KR102441922B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 서로 다른 전류에서 동작하고, 외부와 내부의 단락 전류 흐름을 각각 차단할 수 있는 2개의 퓨즈를 구비하므로 안전성을 향상시킬 수 있으며, 복수의 이차전지가 병렬 연결된 구성에서도, 각각의 이차전지 외부로 흐르는 단락 전류를 낮은 전류에 구동하는 제2퓨즈에 의해 차단할 수 있으므로, 병렬로 연결된 복수의 이차전지의 안전성도 향상시키는데 있다.
이를 위해 본 발명은 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극조립체와, 제1전극탭과 전기적으로 접속된 제1집전판과, 전극조립체를 수용하며, 상단 개구부를 갖는 케이스와, 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체와, 제1집전판과 캡 플레이트 사이에 개재되어, 제1집전판과 캡 플레이트 사이를 전기적으로 접속시키는 연결핀 및, 제1집전판과 전기적으로 접촉되고, 캡 플레이트를 관통하여 상부로 돌출된 제1단자부를 개시한다.

Description

이차 전지{Rechargeable battery}
본 발명은 이차전지에 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.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
한편, 이차 전지는 외부 단락, 과충전 및 이차전지의 관통에 의한 손상등이 발생할 경우 발화하거나 폭발할 수 있다. 이에 따라, 안전성을 향상시킬 수 있는 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 서로 다른 전류에서 동작하고, 외부와 내부의 단락 전류 흐름을 각각 차단할 수 있는 2개의 퓨즈를 구비하므로 안전성을 향상시킬 수 있는 이차전지를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 복수의 이차전지가 병렬 연결된 구성에서도, 각각의 이차전지 외부로 흐르는 단락 전류를 낮은 전류에 구동하는 제2퓨즈에 의해 차단할 수 있으므로, 병렬로 연결된 복수의 이차전지의 안전성도 향상시킬 수 있는 이차전지를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차전지는 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극조립체와, 상기 제1전극탭과 전기적으로 접속된 제1집전판과, 상기 전극조립체를 수용하며, 상단 개구부를 갖는 케이스와, 상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트를 구비하는 캡 조립체와, 상기 제1집전판과 상기 캡 플레이트 사이에 개재되어, 상기 제1집전판과 상기 캡 플레이트 사이를 전기적으로 접속시키는 연결핀 및, 상기 제1집전판과 전기적으로 접촉되고, 상기 캡 플레이트를 관통하여 상부로 돌출된 제1단자부를 포함할 수 있다.
상기 제1집전판은 판형상으로 제1전류에 동작하는 제1퓨즈와, 제2전류에 동작하는 제2퓨즈를 갖으며, 상기 제1전류와 상기 제2전류는 다를 수 있다.
상기 제1퓨즈는 상기 제1집전판을 관통하는 제1퓨즈홀을 구비하고, 상기 제2퓨즈는 상기 제1집전판을 관통하는 제2퓨즈홀을 구비할 수 있다.
상기 제1전류가 상기 제2전류에 비해서 더 클 수 있다.
상기 연결핀은 상기 1집전판에서 상기 제1퓨즈와, 상기 제2퓨즈 사이에 접속될 수 있다.
상기 제1집전판은 상기 제1단자부와 접속되는 제1단자 접속부와, 상기 연결핀과 접속되는 연결핀 접속부 및, 상기 제1전극탭과 접속되는 제1전극탭 접속부를 더 포함하며, 상기 연결핀 접속부는 상기 제1단자 접속부와 상기 제1전극탭 접속부 사이에 구비될 수 있다.
상기 제1집전판에서 상기 제1퓨즈는 상기 제1단자 접속부와 상기 연결핀 접속부 사이에 위치하고, 상기 제2퓨즈는 상기 연결핀 접속부와 상기 제1전극탭 접속부 사이에 위치할 수 있다.
상기 캡 조립체는 상기 제1단자부와 상기 캡 플레이트 사이에 개재되어, 상기 제1단자부와 상기 캡 플레이트 사이의 접촉을 차단하는 상부 절연부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제2전극탭과 전기적으로 접속된 제2집전판 및, 상기 제2전극탭과 전기적으로 접촉되고, 상기 캡 플레이트를 관통하여 상부로 돌출된 제2단자부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2단자부의 하부에는 상기 캡 플레이트와 전기적으로 접속되고 상기 케이스 내부의 압력이 기준 압력 이상일 경우 상기 제2단자부와 접촉되는 반전 플레이트를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 이차전지는 서로 다른 전류에서 동작하고, 외부와 내부의 단락 전류 흐름을 각각 차단할 수 있는 2개의 퓨즈를 구비하므로 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의한 이차전지는 복수의 이차전지가 병렬 연결된 구성에서도, 각각의 이차전지 외부로 흐르는 단락 전류를 낮은 전류에 구동하는 제2퓨즈에 의해 차단할 수 있으므로, 병렬로 연결된 복수의 이차전지의 안전성도 향상시킬 수 있게 된다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이며, 도 1b는 도 1a의 1b-1b선을 따라 취한 단면도이다.
도 2는 도 1a에서 캡조립체, 제1단자 및 제1집전체를 분해 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1a에서 제1집전체를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1a의 이차전지를 회로로 도시한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1a를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이가 도시되어 있으며, 도 1b를 참조하면 도 1a의 1b-1b선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 또한 도 2를 참조하면 도 1a에서 캡조립체, 제1단자 및 제1집전체를 분해 도시한 분해 사시도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 1a, 도 1b 및 도 2를 참조하여 이차전지을 설명하고자 한다.
도 1a 및 도 1b에서 도시된 바와 같이 이차전지(100)는 전극 조립체(110), 제1집전판(120), 연결핀(130), 제1단자부(140), 제2집전판(150), 제2단자부(160), 캡 조립체(170) 및 케이스(180)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 제1전극판(111), 제2전극판(112) 및 세퍼레이터(113)를 포함한다. 상기 전극 조립체(110)는, 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 제2전극판(112), 및 세퍼레이터(113)의 적층체를 젤리 롤(jelly roll) 형태로 권취되거나, 직육면체 형태로 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 상기 전극 조립체(110)에서 제1전극판(111)은 양극으로 동작할 수 있으며, 제2전극판(112)은 음극으로 동작할 수 있으며 그 반대일 수도 있다.
상기 제1전극판(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일에 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제1무지부를 포함한다. 또한 제1무지부는 전극 조립체(110)의 상부 방향으로 일정길이 돌출되어 제1전극탭(111a)이 될 수 있다. 또는 제1전극탭(111a)은 제1전극판(111)의 제1무지부에 접속된 별도의 구성일 수도 있다. 상기 제1전극탭(111a)는 제1전극판(111)과, 전극 조립체(110) 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 상기 제1전극탭(111a)은 제1집전판(120)과 전기적으로 접속되도록 결합된다.
상기 제2전극판(112)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일에 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2무지부를 포함한다. 또한 제2무지부는 전극 조립체(110)의 상부 방향으로 일정길이 돌출되어 제2전극탭(112a)이 될 수 있다. 또는 제2전극탭(112a)은 제2전극판(112)의 제2무지부에 접속된 별도의 구성일 수도 있다. 상기 제2전극탭(112a)는 제2전극판(112)과, 전극 조립체(110) 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 상기 제2전극탭(112a)은 제2집전판(150)과 전기적으로 접속되도록 결합된다.
상기 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 개재되어 전기적 쇼트를 방지하고 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리프로필렌이나, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 전극 조립체(110)는 케이스(180)의 개방된 상단을 통하여 전해액(미도시)과 함께 케이스(180)의 내부에 수용될 수 있고, 개방된 케이스(180)의 상단은 캡 조립체(170)의 캡 플레이트(171)에 의해 밀봉될 수 있다. 상기 캡 플레이트(171)와 케이스(180)의 맞닿는 부분은 레이저 용접으로 상호간 결합될 수 있다.
상기 제1집전판(120)은 전극 조립체(110)의 제1전극탭(111a)과, 제1단자부(140) 사이를 전기적으로 연결한다. 도 3에 상기 제1집전판(120)의 평면도가 도시되어 있으며, 상기 제1집전판(120)의 구성은 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3를 참조하여 설명하고자 한다.
상기 제1집전판(120)은 판 형상으로 제1전극탭(111a)과 접속된 제1전극탭 접속부(121), 연결핀(130)과 접속된 연결핀 접속부(122) 및 제1단자부(140)와 접속된 제1단자 접속부(123)를 포함한다. 상기 제1집전판(120)은 연결핀 접속부(122)가 제1전극탭 접속부(121)과 제1단자 접속부(123)사이에 위치할 수 있다. 또한 제1집전판(120)은 제1전극탭 접속부(121)와 연결핀 접속부(122) 사이에 제1퓨즈(F1)가 구비되고, 연결핀 접속부(122)와 제1단자 접속부(123) 사이에 제2퓨즈(F2)가 구비된다. 상기 제1집전판(120)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금등의 도전성 재질로 이루어질 수 있다. 상기 제1집전판(120)은 캡 조립체(170)의 캡플레이트(171)와 평행한 판 형상으로, 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(171) 사이에 설치될 수 있다.
상기 제1전극탭 접속부(121)는 전극 조립체(110)의 제1전극탭(111a)과 접촉되고, 제1전극(111)과 전기적으로 접속된다. 상기 제1전극탭 접속부(121)는 상면과 하면 사이를 관통하는 제1전극탭 홀(121a)을 구비할 수 있으며, 상기 제1전극탭 홀(121a)을 통해 제1전극탭(111a)과 용접되어 전기적으로 접속될 수 있다. 즉, 제1전극탭 접속부(121)는 제1전극탭(111a)을 통해 전극 조립체(110)와 전기적으로 접속된다.
상기 연결핀 접속부(122)는 상기 연결핀(130)과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 연결핀 접속부(122)는 상면과 하면 사이를 관통하는 연결핀 홀(122a)을 구비한다. 상기 연결핀 홀(122a)에는 캡 플레이트(171)와 전기적으로 접속된 연결핀(130)이 삽입되어 결합된다. 즉, 연결핀 홀(122a)은 연결핀(130)이 수용되도록, 연결핀(130)과 대응되는 형상 및 크기로 형성될 수 있다. 상기 제1연결핀 홀(122a)에는 연결핀(130)이 끼워진 상태로, 레이저 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 제1단자 접속부(123)는 제1단자부(140)와 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 제1단자 접속부(123)는 상면과 하면 사이를 관통하는 제1단자 홀(123a)을 구비한다. 상기 제1단자 홀(123a)에는 제1단자부(140)의 제1체결단자(141)가 삽입되어 결합된다. 즉, 제1단자 홀(123a)은 제1체결단자(141)가 수용되도록, 제1체결단자(141)와 대응되는 형상 및 크기로 형성될 수 있다. 상기 제1단자 홀(123a)에는 제1체결단자(141)가 끼워진 상태로, 레이저 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 제1퓨즈(F1)는 제1전극탭 접속부(121)와 연결핀 접속부(122) 사이에 구비된다. 상기 제1퓨즈(F1)는 상면과 하면 사이를 관통하는 제1퓨즈홀(FH1)을 구비하여, 제1집전판(120)의 다른 영역에 비해서 적은 단면적을 갖는다. 상기 제1퓨즈홀(FH1)은 제1집전판(120)의 폭방향으로 긴 사각형상일 수 있으나 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 이와 같은 제1퓨즈(F1)는 이차전지(100)에 단락 발생시, 고전류가 흐르게 되면 순간적인 고열로 인해 용융되어, 제1전극탭 접속부(121)과 연결핀 접속부(122) 사이에 전류 흐름을 차단할 수 있다. 즉, 제1퓨즈(F1)는 고전류에 용융되면 제1전극탭 접속부(121)과 연결된 전극 조립체(110)와, 연결핀 접속부(122)와 연결핀(130)을 통해 접속된 캡 플레이트(171) 사이의 전류 흐름을 차단할 수 있다.
상기 제2퓨즈(F2)는 연결핀 접속부(122)와 제1단자 접속부(123) 사이에 구비된다. 상기 제2퓨즈(F2)는 상면과 하면 사이를 관통하는 제2퓨즈홀(FH2)을 구비하여, 제1집전판(120)의 다른 영역에 비해서 적은 단면적을 갖는다. 상기 제2퓨즈홀(FH2)은 제1집전판(120)의 폭방향으로 긴 사각형상일 수 있으나 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 이와 같은 제2퓨즈(F2)는 이차전지(100)에 단락 발생시, 고전류가 흐르게 되면 순간적인 고열로 인해 용융되어, 연결핀 접속부(122)와 제1단자 접속부(123) 사이에 전류 흐름을 차단할 수 있다. 즉, 제2퓨즈(F2)는 고전류에 용융되면 연결핀 접속부(122)와 연결핀(130)을 통해 접속된 캡 플레이트(171)와, 제1단자 접속부(123)에 접속된 제1단자부(140) 사이의 전류 흐름을 차단할 수 있다.
상기 제2퓨즈(F2)는 단면적이 상기 제1퓨즈(F1)와 다르며, 단면적 차이로 인해 제1퓨즈(F1)와 제2퓨즈(F2)는 다른 전류에 의해서 동작한다. 바람직하게는 제2퓨즈(F2)는 제1퓨즈(F1)에 비해서 더 적은 단면적을 가질 수 있다. 즉, 제2퓨즈홀(FH2)이 제1퓨즈홀(FH1)에 비해서 더 클 수 있다. 따라서 제2퓨즈(F2)는 제1퓨즈(F1)에 비해서 더 적은 전류에 의해서 동작하여 연결핀 접속부(122)와 제1단자 접속부(123) 사이의 전류 흐름을 차단할 수 있다.
상기 연결핀(130)은 제1집전판(120)과, 캡 플레이트(171) 사이에 개재되어 제1집전판(120)과 캡 플레이트(171)를 전기적으로 연결한다. 상기 연결핀(130)은 도전성 재질의 원기둥 형상을 가질 수 있다. 또한 상기 연결핀(130)은 캡 플레이트(171)와 제1집전판(120) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다면, 육면체, 구형상등과 같은 다양한 형상 중 선택될 수 있으며, 본 발명에서 연결핀(130)의 형상을 한정하는 것은 아니다. 상기 연결핀(130)은 제1집전판(120)의 연결핀 접속부(122)와 접속되는 제1접속부(131)가 일측에 구비되고, 캡 플레이트(171)와 접속되는 제2접속부(132)가 타측에 구비된다.
상기 연결핀(130)은 제1접속부(131)가 제1집전판(120)에 구비된 연결핀 접속부(122)의 연결핀 홀(122a)내에 삽입된후, 레이저 용접될 수 있다. 또한 제2접속부(132)는 캡 플레이트(171)의 하면과 접속된 상태로, 레이저 용접될 수 있다. 이와 같이 연결핀(130)은 제1집전판(120)과 캡 플레이트(171) 사이를 전기적으로 연결한다.
상기 제1단자부(140)는 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제1집전판(120)과 전기적으로 접속된다. 상기 제1단자부(140)는 제1집전판(120)의 제1단자 홀(123a)에 수용되어 제1단자 접속부(123)과 전기적으로 결합하는 제1체결 단자(141)와, 상기 제1체결 단자(141)에 결합된 제1전극 단자(142)를 포함한다.
상기 제1체결 단자(141)는 캡 플레이트(171)을 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 캡 플레이트(171)의 하부에서 제1집전판(120)과 전기적으로 접속된다. 상기 제1체결 단자(141)는 캡 플레이트(171)의 상부로 일정 길이 연장 및 돌출된 동시에, 캡 플레이트(171)의 하부에는 제1체결 단자(141)가 상기 캡 플레이트(171)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(141a)가 형성될 수 있다. 상기 제1체결 단자(141)중 플랜지(141a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제1집전판(120)의 제1단자 홀(123a)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제1체결 단자(141)중 상기 플랜지(141a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(171)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 연장 및 돌출된 영역에는 제1전극 단자(142)가 고정될 수 있다.
상기 제1전극단자(142)는 상면과 하면을 관통하는 제1단자홀(142a)을 구비하는 판형상을 갖는다. 상기 제1전극단자(142)의 제1단자홀(142a)은 제1체결 단자(141)가 수용되도록, 제1체결 단자(141)의 수평방향 크기 및 형상과 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 제1전극 단자(142)는 상기 제1단자홀(142a)에 캡 플레이트(171)의 상부로 돌출된 제1체결 단자(141)가 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 상기 제1전극단자(142)는 하면과 캡 플레이트(171) 사이에 개재된 상부 절연부재(175)에 의해서, 캡 플레이트(171)와 전기적으로 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 제1단자부(140)는 캡 플레이트(171)와 직접 접촉되지 않으며, 제1집전판(120)와 연결핀(130)을 통해서 캡 플레이트(171)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 상기 제1단자부(140)는 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나 이러한 재질로 상기 제1단자부(140)의 재질이 한정되는 것은 아니다.
상기 제2집전판(150)은 판 형상으로 제2전극탭(112a)과 접속된 제2전극탭 접속부(151)과 제2단자부(160)와 접속된 제2단자 접속부(152)를 포함한다. 상기 제2집전판(150)은 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나의 도전성 재질로 제조될 수 있다. 상기 제2집전판(150)은 캡 조립체(170)의 캡플레이트(171)와 평행한 판 형상으로, 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(171) 사이에 설치될 수 있다.
상기 제2전극탭 접속부(151)는 전극 조립체(110)의 제2전극탭(112a)과 접촉되고, 제2전극(112)과 전기적으로 접속된다. 상기 제2전극탭 접속부(151)는 상면과 하면 사이를 관통하는 제2전극탭 홀(151a)을 구비할 수 있으며, 상기 제2전극탭 홀(151a)을 통해 제2전극탭(112a)과 용접되어 전기적으로 접속될 수 있다. 즉, 제2전극탭 접속부(151)는 제2전극탭(112a)을 통해 전극 조립체(110)와 전기적으로 접속된다.
상기 제2단자 접속부(152)는 제2단자부(160)와 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 제2단자 접속부(152)는 상면과 하면 사이를 관통하는 제2단자 홀(152a)을 구비한다. 상기 제2단자 홀(152a)에는 제2단자부(160)의 제2체결단자(161)가 삽입되어 결합된다. 즉, 제2단자 홀(152a)은 제2체결단자(161)가 수용되도록, 제2체결단자(161)와 대응되는 형상 및 크기로 형성될 수 있다. 상기 제2단자 홀(152a)에는 제2체결단자(161)가 끼워진 상태로, 레이저 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 제2단자부(160)는 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제2집전판(150)과 전기적으로 접속된다. 상기 제2단자부(160)는 제2집전판(150)의 제2단자 홀(152a)에 수용되어 제2단자 접속부(152)와 전기적으로 결합하는 제2체결 단자(161)와, 상기 제2체결 단자(161)에 결합된 제2전극 단자(162)를 포함한다.
상기 제2체결 단자(161)는 캡 플레이트(171)을 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 캡 플레이트(171)의 하부에서 제2집전판(150)과 전기적으로 접속된다. 상기 제2체결 단자(161)는 캡 플레이트(171)의 상부로 일정 길이 연장 및 돌출된 동시에, 캡 플레이트(171)의 하부에는 제2체결 단자(161)가 상기 캡 플레이트(171)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(161a)가 형성될 수 있다. 상기 제2체결 단자(161)중 플랜지(161a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제2집전판(150)의 제2단자 홀(152a)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제2체결 단자(161)중 상기 플랜지(161a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(171)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 연장 및 돌출된 영역에는 제2전극 단자(162)가 고정될 수 있다. 이러한 제2단자부(160)는 실질적으로 상기 제1단자부(140)와 동일한 구조를 갖는다.
상기 캡 조립체(170)는 상기 케이스(180)에 결합된다. 상기 캡 조립체(170)는 구체적으로 캡 플레이트(171), 시일 가스켓(172), 마개(173), 안전벤트(174), 상부 절연부재(175), 하부 절연부재(176) 및 단락 플레이트(177)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(171)는 상기 케이스(180)의 개구를 밀봉하며 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(171)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(180)에 결합될 수 있다. 상기 캡 플레이트(171)는 연결핀(130)을 통해 제1집전판(120)에 전기적으로 접속되어, 상기 제1집전판(120)과 같은 극성을 가질 수 있다. 물론, 이에 따라 상기 캡 플레이트(171) 및 케이스(180)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 시일 가스켓(172)은 절연성 재질로 제1체결 단자(141) 및 제2체결 단자(161) 각각과 캡 플레이트(171)의 사이에 형성되어, 제1체결 단자(141) 및 제2체결 단자(161)의 각각과 캡 플레이트(171)의 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(172)은 외부의 수분이 이차전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 마개(173)는 상기 캡 플레이트(171)의 전해액 주입구(171a)를 밀봉하며, 상기 안전벤트(174)는 캡 플레이트(171)의 벤트홀(171b)에 설치되고, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(174a)가 형성될 수 있다.
상기 상부 절연부재(175)는 제1전극 단자(142)와 캡 플레이트(171) 사이에 개재되고, 제2전극 단자(162)와 캡 플레이트(171)의 사이에 개재되어, 제1전극 단자(142)와 캡 플레이트(171) 사이를 전기적 절연 시키고 제2전극 단자(162)와 캡 플레이트(171) 사이를 전기적으로 절연시킨다. 또한, 상기 상부 절연부재(175)는 상기 캡 플레이트(171)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(175)는 시일 가스켓(172)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(175)는 제1단자부(140)와 캡 플레이트(171) 사이를 절연시키고, 제2단자부(160)와 캡 플레이트(171)를 사이를 절연시킨다. 상기 상부 절연부재(175)에 의해 제1단자부(140)는 캡 플레이트(171)와 직접적으로 접속되지 않으나, 제1집전판(120) 및 연결핀(130)을 통해 캡 플레이트(171)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 하부 절연부재(176)는 제1집전판(120) 및 제2집전판(150) 각각과 캡 플레이트(171)의 사이에 형성되어, 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(176)는 제1집전판(120)과 캡 플레이트(171) 사이의 쇼트, 그리고 상기 제2집전판(150)과 캡 플레이트(171) 사이의 쇼트를 방지한다. 더불어, 이러한 하부 절연부재(176)는 제1체결 단자(141)와 제2체결 단자(161) 각각과 캡 플레이트(171)의 사이에도 형성됨으로써, 제1체결 단자(141)와 제2체결 단자(161) 각각과 상기 캡 플레이트(171) 사이의 불필요한 쇼트도 방지한다.
상기 단락 플레이트(177)는 캡 플레이트(171)의 단락홀(171c)에서 상부 절연부재(175)와 캡 플레이트(171) 사이에 배치된다. 상기 단락 플레이트(177)는 아래로 볼록한 라운드부와, 캡 플레이트(171)에 고정된 테두리부를 포함하는 반전 플레이트로 이루어질 수 있다. 상기 단락 플레이트(177)는 이차전지(100)에 과충전등에 의해서 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 이러한 단락 플레이트(177)는 위로 볼록하게 돌출되면, 상부의 제2전극 단자(162)와 접촉하여 단락을 유발시킬 수 있다. 상기 단락이 유발되면 큰 전류가 흐르게 되고 열이 발생하며, 이때 제1집전판(120)의 제1퓨즈(F1) 및 제2퓨즈(F2)가 용융되면서 퓨즈 기능을 한다.
상기 케이스(180)는 캡 플레이트(171)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 상기 케이스(180)는 전극 조립체(110), 제1집전판(120), 연결핀(130) 및 제2집전판(150)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 1a 및 도 1b 에서는 상기 케이스(180)와 캡 조립체(170)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(170)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(180)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1집전판(120), 연결핀(130), 제2집전판(150) 및 캡 조립체(170)와 절연된다.
도 4를 참조하면, 도 1a 및 도 1b에 도시된 이차전지(100)를 회로로 도시한 회로도가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이차전지(100)의 회로도는 전극 조립체(110), 제1퓨즈(F1), 제2퓨즈(F2), 제1단자부(140), 제2단자부(160) 및 단락 플레이트(177)로 구현될 수 있다. 이하에서는 도 1a, 도 1b 및 도 4를 참조하여 이차전지(100)의 회로를 설명하고자 한다.
상기 단락 플레이트(177)가 단락을 유발할 경우, 제1퓨즈(F1)는 전극 조립체(110)를 통한 제1단락 전류(A) 흐름을 차단하기 위한 퓨즈이다. 또한 제2퓨즈(F2)는 제1단자부(140)와 제2단자부(160) 사이의 제2단락 전류(B) 흐름을 차단하기 위한 퓨즈이다. 즉, 제1퓨즈(F1)는 이차전지(100)의 내부 전류 흐름을 차단하기 위한 퓨즈이고, 제2퓨즈(F2)는 이차전지(100)의 외부로의 전류 흐름을 차단하기 위한 퓨즈이다.
예를 들어 두개의 이차전지(100)가 병렬로 연결되었을 경우, 하나의 이차전지(100)의 단락 플레이트(177)가 단락될 경우, 병렬연결로 인하여 두 개의 이차전지(100)로 각각 절반의 단락 전류 인가된다. 이때 두 개의 이차전지(100)의 제2퓨즈(F2)는 절반의 단락 전류에 의해서 용융되어, 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
그리고 두 개의 이차전지(100)의 제2퓨즈(F2)가 모두 용융되어 두 이차전지(100)사이에 전류흐름이 차단되면, 단락 플레이트(177)가 단락된 이차전지(100)는 단락전류가 흐르게 되어 제1퓨즈(F1)가 용융되어 내부 순환 전류 흐름을 차단할 수 있다.
즉, 이차전지(100)는 서로 다른 전류에서 동작하고, 외부와 내부의 단락 전류 흐름을 각각 차단할 수 있는 2개의 퓨즈를 구비하므로 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한 이차전지(100)는 복수의 이차전지(100)가 병렬 연결된 구성에서도, 이차전지(100)의 외부로 흐르는 단락 전류를 낮은 전류에 구동하는 제2퓨즈에 의해 차단할 수 있으므로, 병렬로 연결된 복수의 이차전지(100)의 안전성도 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차전지를 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.
100; 이차전지 110; 전극 조립체
120; 제1집전판 130; 연결핀
140; 제1단자부 150; 제2집전판
160; 제2단자부 170; 캡 조립체
180; 케이스

Claims (10)

  1. 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극조립체;
    상기 제1전극탭과 전기적으로 접속되며, 판형상으로 제1전류에 동작하는 제1퓨즈와 제2전류에 동작하는 제2퓨즈를 갖으며, 상기 제1전류와 상기 제2전류는 다른 제1집전판;
    상기 전극조립체를 수용하며, 상단 개구부를 갖는 케이스;
    상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트와 상기 전극 조립체와 상기 제1집전판 사이에 개재된 하부 절연부재를 구비하는 캡 조립체;
    상기 제1집전판과 상기 캡 플레이트 사이에 개재되어, 상기 제1집전판과 상기 캡 플레이트 사이를 전기적으로 접속시키는 연결핀; 및
    상기 제1집전판과 전기적으로 접촉되고, 상기 캡 플레이트를 관통하여 상부로 돌출된 제1단자부를 포함하며,
    상기 하부 절연부재는 상기 제1퓨즈와 상기 제2퓨즈와 상기 전극 조립체 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1퓨즈는 상기 제1집전판을 관통하는 제1퓨즈홀을 구비하고,
    상기 제2퓨즈는 상기 제1집전판을 관통하는 제2퓨즈홀을 구비하는 것을 특징으로 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전류가 상기 제2전류에 비해서 더 큰 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결핀은 상기 1집전판에서 상기 제1퓨즈와, 상기 제2퓨즈 사이에 접속된 것을 특징으로 하는 이차전지
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1집전판은
    상기 제1단자부와 접속되는 제1단자 접속부;
    상기 연결핀과 접속되는 연결핀 접속부; 및
    상기 제1전극탭과 접속되는 제1전극탭 접속부를 더 포함하며,
    상기 연결핀 접속부는 상기 제1단자 접속부와 상기 제1전극탭 접속부 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1집전판에서
    상기 제1퓨즈는 상기 제1단자 접속부와 상기 연결핀 접속부 사이에 위치하고, 상기 제2퓨즈는 상기 연결핀 접속부와 상기 제1전극탭 접속부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡 조립체는
    상기 제1단자부와 상기 캡 플레이트 사이에 개재되어, 상기 제1단자부와 상기 캡 플레이트 사이의 접촉을 차단하는 상부 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2전극탭과 전기적으로 접속된 제2집전판; 및
    상기 제2전극탭과 전기적으로 접촉되고, 상기 캡 플레이트를 관통하여 상부로 돌출된 제2단자부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2단자부의 하부에는
    상기 캡 플레이트와 전기적으로 접속되고 상기 케이스 내부의 압력이 기준 압력 이상일 경우 상기 제2단자부와 접촉되는 반전 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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