KR20220084690A - 원통형 이차 전지 - Google Patents
원통형 이차 전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220084690A KR20220084690A KR1020200174409A KR20200174409A KR20220084690A KR 20220084690 A KR20220084690 A KR 20220084690A KR 1020200174409 A KR1020200174409 A KR 1020200174409A KR 20200174409 A KR20200174409 A KR 20200174409A KR 20220084690 A KR20220084690 A KR 20220084690A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cap
- vent
- safety vent
- cylindrical
- secondary battery
- Prior art date
Links
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- -1 aluminum-manganese Chemical compound 0.000 claims description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910018134 Al-Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018182 Al—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018467 Al—Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018464 Al—Mg—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920001748 polybutylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
- H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/147—Lids or covers
- H01M50/148—Lids or covers characterised by their shape
- H01M50/152—Lids or covers characterised by their shape for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/147—Lids or covers
- H01M50/155—Lids or covers characterised by the material
- H01M50/157—Inorganic material
- H01M50/159—Metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/147—Lids or covers
- H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
- H01M50/169—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids by welding, brazing or soldering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/147—Lids or covers
- H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
- H01M50/171—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids using adhesives or sealing agents
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 해결하고자 하는 기술적 과제는 제조 공정 중 또는 사용 중 부품 변형을 방지할 수 있는 원통형 이차 전지를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명의 실시 예는 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 수용되는 전극 조립체; 및 상기 원통형 캔을 막아 상기 전극 조립체를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡 조립체는 캡업, 상기 캡업 하부의 캡다운 및 상기 캡업과 상기 캡다운 사이의 안전벤트를 포함하되, 상기 캡다운의 연신율과 상기 안전벤트의 연신율이 서로 다른, 원통형 이차 전지를 제공한다.
Description
본 발명의 실시 예는 원통형 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 원통형 이차 전지는 원통 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 원통 형태의 캔과, 캔의 상단 개구부에 결합되어 캔을 밀봉하고 전극 조립체에서 발생되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡 조립체를 포함한다.
캡 조립체는 캔의 내부 압력이 임계값보다 클 경우 내부 가스를 외부로 방출하는 안전벤트를 갖는다. 일반적으로 캔의 내부 압력은 온도에 비례하므로, 이차 전지가 고온의 환경에 놓여졌을 때, 예상치 못하게 안전벤트가 상대적으로 빨리 개방되는 문제가 있었다.
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 실시 예는 고온의 환경에서 안전벤트의 개방 시간을 지연시킬 수 있는 원통형 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 원통형 이차 전지는 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 수용되는 전극 조립체; 및 상기 원통형 캔을 막아 상기 전극 조립체를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡 조립체는 캡업, 상기 캡업 하부의 캡다운 및 상기 캡업과 상기 캡다운 사이의 안전벤트를 포함하되, 상기 캡다운의 연신율과 상기 안전벤트의 연신율이 서로 다를 수 있다.
상기 캡다운의 연신율이 상기 안전벤트의 연신율보다 높을 수 있다.
상기 안전벤트와 상기 캡다운은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
상기 안전벤트는 알루미늄-망간(Al-Mn)계 합금을 포함할 수 있고, 상기 캡다운은 순도 99%보다 높은 순 알루미늄(pure Al)을 포함할 수 있다.
상기 안전벤트는 3003 또는 3005 계열 알루미늄 합금을 포함할 수 있고, 상기 캡다운은 1050 계열 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
상기 안전벤트와 상기 캡다운은 레이저 용접에 의해 상호간 접속될 수 있다.
상기 안전벤트는 상기 캡업과 접촉하는 벤트 접촉부와, 상기 벤트 접촉부로부터 하향 경사진 벤트 경사부와, 상기 벤트 경사부로부터 평행하게 연장된 벤트 바닥부와, 상기 벤트 바닥부로부터 돌출되어 상기 캡다운에 접속된 벤트 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 캡다운은 상기 안전벤트와 연결링을 통하여 접촉하는 캡다운 접촉부; 상기 캡다운 접촉부로부터 하향 경사진 캡다운 경사부; 상기 캡다운 경사부로부터 평행하게 연장된 캡다운 바닥부; 상기 캡다운 바닥부를 관통하는 관통홀; 상기 캡다운 바닥부의 하면에 형성되어 상기 벤트 돌출부와 접속되는 캡다운 요홈부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 고온의 환경에서 안전벤트의 개방 시간을 지연시킬 수 있는 원통형 이차 전지를 제공한다. 일부 예들에서, 상호간 접속된 안전벤트와 캡다운의 연신율이 상이함으로써, 고온 환경에서 안전벤트의 개방 시간이 지연될 수 있다. 일부 예들에서, 캡다운의 연신율이 안전벤트의 연신율보다 높음으로써, 고온의 환경 하에서 캔의 내부 압력 증가시 캡다운이 충분히 연신된 이후 캡다운과 안전벤트가 상호간 분리(또는 파단)됨으로써, 고온 환경에서 안전벤트의 개방 시간이 지연될 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 이차 전지중 캡 조립체를 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 이차 전지중 캡 조립체의 동작을 도시한 반단면도이다.
도 4는 비교 예에 따른 원통형 이차 전지중 캡 조립체의 동작을 도시한 반단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 안전벤트 및 비교예에 따른 안전벤트의 내압과 변위량 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 이차 전지중 캡 조립체를 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 이차 전지중 캡 조립체의 동작을 도시한 반단면도이다.
도 4는 비교 예에 따른 원통형 이차 전지중 캡 조립체의 동작을 도시한 반단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 안전벤트 및 비교예에 따른 안전벤트의 내압과 변위량 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 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 실시 예를 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 다양한 실시 예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 원통형 캔(110)과, 원통형 전극 조립체(120)와, 캡 조립체(140)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 이차 전지(100)는 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 원통형 측부(112)를 포함할 수 있다. 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. 일부 예들에서, 원통형 캔(110)은 스틸, 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 원통형 캔(110)은 전극 조립체(120) 및 캡 조립체(140)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(140)를 중심으로 그 하부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)를 포함할 수 있고, 그 상부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(120)는 원통형 캔(110)의 내부에 수용될 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)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(121), 양극판(122) 및 세퍼레이터(123)는 대략 원기둥 형태로 권취될 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(121)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 포일, 양극판(122)은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)를 각각 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 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. 일부 예들에서, 음극탭(124)은 구리 또는 니켈 재질, 양극탭(125)은 알루미늄 재질을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 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.
일부 예들에서, 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 할 수 있다. 일부 예들에서, 제1절연판(126)은 전극 조립체(120) 중 양극판(122)이 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 제1홀(126a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 센터핀(130)을 통해 상부로 신속히 이동하도록 할 수 있고, 제2홀(126b)은 음극탭(124)이 관통하여 바닥부(111)에 용접될 수 있도록 할 수 있다.
일부 예들에서, 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 할 수 있다. 일부 예들에서, 제2절연판(127)은 전극 조립체(120) 중 음극판(121)이 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉하지 않도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 제1홀(127a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 캡 조립체(140)로 신속히 이동하도록 할 수 있고, 제2홀(127b)은 양극탭(125)이 관통하도록 하여 캡 조립체(140)에 용접되도록 할 수 있다. 또한 나머지 제2홀(127b)은 전해액 주입 공정에서, 전해액이 전극 조립체(120)로 신속히 흘러 들어가도록 할 수 있다.
일부 예들에서, 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.
일부 예들에서, 센터핀(130)은 속이 비어 있는 원형 파이프 형태로서, 전극 조립체(120)의 대략 중앙에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 센터핀(130)은 스틸, 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 폴리부틸렌 테프탈레이트(PolyButylene Terepthalate)을 포함할 수 있다. 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(141a)을 갖는 캡업(cap-up)(141), 캡업(141)의 하부에 위치된 안전벤트(142), 안전벤트(142)의 하부에 위치된 연결링(143), 안전벤트(142) 및 연결링(143)의 하부에 위치되고 다수의 관통홀(144a)을 가지며, 양극탭(125)과 전기적으로 접속된 캡다운(cap-down)(144)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 캡 조립체(140)는 캡업(141), 안전벤트(143) 및 캡다운(144)을 원통형 캔(110)의 측부(111)로부터 절연시키는 절연 가스켓(145)을 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 절연 가스켓(145)은 실질적으로 원통형 캔(110)의 측부(111)에 형성된 비딩부(113)와 크림핑부(114)의 사이에 압착될 수 있다. 일부 예들에서, 캡업(141)의 관통홀(141a) 및 상기 캡다운(144)의 관통홀(144a)은 원통형 캔(110)의 내부에서 이상 내압 발생시 내부 가스를 외부로 배출할 수 있다. 일부 예들에서, 내부 가스가 캡다운(144)의 관통홀(144a)을 통해 안전벤트(143)를 상부 방향으로 반전시켜, 안전벤트(143)가 캡다운(144)으로부터 전기적으로 분리되고, 이어서 안전벤트(144)가 찢어지면서(개방되면서) 내부의 가스가 캡업(141)의 관통홀(141a)을 통해 외부로 방출될 수 있다.
일부 예들에서, 원통형 캔(110)의 내측에는 전해액(도면에 도시되지 않음)이 주액될 수 있으며, 이는 충방전시 전지 내부의 음극판(121) 및 양극판(122)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하도록 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머 또는 고체(solid) 전해질을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 이차 전지(100)중 캡 조립체(140)를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 캡 조립체(140)는 캡업(141), 캡업(141)의 하부에 배치된 안전벤트(142), 안전벤트(142)의 하부에 배치된 연결링(143) 및 연결링(143)의 하부에 배치된 캡다운(144)을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 캡업(141)은 안전벤트(142)와 접촉하는 캡업 접촉부(141b)와, 캡업 접촉부(141b)로부터 상향 경사지고 다수의 관통홀(141a)을 갖는 캡업 경사부(141c)와, 캡업 경사부(141c)로부터 평행하게 연장된 캡업 천장부(141d)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 캡업 천장부(141d)에 외부 장치가 전기적으로 접속될 수 있다.
일부 예들에서, 안전벤트(142)는 캡업(141)의 캡업 접촉부(141b)와 접촉하는 벤트 접촉부(142a)와, 벤트 접촉부(142a)로부터 하향 경사진 벤트 경사부(142b)와, 벤트 경사부(142b)로부터 평행하게 연장된 벤트 바닥부(142c)와, 벤트 바닥부(142c)로부터 돌출되어 캡다운(144)에 접촉(접속 또는 연결)하는 벤트 돌출부(142d)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 벤트 돌출부(142d)의 지름(길이 또는 넓이)이 벤트 바닥부(142c)의 지름(길이 또는 넓이)에 대하여 대략 60% 내지 대략 100%일 수 있다. 일부 예들에서, 벤트 돌출부(142d)가 캡다운(144)에 레이저 또는 초음파로 용접됨으로써, 벤트 돌출부(142d)와 캡다운(144)은 상호간 접촉(접속 또는 연결)될 수 있다.
일부 예들에서, 벤트 접촉부(142a)는 다수회 절곡되어 캡업 접촉부(141b)의 하면, 측면 및 상면에 각각 접촉할 수 있다. 일부 예들에서, 벤트 바닥부(142c)는 벤트 돌출부(142d)와 대향되는 상면에 형성된 대략 평평한 벤트 요홈부(142e)를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 평평한 벤트 요홈부(142e)는 벤트 바닥부(142c)에 벤트 돌출부(142d)를 형성하기 위한 금형에 의해 가압되어 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 안전벤트(142)의 벤트 바닥부(142c)는 벤트 돌출부(142d)와 대향되는 상면에 형성된 대략 라인 형태의 벤트 요홈(142f)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 라인 형태의 벤트 요홈(142f)은 전지 내부의 압력이 미리 설정된 압력보다 높을 경우 파단되어(개방되어), 내부의 가스를 외부로 방출하도록 한다.
일부 예들에서, 캡다운(144)은 연결링(143)에 접촉하는 캡다운 접촉부(144b)와, 캡다운 접촉부(144b)로부터 하향 경사진 캡다운 경사부(144c)와, 캡다운 경사부(144c)로부터 평행하게 연장된 캡다운 바닥부(144d)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 연결링(143)은 벤트 접촉부(142a)와 캡다운 접촉부(144b)의 사이에 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 캡업(141), 안전벤트(142) 및 캡다운(144)은 금속 재료(예를 들면, 알루미늄, 구리 또는 니켈)를 포함하나, 연결링(143)은 절연 재료(예를 들면, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌)를 포함할 수 있다. 여기서, 안전벤트(142) 및 캡다운(144)을 이루는 금속 재료 및 연신율에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.
일부 예들에서, 캡다운 바닥부(144d)는 캡다운 바닥부(144d)를 관통하는 관통홀(144a)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 벤트 바닥부(142c)와 캡다운 바닥부(144d)의 사이에 이격 공간(S)이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 벤트 바닥부(142c)와 캡다운 바닥부(144d) 사이의 수직 이격 거리는 대략 0.20 mm 내지 대략 30 mm일 수 있다. 상기 이격 거리가 클 수록 상부 방향으로의 캡다운(144)의 연신 공간이 넓게 확보될 수 있다. 일부 예들에서, 캡다운(144)은 하면에 형성된 평평한 캡다운 요홈부(144e)를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 음극탭(125)(도 1b 참조)은 평평한 캡다운 요홈부(144e)의 외측인 캡다운 바닥부(144d)에 용접될 수 있다.
일부 예들에서, 캡다운(144)의 연신율(%)과 안전벤트(142)의 연신율(%)이 서로 다를 수 있다.
일부 예들에서, 캡다운(144)의 연신율(%)이 안전벤트(142)의 연신율(%)보다 높을 수 있다.
일부 예들에서, 안전벤트(142)와 캡다운(144)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있으나, 캡다운(144)의 연신율(%)이 안전벤트(142)의 연신율(%)보다 높을 수 있다.
일부 예들에서, 캡다운(144)은 1000 계열의 알루미늄을 포함할 수 있고, 안전벤트(142)는 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열 및 7000 계열 중 어느 한 계열의 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 캡다운(144)은 순도 99%보다 높은 순 알루미늄(pure Al)을 포함할 수 있고, 안전벤트(142)는 Al-Cu계 합금, Al-Mn계 합금, Al-Si계 합금, Al-Mg계 합금, Al-Mg-Si계 합금 및 Al-Zn-(Mg,Cu)계 합금 중 어느 하나의 합금을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 캡다운(144)은 1050 계열 알루미늄 합금을 포함할 수 있고, 안전벤트(142)는 3003 계열 또는 3005 계열의 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 이차 전지중 캡 조립체의 동작을 도시한 반단면도이고, 도 4는 비교 예에 따른 원통형 이차 전지중 캡 조립체의 동작을 도시한 반단면도이다.
여기서, 도 4는 안전벤트(142)와 캡다운(144)의 재질이 동일한 경우, 예를 들면, 안전벤트(142)와 캡다운(144)의 재질이 모두 3000 계열의 강성 재질인 알루미늄 합금일 경우, 내압 증가에 따른 안전벤트(142)의 동작을 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 캡다운(144)의 연신율이 안전벤트(142)의 연신율보다 클 경우(즉, 캡다운의 재질이 연성 재질인 경우), 캡다운(144)은 캔(110)의 내부 압력이 증가함에 따라, 상부 방향으로 소정 길이 연신된 이후, 안전벤트(142)가 캡다운(144)으로부터 분리될 수 있다. 이후 캔(110)의 내부 압력이 더 증가하면, 결국 안전벤트(142)가 파단되면서 개방되어 캔(110)의 내부 가스가 외부로 방출되도록 한다. 특히, 이차 전지(100)가, 예를 들면, 대략 80℃ 내지 대략 100℃의 고온 환경에 놓인 상태에서, 캔(110)의 내부 압력이 임계값에 도달할 경우, 안전벤트(142)가 바로 동작하는 것이 아니라, 상술한 바와 같이 캡다운(144)이 상부 방향으로 연신된 이후, 안전벤트(142)가 캡다운(144)으로부터 분리되고, 이후 안전벤트(142)가 개방됨으로써, 이차 전지(100)가 고온의 환경에 놓였을 경우, 안전벤트(142)의 동작을 늦츨 수 있다.
그러나, 도 4에 도시된 비교예에서와 같이, 예를 들면, 안전벤트(142)와 캡다운(144)의 재질이 모두 강성 재질인 3000 계열의 알루미늄 합금일 경우, 캡다운(144)의 연신없이 캡다운(144)으로부터 안전벤트(142)가 바로 분리되고 또한 안전벤트(142)가 바로 개방됨으로써, 안전벤트(142)가 너무 빨리 개방된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 안전벤트 및 비교예에 따른 안전벤트의 내압과 변위량 사이의 관계를 도시한 그래프이다. 도 5에서 X축은 내압(kgf/cm2)이고, Y축은 안전벤트의 변위량이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 고온의 환경에서 비교예와 같이 캡다운 및 안전벤트가 모두 강성 재질일 경우, 대략 14의 내압에서 안전벤트가 개방되는 반면, 실시 예와 같이 캡다운은 연성 재질이고 안전벤트는 강성 재질일 경우, 대략 17의 내압에서 안전벤트가 개방되었다. 따라서, 고온의 환경에서 캡다운의 재질이 안전벤트의 재질에 비해 연성 재질일 경우, 안전벤트의 개방 시간을 지연시킬 수 있고, 이에 따라 이차 전지의 고온 특성이 향상될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 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; 캔
120; 전극 조립체 140; 캡 조립체
141; 캡업 141a; 관통홀
141b; 캡업 접촉부 141c; 캡업 경사부
141d; 캡업 천장부 142; 안전벤트
142a; 벤트 접촉부 142b; 벤트 경사부
142c; 벤트 바닥부 142d; 벤트 돌출부
142e; 벤트 요홈부 142f; 벤트 요홈
143; 연결링 144; 캡다운
144a; 관통홀 144b; 캡다운 접촉부
144c; 캡다운 경사부 144d; 캡다운 바닥부
144e; 캡다운 요홈부
120; 전극 조립체 140; 캡 조립체
141; 캡업 141a; 관통홀
141b; 캡업 접촉부 141c; 캡업 경사부
141d; 캡업 천장부 142; 안전벤트
142a; 벤트 접촉부 142b; 벤트 경사부
142c; 벤트 바닥부 142d; 벤트 돌출부
142e; 벤트 요홈부 142f; 벤트 요홈
143; 연결링 144; 캡다운
144a; 관통홀 144b; 캡다운 접촉부
144c; 캡다운 경사부 144d; 캡다운 바닥부
144e; 캡다운 요홈부
Claims (8)
- 원통형 캔;
상기 원통형 캔에 수용되는 전극 조립체; 및
상기 원통형 캔을 막아 상기 전극 조립체를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고,
상기 캡 조립체는 캡업, 상기 캡업 하부의 캡다운 및 상기 캡업과 상기 캡다운 사이의 안전벤트를 포함하되, 상기 캡다운의 연신율과 상기 안전벤트의 연신율이 서로 다른, 원통형 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 캡다운의 연신율이 상기 안전벤트의 연신율보다 높은, 원통형 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 안전벤트와 상기 캡다운은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는, 원통형 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 안전벤트는 알루미늄-망간(Al-Mn)계 합금을 포함하고,
상기 캡다운은 순도 99%보다 높은 순 알루미늄(pure Al)을 포함하는, 원통형 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 안전벤트는 3003 또는 3005 계열 알루미늄 합금을 포함하고,
상기 캡다운은 1050 계열 알루미늄 합금을 포함하는, 원통형 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 안전벤트와 상기 캡다운은 레이저 용접에 의해 상호간 접속된, 원통형 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 안전벤트는 상기 캡업과 접촉하는 벤트 접촉부와, 상기 벤트 접촉부로부터 하향 경사진 벤트 경사부와, 상기 벤트 경사부로부터 평행하게 연장된 벤트 바닥부와, 상기 벤트 바닥부로부터 돌출되어 상기 캡다운에 접속된 벤트 돌출부를 포함하는, 원통형 이차 전지. - 제 7 항에 있어서,
상기 캡다운은 상기 안전벤트와 연결링을 통하여 접촉하는 캡다운 접촉부;
상기 캡다운 접촉부로부터 하향 경사진 캡다운 경사부;
상기 캡다운 경사부로부터 평행하게 연장된 캡다운 바닥부;
상기 캡다운 바닥부를 관통하는 관통홀;
상기 캡다운 바닥부의 하면에 형성되어 상기 벤트 돌출부와 접속되는 캡다운 요홈부를 포함하는, 원통형 이차 전지.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200174409A KR20220084690A (ko) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | 원통형 이차 전지 |
| US18/249,939 US20230395932A1 (en) | 2020-12-14 | 2021-11-11 | Cylindrical secondary battery |
| EP21906863.2A EP4262002A1 (en) | 2020-12-14 | 2021-11-11 | Cylindrical secondary battery |
| PCT/KR2021/016461 WO2022131558A1 (ko) | 2020-12-14 | 2021-11-11 | 원통형 이차 전지 |
| CN202180072374.2A CN116368667A (zh) | 2020-12-14 | 2021-11-11 | 圆柱形二次电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200174409A KR20220084690A (ko) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | 원통형 이차 전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220084690A true KR20220084690A (ko) | 2022-06-21 |
Family
ID=82059639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200174409A KR20220084690A (ko) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | 원통형 이차 전지 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230395932A1 (ko) |
| EP (1) | EP4262002A1 (ko) |
| KR (1) | KR20220084690A (ko) |
| CN (1) | CN116368667A (ko) |
| WO (1) | WO2022131558A1 (ko) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100948001B1 (ko) * | 2006-12-11 | 2010-03-18 | 주식회사 엘지화학 | 안전성이 강화된 클림핑 형상의 리튬이온 이차전지 |
| KR101111073B1 (ko) * | 2007-09-12 | 2012-02-15 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지용 캡 어셈블리 |
| KR101772266B1 (ko) * | 2014-09-19 | 2017-08-30 | 신흥에스이씨주식회사 | 우수한 전기차단성을 구비한 이차전지용 캡조립체 및 그 이차전지 |
| KR102308423B1 (ko) * | 2017-04-24 | 2021-10-05 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 형상 기억 합금체가 형성되어 있는 탑 캡을 구비하는 전지셀 |
| CN111566846B (zh) * | 2017-12-13 | 2022-10-21 | 三星Sdi株式会社 | 二次电池 |
-
2020
- 2020-12-14 KR KR1020200174409A patent/KR20220084690A/ko unknown
-
2021
- 2021-11-11 CN CN202180072374.2A patent/CN116368667A/zh active Pending
- 2021-11-11 US US18/249,939 patent/US20230395932A1/en active Pending
- 2021-11-11 EP EP21906863.2A patent/EP4262002A1/en active Pending
- 2021-11-11 WO PCT/KR2021/016461 patent/WO2022131558A1/ko unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230395932A1 (en) | 2023-12-07 |
| EP4262002A1 (en) | 2023-10-18 |
| WO2022131558A1 (ko) | 2022-06-23 |
| CN116368667A (zh) | 2023-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102586877B1 (ko) | 이차 전지 | |
| KR102430748B1 (ko) | 원통형 이차 전지 | |
| US20240047817A1 (en) | Cylindrical lithium ion secondary battery | |
| KR102461576B1 (ko) | 원통형 리튬 이온 이차 전지 | |
| KR102397764B1 (ko) | 원통형 리튬 이온 이차 전지 | |
| EP3951915A1 (en) | Secondary battery | |
| KR102618121B1 (ko) | 이차 전지 | |
| KR102410911B1 (ko) | 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지 | |
| KR102430747B1 (ko) | 이차 전지 | |
| EP4311005A1 (en) | Secondary battery | |
| KR20220084690A (ko) | 원통형 이차 전지 | |
| KR20220041551A (ko) | 원통형 이차 전지 | |
| KR102619896B1 (ko) | 원통형 이차 전지 | |
| KR102577169B1 (ko) | 원통형 이차 전지 | |
| US20230327245A1 (en) | Cylindrical secondary battery | |
| KR20240050306A (ko) | 이차 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR20230129318A (ko) | 이차 전지 |