KR102522701B1 - The Secondary Battery - Google Patents
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Abstract
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 원통형 전지 캔; 상기 전지 캔의 상단 개방부를 밀폐하는 캡 조립체; 및 상기 전지 캔의 상부에 외측에서 내측으로 함몰된 비딩부를 포함하며, 상기 캡 조립체는 상기 개방부를 밀폐하며, 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 절연체로 제조되고, 상기 개방부의 내주면을 따라 설치되어, 상기 개방부를 밀봉하는 크림핑 가스켓; 상기 크림핑 가스켓에 외측이 삽입되고, 원반 고리 형상을 가지는 주변부 및 상기 주변부의 내측과 연결되어, 상기 전지 캔의 중심축을 향해 연장되는 중심부를 포함하는 안전 벤트; 및 상기 안전 벤트의 하방에 위치하여, 상기 전지 캔 내부에서 고압 발생 시 전류를 차단하는 CID 필터를 포함하고, 상기 주변부는, 상기 중심축을 포함하여 절단한 종단면을 기준으로, 상기 전지 캔의 비딩부에 안착되는 안착부가 차지하는 길이 비율이 40% 보다 크고, 중심으로부터 일 반지름 방향으로 측정된 제1 길이 및 상기 일 반지름 방향의 반대 방향으로 측정된 제2 길이의 합이, 상기 전지 캔의 직경의 30% 보다 작다.A secondary battery according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes a cylindrical battery can; a cap assembly sealing the top opening of the battery can; and a beading portion recessed from the outside to the inside on an upper portion of the battery can, wherein the cap assembly seals the open portion and includes a top cap forming a positive electrode terminal; a crimping gasket made of an insulator and installed along an inner circumferential surface of the opening to seal the opening; a safety vent having an outer side inserted into the crimping gasket, and including a periphery having a disk ring shape and a central portion connected to the inner side of the periphery and extending toward the central axis of the battery can; and a CID filter positioned below the safety vent to block current when a high voltage is generated inside the battery can, wherein the peripheral portion is a beading portion of the battery can based on a longitudinal section cut including the central axis. The ratio of the length occupied by the seating part seated on is greater than 40%, and the sum of the first length measured in one radial direction from the center and the second length measured in the opposite direction to the one radial direction is 30% of the diameter of the battery can. less than %
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크림핑 공정을 수행하거나 전지 캔 내부 압력이 증가하여 CID 필터가 파열되더라도, 안전 벤트의 주변부의 변형을 최소화하는 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery that minimizes deformation of the periphery of a safety vent even when a CID filter is ruptured due to a crimping process or an increase in internal pressure of a battery can.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.In general, types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries. These secondary batteries are used not only for small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, portable game devices, power tools, and E-bikes, but also for large products that require high power, such as electric vehicles and hybrid vehicles, and surplus power generation. It is applied and used to a power storage device for storing power or renewable energy and a power storage device for backup.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 연성의 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.Secondary batteries are classified into a pouch type and a can type according to the material of a case accommodating the electrode assembly. In the pouch type, an electrode assembly is accommodated in a pouch made of a soft polymer material. And, the can type accommodates the electrode assembly in a case made of a material such as metal or plastic.
이러한 캔 형(Can Type) 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 케이스가 다각면체의 형상을 가지는 각 형(Prismatic Type), 케이스가 원기둥의 형상을 가지는 원통형(Cylinder Type) 등으로 분류된다.Such can-type secondary batteries are classified according to the shape of the battery case into a prismatic type in which the case has a polygonal shape, a cylinder type in which the case has a cylindrical shape, and the like.
한편, 이차 전지는 외부 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의해 기체가 발생할 수 있다. 또는 고온에서 보관하거나 저장하는 경우, 높은 온도가 전해질 및 전극 활물질의 전기화학적 반응을 빠르게 촉진하여 기체가 발생할 수 있다.Meanwhile, gas may be generated in the secondary battery due to an internal short circuit caused by an external impact, overcharging, overdischarging, and the like. Alternatively, when stored or stored at a high temperature, the high temperature rapidly promotes an electrochemical reaction between the electrolyte and the electrode active material, and gas may be generated.
이 때, 상기 발생한 기체는 이차 전지의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 결합력 약화, 이차 전지의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다.At this time, the generated gas increases the internal pressure of the secondary battery, causing problems such as weakening of the bonding force between parts, damage to the case of the secondary battery, early operation of the protection circuit, deformation of the electrode, internal short circuit, and explosion.
도 1은 종래의 원통형 이차 전지(2)의 캡 조립체(21)의 부분 단면도이다.1 is a partial cross-sectional view of a
일반적으로 원통형 이차 전지(2)는 도 1에 도시된 바와 같이, 원통형 전지 캔(12), 전지 캔(12)의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(13), 전지 캔(12)의 상부에 결합되어 전지 캔의 상단 개방부를 밀폐하는 캡 조립체(21), 캡 조립체(21)를 장착하기 위해 전지 캔(12)의 상부에 외측에서 내측으로 함몰된 비딩부(14) 및 전지를 밀봉하기 위한 크림핑부(15)를 포함한다.In general, as shown in FIG. 1, the cylindrical
그리고 캡 조립체(21)는 탑 캡(111), 안전 소자(112), 안전 벤트(213), CID 가스켓(114) 및 CID 필터(115)가 순차적으로 적층된 구조를 가진다.The
도 2는 도 1의 이차 전지(2)의 크림핑부(15)가 크림핑된 모습을 나타낸 부분 단면도이다.FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a state in which the crimping
종래에는 크림핑을 수행하기 위해, 별도의 가압 부재가 상방에서 하방으로 하강하여 전지 캔(12)의 상단 외벽인 크림핑부(15)를 가압한다. 그리고 상기 가압 부재의 하면은 내측으로 함몰된 곡면으로 형성되어, 전지 캔(12)의 크림핑부(15)가 상기 캡 조립체(21)를 향하여 벤딩되도록 유도한다. 그런데 이러한 가압 부재가 상기 전지 캔(12)의 크림핑부(15)를 가압할 때, 압력이 과도하게 크면, 도 2에 도시된 바와 같이 크림핑부(15)가 내측으로 더욱 벤딩된다. 그러면, 안전 벤트(213)에서 크림핑 가스켓(116)으로 밀봉되는 주변부(2131)의 내측이 하방으로 변형된다. 그리고, 안전 벤트(213)와 연결되는 탑 캡(111), 안전 소자(112), CID 가스켓(114), CID 필터(115)들도 함께 변형될 수 있다. 따라서, CID 필터(115)가 파열되는 파열 압력이 과도하게 감소하는 문제가 있었다.Conventionally, in order to perform crimping, a separate pressing member descends from top to bottom to press the crimping
도 3은 도 1의 캡 조립체(21)의 안전 벤트(213)가 역전된 모습을 나타낸 부분 단면도이다.FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a state in which the
한편 만약, 과충전 등과 같은 원인에 의해 전극 조립체(13)쪽으로부터 기체가 발생하여 전지 캔(12) 내부 압력이 증가하면, CID 필터(115)가 파열되면서 상기 내부 압력으로 인하여 안전 벤트(213)는 그 형상이 역전되면서 도 3에 도시된 바와 같이, 상방으로 변형된다.On the other hand, if gas is generated from the side of the
그런데 이러한 내압이 과도하게 크면, 도 3에 도시된 바와 같이 안전 벤트(213)에서 크림핑 가스켓(116)으로 밀봉되는 주변부(2131)의 내측이 상방으로 변형된다. 그리고, 안전 벤트(213)와 연결되는 탑 캡(111), 안전 소자(112), CID 가스켓(114), CID 필터(115)들도 함께 변형될 수 있다. 따라서, 외부로 일부 부품이 돌출되어 주변의 다른 이차 전지를 간섭하거나, 접촉 불량의 발생하는 문제가 있었다.However, if this internal pressure is excessively high, the inner side of the peripheral portion 2131 sealed with the crimping
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 크림핑 공정을 수행하거나 전지 캔 내부 압력이 증가하여 CID 필터가 파열되더라도, 주변부의 변형을 최소화하는 안전 벤트 및 캡 조립체를 제공하는 것이다.An object to be solved by the present invention is to provide a safety vent and cap assembly that minimizes deformation of the periphery even when a CID filter is ruptured due to a crimping process or an increase in internal pressure of a battery can.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 원통형 전지 캔; 상기 전지 캔의 상단 개방부를 밀폐하는 캡 조립체; 및 상기 전지 캔의 상부에 외측에서 내측으로 함몰된 비딩부를 포함하며, 상기 캡 조립체는 상기 개방부를 밀폐하며, 양극 단자를 형성하는 탑 캡; 절연체로 제조되고, 상기 개방부의 내주면을 따라 설치되어, 상기 개방부를 밀봉하는 크림핑 가스켓; 상기 크림핑 가스켓에 외측이 삽입되고, 원반 고리 형상을 가지는 주변부 및 상기 주변부의 내측과 연결되어, 상기 전지 캔의 중심축을 향해 연장되는 중심부를 포함하는 안전 벤트; 및 상기 안전 벤트의 하방에 위치하여, 상기 전지 캔 내부에서 고압 발생 시 전류를 차단하는 CID 필터를 포함하고, 상기 주변부는, 상기 중심축을 포함하여 절단한 종단면을 기준으로, 상기 전지 캔의 비딩부에 안착되는 안착부가 차지하는 길이 비율이 40% 보다 크고, 중심으로부터 일 반지름 방향으로 측정된 제1 길이 및 상기 일 반지름 방향의 반대 방향으로 측정된 제2 길이의 합이, 상기 전지 캔의 직경의 30% 보다 작다.A secondary battery according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes a cylindrical battery can; a cap assembly sealing the top opening of the battery can; and a beading portion recessed from the outside to the inside on an upper portion of the battery can, wherein the cap assembly seals the open portion and includes a top cap forming a positive electrode terminal; a crimping gasket made of an insulator and installed along an inner circumferential surface of the opening to seal the opening; a safety vent having an outer side inserted into the crimping gasket, and including a periphery having a disk ring shape and a central portion connected to the inner side of the periphery and extending toward the central axis of the battery can; and a CID filter positioned below the safety vent to block current when a high voltage is generated inside the battery can, wherein the peripheral portion is a beading portion of the battery can based on a longitudinal section cut including the central axis. The ratio of the length occupied by the seating part seated on is greater than 40%, and the sum of the first length measured in one radial direction from the center and the second length measured in the opposite direction to the one radial direction is 30% of the diameter of the battery can. less than %
또한, 상기 전지 캔의 상단 외벽인 크림핑부가 크림핑되면, 상기 제1 또는 제2 길이에 대한 상기 주변부의 내측의 하향 변형량의 비율이 0.1% 보다 작다.In addition, when the crimping portion, which is the upper outer wall of the battery can, is crimped, the ratio of the amount of downward deformation of the inner side of the peripheral portion to the first or second length is smaller than 0.1%.
또한, 상기 캡 조립체가 상기 전지 캔에 조립되기 전보다, 상기 전지 캔에 조립되어 상기 크림핑부가 크림핑된 후에, 상기 CID 필터가 파열되는 압력의 감소하는 비율이 1% 보다 작다.In addition, after the cap assembly is assembled to the battery can and the crimping part is crimped, the rate at which the pressure at which the CID filter is ruptured decreases is less than 1%, compared to before the cap assembly is assembled to the battery can.
또한, 상기 CID 필터가 파열되면, 상기 제1 또는 제2 길이에 대한 상기 주변부의 내측의 상향 변형량의 비율이 1% 보다 작다.Further, when the CID filter is ruptured, a ratio of an upward deformation amount of an inner side of the peripheral portion to the first or second length is less than 1%.
또한, 상기 전지 캔의 상단 외벽인 크림핑부가 크림핑되면, 상기 안착부가 상기 크림핑부에 의하여 모두 커버된다.In addition, when the crimping portion, which is the upper outer wall of the battery can, is crimped, the seating portion is entirely covered by the crimping portion.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, at least the following effects are obtained.
안전 벤트의 주변부 중에서, 비딩부에 안착되는 안착부를 확대함으로써, 크림핑 공정을 수행하더라도 주변부의 하향 변형량을 최소화할 수 있다.Among the periphery of the safety vent, by enlarging the seating portion seated on the beading portion, an amount of downward deformation of the periphery may be minimized even when the crimping process is performed.
또한, 크림핑부가 안착부를 모두 커버함으로써, 전지 캔 내부 압력이 증가하여 CID 필터가 파열되더라도, 주변부의 상향 변형량을 최소화할 수 있다.In addition, since the crimping part covers all of the seating part, even if the CID filter is ruptured due to an increase in internal pressure of the battery can, an amount of upward deformation of the peripheral part can be minimized.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.Effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.
도 1은 종래의 원통형 이차 전지의 캡 조립체의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지의 크림핑부가 크림핑된 모습을 나타낸 부분 단면도이다.
도 3은 도 1의 캡 조립체의 안전 벤트가 역전된 모습을 나타낸 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체를 포함하는 원통형 이차 전지의 부분 단면도이다.
도 5는 도 4의 이차 전지의 안전 벤트의 주변부의 모습을 자세히 나타낸 확대도이다.
도 6은 도 4의 이차 전지의 크림핑부가 크림핑된 모습을 나타낸 부분 단면도이다.
도 7은 도 4의 캡 조립체의 안전 벤트가 역전된 모습을 나타낸 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 조립체를 포함하는 원통형 이차 전지의 부분 단면도이다.
도 9는 비교예의 캡 조립체가 전지 캔에 조립되기 전과 전지 캔에 조립되어 크림핑된 후의 CID 필터의 파열 압력을 비교한 박스 플롯이다.
도 10은 제조예의 캡 조립체가 전지 캔에 조립되기 전과 전지 캔에 조립되어 크림핑된 후의 CID 필터의 파열 압력을 비교한 박스 플롯이다.1 is a partial cross-sectional view of a cap assembly of a conventional cylindrical secondary battery.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a crimped state of the crimping part of the secondary battery of FIG. 1 .
3 is a partial cross-sectional view showing a state in which the safety vent of the cap assembly of FIG. 1 is reversed.
4 is a partial cross-sectional view of a cylindrical secondary battery including a cap assembly according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged view showing in detail the periphery of the safety vent of the secondary battery of FIG. 4 .
6 is a partial cross-sectional view showing a crimped state of the crimping part of the secondary battery of FIG. 4 .
7 is a partial cross-sectional view showing a state in which the safety vent of the cap assembly of FIG. 4 is reversed.
8 is a partial cross-sectional view of a cylindrical secondary battery including a cap assembly according to another embodiment of the present invention.
9 is a box plot comparing burst pressure of a CID filter before and after a cap assembly of a comparative example is assembled to a battery can and crimped after being assembled to a battery can.
10 is a box plot comparing the burst pressure of the CID filter before and after the cap assembly of Manufacturing Example is assembled to the battery can and crimped after being assembled to the battery can.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless explicitly specifically defined.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Terminology used herein is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements other than the recited elements.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체(11)를 포함하는 원통형 이차 전지(1)의 부분 단면도이다.4 is a partial cross-sectional view of a cylindrical
본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지(1)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 원통형 전지 캔(12), 전지 캔(12)의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(13), 전지 캔(12)의 상부에 결합되어 전지 캔의 상단 개방부를 밀폐하는 캡 조립체(11), 캡 조립체(11)를 장착하기 위해 전지 캔(12)의 상부에 외측에서 내측으로 함몰된 비딩부(14) 및 전지를 밀봉하기 위한 크림핑부(15)를 포함한다.As shown in FIG. 4 , the cylindrical
이러한 이차 전지(1)를 제조하기 위해서는, 먼저 전지 캔(12)에 전극 조립체(13)를 수납하고, 전지 캔(12)의 상부에 외측에서 내측으로 압력을 인가하여 전지 캔(12)을 연신시킴으로써 비딩부(14)를 형성한다. 그리고 상기 비딩부(14)의 상부에 크림핑 가스켓(116)을 안착시킨 후, 캡 조립체(11)로 전지 캔(12)의 상단 개방부를 밀폐한다. 이러한 원통형 이차 전지(1)는, 일정한 출력을 안정적으로 제공하는 휴대폰, 노트북, 전기 자동차 등의 전원으로 사용될 수 있다.In order to manufacture such a
전지 캔(12)은 알루미늄, 니켈, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가질 수 있다. 이러한 전지 캔(12)의 내부 공간에는 상기 전극 조립체(13)와 함께 전해액이 수용된다. 전지 캔(12)은 상기 원통형으로 기재하였으나, 각형과 같이 원통형 이외의 다양한 형태로 형성될 수도 있다.The battery can 12 is made of a lightweight conductive metal material such as aluminum, nickel, stainless steel, or an alloy thereof, and may have an open top portion and a sealed bottom portion opposite thereto. The electrolyte solution together with the
전극 조립체(13)는 롤 형태의 넓은 판형을 가진 양극 및 음극 등 두 개의 전극과, 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되거나 어느 하나의 전극의 좌측 또는 우측에 배치되는 분리막을 구비한 적층 구조체일 수 있다. 상기 적층 구조체는 젤리 롤(Jelly Roll) 형태로 권취될 수 있고, 소정 규격의 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층될 수도 있는 등 제한되지 않고 다양한 형태일 수 있다. 두 개의 전극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로 형성될 수 있다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다. 전극이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있다. 무지부에는 각각의 전극에 대응되는 한 쌍의 리드가 부착된다. 전극 조립체(13)의 상단에 부착되는 양극 리드(131)는 캡 조립체(11)에 전기적으로 연결되고, 전극 조립체(13)의 하단에 부착되는 음극 리드(미도시)는 전지 캔(12)의 바닥부에 연결된다. 다만 이에 제한되지 않고, 양극 리드(131)와 음극 리드는 모두 캡 조립체(11)를 향하는 방향으로 인출될 수도 있다.The
전극 조립체(13)의 상단 및 하단에는 각각 절연판(16)이 배치된다. 이 때 상단에 배치되는 절연판(16)은 전극 조립체(13)와 캡 조립체(11) 사이를 절연하고, 하단에 배치되는 절연판(미도시)은 전극 조립체(13)와 전지 캔(12)의 바닥부 사이를 절연한다.
전지 캔(12)의 중앙에는 젤리 롤 형태로 권취된 전극 조립체(13)가 권출되는 것을 방지하고 이차 전지(1) 내부의 기체의 이동 통로의 역할을 수행하는 센터핀(미도시)이 삽입될 수도 있다.A center pin (not shown) is inserted into the center of the battery can 12 to prevent the
전지 캔(12) 내에 충진되는 전해액은 이차 전지(1)의 충, 방전 시 전극의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다.The electrolyte solution filled in the battery can 12 is for moving lithium ions generated by the electrochemical reaction of the electrode during charging and discharging of the
캡 조립체(11)는 전지 캔(12)의 상단에 형성된 개방부에 결합되어 전지 캔(12)의 개방부를 밀폐시킨다. 이러한 캡 조립체(11)는, 전지 캔(12)의 형태에 따라 원형 또는 각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지 캔(12)이 원통형으로 형성되므로, 이 경우에는 캡 조립체(11)도 이에 대응되는 형상인 원반 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.The
본 발명의 일 실시예에 따르면, 원통형 전지 캔(12)의 개방부를 밀폐하는 캡 조립체(11)는 전지 캔(12)의 상기 안전 벤트(113)의 상부에 연결되고, 개방부를 밀폐하며, 양극 단자를 형성하는 탑 캡(111), 전지 내부의 온도 상승시 저항이 증가하여 전류를 차단하는 안전 소자(112), 비정상 전류로 인하여 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하고 내부의 기체를 배기하는 안전 벤트(113), 특정 부분을 제외하고 안전 벤트(113)를 CID 필터(115)로부터 전기적으로 분리시키는 CID 가스켓(114), 상기 전극 조립체(13)의 양극에 연결된 양극 리드(131)가 접속되고 상기 안전 벤트(113)의 하방에 위치하여 전지 캔(12) 내부에서 고압 발생 시 전류를 차단하는 CID 필터(115)가 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 그리고 캡 조립체(11)는, 절연체로 제조되고 상기 개방부의 내주면을 따라 설치되어 개방부를 밀봉하는 크림핑 가스켓(116)에 장착된 상태로, 전지 캔(12)의 비딩부(14)에 설치된다.According to one embodiment of the present invention, the
탑 캡(111)은 안전 벤트(113)의 상부에 연결되고, 상기 개방부의 최상단에 위치하여, 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치됨으로써 양극 단자를 형성한다. 따라서, 상기 탑 캡(111)은 부하 또는 충전 장치와 같은 외부 장치에 전기적으로 접속될 수 있다. 탑 캡(111)에는 이차 전지(1)의 내부에서 발생한 기체가 배출되는 기체 구멍(1111)이 형성될 수 있다. 따라서, 과충전 등과 같은 원인에 의해 전극 조립체(13)쪽으로부터 기체가 발생하여 내압이 증가하면, CID 필터(115) 및 안전 벤트(113)가 파열되고, 내부의 기체는 상기 파열된 부분 및 기체 구멍(1111)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 충방전이 더 이상 진행되지 않고 이차 전지(1)의 안전성을 확보할 수 있다. 이러한 탑 캡(111)은 스테인리스 스틸(STS) 또는 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 제조될 수 있다.The
탑 캡(111)에서 안전 소자(112)와 접촉하는 부위의 두께는, 외부로부터 인가되는 압력으로부터 캡 조립체(11)의 여러 구성 요소들을 보호할 수 있는 범위라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 0.3 내지 0.5 mm일 수 있다. 탑 캡(111) 부위의 두께가 너무 얇으면 기계적 강성을 발휘하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 크기 및 중량 증가에 의해 동일 규격 대비 전지의 용량을 감소시킬 수 있다.The thickness of the portion of the
안전 소자(PTC 소자, Positive Temperature Coefficient element, 112)는 전지 내부의 온도 상승시 전지 저항이 증가하여 전류를 차단한다. 즉, 안전 소자(112)는, 정상적인 상태에서는 탑 캡(111)과 안전 벤트(113)를 전기적으로 연결시킨다. 그러나 비정상 상태, 예를 들어 온도가 비정상적으로 상승 할 때에는, 안전 소자(112)는 탑 캡(111)과 안전 벤트(113) 간의 전기적 연결을 차단시킨다. 이러한 안전 소자(112)의 두께 역시 소재 및 구조 등에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들면 0.2 내지 0.4mm일 수 있다. 안전 소자(112)의 두께가 0.4 mm 보다 두꺼우면 내부 저항이 상승하고, 전지의 크기를 증가시켜 동일 규격 대비 전지 용량을 감소시킬 수 있다. 반대로, 안전 소자(112)의 두께가 0.2 mm 보다 얇으면, 고온에서 전류 차단 효과를 발휘하기 어렵고 약한 외부 충격에 의해서도 파괴될 수 있다. 따라서, 안전 소자(112)의 두께는 이러한 점들을 복합적으로 고려하여 상기 두께 범위 내에서 적절히 결정될 수 있다.The safety element (PTC element, Positive Temperature Coefficient element, 112) blocks current due to increased battery resistance when the temperature inside the battery rises. That is, the
안전 벤트(113)는 상기 크림핑 가스켓(116)에 외측이 삽입되고, 원반 고리 형상을 가지는 주변부(1131) 및 상기 주변부(1131)의 내측(1136)과 연결되어, 상기 원통형 전지 캔(12)의 중심축을 향해 연장되는 중심부(1132)를 포함한다. 그리고 상기 주변부(1131)는 상기 중심축을 포함하여 절단한 종단면을 기준으로, 상기 전지 캔(12)의 비딩부(14)에 안착되는 안착부(1133)가 차지하는 길이 비율이 40% 보다 크고, 중심으로부터 일 반지름 방향으로 측정된 제1 길이 및 상기 일 반지름 방향의 반대 방향으로 측정된 제2 길이의 합이, 상기 전지 캔(12)의 직경의 30% 보다 작다.The outer side of the
이러한 안전 벤트(113)는 비정상 전류로 인하여 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 기체를 배기하는 역할을 하며, 금속 재질일 수 있다. 안전 벤트(113)의 두께는 소재 및 구조 등에 따라 달라질 수 있으며, 전지 내부의 소정의 고압 발생시 파열되면서 기체 등을 배출할 수 있다면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 0.2 내지 0.6 mm일 수 있다.The
전류차단부재(CID, Current Interrupt Device)는 안전 벤트(113)의 하방 및 전극 조립체(13)의 상방에 위치하여, 전극 조립체(13)와 안전 벤트(113)를 전기적으로 접속시킨다. 이러한 전류차단부재는 안전 벤트(113)와 접촉하여 전류를 전달하고 상기 전지 캔(12) 내부에서 고압 발생 시 전류를 차단하는 CID 필터(115) 및 일부 영역을 제외하고 상기 CID 필터(115)와 안전 벤트(113) 사이를 공간적으로 분리하여 절연시키는 CID 가스켓(114)을 포함한다.A current interrupt device (CID) is positioned below the
따라서, 정상적인 상태에서는 전극 조립체(13)로부터 생성된 전류가 양극 리드(131)를 거쳐 CID 필터(115), 안전 벤트(113) 및 안전 소자(112)를 경유하여 탑 캡(111)에 연결되어 통전을 이룬다. 그러나, 비정상 전류로 인하여 전지 캔(12)의 내부에서 기체가 발생하여 전지 캔(12)의 내압이 증가하면, 안전 벤트(113)와 CID 필터(115) 사이의 연결이 탈착되거나, CID 필터(115)가 파열된다. 그럼으로써, 안전 벤트(113)와 전극 조립체(13) 사이의 전기적 접속이 차단되어, 안전성을 확보할 수 있다.Therefore, in a normal state, the current generated from the
이와 같은 캡 조립체(11)를 포함하는 이차 전지(1)는, 전동드릴 등과 같은 파워툴의 동력원으로 사용되는 경우에는 순간적으로 높은 출력을 제공할 수 있고 진동, 낙하 등과 같은 외부의 물리적 충격에 대해서도 안정적일 수 있다.When used as a power source for a power tool such as an electric drill, the
전지 캔(12)의 상부에는 외측에서 내측으로 함몰된 비딩부(14)가 형성된다. 비딩부(14)는 상기 탑 캡(111), 안전 소자(112), 안전 벤트(113) 및 전류차단부재가 적층된 캡 조립체(11)를 전지 캔(12)의 상단에 위치시키고, 전극 조립체(13)의 상하 방향의 이동을 방지한다.A
상기 기술한 바와 같이, 캡 조립체(11)는 크림핑 가스켓(116)에 장착된 상태로 전지 캔(12)의 비딩부(14)에 설치된다. 크림핑 가스켓(116)은 절연체로 제조되어 안전 벤트(113)의 주변부(1131)의 외각 부분을 포위하여 절연시킨다. 그럼으로써, 안전 벤트(113)에 흐르는 양극과, 전지 캔(12)에 흐르는 음극이 접촉하여 단락이 발생하는 것을 방지한다. 그리고, 상기 전지 캔(12)의 개방부의 내주면을 따라 설치되어, 상기 개방부를 밀봉한다. 따라서, 내부의 전해액이 외부로 누출되거나, 외부의 불순물이 내부로 유입되는 것을 방지한다.As described above, the
크림핑 가스켓(116)은 양단이 개방된 원통형의 형태를 가지며, 전지 캔(12)의 내부를 향하는 하측 단은 도 4에 도시된 바와 같이, 중심축을 향해 대략 수직으로 1차 절곡된 후, 다시 전지 캔(12)의 하방을 향해 대략 수직으로 2차 절곡되어 비딩부(14)에 안착된다. 나아가, 다시 전지 캔(12)의 중심축을 향해 대략 수직으로 3차 절곡될 수도 있다. 그리고 3차 절곡된 상기 일측 단의 상면에, 전류차단부재가 안착되고, 안전 벤트(113), 안전 소자(112) 및 탑 캡(111)이 순차적으로 적층되어 더욱 안정적인 배치를 구현할 수 있다.The crimping
크림핑 가스켓(116)의 상측 단은, 최초에는 도 4에 도시된 바와 같이 중심축과 평행한 방향으로 연장된다. 그러나, 추후에 도 6에 도시된 바와 같이, 캡 조립체(11)를 결합하고 전지 캔(12)의 상단 외벽인 크림핑부(15)를 가압하여 크림핑 공정이 진행되면, 크림핑부(15)의 형상을 따라 함께 대략 수직으로 절곡되어 중심축을 향한다. 따라서, 크림핑 가스켓(116)의 내주면은 캡 조립체(11), 외주면은 전지 캔(12)의 내주면에 밀착된다. 여기서 크림핑 공정이란, 크림핑부(15)를 벤딩하여, 크림핑부(15) 및 크림핑 가스켓(116)이 캡 조립체(11)의 외면을 밀봉시키는 것이다.The upper end of the crimping
크림핑 가스켓(116)은 절연성, 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 소재, 예를 들어 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀(Polyolefine)계 폴리머로 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 크림핑 가스켓(116)은 절연성이 약화되는 것을 방지하기 위해, 화학 또는 열처리로 크림핑되는 것보다, 기계적 가공으로 크림핑되는 것이 바람직하다.The crimping
도 5는 도 4의 이차 전지(1)의 안전 벤트(113)의 주변부(1131)의 모습을 자세히 나타낸 확대도이고, 도 6은 도 4의 이차 전지(1)의 크림핑부(15)가 크림핑된 모습을 나타낸 부분 단면도이다.5 is an enlarged view showing in detail the
상기 기술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 벤트(113)는 주변부(1131) 및 중심부(1132)를 포함한다. 주변부(1131)는 원반 고리 형상을 가지고, 주변부(1131)의 최외측 모서리를 기준으로 측정한 크기가, 전지 캔(12)의 개방부의 크기와 대응된다. 구체적으로는, 주변부(1131)의 크기가 전지 캔(12)의 개방부의 크기보다, 크림핑 가스켓(116)의 두께만큼 작다. 따라서 하기 기술할 바, 전지 캔(12)의 개방부의 내주면을 따라 크림핑 가스켓(116)이 설치되면, 상기 주변부(1131)의 외측은 상기 크림핑 가스켓(116)에 밀착되어 삽입됨으로써, 상기 전지 캔(12)의 개방부를 밀폐할 수 있다.As described above, the
주변부(1131) 중에서, 안착부(1133)는 상기 원통형 전지 캔(12)의 비딩부(14)에 안착되는 부분이다. 이러한 안착부(1133)는 주변부(1131)의 최외각부(1135)부터 비딩부(14)의 최내측에 대응되는 지점까지의 영역이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 도 5에 도시된 바와 같이, 안착부(1133)가 주변부(1131)에서 차지하는 길이 비율이 40%보다 크고, 바람직하게는 48%보다 크다. 즉, 안착부(1133)의 길이(S1, S2)가 주변부(1131)의 길이(L1, L2)의 40%, 바람직하게는 48%보다 크다. 여기서, 주변부(1131)의 길이(L1, L2) 및 안착부(1133)의 길이(S1, S2)는 전지 캔(12)의 중심축을 포함하여 절단한 종단면을 기준으로, 안전 벤트(113)의 중심으로부터 일 반지름 방향으로 측정된 길이이다. 그리고 길이 비율이란, 상기 측정된 안착부(1133)의 길이(S1, S2)와 주변부(1131)의 길이(L1, L2)의 비율을 말한다. 이를 수식으로 나타내면 하기의 수학식 1과 같다.Among the
[수학식 1][Equation 1]
여기서 S1이 안착부(1133)의 길이이고, L1이 주변부(1131)의 길이이다.Here, S1 is the length of the
한편, 이차 전지(1)의 제조를 완료하기 위해 도 6에 도시된 바와 같이, 캡 조립체(11)로 전지 캔(12)의 상단 개방부를 밀폐한 후, 가압 부재가 전지 캔(12)의 상단 외벽인 크림핑부(15)를 가압하여, 상기 캡 조립체(11)를 향하여 크림핑한다.On the other hand, as shown in FIG. 6 to complete the manufacture of the
그런데 상기 기술한 바와 같이, 가압 부재의 압력이 과도하게 크면, 크림핑부(15)가 내측으로 더욱 벤딩되어 주변부(1131)의 내측(1136)이 하방으로 힘을 받는다. 그러면 지렛대의 원리에 따라 주변부(1131)의 최외각부(1135)가 상방으로 힘을 인가한다. 여기서, 힘점이 주변부(1131)의 내측(1136), 받침점이 비딩부(14), 작용점이 주변부(1131)의 최외각부(1135)이다. 그런데 크림핑부(15)가 크림핑되어 주변부(1131)의 최외각부(1135)가 상방으로 이동하는데 한계가 있으므로, 작용 반작용의 법칙에 따라, 받침점인 비딩부(14)와 힘점인 주변부(1131)의 내측(1136)이 함께 힘을 받아 하방으로 이동하며 변형될 수 있다.However, as described above, if the pressure of the pressing member is excessively high, the crimping
그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래에 비해 안착부(1133)가 주변부(1131)에서 차지하는 비율이 증가하므로, 힘점과 받침점의 거리가 가까워진다. 즉, 힘점에 인가되는 힘이 동일하다면, 받침점인 비딩부(14)를 중심으로 발생하는 모멘트가 감소하여, 작용점에서 발생하는 힘이 감소한다. 따라서, 크림핑부(15)가 내측으로 더욱 벤딩되더라도, 안전 벤트(113)의 주변부(1131)의 하향 변형량을 최소화할 수 있다. 그리고, 하향 변형량을 최소화 함으로써, CID 필터(115)가 파열되는 파열 압력이 감소하는 비율도 최소화할 수 있다. 특히, 주변부(1131)의 길이(L1, L2)에 대한 상기 주변부(1131)의 내측(1136)의 하향 변형량의 비율이 0.1% 보다 작을 수 있다.However, according to one embodiment of the present invention, since the ratio occupied by the
도 7은 도 4의 캡 조립체(11)의 안전 벤트(113)가 역전된 모습을 나타낸 부분 단면도이다.FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a state in which the
중심부(1132)는 상기 주변부(1131)의 내측(1136)과 연결되어, 상기 원통형 전지 캔(12)의 중심축을 향해 연장되어 형성된다. 그리고 중심부(1132)는 기울기를 가지지 않는다. 안전 벤트(113)가 전지 캔(12)에 설치되면, 중심부(1132)의 하면이 전류차단부재, 특히 CID 필터(115)와 연결된다. 그럼으로써, CID 필터(115)로부터 전류를 전달받아 탑 캡(111)으로 상기 전류를 다시 전달할 수 있다. 중심부(1132)는 주변부(1131)와 동일 평면상에 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 중심부(1132)가 주변부(1131)보다 더 하방으로 돌출되어 배치되는 등 다양하게 배치될 수 있다.The
한편, 상기 기술한 바와 같이 이차 전지(1)의 내부에서는 외부 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의해 기체가 발생할 수 있다. 또는 고온에서 보관하거나 저장하는 경우, 높은 온도가 전해질 및 전극 활물질의 전기화학적 반응을 빠르게 촉진하여 기체가 발생할 수 있다. 이 때, 상기 발생한 기체는 이차 전지(1)의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 결합력 약화, 이차 전지(1)의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다.Meanwhile, as described above, gas may be generated inside the
따라서, 전지 캔(12) 내부 압력이 증가하여 특정 압력을 초과하면, CID 필터(115)가 파열되고, 안전 벤트(113)의 형상이 상방으로 역전됨으로써, 안전 벤트(113)가 CID 필터(115)로부터 분리되어 전류가 차단된다. 따라서, 충방전이 더 이상 진행되지 않아 이차 전지(1)의 안전성이 확보될 수 있다. 나아가, 전지 캔(12) 내부 압력이 더욱 증가하면, 도 7에 도시된 바와 같이 안전 벤트(113)의 중심부(1132)가 파열되고, 내부의 기체는 파열 부위(f) 및 탑 캡(111)의 기체 구멍(1111)을 통해 배기됨으로써 전지의 폭발을 방지할 수 있다.Therefore, when the internal pressure of the battery can 12 increases and exceeds a specific pressure, the
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전지 캔(12)의 상단 외벽인 크림핑부(15)는 크림핑되면 상기 안착부(1133)를 모두 커버한다. 즉, 안착부(1133)는 주변부(1131)의 최외각부(1135)부터 비딩부(14)의 최내측에 대응되는 지점까지의 영역이므로, 상기 크림핑부(15)가 크림핑되면, 상기 크림핑부(15)의 일단이 적어도 비딩부(14)의 최내측에 대응되는 지점까지 형성된다. 바람직하게는, 상기 크림핑부(15)의 일단이, 비딩부(14)의 최내측에 대응되는 지점보다(이차전지 중심축 방향으로) 더욱 돌출되어 형성될 수 있다. 이 경우 CID 필터(115) 파열 시, 안전 벤트(113)의 주변부(1131)의 상향 변형량을 더욱 효과적으로 감소시킬 수 있다.At this time, according to one embodiment of the present invention, the crimping
전지 캔(12) 내부 압력이 증가하여 특정 압력을 초과하여 CID 필터(115)가 파열되면, 주변부(1131)의 내측(1136)이 상방으로 힘을 받는다. 그러면 지렛대의 원리에 따라 주변부(1131)의 최외각부(1135)가 하방으로 힘을 인가한다. 여기서, 힘점이 주변부(1131)의 내측(1136), 받침점이 크림핑부(15)의 일단, 작용점이 주변부(1131)의 최외각부(1135)이다. 그런데 비딩부(14) 및 크림핑 가스켓(16)에 의해 주변부(1131)의 최외각부(1135)가 하방으로 이동하는데 한계가 있으므로, 작용 반작용의 법칙에 따라, 받침점인 크림핑부(15)의 일단과 힘점인 주변부(1131)의 내측(1136)이 함께 힘을 받아 상방으로 이동하며 변형된다.When the internal pressure of the battery can 12 increases and exceeds a specific pressure, and the
그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 크림핑부(15)의 일단이 적어도 비딩부(14)의 최내측에 대응되는 지점까지 형성되므로, 힘점과 받침점의 거리가 가까워진다. 즉, 힘점에 인가되는 힘이 동일하다면, 받침점인 비딩부(14)를 중심으로 발생하는 모멘트가 감소하여, 작용점에서 발생하는 힘이 감소한다. 따라서, 전지 캔(12) 내부 압력이 더욱 증가하여 CID 필터(115)가 파열되더라도, 안전 벤트(113)의 주변부(1131)의 상향 변형량을 최소화할 수 있다. 그리고, 상향 변형량을 최소화 함으로써, 외부로 일부 부품이 돌출되어 주변의 다른 이차 전지(1)를 간섭하거나, 접촉 불량의 발생을 최소화할 수 있다. 특히, 주변부(1131)의 길이(L1, L2)에 대한 상기 주변부(1131)의 내측(1136)의 상향 변형량의 비율이 1% 보다 작을 수 있다.However, according to one embodiment of the present invention, since one end of the crimping
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 벤트(113)는 상기 주변부(1131)의 내측(1136)으로부터 상방을 향해 1차 절곡되고 소정의 높이로 연장된 제1 절곡부와, 상기 제1 절곡부로부터 상기 원통형 전지 캔(12)의 중심축을 향해 2차 절곡되어 연장된 제2 절곡부를 포함하며, 상기 주변부(1131)의 내측(1136)과 상기 중심부(1132)를 연결하는 연결부(1134)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the
연결부(1134)는 상기 주변부(1131)로부터 상방을 향해 절곡되어 일부분이 돌출된 형상을 가진다. 그럼으로써, 이차 전지(1)의 내압이 상승하여 안전 벤트(113)의 형상이 역전되면서 상방으로 변형될 때, 상기 연결부(1134)를 기준으로 변형된다. 따라서, 탑 캡(111)의 유무 및 형상, 조립 공차 등에 상관없이 안전 벤트(113)가 변형되는 내압의 크기가 일정하게 유지됨으로써, 안전성의 확보를 담보할 수 있다.The connecting
구체적으로, 연결부(1134)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 주변부(1131)의 내측(1136)으로부터 상방을 향해 1차 절곡되고 소정의 높이로 연장된 제1 절곡부 및 상기 제1 절곡부로부터 상기 전지 캔(12)의 중심축을 향해 2차 절곡되어 연장된 제2 절곡부를 포함한다. 이 때, 제2 절곡부는 둔각으로 2차 절곡되어, 제1 절곡부와는 예각을 이루는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 제2 절곡부는 소정의 기울기를 가지며 중심을 향해 연장될 수 있다. 상기 소정의 기울기는 제한되지 않으나, 대략 15도 내지 45도인 것이 바람직하다.Specifically, as shown in FIGS. 4 to 6 , the connecting
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 절곡부가 상방을 향해 1차 절곡될 때, 상기 주변부(1131)의 내측(1136)으로부터 대략 수직으로 절곡되는 것이 바람직하다. 다만, 이에 제한되지 않고 제1 절곡부가 상기 주변부(1131)의 내측(1136)으로부터 예각 또는 둔각을 이루며 절곡될 수 있다. 상기 예각은 제한되지 않으나, 45도 내지 80도일 수 있고, 상기 둔각은 제한되지 않으나, 100도 내지 135도일 수 있다. 즉, 제1 절곡부는 제한되지 않고, 상기 주변부(1131)의 내측(1136)으로부터, 상방을 향해 다양한 각도로 1차 절곡될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3 , when the first bent part is primarily bent upward, it is preferably bent substantially vertically from the
상기 기술한 안전 벤트(113)의 주변부(1131), 연결부(1134) 및 중심부(1132)는 동일한 재질로 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 각각의 구성들이 별도로 제조된 후에 조립되어 형성될 수도 있다. 나아가, 각각의 구성들이 별개의 재질로 제조될 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 벤트(113)는, 제한되지 않고 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 그리고, 주변부(1131), 연결부(1134) 및 중심부(1132)는 모두 두께가 항상 일정한 것이 바람직하다. 다만, 이에 제한되지 않고, 구성마다 두께가 상이할 수도 있는 등 다양한 두께로 형성될 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 안전 벤트(113)는 노치부를 더 포함할 수 있다. 상기 기술한 바와 같이, 이차 전지(1)의 내부 압력이 증가하면 안전 벤트(113)가 변형되고 CID 필터(115)가 파열됨으로써 내부에 흐르는 전류가 차단된다. 그리고 내부에 기체가 더욱 증가하여 내부 압력이 더욱 증가하면, 안전 벤트(113)도 파열되어 내부의 기체가 외부로 배기된다. 이 때, 상기 노치부가 안전 벤트(113)에 함몰되어 형성됨으로써, 상기 안전 벤트(113)는 노치부를 중심으로 더욱 용이하게 파열될 수 있다.The
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 조립체(11a)를 포함하는 원통형 이차 전지(1a)의 부분 단면도이다.8 is a partial cross-sectional view of a cylindrical
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안착부(1133)가 주변부(1131)에서 차지하는 길이 비율이 40%보다 크므로, 크림핑부(15)가 내측으로 더욱 벤딩되더라도, 안전 벤트(113)의 주변부(1131)의 하향 변형량이 감소할 수 있다. 또한, 크림핑부(15)가 크림핑되면 상기 안착부(1133)를 모두 커버하므로, CID 필터(115)가 파열되더라도, 안전 벤트(113)의 주변부(1131)의 상향 변형량이 감소할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, since the length ratio of the
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전지 캔(12a)의 직경과 주변부(1131a)의 관계에 대한 조건이 더 포함된다. 즉 도 8에 도시된 바와 같이, 안착부(1133a)가 주변부(1131a)에서 차지하는 길이 비율이 40%보다 크다. 그와 동시에, 주변부(1131a)에서, 전지 캔(12a)의 중심축을 포함하여 절단한 종단면을 기준으로, 안전 벤트(113a)의 중심으로부터 일 반지름 방향으로 측정된 제1 길이(L1) 및 상기 일 반지름 방향의 반대 방향으로 측정된 제2 길이(L2)의 합이, 상기 전지 캔(12)의 직경(D)의 30% 보다 작다. 여기서 주변부(1131a)는 원반 고리 형상을 가지므로, 제1 길이(L1) 및 제2 길이(L2)는 전지 캔(12a)의 중심축과 직교하여 절단한 횡단면을 기준으로, 각각 일 반지름 방향 및 그의 반대 방향으로 측정된 너비일 수 있다. 이를 수식으로 나타내면 하기의 수학식 2와 같다.According to another embodiment of the present invention, a condition for the relationship between the diameter of the battery can 12a and the
[수학식 2][Equation 2]
여기서 L1이 주변부(1131a)의 제1 길이이고, L2가 주변부(1131a)의 제2 길이이며, D는 전지 캔(12a)의 직경이다. 만약, 안전 벤트(113a)가 전지 캔(12a)의 중심축을 기준으로 대칭으로 형성된다면, 제1 길이(L1)와 제2 길이(L2)는 동일할 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 안전 벤트(113a)가 비대칭으로 형성된다면, 제1 길이(L1)와 제2 길이(L2)는 서로 상이할 수 있다.Here, L1 is the first length of the
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 크림핑부(15)가 내측으로 더욱 벤딩되더라도, 안전 벤트(113)의 주변부(1131)의 하향 변형량이 감소할 수 있다. 또한, 크림핑부(15)가 크림핑되면 상기 안착부(1133)를 모두 커버하므로, CID 필터(115)가 파열되더라도, 안전 벤트(113)의 주변부(1131)의 상향 변형량이 감소할 수 있다.As such, according to embodiments of the present invention, even if the crimping
그럼으로써 캡 조립체(11)가 전지 캔(12)에 조립되기 전보다 전지 캔(12)에 조립되어 크림핑된 후에, CID 필터(115)가 파열되는 파열 압력이 감소하는 비율을 최소화할 수 있다. 특히, 상기 파열 압력의 감소하는 비율은 1% 보다 작을 수 있다.Accordingly, it is possible to minimize the rate at which the rupture pressure at which the
제조예manufacturing example
직경이 21 mm인 전지 캔의 상단 개방부를 밀폐하고, 안전 벤트의 주변부의 제1 및 제2 길이가 모두 2.6 mm, 안착부의 길이가 1.25 mm 인 캡 조립체를 제조하였다. 제조예에 따르면, 안착부가 주변부에서 차지하는 길이 비율은 48.08%로 40%보다 크고, 제1 길이 및 제2 길이의 합과 전지 캔의 직경 비율은 24.76%로 30%보다 작다. 따라서, 본 발명의 조건을 모두 만족한다.A cap assembly was manufactured in which the top opening of a battery can having a diameter of 21 mm was sealed, the first and second lengths of both the periphery of the safety vent were 2.6 mm, and the length of the seating portion was 1.25 mm. According to the manufacturing example, the ratio of the length occupied by the seating part to the peripheral part is 48.08%, which is greater than 40%, and the ratio of the sum of the first length and the second length to the diameter of the battery can is 24.76%, which is less than 30%. Therefore, all the conditions of the present invention are satisfied.
비교예comparative example
안전 벤트의 주변부의 제1 및 제2 길이가 모두 4.1 mm인 점을 제외하고는, 제조예와 동일한 조건으로 캡 조립체를 제조하였다. 비교예에 따르면, 안착부가 주변부에서 차지하는 길이 비율은 30.49%로 40%보다 작고, 제1 길이 및 제2 길이의 합과 전지 캔의 직경 비율은 39.05%로 30%보다 크다. 따라서, 본 발명의 조건을 모두 만족하지 않는다.A cap assembly was manufactured under the same conditions as in Manufacturing Example, except that both the first and second lengths of the periphery of the safety vent were 4.1 mm. According to the comparative example, the ratio of the length occupied by the seating portion to the peripheral portion is 30.49%, which is less than 40%, and the ratio of the sum of the first length and the second length to the diameter of the battery can is 39.05%, which is greater than 30%. Therefore, none of the conditions of the present invention are satisfied.
실험결과Experiment result
상기 표 1에 기재된 바와 같이, 캡 조립체가 전지 캔에 조립되어 크림핑부가 크림핑되면, 제조예의 캡 조립체는 안전 벤트 주변부의 내측의 하향 변형량이 0.002 mm로 측정되었다. 반면에, 비교예의 캡 조립체는 안전 벤트 주변부의 내측의 하향 변형량이 0.02 mm로 측정되었다. 이를 토대로 주변부의 길이에 대한 상기 측정된 하향 변형량의 비율을 연산하면, 제조예가 0.077% 였고, 비교예가 0.48% 였다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 캡 조립체는, 주변부의 길이에 대한 주변부의 내측의 하향 변형량의 비율이 0.1% 보다 작다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 주변부의 내측의 하향 변형량이 개선되는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, when the cap assembly was assembled to the battery can and the crimping part was crimped, the downward deformation of the inside of the safety vent periphery of the manufacturing example was measured to be 0.002 mm. On the other hand, in the cap assembly of Comparative Example, the amount of downward deformation of the inside of the safety vent periphery was measured as 0.02 mm. Based on this, calculating the ratio of the measured downward deformation amount to the length of the peripheral portion, the production example was 0.077%, and the comparative example was 0.48%. That is, in the cap assembly according to the embodiment of the present invention, the ratio of the amount of downward deformation of the inside of the peripheral portion to the length of the peripheral portion is smaller than 0.1%. Therefore, according to the embodiment of the present invention, it was confirmed that the amount of downward deformation of the inner side of the peripheral portion was improved.
그리고, 캡 조립체가 전지 캔에 조립된 후 CID 필터가 파열되면, 제조예의 캡 조립체는 안전 벤트 주변부의 내측의 상향 변형량이 0.016 mm로 측정되었다. 반면에, 비교예의 캡 조립체는 안전 벤트 주변부의 내측의 상향 변형량이 0.053 mm로 측정되었다. 이를 토대로 주변부의 길이에 대한 상기 측정된 상향 변형량의 비율을 연산하면, 제조예가 0.62% 였고, 비교예가 1.29% 였다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 캡 조립체는, 주변부의 길이에 대한 상기 측정된 상향 변형량의 비율이 1% 보다 작다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 주변부의 내측의 상향 변형량이 개선되는 것을 확인할 수 있었다.In addition, when the CID filter was ruptured after the cap assembly was assembled to the battery can, the upward deformation of the inside of the safety vent periphery of the cap assembly of the manufacturing example was measured as 0.016 mm. On the other hand, in the cap assembly of Comparative Example, the amount of upward deformation of the inside of the safety vent periphery was measured as 0.053 mm. Based on this, calculating the ratio of the measured upward deformation amount to the length of the peripheral portion, the production example was 0.62%, and the comparative example was 1.29%. That is, in the cap assembly according to the embodiment of the present invention, the ratio of the measured upward deformation amount to the length of the peripheral portion is smaller than 1%. Therefore, according to the embodiment of the present invention, it was confirmed that the amount of upward deformation of the inner side of the peripheral portion was improved.
도 9는 비교예의 캡 조립체가 전지 캔에 조립되기 전과 전지 캔에 조립되어 크림핑된 후의 CID 필터의 파열 압력을 비교한 박스 플롯이고, 도 10은 제조예의 캡 조립체가 전지 캔에 조립되기 전과 전지 캔에 조립되어 크림핑된 후의 CID 필터의 파열 압력을 비교한 박스 플롯이다.Figure 9 is a box plot comparing the burst pressure of the CID filter before and after the cap assembly of Comparative Example is assembled to the battery can and after being assembled and crimped to the battery can, Figure 10 is a battery before and after the cap assembly of Manufacturing Example is assembled to the battery can This is a box plot comparing burst pressure of CID filters after being assembled into a can and crimped.
상기 기술한 바와 같이, 크림핑부가 크림핑되면, 안전 벤트의 주변부의 내측이 하방으로 변형된다. 따라서, 안전 벤트의 형태가 변형됨에 따라, CID 필터의 파열 압력이 감소하여, 이차 전지가 내압을 오래 견디지 못하는 문제가 있다.As described above, when the crimping portion is crimped, the inside of the periphery of the safety vent is deformed downward. Accordingly, as the shape of the safety vent is deformed, the rupture pressure of the CID filter decreases, so that the secondary battery cannot withstand the internal pressure for a long time.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 비교예의 캡 조립체가 전지 캔에 조립되기 전에는, CID 필터의 파열 압력이 평균 17.02 kgf/cm2 였으나, 캡 조립체가 전지 캔에 조립되어 크림핑부가 크림핑된 후에는, CID 필터의 파열 압력이 평균 15.23 kgf/cm2 이었다. 따라서, 캡 조립체가 전지 캔에 조립되기 전과 전지 캔에 조립되어 크림핑된 후에 CID 필터의 파열 압력의 감소하는 비율은, 10.52% 였다.That is, as shown in FIG. 9, before the cap assembly of the comparative example was assembled to the battery can, the average burst pressure of the CID filter was 17.02 kgf/cm 2 , but the cap assembly was assembled to the battery can and the crimping portion was crimped. After, the average burst pressure of the CID filter was 15.23 kgf/cm 2 . Therefore, the decreasing ratio of the burst pressure of the CID filter before the cap assembly was assembled to the battery can and after being assembled to the battery can and crimped was 10.52%.
반면에, 도 10에 도시된 바와 같이, 제조예의 캡 조립체가 전지 캔에 조립되기 전에는, CID 필터의 파열 압력이 평균 18.32 kgf/cm2 였으나, 캡 조립체가 전지 캔에 조립되어 크림핑부가 크림핑된 후에는, CID 필터의 파열 압력이 평균 18.26 kgf/cm2 였다. 따라서, 캡 조립체가 전지 캔에 조립되기 전보다 전지 캔에 조립되어 크림핑된 후에 CID 필터의 파열 압력의 감소하는 비율은, 0.33% 였다.On the other hand, as shown in FIG. 10, before the cap assembly of the manufacturing example was assembled to the battery can, the average burst pressure of the CID filter was 18.32 kgf/cm 2 , but the cap assembly was assembled to the battery can and the crimping part was crimped. After that, the average burst pressure of the CID filter was 18.26 kgf/cm 2 . Accordingly, the rate of decrease of the burst pressure of the CID filter after the cap assembly was assembled to the battery can and crimped was 0.33% compared to before the cap assembly was assembled to the battery can.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 캡 조립체는, 전지 캔에 조립되기 전보다 전지 캔에 조립되어 크림핑된 후에 CID 필터의 파열 압력의 감소하는 비율이 1% 보다 작다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 캡 조립체가 전지 캔에 조립되어 크림핑된 후에 CID 필터의 파열 압력이 감소하는 비율이 개선되는 것을 확인할 수 있었다.That is, in the cap assembly according to the embodiment of the present invention, the reduction rate of the bursting pressure of the CID filter after being assembled to the battery can and crimped is smaller than 1% compared to before being assembled to the battery can. Therefore, according to an embodiment of the present invention, it was confirmed that the rate at which the rupture pressure of the CID filter decreases after the cap assembly is assembled to the battery can and crimped is improved.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description above, and various embodiments derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
1, 2: 이차 전지 11, 21: 캡 조립체
12: 전지 캔 13: 전극 조립체
14: 비딩부 15: 크림핑부
16: 절연판 111: 탑 캡
112: 안전 소자 113, 213: 안전 벤트
114: CID 가스켓 115: CID 필터
116: 크림핑 가스켓 131: 양극 리드
1111: 기체 구멍 1131: 주변부
1132: 중심부 1133: 안착부
1134: 연결부 1135: 주변부의 최외각부
1136: 주변부의 내측1, 2:
12: battery can 13: electrode assembly
14: beading part 15: crimping part
16: insulating plate 111: top cap
112:
114: CID gasket 115: CID filter
116: crimping gasket 131: positive lead
1111
1132: central part 1133: seating part
1134: connection part 1135: outermost part of the periphery
1136: inner side of the periphery
Claims (6)
상기 전지 캔의 상단 개방부를 밀폐하는 캡 조립체; 및
상기 전지 캔의 상부에 외측에서 내측으로 함몰된 비딩부를 포함하며,
상기 캡 조립체는
상기 개방부를 밀폐하며, 양극 단자를 형성하는 탑 캡;
절연체로 제조되고, 상기 개방부의 내주면을 따라 설치되어, 상기 개방부를 밀봉하는 크림핑 가스켓;
상기 크림핑 가스켓에 외측이 삽입되고, 원반 고리 형상을 가지는 주변부, 상기 전지 캔의 중심축을 향해 연장되는 중심부 및 상기 주변부의 내측과 상기 중심부를 연결하는 연결부를 포함하는 안전 벤트; 및
상기 안전 벤트의 하방에 위치하여, 상기 전지 캔 내부에서 고압 발생 시 전류를 차단하는 CID 필터를 포함하고,
상기 연결부는 상기 주변부로부터 상방을 향해 절곡되고 소정의 높이로 연장된 제1 절곡부를 포함하며,
상기 주변부(L1, L2)는,
상기 중심축을 포함하여 절단한 종단면을 기준으로, 상기 전지 캔의 비딩부에 안착되며 상기 주변부의 최외각부터 상기 비딩부 최내측에 대응되는 지점까지의 영역인 안착부가 차지하는 길이(S1, S2) 비율이 40% 보다 크고,
중심으로부터 일 반지름 방향으로 측정된 제1 길이(L1) 및 상기 일 반지름 방향의 반대 방향으로 측정된 제2 길이(L2)의 합이, 상기 전지 캔의 직경(D)의 30% 보다 작은, 이차 전지.Cylindrical battery can;
a cap assembly sealing the top opening of the battery can; and
A beading portion recessed from the outside to the inside of the upper portion of the battery can,
The cap assembly
a top cap sealing the open portion and forming a positive electrode terminal;
a crimping gasket made of an insulator and installed along an inner circumferential surface of the opening to seal the opening;
a safety vent having an outer side inserted into the crimping gasket and including a periphery having a disk ring shape, a center extending toward a central axis of the battery can, and a connection portion connecting the inner side of the periphery and the center; and
A CID filter located below the safety vent to block current when a high voltage is generated inside the battery can;
The connection part includes a first bent part bent upward from the peripheral part and extended to a predetermined height,
The peripheral parts (L1, L2),
Ratio of lengths (S1, S2) occupied by the seating part, which is seated on the beading part of the battery can, and is an area from the outermost edge of the peripheral part to a point corresponding to the innermost side of the beading part, based on the longitudinal section cut including the central axis. greater than 40%,
Secondary, wherein the sum of the first length L1 measured in one radial direction from the center and the second length L2 measured in the opposite direction to the one radial direction is less than 30% of the diameter D of the battery can. battery.
상기 전지 캔의 상단 외벽인 크림핑부가 크림핑되면,
상기 제1 또는 제2 길이에 대한 상기 주변부의 내측의 하향 변형량의 비율이 0.1% 보다 작은, 이차 전지.According to claim 1,
When the crimping portion, which is the upper outer wall of the battery can, is crimped,
The secondary battery of claim 1 , wherein a ratio of an amount of down deformation of an inner side of the peripheral portion to the first or second length is less than 0.1%.
상기 캡 조립체가 상기 전지 캔에 조립되기 전보다, 상기 전지 캔에 조립되어 상기 크림핑부가 크림핑된 후에,
상기 CID 필터가 파열되는 압력의 감소하는 비율이 1% 보다 작은, 이차 전지.According to claim 2,
Rather than before the cap assembly is assembled to the battery can, after the crimping part is crimped after being assembled to the battery can,
The secondary battery, wherein the decreasing rate of the pressure at which the CID filter ruptures is less than 1%.
상기 CID 필터가 파열되면,
상기 제1 또는 제2 길이에 대한 상기 주변부의 내측의 상향 변형량의 비율이 1% 보다 작은, 이차 전지.According to claim 1,
If the CID filter is ruptured,
The secondary battery of claim 1, wherein a ratio of an upward deformation amount of an inner side of the peripheral portion to the first or second length is less than 1%.
상기 전지 캔의 상단 외벽인 크림핑부가 크림핑되면,
상기 안착부가 상기 크림핑부에 의하여 모두 커버되는, 이차 전지.According to claim 1,
When the crimping portion, which is the upper outer wall of the battery can, is crimped,
The secondary battery, wherein the seating portion is entirely covered by the crimping portion.
상기 크림핑부의 일단이, 상기 비딩부의 최내측에 대응되는 지점보다 돌출되어 형성되는, 이차 전지.According to claim 5,
The secondary battery, wherein one end of the crimping part protrudes from a point corresponding to an innermost side of the beading part.
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