KR20110095101A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20110095101A
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Abstract

본 발명은, 크러시 또는 충격 등에 의하여 압력을 받는 환경에서도 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명은, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 전극 조립체의 상기 제1 전극판 또는 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고, 상기 케이스의 형상이 변경될 때 상기 케이스 내에서 단락을 유도하는 적어도 하나의 단락 유도 부재를 구비하는 이차 전지를 제공한다.

Description

이차 전지{Rechargeable battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 크러시(crush) 또는 충격이 가해지는 환경에서 폭발하지 않는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말한다. 이차 전지는 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있으며, 자동차용 전지로도 사용되고 있다.
이차 전지는 전극 조립체 및 전해액을 포함한다. 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 구비한다. 전해액은 리튬 이온을 포함하는 경우가 많다. 전극 조립체의 양극판과 음극판은 외부로 인출되는 전극 탭을 각각 구비할 수 있다.
전극 조립체는 케이스의 내부에 수납되고, 케이스의 외부로는 전극 단자가 노출될 수 있다. 전극 탭은 전극 조립체의 외부로 인출되어 전극 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 케이스는 원통형 또는 각형이 될 수 있다.
이차 전지는 같이 크러시(crush) 또는 충격 등의 가혹한 환경에서도 사용될 수 있다. 따라서, 이차 전지가 크러시 또는 충격 등의 가혹한 사용 환경에서도 안전성 및 신뢰성을 만족해야 한다.
본 발명은, 크러시 또는 충격 등에 의하여 압력을 받는 환경에서도 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명은, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 전극 조립체의 상기 제1 전극판 또는 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고, 상기 케이스의 형상이 변경될 때 상기 케이스 내에서 단락을 유도하는 적어도 하나의 단락 유도 부재를 구비하는 이차 전지를 제공한다.
상기 적어도 하나의 단락 유도 부재가 제1 전극판과 전기적으로 연결되는 제1 단락 유도부재와 제2 전극판과 전기적으로 연결되는 제2 단락 유도부재를 구비할 수 있다.
상기 이차 전지에서 제1 단락 유도부재가 제2 단락 유도부재와 접촉하여 단락을 유도할 수 있다.
상기 제1 단락 유도부재가 제2 단락 유도부재로부터 공간적으로 떨어지게 배치될 수 있다.
상기 전극 조립체와 상기 적어도 하나의 단락 유도 부재 사이에서, 상기 전극 조립체를 상기 적어도 하나의 단락 유도 부재에 전기적으로 연결하는 리드 부재를 더 구비할 수 있다.
상기 리드 부재가 각각의 상기 적어도 하나의 단락 유도 부재와 일체로 형성될 수 있다.
적어도 하나의 단락 유도 부재가, 상기 리드 부재에 고정되는 연장부, 및 상기 연장부로부터 연장되고, 상기 적어도 하나의 단락 유도 부재 중의 다른 하나와 접촉될 때 단락을 유도하도록 하는 접촉부를 구비할 수 있다.
상기 접촉부가 상기 연장부와 실질적으로 수직이 될 수 있다.
상기 적어도 하나의 단락 유도 부재와 상기 리드 부재가 실질적으로 같은 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극판, 상기 적어도 하나의 단락 유도 부재, 및 상기 리드 부재가 실질적으로 같은 재질로 이루어질 수 있다.
상기 적어도 하나의 단락 유도 부재가 저저항 물질을 구비하여 이루어질 수 있다.
상기 적어도 하나의 단락 유도 부재가 구리, 알루미늄, 및 철 중의 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 케이스에 연결되고, 상기 제1 전극판 또는 상기 제2 전극판이 전기적으로 연결되는 캡 플레이트를 더 구비할 수 있다.
상기 적어도 하나의 단락 유도 부재가 상기 케이스와 접촉되어 단락을 유도하는 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 각각 상기 전극 조립체의 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고, 서로 떨어져 있는 제1 및 제2 단락 유도 부재를 구비하는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 단락 유도 부재를 구비하고, 상기 제2 전극판이 상기 케이스에 전기적으로 연결되는 이차 전지를 제공한다.
상기 적어도 하나의 단락 유도 부재가 상기 케이스와 떨어지도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 의하면, 크러시 또는 충격 등에 의하여 압력을 받는 환경에서도 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지에서, Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 절단하여 바라본 단면도이다.
도 3은 도 1의 이차 전지에서, 단락 유도 부재를 분리하여 도시한 일부 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 이차 전지(100)에서, Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 절단하여 바라본 단면도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 이차 전지(100)는 전극 조립체(10); 전극 단자들(21, 22); 캡 플레이트(30); 케이스(34); 및 단락 유도 부재(50, 60)를 포함한다. 여기서, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 리튬-이온 이차 전지로서 각형인 예를 중심으로 설명한다.
전극 조립체(10)는 양극판(11)과 음극판(12) 사이에 절연체인 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된다. 케이스(34)는 그 내부에 전극 조립체(10)를 수용한다. 전극 단자들(21, 22)은 양극 단자(21) 및 음극 단자(22)를 구비한다. 양극 단자(21) 및 음극 단자(22)는 각각 전극 조립체(10)의 양극판(11)과 음극판(12)에 전기적으로 연결되어 케이스(34)의 외부로 노출된다.
단락 유도 부재(50, 60)는 전극 조립체(10)의 제1 전극판(11) 또는 제2 전극판(12)과 전기적으로 연결되고, 케이스(34)의 형상이 변경될 때 케이스(34) 내에서 단락을 유도한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 적어도 하나의 단락 유도 부재(50, 60)를 구비할 수 있다.
단락 유도 부재(50, 60)는 케이스(34)의 내부에 설치되어, 이차 전지(100)에 가해지는 외부로부터 압력에 단락될 수 있다. 즉, 크러시 또는 충격 등에 의하여 외부로부터 압력이 가해지는 경우에, 단락 유도 부재(50, 60)는 양극판(11)과 음극판(12)을 전기적으로 단락시킨다.
단락 유도 부재(50, 60)는 양극 단락 유도 부재(50)와 음극 단락 유도 부재(60)를 구비할 수 있다. 이때, 양극 단락 유도 부재(50)는 본 발명의 제1 단락 유도 부재가 되고, 음극 단락 유도 부재(60)는 제2 단락 유도 부재가 될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
양극 단락 유도 부재(50)는 양극판(11)과 전기적으로 연결된다. 음극 단락 유도 부재(60)는 음극판(12)과 전기적으로 연결된다. 압력이 가해지는 경우에 양극 단락 유도 부재(50)와 음극 단락 유도 부재(60)가 접촉되어 전기적으로 단락을 유도할 수 있다.
이를 위하여, 양극 단락 유도 부재(50)와 음극 단락 유도 부재(60)는 케이스(34) 내부에서 서로 공간적으로 떨어지도록 배치될 수 있다. 이 경우, 케이스(34)가 압력을 받아 변형되는 경우에 케이스(34) 내부에서 양극 단락 유도 부재(50)와 음극 단락 유도 부재(60)가 서로 접촉되어 단락을 유도하게 된다.
한편, 단락 유도 부재(50, 60)는 케이스(34) 내부의 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(30) 사이의 공간에 배치될 수 있다. 이 경우, 케이스(34)가 압력을 받아 변형되는 경우에 케이스(34) 내부에서 단락 유도 부재(50, 60)가 단락을 유도하게 된다.
단락 유도 부재(50, 60)는 단락 시에 양극판(11)과 음극판(12)이 단락 유도 부재(50, 60)를 통하여 전기적으로 연결되도록 한다. 단락 유도 부재(50, 60)는 전기 비저항이 매우 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 단락 유도 부재(50, 60)는 단락 시에 거의 열을 발생시키지 아니하고, 대전류를 신속하게 소모하게 된다.
이에 따라, 단락 유도 부재(50, 60)는 외부로부터의 충격 또는 크러시에 대하여 이차 전지(100)가 폭발 또는 발화하는 것을 방지함으로써, 이차 전지(100)의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.
한편, 크러시 또는 충격 시에, 케이스(34)는 도면에 도시된 X-X', Y-Y', Z-Z' 방향의 어느 하나 또는 이들이 조합된 방향의 압력을 받을 수 있다. 따라서, 단락 유도 부재(50, 60)는 다양한 방향으로 가해지는 압력에 의하여 단락되도록 구성될 수 있다.
전극 조립체(10)는 양극판(11), 음극판(12), 및 세퍼레이터(13)를 구비한다. 이때, 양극판(11) 및 음극판(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 사이에 개재하여 권취되어 전극 조립체(10)를 형성한다. 여기서, 양극판(11)은 본 발명에서 제1 전극판이 되고, 음극판(12)은 본 발명의 제2 전극판이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
양극판(11) 및 음극판(12)은 각각 무지부(11a, 12a)와 코팅부(11b, 12b)를 포함한다. 무지부(11a, 12a)는 박판의 금속 호일로 형성된 집전체에 활물질이 코팅되지 않는 영역이다. 코팅부(11b, 12b)는 박판의 금속 호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역이다.
양극 무지부(11a)는 양극판(11)의 길이 방향을 따라 양극판(11)의 한 쪽 측단에 형성된다. 음극 무지부(12a)는 음극판(12)의 길이 방향을 따라 음극판(12)의 다른 쪽 측단에 형성된다.
한편, 전극 조립체(10)는 양극판(11), 음극판(12), 및 세퍼레이터(13)가 원형으로 권취된 상태에서 눌려져 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(10)는 판상으로 눌려져서 도 3에 도시된 바와 같이 평탄부(18)와 굴곡부(19)가 형성될 수 있다.
평탄부(18)는 양극판(11), 음극판(12), 및 세퍼레이터(13)가 권취된 상태에서 판상으로 납작하게 눌려져 전극 조립체(10)의 외주면이 평탄하게 되어 형성될 수 있다. 굴곡부(19)는 평탄부(18)의 양단에 전극 조립체(10)의 외주면이 굴곡되어 형성될 수 있다.
케이스(34)는 일 면이 개방된 각 형 캔 형상을 가질 수 있다. 케이스(34)의 개방된 면을 통하여 전극 조립체(10)가 전해액과 함께 케이스(34)의 내부에 수용될 수 있다. 캡 플레이트(30)는 전극 단자들(21, 22)이 외부로 돌출되도록 하면서, 케이스(34)를 덮는다. 케이스(34)와 캡 플레이트(30) 사이의 경계가 레이저로 용접되어 전극 조립체(10)가 전해액과 함께 수용된 케이스(34)가 밀봉될 수 있다.
캡 플레이트(30)는 얇은 판으로 이루어질 수 있다. 캡 플레이트(30)에는 전해액이 주입되는 전해액 주입구(38a)가 형성될 수 있다. 전해액 주입구(38a)에는 밀봉마개(38)가 끼워져 설치될 수 있다. 또한, 캡 플레이트(30)에는 설정된 내부 압력에 따른 파단될 수 있도록 홈이 형성된 벤트 부재(39)가 설치될 수 있다.
캡 플레이트(30)에는 캡 플레이트(30)를 관통하여 형성되는 단자홀들(21a, 22a)이 형성될 수 있다. 단자홀들(21a, 22a)은 양극 단자홀(21a)과 음극 단자홀(22a)을 구비할 수 있다. 양극 단자(21)는 양극 단자홀(21a)을 관통하여 외부로 돌출될 수 있다. 음극 단자(22)는 음극 단자홀(22a)을 관통하여 외부로 돌출될 수 있다.
캡 플레이트(30)와 전극 단자들(21, 22) 사이에는 상부 개스킷(25)과 하부 개스킷(27)이 개재되어, 캡 플레이트(30)와 전극 단자들(21, 22)을 절연시킬 수 있다. 여기서, 전극 단자들(21, 22)은 양극 단자(21)와 음극 단자(22)를 포함하는 개념이다.
하부 개스킷(27)은 단자홀들(21a, 22a)에 캡 플레이트(30)의 하부에 끼워져 설치되며, 상부 개스킷(25)은 캡 플레이트(30) 위에 끼워져 설치된다. 상부 개스킷(25)의 위에는 체결력을 완충시키는 와셔(24)가 설치된다. 양극 단자(21) 및 음극 단자(22)에는 각각 나사산이 형성되고, 너트(29)와 체결될 수 있다. 너트(29)는 전극 단자들(21, 22)을 상부에서 지지한다.
다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 전극 단자들(21, 22)이 리벳 타입으로 형성될 수 있다. 이 경우, 전극 단자들(21, 22)의 일부가 단자홀들(21a, 22a)을 관통하여 외부로 돌출되며, 상부 개스킷(25)이 단자홀들(21a, 22a)과 전극 단자들(21, 22)의 돌출된 부분 사이에 끼워진 상태에서, 전극 단자들(21, 22)의 외부로 돌출된 부분을 가압하여 넓게 펴서, 캡 플레이트(30)에 전극 단자들(21, 22)이 고정될 수 있다.
이차 전지(100)는 전극 조립체(10)와 적어도 하나의 단락 유도 부재(50, 60) 사이에서, 전극 조립체(10)를 적어도 하나의 단락 유도 부재(50, 60)에 전기적으로 연결하는 리드 부재(28)를 더 구비할 수 있다.
한편, 전극 조립체(10)의 양극 무지부(11a)에는 집전판(40)이 용접으로 부착될 수 있다. 집전판(40)은 리드부재(28)를 매개로 양극 단자(21)와 전기적으로 연결된다. 그에 따라, 양극 단자(21)는 리드부재(28) 및 집전판(40)을 통하여 전극 조립체(10)의 양극판(11)과 연결된다.
또한, 전극 조립체(10)의 음극 무지부(12a)에는 집전판(40)이 용접으로 부착될 수 있다. 집전판(40)은 리드부재(28)를 매개로 음극 단자(22)와 전기적으로 연결된다. 그에 따라, 음극 단자(22)는 리드부재(28) 및 집전판(40)을 통하여 전극 조립체(10)의 음극판(12)과 연결된다. 일 실시예로서, 리드 부재(28)가 적어도 하나의 단락 유도 부재(50, 60)와 일체로 형성될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 단락 유도 부재(50, 60)와 리드 부재(28)가 실질적으로 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 서로 간의 연결성을 향상시키고, 서로 간의 연결부에서의 접촉 저항을 줄이도록 할 수 있다. 이때, 양극판(11), 양극 단락 유도 부재(50), 및 양극 측의 리드 부재(28)가 실질적으로 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 음극판(12), 음극 단락 유도 부재(60), 및 음극 측의 리드 부재(28)가 실질적으로 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
리드부재(28)와 캡 플레이트(30) 사이에는 절연을 위한 절연부재(26)가 설치된다. 리드부재(28)는 집전판(40)에 부착되는 집전 리드부(28b)와 전극 단자들(21, 22)에 부착된 단자 리드부(28a)를 포함한다.
다른 실시예로서, 양극 단자(21) 또는 음극 단자(22) 중에서 어느 하나에는 양극판(11) 또는 음극판(12)과 캡 플레이트(30)를 전기적으로 분리시키기 위한 상부 개스킷(25), 절연부재(26), 하부 개스킷(27)이 설치되지 않을 수 있다.
예를 들어, 양극 단자(21)와 캡 플레이트(30) 사이에 상부 개스킷(25) 및 하부 개스킷(27)이 설치되지 아니하고, 양극 단자(21) 측의 리드부재(28)와 캡 플레이트(30) 사이에는 절연부재(26)가 설치되지 아니할 수 있다.
이 경우, 양극 단자(21)는 상부 개스킷(25) 및 하부 개스킷(27) 없이 직접 양극 단자홀(21a)을 관통하면서 캡 플레이트(30)와 접촉될 수 있다. 또한, 리드부재(28)는 직접 캡 플레이트(30)와 접촉될 수 있다. 이 경우, 캡 플레이트(30)와 케이스(34)는 양극 단자(21)와 동일한 극성을 갖는다.
본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 리튬-이온 전지가 될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 이차 전지(100)로 리튬-이온 이차전지 이외에도 니켈-카드뮴 이차전지, 니켈-수소 이차전지, 리튬 전지를 포함한 다양한 종류의 전지가 적용될 수 있다.
본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 도면에 도시된 바와 같이 각형 전지가 될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 이차 전지(100)는 원통형 전지 또는 파우치형 전지를 포함한 다양한 종류의 전지가 될 수 있다.
한편, 단락 유도 부재(50, 60)는 리드 부재(28)와 집전판(40)을 통하여 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 양극 단락 유도 부재(50)는 리드 부재(28)와 집전판(40)을 통하여 전극 조립체(10)의 양극판(11)과 전기적으로 연결될 수 있다. 음극 단락 유도 부재(60)는 리드 부재(28)와 집전판(40)을 통하여 전극 조립체(10)의 음극판(12)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 단락 유도 부재(50, 60)는 리드 부재(28)와 일체형으로 형성될 수 있다. 한편, 단락 유도 부재(50, 60)는 별도로 제작되고, 리드 부재(28)와 용접 등에 의하여 결합될 수 있다.
단락 유도 부재(50, 60)는 케이스(34)가 압력을 받는 경우에 리드부재(28)와 함께 움직인다. 이 경우, 양극 단락 유도 부재(50)와 음극 단락 유도 부재(60)가 서로 접촉되어 전기적으로 연결되어 단락된다.
단락 유도 부재(50, 60)에 의하여 단락이 유도되는 압력은 실험적으로 결정될 수 있다. 이때, 양극 단락 유도 부재(50)와 음극 단락 유도 부재(60) 사이의 간격이 설정된 압력에 대하여 단락이 유도될 수 있도록 결정될 수 있다.
단락 유도 부재(50, 60)는 저저항 물질을 구비하여 이루어질 수 있다. 단락 유도 부재(50, 60)는 구리, 알루미늄, 및 철 중의 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
이를 위하여, 단락 유도 부재(50, 60)는 전기 비저항이 매우 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 단락 유도 부재(50, 60)는 구리, 알루미늄, 철 등의 비저항이 낮은 금속성 물질로 만들어질 수 있다. 이때, 단락 유도 부재(50, 60)는 리드부재(28)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
상호 전기적으로 연결되는 양극판(11), 집전판(40), 및 리드부재(28)는 동일한 재질 예를 들어 알루미늄(Al)을 포함하여 형성될 수 있다. 이 경우, 양극 단락 유도 부재(50)는 일체형으로 형성되거나 용접 등에 의하여 연결되는 리드부재(28)와 동일한 재질 예를 들어 알루미늄(Al)을 포함하여 형성될 수 있다.
상호 전기적으로 연결되는 음극판(12), 집전판(40), 및 리드부재(28)는 동일한 재질 예를 들어 구리(Cu)를 포함하여 형성될 수 있다. 이 경우, 음극 단락 유도 부재(60)는 일체형으로 형성되거나 용접 등에 의하여 연결되는 리드부재(28)와 동일한 재질 예를 들어 구리(Cu)를 포함하여 형성될 수 있다.
이처럼, 단락 유도 부재(50, 60)는 전기 비저항이 낮은 물질로 이루어지므로, 단락 시에 거의 열을 발생시키지 아니하고 대전류를 신속하게 소모하게 된다. 이에 따라, 단락 유도 부재(50, 60)는 외부로부터의 충격 또는 크러시에 대하여 이차 전지(100)가 폭발 또는 발화하는 것을 방지함으로써, 이차 전지(100)의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.
도 3에는 도 1의 이차 전지(100)에서, 단락 유도 부재(50, 60)를 분리하여 전극 조립체(10) 및 집전판(40)과 함께 도시한 일부 분리 사시도가 도시되어 있다.
단락 유도 부재(50, 60)는 양극 단락 유도 부재(50)와 음극 단락 유도 부재(60)를 구비한다. 압력이 가해지는 경우에 양극 단락 유도 부재(50)와 음극 단락 유도 부재(60)가 접촉되어 전기적으로 단락될 수 있다.
단락 유도 부재(50, 60)는 각각 연장부(51, 61) 및 접촉부(52, 62)를 구비한다. 연장부(51, 61)는 일단으로부터 다른 일단으로 연장된다. 연장부(51, 61)는 일단이 리드부재(28)에 고정 또는 연결되고, 다른 일단에는 접촉부(52, 62)가 일체로 형성되거나 연결된다. 접촉부(52, 62)는 케이스(34)에 압력이 가해지는 경우에 서로 접촉되어, 단락을 유도할 수 있다.
접촉부(52, 62)는 연장부(51, 61)와 실질적으로 수직인 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 접촉부(52, 62)가 연장부(51, 61)가 연장되는 방향으로부터 구부러지도록 형성되어, 케이스(34)에 압력이 가해지는 경우에 접촉부(52, 62) 끼리의 접촉이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
양극 단락 유도 부재(50)는 양극 연장부(51) 및 양극 접촉부(52)를 구비한다. 양극 연장부(51) 일단으로부터 다른 일단으로 연장된다. 양극 연장부(51)는 일단이 양극 측의 리드부재(28)에 고정 또는 연결되고, 다른 일단에는 양극 접촉부(52)가 일체로 형성되거나 연결된다.
음극 단락 유도 부재(60)는 음극 연장부(61) 및 음극 접촉부(62)를 구비한다. 음극 연장부(61) 일단으로부터 다른 일단으로 연장된다. 음극 연장부(61)는 일단이 음극 측의 리드부재(28)에 고정 또는 연결되고, 다른 일단에는 음극 접촉부(62)가 일체로 형성되거나 연결된다.
이때, 양극 접촉부(52)와 음극 접촉부(62)는 서로 소정 간격 떨어져서 접촉면이 마주보도록 배치된다. 양극 접촉부(52)와 음극 접촉부(62)는 케이스(34)에 압력이 가해지는 경우에 서로 접촉된다.
단락 유도 부재(50, 60)에 의하여 단락이 유도되는 압력은 실험적으로 결정될 수 있다. 이때, 양극 접촉부(52)와 음극 접촉부(62) 사이의 간격이 설정된 압력에 대하여 단락이 유도될 수 있도록 결정될 수 있다.
이를 위하여, 양극 접촉부(52)와 음극 접촉부(62)의 서로 바라보는 접촉면의 면적이 연장부(51, 61)의 횡단면의 면적보다 넓도록 형성될 수 있다. 서로 마주보는 접촉면의 면적이 연장부(51, 61)의 횡단면 보다 넓은 접촉부(52, 62)가 없는 경우에, 케이스(34)에 압력이 가해져 양극 연장부(51)와 음극 연장부(61)가 가까워질 때, 서로 엇갈려 접촉이 안되는 경우가 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)에서는 케이스(34)에 압력이 가해지는 경우에 양극 접촉부(52)와 음극 접촉부(62)가 서로 용이하게 접촉될 수 있다. 따라서, 케이스(34)가 크러시 또는 충격 등에 의하여 압력을 받는 경우에 단락 유도 부재(50, 60)의 용이하게 단락을 유도할 수 있다. 그에 따라, 크러시 또는 충격 등에 의하여 압력을 받는 경우에 이차 전지(100)의 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있다.
전극 조립체(10)는 권취된 상태에서 판 형상으로 납작하게 가압되며, 중앙부에는 내면이 이격된 내부 공간(14)이 형성될 수 있다. 집전판(40)은 내부 공간에 삽입되는 지지 돌기(42)와 전극 조립체(10)의 측단에 밀착되어 무지부(11a, 12a)를 가압하여 용접되는 부착판(41)을 포함할 수 있다.
지지 돌기(42)는 집전판(40)의 폭방향 중앙에서 집전판(40)의 길이 방향을 따라 연장되어 형성된다. 지지 돌기(42)의 높이는 전극 조립체(10)의 내부 공간(14)의 높이와 대응되는 높이로 형성될 수 있다.
지지 돌기(42)는 전극 조립체(10)의 내부 공간(14)에 삽입되어 전극 조립체(10)를 지지하는 역할을 하며, 이에 따라 외부의 충격으로 전극 조립체(10)와 집전판(40) 사이의 접촉이 불량해지는 것을 방지할 수 있다. 지지 돌기(42)는 내부 공간의 길이 방향뿐만 아니라 폭 방향으로 전극 조립체(10)를 지지하여 보다 안정적으로 전극 조립체(10)를 지지할 수 있다.
지지 돌기(42)의 양쪽 측단에는 부착판(41)이 연결되도록 형성될 수 있다. 부착판(41)은 전극 조립체(10)의 측단면에 밀착되도록 배치되며, 전극 조립체(10)의 측단면에 배치된 무지부(11a, 12a)를 가압한다. 여기서, 측단면이라 함은 전극 조립체(10)를 권취할 때, 중심이 되는 축에 수직한 면을 말한다.
이에 따라, 부착판(41)과 무지부(11a, 12a)는 넓은 면적으로 접촉할 수 있다. 또한, 부착판(41)은 레이저 용접에 의하여 전극 조립체(10)의 측단면에 부착될 수 있다. 이와 같이 부착판(41)이 레이저 용접으로 부착되면 초음파 용접에 비하여 집전판의 두께를 더 두껍게 형성할 수 있으며 이에 따라 집전판의 저항을 감소시킬 수 있다.
또한, 집전판(40)이 무지부(11a, 12a)의 측단에 고정되므로, 무지부(11a, 12a)의 면적을 상대적으로 작게하고, 활물질이 도포된 코팅부의 면적을 더 크게 형성하여 전극 조립체(10)의 전체적인 출력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 크러시 또는 충격 등에 의하여 압력을 받는 환경에서도 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)의 일 단면도가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 실시예에 따른 이차 전지(200)는 도 1에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여, 양극 단자(221) 또는 음극 단자(222) 중에서 어느 하나에는 양극판(211) 또는 음극판(212)과 캡 플레이트(230)를 전기적으로 분리시키기 위한 상부 개스킷(25), 절연부재(26), 하부 개스킷(27)이 설치되지 않는 실시예이다.
이차 전지(200)에서 도 1에 도시된 이차 전지(100)와 동일한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 번호를 사용하고, 이들에 대한 자세한 설명은 생략하고, 도1의 이차 전치(100)를 참조한다.
도면을 참조하면, 이차 전지(200)에서 양극 단자(221)와 캡 플레이트(230) 사이에 상부 개스킷(25) 및 하부 개스킷(27)이 설치되지 아니하고, 양극 단자(221) 측의 리드부재(228)와 캡 플레이트(230) 사이에는 절연부재(26)가 설치되지 아니한다.
이 경우, 양극 단자(221)는 상부 개스킷(25) 및 하부 개스킷(27) 없이 직접 양극 단자홀(221a)을 관통하면서 캡 플레이트(230)와 접촉된다. 또한, 양극 단자(221) 측의 리드부재(228)는 직접 캡 플레이트(230)와 접촉된다. 이 경우, 캡 플레이트(230)와 케이스(234)는 양극 단자(221)와 동일한 극성을 갖는다.
이차 전지(200)는 전극 조립체(210); 전극 단자들(221, 222); 캡 플레이트(230); 케이스(234); 및 단락 유도 부재(250, 260)를 포함한다.
전극 조립체(210)는 양극판(211)과 음극판(212) 사이에 절연체인 세퍼레이터(213)를 개재하여 귄취된다. 케이스(234)는 그 내부에 전극 조립체(210)를 내장한다. 전극 단자들(221, 222)은 양극 단자(221) 및 음극 단자(222)를 구비한다.
양극 단자(221) 및 음극 단자(222)는 각각 전극 조립체(210)의 양극판(211)과 음극판(212)에 전기적으로 연결되어 케이스(234)의 외부로 노출된다. 캡 플레이트(230)는 케이스(234)의 개구부에 결합된다.
단락 유도 부재(250, 260)는 케이스(234)의 내부에 설치되어 케이스(234)에 가해지는 외부로부터 압력에 단락된다. 단락 유도 부재(250, 260)는 양극 단락 유도 부재(250)와 음극 단락 유도 부재(260)를 구비한다.
단락 유도 부재(250, 260)는 외부로부터의 충격 또는 크러시에 대하여 이차 전지(200)가 폭발 또는 발화하는 것을 방지함으로써, 이차 전지(200)의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.
양극판(211)은 각각 양극 무지부(211a)와 양극코팅부(211b)를 포함한다. 음극판(212)은 각각 음극 무지부(212a)와 음극 코팅부(212b)를 포함한다. 양극 단자(221)는 양극 단자홀(221a)을 관통하여 외부로 돌출될 수 있다. 음극 단자(222)는 음극 단자홀(222a)을 관통하여 외부로 돌출될 수 있다.
캡 플레이트(230)에는 전해액 주입구(238a)가 형성되고, 전해액 주입구(238a)에는 밀봉마개(238)가 끼워져 설치되고, 벤트 부재(239)가 설치될 수 있다. 캡 플레이트(230)와 음극 단자(222) 사이에는 상부 개스킷(225)과 하부 개스킷(227)이 개재되어, 캡 플레이트(230)와 음극 단자(222)를 절연시킨다. 상부 개스킷(225)의 위에는 체결력을 완충시키는 와셔(224)가 설치된다. 음극 단자(222)에는 너트(229)와 체결될 수 있다. 다른 실시예로서, 음극 단자(222)는 리벳 타입으로 형성될 수 있다.
전극 조립체(210)의 음극 무지부(212a)에는 집전판(240)이 용접으로 부착될 수 있다. 집전판(240)은 리드부재(228)를 매개로 음극 단자(222)와 전기적으로 연결된다. 리드부재(228)와 캡 플레이트(230) 사이에는 절연을 위한 절연부재(26)가 설치된다. 리드부재(228)는 집전판(240)에 부착되는 집전 리드부(228b)와 음극 단자(222) 또는 캡 플레이트(230)에 부착된 단자 리드부(28a)를 포함한다.
단락 유도 부재(250, 260)는 각각 연장부(251, 261) 및 접촉부(252, 262)를 구비한다. 양극 단락 유도 부재(250)는 양극 연장부(251) 및 양극 접촉부(252)를 구비한다. 음극 단락 유도 부재(260)는 음극 연장부(261) 및 음극 접촉부(262)를 구비한다.
집전판(240)은 지지 돌기(242)와 부착판(241)을 포함할 수 있다. 지지 돌기(242)는 전극 조립체(210)의 내부 공간(214)에 삽입되어 전극 조립체(210)를 지지한다. 지지 돌기(242)의 양쪽 측단에는 부착판(241)이 연결되도록 형성될 수 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(300)의 일 단면도가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 실시예에 따른 이차 전지(300)는 도 4에 도시된 이차 전지(200)와 비교하여, 제1 단락 유도부재(250)가 생략되고, 제2 단락 유도부재(360)가 단락 유도 부재가 되는 실시예이다.
이차 전지(300)에서 도 4에 도시된 이차 전지(200)와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하고, 이들에 대한 자세한 설명은 생략하고, 도 4의 이차 전치(200)를 참조한다.
도면을 참조하면, 이차 전지(300)에서는, 케이스(234)에 가해지는 외부로부터의 압력에 의하여, 단락 유도 부재(360)가 리드 부재(328)와 접촉되어 단락을 유도할 수 있도록 배치될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 단락 유도 부재(360)가 캡 플레이트(230) 또는 케이스(234)와 접촉되어 단락을 유도할 수 있는 형상을 가질 수 있다.
캡 플레이트(230)가 케이스(234)와 전기적으로 연결되고, 양극판(211) 또는 음극판(212)이 전기적으로 연결됨으로써, 캡 플레이트(230) 및/또는 케이스(234)가 전극 단자가 될 수 있다. 이 경우, 적어도 하나의 단락 유도 부재(360)가 케이스(234)와 접촉되어 단락을 유도하는 형상을 가질 수 있다.
이때, 캡 플레이트(230) 및/또는 케이스(234)는, 리드 부재(328)를 통하여 전극 조립체(210)의 양극판(211) 또는 음극판(212)과 전기적으로 연결되어, 케이스(234) 외부로 노출되는 양극 단자 또는 음극 단자가 된다. 또한, 단락 유도 부재(360)는 다른 리드 부재(228)를 통하여 전극 조립체(210)의 음극판(212) 또는 양극판(211)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도면에 도시된 실시예에서는, 캡 플레이트(230) 및/또는 케이스(234)가, 리드 부재(328)를 통하여 전극 조립체(210)의 양극판(211)과 전기적으로 연결되어, 케이스(234) 외부로 노출되는 양극 단자가 된다. 단락 유도 부재(360)는 다른 리드 부재(228)를 통하여 전극 조립체(210)의 음극판(212)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 음극판(212)과 전기적으로 연결되는 단락 유도 부재(360)는 양극판(211)과 전기적으로 연결되는 캡 플레이트(230) 및/또는 케이스(234)와 공간적으로 떨어지도록 배치될 수 있다.
이 경우, 케이스(234)에 소정 압력 이상의 압력이 가해지면, 단락 유도 부재(360)가 리드 부재(328)와 접촉되어 단락을 유도하게 된다. 따라서, 단락 유도 부재(360)는 외부로부터의 충격 또는 크러시에 대하여 이차 전지(300)가 폭발 또는 발화하는 것을 방지함으로써, 이차 전지(300)의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.
한편, 단락 유도 부재(360)는 연장부(361)와 접촉부(362)를 구비한다. 연장부(361)는 일단으로부터 다른 일단으로 연장된다. 연장부(361)는 일단이 리드부재(228)에 고정 또는 연결되고, 다른 일단에는 접촉부(362)가 일체로 형성되거나 연결된다.
접촉부(362)는 케이스(234)에 압력이 가해지는 경우에 리드 부재(328)와 접촉된다. 접촉부(362)가 연장부(361)로부터 캡 플레이트(230) 방향으로 절곡되어, 케이스(234)에 압력이 가해지는 경우에, 용이하게 단락을 유도할 수 있다. 이때, 단락 유도 부재(360)가 리드 부재(328)와 접촉되면, 양극판(211)과 음극판(212) 사이의 단락이 유도된다.
단락 유도 부재(360)에 의하여 단락이 유도되는 압력은 실험적으로 결정될 수 있다. 이때, 접촉부(362)와 리드 부재(328) 사이의 간격이 설정된 압력에 대하여 단락이 유도될 수 있도록 결정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 크러시 또는 충격 등에 의하여 압력을 받는 환경에서도 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 이차 전지, 10: 전극 조립체,
30: 캡 플레이트, 34: 케이스,
40: 집전판, 50, 60: 단락 유도 부재.

Claims (17)

  1. 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 전극 조립체의 상기 제1 전극판 또는 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고, 상기 케이스 내에서 단락을 유도하는 적어도 하나의 단락 유도 부재를 구비하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단락 유도 부재가 제1 전극판과 전기적으로 연결되는 제1 단락 유도부재와 제2 전극판과 전기적으로 연결되는 제2 단락 유도부재를 구비하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이차 전지에서 제1 단락 유도부재가 제2 단락 유도부재와 접촉하여 단락을 유도하는 이차 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단락 유도부재가 제2 단락 유도부재로부터 공간적으로 떨어져 있는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체와 상기 적어도 하나의 단락 유도 부재 사이에서, 상기 전극 조립체를 상기 적어도 하나의 단락 유도 부재에 전기적으로 연결하는 리드 부재를 더 구비하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 리드 부재가 각각의 상기 적어도 하나의 단락 유도 부재와 일체로 형성되는 이차 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    적어도 하나의 단락 유도 부재가,
    상기 리드 부재에 고정되는 연장부, 및
    상기 연장부로부터 연장되고, 상기 적어도 하나의 단락 유도 부재 중의 다른 하나와 접촉될 때 단락을 유도하도록 하는 접촉부를 구비하는 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접촉부가 상기 연장부와 실질적으로 수직인 이차 전지.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단락 유도 부재와 상기 리드 부재가 실질적으로 같은 재질로 이루어지는 이차 전지.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극판, 상기 적어도 하나의 단락 유도 부재, 및 상기 리드 부재가 실질적으로 같은 재질로 이루어지는 이차 전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단락 유도 부재가 저저항 물질을 구비하여 이루어지는 이차 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단락 유도 부재가 구리, 알루미늄, 및 철 중의 적어도 하나를 포함하여 형성되는 이차 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 케이스에 연결되고, 상기 제1 전극판 또는 상기 제2 전극판이 전기적으로 연결되는 캡 플레이트를 더 구비하는 이차 전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단락 유도 부재가 상기 케이스와 접촉되어 단락을 유도하는 형상을 갖는 이차 전지.
  15. 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    각각 상기 전극 조립체의 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되고, 서로 떨어져 있는 제1 및 제2 단락 유도 부재를 구비하는 이차 전지.
  16. 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 단락 유도 부재를 구비하고,
    상기 제2 전극판이 상기 케이스에 전기적으로 연결되는 이차 전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단락 유도 부재가 상기 케이스와 떨어져 있는 이차 전지.
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