WO2018056630A1 - 이차 전지 - Google Patents

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WO2018056630A1
WO2018056630A1 PCT/KR2017/010043 KR2017010043W WO2018056630A1 WO 2018056630 A1 WO2018056630 A1 WO 2018056630A1 KR 2017010043 W KR2017010043 W KR 2017010043W WO 2018056630 A1 WO2018056630 A1 WO 2018056630A1
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hole
case
vent
electrode
sidewall
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이치영
변상원
장명재
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삼성에스디아이 주식회사
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    • 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 disclosure relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery including a safety device.
  • a rechargeable battery is a battery that can be charged and discharged unlike a primary battery that is not rechargeable.
  • Low-capacity secondary batteries are used in portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers, and camcorders, and large-capacity batteries are widely used as power sources for driving motors in hybrid vehicles.
  • the secondary battery has a form in which an electrolyte is accommodated in a case together with a positive electrode, a separator, and a negative electrode.
  • the case may have various shapes such as a square, a pouch, a circle, and the like. Among them, the case made of a metal material such as aluminum is sealed by cap plates or the like after the electrode assembly is accommodated.
  • the secondary battery includes a safety device that prevents the explosion of the secondary battery so that it may be damaged when it is above a set pressure condition.
  • a safety device may be installed at the bottom of the case, but when installed at the bottom, the bottom plate thickness of the case increases.
  • One aspect of the present invention is to provide a secondary battery provided with a safety device on the bottom of the case without increasing the thickness and weight of the case.
  • a secondary battery accommodates an electrode assembly having an first electrode, a separator, and a second electrode, an electrode assembly, and fixes an opening at one side of which the electrode assembly is inserted to the case and the opening of the case. And a vent hole formed in the cap assembly, a bottom plate of the case, and having sidewalls formed in multiple stages, and a vent member provided in the vent hole, wherein the depth of the vent hole is greater than the thickness of the bottom plate.
  • the edge of the vent hole may protrude into the case rather than the inner surface of the bottom plate.
  • An edge of the edge adjacent to the bottom surface of the case may be chamfered.
  • the edge of the edge may be located inside the case.
  • the vent hole includes a first hole having a first width, a second hole having a second width smaller than the first width, and a third hole having a third width smaller than the second width, wherein the width of the vent hole is It can shrink as you go inside the case.
  • the third hole may be a through hole.
  • the first hole exposes a first step portion, a second hole, and the third hole positioned between the sidewall of the first hole and the sidewall of the second hole, and the second hole exposes the sidewall and the third hole of the second hole.
  • the second step portion and the third hole positioned between the side walls of the hole can be exposed.
  • the vent member may be positioned on the first stepped portion and fixed to the side wall of the second hole by welding.
  • the sidewall height of the second hole may be greater than or equal to the edge thickness of the vent member.
  • the height of the side wall of the first hole may be higher than or equal to the maximum height at which the vent member protrudes to the internal pressure of the case.
  • the vent member may include a notch that breaks when the internal pressure of the case is greater than or equal to a set pressure.
  • the sidewall height of the first hole may be higher than the sidewall height of the second hole, and the sidewall height of the second hole may be higher than the sidewall height of the third hole.
  • the electrical assembly may be in the form of a jellyroll.
  • the secondary battery of the present embodiment by forming the sidewall of the vent hole in multiple stages, even if the vent member is formed in the lower portion of the case, it is possible to provide a secondary battery in which the thickness and weight of the case do not occur.
  • FIG. 1 is a perspective view of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a bottom surface of the rechargeable battery of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a case and a vent member of the rechargeable battery of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the vent hole of the case of the rechargeable battery of FIG. 4.
  • FIG. 1 is a perspective view of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
  • the secondary battery 101 includes an electrode assembly 10, a case 27 for receiving the electrode assembly 10, and an opening of the case 27. It includes a cap assembly 30 is installed in.
  • Secondary battery 101 according to an embodiment of the present invention will be described as an example that is a rectangular as a lithium ion secondary battery.
  • the present invention is not limited thereto, and the present invention may be applied to various types of batteries such as lithium polymer batteries or cylindrical batteries.
  • the electrode assembly 10 may be a jelly roll type wound between the positive electrode (or first electrode) 11 and the negative electrode (or second electrode) 12 via a separator 13.
  • the positive electrode 11 and the negative electrode 12 include an electrode active part 11a, which is a region where an active material is coated, and an electrode uncoated portion 11b, which is an area where an active material is not coated, on a current collector formed of a thin metal foil.
  • the electrode active portion 11a of the positive electrode 11 is formed by coating a current collector made of a metal foil such as aluminum and an active material such as transition metal oxide on the current collector, and the electrode active portion 12a of the negative electrode 12 is made of copper. Or it may be formed by coating an active material such as graphite or carbon on the current collector and the current collector made of a metal foil such as nickel.
  • the electrode uncoated portion 11b of the positive electrode is formed at one side end of the positive electrode 11 along the longitudinal direction of the positive electrode 11, and the electrode uncoated portion 12b of the negative electrode has a negative electrode (along the longitudinal direction of the negative electrode 12). 12) is formed at one side end.
  • the electrode uncoated portion 11b of the positive electrode and the electrode uncoated portion 12b of the negative electrode may be positioned opposite to each other with respect to the electrode active portions 11a and 12a. And the positive electrode 11 and the negative electrode 12 are wound up after interposing the separator 13 which is an insulator.
  • a plurality of separators may be included, and the positive electrode, the negative electrode, and the separator may be alternately disposed and then wound up.
  • the electrode assembly 10 may have a structure in which a cathode, a separator, and a cathode formed of a plurality of sheets are repeatedly stacked.
  • the electrode assembly 10 may be accommodated in the case 27 together with the electrolyte.
  • the electrolyte may be composed of lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4 in organic solvents such as EC, PC, DEC, EMC, and EMC.
  • the electrolyte can be liquid, solid or gel.
  • the case 27 may be made of a metal such as aluminum, and may be substantially rectangular parallelepiped. One side of the case 27 may be opened, and the cap assembly 30 may be installed at an open side of the case 27.
  • the cap assembly 30 is coupled to the case 27 and protrudes outward of the cap plate 31 and the cap plate 31 to close the opening of the case 27, and the positive terminal 21 electrically connected to the positive electrode 11, respectively.
  • a negative electrode terminal 22 electrically connected to the negative electrode 12.
  • the cap plate 31 is formed in the form of an elongated plate extending in one direction and is coupled to the opening of the case 27.
  • the cap plate 31 has an injection hole 32 penetrating therein.
  • the injection port 32 is for injecting an electrolyte solution, and a sealing stopper 38 is provided.
  • the positive terminal 21 and the negative terminal 22 are installed to protrude above the cap plate 31.
  • the positive terminal 21 is electrically connected to the positive electrode 11 through the current collector tab 41, and the negative terminal 22 is electrically connected to the negative electrode 12 via the current collector tab 42.
  • a terminal connection member 25 is provided between the positive terminal 21 and the current collector tab 41 to electrically connect the positive terminal 21 and the current collector tab 41.
  • the terminal connection member 25 is inserted into a hole formed in the positive electrode terminal 21 so that the upper end is fixed by welding to the positive electrode terminal 21, and the lower end is fixed by welding to the current collecting tab 41.
  • a gasket 59 for sealing is inserted into the hole through which the terminal connecting member 25 penetrates between the terminal connecting member 25 and the cap plate 31, and below the cap plate 31, the terminal connecting member 25.
  • the lower insulating member 43 into which the lower part of the () is inserted is provided.
  • a connecting plate 58 is provided between the positive terminal 21 and the cap plate 31 to electrically connect them.
  • the terminal connecting member 25 is fitted to the connecting plate 58. Accordingly, the cap plate 31 and the case 27 are charged with the positive electrode 11.
  • a terminal connection member 26 is provided between the negative electrode terminal 22 and the current collector tab 42 to electrically connect the negative terminal 22 and the current collector tab 42.
  • the terminal connection member 26 is inserted into a hole formed in the negative electrode terminal 22 so that the upper end is fixed by welding to the negative electrode terminal 22, and the lower end is fixed by welding to the current collecting tab 42.
  • a gasket 59 for sealing is inserted into the hole through which the terminal connecting member 26 penetrates between the negative electrode terminal 22 and the cap plate 31, and insulates between the negative terminal 22 and the cap plate 31.
  • the upper insulating member 54 is provided.
  • the terminal connection member 26 may be inserted into the hole of the upper insulating member 54, and the upper insulating member 54 may be formed to surround the end of the negative electrode terminal 22.
  • a lower insulating member 45 is provided below the cap plate 31 to insulate the negative electrode terminal 22 and the current collector tab 42 from the cap plate 31.
  • a shorting hole 37 is formed in the cap plate 31, and a shorting member 56 is provided in the shorting hole 37.
  • the shorting member 56 includes a curved portion which is curved in a convex shape downwardly and an outer edge portion which is formed outside the curved portion and fixed to the cap plate 31.
  • the upper insulating member 54 may have a cutout overlapping the short circuit hole 37, and the short circuit member 56 overlaps the negative electrode terminal 22 exposed through the cutout.
  • the shorting member 56 is electrically connected to the cap plate 31 and is deformed when the internal pressure of the secondary battery 101 rises, causing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. That is, when gas is generated by abnormal reaction inside the secondary battery, the internal pressure of the secondary battery increases. When the internal pressure of the secondary battery is higher than the preset pressure, the curved portion is deformed to be convex upward. At this time, the negative electrode terminal 22 and the short circuit member 56 abut and cause a short circuit.
  • the negative terminal 22 may further include at least one protrusion (not shown) protruding toward the shorting member 56. The projection is spaced apart from the short circuit member 56.
  • vent member 39 is provided in the bottom plate located on the other side of the case 27.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a bottom surface of the rechargeable battery of FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a case and a vent member of the rechargeable battery of FIG. 1
  • FIG. 5 is a vent hole of a case of the rechargeable battery of FIG. 4. It is sectional drawing.
  • the through hole may be a vent hole 34 in which the vent member 39 is installed.
  • the vent member 39 may have a notch 2 so that it can be opened at a set pressure.
  • the notch 2 may be thinner than the thickness of the portion in contact with the bottom plate of the case so that the vent member 39 can be easily broken.
  • vent hole 34 a plurality of holes having different widths and depths are continuously connected in the thickness direction of the case 27, and the sidewall of the vent hole 34 may be multistage.
  • the 1st hole 6a When each hole located while advancing inward from the outside of the case 27 is called the 1st hole 6a, the 2nd hole 6b, and the 3rd hole 6c, the 1st of the 1st hole 6a
  • the width L1 is larger than the second width L2 of the second hole 6b, and the second width L2 of the second hole 6b is larger than the third width L3 of the third hole 6c.
  • the sidewall height H1 of the first hole 6a is greater than the sidewall height H2 of the second hole 6b, and the sidewall height H2 of the second hole 6b is greater than the third sidewall height H3.
  • the first stepped portion 8a is formed between the side wall of the first hole 6a and the side wall of the second hole 6b, and the side wall and the third hole 6c of the second hole 6b are formed.
  • the second step 8b is formed between the sidewalls of the cross section.
  • the first hole 6a exposes the first stepped portion 8a, the second stepped portion 8b, and the third hole 6c, and the second hole 6b exposes the second stepped portion 8b and the third.
  • the hole 6c is exposed, and the third hole 6c is a through hole.
  • the thickness of the second stepped portion 8b that is, the sidewall height of the third hole 6c, is formed to a thickness capable of supporting the vent member 39. It is desirable to.
  • the sidewall height H3 of the third hole 6c may be 0.37 mm.
  • the vent member 39 is positioned to contact the second stepped portion 8b, and an end of the vent member 39 may be fixed to the side wall of the second hole 6b by laser welding. Therefore, the side wall height of the second hole 6b may be equal to or larger than the edge thickness of the vent member 39.
  • the height of the side wall of the second hole 6b is smaller than the edge thickness of the vent member 39, and the vent member 39 may protrude out of the first hole 6c or the case 27. For example, if the edge thickness of the vent member 39 is 0.43 mm, the side wall height of the second hole 6b can be formed to a size larger than that.
  • the vent member 39 Due to an abnormal reaction inside the vent member 39, when the internal pressure increases and exceeds a predetermined internal pressure, the vent member 39 is broken. Since the vent member 39 sustains an increased internal pressure until it is broken, the vent member 39 may protrude while bending in an outward direction of the case. At this time, if the height of the protruding portion is high before the vent member 39 is broken by internal pressure, the vent member 39 may protrude out of the case 27 and the gas may not be properly ejected even if the vent member 39 is broken. have. Therefore, even if the vent member 39 protrudes to the maximum, it is preferable to form the height of the side wall of the first hole 6a sufficiently so that the vent member 39 does not protrude out of the case 27. For example, when the maximum height at which the vent member 39 protrudes with internal pressure is 0.7 mm, the side wall height of the first hole 6a is preferably formed to be 0.7 mm or more.
  • the edge S of the vent hole 34 in which the side wall which consists of a multistage is formed protrudes into the case 27 rather than the inner surface of the case 27 bottom plate. Therefore, the depth H of the vent hole 34 may be larger than the thickness T of the case 27.
  • vent member 34 is sufficiently formed even if the case 27 is formed of a thinner metal plate. 39) Space can be installed.
  • the vent member 39 should be installed so as not to protrude out of the case 27 until it is broken by internal pressure.
  • the vent member 39 is installed on the bottom plate of the case 27, the bottom plate thickness of the case 27 needs to be increased to secure the protruding space of the vent member 39.
  • the vent member can be provided without increasing the thickness of the bottom plate of the case 27.
  • the vent hole ( 34 may be formed by protruding the difference S, that is, 0.3 mm into the inside of the case.
  • the case 27 may be formed by a deep drawing process, and the edge S may be formed by sequentially forming the first hole 6a, the second hole 6b, and the third hole 6c. It can protrude inside.
  • the battery assembly accommodated in the case 27 may be placed on the edge S protruding therein. At this time, even if the battery assembly collides with the edge S due to the impact, the edge S1 of the edge S may be chamfered to have a round shape or inclination so as not to be damaged.
  • vent hole 27 case

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극을 가지는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하며, 전극 조립체가 삽입되는 일측이 개방된 개구부를 케이스, 케이스의 개구부에 고정 설치되어 있는 캡 조립체, 케이스의 바닥판에 형성되며, 측벽이 다단으로 형성되어 있는 벤트 홀, 벤트 홀에 설치되어 있는 벤트 부재를 포함하고, 벤트 홀의 깊이는 바닥판의 두께보다 크다.

Description

이차 전지
본 기재는 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안전 장치를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자 기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 양극, 세퍼레이터, 음극과 함께 전해액이 케이스에 수용된 형태를 가진다. 케이스는 각형, 파우치형, 원형 등과 같이 다양한 형태를 가질 수 있다. 이중, 알루미늄 등의 금속 재질로 이루어지는 케이스는 전극 조립체가 수용된 후, 캡 플레이트 등으로 막아서 내부를 밀봉시킨다.
밀봉된 상태의 이차 전지는 이상 반응 또는 외부 충격 등으로 인해서, 케이스 내부 압력이 상승할 수 있다. 따라서 이차 전지는 설정된 압력 조건 이상일 경우 파손될 수 있도록 이차 전지의 폭발을 방지하는 안전 장치를 포함한다. 이러한 안전 장치는 케이스의 하부에 설치될 수 있으나, 하부에 설치될 경우 케이스의 바닥판 두께가 증가한다.
본 발명의 일 측면은 케이스의 두께 및 무게를 증가시키지 않으면서도 케이스의 바닥에 안전 장치를 설치한 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극을 가지는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하며, 전극 조립체가 삽입되는 일측이 개방된 개구부를 케이스, 케이스의 개구부에 고정 설치되어 있는 캡 조립체, 케이스의 바닥판에 형성되며, 측벽이 다단으로 형성되어 있는 벤트 홀, 벤트 홀에 설치되어 있는 벤트 부재를 포함하고, 벤트 홀의 깊이는 바닥판의 두께보다 크다.
상기 벤트 홀의 테두리는 바닥판의 내부면보다 케이스의 내부로 돌출되어 있을 수 있다.
상기 케이스의 바닥면과 인접한 상기 테두리의 모서리는 면취될 수 있다.
상기 테두리의 모서리는 상기 케이스의 내부에 위치할 수 있다.
상기 벤트 홀은 제1 폭을 가지는 제1 구멍, 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가지는 제2 구멍, 상기 제2 폭보다 작은 제3 폭을 가지는 제3 구멍을 포함하고, 벤트 홀의 폭은 케이스의 내부로 갈수록 줄어들 수 있다.
상기 제3 구멍은 관통 구멍일 수 있다.
상기 제1 구멍은 상기 제1 구멍의 측벽과 제2 구멍의 측벽 사이에 위치하는 제1 단차부, 제2 구멍 및 상기 제3 구멍을 노출하고, 제2 구멍은 제2 구멍의 측벽과 제3 구멍의 측벽 사이에 위치하는 제2 단차부 및 제3 구멍을 노출할 수 있다.
상기 벤트 부재는 제1 단차부 위에 위치하며 제2 구멍의 측벽에 용접으로 고정되어 있을 수 있다.
상기 제2 구멍의 측벽 높이는 벤트 부재의 가장자리 두께보다 크거나 같을 수 있다.
상기 제1 구멍의 측벽 높이는 벤트 부재가 상기 케이스의 내압으로 돌출되는 최대 높이보다 높거나 같을 수 있다.
상기 벤트 부재는 케이스의 내압이 설정 압력 이상일 때 파손되는 노치를 포함할 수 있다.
상기 제1 구멍의 측벽 높이는 제2 구멍의 측벽 높이보다 높고, 제2 구멍이 측벽 높이는 상기 제3 구멍의 측벽 높이보다 높을 수 있다.
상기 전기 조립체는 젤리롤 형태일 수 있다.
본 실시예의 이차 전지에 따르면, 벤트 홀의 측벽을 다단으로 형성함으로써, 케이스의 하부에 벤트 부재가 형성되더라도 케이스의 두께 및 무게 증가가 발생하지 않는 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 이차 전지의 바닥면을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1의 이차 전지의 케이스 및 벤트 부재를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 이차 전지의 케이스의 벤트 홀을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지(101)는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 수용하는 케이스(27), 케이스(27)의 개구에 설치되어 있는 캡 조립체(30) 를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지(101)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
전극 조립체(10)는 양극(또는 제1 전극)(11)과 음극(또는 제2 전극)(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 권취된 젤리 롤 타입일 수 있다.
양극(11)과 음극(12)은 박판의 금속 호일로 형성된 집전체에 활물질이 코팅된 영역인 전극 활성부(11a)와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 전극 무지부(11b)를 포함한다. 양극(11)의 전극 활성부(11a)는 알루미늄과 같은 금속 포일로 이루어진 집전체와 집전체 위에 전이 금속 산화물등의 활물질을 코팅함으로써 형성되며, 음극(12)의 전극 활성부(12a)는 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 이루어지는 집전체와 집전체 위에 흑연 또는 탄소 등의 활물질을 코팅함으로써 형성될 수 있다.
양극의 전극 무지부(11b)는 양극(11)의 길이 방향을 따라 양극(11)의 한 쪽 측단에 형성되고, 음극의 전극 무지부(12b)는 음극(12)의 길이 방향을 따라 음극(12)의 한 쪽 측단에 형성된다.
젤리롤 타입의 전극 조립체에서, 양극의 전극 무지부(11b)와 음극의 전극 무지부(12b)는 전극 활성부(11a, 12a)를 중심으로 서로 반대편에 위치할 수 있다. 그리고 양극(11) 및 음극(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 사이에 개재한 후 권취된다. 또한, 세퍼레이터는 복수로 포함될 수 있으며, 양극, 음극 및 세퍼레이터가 교대로 배치한 후 권취될 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기한 전극 조립체(10)는 복수의 시트(sheet)로 이루어진 양극, 세퍼레이터, 음극이 반복 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
전극 조립체(10)는 전해액과 함께 케이스(27)에 수용될 수 있다. 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, EMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
케이스(27)는 알루미늄과 같은 금속으로 이루어질 수 있으며, 대략 직육면체일 수 있다. 케이스(27)의 일측은 개방될 수 있으며, 케이스(27)의 개방된 일측에는 캡 조립체(30)가 설치될 수 있다.
캡 조립체(30)는 케이스(27)에 결합되어 케이스(27)의 개구를 막는 캡 플레이트(31), 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며 각각 양극(11)과 전기적으로 연결된 양극 단자(21)와 음극(12)과 전기적으로 연결된 음극 단자(22)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 일방향으로 이어진 길쭉한 판 형태로 이루어지며, 케이스(27)의 개구에 결합된다. 캡 플레이트(31)는 내부와 관통되는 주입구(32)를 가진다. 주입구(32)는 전해액을 주입하기 위한 것으로, 밀봉 마개(38)가 설치되어 있다.
양극 단자(21) 및 음극 단자(22)는 캡 플레이트(31) 상부로 돌출되도록 설치된다. 양극 단자(21)는 집전탭(41)을 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결되며, 음극 단자(22)는 집전탭(42)을 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결된다.
양극 단자(21)와 집전탭(41) 사이에는 양극 단자(21)와 집전탭(41)을 전기적으로 연결하는 단자 연결 부재(25)가 설치된다. 단자 연결 부재(25)는 양극 단자(21)에 형성된 홀에 삽입되어 상단이 양극 단자(21)에 용접으로 고정되며, 하단은 집전탭(41)에 용접으로 고정된다.
단자 연결 부재(25)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(59)이 단자 연결 부재(25)가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 단자 연결 부재(25)의 하부가 삽입되는 하부 절연 부재(43)가 설치되어 있다. 양극 단자(21)와 캡 플레이트(31) 사이에는 이들을 전기적으로 연결하는 연결판(58)이 설치된다. 단자 연결 부재(25)는 연결판(58)에 끼워져 설치된다. 이에 따라 캡 플레이트(31)와 케이스(27)는 양극(11)으로 대전된다.
음극 단자(22)와 집전탭(42) 사이에는 음극 단자(22)와 집전탭(42)을 전기적으로 연결하는 단자 연결 부재(26)가 설치된다. 단자 연결 부재(26)는 음극 단자(22)에 형성된 홀에 삽입되어 상단이 음극 단자(22)에 용접으로 고정되며, 하단은 집전탭(42)에 용접으로 고정된다.
음극 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(59)이 단자 연결 부재(26)가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 음극 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이를 절연하는 상부 절연 부재(54)가 설치된다. 단자 연결 부재(26)는 상부 절연 부재(54)의 홀에 끼워져 설치될 수 있으며, 상부 절연 부재(54)는 음극 단자(22)의 끝단을 감싸도록 형성될 수 있다.
그리고 캡 플레이트(31)의 아래에는 음극 단자(22) 및 집전탭(42)을 캡 플레이트(31)에서 절연하는 하부 절연 부재(45)가 설치된다.
캡 플레이트(31)에는 단락 홀(37)이 형성되며, 단락 홀(37)에는 단락 부재(56)가 설치되어 있다. 단락 부재(56)는 아래로 볼록하게 호형으로 굴곡된 만곡부와 만곡부의 외측에 형성되며 캡 플레이트(31)에 고정된 테두리부를 포함한다. 상부 절연 부재(54)는 단락 홀(37)과 중첩하는 절개부를 가질 수 있으며, 단락 부재(56)는 상기한 절개부를 통해서 노출되는 음극 단자(22)와 중첩한다.
단락 부재(56)는 캡 플레이트(31)와 전기적으로 연결되며, 이차 전지(101)의 내부 압력이 상승할 때 변형되어 양극과 음극의 단락을 유발한다. 즉, 이차 전지의 내부에서 이상반응으로 가스가 발생하면 이차 전지의 내부 압력이 상승한다. 이차 전지의 내부 압력이 기 설정된 압력보다 높아지면 만곡부가 상부로 볼록하도록 변형되며, 이때, 음극 단자(22)와 단락 부재(56)가 맞닿아 단락을 유발한다.
음극 단자(22)와 단락 부재(56)의 단락을 용이하게 하기 위해서, 음극 단자(22)는 단락 부재(56)를 향해서 돌출한 적어도 하나 이상의 돌기(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 돌기는 단락 부재(56)와 이격되어 있다.
한편, 케이스(27)의 타측에 위치하는 바닥판에는 벤트 부재(39)가 설치되어 있다.
이에 대해서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 1의 이차 전지의 바닥면을 도시한 평면도이고, 도 4는 도 1의 이차 전지의 케이스 및 벤트 부재를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4의 이차 전지의 케이스의 벤트 홀을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 관통홀은 벤트 부재(39)가 설치되는 벤트 홀(34)일 수 있다. 벤트 부재(39)는 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(2)를 가질 수 있다. 노치(2)는 벤트 부재(39)가 용이하게 파괴될 수 있도록, 노치(2)가 형성된 부분의 두께가 케이스의 바닥판에 접촉하는 부분의 두께보다 얇을 수 있다.
벤트 홀(34)은 서로 다른 폭 및 깊이를 가지는 복수의 구멍이 케이스(27) 두께 방향으로 연속해서 연결되어, 벤트 홀(34)의 측벽이 다단일 수 있다.
케이스(27)의 외부로부터 내부 방향으로 진행하면서 위치하는 각각의 구멍을 제1 구멍(6a), 제2 구멍(6b) 및 제3 구멍(6c)이라 하면, 제1 구멍(6a)의 제1 폭(L1)은 제2 구멍(6b)의 제2 폭(L2)보다 크고, 제2 구멍(6b)의 제2 폭(L2)은 제3 구멍(6c)의 제3 폭(L3)보다 클 수 있다. 그리고 제1 구멍(6a)의 측벽 높이(H1)는 제2 구멍(6b)의 측벽 높이(H2) 보다 크고, 제2 구멍(6b)의 측벽 높이(H2)는 제3 측벽 높이(H3)보다 클 수 있다.
따라서, 제1 구멍(6a)의 측벽과 제2 구멍(6b)의 측벽 사이에 제1 단차(段差)부(8a)가 형성되고, 제2 구멍(6b)의 측벽과 제3 구멍(6c)의 측벽 사이에 제2 단차부(8b)가 형성된다. 제1 구멍(6a)은 제1 단차부(8a), 제2 단차부(8b) 및 제3 구멍(6c)를 노출하고, 제2 구멍(6b)는 제2 단차부(8b) 및 제3 구멍(6c)을 노출하고, 제3 구멍(6c)은 관통 구멍이다.
벤트 부재(39)는 제2 단차부(8b)에 설치되므로, 제2 단차부(8b)의 두께, 즉 제3 구멍(6c)의 측벽 높이는 벤트 부재(39)를 지지할 수 있는 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 제3 구멍(6c)의 측벽 높이(H3)는 0.37mm일 수 있다.
벤트 부재(39)는 제2 단차부(8b)에 접촉하도록 위치하며, 벤트 부재(39)의 단부가 제2 구멍(6b)의 측벽에 레이저 용접으로 고정될 수 있다. 따라서, 제2 구멍(6b)의 측벽 높이는 벤트 부재(39)의 가장자리 두께보다 같거나 클 수 있다. 제2 구멍(6b)의 측벽의 높이가 벤트 부재(39)의 가장자리 두께 보다 작으며, 벤트 부재(39)가 제1 구멍(6c) 또는 케이스(27)의 외부로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(39)의 가장자리 두께가 0.43mm이면, 제2 구멍(6b)의 측벽 높이는 그 이상의 크기로 형성할 수 있다.
벤트 부재(39)는 내부의 이상 반응으로 인해서, 내압이 증가하고 일정 내압을 초과하면 벤트 부재(39)가 파손된다. 벤트 부재(39)는 파손되기 전까지, 증가하는 내압을 버티기 때문에 벤트 부재(39)는 케이스의 외부 방향으로 휘어지면서 돌출될 수 있다. 이때, 벤트 부재(39)가 내압으로 파손되기 전까지 돌출된 부분의 높이가 높으면, 벤트 부재(39)가 케이스(27) 밖으로 돌출하게 되고 벤트 부재(39)가 파손되더라도 가스가 제대로 분출되지 못할 수 있다. 따라서 벤트 부재(39)가 최대로 돌출되더라도 케이스(27) 밖으로 돌출되지 않도록 제1 구멍(6a)의 측벽 높이를 충분히 여유있게 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 벤트 부재(39)가 내압으로 돌출되는 최대 높이가 0.7mm일 경우, 제1 구멍(6a)의 측벽 높이는 0.7mm 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 다단으로 이루어지는 측벽이 형성되어 있는 벤트 홀(34)의 테두리(S)는 케이스(27) 바닥판의 내부면보다 케이스(27)의 내부로 돌출되어 있다. 따라서, 벤트 홀(34)의 깊이(H)는 케이스(27)의 두께(T)보다 클 수 있다.
이처럼, 벤트 홀(34)의 측벽을 다단으로 형성하고, 벤트 홀(34)의 테두리를 케이스(27) 내부로 돌출시키면, 좀 더 얇은 두께의 금속판으로 케이스(27)를 형성하더라도 충분히 벤트 부재(39)를 설치할 수 있는 공간을 확보할 수 있다.
벤트 부재(39)는 내압으로 파손되기 전까지 케이스(27) 밖으로 돌출되지 않도록 설치되어야 한다. 벤트 부재(39)가 케이스(27)의 바닥판에 설치되면 벤트 부재(39)의 돌출 공간 확보를 위해서 케이스(27)의 바닥판 두께를 증가시켜야 한다.
그러나 본 발명의 실시예에서와 같이 벤트 홀(34)의 테두리(S)를 케이스(27) 내부로 돌출시킴으로써 벤트 부재(39)가 돌출될 수 있는 공간을 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 케이스(27)의 바닥판 두께를 증가시키지 않으면서도, 벤트 부재를 설치할 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(39)를 설치하기 위한 벤트 홀(34)의 깊이(H)가 1.5mm이고, 사용하고자 하는 케이스(27)의 바닥판 두께(T)가 1.2mm이면, 벤트 홀(34)의 테두리(S)를 케이스의 내부로 이들의 차이 즉, 0.3mm 돌출하여 형성할 수 있다.
케이스(27)는 딥드로잉 공정으로 형성할 수 있으며, 이때 테두리(S)는 순차적으로 제1 구멍(6a), 제2 구멍(6b), 제3 구멍(6c)을 형성함으로써 케이스(27)의 내부로 돌출시킬 수 있다.
케이스(27) 내부에 수용되는 전지 조립체는 내부로 돌출되는 테두리(S)에 놓여질 수 있다. 이때, 충격 등으로 인해서 전지 조립체가 테두리(S)와 충돌하더라도 전지 조립체가 손상되지 않도록 테두리(S)의 모서리(S1)는 라운드 형상 또는 경사지도록 면취(chamfer)되어 있을 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
- 부호의 설명 -
2: 노치 6a, 6b, 6c: 구멍
8a, 8b: 단차부 10: 전극 조립체
11: 양극 11a, 12a: 전극 활성부
11a, 11b: 전극 무지부
12: 음극 13: 세퍼레이터
21: 양극 단자 22: 음극 단자
25, 26: 단자 연결 부재
27: 케이스 30: 캡 조립체
31: 캡 플레이트 32: 주입국
34: 벤트 홀 27: 케이스
37: 단락홀 38: 밀봉 마개
39: 벤트 부재 41, 42: 집전탭
43, 45: 하부 절연 부재
54: 상부 절연 부재
56: 단락 부재 58: 연결판
59: 가스캣 101: 이차 전지

Claims (13)

  1. 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극을 가지는 전극 조립체,
    상기 전극 조립체를 수용하며, 상기 전극 조립체가 삽입되는 일측이 개방된 개구부를 케이스,
    상기 케이스의 개구부에 고정 설치되어 있는 캡 조립체,
    상기 케이스의 바닥판에 형성되며, 측벽이 다단으로 형성되어 있는 벤트 홀,
    상기 벤트 홀에 설치되어 있는 벤트 부재
    를 포함하고,
    상기 벤트 홀의 깊이는 상기 바닥판의 두께보다 큰 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 벤트 홀의 테두리는 상기 바닥판의 내부면보다 상기 케이스의 내부로 돌출되어 있는 이차 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 케이스의 바닥면과 인접한 상기 테두리의 모서리는 면취되어 있는 이차 전지.
  4. 제3항에서,
    상기 테두리의 모서리는 상기 케이스의 내부에 위치하는 이차 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 벤트 홀은 제1 폭을 가지는 제1 구멍, 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가지는 제2 구멍, 상기 제2 폭보다 작은 제3 폭을 가지는 제3 구멍을 포함하고,
    상기 벤트 홀의 폭은 상기 케이스의 내부로 갈수록 줄어드는 이차 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 제3 구멍은 관통 구멍인 이차 전지.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 구멍은 상기 제1 구멍의 측벽과 상기 제2 구멍의 측벽 사이에 위치하는 제1 단차부, 상기 제2 구멍 및 상기 제3 구멍을 노출하고,
    상기 제2 구멍은 상기 제2 구멍의 측벽과 상기 제3 구멍의 측벽 사이에 위치하는 제2 단차부 및 상기 제3 구멍을 노출하는 이차 전지.
  8. 제7항에서,
    상기 벤트 부재는 상기 제1 단차부 위에 위치하며 상기 제2 구멍의 측벽에 용접으로 고정되어 있는 이차 전지.
  9. 제5항에서,
    상기 제2 구멍의 측벽 높이는 상기 벤트 부재의 가장자리 두께보다 크거나 같은 이차 전지.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 구멍의 측벽 높이는 상기 벤트 부재가 상기 케이스의 내압으로 돌출되는 최대 높이보다 높거나 같은 이차 전지.
  11. 제10항에서,
    상기 벤트 부재는 상기 케이스의 내압이 설정 압력 이상일 때 파손되는 노치를 포함하는 이차 전지.
  12. 제5항에서,
    상기 제1 구멍의 측벽 높이는 상기 제2 구멍의 측벽 높이보다 높고, 상기 제2 구멍이 측벽 높이는 상기 제3 구멍의 측벽 높이보다 높은 이차 전지.
  13. 제1항에서,
    상기 전기 조립체는 젤리롤 형태인 이차 전지.
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