WO2020111641A1 - 이차전지 및 그 이차전지 제조방법 - Google Patents

이차전지 및 그 이차전지 제조방법 Download PDF

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WO2020111641A1
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safety vent
top cap
secondary battery
manufacturing
inner diameter
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허하영
류덕현
김형권
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주식회사 엘지화학
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery and a method for manufacturing the secondary battery.
  • Secondary batteries capable of repetitive charging and discharging can be divided into pouch-type, square-type, and cylindrical shapes depending on the structure.
  • the cylindrical secondary battery has a structure in which a top cap is coupled to an upper portion of a battery can accommodating an electrode assembly.
  • a safety vent for discharging gas to the outside is combined with the top cap and the battery can when the internal pressure of the secondary battery rises below the top cap.
  • a top cap is provided inside the safety vent in which the circumference is bent upward, and then the circumference of the safety vent is bent again in the top cap direction.
  • the outer diameter of the top cap must be smaller than the inner diameter inside the safety vent. Therefore, in the completed cylindrical secondary battery, a gap must exist between the inside of the safety vent and the outside of the top cap. According to the prior art, there is a problem in that the electrolyte leaks inside the secondary battery due to the gap.
  • the problem to be solved by the present invention is to solve the problem of leakage of the electrolyte that may occur in the cylindrical secondary battery manufactured according to the prior art.
  • a first step having a top cap and a safety vent; A second step of bending the end of the safety vent upward; And a third step of inserting the top cap inside the safety vent.
  • the outer diameter A of the top cap is provided with a secondary battery manufacturing method greater than the inner diameter B of the safety vent between the second step and the third step.
  • the outer diameter A of the top cap may be larger by 0.01 mm to 0.03 mm than the inner diameter B of the safety vent between the second step and the third step.
  • the contact pressure between the top cap and the safety vent after the third step may be greater than or equal to the pressure inside the secondary battery P v when gas inside the secondary battery starts to be discharged through the safety vent.
  • the top cap may include steel plate cold commercial, stainless steel, or aluminum, and the safety vent may include aluminum.
  • the ground pressure acting between the side of the top cap and the safety vent may be 7.0 MPa or less.
  • the ratio ((AB)/A) of the difference (AB) between the outer diameter A of the top cap and the inner diameter B of the safety vent to the outer diameter A of the top cap may be 5.4 ⁇ 10 -4 to 1.62 ⁇ 10 -3 . .
  • the ratio ((AB)/B) of the difference (AB) between the outer diameter A of the top cap and the inner diameter B of the safety vent to the inner diameter B of the safety vent may be 5.4 ⁇ 10 -4 to 1.62 ⁇ 10 -3 .
  • the ground pressure acting in the middle region among the regions between the side of the top cap and the safety vent may be 3.5 Mpa or less.
  • the battery can A top cap coupled to an upper portion of the battery can; And a safety vent provided under the top cap. Including, the end of the safety vent is bent upward to form a bent portion, the bent portion of the safety vent is in close contact with the side of the top cap, the ground pressure between the bent portion of the safety vent and the side of the top cap is A secondary battery of 0.7 MPa to 7.0 MPa is provided.
  • the ground pressure acting in the middle region among the regions between the bent portion of the safety vent and the side portion of the top cap may be 3.5 Mpa or less.
  • FIG. 1 is a cross-sectional side view showing the structure of the top cap and the safety vent individually according to the present invention.
  • Figure 2 is a side cross-sectional view showing the upper structure of a secondary battery according to the present invention.
  • 3 is a simulation result visually expressing the stress inside the safety vent among the combined top cap and safety vent according to the embodiments and comparative examples of the present invention.
  • the secondary battery according to the present invention may be a cylindrical secondary battery.
  • Figure 1 is a side cross-sectional view showing the structure of the top cap and the safety vent individually according to the present invention
  • Figure 2 is a side cross-sectional view showing the upper structure of the secondary battery according to the present invention.
  • the secondary battery manufacturing method according to the present invention may include a first step having a top cap 200 and a safety vent 300.
  • Top cap 200 may be configured to be coupled to the top of the battery can (100, see FIG. 2).
  • the circumference of the top cap 200 may have a circular shape with an outer diameter of A.
  • the top cap 200 may include a steel plate cold commercial, stainless steel or aluminum material.
  • a notch portion 300a having a thickness thinner than other areas of the safety vent 300 may be formed in the safety vent 300.
  • the internal pressure of the secondary battery may increase due to an increase in the temperature inside the secondary battery.
  • the notch portion 300a of the safety vent 300 breaks, thereby causing the gas inside the secondary battery to break.
  • A may be discharged to the outside through the discharge hole (not shown) of the notch 300a and the top cap 200. Thereby, the explosion problem of the secondary battery due to the increase in the internal pressure of the secondary battery can be prevented.
  • the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention may further include a second step of bending the end of the safety vent 300 upward.
  • a bent portion 310 having a shape bent upward may be formed at an end portion of the safety vent 300.
  • the inner portion of the safety vent 300 having the bent portion 310 may have a circular shape with an inner diameter B.
  • the safety vent 300 may include an aluminum material.
  • the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention may further include a third step of inserting the top cap 200 inside the safety vent 300. Between the second step and the third step, the outer diameter A of the top cap 200 may be greater than the inner diameter B of the safety vent 300.
  • the top cap is provided inside the safety vent, so the outer diameter of the top cap must be smaller than the inner diameter of the safety vent. Therefore, in the cylindrical secondary battery completed according to the prior art, there is a gap between the inside of the safety vent and the outside of the top cap, and thus there is a risk that the electrolyte may leak.
  • the outer diameter of the top cap is larger than the inner diameter of the safety vent, so that when the top cap and the safety vent are combined in the third step, a gap is not formed between the outside of the top cap and the inside of the safety vent. Can be. Therefore, unlike the prior art, since there is no space between the outer side of the top cap and the inside of the safety vent, it is possible to prevent the problem of leakage of electrolyte in the space between the outside of the top cap and the inside of the safety vent, unlike the prior art.
  • the ratio of the difference between the outer diameter A of the top cap 200 or the inner diameter B of the top vent 200 and the inner diameter B of the safety vent 300 to the inner diameter B of the safety vent 300 may be 5.4 ⁇ 10 ⁇ 4 to 1.62 ⁇ 10 ⁇ 3 .
  • the outer diameter A of the top cap 200 is larger than the inner diameter B of the safety vent 300, so that the third step , Interference fit may occur between the top cap 200 and the safety vent 300. Therefore, after the third step, pressure may act on each other in a region where the top cap 200 and the safety vent 300 are in close contact with each other. That is, as shown in FIG. 2, a contact pressure may be applied between the side portion 210 of the top cap 200 and the bending portion 310 of the safety vent 300.
  • This ground pressure needs to be greater than the pressure inside the secondary battery 10. If the ground pressure is smaller than the pressure inside the secondary battery 10, the top cap 200 may be separated from the safety vent 300 by the pressure inside the secondary battery 10.
  • the coupling between the top cap 200 and the safety vent 300 is secondary as well as when the secondary battery 10 operates normally, and the notch portion 300a breaks because the internal pressure of the secondary battery 10 rises abnormally.
  • the gas inside the battery 10 is discharged to the outside. If the internal pressure of the secondary battery 10 rises abnormally and the top cap 200 is separated from the safety vent 300 and flies away, a safety accident may occur due to the top cap 200.
  • the ground pressure acting between the top cap 200 and the safety vent 300 after the third step is the gas inside the secondary battery 10 through the safety vent 300.
  • the pressure inside the secondary battery may be P v or more.
  • P v may be 1.3 MPa to 3.0 MPa.
  • the outer diameter A of the top cap 200 may be greater than the inner diameter B of the safety vent 300 by 0.01 mm to 0.03 mm.
  • the ground pressure between the top cap 200 and the safety vent 300 is too small, and the top cap 200 is the safety vent 300 as the internal pressure of the secondary battery 10 increases. ), it may cause a problem to fly away.
  • A is greater than 0.03 mm greater than B, as the ground pressure between the top cap 200 and the safety vent 300 increases excessively, the internal stress of the top cap 200 or the safety vent 300 The excessively large size may cause a problem that the top cap 200 or the safety vent 300 is damaged in a process of combining the top cap 200 and the safety vent 300 or using the secondary battery 10.
  • the outer diameter A of the top cap 200 may be larger than the inner diameter B of the safety vent 300 by 0.01 mm to 0.02 mm.
  • the ground pressure between the side 210 of the top cap 200 and the bending portion 310 of the safety vent 300 is the top cap side 210 and the bending portion 310 facing each other. In the region it may be less than 7.0Mpa.
  • the ground pressure applied to the middle region among the regions where the side portion 210 of the top cap 200 and the bent portion 310 of the safety vent 300 face each other may be 3.5 MPa or less.
  • the grounding pressure in the upper and lower portions is large, and the grounding pressure in the middle region may be relatively small. have. Accordingly, if the ground pressure of the middle region of the region where the top cap side 210 and the bending portion 310 of the safety vent meet is 3.5 MPa or less, all of the top cap side 210 and the bending portion 310 of the safety vent meet The grounding pressure in the region can be made to be 7.0 MPa or less.
  • the bent portion 310 of the safety vent 300 may have a U-shape in addition to the L-shape bent upward.
  • the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention may further include a fourth step of bending the end of the safety vent further toward the center of the safety vent.
  • the secondary battery 10 includes a battery can 100, a top cap 200 coupled to an upper portion of the battery can 100, and a top cap 200. It may include a safety vent 300 provided in the lower portion.
  • the end portion of the safety vent 300 may be bent upward to form a bent portion 310, and the bent portion 310 of the safety vent 300 may be in close contact with the side portion 210 of the top cap 200.
  • a gasket 400 may be provided between the side of the safety vent 300 and the inner surface of the battery can 100.
  • contact pressure may be applied between the bent part 310 and the top cap side part 210 of the safety vent according to the present invention.
  • the ground pressure may be 0.7MPa to 7.0MPa.
  • the ground pressure applied to the middle region among the regions between the bent portion 310 and the top cap side portion 210 of the safety vent may be 3.5 MPa or less.
  • the safety vent and the top cap were combined by inserting the top cap inside the safety vent having the bent portions bent upward at both ends.
  • the material of the safety vent was aluminum
  • the material of the top cap was a steel plate cold commercial.
  • the yield strength of aluminum used in the safety vent was 125 MPa
  • the yield strength of the cold rolled steel sheet used in the top cap was 250 MPa.
  • the safety vent was 0.3 mm thick and the top cap was 0.7 mm thick. A notch was formed in the safety vent.
  • Example 1 the inner diameter of the safety vent was 18.495 mm, and the outer diameter of the top cap was 18.505 mm.
  • the safety vent and the top cap were combined in the same manner as in Example 1, except that the inner diameter of the safety vent was 18.49 mm and the outer diameter of the top cap was 18.51 mm.
  • the safety vent and the top cap were combined in the same manner as in Example 1, except that the inner diameter of the safety vent was 18.485 mm and the outer diameter of the top cap was 18.515 mm.
  • the safety vent and the top cap were combined in the same manner as in Example 1, except that the inner diameter of the safety vent was 18.48 mm and the outer diameter of the top cap was 18.52 mm.
  • Example 1 when comparing Example 1 and Example 2, it was confirmed that a relatively large stress was generated in the safety vent in Example 2 compared to Example 1. In addition, when Example 2 and Example 3 were compared, it was confirmed that a relatively large stress occurred in the safety vent in Example 3 compared to Example 2.

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Abstract

이차전지 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 탑 캡 및 안전 벤트를 구비하는 제1 단계; 상기 안전 벤트의 끝부를 상방으로 절곡하는 제2 단계; 및 상기 안전 벤트의 내측에 상기 탑 캡을 삽입하는 제3 단계; 를 포함하고, 상기 탑 캡의 외경 A는 상기 제2 단계와 상기 제3 단계 사이에서의 상기 안전 벤트의 내경 B보다 큰 이차전지 제조방법이 제공된다.

Description

이차전지 및 그 이차전지 제조방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2018년 11월 28일자 한국특허출원 제10-2018-0149832호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지 및 그 이차전지 제조방법에 관한 것이다.
반복적인 충전과 방전이 가능한 이차전지는 구조에 따라 파우치형, 각형, 원통형 등으로 나뉠 수 있다.
이 중 원통형 이차전지는 전극 조립체를 수용하는 전지 캔의 상부에 탑 캡이 결합된 구조를 갖는다. 또한, 원통형 이차전지에서 탑 캡의 하부에는 이차전지의 내압이 상승하는 경우 파단되어 가스를 외부로 배출하기 위한 안전 벤트가 탑 캡 및 전지 캔과 결합되는 것이 일반적이다.
종래 기술에 따르면 원통형 이차전지를 제조하는 과정에서 둘레부가 상방으로 절곡된 안전 벤트의 내측에 탑 캡을 구비한 후 안전 벤트의 둘레부를 탑 캡 방향으로 다시 절곡하게 된다.
그런데, 전술한 바와 같이 안전 벤트의 내측에 탑 캡이 구비되어야 하므로 탑 캡의 외경이 안전 벤트 내측의 내경보다 작을 수 밖에 없다. 따라서, 완성된 원통형 이차전지에서 안전 벤트의 내측과 탑 캡의 외측 사이에는 간격이 존재할 수 밖에 없다. 종래 기술에 따르면, 이러한 간격으로 인해 이차전지 내부의 전해액이 누출되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래 기술에 따라 제조된 원통형 이차전지에서 발생할 수 있는 전해액의 누출 문제를 해결하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 탑 캡 및 안전 벤트를 구비하는 제1 단계; 상기 안전 벤트의 끝부를 상방으로 절곡하는 제2 단계; 및 상기 안전 벤트의 내측에 상기 탑 캡을 삽입하는 제3 단계; 를 포함하고, 상기 탑 캡의 외경 A는 상기 제2 단계와 상기 제3 단계 사이에서의 상기 안전 벤트의 내경 B보다 큰 이차전지 제조방법이 제공된다.
상기 탑 캡의 외경 A는 상기 제2 단계와 상기 제3 단계 사이의 상기 안전 벤트의 내경 B보다 0.01mm 내지 0.03mm만큼 클 수 있다.
상기 제3 단계 이후 상기 탑 캡와 상기 안전 벤트 사이에 작용하는 접지 압력(contact pressure)은 상기 이차전지 내부의 가스가 상기 안전 벤트를 통해 배출되기 시작할 때 이차전지 내부의 압력인 Pv 이상일 수 있다.
상기 탑 캡은 냉간 압연 강판(steel plate cold commercial), 스테인리스 스틸 또는 알루미늄을 포함하고, 상기 안전 벤트는 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 제3 단계 이후 상기 탑 캡의 측부와 상기 안전 벤트 사이에 작용하는 접지 압력은 7.0MPa이하일 수 있다.
상기 탑 캡의 외경 A에 대한 상기 탑 캡의 외경 A와 상기 안전 벤트의 내경 B간의 차이(A-B)의 비((A-B)/A)는 5.4×10-4 내지 1.62×10-3일 수 있다.
상기 안전 벤트의 내경 B에 대한 상기 탑 캡의 외경 A와 상기 안전 벤트의 내경 B간의 차이(A-B)의 비((A-B)/B)는 5.4×10-4 내지 1.62×10-3일 수 있다.
상기 안전 벤트의 끝부를 상기 안전 벤트의 중심 방향으로 추가 절곡하는 제4 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 단계에 이후 상기 탑 캡의 측부와 상기 안전 벤트 간의 영역 중 가운데 영역에서 작용하는 접지 압력은 3.5Mpa이하일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전지 캔; 상기 전지 캔의 상부에 결합되는 탑 캡; 및 상기 탑 캡의 하부에 구비되는 안전 벤트; 를 포함하고, 상기 안전 벤트의 끝부는 상방으로 절곡되어 절곡부를 형성하고, 상기 안전 벤트의 절곡부는 상기 탑 캡의 측부에 밀착되고, 상기 안전 벤트의 절곡부와 상기 탑 캡의 측부 간의 접지 압력은 0.7MPa 내지 7.0MPa인 이차전지가 제공된다.
상기 안전 벤트의 절곡부와 상기 탑 캡의 측부 간의 영역 중 가운데 영역에서 작용하는 접지 압력은 3.5Mpa 이하일 수 있다.
본 발명에 따르면, 원통형 이차전지에서 안전 벤트와 탑 캡 사이의 간격에 의해 발생할 수 있는 전해액의 누출 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탑 캡 및 안전 벤트의 구조를 개별적으로 도시한 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지의 상부 구조를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 결합된 탑 캡 및 안전 벤트 중 안전 벤트 내부의 응력을 시각적으로 표현한 시뮬레이션 결과이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 이차전지 제조방법을 설명하도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지는 원통형 이차전지일 수 있다.
이차전지 제조방법
도 1은 본 발명에 따른 탑 캡 및 안전 벤트의 구조를 개별적으로 도시한 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이차전지의 상부 구조를 도시한 측단면도이다.
본 발명에 따른 이차전지 제조방법은, 탑 캡(200) 및 안전 벤트(300)를 구비하는 제1 단계를 포함할 수 있다. 탑 캡(200)은 전지 캔(100, 도 2 참고)의 상부에 결합되는 구성일 수 있다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 탑 캡(200)의 둘레는 외경이 A인 원 형상을 가질 수 있다. 또한, 탑 캡(200)은 냉간 압연 강판(steel plate cold commercial), 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 재질을 포함할 수 있다.
한편, 안전 벤트(300)에는 안전 벤트(300)의 다른 영역보다 얇은 두께를 갖는 노치부(300a)가 형성될 수 있다. 이차전지 내부의 온도 상승 등으로 인해 이차전지의 내압이 상승할 수 있는데, 이차전지의 내압이 일정 압력을 초과하는 경우 안전 벤트(300)의 노치부(300a)가 파단됨으로써, 이차전지 내부의 가스가 노치부(300a)과 탑 캡(200)의 배출홀(미도시)를 거쳐 외부로 배출될 수 있다. 이로써, 이차전지의 내압 상승으로 인한 이차전지의 폭발 문제를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은, 안전 벤트(300)의 끝부를 상방으로 절곡하는 제2 단계를 더 포함할 수 있다. 제2 단계에 의해, 도 1에 도시된 바와 같이 안전 벤트(300)의 끝부에는 상방으로 절곡된 형상의 절곡부(310)가 형성될 수 있다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 절곡부(310)가 형성된 안전 벤트(300)의 내측부는 내경이 B인 원 형상을 가질 수 있다. 또한, 안전 벤트(300)는 알루미늄 재질을 포함할 수 있다.
계속해서 도면을 참고하면, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은, 안전 벤트(300)의 내측에 탑 캡(200)을 삽입하는 제3 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 단계와 상기 제3 단계 사이에서, 탑 캡(200)의 외경 A는 안전 벤트(300)의 내경 B보다 클 수 있다.
종래 기술에 따르면, 원통형 이차전지의 구조 상, 안전 벤트의 내측에 탑 캡이 구비되므로 탑 캡의 외경은 안전 벤트의 내경보다 작을 수 밖에 없다. 따라서, 종래 기술에 따라 완성된 원통형 이차전지에서 안전 벤트의 내측과 탑 캡의 외측 사이에는 간격이 존재할 수 밖에 없고 이에 따라 전해액이 누출될 수 있는 위험성이 있었다.
그러나, 본 발명에 따르면 탑 캡의 외경이 안전 벤트의 내경보다 크도록 하여, 제3 단계에서 탑 캡과 안전 벤트를 결합할 때, 탑 캡의 외측과 안전 벤트의 내측 간에 간격이 형성되지 않도록 할 수 있다. 따라서, 종래 기술과 달리 탑 캡의 외측과 안전 벤트의 내측 사이에 공간이 존재하지 않으므로, 종래 기술과 달리 탑 캡의 외측과 안전 벤트의 내측 사이 공간에서 전해액이 누출되는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 탑 캡(200)의 외경 A 또는 안전 벤트(300)의 내경 B에 대한 탑 캡(200)의 외경 A와 안전 벤트(300)의 내경 B 간의 차이(즉, A-B)의 비(즉, (A-B)/A 또는 (A-B)/B)는 5.4×10-4 내지 1.62×10-3일 수 있다.
(A-B)/A 또는 (A-B)/B)가 5.4×10-4 미만인 경우에는 탑 캡(200)과 안전 벤트(300) 사이의 접지 압력이 지나치게 작게 되어 이차전지(10)의 내압 상승에 따라 탑 캡(200)이 안전 벤트(300)로부터 이격되어 날아가는 문제가 발생할 수 있다. 또한, (A-B)/A 또는 (A-B)/B)가 1.62×10-3를 초과하는 경우에는 탑 캡(200)과 안전 벤트(300) 사이의 접지 압력이 지나치게 증가함에 따라, 탑 캡(200) 또는 안전 벤트(300)의 내부 응력이 지나치게 커지게 되어 탑 캡(200)과 안전 벤트(300)의 결합 과정 또는 이차전지(10)의 사용 과정에서 탑 캡(200) 또는 안전 벤트(300)가 손상되는 문제가 발생할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법에서 제2 단계와 제3 단계 사이에서, 탑 캡(200)의 외경 A는 안전 벤트(300)의 내경 B보다 크므로, 제3 단계에 의해, 탑 캡(200)과 안전 벤트(300) 간에는 억지 끼워맞춤(interference fit) 결합이 일어날 수 있다. 따라서, 제3 단계 이후 탑 캡(200)과 안전 벤트(300)가 서로 밀착되는 영역에는 서로 압력이 작용할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 탑 캡(200)의 측부(210)와 안전 벤트(300)의 절곡부(310) 사이에서 접지 압력(contact pressure)이 작용할 수 있다.
이 접지 압력은 이차전지(10) 내부의 압력보다 클 필요가 있다. 만약, 접지 압력이 이차전지(10) 내부의 압력보다 작은 경우에는 이차전지(10) 내부의 압력에 의해 탑 캡(200)이 안전 벤트(300)로부터 이격될 수 있기 때문이다.
특히, 탑 캡(200)과 안전 벤트(300) 간의 결합은 이차전지(10)가 정상적으로 작동할 때뿐만 아니라, 이차전지(10)의 내압이 비정상적으로 상승하여 노치부(300a)가 파단됨으로서 이차전지(10) 내부의 가스가 외부로 배출되는 경우에도 마찬가지이다. 만약, 이차전지(10)의 내압이 비정상적으로 상승하여 탑 캡(200)이 안전 벤트(300)로부터 이격되어 날아가는 경우, 탑 캡(200)에 의한 안전 사고가 발생할 수 있기 때문이다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서, 제3 단계 이후 탑 캡(200)과 안전 벤트(300) 사이에 작용하는 접지 압력은 이차전지(10) 내부의 가스가 안전 벤트(300)를 통해 배출되기 시작할 때 이차전지 내부의 압력인 Pv이상 일 수 있다. 이 경우, 이차전지(10)의 내압이 비정상적으로 상승하더라도 탑 캡(200)이 안전 벤트(300)로부터 이격되어 날아가는 경우 발생할 수 있는 안전 사고를 방지할 수 있다. 한편, Pv는 1.3MPa 내지 3.0MPa일 수 있다.
한편, 탑 캡(200)의 외경 A는 안전 벤트(300)의 내경 B보다 0.01mm 내지 0.03mm만큼 클 수 있다.
A가 B보다 0.01mm 미만으로 작은 경우, 탑 캡(200)과 안전 벤트(300) 사이의 접지 압력이 지나치게 작게 되어 이차전지(10)의 내압 상승에 따라 탑 캡(200)이 안전 벤트(300)로부터 이격되어 날아가는 문제가 발생할 수 있다. 반면, A가 B보다 0.03mm을 초과하여 큰 경우에는, 탑 캡(200)과 안전 벤트(300) 사이의 접지 압력이 지나치게 증가함에 따라, 탑 캡(200) 또는 안전 벤트(300)의 내부 응력이 지나치게 커지게 되어 탑 캡(200)과 안전 벤트(300)의 결합 과정 또는 이차전지(10)의 사용 과정에서 탑 캡(200) 또는 안전 벤트(300)가 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 보다 바람직하게는, 탑 캡(200)의 외경 A는 안전 벤트(300)의 내경 B보다 0.01mm 내지 0.02mm만큼 클 수 있다.
한편, 제3 단계 이후 탑 캡(200)의 측부(210)와 안전 벤트(300)의 절곡부(310) 간의 접지 압력은, 탑 캡 측부(210)와 절곡부(310)가 서로 마주보는 모든 영역에서 7.0Mpa이하일 수 있다. 또한, 제3 단계 이후 탑 캡(200)의 측부(210)와 안전 벤트(300)의 절곡부(310)가 서로 마주보는 영역 중 가운데 영역에 작용하는 접지 압력은 3.5MPa 이하일 수 있다.
탑 캡(200)의 측부(210)와 안전 벤트(300)의 절곡부(310)가 서로 마주보는 모든 영역에서 접지 압력이 7.0Mpa 이하인 경우, 탑 캡(200)과 안전 벤트(300) 간의 억지 끼워맞춤 결합에 의해 탑 캡(200) 또는 안전 벤트(300)가 손상되는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 탑 캡(200)의 측부(210)와 안전 벤트(300)의 절곡부(310)가 만나는 영역 중에서도 특히, 상부와 하부에서의 접지 압력이 크고, 가운데 영역에서는 상대적으로 접지 압력이 작을 수 있다. 따라서, 탑 캡 측부(210)와 안전 벤트의 절곡부(310)가 만나는 영역 중 가운데 영역의 접지 압력이 3.5MPa 이하인 경우, 탑 캡 측부(210)와 안전 벤트의 절곡부(310)가 만나는 모든 영역에서의 접지 압력이 7.0MPa 이하가 되도록 할 수 있다.
한편, 안전 벤트(300)의 절곡부(310)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상방으로 절곡된 L자 형상 이외에도 U자 형상을 가질 수도 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 안전 벤트의 끝부를 안전 벤트의 중심 방향으로 추가 절곡하는 제4 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 설명하도록 한다.
이차전지
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지(10)는, 전지 캔(100), 전지 캔(100)의 상부에 결합되는 탑 캡(200), 및 탑 캡(200)의 하부에 구비되는 안전 벤트(300)를 포함할 수 있다.
이때, 안전 벤트(300)의 끝부는 상방으로 절곡되어 절곡부(310)를 형성할 수 있고, 안전 벤트(300)의 절곡부(310)는 탑 캡(200)의 측부(210)에 밀착될 수 있다. 또한, 안전 벤트(300)의 측부와 전지 캔(100)의 내측면 사이에는 가스켓(400)이 구비될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 안전 벤트의 절곡부(310)와 탑 캡 측부(210) 간에는 접지 압력(contact pressure)가 작용할 수 있다. 이때, 접지 압력은 0.7MPa 내지 7.0MPa 일 수 있다. 또한, 안전 벤트의 절곡부(310)와 탑 캡 측부(210) 간의 영역 중 가운데 영역에 작용하는 접지 압력은 3.5MPa 이하일 수 있다.
실시예 1
Abaqus 프로그램 상에서 양끝부에 상방으로 절곡된 절곡부가 형성된 안전 벤트의 내측에 탑 캡을 삽입함으로써 안전 벤트와 탑 캡을 결합하였다. 안전 벤트의 재질은 알루미늄이었고,탑 캡의 재질은 냉간 압연 강판(steel plate cold commercial)이었다. 또한, 안전 벤트에 사용된 알루미늄의 항복 강도는 125MPa이었고, 탑 캡에 사용된 냉간 압연 강판의 항복 강도는 250MPa이었다.
안전 벤트의 두께는 0.3mm이었고 탑 캡의 두께는 0.7mm이었다. 안전 벤트에는 노치부가 형성되었다.
실시예 1에서 안전 벤트의 내경은 18.495mm였고, 탑 캡의 외경은 18.505mm였다.
실시예 2
안전 벤트의 내경이 18.49mm이고, 탑 캡의 외경이 18.51mm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 안전 벤트와 탑 캡을 결합하였다.
실시예 3
안전 벤트의 내경이 18.485mm이고, 탑 캡의 외경이 18.515mm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 안전 벤트와 탑 캡을 결합하였다.
비교예
안전 벤트의 내경이 18.48mm이고, 탑 캡의 외경이 18.52mm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 안전 벤트와 탑 캡을 결합하였다.
실험예
Abaqus 프로그램에서 실시예 및 비교예에 의해 결합된 안전 벤트와 탑 캡에 작용하는 응력을 측정하였다. 도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 결합된 탑 캡 및 안전 벤트 중 안전 벤트 내부의 응력을 시각적으로 표현한 시뮬레이션 결과이다. 하방으로 오목하게 패인 영역이 노치부이다.
도 3에 도시된 바와 같이 실시예 및 비교예에 따라 결합된 안전 벤트와 탑 캡 중 안전 벤트에서는 노치부 영역에 상대적으로 큰 응력이 발생하였음을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 및 비교예에서 안전 벤트의 노치부 및 노치부의 하부 영역에서 다른 영역에 비해 큰 응력이 발생하였음을 확인할 수 있었다.
보다 상세하게, 실시예 1과 실시예 2를 비교하면 실시예 1과 비교하여 실시예 2의 경우 안전 벤트에 상대적으로 큰 응력이 발생하였음을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 2와 실시예 3을 비교하면 실시예 2와 비교하여 실시예 3의 경우 안전 벤트에 상대적으로 큰 응력이 발생하였음을 확인할 수 있었다.
그러나, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3의 경우 노치부를 포함한 안전 벤트에는 안전 벤트에 사용된 알루미늄의 항복 강도에 비해 상대적으로 작은 응력이 발생하였음을 확인할 수 있었다. 즉, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예 및 비교예의 안전 벤트에 사용된 알루미늄의 항복 강도는 125MPa인데, 실시예 1 내지 실시예 3의 경우 안전 벤트에 발생한 응력은 안전 벤트의 전 영역에서 100MPa 미만임을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 1의 경우 안전 벤트에 발생한 응력은 안전 벤트의 전 영역에서 25MPa 미만임을 확인할 수 있었다.
반면, 도 3에 도시된 바와 같이 비교예의 경우 안전 벤트에 발생한 응력이 급격히 증가하였음을 확인할 수 있었다. 특히, 안전 벤트의 노치부의 하부 영역에는 안전 벤트에 사용된 알루미늄의 항복 강도의 80%인 100MPa를 초과하는 응력이 발생하여 안전 벤트의 내구성이 현저하게 저하되었음을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

Claims (11)

  1. 탑 캡 및 안전 벤트를 구비하는 제1 단계;
    상기 안전 벤트의 끝부를 상방으로 절곡하는 제2 단계; 및
    상기 안전 벤트의 내측에 상기 탑 캡을 삽입하는 제3 단계; 를 포함하고,
    상기 탑 캡의 외경 A는 상기 제2 단계와 상기 제3 단계 사이에서의 상기 안전 벤트의 내경 B보다 큰 이차전지 제조방법.
  2. 청구항 1에서,
    상기 탑 캡의 외경 A는 상기 제2 단계와 상기 제3 단계 사이의 상기 안전 벤트의 내경 B보다 0.01mm 내지 0.03mm만큼 큰 이차전지 제조방법.
  3. 청구항 1에서,
    상기 제3 단계 이후 상기 탑 캡와 상기 안전 벤트 사이에 작용하는 접지 압력(contact pressure)은 상기 이차전지 내부의 가스가 상기 안전 벤트를 통해 배출되기 시작할 때 이차전지 내부의 압력인 Pv 이상인 이차전지 제조방법.
  4. 청구항 1에서,
    상기 탑 캡은 냉간 압연 강판(steel plate cold commercial), 스테인리스 스틸 또는 알루미늄을 포함하고,
    상기 안전 벤트는 알루미늄을 포함하는 이차전지 제조방법.
  5. 청구항 1에서,
    상기 제3 단계 이후 상기 탑 캡의 측부와 상기 안전 벤트 사이에 작용하는 접지 압력은 7.0MPa이하인 이차전지 제조방법.
  6. 청구항 1에서,
    상기 탑 캡의 외경 A에 대한 상기 탑 캡의 외경 A와 상기 안전 벤트의 내경 B간의 차이(A-B)의 비((A-B)/A)는 5.4×10-4 내지 1.62×10-3인 이차전지 제조방법.
  7. 청구항 1에서,상기 안전 벤트의 내경 B에 대한 상기 탑 캡의 외경 A와 상기 안전 벤트의 내경 B간의 차이(A-B)의 비((A-B)/B)는 5.4×10-4 내지 1.62×10-3인 이차전지 제조방법.
  8. 청구항 1에서,
    상기 안전 벤트의 끝부를 상기 안전 벤트의 중심 방향으로 추가 절곡하는 제4 단계; 를 더 포함하는 이차전지 제조방법.
  9. 청구항 5에서,
    상기 제3 단계에 이후 상기 탑 캡의 측부와 상기 안전 벤트 간의 영역 중 가운데 영역에서 작용하는 접지 압력은 3.5Mpa이하인 이차전지 제조방법.
  10. 전지 캔;
    상기 전지 캔의 상부에 결합되는 탑 캡; 및
    상기 탑 캡의 하부에 구비되는 안전 벤트; 를 포함하고,
    상기 안전 벤트의 끝부는 상방으로 절곡되어 절곡부를 형성하고,
    상기 안전 벤트의 절곡부는 상기 탑 캡의 측부에 밀착되고,
    상기 안전 벤트의 절곡부와 상기 탑 캡의 측부 간의 접지 압력은 0.7MPa 내지 7.0MPa인 이차전지.
  11. 청구항 10에서,
    상기 안전 벤트의 절곡부와 상기 탑 캡의 측부 간의 영역 중 가운데 영역에서 작용하는 접지 압력은 3.5Mpa 이하인 이차전지.
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