KR20120134470A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면은 외력에 의하여 케이스가 변형되는 경우, 전극 조립체가 변형되기 전에 전극 조립체 외부에서 단락을 유발하여 전극 조립체의 전압을 감소시키는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체, 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되어 상기 전극 조립체의 적어도 일면에 배치되는 금속 지지판, 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되며 상기 금속 지지판과 전기적으로 절연되어 상기 전극 조립체와 상기 금속 지지판을 내장하는 케이스를 포함하며, 상기 금속 지지판은 상기 케이스의 내면을 향하여 돌출되는 돌기부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체, 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되어 상기 전극 조립체의 적어도 일면에 배치되는 금속 지지판, 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되며 상기 금속 지지판과 전기적으로 절연되어 상기 전극 조립체와 상기 금속 지지판을 내장하는 케이스를 포함하며, 상기 금속 지지판은 상기 케이스의 내면을 향하여 돌출되는 돌기부를 더 포함한다.
Description
본 기재는 케이스의 변형에 대한 안전성을 향상시키는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행할 수 있다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대용 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차나 전기 자동자의 모터 구동용 전원 또는 대용량 전력 저장 장치로 사용된다.
예를 들면, 각형 이차 전지는 세퍼레이터의 양면에 양극과 음극을 구비하는 전극 조립체, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 케이스를 밀폐하는 캡 플레이트, 및 캡 플레이트에 설치되고 전극 조립체에 연결되는 전극단자를 포함한다.
도전성 이물질(예를 들면, 못이나 송곳)이 이차 전지의 케이스를 관통 및 침입하여 전극 조립체로 진입하는 경우, 도전성 이물질에 의하여 전극 조립체의 내부에서 단락(short)이 발생될 수 있다. 또한, 외력이 가해져 이차 전지의 케이스가 변형되는 경우, 케이스의 변형에 이어지는 전극 조립체의 변형에 의하여 전극 조립체의 내부에서 단락이 발생될 수 있다.
전극 조립체의 내부에서 단락이 발생되면, 충전된 양극과 음극 사이의 전위차가 급격히 좁아지면서 열이 발생되고 전해액이 분해된다. 전해액이 분해되면서 메탄, 수소 및 이산화탄소와 같은 가스가 대량으로 발생되어 이차 전지의 내부 온도 및 내부 압력이 급격히 상승하면서 이차 전지가 발화 또는 폭발될 수 있다.
본 발명의 일 측면은 외력에 의하여 케이스가 변형되는 경우, 전극 조립체가 변형되기 전에 전극 조립체의 외부에서 단락을 유발하여 전극 조립체의 전압을 감소시키는 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 측면은 도전성 이물질이 케이스를 관통 침입하는 경우, 도전성 이물질이 전극 조립체로 진입하기 전극 조립체의 외부에서 단락을 유발하여 전극 조립체의 전압을 감소시키는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체, 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되어 상기 전극 조립체의 적어도 일면에 배치되는 금속 지지판, 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되며 상기 금속 지지판과 전기적으로 절연되어 상기 전극 조립체와 상기 금속 지지판을 내장하는 케이스를 포함하며, 상기 금속 지지판은 상기 케이스의 내면을 향하여 돌출되는 돌기부를 더 포함한다.
상기 금속 지지판은, 상기 전극 조립체의 일면에 대향하는 평면부, 및 상기 평면부의 일측에서 상기 전극 조립체를 따라 절곡되어 상기 제1 전극의 무지부에 연결되는 접합부를 포함할 수 있다.
상기 돌기부는, 상기 평면부 및 상기 접합부 중 적어도 일측에 형성될 수 있다.
상기 돌기부는, 상기 접합부에서 상기 무지부의 단부를 따라 절곡되고, 상기 무지부의 단부에서 상기 케이스를 향하여 다시 절곡되는 제1 돌기부를 포함할 수 있다.
상기 돌기부는, 상기 접합부 반대측의 상기 평면부에서 상기 전극 조립체를 따라 절곡되고 상기 전극 조립체의 단부에서 상기 케이스를 향하여 다시 절곡되는 제2 돌기부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함하며, 상기 돌기부는, 상기 평면부의 상부에서 상기 전극 조립체의 상부를 따라 절곡되고 상기 상부에서 상기 캡 플레이트를 향하여 다시 절곡되는 제3 돌기부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 상기 전극 조립체와 상기 금속 지지판 사이에 개재되는 제1 절연부재, 및 상기 금속 지지판과 상기 케이스 사이에 개재되는 제2 절연부재를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 지지판은, 상기 전극 조립체의 양면에 대향하는 제1 평면부와 제2 평면부, 및 상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 서로 마주하는 일측에서 상기 전극 조립체를 따라 절곡되어 일체로 형성되고, 서로의 사이에 상기 제1 전극의 무지부를 개재하여 상기 제1 전극의 무지부에 연결되는 접합부를 포함할 수 있다.
상기 돌기부는, 상기 접합부에서 절개되어 상기 무지부의 단부에서 상기 케이스를 향하여 절곡되는 제1 돌기부를 포함할 수 있다.
상기 돌기부는, 상기 접합부 반대측의 상기 제1 평면부 및 상기 제2 평면부에서 상기 전극 조립체를 따라 절곡되고 상기 전극 조립체의 단부에서 상기 케이스를 향하여 다시 절곡되어 서로 마주하는 1쌍의 제2 돌기부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함하며, 상기 돌기부는, 상기 제1 평면부 및 상기 제2 평면부의 상부에서 상기 전극 조립체의 상부를 따라 절곡되고 상기 상부에서 상기 캡 플레이트를 향하여 다시 절곡되어 서로 마주하는 1쌍의 제3 돌기부를 포함할 수 있다.
상기 금속 지지판은, 상기 전극 조립체의 양면에 대향하여 배치되는 제1 금속 지지판과, 제2 금속 지지판을 포함하며, 상기 돌기부는, 상기 제1 금속 지지판과 상기 제2 금속 지지판에서 서로 대향하여 형성될 수 있다.
상기 제1 금속 지지판 및 상기 제2 금속 지지판은, 상기 전극 조립체의 양면에 대향하는 각 평면부, 및 각 평면부의 일측에서 상기 전극 조립체를 따라 절곡되어 서로 대향하여 상기 제1 전극의 무지부에 연결되는 접합부를 포함할 수 있다.
상기 돌기부는, 상기 접합부에서 상기 무지부의 단부를 따라 절곡되고, 상기 무지부의 단부에서 상기 케이스를 향하여 다시 절곡되어 서로 마주하는 1쌍의 제1 돌기부를 포함할 수 있다.
상기 금속 지지판은, 상기 전극 조립체의 적어도 일면에 대향하는 평면부, 및 상기 평면부의 일측에 형성되어 상기 제1 전극의 무지부에 연결되는 접합부를 포함하며, 상기 돌기부는, 상기 평면부 및 상기 접합부 중 적어도 일측에 형성되며 단부에 요철 또는 톱니는 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 외력에 의하여 케이스가 변형될 때, 전극 조립체가 변형되기 전에 전극 조립체의 외부에서 단락을 유도하는 효과가 있다. 또한 도전성 이물질이 케이스를 관통 침입할 때, 도전성 이물질이 전극 조립체로 진입하기 전에 전극 조립체의 외부에서 단락을 유도하는 효과가 있다. 따라서 케이스의 변형이 더 진행되어 전극 조립체가 단락될 때에는 전극 조립체의 전압은 이미 감소한 상태로 변환되어 있으므로 이차 전지의 발화나 폭발이 방지된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 전극 조립체, 제1 절연부재, 금속 지지판 및 제2 절연부재의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체와 금속 지지판의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선에 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체와 금속 지지판의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선에 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체와 금속 지지판의 분해 사시도이다.
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ 선에 따른 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 전극 조립체, 제1 절연부재, 금속 지지판 및 제2 절연부재의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체와 금속 지지판의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선에 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체와 금속 지지판의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선에 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체와 금속 지지판의 분해 사시도이다.
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ 선에 따른 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이며, 도 3은 전극 조립체(10), 제1 절연부재(61), 금속 지지판(30) 및 제2 절연부재(62)의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 수용하는 케이스(20), 및 전극 조립체(10)와 케이스(20) 사이에 절연 구조로 개재되는 금속 지지판(30)을 포함한다.
제1 실시예의 이차 전지(100)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형으로 이루어진다. 다만, 본 발명은 각형 이차 전지(100)에 제한되지 않고, 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 이차 전지에 적용될 수 있다.
제1 실시예에서, 전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 제1 전극(이하, "음극"이라 한다)(11)과 제2 전극(이하, "양극"이라 한다)(12)을 배치하고, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 적층 및 귄취하여 형성된다. 전극 조립체(10)는 외면에 마감 테이프(미도시)를 구비하여 권취 형태를 유지할 수 있다.
음극(11) 및 양극(12)은 각각 금속 박막의 집전체에 활물질을 도포하여 형성되며, 활물질이 도포된 코팅부(11a, 12a)와 활물질이 도포되지 않고 집전체가 노출된 무지부(11b, 12b)를 포함한다. 예를 들면, 음극(11)은 구리 박막의 집전체로 형성되고, 양극(12)은 알루미늄 박막의 집전체로 형성될 수 있다.
음극(11)의 무지부(11b)는 권취되는 음극(11)을 따라 음극(11)의 한 쪽 단부를 형성한다. 양극(12)의 무지부(12b)는 권취되는 양극(12)을 따라 양극(12)의 한 쪽 단부를 형성한다. 무지부들(11b, 12b)은 전극 조립체(10)의 양쪽에 배치되어 양쪽 단부를 형성한다.
또한, 전극 조립체는 세퍼레이터를 사이에 두고 단일 판으로 각각 이루어지는 음극과 양극을 적층하거나, 음극, 세퍼레이터 및 양극을 지그재그 방식으로 접어서 적층하여 이루어질 수 있다(미도시).
케이스(20)는 일측에 개구를 가지는 직육면체의 형상으로 이루어져, 전극 조립체(10)의 삽입을 가능하게 하고, 전극 조립체(10)와 전해액의 수용 공간을 설정한다.
금속 지지판(30)은 전극 조립체(10)와 케이스(20) 사이에 개재되어, 전극 조립체(10)가 변형되어 내부에서 단락되기 전에 전극 조립체(10)의 외부에서 단락을 유발할 수 있도록 구성된다. 제1 실시예에서 금속 지지판(30)은 음극(11)에 전기적으로 연결되어 음극성을 가진다. 또한 금속 지지판은 양극에 연결될 수도 있다(미도시)
예를 들면, 이차 전지(100)에 외력이 작용하는 경우, 케이스(20)가 변형되고, 케이스(20)의 변형에 이어서 전극 조립체(10)가 변형될 수 있다. 이때, 금속 지지판(30)은 전극 조립체(10)의 내부 단락 전에 전극 조립체(10)의 외부에서 단락을 유발하여, 전극 조립체(10)에 충전된 전압을 전극 조립체(10)의 외부에서 신속히 감소시킬 수 있게 한다.
금속 지지판(30)의 구체적인 설명에 앞서 캡 플레이트(40)와 제1, 제2 단자(51, 52)에 대하여 먼저 설명한다. 이차 전지(100)는 케이스(20)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(40), 캡 플레이트(40)의 제1, 제2 단자홀(41, 42)에 설치되는 제1 단자(이하 "음극 단자"라 한다)(51)와 제2 단자(이하 "양극 단자"라 한다)(52)를 포함한다.
케이스(20)는 양극 단자(52)에 전기적으로 연결되어 양극성을 가진다. 즉 이차 전지(100)에서 케이스(20)의 내부에 위치하는 금속 지지판(30)이 음극(11)에 전기적으로 연결되고, 외부에 위치하는 케이스(20)가 양극(12)에 전기적으로 연결된다. 따라서 전극 조립체(10)의 외부에서 변형되는 케이스(20) 및 금속 지지판(30)이 서로 단락될 수 있다. 또한 금속 지지판이 양극에 연결되고, 케이스가 음극에 연결될 수도 있다(미도시).
예를 들면, 캡 플레이트(40)는 알루미늄으로 형성되어 개구에 설치됨으로써 케이스(20)를 밀폐한다. 캡 플레이트(40)는 전해액 주입구(43)와 벤트 홀(44)을 구비한다. 전해액 주입구(43)는 케이스(20)에 캡 플레이트(40)를 결합한 후, 케이스(20) 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(43)는 밀봉 마개(45)로 밀봉된다. 벤트 홀(44)은 이차 전지(100)의 내부 압력을 배출할 수 있게 하며, 벤트 플레이트(46)로 밀폐된다. 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(46)가 절개되어 벤트 홀(44)을 개방한다.
음극 단자(51) 및 양극 단자(52)는 캡 플레이트(40)를 관통하는 제1, 제2 단자홀(41, 42)에 각각 설치되어, 전극 조립체(10)의 음극(11)과 양극(12)에 각각 전기적으로 연결된다. 즉 전극 조립체(10)는 음극 단자(51) 및 양극 단자(52)를 통하여 케이스(20)의 외부로 인출된다.
그리고 케이스(20)는 양극 단자(52)를 통하여 전극 조립체(10)의 양극(12) 무지부(12b)에 전기적으로 연결된다. 이때, 양극 단자(52)와 제2 단자홀(42)은 전기적인 연결 구조를 형성한다. 따라서 전극 조립체(10)의 양극(12), 양극 단자(52), 제2 단자홀(42)의 캡 플레이트(40) 및 케이스(20)는 양극성을 가지게 된다.
예를 들면, 양극 단자(52)는 제2 단자홀(42)에 도전부재(49)를 구비하여 캡 플레이트(40)에 전기적으로 연결된다. 도전부재(49)는 양극 단자(52)와 제2 단자홀(42)의 내면 사이에서 제2 단자홀(42)의 상측에 설치되어, 양극 단자(52)와 제2 단자홀(42)를 전기적으로 연결한다. 또한 도전부재(49)는 캡 플레이트(40)의 외측에서 양극 단자(52)에 나사 결합되는 너트(492)와 캡 플레이트(40) 사이에 더 연장 설치되어, 너트(492)와 캡 플레이트(40)의 사이를 전기적으로 더 연결시킨다.
케이스(20)와 전기적으로 절연된 금속 지지판(30)은 음극(11)의 무지부(11b)를 통하여 음극 단자(51)에 전기적으로 연결된다. 이때, 음극 단자(51)와 제1 단자홀(41)은 전기적인 절연 구조를 형성한다.
예를 들면, 음극 단자(51)는 제1 단자홀(41)에 인슐레이터(48)를 구비하여 캡 플레이트(40)와 전기적으로 절연된다. 인슐레이터(48)는 음극 단자(51)와 제1 단자홀(41)의 내면 사이에서 제1 단자홀(41)의 상측에 설치되어, 음극 단자(51)와 제1 단자홀(41) 사이를 실링하고 절연시킨다. 또한 인슐레이터(48)는 캡 플레이트(40)의 외측에서 음극 단자(51)에 나사 결합되는 너트(491)와 캡 플레이트(40) 사이에 더 연장되어, 너트(491)와 캡 플레이트(40)의 사이를 전기적으로 절연시킨다.
또한, 음극 단자(51) 및 양극 단자(52)는 케이스(20)의 내측에 형성되는 플랜지(51b, 52b)를 각각 구비한다. 음, 양극 단자(51, 52)와 제1, 제2 단자홀(41, 42)의 내면 사이에 개스킷(471, 472)이 개재된다. 개스킷(471, 472)은 제1, 제2 단자홀(41, 42)의 하측 부분을 실링하여, 제1, 제2 단자홀(41, 42)을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지한다. 또한 개스킷(471, 472)은 플랜지(51b, 52b)와 캡 플레이트(40) 사이로 더 연장되어, 플랜지(51b, 52b)와 캡 플레이트(40)의 사이를 실링한다.
음, 양극 단자(51, 52)는 제1, 제2 리드 탭(71, 72)으로 전극 조립체(10)에 각각 전기적으로 연결되고, 제1, 제2 리드 탭(71, 72)은 제1, 제2 전극 절연부재(73, 74)에 의하여 캡 플레이트(40)와 전기적으로 절연된다.
예를 들면, 제1 전극 리드 탭(이하, "음극 리드 탭" 이라 한다)(71)은 일측으로 음극 단자(51)에 연결되고, 다른 일측으로 전극 조립체(10)의 음극(11) 무지부(11b)에 연결된다. 음극 리드 탭(71)의 일측은 음극 단자(51)의 플랜지(51b)에 용접되고, 다른 일측은 음극(11)의 무지부(11b)에 용접되어 도전 구조를 형성한다.
제2 전극 리드 탭(이하, "양극 리드 탭" 이라 한다)(72)은 일측으로 양극 단자(52)에 연결되고, 다른 일측으로 전극 조립체(10)의 양극(12) 무지부(12b)에 연결된다. 양극 리드 탭(72)의 일측은 양극 단자(52)의 플랜지(52b)에 용접되고, 다른 일측은 양극(12)의 무지부(12b)에 용접되어 도전 구조를 형성한다.
제1 전극 절연부재(이하, "음극 절연부재"라 한다)(73)는 음극 리드 탭(71)과 캡 플레이트(40) 사이에 설치되어, 음극 리드 탭(71)과 캡 플레이트(40)를 전기적으로 절연시킨다. 제2 전극 절연부재(이하, "양극 절연부재"라 한다)(74)는 양극 리드 탭(72)과 캡 플레이트(40) 사이에 설치되어, 양극 리드 탭(72)과 캡 플레이트(40)를 전기적으로 절연시킨다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 금속 지지판(30)은 제1 절연부재(61)를 개재하여 전극 조립체(10)의 넓은 전면과 배면 중 일면에 배치되고, 제2 절연부재(62)를 개재하여 케이스(20)에 내장된다. 금속 지지판(30)은 전극 조립체(10)의 일면에 배치된다.
제1 절연부재(61)는 금속 지지판(30)과 전극 조립체(10)를 전기적으로 절연시키며, 금속 지지판(30)의 내면에 부착되는 절연 시트로 형성되거나 금속 지지판(30)의 내면에 코팅되는 코팅층으로 형성될 수 있다.
제2 절연부재(62)는 금속 지지판(30)과 케이스(20)를 전기적으로 절연시키며, 케이스(20)의 내면 또는 금속 지지판(30)의 외면에 부착되는 절연 시트로 형성되거나 케이스(20)의 내면 또는 금속 지지판(30)의 외면에 코팅되는 코팅층으로 형성될 수 있다.
금속 지지판(30)은 적어도 일측에 돌기부(31)를 구비하여 제2 절연부재(62) 및 케이스(20)의 내면을 향하고 있다. 외부 충격에 의하여 케이스(20)가 변형되어 제2 절연부재(62)와 케이스(20)가 전극 조립체(10) 측으로 밀려들어올 수 있다. 이때, 돌기부(31)는 밀려들어오는 제2 절연부재(62)를 천공하여 전극 조립체(10)의 외부에서 케이스(20)에 접촉되므로 금속 지지판(30)과 케이스(20)를 단락시킨다. 또한, 금속 지지판(30)은 도전성 이물질이 케이스(20) 및 제2 절연부재(62)를 관통하여 침입하는 경우, 도전성 이물질에 의하여 케이스(20)에 단락된다.
예를 들면, 금속 지지판(30)은 평면부(32)와 접합부(33)를 포함한다. 평면부(32)는 전극 조립체(10)의 전면 또는 배면에 대향하는 평면으로 형성되어 도전성 이물질의 침입시 전극 조립체(10)의 전 영역에 걸쳐서 단락을 효과적으로 유도할 수 있다. 접합부(33)는 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되는 부분으로써, 평면부(32)의 일측에서 전극 조립체(10)를 따라 절곡되어 음극(11)의 무지부(11b)에 용접된다. 음극(11)이 구리 박막 집전체로 형성되는 경우, 금속 지지판(30)이 구리로 형성된다. 음극이 알루미늄 박막으로 형성되는 경우 금속 지지판은 알루미늄으로 형성될 수 있다. 금속 지지판은 음극 또는 양극과 동일 재질로 형성되면, 접합부와 무지부의 용접성이 향상된다.
단락을 유도하는 돌기부(31)는 평면부(32) 또는 접합부(33)에 형성되며, 제1 실시예에서와 같이, 평면부(32)와 접합부(33)에 형성되어 있다. 도 3을 예로 들면, 돌기부(31)는 제1, 제2, 제3 돌기부(311, 312, 313)를 포함하며, 이차 전지(100)의 양측 및 상방과 같이 다양한 방향에서 외부 충격이 가해지는 경우에도 안전성을 확보할 수 있게 한다.
제1 돌기부(311)는 접합부(33)에서 무지부(11b)의 단부를 따라 절곡되고, 음극(11) 무지부(11b)의 단부에서 케이스(20)를 향하여 다시 절곡되어, 케이스(20) 변형시, 접합부(33) 측에서 단락을 유도한다.
제2 돌기부(312)는 접합부(33) 반대측의 평면부(32)에서 전극 조립체(10)의 단부를 따라 절곡되고 양극(12) 무지부(12b)의 단부에서 케이스(20)를 향하여 다시 절곡되어, 케이스(20) 변형시, 접합부(33) 반대측에서 단락을 유도한다. 도 4에서와 같이, 제2 돌기부(312)는 양극(12)의 무지부(12b)와 이격될 수도 있다.
제3 돌기부(313)는 평면부(32)의 상부에서 전극 조립체(10)의 상부를 따라 절곡되고 상부에서 캡 플레이트(40)를 향하여 다시 절곡되어(도 1 참조), 케이스(20) 및 캡 플레이트(40) 변형시, 캡 플레이트(40) 측에서 단락을 유도한다.
제3 돌기부(313)를 구비하는 경우, 제2 절연부재(62)는 금속 지지판(30)의 상부와 캡 플레이트(40) 사이를 절연할 수 있도록 상부가 폐쇄되는 구조를 형성한다. 따라서 제2 절연부재(62)는 음, 양극 리드 탭(71, 72)을 인출하는 인출구(621, 622)를 상부에 구비한다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예들에 대하여 설명하며, 제1 실시예 및 기설명된 실시예들과 비교하여, 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 비교 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지(200)에서, 전극 조립체(10)와 금속 지지판(35)의 분해 사시도이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선에 따른 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 금속 지지판(35)은 전극 조립체(10)의 양면에 대향하는 제1, 제2 평면부(351, 352)와 접합부(253)를 포함한다. 접합부(253)는 제1, 제2 평면부(351, 352)의 서로 마주하는 일측에서 전극 조립체(10)를 따라 절곡되어 일체로 형성되고, 서로의 사이에 음극(11)의 무지부(11b)를 개재하여 무지부(11b)에 용접된다.
이때, 제1 절연부재(261)는 전극 조립체(10)에서 음극(11) 무지부(11b)를 제외한 영역을 둘러싸는 구조로 형성된다. 제2 절연부재(262)는 금속 지지판(35)과 케이스(20) 사이에 개재되어 양측을 전기적으로 절연시킨다.
제1 돌기부(361)는 접합부(353)에서 절개되어 음극(11) 무지부(11b)의 단부에서 케이스(20)를 향하여 절곡되어, 케이스(20) 변형시, 접합부(353) 측에서 단락을 유도한다.
제2 돌기부(362)는 접합부(353) 반대측의 제1, 제2 평면부(351, 352)에서 전극 조립체(10)를 따라 각각 절곡되어 서로 마주하며, 전극 조립체(10)의 단부에서 케이스(20)를 향하여 다시 절곡되어, 케이스(20) 변형시, 접합부(353)의 반대측에서 단락을 유도한다. 도 6에서와 같이, 제2 돌기부(362)는 양극(12)의 무지부(12b)와 이격될 수도 있다.
제3 돌기부(363)는 제1, 제2 평면부(351, 352)의 상부에서 전극 조립체(10)의 상부를 따라 각각 절곡되어 서로 마주하며, 상부에서 캡 플레이트(40)를 향하여 다시 절곡되어, 케이스(20) 및 캡 플레이트(40) 변형시, 캡 플레이트(40) 측에서 단락을 유도한다.
제2 돌기부(362)가 접합부(352)의 반대측에서 쌍으로 형성되고, 제3 돌기부(363)가 캡 플레이트(40) 측에서 쌍으로 형성된다. 따라서 각 측에서 제2, 제3 돌기부(362, 363)는 케이스(20)의 변형시 효과적으로 단락을 유도할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지(300)에서, 전극 조립체(10)와 금속 지지판(37)의 분해 사시도이고, 도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선에 따른 단면도이다.
제1 실시예는 1개의 금속 지지판(30)을 전극 조립체(10)의 일면에 설치하고, 제2 실시예는 1개의 금속 지지판(35)을 전극 조립체(10)의 양면에 설치한다. 이에 비하여, 제3 실시예는 2개의 금속 지지판(37)을 전극 조립체(10)의 양면에 설치한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 금속 지지판(55)은 전극 조립체(10)의 양면에 대향하여 배치되는 제1, 제2 금속 지지판(56, 57)을 포함한다. 제1, 제2, 제3 돌기부(581, 582, 583)는 제1, 제2 금속 지지판(56, 57)에서 서로 대향하여 형성된다.
제1, 제2 금속 지지판(56, 57)은 전극 조립체(10)의 양면에 대향하는 각각의 평면부(561, 571), 및 음극(11)의 무지부(11b)에 연결되는 각각의 접합부(562, 572)를 포함한다. 접합부(562, 572)는 평면부(561, 571)의 일측에서 전극 조립체(10)를 따라 절곡되어 서로 대향하여 무지부(11b)에 용접된다.
제1 돌기부(581)는 접합부(562, 572)에서 음극(11) 무지부(11b)의 단부를 따라 절곡되어 서로 마주하고, 무지부(11b)의 단부에서 케이스(20)를 향하여 다시 절곡되어, 케이스(20) 변형시, 접합부(562, 572) 측에서 단락을 유도한다.
제2 돌기부(582)는 접합부(562, 572) 반대측의 평면부(561, 571)에서 전극 조립체(10)를 따라 각각 절곡되어 서로 마주하며, 전극 조립체(10)의 단부에서 케이스(20)를 향하여 다시 절곡되어, 케이스(20) 변형시, 접합부(562, 572)의 반대측에서 단락을 유도한다. 도 8에서와 같이, 제2 돌기부(582)는 양극(12)의 무지부(12b)와 이격될 수도 있다.
제3 돌기부(583)는 평면부(561, 571)의 상부에서 전극 조립체(10)의 상부를 따라 각각 절곡되어 서로 마주하며, 상부에서 캡 플레이트(40)를 향하여 다시 절곡되어, 케이스(20) 및 캡 플레이트(40) 변형시, 캡 플레이트(40) 측에서 단락을 유도한다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지(400)에서, 전극 조립체(10)와 금속 지지판(65)의 분해 사시도이고, 도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ 선에 따른 단면도이다. 제1 내지 제3 실시예에서와 달리, 제4 실시예의 금속 지지판(65)은 돌기부(66)를 형성하고, 돌기부(66)는 단부에 요철 또는 톱니를 형성한다. 요철 또는 톱니를 가지는 돌기부(66)는 케이스(20) 변형시 제2 절연부재(62)의 천공을 용이하게 하여, 케이스(20)와의 단락을 용이하게 한다. 따라서 제1 절연부재(61)로 절연되는 전극 조립체(10)의 외부에서 금속 지지판(65)의 돌기부(66)와 케이스(20)의 단락이 형성될 수 있다.
제4 실시예의 돌기부(66)는 제1 내지 제3 실시예에 모두 적용될 수 있다. 제1 실시예의 돌기부(31)는 제2 절연부재(62, 262)를 선으로 절개하여 케이스(20)에 선접촉 단락 구조를 형성하고, 제4 실시예의 돌기부(66)는 제2 절연부재(62)를 복수의 점으로 천공하여 케이스(20)에 복수의 점접촉 단락 구조를 형성한다.
이상을 통해 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.
10 : 전극 조립체 11 : 제1 전극(음극)
11a, 12a : 코팅부 11b, 12b : 무지부
12 : 제2 전극(양극) 13 : 세퍼레이터
20 : 케이스 30, 35, 37, 65 : 금속 지지판
31, 66 : 돌기부 32, 561, 571 : 평면부
33, 253, 353, 562, 572 : 접합부 40 : 캡 플레이트
41, 42 : 제1, 제2 단자홀 43 : 전해액 주입구
44 : 벤트 홀 45 : 밀봉 마개
46 : 벤트 플레이트 48 : 인슐레이터
49 : 도전부재 51 : 제1 단자(음극 단자)
52 : 제2 단자(양극 단자) 51b, 52b : 플랜지
56, 57 : 제1, 제2 금속 지지판 61, 261 : 제1 절연부재
62, 262 : 제2 절연부재 71 : 제1 전극 리드 탭(음극 리드 탭)
72 : 제2 전극 리드 탭(양극 리드 탭)
73 : 제1 전극 절연부재(음극 절연부재)
74 : 제2 전극 절연부재(양극 절연부재)
100, 200, 300, 400 : 이차 전지 311, 361, 581 : 제1 돌기부
312, 362, 582 : 제2 돌기부 313, 363, 583 : 제3 돌기부
351 : 제1 평면부 352 : 제2 평면부
471, 472 : 개스킷 491, 492 : 너트
621, 622 : 인출구
11a, 12a : 코팅부 11b, 12b : 무지부
12 : 제2 전극(양극) 13 : 세퍼레이터
20 : 케이스 30, 35, 37, 65 : 금속 지지판
31, 66 : 돌기부 32, 561, 571 : 평면부
33, 253, 353, 562, 572 : 접합부 40 : 캡 플레이트
41, 42 : 제1, 제2 단자홀 43 : 전해액 주입구
44 : 벤트 홀 45 : 밀봉 마개
46 : 벤트 플레이트 48 : 인슐레이터
49 : 도전부재 51 : 제1 단자(음극 단자)
52 : 제2 단자(양극 단자) 51b, 52b : 플랜지
56, 57 : 제1, 제2 금속 지지판 61, 261 : 제1 절연부재
62, 262 : 제2 절연부재 71 : 제1 전극 리드 탭(음극 리드 탭)
72 : 제2 전극 리드 탭(양극 리드 탭)
73 : 제1 전극 절연부재(음극 절연부재)
74 : 제2 전극 절연부재(양극 절연부재)
100, 200, 300, 400 : 이차 전지 311, 361, 581 : 제1 돌기부
312, 362, 582 : 제2 돌기부 313, 363, 583 : 제3 돌기부
351 : 제1 평면부 352 : 제2 평면부
471, 472 : 개스킷 491, 492 : 너트
621, 622 : 인출구
Claims (15)
- 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 조립체;
상기 제1 전극에 전기적으로 연결되어 상기 전극 조립체의 적어도 일면에 배치되는 금속 지지판; 및
상기 제2 전극에 전기적으로 연결되며 상기 금속 지지판과 전기적으로 절연되어 상기 전극 조립체와 상기 금속 지지판을 내장하는 케이스를 포함하며,
상기 금속 지지판은,
상기 케이스의 내면을 향하여 돌출되는 돌기부를 더 포함하는 이차 전지. - 제1 항에 있어서,
상기 금속 지지판은,
상기 전극 조립체의 일면에 대향하는 평면부, 및
상기 평면부의 일측에서 상기 전극 조립체를 따라 절곡되어 상기 제1 전극의 무지부에 연결되는 접합부
를 포함하는 이차 전지. - 제2 항에 있어서,
상기 돌기부는,
상기 평면부 및 상기 접합부 중 적어도 일측에 형성되는 이차 전지. - 제2 항에 있어서,
상기 돌기부는,
상기 접합부에서 상기 무지부의 단부를 따라 절곡되고, 상기 무지부의 단부에서 상기 케이스를 향하여 다시 절곡되는 제1 돌기부
를 포함하는 이차 전지. - 제2 항에 있어서,
상기 돌기부는,
상기 접합부 반대측의 상기 평면부에서 상기 전극 조립체를 따라 절곡되고 상기 전극 조립체의 단부에서 상기 케이스를 향하여 다시 절곡되는 제2 돌기부
를 포함하는 이차 전지. - 제2 항에 있어서,
상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함하며,
상기 돌기부는,
상기 평면부의 상부에서 상기 전극 조립체의 상부를 따라 절곡되고 상기 상부에서 상기 캡 플레이트를 향하여 다시 절곡되는 제3 돌기부
를 포함하는 이차 전지. - 제1 항에 있어서,
상기 전극 조립체와 상기 금속 지지판 사이에 개재되는 제1 절연부재, 및
상기 금속 지지판과 상기 케이스 사이에 개재되는 제2 절연부재
를 더 포함하는 이차 전지. - 제1 항에 있어서,
상기 금속 지지판은,
상기 전극 조립체의 양면에 대향하는 제1 평면부와 제2 평면부, 및
상기 제1 평면부와 상기 제2 평면부의 서로 마주하는 일측에서 상기 전극 조립체를 따라 절곡되어 일체로 형성되고, 서로의 사이에 상기 제1 전극의 무지부를 개재하여 상기 제1 전극의 무지부에 연결되는 접합부
를 포함하는 이차 전지. - 제8 항에 있어서,
상기 돌기부는,
상기 접합부에서 절개되어 상기 무지부의 단부에서 상기 케이스를 향하여 절곡되는 제1 돌기부
를 포함하는 이차 전지. - 제8 항에 있어서,
상기 돌기부는,
상기 접합부 반대측의 상기 제1 평면부 및 상기 제2 평면부에서 상기 전극 조립체를 따라 절곡되고 상기 전극 조립체의 단부에서 상기 케이스를 향하여 다시 절곡되어 서로 마주하는 1쌍의 제2 돌기부
를 포함하는 이차 전지. - 제8 항에 있어서,
상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트를 더 포함하며,
상기 돌기부는,
상기 제1 평면부 및 상기 제2 평면부의 상부에서 상기 전극 조립체의 상부를 따라 절곡되고 상기 상부에서 상기 캡 플레이트를 향하여 다시 절곡되어 서로 마주하는 1쌍의 제3 돌기부
를 포함하는 이차 전지. - 제1 항에 있어서,
상기 금속 지지판은,
상기 전극 조립체의 양면에 대향하여 배치되는 제1 금속 지지판과, 제2 금속 지지판을 포함하며,
상기 돌기부는,
상기 제1 금속 지지판과 상기 제2 금속 지지판에서 서로 대향하여 형성되는
이차 전지. - 제12 항에 있어서,
상기 제1 금속 지지판 및 상기 제2 금속 지지판은,
상기 전극 조립체의 양면에 대향하는 각 평면부, 및
각 평면부의 일측에서 상기 전극 조립체를 따라 절곡되어 서로 대향하여 상기 제1 전극의 무지부에 연결되는 접합부
를 포함하는 이차 전지. - 제13 항에 있어서,
상기 돌기부는,
상기 접합부에서 상기 무지부의 단부를 따라 절곡되고, 상기 무지부의 단부에서 상기 케이스를 향하여 다시 절곡되어 서로 마주하는 1쌍의 제1 돌기부
를 포함하는 이차 전지. - 제1 항에 있어서,
상기 금속 지지판은,
상기 전극 조립체의 적어도 일면에 대향하는 평면부, 및
상기 평면부의 일측에 형성되어 상기 제1 전극의 무지부에 연결되는 접합부
를 포함하며,
상기 돌기부는,
상기 평면부 및 상기 접합부 중 적어도 일측에 형성되며 단부에 요철 또는 톱니는 형성하는 이차 전지.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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