WO2022085957A1 - 이차 전지 - Google Patents

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welding
safety vent
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김대규
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삼성에스디아이(주)
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery.
  • a secondary battery is a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be charged.
  • Low-capacity secondary batteries are used in small portable electronic devices such as smartphones, feature phones, notebook computers, digital cameras and camcorders, and high-capacity secondary batteries are batteries for driving motors such as hybrid and electric vehicles and for power storage. etc. are widely used.
  • Such lithium ion secondary batteries may be classified into cylindrical, prismatic, and pouch-type secondary batteries in terms of shape.
  • a cylindrical lithium ion secondary battery generally includes a cylindrical electrode assembly, a cylindrical case to which the electrode assembly is coupled, an electrolyte injected inside the case to enable movement of lithium ions, and one side of the case It is combined with a cap assembly to prevent leakage of electrolyte, and to prevent separation of the electrode assembly.
  • the present invention provides a secondary battery capable of securing sealing force.
  • a secondary battery includes an electrode assembly; a case accommodating the electrode assembly; and a safety vent coupled to the upper portion of the case and having a cap-up and a vent extension that is installed on the lower portion of the cap-up and extends to the upper portion of the cap-up to surround the edge of the cap-up; and a cap assembly including a cap down electrically connected to the electrode assembly, wherein a welding area formed by welding the cap up and the safety vent is formed in the vent extension, and the welding area is at the end of the case It is characterized in that it is spaced apart from
  • the welding area may be spaced apart from the end of the case in an inward direction.
  • a distance between the welding area and the end of the case may be 0.2 mm or more.
  • the welding area may be spaced apart from an end of the vent extension in an outward direction.
  • the gasket may be positioned between the welding area and the end of the case.
  • the welding region may have a circular shape.
  • the welding region may have at least one arc shape.
  • the case may include a side plate and a lower plate sealing a lower portion of the side plate, and an end of the case may be an uppermost end of the side plate.
  • An end of the case may be bent to form a crimping portion for fixing the cap assembly.
  • the sealing force of the secondary battery can be secured and the safety of the secondary battery can be improved at the same time by spacing the end of the case and the welding area where the cap-up and the safety vent are welded by 0.2 mm or more. there is.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cap assembly in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 2 .
  • 4A and 4B are plan views illustrating a weld area in the cap assembly.
  • Space-related terms such as “beneath”, “below”, “lower”, “above”, and “upper” refer to an element or feature shown in the drawing It may be used to facilitate understanding of other elements or features. These space-related terms are for easy understanding of the present invention according to various process conditions or usage conditions of the present invention, and are not intended to limit the present invention. For example, if an element or feature in a figure is turned over, an element or feature described as “below” or “below” becomes “above” or “above”. Accordingly, “lower” is a concept encompassing “upper” or "below”.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a secondary battery 100 may include an electrode assembly 110 , a case 120 , a cap assembly 130 , and a gasket 190 .
  • the electrode assembly 110 includes a first electrode 111 and a second electrode 112 , and a separator 113 interposed between the first electrode 111 and the second electrode 112 .
  • the electrode assembly 110 may be formed by winding a laminate of the first electrode 111 , the separator 113 , and the second electrode 112 in the form of a jelly-roll.
  • the first electrode 111 may act as an anode
  • the second electrode 112 may act as a cathode.
  • a first electrode tab 114 is connected to the cap assembly 130 at an upper portion of the electrode assembly 110
  • a second electrode tab 115 is connected to the lower surface plate 122 of the case 120 at a lower portion of the electrode assembly 110 .
  • the first electrode 111 is formed by coating a first electrode active material such as a transition metal oxide on a first electrode current collector formed of a metal foil such as aluminum. A first electrode uncoated region to which the first electrode active material is not applied is formed on the first electrode 111 , and a first electrode tab 114 is attached to the first electrode uncoated region. One end of the first electrode tab 114 is electrically connected to the first electrode 111 , and the other end protrudes above the electrode assembly 110 to be electrically connected to the cap assembly 130 .
  • a first electrode active material such as a transition metal oxide
  • a metal foil such as aluminum
  • the second electrode 112 is formed by coating a second electrode active material such as graphite or carbon on a second electrode current collector formed of a metal foil such as copper or nickel.
  • a second electrode uncoated region to which the second electrode active material is not applied is formed on the second electrode 112 , and a second electrode tab 115 is attached to the second electrode uncoated region.
  • One end of the second electrode tab 115 is electrically connected to the second electrode 112 , and the other end protrudes below the electrode assembly 110 to be electrically connected to the lower surface plate 122 of the case 120 .
  • the separator 113 is positioned between the first electrode 111 and the second electrode 112 to prevent a short circuit and to enable movement of lithium ions.
  • the separator 113 may be made of polyethylene, polypropylene, or a composite film of polyethylene and polypropylene.
  • the case 120 includes a side plate 121 that is a cylindrical body having a predetermined diameter to form a space in which the electrode assembly 110 is accommodated, and a lower plate 122 that seals the lower portion of the side plate 121 .
  • the upper opening of the case 120 is opened to seal after the electrode assembly 110 is inserted.
  • a beading portion 123 for preventing the electrode assembly 110 from flowing is formed on the upper portion of the case 120 .
  • a crimping part 124 for fixing the cap assembly 130 and the gasket 190 is formed at the uppermost end of the case 120 .
  • the crimping part 124 has a gasket 190 interposed therein and is formed to press the cap assembly 130 , and serves to prevent separation of the cap assembly 130 and leakage of the electrolyte.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cap assembly in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the cap assembly 130 includes a cap-up 140 , a safety vent 150 , an insulator 160 , and a cap-down 170 . can do.
  • the cap-up 140 is formed in a circular plate body, and includes a terminal part 141 convexly formed in the center, a coupling part 142 positioned on the outer periphery of the terminal part 141, and a coupling part with the terminal part 141 . and a connecting portion 143 connecting the 142 .
  • the terminal part 141 protrudes upward compared to the coupling part 142 , and serves as a terminal electrically connected to an external circuit.
  • the terminal part 141 is electrically connected to the first electrode tab 114 and may, for example, act as an anode.
  • the coupling part 142 is located on the outer periphery of the terminal part 141 , and the safety vent 150 is coupled to the coupling part 142 .
  • the vent extension part 153 of the safety vent 150 is coupled to the upper portion of the coupling part 142 .
  • the connection part 143 connects the terminal part 141 and the coupling part 142 , and a gas discharge hole 143a is formed in the connection part 143 .
  • a plurality of gas discharge holes 143a may be formed in the connection part 143 , and provide a path through which gas generated inside the case 120 may be discharged.
  • a portion of the gas discharge hole 143a may extend to the terminal portion 141 and the coupling portion 142 .
  • the safety vent 150 is formed of a circular plate body corresponding to the cap-up 140 , and is coupled to a lower portion of the cap-up 140 .
  • a protrusion 151 protruding downward is formed in the center of the safety vent 150 .
  • the safety vent 150 is electrically connected to the sub-plate 175 fixed to the lower surface of the cap down 170 using the protrusion 151 penetrating the through hole 171 of the cap down 170 .
  • the protrusion 151 of the safety vent 150 and the sub-plate 175 may be welded by laser welding, ultrasonic welding, resistance welding, or an equivalent method thereof.
  • a notch 152 guiding the breakage of the safety vent 150 is formed on the outer periphery of the protrusion 151 .
  • the safety vent 150 discharges the internal gas while blocking the current when an abnormal internal pressure occurs inside the case 120 .
  • the protrusion 151 is formed by the gas discharged through the gas discharge hole 172 of the cap down 170 . As it rises, it is electrically separated from the sub-plate 175 . At this time, the sub-plate 175 is electrically separated from the safety vent 150 while the welded portion of the protrusion 151 is torn.
  • the safety vent 150 when the internal pressure of the case 120 is greater than or equal to a breaking pressure higher than the operating pressure of the safety vent 150 , the notch 152 is broken to prevent explosion of the secondary battery 100 .
  • the safety vent 150 may be formed of aluminum (Al).
  • the safety vent 150 is installed in close contact with the coupling portion 142 at the lower portion of the cap-up 140 .
  • the edge of the safety vent 150 is formed to surround the cap-up 140 and extend to the upper portion of the cap-up 140 .
  • a portion extending upwardly of the cap-up 140 is defined as a vent extension portion 153 .
  • the upper part of the vent extension part 153 is welded to fix the safety vent 150 to the cap-up 140 .
  • a part of the safety vent 150 and the cap-up 140 may be melted by such welding to form a welding region 155 .
  • the safety vent 150 and the cap-up 140 may be welded by laser welding, ultrasonic welding, resistance welding, or an equivalent method thereof. A welding method and a welding region 155 between the safety vent 150 and the cap-up 140 will be described in more detail below.
  • the insulator 160 is interposed between the safety vent 150 and the cap down 170 to insulate the safety vent 150 and the cap down 170 .
  • the insulator 160 is formed in a ring shape and is interposed between the outer periphery of the safety vent 150 and the outer periphery of the cap down 170 .
  • the insulator 160 may be formed of a resin material such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), or the like.
  • the cap down 170 is formed in a circular plate body.
  • a through hole 171 is formed in the center of the cap down 170 , and the protrusion 151 of the safety vent 150 passes through the through hole 171 .
  • a gas discharge hole 172 is formed at one side of the cap down 170 , and a sub-plate 175 is coupled to the lower portion of the cap down 170 .
  • the gas discharge hole 172 serves to discharge the internal gas when excessive internal pressure is generated inside the case 120 .
  • the protrusion 151 of the safety vent 150 may be raised by the gas discharged through the gas discharge hole 172 , and the protrusion 151 may be separated from the sub-plate 175 .
  • the sub-plate 175 is welded between the protrusion 151 of the safety vent 150 passing through the through hole 171 of the cap down 170 and the first electrode tab 114 . Accordingly, the sub-plate 175 may electrically connect the first electrode tab 114 and the safety vent 150 .
  • the gasket 190 is installed in the upper opening of the case 120 . That is, the gasket 190 is assembled in close contact between the outer periphery of the cap-up 140 and the safety vent 150 and the upper opening of the case 120 .
  • the gasket 190 may be formed of a resin material such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), or the like.
  • the gasket 190 may electrically insulate between the case 120 and the cap assembly 130 .
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 2 .
  • 4A and 4B are plan views illustrating a weld area in the cap assembly.
  • the welding region 155 may be formed by melting a portion of the safety vent 150 and the cap-up 140 .
  • the welding region 155 may be formed to be spaced apart from the end 125 of the case 120 , and an upper portion of the welding region 155 may be covered by the gasket 190 .
  • the gasket 190 is positioned above the welding region 155 to prevent a short circuit between the safety vent 150 and the case 120 .
  • the welding area 155 is located inside (in a direction toward the center) than the end 125 of the case 120 . In other words, the welding region 155 may be spaced apart from the end 125 of the case 120 in the inward direction.
  • the end 125 of the case 120 refers to the uppermost end of the side plate 121 of the case 120 .
  • the end part 125 may be bent and positioned above the vent extension part 153 .
  • the welding area 155 may be formed in the form of concentric circles on the upper surface of the vent extension part 153 .
  • the welding region 155 may be formed in the form of an arc spaced apart from each other by a predetermined distance, not in a circular shape connecting all of the upper surfaces of the vent extension part 153 .
  • the sealing force (or sealing pressure) of the secondary battery 100 that is, the case 120 and the cap assembly ( 130) will change the sealing force between them.
  • the welding area 155 is formed by melting a part of the safety vent 150 and the cap-up 140 and protrudes (swells up) to the upper part, so there is a separation space between the welding area 155 and the gasket 190 . This will exist Therefore, only when the end 125 of the case 120 is spaced apart from the welding region 155 by a certain distance, the sealing force of the secondary battery 100 is reduced due to the space between the welding region 155 and the gasket 190 . can be prevented from becoming
  • Table 1 below shows measurements of sealing pressure of the secondary battery 100 according to the separation distance D1 between the end 125 of the case 120 and the welding region 155 .
  • the sealing pressure is checked by measuring the pressure gauge at the time when the bubbles rise through the gas (or water) check agent. For the accuracy of the experiment, a total of 5 measurements were taken for each separation distance and the average was obtained.
  • the separation distance D1 is obtained by measuring the distance between the center point of the welding region 155 from the end 125 of the case 120 .
  • the sealing pressure may determine that the secondary battery 100 is not broken until the breaking pressure of the safety vent 150 is a good product.
  • the breaking pressure is about 30kgf, and considering the tolerance ( ⁇ 3kgf) according to the breaking pressure, it can be determined as a good product when the sealing pressure is about 27kgf to about 33kgf.
  • Table 1 when the distance D1 between the end 125 of the case 120 and the welding region 155 is 0.2 mm or less, the sealing pressure is less than 27 kgf, and the secondary battery 100 is completely sealed. shows that it is not In particular, when the welding region 155 is located outside the end 125 of the case 120, the sealing pressure is reduced to 23.6 kgf, it can be seen that the sealing force is not good.
  • the sealing pressure is measured to be approximately 29.2 kgf to 30.2 kgf, and the secondary battery 100 is It shows that it is completely sealed. Therefore, it can be seen that the separation distance D1 between the end 125 of the case 120 and the welding area 155 must be 0.2 mm or more in order to secure the sealing force of the secondary battery 100 .
  • the weld region 155 may be formed at the distal end 154 of the vent extension 153 .
  • the welding region 155 is preferably spaced apart from the end 154 of the vent extension 153 .
  • a space between the end 125 of the case 120 and the welding area 155 is spaced apart by 0.2 mm or more, thereby securing the sealing force of the secondary battery 100 and the secondary battery. (100) can improve the safety.
  • the present invention relates to a secondary battery capable of securing sealing force.

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Abstract

본 발명은 밀폐력을 확보할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다. 일례로, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되며, 캡 업과, 상기 캡 업의 하부에 설치되며 상기 캡 업의 가장자리를 감싸도록 캡 업의 상부로 연장된 벤트 연장부를 갖는 안전 벤트와, 상기 안전 벤트의 하부에 설치되며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 캡 다운을 포함하는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 벤트 연장부에는 상기 캡 업과 상기 안전 벤트를 용접하여 형성된 용접 영역이 형성되며, 상기 용접 영역은 상기 케이스의 끝단부로부터 이격된 것을 특징으로 하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다. 이러한 리튬 이온 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 및 파우치형의 이차 전지로 분류될 수 있다.
구체적으로, 원통형 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 케이스와, 케이스의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 케이스의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어진다.
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 발명은 밀폐력을 확보할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되며, 캡 업과, 상기 캡 업의 하부에 설치되며 상기 캡 업의 가장자리를 감싸도록 캡 업의 상부로 연장된 벤트 연장부를 갖는 안전 벤트와, 상기 안전 벤트의 하부에 설치되며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 캡 다운을 포함하는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 벤트 연장부에는 상기 캡 업과 상기 안전 벤트를 용접하여 형성된 용접 영역이 형성되며, 상기 용접 영역은 상기 케이스의 끝단부로부터 이격된 것을 특징으로 한다.
상기 용접 영역은 상기 케이스의 끝단부로부터 내측 방향으로 이격될 수 있다.
상기 용접 영역과 상기 케이스의 끝단부 사이의 거리는 0.2mm 이상일 수 있다.
상기 용접 영역은 상기 벤트 연장부의 끝단부로부터 외측 방향으로 이격될 수 있다.
상기 용접 영역과 상기 케이스의 끝단부 사이에는 상기 가스켓이 위치할 수 있다.
상기 용접 영역은 원 형태일 수 있다.
상기 용접 영역은 적어도 하나 이상의 원호 형태일 수 있다.
상기 케이스는 측면판과, 상기 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하고, 상기 케이스의 끝단부는 상기 측면판의 최상단부일 수 있다.
상기 케이스의 끝단부는 절곡되어 상기 캡 조립체를 고정시키는 크림핑부를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 케이스의 끝단부와 캡 업과 안전 벤트가 용접된 용접 영역의 사이를 0.2mm 이상 이격시킴으로써, 이차 전지의 밀폐력을 확보하는 동시에 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 캡 조립체를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 캡 조립체에서 용접 영역을 도시한 평면도이다.
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. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(120), 캡 조립체(130) 및 가스켓(190)을 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)는 제1전극(111)과 제2전극(112) 및 상기 제1전극(111)과 제2전극(112) 사이에 개재된 세퍼레이터(113)를 포함한다. 전극 조립체(110)는 제1전극(111), 세퍼레이터(113) 및 제2전극(112)의 적층제를 젤리-롤 형태로 권취하여 형성할 수 있다. 여기서, 제1전극(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제2전극(112)은 음극으로서 작용할 수 있다. 전극 조립체(110)의 상부에는 제1전극탭(114)이 캡 조립체(130)와 연결되고, 하부에는 제2전극탭(115)이 케이스(120)의 하면판(122)에 연결된다.
제1전극(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제1전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 상기 제1전극(111)에는 제1전극 활물질이 도포되지 않은 제1전극 무지부가 형성되며, 상기 제1전극 무지부에는 제1전극탭(114)이 부착된다. 제1전극탭(114)의 일단은 제1전극(111)에 전기적으로 연결되며, 타단은 전극 조립체(110)의 상부로 돌출되어 캡 조립체(130)와 전기적으로 연결된다.
제2전극(112)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제2전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 제2전극(112)에는 제2전극 활물질이 도포되지 않은 제2전극 무지부가 형성되며, 상기 제2전극 무지부에는 제2전극탭(115)이 부착된다. 제2전극탭(115)의 일단은 제2전극(112)에 전기적으로 연결되며, 타단은 전극 조립체(110)의 하부로 돌출되어 케이스(120)의 하면판(122)과 전기적으로 연결된다.
세퍼레이터(113)는 제1전극(111)과 제2전극(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
케이스(120)는 상기 전극 조립체(110)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(121)과, 측면판(121)의 하부를 밀폐하는 하면판(122)을 포함한다. 케이스(120)의 상단 개구부는 전극 조립체(110)를 삽입한 후에 밀폐하도록 개방되어 있다. 또한, 케이스(120)의 상부에는 전극 조립체(110)의 유동을 방지하기 위한 비딩부(123)가 형성된다. 그리고 케이스(120)의 최상단부에는 캡 조립체(130)와 가스켓(190)을 고정하기 위한 크림핑부(124)가 형성된다. 크림핑부(124)는 내측에 가스켓(190)이 개재되며 캡 조립체(130)를 압박하도록 형성되어, 캡 조립체(130)의 이탈 및 전해액의 누출을 방지하는 역할을 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 캡 조립체를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 캡 조립체(130)는 캡 업(Cap-up)(140), 안전 벤트(Safety Vent)(150), 인슐레이터(160) 및 캡 다운(Cap-down)(170)을 포함할 수 있다.
캡 업(140)은 원형의 판체로 형성되며, 중앙에 상부로 볼록하게 형성된 단자부(141)와, 상기 단자부(141)의 외주연에 위치한 결합부(142) 및 상기 단자부(141)와 결합부(142)를 연결하는 연결부(143)를 포함한다. 단자부(141)는 결합부(142)에 비해 상부로 돌출되어, 외부 회로와 전기적으로 접속하는 단자 역할을 한다. 단자부(141)는 제1전극탭(114)과 전기적으로 연결되며, 예를 들어, 양극으로 작용할 수 있다. 결합부(142)는 단자부(141)의 외주연에 위치하며, 결합부(142)에는 안전 벤트(150)가 결합된다. 결합부(142)의 상부에는 안전 벤트(150)의 벤트 연장부(153)가 결합된다. 연결부(143)는 단자부(141)와 결합부(142)를 연결하며, 상기 연결부(143)에는 가스 배출공(143a)이 형성된다. 가스 배출공(143a)은 연결부(143)에 다수개가 형성될 수 있으며, 케이스(120) 내부에서 발생되는 가스가 배출될 수 있는 경로를 제공한다. 또한, 가스 배출공(143a)의 일부는 단자부(141) 및 결합부(142)로 연장될 수 있다.
안전 벤트(150)는 캡 업(140)과 대응되는 원형의 판체로 형성되며, 캡 업(140)의 하부에 결합된다. 안전 벤트(150)의 중앙에는 하부 방향으로 돌출된 돌출부(151)가 형성된다. 이러한 안전 벤트(150)는 캡 다운(170)의 관통홀(171)을 관통하는 돌출부(151)를 이용하여, 캡 다운(170)의 하면에 고정된 서브 플레이트(175)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 안전 벤트(150)의 돌출부(151)와 서브 플레이트(175)는 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접 또는 이의 등가방법으로 용접될 수 있다.
또한, 돌출부(151)의 외주연에는 안전 벤트(150)의 파단을 안내하는 노치(152)가 형성된다. 안전 벤트(150)는 케이스(120)의 내부에서 이상 내압 발생시 전류를 차단하면서 내부 가스를 배출시킨다. 안전 벤트(150)는 케이스(120)의 내압이 안전 벤트(150)의 작동 압력 이상이 되면, 캡 다운(170)의 가스 배출공(172)을 통해 배출되는 가스에 의해 돌출부(151)가 상부로 상승하면서, 서브 플레이트(175)와 전기적으로 분리된다. 이때, 서브 플레이트(175)는 돌출부(151)의 용접된 부분이 찢어지면서 안전 벤트(150)와 전기적으로 분리된다. 그리고, 안전 벤트(150)는 케이스(120)의 내압이 안전 벤트(150)의 작동 압력보다 높은 파단 압력 이상이 되면, 노치(152)가 파단되어 이차 전지(100)의 폭발을 방지할 수 있다. 이러한 안전 벤트(150)는 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
안전 벤트(150)는 캡 업(140)의 하부에서 결합부(142)에 밀착되게 설치된다. 또한, 안전 벤트(150)의 가장자리는 상기 캡 업(140)을 감싸며 캡 업(140)의 상부로 연장되어 형성된다. 여기서, 상기 캡 업(140)의 상부로 연장된 부분을 벤트 연장부(153)라고 정의한다. 더불어, 벤트 연장부(153)의 상부를 용접하여, 안전 벤트(150)를 캡 업(140)에 고정시킨다. 이러한 용접에 의해 안전 벤트(150)와 캡 업(140)의 일부가 용융되어 용접 영역(155)을 형성할 수 있다. 여기서, 안전 벤트(150)와 캡 업(140)은 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접 또는 이의 등가방법으로 용접될 수 있다. 안전 벤트(150)와 캡 업(140) 사이의 용접 방법 및 용접 영역(155)에 대해서는 하기에서 보다 자세하게 설명하기로 한다.
인슐레이터(160)는 안전 벤트(150)와 캡 다운(170) 사이에 개재되어, 안전 벤트(150)와 캡 다운(170) 사이를 절연시킨다. 구체적으로, 인슐레이터(160)는 링 형태로 형성되어, 안전 벤트(150)의 외주연과 캡 다운(170)의 외주연 사이에 개재된다. 이러한 인슐레이터(160)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다.
캡 다운(170)은 원형의 판체로 형성된다. 캡 다운(170)의 중앙에는 관통홀(171)이 형성되며, 상기 관통홀(171)에는 안전 벤트(150)의 돌출부(151)가 관통한다. 또한, 캡 다운(170)의 일측에는 가스 배출공(172)이 형성되며, 캡 다운(170)의 하부에는 서브 플레이트(175)가 결합된다. 상기 가스 배출공(172)은 케이스(120)의 내부에서 과도한 내압 발생시 내부 가스를 배출시키는 역할을 한다. 이때, 가스 배출공(172)을 통해 배출되는 가스에 의해 안전 벤트(150)의 돌출부(151)가 상승되어, 돌출부(151)는 서브 플레이트(175)와 분리될 수 있다. 서브 플레이트(175)는 캡 다운(170)의 관통홀(171)을 관통하는 안전 벤트(150)의 돌출부(151)와 제 1 전극탭(114) 사이에 용접된다. 이에 따라, 서브 플레이트(175)는 제 1 전극탭(114)과 안전 벤트(150)를 전기적으로 접속시킬 수 있다.
가스켓(190)은 케이스(120)의 상단 개구부에 설치된다. 즉, 가스켓(190)은 캡 업(140) 및 안전 벤트(150)의 외주연과, 케이스(120)의 상단 개구부 사이에 밀착되어 조립된다. 가스켓(190)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다. 이러한 가스켓(190)은 케이스(120)와 캡 조립체(130) 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대한 단면도이다. 도 4a 및 도 4b는 캡 조립체에서 용접 영역을 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 용접 영역(155)은 안전 벤트(150)와 캡 업(140)의 일부가 용융되어 형성될 수 있다. 용접 영역(155)은 케이스(120)의 끝단부(125)로부터 이격되게 형성될 수 있으며, 용접 영역(155)의 상부는 가스켓(190)에 의해 커버될 수 있다. 다시 말해, 용접 영역(155)의 상부에는 가스켓(190)이 위치하여 안전 벤트(150)와 케이스(120) 사이의 단락을 방지할 수 있다. 용접 영역(155)은 케이스(120)의 끝단부(125)보다 내측(중심부를 향하는 방향)에 위치한다. 다시 말해, 용접 영역(155)은 케이스(120)의 끝단부(125)로부터 내측 방향으로 이격될 수 있다. 여기서, 케이스(120)의 끝단부(125)는 케이스(120)의 측면판(121)의 최상단을 말한다. 캡 조립체(130)를 케이스(120)에 고정하기 위해 크림핑부(124)를 형성할 때, 상기 끝단부(125)는 절곡되어 벤트 연장부(153)의 상부에 위치할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 용접 영역(155)은 벤트 연장부(153)의 상면에 동심원의 형태로 형성될 수 있다. 일부 예에서, 도 4b 에 도시된 바와 같이, 용접 영역(155)은 벤트 연장부(153)의 상면을 전부 잇는 원 형태가 아니라 일정간격 이격된 원호 형태로 형성될 수 있다. 또한, 용접 영역(155)과 케이스(120)의 끝단부(125) 사이의 이격 거리(D1)에 따라 이차 전지(100)의 밀폐력(또는 밀폐압), 즉, 케이스(120)와 캡 조립체(130) 사이의 밀폐력이 변화하게 된다.
일부 예에서, 케이스(120)의 끝단부(125)와 용접 영역(155)이 가까울수록 이차 전지(100)의 밀폐력이 좋지 않게 된다. 왜냐하면, 용접 영역(155)은 안전 벤트(150)와 캡 업(140)의 일부가 용융되어 형성되어 상부로 돌출되어(솟아올라) 있으므로, 용접 영역(155)과 가스켓(190) 사이에는 이격 공간이 존재하게 된다. 따라서, 케이스(120)의 끝단부(125)가 용접 영역(155)과 일정 거리 이격되어 있어야만, 용접 영역(155)과 가스켓(190) 사이의 이격공간에 의해 이차 전지(100)의 밀폐력이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
하기 표 1은 케이스(120)의 끝단부(125)와 용접 영역(155) 사이의 이격 거리(D1)에 따른 이차 전지(100)의 밀폐압을 측정한 것이다.
먼저, 케이스(120)의 끝단부(125)와 용접 영역(155) 사이의 이격 거리(D1)가 서로 다른 이차 전지(100)를 각각 5개씩 준비한다. 이때, 이차 전지(100)는 방전된 것이며, 이격 거리 외에 각 이차 전지(100)의 사양은 모두 동일하다. 다음으로, 이차 전지(100)의 측면에 구멍을 뚫어 질소가스를 주입하는 지그를 삽입하고, 이차 전지(100)의 상부에 가스(또는 물) 체크제를 올려 놓는다. 이때, 가스(또는 물) 체크제는 이차 전지(100)의 상부를 완전히 덮도록 위치한다. 그리고 나서, 이차 전지(100)에 질소가스를 초당 0.5kgf의 속도로 주입하면서 가스(또는 물) 체크제를 통해 기포가 올라오는 시점의 압력게이지를 측정하여 밀폐압을 체크한다. 실험의 정확성을 위해 이격 거리 별로 총 5회 측정하여 평균을 내었다. 또한, 상기 이격 거리(D1)는 케이스(120)의 끝단부(125)로부터 용접 영역(155)의 중심점 사이의 거리를 잰 것이다.
이격 거리(mm) -0.4 -0.2 0 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6
1회 22.2 23.9 25.5 29.0 27.0 30.0 29.0 29.0 29.0 30.0 30.0
2회 23.5 24.5 23.2 26.0 30.0 30.0 28.0 30.0 31.0 29.0 31.0
3회 24.5 23.9 22.1 25.0 25.0 30.0 29.0 31.0 32.0 30.0 29.0
4회 23.7 22.5 24.0 24.0 26.0 29.0 30.0 30.0 30.0 31.0 30.0
5회 24.2 23.0 25.0 25.0 24.0 30.0 30.0 31.0 29.0 30.0 29.0
평균(kgf) 23.6 23.6 24.0 25.8 26.4 29.8 29.2 30.2 30.2 30.0 29.8
또한, 밀폐압은 안전 벤트(150)의 파단압까지 밀폐가 깨지지 않는 이차 전지(100)를 양품으로 판정할 수 있다. 파단압은 약 30kgf이고 파단압에 따른 공차(±3kgf)를 감안하면, 밀폐압이 약 27kgf 내지 약 33kgf 일 때 양품으로 판정할 수 있다. 상기 표 1에 기재된 바와 같이, 케이스(120)의 끝단부(125)로부터 용접 영역(155) 사이의 거리(D1)가 0.2mm 이하인 경우에는 밀폐압이 27kgf 보다 작아 이차 전지(100)가 완전히 밀폐되지 않음을 보여준다. 특히, 용접 영역(155)이 케이스(120)의 끝단부(125)보다 외측에 위치한 경우에는, 밀폐압이 23.6kgf까지 내려가 밀폐력이 좋지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 케이스(120)의 끝단부(125)로부터 용접 영역(155) 사이의 거리(D1)가 0.2mm 이상인 경우에는 밀폐압이 대략 29.2kgf 내지 30.2kgf 인 것으로 측정되어, 이차 전지(100)가 완전히 밀폐되었음을 보여준다. 따라서, 이차 전지(100)의 밀폐력을 확보하기 위해서는 케이스(120)의 끝단부(125)와 용접 영역(155) 사이의 이격 거리(D1)는 0.2mm 이상이어야 함을 알 수 있다.
일부 예에서, 용접 영역(155)은 벤트 연장부(153)의 끝단부(154)에 형성될 수 있다. 한편, 용접 영역(155)이 벤트 연장부(153)의 끝단부(154)에 형성될 경우, 밀폐력은 좋으나 벤트 연장부(153)와 캡 업(140) 사이의 단차 때문에 외관상 불량이 발생하게 되므로, 용접 영역(155)은 벤트 연장부(153)의 끝단부(154)에서 이격되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 케이스(120)의 끝단부(125)와 용접 영역(155) 사이를 0.2mm 이상 이격시켜, 이차 전지(100)의 밀폐력을 확보하는 동시에 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
본 발명은 밀폐력을 확보할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.

Claims (9)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스의 상부에 결합되며, 캡 업과, 상기 캡 업의 하부에 설치되며 상기 캡 업의 가장자리를 감싸도록 캡 업의 상부로 연장된 벤트 연장부를 갖는 안전 벤트와, 상기 안전 벤트의 하부에 설치되며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 캡 다운을 포함하는 캡 조립체;를 포함하고,
    상기 벤트 연장부에는 상기 캡 업과 상기 안전 벤트를 용접하여 형성된 용접 영역이 형성되며, 상기 용접 영역은 상기 케이스의 끝단부로부터 이격된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 영역은 상기 케이스의 끝단부로부터 내측 방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 영역과 상기 케이스의 끝단부 사이의 거리는 0.2mm 이상인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 영역은 상기 벤트 연장부의 끝단부로부터 외측 방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 영역과 상기 케이스의 끝단부 사이에는 상기 가스켓이 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 영역은 원 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 영역은 적어도 하나 이상의 원호 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 측면판과, 상기 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하고,
    상기 케이스의 끝단부는 상기 측면판의 최상단부인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스의 끝단부는 절곡되어 상기 캡 조립체를 고정시키는 크림핑부를 형성하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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