KR100659836B1 - 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지 - Google Patents

기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 과충전시 전류 차단 시간을 앞당기고, 열적 안정성을 향상시켜 폭발 및 발화 현상을 방지하는 데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 전극 조립체와, 전극 조립체에 결합된 센터 핀과, 센터 핀에 결합된 동시에, 임계 온도 이상에서 길이가 증가하는 길이 가변체와, 전극 조립체, 센터 핀 및 길이 가변체가 수납된 캔과, 캔에 결합되어 과충전에 의한 임계 온도 도달시 길이 가변체의 기계적 접촉에 의해 전류가 차단되는 캡 조립체로 이루어진 원통형 리튬 이온 이차 전지가 개시된다.
센터 핀, 길이 가변체, 원통형 이차 전지, 기능성 물질, 안전 벤트, 회로기판

Description

기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지{Cylindrical lithium ion secondary battery having functional center pin}
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명에 따른 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 원통형 리튬 이온 이차 전지중 기능성 센터 핀의 작동 전 단면도 및 작동 후 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 원통형 리튬 이온 이차 전지의 내부에서 기능성 센터 핀이 작동한 상태를 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지와, 종래의 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지의 과충전시 전압/전류, 전류 차단 시간 및 전지 표면 온도와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 원통형 리튬 이온 이차 전지중 다른 기능성 센터 핀의 작동 전 단면도 및 작동 후 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 원통형 리튬 이온 이차 전지중 다른 기능성 센터 핀의 작동 전 단면도 및 작동 후 단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 원통형 리튬 이온 이차 전지중 다른 기능성 센터 핀의 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지
110; 전극 조립체 111; 음극판
112; 양극판 113; 세퍼레이터
114; 음극탭 115; 양극탭
116; 하부 절연판 117; 상부 절연판
120; 센터 핀 121; 몸체
122; 테퍼 123; 돌기
130; 길이 가변체 131; 고정체
131a; 고정 베이스 131b; 상단봉
131c; 걸림쇄 132; 이동체
132a; 이동 베이스 132b; 하단봉
132c; 걸림공 133; 스프링
140; 캔 141; 원통면
142; 바닥면 143; 비딩부
144; 크림핑부 150; 캡 조립체
151; 가스켓 152; 안전 벤트
153; 회로기판 153a; 배선 패턴
154; 양성 온도 소자 155; 양극 캡
155a; 통공
본 발명은 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 과충전시 전류 차단 시간을 앞당기고, 열적 안정성을 향상시켜 폭발 및 발화 현상을 방지할 수 있는 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 원통형 리튬 이온 이차 전지는 센터 핀이 결합된 원통 형태의 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 캔과, 상기 캔 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 상기 캔의 한 부분에 결합되어 상기 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다.
이러한 원통형 리튬 이온 이차 전지는 통상 그 용량이 2000~2400mA 정도이기 때문에, 주로 대용량의 전력이 필요한 노트 피씨(note PC), 디지털 카메라, 캠코더 등에 장착되고 있다. 일례로 이러한 원통형 리튬 이온 이차 전지는 다수 개가 필요한 개수만큼 직 병렬로 연결되고, 또한 보호회로가 장착된 채 소정 형태의 하드팩(hard pack)으로 조립되어 상기 전자기기에 전원용으로 결합되어 이용된다.
또한, 이러한 원통형 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법은 음극 활물질이 코팅된 음극판, 세퍼레이터 및 양극 활물질이 코팅된 양극판을 함께 적층한 후, 봉형태의 권취축에 일단을 결합한 후, 대략 원통 형태로 권취하여 전극 조립체를 형성 한다. 이어서, 상기 전극 조립체에 센터 핀을 결합한 후, 이를 원통형 캔에 삽입한다. 이어서, 상기 원통형 캔에 전해액을 주입하고, 캡 조립체를 상기 원통형 캔의 상부에 결합함으로써, 대략 원통 형태의 리튬 이온 전지를 완성한다.
한편, 이러한 원통형 리튬 이온 이차 전지는 과충전시 폭발 현상을 방지하기 위해, 과충전에 의한 내부 압력 증가시 형태가 변형되는 안전 벤트, 상기 안전 벤트의 형태 변경에 의해 전류가 차단되는 회로 기판이 설치되고 있다. 통상 상기 안전 벤트 및 회로 기판은 총칭하여 CID(Current Interrupt Device)라고도 하며, 이는 캡 조립체의 한 구성 요소이다.
이러한 원통형 리튬 이온 이차 전지의 안전 벤트 및 회로기판의 작용을 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.
예를 들어, 원통형 리튬 이온 이차 전지가 과충전 상태가 되면, 전극 조립체의 대략 상부 영역부터 전해액이 증발하여 저항이 증가하기 시작한다. 더욱이, 이때 전극 조립체의 대략 중심 영역부터 변형이 일어나 리튬이 석출되기 시작한다. 물론, 상기 전극 조립체의 상부 영역의 저항 증가에 따라 국부적으로 발열이 시작되어 전지 온도도 급상승한다.
이와 같은 상태가 되면, 통상 과충전시 분해되어 가스를 발생하는 사이클로 헥실 벤젠(CHB) 및 바이 페닐(BP) (전해액 첨가제) 등의 작용에 의해 내부 압력이 급격히 증가하게 된다. 이러한 내부 압력은 캡 조립체의 한 구성 요소인 상기 안전 벤트를 바깥 방향으로 밀어내고(즉, 바깥 방향으로 변형시키고), 이에 따라 그 위에 설치되어 있던 회로 기판이 파손됨으로써 전류를 차단하게 된다. 즉, 회로기판 에 형성된 배선 패턴이 끊어짐으로써, 더 이상 전류가 흐르지 않게 된다. 물론, 전류가 차단되면 과충전 상태가 정지됨으로써, 전지의 폭발 및 발화 현상도 방지된다.
한편, 상기와 같은 과충전 현상에 의해 전지 내부 압력이 임계치 이상이 되면, 상기 안전 벤트 자체가 찢어지면서 내부 가스가 모두 외부로 방출되기도 한다.
그런데 일반적으로 전지 내부에는 보이도 볼륨(void volume) 또는 데도 볼륨(dead volume)이라는 것이 존재한다. 즉, 전극 조립체와 캡 조립체 사이의 비어 있는 공간, 센터 핀 내부의 비어 있는 공간을 모두 보이드 볼륨으로 볼 수 있다. 이러한 보이드 볼륨은 상술한 안전 벤트의 변형 또는 파열 시간을 지연시키는 한 원인으로 생각되고 있다. 다른 말로 하면, 상기 보이드 볼륨은 전류 차단 시간을 지연시켜 전지의 각종 안정성을 저해하는 것으로 생각되고 있다.
예를 들어, 전지의 종류에 따라 약간씩 차이가 있는 하지만, 전지 내부의 안전 벤트를 변형시키는 압력(또는 회로 기판을 파괴시키는 압력)은 대략 5~11Kgf/cm2이고, 보이드 볼륨이 대략 2ml이면, 상기 안전 벤트의 변형을 위해 대략 10~22ml의 가스가 필요하다. 그러나 계산상 전해액 중에 포함된 0.7%의 CHB가 모두 분해된다고 해도 대략 4.116ml의 가스가 발생하고, 또한 0.3%의 BP가 모두 분해된다고 해도 대략 1.833ml의 가스가 발생한다. 더불어, 화성 공정에서 대략 1.5ml의 가스가 더 발생한다. 그러나 이러한 3가지 가스를 모두 합쳐도 대략 7.449ml밖에 안 되고, 이때 대략 3.75kgf/cm2의 힘을 상기 안전 벤트에 가하게 될 뿐이다. 즉, 과충전시 안 전 벤트를 변형시키거나 또는 이로 인해 회로기판을 파괴시키는 압력은 대략 5~11Kgf/cm2이 필요하지만, 실제로 보이드 볼륨에 의해 대략 3.75kgf/cm2만 제공됨으로써, 안전 벤트가 동작하지 않거나 또는 안전 벤트의 동작 시간이 지연된다. 다른 말로 하면, 과충전시 전류 차단 시간이 지연된다. 따라서, 그 지연된 시간만큼 과충전이 더 진행되고, 또한 전지 온도도 더 증가함으로써, 전지의 폭발이나 발화가 일어날 확률이 매우 높아지는 문제가 있다. 물론, 전해액의 첨가제인 사이클로 헥실 벤젠(CHB)이나 바이 페닐(BP) 등의 함량을 증가시키면 과충전시 발생하는 가스량이 증가하기는 하지만, 이 경우에는 트레이드 오프(trade off) 관계에 있는 전지의 용량이나 품질이 저하되는 다른 여러 가지 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전지의 과충전으로 온도가 임계치 이상이 되면 화학적 반응뿐만 아니라 기계적 반응이 수반되도록 함으로써, 안전 벤트의 작동 시간 및 전류 차단 시간을 더욱 앞당길 수 있는 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전지 내부의 쓸모없는 보이드 볼륨을 줄여 과충전시 안전 벤트의 변형 시간 및 전류 차단 시간을 앞당기고, 또한 발화 현상을 최소화할 수 있는 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저렴한 비용으로 기능성 센터 핀을 제조할 수 있 는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체에 결합된 센터 핀과, 상기 센터 핀에 결합된 동시에, 임계 온도 이상에서 길이가 증가하는 길이 가변체와, 상기 전극 조립체, 센터 핀 및 길이 가변체가 수납된 캔과, 상기 캔에 결합된 캡 조립체를 포함한다.
여기서, 상기 길이 가변체는 센터 핀의 내측에 고정된 고정체와, 고정체에 착탈 가능하게 결합되고, 상단은 센터 핀의 상부로 소정 길이 돌출된 이동체와, 고정체와 이동체 사이에 결합되어 임계 온도 이상에서 이동체를 캡 조립체 쪽으로 밀어내어 과충전 전류를 차단하는 스프링을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 길이 가변체는 압축된 스프링과, 스프링을 감싸며 임계 온도 이상에서 용융되거나 파열되는 포장재와, 포장재 내측에 스프링과 함께 위치되며, 소정 전압에서 가스화되는 가스화 부재 및/또는 난연 부재를 포함하여 이루어질 수도 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체에 결합된 센터 핀과, 상기 센터 핀의 상단 및 하단에 결합된 뚜껑과, 상기 전극 조립체, 센터 핀 및 뚜껑이 수납된 캔과, 상기 캔에 결합된 캡 조립체를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 센터 핀 내측에는 임계 온도 이상에서 뚜껑을 관통하여 외측으 로 분출되는 동시에, 소정 전압 이상에서 가스화되는 가스화 부재 및/또는 발화를 억제하는 난연 부재가 더 위치될 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지는 과충전에 의해 전지 온도가 소정 온도에 이르면 내부의 화학적 반응에 의한 내부 압력 증가뿐만 아니라, 기계적 반응에 의해 길이 가변체가 캡 조립체에 설치된 안전 벤트를 직접 변형시킴으로써, 회로기판에 의한 전류 차단 시간을 더욱 앞당기게 되고, 따라서 전지의 과충전 폭발 및 발화 현상을 미리 방지하게 된다.
더욱이, 상기 길이 가변체 내에는 가스화 부재 또는/및 난연 부재 등의 각종 기능성 재료를 더 포함함으로써, 안전 벤트가 보다 신속하고 정확하게 작동되도록 함은 물론, 발화 현상을 더욱 적극적으로 예방할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 하여 본 발명은 센터 핀이 뚜껑에 의해 폐색됨으로써, 초기 과충전시 보이드 볼륨을 줄여 내압 증가에 의한 안전 벤트의 변형이 더욱 신속히 일어나도록 하고, 또한 지속적인 과충전에 의해 전지 온도가 임계 온도 이상이 되면 상기 뚜껑이 파열되면서 센터 핀이 굴뚝 역할을 함으로써 안전 벤트를 더욱 확실히 변형시키거나 또는 파열되도록 하여 전지의 과충전 폭발 현상을 미리 방지하게 된다.
더욱이, 상기 뚜껑으로 폐색된 센터 핀 내측에 가스화 부재 또는/및 난연 부재를 더 위치시킴으로써, 내압을 신속히 증가시킴은 물론 발화 현상을 더욱 적극적으로 억제할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 하여 본 발명은 테퍼가 없는 저렴한 센터 핀을 구비하고, 그 상, 하단에 테퍼를 갖는 뚜껑을 결합시킴으로써, 전지 안정성은 그대로 유지하면서도 더욱 저렴하게 전지를 제조할 수 있게 된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 본 발명에 따른 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지의 사시도, 단면도 및 분해 사시도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 원통형 리튬 이온 이차 전지(100)는 전극 조립체(110)와, 상기 전극 조립체(110)에 결합된 센터 핀(120)과, 상기 센터 핀(120)에 결합된 길이 가변체(130)와, 상기 전극 조립체(110), 센터 핀(120) 및 길이 가변체(130)가 수납된 캔(140)과, 상기 캔(140)의 상부를 막는 캡 조립체(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 음극 활물질(예를 들면 흑연)이 코팅된 음극판(111), 양극 활물질(예를 들면 코발트산리튬(LiCoO2))이 코팅된 양극판(112) 및, 음극판(111)과 양극판(112)과 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(113)로 이루어져 있으며, 위의 음극판(111), 양극판(112) 및 세퍼레이터(113)는 대략 원기둥 형태로 권취되어 원통형 캔(140)에 수납된다. 여기서, 상기 음극판(111)은 구리(Cu) 포일, 상기 양극판(112)은 알루미늄 (Al) 포일, 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 음극판(111)에는 하부로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(114)이, 상기 양극판(112)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극탭(115)이 용접될 수 있으나, 그 반대도 가능하다. 더불어, 상기 음극탭(114)은 니켈(Ni) 재질, 상기 양극탭(115)은 알루미늄(Al) 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 센터 핀(120)은 상기 전극 조립체(110)의 대략 중앙에 결합되어 있으며, 이는 전지의 충방전중 상기 전극 조립체(110)의 변형을 억제하는 역할을 한다. 또한, 상기 센터 핀(120)은 내부의 소정 위치에 내측으로 소정 길이 돌출된 돌기(123)가 형성되어 있는데, 이러한 돌기(123) 위에는 길이 가변체(130)가 움직이지 않도록 안착되어 있다.
상기 길이 가변체(130)는 상기 센터 핀(120) 내측의 돌기(123) 위에 설치되어 있으며, 이는 크게 고정체(131), 이동체(132) 및 스프링(133)으로 이루어져 있다. 여기서, 상기 이동체(132)는 상기 센터 핀(120)의 외측으로 소정 길이 돌출되어 있으며, 이러한 이동체(132)는 전지 온도가 임계 온도 이상이 되었을 때 스프링(133)의 복원력에 의해 캡 조립체(150)쪽으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 이러한 길이 가변체(130)의 구성 및 작용은 아래에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
상기 캔(140)은 대략 원통 형태로서 일정 직경을 갖는 원통면(141)이 형성되고, 상기 원통면(141)의 하부에는 대략 원판 형태의 바닥면(142)이 형성되어 있으며, 상부는 개방되어 있다. 따라서, 상기 전극 조립체(110) 및 길이 가변체(130)가 결합된 센터 핀(120)은 상기 원통형 캔(140)의 상부를 통해 하부로 바로 삽입될 수 있다. 여기서, 상기 전극 조립체(110)의 음극탭(114)은 상기 원통형 캔(140)의 바닥면(142)에 용접될 수 있다. 따라서 상기 원통형 캔(140)은 음극으로 동작한다. 물론, 반대로 상기 양극탭(115)이 상기 원통형 캔(140)의 바닥면(142)에 용접되어, 상기 원통형 캔(140)이 양극으로 동작할 수도 있다. 또한, 상기 전극 조립체(110)의 하면에는 하부 절연판(116) 및 상부에는 상부 절연판(117)이 각각 위치되어 전극 조립체(110)와 원통형 캔(140)의 불필요한 전기적 쇼트가 방지되도록 되어 있다. 한편, 상기 원통형 캔(140)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 이의 등가물로 형성 가능하며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 원통형 캔(140)의 상부 영역(즉, 전극 조립체(110) 및 센터 핀(120)의 상부 영역)에 대략 링 형태로 절연성 가스켓(151)이 결합되고, 상기 절연성 가스켓(151)에는 상술한 양극탭(115)과 접속되는 도전성 안전 벤트(152)가 결합되어 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 안전 벤트(152)는 주지된 바와 같이 캔(140) 내부의 압력 상승시 변형되거나 파열되어 하기할 회로기판(153)을 파손시키거나 또는 가스를 외부로 방출시키는 역할을 한다. 또한, 상기 안전 벤트(152)의 상부에는 상기 안전 벤트(152)의 변형시 파손 또는 파괴되어 전류가 차단되는 회로기판(153)이 더 위치되어 있고, 상기 회로기판(153)의 상부에는 과전류시 전류가 차단되는 양성 온도 소자(154)가 위치되어 있다. 더불어, 상기 양성 온도 소자(154)의 상부에는 외부에 양극 전압(또는 음극 전압)을 제공하며, 가스 배출이 용이하도록 다수의 통공(155a)이 형성된 도전성 양극 캡(155)이 더 위치되어 있다. 물론, 상술한 안전 벤트(152), 회로기판(153), 양성 온도 소자(154) 및 양극 캡(155)은 모두 절연성 가스켓(151) 내측에 장착되어 있음으로써, 상기 원통형 캔(140)과의 직접적인 쇼트가 방지되도록 되어 있다. 더불어, 상기 회로기판(153)의 표면에는 배선 패턴(153a)이 형성되어 있는데, 이러한 배선 패턴(153a)은 상기 회로기판(153)이 파손되거나 파괴되면 자연스럽게 끊어지도록 되어 있다.
한편, 상기 원통형 캔(140)에는 상기 캡 조립체(150)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(150)를 중심으로 그 하부에는 내부로 움푹 파인 비딩부(beading part)(143)가 형성되고, 그 상부에는 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(144)가 형성되어 있다. 이러한 비딩부(143) 및 크림핑부(144)는 상기 캡 조립체(150)를 원통형 캔(140)에 단단히 고정 및 지지하는 역할을 하며, 또한 하기할 전해액이 외부로 누액되지 않도록 하는 역할을 한다.
더불어, 상기 원통형 캔(140)의 내측에는 전해액(도면에 도시되지 않음)이 주입되어 있으며, 이는 충방전시 전지 내부의 음극판(111) 및 양극판(112)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 상기 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 상기 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에 의한 원통형 리튬 이온 이차 전지중 기능성 센터 핀의 작동전 단면도 및 작동후 단면도가 도시되어 있다.
먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 센터 핀(120)은 상,하 방향으로 관통된 관 형태로서 소정 길이의 몸체(121)를 포함한다. 또한, 상기 몸체(121)의 내측에는 상술한 바와 같이 길이 가변체(130)가 고정될 수 있도록 내부 방향으로 소정 길이 돌출된 돌기(123)가 형성되어 있다. 더욱이, 상기 센터 핀(120)은 하단에만 직경이 작아지는 테퍼(122)가 형성되어 있으며, 상단에는 테퍼(122)가 형성되어 있지 않음으로써, 제조 비용을 조금이나마 절감할 수 있도록 되어 있다. 이러한 센터 핀(120)은 통상의 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나 또는 그 합금으로 형성될 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 센터 핀(120)에 결합되는 길이 가변체(130)는 크게 고정체(131), 이동체(132) 및 스프링(133)으로 이루어져 있다. 상기 고정체(131)는 상기 센터 핀(120)중 몸체(121)의 돌기(123) 위에 고정된다. 또한, 상기 이동체(132)는 상기 고정체(131)에 착탈 가능하게 결합되고, 상단은 상기 센터 핀(120)중 몸체(121)의 상부로 소정 길이 돌출되어 있다. 더불어, 상기 스프링(133)은 상기 고정체(131)와 이동체(132) 사이에 결합되어 있으며, 이는 임계 온도 이상에서 상기 이동체(132)를 캡 조립체(도면에 도시되지 않음)쪽으로 밀어내는 역할을 한다.
이러한 길이 가변체(130)의 구성 및 작용을 좀더 구체적으로 설명한다. 상기 고정체(131)는 다시 센터 핀(120)중 몸체(121)의 돌기(123) 위에 고정되는 고정 베이스(131a)와, 상기 고정 베이스(131a)의 상부에 소정 길이로 연장되어 스프링(133)이 결합되는 상단봉(131b)으로 이루어져 있다. 더욱이, 상기 상단봉(131b)에는 임계 온도 이상에서 용융(또는 연화(軟化))되는 걸림쇄(131c)가 더 형성 되어 있다. 물론, 이러한 걸림쇄(131c)는 상단봉(131b)의 외측으로 약간 돌출된 형태를 한다. 또한, 상기 이동체(132)는 상기 센터 핀(120)중 몸체(121)의 상부로 소정 길이 돌출된 이동 베이스(132a)와, 상기 이동 베이스(132a)의 하부에 소정 길이로 연장되어 스프링(133)이 결합되는 하단봉(132b)으로 이루어져 있다. 더욱이, 상기 하단봉(132b)은 상기 상단봉(131b)이 결합될 수 있도록 속이 비어 있으며, 또한 상기 상단봉(131b)의 걸림쇄(131c)가 결합되도록 걸림공(132c)이 더 형성되어 있다.
여기서, 상기 고정체(131)와 이동체(132)가 상호 결합되어 있는 상태에서는, 상기 스프링(133)이 압축되어 있는 상태이다. 따라서, 상기 스프링(133)에는 복원 에너지가 저장되어 있다. 또한, 상기 걸림쇄(131c)의 용융(또는 연화)되는 임계 온도는 전지의 위험 상황 진입 온도인 대략 80~120℃가 되도록 설정함이 좋다. 상기 임계 온도를 80℃ 이하로 설정하면 정상적인 상태에서 길이 가변체(130)가 작동함으로써, 정상 충전이 정지될 수 있다. 또한, 상기 임계 온도를 120℃ 이상으로 설정하면 과충전 상태에서도 길이 가변체(130)가 작동하지 않음으로써, 전지의 안정성이 저하된다. 더불어, 상기 걸림쇄(131c)는 상술한 바와 같은 임계 온도에서 용융되거나 또는 연화될 수 있도록, 그 재질을 고분자 수지로 형성할 수 있다. 좀더 구체적으로, 상기 걸림쇄(131c)는 용융점 또는 연화점이 대략 80~120℃인 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지, 아세탈 수지 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나로 형성할 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 더욱이, 상기 걸림쇄(131c) 뿐만 아니라 상기 고정체(131) 및 이동체(132) 전체를 위와 같은 재질로 형성할 수도 있으며, 여기서 상기 고정체(131) 및 이동체(132)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 센터 핀(120)에 결합된 길이 가변체(130)는 전지가 임계 온도에 다다르면 작동한다. 즉, 과충전 현상에 의해 전지가 임계 온도에 다다르면, 상단봉(131b)에 형성된 걸림쇄(131c)가 용융 또는 연화되고, 이에 따라 스프링(133)의 복원력에 의해 상기 상단봉(131b)에 결합되어 있던 이동체(132)가 상부로 소정 거리 이동하게 된다. 즉, 길이 가변체(130)가 기계적으로 작동하여, 그 길이가 증가하게 된다. 물론, 이와 같은 현상에 의해 캡 조립체중 안전 벤트가 변형되고, 또한 회로기판의 배선패턴이 끊김으로써, 충전 전류가 차단되는데 이에 대한 작용은 아래에서 좀더 자세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 원통형 리튬 이온 이차 전지의 내부에서 기능성 센터 핀이 작동한 상태가 도시되어 있다.
먼저, 원통형 리튬 이온 이차 전지는 충전중 그 전압이 대략 4~4.5V 이상이 되면 과충전 상태로 본다. 이러한 과충전 상태가 되면 전지 내부의 발열 현상에 의해 내부 온도가 임계 온도에 다다른다. 즉, 전지의 내부 온도가 대략 80~150℃가 된다. 이와 같이 전지의 내부 온도가 임계 온도에 다다르면 상술한 바와 같은 길이 가변체(130)가 작동하기 시작한다.
즉, 길이 가변체(130)를 이루는 고정체(131)중 상단봉(131b)에 형성된 걸림쇄(131c)가 용융 또는 연화됨으로써, 이동체(132)중 하단봉(132b)이 스프링(133)의 복원력에 의해 상기 상단봉(131b)로부터 분리된다. 물론, 이러한 현상에 의해 이동체(132) 전체는 상부로 소정 거리 이동한다. 이와 같이 하여, 상기 이동체(132)는 캡 조립체(150)중 안전벤트(152)를 상부 방향으로 밀어 올린다. 그러면, 상기 안전벤트(152) 위에 위치된 회로기판(153)이 파손되면서 그것의 표면에 형성된 배선패턴(153a)이 끊어지고, 따라서 전지의 과충전이 더 이상 진행하지 않게 된다.
물론, 이때 전극 조립체(110) 및 전해액(도시되지 않음)으로부터 일정량의 가스가 발생함으로써, 상기 안전 벤트(152)를 밀어 올리는 상태이기는 하다. 그러나, 상기와 같이 본 발명은 내부 압력 증가 외에도 길이 가변체(130)가 기계적으로 작동하여 안전 벤트(152)를 직접 상부 방향으로 밀어 올리기 때문에, 상기 안전 벤트(152) 및 회로기판(153)이 보다 확실하게 작동한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지와, 종래의 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지의 과충전시 전압/전류, 전류 차단 시간 및 전지 표면 온도와의 관계가 그래프로서 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 좌측 Y축에 전압/전류값이, 우측 Y축에 전지 표면 온도값이, 하부 X축에 회로기판 작동 시간(즉, 과충전 정지 시간)이 표시되어 있다. 또한, 그래프중 점선으로 표시된 것은 종래 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지의 과충전시 경향을 도시한 것이고, 실선으로 표시된 것은 본 발명에 의한 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지의 과충전시 경향을 도시한 것이다.
도시된 바와 같이 종래의 전지는 전압이 대략 4.6V인 과충전 상태가 대략 12분 정도 지속된 후에 전류가 차단됨을 볼 수 있다. 즉, 폭발이나 발화 위험 상태가 거의 12분이나 지속되는 것이다. 더욱이, 이때의 전지 온도(표면 온도)는 전류가 차단된 후에도 최고 80℃ 이상이 됨으로써, 열적으로도 매우 불안정한 상태임을 알 수 있다. 물론, 전지의 내부 온도는 거의 200℃ 내외로서 대부분 폭발이나 발화 현상이 나타난다.
이에 반해 본 발명에 의한 전지는 전압이 대략 4.6V인 과충전 상태가 대략 8분 정도 지속된 후에 전류가 차단됨을 볼 수 있다. 즉, 종래에 비해 대략 4분 정도 더 단축된 것이다. 더욱이, 이때의 전지 온도(표면 온도)는 거의 30℃ 이상이 되지 않음으로써, 열적으로도 매우 안정한 상태임을 알 수 있다. 즉, 전지의 내부 온도도 대략 80~120℃로서 폭발이나 발화 위험이 거의 없다고 할 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 의한 원통형 리튬 이온 이차 전지중 다른 기능성 센터 핀의 작동전 단면도 및 작동후 단면도가 도시되어 있다.
먼저 도 5a에 도시된 바와 같이, 센터 핀(220)은 상,하 방향으로 관통되고 소정 길이를 갖는 몸체(221)와, 상기 몸체(221)의 상단과 하단에 각각 직경이 작아지는 테퍼(222)가 형성되어 있다. 또한, 상기 센터 핀(220)중 몸체(221)의 표면에는 적어도 하나의 홀(hole)(223)이 형성되어 하기할 가스화 부재 및/또는 난연 부재가 임계 온도에서 센터 핀(220) 외측으로 신속하게 배출될 수 있도록 함이 좋으나, 이러한 구조로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 센터 핀(220)의 내측에는 길이 가변체(230)가 설치되어 있으나, 상술한 센터 핀(120)에서와 같이 소정 영역이 센터 핀의 외측으로 노출되어 있지는 않다. 즉, 길이 가변체(230)의 구조가 위에서 설명한 것과는 전혀 상이하다.
이러한 길이 가변체(230)는 소정 길이를 가지며 압축되어 있는 스프링(231)과, 상기 스프링(231)을 감싸며 임계 온도 이상에서 용융되거나 파열되는 포장재(232)와, 상기 포장재(232)의 내측에 스프링(231)과 함께 위치되며, 소정 전압에서 가스화되는 가스화 부재(233)로 이루어져 있다.
여기서, 상기 스프링(231)은 압축된 상태이기 때문에, 상기 포장재(232)의 용융이나 파열이 더욱 잘 된다. 또한, 상기 포장재(232)가 용융되거나 파열되는 임계 온도는 전지의 위험 상태인 80~120℃ 정도가 되도록 함이 좋다. 이와 같은 임계 온도를 얻기 위해서 상기 포장재(232)는 고분자 수지로 형성함이 좋다. 좀더 구체적으로 상기 포장재(232)는 용용점 또는 연화점이 대략 80~120℃ 사이인 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지, 아세탈 수지 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나로 형성함이 좋지만, 반듯이 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 더욱이, 상기 포장재에는 임계 온도에서 용융이나 파열이 더욱 잘되도록 무기 필러(filler)가 더 포함될 수 있다. 즉, 상기 포장재(232)에는 임계 온도에서 용융 내지 파열 현상이 더욱 가속화될 수 있도록 실리카나노파우더, 알루미나 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나 또는 그 혼합물이 더 포함될 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
더불어, 상기 포장재(232)의 내측에는 스프링(231)과 함께 가스화 부재(233)가 더 위치될 수 있다. 이러한 가스화 부재(233)는 전지의 과충전 전압인 대략 4~4.5V 이상에서 분해되어 가스화되는 재료가 좋다. 좀더 구체적으로 상기 가스화 부재(233)는 전해액에 첨가된 것과 같은 사이클로 헥실 벤젠(CHB)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 더욱이, 상기 포장재(232)의 내측에 는 가스화 부재(233) 외에도 난연 부재(234)와 같은 각종 기능성 재료가 더 포함될 수 있다. 이러한 난연 부재(234)는 수산화마그네슘 계열, 수산화알루미늄 계열 또는 인산염 계열중 적어도 어느 하나 또는 그 혼합물일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 5b에 도시된 바와 같이 상술한 바와 같은 센터 핀(220) 및 길이 가변체(230)는 전지의 과충전에 의한 임계 온도(80~150℃) 도달시 포장재(232)가 용융 또는 파열된다. 물론, 상기 포장재(232)의 내측에는 압축된 스프링(231)이 위치되어 있음으로써, 상기 스프링(231)의 복원력에 의해 상기 포장재(232)는 더욱 쉽게 용융 또는 파열된다. 더욱이, 상기 포장재(232) 자체에 무기 필러가 혼합되어 있을 경우, 상기 포장재(232)의 용융 및 파열은 더욱 더 쉽게 일어난다. 이와 같은 포장재(232)의 용융 또는 파열로 인하여 그 내부에 위치하고 있던 가스화 부재(233) 및/또는 난연 부재(234)는 외부 즉, 전극 조립체 및 전해액(도시되지 않음) 중으로 배출된다. 또한, 이때 상기 전지의 전압은 과충전 전압인 4~4.5V 정도이므로, 상기 배출된 가스화 부재(233)는 바로 분해되어 다량의 가스를 발생시킨다. 따라서, 전지 내부 압력이 급격히 증가하고 이에 따라 캡 조립체를 이루는 안전 벤트가 쉽게 변형된다. 물론, 상기와 같은 안전 벤트의 변형에 의해 회로기판의 배선패턴이 빨리 끊어짐으로써, 과충전 전류가 신속하게 차단된다. 더불어, 상기 난연 부재(234)는 전해액이나 전극 조립체의 발화 현상을 적극적으로 억제함으로써, 전지의 발화 및 폭발 현상을 효율적으로 방지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 길이 가변체(230) 및 센터 핀(220)이 결합되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 결합된 원통형 캔 및 상기 원통형 캔에 결합되는 캡 조립체는 모두 상술한 전지(100)에서의 구성과 동일하므로, 그것에 대한 설명 및 도면은 생략하였다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명에 의한 원통형 리튬 이온 이차 전지중 다른 기능성 센터 핀의 작동전 단면도 및 작동후 단면도가 도시되어 있다.
먼저 도 6a에 도시된 바와 같이 센터 핀(320)은 상,하로 관통되며 직선 형태로 되어 있다. 또한, 상기 센터 핀(320)의 상단과 하단에는 뚜껑(330)이 결합되어 있다. 이와 같이 센터 핀(320)에 뚜껑(330)이 결합됨으로써, 상기 센터 핀(320)은 폐색되며, 이로서 전지 내부의 쓸모없는 보이드 볼륨 또는 데드 볼륨이 최소화된다.
상기 뚜껑(330)은 센터 핀(320)에 직접 끼워지는 결합부(331)와, 상기 결합부(331)와 일체로 형성된 동시에 센터 핀(320)의 외측에 위치되는 테퍼부(332)로 이루어져 있다. 물론, 상기 테퍼부(332)는 상기 센터 핀(320)의 직경에 비해 직경이 점차 작아지도록 되어 있다. 더욱이, 상기 뚜껑(330)은 결합부(331)와 테퍼부(332) 사이에 얇은 필름(333)이 더 형성되어 있다. 이러한 필름(333)은 상기 결합부(331) 및 테퍼부(332)와 동종 재질 또는 이종 재질로 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 필름(333)은 전지의 위험 상태인 임계 온도(80~120℃)에서 용융되거나 파열되는 고분자일 수 있다. 또한, 상기 필름(333)은 임계 온도에서 용융되거나 파열되는 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지, 아세탈 수지 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
더욱이, 상기 센터 핀(320)의 내측에는 소정 전압 이상에서 분해되어 가스를 발생시키는 가스화 부재(335)가 더 위치될 수 있다. 이러한 가스화 부재(335)는 상기 전지가 과충전 전압인 대략 4~4.5V 이상의 전압에서 분해되어 가스를 발생시킨다. 좀더 구체적으로, 상기 가스화 부재(335)는 전해액의 첨가제와 동종인 사이클로 헥실 벤젠(CHB) 또는 그 등가물일 수 있으나, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
더불어, 상기 센터 핀(320)의 내측에는 가스화 부재(335) 외에도 난연 부재(336)와 같은 각종 기능성 물질이 더 위치될 수 있다. 이러한 난연 부재(336)는 수산화마그네슘 계열, 수산화알루미늄 계열, 인산염 계열 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나 또는 그 혼합물일 수 있으나, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
이와 같이 하여, 본 발명은 도 6b에 도시된 바와 같이 전지의 과충전에 의한 임계 온도(80~150℃) 도달시 뚜껑(330)을 이루는 필름(333)이 용융 또는 파열된다. 이와 같이 뚜껑(330)이 용융 또는 파열되면, 그 내부에 위치하고 있던 가스화 부재(335)는 외부 즉, 전극 조립체 및 전해액 중으로 배출된다. 또한, 이때 상기 전지의 전압은 과충전 전압인 4~4.5V 이상이므로, 상기 배출된 가스화 부재(335)는 바로 분해되어 다량의 가스를 발생시킨다. 물론, 이와 같이 하여 내부 압력이 대폭 증가하고 따라서 캡 조립체를 이루는 안전 벤트를 작동시킨다. 따라서, 상기 안전 벤트의 변형에 의해 회로기판의 배선패턴이 끊어지고, 결국 과충전 전류가 차단된다.
더욱이, 상기 센터 핀(320)의 내측에는 가스화 부재(335)와 함께 난연 부재(336)가 위치할 수 있다. 따라서, 상기 난연 부재(336)가 전극 조립체 및 전해액 중으로 배출된다. 결국, 상기 난연 부재(336)가 상기 전극 조립체 및 전해액의 발화 현상을 적극적으로 억제함으로써, 전지의 발화 및 폭발 현상도 미연에 방지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 뚜껑(330) 및 센터 핀(320)이 결합되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 결합된 원통형 캔 및 상기 원통형 캔에 결합되는 캡 조립체는 모두 상술한 전지(100)에서의 구성과 동일하므로, 그것에 대한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 이와 같은 센터 핀(320)은 종래와 같이 상단과 하단에 직경이 작아지는 테퍼를 별도로 형성할 필요가 없기 때문에, 저렴한 비용으로 센터 핀(320)을 구비할 수 있게 된다.
경우에 따라서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 필름이 없는 뚜껑(440)을 구비하여 센터 핀(420)에 결합시킴으로써, 더욱 저렴한 센터 핀(420)을 구현할 수도 있다. 물론, 뚜껑(430)에는 센터 핀(420) 외측으로 돌출되는 테퍼부(432)가 형성됨으로써, 센터 핀(420)을 전극 조립체에 결합할 때 용이하게 결합할 수 있고, 또한 센터 핀(420) 자체의 변형을 최소화할 수 있게 된다. 또한, 도면에서는 센터 핀(420)의 표면에 적어도 하나의 홀(421)이 형성된 것이 도시됨으로써, 과충전시 전해액등으로부터 발생한 가스가 센터 핀(420)의 내측으로 더욱 잘 유도되도록 되어 있으나, 이러한 홀을 반듯이 형성할 필요는 없다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지는 과충전에 의해 전지 온도가 소정 온도에 이르면 내부의 화학적 반응에 의한 내부 압력 증가뿐만 아니라, 기계적 반응에 의해 길이 가변체가 캡 조립체에 설치된 안전 벤트를 직접 변형시킴으로써, 회로기판에 의한 전류 차단 시간을 더욱 앞당기게 되고, 따라서 전지의 과충전 폭발 및 발화 현상을 미연에 방지하게 된다.
더욱이, 상기 길이 가변체 내에는 가스화 부재 또는/및 난연 부재 등의 각종 기능성 재료를 더 포함시킴으로써, 안전 벤트가 보다 신속하고 정확하게 작동되도록 함은 물론, 발화 현상을 더욱 적극적으로 예방할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 하여 본 발명은 센터 핀이 뚜껑에 의해 폐색됨으로써, 초기 과충전시 보이드 볼륨을 줄여 내압 증가에 의한 안전 벤트의 변형이 더욱 신속히 일어나도록 하고, 또한 지속적인 과충전에 의해 전지 온도가 임계 온도 이상이 되면 상기 뚜껑이 파열되면서 센터 핀이 굴뚝 역할을 함으로써 안전 벤트를 더욱 확실히 변형시키거나 또는 파열되도록 하여 전지의 과충전 폭발 현상을 미연에 방지하게 된다.
더욱이, 상기 뚜껑으로 폐색된 센터 핀 내측에 가스화 부재 또는/및 난연 부재를 더 위치시킴으로써, 내압을 신속히 증가시킴은 물론 발화 현상을 더욱 적극적으로 억제할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 하여 본 발명은 테퍼가 없는 저렴한 센터 핀을 구비하고, 그 상,하단에 테퍼를 갖는 뚜껑을 결합시킴으로써, 전지 안정성은 그대로 유지하면서도 더욱 저렴하게 전지를 제조할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 기능성 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 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.

Claims (36)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체에 결합된 센터 핀;
    상기 센터 핀에 결합된 동시에, 임계 온도 이상에서 길이가 증가하는 길이 가변체;
    상기 전극 조립체, 센터 핀 및 길이 가변체가 수납된 캔; 및,
    상기 캔에 결합된 캡 조립체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센터 핀은
    상기 전극 조립체에 결합된 상태에서 상,하 방향으로 관통되어 있는 관 형태의 몸체; 및,
    상기 몸체의 내측에 형성되어 있되, 관통된 비어 있는 중앙을 향하여 돌출된 돌기로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 센터 핀은
    상기 몸체의 하단에 직경이 작아지는 테퍼(taper)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 길이 가변체는
    상기 몸체의 돌기 상부에 고정된 고정체;
    상기 몸체와 고정체 사이의 빈틈으로서, 상기 고정체의 표면에 착탈 가능하게 결합되고, 상단은 상기 몸체의 상부 방향으로 돌출된 이동체; 및,
    상기 고정체와 이동체 사이에 결합되어 임계 온도 이상에서 상기 이동체를 캡 조립체쪽으로 밀어내는 스프링을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 고정체는 상기 몸체의 돌기 위에 위치되는 고정 베이스와, 상기 고정 베이스로부터 상부 방향으로 연장되고, 표면에는 임계 온도 이상에서 용융되는 걸림쇄가 형성된 상단봉으로 이루어지고,
    상기 이동체는 상기 몸체의 상부 방향으로 돌출된 이동 베이스와, 상기 이동 베이스의 하부 방향으로 연장되어 상기 상단봉이 결합되는 동시에, 상기 상단봉의 걸림쇄가 결합되도록 걸림공이 형성된 하단봉으로 이루어고,
    상기 상단봉이 결합되는 하단봉의 표면에는 상기 고정 베이스 및 이동 베이스의 직경보다 작은 직경을 갖는 동시에, 상기 고정 베이스 및 이동 베이스에 의해 길이가 제한되는 상기 스프링이 결합된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 걸림쇄가 용융되는 임계 온도는 80~120℃인것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 걸림쇄는 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지 및 아세탈수지중 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 걸림쇄는 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지, 아세탈 수지중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 조립체는
    상기 길이 가변체 위에 위치된 안전 벤트; 및,
    상기 안전 벤트의 상부에 위치된 회로기판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 길이 가변체는 충전 전압이 4~4.5V 범위에서 2~10분 이내에 동작하여 상기 안전 벤트를 변형시켜 회로기판의 전류를 차단시킴을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전지는 충전 전압 4~4.5V 범위에서 표면 온도가 30~60℃를 유지하면서 충전이 정지됨을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 센터 핀은
    상기 몸체의 상단 및 하단에 직경이 작아지는 테퍼가 더 형성된 것을 특징으 로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  13. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 길이 가변체는
    압축된 스프링;
    상기 스프링을 감싸며 임계 온도 이상에서 용융되거나 파열되는 포장재; 및,
    상기 포장재 내측에 스프링과 함께 위치되며, 4~4.5V 전압에서 분해되어 가스화되는 사이클로 헥실 벤젠(CHB)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 포장재가 용융되거나 파열되는 임계 온도는 80~120℃인것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 포장재는 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지 및 아세탈 수지중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 포장재에는 용융이나 파열이 쉽게 일어나도록 무기 필러(filler)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 포장재에는 용융이나 파열이 쉽게 일어나도록 실리카나노파우더 또는 알루미나중 선택된 어느 하나 또는 그 혼합물이 더 포함된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제 13 항에 있어서, 상기 포장재 내측에는 수산화마그네슘 계열, 수산화알루미늄 계열 및 인산염 계열중 적어도 어느 하나의 난연 부재가 더 위치된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  22. 삭제
  23. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 센터 핀은 몸체의 표면을 따라 적어도 하나의 홀(hole)이 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  24. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체에 결합된 센터 핀;
    상기 센터 핀의 상단 및 하단에 결합된 뚜껑;
    상기 전극 조립체, 센터 핀 및 뚜껑이 수납된 캔; 및,
    상기 캔에 결합된 캡 조립체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 뚜껑은 센터 핀에 끼워지는 결합부; 및,
    상기 결합부와 일체로 형성된 동시에 센터 핀의 외측에 위치되는 테퍼부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 결합부와 테퍼부의 경계에는 센터 핀을 막는 필름이 더 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 필름은 임계 온도에서 용융되거나 파열되는 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지 및 아세탈 수지중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 센터 핀을 갖는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  28. 삭제
  29. 제 25 항에 있어서, 상기 임계 온도는 80~120℃인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  30. 제 25 항에 있어서, 상기 센터 핀 내측에는 4~4.5V 전압에서 분해되어 가스화되는 사이클로 헥실 벤젠(CHB)이 더 위치된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 제 25 항에 있어서, 상기 센터 핀 내측에는 수산화마그네슘 계열, 수산화알루미늄 계열 및 인산염 계열중 적어도 어느 하나인 난연 부재가 더 위치된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  34. 삭제
  35. 제 24 항에 있어서, 상기 센터 핀은 표면을 따라서 적어도 하나의 홀이 더 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  36. 제 24 항에 있어서, 상기 캡 조립체는
    상기 센터 핀 위에 위치된 안전 벤트; 및,
    상기 안전 벤트의 상부에 위치된 회로기판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
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