KR101116449B1 - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단락 플레이트들의 접촉시 발생하는 용융 현상을 방지하여 단락 플레이트들의 접촉에 의해 유발되는 단락 상태를 유지함으로써, 퓨즈부의 퓨즈 기능이 이어지도록 할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 전극 조립체; 전극 조립체를 수용하는 케이스; 케이스를 밀봉하며 단락홀을 가지는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 및 단락홀에 설치되는 제 1 단락 플레이트, 캡 플레이트로부터 이격된 외측에 단락홀을 덮도록 설치되는 제 2 단락 플레이트, 및 제 1 단락 플레이트와 상기 제 2 단락 플레이트 사이에 설치되는 제 3 단락 플레이트를 포함하는 단락 부재를 포함하는 이차 전지가 개시된다.
일례로, 전극 조립체; 전극 조립체를 수용하는 케이스; 케이스를 밀봉하며 단락홀을 가지는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 및 단락홀에 설치되는 제 1 단락 플레이트, 캡 플레이트로부터 이격된 외측에 단락홀을 덮도록 설치되는 제 2 단락 플레이트, 및 제 1 단락 플레이트와 상기 제 2 단락 플레이트 사이에 설치되는 제 3 단락 플레이트를 포함하는 단락 부재를 포함하는 이차 전지가 개시된다.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(Rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 전극 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 구성된다.
한편, 이차 전지는 과충전 등에 의해 과도한 열이 발생하거나 전해액이 분해되면 내부 압력이 상승하여 발화되거나 폭발할 수 있다. 이에 따라, 안전성을 향상시킬 수 있는 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 단락 플레이트들의 접촉시 발생하는 용융 현상을 방지하여 단락 플레이트들의 접촉에 의해 유발되는 단락 상태를 유지함으로써, 퓨즈부의 퓨즈 기능이 이어지도록 할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하며 단락홀을 가지는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 및 상기 단락홀에 설치되는 제 1 단락 플레이트, 상기 캡 플레이트로부터 이격된 외측에 상기 단락홀을 덮도록 설치되는 제 2 단락 플레이트, 및 상기 제 1 단락 플레이트와 상기 제 2 단락 플레이트 사이에 설치되는 제 3 단락 플레이트를 포함하는 단락 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 2 단락 플레이트로부터 이격될 수 있다.
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 단락홀의 일측에 연결되는 일측과, 상기 단락홀의 타측로부터 이격되는 타측을 가질 수 있다.
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 커지면 상기 제 1 단락 플레이트에 의해 상기 제 2 단락 플레이트와 접촉할 수 있다.
상기 제 1 단락 플레이트는 아래로 볼록한 라운드부와, 상기 캡 플레이트에 고정되는 테두리부를 포함하는 반전 플레이트로 이루어질 수 있다.
상기 단락홀의 측면은 계단형이며, 상기 단락홀의 직경은 하부에서 상부로 갈수록 커질 수 있다.
상기 단락홀의 측면은 하부에서 상부로 순차적으로 제 1 단차면, 제 2 단차면 및 제 3 단차면을 가지며, 상기 제 1 단락 플레이트는 상기 제 1 단차면에 고정되며, 상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 2 단차면의 일측에 고정될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 상기 제 2 단락 플레이트와 상기 캡 플레이트 사이에 설치되며, 상기 단락홀과 대응되는 영역이 개구된 상부 절연 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 단락 플레이트와 제 3 단락 플레이트는 마주보는 면들이 평평할 수 있다. 이때, 상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 커지면, 상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 1 단락 플레이트에 의해 상기 제 2 단락 플레이트와 선 접촉(line contact)할 수 있다.
상기 제 2 단락 플레이트는 제 3 단락 플레이트와 마주보는 면이 평평하며, 상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 2 단락 플레이트와 마주보는 면의 일측에 챔퍼를 가질 수 있다. 이때, 상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 커지면, 상기 제 2 단락 플레이트는 상기 제 1 단락 플레이트에 의해 상기 제 3 단락 플레이트의 챔퍼와 면 접촉(surfacce contact)할 수 있다.
상기 제 2 단락 플레이트는 홀; 및 상기 제 3 단락 플레이트와 마주보는 면에 형성되며, 상기 홀의 주변에서 돌출되는 돌기를 포함할 수 있다. 상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 2 단락 플레이트와 마주보는 면이 평평할 수 있다. 이때, 상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 커지면, 상기 제 2 단락 플레이트의 돌기는 상기 제 1 단락 플레이트에 의해 상기 제 3 단락 플레이트와 선 접촉할 수 있다. 또한, 상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 2 단락 플레이트와 마주보는 면의 일측에 챔퍼를 가질 수 있다. 이때, 상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 커지면, 상기 제 2 단락 플레이트의 돌기는 상기 제 1 단락 플레이트에 의해 상기 제 3 단락 플레이트의 챔퍼와 면 접촉할 수 있다.
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 1 단락 플레이트보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 단락 플레이트와 제 2 단락 플레이트 사이에 제 1 단락 플레이트보다 두꺼운 제 3 단락 플레이트를 구비함으로써, 제 2 단락 플레이트와 얇은 두께를 가지는 제 1 단락 플레이트의 접촉시 발생하는 제 1 단락 플레이트의 용융 현상을 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 과충전 등에 의해 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되는 경우 제 2 단락 플레이트와 제 3 단락 플레이트의 접촉에 의해 유발되는 단락 상태를 유지함으로써 퓨즈부의 퓨즈 기능이 이어지도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3a는 도 2의 'A' 부분의 확대 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 'A' 부분과 대응되는 부분의 확대 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 'A' 부분과 대응되는 부분의 확대 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 'A' 부분과 대응되는 부분의 확대 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3a는 도 2의 'A' 부분의 확대 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 'A' 부분과 대응되는 부분의 확대 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 'A' 부분과 대응되는 부분의 확대 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 'A' 부분과 대응되는 부분의 확대 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이고, 도 3a는 도 2의 'A' 부분의 확대 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명이 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10), 제 1 집전판(20), 제 2 집전판(30), 케이스(40), 캡 조립체(50) 및 단락 부재(60)를 포함한다.
상기 전극 조립체(10)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(11), 세퍼레이터(13), 제 2 전극판(12)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판(11)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(12)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 제 1 전극판(11)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부(11a)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(11a)는 제 1 전극판(11)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극판(11)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(12)은 니켈 또는 구리와 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부(12a)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부(12a)는 제 2 전극판(12)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극판(12)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제 1 전극판(11) 및 제 2 전극판(12)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
상기 세퍼레이터(13)는 제 1 전극판(11)과 제 2 전극판(12) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어져 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(13)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(10)의 양측 단부에는 제 1 전극판(11)과 제 2 전극판(12) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 집전판(20)과 제 2 집전판(30)이 결합된다.
상기 제 1 집전판(20)은 알루미늄 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(10)의 일측 단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(11a)와 접촉됨으로써, 제 1 전극판(11)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 집전판(20)은, 도 2를 참조하면, 제 1 연결부(21), 제 1 연장부(23), 제 1 단자홀(24) 및 제 1 퓨즈부(25)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 연결부(21)는 전극 조립체(10)의 상부와 캡 조립체(50)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성된다.
상기 제 1 연장부(23)는 제 1 연결부(21)의 단부에서 절곡되고 연장되며, 제 1 전극 무지부(11a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성된다. 여기서, 상기 제 1 연결부(21)와 제 1 연장부(23)가 만나는 모서리를 'C' 라고 하기로 하며, 상기 제 1 연결부(21)와 제 제 1 연장부(23)는 상기 모서리(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 제 1 단자홀(24)은 제 1 연결부(21)의 일측에 형성되며, 제 1 연결부(21) 중 상기 캡 조립체(50)의 제 1 전극 단자(52)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다. 여기서, 상기 제 1 단자홀(24)은 제 1 연결부(21) 중 모서리(C)와 멀리 이격되게 위치한다.
상기 제 1 퓨즈부(25)는 전해액과 접촉하지 않도록 전극 조립체(10)의 상부 영역, 즉 제 1 연결부(21) 상에 형성된다. 또한, 상기 제 1 퓨즈부(25)는 제 1 단자홀(24)에 결합되는 제 1 전극 단자(52)와 중첩되지 않도록 제 1 연결부(21) 중 모서리(C)와 인접한 영역에 위치한다. 구체적으로, 상기 제 1 퓨즈부(25)는 제 1 퓨즈홀(25a)과, 제 1 퓨즈홀(25a)의 주변에서 돌출된 제 1 보강돌기(25b)를 가진다. 이러한 제 1 퓨즈홀(25a)은, 이차 전지(100)에 단락이 발생하여 큰 전류가 흐르는 경우 발생한 열에 의해 제 1 퓨즈홀(25a)이 형성된 영역을 용융되게 하여 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다. 상기 제 1 보강돌기(25b)는 이차 전지(100)에 단락이 발생 되기 전 외부 충격에 대해 제 1 퓨즈홀(25a)이 형성된 영역의 강도를 보강하는 강도 보강 기능을 한다.
상기 제 2 집전판(30)은 니켈 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(10)의 타측 단부로 돌출된 제 2 전극 무지부(12a)와 접촉됨으로써, 제 2 전극판(12)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 집전판(30)은 제 2 연결부(31), 제 2 연장부(33) 및 제 2 단자홀(34)을 포함한다.
상기 제 2 집전판(30)의 제 2 연결부(31), 제 2 연장부(33) 및 제 2 단자홀(34)은 도 2에 도시된 상기 제 1 집전판(20)의 1 연결부(21), 제 1 연장부(23) 및 제 1 단자홀(24)과 동일한 형상을 가지며 동일한 역할을 하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기 케이스(40)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(10), 제 1 집전판(20) 및 제 2 집전판(30)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(40)와 캡 조립체(50)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(50)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(40)의 내면은 절연처리되어, 전극 조립체(10), 제 1 집전판(20), 제 2 집전판(30) 및 캡 조립체(50)와 절연된다. 여기서, 상기 케이스(40)는 하나의 극성, 예를 들어 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 조립체(50)는 케이스(40)에 결합된다. 상기 캡 조립체(50)는 구체적으로 캡 플레이트(51), 제 1 전극 단자(52), 제 2 전극 단자(53), 가스켓(54), 너트(55)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 캡 조립체(50)는 마개(56), 벤트 플레이트(57), 연결판(58), 상부 절연 부재(59a) 및 하부 절연 부재(59b)를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(51)는 케이스(40)의 개구를 밀봉하며, 케이스(40)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(51)는 전해액 주입구(51a), 벤트홀(51b) 및 단락홀(51c)을 가질 수 있다. 여기서, 상기 단락홀(51c)의 측면은 계단형일 수 있으며, 단락홀(51c)의 직경은 하부에서 상부로 갈수록 커질 수 있다. 이에 따라, 상기 단락홀(51c)의 측면은 제 1 단차면(SS1), 제 2 단차면(SS2) 및 제 3 단차면(SS3)을 포함할 수 있다. 상기 캡 플레이트(51)는 케이스(40)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 제 1 전극 단자(52)는 캡 플레이트(51)의 일측을 관통하여 제 1 집전판(20)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 전극 단자(52)는 기둥형으로 형성될 수 있으며, 캡 플레이트(51)의 상부로 노출된 상부 기둥의 외주연에는 나사산이 형성되고, 캡 플레이트(51)의 하부에 위치하는 하부 기둥에는 제 1 전극 단자(52)가 캡 플레이트(51)로부터 빠지지 않도록 플랜지(52a)가 형성되며, 제 1 전극 단자(52) 중 플랜지(52a) 하부에 위치하는 일부 기둥은 제 1 집전판(20)의 제 1 단자홀(24)에 끼워진다. 여기서, 상기 제 1 전극 단자(52)는 캡 플레이트(51)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 2 전극 단자(53)는 캡 플레이트(51)의 타측을 관통하여 제 2 집전판(30)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 전극 단자(53)는 제 1 전극 단자(52)와 동일한 형상을 가지므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 제 2 전극 단자(53)는 캡 플레이트(51)와 절연된다.
상기 가스켓(54)은 절연성 재질로 제 1 전극 단자(52) 및 제 2 전극 단자(53) 각각과 캡 플레이트(51) 사이에 형성되어 제 1 전극 단자(52) 및 제 2 전극 단자(53) 각각과 캡 플레이트(51) 사이의 공간을 밀봉시킨다. 이러한 가스켓(54)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 너트(55)는 제 1 전극 단자(52) 및 제 2 전극 단자(53) 각각에 형성된 나사산을 따라 체결되어 제 1 전극 단자(52) 및 제 2 전극 단자(53) 각각을 캡 플레이트(51)에 고정시킨다.
상기 마개(56)는 캡 플레이트(51)의 전해액 주입구(51a)를 밀봉하며, 벤트 플레이트(57)는 캡 플레이트(51)의 벤트홀(51b)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(57a)를 포함한다.
상기 연결판(58)은 제 1 전극 단자(52)와 캡 플레이트(51) 사이에 제 1 전극 단자(52)가 끼워지도록 형성되며, 너트(55)를 통해서 캡 플레이트(51)와 가스켓(54)에 밀착된다. 이러한 연결판(58)은 제 1 전극 단자(52)와 캡 플레이트(51)를 전기적으로 연결한다.
상기 상부 절연부재(59a)는 제 2 전극 단자(53)와 캡 플레이트(51) 사이에 제 2 전극 단자(53)가 끼워지도록 형성되며, 캡 플레이트(51)와 가스켓(54)에 밀착된다. 이러한 상부 절연부재(59a)는 제 2 전극 단자(53)와 캡 플레이트(51)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(59b)는 제 1 집전판(20)과 제 2 집전판(30) 각각과 캡 플레이트(51) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다.
상기 단락 부재(60)는 캡 조립체(50)의 상부에 설치되며, 과충전 등에 의해 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 단락을 유도하여 제 1 퓨즈부(25)가 전류의 흐름을 차단하도록 한다. 이를 위해, 상기 단락 부재(60)는 도전성 재질의 제 1 단락 플레이트(61), 제 2 단락 플레이트(62) 및 제 3 단락 플레이트를 포함하여 이루어진다.
도 3a를 참조하면, 상기 제 1 단락 플레이트(61)는 캡 플레이트(51)의 단락홀(51c)에 설치된다. 상기 제 1 단락 플레이트(61)는 아래로 볼록한 라운드부(61a)와, 단락홀(51c)의 측면, 즉 제 1 단차면(SS1)에 고정된 테두리부(61b)를 포함하는 반전 플레이트로 이루어지며, 캡 플레이트(51)와 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 단락 플레이트(61)는 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 단락 플레이트(61)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 1 단락 플레이트(61)는 반전 가능하도록 대략 0.4mm 내지 0.6mm의 두께를 가질 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 단락 플레이트(62)는 캡 플레이트(51)로부터 이격된 외측에서 제 2 전극 단자(53)가 끼워지도록 형성되며, 단락홀(51c)을 덮도록 연장된다. 상기 제 2 단락 플레이트(62)는 제 2 전극 단자(53)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 제 2 단락 플레이트(62)는 평평한 상면과 하면을 가지며 구리 재질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 2 단락 플레이트(62)는 1mm 이상의 두께를 가질 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 3 단락 플레이트(63)는 제 1 단락 플레이트(61)와 제 2 단락 플레이트(62) 사이에서 제 2 단락 플레이트(62)로부터 이격되게 설치되며, 평평한 상면 및 하면을 갖는다. 이러한 제 3 단락 플레이트(63)는, 도 3b를 참조하면, 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 위로 볼록하게 돌출되는 제 1 단락 플레이트(61)에 의해 제 2 단락 플레이트(62)와 접촉하여 단락을 유발시킨다. 상기 단락이 유발되면 큰 전류가 흐르게 되고 열이 발생하며, 이때 제 1 퓨즈부(25)는 퓨즈 기능을 함으로써, 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킨다. 여기서, 제 3 단락 플레이트(63)와 제 2 단락 플레이트(62)는 선 접촉(line contact)할 수 있다.
상기 제 3 단락 플레이트(63)는, 구체적으로 제 2 단락 플레이트(62)와 접촉하기 위해 단락홀(51c)의 일측에 연결되는 일측과, 단락홀(51c)의 타측에 이격되는 타측을 가진다. 즉, 상기 제 3 단락 플레이트(63)의 일측은 제 2 단차면(SS2)의 일측에 고정되며, 제 3 단락 플레이트(63)의 타측은 위로 이동 가능하도록 제 2 단차면(SS2)의 타측으로부터 이격된다. 여기서, 상기 제 3 단락 플레이트(63)는 캡 플레이트(51)와 전기적으로 연결되며, 알루미늄 재질로 형성될 수 있으나 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제 3 단락 플레이트(63)는 제 1 단락 플레이트(61)보다 두꺼운 두께, 예를 들어 0.7mm 내지 0.8mm의 두께를 가진다. 이러한 제 3 단락 플레이트(63)는 얇은 두께의 제 1 단락 플레이트(61)를 대신하여 제 2 단락 플레이트(62)에 접촉하여 단락을 유발시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제 3 단락 플레이트(63)는 얇은 두께의 제 1 단락 플레이트(61)가 제 2 단락 플레이트(62)에 접촉하여 단락이 발생된 경우 제 1 퓨즈부(25)가 퓨즈 기능을 하기도 전에 제 1 단락 플레이트(61)가 용융되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 제 3 단락 플레이트(63)는 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 단락 상태를 유지하여 제 1 퓨즈부(25)가 퓨즈 기능을 할 수 있게 한다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 단락 플레이트(61)와 제 2 단락 플레이트(62) 사이에 제 1 단락 플레이트(61)보다 두꺼운 제 3 단락 플레이트(63)를 구비함으로써, 제 2 단락 플레이트(62)와 얇은 두께를 가지는 제 1 단락 플레이트(61)의 접촉시 발생하는 제 1 단락 플레이트(61)의 용융 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 과충전 등에 의해 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되는 경우 제 2 단락 플레이트(62)와 제 3 단락 플레이트(63)의 접촉에 의해 유발되는 단락 상태를 유지함으로써 제 1 퓨즈부(25)의 퓨즈 기능이 이어지도록 할 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 관해 설명하기로 한다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 'A' 부분과 대응되는 부분의 확대 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 단락 부재(160)의 제 3 단락 플레이트(163)의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 도시 및 중복된 설명은 생략하기로 하며, 제 3 단락 플레이트(163)에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 부재(160)는 도전성 재질의 제 1 단락 플레이트(61), 제 2 단락 플레이트(62) 및 제 3 단락 플레이트(163)를 포함한다.
상기 제 3 단락 플레이트(163)는 도 3a에 도시된 제 3 단락 플레이트(63)와 유사하다. 다만, 상기 제 3 단락 플레이트(163)는 제 2 단락 플레이트(62)와 마주보는 면의 타측 모서리를 깍은 챔퍼(chamfer; 163a)를 포함한다. 상기 챔퍼(163a)는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 3 단락 플레이트(163)가 제 1 단락 플레이트(61)에 의해 위로 올라가는 경우 제 2 단락 플레이트(62)와 면 접촉(surface contact)하게 되어, 제 2 단락 플레이트(62)와 제 3 단락 플레이트(163)의 접촉시 저항을 줄일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 챔퍼(163a)를 가지는 제 3 단락 플레이트(163)를 구비함으로써, 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 위로 볼록하게 돌출되는 제 1 단락 플레이트(61)에 의해 제 2 단락 플레이트(62)와 제 3 단락 플레이트(163)가 접촉되는 부분에서 용융되는 현상을 줄일 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 대한 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 5a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 'A' 부분과 대응되는 부분의 확대 단면도이고, 도 5b는 도 5a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 단락 부재(260)의 제 2 단락 플레이트(262)의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 도시 및 중복된 설명은 생략하기로 하며, 제 2 단락 플레이트(262)에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 부재(260)는 도전성 재질의 제 1 단락 플레이트(61), 제 2 단락 플레이트(262) 및 제 3 단락 플레이트(63)를 포함한다.
상기 제 2 단락 플레이트(262)는 도 3a에 도시된 제 2 단락 플레이트(62)와 유사하다. 다만, 상기 제 2 단락 플레이트(262)는 홀(262a)과 돌기(262b)를 포함한다.
상기 홀(262a)은 제 2 단락 플레이트(262)와 제 3 단락 플레이트(63)가 접촉하여 단락이 발생할 경우 전류의 흐름이 일정하도록 한다. 즉, 상기 홀(262a)은 제 2 단락 플레이트(262)와 제 3 단락 플레이트(63)의 접촉 영역에서 저항이 크기 때문에, 제 2 단락 플레이트(262)와 제 3 단락 플레이트(63)의 접촉 영역의 저항과 다른 영역의 저항의 차이를 최소화한다.
상기 돌기(262b)는 제 3 단락 플레이트(63)와 마주보는 면에 형성되며, 홀(262a)의 주변에서 돌출된다. 이러한 돌기(262b)는 제 2 단락 플레이트(262)와 제 3 단락 플레이트(63) 사이의 거리를 줄여, 제 1 단락 플레이트(61)에 의해 제 2 단락 플레이트(262)와 제 3 단락 플레이트(63)의 접촉을 강하게 접촉시킬 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 홀(262a)과 돌기(262b)를 가지는 제 2 단락 플레이트(262)를 구비함으로써, 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 위로 볼록하게 돌출되는 제 1 단락 플레이트(61)에 의해 제 2 단락 플레이트(262)와 제 3 단락 플레이트(63)가 접촉되어 발생하는 단락을 용이하게 유발되게 할 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 대한 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 6a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 'A' 부분과 대응되는 부분의 확대 단면도이고, 도 6b는 도 6a의 제 3 단락 플레이트가 제 2 단락 플레이트에 접촉하는 경우를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 단락 부재(360)의 제 2 단락 플레이트(262)와 제 3 단락 플레이트(163)의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 도시 및 중복된 설명은 생략하기로 하며, 제 2 단락 플레이트(262)와 제 3 단락 플레이트(163)에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 부재(360)는 도전성 재질의 제 1 단락 플레이트(61), 제 2 단락 플레이트(262) 및 제 3 단락 플레이트(163)를 포함한다.
상기 제 2 단락 플레이트(262)는 도 3a에 도시된 제 2 단락 플레이트(62)와 유사하다. 다만, 상기 제 2 단락 플레이트(262)는 홀(262a)과 돌기(262b)를 포함한다. 이러한 제 2 단락 플레이트(262)는 도 5a에서 이미 설명되었으므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 3 단락 플레이트(163)는 도 3a에 도시된 제 3 단락 플레이트(63)와 유사하다. 다만, 상기 제 3 단락 플레이트(163)는 제 2 단락 플레이트(262)와 마주보는 면의 타측 모서리를 깍은 챔퍼(chamfer; 163a)를 포함한다. 이러한 제 3 단락 플레이트(163)는 도 4a에서 이미 설명되었으므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 홀(262a)과 돌기(262b)를 가지는 제 2 단락 플레이트(262)와, 챔퍼(163a)를 가지는 제 3 단락 플레이트(163)를 구비함으로써, 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 위로 볼록하게 돌출되는 제 1 단락 플레이트(61)에 의해 제 2 단락 플레이트(262)와 제 3 단락 플레이트(163)가 접촉되는 부분에서 용융되는 현상을 줄일 수 있는 동시에, 제 2 단락 플레이트(262)와 제 3 단락 플레이트(163)가 접촉되어 발생하는 단락을 용이하게 유발되게 할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
10: 전극 조립체 20: 제 1 집전판
30: 제 2 집전판 40: 케이스
50: 캡 조립체 60: 단락 부재
61: 제 1 단락 플레이트 62, 262: 제 2 단락 플레이트
63, 163: 제 3 단락 플레이트 100: 이차 전지
30: 제 2 집전판 40: 케이스
50: 캡 조립체 60: 단락 부재
61: 제 1 단락 플레이트 62, 262: 제 2 단락 플레이트
63, 163: 제 3 단락 플레이트 100: 이차 전지
Claims (18)
- 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
상기 케이스를 밀봉하며 단락홀을 가지는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 및
상기 단락홀에 설치되는 제 1 단락 플레이트, 상기 캡 플레이트로부터 이격된 외측에 상기 단락홀을 덮도록 설치되는 제 2 단락 플레이트, 및 상기 제 1 단락 플레이트와 상기 제 2 단락 플레이트 사이에 설치되는 제 3 단락 플레이트를 포함하는 단락 부재를 포함하며,
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 단락홀의 일측에 연결되는 일측과, 상기 단락홀의 타측로부터 이격되는 타측을 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 2 단락 플레이트로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 커지면 상기 제 1 단락 플레이트에 의해 상기 제 2 단락 플레이트와 접촉하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단락 플레이트는 아래로 볼록한 라운드부와, 상기 캡 플레이트에 고정되는 테두리부를 포함하는 반전 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 단락홀의 측면은 계단형이며, 상기 단락홀의 직경은 하부에서 상부로 갈수록 커지는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 단락홀의 측면은 하부에서 상부로 순차적으로 제 1 단차면, 제 2 단차면 및 제 3 단차면을 가지며,
상기 제 1 단락 플레이트는 상기 제 1 단차면에 고정되며,
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 2 단차면의 일측에 고정되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 단락 플레이트와 상기 캡 플레이트 사이에 설치되며, 상기 단락홀과 대응되는 영역이 개구된 상부 절연 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 단락 플레이트와 제 3 단락 플레이트는 마주보는 면들이 평평한 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 9 항에 있어서,
상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 커지면, 상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 1 단락 플레이트에 의해 상기 제 2 단락 플레이트와 선 접촉(line contact)하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 단락 플레이트는 제 3 단락 플레이트와 마주보는 면이 평평하며,
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 2 단락 플레이트와 마주보는 면의 일측에 챔퍼를 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 커지면, 상기 제 2 단락 플레이트는 상기 제 1 단락 플레이트에 의해 상기 제 3 단락 플레이트의 챔퍼와 면 접촉(surfacce contact)하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 단락 플레이트는
홀; 및
상기 제 3 단락 플레이트와 마주보는 면에 형성되며, 상기 홀의 주변에서 돌출되는 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 2 단락 플레이트와 마주보는 면이 평평한 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 14 항에 있어서,
상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 커지면, 상기 제 2 단락 플레이트의 돌기는 상기 제 1 단락 플레이트에 의해 상기 제 3 단락 플레이트와 선 접촉하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 2 단락 플레이트와 마주보는 면의 일측에 챔퍼를 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 16 항에 있어서,
상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 커지면, 상기 제 2 단락 플레이트의 돌기는 상기 제 1 단락 플레이트에 의해 상기 제 3 단락 플레이트의 챔퍼와 면 접촉하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 단락 플레이트는 상기 제 1 단락 플레이트보다 두꺼운 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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