KR102260828B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 내부 단락시 발생되는 고온에도 불구하고, 절연 플레이트에 의한 벤트 홀의 막힘을 방지하여 안전성을 향상시키는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제1전극과 제2전극을 세퍼레이터의 양측에 배치하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되고 벤트 플레이트가 설치되는 벤트 홀을 구비하는 캡 플레이트, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트에 구비되는 단자홀에 설치되는 전극단자, 및 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 절연 플레이트를 포함하고, 상기 절연 플레이트는 상기 벤트 홀의 내측에 상기 벤트 홀의 면적보다 작은 면적의 홀들로 벤트 영역을 형성한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 케이스와 캡 플레이트로 설정되는 내부 공간에 전극 조립체를 내장하고, 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 절연 플레이트를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
예를 들면, 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 구비되는 절연 플레이트, 및 캡 플레이트에 설치되고 절연 플레이트를 경유하여 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극단자를 포함한다.
캡 플레이트는 전극단자의 설치를 위한 단자홀, 전해액 주입을 위한 전해액 주입구, 및 내부 압력을 배출하는 벤트 홀을 구비한다. 벤트 홀에는 벤트 플레이트가 설치되어 벤트 홀을 폐쇄하고 있다. 내부 압력이 설정압에 이르게 되면, 벤트 플레이트가 노치에서 절개되면서 벤트 홀을 개방하여 내부 압력이 낮아진다.
도전 부재가 이차 전지를 관통하게 되면, 이차 전지의 내부에서 강한 내부 단락(short circuit)이 발생된다. 따라서 내부 온도가 급격히 상응하면서 가스가 발생된다. 내부 압력이 벤트 플레이트를 절개하므로 활물질 및 전해액을 포함한 다량의 가스가 절연 플레이트 및 벤트 홀을 경유하여 외부로 분출된다. 내부의 온도 및 압력이 낮아지면서, 이차 전지의 폭발이 방지된다.
이와 같은 이차 전지는 내부 단락 시, 내압 및 가스의 배출을 고려하고 있지만, 도전 부재의 관통시, 고온에 의하여 절연 플레이트가 녹아서 벤트 홀을 막고, 이에 따라 전지의 안전성이 저하되는 것을 고려하지 못하고 있다.
이와 같은 이차 전지의 셀들을 포함하는 이차 전지 모듈에서, 관통된 첫 번째 셀에서 벤트 홀이 막힘에 따라 셀의 내부에 열이 축적되어 이웃하는 셀로 전달된다.
전달되는 열에 고온으로 노출되는 이웃 셀들은 내부 압력에 의하여 2차로 연쇄 발화될 수 있다. 즉 첫 번째 셀에서 축적된 열은 모듈 전체의 발화로 이어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 내부 단락시 발생되는 고온에도 불구하고, 절연 플레이트에 의한 벤트 홀의 막힘을 방지하여 안전성을 향상시키는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제1전극과 제2전극을 세퍼레이터의 양측에 배치하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되고 벤트 플레이트가 설치되는 벤트 홀을 구비하는 캡 플레이트, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트에 구비되는 단자홀에 설치되는 전극단자, 및 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 절연 플레이트를 포함하고, 상기 절연 플레이트는 상기 벤트 홀의 내측에 상기 벤트 홀의 면적보다 작은 면적의 홀들로 벤트 영역을 형성한다.
상기 절연 플레이트는 폴리페닐렌 설파이드(PPS: poly phenylene sulfide)로 형성될 수 있다.
상기 벤트 영역의 면적은 상기 벤트 홀의 면적보다 크게 형성될 수 있다.
상기 벤트 영역은 상기 홀들을 격자 모양으로 형성할 수 있다.
상기 절연 플레이트는 상기 캡 플레이트에 지지되도록 상기 캡 플레이트의 길이 방향 양측에서 상기 캡 플레이트를 향하여 제1높이로 돌출되는 제1돌출부들을 포함할 수 있다.
상기 절연 플레이트는 상기 제1돌출부들 사이의 상기 벤트 영역에서 상기 제1높이보다 낮은 제2높이로 돌출되어 상기 홀들을 형성하는 제2돌출부를 포함할 수 있다.
상기 제2돌출부는 상기 캡 플레이트와 설정된 간격으로 이격될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 배치되는 절연 플레이트에 벤트 홀의 면적보다 작은 면적의 홀들로 벤트 영역을 형성하므로 내부 단락시 발생되는 고온에도 불구하고, 고온의 기체를 벤트 영역의 홀들로 배출하면서 또한 전극 조립체로부터 분리된 부재들(예를 들면, 찢어진 세퍼레이터)을 절연 플레이트의 내측인 벤트 영역에서 잡아 둘 수 있다.
즉, 절연 플레이트에서 벤트 영역이 개방된 상태를 유지하면서 전극 조립체로부터 분리된 부재들(예를 들면, 찢어진 세퍼레이터)이 벤트 영역에 잡힌 상태를 유지하므로 캡 플레이트에서 벤트 홀이 개방된 상태를 유지할 수 있다.
따라서 전극 조립체로부터 분리된 부재들(예를 들면, 찢어진 세퍼레이터)이 벤트 홀을 통하여 외부로 분출되지 않을 수 있고, 모듈 상태에서도 내부 단락 시 이웃 셀로 발화의 전파가 방지될 수 있다. 즉 도전 부재가 이차 전지를 관통하여 이차 전지 내부에서 강한 내부 단락을 발생시켜도, 이차 전지 및 모듈의 안전성이 확보될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 2에 적용되는 전극 조립체의 사시도이다.
도 5는 도 4의 전극 조립체에 전극단자를 연결하고 절연 플레이트 및 개스킷을 분해하여 도시한 사시도이다.
도 6은 서로 대응하는 벤트 홀과 벤트 영역의 내부 단락 전 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 서로 대응하는 벤트 홀과 벤트 영역의 내부 단락 후 상태를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 이차 전지는 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체(101, 102), 전극 조립체(101, 102)를 내장하는 케이스(30), 케이스(30)의 개구(31)에 결합되어 개구(31)를 밀폐하는 캡 플레이트(40), 및 전극 조립체(101, 102)에 전기적으로 연결되는 전극단자(51, 52)를 포함한다.
또한, 일 실시예의 이차 전지는 전극 조립체(101, 102)와 캡 플레이트(40) 사이에 설치되는 절연 플레이트(20)를 더 포함한다. 절연 플레이트(20)는 전극 조립체(101, 102)를 캡 플레이트(40) 및 전극단자(51, 52)에 대하여 전기적으로 절연한다.
도 4는 도 2에 적용되는 전극 조립체의 사시도이고, 도 5는 도 4의 전극 조립체에 전극단자를 연결하고 절연 플레이트 및 개스킷을 분해하여 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 전극 조립체(101, 102)는 전기 절연재인 세퍼레이터(13)의 양측에 제1전극(11, 예를 들면, 음극)과 제2전극(12, 예를 들면 양극)을 구비하고, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 권취 또는 적층(미도시)하여 형성된다.
본 실시예에서 전극 조립체(101, 102)는 쌍으로 형성되어 있으나, 더 많은 개수로 형성될 수 있다. 전극 조립체(101, 102)는 케이스(30)에 수용될 수 있도록 타원형 양단(도 4의 상단과 하단)을 가지고 플레이트 모양으로 형성될 수 있다.
음, 양극(11, 12)은 각각 금속박(예를 들면, Cu, Al 포일)의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(111, 121), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 무지부를 형성하는 탭(112, 122)을 포함한다.
탭(112, 122)은 권취 또는 적층된 전극 조립체(101, 102)의 일단 및 전극 조립체(101, 102)의 1회 권취 범위(T)에서 거리(D)를 두고 서로 이격 배치된다. 즉 음극(11)의 탭(112)은 전극 조립체(101, 102)의 일단에서 일측에 배치되고, 양극(12)의 탭(122)는 전극 조립체(101, 102)의 동일단에서 거리(D)를 두고 서로 이격 배치된다.
따라서 음극(11)과 양극(12)이 권취 또는 적층될 때, 음극(11)의 탭(112)은 전극 조립체(101, 102)의 일단(도 4의 상단)에서 좌측에 배치되고, 양극(12)의 탭(122)은 전극 조립체(101, 102)의 동일 단(도 4의 상단)에서 우측에 배치된다.
일례로써, 음, 양극(11, 12)의 탭(112, 122)은 캡 플레이트(40) 측에 배치되어 서로 포개어져 각각 전기적으로 연결된다. 2개의 전극 조립체(101, 102)는 나란히 배치되어 전기적으로 병렬 연결된다.
즉 2개의 전극 조립체(101, 102)에서, 일측 음극(11)의 탭(112)은 다른 음극(11)의 탭(112)과 마주하여 절곡되어 제1전극단자(51)에 서로 연결되고, 일측 양극(12)의 탭(122)은 다른 양극(12)의 탭(122)과 마주하여 절곡되어 제2전극단자(52)에 서로 연결된다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 케이스(30)는 전극 조립체(101, 102)와 절연 플레이트(20)를 내장하며, 이차 전지의 외관을 형성하고, 이차 전지에 기계적인 강도를 제공한다.
케이스(30)는 플레이트 모양의 전극 조립체(101, 102)를 수용하는 공간을 설정한다. 예를 들면, 케이스(30)는 대략 직육면체로 형성되고, 전극 조립체(101, 102)를 삽입하도록 그 일측에 사각형의 개구(31)를 구비한다.
도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 절연 플레이트(20)는 단자홀(H1, H2)에 대응하는 탭 홀(201, 202)을 구비한다. 따라서 케이스(30)의 내부에 수용된 전극 조립체(101, 102)의 탭(112, 122)은 탭 홀(201, 202)을 통과하여 제1, 제2전극단자(51, 52)에 연결된다.
즉 절연 플레이트(20)는 전극 조립체(101, 102)와 캡 플레이트(40)를 전기적으로 절연시키면서, 탭 홀(201, 202)을 통하여 탭(112, 122)의 인출을 가능하게 한다.
캡 플레이트(40)는 케이스(30)의 개구(31)에 결합되어 케이스(30)를 밀폐하고, 2개의 단자홀(H1, H2)을 구비한다. 예를 들면, 단자홀(H1, H2) 및 탭 홀(201, 202)에는 제1, 제2전극단자(51, 52)가 설치된다. 예를 들면, 케이스(30)와 캡 플레이트(40)는 알루미늄으로 형성되어 개구(31)에서 서로 용접될 수 있다.
또한, 캡 플레이트(40)는 벤트 홀(41)과 전해액 주입구(42)를 더 구비한다. 벤트 홀(41)은 전극 조립체(101, 102)의 충전 및 방전 작용에 의하여 이차 전지의 내부에서 발생되는 가스에 의한 내부 압력을 배출할 수 있도록 벤트 플레이트(411)로 밀폐된다.
예를 들어, 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(411)가 절개되어 벤트 홀(41)을 개방하여 가스 및 내부 압력을 배출할 수 있다. 벤트 플레이트(411)는 절개를 유도하는 노치(412)를 가진다.
전해액 주입구(42)는 케이스(30)에 캡 플레이트(40)를 결합 및 용접한 후, 케이스(30)의 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(42)는 밀봉 마개(421)로 밀봉된다.
절연 플레이트(20)는 내부 전해액 주입구(28)를 구비한다. 내부 전해액 주입구(28)는 캡 플레이트(40)에 구비되는 전해액 주입구(42)에 대응하여, 전해액 주입구(42)를 통하여 주입되는 전해액을 절연 플레이트(20)의 내부로 주입될 수 있게 한다.
제1, 제2전극단자(51, 52)는 전극 조립체(101, 102)의 탭(112, 122)에 각각 연결되어, 전극 조립체(101, 102)로부터 전류를 방전시키거나 전극 조립체(101, 102)에 전류를 충전시킬 수 있게 한다.
제1, 제2전극단자(51, 52)는 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1, H2)을 통과하여 설치되고, 절연 플레이트(20)의 탭 홀(201, 202)을 통과하는 탭(112, 122)에 전기적으로 연결된다. 이때, 탭(112, 122)은 캡 플레이트(40)와 평행한 상태로 절곡되어 제1, 제2전극단자(51, 52)에 용접된다.
제1, 제2전극단자(51, 52)는 동일 구조로 형성될 수 있다. 도면을 참조하여 설명하여 일례로써 설명하면, 제1, 제2전극단자(51, 52)는 내부 플레이트(511, 521)와 기둥부(512, 522) 및 외부 플레이트(513, 523)를 포함한다.
내부 플레이트(511, 521)는 기둥부(512, 522)의 면적보다 넓게 형성되어 탭(112, 122)에 넓은 면적으로 용접되고, 캡 플레이트(40)와 절연 플레이트(20) 사이에 위치한다. 이때 2개의 전극 조립체(101, 102)에서 탭(112, 112; 122, 122)이 서로 마주하는 상태로 절곡되어 내부 플레이트(511, 521)에 용접된다.
기둥부(512, 522)는 내부 플레이트(511, 521)에 연결되고, 개스킷(621, 622)과 함께 단자홀(H1, H2)을 통과하여, 캡 플레이트(40)의 외부로 돌출된다. 외부 플레이트(513, 523)는 캡 플레이트(40) 외면에서 기둥부(512, 522)에 전기적으로 연결된다. 기둥부(512, 522)는 외부 플레이트(513, 523)에 코킹(caulking) 또는 용접으로 연결된다.
따라서 전극 조립체(101, 102)는 탭(112, 122) 및 제1, 제2전극단자(51, 52)를 통하여 케이스(30)의 외부로 인출될 수 있다. 또한, 탭(112, 122)이 제1, 제2전극단자(51, 52)에 직접 연결되므로 전극 조립체(101, 102)를 케이스(30) 외부로 인출하는 구조가 간단해진다.
한편, 개스킷(621, 622)은 제1, 제2전극단자(51, 52)와 캡 플레이트(40) 사이에 개재되어, 제1, 제2전극단자(51, 52)와 캡 플레이트(40)를 전기적으로 절연 및 실링한다.
개스킷(621, 622)은 제1, 제2전극단자(51, 52)의 기둥부(512, 522)와 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1, H2) 내면 사이에 설치되어, 기둥부(512, 522)와 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1, H2) 사이를 실링하고 전기적으로 절연한다.
개스킷(621, 622)을 개재하여 기둥부(512, 522)를 단자홀(H1, H2)에 삽입하고, 외부 절연부재(631, 632)를 개재하여 외부 플레이트(513, 523)의 결합홀(514, 524)에 삽입한 후, 결합홀(514, 524)의 주위를 코킹(caulking) 또는 용접함으로써, 기둥부(512, 522)가 외부 플레이트(513, 523)에 고정된다. 이로써 제1, 제2전극단자(51, 52)가 캡 플레이트(40)에 설치될 수 있다.
한편, 절연 플레이트(20)는 벤트 홀(41)의 내측에 벤트 홀(41)의 면적보다 작은 면적으로 이루어지는 복수의 홀들(H3)을 가지는 벤트 영역(VA)를 포함한다. 벤트 영역(VA)은 캡 플레이트(40)에 구비되는 벤트 홀(41)에 대응하므로 내부 단락으로 인하여 전극 조립체(101, 102)에서 발생되는 고온 가스에 의하여 상승되는 내부 압력을 벤트 홀(41)로 전달하여 배출할 수 있게 한다.
벤트 영역(VA)의 홀들(H3)은 이차 전지의 내부 단락시 발생되는 고온에도 불구하고, 고온의 기체 및 전해액을 배출하면서 또한 전극 조립체(101, 102)로부터 분리된 부재들(예를 들면, 찢어진 세퍼레이터(13))을 절연 플레이트(20)의 내측에 잡아 둘 수 있게 한다.
이와 같이, 절연 플레이트(20)의 벤트 영역(VA)이 개방된 상태를 유지하면서 전극 조립체(101, 102)로부터 분리된 부재들(예를 들면, 찢어진 세퍼레이터(13))이 벤트 영역(VA)에 잡힌 상태를 유지하므로 캡 플레이트(40)에서 벤트 홀(41)이 개방된 상태를 유지할 수 있다.
즉 이차 전지의 내부 단락시, 전극 조립체(101, 102)로부터 분리된 부재들(예를 들면, 찢어진 세퍼레이터(13))이 벤트 홀(41)을 통하여 외부로 분출되지 않을 수 있으므로 모듈 상태에서도 이웃 셀로 발화의 전파가 방지될 수 있다.
이를 위하여, 절연 플레이트(20)는 난연성 재질인 폴리페닐렌 설파이드(PPS: poly phenylene sulfide)로 형성될 수 있다. 즉 절연 플레이트(20)는 내부 단락시 발생되는 고온의 가스를 홀들(H3)로 배출하면서 벤트 영역(VA)을 유지할 수 있다.
또한, 벤트 영역(VA)의 면적은 벤트 홀(41)의 면적보다 크게 형성된다. 즉 벤트 영역(VA)이 벤트 홀(41)보다 큰 면적으로 형성되므로 절연 플레이트(20) 내부에서 벤트 홀(41)로 배출되는 고온의 기체가 벤트 영역(VA)에서 차단되지 않게 된다.
그리고 벤트 영역(VA)의 홀들(H3)은 벤트 홀(41)보다 작은 면적으로 형성되어, 내부 단락시 전극 조립체(101, 102)로부터 분리된 세퍼레이터(13)가 벤트 홀(41)을 향하여 분출되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
도 6은 서로 대응하는 벤트 홀과 벤트 영역의 내부 단락 전 상태를 도시한 단면도이며, 도 7은 서로 대응하는 벤트 홀과 벤트 영역의 내부 단락 후 상태를 도시한 단면도이다.
도 3, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 일례로써, 벤트 영역(VA)은 홀들(H3)을 격자 모양으로 형성할 수 있다. 절연 플레이트(20)는 캡 플레이트(40)에 지지되도록 캡 플레이트(40)의 길이 방향(x축 방향) 양측에서 캡 플레이트(40)를 향하여 제1높이(H10)로 돌출되는 제1돌출부들(21)(도 3 및 도 5 참조)을 포함한다.
절연 플레이트(20)는 제1돌출부들(21) 사이의 벤트 영역(VA)에서 제1높이(H10)보다 낮은 제2높이(H20)로 돌출되어 홀들(H3)을 형성하는 제2돌출부(22)를 포함한다. 제2돌출부(22)는 절연 플레이트(20) 상에서 다른 부분에 비하여 높은 제2높이(H20)를 가지므로 벤트 영역(VA)에서 강도를 향상시킬 수 있다.
제2돌출부(22)는 벤트 홀(41) 측에서 캡 플레이트(40)와 설정된 간격(G1)으로 이격된다. 이차 전지에서 내부 단락 발생시, 전극 조립체(101, 102)에서 발생되는 고온의 가스는 벤트 영역(VA)의 홀들(H3)을 경유하여, 벤트 플레이트(411)를 절개하면서 벤트 홀(41)을 경유하여 외부로 배출된다.
이때, 전극 조립체(101, 102)로부터 분리된 세퍼레이터(13)가 벤트 영역(VA)에 걸러진다(도 7 참조). 이 과정에서 일시적으로 벤트 영역(VA) 내부에서 압력이 상승하게 되면, 절연 플레이트(20)의 벤트 영역(VA)이 상승되어 간격(G1)을 제거하면서 캡 플레이트(40)에 순간적으로 밀착될 수 있다.
이 과정에서도 제2돌출부(22)를 가지는 절연 플레이트(20)는 벤트 영역(VA)에서 용융되지 않고 홀들(H3)을 개방 상태로 유지할 수 있다. 따라서 전해액을 포함한 고온의 가스 및 내부 압력은 벤트 영역(VA)의 홀들(H3)과 캡 플레이트(40)의 벤트 홀(41)을 경유하여 배출될 수 있다.
내부 단락이 이루어진 이차 전지에서 발생되는 고온의 기체 및 내압이 축적되지 않고 배출되므로 관통된 첫 번째 셀에서 벤트 홀(41)의 막힘이 방지된다. 따라서 이차 전지 모듈에서, 이웃하는 셀들로 이어지는 연쇄 발화가 차단될 수 있다. 즉 이차 전지 및 이를 적용하는 모듈의 안전성이 확보될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
11: 제1전극(음극) 12: 제2전극(양극)
13: 세퍼레이터 20: 절연 플레이트
21: 제1돌출부 22: 제2돌출부
30: 케이스 31: 개구
40: 캡 플레이트 41: 벤트 홀
42: 전해액 주입구 51, 52: 제1, 제2전극단자
101, 102: 전극 조립체 111, 121: 코팅부
112, 122: 탭 201, 202: 탭 홀
411: 벤트 플레이트 412: 노치
421: 밀봉 마개 511, 521: 내부 플레이트
512, 522: 기둥부 513, 523: 외부 플레이트
514, 524: 결합홀 621, 622: 개스킷
631, 632: 외부 절연부재 D: 거리
H1, H2: 단자홀 H3: 홀 H10: 제1높이
H20: 제2높이 G1: 간격
T: 권취 범위 VA: 벤트 영역

Claims (7)

  1. 제1전극과 제2전극을 세퍼레이터의 양측에 배치하여 형성되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 내장하는 케이스;
    상기 케이스의 개구에 결합되고 벤트 플레이트가 설치되는 벤트 홀을 구비하는 캡 플레이트;
    상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트에 구비되는 단자홀에 설치되는 전극단자; 및
    상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트 사이에 배치되는 절연 플레이트를 포함하고,
    상기 절연 플레이트는
    상기 벤트 홀의 내측에 상기 벤트 홀의 면적보다 작은 면적의 홀들로 벤트 영역을 형성하고,
    상기 벤트 영역의 면적은
    상기 벤트 홀의 면적보다 크게 형성되는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 플레이트는
    폴리페닐렌 설파이드(PPS: poly phenylene sulfide)로 형성되는 이차 전지.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 영역은
    상기 홀들을 격자 모양으로 형성하는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연 플레이트는
    상기 캡 플레이트에 지지되도록 상기 캡 플레이트의 길이 방향 양측에서 상기 캡 플레이트를 향하여 제1높이로 돌출되는 제1돌출부들을 포함하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연 플레이트는
    상기 제1돌출부들 사이의 상기 벤트 영역에서 상기 제1높이보다 낮은 제2높이로 돌출되어 상기 홀들을 형성하는 제2돌출부를 포함하는 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2돌출부는
    상기 캡 플레이트와 설정된 간격으로 이격되는 이차 전지.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102390766B1 (ko) * 2017-05-22 2022-04-26 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
JP6972164B2 (ja) * 2017-11-07 2021-11-24 株式会社東芝 電池及び電池パック
JP7128666B2 (ja) * 2018-06-11 2022-08-31 Fdk株式会社 二次電池
CN111384348A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池和电池模组
CN210467893U (zh) 2019-08-07 2020-05-05 江苏时代新能源科技有限公司 二次电池及电池包
WO2024112837A1 (en) * 2022-11-22 2024-05-30 Our Next Energy, Inc. Cell with an external welded structure

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101222261B1 (ko) * 2010-12-20 2013-01-15 로베르트 보쉬 게엠베하 이차 전지

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080043533A (ko) * 2006-11-14 2008-05-19 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR102232531B1 (ko) * 2014-09-22 2021-03-26 삼성에스디아이 주식회사 내열성 절연층을 갖는 이차 전지
KR102284572B1 (ko) * 2014-10-07 2021-08-03 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101222261B1 (ko) * 2010-12-20 2013-01-15 로베르트 보쉬 게엠베하 이차 전지

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