KR20140090514A - 이차 전지 - Google Patents

이차 전지

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KR20140090514A
KR20140090514A KR1020130002681A KR20130002681A KR20140090514A KR 20140090514 A KR20140090514 A KR 20140090514A KR 1020130002681 A KR1020130002681 A KR 1020130002681A KR 20130002681 A KR20130002681 A KR 20130002681A KR 20140090514 A KR20140090514 A KR 20140090514A
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Abstract

본 발명은 안정성이 향상된 이차 전지를 제공하는 것이다.
일례로, 제 1 전극, 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 연결되는 제 1 집전판 및 제 2 집전판과, 상기 전극 조립체, 제 1 집전판 및 제 2 집전판을 수용하는 케이스와, 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트와, 상기 제 1 집전판 및 제 2 집전판에 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하는 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자 및 상기 제 1 집전판과 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하여 상부로 노출되는 단락 유도부;를 포함하고, 상기 단락 유도부는 상기 케이스 내측의 가스가 상기 캡 플레이트의 상부까지 이동되는 덕트부 및 상기 덕트부의 상부를 덮고, 상기 이동된 가스에 의하여 변형되어 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 전기적으로 연결되는 변형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다. 이차 전지는 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액이 케이스에 내장되고, 전극 단자가 형성된 캡 조립체가 케이스의 개구부를 밀봉하여 형성된다.
한편, 이차 전지는 과충전 또는 관통 등과 같은 외부 단락에 의하여 과도한 열이 발생하거나 전해액이 분해되면 내부 압력이 상승하여 발화되거나 폭발할 수 있다.
본 발명의 목적은 과충전 또는 관통 등과 같은 외부 단락으로부터 안정성을 확보하기 위한 단락유도부를 구비한 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 전극, 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 연결되는 제 1 집전판 및 제 2 집전판과, 상기 전극 조립체, 제 1 집전판 및 제 2 집전판을 수용하는 케이스와, 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트와, 상기 제 1 집전판 및 제 2 집전판에 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하는 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자 및 상기 제 1 집전판과 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하여 상부로 노출되는 단락 유도부;를 포함하고, 상기 단락 유도부는 상기 케이스 내측의 가스가 상기 캡 플레이트의 상부까지 이동되는 덕트부 및 상기 덕트부의 상부를 덮고, 상기 이동된 가스에 의하여 변형되어 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 전기적으로 연결되는 변형부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 변형부는 상기 케이스의 내부를 향해 볼록한 라운드 형상이고, 상기 변형부가 변형될 때 상기 케이스 외측을 향해 반전될 수 있다.
상기 단락 유도부는 상기 제 1 전극 단자와 상기 제 2 전극 단자 사이에서 상기 제 2 전극 단자에 인접하게 위치될 수 있다.
상기 캡 플레이트는 상기 제 1 전극 단자, 제 2 전극 단자 및 단락 유도부와 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제 1 집전판은 상기 제 1 전극과 연결되며 퓨즈부를 포함하는 제 1 연결부 및 상기 제 1 연결부의 상부에서 절곡되어 연장된 제 1 연장부를 포함하고, 상기 제 1 연장부가 상기 캡 플레이트와 평행하며 상기 제 2 집전판에 인접하도록 연장될 수 있다.
상기 퓨즈부는 상기 제 1 연결부에서 절곡된 영역과 인접하게 위치되고, 과전류가 흐르는 경우에 용융될 수 있다.
상기 제 1 연장부는 상기 제 1 전극 단자가 결합되는 제1 전극 단자홀과, 상기 단락 유도부가 결합되는 결합홀 및 상기 제 1 전극 단자홀과 상기 결합홀 사이에서 상기 캡 플레이트에 형성된 안전벤트 및 전해액 주입구와 대응되는 위치에 벤트홀 및 전해액 주입홀을 포함할 수 있다.
상기 결합홀은 상기 제 1 연장부의 끝단에 인접하도록 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극 단자에 체결되는 제 2 체결 단자를 더 포함하고, 상기 제 2 체결 단자는 상기 변형부의 상부까지 연장된 단락 연장부를 구비할 수 있다.
상기 변형부는 변형될 때, 상기 단락 연장부의 하면에 접촉될 수 있다.
상기 제 2 체결 단자와 상기 캡 플레이트 사이에는 제 2 상부 절연부재가 개재되고, 상기 제 2 상부 절연부재는 상기 제 2 체결 단자를 수용하는 제 1 수용홈 및 상기 캡 플레이트의 상부로 돌출된 상기 단락 유도부를 수용하는 제 2 수용홈을 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트와 상기 제 1 집전판 및 상기 제 2 집전판의 연장선 사이에 하부 절연부재를 포함하고, 상기 하부 절연부재는 상기 캡 플레이트에 형성된 제 1 전극 단자홀, 안전벤트, 전해액 주입구, 단락 유도부 및 제 2 전극 단자홀과 대응되는 위치에 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극 단자에 체결되는 제 1 체결 단자를 더 포함하고, 상기 제 1 체결 단자와 상기 캡 플레이트 사이에는 제 1 상부 절연부재가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 캡 플레이트와 케이스가 전기적으로 중성화된 상태에서 과충전 또는 관통 등과 같은 외부 단락이 발생하는 경우에 이차전지의 내부 가스를 이동시키는 단락 유도부가 제 1 전극과 제 2 전극을 전기적으로 연결시켜 단락을 유발하여 이차 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 이차 전지는 단락으로 인하여 전지 내에 흐르는 큰 전류가 퓨즈부를 용융되게 하여 전류를 차단함으로써, 발화 및 폭발의 위험한 상황까지 이르기 전에 이차 전지의 충전 또는 방전 동작을 정지시킬 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 2의 제 1 집전판을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2의 제 2 집전판을 도시한 사시도이다.
도 5a는 도 2의 5영역을 확대한 단면도이다.
도 5b는 제 2 전극 단자와 단락 유도부가 접촉되어 단락된 상태를 도 5a와 대응되도록 도시된 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 이차 전지가 버스바로 연결된 배터리 팩을 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6의 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절취한 이차 전지가 단락된 상태를 도시한 단면도이다.
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 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10), 제 1 집전판(20), 제 2 집전판(30), 케이스(40), 캡 조립체(50), 제 1 전극 단자(52), 제 2 전극 단자(53) 및 단락 유도부(60)를 포함한다.
상기 전극 조립체(10)는 얇은 판형 혹은 박형으로 형성된 제 1 전극(11), 세퍼레이터(13), 제 2 전극(12)을 권취 하거나 적층하여서 형성한다. 여기서, 제 1 전극(11)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극(12)은 음극으로서 작용할 수 있다. 상기 제 1 전극(11) 및 제 2 전극(12)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.
상기 제 1 전극(11)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 상기 제 1 전극(11)은 제 1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부(11a)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(11a)는 제 1 전극(11)과, 제 1 전극 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 1 전극(11)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극(12)은 니켈 또는 구리와 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부(12a)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부(12a)는 제 2 전극(12)과, 제 2 전극 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제 2 전극(12)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 세퍼레이터(13)는 제 1 전극(11)과 제 2 전극(12) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 상기 세퍼레이터(13)는 폴리에틸렌이나, 폴리프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 전극 조립체(10)의 양측 단부에는 제 1 전극(11)과 제 2 전극(12) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제 1 집전판(20)과 제 2 집전판(30)이 결합된다.
도3을 참조하면, 상기 제 1 집전판(20)은 제 1 연결부(21) 및 제 2 연장부(22)를 포함한다. 상기 제 1 집전판(20)은 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 도전성 재질로 형성된다. 상기 제 1 집전판(20)은 전극 조립체(10)의 제 1 전극(11)과 전기적으로 연결된다.
상기 제 1 연결부(21)는 제 1 전극 무지부(11a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성된다. 상기 제 1 연장부(22)는 플레이트 형상으로 형성되고, 하기에 설명될 캡 플레이트(51)와 평행하게 연장된다. 상기 제 1 연결부(21)와 제 1 연장부(22)가 만나는 절곡부를 'C' 라고 하기로 한다. 상기 제 1 연결부(21)와 제 1 연장부(22)는 상기 절곡부(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 제 1 연결부(21)에는 퓨즈부(23)가 형성된다. 상기 퓨즈부(23)는 제 1 연결부(21)에서 절곡부(C)에 인접한 위치에 형성된다. 상기 퓨즈부(23)는 제 1 연결부(21)의 다른 영역보다 작은 면적을 가지도록 관통홀을 포함한다. 상기 관통홀은 제 1 연결부(21)의 폭 방향으로 긴 사각 형상일 수 있으나, 상기 형상으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 여기서 퓨즈부(23)는 관통홀에서 제 1 연결부(21)의 양끝단 사이에 위치한 퓨즈 영역을 포함하고, 상기 퓨즈 영역은 제 1 연결부(21)의 폭보다 작게 형성된다. 상기 퓨즈 영역은 큰 전류가 제 1 집전판(20)으로 흐르는 경우 발생한 열에 의해 용융된다. 상기 퓨즈 영역이 용융되면, 제 1 전극 단자(52)와 전극 조립체(10) 간 전류의 흐름이 차단된다.
상기 제 1 연장부(22)에는 제 1 전극 단자홀(24), 결합홀(25), 벤트홀(26) 및 전해액 주입홀(27)이 형성된다.
상기 제 1 전극 단자홀(24)은 제 1 전극 단자(52)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다. 상기 제 1 전극 단자홀(24)은 제 1 연장부(22)의 일측에 위치하며, 절곡부(C)에 인접하게 위치한다.
상기 결합홀(25)은 하기에 설명될 단락 유도부(60)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다. 상기 결합홀(25)은 제 1 연장부(22)의 타측에 위치하며, 절곡부(C)로부터 먼 곳에 위치한다. 상기 결합홀(25)은 제 1 전극 단자홀(24), 벤트홀(26) 및 전해액 주입홀(27) 중에서 제 1 연장부(22)의 타측에 가장 인접하게 위치된다. 상기 벤트홀(26) 및 전해액 주입홀(27)은 제 1 전극 단자홀(24)과 결합홀(25)의 사이에 형성된다.
도 4를 참조하면, 상기 제 2 집전판(30)은 제 2 연결부(31) 및 제 2 연장부(32)를 포함한다. 상기 제 2 집전판(30)은 구리, 구리 합금, 니켈 및 니켈 합금 등의 도전성 재질로 형성된다. 상기 제 2 집전판(30)은 제 2 전극(12)과 전기적으로 연결된다.
상기 제 2 연결부(31)는 제 2 전극 무지부(12a)와 실질적으로 접촉하는 플레이트 형태로 형성된다. 상기 제 2 연장부(32)는 플레이트 형상으로 형성되고, 하기에 설명될 캡 플레이트(51)와 평행하게 연장된다. 상기 제 2 연결부(31)와 제 2 연장부(32)가 만나는 절곡부도 'C' 라고 하기로 하며, 제 2 연결부(31)와 제 2 연장부(32)는 상기 절곡부(C)를 중심으로 수직을 이룰 수 있다. 상기 제 2 연장부(32)에는 제 2 전극 단자(53)가 끼워져 결합되는 공간인 제 2 전극 단자홀(33)이 형성된다.
상기 케이스(40)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(10), 제 1 집전판(20) 및 제 2 집전판(30)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(40)와 캡 조립체(50)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(50)가 결합된 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(40)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(10), 제 1 집전판(20) 및 제 2 집전판(30)와 절연되는 것이 바람직하다. 상기 케이스(40)는 하기에 설명될 캡 플레이트(51)를 통하여 상부가 마감된다. 상기 케이스(40)는 캡 플레이트(51)와 맞닿는 부분이 레이저 용접으로 기밀성을 유지할 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(51)가 전기적으로 중성이므로, 상기 케이스(40) 역시 전기적으로 중성이 된다.
상기 캡 조립체(50)는 케이스(40)에 결합된다. 상기 캡 조립체(50)는 구체적으로 캡 플레이트(51), 제 1 전극 단자(52), 제 2 전극 단자(53), 가스켓(G), 제 1 체결단자(54) 및 제 2 체결단자(55)를 포함한다. 또한, 상기 캡 조립체(50)는 제 1 상부 절연부재(58a), 제 2 상부 절연부재(58b) 및 하부 절연 부재(59)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(51)는 케이스(40)의 개구를 밀봉하며, 케이스(40)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(51)는 마개(56) 및 안전벤트(57)를 포함한다. 또한, 상기 캡 플레이트(51)에는 제 1 전극단자(52), 제 2 전극단자(53) 및 단락 유도부(60)가 각각 관통되도록 관통홀이 형성된다. 상기 캡 플레이트(51)는 제 1 상부 절연 부재(58a) 및 제 2 상부 절연 부재(58b)가 설치되어 절연되기 때문에 전기적으로 중성이 된다.
상기 제 1 전극 단자(52)는 상부가 캡 플레이트(51)의 일측을 관통하고, 하부가 제 1 집전판(20)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 전극 단자(52)는 기둥 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 전극 단자(52)는 캡 플레이트(51)의 상부로 노출되는 부분에 제 1 체결 단자(54)가 결합된다. 또한, 상기 제 1 전극 단자(52)는 하부에는 제 1 전극 단자(52)가 캡 플레이트(51)로부터 빠지지 않도록 플랜지가 형성될 수 있다. 상기 제 1 전극 단자(52)는 1 집전판(20)의 제 1 전극 단자홀(24)에 끼워진다. 상기 제 1 전극 단자(52)는 제 1 상부 절연부재(58a)에 의하여 캡 플레이트(51)와 전기적으로 절연된다. 상기 제 1 상부 절연부재(58a)는 제 1 전극 단자(52)와 캡 플레이트(51) 사이에 배치된다. 또한, 상기 제 1 전극단자(52)와 캡 플레이트(51)의 사이에는 가스켓(G)이 위치되고, 상기 가스켓(G)은 제 1 전극단자(52)와 캡 플레이트(51) 사이를 밀봉시킨다. 상기 가스켓(G)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 제 2 전극 단자(53)는 상부가 캡 플레이트(51)의 타측을 관통하고, 하부가 제 2 집전판(30)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 전극 단자(53)는 제 1 전극 단자(52)와 동일한 형상을 가지므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 제 2 전극 단자(53)는 제 2 상부 절연부재(58b)에 의하여 캡 플레이트(51)와 절연된다.
상기 제 2 체결 단자(55)는 캡 플레이트(51)의 상부로 노출된 제 2 전극 단자(53)와 체결된다. 상기 제 2 체결 단자(55)는 단락 유도부(60)의 상부까지 연장된 단락 연장부(55a)를 포함한다. 이때, 상기 단락 연장부(55a)와 단락 유도부(60)는 서로 이격되도록 형성된다. 상기 단락 연장부(55a)는 제 2 전극 단자(53)와 전기적으로 연결된다. 상기 이차 전지(100)는 과충전 또는 외부단락으로 내부 압력이 상승하면, 상기 단락 연장부(55a)의 하면과 상기 변형부(63)가 접촉하여 단락이 된다.
상기 마개(56)는 캡 플레이트(51)의 전해액 주입구(56a)를 밀봉한다. 상기 안전벤트(57)는 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(57a)를 포함한다. 상기 캡 플레이트(51)의 하부에 위치되는 제 1 연장부(22)에는 전해액 주입구(56a)와 안전벤트(57)와 대응되는 위치에 전해액 주입홀(27) 및 벤트홀(26)이 형성된다.
상기 제 1 상부 절연 부재(58a)는 제 1 전극 단자(52)와 캡 플레이트(51) 사이에 형성되며, 캡 플레이트(51)와 가스켓(G)에 밀착된다. 상기 제 1 상부 절연 부재(58a)는 제 1 전극 단자(52)와 캡 플레이트(51)를 서로 절연시킨다.
상기 제 2 상부 절연 부재(58b)는 제 2 전극 단자(53), 단락 유도부(60) 및 캡 플레이트(51) 사이에 형성되며, 캡 플레이트(51)와 가스켓(G)에 밀착된다. 상기 제 2 상부 절연 부재(58b)는 제 2 전극 단자(53), 캡 플레이트(51) 및 단락 유도부(60)를 서로 절연시킨다. 상기 제 2 상부 절연 부재(58b)는 제 1 수용홈(58c) 및 제 2 수용홈(58d)을 포함한다. 상기 제 1 수용홈(58c)에는 제 2 전극 단자(53)와 제 2 체결단자(55)가 위치된다. 상기 제 2 수용홈(58d)에는 단락 유도부(60)와 지지부재(64)가 위치된다.
도 5a를 참조하면, 상기 단락 유도부(60)는 덕트부(61) 및 변형부(63)를 포함한다. 상기 단락 유도부(60)는 상부가 캡 플레이트(51)를 관통하고, 하부가 제 1 집전판(20)과 전기적으로 연결된다. 상기 단락 유도부(60)는 케이스(40) 내부에서 형성된 가스에 의하여 제 1 전극(11)과 제 2 전극(12)을 전기적으로 연결시켜 단락을 일으킬 수 있다. 상기 단락 유도부(60)는 단락 연장부(55a)의 하부에 위치된다.
상기 덕트부(61)는 이차전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 가스를 캡 플레이트(51)의 상부까지 이동시킨다. 상기 덕트부(61)는 일측에 가스가 유입되는 입구가 구비되고, 타측에는 유입된 가스로 변형되는 변형부(63)가 구비된다. 상기 덕트부는(61)는 외측에 플랜지(62)가 형성되고, 상기 플랜지(62)의 하부는 결합홀(25)에 끼워진다. 상기 덕트부(61)는 타측에 지지부재(64)가 결합될 수 있다. 상기 지지부재(64)는 사각 플레이트 형상이고, 상기 플레이트의 중심에 홀이 형성되어 덕트부(61)가 결합된다.
상기 변형부(63)는 상기 케이스(40)의 내부를 향하도록 볼록한 라운드 형상이고, 상기 변형부(63)가 변형될 때에는 상기 케이스(40) 외측을 향하도록 형상이 반전된다. 상기 변형부(63)는 캡 플레이트(51)를 관통하는 덕트부(61)의 타측을 덮도록 형성된다. 상기 변형부(63)는 덕트부(61)와 맞닿는 부분을 용접하여 고정할 수 있다. 또한, 상기 변형부(63)는 덕트부(61)와 지지부재(64)가 맞닿는 부분을 용접하여 결합력을 높일 수도 있다.
도 5b를 참조하면, 상기 변형부(63)는 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 반전되어 전극 조립체(10)로부터 멀어지는 방향으로 볼록하게 돌출될 수 있다. 여기서, 상기 변형부(63)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 상기 변형부(63)는 상부에 제 2 체결 단자(55)의 단락 연장부(55a)가 위치된다. 상기 변형부(63)은 반전되어 단락 연장부(55a)의 하면과 접촉된다.
또한, 상기 이차 전지(100)는 과충전 또는 외부 단락과 같은 원인으로 내부 압력이 설정 압력 이상으로 상승한 경우에는 단락 유도부(60)가 동작하여 제 1 전극(11)과 제 2 전극(12)이 전기적으로 연결된 상태가 됨으로써 퓨즈부(23)가 동작하도록 하여 사용상의 안전성을 확보하는 효과를 가져온다.
또한, 도 6 및 도 7을 참조하면, 배터리 팩은 복수개의 이차 전지(100, 100', 100'', 100''')가 버스바(70)로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 상기 배터리 팩은 각 이차 전지(100, 100', 100'', 100''')의 케이스(40) 및 캡 플레이트(51)가 전기적으로 중성 상태이다. 이 경우에 상기 배터리 팩은 어느 하나의 이차 전지(100)가 과충전 또는 외부 단락으로 내부 압력이 설정 압력 이상으로 상승하면 해당 이차 전지(100)만 단락 된다. 또한, 단락되는 이차 전지(100)는 여전히 케이스(40)와 캡 플레이트(51)가 전기적으로 중성 상태를 유지한다. 그 결과 상기 배터리 팩은 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 이차 전지(100)는 케이스(40) 및 캡 플레이트(51)가 중성 상태에서 단락 유도부(60)의 동작으로 제 1 전극(11) 및 제 2 전극(12)을 전기적으로 연결하여 단락을 일으킨다. 상기 단락으로 퓨즈부(23)가 용융되어 전류를 차단한다. 상기 이차 전지(100)는 과충전 등으로 내부 압력이 상승하는 경우에 변형부(63)와 단락 연장부(55a)의 접촉에 의해 유발되는 단락 상태를 유지함으로써 퓨즈부(23)의 퓨즈 기능이 이어지도록 할 수 있다.
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, 100', 100'', 100''': 이차 전지
10: 전극 조립체
20: 제 1 집전판 21: 제 1 연결부
22: 제 1 연장부 23: 퓨즈부
24: 제 1 전극 단자홀 25: 결합홀
30: 제 2 집전판 40: 케이스
50: 캡 조립체 51: 캡 플레이트
52: 제 1 전극 단자 53: 제 2 전극 단자
54: 제 1 체결단자 55: 제 2 체결단자
58a: 제 1 상부 절연부재 58b: 제 2 상부 절연부재
59: 하부 절연부재 60: 단락 유도부
61: 덕트부 63: 변형부
70: 버스바

Claims (13)

  1. 제 1 전극, 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 연결되는 제 1 집전판 및 제 2 집전판;
    상기 전극 조립체, 제 1 집전판 및 제 2 집전판을 수용하는 케이스;
    상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트;
    상기 제 1 집전판 및 제 2 집전판에 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하는 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자; 및
    상기 제 1 집전판과 전기적으로 연결되며 상기 캡 플레이트를 관통하여 상부로 노출되는 단락 유도부;를 포함하고,
    상기 단락 유도부는
    상기 케이스 내측의 가스가 상기 캡 플레이트의 상부까지 이동되는 덕트부; 및
    상기 덕트부의 상부를 덮고, 상기 이동된 가스에 의하여 변형되어 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 전기적으로 연결되는 변형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 유도부는 상기 제 1 전극 단자와 상기 제 2 전극 단자 사이에서 상기 제 2 전극 단자에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형부는 상기 케이스의 내부를 향해 볼록한 라운드 형상이고,
    상기 변형부가 변형될 때 상기 케이스 외측을 향해 반전되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 상기 제 1 전극 단자, 제 2 전극 단자 및 단락 유도부와 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집전판은
    상기 제 1 전극과 연결되며 퓨즈부를 포함하는 제 1 연결부; 및
    상기 제 1 연결부의 상부에서 절곡되어 연장된 제 1 연장부를 포함하고,
    상기 제 1 연장부가 상기 캡 플레이트와 평행하며 상기 제 2 집전판에 인접하도록 연장된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 퓨즈부는 상기 제 1 연결부에서 절곡된 영역과 인접하게 위치되고, 과전류가 흐르는 경우에 용융되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 연장부는
    상기 제 1 전극 단자가 결합되는 제 1 전극 단자홀;
    상기 단락 유도부가 결합되는 결합홀; 및
    상기 제 1 전극 단자홀과 상기 결합홀 사이에서 상기 캡 플레이트에 형성된 안전벤트 및 전해액 주입구와 대응되는 위치에 벤트홀 및 전해액 주입홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 결합홀은 상기 제 1 연장부의 끝단에 인접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 단자에 체결되는 제 2 체결 단자를 포함하고,
    상기 제 2 체결 단자는 상기 변형부의 상부까지 연장된 단락 연장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 변형부는 변형될 때, 상기 단락 연장부의 하면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 체결 단자와 상기 캡 플레이트 사이에는 제 2 상부 절연부재가 개재되고,
    상기 제 2 상부 절연부재는 상기 제 2 체결 단자를 수용하는 제 1 수용홈 및 상기 캡 플레이트의 상부로 돌출된 상기 단락 유도부를 수용하는 제 2 수용홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트와 상기 제 1 집전판 및 상기 제 2 집전판의 연장선 사이에 하부 절연부재를 포함하고,
    상기 하부 절연부재는 상기 캡 플레이트에 형성된 제 1 전극 단자홀, 안전벤트, 전해액 주입구, 단락 유도부 및 제 2 전극 단자홀과 대응되는 위치에 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 단자에 체결되는 제 1 체결 단자를 포함하고,
    상기 제 1 체결 단자와 상기 캡 플레이트 사이에는 제 1 상부 절연부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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