KR102502554B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 제 1 집전탭 및 제 2 집전탭이 형성된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 상부에 결합된 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트에 전기적으로 접속된 제 1 전극 단자; 및 상기 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 형성되며, 상기 제 1 집전탭이 전기적으로 접속된 탭 접속부와 상기 제 1 전극 단자가 전기적으로 접속된 단자 접속부를 갖는 제 1 집전 플레이트;를 포함하고, 상기 단자 접속부는 상기 제 1 전극 단자가 접속되는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 외측에 형성된 제 2 영역을 포함하며, 상기 제 1 영역의 두께는 제 2 영역의 두께보다 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{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, 각형 및 파우치형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다.
한편, 이차 전지는 과충전이나 내부 단락 등이 발생하면 과도한 열이 발생하고 내부 압력이 상승하여 발화되거나 폭발할 수 있다. 이에 따라, 안전성을 향상시킬 수 있는 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지는 제 1 집전탭 및 제 2 집전탭이 형성된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 상부에 결합된 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트에 전기적으로 접속된 제 1 전극 단자; 및 상기 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 형성되며, 상기 제 1 집전탭이 전기적으로 접속된 탭 접속부와 상기 제 1 전극 단자가 전기적으로 접속된 단자 접속부를 갖는 제 1 집전 플레이트;를 포함하고, 상기 단자 접속부는 상기 제 1 전극 단자가 접속되는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 외측에 형성된 제 2 영역을 포함하며, 상기 제 1 영역의 두께는 제 2 영역의 두께보다 얇게 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 전극 단자는 상기 제 1 영역에 전기적으로 접속된 단자 기둥; 및
상기 단자 기둥의 외주연에 형성되며, 수평 방향으로 연장된 플랜지부를 포함하고, 상기 플랜지부는 상기 캡 플레이트에 전기적으로 접속되며, 상기 캡 플레이트의 두께보다 얇게 형성될 수 있다.
상기 케이스 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면, 상기 플랜지부는 상부로 볼록하게 변형될 수 있다.
여기서, 상기 플랜지부가 상부로 볼록하게 변형되면, 상기 단자 기둥은 상부로 이동하여 상기 제 1 영역으로부터 분리될 수 있다.
상기 제 1 영역에는 노치가 형성될 수 있다.
이때, 상기 케이스 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면, 상기 노치가 파단될 수 있다.
상기 제 2 영역과 상기 캡 플레이트 사이에는 제 1 절연 부재가 형성될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트를 관통하여 결합된 제 2 전극 단자; 상기 제 2 전극 단자와 캡 플레이트 사이를 절연시키는 가스켓; 및 상기 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 형성되며, 상기 제 2 집전탭과 전기적으로 접속된 탭 접속부와, 상기 제 2 전극 단자가 전기적으로 접속된 단자 접속부와, 상기 탭 접속부와 단자 접속부 사이에 형성된 단락 플레이트를 갖는 제 2 집전 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 케이스 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면, 상기 단락 플레이트가 반전되어 상기 캡 플레이트에 접촉하여 단락을 유발할 수 있다.
여기서, 상기 단락 플레이트가 상기 캡 플레이트에 접촉하면, 상기 제 1 영역이 용융 및 절단될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 캡 플레이트에 결합되며 캡 플레이트의 두께보다 얇은 두께로 형성된 플랜지부를 갖는 제 1 전극 단자와, 상기 제 1 전극 단자와 전기적으로 연결되며 상대적으로 얇은 두께로 형성된 제 1 영역을 갖는 제 1 집전 플레이트를 구비하여, 과충전 또는 내부 단락 등에 의해 케이스 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면 플랜지부가 상부로 볼록하게 변형되어 제 1 전극 단자가 제 1 영역으로부터 분리된다. 즉, 제 1 집전 플레이트와 제 1 전극 단자 사이의 전기적 연결을 차단하여, 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 A부분의 확대도이다.
도 4는 케이스 내부 압력 상승 시 제 1 전극 단자와 제 1 집전 플레이트 사이의 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 집전 플레이트를 도시한 단면도이다.
도 6은 케이스 내부 압력 상승 시 제 1 전극 단자와 제 1 집전 플레이트 사이의 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
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 과장 또는 축소된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
또한, "하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 이차 전지의 다양한 제조 공정 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 이차 전지가 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선의 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 A부분의 확대도이다. 도 4는 케이스 내부 압력 상승 시 제 1 전극 단자와 제 1 집전 플레이트 사이의 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제 1 집전 플레이트(120), 제 2 집전 플레이트(130), 제 1 전극 단자(140), 제 2 전극 단자(150), 케이스(160), 캡 조립체(170) 및 버스바(180)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판, 세퍼레이터 및 제 2 전극판의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판은 양극으로서 동작할 수 있으며, 제 2 전극판은 음극으로서 동작할 수 있다. 물론, 당업자의 선택에 따라 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판은 서로 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 제 1 전극판은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 1 전극 무지부를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부는 제 1 전극판과 외부 간의 전류 흐름의 통로를 제공한다. 한편, 상기 제 1 전극판의 재질로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제 1 전극판의 무지부는 제 1 집전탭(111)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 집전탭(111)은 다수개로 구비되어 상기 제 1 전극 무지부로부터 돌출되도록 형성된다. 상기 제 1 집전탭(111)은 상기 제 1 전극판이 권취될 때 일정한 위치에서 중첩되도록 형성되어, 멀티 탭 구조를 이룬다. 이를 위해, 상기 제 1 전극판은 다수의 제 1 집전탭(111)들을 기설정된 거리로 이격시켜서 배치한 상태에서 권취될 수 있다. 상기 제 1 집전탭(111)은 상기 제 1 전극판에 일체로 형성된 구조를 갖고, 권취된 제 1 전극판 각각으로부터 인출되기 때문에 상기 전극 조립체(110)로부터의 집전 효율을 높일 수 있는 장점을 갖는다. 즉, 상기 제 1 집전탭(111)은 상기 제 1 전극 무지부 자체일 수 있다.
상기 제 2 전극판은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 2 전극 무지부를 포함한다.
또한, 상기 제 2 전극판의 무지부로부터 상기 제 1 집전탭(111)과 대응되도록 제 2 집전탭(112)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 집전탭(112) 역시 상기 제 2 전극판에 이격된 다수개로 배열된 상태에서, 상기 제 2 전극판을 권취함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 집전탭(112)도 상기 제 1 집전탭(111)과 동일하게 멀티 탭 구조를 이룬다.
상기 세퍼레이터는 제 1 전극판과 제 2 전극판의 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 수행한다. 상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 세퍼레이터의 재질로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(160)에 수납된다. 이때, 상기 전극 조립체(110)는 적어도 하나 이상이 케이스(160)에 수납될 수 있다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다. 또한, 상기 제 1 집전탭(111) 및 제 2 집전탭(112)은 각각 제 1 집전 플레이트(120) 및 제 2 집전 플레이트(130)와 전기적으로 연결된다.
상기 제 1 집전 플레이트(120)는 상기 전극 조립체(110)의 상부에 위치하며, 상기 제 1 집전탭(111) 및 제 1 전극 단자(140)와 전기적으로 연결된다. 구체적으로 상기 제 1 집전 플레이트(120)는 상기 제 1 집전탭(111)이 접속되는 탭 접속부(121) 및 상기 제 1 전극 단자(140)가 접속되는 단자 접속부(122)를 포함한다. 여기서, 상기 탭 접속부(121)는 제 1 집전 플레이트(120)의 일측에 형성되고, 단자 접속부(122)는 제 1 집전 플레이트(120)의 타측에 형성된다.
상기 탭 접속부(121)에는 상기 제 1 집전탭(111)이 용접된다. 구체적으로, 상기 전극 조립체(110)의 상부로 돌출된 제 1 집전탭(111)은 상기 탭 접속부(121)의 하면에 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접 등을 통해 결합될 수 있다.
상기 단자 접속부(122)에는 후술되는 제 1 전극 단자(140)가 전기적으로 접속된다. 상기 단자 접속부(122)는 중앙에 형성되며 제 1 두께(D1)를 갖는 제 1 영역(123)과, 상기 제 1 영역(123)의 외측에 형성되며 상기 제 1 두께(D1) 보다 두꺼운 제 2 두께(D2)를 갖는 제 2 영역(124)을 포함한다. 상기 제 1 영역(123)에는 홀이 형성되어 제 1 전극 단자(140)가 상기 홀에 결합된 후 용접을 통해 고정될 수 있다. 물론, 상기 제 1 영역(123)에는 별도의 홀이 형성되지 않고, 제 1 전극 단자(140)가 제 1 영역(123)의 상부에 접촉된 후, 그 둘레가 용접에 의해 고정될 수 있다. 상기 케이스(160) 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면 상기 제 1 영역(123)과 제 1 전극 단자(140)가 분리되어, 제 1 집전 플레이트(120)와 제 1 전극 단자(140) 사이의 전기적인 연결이 차단된다. 상기 단자 접속부(122)와 제 1 전극 단자(140)의 동작 방법은 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 제 2 집전 플레이트(130)는 상기 전극 조립체(110)의 상부에 위치하며, 상기 제 2 집전탭(112) 및 제 2 전극 단자(150)와 전기적으로 연결된다. 구체적으로 상기 제 2 집전 플레이트(130)는 상기 제 2 집전탭(112)이 접속되는 탭 접속부(131) 및 상기 제 2 전극 단자(150)가 접속되는 단자 접속부(132)를 포함한다. 여기서, 상기 탭 접속부(131)는 제 2 집전 플레이트(130)의 일측에 형성되고, 단자 접속부(132)는 제 2 집전 플레이트(130)의 타측에 형성된다. 또한, 상기 제 2 집전 플레이트(130)는 전체적으로 동일한 두께로 형성된다.
상기 탭 접속부(131)에는 상기 제 2 집전탭(112)이 용접된다. 구체적으로, 상기 전극 조립체(110)의 상부로 돌출된 제 2 집전탭(112)은 상기 탭 접속부(131)의 하면에 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접 등을 통해 결합될 수 있다.
상기 단자 접속부(132)에는 후술되는 제 2 전극 단자(150)가 전기적으로 접속된다. 상기 단자 접속부(132)에는 제 2 전극 단자(150)가 결합되는 관통홀(133)이 형성된다.
상기 제 1 전극 단자(140)는 단자 기둥(141)과, 상기 단자 기둥(141)의 외주연, 즉 수평 방향으로 연장된 플랜지부(142)를 포함한다. 상기 플랜지부(142)는 상기 단자 기둥(141)의 높이 방향의 가운데 부분에 형성되며, 상기 단자 기둥(141)에 비해 상대적으로 얇은 두께로 이루어진다. 또한, 상기 플랜지부(142)는 후술되는 캡 플레이트(171)에 전기적으로 접속된다. 따라서, 상기 제 1 전극 단자(140)와 캡 플레이트(171)는 동일한 극성, 예를 들어 양극을 갖는다. 여기서, 상기 제 1 전극 단자(140)는 상기 캡 플레이트(171)와 일체로 형성되거나, 상기 캡 플레이트(171)에 용접 등을 통해서 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 플랜지부(142)를 중심으로, 상기 단자 기둥(141)은 상부 및 하부로 돌출되게 형성된다. 상기 단자 기둥(141)에서 플랜지부(142)의 상부로 돌출된 부분은 캡 플레이트(171)의 외부로 노출되고, 상기 단자 기둥(141)에서 플랜지부(142)의 하부로 돌출된 부분은 상기 제 1 집전 플레이트(120)의 단자 접속부(122)에 전기적으로 접속된다. 보다 구체적으로, 상기 단자 기둥(141)에서 플랜지부(142)의 하부로 돌출된 부분은 단자 접속부(122)의 제 1 영역(123)에 전기적으로 접속된다.
또한, 상기 플랜지부(142)의 두께는 상기 캡 플레이트(171)의 두께보다 얇게 형성된다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 케이스(160) 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면 상기 플랜지부(142)가 상부로 볼록하게 변형되고, 상기 단자 기둥(141)은 상부로 이동하게 된다. 따라서, 상기 단자 기둥(141)이 단자 접속부(122)의 제 1 영역(123)으로부터 분리되어, 제 1 전극 단자(140)와 제 1 집전 플레이트(120) 사이의 전기적 연결이 끊기게 된다.
이와 같이, 본 발명은 캡 플레이트(171)의 두께보다 얇은 두께로 형성된 플랜지부(142)를 갖는 제 1 전극 단자(140)와, 상기 제 1 전극 단자(140)와 전기적으로 연결되며 상대적으로 얇은 두께로 형성된 제 1 영역(123)을 갖는 제 1 집전 플레이트(120)를 구비하여, 과충전 또는 내부 단락 등에 의해 케이스(160) 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면 제 1 전극 단자(140)의 플랜지부(142)가 상부로 볼록하게 변형되어 제 1 전극 단자(140)가 제 1 집전 플레이트(120)의 제 1 영역(123)으로부터 분리된다. 따라서, 제 1 집전 플레이트(120)와 제 1 전극 단자(140) 사이의 전기적 연결을 차단하여, 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 제 2 전극 단자(150)는 단자 기둥(151)과, 상기 단자 기둥(151)의 외주연, 즉 수평 방향으로 연장된 플랜지부(152)를 포함한다. 상기 단자 기둥(151)은 상기 캡 플레이트(171)를 관통하며, 상부가 리벳팅되어 상기 캡 플레이트(171)에 고정된다. 상기 플랜지부(152)는 상기 단자 기둥(151)의 하부에 형성되며, 상기 단자 기둥(151)에 비해 상대적으로 얇은 두께로 이루어진다. 또한, 상기 단자 기둥(151)에서 상기 플랜지부(152)의 하부에 위치한 부분은 상기 제 2 집전 플레이트(130)의 관통홀(133)에 결합되어, 상기 제 2 전극 단자(150)와 제 2 집전 플레이트(130)를 전기적으로 연결한다.
상기 케이스(160)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(110)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 상기 케이스(160)의 개구부에는 캡 플레이트(171)가 결합되어 상기 케이스(160)를 밀봉한다. 상기 케이스(160)의 내면은 기본적으로 절연 처리되어, 내부에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 경우에 따라, 상기 전극 조립체(110)의 일 전극이 상기 캡 플레이트(171)를 통해 상기 케이스(160)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우에도 케이스(160) 내부의 절연 처리에 의해 내부에서의 전기적 단락은 방지된다. 예를 들어, 상기 케이스(160)는 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 조립체(170)는 상기 케이스(160)의 상부(개구부)에 결합된다. 구체적으로, 상기 캡 조립체(170)는 캡 플레이트(171), 전해액 주입구(172), 마개(173), 가스켓(174), 제 1 단자 플레이트(175), 제 2 단자 플레이트(176), 제 1 절연 부재(177) 및 제 2 절연 부재(178)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(171)는 판상으로 형성되어 케이스(160)의 개구부를 밀봉하며, 상기 케이스(160)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(171)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(160)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(171)는 전기적으로 독립하거나, 경우에 따라 상기 제 1 집전탭(111) 또는 제 2 집전탭(112) 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 캡 플레이트(171)는 상기 제 1 집전탭(111)과 전기적으로 연결될 수 있고, 이 때 상기 캡 플레이트(171) 및 케이스(160)는 이와 동일한 극성(양극)을 갖게 된다. 물론 상기 캡 플레이트(171)가 상기 제 2 집전탭(112)과 전기적으로 연결되는 것도 가능하다.
또한, 상기 캡 플레이트(171)의 일측에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(172)가 형성된다. 상기 전해액 주입구(172)를 통해 케이스(160)의 내부로 전해액이 주입되며, 그 이후 상기 전해액 주입구(172)는 마개(173)에 의해 밀봉된다.
또한, 상기 캡 플레이트(171)의 일측에는 제 2 전극 단자(150)가 관통되기 위한 단자홀(171a)이 형성되고, 상기 단자홀(171a)에는 가스켓(174)이 형성된다. 상기 가스켓(174)은 절연성 재질로 이루어지며, 상기 캡 플레이트(171)의 하부에서 결합되어 상기 제 2 전극 단자(150)와 캡 플레이트(171) 사이를 밀봉한다. 이러한 가스켓(174)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부로 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다. 또한, 상기 가스켓(174)은 상기 제 2 전극 단자(150)와 상기 캡 플레이트(171) 사이를 전기적으로 절연시킨다.
상기 제 1 단자 플레이트(175)는 상기 제 1 전극 단자(140)의 외주연에 위치하며 상기 캡 플레이트(171)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 제 1 단자 플레이트(175)는 상기 캡 플레이트(171)와 일체로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 단자 플레이트(175)는 상기 캡 플레이트(171)에서 상부로 돌출되게 형성된 부분을 말한다. 상기 제 1 단자 플레이트(175)는 상기 캡 플레이트(171)로부터 돌출되게 형성되어 버스바(180)가 용이하게 결합될 수 있다.
상기 제 2 단자 플레이트(176)는 상기 캡 플레이트(171)의 단자홀(171a)을 통해 캡 플레이트(171)의 상부로 돌출된 제 2 전극 단자(150)에 결합된다. 또한, 상기 제 2 단자 플레이트(176)가 상기 제 2 전극 단자(150)에 결합된 후, 상기 제 2 전극 단자(150)의 상부가 리벳팅 또는 용접됨으로써, 상기 제 2 전극 단자(150)가 상기 제 2 단자 플레이트(176)에 고정될 수 있다.
상기 제 1 절연 부재(177)는 상기 제 1 집전 플레이트(120)와 상기 캡 플레이트(171) 사이에 위치하여, 제 1 집전 플레이트(120)와 캡 플레이트(171)를 절연시킨다. 구체적으로, 상기 제 1 절연 부재(177)는 상기 제 1 집전 플레이트(120)의 제 2 영역(124)의 상면과 캡 플레이트(171)의 하면 사이에 위치한다.
상기 제 2 절연 부재(178)는 상기 제 2 전극 단자(150)와 결합된 제 2 단자 플레이트(176)와 캡 플레이트(171) 사이에 위치하여, 제 2 전극 단자(150)와 캡 플레이트(171)를 절연시킨다. 상기 제 2 절연 부재(178)는 상기 제 2 단자 플레이트(176)를 통해서 캡 플레이트(171)와 가스켓(174)에 밀착된다.
상기 버스바(180)는 상기 제 1 단자 플레이트(175) 및 제 2 단자 플레이트(176) 각각에 전기적으로 접속된다. 여기서, 상기 버스바(180)는 다수의 이차 전지(100)를 서로 직렬 또는 병렬로 연결시켜 하나의 배터리 팩을 형성할 수 있다. 상기 제 1 단자 플레이트(175)에 결합되는 버스바(180)에는 단자홈(181)이 형성된다. 상기 단자홈(181)은 케이스(160) 내부 압력이 기준 압력 보다 높아질 때, 상기 제 1 전극 단자(140)가 상부로 이동하는 공간을 제공한다. 즉, 케이스(160) 내부 압력이 기준 압력 보다 높아지면, 플랜지부(142)가 상부로 볼록하게 변형되고, 이때 단자 기둥(141)이 상부로 상승하여 상기 버스바(180)의 단자홈(181)에 결합된다. 이와 같이, 버스바(180)의 하부에 단자홈(181)이 형성되어 있으므로, 단자 기둥(141)이 상부로 상승하여도 이차 전지(100)의 높이에는 변함이 없으므로, 이차 전지(100)의 높이를 줄일 수 있게 된다.
다음으로, 도 4를 참조하여 케이스 내부 압력 상승 시 제 1 전극 단자와 제 1 집전 플레이트의 동작 방법을 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 과충전 또는 내부 단락 등에 의해 케이스(160) 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면, 제 1 전극 단자(140)의 플랜지부(142)가 상부로 볼록하게 변형되고, 상기 단자 기둥(141)은 버스바(180)에 형성된 단자홈(181)을 향해 상부로 이동하게 된다. 이에 따라, 상기 단자 기둥(141)이 제 1 집전 플레이트(120)의 제 1 영역(123)으로부터 분리되어, 제 1 전극 단자(140)와 제 1 집전 플레이트(120) 사이의 전기적 연결이 끊기게 된다. 즉, 제 1 전극 단자(140)는 제 1 전극판으로부터 전기적인 연결이 끊기게 되고, 캡 플레이트(171) 및 케이스(160)도 제 1 전극판과의 전기적인 연결이 끊기게 된다. 이와 같이, 상기 제 1 집전 플레이트(120)의 제 1 영역(123)은 퓨즈 역할을 하여 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 집전 플레이트를 도시한 단면도이다. 도 6은 케이스 내부 압력 상승 시 제 1 전극 단자와 제 1 집전 플레이트 사이의 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 제 1 집전 플레이트(120)는 제 1 영역(123)에 노치(123a)가 더 형성되어 있다. 상기 노치(123a)는 상기 제 1 영역(123)에서 단자 기둥(141)이 접속된 부분을 둘러싸도록 원형으로 형성된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 과충전 또는 내부 단락 등에 의해 케이스(160) 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면, 상기 노치(123a)가 파단되어 제 1 전극 단자(140)의 단자 기둥(141)과 제 1 집전 플레이트(120) 사이의 전기적 연결이 끊기게 된다. 즉, 제 1 전극 단자(140)는 제 1 전극판으로부터 전기적인 연결이 끊기게 되고, 캡 플레이트(171) 및 케이스(160)도 제 1 전극판과의 전기적인 연결이 끊기게 된다. 이와 같이, 상기 제 1 집전 플레이트(120)의 노치(123a)는 퓨즈 역할을 하여 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 7에 도시된 이차 전지는 도 2에 도시된 이차 전지와 거의 유사하다. 따라서, 이하에서는 그 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 전극 조립체(110), 제 1 집전 플레이트(120), 제 2 집전 플레이트(230), 제 1 전극 단자(140), 제 2 전극 단자(150), 케이스(160), 캡 조립체(170) 및 버스바(180)를 포함한다.
상기 제 2 집전 플레이트(230)는 상기 전극 조립체(110)의 상부에 위치하며, 상기 제 2 집전탭(112) 및 제 2 전극 단자(150)와 전기적으로 연결된다. 구체적으로 상기 제 2 집전 플레이트(230)는 상기 제 2 집전탭(112)이 접속되는 탭 접속부(231), 상기 제 2 전극 단자(150)가 접속되는 단자 접속부(232) 및 상기 탭 접속부(231)와 단자 접속부(232) 사이에 형성된 단락 플레이트(235)를 포함한다. 여기서, 상기 탭 접속부(231)는 제 2 집전 플레이트(230)의 일측에 형성되고, 단자 접속부(232)는 제 2 집전 플레이트(230)의 타측에 형성된다. 또한, 상기 제 2 집전 플레이트(230)는 전체적으로 동일한 두께로 형성된다.
상기 탭 접속부(231)에는 상기 제 2 집전탭(112)이 용접된다. 구체적으로, 상기 전극 조립체(110)의 상부로 돌출된 제 2 집전탭(112)은 상기 탭 접속부(231)의 하면에 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접 등을 통해 결합될 수 있다.
상기 단자 접속부(232)에는 제 2 전극 단자(150)가 전기적으로 접속된다. 상기 단자 접속부(232)에는 제 2 전극 단자(150)가 결합되는 관통홀(233)이 형성된다.
또한, 상기 탭 접속부(231)와 단자 접속부(232) 사이에는 단락홀(234)이 형성되며, 상기 단락홀(234)에는 단락 플레이트(235)가 설치된다. 상기 단락 플레이트(235)는 아래로 볼록한 라운드부와 상기 제 2 집전 플레이트(230)에 고정된 테두리부를 포함하는 반전 플레이트로 형성된다. 상기 단락 플레이트(235)는 상기 제 2 집전 플레이트(230)와 동일한 극성을 가진다. 상기 단락 플레이트(235)는 케이스(160) 내부의 압력이 설정된 기준 압력보다 높아지면, 반전되어(위로 볼록하게 돌출되어) 상기 캡 플레이트(171)에 접촉함으로써 단락을 유발시킨다.
더불어, 상기 단락 플레이트(235)에 의해 단락이 발생하면, 이차 전지(200)에는 큰 전류가 흐르게 되고 이에 따른 열이 발생하게 된다. 이때, 발생된 열에 의해 상기 제 1 집전 플레이트(120)의 제 1 영역(123)이 용융 및 절단되어 전류의 흐름을 차단하여, 이차 전지(200)의 안전성을 향상시킨다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 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.
100: 이차 전지 110: 전극 조립체
120: 제 1 집전 플레이트 121: 탭 접속부
122: 단자 접속부 123: 제 1 영역
123a: 노치 124: 제 2 영역
130: 제 2 집전 플레이트 140: 제 1 전극 단자
141: 단자 기둥 142: 플랜지부
150: 제 2 전극 단자 160: 케이스
170: 캡 조립체 180: 버스바

Claims (10)

  1. 제 1 집전탭 및 제 2 집전탭이 형성된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스의 상부에 결합된 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트에 전기적으로 접속된 제 1 전극 단자; 및
    상기 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 형성되며, 상기 제 1 집전탭이 전기적으로 접속된 탭 접속부와 상기 제 1 전극 단자가 전기적으로 접속된 단자 접속부를 갖는 제 1 집전 플레이트;를 포함하고,
    상기 단자 접속부는 상기 제 1 전극 단자가 접속되는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 외측에 형성된 제 2 영역을 포함하며, 상기 제 1 영역의 두께는 제 2 영역의 두께보다 얇게 형성되고,
    상기 제 1 전극 단자는
    상기 제 1 영역에 전기적으로 접속된 단자 기둥; 및
    상기 단자 기둥의 외주연에 형성되며, 수평 방향으로 연장되어 상기 캡 플레이트에 전기적으로 접속된 플랜지부를 포함하고,
    상기 케이스 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면, 상기 플랜지부는 상부로 볼록하게 변형되어 상기 단자 기둥이 상기 제1영역으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지부는 상기 캡 플레이트의 두께보다 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 영역에는 노치가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 케이스 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면, 상기 노치가 파단되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 영역과 상기 캡 플레이트 사이에는 제 1 절연 부재가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트를 관통하여 결합된 제 2 전극 단자;
    상기 제 2 전극 단자와 캡 플레이트 사이를 절연시키는 가스켓; 및
    상기 전극 조립체와 캡 플레이트 사이에 형성되며, 상기 제 2 집전탭과 전기적으로 접속된 탭 접속부와, 상기 제 2 전극 단자가 전기적으로 접속된 단자 접속부와, 상기 탭 접속부와 단자 접속부 사이에 형성된 단락 플레이트를 갖는 제 2 집전 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 케이스 내부의 압력이 기준 압력보다 높아지면, 상기 단락 플레이트가 반전되어 상기 캡 플레이트에 접촉하여 단락을 유발하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단락 플레이트가 상기 캡 플레이트에 접촉하면, 상기 제 1 영역이 용융 및 절단되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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