KR101165514B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이메탈로 형성된 안전판을 구비함으로써 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트; 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하는 제 1 전극 단자; 및 상기 제 1 전극 단자와 결합된 안전판을 포함하고, 상기 안전판은 바이메탈로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Rechargeable battery}

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 과도한 열이 발생하거나 전해액이 분해되면 내부 압력이 상승하여 발화되거나 폭발할 수 있다. 이에 따라, 안전성을 향상시킬 수 있는 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 이차 전지 내부의 열에 의한 발화 및 폭발을 막음으로써 안전성을 향상시키는데 있다.

본 발명에 의한 이차 전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트; 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하는 제 1 전극 단자; 및 상기 제 1 전극 단자와 결합된 안전판을 포함하고, 상기 안전판은 바이메탈로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 안전판은 제 1 팽창층과, 상기 제 1 팽창층 보다 열팽창율이 작은 제 2 팽창층으로 이루어질 수 있다.

상기 제 2 팽창층은 상기 캡 플레이트의 상면과 마주볼 수 있다. 상기 안전판은 이차 전지의 온도가 80℃ 내지 150℃ 이거나 80℃ 보다 높으면 상기 캡 플레이트의 상면에 단락될 수 있다.

또한, 상기 제 2 팽창층은 상기 캡 플레이트의 하면과 마주볼 수 있다. 상기 안전판은 이차 전지의 온도가 80℃ 내지 150℃ 이거나 80℃ 보다 높으면 상기 캡 플레이트의 하면에 단락될 수 있다.

상기 안전판의 일측에는 상기 제 1 전극 단자가 관통하는 단자홀이 형성될 수 있다.

상기 제 1 전극 단자는 상기 캡 플레이트를 관통하는 제 1 단자 몸체; 상기 제 1 단자 몸체에 연결된 동시에 상기 캡 플레이트의 하부에 위치하는 제 1 단자 연결부; 및 상기 제 1 단자 연결부로부터 수직 방향으로 연장되며, 상기 전극 조립체에 용접된 제 1 단자 연장부를 포함할 수 있다.

상기 안전판은 상기 제 1 단자 몸체의 상부에 결합되고, 상기 케이스의 외부에 형성될 수 있다. 상기 안전판은 상기 제 1 단자 몸체의 하부에 결합되고, 상기 케이스의 내부에 형성될 수 있다.

상기 캡 플레이트의 일측에는 단락홀이 형성되고, 상기 단락홀에는 아래로 볼록한 단락 플레이트가 형성될 수 있다. 상기 단락 플레이트는 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 단락 플레이트는 이차 전지의 압력이 기준 압력보다 높아지면 위로 볼록해지고 상기 안전판과 단락될 수 있다.

상기 제 1 전극 단자는 상기 캡 플레이트의 극성과 반대일 수 있다.

상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되는 제 2 전극 단자를 더 포함하며, 상기 제 2 전극 단자는 상기 캡 플레이트의 극성과 동일할 수 있다. 상기 제 2 전극 단자는 상기 캡 플레이트를 관통하는 제 2 단자 몸체; 상기 제 2 단자 몸체에 연결된 동시에 상기 캡 플레이트의 하부에 위치하는 제 2 단자 연결부; 및 상기 제 2 단자 연결부로부터 수직 방향으로 연장되며, 상기 전극 조립체에 용접된 제 2 단자 연장부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 전극 단자와 전기적으로 연결되고 바이메탈로 형성된 안전판을 구비함으로써, 내부에 열이 발생할 경우 안전판이 휘어져 캡 플레이트와 단락됨으로써 안전성을 향상시킬 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 I-I'선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다
도 1c는 도 1b에 도시된 안전판의 사시도이다.
도 1d는 안전판의 동작을 설명하기 위해 도 1b에 도시된 A의 확대 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2b는 안전판의 동작을 설명하기 위해 도 2a에 도시된 A의 확대 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3b는 안전판의 동작을 설명하기 위해 도 3a에 도시된 A의 확대 단면도이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 I-I'선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 1c는 도 1b에 도시된 안전판의 사시도이고, 도 1d는 안전판의 동작을 설명하기 위해 도 1b에 도시된 A의 확대 단면도이다.

도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10), 제 1 전극 단자(20), 제 2 전극 단자(30), 케이스(40), 캡 조립체(50) 및 안전판(80)을 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 음극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(12)은 양극으로서 작용할 수 있다.

상기 제 1 전극판(11)은 니켈 또는 구리와 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 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 전극 단자(20) 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극판(11)의 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 제 2 전극판(12)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 전이금속산화물 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 전극 단자(30) 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 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리프로필렌이나, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 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 전극 단자(20)와 제 2 전극 단자(30)가 결합된다.

이러한 전극 조립체(10)는 실질적으로 전해액(도시되지 않음)과 함께 상기 케이스(40)에 수납된다. 상기 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF₆, LiBF₄와 같은 리튬염으로 이루어진다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상이다.

이러한 전해액은 상기 제 1 전극 단자(20)와 캡 조립체(50)의 사이 영역, 또는 제 2 전극 단자(30)와 캡 조립체(50)의 사이 영역에 침투할 경우, 제 1 전극 단자(20)와 캡 조립체(50) 또는 제 2 전극 단자(30)와 캡 조립체(50) 사이의 전기적 단락을 유발한다.

제 1 전극 단자(20)는 니켈 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(10)의 일측 단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(11a)와 용접됨으로써, 제 1 전극판(11)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 전극 단자(20)는 제 1 단자 몸체(21), 제 1 단자 연결부(22) 및 제 1 단자 연장부(23)를 포함한다.

상기 제 1 단자 몸체(21)는 상기 캡 조립체(50)를 관통하여 상기 캡 조립체(50)에 고정된다. 상기 제 1 단자 몸체(21)의 상부에는 나사산이 형성되고, 상기 제 1 단자 몸체(21)의 하부는 상기 제 1 단자 연결부(22)의 하부로 튀어 나오게 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극 단자(20)는 캡 플레이트(51)와 절연된다.

상기 제 1 단자 연결부(22)는 상기 제 1 단자 몸체(21)로부터 수평 방향으로 연장되어, 상기 캡 조립체(50)의 하면에 위치한다.

상기 제 1 단자 연장부(23)는 상기 제 1 단자 연결부(22)의 단부에서 수직 방향으로 연장되어, 상기 전극 조립체(10)중 제 1 전극 무지부(11a)에 밀착된다. 즉, 상기 제 1 단자 연장부(23)는 상기 제 1 전극 무지부(11a)에 용접된다.

상기 제 2 전극 단자(30)는 알루미늄 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 전극 단자(30)는 제 2 단자 몸체(31), 제 2 단자 연결부(32) 및 제 2 단자 연장부(33)를 포함한다.

상기 제 2 전극 단자(30)의 제 2 단자 몸체(31), 제 2 단자 연결부(32) 및 제 2 단자 연장부(33)는 상기 제 1 전극 단자(20)의 제 1 단자 몸체(21), 제 1 단자 연결부(22) 및 제 1 단자 연장부(23)과 동일한 형상을 가지며 동일한 역할을 하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 제 2 전극 단자(30)는 캡 플레이트(51)와 전기적으로 연결된다.

상기 케이스(40)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(10), 제 1 전극 단자(20), 제 2 전극 단자(30) 및 전해액(미도시)이 수용될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 1a 및 도 1b에서 상기 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 절연 처리되어, 전극 조립체(10), 제 1 전극 단자(20) 및 제 2 전극 단자(30)와 전기적으로 절연된다.

상기 캡 조립체(50)는 상기 케이스(40)에 결합된다. 상기 캡 조립체(50)는 먼저 캡 플레이트(51)를 포함한다. 상기 캡 플레이트(51)는 케이스(40)의 개구를 밀봉하며, 케이스(40)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(51)는 케이스(40)와 동일한 극성을 가질 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(51)는 전해액 주액구(52)를 막는 플러그(53) 및 상대적으로 두께가 얇은 안전 벤트(54)를 포함한다.

또한, 상기 캡 조립체(50)는 제 1 밀폐부(60) 및 제 2 밀폐부(70)를 포함한다.

상기 제 1 밀폐부(60)는 제 1 전극 단자(20)중 제 1 단자 몸체(21)가 관통하는 제 1 실 가스켓(61), 제 1 하부 절연부재(62), 제 1 상부 절연부재(63) 및 제 1 너트(64)를 포함한다.

상기 제 1 실 가스켓(61)은 몸체(61a)와 플랜지(61b)를 포함한다. 상기 몸체(61a)는 상기 제 1 단자 몸체(21)의 둘레를 대략 튜브 형태로 감쌈으로서, 상기 제 1 단자 몸체(21)가 캡 플레이트(51)와 전기적으로 단락되지 않도록 한다. 또한, 상기 플랜지(61b)는 상기 몸체(61a)로부터 절곡되어 수평 방향 및 외측 방향으로 일정 길이 연장되고, 또한 상기 캡 플레이트(51)의 하면에 밀착된다. 즉, 상기 플랜지(61b)는 상기 캡 플레이트(51)의 하면과 제 1 단자 연결부(22) 사이에 위치된다. 이러한 제 1 실 가스켓(61)은 외부의 수분이 캡 플레이트(51)를 통하여 케이스(40)의 내측으로 침투하지 못하도록 하는 역할을 한다.

상기 제 1 하부 절연체(62)는 상기 플랜지(61b)의 외측으로서 상기 캡 플레이트(51)의 하면에 밀착된다. 더불어, 상기 제 1 하부 절연체(62)의 일부 영역은 상기 제 1 단자 연결부(22)와 상기 캡 플레이트(51) 사이에 밀착된다.

상기 제 1 상부 절연체(63)는 상기 제 1 전극 단자(20)와 캡 플레이트(51) 사이에 제 1 전극 단자(20)가 끼워지도록 형성되며, 제 1 너트(64)를 통해서 캡 플레이트(51)와 제 1 실 가스켓(61)에 밀착된다. 상기 제 1 상부 절연체(63)는 캡 플레이트(51)와 다른 극성을 갖는 상기 제 1 전극 단자(20)와 상기 캡 플레이트(51)를 절연시키는 역할을 한다.

상기 제 1 너트(64)는 상기 제 1 전극 단자(20)에 형성된 나사산을 따라 체결되어 상기 제 1 전극 단자(20)를 상기 캡 플레이트(51)에 고정시킨다. 또한, 상기 제 1 너트(64)는 상기 나사산을 따라 체결되어 상기 제 1 상부 절연체(63)에 밀착된다.

상기 제 2 밀폐부(70)는 제 2 전극 단자(30)중 제 2 단자 몸체(31)가 관통하는 제 2 실 가스켓(71), 제 2 하부 절연부재(72), 제 2 너트(74) 및 제 2 연결부재(75)를 포함한다.

여기서, 상기 제 2 실 가스켓(71), 제 2 하부 절연부재(72) 및 제 2 너트(74)는 상기 제 1 실 가스켓(61), 제 1 하부 절연부재(62) 및 제 1 너트(64)와 동일한 형상을 가지며 동일한 역할을 하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 제 1 밀폐부(60)의 구성요소와 다른 제 2 상부 연결부재(75)에 대해서만 설명하기로 한다.

상기 제 2 상부 연결부재(75)는 상기 제 2 전극 단자(30)와 캡 플레이트(51) 사이에 제 2 전극 단자(30)가 끼워지도록 형성되며, 제 2 너트(74)를 통해서 캡 플레이트(51)와 제 2 실 가스켓(71)에 밀착된다. 상기 제 2 상부 연결부재(75)는 알루미늄 등의 도전성 재질로 형성되며, 캡 플레이트(51)와 동일한 극성을 갖는 상기 제 2 전극 단자(30)와 상기 캡 플레이트(51)를 전기적으로 연결시키는 역할을 한다.

상기 안전판(80)은 상기 제 1 전극 단자(20)의 상부에 결합되며, 캡 플레이트(51)의 상부 및 케이스(40)의 외부에 형성된다. 상기 안전판(80)은 열팽창율이 다른 제 1 팽창층(80a) 및 제 2 팽창층(80b)으로 이루어진 바이메탈로 형성되며, 상기 안전판(80)의 일측에는 단자홀(81)이 형성된다. 또한, 상기 안전판(80)은 상기 제 1 전극 단자(20)와 전기적으로 연결된다.

상기 안전판(80)은 열팽창율이 다른 소재의 두 금속이 사용되며, 상대적으로 열팽창율이 높은 제 1 팽창층(80a)과 상대적으로 열팽창율이 낮은 제 2 팽창층(80b)으로 형성된다. 즉, 상기 제 1 팽창층(80a)은 같은 온도에서 상기 제 2 팽창층(80b) 보다 더 많이 팽창하게 되어 한쪽으로 휘어지게 된다. 여기서, 상기 제 2 팽창층(80b)은 캡 플레이트(51)의 상면과 마주보고 있으며 그 위에 제 1 팽창층(80a)이 형성되어 있으므로, 이차 전지(100) 내부의 온도가 상승하면 제 1 팽창층(80a)이 더 팽창하여 아래로 휘어지게 된다.

상기 제 1 팽창층(80a)은 열팽창율이 높은 금속으로, 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금이 사용될 수 있으나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 제 2 팽창층(80b)은 열팽창율이 낮은 금속으로, 니켈(Ni)?망간(Mn)?철(Fe)의 합금, 니켈(Ni)?몰리브덴(Mo)?철(Fe)의 합금, 니켈(Ni)?망간(Mn)?구리(Cu)의 합금 등이 사용될 수 있으나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 단자홀(81)은 상기 안전판(80)의 일부에 형성되며, 상기 제 1 단자 몸체(21)가 관통되는 홀이다. 상기 단자홀(81)에 의해 상기 안전판(80)이 상기 제 1 전극 단자(20)에 고정될 수 있다.

도 1d를 참조하여, 상기 안전판(80)의 역할을 살펴보면 다음과 같다.

이차 전지(100)의 과충전 등으로 인해 내부에 열이 발생할 경우, 그 열은 제 1 전극 단자(20)를 통해 상기 안전판(80)에 전달된다. 상기 안전판(80)은 상기 이차 전지(100)의 내부 온도가 80℃ 내지 150℃ 이거나 80℃ 보다 높으면 팽창하게 된다. 여기서, 이차 전지의 내부 온도가 80℃ 보다 낮으면 상기 안전판이 동작하지 않게 되고, 150℃ 보다 높으면 상기 이차 전지의 신뢰성 및 안전성에 문제가 생기게 된다. 상기 안전판(80)은 열팽창율이 다른 바이메탈로 이루어져 있기 때문에, 같은 온도라 하더라도 상대적으로 열팽창율이 큰 제 1 팽창층(80a)이 더 늘어나게 된다. 따라서, 상기 안전판(80)은 아래로 휘어지면서 캡 플레이트(51)의 상면에 단락되게 된다. 여기서, 상기 안전판(80)은 제 1 전극 단자(20)와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 캡 플레이트(51)는 제 2 전극 단자(30)와 전기적으로 연결되어 있으므로, 결과적으로 상기 제 1 전극 단자(20)와 제 2 전극 단자(30)가 단락이 되어 상기 이차 전지(100)는 방전된다. 이러한 방전으로 상기 이차 전지(100)의 온도는 내려가고, 팽창되어 위로 휘어진 안전판(80)은 수축되어 원래의 형태로 돌아오게 된다. 즉, 상기 안전판(80)은 이차 전지(100) 내부의 열을 감지하여 온도가 일정 온도 이상으로 올라가면 캡 플레이트(51)의 상면에 단락됨으로써, 발화 및 폭발의 위험과 같은 위험한 상황까지 이르기 전에 이차 전지(100)의 충전 및 방전 동작을 정지 시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 전극 단자(20)와 전기적으로 연결되고 바이메탈로 형성된 안전판(80)을 구비함으로써, 과충전 등에 의해 내부에 열이 발생할 경우 상기 안전판(80)이 휘어져 제 2 전극 단자(30)와 전기적으로 연결된 캡 플레이트(51)에 단락된다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 발화 및 폭발을 방지함으로써 안전성을 향상시킬 수 있다.

다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이고, 도 2b는 안전판의 동작을 설명하기 위해 도 2a에 도시된 A의 확대 단면도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 도 1b에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 안전판(180)의 위치만 달라질 뿐 동일한 구성을 가지며 동일한 역할을 한다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시에에 따른 이차 전지(200)에서 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 안전판(180)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 전극 조립체(10), 제 1 전극 단자(20), 제 2 전극 단자(30), 케이스(40), 캡 조립체(50) 및 안전판(180)을 포함한다.

상기 안전판(180)은 상기 제 1 전극 단자(20)의 하부에 결합되며, 캡 플레이트(51)의 하부 및 케이스(40)의 내부에 형성된다. 상기 안전판(80)은 열팽창율이 다른 제 1 팽창층(180a) 및 제 2 팽창층(180b)으로 이루어진 바이메탈로 형성된다. 또한, 상기 안전판(180)은 상기 제 1 전극 단자(20)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 제 2 팽창층(180b)은 캡 플레이트(51)의 하면과 마주보고 있으며 그 아래에 제 1 팽창층(180a)이 형성되어 있으므로, 이차 전지(100) 내부의 온도가 상승하면 제 1 팽창층(180a)이 더 팽창하여 위로 휘어지게 된다.

도 2b를 참조하여, 상기 안전판(180)의 역할을 살펴보면 다음과 같다.

이차 전지(200)의 과충전 등으로 인해 내부에 열이 발생할 경우, 그 열은 제 1 전극 단자(20)를 통해 상기 안전판(180)에 전달된다. 상기 안전판(180)은 상기 이차 전지(100)의 내부 온도가 80℃ 내지 150℃ 이거나 80℃ 보다 높으면 팽창하게 된다. 여기서, 이차 전지의 내부 온도가 80℃ 보다 낮으면 상기 안전판이 동작하지 않게 되고, 150℃ 보다 높으면 상기 이차 전지의 신뢰성 및 안전성에 문제가 생기게 된다. 상기 안전판(180)은 열팽창율이 다른 바이메탈로 이루어져 있기 때문에, 같은 온도라 하더라도 상대적으로 열팽창율이 큰 제 1 팽창층(180a)이 더 늘어나게 된다. 따라서, 상기 안전판(180)은 위로 휘어지면서 캡 플레이트(51)의 하면에 단락되게 된다. 이러한 단락으로 상기 이차 전지(200)의 온도는 내려가고, 팽창되어 위로 휘어진 안전판(180)은 수축되어 원래의 형태로 돌아오게 된다. 즉, 상기 안전판(180)은 이차 전지(200) 내부의 열을 감지하여 온도가 일정 온도 이상으로 올라가면 캡 플레이트(51)의 하면에 단락됨으로써, 발화 및 폭발의 위험과 같은 위험한 상황까지 이르기 전에 이차 전지(200)의 충전 및 방전 동작을 정지 시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 제 1 전극 단자(20)와 전기적으로 연결되고 바이메탈로 형성된 안전판(180)을 구비함으로써, 과충전 등에 의해 내부에 열이 발생할 경우 상기 안전판(180)이 휘어져 제 2 전극 단자(30)와 전기적으로 연결된 캡 플레이트(51)에 단락된다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 발화 및 폭발을 방지함으로써 안전성을 향상시킬 수 있다.

다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.

도 3a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이고, 도 3b는 안전판의 동작을 설명하기 위해 도 3a에 도시된 A의 확대 단면도이다.

본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(300)는 도 2의 이차 전지(200)와 비교할 때 캡 플레이트(51)에 형성된 단락 플레이트(91)와 안전판(280)만 다를 뿐 동일한 구성을 가지며 동일한 역할을 한다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(300)에서 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 단락 플레이트(91)와 안전판(280)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(300)는 전극 조립체(10), 제 1 전극 단자(20), 제 2 전극 단자(30), 케이스(40), 캡 조립체(50) 및 안전판(280)을 포함한다.

상기 캡 조립체(50)는 캡 플레이트(51)를 포함하고, 상기 캡 플레이트(51)는 전해액 주액구(52)를 막는 플러그(53), 상대적으로 두께가 얇은 안전 벤트(54) 및 단락홀(90)에 형성된 단락 플레이트(91)를 포함한다.

상기 단락 플레이트(91)는 상기 캡 플레이트(51)의 일측에 형성된 단락홀(90)에 형성된다. 상기 단락 플레이트(91)는 아래로 볼록한 라운드부와 캡 플레이트(51)에 고정된 테두리부를 포함하는 반전 플레이트로 이루어질 수 있다. 상기 단락 플레이트(91)는 이차 전지(300)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 기준 압력보다 커지면 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 여기서, 상기 단락 플레이트(91)는 캡 플레이트(51)와 전기적으로 연결되며, 동일한 극성을 가진다.

상기 안전판(280)은 상기 제 1 전극 단자(20)의 상부에 결합되며, 캡 플레이트(51)의 상부 및 케이스(40)의 외부에 형성된다. 상기 안전판(280)은 열팽창율이 다른 제 1 팽창층(280a) 및 제 2 팽창층(280b)으로 이루어진 바이메탈로 형성된다. 또한, 상기 안전판(280)은 상기 제 1 전극 단자(20)와 전기적으로 연결된다.

상기와 같은 구성에 따라, 단락 플레이트(91) 및 상기 안전판(280)의 역할을 살펴보면 다음과 같다.

이차 전지(300)의 과충전 등으로 인해 내부에 열이 발생하고 내부 압력이 상승하게 된다. 내부에서 발생된 열은 제 1 전극 단자(20)를 통해 상기 안전판(280)에 전달되고, 상기 안전판(280)은 상기 이차 전지(300)의 내부 온도가 80℃ 내지 150℃ 이거나 80℃ 보다 높으면 팽창하게 된다. 여기서, 이차 전지의 내부 온도가 80℃ 보다 낮으면 상기 안전판이 동작하지 않게 되고, 150℃ 보다 높으면 상기 이차 전지의 신뢰성 및 안전성에 문제가 생기게 된다. 상기 안전판(280)은 열팽창율이 다른 바이메탈로 이루어져 있기 때문에, 같은 온도라 하더라도 상대적으로 열팽창율이 큰 제 1 팽창층(280a)이 더 늘어나게 되어 아래로 휘어진다. 또한, 내부 압력이 상승하여 기준 압력보다 커지면, 상기 단락 플레이트(91)는 위로 볼록하에 돌출되어 상기 안전판(280)과 단락된다. 즉, 이차 전지(300)의 과충전 등으로 내부 온도 및 압력이 상승되면 상기 안전판(280)과 단락 플레이트(91)가 단락됨으로써, 발화 및 폭발의 위험과 같은 위험한 상황까지 이르기 전에 이차 전지(300)의 충전 및 방전 동작을 정지 시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(300)는 바이메탈로 형성된 안전판(280) 및 단락 플레이트(91)을 구비함으로써, 과충전 등에 의해 내부에 온도 및 압력이 상승할 경우 상기 안전판(280)이 휘어지고 단락 플레이트(91)가 반전되어, 상기 안전판(280)과 단락 플레이트(91)가 단락된다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지(300)는 발화 및 폭발을 방지함으로써 안전성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100, 200, 300: 이차 전지 10: 전극 조립체
20: 제 1 전극 단자 21: 제 1 단자 몸체
22: 제 1 단자 연결부 23: 제 1 단자 연장부
30: 제 2 전극 단자 21: 제 2 단자 몸체
22: 제 2 단자 연결부 23: 제 2 단자 연장부
40: 케이스 50: 캡 조립체
51: 캡 플레이트 52: 주액구
53: 플러그 54: 안전벤트
60: 제 1 밀폐부 61: 제 1 실 가스켓
62: 제 1 하부 절연부재 63: 제 1 상부 절연부재
61: 제 1 너트 70: 제 2 밀폐부
71: 제 2 실 가스켓 72: 제 2 하부 절연부재
74: 제 2 너트 75: 제 2 연결부재
80, 180, 280: 안전판 81: 단자홀
80a, 180a, 280a: 제 1 팽창층 80b, 180b, 280b: 제 2 팽창층
90: 단락 플레이트

Claims (18)

1. 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
   상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
   상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트;
   상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하는 제 1 전극 단자; 및
   상기 제 1 전극 단자와 결합되며, 바이메탈로 형성된 안전판을 포함하고,
   상기 제 1 전극 단자는
   상기 캡 플레이트를 관통하는 제 1 단자 몸체;
   상기 제 1 단자 몸체로부터 수평 방향으로 연장되며, 상기 캡 플레이트의 하부에 위치하는 제 1 단자 연결부; 및
   상기 제 1 단자 연결부로부터 수직 방향으로 연장되며, 상기 전극 조립체에 용접된 제 1 단자 연장부를 포함하고,
   상기 캡 플레이트의 일측에는 단락홀이 형성되고,
   상기 단락홀에는 아래로 볼록한 단락 플레이트가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 안전판은 제 1 팽창층과, 상기 제 1 팽창층 보다 열팽창율이 작은 제 2 팽창층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 팽창층은 상기 캡 플레이트의 상면과 마주보는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 안전판은 이차 전지의 온도가 80℃ 내지 150℃ 이면 상기 캡 플레이트의 상면에 단락됨을 특징으로 하는 이차 전지.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 안전판은 이차 전지의 온도가 80℃ 보다 높으면 상기 캡 플레이트의 상면에 단락됨을 특징으로 하는 이차 전지.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 팽창층은 상기 캡 플레이트의 하면과 마주보는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 안전판은 이차 전지의 온도가 80℃ 내지 150℃ 이면 상기 캡 플레이트의 하면에 단락됨을 특징으로 하는 이차 전지.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 안전판은 이차 전지의 온도가 80℃ 보다 높으면 상기 캡 플레이트의 하면에 단락됨을 특징으로 하는 이차 전지.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 안전판의 일측에는 상기 제 1 전극 단자가 관통하는 단자홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 안전판은 상기 제 1 단자 몸체의 상부에 결합되고, 상기 케이스의 외부에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 안전판은 상기 제 1 단자 몸체의 하부에 결합되고, 상기 케이스의 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
13. 삭제
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 플레이트는 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 플레이트는 이차 전지의 압력이 기준 압력보다 높아지면 위로 볼록해지고 상기 안전판과 단락됨을 특징으로 하는 이차 전지.
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 단자는 상기 캡 플레이트의 극성과 반대인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되는 제 2 전극 단자를 더 포함하며,
    상기 제 2 전극 단자는 상기 캡 플레이트의 극성과 동일한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 단자는 상기 캡 플레이트를 관통하는 제 2 단자 몸체;
    상기 제 2 단자 몸체로부터 수평 방향으로 연장되며, 상기 캡 플레이트의 하부에 위치하는 제 2 단자 연결부; 및
    상기 제 2 단자 연결부로부터 수직 방향으로 연장되며, 상기 전극 조립체에 용접된 제 2 단자 연장부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.

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