KR20230119388A - 원통형 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 개시에 따른 원통형 이차 전지는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 갖는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수용되고, 하단부가 개방되며 음극판과 전기적으로 접속된 원통형 캔; 상기 원통형 캔의 상면을 관통하여 상기 양극판과 전기적으로 접속된 리벳 단자; 및 상기 원통형 캔의 하단부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡조립체는, 캡 플레이트; 및 상기 캡 플레이트의 표면 전체를 덮는 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 개시는 원통형 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 원통형 리튬 이온 이차 전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 원기둥 형태로 권취된 전극 조립체와, 전극 조립체가 수용되는 원통형 캔과, 원통형 캔의 상부를 밀폐하는 캡 조립체 및 원통형 캔에 주입되는 전해액을 포함한다.
또한, 원통형 리튬 이온 이차 전지는 캡 조립체와 원통형 캔 사이에 삽입되어 캡 조립체와 원통형 캔 사이를 밀폐하는 가스켓을 포함한다. 이러한 가스켓은 이차 전지의 사용 시간이 증가됨에 따라 또는 전지 내부의 압력이 상승하는 경우에 캡 조립체 또는 원통형 캔과의 밀착성이 저하될 가능성이 있다. 원통형 리튬 이온 이차 전지는 가스켓의 밀폐력이 저하되는 경우에 전해액이 캡 조립체와 가스켓 사이 또는 가스켓과 원통형 캔 사이를 통하여 누출될 가능성이 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 개시는 캡 조립체를 구성하는 캡 플레이트와 가스켓이 인서트 사출에 의해 일체형으로 형성되어 캡 플레이트의 표면에 도금처리하는 별도의 공정이 생략가능함으로써 제조공정을 간소화하면서 캡 조립체의 구조적 강성도를 향상시킬 수 있는 원통형 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 개시는 캡 조립체의 주변 결합부가 절곡부 및 중심 평탄부보다 그 두께가 두껍게 형성되어 캡 조립체가 원통형 캔에 결합시 밀폐력을 향상시킬 수 있는 원통형 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 개시는 캡 조립체에 요철이 구비되어 원통형 캔의 내부 압력을 지지할 수 있는 원통형 이차 전지를 제공한다.
아울러, 본 개시는 상면에 음극과 양극이 모두 구비되므로, 다수의 원통형 이차 전지를 버스바를 통해 전기적으로 연결할 때, 상면에서만 연결하면 되므로 버스바 연결 구조가 단순하게 할 수 있는 원통형 이차 전지를 제공한다.
본 개시에 따른 원통형 이차 전지는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 갖는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수용되고, 하단부가 개방되며 음극판과 전기적으로 접속된 원통형 캔; 상기 원통형 캔의 상면을 관통하여 상기 양극판과 전기적으로 접속된 리벳 단자; 및 상기 원통형 캔의 하단부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡조립체는, 캡 플레이트; 및 상기 캡 플레이트의 표면 전체를 덮는 가스켓을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 가스켓은, 상기 캡 플레이트의 상면을 덮는 상면 덮개부; 상기 캡 플레이트의 하면을 덮는 하면 덮개부; 및 상기 상면 덮개부 및 하면 덮개부와 각각 연결되며 상기 캡 플레이트의 외측면을 덮는 외측면 덮개부를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 상면 덮개부는, 상기 외측면 덮개부와 연결되는 가장자리 영역에 볼록층이 형성되고, 상기 상면 덮개부의 가장자리 영역은 나머지 영역보다 두께가 두꺼울 수 있다.
일부 예들에서, 상기 캡 플레이트는, 상부 방향으로 돌출된 돌출부; 및 상기 돌출부에 비해서 상기 원통형 캔의 외측 방향으로 오목한 오목부를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 캡 플레이트는, 하면에 벤트 노치를 구비하고, 상기 하면 덮개부는, 상기 벤트 노치를 덮을 수 있다.
일부 예들에서, 상기 하면 덮개부는, 상기 벤트 노치와 대응하는 위치에 함몰홈이 형성될 수 있다.
일부 예들에서, 상기 오목부는, 마개로 밀폐되는 주액구가 형성되고, 상기 가스켓은, 상기 상면 덮개부 및 하면 덮개부와 각각 연결되며 상기 캡 플레이트의 내측면을 덮는 내측면 덮개부를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 원통형 캔은, 상기 캡 조립체를 중심으로, 상부에 상기 원통형 캔의 내부로 함몰된 비딩부; 및 하부에 상기 원통형 캔의 하단부가 내부 방향으로 절곡되어 상기 캡 조립체를 고정하는 크림핑부를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 비딩부는, 외면이 서로 대향한 상부 평탄부 및 하부 평탄부; 및 상기 상부 평탄부와 상기 하부 평탄부 사이를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 캡 조립체는, 상기 비딩부와 상기 크림핑부 사이에 결합되는 주변 결합부; 상기 주변 결합부로부터 내측 및 상부 방향으로 절곡된 절곡부; 및 상기 절곡부로부터 내측 방향으로 연장된 중심 평탄부를 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 원통형 이차 전지는 캡 조립체를 구성하는 캡 플레이트와 가스켓이 인서트 사출에 의해 일체형으로 형성되어 캡 플레이트의 표면에 도금처리하는 별도의 공정이 생략가능함으로써 제조공정을 간소화하면서 캡 조립체의 구조적 강성도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 개시는 캡 조립체의 주변 결합부가 절곡부 및 중심 평탄부보다 그 두께가 두껍게 형성되어 캡 조립체가 원통형 캔에 결합시 밀폐력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 개시는 캡 조립체에 요철이 구비되어 원통형 캔의 내부 압력을 지지할 수 있다.
아울러, 본 개시는 상면에 음극과 양극이 모두 구비되므로, 다수의 원통형 이차 전지를 버스바를 통해 전기적으로 연결할 때, 상면에서만 연결하면 되므로 버스바 연결 구조가 단순하게 할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분 확대도이다.
도 3은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
도 4는 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
도 5는 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
도 6은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
도 7은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
도 8은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
도 2는 도 1의 A 부분 확대도이다.
도 3은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
도 4는 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
도 5는 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
도 6은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
도 7은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
도 8은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 예시적 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 개시들은 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 1은 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지의 단면도이다.
본 개시에 따른 원통형 이차 전지(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 원통형 캔(110), 원통형 캔의 내부에 수용된 전극 조립체(120), 원통형 캔의 상부 단에 구비된 단자홀에 결합된 리벳 단자(150) 및 원통형 캔(110)의 하부 단의 개구부를 밀봉하는 캡 조립체(160)을 포함한다.
원통형 캔(110)은 스틸, 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성되고, 원형의 상면부(111)와, 상면부의 가장자리로부터 하부 방향으로 일정 길이 연장된 측면부(112)를 포함하는데, 이러한 원통형 캔의 상면부(111)와 측면부(112)는 일체형으로 이루어질 수 있다.
여기서, 원형의 상면부(111)는 평평한 원판 형상으로, 중심부를 관통하는 단자 홀(111a)을 구비할 수 있는데, 상면부(111)는 단자 홀(111a)에 리벳 단자(150)가 삽입되어 결합될 수 있다.
또한, 단자 홀(111a)과 리벳 단자(150) 사이에는 밀봉 및 전기적 절연을 위한 제1가스켓(111b)이 더 개재될 수 있는데, 제1가스켓(111b)은 리벳 단자(150)와 원통형 캔(110) 사이의 접촉을 차단함으로써 해당 리벳 단자와 원통형 캔을 전기적으로 분리할 수 있고, 원통형 캔(110)의 상면부(111)의 단자 홀(111a)을 밀봉할 수 있다. 여기서, 제1가스켓(111b)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다.
원통형 이차 전지(100)는 제조 공정 중 원통형 캔(110)의 하부가 개방되어 있다. 따라서 원통형 이차 전지(100)는 제조 공정 중 전극 조립체(120)가 전해액과 함께 원통형 캔(110)의 개방된 하부를 통해 삽입될 수 있다. 이때, 원통형 캔(110)은 개방된 하부가, 상부를 향한 상태로 전해액과 전극 조립체(120)가 삽입될 수 있다.
이와 같은 원통형 캔(110)은 전해액 및 전극 조립체(120)가 삽입된 후, 개방된 하단부에 캡 조립체(160)가 결합되어 원통형 캔(110)의 내부를 밀봉할 수 있다. 여기서, 전해액은 전극 조립체(120)를 구성하는 양극판(121)과 음극판(122) 사이에서 리튬 이온을 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 있다.
도 2는 도 1의 A 부분 확대도이다.
한편, 원통형 캔(110)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(120)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(160)를 중심으로 그 상부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)가 형성되고, 그 하부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)가 형성될 수 있다.
원통형 캔(110)은 개방된 하단부를 통해 전극 조립체(120)가 삽입된 후, 비딩부(113)가 형성되어, 전극 조립체(120)가 원통형 캔(110)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 비딩부(113)는 원통형 캔의 상면부(111)와 대략 평행한 상부 평탄부(113a) 및 하부 평탄부(113b)와, 상부 평탄부와 하부 평탄부 사이를 연결하는 연결부(113c)를 포함하는데, 상부 평탄부(113a)와 하부 평탄부(113b)는 외면이 서로 대향할 수 있고, 여기서 외면은 원통형 캔(110)의 외부 표면일 수 있다.
전극 조립체(120)의 하면의 가장자리는 비딩부(113)의 상부 평탄부(113a)에 안착되어 해당 상부 평탄부의 상면에 접촉될 수 있다.
전극 조립체(120)는 양극 활물질이 코팅된 양극판(121)과, 음극 활물질이 코팅된 음극판(122), 및 양극판(121)과 음극판(122) 사이에 개재되어 양극판(121)과 음극판(122) 사이의 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(123)를 포함한다.
여기서, 전극 조립체(120)는 양극판(121), 음극판(122) 및 세퍼레이터(123)가 적층된 후, 권취 선단부터 권취되어 대략 원기둥 형태로 권취된다. 또한, 전극 조립체(120)는 상부 방향으로 양극판(121)에서 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부가 돌출되고, 하부 방향으로 음극판(122)에서 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부가 돌출될 수 있다.
양극판(121)은 알루미늄(Al)으로 이루어진 판형의 금속 포일인 양극 집전판의 적어도 일면에 전이금속 산화물로 이루어진 양극 활물질이 코팅되어 있다. 또한 양극판(121)은 상단부에 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부가 구비될 수 있다. 이와 같은 양극 무지부는 전극 조립체(120)의 상부 방향으로 돌출될 수 있다. 즉, 양극판(121)은 양극 무지부가 음극판(122) 및 세퍼레이터(123)에 비해서 상부 방향으로 더 돌출될 수 있다.
음극판(122)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 이루어진 판형의 금속 포일인 음극 집전판의 적어도 일면에 흑연 또는 탄소 등의 음극 활물질이 코팅되어 있다. 또한 음극판(122)은 하단부에 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부가 구비될 수 있다. 이와 같은 음극 무지부는 전극 조립체(120)의 하부 방향으로 돌출될 수 있다. 즉, 음극판(122)은 음극 무지부가 양극판(121) 및 세퍼레이터(123)에 비해서 하부 방향으로 더 돌출될 수 있다.
세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 세퍼레이터는 양극판(121)과 음극판(122) 사이의 전기적 쇼트를 방지하고, 리튬 이온의 이동만 가능하게 할 수 있다.
양극 집전판(130)은 전극 조립체(120)의 상면과 대응되는 형상인, 원형 금속 판일 수 있다. 양극 집전판(130)의 평면크기는 전극 조립체(120)의 상면의 크기와 같거나 더 작을 수 있다. 양극 집전판(130)은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다. 양극 집전판(130)은 하면이 전극 조립체(120)의 상면에 접촉된 상태에서 용접에 의해, 전극 조립체(120)의 상부로 노출된 양극판(121)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다. 양극 집전판(130)은 상면이 리벳 단자(150)의 하면에 접촉된 상태에서 용접에 의해, 리벳 단자(150)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다. 양극 집전판(130)은 전극 조립체(120)의 양극판(121)과 리벳 단자(150) 사이의 전류 흐름의 통로가 된다.
음극 집전판(140)은 전극 조립체(120)의 하면과 대응되는 원형의 평면부(141)와, 평면부의 가장자리로부터 하부 방향으로 연장된 연장부(142)를 포함할 수 있다. 여기서, 평면부(141)의 상면은 전극 조립체(120)의 하면과 접촉될 수 있는데, 이러한 평면부(141)의 상면은 전극 조립체(120)의 하면에 접촉된 상태에서 용접에 의해, 전극 조립체(120)의 하부로 노출된 음극판(122)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다.
또한, 연장부(142)는 평면부(141)의 가장자리로부터 하부 방향으로 절곡되어 연장되되, 가장자리를 따라 서로 이격되도록 다수개 구비될 수 있다. 또한 연장부(142)는 비딩부(113)의 연결부(113c) 및 하부 평탄부(113b)의 내표면에 접촉될 수 있다. 여기서 내표면은 원통형 캔(110)의 내측 표면일 수 있다.
연장부(142)는 끝단부가 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)의 하부에 위치할 수 있다. 연장부(142)는 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)의 내표면에 접촉된 상태로 용접되어, 원통형 캔(110)에 고정 및 전기적으로 접속될 수 있다. 따라서 음극 집전판(140)은 전극 조립체(120)의 음극판(122)과 원통형 캔(110) 사이의 전류의 흐름 통로가 된다.
연장부(142)와 비딩부(113)의 용접은 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)가 형성되기 이전에, 음극 집전판(140)이 비딩부(113)의 하부에 안착된 상태에서, 연장부(142) 방향에서 용접될 수 있다. 물론, 연장부(142)와 비딩부(113)의 용접은 원통형 캔(110)이 밀봉된 후, 원통형 캔(110)의 외측에서 비딩부(113)를 통해 연장부(142)와 용접될 수도 있다. 이때, 용접에 의한 캡 조립체(160)의 손상을 방지하기 위해, 캡 조립체는 용접부와 대응되는 영역에 홈이 더 구비될 수 있다.
리벳 단자(150)는 원통형 캔(110)의 상면부(111)에 구비된 단자 홀(111a)에 삽입되어, 양극 집전판(130)과 전기적으로 접속될 수 있다. 리벳 단자(150)는 양극 집전판(130) 및 양극판(121)과 동일하거나, 유사한 소재로 이루어질 수 있다.
리벳 단자(150)는 원통형 캔(110)의 상부로 노출된 부분의 직경과, 원통형 캔(110)의 내부에 위치하는 직경이 단자 홀(111a)에 위치하는 직경에 비해 더 클 수 있다.
리벳 단자(150)는 원통형 캔(110)의 상면부(111)의 단자 홀(111a)에 하부로부터 상부 방향으로 결합된 후, 원통형 캔(110)의 상부로 노출된 상단이 프레스 또는 스피닝 등의 가공 방법에 의해 압축 변형되어 상면부(111)에 밀착될 수 있다. 이때, 리벳 단자(150)와 단자 홀(111a) 사이에는 제1가스켓(111b)이 삽입되어, 리벳 단자(150)와 원통형 캔(110) 사이를 전기적 절연시킬 수 있으며, 밀봉할 수 있다. 따라서, 리벳 단자(150)는 양극 집전판(130)을 통해 전극 조립체(120)의 양극판(121)과 전기적으로 접속될 수 있다.
캡 조립체(160)는 형성 영역에 따라, 비딩부(113)와 크림핑부(114) 사이에 결합되는 주변 결합부(161), 주변 결합부로부터 내측 및 상부 방향으로 절곡된 절곡부(162), 및 절곡부로부터 내측 방향으로 연장된 중심 평탄부(163)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 캡 조립체(160)는 원통형 캔(110)의 하단부에 결합되는 캡 플레이트(170), 및 캡 플레이트의 표면 전체를 덮는 제2가스켓(180)을 포함하는데, 이러한 캡 플레이트(170)와 제2가스켓(180)은 인서트(insert) 사출에 의해 일체형으로 형성될 수 있다.
여기서, 캡 플레이트(170)와 제2가스켓(180)은 각각 캡 조립체(160) 상에서의 형성 위치에 따라 해당 캡 조립체의 주변 결합부(161), 절곡부(162), 및 중심 평탄부(163)를 각각 구성할 수 있다.
캡 조립체(160)는 주변 결합부(161)가 원통형 캔(110)의 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)의 하부에 안착된 상태에서, 원통형 캔(110)의 하단에 크림핑부(114)가 형성됨으로써 고정될 수 있다. 이때, 원통형 캔(110)은 개방된 하부가, 상부를 향한 상태로 캡 조립체(160)가 비딩부(113)에 안착될 수 있다.
구체적으로, 캡 조립체(160)는 주변 결합부(161)의 제2가스켓(180)이 원통형 캔(110)의 하부 평탄부(113b)의 하부에 위치된 상태로, 해당 주변 결합부의 캡 플레이트(170)가 안착된 후, 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)가 캡 조립체(160)의 내측방향으로 절곡되어 제2가스켓(180)을 가압함으로써 캡 조립체(160)를 원통형 캔(110)의 하단부에 결합시킬 수 있다.
여기서, 음극 집전판(140)의 끝단이 비딩부(113)의 하부 평탄부(113b)에 위치하므로, 제2가스켓(180)이 위치된 상태로 캡 플레이트(170)와 원통형 캔(110)의 밀봉이 보다 용이할 수 있다.
캡 플레이트(170)는 원형 금속판으로, 제2가스켓(180)이 표면 전체를 덮는 상태로 원통형 캔(110)의 하단부에 결합되어, 원통형 캔(110)과 전기적으로 접속되는 것을 방지할 수 있다. 캡 플레이트(170)는 전극 조립체(120)의 양극 또는 음극과 전기적으로 접속되지 않으므로, 별도의 전기 극성이 없을 수 있다. 한편, 캡 플레이트(170)는 금속이 없이 폴리머만으로 구성될 수도 있다.
도 3은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
또한, 캡 플레이트(170)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 방향으로 돌출된 돌출부(171)를 적어도 하나 구비할 수 있다. 예를 들어, 캡 플레이트(170)의 돌출부(171)는 중심부로부터 이격되고, 평면상 링 형상을 갖도록 상부 방향으로 돌출될 수 있는데, 이러한 돌출부(171)는 제2가스켓(180)과 함께 캡 조립체(160)의 절곡부(162)를 형성할 수 있다.
또한, 캡 플레이트(170)는 돌출부에 비해서 원통형 캔의 외측 방향으로 오목한 오목부(173)를 더 포함하는데, 이러한 오목부(173)는 제2가스켓(180)과 함께 캡 조립체(160)의 중심 평탄부(163)를 형성하여 원통형 캔(110)의 내부 압력을 지지할 수 있다. 또한, 캡 조립체(160)의 중심 평탄부(163)는 하면이 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)의 하면에 비해서 상부에 위치할 수 있다. 즉, 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)가 캡 조립체(160)의 중심 평탄부(163)에 비해서 하부로 더 돌출될 수 있다.
따라서 원통형 이차 전지(100)를 평평한 일면에 놓았을 경우, 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)가 일면에 닿고, 캡 조립체(160)의 중심 평탄부(163)가 일면으로부터 이격될 수 있다. 또한 원통형 캔(110)의 크림핑부(114)가 캡 조립체(160)의 중심 평탄부(163)에 비해 하부로 더 돌출되므로, 원통형 캔(110)의 내압에 의해 캡 조립체(160)가 팽창하여도 해당 캡 조립체가 일면에 닿는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 원통형 이차 전지(100)는 원통형 캔(110)의 내부 압력이 상승 하여도, 전체 층고를 유지할 수 있다.
도 4는 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
또한, 캡 플레이트(170)는 도 4에 도시된 바와 같이, 설정된 압력에 개방될 수 있도록 벤트 노치(172)가 형성된다. 원통형 캔(110)의 내부 압력이 파단 압력 이상이 되면, 벤트 노치(172)가 파단되어 원통형 이차 전지(100)가 폭발하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 원통형 캔(110)의 내부에 과도한 내압 발생시 벤트 노치(172)가 파단되어, 내부의 과도한 내압을 배출시킬 수 있다. 캡 플레이트(170)의 벤트 노치(172)는 중심부로부터 이격되고, 평면상 링 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 예로 벤트 노치(172)는 다수의 패턴을 갖도록 형성될 수도 있으며, 본 발명에서 벤트 노치(172)의 형상을 한정하는 것은 아니다.
또한, 벤트 노치(172)는 돌출부(171)로부터 이격되도록 형성될 수 있다. 바람직하게, 벤트 노치(172)는 캡 플레이트(170)에서 돌출부(171)가 형성되지 않은 원통형 캔(110) 방향으로 오목한 부위에 구비될 수 있다. 캡 플레이트(170)는 오목부(173)와 돌출부(171)에 의해 요철이 구비되므로, 원통형 캔(110)의 내압이 상승하여도 해당 내압을 견딜 수 있다.
도 5는 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이고, 도 6은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
아울러, 캡 플레이트(170)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 오목부(173)에 전해액 등이 주입되는 주액구(174)가 형성될 수 있다.
본원발명에서는 원통형 캔(110)의 개방된 하부가 상부를 향한 상태로 전극 조립체(120)가 삽입되고, 캡 조립체(160)가 원통형 캔의 개방부를 밀폐시킨 후, 주액구(174)를 통해 전해액을 원통형 캔 내부로 주입시킬 수 있고, 또한 전해액이 원통형 캔 내부에 삽입된 후 별도의 마개(미도시)를 통해 주액구를 밀폐시킬 수 있다.
제2가스켓(180)은 ABS(Acrylonitrile butadiene styrene) 수지, 폴리아미드(Polyamide,PA), 폴리부틸렌 테레프탈레이드(Polybutylene terephthalate,PBT), 폴리카보네이트(Polycarbonate,PC), 폴리옥시메틸렌(Polyoxymethylene,POM) 또는 폴리프로필렌(Polypropylene,PP)으로 형성될 수 있다.
이러한 제2가스켓(180)은 인서트(insert) 사출에 의해 캡 플레이트(170)와 일체형으로 형성되어 캡 플레이트의 표면 전체를 덮을 수 있고, 원통형 캔(110)에서 캡 플레이트(170) 사이를 가압하여 밀봉할 수 있으며, 캡 플레이트(170)가 원통형 캔(110)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
제2가스켓(180)은 도 3에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(170)의 상면을 덮는 상면 덮개부(181), 캡 플레이트의 하면을 덮는 하면 덮개부(182), 및 상면 덮개부와 하면 덮개부에 각각 연결되며 캡 플레이트의 외측면을 덮는 외측면 덮개부(183)를 포함할 수 있다.
여기서, 상면 덮개부(181)는 외측면 덮개부와 연결되는 가장자리 영역에 볼록층(185)이 형성되는데, 이러한 상면 덮개부(181)의 가장자리 영역은 해당 볼록층에 의해 상면 덮개부의 가장자리 영역을 제외한 나머지 영역보다 그 두께가 두껍게 형성되어 캡 조립체의 주변 결합부(161)를 해당 캡 조립체의 절곡부(162)와 중심 평탄부(163)보다 두껍게 형성함으로써 밀폐력을 높여 캡 조립체가 외력에 의해 원통형 캔(110)으로부터 쉽게 분리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제2가스켓(180)은 도 4에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(170)에 벤트 노치(172)가 형성되는 경우, 벤트 노치(172)를 덮어 해당 벤트 노치에서 녹이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 또한 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(170)의 오목부(173)에 주액구(174)가 형성되는 경우, 해당 주액구(174)의 내면을 덮는 내측면 덮개부(184)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 내측면 덮개부(184)는 상면 덮개부(181)와 하면 덮개부(182)에 각각 연결되며 주액구(174)를 통해 형성된 캡 플레이트의 내측면을 덮을 수 있다.
도 7은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이고, 도 8은 본 개시에 따른 예시적 캡 조립체의 실시도이다.
아울러, 제2가스켓(180)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 벤트 노치(172)와 대응하는 위치에 함몰홈(186)이 형성되는데, 이러한 함몰홈(186)은 벤트 노치와 동일한 형상으로 형성되어 원통형 캔(110)의 내부 압력이 파단 압력 이상이 될 경우 발생하는 벤트 노치(172)의 파단과 함께 동시에 파단되어 내부의 과도한 내압을 외부로 배출시킴으로써 원통형 이차 전지(100)가 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 원통형 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 개시는 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:원통형 이차 전지
110:원통형 캔
120:전극 조립체 130:양극 집전판
140:음극 집전판 150:리벳 단자
160:캡 조립체 170:캡 플레이트
180:제2가스켓
120:전극 조립체 130:양극 집전판
140:음극 집전판 150:리벳 단자
160:캡 조립체 170:캡 플레이트
180:제2가스켓
Claims (10)
- 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 갖는 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 수용되고, 하단부가 개방되며 음극판과 전기적으로 접속된 원통형 캔;
상기 원통형 캔의 상면을 관통하여 상기 양극판과 전기적으로 접속된 리벳 단자; 및
상기 원통형 캔의 하단부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고,
상기 캡조립체는,
캡 플레이트; 및
상기 캡 플레이트의 표면 전체를 덮는 가스켓을 포함하는 원통형 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 가스켓은,
상기 캡 플레이트의 상면을 덮는 상면 덮개부;
상기 캡 플레이트의 하면을 덮는 하면 덮개부; 및
상기 상면 덮개부 및 하면 덮개부와 각각 연결되며 상기 캡 플레이트의 외측면을 덮는 외측면 덮개부를 포함하는 원통형 이차 전지. - 제2항에 있어서,
상기 상면 덮개부는,
상기 외측면 덮개부와 연결되는 가장자리 영역에 볼록층이 형성되고,
상기 상면 덮개부의 가장자리 영역은 나머지 영역보다 두께가 두꺼운 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지. - 제2항에 있어서,
상기 캡 플레이트는,
상부 방향으로 돌출된 돌출부; 및
상기 돌출부에 비해서 상기 원통형 캔의 외측 방향으로 오목한 오목부를 포함하는 원통형 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 캡 플레이트는,
하면에 벤트 노치를 구비하고,
상기 하면 덮개부는,
상기 벤트 노치를 덮는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지. - 제5항에 있어서,
상기 하면 덮개부는,
상기 벤트 노치와 대응하는 위치에 함몰홈이 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 오목부는,
마개로 밀폐되는 주액구가 형성되고,
상기 가스켓은,
상기 상면 덮개부 및 하면 덮개부와 각각 연결되며 상기 캡 플레이트의 내측면을 덮는 내측면 덮개부를 더 포함하는 원통형 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 원통형 캔은,
상기 캡 조립체를 중심으로,
상부에 상기 원통형 캔의 내부로 함몰된 비딩부; 및
하부에 상기 원통형 캔의 하단부가 내부 방향으로 절곡되어 상기 캡 조립체를 고정하는 크림핑부를 포함하는 원통형 이차 전지. - 제8항에 있어서,
상기 비딩부는,
외면이 서로 대향한 상부 평탄부 및 하부 평탄부; 및
상기 상부 평탄부와 상기 하부 평탄부 사이를 연결하는 연결부를 포함하는 원통형 이차 전지. - 제8항에 있어서,
상기 캡 조립체는,
상기 비딩부와 상기 크림핑부 사이에 결합되는 주변 결합부;
상기 주변 결합부로부터 내측 및 상부 방향으로 절곡된 절곡부; 및
상기 절곡부로부터 내측 방향으로 연장된 중심 평탄부를 포함하는 원통형 이차 전지.
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