KR20120002406A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 퓨즈홀과 퓨즈 돌기를 포함하는 집전판을 구비함으로써, 퓨즈홀이 형성된 영역의 강도를 보강하면서 퓨즈홀의 퓨즈 기능에 대한 신뢰성을 높여 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되고, 퓨즈 영역을 포함하는 집전판을 구비하며, 상기 퓨즈 영역은 내부에 형성된 퓨즈홀과, 상기 퓨즈홀의 제 1 끝단과 인접한 상기 퓨즈 영역의 제 1 측부로부터 연장되는 퓨즈 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Rechargeable battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(Rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 전극 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 구성된다.
한편, 이차 전지는 과도한 열이 발생하거나 전해액이 분해되면 내부 압력이 상승하여 발화되거나 폭발할 수 있다. 이에 따라, 안전성을 향상시킬 수 있는 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 퓨즈홀과 퓨즈 돌기를 포함하는 집전판을 구비함으로써, 퓨즈홀이 형성된 영역의 강도를 보강하면서 퓨즈홀의 퓨즈 기능에 대한 신뢰성을 높여 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되고, 퓨즈 영역을 포함하는 집전판을 구비하며, 상기 퓨즈 영역은 내부에 형성된 퓨즈홀과, 상기 퓨즈홀의 제 1 끝단과 인접한 상기 퓨즈 영역의 제 1 측부로부터 연장되는 퓨즈 돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 퓨즈 돌기가 상기 퓨즈홀을 갖는 상기 퓨즈 영역의 표면에 대해 비스듬히 절곡될 수 있다.
상기 퓨즈홀이 형성된 상기 퓨즈 영역의 단면 영역이 상기 집전판의 다른 영역보다 작을 수 있다.
또한, 상기 이차 전지는 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되는 전극 단자를 더 구비할 수 있다.
상기 집전판이 상기 전극 단자와 결합되는 연결부와, 상기 연결부로부터 연장되고 상기 제 1 전극판과 결합되는 연장부를 포함할 수 있다.
상기 연결부는 내부에 형성되는 단자홀을 가지며, 상기 연결부가 상기 단자홀에서 상기 전극 단자와 결합할 수 있다.
상기 연결부가 상기 퓨즈 영역을 포함할 수 있다.
상기 연장부가 상기 퓨즈 영역을 포함할 수 있다.
상기 연장부는 상기 연결부로부터 수직으로 연장되어 상기 집전판의 모서리부를 형성하고, 상기 퓨즈 영역이 상기 모서리부와 인접할 수 있다.
상기 연장부의 폭이 상기 연결부의 폭보다 클 수 있다.
또한, 상기 이차 전지는 상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 더 구비하며, 적어도 하나의 전극 단자가 상기 캡 플레이트를 통해 상기 케이스의 외부로 돌출하는 상기 전극 단자를 포함할 수 있다.
상기 퓨즈 돌기가, 상기 캡 플레이트의 표면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 퓨즈홀을 갖는 상기 퓨즈 영역의 표면에 대하여 절곡될 수 있다.
상기 퓨즈 돌기가, 상기 캡 플레이트의 표면을 향하는 방향으로 상기 퓨즈홀을 갖는 상기 퓨즈 영역의 표면에 대하여 절곡될 수 있다.
상기 전극 단자는 제 1 전극 단자이며, 상기 이차 전지는 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되는 제 2 전극 단자를 더 구비하고, 상기 집전판은 제 1 집전판이며, 상기 퓨즈 영역은 제 1 퓨즈 영역이고, 상기 퓨즈홀은 제 1 퓨즈홀이고, 상기 퓨즈 돌기는 제 1 퓨즈 돌기이고, 상기 이차 전지는 상기 제 2 전극판과 상기 제 2 전극 단자 사이에 결합되고 전기적으로 연결되는 제 2 집전판을 더 구비하며, 상기 제 2 전극판은 제 2 퓨즈 영역을 포함하고, 상기 제 2 퓨즈 영역은 내부에 형성된 제 2 퓨즈홀과 상기 제 2 퓨즈홀과 인접한 제 2 퓨즈 영역의 측부로부터 연장되는 제 2 퓨즈 돌기를 포함할 수 있다.
상기 퓨즈 영역은 상기 제 1 끝단과 반대되는 상기 퓨즈홀의 제 2 끝단과 인접한 상기 퓨즈 영역의 제 2 측부로부터 연장되는 또다른 퓨즈 돌기를 포함할 수 있다.
상기 퓨즈홀이, 상기 퓨즈 돌기를 향해 연장하는 가로 방향으로 길쭉한 것일 수 있다.
상기 퓨즈홀의 제 1 끝단과, 상기 퓨즈 돌기가 연장되는 상기 퓨즈 영역의 제 1 측부 사이의 거리는 1mm 내지 5mm일 수 있다.
상기 퓨즈 돌기는 측부에 형성된 홈을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 퓨즈홀과 퓨즈 돌기를 갖는 집전판을 구비함으로써, 퓨즈홀이 형성된 영역의 강도를 보강하고 단락 발생시에는 퓨즈 돌기쪽으로 전류가 우회하도록 하여 퓨즈 돌기에서 전류의 흐름 시간을 길게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 단락이 발생하기 전에는 외부 충격에 의해 퓨즈홀이 형성된 영역의 휘어짐 또는 파손을 방지하여 퓨즈홀의 퓨즈 기능이 상실되는 것을 방지할 수 있으며, 단락이 발생한 후에는 퓨즈홀의 퓨즈 기능에 대한 신뢰성을 높여 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3a는 도 2의 제 1 집전판을 도시한 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 제 1 집전판의 또다른 예를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3a의 II-II' 선을 따라 절취한 제 1 집전판의 부분 단면도이다.
도 5는 도 3a에 도시된 제 1 집전판의 일부를 도시한 부분 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6의 제 1 집전판을 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 III-III' 선을 따라 절취한 제 1 집전판의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3a에 대응하는 제 1 집전판을 도시한 사시도이다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이고, 도 3a는 도 2의 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 제 1 집전판의 또다른 예를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3a의 II-II' 선을 따라 절취한 제 1 집전판의 부분 단면도이고, 도 5는 도 3a에 도시된 제 1 집전판의 일부를 도시한 부분 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10), 제 1 집전판(20), 제 2 집전판(30), 케이스(40) 및 캡 조립체(50)를 포함한다.
상기 전극 조립체(10)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(11), 세퍼레이터(13), 제 2 전극판(12)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판(11)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(12)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 제 1 전극판(11)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부(11a)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(11a)는 제 1 전극판(11)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극판(11)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(12)은 니켈 또는 구리와 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부(12a)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부(12a)는 제 2 전극판(12)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극판(12)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제 1 전극판(11) 및 제 2 전극판(12)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다. 즉, 제 1 전극판(11)은 음극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(12)은 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 세퍼레이터(13)는 제 1 전극판(11)과 제 2 전극판(12) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(13)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(10)의 양측 단부에는 제 1 전극판(11)과 제 2 전극판(12) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 집전판(20)과 제 2 집전판(30)이 결합된다.
상기 제 1 집전판(20)은 알루미늄 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(10)의 일측 단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(11a)와 접촉됨으로써, 제 1 전극판(11)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 집전판(20)은, 도 2 및 도 3a을 참조하면, 제 1 연결부(21), 제 1 연장부(23), 제 1 단자홀(24), 제 1 퓨즈홀(25) 및 제 1 퓨즈 돌기(26)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 연결부(21)는 전극 조립체(10)의 상부와 캡 조립체(50)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성되고, 제 1 연결폭(Wc)을 가질 수 있다. 여기서, 상기 제 1 연결부(21)는 제 1 단자홀(24)이 형성되는 영역을 제공하는 제 1 단자 영역(St)과, 제 1 퓨즈홀(25)이 형성되는 영역을 제공하는 제 1 퓨즈 영역(Sf)으로 구분될 수 있다.
상기 제 1 연장부(23)는 제 1 연결부(21)에 대하여 절곡되고 제 1 연결부(21)의 단부로부터 연장되며, 제 1 전극 무지부(11a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성되고, 제 1 연결폭(Wc)보다 큰 제 1 연장폭(We)을 가질 수 있다. 여기서, 상기 제 1 연결부(21)와 제 1 연장부(23)가 만나는 모서리부를 'C' 라고 하기로 하며, 상기 제 1 연결부(21)와 제 1 연장부(23)는 상기 모서리부(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다. 한편, 제 1 연결폭(Wc)이 제 1 연장폭(We) 보다 작은 이유는 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력 이상일 때 이차 전지(100)의 내부 가스가 오픈되는 벤트 플레이트(57) 쪽으로 용이하게 이동되게 하기 위함이다.
상기 제 1 단자홀(24)은 제 1 연결부(21)의 일측, 즉 제 1 단자 영역(St)에 형성되며, 제 1 연결부(21) 중 캡 조립체(50)의 제 1 전극 단자(52)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다. 여기서, 상기 제 1 단자 영역(St)은 제 1 연결부(21) 중 모서리(C)와 멀리 이격되게 위치한다.
상기 제 1 퓨즈홀(25)과 제 1 퓨즈 돌기(26)는 전해액과 접촉하지 않도록 전극 조립체(10)의 상부 영역, 즉 제 1 연결부(21)의 제 1 퓨즈 영역(Sf)에 형성된다. 이는 상기 제 1 퓨즈홀(25)과 제 1 퓨즈 돌기(26)가 형성된 제 1 퓨즈 영역(Sf)에서 발생하는 열에 의해 전해액이 발화될 수 있기 때문이다. 여기서, 상기 제 1 퓨즈 영역(Sf)은 제 1 퓨즈홀(25)과 제 1 퓨즈 돌기(26)가 제 1 단자홀(24)에 결합되는 제 1 전극 단자(52)와 중첩하지 않도록 제 1 연결부(21) 중 모서리부(C)와 인접한 영역에 위치한다.
구체적으로, 상기 제 1 퓨즈홀(25)은 제 1 연결부(21)를 관통하도록 형성된다. 상기 제 1 퓨즈홀(25)은 제 1 연결부(21) 중 제 1 퓨즈홀(25)이 형성된 영역이 제 1 집전판(20)의 다른 영역보다 적은 단면적을 갖도록 한다. 여기서, 상기 제 1 퓨즈홀(25)은 제 1 퓨즈 돌기(26)를 향해 연장하는 가로 방향으로 길쭉한 사각 형상, 예를 들어 제 1 연결부(21)의 폭 방향으로 긴 사각 형상일 수 있으나, 이러한 형상으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 1 퓨즈홀(25)은 제 1 연결부(21)를 관통하는 홀 대신 제 1 연결부(21)에서 다른 부분 보다 작은 두께를 가지는 홈으로 형성될 수 있다. 이러한 제 1 퓨즈홀(25)은, 이차 전지(100)에 단락이 발생하여 큰 전류가 흐르는 경우 발생한 열에 의해 제 1 퓨즈홀(25)이 형성된 영역을 용융되게 하여 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다. 여기서, 상기 단락은 이차 전지(100)의 과충전 등으로 인해 열이 발생하고 전해액이 분해되어 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되는 경우, 제 1 단락 플레이트(60)와 제 2 단락 플레이트(61)를 접촉시킴으로써 유발될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 퓨즈홀(25)은 과충전시 유발된 단락을 이용해 제 1 퓨즈홀(25)이 형성된 영역을 용융시켜 전류의 흐름을 미리 차단함으로써, 발화 및 폭발의 위험과 같은 위험한 상황까지 이르기 전에 이차 전지(100)의 충전 또는 방전 동작을 정지시킬 수 있다.
상기 제 1 퓨즈 돌기(26)는 제 1 퓨즈 영역(Sf)의 단부에서 전극 조립체(10) 방향으로 제 1 퓨즈 영역(Sf)의 표면에 대해 비스듬히 절곡되고 연장됨으로써 형성된다. 상기 제 1 퓨즈 돌기(26)는 제 1 퓨즈홀(25)의 좌ㆍ우 방향에 적어도 하나 형성될 수 있다. 다시 말해서, 상기 제 1 퓨즈 돌기(26)은 제 1 퓨즈홀(25)의 제 1 끝단 및 제 1 끝단과 반대되는 제 2 끝단과 인접한 제 1 측부 및 제 2 측부에 적어도 하나 형성될 수 있다. 이러한 제 1 퓨즈 돌기(26)는 제 1 퓨즈홀(25) 근처에서 절곡된 형태로 형성되어 제 1 퓨즈홀(25)이 형성된 영역의 강도를 보강하는 강도 보강 기능을 한다. 이에 따라, 상기 제 1 퓨즈 돌기(26)는 제 1 퓨즈홀(25)이 형성된 영역이 외부 충격에 의해 저항력이 낮아 이차 전지(100)의 단락이 발생하지 않는 경우에서 외부 충격에 의해 휘어지거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 제 1 퓨즈 돌기(26)는 제 1 연장부(21) 및 제 1 연장부(23)와 함께 전류 패스(도 5의 CP)를 형성한다. 이러한 제 1 퓨즈 돌기(26)는 제 1 연결부(21)와 제 1 연장부(23) 사이에 흐르는 전류를 제 1 퓨즈 돌기(26) 쪽으로 우회하도록 하여, 전류가 좁은 영역에서 흐르는 시간을 길게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 퓨즈 돌기(26)는 이차 전지(100)의 단락 등에 의한 열이 더 많이 발생되게 함으로써, 제 1 퓨즈홀(25)의 퓨즈 기능에 대한 신뢰성을 높일 수 있다. 여기서, 상기 제 1 퓨즈 영역(Sf) 중 제 1 퓨즈 돌기(26)가 시작되는 부분과 제 1 퓨즈홀(25)의 제 1 끝단 사이의 거리(D)는 약 1mm 내지 5mm일 수 있다. 이는 거리(D)가 1mm 보다 작으면 제 1 퓨즈홀(25)의 퓨즈 기능이 커져 상대적으로 제 1 퓨즈 돌기(26)의 강도 보강 기능이 저하될 수 있으며, 반면 거리(D)가 5mm 보다 크면 제 1 퓨즈 돌기(26)의 강도 보강 기능은 커질 수 있으나 제 1 퓨즈홀(25)의 퓨즈 기능이 저하될 수 있기 때문이다. 여기서, 상기 제 1 퓨즈 영역(Sf) 중 제 1 퓨즈 돌기(26)가 시작되는 부분은 제 1 퓨즈 돌기(26)가 연장되는 제 1 퓨즈 영역(Sf)의 제 1 측부이다. 한편, 도 3a에서 상기 제 1 집전판(20)의 제 1 퓨즈 돌기(26)는 캡 조립체(50)의 부품들과의 간섭을 최소화하기 위해 제 1 집전판(20)의 하부 방향, 즉 전극 조립체(10) 방향으로 절곡되고 연장되는 것으로 도시되었으나, 도 3b에 도시된 바와 같이 제 1 집전판(20')의 제 1 퓨즈 돌기(26')가 캡 플레이트(51)의 표면을 향하는 방향인 제 1 집전판(20')의 상부 방향, 즉 캡 조립체(50) 방향으로 절곡되고 연장되게 형성되는 것도 가능하다. 여기서, 상기 전극 조립체(10) 방향은 캡 플레이트(51)의 표면으로부터 멀어지는 방향이며, 캡 조립체(50) 방향은 캡 플레이트(51)의 표면을 향하는 방향이다.
상기 제 2 집전판(30)은 니켈 또는 구리 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(10)의 타측 단부로 돌출된 제 2 전극 무지부(12a)와 접촉됨으로써, 제 2 전극판(12)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 집전판(30)은 제 2 연결부(31), 제 2 연장부(33), 제 2 단자홀(34), 제 2 퓨즈홀(35) 및 제 2 퓨즈 돌기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 2 집전판(30)의 구성은 도 3a에 도시된 상기 제 1 집전판(20)의 구성과 동일한 형상을 가지며 동일한 역할을 하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 여기서, 상기 제 2 집전판(30)은 제 1 퓨즈홀(25) 및 제 1 퓨즈 돌기(26)와 대응되는 제 2 퓨즈홀(35) 및 제 2 퓨즈 돌기를 가지지 않을 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에서, 제 1 집전판(20)이 퓨즈 기능을 하는 제 1 퓨즈홀(25)을 가지기 때문이다. 또한, 예를 들어 알루미늄 재질로 형성되는 제 1 집전판(20)이 니켈 또는 구리 재질로 형성되는 제 2 집전판(30) 보다 용융점이 낮아 퓨즈 기능을 실현시키기 더 용이하기 때문이다. 다만, 상기 제 2 집전판(30)의 제 2 퓨즈홀(35)은 제 1 집전판(20)의 퓨즈홀(25)이 퓨즈 기능을 수행하지 않을 경우 이차 전지(100)에서 퓨즈 기능이 유지될 수 있게 할 수 있다. 한편, 제 1 집전판(20)에 제 1 퓨즈홀(25)과 제 1 퓨즈 돌기(26)를 형성시키지 않고, 제 2 집전판(30)에 제 2 퓨즈홀(35)과 제 2 퓨즈 돌기만 형성시키는 것도 가능하다.
상기 케이스(40)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(10), 제 1 집전판(20) 및 제 2 집전판(30)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(40)와 캡 조립체(50)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(50)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(40)의 내면은 절연처리되어, 전극 조립체(10), 제 1 집전판(20), 제 2 집전판(30) 및 캡 조립체(50)와 절연된다. 여기서, 상기 케이스(40)는 하나의 극성, 예를 들어 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 조립체(50)는 케이스(40)에 결합된다. 상기 캡 조립체(50)는 구체적으로 캡 플레이트(51), 제 1 전극 단자(52), 제 2 전극 단자(53), 가스켓(54), 너트(55)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 캡 조립체(50)는 마개(56), 벤트 플레이트(57), 연결판(58), 상부 절연부재(59), 제 1 단락 플레이트(60), 제 2 단락 플레이트(61) 및 하부 절연부재(62)를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(51)는 케이스(40)의 개구를 밀봉하며, 케이스(40)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(51)는 케이스(40)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 제 1 전극 단자(52)는 캡 플레이트(51)의 일측을 관통하여 제 1 집전판(20)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 전극 단자(52)는 기둥형으로 형성될 수 있며, 캡 플레이트(51)의 상부로 노출된 상부 기둥의 외주연에는 나사산이 형성되고, 캡 플레이트(51)의 하부에 위치하는 하부 기둥에는 제 1 전극 단자(52)가 캡 플레이트(51)로부터 빠지지 않도록 플랜지(52a)가 형성되며, 제 1 전극 단자(52) 중 플랜지(52a) 하부에 위치하는 일부 기둥은 제 1 집전판(20)의 제 1 단자홀(24)에 끼워진다. 여기서, 상기 제 1 전극 단자(52)는 캡 플레이트(51)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 2 전극 단자(53)는 캡 플레이트(51)의 타측을 관통하여 제 2 집전판(30)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 전극 단자(53)는 제 1 전극 단자(52)와 동일한 형상을 가지므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 제 2 전극 단자(53)는 캡 플레이트(51)와 절연된다.
상기 가스켓(54)은 절연성 재질로 제 1 전극 단자(52) 및 제 2 전극 단자(53) 각각과 캡 플레이트(51) 사이에 형성되어 제 1 전극 단자(52) 및 제 2 전극 단자(53) 각각과 캡 플레이트(51) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 가스켓(54)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 너트(55)는 제 1 전극 단자(52) 및 제 2 전극 단자(53) 각각에 형성된 나사산을 따라 체결되어 제 1 전극 단자(52) 및 제 2 전극 단자(53) 각각을 캡 플레이트(51)에 고정시킨다.
상기 마개(56)는 캡 플레이트(51)의 전해액 주입구(51a)를 밀봉하며, 벤트 플레이트(57)는 캡 플레이트(51)의 벤트홀(51b)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(57a)를 포함한다.
상기 연결판(58)은 제 1 전극 단자(52)와 캡 플레이트(51) 사이에 끼워지도록 형성되며, 너트(55)를 통해서 캡 플레이트(51)와 가스켓(54)에 밀착된다. 이러한 연결판(58)은 제 1 전극 단자(52)와 캡 플레이트(51)를 전기적으로 연결한다.
상기 상부 절연부재(59)는 제 2 전극 단자(53)와 캡 플레이트(51) 사이에 끼워지도록 형성되며, 캡 플레이트(51)와 가스켓(54)에 밀착된다. 이러한 상부 절연부재(59)는 제 2 전극 단자(53)와 캡 플레이트(51)를 절연시킨다.
상기 제 1 단락 플레이트(60)는 캡 플레이트(51)의 단락홀(51c)에서 상부 절연부재(59)와 캡 플레이트(51) 사이에 배치된다. 상기 제 1 단락 플레이트(60)는 아래로 볼록한 라운드부와, 캡 플레이트(51)에 고정된 테두리부를 포함하는 반전 플레이트로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 단락 플레이트(60)는 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 단락 플레이트(60)는 캡 플레이트(51)와 동일한 극성을 가진다.
상기 제 2 단락 플레이트(61)는 캡 플레이트(51)로부터 이격된 외측, 즉 상부 절연부재(59) 위에서 제 2 전극 단자(53)가 끼워지도록 형성되며, 단락홀(51c)을 덮도록 연장된다. 상기 제 2 단락 플레이트(61)는 제 2 전극 단자(53)와 전기적으로 연결된다. 이러한 제 2 단락 플레이트(61)는 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 위로 볼록하게 돌출되는 제 1 단락 플레이트(60)와 접촉하여 단락을 유발시킨다. 상기 단락이 유발되면 큰 전류가 흐르게 되고 열이 발생하며, 이때 제 1 퓨즈홀(25) 또는 제 2 퓨즈홀(35)은 퓨즈 기능을 함으로써, 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킨다.
상기 하부 절연부재(62)는 제 1 집전판(20) 및 제 2 집전판(30) 각각과 캡 플레이트(51) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 퓨즈홀(25)과 제 1 퓨즈 돌기(26)를 갖는 제 1 집전판(20) 또는 제 2 퓨즈홀(35)과 제 2 퓨즈 돌기를 갖는 제 2 집전판(30)을 구비함으로써, 제 1 퓨즈홀(25)이 형성된 영역 또는 제 2 퓨즈홀(35)이 형성된 영역의 강도를 보강하고 단락 발생시에는 제 1 퓨즈 돌기(26) 또는 제 2 퓨즈 돌기쪽으로 전류가 우회하도록 하여 1 퓨즈 돌기(26) 또는 제 2 퓨즈 돌기에서 전류의 흐름 시간을 길게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 단락이 발생하기 전에는 외부 충격에 의해 제 1 퓨즈홀(25)이 형성된 영역 또는 제 2 퓨즈홀(35)이 형성된 영역의 휘어짐 또는 파손을 방지하여 제 1 퓨즈홀(25) 또는 제 2 퓨즈홀(35)의 퓨즈 기능이 상실되는 것을 방지할 수 있으며, 단락이 발생한 후에는 제 1 퓨즈홀(25) 또는 제 2 퓨즈홀(35)의 퓨즈 기능에 대한 신뢰성을 높여 안전성을 향상시킬 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6의 제 1 집전판을 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7의 III-III' 선을 따라 절취한 제 1 집전판의 부분 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 제 1 집전판(120)의 제 1 퓨즈홀(125)과 제 1 퓨즈 돌기(126) 및 제 2 집전판(130)의 제 2 퓨즈홀(135)과 제 2 퓨즈 돌기(미도시)의 위치만 달라질 뿐 동일한 구성을 가지며 동일한 역할을 한다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)에서 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 제 1 집전판(120)의 제 1 퓨즈홀(125)과 제 1 퓨즈 돌기(126) 및 제 2 집전판(130)의 제 2 퓨즈홀(135)과 제 2 퓨즈 돌기에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 전극 조립체(10), 제 1 집전판(120), 제 2 집전판(130), 케이스(40) 및 캡 조립체(50)를 포함한다.
상기 제 1 집전판(120)은, 도 6 및 도 7을 참조하면, 제 1 연결부(121), 제 1 연장부(123), 제 1 단자홀(24) 및 제 1 퓨즈홀(125) 및 제 1 퓨즈 돌기(126)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 퓨즈홀(125)과 제 1 퓨즈 돌기(126)는 도 2 및 도 3a에 도시된 제 1 퓨즈홀(25)과 제 1 퓨즈 돌기(26)와 유사하며 동일한 역할을 한다. 다만, 상기 제 1 퓨즈홀(125)과 제 1 퓨즈 돌기(126)는 제 1 연장부(123) 중 전해액의 접촉이 최소화되는 상부 영역, 즉 모서리부(C)와 인접한 영역인 제 1 퓨즈 영역(Sf')에 형성된다. 여기서, 상기 제 1 퓨즈 돌기(126)는 전극 조립체(10) 방향으로 절곡되고 연장됨으로써 형성되는데, 케이스(40)의 방향으로 절곡되고 연장됨으로써 형성될 수도 있다. 한편, 상기 제 1 연장부(123) 중 제 1 접촉 영역(Sc)은 실질적으로 제 1 전극 무지부(11a)와 접촉되는 영역이다.
상기 제 2 집전판(130)은 제 2 연결부(131), 제 2 연장부(133), 제 2 단자홀(34), 제 2 퓨즈홀(135) 및 제 2 퓨즈 돌기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제 2 퓨즈홀(135) 및 제 2 퓨즈 돌기는 제 1 퓨즈홀(125) 및 제 2 퓨즈 돌기(126)와 대응되는 형상을 가지며 동일한 역할을 한다.
상기와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는 제 1 퓨즈홀(125)과 제 1 퓨즈 돌기(126)를 제 1 집전판(120)의 제 1 연장부(123) 형성하거나 제 2 퓨즈홀(135)과 제 2 퓨즈 돌기를 제 2 집전판(130)의 제 2 연장부(133)에 형성시킴으로써, 제 1 퓨즈 돌기(126)와 캡 조립체(50) 사이의 간섭 또는 제 2 퓨즈 돌기와 캡 조립체(50) 사이의 간섭을 효율적으로 방지할 수 있다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3a에 대응하는 제 1 집전판을 도시한 사시도이다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 2의 이차 전지(100)와 비교할 때 제 1 집전판(220)의 제 1 퓨즈 돌기(226)의 형상만 뿐 동일한 구성을 가지며 동일한 역할을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 도시 및 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 제 1 집전판(220)의 제 1 퓨즈 돌기(226)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
도 9를 참조하면, 상기 제 1 집전판(220)은 제 1 연결부(21), 제 1 연장부(23), 제 1 단자홀(24), 제 1 퓨즈홀(25) 및 제 1 퓨즈 돌기(226)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 퓨즈 돌기(226)는 도 3a에 도시된 제 1 퓨즈 돌기(26)와 유사하다. 다만, 상기 제 1 퓨즈 돌기(226)는 측면에 적어도 하나 형성되는 제 1 보조홈(227)을 더 포함한다. 상기 제 1 보조홈(227)은 제 1 퓨즈 돌기(226)의 강도 보강 기능을 크게 줄이지 않으면서 제 1 퓨즈 돌기(226)의 영역을 감소시킨다. 이에 따라, 상기 제 1 보조홈(227)은 제 1 연결부(21)와 제 1 연장부(23) 사이에 흐르는 전류가 제 1 퓨즈 돌기(226) 쪽으로 우회할 때 더 좁아진 제 1 퓨즈 돌기(226)의 영역에서 전류의 흐름 시간을 길게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 퓨즈 돌기(226)는 이차 전지의 단락 등에 의한 열이 더 많이 발생되게 함으로써, 제 1 퓨즈홀(25)의 퓨즈 기능에 대한 신뢰성을 높일 수 있다. 한편, 도시되진 않았지만 제 2 집전판은 제 1 집전판(220)과 대응되게 형성될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 보조홈(227)을 제 1 퓨즈 돌기(226)에 형성시킴으로써, 제 1 퓨즈 돌기(226)의 강도 보강 기능을 크게 줄이지 않으면서 제 1 퓨즈홀(25)의 퓨즈 기능에 대한 신뢰성을 높이게 할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
10: 전극 조립체 20, 20', 120, 220: 제 1 집전판
25, 125: 제 1 퓨즈홀 26, 26', 126, 226: 제 1 퓨즈 돌기
30, 130: 제 2 집전판 40: 케이스
50: 캡 조립체 60: 제 1 단락 플레이트
61: 제 2 단락 플레이트 100, 200: 이차 전지

Claims (18)

  1. 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되고, 퓨즈 영역을 포함하는 집전판을 구비하며,
    상기 퓨즈 영역은 내부에 형성된 퓨즈홀과, 상기 퓨즈홀의 제 1 끝단과 인접한 상기 퓨즈 영역의 제 1 측부로부터 연장되는 퓨즈 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 퓨즈 돌기가 상기 퓨즈홀을 갖는 상기 퓨즈 영역의 표면에 대해 비스듬히 절곡되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 퓨즈홀이 형성된 상기 퓨즈 영역의 단면 영역이 상기 집전판의 다른 영역보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되는 전극 단자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 집전판이 상기 전극 단자와 결합되는 연결부와, 상기 연결부로부터 연장되고 상기 제 1 전극판과 결합되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연결부는 내부에 형성되는 단자홀을 가지며,
    상기 연결부가 상기 단자홀에서 상기 전극 단자와 결합하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 연결부가 상기 퓨즈 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 연장부가 상기 퓨즈 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 연결부로부터 수직으로 연장되어 상기 집전판의 모서리부를 형성하고,
    상기 퓨즈 영역이 상기 모서리부와 인접한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 연장부의 폭이 상기 연결부의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 더 구비하며,
    적어도 하나의 전극 단자가 상기 캡 플레이트를 통해 상기 케이스의 외부로 돌출하는 상기 전극 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 퓨즈 돌기가, 상기 캡 플레이트의 표면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 퓨즈홀을 갖는 상기 퓨즈 영역의 표면에 대하여 절곡되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 퓨즈 돌기가, 상기 캡 플레이트의 표면을 향하는 방향으로 상기 퓨즈홀을 갖는 상기 퓨즈 영역의 표면에 대하여 절곡되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제 4 항에 있어서,
    상기 전극 단자는 제 1 전극 단자이며, 상기 이차 전지는 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되는 제 2 전극 단자를 더 구비하고,
    상기 집전판은 제 1 집전판이며, 상기 퓨즈 영역은 제 1 퓨즈 영역이고, 상기 퓨즈홀은 제 1 퓨즈홀이고, 상기 퓨즈 돌기는 제 1 퓨즈 돌기이고, 상기 이차 전지는 상기 제 2 전극판과 상기 제 2 전극 단자 사이에 결합되고 전기적으로 연결되는 제 2 집전판을 더 구비하며,
    상기 제 2 전극판은 제 2 퓨즈 영역을 포함하고, 상기 제 2 퓨즈 영역은 내부에 형성된 제 2 퓨즈홀과 상기 제 2 퓨즈홀과 인접한 제 2 퓨즈 영역의 측부로부터 연장되는 제 2 퓨즈 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 퓨즈 영역은 상기 제 1 끝단과 반대되는 상기 퓨즈홀의 제 2 끝단과 인접한 상기 퓨즈 영역의 제 2 측부로부터 연장되는 또다른 퓨즈 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 퓨즈홀이, 상기 퓨즈 돌기를 향해 연장하는 가로 방향으로 길쭉한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 퓨즈홀의 제 1 끝단과, 상기 퓨즈 돌기가 연장되는 상기 퓨즈 영역의 제 1 측부 사이의 거리는 1mm 내지 5mm인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 퓨즈 돌기는 측부에 형성된 홈을 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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