KR102656906B1 - 벤팅부를 구비하는 이차전지 - Google Patents

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Abstract

개시되는 발명은 각형 이차전지에 관한 것으로서, 육면체 형상을 이루는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스의 육면 중 어느 한 면에 함께, 또는 어느 두 면에 각각 배치된 양극단자 및 음극단자와, 상기 양극단자와 음극단자 중 적어도 어느 하나의 전극단자와 같은 면에 구비된 벤팅부 및 상기 벤팅부와 같은 면에 배치된 전극단자와 전기적으로 연결되고, 상기 벤팅부가 구비된 면을 제외한 어느 일면 상에 노출된 연장단자를 구비하는 단자 구조체를 포함한다.

Description

벤팅부를 구비하는 이차전지{SECONDARY BATTERY HAVING VENTING PART}
본 발명은 벤팅부를 구비하는 이차전지, 특히 육면체 형상의 각형 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가하고, 또한 환경보호의 시대적 요구에 맞춰 부각되는 전기 차량과 에너지 저장 시스템 등으로 인해 에너지원으로서의 이차전지의 수요는 더욱 급격하게 증가하고 있다.
이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jellyroll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩(Stack & Folding)형으로 대략 분류할 수 있다.
다양한 종류의 이차전지 중 각형 이차전지를 살펴보면, 각형 이차전지는 양극단자와 음극단자가 일면에 함께 배치되어 있거나, 또는 대향하는 양 측면에 하나씩 배치되는 것이 대부분이다. 또한, 이차전지의 안전을 위해 구비되는 벤팅부는 일면에 함께 배치된 양극단자와 음극단자 사이, 또는 대향하는 양 측면의 전극단자 옆에 하나씩 배치되는 것이 일반적이다.
이차전지가 정상으로 작동하는 때에 벤팅부의 배치구조는 별다른 문제가 없지만, 만일 이차전지의 내부 압력이 비정상적으로 증가하여 벤팅부가 파단되고 가스를 배출하는 때에는 인접한 전극단자에 피해를 입힐 수 있다. 즉, 벤팅부가 파단되어 내부 가스가 분출되면 양극단자와 음극단자는 부식, 발화 등의 손상을 입게 되고, 전극단자의 손상은 전기적 문제로 확산되어 이차전지만의 피해에 그치지 않을 가능성이 높아진다. 즉, 단자부가 있는 위치에 모듈/팩의 전자회로가 위치하게 되면, 벤팅 시 전자회로의 오작동에 의한 폭발위험이 가중된다.
한국공개특허 제10-2019-0102816호 (2019.09.04 공개)
본 발명은 이차전지에 구비된 벤팅부의 파단 내지 개방에 의한 내부가스의 분출로 야기되는 전극단자의 손상 및 열화에 대해 효과적으로 대응할 수 있는 각형 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 각형 이차전지는, 하나의 예에서, 육면체 형상을 이루는 전지 케이스;와, 상기 전지 케이스의 육면 중 어느 한 면에 함께, 또는 어느 두 면에 각각 배치된 양극단자 및 음극단자;와, 상기 양극단자와 음극단자 중 적어도 어느 하나의 전극단자와 같은 면에 구비된 벤팅부; 및 상기 벤팅부와 같은 면에 배치된 전극단자와 전기적으로 연결되고, 상기 벤팅부가 구비된 면을 제외한 어느 일면 상에 노출된 연장단자를 구비하는 단자 구조체를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 단자 구조체는, 상기 전극단자가 노출되지 않도록 감싸면서 상기 전지 케이스의 하나 이상의 면에 결합하는 단자 몸체와, 상기 연장단자를 포함한다.
그리고, 상기 전극단자에 대해 상기 연장단자를 전기적으로 연결하는 연장배선은 상기 단자 몸체 외부로 노출되지 않는다.
그리고, 상기 전극단자에 대해 상기 연장단자를 전기적으로 연결하는 연장배선은 외부에 대해 절연되어 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 양극단자와 음극단자, 그리고 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 상면에 함께 배치되고, 한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 서로 대향하는 양 측면으로 상기 연장단자가 각각 노출될 수 있다.
또는, 상기 양극단자와 음극단자, 그리고 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 상면에 함께 배치되고, 한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 서로 대향하는 전면 또는 후면으로 상기 연장단자가 노출될 수 있다.
여기서, 상기 한 쌍으로 구비된 단자 구조체의 연장단자는, 상기 전지 케이스의 전면 또는 후면 중의 어느 한 면에 함께 배치되거나, 또는 상기 전지 케이스의 전면과 후면에 각각 하나씩 배치될 수 있다.
그리고, 상기 양극단자와 음극단자, 그리고 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 상면에 함께 배치되고, 한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 서로 대향하는 양 측면 중의 어느 일면 및 전후면 중의 어느 일면에 상기 연장단자가 각각 노출되도록 구성하는 것도 가능하다.
또는, 상기 양극단자와 음극단자, 그리고 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 상면에 함께 배치되고, 한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 저면에 상기 연장단자가 각각 노출될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 상기 양극단자와 음극단자는 상기 전지 케이스의 양 측면에 각각 배치되고, 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 양 측면 중의 적어도 어느 일 측면에 배치되며, 한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 상면에 상기 연장단자가 각각 노출될 수 있다.
또는, 상기 양극단자와 음극단자는 상기 전지 케이스의 양 측면에 각각 배치되고, 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 양 측면 중의 적어도 어느 일 측면에 배치되며, 한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 전면 또는 후면으로 상기 연장단자가 각각 노출될 수 있다.
여기서, 상기 한 쌍으로 구비된 단자 구조체의 연장단자는, 상기 전지 케이스의 전면 또는 후면 중의 어느 한 면에 함께 배치되거나, 또는 상기 전지 케이스의 전면과 후면에 각각 하나씩 배치될 수 있다.
그리고, 상기 양극단자와 음극단자는 상기 전지 케이스의 양 측면에 각각 배치되고, 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 양 측면 중의 적어도 어느 일 측면에 배치되며, 한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 상면 및 전후면 중의 어느 일면에 상기 연장단자가 각각 노출되도록 구성하는 것도 가능하다.
또는, 상기 양극단자와 음극단자는 상기 전지 케이스의 양 측면에 각각 배치되고, 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 양 측면 중의 적어도 어느 일 측면에 배치되며, 한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 저면에 상기 연장단자가 각각 노출될 수도 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 각형 이차전지는, 전극단자와 벤팅부가 전지 케이스의 동일면에 배치되어 있더라도 단자 구조체를 적용하여 전극단자를 벤팅부에 대해 물리적으로 다른 면으로 분리 배치할 수 있다. 따라서, 기존의 각형 이차전지의 내부 구조를 변경하지 않고도 전극단자의 위치를 자유롭게 변경할 수 있게 됨으로써 각형 이차전지의 개발 및 생산비용 절감이 가능해진다.
또한, 각형 이차전지의 전극단자의 위치를 손쉽게 변경할 수 있음에 따라 배터리 모듈과 팩의 설계에 높은 자유도를 부여할 수 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일방향 각형 이차전지의 일례를 도시한 도면.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 각형 이차전지의 다양한 예를 도시한 도면.
도 7은 양방향 각형 이차전지의 일례를 도시한 도면.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 각형 이차전지의 다양한 예를 도시한 도면.
도 13 내지 도 17은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 각형 이차전지의 다양한 예를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 각형 이차전지, 특히 여섯 개 평면이 육면체 형상을 이루는 각형 이차전지에 관한 것으로서, 전지 케이스의 육면 중 어느 한 면에 함께, 또는 어느 두 면에 각각 배치된 양극단자 및 음극단자와, 상기 양극단자와 음극단자 중 적어도 어느 하나의 전극단자와 같은 면에 구비된 벤팅부와, 그리고 상기 벤팅부와 같은 면에 배치된 전극단자와 전기적으로 연결되면서 상기 벤팅부가 구비된 면을 제외한 어느 일면 상에 노출된 연장단자를 구비하는 단자 구조체를 포함한다.
이와 같은 본 발명의 각형 이차전지는, 전극단자와 벤팅부가 동일면에 배치되는 것으로 설계 및 제조가 되더라도, 단자 구조체를 적용하여 전극단자를 벤팅부에 대해 물리적으로 다른 면으로 분리 배치할 수 있다. 따라서, 기존의 각형 이차전지의 내부 구조를 변경하지 않고도 전극단자의 위치를 자유롭게 변경할 수 있게 됨으로써 각형 이차전지의 개발 및 생산비용 절감이 가능해진다.
또한, 본 발명의 각형 이차전지는 벤팅부의 위치를 고려하여 전극단자의 위치를 자유롭게 결정할 수 있고, 이에 따라 배터리 모듈이나 팩을 설계할 때에도 벤팅부에서 분출되는 가스나 화염의 확산방향을 가장 안전한 방향으로 쉽게 설정하는 동시에 전극단자의 위치를 최적으로 결정할 수 있는 높은 자유도를 확보할 수 있게 한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 각형 이차전지에 대한 구체적인 실시형태를 설명한다. 각 실시형태에 대한 설명 중에 사용되는 전후좌우나 상하 등의 상대위치를 지정하는 용어는 발명의 이해를 위해 사용되는 것일 뿐이며, 특별한 사정이 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다.
[제1 실시형태]
도 1은 본 발명의 제1 실시형태가 적용될 수 있는 각형 이차전지(100)의 일례를 도시한 도면이다. 도 1의 각형 이차전지(100)는 양극단자(122)와 음극단자(124)를 포함하는 전극단자(120)가 전지 케이스(110)의 상면에 함께 배치된 일방향 이차전지에 해당한다.
그리고, 전지 케이스(110)의 상면에는 벤팅부(130)가 함께 배치되어 있다. 도시된 예에서는, 벤팅부(130)는 양극단자(122)와 음극단자(124)의 사이에 위치한다. 벤팅부(130)는 각형 이차전지(100)의 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우 가스를 배출하는 안전장치에 해당한다. 예를 들어, 벤팅부(130)는 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께를 갖도록 노칭 가공을 함으로써 주변 영역에 비해 구조적으로 취약하게 만들어놓은 것일 수 있다. 이에 따라, 각형 이차전지(100)에 이상이 발생하여 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하게 되면 벤팅부(130)가 먼저 파단됨으로써 각형 이차전지(100) 내부에 생성된 가스가 배출된다.
다만, 벤팅부(130)와 전극단자(120)가 전지 케이스(110)의 동일면에 위치하면, 비상시 벤팅부(130)가 파단되어 내부 가스가 분출될 때 전극단자(120)가 부식, 발화 등의 손상을 입을 가능성이 높다. 본 발명은 단자 구조체(200)를 구비함으로써 이러한 문제를 해결하고자 한다.
도 2는 각형 이차전지(100)와 단자 구조체(200)의 결합구조를 도시한 사시도이다. 단자 구조체(200)는 전지 케이스(110) 상의 인접한 두 면 이상에 걸쳐서 결합하는 경첩 형태의 구조물로서, 단자 몸체(210)와 연장단자(220)를 포함한다.
단자 몸체(210)는 전극단자(120), 즉 양극단자(122)와 음극단자(124)가 노출되지 않도록 감싸면서, 전지 케이스(110) 상의 서로 인접한 두 면에 걸쳐서 밀착 결합하는 단자 구조체(200)의 몸체를 지칭한다. 예컨대, 도 2의 실시형태는, 전지 케이스(110)의 상면을 기준으로 이에 인접하는 전후면과 측면을 감싸는 형태로 단자 몸체(210)가 구성되어 있으며, 단자 몸체(210)의 전지 케이스(110)에 대한 결합(예컨대, 접착이나 접합 등)을 통해 단자 구조체(200)가 전지 케이스(110)에 대해 고정된다.
연장단자(220)는 전극단자(120)와 전기적으로 연결되어 있으면서, 단자 몸체(210)의 어느 일면으로 노출된 접속 단자이다. 즉, 양극단자(122)와 음극단자(124)는 단자 몸체(210)로 감싸여 노출되어 있지 않으므로, 연장단자(220)는 벤팅부(130)가 위치한 상면 이외의 다른 일면, 예를 들어 도 2의 실시형태에서는 전지 케이스(110)의 측면으로 이동한 새로운 전극단자(120)의 기능을 하게 된다.
이와 같이, 단자 구조체(200)를 포함하는 본 발명의 각형 이차전지(100)는 전지 케이스(110)의 상면에 배치된 전극단자(120)의 위치를 단자 구조체(200)를 적용하는 것만으로 별도의 설계변경 없이 벤팅부(130)와 물리적으로 분리시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 기존의 각형 이차전지(100)의 내부 구조를 변경하지 않고도 전극단자(120)의 위치를 자유롭게 변경하여 벤팅부(130)와 분리할 수 있게 됨으로써 각형 이차전지(100)의 개발기간 및 생산비용을 절감할 수 있다.
그리고, 전극단자(120)와 연장단자(220)는 연장배선(230)을 통해 전기적으로 연결되는데, 연장배선(230)은 단자 몸체(210) 외부로 노출되지 않는다. 그리고, 연장배선(230)은 외부에 대해 절연되어 있다. 예를 들어, 절연성 수지재질의 단자 몸체(210) 안에 연장배선(230) 및 연장단자(220)가 인서트 몰딩 등에 의해 매립되어 있을 수 있다. 이를 통해 연장단자(220)만이 외부로 노출됨으로써 연장배선(230)이 손상되거나 전기 쇼트를 일으키는 등의 문제가 방지된다. 참고로, 연장배선(230)과 연장단자(220)는 일체형으로 구성되거나, 또는 별도의 부품으로 구성되어 단자 몸체(210)에 결합할 수 있다.
도 2의 실시형태를 다시 살펴보면, 전지 케이스(110)의 상면에서 벤팅부(130)에 인접 배치되어 있던 양극단자(122)와 음극단자(124)는 한 쌍의 단자 구조체(200)에 의해 양 측면으로 이동되었다. 즉, 도 2에서는, 단자 구조체(200)의 연장단자(220)는 전지 케이스(110)의 측면 상에 노출되어 있다. 이에 따라, 도 2의 실시형태는 양극단자(122)와 음극단자(124)가 전지 케이스(110)의 상면에 함께 배치된 일방향 이차전지가 양방향 이차전지로 변환되는 결과로도 이어졌다.
도 2의 실시형태 외에도, 전극단자(120)를 벤팅부(130)에 대해 분리하는 다양한 실시형태도 가능하며, 이로한 변용은 도 3 내지 도 6에 도시되어 있다.
도 3은 한 쌍으로 구비된 단자 구조체(200)의 연장단자(220)가 전지 케이스(110)의 전면에 함께 배치되는 실시형태를 보여준다. 아울러, 전지 케이스(110)의 전면에 대향하는 후면에 한 쌍의 연장단자(220)가 배치되는, 즉 도 3과 대칭되는 실시형태도 가능함은 물론이다.
도 4는 한 쌍으로 구비된 단자 구조체(200)의 연장단자(220)가 전지 케이스(110)의 전면과 후면으로 각각 하나씩 나뉘어 배치되는 실시형태를 도시하고 있다. 그리고, 도 5는 한 쌍의 연장단자(220)가 어느 하나는 전지 케이스(110)의 서로 대향하는 양 측면 중의 어느 일면으로 노출되고, 다른 하나는 전후면 중의 어느 일면으로 노출되는 실시형태이다.
이와 같이, 단자 구조체(200)를 사양을 다양하게 설계함으로써 양극단자(122)와 음극단자(124)의 배치를 다양하게 변경할 수 있으며, 이를 통해 배터리 모듈이나 팩을 구성할 때 버스바 등의 전기배선 설계에 높은 자유도를 부여할 수 있다.
도 6은 양극단자(122)와 음극단자(124), 그리고 벤팅부(130)가 전지 케이스(110)의 상면에 함께 배치되어 있는 각형 이차전지(100)에 있어서, 한 쌍으로 구비된 단자 구조체(200)의 연장단자(220)가 전지 케이스(110)의 저면으로 이동한 실시형태를 도시하고 있다. 즉, 도 6의 실시형태는 단자 구조체(200)를 적용하여 전극단자(120)와 벤팅부(130)를 전지 케이스(110) 상에서 가장 멀리 이격시킬 수 있음을 보여주는 것이다.
한편, 도시되지는 않았지만, 양극단자(122) 및 음극단자(124)에 각각 결합한 단자 구조체(200)의 연장단자(220)는 상하 또는 좌우로 서로 비대칭을 이루도록 설계될 수도 있다.
[제2 실시형태]
본 발명의 제2 실시형태는 도 7 내지 도 11에 도시되어 있다. 도 7은 본 발명의 제2 실시형태가 적용되는 각형 이차전지(100)의 일례를 도시한 도면으로서, 도시된 각형 이차전지(100)는 양극단자(122)와 음극단자(124)를 포함하는 전극단자(120)가 전지 케이스(110)의 양 측면으로 하나씩 나뉘어 배치된 양방향 이차전지(100)에 해당한다.
그리고, 단자 구조체(200)의 구성은 제1 실시형태와 동등하므로, 이하에서는 제2 실시형태에서의 단자 구조체(200)의 배치, 특히 연장단자(220)의 배치를 중심으로 하여 제2 실시형태를 설명한다.
도 8의 실시형태에 대해 설명하면, 각형 이차전지(100)는 양극단자(122)와 음극단자(124)는 전지 케이스(110)의 양 측면에 각각 배치되고, 벤팅부(130)는 전지 케이스(110)의 양 측면 중의 적어도 어느 일 측면에 배치되어 있다. 그리고, 한 쌍으로 구비된 단자 구조체(200)는 양극단자(122) 및 음극단자(124)에 각각 전기적으로 연결되고, 전지 케이스(110)의 상면에 연장단자(220)가 각각 노출되어 있다.
도 8의 실시형태는, 전술한 도 2의 실시형태와는 역으로, 양방향 이차전지를 일방향 이차전지로 변환하는 실시형태라 말할 수 있다. 즉, 전지 케이스(110)의 측면에 함께 배치되었던 번극단자와 벤팅부(130)를 분리하는 동시에, 양방향 이차전지를 일방향 이차전지로 변경할 수 있는 실시형태이다.
도 9 내지 도 12는 양방향 이차전지에 적용되는 단자 구조체(200)에 의한 다양한 연장단자(220)의 배치형태를 도시하고 있다.
도 9는 한 쌍으로 구비된 단자 구조체(200)의 연장단자(220)가 전지 케이스(110)의 전면에 함께 배치되는 실시형태를 보여준다. 아울러, 전지 케이스(110)의 전면에 대향하는 후면에 한 쌍의 연장단자(220)가 배치되는 실시형태도 가능하다.
도 10은 한 쌍으로 구비된 단자 구조체(200)의 연장단자(220)가 전지 케이스(110)의 전면과 후면으로 각각 하나씩 나뉘어 배치되는 실시형태를, 그리고 도 11은 한 쌍의 연장단자(220)가 어느 하나는 전지 케이스(110)의 서로 대향하는 양 측면 중의 어느 일면으로 노출되고, 다른 하나는 전후면 중의 어느 일면으로 노출되는 실시형태를 보여준다.
도 12는 양극단자(122)와 음극단자(124)는 전지 케이스(110)의 양 측면에 각각 배치되고, 벤팅부(130)는 전지 케이스(110)의 양 측면 중의 적어도 어느 일 측면에 배치되는 각형 이차전지(100)로서, 한 쌍으로 구비된 단자 구조체(200)의 연장단자(220)가 전지 케이스(110)의 저면으로 이동한 실시형태를 도시하고 있다.
[제3 실시형태]
도 13 내지 도 17은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 도면이다.
첨부된 도면을 참조하면, 각형 이차전지(100)는 제1 면(111) 내지 제6 면(116)의 여섯 개 평면이 육면체 형상을 이루고 있으며, 설명과 이해의 편의를 위해 첨부된 도면을 기준으로 제1 면(111) 내지 제6 면(116)을 다음과 같이 정의한다. 상면으로부터 시계방향으로 돌아가는 4개의 면을 제1 면(111) 내지 제4 면(114)으로 지칭하고, 전면은 제5 면(115), 그리고 후면은 제6 면(116)으로 지칭하기로 한다.
도 13 내지 도 15의 실시형태는, 제1 면(111) 내지 제6 면(116) 중 제1 면(111)인 상면에 양극단자(122) 및 음극단자(124)가 배치되어 있는 일방향 이차전지에 관한 것으로서, 양극단자(122) 및 음극단자(124)는 제1 면(111)에 함께 배치되어 있고, 이에 비해 벤팅부(130)는 제1 면(111)을 제외한 다른 면에 배치되어 있다.
도 13은 제3 면(113)인 저면에 벤팅부(130)가 배치된 예를 도시하고 있으며, 도 14는 제2 면(112)인 우측면에 벤팅부(130)가 배치된 예를 도시하고 있다. 제4 면(114)인 좌측면에 벤팅부(130)가 위치하는 예는 도 14의 대칭형태이기에 따로 도시하지는 않았다.
도 13 및 도 14에 도시된 것처럼, 제3 실시형태의 각형 이차전지(100)는 애초에 양극단자(122)와 음극단자(124)에 대해 벤팅부(130)가 다른 면에 분리 배치되어 있으며, 이에 따라 높은 안정성과 설치 자유도를 가지게 된다.
도 13과 도 14에 도시된 실시형태는, 각형 이차전지(100)에서 한 면에만 벤팅부(130)가 구비된 예를 도시한 것이다. 참고로 도면에는 한 면에 하나의 벤팅부(130)가 구비되는 것으로 나타나 있지만, 한 면에 복수의 벤팅부(130)가 구비되는 것도 가능하다.
도 15는 제3 실시형태에 따른 각형 이차전지(100)에 있어서 복수의 면에 걸쳐 벤팅부(130)가 구비되는 경우를 예시적으로 도시한 도면이다. 즉, 도 15의 (a) 및 (b)와 같이, 대면하는 2개 면(예컨대, 제2 면 및 제4 면) 또는 연속된 2개 면(예컨대, 제2 면 및 제3 면)에 걸쳐 각각 벤팅부(130)가 구비되거나, 또는 도 15의 (c)처럼 연속된 3개 면(예컨대, 제2 면 내지 제4 면)에 걸쳐 각각 벤팅부(130)가 구비될 수 있다. 그리고, 도시되어 있지는 않지만, 전면과 후면, 즉 제5 면(115)과 제6면에도 벤팅부(130)가 구비될 수 있음은 물론이다.
다만, 각형 이차전지(100)가 직육면체 형상을 이루는 경우에는, 양극단자(122) 및 음극단자(124)는 면적이 가장 넓은 면, 즉 도면상에서 전면과 후면을 제외한 어느 한 면에 함께 배치될 수 있다. 그리고 이에 대응하여, 벤팅부(130)는 면적이 가장 넓은 서로 대향하는 두 개의 면을 제외한 나머지 세 개의 면 중 적어도 어느 하나의 면에 배치될 수 있다.
이는 도면과 같이, 각형 이차전지(100)가 납작한 직육면체 형태인 경우에는 면적이 가장 넓은 전면과 후면에 가장 큰 힘이 작용(내부압력은 균일한 것으로 가정)하므로, 전면과 후면에 벤팅부(130)가 위치하면 약한 진동이나 교란에 의해 벤팅부(130)가 설계 목적보다 쉽게 파열할 수도 있음을 고려할 필요가 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 벤팅부(130)는 각형 이차전지(100)의 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우 파단되어 가스를 배출하도록 구성된 것일 수 있다. 예를 들어, 벤팅부(130)는 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께를 갖도록 노칭 가공을 함으로써 주변 영역에 비해 구조적으로 취약하게 만들어놓은 것일 수 있다. 이에 따라, 각형 이차전지(100)에 이상이 발생하여 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하게 되면 벤팅부(130)가 먼저 파단됨으로써 각형 이차전지(100) 내부에 생성된 가스가 배출된다.
그리고, 도 16 및 도 17의 실시형태는 양극단자(122) 및 음극단자(124)가 제1 면(111) 내지 제6 면(116) 중 서로 대향하는 두 개, 도면에서는 제2 면(112) 및 제4 면(114)의 양 측면에 각각 하나씩 전극단자(120)가 배치되어 있는 양방향 이차전지에 관한 것이다.
이러한 실시형태는 전술한 도 13 내지 도 15의 실시형태와 기본적인 맥락을 같이 하며, 다만 양극단자(122)와 음극단자(124)가 육면체의 서로 대향하는 두 면에 각각 배치되기 때문에, 벤팅부(130)가 배치될 수 있는 면이 하나 줄어든다는 것에서 차이가 있다.
도 16에 따르면, 양극단자(122) 및 음극단자(124)가 각각 배치된 제2 면(112) 및 제4 면(114) 외에, 바닥의 제3 면(113)에 벤팅부(130)가 배치되어 있다. 또한, 각형 이차전지(100)가 직육면체 형상을 이루는 경우, 양극단자(122) 및 음극단자(124)는 면적이 가장 넓은 면을 제외한 서로 대향하는 두 개의 면에 각각 배치될 수 있다. 그리고 이에 대응하여, 벤팅부(130)는 면적이 가장 넓은 서로 대향하는 두 개의 면을 제외한 나머지 두 개의 면 중 적어도 어느 하나의 면에 배치될 수 있다.
즉, 도 16과 같이 바닥의 제3 면(113) 하나에 벤팅부(130)가 배치되거나, 또는 도 17과 같이 상면에 해당하는 제1 면(111) 및 이에 대향하는 저면인 제3 면(113)에 각각 벤팅부(130)가 배치될 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 각형 이차전지 110: 전지 케이스
111: 제1 면 112: 제2 면
113: 제3 면 114: 제4 면
115: 제5 면 116: 제6 면
120: 전극단자 122: 양극단자
124: 음극단자 130: 벤팅부
200: 단자 구조체 210: 단자 몸체
220: 연장단자 230: 연장배선

Claims (20)

  1. 육면체 형상을 이루는 전지 케이스;
    상기 전지 케이스의 육면 중 어느 한 면에 함께, 또는 어느 두 면에 각각 배치된 양극단자 및 음극단자;
    상기 양극단자와 음극단자 중 적어도 어느 하나의 전극단자와 같은 면에 구비된 벤팅부; 및
    상기 벤팅부와 같은 면에 배치된 전극단자와 전기적으로 연결되고, 상기 벤팅부가 구비된 면을 제외한 어느 일면 상에 노출된 연장단자를 구비하는 단자 구조체;
    를 포함하고,
    상기 단자 구조체는 상기 벤팅부와 같은 면에 구비된 양극단자 및/또는 음극단자를 비활성화하는, 각형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단자 구조체는,
    상기 전극단자가 노출되지 않도록 감싸면서 상기 전지 케이스의 하나 이상의 면에 결합하는 단자 몸체와, 상기 연장단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극단자에 대해 상기 연장단자를 전기적으로 연결하는 연장배선은 상기 단자 몸체 외부로 노출되지 않는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전극단자에 대해 상기 연장단자를 전기적으로 연결하는 연장배선은 외부에 대해 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극단자와 음극단자, 그리고 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 상면에 함께 배치되고,
    한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 서로 대향하는 양 측면으로 상기 연장단자가 각각 노출되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양극단자와 음극단자, 그리고 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 상면에 함께 배치되고,
    한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 서로 대향하는 전면 또는 후면으로 상기 연장단자가 노출되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 한 쌍으로 구비된 단자 구조체의 연장단자는, 상기 전지 케이스의 전면 또는 후면 중의 어느 한 면에 함께 배치되거나, 또는 상기 전지 케이스의 전면과 후면에 각각 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 양극단자와 음극단자, 그리고 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 상면에 함께 배치되고,
    한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 서로 대향하는 양 측면 중의 어느 일면 및 전후면 중의 어느 일면에 상기 연장단자가 각각 노출되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 양극단자와 음극단자, 그리고 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 상면에 함께 배치되고,
    한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 저면에 상기 연장단자가 각각 노출되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 양극단자와 음극단자는 상기 전지 케이스의 양 측면에 각각 배치되고, 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 양 측면 중의 적어도 어느 일 측면에 배치되며,
    한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 상면에 상기 연장단자가 각각 노출되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 양극단자와 음극단자는 상기 전지 케이스의 양 측면에 각각 배치되고, 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 양 측면 중의 적어도 어느 일 측면에 배치되며,
    한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 전면 또는 후면으로 상기 연장단자가 각각 노출되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 한 쌍으로 구비된 단자 구조체의 연장단자는, 상기 전지 케이스의 전면 또는 후면 중의 어느 한 면에 함께 배치되거나, 또는 상기 전지 케이스의 전면과 후면에 각각 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 양극단자와 음극단자는 상기 전지 케이스의 양 측면에 각각 배치되고, 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 양 측면 중의 적어도 어느 일 측면에 배치되며,
    한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 상면 및 전후면 중의 어느 일면에 상기 연장단자가 각각 노출되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 양극단자와 음극단자는 상기 전지 케이스의 양 측면에 각각 배치되고, 상기 벤팅부는 상기 전지 케이스의 양 측면 중의 적어도 어느 일 측면에 배치되며,
    한 쌍으로 구비된 단자 구조체는 상기 양극단자 및 음극단자에 각각 전기적으로 연결되어 상기 전지 케이스의 저면에 상기 연장단자가 각각 노출되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
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