KR20130051279A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결된 제 1 집전체; 상기 전극 조립체 및 상기 제 1 집전체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구를 밀봉하고, 상기 제 1 집전체와 전기적으로 연결되며, 단락홀을 갖는 캡 플레이트; 상기 단락홀에 설치된 제 1 단락 부재; 및 상기 캡 플레이트의 상면으로부터 이격되고, 상기 제 1 단락 부재와 마주보며 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결된 제 2 단락 부재를 포함하고, 상기 제 1 집전체는 제 1 단락 부재와 인접한 위치에 형성된 퓨즈부를 포함하는 이차 전지를 개시한다.
일례로, 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결된 제 1 집전체; 상기 전극 조립체 및 상기 제 1 집전체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구를 밀봉하고, 상기 제 1 집전체와 전기적으로 연결되며, 단락홀을 갖는 캡 플레이트; 상기 단락홀에 설치된 제 1 단락 부재; 및 상기 캡 플레이트의 상면으로부터 이격되고, 상기 제 1 단락 부재와 마주보며 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결된 제 2 단락 부재를 포함하고, 상기 제 1 집전체는 제 1 단락 부재와 인접한 위치에 형성된 퓨즈부를 포함하는 이차 전지를 개시한다.
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 외부 단락에 의해 퓨즈부가 녹으면서 아크(arc)가 발생될 수 있다. 이와 같이 발생하는 아크는 퓨즈부뿐만 아니라 이차 전지의 다른 영역으로 전이되어 발화나 폭발 등의 문제를 일으킬 수 있다. 이에 따라, 외부 단락에 대한 안전성이 향상된 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.
본 발명은, 과충전 및 외부 단락에 대하여 안정성이 향상된 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결된 제 1 집전체; 상기 전극 조립체 및 상기 제 1 집전체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구를 밀봉하고, 상기 제 1 집전체와 전기적으로 연결되고 단락홀을 갖는 캡 플레이트; 상기 단락홀에 설치된 제 1 단락 부재; 및 상기 캡 플레이트의 상면으로부터 이격되고, 상기 제 1 단락 부재와 마주보며 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결된 제 2 단락 부재를 포함하고, 상기 제 1 집전체는 제 1 단락 부재와 인접한 위치에 형성된 퓨즈부를 포함한다.
또한, 상기 퓨즈부는, 상기 캡 플레이트의 중심부에 대응되는 영역에 위치될 수 있다.
또한, 상기 퓨즈부는, 상기 퓨즈부의 아크에 의해 발생되는 가스를 이용하여 상기 제 1 단락 부재를 작동시킬 수 있다.
또한, 상기 퓨즈부는, 상기 제 1 집전체의 다른 영역보다 단면적이 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 퓨즈부는, 상기 제 1 집전체의 다른 영역보다 폭이 작게 형성되거나, 두께가 얇게 형성되어 이루어질 수 있다.
또한, 상기 퓨즈부는, 상기 제 1 집전체의 다른 영역보다 두께가 얇고, 폭이 작게 형성되어 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 1 단락 부재는, 미리 설정된 압력보다 큰 압력을 받으면 형태가 반전되어 상기 제 2 단락 부재와 전기적으로 접촉하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 집전체는, 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되며, 상기 퓨즈부가 형성된 제 1 연결부; 및 상기 제 1 연결부로부터 연장되고 상기 제 1 전극판과 결합된 제 1 연장부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 연결부는, 일측이 상기 제 1 연장부와 연결되고, 타측이 상기 퓨즈부와 연결된 연결 플레이트; 및 상기 퓨즈부와 상기 캡 플레이트 사이가 전기적으로 연결되도록 상기 캡 플레이트와 결합된 결합부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결 플레이트의 상부에 배치된 절연 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 결합부는, 상기 캡플레이트의 하면에 용접될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결된 제 1 전극 단자를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극 단자는, 상기 캡 플레이트의 상면에 용접될 수 있다.
또한, 상기 퓨즈부의 하부에 배치된 보호 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호 부재는, 상기 케이스의 내벽에 고정될 수 있다.
또한, 상기 보호 부재는, 바닥부; 및 상기 바닥부의 둘레를 따라 캡 플레이트 방향으로 돌출된 측벽부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호 부재는 상기 제 1 단락 부재에 대응되는 위치까지 연장된 부분을 가지며,
또한, 상기 보호 부재의 연장된 부분에는 가스홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극판 및 상기 제 2 단락 부재와 전기적으로 연결되는 제 2 전극 단자를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극판과 상기 제 2 전극 단자를 전기적으로 연결하는 제 2 집전체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 집전체는, 상기 제 2 전극 단자와 결합되는 제 2 연결부; 및 상기 제 2 연결부로부터 연장되고 상기 제 2 전극판과 결합되는 제 2 연장부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 과충전 및 외부 단락에 대하여 안정성이 향상된 이차 전지를 제공할 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 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 부재를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 집전체를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 부재를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 집전체를 도시한 사시도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지(100)를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 전극 조립체(110), 제 1 집전체(120), 제 2 집전체(130), 케이스(140), 캡 조립체(150), 제 1 단락 부재(160) 및 제 2 단락 부재(161)를 포함한다.
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 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(112)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 제 1 전극판(111)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(111a)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(111a)는 제 1 전극판(111)과 외부 사이의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(112)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(112a)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부(112a)는 제 2 전극판(112)과 외부 사이의 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 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 집전체(120)과 제 2 집전체(130)가 결합된다.
상기 제 1 집전체(120)는 알루미늄 및 알루미늄 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 집전체(120)는 제 1 연결부(121) 및 제 1 연장부(123)를 포함하고, 상기 제 1 연결부(121)는 연결 플레이트(121a), 퓨즈부(121b) 및 결합부(121c)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제 1 집전체(120)의 구체적인 구성은 아래에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 제 2 집전체(130)는 구리, 구리 합금, 니켈 및 니켈 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 집전체(130)는 제 2 연결부(131) 및 제 2 연장부(133)을 포함하여 구성될 수 있고, 상기 제 2 연결부(131)에는 제 2 단자홀(134)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 집전체(130)의 구체적인 구성은 아래에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제 1 집전체(120) 및 제 2 집전체(130)가 삽입 안착될 수 있는 케이스 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 케이스 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(150)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제 1 집전체(120), 제 2 집전체(130) 및 캡 조립체(150)와 절연된다. 여기서, 상기 케이스(140)는 하나의 극성, 예를 들어 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 케이스(140)에 결합된다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 제 1 전극 단자(152), 제 2 전극 단자(153), 가스켓(154), 너트(155)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 캡 조립체(150)는 마개(156), 벤트 플레이트(157), 상부 절연 부재(159), 제 1 단락 부재(160), 제 2 단락 부재(161) 및 하부 절연 부재(162)를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(151)는 케이스(140)의 개구를 밀봉하고, 단락홀(151c)이 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(151)는 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(151)는 케이스(140)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 제 1 전극 단자(151)는 상기 캡 플레이트(151)의 상면에 용접되어 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 이와 같이 제 1 전극 단자(151)는 상기 캡 플레이트(151)와 일체형으로 구성될 수 있다. 이러한 제 1 전극 단자(151)는 기둥형으로 형성될 수 있으며, 기둥의 외주연에는 나사산이 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극 단자(153)는 캡 플레이트(151)의 타측을 관통하여 제 2 집전체(130)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 전극 단자(153)는 기둥형으로 형성될 수 있으며, 캡 플레이트(151)의 상부로 노출된 상부 기둥의 외주연에는 나사산이 형성되고, 캡 플레이트(151)의 하부에 위치하는 하부 기둥에는 제 2 전극 단자(153)가 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(153a)가 형성되며, 제 2 전극 단자(153) 중 플랜지(153a) 하부에 위치하는 일부 기둥은 제 2 집전체(130)의 제 2 단자홀(134)에 끼워진다. 상기 제 2 전극 단자(153)는 캡 플레이트(151)와 절연된다.
상기 가스켓(154)은 절연성 재질로 제 2 전극 단자(153)와 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어 제 2 전극 단자(153)와 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 가스켓(154)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 너트(155)는 제 2 전극 단자(153)에 형성된 나사산을 따라 체결되어 제 2 전극 단자(153)를 캡 플레이트(151)에 고정시킨다.
상기 마개(156)는 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉하며, 벤트 플레이트(157)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(157a)를 포함한다.
상기 상부 절연 부재(159)는 제 2 전극 단자(153)와 캡 플레이트(151) 사이에 배치되며 제 2 전극 단자(153)가 끼워지도록 형성되며, 캡 플레이트(151)와 가스켓(154)에 밀착된다. 이러한 상부 절연부재(159)는 제 2 전극 단자(153)와 캡 플레이트(151)를 절연시킨다.
상기 하부 절연 부재(162)는 제 2 집전체(130) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다.
상기 제 1 단락 부재(160)는 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c)에 설치되며, 캡 플레이트(151)와 동일한 극성을 가진다. 상기 제 1 단락 부재(160)는 아래로 볼록한 라운드부와, 캡 플레이트(151)에 고정된 테두리부를 포함하는 반전 플레이트로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 단락 부재(160)는 이차 전지(100)에 과충전 또는 외부 단락이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 여기서, 외부 단락이란 케이스(140)의 외부로 노출되어 있는 제 1 전극 단자(152)와 제 2 전극 단자(153)가 외부의 전도성 물체에 의해 쇼트가 되는 경우를 의미할 수 있다.
상기 제 2 단락 부재(161)는 캡 플레이트(151)로부터 이격된 외측, 즉 상부 절연 부재(159) 위에 배치되고 제 2 전극 단자(153)가 끼워지도록 형성되며, 단락홀(151c)을 덮도록 연장된다. 상기 제 2 단락 부재(161)는 제 2 전극 단자(153)와 전기적으로 연결된다. 이러한 제 2 단락 부재(161)는, 과충전 또는 외부 단락이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 위로 볼록하게 돌출되는 제 1 단락 부재(160)와 접촉하여 단락을 유발시킨다.
이차 전지(100)에 과충전이 발생되는 경우, 상기 제 1 단락 부재(160)가 반전되어 제 2 단락 부재(170)와 단락되며, 이러한 경우 매우 높은 전류가 흐르게 되고 열이 발생하게 된다. 이와 같이 발생되는 열에 의해 용융되어 퓨즈부가 끊어지게 되고 이차 전지(100)의 전기적 연결이 차단될 수 있다.
한편, 이차 전지(100)에 외부 단락이 발생되는 경우, 우선, 이차 전지(100)에는 제 2 전극 단자(153), 제 2 집전체(130), 전극 조립체(110), 제 1 집전체(120), 캡 플레이트(151) 및 제 1 전극 단자(152)의 방향으로 제 1 전류 경로가 형성될 수 있다. 이때, 제 1 집전체(120)에 형성된 퓨즈부(121b)가 녹으면서 아크와 그 아크에 의한 가스가 발생하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈부(121b)는 제 1 단락 부재(160)와 인접한 위치에 형성되는데, 이러한 퓨즈부(121b)의 위치 구성에 따라, 제 1 집전체(120)의 퓨즈부(121b)에서 순간적으로 발생되는 가스가 상기 제 1 단락 부재(160)에 직접적으로 공급됨으로써, 상기 가스에 의한 압력이 상기 제 1 단락 부재(160)로 단시간 내에 집중적으로 가해지도록 한다. 이러한 퓨즈부(121b)의 구성에 대한 구체적인 설명은 아래에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 제 1 단락 부재(160)는 상기 퓨즈부(121b)에서 발생된 가스에 의해 가해지는 압력이 일정치 이상이 되면, 반전되어 제 2 단락 부재(161)와 단락될 수 있다. 이때, 이차 전지(100)에는 상기 제 1 전류 경로뿐만 아니라, 제 1 단락 부재(160)와 제 2 단락 부재(161)의 단락에 의해 제 2 전극 단자(153), 제 2 단락 부재(161), 제 1 단락 부재(160) 및 케이스(140)로 이어지는 새로운 제 2 전류 경로가 형성될 수 있다. 이러한 경우 제 1 집전체(120)의 퓨즈부(121b)에 집중되는 전류량을 감소시켜 아크 발생을 멈추게 할 수 있다.
예를 들어, 기존과 같이 퓨즈부가 케이스(140)의 사이드 부분에 위치된 상태에서 외부 단락이 발생되면, 아크 가스에 의해 케이스(140)의 내부 압력이 증가하지만, 제 1 집전체(120)의 퓨즈부에서 발생된 아크가 전이되는 시간이 제 1 단락 부재(160)가 동작할 때까지 걸리는 시간보다 짧기 때문에, 제 1 단락 부재(160)가 정상적으로 동작하지 않을 수 있다. 종래에는 퓨즈부가 케이스(140)의 사이드 부분에 위치되어 있어, 퓨즈부에서 발생된 아크의 영향으로 케이스(140)에 홀이 형성될 수 있다. 이와 같이 케이스(140)에 형성된 홀을 통해 가스가 케이스(140)의 외부로 빠져나가 결국, 제 1 단락 부재(160)가 정상적으로 동작할 만큼의 압력을 공급받지 못하는 경우가 발생될 수 있다.
따라서, 퓨즈부(121b)를 제 1 단락 부재(160)와 인접한 위치에 형성함으로써, 아크에 의해 발생되는 가스의 이동 경로를 단축시키고, 이에 따라 제 1 단락 부재(160)가 작동하기까지 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다. 이에, 이차 전지(100)는 외부 단락에 의해 퓨즈부(121b)에서 발생된 아크가 다른 부분으로 전이되어 케이스(140) 등에 홀이 형성되기 전에, 퓨즈부(121b)에서 발생되는 가스를 이용하여, 제 1 단락 부재(160)와 제 2 단락 부재(161)의 단락을 신속히 유도함으로써, 외부 단락에 대한 안전성이 향상될 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 제 1 집전체, 보호 부재 및 제 2 집전체의 구체적인 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체(120)를 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 제 1 집전체(120)는 제 1 연결부(121) 및 제 1 연장부(123)을 포함하여 구성된다. 상기 제 1 연결부(121)는 연결 플레이트(121a), 퓨즈부(121b) 및 결합부(121c)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 연결 플레이트(121a)의 일측 단부는 상기 제 1 연장부(123)와 연결되고, 타측 단부는 상기 퓨즈부(121b)의 일측 단부와 연결된다. 상기 연결 플레이트(121a)에는 제 1 단자홀(124)이 형성될 수 있다. 상기 제 1 단자홀(124)은 상기 캡 조립체(150)의 제 1 전극 단자(152)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다. 상기 연결 플레이트(121a)의 상면에는 절연 플레이트(125)가 배치될 수 있다. 상기 절연 플레이트(125)는 상기 연결 플레이트(121a)와 캡 플레이트(151) 간의 불필요한 전기적 접촉을 차단하는 역할을 한다. 상기 제 1 집전체(120)는 결합부(121c)를 통해 캡 플레이(151)와 연결됨으로써 제 1 전극 단자(151)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 제 1 집전체(120)는 결합부(121c) 이외에 불필요한 전기적 접촉 면적을 줄이기 위하여, 상기 연결 플레이트(121a)와 캡 플레이트(151) 사이에 절연 플레이트(125)가 배치된다.
상기 연결 플레이트(121a)의 길이(D1)는, 퓨즈부(121b)가 제 1 단락 부재(160)와 인접한 위치에 배치되기 위하여 충분히 길게 형성될 수 있다. 제 1 단락 부재(160)의 형성 위치에 따라 연결 플레이트(121a)의 길이(D1)나 퓨즈부(121b)의 위치도 달라질 수도 있으나, 통상적인 이차 전지의 구조에서 단락 부재가 제 2 전극 단자(153) 측과 가까운 위치에 형성되기 때문에, 상기 연결 플레이트(121a)는 상기 퓨즈부(121b)가 캡 플레이트(151)의 중심부와 대응되는 영역에 위치될 수 있을 정도의 길이(D1)를 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 캡 플레이트(151)의 중심부와 대응되는 영역은 캡 플레이트(151)의 중심부의 아래 영역의 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 집전체(120)는 제 1 전극 단자(152)와 캡 플레이트(151)를 통해 서로 간접적으로 결합되기 때문에, 연결 플레이트(121a)의 길이(D1)와 퓨즈부(121b)의 형성 위치를 용이하게 변경할 수 있다. 따라서, 제 1 단락 부재(160)의 형성 위치에 따라 퓨즈부(121b)의 형성 위치를 변경할 수 있다.
상기 퓨즈부(121b)의 일측 단부는 상기 연결 플레이트(121a)의 타측 단부와 연결되고, 타측 단부는 결합부(121c)의 측면부와 연결될 수 있다. 이러한 퓨즈부(121b)는 제 1 집전체(120)의 다른 영역보다 작은 단면적을 가지도록 형성된다. 예를 들어, 상기 퓨즈부(126)는 상기 연결 플레이트(121a)의 타측 단부가 제 1 집전체(120)의 다른 영역보다 폭이 작거나, 두께가 얇게 형성된 형태일 수 있다. 또한, 상기 퓨즈부(126)는 상기 연결 플레이트(121a)의 타측 단부가 제 1 집전체(120)의 다른 영역보다 폭이 작고 두께가 얇게 형성된 형태일 수도 있다. 또한, 상기 퓨즈부(126)는 상기 연결 플레이트(121a)의 타측 단부에 퓨즈 홀이 형성됨으로써 제 1 집전체(120)의 다른 영역보다 작은 단면적을 가지도록 형성된 것일 수 있다.
상기 퓨즈부(121b)는 상기 제 1 단락 부재(160)와 인접한 위치에 형성되어 있어, 이차 전지(100)의 외부 단락 시 순간적으로 발생되는 가스에 의한 압력을 제 1 단락 부재(160)에 가함으로써, 제 1 단락 부재(160)를 보다 신속하고 용이하게 작동시킬 수 있다. 상기 퓨즈부(121b)는 대략 상기 캡 플레이트(151)의 중심부의 아래 영역에 위치되는 형성될 수 있다. 단, 상기 퓨즈부(121b)의 형성 위치는 제 1 단락 부재(160)의 위치에 따라 변경될 수 있으므로, 제 1 단락 부재(160)와 인접하게 위치하는 것이 바람직하다.
상기 결합부(121c)의 측면부는 상기 퓨즈부(121b)의 타측 단부와 연결되고, 상면부는 상기 캡 플레이트(151)의 하면과 결합될 수 있다. 여기서, 상기 결합부(121c)의 상면부는 상기 캡 플레이트(151)의 하면에 용접되어 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 집전체(120)는, 상기 캡 플레이트(151)를 통해 제 1 전극 단자(152)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 캡 플레이트(151)와 일체형으로 구성될 수 있다.
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. 상기 연결 플레이트(121a)의 일측 단부와 제 1 연장부(123)가 만나는 모서리를 'C1' 이라고 하기로 하며, 상기 상기 연결 플레이트(121a)와 제 1 연장부(123)는 상기 모서리(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 부재(127)를 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 보호 부재(127)는 상기 퓨즈부(121b)의 하부에 배치될 수 있으며, 바닥부(127a)와 제 1 내지 제 4 측벽부(127b1, 127b2, 127b3, 127b4)로 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보호 부재(127)의 바닥부(127a)는 직사각형의 플레이트 형태로 형성된 것일 수 있으며, 상기 제 1 내지 제 4 측벽부(127b1, 127b2, 127b3, 127b4)는 상기 바닥부(127a)의 둘레를 따라 형성되며, 상기 캡 플레이트(151) 방향으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 도 2에서는, 보호 부재(127)와 케이스(140)가 단면의 상태로 도시되고 있으므로, 보호 부재(127)와 케이스(140)의 결합 형태가 도시되지 않았으나, 상기 제 1 내지 제 4 측벽부(127b1, 127b2, 127b3, 127b4) 중 두 개의 측벽부가 케이스(140)의 내벽에 고정됨으로써, 보호 부재(127)가 케이스(140)의 내부에 설치될 수 있다. 예를 들어, 보호 부재(127)는, 제 2 및 제 4 측벽부(127b2, 127b4)가 케이스(140)의 두 내측벽에 각각 용접됨으로써 케이스(140)와 결합될 수 있다. 이러한 보호 부재(127)는 상기 퓨즈부(121b)의 아크 발생 시 퓨즈부(121b)가 녹으면서 생기는 잔해물로부터 전극 조립체(110)를 보호하는 역할을 한다.
또한, 상기 보호 부재(127)는 상기 퓨즈부(121b)의 하부에서 상기 제 1 단락 부재(160)에 대응되는 위치까지 연장된 부분을 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보호 부재(127)는 상기 퓨즈부(121b)의 하부에 위치되는 제 1 부분(127A)과 제 1 단락 부재(160)의 하부에 위치되는 제 2 부분(127B)으로 나누어 질 수 있다. 여기서, 상기 제 2 부분(127B)에는 가스홀(127c)이 형성될 수 있다. 상기 보호 부재(127)는 이차 전지(100)의 과충전 시 전극 조립체(110)로부터 발생되는 가스가 가스홀(127c)을 통해 제 1 단락 부재(160)로 원활히 이동할 수 있도록 경로를 제공할 뿐만 아니라, 전극 조립체(110)를 상기 퓨즈부(121b)의 아크 발생에 의해 생성되는 잔해물로부터 보다 안정적으로 보호하는 역할을 하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 집전체를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 제 2 집전체(130)는 제 2 연결부(131)와 제 2 연장부(133)을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 제 2 연결부(131)는 전극 조립체(110)의 상부와 캡 조립체(150)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성된다. 상기 제 2 연결부(131)에는 제 2 단자홀(134)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 단자홀(134)은 상기 캡 조립체(150)의 제 2 전극 단자(153)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다. 상기 제 2 연결부(131)의 길이(D2)는 제 1 연결부(121)의 연결 플레이트(121a)의 길이(D1)보다 짧게 형성될 수 있으나, 이에 본 발명은 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 연장부(133)는 제 2 연결부(131)의 단부에서 절곡되고 연장되며, 제 2 전극 무지부(112a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성된다. 상기 제 2 연결부(131)와 제 2 연장부(133)가 만나는 모서리도 'C2' 라고 하기로 하며, 제 2 연결부(131)와 제 2 연장부(133)는 상기 모서리(C2)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 이차 전지
110: 전극 조립체
120: 제 1 집전체
121: 제 1 연결부
121a: 연결 플레이트
121b: 퓨즈부
121c: 결합부
123: 제 1 연장부
125: 절연 플레이트
127: 보호 부재
130: 제 2 집전체
131: 제 2 연결부
133: 제 2 연장부
140: 케이스
150: 캡 조립체
160: 제 1 단락 부재
161: 제 2 단락 부재
110: 전극 조립체
120: 제 1 집전체
121: 제 1 연결부
121a: 연결 플레이트
121b: 퓨즈부
121c: 결합부
123: 제 1 연장부
125: 절연 플레이트
127: 보호 부재
130: 제 2 집전체
131: 제 2 연결부
133: 제 2 연장부
140: 케이스
150: 캡 조립체
160: 제 1 단락 부재
161: 제 2 단락 부재
Claims (20)
- 제 1 전극판, 제 2 전극판, 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결된 제 1 집전체;
상기 전극 조립체 및 상기 제 1 집전체를 수용하는 케이스;
상기 케이스의 개구를 밀봉하고, 상기 제 1 집전체와 전기적으로 연결되며, 단락홀을 갖는 캡 플레이트;
상기 단락홀에 설치된 제 1 단락 부재; 및
상기 캡 플레이트의 상면으로부터 이격되고, 상기 제 1 단락 부재와 마주보며 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결된 제 2 단락 부재를 포함하고,
상기 제 1 집전체는 제 1 단락 부재와 인접한 위치에 형성된 퓨즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 퓨즈부는,
상기 캡 플레이트의 중심부에 대응되는 영역에 위치된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 퓨즈부는,
상기 퓨즈부의 아크에 의해 발생되는 가스를 이용하여 상기 제 1 단락 부재를 작동시키는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 퓨즈부는,
상기 제 1 집전체의 다른 영역보다 단면적이 작게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 4 항에 있어서,
상기 퓨즈부는,
상기 제 1 집전체의 다른 영역보다 폭이 작게 형성되거나, 두께가 얇게 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 4 항에 있어서,
상기 퓨즈부는,
상기 제 1 집전체의 다른 영역보다 두께가 얇고, 폭이 작게 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단락 부재는,
미리 설정된 압력보다 큰 압력을 받으면 형태가 반전되어 상기 제 2 단락 부재와 전기적으로 접촉하도록 형성된 것을 특징으로 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 집전체는,
상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되며, 상기 퓨즈부가 형성된 제 1 연결부; 및
상기 제 1 연결부로부터 연장되고 상기 제 1 전극판과 결합된 제 1 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 연결부는,
일측이 상기 제 1 연장부와 연결되고, 타측이 상기 퓨즈부와 연결된 연결 플레이트; 및
상기 퓨즈부와 상기 캡 플레이트 사이가 전기적으로 연결되도록 상기 캡 플레이트와 결합된 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 9 항에 있어서,
상기 연결 플레이트의 상부에 배치된 절연 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 9 항에 있어서,
상기 결합부는,
상기 캡플레이트의 하면에 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결된 제 1 전극 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 전극 단자는,
상기 캡 플레이트의 상면에 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 퓨즈부의 하부에 배치된 보호 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 14 항에 있어서,
상기 보호 부재는,
상기 케이스의 내벽에 고정된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 14 항에 있어서,
상기 보호 부재는,
바닥부; 및
상기 바닥부의 둘레를 따라 캡 플레이트 방향으로 돌출된 측벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 14 항에 있어서,
상기 보호 부재는 상기 퓨즈부의 하부에서 상기 제 1 단락 부재에 대응되는 위치까지 연장된 부분을 가지며,
상기 보호 부재의 연장된 부분에는 가스홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전극판 및 상기 제 2 단락 부재와 전기적으로 연결되는 제 2 전극 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 2 전극판과 상기 제 2 전극 단자를 전기적으로 연결하는 제 2 집전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 2 집전체는,
상기 제 2 전극 단자와 결합되는 제 2 연결부; 및
상기 제 2 연결부로부터 연장되고 상기 제 2 전극판과 결합되는 제 2 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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