KR20230057685A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20230057685A
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이태민
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 일측이 개구되고, 이차 전지 캔의 상부에 결합되는 캡 어셈블리에 있어서, 상기 캔은 상부 측면에 상기 캔의 중심 방향으로 폴딩된 비딩부 및 상기 비딩부 상측에 구비되는 클림핑부를 포함하고, 상기 캡 어셈블리와 상기 클림핑부 사이에 위치되는 가스켓을 포함하고, 상기 가스켓은 고분자 수지 및 절연재가 포함된 것인 이차 전지에 관한 것이다.

Description

이차 전지{CYLINDRICAL SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 가스켓에 내열성 및 절연성이 높은 재료를 포함시켜 전류가 재 인가되는 것을 방지하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전지 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전지 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
이 중, 이차 전지는 전지 캔의 상부에 탑 캡이 결합되고, 탑 캡의 하부에는 안전 벤트가 구비된 구조를 갖는 것이 일반적이다. 그리고, 이차 전지의 비정상적인 거동으로 인해 이차 전지의 온도가 상승하거나 내압이 상승하는 경우가 있는데, 이러한 경우에 발생할 수 있는 화재 또는 폭발의 위험을 방지하기 위해, 종래 기술에 따르면 이차전지 내에 안전 장치들이 구비되었다.
이차 전지는 안전 장치로 안전 벤트 및 전류차단소자(CID: current Interrupt Device)가 구비된다.
이차 전지의 안정성 테스트는 압력판 사이 이차 전지를 거치시킨 후 압력을 가해 이차 전지를 물리적으로 변형시킨다. 안정성 테스트는 이차 전지의 전체 형상을 변화시키기 때문에 캡 어셈블리 또한 심한 변형이 유발된다.
이때, 안전 벤트와 전류차단소자는 경도가 큰 재질로 구성되어, 외부 압력에 의해 변형이 일어나지 않고 가스켓을 관통하여 캔의 상단과 접촉되어 쇼트가 발생되는 문제가 있었다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결하여, 이차 전지의 발화나 열폭주 등의 불량률 발생의 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 이차 전지 구조에 대한 필요성이 대두되고 있다.
한국등록특허 제10-1302849호
전술한 종래기술의 문제점에 착안하여, 본 발명은 고분자 수지에 절연재를 포함하는 가스켓이 구비된 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 일측이 개구되고, 이차 전지 캔의 상부에 결합되는 캡 어셈블리에 있어서, 상기 캔은 상부 측면에 상기 캔의 중심 방향으로 폴딩된 비딩부 및 상기 비딩부 상측에 구비되는 클림핑부를 포함하고, 상기 캡 어셈블리와 상기 클림핑부 사이에 위치되는 가스켓을 포함하고, 상기 가스켓은 고분자 수지 및 절연재가 포함된 것인 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 가스켓은 고분자 수지에 분말 형태의 절연재가 분산되는 것인 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 가스켓은 상기 가스켓의 외형을 결정하고, 일면에 설치 홈을 포함하는 본체 및 상기 절연재를 포함하고 상기 설치 홈에 끼움 결합되고, 상기 절연재를 포함하는 오-링 형태의 절연부를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시상태에 따른 이차 전지는 가스켓에 내열성 및 절연성이 높은 재료를 포함하여, 이차 전지 구동 시 이차 전지 내부의 온도 증가에 의해 가스켓이 변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 가스켓의 변형에 의해 캔에 젼류가 인가되는 루트를 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 절연 물질이 코팅된 클림핑부(22)를 확대한 확대도이고, 도 2(b)는 본 발명의 다른 실시상태에 따른 절연 물질이 코팅된 클림핑부(22)를 확대한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 가스켓을 도시한 도면이다. 도 3(a)는 일 실시예에 따른 가스켓을 도시한 평면도이고, 도 3(b)는 다른 실시예에 따른 가스켓을 도시한 평면도이고, 도 3(c)는 또 다른 실시예에 따른 가스켓을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 탑 캡을 확대한 단면도이다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지(100)를 도시한 단면도이다. 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지(100)는 전지 조립체(10), 캔(20) 및 캡 어셈블리(30, Cap Assembly)를 포함할 수 있다.
전지 조립체(10)는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지(100)는 전지 조립체(10) 상부 및 하부에 각각 제1 절연판(도시되지 않음) 및 제2 절연판(도시되지 않음)이 위치될 수 있다. 제1 절연판은 전지 조립체(10)와 캡 어셈블리(30) 사이를 절연할 수 있고, 제2 절연판은 전지 조립체(10)와 캔(20)의 하부 사이를 절연할 수 있다.
그리고, 전지 조립체(10)는 중심에 센터핀(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 센터핀은 젤리롤 형태로 권취된 전지 조립체(10)가 풀리는 것을 방지하고 이차 전지(100) 내부의 가스의 이동 통로의 역할을 할 수 있다.
캔(20)은 내부에 공간이 형성된 원통형 구조로 구비될 수 있다. 캔(20)은 내부 공간에 전극과 분리막을 포함하는 전지 조립체(10) 및 전해액(도시되지 않음)이 수용될 수 있다. 캔(20)의 일측은 개구된 구조를 가질 수 있고, 타측은 밀봉된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 캔(20)의 일측 및 타측은 중력 방향 또는 캔(20)의 중심축을 따라 상부 및 하부에 위치된 단부를 의미한다.
개구된 캔(20)의 일측에는 이차 전지(100)의 중심 방향으로 폴딩된 비딩부(21)가 구비될 수 있다. 그리고, 캔(20)은 비딩부(21) 상측에 클림핑부(22)가 구비될 수 있다. 즉, 클림핑부(22)는 캔(20)의 최상측에 위치될 수 있다. 여기서, 캔(20)의 일측 및 비딩부(21) 상측은 개구된 방향, 즉, 중력 방향의 상부 방향을 의미할 수 있다.
도 2(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 절연 물질이 코팅된 클림핑부(22)를 확대한 확대도이고, 도 2(b)는 본 발명의 다른 실시상태에 따른 절연 물질이 코팅된 클림핑부(22)를 확대한 확대도이다.
일 실시상태에 따른 클림핑부(22)는 일부에 절연 물질을 코팅할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 절연 물질은 클림핑부(22) 외면 일부에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 클림핑부(22)는 후술되는 가스켓(40)을 감싸는 형태로 한 번 절곡될 수 있다. 절연 물질은 클림핑부(22)의 절곡 부분의 외면에 코팅될 수 있다. 절연 물질은 세라믹 또는 폴리머 재료를 포함할 수 있다.
또는, 도 2(b)를 참고하면, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 클림핑부(22) 외면에서 가스켓(40)의 단부까지 절연 물질이 코팅될 수 있다. 여기서, 절연 물질은 클림핑부(22)의 가장 상부 외면의 일부에서 가스켓(40)의 단부까지 코팅되거나, 클림핑부(22)의 절곡부에서 가스켓(40)의 단부까지 코팅될 수 있다.
클림핑부(22) 외면에 절연 물질을 코팅함으로써, 클림핑부(22)와 후술되는 탑 캡(31)에 전도성 물질이 접촉되어 외부 단락으로 인한 발열, 발화 또는 폭발을 방지할 수 있다.
일 실시상태 및 다른 실시상태에 따른 절연 물질은 절연재 및 수지 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 절연 물질은 절연재만으로 클림핑부(22)에 도포가 가능할 경우 절연재만 포함될 수 있고, 절연재가 고체로 구비되어 클림핑부(22)에 도포가 불가능할 경우, 바인더 형태의 수지를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 물질는 폴리머, 세라믹 및 글라스 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 폴리머는 에폭시, 우레탄, 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하고, 세라믹은 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4) 등을 포함할 수 있다.
그리고, 클림핑부(22)의 일면에 코팅된 절연 물질의 두께는 20㎚ 내지 200㎛의 두께로 클림핑부(22) 외면에 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 절연 물질은 10㎚ 내지 100㎛의 두께로 클림핑부(22) 외면에 코팅될 수 있다. 절연 물질의 두께가 10㎚ 미만이면, 외부 전도성 물질이 절연 물질이 코팅되지 않은 부분과 접촉되어 반전과 쇼트가 발생할 수 있다. 그리고, 절연 물질의 두께가 100㎛를 초과하면, 절연 물질이 투입되는 양에 비해 방전과 쇼트를 방지하는 효과 증가가 미미할 수 있다.
캔(20)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성될 수 있다.
캡 어셈블리(30)는 캔(20) 상부에 결합될 수 있고, 탑 캡(31), 안전 벤트(32) 및 전류차단소자(33)를 포함할 수 있다.
탑 캡(31)은 캡 어셈블리(30)의 가장 상부에 돌출되어 외부와 전기적으로 접속되도록 전극 단자 역할을 할 수 있다. 탑 캡(31)은 캔(20)의 상부에 위치될 수 있다. 즉, 탑 캡(31)의 끝 단부는 캔(20)의 최상부에 위치된 클림핑부(22)의 내부에 위치될 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 탑 캡(31)과 클링핑부(22) 사이 가스켓(40)이 포함될 수 있고, 가스켓(40)에 대해서는 후술하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 탑 캡(31)을 확대한 단면도이다. 탑 캡(31)은 캔(20)이 개구된 방향으로 돌출된 돌출부(1), 가스켓(40)과 결합되는 테두리부(2) 및 돌출부(1)와 테두리부(2)를 연결하는 연결부(3)를 포함할 수 있다.
연결부(3)는 캔(20)의 최상부에 돌출되어 구비됨으로 외부 전도성 물질과 접촉될 가능성이 높고, 전도성 물질에 의한 외부 단락을 방지하지 위해 일면에 절연 물질이 코팅될 수 있다. 여기서, 연결부(3)의 일면은 캔(20)의 외부로 돌출되어 노출되는 면을 포함할 수 있다. 연결부(3)의 타면은 안전 벤트(32)와 마주보는 면을 포함할 수 있다.
이때, 절연 물질은 절연재 및 수지 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 절연 물질은 절연재만으로 연결부(3)에 도포가 가능할 경우 절연재만 포함될 수 있고, 절연재가 고체로 구비되어 연결부(3)에 도포가 불가능할 경우, 바인더 형태의 수지를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 물질는 폴리머, 세라믹 및 글라스 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 폴리머는 에폭시, 우레탄, 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하고, 세라믹은 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4) 등을 포함할 수 있다.
그리고, 연결부(3)의 일면에 코팅된 절연 물질의 두께는 20㎚ 내지 200㎛의 두께로 연결부(3) 외면에 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 절연 물질은 10㎚ 내지 100㎛의 두께로 연결부(3) 외면에 코팅될 수 있다. 절연 물질의 두께가 10㎚ 미만이면, 외부 전도성 물질이 절연 물질이 코팅되지 않은 부분과 접촉되어 반전과 쇼트가 발생할 수 있다. 그리고, 절연 물질의 두께가 100㎛를 초과하면, 절연 물질이 투입되는 양에 비해 방전과 쇼트를 방지하는 효과 증가가 미미할 수 있다.
안전 벤트(32)는 탑 캡(31)의 하측에 위치되고, 탑 캡(31)의 끝 단부와 결합될 수 있다. 안전 벤트(32)는 탑 갭(31)의 끝 단부와 일정 길이 접촉되고, 접촉 길이를 제외한 부분은 탑 캡(31)과 일정 거리 이격되어 위치될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 안전 벤트(32)는 탑 캡(31)과 접촉되는 끝 단부에서 중앙으로 갈수록 탑 캡(31)과의 이격거리가 증가할 수 있다. 여기서, 끝 단부는 클림핑부(22) 또는 가스켓(40)의 위치와 대응되는 위치를 의미할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 안전 벤트(32)는 끝 단부가 캔(20)의 축 방향과 수직으로 구비될 수 있다. 이때. 탑 캡(31)은 안전 벤트(32)와 동일하게 캔(20)의 축 방향과 수직되어 구비될 수 있다. 즉, 안전 벤트(32)와 탑 캡(31)은 수평되게 위치될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 안전 벤트(32)는 끝 단부가 절곡되어 탑 캡(32)의 외주면을 감싸는 형태로 구비될 수 있다.
안전 벤트(32)는 적어도 한 번 이상 절곡되어 구비될 수 있다. 예를 들어, 안전 벤트(32)는 탑 캡(31)과 접촉되지 않는 부분에 두 개의 노치가 구비될 수 있다. 즉, 안전 벤트(32)는 노치에 의해 절곡되고, 안전 벤트(32)의 중앙은 함몰되어 만입형 중앙부(32a)가 형성될 수 있다. 그리고, 안전 벤트(32)는 탑 캡(31)과 접촉되는 끝 단부와 만입형 중앙부(32a)를 연결하는 벤팅부(32b)가 형성될 수 있다. 안전 벤트(32)의 벤팅부(32b)는 기울기가 형성될 수 있다.
전류차단소자(Current Interruptive Device, CID)(33)는 안전 벤트(32) 하측에 위치되고, 안전 벤트(32)와 적어도 일부가 접촉될 수 있다. 전류차단소자(33)는 전지 조립체(10)에 포함된 전극 탭(도시되지 않음)과 접촉되어 전류가 흐르는 경로를 제공할 수 있다. 전류차단소자(33)는 전지의 비정상적인 작동 시, 예를 들어 이차 전지(100)의 내부압력이 증가할 경우, 전류차단소자(33)는 전류를 차단하고 내압을 해소할 수 있다.
전류차단소자(33)는 안전 벤트(32) 방향으로 돌출된 중앙부(33a) 및 중앙부 외측에 위치되는 CID 필터부(33b)를 포함할 수 있다. 따라서, 캡 어셈블리(30)는 전류차단소자(33)는 중앙부(33a)와 안전 벤트(32)의 만입형 중앙부(32a)가 접촉될 수 있다.
본 발명에 따른 캡 어셈블리(30)는 CID 필터부(33b) 끝 단부에 CID 가스켓(50)이 구비될 수 있다. CID 가스켓(50)은 안전 벤트(32)가 전류차단소자(33)의 중앙부(33a) 이외의 부분에서 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시상태에 따른 가스켓(40)을 도시한 도면이다. 도 3(a)는 일 실시예에 따른 가스켓(40)을 도시한 평면도이고, 도 3(b)는 다른 실시예에 따른 가스켓(40)을 도시한 평면도이고, 도 3(c)는 또 다른 실시예에 따른 가스켓(40)을 도시한 단면도이다.
가스켓(40)은 클림핑부(22)와 캡 어셈블리(30) 사이에 위치되어 캔(20)의 밀폐력을 증가시킬 수 있다. 좀 더 상세하게는, 가스켓(40)은 클림핑부(22)와 탑 캡(31) 사이에 위치될 수 있다.
그리고, 가스켓(40)은 고분자 수지에 절연재가 포함될 수 있다. 또한, 가스켓(40)은 내열성 재료를 더 포함하거나, 고분자 수지 또는 절연재가 내열성을 가지는 재료일 수 있다.
고분자 수지는 가스켓(40)의 형태를 결정하는 것으로, 일반적으로 가스켓(40)의 재료로 사용되는 내열성 고분자를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 나일론, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 폴리메틸메타크릴레이트 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.
고분자 수지로 인해 리튬 이차 전지 내의 전지 조립체(10)와 캔(20)간의 절연성 및 밀봉성을 확보할 수 있다.
절연재는 CID 단락에 의해 가스켓(40)에 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있으며, 폴리머, 세라믹 및 글라스 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 폴리머는 에폭시, 우레탄, 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하고, 세라믹은 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스켓(40)은 고분자-세라믹 복합 재료를 포함할 수 있다.
절연재는 가스켓(40)의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 10 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
절연재가 0.1 중량% 미만이면, CID 단락으로 인해 가스켓(40)에 전류가 흘러, 전류 흐름에 의해 발생된 열에 의해 가스켓(40)이 녹았을 때, 전류를 차단하지 못할 수 있고, 절연재가 10 중량%를 초과하면, 투입된 세라믹 재료 양에 비해 효과 증대는 미미하다.
본 발명에 따른 가스켓(40)은 절연재가 포함되어, 가스켓(40)에 전류가 흘러 열이 발생될 때 가스켓(40)의 변형을 감소할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 가스켓(40)은 변형이 발생하여도 분말 또는 오-링 형태의 절연재에 의해 전류가 재인가(reconnection)될 수 있는 루트를 차단하여 이차 전지(100)의 안정성을 증가시킬 수 있다.
도 3(a)를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓(40)은 고분자 수지에 분말 형태의 절연재가 분산될 수 있다.
본 발명에 따른 가스켓(40)에 포함된 분말 형태의 절연재는 1차 입경이 50㎚ 내지 200㎚이고, 2차 입경은 120㎚ 내지 250㎚일 수 있다. 바람직하게는, 절연재는 1차 입경이 80㎚ 내지 150㎚이고, 2차 입경은 150㎚ 내지 200㎚일 수 있다. 이때, 1차 입경은 분말의 입경을 의미하고, 2차 입경은 분말 형태의 절연재가 고분자 수지 내에서 응집되어 포함되었을 경우의 크기를 의미할 수 있다. 다시 말해, 2차 입경은 1차 입경을 갖는 광확산제 분말의 적절한 분산을 통해 이루어지는 응집입경을 의미할 수 있다. 시약(예를 들어, 산성용액)을 통해 수지를 녹이고 원심분리기로 분리하여 절연재의 무게와 부피를 확인하여 분산되어있는 절연재의 양을 측정하고, 전자현미경 SEM(scanning electron microscope)을 통해 분산정도를 확인할 수 있다.
도 3(b)를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스켓(40)은 설치홈(도시되지 않음)을 포함하는 본체(도시되지 않음) 및 절연재를 포함하고 설치홈에 끼움 결합되는 오-링(O-ring) 형태의 절연부(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 여기서, 본체는 고분자 수지를 포함할 수 있고, 가스켓(40)의 외형을 결정할 수 있다.
도 3(c)를 참고하면, 또 다른 실시예에 따른 가스켓(40)은 고분자 수지를 포함하고 가스켓(40)의 외형을 결정하는 본체(41) 및 절연재를 포함하고 본체(41) 표면에 코팅된 절연층(42)을 포함할 수 있다.
절연층(42)은 20㎚ 내지 200㎛의 두께로 본체(41) 외면에 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 절연층(42)은 10㎚ 내지 100㎛의 두께로 본체(41) 외면에 코팅될 수 있다. 절연층(42)의 두께가 10㎚ 미만이면, 이차 전지(100)의 내부의 온도의상승으로 인한 외부단락 시에 절연층(42)의 두께가 얇아 가스켓(40) 또는 본체(41)가 열에 의해 변형될 수 있다. 그리고, 절연층(42)의 두게가 100㎛를 초과하면, 가스켓(40)에서 본체(41)가 차지하는 비율이 감소하여 클림핑부(22)와 안전 벤트(32) 사이 밀봉력이 감소되고, 가스켓(40)에 절연재가 포함되는 양에 비해 가스켓(40) 또는 본체(41)의 변형율의 감소 폭 증가가 미미할 수 있다.
그리고, 절연층(42)은 절연재 및 수지 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 절연층(42)은 절연재만으로 본체(41)에 도포가 가능할 경우 절연재만 포함될 수 있고, 절연재가 고체로 구비되어 본체(41)에 도포가 불가능할 경우, 바인더 형태의 수지를 더 포함할 수 있다. 이때, 절연재는 폴리머, 세라믹 및 글라스 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 폴리머는 에폭시, 우레탄, 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하고, 세라믹은 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4) 등을 포함할 수 있다. 그리고, 수지는 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 및 아크릴 수지 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 절연 물질, 절연층 또는 절연재에 포함되는 글라스는 모래나 수정을 구성하는 이산화 규소가 주요 성분인 소다 석회 유리나 붕규산 유리뿐만 아니라, 아크릴 수지, 설탕 유리, 운모 또는 알루미늄 옥시니트라이드 등도 유리에 포함할 수 있다. 그리고, 절연 물질 또는 절연층이 글라스만 포함하는 경우, 글라스를 형태가 가변 가능한 상태로 가열한 후, 클림핑부(22), 연결부(3) 및 본체(41)에 적층할 수 있다. 이때, 절연 물질 또는 절연층은 바인더 역할을 하는 수지를 포함하지 않을 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 가스켓(40)은 클림핑부(22)와 탑 캡(31) 사이에서 클림핑부(22)의 상부 외면까지 연장될 수 있다. 이때, 가스켓(40)은 고분자 수지에 분말 형태의 절연재가 분산된 형태로 구비되거나, 고분자 수지를 포함하는 본체 외면에 절연재를 포함하는 절연층이 코팅된 형태로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 가스켓(40)은 10 Ω·㎝ 내지 1,000 Ω·㎝ 의 절연 저항, 0.58 Gpa 내지 330 Gpa의 탄성 및 577 내지 1,340의 비스커 경도를 가질 수 있다.
가스켓(40)의 절연 저항은 직경 10㎜, 두께 0.5㎜인 가스켓 시험편을 제작하고, 절연 저항계를 이용하여 직류 전압 500V를 연속 인가하였을 때의 저항을 측정하였다. 그리고, 탄성 계수는 Roatainonal Rheometer (DHR2) 장비를 이용하여 0.1 내지 20KHz의 범위 내의 파형을 인가하여 측정하였다. 가스켓(40)의 경도는 비커스 경도시험기 장비를 이용하여 136° 피라미드형 다이아몬드 입자를 재료의 면에 10kgf 하중으로 눌러 피트를 만들고 하중을 제거한 후 남은 피트의 표면적으로 하중을 나눈 값을 측정하였다.
그리고, 가스켓(40)은 높이가 0.5㎜ 내지 10㎜이고, 지름이 10㎜ 내지 46㎜일 수 있다. 가스켓(40)의 높이 및 지름이 상기 범위 미만이면 가스켓(40)의 밀봉력이 감소하고, 상기 범위를 초과하면, 가스켓(40)의 크기 증가에 비해 밀봉력이 증가되는 효과가 미미할 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지(100)는 CID 가스켓(50)을 포함할 수 있다. CID 가스켓(50)은 전지 조립체(10) 상부에 위치되어, 전류차단소자(33) 및 전류차단소자(33)의 단부와 결합될 수 있다. CID 가스켓(50)은 전류차단소자(33)와 안전 벤트(32) 사이를 공간적으로 분리하여 절연시킬 수 있다.
CID 가스켓(50)은 전기 절연성 물질을 포함할 수 있다. 그리고, CID 가스켓(50)은 고분자 수지에 분말 형태의 절연재가 분산되거나, 오-링 형태의 절연재가 끼움 결합되거나, 고분자 수지 외표면에 절연재가 코팅(절연층)될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 CID 가스켓(50)은 CID 단락 후 탑 캡(31)에 전류가 인가될 때 CID 가스켓(50)을 통해 전류차단소자(33)로 전류가 인가되는 것을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 이차 전지
10: 전지 조립체
20: 캔
21: 비딩부
22: 클림핑부
30: 캡 어셈블리
31: 탑 캡
1: 돌출부
2: 테두리부
3: 연결부
32: 안전 벤트
32a: 만입형 중앙부
32b: 벤딩부
33: 전류차단소자
33a: 중앙부
33b: CID 필터부
40: 가스켓
41: 본체
42: 절연층
50: CID 가스켓

Claims (13)

  1. 일측이 개구되고, 이차 전지 캔의 상부에 결합되는 캡 어셈블리에 있어서,
    상기 캔은 상부 측면에 상기 캔의 중심 방향으로 폴딩된 비딩부 및 상기 비딩부 상측에 구비되는 클림핑부를 포함하고,
    상기 캡 어셈블리와 상기 클림핑부 사이에 위치되는 가스켓을 포함하고,
    상기 가스켓은 고분자 수지 및 절연재가 포함된 것인 이차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가스켓은 고분자 수지에 분말 형태의 절연재가 분산되는 것인 이차 전지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 가스켓은 상기 가스켓의 외형을 결정하고, 일면에 설치홈을 포함하는 본체 및 상기 설치홈에 끼움 결합되고, 상기 절연재를 포함하는 오-링 형태의 절연부를 포함하는 것인 이차 전지.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 가스켓은 상기 고분자 수지를 포함하고 상기 가스켓의 외형을 결정하는 본체 및 상기 절연재를 포함하고 상기 본체 표면에 코팅된 절연층을 포함하는 것인 이차 전지.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 절연층은 10㎚ 내지 100㎛의 두께로 코팅된 것인 이차 전지.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 절연재는 상기 가스켓의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 10 중량%의 함량으로 포함되는 것인 이차 전지.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 절연재는 폴리머, 세라믹 및 글라스 중 어느 하나 이상을 포함하는 것인 이차 전지.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 클림핑부는 외면의 적어도 일부에 절연 물질이 코팅되는 것인 이차 전지.
  9. 청구항 1항에 있어서, 상기 클림핑부 외면에서 상기 가스켓 단부까지 절연 물질이 코팅되는 것인 이차 전지.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 캡 어셈블리는 상기 캔의 상부와 결합하는 탑 캡을 포함하고,
    상기 탑 캡은 상기 캔이 개구된 방향으로 돌출되는 돌출부, 상기 가스켓과 결합되는 테두리부 및 상기 돌출부와 테두리부를 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 연결부는 일면에 절연 물질이 코팅되는 것인 이차 전지.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 캡 어셈블리는 상기 캔의 상부와 결합하는 탑 캡, 상기 탑 캡의 하측에 위치되고, 상기 탑 캡의 끝 단부와 결합되는 안전 벤트, 상기 안전 벤트 하측에 위치되고, 상기 안전 벤트와 적어도 일부가 접촉되는 전류차단소자 및 상기 전류차단소자의 단부와 결합되는 CID 가스켓을 포함하고,
    상기 CID 가스켓은 표면에 절연 물질이 코팅되는 것인 이차 전지.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 가스켓은 10 Ω·㎝ 내지 1,000 Ω·㎝ 의 절연 저항, 0.58 Gpa 내지 330 Gpa의 탄성 계수 및 577 내지 1,340의 비스커 경도를 갖는 것인 이차 전지.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 가스켓은 높이가 0.5㎜ 내지 10㎜이고, 지름이 10㎜ 내지 46㎜인 이차 전지.
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