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WO2019151662A1 - 원통형 리튬 이온 이차 전지 - Google Patents

원통형 리튬 이온 이차 전지 Download PDF

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Publication number
WO2019151662A1
WO2019151662A1 PCT/KR2019/000047 KR2019000047W WO2019151662A1 WO 2019151662 A1 WO2019151662 A1 WO 2019151662A1 KR 2019000047 W KR2019000047 W KR 2019000047W WO 2019151662 A1 WO2019151662 A1 WO 2019151662A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
safety vent
cylindrical
secondary battery
lithium ion
ion secondary
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/000047
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
전병민
Original Assignee
삼성에스디아이(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이(주) filed Critical 삼성에스디아이(주)
Priority to CN201980017037.6A priority Critical patent/CN111819714B/zh
Priority to US16/965,258 priority patent/US11855303B2/en
Priority to EP19746824.2A priority patent/EP3748728A4/en
Publication of WO2019151662A1 publication Critical patent/WO2019151662A1/ko
Priority to US18/490,635 priority patent/US20240047817A1/en

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    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a cylindrical lithium ion secondary battery.
  • Lithium ion secondary batteries are used for powering hybrid vehicles or electric vehicles as well as portable electronic devices due to their high operating voltage and high energy density per unit weight.
  • Such lithium ion secondary batteries may be classified into cylindrical, rectangular, and pouch type secondary batteries.
  • the double cylindrical lithium ion secondary battery generally has a cylindrical electrode assembly, a cylindrical can to which the electrode assembly is coupled, an electrolyte solution injected into the can to allow lithium ions to move, and is coupled to one side of the can. And a cap assembly for preventing leakage of the electrolyte solution and preventing separation of the electrode assembly.
  • the problem to be solved according to an embodiment of the present invention is designed so that the transient metal is guided to the bent portion of the periphery of the safety vent at the same time or after the formation of the safety vent, thereby improving the flatness of the bottom of the can and reducing the damage of the safety vent. It is to provide a cylindrical lithium ion secondary battery.
  • Cylindrical lithium ion secondary battery is a cylindrical can; An electrode assembly housed in the cylindrical can; And a cap assembly for sealing the cylindrical can, wherein the cylindrical can may include a circular bottom portion, a curved portion bent from the bottom toward the electrode assembly, and a safety vent formed in the curved portion.
  • the bent portion and the safety vent may be in the form of a circular ring.
  • the bend may include a pair of curved portions curved from the bottom toward the cap assembly, and a flat flat portion connecting the pair of curved portions, and the safety vent may be a pair of inclined portions from the flat portion toward the electrode assembly.
  • the inclined portion may include a flat portion connecting the inclined portion of the pair.
  • the depth of the bent portion may be 0.1 mm to 0.15 mm, the thickness of the safety vent may be 0.05 mm to 0.2 mm.
  • the depth of the bent portion may be 0.1 mm to 0.13 mm, the thickness of the safety vent may be 0.075 mm to 0.105 mm.
  • the volume of the safety vent may be 0.49 mm 3 to 0.31 mm 3
  • the volume of the bent portion may be 0.3 mm 3 to 0.75 mm 3 .
  • a resin plate melted at 100 ° C. to 300 ° C. may be attached to the bent portion to cover the safety vent.
  • a space may be provided between the safety vent and the resin plate.
  • the safety vent may be coated with a resin layer that is melted at 100 ° C to 300 ° C.
  • Embodiments of the present invention provide a cylindrical lithium ion secondary battery that is designed to be guided to the bent portion of the periphery of the safety vent at the same time or after the formation of the safety vent, improving the flatness of the bottom of the can. That is, in the embodiment of the present invention, by forming a bent portion bent toward the electrode assembly from the bottom in addition to the safety vent on the bottom of the can, the excess metal pushed out during the formation of the safety vent moves to the bent portion, thereby improving the flatness of the bottom of the can. You can. As such, when the flatness of the bottom of the can is improved, the dimensional error is also reduced in the subsequent beading and crimping processes of the can, thereby reducing overall defects due to dimensional dispersion of the secondary battery.
  • embodiments of the present invention can also reduce the weld strength distribution of the tab welded to the can bottom due to the improved flatness of the can bottom. Of course, this can reduce various failure factors due to dimensional stability in welding and instrument construction during battery manufacturing processes.
  • the embodiment of the present invention by attaching a resin plate on the surface of the bent portion to cover the safety vent, or by coating the resin layer directly on the surface of the safety vent, the surface of the safety vent exposed to the outside of the plating layer when the safety vent is formed Oxidation or damage can be prevented.
  • the resin plate or the resin layer is melted, so that the operation of the safety vent is not disturbed.
  • FIGS. 1A, 1B, and 1C are perspective, cross-sectional, and exploded perspective views of a cylindrical lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2a is a bottom view showing the bottom of the cylindrical can of the cylindrical lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2b is a cross-sectional view taken a line 2b-2b of 2a
  • Figure 2c is an enlarged region 2c of Figure 2b. It is sectional drawing.
  • FIG 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the cylindrical can of the cylindrical lithium ion secondary battery according to another embodiment of the present invention shown upside down.
  • FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a bottom portion of a cylindrical can of a cylindrical lithium ion secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the breaking pressure versus the thickness of the safety vent formed in the bottom of the cylindrical can in the cylindrical recess ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6a is a view for explaining the depth of the bent portion and the thickness of the safety vent formed in the bottom of the cylindrical can in the cylindrical lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6b and 6c is the volume of the safety vent compared to the volume
  • a graph showing the volume versus depth of the bent portion.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, the first member, part, region, layer or portion, which will be described below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • FIGS. 1A, 1B, and 1C are perspective, cross-sectional, and exploded perspective views of a cylindrical lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the cylindrical lithium ion secondary battery 100 may include a cylindrical can 110, an electrode assembly 120, and a cap assembly 140. Can be.
  • the cylindrical lithium ion secondary battery 100 may further include a center pin 130 coupled to the electrode assembly 120.
  • the cylindrical can 110 includes a circular bottom portion 111 and a side portion 112 extending in a predetermined length from the circumference of the bottom portion 111 upward.
  • the upper portion of the cylindrical can 110 is open during the manufacturing process of the secondary battery. Therefore, the electrode assembly 120 and the center pin 130 may be inserted into the cylindrical can 110 together with the electrolyte during the assembly process of the secondary battery.
  • the cylindrical can 110 may be formed of steel, nickel plated steel, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, or an equivalent thereof, but the material is not limited thereto.
  • the cylindrical can 110 is formed with a beading part 113 recessed therein at a lower portion of the cylindrical cap 110 so as to prevent the cap assembly 140 from escaping to the outside.
  • a crimping part 114 bent inward is formed.
  • the bottom portion 111 of the cylindrical can 110 is thinner than the thickness of the bent portion 1110 bent from the bottom portion 111 toward the electrode assembly 120 and the bottom portion 111 formed in the bent portion 1110.
  • the safety vent 1120 may be included.
  • the bent part 1110 may allow the transient metal to be guided to the bent part 1110, which is the periphery of the safety vent 1120, during or after the formation of the safety vent 1120, thereby improving the flatness of the bottom part 111, and the safety vent. Ensure that 1120 is not cracked or damaged.
  • the safety vent 1120 breaks when the internal pressure of the cylindrical can 110 abnormally rises and serves to discharge the internal gas to the outside.
  • the bent portion 1110 and the safety vent 1120 will be described in detail below.
  • the electrode assembly 120 is received inside the cylindrical can 110.
  • the electrode assembly 120 may include a negative electrode plate 121 coated with a negative electrode active material (eg, graphite, carbon, etc.), a positive electrode plate coated with a positive electrode active material (eg, transition metal oxides (LiCoO 2, LiNiO 2, LiMn 2 O 4, etc.)) 122) and a separator 123 positioned between the negative electrode plate 121 and the positive electrode plate 122 to prevent shorting and to allow only movement of lithium ions.
  • the negative electrode plate 121, the positive electrode plate 122, and the separator 123 are wound in a substantially cylindrical shape.
  • the negative electrode plate 121 may be a copper (Cu) foil
  • the positive electrode plate 122 may be an aluminum (Al) foil
  • the separator 123 may be polyethylene (PE) or polypropylene (PP). It is not limited.
  • the negative electrode tab 124 protruding a predetermined length downwardly may be welded to the negative electrode plate 121
  • the positive electrode tab 125 protruding a predetermined length upwardly may be welded to the positive electrode plate 122, and vice versa.
  • the negative electrode tab 124 may be made of nickel (Ni)
  • the positive electrode tab 125 may be made of aluminum (Al), but the present invention is not limited thereto.
  • the negative electrode tab 124 of the electrode assembly 120 may be welded to the bottom 111 of the cylindrical can 110. Therefore, the cylindrical can 110 may operate as a cathode.
  • the positive electrode tab 125 may be welded to the bottom 111 of the cylindrical can 110, in which case the cylindrical can 110 may operate as a positive electrode.
  • a first insulating plate 126 coupled to the cylindrical can 110 and having a first hole 126a at the center and a second hole 126b at the outside thereof is formed of the electrode assembly 120 and the bottom 111. It can be intervened in between.
  • the first insulating plate 126 serves to prevent the electrode assembly 120 from electrically contacting the bottom 111 of the cylindrical can 110.
  • the first insulating plate 126 serves to prevent the positive electrode plate 122 of the electrode assembly 120 from being in electrical contact with the bottom 111.
  • the first hole 126a serves to quickly move the gas upward through the center pin 130
  • the second hole 126b is a negative electrode.
  • the tab 124 serves to penetrate and weld to the bottom 111.
  • a second insulating plate 127 coupled to the cylindrical can 110 and having a first hole 127a at the center and a plurality of second holes 127b at the outside thereof is provided with the electrode assembly 120 and the cap assembly 140.
  • the second insulating plate 127 serves to prevent the electrode assembly 120 from electrically contacting the cap assembly 140.
  • the second insulating plate 127 serves to prevent the negative electrode plate 121 of the electrode assembly 120 from electrically contacting the cap assembly 140.
  • the first hole 127a serves to quickly move the gas to the cap assembly 140
  • the second hole 127b is the positive electrode tab 125.
  • the remaining second holes 127b serve to rapidly flow into the electrode assembly 120 in the electrolyte injection process.
  • the diameters of the first holes 126a and 127a of the first and second insulating plates 126 and 127 are smaller than the diameters of the center pins 130, so that the center pins 130 are formed in the cylindrical can 110 by external impact. Do not electrically contact the bottom 111 or the cap assembly 140.
  • the center pin 130 is in the form of a hollow circular pipe, and may be coupled to approximately the center of the electrode assembly 120.
  • the center pin 130 may be formed of steel, stainless steel, aluminum, aluminum alloy or polybutylene terepthalate, but the material is not limited thereto.
  • the center pin 130 serves to suppress deformation of the electrode assembly 120 during charge and discharge of the battery, and serves as a movement passage of gas generated inside the secondary battery.
  • the cap assembly 140 is a cap-up 141 in which a plurality of through holes 141a are formed, a safety plate 142 installed at a lower portion of the cap up 141, and a lower portion of the safety plate 142.
  • a cap-down 144 and a cap-down 144 installed under the insulating plate 143, the safety plate 142, and the insulating plate 143, and having first and second through holes 144a and 144b formed therein.
  • the subplate 145 and the cap up 141, the safety plate 142, the insulating plate 143, the cap down 144, and the cylindrical can 110 which are fixed to the bottom surface of the subplate 145 and electrically connected to the positive electrode tab 125.
  • An insulating gasket 146 that insulates the side 111.
  • the insulating gasket 146 is substantially compressed between the beading portion 113 and the crimping portion 114 formed on the side portion 111 of the cylindrical can 110.
  • the through-holes 141a, 144a, and 144b formed in the cap up 141 and the cap down 144 serve to discharge the internal gas to the outside when abnormal internal pressure occurs in the cylindrical can 110.
  • the safety plate 142 is first inverted upwardly and electrically separated from the subplate 145. Then, the safety plate 142 is torn and gas is discharged to the outside.
  • an electrolyte solution (not shown) is injected into the cylindrical can 110, and lithium ions generated by electrochemical reactions in the negative electrode plate 121 and the positive electrode plate 122 inside the battery during charge and discharge may be injected. It serves to make it mobile.
  • the electrolyte may be a non-aqueous organic electrolyte that is a mixture of lithium salts and high purity organic solvents.
  • the electrolyte may be a polymer using a polymer electrolyte, and the type of the electrolyte is not limited thereto.
  • Figure 2a is a bottom view showing the bottom portion 111 of the cylindrical can 110 of the cylindrical lithium ion secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2b is a cross-sectional view taken a line 2b-2b of 2a
  • FIG. 2C is an enlarged cross-sectional view of region 2C of FIG. 2B.
  • the cylindrical can 110 has a generally circular flat bottom 111, a bend 1110 bent from the bottom 111 toward the electrode assembly 120, and a bend. It may include a safety vent 1120 formed in 1110.
  • bent portion 1110 and the safety vent 1120 formed inside the bent portion 1110 may be in the form of a substantially circular ring.
  • the bottom 111 may include a substantially flat first surface 111a and a substantially flat second surface 111b opposite to the first surface 111a.
  • the distance between the first surface 111a and the second surface 111b may be defined as the thickness of the bottom portion 111.
  • the bent portion 1110 may include a pair of curved portions 1111 that bend from the bottom portion 111 toward the electrode assembly 120, and one flat flat portion 1112 connecting the pair of curved portions 1111. have.
  • the curved portion 1111 may also include a generally curved first surface 1111a and a second curved surface 1111b that is generally opposite to the first surface 1111a.
  • the distance between the first surface 1111a and the second surface 1111b may be defined as the thickness of the curved portion 1111.
  • the flat portion 1112 may also include a substantially flat first surface 1112a and a substantially flat second surface 1112b as an opposite surface of the first surface 1112a.
  • the distance between the first surface 1112a and the second surface 1112b may be defined as the thickness of the flat portion 1112.
  • the thicknesses of the bottom part 111 and the bent part 1110 may be the same.
  • the second surface 1112b of the flat portion 1112 of the bent portion 1110 is located between the first surface 111a and the second surface 111b of the bottom portion 111 or of the bottom portion 111. It may be located higher than the first surface 111a.
  • the second surface 1112b of the flat portion 1112 of the bent portion 1110 may be positioned higher than the second surface 111b of the bottom portion 111.
  • the safety vent 1120 includes a pair of inclined portions 1121 inclined from the flat portion 1112 toward the electrode assembly among the curved portions 1110, and a flat flat portion 1122 connecting the pair of inclined portions 1121. can do. That is, the inclined portion 1121 of the safety vent 1120 is formed to be inclined upward from the second surface 1112b of the flat portion 1112, and the flat portion 1122 of the safety vent 1120 is a flat portion ( It is formed between the first surface 1112a and the second surface 1112b of 1112.
  • the thickness of the safety vent 1120 may be defined as a distance between the flat portion 1122 and the first surface 1112a of the flat portion 1112.
  • the bent portion 1110 and the safety vent 1120 when the bent portion 1110 and the safety vent 1120 through the mold, the metal disappeared from the safety vent 1120 Since the curved portion 1110 absorbs the volume, the warpage of the bottom portion 111 does not occur. That is, when the inclined portion 1121 and the flat portion 1122 of the safety vent 1120 are formed by the mold, the excess metal is pushed to the adjacent region, so that the bent portion 1110 absorbs the pushed excess metal. As a result, the flatness of the bottom portion 111 is maintained.
  • the depth of the safety vent 1120 is relatively deep, the depth of the bent portion 1110 is also relatively deep, and if the depth of the safety vent 1120 is relatively small, the depth of the bent portion 1110 is also relative To be small.
  • FIG 3 is a partially enlarged cross-sectional view showing the bottom 111 of the cylindrical can 110 inverted in the cylindrical lithium ion secondary battery 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the flat portion 1112 of the curved portion 1110 (ie, the second surface 1112b of the flat portion 1112) is, for example, but not limited to, approximately 100 ° C. to 300
  • the resin plate 1130 which is melted at ° C may be further bonded to cover the safety vent 1120.
  • the resin plate 1130 may include polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, and the like.
  • the resin plate 1130 may be in the form of an approximately circular ring.
  • a space may be provided between the safety vent 1120 and the resin plate 1130.
  • the resin plate 1130 protects the safety vent 1120 (for example, the rust of the safety vent 1120) at the operating temperature (eg, 0 ° C. to 70 ° C.) of the secondary battery 100. Generation suppression) and when the operating temperature of the secondary battery 100 exceeds approximately 100 ° C., the resin plate 1130 is melted so as not to interfere with the operation of the safety vent 1120.
  • the safety vent 1120 for example, the rust of the safety vent 1120
  • the operating temperature eg, 0 ° C. to 70 ° C.
  • FIG 4 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating the bottom 111 of the cylindrical can 110 of the cylindrical lithium ion secondary battery 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the safety vent 1120 that is, the inclined portion 1121 and the flat portion 1122, for example, but not limited to, the resin layer 1140 that is melted at about 100 ° C. to 300 ° C. This can be coated.
  • the resin layer 1140 may include polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, and the like.
  • the safety vent 1120 is formed using a metal mold, the nickel plating layer formed on the surface of the safety vent 1120 is removed, whereby the steel is exposed to the outside, and rust may occur on the surface of the safety vent 1120. have.
  • the resin layer 1140 having a thickness of about 1 ⁇ m to 100 ⁇ m is formed on the surface of the safety vent 1120, such rust generation may be suppressed.
  • the resin layer 1140 protects the safety vent 1120 at the operating temperature of the secondary battery 100, but when the operating temperature of the secondary battery 100 exceeds approximately 100 ° C., the resin layer 1140 melts. To prevent interference with the operation of the safety vent 1120.
  • FIG 5 is a graph showing the breaking pressure versus the thickness of the safety vent 1120 formed on the bottom 111 of the cylindrical can 110 in the cylindrical recess ion secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention.
  • X axis means the thickness of the safety vent 1120
  • Y axis means the breaking pressure of the safety vent 1120.
  • the breaking pressure is about 30 Kgf / cm 2
  • the breaking pressure is about 35 Kgf / cm 2
  • 50 Kgf / cm 2 for approx. 100 ⁇ m thick
  • 70 Kgf / cm 2 for approx. 120 ⁇ m thick
  • 100 Kgf / cm 2 for approx. 140 ⁇ m thick
  • the breaking pressure also increases.
  • the safety vent 1120 is relatively thin at 45 ⁇ m or less, the safety vent 1120 may be cracked during the manufacturing process, and may be cracked at 70 ⁇ m or less, and the thickness of the safety vent 1120 may be greater than 75 ⁇ m. It is thick and eliminates the risk of cracking
  • the thickness of the safety vent 1120 is generally 75 ⁇ m to 105 ⁇ m, but the break pressure of the secondary battery 100 should be managed at about 30 Kgf / cm 2 to 150 Kgf / cm 2 , so that the safety vent ( The thickness of 1120 may generally be managed between 50 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • FIG. 6A illustrates the depth of the bent portion 1110 formed in the bottom portion 111 of the cylindrical can 110 and the thickness of the safety vent 1120 of the cylindrical lithium ion secondary battery 100 according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • 6B and 6C are graphs showing a volume versus a thickness of the safety vent 1120 and a volume against a depth of the bent portion 1110.
  • the X axis of Figure 6b is the thickness of the safety vent 1120
  • Y axis is the space volume of the safety vent 1120.
  • the X axis of FIG. 6C is the depth of the bent portion 1110
  • the Y axis is the spatial volume of the bent portion 1110.
  • the depth of the curved portion 1110 is defined as the distance from the second surface 1111b of the bottom portion 111 to the first surface 1112a of the flat portion 1112 of the curved portion 1110.
  • the thickness of the safety vent 1120 may be defined as the distance from the flat portion 1122 of the safety vent 1120 to the first surface 1112a of the flat portion 1112 of the bent portion 1110.
  • the thickness of the safety vent 1120 when the thickness of the safety vent 1120 varies from approximately 0.05 mm to 0.20 mm (increase), the space volume of the safety vent 1120 varies from approximately 0.49 mm 3 to 0.31 mm 3 . (Reduce). In this case, the thickness of the safety vent 1120 is about 0.05 mm to 0.20 mm, more preferably about 0.075 mm to 0.105 mm. If the thickness of the safety vent 1120 is less than approximately 0.05 mm, cracking may occur during the manufacturing process, and if the thickness of the safety vent 1120 is greater than approximately 0.20 mm, the breaking pressure may be too large.
  • the depth of the bent portion 1110 when the depth of the bent portion 1110 varies from about 0.05 mm to 0.14 mm (increased), the space volume of the bent portion 1110 varies from about 0.08 mm 3 to 0.59 mm 3 . (Increase).
  • the depth of the bent portion 1110 is preferably about 0.10 mm to 0.15 mm, more preferably about 0.10 mm to 0.13 mm. If the depth of the bent portion 1110 is less than approximately 0.10 mm, the absorption rate of the metal disappearing from the safety vent 1120 during the manufacturing process is small, the flatness is lowered, if the depth of the bent portion 1110 is greater than approximately 0.15 mm can 110 ) May become too small.

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Abstract

본 발명의 실시예는 원통형 리튬 이온 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 안전벤트의 형성과 동시에 또는 이후에 과도 금속이 안전벤트의 주변인 굴곡부로 가이드되도록 설계하여, 캔 바닥의 평탄성을 개선하고 안전벤트의 손상을 줄일 수 있는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명은 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 수용된 전극 조립체; 및 상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 원통형 캔은 원형의 바닥부와, 상기 바닥부로부터 상기 전극 조립체를 향하여 굴곡된 굴곡부와, 상기 굴곡부에 형성된 안전벤트를 포함하는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 개시한다.

Description

원통형 리튬 이온 이차 전지
본 발명의 실시예는 원통형 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지는 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 휴대형 전자기기뿐만 아니라 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 전원 용도로 사용되고 있다.
이러한 리튬 이온 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 및 파우치형의 이차 전지로 분류될 수 있다. 이중 원통형 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 캔과, 캔의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 캔의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 안전벤트의 형성과 동시에 또는 이후에 과도 금속이 안전벤트의 주변인 굴곡부로 가이드되도록 설계하여, 캔 바닥의 평탄성을 개선하고 안전벤트의 손상을 줄일 수 있는 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지는 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 수용된 전극 조립체; 및 상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 원통형 캔은 원형의 바닥부와, 상기 바닥부로부터 상기 전극 조립체를 향하여 굴곡된 굴곡부와, 상기 굴곡부에 형성된 안전벤트를 포함할 수 있다.
상기 굴곡부 및 상기 안전벤트는 원형의 링 형태일 수 있다.
상기 굴곡부는 상기 바닥부로부터 상기 캡 조립체를 향하여 휘어진 한쌍의 곡면부와, 상기 한쌍의 곡면부를 연결하는 평평한 평평부를 포함할 수 있고, 상기 안전벤트는 상기 평평부로부터 상기 전극 조립체를 향하여 경사진 한쌍의 경사부와, 상기 한쌍의 경사부를 연결하는 평탄한 평탄부를 포함할 수 있다.
상기 굴곡부의 깊이는 0.1 mm 내지 0.15 mm일 수 있고, 상기 안전벤트의 두께는 0.05 mm 내지 0.2 mm일 수 있다.
상기 굴곡부의 깊이는 0.1 mm 내지 0.13 mm일 수 있고, 상기 안전벤트의 두께는 0.075 mm 내지 0.105 mm일 수 있다.
상기 안전벤트의 체적은 0.49 mm3 내지 0.31 mm3일 수 있고, 상기 굴곡부의 체적은 0.3 mm3 내지 0.75 mm3일 수 있다.
상기 굴곡부에는 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지판이 접착되어 상기 안전벤트를 덮을 수 있다.
상기 안전벤트와 상기 수지판 사이에 공간이 구비될 수 있다.
상기 안전벤트에는 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지층이 코팅될 수 있다.
본 발명의 실시예는 안전벤트의 형성과 동시에 또는 이후에 과도 금속이 안전벤트의 주변인 굴곡부로 가이드되도록 설계하여, 캔 바닥의 평탄성을 개선한 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제공한다. 즉, 본 발명의 실시예는 캔 바닥에 안전벤트 외에도 바닥으로부터 전극 조립체를 향하여 절곡된 굴곡부를 더 형성함으로써, 안전벤트 형성 시 밀려나는 잉여 금속이 굴곡부로 이동하도록 하여, 캔 바닥의 평탄도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 캔 바닥의 평탄도가 향상되면, 이후 공정인 캔의 비딩 공정 및 크림핑 공정에서도 치수 오차가 감소되고, 이에 따라 전반적으로 이차 전지의 치수 산포로 인한 불량이 감소하게 된다.
또한, 본 발명의 실시예는 캔 바닥의 평탄성 개선으로 인해, 캔 바닥에 용접되는 탭의 용접 강도 산포도 줄일 수 있게된다. 물론, 이는 전지 제조 공정 중 용접 및 기구 구성 시 치수 안정으로 인해, 다양한 불량 요인을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 굴곡부의 표면에 수지판을 부착하여 안전벤트를 덮거나, 또는 안전벤트의 표면에 직접 수지층을 코팅함으로써, 안전벤트 형성시 도금층 외측으로 노출된 안전벤트의 표면이 산화되거나 손상되는 현상을 방지할 수 있다. 물론, 이차 전지의 온도가 기준 온도 이상으로 상승할 경우, 수지판이나 수지층은 용융됨으로써, 안전벤트의 동작에 방해가 되지 않는다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔의 바닥부를 도시한 저면도, 도 2b는 2a의 2b-2b선을 취한 단면도, 및 도 2c는 도 2b의 2c 영역을 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔의 바닥부를 뒤집어서 도시한 일부 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중 원통형 캔의 바닥부를 도시한 일부 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리틈 이온 이차 전지 중에서 원통형 캔의 바닥부에 형성된 안전벤트의 두께 대비 파단압을 도시한 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지 중에서 원통형 캔의 바닥부에 형성된 굴곡부의 깊이 및 안전벤트의 두께를 설명하기 위한 도면이고, 도 6b 및 도 6c는 안전벤트의 두께 대비 볼륨 및 굴곡부의 깊이 대비 볼륨을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100)는 원통형 캔(110)과, 전극 조립체(120)와, 캡 조립체(140)를 포함할 수 있다. 또한, 원통형 리튬 이온 이차 전지(100)는 전극 조립체(120)에 결합된 센터핀(130)을 더 포함할 수도 있다.
원통형 캔(110)은 원형의 바닥부(111)와, 바닥부(111)의 둘레로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 측부(112)을 포함한다. 이차 전지의 제조 공정 중 원통형 캔(110)의 상부는 개방되어 있다. 따라서, 이차 전지의 조립 공정 중 전극 조립체(120) 및 센터핀(130)이 전해액과 함께 원통형 캔(110)에 삽입될 수 있다. 원통형 캔(110)은 스틸, 니켈이 도금된 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 더불어, 원통형 캔(110)에는 캡 조립체(140)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(140)를 중심으로 그 하부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)가 형성되고, 그 상부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)가 형성되어 있다.
한편, 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에는 바닥부(111)로부터 전극 조립체(120)를 향하여 굴곡된 굴곡부(1110)와, 굴곡부(1110)에 형성된 바닥부(111)의 두께보다 얇은 안전벤트(1120)를 포함할 수 있다. 굴곡부(1110)는 안전벤트(1120)의 형성 시 또는 형성 후 과도 금속이 안전벤트(1120)의 주변인 굴곡부(1110)로 가이드되도록 하여, 바닥부(111)의 평탄도가 개선되도록 하고, 안전벤트(1120)가 크랙되거나 손상되지 않도록 한다. 물론, 안전벤트(1120)는 원통형 캔(110)의 내압이 비정상적으로 상승 시 파단되어 내부 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 이와 같은 굴곡부(1110) 및 안전벤트(1120)에 대해서는 아래에서 다시 상세하게 설명하도록 한다.
전극 조립체(120)는 원통형 캔(110)의 내부에 수용된다. 전극 조립체(120)는 음극 활물질(예를 들면, 흑연, 탄소 등등)이 코팅된 음극판(121), 양극 활물질(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등등))이 코팅된 양극판(122) 및, 음극판(121)과 양극판(122) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(123)로 이루어진다. 음극판(121), 양극판(122) 및 세퍼레이터(123)는 대략 원기둥 형태로 권취된다. 여기서, 음극판(121)은 구리(Cu) 포일, 양극판(122)은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 음극판(121)에는 하부로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(124)이, 양극판(122)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극탭(125)이 용접될 수 있으나, 그 반대도 가능하다. 더불어, 음극탭(124)은 니켈(Ni) 재질, 양극탭(125)은 알루미늄(Al) 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 전극 조립체(120)의 음극탭(124)은 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있다. 따라서 원통형 캔(110)은 음극으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로 양극탭(125)이 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있으며, 이러한 경우 원통형 캔(110)은 양극으로 동작할 수 있다.
더불어, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(126a) 및 그 외측에 제2홀(126b)이 형성된 제1절연판(126)이 전극 조립체(120)와 바닥부(111)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1절연판(126)은 전극 조립체(120)가 원통형 캔(110) 중 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제1절연판(126)은 전극 조립체(120) 중 양극판(122)이 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(126a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 센터핀(130)을 통해 상부로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(126b)은 음극탭(124)이 관통하여 바닥부(111)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다.
또한, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(127a) 및 그 외측에 다수의 제2홀(127b)이 형성된 제2절연판(127)이 전극 조립체(120)와 캡 조립체(140)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제2절연판(127)은 전극 조립체(120)가 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제2절연판(127)은 전극 조립체(120) 중 음극판(121)이 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉하지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(127a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 캡 조립체(140)로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(127b)은 양극탭(125)이 관통하여 캡 조립체(140)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한 나머지 제2홀(127b)은 전해액 주입 공정에서, 전해액이 상기 전극 조립체(120)로 신속히 흘러 들어가도록 하는 역할을 한다.
더불어, 제1,2절연판(126,127)의 제1홀(126a,127a)의 직경은 센터핀(130)의 직경보다 작게 형성됨으로써, 외부 충격에 의해 센터핀(130)이 원통형 캔(110)의 바닥부(111) 또는 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 한다.
센터핀(130)은 속이 비어 있는 원형 파이프 형태로서, 전극 조립체(120)의 대략 중앙에 결합될 수 있다. 이러한 센터핀(130)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 폴리부틸렌 테프탈레이트(PolyButylene Terepthalate)로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 이러한 센터핀(130)은 전지의 충방전 중 전극 조립체(120)의 변형을 억제하는 역할을 하며, 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스의 이동 통로 역할을 한다.
캡 조립체(140)는 다수의 관통홀(141a)이 형성된 캡 업(cap-up)(141), 캡 업(141)의 하부에 설치된 안전 플레이트(142), 안전 플레이트(142)의 하부에 설치된 절연판(143), 안전 플레이트(142)와 절연판(143)의 하부에 설치되고, 제1,2관통홀(144a,144b)이 형성된 캡 다운(cap-down)(144), 캡 다운(144)의 하면에 고정되어 양극탭(125)과 전기적으로 접속된 서브 플레이트(145) 및 캡 업(141), 안전 플레이트(142), 절연판(143), 캡 다운(144)과 원통형 캔(110)의 측부(111)을 절연시키는 절연 가스켓(146)을 포함한다. 여기서, 절연 가스켓(146)은 실질적으로 원통형 캔(110)의 측부(111)에 형성된 비딩부(113)와 크림핑부(114)의 사이에 압착된 형태를 한다. 또한, 상기 캡 업(141) 및 상기 캡 다운(144)에 형성된 관통홀(141a,144a,144b)은 원통형 캔(110)의 내부에서 이상 내압 발생시 내부 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 물론, 이러한 내압에 의해 우선 안전 플레이트(142)가 상부 방향으로 반전되면서 서브 플레이트(145)와 전기적으로 분리되고, 이후 안전 플레이트(142)가 찢어지면서 내부의 가스가 외부로 방출된다.
더불어, 원통형 캔(110)의 내측에는 전해액(도면에 도시되지 않음)이 주액되어 있으며, 이는 충방전시 전지 내부의 음극판(121) 및 양극판(122)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100) 중 원통형 캔(110)의 바닥부(111)를 도시한 저면도, 도 2b는 2a의 2b-2b선을 취한 단면도, 및 도 2c는 도 2b의 2c 영역을 확대 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 원통형 캔(110)은 대략 원형의 평평한 바닥부(111)와, 바닥부(111)로부터 전극 조립체(120)를 향하여 굴곡된 굴곡부(1110)와, 굴곡부(1110)에 형성된 안전벤트(1120)를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 굴곡부(1110) 및 굴곡부(1110)의 내측에 형성된 안전벤트(1120)는 대략 원형의 링 형태일 수 있다.
바닥부(111)는 대략 평평한 제1면(111a)과, 제1면(111a)의 반대면인 대략 평평한 제2면(111b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 거리는 바닥부(111)의 두께로 정의될 수 있다.
굴곡부(1110)는 바닥부(111)로부터 전극 조립체(120)를 향하여 휘어진 한쌍의 곡면부(1111)와, 한쌍의 곡면부(1111)를 연결하는 하나의 평평한 평평부(1112)를 포함할 수 있다. 여기서, 곡면부(1111) 역시 대체로 휘어진 제1면(1111a)과, 제1면(1111a)의 반대면으로서 대체로 휘어진 제2면(1111b)을 포함할 수 있다. 또한, 제1면(1111a)과 제2면(1111b) 사이의 거리는 곡면부(1111)의 두께로 정의될 수 있다.
평평부(1112) 역시 대략 평평한 제1면(1112a)과, 제1면(1112a)의 반대면으로서 대략 평평한 제2면(1112b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1면(1112a)과 제2면(1112b) 사이의 거리는 평평부(1112)의 두께로 정의될 수 있다. 또한, 바닥부(111) 및 굴곡부(1110)(곡면부(1111) 및 평평부(1112)를 포함)의 두께는 상호간 동일할 수 있다. 다만, 굴곡부(1110)중 평평부(1112)의 제2면(1112b)은 바닥부(111)의 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이에 위치되거나 또는 바닥부(111)의 제1면(111a)보다 높게 위치될 수 있다. 더불어, 굴곡부(1110)중 평평부(1112)의 제2면(1112b)은 바닥부(111)의 제2면(111b)보다 높게 위치될 수 있다.
안전벤트(1120)는 굴곡부(1110)중 평평부(1112)로부터 전극 조립체를 향하여 경사진 한쌍의 경사부(1121)와, 한쌍의 경사부(1121)를 연결하는 평탄한 평탄부(1122)를 포함할 수 있다. 즉, 안전벤트(1120)의 경사부(1121)는 평평부(1112)의 제2면(1112b)으로부터 상부를 향하여 경사지게 형성되고, 또한 안전벤트(1120)의 평탄부(1122)는 평평부(1112)의 제1면(1112a)과 제2면(1112b) 사이에 형성된다. 여기서, 안전벤트(1120)의 두께는 평탄부(1122)와 평평부(1112)의 제1면(1112a) 사이의 거리로 정의될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 굴곡부(1110) 및 안전벤트(1120)에 따르면, 금형을 통한 굴곡부(1110) 및 안전벤트(1120)의 형성 시, 안전벤트(1120)로부터 사라진 금속의 체적을 굴곡부(1110)가 흡수함으로써, 바닥부(111)의 휨 현상이 발생하지 않게 된다. 즉, 금형에 의해 안전벤트(1120)의 경사부(1121) 및 평탄부(1122)가 형성될 때, 과도 금속이 인접 영역으로 밀리게 되는데, 이러한 밀려나는 과도 금속을 굴곡부(1110)가 흡수하게 됨으로써, 바닥부(111)의 평탄성이 유지된다. 여기서, 안전벤트(1120)의 깊이가 상대적으로 깊으면, 굴곡부(1110)의 깊이 역시 상대적으로 깊게 되도록 하고, 또한 안전벤트(1120)의 깊이가 상대적으로 작으면, 굴곡부(1110)의 깊이 역시 상대적으로 작게 되도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100) 중 원통형 캔(110)의 바닥부(111)를 뒤집어서 도시한 일부 확대 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 굴곡부(1110)의 평평부(1112)(즉, 평평부(1112)의 제2면(1112b))에는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지판(1130)이 더 접착되어 안전벤트(1120)를 덮을 수 있다. 일부 예에서, 수지판(1130)은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 수지판(1130)은 대략 원형의 링 형태일 수 있다. 또한, 일부 예에서, 수지판(1130)은 대략 평평하게 형성되므로, 안전벤트(1120)와 수지판(1130) 사이에 공간이 구비될 수 있다.
이와 같이 하여, 이차 전지(100)의 동작 온도(예를 들면, 0℃ 내지 70℃)에서는 수지판(1130)이 안전벤트(1120)를 보호하지만(예를 들면, 안전벤트(1120)의 녹 발생 억제), 이차 전지(100)의 동작 온도가 대략 100℃를 초과하게 되면, 수지판(1130)이 용융되어 안전벤트(1120)의 동작에 방해가 되지 않도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100) 중 원통형 캔(110)의 바닥부(111)를 도시한 일부 확대 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 안전벤트(1120) 즉, 경사부(1121) 및 평탄부(1122)에는, 예를 들어 한정하는 것은 아니지만, 대략 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지층(1140)이 코팅될 수 있다. 일부 예에서, 수지층(1140)은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 금형을 이용하여 안전벤트(1120)를 형성하게 되면, 그 표면에 형성되어 있던 니켈 도금층이 제거됨으로써, 스틸이 그대로 외부로 노출되고, 이에 따라 안전벤트(1120)의 표면에 녹이 발생할 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이, 안전벤트(1120)의 표면에 대략 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 수지층(1140)을 형성하게 되면, 이러한 녹 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이차 전지(100)의 동작 온도에서는 수지층(1140)이 안전벤트(1120)를 보호하지만, 이차 전지(100)의 동작 온도가 대략 100℃를 초과하게 되면, 수지층(1140)이 용융되어 안전벤트(1120)의 동작에 방해가 되지 않도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리틈 이온 이차 전지(100) 중에서 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 형성된 안전벤트(1120)의 두께 대비 파단압을 도시한 그래프이다. 여기서, X축은 안전벤트(1120)의 두께를 의미하고, Y축은 안전벤트(1120)의 파단압력을 의미한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 안전벤트(1120)의 두께가 대략 60 ㎛일 경우, 파단압력은 대략 30 Kgf/cm2 이며, 안전벤트(1120)의 두께가 대략 80 ㎛ 경우, 파단압력은 대략 35 Kgf/cm2 , 두께가 대략 100 ㎛ 경우 50 Kgf/cm2, 두께가 대략 120 ㎛ 경우 70 Kgf/cm2, 두께가 대략 140 ㎛ 경우 100 Kgf/cm2 로서 두께가 증가할수록 파단압력도 증가하게 된다. 그러나, 45 ㎛ 이하에서 안전벤트(1120)의 두께가 상대적으로 얇아서 제조 공정중 안전벤트(1120)가 크렉되고, 70 ㎛ 이하에서 크랙될 수 있으며, 75 ㎛ 이상에서는 안전벤트(1120)의 두께가 두꺼워서 크렉의 위험이 없어진다.
따라서, 안전벤트(1120)의 두께는 대체로 75 ㎛ 내지 105 ㎛가 바람직하나, 이차 전지(100)의 파단 압력이 대략 30 Kgf/cm2 내지 150 Kgf/cm2 정도에서 관리되어야 하므로, 안전벤트(1120)의 두께는 대체로 50 ㎛ 내지 200 ㎛로 관리될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지(100) 중에서 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 형성된 굴곡부(1110)의 깊이 및 안전벤트(1120)의 두께를 설명하기 위한 도면이고, 도 6b 및 도 6c는 안전 벤트(1120)의 두께 대비 볼륨 및 굴곡부(1110)의 깊이 대비 볼륨을 도시한 그래프이다. 여기서, 도 6b의 X축은 안전벤트(1120)의 두께이고, Y축은 안전벤트(1120)의 공간 체적이다. 또한, 도 6c의 X축은 굴곡부(1110)의 깊이이고, Y축은 굴곡부(1110)의 공간 체적이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 굴곡부(1110)의 깊이는 바닥부(111)의 제2면(1111b)으로부터 굴곡부(1110)중 평평부(1112)의 제1면(1112a)까지의 거리로 정의될 수 있고, 안전벤트(1120)의 두께는 안전벤트(1120)의 평탄부(1122)로부터 굴곡부(1110)중 평평부(1112)의 제1면(1112a)까지의 거리로 정의될 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 안전벤트(1120)의 두께가 대략 0.05 mm로부터 0.20 mm까지 변할 경우(증가할 경우), 안전벤트(1120)의 공간 체적은 대략 0.49 mm3로부터 0.31 mm3으로 변한다(감소한다). 여기서, 실험 결과 안전벤트(1120)의 두께는 대략 0.05 mm 내지 0.20 mm, 더욱 바람직하기로 대략 0.075 mm 내지 0.105 mm일 수 있다. 안전벤트(1120)의 두께가 대략 0.05 mm보다 작으면 제조 공정 중 크랙 현상이 발생될 수 있고, 안전벤트(1120)의 두께가 대략 0.20 mm보다 두꺼우면 파단압이 너무 커질 수 있다.
한편, 도 6c에 도시된 바와 같이, 굴곡부(1110)의 깊이가 대략 0.05 mm로부터 0.14 mm까지 변할 경우(증가할 경우), 굴곡부(1110)의 공간 체적은 대략 0.08 mm3로부터 0.59 mm3으로 변한다(증가한다). 여기서, 실험 결과 굴곡부(1110)의 깊이는 대략 0.10 mm 내지 0.15 mm, 더욱 바람직하기로 대략 0.10 mm 내지 0.13 mm인 것이 바람직하다. 굴곡부(1110)의 깊이가 대략 0.10 mm보다 작으면 제조 공정 중 안전벤트(1120)로부터 사라지는 금속의 흡수율이 작아 평탄도가 저하되고, 굴곡부(1110)의 깊이가 대략 0.15 mm보다 깊으면 캔(110)의 내부 체적이 너무 작아질 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 원통형 리튬 이온 이차 전지을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 원통형 캔;
    상기 원통형 캔에 수용된 전극 조립체; 및
    상기 원통형 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 원통형 캔은 원형의 바닥부와, 상기 바닥부로부터 상기 전극 조립체를 향하여 굴곡된 굴곡부와, 상기 굴곡부에 형성된 안전벤트를 포함함을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부 및 상기 안전벤트는 원형의 링 형태인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부는 상기 바닥부로부터 상기 캡 조립체를 향하여 휘어진 한쌍의 곡면부와, 상기 한쌍의 곡면부를 연결하는 평평한 평평부를 포함하고,
    상기 안전벤트는 상기 평평부로부터 상기 전극 조립체를 향하여 경사진 한쌍의 경사부와, 상기 한쌍의 경사부를 연결하는 평탄한 평탄부를 포함함을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부의 깊이는 0.1 mm 내지 0.15 mm이고,
    상기 안전벤트의 두께는 0.05 mm 내지 0.2 mm인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부의 깊이는 0.1 mm 내지 0.13 mm이고,
    상기 안전벤트의 두께는 0.075 mm 내지 0.105 mm인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 안전벤트의 체적은 0.49 mm3 내지 0.31 mm3이고,
    상기 굴곡부의 체적은 0.3 mm3 내지 0.75 mm3인 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부에는 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지판이 접착되어 상기 안전벤트를 덮는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 안전벤트와 상기 수지판 사이에 공간이 구비된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 안전벤트에는 100℃ 내지 300℃에서 용융되는 수지층이 코팅된 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차 전지.
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