KR102574485B1

KR102574485B1 - 이차 전지

Info

Publication number: KR102574485B1
Application number: KR1020180023775A
Authority: KR
Inventors: 곽승호
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2023-09-01
Also published as: KR20190102817A

Abstract

본 발명의 일 실시예는 셀의 외부 단락으로 퓨즈가 용융(또는 용해, 융해)되는 경우에도 재사용 가능한 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트에 설치되는 전극단자, 및 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되어 전극 조립체의 무지부 탭을 상기 전극단자에 연결하는 집전부재를 포함하며, 상기 집전부재는 상기 전극단자에 연결되는 리벳 결합부, 상기 리벳 결합부와 분리되어 상기 무지부 탭에 연결되는 탭 용접부, 및 상기 리벳 결합부와 상기 탭 용접부를 연결하거나 용융(또는 용해, 융해)되어 끊어지며, 용융(또는 용해, 융해)시 교체되는 퓨즈를 포함한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}

본 기재는 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 셀의 외부 단락시 용융(또는 용해, 융해)되어 전극 조립체와 전극단자 사이의 전류를 차단하는 퓨즈를 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 조립체를 수용하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 집전체, 및 집전체에 연결되어 캡 플레이트의 외측으로 인출되는 전극단자를 포함한다.

집전체는 퓨즈를 구비하여 셀의 외부 단락시 퓨즈가 용융(또는 용해, 융해)됨에 따라 전극 조립체와 전극단자를 전기적으로 차단한다. 이 경우, 집전체 및 퓨즈가 케이스의 내부에 위치하고 내부에서 용융(또는 용해, 융해)되므로 외부 단락으로 퓨즈 용융(또는 용해, 융해) 시, 이차 전지의 재사용이 불가능하다. 그리고 퓨즈가 집전체에 위치함에 따라 집전체를 전극 조립체의 무지부 탭에 초음파 용접하는 경우, 퓨즈에서 크랙이 발생될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 셀의 외부 단락으로 퓨즈가 용융(또는 용해, 융해)되는 경우에도 재사용 가능한 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예는 과충전 안전 장치(OSD; overcharge safety device)를 구비하는 경우, OSD의 작동이 아닌 셀의 외부 단락 시, 용융(또는 용해, 융해)되는 퓨즈를 교체하여 재사용 가능한 이차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예는 전극 조립체의 무지부 탭에 집전체를 초음파 용접하는 경우에도 퓨즈에서 크랙이 발생하는 것을 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트에 설치되는 전극단자, 및 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되어 전극 조립체의 무지부 탭을 상기 전극단자에 연결하는 집전부재를 포함하며, 상기 집전부재는 상기 전극단자에 연결되는 리벳 결합부, 상기 리벳 결합부와 분리되어 상기 무지부 탭에 연결되는 탭 용접부, 및 상기 리벳 결합부와 상기 탭 용접부를 연결하거나 용융(또는 용해, 융해)되어 끊어지며, 용융(또는 용해, 융해)시 교체되는 퓨즈를 포함한다.

상기 집전부재는, 상기 리벳 결합부와 상기 탭 용접부를 이격하여 고정하며, 상기 케이스의 내부에 배치되는 이격부재를 더 포함할 수 있다.

상기 이격부재는 상기 리벳 결합부와 상기 탭 용접부를 이격 배치하고 전기적으로 분리하는 합성수지재의 몰드로 형성될 수 있다.

상기 집전부재는 상기 퓨즈를 내장하고, 상기 퓨즈의 양단으로 상기 리벳 결합부와 상기 탭 용접부를 전기적으로 연결하도록 상기 케이스의 삽입구를 통하여 상기 이격부재에 삽입되거나 상기 퓨즈 용융(또는 용해, 융해) 시 상기 삽입구로부터 인출되는 삽입부재를 더 포함할 수 있다.

상기 퓨즈는 상기 삽입부재 내에서 설정 폭을 가지고 삽입 방향으로 설정된 길이로 신장되며, 상기 삽입 방향의 양측에서 상기 삽입부재의 직경 방향 외측으로 상기 양단을 돌출할 수 있다.

상기 삽입부재는 상기 퓨즈를 내장하여 전기적으로 절연시키고 상기 퓨즈의 양단을 돌출시키는 합성수지재의 몰드로 형성될 수 있다.

상기 이격부재는 상기 리벳 결합부와 상기 탭 용접부 사이에서 삽입 방향으로 형성되는 관통구, 상기 관통구의 내면에 상기 삽입 방향으로 형성되는 삽입홈, 및 상기 삽입홈에서 상기 관통구의 원주 방향으로 형성되는 체결홈을 구비할 수 있다.

상기 삽입부재는 상기 관통구에 대응하여 삽입되는 삽입체, 및 상기 삽입체의 외측에 돌출되어 상기 삽입홈으로 삽입되어 상기 체결홈에 결합되는 체결돌기를 구비할 수 있다.

상기 삽입홈은 상기 관통구에서 직경 방향 양측에서 상기 관통구의 삽입 방향으로 나란하게 쌍으로 형성되고, 상기 체결돌기는 상기 삽입홈에 대응하도록 상기 삽입체에 쌍으로 형성될 수 있다.

상기 삽입부재는 상기 삽입체의 단부에 상기 삽입구보다 큰 직경으로 형성되어 상기 삽입구의 외측 상기 케이스에 지지되는 플랜지, 및 상기 삽입구로 삽입되어 회전 조작에 따라 상기 삽입구의 내측에서 상기 케이스의 내면을 지지하도록 상기 플랜지와 간격을 두고 상기 플랜지의 내측에 형성되는 지지돌기를 더 포함할 수 있다.

상기 삽입구의 외측에서 상기 플랜지의 내면과 상기 케이스의 외면 사이에 실링이 배치될 수 있다.

상기 전극단자 중 상기 전극 조립체의 음극에 연결되는 음극단자는 과충전 안전 장치를 개재하여 상기 캡 플레이트에 절연 구조로 설치되고, 상기 전극단자 중 상기 전극 조립체의 양극에 연결되는 양극단자는 상기 캡 플레이트에 통전 구조로 설치될 수 있다.

상기 과충전 안전 장치는 상기 캡 플레이트의 단자홀에 절연 구조로 설치되는 상기 음극단자의 리벳 터미널에 전기적으로 연결되고, 절연부재를 개재하여 상기 캡 플레이트의 외측에 배치되는 단락탭, 및 상기 단락탭에 대응하도록 상기 캡 플레이트의 단락 홀에 구비되어 내부 상승시 반전되어 상기 단락탭에 단락되는 멤브레인을 포함할 수 있다.

상기 리벳 결합부는 상기 음극단자의 상기 리벳 터미널에 연결되고, 상기 탭 용접부는 상기 리벳 결합부와 분리되어 상기 음극의 무지부 탭에 연결될 수 있다.

상기 양극단자는 리벳 터미널에 전기적으로 연결되는 플레이트 터미널, 및 상기 리벳 터미널과 전기적으로 절연되면서 상기 플레이트 터미널과 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하는 탑 플레이트를 포함할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예는 집전부재에 리벳 결합부, 탭 용접부 및 퓨즈를 포함하고, 셀의 외부 단락으로 퓨즈가 용융(또는 용해, 융해)되는 경우, 퓨즈를 교체 가능케 하므로 이차 전지를 재사용할 수 있게 한다. 즉 일 실시예는 과충전 안전 장치(OSD; overcharge safety device)를 구비하는 경우에도, OSD의 작동이 아닌 셀의 외부 단락으로 퓨즈가 용융(또는 용해, 융해)되는 경우, 퓨즈를 교체함으로써 이차 전지를 재사용할 수 있게 한다.

또한, 일 실시예는 리벳 결합부와 탭 용접부를 분리한 상태로 집전부재를 무지부 탭에 초음파 용접한 후, 케이스와 캡 플레이트를 조립하고, 퓨즈를 케이스 내부로 삽입하여 리벳 결합부와 탭 용접부를 연결할 수 있게 한다. 따라서 무지부 탭과 탭 용접부의 초음파 용접시, 퓨즈에서 크랙이 발생되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 2에 적용된 전극 조립체의 사시도이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 3에 적용되는 집전체의 사시도이다.
도 6은 도 5의 평면도이다.
도 7은 도 5의 집전체에서 리벳 결합부와 탭 용접부를 분리하여 고정하는 분리부재의 일측 사시도이다.
도 8은 도 5의 집전체에서 리벳 결합부와 탭 용접부를 분리하여 고정하는 분리부재의 다른측 사시도이다.
도 9은 도 7의 분리부재에 삽입되어 내장되는 퓨즈로 리벳 결합부와 탭 용접부를 전기적으로 연결하는 삽입부재의 사시도이다.
도 10은 도 9의 삽입부재의 평면도이다.
도 11은 도 1의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선을 따라 자른 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 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 이차 전지는 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)와 전해액을 내장하는 케이스(30), 케이스(30)의 개구(31)에 결합되어 개구(31)를 밀폐하는 캡 플레이트(40), 캡 플레이트(40)에 설치되는 음극단자(51)와 양극단자(52), 및 캡 플레이트(40)와 전극 조립체(10) 사이에 배치되어 전극 조립체(10)와 음, 양극단자(51, 52)를 전기적으로 연결하는 집전부재(71, 72)를 포함한다.

도 3은 도 2에 적용된 전극 조립체의 사시도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 이차 전지는 전기 절연재로 형성되는 탑 인슐레이터(20)를 더 포함할 수 있다. 탑 인슐레이터(20)는 캡 플레이트(40)와 전극 조립체(10) 사이에서 집전부재(71, 72)와 전극 조립체(10) 사이에 배치된다. 따라서 탑 인슐레이터(20)는 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(40)를 전기적으로 절연하면서, 또한 집전부재(71, 72)와 전극 조립체(10)를 전기적으로 절연한다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 케이스(30)는 플레이트 모양의 전극 조립체(10)와 전해액을 수용할 수 있도록 공간을 설정한다. 예를 들면, 케이스(30)는 대략 직육면체로 형성되고, 전극 조립체(10)를 삽입하도록 그 일측에 사각형의 개구(31)를 구비한다.

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)에는 음, 양극단자(51, 52)가 설치된다. 일례로써, 케이스(30)와 캡 플레이트(40)는 알루미늄으로 형성되어 개구(31)에서 서로 용접될 수 있다.

음극단자(51)는 캡 플레이트(40)에 절연 구조로 설치되고, 양극단자(52)는 캡 플레이트(40)에 통전 구조로 설치된다. 도시하지 않았으나 양극단자가 캡 플레이트에 일체로 형성되는 경우, 캡 플레이트는 양극단자의 설치를 위한 단자홀을 구비하지 않을 수도 있다.

또한, 캡 플레이트(40)는 벤트홀(41)과 전해액 주입구(42)를 더 구비한다. 벤트홀(41)은 전극 조립체(10)의 충전 및 방전 작용에 의하여 이차 전지의 내부에서 발생되는 가스에 의한 내부 압력을 배출할 수 있도록 벤트 플레이트(411)로 밀폐된다.

이차 전지의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(411)가 절개되어 벤트홀(41)을 개방하여 가스 및 내부 압력을 배출한다. 벤트 플레이트(411)는 절개를 유도하는 노치(412)를 구비한다.

전해액 주입구(42)는 케이스(30)에 캡 플레이트(40)를 결합하여 용접한 후, 캡 플레이트(40) 및 케이스(30)의 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(42)는 밀봉 마개(421)로 밀봉된다.

탑 인슐레이터(20)는 캡 플레이트(40)와 전극 조립체(10) 사이에 배치되므로 내부 벤트홀(27)을 구비한다. 내부 벤트홀(27)은 캡 플레이트(40)에 구비되는 벤트홀(41)에 대응하여 형성되므로 전극 조립체(10)에서 발생되는 가스에 의하여 상승되는 내부 압력이 탑 인슐레이터(20) 상부의 벤트홀(41)로 원활히 배출될 수 있게 한다.

탑 인슐레이터(20)는 내부 전해액 주입구(28)를 구비한다. 내부 전해액 주입구(28)는 캡 플레이트(40)에 구비되는 전해액 주입구(42)에 대응하여 형성되므로 전해액 주입구(42)를 경유한 전해액이 탑 인슐레이터(20) 하부의 전극 조립체(10)로 원활히 주입될 수 있게 한다.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 전극 조립체(10)는 전기 절연재인 세퍼레이터(13)의 양측에 음극(11)과 양극(12)을 구비하고, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 권취 또는 적층(미도시)하여 형성된다.

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 형성되는 무지부 탭(112, 122)을 포함한다. 무지부 탭(112, 122)은 권취된 전극 조립체(10)의 일단에 배치된다.

즉, 음극(11)의 무지부 탭들(112)은 권취되는 전극 조립체(10)의 일단(도 3의 상단)에서 일측(도 3의 좌측)에 배치되고, 양극(12)의 무지부 탭들(122)은 권취되는 전극 조립체(10)의 동일단(도 3의 상단)에서 거리를 두고 다른 측(도 3의 우측)에 배치된다.

무지부 탭들(112, 122)이 전극 조립체(10)의 권취 회당 하나씩 구비되어 충전 및 방전되는 전류를 흐르게 하므로 무지부 탭들(112, 122)의 전체 저항이 감소된다. 따라서 전극 조립체(10)는 무지부 탭들(112, 122)을 통하여 고전류를 충전 및 방전할 수 있다.

전극 조립체(10)는 하나 또는 복수로 형성될 수도 있으나(미도시) 일 실시예에서는 2개로 형성되어 있다. 즉 전극 조립체(10)는 대략 직육면체 형상의 케이스(30)에 수용될 수 있도록 y축 방향 양단에서 반원을 형성하는 플레이트 모양으로 형성될 수 있다.

음극단자(51)는 과충전 안전 장치(60)를 구비한 집전부재(71)로 음극(11)의 무지부 탭(112)에 연결되고, 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1)에 절연 구조로 설치된다. 양극단자(52)는 집전부재(72)로 양극(12)의 무지부 탭(122)에 연결되고, 캡 플레이트(40)에 통전 구조로 설치된다.

집전부재(71, 72)는 전극 조립체(10)로부터 전류를 방전시키거나 전극 조립체(10)에 전류를 충전시킬 수 있도록 무지부 탭들(112, 122)과 음, 양극단자(51, 52)를 전기적으로 서로 연결한다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 음, 양극단자(51, 52)는 캡 플레이트(40)의 외면에 배치되는 플레이트 터미널(511, 521) 및 플레이트 터미널(511, 521)에 전기적으로 연결되고 단자홀(H1, H2)에 개스킷(513, 523)을 개재하여 설치되는 리벳 터미널(512, 522)을 포함한다.

도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 음극단자(51) 측에 구비되는 과충전 안전 장치(60)는 단락탭(61)과 멤브레인(62)을 포함한다.

단락탭(61)은 리벳 터미널(512)에 전기적으로 연결되고, 절연부재(514)를 개재하여 캡 플레이트(40)의 외측에 배치된다. 멤브레인(62)은 단락탭(61)에 대응하도록 캡 플레이트(40)의 단락 홀(43)에 구비되어, 내부 압력 상승시 반전(도 2의 가상선)되어 단락탭(61)에 단락된다.

양극단자(52)은 플레이트 터미널(521)과 캡 플레이트(40)의 외면 사이에 배치되는 탑 플레이트(524)를 더 포함한다. 탑 플레이트(524)는 개스킷(523)에 의하여 리벳 터미널(522)과 전기적으로 절연되면서 플레이트 터미널(521)과 캡 플레이트(40)를 전기적으로 연결한다.

개스킷(513, 523)은 리벳 터미널(512, 522)과 단자홀(H1, H2) 내면 사이에 설치되어, 리벳 터미널(512, 522)과 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1, H2) 사이를 실링하고 전기적으로 절연한다.

개스킷(513, 523)을 개재하여 리벳 터미널(512, 522)을 단자홀(H1, H2)에 삽입하고, 리벳 터미널(512, 522)에 과충전 안전 장치(60)와 탑 플레이트(524) 및 플레이트 터미널(511, 521)을 결합한 후, 결합 부위를 코킹(caulking) 또는 용접함으로써, 리벳 터미널(512, 522)이 플레이트 터미널(511, 521)에 고정된다. 이로써, 음, 양극단자(51, 52)가 캡 플레이트(40)에 절연 및 실링 구조로 설치될 수 있다.

도 5는 도 3에 적용되는 집전체의 사시도이고, 도 6은 도 5의 평면도이며, 도 7은 도 5의 집전체에서 리벳 결합부와 탭 용접부를 분리하여 고정하는 분리부재의 일측 사시도이고, 도 8은 도 5의 집전체에서 리벳 결합부와 탭 용접부를 분리하여 고정하는 분리부재의 다른측 사시도이며, 도 9은 도 7의 분리부재에 삽입되어 내장되는 퓨즈로 리벳 결합부와 탭 용접부를 전기적으로 연결하는 삽입부재의 사시도이고, 도 10은 도 9의 삽입부재의 평면도이다.

도 2, 도 3, 도 5 내지 10을 참조하면, 음극단자(51) 측에 구비되는 집전부재(71)는 리벳 결합부(711), 탭 용접부(712) 및 퓨즈(713)을 포함한다. 리벳 결합부(711)는 음극단자(51)의 리벳 터미널(512)에 리벳팅 또는 용접으로 연결된다. 탭 용접부(712)는 리벳 결합부(711)와 분리되어 무지부 탭(112)에 연결된다. 퓨즈(713)는 리벳 결합부(711)와 탭 용접부(712)를 연결하거나 용융(또는 용해, 융해)되어 끊어지며, 용융(또는 용해, 융해)시 교체될 수 있다(도 9 및 도 10).

예를 들면, 탭 용접부(712)와 무지부 탭(112)는 초음파 용접으로 연결될 수 있다. 이와 같이 집전부재(71)에 퓨즈(713)가 구비되지 않은 상태로 탭 용접부(712)와 무지부 탭(112)을 초음파 용접하므로 집전부재(71)에서 초음파 용접에 따른 퓨즈(713)의 크랙 발생이 방지될 수 있다.

집전부재(71)는 리벳 결합부(711)와 탭 용접부(712)를 이격하여 고정하는 이격부재(714)을 더 포함한다. 일례로써, 이격부재(714)는 합성수지재의 몰드로 형성될 수 있다. 이격부재(714)는 리벳 결합부(711)와 탭 용접부(712)를 이격 배치하고 전기적으로 분리하도록 사출 성형될 수 있다.

따라서 이격부재(714)는 집전부재(71)가 케이스(30)의 내부에 배치될 때, 퓨즈(713) 및 리벳 결합부(711)와 탭 용접부(712)의 연결되는 부분을 전기적으로 절연한다.

집전부재(71)는 퓨즈(713)를 내장하는 삽입부재(715)을 더 포함한다. 일례로써, 삽입부재(715)는 합성수지재의 몰드로 형성될 수 있다. 삽입부재(715)는 퓨즈(713)를 내장하여 전기적으로 절연시키고 퓨즈(713)의 양단을 돌출시도록 사출 성형될 수 있다.

따라서 삽입부재(715)는 퓨즈(713)의 양단으로 리벳 결합부(711)와 탭 용접부(712)를 전기적으로 연결하도록 케이스(30)의 삽입구(32)를 통하여 이격부재(714)에 삽입되거나, 퓨즈(713) 용융(또는 용해, 융해) 시, 이격부재(714) 및 케이스(30)의 삽입구(32)로부터 인출될 수 있다. 즉 셀의 외부 단락으로 퓨즈(713)가 용융(또는 용해, 융해)되는 경우, 퓨즈(713)를 구비하는 삽입부재(715)를 교체함으로써 셀의 재사용을 가능하게 한다.

예를 들면, 퓨즈(713)는 삽입부재(715) 내에서 설정 폭을 가지고 삽입 방향으로 설정된 길이로 신장되며, 삽입 방향의 양측에서 삽입부재(715)의 직경 방향 외측으로 양단을 돌출한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 이격부재(714)는 관통구(811), 삽입홈(812) 및 체결홈(813)을 구비한다. 관통구(811)는 리벳 결합부(711)와 탭 용접부(712) 사이에서 삽입 방향(x축 방향)으로 형성된다. 삽입홈(812)은 관통구(811)의 내면에 삽입 방향(x축 방향)으로 형성된다. 체결홈(813)은 삽입홈(812)에서 관통구(811)의 원주 방향(x축을 회전 중심으로 하여 회전하는 방향)으로 형성된다.

삽입부재(715)는 이격부재(714)에 대응하는 삽입체(821) 및 체결돌기(822)를 구비한다. 삽입체(821)는 관통구(811)에 대응하여 형성되어 관통구(811)에 삽입 방향(x축 방향)으로 삽입된다. 체결돌기(822)는 삽입체(821)의 외측에 돌출되어, 삽입체(821)의 삽입 조작으로 삽입홈(812)에 삽입되고, 삽입 완료 후, 삽입체(821)의 회전 조작(x축을 회전 중심으로 하여 회전하는 방향)으로 체결홈(813)에 회전 결합된다.

삽입홈(812)은 관통구(811)에서 직경 방향 양측에서 관통구(811)의 삽입 방향으로 나란하게 쌍으로 형성되고, 체결돌기(822)는 삽입홈(812)에 대응하도록 삽입체(821)에 쌍으로 형성된다. 삽입홈(812)과 삽입체(821)가 쌍으로 형성 및 결합되므로 삽입부재(715)와 이격부재(714)의 체결력을 강화 및 안정시킬 수 있다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 삽입부재(715)는 플랜지(823) 및 지지돌기(824)를 더 포함한다. 플랜지(823)는 삽입체(821)의 단부에 케이스(30) 삽입구(32)보다 큰 직경으로 형성되어 삽입구(32)의 외측 케이스(30)에 지지된다. 이때, 삽입부재(715)는 케이스(30) 내측에서 삽입구(32)의 반대측에 결합된다(도 4 참조).

도 11은 도 1의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선을 따라 자른 단면도이다. 도 5 내지 도 11을 참조하면, 지지돌기(824)는 플랜지(823)와 간격을 두고 플랜지(823)의 내측에 형성되어, 삽입체(821)가 삽입구(32)로 삽입되고 삽입체(821)의 회전 조작시, 삽입구(32)의 내측에서 케이스(30)의 내면을 지지한다. 따라서 지지돌기(824)는 삽입구(32)를 통하여 플랜지(823)를 케이스(30)의 내측으로 끌어 당긴다.

삽입구(32)의 외측에서 플랜지(823)의 내면과 케이스(30)의 외면 사이에 실링(825)이 배치된다. 지지돌기(824)가 플랜지(823)를 케이스(30)의 내측으로 끌어 당길 때, 플랜지(823)와 케이스(30) 사이에서 압축되면서 삽입구(32)에 대한 실링 작용한다.

일 실시예에서, 과충전 안전 장치(60)의 작동(멤브레인(62)이 단락탭(61)에 접촉되는 외부 단락) 이외의 외부 단락 발생시, 방전되면서 퓨즈(713)가 용융(또는 용해, 융해)된다. 따라서 음극단자(51) 측 집전부재(71)의 리벳 결합부(711)와 탭 용접부(712) 사이의 단선(open circuit)으로 이차 전지의 구동이 정지된다.

이 경우, 새로운 퓨즈(713)를 구비하는 삽입부재(715)를 이격부재(714)에 교체 결합함으로써 음극단자(51) 측 집전부재(71)의 리벳 결합부(711)와 탭 용접부(712)가 다시 전기적으로 연결된다. 따라서 전극 조립체(10)의 무지부 탭(112)이 음극단자(51)에 전기적으로 연결되어 이차 전지의 재작동이 가능하게 된다.

이와 같이, 과충전 안전 장치(60)를 구비하고, OSD의 작동이 아닌 셀의 외부 단락으로 퓨즈(713)가 용융(또는 용해, 융해)되는 경우, 퓨즈(713) 및 삽입부재(715)를 교체하므로 이차 전지의 재사용이 가능하게 된다.

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.

10: 전극 조립체 11, 12: 음, 양극
13: 세퍼레이터 20: 탑 인슐레이터
27: 내부 벤트홀 28: 내부 전해액 주입구
30: 케이스 31: 개구
32: 삽입구 40: 캡 플레이트
41: 벤트홀 42: 전해액 주입구
43: 단락 홀 51, 52: 음, 양극단자
60: 과충전 안전 장치 61: 단락탭
62: 멤브레인 71, 72: 집전부재
111, 121: 코팅부 112, 122: 무지부 탭
411: 벤트 플레이트 412: 노치
421: 밀봉 마개 511, 521: 플레이트 터미널
512, 522: 리벳 터미널 513, 523: 개스킷
514: 절연부재 524: 탑 플레이트
711: 리벳 결합부 712: 탭 용접부
713: 퓨즈 714: 이격부재
715: 삽입부재 811: 관통구
812: 삽입홈 813: 체결홈
821: 삽입체 822: 체결돌기
823: 플랜지 824: 지지돌기
825: 실링 H1, H2: 단자홀

Claims

전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트에 설치되는 전극단자; 및
상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되어 전극 조립체의 무지부 탭을 상기 전극단자에 연결하는 집전부재
를 포함하며,
상기 집전부재는
상기 전극단자에 연결되는 리벳 결합부,
상기 리벳 결합부와 분리되어 상기 무지부 탭에 연결되는 탭 용접부, 및
상기 리벳 결합부와 상기 탭 용접부를 연결하거나 용융되어 끊어지며, 용융시 교체되는 퓨즈
를 포함하고,
상기 집전부재는
상기 퓨즈를 내장하고,
상기 퓨즈의 양단으로 상기 리벳 결합부와 상기 탭 용접부를 전기적으로 연결하도록 상기 케이스의 삽입구를 통하여 상기 케이스에 삽입되는 이격부재에 삽입되거나
상기 퓨즈 용융 시 상기 이격부재 및 상기 삽입구로부터 인출되는
삽입부재를 더 포함하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 이격부재는
상기 리벳 결합부와 상기 탭 용접부를 이격하여 고정하는 이차 전지.
제2항에 있어서,
상기 이격부재는
상기 리벳 결합부와 상기 탭 용접부를 이격 배치하고 전기적으로 분리하는 합성수지재의 몰드로 형성되는 이차 전지.
삭제
제2항에 있어서,
상기 퓨즈는
상기 삽입부재 내에서 설정 폭을 가지고 삽입 방향으로 설정된 길이로 신장되며,
상기 삽입 방향의 양측에서 상기 삽입부재의 직경 방향 외측으로 상기 양단을 돌출하는
이차 전지.
제2항에 있어서,
상기 삽입부재는
상기 퓨즈를 내장하여 전기적으로 절연시키고 상기 퓨즈의 양단을 돌출시키는 합성수지재의 몰드로 형성되는 이차 전지.
제2항에 있어서,
상기 이격부재는
상기 리벳 결합부와 상기 탭 용접부 사이에서 삽입 방향으로 형성되는 관통구,
상기 관통구의 내면에 상기 삽입 방향으로 형성되는 삽입홈, 및
상기 삽입홈에서 상기 관통구의 원주 방향으로 형성되는 체결홈
을 구비하는 이차 전지.
제7항에 있어서,
상기 삽입부재는
상기 관통구에 대응하여 삽입되는 삽입체, 및
상기 삽입체의 외측에 돌출되어 상기 삽입홈으로 삽입되어 상기 체결홈에 결합되는 체결돌기
를 구비하는 이차 전지.
제8항에 있어서,
상기 삽입홈은
상기 관통구에서 직경 방향 양측에서 상기 관통구의 삽입 방향으로 나란하게 쌍으로 형성되고,
상기 체결돌기는
상기 삽입홈에 대응하도록 상기 삽입체에 쌍으로 형성되는
이차 전지.
제8항에 있어서,
상기 삽입부재는
상기 삽입체의 단부에 상기 삽입구보다 큰 직경으로 형성되어 상기 삽입구의 외측 상기 케이스에 지지되는 플랜지, 및
상기 삽입구로 삽입되어 회전 조작에 따라 상기 삽입구의 내측에서 상기 케이스의 내면을 지지하도록 상기 플랜지와 간격을 두고 상기 플랜지의 내측에 형성되는 지지돌기
를 더 포함하는 이차 전지.
제10항에 있어서,
상기 삽입구의 외측에서 상기 플랜지의 내면과 상기 케이스의 외면 사이에 실링이 배치되는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 전극단자 중 상기 전극 조립체의 음극에 연결되는 음극단자는 과충전 안전 장치를 개재하여 상기 캡 플레이트에 절연 구조로 설치되고,
상기 전극단자 중 상기 전극 조립체의 양극에 연결되는 양극단자는 상기 캡 플레이트에 통전 구조로 설치되는
이차 전지.
제12항에 있어서,
상기 과충전 안전 장치는
상기 캡 플레이트의 단자홀에 절연 구조로 설치되는 상기 음극단자의 리벳 터미널에 전기적으로 연결되고, 절연부재를 개재하여 상기 캡 플레이트의 외측에 배치되는 단락탭, 및
상기 단락탭에 대응하도록 상기 캡 플레이트의 단락 홀에 구비되어 내부 상승시 반전되어 상기 단락탭에 단락되는 멤브레인
을 포함하는 이차 전지.
제13항에 있어서,
상기 리벳 결합부는
상기 음극단자의 상기 리벳 터미널에 연결되고,
상기 탭 용접부는
상기 리벳 결합부와 분리되어 상기 음극의 무지부 탭에 연결되는
이차 전지.
제13항에 있어서,
상기 양극단자는
리벳 터미널에 전기적으로 연결되는 플레이트 터미널, 및
상기 리벳 터미널과 전기적으로 절연되면서 상기 플레이트 터미널과 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하는 탑 플레이트
를 포함하는 이차 전지.