KR101308209B1 - 내부 압력 증가에 따라 단락을 유도하는 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 과충전 등으로 케이스 내부의 압력이 높아지면, 전극을 전기적으로 단락시켜서 전지를 보호하는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 상기 케이스를 밀봉하며 단락홀을 가지는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체와, 상기 단락홀에 설치되고 상기 케이스를 향하여 굴곡되어 형성된 반전부와 반전부의 테두리에 형성되어 캡 플레이트와 결합되는 테두리부를 포함하는 제 1 단락 플레이트와, 상기 캡 플레이트로부터 이격된 상부에 상기 단락홀을 덮도록 설치되는 제 2 단락 플레이트를 포함하고, 상기 테두리부는 상기 캡 플레이트와 결합되는 하면에 노치를 포함하는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 상기 케이스를 밀봉하며 단락홀을 가지는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체와, 상기 단락홀에 설치되고 상기 케이스를 향하여 굴곡되어 형성된 반전부와 반전부의 테두리에 형성되어 캡 플레이트와 결합되는 테두리부를 포함하는 제 1 단락 플레이트와, 상기 캡 플레이트로부터 이격된 상부에 상기 단락홀을 덮도록 설치되는 제 2 단락 플레이트를 포함하고, 상기 테두리부는 상기 캡 플레이트와 결합되는 하면에 노치를 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 발명은 과충전 등으로 케이스 내부의 압력이 높아지면, 전극을 전기적으로 단락시켜서 전지를 보호하는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하며 단락홀을 가지는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 상기 단락홀에 설치되고 상기 케이스를 향하여 굴곡되어 형성된 반전부와 반전부의 테두리에 형성되어 캡 플레이트와 결합되는 테두리부를 포함하는 제 1 단락 플레이트; 및 상기 캡 플레이트로부터 이격된 상부에 상기 단락홀을 덮도록 설치되는 제 2 단락 플레이트를 포함하고, 상기 테두리부는 상기 캡 플레이트와 결합되는 하면에 노치를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 노치는 단면이 사각형, 사다리꼴 및 삼각형 중에서 선택된 어느 하나의 형상으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 노치는 상기 테두리부를 상기 캡 플레이트와 결합시키는 용접부와 이격되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 단락 플레이트는 상기 반전부에 대응되는 영역에 홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 단락 플레이트는 상기 홀의 가장자리를 따라 상기 반전부를 향해 형성된 돌기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 과충전시 반전부가 반전되는 제 1 단락 플레이트와, 반전시 반전부와 단락되는 제 2 단락 플레이트를 구비하되, 반전부를 캡 플레이트에 고정하는 테두리부가 캡 플레이트와 맞닿는 하면에 용접부와 이격되어 형성된 노치를 구비함으로써, 반전부의 반전 동작시에 유동성을 제공하여 원하는 내압에서 용이하게 반전 동작을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 제 2 단락 플레이트의 영역 중에서 반전부와 대응되는 영역에 홀과 돌기를 구비하여, 반전부의 반전시 접촉 저항을 줄일 수 있고, 제 2 단락 플레이트와 보다 강하게 접촉하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 3a는 도 2의 B 부분 확대도이다.
도 3b는 도 3a의 C 부분 확대도이다.
도 3c는 도 2의 단락 플레이트가 반전된 상태를 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트를 확대하여 도시한 것이다.
도 4b는 도 4a의 D 부분 확대도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트를 확대하여 도시한 것이다.
도 5b는 도 5a의 E 부분 확대도이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트를 확대하여 도시한 것이다.
도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트가 반전된 상태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 포함하는 자동차의 개략도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 3a는 도 2의 B 부분 확대도이다.
도 3b는 도 3a의 C 부분 확대도이다.
도 3c는 도 2의 단락 플레이트가 반전된 상태를 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트를 확대하여 도시한 것이다.
도 4b는 도 4a의 D 부분 확대도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트를 확대하여 도시한 것이다.
도 5b는 도 5a의 E 부분 확대도이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트를 확대하여 도시한 것이다.
도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트가 반전된 상태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 포함하는 자동차의 개략도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다. 도 3a는 도 2의 B 부분 확대도이다. 도 3b는 도 3a의 C 부분 확대도이다. 도 3c는 도 2의 단락 플레이트가 반전된 상태를 도시한 것이다.
도 1 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 제 2 집전판(130), 케이스(140), 캡 조립체(150), 단락 부재(160)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 박형으로 형성된 제 1 전극판(111), 제 2 전극판(112), 상기 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)의 사이에 위치한 세퍼레이터(113)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 상기 제 1 전극판(111)은 양극을 형성할 수 있으며, 이 경우 상기 제 2 전극판(112)은 음극을 형성할 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, 상기 제 1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부(111a)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(111a)는 상기 제 1 전극판(111)과 외부 사이의 전류가 흐르는 통로를 제공한다. 다만, 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. 다만, 상기 제 2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 서로 극성을 교화나여 배치될 수도 있음은 물론이다.
상기 세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 전기적 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 또는, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 세퍼레이터(13)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 집전판(120)은 알루미늄 등의 도전성 재질로 형성되며, 상기 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 상기 제 1 전극 무지부(111a)와 접촉됨으로써, 상기 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결된다.
상기 제 1 집전판(120)은 결합부(121), 절곡부(122)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 결합부(121)는 플레이트 형상으로 구비되어, 상기 제 1 전극 무지부(111a)와 접한다. 상기 결합부(121)는 상기 제 1 전극 무지부(111a)와 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 전극 무지부(111a)가 외부와 연결되는 전기적 경로를 제공한다.
상기 절곡부(122)는 상기 결합부(121)로부터 대략 90도로 절곡된 플레이트 형상으로 이루어지며, 상기 전극 조립체(110)의 상부와 캡 조립체(150)의 사이에 설치된다. 상기 절곡부(122)는 내부에 단자홀(122a)을 구비한다. 상기 단자홀(122a)은 절곡부(122)의 일측에 형성되며, 절곡부(21) 중 상기 캡 조립체(150)의 제 1 전극 단자(152)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다.
상기 제 2 집전판(130)은 니켈 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 결합부(131), 절곡부(132)를 포함한다. 또한, 상기 절곡부(132)에는 상기 제 2 전극 단자(153)가 결합되기 위한 단자홀(132a)이 형성된다.
상기 제 2 집전판(130)의 결합부(131), 절곡부(132) 및 단자홀(132a)은 상기 제 1 집전판(120)의 결합(121), 절곡부(123) 및 단자홀(122a)과 동일한 형상으로 이루어지며 동일한 역할을 하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(10), 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(130)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는 상기 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 상기 캡 조립체(150)의 상부 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 상기 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 상기 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 제 2 집전판(130) 및 캡 조립체(150)와 절연된다. 또한, 상기 케이스(140)는 하나의 극성, 예를 들어 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 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(159a) 및 하부 절연 부재(159b)를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(151)는 상기 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 케이스(40)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(151)는 전해액 주입구(151a), 벤트홀(151b) 및 단락홀(151c)을 가질 수 있다.
상기 제 1 전극 단자(152)는 상기 캡 플레이트(151)의 일측을 관통하여 상기 제 1 집전판(120)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 전극 단자(152)는 기둥형으로 형성될 수 있으며, 상기 캡 플레이트(151)의 상부로 노출된 상부 기둥의 외주연에는 나사산이 형성된다. 상기 캡 플레이트(151)의 하부에 위치하는 하부 기둥에는 상기 제 1 전극 단자(152)가 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(152a)가 형성되며, 상기 제 1 전극 단자(152) 중에서 상기 플랜지(152a)의 하부에 위치하는 일부는 상기 제 1 집전판(120)의 단자홀(122a)에 끼워진다. 여기서, 상기 제 1 전극 단자(152)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 2 전극 단자(153)는 상기 캡 플레이트(151)의 타측을 관통하여 상기 제 2 집전판(130)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 전극 단자(153)는 상기 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 상기 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성된다. 상기 가스켓(154)은 상기 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각과 캡 플레이트(151) 사이의 공간을 밀봉시킨다. 상기 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 상기 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉한다. 또한, 상기 벤트 플레이트(157)는 상기 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(157a)를 포함한다.
상기 연결판(158)은 상기 제 1 전극 단자(152)와 캡 플레이트(151)의 사이에 상기 제 1 전극 단자(152)가 끼워지도록 형성되며, 상기 너트(155)를 통해서 상기 캡 플레이트(151)와 가스켓(154)에 밀착된다. 상기 연결판(158)은 상기 제 1 전극 단자(152)와 캡 플레이트(151)를 전기적으로 연결한다.
상기 상부 절연부재(159a)는 상기 제 2 전극 단자(153)와 캡 플레이트(151)의 사이에 상기 제 2 전극 단자(153)가 끼워지도록 형성되며, 상기 캡 플레이트(151)와 가스켓(154)에 밀착된다. 상기 상부 절연부재(159a)는 상기 제 2 전극 단자(153)와 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(159b)는 제 1 집전판(120)과 제 2 집전판(130) 각각과 상기 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 단락이 발생되는 것을 방지한다.
상기 단락 부재(160)는 상기 캡 조립체(150)의 상부에 설치된다. 상기 단락 부재(160)는 과충전 등에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 내부 압력이 기준 압력보다 큰 경우 단락을 유도하여 충전 전류의 흐름을 차단하도록 한다. 이를 위해, 상기 단락 부재(160)는 도전성 재질의 제 1 단락 플레이트(161)와 제 2 단락 플레이트(162)를 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 단락 플레이트(161)는 상기 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c)을 덮으면서 형성된다. 상기 제 1 단락 플레이트(161)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제 1 단락 플레이트(161)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 내부 압력이 기준 압력보다 큰 될 경우 위로 볼록한 형상으로 반전되어 상기 제 2 단락 플레이트(162)와 연결될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 단락 플레이트(161)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있으나, 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 단락 플레이트(161)는 아래로 볼록하게 형성된 반전부(161a)와 상기 단락홀(151c)의 가장자리에 고정된 테두리부(161b)를 포함하는 반전 플레이트로 이루어진다.
상기 반전부(161a)는 상기 케이스(140)의 내부를 향해 볼록한(convex) 형상으로 이루어진다. 상기 반전부(161a)는 상기 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c)을 감싸는 형상으로 구비되어, 상기 단락홀(151c)을 밀폐한다. 상기 반전부(161a)는 일정 정도의 탄성을 구비하여, 상기 케이스(140) 내부의 압력이 미리 설정된 기준 압력보다 큰 경우 반전된다. 상기 반전부(161a)는 정상 상태시에 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제 2 단락 플레이트(162)와는 전기적으로 절연된 상태를 유지한다. 그러나, 상기 반전부(161a)가 반전된 경우, 상기 반전부(161a)의 상부 영역이 상기 제 2 단락 플레이트(162)와 접하게 되어 상기 캡 플레이트(151)와 제 2 단락 플레이트(162)를 상호간에 전기적으로 연결시킨다. 그리고 상기 캡 프레이트(151)는 상기 양극 단자(152)에 연결되어 있고, 상기 제 2 단락 플레이트(162)는 상기 음극 단자(153)에 연결되어 있으므로, 상기 반전부(161a)가 반전되면, 상기 양극 단자(152)와 음극 단자(153)가 전기적으로 단락된 상태가 된다. 따라서, 상기 양극 단자(152) 및 음극 단자(152)를 통해 충전되는 동작이 정지되어, 상기 케이스(140) 내의 압력이 증가되는 것이 정지되기 때문에 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)가 보호될 수 있다.
상기 테두리부(161b)는 상기 반전부(161a)의 테두리에 형성된다. 상기 테두리부(161b)는 상기 반전부(161a)를 상기 캡 플레이트(151)에 고정시킨다. 따라서, 상기 테두리부(161b)는 상기 반전부(161a)가 안정적으로 반전될 수 있도록 지지한다.
상기 테두리부(161b)는 상기 캡 플레이트(151)와 맞닿은 측면 경계에 용접부(161c)를 구비한다. 상기 용접부(161c)는 펄스 용접(pulse weld)을 이용하여 형성될 수 있으며, 펄스 용접보다 강도가 높은 연속 용접(Continuous Weld)을 이용하여 형성될 수도 있다. 상기 용접부(161c)를 형성하는 용접 공정은 상기 캡 플레이트(151)와 테두리부(161b)가 측면 경계의 상부로부터 수행된다. 따라서, 상기 용접부(161c)는 상부의 폭은 상대적으로 넓고, 하부로 갈수록 폭이 상대적으로 좁아지는 형상으로 구성된다. 일 예로, 상기 용접부(161c)는 역삼각형의 형상으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 테두리부(161b)는 상기 캡 플레이트(151)와 맞닿는 하면에 노치(161d)를 구비한다. 상기 노치(161d)는 단면이 직사각형을 이루도록, 상기 테두리부(161b)의 내부로 형성된다. 상기 노치(161d)는 상기 테두리부(161b)의 하면이 상기 캡 플레이트(151)와 접하는 면적을 줄인다. 따라서, 상기 테두리부(161b)는 상기 반전부(161a)의 반전 동작시에 상기 반전부(161a)에 유동성을 제공한다. 따라서, 상기 반전부(161a)가 원하는 내압에서 용이하게 반전 동작을 수행하도록 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 상기 노치(161d)는 상기 용접부(161c)가 형성된 영역과 어긋나도록 형성된다. 즉, 상기 용접부(161c)는 상기 테두리부(161b)의 측면에 위치한 경계에서 상부의 폭이 넓고 하부의 폭이 좁게 형성되는 반면, 상기 노치(161d)는 상기 테두리부(161b)의 하면으로부터 내부를 향하도록 형성된다. 따라서, 상기 노치(161d)는 상기 용접부(161c)와 수직 위치 및 수평 위치에서 어긋나도록 형성된다. 따라서, 상기 노치(161d)는 상기 용접부(161c)의 형성을 위한 용접 공정시 상기 용접에 의한 위치 제약을 받지 않는다. 또한, 상기 반전부(161a)의 반전 동작시, 상기 노치(161d)가 유동함에 있어서도, 상기 노치(161d)는 상기 용접부(161b)에 의한 간섭을 받지 않는다. 따라서, 상기 노치(161d)는 상기 용접부(161b)와 독립하여 상기 반전부(161a)에 유동성을 제공할 수 있다.
상기 제 2 단락 플레이트(162)는 상기 캡 플레이트(151)로부터 이격된 외측에서 제 2 전극 단자(153)가 끼워지도록 형성되며, 단락홀(151c)의 상부를 덮도록 연장된다. 상기 제 2 단락 플레이트(162)는 상기 제 2 전극 단자(153)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 제 2 단락 플레이트(162)는 평평한 상면과 하면을 가지며 구리 재질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 단락 플레이트(161)의 테두리부(161b)가 상기 캡 플레이트(151)와 맞닿는 하면에 노치(161d)를 구비하고, 상기 노치(161d)를 용접부(161c)와 이격하여 형성함으로써, 반전부(161a)의 반전 동작시에 유동성을 제공하여, 원하는 내압에서 용이하게 반전 동작을 수행하도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트를 확대하여 도시한 것이다. 도 4b는 도 4a의 D 부분 확대도이다. 앞선 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 단락 부재(260)를 포함하여 형성된다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 제 1 집전판, 제 2 집전판, 케이스, 캡 조립체의 구성을 포함하여 이루어질 수 있으나, 앞선 실시예와 동일하므로 상기 구성들의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 단락 부재(260)는 상기 캡 조립체(150)의 상부에 설치된다. 상기 단락 부재(260)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)의 내부 압력이 기준 압력보다 큰 경우 단락을 유도한다. 상기 단락 부재(260)는 제 1 단락 플레이트(261)와 제 2 단락 플레이트(162)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 제 2 단락 플레이트(162)는 앞선 실시예와 동일하다.
상기 제 1 단락 플레이트(261)는 반전부(261a)와 테두리부(261b)를 포함하며, 상기 반전부(261a)는 앞서 실시예와 구성 및 동작이 동일하다.
상기 테두리부(261b)는 상기 캡 플레이트(151)와 접하는 측면 경계에 용접부(261c)를 구비한다. 또한, 상기 테두리부(261b)는 상기 캡 플레이트(151)와 접하는 하면에 노치(261d)를 구비한다.
상기 노치(261d)는 단면이 사다리꼴을 이루도록 상기 테두리부(261c)의 내부로 형성된다. 상기 노치(261d)를 구성하는 사다리꼴은 상기 테두리부(261c)의 하면에 위치하는 밑변의 길이는 상대적으로 길고, 상기 테두리부(261c)의 내부에 위치하는 윗변의 길이는 상대적으로 짧도록 형성된다. 반면, 상기 용접부(261c)는 상기 테두리부(261c)의 상부에서는 상대적으로 넓게 형성되고, 내부를 향할수록 상대적으로 좁게 형성된다. 따라서, 상기 노치(261d)는 상기 용접부(261c)와 맞닿지 않게 엇갈려서 형성될 수 있다. 또한, 상기 노치(261d)의 크기를 상기 용접부(261c)에 구애받지 않고 원하는 크기로 조절하는 것이 가능하다. 게다가, 상기 노치(261c)의 밑변을 늘림으로써, 상기 반전부(261a)의 반전시에 보다 많은 유동성을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트를 확대하여 도시한 것이다. 도 5b는 도 5a의 E 부분 확대도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지는 단락 부재(360)를 포함하여 형성된다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 제 1 집전판, 제 2 집전판, 케이스, 캡 조립체의 구성을 포함하여 이루어질 수 있으나, 앞선 실시예와 동일하므로 상기 구성들의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 단락 부재(360)는 제 1 단락 플레이트(361)와 제 2 단락 플레이트(362)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 제 2 단락 플레이트(362)는 앞선 실시예와 동일하다.
상기 제 1 단락 플레이트(361)는 반전부(361a)와 테두리부(361b)를 포함하며, 상기 반전부(361a)는 앞서 실시예와 구성 및 동작이 동일하다.
상기 테두리부(361b)는 상기 캡 플레이트(151)와 접하는 측면 경계에 용접부(361c)를 구비한다. 또한, 상기 테두리부(361b)는 상기 캡 플레이트(151)와 접하는 하면에 노치(361d)를 구비한다.
상기 테두리부(361d)는 단면이 삼각형을 이루도록 상기 테두리부(361c)의 내부로 형성된다. 상기 노치(361d)를 구성하는 삼각형은 상기 테두리부(361c)의 하면에 밑변이 위치하고, 상기 테두리부(361c)의 내부에 꼭지점이 형성되도록 형성된다. 따라서, 상기 노치(361d)는 상기 용접부(361c)와 맞닿지 않게 엇갈려서 형성될 수 있고, 상기 용접부(361c)에 구애받지 않고 원하는 크기로 조절하는 것이 가능하다. 또한, 상기 노치(361c)의 밑변을 늘림으로써, 상기 반전부(361a)의 반전시에 보다 많은 유동성을 제공하는 것이 가능하다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트를 확대하여 도시한 것이다. 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 플레이트가 반전된 상태를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지는 단락 부재(460)를 포함하여 형성된다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 제 1 집전판, 제 2 집전판, 케이스, 캡 조립체의 구성을 포함하여 이루어질 수 있으나, 앞선 실시예와 동일하므로 상기 구성들의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 단락 부재(460)는 제 1 단락 플레이트(161)와 제 2 단락 플레이트(462)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 제 1 단락 플레이트(161)는 앞선 실시예와 동일하다.
상기 제 2 단락 플레이트(462)는 상기 제 1 단락 플레이트(161)의 반전부(161a)에 대응되는 영역에 홀(462a)과 돌기(462b)를 포함할 수 있다.
상기 홀(462a)은 상기 제 1 단락 플레이트(161)와 제 2 단락 플레이트(462)가 접촉하여 단락이 발생할 경우 전류의 흐름이 일정하도록 한다. 즉, 상기 제 1 단락 플레이트(161)와 제 2 단락 플레이트(462)의 접촉 영역에서 저항이 크게 형성되는데, 상기 홀(462a)은 상기 제 1 단락 플레이트(161)의 반전부(161a)와 제 2 단락 플레이트(462) 사이의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 접촉 영역에서의 저항을 줄일 수 있다.
상기 돌기(462b)는 제 1 단락 플레이트(161)의 반전부(161a)와 마주보는 면에 형성되며, 상기 홀(462a)의 주변에서 돌출된다. 상기 돌기(462b)는 상기 제 1 단락 플레이트(161)와 제 2 단락 플레이트(462) 사이의 거리를 줄인다. 따라서, 상기 제 1 단락 플레이트(161)의 반전부(161a)가 반전되면, 상기 제 2 단락 플레이트(462)의 돌기(462b)에 접촉하게 된다. 따라서. 상기 돌기(462b)는 상기 제 1 단락 플레이트(161)와 제 2 단락 플레이트(462)를 보다 강하게 접촉시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 포함하는 자동차의 개략도이다. 상기 자동차(700)는 승객 또는 짐/장비를 수송하거나, 사람에 의해 조종되거나, 자동화되거나, 로봇 등의 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차일 수 있고, 예를 들어, 플러그인(plug-in) 전기 자동차, 오토바이. 자전거, 스쿠터 등, 휘발류 또는 디젤 전기 하이브리드 자동차, 오토바이, 자전거, 스쿠터 등일 수 있다. 상기 전기 자동차는 상기 배터리로부터 출력된 전기적 에너지에 의해 전력 공급되는 전기적인 엔진을 사용할 수 있다. 상기 전기 자동차는 전력, 예를 들어 주전력 및/또는 보조 전력원을 제공하는 본 실시예에 따른 전지를 하나 이상 사용할 수 있다. 상기 하이브리드 자동차는 원동력을 제공하기 위해 2가지 이상의 전력원 예를 들어 내부 연소 엔진 및 전기 모터를 사용할 수 있다. 또 다른 구현에서, 상기 내부 연소 엔진은 전기를 생성하기 위해서만 사용될 수도 있다. 또 다른 구현에서, 연료 전지, 예를 들어 수소 전력 연료 전지(hydrogen-poweredfuel cell)이 전기를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
다수의 전지(100)는 전기를 생성하거나 및/또는 전력원으로부터 전기를 수신하는 배터리 팩(701)으로서 이해될 수 있다. 이차 전지(100) 또는 그 다수는 캐리어(702)에 실장될 수 있고, 가스를 방출고 이차 전지에 대한 공기 흐름을 제공하기 위해 위해 벤트(703)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시예는 케이스 내부의 압력이 높아지면, 전극간 전기적 단락을 유도하여 보호될 수 있는 전지를 제공한다. 상기 이차 전지는 실린터 형태, 삼각 기둥 형태 등을 포함하는 다양한 형태로 제조될 수 있다. 상기 이차 전지는 일반적으로 전해액과 함께 양극 플레이트와 음극 플레이트간 절연으로서 기능하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체를 수용하고, 전극 단자를 갖는 캡 조립체를 케이스에 결합하여 형성된다.
예를 들어 과충전으로 높은 열이 생성된 때, 또는 전해액이 분해된 때, 내부 압력은 증가될 수 있고, 잠재적으로 불이 나거나 폭발이 발생할 수 있다. 상술한 바와 같이, 실시예들은 개선된 안전성을 갖는 이차 전지에 관한 것이다. 이차 전지는 예를 들어 제어되지 않은 내부 압력 증가의 회피 문제들에 대해 내부 압력을 제어하거나 또는 환기하여 충전 동작을 단락시킴으로써 설계될 수 있다.
상기 전지는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 상기 케이스를 밀봉하며 단락홀을 가지는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체와, 상기 단락홀에 설치되고 상기 케이스를 향하여 굴곡되어 형성된 반전부와 반전부의 테두리에 형성되어 캡 플레이트와 결합되는 테두리부를 포함하는 제 1 단락 플레이트와, 상기 캡 플레이트로부터 이격된 상부에 상기 단락홀을 덮도록 설치되는 제 2 단락 플레이트를 포함하고, 상기 테두리부는 상기 캡 플레이트와 결합되는 하면에 노치를 포함할 수 있다.
상기 홈은 사각형, 사다리꼴 또는 삼각형과 같은 단면일 수 있다. 상기 홈은 상기 상기 캡 플레이트에 대한 상기 테두리부에 결합되기 위한 용접부로부터 이격될 수 있다. 상기 제 2 단락 플레이트는 상기 반전부에 대응되는 영역에 홀을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 단락 플레이트는 상기 홀의 테두리를 따라 형성된 돌출부를 더 포함하여, 상익 반전부를 향하도록 할 수 있다. 상기 반전부와 제 2 단락 플레이트간 접촉에서 저항은 따라서 줄어들 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 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; 이차 전지 110; 전극 조립체
120; 제 1 집전판 130; 제 2 집전판
140; 케이스 150; 캡 조립체
160; 단락부재 161; 제 1 단락 플레이트
162; 제 2 단락 플레이트
120; 제 1 집전판 130; 제 2 집전판
140; 케이스 150; 캡 조립체
160; 단락부재 161; 제 1 단락 플레이트
162; 제 2 단락 플레이트
Claims (20)
- 내부 공간을 갖는 하우징;
상기 하우징의 내부 공간에 형성된 전극 조립체;
상기 하우징의 상부에 결합되고, 일 영역에 개구를 갖는 캡 플레이트; 및
상기 캡 플레이트의 개구에 형성된 제 1 단락 플레이트와 상기 제 1 단락 플레이트에 이격되어 형성된 제 2 단락 플레이트를 포함하는 단락 회로 멤버를 포함하고,
상기 제 1 단락 플레이트는 반전부, 및 테두리부를 포함하고,
상기 반전부는 상기 하우징의 내부 공간을 향해 돌출하고,
상기 테두리부는 상기 캡 플레이트의 개구를 따라 형성되어 상기 캡 플레이트와 고정된 고정부와, 상기 테두리부의 상기 캡 플레이트와 접하는 면에 형성되고 상기 개구의 주변을 오버랩하는 적어도 하나의 홈을 포함하는 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 고정부는 용접부인 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 홈은 사각형인 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 홈은 상기 내부 공간으로부터 역단차진 전지. - 제 4 항에 있어서,
상기 홈은 삼각형 또는 사다리꼴인 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 홈은 상기 고정부와 수평하게 이격된 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 홈은 상기 고정부와 근접한 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 홈은 상기 고정부와 오버랩되지 않는 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 홈은 상기 개구의 주변을 오버랩하는 전지. - 제 9 항에 있어서,
상기 홈은 상기 테두리부의 내부 영역과 상기 테두리부의 외부 영역에 의해 구획되고,
상기 테두리부의 내부 영역은 상기 반전부와 상기 테두리부의 외부 영역의 사이에 형성되며,
상기 테두리부의 외부 영역은 상기 홈과 고정부의 사이에 형성되고,
상기 테두리부의 내부 영역은 상기 하우징과 접하는 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 개구의 주변은 단차를 포함하고, 상기 테두리부는 상기 단차를 오버랩하는 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 홈의 수평적 범위는 상기 단차를 완전히 오버랩하는 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 홈은 상기 테두리부의 내부 영역과 외부 영역에 의해 구획되고,
상기 테두리부의 내부 영역은 상기 반전부와 상기 테두리부의 외부 영역의 사이에 형성되고,
상기 테두리부의 내부 영역은 상기 단차와 접하는 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 케이스와 캡 조립체를 포함하고,
상기 개구는 상기 캡 조립체내에 위치하고,
상기 제 1 단락 플레이트는 상기 캡 조립체에 고정된 전지. - 제 12 항에 있어서,
상기 전극 조립체에 연결된 제 1 및 제 2 단자를 더 포함하고,
상기 제 2 단락 플레이트는 상기 제 1 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 단락 플레이트는 상기 제 2 단자에 전기적으로 연결되며,
상기 반전부는 상기 하우징의 내부 공간이 기설정된 압력에 도달한 때 반전되고, 상기 반전부는 상기 반전부가 반전한 때 상기 제 2 플레이트와 전기적으로 연결되는 전지. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 단자는 반대 극성의 충전 단자들이고, 상기 제 1 및 제 2 단자는 상기 반전부가 반전한 때 상기 제 2 단락 플레이트와 반전부의 사이에서 전기적 접촉에 의해 단락되는 전지. - 제 15 항에 있어서,
상기 반전부와 제 2 단락 플레이트 중에서 적어도 하나는 상기 반전부와 제 2 단락 플레이트의 반대를 향해 연장된 돌기를 포함하고, 상기 돌기는 상기 반전부와 제 2 단락 플레이트의 사이에 전기적인 접촉을 형성하는 전지. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 단락 플레이트는 상기 반전부의 상부에 홀을 포함하고, 상기 홀은 상기 반전부와 제 2 단락 플레이트의 사이에서 전기적인 접촉의 영역을 증가시키는 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 반전부는 상기 하우징의 내부 공간이 기설정된 압력에 도달한 때 반전되고,
상기 제 1 단락 플레이트는 상기 하우징 내의 개구를 밀봉하고, 상기 밀봉은 상기 반전부가 상기 기설정된 압력에 의해 반전되더라도 유지되며,
상기 전지는 상기 하우징 내부의 압력이 적어도 기설정된 압력만큼 큰 압력에 도달한 때 하우징의 내부로부터 압력을 터뜨리는 벤트 플레이트를 더 포함하는 전지. - 자동차에 대해 동력을 제공하는 전원;
상기 전원에 전력을 공급하는 적어도 하나의 전지를 포함하고, 상기 전지는
내부 공간을 갖는 하우징;
상기 하우징의 내부 공간에 형성된 전극 조립체;
상기 하우징의 상부에 결합되고, 일 영역에 개구를 갖는 캡 플레이트; 및
상기 캡 플레이트의 개구에 형성된 제 1 단락 플레이트 및 상기 제 1 단락 플레이트에 이격되어 형성된 제 2 단락 플레이트를 포함하는 단락 회로 멤버를 포함하고,
상기 제 1 단락 플레이트는 반전부와 테두리부를 포함하고,
상기 반전부는 상기 하우징의 내부 공간을 향하여 돌출되고,
상기 테두리부는 상기 캡 플레이트의 개구를 따라 형성되어 상기 캡 플레이트와 고정된 고정부와, 상기 테두리부의 상기 캡 플레이트와 접하는 면에 형성되고, 상기 개구의 주변을 오버랩하는 적어도 하나의 홈을 포함하는 전지.
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