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KR20180083566A - Cylindrical Battery Cell Comprising Bottom Safety Vent - Google Patents

Cylindrical Battery Cell Comprising Bottom Safety Vent Download PDF

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KR20180083566A
KR20180083566A KR1020170005990A KR20170005990A KR20180083566A KR 20180083566 A KR20180083566 A KR 20180083566A KR 1020170005990 A KR1020170005990 A KR 1020170005990A KR 20170005990 A KR20170005990 A KR 20170005990A KR 20180083566 A KR20180083566 A KR 20180083566A
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South Korea
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battery cell
cylindrical
cylindrical case
cell according
cylindrical battery
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KR1020170005990A
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이명안
김다나
김상욱
김용한
박근영
복천희
지상구
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은, 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 전극조립체가 내부에 수납되는 원통형 케이스;
원통형 케이스의 개방 상단에 탑재되고, 전극단자가 형성되어 있는 캡 어셈블리;
상기 원통형 케이스의 내부에 수납되어 있는 전극조립체; 및
상기 원통형 케이스의 내부 압력이 파단 압력에 도달 시 케이스의 다른 부분보다 먼저 파단되어 내부의 가스를 배출하기 위해, 원통형 케이스의 하부에 형성된 하부 안전 벤트;
를 포함하고,
상기 하부 안전 벤트는 외부로 배출되는 가스의 배출 방향이 지면과 이루는 각도가 90도 미만이 되도록 조절되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀을 제공한다.
The present invention relates to a cylindrical case in which an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode is housed therein;
A cap assembly mounted on an open upper end of the cylindrical case and having an electrode terminal formed therein;
An electrode assembly housed inside the cylindrical case; And
A lower safety vent formed at a lower portion of the cylindrical case to break the inner gas when the inner pressure of the cylindrical case reaches the breaking pressure before the other portion of the case;
Lt; / RTI >
Wherein the lower safety vent is adjusted so that an angle formed between the discharge direction of the gas discharged to the outside and the ground surface is less than 90 degrees.

Description

하부 안전 벤트를 포함하는 원통형 전지셀 {Cylindrical Battery Cell Comprising Bottom Safety Vent}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cylindrical battery cell including a lower safety vent,

본 발명은 하부 안전 벤트를 포함하는 원통형 전지셀에 관한 것이다.The present invention relates to a cylindrical battery cell including a lower safety vent.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has been rapidly increasing. Many researches have been conducted on lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage among such secondary batteries. .

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.The secondary battery is classified into a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is housed in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, and a pouch-shaped battery in which the electrode assembly is housed in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet . Among them, the cylindrical battery has a relatively large capacity and is structurally stable.

전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 풀셀 또는 바이셀 등의 유닛셀들이 분리필름에 의해 권취되어 있는 스택/폴딩형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. The electrode assembly is embedded in a battery case. The electrode assembly includes a positive electrode / separator / negative electrode laminate structure. The positive electrode / separator / negative electrode has a jelly-roll type structure in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode coated with an active material. A stacked type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are stacked in a state in which a separator is interposed, and a stacked / folded type in which unit cells such as a pull cell or a bi-cell are wound by a separation film. Among them, the jelly-roll type electrode assembly has an advantage of being easy to manufacture and having a high energy density per weight.

이와 관련하여, 도 1에는 일반적인 원통형 전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.In this regard, Fig. 1 schematically shows a vertical cross-sectional perspective view of a general cylindrical battery.

도 1을 참조하면, 원통형 이차전지(10)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(12)를 원통형 케이스(13)에 수납하고, 원통형 케이스(13) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(13)의 개방 상단에 전극 단자가 형성되어 있는 캡 어셈블리(14)를 결합하여 제작한다.1, a cylindrical secondary battery 10 includes a jelly-roll type (wound type) electrode assembly 12 accommodated in a cylindrical case 13, an electrolyte is injected into the cylindrical case 13, And a cap assembly 14 having an electrode terminal formed on the open upper end of the cap assembly.

이러한 전극조립체(12)는 양극(12a)과 음극(12b), 및 이들 사이에 분리막(12c)을 개재한 후 둥근 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심(젤리-롤의 중심부)에는 원통형의 센터 핀(15)이 삽입되어 있다. 센터 핀(15)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(15)은 전극조립체를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다. Such an electrode assembly 12 has a structure in which a positive electrode 12a and a negative electrode 12b are sandwiched between a separator 12c and a separator 12c therebetween and then wound in a round shape. The pin 15 is inserted. The center pin 15 is generally made of a metal material in order to impart a predetermined strength and has a hollow cylindrical structure in which the plate material is bent in a round shape. The center pin 15 serves as a channel for fixing and supporting the electrode assembly and a gas for discharging gas generated by an internal reaction during charging, discharging and operation.

한편, 리튬 이차전지는 안전성이 낮다는 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 전지가 대략 4.5V 이상으로 과충전되는 경우에는 양극 활물질의 분해반응이 일어나고, 음극에서 리튬 금속의 수지상(dendrite) 성장과, 전해액의 분해반응 등이 일어난다. 이러한 과정에서 열이 수반되어 상기와 같은 분해반응과 다수의 부반응들이 급속히 진행되며, 급기야는 전지의 발화 및 폭발이 유발되기도 한다. On the other hand, the lithium secondary battery has a disadvantage of low safety. For example, when the battery is overcharged to about 4.5 V or more, decomposition reaction of the cathode active material occurs, and dendrite growth of lithium metal at the cathode and decomposition reaction of the electrolyte occur. In this process, the decomposition reaction and the many side reactions are rapidly proceeded with heat accompanied by heat, and the ignition and explosion of the battery may be caused.

고온 조건에서 열에 의한 전해액 분해 반응으로 가스가 발생하며, 짧은 시간 내에 전지에서의 발열량이 급격히 증가하면, 열폭주 현상이 일어날 수 있다. 열폭주 현상은 전지가 계속적인 통전 상태에 놓여 있을 때 발생하거나 또는 더욱 가속화됨으로써, 전지가 발화 또는 가스의 압력에 의해 폭발할 위험이 매우 커지므로 안전성에 심각한 문제가 있다.Gas is generated due to the decomposition reaction of the electrolyte by heat at high temperature, and if the amount of heat generated by the battery rapidly increases within a short time, thermal runaway phenomenon may occur. Thermal runaway occurs when the battery is kept in a continuously energized state or is further accelerated, so that there is a serious problem in safety because the risk of explosion of the battery due to ignition or gas pressure becomes very large.

이에 따라, 종래 기술에서는 원통형 이차전지에는 내부 가스 압력이 높아질 경우, 내부에 발생된 가스를 외부로 방출하기 위한 안전 벤트(vent)를 캡 어셈블리에 구비하고 있었다. 그러나, 캡 어셈블리에 형성된 상부 안전 벤트만으로는 원통형 이차전지의 발화 시에, 이차전지의 발화 또는 가스의 압력에 의한 폭발 현상을 제어 내지 방지하는데 한계가 있었다.Accordingly, in the prior art, the cap assembly is provided with a safety vent for discharging the gas generated in the cylindrical secondary battery to the outside when the internal gas pressure becomes high. However, only the upper safety vent formed in the cap assembly has limitations in controlling or preventing the explosion of the secondary battery due to the ignition of the secondary battery or the pressure of the gas when the cylindrical secondary battery is ignited.

더욱이, 최근 컴팩트한 크기의 고용량의 이차전지 개발이 이루어짐에 따라, 이차전지의 발화시 고밀도 에너지가 폭발하게 되어 위험성이 더욱 높아지고 있다. 이에 따라, 상부 안전 벤트만을 갖춘 이차전지는 안전 벤트를 통한 가스 배출이 원할하지 않을 경우 원통형 케이스의 폭발로 이어져 금속 소재인 케이스의 파편이 날아가 주위 환경에 물리적인 타격을 가할 수 있었다.Furthermore, with the recent development of a secondary battery having a compact size and a large capacity, the high-density energy is exploded when the secondary battery is ignited, and the risk is further increased. Accordingly, when the secondary battery with only the upper safety vent discharges the gas through the safety vent, the explosion of the cylindrical case leads to the explosion of the metal case, which can physically damage the surrounding environment.

이에 따라, 종래 기술의 일부 원통형 이차전지는 상부 안전 벤트를 보조하기 위한 원통형 케이스 하부에 안전 벤트를 추가로 형성시키고 있다. Accordingly, some conventional cylindrical secondary batteries further include a safety vent at the bottom of the cylindrical case for supporting the upper safety vent.

그러나, 종래 기술의 하부에 형성된 안전 벤트는 가스 방출 시 방출 방향을 예상하기 힘들고, 이에 따라 가스 방출에 따른 영향을 예상하기 어렵다. 예를 들면, 하부에 형성된 안전 벤트를 통해 지면을 기준으로 수직인 방향으로 가스가 방출될 경우, 가스 방출의 반작용으로 인해 원통형 이차전지가 로켓트처럼 수직으로 솟구쳐 날아갈 수 있어, 2차적인 사고가 발생되는 문제가 있었다.However, the safety vent formed in the lower part of the prior art is difficult to predict the discharge direction when the gas is discharged, and thus it is difficult to predict the influence due to the gas discharge. For example, when the gas is discharged in the vertical direction with respect to the ground through the safety vent formed at the bottom, the cylindrical secondary battery can be vertically pushed up like a rocket due to the reaction of the gas discharge, There was a problem.

따라서, 앞서 설명한 종래기술의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique that can effectively solve the problems of the prior art described above.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 본 발명의 원통형 전지셀은, 원통형 케이스의 하부에 형성된 하부 안전 벤트가 이를 통해 외부로 배출되는 가스의 배출 방향을 지면과 이루는 각도가 90도 미만이 되도록 조절할 경우, 내부 가스 방출의 반작용으로 인한 전지셀의 이동을 제어(control)하는 것이 가능한 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments. As will be described later, in the cylindrical battery cell of the present invention, the lower safety vent formed at the lower portion of the cylindrical case has a discharge direction The present invention has been accomplished based on the finding that it is possible to control the movement of the battery cell due to the reaction of the internal gas discharge.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은,According to an aspect of the present invention, there is provided a cylindrical battery cell,

양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 전극조립체가 내부에 수납되는 원통형 케이스;A cylindrical case in which an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode is received;

원통형 케이스의 개방 상단에 탑재되고, 전극단자가 형성되어 있는 캡 어셈블리; A cap assembly mounted on an open upper end of the cylindrical case and having an electrode terminal formed therein;

상기 원통형 케이스의 내부에 수납되어 있는 전극조립체; 및An electrode assembly housed inside the cylindrical case; And

상기 원통형 케이스의 내부 압력이 파단 압력에 도달 시 케이스의 다른 부분보다 먼저 파단되어 내부의 가스를 배출하기 위해, 원통형 케이스의 하부에 형성된 하부 안전 벤트;A lower safety vent formed at a lower portion of the cylindrical case to break the inner gas when the inner pressure of the cylindrical case reaches the breaking pressure before the other portion of the case;

를 포함하고, Lt; / RTI >

상기 하부 안전 벤트는 외부로 배출되는 가스의 배출 방향이 지면과 이루는 각도가 90도 미만이 되도록 조절되어 있는 것을 특징으로 한다.And the lower safety vent is adjusted so that an angle formed between the discharge direction of the gas discharged to the outside and the ground surface is less than 90 degrees.

따라서, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은, 원통형 케이스의 하부에 형성된 하부 안전 벤트가 외부로 배출되는 가스의 배출 방향을 지면과 이루는 각도가 90도 미만이 되도록 조절함으로써, 내부 가스 방출의 반작용으로 인한 전지셀의 이동을 예를 들면 회전 운동하도록 설정함에 따라 가스 방출에 따른 에너지를 효과적으로 분산시킬 수 있는 바, 전지셀이 외부로 날아가 2차 사고를 발생시키는 것을 방지할 수 있는 효과를 발휘한다.Therefore, in the cylindrical battery cell according to the present invention, the lower safety vent formed in the lower part of the cylindrical case is adjusted so that the angle between the discharge direction of the gas discharged to the outside and the ground surface is less than 90 degrees, The energy of the gas discharge can be effectively dispersed by setting the movement of the battery cell to be rotated, for example, so that the battery cell can be prevented from blowing to the outside to prevent the secondary accident from occurring.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 양극과 음극, 및 분리막을 차례로 적층하여 단면상 원형으로 권취한 구조의 젤리-롤형 전극조립체일 수 있다.In one specific example, the electrode assembly may be a jelly-roll type electrode assembly having a structure in which an anode, a cathode, and a separator are laminated in order and wound in a circular shape in a cross section.

구체적으로, 상기 하부 안전 벤트는,Specifically, the lower safety vent may include:

원통형 케이스의 하부 저면의 일부가 내부로 만입되어 형성되는 중공형 실린더부;A hollow cylinder part formed by a part of a lower bottom surface of the cylindrical case being formed inside;

지면을 기준으로 상기 중공형 실린더부의 상부에 형성되어 있고 원통형 케이스 내부의 압력이 파단 압력 이상 도달시에 파단되어 외부 방향으로 개방되는 벤트부; 및A bent portion formed on an upper portion of the hollow cylinder portion with respect to the ground surface, the bent portion being broken when the pressure inside the cylindrical case reaches a breaking pressure and is opened to the outside direction; And

상기 중공형 실린더부의 하부에 형성되고 원통형 케이스의 내부 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출구;A gas discharge port formed at a lower portion of the hollow cylinder portion and discharging the internal gas of the cylindrical case to the outside;

를 포함할 수 있다.. ≪ / RTI >

하나의 구체적인 예에서, 상기 벤트부는 미개방시에는 중공형 실린더부의 상면을 밀폐하도록 고정되어 있을 수 있다. 즉, 상기 벤트부는 원통형 케이스의 내부 압력이 파단 압력 이상이 되기 전까지 외부로의 물질 유입을 차단하기 위해 밀폐되어 고정되어 있다.In one specific example, the vent portion may be fixed to seal the upper surface of the hollow cylinder portion when the vent portion is not opened. That is, the vent portion is closed and fixed so as to block the inflow of substances to the outside until the internal pressure of the cylindrical case becomes equal to or higher than the breaking pressure.

구체적으로, 상기 벤트부는 곡선부로 구성된 'C'자형의 노치, 또는 직선부 및 곡선부로 구성된 'D'자형의 노치로 이루어진 형태일 수 있다. 여기서, 노치(notch)는 벤트부의 경계 지점에서 선형의 형태로 일정한 깊이의 홈을 내어 상기 노치 이외의 부분에 비하여 두께가 상대적으로 얇아지게 만든 부분이다.Specifically, the bent portion may be a notch formed of a curved portion or a 'D' shaped notch formed of a straight portion and a curved portion. Here, the notch is a portion in which a groove having a constant depth is formed in a linear shape at a boundary point of the bent portion so that the thickness becomes relatively thinner than the portion other than the notch.

또한, 상기 원통형 케이스 내부의 압력이 파단 압력 이상 도달시에 파단되어 외부 방향으로 개방된 벤트부는 반원 형상일 수 있다. 상세하게는, 상기 벤트부는 파단된 부위가 반원의 원주 형태일 수 있고, 파단된 부위가 절곡되어 반원 형상을 띌 수 있다.In addition, the bent portion that is broken when the pressure inside the cylindrical case reaches the breaking pressure or more and is opened in the outward direction may be semicircular. Specifically, the bent portion may have a semicircular circumferential shape, and the bent portion may be bent to have a semicircular shape.

하나의 구체적인 예에서, 상기 파단 압력은, 예를 들면 10 ㎏f/㎠ 내지 30 ㎏f/㎠일 수 있다. 구체적으로, 상기 파단 압력이 10 ㎏f/㎠ 미만일 경우 낮은 내압에도 파단이 일어나 전지셀의 내구성을 떨어뜨릴 수 있고, 반대로 30 ㎏f/㎠를 초과할 경우 실제적인 발화나 폭발에도 내부 가스를 외부로 방출시킬 수 없다.In one specific example, the breaking pressure may be, for example, 10 kgf / cm 2 to 30 kgf / cm 2. In particular, when the breaking pressure is less than 10 kgf / cm 2, breakage may occur even at a low withstand pressure, resulting in a decrease in durability of the battery cell. Conversely, if the breaking pressure exceeds 30 kgf / .

하나의 구체적인 예에서, 상기 가스 배출구에는 개방된 벤트부와 중공형 실린더부의 상면과 이루는 각도를 조절하기 위해 가스 배출구의 일측에서 타측으로 연장되어 있는 걸림대가 형성되어 있을 수 있다. 상세하게는, 상기 걸림대는 개방된 벤트부의 일단부와 대면하여 벤트부의 외부 방향으로의 이동을 저지하는 작용을 수행할 수 있다.In one specific example, the gas outlet may be formed with a latch extending from one side of the gas outlet to the other to adjust the angle between the open vent and the upper surface of the hollow cylinder. Specifically, the latching portion can perform an action of preventing movement of the vent portion in the outward direction, facing the one end portion of the opened vent portion.

하나의 구체적인 예에서, 상기 걸림대를 중공형 실린더부의 상면과 개방된 벤트부가 이루는 각도를 45도 내지 75도가 되도록 형성시킬 수 있고, 이러한 각도는 내부 가스 방출의 반작용으로 인한 전지셀이 회전 이동하도록 유도할 수 있어, 전지셀의 이동 에너지를 효과적으로 분산시킬 수 있다. 반대로, 상기 45도 미만인 경우 가스 배출구를 통한 가스 배출이 원활하지 못하기가 쉽다.In one specific example, the latch may be formed to have an angle between 45 degrees and 75 degrees between the upper surface of the hollow cylinder and the open vent, So that the moving energy of the battery cell can be effectively dispersed. On the contrary, when the angle is less than 45 degrees, gas discharge through the gas outlet is likely to be difficult.

하나의 구체적인 예에서, 상기 중공형 실린더부의 상면 및 하면의 적어도 일부는 원통형 케이스 내부의 압력이 파단 압력 이상 도달시에도 개방되지 않도록 밀폐되어 있는 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 중공형 실린더부의 평면상에서 반원에 해당하는 부위는 파단 압력 이상 도달시에도 개방되지 않도록 밀폐되어 있는 구조일 수 있다.In one specific example, at least a part of the upper surface and the lower surface of the hollow cylinder portion may be sealed so as not to be opened even when the pressure inside the cylindrical case reaches a breaking pressure or more. Specifically, the portion corresponding to the semicircle on the plane of the hollow cylinder portion may be a closed structure so as not to open even when the breaking pressure is exceeded.

또한, 상기 가스 배출구는 평면상으로 반원 형상일 수 있고, 상세하게는, 상기 가스 배출구의 면적은 원통형 케이스의 저면의 전체 면적을 기준으로 5% 내지 25%일 수 있으며, 상기 5% 미만일 경우, 가스 방출이 원할이 이루어지기 힘들고, 반대로 25%를 초과할 경우, 원통형 케이스의 내구성을 떨어트릴 수 있다.In addition, the gas outlet may be in the form of a semicircle in a plan view. Specifically, the area of the gas outlet may be 5% to 25% based on the total area of the bottom of the cylindrical case, Gas discharge is difficult to achieve, and conversely, if it exceeds 25%, the durability of the cylindrical case may be deteriorated.

하나의 구체적인 예에서, 상기 캡 어셈블리에는 원통형 케이스의 내부 압력이 파단 압력에 도달 시 파단되어 내부의 가스를 배출하기 위한 상부 안전 벤트가 더 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 상부 안전 벤트는 일반적인 원통형 전지셀의 캡 어셈블리에 적용되는 상부 안전 벤트와 그 구성일 동일하다고 볼 수 있다.In one specific example, the cap assembly may be further provided with an upper safety vent for breaking the inner pressure of the cylindrical case when the inner pressure of the cylindrical case reaches the breaking pressure, thereby discharging the inner gas. Here, the upper safety vent may be the same as the upper safety vent applied to the cap assembly of a general cylindrical battery cell.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.In one specific example, the battery cell may be a lithium secondary battery of high energy density, discharge voltage, and output stability. Other components of the lithium secondary battery according to the present invention will be described in detail below.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다. Generally, a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and the like.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조될 수 있으며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The anode may be prepared, for example, by coating a mixture of a cathode active material, a conductive material and a binder on a cathode current collector, followed by drying. If necessary, a filler may be further added to the mixture.

상기 양극 활물질은 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material is a material capable of causing an electrochemical reaction. Examples of the lithium transition metal oxide include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) containing two or more transition metals and substituted with one or more transition metals, lithium Layered compounds such as nickel oxide (LiNiO 2 ); Lithium manganese oxide substituted with one or more transition metals; Formula LiNi 1-y M y O 2 ( where, M = Co, Mn, Al , Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn or Ga and Lim, 0.01≤y≤0.7 include one or more elements of the element) A lithium nickel-based oxide represented by the following formula: Li 1 + z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2, Li 1 + z Ni 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 , such as Li 1 + z Ni b Mn c Co 1- (b + c + d ) M d O (2-e ) A e ( where, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2 , 0≤e≤0.2, b + c + d <1, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si or Y, and A = F, P or Cl; lithium nickel cobalt manganese composite oxide; And the formula Li 1 + x M 1-y M 'y PO 4-z X z ( wherein, M = a transition metal, preferably Fe, Mn, Co or Ni, M' = Al, Mg or Ti, X = F, S or N, and -0.5? X? +0.5, 0? Y? 0.5, and 0? Z? 0.1), but the present invention is not limited thereto.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 20 wt% based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

또한, 상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다. 또한, 상기 음극 활물질은 흑연계 탄소, 코크스계 탄소 및 하드 카본으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.Further, the negative electrode is prepared, for example, by coating a negative electrode current collector with a mixture of a negative electrode active material, a conductive material and a binder, and drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture. The negative electrode active material may be at least one selected from the group consisting of graphite carbon, coke carbon, and hard carbon.

앞서 설명한 리튬 이차전지의 구성들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.Since the configurations of the lithium secondary battery described above are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted herein.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은, 원통형 케이스의 하부에 형성된 하부 안전 벤트가 하부로 배출되는 가스의 배출 방향을 지면과 이루는 각도가 90도 미만이 되도록 조절할 경우, 내부 가스 방출의 반작용으로 인한 전지셀의 이동을 회전하도록 설정하여 이동 에너지를 효과적으로 분산될 수 있어 전지셀이 외부로 날아가 2차 사고를 발생시키는 것을 방지할 수 있는 효과를 발휘한다.As described above, in the cylindrical battery cell according to the present invention, when the lower safety vent formed in the lower part of the cylindrical case is adjusted so that the angle between the discharge direction of the gas discharged downward and the ground surface is less than 90 degrees, The movement of the battery cell due to the reaction is set to rotate so that the movement energy can be effectively dispersed and the battery cell can be prevented from blowing to the outside to prevent the secondary accident from occurring.

도 1은 종래기술의 일반적인 원통형 전지의 모식적인 수직 단면 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지셀을 나타낸 수직 단면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지셀의 하부를 나타낸 모식적인 사시도 및 원통형 전지셀의 저면을 나타낸 모식적인 저면도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지셀의 하부 안전 벤트를 나타낸 모식적인 사시도 및 하부 안전 벤트의 벤트부를 나타낸 모식적인 평면도들이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지셀의 하부 안전 벤트를 나타낸 모식적인 사시도이다.
1 is a schematic vertical cross-sectional perspective view of a conventional cylindrical battery of the prior art;
2 is a vertical sectional view showing a cylindrical battery cell according to one embodiment of the present invention;
3 is a schematic perspective view showing a bottom of a cylindrical battery cell according to one embodiment of the present invention and a schematic bottom view showing a bottom surface of a cylindrical battery cell;
FIG. 4 is a schematic perspective view illustrating a lower safety vent of a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention and a ventilation part of a lower safety vent; FIG.
5 is a schematic perspective view illustrating a lower safety vent of a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지셀(100)을 나타낸 수직 단면도가 도시되어 있다.2 is a vertical sectional view showing a cylindrical battery cell 100 according to one embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 원통형 전지셀(100)은, 양극, 음극 및 양극 및 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 전극조립체(115)가 내부에 수납되는 원통형 케이스(116), 이러한 원통형 케이스(116)의 개방 상단에 탑재되고, 전극단자가 형성되어 있는 캡 어셈블리(112), 원통형 케이스(116)의 내부에 수납되어 있는 전극조립체(115), 및 원통형 케이스(116)의 내부 압력이 파단 압력에 도달 시 케이스의 다른 부분보다 먼저 파단되어 내부의 가스를 배출하기 위해, 원통형 케이스(116)의 하부에 형성된 하부 안전 벤트(130)를 포함하고 있다.2, a cylindrical battery cell 100 according to the present invention includes a cylindrical case 116 in which an electrode assembly 115 including an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode is received, A cap assembly 112 mounted on the open upper end of the cylindrical case 116 and having electrode terminals formed therein, an electrode assembly 115 accommodated in the cylindrical case 116, And a lower safety vent 130 formed at a lower portion of the cylindrical case 116 so as to be ruptured earlier than other portions of the case when the pressure reaches a breaking pressure to discharge the gas inside.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지셀의 하부를 나타낸 모식적인 사시도 및 원통형 전지셀의 저면(120)을 나타낸 모식적인 저면도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지셀의 하부 안전 벤트를 나타낸 모식적인 사시도 및 하부 안전 벤트의 벤트부를 나타낸 모식적인 평면도들이 도시되어 있다.3 is a schematic perspective view showing a lower part of a cylindrical battery cell according to one embodiment of the present invention and a schematic bottom view showing a bottom surface 120 of a cylindrical battery cell. A schematic perspective view showing a lower safety vent of a cylindrical battery cell according to an embodiment, and a schematic plan view showing a vent portion of a lower safety vent.

도 3과 함께 도 4를 참조하면, 하부 안전 벤트(130)는, 원통형 케이스(116)의 하부 저면(120)의 일부가 내부로 만입되어 형성되는 중공형 실린더부(131), 지면을 기준으로 중공형 실린더부(131)의 상부에 형성되어 있고 원통형 케이스(116) 내부의 압력이 파단 압력 이상 도달시에 파단되어 외부 방향으로 개방되는 벤트부(132), 및 중공형 실린더부(131)의 하부에 형성되고 원통형 케이스(116)의 내부 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출구(133)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 4 together with FIG. 3, the lower safety vent 130 includes a hollow cylinder portion 131 formed by a part of the lower bottom surface 120 of the cylindrical case 116 formed inside, A bent portion 132 formed on the hollow cylinder portion 131 and broken when the pressure inside the cylindrical case 116 reaches a breaking pressure and opened to the outside direction and a bent portion 132 formed on the hollow cylinder portion 131 And a gas outlet 133 formed at a lower portion of the cylindrical case 116 for discharging the inner gas of the cylindrical case 116 to the outside.

여기서, 벤트부(132)는 미개방시에는 중공형 실린더부(131)의 상면(138)을 밀폐하도록 고정되어 있다. 즉, 벤트부(132)는 원통형 케이스(116)의 내부 압력이 파단 압력 이상이 되기 전까지 외부로의 물질 유입을 차단하기 위해 밀폐되어 고정되어 있다.Here, the vent portion 132 is fixed to seal the upper surface 138 of the hollow cylinder portion 131 when the vent portion 132 is not opened. That is, the vent portion 132 is closed and fixed so as to block the inflow of the substance to the outside until the inner pressure of the cylindrical case 116 becomes equal to or higher than the breaking pressure.

또한, 벤트부(132)는 곡선부로 구성된 'C'자형의 노치(135), 또는 직선부 및 곡선부로 구성된 'D'자형의 노치(136)로 이루어질 수 있다.The bent portion 132 may include a notch 135 formed of a curved portion or a D shaped notch 136 formed of a straight portion and a curved portion.

도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지셀의 하부 안전 벤트를 나타낸 모식적인 사시도가 도시되어 있다.5 is a schematic perspective view illustrating a lower safety vent of a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 원통형 케이스(116) 내부의 압력이 파단 압력 이상 도달시에 파단되어 외부 방향으로 개방된 벤트부(139)는 반원 형상이다. 이러한 벤트부(139)는 파단된 부위가 반원의 원주 형태이고, 파단된 부위가 절곡되어 반원 형상을 띄고 있다.Referring to FIG. 5, the bent portion 139, which is broken when the pressure inside the cylindrical case 116 reaches the breaking pressure or more, is opened in the outward direction is semicircular. The bent portion 139 has a semicircular circumferential shape, and the bent portion is bent to have a semicircular shape.

이때, 파단 압력은, 예를 들면 10 ㎏f/㎠ 내지 30 ㎏f/㎠이다. At this time, the breaking pressure is, for example, 10 kgf / cm 2 to 30 kgf / cm 2.

또한, 가스 배출구(133)에는 개방된 벤트부(132)와 중공형 실린더부(131)의 상면(138)과 이루는 각도(140)를 조절하기 위해 가스 배출구(133)의 일측에서 타측으로 연장되어 있는 걸림대(134)가 형성되어 있다. 걸림대(134)는 개방된 벤트부(132)의 일단부와 대면하여 벤트부(132)의 외부 방향으로의 이동을 저지하는 작용을 수행할 수 있다.The gas outlet 133 is extended from one side of the gas outlet 133 to the other side to adjust the angle 140 between the open vent 132 and the upper surface 138 of the hollow cylinder 131 A latch 134 is formed. The latching portion 134 can act to prevent movement of the bent portion 132 in the outward direction, facing the one end of the opened bent portion 132. [

하부 안전 벤트(130)는 외부로 배출되는 가스의 배출 방향이 지면과 이루는 각도가 90도 미만이 되도록 조절되어 있고, 보다 효과적으로 안전성을 높이기 위해서는, 걸림대(134)를 중공형 실린더부(131)의 상면과 개방된 벤트부(132)가 이루는 각도(140)를 45도 내지 75도가 되도록 형성시킨다.The lower safety vent 130 is adjusted so that the angle between the discharge direction of the gas discharged to the outside and the surface of the lower safety vent 130 is less than 90 degrees. In order to enhance safety more effectively, And the angle 140 between the upper surface and the open vent portion 132 is formed to be 45 to 75 degrees.

또한, 중공형 실린더부(131)의 평면상에서 반원에 해당하는 부위(137)는 파단 압력 이상 도달시에도 개방되지 않도록 밀폐되어 있는 구조로 이루어져 있다.In addition, the portion 137 corresponding to the semicircle on the plane of the hollow cylinder portion 131 is structured to be hermetically closed so as not to be opened even when the breaking pressure is exceeded.

다시 도 3과 도 5를 참조하면, 가스 배출구(133)는 평면상으로 반원 형상이고, 가스 배출구(133)의 면적은 원통형 케이스(116)의 저면(120)의 전체 면적을 기준으로 5% 내지 25% 정도이다.3 and 5, the gas outlet 133 is in the form of a semicircle in a plan view, and the area of the gas outlet 133 is 5% to 10% of the total area of the bottom surface 120 of the cylindrical case 116 25%.

앞서 설명드린 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은, 원통형 케이스의 하부에 형성된 하부 안전 벤트가 이를 통해 외부로 배출되는 가스의 배출 방향을 지면과 이루는 각도가 90도 미만이 되도록 조절할 경우, 내부 가스 방출의 반작용으로 인한 전지셀의 이동을 회전하도록 설정하여 이동 에너지를 효과적으로 분산될 수 있어 전지셀이 외부로 날아가 2차 사고를 발생시키는 것을 방지할 수 있는 효과를 발휘한다.As described above, in the cylindrical battery cell according to the present invention, when the lower safety vent formed at the lower part of the cylindrical case is adjusted so that the angle of the discharge direction of the gas discharged to the outside with the ground surface is less than 90 degrees, The movement of the battery cell due to the reaction of the gas discharge is set to be rotated so that the movement energy can be effectively dispersed and the battery cell can be prevented from flying out to the secondary accident.

Claims (14)

양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 전극조립체가 내부에 수납되는 원통형 케이스;
원통형 케이스의 개방 상단에 탑재되고, 전극단자가 형성되어 있는 캡 어셈블리;
상기 원통형 케이스의 내부에 수납되어 있는 전극조립체; 및
상기 원통형 케이스의 내부 압력이 파단 압력에 도달 시 케이스의 다른 부분보다 먼저 파단되어 내부의 가스를 배출하기 위해, 원통형 케이스의 하부에 형성된 하부 안전 벤트;
를 포함하고,
상기 하부 안전 벤트는 외부로 배출되는 가스의 배출 방향이 지면과 이루는 각도가 90도 미만이 되도록 조절되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
A cylindrical case in which an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode is received;
A cap assembly mounted on an open upper end of the cylindrical case and having an electrode terminal formed therein;
An electrode assembly housed inside the cylindrical case; And
A lower safety vent formed at a lower portion of the cylindrical case to break the inner gas when the inner pressure of the cylindrical case reaches the breaking pressure before the other portion of the case;
Lt; / RTI &gt;
Wherein the lower safety vent is adjusted such that an angle between a discharge direction of the gas discharged to the outside and the ground surface is less than 90 degrees.
제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 양극과 음극, 및 분리막을 차례로 적층하여 단면상 원형으로 권취한 구조의 젤리-롤형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.The cylindrical battery cell according to claim 1, wherein the electrode assembly is a jelly-roll type electrode assembly having a structure in which an anode, a cathode, and a separator are laminated in order and wound in a circular shape in a cross section. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 안전 벤트는,
원통형 케이스의 하부 저면의 일부가 내부로 만입되어 형성되는 중공형 실린더부;
지면을 기준으로 상기 중공형 실린더부의 상부에 형성되어 있고 원통형 케이스 내부의 압력이 파단 압력 이상 도달시에 파단되어 외부 방향으로 개방되는 벤트부; 및
상기 중공형 실린더부의 하부에 형성되고 원통형 케이스의 내부 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출구;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
2. The safety vent of claim 1,
A hollow cylinder part formed by a part of a lower bottom surface of the cylindrical case being formed inside;
A bent portion formed on an upper portion of the hollow cylinder portion with respect to the ground surface, the bent portion being broken when the pressure inside the cylindrical case reaches a breaking pressure and is opened to the outside direction; And
A gas discharge port formed at a lower portion of the hollow cylinder portion and discharging the internal gas of the cylindrical case to the outside;
Wherein the cylindrical battery cell comprises:
제 3 항에 있어서, 상기 벤트부는 미개방시에는 중공형 실린더부의 상면을 밀폐하도록 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.The cylindrical battery cell according to claim 3, wherein the bent portion is fixed to seal the upper surface of the hollow cylinder portion when the vent portion is not opened. 제 3 항에 있어서, 상기 벤트부는 곡선부로 구성된 'C'자형의 노치, 또는 직선부 및 곡선부로 구성된 'D'자형의 노치로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.The cylindrical battery cell according to claim 3, wherein the bent portion comprises a notch formed of a curved portion, or a 'D' shaped notch formed of a straight portion and a curved portion. 제 3 항에 있어서, 개방된 벤트부는 반원 형상인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.The cylindrical battery cell according to claim 3, wherein the open vent portion has a semicircular shape. 제 3 항에 있어서, 상기 파단 압력은 10 ㎏f/㎠ 내지 30 ㎏f/㎠인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.The cylindrical battery cell according to claim 3, wherein the breaking pressure is 10 kgf / cm 2 to 30 kgf / cm 2. 제 3 항에 있어서, 상기 가스 배출구에는 개방된 벤트부와 중공형 실린더부의 상면과 이루는 각도를 조절하기 위해 가스 배출구의 일측에서 타측으로 연장되어 있는 걸림대가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.4. The cylindrical battery cell according to claim 3, wherein the gas discharge port is formed with a latch extending from one side of the gas discharge port to the other side for adjusting the angle formed between the open vent and the upper surface of the hollow cylinder. 제 8 항에 있어서, 상기 걸림대는 개방된 벤트부의 일단부와 대면하여 벤트부의 외부 방향으로의 이동을 저지하는 작용을 하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.9. The cylindrical battery cell according to claim 8, wherein the latching portion opposes one end of the opened vent portion to prevent movement of the vent portion in the outward direction. 제 8 항에 있어서, 상기 중공형 실린더부의 상면과 개방된 벤트부가 이루는 각도는 45도 내지 75도인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.The cylindrical battery cell according to claim 8, wherein an angle formed between an upper surface of the hollow cylinder portion and an open vent portion is 45 to 75 degrees. 제 3 항에 있어서, 상기 중공형 실린더부의 상면 및 하면의 적어도 일부는 원통형 케이스 내부의 압력이 파단 압력 이상 도달시에도 개방되지 않도록 밀폐되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.4. The cylindrical battery cell according to claim 3, wherein at least a part of the upper and lower surfaces of the hollow cylinder portion is sealed so that it is not opened even when the pressure inside the cylindrical case reaches a breaking pressure or more. 제 3 항에 있어서, 상기 가스 배출구는 평면상으로 반원 형상인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.The cylindrical battery cell according to claim 3, wherein the gas outlet is semicircular in plan view. 제 3 항에 있어서, 상기 가스 배출구의 면적은 원통형 케이스의 저면의 전체 면적을 기준으로 5% 내지 25%인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.The cylindrical battery cell according to claim 3, wherein the area of the gas outlet is 5% to 25% based on the total area of the bottom surface of the cylindrical case. 제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리에는 원통형 케이스의 내부 압력이 파단 압력에 도달 시 파단되어 내부의 가스를 배출하기 위한 상부 안전 벤트가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.The cylindrical battery cell according to claim 1, wherein the cap assembly further comprises an upper safety vent for breaking the inner pressure of the cylindrical case when the inner pressure of the cylindrical case reaches the breaking pressure, thereby discharging the inner gas.
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