WO2020256284A1 - 홈이 형성된 가스켓을 포함하는 원통형 이차전지 - Google Patents

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WO2020256284A1
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secondary battery
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cylindrical
cylindrical secondary
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박민희
김세원
차훈
나종승
김상우
박상준
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a cylindrical secondary battery including a grooved gasket, and specifically, a cylindrical secondary battery including a grooved gasket that improves safety against high temperature by changing the shape of a gasket adjacent to a high temperature part of the cap assembly. It is about the battery.
  • Lithium secondary batteries are classified as cylindrical secondary batteries in which an electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, or a pouch-type secondary battery in which a prismatic secondary battery and an electrode assembly are embedded in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet.
  • cylindrical secondary batteries have the advantage of having a relatively large capacity and structural stability.
  • the cap assembly is positioned on the top of the open cylindrical case, and a gasket is interposed between the cylindrical case and the cap assembly to be sealed.
  • the gasket also has a function of securing insulation between the cap assembly connected to the positive electrode tab of the electrode assembly and the cylindrical case connected to the negative electrode tab.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a general cylindrical secondary battery.
  • a jelly-roll type electrode assembly 110 is accommodated in a cylindrical battery case 120, and a cap assembly 130 is located at the top and the first of the cap assembly 130
  • the cylindrical secondary battery 100 is sealed by the gasket 133.
  • the cap assembly 130 surrounds the outer periphery of the top cap 131 and cuts off current located under the safety vent 132 while contacting the center of the safety vent 132 and the safety vent 132 located under the top cap. Including member 134.
  • a second gasket 135 is positioned on the outer periphery of the current blocking member 134 to prevent the safety vent 132 and the current blocking member 134 from contacting at portions other than the center.
  • the positive electrode tab 111 of the jelly-roll type electrode assembly 110 is attached to the lower surface of the current blocking member 134 so that the cap assembly 130 serves as a positive terminal.
  • the portion of the top cap 131 in which the gas discharge opening is not formed may be overheated due to heat generation of the positive electrode tab, and the portion in close contact with the heating portion of the top cap may melt in the first gasket. Is high. When the first gasket is melted, sealing of the secondary battery may be caused or a problem in which the battery case and the tab assembly come into contact with each other to conduct electricity may occur.
  • FIG. 2 is a bottom perspective view illustrating a positional relationship between a second gasket and an anode tab of FIG. 1.
  • the positive electrode tab 111 attached to the jelly-roll type electrode assembly and extended is coupled to a current blocking member (not shown), and the end of the positive electrode tab 111 is stably coupled to the current blocking member.
  • the end 112 of the positive electrode tab 111 may be coupled to the lower surface of the current blocking member. That is, the positive electrode tab is not coupled to the center of the lower surface of the current blocking member, but is coupled in an inclined state, and the portion adjacent to the end 112 of the positive electrode tab in the second gasket 135 is the positive electrode, which is the main heating region. It can be melted by the temperature of the tap. In this case, the current blocking member 134 and the safety vent 132 may be energized.
  • the first gasket and the second gasket may be manufactured and used from a material having a high melting point, but this causes an increase in manufacturing cost, which is difficult to apply.
  • Patent Document 1 relates to a sealed battery including an inner gasket formed with convex portions on both sides, and it is possible to prevent malfunction of a PTC element or an explosion-proof valve in the sealed body by suppressing the penetration of the electrolyte into the sealed body, A technique for preventing the gasket from melting due to heat generation of the cap assembly has not been disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a structure in which a gasket formed with a groove is inserted between the cap assembly used as the positive electrode terminal and the can used as the negative electrode terminal, but the structure for preventing melting of the gasket for the current blocking member is It has not been disclosed.
  • Patent Document 3 discloses a structure in which a groove is formed in the direction of the battery can in the gasket interposed between the cap assembly and the battery can, and does not correspond to a technique for preventing the gasket from being melted by the heated top cap.
  • Patent Document 4 relates to a cylindrical battery cell in which an indented groove is formed in which a gasket is partially introduced by clamping on the inner surface of the clamped portion as the upper part of the metal can, and a structure for preventing damage to the gasket during the clamping process to be.
  • Patent Document 1 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1999-283588 (1999.10.15)
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 2000-0051436 (2000.08.16)
  • Patent Document 3 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2009-135008 (2009.06.18)
  • Patent Document 4 Korean Patent Application Publication No. 2018-0036086 (2018.04.09)
  • the present invention is to solve the above problems, by modifying the shape of the first gasket interposed between the top cap and the battery case to minimize the contact portion between the high temperature portion of the top cap and the first gasket, and Providing a cylindrical secondary battery including a gasket having a groove portion so that the shape of the second gasket located on the outer periphery is modified to maintain the maximum distance from the hot positive electrode tab and the second gasket.
  • Cylindrical secondary battery for achieving this object is a cylindrical can accommodating an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator, a cap assembly located on the upper portion of the cylindrical can, a top cap and a venting member of the cap assembly
  • the upper end of the first gasket has a structure surrounding the upper surface of the outer periphery of the top cap, and at least a part of the inner surface of the upper end of the first gasket is formed with a groove to prevent close contact with the upper surface of the outer periphery of the top cap It may be a structure that has been made.
  • the top cap may include a bridge connecting the protruding center portion and the outer periphery of the top cap, and the groove portion may be formed at an upper end of the first gasket facing the outer periphery of the top cap connected to the bridge.
  • a length connecting both ends of the groove portion may be greater than a width of the bridge.
  • the groove portion may have a structure in which a groove having a uniform depth is formed as a whole.
  • the groove portion may have a structure in which a concave portion and a convex portion are continuously formed.
  • the thickness of the convex portion may be the same as the thickness of the upper end portion of the first gasket in which the groove portion is not formed.
  • the thickness of the convex portion may be smaller than the thickness of the upper end portion of the first gasket in which the groove portion is not formed.
  • the upper end of the first gasket may have a porous structure.
  • the second gasket includes an upper portion positioned on an upper surface of the outer peripheral portion of the current interrupting member to prevent contact between the venting member and the current interrupting member, and a side portion positioned outside the outer peripheral portion of the current interrupting member, and at least a portion of the upper portion Punching may be formed.
  • the punching portion may be formed at a position adjacent to the positive electrode tab coupled to the current blocking member.
  • the punching part may have a shape in which a part of the inside of the upper portion of the second gasket is removed.
  • the punching portion may have a structure in which a groove is formed on a lower surface of an upper portion of the second gasket.
  • the groove may have a slit shape.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a general cylindrical secondary battery.
  • FIG. 2 is a bottom perspective view illustrating a positional relationship between a second gasket and an anode tab of FIG. 1
  • FIG. 3 is a perspective view of the cap assembly.
  • 5 is a second embodiment of the first gasket.
  • FIG. 6 is a first embodiment of a second gasket.
  • FIG. 3 is a perspective view of the cap assembly.
  • the cap assembly has a structure in which the first gasket 220 surrounds the outer periphery of the top cap 210.
  • the top cap 210 includes a protruding central portion 211, an opening 213 for discharging gas generated inside the cylindrical can, and a bridge 212 connecting the central portion 211 and the outer periphery.
  • a positive electrode tab is coupled to a lower surface of the current blocking member positioned at the lower end of the cap assembly, and the positive electrode tab is a path through which current flows, and particularly, a portion where heat is severely generated.
  • the temperature of the cap assembly connected to the positive electrode tab increases as a whole.
  • the upper end of the first gasket 220 facing the outer periphery of the top cap connected to the bridge 212 of the top cap shows the highest temperature distribution.
  • a structure capable of preventing the first gasket from melting is proposed by suppressing transmission of a high temperature of the bridge to the first gasket.
  • Fig. 4 is a first embodiment of the first gasket
  • Fig. 5 is a second embodiment of the first gasket.
  • the first gasket 230 has a structure in which a groove portion 232 is formed on an inner surface of the upper portion 231.
  • the groove 232 is formed in the upper end 231 of the first gasket facing the outer periphery of the top cap connected to the bridge of the top cap.
  • the thickness of the grooves 232 at the upper end of the first gasket is uniformly formed, and the same number of grooves 232 as the number of bridges formed in the used top cap may be formed.
  • the thickness of the groove portion 232 is thinner than that of the portion where the groove portion is not formed in the first gasket, and a space spaced apart from the top surface of the top cap is formed in the groove portion 232 of the first gasket.
  • the size of the groove 232 is preferably larger than the outer periphery of the top cap connected to the bridge, and the length (a1) of the gasket 230 connecting both ends of the groove 232 is of the bridge 212 of FIG. It may be larger than the width a2.
  • the first gasket 240 has a structure in which a groove portion 242 is formed on an inner surface of the upper end portion 241 of the first gasket.
  • the groove 242 of the first gasket 240 is formed on the inner surface of the upper end of the first gasket facing the outer periphery of the top cap connected to the bridge of the top cap. .
  • the groove portion 242 has a structure in which the concave portion 242a and the convex portion 242b are continuously formed, and the thickness d2 of the convex portion 242b is equal to the thickness d1 of the upper end portion of the first gasket in which the groove portion is not formed.
  • the upper surface of the outer periphery of the top cap connected to the bridge and the concave portion 242a of the groove portion do not come into close contact, but the convex portion 242b of the groove portion is in close contact.
  • the thickness d2 of the convex portion 242b is smaller than the thickness d1 of the upper end portion of the first gasket without the groove portion formed, the upper surface of the outer periphery of the top cap connected to the bridge and the entire groove portion are spaced apart. As configured to be possible, it is possible to minimize the high temperature transmitted to the first gasket.
  • the upper ends 231 and 241 of the first gaskets 230 and 240 have a porous structure in order to minimize the transfer of high temperature to the first gasket, and the side portions 233 and 243 of the first gaskets 230 and 240 are It may have a high density structure for sealing the cylindrical can.
  • a second gasket is located on the outer periphery of the current blocking member located under the cap assembly, and the second gasket allows the current blocking member and the safety vent to maintain insulation when the current blocking member and the safety vent are separated. Functions.
  • the positive electrode tab of the electrode assembly is attached to the lower surface of the current blocking member, and the positive electrode tab is attached at a position skewed toward one side from the center of the current blocking member, and the portion close to the positive electrode tab in the second gasket has the highest temperature distribution. Looks.
  • Fig. 6 is a first embodiment of the second gasket
  • Fig. 7 is a second embodiment of the second gasket.
  • the second gasket 350 includes a second gasket upper portion 351 located on the upper surface of the outer peripheral portion of the current interrupting member to prevent contact between the venting member and the current interrupting member, and an outer peripheral portion of the current interrupting member. It includes a second gasket side portion 352 positioned at, and at least a portion of the second gasket upper portion 351 is formed with a punching portion 353.
  • the second gasket upper portion 351 is located adjacent to the positive electrode tab end 112 coupled to the current blocking member.
  • the punching portion 353 is formed in a form in which a portion of the inside of the hole is removed.
  • the punching portion 353 is preferably formed in a size and position to secure a separation distance from the positive electrode tab 111, and the length (c1) connecting both ends of the punching portion is greater than the width (c2) of the positive electrode tab. It is preferably a size.
  • the distance between the anode tab end 112 and the second gasket 350 can be maximized.
  • the second gasket 360 includes a second gasket upper 361 located on the upper surface of the outer circumference of the current blocking member to prevent contact between the venting member and the current blocking member, and the outer circumference of the current blocking member. It includes a second gasket side portion 362 positioned at, and a punching portion 363 is formed on at least a part of the second gasket upper portion 361.
  • the punching portion 363 has a structure in which a groove is formed on a lower surface of the upper portion of the second gasket 361, and the groove has a slit shape.
  • the punched portion may have a structure in which a through hole is formed.
  • the punching part 363 is also formed on the upper part of the second gasket adjacent to the end 112 of the positive electrode tab, similar to the punching part 353 of FIG. 6, and the length connecting both ends of the punching part is greater than the width of the positive electrode tab. Big.
  • the opposite end of the positive electrode tab end 112 coupled with the current blocking member is positioned so as to be spaced apart from the bar cap assembly, which is a part connected to the electrode assembly. Unlike shown, it is not located adjacent to the second gasket.
  • the present invention provides a cylindrical secondary battery with improved high-temperature safety as well as securing sealing and insulating properties by modifying and applying the shapes of the first gasket and the second gasket.
  • the groove is formed in the first gasket, a portion in which the top cap and the first gasket do not come into close contact with the high-temperature portion is formed. Accordingly, it is possible to minimize the melting of the first gasket due to heat generation of the top cap.
  • the punching portion is formed in the second gasket, the distance between the second gasket and the positive electrode tab can be maintained to a maximum, and melting of the second gasket due to heat generation of the positive electrode tab can be minimized.

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Abstract

본 발명은 원통형 이차전지의 밀봉성 및 절연성을 확보하기 위하여 제1가스켓 및 제2가스켓의 형태를 변형한 것으로서, 구체적으로, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체를 수용하는 원통형 캔, 상기 원통형 캔의 상부에 위치하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체의 탑 캡 및 벤팅부재의 외주변을 감싸도록 부가된 상태에서 상기 원통형 캔을 밀봉하는 제1가스켓, 상기 캡 조립체 하부에 위치하는 전류차단부재(CID), 및 상기 전류차단부재의 외주변에 위치하는 제2가스켓을 포함하며, 상기 제1가스켓의 상단부는 상기 탑 캡의 외주변 상면을 감싸는 구조이고, 상기 제1가스켓의 상단부 내측면의 적어도 일부에는 상기 탑 캡의 외주변 상면과 밀착되는 것을 방지하기 위한 홈부가 형성되어 있는 원통형 이차전지에 관한 것이다.

Description

홈이 형성된 가스켓을 포함하는 원통형 이차전지
본 출원은 2019년 6월 18일자 한국 특허 출원 제 2019-0072473 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원 발명은 홈이 형성된 가스켓을 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것으로서, 구체적으로 캡 조립체에서 온도가 높은 부분과 인접한 가스켓의 형태를 변형하여 고온에 관한 안전성을 향상시킨 홈이 형성된 가스켓을 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 이차전지 또는 각형 이차전지와 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류된다. 그 중 원통형 이차전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점이 있다.
원통형 이차전지는 개방된 원통형 케이스 상단에 캡 조립체를 위치시키고 원통형 케이스와 캡 조립체 사이에 가스켓을 개재하여 밀봉한다. 상기 가스켓은 전극조립체의 양극 탭과 연결되는 캡 조립체와 음극 탭과 연결되는 원통형 케이스 간의 절연성을 확보하는 기능도 갖는다.
도 1은 일반적인 원통형 이차전지의 수직 단면도를 도시하고 있다. 도 1을 참조하면 원통형 이차전지(100)는 원통형 전지케이스(120) 내부에 젤리-롤형 전극조립체(110)가 수납되어 있고, 상부에는 캡 조립체(130)가 위치하고 캡 조립체(130)의 제1가스켓(133)에 의해 원통형 이차전지(100)가 밀봉된다.
캡 조립체(130)는 탑 캡(131)의 외주를 감싸며 탑 캡의 하부에 위치하는 안전벤트(132)와 안전벤트(132)의 중심부와 접촉하면서 안전벤트(132)의 하부에 위치하는 전류차단부재(134)를 포함한다. 전류차단부재(134)의 외주변에는 안전벤트(132)와 전류차단부재(134)가 상기 중심부 이외의 부분에서 접촉하는 것을 방지하기 위한 제2가스켓(135)이 위치한다.
전류차단부재(134)의 하면에는 젤리-롤형 전극조립체(110)의 양극 탭(111)이 부착되어 캡 조립체(130)가 양극 단자의 역할을 하게 된다.
이와 관련하여, 탑 캡(131)에서 가스 배출용 개구가 형성되지 않은 부분은 양극 탭의 발열로 인해 과열될 수 있는데, 상기 제1가스켓에서 상기 탑 캡의 발열부와 밀착된 부분이 용융될 가능성이 높다. 상기 제1가스켓이 용융되는 경우에는 이차전지의 밀봉이 문제되거나 전지케이스와 탭 어셈블리가 접촉되어 통전되는 문제가 발생할 수 있다.
도 2는 도 1의 제2가스켓과 양극 탭의 위치 관계를 나타내기 위한 하부 사시도이다.
도 2를 참조하면, 젤리-롤형 전극조립체에 부착되어 연장된 양극 탭(111)은 전류차단부재(생략됨)와 결합되는데, 상기 전류차단부재와 안정적으로 결합하기 위하여 양극 탭(111)의 끝단(112)을 절곡하면, 양극 탭(111)의 끝단(112)이 전류차단부재의 하면에 결합될 수 있다. 즉, 상기 양극 탭은 전류차단부재의 하면 중심부에 결합되지 않고, 한쪽으로 치우친 상태로 결합하게 되는 바, 제2가스켓(135)에서 양극 탭의 끝단(112)과 인접한 부분은 주요 발열 부위인 양극 탭의 온도에 의해 용융될 수 있다. 이와 같은 경우, 전류차단부재(134)와 안전벤트(132)가 통전될 수 있다.
이에, 용융점이 높은 소재로 제1가스켓 및 제2가스켓을 제조하여 사용할 수 있으나, 이는 제조비용의 증가를 초래하여 적용이 어려운 문제가 있다.
특허문헌 1은 양면에 볼록부가 형성된 내부 가스켓을 포함하는 밀폐형 전지에 관한 것으로서, 밀봉 체내부로 전해액이 침투하는 것을 억제하여 밀봉 체내부에 있는 PTC 소자나 방폭 밸브 등이 오작동하는 것을 방지할 수 있으나, 캡 조립체의 발열에 의해 가스켓이 용융되는 것을 방지할 수 있는 기술을 개시하지 못하고 있다.
특허문헌 2는 정극 단자로 사용되는 캡 조립체와 부극 단자로 사용되는 캔과의 절연을 위해 홈이 형성된 가스켓을 사이에 삽입하는 구조를 개시하나, 전류차단부재용 가스켓의 용융을 방지하기 위한 구조는 개시하지 못하고 있다.
특허문헌 3은 캡 조립체와 전지캔 사이에 개재되는 가스켓에서, 전지캔 방향에 홈이 형성된 구조를 개시하는 바, 가열된 탑 캡에 의해 가스켓이 용융되는 것을 방지하기 위한 기술에 해당되지 않는다.
특허문헌 4는 금속 캔의 상부로서 클램핑 된 부분의 내면에, 클램핑에 의해 가스켓이 부분적으로 도입된 만입형의 그루브가 형성된 원통형 전지셀에 관한 것으로서, 클램핑 공정시 가스켓이 손상되는 것을 방지하기 위한 구조이다.
이와 같이, 원통형 이차전지에서 고온에 의한 가스켓의 손상을 방지하기 위한 해결방안이 제시되지 못하고 있는 바, 용이한 방법으로 가스켓의 용융을 방지하여 밀봉성과 절연성을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 필요성이 높은 실정이다.
(선행기술문헌)
-(특허문헌 1) 일본 공개특허공보 제1999-283588호 (1999.10.15)
-(특허문헌 2) 한국 공개특허공보 제2000-0051436호 (2000.08.16)
-(특허문헌 3) 일본 공개특허공보 제2009-135008호 (2009.06.18)
-(특허문헌 4) 한국 공개특허공보 제2018-0036086호 (2018.04.09)
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 탑 캡과 전지케이스 사이에 개재되는 제1가스켓의 형태를 변형하여 탑 캡의 고온 부분과 제1가스켓의 접촉부분을 최소화하고, 전류차단부재의 외주에 위치하는 제2가스켓의 형태를 변형하여 고온의 양극 탭 상기 제2가스켓과의 거리를 최대로 유지하는 구조가 될 수 있도록, 홈부가 형성되어 있는 가스켓을 포함하는 원통형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 원통형 이차전지는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체를 수용하는 원통형 캔, 상기 원통형 캔의 상부에 위치하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체의 탑 캡 및 벤팅부재의 외주변을 감싸도록 부가된 상태에서 상기 원통형 캔을 밀봉하는 제1가스켓, 상기 캡 조립체 하부에 위치하는 전류차단부재(CID), 및 상기 전류차단부재의 외주변에 위치하는 제2가스켓을 포함하며, 상기 제1가스켓의 상단부는 상기 탑 캡의 외주변 상면을 감싸는 구조이고, 상기 제1가스켓의 상단부 내측면의 적어도 일부에는 상기 탑 캡의 외주변 상면과 밀착되는 것을 방지하기 위한 홈부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 탑 캡은 돌출형 중심부와 탑 캡의 외주변을 연결하는 브릿지를 포함하고, 상기 홈부는 상기 브릿지와 연결되는 탑 캡의 외주변과 대면하는 제1가스켓의 상단부에 형성될 수 있다.
상기 홈부의 양측 끝단을 연결한 길이는 브릿지의 폭보다 클 수 있다.
상기 홈부는 전체적으로 균일한 깊이의 홈이 형성된 구조일 수 있다.
상기 홈부는 오목부 및 볼록부가 연속적으로 형성된 구조일 수 있다.
상기 볼록부의 두께는 홈부가 형성되지 않은 제1가스켓 상단부의 두께와 동일한 크기일 수 있다.
상기 볼록부의 두께는 홈부가 형성되지 않은 제1가스켓 상단부의 두께보다 작을 수 있다.
상기 제1가스켓의 상단부는 다공성 구조일 수 있다.
상기 제2가스켓은 벤팅부재와 전류차단부재의 접촉을 방지하기 위하여 전류차단부재의 외주부 상면에 위치하는 상부, 및 상기 전류차단부재의 외주부 외측에 위치하는 측부를 포함하고, 상기 상부의 적어도 일부에는 타발부가 형성될 수 있다.
상기 타발부는 전류차단부재와 결합하는 양극 탭과 인접한 위치에 형성될 수 있다.
상기 타발부는 상기 제2가스켓 상부의 내측 일부가 제거된 형태일 수 있다
상기 타발부는 상기 제2가스켓 상부의 하면에 홈이 형성된 구조일 수 있다.
상기 홈은 슬릿 형태일 수 있다.
도 1은 일반적인 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 2는 도 1의 제2가스켓과 양극 탭의 위치 관계를 나타내기 위한 하부 사시도이다
도 3은 캡 조립체의 사시도이다.
도 4는 제1가스켓의 제1실시예이다.
도 5는 제1가스켓의 제2실시예이다.
도 6은 제2가스켓의 제1실시예이다.
도 7은 제2가스켓의 제2실시예이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 관한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 관한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 3은 캡 조립체의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 캡 조립체는 탑 캡(210)의 외주변을 제1가스켓(220)이 감싸는 구조이다. 탑 캡(210)은 돌출형의 중심부(211), 원통형 캔 내부에서 발생한 가스를 배출하기 위한 개구(213), 및 중심부(211)와 외주변을 연결하는 브릿지(212)를 포함한다.
캡 조립체의 하단에 위치하는 전류차단부재의 하면에는 양극 탭이 결합되는데, 상기 양극 탭은 전류가 흐르는 통로로서 특히 발열이 심하게 발생하는 부분이다.
따라서, 상기 양극 탭과 연결되는 상기 캡 조립체는 전체적으로 온도가 증가하게 된다. 특히, 제1가스켓(220) 내에서, 탑 캡의 브릿지(212)와 연결되는 탑 캡의 외주변과 대면하는 제1가스켓(220)의 상단부는 가장 높은 온도 분포를 보인다.
이에, 본 발명에서는 탑 캡의 외주변과 제1가스켓의 접촉을 최소화하여, 브릿지의 높은 온도가 제1가스켓으로 전달되는 것을 억제함으로써 제1가스켓이 용융되는 것을 방지할 수 있는 구조를 제시한다.
이와 관련하여, 도 4는 제1가스켓의 제1실시예이고, 도 5는 제1가스켓의 제2실시예이다.
도 4를 참조하면, 제1가스켓(230)은 상단부(231)의 내측면에 홈부(232)가 형성된 구조다.
구체적으로, 홈부(232)는 탑 캡의 브릿지와 연결되는 탑 캡의 외주변과 대면하는 제1가스켓의 상단부(231)에 형성된다.
제1가스켓의 상단부에서 홈부(232)의 두께는 균일하게 형성되며, 사용되는 탑 캡에 형성된 브릿지의 개수와 동일한 개수의 홈부(232)가 형성될 수 있다.
제1가스켓의 상단부에서, 홈부(232)의 두께는 제1가스켓에서 홈부가 형성되지 않은 부분의 두께보다 얇은 바, 제1가스켓의 홈부(232)에서 탑 캡의 상면과 이격된 공간이 형성된다.
홈부(232)의 크기는 브릿지와 연결된 탑 캡의 외주변 부분보다 큰 것이 바람직한 바, 가스켓(230)에서 홈부(232)의 양측 끝단을 연결한 길이(a1)는 도 3의 브릿지(212)의 폭(a2)보다 클 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1가스켓(240)은 제1가스켓 상단부(241)의 내측면에 홈부(242)가 형성된 구조다.
도 4의 제1가스켓(230)과 같이, 제1가스켓(240)의 홈부(242)는 탑 캡의 브릿지와 연결되는 탑 캡의 외주변과 대면하는 제1가스켓의 상단부의 내측면에 형성된다.
홈부(242)는 오목부(242a) 및 볼록부(242b)가 연속적으로 형성된 구조인 바, 볼록부(242b)의 두께(d2)가 홈부가 형성되지 않은 제1가스켓 상단부의 두께(d1)와 동일한 크기일 경우에는, 브릿지와 연결되는 탑 캡의 외주변 상면과 홈부의 오목부(242a)는 밀착되지 않고 홈부의 볼록부(242b)는 밀착된다.
이와 같이 캡 조립체의 고온 부분과 제1가스켓과의 접촉점을 부분적으로 제거함으로써, 제1가스켓으로 높은 온도가 전달되어 제1가스켓이 손상되는 것을 억제할 수 있다.
또는, 상기 볼록부(242b)의 두께(d2)가 홈부가 형성되지 않은 제1가스켓 상단부의 두께(d1) 보다 작은 크기일 경우에는, 브릿지와 연결되는 탑 캡의 외주변 상면과 홈부 전체가 이격되도록 구성되는 바, 제1가스켓으로 높은 온도가 전달되는 것을 최소화할 수 있다.
또는, 제1가스켓(230, 240)의 상단부(231, 241)는 높은 온도가 제1가스켓으로 전달되는 것을 최소화하기 위하여 다공성 구조이고 제1가스켓(230, 240)의 측부(233, 243)는 원통형 캔의 밀봉을 위하여 고밀도 구조일 수 있다.
일반적으로, 캡 조립체 하부에 위치하는 전류차단부재의 외주변에는 제2가스켓이 위치하고, 상기 제2가스켓은 상기 전류차단부재와 안전벤트가 분리됐을 때 상기 전류차단부재와 안전벤트가 절연을 유지할 수 있는 기능을 한다.
상기 전류차단부재의 하면에는 전극조립체의 양극 탭이 부착되고, 상기 양극 탭은 상기 전류차단부재의 중심에서 일측으로 치우친 위치에 부착되는 바, 제2가스켓에서 양극 탭과 가까운 부분은 가장 높은 온도 분포를 보인다.
이와 관련하여, 도 6은 제2가스켓의 제1실시예이고, 도 7은 제2가스켓의 제2실시예이다.
도 6을 참조하면, 제2가스켓(350)은 벤팅부재와 전류차단부재의 접촉을 방지하기 위하여 전류차단부재의 외주부 상면에 위치하는 제2가스켓 상부(351), 및 상기 전류차단부재의 외주부 외측에 위치하는 제2가스켓 측부(352)를 포함하고, 제2가스켓 상부(351)의 적어도 일부에는 타발부(353)가 형성되어 있다.
도 6은 전류차단부재의 하면에 부착되기 위하여 연장된 양극 탭(111)을 점선으로 도시하고 있는 바, 전류차단부재와 결합되는 양극 탭 끝단(112)과 인접한 위치에 제2가스켓 상부(351)의 내측 일부가 제거된 형태의 타발부(353)가 형성된다.
타발부(353)는 양극 탭(111)과의 이격 거리를 확보하는 크기 및 위치에 형성되는 것이 바람직한 바, 타발부의 양측 끝단을 연결한 길이(c1)는 양극 탭의 폭(c2) 보다 큰 크기인 것이 바람직하다.
따라서, 양극 탭 끝단(112)과 제2가스켓(350) 간의 거리를 최대화할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2가스켓(360)은 벤팅부재와 전류차단부재의 접촉을 방지하기 위하여 전류차단부재의 외주부 상면에 위치하는 제2가스켓 상부(361), 및 상기 전류차단부재의 외주부 외측에 위치하는 제2가스켓 측부(362)를 포함하고, 제2가스켓 상부(361)의 적어도 일부에는 타발부(363)가 형성되어 있다.
타발부(363)는 제2가스켓 상부(361)의 하면에 홈이 형성된 구조이며, 상기 홈은 슬릿 형태다. 또는, 다른 하나의 실시예로서, 상기 타발부는 관통구가 형성된 구조일 수 있다.
따라서, 원통형 이차전지 내부 압력 증가로 안전벤트가 변형되어 전류차단부재와 결합되었던 안전벤트가 분리되는 경우, 안전벤트와 전류차단부재의 절연성을 확보할 수 있으면서, 양극 탭의 높은 열이 제2가스켓으로 전달되어 제2가스켓이 손상되는 것을 억제할 수 있다.
타발부(363) 또한 도 6의 타발부(353)와 동일하게 양극 탭의 끝단(112)과 인접한 제2가스켓의 상부에 형성되며, 타발부의 양측 끝단을 연결한 길이는 양극 탭의 폭 보다 크다.
참고로, 도 6 및 도 7에 도시된 양극 탭에서, 전류차단부재와 결합된 양극 탭 끝단(112)의 반대측 끝단은 전극조립체와 연결되는 부분인 바 캡 조립체와 이격되도록 위치하기 때문에, 도면에 도시된 바와 달리 제2가스켓과 인접하게 위치하지 않는다.
이와 같이, 본 발명은 제1가스켓 및 제2가스켓의 형태를 변형하여 적용함으로써 밀봉성 및 절연성을 확보할 뿐 아니라 고온안전성도 향상된 원통형 이차전지를 제공한다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
100: 원통형 이차전지
110: 젤리-롤형 전극조립체
111: 양극 탭
112: 양극 탭의 끝단
120: 원통형 전지케이스
130: 캡 조립체
131, 210: 탑 캡
132: 안전벤트
133, 220, 230, 240: 제1가스켓
134: 전류차단부재
135, 350, 360: 제2가스켓
211: 중심부
212: 브릿지
213: 개구
231, 241: 제1가스켓 상단부
232, 242: 홈부
233, 243: 제1가스켓의 측부
242a: 오목부
242b: 볼록부
351, 361: 제2가스켓 상부
352, 362: 제2가스켓 측부
353, 363: 타발부
a1: 홈부의 양측 끝단을 연결한 길이
a2: 브릿지의 폭
c1: 타발부의 양측 끝단을 연결한 길이
c2: 양극 탭의 폭
d1: 홈부가 형성되지 않은 제1가스켓 상단부의 두께
d2: 볼록부의 두께
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 원통형 이차전지는 제1가스켓에 홈부가 형성되어 있기 때문에, 고온 부분인 탑 캡과 상기 제1가스켓이 밀착되지 않는 부분을 형성된다. 따라서, 상기 탑 캡의 발열로 인해 상기 제1가스켓이 용융되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 제2가스켓에 타발부가 형성됨으로써 상기 제2가스켓과 양극 탭 간의 거리를 최대로 유지할 수 있는 바, 양극 탭의 발열로 인해 제2가스켓이 용융되는 것을 최소화할 수 있다.
이와 같이, 제1가스켓 및 제2가스켓의 형태를 변형하는 방법으로 고온안전성을 향상시킬 수 있는 바, 고온안전성을 확보하기 위해 추가의 공정이 불필요하여 종래의 원통형 이차전지 제조공정에 쉽게 적용이 가능하다.
또한, 고가의 내열성 소재를 사용하지 않음으로써 제조비용을 절감할 수 있다.

Claims (13)

  1. 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체를 수용하는 원통형 캔;
    상기 원통형 캔의 상부에 위치하는 캡 조립체;
    상기 캡 조립체의 탑 캡 및 벤팅부재의 외주변을 감싸도록 부가된 상태에서 상기 원통형 캔을 밀봉하는 제1가스켓;
    상기 캡 조립체 하부에 위치하는 전류차단부재(CID); 및
    상기 전류차단부재의 외주변에 위치하는 제2가스켓;
    을 포함하며,
    상기 제1가스켓의 상단부는 상기 탑 캡의 외주변 상면을 감싸는 구조이고,
    상기 제1가스켓의 상단부 내측면의 적어도 일부에는 상기 탑 캡의 외주변 상면과 밀착되는 것을 방지하기 위한 홈부가 형성되어 있는 원통형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탑 캡은 돌출형 중심부와 탑 캡의 외주변을 연결하는 브릿지를 포함하고, 상기 홈부는 상기 브릿지와 연결되는 탑 캡의 외주변과 대면하는 제1가스켓의 상단부에 형성되는 원통형 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 홈부의 양측 끝단을 연결한 길이는 브릿지의 폭보다 큰 원통형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 홈부는 전체적으로 균일한 깊이의 홈이 형성되어 있는 원통형 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 홈부는 오목부 및 볼록부가 연속적으로 형성된 구조인 원통형 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 볼록부의 두께는 홈부가 형성되지 않은 제1가스켓 상단부의 두께와 동일한 크기인 원통형 이차전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 볼록부의 두께는 홈부가 형성되지 않은 제1가스켓 상단부의 두께보다 작은 원통형 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1가스켓의 상단부는 다공성 구조인 원통형 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2가스켓은 벤팅부재와 전류차단부재의 접촉을 방지하기 위하여 전류차단부재의 외주부 상면에 위치하는 상부, 및 상기 전류차단부재의 외주부 외측에 위치하는 측부를 포함하고,
    상기 상부의 적어도 일부에는 타발부가 형성되어 있는 원통형 이차전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 타발부는 전류차단부재와 결합하는 양극 탭과 인접한 위치에 형성되는 원통형 이차전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 타발부는 상기 제2가스켓 상부의 내측 일부가 제거된 형태인 원통형 이차전지.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 타발부는 상기 제2가스켓 상부의 하면에 홈이 형성된 구조인 이차전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 홈은 슬릿 형태인 원통형 이차전지.
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