KR102177504B1

KR102177504B1 - 이차 전지

Info

Publication number: KR102177504B1
Application number: KR1020140043747A
Authority: KR
Inventors: 곽승호
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2020-11-11
Also published as: JP2015204284A; US20150295222A1; US9893345B2; KR20150117937A; CN104979497B; CN104979497A; JP6441598B2; EP2930770B1; EP2930770A1

Abstract

본 발명은 반전 플레이트에 보호층을 구비함으로써, 반전 플레이트의 오작동을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스에 결합되는 캡 조립체를 구비하며, 상기 캡 조립체는 상기 케이스를 밀봉하며, 단락홀을 갖는 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트의 단락홀에 설치되는 반전 플레이트; 상기 캡 플레이트의 단락홀을 덮도록 설치되는 단자 플레이트;를 포함하고, 상기 반전 플레이트 하부에는 상기 반전 플레이트보다 높은 용융점을 가지는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 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 플레이트에 보호층을 구비함으로써, 반전 플레이트의 오작동을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제1 전극판, 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스에 결합되는 캡 조립체를 구비하며, 상기 캡 조립체는 상기 케이스를 밀봉하며, 단락홀을 갖는 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트의 단락홀에 설치되는 반전 플레이트; 상기 캡 플레이트의 단락홀을 덮도록 설치되는 단자 플레이트;를 포함하고, 상기 반전 플레이트 하부에는 상기 반전 플레이트보다 높은 용융점을 가지는 보호층을 포함할 수 있다.

상기 보호층은 상기 케이스 내부에 포함된 전해액과 접촉시 화학적 반응이 발생되지 않는 물질로 이루어질 수 있다.

상기 보호층은 PI(Poly Imide)로 이루어질 수 있다.

상기 반전플레이트는 아래로 볼록한 라운드부와 상기 캡 플레이트에 고정되는 테두리부를 포함할 수 있다.

상기 단자 플레이트는 상기 반전 플레이트에 대응되는 위치에 돌출부가 형성될 수 있다.

상기 돌출부는 상기 반전 플레이트를 향하여 형성될 수 있다.

상기 보호층은 상기 돌출부의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다.

상기 돌출부의 외경은 상기 보호층의 외경보다는 작게 형성될 수 있다.

상기 보호층은 상기 반전 플레이트의 하면 중 중앙 영역을 제외한 영역에만 형성될 수 있다.

상기 보호층은 상기 반전 플레이트의 하면 중 상기 돌출부의 내경보다 작은 내경을 가지는 영역을 제외한 영역에만 형성될 수 있다.

상기 보호층은 상기 돌출부의 형상에 대응되는 반전 플레이트의 하면 영역에 그 주변 영역의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 반전 플레이트에 상대적으로 높은 용융점을 가지는 보호층을 형성함으로써, 단락 발생시 반전 플레이트를 지속적으로 동작시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 단락 발생으로 인하여 반전 플레이트에 구멍이 발생하여도 이러한 구멍을 막음과 동시에 반전 플레이트를 지속적으로 동작하도록 할 수 있으므로, 반전 플레이트의 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 단자 플레이트에 접촉하는 경우를 나타내는 단면도이다.
도 4a는 도 2의 반전 플레이트와 보호층을 나타내는 사시도이다.
도 4b는 도 4a에서 보호층이 형성된 반전 플레이트의 하부를 나타내는 배면도이다.
도 5는 도 4b의 반전 플레이트가 스택된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 A 영역과 대응되는 부분의 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 A 영역과 대응되는 부분의 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 A 영역과 대응되는 부분의 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 단자 플레이트에 접촉하는 경우를 나타내는 단면도이며, 도 4a는 도 2의 반전 플레이트와 보호층을 나타내는 사시도이고, 도 4b는 도 4a에서 보호층이 형성된 반전 플레이트의 하부를 나타내는 배면도이며, 도 5는 도 4b의 반전 플레이트가 스택된 상태를 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)와 제2 단자 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 단자 플레이트(55) 및 제2 단자 플레이트(56)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 캡 조립체(50)는 마개(57), 벤트 플레이트(58), 상부 절연부재(59a), 연결판(59b), 반전 플레이트(60), 하부 절연부재(63) 및 보호층(70)을 더 포함할 수 있다.

상기 캡 플레이트(51)는 케이스(40)의 개구를 밀봉하며, 케이스(40)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 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 단자 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 단자 플레이트(55)는 제1 전극 단자(52)의 상부 기둥과 리벳팅 결합되어 제1 전극 단자(52)를 캡 플레이트(51)에 고정시킨다.

상기 제2 단자 플레이트(56)는 제2 전극 단자(53)의 상부 기둥과 리벳팅 결합되어 제2 전극 단자(53)를 캡 플레이트(51)에 고정시킨다. 상기 제2 단자 플레이트(56)는 캡 플레이트(51)로부터 이격된 외측, 즉 상부 절연부재(59a) 위에서 제2 전극 단자(53)가 끼워지도록 형성되며, 단락홀(51c)을 덮도록 연장된다. 상기 제2 단자 플레이트(56)는 제2 전극 단자(53)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제2 단자 플레이트(56)는 반전 플레이트(60)의 라운드부(61)에 대응되는 위치에 돌출부(56a)가 형성된다. 상기 돌출부(56a)는 반전 플레이트(60)를 향하여 돌출되도록 형성된다. 또한, 상기 돌출부(56a)는 직경이 반전 플레이트(60)의 라운드부(61) 보다 작게 형성된다. 이러한 돌출부(56a)는 내부가 비어있는 원통 형상을 가지나, 본 발명에서는 돌출부(56a)의 형상을 한정하는 것은 아니다. 이러한 제2 단자 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)와 접촉하여 단락을 유발시킨다. 상기 제2 단자 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.

상기 연결판(59b)은 제1 전극 단자(52)와 캡 플레이트(51) 사이에 끼워지도록 형성되며, 너트(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 캡 플레이트(51)의 단락홀(51c)에서 상부 절연부재(59a)와 캡 플레이트(51) 사이에 용접 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 제2 단자 플레이트(56)의 돌출부(56a)와 접촉하게 되어 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 이차 전지(100) 내부의 단락을 발생시키고, 그 단락을 통하여 퓨즈부(25)를 용융시켜 전류의 흐름을 차단함으로써, 이차 전지(100)를 안정화시킬 수 있다. 따라서, 이차 전지(100) 내부에서 단락 발생시 안정적인 충전 또는 방전 동작의 방지를 위하여, 퓨즈부(25)가 용융되기 전까지 반전 플레이트(60)와 제2 단자 플레이트(56) 간의 접촉 상태를 유지해야 할 필요가 있다. 이때, 반전 플레이트(60)와 제2 단자 플레이트(56)는 선 접촉 또는 점 접촉을 하게 된다.

한편, 상기 반전 플레이트(60)는 캡 플레이트(51)와 동일한 극성을 가진다. 또한, 상기 반전 플레이트(161)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기 반전 플레이트(60)는, 도 5에 도시된 바와 같이 이차 전지(100)를 조립하는 자동화 공정에 적용되기 전에 다수 개를 적층하여 보관하게 된다. 그러나, 상술한 바와 같이 서로 적층된 반전 플레이트(60)는 반전 플레이트(60) 간에 마찰이 발생할 수 있고, 이로 인하여 표면에 스크래치가 발생될 수 있다. 이에 따라, 상기 반전 플레이트(60)는, 이차 전지(100)의 과충전 등으로 인해 열이 발생하고 전해액이 분해되어 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되어 반전 플레이트(60)와 제2 단자 플레이트(56)가 접촉되는 경우, 스크래치로 인하여 제대로 반전되지 않을 수 있거나, 스크래치 틈으로 이차 전지(100)의 내부에 발생된 가스가 외부로 빠져나가 반전 플레이트(60)가 더 이상 반전하지 못하게 되어 반전 플레이트(60)와 제2 단자 플레이트(56)간의 접촉을 유지할 수 없게 될 수 있다. 본 발명에서는 반전 플레이트(60)의 하부에 보호층(70)을 형성하여 적층된 반전 플레이트(60) 간의 마찰을 최소화할 수 있고, 이를 통하여 반전 플레이트(60)에 발생되는 스크래치를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 상기 반전 플레이트(60)와 제2 단자 플레이트(56)의 돌출부(56a) 간의 접촉으로 인한 접촉 저항이 퓨즈부(25) 저항보다 높은 경우, 반전 플레이트(60)는 오동작을 하여 퓨즈부(25)를 완전히 끊지 못하게 되고 이로 인하여 반전 플레이트(60)와 제2 단자 플레이트(56)를 손상시킬 수 있다. 이때, 상기 반전 플레이트(60)가 손상되었더라도 제2 단자 플레이트(56)의 돌출부(56a)와 접촉을 유지할 수 있으면 퓨즈부(25)를 끊는 게 가능하지만, 반전 플레이트(60)의 손상된 부분으로 이차 전지(100) 내부에서 발생된 가스가 케이스(400 외부로 방출되게 되므로, 반전 플레이트(60)는 더 이상 반전 동작을 유지할 수 없게 된다. 결국, 상기와 같이 반전 플레이트(60)의 오동작이 발생되는 경우, 이로 인하여 이차 전지(100)의 안정성을 해할 수 있게 된다. 본 발명에서는 반전 플레이트(60)가 일부 손상되었더라도 제 기능을 발휘할 수 있도록, 반전 플레이트(60) 하부에 보호층(70)을 형성하여 손상된 부분을 커버해줌으로써, 반전 플레이트(60)의 반전 동작을 유지시킬 수 있다.

상기 보호층(70)은 반전 플레이트(60)의 일면에 형성된다. 즉, 상기 보호층(70)은 반전 플레이트(60)의 라운드부(61) 하면을 전체적으로 둘러싸도록 형성된다. 이러한 보호층(70)은 라운드부(61) 하면 상에 점착 또는 코팅 등의 방법에 의하여 형성된다. 상기 보호층(70)은 반전 플레이트(60) 보다 높은 용융점을 가지는 물질로 이루어진다. 본 발명에서는, 보호층(70)을 반전 플레이트(60)보다 높은 용융점을 가지는 물질로 형성함으로써, 단락 발생으로 인하여 퓨즈부(25)가 끊어지기 전까지는 반전 플레이트(60)의 손상된 부분을 커버해줄 수 있게 된다. 또한, 상기 보호층(70)은 케이스 내부에 포함된 전해액과 접촉시 화학적 반응이 발생되지 않는 물질로 이루어진다. 즉, 상기 보호층(70)은, 반전 플레이트(60)가 용융점이 대략 600도인 알루미늄으로 이루어진 경우, 그 용융점이 대략 600도 이상이고 전해액과 반응하지 않는 물질로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 보호층(70)은 PI(Poly Imide)로 이루어질 수 있다. 상기 PI는 내열성 및 전기 절연성이 뛰어난 수지로서, 그 용융점이 700도에 이르는 물질이다. 또한, 상기 PI는 케이스(40) 내부에 포함된 전해액과 반응하지 않는 물질에 해당된다. 따라서, 본 발명에서는 반전 플레이트(60)에 반전 플레이트(60)보다 높은 용융점을 가지는 보호층(70)을 형성함으로써, 단락 발생시 반전 플레이트(60)가 지속적으로 반전되도록 동작시킬 수 있다.

한편, 본 발명에서는, 보호층(70)을 이루는 물질로서 PI를 일 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 반전 플레이트(60) 보다 높은 용융점을 가지는 물질이고, 또한 케이스(40) 내부에 포함된 전해액과 반응하지 않는 물질이면 모두 적용될 수 있다.

다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 도 2의 A영역에 대응되는 A1영역을 도시한 확대 단면도이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 A 영역과 대응되는 부분의 확대 단면도이며, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 2의 A 영역과 대응되는 부분의 확대 단면도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 반전 플레이트(60)의 하면에 형성된 보호층(70)의 형상이 달라질 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 하면에 형성된 보호층(70)에 대하여 중점적으로 설명하기로 한다.

도 6을 참조하면, 상기 보호층(170)은 제2 단자 플레이트(156)의 돌출부(156a)의 형상에 대응되도록 형성된다. 더욱 구체적으로는, 상기 보호층(170)은 반전 플레이트(160)의 하면 중 제2 단자 플레이트(156)의 돌출부(156a) 형상에 대응되는 형상, 즉 원형 링 형상으로 형성된다. 상기 보호층(170)은 실질적으로 제2 단자 플레이트(156)의 돌출부(156a)에 접촉하는 반전 플레이트(160)를 커버하는 역할을 수행한다. 이때, 상기 제2 단자 플레이트(156)의 돌출부(156a)의 외경(D2)은 원형 링 형상의 보호층(170)의 외경(D1)(즉, 단면 상에서의 좌측 보호층(171)과 우측 보호층(172)외 외측변 거리)보다는 작게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 단자 플레이트(156)의 돌출부(156a)의 내경은 접촉되는 반전 플레이트(160) 영역을 커버하기 위하여, 보호층(170)의 내경보다는 크게 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 반전 플레이트(160)의 하면에 반전 플레이트(160)가 접촉되는 제2 단자 플레이트(156)의 돌출부(156a)의 형상에 대응되는 형상을 가지는 보호층(170)을 형성함으로써, 제2 단자 플레이트(156)의 돌출부(156a)에 접촉되는 반전 플레이트(160)의 영역을 커버하여 반전 플레이트(160)의 반전 동작을 유지시킬 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 보호층(270)은 반전 플레이트(260)의 하면 중 중앙 영역을 제외한 영역에만 형성된다. 더욱 구체적으로는, 상기 보호층(270)은 반전 플레이트(260)의 하면 중 제2 단자 플레이트(256)의 돌출부(256a)의 내경(D4)보다 작은 내경(D3)을 가지는 영역을 제외한 영역에만 형성된다. 즉, 상기 보호층(270)은 반전 플레이트(260)의 하면 중 제2 단자 플레이트(256)의 돌출부(256a)의 내경보다 같거나 큰 영역에만 형성되도록, 그 폭이 넓은 원형 링 형상으로 형성된다. 본 실시예에서의 보호층(270)은 반전 플레이트(260)는 원형 링 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 상기 보호층(270)은 실질적으로 제2 단자 플레이트(256)의 돌출부(256a)에 접촉되지 않는 중앙 영역을 제외한 영역을 커버하는 역할을 수행한다. 상기 반전 플레이트(260)의 중앙 영역은, 이차 전지(100)의 과충전 등으로 인해 열이 발생하고 전해액이 분해되어 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되는 경우, 내부에 발생된 가스에 의하여 밀어올려짐으로써, 반전 동작을 용이하게 수행할 수 있고, 또한 중앙 영역을 제외한 영역에 보호층(270)을 형성하여 제2 단자 플레이트(256)의 돌출부(256a)에 접촉되는 반전 플레이트(260)의 영역(즉, 중앙 영역을 제외한 영역)을 커버하여 반전 플레이트(260)의 반전 동작을 유지시킬 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 보호층(370)은 제2 단자 플레이트(356)의 돌출부(356a)의 형상에 대응되는 반전 플레이트(360)의 하면 영역에 그 주변 영역의 두께보다 두껍게 형성된다. 더욱 구체적으로는, 상기 보호층(370)은 반전 플레이트(360)의 하면 중 제2 단자 플레이트(356)의 돌출부(356a) 형상에 대응되는 영역에 다른 주변 영역보다 더 두껍게 형성된다. 상기 보호층(370)은 실질적으로 제2 단자 플레이트(356)의 돌출부(356a)에 접촉하는 반전 플레이트(360)를 커버하는 역할을 수행한다. 본 실시예에서는, 제2 단자 플레이트(356)의 돌출부(356a)의 형상에 대응되는 반전 플레이트(360)의 하면 영역에 그 주변 영역의 두께보다 두꺼운 보호층(370)을 형성함으로써, 제2 단자 플레이트(356)의 돌출부(356a)에 접촉되는 반전 플레이트(356)의 영역을 커버하여 반전 플레이트(356)의 반전 동작을 유지시킬 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 단자 플레이트 56, 156, 256, 356: 제2 단자 플레이트
57: 마개 58: 벤트 플레이트
59a: 상부 절연부재 59b: 연결판
59c, 159c, 259c, 359c: 하부 절연부재 60: 반전 플레이트
61: 라운드부 62: 테두리부
70, 170, 270, 370: 보호층 100: 이차 전지

Claims

제1 전극판, 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
상기 케이스에 결합되는 캡 조립체를 구비하며,
상기 캡 조립체는
상기 케이스를 밀봉하며, 단락홀을 갖는 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트의 단락홀에 설치되며, 아래로 볼록한 라운드부와 상기 캡 플레이트에 고정되는 테두리부를 갖는 반전 플레이트; 및
상기 캡 플레이트의 단락홀을 덮도록 설치되는 단자 플레이트;를 포함하고,
상기 반전 플레이트 하부에는 상기 반전 플레이트보다 높은 용융점을 가지는 보호층이 형성되며,
상기 보호층은 상기 라운드부의 하면에 점착된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 보호층은 상기 케이스 내부에 포함된 전해액과 접촉시 화학적 반응이 발생되지 않는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 보호층은 PI(Poly Imide)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
삭제
제1항에 있어서,
상기 단자 플레이트는 상기 반전 플레이트에 대응되는 위치에 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제5항에 있어서,
상기 돌출부는 상기 반전 플레이트를 향하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제5항에 있어서,
상기 보호층은 상기 돌출부의 형상에 대응되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제5항에 있어서,
상기 돌출부의 외경은 상기 보호층의 외경보다는 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 보호층은 상기 반전 플레이트의 하면 중 중앙 영역을 제외한 영역에만 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제5항에 있어서,
상기 보호층은 상기 반전 플레이트의 하면 중 상기 돌출부의 내경보다 작은 내경을 가지는 영역을 제외한 영역에만 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제5항에 있어서,
상기 보호층은 상기 돌출부의 형상에 대응되는 반전 플레이트의 하면 영역에 그 주변 영역의 두께보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.