KR20230063611A - 원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법 - Google Patents

원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230063611A
KR20230063611A KR1020210148843A KR20210148843A KR20230063611A KR 20230063611 A KR20230063611 A KR 20230063611A KR 1020210148843 A KR1020210148843 A KR 1020210148843A KR 20210148843 A KR20210148843 A KR 20210148843A KR 20230063611 A KR20230063611 A KR 20230063611A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plate
secondary battery
electrode
cap assembly
cap
Prior art date
Application number
KR1020210148843A
Other languages
English (en)
Inventor
고성귀
전병민
서근호
박건규
문진영
김대규
김신중
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020210148843A priority Critical patent/KR20230063611A/ko
Priority to US17/975,382 priority patent/US20230133138A1/en
Priority to EP22204861.3A priority patent/EP4175031A1/en
Priority to CN202211361039.7A priority patent/CN116073063A/zh
Publication of KR20230063611A publication Critical patent/KR20230063611A/ko

Links

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
    • H01M50/394—Gas-pervious parts or elements
    • 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
    • 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
    • H01M50/317—Re-sealable arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/049—Processes for forming or storing electrodes in the battery container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • 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
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/184—Sealing members characterised by their shape or structure
    • 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
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • 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
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • H01M50/188—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members the sealing members being arranged between the lid and terminal
    • 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
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H01M50/193—Organic material
    • 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
    • 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
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • H01M50/367—Internal gas exhaust passages forming part of the battery cover or case; Double cover vent systems
    • 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
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/586—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries inside the batteries, e.g. incorrect connections of electrodes
    • 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
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/59—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
    • H01M50/593—Spacers; Insulating plates
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명의 실시 예는 원통형 이차전지에 관한 것으로, 원통형의 캔; 제1 전극판 및 제2 전극판, 세퍼레이터가 권취되며, 상기 캔에 수용되는 전극 조립체; 및 상기 캔과는 절연되고 상기 전극 조립체와는 전기적으로 연결되며, 상기 캔 내부와 연통되도록 디게싱 홀이 관통 형성된 캡 어셈블리를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 디게싱(degassing) 기능이 적용되어 제품 출하 전 발생한 가스 제거가 가능하므로 캔 및 캡 어셈블리의 변형을 감소시킬 수 있다. 또한, 내부 가스 발생에 따른 전극 조립체의 스웰링 발생을 방지하여 이차전지의 성능 저하를 줄일 수 있다.

Description

원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법{Cylindrical secondary battery and manufacturing method of secondary battery}
본 발명의 실시 예는 내부의 가스를 제거할 수 있는 원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비한 전극조립체 및 상기 전극조립체에 함침되어 있는 전해액을 구비한 셀을 포함한다.
이차전지는 용도에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등 외관의 형태가 다양하게 형성될 수 있다. 이 중 원통형 이차전지는 원통형 캔 내부에 전극조립체와 전해액이 수용되고, 캔의 일단을 캡 어셈블리로 밀봉하는 구조이다. 일반적으로 이차전지는 충전 및 방전의 반복과 내부 화학적 요소로 인해 이차전지 내부에서 가스가 발생할 수 있다. 가스의 발생으로 캡 어셈블리 및 캔의 변형이 발생하는 문제가 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 실시 예는 내부의 가스를 제거할 수 있는 원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 원통형 이차전지는 원통형의 캔; 제1 전극판 및 제2 전극판, 세퍼레이터가 권취되며, 상기 캔에 수용되는 전극 조립체; 및 상기 캔과는 절연되고 상기 전극 조립체와는 전기적으로 연결되며, 상기 캔 내부와 연통되도록 디게싱 홀이 관통 형성된 캡 어셈블리를 포함할 수 있다.
상기 캡 어셈블리는, 상기 캔의 일측에 결합되고 상기 디게싱 홀과 이격되어 노치가 형성된 벤트 플레이트, 상기 벤트 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되어 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고 복수의 슬롯이 관통 형성된 캡 다운 플레이트, 상기 벤트 플레이트와 상기 캔 사이에 배치되어 상기 벤트 플레이트와 상기 캔을 상호 절연하는 가스켓을 포함할 수 있다.
상기 벤트 플레이트는 상기 캡 다운 플레이트와 접촉되는 제1 지지부, 상기 제1 지지부의 외측에 연결되어 상기 제1 지지부와 일체로 형성되고 상기 노치가 형성된 벤트부, 상기 벤트부의 외측에 연결되어 상기 벤트부와 일체로 형성되고 상기 가스켓을 사이에 두고 상기 캔에 결합되는 제2 지지부를 포함할 수 있다.
상기 제2 지지부는 상기 벤트부 쪽에 배치되고 상기 벤트부의 두께보다 큰 두께를 갖는 제1 영역, 상기 제1 영역의 두께보다 상대적으로 작은 두께를 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다.
상기 디게싱 홀은 상기 제1 영역에 형성되는 것이 특징이다.
상기 캡 다운 플레이트의 직경은 상기 벤트 플레이트의 직경보다 작고, 가장자리의 상면이 상기 벤트 플레이트의 가장자리 하면 일부와 밀착되어 용접되는 것을 특징으로 한다.
상기 캡 어셈블리는 상기 캔에 조립된 후 상기 디게싱 홀에 압입되어 상기 디게싱 홀을 폐쇄하는 수지 핀 또는 고무 핀을 더 포함할 수 있다.
상기 캡 어셈블리는 상기 캔 내부에서 가스 발생 시 상기 수지 핀 또는 고무 핀의 제거 후 상기 디게싱 홀을 폐쇄하는 밀봉부재를 더 포함할 수 있다.
상기 밀봉부재는 상기 디게싱 홀에 압입되는 압입볼 또는 수지이거나, 상기 디게싱 홀과 암수 구조로 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는, 전극 조립체를 캔에 수용하여 상기 캔과 전기적으로 연결하는 단계; 캡 어셈블리를 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결하는 단계; 상기 캡 어셈블리를 상기 캔에 조립하는 단계; 상기 캡 어셈블리를 관통하는 홀에 수지 핀 또는 고무 핀을 삽입해 상기 홀을 폐쇄하는 단계; 및 가스 발생 시 상기 수지 핀 또는 고무 핀을 제거해 가스 배출 후 상기 캡 어셈블리를 관통하는 홀에 밀봉부재를 결합해 상기 홀을 폐쇄하는 단계를 포함하는 원통형 이차전지의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 디게싱(degassing) 기능이 적용되어 제품 출하 전 발생한 가스 제거가 가능하므로 캔 및 캡 어셈블리의 변형을 감소시킬 수 있다. 또한, 내부 가스 발생에 따른 전극 조립체의 스웰링 발생을 방지하여 이차전지의 성능 저하를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 이차전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 캡 어셈블리의 평면도이다.
도 3은 도 1에 따른 캡 어셈블리의 배면을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1에 따른 캡 어셈블리의 단면도이다.
도 5는 도 4에 따른 캡 어셈블리의 밀봉부재를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀봉부재를 도시한 단면도이다.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예 따른 원통형 이차전지에 대해 상세히 설명하기로 한다(편의상 도 1을 기준으로 위쪽을 상부, 아래쪽을 하부로 정의하고 설명한다).
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 이차전지를 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1에 따른 캡 어셈블리의 평면도이다. 도 3은 도 1에 따른 캡 어셈블리의 배면을 도시한 평면도이다. 도 4는 도 1에 따른 캡 어셈블리의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원통형 이차전지(10)는 원통형의 캔(100)과, 캔(100) 내부에 삽입되는 전극 조립체(200)와, 전극 조립체(200)와 전기적으로 연결되는 제1 전극 집전판(300) 및 제2 전극 집전판(400)과, 캔(100)의 일단에 결합되는 캡 어셈블리(500)를 포함할 수 있다.
캔(100)은 원형의 바닥부(110)와, 바닥부(110)로부터 상부 방향으로 연장된 측부(130)를 포함할 수 있다. 측부(130)는 원통형으로, 상단이 개방되어 개구부를 형성한다. 바닥부(110)와 측부(130)는 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 형성되어 결합될 수도 있다. 이차전지(10)의 제조 공정에서 개구부를 통해 전극 조립체(200)가 전해액과 함께 캔(100)에 수용되고, 개구부에 캡 어셈블리(500)가 결합되어 캔(100)을 밀봉한다. 캔(100)은 스틸, 스틸 합금, 니켈 도금된 스틸, 니켈 도금된 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나, 여기에 한정되지 않는다. 측부(130)의 상단에 인접하여 내측으로 오목하게 비딩부(132)가 형성되고, 비딩부(132)의 상부에 측부(130)의 단부가 벤딩된 크림핑부(134)가 형성될 수 있다. 비딩부(132)는 캡 어셈블리(500)의 하부를 지지하고 크림핑부(134)는 캡 어셈블리(500)의 상부를 지지한다.
전극 조립체(200)는 제1 전극판 및 제2 전극판, 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 제1 전극판은 양면에 양극 활물질층(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등))이 형성된 양극판일 수 있다. 제1 전극판의 일부에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 제1 전극 무지부가 형성될 수 있다. 예시적으로, 제1 전극 무지부는 캔(100)의 개구부를 향하도록 배치될 수 있다. 또한 제2 전극판은 양면에 음극 활물질층(예를 들어, 흑연, 탄소 등)이 형성된 음극판일 수 있다. 제2 전극판의 일부에는 음극 활물질층이 형성되지 않은 제2 전극 무지부가 형성될 수 있다. 예시적으로, 제2 전극 무지부는 캔(100)의 바닥부(110)를 향하도록 배치될 수 있다. 세퍼레이터는 제1 전극판과 제2 전극판의 사이에 개재되어 쇼트를 방지하고, 리튬 이온의 이동만 가능하게 한다. 예시적으로, 제1 전극판은 알루미늄(Al) 포일, 제2 전극판은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 포일일 수 있고, 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 제1 전극판과 제2 전극판 및 세퍼레이터는 대략 원기둥 형태로 권취되어 캔(100) 내부에 수용될 수 있다. 이때, 제1 전극 무지부는 제1 전극 집전판(300)과, 제2 전극 무지부는 제2 전극 집전판(400)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극 집전판(300)은 양극판의 제1 전극 무지부와 용접되고, 제1 전극 리드(310)에 의해 캡 어셈블리(500)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극판과 캡 어셈블리(500)가 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극 집전판(300)은 대략 원판 형상일 수 있다. 또는, 도면에 도시하지는 않았으나 제1 전극판에 기재탭이 형성되고, 제1 전극 집전판(300)이 제1 전극판의 기재탭과 직접 용접될 수도 있다.
제2 전극 집전판(400)은 음극판인 제2 전극 무지부와 용접되고 캔(100)의 바닥부(110)와 용접될 수 있다. 이에 따라, 제2 전극판과 캔(100)이 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극 집전판(400)은 대략 원판 형상일 수 있다. 또는, 도면에 도시하지는 않았으나 제2 전극판에 기재탭이 형성되고, 제2 전극 집전판(400)이 캔(100)의 바닥부(110)와 용접될 수도 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 캡 어셈블리(500)는 벤트 플레이트(510) 및 캡 다운 플레이트(520), 가스켓(530)을 포함할 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 벤트 플레이트(510)는 대략 원판 형상으로, 캡 다운 플레이트(520)와 접촉되는 제1 지지부(512), 제1 지지부(512)와 연결되고 노치(514a)가 형성된 벤트부(514), 벤트부(514)와 연결되고 캔(100)의 측부(130)와 결합되는 제2 지지부(516)를 포함할 수 있다.
제1 지지부(512)는 소정의 두께를 갖는 부분으로, 하면이 캡 다운 플레이트(520)의 상면과 접촉된다. 제1 지지부(512)는 외측으로 갈수록 두께가 점차 감소될 수 있다. 제1 지지부(512)의 외측에 벤트부(514)가 일체로 형성된다.
벤트부(514)는 제1 지지부(512)와 제2 지지부(516)의 사이에 형성되며, 제1 지지부(512) 및 제2 지지부(516)에 비해 상대적으로 얇은 두께를 갖는다. 벤트부(514) 상에는 원형으로 노치(514a)가 형성되며, 가스 발생 시 가스압이 일정 이상이 되면 파단되어 가스 배출 통로가 된다. 노치(514a)는 제2 지지부(516)에 가까운 쪽에 형성될 수 있다.
제2 지지부(516)는 벤트 플레이트(510)의 가장자리 부분으로, 벤트부(514)의 외측에 연결되고 벤트부(514)와 일체로 형성된다. 제2 지지부(516)는 제1 지지부(512)의 두께와 유사하거나 더 두꺼운 두께를 갖는 제1 영역(516a)과, 제1 영역(516a)보다 상대적으로 작은 두께를 갖는 제2 영역(516b)으로 형성될 수 있다. 제1 영역(516a)에 디게싱 홀(516c)이 관통 형성된다. 디게싱 홀(516c)의 형성을 위한 강성 확보를 위해 제1 영역(516a)의 두께가 제2 영역(516b)의 두께나 제1 지지부(512)의 두께보다 크게 형성될 수 있다. 제1 영역(516a)의 상면 높이는 벤트부(514)의 가장자리 높이보다 낮을 수 있다. 반면, 제2 영역(516b)의 상면 높이는 제1 영역(516a)의 상면 높이보다 낮을 수 있다. 제2 영역(516b)의 외측에는 가스켓(530)이 결합되고, 가스켓(530)을 사이에 두고 캔(100)의 크림핑부(134)에 의해 벤트 플레이트(510)가 고정된다. 또한, 제2 영역(516b)의 하면에는 캡 다운 플레이트(520)의 일부가 밀착된다.
디게싱 홀(516c)은 제1 영역(516a)의 상면에서 하면까지 관통 형성된 홀이다. 디게싱 홀(516c)은 제1 영역(516a) 중에서도 노치(514a)에 인접하도록 형성될 수 있다. 예시적으로, 디게싱 홀(516c)은 상부에서 하부로 갈수록 직경이 점차 감소되는 형태를 가질 수 있다. 디게싱 홀(516c)의 하부는 일부가 감소된 직경을 유지하는 형태를 가질 수도 있다. 디게싱 홀(516c)은 캡 다운 플레이트(520)를 통해 캔(100) 내부와 연통된다. 이차전지(10) 내부에 가스 발생 시 캡 다운 플레이트(520)에 형성된 슬롯(522)을 통해 벤트 플레이트(510)와 캡 다운 플레이트(520)의 사이로 가스가 배출된 후 디게싱 홀(516c)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 제1 지지부(512)의 하면은 제2 지지부(516)의 하면보다 하부를 향해 돌출될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 캡 다운 플레이트(520)는 벤트 플레이트(510)의 하부에 배치되며, 벤트 플레이트(510) 및 제1 전극 집전판(300)과 전기적으로 연결된다. 도 1에 캡 다운 플레이트(520)가 제1 전극 집전판(300)과 제1 전극 리드(310)에 의해 전기적으로 연결되는 것으로 도시하였으나, 캡 다운 플레이트(520)가 제1 전극 집전판(300)과 용접되어 직결될 수도 있다. 캡 다운 플레이트(520)는 대략 원판 형상으로, 벤트 플레이트(510)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 캡 다운 플레이트(520)는 가장자리의 상면이 벤트 플레이트(510)의 제2 지지부(516) 하면에 밀착된다. 이 부분을 제3 지지부(526)로 정의한다. 제3 지지부(526)를 기준으로 다른 부분은 제3 지지부(526)보다 상면의 높이가 낮을 수 있다. 즉, 제3 지지부(526)를 제외한 캡 다운 플레이트(520)의 상면은 제1 전극 집전판(300)을 향해 오목하게 형성될 수 있다. 캡 다운 플레이트(520)의 판면에는 가스 발생 시 유로가 되는 복수의 슬롯(524)이 관통 형성될 수 있다. 슬롯(524)은 캡 다운 플레이트(520)의 중앙 부위 및 제3 지지부(526)의 사이에 형성될 수 있다.
캡 다운 플레이트(520)의 상면은 제1 지지부(512)의 하면과 밀착되고, 제3 지지부(526)의 상면은 제2 지지부(516)의 하면과 밀착된다. 제2 지지부(516)와 제3 지지부(526)가 밀착된 부분을 용접하여 용접부가 형성될 수 있다. 제2 지지부(516)와 제3 지지부(526)가 서로 용접되므로, 이차전지(10) 내부에 가스 발생 시 노치(514a)가 파단되어 제1 지지부(512) 부분이 제거되더라도 벤트 플레이트(510)와 캡 다운 플레이트(520)의 결합이 유지되므로 전극 조립체(200)와 캡 어셈블리(500)의 전기적 연결이 유지된다.
도 1을 참조하면, 가스켓(530)은 대략 링 형상이며, 소정의 폭으로 형성될 수 있다. 가스켓(530)은 제2 지지부(516) 중 제2 영역(516b)의 일부 또는 전부를 감싸도록 형성될 수 있다. 가스켓(530)에 의해 캡 어셈블리(500)는 캔(100)과는 절연되고 제1 전극 집전판(300)과는 전기적으로 연결된다. 따라서 제1 전극 집전판(300)이 양극 집전판인 경우, 캡 어셈블리(500)는 양극 역할을 할 수 있다.
이하에서는 전술한 구조를 갖는 이차전지의 제조 방법에 대해 간단히 설명하기로 한다.
도 5는 도 4에 따른 캡 어셈블리의 밀봉부재를 도시한 단면도이다.
전극 조립체(200)에 제1 전극 집전판(300) 및 제2 전극 집전판(400)을 각각 용접한 후, 제1 전극 집전판(300)이 상부를 향햐도록 전극 조립체(200)를 캔(100)에 삽입하고 전해액을 주입한다. 벤트 플레이트(510)와 캡 다운 플레이트(520)를 용접하고 가스켓(530)을 결합해 캡 어셈블리(500)를 형성한 후, 측부(130)의 비딩부(132) 상에 캡 어셈블리(500)를 안착시킨다. 그 후 크림핑부(134)를 형성하여 캡 어셈블리(500)를 캔(100)에 조립하게 된다.
이 상태에서 임시로 수지 핀(예: PP, PE 등)이나 고무 핀 등을 디게싱 홀(516c)에 압입해 이차전지(10)를 밀폐하게 된다. 즉, 이차전지(10)의 조립 공정 동안 디게싱 홀(516c)이 수지 핀 또는 고무 핀에 의해 임시로 밀폐되는 것이다.
이차전지(10)의 출시 전 충방전에 의해 내부에 가스 발생 시 수지를 제거해 디게싱 홀(516c)을 통해 내부 가스를 배출시킬 수 있다. 가스 배출이 완료되면 도 5에서와 같이 밀봉부재(540)를 디게싱 홀(516c)에 압입해 디게싱 홀(516c)을 폐쇄할 수 있다. 예시적으로, 밀봉부재(540)는 압입볼 또는 수지 등을 포함할 수 있다. '압입'공정을 위해 디게싱 홀(516c)의 크기보다 밀봉부재(540)의 크기가 크게 형성될 수 있다.
한편, 전술한 밀봉부재 대신 다른 형태가 적용될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀봉부재를 도시한 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀봉부재(540')는 압입이 아닌 삽입 형태로 디게싱 홀(516c')에 결합될 수 있다. 즉, 밀봉부재(540')를 디게싱 홀(516c')의 형상 및 크기에 대응하는 형상 및 크기를 갖도록 제작하여 디게싱 홀(516c')을 밀봉하는 것이다. 이때 밀봉부재(540')가 디게싱 홀(516c')에서 분리되거나 가스가 새지 않도록 밀봉부재(540')와 디게싱 홀(516c')은 암수 구조로 만들어질 수 있다. 암수 구조는 나사산과 나사홈 구조, 요철 구조, 테이퍼진 후크와 후크홈 구조 등 다양한 구조를 적용할 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.
10: 이차전지 100: 캔
200: 전극 조립체 300: 제1 전극 집전판
400: 제2 전극 집전판 500: 캡 어셈블리
510: 벤트 플레이트 512a: 디게싱 홀
514a: 노치 520: 캡 다운 플레이트
522: 관통홀 530: 가스켓
540: 캡 마개 550: 리벳

Claims (10)

  1. 원통형의 캔;
    제1 전극판 및 제2 전극판, 세퍼레이터가 권취되며, 상기 캔에 수용되는 전극 조립체; 및
    상기 캔과는 절연되고 상기 전극 조립체와는 전기적으로 연결되며, 상기 캔 내부와 연통되도록 디게싱 홀이 관통 형성된 캡 어셈블리를 포함하는 원통형 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리는,
    상기 캔의 일측에 결합되고 상기 디게싱 홀과 이격되어 노치가 형성된 벤트 플레이트, 상기 벤트 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되어 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고 복수의 슬롯이 관통 형성된 캡 다운 플레이트, 상기 벤트 플레이트와 상기 캔 사이에 배치되어 상기 벤트 플레이트와 상기 캔을 상호 절연하는 가스켓을 포함하는, 원통형 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트는 상기 캡 다운 플레이트와 접촉되는 제1 지지부, 상기 제1 지지부의 외측에 연결되어 상기 제1 지지부와 일체로 형성되고 상기 노치가 형성된 벤트부, 상기 벤트부의 외측에 연결되어 상기 벤트부와 일체로 형성되고 상기 가스켓을 사이에 두고 상기 캔에 결합되는 제2 지지부를 포함하는, 원통형 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 지지부는 상기 벤트부 쪽에 배치되고 상기 벤트부의 두께보다 큰 두께를 갖는 제1 영역, 상기 제1 영역의 두께보다 상대적으로 작은 두께를 갖는 제2 영역을 포함하는, 원통형 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 디게싱 홀은 상기 제1 영역에 형성되는, 원통형 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 캡 다운 플레이트의 직경은 상기 벤트 플레이트의 직경보다 작고, 가장자리의 상면이 상기 벤트 플레이트의 가장자리 하면 일부와 밀착되어 용접되는 것을 특징으로 하는, 원통형 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리는 상기 캔에 조립된 후 상기 디게싱 홀에 압입되어 상기 디게싱 홀을 폐쇄하는 수지 핀 또는 고무 핀을 더 포함하는, 원통형 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리는 상기 캔 내부에서 가스 발생 시 상기 수지 핀 또는 고무 핀의 제거 후 상기 디게싱 홀을 폐쇄하는 밀봉부재를 더 포함하는, 원통형 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 밀봉부재는 상기 디게싱 홀에 압입되는 압입볼 또는 수지이거나, 상기 디게싱 홀과 암수 구조로 결합되는 것을 특징으로 하는, 원통형 이차전지.
  10. 전극 조립체를 캔에 수용하여 상기 캔과 전기적으로 연결하는 단계;
    캡 어셈블리를 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결하는 단계;
    상기 캡 어셈블리를 상기 캔에 조립하는 단계;
    상기 캡 어셈블리를 관통하는 홀에 수지 핀 또는 고무 핀을 삽입해 상기 홀을 폐쇄하는 단계; 및
    가스 발생 시 상기 수지 핀 또는 고무 핀을 제거해 가스 배출 후 상기 캡 어셈블리를 관통하는 홀에 밀봉부재를 결합해 상기 홀을 폐쇄하는 단계를 포함하는, 원통형 이차전지의 제조방법.
KR1020210148843A 2021-11-02 2021-11-02 원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법 KR20230063611A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210148843A KR20230063611A (ko) 2021-11-02 2021-11-02 원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법
US17/975,382 US20230133138A1 (en) 2021-11-02 2022-10-27 Cylindrical secondary battery and method for manufacturing the same
EP22204861.3A EP4175031A1 (en) 2021-11-02 2022-11-01 Cylindrical secondary battery and method for manufacturing the same
CN202211361039.7A CN116073063A (zh) 2021-11-02 2022-11-02 圆柱形二次电池和用于制造该圆柱形二次电池的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210148843A KR20230063611A (ko) 2021-11-02 2021-11-02 원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230063611A true KR20230063611A (ko) 2023-05-09

Family

ID=84047740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210148843A KR20230063611A (ko) 2021-11-02 2021-11-02 원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230133138A1 (ko)
EP (1) EP4175031A1 (ko)
KR (1) KR20230063611A (ko)
CN (1) CN116073063A (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06187957A (ja) * 1992-12-18 1994-07-08 Toshiba Battery Co Ltd 非水電解液電池
US9337459B2 (en) * 2011-09-29 2016-05-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Sealed secondary battery
KR102642159B1 (ko) * 2016-09-20 2024-03-04 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
WO2019026526A1 (ja) * 2017-07-31 2019-02-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 円筒形電池
CN207938663U (zh) * 2018-01-31 2018-10-02 比亚迪股份有限公司 盖板组件、电池、电池组和车辆

Also Published As

Publication number Publication date
CN116073063A (zh) 2023-05-05
EP4175031A1 (en) 2023-05-03
US20230133138A1 (en) 2023-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20230158443A (ko) 이차전지
KR20180080847A (ko) 이차 전지
US20230253568A1 (en) Secondary battery
KR20230063611A (ko) 원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법
KR20230063612A (ko) 원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법
KR102545593B1 (ko) 원통형 이차전지 및 이차전지의 제조방법
KR102571628B1 (ko) 이차 전지
US20230231242A1 (en) Secondary battery
US20230223643A1 (en) Secondary battery
KR102530339B1 (ko) 이차전지
US20230231284A1 (en) Secondary battery
US20230223622A1 (en) Secondary battery
US20230361392A1 (en) Cylindrical secondary battery
US20230207934A1 (en) Secondary battery and manufacturing method of secondary battery
KR102577169B1 (ko) 원통형 이차 전지
EP4224623A1 (en) Cylindrical secondary battery
EP4362178A1 (en) Cylindrical secondary battery
CN115298892A (zh) 圆柱形二次电池
KR20230068730A (ko) 원통형 이차전지
KR20230119388A (ko) 원통형 이차 전지
CN118140347A (zh) 圆柱形二次电池和用于二次电池的制造方法
KR20230003993A (ko) 이차전지
KR20230003992A (ko) 이차전지
KR20240031291A (ko) 이차전지
KR20210147563A (ko) 이차 전지 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right