KR102612060B1 - 멤브레인을 갖는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 단자, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제2 단자, 상기 케이스에 결합되며, 단락 홀이 형성된 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트에 고정되며 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 분리 또는 단락시키는 멤브레인을 포함하고, 상기 제2 단자는 퓨즈 커넥터와 상기 퓨즈 커넥터에 의하여 연결된 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 퓨즈 커넥터는 상기 멤브레인에서 이격되어 상기 멤브레인과 대향한다.

Description

멤브레인을 갖는 이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY HAVING MEMBRANE}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 멤브레인을 갖는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지로 구성된다.
또한, 하나의 대용량 이차 전지는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.
금속 등의 재질로 이루어진 케이스를 갖는 이차 전지 내부에서 이상 반응이 일어나 압력이 상승하면 케이스를 개방하고 충전과 방전을 차단할 필요가 있다. 충전과 방전을 차단하기 위해서는 단락을 유발하여 충전된 전류를 방전하여야 한다.
본 발명의 일 실시예는 안전성이 향상된 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 단자, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제2 단자, 상기 케이스에 결합되며, 단락 홀이 형성된 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트에 고정되며 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 분리 또는 단락시키는 멤브레인을 포함하고, 상기 제2 단자는 퓨즈 커넥터와 상기 퓨즈 커넥터에 의하여 연결된 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 상기 퓨즈 커넥터는 상기 제1 부분보다 더 작은 두께를 갖고 상기 멤브레인에서 이격되어 상기 멤브레인과 대향한다.
여기서, 상기 제1 부분에 삽입되어 상기 제2 전극과 상기 제2 단자를 연결하는 연결 단자를 더 포함하고, 상기 제2 부분은 이웃하는 이차 전지들을 전기적으로 연결하는 버스 바와 연결될 수 있으며, 상기 퓨즈 커넥터의 두께는 상기 제1 부분의 두께의 0.05배 내지 0.6배로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 퓨즈 커넥터는 상기 제1 부분보다 더 작은 폭을 갖도록 이루어질 수 있으며, 상기 퓨즈 커넥터는 상기 멤브레인에서 간격을 두고 이격 배치되어 상기 멤브레인이 변형될 때 상기 멤브레인과 접촉하는 이차 전지.
또한, 상기 멤브레인은 변형될 때 상기 퓨즈 커넥터와 접촉하여 단락을 유발할 수 있으며, 상기 제2 단자는 상기 퓨즈 커넥터를 감싸며 전기적 절연성을 갖는 지지부재를 더 포함하고, 상기 지지부재는 상기 제1 부분과 제2 부분 사이에 삽입될 수 있다.
또한, 상기 멤브레인은 평편하게 형성된 2개의 지지부와 지지부 사이에 형성되며 만곡된 변형부를 포함할 수 있으며, 상기 변형부는 부분 실린더(partial cylinder) 형태로 이루어지고, 상기 지지부재들은 직선방향으로 이어져 상기 변형부의 측단에 연결될 수 있다.
또한, 상기 퓨즈 커넥터는 상기 하부로 돌출되어 상기 단락 홀에 삽입될 수 있으며, 상기 퓨즈 커넥터는 바닥부와 상기 바닥부에서 상부로 돌출되어 상기 제1 부분에 연결된 제1 측면, 및 상기 바닥부에서 상부로 돌출되어 상기 제2 부분에 연결된 제2 측면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 단자는 상기 멤브레인을 향하여 돌출되어 상기 멤브레인의 변형을 안내하는 안내 돌기를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 단자와 상기 캡 플레이트 사이에 배치된 상부 절연부재를 더 포함하고, 상기 상부 절연부재는 상기 멤브레인과 상기 퓨즈 커넥터 사이에 위치하는 연결 홀을 더 포함하고, 상기 연결 홀은 사각형의 횡단면을 가질 수 있다. 또한, 상기 퓨즈 커넥터는 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분보다 더 작은 두께를 갖도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 제1 전극과 연결된 멤브레인과 제2 전극과 연결된 제2 단자를 갖는 이차 전지의 전류 차단 방법은, 내부 압력의 상승에 따라 변형되어 단락을 유발시키는 멤브레인의 변형에 의하여 상기 제2 단자와 접촉하되, 상기 제2 단자에서 제2 전극과 연결된 제1 부분과 버스 바와 연결된 제2 부분 사이에 형성된 퓨즈 커넥터에 접촉하여, 상기 퓨즈 커넥터를 용융시켜서 전류를 차단한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 멤브레인과 단자의 접촉으로 단락을 유발하고, 단락 전류에 의하여 단자를 2부분으로 분리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지들을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 플레이트와 멤브레인을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 단자와 상부 절연부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 멤브레인과 제2 단자가 단락된 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 단자와 상부 절연부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2단자를 아래에서 본 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 양극(제1 전극)(11)과 음극(제2 전극)(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된 전극 어셈블리(10)와, 전극 어셈블리(10)가 내장되는 케이스(27)를 포함한다.
본 일 실시예에 따른 이차 전지(101)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
양극(11) 및 음극(12)은 박판의 금속 호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부(11a, 12a)를 포함한다. 양극 무지부(11a)는 양극(11)의 길이 방향을 따라 양극(11)의 한 쪽 측단에 형성되고, 음극 무지부(12a)는 음극(12)의 길이 방향을 따라 음극(12)의 다른 쪽 측단에 형성된다. 그리고 양극(11) 및 음극(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 사이에 개재한 후 권취된다.
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기한 전극 어셈블리(10)는 복수 개의 시트(sheet)로 이루어진 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 구조로 이루어질 수도 있다.
케이스(27)는 대략 직육면체로 이루어지며, 상단에는 개방된 개구가 형성된다. 케이스(27)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
캡 어셈블리(30)는 케이스(27)의 개구를 덮는 캡 플레이트(31)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며, 양극(11)과 전기적으로 연결된 제1 단자(21)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며 음극(12)과 전기적으로 연결된 제2 단자(22)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 일방향으로 이어진 길쭉한 판 형태로 이루어지며, 케이스(27)의 개구에 결합된다. 캡 플레이트(31)에는 전해액 주입구(32)에 설치된 밀봉 마개(38)와 벤트 홀(34)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(39a)가 형성된 벤트 플레이트(39)가 설치된다. 제1 단자(21) 및 제2 단자(22)는 캡 플레이트(31)의 상부로 돌출되도록 설치된다. 또한 캡 플레이트(31)에는 멤브레인(56)이 삽입되는 단락 홀(37)이 형성된다.
캡 어셈블리(30)는 양극(11)과 음극(12)을 단락시키는 멤브레인(56)을 포함하는 바, 멤브레인(56)은 캡 플레이트(31)와 전기적으로 연결되며, 이차 전지(101)의 내부 압력이 상승할 때 변형되어 제2 단자(22)와 연결된다. 멤브레인(56)은 단락 홀(37)에서 상부 절연부재(54)와 캡 플레이트(31) 사이에 배치된다.
도 3에 도시된 바와 같이 단락 홀(37)은 사각형의 횡단면을 갖는 홀로 이루어지며, 단락 홀(37)의 양쪽 측면에는 멤브레인(56)이 지지되는 안착 홈들(37a, 37b)이 형성된다.
멤브레인(56)은 평편하게 형성된 2개의 지지부(56a, 56b)와 지지부(56a, 56b) 사이에 형성되며 만곡된 변형부(56c)를 포함한다. 지지부들(56a, 56b)은 직선방향으로 이어진 평판으로 이루어지며, 변형부(56c)의 측단에 각각 연결된다. 변형부(56c)는 아래로 볼록한 호형을 종단면을 갖는 부분 실린더 형태로 이루어질 수 있다. 이에 따라 변형될 때, 멤브레인(56)은 제2 단자(22)와 점 접촉이 아닌 선 접촉을 할 수 있다.
이차 전지(101)의 내부에서 가스가 발생하면 이차 전지(101)의 내부 압력이 상승한다. 이차 전지(101)의 내부 압력이 기 설정된 압력보다 높아지면 변형부(56c)가 상부로 볼록하도록 변형되며, 이때, 멤브레인(56)과 제2 단자(22)가 맞닿아 단락을 유발한다.
제1 단자(21)는 제1 집전부재(41)를 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결되며, 제2 단자(22)는 제2 집전부재(42)를 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결된다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 단자(21)가 음극과 전기적으로 연결되고, 제2 단자(22)가 양극과 전기적으로 연결될 수도 있다.
제1 단자(21)는 직사각형의 판 형상으로 이루어진다. 제1 단자(21)는 제1 집전부재(41)에 접합된 연결 단자(25)를 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결된다. 제1 단자(21)에 결합된 연결 단자(25)와 제2 단자(22)에 결합된 연결 단자(26)는 동일한 구조로 이루어진다. 연결 단자(25)는 기둥 형상으로 이루어지며 하부에 플랜지를 갖는다. 또한 연결 단자(25)의 상단은 제1 단자(21)에 코킹(caulking) 및 용접으로 고정될 수 있다.
제1 단자(21)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 실링 가스켓(59)이 단자가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 제1 집전부재(41)를 지지하는 하부 절연부재(43)가 설치된다.
제1 단자(21)의 하부에는 제1 단자(21)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 연결하는 연결부재(58)가 설치된다. 이에 따라 캡 플레이트(31)와 케이스(27)는 양극으로 대전된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 단자와 상부 절연부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 2 및 도 4를 참조하여 설명하면, 제2 단자(22)는 제2 집전부재(42)에 접합된 연결 단자(26)를 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결된다. 연결 단자(26)는 캡 플레이트(31) 및 제2 단자(22)를 관통하여 상단이 제2 단자(22)에 고정된다.
제2 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 실링 가스켓(55)이 단자가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 제2 단자(22) 및 제2 집전부재(42)를 캡 플레이트(31)에서 절연하는 하부 절연부재(45)가 설치된다.
제2 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 제2 단자(22)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 절연하는 상부 절연부재(54)가 설치된다. 상부 절연부재(54)는 사각판으로 이루어진 베이스 플레이트(541)와 베이스 플레이트(541)의 측단을 따라 돌출된 측벽(542) 및 베이스 플레이트(541)의 길이방향 양측 단부에서 내측을 향하는 방향으로 돌출된 걸림턱들(543, 544)을 포함한다.
걸림턱(543, 544)은 제2 단자(22)의 길이방향 양단에 형성된 지지 홈(226, 228)에 결합되어 제2 단자(22)를 지지한다. 베이스 플레이트(541)는 연결 단자(26)가 관통하는 단자 홀(545)과 멤브레인(56)의 상부에 형성된 연결 홀(546)을 포함한다. 연결 홀(546)은 멤브레인(56)과 퓨즈 커넥터(224) 사이에 위치하며 사각형의 횡단면을 갖는다.
제2 단자(22)는 단락 홀(37)을 덥도록 일방향으로 길게 연장되어 형성된다. 제2 단자(22)는 제1 부분(221)과 제2 부분(223) 및 제1 부분(221)과 제2 부분(223)을 연결하며 제1 부분(221)보다 더 작은 두께를 갖는 퓨즈 커넥터(224)를 포함한다.
제1 부분(221)은 직육면체로 이루어지며, 연결 단자(26)가 삽입되는 단자 홀(227)과 측단에 형성된 지지 홈(226)을 갖는다. 제2 부분(223)은 제1 부분(221)에서 이격 배치되며, 직육면체로 이루어진다. 또한, 제2 부분(223)은 측단에 형성된 지지 홈(228)을 갖는다.
제1 부분(221)은 연결 단자(26)를 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결되며, 제2 부분(223)은 이웃하는 이차 전지들(101)을 전기적으로 연결하는 버스 바(60)와 연결된다.
퓨즈 커넥터(224)는 평판으로 이루어질 수 있으며, 단락 전류가 흐를 때 용융될 수 있도록 제1 부분(221) 및 제2 부분(223)보다 더 작은 두께를 갖는다. 퓨즈 커넥터(224)의 두께(T1)는 제1 부분(221)의 두께(T2)의 0.05배 내지 0.6배로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 부분(223)의 두께는 제1 부분(221)의 두께와 동일하게 이루어질 수 있다. 또한 퓨즈 커넥터(224)는 제1 부분(221)보다 더 작은 폭을 가질 수 있으며, 퓨즈 커넥터(224)의 폭(W1)은 제1 부분(221)의 폭(W2)의 0.2배 내지 0.9배로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 멤브레인과 제2 단자가 단락된 상태를 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 퓨즈 커넥터(224)는 멤브레인(56)의 상부에 배치되는데, 퓨즈 커넥터(224)는 멤브레인(56)에서 이격되어 공간을 두고 오버랩(overlap)될 수 있다. 이에 따라 멤브레인(56)이 변형될 때, 퓨즈 커넥터(224)와 접촉하여 단락을 유발할 수 있다.
퓨즈 커넥터(224)와 멤브레인(56)이 접촉하면 단락 전류가 흐르고 접촉 부분에서 많은 열이 발생한다. 퓨즈 커넥터(224)와 멤브레인(56) 사이에서 발생한 열은 퓨즈 커넥터(224)와 멤브레인(56)을 용융시키며 제1 부분(221)과 제2 부분(223)은 전기적으로 차단된다. 단락 전류는 매우 짧은 시간 동안 흐르는바, 멤브레인(56)인과 퓨즈 커넥터(224)의 두께를 조절하면 전류가 충분히 방전되면서도 퓨즈 커넥터(224)가 용융될 수 있다.
이에 따라 제2 단자(22)와 버스 바(60)의 전기적인 연결이 차단되어 이상이 발생한 이차 전지(101)가 더 이상 충전과 방전을 수행하지 않으므로 안전성이 향상될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 제1 실시예에 따른 이차 전지의 전류 차단 방법에 대해서 설명한다.
본 제1 실시예에 따른 전류 차단 방법은 내부 압력의 상승에 따라 변형되어 단락을 유발시키는 멤브레인(56)의 변형에 의하여 제2 단자(22)와 접촉하되, 제2 단자(22)에서 음극(12)과 연결된 제1 부분(221)과 버스 바(60)와 연결된 제2 부분(223) 사이에 형성된 퓨즈 커넥터(224)에 접촉하여, 퓨즈 커넥터(224)를 용융시켜서 전류를 차단한다.
제1 실시예에 따른 전류 차단 방법은 멤브레인(56)의 변형으로 멤브레인(56)과 퓨즈 커넥터(224)가 연결되는 단계와 단락 전류가 방전되면서 퓨즈 커넥터(224)가 용융되는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이 퓨즈 커넥터(224)와 멤브레인(56)의 접촉에 의하여 전류가 차단되면 짧은 시간 내에 단락 전류를 방전하면서 버스 바(60)와 음극(12)의 전기적인 연결을 차단할 수 있다.
이하에서는 도 7을 참조하여 제2 실시예에 따른 이차 전지에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 단자와 상부 절연부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 7을 참조하면, 제2 실시예에 따른 이차 전지는 제2 단자(71)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지는바, 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
제2 단자(71)는 상부 절연부재를 매개로 캡 플레이트 상에 배치된다. 상부 절연부재(72)는 사각판으로 이루어진 베이스 플레이트(721)와 베이스 플레이트(721)의 측단을 따라 돌출된 측벽(722) 및 베이스 플레이트(721)의 길이방향 양측 단부에서 내측을 향하는 방향으로 돌출된 걸림턱들(723, 724)을 포함한다.
걸림턱(723, 724)은 제2 단자(71)의 길이방향 양단에 형성된 지지 홈(716, 718)에 결합되어 제2 단자(71)를 지지한다. 베이스 플레이트(721)는 연결 단자가 관통하는 단자 홀(725)과 멤브레인(56)의 상부에 형성된 연결 홀(726)을 포함한다. 연결 홀(726)은 멤브레인과 퓨즈 커넥터(714) 사이에 위치하며 사각형의 횡단면을 갖는다.
제2 단자(71)는 단락 홀을 덥도록 일방향으로 길게 연장되어 형성된다. 제2 단자(71)는 제1 부분(711)과 제2 부분(713) 및 제1 부분(711)과 제2 부분(713)을 연결하며 제1 부분(711)보다 더 작은 두께를 갖는 퓨즈 커넥터(714)를 포함한다.
제1 부분(711)은 직육면체로 이루어지며, 연결 단자(26)가 삽입되는 단자 홀(717)과 측단에 형성된 지지 홈(716)을 갖는다. 제2 부분(713)은 제1 부분(711)에서 이격 배치되며, 직육면체로 이루어진다. 또한, 제2 부분(713)은 측단에 형성된 지지 홈(718)을 갖는다. 제1 부분(711)은 연결 단자를 매개로 제2 전극과 전기적으로 연결되며, 제2 부분(713)은 버스 바와 연결된다.
퓨즈 커넥터(714)는 평판으로 이루어질 수 있으며, 단락 전류가 흐를 때 용융될 수 있도록 제1 부분(711) 및 제2 부분(713)보다 더 작은 두께를 갖는다. 퓨즈 커넥터(714)의 두께(T1)는 제1 부분(711)의 두께(T2)의 0.05배 내지 0.4배로 이루어질 수 있다. 또한, 퓨즈 커넥터(714)는 제1 부분(711)보다 더 작은 폭을 가질 수 있다.
제2 단자(71)는 퓨즈 커넥터(714)를 감싸는 지지부재(715)를 더 포함하며, 지지부재(715)는 전기적 절연성을 갖는다. 지지부재(715)는 인서트 사출로 형성될 수 있다. 지지부재(715)는 퓨즈 커넥터(714)의 상면과 측면을 감싸며 하면은 감싸지 않고 노출시킨다. 이에 따라 멤브레인을 향하는 퓨즈 커넥터(714)의 하면이 노출되므로 멤브레인과 퓨즈 커넥터(714)가 접촉할 수 있다. 퓨즈 커넥터(714)와 멤브레인이 접촉할 때, 아크가 발생할 수 있다. 아크는 주변으로 확장될 수 있는데, 지지부재(715)는 아크의 발생 및 아크의 확장을 차단한다.
이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 제3 실시예에 따른 이차 전지에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 단면도이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2단자를 아래에서 본 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제3 실시예에 따른 이차 전지는 제2 단자(73)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지는바, 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
제2 단자(73)는 단락 홀을 덥도록 일방향으로 길게 연장되어 형성된다. 제2 단자(73)는 제1 부분(731)과 제2 부분(733) 및 제1 부분(731)과 제2 부분(733)을 연결하며 제1 부분(731)보다 더 작은 두께를 갖는 퓨즈 커넥터(734)를 포함한다.
제1 부분(731)과 제2 부분(733)은 직육면체로 이루어지며, 이격 배치된다. 제1 부분(731)은 연결 단자(26)와 전기적으로 연결되며, 제2 부분(733)은 버스 바(60)와 연결된다.
퓨즈 커넥터(734)의 하단은 제1 부분(731)의 하단보다 더 아래로 돌출될 수 있다. 퓨즈 커넥터(734)는 절곡된 부분을 구비하며 제1 부분(731) 및 제2 부분(733)에서 연결된 부분과 절곡되어 아래로 돌출된 부분을 구비할 수 있다. 퓨즈 커넥터(734)는 아래로 돌출되어 단락 홀(37)에 삽입될 수 있다. 한편, 멤브레인(56)은 캡 플레이트(31)의 하부에 고정되어 퓨즈 커넥터(734)와 마주하며, 멤브레인(56)이 변형될 때, 퓨즈 커넥터(734)와 접촉하여 단락을 유발할 수 있다.
이하에서는 도 10을 참조하여 제4 실시예에 따른 이차 전지에 대해서 설명한다. 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 제4 실시예에 따른 이차 전지는 제2 단자(74)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지는바, 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
제2 단자(74)는 단락 홀을 덥도록 일방향으로 길게 연장되어 형성된다. 제2 단자(74)는 제1 부분(741)과 제2 부분(743) 및 제1 부분(741)과 제2 부분(743)을 연결하며 제1 부분(741)보다 더 작은 두께를 갖는 퓨즈 커넥터(744)를 포함한다.
제1 부분(741)과 제2 부분(743)은 직육면체로 이루어지며, 이격 배치된다. 제1 부분(741)은 연결 단자(26)와 전기적으로 연결되며, 제2 부분(743)은 버스 바(60)와 연결된다.
퓨즈 커넥터(744)의 아래에는 안내 돌기(745)가 형성되며 안내 돌기(745)는 폴리머 등의 부도체로 이루어질 수 있다. 안내 돌기(745)는 호형의 종단면을 갖는 내측면을 가지며, 멤브레인(56)이 변형될 때 멤브레인(56)을 안내하여 멤브레인(56)이 퓨즈 커넥터(744)와 안정적으로 접촉하도록 한다. 이에 따라 멤브레인(56)과 퓨즈 커넥터(744)의 접촉으로 전류를 방전할 수 있을 뿐만 아니라 퓨즈 커넥터(744)가 용융되어 이차 전지의 안전성이 향상된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
101: 이차 전지 10: 전극 어셈블리
11: 양극 11a: 양극 무지부
12: 음극 12a: 음극 무지부
13: 세퍼레이터 21: 제1 단자
22, 71, 73, 74: 제2 단자
221, 711, 731, 741: 제1 부분
223, 713, 733, 743: 제2 부분
224, 714, 734, 744: 퓨즈 커넥터
226, 228, 716, 718: 지지 홈
227, 717: 단자 홀 25, 26: 연결 단자
27: 케이스 30: 캡 어셈블리
31: 캡 플레이트 32: 전해액 주입구
34: 벤트 홀 37: 단락 홀
37a, 37b: 안착 홈 38: 밀봉 마개
39: 벤트 플레이트 39a: 노치
41: 제1 집전부재 42: 제2 집전부재
43, 45: 하부 절연부재 54, 72: 상부 절연부재
541, 721: 베이스 플레이트 542, 722: 측벽
543, 544, 723, 724: 걸림턱 545, 725: 단자 홀
546, 726: 연결 홀 72: 상부 절연부재
721: 베이스 플레이트 55: 실링 가스켓
56: 멤브레인 56a, 56b: 지지부
56c: 변형부 58: 연결부재
59: 실링 가스켓 60: 버스 바
745: 안내 돌기

Claims (14)

  1. 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리;
    상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스;
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 단자, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제2 단자;
    상기 케이스에 결합되며, 단락 홀이 형성된 캡 플레이트; 및
    상기 단락 홀에 설치되며 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 분리 또는 단락시키는 멤브레인을 포함하고,
    상기 제2 단자는 퓨즈 커넥터와, 상기 퓨즈 커넥터에 의하여 연결된 제1 부분과 제2 부분을 포함하며,
    상기 퓨즈 커넥터는 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 각각의 두께보다 작은 두께를 가지며, 상기 멤브레인과 오버랩(overlap)되어 위치하는 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 부분에 삽입되어 상기 제2 전극과 상기 제2 단자를 연결하는 연결 단자를 더 포함하고, 상기 제2 부분은 이웃하는 이차 전지들을 전기적으로 연결하는 버스 바와 연결된 이차 전지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 퓨즈 커넥터의 두께는 상기 제1 부분의 두께의 0.05배 내지 0.6배로 이루어진 이차 전지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 퓨즈 커넥터는 상기 제1 부분보다 더 작은 폭을 갖는 이차 전지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 멤브레인은 변형될 때 상기 퓨즈 커넥터와 접촉하여 단락을 유발하는 이차 전지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 단자는 상기 퓨즈 커넥터를 감싸며 전기적 절연성을 갖는 지지부재를 더 포함하고, 상기 지지부재는 상기 제1 부분과 제2 부분 사이에 삽입된 이차 전지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 멤브레인은 평편하게 형성된 2개의 지지부와, 2개의 지지부 사이에 형성되며 만곡된 변형부를 포함하는 이차 전지.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 변형부는 부분 실린더(partial cylinder) 형태로 이루어지고, 상기 2개의 지지부는 직선방향으로 이어져 상기 변형부의 측단에 연결된 이차 전지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 퓨즈 커넥터는 상기 단락 홀에 삽입되도록 하부로 돌출되는 이차 전지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 퓨즈 커넥터는 바닥부와 상기 바닥부에서 상부로 돌출되어 상기 제1 부분에 연결된 제1 측면, 및 상기 바닥부에서 상부로 돌출되어 상기 제2 부분에 연결된 제2 측면을 포함하는 이차 전지.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 단자는 상기 멤브레인을 향하여 돌출되어 상기 멤브레인의 변형을 안내하는 안내 돌기를 더 포함하는 이차 전지.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 단자와 상기 캡 플레이트 사이에 배치된 상부 절연부재를 더 포함하고,
    상기 상부 절연부재는 상기 멤브레인과 상기 퓨즈 커넥터 사이에 위치하는 연결 홀을 더 포함하고, 상기 연결 홀은 사각형의 횡단면을 갖는 이차 전지.
  13. 삭제
  14. 제1항에 따른 이차 전지의 전류 차단 방법에 있어서,
    내부 압력 상승에 의해 상기 멤브레인이 변형되어 상기 퓨즈 커넥터와 접촉함으로써 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 단락시키는 단계; 및
    상기 퓨즈 커넥터의 용융에 의해 상기 제1 부분과 상기 제2 부분이 분리되어 전류를 차단하는 단계를 포함하는 이차 전지의 전류 차단 방법.
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