KR20170124343A - 이차전지용 캡 조립체 - Google Patents

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KR20170124343A
KR20170124343A KR1020160054122A KR20160054122A KR20170124343A KR 20170124343 A KR20170124343 A KR 20170124343A KR 1020160054122 A KR1020160054122 A KR 1020160054122A KR 20160054122 A KR20160054122 A KR 20160054122A KR 20170124343 A KR20170124343 A KR 20170124343A
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Abstract

본 발명은 이차전지용 캡 조립체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체는, 전지의 외각에 위치되어 배출구가 형성된 탑 캡 및 상기 배출구로 내부 가스의 배출이 가능하도록 내압 상승시 파열되는 파열 노치가 형성되고, 상기 파열 노치의 파열시 절곡되는 절곡 노치가 상기 파열로 인해 위치 또는 형태가 변하는 파열부 상에 형성되는 안전 벤트를 포함한다.

Description

이차전지용 캡 조립체{CAP ASSEMBLY FOR RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지용 캡 조립체에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 리튬 이차 전지는 각형 전지, 원통형 전지, 파우치형 전지로 구분될 수 있다.
리튬 이온 이차 전지는 양극/세퍼레이터/음극이 순차적으로 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다. 특히, 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스 및 케이스의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.
한국 공개특허 제10-2009-0105547호
본 발명의 하나의 관점은 전지 내부의 가스 발생으로 전지의 내압 상승시 가스를 전지 외부로 용이하게 배출할 수 있는 이차전지용 캡 조립체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체는, 전지의 외각에 위치되어 배출구가 형성된 탑 캡 및 상기 배출구로 내부 가스의 배출이 가능하도록 내압 상승시 파열되는 파열 노치가 형성되고, 상기 파열 노치의 파열시 절곡되는 절곡 노치가 상기 파열로 인해 위치 또는 형태가 변하는 파열부 상에 형성되는 안전 벤트를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체는 전지 내부의 가스 발생으로 전지의 내압 상승시 가스 배출이 용이한 형태로 탑 캡 및 안전 벤트가 형성되어 가스 배출의 용이성을 확보할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체는 내압 상승으로 인해 파열되는 안전 벤트의 파열부가 가스 배출이 용이한 형태로 파열 및 절곡되어 가스 배출에 필요한 통로를 용이하게 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체가 설치되는 이차전지를 도시한 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트가 파열된 후 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트가 파열된 후 상태를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트를 나타낸 평면도이다.
도 6는 도 5에서 A-A'선을 따라 절개한 단면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체가 설치되는 이차전지를 도시한 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체를 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체(100)는, 배출구(113)가 형성된 탑 캡(Top cap)(110) 및 이차 전지(10)의 내압 상승시 파열되는 파열 노치(Notch)(121) 및 절곡되는 절곡 노치(124)가 형성된 안전 벤트(bent)(120)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트가 파열된 후 상태를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트가 파열된 후 상태를 나타낸 사시도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 이차전지용 캡 조립체에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 탑 캡(110)은 이차 전지(10)의 최외각에 위치되어, 외부 단자(111)와, 수용부(112) 및 배출구(113)를 포함하여 형성될 수 있다.
외부 단자(111)는 탑 캡(110)의 상단에 돌출 형성되어 이차 전지(10)의 내부에 수용된 전극 적층체(12)와 전기적으로 연결되어 양극 단자 또는 음극 단자를 형성할 수 있다.
전극 적층체(12)는 케이스(11)에 수용되고, 케이스(11)의 내부에 전해액이 주입된다. 또한, 전극 적층체(12)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 양극(12a)과 음극(12b) 및 분리막(12c)이 결집되어 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 적층체(12)의 양극(12a)은 탑 캡(110)의 외부 단자(111)와 전기적으로 연결되어 외부 단자(111)가 양극 단자의 기능을 할 수 있다.
분리막(12c)은 양극(12a)과 음극(12b)를 분리하여 전기적으로 절연시킨다. 이때, 양극(12a) 및 음극(12b)은 분리막(12c)과 함께 권취되어 젤리 롤(Jelly roll) 형으로 형성될 수 있다. 아울러, 분리막(12c)은 절연 재질로 이루어져 양극(12a)과 음극(12b) 사이를 전기적으로 절연한다. 여기서, 분리막(12c)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
한편, 전극 적층체(12)의 중심부에는 원통형의 센터 핀(13)이 구비될 수 있다. 센터 핀(13)은 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어질 수 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 센터 핀(13)은 전극 적층체(12)를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 수용부(112)는 외부 단자(111)의 하부에 안전 벤트(120)의 파열부(123)가 수용되도록 안전 벤트(120) 방면으로 개방된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 탑 캡(110)에서 수용부(112)의 천장면(112a)과 측면(112b) 사이의 각도(α)는 85~100°로 형성될 수 있다. 이때, 탑 캡(110)의 수용부(112)에서 천장면(112a)과 측면(112b) 사이의 각도는 예를들어 수직으로 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 배출구(113)는 수용부(112)의 측면(112b)에 형성되어 전지 내부의 가스를 배출할 수 있다. 또한, 배출구(113)는 수용부(112)를 중심으로 4 방향 중에서 어느 한 방향을 제외한 방향에 형성될 수 있다. 이때, 배출구(113)는 예를 들어 수용부(112)를 중심으로 4 방향 중에서 3 방향에 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 캡 조립체에서 안전 벤트를 나타낸 평면도이고, 도 6는 도 5에서 A-A'선을 따라 절개한 단면이다.
도 3 및 5를 참고하면, 안전 벤트(120)는 탑 캡(110) 보다 전지의 내측에 위치되어, 파열 노치(121) 및 절곡 노치(124)가 형성될 수 있다.
또한, 안전 벤트(120)는 탑 캡(110)의 배출구(113)를 개방 및 폐쇄할 수 있다. 여기서, 탑 캡(110)의 배출구(113)와 전지 내부를 연결하는 통로 상에 안전 벤트(120)가 위치된다. 이에 따라, 파열 노치(121)의 파열 전에는 탑 캡(110)의 배출구(113)가 폐쇠되고, 전지의 내압 상승으로 안전 벤트(120)의 파열 노치(121)가 파열되면 탑 캡(110)의 배출구(113)가 개방될 수 있다.
파열 노치(121)는 전지 내압의 상승시 탑 캡(110) 방향으로 파열될 수 있다. 이때, 파열 노치(121)의 파열에 따라 위치 또는 형태가 변하는 파열부(123)는 탑 캡(110)의 수용부(112) 방향으로 파열되어 수용부(112)에 수용될 수 있다.
아울러, 파열 노치(121)는 평면도 상으로 일측이 개방된 원호 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 파열 노치(121)의 개방 부위는 원호 중심으로 소정 각도로 형성될 수 있다. 이때, 파열 노치(121)의 개방 부위 각도(β)는 예를 들어 60°이내로 형성될 수 있다.
절곡 노치(124)는 파열 노치(121)의 파열시 절곡되도록 파열 노치(121)의 파열에 따라 위치 또는 형태가 변하는 파열부(123) 상에 형성된다. 여기서, 파열부(123)는 파열시 탑 캡(110)과 충돌하게 되고, 탑 캡(110)과의 충돌력에 의해 절곡 노치(124)가 절곡되게된다. 이때, 파열 노치(121)의 파열시 파열부(123)가 탑 캡(110)의 내측면과 대응되는 형태로 절곡되도록 절곡 노치(124)가 절곡될 수 있다. 따라서, 파열 노치(121)의 파열시 파열부(123)와 탑 캡(110)의 내측면 사이에 공간 발생을 줄여 탑 캡(110)의 배출구(113)가 모두 개방될 수 있다. 이에 따라, 전지의 내부 가스 배출에 필요한 통로를 최대로 확보할 수 있다. 특히, 탑 캡(110)에서 수용부(112)의 천장면(112a)과 측면(112b) 사이의 각도(α)가 85~100°또는 수직으로 형성되면, 파열부(123)가 탑 캡(110)의 수용부(112) 내측면에 대응되도록 절곡시 배출구(113)의 개방이 더욱 용이해짐에 따라 가스 배출의 용이성을 훨씬 더 효과적으로 확보할 수 있다. 여기서, 탑 캡(110)의 수용부(112) 내측면은 천장면(112a) 및 측면(112b)을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 절곡 노치(124)는 평면도 상으로 파열 노치(121)의 원호 내측부에 형성될 수 있다. 이때, 절곡 노치(124)는 파열 노치(121)의 개방 부위와 파열 노치(121)의 원호 중심(C) 사이에 위치될 수 있다. 그리고, 절곡 노치(124)는 평면도 상으로 직선 형태로 형성될 수 있다.
아울러, 절곡 노치(124)는 평면상으로 파열 노치(121)의 원호 중심에서 파열 노치(121)의 개방 부위로 향하는 방향에 대해 기울어진 방향으로 연장되며 형성될 수 있으며, 또한, 절곡 노치(124)는 평면상으로 파열 노치(121)의 원호 중심에서 파열 노치(121)의 개방 방향으로 연장되는 선(L)에 대해 수직으로 라인을 형성할 수 있다. 여기서, 절곡 노치(124)의 양단은 파열 노치(121)의 원호 상에 위치될 수 있다.
한편, 안전 벤트(120)에서 파열 노치(121)의 파열시 평면상으로 파열 노치(121)의 원호 상 노치가 형성되지 않은 부분인 비노치부(122)가 탑 캡(110) 방향으로 절곡되도록 형성될 수 있다. 여기서, 안전 벤트(120)의 비노치부(122)는 수용부(112)의 가장자리에 위치된 모서리(112d)에 대응되도록 위치되어, 파열 노치(121)의 파열시 수용부(112)의 가장자리에 위치된 모서리 모서리(112d)에 의해 절곡될 수 있다. 이때, 안전 벤트(120)에서 탑 캡(110)의 하면과 접촉되지 않는 파열부(123)가 비노치부(122)를 기준으로 탑 캡(110)의 수용부(112)에 수용되는 방향으로 절곡될 수 있다.
그리고, 절곡 노치(124)는 파열 노치(121)의 파열시 수용부(112)의 천장면(112a)과 측면(112b) 사이에 형성된 천장 모서리부(112c)에 대응되는 위치에 위치되도록 형성될 수 있다. 즉, 안전 벤트(120)에서 절곡되는 비노치부(122)에서 절곡 노치(124)까지의 거리는 수용부(112)의 깊이에 대응되도록 형성될 수 있다.
또한, 절곡 노치(124)는 복수개로 형성될 수 있다. 이때, 절곡 노치(124)는 제1 절곡 노치(124a) 및 제2 절곡 노치(124b)를 포함하고, 제1 절곡 노치(124a) 및 제2 절곡 노치(124b)는 상호 일정거리 이격되어 나란하게 형성될 수 있다.
여기서, 비노치부(122)에서 제1 절곡 노치(124a) 까지의 거리(c1)는 탑 캡(110)의 수용부(112) 깊이(c3) 보다 작게 형성되고, 비노치부(122)에서 제2 절곡 노치(124b)까지의 거리(c2)는 탑 캡(110)의 수용부(112) 깊이(c3) 보다 크게 형성될 수 있다.
한편, 도 6을 참고하면, 파열 노치(121)가 절곡 노치(124) 보다 먼저 파열되도록, 파열 노치(121)가 절곡 노치(124) 보다 크게 형성되거나 깊게 형성될 수 있다. 여기서, 파열 노치(121)의 폭(a1)은 절곡 노치(124)의 폭(a2) 보다 넓게 형성될 수 있다. 또한, 파열 노치(121)의 깊이(b1)는 절곡 노치(124)의 깊이(b2) 보다 깊게 형성될 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5를 참고하면, 수용부(112)를 중심으로 4방향 중 어느 한 방향에 안전 벤트(120)의 비노치부(122)가 위치되고, 나머지 하나 이상의 방향에 상기 배출구(113)가 위치될 수 있다. 여기서, 수용부(112)를 중심으로 4 방향 중 어느 한 방향에 안전 벤트(120)의 비노치부(122)가 위치되고, 나머지 3 방향에 상기 배출구(113)가 위치 될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지용 캡 조립체는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 이차 전지
11: 케이스
12: 전극 적층체
12a: 양극
12b: 음극
12c: 분리막
13: 센터핀
100: 캡 조립체
110: 탑 캡
111: 외부 단자
112: 수용부
112a: 천장면
112b: 측면
112c: 천장 모서리부
112d: 모서리
113: 배출구
120: 안전 벤트
121: 파열 노치
122: 비노치부
123: 파열부
124: 절곡 노치
124a: 제1 절곡 노치
124b: 제2 절곡 노치

Claims (26)

  1. 전지의 외각에 위치되어 배출구가 형성된 탑 캡; 및
    상기 배출구로 내부 가스의 배출이 가능하도록 내압 상승시 파열되는 파열 노치가 형성되고, 상기 파열 노치의 파열시 절곡되는 절곡 노치가 상기 파열로 인해 위치 또는 형태가 변하는 파열부 상에 형성되는 안전 벤트를 포함하는 이차전지용 캡 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탑 캡 보다 상기 전지의 내측에 위치된 상기 안전 벤트에서 상기 파열 노치의 파열시 상기 파열부가 상기 탑 캡과 충돌되며 상기 절곡 노치가 절곡되는 이차전지용 캡 조립체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 파열 노치의 파열 전에는 상기 탑 캡의 상기 배출구는 상기 안전 벤트에 의해 모두 폐쇠되고,
    상기 파열 노치의 파열 및 상기 절곡 노치의 절곡 후에는, 상기 배출구가 모두 개방되는 이차전지용 캡 조립체.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 파열 노치의 파열시 상기 파열부가 상기 탑 캡의 내측면과 대응되는 형태로 절곡되도록 상기 절곡 노치가 절곡되는 이차전지용 캡 조립체.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 파열 노치는 상기 안전 벤트의 평면도 상으로 일측이 개방된 원호 형태로 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 절곡 노치는 상기 평면도 상에서 상기 파열 노치의 원호 내측부에 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 절곡 노치는 상기 파열 노치의 개방 부위와 상기 파열 노치의 원호 중심 사이에 위치되는 이차전지용 캡 조립체.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 절곡 노치는 상기 평면도 상에서 직선 형태로 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 절곡 노치는 상기 평면도 상에 형성되는 상기 파열 노치의 원호 중심에서 상기 파열 노치의 개방 방향으로 연장된 선에 대해 수직으로 라인을 형성하는 이차전지용 캡 조립체.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 절곡 노치는 평면도 상에 형성되는 상기 파열 노치의 원호 중심에서 상기 파열 노치의 개방 부위로 향하는 방향에 대해 기울어진 방향으로 연장되며 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 절곡 노치의 양단은 상기 파열 노치의 원호 상에 위치되는 이차전지용 캡 조립체.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파열 노치가 상기 절곡 노치 보다 먼저 파열되도록, 상기 파열 노치가 상기 절곡 노치 보다 크게 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 파열 노치의 깊이는 상기 절곡 노치의 깊이 보다 깊게 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 파열 노치의 폭은 상기 절곡 노치의 폭 보다 넓게 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  15. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절곡 노치는 복수개로 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  16. 청구항 5 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑 캡은 상기 안전 벤트의 상기 파열부가 수용되는 수용부를 포함하는 이차전지용 캡 조립체.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 배출구는 상기 수용부의 측면에 형성되어 상기 전지의 내부에서 발생되는 가스가 배출되게 하는 이차전지용 캡 조립체.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 탑 캡에서 수용부의 천장면과 측면 사이의 각도는 수직으로 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 탑 캡에서 수용부의 천장면과 측면 사이의 각도는 85~100°로 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 안전 벤트에서 상기 파열 노치의 파열시 평면상으로 상기 파열 노치의 원호 상 노치가 형성되지 않은 부분인 비노치부가 상기 탑 캡 방향으로 절곡되도록 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 안전 벤트의 상기 비노치부는 상기 파열 노치의 파열시 상기 수용부의 가장자리에 의해 절곡되는 이차전지용 캡 조립체.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 절곡 노치는 상기 파열 노치의 파열시 상기 수용부의 천장 모서리부에 대응되는 위치에 위치되도록 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 절곡 노치는 제1 절곡 노치 및 제2 절곡 노치를 포함하고,
    상기 제1 절곡 노치 및 상기 제2 절곡 노치는 상호 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 비노치부에서 상기 제1 절곡 노치 까지의 거리는 상기 탑 캡의 상기 수용부 깊이 보다 작게 형성되고,
    상기 비노치부에서 상기 제2 절곡 노치 까지의 거리는 상기 탑 캡의 수용부 깊이 보다 크게 형성되는 이차전지용 캡 조립체.
  25. 청구항 20에 있어서,
    상기 수용부를 중심으로 4방향 중 어느 한 방향에 상기 안전 벤트의 상기 비노치부가 위치되고, 나머지 하나 이상의 방향에 상기 배출구가 위치되는 이차전지용 캡 조립체.
  26. 청구항 20에 있어서,
    상기 수용부를 중심으로 4 방향 중 어느 한 방향에 상기 안전 벤트의 상기 비노치부가 위치되고, 나머지 3 방향에 상기 배출구가 위치되는 이차전지용 캡 조립체.
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