WO2022255673A1 - 이차 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

이차 전지 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2022255673A1
WO2022255673A1 PCT/KR2022/006535 KR2022006535W WO2022255673A1 WO 2022255673 A1 WO2022255673 A1 WO 2022255673A1 KR 2022006535 W KR2022006535 W KR 2022006535W WO 2022255673 A1 WO2022255673 A1 WO 2022255673A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cid
hole
secondary battery
electrode
vent
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/006535
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
손종인
김지은
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to US18/037,897 priority Critical patent/US20240006708A1/en
Priority to CN202280007657.3A priority patent/CN116547860A/zh
Priority to JP2023526136A priority patent/JP2023548131A/ja
Priority to EP22816332.5A priority patent/EP4224622A1/en
Publication of WO2022255673A1 publication Critical patent/WO2022255673A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/049—Processes for forming or storing electrodes in the battery container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/446—Initial charging measures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/148—Lids or covers characterised by their shape
    • H01M50/152—Lids or covers characterised by their shape for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/171—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids using adhesives or sealing agents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/317—Re-sealable arrangements
    • H01M50/325—Re-sealable arrangements comprising deformable valve members, e.g. elastic or flexible valve members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/59—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
    • H01M50/593—Spacers; Insulating plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/167—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids by crimping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a secondary battery capable of discharging gas generated in an activation process and a manufacturing method thereof.
  • lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries having advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability.
  • secondary batteries are classified according to the structure of an electrode assembly having a laminated structure of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • a jelly roll-type electrode assembly having a structure in which long sheet-type positive and negative electrodes are wound with a separator interposed therebetween, and a plurality of positive and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween. and stacked electrode assemblies.
  • the secondary battery is a cylindrical battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical case, a prismatic battery in which the electrode assembly is embedded in a prismatic case, and a pouch in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet can be classified as type batteries.
  • a secondary battery can be suitably used in the market only when it satisfies the performance suitable for the purpose of use and at the same time has safety.
  • design factors are determined by simultaneously considering these aspects of performance and safety.
  • safety evaluations such as overcharge, overdischarge, impact, nail test, hot box, etc. are conducted along with performance evaluations such as lifespan, high rate characteristics, high/low temperature characteristics, etc. will proceed
  • cylindrical secondary batteries rapidly generate gas inside the secondary battery in an abnormal state such as overcharging, and when the internal pressure exceeds a certain level, the current between the electrode terminal and the electrode tab is blocked to prevent additional reactions from occurring.
  • It may include a CID (Current Interrupt Device) filter that
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a cross section of an upper portion of a conventional cylindrical secondary battery.
  • the electrode assembly 20 is accommodated in a cylindrical case 30, and the cap assembly 40 is mounted on an open top of the cylindrical case 30 to manufacture a cylindrical secondary battery 10. .
  • the electrode assembly 20 may be a jelly roll-type electrode assembly in which the first electrode 21, the second electrode 22, and the separator 23 are wound.
  • the cap assembly 40 may include a top cap 41 , a safety vent 42 for internal pressure drop, and a current interrupt device (CID) filter 43 .
  • the upper cap 41 and the safety vent 42 may form a structure in close contact with each other, and the safety vent 42 may be connected to the center of the CID filter 43 .
  • a first electrode tab 21t protruding from the first electrode 21 may be connected to a lower end of the CID filter 43 .
  • the first electrode 21 may be an anode
  • the first electrode tab 21t may be a cathode tab.
  • the top cap 41 may be directly or indirectly connected to the safety vent 42, the CID filter 43, and the first electrode tabs 21t to be electrically connected to the electrode assembly 20, and the electrode It can function as a terminal.
  • a gasket 70 for sealing between the cap assembly 40 and the cylindrical case 30 and a CID gasket 80 surrounding an edge of the CID filter 43 may be disposed.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the state of the cylindrical secondary battery of FIG. 1 when internal pressure increases.
  • the shape of the safety vent 42 is reversed, and the CID filter 43 is separated to cut off the current. do. Specifically, the CID filter 43 is divided into a part 43a connected to the safety vent 42 and a part 43b connected to the first electrode tab 21t, and the top cap 41 functioning as an electrode terminal and Current flow between the first electrode tabs 21t is blocked.
  • the notch portion of the safety vent 42 is cut off, the safety vent 42 is opened, and internal gas is discharged.
  • the structural rigidity is excellent, but when the safety vent 42 is opened and internal gas is discharged, the top cap 41 removes the spatial portion. There is a disadvantage in that the safety vent 42 cannot be completely opened due to heat, so that gas discharge is limited. In addition, there may be a case in which the CID filter 43 is not clearly separated, so that current continues to flow even in an abnormal operating state.
  • a lithium secondary battery performs a formation process, that is, an activation process in a manufacturing process.
  • the activation process is a process of activating the battery by performing charging and discharging after assembling the battery.
  • a solid electrolyte interface (SEI) film is formed on the surface of the negative electrode. is formed
  • SEI solid electrolyte interface
  • the degassing process In this activation process, a large amount of gas is generated due to the formation of an electrode film or decomposition of moisture inside the cell. Since the gas generated in the activation process is large and continuously reacts with the electrode film, a process for discharging it is required. This is called the degassing process.
  • the conventional cylindrical secondary battery 10 needs to be sealed after electrolyte injection, it is not easy to discharge gas generated in the activation process. If the gas generated in the activation process is not discharged, it may interfere with the battery reaction between the positive electrode and the negative electrode, thereby adversely affecting the initial capacity of the battery, the formation of a stable solid electrolyte interface (SEI), and life performance development characteristics. In addition, the gas cannot be discharged, which affects the result of the safety evaluation described above.
  • SEI solid electrolyte interface
  • An object to be solved by the present invention is to provide a secondary battery capable of discharging gas after an activation process and a manufacturing method thereof.
  • a secondary battery includes an electrode assembly; a battery case having an open top in which the electrode assembly is accommodated; and a cap assembly coupled to the open top of the battery case.
  • the cap assembly may include a safety vent; and a CID filter located below the safety vent.
  • the safety vent is exposed to the outside from an upper end, a vent hole passing vertically through the safety vent is formed, and a CID hole passing vertically through the CID filter and connected to the vent hole is formed.
  • a first electrode tab extending from the electrode assembly is bonded to the CID filter, and the CID hole is closed or opened by the first electrode tab.
  • vent hole and the CID hole may be positioned on the same vertical line, and the first electrode tab closing the CID hole may be visible from the outside through the vent hole and the CID hole.
  • the vent hole may have a larger diameter than the CID hole.
  • the first electrode tab may include an upper tab portion and a lower tab portion.
  • the lower tab portion may be connected to the electrode assembly, and one end of the upper tab portion connected to the lower tab portion may be bonded to the CID filter.
  • the CID hole may be closed or opened while the other end of the upper tab part is in close contact with or spaced apart from the lower surface of the CID filter.
  • the first electrode tab may include a material having an elastic restoring force, and the other end of the upper tab portion may be elastically adhered to the lower surface of the CID filter.
  • a lower end of the inner circumferential surface of the CID hole and the upper tab portion may be welded together.
  • the first electrode tab may include a protrusion inserted into the CID hole.
  • the secondary battery may further include a sealing ball inserted into the CID hole.
  • An upper end of the battery case may be bent to form a crimping portion while covering an outer circumferential portion of the safety vent.
  • a method of manufacturing a secondary battery includes accommodating an electrode assembly in a battery case with an open top; coupling a cap assembly including a safety vent and a CID filter to an open top of the battery case; an activation step of activating the electrode assembly; and a gas discharge step of discharging the gas generated in the activation step to the outside through a vent hole formed in the safety vent and a CID hole formed in the CID filter.
  • the safety vent is exposed to the outside from the top.
  • a first electrode tab extending from the electrode assembly is bonded to the CID filter with the CID hole closed.
  • the CID hole may be opened by pressing the first electrode tab downward through the vent hole and the CID hole, and the gas may be discharged to the outside through the CID hole and the vent hole.
  • a bar member or a suction device may be inserted through the vent hole and the CID hole to press the first electrode tab downward.
  • the CID hole may be closed again by removing the pressing force on the first electrode tab and returning the first electrode tab to its original position.
  • the manufacturing method of the secondary battery may further include a welding step of welding a lower end of the inner circumferential surface of the CID hole to the first electrode tab after the gas discharge step.
  • the method of manufacturing the secondary battery may further include a sealing ball insertion step of inserting a sealing ball into the CID hole through the vent hole.
  • the manufacturing method of the secondary battery may further include melting the sealing ball inserted into the CID hole.
  • the safety vent can be completely opened when the internal pressure rises, thereby effectively discharging gas.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a cross section of an upper portion of a conventional cylindrical secondary battery.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the state of the cylindrical secondary battery of FIG. 1 when internal pressure increases.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of a safety vent included in the secondary battery of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an upper portion of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial view showing an enlarged portion “A” in FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a partial view showing a first electrode tab having protrusions according to a modified embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a partial view showing a sealing ball inserted into a CID hole according to an embodiment of the present invention.
  • 9 to 15 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc.
  • a part when a part is said to be “directly on” another part, it means that there is no other part in between.
  • a reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily be located “on” or “on” in the opposite direction of gravity does not mean not.
  • planar image it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-sectional image”, it means when a cross section of the target part cut vertically is viewed from the side.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of a safety vent included in the secondary battery of FIG. 3 .
  • 5 is a cross-sectional view of an upper portion of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an upper portion of a section cut along the xz plane after assembling each component of the secondary battery of FIG. 3 .
  • a secondary battery 100 includes an electrode assembly 200; a battery case 300 having an open top in which the electrode assembly 200 is accommodated; and a cap assembly 400 coupled to the open top of the battery case 300 .
  • the electrode assembly 200 may include a first electrode 210, a second electrode 220, and a separator 230.
  • the jelly roll-type electrode assembly 200 may be formed by winding the first electrode 210 , the second electrode 220 , and the separator 230 together.
  • the separator 230 may be interposed between the first electrode 210 and the second electrode 220 .
  • the first electrode 210 may be formed by coating an electrode active material on the first electrode current collector. Meanwhile, the first electrode tab 213 may be attached to a portion of the first electrode current collector where the electrode active material is not applied and the first electrode current collector is exposed by welding or the like.
  • the second electrode 220 may be formed by coating an electrode active material on the second electrode current collector. Meanwhile, the second electrode tab 223 may be attached to a portion of the second electrode current collector where the electrode active material is not applied and the second electrode current collector is exposed by welding or the like.
  • the first electrode 210 may be an anode
  • the second electrode 220 may be a cathode
  • the first electrode tab 213 may be a positive electrode tab
  • the second electrode tab 223 may be a negative electrode tab.
  • the first electrode tab 213 and the second electrode tab 223 may protrude in opposite directions. As shown in FIG. 3 , the first electrode tab 213 may protrude in the direction where the cap assembly 400 is located (the z-axis direction), and the second electrode tab 223 is the bottom of the battery case 300. It may protrude in the direction where the portion is located (-z-axis direction).
  • the first electrode tab 213 may be connected to the cap assembly 400
  • the second electrode tab 223 may be connected to the bottom of the battery case 300 . That is, the cap assembly 400 and the battery case 300 may each function as an electrode terminal of the secondary battery 100 .
  • the battery case 300 is a structure for accommodating the electrode assembly 200 impregnated with electrolyte, and may include a metal material and may be a cylindrical case.
  • the cap assembly 400 includes a safety vent 410 and a current interrupt device (CID) filter 420 located under the safety vent 410 .
  • the safety vent 410 is exposed to the outside from the top.
  • a vent hole 410H vertically penetrating through the safety vent 410 is formed, and a CID hole 420H penetrating vertically through the CID filter 420 and connected to the vent hole 410H is formed.
  • the meaning that the vent hole 410H and the CID hole 420H are connected means that spaces inside the holes formed by each are connected to each other.
  • the cap assembly 400 has a structure in which the top cap is removed, and the safety vent 410 is exposed to the outside from the top.
  • This safety vent 410 is positioned on the CID filter 420 and may be electrically connected to the CID filter 420 . Specifically, a central portion of the safety vent 410 excluding the vent hole 410H and a first portion 421 of the CID filter 420 excluding the CID hole 420H, which will be described later, may be physically and electrically connected.
  • a first electrode tab 213 extending from the electrode assembly 200 is bonded to the CID filter 420 . Specifically, the first electrode tab 213 protruding from the first electrode 210 may be bonded to the lower end of the CID filter 420 .
  • the safety vent 410 is a thin film structure through which current passes, and may be a disk-shaped plate.
  • the safety vent 410 , the CID filter 420 , and the first electrode tab 213 are sequentially connected so that the safety vent 410 may function as an electrode terminal guiding electrical connection of the electrode assembly 200 .
  • the CID filter 420 is a plate member through which current passes, and outlet ports 422H for discharging gas may be formed.
  • the CID filter 420 may include a first part 421 connected to the safety vent 410 and a second part 422 connected to the first electrode tab 213, and the first part 421 may be located in the center of the CID filter 420, and the second part 422 may be located in the outer circumference of the CID filter 420.
  • the shape of the safety vent 410 may be reversed. According to the shape reversal of the safety vent 410, the first part 421 of the CID filter 420 is raised together, and the first part 421 and the second part 422 of the CID filter 420 are separated from each other. It can be. In order to induce such a separation according to an increase in internal pressure, the first portion 421 and the second portion 422 may be designed to have somewhat weak strength. Current between the safety vent 410 and the first electrode tab 213 is blocked by the separation of the first part 421 and the second part 422 .
  • a notch structure such as a kind of groove may be provided in the safety vent 410 .
  • the notch structure is cut or torn to open the safety vent 410, and internal gas is discharged.
  • the conventional cylindrical secondary battery (10, see FIG. 1)
  • the top cap 41 since the top cap 41 is located on the safety vent 42, the safety vent 42 cannot be completely opened due to inferior space. As a result, the gas cannot be effectively discharged. Also, the top cap 41 itself may interfere with gas discharge.
  • the safety vent 410 since the safety vent 410 is exposed to the outside from the top without a top cap, the safety vent 410 can be freely reversed in shape or separated when the internal pressure rises without hindrance. have. Therefore, compared to the conventional cylindrical secondary battery 10, gas discharge is more effective, and current interruption by separation of the first part 421 and the second part 422 can be made more reliably in an abnormal operating state.
  • vent hole 410H structures of the vent hole 410H, the CID hole 420H, and the first electrode tab 213 according to the present embodiment will be described in detail.
  • FIG. 6 is a partial view showing an enlarged portion “A” in FIG. 5 .
  • the first electrode tab 213 extending from the electrode assembly 200 is bonded to the CID filter 420 .
  • the CID hole 420H is closed or opened by the first electrode tab 213 .
  • vent hole 410H and the CID hole 420H are connected.
  • the safety vent 410 and the CID filter 420 are coupled, and the vent hole 410H and the CID hole 420H may be connected to each other at a portion where the safety vent 410 and the CID filter 420 are coupled.
  • the CID hole 420H may be formed in the first portion 421 of the CID filter 420 connected to the safety vent 410 .
  • the CID hole 420H is closed, and when the first electrode tab 213 is spaced apart from the CID filter 420, the CID hole 420H is closed. (420H) is open.
  • a long rod is passed through the vent hole 410H of the safety vent 410 and the CID hole 420H of the CID filter 420, and then the first electrode tab 213 closing the CID hole 420H is removed. You can press in the downward direction. Accordingly, while the CID hole 420H is opened, gas generated in an activation process described later may be discharged to the outside through the CID hole 420H and the vent hole 410H. Therefore, it is possible to solve problems such as expansion and deformation of the electrode assembly due to residual gas or lithium precipitation due to residual gas bubbles.
  • the secondary battery 100 since the secondary battery 100 according to the present embodiment has a structure in which the top cap is removed, it is easy to pass a long rod through the vent hole 410H and the CID hole 420H. In other words, the first electrode tab 213 may be pressed by inserting a bar without damaging the vent hole 410H and the CID hole 420H.
  • the CID hole 420H is closed by the first electrode tab 213, it can stably charge and discharge during the activation process.
  • the internal gas may be discharged to the outside through the opened CID hole 420H by pressing the first electrode tab 213 downward.
  • gas discharge is completed, leakage of the electrolyte solution is prevented by welding the first electrode tab 213 and the CID hole 420H to be sealed.
  • the vent hole 410H and the CID hole 420H may have a minimum diameter into which a rod can be inserted.
  • the vent hole 410H and the CID hole 420H may have a diameter of 1 to 3 mm, and thus discharge gas inside the battery case 300 to the outside, while the vent hole 410H and the CID hole Inflow of foreign substances through (420H) can be prevented.
  • vent hole 410H and the CID hole 420H may be located on the same vertical line.
  • the vent hole 410H and the CID hole 420H may be arranged in a vertical direction and positioned on the same vertical line. Accordingly, the first electrode tab 213 blocking the CID hole 420H can be seen from the outside through the vent hole 410H and the CID hole 420H. As a result, it is possible to easily check whether the CID hole 420H is closed from the outside of the secondary battery 100 . Furthermore, since the secondary battery 100 according to the present embodiment has a top cap removed, it is possible to more easily check whether the CID hole 420H is closed.
  • the vent hole 410H and the CID hole 420H may be opened by pressing the first electrode tab 213 more effectively.
  • the vent hole 410H is formed at the center point of the safety vent 410 and the CID hole 420H is formed at the center point of the CID filter 420, thereby minimizing strength weakening.
  • only a portion of the vent hole 410H and the CID hole 420H may be positioned on the same vertical line.
  • only half of the vent hole 410H and the CID hole 420H may be positioned on the same vertical line, and the other half may be positioned on different vertical lines. Accordingly, it is possible to prevent unnecessary objects or foreign substances from flowing into the vent hole 410H and the CID hole 420H, and also to prevent the first electrode tab 213 from being pressed by unnecessary objects.
  • the diameter d1 of the vent hole 410H may be greater than the diameter d2 of the CID hole 420H.
  • the vent hole 410H has a larger diameter than the CID hole 420H, so that the rod can easily pass therethrough.
  • the vent hole 410H may have a larger diameter than the CID hole 420H.
  • the diameter of the vent hole 410H may be 3 mm, and the diameter of the CID hole 420H may be 2 mm.
  • the safety vent 410 and the CID filter 420 are combined, and the vent hole 410H and the CID hole 420H are connected to each other at the part where the safety vent 410 and the CID filter 420 are combined.
  • the outer circumferential surface of the vent hole 410H and the outer circumferential surface of the CID hole 420H may be bonded to each other.
  • the joint portion W may be formed by welding a lower outer circumferential surface of the vent hole 410H and an upper outer circumferential surface of the CID hole 420H.
  • the safety vent 410 and the CID filter 420 are sealed and bonded, and foreign substances flow into the vent hole 410H and the CID hole 420H through the gap between the safety vent 410 and the CID filter 420. Electrolyte leakage can be prevented.
  • the first electrode tab 213 may include an upper tab portion 213a and a lower tab portion 213b.
  • the lower tab portion 213b may be connected to the electrode assembly 200 . That is, the lower tab portion 213b may be a portion extending from the electrode assembly 200 .
  • One end of the upper tab portion 213a connected to the lower tab portion 213b may be bonded to the CID filter 420 .
  • the one end of the upper tab portion 213a may be welded to the lower surface of the CID filter 420 to form a joint portion W.
  • the other end of the upper tab portion 213a may close or open the CID hole 420H while being in close contact with or spaced apart from the lower surface of the CID filter 420 .
  • the upper tab portion 213a closing the CID hole 420H is pressed with a rod, which will be described later, the other end of the upper tab portion 213a is separated from the CID filter 420 and the CID hole 420H is opened.
  • the force pressing the other end of the upper tap part 213a is removed, the other end of the upper tap part 213a comes into close contact with the CID filter 420 again due to the elastic restoring force of the upper tap part 213a, thereby closing the CID hole 420H.
  • the first electrode tab 213 can stably seal the CID hole 420H during the activation process of the secondary battery 100, and after the activation process, the first electrode tab 213 is spaced apart from the CID filter 420 to form the CID hole 420H. can be opened and the gas can be released.
  • the first electrode tab 213 may include a material having elastic restoring force, and the other end of the upper tab portion 213a may be elastically adhered to the lower surface of the CID filter 420 .
  • the first electrode tab 213 may be an alloy steel containing a material having elastic restoring force.
  • the lower end of the inner circumferential surface of the CID hole 420H and the upper tab portion 213a of the first electrode tab 213 may be welded. That is, the other end of the upper tab portion 213a, which is in close contact with the lower surface of the CID filter 420, is bonded to the CID filter 420 after gas is discharged, and thus the CID hole 420H is completely sealed. As a result, it is possible to prevent inflow of foreign substances or leakage of electrolyte after gas is discharged.
  • FIG. 7 is a partial view showing a first electrode tab having protrusions according to a modified embodiment of the present invention.
  • the first electrode tab 213 may include a protrusion 213a-1 inserted into the CID hole 420H.
  • the first electrode tab 213 may include an upper tab portion 213a and a lower tab portion 213b, and the protrusion 213a-1 protrudes from the upper tab portion 213a. can be formed
  • the protrusion 213a - 1 is for increasing sealing force between the first electrode tab 213 and the CID hole 420H, and may have the same diameter as the diameter of the CID hole 420H. As the protrusion 213a-1 is inserted into the CID hole 420H, sealing force between the first electrode tab 213 and the CID hole 420H is increased.
  • the protrusion 213a-1 is formed in a hemispherical raised structure, and accordingly, the protrusion 213a-1 can be easily coupled to or separated from the CID hole 420H.
  • FIG. 8 is a partial view showing a sealing ball inserted into a CID hole according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 100 may further include a sealing ball 500 inserted into the CID hole 420H.
  • the sealing ball 500 When gas generated after the activation process is completely discharged, the sealing ball 500 may be inserted into the CID hole 420H.
  • the sealing ball 500 is for sealing the CID hole 420H, has a cylindrical shape or a spherical shape, and seals the CID hole 420H while being inserted into the CID hole 420H through the vent hole 410H.
  • the cylindrical or spherical sealing ball 500 may be bonded to the CID hole 420H by ball welding.
  • the ball welding refers to a bonding method in which a ball-shaped structure is fired into a hole having a smaller diameter than the ball and the hole is blocked. That is, the diameter of the sealing ball 500 before filling the CID hole 420H may be larger than the inner diameter of the CID hole 420H.
  • the sealing ball 500 after the sealing ball 500 is inserted into the CID hole 420H, it may be melted through a thermal fusion device (not shown). Accordingly, the sealing force between the CID hole 420H and the sealing ball 500 can be increased while the sealing ball 500 is bonded to the inner circumferential surface of the CID hole 420H.
  • the safety vent 410 since the safety vent 410 according to the present embodiment has a structure that is exposed to the outside when the top cap is removed, it is easy to seal the CID hole 420H.
  • the conventional cylindrical secondary battery (10, see FIG. 1)
  • the top cap 41 Even if the CID hole is formed, it is structurally very difficult to close the CID hole again after gas is discharged because the top cap 41 is present. Holes must be formed in both the top cap 41 and the safety vent 42 for gas discharge. Due to the existence of the top cap 41, it is structurally necessary to block the holes formed in the safety vent 42 and the CID filter 43. is bound to be complex and difficult.
  • the cap assembly 400 according to the present embodiment has a structure in which the safety vent 410 is exposed at the top, after gas is discharged, as described above, there is a gap between the bottom of the inner circumference of the CID hole 420H and the upper tab 213a. It is easy to seal the CID hole 420H by welding or inserting the sealing ball 500.
  • the battery case 300 may include a crimping portion 300C and a beading portion 300B.
  • the beading portion 300B refers to a portion in which a portion of the cylindrical battery case 300 is recessed toward the center of the electrode assembly 200, and is intended to prevent the electrode assembly 200 from moving.
  • the crimping portion 300C refers to a portion located above the beading portion 300B and surrounding the cap assembly 400, and is for stable coupling of the cap assembly 400.
  • An upper end of the battery case 300 may be bent to surround the cap assembly 400 and form a crimping portion 300C. More specifically, an upper end of the battery case 300 may be bent to surround the outer circumferential portion of the safety vent 410 to form the crimping portion 300C.
  • the sealing gasket 700 may be mounted on inner surfaces of the crimping portion 300C and the beading portion 300B to increase sealing force between the cap assembly 400 and the battery case 300 . Also, the gasket 700 may block electrical connection between the cap assembly 400 and the battery case 300 .
  • a crimping portion 300C may be formed by placing a gasket 700 between the battery case 300 and the cap assembly 400, and performing crimping by bending an upper end of the battery case 300. . That is, mounting of the cap assembly 400 , sealing of the secondary battery 100 , and insulation between the battery case 300 and the cap assembly 400 may be performed by crimping. This gasket 700 may be located between the crimping part 300C and the safety vent 410 .
  • a bent portion 410B may be formed in the safety vent 410 according to the present embodiment. Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5 , a portion of the safety vent 410 may be bent in an upward direction to form a bent portion 410B. Since the bent portion 410B is formed, deformation transmitted to the safety vent 410 during crimping may be reduced. In addition, as described above, according to the shape reversal of the safety vent 410 in an abnormal operating state, the first part 421 of the CID filter 420 is lifted together, so that the first part 421 of the CID filter 420 ) and the second part 422 are separated from each other. As a result, the flow of current is blocked.
  • the bent portion 410B bent upward may be formed.
  • the cap assembly 400 may be damaged.
  • the safety vent 410 may be damaged in a structure in which the safety vent 410 is exposed without a top cap.
  • the thickness of the safety vent 410 is formed to be thicker than before to supplement the rigidity of the safety vent 410, there is a high possibility that the shape reversal or separation of the safety vent 410 may not be properly implemented when the internal pressure rises.
  • the thickness of the safety vent 410 is not simply increased, but a curling part 410C is provided at a portion corresponding to the crimping part 300C of the safety vent 410.
  • the safety vent 410 may include a curling part 410C bent at an outer circumference of the safety vent 410 .
  • FIGS. 3 and 4 show the flange part 410F before the curling part 410C is formed, and in FIG. 5, the flange part 410F is bent inward to curl the curling part ( 410 C) was formed.
  • the crimping portion 300C of the battery case 300 may wrap the safety vent 410 with the gasket 700 interposed therebetween.
  • the crimping portion 410C of the safety vent 410 is wrapped around and crimping is performed.
  • the central portion of the safety vent 410 is made of one layer, but the outer peripheral portion of the safety vent 410 wrapped by the crimping portion 300C may be made of two layers. That is, by providing the curling part 410C, it is intended to prevent damage to the safety vent 410 that may occur during crimping and at the same time not interfere with the shape reversal or separation of the safety vent 410 when the internal pressure rises. .
  • 9 to 15 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention. Specifically, all of them showed a cross section of the upper part of the secondary battery.
  • a method of manufacturing a secondary battery includes accommodating an electrode assembly 200 in a battery case 300 with an open top and a battery A step of coupling the cap assembly 400 including the safety vent 410 and the CID filter 420 to the open top of the case 300 is included.
  • the electrode assembly 200 may have a jelly roll shape in which the first electrode 210, the second electrode 220, and the separator 230 are wound together, and the battery case 300 is a cylindrical case.
  • the electrolyte solution together with the electrode assembly 200 may be injected into the battery case 300 before the cap assembly 400 is coupled.
  • the safety vent 410 of the cap assembly 400 is exposed to the outside from the top, a vent hole 410H is formed in the safety vent 410, and a CID hole 420H is formed in the CID filter 420. Since the detailed structures of the safety vent 410 and the CID filter 420 have been described above, they will be omitted.
  • the CID filter 420 is placed in a state in which the first electrode tab 213 extending from the electrode assembly 200 closes the CID hole 420H. is bonded to the underside of At this time, as described above, the first electrode tab 213 may include an upper tab portion 213a and a lower tab portion 213b.
  • the upper tab portion 213a is brought into close contact with the lower surface of the CID filter 420, and then the other end of the upper tab portion 213a is moved to close the CID hole 420H.
  • one end of the upper tab portion 213a is welded to the lower surface of the CID filter 420 .
  • the other end of the upper tap part 213a closes the CID hole 420H while being in close contact with the lower surface of the CID filter 420 including the CID hole 420H, and one end of the upper tap part 213a is attached to the CID filter 420.
  • the CID filter 420 and the first electrode tab 213 are connected.
  • the first electrode tab 213 has elasticity in the direction of the CID hole 420H, and thus the CID hole 420H can be maintained in a closed state.
  • the protrusion 213a-1 when the protrusion 213a-1 is formed on the upper tab 213a of the first electrode tab 213, connecting the CID filter 420 and the first electrode tab 213 In the process, the protrusion 213a-1 may be inserted into the CID hole 420H.
  • the combining of the cap assembly 400 is a step of forming a crimping portion 300C surrounding the safety vent 410 by bending the upper end 300U of the battery case 300.
  • the gasket 700 is placed between the safety vent 410 of the cap assembly 400 and the battery case 300, and the upper end 300U of the battery case 300 is bent to perform crimping.
  • the safety vent 410 may include a curling portion 410C bent at the outer circumferential portion of the safety vent 410, and crimping may be performed such that the crimping portion 300C surrounds the curling portion 410C. have.
  • This curling portion 410C may be formed by inwardly bending the upward flange portion 410F (see FIG. 4 ).
  • the method of manufacturing a secondary battery according to the present embodiment includes an activation step of activating the electrode assembly 200 .
  • the activation step may be performed by repeating charging and discharging with a constant current or voltage within a certain range.
  • the activation step is a process of repeatedly performing charging and discharging for the purpose of forming a solid electrolyte interface (SEI) film on the surface of the negative electrode and low voltage screening.
  • Charging and discharging may be repeated by applying a constant current or voltage to the safety vent 410 and the battery case 300, which function as electrode terminals.
  • a gas is generated inside the battery case 300 due to a mutual reaction between the electrode assembly and the electrolyte, and the gas increases pressure while accumulating inside the battery case 300 .
  • the gas generated in the activation step is passed through a vent hole 410H formed in the safety vent 410 and a CID hole 420H formed in the CID filter 420. and a gas discharge step of discharging to the outside through.
  • the first electrode tab 213 is pressed downward through the vent hole 410H and the CID hole 420H to open the CID hole 420H, and the gas is released into the CID hole 420H.
  • the vent hole 410H through which it is discharged to the outside.
  • the upper tab portion 213a is pressed.
  • the first electrode tab 213 in the gas discharge step, the first electrode tab 213 may be pressed downward by inserting the rod member 1000 through the vent hole 410H and the CID hole 420H. Similarly, the bar member 1000 may press the upper tab portion 213a of the first electrode tab 213 downward. Then, as the CID hole 420H is opened, the gas generated inside the battery case 300 is discharged to the outside through the CID hole 420H and the vent hole 410H.
  • the secondary battery 100 since the secondary battery 100 according to the present embodiment has a structure in which the top cap is removed, it is easy to pass the rod member 1000 through the vent hole 410H and the CID hole 420H. In other words, the first electrode tab 213 may be pressed by inserting a bar without damaging the vent hole 410H and the CID hole 420H. In addition, since the top cap is removed, gas can be discharged more smoothly.
  • a method of manufacturing a secondary battery according to a modified embodiment of the present invention may include a gas discharge step using a suction device 1100 .
  • a separate suction device 1100 not the rod member 1000 in FIG. 11 , is inserted through the vent hole 410H and the CID hole 420H to form the upper tab portion 213a of the first electrode tab 213. can be pressed in the downward direction.
  • the suction device 1100 may suck gas inside the battery case 300 .
  • the gas inside the battery case 300 can be removed more effectively.
  • the CID hole 420H may be closed again by removing the force pressing the first electrode tab 213 and returning the first electrode tab 213 to its original position. Removing the force pressing the first electrode tab 213 means removing the rod member 1000 or the suction device 1100 .
  • gas discharge is finished.
  • the manufacturing method of the secondary battery according to the present embodiment may further include a welding step of welding the lower end of the inner circumferential surface of the CID hole 420H to the first electrode tab 213 after the gas discharge step.
  • a separate welding device (not shown) is inserted through the vent hole 410H and the CID hole 420H to weld the lower end of the inner circumferential surface of the CID hole 420H to the first electrode tab 213.
  • FIG. 13 it is expressed that a joint portion W is formed at the corresponding portion by welding.
  • the upper tab portion 213a is in close contact with the CID hole 420H, the upper tab portion 213a and the inner circumferential surface of the CID hole 420H are welded to seal between the CID filter 420 and the first electrode tab 213. .
  • the CID hole 420H may be primarily sealed after the gas discharge step.
  • the manufacturing method of the secondary battery according to the present embodiment may further include a sealing ball insertion step of inserting the sealing ball 500 into the CID hole 420H through the vent hole 410H.
  • the sealing ball 500 may be inserted into the CID hole 420H in an interference fitting manner. Accordingly, the CID hole 420H may be effectively sealed.
  • the sealing ball 500 may be bonded to the CID hole 420H by ball welding.
  • the CID hole 420H may be a circular through-hole, and the sealing ball 500 may have a cylindrical or spherical shape.
  • the sealing ball 500 is strongly launched into the CID hole 420H, and the sealing ball 500 may be inserted into the CID hole 420H.
  • the manufacturing method of the secondary battery according to the present embodiment may further include melting the sealing ball 500 inserted into the CID hole 420H.
  • the melting device 1200 may be inserted through the vent hole 410H, and then heat may be applied to the sealing ball 500. Accordingly, the partially melted sealed ball 500 is bonded to the inner circumferential surface of the CID hole 420H. Then, the CID hole 420H can be completely sealed.
  • the activation step a large amount of gas is generated due to the formation of an electrode film or the decomposition of moisture inside the cell. Since the gas generated in the activation step is large and continuously reacts with the electrode film, a process for discharging it is required. As described above, the secondary battery 100 manufactured according to an embodiment of the present invention is finally sealed after discharging the gas generated in the activation step, so that problems such as expansion and deformation of the electrode assembly due to residual gas or residual gas bubbles It is possible to solve the problem of lithium precipitation caused by
  • a plurality of secondary batteries according to the present embodiment described above may be gathered to form a battery module.
  • the battery module may be mounted together with various control and protection systems such as a battery management system (BMS) and a cooling system to form a battery pack.
  • BMS battery management system
  • the secondary battery, the battery module or the battery pack may be applied to various devices. Specifically, it can be applied to means of transportation such as electric bicycles, electric vehicles, hybrids, or energy storage systems (ESS), but is not limited thereto and can be applied to various devices that can use secondary batteries.
  • means of transportation such as electric bicycles, electric vehicles, hybrids, or energy storage systems (ESS), but is not limited thereto and can be applied to various devices that can use secondary batteries.
  • ESS energy storage systems

Landscapes

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

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되고, 상부가 개방된 전지 케이스; 및 상기 전지 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체를 포함한다. 상기 캡 조립체는, 안전 벤트; 및 상기 안전 벤트 아래에 위치한 CID 필터를 포함한다. 상기 안전 벤트는, 상단에서 외부로 노출되며, 상기 안전 벤트에 상하로 관통된 벤트홀이 형성되고, 상기 CID 필터에, 상하로 관통되고 상기 벤트홀과 연결되는 CID 홀이 형성된다. 상기 전극 조립체로부터 연장된 제1 전극탭이 상기 CID 필터에 접합되며, 상기 CID 홀은 상기 제1 전극탭에 의해 폐쇄되거나 개방된다.

Description

이차 전지 및 이의 제조 방법
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 6월 3일자 한국 특허 출원 제10-2021-0072370호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 활성화 공정에서 발생한 가스의 배출이 가능한 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차 전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리롤형 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체 등을 들 수 있다. 최근에는 상기 젤리롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리롤형과 스택형의 혼합 형태로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위 셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
또한, 이차 전지는 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형의 케이스에 내장된 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 케이스에 내장된 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.
한편, 이차 전지는 사용 용도에 적합한 성능을 만족시키는 동시에 안전성을 갖추어야 시장에서 적합하게 활용 가능하다. 이차 전지를 설계할 때는 이러한 성능과 안전성 측면을 동시에 고려하여 설계 인자를 결정하게 된다. 설계 및 제작이 완료된 전지는 수명, 고율 특성, 고온/저온 특성 등의 성능 평가와 함께 과충전, 과방전, 충격(impact), 네일 테스트(Nail Test), 핫박스(hot box) 등의 안전성 평가를 진행하게 된다.
다양한 형태의 이차 전지 중 원통형 이차 전지는, 과충전 등의 비정상적인 상태에서 이차 전지 내부에 가스가 급격히 발생하여 내압이 일정 수준 이상이 되면, 전극 단자와 전극탭 간의 전류를 차단하여 추가적인 반응이 일어나지 않도록 방지하는 CID(Current Interrupt Device) 필터를 포함할 수 있다.
도 1은 종래의 원통형 이차 전지의 상부에 대한 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 1을 참고하면, 전극 조립체(20)가 원통형 케이스(30)에 수납되고, 원통형 케이스(30)의 개방된 상부에 캡 조립체(40)가 장착되어 원통형 이차 전지(10)가 제조될 수 있다.
전극 조립체(20)는 제1 전극(21), 제2 전극(22) 및 분리막(23)이 권취된 젤리롤형 전극 조립체일 수 있다.
캡 조립체(40)는 상단 캡(41), 내부 압력 강하용 안전 벤트(42) 및 CID(Current Interrupt Device) 필터(43)를 포함할 수 있다. 상단 캡(41)과 안전 벤트(42)는 상호 밀착된 구조를 형성할 수 있고, 안전 벤트(42)는 CID 필터(43)의 중심부와 연결될 수 있다. CID 필터(43)의 하단부에 제1 전극(21)으로부터 돌출된 제1 전극탭(21t)이 연결될 수 있다. 여기서 제1 전극(21)은 양극일 수 있고, 제1 전극탭(21t)은 양극탭일 수 있다.
위와 같이, 상단 캡(41)은, 안전 벤트(42), CID 필터(43) 및 제1 전극탭(21t)들과 직, 간접적으로 연결되어 전극 조립체(20)와 전기적으로 연결될 수 있고, 전극 단자로써 기능할 수 있다.
한편, 캡 조립체(40)와 원통형 케이스(30) 간의 밀봉을 위한 가스켓(70) 및 CID 필터(43)의 가장자리를 감싸는 CID 가스켓(80)이 배치될 수 있다.
도 2는 도 1의 원통형 이차 전지가 내압이 상승했을 때의 모습을 나타낸 부분 단면도이다.
도 2를 참고하면, 원통형 이차 전지(10)가 고온에 노출되거나 비정상적인 작동 상태에 놓여 내부 압력이 상승하면, 안전 벤트(42)의 형상이 역전되고, CID 필터(43)가 분리되어 전류를 차단한다. 구체적으로, CID 필터(43)가 안전 벤트(42)와 연결된 부분(43a) 및 제1 전극탭(21t)과 연결된 부분(43b)으로 나누어져, 전극 단자로 기능하는 상단 캡(41)과 제1 전극탭(21t) 간의 전류 흐름이 차단된다. 또한 내부 압력이 크게 상승된 경우, 안전 벤트(42)의 노치부분이 끊어지면서 안전 벤트(42)가 열리고, 내부 가스가 배출된다.
종래의 원통형 이차 전지(10)와 같이 상단 캡(41)을 구비한 경우, 구조적 강성은 뛰어나지만, 안전 벤트(42)가 열리면서 내부 가스가 배출될 때 상단 캡(41)에 의해 공간적인 부분이 열위하여 안전 벤트(42)가 완전히 열리지 못해 가스 배출이 제한된다는 단점이 있다. 또한, CID 필터(43)가 확실히 분리되지 못하는 경우가 발생하여, 비정상적인 작동 상태에서도 전류가 계속 흐르는 문제가 있을 수 있다.
한편, 일반적으로 리튬 이차 전지는 제조 과정에서 화성(formation) 공정, 즉 활성화 공정을 수행한다. 상기 활성화 공정은 전지 조립 후 충전과 방전을 수행하여 전지를 활성화하는 공정으로서, 충전 시 양극으로부터 나온 리튬 이온이 음극으로 이동하여 삽입되며 이 때 음극 표면에서 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 막이 형성된다. 이러한 활성화 공정은 일반적으로 일정 범위의 정전류 또는 정전압으로 충방전을 반복하는 것으로 진행된다.
이러한 활성화 공정에서, 전극 피막 형성이나 셀 내부 수분의 분해로 인해 다량의 가스가 발생하는데, 활성화 공정에서 발생한 가스는 양도 많고 전극 피막과 지속적으로 반응하기 때문에 이를 배출시켜주는 공정이 필요하다. 이를 탈기(degas) 공정이라고 한다.
그러나, 도 1 및 도 2를 다시 참고하면, 종래의 원통형 이차 전지(10)는 전해액 주입 후 밀폐를 유지해야 하기에 활성화 공정에서 발생한 가스를 배출하기 용이하지 않다. 활성화 공정에서 발생한 가스가 배출되지 못하면, 양극과 음극 사이의 전지반응을 방해하여, 전지의 초기용량, 안정적 고체 전해질 계면(SEI) 형성, 수명성능발현 특성 등에 악영향을 끼칠 수 있다. 또한, 가스가 배출되지 못해 상술한 안전성 평가의 결과에 영향을 미치기도 한다.
이에, 활성화 공정에서 발생한 가스의 배출이 가능한 원통형 이차 전지에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 활성화 공정 이후 가스 배출이 가능한 이차 전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되고, 상부가 개방된 전지 케이스; 및 상기 전지 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체를 포함한다. 상기 캡 조립체는, 안전 벤트; 및 상기 안전 벤트 아래에 위치한 CID 필터를 포함한다. 상기 안전 벤트는, 상단에서 외부로 노출되며, 상기 안전 벤트에 상하로 관통된 벤트홀이 형성되고, 상기 CID 필터에, 상하로 관통되고 상기 벤트홀과 연결되는 CID 홀이 형성된다. 상기 전극 조립체로부터 연장된 제1 전극탭이 상기 CID 필터에 접합되며, 상기 CID 홀은 상기 제1 전극탭에 의해 폐쇄되거나 개방된다.
상기 벤트홀 및 상기 CID 홀은 동일한 수직선 상에 위치할 수 있고, 상기 CID 홀을 폐쇄한 상기 제1 전극탭이 상기 벤트홀 및 상기 CID 홀을 통해 외부에서 보여질 수 있다.
상기 벤트홀은, 상기 CID 홀보다 큰 직경을 가질 수 있다.
상기 제1 전극탭은, 상측탭부 및 하측탭부를 포함할 수 있다. 상기 하측탭부는 상기 전극 조립체에 연결될 수 있고, 상기 하측탭부와 연결된 상기 상측탭부의 일단이 상기 CID 필터에 접합될 수 있다.
상기 상측탭부의 타단이 상기 CID 필터의 하면에 밀착되거나 이격되면서, 상기 CID 홀을 폐쇄하거나 개방할 수 있다.
상기 제1 전극탭은, 탄성 복원력을 가진 소재를 포함할 수 있고, 상기 상측탭부의 상기 타단이 상기 CID 필터의 하면에 탄력적으로 밀착될 수 있다.
상기 CID 홀의 내주면 하단과 상기 상측탭부가 용접 접합될 수 있다.
상기 제1 전극탭은, 상기 CID 홀에 삽입되는 돌기부를 포함할 수 있다.
상기 이차 전지는, 상기 CID 홀에 삽입된 밀폐볼을 더 포함할 수 있다.
상기 전지 케이스의 상부 일단이 구부러져 상기 안전 벤트의 외주 부분을 감싸며 크림핑부를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은, 전극 조립체를 상부가 개방된 전지 케이스에 수납하는 단계; 상기 전지 케이스의 개방된 상부에, 안전 벤트 및 CID 필터를 포함하는 캡 조립체를 결합하는 단계; 상기 전극 조립체를 활성화하는 활성화 단계; 및 상기 활성화 단계에서 발생한 가스를 상기 안전 벤트에 형성된 벤트홀과 상기 CID 필터에 형성된 CID 홀을 통해 외부로 배출하는 가스 배출 단계를 포함한다. 상기 안전 벤트는, 상단에서 외부로 노출된다. 상기 전극 조립체로부터 연장된 제1 전극탭이 상기 CID 홀을 닫은 상태로 상기 CID 필터에 접합된다. 상기 가스 배출 단계에서, 상기 벤트홀과 상기 CID 홀을 통해 상기 제1 전극탭을 하부 방향으로 눌러 상기 CID 홀을 개방시키고, 상기 가스가 상기 CID 홀과 상기 벤트홀을 통해 외부로 배출될 수 있다.
상기 가스 배출 단계에서, 막대부재나 흡입 장치를 상기 벤트홀과 상기 CID 홀을 통해 삽입하여, 상기 제1 전극탭을 하부 방향으로 누를 수 있다.
상기 가스 배출 단계 이후, 상기 제1 전극탭을 누르는 힘을 제거하고, 상기 제1 전극탭을 원위치로 복귀시켜 상기 CID 홀을 다시 폐쇄할 수 있다.
상기 이차 전지의 제조 방법은, 상기 가스 배출 단계 이후, 상기 CID 홀의 내주면 하단을 상기 제1 전극탭과 용접하는 용접 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 이차 전지의 제조 방법은, 상기 벤트홀을 통해 상기 CID 홀에 밀폐볼을 삽입하는 밀폐볼 삽입 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 이차 전지의 제조 방법은, 상기 CID 홀에 삽입된 상기 밀폐볼을 용융하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상단 캡을 제거하고 안전 벤트를 외부로 노출시켜 안전 벤트에 대한 공간적 제약을 없앰으로써, 내부 압력 상승 시 안전 벤트가 완전히 열릴 수 있어 가스 배출에 효과적일 수 있다.
또한, 안전 벤트가 외부로 노출되었기 때문에, 안전 벤트에 별도의 벤트홀을 형성하여 활성화 공정에서 발생한 가스를 용이하게 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 가스로 인한 전극 조립체의 팽창, 변형 등의 문제나 잔류 가스 기포로 인한 리튬 석출 유발의 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 원통형 이차 전지의 상부에 대한 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 원통형 이차 전지가 내압이 상승했을 때의 모습을 나타낸 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 이차 전지에 포함된 안전 벤트에 대한 단면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 상부에 대한 단면도이다.
도 6은 도 5의 “A”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
도 7은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따라 돌기부가 형성된 제1 전극탭을 나타낸 부분 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 CID 홀에 삽입된 밀폐볼을 나타낸 부분 도면이다.
도 9 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 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.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 대한 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 이차 전지에 포함된 안전 벤트에 대한 단면 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 상부에 대한 단면도이다. 특히, 도 5는 도 3의 이차 전지의 각 부품들을 조립한 후 xz 평면을 따라 자른 단면의 상부를 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 전극 조립체(200); 전극 조립체(200)가 수납되고 상부가 개방된 전지 케이스(300); 및 전지 케이스(300)의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체(400)를 포함한다.
우선, 본 실시예에 따른 전극 조립체(200)는, 제1 전극(210), 제2 전극(220) 및 분리막(230)을 포함할 수 있다. 제1 전극(210), 제2 전극(220) 및 분리막(230)이 함께 권취되어 젤리롤형 전극 조립체(200)가 형성될 수 있다. 분리막(230)은 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 개재될 수 있다.
구체적으로 도시하지 않았으나, 제1 전극(210)은, 제1 전극 집전체 상에 전극 활물질을 도포하여 형성될 수 있다. 한편, 상기 제1 전극 집전체 중 전극 활물질이 도포되지 않아 상기 제1 전극 집전체가 노출되는 부분에 제1 전극탭(213)이 용접 등의 방법으로 부착될 수 있다.
제2 전극(220)은 제2 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포하여 형성될 수 있다. 한편, 상기 제2 전극 집전체 중 전극 활물질이 도포되지 않아 상기 제2 전극 집전체가 노출되는 부분에 제2 전극탭(223)이 용접 등의 방법으로 부착될 수 있다.
이 때, 제1 전극(210)은 양극일 수 있고, 제2 전극(220)은 음극일 수 있다. 이에 따라, 제1 전극탭(213)은 양극탭일 수 있고, 제2 전극탭(223)은 음극탭일 수 있다. 한편, 권취된 전극 조립체(200)에 대해서, 제1 전극탭(213)과 제2 전극탭(223)은 서로 반대 방향으로 돌출될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전극탭(213)은 캡 조립체(400)가 위치한 방향(z축 방향)으로 돌출될 수 있고, 제2 전극탭(223)은 전지 케이스(300)의 바닥부가 위치한 방향(-z축 방향)으로 돌출될 수 있다. 제1 전극탭(213)은 캡 조립체(400)와 연결되고, 제2 전극탭(223)은 전지 케이스(300)의 바닥부와 연결될 수 있다. 즉, 캡 조립체(400)와 전지 케이스(300)가 각각 이차 전지(100)의 전극 단자로써 기능할 수 있다.
한편, 전지 케이스(300)는 전해액이 함침된 전극 조립체(200)를 수납하는 구조물로써, 금속 소재를 포함할 수 있고, 원통형 케이스일 수 있다.
본 실시예에 다른 캡 조립체(400)는, 안전 벤트(410, Safety vent) 및 안전 벤트(410) 아래에 위치한 CID(Current Interrupt Device) 필터(420)를 포함한다. 안전 벤트(410)는 상단에서 외부로 노출된다. 안전 벤트(410)에 상하로 관통된 벤트홀(410H)이 형성되며, CID 필터(420)에 상하로 관통되고 벤트홀(410H)과 연결되는 CID 홀(420H)이 형성된다. 여기서 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)이 연결된다는 의미는, 각각이 형성하는 홀 내부의 공간이 서로 연결되는 것을 의미한다.
본 실시예에 따른 캡 조립체(400)는, 종래의 원통형 이차 전지(10, 도 1 참고)와 달리, 상단 캡이 제거된 구조로써, 안전 벤트(410)가 상단에서 외부로 노출된다.
이러한 안전 벤트(410)는 CID 필터(420) 상에 위치하며, CID 필터(420)에 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 벤트홀(410H)을 제외한 안전 벤트(410)의 중심 부분과 CID 홀(420H)을 제외한 후술할 CID 필터(420)의 제1 부분(421)이 물리적, 전기적으로 연결될 수 있다. CID 필터(420)에는 전극 조립체(200)로부터 연장된 제1 전극탭(213)이 접합된다. 구체적으로, CID 필터(420)의 하단부에는 제1 전극(210)으로부터 돌출된 제1 전극탭(213)이 접합될 수 있다.
안전 벤트(410)는 전류가 통하는 박막 구조물로써, 원판형 플레이트일 수 있다. 안전 벤트(410), CID 필터(420) 및 제1 전극탭(213)들이 차례로 연결되어, 안전 벤트(410)가 전극 조립체(200)의 전기적 연결을 안내하는 전극 단자로써 기능할 수 있다.
본 실시예에 따른 CID 필터(420)는 전류가 통하는 판재 부재로써, 가스의 배출을 위한 배출구(422H)들이 형성될 수 있다. 또한, CID 필터(420)는, 안전 벤트(410)와 연결된 제1 부분(421) 및 제1 전극탭(213)과 연결된 제2 부분(422)을 포함할 수 있으며, 제1 부분(421)은 CID 필터(420)의 중심 부분에 위치하고, 제2 부분(422)은 CID 필터(420)의 외주 부분에 위치할 수 있다.
이차 전지(100)의 내압이 상승할 경우, 안전 벤트(410)의 형상이 역전될 수 있다. 안전 벤트(410)의 형상 역전에 따라, CID 필터(420)의 제1 부분(421)이 함께 상승되어, CID 필터(420)의 제1 부분(421)과 제2 부분(422)이 서로 분리될 수 있다. 내압 상승에 따른 이러한 분리를 유도하기 위해 제1 부분(421)과 제2 부분(422) 사이는 다소 약한 강도를 갖도록 설계될 수 있다. 제1 부분(421)과 제2 부분(422)의 분리에 의해, 안전 벤트(410)와 제1 전극탭(213) 사이의 전류가 차단된다.
또한, 도 5에 도시된 것처럼, 안전 벤트(410)에 일종의 홈(groove)과 같은 노치 구조가 마련될 수 있다. 내압 상승에 따라, 이러한 노치 구조가 끊어지거나 찢어지면서 안전 벤트(410)가 열리게 되고, 내부 가스가 배출된다. 종래의 원통형 이차 전지(10, 도 1 참고)의 경우, 상단 캡(41)이 안전 벤트(42) 상에 위치해 있기 때문에 공간적인 부분이 열위하여 안전 벤트(42)가 완전히 열리지 못한다. 이에 가스가 효과적으로 배출되지 못 한다. 또한 상단 캡(41) 자체가 가스 배출에 방해가 될 수 있다. 이와 달리, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 상단 캡 없이 안전 벤트(410)가 상단에서 외부로 노출되어 있기 때문에 내압 상승 시 안전 벤트(410)의 형상 역전이나 분리가 방해 없이 자유롭게 이루어질 수 있다. 따라서 종래의 원통형 이차 전지(10)와 비교하여, 가스 배출에 더 효과적이며, 비정상적인 작동 상태에서 제1 부분(421)과 제2 부분(422)의 분리에 의한 전류 차단이 보다 확실히 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 벤트홀(410H), CID 홀(420H), 제1 전극탭(213)의 구조에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 6은 도 5의 “A”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 상술한 바 대로, 전극 조립체(200)로부터 연장된 제1 전극탭(213)이 CID 필터(420)에 접합된다. CID 홀(420H)은 제1 전극탭(213)에 의해 폐쇄되거나 개방된다.
또한, 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)이 연결된다. 특히, 안전 벤트(410)와 CID 필터(420)가 결합되고, 안전 벤트(410)와 CID 필터(420)가 결합된 부분에서 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)이 서로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, CID 홀(420H)은 CID 필터(420) 중에서 안전 벤트(410)와 연결된 제1 부분(421)에 형성될 수 있다.
구체적으로, 제1 전극탭(213)이 CID 필터(420)에 밀착될 경우, CID 홀(420H)이 폐쇄되고, 제1 전극탭(213)이 CID 필터(420)로부터 이격될 경우, CID 홀(420H)이 개방된다.
후술하겠으나, 긴 막대를 안전 벤트(410)의 벤트홀(410H) 및 CID 필터(420)의 CID 홀(420H)을 관통시킨 다음, CID 홀(420H)을 닫고 있는 제1 전극탭(213)을 하부 방향으로 누를 수 있다. 이에 따라 CID 홀(420H)이 개방되면서 후술하는 활성화 과정에서 발생한 가스를 CID 홀(420H)과 벤트홀(410H)을 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 따라서, 잔존 가스로 인한 전극 조립체의 팽창, 변형 등의 문제나 잔류 가스 기포로 인한 리튬 석출 유발의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 상단 캡이 제거된 구조이기 때문에, 긴 막대를 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)에 통과시키기 쉽다. 바꾸어 말하면, 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)을 훼손시키지 않고 막대를 삽입시켜 제1 전극탭(213)을 누를 수 있다.
본 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 제1 전극탭(213)에 의해 CID 홀(420H)이 폐쇄되어 있기 때문에 활성화 공정에서 안정적으로 충, 방전을 수행할 수 있다. 활성화 공정 이후 제1 전극탭(213)을 하부 방향으로 눌러 개방된 CID 홀(420H)을 통해 내부 가스를 외부로 배출할 수 있다. 가스 배출이 완료되면 제1 전극탭(213)과 CID 홀(420H)이 밀봉되도록 용접하여 전해액 누출을 방지한다. 이와 같은 일련의 제조 과정은, 도 9 내지 도 15를 통해 다시 자세히 설명하도록 한다.
한편, 벤트홀(410H) 및 CID 홀(420H)은 막대가 삽입될 수 있는 최소한의 직경을 가질 수 있다. 일례로, 벤트홀(410H) 및 CID 홀(420H)은 1~3mm의 직경을 가질 수 있고, 이에 따라 전지 케이스(300) 내부의 가스를 외부로 배출하는 한편, 벤트홀(410H) 및 CID 홀(420H)을 통한 이물질 유입은 방지할 수 있다.
한편, 벤트홀(410H) 및 CID 홀(420H)은 동일한 수직선 상에 위치할 수 있다. 벤트홀(410H) 및 CID 홀(420H)이 상하방향으로 배치되고 동일한 수직선상에 위치할 수 있다. 이에 따라 CID 홀(420H)을 막고 있는 제1 전극탭(213)이 벤트홀(410H) 및 CID 홀(420H)을 통해 외부에서 보여질 수 있다. 그 결과 이차 전지(100) 외부에서 CID 홀(420H)의 마감 여부를 손쉽게 확인할 수 있다. 더욱이, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 상단 캡이 제거된 형태이기 때문에, CID 홀(420H)의 마감 여부를 보다 손쉽게 확인할 수 있다.
또한, 벤트홀(410H) 및 CID 홀(420H)이 일직선상에 위치함에 따라, 제1 전극탭(213)을 보다 효과적으로 눌러서 CID 홀(420H)을 개방할 수 있다. 여기서, 벤트홀(410H)은 안전 벤트(410)의 중심점에 형성되고 CID 홀(420H)은 CID 필터(420)의 중심점에 형성되어, 강도 약화를 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예로써, 벤트홀(410H) 및 CID 홀(420H)은 일부만 동일한 수직선 상에 위치할 수 있다. 일례로, 벤트홀(410H) 및 CID 홀(420H)은 절반만 동일한 수직선 상에 위치하고, 나머지 절반은 서로 다른 수직선 상에 위치할 수 있다. 이에 따라 벤트홀(410H) 및 CID 홀(420H)로 불필요한 물체나 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있고, 아울러, 불필요한 물체로 인해 제1 전극탭(213)이 눌리는 것을 방지할 수 있다.
한편, 벤트홀(410H)의 직경(d1)은 CID 홀(420H)의 직경(d2)보다 클 수 있다. 벤트홀(410H)에 제1 전극탭(213)을 누르기 위한 긴 막대를 삽입할 때, 상기 막대의 유동현상으로 인해 쉽게 삽입하기 어려울 수 있다. 이에 따라, 벤트홀(410H)은 CID 홀(420H) 보다 큰 직경을 가짐으로써, 막대를 용이하게 관통시킬 수 있다. 특히, 제1 전극탭(213)을 누르는 막대에 의해 벤트홀(410H)이 훼손되는 것을 방지할 수 있다. 안전 벤트(410)는 상술한 바 대로, 이차 전지(100)의 폭발 방지를 위해 형상 역전이나 분리가 이루어져야 하는데, 벤트홀(410H)과 그 주변부의 훼손으로 인해 불량이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 벤트홀(410H)은 CID 홀(420H)의 직경보다 클 수 있다. 일례로, 벤트홀(410H)의 직경은 3mm일 수 있고, CID 홀(420H)의 직경은 2mm일 수 있다.
상술한 바 대로, 안전 벤트(410)와 CID 필터(420)가 결합되고, 안전 벤트(410)와 CID 필터(420)가 결합된 부분에서 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)이 서로 연결될 수 있다. 특히, 벤트홀(410H)의 외주면과 CID 홀(420H)의 외주면이 서로 접합될 수 있다. 구체적으로, 벤트홀(410H)의 하부 외주면과 CID 홀(420H)의 상부 외주면이 용접 접합되어 접합 부분(W)이 형성될 수 있다. 즉, 안전 벤트(410)와 CID 필터(420)가 밀봉되게 접합되어 되고, 안전 벤트(410)와 CID 필터(420) 사이를 통해 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)로 이물질이 유입되거나 전해액이 누출되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 전극탭(213)은, 상측탭부(213a) 및 하측탭부(213b)를 포함할 수 있다. 하측탭부(213b)는 전극 조립체(200)에 연결될 수 있다. 즉, 하측탭부(213b)는 전극 조립체(200)로부터 연장된 부분일 수 있다.
하측탭부(213b)와 연결된 상측탭부(213a)의 일단이 CID 필터(420)에 접합될 수 있다. 특히, 상측탭부(213a)의 상기 일단이 CID 필터(420)의 하면과 용접 접합되어 접합 부분(W)이 형성될 수 있다.
또한, 상측탭부(213a)의 타단은 CID 필터(420)의 하면에 밀착되거나 이격되면서, CID 홀(420H)을 폐쇄하거나 개방할 수 있다. 구체적으로, CID 홀(420H)을 닫고 있는 상측탭부(213a)를 후술하는 막대 등으로 누르면, 상측탭부(213a)의 타단이 CID 필터(420)로부터 이격되면서 CID 홀(420H)이 개방된다. 상측탭부(213a)의 타단을 누른 힘을 제거하면, 상측탭부(213a)의 탄성 복원력에 의해 상측탭부(213a)의 타단이 CID 필터(420)에 다시 밀착되면서 CID 홀(420H)을 폐쇄한다.
이에 따라 제1 전극탭(213)은, 이차 전지(100)의 활성화 공정 동안 CID 홀(420H)을 안정적으로 밀폐할 수 있고, 활성화 공정 후, CID 필터(420)로부터 이격되어 CID 홀(420H)을 개방하고 가스를 배출할 수 있다.
제1 전극탭(213)은, 탄성 복원력을 가진 소재를 포함할 수 있고, 상측탭부(213a)의 상기 타단이 CID 필터(420)의 하면에 탄력적으로 밀착될 수 있다. 상측탭부(213a)의 타단을 누른 외력을 제거하면 탄성 복원력에 의해 상측탭부(213a)의 타단이 원위치로 신속하게 복귀하며, 그 결과 CID 홀(420H)을 신속하고 안정적으로 마감할 수 있다. 여기서 제1 전극탭(213)은 탄성 복원력을 가진 소재를 함유한 합금강일 수 있다.
한편, 가스 배출 후, CID 홀(420H)의 내주면 하단과 제1 전극탭(213)의 상측탭부(213a)가 용접 접합될 수 있다. 즉, CID 필터(420)의 하면에 밀착된 상측탭부(213a)의 타단은 가스 배출 후 CID 필터(420)에 접합되며, 이에 따라 CID 홀(420H)이 완전히 밀봉된다. 그 결과 가스 배출 이후에 이물질이 유입되거나 전해액이 누출되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따라 돌기부가 형성된 제1 전극탭을 나타낸 부분 도면이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 제1 전극탭(213)은, CID 홀(420H)에 삽입되는 돌기부(213a-1)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상술한 바 대로, 제1 전극탭(213)은 상측탭부(213a) 및 하측탭부(213b)를 포함할 수 있는데, 상측탭부(213a)에 돌출된 형태의 돌기부(213a-1)가 형성될 수 있다.
돌기부(213a-1)는 제1 전극탭(213)과 CID 홀(420H) 간의 밀봉력을 높이기 위한 것으로, CID 홀(420H)의 직경과 동일한 지름을 가질 수 있다. 이러한 돌기부(213a-1)가 CID 홀(420H)에 삽입되면서 제1 전극탭(213)과 CID 홀(420H) 사이의 밀봉력을 높인다. 특히 돌기부(213a-1)는, 반구형태의 융기 구조로 형성되며, 이에 따라 돌기부(213a-1)를 CID 홀(420H)에 용이하게 결합할 수도 있고, 용이하게 분리시킬 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 CID 홀에 삽입된 밀폐볼을 나타낸 부분 도면이다.
도 5, 도 6 및 도 8을 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는, CID 홀(420H)에 삽입된 밀폐볼(500)을 더 포함할 수 있다. 활성화 공정 이후에 발생한 가스의 배출이 완료되면, CID 홀(420H)에 밀폐볼(500)이 삽입될 수 있다. 밀폐볼(500)은 CID 홀(420H)을 밀봉하기 위한 것으로, 원기둥 형태 또는 구 형태를 가지며, 벤트홀(410H)을 통해 CID 홀(420H)에 삽입되면서 CID 홀(420H)을 밀봉한다.
이 때, 원기둥 형태 또는 구 형태의 밀폐볼(500)이 CID 홀(420H)에 볼 용접(Ball welding)으로 접합될 수 있다. 여기서 볼 용접이라 함은, 볼 형태의 구성을 상기 볼보다 직경이 작은 구멍에 발사하여, 상기 구멍을 막는 접합 방식을 의미한다. 즉, CID 홀(420H)에 채워지기 전 밀폐볼(500)의 직경은 CID 홀(420H)의 내경보다 클 수 있다. 이러한 밀폐볼(500)을 강하게 발사하여 CID 홀(420H)에 억지로 삽입시킴으로써, CID 홀(420H)을 막을 수 있다. 도 8은 밀폐볼(500)이 CID 홀(420H)에 볼 용접으로 삽입 및 접합된 상태를 도시한 것이다.
또한, 밀폐볼(500)는 CID 홀(420H)에 삽입된 이후, 열융착 장치(미도시)를 통해 용융될 수 있다. 이에 따라 밀폐볼(500)이 CID 홀(420H)의 내주면에 접합되면서 CID 홀(420H)과 밀폐볼(500) 사이의 밀봉력을 높일 수 있다
이 때, 본 실시예에 따른 안전 벤트(410)는 상단 캡의 제거에 따라 외부로 노출되는 구조이기 때문에 CID 홀(420H)을 밀폐하기 용이하다. 종래의 원통형 이차 전지(10, 도 1 참고)의 경우, CID 홀이 형성되어 있다고 하더라도, 상단 캡(41)이 존재하기 때문에 가스의 배출 이후에 CID 홀을 다시 막는 것이 구조적으로 상당히 어렵다. 가스 배출을 위해서는 상단 캡(41)과 안전 벤트(42) 모두에 홀이 형성되어야 하는데, 상단 캡(41)의 존재로 인해 안전 벤트(42)과 CID 필터(43)에 형성된 홀을 막는 것이 구조적으로 복잡하고 어려울 수밖에 없다. 이와 달리, 본 실시예에 따른 캡 조립체(400)는 안전 벤트(410)가 최상단에 노출된 구조이기 때문에 가스 배출 이후에 위에서 설명한 대로, CID 홀(420H)의 내주면 하단과 상측탭부(213a) 간의 용접 접합이나 밀폐볼(500)의 삽입 등의 방법으로 CID 홀(420H)을 밀봉하기 용이하다.
한편, 도 3 내지 도 5를 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 케이스(300)는 크림핑부(300C) 및 비딩부(300B)를 포함할 수 있다. 비딩부(300B)는 원통형의 전지 케이스(300) 중 일부가 전극 조립체(200)의 중심 방향으로 만입된 부분을 지칭하는 것으로, 전극 조립체(200)의 유동 방지를 위한 것이다.
크림핑부(300C)는 비딩부(300B)의 상부에 위치하여, 캡 조립체(400)를 감싸는 부분을 지칭하는 것으로, 캡 조립체(400)의 안정적인 결합을 위한 것이다. 전지 케이스(300)의 상부 일단이 구부러져 캡 조립체(400)를 감싸며 크림핑부(300C)를 형성할 수 있다. 보다 구체적으로는, 전지 케이스(300)의 상부 일단이 구부러져 안전 벤트(410)의 외주 부분을 감싸며 크림핑부(300C)를 형성할 수 있다.
밀봉용 가스켓(700)은 크림핑부(300C)와 비딩부(300B)의 내면에 장착되어 캡 조립체(400)와 전지 케이스(300) 간의 밀봉력을 증대시킬 수 있다. 또한, 가스켓(700)은 캡 조립체(400)와 전지 케이스(300) 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 전지 케이스(300)와 캡 조립체(400) 사이에 가스켓(700)을 위치시키고, 전지 케이스(300)의 상부 일단을 구부려 크림핑(Crimping) 결합을 실시하여 크림핑부(300C)를 형성할 수 있다. 즉, 크림핑 결합에 의해 캡 조립체(400)의 장착, 이차 전지(100)의 밀봉 및 전지 케이스(300)와 캡 조립체(400) 간의 절연이 이루어질 수 있다. 이러한 가스켓(700)은 크림핑부(300C)와 안전 벤트(410) 사이에 위치할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 안전 벤트(410)에는 굴곡부(410B)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 안전 벤트(410)의 일 부분이 상향하는 방향으로 휘어져 굴곡부(410B)가 형성될 수 있다. 이러한 굴곡부(410B)가 형성되어, 크림핑 결합 시 안전 벤트(410)로 전달되는 변형을 줄일 수 있다. 또한, 상술한 바 대로, 비정상적인 작동 상태에서 안전 벤트(410)의 형상 역전에 따라, CID 필터(420)의 제1 부분(421)이 함께 상승되어, CID 필터(420)의 제1 부분(421)과 제2 부분(422)이 서로 분리된다. 이로써 전류의 흐름이 차단되는데, 효과적인 전류 차단을 위해 안전 벤트(410)와 CID 필터(420) 사이에 어느 정도의 간격이 형성되는 것이 바람직하다. 이에, 캡 조립체(400) 자체의 높이는 최소화하면서 안전 벤트(410)와 CID 필터(420) 간의 간격을 늘리기 위해 상향하는 방향으로 휘어진 굴곡부(410B)를 형성할 수 있다.
한편, 상술한 크림핑 결합의 경우, 강한 물리적 압착이 캡 조립체(400)에 인가될 수 있고, 이에 따라 캡 조립체(400)가 손상되는 문제가 있을 수 있다. 특히, 본 실시예에서와 같이, 상단 캡 없이 안전 벤트(410)가 노출되는 구조에서 안전 벤트(410)가 손상될 우려가 있다. 그렇다고 안전 벤트(410)의 강성 보완을 위해 안전 벤트(410)의 두께를 기존보다 두껍게 형성한다면, 내압 상승 시 안전 벤트(410)의 형상 역전이나 분리 등이 제대로 구현되지 않을 가능성이 높다.
본 실시예에 따른 캡 조립체에서는, 단순히 안전 벤트(410)의 두께를 두껍게 하는 것이 아닌, 안전 벤트(410) 중 크림핑부(300C)와 대응하는 부분에 컬링부(410C, Curling part)를 마련할 수 있다. 구체적으로, 안전 벤트(410)는 안전 벤트(410)의 외주 부분에서 구부러진 컬링부(410C)를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 도 3 및 도 4에는 컬링부(410C)가 형성되기 이전에 플랜지부(410F, Flange part)의 모습을 나타내었고, 도 5에서는 플랜지부(410F)가 안쪽으로 구부러져 컬링부(410C)를 형성한 모습을 나타냈다.
전지 케이스(300)의 크림핑부(300C)가 가스켓(700)을 사이에 두고 안전 벤트(410)를 감쌀 수 있는데, 그 중에서도 안전 벤트(410)의 컬링부(410C)를 감싸며 크림핑 결합이 이루어질 수 있다. 이에 안전 벤트(410)의 중심 부분은 1겹으로 이루어지나, 크림핑부(300C)가 감싸는 안전 벤트(410)의 외주 부분은 2겹으로 이루어질 수 있다. 즉, 컬링부(410C)를 마련함으로써, 크림핑 결합 시 발생할 수 있는 안전 벤트(410)의 손상을 방지함과 동시에 내압 상승시 안전 벤트(410)의 형상 역전이나 분리 등에 방해가 되지 않고자 하였다.
이하에서는, 도 9 내지 도 15를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법에 자세히 설명하도록 한다. 다만, 앞서 설명한 내용과 중복되는 부분은 설명의 반복을 피하기 위해 생략하도록 한다.
도 9 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 구체적으로, 모두 이차 전지의 상부에 대한 단면을 나타내었다.
우선, 도 3, 도 4 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은, 전극 조립체(200)를 상부가 개방된 전지 케이스(300)에 수납하는 단계 및 전지 케이스(300)의 개방된 상부에, 안전 벤트(410) 및 CID 필터(420)를 포함하는 캡 조립체(400)를 결합하는 단계를 포함한다. 이때, 상술한 바 대로, 전극 조립체(200)는 제1 전극(210), 제2 전극(220) 및 분리막(230)이 함께 권취되어 젤리롤 형태일 수 있고, 전지 케이스(300)는 원통형 케이스일 수 있다. 또한, 캡 조립체(400)의 결합 이전에 전극 조립체(200)와 함께 전해액을 전지 케이스(300) 내부에 주입할 수 있다.
캡 조립체(400)의 안전 벤트(410)는 상단에서 외부로 노출되고, 안전 벤트(410)에 벤트홀(410H)이 형성되며, CID 필터(420)에 CID 홀(420H)이 형성된다. 안전 벤트(410)와 CID 필터(420)의 구체적인 구조는 앞서 설명한 내용이므로 생략하도록 한다.
도 5 및 도 6을 다시 참고하면, 캡 조립체(400)를 배치할 때, 전극 조립체(200)로부터 연장된 제1 전극탭(213)이 CID 홀(420H)을 닫은 상태로 CID 필터(420)의 하면에 접합된다. 이 때, 상술한 바 대로, 제1 전극탭(213)은 상측탭부(213a) 및 하측탭부(213b)를 포함할 수 있다.
상기 캡 조립체(400)를 결합하는 단계에서, 상측탭부(213a)를 CID 필터(420)의 하면에 밀착시킨 다음, 상측탭부(213a)의 타단을 이동시켜서 CID 홀(420H)을 폐쇄한다. 다음, 상측탭부(213a)의 일단을 CID 필터(420)의 하면에 용접 접합한다. 다시 말해, 상측탭부(213a)의 타단은 CID 홀(420H)을 포함한 CID 필터(420)의 하면에 밀착되면서 CID 홀(420H)을 마감하고, 상측탭부(213a)의 일단은 CID 필터(420)에 용접된다. 이러한 형태로, CID 필터(420)와 제1 전극탭(213)이 연결된다. 특히 제1 전극탭(213)은 CID 홀(420H) 방향으로 탄성력을 가지며, 이에 따라 상기 CID 홀(420H)이 닫힌 상태로 유지될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 전극탭(213)의 상측탭부(213a)에 돌기부(213a-1)가 형성된 경우, CID 필터(420)와 제1 전극탭(213)을 연결하는 과정에서, 돌기부(213a-1)가 CID 홀(420H)에 삽입될 수 있다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 상기 캡 조립체(400)를 결합하는 단계는, 전지 케이스(300)의 상부 일단(300U)을 구부려 안전 벤트(410)를 감싸는 크림핑부(300C)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 가스켓(700)을 캡 조립체(400)의 안전 벤트(410)와 전지 케이스(300) 사이에 위치시키고, 전지 케이스(300)의 상부 일단(300U)을 구부려 크림핑 결합을 실시할 수 있다.
이 때, 안전 벤트(410)는 안전 벤트(410)의 외주 부분에서 구부러진 컬링부(410C)를 포함할 수 있고, 크림핑부(300C)가 컬링부(410C)를 감싸도록 크림핑 결합이 이루어질 수 있다. 이러한 컬링부(410C)는 상향하는 플랜지부(410F, 도 4 참고)를 안쪽으로 구부림으로써 형성될 수 있다.
다음 도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은, 전극 조립체(200)를 활성화하는 활성화 단계를 포함한다. 제1 전극탭(213)이 CID 홀(420H)을 닫고 있는 상태에서, 일정 범위의 정전류 또는 정전압으로 충, 방전을 반복하여 상기 활성화 단계가 이루어질 수 있다. 활성화 단계는, 음극 표면에서의 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 막의 형성 및 저전압 선별 등을 목적으로, 충전과 방전을 반복 수행하는 공정이다. 전극 단자로 기능하는 안전 벤트(410)와 전지 케이스(300)에 정전류 또는 정전압을 인가하여, 충, 방전을 반복할 수 있다. 활성화 단계 동안, 전극 조립체와 전해액의 상호 반응으로 인해 전지 케이스(300) 내부에 가스가 발생하고, 상기 가스는 전지 케이스(300) 내부에 축척되면서 압력을 증대시킨다.
도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은, 상기 활성화 단계에서 발생한 가스를 안전 벤트(410)에 형성된 벤트홀(410H)과 CID 필터(420)에 형성된 CID 홀(420H)을 통해 외부로 배출하는 가스 배출 단계를 포함한다. 구체적으로, 상기 가스 배출 단계에서, 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)을 통해 제1 전극탭(213)을 하부 방향으로 눌러 CID 홀(420H)을 개방시키고, 상기 가스가 CID 홀(420H)과 벤트홀(410H)을 통해 외부로 배출된다. 제1 전극탭(213) 중에서도 상측탭부(213a)를 누른다.
본 실시예에 따르면, 상기 가스 배출 단계에서, 막대부재(1000)를 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)을 통해 삽입하여, 제1 전극탭(213)을 하부 방향으로 누를 수 있다. 마찬가지로, 막대부재(1000)가 제1 전극탭(213) 중에서도 상측탭부(213a)를 하부 방향으로 누를 수 있다. 그러면, CID 홀(420H)이 개방되면서 전지 케이스(300) 내부에 발생한 가스가 CID 홀(420H)과 벤트홀(410H)을 통해 외부로 배출된다.
특히, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 상단 캡이 제거된 구조이기 때문에, 막대부재(1000)를 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)에 통과시키기 쉽다. 바꾸어 말하면, 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)을 훼손시키지 않고 막대를 삽입시켜 제1 전극탭(213)을 누를 수 있다. 또한, 상단 캡이 제거되어 있기 때문에 가스 배출도 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 도 12를 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은, 흡입 장치(1100)를 이용한 가스 배출 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 11에서의 막대부재(1000)가 아닌 별도의 흡입 장치(1100)를 벤트홀(410H)과 CID 홀(420H)을 통해 삽입시켜 제1 전극탭(213)의 상측탭부(213a)을 하부 방향으로 누를 수 있다. CID 홀(420H)이 개방된 상태에서, 흡입 장치(1100)가 전지 케이스(300) 내부의 가스를 흡입할 수 있다. 단순히 막대부재(1000)를 삽입하는 경우에 비해, 보다 효과적으로 전지 케이스(300) 내부의 가스를 제거할 수 있다.
다음 도 13을 참고하면, 상기 가스 배출 단계 이후 제1 전극탭(213)을 누르는 힘을 제거하고, 제1 전극탭(213)을 원위치로 복귀시켜 CID 홀(420H)을 다시 폐쇄할 수 있다. 제1 전극탭(213)을 누르는 힘을 제거하는 것은, 막대부재(1000)나 흡입 장치(1100)를 제거하는 것을 의미한다. CID 홀(420H)이 닫히면, 가스 배출은 마무리된다.
본 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은, 상기 가스 배출 단계 이후, CID 홀(420H)의 내주면 하단을 제1 전극탭(213)과 용접하는 용접 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 별도의 용접 장치(미도시)를 벤트홀(410H) 및 CID 홀(420H)을 통과하도록 삽입하여 CID 홀(420H)의 내주면 하단을 제1 전극탭(213)에 용접한다. 도 13에는 해당 부분에 용접으로 인한 접합 부분(W)이 형성된 것이 표현되어 있다. 특히 상측탭부(213a)가 CID 홀(420H) 밀착된 상태에서, 상측탭부(213a)와 CID 홀(420H)의 내주면을 용접하여 CID 필터(420)와 제1 전극탭(213) 사이를 밀봉한다. 이를 통해 가스 배출 단계 이후 CID 홀(420H)이 1차적으로 밀봉될 수 있다.
다음 도 14를 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은, 벤트홀(410H)을 통해 CID 홀(420H)에 밀폐볼(500)을 삽입하는 밀폐볼 삽입 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 밀폐볼 삽입 단계에서, CID 홀(420H)에 밀폐볼(500)을 억지끼움 방식으로 삽입할 수 있다. 이에 따라 CID 홀(420H)이 효과적으로 밀봉될 수 있다. 구체적으로, CID 홀(420H)에 밀폐볼(500)을 볼 용접으로 접합시킬 수 있다. CID 홀(420H)은 원형의 관통구일 수 있으며, 밀폐볼(500)은 원기둥 형태 또는 구 형태 일 수 있다. 밀폐볼(500)이 CID 홀(420H)에 강하게 발사되고, 밀폐볼(500)이 CID 홀(420H)에 삽입될 수 있다.
다음 도 15를 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은, CID 홀(420H)에 삽입된 밀폐볼(500)을 용융하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 벤트홀(410H)을 통해 용융 장치(1200)를 삽입한 다음 밀폐볼(500)에 열을 가할 수 있다. 이에 따라, 일부가 용융된 밀폐볼(500)이 CID 홀(420H)의 내주면과 접합한다. 그러면 CID 홀(420H)을 완전하게 밀봉할 수 있다.
활성화 단계에서, 전극 피막 형성이나 셀 내부 수분의 분해로 인해 다량의 가스가 발생하는데, 활성화 단계에서 발생한 가스는 양도 많고 전극 피막과 지속적으로 반응하기 때문에 이를 배출시켜주는 공정이 필요하다. 위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이차 전지(100)는 활성화 단계에서 발생한 가스를 배출하고나서 최종적으로 밀봉됨으로써, 잔존 가스로 인한 전극 조립체의 팽창, 변형 등의 문제나 잔류 가스 기포로 인한 리튬 석출 유발의 문제를 해결할 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 이차 전지가 복수로 모여 전지 모듈을 형성할 수 있다. 상기 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 이차 전지, 상기 전지 모듈이나 상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단이나 ESS(Energy Storage System)에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
100: 이차 전지
200: 전극 조립체
300: 전지 케이스
400: 캡 조립체
410: 안전 벤트
410H: 벤트홀
420: CID 필터
420H: CID 홀

Claims (16)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되고, 상부가 개방된 전지 케이스; 및
    상기 전지 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 캡 조립체는, 안전 벤트; 및 상기 안전 벤트 아래에 위치한 CID 필터를 포함하고,
    상기 안전 벤트는, 상단에서 외부로 노출되며,
    상기 안전 벤트에 상하로 관통된 벤트홀이 형성되고,
    상기 CID 필터에, 상하로 관통되고 상기 벤트홀과 연결되는 CID 홀이 형성되며,
    상기 전극 조립체로부터 연장된 제1 전극탭이 상기 CID 필터에 접합되며,
    상기 CID 홀은 상기 제1 전극탭에 의해 폐쇄되거나 개방되는 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 벤트홀 및 상기 CID 홀은 동일한 수직선 상에 위치하고,
    상기 CID 홀을 폐쇄한 상기 제1 전극탭이 상기 벤트홀 및 상기 CID 홀을 통해 외부에서 보여지는 이차 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 벤트홀은, 상기 CID 홀보다 큰 직경을 가지는 이차 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 전극탭은, 상측탭부 및 하측탭부를 포함하고,
    상기 하측탭부는 상기 전극 조립체에 연결되며,
    상기 하측탭부와 연결된 상기 상측탭부의 일단이 상기 CID 필터에 접합되는 이차 전지.
  5. 제4항에서,
    상기 상측탭부의 타단이 상기 CID 필터의 하면에 밀착되거나 이격되면서, 상기 CID 홀을 폐쇄하거나 개방하는 이차 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 전극탭은, 탄성 복원력을 가진 소재를 포함하고,
    상기 상측탭부의 상기 타단이 상기 CID 필터의 하면에 탄력적으로 밀착되는 이차 전지.
  7. 제4항에서,
    상기 CID 홀의 내주면 하단과 상기 상측탭부가 용접 접합되는 이차 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 전극탭은, 상기 CID 홀에 삽입되는 돌기부를 포함하는 이차 전지.
  9. 제1항에서,
    상기 CID 홀에 삽입된 밀폐볼을 더 포함하는 이차 전지.
  10. 제1항에서,
    상기 전지 케이스의 상부 일단이 구부러져 상기 안전 벤트의 외주 부분을 감싸며 크림핑부를 형성하는 이차 전지.
  11. 전극 조립체를 상부가 개방된 전지 케이스에 수납하는 단계;
    상기 전지 케이스의 개방된 상부에, 안전 벤트 및 CID 필터를 포함하는 캡 조립체를 결합하는 단계;
    상기 전극 조립체를 활성화하는 활성화 단계; 및
    상기 활성화 단계에서 발생한 가스를 상기 안전 벤트에 형성된 벤트홀과 상기 CID 필터에 형성된 CID 홀을 통해 외부로 배출하는 가스 배출 단계를 포함하고,
    상기 안전 벤트는, 상단에서 외부로 노출되며,
    상기 전극 조립체로부터 연장된 제1 전극탭이 상기 CID 홀을 닫은 상태로 상기 CID 필터에 접합되고,
    상기 가스 배출 단계에서, 상기 벤트홀과 상기 CID 홀을 통해 상기 제1 전극탭을 하부 방향으로 눌러 상기 CID 홀을 개방시키고, 상기 가스가 상기 CID 홀과 상기 벤트홀을 통해 외부로 배출되는 이차 전지의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 가스 배출 단계에서,
    막대부재나 흡입 장치를 상기 벤트홀과 상기 CID 홀을 통해 삽입하여, 상기 제1 전극탭을 하부 방향으로 누르는 이차 전지의 제조 방법.
  13. 제11항에서,
    상기 가스 배출 단계 이후, 상기 제1 전극탭을 누르는 힘을 제거하고, 상기 제1 전극탭을 원위치로 복귀시켜 상기 CID 홀을 다시 폐쇄하는 이차 전지의 제조 방법.
  14. 제11항에서,
    상기 가스 배출 단계 이후, 상기 CID 홀의 내주면 하단을 상기 제1 전극탭과 용접하는 용접 단계를 더 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  15. 제11항에서,
    상기 벤트홀을 통해 상기 CID 홀에 밀폐볼을 삽입하는 밀폐볼 삽입 단계를 더 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 CID 홀에 삽입된 상기 밀폐볼을 용융하는 단계를 더 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
PCT/KR2022/006535 2021-06-03 2022-05-09 이차 전지 및 이의 제조 방법 WO2022255673A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/037,897 US20240006708A1 (en) 2021-06-03 2022-05-09 Rechargeable battery and manufacturing method thereof
CN202280007657.3A CN116547860A (zh) 2021-06-03 2022-05-09 可再充电电池及其制造方法
JP2023526136A JP2023548131A (ja) 2021-06-03 2022-05-09 二次電池およびその製造方法
EP22816332.5A EP4224622A1 (en) 2021-06-03 2022-05-09 Secondary battery and method for manufacturing same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210072370A KR20220163779A (ko) 2021-06-03 2021-06-03 이차 전지 및 이의 제조 방법
KR10-2021-0072370 2021-06-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022255673A1 true WO2022255673A1 (ko) 2022-12-08

Family

ID=84323393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/006535 WO2022255673A1 (ko) 2021-06-03 2022-05-09 이차 전지 및 이의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240006708A1 (ko)
EP (1) EP4224622A1 (ko)
JP (1) JP2023548131A (ko)
KR (1) KR20220163779A (ko)
CN (1) CN116547860A (ko)
WO (1) WO2022255673A1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070082931A (ko) * 2006-02-20 2007-08-23 주식회사 엘지화학 과충전에 대한 안전성이 향상된 리튬 이차전지
EP3223333A1 (en) * 2016-03-22 2017-09-27 Samsung SDI Co., Ltd Rechargeable battery
KR20190011515A (ko) * 2017-07-25 2019-02-07 주식회사 엘지화학 이차전지
KR20190056567A (ko) * 2017-11-17 2019-05-27 주식회사 엘지화학 이차전지
KR20190093360A (ko) * 2018-02-01 2019-08-09 주식회사 엘지화학 리벳을 포함하는 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 비딩부/클림핑부가 생략된 원통형 전지
KR20210072370A (ko) 2019-12-09 2021-06-17 이장면 고데기 거치대

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070082931A (ko) * 2006-02-20 2007-08-23 주식회사 엘지화학 과충전에 대한 안전성이 향상된 리튬 이차전지
EP3223333A1 (en) * 2016-03-22 2017-09-27 Samsung SDI Co., Ltd Rechargeable battery
KR20190011515A (ko) * 2017-07-25 2019-02-07 주식회사 엘지화학 이차전지
KR20190056567A (ko) * 2017-11-17 2019-05-27 주식회사 엘지화학 이차전지
KR20190093360A (ko) * 2018-02-01 2019-08-09 주식회사 엘지화학 리벳을 포함하는 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 비딩부/클림핑부가 생략된 원통형 전지
KR20210072370A (ko) 2019-12-09 2021-06-17 이장면 고데기 거치대

Also Published As

Publication number Publication date
CN116547860A (zh) 2023-08-04
KR20220163779A (ko) 2022-12-12
EP4224622A1 (en) 2023-08-09
US20240006708A1 (en) 2024-01-04
JP2023548131A (ja) 2023-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014062016A1 (ko) 전극 리드 및 이를 포함하는 이차 전지
WO2014133275A1 (ko) 이차 전지 및 그 제조 방법
WO2012018200A2 (ko) 안전성이 향상된 이차전지용 파우치 및 이를 이용한 파우치형 이차전지, 중대형 전지팩
WO2019208911A1 (ko) 가스배출수단이 구비된 파우치형 이차전지
WO2013151249A1 (ko) 계단 구조의 전지셀
WO2016175591A1 (ko) 배터리 팩 및 그 제조 방법
WO2011115464A2 (ko) 파우치형 케이스 및 이를 포함하는 전지팩
WO2014168397A1 (ko) 라운드 코너를 포함하는 전지셀
WO2017073905A1 (ko) 테이핑을 이용하는 벤팅 구조의 전지셀
WO2019078453A1 (ko) 균열 방지 구조를 포함하는 파우치형 전지케이스 및 이의 제조방법
WO2014030910A1 (ko) 전지모듈 어셈블리 및 그 제조방법
WO2020116856A1 (ko) 벤팅 부재를 포함하는 파우치형 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021235751A1 (ko) 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차
WO2020175773A1 (ko) 벤팅 장치
WO2019245125A1 (ko) 벤팅 장치 및 그의 제조 방법
WO2021206418A1 (ko) 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스
WO2022215881A1 (ko) 이차전지 및 이의 제조 방법
WO2013032082A1 (ko) 대용량 이차전지
WO2022255673A1 (ko) 이차 전지 및 이의 제조 방법
WO2020197040A1 (ko) 버스 바 모듈과 그 제조 방법
WO2022092662A1 (ko) 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
WO2018199511A1 (ko) 전도성 폴리머를 이용한 전극리드를 포함하는 파우치형 이차전지
WO2017222261A1 (ko) 이차 전지
WO2018074846A1 (ko) 이차 전지
WO2022031065A1 (ko) 이차전지

Legal Events

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

Ref document number: 22816332

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023526136

Country of ref document: JP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022816332

Country of ref document: EP

Effective date: 20230502

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18037897

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280007657.3

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE