KR100579378B1 - 리튬 이차전지 - Google Patents

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KR100579378B1 KR1020040086910A KR20040086910A KR100579378B1 KR 100579378 B1 KR100579378 B1 KR 100579378B1 KR 1020040086910 A KR1020040086910 A KR 1020040086910A KR 20040086910 A KR20040086910 A KR 20040086910A KR 100579378 B1 KR100579378 B1 KR 100579378B1
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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 리튬 이차전지의 캡조립체에 사용되는 전류차단수단에서 전류의 통전부분과 전류의 차단 부분을 별도로 구성하고 전류의 차단부분에는 파단홈을 포함하는 취약부를 형성하여 리튬 이차전지의 이상 발생시 전류의 차단부분이 파단되어 전류의 흐름을 차단함으로써 부품의 전류차단 산포를 줄이고 리튬 이차전지의 안정성을 향상시킨 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 전류차단수단, 비아홀, 중앙파단부

Description

리튬 이차전지 {Secondary Battery}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 캡조립체의 분해 사시도.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도.
도 3b는 도 3a의 A-A 단면도.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도.
도 4b는 도 4a의 B-B 단면도.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도.
도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도.
도 6b는 도 6a의 C-C 단면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도.
도 9b는 도 9a의 D-D 단면도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전류차단수단이 파단되어 전류를 차단하는 작용을 나타내는 원통형 리튬 이차전지의 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 - 원통형 리튬 이차전지 200 - 전극조립체
300 - 원통형 캔 400 - 캡조립체
410 - 안전밴트 412 - 돌출부
420, 420a, 420b, 420c, 420d, 420e, 420f, 420g - 전류차단수단
422 - 절연인쇄기판 424 - 외곽링
426 - 크로스바 428 - 중앙파단부
428a - 측면파단홈 428b - 평면파단홈
430 - 제1비아홀 432 - 제2비아홀
436 - 측단파단홈
440 - 상부 도전박막 450 - 하부 도전박막
460 - 제1도전층 470 - 제2도전층
480 - 이차보호소자 490 - 캡업
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 리튬 이차전지의 캡조립체에 사용되는 전류차단수단에서 전류의 통전부분과 전류의 차단 부분을 별도로 구성하고 전류의 차단부분에는 파단홈을 포함하는 취약부를 형성하여 리튬 이차전지의 이상 발생시 전류의 차단부분이 파단되어 전류의 흐름을 차단함으로써 부품의 전류차단 산포를 줄이고 리튬 이차전지의 안정성을 향상시킨 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 외관의 형상에 따라 원통형 리튬 이차전지와 각형 리튬 이차전지로 구분된다. 원통형 리튬 이차전지는 과충전이나 이상 작동에 의해 전지의 내부 압력이 규정 이상으로 상승되고 폭발의 위험성이 있을 때 캡조립체에서 이차전지 내부의 전류를 차단하여 더 이상 반응이 일어나지 않게 함으로써 리튬 이차전지의 안전성을 향상시키고 있다.
이러한 원통형 리튬 이차전지의 캡조립체 구조는 한국 특허 제10-0357950호에 개시되어 있다. 개시된 바에 따르면 원통형 리튬 이차전지는 외관을 형성하는 원통형 캔과 캔의 상단 개구부에 절연가스켓을 개재하여 결합 밀봉되는 캡조립체로 구성된다. 상기 원통형 캔은 내부에 양극판, 음극판, 상기 양극판과 음극판의 사이에 삽입된 세퍼레이터가 젤리롤 형태로 권취된 전극조립체 전해액을 수용한다.
상기 캡조립체는 안전밴트와 전류차단수단과 이차보호소자 및 터미널 캡(또는 캡 업(Cap Up))을 포함하여 형성된다. 상기 안전밴트는 판상으로 중앙에 하부로 돌출되는 돌출부가 형성되어 상기 캡조립체의 하부에 위치하며, 이차전지의 내부에서 발생한 압력에 의하여 돌출부가 상부 방향으로 변형하게 된다. 상기 안전밴트의 하면 소정위치에는 전극조립체의 양극판 및 음극판 중에서 한 전극판 예를 들어, 양극판에서 인출한 양극탭이 용접되어 상기 안전밴트와 전극조립체의 양극판이 전기적으로 연결된다. 여기서 양극판 및 음극판 중 나머지전극판 예를 들어 음극은 도시하지 않은 탭 혹은 직접 접촉 방식에 의해 캔과 전기적으로 연결된다.
상기 전류차단수단(Current Interrupt Device; 이하 "CID"라 한다)은 상기 안전밴트의 상부에 설치되며, 상기 안전밴트로 흐르는 전류를 통전시켜 상기 이차보호소자로 흐르게 한다. 그러나, 이차전지가 비정상적으로 작동되어 이차전지의 내부 압력이 규정 이상으로 상승되는 경우에 상기 안전밴트의 돌출부가 상향으로 변형되면서 전류차단수단이 돌출부에 의하여 파괴되면서 전류의 흐름을 파괴하게 된다.
종래의 전류차단수단은 원형의 외곽링과 상기 외곽링의 중앙을 가로지르는 바를 포함하는 형상으로 형성되며, 상기 바의 중앙에 비아홀을 구비하는 절연인쇄기판과 상기 절연인쇄기판의 상부와 하부에 각각 도전박막을 포함하여 형성된다. 상기 도전박막 중 상부 도전박막의 일측은 상기 절연인쇄기판의 외곽링에 연결되지만, 타측은 외곽링에 연결되지 않도록 형성된다. 반대로 상기 하부 도전박막은 일측은 외곽링에 연결되지 않으며, 타측이 외곽링에 연결된다. 상기 비아홀의 내부에는 구리와 같은 도전금속으로 도전층이 형성되어 상기 상부와 하부의 도전박막을 전기적으로 연결하게 된다.
상기 바는 상기 비아홀이 형성된 부분의 양측면에 파단부가 형성되어 상기 바가 용이하게 파단될 수 있도록 한다.
상기 전류차단수단은 상기 안전밴트의 돌출부에 상기 비아홀이 접촉되면서 통과되도록 설치된다. 상기 안전밴트의 돌출부가 상부로 돌출될 때 그 힘에 의하여 비아홀을 중심으로 상기 전류차단수단의 바가 파괴되면서 비아홀 내부의 도전층과 상부 도전박막 또는 하부 도전박막과의 전기적 연결이 끊어지게 된다. 따라서 상기 전류차단수단은 안전밴트와 이차보호소자사이에 전류가 흐르는 것을 차단하게 된다.
그러나, 종래의 전류차단수단에서 바가 안전밴트에 의하여 파괴되면서 비아홀의 내부에 형성된 도전층이 상부 도전박막 또는 하부 도전박막과 완전하게 분리되어야 하나, 도전층이 구리 등 연성이 있는 금속으로 형성되므로 도전층이 완전하게 분리되지 못하는 문제가 발생한다. 즉, 바가 파괴되더라도 도전층이 연성으로 인하여 늘어나면서 상부 도전박막 및 하부 도전박막과 완전히 분리되지 않고 결합되어 상부 도전박막과 하부 도전박막을 전기적으로 분리하지 못하게 된다. 따라서 이차전지의 반응이 계속 진행되어 이차전지가 폭발할 가능성이 증가되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 리튬 이차전지의 캡조립체에 사용되는 전류차단수단에서 전류의 통전부분과 전류의 차단 부분을 별도로 구성하고 전류의 차단부분에는 파단홈을 포함하는 취약부를 형성하여 리튬 이차전지의 이상 발생시 전류의 차단부분이 파단되어 전류의 흐름을 차단함으로써 부품의 전류차단 산포를 줄이고 리튬 이차전지의 안정성을 향상시킨 리튬 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지는 하 부로 돌출되며 상부로 변형되는 돌출부를 구비하는 안전밴트와 상기 안전밴트의 상부에 안착되는 전류차단수단을 구비하는 캡조립체를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 전류차단수단은 외곽링과, 상기 외곽링을 가로지르도록 일체로 형성되며 상기 안전밴트의 돌출부에 대응되는 위치에 형성되는 중앙파단부 및 상기 중앙파단부와 일측단 사이에 적어도 하나의 제1비아홀을 구비하는 크로스바를 포함하는 절연인쇄기판; 상기 크로스바의 상면 일측단으로부터 상기 제1비아홀을 포함하는 영역과 상기 일측단으로부터 상기 외곽링 상면의 소정영역에 형성되는 상부 도전박막; 상기 크로스바의 하면 타측단으로부터 상기 제1비아홀을 포함하는 영역과 상기 크로스바의 하면 타측단으로부터 상기 외곽링 하면의 소정영역에 형성되는 하부 도전박막 및 상기 제1비아홀 내면에 형성되어 상기 상부 도전박막과 하부 도전박막을 연결하는 제1도전층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 안전밴트의 돌출부는 상기 안전밴트의 중앙부분에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 외곽링은 상기 안전밴트의 돌출부를 제외한 영역에 상응하는 크기로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 상부 도전박막은 상기 외곽링 상면 전체 영역과, 상기 크로스바의 상면 일측단으로부터 상기 제1비아홀을 포함하며 상기 크로스바의 상면 타측단으로부터 소정거리 떨어진 영역에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 하부 도전박막은 상기 외곽링 하면 전체 영역과 상기 크로스바의 하면 타측단으로부터 상기 제1비아홀을 포함하며 상기 크로스바의 하면 일측단으로부터 소정거리 떨어진 영역에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 크로스바는 상기 크로스바의 파단압력이 상기 안전밴트 돌출부의 변형압력보다 작도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 중앙파단부는 상기 크로스바의 적어도 일측면에서 소정깊이로 형성되는 측면파단홈으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 측면파단홈은 상기 크로스바 폭의 적어도 25%의 깊이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 제1비아홀은 상기 제1비아홀이 형성된 부분의 상기 크로스바 단면적이 상기 측면파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 크로스바는 상기 외곽링과 결합하는 양측단의 적어도 일측면에서 소정 깊이로 형성되는 측단파단홈을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 측단파단홈은 상기 측단파단홈이 형성된 부분의 상기 크로스바 단면적이 상기 측면파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 깊이로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1비아홀은 상기 제1비아홀이 형성된 부분의 상기 크로스바 단면적이 상기 측단파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 중앙파단부는 상기 크로스바의 상면과 하면 중 적어도 일면에서 상기 크로스바와 수직방향으로 형성되는 평면파단홈으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 평면파단홈은 상기 크로스바 두께의 적어도 25%의 깊이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 제1비아홀은 상기 제1비아홀이 형성된 부분 의 상기 크로스바 단면적이 상기 평면파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 크로스바는 상기 외곽링과 결합하는 양측단의 적어도 일측면에서 소정 깊이로 형성되는 측단파단홈을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 측단파단홈은 상기 측단파단홈이 형성된 부분의 상기 크로스바 단면적이 상기 평면파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 깊이로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1비아홀은 상기 제1비아홀이 형성된 부분의 상기 크로스바 단면적이 상기 측단파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 제1도전층은 구리 금속 또는 구리합금으로 형성되며, 적어도 5㎛로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1도전층은 도금 공정에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 크로스바는 상기 중앙파단부와 타측단 사이에 형성되는 적어도 하나의 제2비아홀과 상기 제2비아홀의 내면에 형성되는 제2도전층을 더 포함하며, 상기 상부 도전박막은 상기 제2비아홀을 포함하는 영역으로 연장되어 상기 상부 도전박막과 상기 하부 도전박막이 상기 제2도전층에 결합되도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2도전층은 구리 또는 구리 합금으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 상부 도전박막은 상기 외곽링 상면에 전체적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 하부 도전박막은 상기 외곽링 하면에 전체적으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 상부 도전박막과 하부 도전박막은 구리금속 또는 구리합금으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 상부 도전박막과 하부 도전박막은 상기 크로스바의 상면과 하면에 형성되는 표면에 절연층을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 절연층은 폴리이미드층으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 안전밴트의 상부에는 이차보호소자가 더 결합되어 형성될 수 있으며, 상기 이차보호소자는 수지와 탄소분말로 형성되는 소자층을 포함하는 PTC 소자로 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 단면도를 나타낸다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 캡조립체의 분해 사시도를 나타낸다. 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다. 도 3b는 도 3a의 A-A 단면도를 나타낸다. 도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다. 도 4b는 도 4a의 B-B 단면도를 나타낸다. 도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다. 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다. 도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다. 도 6b는 도 6a의 C-C 단면도를 나타낸다. 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다. 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다. 도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다. 도 9b는 도 9a의 D-D 단면도를 나타낸다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전류차단수단이 파단되어 전류를 차단하는 작용을 나타내는 원통형 리튬 이차전지의 단면도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지(100)는, 도 1을 참조하며 보면, 전극조립체(200)와, 상기 전극조립체(200)와 전해액을 수용하는 원통형 캔(300)과, 상기 원통형 캔(300) 상부에 조립되어 상기 원통형 캔(300)을 밀봉하며 상기 전극조립체(200)에서 발생되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡조립체(400)를 포함하여 형성된다.
상기 전극조립체(200)는 양극집전체의 표면에 양극활물질층이 코팅된 양극판(210)과 음극집전체의 표면에 음극활물질층이 코팅된 음극판(220)과 상기 양극판(210) 및 음극판(220) 사이에 위치하여 상기 양극판(210)과 음극판(220)을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(230)가 젤리-롤 형상으로 권취되어 형성된다. 상기 양극판(210)은, 도면에는 상세히 도시되지 않았지만, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극집전체와, 그 양면에 코팅된 양극활물질층을 포함하고 있다. 상기 양극판(210)의 양 말단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극집전체 영역, 즉, 양극무지부가 형성된다. 상기 양극무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극조립체(200)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭(215)이 접합되어 있다. 또한, 상기 음극판(220)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극집전체와, 그 양면에 코팅된 음극활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(220)의 양 말단은 음극활물질층이 형성되지 않은 음극집전체 영역, 즉 음극무지부가 형성된다. 상기 음극무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극조립체(200)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(225)이 접합되어 있다. 더불어 상기 전극조립체(200)의 상??하부에는 각각 캡조립체(400) 또는 원통형 캔(300)과의 접촉을 방지하기 위한 절연 플레이트(241, 245)가 더 포함되어 형성될 수 있다.
상기 원통형 캔(300)은 상기 원통형 전극조립체(200)가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통형 측면판(310)과 상기 원통형 측면판(310)의 하부를 밀폐하는 하면판(320)을 포함하여 형성되며, 상기 원통형 측면판(310)의 상부는 상기 전극조립체(200)를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 있다. 상기 원통형 캔(300)의 하면판(320) 중앙에 상기 전극조립체(200)의 음극 탭(225)이 접합됨으로써, 상기 원통형 캔(300) 자체는 음극 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 원통형 캔(300)은 일반적으로 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다. 더불어 상기 원통형 캔(300)은 상부의 개구에 결합되는 상기 캡조립체(400)의 상부를 압박하도록 상단에서 내부로 휘어진 크리핑(clipping)부(330)가 형성된다. 또한, 상기 원통형 캔(300)은 상기 크리핑부(330)로부터 하방으로 상기 캡조립체의 두께에 대응되는 거리만큼 이격된 위치에 상기 캡조립체(400)의 하부를 압박하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩(beading)부(340)가 더 형성되어 있다.
상기 캡조립체(400)는, 도 2를 참조하여 보면, 안전밴트(410)와 전류차단수단(420)과 이차보호소자(480)와 캡업(490)을 포함하여 형성된다.
상기 안전밴트(410)는 도전성 금속재질에 의하여 원판형상으로, 중앙에 하방으로 돌출된 돌출부(412)를 포함하여 형성되며, 상기 캡조립체(400)의 하부에 위치하게 된다. 상기 안전밴트(410)는 바람직하게는 알루미늄 금속 또는 니켈 금속으로 형성된다. 상기 안전밴트(410)의 하부에는 상기 양극탭(215)이 전기적으로 결합되며, 바람직하게는 상기 돌출부(412)에 용접되어 결합된다. 상기 안전밴트(410)의 돌출부는 정상적인 상태에서는 하부 방향으로 돌출되어 형성되며, 이차전지의 과·충방전 또는 이상 발열에 의하여 이차전지 내부의 압력이 증가되는 경우에는 상기 돌출부가 상부 방향으로 반전되도록 형성된다.
상기 이차보호소자(480)는 상기 안전밴트(410)의 외경에 상응하는 외경과 소정 폭을 갖는 링형상으로 형성되며, 상기 전류차단수단(420)의 상부에 안착되어 결합되어, 리튬 이차전지의 온도가 증가되면 전류의 흐름을 차단하게 된다. 상기 이차보호소자(480)는 바람직하게는 PTC(Positive Temperature Coefficient)소자를 사용한다. 상기 PTC 소자는 수지와 탄소분말로 형성되는 소자층과 상기 소자층의 상면과 하면에 결합되는 도전판으로 형성되며 상기 PTC 소자의 온도가 증가되면 상기 수지층의 수지가 팽창되면서 탄소분말의 연결을 끊어 전류를 차단하게 된다. 상기 PTC 소자로는 세라믹 소자가 사용될 수 있음은 물론이다.
상기 이차보호소자(480)는 필요에 따라서는 캡조립체(400)를 구성할 때 생략될 수 있음은 물론이다.
상기 캡업(490)은 상기 캡조립체(400)의 상부 안착되어 결합되며, 리튬이차전지에서 발생되는 전류를 외부로 통전하게 된다.
상기 전류차단수단(420)은, 도3a 및 도 3b를 참조하면, 절연인쇄기판(422)과 상부 도전박막(440)과 하부 도전박막(450) 및 제1도전층(460)을 포함하여 형성되며, 상기 안전밴트(410)의 상부에 장착되어 상기 안전밴트(410)의 돌출부(412)가 반전되는 경우에 상기 상부 도전박막(440)과 하부 도전박막(450)이 파단되어 안전밴트(410)로부터 흐르는 전류를 차단하게 된다.
상기 절연인쇄기판(422)은 일반적으로 인쇄 회로 기판(PCB, Printed Circuit board)에 사용되는 절연 재질로 형성되며, 외곽링(424)과 크로스바(426)를 포함하여 형성된다. 상기 외곽링(424)은 상기 안전밴트(410)에 상응하는 크기로 형성되며, 소정 폭을 갖는 링 형상으로 형성된다. 상기 외곽링(424)은 바람직하게는 상기 외곽링(424)의 상부에 안착되며 링 형상으로 형성되는 상기 이차보호소자(480)의 폭에 대응되는 폭을 갖도록 형성된다.
상기 크로스바(426)는 바 형상으로 상기 외곽링(424)과 일체로 형성되며, 상기 외곽링(424)의 중앙을 가로지르도록 형성된다. 즉, 상기 크로스바(426)는 상기 외곽링(424)의 중심을 가로지르며, 양측단이 상기 외곽링(424)의 내측에 연결되도록 형성된다. 상기 크로스바(426)는 상기 안전밴트(410)의 돌출부(412)에 대응되는 위치인 중앙에 형성되는 중앙파단부(428) 및 상기 중앙파단부(428)와 일측단 사이에 형성되는 적어도 하나의 제1비아홀(430)을 구비하여 형성된다.
상기 중앙파단부(428)는 상기 크로스바(426)의 중앙부분에서 상기 안전밴트(410)의 돌출부(412)에 대응되는 위치에 형성되어, 상기 크로스바(426)가 중앙부분에서 파단될 수 있도록 형성된다. 즉, 상기 안전밴트(410)의 돌출부가 이차전지의 내부 압력에 의하여 상향으로 변형되면서 상기 크로스바(426)의 중심에 압력을 가하게 되면 상기 크로스바(426)의 중심이 파단되어 상기 크로스바(426)의 좌우측이 서로 분리되도록 형성된다.
상기 중앙파단부(428)는, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 크로스바(426)의 중앙부분의 양측면에서 소정깊이로 형성되는 측면파단홈(428a)으로 형성될 수 있다. 상기 측면파단홈(428a)은 상기 크로스바(426) 폭의 적어도 25%의 깊이를 갖도록 형성된다. 상기 측면파단홈(428a)의 깊이가 상기 크로스바(426) 폭의 25%보다 작게 되면 다른 부분에 비하여 중앙부분의 강도 감소가 미약하여 상기 크로스바(426)의 중앙부분이 일정하게 파단되지 않게 된다.
한편, 상기 크로스바(426)는 파단압력이 상기 안전밴트(410)의 변형압력보다 작은 압력에서 파단될 수 있도록 형성되어야 한다. 따라서, 상기 크로스바(426)의 폭과 측면파단홈(428a)의 깊이를 결정함에 있어서 상기 안전밴트(410)의 변형압력과 상기 크로스바(426)의 파단압력을 고려하여야 한다.
상기 제1비아홀(430)은, 도 3b를 참조하면, 상기 크로스바(426)의 일측단과 상기 중앙홀(428)의 사이에서 소정위치에 상하로 관통되어 형성되며, 적어도 하나로 형성된다. 상기 제1비아홀(430)은 상기 제1비아홀(430)이 형성된 부분의 상기 크로스바(426) 단면적이 상기 측면파단홈(428a)이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 직경으로 형성된다. 예를 들면, 상기 측면파단홈(428a)이 상기 크로스바(426)의 양측면에 형성되는 경우에, 상기 제1비아홀(430)은 바람직하게는 상기 각 측면파단홈(428a)의 깊이의 합보다 작은 직경을 갖도록 형성되며, 상기 크로스바(426) 가 상기 제1비아홀(430)이 형성된 위치에서 파단되는 것을 방지하게 된다.
상기 제1비아홀(430)은 내면에 도전성 금속으로 제1도전층(460)이 형성되며, 바람직하게는 구리 금속 또는 구리 합금으로 형성된다. 상기 제1비아홀(430)은, 바람직하게는 두께의 조절이 용이하고 공정이 간단한 도금공정에 의하여 형성된다. 상기 제1도전층(460)은 적어도 5㎛의 두께로 형성된다. 상기 제1도전층(460)의 두께가 5㎛보다 작게 되면 제1도전층(460)의 형성이 불완전하게 되어 전류의 흐름이 원활하지 않게 되며, 전기 저항이 증가되는 문제가 발생된다.
상기 상부 도전박막(440)은 소정 두께의 도전성 금속으로 형성되며, 바람직하게는 구리 금속 또는 구리 합금으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 상부 도전박막(440)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 상부 도전박막(440)은 상기 크로스바(426)의 상면 일측단으로부터 상기 제1비아홀(430)을 포함하는 영역과 상기 크로스바(426) 상면의 일측단으로부터 상기 외곽링(424) 상면의 소정영역에 형성된다. 또한, 상기 상부 도전박막(440)은 상기 크로스바(426)의 상면에서는 상기 제1비아홀(430)과 중앙홀(428)을 포함하며, 상기 크로스바(426)의 타측단으로부터 소정거리 이격되는 영역을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 상부 도전박막(440)은 상기 제1비아홀(430)의 내측에 형성되는 상기 제1도전층(460)의 상부와 전기적으로 결합된다. 따라서, 상기 제1도전층(460)을 흐르는 전류는 상기 상부 도전박막(440)을 통하여 흐르게 된다.
상기 상부 도전박막(440)은 바람직하게는 상기 외곽링(424)의 상면에 전체적으로 형성될 수 있으며, 상기 전류차단수단(420)과 상면에 안착되는 이차보호소자 (480) 또는 캡업(490)과의 전기적 접촉이 원활하게 할 수 있게 된다. 즉, 상기 상부 도전박막(440)은 상기 크로스바(426) 상면의 제1비아홀(430)을 포함하는 영역 및 이와 연결되는 상기 외곽링(424) 상면의 일부 영역에만 형성될 수 있으나 이러한 경우에는 상기 외곽링(424) 상면의 일부에 형성된 도전박막만이 상기 이차보호소자(480) 또는 캡업(490)과 전기적 접촉을 하게 되므로 전류의 흐름이 원활하지 못하게 되거나 전기 저항이 증가되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 상기 전류차단수단(420)과 이차보호소자(480) 또는 캡업(490)의 전기적 접촉을 증가시키기 위해서 상기 상부 도전박막(440)을 보다 넓은 면적으로 형성하는 것이 바람직하게 된다.
상기 하부 도전박막(450)은 상기 상부 도전박막(440)과 마찬가지로 소정 두께의 도전성 금속으로 형성되며, 상기 크로스바(426)의 하면 타측단으로부터 상기 제1비아홀(430)을 포함하는 영역과 상기 크로스바(426)의 하면 타측단으로부터 상기 외곽링(424) 하면의 소정영역에 형성된다. 또한, 상기 하부 도전박막(450)은 상기 제1비아홀(430)의 내측에 형성되는 상기 제1도전층(460)의 하부와 전기적으로 결합된다. 따라서, 상기 하부 도전박막(450)을 흐르는 전류는 상기 제1도전층(460)을 통과하여 상기 상부 도전박막(440)으로 흐르게 된다.
상기 하부 도전박막(450)은 바람직하게는 상기 외곽링(424)의 하면에 전체적으로 형성될 수 있으며, 상기 전류차단수단(420)의 하면에 결합되는 상기 안전밴트(410)와의 전기적 접촉이 원활하게 할 수 있게 된다. 즉, 상기 하부 도전박막(450)은 상기 크로스바(426)의 제1비아홀(430)을 포함하는 영역 및 이와 연결되는 상기 외곽링(424) 하부의 일부 영역에만 형성될 수 있으나 이러한 경우에는 상기 외곽링(424) 하부의 일부에 형성된 도전박막만이 상기 안전밴트(410)와 전기적 접촉을 하게 되므로 전류의 흐름이 원활하지 못하게 되거나 전기 저항이 증가되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 상기 전류차단수단(420)과 안전밴트(410)의 전기적 접촉을 증가시키기 위해서 상기 하부 도전박막(450)을 보다 넓은 면적으로 형성하는 것이 바람직하게 된다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다. 도 4b는 도 4a의 B-B 단면도를 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전류차단수단(420a)은, 도 4a와 도 4b를 참조하면, 상기 중앙파단부(428)가 상기 크로스바(426)의 상면과 하면 중 적어도 일면에서 소정깊이로 상기 크로스바(426)와 수직방향으로 형성되는 평면파단홈(428b)으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 평면파단홈(428b)은 상기 크로스바(426)의 중앙부분의 양측면 사이에서 상기 크로스바(426)에 수직방향으로 형성되어, 상기 크로스바(426)가 상부 방향으로 압력을 받을 때 용이하게 파단되도록 한다. 상기 평면파단홈(428b)은 상기 크로스바(426)의 두께의 적어도 25%의 깊이를 갖도록 형성된다. 상기 평면파단홈(428b)의 깊이가 상기 크로스바(426) 두께의 25%보다 작게 되면 다른 부분에 비하여 중앙부분의 강도 감소가 미약하여 상기 크로스바(426)의 중앙부분이 일정하게 파단되지 않게 된다.
한편, 상기 평면파단홈(428b)중 상기 크로스바(426)의 상면에 형성되는 상기 상부 도전박막(440)은 전류가 흐르는 통로가 아니므로 반드시 형성될 필요는 없으나, 상기 하부 도전박막(450)은 전류가 흐르는 통로가 되므로 반드시 형성되어야 된다.
상기 제1비아홀(430)은, 상기 중앙파단부(428)가 평면파단홈(428b)으로 형성되는 경우, 상기 제1비아홀(430)이 형성된 부분의 상기 크로스바(426) 단면적이 상기 평면파단홈(428b)이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 직경으로 형성됨은 물론이다. 예를 들면, 상기 평면파단홈(428b)이 상기 크로스바(426)의 상면과 하면에 형성되는 경우에, 상기 제1비아홀(430)은 상기 제1비아홀(430)이 형성된 부분의 단면적이 상기 평면파단홈(428a)의 깊이에 따라 결정되는 상기 크로스바(426)의 단면적의 보다 크게 되는 직경으로 형성된다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단을 각각 나타낸다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단(420b, 420c)은, 도 5a와 도 5b를 참조하면, 상기 크로스바(426)의 양측단의 적어도 일측면에 측단파단홈(436)이 더 포함되어 형성될 수 있다. 상기 크로스바(426)는 상기 중앙파단부(428a, 428b)가 형성된 부위의 하면에 상기 안전밴트(410)의 변형압력이 가해지면 상기 크로스바(426)는 중앙부분이 상승되면서 파단된다. 이때, 상기 외곽링(424)과 일체로 결합되어 있는 상기 크로스바(426)의 양측단에 취약부인 측단파단홈(436)이 형성됨 으로써 상기 크로스바(426)가 보다 용이하게 상승되어 파단될 수 있다. 즉, 상기 크로스바(426)가 중앙파단부(428a, 428b) 부분이 아닌 상기 측단파단홈(436)에서 파단되는 경우에는 전류 흐름을 차단하는 것이 어려우므로 상기 측단파단홈(436)은 상기 중앙파단부(428a, 428b) 부분 보다 강도가 높게 형성되어야 한다. 따라서, 상기 측단파단홈(436)은 바람직하게는 상기 측단파단홈(436) 부분의 상기 크로스바(426)의 단면적이 중앙파단부(428a) 부분의 상기 크로스바(426) 단면적보다 크게 되는 깊이로 형성되어야 한다.
또한, 상기 제1비아홀(430)은 상기 제1비아홀(430)이 형성된 부분의 상기 크로스바(426) 단면적이 상기 측단파단홈(436)이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 직경으로 형성된다. 예를 들면, 상기 측단파단홈(436)이 상기 크로스바(426)의 양측면에 형성되는 경우에, 상기 제1비아홀(430)은 바람직하게는 상기 각 측단파단홈(436)의 깊이의 합보다 작은 직경을 갖도록 형성되며, 상기 크로스바(426)가 상기 제1비아홀(430)이 형성된 위치에서 파단되는 것을 방지하게 된다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다. 도 6b는 도 6a의 C-C 단면도를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단(420d)은, 도 6a와 도 6b를 참조하면, 상기 측단파단홈(436a)이, 도 4a의 평면파단홈(428a)처럼, 상기 크로스바(426)의 상면과 하면 중 적어도 일면에 상기 크로스바(426)에 수직방향으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 측단파단홈(436a)이 상기 크로스바(426)에 수직방향으로 형성되어, 상기 크로스바(426)가 상부 방향으로 압력을 받을 때 용이하게 파단되도록 한다. 상기 측단파단홈(436)이 형성된 부분에도 상기 상부 도전박막(440)과 하부 도전박막(450)이 형성되어야 함은 물론이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단(420e)은, 도 7을 참조하면, 상부 도전박막(440a)의 끝단이 제1비아홀(430)과 중앙파단부(428a)사이의 위치되도록 형성된다. 즉, 상기 전류차단수단(420b)에서는 상기 상부 도전박막(440)과 하부 도전박막(450)간의 전류흐름은 상기 제1비아홀(430)내의 제1도전층(460)에 의하여 연결되므로 상기 상부 도전박막(440)은 상기 제1비아홀(430)을 포함하는 영역에만 형성되면 충분할 수 있다. 따라서, 상기 크로스바(426)의 강도가 충분하다면, 상기 상부 도전박막(440)은 상기 크로스바(426)의 상면에 전체적으로 형성될 필요는 없게 된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 실시예에 다른 전류차단수단(420f)은, 도 8을 참조하면, 상기 크로스바(426)는 상기 크로스바(426)의 타측단과 상기 중앙파단부(428)사이에는 제2비아홀(432)이 추가로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2비아홀(432)이 상기 중 앙파단부(428a)를 기준으로 상기 제1비아홀(430)의 반대측에 형성된다. 상기 제2비아홀(432)은 상기 제1비아홀(430)과 유사한 형상으로 형성되며, 내측면에 제2도전층(470)이 형성된다. 또한, 상기 상부 도전박막(440)은 제2비아홀(432)이 형성되는 경우에 상기 제2비아홀(432)을 포함하는 영역을 포함하여 형성된다. 상기 제2비아홀(432)에 형성된 제2도전층(470)은 상기 상부 도전박막(440) 및 하부 도전박막(450)과 전기적으로 연결되어 상기 제1도전층(460)과 함께 전류를 통전시키게 되어 전기적 저항을 줄일 수 있게 된다. 상기 제2비아홀(432)은 상기 제1비아홀(430)의 크기와 유사하게 형성되어 상기 크로스바(426)가 상기 제2비아홀(432)에 파단되는 것을 방지하게 된다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단수단의 평면도를 나타낸다. 도 9b는 도 9a의 D-D 단면도를 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 전류차단수단(420)은, 도 9a와 도 9b를 참조하면, 상기 상부 도전박막(440)과 하부 도전박막(450)중에서 상기 크로스바(426)의 상면과 하면에 형성된 부분에는 별도의 절연층(455)을 포함하여 형성된다. 상기 절연층(455)은 바람직하게는 폴리이미드층으로 형성되며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 상기 절연층(455)은 상기 크로스바(426)가 파단되어 상기 상부 도전박막(440)이 이차보호소자(480) 또는 캡업(490)과 접촉하는 경우에 전류가 통하는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기의 실시예에서는 상기 제1비아홀(430)이 상기 크로스바(426)의 중앙에 형성된 중앙홀(428)을 기준으로 좌측에 형성되는 것을 기본으로 설명하였으나, 상기 제1비아홀(430)이 우측에 형성되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다. 즉, 상기 실시예에서는 상기 하부 도전박막(450)이 상기 크로스바(426)의 타측단으로부터 상기 제1비아홀(430)을 포함하는 영역으로 일정하게 형성된다. 그러나, 상기 제1비아홀(430)이 상기 중앙홀(428)을 기준으로 우측에 형성되는 경우에는 상기 상부 도전박막(440)이 제1비아홀(430)를 포함하는 일정한 영역에 형성되며, 상기 하부 도전박막(450)이 제1비아홀(430) 또는 제1비아홀(430) 및 제2비아홀(432)을 포함하는 영역에 형성될 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전류차단수단의 작용을 나타내는 원통형 리튬 이차전지의 단면도이다.
원통형 리튬 이차전지는, 도 10을 참조하면, 원통형 캔(300)의 내부에 전극조립체(200)가 수용되며, 상단의 개구에는 캡조립체(400)가 결합되어 상기 원통형 캔(300)을 밀봉하게 된다. 상기 캡조립체(400)는 상기 안전밴트(410)와 전류차단수단(420)과 이차보호소자(480) 및 캡업(490)이 적층되어 형성되며, 외측면에 결합되는 가스켓과 함께 상기 원통형 캔(300)의 상부에서 상하로 압착되면서 고정된다.
상기 원통형 리튬 이차전지가 정상적인 상태에서는 상기 안전밴트(410)의 하면에 결합된 상기 전극탭(215)을 통하여 전극조립체(200)에서 발생되는 전류가 상기 안전밴트(410)로 전류가 흐르게 된다.
상기 전류차단수단(420)은 상기 안전밴트(410)의 상면에 전기적으로 접촉되면서 안착되므로 상기 안전밴트(410)로 흐르는 전류는 상기 전류차단수단(420)의 하부 도전박막(450)과 제1비아홀(430) 및 상부 도전박막(440)을 통하여 흐르게 된다. 또한 상기 이차보호소자(480)는 상기 전류차단수단(420)의 상부에 안착되므로 상기 상부 도전박막(440)과 전기적으로 연결되어 전류가 흐르게 한다. 또한, 상기 캡업(490)은 상기 이차보호소자(480)의 상부에 전기적으로 결합되어 이차보호소자(480)로부터 흐르는 전류를 이차전지의 외부로 흐르게 한다.
그러나, 리튬 이차전지가 과·충방전과 같이 이상작동을 하는 경우에는 리튬 이차전지의 내부에 가스가 발생하게 되며 압력이 증가하게 된다. 리튬 이차전지의 내부에 발생된 압력에 의하여 상기 안전밴트(410)의 돌출부(412)가 상부로 변형되면서 상기 전류차단수단(420)의 크로스바(426)에 압력을 가하게 된다. 상기 크로스바(426)는 압력을 받으면 중앙에 형성된 상기 측면파단홈(428a) 부분에서 파단이 발생되며, 측면파단홈(428a)를 중심으로 좌우로 완전히 분리된다. 따라서 상기 크로스바(426)의 상면과 하면에 형성된 상기 상부 도전박막(440) 및 하부 도전박막(450)은 상기 측면파단홈(428a)을 기준으로 좌우로 완전히 분리된다. 이때, 상기 제1비아홀(430) 및 제1도전층(460)은 상기 크로스바(426)의 파단 과정에서 손상을 받지 않게 된다. 즉, 상기 제1도전층(460)은 상기 상부 도전박막(440)과 하부 도전박막(450)에 전기적으로 연결된 상태를 유지하게 된다. 그러나, 상기 상부 도전박막(440)과 하부 도전박막(450)은 상기 측면파단홈(428a)을 중심으로 좌우측이 서로 분리되므로 전류의 흐름이 차단되어 상기 제1비아홀(430)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 상기 전류차단수단(420)에서는 상기 제1비아홀(430)의 파단에 의하여 전류가 차단되는 것이 아니라 상기 상부 도전박막(440)과 하부 도전박막(450)이 파단되어 전류를 차단하게 된다.
한편, 종래에는 비아홀이 상기 크로스바의 중앙에 형성되어 리튬 이차전지의 내부에 문제가 발생되는 경우에는 비아홀 부분이 파단되면서 비아홀의 내부에 형성된 도전층이 상부 도전박막 또는 하부 도전박막과 분리되도록 형성되어 있었다. 따라서, 이러한 경우에 비아홀 내부의 도전층이 연성이 있는 금속으로 도금에 의하여 형성되므로 상부 도전박막 또는 하부 도전박막과의 결합력이 있어 분리되는 것이 용이하지 않게 되며, 전류의 흐름이 완전하게 차단되지 않았다. 그러나, 본 발명에 의한 경우에 상기 크로스바(426)의 상면과 하면에 형성된 상기 상부 도전박막(440)과 하부 도전박막(450)이 크로스바(426)와 함께 파단되므로, 상기 상부 도전박막(440)과 하부 도전박막(450)의 좌우측이 보다 확실하게 파단되게 된다. 따라서, 상기 전류차단수단(420)은 상기 캡조립체(200) 내에서 전류의 흐름을 확실하게 차단하게 된다.
따라서, 상기 캡조립체(400)는 전체적으로 전류가 흐르지 않게 되며, 리튬 이차전지는 더 이상의 반응을 진행하지 않게 되므로 리튬 이차전지의 안전성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 상기 전류차단수단(420c)이 상기 중앙파단부(428)를 중심으로 좌우측에 제1비아홀(430) 및 제2비아홀(432)을 포함하는 경우에도 마찬가지로 상기 상부 도전박막(440)과 하부 도전박막(450)이 중앙에서 파단되므로 전류를 차단하게 되므로 제1비아홀(430) 및 제2비아홀(432)에는 전류가 흐르지 않게 된다.
상기 실시예에서는 원통형 리튬 이차전지에 대하여 설명하였으나, 원통형이 아닌 리튬 이차전지에도 사용될 수 있음은 물론이다. 또한 리튬 이차전지가 아닌 다른 종류의 이차전지에도 사용될 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지에 의하면 리튬 이차전지의 캡조립체에 사용되는 전류차단수단에서 전류의 통전부분과 전류의 차단부분을 별도로 구성함으로써 리튬 이차전지의 이상 발생시 전류의 차단부분이 파단되어 전류의 흐름을 차단하여 부품의 전류차단 산포를 줄이고 리튬 이차전지의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (28)

  1. 하부로 돌출되며 상부로 변형되는 돌출부를 구비하는 안전밴트와 상기 안전밴트의 상부에 안착되는 전류차단수단을 구비하는 캡조립체를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 전류차단수단은
    외곽링과, 상기 외곽링을 가로지르도록 일체로 형성되며 상기 안전밴트의 돌출부에 대응되는 위치에 형성되는 중앙파단부 및 상기 중앙파단부와 일측단 사이에 적어도 하나의 제1비아홀을 구비하는 크로스바를 포함하는 절연인쇄기판;
    상기 크로스바의 상면 일측단으로부터 상기 제1비아홀을 포함하는 영역과 상기 일측단으로부터 상기 외곽링 상면의 소정영역에 형성되는 상부 도전박막;
    상기 크로스바의 하면 타측단으로부터 상기 제1비아홀을 포함하는 영역과 상기 크로스바의 하면 타측단으로부터 상기 외곽링 하면의 소정영역에 형성되는 하부 도전박막; 및
    상기 제1비아홀 내면에 형성되어 상기 상부 도전박막과 하부 도전박막을 연결하는 제1도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 안전밴트의 돌출부는 상기 안전밴트의 중앙부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 외곽링은 상기 안전밴트의 돌출부를 제외한 영역에 상응하는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 도전박막은 상기 외곽링 상면 전체 영역과, 상기 크로스바의 상면 일측단으로부터 상기 제1비아홀을 포함하며 상기 크로스바의 상면 타측단으로부터 소정거리 떨어진 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 하부 도전박막은 상기 외곽링 하면 전체 영역과 상기 크로스바의 하면 타측단으로부터 상기 제1비아홀을 포함하며 상기 크로스바의 하면 일측단으로부터 소정거리 떨어진 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 크로스바는 상기 크로스바의 파단압력이 상기 안전밴트 돌출부의 변형압력보다 작도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 중앙파단부는 상기 크로스바의 적어도 일측면에서 소정깊이로 형성되는 측면파단홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 측면파단홈은 상기 크로스바 폭의 적어도 25%의 깊이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제1비아홀은 상기 제1비아홀이 형성된 부분의 상기 크로스바 단면적이 상기 측면파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 크로스바는 상기 외곽링과 결합하는 양측단의 적어도 일측면에서 소정 깊이로 형성되는 측단파단홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 측단파단홈은 상기 측단파단홈이 형성된 부분의 상기 크로스바 단면적이 상기 측면파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1비아홀은 상기 제1비아홀이 형성된 부분의 상기 크로스바 단면적이 상기 측단파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 중앙파단부는 상기 크로스바의 상면과 하면 중 적어도 일면에서 상기 크로스바와 수직방향으로 형성되는 평면파단홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 평면파단홈은 상기 크로스바 두께의 적어도 25%의 깊이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제1비아홀은 상기 제1비아홀이 형성된 부분의 상기 크로스바 단면적이 상기 평면파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 크로스바는 상기 외곽링과 결합하는 양측단의 적어도 일측면에 서 소정 깊이로 형성되는 측단파단홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 측단파단홈은 상기 측단파단홈이 형성된 부분의 상기 크로스바 단면적이 상기 평면파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제1비아홀은 상기 제1비아홀이 형성된 부분의 상기 크로스바 단면적이 상기 측단파단홈이 형성된 부분의 단면적보다 크게 되는 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 제1도전층은 구리 금속 또는 구리합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제1도전층은 적어도 5㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전 지.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 제1도전층은 도금 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 크로스바는 상기 중앙파단부와 타측단 사이에 형성되는 적어도 하나의 제2비아홀과 상기 제2비아홀의 내면에 형성되는 제2도전층을 더 포함하며,
    상기 상부 도전박막은 상기 제2비아홀을 포함하는 영역으로 연장되어 상기 상부 도전박막과 상기 하부 도전박막이 상기 제2도전층에 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 제2도전층은 구리 또는 구리 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 도전박막과 하부 도전박막은 구리금속 또는 구리합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지
  25. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 도전박막과 하부 도전박막은 상기 크로스바의 상면과 하면에 형성되는 표면에 절연층을 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 절연층은 폴리이미드층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  27. 제 1항에 있어서,
    상기 안전밴트의 상부에는 이차보호소자가 더 결합되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 이차보호소자는 수지와 탄소분말로 형성되는 소자층을 포함하는 PTC 소자로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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KR100686827B1 (ko) * 2005-07-11 2007-02-26 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지
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US8263242B2 (en) * 2008-08-31 2012-09-11 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. Venting mechanisms for battery cells
CN107123784B (zh) * 2016-02-25 2021-01-08 比亚迪股份有限公司 单体电池、电池模组、动力电池及电动汽车

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW432737B (en) * 1997-06-05 2001-05-01 Toyo Kohan Co Ltd Explosion-proof safety valve assemblage and closed secondary battery using it
JP3599967B2 (ja) * 1997-09-09 2004-12-08 松下電器産業株式会社 密閉型電池
DE60030249T2 (de) * 2000-02-16 2007-03-29 Samsung SDI Co., Ltd., Suwon Dichte Batterie
JP2003142146A (ja) * 2001-10-31 2003-05-16 Japan Storage Battery Co Ltd 電 池

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