KR102371192B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하고, 일측에 개구부가 형성된 케이스; 상기 케이스의 개구부를 밀봉하고 상면 일측에 제1 요홈부 및 상면 타측에 제2 요홈부가 각각 형성된 캡 플레이트; 상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 케이스의 외부로 돌출된 제1 전극단자, 상기 제1 전극단자와 전기적으로 연결된 제1 단자 플레이트 및 상기 제1 요홈부에 안착되어 상기 제1 단자 플레이트의 측면과 하면을 감싸는 절연부재를 포함하는 제1 단자부; 및 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 제2 요홈부에 결합된 제2 단자부를 포함하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{A SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 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 있다. 여기서 각형 전지는, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 내장하는 케이스, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 상기 케이스의 외부로 돌출된 전극단자와, 상기 캡 플레이트 상에서 상기 전극단자와 전기적으로 결합되는 단자 플레이트로 구성될 수 있다.
이러한 각형 전지들은 버스바 등을 통해 단자 플레이트들이 서로 접속된 상태로 차량에 장착될 수 있다. 이러한 경우 차량의 진동에 의해 상기 단자 플레이트들이 회전을 하거나 흔들리게 되고, 상기 단자 플레이트의 회전이나 흔들림에 의해 상기 캡 플레이트가 외력을 받게 되어 휘거나 찌그러지는 등 물리적 변형이 일어날 수 있다. 특히, 이차전지의 과충전 시 단락을 유도하기 위한 단락 플레이트가 캡 플레이트에 설치되는 경우 상기 단락 플레이트도 변형될 수 있으므로 이차전지의 안전성이 크게 저하될 수 있다.
본 발명은, 단락 플레이트의 토크 및 외력에 의한 캡 플레이트의 굽힘 강도가 각각 개선되며, 외력에 의한 캡 플레이트의 변형 및 케이스 내부의 보이드 볼륨(void volume)이 각각 최소화된 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하고, 일측에 개구부가 형성된 케이스; 상기 케이스의 개구부를 밀봉하고 상면 일측에 제1 요홈부 및 상면 타측에 제2 요홈부가 각각 형성된 캡 플레이트; 상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 케이스의 외부로 돌출된 제1 전극단자, 상기 제1 전극단자와 전기적으로 연결된 제1 단자 플레이트 및 상기 제1 요홈부에 안착되어 상기 제1 단자 플레이트의 측면과 하면을 감싸는 절연부재를 포함하는 제1 단자부; 및 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 제2 요홈부에 결합된 제2 단자부를 포함한다.
또한, 상기 제2 단자부는, 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하여 상기 케이스의 외부로 돌출된 제2 전극단자 및 상기 제2 전극단자와 전기적으로 연결된 제2 단자 플레이트를 포함하고, 상기 제2 요홈부에 안착되어 상기 제2 단자 플레이트의 하면 및 상기 제2 요홈부의 내측면과 저면에 각각 밀착된 탑 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 단자 플레이트의 측면에는 적어도 하나의 돌기부가 형성되고, 상기 절연부재의 측면에는 상기 돌기부가 삽입되는 적어도 하나의 삽입홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 요홈부의 일측에는 상기 제1 전극단자가 관통되는 제1 관통홀이 형성되고, 상기 제1 요홈부의 타측에는 제1 단락홀이 형성되고, 상기 제1 단락홀에는 상기 케이스의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되는 경우 반전되어 상기 제1 단자 플레이트와 단락되는 반전 플레이트가 결합되고, 상기 절연부재의 일측에는 상기 제1 전극단자가 관통되는 제2 관통홀이 형성되고, 상기 절연부재의 타측에는 상기 반전 플레이트와 대응하는 제2 단락홀이 형성되며, 상기 제1 단자 플레이트의 일측에는 상기 제1 전극단자가 관통되어 리벳 결합되는 결합홀이 형성되고, 상기 제2 단자 플레이트의 타측 하면으로부터 돌출되어 상기 제2 단락홀에 위치하고 상기 반전 플레이트의 반전 시 상기 반전 플레이트와 전기적으로 접촉되는 돌출부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 요홈부의 하부는 상기 전극 조립체를 향해 돌출될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하고, 일측에 개구부가 형성된 케이스; 상기 케이스의 개구부를 밀봉하고 상면 일측에 제1 요홈부 및 상면 타측에 제2 요홈부가 각각 형성된 캡 플레이트; 상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 제1 요홈부에 결합된 제1 단자부; 및 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 케이스의 외부로 돌출된 제2 전극단자 및 상기 제2 전극단자와 전기적으로 연결된 제2 단자 플레이트를 포함하고, 상기 제2 요홈부에 안착되어 상기 제2 단자 플레이트의 하면 및 상기 제2 요홈부의 내측면과 저면에 각각 밀착된 탑 플레이트를 포함하는 제2 단자부를 포함한다.
또한, 상기 제1 단자부는, 상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하여 상기 케이스의 외부로 돌출된 제1 전극단자 및 상기 제1 전극단자와 전기적으로 연결된 제1 단자 플레이트를 포함하고, 상기 제1 요홈부에 안착되어 상기 제1 단자 플레이트의 측면과 하면을 감싸는 절연부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 탑 플레이트에는 상기 탑 플레이트의 상면에 상기 제2 단자 플레이트가 안착되도록 상기 탑 플레이트의 상면 가장자리를 따라 돌출단이 형성되고, 상기 탑 플레이트의 상면은 상기 캡 플레이트의 상면과 동일선 상에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제2 요홈부의 일측에는 제2 전극단자가 관통되는 제1 관통홀이 형성되고, 상기 탑 플레이트의 일측에는 상기 제2 전극단자가 관통되는 제2 관통홀이 형성되고, 상기 탑 플레이트의 타측에는 소정의 제3 관통홀이 형성되며, 상기 제2 단자 플레이트의 일측에는 상기 제2 전극단자가 관통되어 리벳 결합되는 결합홀이 형성되고, 상기 제2 단자 플레이트의 타측 하면에는 상기 제3 관통홀 내에 위치하는 돌출부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 요홈부의 하부는 상기 전극 조립체를 향해 돌출될 수 있다.
본 발명에 따르면, 단락 플레이트의 토크 및 외력에 의한 캡 플레이트의 굽힘 강도가 향상되며 캡 플레이트의 변형 및 케이스 내부의 보이드 볼륨(void volume)이 최소화된 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I’선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 제1 단자부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 제2 단자부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 캡 플레이트를 도시한 평면 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 캡 플레이트를 도시한 저면 사시도이다.
도 6은 과충전 시 이차 전지의 동작을 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 제1 단자부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 8은 도 6의 제2 단자부를 확대하여 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(1000)를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I’선을 따라 절취한 이차 전지(1000)를 도시한 단면도이다. 도 3은 도 1의 제1 단자부(400)를 확대하여 도시한 단면도이다. 도 4는 도 1의 제2 단자부(500)를 확대하여 도시한 단면도이다. 도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 캡 플레이트(300)를 도시한 평면 사시도이다. 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 캡 플레이트(300)를 도시한 저면 사시도이다.
도 1 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(1000)는 전극 조립체(100), 케이스(200), 캡 플레이트(300), 제1 단자부(400) 및 제2 단자부(500)를 포함한다.
상기 전극 조립체(100)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1 전극판(110), 세퍼레이터(130), 제2 전극판(120)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제1 전극판(110)은 음극으로서 작용할 수 있으며, 제2 전극판(120)은 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 제1 전극판(110)은 니켈 또는 구리와 같은 금속 포일로 형성된 제1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1 전극 무지부(110a)를 포함한다. 상기 제1 전극 무지부(110a)는 제1 전극판(110)과, 상기 제1 전극판(110) 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제1 전극판(110)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2 전극판(120)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제2 전극 무지부(120a)를 포함한다. 상기 제2 전극 무지부(120a)는 제2 전극판(120)과, 상기 제2 전극판(120) 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제2 전극판(120)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 세퍼레이터(130)는 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120) 사이에 위치하어 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(103)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 케이스(200)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(100), 제1 집전체(440) 및 제2 집전체(540)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 상기 케이스(200)와 캡 플레이트(300)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 상기 캡 플레이트(300)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 상기 케이스(200)의 내면은 절연 처리되어 상기 전극 조립체(100), 제1 집전체(440) 및 제2 집전체(540) 와 절연된다. 여기서, 상기 케이스(200)는 하나의 극성, 예를 들어 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 플레이트(300)는 대략 직사각형으로 이루어져 상기 케이스(200)의 개구부를 밀봉할 수 있다. 상기 캡 플레이트(51)는 상기 케이스(40)와 동일한 재질로 형성되어 상기 케이스(40)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 캡 플레이트(300)의 일측에는 제1 요홈부(310)가 형성되며, 타측에는 제2 요홈부(320)가 형성될 수 있다.
상기 제1 요홈부(310)는 상기 캡 플레이트(300)의 일측 상면이 일정한 깊이로 리세스(recess)되어 움푹 들어간 형상으로 이루어지며, 측면(311), 저면(312) 및 하부(313)를 가질 수 있다. 상기 제1 요홈부(310)의 하부(313)는 상기 제1 요홈부(310)가 움푹 들어간 만큼 상기 전극 조립체(100)를 향해 돌출된 형상으로 이루어진다.
상기 제1 요홈부(310)의 일측에는 제1 관통홀(314)이 형성되고, 타측에는 제1 단락홀(315)이 형성될 수 있다. 상기 제1 관통홀(314)에는 제1 전극단자(410)가 관통되고, 상기 제1 단락홀(315)에는 반전 플레이트(316)가 결합될 수 있다. 상기 반전 플레이트(316)는 대략 오목하고 둥근 판형으로 이루어질 수 있다. 상기 반전 플레이트(316)는 외부와 이차 전지 간의 연결 상태에서 발생되는 고전압 단선이나, 이차 전지(1000) 내부의 과충전 등으로 인해 열이 발생하고 전해액이 분해되어 케이스(200)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 그 형태가 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 상기 반전 플레이트(316)는 상기 캡 플레이트(300)와 동일한 극성을 가진다. 상기 반전 플레이트(316)가 반전될 경우 제1 단자 플레이트(530)와 접촉하여 단락을 유발시킬 수 있다.
한편, 상기와 같이 단락이 일어나 경우 상기 이차 전지(1000)에 높은 전류가 흘러 열이 발생됨으로써 퓨즈부(미도시)가 동작하게 된다. 상기 퓨즈부(미도시)는 상기 제1 단자부(400) 또는 상기 제2 단자부(500)에 형성될 수 있으나, 본 실시예에서는 퓨즈부(미도시)의 형성 위치에 대하여 구체적으로 한정하지 않는다.
상기 제1 요홈부(310)에는 상부 절연부재(420)가 안착될 수 있다. 또한, 상기 제1 요홈부(310)에는 다수의 제1 홀(317)이 형성될 수 있다. 상기 제1 홀(317)에는 상기 상부 절연부재(420)의 하면에 형성된 다수의 제1 돌기부(미도시)가 삽입됨으로써, 상기 상부 절연부재(420)가 상기 제1 요홈부(310)에 더욱 잘 결합될 수 있도록 할 수 있다.
상기 제2 요홈부(320)는 상기 캡 플레이트(300)의 타측 상면이 일정한 깊이로 리세스되어 움푹 들어간 형상으로 이루어지며, 내측면(321), 저면(322) 및 하부(323)를 가질 수 있다. 상기 제2 요홈부(320)의 하부(323)는 상기 제2 요홈부(320)가 움푹 들어간 만큼 상기 전극 조립체(100)를 향해 돌출된 형상으로 이루어진다.
상기 제2 요홈부(320)의 일측에는 제2 관통홀(324)이 형성될 수 있다. 상기 제2 관통홀(324)에는 제2 전극단자(511)가 관통될 수 있다.
상기 제1 요홈부(310)와 제2 요홈부(320)는 상기 캡 플레이트(300)의 굽힘 강도를 향상시킬 수 있으므로, 상기 반전 플레이트(316)의 변형을 막을 수 있다. 또한, 상기 제1 전극단자(410)와 제2 전극단자(510)가 돌출되는 높이를 줄임으로써 상기 이차 전지(1000)의 전체 높이를 줄을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 케이스(200) 내부의 보이드 볼륨(void volume)을 줄일 수 있다. 또한, 상기 케이스(200) 내부의 보이드 볼륨이 감소됨으로써, 상기 벤트 플레이트(330)가 보다 빠르게 동작하여 상기 이차 전지(1000)의 가스 방출 속도가 향상될 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체(100)가 상기 케이스(200) 내부에 안정적으로 고정될 수 있다.
상기 캡 플레이트(300)에는 벤트홀(330a)이 형성되고, 상기 벤트홀(330a)에는 벤트 플레이트(330)가 결합될 수 있다. 상기 벤트 플레이트(330)에는 노치(330b)가 형성될 수 있다. 상기 노치(330b)는 미리 설정된 상기 케이스(200)의 내부 압력에서 개방될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트(300)에는 전해액 주입구(340a)가 형성되고, 상기 전해액 주입구(340a)에는 마개(340)가 결합되어 상기 전해액 주입구(340a)를 밀봉할 수 있다.
상기 제1 단자부(400)는 상기 제1 전극단자(410), 상기 상부 절연부재(420), 상기 제1 단자 플레이트(430), 제1 집전체(440), 제1 하부 절연부재(450) 및 제1 가스켓(460)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극단자(410)는 제1 몸체(411), 제1 플랜지부(412) 및 제1 리벳팅부(413)를 포함할 수 있다.
상기 제1 몸체(411)의 상부는 상기 제1 요홈부(310)의 제1 관통홀(314)을 관통하여 상기 캡 플레이트(300)의 상부로 돌출되고, 상기 제1 몸체(411)의 하부는 상기 제1 집전체(440)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 몸체(411)는 대략 기둥형으로 형성될 수 있으며, 상기 제1 몸체(411)의 상부 기둥은 상기 제1 단자 플레이트(430)의 제1 결합홀(431)에 리벳팅 결합되고, 상기 제1 몸체(411)의 하부 기둥은 상기 제1 집전체(440)의 제2 결합홀(442a)에 끼워질 수 있다. 상기 제1 플랜지부(412)는 상기 제1 몸체(411)의 하부 기둥에 형성되어 상기 제1 전극단자(410)가 상기 캡 플레이트(300)로부터 이탈되지 않도록 할 수 있다.
상기 상부 절연부재(420)는 측벽(421)과 바닥벽(422)을 갖는 대략 직육면체로 이루어질 수 있다. 상기 상부 절연부재(420)의 하부는 상기 제1 요홈부(310)에 안착되고, 상기 상부 절연부재(420)의 하면에는 형성된 상기 제1 돌기부(미도시)가 상기 제1 요홈부(310)의 제1 홀(317)에 삽입됨으로써, 상기 상부 절연부재(420)는 상기 제1 요홈부(310)에 보다 견고히 고정될 수 있다.
상기 상부 절연부재(420)의 측벽(421)에는 적어도 하나의 삽입홀(421a)이 형성될 수 있다. 상기 삽입홀(421a)은 상기 제1 단자 플레이트(430)에 형성된 제2 돌기부(433)가 삽입됨으로써, 상기 제1 단자 플레이트(430)가 상기 상부 절연부재(420)에 보다 견고히 고정될 수 있다.
상기 상부 절연부재(420)의 바닥벽(422)의 일측에는 제3 관통홀(422a)이 형성되고, 타측에는 제2 단락홀(422b)이 형성될 수 있다. 상기 제3 관통홀(422a)은 상기 제1 전극단자(422a)가 관통되며, 상기 제2 단락홀(422b)에는 상기 제1 단자 플레이트(430)의 제1 돌출부(435)가 위치할 수 있다.
이와 같이 상기 상부 절연부재(420)는 상기 제1 요홈부(310)에 견고히 고정됨으로써, 상기 상부 절연부재(420)에 의해 상기 제1 단자 플레이트(430)의 토크 강도가 향상될 수 있다.
상기 제1 단자 플레이트(430)는 대략 직육면체의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 상부 절연부재(420)의 내부에 삽입될 수 있다.
상기 제1 단자 플레이트(430)의 측면(432)에는 상기 제2 돌기부(433)가 형성될 수 있다. 상기 제2 돌기부(433)는 상기 상부 절연부재(420)의 측벽(421)에 형성된 삽입홀(421a)에 삽입될 수 있다.
상기 제1 단자 플레이트(430)의 일측에는 제1 결합홀(431)이 형성될 수 있다. 상기 제1 결합홀(431)에는 상기 제1 전극단자(410)가 관통되며, 상기 제1 전극단자(410)의 상부가 리벳팅되어 결합될 수 있다.
상기 제1 단자 플레이트(430)의 타측 하면(434)에는 상기 제1 돌출부(435)가 형성될 수 있으며, 상기 제1 돌출부(435)는 상기 상부 절연부재(420)에 형성된 제2 단락홀(422b)에 위치될 수 있다. 상기 제1 돌출부(435)는 대략 링 형상으로 이루어지며, 상기 반전 플레이트(316)의 동작 시 상기 반전 플레이트(316)의 상면과 전기적으로 접촉함으로써 단락이 일어날 수 있다.
상기 제1 집전체(440)는 제1 연결부(441)와 제1 연장부(422)를 포함할 수 있다. 상기 제1 연결부(441)는 상기 제1 전극판(110)의 제1 전극 무지부(110a)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 연장부(422)는 상기 제1 연결부(441)로부터 수직으로 절곡될 수 있다. 상기 제1 연장부(422)에는 제2 결합홀(422a)이 형성되며, 상기 제2 결합홀(422a)에는 상기 제1 전극단자(410)의 하부 기둥이 삽입될 수 있다.
상기 제1 하부 절연부재(450)는 상기 캡 플레이트(300)와 제1 집전체(440) 사이에 개재되어 불필요한 단락의 발생을 방지할 수 있다.
상기 제1 가스켓(460)은 상기 제1 전극단자(410)와 상기 제1 및 제3 관통홀(314, 422a) 사이에 개재되어 상기 제1 및 제3 관통홀(314, 422a)을 통해 외부로부터 수분이 유입되는 것을 차단할 수 있다.
상기 제2 단자부(500)는 제2 전극단자(510), 탑 플레이트(520), 제2 단자 플레이트(530), 제2 집전체(540), 제2 하부 절연부재(550) 및 제2 가스켓(560)을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극단자(510)는 제2 몸체(511), 제2 플랜지부(512) 및 제2 리벳팅부(513)를 포함할 수 있다.
상기 제2 몸체(511)의 상부는 상기 제2 요홈부(320)의 제2 관통홀(324)을 관통하여 상기 캡 플레이트(300)의 상부로 돌출되고, 상기 제2 몸체(511)의 하부는 상기 제2 집전체(540)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 몸체(511)는 대략 기둥형으로 형성될 수 있으며, 상기 제2 몸체(511)의 상부 기둥은 상기 제2 단자 플레이트(530)의 제3 결합홀(530a)에 리벳팅 결합되고, 상기 제2 몸체(511)의 하부 기둥은 상기 제2 집전체(540)의 제4 결합홀(542a)에 끼워질 수 있다. 상기 제2 플랜지부(512)는 상기 제2 몸체(511)의 하부 기둥에 형성되어 상기 제2 전극단자(510)가 상기 캡 플레이트(300)로부터 이탈되지 않도록 할 수 있다.
상기 탑 플레이트(520)는 상기 제2 요홈부(320)에 대응하는 모양과 크기로 이루어질 수 있다. 예를 들어 상기 탑 플레이트(520)는 대략 사각 판의 형상으로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 탑 플레이트(520)는 상기 제2 요홈부(320)의 내부에 안착되어 상기 탑 플레이트(520)의 측면과 하면이 상기 제2 요홈부(320)의 내측면(321)과 저면(322)에 밀착되고, 상기 탑 플레이트의 상면은 상기 캡 플레이트(300)의 상면과 실질적으로 동일선(L) 상에 위치할 수 있다.
상기 탑 플레이트(520)의 일측에는 제4 관통홀(520a)이 형성되고, 타측에는 제5 관통홀(520b)이 형성될 수 있다. 상기 제4 관통홀(520a)에는 상기 제2 전극단자(510)가 관통되고, 상기 제5 관통홀(520b)에는 상기 제2 단자 플레이트(530)에 형성된 제2 돌출부(533)가 위치될 수 있다.
상기 탑 플레이트(520)의 상면에는 가장자리를 따라 상부를 향해 돌출된 돌출단(522)이 형성될 수 있다. 상기 탑 플레이트(520)의 돌출단(522)은 상기 제2 단자 플레이트(530)가 회전하거나 흔들리지 않도록 구속하는 역할을 한다.
이와 같이 상기 탑 플레이트(520)는 상기 제2 요홈부(320)에 견고히 고정됨으로써, 상기 탑 플레이트(520)에 의해 상기 제2 단자 플레이트(530)의 토크 강도가 향상될 수 있다. 또한, 상기 탑 플레이트(520)는 스테인리스(stainless) 재질로 이루어져 상기 캡 플레이트(300)의 휨 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 제2 단자 플레이트(530)는 대략 직육면체의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 단자 플레이트(430)와 동일한 형상으로 이루어진다. 이에 따라 단자 플레이트들의 공용화가 가능하다.
상기 제2 단자 플레이트(530)는 상기 탑 플레이트(520)의 상면에 안착될 수 있으며, 상기 돌출단(522)에 의해 회전되거나 흔들리지 않도록 상기 탑 플레이트(530)의 상면에 고정될 수 있다.
상기 제2 단자 플레이트(530)의 일측에는 제3 결합홀(530a)이 형성될 수 있다. 상기 제3 결합홀(530a)에는 상기 제2 전극단자(510)가 관통되며, 상기 제2 전극단자(510)의 상부가 리벳팅되어 결합될 수 있다.
상기 제2 집전체(540)는 제2 연결부(541)와 제2 연장부(522)를 포함할 수 있다. 상기 제2 연결부(541)는 상기 제2 전극판(120)의 제2 전극 무지부(120a)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 연장부(522)는 상기 제2 연결부(541)로부터 수직으로 절곡될 수 있다. 상기 제2 연장부(522)에는 제4 결합홀(542a)이 형성되며, 상기 제4 결합홀(542a)에는 상기 제2 전극단자(510)의 하부 기둥이 삽입될 수 있다.
상기 제2 하부 절연부재(550)는 상기 캡 플레이트(300)와 제2 집전체(540) 사이에 개재되어 불필요한 단락의 발생을 방지할 수 있다.
상기 제2 가스켓(560)은 상기 제2 전극단자(510)와 상기 상기 제2 및 제5 관통홀(324, 520b) 사이에 개재되어 상기 제2 및 제5 관통홀(324, 520b)을 통해 외부로부터 수분이 유입되는 것을 차단할 수 있다.
도 6은 과충전 시 이차 전지(1000)의 동작을 도시한 단면도이다. 도 7은 도 6의 제1 단자부(400)를 확대하여 도시한 단면도이다. 도 8은 도 6의 제2 단자부(500)를 확대하여 도시한 단면도이다.
고전압 단선이나 이차 전지(1000)에 과충전이 일어나면, 상기 전극 조립체(100)에 열이 발생되고 전해액이 분해되면서 상기 케이스(200)의 내부 압력이 상승하게 된다. 이렇게 상기 케이스(200) 내부의 압력이 미리 설정된 압력을 초과하게 되면, 상기 반전 플레이트(316)는 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 단자 플레이트(430)를 향해 볼록한 형태로 반전된다. 상기 반전 플레이트(316)는, 상기 캡 플레이트(300)와 동일한 극성을 가지고 있으므로, 이와 다른 극성을 갖는 제1 단자 플레이트(430)와 접촉 시 단락이 일어나게 된다.
이러한 경우 상기 도 8에 도시된 바와 같이 제2 전극단자(510)에서 상기 제2 단자 플레이트(530)를 지나 상기 캡 플레이트(300)를 향하는 방향으로 전류가 흐르게 된다.
종래에는 단자 플레이트에서 캡 플레이트를 향해 Y축의 한 방향으로만 전류가 흘렀으나, 본 발명의 실시예에서는 상기 탑 플레이트(520)와 제2 요홈부(320)를 통해 X축과 Y축 두 방향으로 전류(I)가 분산되어 흐름으로써 단락 시 발생되는 발열이 개선될 수 있다.
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.
1000: 이차 전지 100: 전극 조립체
110: 제1 전극판 120: 제2 전극판
130: 세퍼레이터 200: 케이스
300: 캡 플레이트 310: 제1 요홈부
311: 제1 요홈부의 측면 312: 제2 요홈부의 저면
313: 제2 요홈부의 하부 314: 제1 관통홀
315: 제1 단락홀 316: 반전 플레이트
320: 제2 요홈부 321: 제2 요홈부의 내측면
322: 제2 요홈부의 저면 323: 제2 요홈부의 하부
324: 제2 관통홀 330: 벤트 플레이트
330a: 벤트홀 330b: 노치
340: 마개 340a: 전해액 주입구
400: 제1 단자부 410: 제1 전극단자
411: 제1 몸체 412: 제1 플랜지부
413: 제1 리베팅부 420: 상부절연부재
421: 측벽 421a: 삽입홀
422: 바닥벽 422a: 제3 관통홀
422b: 제2 단락홀 430: 제1 단자 플레이트
431: 제1 결합홀 432: 제2 단자 플레이트의 측면
433: 돌기부 434: 제2 단자 플레이트의 하면
435: 제1 돌출부 440: 제1 집전체
441: 제1 연결부 442: 제1 연장부
442a: 제2 결합홀 450: 제1 하부절연부재
460: 제1 가스켓 500: 제2 단자부
510: 제2 전극단자 511: 제2 몸체
512: 제2 플랜지부 513: 제2 리베팅부
520: 탑 플레이트 520a: 제4 관통홀
520b: 제5 관통홀 522: 돌출단
530: 제2 단자 플레이트 530a: 제3 결합홀
531: 제2 단자 플레이트의 측면 532: 제2 단자 플레이트의 하면
533: 제2 돌출부 540: 제2 집전체
541: 제2 연결부 542: 제2 연장부
542a: 제4 결합홀 550: 제2 하부절연부재
560: 제2 가스켓

Claims (10)

  1. 제1 전극판, 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 일측에 구비되어 상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되는 제1 연결부와, 상기 제1 연결부로부터 절곡된 제1 연장부를 갖는 제1 집전체;
    상기 전극 조립체의 타측에 구비되어 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되는 제2 연결부와, 상기 제2 연결부로부터 절곡된 제2 연장부를 갖는 제2 집전체;
    상기 전극 조립체를 수용하고, 일측에 개구부가 형성된 케이스;
    상기 케이스의 개구부를 밀봉하고 상면 일측에 제1 요홈부 및 상면 타측에 제2 요홈부가 각각 형성된 캡 플레이트;
    상기 제1 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 케이스의 외부로 돌출된 제1 전극단자, 상기 제1 전극단자와 전기적으로 연결된 제1 단자 플레이트 및 상기 제1 요홈부에 안착되어 상기 제1 단자 플레이트의 측면과 하면을 감싸는 상부 절연부재를 포함하는 제1 단자부; 및
    상기 제2 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 케이스의 외부로 돌출된 제2 전극단자 및 상기 제2 전극단자와 전기적으로 연결된 제2 단자 플레이트를 포함하고, 상기 제2 요홈부에 안착되어 상기 제2 단자 플레이트의 하면 및 상기 제2 요홈부의 내측면과 저면에 각각 밀착된 탑 플레이트를 포함하는 제2 단자부를 포함하고,
    상기 상부 절연부재는 적어도 하나의 삽입홀이 형성된 측벽과, 상기 제1 요홈부에 안착되는 바닥벽을 포함하고, 상기 제1 단자 플레이트는 측면에는 상기 삽입홀에 삽입되는 적어도 하나의 제2 돌기부가 형성되며,
    상기 제1 전극단자는 상기 제1 단자 플레이트를 관통하여 상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되는 제1 몸체, 상기 제1 몸체의 상단으로부터 외측으로 연장된 제1 리베팅부, 상기 제1 몸체의 하부로부터 외측으로 연장된 제1 플랜지부를 포함하고, 상기 제1 전극단자와 상기 제1 단자 플레이트는 리벳팅 결합되는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1 단자 플레이트의 길이는 상기 제1 집전체의 제1 연장부의 길이보다 길고, 상기 제2 단자 플레이트의 길이는 상기 제2 집전체의 제2 연장부의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 요홈부의 일측에는 상기 제1 전극단자가 관통되는 제1 관통홀이 형성되고, 상기 제1 요홈부의 타측에는 제1 단락홀이 형성되고, 상기 제1 단락홀에는 상기 케이스의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되는 경우 반전되어 상기 제1 단자 플레이트와 단락되는 반전 플레이트가 결합되고,
    상기 절연부재의 일측에는 상기 제1 전극단자가 관통되는 제2 관통홀이 형성되고, 상기 절연부재의 타측에는 상기 반전 플레이트와 대응하는 제2 단락홀이 형성되고,
    상기 제1 단자 플레이트의 일측에는 상기 제1 전극단자가 관통되어 리벳 결합되는 결합홀이 형성되고, 상기 제1 단자 플레이트의 타측 하면으로부터 돌출되어 상기 제2 단락홀에 위치하고 상기 반전 플레이트의 반전 시 상기 반전 플레이트와 전기적으로 접촉되는 제1 돌기부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 요홈부의 하부는 상기 전극 조립체를 향해 돌출된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 탑 플레이트에는 상기 탑 플레이트의 상면에 상기 제2 단자 플레이트가 안착되도록 상기 탑 플레이트의 상면 가장자리를 따라 돌출단이 형성되고,
    상기 탑 플레이트의 상면은 상기 캡 플레이트의 상면과 동일선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 요홈부의 일측에는 제2 전극단자가 관통되는 제2 관통홀이 형성되고,
    상기 탑 플레이트의 일측에는 상기 제2 전극단자가 관통되는 제4 관통홀이 형성되고, 상기 탑 플레이트의 타측에는 제5 관통홀이 형성되며,
    상기 제2 단자 플레이트의 일측에는 상기 제2 전극단자가 관통되어 리벳 결합되는 결합홀이 형성되고, 상기 제2 단자 플레이트의 타측 하면에는 상기 제5 관통홀 내에 위치하는 제2돌기부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 요홈부의 하부는 상기 전극 조립체를 향해 돌출된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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