KR101947835B1 - 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
일례로, 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 덮는 캡 플레이트; 및 상기 전극조립체와 전기적으로 연결된 전극단자를 포함하고, 상기 캡플레이트는, 상기 캡플레이트의 가장자리부와 중앙부 사이의 영역 중 상기 중앙부의 주변부에 형성되는 적어도 하나의 절곡유도홈을 구비하는 이차전지를 개시한다.
본 발명에 따르면, 횡방향으로 압축력이 가해질 경우 종방향의 중심축을 중심으로 좌우대칭으로 접힘으로써, 전극조립체와 전극판간 쇼트와 쇼트에 의한 발화를 방지하여 이차저지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
일례로, 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 덮는 캡 플레이트; 및 상기 전극조립체와 전기적으로 연결된 전극단자를 포함하고, 상기 캡플레이트는, 상기 캡플레이트의 가장자리부와 중앙부 사이의 영역 중 상기 중앙부의 주변부에 형성되는 적어도 하나의 절곡유도홈을 구비하는 이차전지를 개시한다.
본 발명에 따르면, 횡방향으로 압축력이 가해질 경우 종방향의 중심축을 중심으로 좌우대칭으로 접힘으로써, 전극조립체와 전극판간 쇼트와 쇼트에 의한 발화를 방지하여 이차저지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량 당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
최근에 리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높아지면서 박형화가 진행되어 리튬 이차전지의 충격, 압축에 취약해 지는 문제가 발생되고 있다. 따라서, 리튬 이차전지가 충격 또는 압축을 받는 경우, 캔 내부에 수용된 전극조립체의 변형과 그에 따른 전극판간 쇼트 등에 의하여 리튬 이차전지의 발화, 폭발 등이 발생되는 문제점이 있다.
특히, 리튬 이차전지의 안전성 항목의 하나인 종압축 시험에서 리튬 이차전지가 종축에 수직인 횡압축력에 의하여 변형될 때 캔이 좌우 대칭으로 접히지 않고 전체적으로 압착되면서 캔의 내부에 수용된 전극조립체가 국부적으로 불규칙한 압력을 받게 되어 전극조립체의 전극판간 쇼트가 유발되면서 발화, 파열 등이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은, 횡방향으로 압축력이 가해질 경우 종방향의 중심축을 중심으로 좌우대칭으로 접힘으로써, 전극조립체와 전극판간 쇼트와 쇼트에 의한 발화를 방지하여 안정성을 향상시킨 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 덮는 캡 플레이트; 및 상기 전극조립체와 전기적으로 연결된 전극단자를 포함하고, 상기 캡플레이트는, 상기 캡플레이트의 가장자리부와 중앙부 사이의 영역 중 상기 중앙부의 주변부에 형성되는 적어도 하나의 절곡유도홈을 구비한다.
또한, 상기 캡플레이트는 상기 캡플레이트의 중앙부에 형성된 단자홀을 구비하고, 상기 전극단자는 상기 단자홀을 통해 외부로 노출될 수 있다.
또한, 상기 절곡유도홈은, 상기 캡플레이트의 폭 방향과 나란히 형성되는 적어도 하나의 제 1 홈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 홈은 상기 단자홀을 기준으로 상기 단자홀의 양측 중 적어도 하나의 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 홈은 상기 캡플레이트의 중앙 및 단측변의 절반지점과 상기 단자홀의 단측변 사이에서 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 홈의 길이는 상기 전극단자의 폭보다 길고 상기 단자홀의 폭보다 짧게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 홈의 길이는 상기 캡플레이트 폭의 50% 내지 70%로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 홈의 폭은 0.5mm 내지 1mm 로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 홈의 깊이는 상기 캡플레이트 두께의 20% 내지 50%로 형성될 수 있다.
또한, 상기 절곡유도홈은 상기 캡플레이트의 길이 방향과 나란히 형성되는 적어도 하나의 제 2 홈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 홈은, 상기 단자홀을 기준으로 상기 단자홀의 양측 중 적어도 하나의 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 홈은 상기 캡플레이트의 장측변과 상기 단자홀의 장측변 사이에서 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 홈의 길이는 상기 단자홀의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 홈의 깊이는 상기 캡플레이트 두께의 20% 내지 50%로 형성될 수 있다.
또한, 상기 절곡유도홈은 상기 캡플레이트의 상부면과 하부면 중 적어도 한 곳에 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 횡방향으로 압축력이 가해질 경우 종방향의 중심축을 중심으로 좌우대칭으로 접힘으로써, 전극조립체와 전극판간 쇼트와 쇼트에 의한 발화를 방지하여 안정성을 향상시킨 이차전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 캡플레이트에 형성된 제 1 홈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 캡플레이트에 형성된 제 2 홈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 캡플레이트에 형성된 제 1 홈 및 제 2 홈을 나타낸 상면도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 캡플레이트에 형성된 제 1 홈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 캡플레이트에 형성된 제 2 홈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 캡플레이트에 형성된 제 1 홈 및 제 2 홈을 나타낸 상면도이다.
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 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 사시도이다. 도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 베어셀(110) 및 보호회로모듈(PCM: Protection Circuit Module)(120)을 포함한다. 더불어, 배터리 팩(100)은 탑 케이스(130), 접착부재(140), 버텀 케이스(150) 및 라벨(160)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
베어셀(110)은 전기에너지를 제공하는 수단으로서, 전극조립체(미도시), 전극조립체를 수용하는 케이스(111), 케이스(111)를 덮는 캡 플레이트(113) 및 전극조립체와 전기적으로 연결되고 캡플레이트(113)를 관통하여 외부로 노출되는 제 1 전극단자(115)를 포함하여 구성될 수 있다.
전극조립체(미도시)는 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 전극판은 세퍼레이터를 개재하여 적층되거나 젤리-롤(jelly-roll)의 형태로 권취될 수 있다. 제 1 전극판은 제 1 전극탭에 결합될 수 있으며, 제 2 전극판은 제 2 전극탭에 결합될 수 있다. 제 1 전극탭은 제 1 전극단자(115)와 결합될 수 있으며, 제 2 전극탭은 제 2 전극단자와 결합될 수 있다. 제 2 전극단자는 케이스(111)와 용접에 의해 결합될 수 있다. 본 실시예에서는 제 1 전극단자(115)가 음극단자인 것으로 가정하고, 제 2 전극단자는 양극단자인 것으로 가정하여 설명한다. 이에 따라, 제 2 전극단자는 제 1 전극 단자(115)를 제외한 베어셀(110)의 외면 즉, 케이스(111)와 캡플레이트(113)가 될 수 있다. 제 1 전극단자(115)는 캡플레이트(113)의 중앙에 형성된 단자홀(115a)을 통해 캡플레이트(113)를 관통하여 외부로 노출될 수 있다. 제 1 전극단자(115)는 제 1 전극단자(115)를 둘러싸는 절연 가스켓(115a)에 의해 케이스(111) 및 캡플레이트(113)와 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
케이스(111)는 대략 박스 형상을 가진 금속재로 형성되며, 바람직하게는 가볍고 연성이 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 그 구성물질을 한정하는 것은 아니다. 도시되어 있지 않으나, 케이스(111)는 상부 일면이 개방되어 있으며, 개방된 부분을 통해 전극조립체(미도시)가 수용될 수 있다.
캡플레이트(113)는 케이스(111)의 개방된 부분에 상응하는 크기와 형상으로 형성될 수 있다. 좀더 구체적으로, 캡플레이트(113)는 소정의 길이, 폭과 두께를 갖는 금속판으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 그 구성물질을 한정하는 것은 아니다. 이러한 캡플레이트(113)는 케이스(111)의 개방된 부분을 덮을 수 있으며, 케이스(111)에 용접됨으로써 결합될 수 있다. 이에 따라, 캡플레이트(113)는 케이스(111)와 동일 극성을 갖게 되며, 제 2 전극단자로서 역할을 하게 된다. 캡플레이트(113)는 단자홀(113a)과 적어도 하나 이상의 절곡유도홈을 구비할 수 있다. 단자홀(113a)은 캡플레이트(113)의 중앙부에 형성되어 제 1 전극단자(115)가 관통할 수 있다. 이에 따라, 제 1 전극단자(115)는 단자홀(113a)를 통해 외부로 노출될 수 있다. 절곡유도홈은 캡플레이트(113)의 가장자리부와 단자홀(113a) 사이의 영역 중 단자홀(113a)의 주변부에 형성될 수 있다. 이러한 절곡유도홈은, 베어셀(110)에 횡축방향으로 압축력이 가해질 경우 횡방향으로 압축력이 가해질 경우 종방향의 중심축을 중심으로 좌우대칭으로 접힐 수 있도록 유도할 수 있다. 캡플레이트(113)의 절곡유도홈에 대한 보다 상세한 설명은 후술하도록 한다.
PCM(120)은 회로기판(121), 제 1 지지부재(122a), 제 2 지지부재(122b), 및 전기회로소자(125)를 포함할 수 있다. 이러한 PCM(120)은 베어셀(110)의 상부에 결합되며, 베어 셀(110)의 충방전을 포함하는 제반 작동을 제어하는 역할을 한다.
회로기판(121)은 배선 패턴이 인쇄된 인쇄회로기판으로서, 베어셀(110)의 상면의 길이방향을 따라 길게 연장된 판 형태로 이루어질 수 있다. 회로기판(121)은 베어셀(110)의 상면 즉, 캡플레이트(113)와 대응하는 폭을 가질 수 있다. 회로기판(121)의 중앙에는 기판홀(123)이 형성될 수 있다. 베어셀(110)의 제 1 전극 단자(119)는 기판홀(123)을 통해 회로기판(121)의 제 1 전극 리드 플레이트(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 전극 리드 플레이트(미도시)는 회로기판(121)의 하면에 전기적으로 결합될 수 있으며, 용접 등의 방법에 의해 제 1 전극 단자(115)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 회로기판(121)의 하면은 캡플레이트(113)의 상면과 마주보고 있는 면을 의미한다.
한편, 회로기판(121)의 상면에는 외부 부하 또는 충전기와 전기적으로 연결되는 외부단자(124)가 형성될 수 있다. 회로기판(121)의 상면은 탑 케이스(130)의 덮개판(131)과 마주볼 수 있다.
제 1 지지부재(122a)와 제 2 지지부재(122b)는 각각 회로기판(121) 하면의 양단부 근처에 위치할 수 있다. 또한, 제 1 지지부재(122a)와 제 2 지지부재(122b)는 소정의 높이를 갖는 구조물로서, 회로기판(121)을 캡플레이트(113)와 이격된 상태로 서로 마주보게 할 수 있다. 이에 따라, PCM(120)은, 제 1 지지부재(122a) 및 제 2 지지부재(122b)에 의해 베어셀(110)의 상부에 지지되면서 베어셀(110)과 결합될 수 있다. 제 1 및 제 2 지지부재(122a, 122b) 중 적어도 하나는 전도성 재질로 이루어져 회로기판(121)을 베어셀(110)의 제 2 전극 단자인 캡플레이트(113)와 전기적으로 연결시키는 제 2 전극 리드 플레이트로서 역할을 한다. 제 2 전극 리드 플레이트의 역할을 하는 지지부재는 니켈 재질을 포함하여 이루어질 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 그 구성물질을 한정하는 것은 아니다.
전기회로소자(125)는 회로기판(121)의 하면에 실장될 수 있다. 전기회로소자(125)는 콘트롤 IC, 충방전 스위치, 온도 퓨즈 등의 소자로 이루어질 수 있다.
탑 케이스(130)는 덮개판(131)과, 덮개판(131)으로부터 아래로 연장된 측벽(134)을 구비할 수 있다. 탑 케이스(130)의 내부 공간에 PCM(120)이 수용될 수 있다. 덮개판(131)은 베어셀(110)의 상면(111)과 대체로 일치하는 형상을 가질 수 있다. 덮개판(131)에는 외부단자(124)와 대응되는 위치에 관통홀(135)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 관통홀(135)을 통해 PCM(120)의 외부단자(124)가 외부로 노출될 수 있다. 덮개판(131)의 내면은 PCM(120)의 회로기판(121)의 상면과 마주 접하게 된다. 측벽(134)은 탑 케이스(130)의 길이방향 양 끝단에 위치하는 양단부(132)를 구비할 수 있다.
접착부재(140)는 케이스(111)의 하면과 버텀 케이스(150)의 받침판(151)이 서로 부착되도록 양면 테이프와 같은 구성으로 이루어질 수 있다.
버텀 케이스(150)는 바닥판(151)과, 바닥판(151)으로부터 위로 연장된 두 연장부(152)를 포함할 수 있다. 바닥판(151)은 베어셀(110)의 하면과 대체로 동일한 형상으로서, 접착부재(140)에 의해 베어셀(110)의 하면(112)에 부착될 수 있다. 두 연장부(152)는 베어셀(110)의 두 장측면의 하부를 덮을 수 있다.
라벨(160)은 베어셀(110)의 측면을 감싸도록 부착될 수 있다. 라벨(160)은 탑 케이스(130)의 일부와 버텀 케이스(150)의 연장부(152) 위를 덮을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 캡플레이트(113)의 절곡유도홈에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 캡플레이트(113)에 형성된 제 1 홈(113_1a, 113_1b)의 구성을 나타낸 도면이다. 좀 더 구체적으로, 도 3의 (a) 및 (b)는 캡플레이트(113)의 상면도이며, 도 3의 (c) 및 (d)는 도 3의 (b)에 도시된 I-I’ 선을 따라 절취한 캡플레이트(113)의 상면도의 단면도이다. 다만, 도 3에서는 제 1 홈(113_1a, 113_1b)의 구성에 대한 이해를 돕기 위하여, 제 1 전극단자(115)와 절연 가스켓(117)을 함께 도시하였다.
캡플레이트(113)의 절곡유도홈은, 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 캡플레이트(113)의 폭 방향과 나란히 형성되는 적어도 하나 이상의 제 1 홈(113_1a, 113_1b)을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 단자홀(113a)을 기준으로 형성되는 위치에 따라, 제 1 홈(113_1a, 113_1b)을 제 1_1 홈(113_1a)과 제 1_2 홈(113_1b)으로 나누어 설명한다. 예를 들어, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 단자홀(113a)을 기준으로 단자홀(113a)의 X측에만 제 1_1 홈(113_1a)이 형성될 수 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 단자홀(113a)의 X측뿐만 아니라 -X측에도 제 1_2 홈(113_1b)이 형성될 수 있다. 즉, 제 1 홈(113_1a, 113_1b)은 단자홀(113a)의 양측 중 적어도 한 곳에 형성될 수 있다.
도면에서는 제 1 홈(113_1a, 113_1b)이 단자홀(113a)의 일측에 하나 또는 양측에 각각 하나씩 구성된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 단자홀(113a)의 일측 또는 양측에 적어도 하나 이상씩 구성될 수 있다. 즉, 제 1_1 홈(113_1a)이 단자홀(113a)의 X측에 다수 개로 구성되거나, 제 1_2 홈(113_1b)이 단자홀(113a)의 -X측에 다수 개로 구성되거나, 또는 제 1_1 홈(113_1a)과 제 1_2 홈(113_1b)이 단자홀(113a)의 X측과 -X측에 각각 다수 개로 구성될 수 있다.
또한, 도면에서는 제 1 홈(113_1a, 113_1b)이 실선 형태로 형성된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 점선 형태 또는 점선과 실선이 혼용된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 도 3의 (a) 내지 (c)에서는 제 1 홈(113_1a, 113_1b)은, 캡플레이트(113)의 상면에 형성되는 것으로 도시하고 있으나, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 캡플레이트(113)의 하면에도 제 1 홈(113_1a’, 113_1b’)이 형성될 수 있다. 캡플레이트(113)의 상면과 하면에 모두 형성되는 경우, 서로 대응하지 않는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 제 1 홈(113_1a, 113_1b)이 캡플레이트(113)의 상, 하부면에 각각 형성되고, 서로 대응하는 위치에 형성되는 경우, 캡플레이트(113)의 특정 영역에서 두께가 상당히 얇게 이루어지기 때문에 안정성이 떨어질 수 있다.
제 1 홈(113_1a, 113_1b)은 도 3의 (a) 또는 (b)에 도시된 바와 같이, 캡플레이트(113)의 가장자리부(Ecap)와 단자홀(113a)에 접하지 않도록 형성되며, 단자홀(113a)의 주변부에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제 1 홈(113_1a, 113_1b)은 캡플레이트(113)의 중앙(P1) 및 단측변(P3)의 절반지점(P2)과 단자홀(113a)의 단측변(P4) 사이에서 형성될 수 있다. 즉, 제 1 홈(113_1a, 113_1b)은, 상기 절반지점(P2)과 단측변(P4) 사이에서 형성되되, 캡플레이트(113)의 가장자리부(Ecap)와 단자홀(113a)에 접하지 않도록 형성될 수 있다. 제 1 홈(113_1a, 113_1b)은, 단자홀(113a)에 인접한 위치에 형성되는 것이 좋으나, 단자홀(113a)으로부터 적어도 단자홀(113a)의 폭 정도의 거리로 떨어진 위치에 형성되는 것이 적절하다.
제 1 홈(113_1a, 113_1b)의 길이(La)는 도 3의 (a) 또는 (b)에 도시된 바와 같이, 제 1 전극단자(115)와 단자홀(113a)을 기준으로, 제 1 전극단자(115)의 폭(W1)보다는 길고, 단자홀(113a)의 폭(W2)보다는 짧게 형성되는 것이 적절하다. 여기서, 단자홀(113a)의 폭(W2)은 단자홀(113a)의 단측변의 길이를 의미할 수 있다. 또한, 제 1 홈(113_1a, 113_1b)의 길이(La)는, 캡플레이트(113)의 폭(W3)을 기준으로, 캡플레이트(113)의 폭(W3)의 50% 내지 70%가 되도록 형성되는 것이 적절하다. 예를 들어, 캡플레이트(113)의 폭(W3)이 5mm일 경우, 제 1 홈(113_1a, 113_1b)의 길이(La)는 3.5mm가 되는 것이 바람직하다.
제 1 홈(113_1a, 113_1b)의 폭(Wa)은 0.5mm 내지 1mm로 형성되는 것이 바람직하다. 제 1 홈(113_1a, 113_1b)의 폭(Wa)은 1mm를 초과할 경우, 베어셀(110)의 낙하 특성이 저하될 수 있으므로, 캡플레이트(113)의 길이(L3)에 관계없이 0.5mm 내지 1mm로 형성하는 것이 적절하다. 여기서 베어셀(110)의 낙하 특성은 베어셀(110)을 소정의 높이에서 낙하시켰을 때 파손될 확률에 관한 것으로, 낙하 특성이 저하된다는 것은 베어셀(110)을 일정 높이에서 떨어뜨렸을 때 파손된 확률이 커진다는 것을 의미한다.
제 1 홈(113_1a, 113_1b)의 깊이(Da)는 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 캡플레이트(113)의 두께(D3)의 20% 내지 50%가 되도록 형성되는 것이 적절하다. 예를 들어, 캡플레이트(113)의 두께(D3)가 1mm일 경우, 제 1 홈(113_1a, 113_1b)의 깊이(Da)의 0.3mm가 되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 캡플레이트(113)에 형성된 제 2 홈(113_2a, 113_2b)의 구성을 나타낸 도면이다. 좀 더 구체적으로, 도 4의 (a) 및 (b)는 캡플레이트(113)의 상면도이며, 도 4의 (c)는 도 4의 (b)에 도시된 II-II’ 선을 따라 절취한 캡플레이트(113)의 상면도의 단면도이다. 다만, 도 4에서는 제 2 홈(113_2a, 113_2b)의 구성에 대한 이해를 돕기 위하여, 제 1 전극단자(115)와 절연 가스켓(117)을 함께 도시하였다.
캡플레이트(113)의 절곡유도홈은 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 캡플레이트(113)의 길이 방향과 나란히 형성되는 적어도 하나 이상의 제 2 홈(113_2a, 113_2b)을 더 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 단자홀(113a)을 기준으로 형성되는 위치에 따라, 제 2 홈(113_2a, 113_2b)을 제 2_1 홈(113_2a)과 제 2_2 홈(113_2b)으로 나누어 설명한다. 예를 들어, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 단자홀(113a)을 기준으로 단자홀(113a)의 Y측에만 제 2_1 홈(113_2a)이 형성될 수 있다. 또한, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 단자홀(113a)의 Y측뿐만 아니라 -Y측에도 제 2_2 홈(113_2b)이 형성될 수 있다. 즉, 제 2 홈(113_2a, 113_2b)은 단자홀(113a)의 양측 중 적어도 한 곳에 형성될 수 있다.
도면에서는 제 2 홈(113_2a, 113_2b)이 단자홀(113a)의 일측에 하나 또는 양측에 각각 하나씩 구성된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 단자홀(113a)의 일측 또는 양측에 적어도 하나 이상씩 구성될 수 있다. 즉, 제 2_1 홈(113_2a)이 단자홀(113a)의 Y측에 다수 개로 구성되거나, 제 2_2 홈(113_2b)이 단자홀(113a)의 -Y측에 다수 개로 구성되거나, 또는 제 2_1 홈(113_2a)과 제 2_2 홈(113_2b)이 단자홀(113a)의 Y측과 -Y측에 각각 다수 개로 구성될 수 있다. 또한, 도면에서는 제 2 홈(113_2a, 113_2b)이 실선 형태로 형성된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 점선 형태 또는 점선과 실선이 혼용된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 도면에서는 제 2 홈(113_2a, 113_2b)이 실선 형태로 형성된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 점선 형태 또는 점선과 실선이 혼용된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 도면에서는 제 2 홈(113_2a, 113_2b)은, 캡플레이트(113)의 상면에 형성되는 것으로 도시하고 있으나, 캡플레이트(113)의 하면에도 형성될 수 있으며, 캡플레이트(113)의 상면과 하면에 모두 형성될 수 있다. 캡플레이트(113)의 상면과 하면에 모두 형성되는 경우, 서로 대응하지 않는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 제 2 홈(113_2a, 113_2b)이 캡플레이트(113)의 상, 하부면에 각각 형성되고, 서로 대응하는 위치에 형성되는 경우, 캡플레이트(113)의 특정 영역에서 두께가 상당히 얇게 이루어지기 때문에 안정성이 떨어질 수 있다.
제 2 홈(113_2a, 113_2b)은 도 4의 (a) 또는 (b)에 도시된 바와 같이, 캡플레이트(113)의 가장자리부(Ecap)와 단자홀(113a)에 접하지 않도록 형성되며, 단자홀(113a)의 주변부에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제 2 홈(113_2a, 113_2b)은 캡플레이트(113)의 장측변(P5)과 단자홀(113a)의 장측변(P6) 사이에서 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 캡플레이트(113)의 장측변(P5)과 단자홀(113a)의 장측변(P6) 사이는 캡플레이트(113)의 장측변(P5)과 단자홀(113a)의 장측변(P6)을 제외한 영역을 의미한다. 다른 말로, 제 2 홈(113_2a, 113_2b)은, 캡플레이트(113)의 장측변(P5) 또는 단자홀(113a)의 장측변(P6)에 형성되어 각각의 모서리 부분이 단차지도록 형성되는 것이 아니다. 캡플레이트(113)의 장측변(P5)은 케이스(111)의 상단에 용접이 되는데, 제 2 홈(113_2a, 113_2b)을 캡플레이트(113)의 장측변(P5)에 형성하는 경우, 제 2 홈(113_2a, 113_2b) 부분이 용접 열에 의해 쉽게 녹아 내리게 됨으로써, 제 2 홈(113_2a, 113_2b)의 구조가 변형될 수 있으며, 캡플레이트(113)와 케이스(111) 간의 결합 불량을 발생시킬 가능성이 있다. 그러므로, 제 2 홈(113_2a, 113_2b)은 캡플레이트(113)의 장측변(P5) 및 단자홀(113a)의 장측변(P6)로부터 일정 거리가 유지되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제 2 홈(113_2a, 113_2b)은 캡플레이트(113)의 장측변(P5) 및 단자홀(113a)의 장측변(P6)로부터 각각 제 2 홈(113_2a, 113_2b)의 폭 정도의 거리로 떨어진 위치에 형성되는 것이 적절하다.
제 2 홈(113_2a, 113_2b)의 길이(Lb)는 도 4의 (a) 또는 (b)에 도시된 바와 같이, 단자홀(113a)의 길이(L2)보다는 짧게 형성되는 것이 적절하다.
제 2 홈(113_2a, 113_2b)의 깊이(Db)는 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 캡플레이트(113)의 두께(D3)의 20% 내지 50%가 되도록 형성되는 것이 적절하다. 예를 들어, 캡플레이트(113)의 두께(D3)가 1mm일 경우, 제 2 홈(113_2a, 113_2b)의 깊이(Da)의 0.3mm가 되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 캡플레이트(113)에 형성된 제 1 홈(113_1a, 113_1b) 및 제 2 홈(113_2a, 113_2b)을 나타낸 상면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 홈(113_1a, 113_1b) 및 제 2 홈(113_2a, 113_2b)은 캡플레이트(113) 상에서 함께 형성될 수 있다. 도 5에서는 제 1 홈(113_1a, 113_1b) 및 제 2 홈(113_2a, 113_2b)이 X, -X, Y, -Y측 모두 형성된 것으로 도시되어 있으나, 캡플레이트(113) 상에는 제 1_1 홈(113_1a) 및 제 1_2 홈(113_1b) 중 적어도 하나와 제 2_1 홈(113_2a) 및 제 2_2 홈(113_2b) 중 적어도 하나가 함께 형성될 수 있다.
하기의 표 1은 본 발명의 실시예에 따라 캡플레이트에 절곡유도홈이 형성된 배터리 셀 A와 절곡유도홈이 형성되지 않은 기존의 배터리 셀 B를 대상으로 압축 평가 테스트를 실시한 비교 결과를 나타낸 것이다.
표 1의 압축 평가 테스트는 배터리 셀 A 및 B에 구조적 변형이 일어날 때까지 횡방향의 압축력을 가는 방식으로 진행하였으며, 그 결과로서 중앙부가 접힌 셀의 개수, 엣지부가 파열되거나 접힌 셀의 개수와, 엣지부가 파열되거나 접힌 셀 중에 발화된 셀의 개수를 각각 표 1에 나타내었다.
표 1을 참조하면, 압축 평가 테스트 결과, 절곡유도홈이 형성된 배터리 셀 A는 40개 모두 셀의 중앙부가 접혔음을 알 수 있다. 또한, 기존의 배터리 셀 B는 총 40개 중에 30개의 셀이 중앙부가 접혔고, 나머지 10개의 셀은 엣지부가 파열되거나 접혔으며, 그 중에 7개의 셀이 발화되었음을 알 수 있다. 이러한 경우는, 횡방향의 압축력에 의해 케이스의 엣지 부분이 파열되고, 파열된 케이스 일부분이 전극조립체를 찌르게 되면서 양극판과 음극판이 쇼트되어 셀 발화가 일어나는 경우이다.
그러나, 표 1의 테스트 결과와 같이, 절곡유도홈이 형성된 배터리 셀 A는 절곡유도홈이 형성되지 않은 배터리 셀 B보다 중앙부가 접힐 확률이 확연히 높으며, 이에 따라 발화될 확률이 낮다는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 배터리 셀에 횡방향의 압축력이 가해질 경우, 절곡유도홈은 베어셀을 좌우대칭으로 쉽게 접히게 유도함으로써, 케이스의 파열과 그로 인한 발화현상을 줄일 수 있다.
하기의 표 2는 절곡유도홈의 길이와 깊이의 변화에 따른 압축 평가 테스트 통과 여부를 나타낸 것이다.
표 2의 압축 평가 테스트는 하나의 제 1 홈이 형성된 배터리 셀을 대상으로 진행하였으며, 제 1 홈이 형성된 캡플레이트의 폭과 두께는 각각 5mm, 1mm인 것으로 실시하였다. 또한, 표 2에서 L1은 누액, L4는 발화를 각각 나타낸다. 즉, L1은 테스트를 통과하였음, L4는 테스트를 통과하지 못하였음을 각각 나타낸 것이다. 예를 들어, 테스트 결과, 3L4는 3개의 배터리 셀을 테스트하였고 3개가 모두 발화되었음을 나타낸다.
표 2를 참조하면, 제 1 홈의 길이는, 대략 캡플레이트 폭의 50% 내지 70%가 되도록 형성되고, 캡플레이트 두께의 20% 내지 50%의 깊이로 형성되는 경우, 압축 평가 테스트를 통과할 확률이 그렇지 않은 경우보다 높은 것을 알 수 있다. 여기서 압축 테스트 결과는 셀이 중앙부가 접히는지 여부와 발화 여부로 판단하였다. 또한, 압축 평가 테스트를 통과한 제 1 홈의 길이범위는, 단자홀의 폭보다 짧고 전극단자의 폭보다 긴 범위 내에 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 셀의 캡플레이트에 절곡유도홈을 형성하여 횡방향의 압축력이 가해질 때 좌우대칭으로 쉽게 접히게 유도함으로써 셀의 중앙부가 접힐 확률을 높일 수 있다. 이에 따라, 케이스의 파열과 그로 인한 발화현상을 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지와 배터리 팩을 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 및 절곡되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 배터리 팩
110: 베어셀
111: 케이스
113: 캡플레이트
113a: 단자홀
113_1a, 113_1b: 제 1 홈
113_2a, 113_2b: 제 2 홈
115: 제 1 전극단자
117: 절연 가스켓
120: 보호회로모듈
130: 탑 케이스
140: 접착부재
150: 버텀 케이스
160: 라벨
110: 베어셀
111: 케이스
113: 캡플레이트
113a: 단자홀
113_1a, 113_1b: 제 1 홈
113_2a, 113_2b: 제 2 홈
115: 제 1 전극단자
117: 절연 가스켓
120: 보호회로모듈
130: 탑 케이스
140: 접착부재
150: 버텀 케이스
160: 라벨
Claims (15)
- 전극조립체;
상기 전극조립체를 수용하는 케이스;
상기 케이스를 덮는 캡 플레이트; 및
상기 전극조립체와 전기적으로 연결된 전극단자를 포함하고,
상기 캡플레이트는, 상기 캡플레이트의 가장자리부와 중앙부 사이의 영역 중 상기 중앙부의 주변부에 형성되는 적어도 하나의 절곡유도홈을 구비하고,
상기 절곡유도홈은 상기 캡플레이트의 상부면과 하부면에 각각 구비되며,
상기 캡플레이트의 상부면에 구비된 절곡유도홈과, 상기 캡플레이트의 하부면에 구비된 절곡유도홈이 서로 대응하지 않는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 캡플레이트는 상기 캡플레이트의 중앙부에 형성된 단자홀을 구비하고,
상기 전극단자는 상기 단자홀을 통해 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 절곡유도홈은, 상기 캡플레이트의 폭 방향과 나란히 형성되는 적어도 하나의 제 1 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 홈은 상기 단자홀을 기준으로 상기 단자홀의 양측 중 적어도 하나의 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 홈은 상기 캡플레이트의 중앙 및 단측변의 절반지점과 상기 단자홀의 단측변 사이에서 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 홈의 길이는 상기 전극단자의 폭보다 길고 상기 단자홀의 폭보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 홈의 길이는 상기 캡플레이트 폭의 50% 내지 70%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 홈의 폭은 0.5mm 내지 1mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 홈의 깊이는 상기 캡플레이트 두께의 20% 내지 50%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 절곡유도홈은 상기 캡플레이트의 길이 방향과 나란히 형성되는 적어도 하나의 제 2 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 홈은, 상기 단자홀을 기준으로 상기 단자홀의 양측 중 적어도 하나의 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 홈은 상기 캡플레이트의 장측변과 상기 단자홀의 장측변 사이에서 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 홈의 길이는 상기 단자홀의 길이보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 홈의 깊이는 상기 캡플레이트 두께의 20% 내지 50%로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 삭제
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