KR101715963B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 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 연결되고, 퓨즈 영역을 갖는 제 1 집전체; 상기 전극 조립체 및 상기 제 1 집전체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구를 밀봉하고, 단락홀을 갖는 캡 플레이트; 상기 단락홀에 설치된 제 1 단락 부재; 상기 캡 플레이트의 상면으로부터 이격되고, 상기 제 1 단락 부재와 마주보며 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결된 제 2 단락 부재; 및 상기 케이스 내부에서 발생되는 가스를 상기 제 1 단락 부재로 유도하는 유도 부재를 포함하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{SECONDARY BTTERY}
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 외부 단락에 의해 퓨즈 영역이 녹으면서 아크(arc)가 발생될 수 있다. 이와 같이 발생하는 아크는 퓨즈 영역뿐만 아니라 이차 전지의 다른 영역으로 전이되어 발화나 폭발 등의 문제를 일으킬 수 있다. 이에 따라, 외부 단락에 대한 안전성이 향상된 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.
본 발명은, 과충전 및 외부 단락에 대하여 안정성이 향상된 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 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 연결되고, 퓨즈 영역을 갖는 제 1 집전체; 상기 전극 조립체 및 상기 제 1 집전체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구를 밀봉하고, 단락홀을 갖는 캡 플레이트; 상기 단락홀에 설치된 제 1 단락 부재; 상기 캡 플레이트의 상면으로부터 이격되고, 상기 제 1 단락 부재와 마주보며 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결된 제 2 단락 부재; 및 상기 케이스 내부에서 상기 제 1 단락 부재로 가스 이동을 유도하는 유도 부재를 포함한다.
또한, 상기 유도 부재는, 일측부에 제 1 개방부를 갖고, 타측부에 제 2 개방부를 갖는 덕트(duct) 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 유도 부재의 일측부는, 상기 제 1 개방부가 상기 퓨즈 영역을 향하도록 상기 제 1 집전체와 연결될 수 있다.
또한, 상기 유도 부재의 타측부는, 상기 제 2 개방부가 상기 제 1 단락 부재를 향하며, 상기 제 1 단락 부재 및 상기 캡 플레이트의 하면과 이격될 수 있다.
또한, 상기 유도 부재의 타측부는, 상기 제 1 단락 부재를 향하여 돌출된 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 유도 부재의 타측부는, 상기 제 2 개방부가 상기 제 1 단락 부재를 향하도록 돌출되어 상기 캡 플레이트의 하면과 연결되며, 상기 유도 부재의 타측부의 돌출된 부분은, 상기 케이스 내부와 통하는 적어도 하나 이상의 제 3 개방부를 가질 수 있다.
또한, 상기 퓨즈 영역은, 상기 제 1 집전체의 다른 영역보다 단면적이 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 단락 부재는, 미리 설정된 압력보다 큰 압력을 받으면 형태가 반전되어 상기 제 2 단락 부재와 전기적으로 접촉할 수 있도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 과충전 및 외부 단락에 대하여 안정성이 향상된 이차 전지를 제공할 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 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체 및 제 1 집전체에 형성된 제 1 퓨즈 영역을 도시한 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체 및 제 1 집전체에 형성된 제 2 퓨즈 영역을 도시한 사시도이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체 및 제 1 집전체에 형성된 제 3 퓨즈 영역을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 집전체를 도시한 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 유도 부재를 도시한 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 유도 부재를 도시한 사시도이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 3 유도 부재를 도시한 사시도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지(100)를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 전극 조립체(110), 제 1 집전체(120), 제 2 집전체(130), 케이스(140), 캡 조립체(150), 제 1 단락 부재(160), 제 2 단락 부재(161) 및 유도 부재(170)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 집전체(120)과 제 2 집전체(130)이 결합된다.
상기 제 1 집전체(120)는 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 집전체(120)는 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 집전체(120)의 구체적인 구성은 아래에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 제 2 집전체(130)는 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 집전체(130)는 제 2 연결부(131), 제 2 연장부(133), 및 제 2 단자홀(134)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제 2 집전체(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 집전체(120) 및 제 2 집전체(130)가 삽입 안착될 수 있는 케이스 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 케이스 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제 1 집전체(120), 제 2 집전체(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 부재(160), 제 2 단락 부재(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 집전체(120)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 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 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 집전체(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 집전체(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 하부 절연 부재(162)는 제 1 집전체(120) 및 제 2 집전체(130) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다.
상기 제 1 단락 부재(160)는 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c)에 설치되며, 캡 플레이트(151)와 동일한 극성을 가진다. 상기 제 1 단락 부재(160)는 아래로 볼록한 라운드부와, 캡 플레이트(151)에 고정된 테두리부를 포함하는 반전 플레이트로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 단락 부재(160)는 이차 전지(100)에 과충전 또는 외부 단락이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 여기서, 외부 단락이란 케이스(140)의 외부로 노출되어 있는 제 1 전극 단자(152)와 제 2 전극 단자(153)가 외부의 전도성 물체에 의해 쇼트가 되는 경우를 의미할 수 있다.
상기 제 2 단락 부재(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 부재(161)는 제 2 전극 단자(153)와 전기적으로 연결된다. 이러한 제 2 단락 부재(161)는 과충전 또는 외부 단락이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 위로 볼록하게 돌출되는 제 1 단락 부재(160)와 접촉하여 단락을 유발시킨다.
이차 전지(100)에 과충전이 발생되는 경우, 상기 제 1 단락 부재(160)가 반전되어 제 2 단락 부재(-161)와 단락되며, 이러한 경우 매우 높은 전류가 흐르게 되고 열이 발생하게 된다. 이와 같이 발생되는 열에 의해 제 1 집전체(120)에 형성된 퓨즈 영역은 끊어지게 되어 이차 전지(100)의 전기적 연결이 차단될 수 있다.한편, 이차 전지(100)에 외부 단락이 발생되는 경우, 우선, 이차 전지(100)에는 제 2 전극 단자(153), 제 2 집전체(130), 전극 조립체(110), 제 1 집전체(120) 및 제 1 전극 단자(152)의 방향으로 제 1 전류 경로가 형성될 수 있다. 이때, 제 1 집전체(120)에 형성된 퓨즈 영역이 녹으면서 아크와 그 아크에 의한 가스가 발생하게 되는데, 유도 부재(170)는 제 1 집전체(120)의 퓨즈 영역에서 발생되는 가스가 직접 상기 제 1 단락 부재(160)로 이동하도록 유도함으로써, 제 1 단락 부재(160)에 상기 가스에 의한 압력이 단시간 내에 집중적으로 가해지도록 할 수 있다. 이러한 유도 부재(170)에 대한 구체적인 구성은 아래에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 제 1 단락 부재(160)는 상기 유도 부재(170)를 통해 공급되는 가스에 의해 가해지는 압력이 일정치 이상이 되면, 반전되어 제 2 단락 부재(161)와 단락될 수 있다. 이때, 이차 전지(100)에는 상기 제 1 전류 경로뿐만 아니라, 제 1 단락 부재(160)와 제 2 단락 부재(161)의 단락에 의해 제 2 전극 단자(153), 제 2 단락 부재(161), 제 1 단락 부재(160) 및 케이스(140)로 이어지는 새로운 제 2 전류 경로가 형성될 수 있다. 이러한 경우 제 1 집전체(120)의 퓨즈 영역에 집중되는 전류량을 감소시켜 아크 발생을 멈추게 할 수 있다.
예를 들어, 유도 부재(170)가 없는 상태에서 외부 단락이 발생되면, 아크 가스에 의해 케이스(140)의 내부 압력이 증가하지만, 제 1 집전체(120)의 퓨즈 영역에서 발생된 아크가 전이되는 시간이 제 1 단락 부재(160)가 동작할 때까지 걸리는 시간보다 짧기 때문에, 제 1 단락 부재(160)가 정상적으로 동작하지 않을 수 있다. 즉, 제 1 집전체(120)는 케이스(140)와 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 제 1 집전체(120)에서 발생된 아크는 케이스(140) 등으로 전이되어 홀을 형성하게 되고, 상기 홀을 통해 가스가 케이스(140)의 외부로 빠져나가 결국, 제 1 단락 부재(160)가 정상적으로 동작할 만큼의 압력을 공급받지 못하는 경우가 발생될 수 있다.
따라서, 이차 전지(100)는 외부 단락에 의해 최초 발생된 아크가 다른 부분으로 전이되기 전에, 유도 부재(170)를 통해 제 1 단락 부재(160)와 제 2 단락 부재(161)의 단락을 신속히 유도하여 아크를 제거함으로써, 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 제 1 집전체와 제 1 집전체에 형성된 퓨즈 영역의 구체적인 구성에 대해 설명하기로 한다. 또한, 이하에서는, 퓨즈 영역의 실시 형태에 따라 제 1 집전체의 도면 부호를 120A, 120B 및 120C로 구분하여 설명하며, 그에 따라 퓨즈 영역을 제 1 내지 제 3 퓨즈 영역(126a, 126b, 126c)으로 구분하여 설명하도록 한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체(120A) 및 제 1 집전체(120A)에 형성된 제 1 퓨즈 영역(126a)를 도시한 사시도이다.
도 3a를 참조하면, 제 1 집전체(120A)는 제 1 연결부(121)와 제 2 연결부(123)를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 제 1 집전체(120A)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)의 일측에는 제 1 퓨즈 영역(126a)이 형성되며, 타측에는 제 1 단자홀(124)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 단자홀(124)은 제 1 연결부(121)의 타측, 즉 제 1 퓨즈 영역(126a)과 중첩되지 않는 영역에 형성되며, 상기 캡 조립체(150)의 제 1 전극 단자(152)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다.
상기 제 1 퓨즈홀(125a)은 제 1 연결부(121)의 제 1 퓨즈 영역(126a)에 형성된다. 상기 제 1 퓨즈홀(125a)은 제 1 집전체(120) 중 제 1 퓨즈 영역(126a)이 제 1 단자홀(124)이 형성된 영역을 제외한 다른 영역보다 작은 단면적을 가지도록 한다. 상기 제 1 퓨즈홀(125a)은 제 1 연결부(121)의 폭 방향으로 긴 사각 형상이며, 하나로 이루어질 수 있으나, 이러한 형상과 형성된 개수로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이렇게 제 1 퓨즈홀(125a)에 의해 제 1 집전체(120A)의 다른 영역보다 작은 단면적을 갖도록 형성된 제 1 퓨즈 영역(126a)은 이차 전지(100)의 단락이 발생하여 제 1 집전체(120A)로 큰 전류가 흐르는 경우 열이 발생하며, 이렇게 발생된 열에 의해 용융되어, 케이스(140) 및 캡 플레이트(151) 각각과 전극 조립체(110) 간 전류의 흐름을 차단하는 역할을 한다. 여기서, 이차 전지(100)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.
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(126a)가 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.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체(120B) 및 제 1 집전체(120B)에 형성된 제 2 퓨즈 영역(126b)를 도시한 사시도이다.
도 3b에 도시된 제 1 집전체(120B)는 도 3a에 도시된 제 1 집전체(120A)와 비교하여 제 2 퓨즈 영역(126b)의 구성만 다를 뿐 동일하게 구성된다. 도 3b에 도시된 제 1 집전체(120B)에는 복수 개의 제 2 퓨즈홀(125b)이 형성됨으로써 제 1 집전체(120B)의 다른 영역보다 작은 단면적을 갖는 제 2 퓨즈 영역(126b)이 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제 2 퓨즈 영역(126b)은 제 1 단자홀(124)이 형성된 영역을 제외한 제 1 집전체(120B)의 다른 영역의 단면적 보다 작게 형성된다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체(120C) 및 제 1 집전체(120C)에 형성된 제 3 퓨즈 영역(126c)의 구조를 도시한 사시도이다.
도 3c에 도시된 제 1 집전체(120C)는 도 3a에 도시된 제 1 집전체(120A) 및 도 3b에 도시된 제 1 집전체(120B)와 비교하여 제 3 퓨즈 영역(126c)의 구성만 다를 뿐 동일하게 구성된다. 제 3 퓨즈 영역(126c)는 리드 형태로 형성되며, 제 1 단자홀(124)이 형성된 영역을 제외한 제 1 집전체(120C)의 다른 영역의 단면적 보다 작게 형성된다. 제 3 퓨즈 영역(126c)의 단면적이 제 1 집전체(120C) 중 제 1 단자홀(124)이 형성된 영역을 제외한 다른 영역의 단면적 보다 작게 하기 위해 제 1 집전체(120C)의 폭, 예를 들어 연결폭(Wc) 보다 작은 폭을 가지거나, 제 1 집전체(120C)의 두께, 예를 들어 연결 두께(Tc) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 또한, 제 3 퓨즈 영역(126c)은 제 1 집전체(120C)의 연결폭(Wc) 보다 작을 폭을 가지면서 제 1 집전체(120C) 연결 두께(Tc) 보다 작은 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 집전체(130)를 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 제 2 집전체(130)는 제 2 연결부(131)와 제 2 연장부(133)을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 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)에는 제 2 단자홀(134)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 단자홀(134)은 상기 캡 조립체(150)의 제 2 전극 단자(153)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다.
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.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 유도 부재(170)의 구체적인 구성에 대해 설명하기로 한다. 또한, 이하에서는 유도 부재(170)의 실시 형태에 따라 제 1 내지 제 3 유도 부재(170A, 170B, 170C)로 구분하여 설명하도록 한다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 유도 부재(170A)를 도시한 사시도이다.
도 5a를 참조하면, 제 1 유도 부재(170A)는 일측부(171)에 제 1 개방부(171a)를 갖고, 타측부(173)에 제 2 개방부(173a)를 갖는 덕트(duct) 형태로 이루어질 수 있다.
상기 일측부(171)는 제 1 개방부(171a)가 제 1 집전체(120)의 퓨즈 영역(126a, 126b 또는 126c)을 향하도록 제 1 집전체(120)와 연결된다. 상기 타측부(173)의 제 2 개방부(173a)는 제 1 단락 부재(160)를 향하며, 제 1 단락 부재(160)의 방향으로 연장 및 돌출된 형태로 이루어진다. 이에 따라, 퓨즈 영역(126a, 126b 또는 126c)에 발생되는 가스는 퓨즈 영역(126a, 126b 또는 126c)이 위치하는 F에서 제 1 유도 부재(170A)를 통하여 상기 제 1 단락 부재(160)가 위치하는 F’방향으로 이동할 수 있으며, 상기 타측부(173)의 돌출된 구조를 이용하여 아크 가스에 의한 압력을 상기 제 1 단락 부재(160)에 보다 집중적으로 가할 수 있다. 이때, 상기 타측부(173)는 상기 제 1 단락 부재(160)와 캡 플레이트(151)의 하면과 소정의 간격을 두고 이격된다. 이차 전지(100)에 과충전이 발생되는 경우에도 내압 상승에 의해 상기 제 1 단락 부재(160)가 동작해야 하기 때문에, 상기 타측부(173)와 캡 플레이트(151)가 이격되어 케이스(140)의 내부와 제 1 단락 부재(160)가 연결되는 공간을 제공하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 유도 부재(170A)는 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(151) 사이에 위치할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 유도 부재(170A)는 전극 조립체(110)가 케이스(140) 내부에서 유동하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제 1 집전체(120)의 퓨즈 영역과 제 1 단락 부재(160)의 최단거리 상에 위치되어 있기 때문에, 외부 단락 시 보다 신속히 제 1 단락 부재(160)를 동작시킬 수 있다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 유도 부재(170B)를 도시한 사시도이다.
도 5b를 참조하면, 제 2 유도 부재(170B)는 일측부(171)에 제 1 개방부(171b)를 갖고, 타측부(175)에 제 2 개방부(175b)를 갖는 덕트(duct) 형태로 이루어질 수 있다.
상기 일측부(171)는 제 1 개방부(171b)가 제 1 집전체(120)의 퓨즈 영역(126a, 126b 또는 126c)을 향하도록 제 1 집전체(120)와 연결될 수 있다. 상기 타측부(175)의 제 2 개방부(175b)는 제 1 단락 부재(160)를 향하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 퓨즈 영역(126a, 126b 또는 126c)에 발생되는 가스는 퓨즈 영역(126a, 126b 또는 126c)이 위치하는 F에서 제 2 유도 부재(170B)를 통하여 상기 제 1 단락 부재(160)가 위치하는 F’방향으로 이동할 수 있다. 상기 제 2 유도 부재(170B)의 타측부(175)는 상기 제 1 유도 부재(170B)와 달리, 평평한 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제 2 유도 부재(170B)의 타측부(175)는 상기 제 1 유도 부재(170A)의 타측부(173)와 마찬가지로, 상기 제 1 단락 부재(160)와 캡 플레이트(151)의 하면과 소정의 간격을 두고 이격된다. 상기 제 1 유도 부재(170A)와 비교하여 제 2 유도 부재(170B)는, 케이스(140)의 내부와 제 1 단락 부재(160)가 연결되는 공간을 좀 더 제공함으로써, 과충전 시 제 1 단락 부재(160)가 좀 더 민감하게 반응할 수 있도록 한 것이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 3 유도 부재(170C)를 도시한 사시도이다.
도 5c를 참조하면, 제 3 유도 부재(170C)는 일측부(171)에 제 1 개방부(171a)를 갖고, 타측부(175)에 제 2 개방부(177c1) 및 제 3 개방부(177c2, 177c3)를 갖는 덕트(duct) 형태로 이루어질 수 있다.
상기 일측부(171)는 제 1 개방부(177c1)가 제 1 집전체(120)의 퓨즈 영역(126a, 126b 또는 126c)을 향하도록 제 1 집전체(120)와 연결될 수 있다. 상기 타측부(177)는 상기 제 2 개방부(177c1)가 상기 제 1 단락 부재(160)를 향하도록 돌출된 구조로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 퓨즈 영역(126a, 126b 또는 126c)에 발생되는 가스는 퓨즈 영역(126a, 126b 또는 126c)이 위치하는 F에서 제 3 유도 부재(170C)를 통하여 상기 제 1 단락 부재(160)가 위치하는 F’방향으로 이동할 수 있다. 상기 제 3 개방부(177C2, 177C3)는 상기 타측부(177)의 측면에 각각 형성될 수 있으며, 본 발명의 실시예서는 이에 상기 제 3 개방부(177C2, 177C3)의 위치를 한정하는 것은 아니다. 이러한 제 3 개방부(177C2, 177C3)는 적어도 하나 이상 형성되어 케이스(140)의 내부와 제 1 단락 부재(160)가 연결되는 공간을 제공할 수 있다. 상기 제 3 개방부(177C2, 177C3)에 의해 상기 타측부(177)에서 상대적으로 돌출된 있는 부분(177p1, 177p2)이 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 타측부(177)에서 돌출된 부분(177p1, 177p2)은 캡 플레이트(151)의 하면과 연결되어 상기 유도 부재(170C)의 타측부(177)가 캡 플레이트(151)에 고정될 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 유도 부재(170A, 170B, 170C) 중 어느 하나는 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(151) 사이에 위치할 수 있다. 따라서, 유도 부재의 두께와 폭은 이차 전지(100)의 전체 크기에 영향을 주지 않을 정도로 설계되는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 상기 제 1 내지 제 3 유도 부재(170A, 170B, 170C)의 사이즈에 대해서는 한정하지 않는다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 이차 전지
110: 전극 조립체
120: 제 1 집전체
130: 제 2 집전체
125: 퓨즈홀
126a, 126b, 126c: 퓨즈 영역
140: 케이스
150: 캡 조립체
160: 제 1 단락 부재
161: 제 2 단락 부재
170: 유도 부재

Claims (8)

  1. 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 연결되고, 퓨즈 영역을 갖는 제 1 집전체;
    상기 전극 조립체 및 상기 제 1 집전체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스의 개구를 밀봉하고, 단락홀을 갖는 캡 플레이트;
    상기 단락홀에 설치된 제 1 단락 부재;
    상기 캡 플레이트의 상면으로부터 이격되고, 상기 제 1 단락 부재와 마주보며 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결된 제 2 단락 부재; 및
    상기 퓨즈 영역에서 발생되는 가스를 상기 제 1 단락 부재로 유도하기 위하여 상기 퓨즈 영역으로부터 상기 제 1 단락 부재의 하단 영역까지 연장되며, 상기 제 1 집전체와 연결된 유도 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 부재는,
    일측부에 제 1 개방부를 갖고, 타측부에 제 2 개방부를 갖는 덕트(duct) 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유도 부재의 일측부는,
    상기 제 1 개방부가 상기 퓨즈 영역을 향하도록 상기 제 1 집전체와 연결된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 유도 부재의 타측부는,
    상기 제 2 개방부가 상기 제 1 단락 부재를 향하며, 상기 제 1 단락 부재 및 상기 캡 플레이트의 하면과 이격된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유도 부재의 타측부는,
    상기 제 1 단락 부재를 향하여 돌출된 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 유도 부재의 타측부는,
    상기 제 2 개방부가 상기 제 1 단락 부재를 향하도록 돌출되어 상기 캡 플레이트의 하면과 연결되며,
    상기 유도 부재의 타측부의 돌출된 부분은,
    상기 케이스 내부와 통하는 적어도 하나 이상의 제 3 개방부를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 퓨즈 영역은,
    상기 제 1 집전체의 다른 영역보다 단면적이 작게 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단락 부재는,
    미리 설정된 압력보다 큰 압력을 받으면 형태가 반전되어 상기 제 2 단락 부재와 전기적으로 접촉하도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
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