WO2013100446A1 - 제조공정성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원통형 전지 - Google Patents

제조공정성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원통형 전지 Download PDF

Info

Publication number
WO2013100446A1
WO2013100446A1 PCT/KR2012/010817 KR2012010817W WO2013100446A1 WO 2013100446 A1 WO2013100446 A1 WO 2013100446A1 KR 2012010817 W KR2012010817 W KR 2012010817W WO 2013100446 A1 WO2013100446 A1 WO 2013100446A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
positive electrode
cap assembly
gasket
battery
circumferential surface
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/010817
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김성종
이제준
구자훈
정병규
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to EP12862288.3A priority Critical patent/EP2760062B1/en
Priority to US14/353,535 priority patent/US9178190B2/en
Priority to CN201280052326.8A priority patent/CN103907220B/zh
Priority to JP2014538731A priority patent/JP6005173B2/ja
Publication of WO2013100446A1 publication Critical patent/WO2013100446A1/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
    • 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
    • H01M10/05—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
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • 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
    • 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
    • H01M50/19—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
    • 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
    • H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • 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
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure
    • 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
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a cap assembly with improved manufacturing processability and a cylindrical battery including the same, and more preferably, a jelly / roll having a cathode / separation membrane / cathode structure is mounted on an open upper end of a can in a cell having a cylindrical can.
  • a cap assembly comprising: a safety vent connected by a CID; A protruding top cap connected to the safety vent along the outer circumferential surface thereof; And a gasket mounted on an outer circumferential surface of the upper cap, and wherein a positive electrode tab is attached to a plain portion of the positive electrode to which the positive electrode active material is not coated, and a CID and a positive electrode tab of the battery are manufactured. It relates to a cap assembly formed with one or more grooves indented upwardly from the bottom outer peripheral surface of the gasket to facilitate welding.
  • lithium secondary batteries with high energy density, high operating voltage, and excellent storage and life characteristics are used for various mobile devices as well as various electronic products. It is widely used as an energy source.
  • secondary batteries are classified into cylindrical batteries and rectangular batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet. .
  • the cylindrical battery has the advantage of relatively large capacity and structurally stable.
  • the electrode assembly embedded in the battery case is a power generator capable of charging and discharging composed of a laminated structure of a positive electrode, a separator, and a negative electrode, a jelly-roll type wound through a separator between a long sheet type anode and an anode coated with an active material, and A plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are classified into a stack type in which a separator is sequentially stacked, and a stack / fold type which is a composite structure of a jelly-roll type and a stack type.
  • the jelly-roll type electrode assembly has advantages of easy manufacturing and high energy density per weight.
  • FIG. 1 the structure of a conventional cylindrical secondary battery is disclosed in FIG. 1
  • a cylindrical secondary battery 10 generally includes a cylindrical can 20, a jelly-roll electrode assembly 30 accommodated in the can 20, and a cap coupled to an upper portion of the can 20. Assembly 40 and a crimping portion 50 for mounting the cap assembly 40.
  • the electrode assembly 30 has a structure that is wound in a jelly-roll shape with a separator 33 interposed between the anode 31 and the cathode 32, and the anode tab 34 is attached to the cathode 31.
  • a negative electrode tab (not shown) is attached to the negative electrode 32, and is connected to the lower end of the can 20.
  • lithium secondary batteries have the disadvantage of low safety.
  • the battery when the battery is overcharged to about 4.5 V or more, decomposition reaction of the positive electrode active material occurs, dendrite growth of lithium metal at the negative electrode, decomposition reaction of electrolyte solution, and the like occur. In this process, heat is accompanied, so that the decomposition reaction and a number of side reactions are rapidly progressed, and the air supply may cause the battery to ignite and explode.
  • a general cylindrical secondary battery includes a current interrupting member (CID) and a safety vent for blocking an electric current during abnormal operation of the battery and relieving internal pressure. It is mounted in the space between.
  • CID current interrupting member
  • the cap assembly 40 includes a top cap 41 forming a positive terminal, a positive temperature coefficient element 42 for blocking current by greatly increasing battery resistance when the temperature inside the battery increases, and a battery inside the battery.
  • Safety vent 43 for blocking current and / or exhausting gas at elevated pressure, insulating member 44, anode 31 for electrically separating safety vent 43 from cap plate 45 except for a specific portion
  • the cap plate 45 to which the positive electrode tab 34 connected to the () is connected is sequentially stacked.
  • the crimping portion 50 is formed at the top of the can 20 so that the cap assembly 40 can be mounted on the open top of the can 20. More specifically, the crimping portion 50 forms the beading portion 21 inwardly by indenting the upper end of the can 20, and the cap plate 45 and the insulating member 44 on the gasket 60. After inserting the outer circumferential surface of the safety vent 43 and the upper cap 41 in turn, it is formed by bending the upper end. As a result, the cap assembly 40 is formed by enclosing the gasket 60 positioned on the inner surface of the crimping portion 50 and performing a crimping and pressing process.
  • the jelly-roll may rotate in a predetermined direction or flow in an up-down direction, which may cause a short circuit at the positive electrode tab contact portion.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • An object of the present invention is to provide a cap assembly which can prevent interference and improve weldability when welding a positive electrode tab while ensuring the safety of a battery.
  • Still another object of the present invention is to provide a secondary battery having improved manufacturing processability and safety using the cap assembly.
  • a cap assembly mounted on an open upper end of a can in a battery in which an electrode assembly (jelly-roll) having a positive / membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can, and is connected by a safety current blocking member (CID). vent; A protruding top cap connected to the safety vent along the outer circumferential surface thereof; And a gasket mounted on an outer circumferential surface of the upper cap.
  • CID safety current blocking member
  • the cap assembly according to the present invention is provided with a groove having a specific structure as described above, it is possible to minimize the interference by the lower peripheral surface when welding the CID and the positive electrode tab, it is possible to improve the weldability as a result.
  • connection of the positive electrode tab and the CID may be accomplished in various ways, and in one preferred example, the positive electrode tab may be connected in a welded state to the bottom surface of the CID.
  • the positive electrode tab should have a certain flexibility to maintain a stable connection even against external shocks caused by vibration or the like. Such flexibility may be, for example, welded with at least a portion of the positive electrode tab bent.
  • the length of the groove is not particularly limited as long as it does not cause interference in the welding of the positive electrode tab, and preferably, may be 0.5 mm to 1.5 mm, more preferably 0.7 mm to It may be 1.2 mm.
  • the width of the groove may be preferably 1 mm.
  • the groove portion may be a structure formed in two or more numbers symmetrical with respect to the central axis of the gasket. Therefore, it is easy to penetrate the sensor during welding of the positive electrode tab and improve the welding efficiency.
  • the gasket may further include an extension extending downward from the bottom outer circumferential surface of the gasket to prevent the flow of jelly-roll.
  • the upper end of the jelly roll may be pressed to prevent rotation and vertical flow of the jelly roll during vibration.
  • the length of the extension may preferably be 3 mm or less. If the length is too long, the mounting of the cap assembly is not easy, and if it is too short, it is not preferable because it is difficult to perform the role of the extension. More preferably, it may be formed to 2 mm or less.
  • the downwardly extending extension may be understood as a concept corresponding to the upwardly indented groove.
  • the portion between the upwardly indented grooves may form a kind of extension extending downward.
  • the extension part and the groove part have a structure having a downwardly extended shape and / or an upwardly indented shape in a larger size in consideration of the gasket dimension of the prior art.
  • the gasket is not particularly limited as long as it is an insulating material, and may be formed of various materials.
  • the gasket may be an electrically insulating polymer resin or an electrically insulating polymer composite.
  • the polymer resin may be polypropylene (PP) or polyethylene.
  • PE polyethylene terephthalate
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • TPEE thermoplastic polyester elastomers
  • rubber may be at least one selected from the group consisting of.
  • the present invention also provides a cylindrical battery comprising the cap assembly.
  • the battery may be a lithium secondary battery as a secondary battery capable of continuous charging and discharging.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the structure of a conventional cylindrical secondary battery
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the structure of a cylindrical secondary battery according to the present invention.
  • FIG. 3 is an illustration of a cross-sectional view of the gasket of FIG. 2;
  • FIG. 4 is another illustration of a cross-sectional view of the gasket of FIG. 2.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the structure of a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 schematically shows a cross-sectional view of the gasket of FIG.
  • the jelly-roll 130 having the structure of the anode 131 / separator 133 / the cathode 132 is embedded in the cylindrical can 120.
  • a cap assembly 140 mounted on an open upper end, comprising: a safety vent 143 connected by a CID 145, a protruding top cap 141 connected to it along an outer circumferential surface of the safety vent 143, and And a gasket 200 mounted on an outer circumferential surface of the upper cap 141.
  • the positive electrode tab 134 is attached to a non-coated portion (not shown) to which the positive electrode active material is not coated in the positive electrode 131 by welding, and is welded to the bottom surface of the CID 145 in a bent state.
  • a groove 210 having a length of about 0.8 mm is formed in the gasket 200 of the PP material upwardly indented from the lower peripheral surface.
  • FIG. 4 schematically illustrates a cross-sectional view of the gasket of still another embodiment of FIG. 2.
  • FIGS. 3 and 3 further include an extension 220 of about 1.5 mm extending downward from the bottom circumferential surface of the gasket 200 to prevent flow of jelly-roll. The same details are omitted.
  • the cap assembly according to the present invention is provided with a groove portion which is indented upward from the lower outer peripheral surface of the gasket, to minimize the interference by the lower outer peripheral surface during welding of the CID and the positive electrode tab, in a preferred example from the lower outer peripheral surface Since the extending portion is formed to extend downward, it is possible to prevent the flow of the jelly-roll can improve the safety of the battery cell.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, 안전용 류차단부재(CID)에 의해 연결되어 있는 안전벤트; 상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡; 및 상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓; 을 포함하고 있으며, 상기 양극에서 양극 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부에는 용접 방식으로 양극 탭이 부착되어 있고, 전지의 제조과정에서 CID와 양극 탭의 용접이 용이하도록 상기 가스켓의 하단 외주면으로부터 상향 만입되어 있는 하나 이상의 홈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리를 제공한다.

Description

제조공정성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원통형 전지
본 발명은 제조공정성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원통형 전지로서, 더욱 상게하게는, 양극/분리막/음극 구조의 젤리-롤이 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, CID에 의해 연결되어 있는 안전벤트; 상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡; 및 상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓;을 포함하고 있으며, 상기 양극에서 양극 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부에는 용접 방식으로 양극 탭이 부착되어 있고, 전지의 제조과정에서 CID와 양극 탭의 용접이 용이하도록 상기 가스켓의 하단 외주면으로부터 상향 만입되어 있는 하나 이상의 홈부가 형성되어 있는 캡 어셈블리에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 젤리-롤형과 스택형의 복합 구조인 스택/폴딩형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이와 관련하여, 종래의 원통형 이차전지의 구조가 도 1에 개시되어 있다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차전지(10)는 원통형 캔(20), 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤형의 전극조립체(30), 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(40), 및 캡 어셈블리(40)를 장착하기 위한 클림핑 부위(50)로 구성되어 있다.
전극조립체(30)는 양극(31)과 음극(32) 사이에 분리막(33)을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 감은 구조로 되어 있으며, 양극(31)에는 양극 탭(34)이 부착되어 캡 어셈블리(40)에 접속되어 있고, 음극(32)에는 음극 탭(도시하지 않음)이 부착되어 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.
한편, 리튬 이차전지는 안전성이 낮다는 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 전지가 대략 4.5V 이상으로 과충전되는 경우에는 양극 활물질의 분해반응이 일어나고, 음극에서 리튬 금속의 수지상(dendrite) 성장과, 전해액의 분해반응 등이 일어난다. 이러한 과정에서 열이 수반되어 상기와 같은 분해반응과 다수의 부반응들이 급속히 진행되며, 급기야는 전지의 발화 및 폭발이 유발되기도 한다.
따라서, 이러한 문제점을 해소하기 위하여, 일반적인 원통형 이차전지에는 전지의 비정상적인 작동시 전류를 차단하고 내압을 해소하기 위한 전류차단부재(Current Interruptive Device; CID)와 안전벤트(vent)가 전극조립체와 상단 캡 사이의 공간에 장착되어 있다.
구체적으로, 캡 어셈블리(40)는 양극 단자를 형성하는 상단 캡(41), 전지 내부의 온도 상승시 전지저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element; 42), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 및/또는 가스를 배기하는 안전벤트(43), 특정 부분을 제외하고 안전벤트(43)를 캡 플레이트(45)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(44), 양극(31)에 연결된 양극 탭(34)이 접속되어 있는 캡 플레이트(45)가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다.
클림핑 부위(50)는 캡 어셈블리(40)를 캔(20)의 개방 상단에 장착할 수 있도록 캔(20)의 상단에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 클림핑 부위(50)는, 캔(20)의 상단부를 만입 비딩 가공함으로써 내측으로 비딩부(21)를 형성하고, 가스켓(60)에 캡 플레이트(45), 절연부재(44), 안전벤트(43) 및 상단 캡(41)의 외주면을 차례로 삽입한 다음, 상단부를 절곡함으로써 형성된다. 결과적으로, 클림핑 부위(50)의 내측면에 위치하는 가스켓(60)을 감싸는 형태로 되고, 클림핑(crimping) 및 프레싱 공정을 수행함으로써 캡 어셈블리(40)를 장착한다.
그러나, 가스켓(60)의 하단 내측부에서 양극 탭(34)과 캡 플레이트(45)간의 용접이 이루어지므로, 이러한 가스켓의 하단 외주면 구조에 의해 간섭이 일어날 수 있으며, 결과적으로 양극 탭과 캡 어셈블리의 접촉성이 약화되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 전지가 낙하되거나 또는 외부 충격이 가해졌을 경우, 젤리-롤이 소정 방향으로 회전하거나 또는 상하 방향으로 유동할 수 있으며, 이로 인해 양극 탭 접촉부위에서 단락이 유발될 수도 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 전지의 안전성을 담보하면서 양극 탭의 용접시 간섭을 방지하고 용접성을 향상시킬 수 있는 캡 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 캡 어셈블리를 이용하여 제조 공정성 및 안전성이 향상된 이차전지를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캡 어셈블리는,
양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서, 안전용 전류차단부재(CID)에 의해 연결되어 있는 안전벤트; 상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡; 및 상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓;을 포함하고 있으며,
상기 양극에서 양극 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부에는 용접 방식으로 양극 탭이 부착되어 있고, 전지의 제조과정에서 CID와 양극 탭의 용접이 용이하도록 상기 가스켓의 하단 외주면으로부터 상향 만입되어 있는 하나 이상의 홈부가 형성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 캡 어셈블리에는 상기와 같은 특정한 구조의 홈부가 형성되어 있어서, CID와 양극 탭의 용접시 하단 외주면에 의한 간섭을 최소화할 수 있으며, 결과적으로 용접성을 향상시킬 수 있다.
상기 양극 탭과 CID의 연결은 다양한 방식으로 달성될 수 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 양극 탭은 CID의 하단면에 용접된 상태로 연결될 수 있다.
양극 탭은 진동 등에 의한 외부 충격에 대해서도 안정적인 접속상태를 유지할 수 있도록 소정의 유연성을 가져야 한다. 이러한 유연성은, 예를 들어, 양극 탭의 적어도 일부가 절곡된 상태로 용접되어 있을 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 상기 홈부의 길이는 상기 양극 탭의 용접시 간섭을 유발하지 않는 범위라면 크게 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는, 0.5 mm 내지 1.5 mm 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.7 mm 내지 1.2 mm일 수 있다.
또한, 상기 양극 탭의 용접을 고려하여, 홈부의 폭은 바람직하게는 1 mm 일 수 있다.
한편, 상기 홈부는 가스켓의 중심축을 기준으로 대칭되는 둘 이상의 개수로 형성되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 양극 탭의 용접시 센서 등의 관통이 용이하며 용접 효율성을 향상시킬 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 가스켓은 젤리-롤의 유동을 방지하도록, 상기 가스켓의 하단 외주면으로부터 하향 연장되는 연장부를 추가로 포함할 수 있다.
즉, 가스켓의 하단 외주면에 홈부 뿐만 아니라 연장부가 형성됨으로써, 젤리-롤의 상단을 가압하여 진동시 젤리-롤의 회전 및 상하 유동을 미연에 방지할 수 있다.
상기 구조에서, 연장부의 길이는 바람직하게는 3 mm 이하일 수 있다. 상기 길이가 너무 긴 경우에는 캡 어셈블리의 장착이 용이하지 않으며, 반대로 너무 짧은 경우에는 연장부의 역할을 수행하기 어려우므로 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는 2 mm 이하로 형성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 하향 연장된 상기 연장부는 상향 만입된 상기 홈부에 대응하는 개념으로 이해될 수도 있다. 즉, 상향 만입된 홈부들 사이의 부위는 하향 연장된 일종의 연장부를 형성할 수도 있다. 그러나, 상기 연장부와 홈부는 종래기술의 가스켓 디멘션을 고려하여 그보다 큰 크기로 하향 연장된 형태 및/또는 상향 만입된 형태를 가진 구조로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 가스켓은 절연성 소재라면 특별히 제한되지 않고 다양한 소재로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 전기절연성 고분자 수지 또는 전기절연성 고분자 복합체로 일 수 있으며, 구체적으로, 상기 고분자 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(Thermo-plastic PolyEster Elastomer: TPEE) 및 고무로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 캡 어셈블리를 포함하고 있는 원통형 전지를 제공한다.
상기 전지는 연속적인 충방전이 가능한 이차전지로서 리튬 이차전지일 수 있다.
원통형 전지의 기본적인 구조는 도 1을 참조하여 설명하였고, 그것의 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다. 다만, 본 발명에 따른 원통형 전지가 도 1의 구조에서 일부 변경 내지 변형된 구조에도 적용됨은 물론이다.
도 1은 종래의 원통형 이차전지의 구조에 대한 수직 단면도이다;
도 2는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 구조에 대한 수직 단면도이다;
도 3은 도 2의 가스켓의 단면도의 예시이다;
도 4는 도 2의 가스켓의 단면도의 또 다른 예시이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 구조에 대한 수직 단면도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 가스켓의 단면도를 모식적으로 도시하고 있다.
이들 도면을 참조하면, 양극(131)/분리막(133)/음극(132) 구조의 젤리-롤(130)이 원통형 캔(120)에 내장되어 있는 구조의 전지(100)에서 캔(120)의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리(140)로서, CID(145)에 의해 연결되어 있는 안전벤트(143), 안전벤트(143)의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡(141), 및 상단 캡(141)의 외주면에 장착되어 있는 가스켓(200)을 포함한다.
양극 탭(134)는 양극(131)에서 양극 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부(도시하지 않음)에 용접 방식으로 부착되어 있고, CID(145)의 하단면에 절곡된 상태로 용접되어 있다.
CID(145)와 양극 탭(134)의 용접이 용이하도록, PP 소재의 가스켓(200)은 하단 외주면으로부터 상향 만입되어 있는 약 0.8 mm의 길이의 홈부(210)가 형성되어 있다.
도 4에는 도 2의 또 다른 실시예의 가스켓의 단면도의 모식적으로 도시하고 있다.
도 4를 도 3과 함께 참조하면, 젤리-롤의 유동을 방지하도록, 가스켓(200)의 하단 외주면으로부터 하향 연장되는 약 1.5 mm의 연장부(220)를 추가로 포함하는 것을 제외하면 도 3과 동일하므로 자세한 내용은 생략한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 캡 어셈블리는 가스켓의 하단 외주면으로부터 상향 만입되어 있는 홈부가 형성되어 있어서, CID와 양극 탭의 용접시 하단 외주면에 의한 간섭을 최소화하고, 바람직한 예에서 하단 외주면으로부터 하향 연장된 연장부가 형성되어 있어서, 젤리-롤의 유동을 방지할 수 있으므로 전지셀의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지에서 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리로서,
    안전용 전류차단부재(CID)에 의해 연결되어 있는 안전벤트;
    상기 안전벤트의 외주면을 따라 그것에 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡; 및
    상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓;
    을 포함하고 있으며,
    상기 양극에서 양극 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부에는 용접 방식으로 양극 탭이 부착되어 있고, 전지의 제조과정에서 CID와 양극 탭의 용접이 용이하도록 상기 가스켓의 하단 외주면으로부터 상향 만입되어 있는 하나 이상의 홈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 탭은 CID의 하단면에 용접된 상태로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 양극 탭은 적어도 일부가 절곡된 상태로 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 홈부의 길이는 0.5 mm 내지 1.5 mm 인 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 홈부는 가스켓의 중심축을 기준으로 대칭되는 둘 이상의 개수로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가스켓은 젤리-롤의 유동을 방지하도록, 상기 가스켓의 하단 외주면으로부터 하향 연장되는 연장부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 연장부의 길이는 3 mm 이하인 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 가스켓의 소재는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(Thermo-plastic PolyEster Elastomer: TPEE) 및 고무로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 캡 어셈블리.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나에 따른 캡 어셈블리를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 원통형 전지.
PCT/KR2012/010817 2011-12-26 2012-12-13 제조공정성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원통형 전지 WO2013100446A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12862288.3A EP2760062B1 (en) 2011-12-26 2012-12-13 Cap assembly having improved manufacturing processability and cylindrical battery comprising same
US14/353,535 US9178190B2 (en) 2011-12-26 2012-12-13 Cap assembly having improved manufacturing processability and cylindrical battery comprising same
CN201280052326.8A CN103907220B (zh) 2011-12-26 2012-12-13 具有提高的生产率的帽组件和包括该帽组件的圆筒形电池
JP2014538731A JP6005173B2 (ja) 2011-12-26 2012-12-13 製造工程性が向上したキャップアセンブリー及びそれを備えた円筒型電池

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110142198A KR101326069B1 (ko) 2011-12-26 2011-12-26 제조공정성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원통형 전지
KR10-2011-0142198 2011-12-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013100446A1 true WO2013100446A1 (ko) 2013-07-04

Family

ID=48697830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2012/010817 WO2013100446A1 (ko) 2011-12-26 2012-12-13 제조공정성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원통형 전지

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9178190B2 (ko)
EP (1) EP2760062B1 (ko)
JP (1) JP6005173B2 (ko)
KR (1) KR101326069B1 (ko)
CN (1) CN103907220B (ko)
WO (1) WO2013100446A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014132552A (ja) * 2013-01-03 2014-07-17 Samsung Sdi Co Ltd ２次電池

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102263435B1 (ko) * 2017-09-13 2021-06-11 주식회사 엘지에너지솔루션 비딩부가 생략된 원통형 전지셀
WO2020010453A1 (en) * 2018-07-13 2020-01-16 HYDRO-QUéBEC Battery safety vent assembly
CN113273020B (zh) 2018-09-11 2024-03-26 劲量品牌有限责任公司 具有带槽的垫片的助听器
KR102610593B1 (ko) * 2019-06-18 2023-12-07 주식회사 엘지에너지솔루션 홈이 형성된 가스켓을 포함하는 원통형 이차전지
EP3996195A4 (en) * 2019-10-02 2022-08-24 LG Energy Solution, Ltd. CYLINDRICAL BATTERY AND BATTERY PACK WITH IT
US11641044B1 (en) 2020-04-14 2023-05-02 Energizer Brands, Llc Battery housing and systems and methods of making thereof
WO2023173271A1 (en) * 2022-03-15 2023-09-21 Techtronic Cordless Gp Insulator for tabless jellyroll battery cells

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080034221A (ko) * 2006-10-16 2008-04-21 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 원통형 전지
KR20080050642A (ko) * 2006-12-04 2008-06-10 주식회사 엘지화학 용량이 증가된 원통형 전지
KR20100041472A (ko) * 2008-10-14 2010-04-22 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 이차전지
KR20110017835A (ko) * 2009-08-14 2011-02-22 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 원통형 이차전지

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08339793A (ja) * 1995-04-11 1996-12-24 Mitsubishi Cable Ind Ltd 密閉電池の安全装置
JP3652000B2 (ja) * 1996-03-05 2005-05-25 Ｆｄｋ株式会社 防爆機能を有する電池
KR20000008333A (ko) * 1998-07-13 2000-02-07 손욱 이차전지의 실링구조 및 그를 이용한 조립방법
JP2000260409A (ja) 1999-03-04 2000-09-22 Mikuni Kogyo:Kk リチウムイオン電池の端子用ガスケット及び該端子用ガスケットを用いたリチウムイオン電池の端子構造
JP4193271B2 (ja) 1999-03-12 2008-12-10 ソニー株式会社 固体電解質電池
JP2004119067A (ja) * 2002-09-24 2004-04-15 Sony Corp 非水電解質電池及びその製造方法
JP2005150073A (ja) * 2003-08-28 2005-06-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池およびその製造方法
KR100635730B1 (ko) * 2005-06-28 2006-10-17 삼성에스디아이 주식회사 원통형 리튬 이차 전지 및 이의 제조 방법
KR100686827B1 (ko) * 2005-07-11 2007-02-26 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지
KR101062685B1 (ko) 2009-09-30 2011-09-06 주식회사 엘지화학 이중 실링된 캡 어셈블리, 및 이를 구비하는 원통형 이차전지
KR101097255B1 (ko) 2009-11-30 2011-12-21 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080034221A (ko) * 2006-10-16 2008-04-21 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 원통형 전지
KR20080050642A (ko) * 2006-12-04 2008-06-10 주식회사 엘지화학 용량이 증가된 원통형 전지
KR20100041472A (ko) * 2008-10-14 2010-04-22 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 이차전지
KR20110017835A (ko) * 2009-08-14 2011-02-22 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 원통형 이차전지

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2760062A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014132552A (ja) * 2013-01-03 2014-07-17 Samsung Sdi Co Ltd ２次電池

Also Published As

Publication number Publication date
KR101326069B1 (ko) 2013-11-07
CN103907220B (zh) 2016-01-20
CN103907220A (zh) 2014-07-02
US20140302358A1 (en) 2014-10-09
JP6005173B2 (ja) 2016-10-12
EP2760062A4 (en) 2014-11-05
EP2760062B1 (en) 2018-10-17
KR20130074236A (ko) 2013-07-04
JP2014531128A (ja) 2014-11-20
EP2760062A1 (en) 2014-07-30
US9178190B2 (en) 2015-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013100446A1 (ko) 제조공정성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원통형 전지
KR101182284B1 (ko) 이차 전지
WO2012050343A2 (ko) 신규한 구조의 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 전지
WO2012053688A1 (ko) 캡 조립체 및 이를 이용한 이차 전지
EP2410594B1 (en) Rechargeable battery
WO2012077967A2 (ko) 캡 조립체 및 이를 이용한 이차 전지
WO2018105847A1 (ko) 원통형 이차전지 모듈
WO2014133275A1 (ko) 이차 전지 및 그 제조 방법
EP2930764B1 (en) Rechargeable battery
KR101310731B1 (ko) 이차 전지
WO2017061746A1 (ko) 전지 모듈
US8980463B2 (en) Secondary battery and cover assembly employed therein
US20110123846A1 (en) Cylindrical secondary battery
KR20130073856A (ko) 이차 전지
KR101293208B1 (ko) 이차 전지용 캡 조립체
KR20190041294A (ko) 안전 벤트
WO2018174621A2 (ko) 안전벤트의 이탈을 방지하는 가이드 부재를 포함하는 캡 어셈블리
CN110462874B (zh) 二次电池的绝缘体和包括其的二次电池
KR101473392B1 (ko) 이차 전지 및 이를 제조하는 방법
CN110380141A (zh) 电芯及电化学装置
EP4145611A1 (en) Secondary battery
WO2011115392A2 (ko) 이차 전지
KR20150102631A (ko) 상부 절연부재를 갖는 이차전지
KR20150000159A (ko) 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
WO2013025078A2 (ko) 이차 전지 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12862288

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014538731

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14353535

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE