WO2018056562A1 - 엠보싱 처리된 안전벤트를 갖는 이차 전지 - Google Patents

엠보싱 처리된 안전벤트를 갖는 이차 전지 Download PDF

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terminal
secondary battery
safety vent
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이현수
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삼성에스디아이(주)
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Definitions

  • Various embodiments of the present invention relate to a secondary battery.
  • a rechargeable battery is a battery that can be charged and discharged, unlike a non-rechargeable primary battery.
  • a rechargeable battery such as a smartphone, a digital camera, a laptop, a tablet, and a smartphone is a rechargeable battery.
  • driving motors such as electric scooters, hybrid cars, and electric cars.
  • Secondary batteries are manufactured in various shapes. Representative shapes include square, cylindrical and pouch types, and the electrode assembly and the electrolyte formed between the positive and negative electrodes through a separator are housed together in a case ( In some cases, a solid electrolyte, which is an ion conductor without electrolyte, may be interposed between the positive and negative electrodes), and a cap plate is installed in the case. Of course, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are connected to the electrode assembly, which is exposed and protruded to the outside through the cap plate.
  • Various embodiments of the present invention can be defined by the external force generated during the manufacturing process, it is possible to clearly define the fracture area or shape, secondary secondary having an embossed safety vent for easy process management of the fracture area or shape Provide a battery.
  • Secondary battery is a case; A cap plate installed in the case and having a vent hole; And a safety vent coupled to the vent hole of the cap plate to break when the internal pressure of the case is greater than the reference pressure, wherein the safety vent includes an embossing unit; And a notch formed in the embossed portion.
  • the embossing portion is a first embossing portion protruding in a first direction along the circumference; A second embossing portion formed inside the first embossing portion and protruding in a second direction opposite to the first direction; And a third embossing part formed inside the second embossing part and protruding in the first direction.
  • the notch part may be formed in the third embossing part.
  • the first embossing part and the third embossing part may have a semicircular shape in which a cross-sectional shape protrudes toward the first direction.
  • the third embossing portion may have a quadrangular shape in which a cross-sectional shape protrudes toward the second direction.
  • the second embossing portion may have a plurality of divided shapes by the third embossing portion, and the divided second embossing portions may all form the same plane.
  • the third embossing part may have a planar shape of +, X, or I.
  • the first embossing part may have an oval shape in the form of a plane.
  • the safety vent is an inclined portion formed outwardly from the first embossing portion in the first direction; And a circumferential portion extending outward from the inclined portion and coupled around the vent hole of the cap plate.
  • Various embodiments of the present invention can be defined by the external force generated during the manufacturing process, it is possible to clearly define the fracture area or shape, secondary secondary having an embossed safety vent for easy process management of the fracture area or shape Provide a battery.
  • a second embossing portion in which the safety vent protrudes downward and extends in an inner direction of the first embossing portion protrudes in an upward direction, in particular, the upper surface is completely flat
  • a third embossing portion extending in an inward direction of the second embossing portion and protruding downward, and a notch portion formed in the third embossing portion, thereby reducing spring back phenomenon regardless of elongation of the metal.
  • Safety vents including 1,2,3 embossing parts and notches may be provided.
  • the springback phenomenon is generated in the first, second, third embossing portion and the notch portion is small, so that the shape and dimensions (height) of the mass-produced safety vents are the same.
  • the secondary batteries adopting the above-described safety vent can be set to the same breaking pressure of the safety vent, thereby improving the safety or reliability of the secondary battery. That is, in the embodiment of the present invention, the break region or shape of the safety vent is clearly defined, and the process management for the break region or shape is facilitated.
  • the notch portion is formed last after the above-described first, second and third embossing portions are formed, thereby reducing the phenomenon that the safety vent is broken during the manufacturing process.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a rechargeable battery according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line 2-2 of FIG. 1.
  • 3A and 3B are front perspective and rear views illustrating an embossed safety vent and a cap plate mounted thereon among secondary batteries according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 4A and 4B are cross-sectional views taken along lines 4a-4a and 4b-4b of FIG. 3B
  • FIG. 4C is a cross-sectional view of a safety vent according to another embodiment.
  • 5A, 5B, and 5C are front and rear perspective views illustrating a method of manufacturing an embossed safety vent in a secondary battery according to various embodiments of the present disclosure.
  • 6A and 6B are front perspective and rear views illustrating an embossed safety vent and a cap plate mounted thereon among secondary batteries according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7A and 7B are front perspective and rear views illustrating an embossed safety vent and a cap plate mounted thereon among secondary batteries according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a general safety vent among secondary batteries.
  • 9A and 9B are exploded perspective views and cross-sectional views illustrating another type of secondary battery equipped with an embossed safety vent according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a battery module configured of a secondary battery according to various embodiments of the present disclosure.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, the first member, part, region, layer or portion, which will be described below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a rechargeable battery according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a rechargeable battery taken along line 2-2 of FIG. 1.
  • the secondary battery 100 may include an electrode assembly 110, a first terminal 120, a second terminal 130, a case 140, and Cap assembly 150.
  • the electrode assembly 110 is formed by laminating or overlapping a stack of the first electrode plate 111, the separator 113, and the second electrode plate 112 formed in a thin plate shape or a film shape.
  • the first electrode plate 111 may serve as a cathode
  • the second electrode plate 112 may serve as an anode.
  • the opposite is also possible.
  • the first electrode plate 111 is not limited thereto, but a first electrode active material such as graphite or carbon is coated on a first electrode current collector formed of a metal foil such as copper, copper alloy, nickel or nickel alloy. And the first electrode uncoated portion 111a which is a region where the first electrode active material is not coated. The first electrode uncoated portion 111a serves as a passage for current flow between the first electrode plate 111 and the outside of the first electrode plate.
  • the second electrode plate 112 is not limited thereto, and is formed by coating a second electrode active material such as a transition metal oxide on a second electrode current collector formed of a metal foil such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the second electrode uncoated portion 112a which is a region to which the two-electrode active material is not coated is included.
  • the second electrode uncoated portion 112a serves as a passage for current flow between the second electrode plate 112 and the outside of the second electrode plate.
  • the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112 as described above may be arranged with different polarities.
  • the separator 113 is positioned between the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112 to prevent shorting and to allow movement of lithium ions.
  • the separator 113 is not limited thereto. , Polypropylene or a composite film of polyethylene and polypropylene.
  • the separator 113 may be replaced with an inorganic solid electrolyte such as a sulfide-based, oxide-based, or phosphate-based compound that does not require a liquid or gel electrolyte.
  • the first terminal 120 and the second terminal 130 electrically connected to each of the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112 are positioned at both ends of the electrode assembly 110 as described above.
  • the electrode assembly 110 is, for example, but not limited to, contained in the case 140 together with the electrolyte.
  • the electrolyte may be formed of lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4 in organic solvents such as EC, PC, DEC, EMC, and DMC.
  • the electrolyte may be liquid or gel. As described above, when an inorganic solid electrolyte is used, the electrolyte may be omitted.
  • the first terminal 120 is made of metal and is electrically connected to the first electrode plate 111.
  • the first terminal 120 includes a first current collecting plate 121, a first terminal pillar 122, and a first terminal plate 124.
  • the first collector plate 121 is in contact with the first electrode uncoated portion 111a protruding to one end of the electrode assembly 110. Substantially, the first collector plate 121 is welded to the first electrode uncoated portion 111a.
  • the first collector plate 121 is formed in a substantially ' ⁇ ' shape, and a terminal hole 121a is formed at an upper portion thereof.
  • the first terminal pillar 122 is fitted into the terminal hole 121a to be riveted and / or welded.
  • the first collector plate 121 is, for example, but not limited to, made of copper or a copper alloy.
  • the first terminal pillar 122 penetrates and extends a predetermined length through the cap plate 151 to be described later, and is electrically connected to the first current collector plate 121 at the lower portion of the cap plate 151.
  • the first terminal pillar 122 protrudes and extends a predetermined length to the upper portion of the cap plate 151, and at the same time so that the first terminal pillar 122 does not fall out of the cap plate 151 below the cap plate 151.
  • the flange 122e is formed. The region located below the flange 122e in the first terminal pillar 122 is inserted into the first terminal hole 121a of the first current collecting plate 121 and then riveted and / or welded.
  • the first terminal pillar 122 is electrically insulated from the cap plate 151.
  • the first terminal pillar 122 is electrically insulated from the cap plate 151.
  • the first terminal pillar 122 is made of, for example, but not limited to, copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy.
  • the first terminal plate 124 has a hole 124a in which the first terminal pillar 122 is coupled and riveted and / or welded.
  • the interface between the first terminal pillar 122 exposed upward and the first terminal plate 124 is welded to each other.
  • the laser beam is provided to the boundary region of the first terminal pillar 122 and the first terminal plate 124 exposed upward, so that the boundary regions are mutually melted and then cooled and welded. This weld zone is indicated at 125 in FIG. 2.
  • a bus bar (not shown) formed of aluminum or an aluminum alloy may be welded to the first terminal plate 124 described above.
  • the second terminal 130 is also made of metal and is electrically connected to the second electrode plate 112.
  • the second terminal 130 includes a second collector plate 131, a second terminal pillar 132, and a second terminal plate 134.
  • the second collector plate 131 is in contact with the second electrode uncoated portion 112a protruding to one end of the electrode assembly 110.
  • the second collector plate 131 is formed in a substantially ' ⁇ ' shape, and a terminal hole 131a is formed at an upper portion thereof.
  • the second terminal pillar 132 is inserted into and coupled to the terminal hole 131a.
  • the second collector plate 131 is, for example, but not limited to, made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the second terminal pillar 132 penetrates and extends upward through a cap plate 151 to be described later, and is electrically connected to the second current collector plate 131 at a lower portion of the cap plate 151.
  • the second terminal pillar 132 protrudes and extends a predetermined length to the upper portion of the cap plate 151, and at the same time, a flange ( 132e) is formed.
  • the region located below the flange 132e of the second terminal pillar 132 is inserted into the second terminal hole 131a of the second collector plate 131 and then riveted and / or welded.
  • the second terminal pillar 132 is electrically insulated from the cap plate 151.
  • the second terminal pillar 132 is, for example, but not limited to, made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the second terminal plate 134 has a hole 134a.
  • the second terminal plate 134 is coupled to the second terminal pillar 132. That is, the second terminal pillar 132 is coupled to the hole 134a of the second terminal plate 134.
  • the second terminal pillar 132 and the second terminal plate 134 are riveted and / or welded to each other.
  • the boundary regions of the second terminal pillar 132 and the second terminal plate 134 exposed upward are welded to each other.
  • the laser beam is provided to the boundary region of the second terminal pillar 132 and the second terminal plate 134 exposed upward, so that the boundary regions are melted and cooled and welded to each other.
  • a bus bar (not shown) of aluminum or an aluminum alloy is easily welded to the second terminal plate 134.
  • the second terminal plate 134 may be electrically connected to the cap plate 151, so that the cap plate 151 and the case 140, which will be described below, have the same polarity (for example, the second terminal 130).
  • an anode for example, an anode
  • the winding axis (horizontal axis in the horizontal direction in FIG. 2) of the electrode assembly 110 may include a terminal axis (vertical axis in the vertical direction in FIG. 2) of the first terminal pillar 122 of the first terminal 120, and
  • the second terminal pillar 132 of the second terminal 130 has a relationship of approximately perpendicular or approximately perpendicular to the terminal axis (vertical axis in the vertical direction in FIG. 2).
  • the case 140 is, for example, but not limited to, formed of a conductive metal such as aluminum, an aluminum alloy, or nickel plated steel, and includes an electrode assembly 110, a first terminal 120, and a second terminal ( 130 is formed in an approximately hexahedral shape in which an opening in which the seat can be inserted is formed.
  • a conductive metal such as aluminum, an aluminum alloy, or nickel plated steel
  • 130 is formed in an approximately hexahedral shape in which an opening in which the seat can be inserted is formed.
  • an opening is not shown, but the circumferential portion of the cap assembly 150 is a substantially open portion.
  • an inner surface of the case 140 may be insulated to be insulated from the electrode assembly 110, the first terminal 120, the second terminal 130, and the cap assembly 150.
  • Cap assembly 150 is coupled to case 140.
  • the cap assembly 150 specifically includes a cap plate 151, a seal gasket 152, a stopper 153, a safety vent 154, an upper insulating member 155, and a lower insulating member 156.
  • the cap plate 151 seals the opening of the case 140 and may be formed of the same material as the case 140.
  • the cap plate 151 may be coupled to the case 140 by laser welding.
  • the cap plate 151 may have the same polarity as the second terminal 130 as described above, the cap plate 151 and the case 140 may have the same polarity.
  • the seal gasket 152 is formed between the first terminal pillar 122 and the second terminal pillar 132 and the cap plate 151 of an insulating material, and thus the first terminal pillar 122 and the second terminal pillar 132. ) And the cap plate 151 are sealed.
  • the seal gasket 152 prevents external moisture from penetrating the inside of the secondary battery 100 or prevents the electrolyte solution contained in the secondary battery 100 from flowing out.
  • the stopper 153 seals the electrolyte injection hole 151a of the cap plate 151, and the safety vent 154 is installed in the vent hole 151b of the cap plate 151, and the notch may be opened at a set pressure. 154a (see FIGS. 3B, 4A, and 4B).
  • the upper insulating member 155 is formed between each of the first terminal pillar 122 and the second terminal pillar 132 and the cap plate 151. In addition, the upper insulating member 155 is in close contact with the cap plate 151. In addition, the upper insulating member 155 may be in close contact with the seal gasket 152. The upper insulating member 155 insulates the first terminal pillar 122 and the second terminal pillar 132 from the cap plate 151.
  • the lower insulating member 156 is formed between each of the first collector plate 121 and the second collector plate 131 and the cap plate 151 to prevent the occurrence of unnecessary short circuit. That is, the lower insulating member 156 prevents a short circuit between the first collector plate 121 and the cap plate 151 and a short circuit between the second collector plate 131 and the cap plate 151.
  • FIGS. 3A and 3B are front perspective and rear views illustrating an embossed safety vent 154 and a cap plate 151 mounted thereon among secondary batteries 100 according to various embodiments of the present disclosure.
  • 4B is a cross-sectional view taken along lines 4a-4a and 4b-4b of FIG. 3B
  • FIG. 4C is a cross-sectional view of the safety vent 154D according to another embodiment.
  • the safety vent 154 is coupled to an inner wall of the inclined vent hole 151b of the cap plate 151.
  • the safety vent 154 is broken so that the internal gas is quickly discharged to the outside when the internal pressure of the case 140 is greater than the reference pressure, so that the secondary battery 100 is not placed in a dangerous situation.
  • the safety vent 154 is approximately horizontal from the circumference 154a coupled to the inner wall or step of the vent hole 151b, the inclined portion 154b extending from the circumference 154a, and the inclined portion 154b. And a notch portion 154f formed on the embossed portion 154G and the embossed portion 154G.
  • the circumference 154a may be welded to the inner wall or the step of the vent hole 151b, for example, but not limited to, by laser welding.
  • the thickness of the circumferential portion 154a may be relatively thicker than the thickness of the inclined portion 154b or the embossed portion 154G.
  • the inclined portion 154b may extend from the circumferential portion 154a to be inclined in the inner downward direction (eg, the first direction), but not limited thereto.
  • the inclined portion 154b may be, for example, but not limited to, adhered to and inclined to the inclined inner wall of the vent hole 151b. Therefore, in the normal state of the secondary battery 100, the electrolyte may not leak to the outside along the interface between the safety vent 154 and the vent hole 151b.
  • the embossed portion 154G extends from the inclined portion 154b and is formed in a substantially flat shape in the horizontal direction. That is, the embossing portion 154G includes the first embossing portion 154c protruding downwardly (eg, the first direction) and the second embossing portion 154d protruding upwardly (eg, the second direction). ) And a third embossing portion 154e protruding downward.
  • the first embossing portion 154c is connected to the inclined portion 154b and has a semicircular shape that protrudes in a substantially downward direction, for example, but not limited to, in cross-sectional shape.
  • the second embossing portion 154d is connected to the first embossing portion 154c, and has a rectangular shape protruding in an upward direction in the cross-sectional shape, for example, but not limited to.
  • the upper surface of the second embossing portion 154d is substantially or completely flat.
  • the third embossing portion 154e is connected to the second embossing portion 154d and has a semicircular shape that protrudes in a substantially downward direction in cross-sectional form, for example, but not limited to.
  • the first embossing portion 154c is, for example, in the form of a plane, but not limited thereto, and has a substantially rectangular or ellipse shape. That is, the first embossing portion 154c has a quadrangular shape with four corners having a round shape.
  • the second embossing portion 154d has a form divided into a plurality of portions by the third embossing portion 154e, although not limited thereto.
  • the third embossing portion 154e has a planar shape, for example, but not limited thereto, and has a substantially + shape.
  • each end of the third embossing unit 154e may be connected to the first embossing unit 154c.
  • the second embossing part 154d may also be divided into four regions in the planar shape by the third embossing part 154e having a positive shape.
  • the upper surface of the second embossed portion 154d divided into four forms the same plane, and the lower surface of the second embossed portion 154d also forms the same plane. That is, in the embodiment of the present invention, referring to FIG. 4A, all of the heights referred to as so-called X values are formed identically. Moreover, these X values are not all deviations from the safety vents 154, but may be all managed with the same value.
  • the springback phenomenon is minimal regardless of the elongation of the metal forming the safety vent 154.
  • the X value for each safety vent 154 all are managed by the same value.
  • the fracture zone and / or shape of the safety vent 154 may be clearly defined, and process management for the fracture zone and / or shape may also be facilitated.
  • the lower end of the first embossing portion 154c and the third embossing portion 154e of the safety vent 154 is located below the lower surface of the cap plate 151 to reduce the dead volume inside the case 140.
  • the upper end of the second embossing part 154d is positioned above the inside of the vent hole 151b, that is, the lower surface of the cap plate 151 so that pressure is concentrated through the vent hole 151b.
  • the thickness of the above-described embossing portion 154G may vary depending on the characteristics of the secondary battery 100, but may be approximately 0.2 mm to 2 mm. It may be thick.
  • the thickness of the notch 154f may be, for example, but not limited to, about 0.01 mm to 1 mm. As described above, these values may be variously changed according to the design characteristics of the secondary battery.
  • the notch part 154f may be formed along the third embossing part 154e described above. That is, the notch portion 154f may be formed in a + shape in the planar form, for example, but not limited thereto, in the same or similar manner as the third embossing portion 154e.
  • the notch 154f may be formed along the center of the bottom surface of the third embossing portion 154e, but may be formed along the center of the top surface of the third embossing portion 154e.
  • the third embossing part 154e and the notch part 154f have approximately + shapes, so that when the internal pressure of the case 140 is higher than the reference pressure, the breaking shape of the safety vent 154 is also approximately + shape. Can be.
  • the safety vent 154D according to another embodiment of the present invention has only the inclined portion 154b without the relatively thick circumferential portion 154a and the vent hole 151b of the cap plate 151. Can be welded directly to the inner wall of the. Since the safety vent 154D is not provided with a stepped circumferential portion 154a, the vent hole 151b formed to be inclined in the cap plate 151 is easy to process, and the safety vent 154 is also easy to process. Of course, welding is performed along the interface formed between the upper end of the inclined portion 154b and the inner wall of the vent hole 151b.
  • 5A, 5B and 5C are front and rear perspective views illustrating a method of manufacturing an embossed safety vent 154 in a secondary battery 100 according to various embodiments of the present disclosure.
  • a flat metal plate extends obliquely from the circumference 154a and inwardly downward from the circumference 154a by a primary forging process.
  • the first preliminary safety vent 154A including the inclined portion 154b and the flat portion 154c 'extending substantially flat in the horizontal direction from the inclined portion 154b.
  • the thickness of the inclined portion 154b and the flat portion 154c ' may be relatively thinner than the thickness of the circumferential portion 154a.
  • the circumference 154a may not be formed.
  • the primary forging process includes, for example, but not limited to, having a lower mold having an opening and an upper mold having a punch engageable with the opening, and a flat metal plate between the lower mold and the upper mold. Positioning, and then allowing the punch of the upper mold to engage the opening of the lower mold, so that the flat metal plate therebetween has the above-described circumference 154a, inclined portion 154b and flat portion 154c '. And transform it into a vehicle preliminary safety vent 154A.
  • the above-described flat metal plate for example, but not limited to, may be one selected from ordinary aluminum, aluminum alloy, and equivalents thereof.
  • the above-described flat portion 154c ' is formed by the first embossing portion 154c by the secondary forging process.
  • a second embossing portion 154d and a third embossing portion 154e are formed, or after the formation of the second embossing portion 154d and the third embossing portion 154e.
  • the first embossing unit 154c may be formed, or the first embossing unit 154c, the second embossing unit 154d, and the third embossing unit 154e may be simultaneously formed.
  • the second embossing portion 154d may be viewed as being naturally formed or defined by the formation of the first embossing portion 154c and the third embossing portion 154e.
  • the first embossing portion 154c may be formed in a cross-sectional shape, for example, but not limited thereto, but may be formed in a substantially semi-circular shape protruding in a downward direction (ie, the first direction), and in a planar shape. Thus, for example, but not by way of limitation, it may be formed in an approximately oval shape. Substantially, the first embossing portion 154c may be formed along a boundary between the flat portion 154c 'and the inclined portion 154b.
  • the second embossing portion 154d may be formed in a cross-sectional shape, for example, but not limited thereto, but may have a substantially rectangular shape protruding in the upper direction (ie, the second direction) (ie, the upper surface).
  • the upper direction ie, the second direction
  • the upper surface ie, the upper surface
  • Completely flat and also in a planar form, for example, but not limited to, can be a substantially rectangular shape having a round on one side.
  • the third embossing portion 154e may be formed in a cross-sectional shape, for example, but not limited thereto, but may be formed in a substantially semi-circular shape projecting in a downward direction, and may also be approximately + in a planar shape.
  • an end portion of the third embossing portion 154e may be connected to the first embossing portion 154c.
  • the second embossing portion 154d is divided into a plurality of pieces by the third embossing portion 154e.
  • the widths of the divided second embossing units 154d may be the same.
  • the upper surfaces of the second embossing portions 154d all have the same height or all form the same plane. That is, the heights from the virtual line connecting the lower ends of the first embossing portion 154c and the second embossing portion 154d to the flat lower surface or the flat upper surface of the plurality of second embossing portions 154d are the same. This means that the X values are the same as described above.
  • this structural feature applies equally to all safety vents 154 manufactured in accordance with embodiments of the present invention.
  • the above-described primary forging process and the secondary forging process have a minimum springback phenomenon regardless of the inherent elongation of the metal, and the above-described structural features are equally applied to all the safety vents 154. .
  • the secondary forging process includes, for example, but not limited to, providing a lower mold having a trench and an upper mold having protrusions coupled to the trench, and the above-described primary between the lower mold and the upper mold. Positioning the preliminary safety vent 154A, and then allowing the protrusions of the upper mold to be coupled to the trenches of the lower mold so that the flat portions 154c 'therebetween are the first embossed portion 154c and the second embossed portion ( 154d) and a third preliminary safety vent 154B having a third embossing portion 154e.
  • planar shape of the trench of the lower mold and the protrusion of the upper mold may correspond to the planar shape of the first embossing portion 154c and the third embossing portion 154e.
  • a notch 154f may be formed along the third embossing part 154e.
  • the notch portion 154f is formed along the lower end of the third embossing portion 154e.
  • the notch portion 154f may also be formed in approximately + shape.
  • the length of the notch portion 154f may be smaller than the length of the third embossing portion 154e or longer than the length of the third embossing portion 154e.
  • the notch part 154f may be formed to have a predetermined length along the lower end of the first embossing part 154c as well as the third embossing part 154e. Furthermore, in some cases, the notch part 154f may be formed only in the first embossing part 154c and not in the third embossing part 154e.
  • the notch portion 154f is formed along the bottom surface of the third embossing portion 154e in FIG. 5C, it may be formed along the top surface of the third embossing portion 154e.
  • the notch portion 154f may be formed along the top surfaces of the third embossing portion 154e and the first embossing portion 154c or may be formed along the top surface of the first embossing portion 154c.
  • the notch part 154f is broken when the internal pressure of the case 140 is greater than or equal to the reference pressure, so that the internal pressure of the case 140 quickly becomes an atmospheric pressure. Therefore, the thickness of the notch portion 154f is formed thinner (smaller) than the thickness of the third embossing portion 154e. Of course, when the notch portion 154f is formed in the first embossing portion 154c, the thickness of the notch portion 154f is formed thinner than the thickness of the first embossing portion 154c.
  • the present invention also provides a secondary battery 100 having an embossed safety vent 154 that facilitates process management of a fracture area or shape.
  • the notch 154f described above may be formed in various ways. For example, it may be formed by a laser beam or by an etching process. Furthermore, the notch 154f may be formed by a mold. For example, in the state where the upper surface of the third embossing portion 154e is coupled to the upper mold on which the semi-circular protrusions are formed, the lower mold having the approximately + -shaped protrusion presses the lower surface of the third embossing portion 154e. The notch 154f described above may be formed. Moreover, these notches 154f may be molded together during the forming process of the first, second and third embossing portions 154c, 154d and 154e described above.
  • 6A and 6B are front perspective and rear views illustrating an embossed safety vent 254 and a cap plate 151 mounted thereon among secondary batteries 100 according to various embodiments of the present disclosure.
  • the safety vent 254 is, for example, but not limited to, the third embossing portion 254e having an approximately X shape in a planar form. ) May be included.
  • the notch portion 254f is also formed, for example, in a planar shape, but in substantially X shape.
  • the notch 254f may be partially formed in the first embossing portion 154c as well as the third embossing portion 254e.
  • the widths of the second embossing portions 254d may be different from each other.
  • the width of the two second embossing units 254d divided by the third embossing unit 254e may be wider than the width of the remaining two second embossing units 254d.
  • the third embossing portion 254e and the notch portion 254f have an approximately X shape, and when the internal pressure of the case 140 is higher than the reference pressure, the breakage form of the safety vent 254 is also approximately X shape. Can be.
  • FIG. 7A and 7B are front perspective and rear views illustrating an embossed safety vent 354 and a cap plate 151 mounted thereon among secondary batteries 100 according to various embodiments of the present disclosure.
  • the safety vent 354 is, for example, but not limited to, a third embossing portion 354e having a substantially I shape in the plane form. ) May be included. Accordingly, the notch portion 354f is also formed in a substantially I shape in the form of a plane, although not limited to, for example. Furthermore, the notch 354f may be partially formed in the first embossing portion 154c as well as the third embossing portion 354e. Furthermore, due to the third embossing portion 354e of the I shape, the widths of the second embossing portions 354d may be the same.
  • the widths of the two second embossing portions 354d divided by the third embossing portions 354e are the same.
  • the third embossing portion 354e and the notch portion 154f have an approximately I shape, and when the internal pressure of the case 140 is higher than the reference pressure, the breakage form of the safety vent 154 is also approximately I shape. Can be.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a general safety vent 10 of a secondary battery.
  • the general safety vent 10 includes a relatively thick circumferential portion 11, a relatively thin flat portion 12 extending substantially horizontally inwardly from the circumferential portion 11, and a flat portion. It may consist of a notch 13 formed at approximately the center of the (12).
  • the flat part 12 is formed in substantially gull-wing shape by a forging process.
  • the X value is irregularly formed by the elongation or spring back phenomenon of the metal constituting the safety vent (10).
  • the secondary battery adopting the same has a different breaking time (operation time) of the safety vent 10, and thus safety and reliability of the secondary battery. Is lowered.
  • the X value may be defined as the distance between the lowermost end of the flat portion 12 on which the notch is formed and the uppermost end of the flat portion 12.
  • the first embossing portion 154c, the second embossing portion 154d, and the third embossing portion 154e are intentionally formed in the safety vent 154, and in particular, the second The embossed portion 154d is formed to be entirely flat, and the notch portion 154f is formed along the third embossed portion 154e and / or the first embossed portion 154c, thereby relating to the elongation of the metal described above. And minimal springback, so there is no variation in the X value. Therefore, in the secondary battery 100 employing the safety vent 154 according to the embodiment of the present invention, the break time (operation time) of the safety vent 154 becomes the same, and thus the safety of the secondary battery 100 And reliability is improved.
  • 9A and 9B are exploded perspective views and cross-sectional views illustrating another type of secondary battery equipped with an embossed safety vent according to various embodiments of the present disclosure.
  • the secondary battery 200 has a structure different from that of the secondary battery 100 of the above-described embodiment in a connection relationship between the electrode assembly 220, the electrode assembly 220, and the terminals 120 and 130.
  • the winding shaft of the electrode assembly 210 includes a terminal shaft of the first terminal pillar 122 of the first terminal 120 and a second terminal pillar of the second terminal 130. It is formed substantially parallel or approximately horizontal to the terminal shaft which 132 has.
  • the winding shaft and the terminal shaft refers to the axis formed in the vertical direction in Figures 9a and 9b, the fact that the winding axis and the terminal axis is approximately parallel or horizontal when the winding axis and the terminal axis does not meet with each other even if the length of the winding axis or stretched very long It means you can meet each other.
  • a first electrode tab 211a is interposed between the electrode assembly 210 and the first terminal pillar 122 of the first terminal 120, and the second of the electrode assembly 210 and the second terminal 130 are interposed therebetween.
  • the second electrode tab 212a is interposed between the terminal pillars 132. That is, the first electrode tab 211a extends from the upper end of the electrode assembly 210 toward the lower end of the first terminal pillar 122 of the first terminal 120, so that the first electrode tab 211a is flat on the first terminal pillar 122. It is electrically connected or welded to the flange 122e.
  • the second electrode tab 212a extends toward the lower end of the second terminal pillar 132 of the second terminal 130 from the upper end of the electrode assembly 210, and is flat on the second terminal pillar 132. It is electrically connected or welded to the flange 132e.
  • the first electrode tab 211a may be a first uncoated portion itself to which the first active material 211b of the first electrode plate 211 of the electrode assembly 210 is not coated, or connected to the first uncoated portion. It may be a separate member.
  • the material of the first uncoated portion is the same as the material of the first electrode plate, the material of the separate member may be one selected from nickel, nickel alloys, copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys and their equivalents.
  • the second electrode tab 212a may be the second uncoated portion itself, or the second uncoated portion of the second electrode plate 212 of the electrode assembly 210, to which the second active material 212b is not applied. It may be a separate member connected.
  • the material of the second uncoated portion is the same as that of the second electrode plate, and the material of the separate member may be one selected from aluminum, aluminum alloy, nickel, nickel alloy, copper, copper alloy, and equivalents thereof.
  • the winding axis of the electrode assembly and the terminal axis of the terminal are formed to be substantially parallel or horizontal to each other, so that the electrolyte assembly is not only excellent in the electrolyte solution during the injection of the electrolyte, but also the internal gas is rapidly supplied to the safety vent during the overcharge. Move the safety vent quickly.
  • an electrode tab (the plain portion itself or a separate member) of the electrode assembly is directly connected to the terminal directly, so that the electrical path is shortened, thereby reducing not only the internal resistance of the secondary battery but also the number of parts.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a battery module configured of a secondary battery according to various embodiments of the present disclosure.
  • a plurality of secondary batteries 100 are arranged in a row, and a plurality of bus bars 220 are coupled to the secondary cells 100 arranged in a row, thereby providing one battery module 1000.
  • the first terminal 120 of one secondary battery 100 and the second terminal 130 of another secondary battery 100 adjacent thereto are welded to the bus bar 220 to form a plurality of secondary batteries (
  • a battery module 1000 may be provided in which 100 is connected in series.
  • the bus bar 220 may be made of aluminum or an aluminum alloy, wherein the first terminal plate 124 of the first terminal 120 and the second terminal plate 134 of the second terminal 130 are also made of aluminum or aluminum. By being made of an aluminum alloy, the bus bar 220 can be easily welded to the first terminal 120 and the second terminal 130.
  • Various embodiments of the present invention relate to a secondary battery.

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 제조 공정 중 발생하는 외력에 의해 파손되지 않고, 파단 영역 또는 형상을 명확하게 정의할 수 있으며, 파단 영역 또는 형상에 대한 공정 관리가 용이한 엠보싱 처리된 안전벤트를 갖는 이차 전지를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명의 다양한 실시예는 케이스; 상기 케이스에 설치되되, 벤트홀을 갖는 캡 플레이트; 및 상기 캡 플레이트의 벤트홀에 결합되어, 상기 케이스의 내압이 기준압보다 클 경우 파단되는 안전벤트를 포함하고, 상기 안전벤트는 엠보싱부; 및 상기 엠보싱부에 형성된 노치부를 포함하는 이차 전지를 개시한다.

Description

엠보싱 처리된 안전벤트를 갖는 이차 전지
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 스마트폰, 디지털 카메라, 노트북, 태블릿 및 스마트폰과 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 각형, 원통형 및 파우치형을 들 수 있으며, 양,음극판 사이에 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 함께 케이스에 수용하고(경우에 따라, 전해질없이 이온 전도체인 고체 전해질이 양,음극판 사이에 개재될 수도 있음), 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 및 돌출된다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 제조 공정 중 발생하는 외력에 의해 파손되지 않고, 파단 영역 또는 형상을 명확하게 정의할 수 있으며, 파단 영역 또는 형상에 대한 공정 관리가 용이한 엠보싱 처리된 안전벤트를 갖는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지는 케이스; 상기 케이스에 설치되되, 벤트홀을 갖는 캡 플레이트; 및 상기 캡 플레이트의 벤트홀에 결합되어, 상기 케이스의 내압이 기준압보다 클 경우 파단되는 안전벤트를 포함하고, 상기 안전벤트는 엠보싱부; 및 상기 엠보싱부에 형성된 노치부를 포함한다.
상기 엠보싱부는 둘레를 따라 제1방향으로 돌출된 제1엠보싱부; 상기 제1엠보싱부의 내측에 형성되어 상기 제1방향의 반대인 제2방향으로 돌출된 제2엠보싱부; 및 상기 제2엠보싱부의 내측에 형성되어 상기 제1방향으로 돌출된 제3엠보싱부를 포함할 수 있다.
상기 노치부는 상기 제3엠보싱부에 형성될 수 있다.
상기 제1엠보싱부 및 제3엠보싱부는 단면의 형태가 상기 제1방향을 향해 돌출된 반원 형태일 수 있다.
상기 제3엠보싱부는 단면의 형태가 상기 제2방향을 향해 돌출된 사각 형태일 수 있다.
상기 제2엠보싱부는 상기 제3엠보싱부에 의해 다수개의 분할된 형태를 하며, 상기 분할된 제2엠보싱부들은 모두 동일 평면을 이룰 수 있다.
상기 제3엠보싱부는 평면의 형태가 ＋ 형태, × 형태, 또는 I 형태일 수 있다.
상기 제1엠보싱부는 평면의 형태가 타원 형태일 수 있다.
상기 안전벤트는 상기 제1엠보싱부로부터 상기 제1방향의 외측으로 형성된 경사부; 및 상기 경사부으로부터 외측으로 연장되어, 상기 캡 플레이트의 벤트홀 주변에 결합된 둘레부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 제조 공정 중 발생하는 외력에 의해 파손되지 않고, 파단 영역 또는 형상을 명확하게 정의할 수 있으며, 파단 영역 또는 형상에 대한 공정 관리가 용이한 엠보싱 처리된 안전벤트를 갖는 이차 전지를 제공한다.
즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 안전벤트가 하부 방향으로 돌출된 제1엠보싱부와, 제1엠보싱부의 내측 방향으로 연장되되 상부 방향으로 돌출되고, 특히 상면이 완전히 평평하게 형성된 제2엠보싱부와, 제2엠보싱부의 내측 방향으로 연장되되 하부 방향으로 돌출된 제3엠보싱부와, 제3엠보싱부에 형성된 노치부를 포함함으로써, 금속의 연신율에 관계없이 스프링백(spring back) 현상이 작은 제1,2,3엠보싱부 및 노치부를 포함하는 안전벤트가 구비될 수 있다. 특히, 제1,2,3엠보싱부 및 노치부에 스프링백 현상이 작게 발생됨으로써, 대량 생산되는 안전벤트의 형상 및 치수(높이)가 모두 동일해진다.
따라서, 상술한 안전벤트가 채택된 이차 전지들은 안전벤트의 파단 압력이 모두 동일하게 설정될 수 있음으로써, 이차 전지의 안전성이나 신뢰성이 향상된다. 즉, 본 발명의 실시예에서 안전벤트의 파단 영역 또는 형상이 명확하게 정의되고, 파단 영역 또는 형상에 대한 공정 관리가 용이해진다.
더욱이, 노치부는 상술한 제1,2,3엠보싱부가 형성된 후 마지막에 형성됨으로써, 제조 공정 중에 안전벤트가 파손되는 현상이 감소된다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 절취한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 엠보싱 처리된 안전벤트 및 이것이 장착된 캡 플레이트를 도시한 전면 사시도 및 후면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3b의 4a-4a 선 및 4b-4b 선을 따라 절취한 단면도이고, 도 4c는 다른 실시예에 따른 안전벤트의 단면도이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 엠보싱 처리된 안전벤트의 제조 방법을 도시한 전면 사시도 및 후면 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 엠보싱 처리된 안전벤트 및 이것이 장착된 캡 플레이트를 도시한 전면 사시도 및 후면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 엠보싱 처리된 안전벤트 및 이것이 장착된 캡 플레이트를 도시한 전면 사시도 및 후면도이다.
도 8은 이차 전지 중에서 일반적인 안전벤트를 도시한 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 엠보싱 처리된 안전벤트가 장착된 다른 타입의 이차 전지를 도시한 분해 사시도 및 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지로 구성된 배터리 모듈을 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 권취되거나 겹쳐서 형성된다. 여기서, 제1전극판(111)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제2전극판(112)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
제1전극판(111)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제1전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1전극 무지부(111a)를 포함한다. 제1전극 무지부(111a)는 제1전극판(111)과, 제1전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
제2전극판(112)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제2전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2전극 무지부(112a)를 포함한다. 제2전극 무지부(112a)는 제2전극판(112)과, 제2전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
상기와 같은 제1전극판(111) 및 제2전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 또한, 세퍼레이터(113)는 액체 또는 겔 상태의 전해액을 필요로 하지 않는 황화물계, 산화물계 또는 인산염화합물계와 같은 무기물계 고체 전해질로 대체될 수도 있다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 각각에 전기적으로 연결되는 제1단자(120) 및 제2단자(130)가 위치된다.
이러한 전극 조립체(110)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전해액과 함께 케이스(140)에 수납된다. 상기 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체 또는 겔상일 수 있다. 상술한 바와 같이, 무기물계 고체 전해질이 사용될 경우, 전해액은 생략될 수도 있다.
제1단자(120)는 금속으로 형성되며, 제1전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 제1단자(120)는 제1집전판(121), 제1단자 기둥(122) 및 제1단자 플레이트(124)를 포함한다.
제1집전판(121)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1전극 무지부(111a)와 접촉된다. 실질적으로, 제1집전판(121)은 제1전극 무지부(111a)에 용접된다. 제1집전판(121)은 대략 '┎' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(121a)이 형성된다. 단자홀(121a)에는 제1단자 기둥(122)이 끼워져 리벳팅 및/또는 용접된다. 이러한 제1집전판(121)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 구리 또는 구리 합금으로 제조된다.
제1단자 기둥(122)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 캡 플레이트(151)의 하부에서 제1집전판(121)과 전기적으로 연결된다. 또한, 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에 제1단자 기둥(122)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(122e)가 형성된다. 제1단자 기둥(122)에서 플랜지(122e)의 하부에 위치하는 영역은 제1집전판(121)의 제1단자홀(121a)에 끼워진 후 리벳팅 및/또는 용접된다. 여기서, 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 여기서, 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 이러한 제1단자 기둥(122)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다.
제1단자 플레이트(124)는 홀(124a)을 가지며, 이러한 홀(124a)에 제1단자 기둥(122)이 결합되고 리벳팅 및/또는 용접된다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 상부로 노출된 제1단자 기둥(122)과 제1단자 플레이트(124) 사이의 계면이 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 제1단자 기둥(122)과 제1단자 플레이트(124)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융된 후 냉각되어 용접된다. 이러한 용접 영역은 도 2에서 도면 부호 125로 표시되어 있다.
한편, 상술한 제1단자 플레이트(124)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된 버스바(도시되지 않음)가 용접될 수 있다.
제2단자(130) 역시 금속으로 형성되며, 제2전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 제2단자(130)는 제2집전판(131), 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(134)를 포함한다.
제2집전판(131)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제2전극 무지부(112a)와 접촉된다. 상기 제2집전판(131)은 대략 '┑' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(131a)이 형성된다. 상기 단자홀(131a)에는 상기 제2단자 기둥(132)이 끼워져 결합된다. 이러한 제2집전판(131)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다.
제2단자 기둥(132)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제2집전판(131)과 전기적으로 연결된다. 제2단자 기둥(132)은 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에는 제2단자 기둥(132)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(132e)가 형성된다. 제2단자 기둥(132)에서 플랜지(132e)의 하부에 위치하는 영역은 제2집전판(131)의 제2단자홀(131a)에 끼워진 후 리벳팅 및/또는 용접된다. 여기서, 제2단자 기둥(132)은 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 이러한 제2단자 기둥(132)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다.
제2단자 플레이트(134)는 홀(134a)을 갖는다. 또한, 제2단자 플레이트(134)는 제2단자 기둥(132)에 결합된다. 즉, 제2단자 플레이트(134)의 홀(134a)에 제2단자 기둥(132)이 결합된다. 또한, 제2단자 기둥(132)과 제2단자 플레이트(134)는 상호간 리벳팅 및/또는 용접된다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 상부로 노출된 제2단자 기둥(132)과 제2단자 플레이트(134)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 제2단자 기둥(132)과 제2단자플레이트(134)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.
더불어, 제2단자 플레이트(134)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 버스바(도시되지 않음)가 용이하게 용접된다. 여기서, 제2단자 플레이트(134)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 이하에서 설명될 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 제2단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.
여기서, 전극 조립체(110)의 권취 축(도 2에서 좌우 방향의 수평축)은 제1단자(120)의 제1단자 기둥(122)이 갖는 단자 축(도 2에서 상하 방향의 수직축)과, 제2단자(130)의 제2단자 기둥(132)이 갖는 단자 축(도 2에서 상하 방향의 수직축)에 대하여 대략 수직 또는 대략 직각의 관계를 갖는다.
케이스(140)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제1단자(120) 및 제2단자(130)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.
캡 조립체(150)는 케이스(140)에 결합된다. 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 시일 가스켓(152), 마개(153), 안전벤트(154), 상부 절연부재(155) 및 하부 절연부재(156)를 포함한다.
캡 플레이트(151)는 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 케이스(140)에 결합될 수 있다. 여기서, 캡 플레이트(151)는 상술한 바와 같이 제2단자(130)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
시일 가스켓(152)은 절연성 재질로 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(152)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
마개(153)는 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉하며, 안전벤트(154)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되며, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(154a; 도 3b, 도 4a 및 도 4b 참조)가 형성된다.
상부 절연부재(155)는 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성된다. 또한, 상부 절연부재(155)는 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상부 절연부재(155)는 시일 가스켓(152)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(155)는 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132)과 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
하부 절연부재(156)는 제1집전판(121) 및 제2집전판(131) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다. 즉, 하부 절연부재(156)는 제1집전판(121)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락, 그리고 제2집전판(131)과 캡 플레이트(151) 사이의 단락을 방지한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 엠보싱 처리된 안전벤트(154) 및 이것이 장착된 캡 플레이트(151)를 도시한 전면 사시도 및 후면도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3b의 4a-4a 선 및 4b-4b 선을 따라 절취한 단면도이며, 도 4c는 다른 실시예에 따른 안전벤트(154D)의 단면도이다.
도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(151) 중 경사진 벤트홀(151b)의 내벽에 안전벤트(154)가 결합된다. 이러한 안전벤트(154)는 케이스(140)의 내압이 기준압보다 클 경우 내부 가스가 외부로 신속하게 방출되도록 파단됨으로써, 이차 전지(100)가 위험한 상황에 놓이지 않도록 한다.
이를 위해, 안전벤트(154)는 벤트홀(151b)의 내벽 또는 단차에 결합된 둘레부(154a), 둘레부(154a)로부터 연장된 경사부(154b), 경사부(154b)로부터 대략 수평 방향으로 평평하게 연장된 엠보싱부(154G) 및 엠보싱부(154G)에 형성된 노치부(154f)를 포함한다.
둘레부(154a)는 벤트홀(151b)의 내벽 또는 단차에, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 레이저 용접 방식으로 용접될 수 있다. 이러한 용접을 위해 둘레부(154a)의 두께는 경사부(154b)나 엠보싱부(154G)의 두께에 비해 상대적으로 두꺼울 수 있다.
경사부(154b)는 둘레부(154a)로부터, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 내측 하부 방향(예를 들면, 제1방향)으로 경사지게 연장될 수 있다. 여기서, 경사부(154b)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 벤트홀(151b)의 경사진 내벽에 밀착 및 고정될 수 있다. 따라서, 이차 전지(100)가 정상적인 상태에서, 내부의 전해액이 안전벤트(154)와 벤트홀(151b)의 계면을 따라 외부로 누액되지 않도록 한다.
엠보싱부(154G)는 경사부(154b)로부터 연장되어 수평 방향으로 대략 평평한 형태로 형성된다. 즉, 엠보싱부(154G)는 하부 방향(예를 들면, 제1방향)으로 돌출된 제1엠보싱부(154c), 상부 방향(예를 들면, 제2방향)으로 돌출된 제2엠보싱부(154d) 및 하부 방향으로 돌출된 제3엠보싱부(154e)를 포함할 수 있다.
제1엠보싱부(154c)는 경사부(154b)에 연결되며, 단면 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 하부 방향으로 돌출된 반원 형태를 한다. 또한, 제2엠보싱부(154d)는 제1엠보싱부(154c)에 연결되며, 단면 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 상부 방향으로 돌출된 사각 형태를 한다. 여기서, 제2엠보싱부(154d)의 상면은 대략 또는 완전히 평평한 형태를 한다. 제3엠보싱부(154e)는 제2엠보싱부(154d)에 연결되며, 단면 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 하부 방향으로 돌출된 반원 형태를 한다.
여기서, 제1엠보싱부(154c)는, 평면의 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 사각 또는 타원 형태를 한다. 즉, 제1엠보싱부(154c)는 4개의 모서리가 라운드 형태를 갖는 사각 형태를 한다. 또한, 제2엠보싱부(154d)는, 평면의 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제3엠보싱부(154e)에 의해 다수개로 분할된 형태를 한다. 즉, 제3엠보싱부(154e)는, 평면의 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 + 형태를 한다. 물론, 제3엠보싱부(154e)의 각 끝단은 제1엠보싱부(154c)에 연결될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 평면 형태에 있어서, + 형태의 제3엠보싱부(154e)에 의해 제2엠보싱부(154d) 역시 평면 형태에 있어서 4개의 영역으로 분할된 형태일 수 있다. 물론, 4개로 분할된 제2엠보싱부(154d)의 상면은 모두 동일한 평면을 이루고, 또한 제2엠보싱부(154d)의 하면 역시 모두 동일한 평면을 이룬다. 즉, 본 발명의 실시예에서, 도 4a를 참조하면, 소위 X 값으로 지칭되는 높이가 모두 동일하게 형성된다. 더욱이, 이러한 X 값은 안전벤트(154)마다 편차가 있는 것이 아니라, 모두 동일한 값으로 관리될 수 있다. 즉, 상술한 제1엠보싱부(154c), 제2엠보싱부(154d) 및 제3엠보싱부(154e)의 성형 시, 안전벤트(154)를 이루는 금속의 연신율에 관계없고, 최소의 스프링백 현상을 가지며, 안전벤트(154)마다 X 값에 있어 차이가 나지 않고, 모두 동일한 값으로 관리된다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예에서, 안전벤트(154)의 파단 영역 및/또는 형상이 명확하게 정의될 수 있고, 파단 영역 및/또는 형상에 대한 공정 관리도 용이해질 수 있다.
한편, 안전벤트(154) 중 제1엠보싱부(154c) 및 제3엠보싱부(154e)의 하단은 케이스(140) 내부의 데드 볼륨을 줄이기 위해 캡 플레이트(151)의 하면보다 아래에 위치됨이 바람직하고, 제2엠보싱부(154d)의 상단은 벤트홀(151b)을 통해 압력이 집중되도록 벤트홀(151b)의 내부 즉, 캡 플레이트(151)의 하면보다는 위에 위치됨이 바람직하다.
더불어, 상술한 엠보싱부(154G)의 두께 즉, 제1,2,3엠보싱부(154c, 154d, 154e)의 두께는 이차 전지(100)의 특성마다 다르기는 하지만, 대략 0.2 mm 내지 2 mm의 두께일 수 있다. 또한, 이에 따라 노치부(154f)의 두께는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 0.01 mm 내지 1 mm일 수 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 수치는 이차 전지의 설계 특성에 따라 다양하게 변결될 수 있다.
노치부(154f)는 상술한 제3엠보싱부(154e)를 따라 형성될 수 있다. 즉, 노치부(154f)는, 평면의 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제3엠보싱부(154e)와 동일 또는 유사하게 + 형태로 형성될 수 있다. 이러한 노치부(154f)는 제3엠보싱부(154e)의 하면 중앙을 따라 형성될 수 있으나, 경우에 따라 제3엠보싱부(154e)의 상면 중앙을 따라 형성될 수 있다. 이와 같이 제3엠보싱부(154e) 및 노치부(154f)의 형태가 대략 + 형태를 함으로써, 케이스(140)의 내압이 기준압보다 높을 경우, 안전벤트(154)의 파단 형태 역시 대략 + 형태일 수 있다.
또한, 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전벤트(154D)는 상대적으로 두꺼운 둘레부(154a)없이 경사부(154b)만이 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)의 내벽에 직접 용접될 수 있다. 안전벤트(154D)에 단차가 있는 둘레부(154a)가 구비되지 않음으로써, 캡 플레이트(151)에 경사지게 형성되는 벤트홀(151b)의 가공이 쉽고, 또한 안전벤트(154)의 가공 역시 쉽다. 물론, 용접은 경사부(154b)의 상단과 벤트홀(151b)의 내벽이 이루는 계면을 따라 수행된다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 엠보싱 처리된 안전벤트(154)의 제조 방법을 도시한 전면 사시도 및 후면 사시도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 평평한 금속 플레이트가, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 1차 단조 공정에 의해, 대략 평평한 둘레부(154a)와, 둘레부(154a)로부터 내측 하부 방향으로 경사지게 연장된 경사부(154b)와, 경사부(154b)로부터 대략 수평 방향으로 평평하게 연장된 평평부(154c')를 포함하는 1차 예비 안전벤트(154A)로 가공된다. 이때, 둘레부(154a)의 두께에 비해 경사부(154b) 및 평평부(154c')의 두께가 상대적으로 더 얇게 형성될 수 있다. 물론, 경우에 따라 둘레부(154a)는 형성되지 않을 수도 있다.
여기서, 1차 단조 공정은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 오프닝을 갖는 하부 금형과 오프닝에 결합 가능한 펀치를 갖는 상부 금형을 구비하는 단계와, 하부 금형과 상부 금형의 사이에 평평한 금속 플레이트를 위치시키는 단계와, 이후 상부 금형의 펀치가 하부 금형의 오프닝에 결합되도록 하여, 그 사이의 평평한 금속 플레이트가 상술한 둘레부(154a), 경사부(154b) 및 평평부(154c')를 갖는 1차 예비 안전벤트(154A)로 변형되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 평평한 금속 플레이트는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 통상의 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 하나일 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 1차 예비 안전벤트(154A) 중에서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 2차 단조 공정에 의해, 상술한 평평부(154c')가 제1엠보싱부(154c), 제2엠보싱부(154d) 및 제3엠보싱부(154e)로 가공된다. 여기서, 제1엠보싱부(154c)의 형성 이후 제2엠보싱부(154d) 및 제3엠보싱부(154e)가 형성되거나, 제2엠보싱부(154d) 및 제3엠보싱부(154e)의 형성 이후 제1엠보싱부(154c)가 형성되거나, 또는 제1엠보싱부(154c), 제2엠보싱부(154d) 및 제3엠보싱부(154e)가 동시에 형성될 수 있다. 실질적으로, 제2엠보싱부(154d)는 제1엠보싱부(154c)와 제3엠보싱부(154e)의 형성에 의해 자연적으로 형성 또는 정의된 것으로 볼 수도 있다.
여기서, 제1엠보싱부(154c)는, 단면 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 하부 방향(즉, 제1방향)으로 돌출된 대략 반원 형태로 형성될 수 있고, 또한 평면 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 타원 형태로 형성될 수 있다. 실질적으로, 제1엠보싱부(154c)는 평평부(154c')와 경사부(154b) 사이의 경계를 따라 형성될 수 있다.
또한, 제2엠보싱부(154d)는, 단면 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 상부 방향(즉, 제2방향)으로 돌출된 대략 사각 형태로 형성될 수 있고(즉, 상부 표면이 완전히 평평함), 또한 평면 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 일측에 라운드를 갖는 대략 사각 형태일 수 있다.
제3엠보싱부(154e)는, 단면 형태에 있어서, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 하부 방향으로 돌출된 대략 반원 형태로 형성될 수 있고, 또한 평면 형태에 있어서, 대략 + 형태일 수 있다. 여기서, 제3엠보싱부(154e)의 단부는 제1엠보싱부(154c)에 연결될 수 있다. 더불어, 실질적으로, 제2엠보싱부(154d)는 제3엠보싱부(154e)에 의해 다수의 조각으로 분할된 형태를 한다. 여기서, 분할된 제2엠보싱부(154d)이 넓이는 모두 동일할 수 있다.
물론, 이러한 분할에도 불구하고, 제2엠보싱부(154d)의 상부 표면은 모두 동일한 높이를 갖거나 또는 모두 동일한 평면을 이룬다. 즉, 제1엠보싱부(154c) 및 제2엠보싱부(154d)의 하단을 연결하는 가상선으로부터 다수의 제2엠보싱부(154d)의 평평한 하면 또는 평평한 상면까지의 높이는 모두 동일하다. 이는 상술한 바와 같이 X 값이 동일함을 의미한다.
더욱이, 이러한 구조적 특징은, 본 발명의 실시예에 따라 제조되는 모든 안전벤트(154)에 동일하게 적용된다. 다르게 설명하면, 상술한 1차 단조 공정 및 2차 단조 공정은, 금속 고유의 연신율에 관계없이 최소의 스프링백 현상을 가지며, 상술한 구조적 특징이 모든 안전벤트(154)에 동일하게 적용되기 때문이다.
여기서, 2차 단조 공정은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 트렌치를 갖는 하부 금형과 트렌치에 결합 가능한 돌기를 갖는 상부 금형을 구비하는 단계와, 하부 금형과 상부 금형의 사이에 상술한 1차 예비 안전벤트(154A)를 위치시키는 단계와, 이후 상부 금형의 돌기가 하부 금형의 트렌치에 결합되도록 하여, 그 사이의 평평부(154c')가 제1엠보싱부(154c), 제2엠보싱부(154d) 및 제3엠보싱부(154e)를 갖는 2차 예비 안전벤트(154B)로 변형되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 실질적으로 하부 금형의 트렌치 및 상부 금형의 돌기에 대한 평면적인 형태는 제1엠보싱부(154c) 및 제3엠보싱부(154e)의 평면적 형태와 대응됨은 당연하다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 제3엠보싱부(154e)를 따라 노치부(154f)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제3엠보싱부(154e)의 하단을 따라 노치부(154f)가 형성된다. 여기서, 제3엠보싱부(154e)가 대략 + 형태로 형성되어 있으므로, 노치부(154f) 역시 대략 + 형태로 형성될 수 있다. 또한, 노치부(154f)의 길이는 제3엠보싱부(154e)의 길이보다 작거나 또는 제3엠보싱부(154e)의 길이보다 더 길 수 있다. 즉, 노치부(154f)는 경우에 따라 제3엠보싱부(154e)뿐만 아니라 제1엠보싱부(154c)의 하단을 따라 일정 길이로 형성될 수 있다. 더욱이, 경우에 따라 노치부(154f)는 제3엠보싱부(154e)가 아닌 제1엠보싱부(154c)에만 형성될 수 있다.
또한, 비록 도 5c에서 노치부(154f)가 제3엠보싱부(154e)의 하면을 따라 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 제3엠보싱부(154e)의 상면을 따라 형성될 수 있다. 물론, 노치부(154f)는 제3엠보싱부(154e) 및 제1엠보싱부(154c)의 상면을 따라 형성되거나, 또는 제1엠보싱부(154c)의 상면을 따라 형성될 수 있다.
더불어, 노치부(154f)는 케이스(140)의 내압이 기준압 이상일 경우 파단되어, 케이스(140)의 내압을 신속하게 대기압이 되도록 한다. 따라서, 노치부(154f)의 두께는 제3엠보싱부(154e)의 두께보다 얇게(작게) 형성된다. 물론, 노치부(154f)가 제1엠보싱부(154c)에 형성될 경우, 노치부(154f)의 두께는 제1엠보싱부(154c)의 두께보다 얇게 형성된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다양한 실시예는 노치부(154f)가 제조 공정 중 마지막 단계에서 형성되므로, 제조 공정 중 안전벤트(154)가 파손될 확률이 작고, 파단 영역 또는 형상을 명확하게 정의할 수 있으며, 더욱이 파단 영역 또는 형상에 대한 공정 관리가 용이한 엠보싱 처리된 안전벤트(154)를 갖는 이차 전지(100)를 제공한다.
한편, 상술한 노치부(154f)는 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔에 의해 형성되거나, 또는 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 더욱이, 노치부(154f)는 금형에 의해 형성될 수도 있다. 예를 들면, 반원 형태의 돌기가 형성된 상부 금형에 제3엠보싱부(154e)의 상면이 결합된 상태에서, 대략 + 형태의 돌기가 형성된 하부 금형이 제3엠보싱부(154e)의 하면을 가압함으로써, 상술한 노치부(154f)가 형성될 수 있다. 더욱이, 이러한 노치부(154f)는 상술한 제1,2,3엠보싱부(154c, 154d, 154e)의 성형 공정 중에 함께 성형될 수도 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 엠보싱 처리된 안전벤트(254) 및 이것이 장착된 캡 플레이트(151)를 도시한 전면 사시도 및 후면도이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안전벤트(254)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 평면의 형태에 있어서, 대략 X 형태의 제3엠보싱부(254e)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 노치부(254f) 역시, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 평면의 형태에 있어서, 대략 X 형태로 형성된다. 더욱이, 노치부(254f)는 제3엠보싱부(254e)뿐만 아니라 제1엠보싱부(154c)에도 부분적으로 형성될 수 있다. 더욱이, X 형태의 제3엠보싱부(254e)로 인하여, 제2엠보싱부(254d)의 넓이는 서로 다를 수 있다. 즉, 제3엠보싱부(254e)에 의해 분할된 2개의 제2엠보싱부(254d) 넓이가 나머지 2개의 제2엠보싱부(254d) 넓이보다 넓을 수 있다. 이와 같이 제3엠보싱부(254e) 및 노치부(254f)의 형태가 대략 X 형태를 함으로써, 케이스(140)의 내압이 기준압보다 높을 경우, 안전벤트(254)의 파단 형태 역시 대략 X 형태일 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100) 중에서 엠보싱 처리된 안전벤트(354) 및 이것이 장착된 캡 플레이트(151)를 도시한 전면 사시도 및 후면도이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안전벤트(354)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 평면의 형태에 있어서, 대략 I 형태의 제3엠보싱부(354e)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 노치부(354f) 역시, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 평면의 형태에 있어서, 대략 I 형태로 형성된다. 더욱이, 노치부(354f)는 제3엠보싱부(354e)뿐만 아니라 제1엠보싱부(154c)에도 부분적으로 형성될 수 있다. 더욱이, I 형태의 제3엠보싱부(354e)로 인하여, 제2엠보싱부(354d)의 넓이는 서로 동일할 수 있다. 즉, 제3엠보싱부(354e)에 의해 분할된 2개의 제2엠보싱부(354d) 넓이는 동일하다. 이와 같이 제3엠보싱부(354e) 및 노치부(154f)의 형태가 대략 I 형태를 함으로써, 케이스(140)의 내압이 기준압보다 높을 경우, 안전벤트(154)의 파단 형태 역시 대략 I 형태일 수 있다.
도 8은 이차 전지 중에서 일반적인 안전벤트(10)를 도시한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일반적인 안전벤트(10)는 상대적으로 두꺼운 둘레부(11)와, 둘레부(11)로부터 내측으로 대략 수평하게 연장된 상대적으로 얇은 평평부(12)와, 평평부(12)의 대략 중앙에 형성된 노치부(13)로 이루어질 수 있다.
여기서, 평평부(12)는, 단면의 형태에 있어서, 단조 공정에 의해, 대략 갈매기 날개 형태로 형성된다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, X 값이 안전벤트(10)를 이루는 금속의 연신율이나 스프링백 현상에 의해 불규칙하게 형성된다. 특히, 제조되는 안전벤트(10)마다 상술한 X 값이 다름으로써, 결국 이를 채택한 이차 전지에 있어서, 안전벤트(10)의 파단 시점(동작 시점)이 다르게 되고, 이에 따라 이차 전지의 안전성이나 신뢰성이 저하된다. 여기서, X 값은 노치가 형성된 평평부(12)의 최하단과, 평평부(12)의 최상단 사이의 거리로 정의될 수 있다.
그러나, 본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 안전벤트(154)에 고의적으로 제1엠보싱부(154c), 제2엠보싱부(154d) 및 제3엠보싱부(154e)가 형성되고, 특히, 제2엠보싱부(154d)가 전체적으로 완전히 평평하게 형성되며, 또한, 제3엠보싱부(154e) 및/또는 제1엠보싱부(154c)를 따라 노치부(154f)가 형성됨으로써, 상술한 금속의 연신율에 관계없고 최소의 스프링백 현상을 가지며, 이에 따라 X 값에 편차가 없게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 안전벤트(154)를 채택한 이차 전지(100)에 있어서, 안전벤트(154)의 파단 시점(동작 시점)이 동일하게 되고, 이에 따라 이차 전지(100)의 안전성 및 신뢰성이 향상된다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 엠보싱 처리된 안전벤트가 장착된 다른 타입의 이차 전지를 도시한 분해 사시도 및 단면도이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(200)는 전극 조립체(220), 전극 조립체(220)와 단자(120,130) 사이의 접속 관계에 있어서, 상술한 실시예의 이차 전지(100)와 다른 구조를 갖는다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(210)가 갖는 권취 축은 제1단자(120)의 제1단자 기둥(122)이 갖는 단자 축 및 제2단자(130)의 제2단자 기둥(132)이 갖는 단자 축에 대략 평행 또는 대략 수평하게 형성된다. 여기서, 권취 축 및 단자 축은 도 9a 및 도 9b에서 상하 방향으로 형성된 축을 의미하며, 권취 축 및 단자 축이 대략 평행 또는 수평하다는 것은 권취 축 및 단자 축을 길게 늘여도 서로 만나지 않거나, 또는 아주 길게 늘일 경우 서로 만날 수 있음을 의미한다.
또한, 전극 조립체(210)와 제1단자(120)의 제1단자 기둥(122) 사이에는 제1전극 탭(211a)이 개재되고, 전극 조립체(210)와 제2단자(130)의 제2단자 기둥(132) 사이에는 제2전극 탭(212a)이 개재된다. 즉, 제1전극 탭(211a)은 전극 조립체(210)의 상단으로부터 제1단자(120)중 제1단자 기둥(122)의 하단을 향하여 연장되어, 제1단자 기둥(122)에 구비된 평평한 플랜지(122e)에 전기적으로 접속 또는 용접된다. 또한, 제2전극 탭(212a)은 전극 조립체(210)의 상단으로부터 제2단자(130)중 제2단자 기둥(132)의 하단을 향하여 연장되어, 제2단자 기둥(132)에 구비된 평평한 플랜지(132e)에 전기적으로 접속 또는 용접된다.
실질적으로, 제1전극 탭(211a)은 전극 조립체(210)의 제1전극판(211) 중 제1활물질(211b)이 도포되지 않은 제1무지부 자체이거나, 또는 제1무지부에 접속된 별도 부재일 수 있다. 여기서, 제1무지부의 재질은 제1전극판의 재질과 동일하고, 별도 부재의 재질은 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 하나일 수 있다.
또한, 실질적으로, 제2전극 탭(212a)은 전극 조립체(210)의 제2전극판(212) 중 제2활물질(212b)이 도포되지 않은 제2무지부 자체이거나, 또는 제2무지부에 접속된 별도의 부재일 수 있다. 여기서, 제2무지부의 재질은 제2전극판의 재질과 동일하고, 별도 부재의 재질은 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 하나일 수 있다.
이와 같이, 전극 조립체가 갖는 권취 축과 단자가 갖는 단자 축이 상호간 대략 평행 또는 수평하게 형성됨으로써, 전해액 주입 시 전극 조립체의 전해액 함침성이 우수할 뿐만 아니라, 과충전 시 내부 가스가 안전벤트로 신속하게 이동하여 안전벤트가 빠르게 동작한다.
또한, 전극 조립체가 갖는 전극 탭(무지부 자체 또는 별도 부재)이 직접 단자에 전기적으로 접속되어 전기적 경로가 짧아짐으로써, 이차 전지의 내부 저항이 감소할 뿐만 아니라 부품 개수가 감소한다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지로 구성된 배터리 모듈을 도시한 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 다수의 이차 전지(100)가 일렬로 배치되고, 이와 같이 일렬로 배치된 이차 전지(100)에는 다수의 버스바(220)가 결합됨으로써, 하나의 배터리 모듈(1000)이 완성될 수 있다. 예를 들면, 어느 한 이차 전지(100)의 제1단자(120)와, 이와 인접한 다른 이차 전지(100)의 제2단자(130)가 버스바(220)로 용접됨으로써, 다수의 이차 전지(100)가 직렬로 연결된 배터리 모듈(1000)이 제공될 수 있다. 여기서, 버스바(220)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있으며, 이때 제1단자(120)의 제1단자 플레이트(124), 제2단자(130)의 제2단자 플레이트(134) 역시 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어짐으로써, 버스바(220)는 제1단자(120) 및 제2단자(130)에 용이하게 용접될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기다양한 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.
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.

Claims (9)

  1. 케이스;
    상기 케이스에 설치되되, 벤트홀을 갖는 캡 플레이트; 및
    상기 캡 플레이트의 벤트홀에 결합되어, 상기 케이스의 내압이 기준압보다 클 경우 파단되는 안전벤트를 포함하고,
    상기 안전벤트는
    엠보싱부; 및
    상기 엠보싱부에 형성된 노치부를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엠보싱부는
    둘레를 따라 제1방향으로 돌출된 제1엠보싱부;
    상기 제1엠보싱부의 내측에 형성되어 상기 제1방향의 반대인 제2방향으로 돌출된 제2엠보싱부; 및
    상기 제2엠보싱부의 내측에 형성되어 상기 제1방향으로 돌출된 제3엠보싱부를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노치부는 상기 제3엠보싱부에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1엠보싱부 및 제3엠보싱부는 단면의 형태가 상기 제1방향을 향해 돌출된 반원 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제3엠보싱부는 단면의 형태가 상기 제2방향을 향해 돌출된 사각 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2엠보싱부는 상기 제3엠보싱부에 의해 다수개의 분할된 형태를 하며, 상기 분할된 제2엠보싱부들은 모두 동일 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제3엠보싱부는 평면의 형태가 ＋ 형태, × 형태, 또는 I 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1엠보싱부는 평면의 형태가 타원 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 안전벤트는
    상기 제1엠보싱부로부터 상기 제1방향의 외측으로 형성된 경사부; 및
    상기 경사부으로부터 외측으로 연장되어, 상기 캡 플레이트의 벤트홀 주변에 결합된 둘레부를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
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