KR20140104738A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 집전판의 절곡부를 감싸도록 수지를 사출 성형함으로써, 집전판의 강도를 보강하고, 아크 점프에 의한 추가적인 손상을 방지하는데 있다.

Description

이차 전지{Rechargeable battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지(Rechargeable battery)는 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 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.
한편, 이차 전지는 외부 단락에 의해 퓨즈 영역이 녹으면서 아크(arc)가 발생될 수 있다. 이와 같이 발생하는 아크는 퓨즈 영역뿐만 아니라 이차 전지의 다른 영역으로 전이되어 발화나 폭발 등의 문제를 일으킬 수 있다. 이에 따라, 아크에 대한 안전성이 향상된 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 집전판의 일부 영역을 감싸도록 수지를 사출 성형함으로써, 집전판의 강도를 보강하고 아크 점프에 의한 추가적인 손상을 방지할 수 있는 이차전지를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차전지는 제1전극, 제2전극 및, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 내측에 수용하고 상단 개구를 갖는 케이스와, 상기 전극 조립체를 수용한 케이스의 상단 개구를 밀봉하며, 외부로 돌출된 제1단자부 및 제2단자부를 구비하는 캡 조립체 및, 상기 케이스 내측에 수용되며, 상기 제1전극과 상기 제1단자부 사이를 전기적으로 연결하는 제1집전판을 포함하며, 상기 제1집전판은 상기 제1전극과 접속된 제1전극접속부와, 상기 제1단자부에 접속된 제1단자 접속부 및 상기 제1전극접속부와 상기 제1단자 접속부 사이를 전기적으로 연결하는 제1연결부로 이루어진 제1리드부 및, 상기 제1리드부에서 상기 제1연결부를 감싸도록 형성된 제1수지부를 포함할 수 있다.
상기 제1수지부는 상기 제1리드부에 사출 성형되어, 상기 제1리드부와 일체형으로 결합될 수 있다.
상기 제1수지부는 폴리프로필렌 및 과불소화산 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1연결부는 일측이 상기 제1전극 접속부에 연결되고, 타측이 상기 제1단자 접속부에 연결되며, 상기 제1전극접속부의 상부에서 연장되어 상기 전극조립체의 상부 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 제1연결부는 상기 제1연결부의 다른 영역에 비해 단면적이 작게 형성된 퓨즈영역을 구비할 수 있다.
상기 퓨즈영역은 상기 제1수지부의 내측에 위치할 수 있다.
상기 퓨즈영역은 상기 제1단자 접속부와 연결된 상기 제1연결부의 일측에 위치하며, 퓨즈홀이 형성될 수 있다.
상기 제1수지부는 상기 제1단자부의 제1체결 단자와 결합된 상기 제1리드부에 사출 성형되어, 상기 제1연결부 및 상기 제1단자 접속부를 감싸도록 형성될 수 있다, .
상기 케이스 내측에 수용되며, 상기 제2전극과 상기 제2단자부 사이를 전기적으로 연결하는 제2집전판을 더 포함할 수 있다.
상기 제2집전판은 상기 제2전극과 접속된 제2전극접속부와, 상기 제2단자부에 접속된 제2단자 접속부 및 상기 제2전극접속부와 상기 제2단자 접속부 사이를 전기적으로 연결하는 제2연결부로 이루어진 제2리드부 및, 상기 제2리드부에서 상기 제2연결부를 감싸도록 형성된 제2수지부를 포함할 수 있다.
상기 제2수지부는 상기 제2리드부에 사출 성형되어, 상치 제2리드부와 일체형으로 결합될 수 있다.
상기 제2수지부는 폴리프로필렌 및 과불소화산 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제2연결부는 일측이 상기 제2전극 접속부에 접속되고, 타측이 상기 제2단자 접속부에 접속되며, 상기 제2전극접속부의 상부에서 연장되어 상기 전극조립체의 상부 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 제2수지부는 상기 제2단자부의 제2체결 단자와 결합된 상기 제2리드부에 사출 성형되어, 상기 제2연결부 및 상기 제2단자 접속부를 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 캡 조립체는 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트 및, 상기 캡플레이트에 설치되어 상기 케이스의 내부압력이 설정된 압력 이상이면 개방되도록 설정된 벤트 플레이트로 이루어질 수 있다.
상기 캡 플레이트에 형성된 단락홀의 상부에 설치되고, 상기 캡플레이트와 전기적으로 접속되며, 상기 케이스 내측의 압력에 의해 위로 볼록하게 돌출되는 제1단락 플레이트 및, 상기 제1단락 플레이트에서 상부방향으로 이격되며, 상기 제2단자부와 전기적으로 접속된 제2단락 플레이트를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 이차전지는 집전판의 일부영역을 감싸도록 수지를 사출 성형함으로써, 집전판의 강도를 보강하고, 아크 점프에 의한 추가적인 손상을 방지할 수 있게 된다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이며, 도 1b는 도 1a의 1b-1b선을 따라 취한 단면도이다.
도 2는 도 1a의 제1집전판을 확대 도시한 사시도이다.
도 3는 도 2의 제1집전판에서 제1리드부를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 제1집전판 및 체결 단자를 확대 도시한 사시도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 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.
도 1a를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이가 도시되어 있으며, 도 1b를 참조하면 도 1a의 1b-1b'선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.
도 1a 및 도 1b에서 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(110), 제1집전판(120), 제1단자부(130), 제2집전판(140), 제2단자부(150), 케이스(160) 및 캡 조립체(170)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극(111), 세퍼레이터(113), 제2전극(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제1전극(111)은 양극으로서 동작할 수 있으며, 제2전극(112)은 음극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제1전극(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제1전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제1활물질이 도포되지 않은 영역인 제1전극 무지부(111a)를 포함한다. 상기 제1전극 무지부(111a)는 제1전극(111)과, 제1전극 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제1전극(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2전극(112)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제2전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제2활물질이 도포되지 않는 영역인 제2전극 무지부(112a)를 포함한다. 상기 제2전극 무지부(112a)는 제2전극(112)과, 제2전극 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제2전극(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 세퍼레이터(113)는 제1전극(111)과 제2전극(112) 사이에 위치되어 전기적 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 제1전극(111)과 제2전극(112) 각각에 전기적으로 연결되는 제1집전판(120) 및 제2집전판(140)이 결합된다.
이러한 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(160)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.
상기 제1집전판(120)은 도 2에 확대 도시되어 있으며, 상기 제1집전판(220)의 제1리드부(221)는 도 3에 도시되어 있다. 이하에서 상기 제1집전판(120)의 구성은 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하고자 한다.
상기 제1집전판(120)은 주로 금속 또는 그 등가물로 형성된 제1리드부(121)와, 제1리드부(121)의 일부를 감싸도록 형성된 제1수지부(122)로 이루어진다.
상기 제1리드부(121)는 제1전극(111) 및 제1단자부(130)와 전기적으로 연결된다. 상기 제1리드부(121)는 제1전극(111)과 접속된 제1전극 접속부(121a), 제1단자부(130)와 접속된 제1단자 접속부(121b) 및 상기 제1전극 접속부(121a)와 제1단자 접속부(121b) 사이를 연결하는 제1연결부(121c)를 포함한다. 이러한 상기 제1리드부(121)는 일체형으로 이루어진다. 그리고 상기 제1리드부(121)는 대략 '┒' 형태로 형성될 수 있다. 상기 제1리드부(121)는 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 그러나 상기 재질로 제1리드부(121)의 재질이 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전극 접속부(121a)는 상기 전극 조립체(110)의 제1전극(111) 무지부(111a)에 용접되며, 수직 방향으로 세워진 형태를 한다. 상기 제1전극 접속부(121a)는 케이스(160)내에 수용되는 전극 조립체(110)의 개수와 대응되는 개수로 이루어질 수 있으며, 이때 각 제1전극 접속부(121a)는 전극 조립체(110)의 제1전극(111) 무지부(111a)에 각각 용접될 수 있다. 상기 제1전극 접속부(121a)의 갯수는 도 2에서 4개로 도시하였으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
상기 제1단자 접속부(121b)는 상기 제1단자부(130)에 용접되며, 대략 수평방향으로 누워 있는 형태로 후술되는 캡플레이트(170)와 평행하게 위치된다. 상기 제1단자 접속부(121b)에는 상면과 하면 사이를 관통하는 제1체결홀(121h)이 형성될 수 있다. 상기 제1체결홀(121h)에는 상기 단자부(130)의 제1체결 단자(131)가 끼워져 결합된다. 즉 상기 제1체결홀(121h)은 제1체결 단자(131)가 수용되도록, 제1체결 단자(131)와 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
상기 제1연결부(121c)는 일측이 제1전극 접속부(121a)와 연결되고, 타측이 제1단자 접속부(121b)와 연결된다. 상기 제1연결부(121c)는 제1전극 접속부(121a)의 상단에서 연장되며, 절곡되어 소정 길이 더 연장되어 대략 'ㄱ'형태로 형성된다. 즉, 제1연결부(121c)는 제1전극 접속부(121a)로부터 수직 방향으로 세워진 형태로 연장되며, 후술되는 캡플레이트(170)와 평행하도록 수직방향으로 절곡되어 제1단자 접속부(121b)와 연결된다.
상기 제1연결부(121c)는 타측에 제1연결부(121c)의 다른 영역에 비해 단면적이 작게 형성된 퓨즈영역이 구비된다. 즉, 제1연결부(121c)는 타측에 상면과 하면 사이를 관통하는 퓨즈홀(121f)이 구비되어, 단면적이 제1연결부(121c)의 다른 영역에 비해 더 작게 형성된 퓨즈 영역을 구비한다. 상기 퓨즈 홀(121f)은 폭 방향으로 긴 사각형상이며, 두 개로 이루어질 수 있으나, 이러한 형상 및 개수를 본 발명에서 한정하는 것은 아니다. 이러한 퓨즈 영역은 이차전지(100)에 단락이 발생되어, 제1집전판(120)으로 큰 전류가 흐를 경우 발생되는 열에 의해 용융되어 전류의 흐름을 차단하는 역할을 한다.
그리고 상기 제1연결부(121c)는 제1수지부(122)의 내측에 위치한다. 이때 상기 퓨즈 영역도 상기 제1수지부(122)의 내측에 위치하게 된다. 즉, 퓨즈홀(121f)이 형성된 제1연결부(121c)는 제1수지부(122)에 의해서 감싸여 진다.
상기 제1수지부(122)는 제1리드부(121)에서 상기 제1연결부(121c)를 덮도록 제1리드부(121)에 일체형으로 형성된다. 즉, 상기 제1수지부(122)는 제1연결부(121c)를 모두 덮도록 상기 제1리드부(121)에 사출 성형되어, 상기 제1리드부(121)와 일체형으로 형성된다. 상기 제1수지부(122)는 폴리프로필렌(PP; Polypropylene), 과불소화산(PFA; Perfluorinated Acid) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
즉 제1집전판(120)은 금속으로 형성된 제1리드부(121)에서 절곡된 부분인 제1연결부(121c)를 절연 물질인 제1수지부(122)로 모두 덮도록 인서트 사출함으로써, 제1집전판(120)의 강도를 보완할 수 있다. 또한 제1집전판(120)은 단락에 의한 고전압에 퓨즈 영역이 열에 의해 용융되어 전기적으로 분리되더라도, 수지부에 의해 형상을 유지할 수 있으며, 아크 발생에 의한 추가적인 쇼트를 방지할 수 있다.
상기 제1단자부(130)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제1집전판(120)과 전기적으로 접속된다. 상기 제1단자부(130)는 제1집전판(120)의 제1체결홀(121h)에 수용되는 제1체결 단자(131)와, 상기 제1체결 단자(131)에 결합된 제1전극 단자(132)를 포함한다.
상기 제1체결 단자(131)는 후술되는 캡 플레이트(171)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 캡 플레이트(171)의 하부에서 제1집전판(120)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1체결 단자(131)는 캡 플레이트(171)의 상부로 일정 길이 연장 및 돌출된 동시에, 캡 플레이트(171)의 하부에는 제1체결 단자(131)가 상기 캡 플레이트(171)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(131a)가 형성될 수 있다. 상기 제1체결 단자(131)중 플랜지(131a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제1집전판(120)의 제1체결홀(121h)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제1체결 단자(131)중 상기 플랜지(131a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(171)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 연장 및 돌출된 영역에는 제1전극 단자(132)가 고정될 수 있다.
상기 제1전극단자(132)는 상면과 하면을 관통하는 제1단자홀(132a)에 의해 링형상을 갖는다. 상기 제1전극단자(132)의 제1단자홀(132a)은 제1체결 단자(131)가 수용되도록, 제1체결 단자(131)의 수평방향 크기 및 형상과 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 제1전극 단자(132)는 상기 제1단자홀(132a)에 캡 플레이트(171)의 상부로 돌출된 제1체결 단자(131)가 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다.
상기 제1단자부(130)는 캡 플레이트(171)와 전기적으로 절연될 수 있다. 이러한 상기 제1단자부(130)는 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나 이러한 재질로 상기 제1단자부(130)의 재질이 한정되는 것은 아니다.
상기 제2집전판(140)은 주로 금속 또는 그 등가물로 형성된 제2리드부(141)와, 제2리드부(141)의 일부를 감싸도록 형성된 제2수지부(142)로 이루어진다. 이러한 제2집전판(140)의 형태는 상기 제1집전판(120)의 형태와 동일할 수 있다. 따라서 구체적인 형태의 설명은 생략한다.
물론 상기 제2리드부(141)는 제2전극(111)과 접속된 제2전극 접속부(141a), 제2단자부(150)와 접속된 제2단자 접속부(141b) 및 상기 제2전극 접속부(141a)와 제2단자 접속부(141b) 사이를 연결하는 제2연결부(141c)를 포함한다. 그리고 상기 제2리드부(141)는 일체형으로 이루어진다. 그리고 상기 제2리드부(141)는 대략 '┒' 형태로 형성될 수 있다. 상기 제2리드부(141)는 예를 들면 주로 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2전극 접속부(141a)는 상기 전극 조립체(110)의 제2전극(111) 무지부(111a)에 용접되며, 수직 방향으로 세워진 형태를 한다. 상기 제2단자 접속부(141b)는 상기 제2단자부(150)에 용접되며, 대략 수평방향으로 누워 있는 형태로 후술되는 캡플레이트(170)와 평행하게 위치된다. 상기 제2연결부(141c)는 일측이 제2전극 접속부(141a)와 연결되고, 타측이 제2단자 접속부(141b)와 연결된다. 상기 제2연결부(141c)는 제2전극 접속부(141a)의 상단에서 연장되며, 절곡되어 소정 길이 더 연장되어 대략 'ㄱ'형태로 형성된다. 즉, 제2연결부(141c)는 제2전극 접속부(141a)로부터 수직 방향으로 세워진 형태로 연장되며, 후술되는 캡플레이트(170)와 평행하도록 수직방향으로 절곡되어 제2단자 접속부(141b)와 연결된다. 그리고 상기 제2연결부(141c)는 제2연결부(141c)의 다른 영역에 비해 단면적이 작게 형성된 퓨즈영역(미도시)이 구비될 수 있다. 이러한 제2연결부(141c)는 상기 제2수지부(142)의 내측에 위치한다.
상기 제2수지부(142)는 제2리드부(141)에서 상기 제2연결부(141c)를 덮도록 제2리드부(141)와 일체형으로 형성된다. 즉, 상기 제2수지부(142)는 제2연결부(141c)를 모두 덮도록 상기 제2리드부(141)에 사출 성형되어, 상기 제2리드부(141)와 일체형으로 형성된다. 상기 제2수지부(142)는 폴리프로필렌(PP; Polypropylene), 과불소화산(PFA; Perfluorinated Acid) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
즉 제2집전판(140)은 금속으로 형성된 제2리드부(141)에서 퓨즈 영역을 구비한 제2연결부(141c)를 절연 물질인 제2수지부(142)로 모두 덮도록 인서트 사출함으로써, 제2집전판(140)의 강도를 보완함과 동시에, 고전압이 인가 될 경우 퓨즈 영역이 녹으면서 발생될 수 있는 아크 점프에 의한 추가적인 손상을 방지할 수 있다. 이러한 제2집전판(140)은 실질적으로 상기 제1집전판(120)과 동일한 구조를 갖는다.
상기 제2단자부(150)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제2집전판(140)과 전기적으로 접속된다. 상기 제2단자부(150)는 제2집전판(140)의 제2체결홀(141h)에 수용되는 제2체결 단자(151)와, 상기 제2체결 단자(151)에 결합된 제2전극 단자(152)를 포함한다.
상기 제2체결 단자(151)는 후술되는 캡 플레이트(171)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 캡 플레이트(171)의 하부에서 제2집전판(140)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2체결 단자(151)중 플랜지(151a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제2집전판(140)의 제2체결홀(141h)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제2체결 단자(151)중 상기 플랜지(151a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(171)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 연장 및 돌출된 영역에는 제2전극 단자(152)가 고정될 수 있다. 이러한 제2단자부(150)는 실질적으로 상기 제1단자부(130)와 동일한 구조를 갖는다.
상기 케이스(160)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 1a 및 도 1b 에서는 상기 케이스(160)와 캡 조립체(170)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(170)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(160)의 내면은 절연처리되어, 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 제 2 집전판(140) 및 캡 조립체(170)와 절연된다.
상기 캡 조립체(170)는 상기 케이스(160)에 결합된다. 상기 캡 조립체(170)는 구체적으로 캡 플레이트(171), 시일 가스켓(172), 마개(173), 안전벤트(174), 상부 절연부재(175), 하부 절연부재(176), 연결판(177) 및 제1단락 플레이트(178) 및 제2단락 플레이트(179)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(171)는 상기 케이스(160)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(160)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(171)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(160)에 결합될 수 있다. 여기서, 만약 상기 캡 플레이트(171)가 상기 제1단자부(130)에 전기적으로 접속된 다면, 상기 캡 플레이트(171)는 상기 제1단자부(130)와 같은 극성을 가질 수 있다. 물론, 이에 따라 상기 캡 플레이트(171) 및 케이스(160)는 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 시일 가스켓(172)은 절연성 재질로 제1체결 단자(131) 및 제2체결 단자(151) 각각과 캡 플레이트(171)의 사이에 형성되어, 제1체결 단자(131) 및 제2체결 단자(151)의 각각과 캡 플레이트(171)의 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(172)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 마개(173)는 상기 캡 플레이트(171)의 전해액 주입구(171a)를 밀봉하며, 상기 안전벤트(174)는 캡 플레이트(171)의 벤트홀(171b)에 설치되고, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(174a)가 형성될 수 있다.
상기 상부 절연부재(175)는 제2단락 플레이트(179)와 캡 플레이트(171)의 사이에 배치되어, 상기 제2단락 플레이트(179)와 캡 플레이트(171) 사이를 전기적 절연 시킨다. 또한, 상기 상부 절연부재(175)는 상기 캡 플레이트(171)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(175)는 시일 가스켓(172)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(175)는 제2단자부(150)와 캡 플레이트(171)를 사이를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(176)는 제1집전판(120) 및 제2집전판(140)의 각각과 캡 플레이트(171)의 사이에 형성되어, 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(176)는 제1집전판(120)과 캡 플레이트(171) 사이의 쇼트, 그리고 상기 제2집전판(140)과 캡 플레이트(171) 사이의 쇼트를 방지한다. 더불어, 이러한 하부 절연부재(176)는 제1전극 단자(123)와 제2전극 단자(133)의 각각과 캡 플레이트(171)의 사이에도 형성됨으로써, 제1전극 단자(123)와 제2전극 단자(133)의 각각과 상기 캡 플레이트(171) 사이의 불필요한 쇼트도 방지한다.
상기 연결판(177)은 제 1 전극 단자(132)와 캡 플레이트(171) 사이에 개재되며, 제 1 전극 단자(132)를 통해서 캡 플레이트(171)와 시일 가스켓(172)에 밀착된다. 이러한 연결판(177)은 제 1 전극 단자(132)와 캡 플레이트(171)를 전기적으로 연결한다.
상기 제 1 단락 플레이트(178)는 캡 플레이트(171)의 단락홀(171c)에서 상부 절연부재(179)와 캡 플레이트(171) 사이에 배치된다. 상기 제 1 단락 플레이트(178)는 아래로 볼록한 라운드부와, 캡 플레이트(171)에 고정된 테두리부를 포함하는 반전 플레이트로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 단락 플레이트(178)는 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 단락 플레이트(178)는 캡 플레이트(171)와 동일한 극성을 가진다.
상기 제 2 단락 플레이트(179)는 캡 플레이트(171)로부터 이격된 외측, 즉 상부 절연 부재(175) 위에 배치되고 제 2 전극 단자(152)가 끼워지도록 형성되며, 단락홀(171c)을 덮도록 연장된다. 상기 제 2 단락 플레이트(179)는 제 2 전극 단자(152)와 전기적으로 연결된다. 이러한 제 2 단락 플레이트(179)는 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 위로 볼록하게 돌출되는 제 1 단락 플레이트(178)와 접촉하여 단락을 유발시킬 수 있다. 상기 단락이 유발되면 큰 전류가 흐르게 되고 열이 발생하며, 이때 제1집전판(120)의 퓨즈홀(121f)이 구비된 퓨즈영역이 용융되면서 퓨즈 기능을 한다.
도 4를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 단면도가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)는 전극 조립체(110), 제1집전판(220), 제1단자부(230), 제2집전판(240), 제2단자부(250), 케이스(160) 및 캡 조립체(170)를 포함한다.
상기 이차전지(200)의 전극 조립체(110), 케이스(160) 및 캡 조립체(170)는 상기 도 1a 및 도 1b에 도시된 이차전지(100)와 동일하다. 그러므로 이차전지(200)에서 이차전지(100)와 상이한 제1집전판(220), 제1단자부(230), 제2집전판(240) 및 제2단자부(250)를 위주로 설명하고자 한다.
우선 상기 제1집전판(220)은 주로 금속 또는 그 등가물로 형성된 제1리드부(221)와, 제1리드부(221)의 일부를 감싸도록 형성된 제1수지부(222)로 이루어진다. 상기 제1수지부(222)는 제1리드부(221)와 제1단자부(230)의 제1체결 단자(231)와 결합된 후에, 제1체결 단자(231) 및 제1리드부(221)의 일부를 덮도록 형성된다.
상기 제1집전판(220) 및 제1체결 단자(231)는 도 5에 확대 도시되어 있다. 이하에서는 제1집전판(220) 및 제1체결 단자(231)의 구성을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하고자 한다.
상기 제1리드부(221)는 제1전극(111) 및 제1단자부(230)의 제1체결 단자(231)와 전기적으로 연결된다. 상기 제1리드부(221)는 제1전극(111)과 접속된 제1전극 접속부(221a), 제1체결 단자(231)와 접속된 제1단자 접속부(221b) 및 상기 제1전극 접속부(221a)와 제1단자 접속부(221b) 사이를 연결하는 제1연결부(221c)를 포함한다. 이러한 상기 제1리드부(221)는 일체형으로 이루어진다. 그리고 상기 제1리드부(221)는 대략 '┒' 형태로 형성될 수 있다. 상기 제1리드부(221)는 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 그러나 상기 재질로 제1리드부(221)의 재질이 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전극 접속부(221a)는 상기 전극 조립체(110)의 제1전극(111) 무지부(111a)에 용접되며, 수직 방향으로 세워진 형태를 한다. 상기 제1전극 접속부(221a)는 케이스(160)내에 수용되는 전극 조립체(110)의 개수와 대응되는 개수로 이루어질 수 있으며, 이때 각 제1전극 접속부(221a)는 전극 조립체(110)의 제1전극(111) 무지부(111a)에 각각 용접될 수 있다. 상기 제1전극 접속부(221a)의 갯수는 도 5에서 4개로 도시하였으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
상기 제1단자 접속부(221b)는 상기 제1체결 단자(231)에 용접되며, 대략 수평방향으로 누워 있는 형태로 후술되는 캡플레이트(170)와 평행하게 위치된다. 상기 제1단자 접속부(221b)에는 상면과 하면 사이를 관통하는 제1체결홀(221h)이 형성될 수 있다. 상기 제1체결홀(221h)에는 제1체결 단자(231)가 끼워져 결합된다. 즉 상기 제1체결홀(221h)은 제1체결 단자(231)가 수용되도록, 제1체결 단자(231)와 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
상기 제1연결부(221c)는 일측이 제1전극 접속부(221a)와 연결되고, 타측이 제1단자 접속부(221b)와 연결된다. 상기 제1연결부(221c)는 제1전극 접속부(221a)의 상단에서 연장되며, 절곡되어 소정 길이 더 연장되어 대략 'ㄱ'형태로 형성된다. 즉, 제1연결부(221c)는 제1전극 접속부(221a)로부터 수직 방향으로 세워진 형태로 연장되며, 후술되는 캡플레이트(170)와 평행하도록 수직방향으로 절곡되어 제1단자 접속부(221b)와 연결된다. 상기 제1연결부(221c)는 타측에 제1연결부(221c)의 다른 영역에 비해 단면적이 작게 형성된 퓨즈영역이 구비된다. 즉, 제1연결부(221c)는 타측에 상면과 하면 사이를 관통하는 퓨즈홀(221f)이 구비되어, 단면적이 제1연결부(221c)의 다른 영역에 비해 더 작게 형성된 퓨즈 영역을 구비한다. 상기 퓨즈 홀(221f)은 폭 방향으로 긴 사각형상이며, 두 개로 이루어질 수 있으나, 이러한 형상 및 개수를 본 발명에서 한정하는 것은 아니다. 이러한 퓨즈 영역은 이차전지(200)에 단락이 발생되어, 제1집전판(220)으로 큰 전류가 흐를 경우 발생되는 열에 의해 용융되어 전류의 흐름을 차단하는 역할을 한다.
그리고 상기 제1연결부(221c)는 제1수지부(222)의 내측에 위치한다. 이때 상기 퓨즈 영역도 상기 제1수지부(222)의 내측에 위치하게 된다. 즉, 제1연결부(221c)는 제1수지부(222)에 의해서 감싸진다.
상기 제1수지부(222)는 제1리드부(221)에서 상기 제1연결부(221c)와, 상기 제1체결 단자(231)와 결합된 제1단자 접속부(221b)를 덮도록 제1리드부(221)에 형성된다. 즉, 상기 제1수지부(222)는 제1리드부(221)에서 상기 제1체결 단자(231)와 결합된 제1단자 접속부(221b)와, 상기 제1연결부(221c)를 덮도록 제1리드부(221)에 사출 성형되어, 상기 제1리드부(221)와 일체형으로 형성된다. 이때 제1단자 접속부(221b)는 하부의 일부가 외부로 노출될 수 있다.
상기 제1수지부(222)는 폴리프로필렌(PP; Polypropylene), 과불소화산(PFA; Perfluorinated Acid) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
즉 제1집전판(220)은 금속으로 형성된 제1리드부(221)의 제1연결부(221c)와, 제1체결 단자(231)와 결합된 제1단자 접속부(221b)를 절연 물질인 제1수지부(222)로 모두 덮도록 인서트 사출함으로써, 제1집전판(220)과 제1체결 단자(231) 사이의 결합력을 높일 수 있다. 또한 제1집전판(220)은 단락에 의한 고전압에 퓨즈 영역이 열에 의해 용융되어 전기적으로 분리되더라도, 수지부에 의해 형상을 유지할 수 있으며, 아크 발생에 의한 추가적인 쇼트를 방지할 수 있다.
상기 제1단자부(230)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제1집전판(220)과 전기적으로 접속된다. 상기 제1단자부(230)는 제1집전판(220)의 제1체결홀(221h)에 수용되는 제1체결 단자(231)와, 상기 제1체결 단자(231)에 결합된 제1전극 단자(232)를 포함한다.
상기 제1체결 단자(231)는 후술되는 캡 플레이트(171)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 캡 플레이트(171)의 하부에서 제1집전판(220)의 제1체결홀(221h)에 결합된다. 상기 제1체결 단자(231)는 캡 플레이트(171)의 하부에는 제1체결 단자(231)가 상기 캡 플레이트(171)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(231a)가 형성될 수 있다. 상기 제1체결 단자(231)중 플랜지(231a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제1집전판(220)의 제1체결홀(221h)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 그리고 상기 제1집전판(220)의 제1체결홀(221h)에 결합된 제1체결 단자(231)는 제1수지부(222)에 의해서 감싸진다. 또한, 상기 제1체결 단자(231)중 상기 플랜지(231a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(171)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 연장 및 돌출된 영역에는 제1전극 단자(232)가 고정될 수 있다.
상기 제1전극단자(232)는 상면과 하면을 관통하는 제1단자홀(232a)에 의해 링형상을 갖는다. 상기 제1전극단자(232)의 제1단자홀(232a)은 제1체결 단자(231)가 수용되도록, 제1체결 단자(231)의 수평방향 크기 및 형상과 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 제1전극 단자(232)는 상기 제1단자홀(232a)에 캡 플레이트(171)의 상부로 돌출된 제1체결 단자(231)가 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다.
상기 제1단자부(230)는 캡 플레이트(171)와 전기적으로 절연될 수 있다. 이러한 상기 제1단자부(230)는 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나 이러한 재질로 상기 제1단자부(230)의 재질이 한정되는 것은 아니다.
상기 제2집전판(240)은 주로 금속 또는 그 등가물로 형성된 제2리드부(241)와, 제2리드부(241)의 일부를 감싸도록 형성된 제2수지부(242)로 이루어진다. 이러한 제2집전판(240)의 형태는 퓨즈 영역을 제외하고 상기 제1집전판(220)의 형태와 동일할 수 있다. 따라서 구체적인 형태의 설명은 생략한다.
물론 상기 제2리드부(241)는 제2전극(111)과 접속된 제2전극 접속부(241a), 제2체결 단자(251)와 접속된 제2단자 접속부(241b) 및 상기 제2전극 접속부(241a)와 제2단자 접속부(241b) 사이를 연결하는 제2연결부(241c)를 포함한다. 그리고 상기 제2리드부(241)는 일체형으로 이루어진다. 그리고 상기 제2리드부(241)는 대략 '┒' 형태로 형성될 수 있다. 상기 제2리드부(241)는 예를 들면 주로 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2전극 접속부(241a)는 상기 전극 조립체(110)의 제2전극(111) 무지부(111a)에 용접되며, 수직 방향으로 세워진 형태를 한다. 상기 제2단자 접속부(241b)는 상기 제2체결 단자(251)에 용접되며, 대략 수평방향으로 누워 있는 형태로 후술되는 캡플레이트(170)와 평행하게 위치된다. 상기 제2연결부(241c)는 일측이 제2전극 접속부(241a)와 연결되고, 타측이 제2단자 접속부(241b)와 연결된다.
상기 제2연결부(241c)는 제2전극 접속부(241a)의 상단에서 연장되며, 절곡되어 소정 길이 더 연장되어 대략 'ㄱ'형태로 형성된다. 즉, 제2연결부(241c)는 제2전극 접속부(241a)로부터 수직 방향으로 세워진 형태로 연장되며, 후술되는 캡플레이트(170)와 평행하도록 수직방향으로 절곡되어 제2단자 접속부(241b)와 연결된다. 그리고 상기 제2연결부(241c)는 제2수지부(242)의 내측에 위치한다.
상기 제2수지부(242)는 제2리드부(241)에서 상기 제2연결부(241c)와, 제2체결 단자(251)와 결합된 제2단자 접속부(241b)를 덮도록 제2리드부(241)에 형성된다. 즉, 상기 제2수지부(242)는 제2리드부(241)에서 상기 제2체결 단자(251)와 결합된 제2단자 접속부(241b)와, 상기 제2연결부(241c)를 덮도록 제2리드부(241)에 사출 성형되어, 상기 제2리드부(241)와 일체형으로 형성된다. 이때 제2단자 접속부(241b)는 하부의 일부가 외부로 노출될 수 있다. 상기 제1수지부(222)는 폴리프로필렌(PP; Polypropylene), 과불소화산(PFA; Perfluorinated Acid) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
즉 제2집전판(240)은 제2체결 단자(251)와 결합된 제2리드부(241)와 제2연결부(241c)를 절연 물질인 제2수지부(242)가 덮도록 인서트 사출함으로써, 제2체결 단자(251)와 제2리드부(241) 사이의 결합력을 증가시킴과 동시에, 외부 단락에 의해 퓨즈 영역이 용융되어 전기적으로 분리되더라도, 수지부에 의해 형상을 유지할 수 있으며, 아크 발생에 의한 추가적인 쇼트를 방지할 수 있다.
상기 제2단자부(250)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제2집전판(240)과 전기적으로 접속된다. 상기 제2단자부(250)는 제2집전판(240)의 제2체결홀(241h)에 수용되는 제2체결 단자(251)와, 상기 제2체결 단자(251)에 결합된 제2전극 단자(252)를 포함한다.
상기 제2체결 단자(251)는 후술되는 캡 플레이트(171)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 캡 플레이트(171)의 하부에서 제2집전판(240)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2체결 단자(251)중 플랜지(251a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제2집전판(240)의 제2체결홀(241h)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제2체결 단자(251)중 상기 플랜지(251a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(171)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 연장 및 돌출된 영역에는 제2전극 단자(252)가 고정될 수 있다. 이러한 제2단자부(250)는 실질적으로 상기 제1단자부(230)와 동일한 구조를 갖는다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차전지를 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, 200; 이차전지
110; 전극 조립체 120, 220; 제1집전판
130, 230; 제1단자부 140, 240; 제2집전판
150, 250; 제2단자부 160; 케이스
170; 캡 조립체

Claims (16)

  1. 제1전극, 제2전극 및, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 내측에 수용하고 상단 개구를 갖는 케이스;
    상기 전극 조립체를 수용한 케이스의 상단 개구를 밀봉하며, 외부로 돌출된 제1단자부 및 제2단자부를 구비하는 캡 조립체; 및
    상기 케이스 내측에 수용되며, 상기 제1전극과 상기 제1단자부 사이를 전기적으로 연결하는 제1집전판을 포함하며,
    상기 제1집전판은
    상기 제1전극과 접속된 제1전극접속부와, 상기 제1단자부에 접속된 제1단자 접속부 및 상기 제1전극접속부와 상기 제1단자 접속부 사이를 전기적으로 연결하는 제1연결부로 이루어진 제1리드부; 및
    상기 제1리드부에서 상기 제1연결부를 감싸도록 형성된 제1수지부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1수지부는 상기 제1리드부에 사출 성형되어, 상기 제1리드부와 일체형으로 결합된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1수지부는 폴리프로필렌 및 과불소화산 중 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1연결부는
    일측이 상기 제1전극 접속부에 연결되고,
    타측이 상기 제1단자 접속부에 연결되며,
    상기 제1전극접속부의 상부에서 연장되어 상기 전극조립체의 상부 방향으로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1연결부는
    상기 제1연결부의 다른 영역에 비해 단면적이 작게 형성된 퓨즈영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 퓨즈영역은 상기 제1수지부의 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 퓨즈영역은 상기 제1단자 접속부와 연결된 상기 제1연결부의 일측에 위치하며, 퓨즈홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1수지부는 상기 제1단자부의 제1체결 단자와 결합된 상기 제1리드부에 사출 성형되어, 상기 제1연결부 및 상기 제1단자 접속부를 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스 내측에 수용되며, 상기 제2전극과 상기 제2단자부 사이를 전기적으로 연결하는 제2집전판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2집전판은
    상기 제2전극과 접속된 제2전극접속부와, 상기 제2단자부에 접속된 제2단자 접속부 및 상기 제2전극접속부와 상기 제2단자 접속부 사이를 전기적으로 연결하는 제2연결부로 이루어진 제2리드부; 및
    상기 제2리드부에서 상기 제2연결부를 감싸도록 형성된 제2수지부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2수지부는 상기 제2리드부에 사출 성형되어, 상치 제2리드부와 일체형으로 결합된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2수지부는 폴리프로필렌 및 과불소화산 중 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2연결부는
    일측이 상기 제2전극 접속부에 접속되고,
    타측이 상기 제2단자 접속부에 접속되며,
    상기 제2전극접속부의 상부에서 연장되어 상기 전극조립체의 상부 방향으로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2수지부는 상기 제2단자부의 제2체결 단자와 결합된 상기 제2리드부에 사출 성형되어, 상기 제2연결부 및 상기 제2단자 접속부를 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡 조립체는
    상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트; 및
    상기 캡플레이트에 설치되어 상기 케이스의 내부압력이 설정된 압력 이상이면 개방되도록 설정된 벤트 플레이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 캡 플레이트에 형성된 단락홀의 상부에 설치되고, 상기 캡플레이트와 전기적으로 접속되며, 상기 케이스 내측의 압력에 의해 위로 볼록하게 돌출되는 제1단락 플레이트; 및
    상기 제1단락 플레이트에서 상부방향으로 이격되며, 상기 제2단자부와 전기적으로 접속된 제2단락 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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