KR101904894B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 압축 시 센터 핀의 변형을 최소로 하여 전극 조립체의 손상을 줄이는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체의 중심에 배치되는 센터 핀, 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 상기 케이스의 개구에 결합되고 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 캡 조립체를 포함하며, 상기 센터 핀은 상기 전극 조립체의 중심에 삽입되는 제1 관체, 및 상기 제1 관체 내에 삽입 설치되어 상기 제1 관체와의 사이에 완충 공간을 형성하고, 상기 제1 관체와 다른 강성을 가지는 제2 관체를 포함한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 센터 핀을 가지는 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요에 따라 에너지원으로써 이차 전지에 대한 수요가 증가되고 있다. 예를 들면, 원통형 이차 전지는 세퍼레이터(separator)의 양면에 전극을 배치하여 젤리롤(Jelly Roll) 형태로 권취하여 형성되는 전극 조립체, 전극 조립체 중심의 중공부에 배치되는 센터 핀, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 케이스의 개방 측을 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.
센터 핀은 압축 강도를 가지는 재료로 형성되어 전극 조립체 중심의 변형을 방지하고, 과충전 또는 단락으로 인하여 내부에서 발생되는 가스 및 열을 안정장치가 구비된 캡 조립체로 유도한다. 따라서 센터 핀이 외부의 국부적인 충격이나 전면(全面) 압축을 받을 때, 최소로 변형되거나 형상을 견고히 유지할 필요성이 있다.
본 발명의 일 측면은 압축 시 센터 핀의 변형을 최소로 하여 전극 조립체의 손상을 줄이는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 충격 시 최소로 변형된 센터 핀의 형상을 유지하여 전극 조립체의 단락 면적을 넓게 유지하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체의 중심에 배치되는 센터 핀, 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 상기 케이스의 개구에 결합되고 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 캡 조립체를 포함하며, 상기 센터 핀은 상기 전극 조립체의 중심에 삽입되는 제1 관체, 및 상기 제1 관체 내에 삽입 설치되어 상기 제1 관체와의 사이에 완충 공간을 형성하고, 상기 제1 관체와 다른 강성을 가지는 제2 관체를 포함한다.
상기 제1 관체는 제1 강성을 가지며, 상기 제2 관체는 상기 제1 강성보다 높은 제2 강성을 가질 수 있다.
상기 제1 관체는 제1 두께를 가지며, 상기 제2 관체는 상기 제1 관체와 동일 재질로 형성되고 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 관체는, 제1 직경의 제1 길이를 가지는 원통부, 및 상기 원통부의 양단에서 더 연장되는 경사부를 포함하며, 상기 제2 관체는 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경과 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가지며, 상기 제2 관체의 양단은 상기 경사부의 내면에 지지될 수 있다.
상기 제1 관체는, 제1 직경으로 형성되는 원통부, 및 상기 원통부의 양단에서 상기 제1 직경보다 점점 작아지는 경사부를 포함하며, 상기 제2 관체는 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경의 원통으로 형성되며, 상기 제2 관체의 양단은 상기 경사부의 내면에 선접촉으로 지지될 수 있다.
상기 제1 관체는 상기 경사부의 중심선과 상기 원통부의 중심선을 직선으로 형성할 수 있다.
상기 완충 공간을 형성하는 상기 제1 관체와 상기 제2 관체의 간격은, 원주 방향을 따라 균일하게 형성될 수 있다.
상기 경사부는 상기 원통부의 중심에서 일측으로 치우쳐 형성될 수 있다.
상기 완충 공간을 형성하는 상기 제1 관체와 상기 제2 관체의 간격은, 원주 방향을 따라 증감 구조로 형성될 수 있다.
상기 제1 관체는 제1 직경의 제1 길이를 가지는 제1 원통부, 및 상기 제1 원통부의 양단에서 더 연장되는 제1 경사부를 포함하며, 상기 제2 관체는 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경과 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가지는 제2 원통부, 및 상기 제2 원통부의 양단에서 더 연장되어 상기 제1 경사부에 면적촉으로 지지되는 제2 경사부를 포함할 수 있다.
상기 제1 관체는 제1 직경의 제1 길이를 가지는 원통부, 및 상기 원통부의 양단에서 더 연장되는 경사부를 포함하며, 상기 제2 관체는 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가지며 길이 방향의 양단에서 최대 직경을 가지고 가운데로 가면서 점차 직경이 감소하며, 상기 제2 관체의 양단은 상기 경사부에 선접촉으로 지지될 수 있다.
상기 제1 관체는 제1 직경의 제1 길이를 가지는 원통부, 및 상기 원통부의 양단에서 더 연장되는 경사부를 포함하며, 상기 제2 관체는 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가지며 길이 방향의 양단에서 최소 직경을 가지고 가운데로 가면서 점차 직경이 증가하며, 상기 제2 관체의 양단은 상기 경사부에 선접촉으로 지지될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 강성이 다른 제1, 제2 관체로 완충 공간을 가지는 2중으로 센터 핀을 형성하므로 이차 전지에 압축 하중 작용 시, 완충 공간의 범위에서 제1 관체가 변형되므로 센터 핀의 변형을 최소화 하는 효과가 있다. 따라서 이차 전지에 압축 하중 작용 시, 전극 조립체의 손상이 저감되고 내부 가스가 안정적으로 유도될 수 있다.
또한, 이차 전지에 충격 하중 작용 시, 완충 공간의 범위에서 제1 관체가 변형되고 제2 관체가 지지되므로 센터 핀이 최소 변형되어 형상을 유지한다. 따라서 이차 전지에 충격 하중 작용 시, 전극 조립체의 단락 면적이 넓게 유지될 수 있다. 즉 전극 조립체의 내부 단락에 따른 이차 전지의 폭발 및 발화가 효과적으로 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 센터 핀의 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 센터 핀의 끝을 확대한 단면도이다.
도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 센터 핀이 변형된 상태의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 센터 핀의 사시도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 센터 핀의 끝을 확대한 단면도이다.
도 10은 도 7의 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 11은 도 7에 도시된 센터 핀이 변형된 상태의 단면도이다
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 센터 핀의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 센터 핀의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 센터 핀의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 제1 실시예의 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(20), 케이스(20)의 개구에 개스킷(40)을 개재하여 결합되고 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되는 캡 조립체(30), 캡 조립체(30)와 전극 조립체(10) 사이에 구비되는 절연판(50), 및 전극 조립체(10)의 중심에 배치되는 센터 핀(60)을 포함한다.
전극 조립체(10)는 순차적으로 적층 배치되는 양극(11), 세퍼레이터(12) 및 음극(13)을 포함한다. 전극 조립체(10)는 양극(11)과 음극(13) 및 이들 사이에 배치되는 절연체인 세퍼레이터(12)를 젤리롤(Jelly Roll) 상태로 권취하여 형성된다.
일례로서, 전극 조립체(10)는 원통으로 형성될 수 있다. 센터 핀(60)은 원통형 전극 조립체(10)의 중심에 구비되어 전극 조립체(10)를 원통 형상으로 유지시키고, 과충전 또는 단락으로 인하여 내부에서 발생되는 가스 및 열을 캡 조립체(30)로 유도하도록 형성된다.
제1 실시예의 센터 핀(60)은 압축 강도를 가지는 재료로 형성되어 전극 조립체(10)의 변형을 방지한다. 또한, 센터 핀(60)은 이차 전지의 외부에서 작용하는 전면(全面) 압축 하중이나 국부적인 충격 하중을 받을 때, 최소로 변형되거나 변형 전 형상에 근접하는 형상을 견고히 유지할 수 있도록 이루어진다.
양극(11)과 음극(13)은 얇은 금속판으로 형성되는 집전체의 양면에 활물질이 도포된 영역의 코팅부(11a, 13a), 및 활물질이 도포되지 않아 집전체가 노출된 영역이며 서로 반대측 단부에 설정되는 무지부(11b, 13b)를 포함한다.
젤리롤(Jelly Roll) 상태에서, 양극 집전판(11d)은 전극 조립체(10)의 양극(11) 무지부(11b)에 연결되고, 음극 집전판(13d)은 전극 조립체(10)의 음극(13) 무지부(13b)에 연결된다.
케이스(20)는 일측에 개구를 형성하여 외부로부터 전극 조립체(10)의 삽입을 가능하게 하고, 원통으로 형성되어 원통형 전극 조립체(10)를 수용한다. 케이스(20)는 음극 집전판(13d)에 연결되어, 이차 전지에서 음극 단자로 작용하며, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈 도금 강과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다.
캡 조립체(30)는 케이스(20)의 개구에 개스킷(40)을 개재하여 결합되어 케이스(20)와 전기적으로 절연되고 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 케이스(20)를 밀폐하며, 전류차단장치를 개재하여 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된다.
예를 들어 설명하면, 캡 조립체(30)는 외측에서 케이스(20)의 내측으로 가면서 순차적으로 배치되는, 캡 플레이트(31), 양성 온도 소자(PTC, positive temperature coefficient element)(35), 벤트 플레이트(32), 절연부재(33), 미들 플레이트(38) 및 서브 플레이트(34)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 최종적으로 양극 집전판(11d)에 연결되어 이차 전지에서 양극 단자로 작용하며, 케이스(20)의 외부로 돌출되는 돌출부(31a)와 돌출부(31a)의 측방으로 개방되어 내부 가스를 배출하는 배기구(31b)를 형성한다.
실질적으로, 전류차단장치는 벤트 플레이트(32), 서브 플레이트(34) 및 이들의 연결부로 형성된다. 연결부는 벤트 플레이트(32)와 서브 플레이트(34)를 용접하여 형성될 수 있다.
전류차단장치의 일측을 형성하는 벤트 플레이트(32)는 캡 플레이트(31)의 내측에 설치되고, 전류차단장치의 다른 일측을 형성하는 서브 플레이트(34)에 전기적으로 연결된다.
또한, 벤트 플레이트(32)는 벤트(32a)를 포함하며, 벤트(32a)는 기설정된 압력 조건에서 파손되어, 내부 가스를 외부로 방출하고 서브 플레이트(34)와의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
예를 들면, 벤트(32a)는 벤트 플레이트(32)에서 케이스(20)의 내측을 향하여, 즉 서브 플레이트(34)를 향하여 돌출 형성된다. 벤트 플레이트(32)는 벤트(32a) 주위에 벤트(32a)의 파손을 안내하는 노치(32b)를 구비한다.
따라서 가스의 발생으로 케이스(20)의 내부 압력이 상승하는 경우, 노치(32b)가 미리 파손되어 벤트 플레이트(32)와 배기구(31b)를 통하여 가스를 외부로 배출함으로써 이차 전지의 폭발을 방지할 수 있다.
이때, 벤트(32a)의 파손으로 벤트 플레이트(32)와 서브 플레이트(34)의 연결부가 분리되면서, 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(31)는 전기적으로 서로 분리된다.
양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에 설치되어, 이차 전지의 내부 온도에 따라, 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 전류 흐름을 단속할 수 있다.
내부 온도가 기설정된 범위 이내인 경우, 양성 온도 소자(35)는 도체로 작용하여 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32)를 전기적으로 연결한다. 그러나 내부 온도가 기설정된 온도를 초과하는 경우, 양성 온도 소자(35)는 무한대까지 커지는 전기 저항을 가진다. 따라서 양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 충전 또는 방전 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
서브 플레이트(34)는 절연부재(33)를 사이에 두고 벤트 플레이트(32)와 마주하여, 벤트(32a)에 전기적으로 연결된다. 미들 플레이트(38)는 절연부재(33)와 서브 플레이트(34) 사이에 배치된다. 벤트(32a)는 절연부재(33)와 미들 플레이트(38)의 관통구들을 통하여 돌출되어 서브 플레이트(34)에 연결된다.
따라서 미들 플레이트(38)는 서브 플레이트(34)와 벤트(32a)에 전기적으로 연결된다. 또한 미들 플레이트(38)는 리드탭(37)에 용접으로 연결되고, 리드탭(37)은 양극 집전판(11d)에 용접으로 연결될 수 있다.
결국, 양극 집전판(11d)은 리드탭(37), 서브 플레이트(34), 벤트(32a)와 미들 플레이트(38), 벤트 플레이트(32), 및 양성 온도 소자(35)를 순차적으로 경유하여 캡 플레이트(31)에 전기적으로 연결된다.
절연판(50)은 양극 집전판(11d)과 서브 플레이트(34) 사이에 배치되어, 양극 집전판(11d)을 서브 플레이트(34) 또는 미들 플레이트(38)에 대하여 전기적으로 절연한다. 리드탭(37)은 양극 집전판(11d)에 연결되어 절연판(50)의 관통홀(51)을 통하여 미들 플레이트(38)에 연결된다.
이와 같이 형성되는 캡 조립체(30)는 개스킷(40)을 개재하여 케이스(20)의 개구에 끼워진 후, 클림핑(crimping) 공정을 통하여 케이스(20)의 개구에 고정된다.
이때, 케이스(20)는 개구 측에 케이스(20)의 직경 방향 중심으로 함입되는 비딩부(21)와 개스킷(40)을 개재하여 캡 조립체(30)의 외주 테두리를 잡아주는 클램핑부(22)를 형성한다.
센터 핀(60)은 전극 조립체(10)의 중심에 배치되며 강성을 가지는 금속재로 형성될 수 있다. 따라서 센터 핀(60)은 도전성을 가지므로 센터 핀(60)의 양단은 양극 집전판(11d)과 음극 집전판(13d)에 전기적으로 절연 상태를 유지한다.
예를 들면, 센터 핀(60)의 하단과 이에 대응하는 음극 집전판(13d) 사이에 절연 패드(52)가 배치된다. 센터 핀(60)의 상단은 양극 집전판(11d)의 중심에 형성된 관통구에 절연 상태로 관통하여 절연판(50)에 지지된다.
이때, 센터 핀(60)의 상단은 양극 집전판(11d)의 관통구와 이격될 수도 있고, 서로의 사이에 절연부재(미도시)를 개재할 수도 있다. 따라서 센터 핀(60)의 길이 방향에서 센터 핀(60)의 유동이 제한되고, 전극 조립체(10)의 중심에서 센터 핀(60)이 안정된 상태를 유지할 수 있다.
도 2는 도 1에 적용되는 센터 핀(60)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 센터 핀(60)은 전극 조립체(10)의 중심에 삽입되는 제1 관체(61), 및 제1 관체(61) 내에 삽입 설치되어 제1 관체(61)와의 사이에 완충 공간(S1)을 형성하는 제2 관체(62)를 포함한다. 제1, 제2 관체(61, 62)는 서로 다른 강성을 가진다.
도 4는 도 2에 도시된 센터 핀의 끝을 확대한 단면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 외측에 배치되는 제1 관체(61)는 제1 강성을 가지고, 내측에 배치되는 제2 관체(62)는 제1 강성보다 높은 제2 강성을 가질 수 있다. 또한, 동일 재질로 형성되는 경우, 제1 관체(61)는 제1 두께(t1)를 가지고, 제2 관체(62)는 제1 관체(61)의 제1 두께(t1)보다 큰 제2 두께(t2)를 가질 수 있다.
따라서 이차 전지가 압축 하중을 받으면, 약한 강성을 가지는 제1 관체(61)가 완충 공간(S1)의 범위 내에서 변형되면서 압축 하중을 흡수하고, 강한 강성을 가지는 제2 관체(62)는 제1 관체(61)를 통하여 약화된 하중을 받으면서 변형되지 않거나 최소의 변형을 일으킬 수 있다.
즉 센터 핀(60)이 최소 변형으로 인하여, 변형 전 형상 또는 변형 전 원형에 근접하는 형상을 유지하므로 전극 조립체(10)의 손상이 저감될 수 있다. 그리고 이차 전지에 충격 하중이 작용하는 경우에도, 전극 조립체(10)의 단락 면적이 넓게 유지된다. 따라서 전극 조립체(10)의 내부 단락에 따른 이차 전지의 폭발 및 발화가 방지될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 관체(61)는 제1 직경(D1)의 제1 길이(L1)를 가지는 원통부(611), 및 원통부(611)의 양단에서 더 연장되는 경사부(612)를 포함한다. 경사부(612)는 원통부(611)의 양단에서 제1 직경(D1)보다 점점 작아지는 구조를 형성한다.
제2 관체(62)는 제1 직경(D1)보다 작은 제2 직경(D2)과 제1 길이(L1)보다 긴 제2 길이(L2)를 가진다. 즉 제2 관체(62)의 제2 길이(L2)는 제1 길이(L1)보다 길고 경사부(612)를 포함하는 제1 관체(61)의 전체 길이보다 짧다. 편의상, 제1, 제2 직경(D1, D2)은 제1, 제2 관체(61, 62)의 외경에 도시하였으며, 내경에 도시할 수도 있다.
따라서 제2 관체(62)의 양단은 경사부(612)의 내면에 지지된다. 이때, 제2 관체(62)의 양단은 경사부(612)의 내면에 선접촉으로 지지되어, 센터 핀(60)의 길이 방향에 대하여, 제1 관체(61) 내에서 제2 관체(62)를 고정할 수 있다.
제2 관체(62)가 제1 관체(61)에 삽입된 상태에서, 제1, 제2 관체(61, 62)의 상호 용접이 곤란하다. 이런 상황에서, 경사부(612)는 제1 관체(61) 내에 제2 관체(62)의 고정 설치를 용이하게 하고, 개방 구조를 형성하여 내부 가스의 유도를 가능하게 한다.
제1 관체(61)에서 경사부(612)의 중심선과 원통부(611)의 중심선은 동일 직선 상에 배치된다. 이때, 경사부(612)는 원통부(611)의 양단에 연결되는 원추대 또는 원뿔대 형상을 가진다. 따라서 제1, 제2 관체(61, 62)는 경사부(612) 측에서 안정된 2중 구조의 센터 핀(60)을 형성한다.
도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 단면도이고, 도 6은 도 2에 도시된 센터 핀(60)이 변형된 상태의 단면도이다. 도 2 내지 도 6을 참조하면, 제1 관체(61)와 제2 관체(62)는 서로의 사이에 완충 공간(S1)을 형성한다.
완충 공간(S1)을 설정하는 제1 관체(61)와 제2 관체(62)의 간격(C1)은 원주 방향을 따라 균일하게 형성된다. 따라서 제1, 제2 관체(61, 62)는 원통부(611) 측에서 안정된 2중 구조의 센터 핀(60)을 형성한다.
원통부(611) 및 경사부(612)에서의 안정된 2 중 구조는, 이차 전지의 외부에 작용하는 압축 하중 및 충격 하중 작용시, 1차적으로 제1 관체(61)를 통하여 원주 방향 전체에서, 균일하게 하중을 흡수할 수 있다.
도 6을 참조하면, 이차 전지에 하중이 작용하면 전극 조립체(10)를 통하여 센터 핀(60)에 하중(P)이 작용된다. 이 하중(P)에 의하여, 외측의 제1 관체(61)는 약한 강성에 의하여 완충 공간(S1)으로 침입하면서 변형된다. 이때, 제1 관체(61)의 변형에 의하여 하중(P)이 감소된다.
이어서 제1 관체(61)에서 감소된 하중(P)이 제2 관체(62)에 작용한다. 제2 관체(62)는 제1 관체(61)보다 강한 강성을 가지고 지지력을 제공한다. 따라서 제1, 제2 관체(61, 62)가 추가 변형되지 않거나, 제2 관체(62)가 최소로 변형될 수 있다.
이하에서 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명하며, 제1 실시예 및 기 설명된 실시예와 비교하여 동일 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 센터 핀(260)의 사시도이고, 도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 자른 단면도이며, 도 9는 도 8에 도시된 센터 핀(260)의 끝을 확대한 단면도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 제2 실시예의 센터 핀(260)에서, 경사부(622)는 원통부(621)의 중심에서 일측으로 치우쳐 형성된다. 따라서 제2 관체(64)는 제1 관체(63)의 내부에서 일측으로 편심 상태를 유지한다. 즉 제2 관체(64)는 제1 관체(63)의 내면에서 길이 방향을 따라 선접촉 된다.
도 10은 도 7의 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 자른 단면도이고, 도 11은 도 7에 도시된 센터 핀(260)이 변형된 상태의 단면도이다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 완충 공간(S2)을 형성하는 제1 관체(63)와 제2 관체(64)의 간격(C2)은 원주 방향을 따라 증감 구조로 형성된다. 즉 간격(C2)는 선접촉되는 부분의 영에서 선접촉 반대측에서 최대치로 설정된다.
제1 관체(63)에서 경사부(642)의 중심선과 원통부(641)의 중심선은 경사부(642)와 원통부(641)의 연결 위치에서 꺾인다. 즉 제2 관체(64)는 경사부(642)에 의하여 제1 관체(63) 내에서 양단으로 고정된다. 따라서 제1 실시예에 비하여, 제2 실시예는 제1 관체(63) 내에 제2 관체(64)를 결합하는 작업이 용이할 수 있다.
센터 핀(260)에서, 제1, 제2 관체(63, 64)가 선접촉되는 영역에서 강한 지지력을 가지며, 제1, 제2 관체(63, 64)가 이격된 영역에서 변형되면서 하중(P) 흡수력을 가질 수 있다. 즉 센터 핀(260)은 하중을 흡수력과 지지력을 발휘함에 있어서 원주 방향에 대하여 방향성을 가진다.
제2 실시예의 이차 전지는 센터 핀(260)에 강성이 강한 부분과 하중 흡수력이 큰 부분을 구획하고 있으므로 특정 방향에서 강한 지지력이 필요하거나 우수한 하중 흡수력이 요구되는 곳에 효과적으로 사용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 센터 핀(360)의 단면도이다. 도 12를 참조하면, 제1 관체(71)는 제1 직경(D1)의 제1 길이(L1)를 가지는 제1 원통부(711), 및 제1 원통부(711)의 양단에서 더 연장되는 제1 경사부(712)를 포함한다.
제2 관체(72)는 제1 직경(D1)보다 작은 제2 직경(D2)과 제1 길이(L1)보다 긴 제2 길이(L2)를 가지는 제2 원통부(721), 및 제2 원통부(721)의 양단에서 더 연장되어 제1 경사부(712)에 면적촉으로 지지되는 제2 경사부(722)를 포함한다.
제1, 제2 관체(71, 72)는 제1 경사부(712)와 제2 경사부(722)의 면접촉에 의하여, 길이 방향에서 완충 공간(S3)을 사이에 설정하면서 견고한 결합 구조를 형성할 수 있다. 즉 제1, 제2 경사부(712, 722)의 면접촉 결합 구조는 제1 실시예에서 제1 관체(61)의 경사부(612)와 제2 관체(62)의 선접촉 결합 구조에 비하여, 더 강한 체결력을 발휘한다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 센터 핀(460)의 단면도이다. 도 13을 참조하면, 제1 관체(73)는 제1 직경(D1)의 제1 길이(L1)를 가지는 원통부(731), 및 원통부(731)의 양단에서 더 연장되는 경사부(732)를 포함한다.
제2 관체(74)는 제1 길이(L1)보다 긴 제2 길이(L2)를 가지며 길이 방향의 양단에서 최대 직경을 가지고 가운데로 가면서 점차 직경이 감소한다. 제2 관체(74)의 양단은 경사부(732)에 선접촉으로 지지된다.
제2 관체(74)의 길이 방향에서 오목한 구조는 제2 관체(74)의 양단과 제1 관체(73)의 경사부(732)의 선접촉에 의하여, 길이 방향에서 완충 공간(S4)을 중심에서 가장 크고, 양단에서 가장 작게 형성한다.
이차 전지가 압축 하중을 받으면, 약한 강성을 가지는 제1 관체(73)가 크게 설정되는 완충 공간(S4)의 범위 내에서 변형되면서 압축 하중을 크게 흡수하고, 강한 강성을 가지는 제2 관체(74)는 제1 관체(73)를 통하여 충분히 약화된 하중을 받을 수 있다. 제4 실시예의 센터 핀(460)은 하중 지지력보다 하중 흡수력이 우수한 편이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 센터 핀(560)의 단면도이다. 도 14를 참조하면, 제1 관체(75)는 제1 직경(D1)의 제1 길이(L1)를 가지는 원통부(751), 및 원통부(751)의 양단에서 더 연장되는 경사부(752)를 포함한다.
제2 관체(76)는 제1 길이(L1)보다 긴 제2 길이(L2)를 가지며 길이 방향의 양단에서 최소 직경을 가지고 가운데로 가면서 점차 직경이 증가한다. 제2 관체(76)의 양단은 경사부(752)에 선접촉으로 지지된다.
제2 관체(76)의 길이 방향에서 볼록한 구조는 제2 관체(76)의 양단과 제1 관페(75)의 경사부(752)의 선접촉에 의하여, 길이 방향에서 완충 공간(S5)을 중심에서 가장 작고, 양단에서 가장 크게 형성한다.
이차 전지가 압축 하중을 받으면, 약한 강성을 가지는 제1 관체(75)가 작게 설정되는 완충 공간(S5)의 범위 내에서 변형되면서 압축 하중을 작게 흡수하고, 강한 강성을 가지는 제2 관체(76)는 제1 관체(75)를 통하여 미흡수된 하중을 받을 수 있다. 제5 실시예의 센터 핀(560)은 하중 흡수력보다 하중 지지력이 우수하다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 : 전극 조립체 11 : 양극
11a, 13a : 코팅부 11b, 13b : 무지부
11d : 양극 집전판 13d : 음극 집전판
12 : 세퍼레이터 13 : 음극
20 : 케이스 21 : 비딩부
22 : 클램핑부 30 : 캡 조립체
31 : 캡 플레이트 31a : 돌출부
31b : 배기구 32 : 벤트 플레이트
32a : 벤트 32b : 노치
33 : 절연부재 34 : 서브 플레이트
35 : 양성 온도 소자(PTC) 37 : 리드탭
38 : 미들 플레이트 40 : 개스킷
50 : 절연판 51 : 관통홀
60, 260, 360, 460, 560 : 센터 핀
61, 63, 71, 73, 75 : 제1 관체
62, 64, 72, 74, 76 : 제2 관체
611, 621, 641, 711, 721, 731, 751 : 원통부
612, 622, 642, 712, 722, 732, 752 : 경사부
C1, C2 : 간격 D1, D2 : 제1, 제2 직경
L1, L2 : 제1, 제2 길이 P : 하중
S1, S2, S3, S4, S5 : 완충 공간 t1, t2 : 제1, 제2 두께

Claims (12)

  1. 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 중심에 배치되는 센터 핀;
    상기 전극 조립체를 내장하는 케이스; 및
    상기 케이스의 개구에 결합되고 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 캡 조립체를 포함하며,
    상기 센터 핀은,
    상기 전극 조립체의 중심에 삽입되는 제1 관체, 및
    상기 제1 관체 내에 삽입 설치되어 상기 제1 관체와의 사이에 완충 공간을 형성하고, 상기 제1 관체와 다른 강성을 가지는 제2 관체
    를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관체는 제1 강성을 가지며,
    상기 제2 관체는 상기 제1 강성보다 높은 제2 강성을 가지는
    이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관체는 제1 두께를 가지며,
    상기 제2 관체는 상기 제1 관체와 동일 재질로 형성되고 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 가지는
    이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관체는,
    제1 직경의 제1 길이를 가지는 원통부, 및
    상기 원통부의 양단에서 더 연장되는 경사부를 포함하며,
    상기 제2 관체는
    상기 제1 직경보다 작은 제2 직경과 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가지며,
    상기 제2 관체의 양단은
    상기 경사부의 내면에 지지되는
    이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관체는,
    제1 직경으로 형성되는 원통부, 및
    상기 원통부의 양단에서 상기 제1 직경보다 점점 작아지는 경사부를 포함하며,
    상기 제2 관체는,
    상기 제1 직경보다 작은 제2 직경의 원통으로 형성되며,
    상기 제2 관체의 양단은
    상기 경사부의 내면에 선접촉으로 지지되는
    이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 관체는
    상기 경사부의 중심선과 상기 원통부의 중심선을 직선으로 형성하는
    이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 완충 공간을 형성하는 상기 제1 관체와 상기 제2 관체의 간격은,
    원주 방향을 따라 균일하게 형성되는 이차 전지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 경사부는 상기 원통부의 중심에서 일측으로 치우쳐 형성되는
    이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 완충 공간을 형성하는 상기 제1 관체와 상기 제2 관체의 간격은,
    원주 방향을 따라 증감 구조로 형성되는 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관체는,
    제1 직경의 제1 길이를 가지는 제1 원통부, 및
    상기 제1 원통부의 양단에서 더 연장되는 제1 경사부를 포함하며,
    상기 제2 관체는,
    상기 제1 직경보다 작은 제2 직경과 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가지는 제2 원통부, 및
    상기 제2 원통부의 양단에서 더 연장되어 상기 제1 경사부에 면적촉으로 지지되는 제2 경사부를 포함하는
    이차 전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관체는,
    제1 직경의 제1 길이를 가지는 원통부, 및
    상기 원통부의 양단에서 더 연장되는 경사부를 포함하며,
    상기 제2 관체는,
    상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가지며 길이 방향의 양단에서 최대 직경을 가지고 가운데로 가면서 점차 직경이 감소하며,
    상기 제2 관체의 양단은
    상기 경사부에 선접촉으로 지지되는
    이차 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관체는,
    제1 직경의 제1 길이를 가지는 원통부, 및
    상기 원통부의 양단에서 더 연장되는 경사부를 포함하며,
    상기 제2 관체는,
    상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가지며 길이 방향의 양단에서 최소 직경을 가지고 가운데로 가면서 점차 직경이 증가하며,
    상기 제2 관체의 양단은
    상기 경사부에 선접촉으로 지지되는
    이차 전지.
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