WO2020149549A1 - 이차전지용 탑 캡, 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법 - Google Patents

이차전지용 탑 캡, 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법 Download PDF

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WO2020149549A1
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secondary battery
region
top cap
hole
protruding
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강준섭
배준성
성낙기
김성태
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a top cap for a secondary battery, a secondary battery and a method for manufacturing the secondary battery, and more particularly, to a secondary battery top cap, a secondary battery and a secondary battery capable of improving the sealing properties of the secondary battery compared to the prior art. It relates to a manufacturing method.
  • Secondary batteries capable of repetitive charging and discharging may be divided into pouch-type secondary batteries, prismatic secondary batteries, and cylindrical secondary batteries according to the structure and manufacturing method.
  • the cylindrical secondary battery has a structure in which an electrode assembly is accommodated inside a battery can having a cylindrical shape and a top cap is coupled to the top of the battery can.
  • a method of manufacturing a secondary battery generally includes an activation process of charging the electrode assembly to activate the electrode assembly. During the activation process, gas is generated in the electrolyte, etc., and the pressure inside the secondary battery is increased due to the gas.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the stability of the secondary battery by discharging the gas inside the secondary battery generated during the activation process during the manufacturing process of the secondary battery.
  • a top cap for a secondary battery the circumferential region forming an outer peripheral surface of the top cap; A central region forming a central portion of the top cap; A connecting region connecting the circumferential region and the middle region; And a protruding region protruding downward from the circumferential region, the middle region or the connecting region.
  • a top cap for a secondary battery is provided.
  • the center region has a disc shape, and the projecting region may protrude downward from the center of the center region.
  • the protruding area includes a rod portion having a (1) shape and extending downward; It may include.
  • the protruding region includes a protrusion formed on a side surface of the rod portion; It may further include.
  • the projecting area includes a zigzag shape and a zigzag portion extending downward; It may include.
  • the upper battery case is opened; An electrode assembly provided inside the battery case; A through hole forming member provided on the electrode assembly and having a through hole formed thereon; And a top cap for the secondary battery coupled to an upper portion of the battery case. It includes, and at least a portion of the protruding region is provided with a secondary battery that is inserted into the through hole.
  • the through hole forming member may include at least one of a PTC element and a cap plate.
  • the step of providing a battery case with an open top Receiving an electrode assembly inside the battery case; Providing a through hole forming member having a through hole formed on the electrode assembly; A top cap positioned on an upper portion of the through-hole forming member and protruding downwardly and including a protruding region having a shape of a cross section corresponding to the through-hole to a top portion of the battery case; A charging step of charging the electrode assembly; And a sealing step in which the projecting area moves downward, and the projecting area seals the through hole of the through hole forming member.
  • a secondary battery manufacturing method is provided.
  • the step of providing a sheet-like sealing sheet on top of the through-hole of the through-hole forming member Further comprising, in the sealing step, as the projecting area moves downward, at least a portion of the sealing sheet may be inserted into the through hole of the through hole forming member.
  • the stability of the secondary battery can be improved by discharging the gas inside the secondary battery generated during the activation process during the manufacturing process of the secondary battery.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a top cap for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the structure of a top cap for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a side cross-sectional view showing the structure of a top cap for a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view showing the structure of a top cap for a secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a side cross-sectional view showing a state before the sealing step by the protruding region in the secondary battery manufacturing method according to the present invention.
  • Figure 6 is a side cross-sectional view showing a state after the manufacturing of the secondary battery is completed after the sealing step by the protruding region in the secondary battery manufacturing method according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a top cap for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the structure of a top cap for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • the top cap 300 for a secondary battery according to the first embodiment of the present invention includes a circumferential region 310 and a top cap 300 forming an outer circumferential surface of the top cap 300. It may include a central region 320 forming a central portion and a connection region 330 connecting the peripheral region 310 and the central region 320. 1 and 2, the center region 320 of the top cap 300 according to the first embodiment of the present invention may protrude upward, and the connection region 330 may be a top cap 300 Can form a step. In addition, the connection region 330 may be divided into multiple configurations and multiple configurations may be spaced apart from each other. At least one open region H is formed between the connection regions 330 of the top cap 300. Can be. 1, the circumferential region 310 and the central region 320 of the top cap 300 have a ring shape and a disc shape, respectively, but the shapes of the circumferential region 310 and the central region 320 are illustrated. It is not limited to 1.
  • the circumferential region 310, the central region 320, and the connection region 330 of the top cap 300 may include iron-based metal.
  • the circumferential region 310, the middle region 320, and the connection region 330 of the top cap 300 may be made of iron plated with nickel.
  • the top cap 300 for a secondary battery according to the first embodiment of the present invention has a shape protruding downward from the circumferential region 310, the middle region 320, or the connection region 330. It may include a protruding area 340. 1 and 2, the protruding area 340 is shown protruding downward from the center of the center area 320 having a disk shape.
  • the protruding region 340 may include a rod portion 342 having a one-shaped shape and extending downward.
  • the rod portion 342 may have a cylindrical shape.
  • the lower end of the rod portion 342 may be positioned above the lower surface of the circumferential region 310. It can be understood that the lower end of the rod portion 342 is located above the extended region of the lower surface of the circumferential region 310 (see the dotted line in FIG. 2 ).
  • the protruding region 340 of the top cap 300 may be configured to be inserted into the through hole of the through hole forming member 200 (see FIG. 6) provided inside the secondary battery.
  • FIG. 3 is a side cross-sectional view showing the structure of a top cap for a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • a description of the circumferential area 310, the middle area 320, and the connection area 330 is secondary according to the first embodiment of the present invention. Replace with the description of the battery top cap.
  • the protruding area 340 of the top cap 300 for a secondary battery according to the second embodiment of the present invention also has a one-sided shape similar to the case of the first embodiment of the present invention, and has a downward shape. It may include a rod portion 342 extending.
  • the protruding region 340 may further include a protrusion 344 formed convexly on the side surface of the rod portion 342. As illustrated in FIG. 3, a plurality of protrusions 344 may be provided.
  • the lower end of the rod portion 342 may be positioned above the lower surface of the circumferential region 310.
  • the protruding area 340 of the top cap 300 may be configured to be inserted into the through hole of the through hole forming member 200 (see FIG. 6) provided inside the secondary battery.
  • the protruding portion 344 is formed in the protruding region 340 as in the second embodiment of the present invention, the coupling force of the protruding region 340 in the through hole may be improved by the protruding portion 344.
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view showing the structure of a top cap for a secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
  • a description of the circumferential area 310, the middle area 320 and the connection area 330 is also secondary according to the second embodiment of the present invention Replace with the description of the battery top cap.
  • the protruding region 340 of the top cap 300 for a secondary battery according to the third embodiment of the present invention may include a zigzag portion 346 having a zigzag shape and extending downward.
  • FIG. 4 illustrates a case where the zigzag portion 346 has an angled shape, but unlike this, the zigzag portion 346 may have a shape that is curved to have a curved surface.
  • the lower end of the zigzag portion 346 may be positioned above the lower surface of the circumferential region 310.
  • the protruding area 340 of the top cap 300 may be configured to be inserted into the through hole of the through hole forming member 200 (see FIG. 6) provided inside the secondary battery.
  • the zigzag portion 346 is included in the protruding area 340 as in the third embodiment of the present invention, the bonding force of the protruding area 340 in the through hole may be improved.
  • FIG. 5 is a side cross-sectional view showing a state before the sealing step by the protruding region in the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention
  • Figure 6 is a sealing step by the protruding region in the secondary battery manufacturing method according to the invention It is a side cross-sectional view showing a state after the production of the secondary battery is completed.
  • Description of the structure of the top cap 300 is to replace the structure of the top cap 300 according to the first to third embodiments of the present invention in the above-described contents.
  • the secondary battery 10 may include a battery case 100 with an open top and an electrode assembly 150 provided inside the battery case 100.
  • the battery case 100 may have a cylindrical shape, but the shape of the battery case 100 may be variously applied within a range not contradicting the contents of the present invention.
  • the top cap 300 may be coupled to the top of the battery case 100.
  • the gasket 500 may be provided between the inner surface of the upper portion of the battery case 100 and the outer surface of the top cap 300 so that the connection between the battery case 100 and the top cap 300 can be made more robust. have.
  • the secondary battery 10 may include a through-hole forming member 200 that is provided on the upper portion of the electrode assembly and through holes 200a are formed.
  • the through-hole forming member 200 may include a PTC element 210 or a cap plate 220 that cuts the current of the secondary battery by rapidly increasing electrical resistance when the temperature rises. 5 and 6, the electrode assembly 150 in the secondary battery 10 is connected to the cap plate 220 by the electrode tab 150a, and the PTC element 210 is provided on the cap plate 220. The structure is shown.
  • the protruding region 340 in the secondary battery 10 may be inserted into the through hole 200a formed in the through hole forming member 200.
  • the protrusion region 340 is inserted into the through hole 210a of the PTC element 210 and the through hole 220a of the cap plate 220.
  • the protruding area 340 of the top cap 300 is inserted into the through hole 200a formed in the through hole forming member 200 to ensure sealing performance inside the secondary battery 10.
  • the shape of the horizontal cross-section of the protruding region 340 may correspond to the shape of the through-hole 200a so that the protruding region 340 can be smoothly inserted into the through-hole 200a.
  • the shape of the horizontal cross section of the protruding region corresponds to the shape of the through hole' means that the protruding region 340 has an area sufficient to be inserted into the through hole 200a, and the shape of the horizontal cross section of the protruding region And the shape of the through-holes do not only mean that they are similar.
  • the area of the horizontal cross section of the protruding area 340 may be smaller than the area of the through hole 200a.
  • the protruding region 340 can be smoothly inserted into the through hole 200a.
  • the area of the horizontal cross section of the protruding area 340 may be larger than the area of the through hole 200a. In this case, since the protruding region 340 is inserted into the through-hole 200a in a forced fit manner, sealing performance of the secondary battery 10 may be improved.
  • the secondary battery 10 according to the present invention has a sheet shape and is provided between the protruding region 340 and the through hole 200a, and at least a portion of the sealing sheet 400 is inserted into the through hole 200a. It can contain.
  • the sealing sheet 400 is provided, the sealing property of the secondary battery 10 may be improved.
  • the protruding region 340 may include a plastic material. More preferably, the material of the protruding region 340 may be the same as the material of the gasket 500. When the material of the protruding region 340 is the same as the material of the gasket 500, there is no need to employ a separate material for manufacturing the protruding region 340, so that the secondary battery 10 according to the present invention is manufactured The required cost can be minimized.
  • the secondary battery manufacturing method the step of providing a battery case 100 with an open top, receiving the electrode assembly 150 inside the battery case 100, A step of providing a through-hole forming member 200 having a through-hole 200a formed on an upper portion of the electrode assembly 150, positioned above the through-hole forming member 200, protruding downwardly, and surrounding area 310 and center region
  • the battery case 100 includes a top cap 300 that protrudes downward from the 320 or the connection area 330 but includes a protrusion area 340 having a shape of a horizontal cross section corresponding to the through hole 200a.
  • To the upper portion It may include.
  • the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention charges the electrode assembly 150 to activate the electrode assembly 150, and presses the upper surface of the top cap 300 to move the protruding area 340 downward.
  • the protruding region 340 may further include a sealing step of sealing the through-hole 200a of the through-hole forming member 200.
  • the protruding region 340 has a through-hole 200a ) to prevent damage to the internal structure of the secondary battery or explosion of the secondary battery due to gas generated during the activation process of the electrode assembly.
  • the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention is made before the sealing step, and further comprising the step of providing a sheet-shaped sealing sheet 400 on the top of the through-hole 200a of the through-hole forming member 200. It can contain.
  • the sealing step as the protruding region 340 moves downward, at least a portion of the sealing sheet 400 may be inserted into the through hole 200a of the through hole forming member 200.
  • the top cap when pressing the top surface of the top cap 300 in the sealing step, the top cap
  • the upper surface of 300 may be a material having a level of ductility sufficient to deform.
  • the top cap 300 may be a material having a rigidity such that the top surface of the top cap 300 does not return to its original state due to the pressure inside the secondary battery 10.

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Abstract

이차전지용 탑 캡, 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법이 제공된다. 본 발명의 제1 측면에 따르면, 이차전지용 탑 캡으로서, 상기 탑 캡의 외주면을 형성하는 둘레 영역; 상기 탑 캡의 중심부를 형성하는 가운데 영역; 상기 둘레 영역과 상기 가운데 영역을 연결하는 연결 영역; 및 상기 둘레 영역, 가운데 영역 또는 연결 영역으로부터 하방으로 돌출된 돌출 영역; 을 포함하는 이차전지용 탑 캡이 제공된다.

Description

이차전지용 탑 캡, 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 1월 14일자 한국특허출원 제10-2019-0004804호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지용 탑 캡, 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래에 비해 이차전지의 밀봉성을 향상할 수 있는 이차전지용 탑 캡, 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)는 그 구조 및 제조 방법 등에 따라 파우치형 이차전지, 각형 이차전지, 원통형 이차전지 등으로 나뉠 수 있다.
이 중 원통형 이차전지는 원통 형상을 갖는 전지 캔의 내부에 전극 조립체가 수용되고 전지 캔의 상부에 탑 캡이 결합되는 구조를 갖는 것이 일반적이다.
한편, 이차전지를 제조하는 방법은 전극 조립체를 활성화하기 위해 전극 조립체를 충전하는 활성화 과정을 포함하는 것이 일반적이다. 이러한 활성화 과정에서 전해액 등에서 가스가 발생하게 되는데, 이러한 가스로 인해 이차전지 내부의 압력이 상승하게 된다.
그러나, 종래기술에 따르면 원통형 이차전지의 활성화 과정은 전지 캔의 상부에 탑 캡이 결합되어 이차전지 내부가 밀봉된 후에 이루어지기 때문에 활성화 과정에서 발생하는 가스를 외부로 배출할 수 없어 전지 캔을 비롯한 이차전지 내부의 구성이 파손되거나 이차전지가 폭발할 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이차전지의 제조 과정 중 활성화 과정에서 발생하는 이차전지 내부의 가스를 배출함으로써 이차전지의 안정성이 향상되는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르면, 이차전지용 탑 캡으로서, 상기 탑 캡의 외주면을 형성하는 둘레 영역; 상기 탑 캡의 중심부를 형성하는 가운데 영역; 상기 둘레 영역과 상기 가운데 영역을 연결하는 연결 영역; 및 상기 둘레 영역, 가운데 영역 또는 연결 영역으로부터 하방으로 돌출된 돌출 영역; 을 포함하는 이차전지용 탑 캡이 제공된다.
상기 가운데 영역은 원판 형상을 가지고, 상기 돌출 영역은 상기 가운데 영역의 중심으로부터 하방으로 돌출될 수 있다.
상기 돌출 영역은, 일(1)자 형상을 가지고 하방으로 연장되는 막대부; 를 포함할 수 있다.
상기 돌출 영역은, 상기 막대부의 측면에 형성되는 돌기부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 돌출 영역은, 지그재그(zigzag) 형상을 가지고 하방으로 연장되는 지그재그부; 를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따르면, 상부가 개방된 전지 케이스; 상기 전지 케이스의 내부에 구비되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체의 상부에 구비되고 관통홀이 형성되는 관통홀 형성 부재; 및 상기 전지 케이스의 상부에 결합되는 상기 이차전지용 탑 캡; 을 포함하고, 상기 돌출 영역 중 적어도 일부는 상기 관통홀에 삽입되는 이차전지가 제공된다.
시트 형상을 가지고, 상기 돌출 영역과 상기 관통홀 사이에 구비되며, 적어도 일부가 상기 관통홀에 삽입되는 밀봉 시트; 를 더 포함할 수 있다.
상기 관통홀 형성 부재는, PTC 소자 및 캡 플레이트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 측면에 따르면, 상부가 개방된 전지 케이스를 구비하는 단계; 상기 전지 케이스 내부에 전극 조립체를 수용하는 단계; 상기 전극 조립체의 상부에 관통홀이 형성된 관통홀 형성 부재를 구비하는 단계; 상기 관통홀 형성 부재의 상부에 위치하고, 하방으로 돌출되되 상기 관통홀에 대응되는 단면(cross section)의 형상을 갖는 돌출 영역을 포함하는 탑 캡을 상기 전지 케이스의 상부에 결합하는 단계; 상기 전극 조립체를 충전하는 충전 단계; 및 상기 돌출 영역이 하방으로 이동하여, 상기 돌출 영역이 상기 관통홀 형성 부재의 상기 관통홀을 밀봉하는 밀봉 단계; 를 포함하는 이차전지 제조방법이 제공된다.
상기 밀봉단계 이전에, 시트 형상의 밀봉 시트를 상기 관통홀 형성 부재의 상기 관통홀의 상부에 구비하는 단계; 를 더 포함하고, 상기 밀봉 단계에서, 상기 돌출 영역이 하방으로 이동함에 따라 상기 밀봉 시트 중 적어도 일부가 상기 관통홀 형성 부재의 상기 관통홀에 삽입될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지의 제조 과정 중 활성화 과정에서 발생하는 이차전지 내부의 가스를 배출함으로써 이차전지의 안정성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡의 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이차전지 제조 방법에서 돌출 영역에 의한 밀봉 단계가 이루어지기 전의 모습을 도시한 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이차전지 제조 방법에서 돌출 영역에 의한 밀봉 단계가 이루어진 후에 이차전지의 제조가 완료된 후의 모습을 도시한 측단면도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 이차전지용 탑 캡의 구조를 설명하도록 한다.
이차전지용 탑 캡
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡(300)은 탑 캡(300)의 외주면을 형성하는 둘레 영역(310), 탑 캡(300)의 중심부를 형성하는 가운데 영역(320) 및 둘레 영역(310)과 가운데 영역(320)을 연결하는 연결 영역(330)을 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 탑 캡(300)의 가운데 영역(320)은 상방으로 돌출되어 있을 수 있고, 연결 영역(330)은 탑 캡(300)의 단차를 형성할 수 있다. 또한, 연결 영역(330)은 여러 개의 구성을 다시 나뉠 수 있고 여러 개의 구성들은 서로 이격될 수 있는데, 탑 캡(300)의 연결 영역(330)들 사이에는 적어도 하나 이상의 개방 영역(H)이 형성될 수 있다. 도 1에는 탑 캡(300)의 둘레 영역(310) 및 가운데 영역(320)이 각각 링 형상 및 원판 형상을 갖는 경우가 도시되어 있지만, 둘레 영역(310)과 가운데 영역(320)의 형상은 도 1에 한정되지 않는다.
탑 캡(300)의 둘레 영역(310), 가운데 영역(320) 및 연결 영역(330)은 철계 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 탑 캡(300)의 둘레 영역(310), 가운데 영역(320) 및 연결 영역(330)은 니켈이 도금된 철로 이루어질 수 있다.
계속해서 도 1 및 도 2를 참고하면 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡(300)은 둘레 영역(310), 가운데 영역(320) 또는 연결 영역(330)의 하방으로 돌출된 형상의 돌출 영역(340)을 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에는 돌출 영역(340)이 원판 형상을 갖는 가운데 영역(320)의 중심으로부터 하방으로 돌출된 모습이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 돌출 영역(340)은 일(1)자 형상을 갖고 하방으로 연장되는 막대부(342)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 막대부(342)는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 막대부(342)의 하부 끝부는 둘레 영역(310)의 하면보다 상부에 위치할 수 있다. 이는, 막대부(342)의 하부 끝부가 둘레 영역(310)의 하면의 연장 영역(도 2의 점선 참조)보다 상부에 위치한 것으로 이해될 수 있다.
후술할 바와 같이 본 발명에 따른 탑 캡(300)의 돌출 영역(340)은 이차전지의 내부에 구비된 관통홀 형성 부재(200, 도 6 참조)의 관통홀에 삽입되는 구성일 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡의 구조를 도시한 측단면도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡(300)의 구성 중 둘레 영역(310), 가운데 영역(320) 및 연결 영역(330)에 대한 설명은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡에 대한 설명으로 갈음하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡(300)의 돌출 영역(340) 역시 본 발명의 제1 실시예의 경우와 유사하게 일(1)자 형상을 가지고 하방으로 연장되는 막대부(342)를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 제2 실시예에 따르면 돌출 영역(340)은 막대부(342)의 측면에 볼록하게 형성되는 돌기부(344)를 더 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 돌기부(344)는 복수로 구비될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 막대부(342)의 하부 끝부는 둘레 영역(310)의 하면보다 상부에 위치할 수 있다.
후술할 바와 같이 본 발명에 따른 탑 캡(300)의 돌출 영역(340)은 이차전지의 내부에 구비된 관통홀 형성 부재(200, 도 6 참조)의 관통홀에 삽입되는 구성일 수 있는데, 본 발명의 제2 실시예와 같이 돌출 영역(340)에 돌기부(344)가 형성되는 경우 돌기부(344)에 의해 관통홀에서 돌출 영역(340)의 결합력이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡의 구조를 도시한 측단면도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡(300)의 구성 중 둘레 영역(310), 가운데 영역(320) 및 연결 영역(330)에 대한 설명 역시 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡에 대한 설명으로 갈음하도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지용 탑 캡(300)의 돌출 영역(340)은 지그재그 형상을 가지고 하방으로 연장되는 지그재그부(346)를 포함할 수 있다. 도 4에는 지그재그부(346)가 각지게 꺾인 형상을 갖는 경우가 도시되어 있지만, 이와 달리 지그재그부(346)는 물결 형태로 곡면을 갖도록 꺾인 형상을 가질 수도 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 지그재그부(346)의 하부 끝부는 둘레 영역(310)의 하면보다 상부에 위치할 수 있다.
후술할 바와 같이 본 발명에 따른 탑 캡(300)의 돌출 영역(340)은 이차전지의 내부에 구비된 관통홀 형성 부재(200, 도 6 참조)의 관통홀에 삽입되는 구성일 수 있는데, 본 발명의 제3 실시예와 같이 돌출 영역(340)에 지그재그부(346)를 포함하는 경우 관통홀에서의 돌출 영역(340)의 결합력이 향상될 수 있다.
이하, 전술한 내용 및 도면을 참고하여 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 설명하도록 한다.
이차전지
도 5는 본 발명에 따른 이차전지 제조 방법에서 돌출 영역에 의한 밀봉 단계가 이루어지기 전의 모습을 도시한 측단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 이차전지 제조 방법에서 돌출 영역에 의한 밀봉 단계가 이루어진 후에 이차전지의 제조가 완료된 후의 모습을 도시한 측단면도이다.
탑 캡(300)의 구조에 대한 설명은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 탑 캡(300)의 구조에 대해서 전술한 내용으로 갈음하도록 한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지(10)는 상부가 개방된 전지 케이스(100) 및 전지 케이스(100)의 내부에 구비되는 전극 조립체(150)를 포함할 수 있다. 전지 케이스(100)는 원통 형상을 가질 수 있지만, 본 발명의 내용과 모순되지 않는 범위 내에서 전지 케이스(100)의 형상은 다양하게 적용될 수 있다.
계속해서 도 5 및 도 6을 참고하면, 전지 케이스(100)의 상부에는 탑 캡(300)이 결합될 수 있다. 전지 케이스(100)와 탑 캡(300) 간의 결합이 보다 견고하게 이루어질 수 있도록, 전지 케이스(100)의 상부의 내측면과 탑 캡(300)의 외측면 사이에는 가스켓(500)이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지(10)는 전극 조립체의 상부에 구비되고 관통홀(200a)이 형성되는 관통홀 형성 부재(200)를 포함할 수 있다.
관통홀 형성 부재(200)는 온도가 상승하였을 때 전기 저항이 급격히 증가하여 이차전지의 전류를 차단하는 PTC 소자(210) 또는 캡 플레이트(220)를 포함할 수 있다. 도 5 및 도 6에는 이차전지(10)에서 전극 조립체(150)가 전극탭(150a)에 의해 캡 플레이트(220)와 연결되고, 캡 플레이트(220)의 상부에 PTC 소자(210)가 구비되는 구조가 도시되어 있다.
계속해서 도 6을 참고하면 본 발명에 따른 이차전지(10)에서 돌출 영역(340) 중 적어도 일부는 관통홀 형성 부재(200)에 형성된 관통홀(200a)에 삽입될 수 있다. 도 6에는 돌출 영역(340)이 PTC 소자(210)의 관통홀(210a) 및 캡 플레이트(220)의 관통홀(220a)에 삽입되는 모습이 도시되어 있다. 본 발명에 따르면 탑 캡(300)의 돌출 영역(340)이 관통홀 형성 부재(200)에 형성된 관통홀(200a)에 삽입됨으로써 이차전지(10) 내부의 밀봉성이 확보될 수 있다.
한편, 돌출 영역(340)이 관통홀(200a)에 원활하게 삽입될 수 있도록, 돌출 영역(340)의 수평 단면의 형상은 관통홀(200a)의 형상에 대응될 수 있다. 이때, '돌출 영역의 수평 단면의 형상은 관통홀의 형상에 대응'된다는 것은 돌출 영역(340)이 관통홀(200a)에 삽입될 수 있을 정도의 면적을 갖는다는 것이며, 돌출 영역의 수평 단면의 형상과 관통홀의 형상이 닮은꼴인 경우만을 의미하는 것은 아니다.
이때, 돌출 영역(340)의 수평 단면의 면적은 관통홀(200a)의 면적보다 작을 수 있다. 이 경우, 돌출 영역(340)이 관통홀(200a)에 원활하게 삽입될 수 있다. 그러나, 이와 달리 돌출 영역(340)의 수평 단면의 면적은 관통홀(200a)의 면적보다 클 수도 있다. 이 경우, 돌출 영역(340)이 관통홀(200a)에 억지 끼워맞춤 방식으로 삽입되므로, 이차전지(10)의 밀봉성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지(10)는 시트 형상을 가지고 돌출 영역(340)과 관통홀(200a) 사이에 구비되며, 적어도 일부가 관통홀(200a)에 삽입되는 밀봉 시트(400)를 더 포함할 수 있다. 밀봉 시트(400)가 구비되는 경우 이차전지(10)의 내부의 밀봉성이 보다 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면 돌출 영역(340)은 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 돌출 영역(340)의 재질은 가스켓(500)의 재질과 동일할 수 있다. 돌출 영역(340)의 재질이 가스켓(500)의 재질과 동일한 경우, 돌출 영역(340)을 제조하기 위한 별도의 재료를 채용할 필요가 없으므로, 본 발명에 따른 이차전지(10)를 제조하는 데 필요한 비용을 최소화할 수 있다.
이하, 전술한 내용 및 도면을 참고하여 본 발명에 따른 이차전지 제조방법을 설명하도록 한다.
이차전지 제조방법
도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은, 상부가 개방된 전지 케이스(100)를 구비하는 단계, 전지 케이스(100) 내부에 전극 조립체(150)를 수용하는 단계, 전극 조립체(150)의 상부에 관통홀(200a)이 형성된 관통홀 형성 부재(200)를 구비하는 단계, 관통홀 형성 부재(200)의 상부에 위치하고 하방으로 돌출되되 둘레 영역(310), 가운데 영역(320) 또는 연결 영역(330)으로부터 하방으로 돌출되되 관통홀(200a)에 대응되는 수평 단면(cross section)의 형상을 갖는 돌출 영역(340)을 포함하는 탑 캡(300)을 전지 케이스(100)의 상부에 결합하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 전극 조립체(150)를 충전하여 전극 조립체(150)를 활성화시키는 충전 단계, 및 탑 캡(300)의 상면을 가압하여 돌출 영역(340)을 하방으로 이동시킴으로써 돌출 영역(340)이 관통홀 형성 부재(200)의 관통홀(200a)을 밀봉하는 밀봉 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 관통홀 형성 부재(200)의 관통홀(200a)이 개방된 상태에서 전극 조립체(150)를 활성화시켜 이차전지 내부에 발생한 가스를 배출한 후에 돌출 영역(340)이 관통홀(200a)을 밀봉함으로써 전극 조립체의 활성화 과정에서 발생하는 가스로 인한 이차전지 내부 구성의 파손 또는 이차전지의 폭발을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은, 상기 밀봉 단계 이전에 이루어지며, 시트 형상의 밀봉 시트(400)를 관통홀 형성 부재(200)의 관통홀(200a)의 상부에 구비하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 밀봉 단계에서, 돌출 영역(340)이 하방으로 이동함에 따라 밀봉 시트(400) 중 적어도 일부가 관통홀 형성 부재(200)의 관통홀(200a)에 삽입될 수 있다.
한편, 본 발명에 따라 탑 캡(300)의 돌출 영역(340)이 관통홀(200a)을 효과적으로 밀봉할 수 있기 위해서 탑 캡은, 밀봉 단계에서 탑 캡(300)의 상면을 가압할 때 탑 캡(300)의 상면이 변형되기 충분한 수준의 연성을 가지는 재질일 수 있다. 또한, 탑 캡(300)은, 이차전지(10) 내부의 압력에 의해 탑 캡(300)의 상면이 원상태로 복귀하지 않을 정도의 강성을 가지는 재질일 수 있다.
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 가능함은 물론이다.

Claims (10)

  1. 이차전지용 탑 캡으로서,
    상기 탑 캡의 외주면을 형성하는 둘레 영역;
    상기 탑 캡의 중심부를 형성하는 가운데 영역;
    상기 둘레 영역과 상기 가운데 영역을 연결하는 연결 영역; 및
    상기 둘레 영역, 가운데 영역 또는 연결 영역으로부터 하방으로 돌출된 돌출 영역; 을 포함하는 이차전지용 탑 캡.
  2. 청구항 1에서,
    상기 가운데 영역은 원판 형상을 가지고,
    상기 돌출 영역은 상기 가운데 영역의 중심으로부터 하방으로 돌출되는 이차전지용 탑 캡.
  3. 청구항 1에서,
    상기 돌출 영역은,
    일(1)자 형상을 가지고 하방으로 연장되는 막대부; 를 포함하는 이차전지용 탑 캡.
  4. 청구항 3에서,
    상기 돌출 영역은,
    상기 막대부의 측면에 형성되는 돌기부; 를 더 포함하는 이차전지용 탑 캡.
  5. 청구항 1에서,
    상기 돌출 영역은,
    지그재그(zigzag) 형상을 가지고 하방으로 연장되는 지그재그부; 를 포함하는 이차전지용 탑 캡.
  6. 상부가 개방된 전지 케이스;
    상기 전지 케이스의 내부에 구비되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 상부에 구비되고 관통홀이 형성되는 관통홀 형성 부재; 및
    상기 전지 케이스의 상부에 결합되는, 청구항 1에 따른 이차전지용 탑 캡; 을 포함하고,
    상기 돌출 영역 중 적어도 일부는 상기 관통홀에 삽입되는 이차전지.
  7. 청구항 6에서,
    시트 형상을 가지고, 상기 돌출 영역과 상기 관통홀 사이에 구비되며, 적어도 일부가 상기 관통홀에 삽입되는 밀봉 시트; 를 더 포함하는 이차전지.
  8. 청구항 6에서,
    상기 관통홀 형성 부재는,
    PTC 소자 및 캡 플레이트 중 적어도 어느 하나를 포함하는 이차전지.
  9. 상부가 개방된 전지 케이스를 구비하는 단계;
    상기 전지 케이스 내부에 전극 조립체를 수용하는 단계;
    상기 전극 조립체의 상부에 관통홀이 형성된 관통홀 형성 부재를 구비하는 단계;
    상기 관통홀 형성 부재의 상부에 위치하고, 하방으로 돌출되되 상기 관통홀에 대응되는 단면(cross section)의 형상을 갖는 돌출 영역을 포함하는 탑 캡을 상기 전지 케이스의 상부에 결합하는 단계;
    상기 전극 조립체를 충전하는 충전 단계; 및
    상기 돌출 영역이 하방으로 이동하여, 상기 돌출 영역이 상기 관통홀 형성 부재의 상기 관통홀을 밀봉하는 밀봉 단계; 를 포함하는 이차전지 제조방법.
  10. 청구항 9에서,
    상기 밀봉단계 이전에, 시트 형상의 밀봉 시트를 상기 관통홀 형성 부재의 상기 관통홀의 상부에 구비하는 단계; 를 더 포함하고,
    상기 밀봉 단계에서,
    상기 돌출 영역이 하방으로 이동함에 따라 상기 밀봉 시트 중 적어도 일부가 상기 관통홀 형성 부재의 상기 관통홀에 삽입되는 이차전지 제조방법.
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