KR101772415B1 - 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전지 캔의 개방단에 결합되고 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡을 구비하는 이차 전지용 캡 조립체에 있어서, 전극 조립체의 상부에 위치하여 상기 전극 조립체와 연결되는 전류차단부재와, 전류차단부재의 상부에 위치하여, 전류차단부재와 일부분이 접촉되게 마련되되 전지 캔의 내압 증가시 전류차단부재와 비접촉되게 형태가 변형되는 안전 벤트와, 안전 벤트와 전류차단부재 사이에 배치되어 접촉된 일부분을 제외하고는 전류차단부재를 안전 벤트와 전기적으로 절연시키는 절연부재와, 안전 벤트와 전류차단부재 사이에 개재되어, 절연부재의 열 변형시 전류차단부재가 안전 벤트와 단락되는 것을 저지시키는 단락저지부재를 포함하는 이차 전지용 캡 조립체에 관한 것이다.

Description

캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지{Cap assembly and secondary battery including the same}
본 발명은 이차 전지용 캡 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캡 조립체 내부의 온도 상승으로 인한 절연부재의 용융 시에도 이차 전지의 과충전 또는 외부단락을 방지할 수 있는 전류차단 구조를 갖는 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 최근의 리튬 이차 전지는 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다. 이러한 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스, 즉 전지 캔 및 전지 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.
도 1은 종래의 원통형 이차 전지의 캡 조립체(10) 부분의 단면도이고, 도 2는, 도 1에 따른 이차 전지의 비정상적인 작동 상태를 나타내기 위한 단면이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차 전지는 원통형 전지 캔(20), 전지 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(30), 전지 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 조립체(10), 캡 조립체(10)를 장착하기 위해 전지 캔(20)의 선단에 마련된 비딩부(40) 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑 부위(50)를 구비한다.
전극 조립체(30)는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 권취된 구조이며, 양극에는 양극 리드(31)가 부착되어 캡 조립체(10)에 접속되어 있고, 음극에는 음극 리드(미도시)가 부착되어 전지 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.
캡 조립체(10)는 양극 단자를 형성하는 탑 캡(11), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하고 및/또는 가스를 배기하는 안전 벤트(12), 특정 부분을 제외하고 안전 벤트(12)를 전류차단부재(14)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(13), 양극에 연결된 양극 리드(31)가 접속되어 있는 전류차단부재(14)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 이러한 캡 조립체(10)는 가스켓(15)에 장착된 상태로 전지 캔(20)의 비딩부(40)에 장착된다. 따라서, 정상적인 작동 조건에서 전극 조립체(30)의 양극은 양극 리드(31), 전류차단부재(14) 및 안전 벤트(12)를 경유하여 탑 캡(11)에 연결되어 통전을 이룬다. 그리고 전지 내부의 압력 상승시와 같은 비정상적인 작동 조건에서는 안전 벤트(12)가 전류차단부재(14)와 기계적으로 분리되어 전극 조립체에 전류가 인가되는 것을 차단한다.
한편, 안전 벤트와 전류차단부재(14)는 정상상태에서 통전 경로가 되는 특정 부분을 제외하고는 전기적으로 분리되게 절연부재(13)에 의해 소정 간격 이격되어 있다. 그런데, 상기의 절연부재(13)는 전지 내부의 압력 및 온도 상승시 일반적으로 열에 취약해 용융(meltig)되는 경우가 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 절연부재(13)가 용융되면, 분리되어야 할 안전 벤트(12)와 전류차단부재(14)의 일 부분이 접촉될 수 있으므로, 안전 벤트(12)가 정상적으로 동작되더라도 안전 벤트(12)와 전류차단부재(14)간에 내부단락이 일어나 전류가 계속 인가될 수 있다. 이로 인해 발열 및 발화가 심화되면 이차 전지가 결국 파손될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 비정상적인 작동에 대처하기 위한 보다 개선된 구조의 캡 조립체의 개발이 필요한 실정이다.
한국공개특허 제 2010-0070677호 2010.06.28 삼성에스디아이 주식회사.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 과충전이나 외부단락 발생시 고온, 고압의 조건하에서 전류를 안정적으로 차단하기 위해 종래보다 강화된 전류차단 구조를 갖는 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 전지 캔의 개방단에 결합되고 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡을 구비하는 이차 전지용 캡 조립체에 있어서, 전극 조립체의 상부에 위치하여 상기 전극 조립체와 연결되는 전류차단부재; 상기 전류차단부재의 상부에 위치하여, 상기 전류차단부재와 일부분이 접촉되게 마련되되, 상기 전지 캔의 내압 증가시 상기 전류차단부재와 비접촉되게 형태가 변형되는 안전 벤트; 상기 안전 벤트와 상기 전류차단부재 사이에 배치되어 상기 접촉된 일부분을 제외하고는 상기 전류차단부재를 상기 안전 벤트와 전기적으로 절연시키는 절연부재; 및 상기 안전 벤트와 상기 전류차단부재 사이에 개재되어, 상기 절연부재의 열 변형시 상기 전류차단부재가 상기 안전 벤트와 단락되는 것을 저지시키는 단락저지부재를 포함하는 이차 전지용 캡 조립체가 제공될 수 있다.
상기 단락저지부재는, PTC (Positive Temperature Coefficient) 소자일 수 있다.
상기 단락저지부재는, 폴리페닐설폰(Polyphenylsulfone), 폴리에테르설폰(Ployethersulfone), 폴리설폰(Polysulfone), 세라믹(Cermaic) 재질 중 어느 하나의 재질로 마련될 수 있다.
상기 단락저지부재는, 상기 절연부재와 상기 전류차단부재 사이에 개재될 수 있다.
상기 단락저지부재는, 상기 절연부재와 상기 전류차단부재 사이에 적층되는 적층부와, 상기 적층부의 일측에서 절곡되어 연장되는 절곡부를 포함할 수 있다.
상기 절곡부는, 상기 전지 캔의 중심방향으로 미리 결정된 각도로 경사진 경사면을 가질 수 있다.
상기 단락저지부재는, 상기 절연부재의 상부에 위치할 수 있다.
상기 단락저지부재는, 상기 절연부재의 외측 둘레를 감싸도록 마련될 수 있다.
상기 안전 벤트는, 외주부의 적어도 일부가 상기 탑 캡의 외주부보다 길게 연장 형성되어 상기 연장된 부분이 상기 탑 캡의 외주부를 감싸도록 절곡될 수 있다.
상기 탑 캡과 상기 안전 벤트 사이에 배치되어, 온도 상승시 전류를 차단하는 안전 소자를 더 포함하며, 상기 안전 소자는, 외주부의 적어도 일부가 상기 안전 벤트와 상기 탑 캡의 외주부 사이에 개재되도록 절곡될 수 있다.
상기 탑 캡 및 상기 안전 벤트의 외주부를 감싸는 가스켓(Gasket)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술한 이차 전지용 캡 조립체를 포함하는 이차 전지가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이차 전지의 과충전이나 외부단락 발생시 고온, 고압의 조건하에서 전류를 안정적으로 차단하기 위해 종래보다 강화된 전류차단 구조를 갖는 캡 조립체가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 탑 캡과 안전 벤트가 강하게 밀착 결합됨으로써 외부에서 가해지는 진동이나 충격에도 손상 또는 파손되지 않을 수 있는 캡 조립체가 제공될 수 있다.
도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 캡 조립체 부분의 단면도이다.
도 2는, 도 1에 따른 이차 전지의 비정상적인 작동 상태를 나타내기 위한 단면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 캡 조립체 부분의 단면도이다.
도 4는, 도 3에서 압력 및 온도 증가시 안전 벤트가 변형되고 절연부재가 용융된 상태의 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 3에서 본 발명의 다른 실시예들에 따른 각각의 단락저지부재들을 적용한 부분 확대 단면도들이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안전 소자가 탑 캡과 안전 벤트 사이에 개재된 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 캡 조립체 부분의 단면도이고, 도 4는, 도 3에서 압력 및 온도 증가시 안전 벤트가 변형되고 절연부재가 용융된 상태의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는, 전극 조립체(300), 전지 캔(200) 및 캡 조립체(100)를 포함한다.
전극 조립체(300)는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 전지 캔(200)에 수납된다. 이때, 전극 조립체(300)는 젤리 롤 형태로 권취되어 배치될 수 있으며, 이 경우 젤리 롤이라고도 불린다. 전극 조립체(300)의 전극판들은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성될 수 있는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.
여기서, 전극판들이 감지는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있는데, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 리드가 부착될 수 있다. 일반적으로 원통형 이차 전지에서 양극 리드(310)는 전극 조립체(300)의 상단에 부착되어 캡 조립체(100)에 전기적으로 연결되고, 음극 리드는 전극 조립체(300)의 하단에 부착되어 전지 캔(200)의 바닥에 연결된다.
한편, 전극 조립체(300)의 상단에는 상부 절연판(400)이 배치될 수 있다. 이러한 상부 절연판(400)은 전극 조립체(300)와 캡 조립체(100) 사이를 절연시키는 역할을 한다.
전지 캔(200)은, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통형 또는 각형 구조를 가질 수 있다. 이러한 전지 캔(200)의 내부 공간에는 전극 조립체(300)와 함께 전해액이 수납된다.
전지 캔(200)은 원통형으로 형성될 수 있으나, 각형과 같이 원통형 이외의 다양한 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전지 캔(200)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 비딩부가 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 전지 캔(200) 형태에 한정되는 것은 아니며, 비딩부가 형성되지 않은 전지 캔(200)에도 본 발명이 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지용 캡 조립체(100)는, 최상부에 위치하는 탑 캡(110)과 탑 캡(110) 아래에 위치하는 안전 벤트(120), 전류차단부재(130), 가스켓(160), 안전 벤트(120)와 전류차단부재(130) 사이에 개재되는 절연부재(140)와 단락저지부재(150)를 포함한다.
캡 조립체(100)는 전지 캔(200)의 상단, 즉 개방단에 결합되는 이차 전지의 구성요소로서, 전지 캔(200)의 개방단을 밀폐시킨다. 이러한 캡 조립체(100)는, 전지 캔(200)의 형태에 따라 원형 또는 각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
탑 캡(110)은 캡 조립체(100)의 최상부에 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성한다. 따라서, 탑 캡(110)은 외부 장치, 이를테면 부하 또는 충전 장치와 전기적으로 접속된다.
이러한 탑 캡(110)에는 가스가 배출될 수 있는 가스 구멍(미도시)이 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(300)로부터 가스 발생시 이러한 가스 구멍을 통해 전지캔 외부로 가스가 배출되도록 할 수 있다.
탑 캡(110)은, 예를 들어 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속재질로 형성될 수 있다.
안전 벤트(120)는, 탑 캡(110)의 하부에 위치하여, 탑 캡(110)과 외주부, 즉 테두리 부분이 접촉되도록 배치될 수 있다. 그리고, 이러한 안전 벤트(120)는, 이차 전지의 내압, 즉 전지 캔(200)의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우, 형태가 변형되도록 구성된다. 예를 들어, 안전 벤트(120)는 이차 전지의 내압이 12~25 kgf/cm2일 때 형태가 변형되어 파열되도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 안전 벤트(120)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 중심부가 하부 방향으로 돌출되도록 형성되고, 그러한 중심부 부근에 소정의 노치가 형성될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 내부, 즉 전극 조립체(300) 측으로부터 가스가 발생하여 전지 캔(200)의 내압이 증가하게 되면, 안전 벤트(120)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 노치들을 중심으로 파열될 수 있다. 따라서, 이러한 안전 벤트(120)의 파열된 부분을 통해 전지 캔(200)의 내부에 차 있던 가스가 외부로 배출될 수 있게 된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 벤트(120)는, 외주부의 적어도 일부가 탑 캡(110)의 외주부보다 길게 연장 형성되어 연장된 부분이 탑 캡(110)의 외주부를 감싸도록 절곡될 수 있다. 그리고 안전 벤트(120)의 절곡된 부분 및 탑 캡(110)의 외주부 중, 어느 하나에는 돌출부(미도시)가 형성되고, 다른 하나에는 삽입홈(미도시)이 형성되어, 돌출부가 삽입홈에 삽입된 형태로 강하게 밀착될 수 있다. 이와 같이, 탑 캡(110)과 안전 벤트(120)가 강하게 밀착 고정됨으로써 외부에서 가해지는 진동이나 충격에도 탑 캡(110)과 안전 벤트(120)가 접속을 이격되어 저항이 증가하거나 캡 조립체(100)가 손상 또는 파손되지 않을 수 있을 것이다.
가스켓(160)은, 탑 캡(110)과 안전 벤트(120)의 테두리 부위를 감싼다. 본 실시예에 따른 가스켓(160)의 상단부는, 도면에 도시된 바와 같이, 'C'자 형태로 굴곡될 수 있다. 가스켓(160)은 전기 절연성과 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 소재, 예를 들어 폴리올레핀(polyolefine) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조될 수 있다. 또한, 가스켓(160)은 절연성이 약화되는 것을 방지하기 위해 열처리에 의하지 않고 기계적 가공에 의해 벤딩되는 것이 좋다.
전류차단부재(130)는, CID(Current Interrupt Device)라고도 불리는데, 상부의 적어도 일부분이 안전 벤트(120)와 연결되는 캡 조립체(100)의 구성 요소이다. 정상적인 상태에서는 안전 벤트(120)의 하부 돌출 부분이 전류차단부재(130)와 접촉되다가, 가스 발생으로 내압이 증가하여 안전 벤트(120)의 형상이 역전되면, 전류차단부재(130)와 안전 벤트(120) 사이의 전기적 접속이 차단될 수 있다. 또한, 전류차단부재(130)의 하부는 전극 조립체(300), 보다 구체적으로는, 전극 조립체(300)에 부착된 양극 리드(310)와 연결될 수 있다. 따라서, 정상적인 상태에서 전류차단부재(130)는 전극 조립체(300)와 안전 벤트(120) 사이에 통전이 이루어지도록 한다. 전류차단부재(130)의 소정 부위에는 노치가 형성될 수 있으며, 전류차단부재(130)는 이차 전지의 내부 압력에 의해 안전 벤트(120)와 함께 변형될 수 있다.
그리고 절연부재(140)는 안전 벤트(120)와 전류차단부재(130) 사이에 개재되어, 안전 벤트(120)의 돌출부분과 전류차단부재(130)가 접촉되는 부분을 제외하고는 전류차단부재(130)와 안전 벤트(120)가 서로 전기적으로 절연되도록 한다. 또한, 절연부재(140)는 소정의 두께를 갖고 전류차단부재(130)의 상면 외주부에 배치되어 전지 캔(200) 내부를 밀봉하는 역할을 하기도 한다.
한편, 본 발명에 일 실시예에 따른 단락저지부재(150)는, 절연부재(140)와 전류차단부재(130) 사이에 개재될 수 있다. 단락저지부재(150)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전지 캔(200) 내부의 압력 및 온도 상승으로 안전 벤트(120)가 작동하여 형태가 역전되었음에도 불구하고 절연부재(140)의 결함으로 안전벤트와 전류차단부재(130)가 부분적으로 단락되는 것을 저지하는 역할을 담당한다.
보다 구체적으로 설명하면, 이차 전지의 과충전이나 외부단락이 발생해 캡 조립체(100)에 발열이 심화되면 (도 4의 B 영역과 같이) 절연부재(140)가 먼저 용융될 우려가 크다. 절연부재(140)가 용융되면 안전 벤트(120)가 작동하더라도 특히, 안전 벤트(120)와 전류차단부재(130)가 대향하는 외주부 부분이 서로 접촉되어 단락될 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 단락저지부재(150)가 전류차단부재(130)와 절연부재(140) 사이에 더 개재되어 있어 절연부재(140)가 용융되더라도 안전 벤트(120)와 전류차단부재(130)의 외주부 영역이 적어도 단락저지부재(150)의 두께만큼 이격되게 되어 전류가 차단될 수 있다.
이러한 단락저지부재(150)는 절연부재(140) 보다 용융점이 높은 PTC (Positive Temperature Coefficient) 소자, 폴리페닐설폰(Polyphenylsulfone), 폴리에테르설폰(Ployethersulfone), 폴리설폰(Polysulfone), 세라믹(Cermaic)등의 내열성 소재로 마련될 수 있다.
특히, PTC (Positive Temperature Coefficient) 소자는 온도에 따라 저항값이 달라져 정상상태에서는 전류가 흐르지만 임계온도 이상이 되면 전지 내부의 전류를 차단할 수 있는 소자이다. 즉, PTC 소자는 온도 변화에 따라 선택적인 전류 전도성을 가지면서도 고온에서 열변형이 일어나지 않는 내열성 소자이다. 따라서 이러한 PTC 소자는 전지 캔(200) 내부의 온도 변화에 따라 전류를 인가 및 차단시킬 수 있는 단락저지부재(150)로써의 이점이 있다. 부연하면, 본 실시예에서 이차 전지 내부의 가스 발생에 따른 내압 증가 시 일차적으로 안전 벤트(120)가 형태가 변형됨으로써 가스 배출 및 전류를 차단한다. 이때 내압 증가 시 일반적으로 내부 온도도 상승하게 되는데 이러한 온도 상승에 대한 대처는 이차적으로 PTC 소자(150)가 전기 저항성을 띄게 됨으로써 절연부재(140)가 용융되더라도 안전 벤트(120)와 전류차단부재(130) 간의 전류를 차단시키게 된다. 따라서 본 발명에 따른 단락저지부재(150)인 PTC 소자(150)의 임계온도는 절연부재(140)의 용융점보다는 적어도 낮게 형성될 수 있다.
그러나 이러한 사항은 일례로써 본 발명의 권리범위가 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 즉, 단락저지부재(150)는 상술한 내열성 소재 이외에도 절연부재(140) 보다 용융점이 높은 내열성의 비전도성 소재로 마련될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 단락저지부재들을 개략적으로 도시한 도면들이다.
이하에서 설명할 본 실시예들은 전술한 실시예와 비교할 때 도 3의 A 부분에 대응되는 구성이라 할 수 있다. 도 3 내지 도 4와 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단락저지부재(150a)는 적층부(151)와, 절곡부(152)로 구분될 수 있다. 적층부(151)는 절연부재(140)와 전류차단부재(130) 사이에 적층되는 부분이며, 절곡부(152)는 적층부(151)의 일측에서 절곡되어 절연부재(140)의 상단면 높이와 적어도 일부분이 동일한 높이를 갖도록 상부 방향으로 연장된 부분이다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 단락저지부재(150)와 비교하면, 본 실시예에 따른 단락저지부재(150)에 있어서, 절곡부(152)는 상단면의 높이가 전지 캔(200)의 중심방향으로 갈수록 점진적으로 낮아져 경사면을 형성하고, 적층부(151)는 소정의 두께를 갖고 절연부재(140)와 전류차단부재(130) 사이에 적층될 수 있다.
이와 같은 구성으로, 본 실시예에 따른 단락저지부재(150)는 정상상태에서는 안전 벤트(120)의 경사 배치되는 부분을 지지하고, 절연부재(140)의 열변형 시에는 안전 벤트(120)와 전류차단부재(130)의 단락을 저지할 수 있다. 특히, PTC 소자로 마련되는 단락저지부재(150)의 절곡부(152)에서는 전류가 통전될 수 있다. 즉, 평상시에는 전류가 안전 벤트(120)와 전류차단부재(130) 간에 원활하게 통전되야 한다는 점에서 절곡부(152)에서의 통전이 이차 전지의 정상적인 작동에 유리하게 작용할 수도 있을 것이다. 그리고 본 실시예에 따른 단락저지부재(150a)의 절곡부(152)는 절연부재(140)와 밀착되어 절연부재의 일측을 지지함으로써 고온에서 절연부재(140)의 용융에 따른 열변형을 지연시킬 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단락저지부재(150b)는, 전술한 실시예들과 달리, 절연부재(140)의 상부에 위치할 수 있다. 단락저지부재(150b)는 절연부재(140)의 상단면에 대응되게 너비를 줄일 수 있으며, 가공 및 조립이 간편한 이점이 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단락저지부재(150c)는, 절연부재(140)의 외측 둘레를 감싸도록 마련될 수 있다. 본 실시예에 의하면 단락저지부재(150c)는 절연부재(140)의 외측에 배치됨으로써 절연부재(140)를 보호하는 단열재로써 기능할 수도 있을 것이다. 그리고 단락저지부재(150c)는 그 두께만큼 안전 벤트(120)와 전류차단부재(130)를 이격시킴으로써 절연부재(140)와 함께 전술한 특정 부분을 제외하고 안전 벤트(120)와 전류차단부재(130)를 전기적으로 절연시키는 역할을 수행할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안전 소자(170)가 탑 캡(110)과 안전 벤트(120) 사이에 개재된 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 캡 조립체(100)는, 안전 소자(170)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 안전 소자(170)는 외주부의 적어도 일부가 절곡되어 안전 벤트(120)와 탑 캡(110)의 외주부 사이에 배치되어 탑 캡(110)과 안전 벤트(120)를 전기적으로 연결 또는 차단시킬 수 있다. 이러한 안전 소자(170)는 이차 전지의 온도가 상승하는 경우 전지 내부의 전류 흐름을 차단할 수 있는 상술한 PTC(Positive Temperature Coefficient element) 소자로 마련될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 캡 조립체(100)는, 안전 소자(170)가 탑 캡(110)과 안전 벤트(120) 사이에 더 마련됨으로써 이차 전지의 과충전이나 외부 단락이 발생할 경우, 안전 벤트(120)의 작동 및 단락저지부재(150)에 의한 전류 차단이 이루어지지 않더라도 2차적으로 안전 벤트(120)와 탑 캡(110) 사이에서 전류가 차단될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100: 캡 조립체
110: 탑 캡
120: 안전 벤트
130: 전류차단부재
140: 절연부재
150: 단락저지부재
160: 가스켓
170: 안전소자
200: 전지 캔
300: 전극 조립체

Claims (12)

  1. 전지 캔의 개방단에 결합되고 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡을 구비하는 이차 전지용 캡 조립체에 있어서,
    전극 조립체의 상부에 위치하여 상기 전극 조립체와 연결되는 전류차단부재;
    상기 전류차단부재의 상부에 위치하여, 상기 전류차단부재와 일부분이 접촉되게 마련되되, 상기 전지 캔의 내압 증가시 상기 전류차단부재와 비접촉되게 형태가 변형되는 안전 벤트;
    상기 안전 벤트와 상기 전류차단부재 사이에 배치되어 상기 접촉된 일부분을 제외하고는 상기 전류차단부재를 상기 안전 벤트와 전기적으로 절연시키는 절연부재; 및
    상기 안전 벤트와 상기 전류차단부재 사이 및 상기 절연부재와 상기 전류차단부재 사이에 개재되어, 상기 절연부재의 열 변형시 상기 전류차단부재가 상기 안전 벤트와 단락되는 것을 저지시키는 단락저지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단락저지부재는, PTC (Positive Temperature Coefficient) 소자인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단락저지부재는, 폴리페닐설폰(Polyphenylsulfone), 폴리에테르설폰(Ployethersulfone), 폴리설폰(Polysulfone), 세라믹(Cermaic) 재질 중 어느 하나의 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단락저지부재는, 상기 절연부재와 상기 전류차단부재 사이에 적층되는 적층부와, 상기 적층부의 일측에서 절곡되어 연장되는 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절곡부는, 상기 전지 캔의 중심방향으로 미리 결정된 각도로 경사진 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단락저지부재는, 상기 절연부재의 상부에 위치하는 것을 특징으로하는 이차 전지용 캡 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단락저지부재는, 상기 절연부재의 외측 단부를 감싸는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 안전 벤트는, 외주부의 적어도 일부가 상기 탑 캡의 외주부보다 길게 연장 형성되어 상기 연장된 부분이 상기 탑 캡의 외주부를 감싸도록 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탑 캡과 상기 안전 벤트 사이에 배치되어, 온도 상승시 전류를 차단하는 안전 소자를 더 포함하며,
    상기 안전 소자는, 외주부의 적어도 일부가 상기 안전 벤트와 상기 탑 캡의 외주부 사이에 개재되도록 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 탑 캡 및 상기 안전 벤트의 외주부를 감싸는 가스켓(Gasket)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 캡 조립체.
  12. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지용 캡 조립체를 포함하는 이차 전지.

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