KR101657333B1 - 이차 전지 - Google Patents

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KR101657333B1
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삼성에스디아이 주식회사
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 못 관통시 단락 전류의 경로가 다수회 변경되고, 또한 다수의 퓨즈가 용융되어 절단됨으로써, 전극 조립체의 에너지가 분산되어 소비되어, 과도한 온도 증가 현상 및 발화 현상을 방지하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 케이스; 상기 케이스의 내측에 위치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전체; 상기 집전체에 연결된 단자; 및 상기 전극 조립체 및 상기 집전체에 전기적으로 연결된 제1단락 유도 부재를 포함하고, 상기 제1단락 유도 부재는 상기 전극 조립체와 상기 케이스의 사이에 위치되고, 상기 제1단락 유도 부재는 제1퓨즈를 포함하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE SECONDARY BATTERY}
본 발명의 일 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지는 노트북이나 셀룰러 폰과 같은 소형 전자 장치에 주로 사용되고 있다. 또한, 이러한 리튬 이온 이차 전지는 다른 종류의 이차 전지에 비해 고출력, 고용량 및 경량 등의 특성을 가지고 있기 때문에, 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차에도 사용되기 시작했다. 자동차에 사용되는 리튬 이온 이차 전지는 가혹한 환경에서의 안전성 및 신뢰성을 만족해야 한다.
본 발명의 일 실시예는 못 관통 후 전지의 온도가 과도하게 상승하지 않고 또한 발화하지 않는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 케이스; 상기 케이스의 내측에 위치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전체; 상기 집전체에 연결된 단자; 및 상기 전극 조립체 및 상기 집전체에 전기적으로 연결된 제1단락 유도 부재를 포함하고, 상기 제1단락 유도 부재는 상기 전극 조립체와 상기 케이스의 사이에 위치되고, 상기 제1단락 유도 부재는 제1퓨즈를 포함한다.
상기 집전체는 상기 제1퓨즈의 전기 저항값과 다른 전기 저항값을 갖는 제2퓨즈를 포함할 수 있다.
상기 제1단락 유도 부재는 상기 제1퓨즈를 통하여 상기 집전체에 연결될 수 있다. 상기 단자는 상기 케이스의 내측으로부터 상기 케이스의 외측으로 연장하고, 상기 집전체는 제2퓨즈를 포함하며, 상기 제1퓨즈가 상기 제2퓨즈보다 상기 단자에 더 가깝게 형성될 수 있다. 상기 제1퓨즈는 제1저항값을 갖고, 상기 제2퓨즈는 제2저항값을 가지며, 상기 제1저항값이 상기 제2저항값보다 클 수 있다. 상기 제1퓨즈는 제1단면적을 갖고, 상기 제2퓨즈는 제2단면적을 가지며, 상기 제1단면적이 상기 제2단면적보다 작을 수 있다.
상기 제1단락 유도 부재는 상기 전극 조립체의 무지부에 중첩되고, 상기 제1퓨즈가 상기 집전체쪽으로 연장하는 제1평평부, 상기 무지부를 제외한 상기 전극 조립체의 영역에 중첩되는 제2평평부, 및 상기 제1,2평평부로부터 절곡된 절곡부를 포함할 수 있다. 상기 제1평평부는 무지부에 부착되고, 상기 제2평평부는 상기 무지부를 제외한 상기 전극 조립체의 상기 영역에 부착될 수 있다. 상기 제1퓨즈의 폭은 상기 제1평평부의 폭보다 작을 수 있다. 상기 제1퓨즈는 상기 제1단락유도 부재의 제1평평부로부터 연장된 제1영역, 및 상기 제1영역으로부터 절곡되고, 상기 집전체에 부착된 제2영역을 포함할 수 있다. 상기 제1단락 유도 부재의 상기 제1평평부 뿐만 아니라 상기 제1퓨즈의 상기 제1,2영역, 상기 제2평평부, 및 상기 절곡부는 동일한 재료로 형성되고, 일체로 형성될 수 있다. 상기 제1퓨즈의 상기 제1영역은 적어도 하나의 홀 또는 절개홈을 포함할 수 있다.
본 발명은 제2단락 유도 부재 및 절연판을 더 포함하고, 상기 제2단락 유도 부재는 상기 제1단락 유도 부재에 중첩하고, 상기 절연판은 상기 제1,2단락 유도 부재의 사이에 위치될 수 있다. 상기 제1단락 유도 부재는 상기 절연판과 상기 전극 조립체의 사이에 개재될 수 있다.
본 발명은 제2단락 유도 부재를 더 포함하고, 상기 제2단락 유도 부재는 상기 전극 조립체의 제2무지부에 부착된 제1평평부, 상기 제2무지부를 제외한 상기 전극 조립체의 영역에 부착된 제3평평부, 및 상기 제1,3평평부의 사이에 연장된 제2평평부를 포함할 수 있다.
상기 제1단락 유도 부재는 다수의 제1단락 유도 부재중 어느 하나이고, 상기 다수의 제1단락 유도 부재의 각각은 상기 전극 조립체의 서로 다른 측면에 위치될 수 있다.
상기 전극 조립체는 다수의 전극 조립체중 어느 하나이고, 상기 제1단락 유도 부재는 다수의 제1단락 유도 부재중 어느 하나일 수 있다.
상기 집전체는 제1영역, 제2영역 및 제3영역을 포함하고, 상기 제1영역은 상기 전극 조립체의 무지부에 연결되며, 상기 제3영역은 상기 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 제2영역은 상기 제1,3영역의 사이에서 연장되며, 상기 제1퓨즈는 상기 제2영역 또는 상기 제3영역에 연결될 수 있다. 상기 집전체는 제2퓨즈를 포함하고, 상기 제2퓨즈는 상기 집전체의 상기 제2영역 또는 상기 제3영역에 형성될 수 있다. 상기 제2퓨즈는 상기 제2영역에 형성되고, 상기 제1퓨즈는 상기 제3영역에 인접하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 동시에, 상기 케이스를 통하여 외측으로 노출된 제1,2단자부; 및 상기 전극 조립체와 상기 케이스의 사이에 개재되고, 상기 제1,2단자부에 각각 전기적으로 연결된 제1,2단락 유도 부재를 포함하고, 상기 제1단락 유도 부재는 퓨즈를 통하여 상기 제1단자부에 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 못 관통시 단락 전류의 경로가 다양하게 변경되고, 또한 다수의 퓨즈가 용융 및 절단됨으로써, 전극 조립체의 에너지가 분산되어 소비된다. 즉, 전극 조립체의 줄열(Jouls's heat)이 분산되어 소비되고, 이에 따라 이차 전지의 온도가 과도하게 상승하지 않을 뿐만 아니라 발화하지 않게 된다. 따라서, 이차 전지의 안전성 및 신뢰성이 향상된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 못 관통시 단락 전류의 경로가 다양하게 변경되는 동시에, 다수의 퓨즈가 용융 및 절단됨으로써, 전극 조립체의 에너지가 분산되어 소비되고, 이에 따라 이차 전지의 온도가 과도하게 상승하지 않을 뿐만 아니라 발화되지도 않게 된다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도, 종단면도 및 횡단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1c의 2a 영역 및 2b 영역을 확대 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지중에서 전극 조립체, 단자부(집전체 및 단자) 및 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 단락 유도 부재에 형성된 퓨즈의 다른 예를 도시한 부분 확대 사시도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 동작을 도시한 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 횡단면도, 및 전극 조립체, 단자부(집전체 및 단자) 및 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 전극 조립체, 단자부(집전체 및 단자) 및 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 전극 조립체, 단자부(집전체 및 단자) 및 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
이하, 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.
여기서, 도면에 도시된 구성 요소는 발명의 이해를 위해 과장될 수 있다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 위에 위치한다는 것은, 그 구성 요소가 다른 구성 요소 위에 직접 위치하거나 또는 또다른 구성 요소가 개재되어 위치함을 의미한다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 아래에 위치한다는 것은, 그 구성 요소가 다른 구성 요소 아래에 직접 위치하거나 또는 또다른 구성 요소가 개재되어 위치함을 의미한다. 더욱이, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소들 사이에 위치한다는 것은, 하나의 구성 요소 또는 다수의 구성 요소가 다른 구성 요소들 사이에 위치함을 의미한다.
명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도, 종단면도 및 횡단면도이다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(120), 제1단자부(130), 제2단자부(140), 캡 플레이트(150) 및 단락 유도 부재(160)를 포함한다. 여기서, 상기 케이스(120)는 캔(can)으로 지칭될 수도 있으며, 경우에 따라서는 캡 플레이트(150)를 포함하는 개념일 수도 있다. 더불어, 제1단자부(130)는 전극 조립체(110)에 전기적으로 연결된 집전체 및 외부 장치에 전기적으로 연결된 단자를 포함하는 개념이며, 마찬가지로 제2단자부(140) 역시 전극 조립체(110)에 전기적으로 연결된 집전체 및 외부 장치에 전기적으로 연결된 단자를 포함하는 개념이다.
상기 전극 조립체(110)는 제1전극판(111), 제2전극판(112) 및 세퍼레이터(113)를 포함한다. 또한, 상기 전극 조립체(110)는 대략 권취된 젤리 롤(Jelly Roll) 형태이거나, 또는 스택(stack)된 형태일 수 있다.
상기 제1전극판(111)은 양극판일 수 있고, 상기 제2전극판(112)은 음극판일 수 있다. 물론, 반대로 상기 제1전극판(111)은 음극판이고, 상기 제2전극판(112)은 양극판일 수 있다. 상기 제1전극판(111)은 제1금속 포일(111a) 및 제1활물질(111b)(도 2a 및 도 2b 참조)을 포함한다. 상기 제1전극판(111)이 양극판일 경우, 상기 제1금속 포일(111a)은 알루미늄일 수 있고, 상기 제1활물질(111b)은 리튬계 산화물일 수 있다. 상기 제2전극판(112) 역시 제2금속 포일(112a) 및 제2활물질(112b) (도 2a 및 도 2b 참조)을 포함한다. 상기 제2전극판(112)이 음극판일 경우, 상기 제2금속 포일(112a)은 구리일 수 있고, 상기 제2활물질(112b)은 흑연일 수 있다. 물론, 여기서 상기 재질들로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 상기 세퍼레이터(113)는 상기 제1전극판(111) 및 상기 제2전극판(112)의 사이에 위치된다. 이러한 세퍼레이터(113)는 다공성의 PE(polyethylene), PP(polypropylene) 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 상기 세퍼레이터(113)는 실질적으로 상기 제1전극판(111)의 양측면에 위치되거나, 또는 상기 제2전극판(112)의 양측면에 위치될 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터(113)는 전극 조립체(110)의 최외곽에 위치되어, 전극 조립체(110)의 소정 영역이 상기 케이스(120), 상기 캡 플레이트(150) 및 상기 단락 유도 부재(160)와 쇼트되지 않도록 한다.
더불어, 상기 제1전극판(111)은 양극 활물질(111b)이 코팅되지 않은 제1비코팅 영역(111c, 제1무지부)을 포함하고, 상기 제1비코팅 영역(111c)은 세퍼레이터(113)의 일측을 통하여 외부로 돌출될 수 있다. 또한 상기 제2전극판(112) 역시 음극 활물질(112b)이 코팅되지 않은 제2비코팅 영역(112c, 제2무지부)을 포함하고, 상기 제2비코팅 영역(112c)은 세퍼레이터(113)의 타측을 통하여 외부로 돌출될 수 있다. 즉, 상기 제1비코팅 영역(111c) 및 제2비코팅 영역(112c)의 돌출 방향은 상기 세퍼레이터(113)를 중심으로 서로 반대일 수 있다.
상기 케이스(120)는 두 개의 넓은 측면(121a, 121b)과, 두 개의 좁은 측면(122a, 122b)과, 하나의 바닥면(123)을 포함한다. 물론, 상기 케이스(120)는 상부가 개방되어 있다. 물론, 최종적으로 상기 케이스(120)의 상부는 캡 플레이트(150)로 덮여 있다. 이러한 케이스(120)에는 상기 전극 조립체(110)가 전해액과 함께 수용된다. 이때, 상기 전극 조립체(110)의 제1비코팅 영역(111c) 및 제2비코팅 영역(112c)이 각각 두개의 좁은 측면(122a, 122b)을 향한다. 또한, 상기 케이스(120)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 철, 철 합금, 서스(SUS) 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제1단자부(130) 및 상기 제2단자부(140)는 각각 상기 전극 조립체(110)의 제1전극판(111) 및 제2전극판(112)에 전기적으로 접속된다. 즉, 상기 제1단자부(130)는 상기 제1전극판(111)에 용접되고, 상기 제2단자부(140)는 상기 제2전극판(112)에 용접될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 제1단자부(130)는 제1전극판(111)의 제1비코팅 영역(111c)에 용접될 수 있다. 또한, 상기 제2단자부(140)는 제2전극판(112)의 제2비코팅 영역(112c)에 용접될 수 있다.
또한, 상기 제1단자부(130)는 제1영역(131), 제2영역(132), 제3영역(133), 퓨즈(133a) 및 제4영역(134)을 포함한다. 여기서, 상기 제1영역(131), 제2영역(132) 및 제3영역(133)은 집전체(current collector)로 정의될 수 있다. 또한, 상기 퓨즈(133a)는 상기 집전체에 형성됨으로써, 실질적으로 상기 퓨즈(133a)는 상기 제1영역(131), 제2영역(132) 및 제3영역(133)중 어느 하나에 형성될 수 있다. 상기 제4영역(134)은 단자(terminal)로 정의될 수 있다.
상기 제1영역(131)은 상기 전극 조립체(110) 중에서 제1전극판(111) 즉, 제1비코팅 영역(111c)의 내측으로 삽입된 후 용접되거나, 또는 상기 제1비코팅 영역(111c)의 표면에 접촉된 후 용접된다. 여기서, 상기 퓨즈(133a)는 상기 제2영역(132) 또는 제3영역(133)에 형성될 수도 있다.
또한, 상기 제2단자부(140) 역시 제1영역(141), 제2영역(142), 제3영역(143) 및 제4영역(144)을 포함한다. 상기 제1영역(141), 제2영역(142) 및 제3영역(143)은 집전체로 정의될 수 있고, 상기 제4영역(144)은 단자로 정의될 수 있다.
상기 제1영역(141)은 상기 전극 조립체(110) 중에서 제2전극판(112) 즉, 제2비코팅 영역(112c)의 내측으로 삽입되어 용접되거나, 또는 제2비코팅 영역(112c)의 표면에 접촉된 후 용접된다.
더불어, 상기 제1단자부(130) 및 상기 제2단자부(140)의 각 제4영역(134,144) 즉, 단자는 캡 플레이트(150)를 관통하여 외측으로 노출 또는 돌출된다. 더불어, 상기 제1단자부(130) 및 상기 제2단자부(140)중에서 제4영역(134,144)에는 제1,2고정부재(135,145)가 각각 결합되어 있다. 따라서 상기 제1단자부(130) 및 상기 제2단자부(140)는 캡 플레이트(150)에 단단하게 고정된다. 더욱이, 상기 제1고정부재(135)는 일정 영역이 상기 캡 플레이트(150)에 직접 전기적으로 접속될 수 있다. 실질적으로, 이러한 제1고정부재(135)는 고저항 부재일 수 있다. 일례로, 상기 제1고정부재(135)는 스테인레스 스틸 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 이러한 스테인레스 스틸은 일반적으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 비해서 저항값이 높다. 다르게 설명하면, 상기 제1고정부재(135)는 상기 케이스(120) 및 캡 플레이트(150)에 비하여 저항값이 높다.
상기 캡 플레이트(150)는 상기 제1단자부(130) 및 상기 제2단자부(140)가 외부로 노출 또는 돌출되도록 하면서, 상기 케이스(120)를 덮는다. 물론, 상기 케이스(120)와 상기 캡 플레이트(150)의 경계는 레이저 빔으로 용접될 수 있다. 더불어, 상기 제1단자부(130) 및 상기 제2단자부(140)중에서 각각의 제4영역(134,144)은 상기 캡 플레이트(150)를 관통하는데, 그 외주연에 각각 절연재(151a, 151b)가 형성될 수 있다. 따라서 상기 제1,2단자부(130,140)의 제4영역(134,144)는 캡 플레이트(150)와 전기적으로 절연될 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 고저항 부재와 같은 제1고정부재(135)가 직접 캡 플레이트(150)에 접속됨으로서, 상기 캡 플레이트(150) 및 케이스(120)는 극성(예를 들면, 양극)을 갖는다.
더욱이, 상기 캡 플레이트(150)에는 전해액 마개(152)가 결합될 수 있고, 상대적으로 얇은 두께를 갖는 안전벤트(153)도 형성될 수 있다. 실질적으로, 이러한 캡 플레이트(150)는 상기 케이스(120)와 동일 재질로 형성될 수 있다.
상기 단락 유도 부재(160)는 상기 전극 조립체(110)와 상기 케이스(120)의 사이에 위치된다. 즉, 상기 단락 유도 부재(160)는 상기 전극 조립체(110)와 상기 케이스(120)중 적어도 하나의 넓은 측면(121a)의 사이에 위치된다.
상기 단락 유도 부재(160)는 제1단락 유도 부재(161), 제2단락 유도 부재(163) 및 상기 제1단락 유도 부재(161)와 제2단락 유도 부재(163) 사이에 위치된 절연판(164)을 포함한다. 상기 단락 유도 부재(160)의 높이는 상기 전극 조립체(111)의 높이보다 작을 수 있다. 예를 들면, 상기 단락 유도 부재(160)는 상기 전극 조립체(111)의 중앙 영역과 중첩되고, 상기 전극 조립체(111)의 양 측단과는 중첩되지 않을 수 있다.
상기 제1단락 유도 부재(161)는 상기 제1단자부(130)중 제2영역(132) 또는 제3영역(133)에 퓨즈(162)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 퓨즈(162)를 포함하며, 이러한 퓨즈(162)가 상기 제1단자부(130)의 제2영역(132) 또는 제3영역(133)에 용접될 수 있다. 경우에 따라, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 상기 제1전극판(111)중 제1비코팅 영역(111c)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 상기 제1비코팅 영역(111c)에 용접될 수 있다. 상기 제2단락 유도 부재(163)는 상기 제2전극판(112)중 제2비코팅 영역(112c)에 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 제2단락 유도 부재(163)는 상기 제2비코팅 영역(112c)에 용접된다. 상기 절연판(165)은 단락 유도 부재(160)의 동작 전까지 제1단락 유도 부재(161)와 제2단락 유도 부재(163)의 전기적 단락을 방지하는 역할을 한다. 더불어, 상기 단락 유도 부재(160)와 상기 케이스(120)의 사이에도 절연판(165)이 위치된다. 상기 절연판(165)은 단락 유도 부재(160)의 동작 전까지 제2단락 유도 부재(163)와 케이스(120)의 사이에 전기적 단락을 방지하는 역할을 한다.
여기서, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 케이스(120) 및 캡 플레이트(150)와 같은 극성일 수 있다. 또한, 상기 제2단락 유도 부재(162)는 상기 제1단락 유도 부재(161)와 반대 극성일 수 있다.
이와 같이 하여, 이차 전지의 못 관통시 상기 절연판(163,165)이 찢어지거나 또는 손상되면서, 상기 단락 유도 부재(160)의 제1단락 유도 부재(161) 및 제2단락 유도 부재(163)가 직접 전기적으로 단락된다. 상기 제1단락 유도 부재(161) 및 제2단락 유도 부재(163)는 전극 조립체(110)에 비하여 전기 저항이 상대적으로 작으므로, 단락시 열을 거의 발생시키지 않으며, 대전류를 신속하게 소모한다. 이에 따라, 이차 전지(100)의 못 관통시 발열 현상이 거의 발생하지 않음으로써, 이차 전지의 관통 안전성 및 신뢰성이 향상된다.
더욱이, 아래에서 다시 상세하게 설명하겠지만, 이차 전지(100)의 관통시 상기 제1단락 유도 부재(161)에 형성된 퓨즈(162)로 인하여 단락 전류의 경로가 다양하게 변경되고, 또한 다수의 퓨즈(133a, 162)가 용융되어 절단됨으로써, 전극 조립체(110)의 에너지가 분산되어 소비된다. 즉, 전극 조립체(110)의 줄열(Jouls's heat)이 분산되어 소비되고, 이에 따라 이차 전지의 온도 상승 및 발화 현상이 더욱 적극적으로 방지된다.
또한, 단락 유도 부재(160)는 전극 조립체(110)와 케이스(120)의 사이에 비교적 두꺼운 판(plate) 형태로 위치됨으로써, 전극 조립체(110)를 지지하는 기능을 갖고, 또한 케이스(120)의 스웰링도 억제하는 기능을 갖는다.
한편, 도 1b에서 도면 부호 171은 상기 제1단자부(130)의 제1영역(131), 상기 전극 조립체(110)의 제1비코팅 영역(111c) 및 상기 제1단락 유도 부재(161)의 용접 영역을 도시한 것이다. 또한, 도 1b에서 도면 부호 181은 상기 제2단자부(140)의 제1영역(141), 상기 전극 조립체(110)의 제2비코팅 영역(112c) 및 상기 제2단락 유도 부재(163)의 용접 영역을 도시한 것이다. 도면에서는 용접 영역이 대략 직사각 형태로 형성되어 있으나, 이러한 용접 형태로 본 발명을 한정하는 것은 아니디ㅏ.
도 2a 및 도 2b는 도 1c의 2a 영역 및 2b 영역을 확대 도시한 것이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)는 예를 들면 제1금속 포일(111a)(예를 들면, 알루미늄 포일 또는 알루미늄 메쉬), 제1활물질(111b)(예를 들면, 리튬계 산화물) 및 제1활물질이 코팅되지 않은 제1비코팅 영역(111c)으로 이루어진 제1전극판(111)을 포함한다.
또한, 상기 전극 조립체(110)는 예를 들면, 제2금속 포일(112a)(예를 들면, 구리 포일), 제2활물질(112b)(예를 들면, 흑연) 및 제2활물질이 코팅되지 않은 제2비코팅 영역(112c)으로 이루어진 제2전극(112)을 포함한다.
더불어, 상기 제1전극판(111)의 상부 및 하부에는 PE 또는 PP 재질의 세퍼레이터(113)가 각각 위치된다. 물론, 상기 제2전극판(112)의 상부 및 하부에도 PE 또는 PP 재질의 세퍼레이터(113)가 위치된다.
여기서, 상기 제1비코팅 영역(111c)은 세퍼레이터(113)의 일측을 통해서 외부로 연장되어 있다. 이러한 제1비코팅 영역(111c)은 제1단자부(130)의 제1영역(131)과의 용접성이 향상되도록, 상호간 밀착 또는 용접될 수 있다. 상술한 바와 같이, 경우에 따라 제1단락 유도 부재(161)는 상기 제1비코팅 영역(111c)에 용접될 수도 있다.
더불어, 상기 제2비코팅 영역(112c) 역시 세퍼레이터(113)의 타측을 통해서 외부로 연장되어 있다. 이러한 제2비코팅 영역(112c)은 제2단자부(140)의 제1영역(141) 및 제2단락 유도 부재(163)와의 용접성이 향상되도록, 상호간 밀착 또는 용접되어 있다. 상술한 바와 같이, 제2단락 유도 부재(163)는 상기 제2비코팅 영역(112c)에 용접된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지중에서 전극 조립체, 단자부 및 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 단락 유도 부재(160)는 제1단자부(130)의 제3영역(133)에 퓨즈(162)를 통하여 전기적으로 접속되는 제1단락 유도 부재(161)와, 제2전극판(112)의 제2비코팅 영역(112c)에 전기적으로 접속되는 제2단락 유도 부재(163)와, 상기 제1단락 유도 부재(161)와 상기 제2단락 유도 부재(163)의 사이에 개재된 절연판(165)을 포함한다.
여기서, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 상기 제1단자부(130)의 제3영역(133)에 퓨즈(162)를 통하여 전기적으로 접속된다. 일례로, 상기 퓨즈(162)가 상기 제1단자부(130)의 제3영역(133)에 용접될 수 있다. 더불어, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 제1전극판(111)의 제1비코팅 영역(111c)에 전기적으로 접속될 수도 있다.
상기 제1단락 유도 부재(161)는 상기 제1비코팅 영역(111c)에 용접되는 평평한 제1영역(또는 부착 영역)(161a), 상기 제1영역(161a)으로부터 연장되어 절곡된 제2영역(또는 절곡 섹션)(161b) 및 상기 제2영역(161b)으로부터 연장되며, 전극 조립체(110)의 전방 넓은 측면(114)을 덮는 평평한 제3영역(161c)을 포함한다. 여기서, 상기 평평한 제1영역(161a) 및 상기 절곡된 제2영역(161b)의 합친 가로 방향 폭은 상기 제1비코팅 영역(111c)의 가로 방향 폭과 거의 같으며, 상기 평평한 제3영역(161c)의 면적은 상기 전극 조립체(110)의 전방 넓은 측면(114)의 면적과 거의 같다. 여기서, 상술한 바와 같이 상기 평평한 제1영역(161a)은 제1비코팅 영역(111c)에 용접됨으로써, 제1비코팅 영역(111c)에 전기적으로 연결될 수 있다. 더불어, 상기 절곡된 제2영역(161b)은 제1영역(161a)과 제3영역(161c)을 연결하며 소정 각도로 절곡되어 있다. 이러한 제2영역(161b)에 의해 제1영역(161a)은 제1비코팅 영역(111c)에 밀착되고, 제3영역(161c)은 전극 조립체(110)의 전방 넓은 측면(114)에 밀착된다. 즉, 상기 제1비코팅 영역(111c)은, 제1영역(131)과의 용접성을 높이기 위해, 서로 밀착 및 압착될 수 있다. 이에 따라 상기 제1비코팅 영역(111c)에는 자연스럽게 절곡 영역(111d)이 형성되는데, 이러한 절곡 영역(111d)에 상기 제2영역(161b)이 밀착될 수 있다.
이와 같이 하여, 제1비코팅 영역(111c)에는 평평한 제1영역(161a)이 밀착되고, 전극 조립체(110)의 전방 넓은 측면(114)에는 평평한 제3영역(161c)이 밀착된다. 실질적으로, 상기 제3영역(161c)은 세퍼레이터(113)에에 먼저 밀착된다. 상기 제1단락 유도 부재(161)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금일 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 특히, 상기 제1비코팅 영역(111c)이 알루미늄일 경우 상기, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 알루미늄으로 제조됨이 바람직하다. 더불어, 이러한 제1단락 유도 부재(161)의 두께는 실험적으로 대략 50~400㎛가 바람직하다. 상기 수치 범위에서, 관통에 의한 단락 발생시 이차 전지의 온도 증가 현상이 상대적으로 작다. 더불어, 도면에서는 상기 제1단락 유도 부재(161)가 상호간 절곡된 제1영역(161a), 제2영역(161b) 및 제3영역(161c)으로 이루어진 것으로 도시하였으나, 이는 단순히 평판 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 본 발명에서 상기 제1단락 유도 부재(161)의 형태를 한정하는 것은 아니다.
상기 퓨즈(162)는 상기 제1단락 유도 부재(161)와 상기 제1단자부(130)를 전기적으로 연결한다. 이러한 퓨즈(162)는 상기 제1단락 유도 부재(161)로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 제1영역(162a)과, 상기 제1영역(162a)으로부터 절곡되고 수평 방향으로 연장되며, 상기 제1단자부(130)의 제3영역(133)에 용접되는 제2영역(162b)을 포함한다. 여기서, 상기 퓨즈(162)는 과도한 단락 전류가 흐를 경우 용융 및 절단되어야 하므로, 상기 퓨즈(162)의 넓이 또는 폭은 상기 제1단락 유도 부재(161)의 넓이 또는 폭보다 작게 형성되어야 한다. 더불어, 상기 퓨즈(162)는 상기 제1단자부(130)의 제3영역(133)에 형성된 퓨즈(133a)보다 상기 제4영역(134)에 더욱 근접하여 용접됨이 바람직하다. 이는 상기 제1단락 유도 부재(161)의 퓨즈(162)가 상기 제1단자부(130)의 퓨즈(133a)보다 먼저 동작하도록 함으로써, 단락 전류의 경로가 다양하게 변하도록 하기 위함이다. 더욱이, 상기 퓨즈(162)가 상기 퓨즈(133a)보다 먼저 동작하도록 하기 위해, 상기 퓨즈(162)의 저항값이 상기 퓨즈(133a)의 저항값보다 높게 설계된다. 반대로 설명하면, 상기 퓨즈(133a)의 저항값이 상기 퓨즈(162)의 저항값보다 작다. 다르게 설명하면, 상기 퓨즈(162)의 단면적이 상기 퓨즈(133a)의 단면적보다 작게 설계된다. 또 다르게 설명하면, 상기 퓨즈(133a)의 단면적이 상기 퓨즈(162)의 단면적보다 크다. 여기서, 단면적이라 함은 전류가 흘러 나가는 면적을 의미한다.
이러한 퓨즈의 동작 및 이에 따른 단락 전류의 변화는 아래에서 다시 설명하기로 한다. 마지막으로, 상기 퓨즈(162)는 실질적으로 상기 제1단락 유도 부재(161)로부터 연장되어 형성된 것이므로, 상기 제1단락 유도 부재(161)의 재질과 같은 재질일 수 있다.
상기 제2단락 유도 부재(163)는 상기 제2비코팅 영역(112c)에 접속되는 평평한 제1영역(또는 부착 영역)(163a), 상기 제1영역(163a)으로부터 연장되어 절곡된 제2영역(또는 절곡 섹션)(163b) 및 상기 제2영역(163b)으로부터 연장되며, 케이스(120)의 넓은 측면(121a)에 밀착되는 평평한 제3영역(163c)을 포함한다. 여기서, 상기 평평한 제1영역(163a) 및 상기 절곡된 제2영역(163b)의 합친 가로 방향 폭은 상기 제2비코팅 영역(112c)의 가로 방향 폭과 거의 같으며, 상기 평평한 제3영역(163c)의 면적은 상기 전극 조립체(110)의 전방 넓은 측면(114)이 갖는 면적과 거의 같다. 상기 제1영역(163a)은 제2비코팅 영역(112c)에 직접 용접됨으로써, 제2비코팅 영역(112c)에 전기적으로 연결된다. 더불어, 상기 제2영역(163b)은 제1영역(163a)과 제3영역(163c)을 연결하며 소정 각도로 절곡되어 있다. 이러한 제2영역(163b)에 의해 제1영역(163a)은 제2비코팅 영역(112c)에 밀착되고, 제3영역(163c)은 케이스(120)의 넓은 측면(121a)에 절연판(165)을 통하여 밀착된다. 즉, 상기 제2비코팅 영역(112c)은, 제1영역(141)과의 용접성을 높이기 위해, 서로 밀착 및 압착된다. 이에 따라 상기 제2비코팅 영역(112c)에는 자연스럽게 절곡 영역(112d)이 형성되는데, 이러한 절곡 영역(112d)에 상기 제2영역(163b)이 밀착된다. 이와 같이 하여, 제2비코팅 영역(112c)에는 제1영역(163a)이 밀착되고, 케이스(120)의 넓은 측면(121a)에는 제3영역(163c)이 밀착된다. 상기 제2단락 유도 부재(163)는 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 특히, 상기 제2비코팅 영역(112c)이 구리일 경우 상기, 상기 제2단락 유도 부재(163)는 구리로 제조됨이 바람직하다. 더불어, 이러한 제2단락 유도 부재(163)의 두께는 실험적으로 대략 50~400㎛가 바람직하다. 상기 수치 범위에서, 관통에 의한 단락 발생시 이차 전지의 온도 증가 현상이 상대적으로 작다. 더불어, 도면에서는 상기 제2단락 유도 부재(163)가 상호간 절곡된 제1영역(163a), 제2영역(163b) 및 제3영역(163c)으로 이루어진 것으로 도시하였으나, 이는 단순히 평판 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 본 발명에서 상기 제2단락 유도 부재(163)의 형태를 한정하는 것은 아니다.
상기 절연판(164)은 상기 제1단락 유도 부재(161)과 제2단락 유도 부재(163)의 사이에 개재된다. 상기 절연판(164)은 단락 유도 부재(160)가 동작하기 전까지 제1단락 유도 부재(161)와 제2단락 유도 부재(163)가 상호간 전기적으로 절연되도록 한다. 실질적으로, 이러한 절연판(164)의 재질은 세퍼레이터의 재질과 같을 수 있다. 즉, 상기 절연판(164)은 PE 또는 PP로 이루어질 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 4a 및 도 4b는 단락 유도 부재에 형성된 퓨즈의 다른 예를 도시한 부분 확대 사시도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1단자부(130)와 제1단락 유도 부재(161)를 전기적으로 연결하는 퓨즈(162)는 제1영역(162a) 및 제2영역(162c)을 포함하고, 상기 제1영역(162a) 또는 상기 제2영역(162b)에 추가적으로 홀(162b) 또는 절개 홈(162b')이 형성될 수 있다. 이러한 홀(162b) 또는 절개 홈(162b')의 크기에 의해, 상기 퓨즈(162)의 동작 시점이 정확히 조정될 수 있다. 즉, 상기 홀(162b) 또는 절개 홈(162b')의 크기에 의해 퓨즈(162)의 단면적 및 저항값이 조정되기 때문이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 동작을 도시한 개략도이다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 못(190)이 케이스(120) 및 제2단락 유도 부재(163)를 관통하였을 때, 단락 전류는 전극 조립체(110), 제1단자부(130)의 퓨즈(133a), 제1고정 부재(고저항 부재)(135), 케이스(120), 못(190) 및 제2단락 유도 부재(163)의 순서를 갖는 제1경로를 따라 흐른다. 여기서, 상기 제1고정 부재(135)가 케이스(120) 및 캡 플레이트(150)에 비하여 상대적으로 높은 저항값을 갖기 때문에 제1단자부(130)에 구비된 퓨즈(133a)는 용융 및 절단되지 않고, 전극 조립체(120)의 에너지가 소비될 뿐이다. 물론, 이러한 상태가 일정 시간 이상 지속될 경우 상기 제1단자부(160)에 구비된 퓨즈(133a)는 당연히 용융 및 절단될 것이다.
계속해서, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 못(190)이 케이스(120), 제2단락 유도 부재(163) 및 제1단락 유도 부재(161)를 관통하였을 때, 단락 전류는 상기 제1경로와, 전극 조립체(110), 제1단자부(130)의 퓨즈(133a), 제1단락 유도 부재(161)의 퓨즈(162), 못(190) 및 제2단락 유도 부재(163)의 순서를 갖는 제2경로를 따라 흐른다. 즉, 단락 전류는 두개의 경로를 갖게 된다. 엄밀히 말하면, 전극 조립체(110)와 제1단락 유도 부재(161)의 사이에도 직접 전류가 흐르므로 단락 전류는 세개의 경로로 볼 수도 있다. 이때, 상기 제1단락 유도 부재(161)의 퓨즈(162)가 갖는 전기 저항이 상기 제1단자부(130)의 퓨즈(133a)가 갖는 전기 저항보다 더 크게 형성되어 있음으로써, 상기 제1단락 유도 부재(161)의 퓨즈(162)가 용융 및 절단된다. 물론, 이러한 동작이 진행되는 동안 상기 전극 조립체(110)의 에너지는 지속적으로 소비된다.
마지막으로, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 제1단락 유도 부재(161)의 퓨즈(162)가 절단되면, 전류는 다시 제1경로만을 따라 흐른다. 엄밀히 말하면, 전극 조립체(110)와 제1단락 유도 부재(161)의 사이에도 직접 전류가 흐른다(제3경로). 비록 제1경로에 고저항의 제1고정 부재(135)가 있기는 하지만, 일정 시간 이상 상기 제1경로를 따라 전류가 흐르기 때문에, 결국 상기 제1단자부(130)의 퓨즈(133a) 역시 용융 및 절단된다. 물론, 이러한 동작이 진행되는 동안 상기 전극 조립체(110)의 에너지는 지속적으로 소비된다.
더불어, 상술한 바와 같이 상기 제1단락 유도 부재(161)가 전극 조립체(110)에 전기적으로 접속되어 있으므로, 전극 조립체(110), 제1단락 유도 부재(161), 못(190) 및 제2단락 유도 부재(163)의 순서를 갖는 제3경로를 따라서 단락 전류가 흐르고, 이러한 동작에 의해 상기 전극 조립체(110)의 에너지는 완전히 소비된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 못 관통시 단락 전류의 경로가 다양하게 변경되는 동시에, 다수의 퓨즈(162, 133a)가 용융되어 절단됨으로써, 전극 조립체(110)의 에너지가 분산되어 소비되고, 이에 따라 이차 전지의 온도가 과도하게 상승하지 않을 뿐만 아니라 발화되지도 않게 된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 횡단면도, 및 전극 조립체, 단자부 및 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 2개의 단락 유도 부재(260,260')를 포함할 수 있다. 즉, 전극 조립체(110)의 전방에 구비된 넓은 측면(114)에 단락 유도 부재(260)가 위치되고, 전극 조립체(110)의 후방에 구비된 넓은 측면(도면 부호 미도시)에 다른 단락 유도 부재(260')가 위치될 수 있다. 물론, 단락 유도 부재(260,260')는 앞에서 설명한 바와 같이, 퓨즈(262,262')를 갖는 제1단락 유도 부재(261,261'), 제2단락 유도 부재(262,262') 및 절연판(264,264')을 각각 포함한다.
더불어, 각각의 제1단락 유도 부재(261,261')는 퓨즈(262,262')를 통하여 제1단자부(130)에 전기적으로 접속될 수 있다. 즉, 각각의 퓨즈(262,262')가 상기 제1단자부(130)에 용접될 수 있다. 더불어, 상기 제1단락 유도 부재(261,261')는 제1비코팅 영역(111c)에 전기적으로 연결될 수 있다. 물론, 제2단락 유도 부재(263,263')는 제2비코팅 영역(112c)에 각각 전기적으로 연결된다.
여기서, 상기 퓨즈(262,262')의 형태 및 기능은 앞에서 설명한 것과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 또한, 비록 도면에서는 평평한 제1영역(261,261'), 절곡된 제2영역(261b,261b') 및 평평한 제3영역(261c,261c')으로 이루어진 단락 유도 부재(261,261'), 그리고 평평한 제1영역(263,263'), 절곡된 제2영역(263b,263b') 및 평평한 제3영역(263c,263c')으로 이루어진 단락 유도 부재(262,262')가 도시되어 있으나, 이러한 단락 유도 부재 역시 단순하게 대략 평평한 평판 형태일 수도 있다. 즉, 본 발명에서 상기 단락 유도 부재(260,260')의 형태가 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 전극 조립체(110)와 케이스(120)의 전방의 넓은 측면(121a) 사이뿐만 아니라, 전극 조립체(110)와 케이스(120)의 후방의 넓은 측면(121b) 사이에도 단락 유도 부재(260,260')가 위치됨으로써, 이차 전지(200)의 관통 안전성이 더욱 향상된다. 일례로, 못이 이차 전지(200)의 전방뿐만 아니라 후방으로부터 관통한다고 해도, 상술한 바와 동일한 관통 특성 개선 효과가 나타난다.
더욱이, 전극 조립체(110)의 전방 및 후방에 각각 단락 유도 부재(260,260')가 위치됨으로써, 이차 전지의 스웰링 현상도 더욱 효율적으로 억제된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 전극 조립체, 단자부 및 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예는 2개 이상의 전극 조립체(310)를 포함한다. 물론, 상기 2개의 전극 조립체(310)에는 제1단자부(130) 및 제2단자부(140)가 전기적으로 접속된다. 예를 들면, 상기 제1단자부(130)는 제1영역(131), 제2영역(132), 제3영역(133) 및 제4영역(134)으로 이루어질 수 있다. 더불어, 이러한 제1단자부(130)는 2개의 전극 조립체(310)에 형성된 제1비코팅 영역(111c)에 전기적으로 연결된다. 제2단자부(140) 역시 상기 제1단자부(130)와 동일한 구조를 하며, 이러한 제2단자부(140)는 2개의 전극 조립체(310)에 형성된 제2비코팅 영역(112c)에 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 2개의 전극 조립체(310)중 어느 하나의 전방 넓은 측면(114)에 단락 유도 부재(160)가 위치될 수 있다. 물론, 이러한 단락 유도 부재(160)는 퓨즈(162)를 갖는 제1단락 유도 부재(161), 제2단락 유도 부재(163) 및 절연판(164)을 포함한다. 또한, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 퓨즈(162)를 통하여 상기 제1단자부(130)에 전기적으로 접속된다. 즉, 상기 퓨즈(162)가 상기 제1단자부(130)에 용접된다.
또한, 상기 단락 유도 부재(160)는 상기 두 개의 전극 조립체(310)중 어느 하나의 전방 넓은 측면(114)과 케이스(도시되지 않음) 사이에 개재된 형태를 한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다른 실시예는 대용량의 이차 전지를 제공하는 동시에, 관통 안전성이 향상된 이차 전지를 제공한다. 더불어, 본 발명의 다른 실시예는 스웰링 현상이 억제된 이차 전지를 제공한다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예는 2개 이상의 전극 조립체(310)를 포함한다. 물론, 상기 2개의 전극 조립체(310)에는 제1 단자부(130) 및 제2단자부(140)가 전기적으로 접속된다
더불어, 상기 2개의 전극 조립체(310)중 어느 하나의 전방 넓은 측면(114)에 단락 유도 부재(260)가 위치되고, 다른 하나의 후방 넓은 측면에 단락 유도 부재 (260')가 위치될 수 있다. 물론, 상기 단락 유도 부재(260)는 퓨즈(262)를 갖는 제1단락 유도 부재(261), 제2단락 유도 부재(263) 및 절연판(264)을 포함하고, 상기 제2단락 유도 부재(860')는 퓨즈(262')를 갖는 제1단락 유도 부재(261'), 제2단락 유도 부재(263') 및 절연판(264')을 포함한다. 여기서, 상기 각각의 제1,2단락 유도 부재(261,261')는 퓨즈(262,262')를 통하여 상기 제1단자부(130)에 직접 전기적으로 접속된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다른 실시예는 전극 조립체와 케이스의 전방 넓은 측면 사이에 단락 유도 부재(260)가 위치되고, 전극 조립체와 케이스의 후방 넓은 측면 사이에 단락 유도 부재(260')가 위치됨으로써, 관통 안전성이 더욱 향상된 이차 전지를 제공한다. 더불어, 본 발명의 다른 실시예는 스웰링 현상이 억제된 이차 전지를 제공한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 전극 조립체, 단자부(집전체 및 단자) 및 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
도 8a를 참조하면, 이차 전지는 도 3b에 도시된 것과 유사하다. 따라서, 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 단락 유도 부재(360)는 퓨즈(362)를 갖는 단락 유도 부재(360)를 포함한다. 상기 퓨즈(362)는, 퓨즈(362)가 제1단자부(집전체 및 단자)(130)의 제2영역(132)에 부착 또는 용접된 영역을 포함한다는 점을 제외하고, 상기 퓨즈(162)와 유사하다. 예를 들면, 상기 퓨즈(362)는 제1단락 유도 부재(161)의 평평한 제1영역(161a)으로부터 연장된 제1영역(362a), 상기 제1영역(362a)으로부터 절곡된 제2영역(362b)을 포함한다. 상기 제2영역(362b)는 상기 제1단자부(집전체 및 단자)(130)의 제2영역(132)에 접촉한다.
도 8b를 참조하면, 이차 전지는 도 3b에 도시된 것과 유사하다. 따라서, 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 제1단자부(집전체 및 단자)(130)는 퓨즈(233a)를 포함한다. 상기 퓨즈(233a)는, 제1단자부(집전체 및 단자)의 제2영역(132)에 형성된다는 점을 제외하고, 상기 퓨즈(133a)와 유사하다.
도 8c를 참조하면, 이차 전지는 제1단락 유도 부재(161)의 제1영역(161a)으로부터 연장된 제1영역(362a) 및 상기 제1영역(362a)으로부터 절곡된 제2영역(362b)을 포함하는 퓨즈(362)를 포함한다. 상기 제2영역(362b)은 상기 제1단자부(집전체 및 단자)(130)의 제2영역(132)에 접촉할 수 있다. 이차 전지(100)는 제2영역(132)에 형성된 퓨즈(233a)를 갖는 제1단자부(집전체 및 단자)(130)를 더 포함할 수 있다.
일반적으로 안전성 테스트 항목에는 여러 가지가 있는데, 그중에서 가장 가혹한 테스트로서는 관통, 압괴 및 과충전의 3가지가 있다. 관통 테스트는 자동차의 사고시 이차 전지에 발생되는 손상 현상을 예상하여 실시하는 것으로서, 매우 중요한 안전성 항목이다. 특히, 이차 전지의 못 관통 시험과 같이 엄격한 조건의 테스트에 있어서, 관통후 전지의 온도가 과도하게 상승하거나 발화하여서는 안 된다.
상기와 같은 실시예들은 이차 전지에 관한 것으로서, 파손 현상이 이차 전지의 외측으로부터 가해진 힘에 의해 발생된 경우와 같은 비정상적인 상황에서도 안전성을 확보할 수 있다. 예를 들면, 외측으로부터 못 관통이 발생한 경우, 상기 실시예들은 단락 전류 경로를 다수회 변경한다. 또한 다수의 퓨즈가 전극 조립체의 에너지를 감소시키기 위해 용융되거나 절단됨으로써, 과도한 온도 상승 및/또는 화재 발생을 감소시키고 억제한다. 즉, 전극 조립체의 줄열이 분산되어 소비됨으로써, 이차 전지의 과도한 온도 상승이나 화재를 방지할 수 있다. 따라서, 이차 전지에 대한 안전성이나 신뢰성이 향상된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 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; 이차 전지 110; 전극 조립체
120; 케이스 130; 제1단자부
140; 제2단자부 150; 캡 플레이트
160; 단락 유도 부재

Claims (20)

  1. 케이스;
    상기 케이스의 내측에 위치된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 집전체;
    상기 집전체에 연결된 단자; 및
    상기 전극 조립체 및 상기 집전체에 전기적으로 연결된 제1단락 유도 부재를 포함하고,
    상기 제1단락 유도 부재는 상기 전극 조립체와 상기 케이스의 사이에 위치되고,
    상기 제1단락 유도 부재는 제1퓨즈를 포함하고,
    상기 제1단락 유도 부재는 상기 제1퓨즈를 통하여 상기 집전체에 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집전체는 상기 제1퓨즈의 전기 저항값과 다른 전기 저항값을 갖는 제2퓨즈를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단자는 상기 케이스의 내측으로부터 상기 케이스의 외측으로 연장하고,
    상기 집전체는 제2퓨즈를 포함하며,
    상기 제1퓨즈가 상기 제2퓨즈보다 상기 단자에 더 가깝게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1퓨즈는 제1저항값을 갖고,
    상기 제2퓨즈는 제2저항값을 가지며,
    상기 제1저항값이 상기 제2저항값보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1퓨즈는 제1단면적을 갖고,
    상기 제2퓨즈는 제2단면적을 가지며,
    상기 제1단면적이 상기 제2단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1단락 유도 부재는
    상기 전극 조립체의 무지부에 중첩되고, 상기 제1퓨즈가 상기 집전체쪽으로 연장하는 제1평평부,
    상기 무지부를 제외한 상기 전극 조립체의 영역에 중첩되는 제2평평부, 및
    상기 제1,2평평부로부터 절곡된 절곡부를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1평평부는 무지부에 부착되고, 상기 제2평평부는 상기 무지부를 제외한 상기 전극 조립체의 상기 영역에 부착됨을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1퓨즈의 폭은 상기 제1평평부의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1퓨즈는
    상기 제1단락유도 부재의 제1평평부로부터 연장된 제1영역, 및
    상기 제1영역으로부터 절곡되고, 상기 집전체에 부착된 제2영역을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1단락 유도 부재의 상기 제1평평부 뿐만 아니라 상기 제1퓨즈의 상기 제1,2영역, 상기 제2평평부, 및 상기 절곡부는 동일한 재료로 형성되고, 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1퓨즈의 상기 제1영역은 적어도 하나의 홀 또는 절개홈을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    제2단락 유도 부재 및 절연판을 더 포함하고,
    상기 제2단락 유도 부재는 상기 제1단락 유도 부재에 중첩하고,
    상기 절연판은 상기 제1,2단락 유도 부재의 사이에 위치된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1단락 유도 부재는 상기 절연판과 상기 전극 조립체의 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제1항에 있어서,
    제2단락 유도 부재를 더 포함하고,
    상기 제2단락 유도 부재는 상기 전극 조립체의 제2무지부에 부착된 제1평평부, 상기 제2무지부를 제외한 상기 전극 조립체의 영역에 부착된 제3평평부, 및
    상기 제1,3평평부의 사이에 연장된 제2평평부를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서,
    상기 집전체는 제1영역, 제2영역 및 제3영역을 포함하고,
    상기 제1영역은 상기 전극 조립체의 무지부에 연결되며,
    상기 제3영역은 상기 단자에 전기적으로 연결되고,
    상기 제2영역은 상기 제1,3영역의 사이에서 연장되며,
    상기 제1퓨즈는 상기 제2영역 또는 상기 제3영역에 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 집전체는 제2퓨즈를 포함하고,
    상기 제2퓨즈는 상기 집전체의 상기 제2영역 또는 상기 제3영역에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  20. 삭제
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