KR20200136745A - Cylindrical secondary battery - Google Patents

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KR20200136745A
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김용훈
이관수
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주식회사 엘지화학
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Abstract

The present invention relates to a cylindrical secondary battery. More particularly, the present invention relates to a cylindrical secondary battery capable of ensuring safety of a user and surroundings in an abnormal overheating, ignition, or explosion situation of a cylindrical secondary battery. According to the present invention, the cylindrical secondary battery comprises an electrode assembly, a can in which the electrode assembly is accommodated, and a cap assembly coupled to an opening of the can. The cap assembly includes: a top cap serving as a terminal for electrical connection with the outside; and a safety vent located under the top cap and connected to the top cap at a circumference of the top cap. The top cap in which a plurality of gas holes through which gas escapes is formed includes the gas holes, and a plurality of top cap bridges positioned between the gas holes. A breaking notch is formed in any one of the plurality of top cap bridges.

Description

원통형 이차전지{CYLINDRICAL SECONDARY BATTERY}Cylindrical secondary battery {CYLINDRICAL SECONDARY BATTERY}

본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 원통형 이차전지의 비정상적인 과열, 발화, 또는 폭발 상황에서 사용자와 주변의 안전성을 담보할 수 있는 원통형 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a cylindrical secondary battery, and more particularly, to a cylindrical secondary battery capable of ensuring safety of a user and surroundings in abnormal overheating, ignition, or explosion of the cylindrical secondary battery.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.Depending on the shape of the battery case, secondary batteries are classified into cylindrical and prismatic batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet. .

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 가장 널리 제작되고 있으며, 젤리-롤형 전극조립체는 통상적으로 원통형 전지로 제작된다.In addition, the electrode assembly built into the battery case is a power plant capable of charging and discharging consisting of a stacked structure of a positive electrode/separator/cathode, and a jelly-roll type wound with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode of a long sheet type coated with an active material. The structure is classified into a stacked structure in which a plurality of anodes and cathodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween. Among them, the jelly-roll type electrode assembly is the most widely manufactured because it is easy to manufacture and has a high energy density per weight, and the jelly-roll type electrode assembly is usually manufactured as a cylindrical battery.

그런데, 전지의 충방전 시 젤리-롤형 전극조립체는 반복적인 팽창과 수축을 겪으면서 변형되는 경향이 있다. 이러한 과정에서 응력이 중심부로 집중되어 전극이 분리막을 뚫고 접촉됨으로써 내부 단락이 유발 된다. 상기 내부 단락으로 인한 발열에 의해 유기 용매가 분해되어 가스가 발생하고, 전지 내의 가스압 상승에 의해 전지가 파열될 수 있다. 이러한 전지 내부의 가스압 상승은 외부 충격에 의해 내부 단락이 발생하였을 때에도 일어날 수 있다.However, when the battery is charged and discharged, the jelly-roll type electrode assembly tends to deform while undergoing repeated expansion and contraction. In this process, the stress is concentrated to the center and the electrode penetrates the separator and comes into contact, causing an internal short circuit. The organic solvent is decomposed by heat generation due to the internal short circuit to generate gas, and the battery may be ruptured by an increase in gas pressure in the battery. This increase in gas pressure inside the battery may occur even when an internal short circuit occurs due to an external shock.

상기와 같은 전지의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 원통형 전지의 캡 어셈블리에는 고압가스를 배출하는 안전 벤트, 고온에서 전류를 차단하는 PTC 소자, 전지 내압의 상승 시 전류를 차단하는 전류차단소자(Current Interrupt Device: CID) 등의 안전 소자들과 상기 소자들을 보호하는 돌출형 단자를 형성하는 탑캡 등이 가스켓에 의해 고정된 구조로 이루어져 있을 수 있다.In order to solve the safety problem of the battery as described above, the cap assembly of the cylindrical battery includes a safety vent that discharges high-pressure gas, a PTC element that blocks current at high temperatures, and a current interrupt device that blocks current when the internal voltage of the battery increases. Device: CID), such as safety elements, and a top cap that forms a protruding terminal protecting the elements may have a structure fixed by a gasket.

다양한 원인에 의한 내부 단락, 과충전 등으로 인해 전지의 온도가 상승하면, PTC 소자의 저항 증가에 의해 통전 전류량이 크게 감소하게 된다. 온도의 계속적인 상승으로 전해액이 분해되면서 가스가 발생하고 그에 따라 내압이 증가하면, 안전벤트의 만입부가 들어 올려지면서 전류차단소자가 부분 파열되어 전류가 차단하여 안전성을 확보하게 된다. 그러나, 계속적인 압력 상승 시에는 안전벤트의 노치가 파열되면서 고압 가스를 전지 외부로 배출하여 안전성을 담보할 수 있다.When the temperature of the battery increases due to an internal short circuit or overcharging due to various causes, the amount of energized current greatly decreases due to an increase in resistance of the PTC element. If gas is generated as the electrolyte is decomposed due to the continuous increase in temperature, and the internal pressure is increased accordingly, the indentation of the safety vent is lifted and the current blocking element partially ruptures, thereby securing safety by blocking the current. However, when the pressure is continuously increased, the notch of the safety vent is ruptured and the high-pressure gas is discharged to the outside of the battery to ensure safety.

다만, 고압 가스가 외부로 폭발적으로 배출되는 경우, 원통형 이차전지는 그 반작용으로 인하여 가스 배출 방향의 반대방향으로 매우 빠른 속도로 직선 운동을 할 수 있다. 이 경우 총알처럼 직선 운동으로 진행하는 원통형 이차전지는 주변 사용자나 기기들을 파괴하거나 손상시킬 수 있기 때문에 안전에 큰 위협이 되는 문제가 있었다. 이에 이를 해결하기 위한 많은 시도와 실험들이 행해지고 있는 실정이다.However, when the high-pressure gas is explosively discharged to the outside, the cylindrical secondary battery may perform linear motion at a very high speed in a direction opposite to the gas discharge direction due to its reaction. In this case, a cylindrical secondary battery that proceeds in a linear motion like a bullet poses a major threat to safety because it can destroy or damage nearby users or devices. Accordingly, many attempts and experiments are being conducted to solve this problem.

한국 공개특허 제10-2011-0039934호Korean Patent Application Publication No. 10-2011-0039934

본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 원통형 이차전지의 비정상적인 과열, 발화, 또는 폭발 상황에서 사용자와 주변의 안전성을 담보할 수 있는 원통형 이차전지를 제공하는 것이다.The present invention has been conceived to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a cylindrical secondary battery that can ensure the safety of the user and surroundings in abnormal overheating, ignition, or explosion of the cylindrical secondary battery.

본 발명에 따른 원통형 이차전지는 전극조립체, 전극조립체가 수용되는 캔, 및 캔의 개구부에 결합되는 캡 어셈블리를 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것으로서, 캡 어셈블리는, 외부와의 전기적 연결을 위한 단자 역할을 하는 탑캡(Top cap); 및 탑캡의 하측에 위치하고 탑캡의 둘레부에서 탑캡에 연결되는 안전벤트;를 포함하고, 가스가 빠져나가기 위한 복수개의 가스홀이 형성되어 있는 탑캡은 가스홀과 가스홀 사이에 위치하는 탑캡브리지를 복수개 포함하고, 복수개의 탑캡브리지 중 어느 하나의 탑캡브리지에는 파단 노치(notch)가 형성되어 있다. The cylindrical secondary battery according to the present invention relates to a cylindrical secondary battery including an electrode assembly, a can in which the electrode assembly is accommodated, and a cap assembly coupled to an opening of the can, wherein the cap assembly serves as a terminal for electrical connection with the outside. Top cap to do; And a safety vent located at the lower side of the top cap and connected to the top cap at the periphery of the top cap, wherein the top cap having a plurality of gas holes through which gas escapes is formed, including a plurality of top cap bridges positioned between the gas hole and the gas hole. Including, a breaking notch is formed in any one of the plurality of top cap bridges.

탑캡은 상부단자부분; 및 상부단자부분의 둘레에 위치하는 둘레부를 더 포함하고, 탑캡브리지는 상부단자부분과 둘레부를 연결하는 부분이다.Top cap is the upper terminal portion; And a peripheral portion positioned around the upper terminal portion, wherein the top cap bridge is a portion connecting the upper terminal portion and the peripheral portion.

탑캡브리지는 상부단자부분과 둘레부를 단차지게 연결하고, 파단 노치는 탑캡브리지와 둘레부의 경계가 되는 위치에 경계를 따라 형성되어 있다. The top cap bridge connects the upper terminal part and the circumferential part stepwise, and the breaking notch is formed along the boundary at a position that becomes the boundary between the top cap bridge and the circumference part.

탑캡브리지는 상부단자부분과 둘레부를 단차지게 연결하고, 파단 노치는 둘레부에 인접하도록 탑캡브리지의 하단부에 탑캡브리지의 폭방향을 따라 형성된다.The top cap bridge connects the upper terminal part and the circumferential part stepwise, and the breaking notch is formed along the width direction of the top cap bridge at the lower end of the top cap bridge so as to be adjacent to the circumference part.

가스홀과 탑캡브리지는 각각 3개씩 형성되고, 파단 노치는 3개의 탑캡브리지 중 하나의 탑캡브리지에 형성되어 있다.Three gas holes and three top cap bridges are formed, and a breaking notch is formed in one of the three top cap bridges.

안전벤트는 탑캡의 둘레부를 감싸며 탑캡의 하부에서 결합되고, 안전벤트에는, 캔 내부의 압력이 비정상적으로 높아지면 파단되어 캔 내부의 가스를 외부로 분출시키기위한 안전 노치가 형성되어 있다.The safety vent wraps around the circumference of the top cap and is coupled at the bottom of the top cap, and the safety vent is formed with a safety notch for ejecting gas inside the can by breaking when the pressure inside the can is abnormally high.

안전 노치와 파단 노치는 서로 인접하게 형성되거나 또는 서로 대응되는 위치에 형성된다.The safety notch and the breaking notch are formed adjacent to each other or are formed at positions corresponding to each other.

캔 내부의 압력이 비정상적으로 높아져 캔 내부의 가스가 외부로 분출되면 파단 노치는 파단되고, 파단 노치가 파단되어 형성된 공간으로 가스가 분출되면 캔은 회전운동을 한다.When the pressure inside the can is abnormally high and the gas inside the can is ejected to the outside, the breaking notch is broken, and when the gas is ejected into the space formed by breaking the breaking notch, the can rotates.

캔 내부의 압력이 비정상적으로 높아져 캔 내부의 가스가 외부로 분출되면 파단 노치는 파단되고, 파단 노치의 파단으로 인해 탑캡이 개방되는 개방 각도는 ( 26 )도 ~ ( 39 )도이다.When the pressure inside the can is abnormally high and the gas inside the can is ejected to the outside, the breaking notch is broken, and the opening angle at which the top cap is opened due to the breaking of the breaking notch is (26) to (39) degrees.

개방 각도는, 개방 전 탑캡의 상부단자부분과 개방 후 탑캡의 상부단자부분이 이루는 각도(θ)이다.The opening angle is an angle (θ) formed between the upper terminal portion of the top cap before opening and the upper terminal portion of the top cap after opening.

파단 노치는, 탑캡브리지의 폭방향을 따라서 형성되되, 탑캡브리지의 중심을 기준으로 일측에만 형성될 수 있다.The breaking notch is formed along the width direction of the top cap bridge, and may be formed only on one side based on the center of the top cap bridge.

본 발명에 따른 원통형 이차전지는 가스가 빠져나가기 위한 복수개의 가스홀이 형성되어 있는 탑캡을 포함하고, 탑캡은 가스홀과 가스홀 사이에 위치하는 탑캡브리지를 복수개 포함하며, 복수개의 탑캡브리지 중 어느 하나의 탑캡브리지에는 파단 노치(notch)가 형성되어 있음으로 인하여, 비정상적인 과열, 발화, 또는 폭발 상황에서 사용자와 주변의 안전성을 담보할 수 있는 원통형 이차전지를 제공할 수 있다.The cylindrical secondary battery according to the present invention includes a top cap having a plurality of gas holes through which gas escapes, and the top cap includes a plurality of top cap bridges positioned between the gas hole and the gas hole, and any of the plurality of top cap bridges Since a breaking notch is formed in one top cap bridge, it is possible to provide a cylindrical secondary battery capable of ensuring the safety of a user and surroundings in an abnormal overheating, ignition, or explosion situation.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지를 위에서 바라본 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지에서 가스 분출로 인해 파단 노치가 파단되어 탑캡브리지가 개방된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지를 위에서 바라본 사시도이다.
도 5는 본원발명의 효과를 입증하기 위하여 3개의 가스홀과 3개의 탑캡브리지가 형성된 원통형 이차전지를 이용하여 내부 가스 분출 실험을 실시한 결과를 나타내는 표이다.1 is a perspective view as viewed from above of a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view illustrating a state in which a top cap bridge is opened by breaking a breaking notch due to gas ejection in a cylindrical secondary battery according to another embodiment of the present invention.
4 is a perspective view as viewed from above of a cylindrical secondary battery according to another embodiment of the present invention.
5 is a table showing the results of an internal gas ejection experiment using a cylindrical secondary battery in which three gas holes and three top cap bridges are formed in order to prove the effect of the present invention.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited or limited by the following examples.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다In order to clearly describe the present invention, detailed descriptions of parts not related to the description or related known technologies that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention have been omitted, and reference numerals are added to elements of each drawing in the present specification. In this case, the same or similar reference numerals shall be attached to the same or similar elements throughout the specification.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.In addition, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.

일 실시예One embodiment

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지를 위에서 바라본 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.1 is a perspective view as viewed from above of a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1.

이하에서는 도 1 내지 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지에 대해서 설명한다. Hereinafter, a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 2.

본원발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)는, 전극조립체, 전극조립체가 수용되는 캔(200), 및 캔(200)의 개구부에 결합되는 캡 어셈블리(100)를 포함한다. 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조를 가질 수 있다. 캔(200)에는 전극조립체와 함께 전해액이 함께 수용될 수 있다.The cylindrical secondary battery 10 according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly, a can 200 in which the electrode assembly is accommodated, and a cap assembly 100 coupled to an opening of the can 200. The electrode assembly is a power plant capable of charging and discharging composed of a stacked structure of an anode/separator/cathode, and may have a jelly-roll type structure wound by interposing a separator between an anode and a cathode of a long sheet-shaped electrode coated with an active material. The can 200 may contain an electrolyte solution together with an electrode assembly.

캡 어셈블리(100)는 내압 상승으로 내부에서 가스가 일정 수준 이상으로 발생하면 고압가스를 배출하는 안전 벤트, 전지 내압의 상승 시 전류를 차단하는 전류차단소자(130) 등의 안전 소자들과 상기 소자들을 보호하는 돌출형 단자를 형성하는 탑캡(110) 등을 포함하며, 이러한 요소들이 가스켓(140)에 의해 고정된 구조로 이루어져 있을 수 있다The cap assembly 100 includes safety elements such as a safety vent that discharges high-pressure gas when gas is generated inside a certain level or higher due to an increase in internal pressure, and a current blocking device 130 that blocks current when the internal pressure of the battery increases. And a top cap 110 that forms a protruding terminal to protect them, and these elements may have a structure fixed by a gasket 140.

탑캡(110)(Top cap)은 외부와의 전기적 연결을 위한 단자 역할을 할 수 있다. 안전벤트(120)는 탑캡(110)의 하측에 위치하고 탑캡(110)의 둘레부(116)에서 탑캡(110)에 연결될 수 있다. 탑캡(110)에는 가스가 빠져나가기 위한 복수개의 가스홀(115)이 형성되어 있으며, 탑캡(110)은 가스홀(115)과 가스홀(115) 사이에 위치하는 탑캡브리지를 복수개 포함할 수 있다. 그리고 복수개의 탑캡브리지 중 어느 하나의 탑캡브리지에는 파단 노치(117)(notch)가 형성되어 있을 수 있다. 파단 노치는 삼각 형상으로 패인 형상을 가진 형태일 수 있지만 이 모양만으로 한정되는 것은 아니다.The top cap 110 may serve as a terminal for electrical connection with the outside. The safety vent 120 may be located under the top cap 110 and connected to the top cap 110 at the circumferential portion 116 of the top cap 110. The top cap 110 has a plurality of gas holes 115 through which gas escapes, and the top cap 110 may include a plurality of top cap bridges positioned between the gas hole 115 and the gas hole 115 . In addition, a breaking notch 117 may be formed in any one of the plurality of top cap bridges. The breaking notch may be a triangular shape with a recessed shape, but is not limited to this shape.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본원발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)는 가스홀(115)을 3개 구비하고, 또한 탑캡브리지(111,112,113)를 3개 구비할 수 있다. 가스홀(115)은 3개가 120도 간격으로 등 간격으로 형성될 수 있다. 가스홀(115)은 원호의 일부 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 1 and 2, a cylindrical secondary battery 10 according to an embodiment of the present invention may include three gas holes 115 and three top cap bridges 111, 112 and 113. Three gas holes 115 may be formed at equal intervals at intervals of 120 degrees. The gas hole 115 may be formed to have a partial shape of an arc.

탑캡(110)은 상부단자부분(114) 및 상부단자부분(114)의 둘레에 위치하는 둘레부(116)를 더 포함할 수 있다. 상부단자부분(114)은 상층으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 상부단자부분(114)은 외부 전자 기기와 직접 연결되는 부분일 수 있다. 둘레부(116)는 상부단자부분(114)을 둘러싸고 원주 형태를 가질 수 있다. 그리고 탑캡브리지(111,112,113)는 상부단자부분(114)과 둘레부(116)를 연결하는 부분일 수 있다. 탑캡브리지는 원통형 전지의 높이 방향으로 연장하는 형태를 가질 수 있다. 또 탑캡브리지는 약간의 경사를 가지고 높이 방향으로 연장하는 형태일 수도 있다.The top cap 110 may further include an upper terminal portion 114 and a peripheral portion 116 positioned around the upper terminal portion 114. The upper terminal portion 114 may have a shape protruding upward. The upper terminal portion 114 may be a portion directly connected to an external electronic device. The circumferential portion 116 may surround the upper terminal portion 114 and have a circumferential shape. In addition, the top cap bridges 111, 112, and 113 may be portions connecting the upper terminal portion 114 and the circumferential portion 116. The top cap bridge may have a shape extending in the height direction of the cylindrical battery. In addition, the top cap bridge may have a slight slope and extend in the height direction.

이때, 탑캡브리지는 상부단자부분(114)과 둘레부(116)를 단차지게 연결할 수 있다. 여기서 파단 노치(117)는 탑캡브리지와 둘레부(116)의 경계가 되는 위치에 경계를 따라 형성될 수 있다.At this time, the top cap bridge may connect the upper terminal portion 114 and the circumferential portion 116 stepwise. Here, the breaking notch 117 may be formed along the boundary at a position that becomes the boundary between the top cap bridge and the circumferential portion 116.

또는, 탑캡브리지는 상부단자부분(114)과 둘레부(116)를 단차지게 연결하고, 파단 노치(117)는 둘레부(116)에 인접하도록 탑캡브리지의 하단부에 탑캡브리지의 폭방향을 따라 형성될 수 있다. 파단 노치(117)는 3개의 탑캡브리지 중 하나의 탑캡브리지에 형성될 수 있다. 하나의 탑캡브리지 폭방향을 따라 일측 단부에서 타측 단부까지 형성될 수 있다.Alternatively, the top cap bridge connects the upper terminal part 114 and the circumferential part 116 stepwise, and the breaking notch 117 is formed along the width direction of the top cap bridge at the lower end of the top cap bridge so as to be adjacent to the circumferential part 116 Can be. The breaking notch 117 may be formed in one of the three top cap bridges. It may be formed from one end to the other end along the width direction of one top cap bridge.

도 1을 참조하면 3개의 탑캡브리지는 제1 탑캡브리지(111), 제2 탑캡브리지(112), 및 제3 탑캡브리지(113)를 포함할 수 있다. 그리고 파단 노치(117)는 제1 탑캡브리지(111)에만 형성될 수 있다. 이 경우 제2 탑캡브리지(112) 및 제3 탑캡브리지(113)에는 파단 노치(117)가 형성되지 않게 된다.Referring to FIG. 1, three top cap bridges may include a first top cap bridge 111, a second top cap bridge 112, and a third top cap bridge 113. In addition, the breaking notch 117 may be formed only in the first top cap bridge 111. In this case, the breaking notch 117 is not formed in the second top cap bridge 112 and the third top cap bridge 113.

안전벤트(120)는 탑캡(110)의 하측에서 결합될 수 있다. 이때, 안전벤트(120)는 탑캡(110)의 둘레부(116)를 감싸며 탑캡(110)의 하부에서 결합될 수 있다. 안전벤트(120)에는, 캔(200) 내부의 압력이 비정상적으로 높아지면 파단되어 캔(200) 내부의 가스를 외부로 분출시키기위한 안전 노치(123)가 형성되어 있을 수 있다.The safety vent 120 may be coupled from the lower side of the top cap 110. In this case, the safety vent 120 may surround the circumferential portion 116 of the top cap 110 and may be coupled under the top cap 110. The safety vent 120 may be broken when the pressure inside the can 200 is abnormally high, and a safety notch 123 for ejecting gas inside the can 200 to the outside may be formed.

도 2를 참조하면, 본원발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)에서, 안전 노치(123)와 파단 노치(117)는 서로 인접하게 형성될 수 있다. 또는 안전 노치(123)와 파단 노치(117)가 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된다면, 1차적으로 안전벤트(120)의 안전 노치(123)가 파단되어 가스가 나오는 순간 바로 탑캡(110)의 파단 노치(117)가 파단될 수 있으므로, 현저히 빠르고 효율적인 가스 배출이 가능할 수 있다. Referring to FIG. 2, in the cylindrical secondary battery 10 according to an embodiment of the present invention, the safety notch 123 and the breaking notch 117 may be formed adjacent to each other. Alternatively, the safety notch 123 and the breaking notch 117 may be formed at positions corresponding to each other. If formed in this way, the safety notch 123 of the safety vent 120 is firstly broken and the breaking notch 117 of the top cap 110 can be broken immediately as soon as the gas comes out, so that a remarkably fast and efficient gas discharge is possible. I can.

본원발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)의 작동 원리를 설명하면 아래와 같다. When explaining the operating principle of the cylindrical secondary battery 10 according to an embodiment of the present invention is as follows.

다양한 원인에 의한 내부 단락, 과충전 등으로 인해 전지의 온도가 상승하면, 전해액이 분해되면서 가스가 발생하고 그에 따라 내압이 증가하고, 안전벤트(120)의 만입부(121)가 들어 올려지면서 전류차단소자(130)가 부분 파열되어 전류가 차단하여 안전성을 확보할 수 있다. 그러나, 계속적인 압력 상승 시에는 안전벤트(120)의 안전 노치(123)가 파열되면서 고압 가스를 외부로 급격히 배출하게 된다. When the temperature of the battery rises due to an internal short circuit or overcharging due to various causes, gas is generated as the electrolyte is decomposed, and the internal pressure increases accordingly, and the indentation 121 of the safety vent 120 is lifted to cut off the current. The device 130 is partially ruptured to block current, thereby ensuring safety. However, when the pressure is continuously increased, the safety notch 123 of the safety vent 120 is ruptured and the high-pressure gas is rapidly discharged to the outside.

이 경우 안전 노치(123)에 인접하게 있는 탑캡(110)의 파단 노치(117)가 연달아 파단 되고, 고압의 가스는 파단 노치(117)가 파단된 부분을 통해서 빠르게 방출될 수 있다. 즉, 제1 탑캡브리지(111)가 들어 올려져 개방된 개구를 통해서 빠르게 방출 될 수 있는 것이다(도 3 참조).In this case, the breaking notch 117 of the top cap 110 adjacent to the safety notch 123 is broken in succession, and the high-pressure gas can be rapidly discharged through the broken portion of the breaking notch 117. That is, the first top cap bridge 111 is lifted and can be quickly released through an open opening (see FIG. 3).

물론 이때, 제2 탑캡브리지(112)와 제3 탑캡브리지(113) 사이에 형성되어 있는 가스홀(115)을 통해서도 가스가 소량 빠져나가게 될 수는 있지만, 파단 노치(117) 파단으로 제1 탑캡브리지(111)가 들어올려져 형성된 개구가 훨씬 가스가 빠져나가기 용이하므로 대부분의 가스는 제1 탑캡브리지(111)가 들어올려져 형성된 개구를 통해서 매우 빠른 속도로 분출되게 된다.Of course, at this time, a small amount of gas may escape through the gas hole 115 formed between the second top cap bridge 112 and the third top cap bridge 113, but the breaking notch 117 breaks the first top cap. Since the opening formed by the lifting of the bridge 111 is much easier for gas to escape, most of the gas is ejected at a very high speed through the opening formed by the lifting of the first top cap bridge 111.

이렇게 캔(200) 내부의 압력이 비정상적으로 높아져 캔(200) 내부의 가스가 파단 노치(117)가 파단되어 형성된 공간으로 외부를 향하여 분출되면, 캔(200)은 회전운동을 할 수 있다.In this way, when the pressure inside the can 200 is abnormally high and the gas inside the can 200 is ejected toward the outside into the space formed by the breakage notch 117, the can 200 may rotate.

즉, 본원발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)는 과열과 발화에 따른 비정상적인 가스 분출 상황에서, 가스 분출 방향의 반대 방향으로 총알처럼 직선으로 빠르게 운동하지 않고, 그 대신 회전운동을 하게 됨으로써 사용자와 주변의 안전성을 담보할 수 있다.That is, the cylindrical secondary battery 10 according to an embodiment of the present invention does not move in a straight line like a bullet in a direction opposite to the gas ejection direction in an abnormal gas ejection situation due to overheating and ignition, but instead rotates. As a result, the safety of users and surroundings can be guaranteed.

만약, 고압 가스가 외부로 폭발적으로 배출되는 상황에서 원통형 이차전지(10)가 그 반작용으로 인하여 가스 배출 방향의 반대방향으로 매우 빠른 속도로 직선 운동을 한다면, 원통형 이차전지(10)는 주변 사용자나 기기들을 파괴하거나 손상시킬 수 있기 때문에 안전에 큰 위협이 될 수 있다. 따라서 본원발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)는 가스 분출 시 직선 운동이 아닌 회전운동을 함으로써 안전을 담보할 수 있는 것이다.If, in a situation in which the high-pressure gas is explosively discharged to the outside, the cylindrical secondary battery 10 moves linearly at a very high speed in the opposite direction to the gas discharge direction due to its reaction, the cylindrical secondary battery 10 It can be a major safety threat because it can destroy or damage devices. Therefore, the cylindrical secondary battery 10 according to an embodiment of the present invention can secure safety by performing rotational motion rather than linear motion when gas is ejected.

<실험예><Experimental Example>

본원발명의 효과를 입증하기 위하여 3개의 가스홀과 3개의 탑캡브리지가 형성된 원통형 이차전지를 이용하여 내부 가스 분출 실험을 실시하였다. 실시예는 3개의 탑캡브리지 중에서 하나의 탑캡브리지에만 파단 노치가 형성된 것이고, 비교예 1은 파단 노치가 전혀 없는 경우, 비교예 2는 3개의 탑캡브지리 중에서 2개의 탑캡브리지에 파단 노치가 형성된 경우, 그리고 비교예 3은 3개의 탑캡브지리 중 3개의 탑캡브리지 모두에 파단 노치가 형성된 것이다. In order to prove the effect of the present invention, an internal gas ejection experiment was conducted using a cylindrical secondary battery having three gas holes and three top cap bridges. In the example, a breaking notch was formed only in one of the three top cap bridges, and Comparative Example 1 had no breaking notch at all, and Comparative Example 2 was a case where a breaking notch was formed in two of the three top cap bridges. And in Comparative Example 3, the breaking notches were formed in all three top cap bridges among the three top cap bridges.

결과를 정리하면 도 5에서 도시 되는 표와 같다.The results are summarized in the table shown in FIG. 5.

다른 실시예Other examples

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지에서 가스 분출로 인해 파단 노치가 파단되어 탑캡브리지가 개방된 상태를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a state in which a top cap bridge is opened by breaking a breaking notch due to gas ejection in a cylindrical secondary battery according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)는 전술한 일 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)와 유사한 구성을 가진다. 다만, 다른 실시예는 탑캡(110)이 개방되는 개방 각도가 소정의 범위로 제한된다는 점에서 일 실시예와 차이가 있다Cylindrical secondary battery 10 according to another embodiment of the present invention has a configuration similar to the cylindrical secondary battery 10 according to the above-described embodiment. However, another embodiment is different from the one embodiment in that the opening angle at which the top cap 110 is opened is limited to a predetermined range.

도 3을 참조하면, 원통형 이차전지(10)의 캔(200) 내부의 압력이 비정상적으로 높아져 캔(200) 내부의 가스가 외부로 분출될 때 파단 노치(117)는 파단되며, 이때, 파단 노치(117)의 파단으로 인해 탑캡(110)이 개방되는 개방 각도는 26도 ~ 39도로 형성될 수 있다. 이 개방 각도는 가스 분출이 원활하게 이루어지면서 동시에 순수 회전운동을 일으키도록 하는 개방 각도 일 수 있다.Referring to FIG. 3, when the pressure inside the can 200 of the cylindrical secondary battery 10 is abnormally high and the gas inside the can 200 is ejected to the outside, the breaking notch 117 is broken. At this time, the breaking notch The opening angle at which the top cap 110 is opened due to the rupture of 117 may be formed from 26 degrees to 39 degrees. This opening angle may be an opening angle that causes a pure rotational motion while gas ejection is smoothly performed.

개방 각도가 26도 미만인 경우는 가스가 배출되는 통로가 충분히 확보되지 않아서 가스 분출이 원활하지 못할 수 있고, 개방 각도가 39도 이상인 경우는 가스 분출이 충분히 원활하게 되지만 충분한 회전운동을 얻기 어려울 수 있다.If the opening angle is less than 26 degrees, the passage through which the gas is discharged is not sufficiently secured, so that gas ejection may not be smooth, and if the opening angle is more than 39 degrees, the gas ejection becomes sufficiently smooth, but it may be difficult to obtain sufficient rotational motion. .

여기서 탑캡(110)의 개방각도는, 개방 전 탑캡(110)의 상부단자부분(114)과 개방 후 탑캡(110)의 상부단자부분(114)이 이루는 각도를 의미할 수 있다. 도 3에서 개방각도가 θ로 도시되고 있다. 도 3에서는 상부단자부분(114)의 중점 O를 기준으로 개방각도가 측정되고 있는 것으로 도시되고 있지만, 이 기준은 변경 가능하다. 즉, 가스 분출로 인해서 상부단자부분(114)이 꺾이어 개방된다면 그 꺾이는 지점을 기준으로 개방 각도가 측정될 수 있다.Here, the opening angle of the top cap 110 may mean an angle formed between the upper terminal portion 114 of the top cap 110 before opening and the upper terminal portion 114 of the top cap 110 after opening. In FIG. 3, the opening angle is shown as θ. In FIG. 3, it is shown that the opening angle is measured based on the midpoint O of the upper terminal portion 114, but this standard can be changed. That is, if the upper terminal portion 114 is bent and opened due to gas ejection, the opening angle may be measured based on the bent point.

본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)에서 가스 분출로 인해서 탑캡(110)이 개방될 때, 제2 탑캡브리지(112)와 제3 탑캡브리지(113)는 파단되지 않고 있을 수 있다. 이를 위해 제2 탑캡브리지(112)와 제3 탑캡브리지(113)의 두께를 상대적으로 제1 탑캡브리지(111)의 두께보다 더 두껍게 형성할 수도 있다. 특히 제2 탑캡브리 상단부(112-a)와 제3 탑캡브리지 상단부를 제1 탑캡브리지(111)의 두께보다 상대적으로 더 두껍게 할 수도 있다.When the top cap 110 is opened due to gas ejection from the cylindrical secondary battery 10 according to another embodiment of the present invention, the second top cap bridge 112 and the third top cap bridge 113 may not be broken. . To this end, the thickness of the second top cap bridge 112 and the third top cap bridge 113 may be formed to be relatively thicker than the thickness of the first top cap bridge 111. In particular, the upper end portion 112-a of the second top cap and the upper end portion of the third top cap bridge may be made relatively thicker than the thickness of the first top cap bridge 111.

또 다른 실시예Another embodiment

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지를 위에서 바라본 사시도이다.4 is a perspective view as viewed from above of a cylindrical secondary battery according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)는 전술한 일 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)와 유사한 구성을 가진다. 다만, 또 다른 실시예는 파단 노치(317)의 형태가 다르다는 점에서 일 실시예와 차이가 있다The cylindrical secondary battery 10 according to another embodiment of the present invention has a similar configuration to the cylindrical secondary battery 10 according to the above-described embodiment. However, another embodiment is different from the one embodiment in that the shape of the breaking notch 317 is different.

도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지(10)에서 제1 탑캡브리지(111)에 형성되는 파단 노치(317)는 탑캡브리지의 폭방향을 따라서 형성되되, 탑캡브리지의 중심을 기준으로 일측에만 형성될 수 있다. 4, in the cylindrical secondary battery 10 according to another embodiment of the present invention, the breaking notch 317 formed in the first top cap bridge 111 is formed along the width direction of the top cap bridge, It can be formed only on one side based on the center of.

탑캡(110)의 중심을 O라고 하고, O점에서 제1 탑캡브리지(111)의 중심을 통과하는 반직선을 C라고 하면, 파단 노치(317)는 상기 반직선 C를 기준으로 일측에만 형성될 수 있다. 도 4에서 상기 반직선 C를 기준으로 파단 노치(317)가 일측에만 형성된 모습이 도시되고 있다. If the center of the top cap 110 is O, and the semi-straight line passing through the center of the first top cap bridge 111 at point O is C, the breaking notch 317 may be formed only on one side based on the semi-straight line C. . In FIG. 4, the breaking notch 317 is formed only on one side based on the semi-straight line C.

이와 같은 형태로 파단 노치(317)가 형성될 경우, 가스 분출 시 제1 탑캡브리지(111)에서 상기 파단 노치(317)가 형성된 부분이 파단 노치(317)가 형성되지 않은 부분 보다 먼저 파단 되게 되고, 그 파단된 부분으로 가스가 먼저 빠르게 분출하게 된다. When the breaking notch 317 is formed in such a shape, the portion where the breaking notch 317 is formed in the first top cap bridge 111 when the gas is ejected is broken before the portion where the breaking notch 317 is not formed. , Gas is first ejected quickly to the broken part.

이는 낮은 개방 각도인 상태에서 더 좁은 틈으로 더 빠르게 가스가 분출되는 것을 의미하므로, 가스가 원통형 이차전지(10)가 회전하도록 토크를 작용함에 있어서 상대적으로 더욱 큰 토크를 작용시킬 수 있다. 따라서 이차전지의 안전성이 더욱 높아질 수 있다.This means that gas is ejected faster through a narrower gap in a state of a low opening angle, so that a relatively larger torque can be applied when the gas acts as a torque so that the cylindrical secondary battery 10 rotates. Therefore, the safety of the secondary battery can be further increased.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.In the above, although the present invention has been described by limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following description by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Various implementations are possible within the equal range of the claims to be made.

10: 원통형 이차전지
100: 캡 어셈블리
110: 탑캡
111: 제1 탑캡브리지
112: 제2 탑캡브리지
112-a: 제2 탑캡브리지 상단부
113: 제3 탑캡브리지
114: 상부단자부분
115: 가스홀
116: 둘레부
117, 317: 파단 노치
120: 안전벤트
121: 만입부
123: 안전 노치
130: 전류차단소자
140: 가스켓
200: 캔
O: 중심10: cylindrical secondary battery
100: cap assembly
110: top cap
111: first top cap bridge
112: second top cap bridge
112-a: upper part of the second top cap bridge
113: third top cap bridge
114: upper terminal part
115: gas hole
116: circumference
117, 317: breaking notch
120: safety vent
121: indentation
123: safety notch
130: current blocking device
140: gasket
200: can
O: center

Claims (11)

전극조립체, 상기 전극조립체가 수용되는 캔, 및 상기 캔의 개구부에 결합되는 캡 어셈블리를 포함하는 원통형 이차전지에 있어서,
상기 캡 어셈블리는,
외부와의 전기적 연결을 위한 단자 역할을 하는 탑캡(Top cap); 및
상기 탑캡의 하측에 위치하고 상기 탑캡의 둘레부에서 상기 탑캡에 연결되는 안전벤트;를 포함하고,
가스가 빠져나가기 위한 복수개의 가스홀이 형성되어 있는 상기 탑캡은 상기 가스홀과 가스홀 사이에 위치하는 탑캡브리지를 복수개 포함하고,
복수개의 상기 탑캡브리지 중 어느 하나의 탑캡브리지에는 파단 노치(notch)가 형성되어 있는 원통형 이차전지.In the cylindrical secondary battery comprising an electrode assembly, a can in which the electrode assembly is accommodated, and a cap assembly coupled to an opening of the can,
The cap assembly,
Top cap serving as a terminal for electrical connection with the outside; And
Including; a safety vent located under the top cap and connected to the top cap at the circumference of the top cap,
The top cap in which a plurality of gas holes through which gas escapes is formed includes a plurality of top cap bridges positioned between the gas hole and the gas hole,
A cylindrical secondary battery having a breaking notch formed in any one of the plurality of top cap bridges. 청구항 1에 있어서,
상기 탑캡은
상부단자부분; 및
상기 상부단자부분의 둘레에 위치하는 둘레부를 더 포함하고,
상기 탑캡브리지는 상기 상부단자부분과 상기 둘레부를 연결하는 부분인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.The method according to claim 1,
The top cap is
Upper terminal part; And
Further comprising a circumferential portion positioned around the upper terminal portion,
The top cap bridge is a cylindrical secondary battery, characterized in that the portion connecting the upper terminal portion and the peripheral portion. 청구항 2에 있어서,
상기 탑캡브리지는 상기 상부단자부분과 상기 둘레부를 단차지게 연결하고,
상기 파단 노치는 상기 탑캡브리지와 상기 둘레부의 경계가 되는 위치에 상기 경계를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.The method according to claim 2,
The top cap bridge connects the upper terminal portion and the peripheral portion stepwise,
The rupture notch is a cylindrical secondary battery, characterized in that formed along the boundary at a location that becomes a boundary between the top cap bridge and the circumferential portion. 청구항 2에 있어서,
상기 탑캡브리지는 상기 상부단자부분과 상기 둘레부를 단차지게 연결하고,
상기 파단 노치는 상기 둘레부에 인접하도록 상기 탑캡브리지의 하단부에 상기 탑캡브리지의 폭방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.The method according to claim 2,
The top cap bridge connects the upper terminal portion and the peripheral portion stepwise,
The rupture notch is a cylindrical secondary battery, characterized in that formed along the width direction of the top cap bridge at a lower end of the top cap bridge so as to be adjacent to the circumferential portion. 청구항 1에 있어서,
상기 가스홀과 상기 탑캡브리지는 각각 3개씩 형성되고,
상기 파단 노치는 상기 3개의 탑캡브리지 중 하나의 탑캡브리지에 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.The method according to claim 1,
The gas hole and the top cap bridge are each formed three,
Cylindrical secondary battery, characterized in that the breaking notch is formed in one of the three top cap bridges. 청구항 1에 있어서,
상기 안전벤트는 상기 탑캡의 둘레부를 감싸며 상기 탑캡의 하부에서 결합되고,
상기 안전벤트에는, 상기 캔 내부의 압력이 비정상적으로 높아지면 파단되어 상기 캔 내부의 가스를 외부로 분출시키기위한 안전 노치가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.The method according to claim 1,
The safety vent wraps around the circumference of the top cap and is coupled under the top cap,
A cylindrical secondary battery, characterized in that the safety vent is broken when the pressure inside the can is abnormally high, and a safety notch for ejecting the gas inside the can to the outside is formed. 청구항 6에 있어서,
상기 안전 노치와 상기 파단 노치는 서로 인접하게 형성되거나 또는 서로 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.The method of claim 6,
The safety notch and the breaking notch are formed adjacent to each other or at positions corresponding to each other. 청구항 1에 있어서,
상기 캔 내부의 압력이 비정상적으로 높아져 상기 캔 내부의 가스가 외부로 분출되면 파단 노치는 파단되고,
상기 파단 노치가 파단되어 형성된 공간으로 상기 가스가 분출되면 상기 캔은 회전운동을 하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.The method according to claim 1,
When the pressure inside the can is abnormally high and the gas inside the can is ejected to the outside, the breaking notch is broken,
Cylindrical secondary battery, characterized in that the can rotates when the gas is ejected into the space formed by breaking the breaking notch. 청구항 1에 있어서,
상기 캔 내부의 압력이 비정상적으로 높아져 상기 캔 내부의 가스가 외부로 분출되면 파단 노치는 파단되고,
상기 파단 노치의 파단으로 인해 상기 탑캡이 개방되는 개방 각도는 26도 ~ 39도인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.The method according to claim 1,
When the pressure inside the can is abnormally high and the gas inside the can is ejected to the outside, the breaking notch is broken,
Cylindrical secondary battery, characterized in that the opening angle at which the top cap is opened due to the breaking of the breaking notch is 26 degrees to 39 degrees. 청구항 9에 있어서,
상기 개방 각도는,
개방 전 상기 탑캡의 상부단자부분과 개방 후 상기 탑캡의 상부단자부분이 이루는 각도(θ)인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.The method of claim 9,
The opening angle is,
Cylindrical secondary battery, characterized in that the angle (θ) formed between the upper terminal portion of the top cap before opening and the upper terminal portion of the top cap after opening. 청구항 1에 있어서,
상기 파단 노치는,
상기 탑캡브리지의 폭방향을 따라서 형성되되,
상기 탑캡브리지의 중심을 기준으로 일측에만 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.The method according to claim 1,
The breaking notch,
It is formed along the width direction of the top cap bridge,
Cylindrical secondary battery, characterized in that formed only on one side of the center of the top cap bridge.
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KR20110039934A (en) 2009-10-13 2011-04-20 주식회사 엘지화학 Cap assembyly characterized by preventing gasket from drooping, and cylinderical secondary battery comprising the same

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