KR102154330B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반전 플레이트와 연결 플레이트 사이에 추가 단락 부재를 구비함으로써, 단락 발생으로 인한 반전 플레이트의 파손을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 캡 조립체는 상기 케이스를 밀봉하며, 단락홀과 상기 단락홀을 둘러싸는 도전홈을 구비하는 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트의 도전홈에 설치되는 반전 플레이트; 상기 캡 플레이트의 단락홀을 덮도록 설치되는 연결 플레이트; 및 상기 연결 플레이트와 상기 반전 플레이트 사이에는 상기 단락홀을 관통하여 상기 연결 플레이트에 접촉되는 단락 부재를 포함하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Rechargeable battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(Rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 전극 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 구성된다.
한편, 이차 전지는 과도한 열이 발생하거나 전해액이 분해되면 내부 압력이 상승하여 발화되거나 폭발할 수 있다. 이에 따라, 안전성을 향상시킬 수 있는 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 반전 플레이트와 연결 플레이트 사이에 추가 단락 부재를 구비함으로써, 단락 발생으로 인한 반전 플레이트의 파손을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 캡 조립체는 상기 케이스를 밀봉하며, 단락홀과 상기 단락홀을 둘러싸는 도전홈을 구비하는 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트의 도전홈에 설치되는 반전 플레이트; 상기 캡 플레이트의 단락홀을 덮도록 설치되는 연결 플레이트; 및 상기 연결 플레이트와 상기 반전 플레이트 사이에는 상기 단락홀을 관통하여 상기 연결 플레이트에 접촉되는 단락 부재를 포함할 수 있다.
상기 반전 플레이트는 상기 전극 조립체 방향에서의 상기 캡 플레이트의 도전홈에 형성될 수 있다.
상기 반전 플레이트는 아래로 볼록한 라운드 부와 상기 캡 플레이트에 고정되는 테두리부를 포함할 수 있다.
상기 반전 플레이트는 상기 이차 전지의 내부 압력이 임계값에 도달하였을 때 상기 라운드부가 상기 단락 부재 방향으로 돌출되어 상기 단락 부재를 밀어올릴 수 있다.
상기 단락 부재는 상기 반전 플레이트가 돌출되는 방향으로 밀어올려져 상기 연결 플레이트에 접촉될 수 있다.
상기 단락 부재는 상기 연결 플레이트에 접촉된 후, 상기 캡 플레이트로부터 상기 연결 플레이트로 전류 패스를 형성할 수 있다.
상기 도전홈은 상기 전극 조립체 방향에서의 상기 캡 플레이트의 일면에 형성될 수 있다.
상기 단락 부재는 상기 반전 플레이트의 표면 상에 위치되는 지지부; 및 상기 지지부로부터 연장형성되어 상기 캡 플레이트의 단락홀에 끼워지는 몸통부를 포함할 수 있다.
상기 몸통부의 외경은 상기 단락홀의 내경보다 작거나 같게 형성될 수 있다.
상기 몸통부의 높이는 상기 도전홈이 형성된 캡 플레이트의 영역의 일면으로부터 상기 캡 플레이트에 대향하는 측의 상기 연결 플레이트의 일면까지의 높이보다 크게 형성될 수 있다.
상기 몸통부는 상기 지지부로부터 연장형성되는 제1 몸통부; 및 상기 제1 몸통부로부터 연장형성되되, 그 외경이 상기 제1 몸통부의 외경보다 작게 형성되는 제2 몸통부를 포함할 수 있다.
상기 제2 몸통부는 그 단면 형상이 상기 제1 몸통부에 대하여 단차지도록 형성될 수 있다.
상기 제2 몸통부는 그 단면 형상이 상기 단락홀의 내측 방향으로 경사지도록 형성될 수 있다.
상기 제2 몸통부의 높이는 상기 도전홈이 형성된 캡 플레이트의 영역의 일면의 반대면으로부터 상기 캡 플레이트에 대향하는 측의 상기 연결 플레이트의 일면까지의 높이보다 작게 형성될 수 있다.
상기 지지부는 그 외경이 상기 단락홀의 내경보다 크게 형성될 수 있다.
상기 단락 부재는 전도성 물질로 형성될 수 있다.
상기 반전 플레이트는 비전도성 물질로 형성될 수 있다.
상기 반전 플레이트의 표면 상에는 절연층이 형성될 수 있다.
상기 절연층은 상기 단락홀 방향에서의 반전 플레이트의 표면 상에 형성될 수 있다.
상기 절연층은 테플론으로 코팅되어 형성될 수 있다.
상기 연결 플레이트와 상기 캡 플레이트 사이에는 절연 부재가 형성되되, 상기 절연 부재에는 상기 단락홀에 대응되는 크기의 관통홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 반전 플레이트와 연결 플레이트 사이에 추가 단락 부재를 구비함으로써, 단락 발생시 고전류로 인한 반전 플레이트의 파손을 방지하고, 이를 통하여 배터리 셀의 오작동을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3a는 도 2의 A영역을 도시한 확대 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 반전 플레이트가 연결 플레이트에 접촉하는 경우를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2의 반전 플레이트가 동작시 형성되는 전류 패스를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 2의 A영역에 대한 다른 실시예를 도시한 확대 단면도이다.
도 6은 도 2의 A영역에 대한 또 다른 실시예를 도시한 확대 단면도이다.
도 7은 도 2의 A영역에 대한 또 다른 실시예를 도시한 확대 단면도이다.
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 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이며, 도 3a는 도 2의 A영역을 도시한 확대 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 반전 플레이트가 연결 플레이트에 접촉하는 경우를 나타내는 단면도이며, 도 4는 도 2의 반전 플레이트가 동작시 형성되는 전류 패스를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10), 제1 집전판(20), 제2 집전판(30), 케이스(40) 및 캡 조립체(50)를 포함한다.
상기 전극 조립체(10)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1 전극판(11), 세퍼레이터(13), 제2 전극판(12)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제1 전극판(11)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제2 전극판(12)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 제1 전극판(11)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1 전극 무지부(11a)를 포함한다. 상기 제1 전극 무지부(11a)는 제1 전극판(11)과, 제1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제1 전극판(11)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2 전극판(12)은 니켈 또는 구리와 같은 금속 포일로 형성된 제2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제2 전극 무지부(12a)를 포함한다. 상기 제2 전극 무지부(12a)는 제2 전극판(12)과, 제2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제2 전극판(12)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제1 전극판(11) 및 제2 전극판(12)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 전극판(11)은 음극으로서 작용할 수 있으며, 제2 전극판(12)은 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 세퍼레이터(13)는 제1 전극판(11)과 제2 전극판(12) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(13)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(10)의 양측 단부에는 제1 전극판(11)과 제2 전극판(12) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제1 집전판(20)과 제2 집전판(30)이 결합된다.
상기 제1 집전판(20)은 알루미늄 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(10)의 일측 단부로 돌출된 제1 전극 무지부(11a)와 접촉됨으로써, 제1 전극판(11)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 집전판(20)은 제1 연결부(21), 제1 연장부(23), 제1 단자홀(24) 및 퓨즈부(25)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 연결부(21)는 전극 조립체(10)의 상부와 캡 조립체(50)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성된다. 여기서, 상기 제1 연결부(21)에는 제1 단자홀(24)과 퓨즈부(25)가 형성된다.
상기 제1 연장부(23)는 제1 연결부(21)에 대하여 절곡되고 제1 연결부(21)의 단부로부터 연장되며, 제1 전극 무지부(11a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성된다. 여기서, 상기 제1 연결부(21)와 제1 연장부(23)가 만나는 모서리부를 'C' 라고 하기로 하며, 상기 제1 연결부(21)와 제1 연장부(23)는 상기 모서리부(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 제1 단자홀(24)은 제1 연결부(21)의 일측에 형성되며, 제1 연결부(21) 중 캡 조립체(50)의 제1 전극 단자(52)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다.
상기 퓨즈부(25)는 전해액과 접촉하지 않도록 전극 조립체(10)의 상부 영역에 형성된다. 이는 상기 퓨즈부(25)에서 발생하는 열에 의해 전해액이 발화될 수 있기 때문이다. 여기서, 상기 퓨즈홀(25)은 제1 단자홀(24)에 결합되는 제1 전극 단자(52)와 중첩하지 않도록 제1 연결부(21) 중 모서리부(C)와 인접한 영역에 형성된다. 이러한 퓨즈부(25)는, 이차 전지(100)에 단락이 발생하여 큰 전류가 흐르는 경우 발생한 열에 의해 용융되게 하여 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다. 여기서, 상기 단락은 이차 전지(100)의 과충전 등으로 인해 열이 발생하고 전해액이 분해되어 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되는 경우, 반전 플레이트(60)를 반전시켜 단락 부재(70)와 제2 연결 플레이트(56)를 접촉시킴으로써 유발될 수 있다. 이에 따라, 상기 퓨즈부(25)는 과충전시 유발된 단락으로 인하여 용융되어 전류의 흐름을 미리 차단함으로써, 발화 및 폭발의 위험과 같은 위험한 상황까지 이르기 전에 이차 전지(100)의 충전 또는 방전 동작을 정지시킬 수 있다.
상기 제2 집전판(30)은 니켈 또는 구리 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(10)의 타측 단부로 돌출된 제2 전극 무지부(12a)와 접촉됨으로써, 제2 전극판(12)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2 집전판(30)은 제2 연결부(31), 제2 연장부(33), 제2 단자홀(34)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2 집전판(30)의 구성은 도 2에 도시된 제1 집전판(20)의 구성 중 퓨즈부(25)와 대응되는 퓨즈부를 가지지 않을 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에서, 제1 집전판(20)이 퓨즈 기능을 하는 퓨즈부(25)를 가지기 때문이다. 또한, 예를 들어 알루미늄 재질로 형성되는 제1 집전판(20)이 니켈 또는 구리 재질로 형성되는 제2 집전판(30) 보다 용융점이 낮아 퓨즈 기능을 실현시키기 더 용이하기 때문이다.
상기 케이스(40)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(10), 제1 집전판(20) 및 제2 집전판(30)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(40)와 캡 조립체(50)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(50)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(40)의 내면은 절연처리되어, 전극 조립체(10), 제1 집전판(20), 제2 집전판(30) 및 캡 조립체(50)와 절연된다. 여기서, 상기 케이스(40)는 하나의 극성, 예를 들어 양극으로서 작용할 수 있다. 또한, 상기 케이스(40) 내부에는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC) 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등의 카보네이트계 용매를 포함하는 전해액을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 캡 조립체(50)는 케이스(40)에 결합된다. 상기 캡 조립체(50)는 구체적으로 캡 플레이트(51), 제1 전극 단자(52), 제2 전극 단자(53), 가스켓(54), 제1 연결 플레이트(55) 및 제2 연결 플레이트(56)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 캡 조립체(50)는 마개(57), 벤트 플레이트(58), 상부 절연부재(59a), 연결판(59b), 하부 절연부재(59c), 반전 플레이트(60) 및 단락 부재(70)를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(51)는 케이스(40)의 개구를 밀봉하며, 케이스(40)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(51)는 단락홀(51d)과 단락홀(51d)을 둘러싸는 도전홈(51c)을 구비한다. 상기 단락홀(51d)은 반전 플레이트(60) 상부에 위치된 단락 부재(70)가 관통되는 홀로서, 도전홈(51c)의 저면에 형성된다. 상기 단락홀(51d)은 그 내경의 크기가 단락 부재(70)의 상부 표면의 내경의 크기보다 같거나 크게 형성된다. 이에 따라, 상기 단락 부재(70)는 단락홀(51d)을 용이하게 관통될 수 있다. 상기 도전홈(51c)은 캡 플레이트(51)의 전극조립체(10) 방향의 일면, 즉 캡 플레이트(51)의 하면에 반전 플레이트(60)에 대응되도록 소정 깊이로 형성된다. 이러한 도전홈(51c)의 양측벽에는 반전 플레이트(60)가 형성된다. 즉, 상기 도전홈(51c)의 양측벽에는 반전 플레이트(60)의 테두리부(62)가 각각 용접 등의 방법에 의하여 고정된다. 여기서, 상기 캡 플레이트(51)는 케이스(40)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 제1 전극 단자(52)는 캡 플레이트(51)의 일측을 관통하여 제1 집전판(20)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 전극 단자(52)는 기둥형으로 형성될 수 있으며, 캡 플레이트(51)의 상부로 노출된 상부 기둥은 제1 연결 플레이트(55)에 리벳팅 결합되어 제1 전극 단자(52)가 캡 플레이트(51)로부터 빠지지 않도록 돌기부(52b)가 형성되고, 캡 플레이트(51)의 하부에 위치하는 하부 기둥에는 제1 전극 단자(52)가 캡 플레이트(51)로부터 빠지지 않도록 플랜지(52a)가 형성되며, 제1 전극 단자(52) 중 플랜지(52a) 하부에 위치하는 일부 기둥은 제1 집전판(20)의 제1 단자홀(24)에 끼워진다. 여기서, 상기 제1 전극 단자(52)는 캡 플레이트(51)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2 전극 단자(53)는 캡 플레이트(51)의 타측을 관통하여 제2 집전판(30)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2 전극 단자(53)는 제1 전극 단자(52)와 동일한 형상을 가지므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 제2 전극 단자(53)는 캡 플레이트(51)와 절연된다.
상기 가스켓(54)은 절연성 재질로 제1 전극 단자(52) 및 제2 전극 단자(53) 각각과 캡 플레이트(51) 사이에 형성되어 제1 전극 단자(52) 및 제2 전극 단자(53) 각각과 캡 플레이트(51) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 가스켓(54)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 제1 연결 플레이트(55)는 제1 전극 단자(52)의 상부 기둥과 리벳팅 결합되어 제1 전극 단자(52)를 캡 플레이트(51)에 고정시킨다.
상기 제2 연결 플레이트(56)는 제2 전극 단자(53)의 상부 기둥과 리벳팅 결합되어 제2 전극 단자(53)를 캡 플레이트(51)에 고정시킨다. 상기 제2 연결 플레이트(56)는 캡 플레이트(51)로부터 이격된 외측, 즉 상부 절연부재(59a) 위에서 제2 전극 단자(53)가 끼워지도록 형성되며, 단락홀(51d)을 덮도록 연장된다. 상기 제2 연결 플레이트(56)는 제2 전극 단자(53)와 전기적으로 연결된다. 이러한 제2 연결 플레이트(56)는 외부의 이차 전지와의 연결 상태에서 발생되는 고전압 단선이나, 이차 전지(100) 내부의 과충전 등으로 인해 열이 발생하고 전해액이 분해되어 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우, 위로 볼록하게 돌출되는 반전 플레이트(60)에 의하여 밀어올려지는 단락 부재(70)와 접촉하여 단락을 유발시킨다. 상기 제2 연결 플레이트(56)에 의하여 단락이 유발되면 큰 전류가 흐르게 되고 열이 발생하며, 이때 퓨즈부(25)가 퓨즈 기능을 수행하게 됨으로써, 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 마개(57)는 캡 플레이트(51)의 전해액 주입구(51a)를 밀봉하며, 벤트 플레이트(58)는 캡 플레이트(51)의 벤트홀(51b)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(58a)를 포함한다.
상기 상부 절연부재(59a)는 제2 전극 단자(53)와 캡 플레이트(51) 사이에 끼워지도록 형성되며, 캡 플레이트(51)와 가스켓(54)에 밀착된다. 이러한 상부 절연부재(59a)는 제2 전극 단자(53)와 캡 플레이트(51)를 절연시킨다. 또한, 상기 상부 절연부재(59a)는 단락홀(51d)에 대응되는 크기의 관통홀(59d)을 포함한다. 상기 관통홀(59d)은 반전 플레이트(60) 상부에 위치된 단락 부재(70)가 관통되는 홀로서, 그 내경의 크기가 단락 부재(70)의 상부 표면의 내경의 크기보다 같거나 크게 형성된다.
상기 연결판(59b)은 제1 전극 단자(52)와 캡 플레이트(51) 사이에 끼워지도록 형성되며, 제1 연결 플레이트(55)를 통해서 캡 플레이트(51)와 가스켓(54)에 밀착된다. 이러한 연결판(59b)은 제1 전극 단자(52)와 캡 플레이트(51)를 전기적으로 연결한다.
상기 하부 절연부재(59c)는 제1 집전판(20) 및 제2 집전판(30) 각각과 캡 플레이트(51) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다.
상기 반전 플레이트(60)는 전극 조립체(10) 방향에서의 캡 플레이트(51)의 도전홈(51c)에 형성된다. 즉, 상기 반전 플레이트(60)는 캡 플레이트(51)의 하면 상에 형성된 도전홈(51c)의 양측벽 상에서 용접(W1, W2) 등의 방법에 의하여 설치된다. 상기 반전 플레이트(60)는 아래로 볼록한 라운드부(61)(전극 조립체의 방향인 케이스의 내부를 향함)와, 캡 플레이트(51)에 고정된 테두리부(62)를 포함한다. 상기 반전 플레이트(60)는 외부의 이차 전지와의 연결 상태에서 발생되는 고전압 단선이나, 이차 전지(100) 내부의 과충전 등으로 인해 열이 발생하고 전해액이 분해되어 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 상기 반전 플레이트(60)는 반전되어 상부에 위치하는 단락 부재(70)를 상부 방향으로 밀어올려 제2 연결 플레이트(56)와 접촉시킴으로써 단락을 발생시키고, 그 단락을 통하여 퓨즈부(25)를 끊게 함으로써, 발화 및 폭발의 위험과 같은 위험한 상황까지 이르기 전에 이차 전지(100)의 충전 또는 방전 동작을 정지시킬 수 있다. 즉, 상기 반전 플레이트(60)는 단락 부재(70)를 단락홀(51d)과 관통홀(59d) 사이로 밀어올려 제2 연결 플레이트(56)와 접촉시킨 다음 이차 전지(100) 내부의 단락을 발생시키고, 그 단락을 통하여 퓨즈부(25)를 용융시켜 전류의 흐름을 차단함으로써, 이차 전지(100)를 안정화시킬 수 있다. 여기서, 상기 반전 플레이트(60)는 비도전성 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 상기 반전 플레이트(60)가 이차 전지(100) 내부의 압력 상승시 반전되어 돌출되는 스위칭 역할 만을 수행하고, 그 표면 상에 위치된 단락 부재(70)를 밀어올려 제2 연결 플레이트(56)와 접촉시켜 발생하는 단락으로 인한 고전류(i)를 캡 플레이트(51)로부터 제2 연결 플레이트(56)로 흐르게 할 수 있다.
상기 단락 부재(70)는 제2 연결 플레이트(56)와 반전 플레이트(60) 사이에 형성된다. 상기 단락 부재(70)는 반전 플레이트(60)의 돌출에 의하여 제2 연결 플레이트(56) 방향으로 밀어올려져 캡 플레이트(51)의 단락홀(51d)을 관통하게 되고, 관통 후 제2 연결 플레이트(56)에 접촉된다. 그런 다음, 상기 단락 부재(70)는 제2 연결 플레이트(56)에 접촉된 후, 캡 플레이트(51)로부터 제2 연결 플레이트(56)로 전류 패스를 형성한다. 한편, 상기 단락 부재(70)는 캡 플레이트(51)와 동일한 극성을 가진다. 또한, 상기 단락 부재(70)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
이러한 단락 부재(70)는 반전 플레이트(60)의 표면 상에 위치되는 지지부(72)와, 지지부(72)로부터 연장형성되어 캡 플레이트(51)의 단락홀(51d)에 관통되어 끼워지는 몸통부(71)를 포함한다. 상기 몸통부(71)의 외경은 단락홀(51d)의 내경보다 작거나 같게 형성된다. 또한, 상기 몸통부(71)의 높이는 도전홈(51c)이 형성된 캡 플레이트(51)의 영역의 일면으로부터 캡 플레이트(51)에 대향하는 측의 제2 연결 플레이트(56)의 일면까지의 높이보다 크게 형성된다.상기 지지부(72)는 그 외경이 단락홀(51d)의 내경보다 크게 형성된다. 이러한구조를 통하여 상기 지지부(72)는 단락 부재(70)가 밀어올려져 제2 단락 플레이트(56)에 접촉되는 경우에 단락 부재(70)를 더 이상 상승시키지 않도록 지지하는 역할을 수행한다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 도 2의 A영역에 대한 다른 실시예를 도시한 확대 단면도이다.
도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 반전 플레이트(60)의 상면에 절연층(80)이 추가될 뿐 동일한 구성을 가지며 동일한 역할을 한다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(100)에서 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 반전 플레이트(60)의 상면에 형성된 절연층(80)에 대하여 중점적으로 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 상기 절연층(80)은 반전 플레이트(60)의 상면에 형성된다. 상기 절연층(80)은 하부의 반전 플레이트(60)로부터 상부의 단락 부재(70)로 전류가 흐르지 않도록 한다. 이때, 상기 절연층(80)은 반전 플레이트(60)의 상부 표면에 절연물질을 코팅하여 형성된다. 상기 절연물질은 테플론(Teflon) 수지일 수 있으나, 본 발명에서는 절연물질의 종류를 한정하는 것은 아니다. 한편, 상기 절연층(80)이 형성되는 경우에는 반전 플레이트(60)는 전도성 또는 비전도성 물질로 이루어질 수 있다. 다만, 바람직하게는 상기 반전 플레이트(60)는 단락 부재(70)로의 전류 흐름을 원천적으로 차단하기 위하여, 비전도성 물질로 이루어질 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 상기 절연층(80)은 반전 플레이트(60)의 상부 표면 중 단락 부재(70)의 지지부(72)와 접촉되는 영역에만 형성될 수도 있다.
도 6은 도 2의 A영역에 대한 또 다른 실시예를 도시한 확대 단면도이고, 도 7은 도 2의 A영역에 대한 또 다른 실시예를 도시한 확대 단면도이다.
도 6 내지 도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 반전 플레이트(60)의 상면에 위치되는 단락 부재(70)의 형상이 달라질 뿐 동일한 구성을 가지며 동일한 역할을 한다. 이에 따라, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 반전 플레이트(60)의 상면에 위치되는 단락 부재(170)에 대하여 중점적으로 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 상기 단락 부재(170)는 그 상부 영역이 캡 플레이트(51)의 단락홀(51d)과 상부 절연부재(59a)의 관통홀(59d)에 보다 용이하게 관통되도록 하부 영역에 비하여 상대적으로 작은 크기의 내경을 가지도록 형성된다. 보다 구체적으로, 상기 단락 부재(170)의 몸통부가 제1 몸통부(171)와 제2 몸통부(173)를 포함한다. 상기 제1 몸통부(171)는 지지부(172)로부터 연장형성되는 영역이다. 상기 제2 몸통부(173)는 제1 몸통부(171)로부터 연장형성되되, 그 외경(D2)이 제1 몸통부(171)의 외경(D1)보다 작게 형성된다. 이때, 상기 제2 몸통부(173)는 그 단면 형상이 제1 몸통부(171)에 대하여 단차지도록 형성된다. 또한, 상기 제2 몸통부(173)의 높이(H1)는 도전홈(51c)이 형성된 캡 플레이트(51)의 영역의 일면의 반대면으로부터 캡 플레이트(51)에 대향하는 측의 제2 연결 플레이트(56)의 일면까지의 높이보다 작게 형성된다.
도 7을 참조하면, 상기 단락 부재(270)는 그 상부 영역이 캡 플레이트(51)의 단락홀(51d)과 상부 절연부재(59a)의 관통홀(59d)에 보다 용이하게 관통되도록 하부 영역에 비하여 상대적으로 작은 크기의 내경을 가지도록 형성된다. 보다 구체적으로, 상기 단락 부재(270)의 몸통부가 제1 몸통부(271)와 제2 몸통부(273)를 포함한다. 상기 제1 몸통부(271)는 지지부(272)로부터 연장형성되는 영역이다. 상기 제2 몸통부(273)는 제1 몸통부(271)로부터 연장형성되되, 그 외경이 제1 몸통부(271)의 외경보다 작게 형성된다. 이때, 상기 제2 몸통부(273)는 그 단면 형상이 단락홀(51d)의 내측방향으로 경사지도록 형성된다. 또한, 상기 제2 몸통부(273)의 높이는 도전홈(51c)이 형성된 캡 플레이트(51)의 영역의 일면의 반대면으로부터 캡 플레이트(51)에 대향하는 측의 제2 연결 플레이트(56)의 일면까지의 높이보다 작게 형성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에 따르면, 반전 플레이트(60)와 제2 연결 플레이트(56) 사이에 추가적으로 단락 부재(60)를 구비함으로써, 단락 발생시 고전류로 인한 반전 플레이트(60)의 파손을 방지하고, 이를 통하여 배터리 셀의 오작동을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
10: 전극 조립체 20: 제1 집전판
25: 퓨즈홀 30: 제2 집전판
40: 케이스 50: 캡 조립체
51: 캡 플레이트 52: 제1 전극 단자
53: 제2 전극 단자 54: 가스켓
55: 제1 연결 플레이트 56: 제2 연결 플레이트
57: 마개 58: 벤트 플레이트
59a: 상부 절연부재 59b: 연결판
59c: 하부 절연부재 60: 반전 플레이트
61: 라운드부 62: 테두리부
70, 170, 270: 단락 부재 80: 절연층
100: 이차 전지

Claims (21)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고,
    상기 캡 조립체는
    상기 케이스를 밀봉하며, 단락홀과 상기 단락홀을 둘러싸는 도전홈을 구비하는 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트의 도전홈에 설치되는 반전 플레이트;
    상기 캡 플레이트의 단락홀을 덮도록 설치되는 연결 플레이트; 및
    상기 연결 플레이트와 상기 반전 플레이트 사이에는 상기 단락홀을 관통하여 상기 연결 플레이트에 접촉되는 단락 부재를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 단락 부재는 상기 반전 플레이트의 표면 상에 위치되는 지지부; 및 상기 지지부로부터 연장형성되어 상기 캡 플레이트의 단락홀에 끼워지는 몸통부를 포함하며,
    상기 몸통부의 높이는 상기 도전홈이 형성된 캡 플레이트의 영역의 일면으로부터 상기 캡 플레이트에 대향하는 측의 상기 연결 플레이트의 일면까지의 높이보다 크게 형성되고,
    상기 지지부는 그 외경이 상기 단락홀의 내경보다 크게 형성되고,
    상기 반전 플레이트는 비전도성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반전 플레이트는 상기 전극 조립체 방향에서의 상기 캡 플레이트의 도전홈에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반전 플레이트는 아래로 볼록한 라운드 부와 상기 캡 플레이트에 고정되는 테두리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반전 플레이트는 상기 이차 전지의 내부 압력이 임계값에 도달하였을 때 상기 라운드부가 상기 단락 부재 방향으로 돌출되어 상기 단락 부재를 밀어올리는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단락 부재는 상기 반전 플레이트가 돌출되는 방향으로 밀어올려져 상기 연결 플레이트에 접촉되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단락 부재는 상기 연결 플레이트에 접촉된 후, 상기 캡 플레이트로부터 상기 연결 플레이트로 전류 패스를 형성하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도전홈은 상기 전극 조립체 방향에서의 상기 캡 플레이트의 일면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 몸통부의 외경은 상기 단락홀의 내경보다 작거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 몸통부는 상기 지지부로부터 연장형성되는 제1 몸통부; 및 상기 제1 몸통부로부터 연장형성되되, 그 외경이 상기 제1 몸통부의 외경보다 작게 형성되는 제2 몸통부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 몸통부는 그 단면 형상이 상기 제1 몸통부에 대하여 단차지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 몸통부는 그 단면 형상이 상기 단락홀의 내측 방향으로 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제2 몸통부의 높이는 상기 도전홈이 형성된 캡 플레이트의 영역의 일면의 반대면으로부터 상기 캡 플레이트에 대향하는 측의 상기 연결 플레이트의 일면까지의 높이보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 단락 부재는 전도성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서,
    상기 반전 플레이트의 표면 상에는 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 단락홀 방향에서의 반전 플레이트의 표면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 절연층은 테플론으로 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 연결 플레이트와 상기 캡 플레이트 사이에는 절연 부재가 형성되되, 상기 절연 부재에는 상기 단락홀에 대응되는 크기의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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