KR102054939B1 - 이차 전지 - Google Patents

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권민형
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삼성에스디아이 주식회사
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 못 관통시 발열 현상 및 발화 현상을 최소화할 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 한쌍의 전극들, 상기 전극들의 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 제1면, 상기 제1면의 반대면인 제2면, 제3면, 및 제4면을 갖는 전극 조립체; 상기 전극들의 한 전극에 부착 및 전기적으로 연결되고, 제1영역, 제2영역, 및 제3영역을 포함하고, 상기 전극 조립체의 제3면이 상기 제3영역을 향하고, 상기 제3영역은 기계적 및 전기적으로 상기 제1영역을 상기 제2영역에 연결하며, 상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체의 상기 제1면이 상기 제1영역 및 상기 제2면의 사이에 위치하도록, 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 위치되고, 상기 전극 조립체의 상기 제4면은 부분적으로 노출되도록 하는 단락유도부재; 및 상기 전극 조립체 및 상기 단락유도부재가 수용되는 케이스를 포함하는 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 사용되고 있다. 또한, 이러한 리튬 이온 이차 전지는 다른 종류의 이차 전지에 비해 고출력, 고용량 및 경량 등의 특성을 가지고 있기 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 이차 전지의 못 관통시 발열 현상 및 발화 현상을 최소화할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 이차 전지의 못 관통시 관통 영역에의 발열 집중 현상을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 이차 전지의 과충전에 의한 퓨즈 용융 시 아크 및 퓨즈 용융재가 전극 조립체쪽으로 전달되지 않는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 한쌍의 전극들, 상기 전극들의 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 제1면, 상기 제1면의 반대면인 제2면, 제3면, 및 제4면을 갖는 전극 조립체; 상기 전극들의 한 전극에 부착 및 전기적으로 연결되고, 제1영역, 제2영역, 및 제3영역을 포함하고, 상기 전극 조립체의 제3면이 상기 제3영역을 향하고, 상기 제3영역은 기계적 및 전기적으로 상기 제1영역을 상기 제2영역에 연결하며, 상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체의 상기 제1면이 상기 제1영역 및 상기 제2면의 사이에 위치하도록, 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 위치되고, 상기 전극 조립체의 상기 제4면은 부분적으로 노출되도록 하는 단락유도부재; 및 상기 전극 조립체 및 상기 단락유도부재가 수용되는 케이스를 포함한다.
상기 이차 전지는 캡 플레이트를 더 포함하고, 상기 캡 플레이트는 상기 케이스의 개구를 막으며, 상기 단락유도부재의 제3영역은 상기 전극 조립체의 제3면 및 상기 캡 플레이트의 사이에 개재된다.
상기 이차 전지는 단자부를 더 포함하고, 상기 단자부는 집전체, 단자, 및 퓨즈를 포함하며, 상기 퓨즈는 상기 집전체에 형성된다.
상기 퓨즈는 상기 단락 유도 부재의 상기 제3영역에 인접하여 형성된다.
상기 단락 유도 부재의 제3영역에는 포켓이 형성되고, 상기 포켓은 상기 퓨즈를 향한다.
상기 단락 유도 부재의 제3영역은 상기 제1영역의 길이 및 상기 제2영역의 길이와 같은 길이를 갖고, 상기 제3영역은 상기 제1,2영역의 길이를 따라 제1,2영역에 연결되며, 상기 포켓은 상기 제3영역의 길이와 같다.
상기 전극 조립체의 제2면은 상기 단락 유도 부재의 제2영역 및 상기 전극 조립체의 제1면의 사이에 개재된다.
상기 단락 유도 부재는 상기 전극 조립체의 제1면 및 제2면을 감싼다.
상기 단락 유도 부재의 제3영역은 상기 제1영역 및 제2영역을 연결한다.
상기 단락 유도 부재는 제1영역, 제2영역 및 제3영역을 포함하는 일체이다.
상기 단락 유도 부재의 제1영역, 제2영역 및 제3영역은 일체로 형성된다.
상기 전극 조립체는 상기 한 전극의 무지부에서 압착된 단부를 포함하고, 상기 전극 조립체의 상기 압착된 단부의 두께는 상기 전극 조립체의 중앙 두께보다 작으며, 상기 단락 유도 부재는 상기 한 전극의 무지부에 부착되고 전기적으로 연결된다.
상기 단락 유도 부재의 제1영역은 제1부분(region) 및 제2부분(region)을 갖고, 상기 제1부분(region)은 상기 전극 조립체의 제1면을 따라 연장되며, 상기 제2부분은 상기 제1부분으로부터 절곡되고, 상기 전극 조립체의 압착된 단부를 따라 연장된다.
상기 단락 유도 부재의 제2영역은 제1부분(region) 및 제2부분(region)을 포함하고, 상기 제2영역의 제1부분은 상기 전극 조립체(110)의 제2면을 따라 연장되며, 상기 제2영역의 제2부분(region)은 상기 제1부분(region)으로부터 절곡되고 상기 전극 조립체의 압착된 단부를 따라 연장되며, 상기 압착된 단부는 상기 제2영역의 제2부분(region) 및 상기 제1영역의 제2부분(region) 사이에 위치된다.
상기 단락 유도 부재의 제3영역은 상기 제1영역의 길이 및 상기 제2영역의 길이보다 짧은 길이를 가짐으로써, 제3영역이 상기 전극 조립체의 제3면의 일 영역을 노출시킨다.
상기 단락 유도 부재의 제3영역은 제1섹션(section) 및 제2섹션(section)을 포함하고, 상기 제1,2섹션(section)의 각각은 기구적으로 및 전기적으로 상기 제1영역을 상기 제2영역에 연결하며, 상기 제1섹션(section) 및 상기 제2섹션(section)은 갭(gap)을 가지며 이격된다.
제1집전체, 제1단자 및 제1퓨즈를 포함하고, 상기 제1퓨즈는 상기 제1집전체에 형성된 제1단자부; 및 제2집전체, 제2단자 및 제2퓨즈를 포함하고, 상기 제2퓨즈는 상기 제2집전체에 형성된 제2단자부를 포함하고, 상기 제1퓨즈는 상기 전극 조립체의 제3면에 인접하여 형성되고, 상기 단락 유도 부재의 제1섹션(section)은 상기 제1퓨즈 및 상기 전극 조립체의 제3면의 사이에 개재되고, 상기 제2퓨즈는 상기 전극 조립체의 제3면에 인접하여 형성되고, 상기 단락 유도 부재의 제2섹션(section)은 상기 제2퓨즈 및 상기 전극 조립체의 제3면의 사이에 개재된다.
상기 단락 유도 부재의 제1섹션(section)은 제1섹션(section) 내에 형성된 제1포켓을 포함하고, 상기 제1포켓은 제1퓨즈를 향하며, 상기 단락 유도 부재의 제2섹션(section)은 제2섹션(section) 내에 형성된 제2포켓을 포함하고, 상기 제2포켓은 제2퓨즈를 향한다.
상기 단락 유도 부재의 제3영역은 제1영역을 제2영역에 기계적 및 전기적으로 연결하는 제3섹션(section)을 더 포함하고, 상기 제3섹션(section)은 상기 제1섹션(section) 및 제2섹션(section) 사이에 위치되며, 상기 제1섹션(section)과 상기 제3섹션(section)은 제1갭만큼 이격되어 있고, 상기 제3섹션(section)과 상기 제2섹션(section)은 제2갭만큼 이격된다.
상기 케이스는 상기 전극들의 다른 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 단락 유도 부재는 상기 케이스와 상기 전극 조립체의 사이에 개재된다.
본 발명의 일 실시예는 단락 유도 부재가 한쌍의 장변부(제1,2영역)와 하나의 단변부(제3영역)로 이루어지고, 또한 한쌍의 장변부가 단변부에 의해 상호간 전기적 및 기구적으로 연결됨으로써, 이차 전지의 못 관통시 단락 전류의 흐름 경로가 다양해진다. 이에 따라, 이차 전지의 못 관통시 발열 현상 및 발화 현상이 최소화된다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 이차 전지의 못 관통시 관통 영역에서 발생되는 열이 넓은 단락 유도 부재를 따라 분산됨으로써, 발열 현상이 못 관통 영역에 집중되지 않게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 이차 전지의 과충전에 의한 퓨즈 용융 시 아크 및 퓨즈 용융재가 단락 유도 부재로 인하여 전극 조립체쪽으로 전달되지 않게 된다. 즉, 상기 단락 유도 부재가 퓨즈와 전극 조립체 사이에서 마스크 역할을 한다. 이에 따라, 이차 전지의 퓨즈 용융 시 부차적으로 발생될 수 있는 발화 및 가스 발생 현상이 방지된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 1b 및 도 1c는 도 1a의 1b-1b선 및 1c-1c선 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지중 전극 조립체와 단락 유도 부재 사이의 결합 관계를 도시한 종단면도이고, 도 2b 및 도 2c는 부분 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지중에서 전극 조립체와 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 전극 조립체와 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 단락 유도 부재를 도시한 사시도이고, 도 5b는 이차 전지의 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 단락 유도 부재를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 단락 유도 부재를 도시한 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.
이하의 도면에서, 층이나 영역의 크기는 설명의 명확성을 위해 과장될 수 있다. 층이나 요소가 다른 층이나 요소의 위(on)에 위치한다라고 설명될 경우, 이것은 다른 층이나 요소의 직접적인 위뿐만 아니라, 그 사이에 다른 층이나 영역이 개재될 수 있음을 의미한다. 또한, 층이나 요소가 다른 층이나 요소의 아래(under)에 위치한다라고 설명될 경우, 이것은 다른 층이나 요소의 직접적인 아래뿐만 아니라, 그 사이에 다른 층이나 영역이 개재될 수 있음을 의미한다. 또한, 하나의 층이 두개의 층 사이(between)에 위치한다라고 설명될 경우, 두개의 층 사이에 오직 하나의 층만이 위치하거나, 또는 두개의 층 사이에 다수의 층이 위치함을 의미한다. 동일한 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 참조한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 1b 및 도 1c는 도 1a의 1b-1b선 및 1c-1c선 단면도이다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(120), 제1단자부(130), 제2단자부(140), 캡 플레이트(150) 및 단락 유도 부재(160)를 포함한다.
여기서, 상기 전극 조립체(110)의 갯수는, 도 1c를 참조하면, 비록 2개로 도시되어 있으나, 이보다 더 작거나 또는 많은 개수가 존재할 수 있음은 당연하다. 또한, 상기 케이스(120)는 캔(can)으로 지칭될 수도 있으며, 경우에 따라서는 캡 플레이트(150)를 포함하는 개념일 수 있다.
상기 전극 조립체(110)는 대략 평평하고 서로 마주보는 한쌍의 장변 영역(110A,110B)(또는 제1,2면)과, 상기 장변 영역(110A,110B)을 연결하며 서로 마주보는 한쌍의 단변 영역(110C,110D)(또는, 제3,4면)을 포함한다. 여기서, 상기 장변 영역(110A,110B)은 상기 단변 영역(110C,110D)에 비하여 상대적으로 면적이 넓다. 상기 전극 조립체(110)는, 아래에서 자세 설명하겠지만, 제1활물질이 코팅되지 않은 제1비코팅 영역(111c, 제1무지부) 및 제2활물질이 코팅되지 않은 제2비코팅 영역(112c, 제2무지부)이 서로 반대 방향으로 일정 길이 연장되어 있다. 즉, 상기 제1비코팅부(111c)는 상기 장변 영역(110A,110B) 및 단변 영역(110C,110D)을 통해 일측 방향으로 일정 길이 연장 및 돌출되고, 상기 제2비코팅부(112c)는 상기 장변 영역(110A,110B) 및 단변 영역(110C,110D)을 통해 타측 방향으로 일정 길이 연장 및 돌출되어 있다.
상기 케이스(120)는 대략 평평하고 서로 마주보는 한쌍의 장측벽(121a, 121b)과, 상기 장측벽(121a, 121b)을 연결하며 서로 마주보는 한쌍의 단측벽(122a, 122b)과, 상기 장측벽(121a, 121b) 및 상기 단측벽(122a, 122b)을 연결하는 하나의 바닥벽(123)을 포함한다. 물론, 상기 케이스(120)는 상부가 개방되어 있다. 이러한 케이스(120)에는 상기 전극 조립체(110)가 전해액과 함께 수용된다. 이때, 상기 전극 조립체(110)의 제1비코팅 영역(111c) 및 제2비코팅 영역(112c)이 각각 한쌍의 단측벽(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 상기 전극 조립체(110)의 제1비코팅 영역(111c)에 전기적으로 접속된다. 좀더 구체적으로, 상기 제1단자부(130)는 제1비코팅 영역(111c)에 용접되는 제1영역(131), 상기 제1영역(131)으로부터 대략 수평 방향으로 절곡되어 상기 전극 조립체(110)의 단변 영역(110C) 위에 위치되는 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. 여기서, 상기 제1영역(131) 및 제2영역(132)은 집전판(또는 집전체)으로, 상기 제3영역(133)은 체결 단자로, 상기 제4영역(134)은 전극 단자로 지칭될 수도 있다. 또한, 상기 제1영역(131)은 상기 제1비코팅 영역(111c)에 저항 용접, 레이저 빔 및 그 등가 방법 중에서 어느 하나의 방법으로 용접될 수 있다.
더불어, 상기 제2영역(132)에는 퓨즈(135)가 형성될 수 있다. 이러한 퓨즈(135)는 상기 제2영역(132)에 형성된 홀(hole)이나 절개 영역에 의해 구현될 수 있다. 즉, 상기 퓨즈(135)는 상기 제2영역(132)중에서 단면적이 가장 작은 영역(전기 저항이 가장 큰 영역)을 의미하며, 이러한 퓨즈(135)는 이차 전지의 과충전시 과전류에 의해 용융될 수 있다. 물론 이러한 용융에 의해 상기 제1단자부(130)를 통한 과전류는 차단된다.
또한, 상기 제4영역(134)은 경우에 따라 일정 영역이 상기 캡 플레이트(150)에 직접 전기적으로 접속될 수 있다. 실질적으로, 이러한 제4영역(134)은 스테인리스 스틸과 같은 고저항 부재(도면에 도시되지 않음)를 통하여 캡 플레이트(150)에 접속됨으로써, 상기 캡 플레이트(150) 및 케이스(120)가 제1단자부(130)의 극성(예를 들면, 양극)과 같은 극성을 갖게 된다.
상기 제2단자부(140)는 상기 전극 조립체(110)의 제2비코팅 영역(112c)에 전기적으로 접속된다. 좀 더 구체적으로, 상기 제2단자부(140)는 제2비코팅 영역(112c)에 용접되는 제1영역(141), 상기 제1영역(141)으로부터 절곡되어 상기 전극 조립체(110)의 단변 영역(110C) 위에 위치되는 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. 여기서, 상기 제1영역(141)은 상기 제2비코팅 영역(112c)에 저항 용접, 레이저 빔 및 그 등가 방법 중에서 어느 하나의 방법으로 용접될 수 있다.
또한, 상기 제2영역(142)에는 퓨즈(145)가 형성될 수 있다. 이러한 퓨즈(145)는 상기 제2영역(142)에 형성된 홀(hole)이나 절개 영역에 의해 구현될 수 있다. 즉, 상기 퓨즈(145)는 상기 제2영역(142)중에서 단면적이 가장 작은 영역(전기 저항이 가장 큰 영역)을 의미하며, 이러한 퓨즈(145)는 이차 전지의 과충전시 과전류에 의해 용융된다. 물론 이러한 용융에 의해 상기 제2단자부(140)를 통한 과전류는 차단된다. 여기서, 상기 제1영역(141) 및 제2영역(142)은 집전판(또는 집전체)으로, 상기 제3영역(143)은 체결 단자로, 상기 제4영역(144)은 전극 단자로 지칭될 수 있다. 또한, 상기 제1영역(141)은 상기 제1비코팅 영역(112c)에 저항 용접, 레이저 빔 및 그 등가 방법 중에서 어느 하나의 방법으로 용접될 수 있다.
더불어, 상기 퓨즈는 상기 제1단자부(130)에만 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1단자부(130)의 제1,2영역(131,132)이 알루미늄으로 형성되고, 상기 제2단자부(140)의 제1,2영역(141,142)이 구리로 형성될 경우, 상기 알루미늄의 용융점은 대략 섭씨 659도이고, 상기 구리의 용융점은 대략 섭씨 1083도로서, 상기 알루미늄의 용융점이 구리의 용융점에 비해 낮기 때문이다. 즉, 동일한 과전류가 흐를 경우 상기 알루미늄이 상기 구리보다 먼저 용융될 수 있기 때문이다.
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(151)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(134)이 캡 플레이트(150)에 접속된 경우에는, 상기 캡 플레이트(150) 및 케이스(120)가 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다. 더불어, 상기 제4영역(134,144)과 캡 플레이트(150)의 사이에는 상부 절연부재(152)가 개재되고, 상기 제2영역(132,143)과 상기 캡 플레이트(150)의 사이에는 하부 절연부재(153)가 개재될 수 있다.
더욱이, 상기 캡 플레이트(150)에는 전해액 마개(154)가 결합될 수 있고, 상대적으로 얇은 두께를 갖는 안전벤트(155)도 형성될 수 있다. 실질적으로, 이러한 캡 플레이트(150)는 상기 케이스(120)와 동일 재질로 형성될 수 있다.
상기 단락 유도 부재(160)는 상기 전극 조립체(110)에 전기적으로 연결된 동시에, 상기 전극 조립체(110)에 구비된 한쌍의 장변 영역(110A,110B) 및 하나의 단변 영역(110C)을 대략 덮는다. 예를 들어, 상기 단락 유도 부재(160)는 상기 전극 조립체(110)중 제2비코팅 영역(112c)에 전기적으로 접속된다. 따라서, 상기 제2비코팅 영역(112c)이 음극일 경우, 상기 단락 유도 부재(160) 역시 음극일 수 있다.
또한, 상기 단락 유도 부재(160)는 상기 전극 조립체(110)에 구비된 두개의 장변 영역(110A,110B)을 대략 덮는 한쌍의 장변부(161,162)(또는 제1,2영역)와, 상기 전극 조립체(110)에 구비된 하나의 단변 영역(110C)을 대략 덮는 하나의 단변부(163)(또는 제3영역)를 포함한다. 물론, 상기 단변부(163)는 상기 한쌍의 장변부(161,162)를 전기적 및 기구적으로 상호간 연결한다. 이와 같이 하여, 상기 단락 유도 부재(160)의 어느 한 장변부(161)는 전극 조립체(110)의 장변 영역(110A)과 케이스(120)의 장변 영역(121a) 사이에 위치된다. 또한, 상기 단락 유도 부재(160)의 다른 한 장변부(162)는 전극 조립체(110)의 장변 영역(110B)과 케이스(120)의 장변 영역(121b) 사이에 위치된다. 더불어, 상기 단락 유도 부재(160)의 단변부(163)는 전극 조립체(110)의 단변 영역(110C)과 캡 플레이트(150)의 사이에 위치된다.
한편, 상기 단락 유도 부재(160)는 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 철, 철 합금, 스테인리스 스틸 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 케이스(120)가 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 경우, 상기 단락 유도 부재(160)는 구리 또는 구리 합금으로 제조 됨이 바람직하다. 이와 같이 단락 유도 부재(160)가 구리 또는 구리 합금으로 제조될 경우, 구리로 형성되는 제2비코팅부(112c)에 용이하게 용접될 수 있다. 더불어, 상기 단락 유도 부재(160)의 두께는 실험적으로 대략 50~400㎛가 바람직하다. 상기 수치 범위에서, 못 관통에 의한 단락 발생시 이차 전지(100)의 발열 현상 및 발화 현상이 최소화된다. 여기서, 못 관통이라 함은 못이 케이스(120)의 장변 영역(121a 또는 121b), 단락 유도 부재(160) 및 전극 조립체(110)를 관통한다는 의미이다.
이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예는 단락 유도 부재(160)가 한쌍의 장변부(161,162)와 하나의 단변부(163)로 이루어지고, 또한 한쌍의 장변부(161,162)가 적어도 하나의 단변부(163)에 의해 상호간 전기적 및 기구적으로 연결됨으로써, 이차 전지(100)의 못 관통시 단락 전류의 흐름 경로가 다양해진다. 따라서 이차 전지(100)의 못 관통시 발열 현상 및 발화 현상이 최소화된다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 이차 전지(100)의 못 관통시 관통 영역에서 발생되는 열이 단락 유도 부재(160)를 따라 넓은 영역으로 분산됨으로써, 발열 현상이 못 관통 영역에 집중되지 않게 된다.
더욱이, 상기 단락 유도 부재(160)의 어느 한 단변부(163)는 바람직하기로 상기 제1단자부(130)의 제2영역(132)의 하부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 단변부(163)는 상기 퓨즈(135)의 하부에 형성될 수 있다. 또한, 상기 단락 유도 부재(160)의 다른 한 단변부(163)는 바람직하기로 상기 제2단자부(140)의 제2영역(142)의 하부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 단변부(163)는 상기 퓨즈(145)의 하부에 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예는 이차 전지(100)의 과충전에 의해 퓨즈(135 또는 145)가 용융될 때 발생하는 아크 또는 퓨즈 용융재가 단락 유도 부재(160)의 단변부(163)에 의해 전극 조립체(110) 쪽으로 전달되지 않게 된다. 즉, 상기 단락 유도 부재(160)의 단변부(163)가 차단벽 또는 마스크 역할을 한다. 따라서, 이차 전지(100)의 퓨즈 용융 시 부차적으로 발생될 수 있는 발화 및 가스 발생 현상이 방지된다.
한편, 상기 단락 유도 부재(160)중 어느 한 장변부(161)와 케이스(120)의 장변 영역(121a)의 사이에는 절연지(171)가 개재되고, 또한 상기 단락 유도 부재(160)중 다른 한 장변부(162)와 케이스(120)의 장변 영역(121b)의 사이에는 절연지(172)가 개재됨으로써, 평상시 상기 단락 유도 부재(160)와 케이스(120)가 상호간 쇼트되지 않도록 되어 있다. 즉, 상기 절연지(171,172)에 의해 평상시 양극의 케이스(120)와 음극의 단락 유도 부재(160)가 상호간 쇼트되지 않는다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지중 전극 조립체와 단락 유도 부재 사이의 결합 관계를 도시한 종단면도이다, 도 2b 및 도 2c는 부분 확대 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 단락 유도 부재(160)중 한쌍의 장변부(161,162)는 전극 조립체(110)중 제2비코팅부(112c)에 전기적으로 접속된다. 여기서, 상기 전극 조립체(110)중 제2비코팅부(112c)는 압착됨으로써, 상대적으로 작은 두께를 갖는다. 이에 따라 상기 단락 유도 부재(160) 역시 상대적으로 두께가 감소된 제2비코팅부(112c)에 용이하게 접속될 수 있도록 절곡된 형태를 한다. 즉, 상기 단락 유도 부재(160)중에서 한쌍의 장변부(161,162)는 각각 상기 전극 조립체(110)의 제2비코팅부(112c)에 접속되는 제1부분(161a,162a)(또는 제3부분)과, 상기 제1부분(161a,162a)으로부터 절곡되어 일정 길이 연장된 연결 부분(161b,162b)과, 상기 연결 부분(162b,162b)으로부터 절곡되어 상기 전극 조립체(110)에 구비된 각각의 장변 영역(110A,110B)을 덮는 제2부분(161c,162c)(또는 제1부분)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 제1부분(161a,162a)은 제3부분으로 정의될 수 있고, 제2부분(161c,162c)은 제1부분으로 정의될 수 있다.
또한, 한쌍의 장변부(161,162)는 두개의 단변부(163)에 의해 상호간 전기적 및 기구적으로 연결될 수 있다. 이러한 두개의 단변부(163)는 상기 두개의 장변부(161,162)와 일체로 형성되거나, 또는 별도로 형성된 후 상기 두개의 장변부(161,162)에 각각 용접될 수 있다. 더불어, 두개의 단변부(163) 사이에는 절개부(164)가 형성됨으로써, 상기 전극 조립체(110)의 단변 영역(110C)이 상기 절개부(164)를 통하여 노출될 수 있다. 여기서, 절개부(164)를 중심으로 양측부에 위치된 2개의 단변부(163)는 각각 제1섹션 및 제2섹션으로 정의될 수도 있다.
또한 도 2a에 도시된 바와 같이 전극 조립체(110)의 제1비코팅부(111c)에는 제1단자부(130)의 제1영역(131)이 전기적으로 접속될 수 있고, 상기 전극 조립체(110)의 제2비코팅부(112c)에는 제2단자부(140)의 제1영역(141)이 전기적으로 접속될 수 있다.
도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)는 제1전극판(111), 제2전극판(112) 및 상기 제1,2전극판(111,112)의 사이에 개재된 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 제1전극판(111)은 양극판일 수 있고, 상기 제2전극판(112)은 음극판일 수 있다. 물론, 반대로 상기 제1전극판(111)은 음극판이고, 상기 제2전극판(112)은 양극판일 수 있다. 상기 제1전극판(111)은 제1금속 포일(111a) 및 제1활물질(111b)을 포함한다. 상기 제1전극판(111)이 양극판일 경우, 상기 제1금속 포일(111a)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있고, 상기 제1활물질(111b)은 리튬계 산화물일 수 있다. 상기 제2전극판(112) 역시 제2금속 포일(112a) 및 제2활물질(112b)을 포함한다. 상기 제2전극판(112)이 음극판일 경우, 상기 제2금속 포일(112a)은 구리 또는 구리 합금일 수 있고, 상기 제2활물질(112b)은 흑연일 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(110)의 최외곽에 위치되어, 제1,2전극 조립체(110)의 일정 영역이 상기 케이스(120), 상기 캡 플레이트(150) 또는 상기 단락 유도 부재(160)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. 즉, 상기 제1비코팅 영역(111c)은 케이스(120)의 단변 영역(122a)을 향한다. 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 제2비코팅 영역(112c)은 케이스(120)의 단변 영역(122b)을 향한다. 이와 같이 하여, 상기 제1비코팅 영역(111c) 및 제2비코팅 영역(112c)의 돌출 및 연장 방향은 상기 세퍼레이터(113)를 중심으로 서로 반대일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지중에서 전극 조립체와 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 단락 유도 부재(160)는 한쌍의 전극 조립체(110)를 대략 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 단락 유도 부재(160)는 어느 한 전극 조립체(110)의 전방 장변 영역(110A)을 덮는 장변부(161)와, 다른 전극 조립체(110)의 후방 장변 영역(110B)을 덮는 장변부(162)와, 상기 한쌍의 장변부(161,162)를 연결하는 서로 이격된 두개의 단변부(163)를 포함한다. 물론, 서로 이격된 두개의 단변부(163)의 사이에는 절개부(164)가 형성된다. 더불어, 상기 장변부(161,162)의 각각은 상기 전극 조립체(110)에 각각 형성된 제2비코팅 영역(111c)에 전기적으로 접속된다.
여기서, 상술한 바와 같이 절개부(164)를 중심으로 양측부에 위치된 2개의 단변부(163)는 제1섹션 및 제2섹션으로 정의될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 전극 조립체와 단락 유도 부재 사이의 관계를 도시한 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 단락 유도 부재(360)는 한쌍의 장변부(161,162)와, 상기 장변부(161,162)를 서로 연결하는 세개의 단변부(363)를 포함할 수 있다. 즉, 단변부(363)는 두개의 장변부(161,162)중 양측 영역과, 또한 중앙 영역을 각각 연결할 수 있다. 더불어, 세개의 단변부(263)의 사이에는 두개의 절개부(364)가 형성될 수 있다. 또한, 양측 영역의 단변부(363)는 단자부에 구비된 퓨즈와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
여기서, 두개의 절개부(364)의 바깥쪽에 위치된 두개의 단변부(263)는 각각 제1섹션 및 제2섹션으로 정의될 수 있고, 또한 두개의 절개부(364)의 내측에 위치된 한 개의 단변부(263)는 제3섹션으로 정의될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 단락 유도 부재를 도시한 사시도이고, 도 5b는 이차 전지의 횡단면도이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 단락 유도 부재(560)는 한쌍의 장변부(161,162)를 전기적 및 기계적으로 연결하는 단변부(563)(또는 제1,2섹션)에 일정 깊이의 요홈(563a)이 형성될 수 있다. 비록, 도 5a에서 상기 요홈(563a)이 대략 사각 형태로 도시되어 있으나, 이러한 요홈(563a)은 삼각형, 오각형, 원형 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 본 발명에서 상기 요홈(563a)의 형태가 한정되는 것은 아니다. 또한, 이러한 요홈(563a)은 단자부에 형성된 퓨즈와 대응되는 영역에 형성될 수 있다. 이와 같이 하여, 이차 전지의 과충전시 과전류에 의해 상기 퓨즈가 용융된다고 해도, 상기 퓨즈로부터 발생되는 아크가 상기 단변부(563)에 의해 전극 조립체로 전달되지 않고, 또한 퓨즈 용융재는 상기 단변부(563)에 구비된 요홈(563a)에 수용된다. 따라서, 이차 전지의 안정성 및 신뢰성이 더욱 향상된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 단락 유도 부재를 도시한 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 단락 유도 부재(660)는 한쌍의 장변부(161,162)중 제3영역(161c,162c)의 전체가 하나의 단변부(663)에 의해 연결되며, 상기 단변부(663)에는 일정 깊이를 가지며 서로 이격된 두개의 요홈(663a)이 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이 이러한 요홈(663a)은 단자부중 퓨즈와 대응되는 위치에 형성됨이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지중에서 단락 유도 부재를 도시한 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 단락 유도 부재(760)의 장변부(161,162)중 제3영역(161c,162c)의 전체를 연결하는 하나의 단변부(763)에는 일정 깊이를 가지며 대략 직사각 형태를 하는 하나의 요홈(763a)이 형성될 수 있다. 이와 같이 하여, 단락 유도 부재(760)의 단변부(763)에는 비교적 넓이가 상대적으로 큰 요홈(763a)이 형성된다. 따라서, 단자부의 퓨즈로부터 많은 량의 용융재가 발생되어도 상기 요홈(763a)이 이를 수용할 수 있게 된다.
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; 이차 전지 110; 전극 조립체
120; 케이스 130; 제1단자부
140; 제2단자부 150; 캡 플레이트
160; 단락 유도 부재 161, 162; 장변부
161a,162a; 제1부분 161b,162b; 연결 부분
161c,162c; 제3부분 163; 단변부
163a; 요홈 164; 절개부

Claims (20)

  1. 한쌍의 전극들, 상기 전극들의 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 제1면, 상기 제1면의 반대면인 제2면, 제3면, 및 제4면을 갖는 전극 조립체;
    상기 전극들의 한 전극에 부착 및 전기적으로 연결되고,
    제1영역, 제2영역, 및 제3영역을 포함하고, 상기 전극 조립체의 제3면이 상기 제3영역을 향하고,
    상기 제3영역은 기계적 및 전기적으로 상기 제1영역을 상기 제2영역에 연결하며,
    상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체의 상기 제1면이 상기 제1영역 및 상기 제2면의 사이에 위치하도록, 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 위치되고,
    상기 전극 조립체의 상기 제4면은 부분적으로 노출되도록 하는 단락유도부재;
    상기 전극 조립체 및 상기 단락유도부재가 수용되는 케이스; 및
    캡 플레이트를 포함하고, 상기 캡 플레이트는 상기 케이스의 개구를 막으며, 상기 단락 유도 부재의 제3영역은 상기 전극 조립체의 제3면 및 상기 캡 플레이트의 사이에 개재되며,
    단자부를 더 포함하고, 상기 단자부는 집전체, 단자, 및 퓨즈를 포함하며, 상기 퓨즈는 상기 집전체에 형성되고, 상기 퓨즈는 상기 단락 유도 부재의 상기 제3영역에 인접하여 형성되며,
    상기 단락 유도 부재의 제3영역에는 포켓이 형성되고, 상기 포켓은 상기 퓨즈를 향함을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단락 유도 부재의 제3영역은 상기 제1영역의 길이 및 상기 제2영역의 길이와 같은 길이를 갖고,
    상기 제3영역은 상기 제1,2영역의 길이를 따라 제1,2영역에 연결되며,
    상기 포켓은 상기 제3영역의 길이와 같은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 제2면은 상기 단락 유도 부재의 제2영역 및 상기 전극 조립체의 제1면의 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단락 유도 부재는 상기 전극 조립체의 제1면 및 제2면을 감싸는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단락 유도 부재의 제3영역은 상기 제1영역 및 제2영역을 연결함을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단락 유도 부재는 제1영역, 제2영역 및 제3영역을 포함하는 일체인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 단락 유도 부재의 제1영역, 제2영역 및 제3영역은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 한 전극의 무지부에서 압착된 단부를 포함하고,
    상기 전극 조립체의 상기 압착된 단부의 두께는 상기 전극 조립체의 중앙 두께보다 작으며,
    상기 단락 유도 부재는 상기 한 전극의 무지부에 부착되고 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단락 유도 부재의 제1영역은 제1부분(region) 및 제2부분(region)을 갖고,
    상기 제1부분(region)은 상기 전극 조립체의 압착된 단부를 따라 연장되며,
    상기 제2부분은 상기 제1부분으로부터 절곡되고, 상기 전극 조립체의 제1면을 따라 연장됨을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단락 유도 부재의 제2영역은 제1부분(region) 및 제2부분(region)을 포함하고,
    상기 제2영역의 제1부분은 상기 전극 조립체의 압착된 단부를 따라 연장되며,
    상기 제2영역의 제2부분(region)은 상기 제1부분(region)으로부터 절곡되고 상기 전극 조립체의 제2면을 따라 연장되며,
    상기 압착된 단부는 상기 제2영역의 제1부분(region) 및 상기 제1영역의 제1부분(region) 사이에 위치됨을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 단락 유도 부재의 제3영역은 상기 제1영역의 길이 및 상기 제2영역의 길이보다 짧은 길이를 가짐으로써, 제3영역이 상기 전극 조립체의 제3면의 일 영역을 노출시킴을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 단락 유도 부재의 제3영역은 제1섹션(section) 및 제2섹션(section)을 포함하고,
    상기 제1,2섹션(section)의 각각은 기구적으로 및 전기적으로 상기 제1영역을 상기 제2영역에 연결하며,
    상기 제1섹션(section) 및 상기 제2섹션(section)은 갭(gap)을 가지며 이격된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제16항에 있어서,
    제1집전체, 제1단자 및 제1퓨즈를 포함하고, 상기 제1퓨즈는 상기 제1집전체에 형성된 제1단자부; 및
    제2집전체, 제2단자 및 제2퓨즈를 포함하고, 상기 제2퓨즈는 상기 제2집전체에 형성된 제2단자부를 포함하고,
    상기 제1퓨즈는 상기 전극 조립체의 제3면에 인접하여 형성되고, 상기 단락 유도 부재의 제1섹션(section)은 상기 제1퓨즈 및 상기 전극 조립체의 제3면의 사이에 개재되고,
    상기 제2퓨즈는 상기 전극 조립체의 제3면에 인접하여 형성되고, 상기 단락 유도 부재의 제2섹션(section)은 상기 제2퓨즈 및 상기 전극 조립체의 제3면의 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 단락 유도 부재의 제1섹션(section)은 제1섹션(section) 내에 형성된 제1포켓을 포함하고,
    상기 제1포켓은 제1퓨즈를 향하며,
    상기 단락 유도 부재의 제2섹션(section)은 제2섹션(section) 내에 형성된 제2포켓을 포함하고,
    상기 제2포켓은 제2퓨즈를 향함을 특징으로 하는 이차 전지.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 단락 유도 부재의 제3영역은 제1영역을 제2영역에 기계적 및 전기적으로 연결하는 제3섹션(section)을 더 포함하고,
    상기 제3섹션(section)은 상기 제1섹션(section) 및 제2섹션(section) 사이에 위치되며,
    상기 제1섹션(section)과 상기 제3섹션(section)은 제1갭만큼 이격되어 있고,
    상기 제3섹션(section)과 상기 제2섹션(section)은 제2갭만큼 이격된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 전극들의 다른 전극에 전기적으로 연결되고,
    상기 단락 유도 부재는 상기 케이스와 상기 전극 조립체의 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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