KR20080022945A - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이차 전지는 전류가 차단되는 압력을 정밀하게 설정하여 이차 전지의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있도록, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡 조립체는 외측으로 돌출된 전극 단자를 갖는 캡 플레이트와 상기 캡 플레이트의 아래에 배치되며 돌기를 갖는 안전 플레이트와 상기 안전 플레이트의 아래에 배치되는 절연체, 및 상기 절연체의 아래에 배치되어 상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 돌기가 끼워지는 홀이 형성된 보조 플레이트를 포함한다.

이차 전지, 안전 플레이트, 보조 플레이트, 걸림턱

Description

이차 전지{RECHARGEABEL BATTERY}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 플레이트와 보조 플레이트를 도시한 분리 사시도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 플레이트와 보조 플레이트가 결합되는 과정을 부분 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 플레이트가 보조 플레이트와 분리된 이차 전지를 도시한 부분 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 플레이트의 노치가 파단된 이차 전지를 도시한 부분 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 부분 단면도이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 플레이트와 보조 플레이트가 결합되는 과정을 도시한 부분 단면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안전 플레이트와 보 조 플레이트의 체결 구조를 개선한 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 셀로 이루어진 저용량 이차 전지의 경우, 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 복수개의 셀이 팩 형태로 연결된 대용량 이차 전지는 대형 기기의 구동을 위한 전원으로 널리 사용되고 있다.

이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다.

이차 전지(이하, 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 '단위 전지'라 칭한다)는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과 이 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스, 상기 케이스를 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.

단위 전지가 원통형으로 형성되는 경우, 전극군의 양극 및 음극에는 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성되고, 양극 무지부와 음극 무지부는 서로 다른 방향을 향하도록 배치된다.

음극 무지부에는 음극 집전판이 부착되고, 양극 무지부에는 양극 집전판이 부착되며, 음극 집전판은 케이스와 전기적으로 연결되고, 양극 집전판은 캡 조립체와 전기적으로 연결되어 외부로 전류를 유도한다. 따라서 케이스는 음극 단자 역할을 하고, 캡 조립체에 설치된 캡 플레이트가 양극 단자 역할을 한다.

양극 집전판과 캡 조립체는 도전성 금속으로 이루어진 리드부재에 의하여 전기적으로 연결되는데, 리드부재는 캡 조립체와 양극 집전판에 용접으로 고정된다.

캡 조립체는 외측으로 돌출된 양극단자가 형성된 캡 플레이트와, 캡 플레이트의 아래에 용접성을 향상시키기 위해 설치된 컬러와, 이 컬러의 아래에 설치되어 설정된 압력에서 파단되는 안전 플레이트, 안전 플레이트와 용접으로 고정되는 보조 플레이트, 및 안전 플레이트와 보조 플레이트 사이에 배치되는 절연 플레이트를 포함한다.

충전과 방전을 되풀이하는 동안 단위 전지의 내부에서 많은 열이 발생하고, 이러한 열 때문에 활물질 및 전해액이 분해되어 기체가 발생한다. 이와 같이 기체가 발생하면, 전지의 내부 압력이 증가하여 폭발의 위험을 수반하게 된다.

이러한 폭발 위험을 감소시키기 위해서, 종래에는 내부 압력에 의하여 안전 플레이트가 휘어지도록 설계하여 안전 플레이트와 보조 플레이트 사이의 용접 결합부가 떨어져 전류가 차단되도록 하였다.

이와 같은 구조는 안전 플레이트와 보조 플레이트가 용접에 의하여 결합된 용접 결합부에서 분리가 일어나므로 그 용접력에 의하여 전류 차단 압력이 결정된다. 그러나 기술적으로 용접 결합부의 강도를 균일하게 하는 것이 매우 어려워 전류가 차단되는 압력을 일정하게 설정하지 못하는 문제가 발생한다. 용접 결합부의 강도가 약하면 용접 결합부가 조기에 분리되어 단위 전지의 수명이 단축되며, 용접 결합부의 강도가 강하면 용접 결합부가 분리되지 못하여 오작동 시에 단위 전지가 폭발하는 문제가 발생한다.

또한, 용접 결합부가 충격에 약하므로 단위 전지에 가해진 외부 충격에 의해 용접 결합부가 쉽게 분리됨으로써 단위 전지를 사용하지 못하게 되는 경우가 발생 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전류 차단 압력이 작업 공정 등에 영향을 받지 않고 일정하게 유지되도록 하여 안정성 및 신뢰성이 향상된 이차 전지를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡 조립체는 외측으로 돌출된 전극 단자를 갖는 캡 플레이트와 상기 캡 플레이트의 아래에 배치되며 돌기를 갖는 안전 플레이트와 상기 안전 플레이트의 아래에 배치되는 절연체, 및 상기 절연체의 아래에 배치되어 상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 돌기가 끼워지는 홀이 형성된 보조 플레이트를 포함한다.

상기 돌기는 상기 보조 플레이트에 걸려져 고정될 수 있다.

상기 홀에는 안쪽으로 돌출된 걸림턱이 형성되고, 상기 돌기에는 상기 걸림턱에 끼워지는 홈이 형성될 수 있다.

상기 홈의 아래에는 측면이 경사지게 형성된 머리부가 형성될 수 있다.

상기 머리부는 원뿔대 또는 다각뿔대 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 걸림턱의 아래에 형성된 홀의 측면은 경사지게 형성될 수 있다.

상기 걸림턱은 상기 보조 플레이트의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.

상기 걸림턱은 상기 보조 플레이트의 두께의 0.1배 내지 0.5배의 두께를 가질 수 있다.

상기 돌기는 상기 홀을 관통하여 돌출되어 홀 주변의 보조 플레이트에 걸려지는 머리부를 구비할 수 있다.

상기 안전 플레이트는 상기 안전 플레이트의 중앙부에 형성되며 아래로 휘어진 가변부와 상기 가변부의 둘레를 따라 형성된 노치, 및 상기 가변부의 아래에 형성되어 상기 홀에 끼워지는 돌기를 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.

상기한 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 이차 전지는 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 위치하는 전극군(10)과, 전해액과 함께 전극군(10)을 수용할 수 있도록 일측 선단에 개구부가 형성된 케이스(20)를 포함한다. 그리고 상기 케이스(20)의 개구부에는 케이스(20)를 밀봉하는 캡 조립체(30)가 가스켓(31)을 매개로 설치된다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 케이스(20)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 이루어진다.

그리고 본 실시예에 따른 케이스(20)의 형상은 전극군(10)이 위치하는 내부 공간을 가진 원통형으로 이루어진다. 편의상 본 실시예에서는 원통형 이차 전지를 예로서 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 원통형 이외에 각형이나 그 이외의 형상으로 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따른 전극군(10)은 양극(11)과 세퍼레이터(13) 및 음극(12)이 적층된 후, 와류상으로 감겨진 젤리롤 타입으로 이루어지나, 전극군의 구조가 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니고 다른 구조로도 이루어질 수 있다.

그리고 양극(11)의 상단(도 1 기준)에는 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부(11a)가 형성되어 양극 집전판(41)과 전기적으로 연결된다. 또한, 음극(12)의 하단(도 1 기준)에는 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부(12a)가 형성되어 음극 집전판(45)과 전기적으로 연결된다.

캡 조립체(30)는 상부에 배치된 캡 플레이트(32)와, 캡 플레이트(32)의 아래에 설치되며 설정된 압력 조건에서 파손되어 가스를 방출하는 안전 플레이트(50) 및 안전 플레이트(50)의 아래에 설치되는 절연체(36), 절연체(36)의 아래에 설치되어 안전 플레이트(50)와 체결되는 보조 플레이트(60)를 포함한다. 안전 플레이트(50)와 캡 플레이트(32) 사이에는 용접성의 향상을 위하여 컬러(34)가 설치된다.

캡 플레이트(32)는 외측으로 돌출 형성된 양극 단자(32a)와 양극 단자(32a)의 주위에 형성되어 가스를 배출하는 배출공(32b)을 갖는다.

보조 플레이트(60)는 리드부재(35)를 매개로 양극 집전판(41)과 전기적으로 연결된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 안전 플레이트(50)는 원판 형태로 이루어지는데, 중앙부에 형성되어 아래(도 2 기준)로 휘어진 가변부(56)와 가변부(56)의 둘레를 따라 이어져 형성된 노치(54), 및 가변부(56)의 중앙에서 아래로 돌출된 돌기(58)를 포함한다.

가변부(56)는 안전 플레이트(50)의 중앙에서 하부를 향하여 완만하게 휘어진 곡면으로 형성되며, 노치(54)는 삼각형의 단면을 가지며 가변부의 둘레를 따라 이어져 원형의 띠 형상을 이룬다.

돌기(58)는 가변부(56)의 하면에서 돌출 형성되며, 측면에는 홈(58a)이 형성되고 이 홈(58a)의 아래에는 원뿔대 형상으로 이루어진 머리부(58b)가 형성된다.

본 실시예에서는 머리부(58b)가 원뿔대 형상으로 이루어진 것으로 예시하고 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 삼각뿔대, 사각뿔대 등 다각뿔대로 이루어질 수도 있다.

한편, 보조 플레이트의 중앙에는 돌기(58)가 끼워지는 홀(62)이 형성되며, 이 홀(62)의 주변에는 복수의 통기공(68)이 형성된다. 이러한 통기공(68)은 케이스(20)의 내에서 발생된 가스가 케이스(20)의 상부로 이동하는 통로 역할을 하며, 가스가 용이하게 배출될 수 있도록 적절한 수로 형성된다.

그리고 홀(62)에는 돌기(58)에 형성된 홈(58a)에 끼워져 돌기(58)를 고정하는 걸림턱(64)이 형성된다. 걸림턱(64)은 홀(62)의 내측면에서 홀의 중심을 향하여 수직으로 돌출 형성된다.

도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하면, 안전 플레이트(50)와 보조 플레이트(60)는 돌기(58)가 홀(62)에 끼워짐으로써 서로 전기적으로 연결되는데, 돌 기(58)와 홀(62)은 억지 끼움으로 결합될 수 있다.

본 실시예에 따른 돌기(58)의 머리부(58b)는 측면이 경사지게 형성되어 아래로 갈수록 단면적이 감소한다. 그리고 홀(62)에서 걸림턱(64)의 아래 부분은 머리부(58b)를 수용할 수 있도록 측면(67)이 경사지게 형성된다.

보조 플레이트(60)의 두께를 'T'라 하고, 걸림턱(64)의 두께를 'D'라 할 때, T와 D는 0.1T≤D≤0.5T인 관계에 있다.

D가 0.1T보다 작으면, 돌기(58)가 홀(62)에 끼워지는 과정에서 걸림턱(64)이 파단될 위험이 있으며, D가 0.5T보다 크면, 걸림턱(64)이 설정된 압력에서 파단되지 못하는 문제가 발생한다.

이하 본 실시예의 작동 원리를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 이차 전지는 상기한 구조의 안전 플레이트(50)와 보조 플레이트(60)를 구비하여 전지의 내부 압력이 설정된 압력 이상으로 상승할 때, 가변부(56)가 가스의 가압력으로 위로 절곡되는 과정에서 걸림턱(64)이 파단되어 안전 플레이트(50)가 보조 플레이트(60)로부터 단락된다. 그리고 내부 압력이 더욱 증가하면, 안전 플레이트(50)에 형성된 노치(54)가 파단되어 외부로 가스를 방출하게 된다.

걸림턱(64)이 파단되는 압력은 걸림턱(64)의 두께와 형상을 조절함으로써 적절하게 설정할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면 전류 차단 압력이 걸림턱(64)의 파단 강도에 의해 조절됨으로써 전류 차단 압력을 원하는 값으로 용이하게 설정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 부분 단면도이다.

본 실시예에 따른 이차 전지는 전력을 생산하는 전극군(10)과 전극군(10)이 내장되는 케이스(20), 및 가스켓(31)을 매개로 케이스(20)에 결합되어 케이스(20)를 밀봉하는 캡 조립체(30)를 포함한다.

이 제2 실시예의 단위 전지는 기본적으로 전술한 제1 실시예의 단위 전지와 구성을 같이 하며, 동일한 구성에 대한 자세한 설명을 생략하기로 한다

캡 조립체(30)는 전극 단자(32a)가 형성된 캡 플레이트(32)와 캡 플레이트(32)의 아래에 배치되어 용접성을 향상시키는 컬러(34), 컬러(34)의 아래에 배치되어 설정된 압력에서 파단되는 안전 플레이트(70), 안전 플레이트(70)의 아래에 배치된 절연체(36), 및 절연체(36)의 아래에 배치되어 전극군(10)과 전기적으로 연결되는 보조 플레이트(80)를 포함한다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 안전 플레이트(70)는 아래로 완만하게 휘어진 곡면으로 형성된 가변부(76)와 가변부(76)의 하면에서 보조 플레이트(80)를 향하여 돌출된 돌기(78)를 포함하며, 가변부(76)의 주변에는 노치(74)가 형성된다. 돌기(78)는 기둥부(78a)와 기둥부(78a)의 단부에 형성되며 기둥부(78a)의 외측으로 돌출된 걸림턱(79)를 갖는 머리부(78b)로 이루어진다. 머리부(78b)는 뿔대 형상으로 이루어져 아래로 갈수록 횡단면적이 작아진다.

한편, 보조 플레이트(80)는 돌기(78)가 끼워지는 홀(85)과 홀(85)의 주변에 형성되어 가스의 이동통로 역할을 하는 통기공(86)을 갖는다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 안전 플레이트(70)와 보조 플레이트(80)는 돌 기(78)가 홀(85)에 끼워짐으로써 서로 체결된다. 이때, 돌기(78)에 형성된 머리부(78b)가 홀(85)을 관통하여 외측으로 돌출되고 머리부(78b)에 형성된 걸림턱(79)은 홀(85) 주변의 보조 플레이트(80)에 걸려져 안전 플레이트(70)와 보조 플레이트(80)를 일체로 고정한다. 이에 따라 안전 플레이트(70)와 보조 플레이트(80)는 쉽게 분리되지 않고 고정되어 전기적으로 연결된다.

이와 같이 안전 플레이트(70)와 보조 플레이트(80)가 체결된 상태에서 단위 전지 내부의 압력이 설정된 압력 이상으로 증가할 경우에는 단위 전지 내부에서 발생한 가스가 안전 플레이트(70)를 가압하여 가변부(76)가 위로 굽어지게 되는데, 이때, 머리부(78b)의 걸림턱(79)이 파단되면서 안전 플레이트(70)와 보조 플레이트(80)가 전기적으로 단락된다.

이와 같이 본 제2 실시예에 따르면 머리부(78b)에 형성된 걸림턱(79)의 강도에 따라 전류가 차단되는 압력이 결정되므로, 걸림턱(79)의 두께 및 형상을 변경하여 전류 차단압을 정밀하게 설정할 수 있다.

상기에서는 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.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 안전 플레이트와 보조 플레이트를 체결하는 걸림턱의 파단에 따라 보조 플레이트와 안전 플레이트가 단락되므로 전류가 차단되는 압력을 정밀하게 설정함으로써 이차 전지의 신뢰성과 안정성이 향상된다.

Claims (11)

1. 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극군;

   상기 전극군이 내장되는 케이스; 및

   상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체;

   를 포함하고,

   상기 캡 조립체는

   전극 단자를 갖는 캡 플레이트;

   상기 캡 플레이트의 아래에 배치되며 돌기를 갖는 안전 플레이트;

   상기 절연체의 아래에 배치되어 상기 전극군과 전기적으로 연결되며 상기 돌기가 끼워지는 홀이 형성된 보조 플레이트;

   을 포함하는 이차 전지.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 안전 플레이트와 상기 보조 플레이트 사이에는 가장자리를 따라 절연체가 설치되는 이차 전지.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 홀에는 안쪽으로 돌출된 걸림턱이 형성되고, 상기 돌기에는 상기 걸림 턱에 끼워지는 홈이 형성되는 이차 전지.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 홈의 아래에는 측면이 경사지게 형성된 머리부가 형성되는 이차 전지.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 머리부는 원뿔대 또는 다각뿔대 형상으로 이루어지는 이차 전지.
6. 제3 항에 있어서,

   상기 걸림턱은 상기 보조 플레이트의 두께보다 얇은 두께를 갖는 이차 전지.
7. 제3 항에 있어서,

   상기 걸림턱은 상기 보조 플레이트의 두께의 0.1배 내지 0.5배의 두께를 갖는 이차 전지.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 돌기는 상기 보조 플레이트에 걸려져 고정되는 이차 전지.
9. 제1 항에 있어서,

   상기 돌기는 상기 홀의 아래로 돌출되어 상기 홀 주변의 상기 보조 플레이트 에 걸려지는 머리부를 갖는 이차 전지.
10. 제1 항에 있어서,

    상기 안전 플레이트는,

    상기 안전 플레이트의 중앙부에 형성되며 아래로 휘어진 가변부;

    상기 가변부의 둘레를 따라 형성된 노치; 및

    상기 가변부의 아래에 형성되어 상기 홀에 끼워지는 돌기;

    를 포함하는 이차 전지.
11. 제10 항에 있어서,

    상기 돌기는 측면에 형성된 홈과 상기 홈의 아래에 형성된 뿔대 형상의 머리부를 포함하고,

    상기 홀에는 상기 홈에 끼워지는 걸림턱이 형성되는 이차 전지.

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