KR102189549B1 - 퓨즈부를 갖는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리와, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스와, 상기 제1 전극과 연결되며 주변보다 단면적이 작은 제1 퓨즈부가 형성된 제1 집전부재, 및 상기 제2 전극과 연결되며 주변보다 단면적이 작은 제2 퓨즈부가 형성된 제2 집전부재를 포함하고, 제1 전류에서 상기 제1 퓨즈부는 상기 제2 퓨즈부보다 더 빨리 용융되고, 상기 제1 전류보다 더 작은 제2 전류에서 상기 제2 퓨즈부는 상기 제1 퓨즈부보다 더 빨리 용융된다.

Description

퓨즈부를 갖는 이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY HAVING FUSE}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 퓨즈부를 갖는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지로 구성된다.
또한, 하나의 대용량 이차 전지는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.
금속 등의 재질로 이루어진 케이스를 갖는 이차 전지 내부에서 이상 반응이 일어나 압력이 상승하면 이차 전지 이차 전지가 폭발하거나 발화할 위험이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전류의 양에 따라 상이한 퓨즈부를 용융시킬 수 있는 이차 전지를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리와, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스와, 상기 제1 전극과 연결되며 주변보다 단면적이 작은 제1 퓨즈부가 형성된 제1 집전부재, 및 상기 제2 전극과 연결되며 주변보다 단면적이 작은 제2 퓨즈부가 형성된 제2 집전부재를 포함하고, 제1 전류에서 상기 제1 퓨즈부는 상기 제2 퓨즈부보다 더 빨리 용융되고, 상기 제1 전류보다 더 작은 제2 전류에서 상기 제2 퓨즈부는 상기 제1 퓨즈부보다 더 빨리 용융된다.
상기 제1 퓨즈부의 용융점을 M1, 상기 제2 퓨즈부의 용융점의 M2라 할 때, 상기 제1 퓨즈부의 저항은 상기 제2 퓨즈부의 저항의 M1/M2배 보다 더 크도록 형성된다.
상기 제2 퓨즈부는 상기 제1 퓨즈부보다 더 길게 형성될 수 있으며, 상기 제2 퓨즈부는 상기 제1 퓨즈부보다 더 작은 단면적을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 제1 퓨즈부는 상기 제2 퓨즈부보다 더 큰 고유저항을 갖는 소재로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 퓨즈부는 상기 제2 퓨즈부보다 더 낮은 용융점을 갖는 소재로 이루어질 수 있다.
상기 제1 퓨즈부는 알루미늄으로 이루어지고, 상기 제2 퓨즈부는 구리로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 퓨즈부에는 열을 확산시키는 방열부재가 설치될 수 있다.
상기 제1 전류는 상기 제2 전류의 1.5배 내지 3. 5배로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 전류는 500A 내지 3000A이며, 상기 제2 전류는 3000A 내지 10000A로 이루어질 수 있다.
상기 케이스는 상기 제1 전극과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 케이스에는 캡 플레이트가 결합 설치되고, 상기 캡 플레이트에는 이차 전지의 내압 상승에 따라 변형되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 단락부재가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전류에서는 제1 퓨즈부가 용융되고, 제1 전류보다 낮은 제2 전류에서는 제2 퓨즈부가 용융되므로 상대적으로 적은 양의 과전류가 흐르는 경우에도 안정적으로 전류를 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 제1 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 집전부재의 퓨즈부를 잘라 본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 제2 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 집전부재의 퓨즈부를 잘라 본 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2 집전부재를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 양극(제1 전극)(11)과 음극(제2 전극)(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된 전극 어셈블리(10)와, 전극 어셈블리(10)가 내장되는 케이스(26)와, 케이스(26)의 개구에 결합된 캡 어셈블리(30)를 포함한다.
본 일 실시예에 따른 이차 전지(101)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
양극(11) 및 음극(12)은 박판의 금속 호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부(11a, 12a)를 포함한다. 양극 무지부(11a)는 양극(11)의 길이 방향을 따라 양극(11)의 한 쪽 측단에 형성되고, 음극 무지부(12a)는 음극(12)의 길이 방향을 따라 음극(12)의 다른 쪽 측단에 형성된다. 그리고 양극(11) 및 음극(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 사이에 개재한 후 권취된다.
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기한 전극 어셈블리(10)는 복수 개의 시트(sheet)로 이루어진 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 구조로 이루어질 수도 있다.
케이스(26)는 대략 직육면체로 이루어지며, 일면에는 개방된 개구가 형성된다. 케이스(26)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
캡 어셈블리(30)는 케이스(26)의 개구를 덮는 캡 플레이트(31)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며, 양극(11)과 전기적으로 연결된 제1 단자(21)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며 음극(12)과 전기적으로 연결된 제2 단자(22)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 일방향으로 이어진 길쭉한 판 형태로 이루어지며, 케이스(26)의 개구에 결합된다. 캡 플레이트(31)에는 전해액 주입구(32)에 설치된 밀봉 마개(38)와 벤트 홀(34)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(39a)가 형성된 벤트 플레이트(39)가 설치된다. 제1 단자(21) 및 제2 단자(22)는 캡 플레이트(31) 상부로 돌출되도록 설치된다.
제1 단자(21)는 제1 집전부재(41)를 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결되며, 제2 단자(22)는 제2 집전부재(42)를 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결된다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 단자(21)가 음극과 전기적으로 연결되고, 제2 단자(22)가 양극과 전기적으로 연결될 수도 있다.
제1 단자(21)는 직사각형의 판 형상으로 이루어진다. 제1 단자(21)는 제1 집전부재(41)에 접합된 연결 단자(25)를 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결된다. 제1 단자(21)에 결합된 연결 단자(25)와 제2 단자(22)에 결합된 연결 단자(25)는 동일한 구조로 이루어진다.
제1 단자(21)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 실링 가스켓(59)이 단자가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 제1 집전부재(41)를 지지하는 하부 절연부재(43)가 설치된다.
제1 단자(21)의 하부에는 제1 단자(21)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 연결하는 연결부재(58)가 설치된다. 이에 따라 캡 플레이트(31)와 케이스(26)는 양극으로 대전된다.
제2 단자(22)는 직사각형의 판 형상으로 이루어진다. 제2 단자(22)는 제2 집전부재(42)에 접합된 연결 단자(25)를 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결된다. 연결 단자(25)는 캡 플레이트(31) 및 제2 단자(22)를 관통하여 상단이 제2 단자(22)에 고정된다.
제2 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 실링 가스켓(55)이 단자가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 제2 단자(22) 및 제2 집전부재(42)를 캡 플레이트(31)에서 절연하는 하부 절연부재(45)가 설치된다.
한편, 제2 단자(22)의 하부에는 단락 홀(37)을 향하여 돌출된 단락 돌기가 형성된다. 제2 단자(22)는 단락 홀(37)을 덥도록 일방향으로 길게 연장되어 형성된다. 제2 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 제2 단자(22)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 절연하는 상부 절연부재(54)가 설치된다.
캡 어셈블리(30)는 양극(11)과 음극(12)을 단락시키는 단락부재(56)를 포함하는 바, 단락부재(56)는 캡 플레이트(31)와 전기적으로 연결되며, 이차 전지(101)의 내부 압력이 상승할 때 변형되어 제2 단자(22)와 연결된다.
캡 플레이트(31)에는 단락 홀(37)이 형성되며, 단락부재(56)는 단락 홀(37)에서 상부 절연부재(54)와 캡 플레이트(31) 사이에 배치된다. 단락부재(56)는 아래로 볼록하게 호형으로 굴곡된 만곡부와 만곡부의 외측에 형성되며 캡 플레이트(31)에 고정된 테두리부를 포함한다.
이차 전지의 내부에서 이상반응으로 가스가 발생하면 이차 전지의 내부 압력이 상승한다. 이차 전지의 내부 압력이 기 설정된 압력보다 높아지면 만곡부가 상부로 볼록하도록 변형되며, 이때, 단락 돌기와 단락부재(56)가 맞닿아 단락을 유발한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 집전부재를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 집전부재의 퓨즈부를 잘라 본 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 제1 집전부재(41)는 연결 단자(25)에 접합된 상판(41a)과 상판(41a)에서 절곡되어 전극 어셈블리(10)를 향하여 아래로 이어진 측판(41b), 및 측판(41b)에 연결 형성되어 전극 어셈블리(10)에 접합되는 2개의 집전편(41c)을 포함한다.
상판(41a)은 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결 단자(25)의 하부에 용접으로 고정된다. 상판(41a)에는 결합 홀(41d)이 형성되며 이 결합 홀(41d)에 연결 단자(25)의 하부에 형성된 돌기가 끼움된 상태에서 연결 단자(25)와 상판(41a)가 용접된다.
측판(41b)은 상판의 일측 단부에서 케이스(26)의 바닥을 향하여 하부로 절곡 형성된다. 2개의 집전편들(41c)은 측판(41b)의 양쪽 측단에서 절곡 형성되며, 양극(11)의 무지부와 평행하게 배치된 상태에서 양극(11)에 용접으로 접합된다. 이에 따라 집전편(41c)이 양극(11)과 전기적으로 연결되는 전극 접합부가 된다. 케이스(26) 내에는 2개의 전극 어셈블리(10)가 배치되며 각각의 집전편(41c)은 서로 다른 전극 어셈블리(10)의 양극 무지부(11a)에 접합된다.
상판(41a)에는 주변보다 작은 단면적을 갖는 제1 퓨즈부(41f)가 형성된다. 제1 퓨즈부(41f)에는 퓨즈 홀(41e)이 형성되어 제1 퓨즈부(41f)는 주변보다 작은 종단면적을 갖는다. 퓨즈 홀(41e) 은 제1 퓨즈부(41f)의 중앙에 위치하며 퓨즈 홀(41e)의 양쪽 측단에 제1 퓨즈부(41f)가 연결 형성되어 있다.
제1 집전부재(41)에는 절연 및 아크방지를 위한 방열부재(46)가 설치되는데, 방열부재(46)는 제1 집전부재(41)를 부분적으로 감싸도록 설치된다. 방열부재(46)는 제1 퓨즈부(41f)와 제1 퓨즈부(41f)의 인접한 영역들을 감싸며, 인서트 사출 방식으로 형성된다. 방열부재(46)는 제1 퓨즈부(41f)의 인접 영역까지 함께 감싸도록 설치되어 제1 퓨즈부(41f)에서 발생한 열을 인접 영역으로 확산시킨다. 방열부재(46)가 설치되면 열을 전달하는 면적이 증가하므로 제1 퓨즈부(41f)에서 발생된 열을 용이하게 확산시킬 수 있다.
방열부재(46)는 전기적인 절연성과 방열성을 갖는 소재로 이루어지는데, 방열부재(46)는 폴리프로필렌(PP), 폴리플루오르(PFA), 폴리페닐린설파이드(PPS), 폴리케톤(PEEK)으로 이루어질 수 있다. 또한, 방열부재(46)는 제1 집전부재(41)에서 발생된 아크가 전해액과 접촉하는 것을 차단한다. 제1 집전부재(41)에서 발생된 아크가 전해액과 접촉하면 높은 열로 인하여 전해액이 발화하거나 폭발할 수 있는바, 방열부재(46)의 내부에서 아크가 발생하면 아크가 방열부재(46) 내에서 소멸되므로 안전성이 향상된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 제2 집전부재를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 집전부재의 퓨즈부를 잘라 본 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 제2 집전부재(42)는 연결 단자(25)에 접합된 상판(42a)과 상판(42a)에서 절곡되어 전극 어셈블리(10)를 향하여 아래로 이어진 측판(42b), 및 측판(42b)에 연결 형성되어 전극 어셈블리(10)에 접합되는 2개의 집전편(42c)을 포함한다.
상판(42a)은 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결 단자(25)의 하부에 용접으로 고정된다. 상판(42a)에는 결합 홀(42d)이 형성되며 이 결합 홀(42d)에 연결 단자(25)의 하부에 형성된 돌기가 끼움된 상태에서 연결 단자(25)와 상판(42a)가 용접된다.
측판(42b)은 상판의 일측 단부에서 케이스(26)의 바닥을 향하여 하부로 절곡 형성된다. 2개의 집전편들(42c)은 측판(42b)의 양쪽 측단에서 절곡 형성되며, 음극(12)의 무지부와 평행하게 배치된 상태에서 음극(12)에 용접으로 접합된다. 이에 따라 집전편(42c)이 음극(12)과 전기적으로 연결되는 전극 접합부가 된다. 케이스(26) 내에는 2개의 전극 어셈블리(10)가 배치되며 각각의 집전편(42c)은 서로 다른 전극 어셈블리(10)의 음극 무지부(12a)에 접합된다.
상판(42a)에는 주변보다 작은 단면적을 갖는 제2 퓨즈부(42f)가 형성된다. 제2 퓨즈부(42f)에는 퓨즈 홀(42e)이 형성되어 제2 퓨즈부(42f)는 주변보다 작은 종단면적을 갖는다. 퓨즈 홀(42e) 은 제2 퓨즈부(42f)의 중앙에 위치하며 퓨즈 홀(42e)의 양쪽 측단에 제2 퓨즈부(42f)가 연결 형성되어 있다.
제1 퓨즈부(41f)와 제2 퓨즈부(42f)는 과전류가 흐를 때, 용융되어 전류를 차단한다. 제1 퓨즈부(41f)가 용융되는 전류의 세기를 제1 전류이라 하고, 제2 퓨즈부(42f)가 용융되는 전류의 세기를 제2 전류라 할 때, 제1 전류와 제2 전류는 상이한 값을 갖는다.
제1 전류는 제2 전류보다 더 큰 값을 갖고, 제1 전류에서 제1 퓨즈부(41f)는 제2 퓨즈부(42f) 보다 더 빨리 용융된다. 또한, 제2 전류에서 제2 퓨즈부(42f)는 제1 퓨즈부(41f)보다 더 빨리 용융된다.
단락, 과충전 등의 원인으로 제1 전류 범위의 과전류가 형성되면, 제1 퓨즈부(41f)가 제2 퓨즈부(42f)보다 먼저 용융된다. 제1 퓨즈부(41f)가 용융되면 제1 단자(21)와 양극(11)의 전기적인 연결이 차단되고, 제2 퓨즈부(42f)에도 더 이상 전류가 흐르지 않는다.
한편, 제2 전류 범위의 과전류가 형성되면 제2 퓨즈부(42f)가 먼저 용융되고 제1 퓨즈부(41f)는 용융되지 않는다. 제1 전류는 제2 전류의 1.5배 내지 3.5배로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 전류는 3000A 내지 10000A이며, 제2 전류는 500A 내지 3000A로 이루어질 수 있다.
정격 출력 전류가 60A 내지 120A인 이차 전지(101)에서 500A는 매우 큰 전류로서 과전류에 해당하며, 이는 이차 전지(101)에 이상이 발생한 것을 의미한다. 이러한 낮은 세기의 과전류가 지속적으로 흐르면 이차 전지(101)의 온도가 승하고, 이상 반응이 발생한다. 그러나 이러한 낮은 세기의 과전류는 단락이 발생하였을 때의 전류보다는 작은 세기의 전류로서 단락 전류를 차단하기 위해서 설계된 퓨즈부를 용융시키지는 못한다.
본 제1 실시예에 따르면 낮은 세기의 과전류인 제2 전류에서는 제2 퓨즈부(42f)가 작동하고, 높은 세기의 과전류인 제1 전류에서는 제1 퓨즈부(41f)가 작동하므로 안전성을 향상시킬 수 있다.
제1 전류에서 제1 퓨즈부(41f)가 제2 퓨즈부(42f) 보다 빨리 용융되기 위해서, 제1 퓨즈부(41f)의 용융점을 M1, 제2 퓨즈부(42f)의 용융점의 M2라 할 때, 제1 퓨즈부(41f)의 저항은 제2 퓨즈부(42f)의 저항의 M1/M2배 보다 더 크게 형성된다.
제1 퓨즈부(41f)의 저항이 제2 퓨즈부(42f)의 저항의 M1/M2배 보다 더 크게 형성되면 제1 전류가 흐를 때, 제1 퓨즈부(41f)는 제2 퓨즈부(42f)보다 더 빨리 용융된다. 제1 전류가 흐를 때, 퓨즈부들은 급격하게 가열되므로 저항과 용융점이 용융 시간을 좌우한다.
제1 퓨즈부(41f) 및 제2 퓨즈부(42f)의 용융점은 제1 퓨즈부(41f) 및 제2 퓨즈부(42f)를 이루는 소재에 의하여 결정된다. 한편, 제1 퓨즈부(41f) 및 제2 퓨즈부(42f)의 저항은 고유 저항과 길이, 및 단면적에 의하여 결정된다. 고유 저항은 소재에 의하여 결정되며, 길이 및 단면적은 형상에 의하여 결정된다. 따라서 길이와 단면적을 조절하면 제1 전류에서 제1 퓨즈부(41f)가 제2 퓨즈부(42f) 보다 빨리 용융될 수 있다.
제1 퓨즈부(41f)가 알루미늄(Al)로 이루어지고, 제2 퓨즈부(42f)가 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 퓨즈부(41f)의 고유저항은 2.62 Ωmm2/m이고, 제1 퓨즈부(41f)의 용융점은 660℃이 된다. 또한, 제2 퓨즈부(42f)의 고유저항은 1.69Ωmm2/m이고, 제2 퓨즈부(42f)의 용융점은 1084℃이 된다. 이에 따라 제1 퓨즈부(41f)는 제2 퓨즈부(42f) 보다 더 큰 고유저항을 갖고, 제1 퓨즈부(41f)는 제2 퓨즈부(42f) 보다 더 낮은 용융점을 갖는다. 제1 퓨즈부(41f)가 알루미늄 제2 퓨즈부(42f)가 구리인 경우, 제1 퓨즈부(41f)의 저항(R1)은 제2 퓨즈부(42f)의 저항(R2)의 0.6배 보다 더 크게 형성된다.
한편, 제2 전류가 흐를 때에는 퓨즈부는 제1 전류에 비하여 천천히 가열되므로 방열 특성이 용융 시간에 중요한 영향을 미친다. 즉, 방열이 우수한 조건을 형성하면 제2 전류에 의하여 퓨즈부가 가열되더라도 어느 정도 이상의 온도에 도달하면 방출되는 열과 발생하는 열이 비슷해져서 퓨즈부가 매우 천천히 가열된다. 그러나 열이 제대로 방출되지 않는 조건이 형성되면 퓨즈부가 가열되어 용융될 수 있다.
따라서 비록 고유저항이 낮고, 용융점이 높더라도 제2 퓨즈부(42f)는 제1 퓨즈부(41f)에 비하여 더 빨리 용융될 수 있다. 제2 퓨즈부(42f)는 제1 퓨즈부(41f)보다 더 길게 형성되며, 제2 퓨즈부(42f)는 제1 퓨즈부(41f)보다 더 작은 단면적을 갖는다.
이에 더하여 제2 퓨즈부(42f)의 길이(L2)는 제1 퓨즈부(41f)의 길이(L1)보다 더 길게 형성되고, 제1 퓨즈부(41f)에는 방열부재(46)가 설치된다. 이에 따라 제1 퓨즈부(41f)는 제2 퓨즈부(42f)에 비하여 빨리 열을 방출시킬 수 있으므로 제2 전류에서 제2 퓨즈부(42f)는 제1 퓨즈부(41f) 보다 확실하게 먼저 용융될 수 있다.
상대적으로 높은 전류인 제1 전류에서 구리로 이루어진 제2 퓨즈부(42f)가 용융되면 구리가 용출될 수 있다. 또한 낮은 과전류가 지속적으로 흐르는 제2 전류에서 제2 퓨즈부(42f)가 용융되지 않으면 양극으로 대전된 케이스(26)와 음극으로 대전된 제2 집전부재(42)가 단락을 유발할 수 있다. 그러나 본 실시예에 따르면 제1 전류에서 알루미늄으로 이루어진 제1 퓨즈부(41f)가 용융되고, 제2 전류에서는 구리로 이루어진 제2 퓨즈부(42f)가 용융되므로 이차 전지(101)의 안전성이 향상된다.
여기서 제1 퓨즈부(41f)의 두께는 1.0~1.5mm, 폭은 3.0~6.0mm로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 퓨즈부(41f)의 길이는 1.0~3.0mm, 단면적은 3.0~9.0mm로 이루어질 수 있다. 한편, 제2 퓨즈부(42f)의 두께는 0.6~1.5mm, 폭은 1.5~3.0mm로 이루어질 수 있다. 또한 제2 퓨즈부(42f)의 길이는 1.0~5.0mm, 단면적은 1.0~4.5mm로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 전류는 3000~6000A일 수 있으며, 제2 전류는 500~3000A일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 이차 전지는 제1 집전부재(60)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
제1 집전부재(60)는 전극 어셈블리(10)의 양극(11)에 접합되어 양극(11)과 제1 단자(21)를 전기적으로 연결한다. 제1 집전부재(60)는 연결 단자(25)에 접합된 상판(61)과 상판(61)에서 절곡되어 전극 어셈블리(10)를 향하여 아래로 이어진 측판(62), 및 측판(62)에 연결 형성되어 전극 어셈블리(10)에 접합되는 2개의 집전편(63)을 포함한다.
상판(61)은 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결 단자(25)의 하부에 용접으로 고정된다. 상판(61)에는 결합 홀(64)이 형성되며 이 결합 홀(64)에 연결 단자(25)의 하부에 형성된 돌기가 끼움된 상태에서 연결 단자(25)와 상판(61)이 용접된다.
측판(62)은 상판(61)의 일측 단부에서 케이스(26)의 바닥을 향하여 하부로 절곡 형성된다. 측판(62)에는 2개의 집전편(63)이 연결 형성되며, 집전편(63)은 양극(11)의 무지부와 평행하게 배치된 상태에서 양극(11)에 용접으로 접합된다.
측판(62)과 집전편(63) 사이에는 각각 주변보다 작은 단면적을 갖는 제1 퓨즈부(65, 67)가 형성된다. 제1 퓨즈부(65, 67)는 케이스(26)의 측면과 마주하여 노출되어 있으며, 열을 용이하게 방출할 수 있다. 또한, 2개의 제1 퓨즈부(65, 67)가 분리 형성되므로 제2 전류가 흘러서 가열될 때, 집전편(63)과 측판(62)으로 열을 용이하게 방출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 이차 전지는 제2 집전부재(70)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
제2 집전부재(70)는 전극 어셈블리(10)의 음극(12)에 접합되어 음극(12)과 제2 단자(22)를 전기적으로 연결한다. 제2 집전부재(70)는 연결 단자(25)에 접합된 상판(71)과 상판(71)에서 절곡되어 전극 어셈블리(10)를 향하여 아래로 이어진 측판(72), 및 측판(72)에 연결 형성되어 전극 어셈블리(10)에 접합되는 2개의 집전편(73)을 포함한다.
상판(71)은 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결 단자(25)의 하부에 용접으로 고정된다. 상판(71)에는 결합 홀(74)이 형성되며 이 결합 홀(74)에 연결 단자(25)의 하부에 형성된 돌기가 끼움된 상태에서 연결 단자(25)와 상판(71)가 용접된다.
측판(72)은 상판(71)의 일측 단부에서 케이스(26)의 바닥을 향하여 하부로 절곡 형성된다. 측판(72)에는 2개의 집전편(73)이 연결 형성되는데, 집전편들(73)은 측판(72)의 양쪽 측단에서 절곡 형성되며, 음극(12)의 무지부와 평행하게 배치된 상태에서 음극(12)에 용접으로 접합된다.
상판에는 주변보다 작은 단면적은 갖는 제2 퓨즈부(75)가 형성되며, 제2 퓨즈부(75)의 중앙에는 퓨즈홀(76)이 형성되어 있다. 제2 퓨즈부(75)에는 제2 퓨즈부(75)를 감싸는 단열부재(78)가 설치되는데, 단열부재(78)는 인서트 몰딩으로 형성되거나 필름 등의 코팅으로 형성될 수 있다. 단열부재(78)는 열전도성이 낮은 폴리머 소재로 이루어지나, 특별히 소재를 제한하지는 않는다. 본 실시예와 같이 제2 퓨즈부(75)에 단열부재(78)가 설치되면 제2 퓨즈부(75)에서 열의 방출이 감소하므로 제2 전류에서 제2 퓨즈부(75)를 용이하게 용융시킬 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
101: 이차 전지 10: 전극 어셈블리
11: 양극 11a: 양극 무지부
12: 음극 12a: 음극 무지부
13: 세퍼레이터 21: 제1 단자
22: 제2 단자 25: 연결 단자
26: 케이스 30: 캡 어셈블리
31: 캡 플레이트 41, 60: 제1 집전부재
41a, 42a, 61, 71: 상판 41b, 42b, 62, 72: 측판
41c, 42c, 63, 73: 집전편 41d, 42d, 64, 74: 결합 홀
41e, 42e, 76: 퓨즈 홀 41f, 65, 67: 제1 퓨즈부
42f, 75: 제2 퓨즈부 42, 70: 제2 집전부재
43: 하부 절연부재 45: 하부 절연부재
46: 방열부재 54: 상부 절연부재
56: 단락부재 58: 연결부재
78: 단열부재

Claims (13)

  1. 양극인 제1 전극과 음극인 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리;
    상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스;
    상기 제1 전극과 연결되며 주변보다 단면적이 작은 제1 퓨즈부가 형성된 제1 집전부재; 및
    상기 제2 전극과 연결되며 주변보다 단면적이 작으며, 상기 제1 퓨즈부보다 더 작은 단면적을 갖는 제2 퓨즈부가 형성된 제2 집전부재;를 포함하고,
    제1 전류에서 상기 제1 퓨즈부는 상기 제2 퓨즈부보다 더 빨리 용융되고, 상기 제1 전류보다 더 작은 제2 전류에서 상기 제2 퓨즈부는 상기 제1 퓨즈부보다 더 빨리 용융되며,
    상기 제1 퓨즈부의 용융점을 M1, 상기 제2 퓨즈부의 용융점의 M2라 할 때, 상기 제1 퓨즈부의 저항은 상기 제2 퓨즈부의 저항의 M1/M2배 보다 더 큰 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 퓨즈부는 상기 제1 퓨즈부보다 더 길게 형성된 이차 전지.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 퓨즈부는 상기 제2 퓨즈부보다 더 큰 고유저항을 갖는 소재로 이루어진 이차 전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 퓨즈부는 상기 제2 퓨즈부보다 더 낮은 용융점을 갖는 소재로 이루어진 이차 전지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 퓨즈부는 알루미늄으로 이루어지고, 상기 제2 퓨즈부는 구리로 이루어진 이차 전지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 퓨즈부에는 열을 확산시키는 방열부재가 설치된 이차 전지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 퓨즈부에는 열의 방출을 감소시키는 단열부재가 설치된 이차 전지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전류는 상기 제2 전류의 1.5배 내지 3. 5배인 이차 전지.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 전류는 500A 내지 3000A이며, 상기 제2 전류는 3000A 내지 10000A인 이차 전지.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 이차 전지.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 케이스에는 캡 플레이트가 결합 설치되고, 상기 캡 플레이트에는 이차 전지의 내압 상승에 따라 변형되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 단락부재가 설치된 이차 전지.
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