KR20120112991A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제조 비용 및 제조 공정을 줄이고 더불어 중량 및 부피를 줄이면서 안전성을 향상시킬 수 있으며, 외부의 수분이 단락 부재 부분으로 유입되어 단락을 발생시키는 것을 방지할 수 있으며, 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 캡 조립체의 조립성을 향상시킬 수 있으며, 단락 유도시 단락 부재가 멜팅되는 현상을 방지할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 전극 조립체; 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되며, 단락홀을 가지는 집전판; 상기 단락홀에 설치되는 금속캔을 포함하는 단락 부재; 상기 전극 조립체와 집전판을 수용하며, 개구를 가지는 케이스; 및 상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 가지는 캡 조립체를 포함하며, 상기 금속캔이 상기 캡 플레이트와 마주보는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 개시된다.
일례로, 전극 조립체; 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되며, 단락홀을 가지는 집전판; 상기 단락홀에 설치되는 금속캔을 포함하는 단락 부재; 상기 전극 조립체와 집전판을 수용하며, 개구를 가지는 케이스; 및 상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 가지는 캡 조립체를 포함하며, 상기 금속캔이 상기 캡 플레이트와 마주보는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 개시된다.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 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.
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 과충전 등에 의해 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 제조 비용 및 제조 공정을 줄이고 더불어 중량 및 부피를 줄이면서 안전성을 향상시킬 수 있으며, 외부의 수분이 단락 부재 부분으로 유입되어 단락을 발생시키는 것을 방지할 수 있으며, 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 캡 조립체의 조립성을 향상시킬 수 있으며, 단락 유도시 단락 부재가 멜팅되는 현상을 방지할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되며, 단락홀을 가지는 집전판; 상기 단락홀에 설치되는 금속캔을 포함하는 단락 부재; 상기 전극 조립체와 집전판을 수용하며, 개구를 가지는 케이스; 및 상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 가지는 캡 조립체를 포함하며, 상기 금속캔은 상기 캡 플레이트와 마주보는 것을 특징으로 한다.
상기 금속캔은 상기 캡 플레이트와 이격될 수 있다.
상기 금속캔과 상기 캡 플레이트는 도전성 재질로 형성되며, 서로 다른 극성을 가질 수 있다.
상기 금속캔은 상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 상기 캡 플레이트에 접촉할 수 있다.
상기 단락 부재는 상기 캡 플레이트와 상기 금속캔 사이에 형성되며, 상기 금속캔과 대응되는 영역에 형성되는 개구와 상기 개구의 상부 내측에 형성되는 돌출부를 포함하는 실링 가스켓; 및 상기 집전판의 하면 중 상기 단락홀의 가장자리 영역에 배치되는 홀더를 더 포함할 수 있다.
상기 금속캔은 속이 빈 용기 형상이며, 측면; 상기 측면과 연결된 하면; 상기 측면과 상기 하면에 의해 형성된 중공; 상기 측면의 상부 끝단에 형성된 볼록부; 및 상기 측면의 하부 외측에 형성된 홈부를 포함할 수 있다.
상기 볼록부는 상기 금속캔으로부터 외측 방향으로 돌출되며, 상기 볼록부의 끝단과 상기 실링 가스켓의 돌출부가 밀착될 수 있다.
상기 홀더는 상기 단락홀과 대응되는 영역에 형성되는 개구를 가지며, 상기 홈부에 끼워질 수 있다.
상기 금속캔은 속이 빈 용기 형상이며, 측면; 상기 측면과 연결된 하면; 상기 측면과 상기 하면에 의해 형성된 중공; 상기 측면의 상부 끝단에 형성된 오목부; 및 상기 측면의 하부 외측에 형성된 홈부를 포함할 수 있다.
상기 오목부는 상기 금속캔으로부터 내측 방향으로 돌출되며, 상기 오목부의 끝단과 상기 실링 가스켓의 돌출부가 밀착될 수 있다.
상기 금속캔은 상기 볼록부 상에 형성되며 상기 하면과 마주보는 상면을 더 포함하며, 상기 볼록부의 끝단은 상기 실링 가스켓의 돌출부와 밀착될 수 있다.
상기 실링 가스켓은 절연성 재질로 형성될 수 있다.
상기 홀더는 플라스틱 물질로 형성될 수 있다.
상기 금속캔은 인청동(phosphor bronze) 또는 베릴륨동(beryllium copper)로 형성될 수 있다.
상기 집전판은 상기 전극 집전체의 상부와 상기 캡 조립체 하부 사이에 설치되며, 상기 단락홀이 위치하는 연결부; 및 상기 연결부의 단부에서 절곡되고 연장되며, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 연장부를 포함할 수 있다.
상기 집전판은 상기 연결부 중 상기 연장부와 인접한 영역에 형성된 퓨즈홀을 더 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트는 상기 금속캔과 마주보는 영역에 형성되는 단락홈을 더 포함할 수 있다.
상기 집전판과 상기 캡 플레이트 사이에 위치하며, 상기 집전판을 덮도록 형성되는 하부 절연 부재를 더 포함하며, 상기 하부 절연 부재는 금속캔과 대응되는 영역에 형성되는 노출홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 집전판; 상기 전극 조립체와 집전판을 수용하며, 개구를 가지는 케이스; 상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 가지는 캡 조립체; 및 상기 케이스와 캡 조립체 사이의 공간 중 상기 집전판에 설치되며 상기 캡 플레이트와 마주보는 금속캔을 포함하는 단락 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 내부에 금속캔, 실링 가스켓 및 홀더를 포함하는 단락 부재를 구비함으로써, 제조 비용 및 제조 공정을 줄이고 더불어 중량 및 부피를 줄이면서 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 단락 부재를 통해 외부의 수분이 단락 부재 부분으로 유입되어 단락을 발생시키는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 단락 부재를 통해 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 단락 부재를 통해 캡 조립체의 조립성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 단락 부재를 통해 단락 유도시 단락 부재가 멜팅되는 현상을 방지할 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 3은 도 2에서 A 부분의 확대 단면도이다.
도 4는 도 3의 금속캔이 캡 플레이트에 접촉하는 동작을 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 3의 구성을 일부 도시한 분리 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3에 대응되는 부분을 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 금속캔이 캡 플레이트에 접촉하는 동작을 보여주는 단면도이다.
도 8은 도 6의 구성을 일부 도시한 분리 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3에 대응되는 부분을 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9의 금속캔이 캡 플레이트에 접촉하는 동작을 보여주는 단면도이다.
도 11은 도 9의 구성을 일부 도시한 분리 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 A 부분의 확대 단면도이다.
도 4는 도 3의 금속캔이 캡 플레이트에 접촉하는 동작을 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 3의 구성을 일부 도시한 분리 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3에 대응되는 부분을 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 금속캔이 캡 플레이트에 접촉하는 동작을 보여주는 단면도이다.
도 8은 도 6의 구성을 일부 도시한 분리 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3에 대응되는 부분을 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9의 금속캔이 캡 플레이트에 접촉하는 동작을 보여주는 단면도이다.
도 11은 도 9의 구성을 일부 도시한 분리 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 3은 도 2에서 A 부분의 확대 단면도이고, 도 4는 도 3의 금속캔이 캡 플레이트에 접촉하는 동작을 보여주는 단면도이고, 도 5는 도 3의 구성을 일부 도시한 분리 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명이 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 단락 부재(130), 제 2 집전판(140), 케이스(150) 및 캡 조립체(160)를 구비한다.
상기 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.
상기 제 1 전극판(111)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 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. 상기 제 1 전극 무지부(111a)는 제 1 전극판(111)과, 제 1 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(112)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 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. 상기 제 2 전극 무지부(112a)는 제 2 전극판(112)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
상기 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 이루어져 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 케이스(150)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.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 집전판(120)과 제 2 집전판(140)이 결합된다.
상기 제 1 집전판(120)은 구리, 구리 합금 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제 1 전극 무지부(111a)와 접촉됨으로써, 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 집전판(120)은, 도 2를 참조하면, 제 1 연결부(121), 제 1 연장부(123), 제 1 단자홀(124), 제 1 퓨즈부(125) 및 제 1 단락홀(126)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 연결부(121)는 전극 조립체(110)의 상부와 캡 조립체(160)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성된다. 이러한 제 1 연결부(121)는 제 1 전극 단자(162)와 금속캔(131)이 결합되는 공간을 제공한다.
상기 제 1 연장부(123)는 제 1 연결부(121)의 단부에서 절곡되고 연장되며, 제 1 전극 무지부(111a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성된다. 여기서, 상기 제 1 연결부(121)와 제 1 연장부(123)가 만나는 모서리를 'C' 라고 하기로 하며, 상기 제 1 연결부(121)와 제 1 연장부(123)는 상기 모서리(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 제 1 단자홀(124)은 제 1 연결부(121)의 일측에 형성되며, 제 1 전극 단자(162)가 끼워지는 공간을 제공한다. 여기서, 상기 제 1 단자홀(124)은 제 1 연결부(121) 중 모서리(C)와 이격되게 위치한다.
상기 제 1 퓨즈부(125)는 전해액과 접촉하지 않도록 전극 조립체(110)의 상부 영역, 즉 제 1 연결부(121) 상에 형성된다. 또한, 상기 제 1 퓨즈부(125)는 제 1 단자홀(124)에 끼워지는 제 1 전극 단자(162)와 중첩되지 않도록 제 1 연결부(121) 중 모서리(C)와 인접한 영역에 위치한다. 구체적으로, 상기 제 1 퓨즈부(125)는 제 1 퓨즈홀(125a)과, 제 1 퓨즈홀(125a)의 주변에서 돌출된 제 1 보강돌기(125b)를 가진다. 이러한 제 1 퓨즈홀(125a)은, 이차 전지(100)에 단락이 발생하여 큰 전류가 흐르는 경우 발생한 열에 의해 제 1 퓨즈홀(125a)이 형성된 영역을 용융되게 하여 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다. 상기 제 1 보강돌기(125b)는 이차 전지(100)에 단락이 발생 되기 전 외부 충격에 대해 제 1 퓨즈홀(125a)이 형성된 영역의 강도를 보강하는 강도 보강 기능을 한다.
상기 제 1 단락홀(126)은 제 1 연결부(121) 중 타측에 금속캔(131)이 끼워지도록 형성된다.
상기 단락 부재(130)는 캡 조립체(160)와 전극 조립체(110) 사이의 공간, 구체적으로 캡 조립체(160)의 하부와 전극 조립체(110)의 상부 사이의 공간에 배치되며, 과충전 등에 의해 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 단락을 유도하여 제 1 퓨즈부(125)가 전류의 흐름을 차단하도록 한다. 이를 위해, 상기 단락 부재(130)는 금속캔(131), 실링 가스켓(132) 및 홀더(133)를 포함한다.
상기 금속캔(131)은 제 1 집전판(120)의 제 1 단락홀(126)에 설치되며, 캡 조립체(160)의 캡 플레이트(161)와 마주보며 이격된다. 상기 금속캔(131)은 속이 비고 상부가 개구된 용기 형상을 가지며 도전성 재질로 형성된다. 상기 금속캔(131)은 도 3에 도시된 바와 같이, 구체적으로 측면(131a), 측면(131a)과 연결된 하면(131b), 측면(131a)과 하면(131b)에 의해 형성된 중공(131c), 측면(131a)의 상부 끝단에 형성된 볼록부(131d) 및 측면(131a)의 하부 외측에 형성된 홈부(131e)를 포함하며 이루어지며, 제 1 집전판(120)과 전기적으로 연결된다. 이러한 금속캔(131)은 도 4에 도시된 바와 같이, 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 위로 이동하여 캡 플레이트(161)와 접촉함으로써 단락을 유발시킨다. 상기 단락이 유발되면 큰 전류가 흐르게 되고 열이 발생하며, 이때 제 1 퓨즈부(125)는 퓨즈 기능을 함으로써, 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킨다. 여기서, 상기 볼록부(131d)는 금속캔(131)으로부터 외측 방향으로 돌출되게 형성되며, 실링 가스켓(132)과의 밀착률을 높여 실링 가스켓(132)에 의해 캡 플레이트(161)와 금속캔(131) 사이의 공간이 실링되는 효율을 높인다. 또한, 상기 볼록부(131d)는 곡률을 가져, 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 금속캔(131)이 실링 가스켓(132)의 돌출부(132b)를 밀고 위로 이동하는 것을 용이하게 한다. 그리고, 상기 홈부(131e)는 홀더(132)가 끼워지는 공간을 제공하여, 홀더(132)가 금속캔(131)을 안정적인 상태로 홀딩할 수 있게 한다. 위와 같은 금속캔(131)은 예를 들어 인청동(phosphor bronze) 또는 베릴륨동(beryllium copper)으로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 실링 가스켓(132)은 절연성 재질로 형성되며, 캡 플레이트(161)와 금속캔(131) 사이에 배치된다. 이러한 실링 가스켓(132)은 캡 플레이트(161)와 금속캔(131)의 단락을 방지한다. 또한, 상기 실링 가스켓(132)은 캡 플레이트(161)와 금속캔(131) 사이의 공간을 실링하여, 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 금속캔(131)의 내부 및 캡 플레이트(161)의 하부 사이의 영역과 금속캔(131)의 외부 및 케이스(150)의 내부 사이의 영역의 압력 차이가 나도록 하여 금속캔(131)이 위로 이동되게 한다. 상기 실링 가스켓(132)은 금속캔(131)과 대응되는 영역에 형성되는 개구(132a)를 포함하며, 개구(132a)를 통해 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 금속캔(131)이 캡 플레이트(161)에 접촉하여 단락을 유발시킬 수 있도록 하는 경로를 제공한다. 또한, 상기 실링 가스켓(132)은 개구(132a)의 상부 내측에 형성되는 돌출부(132b)를 포함하며, 돌출부(132b)는 금속캔(131)의 볼록부(131d)의 끝단과 밀착된다. 이러한 실링 가스켓(132)은 돌출부(132b)를 통해 캡 플레이트(161)와 금속캔(131) 사이의 공간을 실링하는 효율을 높인다. 여기서, 상기 실링 가스켓(132)은 억지 끼움 등의 방법에 의해 캡 플레이트(161)의 하면에 결합될 수 있다.
상기 홀더(133)는 제 1 연결부(121)의 하면 중 제 1 단락홀(126)의 가장자리 영역에 배치되며, 금속캔(131)의 홈부(131e)에 끼워진다. 상기 홀더(133)는 제 1 단락홀(126)과 대응되는 영역에 개구(133a)를 가지는 오링으로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이러한 홀더(133)는 금속캔(131)을 고정하여, 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 작은 경우에서 미세 진동과 같은 외력에 의해 금속캔(131)이 위로 이동하는 것을 방지한다. 한편, 상기 홀더(133)는 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되어 금속캔(131)이 위로 이동할 경우 홀더(133)를 밀고 이동할 수 있도록 변형이 가능한 물질, 예를 들어 플라스틱 물질로 형성될 수 있다.
상기 제 2 집전판(140)은 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(110)의 타측 단부로 돌출된 제 2 전극 무지부(112a)와 접촉됨으로써, 제 2 전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 집전판(140)은 제 2 연결부(141), 제 2 연장부(143) 및 제 2 단자홀(144)을 포함한다.
상기 제 2 연결부(141)는 전극 조립체(110)의 상부와 캡 조립체(160)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성된다.
상기 제 2 연장부(143)는 제 2 연결부(141)의 단부에서 절곡되고 연장되며, 제 2 전극 무지부(112a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성된다. 여기서, 상기 제 2 연결부(141)와 제 2 연장부(143)가 만나는 모서리를 'C' 라고 하기로 하며, 상기 제 2 연결부(141)와 제 2 연장부(143)는 상기 모서리(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 제 2 단자홀(144)은 제 2 연결부(141)의 일측에 형성되며, 제 2 연결부(141) 중 캡 조립체(160)의 제 2 전극 단자(163)가 끼워지는 공간을 제공한다. 여기서, 상기 제 2 단자홀(144)은 제 2 연결부(141) 중 모서리(C)와 이격되게 위치한다.
상기 케이스(150)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(140)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(150)와 캡 조립체(160)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(160)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(150)의 내면은 절연처리되어, 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 제 2 집전판(140) 및 캡 조립체(160)와 절연된다. 여기서, 상기 케이스(150)는 하나의 극성, 예를 들어 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 조립체(160)는 케이스(150)에 결합된다. 상기 캡 조립체(160)는 구체적으로 캡 플레이트(161), 제 1 전극 단자(162), 제 2 전극 단자(163), 가스켓(164), 너트(165)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 캡 조립체(160)는 마개(166), 벤트 플레이트(167), 제 1 상부 절연 부재(168), 연결 부재(169), 제 1 하부 절연 부재(170) 및 제 2 하부 절연 부재(171)를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(161)는 케이스(150)의 개구를 밀봉하며, 케이스(150)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 캡 플레이트(161)는 케이스(150)와 동일한 극성을 가질 수 있다. 상기 캡 플레이트(161)는 전해액 주입구(161a), 벤트홀(161b), 및 단락홈(161c)을 가질 수 있다. 여기서, 상기 단락홈(161c)은 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 금속캔(131)이 위로 이동하여 캡 플레이트(161)에 접촉할 수 있는 공간을 제공한다.
상기 제 1 전극 단자(162)는 캡 플레이트(161)의 일측을 관통하여 제 1 집전판(120)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 전극 단자(162)는 기둥형으로 형성될 수 있으며, 캡 플레이트(161)의 상부로 노출된 상부 기둥의 외주연에는 나사산이 형성되고, 캡 플레이트(161)의 하부에 위치하는 하부 기둥은 제 1 집전판(120)의 제 1 단자홀(124)에 끼워지며 제 1 집전판(120)으로부터 빠지지 않도록 형성된 플랜지(162a)를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 전극 단자(162)는 캡 플레이트(161)와 절연된다.
상기 제 2 전극 단자(163)는 캡 플레이트(161)의 타측을 관통하여 제 2 집전판(140)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 전극 단자(163)는 플랜지(163a)를 포함하며, 이러한 제 2 전극 단자(163)는 제 1 전극 단자(162)와 동일한 형상을 가지므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 제 2 전극 단자(163)는 캡 플레이트(161)와 전기적으로 연결된다.
상기 가스켓(164)은 절연성 재질로 제 1 전극 단자(162) 및 제 2 전극 단자(163) 각각과 캡 플레이트(161) 사이에 형성되어 제 1 전극 단자(162) 및 제 2 전극 단자(163) 각각과 캡 플레이트(161) 사이의 공간을 밀봉시킨다. 이러한 가스켓(164)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 너트(165)는 제 1 전극 단자(162) 및 제 2 전극 단자(163) 각각에 형성된 나사산을 따라 체결되어 제 1 전극 단자(162) 및 제 2 전극 단자(163) 각각을 캡 플레이트(161)에 고정시킨다.
상기 마개(166)는 캡 플레이트(161)의 전해액 주입구(161a)를 밀봉하며, 벤트 플레이트(167)는 캡 플레이트(161)의 벤트홀(161b)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(167a)를 포함한다.
상기 제 1 상부 절연 부재(168)는 제 1 전극 단자(162)와 캡 플레이트(161) 사이에 위치하며 제 1 전극 단자(162)가 끼워지도록 형성된다. 또한, 상기 제 1 상부 절연 부재(168)는 캡 플레이트(161)와 가스켓(164)에 밀착된다. 이러한 제 1 상부 절연 부재(168)는 제 1 전극 단자(162)와 캡 플레이트(161)를 절연시키는 역할을 한다.
상기 연결 부재(169)는 제 2 전극 단자(163)와 캡 플레이트(161) 사이에 위치하며, 제 2 전극 단자(163)가 끼워지도록 형성된다. 또한, 상기 연결 부재(169)는 너트(165)를 통해서 캡 플레이트(161)와 가스켓(164)에 밀착된다. 이러한 연결 부재(169)는 제 2 전극 단자(163)와 캡 플레이트(161)를 전기적으로 연결한다.
상기 제 1 하부 절연 부재(170)는 제 1 집전판(120)과 캡 플레이트(161) 사이에 위치하며, 제 1 집전판(120)의 제 1 연결부(121)를 커버하도록 형성된다. 이러한 제 1 하부 절연 부재(170)는 절연 재질로 형성되어 제 1 집전판(121)과 캡 플레이트(161) 간 불필요한 단락을 방지한다. 상기 제 1 하부 절연 부재(170)는 캡 플레이트(161)의 하면과 접촉하는 상면(170a)과, 상면(170a)의 가장 자리로부터 전극 조립체(110) 방향으로 연장되는 측면들(170b)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 하부 절연 부재(170)는 제 1 전극 단자(162)가 관통될 수 있도록 제 1 전극 단자(162)와 대응되는 영역에 형성되는 단자 통과용 홀(170c)과, 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 금속캔(131)이 위로 이동하는 경로를 제공하도록 금속캔(131)과 대응되는 영역에 형성되는 노출홀(170d)을 포함한다. 한편, 도면에는 도시되진 않았지만, 상기 제 1 하부 절연 부재(170)는 단락 부재(130)의 금속캔(131)을 홀딩할 수 있는 구조로 형성될 수 있으며, 이 경우, 단락 부재(130)의 홀더(133)는 생략될 수 있다.
상기 제 2 하부 절연 부재(171)는 제 2 집전판(140)과 캡 플레이트(161) 사이에 위치하며, 제 2 집전판(140)의 제 2 연결부(141)를 커버하도록 형성된다. 이러한 제 2 하부 절연 부재(171)는 절연 재질로 형성되어 제 2 집전판(141)과 캡 플레이트(161) 간 불필요한 단락을 방지한다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 내부에 금속캔(131), 실링 가스켓(132) 및 홀더(133)를 포함하는 단락 부재(130)를 구비함으로써, 종래의 이차 전지에서 단락 부재가 캡 조립체의 외부로 노출되는 경우 필요로 했던 부품의 수를 줄이면서 과충전 등에 의해 단락이 발생할 경우 전류의 흐름을 차단할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제조 비용 및 제조 공정을 줄이고 더불어 중량 및 부피를 줄이면서 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 단락 부재(130)를 통해 종래의 이차 전지에서 단락 부재가 캡 조립체의 외부로 노출되는 경우 외부의 수분이 단락 부재 부분으로 유입되어 단락을 발생시키는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 단락 부재(130)를 통해 종래의 이차 전지에서 단락 부재가 캡 조립체의 외부로 노출되는 경우에 비해 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 단락 부재(130)를 통해 종래의 이차 전지에서 단락 부재가 캡 조립체의 외부로 노출되는 경우에 비해 캡 조립체(160)의 조립성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 단락 부재(130)를 통해 종래의 이차 전지에서 단락 부재가 얇은 플레이트로 형성되어 단락 유도시 단락 부재가 멜팅되는 현상을 방지할 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3에 대응되는 부분을 도시한 단면도이고, 도 7은 도 6의 금속캔이 캡 플레이트에 접촉하는 동작을 보여주는 단면도이고, 도 8은 도 6의 구성을 일부 도시한 분리 사시도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 단락 부재(230)의 구성만 다를 뿐, 동일한 구성을 가지며 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 단락 부재(230)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 단락 부재(230), 제 2 집전판(140), 케이스(150) 및 캡 조립체(160)를 구비한다.
상기 단락 부재(230)는 금속캔(231), 실링 가스켓(232) 및 홀더(133)를 포함하며, 단락 부재(130)와 유사하다. 다만, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 금속캔(231)이 금속캔(131)의 볼록부(131d) 대신 오목부(231d)를 포함한다. 상기 오목부(231d)는 금속캔(231)으로부터 내측 방향으로 돌출되게 형성되며, 볼록부(131d)와 마찬가지로 곡률을 가져, 도 7에 도시된 바와 같이 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 금속캔(231)이 실링 가스켓(232)의 돌출부(232b)를 밀고 위로 이동하는 것을 용이하게 한다. 또한, 실링 가스켓(232)의 돌출부(232b)는 실링 가스켓(132)의 돌출부(132b) 보다 개구(132a) 내측으로 더 돌출된다. 이는 오목부(231d)로 형성되는 금속캔(231)과 캡 플레이(161) 사이에 형성된 공간을 실링하는 효율을 높이기 위해서이다. 여기서, 상기 오목부(231d)의 끝단은 실링 가스켓(232)의 돌출부와 밀착된다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에 관해 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 3에 대응되는 부분을 도시한 단면도이고, 도 10은 도 9의 금속캔이 캡 플레이트에 접촉하는 동작을 보여주는 단면도이고, 도 11은 도 9의 구성을 일부 도시한 분리 사시도이다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 2에 도시된 이차 전지(100)와 비교하여 단락 부재(330)의 구성만 다를 뿐, 동일한 구성을 가지며 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지에서 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 단락 부재(330)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
도 9 내지 11을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 단락 부재(330), 제 2 집전판(140), 케이스(150) 및 캡 조립체(160)를 구비한다.
상기 단락 부재(330)는 금속캔(331), 실링 가스켓(132) 및 홀더(133)를 포함하며, 단락 부재(130)와 유사하다. 다만, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 금속캔(331)은 볼록부(131d) 상에 형성되며 하면(131b)과 마주보는 상면(331f)을 더 포함한다. 상기 상면(331f)은, 도 10에 도시된 바와 같이 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 금속캔(331)이 위로 이동하여 캡 플레이트(161)에 접촉시 접촉 면적을 크게 하여 단락 유도를 용이하게 한다. 여기서, 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 금속캔(331)의 상부 및 캡 플레이트(161)의 하부 사이의 영역과 금속캔(331)의 외부 및 케이스(150)의 내부 사이의 영역의 압력 차이가 나서, 금속캔(331)이 위로 이동된다.
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.
100: 이차 전지 110: 전극 조립체
120: 제 1 집전판 130, 230, 330: 단락 부재
140: 제 2 집전판 150: 케이스
160: 캡 조립체
120: 제 1 집전판 130, 230, 330: 단락 부재
140: 제 2 집전판 150: 케이스
160: 캡 조립체
Claims (19)
- 전극 조립체;
상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되며, 단락홀을 가지는 집전판;
상기 단락홀에 설치되는 금속캔을 포함하는 단락 부재;
상기 전극 조립체와 집전판을 수용하며, 개구를 가지는 케이스; 및
상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 가지는 캡 조립체를 포함하며,
상기 금속캔은 상기 캡 플레이트와 마주보는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속캔은 상기 캡 플레이트와 이격되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속캔과 상기 캡 플레이트는 도전성 재질로 형성되며, 서로 다른 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속캔은 상기 이차 전지의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 상기 캡 플레이트에 접촉하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 단락 부재는
상기 캡 플레이트와 상기 금속캔 사이에 형성되며, 상기 금속캔과 대응되는 영역에 형성되는 개구와 상기 개구의 상부 내측에 형성되는 돌출부를 포함하는 실링 가스켓; 및
상기 집전판의 하면 중 상기 단락홀의 가장자리 영역에 배치되는 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 금속캔은 속이 빈 용기 형상이며,
측면;
상기 측면과 연결된 하면;
상기 측면과 상기 하면에 의해 형성된 중공;
상기 측면의 상부 끝단에 형성된 볼록부; 및
상기 측면의 하부 외측에 형성된 홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 볼록부는 상기 금속캔으로부터 외측 방향으로 돌출되며,
상기 볼록부의 끝단과 상기 실링 가스켓의 돌출부가 밀착되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 홀더는 상기 단락홀과 대응되는 영역에 형성되는 개구를 가지며, 상기 홈부에 끼워지는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 금속캔은 속이 빈 용기 형상이며,
측면;
상기 측면과 연결된 하면;
상기 측면과 상기 하면에 의해 형성된 중공;
상기 측면의 상부 끝단에 형성된 오목부; 및
상기 측면의 하부 외측에 형성된 홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 9 항에 있어서,
상기 오목부는 상기 금속캔으로부터 내측 방향으로 돌출되며,
상기 오목부의 끝단과 상기 실링 가스켓의 돌출부가 밀착되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 금속캔은 상기 볼록부 상에 형성되며 상기 하면과 마주보는 상면을 더 포함하며,
상기 볼록부의 끝단은 상기 실링 가스켓의 돌출부와 밀착되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 실링 가스켓은 절연성 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 홀더는 플라스틱 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속캔은 인청동(phosphor bronze) 또는 베릴륨동(beryllium copper)로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 집전판은
상기 전극 집전체의 상부와 상기 캡 조립체 하부 사이에 설치되며, 상기 단락홀이 위치하는 연결부; 및
상기 연결부의 단부에서 절곡되고 연장되며, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결된 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 15 항에 있어서,
상기 집전판은 상기 연결부 중 상기 연장부와 인접한 영역에 형성된 퓨즈홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 캡 플레이트는 상기 금속캔과 마주보는 영역에 형성되는 단락홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 집전판과 상기 캡 플레이트 사이에 위치하며, 상기 집전판을 덮도록 형성되는 하부 절연 부재를 더 포함하며,
상기 하부 절연 부재는 금속캔과 대응되는 영역에 형성되는 노출홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 전극 조립체;
상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 집전판;
상기 전극 조립체와 집전판을 수용하며, 개구를 가지는 케이스;
상기 케이스의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 가지는 캡 조립체; 및
상기 케이스와 캡 조립체 사이의 공간 중 상기 집전판에 설치되며 상기 캡 플레이트와 마주보는 금속캔을 포함하는 단락 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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