KR20090081175A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20090081175A
KR20090081175A KR1020080007119A KR20080007119A KR20090081175A KR 20090081175 A KR20090081175 A KR 20090081175A KR 1020080007119 A KR1020080007119 A KR 1020080007119A KR 20080007119 A KR20080007119 A KR 20080007119A KR 20090081175 A KR20090081175 A KR 20090081175A
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vent
insulator
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secondary battery
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김용삼
변상원
마사노리 코구레
안병규
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 이차 전지는 벤트 플레이트와 인슐레이터의 회전을 억제하여, 벤트 플레이트의 연결점이 떨어지는 것을 방지한다. 본 발명의 이차 전지는, 양극, 세퍼레이터 및 음극을 포함하는 전극군, 상기 전극군을 내장하는 케이스, 및 상기 케이스를 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다. 상기 캡 조립체는 캡 플레이트의 내측에 배치되는 벤트 플레이트, 상기 벤트 플레이트의 내측에 결합되는 인슐레이터, 및 상기 인슐레이터를 사이에 두고 상기 벤트 플레이트와 상기 전극군에 연결되는 서브 플레이트를 포함한다. 상기 벤트 플레이트와 상기 서브 플레이트의 연결점에서, 상기 벤트 플레이트와 상기 인슐레이트의 결합에 의하여 정의되는 결합 라인에 이르는 거리가 적어도 2종류의 크기를 가진다.
캡 플레이트, 벤트 플레이트, 인슐레이터, 연결점, 서브 플레이트, 벤트

Description

이차 전지 {SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캡 조립체에서 벤트 플레이트와 인슐레이터의 회전을 방지하여, 벤트 플레이트의 연결점이 분리되는 것을 방지하는 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.
단위 전지는 양극과 세퍼레이터 및 음극을 포함하는 전극군, 전극군을 내장하는 케이스, 및 케이스에 결합되어 케이스를 밀폐하며 전극군과 전기적으로 연결되는 전극 단자를 구비한 캡 조립체를 포함한다.
원통형 이차 전지를 예로 들면, 전극군에서, 양극 및 음극은 활물질질 도포 되지 않은 무지부를 각각 구비하고, 양극 무지부와 음극 무지부는 서로 반대 방향을 향한다.
음극 집전판은 음극 무지부에 부착되고, 양극 집전판은 양극 무지부에 부착된다. 음극 집전판은 케이스에 연결되고, 양극 집전판은 캡 조립체에 연결되어, 전류를 외부로 유도한다.
음극 집전판이 케이스에 연결되는 경우, 케이스는 음극 단자 역할을 하고, 양극 집전판이 캡 조립체에 연결되는 경우, 캡 조립체는 양극 단자 역할을 한다. 캡 조립체와 케이스는 개스킷을 개재하여 서로 결합된다.
캡 조립체는 캡 플레이트, 양성 온도소자, 벤트 플레이트, 인슐레이터, 미들 플레이트, 서브 플레이트, 및 연결부재를 포함하다. 연결부재는 양극 집전판과 미들 플레이트를 전기적으로 연결한다. 벤트 플레이트와 서브 플레이트는 인슐레이터와 미들 플레이트를 사이에 두고 서로 용접으로 연결된다.
원통형 이차 전지에서, 캡 조립체는 원통형으로 형성되므로 벤트 플레이트 및 인슐레이터를 원형으로 형성한다. 벤트 플레이트와 서브 플레이트는 원형의 중심에서 서로 용접되는 연결점을 가진다.
따라서 벤트 플레이트와 인슐레이터는 약한 외력에도 서로 회전하게 되고, 벤트 플레이트와 서브 플레이트의 연결점은 쉽게 떨어지게 되며, 이로 인하여 전류가 차단된다.
본 발명은 벤트 플레이트와 인슐레이터의 회전을 억제하여, 벤트 플레이트의 연결점이 떨어지는 것을 방지하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 양극, 세퍼레이터 및 음극을 포함하는 전극군, 상기 전극군을 내장하는 케이스, 및 상기 케이스를 밀폐하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 캡 조립체는, 캡 플레이트의 내측에 배치되는 벤트 플레이트, 상기 벤트 플레이트의 내측에 결합되는 인슐레이터, 및 상기 인슐레이터를 사이에 두고 상기 벤트 플레이트와 상기 전극군에 연결되는 서브 플레이트를 포함하며, 상기 벤트 플레이트와 상기 서브 플레이트의 연결점에서, 상기 벤트 플레이트와 상기 인슐레이트의 결합에 의하여 정의되는 결합 라인에 이르는 거리가 적어도 2종류의 크기를 가질 수 있다.
상기 결합 라인은 원형으로 형성될 수 있다.
상기 벤트 플레이트는 상기 결합 라인의 중심에서 벗어난 위치에서 상기 서브 플레이트를 향하여 돌출 형성되는 벤트를 포함할 수 있다.
상기 인슐레이터는 상기 벤트를 상기 서브 플레이트 측으로 관통시키도록 상기 벤트에 대응하는 위치에 형성되는 관통 홀을 포함할 수 있다.
상기 연결점은 상기 벤트와 상기 서브 플레이트를 용접으로 연결하는 용접점으로 형성될 수 있다.
상기 거리는, 상기 용접점에서 상기 결합 라인에 이르는 최장 거리와, 상기 용접점에서 상기 최장 거리 반대측으로 상기 결합 라인에 이르는 최단 거리를 포함 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 상기 인슐레이터와 상기 서브플레이트 사이에 배치되는 미들 플레이트를 포함하며, 상기 미들 플레이트는, 상기 인슐레이터를 관통한 상기 벤트를 상기 서브 플레이트 측으로 관통시키도록 상기 인슐레이터의 상기 관통 홀에 대응하는 위치에 형성되는 관통 홀을 포함할 수 있다.
상기 벤트 플레이트 및 상기 인슐레이터는 상기 결합 라인과 같은 중심을 가지는 원형으로 형성될 수 있다.
상기 결합 라인은 타원형으로 형성될 수 있다.
상기 벤트 플레이트는 상기 서브 플레이트를 향하여 돌출 형성되는 벤트를 포함하며, 상기 벤트는 타원형 상기 결합 라인의 중심에 위치할 수 있다.
상기 벤트 플레이트 및 상기 인슐레이터는 타원형 상기 결합 라인과 같은 중심을 가지는 원형으로 형성될 수 있다.
상기 연결점은 상기 벤트와 상기 서브 플레이트를 용접으로 연결하는 용접점으로 형성되며, 상기 거리는 상기 용접점에서 타원형 상기 결합 라인에 이르는 장축 거리와, 상기 용접점에서 타원형 상기 결합 라인에 이르는 단축 거리를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 벤트 플레이트와 인슐레이터를 서로 결합하고 벤트 플레이트를 서브 플레이트에 연결점으로 연결하며, 연결점에서 결합 라인에 이르는 거리를 적어도 2종류의 크기로 형성하므로 벤트 플레이트와 인슐레이터의 회전을 억제할 수 있다.
따라서 연결점에서 벤트 플레이트의 떨어짐이 방지되어, 전류 차단으로 인한 작동 전압의 변경이 방지된다. 결국, 이차 전지의 안정성 및 신뢰성이 확보된다.
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 제1 실시예에 따른 이차 전지의 단면 사시도이다.
도1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 이차 전지는 전극군(10), 케이스(20), 및 캡 조립체(30)를 포함한다. 케이스(20)는 전극군(10) 및 전해액을 내장한다.
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.
일례로서, 전극군(10)은 원통형으로 형성된다. 원통형 전극군(10)의 중심에는 섹터 핀(14)이 배치된다. 섹터 핀(14)은 전극군(10)의 원통 형상을 유지시킨다.
양극(11)과 음극(13)은 박판의 금속 호일로 집전체를 형성하고, 활물질의 도 포 여부에 따라 구분되는 코팅부(11a, 13a)와 무지부(11b, 13b)를 포함한다. 코팅부(11a, 13a)에는 활물질이 도포되고, 무지부(11b, 13b)에는 활물질이 도포되지 않는다.
양극(11)의 무지부(11b)에는 양극 집전판(11c)이 연결되고, 음극(12)의 무지부(12b)에는 음극 집전판(12c)이 연결된다.
케이스(20)는 전극군(10)을 삽입할 수 있도록 일측을 개방하는 원통형 또는 각형으로 형성될 수 있다. 케이스(20)는 음극 집전판(12c)에 연결되어, 이차 전지에서 음극 단자로 역할한다. 케이스(20)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈 도금 강과 같은 도전성 금속으로 형성된다.
캡 조립체(30)는 개스킷(40)을 개재하여 케이스(20)의 개방측에 결합되어, 전극군(10)과 전해액을 내장하는 케이스(20)를 밀폐한다.
도2는 캡 조립체의 분해 사시도이다.
도2를 참조하면, 캡 조립체(30)는 캡 플레이트(31), 벤트 플레이트(32), 인슐레이터(33), 및 서브 플레이트(34)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 최종적으로 양극 집전판(11c)과 연결되어, 이차 전지에서 양극 단자로 역할한다. 캡 플레이트(31)는 외부로 돌출되는 단자(31a)와 배기구(31b)를 형성한다.
벤트 플레이트(32)는 캡 플레이트(31)의 내측에 설치되며, 기설정된 압력 조건에서 파손되어 가스를 방출하는 벤트(32a)를 형성한다. 벤트(32a) 파손시, 전극군(10)과 캡 플레이트(31)의 전기적인 연결이 차단된다.
벤트(32a)는 벤트 플레이트(32)에서 케이스(20)의 내측을 향하여 돌출 형성된다. 벤트 플레이트(32)는 벤트(32a) 주위에 벤트(32a)의 파손을 안내하는 노치(32b)를 구비한다(도1 및 도3 참조). 노치(32b)는 케이스(20) 내에서 발생되는 가스에 의하여 압력이 상승하는 경우, 미리 파손되어 가스를 배출함으로써 이차 전지의 폭발을 방지한다.
캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에는 양성 온도 소자(positive temperature coefficient element)(35)가 설치된다. 양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 전류 흐름을 형성하거나 차단한다.
즉 기설정된 온도 초과 상태에서, 양성 온도 소자(35)는 무한대까지 커지는 전기 저항을 가지며, 이로 인하여 충전 또는 방전 전류의 흐름을 차단한다.
인슐레이터(33)는 벤트 플레이트(32)의 내측에 결합된다. 서브 플레이트(34)는 인슐레이터(33)를 사이에 두고 벤트 플레이트(32)에 연결되고, 또한 전극군(10)에 연결된다.
즉 서브 플레이트(34)와 벤트 플레이트(32)는 벤트(32a)를 통하여 서로 전기적으로 연결되면서, 벤트(32a)를 제외한 부분에서 인슐레이터(33)를 통하여 절연된다.
인슐레이터(33)와 서브 플레이트(34) 사이에는 미들 플레이트(36)가 개재된다. 미들 플레이트(36)는 서브 플레이트(34) 및 벤트(32a)를 통하여 벤트 플레이트(32)에 전기적으로 연결된다. 미들 플레이트(36)는 연결부재(37)를 통하여 양극 집전판(11c)에 연결된다.
양극 집전판(11c) 상에는 절연부재(11d)가 제공된다(도1 참조). 절연부재(11d)는 비딩부(21) 아래에서 양극 집전판(11c)의 둘레를 감싼다. 따라서 양극 집전판(11c)은 연결부재(37), 미들 플레이트(36), 서브 플레이트(34), 벤트(32a) 및 벤트 플레이트(32)를 통하여 캡 플레이트(31)에 전기적으로 연결된다.
캡 조립체(30)는 케이스(20)에 끼워진 후, 클램핑 과정을 통하여 케이스(20)에 고정된다. 이때, 비딩부(21)와 클램핑부(22)가 형성된다.
도3은 벤트 플레이트와 서브 플레이트의 용접 상태 단면도이고, 도4는 도3의 평면도이다.
도3 및 도4를 참조하면, 벤트 플레이트(32)와 서브 플레이트(34)는 벤트(32a)를 통하여 서로 연결되는 연결점(P11)을 형성한다.
서브 플레이트(34)로 지지되는 인슐레이터(33)는 벤트 플레이트(32)와 결합되며, 이 결합에 의하여 결합되는 부분으로 정의되는 결합 라인(L1)을 형성한다.
연결점(P11)에서 결합 라인(L1)에 이르는 거리(D10)는 적어도 2 종류의 크기를 가진다.
도4를 참조하면, 결합 라인(L1)은 원형으로 형성된다. 또한 벤트(32a)는 결합 라인(L1)의 중심(P12)에서 벗어난 위치에서 서브 플레이트(34)를 향하여 돌출 형성된다.
인슐레이터(33)는 벤트(32a)를 서브 플레이트(34) 측으로 관통시키도록 벤트(32a)에 대응하는 위치에 관통 홀(33a)을 형성한다. 일례를 들면, 연결점(P11)은 벤트(32a)와 서브 플레이트(34)를 용접으로 연결하는 용접점으로 형성된다.
따라서 연결점(P11)에서 결합 라인(L1)에 이르는 거리(D10)는 여러 종류의 크기를 가지게 된다. 거리(D10)는 최장 거리(D11)와 최단 거리(D12)를 포함하고, 또한 최장 거리(D11)에서 최단 거리(D12) 사이의 크기를 가지를 거리를 포함한다.
최장 거리(D11)는 연결점(P11)에서 결합 라인(L1)의 좌측에 이르는 거리이고, 최단 거리(D12)는 연결점(P11)에서 결합 라인(L1)의 우측에 이르는 거리이다(도3 및 도4 참조).
미들 플레이트(36)는 인슐레이터(33)의 관통 홀(33a)을 통과한 벤트(32a)를 서브 플레이트(34) 측으로 관통시키도록 인슐레이터(33)의 관통 홀(33a)에 대응하는 위치에 관통 홀(36a)을 형성한다.
따라서 벤트(32a)는 인슐레이터(33) 및 미들 플레이트(36)의 관통 홀들(33a, 36a)을 각각 순차적으로 관통하여 서브 플레이트(34)에 연결점(P11)을 형성하여 연결된다.
벤트 플레이트(32)와 인슐레이터(33)는 원형으로 형성되고, 그 중심(P12)은 결합 라인(L1)의 중심과 같다.
벤트 플레이트(32)와 인슐레이터(33)가 원형이면서 서로 같은 중심(P12)을 가지지만, 벤트 플레이트(32)와 서브 플레이트(34)의 연결점(P11)이 중심(P12)과 불일치한다. 즉 연결점(P11)은 중심(P12)으로부터 기설정된 간격(C)으로 이격된다.
따라서 벤트 플레이트(32) 및 인슐레이터(33)의 회전은 억제된다. 연결점(P11)은 연결 상태를 지속적으로 유지하게 되어, 전지의 안전성 및 신뢰성이 유지된다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에서, 벤트 플레이트와 서브 플레이트의 용접 상태 단면도이고, 도6은 도5의 평면도이다.
전체적인 구성 및 작용 효과에 있어서, 제2 실시예는 제1 실시예와 유사 내지 동일하므로 여기서는 양자를 비교하여 서로 다른 부분에 대하여 설명한다.
도5 및 도6을 참조하면, 제2 실시예에서는 결합 라인(L2)이 타원으로 형성된다. 벤트 플레이트(42)에 형성되는 벤트(42a)는 타원형 결합 라인(L2)의 중심에 위치한다.
벤트 플레이트(42) 및 인슐레이터(43)는 타원형 결합 라인(L2)과 동일한 중심을 가지는 원형으로 형성된다.
연결점(P21)과 결합 라인(L2) 사이의 거리(D20)는 장축 거리(D21)와 단축 거리(D22) 및 장축 거리(D21)에서 단축 거리(D22) 사이의 크기를 가지를 거리를 포함한다.
장축 거리(D21)는 연결점(P21)에서 타원형 결합 라인(L2)의 장축 방향을 따라 결합 라인(L2)에 이르는 거리이고, 단축 거리(D22)는 연결점(P21)에서 타원형 결합 라인(L2)의 단축 방향을 따라 결합 라인(L2)에 이르는 거리이다.
벤트 플레이트(42)와 인슐레이터(43)의 결합 라인(L2)이 타원형이므로 벤트 플레이트(42) 및 인슐레이터(43)의 회전은 억제된다. 연결점(P21)은 연결 상태를 지속적으로 유지하게 되어, 전지의 안전성 및 신뢰성이 유지된다.
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 제1 실시예에 따른 이차 전지의 단면 사시도이다.
도2는 캡 조립체의 분해 사시도이다.
도3은 벤트 플레이트와 서브 플레이트의 용접 상태 단면도이다.
도4는 도3의 평면도이다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에서, 벤트 플레이트와 서브 플레이트의 용접 상태 단면도이다.
도6은 도5의 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 보호의 설명>
10 : 전극군 20 : 케이스
30 : 캡 조립체 40 : 개스킷
11 : 양극 12 : 세퍼레이터
13 : 음극 14 : 섹터 핀
11a, 13a : 코팅부 11b, 13b : 무지부
11c : 양극 집전판 12c : 음극 집전판
21 : 비딩부 22 : 클램핑부
31 : 캡 플레이트 32, 42 : 벤트 플레이트
33, 43 : 인슐레이터 34 : 서브 플레이트
35 : 양성 온도 소자 36 : 미들 플레이트
37 : 연결부재 31a : 단자
31b : 배기구 32a, 42a : 벤트
32b : 노치 P11, P21 : 연결점
L1, L2 : 결합 라인 C : 간격
D10, D20 : 거리 P12 : 중심
D11 : 최장 거리 D12 : 최단 거리
33a : 관통 홀 36a : 관통 홀
D21 : 장축 거리 D22 : 단축 거리

Claims (12)

  1. 양극, 세퍼레이터 및 음극을 포함하는 전극군;
    상기 전극군을 내장하는 케이스; 및
    상기 케이스를 밀폐하는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 캡 조립체는,
    캡 플레이트의 내측에 배치되는 벤트 플레이트,
    상기 벤트 플레이트의 내측에 결합되는 인슐레이터, 및
    상기 인슐레이터를 사이에 두고 상기 벤트 플레이트와 상기 전극군에 연결되는 서브 플레이트를 포함하며,
    상기 벤트 플레이트와 상기 서브 플레이트의 연결점에서,
    상기 벤트 플레이트와 상기 인슐레이트의 결합에 의하여 정의되는 결합 라인에 이르는 거리가 적어도 2종류의 크기를 가지는 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 결합 라인은 원형으로 형성되는 이차 전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트는,
    상기 결합 라인의 중심에서 벗어난 위치에서 상기 서브 플레이트를 향하여 돌출 형성되는 벤트를 포함하는 이차 전지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    상기 벤트를 상기 서브 플레이트 측으로 관통시키도록 상기 벤트에 대응하는 위치에 형성되는 관통 홀을 포함하는 이차 전지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 연결점은,
    상기 벤트와 상기 서브 플레이트를 용접으로 연결하는 용접점으로 형성되는 이차 전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 거리는,
    상기 용접점에서 상기 결합 라인에 이르는 최장 거리와,
    상기 용접점에서 상기 최장 거리 반대측으로 상기 결합 라인에 이르는 최단 거리를 포함하는 이차 전지.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 인슐레이터와 상기 서브플레이트 사이에 배치되는 미들 플레이트를 포 함하며,
    상기 미들 플레이트는,
    상기 인슐레이터를 관통한 상기 벤트를 상기 서브 플레이트 측으로 관통시키도록 상기 인슐레이터의 상기 관통 홀에 대응하는 위치에 형성되는 관통 홀을 포함하는 이차 전지.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트 및 상기 인슐레이터는 상기 결합 라인과 같은 중심을 가지는 원형으로 형성되는 이차 전지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 결합 라인은 타원형으로 형성되는 이차 전지.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트는,
    상기 서브 플레이트를 향하여 돌출 형성되는 벤트를 포함하며,
    상기 벤트는,
    타원형 상기 결합 라인의 중심에 위치하는 이차 전지.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트 및 상기 인슐레이터는 타원형 상기 결합 라인과 같은 중심을 가지는 원형으로 형성되는 이차 전지.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 연결점은,
    상기 벤트와 상기 서브 플레이트를 용접으로 연결하는 용접점으로 형성되며,
    상기 거리는,
    상기 용접점에서 타원형 상기 결합 라인에 이르는 장축 거리와,
    상기 용접점에서 타원형 상기 결합 라인에 이르는 단축 거리를 포함하는 이차 전지.
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