KR100731465B1 - 리튬 이온 이차 전지 - Google Patents

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KR100731465B1
KR100731465B1 KR1020050115032A KR20050115032A KR100731465B1 KR 100731465 B1 KR100731465 B1 KR 100731465B1 KR 1020050115032 A KR1020050115032 A KR 1020050115032A KR 20050115032 A KR20050115032 A KR 20050115032A KR 100731465 B1 KR100731465 B1 KR 100731465B1
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Abstract

본 발명은 리튬 이온 이차 전지에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 안전 벤트에 미리 다수의 크랙 라인을 형성함으로써, 전지 내압이 소정 압력 이상이 되면 먼저 크랙 라인이 파열되고, 이어서 전지 내압이 더욱 상승하면 안전 벤트가 파열되도록 하여 전지의 안전성을 향상시키는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 상대적으로 얇은 두께의 안전 벤트를 갖는 리튬 이온 이차 전지에 있어서, 상기 안전 벤트에는 적어도 하나의 크랙 라인이 형성된 리튬 이온 이차 전지가 개시된다.
이와 같이 하여, 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지는 소정 내압에서 1차적으로 크랙 라인이 파열되어 전지 내부의 가스를 배출하고, 2차적으로 안전 벤트가 파열되어 전지 내부의 가스를 배출함으로써, 전지의 안전성이 더욱 향상된다.
리튬 이온 이차 전지, 안전 벤트, 크랙, 내압, 가스

Description

리튬 이온 이차 전지{Lithium ion secondary battery}
도 1은 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지의 일례를 도시한 사시도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지에서 안전 벤트에 형성된 다양한 크랙 라인의 형태를 도시한 부분 확대 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지에서 안전 벤트의 단면을 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지에서 1차적으로 크랙 라인이 파열된 상태를 도시한 단면도이고, 도 4b는 2차적으로 안전 벤트가 파열된 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지의 일례를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지의 일례를 도시한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지
110; 극판 조립체 111; 양극판
112; 음극판 113; 세퍼레이터
120; 캔 121; 제1면
122; 제2면 123; 제3면
124; 개방구 124; 하면
131; 절연 케이스 132; 단자 플레이트
133; 절연 플레이트 140; 캡 조립체
141; 캡 플레이트 142; 통공
143; 절연 가스켓 144; 전극 단자
145; 주액구 146; 플러그
148; 안전 벤트 148a; 제1면
148b; 제2면 149,149a,149b; 크랙 라인
본 발명은 리튬 이온 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세히는 안전 벤트에 크랙이 형성된 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이온 이차 전지는 젤리롤(jelly roll) 형태로 권취 또는 적층된 극판 조립체와, 상기 극판 조립체가 삽입되어 고정되는 대략 육면체 형태의 캔과, 상기 캔의 내부에 채워져 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 상기 극판 조립체 및 전해액 상부의 캔을 막는 캡 조립체로 이루어져 있다.
이러한 리튬 이온 이차 전지는 양극 활물질이 부착된 양극판, 음극 활물질이 부착된 음극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 젤리 롤 형태로 권취 또는 적층하 고, 이를 다시 캔에 넣은 후 상부에 캡 조립체를 용접하여 밀봉한다. 이후, 전해액을 주입한 후, 충전 및 검사를 수행함으로써, 베어 셀(bare cell) 형태의 리튬 이온 이차 전지를 완성한다. 물론, 이후 상기 베얼 셀 형태의 리튬 이온 이차 전지에 각종 안전 장치 및 보호회로기판 등을 부착한 후 조립 및 검사함으로써, 통상의 전지 팩을 완성한다.
한편, 이러한 리튬 이온 이차 전지는 정전압/정전류 충전법을 사용하기 때문에 충전기에서 충전 전압이 정확하게 제어되면 과충전 현상은 없다. 그러나, 충전기가 파손되거나 오동작하여 이상 충전을 하는 경우가 있으며, 이러한 경우에는 양극 활물질 예를 들면, 코발트산리튬(LiCoO2)의 전위가 지속적으로 상승하는 특성으로 인해 전지 전압이 계속 상승하고, 또한 이상 발열 현상이 발생한다.
이러한 현상에 대한 안전대책으로는 피티씨 서미스터(Positive Temperature Coefficient thermistor)의 내장, 셧다운(shut down) 기능이 있는 세퍼레이터의 채택, 충방전 전압을 제어하는 보호회로기판 등이 있고, 이것 외에 가스 발생에 의해 작동하는 안전 벤트(safety vent)가 있다.
여기서, 상기 안전 벤트는 통상 캡 조립체에 형성된 좀더 얇은 영역을 지칭하며, 이는 가스 발생으로 전지 내압이 상승할 경우 파열되며 캔 내부의 가스를 외부로 방출함으로써, 리튬 이온 이차 전지의 폭발과 같은 극단적인 상황을 예방하는 역할을 한다.
상기 가스는 리튬 이온 이차 전지의 충전 전압이 기준 전압 이상으로 상승할 경우, 상기 전해액이나 활물질이 분해되면서 발생한다. 이러한 가스는 통상 전지 내압을 상승시킴으로써, 캔을 스웰링(swelling)시키고, 이러한 전지의 내압 증가에 의해 상기 안전 벤트가 파열하여, 리튬 이온 이차 전지의 극단적인 폭발이나 화재를 방지하게 된다.
이와 같이 상기 안전 벤트는 전지 내압이 소정 압력 이상이 되면 자동적으로 작동하도록 설계된다. 그러나, 이러한 종래의 안전 벤트는 캡 조립체중 소정 영역이 상대적으로 얇게 되도록 가공한 것으로서, 전지마다 작동 속도가 약간씩 틀린 문제가 있다.
즉, 상기 안전 벤트는 모든 전지에서 동일한 두께를 갖도록 가공되지만, 실제의 전지에서는 상기 안전 벤트의 작동 압력 및 작동 속도가 모두 상이하다. 더욱이, 어떤 경우에는 상기 안전 벤트가 작동하지 않는 경우도 있다. 따라서, 단순히 상기와 같이 안전 벤트의 두께를 상대적으로 얇게 하는 구조만으로는 전지의 안전성을 극대화하기 어렵다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 안전 벤트에 미리 다수의 크랙 라인을 형성함으로써, 전지 내압이 소정 압력 이상이 되면 먼저 크랙 라인이 파열되고, 이어서 전지 내압이 더욱 상승하면 안전 벤트가 파열되도록 하여 전지의 안전성을 극대화한 리튬 이온 이차 전지를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지는 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재되어 다수회 권취되고, 상기 양극판에는 양극 리드가, 상기 음극판에는 음극 리드가 일정길이 외측으로 연장된 극판 조립체와, 상기 극판 조립체가 수용되며, 일측에는 개방구가 형성된 캔과, 상기 캔의 개방구에 결합되며, 중앙에는 개스킷이 개재되어 전극 단자가 관통 결합되는 동시에 상기 음극 리드가 접속되고, 일측에는 상기 양극 리드가 접속되며, 타측에는 상대적으로 두께가 얇은 안전 벤트가 형성된 캡 플레이트를 포함하고, 상기 안전 벤트에는 적어도 하나의 크랙 라인이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 크랙 라인은 다수의 만곡부가 연결된 형태인 동시에, 전체적으로는 직선에 가까운 형태일 수 있다.
또한, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트의 중앙 영역을 중심으로 방사 형태로 다수가 배열될 수 있다.
또한, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트에서 다수가 가로 방향 또는 세로 방향으로 일정 간격 배열되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트에서 다수가 가로 방향과 세로 방향으로 일정 간격 배열되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 안전 벤트는 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 평평한 제2면을 갖고, 상기 크랙 라인은 상기 제1면 또는 제2면중 어느 한면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 안전 벤트는 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 평평한 제2면을 갖고, 상기 크랙 라인은 상기 제1면과 제2면에 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트의 전체 두께에 대하여 10~90%의 깊이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트의 전체 두께에 대하여 50%의 깊이로 형성될 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지는 상대적으로 더 얇은 두께를 갖는 안전 벤트에 이보다 더 얇은 두께의 크랙 라인이 더 형성됨으로써, 전지 내압 상승시 상기 안전 벤트가 더욱 빠르고 정확하게 동작하게 된다. 즉, 전지 내압 상승시 상기 크랙 라인을 통하여 1차적으로 가스가 방출되고, 이어서 전지 내압이 더욱 상승하게 되면 상기 안전 벤트 전체가 파열됨으로써, 2차적으로 가스를 완전히 방출하게 된다. 따라서, 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지는 과충전에 의한 전지의 폭발이나 화재와 같은 극단적인 상황을 피할 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 1은 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지의 일례를 도시한 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지(100)는 대략 육면체 형태의 캔(120)과, 상기 캔(120)의 상부에 결합된 캡 플레이트(141)를 포함한다. 또한, 상기 캡 플레이트(141)에는 대략 중앙에 전극 단자(144)가 결합되어 있다. 물론, 상기 전극 단자(144)와 캡 플레이트(141) 사이에는 전기적 절연을 위해 절연 가스켓(143)이 개재되어 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(141)에는 전해액 주입을 위한 주액구(145)가 형성되어 있다.
더욱이, 상기 캡 플레이트(141)에는 대략 상기 전극 단자(144)의 일측에 상대적으로 두께가 얇고 소정 면적을 갖는 안전 벤트(148)가 형성되어 있고, 상기 안전 벤트(148)에는 적어도 하나의 크랙 라인(149)이 더 형성되어 있다.
비록 도면에서는 상기 안전 벤트(148)의 평면 형상이 대략 사각 형태로 되어 있으나, 이러한 안전 벤트(148)의 평면 형태로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 안전 벤트(148)의 평면 형상은 원형, 타원형, 사각형, 오각형 등 매우 다양한 형태가 가능하다.
또한, 상기 크랙 라인(149)의 평면 형상 역시 다수의 만곡부가 연결된 동시에, 전체적으로는 직선에 가까운 형태로 도시되어 있으나, 이러한 형태로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 크랙 라인(149)의 평면 형상은 원형, 타원형, 사각형, 오각형 등의 폐곡선 또는 개곡선 등이 가능하다.
물론, 이러한 안전 벤트(148) 및 그것에 형성된 크랙 라인(149)은 전지 내압 상승시 파열되면서 전지 내부의 가스를 외부로 방출하여, 전지의 폭발과 같은 극단적인 상황을 회피하는 역할을 한다. 즉, 전지의 내압 상승시 1차적으로 상기 크랙 라인(149)이 파열되고, 2차적으로 상기 안전 벤트(148)가 파열된다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지에서 안전 벤트에 형성된 다양한 크랙 라인의 형태를 도시한 부분 확대 사시도이다.
먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안전 벤트(148)에 형성된 크랙 라인(149)이 평면상 상기 안전 벤트(148)의 대략 중앙 영역을 중심으로 방사상 배열될 수 있다. 물론, 도면에서는 6개의 크랙 라인(149)이 도시되어 있으나, 이러한 개수로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 크랙 라인(149)은 6개보다 작거나 또는 많을 수 있다.
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안전 벤트(148)에 형성된 크랙 라인(149)이 대략 가로 방향으로 다수개가 일정 간격 배열될 수 있다.
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안전 벤트(148)에 형성된 크랙 라인(149)이 대략 세로 방향으로 다수개가 일정 간격 배열될 수 있다.
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안전 벤트(148)에 형성된 크랙 라인(149)이 가로 방향과 세로 방향으로 일정 간격 배열되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 크랙 라인(149)은 가로 방향 및 세로 방향으로 상호 교차 형성될 수 있다.
여기서, 상기 크랙 라인(149)은 비록 도 2a 내지 도 2d를 예로 하여 설명하였지만, 이러한 크랙 라인(149)의 형태로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 이밖에도 다양한 평면 형태가 가능할 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지에서 안전 벤트의 단면을 도시한 부분 확대 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명은 안전 벤트(148)의 두께가 캡 플레이트(141)의 두께보다 작게 형성되어 있으며, 상기 안전 벤트(148)는 대략 평평한 제1면(148a) 과, 상기 제1면(148a)의 반대면으로서 대략 평평한 제2면(148b)을 포함한다.
먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안전 벤트(148)에 형성된 크랙 라인(149)이 안전 벤트(148)의 제1면(148a)에 소정 깊이로 다수 형성될 수 있다.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안전 벤트(148)에 형성된 크랙 라인(149)이 안전 벤트(148)의 제2면(148b)에 소정 깊이로 다수 형성될 수 있다.
더욱이, 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안전 벤트(148)에 형성된 크랙 라인(149a,149b)이 제1면(148a)과 제2면(148b)에 소정 깊이로 각각 다수 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1면(148a)에 형성된 크랙 라인(149a)과 제2면(148b)에 형성된 크랙 라인(149b)은 상호 교차하지 않도록 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.
한편, 이러한 크랙 라인(149,149a,149b)은 상기 안전 벤트(148)의 전체 두께에 대하여 10~90%의 깊이로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 크랙 라인(149,149a,149b)의 깊이가 안전 벤트(148)가 갖는 두께의 10% 이하로 형성되면, 전지의 내압 증가시 1차적으로 크랙 라인(149,149a,149b)이 잘 파열되지 않으며, 상기 크랙 라인(149,149a,149b)의 깊이가 안전 벤트(148)가 갖는 두께의 90% 이상으로 형성되면, 작은 전지 내압에서 너무 쉽게 파열된다. 바람직하기로, 상기 크랙 라인(149,149a,149b)의 깊이는 상기 안전 벤트(148)의 전체 두께에 대하여 대략 50%의 깊이로 형성됨이 좋다.
도 4a는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지에서 1차적으로 크랙 라인이 파열된 상태를 도시한 단면도이고, 도 4b는 2차적으로 안전 벤트가 파열된 상태를 도시한 단면도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지(100)는 과충전에 의해 전지 내압이 어느 정도 상승하면 1차적으로 안전 벤트(148)에 형성된 크랙 라인(149)이 파열되기 시작한다. 즉, 크랙 라인(149)이 미세하게 파열되면서, 전지 내부의 가스를 외부로 방출하여 전지 내압을 감소시키게 된다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지(100)는 전지 내압이 더욱 상승하면 2차적으로 안전 벤트(148)가 파열되기 시작한다. 즉, 안전 벤트(148)가 완전히 파열되면서, 전지 내부의 가스를 더욱 빠르게 외부로 방출하여 전지 내압을 감소시키게 된다.
이와 같이 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지(100)는 전지의 내압 증가시 1차적으로 크랙 라인(149)이 먼저 파열되고, 2차적으로 안전 벤트(148)가 파열됨으로써, 전체적으로 안전 벤트(148)의 동작 시간이 더욱 빨라진다. 즉, 안전 벤트(148)의 민감도가 더욱 향상된다. 따라서, 안전 벤트(148)의 미작동에 의한 전지의 폭발이나 화재와 같은 극단적인 위험 상황을 방지할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지의 일례를 도시한 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지의 일례를 도시한 단면도이다. 여기서, 도 5 및 도 6에 도시된 리튬 이온 이차 전지는 본 발명에 의한 크랙을 갖는 안전 벤트가 적용된 일례일 뿐이며, 이러한 도면으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지(100)는 극판 조립체(110)와, 상기 극판 조립체(110)가 수납되는 캔(120)과, 상기 캔(120)에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능케 하는 전해액(도면부호로 표시되지 않음)과, 상기 캔(120)을 막아 상기 극판 조립체(110) 및 전해액이 외부로 이탈되지 않도록 하며, 소정 위치에 안전 벤트(148)가 형성된 캡 조립체(140)로 이루어져 있다.
먼저 상기 극판 조립체(110)는 양극 활물질(예를 들면 코발트산리튬(LiCoO2))(도시되지 않음)이 부착된 양극판(111), 음극 활물질(예를 들면 흑연)(도시되지 않음)이 부착된 음극판(112), 및 양극판(111)과 음극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(113)로 이루어져 있으며, 위의 양극판(111), 음극판(112) 및 세퍼레이터(113)는 대략 젤리 롤(jelly roll) 형태로 다수회 권취되어 캔(120)에 수납되어 있다. 여기서, 상기 양극판(111)은 알루미늄(Al) 포일, 상기 음극판(112)은 구리(Cu) 포일, 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 양극판(111)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극 리드(114)가 용접되어 있고, 상기 음극판(112)에도 상부로 일정 길이 돌출된 음극 리드(115)가 용접되어 있다. 상기 양극 리드(114)는 알루미늄(Al) 재질, 상기 음극 리드(115)는 니켈(Al) 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 캔(120)은 적어도 하나 이상의 제1면(121), 상기 제1면(121)에 연결된 동시에 적어도 하나 이상으로서 상기 제1면(121)의 면적보다 작은 면적을 갖는 제2면(122), 상기 제1면(121) 및 제2면(122)에 동시 연결된 제3면(123)으로 이루어져 있다. 더욱이, 상기 캔(120)은 상기 제3면(123)과 대향되는 상부에 개방구(124)가 형성된 형태를 한다. 즉, 상기 캔(120)은 상부에 개방구(124)가 형성된 대략 직육면체 형태를 한다. 상기 캔(120)은 알루미늄(Al), 철(Fe), 합금 또는 이의 등가물로 형성 가능하며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 전해액(도시되지 않음)은 상기 캔(120) 내부에 주입되어, 상기 극판 조립체(110)의 양극판(111)과 음극판(112) 사이에 위치한다. 이러한 전해액은 충방전시 전지 내부의 양극판(111) 및 음극판(112)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온의 이동 매체 역할을 하며, 이는 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 상기 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있다.
한편, 상기 극판 조립체(110)의 상부로서 상기 캔(120)의 개방구(124)에는 순차적으로 절연 케이스(131), 단자 플레이트(132), 절연 플레이트(133)가 더 결합될 수 있으나, 본 발명에서 이러한 구성 요소를 반드시 필요로 하는 것은 아니다. 물론, 상기 절연 케이스(131), 단자 플레이트(132) 및 절연 플레이트(133)는 상기 음극 리드(115)가 상부로 연장되어 관통될 수 있도록 통공(131a,132a,133a)이 각각 형성되어 있다. 또한, 상기 절연 플레이트(133)에는 하기할 캡 플레이트(141)를 통하여 전해액을 주입하면, 상기 극판 조립체(110)쪽으로 전해액이 용이하게 흘러갈 수 있도록 전해액 통공(131b)도 형성되어 있다.
상기 캡 조립체(140)는 상기 캔(120)의 개방구(124)에 레이저 용접되어 있으며, 이는 대략 직사각판상의 캡 플레이트(141)를 포함한다. 상기 캡 플레이트(141) 의 중앙에는 일정 크기의 통공(142)이 형성되어 있고, 그 일측에는 전해액 주입을 위한 전해액 주입구(145)가 형성되어 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(141)의 통공(142)에는 절연 개스킷(143)이 결합되고, 상기 절연 개스킷(143)에는 전극(음극) 단자(144)가 결합되어 있다. 물론, 상기 전극 단자(144)는 상기 음극 리드(115)와 용접되어 방전 또는 충전시 음극 역할을 할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(141)의 전해액 주입구(145)와 상기 전극 단자(144) 사이에는 양극 리드(114)가 용접됨으로써, 상기 캡 플레이트(141) 및 캔(120)은 전체적으로 양극이 되도록 하고 있다. 더불어, 상기 캡 플레이트(141)의 전해액 주입구(145)에는 전해액 주입후, 그 전해액이 외부로 유출되지 않도록 플러그(146)가 결합 및 용접되어 있다.
한편, 상기 캡 플레이트(141)의 소정 영역에는 상대적으로 두께가 얇은 안전 벤트(148)가 형성되어 있다. 물론, 상기 안전 벤트(148)에는 상술한 바와 같이 적어도 하나의 크랙 라인(149)이 더 형성되어 있음으로써, 전지의 안전성을 향상시키고 있다. 여기서, 상기 크랙 라인(149)의 평면 형태 및 단면 형태 등은 상기 도 1 내지 도 4b에 도시되고 설명된 모든 특징을 포함한다. 더불어, 상기 안전 벤트(148) 및 크랙 라인(149)은 캡 플레이트(141)에 형성된 것을 예로 하여 설명하였으나, 이러한 안전 벤트(148) 및 크랙 라인(149)은 상기 캡 플레이트(141)뿐만 아니라 캔(120)의 제1면(121), 제2면(122), 제3면(123) 또는 하면(125)중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다. 물론, 상기 안전 벤트(148) 및 그것에 형성된 크랙 라인(149)은 2개 이상 형성될 수도 있으며, 여기서 상기 안전 벤트(148) 및 크랙 라인 (149)의 형성 위치 및 형성 개수를 한정하는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지는 상대적으로 더 얇은 두께를 갖는 안전 벤트에 이보다 더 얇은 두께의 크랙 라인이 더 형성됨으로써, 전지 내압 상승시 상기 안전 벤트가 더욱 빠르고 정확하게 동작하는 효과가 있다.
즉, 전지 내압 상승시 상기 크랙 라인을 통하여 1차적으로 전지 내부의 가스가 방출되고, 이어서 전지 내압이 더욱 상승하게 되면 상기 안전 벤트 전체가 파열됨으로써, 2차적으로 전지 내부의 가스를 신속하게 외부로 방출하게 된다.
따라서, 본 발명에 의한 리튬 이온 이차 전지는 과충전시 전지의 폭발이나 화재와 같은 극단적인 상황을 피할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 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 (18)

  1. 일측에 개방구가 형성된 육면체 형태의 캔과, 상기 캔의 개방구를 막는 사각 형태의 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트의 표면에 상기 캡 플레이트의 두께보다 상대적으로 작은 두께를 갖도록 형성된 안전 벤트를 포함하고,
    상기 안전 벤트에는 적어도 하나의 크랙 라인이 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 다수의 만곡부가 연결된 형태인 동시에, 전체적으로는 직선에 가까운 형태인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트의 중앙 영역을 중심으로 방사 형태로 다수가 배열된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트에서 다수가 가로 방향으로 일정 간격 배열된 형태 및 세로 방향으로 일정 간격 배열된 형태중 선택된 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트에서 다수가 가로 방향과 세로 방향으로 일정 간격 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 안전 벤트는 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 평평한 제2면을 갖고, 상기 크랙 라인은 상기 제1면 및 제2면중 선택된 어느 한면에 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 안전 벤트는 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 평평한 제2면을 갖고, 상기 크랙 라인은 상기 제1면과 제2면에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트의 전체 두께에 대하여 10~90%의 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트의 전체 두께에 대하여 50%의 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  10. 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재되어 다수회 권취되고, 상기 양극판에는 양극 리드가, 상기 음극판에는 음극 리드가 일정길이 외측으로 연장된 젤리 롤 형태의 극판 조립체와,
    상기 극판 조립체가 수용되며, 일측에는 개방구가 형성된 육면체 형태의 캔과,
    상기 캔의 개방구에 결합되며, 중앙에는 개스킷이 개재되어 전극 단자가 관통 결합되는 동시에 상기 음극 리드가 접속되고, 일측에는 상기 양극 리드가 접속되며, 타측에는 상대적으로 두께가 얇은 안전 벤트가 형성된 사각 형태의 캡 플레이트를 포함하고,
    상기 안전 벤트에는 적어도 하나의 크랙 라인이 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 다수의 만곡부가 연결된 형태인 동시에, 전체적으로는 직선에 가까운 형태인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트의 중앙 영역을 중심으로 방사 형태로 다수가 배열된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트에서 다수가 가로 방향으로 일정 간격 배열된 형태 및 세로 방향으로 일정 간격 배열된 형태중 선택된 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트에서 다수가 가로 방향과 세로 방향으로 일정 간격 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 안전 벤트는 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 평평한 제2면을 갖고, 상기 크랙 라인은 상기 제1면 및 제2면중 선택된 어느 한면에 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 안전 벤트는 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 평평한 제2면을 갖고, 상기 크랙 라인은 상기 제1면과 제2면에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트의 전체 두께에 대하여 10~90%의 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 크랙 라인은 상기 안전 벤트의 전체 두께에 대하여 50%의 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
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