KR20120064237A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하고, 관통홀을 갖는 캡 플레이트; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고, 상기 캡 플레이트의 관통홀을 관통하는 제 1 단자 및 제 2 단자; 관통홀을 갖고, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자 각각과 상기 캡 플레이트 사이에 형성된 절연 부재; 및 상기 절연 부재의 관통홀에 배치되어 상기 캡 플레이트와 상기 제 1 단자를 동일한 극성으로 연결시키는 퓨즈를 포함하는 이차 전지를 개시한다.
본 발명은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하고, 관통홀을 갖는 캡 플레이트; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고, 상기 캡 플레이트의 관통홀을 관통하는 제 1 단자 및 제 2 단자; 관통홀을 갖고, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자 각각과 상기 캡 플레이트 사이에 형성된 절연 부재; 및 상기 절연 부재의 관통홀에 배치되어 상기 캡 플레이트와 상기 제 1 단자를 동일한 극성으로 연결시키는 퓨즈를 포함하는 이차 전지를 개시한다.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
본 발명은 신뢰성이 향상된 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하고, 관통홀을 갖는 캡 플레이트; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고, 상기 캡 플레이트의 관통홀을 관통하는 제 1 극 단자 및 제 2 단자; 관통홀을 갖고, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자 각각과 상기 캡 플레이트 사이에 형성된 절연 부재; 및 상기 절연 부재의 관통홀에 배치되어 상기 캡 플레이트와 상기 제 1 단자를 동일한 극성으로 연결시키는 퓨즈를 포함한다.
또한, 상기 퓨즈는 상기 캡 플레이트와 상기 제 1 단자를 서로 미는 방향으로 탄성력을 갖는 탄성체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 퓨즈는 스프링 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 퓨즈는 과전류 발생 시 열에 의해 녹아서 끊어지며, 상기 캡플레이트 및 상기 케이스는 상기 퓨즈가 끊어질 경우 전기적으로 중성 상태가 될 수 있다.
또한, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자는 전극 단자부를 포함하고, 상기 전극 단자부는, 상부 전극 단자; 상기 상부 전극 단자와 일체로 형성되고 상기 캡 플레이트 상에 위치하는 단자 플레이트; 및 상기 단자 플레이트와 일체로 형성되고 상기 캡 플레이트의 관통홀을 관통하는 하부 전극 단자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자는 플랜지부를 더 포함하고, 상기 플랜지부는, 몸체; 상기 몸체에 형성되고, 상기 하부 전극 단자가 삽입되며 외주부가 상하로 돌출된 관통홀을 갖는 삽입부; 및 상기 몸체의 하면에 형성된 적어도 하나의 돌기부를 포함하고, 상기 삽입부의 상부는 상기 캡 플레이트의 관통홀에 삽입될 수 있다.
또한, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자는 집전판을 더 포함하고, 상기 집전판은, 상기 삽입부의 하부가 삽입되는 메인 관통홀, 상기 돌기부가 삽입되는 서브 관통홀을 갖는 상단부; 및 상기 상단부로부터 연장되어 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 연결부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연 부재는, 상기 단자 플레이트의 측면 및 하면에 위치하는 상부 절연 부재; 및 상기 플랜지부 및 상기 집전판 각각과, 상기 캡 플레이트 사이에 개재된 하부 절연 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하부 절연 부재에는 관통홀이 형성되고, 상기 퓨즈는 상기 하부 절연 부재의 관통홀에 배치되어 상기 캡 플레이트와 상기 플랜지부 사이를 연결할 수 있다.
또한, 상기 상부 절연 부재에는 관통홀이 형성되고, 상기 퓨즈는 상기 상부 절연 부재의 관통홀에 배치되어 상기 단자 플레이트와 상기 캡 플레이트 사이를 연결할 수 있다.
본 발명에 따르면, 신뢰성이 향상된 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I’ 선을 따라 절취한 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 캡 플레이트를 생략한 상태에서 하부 절연 부재에 형성된 관통홀과 퓨즈를 나타내기 위해 도시한 사시도이다.
도 4 a는 도 2의 제 1 단자 부분을 확대한 단면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예의 퓨즈의 위치와 다른 위치에 배치된 퓨즈를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 A-A’ 선을 따라 절취한 제 1 단자 부분의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 단자의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 단자의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I’ 선을 따라 절취한 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 캡 플레이트를 생략한 상태에서 하부 절연 부재에 형성된 관통홀과 퓨즈를 나타내기 위해 도시한 사시도이다.
도 4 a는 도 2의 제 1 단자 부분을 확대한 단면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예의 퓨즈의 위치와 다른 위치에 배치된 퓨즈를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 A-A’ 선을 따라 절취한 제 1 단자 부분의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 단자의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 단자의 분해 사시도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I’ 선을 따라 절취한 이차 전지(100)의 단면도이다. 도 3은 캡 플레이트(151)를 생략한 상태에서 하부 절연 부재(127)에 형성된 관통홀(127c)과 퓨즈(160)를 나타내기 위해 도시한 사시도이다. 도 4a는 도 2의 제 1 단자(120) 부분을 확대한 단면도이다. 도 4b는 본 발명의 일 실시예의 퓨즈의 위치와 다른 위치에 배치된 퓨즈(160)를 나타낸 도면이다. 도 5는 도 1의 A-A’ 선을 따라 절취한 제 1 단자(120) 부분의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 단자(120)의 분해 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 단자(130)의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제 1 단자(120), 제 1 절연 부재(127), 제 2 단자(130), 제 2 절연 부재(137), 케이스(140), 캡 조립체(150) 및 퓨즈(160)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판(111), 세퍼레이터(113), 제 2 전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판(111)은 음극으로서 동작할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 양극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
제 1 전극판(111)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일(foil)로 형성된 제 1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부(111a)를 포함한다. 제 1 전극 무지부(111a)는 제 1 전극판(111)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명의 일 실시예에서 제 1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
제 2 전극판(112)은 알루미늄과 같은 금속 포일(foil)로 형성된 제 2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 2 전극 무지부(112a)를 포함한다. 제 2 전극 무지부(112a)는 제 2 전극판(112)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 제 2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 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 발명의 일 실시예에서 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 각각에 전기적으로 연결되는 제 1 단자(120) 및 제 2 단자(130)가 결합된다.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 케이스(140)에 수납된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
제 1 단자(120)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결되며 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 이러한 제 1 단자(120)는 제 1 전극 단자부(121), 제 1 플랜지부(123), 제 1 집전판(125)을 포함할 수 있다.
제 1 전극 단자부(121)는 제 1 상부 전극 단자(121a), 제 1 단자 플레이트(121b) 및 제 1 하부 전극 단자(121c)를 포함할 수 있다.
제 1 상부 전극 단자(121a)와 제 1 단자 플레이트(121b)는 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다.
제 1 상부 전극 단자(121a)는 제 1 단자 플레이트(121b)의 상면에 수직하게 형성된다. 제 1 상부 전극 단자(121a)의 외주면에는 다수의 나사산이 형성되어 너트 구조를 갖는 수단과 체결될 수 있다.
제 1 단자 플레이트(121b)는 제 1 상부 전극 단자(121a)와 일체로 형성되고, 캡 플레이트(151) 상에 위치하여 측부 방향으로 연장된다. 예를 들어, 제 1 단자 플레이트(121b)는 원통형으로 형성된다.
제 1 하부 전극 단자(121c)는 제 1 단자 플레이트(121b)와 일체로 형성되며, 캡 플레이트(151)에 형성된 관통홀(이하 단자 관통홀이라고 함)을 관통한다. 또한, 제 1 하부 전극 단자(121c)는 후술할 제 1 플랜지부(123)의 삽입부(123b)에 삽입되고, 그 하단은 리벳팅된다. 도시하지 않았으나, 제 1 하부 전극 단자(121c)의 외주면에는 나사산이 형성되고 삽입부(123b)의 내주면은 너트 구조로 형성되어 제 1 하부 전극 단자(121c)와 제 1 플랜지부(123)가 체결될 수도 있다. 이러한 제 1 전극 단자부(121)는 주로 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
제 1 플랜지부(123)는 제 1 전극 단자부(121)가 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 캡 플레이트(151)의 하부에서 제 1 하부 전극 단자(121c)와 결합된다. 이러한 제 1 플랜지부(123)는 몸체(123a) 삽입부(123b) 및 돌기부(123c)를 포함한다.
몸체(123a)는 캡 플레이트(151)의 하면과 대향하는 보드 또는 판의 형태를 갖는다.
삽입부(123b)는 제 1 하부 전극 단자(121c)가 삽입되는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀의 외주부는 상하로 돌출된 돌출 구조를 갖는다. 삽입부(123b)의 상부는 캡 플레이트(151)의 제 1 단자 관통홀(157a)에 삽입된다. 삽입부(123b)의 내주면에는 너트 구조로 형성되어 제 1 하부 전극 단자(121c)와 체결된다. 따라서, 제 1 전극 단자부(120)는 제 1 플랜지부(123)와 기계적 및 전기적으로 강하게 결합된다. 여기서, 삽입부(123b)의 하단은 제 1 하부 전극 단자(121c)의 하단과 동일 면을 이루거나 더 낮은 면을 이룬다.
돌기부(123c)는 몸체(123a)의 하면으로부터 돌출된 하나 이상의 돌기를 포함한다.
이러한 제 1 플랜지부(123)는 주로 스텐레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
제 1 집전판(125)는 대략 '┎' 형태로 형성되며, 제 1 플랜지부(123)와, 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(111a)와 전기적으로 연결된다. 이러한 제 1 집전판(125)은 상단부(125a) 및 연결부(125b)를 포함한다.
상단부(125a)는 대략 보드 또는 판의 형태를 갖는다. 이러한 상단부(125a)에는 메인 관통홀(125a-1)과 서브 관통홀(125a-2)이 형성된다. 메인 관통홀(125a-1)은 삽입부(123b)의 하부가 삽입된다. 서브 관통홀(125a-2)은 돌기부(123c)가 삽입된다. 메인 관통홀(125a-1)은 상단부(125a)의 중앙에 위치하며, 서브 관통홀(125a-2)은 메인 관통홀(125a-1)의 좌우측에 위치할 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. 제 1 플랜지부(123)의 돌기부(123c)는 상단부(125a)의 서브 관통홀(125a-2)에 결합되고, 그 하단은 리벳팅된다. 따라서, 제 1 집전판(125)은 서브 관통홀(125a-2)과 돌기부(123c)가 추가적으로 결합됨에 따라 제 1 하부 전극 단자(121c)를 중심 축으로 하여 소정의 방향으로 회전되지 않게 됨으로써 제 1 전극 단자부(121)와 더욱 견고히 결합될 수 있다.
연결부(125b)는 상단부(125a)의 일측으로부터 대략 수직으로 굽어 연장된 형태를 갖는다. 연결부(125b)는 제 1 전극 무지부(111a)와 전기적으로 접촉된다. 이러한 제 1 집전판(125)은 주로 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
한편, 제 1 단자(120)는 퓨즈(160)의 연결에 의해 케이스(140) 및 캡 플레이트(151)와 전기적으로 동일한 극성(예를 들면 양극)을 가질 수 있다. 퓨즈(160)에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
제 2 단자(130)는 역시 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되고, 제 2 전극판(112)과 전기적으로 연결되며 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 이러한 제 2 단자(130)는 제 2 전극 단자부(131), 제 2 플랜지부(133), 제 2 집전판(135)을 포함할 수 있다.
여기서 제 2 단자(130)의 형태는 상술한 제 1 단자(120)의 형태와 동일할 수 있다. 따라서, 제 2 단자(130)에 대한 설명은 생략한다. 다만, 제 2 단자(130)는 캡 케이스(140) 및 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연된다. 또한, 제 2 전극 단자부(131)는 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성되며, 여기서 그 재질이 한정되지 않는다. 또한, 제 2 플랜지부(133)는 스텐레스 스틸, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성되며, 여기서 그 재질이 한정되지 않는다. 또한, 제 2 집전판(135)은 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성되며, 여기서 그 재질이 한정되지 않는다.
케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제 1 단자(120) 및 제 2 단자(130)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 1 및 도 2에서는, 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제 1 단자(120), 제 2 단자(130) 및 캡 조립체(150)와 절연될 수 있다.
캡 조립체(150)는 케이스(140)에 결합된다. 캡 조립체(150)는 구체적으로 제 1 절연 부재(127), 제 1 시일 가스켓(129), 제 2 절연 부재(137), 제 2 시일 가스켓(139), 캡 플레이트(151), 마개(153) 및 안전 벤트(154)를 포함한다.
여기서, 제 1 절연 부재(127), 제 1 시일 가스켓(129), 제 2 절연 부재(137), 제 2 시일 가스켓(139)은 캡 조립체(150)의 구성 요소가 아니라 제 1 단자(120) 및/또는 제 2 단자(130)의 구성 요소로 분류하거나, 또는 독자적인 구성 요소로 분류할 수도 있다.
캡 플레이트(151)는 제 1 및 제 2 단자 관통홀(157a, 157b)이 형성되며, 상기 단자 관통홀(157a)에는 제 1 단자(120)가 관통되고, 제 2 단자 관통홀(157b)에는 제 2 단자(130)가 관통된다. 또한, 캡 플레이트(151)는 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 케이스(140)와 결합될 수 있다. 여기서, 캡 플레이트(151)는 상술한 바와 같이 퓨즈(160)에 의해 제 1 단자(120)와 연결되어 제 1 단자(120)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 케이스(140)도 제 1 단자(120)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
제 1 시일 가스켓(129)은 절연성 재질로 삽입부(123a)와 제 1 단자 관통홀(157a) 사이에 형성되어, 제 1 단자(120)와 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉시킨다.
제 2 시일 가스켓(139)은 절연성 재질로 삽입부(133a)와 제 2 단자 관통홀(157b) 사이에 형성되어, 제 2 단자(130)와 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉시킨다.
이러한 제 1 및 제 2 시일 가스켓(129, 139)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다. 일례로, 제 1 및 제 2 시일 가스켓(129, 139)은 전해액과 반응하지 않는 PFA(Perfluoroalkoxy)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
마개(153)는 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉한다.
안전 벤트(154)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되고, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(154a)가 형성될 수 있다.
제 1 절연 부재(127)는 제 1 상부 절연 부재(127a) 및 제 1 하부 절연 부재(127b)를 포함한다.
제 1 상부 절연 부재(127a)는 제 1 단자 플레이트(121b)와 캡 플레이트(151) 사이에 형성된다. 예를 들면, 제 1 상부 절연 부재(127a)는 제 1 단자 플레이트(121b)의 측면 및 하면에 밀착되어 형성된다. 더욱이, 제 1 상부 절연 부재(127a)는 제 1 시일 가스켓(129)에도 각각 밀착될 수 있다. 이러한 제 1 상부 절연 부재(127a)는 제 1 단자 플레이트(121b)와 캡 플레이트(151)를 절연시킨다. 일례로 제 1 상부 절연 부재(127a)는 PPS(Polyphenylene Sulfide)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
제 1 하부 절연 부재(127b)는 제 1 플랜지부(123) 및 제 1 집전판(125) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 상호간 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 제 1 하부 절연 부재(127b)는 제 1 플랜지부(123)와 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트, 그리고 제 1 집전판(125)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트를 방지한다. 일례로, 제 1 하부 절연 부재(127b)는 PPS(Polyphenylene Sulfide)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
제 2 절연 부재(137)는 제 2 상부 절연 부재(137a) 및 제 2 하부 절연 부재(137b)를 포함한다.
제 2 상부 절연 부재(137a)는 제 2 단자 플레이트(131b)와 캡 플레이트(151) 사이에 형성된다. 예를 들면, 제 2 상부 절연 부재(137a)는 제 2 단자 플레이트(131b)의 측면 및 하면에 밀착되어 형성된다. 더욱이, 제 2 상부 절연 부재(137a)는 제 2 시일 가스켓(139)에도 각각 밀착될 수 있다. 이러한 제 1 상부 절연 부재(137a)는 제 2 단자 플레이트(131b)와 캡 플레이트(151)를 절연시킨다. 일례로 제 2 상부 절연 부재(137a)는 PPS(Polyphenylene Sulfide)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
제 2 하부 절연 부재(137b)는 제 2 플랜지부(133) 및 제 2 집전판(135) 각각과, 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 상호간 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방진한다. 즉, 제 2 하부 절연 부재(137b)는 제 2 플랜지부(133)와 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트, 그리고 제 1 집전판(135)과 캡 플레이트(151) 사이의 쇼트를 방지한다. 일례로, 제 2 하부 절연 부재(137b)는 PPS(Polyphenylene Sulfide)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 2 내지 도 4a에 도시된 바와 같이, 퓨즈(160)는 제 1 하부 절연 부재(127b)의 관통홀(127c)이 제공하는 공간 내에 배치될 수 있다. 이러한 퓨즈(160)는 캡 플레이트(151)의 하면과 제 1 플랜지부(123)의 상면을 서로 미는 방향으로 탄성력을 갖는 탄성체를 포함할 수 있다. 일례로, 퓨즈(160)는 판 스프링 및 코일 스프링 등의 스프링 구조를 갖는 탄성체일 수 있다. 따라서, 퓨즈(160)는 관통홀(127c) 내에서 캡 플레이트(151)의 하면과 제 1 플랜지부(123)의 상면을 밀면서 단단히 고정되어 있으므로, 외부 충격에 의해 파손되거나 이탈되지 않고 캡 플레이트(151)와 제 1 플랜지부(123)를 연결한다.
퓨즈(160)는 캡 플레이트(151)가 제 1 단자(120)와 동일한 극성을 갖도록 캡 플레이트(151)와 제 1 단자(120)를 연결하며, 제 1 단자(120)의 극성(예를 들면 양극) 전위를 형성하는 역할을 한다. 따라서, 퓨즈(160)는 캡 플레이트(151)를 제 1 단자(120)의 극성(예를 들면 양극)으로 대전시킨다. 여기서 캡 플레이트(151)와 케이스(140)는 전기적으로 연결되어 있으므로, 케이스(140)도 제 1 단자(120)의 극성(예를 들면 양극)으로 대전된다.
이차 전지(100)가 정상적인 동작을 하는 경우, 케이스(140)와 캡 플레이트(151)는 퓨즈(160)에 의해 제 1 단자(120)와 동일한 극성으로 대전된 상태가 된다. 그러나, 이차 전지(100)에 과전류가 흐르게 되어 열이 발생하게 되면, 퓨즈(160)는 녹아서 끊어지게 되고, 케이스(140)와 캡 플레이트(151)는 전기적으로 중성 상태가 된다. 이때, 제 1 및 제 2 단자(120, 130)를 통해 전류가 흐르며, 케이스(140)와 캡 플레이트(151)는 전기적 중성 상태가 되므로 케이스(140)와 캡 플레이트(151)에 어떠한 전기적 현상 또는 전기적 연결이 존재하더라도 이차 전지(100)가 안전하게 보호될 수 있다.
이러한 퓨즈(160)는 제 1 하부 절연 부재(127b) 대신 제 2 하부 절연 부재(137b) 내에 배치되어 상술한 퓨즈(160)의 작용을 할 수도 있다.
또한, 제 1 하부 절연 부재(127b) 및 제 2 하부 절연 부재(137b) 대신 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 상부 절연 부재(127a) 또는 제 2 상부 절연 부재(137a) 내에 배치될 수도 있다. 예를 들어 퓨즈(160)가 제 1 상부 절연 부재(127a)에 배치된 경우, 제 1 상부 절연 부재(127a)의 영역 중 제 1 단자 플레이트(121b)의 하부 영역에 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀 내에 퓨즈가 배치되어 제 1 단자 플레이트(121b)의 하면과 캡 플레이트(151)의 상면이 접촉된다. 이에 따라 제 1 단자(120)와 캡 플레이트(151)가 연결되고, 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 제 1 단자(120)의 극성으로 대전될 수 있다. 퓨즈(160)가 제 2 상부 절연 부재(137a)에 배치된 경우도 상술한 방식과 유사하게 구성되므로, 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 이차 전지
110: 전극 조립체
120: 제 1 단자
121: 제 1 전극 단자부
121a: 제 1 상부 전극 단자
121b: 제 1 단자 플레이트
121c: 제 1 하부 전극 단자
123: 제 1 플랜지부
123a: 몸체
123b: 삽입부
123c: 돌기부
125: 제 1 집전판
125a: 상단부
125a-1; 메인 관통홀
125a-2; 서브 관통홀
125b: 연결부
127: 제 1 절연 부재
127a: 제 1 상부 절연 부재
127b: 제 1 하부 절연 부재
129: 제 1 시일 가스켓
130: 제 2 단자
131: 제 2 전극 단자부
131a: 제 2 상부 전극 단자
131b: 제 2 단자 플레이트
131c: 제 1 하부 전극 단자
133: 제 2 플랜지부
133a: 몸체
133b: 삽입부
133c: 돌기부
135: 제 2 집전판
135a: 상단부
135a-1; 메인 관통홀
135a-2; 서브 관통홀
135b: 연결부
137: 제 2 절연 부재
137a: 제 2 상부 절연 부재
137b: 제 2 하부 절연 부재
139: 제 2 시일 가스켓
140: 케이스
150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트
153: 마개
154: 안전벤트
160: 퓨즈
110: 전극 조립체
120: 제 1 단자
121: 제 1 전극 단자부
121a: 제 1 상부 전극 단자
121b: 제 1 단자 플레이트
121c: 제 1 하부 전극 단자
123: 제 1 플랜지부
123a: 몸체
123b: 삽입부
123c: 돌기부
125: 제 1 집전판
125a: 상단부
125a-1; 메인 관통홀
125a-2; 서브 관통홀
125b: 연결부
127: 제 1 절연 부재
127a: 제 1 상부 절연 부재
127b: 제 1 하부 절연 부재
129: 제 1 시일 가스켓
130: 제 2 단자
131: 제 2 전극 단자부
131a: 제 2 상부 전극 단자
131b: 제 2 단자 플레이트
131c: 제 1 하부 전극 단자
133: 제 2 플랜지부
133a: 몸체
133b: 삽입부
133c: 돌기부
135: 제 2 집전판
135a: 상단부
135a-1; 메인 관통홀
135a-2; 서브 관통홀
135b: 연결부
137: 제 2 절연 부재
137a: 제 2 상부 절연 부재
137b: 제 2 하부 절연 부재
139: 제 2 시일 가스켓
140: 케이스
150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트
153: 마개
154: 안전벤트
160: 퓨즈
Claims (10)
- 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
상기 케이스를 밀봉하고, 관통홀을 갖는 캡 플레이트;
상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고, 상기 캡 플레이트의 관통홀을 관통하는 제 1 단자 및 제 2 단자;
관통홀을 갖고, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자 각각과 상기 캡 플레이트 사이에 형성된 절연 부재; 및
상기 절연 부재의 관통홀에 배치되어 상기 캡 플레이트와 상기 제 1 단자를 동일한 극성으로 연결시키는 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 퓨즈는 상기 캡 플레이트와 상기 제 1 단자를 서로 미는 방향으로 탄성력을 갖는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 퓨즈는 스프링 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 퓨즈는 과전류 발생 시 열에 의해 녹아서 끊어지며,
상기 캡플레이트 및 상기 케이스는 상기 퓨즈가 끊어질 경우 전기적으로 중성 상태가 되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자는 전극 단자부를 포함하고,
상기 전극 단자부는,
상부 전극 단자;
상기 상부 전극 단자와 일체로 형성되고 상기 캡 플레이트 상에 위치하는 단자 플레이트; 및
상기 단자 플레이트와 일체로 형성되고 상기 캡 플레이트의 관통홀을 관통하는 하부 전극 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자는 플랜지부를 더 포함하고,
상기 플랜지부는,
몸체;
상기 몸체에 형성되고, 상기 하부 전극 단자가 삽입되며 외주부가 상하로 돌출된 관통홀을 갖는 삽입부; 및
상기 몸체의 하면에 형성된 적어도 하나의 돌기부를 포함하고,
상기 삽입부의 상부는 상기 캡 플레이트의 관통홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자는 집전판을 더 포함하고,
상기 집전판은,
상기 삽입부의 하부가 삽입되는 메인 관통홀, 상기 돌기부가 삽입되는 서브 관통홀을 갖는 상단부; 및
상기 상단부로부터 연장되어 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 7 항에 있어서,
상기 절연 부재는,
상기 단자 플레이트의 측면 및 하면에 위치하는 상부 절연 부재; 및
상기 플랜지부 및 상기 집전판 각각과, 상기 캡 플레이트 사이에 개재된 하부 절연 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 하부 절연 부재에는 관통홀이 형성되고,
상기 퓨즈는 상기 하부 절연 부재의 관통홀에 배치되어 상기 캡 플레이트와 상기 플랜지부 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 상부 절연 부재에는 관통홀이 형성되고,
상기 퓨즈는 상기 상부 절연 부재의 관통홀에 배치되어 상기 단자 플레이트와 상기 캡 플레이트 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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