KR102606264B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체, 상기 전극조립체를 내장하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡플레이트 및 상기 캡플레이트의 상면에 설치되고, 상기 캡플레이트와 퓨즈부를 매개로 전기적으로 연결되는 제1 플레이트터미널을 가지는 제1 전극단자와 상기 캡플레이트를 관통하여 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극단자를 포함할 수 있다.

Description

이차전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차전지는 휴대폰이나 노트북 및 캠코더와 같이 휴대 가능한 소형 전자기기에 사용되거나 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 양극과 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체를 구비한다. 전극조립체는 케이스 내부에 수용되어 충전과 방전을 수행하며, 케이스는 단자를 구비하여 전류를 공급하거나 공급받는다. 케이스는 금속판 또는 파우치로 이루어질 수 있다.
이차전지는 충전 및 방전이 반복되므로 케이스의 내부에서 과도한 열이 발생되거나 전해액이 분해될 수 있다. 또한, 이차전지 내부에 단락 등의 원인으로 과전류가 흐를 수 있다. 이 경우, 이차전지의 내부 압력은 상승되어, 이차전지의 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다.
상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 과전류가 흐를 경우에도 발화 또는 폭발을 방지하여 안전성을 향상시킨 이차전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체, 상기 전극조립체를 내장하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡플레이트 및 상기 캡플레이트의 상면에 설치되고, 상기 캡플레이트와 퓨즈부를 매개로 전기적으로 연결되는 제1 플레이트터미널을 가지는 제1 전극단자와 상기 캡플레이트를 관통하여 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극단자를 포함할 수 있다.
상기 캡플레이트는, 상기 퓨즈부의 용융액이 상기 캡플레이트 내부로 유입되도록 상기 퓨즈부 하부에 형성된 퓨즈홀 포함할 수 있다.
상기 케이스의 내부에서, 상기 제1 전극과 상기 캡플레이트의 하면을 전기적으로 연결하는 제1 집전판을 포함할 수 있다.
상기 제1 플레이트터미널과 상기 캡플레이트 사이에 개재되어, 상기 제1 전극단자를 전기적으로 절연하는 제1 상면절연부재를 더 포함할 수 있다.
상기 캡플레이트는, 상기 제1 플레이트터미널 양측면으로 위치하여 이격되고, 상기 캡플레이트 상면으로 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 퓨즈부는, 상기 제1 플레이트터미널과 상기 돌출부 사이에 위치하여 각각에 연결될 수 있다.
상기 제1 플레이트터미널은, 상기 돌출부와 마주보며 상기 퓨즈부와 연결되는 터미널접합부 및 상기 터미널접합부의 양끝에서, 상기 돌출부를 향하여 돌출되고 상기 돌출부 측면과 이격되어 위치하는 터미널돌출부를 포함할 수 있다.
상기 퓨즈부는 복수개가 형성되고, 각각의 퓨즈부는 상기 캡플레이트의 단변 방향으로 이격되며 상기 캡플레이트와 상기 돌출부를 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 퓨즈부는 복수개가 형성되고, 각각의 퓨즈부는 상기 돌출부의 돌출 높이 방향으로 이격되며 상기 캡플레이트와 상기 돌출부를 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 케이스 내부에 단락 등의 원인으로 과전류가 흐를 경우에도 발화 또는 폭발을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3은 도 2의 제1 전극단자를 상세히 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 제1 전극단자의 제1 실시예를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 제1 전극단자의 제2 실시예를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 2에 나타낸 제1 전극단자의 제3 실시예를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 이차전지(100)는 전류를 충전 및 방전하는 전극조립체(10) 및 전극조립체(10)와 전해액을 내장하는 케이스(15)를 포함한다.
예를 들면, 전극조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 제1 전극(11)과 제2 전극(12)을 배치하고, 제1 전극(11), 세퍼레이터(13) 및 제2 전극(12)을 젤리롤 상태로 귄취하여 형성된다. 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 각각 금속 박판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(11a, 12a) 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11b, 12b)를 포함한다.
제1 전극(11)은 양극으로, 집전체는 알루미늄 박판으로 형성되고, 제2 전극(12)은 음극으로, 집전체는 구리 박판으로 형성될 수 있다. 제1 전극(11)의 무지부(11b)는 권취되는 제1 전극(11)을 따라 제1 전극(11)의 한 쪽 단부에 형성될 수 있다. 제2 전극(12)의 무지부(12b)는 권취되는 제2 전극(12)을 따라 제2 전극(12)의 한 쪽 단부에 형성될 수 있다. 그리고 무지부(11b, 12b)는 전극조립체(10)의 양단에 각각 배치될 수 있다.
이차전지(100)는 케이스(15)의 개구에 결합되는 캡플레이트(20), 캡플레이트(20)에 설치되는 제1 전극단자(21) 및 제2 전극단자(22)를 포함한다.
케이스(15)는 전극조립체(10)를 내부에 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어진다. 케이스(15)의 개구는 직육면체의 일측에 형성되어 외부에서 내부 공간으로 전극조립체(10)를 삽입할 수 있게 한다.
캡플레이트(20)는 케이스(15)의 개구에 설치되어 케이스(15)를 밀폐한다. 예를 들면, 케이스(15)와 캡플레이트(20)는 알루미늄 재질로 형성되어 서로 용접될 수 있다. 즉, 전극조립체(10)를 케이스(15)에 삽입한 후, 캡플레이트(20)는 케이스(15)의 개구에 용접될 수 있다.
캡플레이트(20)는 하나 이상의 개구를 가진다. 예를 들면, 단자홀(H1)과 벤트홀(24)을 구비할 수 있다.
벤트홀(24)은 이차전지(100)의 충전 및 방전으로 발생되는 내부 가스 및 내부 압력을 배출할 수 있도록 벤트플레이트(25)로 밀폐된다. 이차전지(100)의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트플레이트(25)가 절개되어 벤트홀(24)을 개방한다. 벤트플레이트(25)는 절개를 유도하는 노치(25a)를 가진다.
제1 전극단자(21) 및 제2 전극단자(22)는 캡플레이트(20)의 외측으로 각각 설치되어, 전극조립체(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극단자(21) 및 제2 전극단자(22)는 제1 집전판(51) 및 제2 집전판(52)을 통하여 전극조립체(10)의 제1 전극(11)과 제2 전극(12)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들면, 제1 전극단자(21)는 캡플레이트(20)의 외측에 배치되는 제1 플레이트터미널(21c)을 포함한다. 제1 플레이트터미널(21c)과 캡플레이트(20) 사이에 개재되는 제1 상면절연부재(31)는 제1 플레이트터미널(21c)과 캡플레이트(20)를 절연시킨다. 제1 플레이트터미널(21c)은 제1 상면절연부재(31)를 개재한 상태로 캡플레이트(20)의 외측에 설치된다.
제1 전극단자(21)는 전극조립체(10)의 제1 전극(11)에 전기적으로 연결된 제1 집전판(51)을 매개로 제1 전극(11)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1 집전판(51)은 캡플레이트(20)에 연결되는 단자연결부(511) 및 전극조립체(10)의 무지부(11b)에 연결되는 전극연결부(512)를 포함한다. 즉 제1 집전판(51)은 캡플레이트(20)의 하면에 결합되고, 캡플레이트(20)는 제1 전극(11)과 전기적으로 연결된다.
제2 전극단자(22)는 캡플레이트(20)의 외측에 배치되는 제2 플레이트터미널(22c)과 제2 플레이트터미널을 관통하는 제2 리벳터미널(22a)를 포함한다. 제2 리벳터미널(22a)은 일측으로 제2 집전판(52)에 연결되고 다른 일측으로 제2 플레이트터미널(22c)과 압착 성형 결합된다.
도 3은 도 2의 제1 전극단자를 상세히 도시한 단면도이다.
도 3을 참고하면, 제1 전극단자(21)는 캡플레이트(20) 상단에 위치하는 제1 플레이트터미널(21c)을 포함한다. 캡플레이트(20)에는 외측방향으로 돌출되는 돌출부(26)가 형성된다. 돌출부(26)는 캡플레이트(20) 상면에서 제1 플레이트터미널(21c) 측면으로 위치한다.
제1 플레이트터미널(21c)은 터미널접합부(21e)를 포함한다. 터미널접합부(21e)와 돌출부(26) 사이에는 퓨즈부(40)가 위치할 수 있다. 퓨즈부(40)는 제1 플레이트터미널(21c)과 돌출부(26)를 물리적 및 전기적으로 연결하며, 레이저 용접으로 형성될 수 있다. 퓨즈부(40)를 보다 용이하게 형성하기 위해 터미널접합부(21e) 보다 캡플레이트(20)의 돌출부(26)의 돌출 높이가 짧게 형성될 수 있다. 다른예로 터미널접합부(21e)와 돌출부(26)의 돌출 높이는 같게 형성될 수 있다.
퓨즈부(40)는 제1 플레이트터미널(21c) 양측에 형성될 수 있다. 이 경우, 돌출부(26)는 제1 플레이트터미널(21c) 양측에 형성될 수 있다.
제1 전극단자(21)는 퓨즈부(40)를 통해 캡플레이트(20)와 연결되어 있다. 따라서, 캡플레이트(20)는 제1 전극(11)으로 대전되어 있으며, 이차전지(100)에 과전류가 흐를 경우, 퓨즈부(40)는 타버리거나 용융되어 제1 전극단자(21)와 캡플레이트(20)의 전기적 연결은 끊기게 된다.
캡플레이트(20)에는 제1 플레이트터미널(21c)의 양측으로 캡플레이트(20) 하부로 뚫린 퓨즈홀(20a)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 퓨즈부(40)의 용융액은 퓨즈홀(20a)로 흘러 제1 플레이트터미널(21c)과 캡플레이트(20)는 전기적으로 단절될 수 있다. 퓨즈부(40)의 용융액은 퓨즈홀(20a)을 거쳐 케이스(15) 내부로 흘러 들 수 있다.
제1 상면절연부재(31)는 제1 플레이트터미널(21c) 하부에 형성되고 양측에 위치하는 퓨즈홀(20a)과 퓨즈홀(20a) 사이에 위치할 수 있다.
도 4는 도 3에 나타낸 제1 전극단자의 제1 실시예를 도시한 평면도이고, 도 5는 도 3에 나타낸 제1 전극단자의 제2 실시예를 도시한 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 제1 플레이트터미널(21c)과 돌출부(26)는 퓨즈부(40)를 매개로 하여 전기적으로 연결될 수 있다. 퓨즈부(40)는 제1 플레이트터미널(21c) 양측으로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 플레이트터미널(21c)의 일측에만 형성될 수도 있다. 이하에서는 제1 플레이트터미널(21c) 양측에 형성된 퓨즈부(40)를 예로 들어 설명한다.
돌출부(26)는 캡플레이트(20)의 단변 방향인 제1 플레이트터미널(21c)의 폭 보다 짧게 형성될 수 있다. 제1 플레이트터미널(21c) 내부에 형성된 터미널접합부(21e)를 따라 돌출부(26)가 형성될 수 있다. 터미널접합부(21e)와 돌출부(26)에 의해 제1 플레이트터미널(21c)은 캡플레이트(20)에 보다 용이하게 설치될 수 있다. 즉, 돌출부(26)는 제1 플레이트터미널(21c)의 설치 위치를 안내 할 수 있다.
제1 플레이트터미널(21c)은 터미널접합부(21e)의 측면에서 돌출되어, 돌출부(26) 측면까지 연장되는 터미널돌출부(21d)를 포함할 수 있다. 터미널돌출부(21d)와 돌출부(26)는 이격되며, 돌출부(26)의 양측면으로 연장되어 돌출부(26)를 내측에 위치시키게 된다. 즉, 터미널돌출부(21d)는 돌출부(26)와 퓨즈부(40)를 외부의 충격 등으로부터 방지할 수 있다.
제1 상면절연부재(31)는, 제1 플레이트터미널(21c)을 따라 형성되며, 제1 플레이트터미널(21c)보다 크게 형성되어 제1 플레이트터미널(21c)이 제1 상면절연부재(31) 위에 안착되게 된다. 특히, 제1 상면절연부재(31)는 제1 플레이트터미널(21c)에서 돌출된 터미널돌출부(21d) 하면을 따라 돌출될 수 있다.
퓨즈부(40)는 제1 플레이트터미널(21c)의 양측에 형성되는 제1 퓨즈부(41) 및 제2 퓨즈부(42)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1 퓨즈부(41) 및 제2 퓨즈부(42)는 돌출부(26)와 터미널접합부(21e) 사이에서 길게 라인으로 형성될 수 있다.
다른예로, 제1 퓨즈부(41)는 돌출부(26)와 터미널접합부(21e) 사이에서 길게 라인으로 형성되고, 제2 퓨즈부(42)는 복수개가 형성되며 캡플레이트(20)의 단변 방향으로 이격될 수 있다. 즉, 제2 퓨즈부(42)는 돌출부(26)와 터미널접합부(21e) 사이에서 복수개가 형성되며 각각의 제2 퓨즈부(42)는 이격되어 형성될 수 있다.
다른예로, 제1 퓨즈부(41)와 제2 퓨즈부(42)는 동일하게 복수개가 형성되며 각 퓨즈부들은 서로 이격되어 형성될 수 있다.
퓨즈부(40)는 전술한 실시예에 한정되지 않고, 과전류에 의한 퓨즈부(40) 기능의 신뢰성 및 외부 충격 등에 의해 단절되지 않도록 강성을 향상시키기 위해 다양한 구성으로 형성될 수 있다.
도 6은 도 2에 나타낸 제1 전극단자의 제3 실시예를 도시한 단면도이다
도 6을 참고하면, 퓨즈부(40)는 돌출부(26)와 터미널접합부(21e) 사이에 층을 이루어 형성될 수 있다. 복수개의 층이 형성될 수 있으며, 퓨즈부(40)는 돌출부(26)의 돌출 높이 방향으로 이격되며 캡플레이트(20)과 돌출부(26)을 전기적으로 연결할 수 있다. 여기에서는 퓨즈부(40)가 두개의 층을 이루어 형성된 경우를 예로 들어 설명한다.
돌출부(26)는 캡플레이트(20)에서 외측방향으로 돌출되어 형성된 것으로, 돌출부(26)상단은 터미널접합부(21e)와 동일한 높이로 형성될 수 있다. 따라서, 돌출부(26)의 상단에서 캡플레이트(20)까지 돌출 높이에 따라 퓨즈부(40)를 층으로 형성 할 수 있으며, 각 퓨즈부(40)는 이격거리를 두고 형성될 수 있다. 이를 통해, 외부 충격에 의해 상단의 퓨즈부(40)가 손상될 경우에도, 하단에 위치하는 퓨즈부(40)에 의해 캡플레이트(20)와 제1 전극단자(21)는 전기적으로 연결되므로 제1 전극(11)으로 대전된 제1 전극단자(21)가 유지될 수 있어, 이차전지(100)의 외부 충격에 의한 안전성은 향상될 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
100: 이차전지 10: 전극조립체
11: 제1 전극 12: 제2 전극
11a, 12a: 코팅부 11b, 12b: 무지부
13: 세퍼레이터 15: 케이스
20: 캡 플레이트 20a: 퓨즈홀
21: 제1 전극단자 21c: 제1 플레이트터미널
21d: 터미널돌출부 21e: 터미널접합부
22: 제2 전극단자 22a: 제2 리벳터미널
22b: 제2 플랜지
22c: 제2 플레이트터미널 24: 벤트홀
25: 벤트플레이트 26: 돌출부
25a: 노치
31: 제1 상면절연부재 32: 제2 상면절연부재
34: 개스킷 51: 제1 집전판
52: 제2 집전판 62: 제2 하면절연부재
511, 521: 단자연결부 512, 522: 전극연결부
40: 퓨즈부 41: 제1 퓨즈부
42: 제2 퓨즈부 G: 이격거리
H1: 단자홀

Claims (9)

  1. 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
    상기 전극조립체를 내장하는 케이스;
    상기 케이스의 개구에 결합되는 캡플레이트;
    상기 캡플레이트의 상측에서 퓨즈부를 매개로 상기 캡플레이트와 전기적으로 연결되는 제1 플레이트터미널을 가지는 제1 전극단자; 및
    상기 캡플레이트를 관통하여 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극단자를 포함하고,
    상기 캡플레이트는 상기 제1 플레이트터미널의 양측면과 거리를 두고 상측으로 돌출된 돌출부를 포함하며,
    상기 퓨즈부는 상기 제1 플레이트터미널의 양측면과 상기 돌출부 사이에 위치하여 상기 제1 플레이트터미널과 상기 돌출부를 물리적 및 전기적으로 연결하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캡플레이트 중 상기 퓨즈부의 하부에 퓨즈홀이 위치하여 상기 퓨즈부의 용융액이 상기 캡플레이트 내부로 유입되도록 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 케이스의 내부에서 상기 제1 전극의 무지부와 상기 캡플레이트의 하면을 전기적으로 연결하는 제1 집전판을 더 포함하는 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 플레이트터미널의 하면과 상기 캡플레이트 사이에 개재된 제1 상면절연부재를 더 포함하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트터미널은,
    양측면에서 측방향으로 돌출되며 상기 퓨즈부와 접촉하는 터미널접합부; 및
    상기 터미널접합부의 양끝에서, 상기 돌출부를 향하여 돌출되고 상기 돌출부의 측면과 이격되어 위치하는 터미널돌출부를 포함하는 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 퓨즈부는 복수개로 분할되고,
    상기 분할된 복수의 퓨즈부는 상기 캡플레이트의 단변 방향으로 서로 이격되어 위치하는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 퓨즈부는 복수개로 분할되고,
    상기 분할된 복수의 퓨즈부는 상기 돌출부의 높이 방향으로 서로 이격되어 위치하는 이차전지.
  8. 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
    상기 전극조립체를 내장하는 케이스;
    상기 케이스의 개구에 결합되는 캡플레이트;
    상기 캡플레이트의 상측에서 퓨즈부를 매개로 상기 캡플레이트와 전기적으로 연결되는 제1 플레이트터미널을 가지는 제1 전극단자; 및
    상기 캡플레이트를 관통하여 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극단자를 포함하고,
    상기 캡플레이트는 상기 제1 플레이트터미널의 양측면과 거리를 두고 상측으로 돌출된 돌출부를 포함하며,
    상기 퓨즈부는 상기 제1 플레이트터미널의 양측면과 상기 돌출부 사이에 위치하고, 복수개로 분할되며,
    상기 분할된 복수의 퓨즈부는 상기 캡플레이트의 단변 방향과 상기 돌출부의 높이 방향 중 어느 한 방향으로 서로 이격되어 위치하는 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 캡플레이트 중 상기 퓨즈부의 하부에 퓨즈홀이 위치하여 상기 퓨즈부의 용융액이 상기 캡플레이트 내부로 유입되도록 하며,
    상기 제1 플레이트터미널의 하면과 상기 캡플레이트 사이에 제1 상면절연부재가 위치하는 이차전지.
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