KR102201278B1

KR102201278B1 - 이차 전지

Info

Publication number: KR102201278B1
Application number: KR1020160119098A
Authority: KR
Inventors: 권민형
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2016-09-19
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2036-09-19
Also published as: KR20180031136A; WO2018052209A1

Abstract

이차 전지가 개시된다. 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 내장하는 케이스와, 케이스의 개구에 결합되며 벤트홀의 내부에 제1 벤트가 형성된 캡 플레이트와, 캡 플레이트에 설치되며 제1 전극 단자와 제2 전극 단자를 포함하는 전극 단자와, 전극 조립체를 제1 전극 단자에 연결하는 제1 집전 탭과 전극 조립체를 제2 전극 단자에 연결하는 제2 집전 탭을 포함하는 리드 탭을 포함하고, 벤트홀을 덮으면서 저면은 제1 벤트와 이격되고 측면은 벤트홀의 내벽면과 이격되며 복수개의 스파크 홀이 형성된 제2 벤트를 포함할 수 있다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 스파크가 벤트홀의 외부로 배출되지 않는 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

대표적인 이차 전지에는 니켈 카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈 수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈 카드뮴 전지나, 니켈 수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다.

이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.

이러한 이차 전지는 캡 플레이트에 벤트부가 형성되며, 셀 내부 압력이 상승하는 경우 벤트부가 파단되어 캡 플레이트의 외측으로 스파크가 발생되는 경우가 빈번하다.

따라서, 이차 전지의 외부로 발생된 스파크에 의해 화재 등의 안전 사고가 발생될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 스파크가 외부로 방출되지 않도록 하여 내구성 향상 및 안전 사고의 발생을 방지하는 이차 전지를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는, 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 내장하는 케이스와, 케이스의 개구에 결합되며 벤트홀의 내부에 제1 벤트가 형성된 캡 플레이트와, 캡 플레이트에 설치되며 제1 전극 단자와 제2 전극 단자를 포함하는 전극 단자와, 전극 조립체를 제1 전극 단자에 연결하는 제1 집전 탭과 전극 조립체를 제2 전극 단자에 연결하는 제2 집전 탭을 포함하는 리드 탭을 포함하고, 벤트홀을 덮으면서 저면은 제1 벤트와 이격되고 측면은 벤트홀의 내벽면과 이격되며 복수개의 스파크 홀이 형성된 제2 벤트를 포함할 수 있다.

제2 벤트는, 벤트홀에 안착되는 안착부와, 안착부로부터 절곡된 상태로 벤트홀의 내부로 연장되며 인입 공간이 내부에 형성되고 인입 공간의 내벽면으로 스파크 홀이 형성된 측부와, 측부에 연장되고 제1 벤트로부터 이격된 상태로 대면하는 저면부를 포함할 수 있다.

스파크 홀은 측부에서 서로 대면하는 위치에서 마주한 상태로 복수개로 형성될 수 있다.

스파크 홀은 측부의 둘레를 따라 복수개로 형성될 수 있다.

저면부에는 제1 벤트로부터 방출되는 스파크를 스파크 홀 부분으로 가이드하는 가이드부가 형성될 수 있다.

가이드부는, 제2 벤트의 저면부에서 측부 방향으로 경사지게 형성된 경사면일 수 있다.

가이드부는, 제2 벤트의 상기 저면부에서 상기 측부 방향으로 형성되는 가이드 홈일 수 있다.

가이드 홈은 저면부의 중심을 기준으로 복수개가 방사상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부 압력이 증가하여 제1 벤트에서 발생된 스파크는 제2 벤트를 통과하여 스파크들이 서로간에 접촉 상쇄되는 바, 이차 전지의 외부로 스파크가 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3은 도 1의 이차 전지의 벤트홀에 제2 벤트가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 사시도이다.
도 4는 도 3의 이차 전지의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 잘라서 본 제1 벤트와 제2 벤트가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면 사시도이다.
도 5는 도 3의 이차 전지의 Ⅴ-Ⅴ 선을 잘라서 본 제1 벤트와 제2 벤트가 설치된 상태의 요부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 벤트와 제2 벤트가 설치된 상태의 요부 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2 벤트가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 저면 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차 전지의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)을 구비하는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(15)와, 케이스(15)의 개구에 결합되며 벤트홀(10a)의 내부에 제1 벤트(41)가 형성된 캡 플레이트(20)와, 캡 플레이트(20)에 설치되며 제1 전극 단자(21)와 제2 전극 단자(22)를 포함하는 전극 단자(21, 22)와, 전극 조립체(10)를 제1 전극 단자(21)에 연결하는 제1 집전 탭(51)과 전극 조립체(10)를 제2 전극 단자(22)에 연결하는 제2 집전 탭(52)을 포함하는 리드 탭(51, 52)을 포함한다.

전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 제1 전극(이하, "음극"이라 한다)(11)과 제2 전극(이하, "양극"이라 한다)(12)을 배치하고, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 젤리롤 상태로 귄취하여 형성될 수 있다.

음극(11) 및 양극(12)은, 각각 금속판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(11a, 12a), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11b, 12b)를 포함한다.

음극(11)의 무지부(11b)는 권취되는 음극(11)을 따라 음극(11)의 한 쪽 단부에 형성된다. 양극(12)의 무지부(12b)는 권취되는 양극(12)을 따라 양극(12)의 한 쪽 단부에 형성된다. 따라서 무지부들(11b, 12b)은 전극 조립체(10)의 양단에 각각 배치된다.

예를 들면, 케이스(15)는 내부에 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어지며, 외부와 내부 공간을 연결하는 개구를 직육면체의 일면에 형성한다. 개구는 전극 조립체(10)를 케이스(15)의 내부로 삽입할 수 있게 한다.

캡 플레이트(20)는 케이스(15)의 개구에 설치됨으로써 케이스(15)를 밀폐한다. 예를 들면, 케이스(15)와 캡 플레이트(20)는 알루미늄으로 형성되어 서로 용접될 수 있다.

또한, 캡 플레이트(20)는 전해액 주입구(29)와 벤트홀(20a) 및 단자홀을 구비한다. 전해액 주입구(29)는 케이스(15)에 캡 플레이트(20)를 결합한 후, 케이스(15)의 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(29)는 밀봉 마개(27)로 밀봉된다. 벤트홀(20a)에는 제1 벤트(41)가 이차 전지(100)의 내부 압력을 배출할 수 있도록 형성된다.

한편, 전극 단자(21, 22)는 제1 전극 단자(21)와 제2 전극 단자(22)로 구성되는 것으로서, 캡 플레이트(20)에 설치되고 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된다. 여기서, 제1 전극 단자(21)는 음극 단자 이고, 제2 전극 단자(22)는 양극 단자로 구성된다.

음극 단자(21)는 전극 조립체(10)의 음극(11)에 전기적으로 연결되고, 양극 단자(22)는 캡 플레이트(20)에 용접 등에 의해 전기적으로 연결되어, 양극에 제2 집전 탭(52)을 통해 연결된다.

음극 단자(21)를 보다 구체적으로 설명하면, 음극 단자(21)는 단자홀을 통과하며 일단은 제1 집전 탭(51)에 연결되고 타단은 캡 플레이트(20)의 외측으로 돌출될 수 있다.

양극 단자(22)는 단자홀을 통과하여 일단은 제2 집전 탭(52)에 연결되고 타단은 캡 플레이트(20)의 외측으로 돌출될 수 있다.

도 3은 도 1의 이차 전지의 벤트홀에 제2 벤트가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 사시도이고, 도 4는 도 3의 이차 전지의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 잘라서 본 제1 벤트와 제2 벤트가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면 사시도이며, 도 5는 도 3의 이차 전지의 Ⅴ-Ⅴ 선을 잘라서 본 제1 벤트와 제2 벤트가 설치된 상태의 요부 단면도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 벤트홀(10a)에는 제1 벤트(41)의 상측으로 제2 벤트(40)가 설치된다.

제2 벤트(40)는 제1 벤트(41)로부터 발생되는 스파크(41a)가 굴곡된 경로를 형성하면서 배출되도록 하여, 스파크가 캡 플레이트(20)의 외측으로 발산되지 않도록 감쇄되도록 하기 위한 것이다.

이러한 제2 벤트(40)는, 벤트홀(10a)에 안착되는 안착부(42)와, 안착부(42)로부터 절곡된 상태로 벤트홀(10a)의 내부로 연장되며 스파크 홀(44a)이 형성된 측부(44)와, 측부(44)에 연장되고 제1 벤트(41)로부터 이격된 상태로 대면하는 저면부(46)를 포함할 수 있다.

안착부(42)는 벤트홀(10a)의 개구된 위치에 안착된 상태로 설치되는 것으로, 벤트홀(10a)이 형성된 부분의 캡 플레이트(20)에 고정될 수 있다.

즉, 안착부(42)는 벤트홀(10a)의 개구된 가장자리 부분에 형성된 단차부에 안착된 상태로 고정될 수 있다. 이러한 안착부(42)에는 벤트홀(10a)의 내부 방향으로 측부(44)가 연장될 수 있다.

측부(44)는 일측은 안착부(42)에 연결되고 타측은 벤트홀(10a)의 내부 방향으로 연장된다. 이러한 측부(44)는 벤트홀(10a)의 내벽면과 이격된 상태로 제1 벤트(41) 방향으로 연장될 수 있다.

이와 같이, 측부(44)가 벤트홀(10a)의 내벽면으로부터 이격되는 것은 제1 벤트(41)에서 발생된 스파크(41a)가 측부(44)와 벤트홀(10a)의 내벽면의 사이 부분으로 유입되도록 하기 위한 것이다.

측부(44)에는 제1 벤트(41)의 파단에 의해 발생된 스파크(41a)가 배출되는 복수개의 스파크 홀(44a)이 형성된다.

측부(44)에는 인입 공간이 형성되는 바, 스파크 홀(44a)은 인입 공간의 내벽면에 관통하도록 형성될 수 있다.

이와 같이, 스파크 홀(44a)이 측부(44)에 형성되는 것은, 제1 벤트(41)에서 발생된 스파크(41a)가 스파크 홀(44a)을 통과하면서 상쇄되도록 하여 캡 플레이트(20)의 외측으로 스파크(41a)가 배출되지 않도록 하기 위한 것이다. 이에 대해서는 이하에서 구체적으로 설명한다.

스파크 홀(44a)은 측부(44)의 인입 공간의 내벽면에서 서로간에 대향하는 양측에 각각 형성될 수 있다.

이러한 스파크 홀(44a)은 측부(44)의 대향하는 양측에서 복수개가 복수개의 행과 열을 이루면서 형성될 수 있다. 스파크 홀(44a)은 원통형으로 개구되는 것을 예시적으로 설명하지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 다각 형상으로 개구되는 것도 가능하다.

이와 같이, 스파크 홀(44a)이 인입 공간의 내벽면에 마주한 상태로 관통 형성되는 바, 제1 벤트(41)에서 발생된 스파크는 마주하는 스파크 홀(44a)을 각각 통과하여 인입 공간의 내부에서 접촉하여 상쇄되는 것이 가능하다. 이에 따라, 스파크는 제2 벤트(40)의 외부로 방출되지 않고 인입 공간의 내부에서 효과적으로 감쇄 또는 소멸되는 것이 가능하다.

스파크 홀(44a)은 본 실시예에서 마주하는 측면에 각각 형성되는 것을 예시적으로 설명하지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 제2 벤트(40)의 측부의 둘레를 따라 형성되는 것도 가능하다.

저면부(46)는 전술한 바와 같이, 제1 벤트(41)와 이격된 상태로 벤트홀(10a)의 내부에 위치될 수 있다. 따라서 제1 벤트(41)에서 방출된 스파크는 저면부(46)에 최초 접촉된 상태에서 측부(44)와 벤트홀(10a)의 내벽면의 사이 공간으로 이동될 수 있다.

저면부(46)는 본 실시예에서 편평면으로 형성되는 것을 예시적으로 설명하지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고, 제1 벤트(41)로부터 발생된 스파크의 이동을 유도하도록 표면의 일부분 또는 전체가 일정 형상으로 변형되는 것도 가능하다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 이차 전지는, 이차 전지의 내부 압력이 증가하는 경우 제1 벤트(41)의 파단이 발생되어 스파크가 방출된다.

그리고, 제1 벤트(41)로부터 방출된 스파크는 제2 벤트(40)의 저면으로부터 측부(44)로 경로가 변경되면서 이동되어 측부(44)에 형성된 스파크 홀(44a)을 통해 제2 벤트(40)의 인입 공간의 내부로 이동될 수 있다.

이와 같이, 제1 벤트(41)에서 발생된 스파크(41a)는 굴곡된 경로를 통해 제2 벤트(40)의 스파크 홀(44a)을 통해 인입 공간으로 방출되는 바, 인입 공간의 내부에서 스파크들이 서로간에 접촉하여 효과적인 상쇄 작용이 발생되어 폭발 안전 사고 발생의 위험을 저감하는 것이 가능하다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 벤트와 제2 벤트가 설치된 상태의 요부 단면도이다. 도 1 내지 도 5와 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지는, 제2 벤트(40)에 제1 벤트(41)로부터 방출된 스파크의 이동을 가이드하는 가이드부(147)가 형성된다.

가이드부(147)는 제2 벤트(40)의 저면(146)에 형성된 경사면으로 적용될 수 있다. 따라서, 제1 벤트(41)로부터 방출된 스파크는 가이드부(147)의 경사면을 따라 측부(44)에 형성된 스파크 홀(44a) 부분으로 가이드되어 효과적으로 이동될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2 벤트가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 저면 사시도이다. 도 1 내지 도 6과 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 가이드부(247)는 제2 벤트(40)의 저면(246)에 가이드 홈(247)으로 형성될 수 있다. 이하에서 가이드 홈과 가이드부는 동일 참조번호를 사용한다.

가이드 홈(247)은 제2 벤트(40)의 저면부(46)의 중심에서 가장자리 방향으로 복수개가 방사상으로 형성될 수 있다. 따라서 제1 벤트(41)에서 방출된 스파크는 가이드 홈(247)에 의해 스파크 홀(44a) 방향으로 효과적으로 가이드되어 이동될 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10...전극 조립체 11...제1 전극
12...제2 전극 20...캡 플레이트
20a..벤트홀 21...제1 전극 단자
22...제2 전극 단자 27...밀봉마개
29..전해액 주입구 40...제2 벤트
40a..스파크 홀 41...제1 벤트
42...안착부 44...측부
46...저면부 147, 247.. 가이드부

Claims

제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 내장하는 케이스;
상기 케이스의 개구에 결합되며 벤트홀의 내부에 제1 벤트가 형성된 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트에 설치되며, 제1 전극 단자와 제2 전극 단자를 포함하는 전극 단자; 및
상기 전극 조립체를 상기 제1 전극 단자에 연결하는 제1 집전 탭과 상기 전극 조립체를 상기 제2 전극 단자에 연결하는 제2 집전 탭을 포함하는 리드 탭;
을 포함하고,
상기 벤트홀을 덮으면서 저면은 상기 제1 벤트와 이격되고, 측면은 상기 벤트홀의 내벽면과 이격되며 복수개의 스파크 홀이 형성된 제2 벤트를 포함하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 제2 벤트는,
상기 벤트홀에 안착되는 안착부;
상기 안착부로부터 절곡된 상태로 상기 벤트홀의 내부로 연장되며 인입 공간이 내부에 형성되고, 인입 공간의 내벽면으로 상기 스파크 홀이 형성된 측부; 및
상기 측부에 연장되고 상기 제1 벤트로부터 이격된 상태로 대면하는 저면부;
를 포함하는 이차 전지.
제2항에 있어서,
상기 스파크 홀은 상기 측부에서 서로 대면하는 위치에서 마주한 상태로 복수개로 형성되는 이차 전지.
제2항에 있어서,
상기 스파크 홀은 상기 측부의 둘레를 따라 복수개로 형성되는 이차 전지.
제2항에 있어서,
상기 저면부에는 상기 제1 벤트로부터 방출되는 스파크를 상기 스파크 홀 부분으로 가이드하는 가이드부가 형성된 이차 전지.
제5항에 있어서,
상기 가이드부는,
상기 제2 벤트의 상기 저면부에서 상기 측부 방향으로 경사지게 형성된 경사면인 이차 전지.
제5항에 있어서,
상기 가이드부는,
상기 제2 벤트의 상기 저면부에서 상기 측부 방향으로 형성되는 가이드 홈인 이차 전지.
제7항에 있어서,
상기 가이드 홈은 상기 저면부의 중심을 기준으로 복수개가 방사상으로 형성되는 이차 전지.