KR101106998B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 기재의 일례에 따른 전지는, 제1 방향으로 연장 가능한 케이스부를 갖는 케이스와, 상기 케이스에 내장되며, 제1 무지부를 포함하는 제1 전극, 제2 무지부를 포함하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부의 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 단자를 포함한다. 상기 제1 전극은 상기 전극군의 제1 단부에서 상기 제1 무지부를 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 전극군의 제2 단부에서 상기 제2 무지부를 포함하며, 상기 제2 단부는 상기 제1 단부와 서로 반대쪽으로 향하여, 상기 제1 무지부는 상기 제2 무지부로부터 상기 제1 방향을 따라 공간적으로 분리된다. 상기 케이스부는 상기 제1 방향을 따라 상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부 사이에 위치한다.
이차 전지, 전류 차단, 가변부, 무지부

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지로 구성된다.
또한, 하나의 대용량 이차 전지는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.
각형 이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 위치하는 전극군과 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 케이스를 밀폐하며 전극 단자가 삽입되는 단자 홀이 형성된 캡 플레이트, 전극군과 전기적으로 연결되 며, 단자 홀에 삽입되어 케이스의 외측으로 돌출되는 전극 단자를 포함한다.
종래의 각형 이차 전지에서 과충전이 지속적으로 진행될 경우, 전압의 급격한 상승으로 전지가 폭발하거나, 수명이 급격하게 열화되는 등의 문제가 발생한다.
각형 전지에도 전류를 차단하는 장치가 필요하지만, 원통형 전지와 달리 각형 전지의 구조상 전류를 안정적으로 차단하는 장치를 적용하는 것이 쉽지 않은 문제가 있다.
따라서 본 발명의 일 측면은 과충전을 방지할 수 있는 각형 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지는, 제1 방향으로 연장 가능한 케이스부를 갖는 케이스와, 상기 케이스에 내장되며, 제1 무지부를 포함하는 제1 전극, 제2 무지부를 포함하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부의 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 단자를 포함한다. 상기 제1 전극은 상기 전극군의 제1 단부에서 상기 제1 무지부를 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 전극군의 제2 단부에서 상기 제2 무지부를 포함하며, 상기 제2 단부는 상기 제1 단부와 서로 반대쪽으로 향하여, 상기 제1 무지부는 상기 제2 무지부로부터 상기 제1 방향을 따라 공간적으로 분리된다. 상기 케이스부는 상기 제1 방향을 따라 상기 제1 무지부와 상기 제2 무 지부 사이에 위치한다.
상기 케이스부는 복수개의 굴곡부를 포함할 수 있다.
상기 케이스부는 적어도 하나의 봉우리(peak)와 골(valley)을 포함할 수 있다.
상기 케이스부는 전체가 상기 제1 무지부와 제2 무지부의 사이에 완전히 위치할 수 있다.
상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부 중 적어도 하나는 무지부를 양분하는 절개부를 포함할 수 있다.
상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부 중 적어도 하나는 상기 케이스부는 상기 제1 방향으로 신장될 때 파단되도록 형성될 수 있다.
상기 케이스부의 두께는 상기 케이스의 다른 영역의 두께보다 더 얇게 형성될 수 있다.
상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부 중 적어도 하나는, 상기 케이스부가 상기 제1 방향을 따라서 신장될 때, 상기 전극군과 상기 단자 또는 케이스와의 사이의 전기적 연결을 차단하도록 형성될 수 있다.
상기 케이스는 상기 케이스의 제1 단부에 제1 개구부를 가지며, 상기 케이스의 제1 개구부에 제1 플레이트가 위치하고, 상기 단자는 상기 제1 플레이트를 통해서 상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 케이스 외측으로 노출되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 무지부 및 제2 무지부는 활물질을 포함하지 않으며, 상기 케이스는 상기 케이스의 제1 단부의 반대쪽 제2 단부에 제2 개구부를 가지고, 상기 제2 개구부에 제2 플레이트가 위치할 수 있다.
상기 제2 무지부는 상기 제2 플레이트와 상기 케이스의 사이에 위치할 수 있다.
상기 전극군은 권취된 상태에서 접혀진 조립체이고, 상기 제2 무지부는 양분되어 상기 제2 플레이트와 상기 케이스 사이에 위치할 수 있다.
상기 전극군은 권취된 상태에서 접혀진 조립체이고, 상기 제2 무지부는 상기 케이스의 일측으로 치우쳐 상기 제2 플레이트와 상기 케이스 사이에 위치할 수 있다.
상기 제2 무지부는 상기 제2 플레이트와 상기 케이스에 용접될 수 있다.
상기 제2 무지부는 리드부재를 통해 상기 제2 플레이트 또는 상기 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 리드부재는 상기 케이스부가 상기 제1 방향을 따라 신장될 때 파단되도록 형성될 수 있다.
상기 리드부재는 노치를 가지고, 상기 리드부재는 상기 케이스부가 신장될 때 상기 노치에서 파단되어 상기 제1 전극 또는 제2 전극의 전기적인 연결을 차단하도록 형성될 수 있다.
상기 제1 무지부 또는 제2 무지부 중 적어도 하나는 노치를 가지고, 상기 제1 무지부 또는 제2 무지부 중 적어도 하나는, 상기 케이스부가 상기 제1 방향을 따라 신장될 때, 상기 노치에서 파단되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지는, 제1 방향으로 연장 가능한 케이스부를 갖는 케이스와; 상기 케이스에 내장되며, 제1 무지부를 포함하는 제1 전극, 제2 무지부를 포함하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군; 및 상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부의 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 단자를 포함한다. 상기 제1 전극은 상기 전극군의 제1 단부에서 상기 제1 무지부를 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 전극군의 제2 단부에서 상기 제2 무지부를 포함하며, 상기 제2 단부는 상기 제1 단부와 서로 반대쪽으로 향하여, 상기 제1 무지부는 상기 제2 무지부로부터 상기 제1 방향을 따라 공간적으로 분리되고, 상기 제1 무지부와 제2 무지부 중 적어도 하나와 상기 단자는, 상기 케이스부를 상기 제1 방향을 따라 신장될 때, 서로간의 전기적인 연결이 차단되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지는, 제1 방향으로 연장 가능한 케이스부를 갖는 케이스; 상기 케이스에 내장되며, 제1 무지부를 포함하는 제1 전극, 제2 무지부를 포함하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군; 및 상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부의 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 단자를 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 전극군의 제1 단부에서 상기 제1 무지부를 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 전극군의 제2 단부에서 상기 제2 무지부를 포함하며, 상기 제2 단부는 상기 제1 단부와 서로 반대쪽으로 향하여, 상기 제1 무지부는 상기 제2 무지부로부터 상기 제1 방향을 따라 공간적으로 분리되고, 상기 제1 무지부와 제2 무지부 중 적어도 하나는, 상기 케이스부가 상기 제1 방향을 따라 신장될 때, 상기 단자와의 전기적 연결이 파단되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지는 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극과 음극을 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되며 일단에 개방된 제1 개구부가 형성되고, 내부 압력의 변화에 따라 신장되는 가변부가 형성된 케이스와 상기 케이스의 개구부에 결합되는 제1 플레이트와 상기 전극군과 전기적으로 연결되어 상기 제1 플레이트의 외측으로 노출된 단자를 포함한다.
상기 이차 전지는 상기 가변부의 신장에 따라 단자 또는 상기 케이스와 상기 전극군의 전기적인 연결을 차단하는 전류 차단부를 포함할 수 있으며, 상기 가변부는 굴곡되어 형성될 수 있다. 또한 상기 가변부는 케이스의 일면에 형성된 볼록부와 케이스이 타면에 형성된 오목부를 포함할 수 있으며, 상기 가변부는 요철로 이루어질 수 있다.
상기 전극군은 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함하고, 상기 케이스의 하단에는 개방된 제2 개구부가 형성되며, 상기 제2 개구부에는 제2 플레이트가 삽입 설치되고, 상기 무지부는 상기 제2 플레이트와 상기 케이스 사이에 끼워질 수 있다. 상기 무지부는 상기 케이스의 신장에 따라 파단되어 전류 차단부를 이룰 수 있으며, 상기 무지부에는 노치가 형성될 수 있다.
상기 전극군은 권취된 상태에서 접혀져 형성될 수 있으며, 상기 무지부는 양쪽으로 나누어져 상기 제2 플레이트와 상기 케이스 사이에 끼워지거나, 상기 무지부는 한쪽으로 모아져 상기 하부 플레이트와 상기 케이스 사이에 끼워질 수 있다. 또한, 상기 무지부에는 절개부가 형성될 수 있다.
상기 무지부는 상기 하부 플레이트와 상기 케이스에 용접으로 접합될 수 있으며, 상기 전극군은 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함하고, 상기 무지부는 리드부재를 매개로 상기 제2 플레이트 또는 상기 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 리드부재는 상기 케이스의 신장에 따라 파단되어 전류 차단부를 이룰 수 있으며, 상기 리드부재에는 노치가 형성될 수 있다. 또한, 상기 전극군은 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함하고, 상기 무지부는 상기 단자와 전기적으로 연결되며, 상기 케이스의 신장에 따라 파단될 수 있다.
상기 가변부는 다른 부분보다 더 작은 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 가변부는 다른 부분보다 더 큰 연신율을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 케이스는 단자가 설치된 상부 부재와 상기 상부 부재와 이격 배치된 하부 부재 및 상기 상부 부재와 상기 하부 부재를 연결하며, 상기 상부 부재와 상기 하부 부재보다 더 큰 연신율을 갖는 가변부를 포함할 수 있다.
상기 제1 개구부는 상기 케이스의 높이 방향 일측 단부에 형성되고, 상기 가변부는 상기 케이스의 높이 방향을 따라 이격 배열될 수 있다.
상기 가변부는 상기 케이스의 둘레 방향을 따라 이어져 형성될 수 있으며, 상기 케이스는 각형(prismatic type) 으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부 압력의 상승에 따라 신장되는 가변부가 형성되어 내부 압력의 상승 시에 전류를 용이하게 차단할 수 있다.
또한, 가변부가 오목부와 볼록부를 포함하도록 구성할 경우, 내부 및 외부의 표면적이 증가하여 열을 용이하게 방출 할 수 있다.
또한, 무지부를 케이스에 직접 용접할 경우, 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 1, 및 도 2를 참조하여 설명하면, 이차 전지(10)는 양극(21)과 음극(22) 사이에 절연체인 세퍼레이터(23)를 개재하여 귄취된 전극군(20)과, 전극군(20)이 내장되는 케이스(12)와, 전극군(20)과 전기적으로 연결되는 단자(14), 및 케이스(12)에 형성된 제1 개구부(125)에 결합되는 제1 플레이트(13)를 포함한다.
전극군(20)은 양극(21)과 음극(22) 사이에 세퍼레이터(23)를 개재한 상태에서 와류상으로 권취하여 형성된다. 전극군(20)은 권취된 후 판 형상으로 납작하게 가압되며, 이 상태에서 전극군의 외면이 서로 맞닿도록 접혀진다. 이와 같이 전극군(20)이 접혀져 형성되면 권취 시에 제일 안쪽에 위치하는 내면에는 굴곡된 부분 에 의하여 인장력이 발생하고 내면이 전극군(20)의 외면과 거의 평행할 수 있도록 당겨진다. 따라서 종래와 같이 내면에 주름이 생겨서 전극군(20) 내부의 간격이 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있다. 상기한 전극군의 형상은 본 발명의 일 예에 불과하며 전극군은 권취된 후 접혀지지 않는 구조와, 복수 개의 판이 적층된 구조, 및 원통형 구조 등 다양한 구조로 이루어질 수 있다.
전극군(20)의 일단에는 양극 활물질이 도포되지 않은 제1(양극) 무지부(211)가 형성되며, 타단에는 음극 활물질이 도포되지 않은 제2(음극) 무지부(221)가 형성된다.
음극(22)은 구리 또는 알루미늄으로 이루어진 집전체에 음극 활물질이 도포된 구조로 이루어지고, 양극(21)은 알루미늄 등으로 이루어진 집전체에 양극 활물질이 도포된 구조로 이루어진다.
음극 활물질은 탄소계 활물질, 실리콘계 활물질 또는 티타늄계 활물질, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으며, 양극 활물질은 탄소계 활물질, 니켈계 활물질, 망간계 활물질, 코발트계 활물질, 3원계 활물질 또는 Olivine계 활물질, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서는 양극 무지부(211)가 상부에 위치하고 음극 무지부(221)가 하부에 위치하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 양극 무지부(211)가 하부에 위치하고 음극 무지부(221)가 상부에 위치할 수도 있다.
케이스(12)는 대략 사각형의 관 구조로 이루어지는 바, 케이스(12)의 상단에는 제1 개구부(125)가 형성되고, 하단에는 제2 개구부(126)가 형성된다. 제1 개구 부(125)에는 제1 플레이트(13)가 삽입 설치되며, 전극군(20)과 전기적으로 연결된 단자(14)가 제1 플레이트(13)를 관통하여 설치된다.
제2 개구부(126)에는 제2 플레이트(17)가 삽입 설치되며, 제2 플레이트(17)와 케이스(12) 사이에 음극 무지부(221)가 끼워진다. 음극 무지부(221)는 양쪽으로 나누어져 제2 플레이트(17)와 케이스(12) 사이에 삽입되는데, 음극 무지부(221)에는 용이하게 양분될 수 있도록 절개부(221a)가 형성된다.
또한, 케이스(12)의 외주에는 이차 전지(10)의 내부 압력 상승에 따라 길이가 늘어나는 케이스부(일례로, 가변부)(121)가 형성된다. 케이스부(121)는 케이스(12)의 둘레를 따라 이어져 형성되며, 봉우리(peaks)와 골(valleys)를 갖는데, 일례로, 케이스(12)의 외면에 형성된 볼록부(121a)와 케이스(12)의 내면에 형성된 오목부(121b)를 포함한다. 본 실시예에서는 외측에 볼록부(121a)가 형성되고 내측에 오목부(121b)가 형성된 것으로 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 외측에 오목부가 형성되고 내측에 볼록부가 형성될 수도 있으며, 외측에 볼록부와 오목부 모두 형성될 수도 있다.
케이스(12)의 높이 방향으로 복수개가 이격 배치된다. 케이스(12)에는 평평한 평탄부(123)가 형성되며, 평탄부(123) 사이에 굴곡된(일례로, 봉우리와 골이 형성됨) 케이스부(121)가 형성된다.
도 3a은 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 자른 단면도이고, 도 3b는 도 3a에서 케이스 내압의 상승에 따라 케이스부의 길이가 신장된 케이스를 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하면, 양극 무지부(211)는 단자(14)와 전기 적으로 연결되며, 음극 무지부(221)는 케이스(12)와 전기적으로 연결된다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 음극 무지부가 단자와 전기적으로 연결되고, 양극 무지부가 케이스와 전기적으로 연결될 수도 있다.
단자(14)는 개스킷(16)을 매개로 제1 플레이트(13)에 설치되며 클램핑되어 제1 플레이트(13)에 고정된다. 또한 단자(14)의 하면에는 양극 무지부(212)와 용접된 집전판(18)이 부착되어 양극 무지부(212)와 단자(14)를 전기적으로 연결한다.
음극 무지부(221)는 케이스(12)와 제2 플레이트(17) 사이에 끼워진 상태에서 케이스(12) 및 제2 플레이트(17)에 용접으로 접합된다. 이에 따라 케이스(30)와 제2 플레이트(17) 사이에서 음극 무지부(221)가 끼워진 부분에는 용접부(25)가 형성된다. 이와 같이 음극 무지부(221)를 케이스(12)에 직접 용접하면 부품 개수를 감소시켜서 생산성이 향상되며 별개의 부재가 필요하지 않으므로 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
또한, 음극 무지부(221)에는 노치가 형성되는 바, 노치는 용접된 부분과 코팅부 사이에 형성되며, 이에 따라 음극 무지부(221)는 설정된 압력에서 용이하게 파단될 수 있다.
따라서 단자(14)는 양극성을 나타내고 케이스(12)는 음극성을 나타낸다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 단자가 음극성을 나타내고 케이스가 양극성을 나타낼 수 있다.
또한, 케이스부(121)는 케이스의 둘레 면이 삼각형으로 굽어져 형성되며, 이에 따라 케이스부(121)에서 케이스(12)의 외측에는 돌출된 볼록부(121a)가 형성되 고, 케이스(12)의 내측에는 함몰된 오목부(121b)가 형성된다. 이때, 볼록부(121a) 및 오목부(121b)는 일정한 압력 조건에서 펴지도록 형성된다.
도 3b에 도시된 바와 같이 충전과 방전을 되풀이 함에 따라 가스가 발생하여 이차 전지(10) 내부의 압력이 전류 차단압까지 상승하면 오목부(121a) 및 볼록부(121b)가 펴지면서 케이스부(121)가 신장되며, 이때 음극 무지부(221)가 파단된다. 이에 따라 음극 무지부(221)와 케이스(12) 및 제2 플레이트(17)의 전기적 연결이 끊어져 전류가 차단된다. 여기서는 음극 무지부가 전류 차단부가 된다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 이차 전지(10)의 내부 압력 상승으로 케이스(12)가 신장되면서 전류를 용이하게 차단할 수 있다.
또한, 케이스부(121)는 케이스(12)의 표면적을 확대하여 내부에서 발생한 열을 외부로 용이하게 방출할 수 있다. 본 실시예에서는 케이스(12)의 외부 표면적뿐만 아니라 내부 표면적까지 확대하여 내부에서 발생한 열을 케이스로 용이하게 전달할 수도 있다.
노치의 형상과 깊이에 따라 음극 무지부(221)가 파단되는 압력을 용이하게 설정할 수 있다. 또한 음극 무지부(221)가 용접되는 과정에서 용접부 인근에 용접 열로 인하여 강도의 저하가 발생하는 바, 이 부분이 파단되도록 설정할 수도 있다.
본 실시예에서는 이차 전지(10)의 내부 압력이 증가하는 때에 음극 무지부(221)가 파단되는 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 단자(14)와 연결된 양극 무지부(211)에 노치를 형성하여 이차 전지(10)의 내부 압력이 증가하는 때에 양극 무지부(211)가 파단되도록 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(50)는 케이스(30)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
케이스(30)는 전극군(28)이 삽입되는 내부 공간을 갖는 관구조로 이루어진다. 또한, 전극군(28)은 양극(21)과 음극(22) 사이에 세퍼레이터(23)를 개재한 상태에서 와류상으로 권취하여 형성되며 제1 실시예와 달리 접혀지지 않는다.
케이스(30)는 주변보다 두께가 작은 가변부(또는 케이스부)(32)를 포함하며, 가변부(32)에는 봉우리(peaks)/골(valleys), 예를 들어 요철(321)이 형성된다. 요철(321)은 케이스(30)의 둘레를 따라 이어져 형성되며 볼록부와 오목부가 케이스(30)이 높이 방향을 따라 교대로 배치된다. 이에 따라 요철(321)은 다른 부분보다 작은 두께로 이루어져서 보다 용이하게 신장될 수 있다.
음극 무지부(221)는 한쪽으로 모아져서 제2 플레이트(17)와 케이스(30) 사이에 삽입되어 용접으로 접합된다. 이와 같이 음극 무지부(221)가 한쪽에서 용접되면 응력이 집중되는 부분을 보다 용이하게 설정하여 한 부분에서 일괄적으로 파단될 수 있다.
한편, 제2 플레이트(17)가 삽입되는 부분보다 내측에 위치한 케이스(30)의 내면에는 절연층(35)이 형성되는 바, 절연층(35)은 가변부(321)가 신장되면서 음극 무지부(221)가 끊어진 경우 음극 무지부(221)와 케이스(30)가 전기적으로 접촉하는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(60)는 케이스(40), 및 전극군(20)과 제2 플레이트(17)의 연결 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예와 동일하므로 동일한 부분에 대한 중복된 설명은 생략한다.
케이스(40)는 사각형의 횡단면을 갖도록 형성되며 둘레에는 굴곡된(예를 들어, 봉우리와 골을 포함) 가변부(또는 케이스부)(42)가 형성되는 바, 가변부(42)는 봉우리(peaks)와 골(valleys), 예를 들어 케이스(40)의 외측에서 돌출된 볼록부(42a)와 케이스(40)의 내측에서 돌출된 오목부(42b)를 포함한다.
가변부(42)는 케이스(40)의 둘레를 따라 이어져 형성되며 복수 개가 케이스(40)이 높이 방향으로 이격 배치된다. 가변부(42)는 두 개의 경사면과 경사면을 잇는 평면으로 이루어져 대략 사다리꼴의 단면을 갖는다. 이와 같이 가변부(42)를 사다리꼴로 형성하면 냉각 매체가 유통하는 통로를 형성하도록 할 수 있으며, 이웃하는 전지 또는 격벽과 맞닿을 때, 응력이 한 곳에 집중되는 것을 방지(또는 저감)할 수 있다.
한편, 음극 무지부(221)는 중앙으로 모아져 리드부재(27)에 용접으로 접합되며 리드부재(27)는 제2 플레이트(17)에 용접된다. 이에 따라 음극 무지부(221)는 리드부재(27)와 제2 플레이트(17)를 통해서 케이스(40)와 전기적으로 연결된다.
리드부재(27)에는 노치(275)가 형성되어 있는 바, 케이스(40)의 높이가 신장될 때 리드부재(27)가 노치로 인하여 설정된 압력에서 파단된다. 본 실시예에서는 리드부재(27)가 전류 차단부가 된다. 이와 같이 리드부재(27)가 파단되도록 설정 하면, 하나의 부재가 파단되는 것으로 전류가 차단되므로 보다 용이하게 전류를 차단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(70)는 케이스(40)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예와 동일하므로 동일한 부분에 대한 중복된 설명은 생략한다.
케이스(40)는 사각형의 횡단면을 갖도록 형성되며 단자(14)가 고정된 상부 부재(81)와 상부 부재(81)에 가변부(85)를 통해서 연결된 하부 부재(83)를 포함한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 케이스는 원형 또는 그 이외의 형상으로 이루어질 수 있다.
가변부(85)는 상부 부재(81) 및 하부 부재(83) 보다 더 큰 연신율을 갖는다. 가변부(85)는 가변판(851)과 가변판(851)의 내측(전극군과 마주하는 면)에 형성된 내식층(853)을 포함한다. 가변판(851)은 금속 또는 폴리머 등으로 이루어질 수 있으며, 연신율이 큰 소재로 이루어지거나 열처리 등으로 연신율이 크도록 조작된 소재로 이루어질 수 있다. 내식층(853)은 전해액과 반응하지 않는 소재로 이루어지는 바, 이에 따라 가변부(85)가 전해액과 반응하지 않고 안정적으로 케이스(80)의 형상을 유지할 수 있다. 다만 가변판(851)이 전해액과 반응하지 않는 소재로 이루어지는 경우에는 내식층(853)이 형성되지 않을 수도 있다.
본 제4 실시예에 따르면 케이스(81) 내부의 압력이 증가할 경우 가변부(85)가 연신되어 음극 무지부(221)가 파단된다. 음극 무지부(221)가 파단되면 음극 무 지부(221)와 케이스(80) 사이의 연결이 끊어져 전류가 차단된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 3a은 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 자른 단면도이고, 도 3b는 도 3a에서 케이스 내압의 상승에 따라 케이스부(일례로, 가변부)의 길이가 확장된 케이스를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
10: 이차 전지 12: 케이스
121: 케이스부는 123: 평탄부
125: 제1 개구부 126: 제2 개구부
13: 제1 플레이트 14: 단자
17: 제2 플레이트 20: 전극군
21: 양극 211: 양극 무지부
22: 음극 221: 음극 무지부
221a: 절개부 23: 세퍼레이터
27: 리드부재 275: 노치
32: 가변부 35: 절연층

Claims (20)

  1. 연장 가능한 케이스부를 갖는 케이스;
    상기 케이스에 내장되며, 제1 무지부를 포함하는 제1 전극, 제2 무지부를 포함하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군; 및
    상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부의 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 단자
    를 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 전극군의 제1 단부에서 상기 제1 무지부를 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 전극군의 제2 단부에서 상기 제2 무지부를 포함하며,
    상기 제2 단부는 상기 제1 단부와 서로 반대쪽으로 향하여, 상기 제1 무지부는 상기 제2 무지부로부터 상기 제1 무지부에서 상기 제2 무지부를 향하는 제1 방향을 따라 공간적으로 분리되고,
    상기 케이스부는 상기 제1 방향을 따라 상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부 사이에 위치하며,
    상기 케이스부는 상기 제1 방향을 따라 연장 가능한 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스부는 복수개의 굴곡부를 포함하는 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스부는 적어도 하나의 봉우리(peak)와 골(valley)를 포함하는 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스부는 전체가 상기 제1 무지부와 제2 무지부의 사이에 완전히 위치하는 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부 중 적어도 하나는 무지부를 양분하는 절개부를 포함하는 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부 중 적어도 하나는 상기 케이스부가 상기 제1 방향으로 신장될 때 파단되도록 형성되는 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스부의 두께는 상기 케이스의 다른 영역의 두께보다 더 얇은 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부 중 적어도 하나는, 상기 케이스부가 상기 제1 방향을 따라서 신장될 때, 상기 전극군과 상기 단자 또는 케이스와의 사이의 전기적 연결을 차단하도록 형성되는 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 케이스의 제1 단부에 제1 개구부를 가지며,
    상기 케이스의 제1 개구부에 제1 플레이트가 위치하고,
    상기 단자는 상기 제1 플레이트를 통해서 상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 케이스 외측으로 노출되는 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 무지부 및 제2 무지부는 활물질을 포함하지 않으며,
    상기 케이스는 상기 케이스의 제1 단부의 반대쪽 제2 단부에 제2 개구부를 가지고,
    상기 제2 개구부에 제2 플레이트가 위치하는 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 무지부는 상기 제2 플레이트와 상기 케이스의 사이에 위치하는 전지.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 전극군은 권취된 상태에서 접혀진 조립체이고,
    상기 제2 무지부는 양분되어 상기 제2 플레이트와 상기 케이스 사이에 위치하는 전지.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 전극군은 권취된 상태에서 접혀진 조립체이고,
    상기 제2 무지부는 상기 케이스의 일측으로 치우쳐 상기 제2 플레이트와 상기 케이스 사이에 위치하는 전지.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 무지부는 상기 제2 플레이트와 상기 케이스에 용접되는 전지.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 무지부는 리드부재를 통해 상기 제2 플레이트 또는 상기 단자에 전기적으로 연결되는 전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 리드부재는 상기 케이스부가 상기 제1 방향을 따라 신장될 때 파단되도록 형성된 전지.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 리드부재는 노치를 가지고,
    상기 리드부재는 상기 케이스부가 신장될 때 상기 노치에서 파단되어 상기 제1 전극 또는 제2 전극의 전기적인 연결을 차단하도록 형성되는 전지.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 무지부 또는 제2 무지부 중 적어도 하나는 노치를 가지고,
    상기 제1 무지부 또는 제2 무지부 중 적어도 하나는, 상기 케이스부가 상기 제1 방향을 따라 신장될 때, 상기 노치에서 파단되도록 형성되는 전지.
  19. 연장 가능한 케이스부를 갖는 케이스;
    상기 케이스에 내장되며, 제1 무지부를 포함하는 제1 전극, 제2 무지부를 포함하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군; 및
    상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부의 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 단자
    를 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 전극군의 제1 단부에서 상기 제1 무지부를 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 전극군의 제2 단부에서 상기 제2 무지부를 포함하며,
    상기 제2 단부는 상기 제1 단부와 서로 반대쪽으로 향하여, 상기 제1 무지부는 상기 제2 무지부로부터 상기 제1 무지부에서 상기 제2 무지부를 향하는 제1 방향을 따라 공간적으로 분리되고,
    상기 케이스부는 상기 제1 방향을 따라 연장 가능하도록 형성되며,
    상기 제1 무지부와 제2 무지부 중 적어도 하나와 상기 단자는, 상기 케이스부가 상기 제1 방향을 따라 신장될 때, 서로간의 전기적인 연결이 차단되도록 형성되는 전지.
  20. 연장 가능한 케이스부를 갖는 케이스;
    상기 케이스에 내장되며, 제1 무지부를 포함하는 제1 전극, 제2 무지부를 포함하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군; 및
    상기 제1 무지부 또는 상기 제2 무지부의 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 단자
    를 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 전극군의 제1 단부에서 상기 제1 무지부를 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 전극군의 제2 단부에서 상기 제2 무지부를 포함하며,
    상기 제2 단부는 상기 제1 단부와 서로 반대쪽으로 향하여, 상기 제1 무지부는 상기 제2 무지부로부터 상기 제1 무지부에서 상기 제2 무지부를 향하는 제1 방향을 따라 공간적으로 분리되고,
    상기 케이스부는 상기 제1 방향을 따라 연장 가능하도록 형성되며,
    상기 제1 무지부와 제2 무지부 중 적어도 하나는, 상기 케이스부가 상기 제1 방향을 따라 신장될 때, 상기 단자와의 전기적 연결이 파단되도록 형성되는 전지.
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