KR101715964B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 다수의 전극 조립체를 갖는 이차 전지에 있어서, 못 관통시 모든 전극 조립체에 대하여 온도가 상승하지 않고 또한 발화하지 않는 이차 전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 제1,2전극 조립체; 상기 제1,2 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 제1,2 전극 조립체에 전기적으로 연결된 동시에, 상기 케이스를 통하여 외측으로 노출된 단자부; 및 상기 제1전극 조립체와 상기 케이스, 상기 제2전극 조립체와 상기 케이스, 그리고 상기 제1전극 조립체와 상기 제2전극 조립체의 사이에 위치된 다수의 단락 유도 부재로 이루어진 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 사용되었다. 또한, 이러한 리튬 이온 이차 전지는 다른 종류의 이차 전지에 비해 고출력, 고용량 및 경량 등의 특성을 가지기 때문에, 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차에도 사용되기 시작했다.
자동차에 사용되는 리튬 이온 이차 전지는 가혹한 환경에서의 안전성 및 신뢰성을 만족해야 한다. 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.
본 발명의 일 실시예는 다수의 전극 조립체를 갖는 이차 전지에 있어서, 못 관통후 모든 전극 조립체에 대하여 발열 현상 및 발화 현상이 일어나지 않는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 제1전극 조립체와 제2전극 조립체의 사이에서 내부 단락 회로가 형성된다고 해도, 내부 단락 전류가 신속하게 방출될 수 있는 전류 경로가 형성됨으로써, 발열 현상 및 발화 현상이 일어나지 않는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 전지 성능에 영향이 없으면서도 안전성 및 신뢰성이 향상된 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1,2전극 조립체; 상기 제1,2 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 제1,2 전극 조립체에 전기적으로 연결된 동시에, 상기 케이스를 통하여 외측으로 노출된 단자부; 및, 상기 제1전극 조립체와 상기 케이스, 상기 제2전극 조립체와 상기 케이스, 그리고 상기 제1전극 조립체와 상기 제2전극 조립체의 사이에 위치된 단락 유도 부재를 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 단락 유도 부재는 상기 제1전극 조립체 및 상기 제2전극 조립체의 양측면에 각각 위치된 다수의 제1단락 유도 부재; 및 상기 제1전극 조립체 및 상기 제2전극 조립체의 사이에 위치된 적어도 하나의 제2단락 유도 부재를 포함하며, 못이 상기 이차 전지를 관통하였을 때 상기 못에 의해 상기 케이스와 상기 제1단락 유도 부재 사이에 제1단락 회로가 형성되고, 상기 제1단락 유도 부재와 상기 제2단락 유도 부재 사이에 제2단락 회로가 형성되며, 상기 제1,2단락 회로에 의해 상기 이차 전지의 에너지가 소비된다.
삭제
상기 제1,2전극 조립체는 각각 제1전극판, 세퍼레이터 및 제2전극판이 적층되고, 상기 세퍼레이터를 중심으로 일측으로는 상기 제1전극판중 제1활물질이 코팅되지 않은 제1무지부가 돌출되고, 상기 세퍼레이터를 중심으로 타측으로는 상기 제2전극판중 제2활물질이 코팅되지 않은 제2무지부가 돌출되며, 상기 제1단락 유도 부재는 상기 제1,2전극 조립체중 제1전극판의 제1무지부에 각각 접속되고, 상기 제2단락 유도 부재는 상기 제1,2전극 조립체중 제2전극판의 제2무지부에 접속될 수 있다.
상기 케이스는 상기 제2단락 유도 부재와 같은 극성일 수 있다.
상기 제1단락 유도 부재 및 상기 제2단락 유도 부재는 사각판 형태일 수 있다.
상기 제2단락 유도 부재는 상기 제1전극 조립체의 제2무지부와, 상기 제2전극 조립체의 제2무지부에 함께 접속될 수 있다.
상기 제2단락 유도 부재는 상기 제1전극 조립체의 제2무지부에 접속되는 제1영역과, 상기 제2전극 조립체의 제2무지부에 접속되는 제2영역을 포함하고, 상기 제1영역과 상기 제2영역의 사이에는 절개부가 형성될 수 있다.
상기 제1단락 유도 부재는 상기 제1,2전극 조립체의 최외곽을 각각 감싸는 제1전극판이고, 상기 제2단락 유도 부재는 상기 제1,2전극 조립체의 사이로서 상기 제1단락 유도 부재의 사이에 위치된 사각판 형태일 수 있다.
상기 제1,2전극 조립체의 최외곽을 각각 적어도 1회 권취하는 제1단락 유도 부재에는 제1활물질이 존재하지 않을 수 있다.
상기 제1단락 유도 부재는 구리 또는 구리 합금일 수 있다.
상기 제2단락 유도 부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다.
상기 제1단락 유도 부재와 상기 케이스의 사이에는 절연판이 개재될 수 있다.
상기 제1단락 유도 부재와 상기 제2단락 유도 부재의 사이에는 절연판이 개재될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다수의 전극 조립체들; 상기 다수의 전극 조립체들을 수용하는 케이스; 상기 다수의 전극 조립체들에 전기적으로 연결된 동시에, 상기 케이스를 통하여 외측으로 노출된 단자부들; 및 상기 전극 조립체들과 상기 케이스, 그리고 상기 전극 조립체들의 사이에 개재된 단락 유도 부재들을 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 단락 유도 부재들은 상기 다수의 전극 조립체들 각각의 양측면에 위치된 다수의 제1단락 유도 부재들; 및 상기 다수의 전극 조립체들의 사이에 위치된 적어도 하나의 제2단락 유도 부재를 포함하며, 못이 상기 이차 전지를 관통하였을 때 상기 못에 의해 상기 케이스와 상기 제1단락 유도 부재 사이에 제1단락 회로가 형성되고, 상기 제1단락 유도 부재와 상기 제2단락 유도 부재 사이에 제2단락 회로가 형성되며, 상기 제1,2단락 회로에 의해 상기 이차 전지의 에너지가 소비된다.
삭제
본 발명의 일 실시예는 다수의 전극 조립체를 갖는 이차 전지에 있어서, 최외곽의 전극 조립체뿐만 아니라, 전극 조립체들의 사이에도 단락 유도 부재가 개재됨으로써, 못의 관통 깊이에 관계없이 모든 전극 조립체에 대하여 발열 현상 및 발화 현상이 방지된다.
본 발명의 일 실시예는 제1전극 조립체와 제2전극 조립체의 사이에 양극 단락 유도 부재 및 음극 단락 유도 부재가 함께 형성되어 있음으로써, 제1,2전극 조립체의 사이에서 내부 단락 회로가 형성된다고 해도, 내부 단락 회로에 의한 단락 전류가 양극 단락 유도 부재 및 음극 단락 유도 부재를 따라서 쉽게 외측으로 빠져 나간다. 따라서, 내부 단락 회로가 형성된다고 해도, 발열 현상 및 발화 현상이 방지된다.
본 발명의 일 실시예는 양극 단락 유도 부재로서 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 이용되고, 음극 단락 유도 부재로서 구리 또는 구리 합금이 이용됨으로써, 전지 성능에 영향이 없으면서도 안전성 및 신뢰성이 향상된다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도, 종단면도 및 횡단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1c의 2a 내지 2c를 확대 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지중에서 제1,2전극 조립체 및 제1,2단락 유도 부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 못이 관통되어 내부 단락 회로가 형성된 상태를 도시한 횡단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 내부 단락 회로의 형성시 전기 전도도 및 발열 상태를 성명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 횡단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6의 7a 내지 7c를 확대 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 1,2전극 조립체 및 제1,2단락 유도 부재를 도시한 분해 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.
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 다수의 전극 조립체(110a, 110b), 케이스(120), 제1단자부(130), 제2단자부(140), 캡 플레이트(150) 및 다수의 단락 유도 부재(161, 162)를 포함한다. 여기서, 상기 다수의 전극 조립체의 갯수는, 도 1c를 참조하면, 비록 2개로 도시되어 있으나, 이보다 더 많은 개수가 존재할 수 있음은 당연하다. 더불어, 상기 다수의 단락 유도 부재의 갯수 역시 상기 전극 조립체의 개수 증가에 따라 함께 증가한다. 또한, 상기 케이스(130)는 캔(can)으로 지칭될 수도 있으며, 경우에 따라서는 캡 플레이트(160)를 포함하는 개념일 수 있다.
상기 제1전극 조립체(110a)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 제2전극 조립체(110b)는 상기 제1전극 조립체(110a)의 일측에 근접하여 위치되며, 이는 실질적으로 상기 제1전극 조립체(110a)와 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 여기서는 대표적으로 상기 제1전극 조립체(110a)의 구조에 대해서만 주로 설명한다. 또한, 상기 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 각 구성 요소에 대한 도면 부호는 편의상 동일하게 하였다.
상기 제1전극판(111)은 음극판일 수 있고, 상기 제2전극판(112)은 양극판일 수 있다. 물론, 반대로 상기 제1전극판(111)은 양극판이고, 상기 제2전극판(112)은 음극판일 수 있다. 상기 제1전극판(111)은 제1금속 포일(111a) 및 제1활물질(111b)을 포함한다. 상기 제1전극판(111)이 음극판일 경우, 상기 제1금속 포일(111a)은 구리 또는 구리 합금일 수 있고, 상기 제1활물질(111b)은 흑연일 수 있다. 상기 제2전극판(112) 역시 제2금속 포일(112a) 및 제2활물질(112b)을 포함한다. 상기 제2전극판(112)이 양극판일 경우, 상기 제2금속 포일(112a)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있고, 상기 제2활물질(112b)은 리튬계 산화물일 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 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 최외곽에 위치되어, 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 일정 영역이 상기 케이스(120), 상기 캡 플레이트(150) 또는 상기 단락 유도 부재(161,162)에 직접 쇼트되지 않도록 되어 있다.
더불어, 상기 제1전극판(111)은 제1활물질(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 제2 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. 이러한 케이스(120)에는 상기 제1,2전극 조립체(110a, 110b)가 전해액과 함께 수용된다. 이때, 상기 제1,2전극 조립체(110a, 110b)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, 스테인리스 스틸 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제1단자부(130)는 각각 상기 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 제1전극판(111)에 전기적으로 접속된다. 좀더 구체적으로, 상기 제1단자부(130)는 제1비코팅 영역(111c)에 용접되는 제1영역(131), 상기 제1영역(131)으로부터 수평 방향으로 절곡되고 일정 길이 연장된 제2영역(132), 상기 제2영역(132)에 결합되고 상기 캡 플레이트(150)를 관통하는 제3영역(133) 및 상기 제3영역(133)에 결합된 제4영역(134)을 포함한다. 도면중 미설명 부호 135는 제3영역(133)과 제4영역(134)이 레이저 빔으로 용접되어 형성된 용접 영역이다.
상기 제2단자부(140)는 상기 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 제2전극판(112)에 전기적으로 접속된다. 즉, 상기 제2단자부(140)는 상기 제2전극판(112)에 용접될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 제2단자부(140)는 제2비코팅 영역(112c)에 용접되는 제1영역(141), 상기 제1영역(141)으로부터 절곡되고 수평 방향으로 일정 길이 연장된 제2영역(142), 상기 제2영역(142)에 결합되고 상기 캡 플레이트(150)를 관통하는 제3영역(143) 및 상기 제3영역(143)에 결합된 제4영역(144)을 포함한다. 도면중 미설명 부호 145는 제3영역(143)과 제4영역(144)이 레이저 빔으로 용접되어 형성된 용접 영역이다.
여기서, 상기 제4영역(144)은 경우에 따라 일정 영역이 상기 캡 플레이트(150)에 직접 전기적으로 접속될 수 있다. 실질적으로, 이러한 제4영역(144)은 스테인리스 스틸과 같은 고저항 부재(도면에 도시되지 않음)를 통하여 캡 플레이트(150)에 접속됨으로써, 상기 캡 플레이트(150) 및 케이스(120)는 제2단자부(140)의 극성(예를 들면, 양극)과 같은 극성을 갖게 된다.
상기 캡 플레이트(150)는 상기 제1단자부(130) 및 상기 제2단자부(140)가 외부로 노출 또는 돌출되도록 하면서, 상기 케이스(120)의 개방된 영역을 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 제3영역(133,143)은 상기 캡 플레이트(150)를 관통하는데, 그 외주연에는 각각 절연성 실링 가스켓(154)이 형성될 수 있다. 따라서 상기 제1,2단자부(130,140)의 제3영역(133,143)은 캡 플레이트(150)로부터 절연될 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 고저항 부재를 통하여 제4영역(144)이 캡 플레이트(150)에 접속된 경우에는, 상기 캡 플레이트(150) 및 케이스(120)는 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다. 더불어, 상기 제4영역(134,144)과 캡 플레이트(150)의 사이에는 상부 절연부재(155)가 개재되고, 상기 제2영역(132,143)과 상기 캡 플레이트(150)의 사이에는 하부 절연부재(156)가 개재될 수 있다.
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 부재는 상기 제1전극 조립체(110a) 및 상기 제2전극 조립체(110b)의 양측면에 각각 위치된 제1단락 유도 부재(161)와, 상기 제1전극 조립체(110a) 및 상기 제2전극 조립체(110b)의 사이에 위치된 제2단락 유도 부재(162)를 포함한다.
좀더 구체적으로 설명하면, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 상기 전극 조립체(110a, 110b)의 양측면에 위치되기 때문에, 결과적으로 어느 하나의 제1단락 유도 부재(161)는 상기 케이스(120)를 직접 마주보는 형태를 한다. 다르게 설명하면, 어느 하나의 제1단락 유도 부재(161)는 상기 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 상대적으로 넓은 측면과, 상기 케이스(120)의 넓은 측면(121a, 121b)의 사이에 위치된다.
또한, 상기 제2단락 유도 부재(162)는 상기 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 사이에 위치되기 때문에 결과적으로 상기 제2단락 유도 부재(162)의 양측면은 각각 상기 제1단락 유도 부재(161)를 직접 마주보는 형태를 한다. 즉, 상기 제2단락 유도 부재(162)는 상기 제1단락 유도 부재(161)의 사이에 위치된다.
또한, 상기 제1단락 유도 부재(161)와 상기 케이스(120)의 사이에는 절연판(164)이 개재된다. 더불어, 상기 제1단락 유도 부재(161)와 상기 제2단락 유도 부재(162)의 사이에도 절연판(164)이 개재된다. 이러한 절연판(164)은 못 관통에 의한 내부 단락 회로 형성 전까지 상기 제1단락 유도 부재(161)와 상기 케이스(120)의 사이, 그리고 상기 제1단락 유도 부재(161)와 상기 제2단락 유도 부재(162)의 사이에 절연 상태가 확보되도록 한다. 이러한 절연판(164)은 세퍼레이터와 마찬가지로 다공성의 PE(polyethylene), PP(polypropylene) 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 상기 제1전극판(111)중 제1비코팅 영역(111c)에 전기적으로 접속된다. 즉 상기 제1단락 유도 부재(161)는 상기 제1비코팅 영역(111c)에 용접될 수 있다. 도면중 미설명 부호 163이 제1단락 유도 부재(161)와 제1비코팅 영역(111c)의 사이에 형성된 용접 영역이다.
상기 제2단락 유도 부재(162)는 상기 제2전극판(112)중 제2비코팅 영역(112c)에 전기적으로 접속된다. 즉, 상기 제2단락 유도 부재(162)는 상기 제2비코팅 영역(112c)에 용접된다.
이와 같이 하여, 본 발명은 이차 전지(100)의 못 관통시 상기 절연판(164)이 찢어지거나 또는 손상되면서, 상기 케이스(120)와 상기 제1단락 유도 부재(161), 또는/및 상기 제1단락 유도 부재(161)와 상기 제2단락 유도 부재(162)가 직접 전기적으로 단락된다. 상기 제1단락 유도 부재(161) 및 제2단락 유도 부재(162)는 전극 조립체(110)에 비하여 전기 전도도가 상대적으로 크므로, 단락시 열을 거의 발생시키지 않으며, 대전류를 신속하게 소모한다. 이에 따라, 이차 전지(100)의 못 관통시 발열 현상 및 발화 현상이 거의 발생하지 않음으로써, 이차 전지(100)의 관통 안전성 및 신뢰성이 향상된다.
더욱이, 아래에서 다시 상세하게 설명하겠지만, 못이 케이스(120)를 어느 방향에서 관통한다고 해도(예를 들면, 못이 케이스(120)의 넓은 측면(121a)을 관통하거나, 또는 케이스(120)의 다른 넓은 측면(121b)을 관통한다고 해도), 동일한 효과를 나타냄으로써 이차 전지(100)의 관통 안전성 및 신뢰성이 더욱 향상된다.
또한, 상기 단락 유도 부재(161,162)는 비교적 두꺼운 판(plate) 형태로 위치됨으로써, 제1,2전극 조립체(110a, 110b)를 지지하는 기능을 갖고, 또한 케이스(120)의 스웰링도 억제하는 기능을 갖는다.
도 2a 및 도 2b는 도 1c의 2a 내지 2c 영역을 확대 도시한 것이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 전극 조립체는 예를 들면 제1금속 포일(111a)(예를 들면, 구리 포일), 제1활물질(111b)(예를 들면, 흑연) 및 제1활물질이 코팅되지 않은 제1비코팅 영역(111c)으로 이루어진 제1전극판(111)을 포함한다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 전극 조립체는 예를 들면, 제2금속 포일(112a)(예를 들면, 알루미늄 포일 또는 알루미늄 메쉬), 제2활물질(112b)(예를 들면, 리튬계 산화물) 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. 또한, 상기 제1비코팅 영역(111c)에는 제1단락 유도 부재(161)가 용접된다.
더불어, 상기 제2비코팅 영역(112c) 역시 세퍼레이터(113)의 타측을 통해서 외부로 연장되어 있다. 이러한 제2비코팅 영역(112c)은 제2단자부(140)의 제1영역(141)과의 용접성이 향상되도록, 상호간 밀착 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제2비코팅 영역(112c)에는 제2단락 유도 부재(162)가 용접된다.
더욱이, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 제2단락 유도 부재(162)는 2개의 제1단락 유도 부재(161)의 사이에 위치될 수 있으며, 상기 제1단락 유도 부재(161)와 제2단락 유도 부재(162)의 사이에는 절연판(164)이 개재된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지중에서 제1,2전극 조립체 및 제1,2단락 유도 부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1전극 조립체(110a) 및 제2전극 조립체(110b)의 제1무지부(111c)에는 각각 제1단락 유도 부재(161)가 전기적으로 접속된다. 즉, 제1전극 조립체(110a)의 제1무지부(111c)에 서로 마주보는 형태로 2개의 제1단락 유도 부재(161)가 용접되고, 또한 제2전극 조립체(110b)의 제1무지부(111c)에도 서로 마주보는 형태로 2개의 제1단락 유도 부재(161)가 용접된다. 이와 같이 하여, 상기 제1전극 조립체(110a)에 구비되는 한쌍의 대략 넓은 측면은 대부분 상기 한쌍의 제1단락 유도 부재(161)에 의해 감싸인 형태가 된다. 마찬가지로, 상기 제2전극 조립체(110b)에 구비되는 한쌍의 대략 넓은 측면도 대부분 상기 한쌍의 제1단락 유도 부재(162)에 의해 감싸인 형태를 한다. 다르게 표현하면, 상기 제1,2전극 조립체(110a, 110b)에 구비되는 한쌍의 대략 좁은 측면은 상기 한쌍의 제1단락 유도 부재(162)에 의해 감싸여지지 않는다.
상기 제1단락 유도 부재(161)는 상기 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 제1무지부(111c)에 용접되는 제1평탄면(161a), 상기 제1평탄면(161a)으로부터 일정 각도 절곡되어 연장된 절곡면(162b) 및 상기 절곡면(162b)으로부터 일정 길이 연장된 제2평탄면(162c)을 포함한다. 여기서, 상기 절곡면(162b)은 상기 제1무지부(111c)에 형성되는 절곡 영역과 대응하는 영역이고, 상기 제2평탄면(162c)은 상기 제1전극 조립체(110a)의 대략 넓은 면과 대응되는 영역이다. 이와 같이 하여, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 상기 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 상대적으로 넓은 전방 측면 및 후방 측면에 용이하게 밀착된다.
물론, 상기 제1단락 유도 부재(161)는 상술한 바와 같이 제1평탄면(161a), 절곡면(162b) 및 제2평탄면(162c) 없이 대략 대략 평평한 평판 형태로 형성될 수도 있으며, 여기서 상기 제1단락 유도 부재(161)의 형태나 모양을 한정하는 것은 아니다.
또한, 제1전극 조립체(110a)와 제2전극 조립체(110b)의 사이에는 적어도 하나의 제2단락 유도 부재(162)가 개재된다. 즉, 상기 제2단락 유도 부재(162)는 두개의 제1단락 유도 부재(161)의 사이에 위치된다. 더불어, 1개의 제2단락 유도 부재(162)와 2개의 제1단락 유도 부재(161)의 사이에는 절연판(164)이 개재된다.
더욱이, 상기 제2단락 유도 부재(162)는 상기 제1단락 유도 부재(161)와 유사하게 제1평탄면(162d), 절곡면(162e) 및 제2평탄면(162f)을 포함한다. 그러나, 상기 제1평탄면(161d)은 제1전극 조립체(110a)의 제2무지부(112c) 및 제2전극 조립체(110b)의 제2무지부(112c)에 함께 전기적으로 접속될 수 있도록 제1영역(162a) 및 제2영역(162b)을 갖는다. 즉, 상기 제1영역(162a) 및 제2영역(162b)의 사이에는 절개부(162c)가 형성됨으로써, 상기 제1영역(162a)은 상기 제1전극 조립체(110a)의 제2무지부(112c)를 향하여 절곡 및 접속될 수 있고, 상기 제2영역(162b)은 상기 제2전극 조립체(110b)의 제2무지부(112c)를 향하여 절곡 및 접속될 수 있다. 다르게 설명하면, 상기 제2단락 유도 부재(162)는 제1평탄면(161a)중 제1영역(162a)이 제1전극 조립체(110a)의 제2무지부(112c)에 용접되고, 제2영역(162b)이 상기 제2전극 조립체(110b)의 제2무지부(112c)에 각각 용접된다.
여기서, 비록 도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 제2단락 유도 부재(162) 역시 2개가 구비됨으로써, 1개의 제2단락 유도 부재(162)는 상기 제1전극 조립체(110a)의 제2무지부(112c)에 접속되고, 다른 1개의 제2단락 유도 부재(162)는 상기 제2전극 조립체(110b)의 제2무지부(112c)에 접속될 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 못이 관통되어 내부 단락 회로가 형성된 상태를 도시한 횡단면도이다.
도 4a는 못(190)이 케이스(120)의 전방 넓은 측면(121a)을 관통하여, 첫번째 제1단락 유도 부재(161), 제1전극 조립체(110a) 및 두번째 제1단락 유도 부재(161), 제2단락 유도 부재(162), 세번째 제1단락 유도 부재(161) 및 제2전극 조립체(110b)를 관통한 경우를 도시한 것이다. 이 경우, 케이스(120)와 첫번째 제1단락 유도 부재(161)의 사이에 단락 회로가 형성되어 이차 전지(100)의 에너지가 소비된다. 또한, 두번째 제1단락 유도 부재(161)와 제2단락 유도 부재(162), 그리고 제2단락 유도 부재(162)와 세번째 제1단락 유도 부재(161)의 사이에 단락 회로가 형성되어 이차 전지(100)의 에너지가 소비된다. 따라서, 전반적으로 이차 전지(100)의 온도가 상승하지 않을 뿐만 아니라 발화 현상도 나타나지 않게 된다.
여기서, 첫번째, 두번째 및 세번째 제1단락 유도 부재(161)는 케이스(120)의 전방 넓은 측면(121a)으로부터 멀어지는 순서로 정의한 것이다.
도 4b는 못(190)이 케이스(120)의 후방 넓은 측면(121b)을 관통하여, 첫번째 제1단락 유도 부재(161), 제2전극 조립체(110b) 및 두번째 제1단락 유도 부재(161), 제2단락 유도 부재(162), 세번째 제1단락 유도 부재(161) 및 제1전극 조립체(110a)를 관통한 경우를 도시한 것이다. 이 경우에도, 케이스(120)와 첫번째 제1단락 유도 부재(161)의 사이에 단락 회로가 형성되어 이차 전지(100)의 에너지가 소비된다. 또한, 두번째 제1단락 유도 부재(161)와 제2단락 유도 부재(162), 그리고 제2단락 유도 부재(162)와 세번째 제1단락 유도 부재(161)의 사이에 단락 회로가 형성되어 이차 전지(100)의 에너지가 소비된다. 따라서, 전반적으로 이차 전지(100)의 온도가 상승하지 않을 뿐만 아니라 발화 현상도 나타나지 않게 된다.
여기서, 첫번째, 두번째 및 세번째 제1단락 유도 부재(161)는 케이스(120)의 후방 넓은 측면(121b)으로부터 멀어지는 순서로 정의한 것이다.
이와 같이 하여, 본 발명은 못(190)이 케이스(120)의 전방 넓은 측면(121a)을 통해 관통하거나, 또는 케이스(120)의 후방 넓은 측면(121b)을 관통한 경우 동일한 효과가 나타난다. 또한, 본 발명은 전극 조립체와 전극 조립체의 사이에도 제1단락 유도 부재(161) 및 제2단락 유도 부재(162)가 구비되어 있음으로써, 전극 조립체와 전극 조립체의 사이에서 발생할 수 있는 발열 현상 및 발화 현상을 적극적으로 방지할 수 있게 된다.
도 5a 내지 도 5d는 내부 단락 회로의 형성시 전기 전도도 및 발열 상태를 성명하기 위한 도면이다. 이러한 도면은 본 발명의 발명자에 의해 실험된 결과를 기초로 하여 도면으로 정리한 것이다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 알루미늄 재질의 제2단락 유도 부재(162)와, 리튬계 산화물로 된 제2활물질(112b)을 갖는 제2전극판(112)이 상호간 단락되었을 경우, 상호간 전기 전도도가 상대적으로 높게 나타나기는 했지만, 발열 현상은 상대적으로 크게 나타났다. 따라서, 이 경우는 이차 전지의 에너지가 빠르게 방출되기는 하지만, 이차 전지의 발화 현상이 나타날 확률이 크다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 구리 재질의 제1단락 유도 부재(161)와 알루미늄 재질의 제2단락 유도 부재(162)가 상호간 단락되었을 경우, 상호간 전기 전도도가 상대적으로 가장 높게 나타났으며, 더불어 발열 현상도 가장 작게 나타났다. 따라서, 이 경우는 이차 전지의 에너지가 가장 빠르게 방출되면서도, 발화 현상이 나타날 확률은 거의 없다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 흑연으로 된 제1활물질(111b)을 갖는 제1전극판(111)과 리튬계 산화물로 된 제2활물질(112b)을 갖는 제2전극판(112)이 상호간 단락되었을 경우, 상호간 전기 전도도가 가장 낮게 나타났고, 발열 현상도 상대적으로 가장 크게 나타났다. 따라서, 이 경우가 이차 전지의 에너지가 가장 느리게 방출되면서도, 발화 현상이 나타날 확률도 가장 크다.
도 5d에 도시된 바와 같이, 흑연으로 된 제1활물질(111b)을 갖는 제1전극판(111)과 구리 재질로 된 제1단락 유도 부재(161)가 상호간 단락되었을 경우, 상호간 전기 전도도가 상대적으로 낮게 나타났으나, 발열 현상은 상대적으로 작게 나타났다. 따라서, 이 경우는 이차 전지의 에너지가 비교적 느리게 방출되기는 하지만, 발화 현상은 거의 나타나지 않는다.
이와 같이 하여, 본 발명의 발명자들은 구리 재질의 제1단락 유도 부재(161)와 알루미늄 재질의 제2단락 유도 부재(162)(또는 케이스(120))의 사이에 단락이 발생하였을 경우, 이차 전지의 에너지가 가장 빠르게 방출될 뿐만 아니라 발열 현상 및 발화 현상도 나타나지 않음을 발견하였다. 따라서, 본 발명자는 전극 조립체와 케이스의 사이, 그리고 전극 조립체와 전극 조립체의 사이에 상술한 바와 같은 구조(도 5b에 도시된 구조)가 마련되도록 함으로써, 이차 전지의 안전성 및 신뢰성이 향상되도록 하였다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 횡단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)에서는 제1단락 유도 부재(261)로서, 제1전극판(111)이 이용된다. 즉, 제1전극 조립체(110a)의 최외곽이 제2전극판(112)(예를 들면, 양극)이 아니라 제1전극판(111)(예를 들면, 음극)에 의해 적어도 1회 이상 권취되고, 이와 같이 권취된 부분이 제1단락 유도 부재(261)로서의 역할을 한다. 또한, 제2전극 조립체(110b)의 최외곽 역시 제2전극판(112)이 아니라 제1전극판(111)에 의해 적어도 1회 이상 권취되고, 이와 같이 권취된 부분이 제1단락 유도 부재(261)로서의 역할을 한다. 물론, 이와 같이 최외곽에 권취된 제1단락 유도 부재(261)는 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 제1전극판(111)에 구비된 제1무지부(111c)에 전기적으로 접속된다.
더불어, 제1전극 조립체(110a)와 제2전극 조립체(110b)의 사이에는 제2단락 유도 부재(162)가 개재되고, 이는 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 제2전극판(112)에 구비된 제2무지부(112c)에 전기적으로 접속된다.
더불어, 상기 제1단락 유도 부재(261)와 케이스(120)의 사이에는 절연판(164)이 개재된다. 또한, 상기 제1단락 유도 부재(261)와 상기 제2단락 유도 부재(162)의 사이에도 절연판(164)이 개재된다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6의 7a 내지 7c를 확대 도시한 것이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전극 조립체의 최외곽에는 제1활물질(111b)이 형성되지 않은 제1전극판(111)이 적어도 1회 이상 권취됨으로써, 제1단락 유도 부재(261)가 형성된다. 물론, 이러한 최외곽에 권취된 제1단락 유도 부재(261)와 케이스(120)의 사이에는 절연판(164)이 개재됨으로써, 제1단락 유도 부재(261)와 케이스(120)는 전기적으로 절연 상태를 유지한다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 제2단락 유도 부재(162)는 실질적으로 제1전극 조립체(110a) 및 제2전극 조립체(110b)의 최외곽을 감싸는 제1단락 유도 부재(261)의 사이에 개재된 형태를 한다. 물론, 이러한 최외곽의 제1단락 유도 부재(261)와 상기 제2단락 유도 부재(162)의 사이에도 절연판(164)이 개재됨으로써, 제1단락 유도 부재(261)와 제2단락 유도 부재(162)는 전기적으로 절연 상태를 유지한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 1,2전극 조립체 및 제1,2단락 유도 부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1전극 조립체(110a) 및 제2전극 조립체(110b)에 구비되는 제1단락 유도 부재(261)는 제1활물질이 코팅되지 않은 제1전극판이 상대적으로 제2전극판(112)에 비해 더 길게 연장된 동시에, 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 최외곽을 적어도 1회 이상 권취함으로써 구현된다. 물론, 상기 제1전극 조립체(110a)와 상기 제2전극 조립체(110b)의 사이에는 제2단락 유도 부재(162)가 위치되고, 이것이 제1,2전극 조립체(110a, 110b)의 제2전극판(112)에 구비된 제2무지부(112c)에 각각 전기적으로 접속됨은 당연하다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)에서와 같은 제1단락 유도 부재를 구비하지 않아도 됨으로써, 이차 전지(200)의 제조 공정이 더욱 간단 및 단순해진다. 더욱이, 이러한 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 못(190)이 캡 플레이트로부터 케이스의 바닥면을 향하여 관통되거나, 또는 못(190)이 케이스의 바닥면으로부터 캡 플레이트를 향하여 관통되는 경우에도, 저저항의 내부 단락 회로를 만듦으로써, 이차 전지(200)의 발열 현상이나 발화 현상을 효율적으로 방지할 수 있다.
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; 본 발명에 따른 이차 전지
110a, 110b; 제1,2전극 조립체 120; 케이스
130; 제1단자부 140; 제2단자부
150; 캡 플레이트 161; 제1단락 유도 부재
162; 제2단락 유도 부재

Claims (15)

  1. 제1,2전극 조립체;
    상기 제1,2 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 제1,2 전극 조립체에 전기적으로 연결된 동시에, 상기 케이스를 통하여 외측으로 노출된 단자부; 및,
    상기 제1전극 조립체와 상기 케이스, 상기 제2전극 조립체와 상기 케이스, 그리고 상기 제1전극 조립체와 상기 제2전극 조립체의 사이에 위치된 단락 유도 부재를 포함하는 이차 전지에 있어서,
    상기 단락 유도 부재는 상기 제1전극 조립체 및 상기 제2전극 조립체의 양측면에 각각 위치된 다수의 제1단락 유도 부재; 및 상기 제1전극 조립체 및 상기 제2전극 조립체의 사이에 위치된 적어도 하나의 제2단락 유도 부재를 포함하며,
    못이 상기 이차 전지를 관통하였을 때 상기 못에 의해 상기 케이스와 상기 제1단락 유도 부재 사이에 제1단락 회로가 형성되고, 상기 제1단락 유도 부재와 상기 제2단락 유도 부재 사이에 제2단락 회로가 형성되며, 상기 제1,2단락 회로에 의해 상기 이차 전지의 에너지가 소비됨을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2전극 조립체는 각각
    제1전극판, 세퍼레이터 및 제2전극판이 적층되고,
    상기 세퍼레이터를 중심으로 일측으로는 상기 제1전극판중 제1활물질이 코팅되지 않은 제1무지부가 돌출되고,
    상기 세퍼레이터를 중심으로 타측으로는 상기 제2전극판중 제2활물질이 코팅되지 않은 제2무지부가 돌출되며,
    상기 제1단락 유도 부재는 상기 제1,2전극 조립체중 제1전극판의 제1무지부에 각각 접속되고,
    상기 제2단락 유도 부재는 상기 제1,2전극 조립체중 제2전극판의 제2무지부에 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 제2단락 유도 부재와 같은 극성인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1단락 유도 부재 및 상기 제2단락 유도 부재는 사각판 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1단락 유도 부재는 구리 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2단락 유도 부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1단락 유도 부재와 상기 케이스의 사이에는 절연판이 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1단락 유도 부재와 상기 제2단락 유도 부재의 사이에는 절연판이 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 다수의 전극 조립체들;
    상기 다수의 전극 조립체들을 수용하는 케이스;
    상기 다수의 전극 조립체들에 전기적으로 연결된 동시에, 상기 케이스를 통하여 외측으로 노출된 단자부들; 및
    상기 전극 조립체들과 상기 케이스, 그리고 상기 전극 조립체들의 사이에 개재된 단락 유도 부재들을 포함하는 이차 전지에 있어서,
    상기 단락 유도 부재들은 상기 다수의 전극 조립체들 각각의 양측면에 위치된 다수의 제1단락 유도 부재들; 및 상기 다수의 전극 조립체들의 사이에 위치된 적어도 하나의 제2단락 유도 부재를 포함하며,
    못이 상기 이차 전지를 관통하였을 때 상기 못에 의해 상기 케이스와 상기 제1단락 유도 부재 사이에 제1단락 회로가 형성되고, 상기 제1단락 유도 부재와 상기 제2단락 유도 부재 사이에 제2단락 회로가 형성되며, 상기 제1,2단락 회로에 의해 상기 이차 전지의 에너지가 소비됨을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 삭제
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