조하면 도 2에 도시된 캡 업(141)에 안전 플레이트(142)가 삽입된 단면도가 도시되어 있으며, 도 3b를 참조하면 캡 업(141)과 안전 플레이트(142)가 결합된 단면도가 도시되어 있다. 또한 도 4를 참조하면 도 3b에 도시된 캡 업(141)과 안전 플레이트(142)가 결합된 저면도가 도시되어 있다.
이하에서는 도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 4를 참조하여, 캡 업(141)과 안전 플레이트(142)의 구성 및 결합 관계를 설명하고자 한다.
상기 캡 업(141)은 중심으로부터 외측 방향으로 순차적으로 위치하는 단자부(141a), 연결부(141b), 연장부(141c), 절곡부(141d) 및 제2연장부(141e)를 포함한다.
상기 단자부(141a)는 대략 평평하며, 캡 업(141)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 또한 단자부(141a)는 복수의 이차 전지(100)를 직렬 또는 병렬로 연결하여 모듈화할 경우에, 복수의 이차 전지(100)사이를 연결하기 위한 팩 탭(pack tab, PT)이 상면에 용접(welding)될 수 있다.
상기 연결부(141b)는 단자부(141a)의 가장자리로부터 하부 방향으로 절곡되어 형성되며, 적어도 하나의 개구(141g)를 포함한다. 상기 개구(141g)는 안전 플레이트(142)의 벤트(142a)가 파단될 경우, 원통형 캔(110) 내부의 가스를 외부로 방출시킨다.
또한 제1연장부(141c)는 연결부(141b)의 하단으로부터 외측 수평 방향으로 연장될 수 있다. 이와 같은 제1연장부(141c)는 수평방향 크기가 안전 플레이트(142)의 크기에 비해서 더 클 수 있다. 제1연장부(141c)는 하면(141ca)이 안전 플레이트(142)의 가장자리부(142b)의 상면(142ba)과 접촉될 수 있다.
또한 절곡부(141d)는 제1연장부(141c)의 가장자리로부터 하부 방향으로 대략 수직하게 절곡될 수 있다. 이와 같은 절곡부(141d)는 내측면(141da)이 안전 플레이트(142)의 측면(142c)과 접촉될 수 있다.
또한 제2연장부(141e)는 절곡부(141d)의 하단으로부터 내측 수평방향으로 연장될 수 있다. 이와 같은 제2연장부(141e)는 안전 플레이트(142)와 결합되기 이전에는 도 2 및 도 3a에 도시된 바와 같이 절곡부(141d)의 하단으로부터 하부 방향으로 연장된 상태를 유지할 수 있다. 또한 제2연장부(141e)는 안전 플레이트(142)가 제1연장부(141c)의 하면(141ca)과 절곡부(141d)의 내측면(141da)과 접촉된 상태에서, 안전 플레이트(142)의 하면(142bb)방향으로 절곡될 수 있다. 이때 제2연장부(141e)의 상면(141ea)은 안전 플레이트(142)의 하면(142bb)과 접촉될 수 있다. 또한 안전 플레이트(142)의 가장자리부(142b)는 제1연장부(141c)와 제2연장부(141e)사이에 개재될 수 있다. 상기 제2연장부(141e)는 제1연장부(141c)와 평행할 수 있다.
상기 제2연장부(141e)는 복수개의 슬릿(141f)을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 슬릿(141f)은 제2연장부(141e)의 상부로부터 하부 끝단까지 절개될 수 있다. 또한 복수개의 슬릿(141f)은 상부에 비해서 하부에서 이격 거리가 더 클 수 있다. 상기 복수개의 슬릿(141f)은 제2연장부(141e)가 안전 플레이트(142)의 하면으로 절곡될 때 겹쳐지거나, 주름이 잡히는 것을 방지하기 위해서 구비될 수 있다. 상기 복수개의 슬릿(141f)에 의해서, 도 3b 및 도 4와 같이 캡 업(141)과 안전 플레이트(142)가 결합된 후, 제2연장부(141e)는 안전 플레이트(142)의 가장자리부(142b)와 밀착되어 평평하게 유지될 수 있다. 상기 복수개의 슬릿(141f)은 도 2 및 도 4에서 6개로 도시하였으나, 4개 이상 중 어느 하나의 개수로 형성될 수 있으며 본 발명에서 상기 복수개의 슬릿(141f)의 개수를 한정하는 것은 아니다. 다만, 제2연장부(141e)를 절곡시키는 공정이 편의를 위해서 4개 또는 6개를 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
또한 제2연장부(141e)는 하면(141eb)에 전극 조립체(120)의 양극탭(125)이 용접될 수 있다. 즉, 양극탭(125)과 팩 탭(PT)은 별도의 다른 구성이 없이, 캡 업(141)만으로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 안전 플레이트(142)는 대략 평평한 원형 판 형상일 수 있다. 상기 안전 플레이트(142)는 상면으로부터 하부 방향으로 형성된 홈인 벤트(142a)가 구비될 수 있다. 상기 벤트(142a)는 안전 플레이트(142)의 대략 중심부에 원형링으로 형성될 수 있다. 상기 벤트(142a)는 캡 업(141)의 단자부(141a) 하부에 위치할 수 있다. 상기 벤트(142a)가 형성된 영역은, 안전 플레이트(142)의 다른 부분에 비해서 두께가 더 얇게 형성될 수 있다. 이와 같은 벤트(142a)는 내부 단락 또는 과충방전등에 의해서 원통형 캔(110)의 내부의 압력이 증가하면, 압력에 의해서 파단될 수 있다. 상기 안전 플레이트(142)는 원통형 캔(110)의 내압에 의해서 벤트(142a)가 찢어지면서, 내부 가스를 캡 업(141)의 개구(141g)를 통해 외부로 방출할 수 있다.
또한 안전 플레이트(142)는 가장자리부(142b)가 제1연장부(141c)와 제2연장부(141e) 사이에 개재될 수 있다. 또한 가장자리부(142b)는 제1연장부(141c), 절곡부(141d) 및 제2연장부(141e)에 의해서, 상면, 측면 및 하면이 감싸질 수 있다.
이와 같은 본 발명의 이차 전지(100)는 별도의 다른 구성없이, 캡 업(141)에 의해서 전극 조립체(120)의 양극탭(125)과 모듈화를 위한 팩 탭(PT) 사이가 전기적으로 연결되므로, 전류 경로에서 발생될 수 있는 저항 증가로 인한 발열을 저감시킬 수 있다.
예를 들어 도 5a와 같은 비교예의 캡 조립체(10)의 경우, 다수의 관통홀(11a)이 형성된 캡 업(cap-up)(11), 캡 업(11)의 하부에 설치된 안전 플레이트(12), 안전 플레이트(12)의 하부에 설치된 연결링(13), 연결링(13)에 결합되고 관통홀(14a) 형성된 캡 다운(cap-down)(14) 및 캡 다운(14)의 관통홀(14a) 하부에 고정된 서브 플레이트(15)를 포함할 수 있다. 이와같은 캡 조립체(10)는 캡 업(11)의 대략 중심 상면에 팩 탭(PT)이 용접되고, 캡 다운(14)의 하면에 전극 조립체의 양극 탭(ET)이 용접될 수 있다.
이와같은 캡 조립체(10)는 전류 경로 경로가 양극 탭(ET)에서, 캡 다운(14), 서브 플레이트(15), 안전 플레이트(12) 및 캡 업(11)을 통해 팩 탭(PT)으로 연결될 수 있다. 즉, 양극 탭(ET)과 팩 탭(PT)이 4개의 구성(캡 다운(14), 서브 플레이트(15), 안전 플레이트(12) 및 캡 업(11)을 통해서 전기적으로 연결되므로, 전류 경로가 길어지게 되어 이에 따라 전류 경로의 저항이 증가되어 그에 따른 발열이 증가될 수 있다. 도 5b는 도 5a의 비교예 캡 조립체 구성일 경우의 발열 상태를 열화상 카메라로 측정한 결과와 전류에 따른 온도 변화 그래프이다. 도 5b에서와 같이, 비교예의 캡 조립체(10)의 발열 온도는 전류가 30C일 경우 최대 246도 까지 측정된 것을 알 수 있다. 또한 비교예의 캡 조립체(10)의 발열 온도는 전류가 40C일 경우, 온도가 너무 높아 측정이 불가능 했다.
그리고 도 5c는 본 발명의 이차전지(100)의 발열 상태를 열화상 카메라로 측정한 결과와 전류에 따른 온도 변화 그래프이다. 도 5c에 도시된 바와 같이 본 발명의 이차전지(100)의 캡업(141)의 발열 온도는 전류 40C일 경우에 최대 107도 정도로 측정된 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 이차전지(100)는 별도의 다른 구성없이, 캡 업(141)에 의해서 양극탭(125)과 팩 탭(PT)사이를 연결하므로, 전류 경로의 저항에 따른 발열이 비교예에 비해서 저감되는 것을 알 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)의 단면도가 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이차 전지(200)는 원통형 캔(110)과, 원통형 캔(110) 내부에 수납된 전극 조립체(120) 및 원통형 캔(110)의 상단 개구를 밀봉하는 캡 조립체(240)를 포함한다. 또한, 본 발명은 전극 조립체(120)에 결합된 센터핀(130)을 더 포함할 수 있다.
상기 이차 전지(200)의 원통형 캔(110), 전극 조립체(120) 및 센터핀(130)의 구성은 상기 도 1a 및 도 1b에 도시된 이차 전지(100)와 동일하고, 캡 조립체(240) 구성 중, 캡 업(141)과 절연 가스켓(143)의 구성은 상기 도 1a 및 도 1b에 도시된 이차 전지(100)와 동일하다.
그러므로 이차 전지(200)에서 이차 전지(100)와 상이한 캡 조립체(240) 중 안전 플레이트(242)를 위주로 설명하고자 한다.
또한 도 7을 참조하면 도 6에 도시된 이차 전지(100)의 캡 조립체(240) 중 캡 업(141)과 안전 플레이트(242)가 결합되기 이전을 확대 도시한 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 8a를 참조하면 도 7에 도시된 캡 업(141)에 안전 플레이트(242)가 삽입된 단면도가 도시되어 있으며, 도 8b를 참조하면 캡 업(141)과 안전 플레이트(242)가 결합된 단면도가 도시되어 있다.
이하에서는 도 7, 도 8a 및 도 8b를 참조하여, 캡 업(141)과 안전 플레이트(242)의 구성 및 결합 관계를 설명하고자 한다.
상기 안전 플레이트(242)는 중심으로부터 외측 방향으로 순차적으로 위치하는 중심부(242d), 단차부(242e) 및 가장자리부(242b)를 포함할 수 있다.
상기 중심부(242d)는 대략 평평하며, 안전 플레이트(242)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 또한 중심부(242d)는 캡 업(141)의 단자부(141a) 하부에 위치할 수 있다.
또한 중심부(242d)에는 상면으로부터 하부 방향으로 형성된 홈인 벤트(242a)가 구비될 수 있다. 상기 벤트(242a)가 형성된 영역은, 안전 플레이트(242)의 다른 부분에 비해서 두께가 더 얇게 형성될 수 있다. 상기 벤트(242a)는 안전 플레이트(142)의 대략 중심부에 원형링으로 형성될 수 있다. 상기 벤트(242a)는 캡 업(141)의 하부에 위치할 수 있다. 이와같은 벤트(242a)는 내부 단락 또는 과충방전등에 의해서 원통형 캔(110)의 내부의 압력이 증가하면, 압력에 의해서 파단될 수 있다. 상기 안전 플레이트(242)는 원통형 캔(110)의 내압에 의해서 벤트(242a)가 찢어지면서, 내부 가스를 캡 업(141)의 개구(141g)를 통해 외부로 방출할 수 있다.
상기 단차부(242e)는 상기 중심부(242d)의 가장자리로부터 하부 방향으로 절곡될 수 있다. 또한 단차부(242e)는 중심부(242d)와 가장자리부(242b) 사이를 연결할 수 있다. 상기 단차부(242e)에 의해서, 벤트(242a)의 파단에 대한 응력을 감소시킬 수 있다.
상기 가장자리부(242b)는 단차부(242e)의 하단으로부터 외측 방향으로 연장될 수 있다. 상기 가장자리부(242b)가 제1연장부(141c)와 제2연장부(141e) 사이에 개재될 수 있다. 또한 가장자리부(242b)는 제1연장부(141c), 절곡부(141d) 및 제2연장부(141e)에 의해서, 상면, 측면 및 하면이 감싸질 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 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, 200: 이차 전지 110: 원통형 캔
120: 전극 조립체 130: 센터핀
140: 캡 조립체 141: 캡 업
142: 안전 플레이트

Claims (10)

  1. 상단 개구부를 갖는 원통형 캔;
    상기 원통형 캔에 수용되며, 전극 탭을 갖는 전극 조립체; 및
    상기 원통형 캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하며,
    상기 캡 조립체는 원형 판 형상인 안전 플레이트; 및
    상기 안전 플레이트의 상부에 위치하며, 상기 안전 플레이트의 가장자리부를 감싸는 캡 업을 포함하며,
    상기 전극 탭은 상기 캡 업과 접촉 및 결합된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡 업은
    평평한 원형 판형상의 단자부;
    상기 단자부의 가장자리로부터 하부 방향으로 절곡된 연결부;
    상기 연결부의 하단으로부터 외측 수평방향으로 연장된 제1연장부;
    상기 제1연장부의 가장자리로부터 하부 방향으로 절곡된 절곡부; 및
    상기 절곡부의 하단으로부터 내측 수평방향으로 연장된 제2연장부를 포함하는 이차 전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 안전 플레이트의 가장자리부는
    상기 제1연장부에 상면이 접촉되고, 상기 절곡부에 측면이 접촉되며, 상기 제2연장부에 하면이 접촉된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 안전 플레이트의 가장자리부는
    상기 캡 업의 상기 제1연장부와 상기 제1연장부와 평행한 상기 제2연장부 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2연장부는 상부로부터 하부 끝단까지 절개된 슬릿이 복수개 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 안전 플레이트는
    상기 벤트가 상기 단자부의 하부에 위치하며, 상면으로부터 하부 방향으로 형성된 원형 링 형상의 홈인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 연결부는 적어도 하나의 개구를 갖는 것이 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 제2연장부에 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 안전 플레이트는
    평평한 원형 판 형상으로, 상면에 상기 벤트가 형성된 중심부;
    상기 중심부의 가장자리로부터 하부방향으로 절곡된 단차부; 및
    상기 단차부의 하단으로부터 외측 방향으로 연장된 가장자리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡 조립체는 캡 업과 상기 원통형 캔 사이에 개재된 절연 가스켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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