KR20090081174A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20090081174A
KR20090081174A KR1020080007118A KR20080007118A KR20090081174A KR 20090081174 A KR20090081174 A KR 20090081174A KR 1020080007118 A KR1020080007118 A KR 1020080007118A KR 20080007118 A KR20080007118 A KR 20080007118A KR 20090081174 A KR20090081174 A KR 20090081174A
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김용삼
변상원
마사노리 코구레
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 이차 전지는 내부 압력 상승으로 가스 배출 작동시, 벤트 플레이트에서 배출 홀의 개방 범위를 크게 하여, 빠른 시간 내에 가스를 배출한다. 본 발명의 이차 전지는, 양극, 세퍼레이터 및 음극을 포함하는 전극군, 상기 전극군을 내장하는 케이스, 상기 케이스를 밀폐하고, 상기 전극군에 연결되는 전극 단자를 외부로 인출하여 지지하는 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트에 형성된 배출 홀을 개폐하는 벤트 플레이트를 포함하며, 상기 벤트 플레이트는, 서로 교차하여 상기 배출 홀에 대응하여 교차점을 형성하는 한 쌍의 제1 노치와, 상기 교차점 반대측에서 상기 제1 노치를 더 연장하여 형성되는 제2 노치를 포함할 수 있다.
캡 플레이트, 벤트 플레이트, 노치, 교차점, 연장

Description

이차 전지 {SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 배출 작동시, 벤트 플레이트에서 배출 홀의 개방 범위를 크게 하는 이차 전지에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 이차 전지(secondary battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전이 가능하다. 이차 전지는 저용량 및 대용량으로 구분될 수 있다.
예를 들면, 저용량의 이차 전지는 단위 전지로 이루어져, 휴대폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대용 소형 전자기기에 주로 사용된다. 단위 전지는 여러 가지 형상으로 제조되며, 원통형 및 각형이 대표적이다.
대용량의 이차 전지는 단위 전지를 복수의 팩 형태로 연결함으로써 전지 모듈을 형성하여, 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용된다.
일례를 들면, 전지 모듈은 필요한 전력을 얻기 위하여 복수의 단위 전지들을 직렬로 연결하고, 안정성을 위하여 복수의 단위 전지들을 하나로 체결함으로써 이루어진다.
단위 전지는 양극과 세퍼레이터 및 음극을 포함하는 전극군, 전극군을 내장하는 케이스, 및 케이스에 결합되어 케이스를 밀폐하며 전극군과 전기적으로 연결 되는 전극 단자를 구비한 캡 조립체를 포함한다.
캡 조립체는 캡 플레이트와 개스킷을 더 포함한다. 캡 플레이트는 관통 홀을 통하여 전극 단자를 인출하며, 개스킷은 관통 홀에 끼워져 캡 플레이트와 전극 단자를 서로 절연시킨다. 케이스는 원통형과 각형으로 형성될 수 있다.
단위 전지가 충전 및 방전을 되풀이함에 따라, 단위 전지의 내부에서 가스가 발생되고, 이로 인하여 내부 압력이 상승하는 스웰링(swelling) 현상이 발생된다. 스웰링 현상이 방치되는 경우, 내부 압력 상승으로 인하여, 단위 전지가 폭발할 수 있다.
캡 플레이트는 내부에서 발생되는 가스를 배출할 수 있도록 배출 홀을 형성하고, 배출 홀에 설치되어 배출 홀을 폐쇄하고 내부 압력에 의하여 절개되어 배출 홀을 개방할 수 있도록 얇은 두께로 형성되는 벤트 플레이트를 구비한다.
벤트 플레이트는 설정된 압력에서 용이하고 신속하게 절개되어, 배출 홀을 개방할 수 있도록 표면을 가압하여 형성되는 노치를 구비한다.
예를 들면, 벤트 플레이트는 배출 홀의 양측에 "U"자 형상으로 라인으로 이루어진 1쌍의 노치를 각각 구비한다. 즉 1쌍의 "U"자 노치의 곡선 부분은 배출 홀의 중앙에서 서로 이격 배치된다.
따라서 내부 압력 상승시, 벤트 플레이트에서 1쌍의 "U"자 노치 중, 하나의 노치는 절개되고 나머지 노치는 절개되지 않아, 배출 홀의 개방 범위가 충분히 넓히지 못할 수 있다.
본 발명은 내부 압력 상승으로 가스 배출 작동시, 벤트 플레이트에서 배출 홀의 개방 범위를 크게 하여, 빠른 시간 내에 가스를 배출하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 양극, 세퍼레이터 및 음극을 포함하는 전극군, 상기 전극군을 내장하는 케이스, 상기 케이스를 밀폐하고, 상기 전극군에 연결되는 전극 단자를 외부로 인출하여 지지하는 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트에 형성된 배출 홀을 개폐하는 벤트 플레이트를 포함하며, 상기 벤트 플레이트는, 서로 교차하여 상기 배출 홀에 대응하여 교차점을 형성하는 한 쌍의 제1 노치와, 상기 교차점 반대측에서 상기 제1 노치를 더 연장하여 형성되는 제2 노치를 포함할 수 있다.
상기 제1 노치는 직선으로 형성되어 서로 교차하는 제11 노치와 제12 노치를 포함할 수 있다.
상기 제2 노치는, 곡선으로 형성되어 상기 제11 노치에 연결되는 제21 노치, 및 곡선으로 형성되어 상기 제12 노치에 연결되는 제22 노치를 포함할 수 있다.
상기 제21 노치는 상기 제11 노치와 상기 제12 노치를 서로 연결할 수 있다. 상기 제22 노치는 상기 제21 노치의 반대측에서 상기 제11 노치와 상기 제12 노치를 서로 연결할 수 있다.
상기 제11 노치와 상기 제21 노치는 곡선으로 연결될 수 있다. 상기 제12 노 치와 상기 제22 노치는 곡선으로 연결될 수 있다.
상기 벤트 플레이트는 상기 제11 노치 및 상기 제12 노치에 의하여 구획되는 제11 벤트 조각, 제12 벤트 조각, 제21 벤트 조각 및 제22 벤트 조각을 포함할 수 있다.
상기 제2 노치는, 상기 제11 노치와 상기 제12 노치를 연결하는 제21 노치, 및 상기 제21 노치의 반대측에서 상기 제11 노치와 상기 제12 노치를 연결하는 제22 노치를 포함하며, 상기 제11 벤트 조각은 상기 제11 노치와 상기 제12 노치 및 상기 제21 노치에 의하여 구획되고, 상기 제12 벤트 조각은 상기 제11 노치와 상기 제12 노치 및 상기 제22 노치에 의하여 구획될 수 있다.
상기 배출 홀은 슬롯 홀로 형성되며, 상기 제11 벤트 조각과 상기 제12 벤트 조각은 상기 배출 홀의 장축에 대응하여 형성되고, 상기 제21 벤트 조각 및 상기 제22 벤트 조각은 상기 배출 홀의 단축에 대응하여 형성될 수 있다.
상기 제11 노치, 상기 제12 노치, 상기 제21 노치 및 상기 제22 노치는 상기 벤트 플레이트의 외측 표면에 형성될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 벤트 플레이트에 서로 교차하는 1쌍의 제1 노치를 형성하고, 제1 노치에 제2 노치를 연장하여 더 형성하므로 가스 배출 작용시, 제1 노치 및 제2 노치를 따라 벤트 플레이트를 개방하므로 벤트 플레이트에 대응하는 배출 홀의 개방 범위를 증대시킬 수 있다. 배출 홀의 개방 범위가 증대됨에 따라 내부의 가스는 빠른 시간 내에 배출될 수 있다.
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.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따른 단면도이다.
도1 및 도2를 참조하면, 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극군(10), 전극 단자(20), 케이스(30), 캡 플레이트(40) 및 벤트 플레이트(50)를 포함하여, 단위 전지를 형성한다.
전극군(10)은 양극(11), 세퍼레이터(12) 및 음극(13)을 포함한다. 전극군(10)은 양극(11)과 음극(13) 및 이들 사이에 배치되는 절연체의 세퍼레이터(12)를 권취하여 형성된다.
양극(11)과 음극(13)은 박판의 금속 호일로 집전체를 형성하고, 활물질의 도포 여부에 따라 코팅부(11a, 13a)와 무지부(11b, 13b)로 구획된다. 코팅부(11a, 13a)에는 활물질이 도포되고, 무지부(11b, 13b)에는 활물질이 도포되지 않는다.
고출력 이차 전지인 경우, 무지부(11b, 13b)는 양극(11)과 음극(13)의 길이 방향을 따라 양극(11)과 음극(13)의 측단에 형성된다. 양극(11)과 세퍼레이터(12) 및 음극(13)은 적층 및 권취되어 젤리-롤 형태로 전극군(10)을 형성한다.
전극 단자(20)는 양극 단자(21)와 음극 단자(22)를 포함한다. 양극 단자(21)는 양극(11)의 무지부(11b)에 연결되고, 음극 단자(22)는 음극(13)의 무지부(13b)에 연결된다.
케이스(30)는 전극군(10)을 내장하고, 일측 개방 구조를 형성하여 개방측으로 전극 단자(20)를 외부로 인출하며, 또한 전해액을 내장한다. 일례로서, 도면에는 각형 케이스(30)가 예시되어 있다.
캡 플레이트(40)는 케이스(30)의 개방측에 결합되어 케이스(30)를 밀폐하고, 전극군(10)에 연결되는 전극 단자(20)를 지지하면서 외부로 인출하며, 전해액의 주입을 가능하게 하고, 또한 단위 전지 내부에서 발생되는 가스의 배출을 가능하게 한다.
도3은 캡 플레이트의 사시도이다.
도3을 참조하면, 캡 플레이트(40)는 관통 홀(41), 전해액 주입구(43), 및 배출 홀(44)을 구비한다. 전극 단자(20)에 대응하도록 관통 홀(41)은 제1 관통 홀(41a)과 제2 관통 홀(41b)로 형성된다.
양극 단자(21)와 음극 단자(22)는 제1 관통 홀(41a)과 제2 관통 홀(41b)을 통하여 각각 인출된다. 제1 관통 홀(41a)과 제2 관통 홀(41b)의 둘레에는 각각 돌출된 지지부(42)가 구비된다.
관통 홀(41)에 대응하도록 지지부(42)는 제1 지지부(42a)와 제2 지지부(42b) 로 형성된다. 따라서 양극 단자(21)는 제1 관통 홀(41a)을 통하여 인출되며, 제1 지지부(42a)에 의하여 지지된다. 음극 단자(22)는 제2 관통 홀(41b)을 통하여 인출되며, 제2 지지부(42b)에 의하여 지지된다.
다시 도2를 참조하면, 양극 단자(21)와 제1 관통 홀(41a) 사이 및 음극 단자(22)와 제2 관통 홀(41b) 사이에 개스킷(45)이 각각 개재된다. 개스킷(45)은 전극 단자(20)와 캡 플레이트(40)를 절연시킨다.
개스킷(45)은 하부 개스킷(45a)과 상부 개스킷(45b)을 포함한다. 편의상, 제1 관통 홀(41a)을 기준으로 설명한다. 하부 개스킷(45a)은 제1 관통 홀(41a)에 끼워지고, 상부 개스킷(45b)은 캡 플레이트(40) 위에 설치된다.
상부 개스킷(45b)은 제1 지지부(42a)보다 크고 제1 지지부(42a)의 외측을 감싸도록 형성되어, 전극 단자(20)의 회전을 방지한다.
상부 개스킷(45b)의 상면에는 와셔(46)가 배치되고, 양극 단자(21)의 나사부에 너트(47)를 체결한다. 상부 개스킷(45b)은 와셔(46)와 너트(47)가 캡 플레이트(40)에 접촉되는 것을 방지한다.
전해액 주입구(43)는 전해액을 주입한 후 밀봉된다. 편의상, 도1 및 도2에는 전해액 주입구(43)가 밀봉된 상태를 도시하고, 이를 전해액 주입구(43)라 한다.
예를 들면, 배출 홀(44)은 캡 플레이트(40)의 중앙에 형성되어, 케이스(30)와 캡 플레이트(40)에 의하여 형성되는 공간 내에서 발생되는 가스를 배출시킨다.
벤트 플레이트(50)는 배출 홀(44)을 개폐할 수 있도록 배출 홀(44)에 설치된다. 벤트 플레이트(50)는 캡 플레이트(40)보다 얇은 두께로 형성되어, 평상시 배출 홀(44)의 폐쇄 상태를 유지하고, 내부에서 발생되는 가스에 의한 상승 압력으로 절개되어 배출 홀(44)을 개방한다.
벤트 플레이트(50)는 내부 압력 상승시 짧은 시간에 배출 홀(44)을 개방하고 또한 개방 범위를 크게 하여, 가스의 배출을 방해하지 않도록 형성된다.
도4는 벤트 플레이트 주위의 부분 사시도이고, 도5는 도4의 평면도이다.
도4 및 도5를 참조하면, 벤트 플레이트(50)는 가스 배출시, 절개를 유도하여 배출 홀(44)을 개방하도록 표면을 가압하여 형성되는 제1 노치(60)와 제2 노치(70)를 포함한다.
제1 노치(60)는 한 쌍으로 교차 형성되어 배출 홀(44)에 대응하여 교차점(CP)을 형성한다. 교차점(CP)은 압력에 가장 취약한 부분으로 작용하여, 절개의 시작을 유도한다.
제2 노치(70)는 교차점(CP)의 반대측에서 제1 노치(60)에 더 연장하여 형성된다. 벤트 플레이트(50)는 제1 노치(60)의 절개에 더하여, 제2 노치(70)를 통하여 더 절개된다(도6 참조). 즉 배출 홀(44)은 제1 노치(60)에 의하여 개방되고, 제2 노치(70)에 의하여 더 개방된다.
따라서 벤트 플레이트(50)의 교차점(CP)에서 시작된 절개는 제1 노치(60) 및 제2 노치(70)를 따라 진행되어, 짧은 시간에 배출 홀(44)의 개방 범위가 증대된다.
더 구체적으로 설명하면, 제1 노치(60)는 직선으로 형성되어 서로 교차하는 제11 노치(61)와 제12 노치(62)를 포함한다. 즉 제11 노치(61)와 제12 노치(62)는 교차점(CP)을 형성한다.
제11 노치와 제12 노치는 서로 다른 길이로 형성될 수 있으나(미도시), 본 실시예에서는 동일한 길이로 형성되는 것을 예시한다.
제2 노치(70)는 곡선으로 형성되는 제21 노치(71)와 제22 노치(72)를 포함한다. 제21 노치(71)는 제11 노치(61)에 연결되고, 제22 노치(72)는 제12 노치(62)에 연결된다.
일례를 들면, 제11 노치(61)와 제12 노치(62)는 동일한 길이로 형성된다. 따라서 제21 노치(71)는 일측에서 제11 노치(61)와 제12 노치(62)를 서로 연결한다. 제22 노치(72)는 제21 노치(71)의 반대측에서 제11 노치(61)와 제12 노치(62)를 서로 연결한다.
벤트 플레이트(50)는 제11 노치(61)와 제12 노치(62)에 의하여 구획된다. 즉 벤트 플레이트(50)는 제11 벤트 조각(511), 제12 벤트 조각(512), 제21 벤트 조각(521) 및 제22 벤트 조각(522)을 포함한다.
또한, 제11 노치(61)와 제21 노치(71)는 곡선으로 연결된다. 제12 노치(62)와 제22 노치(72)는 곡선으로 연결된다.
제2 노치(70)는 곡선으로 형성되므로 직선으로 형성되어 이격되는 제1 노치(60)의 끝을 효과적으로 연결할 수 있다. 또한 제1 노치(60)와 제2 노치(70)는 서로 곡선으로 연결되므로 제1 노치(60)로 진행되는 절개는 제2 노치(70)로 자연스럽게 전달될 수 있다. 따라서 배출 홀(44)은 큰 범위로 개방된다.
제11 벤트 조각(511)은 제11 노치(61)와 제12 노치(62) 및 제21 노치(71)에 의하여 구획된다. 제12 벤트 조각(512)은 교차점(CP)을 사이에 두고 제11 벤트 조 각(511)의 반대측에 위치한다. 제12 벤트 조각(512)은 제11 노치(61)와 제12 노치(62) 및 제22 노치(72)에 의하여 구획된다.
따라서 제11 벤트 조각(511)과 제12 벤트 조각(512)은 벤트 플레이트(40)로부터 완전히 분리되어 배출 홀(44)을 개방할 수 있다(도6 상태에서 제11 벤트 조각(511)과 제2 벤트 조각(512)이 제거된 상태이며, 미도시).
한편, 배출 홀(44)은 슬롯 홀로 형성된다. 따라서 배출 홀(44)을 기준으로 보면, 제11 벤트 조각(511)과 제12 벤트 조각(512)은 배출 홀(44)의 장축에 대응하여 형성된다. 그리고 제21 벤트 조각(521)과 제22 벤트 조각(522)은 배출 홀(44)의 단축에 대응하여 형성된다.
예를 들면, 벤트 플레이트(50)는 제11 벤트 조각(511), 제12 벤트 조각(512), 제21 벤트 조각(521) 및 제22 벤트 조각(522)를 형성하는 제1 노치(60)와 제2 노치(70)를 벤트 플레이트(50)의 외측 표면에 형성한다(도7 참조).
따라서 제1 노치(60)와 제2 노치(70)에는 압력이 집중되어, 가스 발생 압력이 높을 경우, 제1 노치(60) 및 제2 노치(70)는 더욱 용이하게 절개되어 배출 홀(44)을 개방할 수 있다.
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.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따른 단면도이다.
도3은 캡 플레이트의 사시도이다.
도4는 벤트 플레이트 주위의 부분 사시도이다.
도5는 도4의 평면도이다.
도6은 가스 배출 작동 상태의 단면도이다.
도7은 도4의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따른 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 보호의 설명>
10 : 전극군 11 : 양극
12 : 세퍼레이터 13 : 음극
11a, 13a : 코팅부 11b, 13b : 무지부
20 : 전극 단자 21 : 양극 단자
22 : 음극 단자 30 : 케이스
40 : 캡 플레이트 41 : 관통 홀
41a, 41b : 제1, 제2 관통 홀 42a, 42b : 제1, 제2 지지부
43 : 전해액 주입구 44 : 배출 홀
45 : 개스킷 45a, 45b : 하부, 상부 개스킷
46 : 와셔 47 : 너트
50 : 벤트 플레이트 511, 512 : 제11, 제12 벤트 조각
521, 522 : 제21, 제22 벤트 조각 60, 70 : 제1, 제2 노치
61, 62 : 제11, 제12 노치 71, 72 : 제21, 제22 노치
CP : 교차점

Claims (11)

  1. 양극, 세퍼레이터 및 음극을 포함하는 전극군;
    상기 전극군을 내장하는 케이스;
    상기 케이스를 밀폐하고, 상기 전극군에 연결되는 전극 단자를 외부로 인출하여 지지하는 캡 플레이트; 및
    상기 캡 플레이트에 형성된 배출 홀을 개폐하는 벤트 플레이트를 포함하며,
    상기 벤트 플레이트는,
    서로 교차하여 상기 배출 홀에 대응하여 교차점을 형성하는 한 쌍의 제1 노치와,
    상기 교차점 반대측에서 상기 제1 노치를 더 연장하여 형성되는 제2 노치를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 노치는 직선으로 형성되어 서로 교차하는 제11 노치와 제12 노치를 포함하는 이차 전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 노치는,
    곡선으로 형성되어 상기 제11 노치에 연결되는 제21 노치, 및
    곡선으로 형성되어 상기 제12 노치에 연결되는 제22 노치를 포함하는 이차 전지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제21 노치는 상기 제11 노치와 상기 제12 노치를 서로 연결하는 이차 전지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제22 노치는 상기 제21 노치의 반대측에서 상기 제11 노치와 상기 제12 노치를 서로 연결하는 이차 전지.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제11 노치와 상기 제21 노치는 곡선으로 연결되는 이차 전지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제12 노치와 상기 제22 노치는 곡선으로 연결되는 이차 전지.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트는,
    상기 제11 노치 및 상기 제12 노치에 의하여 구획되는 제11 벤트 조각, 제12 벤트 조각, 제21 벤트 조각 및 제22 벤트 조각을 포함하는 이차 전지.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 노치는,
    상기 제11 노치와 상기 제12 노치를 연결하는 제21 노치, 및
    상기 제21 노치의 반대측에서 상기 제11 노치와 상기 제12 노치를 연결하는 제22 노치를 포함하며,
    상기 제11 벤트 조각은,
    상기 제11 노치와 상기 제12 노치 및 상기 제21 노치에 의하여 구획되고,
    상기 제12 벤트 조각은,
    상기 제11 노치와 상기 제12 노치 및 상기 제22 노치에 의하여 구획되는 이차 전지.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 배출 홀은 슬롯 홀로 형성되며,
    상기 제11 벤트 조각과 상기 제12 벤트 조각은 상기 배출 홀의 장축에 대응하여 형성되고,
    상기 제21 벤트 조각 및 상기 제22 벤트 조각은 상기 배출 홀의 단축에 대응하여 형성되는 이차 전지.
  11. 제3 항에 있어서,
    상기 제11 노치, 상기 제12 노치, 상기 제21 노치 및 상기 제22 노치는 상기 벤트 플레이트의 외측 표면에 형성되는 이차 전지.
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