KR100614376B1 - 캔형 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캔형 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 특히 캔의 전극단자에 적어도 일측으로 돌출되는 단락봉을 형성하여 외부의 압력에 의하여 리튬 이차전지가 변형되는 경우에 이차전지의 캔 외부에서 전극단자와 캡플레이트 사이에 전기적 단락을 유도함으로써 이차전지 내부에서의 발열을 줄이고 이차전지의 폭발 등을 방지하여 안전성을 향상시킨 캔형 리튬 이차전지에 관한 것이다.
캔형 리튬 이차전지, 전극단자, 단락봉, 캡플레이트, 금속간 단락, 안전성

Description

캔형 리튬 이차전지{Can Type Lithium Secondary battery}

도 1은 종래의 캔형 리튬 이차전지를 나타낸 분리 사시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지를 나타낸 분리 사시도.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지의 부분단면도.

도 3b는 도3a의 평면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지의 평면도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지의 평면도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지의 평면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

210 - 캔 220 - 캡조립체

230, 330, 430, 530 - 전극단자

232, 332, 430, 532 - 헤드

234, 334, 434, 534 - 단락봉

240 - 캡플레이트

246, 346, 446, 546 - 가스켓

249, 349, 449, 549 - 단락봉안착홈

250 - 절연플레이트 260 - 터미널플레이트

본 발명은 캔형 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 특히 캔의 전극단자에 적어도 일측으로 돌출되는 단락봉을 형성하여 외부의 압력에 의하여 캔형 리튬 이차전지가 변형되는 경우에 이차전지의 캔 외부에서 전극단자와 캡플레이트 사이에 전기적 단락을 유도함으로써 이차전지 내부에서의 발열을 줄이고 이차전지의 폭발 등을 방지하여 안전성을 향상시킨 캔형 리튬 이차전지에 관한 것이다.

일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량 당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래의 캔형 리튬 이차전지에 대한 분리 사시도를 나타낸다.

상기 캔형 리튬 이차전지는 양극판(113), 음극판(115) 및 세퍼레이터(114)로 구성되는 전극조립체(112)를 전해액과 함께 캔(110)에 수납하고, 이 캔(110)의 상단개구부(110a)를 캡조립체(120)로 밀봉함으로써 형성된다.

상기 캡조립체(120)는 캡플레이트(140)와 절연플레이트(150)와 터미널플레이 트(160) 및 전극단자(130)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(120)는 별도의 절연케이스(170)와 결합되어 캔의 상단개구부(110a)에 결합되어 캔(110)을 밀봉하게 된다.

상기 캡플레이트(140)는 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)와 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 상기 캡플레이트(140)의 중앙에는 소정 크기의 단자통공1(141)이 형성되며, 단자통공1(141)에는 전극단자(130)가 삽입된다. 상기 전극단자(130)가 단자통공1(141)에 삽입될 때는 전극단자(130)와 캡플레이트(140)의 절연을 위하여 전극단자(130)의 외면에는 가스켓튜브(146)가 결합되어 함께 삽입된다. 한편 상기 캡플레이트(140)의 일측에는 전해액주입공(142)은 상기 캡플레이트(140)의 타측에 소정크기로 형성된다. 상기 캡조립체(120)가 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)에 조립된 후 전해액주입공(142)을 통하여 전해액이 주입되고 전해액주입공(142)은 별도의 밀폐수단에 의하여 밀폐된다. 예를 들면, 상기 전해액주입구(142)는 마개(143)에 의하여 밀폐될 수 있다.

상기 전극단자(130)는 상기 음극판(115)의 음극탭(117) 또는 상기 음극판(113)의 음극탭(116)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.

상기 절연플레이트(150)는 가스켓과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(140)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(150)에는 상기 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(130)가 삽입되는 단자통공2(151)가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(150)의 하면에는 상기 터미널플레이트(160)가 안착되도록 터미널플레이트(160)의 크기에 상응하는 안착홈(152)이 형성된다.

상기 터미널플레이트(160)는 Ni 금속 또는 그 합금으로 형성되며, 상기 절연 플레이트(150)의 하면에 결합된다. 상기 터미널플레이트(160)에는 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(130)가 삽입되는 단자통공3(161)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(130)가 상기 가스켓튜브(146)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(160)는 상기 캡플레이트(140)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(130)와 전기적으로 연결된다.

한편 상기 전극단자(130)를 캡플레이트(140)와 절연플레이트(150) 및 터미널플레이트(160)에 결합시키는 방법으로는 전극단자(130)를 회전시키면서 일정한 힘을 가하여 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 삽입하게 된다. 상기 전극단자(130)는 단자통공1(141)을 통과하게 되면 다시 캡플레이트(140)의 하면에 결합되어 있는 절연플레이트(150)와 터미널플레이트(160)에 형성된 단자통공2(151)와 단자통공3(161)을 통과하게 된다. 이 때 절연플레이트(150)에 형성된 단자통공2(151)의 내경은 삽입되는 전극단자(130)의 외경과 동일하게나 약간 크게 형성되며 전극단자(130)의 삽입 시에는 전극단자(130)의 외면이 밀착되어 강제로 삽입된다.

상기 캔형 리튬 이차전지는 전극조립체의 내부 단락이나 외부 단락 또는 과충방전 등에 의하여 전압이 급상승하고, 이 때문에 전지가 파열되는 위험에 노출되어 있다. 이차전지 내부의 단락을 방지하기 위해서는 전극조립체에서 양극판과 음극판의 종단부와 전극탭 용접 부위를 포함하여 단락의 위험이 있는 부분에 절연테이프를 부착하게 된다. 또한, 리튬 이차전지는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 써멀퓨즈(thermal fuse) 및 보호회로(protecting circuit) 등 과 같은 안전장치가 연결되며, 이러한 안전장치는 전지의 전압이나 온도가 급상승할 때 전류를 차단하여 전지의 파열을 미연에 방지한다.

그러나, 캔형 리튬 이차전지가 충격이나 압력에 의하여 변형되는 경우에는 보호회로나 보호소자가 전극판간의 단락을 방지할 수 없게 된다. 특히, 캔형 리튬 이차전지의 안전성 평가방법의 하나인 종압축 평가방법에 의하면 캔형 리튬 이차전지 내부에서의 전극판간의 단락이 문제가 된다. 상기 캔형 리튬 이차전지의 안전성 평가의 한 항목인 종압축 시험은 압축지그를 이용하여 캔형 리튬 이차전지의 양측면을 캔형 리튬 이차전지의 종축방향에 수직하게 압착하게 된다. 이때, 상기 압축지그는 압축면이 상기 캔형 리튬 이차전지의 양측면과 평행한 상태를 유지하면서 압축하게 되며, 압축하는 힘은 13kN으로 한다. 상기 종압축 평가 방법에 의하여 캔형 리튬 이차전지를 압축하게 되면 상기 양극판과 음극판이 서로 단락되어 양극판에서 음극판으로 급격히 전류가 흐르면서 양극판과 음극판의 자체 저항에 의하여 발열이 진행되므로 발열의 정도가 심하게 되는 문제점이 있다. 또한 발열이 심하게 되면 이차전지가 폭발하는 경우도 발생하게 된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 캔의 전극단자에 적어도 일측으로 돌출되는 단락봉을 형성하여 외부의 압력에 의하여 리튬 이차전지가 변형되는 경우에 이차전지의 캔 외부에서 전극단자와 캡플레이트 사이에 전기적 단락을 유도함으로써 이차전지 내부에서의 발열을 줄이고 이차전지의 폭발 등을 방지하여 안전성을 향상시킨 캔형 리튬 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 캔형 리튬 이차전지는 제1극판과 제2극판 및 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체와, 상기 전극조립체와 전해액이 수용되는 캔과, 캡플레이트와 터미널플레이트와 전극단자 및 가스켓튜브를 구비하며 상기 캔의 상단개구부에 결합되어 캔을 밀봉하는 캡조립체를 포함하는 캔형 리튬 이차전지에 있어서, 상기 전극단자는 상부에 형성되는 헤드의 적어도 일측에 단락봉이 형성되어 상기 리튬 이차전지가 종압축에 의하여 변형될 때 상기 단락봉과 캡플레이트 상면이 접촉되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스켓튜브는 상기 전극단자의 헤드가 안착되는 헤드안착홈의 일측으로 상기 단락봉에 대응되는 형상의 단락봉안착홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 전극단자는 헤드의 수평단면이 원형 또는 타원 또는 다각형으로 형성될 수 있으며, 상기 단락봉은 수직단면이 원형 또는 타원 또는 다각형으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 단락봉은 끝단이 수직평면으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 단락봉안착홈은 상기 가스켓튜브의 외측면에서 소정거리 이격되는 위치까지 형성되거나, 상기 가스켓튜브의 외측면으로 관통되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 단락봉안착홈은 상기 헤드안착홈의 깊이보다 깊지 않게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 제1극판은 음극판으로 형성되고, 제2극판은 양극판 으로 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지를 나타낸 분리 사시도를 나타낸다. 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지의 부분단면도를 나타낸다. 도 3b는 도3a의 평면도를 나타낸다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지의 평면도를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지의 평면도를 나타낸다. 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지의 평면도를 나타낸다.

본 발명에 따른 캔형 리튬 이차전지는, 도 2를 참조하면, 캔(210)과, 캔(210)의 내부에 수용되는 전극조립체(212)와, 상기 캔(210)의 상단개구부(210a)를 밀봉하는 캡조립체(220)를 포함하여 형성된다.

상기 캔(210)은 대략 박스 형상을 가진 금속재로 형성되며, 바람직하게는 가볍고 연성이 있는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 형성되나 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(210)은 그 일면이 개구된 상단개구부(210a)를 포함하며, 상단개구부(210a)를 통해 전극조립체(212)가 수용된다.

상기 전극조립체(212)는 제2극판(213)과 제1극판(215) 및 세퍼레이터(214)를 포함한다. 상기 제2극판(213)과 제1극판(215)은 세퍼레이터(214)를 개재하여 적층 된 후 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 권취될 수 있다. 상기 제2극판(213)에는 제2극탭(216)이 용접되어 있으며, 이 제2극탭(216)의 단부는 상기 전극조립체(212)의 상방으로 돌출되어 있다. 상기 제1극판(215)에도 제1극탭(217)이 용접되어 있으며, 이 제1극탭(217)의 단부도 상기 전극조립체(212)의 상방으로 돌출되어 있다. 여기서, 상기 제1극판(215)은 음극판으로, 제2극판(213)은 양극판으로 형성되며, 리튬 이차전지의 구성에 따라서는 그 반대로 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 캡조립체(220)는 전극단자(230)와 캡플레이트(240)와 절연플레이트(250)와 터미널플레이트(260)를 포함하여 구성된다. 상기 캡조립체(220)는 상기 캡플레이트(240)가 캔(210)의 상단부에 결합되어 캔(210)을 밀봉하게 된다.

상기 캡플레이트(240)는 상기 캔(210)의 상단부에 상응하는 크기의 금속판으로 형성되며, 상기 캔(210)의 상단부에 용접되어 캔(210)의 상단부를 밀봉하게 된다. 상기 캡플레이트(240)의 중앙에는 소정 크기의 단자통공4(241)가 형성되며, 일측에는 전해액주입공(242)이 형성된다. 상기 단자통공4(241)에는 전극단자(230)가 삽입되며, 상기 단자통공4(241)의 내면에는 전극단자(230)와 캡플레이트(240)의 절연을 위하여 가스켓튜브(246)가 조립된다. 상기 전해액주입공(242)은 상기 캡플레이트(240)의 일측에 소정크기로 형성된다. 상기 캡조립체(220)가 상기 캔(210)의 상단부에 결합된 후 전해액주입공(242)을 통하여 전해액이 주입되고 전해액주입공(242)은 별도의 밀폐수단에 의하여 밀폐된다

상기 절연플레이트(250)는 가스켓과 같은 절연물질로 형성되며, 바닥판(252)과 바닥판의 각 측면과 측단에서 하부로 돌출되는 측벽을 포함하여 형성될 수 있 다. 또한, 상기 절연플레이트(250)는 소정위치에 단자통공5(251)를 포함하여 형성된다. 상기 절연플레이트(250)는 상기 캡플레이트(240)의 바닥판(252) 하면에 결합되며, 상기 바닥판(252)은 터미널플레이트(260)에 상응하는 면적으로 형성된다. 상기 단자통공5(251)는 상기 절연플레이트(250)와 상기 캡플레이트(240)가 결합될 때 상기 캡플레이트(240)의 단자통공4(241)에 대응되는 위치에 형성되며, 상기 전극단자(230)가 삽입된다.

상기 터미널플레이트(260)는 Ni 금속 또는 이의 합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(250)의 바닥판(252) 하면에 접촉되면서 결합된다. 상기 터미널플레이트(260)에는 캡플레이트(240)의 단자통공4(241)에 대응되는 위치에 단자통공6(261)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(230)가 삽입된다.

상기 전극단자(230)는 소정길이의 단자본체(231)와 헤드(232) 및 단락봉(232) 을 포함하여 형성된다. 상기 단자본체(231)는 수평단면이 원형 또는 사각형상인 봉 형상으로 형성되며, 상기 캡조립체(220)에 조립되었을 때 적어도 상기 터미널플레이트(260)의 하면에 결합되어 접촉될 수 있는 길이로 형성된다. 상기 헤드(232)는 상기 단자본체(231)의 상부에 일체로 형성되며, 상기 단자본체(231)보다 단면적이 크게 형성된다. 또한, 상기 헤드(232)는 수평단면이 원형 또는 타원 또는 다각형으로 이루도록 형성될 수 있다. 상기 헤드(232)의 높이는 캔형 리튬 이차전지의 전체 높이를 포함하는 형상에 따라 소정높이로 형성된다. 상기 단락봉(234)은 상기 헤드(232)의 적어도 일측면에 봉 형상이 수평을 이루도록 형성되며, 바람직하게는 상기 헤드(232)를 중심으로 헤드(232)의 양측면에 형성된다. 또한, 상기 단락 봉(234)은 바람직하게는 상기 헤드(232)와 일체로 형성된다. 상기 단락봉(234)은 수직단면이 원형 또는 타원 또는 다각형이 되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 단락봉(234)은 끝단이 수직평면으로 형성되며, 보다 상세하게는 상기 단락봉(234)의 끝단은 상기 단락봉(234)의 측면에 수직인 평면으로 형성된다. 상기 단락봉(234)이 수직평면이 아닌 뿔 또는 구형으로 형성되어 끝단이 캡플레이트 상면에 대하여 경사지거나 호를 이루게 되면, 상기 단락봉(234)이 캡플레이트(240)에 접촉될 수 있는 면적이 줄게 되어 전극단자(230)와 캡플레이트(240)의 단락 가능성이 줄게 된다.

상기 전극단자(230)는 가스켓튜브(246)에 의하여 절연되면서 상기 단자통공4(241)와 단자통공5(251) 및 단자통공6(261)을 통하여 삽입되어 터미널플레이트(260)와 결합된다. 따라서 상기 캡조립체(220)에서 상기 전극단자는 상기 캡플레이트(240)와 전기적으로 절연되면서 상기 터미널플레이트(260)에 전기적으로 연결된다.

상기 가스켓튜브(246)는 상기 전극단자(230)의 외형에 대응되는 튜브 형상으로 형성되며, 상부에는 상기 전극단자(230)의 헤드(232)가 안착되는 헤드안착홈(248)이 형성된다. 따라서, 상기 헤드안착홈(248)은 상기 전극단자(230)의 헤드(232)의 하부 형상에 대응되는 형상으로 형성된다. 또한, 상기 헤드안착홈(248)의 적어도 일측에는 상기 전극단자(230)의 단락봉(234)에 상응하는 형상으로 단락봉안착홈(249)이 형성된다. 상기 단락봉안착홈(249)은 그 길이가 상기 가스켓튜브(246)의 외측면에서 소정거리 이격되는 위치까지 형성되어 상기 단락봉(234)의 끝단이 상기 가스켓튜브(246)의 외측면으로 노출되지 않도록 형성될 수 있다. 상기 단락봉(234)의 끝단이 노출되는 경우, 상기 캡조립체(220)의 상단에 위치되는 리드 플레이트(도면에 표시하지 않음) 또는 보호회로기판(도면에 표시하지 않음)의 설치방식에 따라 상기 단락봉(234)이 반대극성을 갖는 리드 플레이트 또는 보호회로기판의 배선과 전기적으로 서로 접촉될 수 있다. 또한, 상기 단락봉안착홈(249)은 상기 헤드안착홈(248)의 깊이보다 깊지 않게 형성된다. 즉, 상기 단락봉안착홈(249)의 바닥면은 상기 헤드안착홈의(248) 바닥면보다 낮지 않게 형성된다. 상기 단락봉(234)은 상기 전극단자(230)의 헤드(232)에 형성되며, 상기 헤드(234)는 상기 가스켓튜브(246)의 헤드안착홈(248)에 안착되므로 상기 단락봉(234)은 그 하면이 상기 헤드안착홈(248)의 바닥면보다 낮지 않게 된다. 따라서, 상기 단락봉안착홈(249)은 그 바닥면이 상기 헤드안착홈(248)보다 낮게 형성될 필요가 없다. 즉, 상기 단락봉안착홈(249)의 바닥면이 너무 낮게 형성되면, 상기 단락봉안착홈(249)의 바닥두께가 너무 얇게 되어 취약하게 되어 정상적인 상태에서의 소정 압력에도 상기 단락봉안착홈(249)의 하면이 상기 캡플레이트(240)와 접촉되는 문제가 발생될 수 있다

상기 절연케이스(270)는 제2극탭홀(271)과 제1극탭홀(272)을 포함하여 형성되며, 상기 캡조립체(220)의 하부에 결합되어 상기 캡조립체(220)와 전극조립체(212)를 전기적으로 절연시키게 된다. 이때 상기 제2극탭(216)은 상기 제2극탭홀(271)을 통과하여 상기 캡플레이트(240)에 연결된다. 또한 상기 제1극탭(217)은 상기 제1극탭홀(272)을 통하여 상기 터미널플레이트(260)에 연결된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지의 평면도를 나타낸다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 캔형 리튬 이차전지는, 도 4를 참조하면, 전극단자(330) 및 상기 전극단자(330)를 캡플레이트(240)와 절연시키는 가스켓튜브(346)를 포함하여 형성된다. 상기 전극단자(330)는 헤드(332)와 상기 헤드(332)의 적어도 일측에 형성되는 단락봉(334)을 포함하며, 바람직하게는 상기 단락봉(334)은 헤드(332)를 중심으로 좌우측에 형성된다. 또한, 상기 전극단자(330)는 상기 단락봉(334)이 상기 캡플레이트(240)의 길이방향으로 배열되도록 결합된다. 상기 가스켓튜브(346)는 헤드안착홈(348)과 단락봉안착홈(349)은 포함하여 형성된다. 이때, 상기 단락봉안착홈(349)은 상기 가스켓튜브(346)의 외측면까지 관통되어 형성되며, 상기 전극단자(330)의 단락봉(334)도 상기 가스켓튜브(346)의 외측면까지 연장되어 형성된다. 즉, 상기 전극단자(330)의 단락봉(334)은 상기 가스켓튜브(346)의 외측면과 대략 동일평면상에 끝단이 위치하게 된다. 따라서, 상기 전극단자(330)와 가스켓튜브(346)가 장착된 리튬 이차전지가 압축되는 경우에, 상기 전극단자(330)의 단락봉(334)은 상기 가스켓튜브(346)의 외측면에 노출되어 있으므로 보다 용이하게 상기 캡플레이트(240)에 접촉되며, 전극단자(330)와 캡플레이트(240)의 단락을 유도할 수 있게 된다. 다만, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전극단자(330)와 가스켓튜브(346)는 통상적인 사용시 리튬 이차전지가 받는 압력에 상기 단락봉(334)이 반대극성을 갖는 리드 플레이트 또는 보호회로기판의 배선패턴과 전기적으로 서로 접촉되지 않는 경우에만 적용되어야 함은 물론이다. 본 실시예에서 전극단자(330)와 가스켓튜브(346)는 상기에서 언급한 특징적인 형상 외에는 도 3a와 도 3b의 실시예와 동일한 형상으로 형성될 수 있으며 여기서 그 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지의 평면도를 나타낸다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 캔형 리튬 이차전지는, 도 5를 참조하면, 전극단자(430) 및 상기 전극단자(430)를 캡플레이트(240)와 절연시키는 가스켓튜브(446)를 포함하여 형성된다. 상기 전극단자(430)는 헤드(432)와 상기 헤드(432)의 적어도 일측에 형성되는 단락봉(434)을 포함하며, 바람직하게는 상기 단락봉(434)은 헤드(432)를 중심으로 좌우측에 형성된다. 이때, 상기 전극단자(430)의 헤드(432)는 직사각형 또는 타원형으로 형성되며, 길이 방향이 상기 캡플레이트(240)의 길이방향으로 위치되도록 결합된다. 다만, 상기 전극단자(430)의 단자본체(431)는 원형으로 형성되어 상기 캡플레이트(240)의 단자통공4(241)에 결합된다. 또한, 상기 가스켓튜브(446)는 헤드안착홈(448)과 단락봉안착홈(449)은 포함하여 형성된다. 이때, 상기 헤드안착홈(448)은 상기 전극단자(430)의 헤드(432)에 대응되는 형상으로 형성되며, 상기 가스켓튜브(446)의 상부 형상도 직사각형 또는 타원형으로 형성된다. 따라서, 상기 전극단자(430)의 단락봉(434)은 그 길이가 전극단자(430)의 중심으로부터 길게 형성되며, 리튬 이차전지가 압축되는 경우에 상기 전극단자(430)의 중심을 기준으로 단락봉(434)의 상하이동 폭이 증가될 수 있으므로 보다 용이하 게 상기 캡플레이트(240)에 접촉되어 전극단자(430)와 캡플레이트(240)의 단락을 유도할 수 있게 된다. 본 실시예에서 전극단자(430)와 가스켓튜브(446)는 상기에서 언급한 특징적인 형상 외에는 도 3a와 도 3b의 실시예와 동일한 형상으로 형성될 있으며 여기서 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지의 평면도를 나타낸다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 캔형 리튬 이차전지는, 도 6을 참조하면, 전극단자(530) 및 상기 전극단자(530)를 캡플레이트(240)와 절연시키는 가스켓튜브(546)를 포함하여 형성된다. 상기 전극단자(530)는 헤드(532)와 상기 헤드(532)의 적어도 일측에 형성되는 단락봉(534)을 포함하며, 바람직하게는 상기 단락봉(534)은 헤드(532)를 중심으로 좌우측에 형성된다. 이때, 상기 전극단자(530)의 헤드(532)는 직사각형 또는 타원형으로 형성되며, 길이 방향이 상기 캡플레이트(240)의 길이방향으로 위치되도록 결합된다. 또한, 상기 전극단자(530)는 상기 단락봉(534)이 상기 캡플레이트(240)의 길이방향으로 위치되도록 결합된다. 상기 가스켓튜브(546)는 헤드안착홈(548)과 단락봉안착홈(549)은 포함하여 형성된다. 이때, 상기 헤드안착홈(548)은 상기 전극단자(530)의 헤드(532)에 대응되는 형상으로 형성되며, 따라서, 상기 가스켓튜브(546)의 상부가 직사각형 또는 타원형으로 형성된다. 또한, 상기 단락봉안착홈(549)은 상기 가스켓튜브(546)의 외측면까지 관통되어 형성되며, 상기 전극단자(530)의 단락봉(534)도 상기 가스켓튜브(546)의 외측면까지 연장되어 형성된다. 즉, 상기 전극단자(530)의 단락봉(534)은 상기 가스켓튜브(546)의 외측면과 대략 동일평면상에 끝단이 위치하게 된다. 따라서, 상기 전극단자(530)와 가스켓튜브(546)가 장착된 리튬 이차전지가 압축되는 경우에, 상기 전극단자(530)의 단락봉(534)은 상기 가스켓튜브(546)의 외측면에 노출되어 있으므로 보다 용이하게 상기 캡플레이트(240)에 접촉되며, 전극단자(530)와 캡플레이트(540)의 단락을 유도할 수 있게 된다. 다만, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전극단자(530)와 가스켓튜브(546)는 통상적인 사용시 리튬 이차전지가 받는 압력에 상기 단락봉(534)이 반대극성을 갖는 리드 플레이트 또는 보호회로기판의 배선패턴과 전기적으로 서로 접촉되지 않는 경우에만 적용되어야 함은 물론이다. 본 실시예에서 전극단자(530)와 가스켓튜브(546)는 상기에서 언급한 특징적인 형상 외에는 도 3a와 도 3b의 실시예와 동일한 형상으로 형성될 수 있으며 여기서 그 상세한 설명은 생략한다.

다음은 본 발명에 따른 캔형 리튬 이차전지의 작용에 대하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 캔형 리튬 이차전지는, 도 3a와 도 3b를 참조하면, 통상적인 사용의 경우에 전극단자(230)는 가스켓튜브(246)에 의하여 캡플레이트(240)와 절연된 상태를 유지하게 된다.

그러나, 상기 캔형 리튬 이차전지가 종압축시험에서와 같이 일정 크기 이상의 외부 압력 또는 충격을 받게 되어 변형되면, 캡플레이트(240)를 포함하는 캡조립체(220)도 변형을 받게 된다. 이때, 캡플레이트(240)는 평면상태로부터 전극단자 (230)를 기준으로 상하로 굴곡되어 곡면상태로 변형된다. 또한, 상기 가스켓튜브(246)도 캡플레이트(240)의 변형에 따라 함께 변형되며, 특히 단락봉안착홈(249)은 두께가 얇게 형성되어 있으므로 용이하게 파괴되므로 상기 전극단자(230)의 단락봉(234)이 가스켓튜브(246)의 외측면으로부터 노출되게 된다. 따라서, 상기 전극단자(230)의 단락봉(234)이 캡플레이트(240)와 단락되며, 전극단자(230)와 캡플레이트(240) 사이에 전류가 흐르게 된다. 즉, 상기 전극단자(230)는 상기 터미널플레이트(260)를 통하여 전극조립체(212)의 제1전극탭(217) 및 제1전극판(215)과 전기적으로 연결되어 있으며, 캡플레이트(240)는 제2전극탭(216) 및 제2전극판(213)과 전기적으로 연결되므로 리튬 이차전지의 제2극과 제1극 즉, 양극과 음극이 상기 전극단자(230)와 캡플레이트(240)를 통하여 단락된다. 상기 전극단자(230)와 상기 캡플레이트(240) 및 터미널플레이트(260)은 전기저항이 적은 금속이므로 이러한 금속간의 단락이 발생되면 전류는 급격히 흐르게 되나, 열은 상대적으로 적게 발생된다.

또한, 도 4 내지 도 6에서와 같이 전극단자의 단락봉과 가스켓튜브의 단락봉안착홈이 형성되는 경우에는 전극단자와 캡플레이트간의 금속간 단락을 보다 용이하게 유도할 수 있게된다.

표 1은 캔형 리튬 이차전지에서 단락 유형에 따른 저항과 발열정도를 측정한 결과이다. 표 1에서 단락 유형은 전극조립체의 구성요소간 또는 캡조립체 중에서 단락이 형성되는 구성요소를 나타내며, 전기저항은 각 유형에 따라 단락이 형성된 후에 양극탭과 음극탭 사이에서 측정한 전기저항을 나타낸다. 또한, 단락부 온도는 단락이 형성된 후에 전기저항에 의하여 발열되는 온도를 나타낸다. 각 구성요소 간 의 저항과 단락부 온도의 측정방법을 양극판과 음극판의 단락 경우를 예로 설명하면 다음과 같다. 두개의 슬라이드 글라스(Slide glass)사이에 일정크기로 절단된 양극과 음극을 접촉시키고 양단간에 전류를 인가하여 전기저항을 측정한다. 이때, 전류는 Cell의 최대방전 전류를 모사할 수 있도록 안전히 충전된 실제의 전지에서 방전될 수 있도록 준비한다. 저항열은 측정된 전기저항으로부터 계산하여 산출한다. 그리고 단락부 온도는 슬라이드 글라스 외부에 열전대(Thermocouple)를 부착하여 측정한다.

단락 유형 전기저항(ohm) 저항열(J) 단락부온도(℃) 양극판 - 음극판 11.00 3,564 150 이상 양극판 - 음극탭 8.70 7,830 100 이상 캔 - 음극판 5.10 2,040 150 이상 캡플레이트 - 전극단자 0.06 40 67 양극탭 - 음극탭 0.04 36 65

표 1에서 보는 바와 같이 양극판 또는 음극판과 다른 구성요소간의 단락이 형성되면 전기저항 및 저항열이 증가되며, 단락부 온도가 상승하게 된다. 그러나 전극단자와 캡플레이트, 양극탭과 음극탭과 같이 금속간 단락이 발생되는 경우에는 상대적으로 저항열과 온도 상승이 작게 된다.

따라서, 본 발명과 같이 캡조립체에서는 캔형 리튬 이차전지가 종압축으로 변형될 때, 전극단자와 캡플레이트 사이의 금속간 단락이 발생하게 되므로 저항열과 이차전지 내부온도의 상승을 최소화할 수 있게 된다.

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 캔형 리튬 이차전지에 의하면, 외부의 충격에 의하여 캔형 리튬 이차전지가 변형되는 경우에 캔의 전극단자의 적어도 일측으로 형성되는 단락봉에 의하여 리튬 이차전지의 캔 외부에서 전극단자와 캡플레이트 사이에 전기적 단락을 유도함으로써 리튬 이차전지 내부에서의 발열을 줄이고 리튬 이차전지의 폭발 등을 방지하여 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 제1극판과 제2극판 및 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체와, 상기 전극조립체와 전해액이 수용되는 캔과, 캡플레이트와 터미널플레이트와 전극단자 및 가스켓튜브를 구비하며 상기 캔의 상단개구부에 결합되어 캔을 밀봉하는 캡조립체를 포함하는 캔형 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 전극단자는 상부에 형성되는 헤드의 적어도 일측에 단락봉이 형성되어 상기 리튬 이차전지가 종압축에 의하여 변형될 때 상기 단락봉과 캡플레이트 상면이 접촉되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 캔형 리튬 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가스켓튜브는 상기 전극단자의 헤드가 안착되는 헤드안착홈의 일측으로 상기 단락봉에 대응되는 형상의 단락봉안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 캔형 리튬 이차전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전극단자는 헤드의 수평단면이 원형 또는 타원 또는 다각형이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 캔형 리튬 이차전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 단락봉은 수직단면이 원형 또는 타원 또는 다각형이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 캔형 리튬 이차전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단락봉은 끝단이 수직평면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 캔형 리튬 이차전지.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 단락봉안착홈은 상기 가스켓튜브의 외측면에서 소정거리 이격되는 위치까지 형성되는 것을 특징으로 하는 캔형 리튬 이차전지.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 단락봉안착홈은 상기 가스켓튜브의 외측면으로 관통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 캔형 리튬 이차전지.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 단락봉안착홈은 상기 헤드안착홈의 깊이보다 깊지 않게 형성되는 것을 특징으로 하는 캔형 리튬 이차전지.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1극판은 음극판으로 형성되고, 제2극판은 양극판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 캔형 리튬 이차전지.
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