KR20100123598A

KR20100123598A - 이차전지

Info

Publication number: KR20100123598A
Application number: KR1020100031546A
Authority: KR
Inventors: 변상원; 하시모토타츠야; 전상은; 김용삼; 김효섭; 김성배; 최수석
Original assignee: 에스비리모티브 주식회사
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2010-11-24
Also published as: US20130071704A1; EP2259364A1; JP2010267615A; CN101887986B; US9306197B2; JP5186649B2; CN101887986A; US20100291421A1; US8323813B2; EP2259364B1; KR101106999B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 케이스; 상기 케이스에 체결되는 제1 전극; 상기 케이스에 체결되며, 상기 케이스의 외측으로 연장된 부분을 갖는 제2 전극; 상기 제2 전극의 상기 케이스 외측으로 연장된 부분에 전기적으로 연결되는 쇼트바; 및 상기 케이스로부터 연장되고, 상기 쇼트 바의 적어도 일부분이 그 사이에 간격을 두고 위치하는 가변 부재(extensible member)를 포함한다.
상기 가변 부재는, 과충전 상태에 반응하고, 상기 쇼트바와 상기 제1 전극을 전기적으로 연결하도록 형성되어, 상기 쇼트바에 의해 상기 제1 전극과 제2 전극을 단락시킬 수 있다. 상기 가변 부재는 벨로즈(bellows)를 포함할 수 있다.

Description

이차전지 {RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 과충전시 외부에서 전극단자를 단락(short)시키고, 단락 상태를 유지시켜 과충전의 안전성을 확보하는 이차전지에 관한 것이다.

하이브리드 전기 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)용 각형 이차전지는 원형 이차전지에 비하여 원활한 방열 성능을 가지므로, 과충전 안전성에서 더 유리한 특성을 가진다.

따라서 HEV용 각형 이차전지는 원형 이차전지에 적용되고 있는 과충전 시 전류를 차단하는 전류차단장치(CID: Current Interrupt Device)를 적용하지 않고 있는 실정이다.

그러나 HEV뿐만 아니라 PHEV(Plug in Hybrid Electric Vehicle) 및 전기 자동차는 고용량의 이차전지를 요구하며, 이로 인하여 적용되는 이차전지의 사이즈가 증가한다.

따라서 각형 이차전지, 역시 전지의 두께가 증가하고, 이로 인하여 셀 내부와 외부에서 방열 차이가 발생되며, 이로 인하여 과충전 상태에서의 상기 이차전지 안전성 확보가 어려워지고 있다.

본 발명의 일 실시예는 과충전시 외부에서 전극단자를 단락시키고, 단락 상태를 유지시켜 과충전 상태에서의 안전성을 확보하는 이차전지에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 케이스; 상기 케이스에 체결되는 제1 전극; 상기 케이스에 체결되며, 상기 케이스의 외측으로 연장된 부분을 갖는 제2 전극; 상기 제2 전극의 상기 케이스 외측으로 연장된 부분에 전기적으로 연결되는 쇼트바; 및 상기 케이스로부터 연장되고, 상기 쇼트 바의 적어도 일부분이 그 사이에 간격을 두고 위치하는 가변 부재(extensible member)를 포함한다.

상기 가변 부재는, 과충전 상태에 반응하고, 상기 쇼트바와 상기 제1 전극을 전기적으로 연결하도록 형성되어, 상기 쇼트바에 의해 상기 제1 전극과 제2 전극을 단락시킬 수 있다.

상기 가변 부재는 벨로즈(bellows)를 포함할 수 있다.

상기 가변 부재는, 상기 케이스의 내압이 설정된 값 이상이 될 때, 상기 쇼트바를 향해 연장하도록 구성된다.

상기 가변 부재는 전기 전도체를 포함할 수 있다.

상기 가변 부재와 상기 쇼트바는 상기 과충전 상태에 반응하여 서로 간의 전기적 연결 상태를 유지하도록 구성된다.

상기 가변 부재와 상기 쇼트바 중 적어도 하나는, 상기 가변 부재와 상기 쇼트바가 상기 과충전 상태에 반응하여 전류를 통하도록 할 때 녹게 된다.

상기 쇼트바는 상기 제2 전극의 상기 케이스 외측으로 연장된 부분에 용접되거나 나사체결 될 수 있다.

일측 단부는 상기 케이스에 연결되고, 다른 일측 단부는 상기 가변 부재의 상기 쇼트바와 마주하는 일측에 연결되는 스프링을 더 포함할 수 있다.

상기 스프링은 상기 가변 부재에 상기 쇼트바로부터 멀어져 상기 케이스를 향하는 방향으로 압력을 가하도록 구성될 수 있다.

상기 스프링은 상기 쇼트바와 마주하는 상기 가변 부재의 일측에 직경방향으로 위치한 2개의 스프링을 포함할 수 있다.

상기 스프링에 의해 상기 가변 부재에 가해지는 상기 압력은, 상기 과충전 상태에서 상기 가변 부재에 가해지는 상기 케이스의 내압보다 작다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는, 케이스; 상기 케이스에 체결되는 제1 전극; 상기 케이스에 체결되며, 상기 케이스의 외측으로 연장된 부분을 갖는 제2 전극; 상기 케이스에 체결되며, 상기 케이스의 외측으로 연장된 부분을 갖는 제3 전극; 상기 제2 전극의 상기 케이스 외측으로 연장된 부분에 전기적으로 연결되는 제1 쇼트바; 상기 제3 전극의 상기 케이스 외측으로 연장된 부분에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 쇼트바와 사이에 간격을 두고 인접한 제2 쇼트바; 및 상기 케이스로부터 연장되고, 상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바의 아래에 간격을 두고 위치하는 가변 부재를 포함한다.

상기 가변 부재는, 과충전 상태에 반응하고, 상기 제1 쇼트바와 상기 제2 쇼트바를 전기적으로 연결하도록 형성되어, 상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바에 의해 상기 제1 전극과 제2 전극을 단락시킬 수 있다.

상기 가변 부재는, 상기 케이스의 내압이 설정된 값 이상이 될 때, 상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바를 향해 연장하도록 구성된다.

제2 쇼트바는 상기 제1 쇼트바와 상기 가변 부재 사이에 위치할 수 있다.

상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바는 상기 가변 부재로부터 실질적으로 동일한 거리 떨어져 위치할 수 있다.

상기 가변 부재 상에 도전판을 더 포함하고, 상기 도전판은, 과충전 상태에 반응하여, 상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바와 함께 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.

상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바는 상기 과충전 상태에 반응하여 서로 간의 전기적 연결 상태를 유지하도록 구성된다.

상기 제1 쇼트바와 상기 제2 쇼트바 중 적어도 하나는, 상기 제1 쇼트바와 상기 제2 쇼트바가 상기 과충전 상태에 반응하여 전류를 통하도록 할 때 녹게 된다.

상기 제1 쇼트바는 상기 제2 전극의 상기 케이스 외측으로 연장된 부분에 용접되거나 나사체결 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차전지의 내압에 따라 신장되는 벨로즈로 외부에서 전극단자들을 단락시키므로 이차전지의 과충전을 해제하는 효과가 있다.

벨로즈를 제1 전극단자에 전기적으로 연결하고 쇼트바를 벨로즈에 대향시켜 제2 전극단자에 설치하여, 이차전지의 내압 상승시, 신장되는 벨로즈와 쇼트바를 접속하여 외부 단락을 구현하여 이차전지를 과충전을 해제하는 효과가 있다.

제1 전극단자에 연결되는 벨로즈와 제2 전극단자에 연결되는 쇼트바가 서로 녹아 붙어서 이차전지의 단락 상태를 계속 유지하므로 다시 과충전 상태로 전환되는 것을 방지하는 효과가 있다.

제1 전극단자에 제1 쇼트바를 연결하고, 제2 전극단자에 제2 쇼트바를 연결하며, 신장되는 벨로즈에 의하여 제1, 제2 쇼트바를 단락시키므로 이차전지의 과충전을 해제하는 효과가 있다.

제1, 제2 쇼트바가 서로 녹아 붙어서 이차전지의 단락 상태를 계속 유지하므로 다시 과충전 상태로 전환되는 것을 방지하는 효과가 있다.

제1 전극단자에 제1 쇼트바를 연결하고, 제2 전극단자에 제2 쇼트바를 연결하며, 신장되는 벨로즈에 구비되는 도전판이 제1, 제2 쇼트바를 단락시키므로 이차전지의 과충전을 해제하는 효과가 있다.

제1, 제2 쇼트바가 도전판에 녹아 붙어서 이차전지의 단락 상태를 계속 유지하므로 다시 과충전 상태로 전환되는 것을 방지하는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 개략적인 사시도이다.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 도시한 개략적인 단면도이다.
도3은 도2의 이차전지의 내압 상승시 전극단자의 단락 상태를 도시한 개략적인 단면도이다.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지의 개략적인 단면도이다.
도5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지의 개략적인 단면도이다.
도6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지의 개략적인 단면도이다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 외부 단락으로 인하여 전압 및 온도 감소 상태를 나타내는 그래프이다.

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.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 도시한 개략적인 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이차전지(100)는 전극군(10)을 내장하는 케이스(20), 케이스(20)의 일측에 형성되는 개구를 밀폐하는 캡플레이트(30), 캡플레이트(30)의 단자홀(31, 36)에 각각에 설치되는 제1, 제2 전극단자(41, 42), 및 제1, 제2 전극단자(41, 42)를 전극군(10)에 각각 연결하는 리드부재(51, 52)를 포함한다.

전극군(10)은 양극(11)과 음극(12)을 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 각각 배치하여, 양극(11)과 음극(12) 및 세퍼레이터(13)를 함께 권취함으로써 젤리롤 형태로 이루어진다.

양극(11)과 음극(12)은 각각 박판의 금속호일 집전체로 형성되며, 활물질의 코팅여부에 따라 구획되는 코팅부와 무지부(111, 121)를 포함한다. 즉 코팅부는 활물질이 코팅된 영역이고, 무지부(111, 121)는 활물질이 코팅되지 않는 영역이다.

무지부(111, 121)는 양극(11)과 음극(12)의 길이 방향 각 측단에 형성되며, 서로 반대측에 배치된다. 무지부(111, 121)는 각각의 리드부재(51, 52)에 연결되고, 리드부재(51, 52)는 제1, 제2 전극단자(41, 42)에 각각 연결된다.

케이스(20)는 이차전지(100)의 전체적인 외관을 형성하며, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성된다. 케이스(20)는 전극군(10)을 내장하는 공간을 형성하며, 일례로서, 육면체의 각형으로 이루어질 수 있다. 각형 케이스(20)는 넓은 방열 면적을 형성하여 원형에 비하여 우수한 방열 성능을 가진다.

캡플레이트(30)는 얇은 판재로 이루어지며, 케이스(20)의 일측에 형성되는 개구에 결합되어 개구를 밀폐하며, 밀폐된 내부로 전해액을 주입하는 전해액 주입구(32)를 가진다. 전해액 주입구(32)는 전해액 주입 후, 밀봉마개(33)에 의하여 밀봉된다.

또한, 캡플레이트(30)는 내압 상승으로 인한 이차전지(100)의 폭발을 방지하기 위하여, 이차전지(100)의 내압이 설정치에 이를 때 절개되어 내부 가스를 배출하는 벤트부(34)를 구비한다.

한편, 제1 실시예의 이차전지(100)는 과충전시 안전성을 확보하기 위하여, 제1, 제2 전극단자(41, 42)를 단락시키는 구성을 외부에 구비한다. 또한 제1 실시예의 이차전지(100)는 제1, 제2 전극단자(41, 42)의 단락 상태를 견고히 유지시켜, 단락 상태에서 단락 해제 상태로 전환되는 것을 방지하도록 구성된다.

예를 들어 설명하면, 전극군(10)의 양극(11)은 리드부재(51)로 제1 전극단자(41)에 연결되고, 음극(12)은 리드부재(52)에 의하여 제2 전극단자(42)에 연결된다.

제1 전극단자(41)는 캡플레이트(30)의 단자홀(31)에 삽입되어 캡플레이트(30)에 도전 구조로 연결된다. 즉 제1 전극단자(41)는 단자홀(31)에 삽입된 상태로 캡플레이트(30)에 용접될 수 있다. 따라서 캡플레이트(30)와 제1 전극단자(41)는 양극(11)을 띠게 된다. 또한 케이스(20)는 캡플레이트(30)에 도전 구조로 연결될 수 있다.

제2 전극단자(42)는 다른 단자홀(36)에 인슐레이터(43)를 개재하여 삽입되므로 캡플레이트(30)와 전기적으로 절연상태를 유지한다. 따라서 제2 전극단자(42)는 음극(12)을 띠게 되고, 제1 전극단자(41) 및 캡플레이트(30)와 전기적으로 절연상태를 유지한다.

제1 실시예의 이차전지(100)는 내압 상승시 제1 전극단자(41)에 도전 구조로 연결되는 부분과, 제2 전극단자(42)에 도전 구조로 연결되는 부분을 서로 단락시킬 수 있도록 배치되는 가변 부재(extensible member)(50), 예를 들어, 벨로즈(bellows)를 포함한다.

또한, 제1 실시예의 이차전지(100)는 과충전 시 가변 부재(50)와 단락 구조를 형성하는 쇼트바(61)를 더 포함한다. 즉 가변 부재(50)는 캡플레이트(30)를 경유하여 제1 전극단자(41)에 연결되고, 쇼트바(61)는 제2 전극단자(42)에 직접 연결된다.

캡플레이트(30)는 제2 전극단자(42)의 인접측에 관통구(35)를 형성한다. 가변 부재(50)는 개구측으로 관통구(35)를 수용하는 구조로 캡플레이트(30)에 설치된다. 따라서 이차전지(100)의 내압은 관통구(35)를 통하여 가변 부재(50)에 작용한다.

가변 부재(50)는 이차전지(100)가 정상적으로 구동되어 내압이 정상 범위를 유지하는 경우 수축된 상태(도2 참조)를 유지하고, 내압이 설정치를 초과하는 경우 신장되어(도3 참조) 쇼트바(61)에 단락될 수 있는 탄성을 가진다.

가변 부재(50)는 도전성재료, 즉 알루미늄이나 금속재로 형성될 수 있다. 또한 가변 부재(50)는 캡플레이트(30)와 도전 구조를 형성하도록 캡플레이트(30)에 용접으로 설치된다. 가변 부재(50)는 용접성을 감안하여 캡플레이트(30)와 동일 재질로 형성될 수 있다.

가변 부재(50)는 캡플레이트(30)에 도전 구조로 연결되므로 제1 전극단자(41)와 리드부재(51) 및 무지부(111)를 통하여, 전극군(10)의 양극(11)에 전기적으로 연결된다.

제1 실시예는 캡플레이트(30)와 제1 전극단자(41)를 양극(11)에 연결하고 제2 전극단자(42)를 캡플레이트(30)에 전기적으로 절연하여 음극(12)에 연결하는 구조를 예시하고 있지만, 그 반대의 연결 구조도 가능하다.

제1 실시예에 예시된 바와 같이, 캡플레이트(30) 및 케이스(20)가 양극(11)에 연결되는 이차전지(100)는 캡플레이트(30) 및 케이스(20)가 음극(12)에 연결되는 이차전지(미도시)에 비하여, 더 우수한 방열성을 가질 수 있다. 도 7을 참조하면, 음극(12) 측은 단락 전후의 온도 변화(a)가 크지 않고, 양극(11) 측은 단락 전후 온도의 변화(c)가 크게 나타나는 것으로 알 수 있다.

쇼트바(61)는 제2 전극단자(42)에 일단으로 연결 설치되어 가변 부재(50)의 신축 범위 내로 연장되어 가변 부재(50)의 신축 방향 선단에 대향한다. 따라서 가변 부재(50)의 신축 작동에 따라 쇼트바(61)는 가변 부재(50)와 접촉되거나 가변 부재(50)와 이격될 수 있다.

예를 들면, 쇼트바(61)는 제2 전극단자(42)에 나사 결합되어 전기적으로 연결된다. 또한 쇼트바(61)는 제2 단자(42)에 용접으로 연결되거나, 나사 결합 되고 동시에 용접으로 연결될 수 있다(미도시).

따라서 전극군(10)의 양극(11)은 리드부재(51), 제1 전극단자(41) 및 캡플레이트(30)를 통하여 가변 부재(50)에 연결되고, 음극(12)은 리드부재(52) 및 제2 전극단자(42)를 통하여 쇼트바(61)에 연결된다.

이차전지(100)의 내압이 정상 범위를 유지할 때, 가변 부재(50)가 수축되어, 가변 부재(50)와 쇼트바(61)는 서로의 사이에서 이격되는 간극(C)을 유지한다.

도 3은 도 2의 이차전지의 내압 상승시 전극단자의 단락 상태를 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 이차전지(100)의 내압이 정상 범위를 초과하므로 가변 부재(50)가 신장되어 가변 부재(50)와 쇼트바(61)가 단락된 상태이다. 따라서 이차전지(100)의 과충전이 해제된다.

또한, 가변 부재(50)와 쇼트바(61)가 단락되어 서로 녹아 붙음으로써, 이차전지(100)는 단락 해제 상태로 전환되지 않고 단락 상태를 계속 유지하게 된다. 즉 다시 이차전지(100)가 과충전 상태로 전환되지 않는다. 예를 들어, 가변 부재(50)와 쇼트바(61)는 단락에 대한 저항 때문에 온도가 증가하여 상기 가변 부재(50)와 쇼트바(61)는 녹아서 서로 들러붙는다.

도 7은 외부 단락으로 인하여 전압 및 온도 감소 상태를 나타내는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 납축전지를 36A로 과충전하고, 벤트 작동 전에 0.05mΩ의 부품으로 양극과 음극을 단락시킨 실험 결과이다.

그래프를 보면, 음극 측의 온도(a)가 일정하게 유지되며, 단락시 납축전지의 전압(b)이 급격하게 0볼트로 떨어지고, 양극 측의 온도(c)가 급격히 상승한 후 다시 급격히 저감된다.

따라서 이차전지(100)의 과충전시 제1 실시예와 같은 외부 단락 구조로 이차전지(100)의 안전성을 확보할 수 있다는 것을 이 실험으로부터 확인할 수 있었다.

이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하면, 제1 실시예와 비교하여 유사 내지 동일한 구성에 대하여 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 제2 실시예의 이차전지(200)는 캡플레이트(30)에 고정되어 일단으로 가변 부재(50)를 잡아주는 판스프링(71)을 더 포함한다.

예를 들면, 판스프링(71)은 원통형상으로 이루어지는 가변 부재(50)의 상면에 대하여 적어도 일측에 제공되어 가변 부재(50)의 상면 일측을 탄성적으로 잡아줄 수 있다. 제2 실시예는 가변 부재(50)의 상면에 대하여 직경 방향 양측에 판스프링(71)을 구비하여, 가변 부재(50)의 상면 양측을 균형 잡히게 잡아주는 구성을 예시한다.

따라서 판스프링(71)은 지지부(72)를 개재하여 캡플레이트(30)에 고정될 수 있다. 즉 지지부(72)는 캡플레이트(30)에 설치되고, 판스프링(71)은 지지부(72)에 일단으로 고정되고, 다른 일단으로 가변 부재(50)의 상면을 직경 방향 양측을 탄성적으로 지지한다. 이때, 지지부(72)와 판스프링(71)의 높이는 가변 부재(50)가 신장되지 않는 상태의 가변 부재(50) 높이와 같다.

제2 실시예의 이차전지(200)는 내압이 정상 범위를 유지하는 경우, 충격이나 진동에 의하여 가변 부재(50)가 신장되어 쇼트바(61)에 단락되는 것을 방지할 수 있다.

판스프링(71)은 이차전지(200)의 내압이 정상 범위 내에 있을 때, 가변 부재(50)를 수축 상태로 유지시킬 수 있고, 정상 범위를 초과하는 경우, 신장되는 가변 부재(50)가 이탈될 수 있게 하는 정도의 탄성력을 가진다. 따라서 판스프링(71)은 이차전지(200)의 내압 상승시, 가변 부재(50)의 신장을 방해하지 않으면서, 내압 정상시, 가변 부재(50)와 쇼트바(61)의 오단락을 방지한다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 제3 실시예의 이차전지(300)는 내압 상승시 제1 전극단자(41)에 도전 구조로 연결되는 부분과, 제2 전극단자(42)에 도전 구조로 연결되는 부분을 서로 단락시킬 수 있도록 가변 부재(53)와 제1, 제2 쇼트바(81, 82)를 더 포함한다.

제1 실시예의 이차전지(100)는 가변 부재(50)를 도전재로 형성하여 가변 부재(50)와 쇼트바(61)를 직접 단락시키는 구조를 형성한다. 이에 비하여 제3 실시예의 이차전지(300)는 제1 쇼트바(81)를 제1 전극단자(41) 및 캡플레이트(30)에 도전 구조로 연결하고, 제2 쇼트바(82)를 제2 전극단자(42)에 도전 구조로 연결하여, 신장되는 가변 부재(53)에 의하여 제1, 제2 쇼트바(81, 82)를 직접 단락시키는 구조를 형성한다.

이를 위하여, 제1 쇼트바(81)는 캡플레이트(30)의 보조전극(83)에 설치되어 가변 부재(53)의 신축 방향 연장선 상에서 가변 부재(53)와 제1 간격(C1)으로 이격되어 서로 대향한다. 예를 들면, 보조전극(83)은 캡플레이트(30)에 도전 구조로 설치되고, 제1 쇼트바(81)는 보조전극(83)에 나사 결합으로 설치된다. 또한 제1 쇼트바(81)는 보조전극(83)에 용접으로 설치 또는 나사 결합과 용접으로 설치될 수 있다(미도시).

제2 쇼트바(82)는 제2 전극단자(42)에 설치되어 가변 부재(53)의 신축 방향 연장선 상에서 제1 쇼트바(81)와 제2 간격(C2)으로 이격되어 서로 대향한다. 즉 가변 부재(53), 제1 쇼트바(81) 및 제2 쇼트바(82)가 가변 부재(53)의 신축 방향을 따라 서로의 사이에 제1, 제2 간극(C1, C2)을 형성하면서 배치된다.

따라서 이차전지(300)의 내압이 정상 범위 내에 유지되는 경우, 가변 부재(53), 제1, 제2 쇼트바(81, 82)는 순차적으로 제1, 제2 간극(C1, C2)을 유지하여 서로 전기적으로 절연 상태를 유지한다. 그러나 이차전지(300)의 내압이 정상 범위를 초과하는 경우, 가변 부재(53)가 신장되어 제1 쇼트바(81)에 밀착되고, 가변 부재(53)의 더 신장으로 제1 쇼트바(81)를 상승시켜 제1, 제2 쇼트바(81, 82)를 단락시킨다.

제1, 제2 실시예의 이차전지(100, 200)는 가변 부재(50)가 직접 도전되어 단락 구조를 형성하므로 가변 부재(50)를 도전재로 형성하여야 하는 제약을 가진다. 이에 비하여, 제3 실시예의 이차전지(300)는 가변 부재(53)가 제1, 제2 쇼트바(82)를 단락시키는 작동을 하고 직접 도전되지 않으므로 가변 부재(53)를 전기 절연재로 형성할 수도 있다.

도 6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지의 단면도이다. 도 6을 참조하면, 제4 실시예의 이차전지(400)는 내압 상승시 제1 전극단자(41)에 도전 구조로 연결되는 부분과, 제2 전극단자(42)에 도전 구조로 연결되는 부분을 서로 단락시킬 수 있도록 가변 부재(54)와 도전판(55) 및 제1, 제2 쇼트바(91, 92)를 더 포함한다.

제3 실시예의 이차전지(300)는 가변 부재(53)의 신축 작동에 따라 제1, 제2 쇼트바(81, 82)로 단락 구조를 형성한다. 이에 비하여 제4 실시예의 이차전지(400)는 가변 부재(54)의 신축 작동에 따라 가변 부재(54)의 상단에 구비된 도전판(55)의 도전 구조를 통하여 제1, 제2 쇼트바(91, 92)의 단락 구조를 형성한다.

이를 위하여, 제1, 제2 쇼트바(91, 92)는 가변 부재(54)의 도전판(55)을 기준으로 동일 높이에 설치된다. 제1 쇼트바(91)는 캡플레이트(30)의 보조전극(93)에 설치되어 가변 부재(54)의 신축 방향 연장선 상에서 가변 부재(54)와 제3 간극(C3)으로 이격되어 가변 부재(54)의 상면과 부분적으로 대향한다.

제2 쇼트바(92)는 제2 전극단자(42)에 설치되어 가변 부재(54)의 신축 방향 연장선 상에서 가변 부재(54)와 제3 간극(C3)으로 이격되어 가변 부재(54)의 상면과 부분적으로 대향한다. 즉 제1, 제2 쇼트바(91, 92)는 가변 부재(54)와의 사이에 서로 동일한 제3 간극(C3)을 형성하며, 가변 부재(54)의 상면에 대하여 서로 다른 부분에서 서로 대향한다.

따라서 이차전지(400)의 내압이 정상 범위 내에 유지되는 경우, 가변 부재(54)와 제1, 제2 쇼트바(91, 92)는 서로 제3 간극(C3)으로 이격되어 전기적으로 절연 상태를 유지한다. 그러나 이차전지(400)의 내압이 정상 범위를 초과하는 경우, 가변 부재(54)가 신장되어 가변 부재(54)의 상단에 구비된 도전판(55)이 동시에 제1, 제2 쇼트바(91, 92)를 서로 단락시킨다.

제3 실시예의 이차전지(300)는 가변 부재(53)가 제1, 제2 쇼트바(81, 82)를 단락시키는 작동을 하고, 제1, 제2 쇼트바(81, 82)가 직접 도전 구조로 단락되는데 비하여, 제4 실시예의 이차전지(400)는 가변 부재(54)가 제1, 제2 쇼트바(91, 92)를 단락시키는 작동, 즉 도전판(55)을 상승시키고, 도전판(55)을 통하여 제1, 제2 쇼트바(91, 92)를 간접적으로 단락시킨다.

따라서 제3, 제4 실시예의 이차전지(300, 400)는 제1, 제2 실시예의 가변 부재(50)에 비하여, 가변 부재(53, 54)를 다양한 재질로 형성할 수 있게 하며, 또한 도전재로 가변 부재(50)를 형성하는 어려움을 해소할 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.

100, 200, 300, 400 : 이차전지 10 : 전극군
11 : 양극 12 : 음극
111, 121 : 무지부 13 : 세퍼레이터
20 : 케이스 30 : 캡플레이트
31, 36 : 단자홀 32 : 전해액 주입구
33 : 밀봉마개 34 : 벤트부
35 : 관통구 41, 42 : 제1, 제2 전극단자
51, 52 : 리드부재 50, 53, 54 : 벨로즈
55 : 도전판 61 : 쇼트바
71 : 판스프링 72 : 지지부
81, 91 : 제1 쇼트바 82, 92 : 제2 쇼트바
83 : 보조전극 C : 간극
C1, C2, C3 : 제1, 제2, 제3 간극

Claims

케이스;
상기 케이스에 체결되는 제1 전극;
상기 케이스에 체결되며, 상기 케이스의 외측으로 연장된 부분을 갖는 제2 전극;
상기 제2 전극의 상기 케이스 외측으로 연장된 부분에 전기적으로 연결되는 쇼트바(short bar);
상기 케이스로부터 연장되고, 상기 쇼트바의 적어도 일부분이 그 사이에 간격을 두고 위치하는 가변 부재(extensible member);
상기 가변 부재는, 과충전 상태에 반응하고, 상기 쇼트바와 상기 제1 전극을 전기적으로 연결하도록 형성되어, 상기 쇼트바에 의해 상기 제1 전극과 제2 전극을 단락시킬 수 있는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 부재는 벨로즈(bellows)를 포함하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 부재는, 상기 케이스의 내압이 설정된 값 이상이 될 때, 상기 쇼트바를 향해 연장하도록 구성된 이차 전지.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 부재는 전기 전도체를 포함하는 이차 전지.
제 4 항에 있어서,
상기 가변 부재와 상기 쇼트바는 상기 과충전 상태에 반응하여 서로 간의 전기적 연결 상태를 유지하도록 구성된 이차 전지.
제 4 항에 있어서,
상기 가변 부재와 상기 쇼트바 중 적어도 하나는, 상기 가변 부재와 상기 쇼트바가 상기 과충전 상태에 반응하여 전류를 통하도록 할 때 녹게 되는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,
상기 쇼트바는 상기 제2 전극의 상기 케이스 외측으로 연장된 부분에 용접되거나 나사체결 되는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,
일측 단부는 상기 케이스에 연결되고, 다른 일측 단부는 상기 가변 부재의 상기 쇼트바와 마주하는 일측에 연결되는 스프링을 더 포함하고,
상기 스프링은 상기 가변 부재에 상기 쇼트바로부터 멀어져 상기 케이스를 향하는 방향으로 압력을 가하도록 구성된 이차 전지.
제 8 항에 있어서,
상기 스프링은 상기 쇼트바와 마주하는 상기 가변 부재의 일측에 직경방향으로 위치한 2개의 스프링을 포함하는 이차 전지.
제 8 항에 있어서,
상기 스프링에 의해 상기 가변 부재에 가해지는 상기 압력은, 상기 과충전 상태에서 상기 가변 부재에 가해지는 상기 케이스의 내압보다 작은 이차 전지.
케이스;
상기 케이스에 체결되는 제1 전극;
상기 케이스에 체결되며, 상기 케이스의 외측으로 연장된 부분을 갖는 제2 전극;
상기 케이스에 체결되며, 상기 케이스의 외측으로 연장된 부분을 갖는 제3 전극;
상기 제2 전극의 상기 케이스 외측으로 연장된 부분에 전기적으로 연결되는 제1 쇼트바;
상기 제3 전극의 상기 케이스 외측으로 연장된 부분에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 쇼트바와 사이에 간격을 두고 인접한 제2 쇼트바;
상기 케이스로부터 연장되고, 상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바의 아래에 간격을 두고 위치하는 가변 부재;
상기 가변 부재는, 과충전 상태에 반응하고, 상기 제1 쇼트바와 상기 제2 쇼트바를 전기적으로 연결하도록 형성되어, 상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바에 의해 상기 제1 전극과 제2 전극을 단락시킬 수 있는 이차 전지.
제 11 항에 있어서,
상기 가변 부재는 벨로즈(bellows)를 포함하는 이차 전지.
제 11 항에 있어서,
상기 가변 부재는, 상기 케이스의 내압이 설정된 값 이상이 될 때, 상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바를 향해 연장하도록 구성된 이차 전지.
제 11 항에 있어서,
제2 쇼트바는 상기 제1 쇼트바와 상기 가변 부재 사이에 위치하는 이차 전지.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바는 상기 가변 부재로부터 실질적으로 동일한 거리 떨어져 위치하는 이차 전지.
제 15 항에 있어서,
상기 가변 부재는 전기 전도체를 포함하는 이차 전지.
제 15 항에 있어서,
상기 가변 부재 상에 도전판을 더 포함하고,
상기 도전판은, 과충전 상태에 반응하여, 상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바와 함께 전기적으로 연결되도록 구성된 이차 전지.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 쇼트바와 제2 쇼트바는 상기 과충전 상태에 반응하여 서로 간의 전기적 연결 상태를 유지하도록 구성된 이차 전지.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 쇼트바와 상기 제2 쇼트바 중 적어도 하나는, 상기 제1 쇼트바와 상기 제2 쇼트바가 상기 과충전 상태에 반응하여 전류를 통하도록 할 때 녹게 되는 이차 전지.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 쇼트바는 상기 제2 전극의 상기 케이스 외측으로 연장된 부분에 용접되거나 나사체결 되는 이차 전지.