KR101264579B1 - 퓨즈 영역이 형성된 집전판을 갖는 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 과충전에 의한 단락과 외부 전도성 물체에 의한 외부 단락뿐 아니라 외부 전도성 물체의 관통에 의한 단락이 발생한 경우 전류의 흐름을 차단함으로써 안정성을 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 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며, 제 1 퓨즈 영역을 가지는 제 1 집전판; 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되며, 제 2 퓨즈 영역을 가지는 제 2 집전판; 및 상기 전극 조립체, 상기 제 1 집전판 및 상기 제 2 집전판을 수용하는 케이스를 포함하며, 상기 제 1 퓨즈 영역의 제 1 단면적이 상기 제 2 퓨즈 영역의 제 2 단면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지가 개시된다.
일례로, 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며, 제 1 퓨즈 영역을 가지는 제 1 집전판; 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되며, 제 2 퓨즈 영역을 가지는 제 2 집전판; 및 상기 전극 조립체, 상기 제 1 집전판 및 상기 제 2 집전판을 수용하는 케이스를 포함하며, 상기 제 1 퓨즈 영역의 제 1 단면적이 상기 제 2 퓨즈 영역의 제 2 단면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지가 개시된다.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 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 발명의 목적은 과충전에 의한 단락 및 외부 전도성 물체에 의한 외부 단락뿐 아니라 외부 전도성 물체의 관통에 의한 단락이 발생한 경우 전류의 흐름을 차단함으로써 안정성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며, 제 1 퓨즈 영역을 가지는 제 1 집전판; 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되며, 제 2 퓨즈 영역을 가지는 제 2 집전판; 및 상기 전극 조립체, 상기 제 1 집전판 및 상기 제 2 집전판을 수용하는 케이스를 포함하며, 상기 제 1 퓨즈 영역의 제 1 단면적이 상기 제 2 퓨즈 영역의 제 2 단면적 보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 단면적이 상기 제 2 단면적의 2배 내지 9배일 수 있다.
상기 제 1 퓨즈 영역은 제 1 퓨즈홀을 포함하고, 상기 제 2 퓨즈 영역은 제 2 퓨즈홀을 포함할 수 있다.
상기 제 1 퓨즈홀의 크기가 상기 제 2 퓨즈홀의 크기보다 작을 수 있다.
상기 제 1 퓨즈홀의 제 1 끝단과 상기 제 1 퓨즈 영역의 제 1 측부 사이의 제 1 거리가 상기 제 2 퓨즈홀의 제 1 끝단과 상기 제 2 퓨즈 영역의 제 1 측부 사이의 제 2 거리 보다 클 수 있다.
상기 제 1 퓨즈홀의 개수가 상기 제 2 퓨즈홀의 개수보다 적을 수 있다. 여기서, 상기 제 1 퓨즈홀의 크기와 제 2 퓨즈홀의 크기가 같을 수 있다.
상기 제 1 집전판은 상기 제 1 퓨즈홀의 제 1 끝단 및 제 2 끝단 각각과 인접한 상기 제 1 퓨즈 영역의 제 1 측부 및 제 2 측부 중 적어도 하나로부터 연장되는 제 1 퓨즈 돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 집전판은 상기 제 2 퓨즈홀의 제 1 끝단 및 제 2 끝단 각각과 인접한 상기 제 2 퓨즈 영역의 제 1 측부 및 제 2 측부 중 적어도 하나로부터 연장되는 제 2 퓨즈 돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 퓨즈 영역은 상기 제 1 집전판의 다른 영역보다 작은 단면적을 가지는 제 1 퓨즈 리드를 포함하며, 상기 제 2 퓨즈 영역은 상기 제 2 퓨즈 영역은 상기 제 2 집전판의 다른 영역보다 작은 단면적을 가지는 제 2 퓨즈 리드를 포함할 수 있다.
상기 제 1 퓨즈 리드의 폭과 상기 제 2 퓨즈 리드의 폭이 같으며, 상기 제 1 퓨즈 리드의 두께가 상기 제 2 퓨즈 리드의 두께보다 클 수 있다.
상기 제 1 퓨즈 리드의 두께와 상기 제 2 퓨즈 리드의 두께가 같으며, 상기 제 1 퓨즈 리드의 폭이 상기 제 2 퓨즈 리드의 폭보다 클 수 있다.
상기 제 1 퓨즈 리드의 두께가 상기 제 2 퓨즈 리드의 두께보다 크며, 상기 제 1 퓨즈 리드의 폭이 상기 제 2 퓨즈 리드의 폭보다 클 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 상기 제 1 전극판 및 상기 케이스와 전기적으로 연결되는 제 1 전극 단자를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 집전판은 상기 제 1 전극 단자와 결합되는 제 1 연결부와, 상기 제 1 연결부로부터 연장되고 상기 제 1 전극판과 결합되는 제 1 연장부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 퓨즈 영역이 상기 제 1 연결부에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되는 제 2 전극 단자를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 집전판은 상기 제 2 전극 단자와 결합되는 제 2 연결부와, 상기 제 2 연결부로부터 연장되고 상기 제 2 전극판과 결합되는 제 2 연장부를 포함할 수 있다.
상기 제 2 퓨즈 영역이 상기 제 2 연결부에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 상기 케이스에 결합하는 캡 조립체를 더 포함하며, 상기 캡 조립체는 상기 케이스의 개구를 밀봉하며 단락홀을 가지는 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트의 단락홀에 설치되는 제 1 단락 플레이트; 및 상기 캡 플레이트의 상면으로부터 이격되고, 상기 제 1 단락 플레이트와 마주보며, 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결된 제 2 단락 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 단면적을 가지는 제 1 퓨즈 영역을 포함하는 제 1 집전판과 제 1 단면적 보다 작은 제 2 단면적을 가지는 제 2 퓨즈 영역을 포함하는 제 2 집전판을 구비함으로써, 과충전에 의한 단락과 외부 전도성 물체에 의한 외부 단락뿐 아니라 외부 전도성 물체의 관통에 의한 단락이 발생한 경우 전류의 흐름을 차단함으로써 안정성을 향상시킬 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 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 II-II' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 3c는 도 2의 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 3d는 도 3c의 III-III' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 3e는 도 3d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3a와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 IV-IV' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고,도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3c와 대응되는 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 4d는 도 4c의 V-V' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 4e는 도 4d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
도 5a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3a와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 VI-VI' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 5c는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3c와 대응되는 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 5d는 도 5c의 VII-VII' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 5e는 도 5d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
도 6a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3a와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 6b는 도 5a의 VIII-VIII' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 6c는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3c와 대응되는 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 6d는 도 6c의 IX-IX' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 6e는 도 6d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3a는 도 2의 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 II-II' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 3c는 도 2의 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 3d는 도 3c의 III-III' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 3e는 도 3d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3a와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 IV-IV' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고,도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3c와 대응되는 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 4d는 도 4c의 V-V' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 4e는 도 4d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
도 5a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3a와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 VI-VI' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 5c는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3c와 대응되는 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 5d는 도 5c의 VII-VII' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 5e는 도 5d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
도 6a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3a와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 6b는 도 5a의 VIII-VIII' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 6c는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3c와 대응되는 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 6d는 도 6c의 IX-IX' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 6e는 도 6d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
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 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 제 2 집전판(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 제 1 전극판(111)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(111a)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(111a)는 제 1 전극판(111)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(112)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(112a)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부(112a)는 제 2 전극판(112)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 집전판(120)과 제 2 집전판(130)이 결합된다.
상기 제 1 집전판(120)은 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(111a)와 접촉됨으로써, 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 집전판(120)은 제 1 연결부(121), 제 1 연장부(123), 제 1 단자홀(124) 및 제 1 퓨즈홀(125)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제 1 집전판(120)의 구체적인 구성은 아래에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 제 2 집전판(130)은 구리, 구리 합금, 니켈 및 니켈 합금 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(110)의 타측 단부로 돌출된 제 2 전극 무지부(112a)와 접촉됨으로써 제 2 전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 집전판(130)은 제 2 연결부(131), 제 2 연장부(133), 제 2 단자홀(134), 제 2 퓨즈홀(135)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제 2 집전판(130)의 구체적인 구성은 아래에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(130)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연처리되어, 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 제 2 집전판(130) 및 캡 조립체(150)와 절연된다. 여기서, 상기 케이스(140)는 하나의 극성, 예를 들어 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 케이스(140)에 결합된다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 제 1 전극 단자(152), 제 2 전극 단자(153), 가스켓(154), 너트(155)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 캡 조립체(150)는 마개(156), 벤트 플레이트(157), 연결판(158), 상부 절연 부재(159), 제 1 단락 플레이트(160), 제 2 단락 플레이트(161) 및 하부 절연 부재(162)를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(151)는 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)는 케이스(140)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 제 1 전극 단자(152)는 캡 플레이트(151)의 일측을 관통하여 제 1 집전판(120)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 전극 단자(152)는 기둥형으로 형성될 수 있며, 캡 플레이트(151)의 상부로 노출된 상부 기둥의 외주연에는 나사산이 형성되고, 캡 플레이트(151)의 하부에 위치하는 하부 기둥에는 제 1 전극 단자(152)가 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(152a)가 형성되며, 제 1 전극 단자(152) 중 플랜지(152a) 하부에 위치하는 일부 기둥은 제 1 집전판(120)의 제 1 단자홀(124)에 끼워진다. 여기서, 상기 제 1 전극 단자(152)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 2 전극 단자(153)는 캡 플레이트(151)의 타측을 관통하여 제 2 집전판(130)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 전극 단자(153)는 제 1 전극 단자(152)와 동일한 형상을 가지므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 제 2 전극 단자(153)는 캡 플레이트(151)와 절연된다.
상기 가스켓(154)은 절연성 재질로 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각과 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 가스켓(154)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 너트(155)는 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각에 형성된 나사산을 따라 체결되어 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각을 캡 플레이트(151)에 고정시킨다.
상기 마개(156)는 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉하며, 벤트 플레이트(157)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(157a)를 포함한다.
상기 연결판(158)은 제 1 전극 단자(152)와 캡 플레이트(151) 사이에 제 1 전극 단자(152)가 끼워지도록 형성되며, 너트(155)를 통해서 캡 플레이트(151)와 가스켓(154)에 밀착된다. 이러한 연결판(158)은 제 1 전극 단자(152)와 캡 플레이트(151)를 전기적으로 연결한다.
상기 상부 절연 부재(159)는 제 2 전극 단자(153)와 캡 플레이트(151) 사이에 배치되며 제 2 전극 단자(153)가 끼워지도록 형성되며, 캡 플레이트(151)와 가스켓(154)에 밀착된다. 이러한 상부 절연부재(159)는 제 2 전극 단자(153)와 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
상기 제 1 단락 플레이트(160)는 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c)에서 상부 절연부재(159)와 캡 플레이트(151) 사이에 배치된다. 상기 제 1 단락 플레이트(160)는 아래로 볼록한 라운드부와, 캡 플레이트(151)에 고정된 테두리부를 포함하는 반전 플레이트로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 단락 플레이트(160)는 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 단락 플레이트(160)는 캡 플레이트(151)와 동일한 극성을 가진다.
상기 제 2 단락 플레이트(161)는 캡 플레이트(151)로부터 이격된 외측, 즉 상부 절연 부재(159) 위에 배치되고 제 2 전극 단자(153)가 끼워지도록 형성되며, 단락홀(151c)을 덮도록 연장된다. 상기 제 2 단락 플레이트(161)는 제 2 전극 단자(153)와 전기적으로 연결된다. 이러한 제 2 단락 플레이트(161)는 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 위로 볼록하게 돌출되는 제 1 단락 플레이트(160)와 접촉하여 단락을 유발시킨다. 상기 단락이 유발되면 큰 전류(도 3e의 CP1)가 흐르게 되고 열이 발생하며, 이때 제 2 퓨즈 영역(도 3c의 Sf2)은 퓨즈 기능을 함으로써, 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킨다.
상기 하부 절연 부재(162)는 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(130) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다.
이하에서는, 제 1 집전판(120)의 구체적인 구성 및 제 2 집전판(130)의 구체적인 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 3a는 도 2의 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 II-II' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 3c는 도 2의 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 3d는 도 3c의 III-III' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 3e는 도 3d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 제 1 집전판(120)의 제 1 연결부(121)는 전극 조립체(110)의 상부와 캡 조립체(150)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성된다. 상기 제 1 연결부(121)는 연결폭(Wc)을 가질 수 있다. 상기 제 1 연결부(121)는 일측에 형성되는 제 1 퓨즈 영역(Sf1)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 연장부(123)는 제 1 연결부(121)의 단부에서 절곡되고 연장되며, 제 1 전극 무지부(111a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성된다. 상기 제 1 연장부(123)는 연결폭(Wc) 보다 큰 연장폭(We)을 가질 수 있다. 상기 연결폭(Wc)이 연장폭(We) 보다 작은 이유는 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력 이상일 때 이차 전지(100)의 내부 가스가 오픈되는 벤트 플레이트(157) 쪽으로 용이하게 이동되게 하기 위함이다. 여기서, 상기 제 1 연결부(121)와 제 1 연장부(123)가 만나는 모서리를 'C' 라고 하기로 하며, 상기 제 1 연결부(121)와 제 1 연장부(123)는 상기 모서리(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다. 한편, 상기 제 1 퓨즈 영역(Sf1)이 제 1 연결부(121)에 형성되는 것으로 설명하였지만, 제 1 연장부(123) 중 전해액과 접촉하지 않는 영역, 즉 모서리(C)와 가까운 영역에 형성될 수도 있다.
상기 제 1 단자홀(124)은 제 1 연결부(121)의 타측, 즉 제 1 퓨즈 영역(Sf1)과 중첩되지 않는 영역에 형성되며, 상기 캡 조립체(150)의 제 1 전극 단자(152)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다.
상기 제 1 퓨즈홀(125)은 제 1 연결부(121)의 제 1 퓨즈 영역(Sf1)에 형성된다. 상기 제 1 퓨즈홀(125)은 제 1 집전판(120) 중 제 1 퓨즈 영역(Sf1)이 제 1 단자홀(124)이 형성된 영역을 제외한 다른 영역보다 작은 단면적을 가지도록 한다. 상기 제 1 퓨즈홀(125)은 제 1 연결부(121)의 폭 방향으로 긴 사각 형상일 수 있으나, 이러한 형상으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 여기서, 상기 제 1 퓨즈홀(125)의 제 1 끝단과 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 제 1 측부 사이의 제 1 거리는 D1이다. 이렇게 제 1 퓨즈홀(125)이 형성된 제 1 퓨즈 영역(Sf1)은 전극 조립체(110)의 단락이 발생하여 큰 전류가 제 1 집전판(120)으로 흐르는 경우 발생한 열에 의해 용융되어, 케이스(140) 및 캡 플레이트(151) 각각과 전극 조립체(110) 간 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다. 여기서, 상기 전극 조립체(110)의 단락은 양극 작용을 하는 케이스(140) 또는 캡 플레이트(151)를 통해 외부 전도성 물체가 이차 전지(100)를 관통하여 들어가는 경우 발생하는 단락일 수 있다. 이와 같이, 제 1 퓨즈홀(125)이 형성된 제 1 퓨즈 영역(Sf1)은 외부 전도성 물체가 이차 전지(100)를 관통하는 경우 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 3c 내지 도 3e를 참조하면, 상기 제 2 집전판(130)의 제 2 연결부(131)는 전극 조립체(110)의 상부와 캡 조립체(150)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성된다. 상기 제 2 연결부(131)는 연결폭(Wc)을 가질 수 있다. 상기 제 2 연결부(131)는 일측에 형성되는 제 2 퓨즈 영역(Sf2)을 포함할 수 있다.
상기 제 2 연장부(133)는 제 2 연결부(131)의 단부에서 절곡되고 연장되며, 제 2 전극 무지부(112a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성된다. 상기 제 2 연장부(133)는 연결폭(Wc) 보다 큰 연장폭(We)을 가질 수 있다. 여기서, 상기 제 2 연결부(131)와 제 2 연장부(133)가 만나는 모서리도 'C' 라고 하기로 하며, 제 2 연결부(131)와 제 2 연장부(133)는 상기 모서리(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다. 한편, 상기 제 2 퓨즈 영역(Sf2)도 제 2 연결부(131)에 형성되는 것으로 설명하였지만, 제 2 연장부(133) 중 전해액과 접촉하지 않는 영역, 즉 모서리(C)와 가까운 영역에 형성될 수도 있다.
상기 제 2 단자홀(124)은 제 2 연결부(131)의 타측, 즉 제 2 퓨즈 영역(Sf2)과 중첩되지 않는 영역에 형성되며, 상기 캡 조립체(150)의 제 2 전극 단자(153)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다.
상기 제 2 퓨즈홀(135)은 제 2 연결부(131)의 제 2 퓨즈 영역(Sf2)에 형성된다. 상기 제 2 퓨즈홀(135)은 제 2 집전판(130) 중 제 2 퓨즈 영역(Sf2)이 제 2 단자홀(134)이 형성된 영역을 제외한 다른 영역보다 작은 단면적을 가지도록 한다. 상기 제 2 퓨즈홀(135)은 제 2 연결부(131)의 폭 방향으로 긴 사각 형상일 수 있으나, 이러한 형상으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 여기서, 상기 제 2 퓨즈홀(135)의 제 1 끝단과 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 제 1 측부 사이의 제 2 거리는 D2이다. 이렇게 제 2 퓨즈홀(135)이 형성된 제 2 퓨즈 영역(Sf2)은 과충전에 의한 단락 또는 외부 전도성 물체에 의한 외부 단락이 발생하여 큰 전류(CP1)가 제 2 집전판(130)으로 흐르는 경우 발생한 열에 의해 제 1 퓨즈 영역(Sf1) 보다 먼저 용융되어 케이스(140) 또는 캡 플레이트(151)와 제 2 전극 단자(153) 간 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다.
상기 과충전에 의한 단락은, 이차 전지(100)의 과충전으로 인해 열이 발생하고 전해액이 분해되어 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되는 경우 제 1 단락 플레이트(160)와 제 2 단락 플레이트(161)를 접촉시킴으로써 유발될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 퓨즈 영역(Sf2)은 과충전시 유발된 단락을 이용해 용융되어 전류의 흐름을 미리 차단함으로써, 발화 및 폭발의 위험과 같은 위험한 상황까지 이르기 전에 이차 전지(100)의 충전 또는 방전 동작을 정지시킬 수 있다.
상기 외부 전도성 물체에 의한 외부 단락은, 외부 전도성 물체가 양극 작용을 하는 케이스 (140), 캡 플레이트(151) 또는 제 1 전극 단자(152)와 음극 작용을 하는 제 2 전극 단자(153)를 전기적으로 연결함으로써 발생할 수 있다. 이 경우, 제 2 퓨즈 영역(Sf2)은 용융되어 전류의 흐름을 미리 차단함으로써, 발화 및 폭발의 위험과 같은 위험한 상황까지 이르기 전에 이차 전지(100)의 충전 또는 방전 동작을 정지시킬 수 있다.
한편, 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 퓨즈 기능이 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 퓨즈 기능 보다 먼저 일어나게 하는 이유는, 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 퓨즈 기능은 양극 작용을 하는 케이스(140) 또는 캡 플레이트(151)를 통해 외부 전도성 물체가 이차 전지(100)를 관통하여 들어가는 별도의 경우에 이루어지게 하기 위함이다.
상기와 같이 제 2 퓨즈 영역(Sf2)이 제 1 퓨즈 영역(Sf1)보다 먼저 용융되게 하기 위해, 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 제 1 단면적은 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 제 2 단면적 보다 크게 형성된다. 이는 제 1 단면적 보다 작은 제 2 단면적을 가지는 제 2 퓨즈영역(Sf2)으로 전류(CP1)가 흐를 때 제 2 퓨즈영역(Sf2)에서 저항을 더 크게 하여 열이 많이 발생되게 하기 위함이다. 이를 위해, 상기 제 1 퓨즈홀(125)은 제 2 퓨즈홀(135) 보다 작은 크기를 가진다. 예를 들어, 상기 제 1 거리(D1)가 제 2 거리(D2) 보다 더 크게 될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 제 1 단면적은 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 제 2 단면적의 2배 내지 9배일 수 있다. 상기 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 제 1 단면적이 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 제 2 단면적의 2배 미만이면, 용융점이 낮은 제 1 퓨즈 영역(Sf1)이 제 2 퓨즈 영역(Sf2) 보다 먼저 용융될 수도 있다. 그리고, 상기 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 제 1 단면적이 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 제 2 단면적의 9배 보다 크면, 상대적으로 단면적이 작은 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 강도가 낮게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 퓨즈홀(125)과 제 2 퓨즈홀(135)을 통해 제 1 단면적을 가지는 제 1 퓨즈 영역(Sf1)을 포함하는 제 1 집전판(120)과 제 1 단면적 보다 작은 제 2 단면적(Sf2)을 가지는 제 2 퓨즈 영역(Sf2)을 포함하는 제 2 집전판(130)을 구비함으로써, 과충전에 의한 단락과 외부 전도성 물체에 의한 외부 단락뿐 아니라 외부 전도성 물체의 관통에 의한 단락이 발생한 경우 전류의 흐름을 차단함으로써 안정성을 향상시킬 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3a와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 IV-IV' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3c와 대응되는 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 4d는 도 4c의 V-V' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 4e는 도 4d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 1 내지 3e에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 제 1 집전판(220)의 제 1 퓨즈홀(225)과 제 2 집전판(230)의 제 2 퓨즈홀(235)의 구성만 다를 뿐 동일한 구성 및 동일한 역할을 한다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 제 1 집전판(220)의 제 1 퓨즈홀(225)과 제 2 집전판(230)의 제 2 퓨즈홀(235)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 상기 제 1 집전판(220)은 제 1 연결부(121), 제 1 연장부(123), 제 1 단자홀(124) 및 제 1 퓨즈홀(225)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 집전판(230)은 제 2 연결부(131), 제 2 연장부(133), 제 2 단자홀(134) 및 제 2 퓨즈홀(235)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 제 1 퓨즈홀(225)은 제 1 퓨즈홀(125)과 유사하다. 다만, 상기 제 1 퓨즈홀(225)은 제 1 퓨즈 영역(Sf1)에 복수개, 예를 들어 2개로 형성될 수 있다.
도 4c 내지 도 4e를 참조하면, 상기 제 2 퓨즈홀(235)은 제 2 퓨즈홀(135)과 유사하다. 다만, 상기 제 2 퓨즈홀(235)은 제 2 퓨즈 영역(Sf2)에 복수개, 예를 들어 3개로 형성될 수 있다. 상기 제 1 퓨즈홀(225)의 개수가 제 2 퓨즈홀(235)의 개수보다 적은 이유는 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 제 1 단면적을 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 제 2 단면적보다 크게 하기 위해서이다. 여기서, 상기 제 1 퓨즈홀(225)의 크기와 제 2 퓨즈홀(325)의 크기는 같을 수 있다. 예를 들어, 제 1 퓨즈홀(225)의 폭(Wg)과 제 2 퓨즈홀(325)의 폭(Wg)이 같을 수 있다. 이러한 제 2 퓨즈홀(235)이 형성된 제 2 퓨즈 영역(Sf2)은 과충전에 의한 단락 또는 외부 도전성 물체에 의한 외부 단락이 발생하여 큰 전류(CP2)가 제 2 집전판(230)으로 흐르는 경우 발생한 열에 의해 제 1 퓨즈 영역(Sf1) 보다 먼저 용융되어 케이스(140) 또는 캡 플레이트(151)와 제 2 전극 단자(153) 간 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다.
상기와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 복수개의 제 1 퓨즈홀(225)과 복수개의 제 2 퓨즈홀(235)을 통해 제 1 단면적을 가지는 제 1 퓨즈 영역(Sf1)을 포함하는 제 1 집전판(120)과 제 1 단면적 보다 작은 제 2 단면적(Sf2)을 가지는 제 2 퓨즈 영역(Sf2)을 포함하는 제 2 집전판(130)을 구비함으로써, 과충전에 의한 단락과 외부 전도성 물체에 의한 외부 단락뿐 아니라 외부 전도성 물체의 관통에 의한 단락이 발생한 경우 전류의 흐름을 차단함으로써 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 5a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3a와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 VI-VI' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 5c는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3c와 대응되는 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 5d는 도 5c의 VII-VII' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 5e는 도 5d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 1 내지 3e에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 제 1 집전판(320)의 제 1 퓨즈 돌기(326)과 제 2 집전판(330)의 제 2 퓨즈 돌기(336)의 구성만 다를 뿐 동일한 구성 및 동일한 역할을 한다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에서 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 제 1 집전판(320)의 제 1 퓨즈 돌기(326)와 제 2 집전판(330)의 제 2 퓨즈 돌기(336)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5e를 참조하면, 상기 제 1 집전판(320)은 제 1 연결부(121), 제 1 연장부(123), 제 1 단자홀(124), 제 1 퓨즈홀(125) 및 제 1 퓨즈 돌기(326)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 집전판(330)은 제 2 연결부(131), 제 2 연장부(133), 제 2 단자홀(134), 제 2 퓨즈홀(135) 및 제 2 퓨즈 돌기(336)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 제 1 퓨즈 돌기(326)는 제 1 퓨즈 영역(Sf)의 단부에서 전극 조립체(110) 방향으로 절곡되고 연장됨으로써 형성된다. 상기 제 1 퓨즈 돌기(326)는 제 1 퓨즈홀(125)의 제 1 측부 및 제 2 측부에 적어도 하나 형성될 수 있다. 이러한 제 1 퓨즈 돌기(326)는 제 1 퓨즈홀(125) 근처에서 절곡된 형태로 형성되어 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 강도를 보강하는 강도 보강 기능을 한다. 이에 따라, 상기 제 1 퓨즈 돌기(326)는 제 1 퓨즈 영역(Sf1)이 외부 충격에 의해 저항력이 낮아 외부 전도성 물체가 이차 전지에 관통하여 발생하는 전극 조립체(110)의 단락이 발생하지 않는 경우에서 외부 충격에 의해 휘어지거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 제 1 퓨즈 돌기(326)는 제 1 연결부(121)와 제 1 연장부(123) 사이에 흐르는 전류를 제 1 퓨즈 돌기(326) 쪽으로 우회하도록 하여, 전류가 좁은 영역에서 흐르는 시간을 길게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 퓨즈 돌기(326)는 이차 전지에 관통하여 발생하는 전극 조립체(110)의 단락에 의한 열이 더 많이 발생되게 함으로써, 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 퓨즈 기능에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
도 5c 내지 도 5e를 참조하면, 상기 제 2 퓨즈 돌기(336)는 제 2 퓨즈 영역(Sf)의 단부에서 전극 조립체(110) 방향으로 절곡되고 연장됨으로써 형성된다. 상기 제 2 퓨즈 돌기(336)는 제 2 퓨즈홀(135)의 제 1 측부 및 제 2 측부에 적어도 하나 형성될 수 있다. 이러한 제 2 퓨즈 돌기(336)는 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 강도를 보강하는 강도 보강 기능을 한다. 또한, 제 2 퓨즈 돌기(336)는 제 2 연결부(131)와 제 2 연장부(133) 사이에 흐르는 전류(CP3)를 제 2 퓨즈 돌기(336) 쪽으로 우회하도록 하여, 전류가 좁은 영역에서 흐르는 시간을 길게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 퓨즈 돌기(336)는 과충전에 의한 단락 또는 외부 전도성 물체에 의한 단락이 발생할 때 열이 더 많이 발생되게 함으로써, 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 퓨즈 기능에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 퓨즈홀(125)과 제 2 퓨즈홀(135)을 통해 제 1 단면적을 가지는 제 1 퓨즈 영역(Sf1)을 포함하는 제 1 집전판(320)과 제 1 단면적 보다 작은 제 2 단면적(Sf2)을 가지는 제 2 퓨즈 영역(Sf2)을 포함하는 제 2 집전판(330)을 구비함으로써, 과충전에 의한 단락과 외부 전도성 물체에 의한 외부 단락뿐 아니라 외부 전도성 물체의 관통에 의한 단락이 발생한 경우 전류의 흐름을 차단함으로써 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 집전판(320)에 형성된 제 1 퓨즈 돌기(326)와 제 2 집전판(330)에 형성된 제 2 퓨즈 돌기(336)를 구비함으로써, 단락이 발생하기 전에는 제 1 퓨즈 영역(Sf1)과 제 2 퓨즈 영역(Sf2)이 외부 충격에 의해 휘어지거나 파손되는 것을 방지하여 제 1 퓨즈 영역(Sf1)과 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 퓨즈 기능이 상실되는 것을 방지할 수 있으며, 단락이 발생한 후에는 제 1 퓨즈 영역(Sf1)과 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 퓨즈 기능에 대한 신뢰성을 높여 안전성을 향상시킬 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 6a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3a와 대응되는 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 6b는 도 5a의 VIII-VIII' 선을 따라 절취한 제 1 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 6c는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3c와 대응되는 제 2 집전판을 도시한 사시도이고, 도 6d는 도 6c의 IX-IX' 선을 따라 절취한 제 2 퓨즈 영역의 단면도이고, 도 6e는 도 6d의 제 2 퓨즈 영역의 전류 흐름을 보여주기 위한 평면도이다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 1 내지 3e에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 제 1 집전판(420)의 제 1 퓨즈 리드(425)와 제 2 집전판(430)의 제 2 퓨즈 리드(435)의 구성만 다를 뿐 동일한 구성 및 동일한 역할을 한다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에서 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 제 1 집전판(420)의 제 1 퓨즈 리드(425)와 제 2 집전판(430)의 제 2 퓨즈 리드(435)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
도 6a 내지 도 6e를 참조하면, 상기 제 1 집전판(420)은 제 1 연결부(121), 제 1 연장부(123), 제 1 단자홀(124) 및 제 1 퓨즈 리드(425)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 집전판(330)은 제 2 연결부(131), 제 2 연장부(133), 제 2 단자홀(134) 및 제 2 퓨즈 리드(435)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 제 1 퓨즈 리드(425)는 제 1 연결부(121)의 제 1 퓨즈 영역(Sf1)에 형성된다. 상기 제 1 퓨즈 리드(425)는 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 단면적이 제 1 집전판(420) 중 제 1 단자홀(124)이 형성된 영역을 제외한 다른 영역의 단면적 보다 작게 하기 위해 제 1 집전판(420)의 폭, 예를 들어 연결폭(Wc) 보다 작은 폭을 가지거나, 제 1 집전판(420)의 두께, 예를 들어 연결 두께(Tc) 작은 두께를 가지거나, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 제 1 집전판(420)의 폭, 예를 들어 연결폭(Wc) 보다 작은 폭(Wf1)과 제 1 집전판(420)의 두께, 예를 들어 연결 두께(Tc) 보다 작은 두께(Tf1)를 가질 수 있다. 상기 제 1 퓨즈 리드(425)가 형성된 제 1 퓨즈 영역(Sf1)은 외부 전도성 물체가 케이스(140) 또는 캡 플레이트(151)를 통해 외부 전도성 물체가 이차 전지를 관통하여 전극 조립체(110)의 단락이 발생하여 큰 전류가 제 1 집전판(120)으로 흐르는 경우 발생한 열에 의해 용융되어, 케이스(140) 및 캡 플레이트(151) 각각과 전극 조립체(110) 간 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다.
도 6c 내지 도 6e를 참조하면, 상기 제 2 퓨즈 리드(435)는 제 2 연결부(131)의 제 2 퓨즈 영역(Sf2)에 형성된다. 상기 제 2 퓨즈 리드(435)는 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 단면적이 제 2 집전판(430) 중 제 2 단자홀(134)이 형성된 영역을 제외한 다른 영역의 단면적 보다 작게 하기 위해 제 2 집전판(430)의 폭, 예를 들어 연결폭(Wc) 보다 작은 폭을 가지거나, 제 2 집전판(430)의 두께, 예를 들어 연결 두께(Tc) 보다 작은 두께를 가지거나, 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이 제 2 집전판(430)의 폭, 예를 들어 연결폭(Wc) 보다 작은 폭(Wf2)과 제 2 집전판(430)의 두께, 예를 들어 연결 두께(Tc) 작은 두께(Tf2)를 가질 수 있다.
한편, 제 1 퓨즈 영역(Sf1)의 제 1 단면적을 제 2 퓨즈 영역(Sf2)의 제 2 단면적 보다 크게 하기 위해, 제 1 퓨즈 리드(425)의 폭과 제 2 퓨즈 리드(435)의 폭이 같은 상태에서 제 1 퓨즈 리드(425)의 두께가 제 2 퓨즈 리드(435)의 두께보다 크게 형성될 수 있다. 또는, 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 제 1 퓨즈 리드(425)의 두께(Tf1)와 제 2 퓨즈 리드(435)의 두께(Tf2)가 같은 상태에서 제 1 퓨즈 리드(425)의 폭(Wf1)이 제 2 퓨즈 리드(435)의 폭(Wf2) 보다 크게 형성될 수 있다. 또는, 제 1 퓨즈 리드(425)의 폭과 두께가 제 2 퓨즈 리드(435)의 폭과 두께 보다 크게 형성될 수 있다. 상기와 같이 제 2 퓨즈 리드(435)가 형성된 제 2 퓨즈 영역(Sf2)은 과충전에 의한 단락 또는 외부 도전성 물체에 의한 외부 단락이 발생하여 큰 전류(CP4)가 제 2 집전판(430)으로 흐르는 경우 발생한 열에 의해 제 1 퓨즈 영역(Sf1) 보다 먼저 용융되어 케이스(140) 또는 캡 플레이트(151)와 제 2 전극 단자(153) 간 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다.
상기와 같이 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 퓨즈 리드(425)와 제 2 퓨즈 리드(435)를 통해 제 1 단면적을 가지는 제 1 퓨즈 영역(Sf1)을 포함하는 제 1 집전판(420)과 제 1 단면적 보다 작은 제 2 단면적(Sf2)을 가지는 제 2 퓨즈 영역(Sf2)을 포함하는 제 2 집전판(430)을 구비함으로써, 과충전에 의한 단락과 외부 전도성 물체에 의한 외부 단락뿐 아니라 외부 전도성 물체의 관통에 의한 단락이 발생한 경우 전류의 흐름을 차단함으로써 안정성을 향상시킬 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.
100: 이차 전지 110: 전극 조립체
120, 220, 320, 420: 제 1 집전판 130, 230, 330, 430: 제 2 집전판
125, 225: 제 1 퓨즈홀 135, 235: 제 2 퓨즈홀
140: 케이스 150: 캡 조립체
326: 제 1 퓨즈 돌기 336: 제 2 퓨즈 돌기
425: 제 1 퓨즈 리드 435: 제 2 퓨즈 리드
120, 220, 320, 420: 제 1 집전판 130, 230, 330, 430: 제 2 집전판
125, 225: 제 1 퓨즈홀 135, 235: 제 2 퓨즈홀
140: 케이스 150: 캡 조립체
326: 제 1 퓨즈 돌기 336: 제 2 퓨즈 돌기
425: 제 1 퓨즈 리드 435: 제 2 퓨즈 리드
Claims (20)
- 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며, 제 1 퓨즈 영역을 가지는 제 1 집전판;
상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되며, 제 2 퓨즈 영역을 가지는 제 2 집전판; 및
상기 전극 조립체, 상기 제 1 집전판 및 상기 제 2 집전판을 수용하는 케이스를 포함하며,
상기 제 1 퓨즈 영역의 제 1 단면적이 상기 제 2 퓨즈 영역의 제 2 단면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단면적이 상기 제 2 단면적의 2배 내지 9배인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 퓨즈 영역은 제 1 퓨즈홀을 포함하고, 상기 제 2 퓨즈 영역은 제 2 퓨즈홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 퓨즈홀의 크기가 상기 제 2 퓨즈홀의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 퓨즈홀의 제 1 끝단과 상기 제 1 퓨즈 영역의 제 1 측부 사이의 제 1 거리가 상기 제 2 퓨즈홀의 제 1 끝단과 상기 제 2 퓨즈 영역의 제 1 측부 사이의 제 2 거리 보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 퓨즈홀의 개수가 상기 제 2 퓨즈홀의 개수보다 적은 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 퓨즈홀의 크기와 제 2 퓨즈홀의 크기가 같은 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 집전판은 상기 제 1 퓨즈홀의 제 1 끝단 및 제 2 끝단 각각과 인접한 상기 제 1 퓨즈 영역의 제 1 측부 및 제 2 측부 중 적어도 하나로부터 연장되는 제 1 퓨즈 돌기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 집전판은 상기 제 2 퓨즈홀의 제 1 끝단 및 제 2 끝단 각각과 인접한 상기 제 2 퓨즈 영역의 제 1 측부 및 제 2 측부 중 적어도 하나로부터 연장되는 제 2 퓨즈 돌기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 퓨즈 영역은 상기 제 1 집전판의 다른 영역보다 작은 단면적을 가지는 제 1 퓨즈 리드를 포함하며,
상기 제 2 퓨즈 영역은 상기 제 2 퓨즈 영역은 상기 제 2 집전판의 다른 영역보다 작은 단면적을 가지는 제 2 퓨즈 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 퓨즈 리드의 폭과 상기 제 2 퓨즈 리드의 폭이 같으며,
상기 제 1 퓨즈 리드의 두께가 상기 제 2 퓨즈 리드의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 퓨즈 리드의 두께와 상기 제 2 퓨즈 리드의 두께가 같으며,
상기 제 1 퓨즈 리드의 폭이 상기 제 2 퓨즈 리드의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 퓨즈 리드의 두께가 상기 제 2 퓨즈 리드의 두께보다 크며,
상기 제 1 퓨즈 리드의 폭이 상기 제 2 퓨즈 리드의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극판 및 상기 케이스와 전기적으로 연결되는 제 1 전극 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 집전판은 상기 제 1 전극 단자와 결합되는 제 1 연결부와, 상기 제 1 연결부로부터 연장되고 상기 제 1 전극판과 결합되는 제 1 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 퓨즈 영역이 상기 제 1 연결부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되는 제 2 전극 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 2 집전판은 상기 제 2 전극 단자와 결합되는 제 2 연결부와, 상기 제 2 연결부로부터 연장되고 상기 제 2 전극판과 결합되는 제 2 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 2 퓨즈 영역이 상기 제 2 연결부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 케이스에 결합하는 캡 조립체를 더 포함하며,
상기 캡 조립체는
상기 케이스의 개구를 밀봉하며 단락홀을 가지는 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트의 단락홀에 설치되는 제 1 단락 플레이트; 및
상기 캡 플레이트의 상면으로부터 이격되고, 상기 제 1 단락 플레이트와 마주보며, 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결된 제 2 단락 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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