KR100988694B1 - 이차 전지 - Google Patents

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KR100988694B1
KR100988694B1 KR1020090053487A KR20090053487A KR100988694B1 KR 100988694 B1 KR100988694 B1 KR 100988694B1 KR 1020090053487 A KR1020090053487 A KR 1020090053487A KR 20090053487 A KR20090053487 A KR 20090053487A KR 100988694 B1 KR100988694 B1 KR 100988694B1
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Abstract

외부의 압력 및 충격에 대해서 전극판 간 단락을 유도하여 전류를 미리 바이패스시킴으로써 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일예로, 이차 전지는 전극 조립체; 상단 개구부를 통해 전극 조립체를 수용하는 케이스; 케이스에 결합되는 캡 조립체; 및 전극 조립체와 케이스 사이에 개재되어, 케이스의 압축시 파단되어 전극 조립체의 단락을 유도하는 단락 유도 플레이트를 포함하여 구성된다.
이차 전지, 전극 조립체, 케이스, 캡 조립체, 단락 유도 플레이트

Description

이차 전지{Rechargeable battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 제 1 전극 활물질로 리튬계 산화물, 제 2 전극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 리튬 이차 전지는 전극 조립체와, 이 전극 조립체를 수용하는 캔과, 이 캔에 결합되는 캡조립체를 포함하여 이루어진다. 이러한 리튬 이차 전지 는 종종 외부의 압력 또는 충격 등에 의해 발화 등의 안전성 문제를 일으킬 수 있다. 이에 따라, 안전성을 고려한 구조의 리튬 이차 전지가 계속적으로 개발되고 있다.
본 발명은 외부의 외부의 압력 및 충격에 대해서 전극판 간 단락을 유도하여 전류를 미리 바이패스시킴으로써 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상단 개구부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스에 결합되는 캡 조립체; 및 상기 전극 조립체와 상기 케이스 사이에 개재되어, 상기 케이스의 압축시 파단되어 상기 전극 조립체의 단락을 유도하는 단락 유도 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단락 유도 플레이트는 상기 전극 조립체의 하부와 상기 케이스의 내부 바닥면에 접촉될 수 있다.
상기 단락 유도 플레이트는 절연성 물질로 형성될 수 있다.
상기 단락 유도 플레이트는 적어도 13kN의 힘이 상기 이차 전지에 가해질 때 파단될 수 있다.
상기 단락 유도 플레이트는 세라믹, 유리 및 아크릴 중 선택된 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 단락 유도 플레이트는 0.2mm 내지 2mm 의 두께를 가질 수 있다.
상기 전극 조립체는 제 1 전극 집전체에 제 1 전극 활물질이 형성된 제 1 전극판과, 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질이 형성된 제 2 전극판과, 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하며, 상기 단락 유도 플레이트는 파단시 상기 제 1 전극 집전체와 상기 제 2 전극 집전체 간의 단락을 발생시킬 수 있다.
상기 단락 유도 플레이트는 표면에 형성된 가이드 홈을 포함할 수 있다.
상기 가이드 홈은 상기 단락 유도 플레이트의 길이 방향에 수직인 방향으로 형성될 수 있다.
상기 가이드홈의 깊이는 상기 단락 유도 플레이트의 두께에 대해서 1/10 내지 2/3 일 수 있다.
상기 가이드 홈은 상기 단락 유도 플레이트의 상부 표면에 형성되는 제 1 가이드 홈과, 상기 단락 유도 플레이트의 하부 표면에 형성되는 제 2 가이드 홈을 포함하며, 상기 제 1 가이드 홈과 상기 제 2 가이드 홈은 상기 단락 유도 플레이트의 길이 방향을 따라 서로 교대로 위치하도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 상기 전극 조립체와 상기 캡 조립체 사이에 개재되는 절연 케이스를 더 포함할 수 있다.
상기 절연 케이스는 절연성 물질로 형성될 수 있다.
상기 절연 케이스는 1.5mm 내지 2.5mm 의 두께를 가질 수 있다.
상기 절연 케이스는 상기 케이스의 압축시 파단되어 상기 전극 조립체의 단락을 유도하는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 주변부에 연결되는 제 2 영역을 포 함할 수 있다.
상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역은 서로 다른 절연성 물질로 형성될 수 있다.
상기 제 1 영역은 적어도 13kN의 힘이 상기 이차 전지에 가해질 때 파단될 수 있다.
상기 제 1 영역은 세라믹, 유리 및 아크릴 중 선택된 어느 하나의 절연성 물질로 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체는 제 1 전극 집전체에 제 1 전극 활물질이 형성된 제 1 전극판과, 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질이 형성된 제 2 전극판과, 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하며, 상기 제 1 영역은 파단시 상기 제 1 전극 집전체와 상기 제 2 전극 집전체 간의 단락을 발생시킬 수 있다.
상기 절연 케이스는 상기 제 1 영역의 하부 표면에 형성된 가이드 홈을 포함할 수 있다.
상기 가이드 홈은 상기 제 1 영역의 길이 방향에 수직인 방향으로 형성될 수 있다.
상기 가이드홈의 깊이는 상기 제 1 영역의 두께에 대해서 1/10 내지 2/3 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 외부의 소정 압력 또는 충격에 파단될 수 있는 물질로 형성되는 단락 유도 플레이트 또는 절연 케이스를 구비함으로써, 외부의 소정 압력 또는 충격이 가해질 때 전극 조립체의 전극 집전체 간의 단락을 유도하고, 전극 집전체 간의 단락으로 인해 형성된 금속간 전류 패스를 이용하여 전류를 미리 바이패스 시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 외부의 소정 압력 또는 충격에 의해 전극판 간의 단락이 발생하면서 전류가 흐르게 되어 발열을 최소화함으로써 발화까지 이르는 문제를 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 단락 유도 플레이트 또는 절연 케이스에 형성되는 가이드 홈을 구비함으로써, 외부의 소정 압력 또는 충격이 가해질 때 단락 유도 플레이트 또는 절연 케이스의 파단이 잘 이루어지게 가이드할 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분리 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이차 전지의 결합 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10) 및 전해액(미도시)을 수용하는 케이스(20)와, 케이스(20)의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체(30)와, 전극 조립체(10)와 캡 조립체(30) 사이에 개재되는 절연 케이스(40)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10)와 케이스(30)의 하부 사이에 개재되는 단락 유도 플레이트(50)를 더 포함하여 이루어진다.
전극 조립체(10)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(11), 세퍼레이터(13), 제 2 전극판(12)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성된다. 또한, 전극 조립체(10)는 전극탭, 즉 제 1 전극탭(14) 및 제 2 전극탭(15)을 포함하여 이루어진다.
제 1 전극판(11)은 알루미늄 포일로 이루어진 제 1 전극 집전체와, 제 1 전극 집전체에 형성된 제 1 전극 활물질을 포함하여 형성될 수 있다. 제 1 전극 활물질로는 코발트산 리튬 등이 사용될 수 있다.
제 2 전극판(12)은 구리 포일로 이루어진 제 2 전극 집전체와, 제 2 전극 집전체에 형성된 제 2 전극 활물질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극 활물질로는 탄소 등이 사용될 수 있다.
제 1 전극판(11)은 양극으로서, 제 2 전극판(12)은 음극으로서 작용할 수 있으며, 또한 제 1 전극판(11) 및 제 2 전극판(12)은 서로 극성을 달리할 수 있다.
세퍼레이터(13)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어질 수 있다. 세퍼레이터(13)는 제 1 전극판(11) 및 제 2 전극판(12) 보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판 간의 단락을 방지하는 데 유리하다.
제 1 전극탭(14) 및 제 2 전극탭(15)은 제 1 전극판(11) 및 제 2 전극판(12)으로부터 인출된다. 제 1 전극탭(14) 및 제 2 전극탭(15)에는, 전극 조립체(10)의 외부로 인출되는 경계부에 극판간 단락을 방지하기 위해 절연 테이프(16)가 감겨진다.
케이스(20)는 금속재질의 캔이며, 딥 드로잉(deep drawing)등의 가공방법으로 형성될 수 있다. 케이스(20)는 경량의 전도성 금속인 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되어, 케이스(20) 자체가 전극으로서 역할을 수행하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예에서는, 케이스(20)가 양극으로서 역할을 수행한다. 이러한 케이스(20)는 전극 조립체(10)와 전해액의 용기가 되고, 전극 조립체(10)가 투입되도록 개방된 상부는 캡 조립체(30)에 의해 밀봉된다.
캡 조립체(30)는 캡 플레이트(31), 마개(34), 안전벤트(35) 및 전극 단자(36)를 포함하여 이루어질 수 있다.
캡 플레이트(31)는 케이스(20)의 상단 개구부와 대응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성될 수 있다. 캡 플레이트(31)는 용접 등의 방법으로 케이스(20)와 결합되어 케이스(20)와 동일한 전극, 즉 양극으로서의 역할을 할 수 있다. 이러한 캡 플레이트(31)의 중앙에는 단자통공(32)이 형성될 수 있다. 그리고, 캡 플레이트(31)의 일측에는 전해액 주입구(33)가 형성될 수 있다.
마개(34)는 전해액 주입구(33)를 통해 전해액이 케이스(20)에 주입된 다음에 전해액 주입구(33)를 밀폐시키기 위해 구비된다. 마개(34)는 통상 알루미늄이나 알루미늄 함유 금속으로 만든 볼형 모재로 형성된다. 이러한 마개(34)는 전해액 주입 구(33)에 기계적으로 압입되어 전해액 주입구(33)에 결합된다.
안전 벤트(35)는 과충전 등으로 인하여 케이스(20)의 내부 압력이 증가할 때 내부가스를 방출시켜 전지의 안전성을 확보하기 위해 캡 플레이트(31)의 타측에 형성될 수 있다. 이러한 안전벤트(35)는 캡 플레이트(31)의 다른 부분 보다 얇게 성형된 부분으로서 내압이 증가하면 우선적으로 파단되어 내부가스를 방출시킨다.
전극 단자(36)는 단자통공(32)을 통해 캡 플레이트(31)를 관통한다. 그리고, 전극 단자(36)의 외면에는 전극 단자(36)와 캡 플레이트(31)의 절연을 위하여 튜브형의 가스켓(37)이 설치된다. 캡 플레이트(31)의 하면에는 절연 플레이트(38)가 설치되며, 또한, 절연 플레이트(38)의 하면에는 단자 플레이트(39)가 설치된다. 전극 단자(36)의 저면부는 단자 플레이트(39)와 전기적으로 연결된다. 이러한 전극 단자(36)는 전극 조립체(10)의 제 2 전극탭(15)을 통해 전극 조립체(10)의 제 2 전극판(12)과 전기적으로 연결된다. 한편, 전극 조립체(10)의 제 1 전극판(11)은 제 1 전극탭(14)을 통해 캡 플레이트(31)에 전기적으로 연결된다.
절연 케이스(40)는 절연성 물질, 예를 들어 폴리프로필렌(polypropylene: PP), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide: PPS), 폴리에테르술폰(polyethersulfone: PES) 및 변성 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide: PPO) 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 이러한 절연 케이스(40)는 전극 조립체(10)와 캡 조립체(30) 간의 전기적인 단락을 방지하는 역할 및 제 1 전극탭(14)과 제 2 전극탭(15)을 지지 및 고정하는 역할 등을 한다. 여기서, 절연 케이스(40)는 1.5mm 내지 2.5mm 의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 이 는 절연 케이스(40)의 두께가 1.5mm보다 작으면 절연 케이스(40)의 강도가 너무 약해지며, 절연 케이스(40)의 두께가 2.5mm보다 크면 절연 케이스(40)를 형성하기 위한 절연성 물질의 양이 증가되기 때문이다.
구체적으로, 절연 케이스(40)는 본체부(41)와, 지지부(42)와, 전극탭 인출구(43, 44)와, 전해액 유입구(45)를 포함하여 이루어질 수 있다.
본체부(41)는 케이스(20)의 내부에 삽입 가능한 크기와 형상을 가지는 플레이트로 형성된다.
지지부(42)는 본체부(41)의 가장자리로부터 상부 방향으로 소정 높이 돌출되게 형성된다. 이러한 지지부(42)는 본체부(41)를 보다 안정적으로 지지해주고, 절연 케이스(40)가 케이스(20)에 수납될 때 케이스(20)의 내벽과의 밀착력을 높여 주어 절연 케이스(40)의 유동을 억제할 수 있다. 또한, 지지부(42)는 절연 케이스(40)의 강도를 보강해 주어, 이차 전지(100)에 물리적 충격이 가해졌을 때 본체부(41)의 변형을 방지할 수 있다. 이러한 지지부(42)는 본체부(41)와 일체로 형성될 수 있다.
전극탭 인출구(43, 44)는 본체부(41)에 형성되어, 제 1, 2 전극탭(14, 15)이 본체부(41)를 통과할 수 있는 경로를 제공한다.
전해액 유입구(45)는 본체부(41)에 형성되어, 전해액이 본체부(41)를 통과하여 전극 조립체(10)의 내부로 유입될 수 있는 경로를 제공한다.
단락 유도 플레이트(50)는 케이스(20)의 내측 하부에 삽입될 수 있는 크기로 형성되며, 전극 조립체(10)의 하부와 케이스(20)의 내부 바닥면에 접촉하도록 위치 한다. 이러한 단락 유도 플레이트(50)는 이차 전지(100)에 가해지는 외부의 소정 압력 또는 충격이 가해질 때(즉, 케이스(20)의 압축시) 파단되어 전극 조립체(10)의 하부에 위치하는 세퍼레이터를 손상시킴으로써 제 1 전극판(11)의 제 1 전극 집전체와 제 2 전극판(12)의 제 2 전극 집전체 간의 단락을 유도할 수 있다. 이에 따라, 단락 유도 플레이트(50)는 전극 집전체 간의 단락으로 인해 형성된 금속간 전류 패스 경로를 이용하여 전류를 미리 바이패스 시킬 수 있다. 따라서, 단락 유도 플레이트(50)는 이차 전지(100)에 가해지는 외부의 소정 압력 또는 충격에 의해 제 1 전극판(11)과 제 2 전극판(12) 간의 단락이 발생하면서 전류가 흐르게 되어 발열을 최소화함으로써 발화까지 이르는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
이를 위해, 단락 유도 플레이트(50)는 이차 전지(100)에 가해지는 외부의 소정 압력 또는 충격에 파단될 수 있는 절연성 물질로 형성될 수 있다. 여기서, 단락 유도 플레이트(50)가 절연성 물질로 형성되는 이유는, 제 1 전극으로 작용하는 케이스(20)와 전극 조립체(10)의 제 2 전극판(12)과의 전기적인 단락을 방지하기 위해서이다. 또한, 단락 유도 플레이트(50)가 금속 물질로 형성되면 제 1 전극(예를 들어, 양극)으로 작용하는 케이스(20)의 내부에서 제 1 전극 집전체(예를 들어, 양극 집전체)로서 작용하게 되어, 외부의 소정 압력 또는 충격에 의해 파단시 제 2 전극판(12)의 제 2 전극 활물질(예를 들어, 음극 활물질)과 접촉하여 큰 발화를 일으킬 수 있다. 이는 이차 전지 분야에서 양극 집전체와 음극 활물질이 접촉할 경우 가장 큰 발화를 일으킨다는 실험 결과에 의해 알려진 사실이다.
한편, 이차 전지의 안전성 테스트 중의 하나로 압축 테스트가 있다. 압축 테 스트는 전극 단자가 돌출된 방향과 평행한 방향을 상·하 방향이라 할 때 상·하 방향과 수직한 방향 즉, 이차 전지의 단측면에 수직한 방향에서 이차 전지를 압축시켜 이차 전지의 발화 등의 이상이 일어나는지를 조사하는 방법이다. 이 압축 테스트에서 표준 압축 압력은 13kN의 힘으로 정해져 있다. 이에 따라, 단락 유도 플레이트(50)는 적어도 표준 압축 압력인 13kN의 힘이 이차 전지에 가해질 때 파단되는 절연성 물질, 예를 들어 유리, 세라믹 및 아크릴 중 선택된 어느 하나의 물질로 형성됨이 바람직하다.
또한, 단락 유도 플레이트(50)는 0.2mm 내지 2mm의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 여기서, 단락 유도 플레이트(50)의 두께가 0.2mm보다 작으면 단락 유도 플레이트(50)가 원하지 않는 작은 압력하에서도 쉽게 파단될 수 있으며, 단락 유도 플레이트(50)의 두께가 2mm보다 크면 케이스(20)의 내부에서 단락 유도 플레이트(50)가 차지하는 공간을 크게 만든다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 외부의 소정 압력 또는 충격에 파단될 수 있는 절연성 물질로 형성되는 단락 유도 플레이트(50)를 구비함으로써, 외부의 소정 압력 또는 충격이 가해질 때 제 1 전극판(11)의 제 1 전극 집전체와 제 2 전극판(12)의 제 2 전극 집전체 간의 단락을 유도하고, 전극 집전체 간의 단락으로 인해 형성된 금속간 전류 패스 경로를 이용하여 전류를 미리 바이패스 시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 외부의 소정 압력 또는 충격에 의해 제 1 전극판(11)과 제 2 전극판(12) 간의 단락이 발생하면서 전류가 흐르게 되어 발열을 최소화함으로써 발화까지 이르는 문제를 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 안전성을 향상시킬 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 1의 단락 유도 플레이트와 대응되는 단락 유도 플레이트의 상부 및 하부를 보여주는 사시도들이고, 도 5는 도 3 및 도 4 에 도시된 단락 유도 플레이트를 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 단락 유도 플레이트가 외부 압력에 의해 압축되는 경우 파단되는 상태를 도시한 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 1 및 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 단락 유도 플레이트(150)에 가이드 홈(151, 152)이 형성된 점만 다를 뿐, 동일한 구성 요소를 가지며 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에서는, 중복된 설명은 생략하기로 하고 도 2 에 도시된 단락 유도 플레이트(50)와 대응하는 단락 유도 플레이트(150)에 대해서만 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 단락 유도 플레이트(150)는 도 1 및 도 2에 도시된 단락 유도 플레이트(50)와 동일한 재질을 가지며 동일한 작용을 한다. 다만, 단락 유도 플레이트(150)는 표면에 형성된 가이드 홈(151, 152)을 포함한다.
가이드 홈(151, 152)은 단락 유도 플레이트(150)의 길이 방향에 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 이러한 가이드 홈(151, 152)은 단락 유도 플레이트(150)의 취약부로 작용하여, 이차 전지에 가해지는 외부의 소정 압력 또는 충격에 대해 단 락 유도 플레이트(150)의 파단이 잘 이루어지게 가이드할 수 있다. 여기서, 가이드 홈(151, 152)의 깊이는 단락 유도 플레이트(150)의 두께에 대해 1/10 내지 2/3 일 수 있다. 가이드 홈(151, 152)의 깊이가 단락 유도 플레이트(150)의 두께에 대해 1/10 미만이면, 단락 유도 플레이트(150)의 취약부로 작용하는 효과가 적다. 그리고, 가이드 홈(151, 152)의 깊이가 단락 유도 플레이트(150)의 두께에 대해 2/3를 초과하면, 단락 유도 플레이트(150)가 원하지 않는 작은 압력에도 파단되게 된다.
가이드 홈(151, 152)은, 구체적으로 단락 유도 플레이트(150)의 상부 표면(150a)에 형성되는 제 1 가이드 홈(151)과, 단락 유도 플레이트(150)의 하부 표면(150b)에 형성되는 제 2 가이드 홈(152)으로 구분될 수 있다.
제 1 가이드 홈(151)과 제 2 가이드 홈(152)은 단락 유도 플레이트(150)의 길이 방향을 따라 서로 교대로 위치하도록 형성될 수 있다. 이는 이차 전지에 외부의 소정 압력 또는 충격, 즉 도 5의 단락 유도 플레이트(150)의 측면으로 힘(F)이 가해질 때, 도 6에 도시된 바와 같이 단락 유도 플레이트(150)의 파편들이 전극 조립체(10)의 방향(즉, 전극 조립체(10)의 하부)으로 일정한 형태로 향하도록 하여 전극 조립체(도 1의 10)의 하부를 집중적으로 손상시키기 위함이다.
상기와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 가이드 홈(151,152)을 가지는 단락 유도 플레이트(150)를 구비함으로써, 외부의 소정 압력 또는 충격이 가해질 때 가이드 홈(151, 152)을 이용해 단락 유도 플레이트(150)의 파단을 더욱 용이하게 이루어지게 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 외부의 소정 압력 및 충격이 가해질 때 더욱 효과적으로 전극 조립체(도 1의 10)의 제 1 전극판(11)의 제 1 전극 집전체와 제 2 전극판(12)의 제 2 전극 집전체 간의 단락을 유도하여, 전극 집전체 간의 단락으로 인해 형성된 금속간 전류 패스 경로를 이용하여 전류를 미리 바이패스 시킬 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 1의 절연 케이스와 대응되는 절연 케이스의 사시도이고, 도 8은 도 7의 A-A선을 따라 절취된 절연 케이스의 단면도이다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 1 및 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 절연 케이스(240)가 형성 물질에 따라 구분된 제 1 영역(240a) 및 제 2 영역(240b)을 포함하여 형성되는 점만 다를 뿐, 동일한 구성 요소를 가지며 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에서는, 중복된 설명은 생략하기로 하고 도 1 에 도시된 절연 케이스(40)와 대응하는 절연 케이스(240)에 대해서만 설명하기로 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 절연 케이스(240)는 도 1 에 도시된 절연 케이스(40)와 동일한 형상을 가진다. 다만, 절연 케이스(240)는 서로 다른 절연성 물질을 갖는 제 1 영역(240a) 및 제 2 영역(240b)으로 구분된다.
제 1 영역(240a)은 도 1 및 도 2에 도시된 단락 유도 플레이트(50)와 동일한 절연성 물질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제 1 영역(240a)은 이차 전지에 가해지는 외부의 소정 압력 또는 충격이 가해질 때 파단되어 전극 조립체(도 1의 10)의 상부에 위치하는 세퍼레이터를 손상시켜 제 1 전극판(도 1의 11)의 제 1 전극 집전체와 제 2 전극판(도 1의 12)의 제 2 전극 집전체 간의 단락을 유도할 수 있다. 이에 따라, 제 1 영역(240a)은 전극 집전체 간의 단락으로 인해 형성된 금속간 전류 패스 경로를 이용하여 전류를 미리 바이패스 시킬 수 있다. 따라서, 제 1 영역(240a)은 이차 전지에 가해지는 외부의 소정 압력 또는 충격에 의해 전극 조립체(도 1의 10)의 제 1 전극판(11)과 제 2 전극판(12) 간의 단락이 발생하면서 전류가 흐르게 되어 발열을 최소화함으로서 발화까지 이르는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
제 2 영역(240b)은 제 1 영역(240a)의 주변부에 연결되며, 도 1에 도시된 절연 케이스(40)를 형성하는 데 사용되는 절연성 물질로 형성될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 일부가 외부의 소정 압력 또는 충격에 파단될 수 있는 절연성 물질로 형성되는 절연 케이스(240) 뿐만 아니라 단락 유도 플레이트(도 1의 50 또는 도 3의 150)를 구비함으로써, 절연 케이스(240)와 단락 유도 플레이트(50 또는 150)를 이용해 전극 조립체(도1의 10)의 상부 및 하부에 위치하는 세퍼레이터를 손상시켜 제 1 전극판(11)의 제 1 집전판과 제 2 전극판(12)의 제 2 집전체 간의 단락을 더욱 효과적으로 유도할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 전극 집전체 간의 단락으로 인해 형성된 금속간 전류 패스 경로를 이용하여 전류를 미리 바이패스 시킬 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 8의 절연 케이스와 대응되는 절연 케이스의 단면도이다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 1 및 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 절연 케이스(340)가 형성 물질에 따라 구분된 제 1 영역(240a) 및 제 2 영역(240b)과, 가이드 홈(346)을 포함하여 형성되는 점만 다를 뿐, 동일한 구성 요소를 가지며 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에서는, 중복된 설명은 생략하기로 하고 도 1 에 도시된 절연 케이스(40)와 대응하는 절연성 케이스(340)에 대해서만 설명하기로 한다.
도 9를 참조하면, 절연 케이스(340)는 도 1에 도시된 절연 케이스(40)와 동일한 형상을 가진다. 다만, 절연 케이스(340)는 도 7 및 도 8에 도시된 절연 케이스(240)와 같이 서로 다른 절연성 물질을 갖는 제 1 영역(240a) 및 제 2 영역(240b)으로 구분된다. 또한, 절연 케이스(340)는 도 7 및 도 8에 도시된 절연 케이스(240)와 비교하여 가이드 홈(346)을 더 포함한다.
가이드 홈(346)은 제 1 영역(240a)의 하부 표면에서 제 1 영역(240a)의 길이 방향에 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 이러한 가이드 홈(346)은 제 1 영역(240a)의 취약부로 작용하여, 이차 전지에 외부의 소정 압력 또는 충격이 가해질 때, 제 1 영역(240a)의 파단이 잘 이루어지게 가이드할 수 있다. 여기서, 가이드 홈(346)을 제 1 영역(240a)의 하부 표면에 형성하는 이유는, 제 1 영역(240a)의 파단에 의한 파편들이 전극 조립체(도 1의 10)의 방향(전극 조립체(10)의 상부)로 향 하도록 하기 위해서이다. 또한, 가이드 홈(346)의 깊이는 제 1 영역(240a)의 두께에 대해 1/10 내지 2/3 일 수 있다. 가이드 홈(346)의 깊이가 제 1 영역(240a)의 두께에 대해 1/10 미만이면, 제 1 영역(240a)의 취약부로 작용하는 효과가 적다. 그리고, 가이드 홈(346)의 깊이가 제 1 영역(240a)의 두께에 대해 2/3를 초과하면, 제 1 영역(240a)이 원하지 않는 작은 압력에도 파단되게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 일부가 외부의 소정 압력 또는 충격에 파단될 수 있는 절연성 물질로 형성되고 가이드 홈(346)을 포함하는 절연 케이스(340)와 단락 유도 플레이트(도 1의 50 또는 도 3의 150)를 구비함으로써, 외부의 소정 압력 또는 충격이 가해질 때 더욱 용이하게 파단되는 절연 케이스(340)와 단락 유도 플레이트(50 또는 150)를 이용해 전극 조립체(도 1의 10)의 상부 및 하부에 위치하는 세퍼레이터를 더욱 효과적으로 손상시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 전극판(11)의 제 1 전극 집전체와 제 2 전극판(12)의 제 2 전극 집전체 간의 단락을 더욱 효과적으로 유도하여 전극 집전체 간의 단락으로 인해 형성된 금속간 전류 패스 경로를 이용하여 전류를 미리 바이패스 시킬 수 있다.
본 발명은 도시된 실시예들을 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분리 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이차 전지의 결합 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 1의 단락 유도 플레이트와 대응되는 단락 유도 플레이트의 상부 및 하부를 보여주는 사시도들이다.
도 5는 도 3 및 도 4 에 도시된 단락 유도 플레이트를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 단락 유도 플레이트가 외부 압력에 의해 압축되는 경우 파단되는 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 1의 절연 케이스와 대응되는 절연 케이스의 사시도이다.
도 8은 도 7의 A-A선을 따라 절취된 절연 케이스의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 8의 절연 케이스와 대응되는 절연 케이스의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 전극 조립체 20: 케이스
30: 캡 조립체 40, 240, 340: 절연 케이스
50, 150: 단락 유도 플레이트 100: 이차 전지
151, 152, 346: 가이드 홈

Claims (22)

  1. 전극 조립체;
    상단 개구부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스에 결합되는 캡 조립체; 및
    상기 전극 조립체와 상기 케이스 사이에 개재되어, 상기 케이스의 압축시 파단되어 상기 전극 조립체의 단락을 유도하는 단락 유도 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 유도 플레이트는 상기 전극 조립체의 하부와 상기 케이스의 내부 바닥면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 유도 플레이트는 절연성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 하부 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 유도 플레이트는 적어도 13kN의 힘이 상기 이차 전지에 가해질 때 파단되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 유도 플레이트는 세라믹, 유리 및 아크릴 중 선택된 어느 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 유도 플레이트는 0.2mm 내지 2mm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제 1 전극 집전체에 제 1 전극 활물질이 형성된 제 1 전극판과, 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질이 형성된 제 2 전극판과, 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하며,
    상기 단락 유도 플레이트는 파단시 상기 제 1 전극 집전체와 상기 제 2 전극 집전체 간의 단락을 발생시키는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 유도 플레이트는 표면에 형성된 가이드 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가이드 홈은 상기 단락 유도 플레이트의 길이 방향에 수직인 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 가이드홈의 깊이는 상기 단락 유도 플레이트의 두께에 대해서 1/10 내지 2/3 인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 가이드 홈은 상기 단락 유도 플레이트의 상부 표면에 형성되는 제 1 가이드 홈과, 상기 단락 유도 플레이트의 하부 표면에 형성되는 제 2 가이드 홈을 포함하며,
    상기 제 1 가이드 홈과 상기 제 2 가이드 홈은 상기 단락 유도 플레이트의 길이 방향을 따라 서로 교대로 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체와 상기 캡 조립체 사이에 개재되는 절연 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연 케이스는 절연성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연 케이스는 1.5mm 내지 2.5mm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연 케이스는 상기 케이스의 압축시 파단되어 상기 전극 조립체의 단락을 유도하는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 주변부에 연결되는 제 2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역은 서로 다른 절연성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 적어도 13kN의 힘이 상기 이차 전지에 가해질 때 파단되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 세라믹, 유리 및 아크릴 중 선택된 어느 하나의 절연성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제 1 전극 집전체에 제 1 전극 활물질이 형성된 제 1 전극판과, 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질이 형성된 제 2 전극판과, 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하며,
    상기 제 1 영역은 파단시 상기 제 1 전극 집전체와 상기 제 2 전극 집전체 간의 단락을 발생시키는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 절연 케이스는 상기 제 1 영역의 하부 표면에 형성된 가이드 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 가이드 홈은 상기 제 1 영역의 길이 방향에 수직인 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 가이드홈의 깊이는 상기 제 1 영역의 두께에 대해서 1/10 내지 2/3 인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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