KR20120016469A - 이차전지 - Google Patents

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KR20120016469A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되며, 개구부가 형성된 케이스와, 상기 케이스의 개구부에 결합되고, 배출 홀이 형성된 캡 플레이트, 및 상기 배출 홀에 결합되는 벤트 플레이트를 포함한다. 상기 벤트 플레이트는, 상기 배출 홀에 대응되게 형성되는 메인 노치부와, 상기 메인 노치부와 이격되게 형성되는 서브 노치부를 포함한다.

Description

이차전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 벤트 플레이트의 구조를 개선한 이차전지에 관한 것이다.
이차전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원 또는 대용량 전력 저장 장치로 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차전지를 직렬로 연결하여 대용량의 전지 모듈로 구성된다. 이러한 이차전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.
이차전지가 충전과 방전을 되풀이하는 동안, 이차전지의 내부에는 가스가 발생하여 내부 압력이 상승한다. 이차전지 내부의 압력 상승을 그대로 방치하면, 이차 전지가 폭발할 위험이 있다.
이러한 이차전지의 폭발을 방지하기 위하여, 이차전지의 캡 플레이트에는 가스 배출 홀이 형성되고, 배출 홀은 이차전지 내부의 압력이 기설정치 이상이 되면 절개 되는 벤트 플레이트로 밀폐된다.
벤트 플레이트는 배출 홀의 일단에 레이저 용접으로 결합될 때, 용접 열에 의하여 벤트 플레이트가 변형되고, 이러한 변형에 의하여 이차전지 내의 압력이 기설정치 이하일 때 벤트 플레이트가 절개되어 가스를 분출시키는 문제점이 발생된다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 용접 열에 의하여 발생된 응력을 흡수할 수 있는 노치 구조가 형성된 벤트 플레이트를 구비한 이차 전지를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되며, 개구부가 형성된 케이스와, 상기 케이스의 개구부에 결합되고, 배출 홀이 형성된 캡 플레이트, 및 상기 배출 홀에 결합되는 벤트 플레이트를 포함한다. 상기 벤트 플레이트는, 상기 배출 홀에 대응되게 형성되는 메인 노치부와, 상기 메인 노치부와 이격되게 형성되는 서브 노치부를 포함한다.
상기 서브 노치부는, 상기 메인 노치부와 상기 벤트 플레이트의 가장자리 사이에 형성될 수 있으며, 상기 서브 노치부는, 상기 메인 노치부보다 상기 벤트 플레이트의 가장자리에 더 인접하여 형성될 수 있다.
상기 메인 노치부의 노치 깊이는, 상기 서브 노치부의 노치 깊이보다 더 깊거나 같게 형성될 수 있으며, 상기 메인 노치부의 노치 길이는, 상기 서브 노치부의 노치 길이보다 더 길거나 같게 형성될 수 있다.
상기 메인 노치부는, 상기 벤트 플레이트의 중앙부에 위치하며 길게 연장된 제1 노치, 및 상기 제1 노치와 교차하는 제2 노치를 포함하고, 상기 서브 노치부는, 상기 제1 노치와 대응하여 같은 방향으로 길게 연장된 제1 서브 노치를 포함할 수 있다.
상기 메인 노치부의 제1 노치의 길이는, 상기 서브 노치부의 제1 서브 노치의 길이보다 더 짧거나 같게 형성될 수 있다.
상기 서브 노치부의 제1 서브 노치는, 상기 메인 노치부의 제1 노치와 상기 벤트 플레이트의 가장자리 사이에 형성될 수 있다.
상기 서브 노치부는 제2 서브 노치를 더 포함하고, 상기 제2 서브 노치는, 상기 제1 노치를 중심으로 상기 제1 서브 노치와 대칭되게 형성될 수 있다.
상기 메인 노치부는, 상기 벤트 플레이트의 중앙부에 위치하며 길게 연장된 제1 노치, 및 상기 제1 노치와 교차하며, 상기 제1 노치와 교차하는 부분에서 절곡된 형상을 갖는 제2 노치를 포함하고, 상기 서브 노치부는, 상기 제2 노치의 절곡된 방향을 따라 절곡된 형상을 가지며, 상기 제2 노치와 이격되어 형성되는 제3 서브 노치를 포함할 수 있다.
상기 메인 노치부의 제2 노치의 길이는, 상기 서브 노치부의 제3 서브 노치의 길이보다 짧거나 같게 형성될 수 있으며, 상기 서브 노치부의 제3 서브 노치는 상기 메인 노치부의 제2 노치와 상기 벤트 플레이트의 가장자리 사이에 형성될 수 있다.
상기 메인 노치부는 상기 벤트 플레이트의 중심에 대하여 상기 제2 노치와 대칭되게 형성되는 제3 노치를 더 포함하고, 상기 서브 노치부는 상기 벤트 플레이트의 중심에 대하여 상기 제3 서브 노치와 대칭되게 형성되는 제4 서브 노치를 더 포함하며, 상기 제3 노치는 상기 제1 노치와 교차하는 부분에서 절곡된 형상을 가지고, 상기 제4 서브 노치는 상기 제3 노치의 절곡된 방향을 따라 절곡된 형상을 가지며, 상기 제3 노치와 이격되어 형성될 수 있다.
상기 메인 노치부는, 상기 벤트 플레이트의 중앙부에 위치하며 길게 연장된 제1 노치, 및 상기 제1 노치와 교차하며, 상기 제1 노치와 교차하는 부분에서 절곡된 형상을 갖는 제2 노치를 포함하고, 상기 서브 노치부는, 상기 제2 노치의 절곡된 방향과 반대방향으로 만곡진 형상을 가지며, 상기 제2 노치와 이격되어 형성되는 제5 서브 노치를 포함할 수 있다.
상기 메인 노치부는 상기 벤트 플레이트의 중심에 대하여 상기 제2 노치와 대칭되게 형성되는 제3 노치를 더 포함하고, 상기 서브 노치부는 상기 벤트 플레이트의 중심에 대하여 상기 제5 서브 노치와 대칭되게 형성되는 제6 서브 노치를 더 포함하며, 상기 제3 노치는 상기 제1 노치와 교차하는 부분에서 절곡된 형상을 가지고, 상기 제6 서브 노치는 상기 제3 노치의 절곡된 방향과 반대방향으로 만곡진 형상을 가지며, 상기 제3 노치와 이격되어 형성될 수 있다.
상기 서브 노치부는 제7 서브 노치를 포함하고, 상기 제7 서브 노치는 상기 메인 노치부와 상기 벤트 플레이트의 가장자리 사이에 형성되어 폐곡선을 이루어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접 열에 의해 벤트 플레이트의 메인 노치부에 작용하는 응력을 흡수하는 서브 노치부가 형성된 벤트 플레이트를 제공하여, 기설정치 이하의 압력에서 벤트 플레이트의 메인 노치부가 절개되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1 에서 II-II선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 노치가 형성된 벤트 플레이트의 평면도이다.
도 4는 도 3에서 IV-IV선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 노치가 형성된 벤트 플레이트의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 노치가 형성된 벤트 플레이트의 평면도이다.
도 7은 도 6에서 VII-VII선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 8는 본 발명의 제4 실시예에 따른 노치가 형성된 벤트 플레이트의 평면도이다.
도 9은 본 발명의 제5 실시예에 따른 노치가 형성된 벤트 플레이트의 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1 에서 II-II선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 이차전지는 전극 조립체(10), 케이스(20), 배출 홀(33)이 형성된 캡 플레이트(30) 및 배출 홀(33)의 일단에 결합되는 벤트 플레이트(40)를 포함한다.
전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13), 세퍼레이터(13)의 양면에 배치되는 양극(11) 및 음극(12)을 포함한다. 전극 조립체(10)는 양극(11)과 음극(12) 및 세퍼레이터(13)를 함께 권취함으로써 젤리롤 형태로 이루어질 수 있으며, 양극(11), 음극(12) 및 세퍼레이터(13)를 적층하여 스택 형태로 이루어질 수도 있다.
양극(11)과 음극(12)은 각각 박판의 금속 호일로 이루어지는 집전체와, 각각의 집전체의 표면에 코팅되는 활물질을 포함한다. 또한, 양극(11)과 음극(12)은 집전체에 활물질이 코팅되는 코팅부와, 집전체에 활물질이 코팅되지 않는 무지부(11a, 12a)로 구획될 수 있다. 코팅부는 전극 조립체(10)에서 양극(11)과 음극(12)의 대부분을 형성하며, 무지부(11a, 12a)는 젤리롤 상태에서 코팅부의 양쪽에 각각 배치된다.
케이스(20)는 이차 전지(100)의 전체적인 외관을 형성하며, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성된다. 케이스(20)는 전극 조립체(10)를 내장하는 공간을 제공한다. 예를 들면, 케이스(20)는 육면체의 전극 조립체(10)를 수용하도록 일측에 개구부를 가지는 육면체의 각형으로 이루어질 수 있다. 개구부는 도 1 및 도 2에서 상방을 향한다.
캡 플레이트(30)는 얇은 판재로 이루어지며, 케이스(20)의 개구부에 결합되어 개구부를 밀폐한다. 캡 플레이트(30)는 밀폐된 케이스(20)의 내부를 외부와 차단한다. 또한, 캡 플레이트(30)는 내부와 외부를 서로 연결할 수 있다. 예를 들면, 캡 플레이트(30)는 밀폐된 케이스(20)의 내부로 전해액을 주입하는 전해액 주입구(32)를 가질 수 있다. 전해액 주입구(32)는 전해액 주입 후, 밀봉마개(31)에 의하여 밀봉된다.
전극 단자(50, 60)는 캡 플레이트(30)의 외측으로 돌출될 수 있으며, 각각 캡 플레이트(30)에 형성된 단자 홀(34, 35)을 통해 전극 조립체(10)의 양극(11)과 음극(12)에 각각 연결된 양극 집전탭(70)과 음극 집전탭(80)에 연결된다.
전극 단자(50, 60) 중 하나 이상은 캡 플레이트(30)로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 예를 들면, 전극 단자(50, 60)는 각각 단자 홀(34, 35)에 외측 인슐레이터(52, 62)와 내측 인슐레이터(53, 63)를 개재하여 설치될 수 있다.
벤트 플레이트(40)는 캡 플레이트(30)에 형성된 배출 홀(33) 일단에 결합된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 배출 홀(33)은 배출 홀(33)의 상단에 용접(일례로 레이저 용접)으로 결합될 수 있다. 다만, 벤트 플레이트(40)는 배출 홀(33)의 상단과 하단의 사이나 배출 홀(33)의 하단에 결합될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 노치가 형성된 벤트 플레이트의 평면도이고, 도 4는 도 3에서 IV-IV선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하여 설명하면, 본 실시예의 벤트 플레이트(40)는 제1 노치(41a), 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)를 포함하는 메인 노치부(41)와 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서브 노치(42b)를 포함하는 서브 노치부(42)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 노치(41a)는 가로 방향(도 3에서 x축 방향)으로 길게 연장되어 벤트 플레이트(40)의 중앙 부분에 형성된다. 또한, 제2 노치 및 제3 노치(41b, 41c)의 절곡된 부분은 제1 노치(41a)의 양 끝 단과 각각 교차하여 교차점(C1, C2)을 형성하고, 그 양끝 단이 벤트 플레이트(40)의 가장자리에 인접하게 형성된다.
또한, 제1 서브 노치(42a)는 제1 노치(41a)와 이격되어 형성되며, 상기 제1 노치(41a)와 평행하게 벤트 플레이트(40)의 가장자리에 인접하게 위치한다. 제2 서브 노치(43)는 제1 서브 노치(42a)를 중심으로 제1 서브 노치(42a)와 대칭되게 형성된다. 다만, 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서부 노치(42b)는 제1 노치(41a)와 벤트 플레이트(40)의 가장자리 사이에도 형성될 수 있다.
벤트 플레이트(40)는 전극 조립체(10)의 충전 및 방전 작용으로 발생되는 가스에 의하여 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상으로 상승할 때 절개되어 가스를 배출하여 이차전지(100)의 폭발을 방지하기 위한 기능을 한다. 벤트 플레이트(40)를 배출 홀(33)에 용접으로 결합시킬 때 발생하는 용접 열에 의해 벤트 플레이트(40)에 변형이 발생할 수 있다. 이때, 벤트 플레이트(40)의 메인 노치부(41)에 응력이 집중되게 되어 메인 노치부(41)에 변형이 발생 되면 케이스(20)의 내압이 기설정치(파단이 되도록 미리 설정된 압력치) 이하일 때도 메인 노치부(41)가 절개될 수 있는 문제가 있다.
본 실시예에 의하면, 배출 홀(33)에 벤트 플레이트(40)를 용접 결합시킬 때, 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서브 노치(42b)는 도 3에서 볼 때 z축 방향으로 작용하는 응력을 흡수하여 용접 열에 의한 메인 노치부(41)의 변형을 최소화 할 수 있다. 결국, 제1 서브 노치(42a)와 제2 서브 노치(42b)가 벤트 플레이트(40)의 변형에 의한 z축 방향으로 작용하는 응력을 흡수하여, 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상일 때 메인 노치부(41)가 파단 될 수 있게 된다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 메인 노치부(41)의 제1 노치(41a)의 깊이(D1)는 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서브 노치(42b)의 깊이(D2, D3) 보다 깊게 형성된다. 한편, 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)의 깊이는 제1 노치(41a)의 깊이와 같게 할 수 있다.
보다 상세하게는, 벤트 플레이트(40)의 변형에 의한 z축 방향의 응력이 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)에 의하여 흡수되면, 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)의 내구력은 응력에 의하여 응력을 흡수하기 전의 내구력보다 약화된다. 하지만, 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상일 때 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)가 절개되지 않고 메인 노치부(41)가 절개되게 하려면, 응력에 의하여 약화된 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b) 부분의 내구력을 메인 노치부(41) 보다 높게 유지하여야 한다. 따라서, 메인 노치부(41)의 제1 노치(41a)의 깊이(D1)보다 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)의 깊이(D2, D3)를 얕게 하면, 응력에 의하여 약화된 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b) 부분의 내구력을 메인 노치부(41) 부분 보다 높게 유지하는 것이 가능하다.
또한, 제1 노치(41a)의 깊이(D1)는 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서브 노치(42b)의 깊이(D2, D3)와 같은 깊이로 형성될 수도 있다.
벤트 플레이트(40)의 변형에 의한 z축 방향의 응력이 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)에 의하여 흡수되면, 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)의 내구력은 응력에 의하여 응력을 흡수하기 전의 내구력보다 약화된다.
이때, 제1 노치(41a)의 깊이(D1)와 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)의 깊이(D2, D3)를 같게 하면, 응력에 의하여 약화된 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b) 부분의 내구력을 메인 노치부(41) 부분 보다 높게 유지할 수 없다. 따라서, 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상일 때, 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)가 메인 노치부(41) 보다 먼저 절개될 수 있다.
하지만, 본 실시예에 의하면, 제1 노치(41a)와 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)의 교차점(C1, C2)에는 케이스(20)내에서 발생한 가스에 의한 내압에 의하여 제2 노치(41b)와 제3 노치(41c)에 집중응력이 작용하게 된다.
따라서, 제1 노치(41a)와 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)의 교차점(C1, C2)의 내구력은 케이스(20)의 내압에 의한 집중응력에 의해 약화된다. 즉, 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서브 노치(42b)에 벤트 플레이트(40)의 변형에 의한 응력이 작용하여도, 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서브 노치(42b) 부분의 내구력이 메인 노치부(41)의 내구력 보다 높게 유지 되는 것이 가능하다. 따라서, 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상일 때, 제1 노치(41a)와 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)의 교차점(C1, C2) 부분에서 절개가 시작되게 된다.
결국, 메인 노치부(41)는 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상 일 때 절개되는 역할을 하고, 서브 노치부(42)는 벤트 플레이트(40)의 변형에 의해 발생되는 응력을 흡수하여 메인 노치부(41)의 변형을 최소화하게 하는 역할을 할 수 있다.
또한, 제1 노치(41a)의 길이(L1)는 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서브 노치(42b)의 길이(L2, L3)보다 짧거나 같게 형성된다. 따라서, 용접 시 발생 되는 벤트 플레이트(40)의 z축 방향으로 작용하는 응력을 제1 노치(41a)의 길이(L1)와 같거나 긴 길이(L2, L3)를 가진 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서브 노치(42b)가 흡수하여, 메인 노치부(41)의 변형을 최소화 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 노치가 형성된 벤트 플레이트의 평면도이다.
도 5를 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차전지는 벤트 플레이트(40a)를 제외하고는 제1 실시예에 따른 이차전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 벤트 플레이트(40a)는 제1 실시예와 같이, 제1 노치(41a), 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)를 포함하는 메인 노치부(41)와 제1 서브 노치(42a)를 포함한다.
다만, 제1 실시예와는 달리, 제1 노치(41a)를 중심으로 제1 서브 노치(42a)와 대칭되게 형성되는 제2 서브 노치(42b)는 본 실시예에서는 형성되지 않는다.
또한, 제1 서브 노치(42a)의 형성 위치는 제1 노치(41a)를 중심으로 위 쪽에 한정되지 않고, 제1 노치(41a)를 중심으로 아래쪽에 위치하여 형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 노치가 형성된 벤트 플레이트의 평면도이고, 도 7은 도 6에서 VII-VII선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지는 벤트 플레이트(41b)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 벤트 플레이트(40b)는 제1 실시예와 같이, 제1 노치(41a), 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)를 포함하는 메인 노치부(41)와 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서브 노치(42b)를 포함하고, 제3 서브 노치(42c) 및 제4 서브 노치(42d)를 더 포함하는 서브 노치부(42)를 포함한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제3 서브 노치(42c)는 제2 노치(41b)와 벤트 플레이트(40b)의 가장자리 사이에 형성되고, 제4 서브 노치(42d)는 제3 노치(41c)와 벤트 플레이트(40b)의 가장자리 사이에 형성된다. 상기 제3 서브 노치(42c)는 상기 제2 노치(41b)의 절곡된 방향을 따라 절곡된 형상을 가지며, 상기 제2 노치(41b)와 이격되어 형성된다. 상기 제4 서브 노치(42d)는 상기 벤트 플레이트(40b)의 중심에 대하여 상기 제3 서브 노치(42c)와 대칭되게 형성되며, 따라서, 상기 제4 서브 노치(42d)는 상기 제3 노치(41c)의 절곡된 방향을 따라 절곡된 형상을 가지며, 상기 제3 노치(41c)와 이격되어 형성된다.
본 발명의 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 벤트 플레이트(40b)는 전극 조립체(10)의 충전 및 방전 작용으로 발생되는 가스에 의하여 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상으로 상승할 때 절개되어 가스를 배출하여 이차전지(100)의 폭발을 방지하기 위한 기능을 한다.
다만, 벤트 플레이트(40b)를 배출 홀(33)에 용접으로 결합시킬 때 발생하는 용접 열에 의해 벤트 플레이트(40b)에 변형이 발생할 수 있다. 이때, 벤트 플레이트(40b)의 메인 노치부(41)에 응력이 집중되게 되어 메인 노치부(41)에 변형이 발생되면 케이스(20)의 내압이 기설정치 이하일 때도 메인 노치부(41)가 절개될 수 있다.
따라서, 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서브 노치(42b)에 의하여 도 7에서 볼 때 x축 방향으로 작용하는 응력이 흡수되고, 또한, 제3 서브 노치(42c)와 제4 서브 노치(42d)에 의하여 도 7에서 볼 때 x축 방향으로 작용하는 응력이 흡수되어 메인 노치부(41)의 변형이 제1 실시예서보다 더욱더 최소화 될 수 있다.
이하에서는, 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)에 의해 벤트 플레이트(40b)에 발생한 응력이 흡수되는 것에 대한 설명은 제1 실시예에서 설명한 바와 같으므로 생략하고, 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d)에 의하여 응력이 흡수되는 것을 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 메인 노치부(41)의 제2 노치(41b)의 깊이(D1′)는 제3 서브 노치(42c) 및 제4 서브 노치(42d)의 깊이(D4, D5) 보다 깊게 형성된다. 이때, 제1 노치(41a)의 깊이 및 제3 노치(41c)의 깊이는 제2 노치(41b)의 깊이와 같게 형성될 수 있다.
보다 상세하게는, 벤트 플레이트(40b)의 변형에 의한 x축 방향의 응력이 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d)에 의하여 흡수되면, 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d)의 내구력은 응력에 의하여 응력을 흡수하기 전의 내구력보다 약화된다. 하지만, 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상일 때 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d)가 절개되지 않고 메인 노치부(41)가 절개되게 하려면, 응력에 의하여 약화된 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d) 부분의 내구력을 메인 노치부(41) 부분 보다 높게 유지하여야 한다. 따라서, 제2 노치(41b)의 깊이(D1′)보다 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d)의 깊이(D4, D5)를 얕게 하면, 응력에 의하여 약화된 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d) 부분의 내구력을 메인 노치부(41) 부분 보다 높게 유지하는 것이 가능하다.
또한, 제2 노치(41b)의 깊이(D1′)는 제3 서브 노치(42c) 및 제4 서브 노치(42d)의 깊이(D4, D5)와 같은 깊이로 형성될 수도 있다.
벤트 플레이트(40b)의 변형에 의한 x축 방향의 응력이 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d)에 의하여 흡수되면, 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d)의 내구력은 응력에 의하여 응력을 흡수하기 전의 내구력보다 약화된다.
이때, 제2 노치(41b)의 깊이(D1′)와 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d)의 깊이(D4, D5)를 같게 하면, 응력에 의하여 약화된 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d) 부분의 내구력을 메인 노치부(41) 부분 보다 높게 유지할 수 없다. 따라서, 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상일 때, 제3 및 제4 서브 노치(42c, 42d)가 메인 노치부(41) 보다 먼저 절개될 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시예에 의하면, 제1 노치(41a)와 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)의 교차점(C1, C2)에는 케이스(20)내에서 발생한 가스에 의한 내압에 의하여 제2 노치(41b)와 제3 노치(41c)에 집중응력이 작용하게 된다.
따라서, 제1 노치(41a)와 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)의 교차점(C1, C2)의 내구력은 케이스(20)의 내압에 의한 집중응력에 의해 약화된다. 즉, 제3 서브 노치(42c) 및 제4 서브 노치(42d)에 벤트 플레이트(40)의 변형에 의한 응력이 작용하여도, 제3 서브 노치(42c) 및 제4 서브 노치(42d) 부분의 내구력이 메인 노치부(41) 부분의 내구력 보다 높게 유지 되는 것이 가능하다. 따라서, 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상일 때, 제1 노치(41a)와 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)의 교차점(C1, C2)에서 절개가 시작되게 된다.
결국, 메인 노치부(41)는 케이스(20)의 내압이 기설정치 이상일 때 절개되는 역할을 하고, 제1 내지 제4 서브 노치(42a, 42b, 42c, 42d)는 벤트 플레이트(40b)의 변형에 의해 발생되는 응력을 흡수하여 메인 노치부(41)의 변형을 최소화하게 하는 것이 가능하다.
도 8는 본 발명의 제4 실시예에 따른 노치가 형성된 벤트 플레이트의 평면도이다.
도 8을 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차전지는 벤트 플레이트(40c)를 제외하고는 제3 실시예에 따른 이차전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 벤트 플레이트(40c)는 제3 실시예와 같이, 제1 노치(41a), 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)를 포함하는 메인 노치부(41)와 제1 서브 노치(42a) 및 제2 서브 노치(42b)를 포함한다. 다만, 제3 실시예서와는 다르게 제5 서브 노치(42e) 및 제6 서브 노치(42f)를 포함한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제5 서브 노치(42e)는 제2 노치(41b)와 대응하는 벤트 플레이트(40c)의 가장자리에 인접하게 형성되고, 제6 서브 노치(42f)는 제3 노치(41c)와 대응하는 벤트 플레이트(40c)의 가장자리에 인접하게 형성된다. 상기 제5 서브 노치(42e)는 상기 제2 노치(41b)의 절곡된 방향과 반대방향으로 만곡진 형상을 가지며, 상기 제2 노치(41b)와 이격되어 형성된다. 상기 제6 서브 노치(42f)는 상기 벤트 플레이트(40c)의 중심에 대하여 상기 제5 서브 노치(42e)와 대칭되게 형성되며, 따라서, 상기 제6 서브 노치(42f)는 상기 제3 노치(41c)의 절곡된 방향과 반대방향으로 만곡진 형상을 가지며, 상기 제3 노치(41c)와 이격되어 형성된다.
이하에서는, 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)에 의해 벤트 플레이트(40c)에 발생한 응력이 흡수되는 것에 대한 설명은 제1 실시예서 설명한 바와 같으므로 생략한다. 또한 제5 및 6 서브 노치(42e, 42f)에 의해 벤트 플레이트(40c)에 발생한 응력이 흡수되는 것에 대한 설명도 제 3실시예에서 설명한 제3 및 4서브 노치(42c, 42d)에 의해 벤트 플레이트(40b)에 발생한 응력이 흡수되는 것에 대한 설명과 같으므로 생략한다.
제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)에 의하여 벤트 플레이트(40c)의 변형에 의하여 도 8의 z축 방향으로 작용하는 응력이 흡수되고, 제5 및 제6 서브 노치(42e, 42f)에 의하여 벤트 플레이트(40c)의 변형에 의하여 도 8의 x축 방향으로 작용하는 응력이 흡수된다.
따라서, 제1 및 제2 서브 노치(42a, 42b)와 제5 및 제6 서브 노치(42e, 42f)의 응력의 흡수로 메인 노치부(41)의 변형이 더욱더 최소화 되는 것이 가능하다.
도 9은 본 발명의 제 5실시예에 따른 노치가 형성된 벤트 플레이트의 평면도이다.
도 9를 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차전지는 벤트 플레이트(40d)를 제외하고는 제1 실시예에 따른 이차전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 벤트 플레이트(40d)는 제1 노치(41a), 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)를 포함하는 메인 노치부(41)와 제7 서브 노치(42g)를 포함하는 서브 노치부(42)를 포함한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제7 서브 노치(42g)는 메인 노치부(41)와, 벤트 플레이트의 가장자리 사이에 형성되어 폐곡선을 이룬다.
또한, 제7 서브 노치(42g) 의 노치 깊이는 메인 노치부(41)의 노치 깊이보다 얕거나 같고, 제7 서브 노치(42g) 의 노치 길이는 제2 노치(41b) 및 제3 노치(41c)의 노치 길이보다 길거나 같을 수 있다.
이하에서는, 도 9의 벤트 플레이트(40d)의 변형에 의하여 도 9의 x축 및 z축 방향으로 작용하는 응력이 제7 서브 노치(42g)에 흡수되는 것에 대한 설명은 제3 및 제4 실시예와 동일하므로 생략한다.
도 9에서 볼 때, 메인 노치부(41)를 둘러싸고 있는 폐곡선을 이루는 제7 서브 노치(42g)는 벤트 플레이트(40d)의 변형에 의하여 x축 방향 및 z축 방향으로 작용하는 응력을 흡수하여, 제1 실시예에 비하여 메인 노치부(41)의 변형은 더욱더 최소화 될 수 있다.
상기에서는 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: 이차 전지 10: 전극 어셈블리
11: 양극 12: 음극
13: 세퍼레이터 20: 케이스
30: 캡 플레이트 40,40a,40b,40c,40d:벤트플레이트
41: 메인 노치부 41a: 제1 노치
41b: 제2 노치 41c: 제3 노치
42: 서브 노치부 42a: 제1 서브 노치
42b: 제2 서브 노치 42c: 제3 서브 노치
42d: 제4 서브 노치 42e: 제5 서브 노치
42f: 제6 서브 노치 42g: 제7 서브 노치
50: 양극 단자 60: 음극 단자
70: 양극 집전탭 80: 음극 집전탭

Claims (16)

  1. 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 내장되며, 개구부가 형성된 케이스;
    상기 케이스의 개구부에 결합되고, 배출 홀이 형성된 캡 플레이트; 및
    상기 배출 홀에 결합되는 벤트 플레이트를 포함하며,
    상기 벤트 플레이트는,
    상기 배출 홀에 대응되게 형성되는 메인 노치부와,
    상기 메인 노치부와 이격되게 형성되는 서브 노치부를 포함하는 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서브 노치부는,
    상기 메인 노치부와 상기 벤트 플레이트의 가장자리 사이에 형성되는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 노치부는,
    상기 메인 노치부보다 상기 벤트 플레이트의 가장자리에 더 인접하여 형성되는 이차전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 노치부의 깊이는,
    상기 서브 노치부의 깊이보다 더 깊거나 같은 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 노치부의 노치 길이는,
    상기 서브 노치부의 노치 길이보다 더 길거나 같은 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 노치부는,
    상기 벤트 플레이트의 중앙부에 위치하며 길게 연장된 제1 노치; 및
    상기 제1 노치와 교차하는 제2 노치를 포함하고,
    상기 서브 노치부는,
    상기 제1 노치와 대응하여 같은 방향으로 길게 연장된 제1 서브 노치를 포함하는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 메인 노치부의 제1 노치의 길이는,
    상기 서브 노치부의 제1 서브 노치의 길이보다 더 짧거나 같은 이차전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 서브 노치부의 제1 서브 노치는,
    상기 메인 노치부의 제1 노치와 상기 벤트 플레이트의 가장자리 사이에 형성되는 이차전지.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 서브 노치부는 제2 서브 노치를 더 포함하고,
    상기 제2 서브 노치는,
    상기 제1 노치를 중심으로 상기 제1 서브 노치와 대칭되게 형성되는 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 노치부는,
    상기 벤트 플레이트의 중앙부에 위치하며 길게 연장된 제1 노치; 및
    상기 제1 노치와 교차하며, 상기 제1 노치와 교차하는 부분에서 절곡된 형상을 갖는 제2 노치를 포함하고,
    상기 서브 노치부는,
    상기 제2 노치의 절곡된 방향을 따라 절곡된 형상을 가지며, 상기 제2 노치와 이격되어 형성되는 제3 서브 노치를 포함하는 이차전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 메인 노치부의 제2 노치의 길이는,
    상기 서브 노치부의 제3 서브 노치의 길이보다 짧거나 같은 이차전지.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 서브 노치부의 제3 서브 노치는 상기 메인 노치부의 제2 노치와 상기 벤트 플레이트의 가장자리 사이에 형성되는 이차전지.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 메인 노치부는 상기 벤트 플레이트의 중심에 대하여 상기 제2 노치와 대칭되게 형성되는 제3 노치를 더 포함하고,
    상기 서브 노치부는 상기 벤트 플레이트의 중심에 대하여 상기 제3 서브 노치와 대칭되게 형성되는 제4 서브 노치를 더 포함하며,
    상기 제3 노치는 상기 제1 노치와 교차하는 부분에서 절곡된 형상을 가지고,
    상기 제4 서브 노치는 상기 제3 노치의 절곡된 방향을 따라 절곡된 형상을 가지며, 상기 제3 노치와 이격되어 형성되는 이차전지.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 노치부는,
    상기 벤트 플레이트의 중앙부에 위치하며 길게 연장된 제1 노치; 및
    상기 제1 노치와 교차하며, 상기 제1 노치와 교차하는 부분에서 절곡된 형상을 갖는 제2 노치를 포함하고,
    상기 서브 노치부는,
    상기 제2 노치의 절곡된 방향과 반대방향으로 만곡진 형상을 가지며, 상기 제2 노치와 이격되어 형성되는 제5 서브 노치를 포함하는 이차전지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 메인 노치부는 상기 벤트 플레이트의 중심에 대하여 상기 제2 노치와 대칭되게 형성되는 제3 노치를 더 포함하고,
    상기 서브 노치부는 상기 벤트 플레이트의 중심에 대하여 상기 제5 서브 노치와 대칭되게 형성되는 제6 서브 노치를 더 포함하며,
    상기 제3 노치는 상기 제1 노치와 교차하는 부분에서 절곡된 형상을 가지고,
    상기 제6 서브 노치는 상기 제3 노치의 절곡된 방향과 반대방향으로 만곡진 형상을 가지며, 상기 제3 노치와 이격되어 형성되는 이차전지.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 노치부는 제7 서브 노치를 포함하고,
    상기 제7 서브 노치는 상기 메인 노치부와 상기 벤트 플레이트의 가장자리 사이에 형성되어 폐곡선을 이루는 이차전지.
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