KR101666258B1 - 이차 전지 - Google Patents

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KR101666258B1 KR1020130007509A KR20130007509A KR101666258B1 KR 101666258 B1 KR101666258 B1 KR 101666258B1 KR 1020130007509 A KR1020130007509 A KR 1020130007509A KR 20130007509 A KR20130007509 A KR 20130007509A KR 101666258 B1 KR101666258 B1 KR 101666258B1
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Abstract

본 발명은 과충전 등에 의해 내부 압력이 임계 압력보다 크게 되는 경우 단락 상태를 유지시킴으로써, 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하며, 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 및 상기 캡 플레이트에 결합되는 제1 단락 플레이트와, 상기 전극 조립체 방향으로의 제1 단락 플레이트의 표면에 배치되고, 상기 캡 플레이트에 결합되는 제2 단락 플레이트로 이루어진 단락 부재를 포함하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Rechargeable battery}
본 발명의 일 실시예는 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 일 실시예는 과충전 등에 의해 내부 압력이 임계 압력보다 크게 되는 경우 단락 상태를 유지시킴으로써, 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하며, 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 및 상기 캡 플레이트에 결합되는 제1 단락 플레이트와, 상기 전극 조립체 방향으로의 제1 단락 플레이트의 표면에 배치되고, 상기 캡 플레이트에 결합되는 제2 단락 플레이트로 이루어진 단락 부재를 포함한다.
상기 제1 단락 플레이트 및 제2 단락 플레이트는 서로 중첩될 수 있다.
상기 캡 플레이트는 단락홀을 구비하고, 상기 제1 단락 플레이트 및 제2 단락 플레이트는 상기 단락홀에 배치될 수 있다.
상기 제1 단락 플레이트는 상기 제2 단락 플레이트 보다 녹는점이 낮은 물질로 형성될 수 있다.
상기 제1 단락 플레이트는 알루미늄으로 형성될 수 있다.
상기 제2 단락 플레이트는 니켈로 형성될 수 있다.
상기 제1 단락 플레이트 및 제2 단락 플레이트는 서로 다른 물질로 이루어진 클래드 금속으로 형성될 수 있다.
상기 제1 단락 플레이트 및 제2 단락 플레이트는 각각 상기 전극 조립체 방향으로 돌출하는 라운드부와, 상기 캡 플레이트에 결합되는 테두리부를 포함할 수 있다.
상기 단락 부재는 상기 캡 플레이트의 상부에 상기 캡 플레이트로부터 이격되고 상기 단락홀을 커버하도록 형성되는 커넥팅 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 커넥팅 플레이트는 상기 단락홀에 대응되는 영역에 형성된 홀; 및 상기 홀외 외측으로부터 상기 제1 단락 플레이트 및 제2 단락 플레이트를 향하여 돌출형성되는 돌기부를 포함할 수 있다.
상기 제1 단락 플레이트 및 제2 단락 플레이트는 상기 이차 전지의 내부 압력이 임계값에 도달하였을 때 라운드부가 상기 커넥팅 플레이트 방향으로 돌출하여 상기 돌기부에 접촉할 수 있다.
상기 캡 플레이트와 상기 커넥팅 플레이트 사이에는 제1 절연부재가 형성될 수 있다.
상기 제1 단락 플레이트는 체결홈을 포함하고, 상기 제2 단락 플레이트는 상기 체결홈에 체결되는 체결부를 포함할 수 있다.
상기 제1 단락 플레이트의 주변 영역과 상기 제2 단락 플레이트의 주변 영역은 용접될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하며, 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 및 상기 캡 플레이트에 결합되고, 상기 전극 조립체 방향으로 순차적으로 중첩되어 형성되는 제1 단락 플레이트, 제2 단락 플레이트 및 제3 단락 플레이트로 이루어진 단락 부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 단락 플레이트 및 제3 단락 플레이트는 상기 제2 단락 플레이트보다 녹는점이 낮은 물질로 형성될 수 있다.
상기 제1 단락 플레이트 및 제3 단락 플레이트는 알루미늄으로 형성될 수 있다.
상기 제2 단락 플레이트는 니켈로 형성될 수 있다.
상기 제1 단락 플레이트 및 제3 단락 플레이트와, 상기 제2 단락 플레이트는 서로 다른 물질로 이루어진 클래드 금속으로 형성될 수 있다.
상기 캡 플레이트는 단락홀을 구비하고, 상기 단락 부재는, 상기 캡 플레이트의 상부에 상기 캡 플레이트로부터 이격되고 상기 단락홀을 커버하도록 형성되는 커넥팅 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 단락 플레이트, 제2 단락 플레이트 및 제3 단락 플레이트는 상기 이차 전지의 내부 압력이 임계값에 도달하였을 때 상기 커넥팅 플레이트 방향으로 돌출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 서로 다른 금속물질로 이루어진 클래드 금속으로 형성되는 제1 단락 플레이트와 제2 단락 플레이트를 구비함으로써, 제1 단락 플레이트와 커넥팅 플레이트가 접촉하여 단락이 유발하는 경우 열에 의해 제1 단락 플레이트가 용융되더라도 제2 단락 플레이트와 커넥팅 플레이트를 접촉시켜 단락을 유지시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 과충전 등에 의해 내부 압력이 임계 압력보다 크게 되는 경우 단락 상태를 계속 유지하여 퓨즈부의 퓨즈 기능이 이어지게 함으로써, 안전성을 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 'A' 부분의 확대 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 제1 단락 플레이트가 커넥팅 플레이트에 접촉하는 경우를 나타내는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 'A' 부분과 대응되는 부분의 확대 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 제1 단락 플레이트가 커넥팅 플레이트에 접촉하는 경우를 나타내는 단면도이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이며, 도 3a는 도 2의 'A' 부분의 확대 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 제1 단락 플레이트가 커넥팅 플레이트에 접촉하는 경우를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명이 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1 집전판(120), 제2 집전판(130), 케이스(140), 캡 조립체(150) 및 단락 부재(160)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2 전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제1 전극판(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제2 전극판(112)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 제1 전극판(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제1 전극 집전체에 전이금속 산화물 등의 제1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1 전극 무지부(111a)를 포함한다. 상기 제1 전극 무지부(111a)는 제1 전극판(111)과, 제1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2 전극판(112)은 니켈 또는 구리와 같은 금속 포일로 형성된 제2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제2 전극 무지부(112a)를 포함한다. 상기 제2 전극 무지부(112a)는 제2 전극판(112)과, 제2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제1 전극판(111) 및 제2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 제1 전극판(111)과 제2 전극판(112) 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(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1 전극판(111)과 제2 전극판(112) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제1 집전판(120)과 제2 집전판(130)이 결합된다.
상기 제1 집전판(120)은 알루미늄 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1 전극 무지부(111a)와 접촉됨으로써, 제1 전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 집전판(120)은, 도 2를 참조하면, 제1 연결부(121), 제1 연장부(123), 제1 단자홀(124) 및 제1 퓨즈부(125)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 연결부(121)는 전극 조립체(110)의 상부와 캡 조립체(150)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성된다.
상기 제1 연장부(123)는 제1 연결부(121)의 단부에서 절곡되고 연장되며, 제1 전극 무지부(111a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성된다. 여기서, 상기 제1 연결부(121)와 제1 연장부(123)가 만나는 모서리를 'C' 라고 하기로 하며, 상기 제1 연결부(121)와 제1 연장부(123)는 상기 모서리(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 제1 단자홀(124)은 제1 연결부(121)의 일측에 형성되며, 상기 캡 조립체(150)의 제1 전극 단자(152)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다. 여기서, 상기 제1 단자홀(124)은 제1 연결부(121) 중 모서리(C)와 멀리 이격되게 위치한다.
상기 제1 퓨즈부(125)는 전해액과 접촉하지 않도록 전극 조립체(110)의 상부 영역, 즉 제1 연결부(121) 상에 형성된다. 또한, 상기 제1 퓨즈부(125)는 제1 단자홀(124)에 결합되는 제1 전극 단자(152)와 중첩되지 않도록 제1 연결부(121) 중 모서리(C)와 인접한 영역에 위치한다. 구체적으로, 상기 제1 퓨즈부(125)는 제1 퓨즈홀(125a)과, 제1 퓨즈홀(125a)의 주변에서 돌출된 제1 보강돌기(125b)를 가진다. 이러한 제1 퓨즈홀(125a)은, 이차 전지(110)에 단락이 발생하여 큰 전류가 흐르는 경우 발생한 열에 의해 제1 퓨즈홀(125a)이 형성된 영역을 용융되게 하여 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다. 상기 제1 보강돌기(125b)는 이차 전지(100)에 단락이 발생 되기 전 외부 충격에 대해 제1 퓨즈홀(125a)이 형성된 영역의 강도를 보강하는 강도 보강 기능을 한다.
상기 제2 집전판(130)은 니켈 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(110)의 타측 단부로 돌출된 제2 전극 무지부(112a)와 접촉됨으로써, 제2 전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2 집전판(130)은 제2 연결부(131), 제2 연장부(133) 및 제2 단자홀(134)을 포함한다.
상기 제2 집전판(130)의 제2 연결부(131), 제2 연장부(133) 및 제2 단자홀(134)은 도 2에 도시된 상기 제1 집전판(120)의 1 연결부(121), 제1 연장부(123) 및 제1 단자홀(124)과 동일한 형상을 가지며 동일한 역할을 하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제1 집전판(120) 및 제2 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), 제1 집전판(120), 제2 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), 제1 전극 단자(152), 제2 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)(제1 절연 부재) 및 하부 절연 부재(159b)를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(151)는 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(151)는 전해액 주입구(151a), 벤트홀(151b) 및 단락홀(151c)을 가질 수 있다. 여기서, 상기 단락홀(151c)의 측면은 단차면(SS)을 가지는 계단형일 수 있으며, 단차면(SS)에 제1 단락 플레이트(161)과 제2 단락 플레이트(162)가 걸쳐지게 한다. 상기 캡 플레이트(151)는 케이스(140)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 제1 전극 단자(152)는 캡 플레이트(151)의 일측을 관통하여 제1 집전판(120)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 전극 단자(152)는 기둥형으로 형성될 수 있으며, 캡 플레이트(151)의 상부로 노출된 상부 기둥의 외주연에는 나사산이 형성되고, 캡 플레이트(151)의 하부에 위치하는 하부 기둥에는 제1 전극 단자(152)가 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(152a)가 형성되며, 제1 전극 단자(152) 중 플랜지(152a) 하부에 위치하는 일부 기둥은 제1 집전판(120)의 제1 단자홀(124)에 끼워진다. 여기서, 상기 제1 전극 단자(152)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2 전극 단자(153)는 캡 플레이트(151)의 타측을 관통하여 제2 집전판(130)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2 전극 단자(153)는 제1 전극 단자(152)와 동일한 형상을 가지므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 제2 전극 단자(153)는 캡 플레이트(151)와 절연된다.
상기 가스켓(154)은 절연성 재질로 제1 전극 단자(152) 및 제2 전극 단자(153) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어 제1 전극 단자(152) 및 제2 전극 단자(153) 각각과 캡 플레이트(151) 사이의 공간을 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 제1 전극 단자(152) 및 제2 전극 단자(153) 각각에 형성된 나사산을 따라 체결되어 제1 전극 단자(152) 및 제2 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 임계 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(157a)를 포함한다.
상기 연결판(158)은 제1 전극 단자(152)와 캡 플레이트(151) 사이에 배치되고 제1 전극 단자(152)가 끼워지도록 형성되며, 너트(155)를 통해서 캡 플레이트(151)와 가스켓(154)에 밀착된다. 이러한 연결판(158)은 제1 전극 단자(152)와 캡 플레이트(151)를 전기적으로 연결한다.
상기 상부 절연 부재(159a)는 제2 전극 단자(153)와 캡 플레이트(151) 사이에 배치되고 제2 전극 단자(153)가 끼워지도록 형성되며, 캡 플레이트(151)와 가스켓(154)에 밀착된다. 이러한 상부 절연 부재(159a)는 제2 전극 단자(153)와 캡 플레이트(151)를 절연시킨다. 여기서, 상기 상부 절연 부재(159a)는 홀 또는 오프닝(OP)을 가지며, 이것은 상기 제1 단락 플레이트(161) 및 상기 제2 단락 플레이트(162)에 정렬된다.
상기 하부 절연 부재(159b)는 제1 집전판(120)과 제2 집전판(130) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다.
상기 단락 부재(160)는 캡 조립체(150)의 상부에 설치되며, 과충전 등에 의해 이차 전지(100)의 내부 압력이 임계 압력보다 크게 될 경우 단락을 유도하여 제1 퓨즈부(125)가 전류의 흐름을 차단하도록 한다. 이를 위해, 상기 단락 부재(160)는 도전성 재질의 제1 단락 플레이트(161), 제2 단락 플레이트(162) 및 커넥팅 플레이트(163)를 포함하여 이루어진다.
도 3a를 참조하면, 상기 제1 단락 플레이트(161)는 용접 등의 방법에 의해 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c)에 설치된다. 구체적으로, 상기 제1 단락 플레이트(161)는 아래로 볼록한 제1 라운드부(161a)(전극 조립체(110)의 방향인 케이스(140)의 내부를 향함)와, 단락홀(151c)의 측면, 즉 단차면(SS)에 고정된 제1 테두리부(161b)와, 제1 테두리부(161b)의 하면에 형성된 결합홈(161c)을 포함하고, 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 제1 단락 플레이트(161)의 제1 테두리부(161b) 중 결합홈(161c)의 외측에 용접에 의한 용접부(W1)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 단락 플레이트(161)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제1 단락 플레이트(161)는, 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 이차 전지(100)의 내부 압력이 임계 압력보다 크게 될 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이, 반전되어 위로 볼록하게 돌출되고 커넥팅 플레이트(163)에 접촉함으로써, 단락을 유발시킨다. 즉, 상기 제1 단락 플레이트(161)는 전극 조립체(110)로부터 멀어지는 방향인 케이스(140)의 내부 방향으로 돌출한다. 상기 단락이 유발되면, 큰 전류가 흐르게 되고 열이 발생하며, 이때 제1 퓨즈부(125)는 퓨즈 기능을 함으로써, 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킨다. 여기서, 상기 제1 단락 플레이트(161)와 커넥팅 플레이트(163)는 선 접촉(line contact) 또는 면 접촉(surface contact)할 수 있다. 즉, 상기 제1 단락 플레이트(161)는 커넥팅 플레이트(163)의 단부의 형상을 선 접촉 또는 면 접촉가능하도록 설계하여, 제1 단락 플레이트(161)와 커넥팅 플레이트(163)의 접촉시 저항을 줄여줌으로써, 제1 단락 플레이트(161)와 커넥팅 플레이트(163)가 접촉되는 부위에서 제1 단락 플레이트(161)가 용융되는 현상을 감소시킬 수 있다.
상기 제2 단락 플레이트(162)는 용접 등의 방법에 의해 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c)에 설치되며, 구체적으로 제1 단락 플레이트(161)의 하부에 배치된다. 상기 제2 단락 플레이트(162)는 제1 단락 플레이트(161)와 대략 대응되는 크기를 갖고, 상기 제1 단락 플레이트(161)에 중첩한다. 구체적으로, 상기 제2 단락 플레이트(162)는 아래로 볼록한 제2 라운드부(162a)(즉, 전극 조립체(110)의 방향인 케이스(140)의 내부를 향함)와, 단락홀(151c)의 측면, 즉 단차면(SS)에 고정된 제2 테두리부(162b)와, 제2 테두리부(162b)의 상면에 형성된 결합 돌기(162c)를 포함하고, 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 제2 단락 플레이트(162)의 제2 테두리부(162b) 중 결합 돌기(162c)의 외측에 용접에 의한 용접부(W2)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 단락 플레이트(162)는 제1 단락 플레이트(161)보다 녹는점이 높은 물질로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 단락 플레이트(162)는 니켈 물질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제2 단락 플레이트(162)는 제1 단락 플레이트(161)와 서로 다른 물질로 이루어진 클래드 금속으로 형성될 수 있다. 상기 제2 단락 플레이트(162a)의 상면은 제1 라운드부(161a)의 하면과 접촉하며, 제2 테두리부(162b)의 상면은 제1 테두리부(161b)의 하면에 접촉하고, 제2 테두리부(162b)의 하면은 단차면(SS)에 접촉하며, 결합 돌기(162c)는 결합홈(161c)에 결합된다.
상기와 같은 제2 단락 플레이트(162)는, 이차 전지(100)의 내부 압력이 임계 압력보다 크게 될 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 단락 플레이트(161)와 함께 반전되어 위로 볼록하게 돌출되고, 이때 제1 단락 플레이트(161)가 커넥팅 플레이트(163)에 접촉된 상태에서 용융되는 경우, 제1 단락 플레이트(161)의 하부에 배치되고 제1 단락 플레이트(161)보다 녹는점이 높은 제2 단락 플레이트(162)가 커넥팅 플레이트(163)에 접촉함으로써, 단락 상태를 유지시킨다. 즉, 상기 제2 단락 플레이트(162)는, 커넥팅 플레이트(163)에 접촉하여 단락을 유발시킨 제1 단락 플레이트(161)가 열에 의해 용융되더라도, 계속해서 단락을 유지시켜 퓨즈부(125)의 퓨즈 기능이 이어지게 할 수 있다.
상기 커넥팅 플레이트(163)는 캡 플레이트(151)로부터 이격된 외측에서 제2 전극 단자(153)가 끼워지도록 형성되며, 단락홀(151c)을 덮도록 연장된다. 상기 커넥팅 플레이트(163)는 제2 전극 단자(153)와 전기적으로 연결된다. 상기 커넥팅 플레이트(163)는 평평한 상면과 하면을 가지며, 구리 재질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 커넥팅 플레이트(163)는 1mm 이상의 두께를 가질 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 커넥팅 플레이트(163)는 단락홀(151c)과 대응되는 영역에 형성되는 홀(163a)과 돌기부(163b)를 포함한다.
상기 홀(163a)은 제1 단락 플레이트(161) 또는 제2 단락 플레이트(162)와 커넥팅 플레이트(163)가 접촉하여 단락이 발생할 경우 전류의 흐름이 일정하게 한다. 즉, 상기 홀(163a)은 제1 단락 플레이트(161) 또는 제2 단락 플레이트(162)와 커넥팅 플레이트(163)의 접촉 영역에서 저항이 크기 때문에, 제1 단락 플레이트(161) 또는 제2 단락 플레이트(162)와 커넥팅 플레이트(163)의 접촉 영역의 저항과 다른 영역의 저항의 차이를 최소화한다.
상기 돌기부(163b)는 커넥팅 플레이트(163)의 하면, 즉 제1 단락 플레이트(161)와 마주보는 면에 형성되며, 홀(163a)의 주변에서 돌출된다. 상기 돌기부(163b)는 제1 단락 플레이트(161) 또는 제2 단락 플레이트(162)와의 거리를 줄여, 제1 단락 플레이트(161) 또는 제2 단락 플레이트(162와 커넥팅 플레이트(163)의 접촉을 강하게 접촉시킬 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 서로 다른 물질로 이루어진 클래드 금속으로 형성되는 제1 단락 플레이트(161)와 제2 단락 플레이트(162)를 구비함으로써, 제1 단락 플레이트(161)와 커넥팅 플레이트(163)가 접촉하여 단락이 발생하는 경우 열에 의해 제1 단락 플레이트(161)가 용융되더라도 제2 단락 플레이트(162)와 커넥팅 플레이트(163)를 접촉시켜 단락을 유지시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 과충전 등에 의해 내부 압력이 임계 압력보다 크게 되는 경우 단락 상태를 계속 유지하여 제1 퓨즈부(125)의 퓨즈 기능이 이어지게 함으로써, 안전성을 향상시킬 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 제1 단락 플레이트가 커넥팅 플레이트에 접촉하는 경우를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 단락 부재(260)의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 도시 및 중복된 설명은 생략하기로 하며, 단락 부재(260)에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단락 부재(260)는 도전성 재질의 제1 단락 플레이트(161), 제2 단락 플레이트(262) 및 제 3 단락 플레이트(263)를 포함한다.
상기 제1 단락 플레이트(161)는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기 제2 단락 플레이트(262)는 제1 단락 플레이트(161)와 대략 대응되는 크기를 갖고, 상기 제1 단락 플레이트(161)에 중첩하여 형성된다. 구체적으로, 상기 제2 단락 플레이트(262)는 아래로 볼록한 제2 라운드부(262a)(즉, 전극 조립체(110)의 방향인 케이스(140)의 내부를 향함)와, 단락홀(151c)의 측면, 즉 단차면(SS)에 고정된 제2 테두리부(262b)와, 제2 테두리부(262b)의 상면에 형성된 제1 결합 돌기(262c)와, 제2 테두리부(262b)의 하면에 형성된 제2 결합 돌기(262d)를 포함하고, 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 제2 단락 플레이트(262)의 제2 테두리부(262b) 중 제1 및 제2 결합 돌기(262c, 262d)의 외측에 용접에 의한 용접부(W2)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제2 단락 플레이트(262)는 제1 단락 플레이트보다 녹는점이 낮은 물질로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 단락 플레이트(262)는 니켈 물질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 상기 제2 단락 플레이트(262a)의 상면은 제1 라운드부(161a)의 하면과 접촉하며, 제2 테두리부(262b)의 상면은 제1 라운드부(161b)의 하면에 접촉하고, 제2 테두리부(262b)의 하면은 제3 테두리부(263b)의 상면에 접촉하며, 제1 결합 돌기(262c)와 제2 결합 돌기(262d)는 결합홈(161c)과 걸림홈(263c)에 결합된다.
상기 제3 단락 플레이트(263)는 용접 등의 방법에 의해 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c)에 설치되며, 구체적으로 제2 단락 플레이트(262)의 하부에 배치된다. 상기 제3 단락 플레이트(263)는 제2 단락 플레이트(262)와 대략 대응되는 크기를 갖고, 상기 제2 단락 플레이트(262)에 중첩한다. 구체적으로, 상기 제3 단락 플레이트(263)는 아래로 볼록한 제3 라운드부(263a)(즉, 전극 조립체(110)의 방향인 케이스(140)의 내부를 향함)와, 단락홀(151c)의 측면, 즉 단차면(SS)에 고정된 제3 테두리부(263b)와, 제3 테두리부(263b)의 상면에 형성된 걸림홈(263c)을 포함하고, 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제3 단락 플레이트(263)는 제2 단락 플레이트(262)보다 녹는점이 낮은 물질로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제3 단락 플레이트(263)는 알루미늄 물질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 다시 말해, 상기 제3 단락 플레이트(263)는 제1 단락 플레이트(161)와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 단락 플레이트(161) 및 제3 단락 플레이트(263)와, 제2 단락 플레이트(262)는 서로 다른 물질로 이루어진 클래드 금속으로 형성될 수 있다. 이러한 제3 단락 플레이트(263a)의 상면은 제2 라운드부(262a)의 하면과 접촉하며, 제3 테두리부(263b)의 상면은 제2 테두리부(262b)의 하면에 접촉하고, 제3 테두리부(262b)의 하면은 단차면(SS)에 접촉하며, 걸림홈(263c)은 결합 돌기(262d)에 결합된다.
상기와 같은 제3 단락 플레이트(263)는, 이차 전지(100)의 내부 압력이 임계 압력보다 크게 될 경우, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 단락 플레이트(161) 및 제2 단락 플레이트(262)와 함께 반전되어 위로 볼록하게 돌출되고, 이때 제1 단락 플레이트(161)가 커넥팅 플레이트(163)에 접촉된 상태에서 용융되는 경우, 제1 단락 플레이트(161)의 하부에 배치되고, 제1 단락 플레이트(161)보다 녹는 점이 높은 제2 단락 플레이트(262)가 커넥팅 플레이트(163)에 접촉하게 하고, 제3 단락 플레이트(263)가 제2 단락 플레이트(262)를 지지하게 함으로써, 단락 상태를 유지시킨다. 즉, 상기 제3 단락 플레이트(263)는, 커넥팅 플레이트(163)에 접촉하여 단락을 유발시킨 제1 단락 플레이트(161)가 열에 의해 용융되더라도, 계속해서 단락을 유지시켜 퓨즈부(125)의 퓨즈 기능이 이어지게 할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 서로 다른 금속물질로 이루어진 제1 단락 플레이트(161), 제2 단락 플레이트(262) 및 제3 단락 플레이트(263)를 구비함으로써, 열에 의해 제1 단락 플레이트(161)가 용융되더라도 제2 단락 플레이트(262)와 제3 단락 플레이트(263)에 의한 단락 유지를 더욱 원할 하게 이룰 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 과충전시 제1 퓨즈부(125)의 퓨즈 기능이 이어지게 함으로써, 안전성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차전지를 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: 제1 집전판 130: 제2 집전판
140: 케이스 150: 캡 조립체
160, 260: 단락 부재 161: 제1 단락 플레이트
162, 262: 제2 단락 플레이트 163: 커넥팅 플레이트
263: 제3 단락 플레이트

Claims (21)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스를 밀봉하며, 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 및
    상기 캡 플레이트에 결합되는 제1 단락 플레이트와, 상기 전극 조립체 방향으로의 제1 단락 플레이트의 표면에 배치되고, 상기 캡 플레이트에 결합되는 제2 단락 플레이트로 이루어진 단락 부재를 포함하고,
    상기 제1 단락 플레이트는 알루미늄으로 형성되고, 상기 제2 단락 플레이트는 니켈로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단락 플레이트 및 제2 단락 플레이트는 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 단락홀을 구비하고,
    상기 제1 단락 플레이트 및 제2 단락 플레이트는 상기 단락홀에 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 단락 플레이트 및 제2 단락 플레이트는 각각 상기 전극 조립체 방향으로 돌출하는 라운드부와, 상기 캡 플레이트에 결합되는 테두리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단락 부재는
    상기 캡 플레이트의 상부에 상기 캡 플레이트로부터 이격되고 상기 단락홀을 커버하도록 형성되는 커넥팅 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 커넥팅 플레이트는
    상기 단락홀에 대응되는 영역에 형성된 홀; 및
    상기 홀의 외측으로부터 상기 제1 단락 플레이트 및 제2 단락 플레이트를 향하여 돌출형성되는 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 단락 플레이트 및 제2 단락 플레이트는 상기 이차 전지의 내부 압력이 임계값에 도달하였을 때 라운드부가 상기 커넥팅 플레이트 방향으로 돌출하여 상기 돌기부에 접촉하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단락 플레이트는 체결홈을 포함하고,
    상기 제2 단락 플레이트는 상기 체결홈에 체결되는 체결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 삭제
  15. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스를 밀봉하며, 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 및
    상기 캡 플레이트에 결합되고, 상기 전극 조립체 방향으로 순차적으로 중첩되어 형성되는 제1 단락 플레이트, 제2 단락 플레이트 및 제3 단락 플레이트로 이루어진 단락 부재를 포함하고,
    상기 제1,3 단락 플레이트는 알루미늄으로 형성되고, 상기 제2 단락 플레이트는 니켈로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제15항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 단락홀을 구비하고,
    상기 단락 부재는, 상기 캡 플레이트의 상부에 상기 캡 플레이트로부터 이격되고 상기 단락홀을 커버하도록 형성되는 커넥팅 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 단락 플레이트, 제2 단락 플레이트 및 제3 단락 플레이트는 상기 이차 전지의 내부 압력이 임계값에 도달하였을 때 상기 커넥팅 플레이트 방향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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