KR20140109676A

KR20140109676A - 이차전지

Info

Publication number: KR20140109676A
Application number: KR1020130023943A
Authority: KR
Inventors: 권민형
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-16
Also published as: US20140255735A1; KR101688480B1; US9318736B2

Abstract

본 발명에서는 이차전지가 개시된다. 상기 이차전지는, 전극 조립체와, 전극 조립체 상에 배치된 캡 플레이트와, 캡 플레이트 상으로 인출된 전극 단자와, 전극 조립체와 전극 단자 간의 전기적인 연결을 매개하는 집전 부재와, 집전 부재 상에 형성되어 설정된 차단 포인트 이상의 전류를 차단하기 위한 퓨즈부;를 포함하고, 상기 퓨즈부는, 집전 부재에 형성된 관통 공을 둘러싸도록 형성된 파단부와, 파단부 상에 노치 형상으로 형성된 차단 포인트 조정부;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 설계된 과전류 차단 포인트에서 전류의 차단을 높은 신뢰도로 보장하며, 전류 패스가 차단되는 포인트를 정밀하게 제어할 수 있는 이차전지가 제공된다. 또한, 본 발명에 의하면, 상기와 같이 안전구조를 제공하면서도 안전구조로 인하여 야기될 수 있는 강성의 저하를 최소화시킬 수 있는 이차전지가 제공된다.

Description

이차전지{Secondary battery}

본 발명은 이차전지에 관한 것이다.

통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자건거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 전기적으로 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.

한편, 이러한 이차전지는 과도한 전류가 충전 또는 방전되면, 고열이 발생하거나 전해액이 분해됨으로써, 내부 압력이 상승하여 발화되거나 폭발할 수 있으므로, 과전류 등의 이상 상황을 감지하여 사전에 안전 동작을 수행할 수 있는 구조가 요구된다.

본 발명의 일 실시형태는, 설계된 과전류 차단 포인트에서 전류의 차단을 높은 신뢰도로 보장하며, 전류 패스가 차단되는 포인트를 정밀하게 제어할 수 있는 이차전지가 제공된다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기와 같이 안전구조를 제공하면서도 안전구조로 인하여 야기될 수 있는 강성의 저하를 최소화시킬 수 있는 이차전지가 제공된다.

상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이차전지는,

전극 조립체;

상기 전극 조립체 상에 배치된 캡 플레이트;

상기 캡 플레이트 상으로 인출된 전극 단자;

상기 전극 조립체와 전극 단자 간의 전기적인 연결을 매개하는 집전 부재; 및

상기 집전 부재 상에 형성되어 설정된 차단 포인트 이상의 전류를 차단하기 위한 퓨즈부;를 포함하고,

상기 퓨즈부는,

상기 집전 부재에 형성된 관통 공을 둘러싸도록 형성된 파단부; 및

상기 파단부 상에 노치 형상으로 형성된 차단 포인트 조정부;를 포함한다.

예를 들어, 상기 관통 공은 상기 집전 부재의 연장방향과 수직한 방향으로 길게 연장된 세장형으로 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 관통 공과 반대되는 파단부의 외측 표면에 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 파단부의 외측 표면 중에서 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역 내에 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 관통 공을 향하여 외측 표면으로부터 인입된 형상으로 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 관통 공을 사이에 두고 서로 반대되는 양 측면에 쌍을 이루어 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 파단부의 외측 표면 중에서 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역 밖에 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는, 상기 외측 표면을 따라 다수로 형성되고,

상기 차단 포인트 조정부의 일부는 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역의 안에 형성되고,

상기 차단 포인트 조정부의 다른 일부는 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투명 영역의 밖에 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 관통 공을 마주하는 상기 파단부의 내측 표면에 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 관통 공과 연결되어 상기 관통 공과 함께 하나의 개구부를 형성하도록 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 관통 공과 마주하는 양 측면에 쌍을 이루어 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 파단부의 내측 표면 중에서 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역 안에 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 관통 공과 반대되는 파단부의 외측 표면에 형성된 제1 조정부; 및

상기 관통 공과 마주하는 파단부의 내측 표면에 형성된 제2 조정부;를 포함한다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 조정부는, 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역의 안에 형성된다.

본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지는,

전극 조립체;

상기 전극 조립체 상에 배치된 캡 플레이트;

상기 캡 플레이트 상으로 인출된 전극 단자;

상기 퓨즈부는,

상기 파단부 상에 홀 형상으로 형성된 차단 포인트 조정부;를 포함한다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 관통 공과 이격된 형태로 형성된다.

예를 들어, 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역 안에 형성된다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부는,

상기 관통 공을 사이에 두고 서로 반대되는 양편에 쌍을 이루어 형성된다.

본 발명에 의하면, 설정된 차단 포인트 이상의 과전류가 흐르는 이상 상황에서 충방전 전류의 패스를 강제적으로 차단하는 안전 동작을 수행함으로써, 과전류로 인한 이차전지의 폭발, 발화와 같은 안전 사고를 예방할 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면, 설계된 차단 포인트에서 전류의 차단을 높은 신뢰도로 보장하며, 전류 패스가 차단되는 포인트를 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 이러한 안전 구조 인하여 야기될 수 있는 구조적인 강성의 저하를 최소화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이차전지의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 적용될 수 있는 퓨즈부를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 퓨즈부의 평면 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 퓨즈부의 변형된 실시형태를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 적용될 수 있는 퓨즈부를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 퓨즈부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 9는 도 7에 도시된 퓨즈부의 평면 구조를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 적용될 수 있는 퓨즈부를 도시한 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 퓨즈부의 평면 구조를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시형태에 적용될 수 있는 퓨즈부를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 퓨즈부의 평면 구조를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시형태에 적용될 수 있는 퓨즈부를 도시한 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 퓨즈부의 평면 구조를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시형태에 적용될 수 있는 퓨즈부를 도시한 사시도이다.
도 17은 도 16에 도시된 퓨즈부의 평면 구조를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 이차전지에 대해 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1에 도시된 이차전지의 분해 사시도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 이차전지는, 내부에 전극 조립체(150)를 수용하는 케이스(190)와, 상기 전극 조립체(150)를 수용한 케이스(190)를 마감하는 캡 플레이트(100)를 포함한다. 예를 들어, 상기 캡 플레이트(100)는 케이스(190) 상에 결합될 수 있고, 서로 맞닿는 캡 플레이트(100)와 케이스(190)의 가장자리를 따라 용접부가 형성될 수 있다. 이러한 용접부는 캡 플레이트(100)와 케이스(190) 간의 레이저 용접 등에 의해 형성될 수 있다.

상기 캡 플레이트(100) 상에는 서로 반대 극성을 갖는 한 쌍의 전극 단자(110,120), 예를 들어, 제1, 제2 전극 단자(110,120)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 단자(110,120)는 이차전지의 내부에 수용된 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결되며, 각각의 제1, 제2 전극 단자(110,120)는, 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결되어 이차전지에 축적된 방전 전력을 외부로 공급하거나, 외부로부터의 충전 전력을 입력받기 위한 양극 및 음극 단자의 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 단자(110,120)는 이차전지의 양측에 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 이차전지의 캡 플레이트(100)가 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결되어 단자의 기능을 수행할 수도 있으며, 이때, 상기 제1, 제2 전극 단자(110,120) 중에서 어느 한 전극 단자는 생략될 수도 있다.

한편, 도 1에서, 미설명된 도면부호 108은 캡 플레이트(100)에 형성된 안전벤트를 나타낸다. 상기 안전벤트(108)는 캡 플레이트(100)의 다른 부분 보다 상대적으로 취약하게 형성되며, 일정 이상의 내압이 작용할 경우, 안전벤트(108)가 파단되면서 내압이 해소될 수 있다. 또한, 도면번호 109는, 케이스(109) 내부로 전해액(미도시)을 주입한 후에, 전해액 주입구에 조립되어 전해액 주입구를 밀봉하는 실링부재를 나타낸다.

도 3에는 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 이차전지는, 전극 조립체(150)와, 전극 단자(110,120)와, 전극 조립체(150)와 전극 단자(110,120) 간의 전기적인 연결을 매개하는 집전 부재(117,127)를 포함한다. 그리고, 상기 이차전지는 상기 전극 조립체(150)를 수용하는 케이스(190)와, 전극 조립체(150)가 수용된 케이스(190)의 개방부를 밀봉하는 캡 플레이트(100)를 포함할 수 있다.

상기 전극 조립체(150)는, 이차전지의 케이스(190) 내부에 수용될 수 있으며, 서로 반대 극성의 제1, 제2 전극판(151,152, 도 3 참조) 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터(153)를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체(150)는, 제1, 제2 전극판(151,152) 및 세퍼레이터(153)가 교번되게 적층된 적층형으로 형성될 수 있다.

전극 조립체(150)를 수용한 케이스(190)의 상단 개구부에는 캡 플레이트(100)가 조립되어 전극 조립체(150)를 밀봉할 수 있으며, 상기 전극 조립체(150)와 외부 회로(미도시) 또는 상기 전극 조립체(150)와 이웃한 이차전지 간의 전기 접속을 위하여, 캡 플레이트(100)의 외부로는 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결된 전극 단자(110,120)가 형성될 수 있다. 상기 전극 단자(110,120)는 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극 단자(110) 및 제2 전극 단자(120)를 포함할 수 있으며, 각각 전극 조립체(150)의 제1 전극판(151) 및 제2 전극판(152)과 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제1 전극 단자(110)는, 제1 집전 단자(115), 제1 집전 단자(115)와 결합된 제1 단자 플레이트(111)를 포함할 수 있다. 유사하게, 제2 전극 단자(120)는, 제2 집전 단자(125), 제2 집전 단자(125)와 결합된 제2 단자 플레이트(121)를 포함할 수 있다.

상기 제1, 제2 집전 단자(115,125)는 캡 플레이트(100)를 관통하여 캡 플레이트(100)의 외부로 인출될 수 있다. 이를 위해, 상기 캡 플레이트(100)에는 상기 제1, 제2 집전 단자(115,125)가 끼워지는 단자 홀(100`, 도 2 참조)이 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1, 제2 집전 단자(115,125)는 캡 플레이트(100)의 하방으로부터 상방으로 끼워지며, 캡 플레이트(100)의 단자 홀(100`)을 관통하도록 끼워질 수 있다.

상기 집전 단자(115,125)는 캡 플레이트(100)와 전기적으로 절연된 상태로, 캡 플레이트(100)의 단자 홀(100`)에 끼워질 수 있다. 예를 들어, 상기 단자 홀(100`)에는 실 가스켓(113,123)이 끼워질 수 있으며, 실 가스켓(113,123)을 개재하여 집전 단자(115,125)가 끼워짐으로써, 집전 단자(115,125)가 캡 플레이트(100)로부터 절연될 수 있다. 상기 실 가스켓(113,123)은 단자 홀(100`) 주변을 실링하여, 케이스(190) 내부에 수용된 전해액(미도시)의 누액을 방지하고, 외부 불순물의 침투를 저지하기 위한 실링 기능을 수행할 수 있다.

상기 집전 단자(115,125)는 집전 부재(117,127)를 통하여 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 집전 부재(117,127)는 상기 전극 조립체(150) 및 집전 단자(115,125) 사이를 상호 전기적으로 연결한다. 상기 집전 부재(117,127)는, 상기 집전 부재(117,127)의 하부에서 전극 조립체(150)와 결합을 형성하는 전극 조립체 결합부(135)와, 상기 집전 부재(117,127)의 상부에서 집전 단자(115,125)와 결합을 형성하는 집전 단자 결합부(131)를 포함하며, 집전 부재(117,127)의 길이방향을 따라, 상기 전극 조립체 결합부(135)와 집전 단자 결합부(131) 사이에 형성된 퓨즈부(180)를 포함할 수 있다.

상기 전극 조립체 결합부(135)는, 전극 조립체(150)의 양측 가장자리에 결합될 수 있으며, 전극 조립체(150)의 가장자리에 형성된 무지부, 그러니까, 제1, 제2 전극판(151,152) 중에서 전극 활물질이 형성되어 있지 않은 무지부에 대해 용접 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 집전 부재(117,127)의 전극 조립체 결합부(135)는, 각각 제1, 제2 전극판(151,152)의 무지부에 결합될 수 있다.

상기 집전 단자 결합부(131)는, 상기 전극 조립체 결합부(135)로부터 절곡된 방향으로 연장되며 집전 단자(115,125)와 마주하게 배치된 집전 부재(117,127)의 상부에 형성될 수 있다. 상기 집전 단자 결합부(131)에는 집전 단자(115,125)와의 결합을 위해 홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 집전 단자(115,125)의 하단부가 집전 단자 결합부(131)의 홀에 끼워지고, 집전 단자(115,125)와 집전 단자 결합부(131)가 서로 마주하게 조립될 수 있다. 그리고, 집전 단자(115,125)와 집전 단자 결합부(131)가 서로 맞닿는 주변을 따라 용접을 수행함으로써, 이들을 서로 결합시킬 수 있다.

상기 퓨즈부(180)는, 전극 조립체 결합부(135)와 집전 단자 결합부(131) 사이에 형성될 수 있으며, 전극 조립체(150)와 집전 단자(115,125) 사이에서 충방전 전류의 패스를 형성할 수 있다. 상기 퓨즈부(180)는, 설정된 차단 포인트 이상의 과전류가 흐르는 이상 상황에서 충방전 전류의 패스를 강제적으로 차단하는 기능을 한다. 예를 들어, 상기 퓨즈부(180)는, 이상 상황에서 충방전 전류의 패스를 강제로 차단함으로써, 과전류로 인한 이차전지의 폭발, 발화와 같은 안전 사고를 예방하는 안전 동작을 수행할 수 있다.

예를 들어, 상기 퓨즈부(180)를 통한 전류 패스는, 저항 발열로 인한 용융에 따라 차단될 수 있으며, 퓨즈부(180)의 전기 저항값과 전류량에 의해 결정되는 발열량에 따라 차단 포인트가 결정될 수 있다. 예를 들어, 균일한 소재로 형성된 집전 부재(117,127)에 있어, 상기 퓨즈부(180)는 집전 부재(117,127)의 길이 방향을 따라 최소의 단면적으로 형성될 수 있으며, 차단 포인트에 상응하는 전기 저항을 갖도록 설계될 수 있다.

도 4에는 본 발명의 일 실시형태에 적용될 수 있는 퓨즈부(180)의 사시도가 도시되어 있다. 도 5에는 도 4에 도시된 퓨즈부(180)의 평면도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 퓨즈부(180)는, 관통 공(180`) 주변으로 형성된 파단부(181)와, 상기 파단부(181) 상에 형성된 차단 포인트 조정부(185)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 파단부(181)는 집전 부재(117,127)에 형성된 관통 공(180`)을 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다.

상기 관통 공(180`)은 집전 부재(117,127)의 연장방향과 수직 방향으로 길게 연장된 세장형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 집전 부재(117,127)는 대체로 상하방향으로 연장되어 하방의 전극 조립체(150)와 상방의 집전 단자(115,125)를 연결하며, 상기 관통 공(180`)은 상하방향과 수직한 방향으로 연장되며, 집전 부재(117,127)가 형성하는 전류 패스를 차단할 수 있다.

예를 들어, 상기 관통 공(180`)은, 폭(W) 보다는 길이(L) 방향으로 상대적으로 길게 연장된 세장형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 관통 공(180`)은, 최장의 길이를 갖는 길이(L)와, 최단의 길이를 갖는 폭(W)을 따라 형성된 장방형으로 형성될 수 있다. 상기 파단부(181)가 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따라 파단됨으로써, 충방전 전류의 패스가 차단될 수 있다.

상기 파단부(181) 상에는 차단 포인트 조정부(185)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부(185)는 파단부(181) 상에서 관통 공(180`)과 이격된 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부(185)는 파단부(181)의 외측 표면에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 차단 포인트 조정부(185)는, 파단부(181)의 외측 표면을 따라 다수로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 파단부(181)의 양쪽 외측 표면에 쌍으로 형성될 수 있다.

상기 차단 포인트 조정부(185)는, 상기 파단부(181)의 외측 표면 중에서 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따르는 투영 영역(W) 내에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 투영 영역(W)은 관통 공(180`)의 폭(W)에 대응되는 영역이 될 수 있다.

상기 관통 공(180`)이, 폭(W) 보다는 길이(L) 방향으로 길게 연장된 세장형으로 형성될 때, 상기 차단 포인트 조정부(135)는 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따르는 투영 영역(W) 내에 형성됨으로써, 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따르는 파단을 유도할 수 있다. 상기 차단 포인트 조정부(135)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 노치(notch) 형상으로 형성될 수 있으며, 파단부(181)의 외측 표면에서 관통 공(180`)을 향하여 내측으로 인입된 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 차단 포인트 조정부(185)는 관통 공(180`)에 비하여 미세한 사이즈로 형성될 수 있다.

상기 차단 포인트 조정부(185)는 설계된 차단 포인트에서 전류의 차단을 보장한다. 예를 들어, 차단 포인트를 넘어서는 과전류 상황에서도 안전 동작이 개시되지 않으면, 이차전지의 폭발, 발화 같은 사고 위험이 높아지게 되므로, 설계된 차단 포인트에서 안전 동작이 개시될 필요가 있다. 상기 차단 포인트 조정부(135)는, 충방전 전류의 흐름에 불연속적인 노치(notch)를 형성하므로, 충방전 전류의 병목현상으로 전류가 집중되어 열 용융이 개시되는 시작점을 제공할 수 있다.

또한, 상기 차단 포인트 조정부(185)는, 전류 패스가 차단되는 포인트를 정밀하게 제어하기 위한 구조를 제공한다. 예를 들어, 차단 포인트 이하의 정상적인 상황인데도 안전 동작이 개시되면, 이차전지의 정상적인 충방전 동작이 이루어지지 않게 된다. 상기 파단부(181)는, 상대적으로 큰 사이즈의 관통 공(180`)을 통하여 형성되므로, 차단 포인트를 정밀하게 제어하기 어려울 수 있다. 또한, 관통 공(180`)을 크게 확대할 경우에는 집전 부재(117,127)의 기계적인 강성이 떨어지는 문제점도 있다. 상기 차단 포인트 조정부(185)는, 파단부(181)보다 미세한 사이즈로 형성되므로, 차단 포인트를 정밀하게 제어할 수 있으며, 집전 부재(117,127)의 강도 저하를 어느 정도 완화시킬 수 있다.

도 6에는 도 4에 도시된 퓨즈부(280)의 변형예가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 퓨즈부(280)는, 관통 공(180`) 주변으로 형성된 파단부(281)와, 상기 파단부(281) 상에 형성된 차단 포인트 조정부(285)를 포함할 수 있다. 상기 차단 포인트 조정부(285)는 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따르는 투영 영역(W) 내에 형성되어 관통 공(180`)의 길이방향을 따라 집전 부재(117,127)의 파단을 유도할 수 있다.

상기 차단 포인트 조정부(285)는, 노치(notch) 형상으로 형성될 수 있으며, 파단부(281)의 외측 표면에서 관통 공(180`)을 향하여 내측으로 인입된 형상으로 형성될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 상기 차단 포인트 조정부(285)는 집전 부재(117,127)의 하면으로부터 집전 부재(117,127)의 전체 두께를 관통하지 않고, 집전 부재(117,127)의 일부 두께에 대해서만 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 차단 포인트 조정부(285)는, 전류 패스가 차단되는 포인트를 정밀하게 제어하기 위한 구조를 제공하므로, 필요에 따라 집전 부재(117,127)의 전체 두께를 관통하지 않고 일부 두께에 대해서만 미세한 사이즈로 형성될 수 있다.

도 7에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 퓨즈부(380)가 도시되어 있다. 그리고, 도 8에는 도 7에 도시된 퓨즈부(380)를 확대한 사시도, 도 9에는 도 7에 도시된 퓨즈부(380)의 평면도가 각각 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 퓨즈부(380)는, 관통 공(180`) 주변으로 형성된 파단부(381)와, 상기 파단부(381) 상에 형성된 차단 포인트 조정부(385)를 포함할 수 있다. 상기 파단부(381)는, 상기 집전 부재(117,127)에 형성된 관통 공(180`)을 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 차단 포인트 조정부(385)는, 파단부(381) 상에 형성되는데, 파단부(381)의 내측 표면, 그러니까 관통 공(180`)과 마주하는 내측 표면에 형성될 수 있다. 상기 차단 포인트 조정부(385)는, 관통 공(180`)에 연결되어 관통 공(180`)과 함께 하나의 개구부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부(385)는, 관통 공(180`)과 함께 연결된 노치 형상으로 형성될 수 있다.

상기 관통 공(180`)이 길이(L) 방향을 따라 길게 연장된 세장형으로 형성된다고 할 때, 상기 차단 포인트 조정부(385)는 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따르는 투영 영역(W) 내에 형성됨으로써, 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따르는 집전 부재(117,127)의 파단을 유도할 수 있다. 도시된 실시형태에서, 상기 차단 포인트 조정부(385)는 관통 공(180`)의 폭(W)에 대응되는 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부(385)는 관통 공(180`)의 가장자리에서 노치(notch) 형상으로 형성될 수 있으며, 관통 공(180`)에 비하여 미세한 사이즈로 형성될 수 있다.

상기 차단 포인트 조정부(385)는, 파단부(381)의 내측 표면을 따라 다수로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부(385)는 상기 관통 공(180`)과 마주하는 양 측면에 쌍으로 형성될 수 있다.

도 10에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 퓨즈부(480)가 도시되어 있고, 도 11에는 도 10에 도시된 퓨즈부(480)의 평면도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 퓨즈부(480)는, 관통 공(180`) 주변에 형성된 파단부(481)와, 상기 파단부(481) 상에 형성된 차단 포인트 조정부(482)를 포함할 수 있다. 상기 파단부(481)는, 상기 집전 부재(117,127)에 형성된 관통 공(180`)을 둘러싸도록 형성될 수 있으며, 관통 공(180`)의 사이즈를 통하여 파단부(481)의 단면적이 조절될 수 있다. 상기 차단 포인트 조정부(482)는, 상기 파단부(481) 상에 형성되는데, 파단부(481)의 서로 다른 위치에 형성된 제1, 제2 조정부(482a,482b)를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제1 조정부(482a)는 상기 파단부(481)의 외측 표면에 형성될 수 있고, 상기 제2 조정부(482b)는 상기 파단부(481)의 내측 표면, 그러니까 관통 공(180`)과 마주하는 측면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 조정부(482a,482b)는, 각각 파단부(481)의 외측과 내측 표면에 형성된 노치 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2 조정부(482a,482b)는 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따르는 투영 영역(W) 내에 형성됨으로써, 길이(L) 방향으로 집전 부재(117,127)의 파단을 유도할 수 있다.

상기 제1, 제2 조정부(482a,482b)는 서로 협력하여 차단 포인트를 정밀하게 제어하는 기능을 할 수 있다. 상기 파단부(481)는, 상대적으로 큰 사이즈의 관통 공(180`)을 통하여 형성되므로, 차단 포인트를 정밀하게 제어하기에 적합하지 않을 수 있으며, 관통 공(180`)을 크게 확대할 경우에는 집전 부재(117,127)의 강도 저하가 우려된다. 이때, 미세한 크기의 제1, 제2 조정부(482a,482b)를 통하여 차단 포인트를 정밀하게 제어할 수 있고, 집전 부재(117,127)의 강성을 유지할 수 있다.

도 12에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 퓨즈부(580)가 도시되어 있고, 도 13에는 도 12에 도시된 퓨즈부(580)의 평면도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 퓨즈부(580)는 관통 공(110`) 주변으로 형성된 파단부(581)와, 상기 파단부(581) 상에 형성된 차단 포인트 조정부(582)를 포함할 수 있다. 상기 파단부(581)는, 상기 집전 부재(117,127)에 형성된 관통 공(180`)을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 상기 차단 포인트 조정부(582)는, 상기 파단부(581)의 외측 표면에 형성될 수 있다. 특히, 본 실시형태에서, 상기 차단 포인트 조정부(581)는 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따르는 투영 영역(W)을 벗어난 외측에 형성될 수 있다.

상기 차단 포인트 조정부(582)는 관통 공(180`)과 같은 단면상에서 충방전 전류의 통과면적을 규제하지는 않지만, 노치 형상으로 형성되어 충방전 전류의 흐름에 불연속적인 포인트를 제공함으로써, 충방전 전류의 병목 현상으로 전류가 집중되어 열 용융이 개시되는 시작점을 제공할 수 있다. 이런 점에서 상기 차단 포인트 조정부(582)는 설계된 차단 포인트에서 충방전 전류의 흐름을 차단하기에 유리한 환경을 제공할 수 있다.

한편, 상기 차단 포인트 조정부(582)는, 상기 파단부(581)의 외측 표면을 따라 다수로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 차단 포인트 조정부(582)는, 파단부(581)의 서로 다른 측면에서 쌍을 이루어 형성되거나, 또는 파단부(581)의 같은 측면 상에서 인접한 위치에 배열될 수 있다.

도 14에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 퓨즈부(680)가 도시되어 있고, 도 15에는 도 14에 도시된 퓨즈부(680)의 평면도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 퓨즈부(680)는 관통 공(180`) 주변으로 형성된 파단부(681)와, 상기 파단부(681) 상에 형성된 차단 포인트 조정부(682)를 포함할 수 있다. 상기 파단부(681)는 상기 집전 부재(117,127) 상에 형성된 관통 공(180`)을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 상기 차단 포인트 조정부(682)는 상기 파단부(681) 상에 형성될 수 있으며, 상기 관통 공(180`)과 반대되는 외측 표면에 형성될 수 있다. 이때, 상기 차단 포인트 조정부(682)는 외측 표면을 따라 다수로 배열될 수 있으며, 제1, 제2 조정부(682a,682b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 조정부(682a)는 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따르는 투영 영역(W) 내에 형성되어 길이(L) 방향으로 집전 부재(117,127)의 파단을 유도할 수 있다. 그리고, 제2 조정부(682b)는 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따르는 투영 영역(W)의 밖에 형성되어 전류의 병목을 유도하고 전류 집중에 의한 열 용융의 개시점을 제공할 수 있다.

도 16에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 퓨즈부(780)가 도시되어 있고, 도 17에는 도 16에 도시된 퓨즈부(780)의 평면도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 퓨즈부(780)는, 관통 공(110`) 주변으로 형성된 파단부(781)와 상기 파단부(781) 상에 형성된 차단 포인트 조정부(782)를 포함할 수 있다. 상기 파단부(781)는, 집전 부재(117,127) 상에 형성된 관통 공(180`)을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 상기 차단 포인트 조정부(782)는, 상기 파단부(781)에 관통 형성된 홀 형태로 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 차단 포인트 조정부(782)는, 상기 관통 공(180`)과 이격된 위치에 형성된 홀 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 홀은 관통 공(180`)에 비하여 상대적으로 미세한 크기로 형성될 수 있다. 상기 차단 포인트 조정부(782)는, 상기 관통 공(180`)의 어느 일 편에 형성되거나, 또는 관통 공(180`)의 서로 반대 편에 쌍으로 형성될 수 있다. 상기 차단 포인트 조정부(782)는, 상기 관통 공(180`)의 길이(L) 방향을 따르는 투영 영역(W) 내에 형성될 수 있으며, 관통 공(180`)의 길이(L) 방향으로의 파단을 유도할 수 있다.

이하에서는 도 3을 참조하여, 이차전지의 각 구성에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도면을 참조하면, 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결된 집전 부재(117,127)는 집전 단자(115,125)를 통하여 캡 플레이트(100) 상에 배치된 단자 플레이트(111,112)와 연결된다.

상기 집전 단자(115,125)는, 집전 단자(115,125)의 길이방향을 따라 상측 및 하측에 각각 형성된 집전 단자 고정부(115a,125a)와, 집전 단자 플랜지부(115b,125b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 집전 단자(115,125)는, 캡 플레이트(100)를 관통하도록 조립될 수 있으며, 캡 플레이트(100)의 상방으로 노출된 집전 단자 고정부(115a,125a)와, 캡 플레이트(100)의 하방에 배치된 집전 단자 플랜지부(115b,125b)를 포함할 수 있다.

상기 집전 단자 고정부(115a,125a)는, 상기 집전 단자(115,125)를 위치 고정하기 위한 것으로, 예를 들어, 단자 플레이트(111,112)의 상면에 대해 리벳팅 방식으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 집전 단자 고정부(115a,125a)는, 집전 단자(115,125)의 본체로부터 측 방향으로 넓게 확장된 플랜지부 형상을 형성하며, 단자 플레이트(111,112)의 상면에 고정될 수 있다. 상기 집전 단자 고정부(115a,125a)의 상단에는 고속으로 회전하는 가동 툴(미도시)의 가압에 따라 오목하게 인입된 요홈(미도시)이 형성될 수 있으며, 가공 툴(미도시)의 가압에 따라 집전 단자 고정부(115a,125a)의 상단이 측 방향으로 밀려나면서 단자 플레이트(111,112)의 상면에 대해 밀착될 수 있다.

상기 집전 단자 플랜지부(115b,125b)는 상기 집전 단자(115,125)가 캡 플레이트(100)의 단자 홀(100`)을 통하여 빠져나오지 않도록 단자 홀(100`) 보다 넓은 외경으로 확장된 플랜지 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 집전 단자(115,125)는, 캡 플레이트(100)의 하방으로부터 단자 홀(100`)에 끼워지도록 조립되며, 집전 단자 플랜지부(115b,125b)를 통하여 캡 플레이트(100) 하측에 지지된 상태에서 캡 플레이트(100)의 상방으로 노출된 집전 단자 고정부(115a,125a)를 리벳팅 가공함으로써 집전 단자(115,125)가 위치 고정될 수 있다.

상기 집전 단자(115,125)는 캡 플레이트(100)와 전기적으로 절연된 상태로, 캡 플레이트(100)의 단자 홀(100`)에 끼워질 수 있다. 예를 들어, 상기 단자 홀(100`)에는 실 가스켓(113,123)이 끼워질 수 있으며, 실 가스켓(113,123)을 개재하여 집전 단자(115,125)가 끼워짐으로써, 집전 단자(115,125)가 캡 플레이트(100)로부터 절연될 수 있다.

한편, 상기 집전 단자(115,125)와 캡 플레이트(100) 사이에는 하부 절연 부재(114,124)가 개재될 수 있으며, 상기 하부 절연 부재(114,124)는 집전 단자(115,125)를 캡 플레이트(100)로부터 절연시킬 수 있다. 이렇게 집전 단자(115,125)가 관통하는 단자 홀(100`) 주변으로 실 가스켓(113,123)을 배치하고, 집전 단자(115,125)와 캡 플레이트(100) 사이에 하부 절연 부재(114,124)를 개재함으로써, 집전 단자(115,125)와 캡 플레이트(100)를 절연시킬 수 있다. 상기 하부 절연 부재(114,124)는 집전 부재(117,127)와 캡 플레이트(100) 사이에도 확장 형성될 수 있다.

상기 단자 플레이트(111,121)는 캡 플레이트(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 단자 플레이트(111,121)는 집전 단자(115,125)와 전기적으로 연결되며, 집전 단자(115,125)보다 넓은 단자 영역을 제공할 수 있다. 상기 단자 플레이트(111,121)는 리벳팅을 통하여 집전 단자(115,125)와 연결될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 용접, 나사 결합과 같은 다양한 결합 방식을 통하여 집전 단자와 연결될 수 있다.

상기 단자 플레이트(111,121)와 캡 플레이트(100) 사이에는 상부 절연 부재(112,122)가 개재될 수 있다. 상기 상부 절연 부재(112,122)는, 단자 플레이트(111,121)를 캡 플레이트(100)로부터 절연시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 단자 플레이트(111,121)와 캡 플레이트(100)가 서로 같은 극성을 갖는 경우라면, 상부 절연 부재(112,122)는 생략될 수도 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100 : 캡 플레이트 110 : 제1 전극 단자
120 : 제2 전극 단자 111 : 제1 단자 플레이트
121 : 제2 단자 플레이트 112,122 : 상부 절연 부재
113,123 : 실 가스켓 114,124 : 하부 절연 부재
115,125 : 집전 단자 117,127 : 집전 부재
131 : 집전 단자 결합부 135 : 전극 조립체 결합부
150 : 전극 조립체 151 : 제1 전극판
152 : 제2 전극판 153 : 세퍼레이터
180,280,380,480,580,680,780 : 퓨즈부
180` : 관통 공
181,281,381,481,581,681,781 : 파단부
185,285,385,482,582,682,782 : 차단 포인트 조정부
190 : 케이스
482a,682a : 제1 조정부 682a,682b : 제2 조정부
W : 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역, 또는 관통 공의 폭
L : 관통 공의 길이

Claims

전극 조립체;
상기 전극 조립체 상에 배치된 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트 상으로 인출된 전극 단자;
상기 전극 조립체와 전극 단자 간의 전기적인 연결을 매개하는 집전 부재; 및
상기 집전 부재 상에 형성되어 설정된 차단 포인트 이상의 전류를 차단하기 위한 퓨즈부;를 포함하고,
상기 퓨즈부는,
상기 집전 부재에 형성된 관통 공을 둘러싸도록 형성된 파단부; 및
상기 파단부 상에 노치 형상으로 형성된 차단 포인트 조정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 관통 공은 상기 집전 부재의 연장방향과 수직한 방향으로 길게 연장된 세장형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 관통 공과 반대되는 파단부의 외측 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제3항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 파단부의 외측 표면 중에서 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역 내에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제3항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 관통 공을 향하여 외측 표면으로부터 인입된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제3항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 관통 공을 사이에 두고 서로 반대되는 양 측면에 쌍을 이루어 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제3항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 파단부의 외측 표면 중에서 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역 밖에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제3항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는, 상기 외측 표면을 따라 다수로 형성되고,
상기 차단 포인트 조정부의 일부는 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역의 안에 형성되고,
상기 차단 포인트 조정부의 다른 일부는 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투명 영역의 밖에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 관통 공을 마주하는 상기 파단부의 내측 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제9항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 관통 공과 연결되어 상기 관통 공과 함께 하나의 개구부를 형성하도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제9항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 관통 공과 마주하는 양 측면에 쌍을 이루어 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제9항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 파단부의 내측 표면 중에서 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역 안에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제9항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 관통 공과 반대되는 파단부의 외측 표면에 형성된 제1 조정부; 및
상기 관통 공과 마주하는 파단부의 내측 표면에 형성된 제2 조정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지
제13항에 있어서,
상기 제1, 제2 조정부는, 상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역의 안에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
전극 조립체;
상기 전극 조립체 상에 배치된 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트 상으로 인출된 전극 단자;
상기 전극 조립체와 전극 단자 간의 전기적인 연결을 매개하는 집전 부재; 및
상기 집전 부재 상에 형성되어 설정된 차단 포인트 이상의 전류를 차단하기 위한 퓨즈부;를 포함하고,
상기 퓨즈부는,
상기 집전 부재에 형성된 관통 공을 둘러싸도록 형성된 파단부; 및
상기 파단부 상에 홀 형상으로 형성된 차단 포인트 조정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제15항에 있어서,
상기 관통 공은 상기 집전 부재의 연장방향과 수직한 방향으로 길게 연장된 세장형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제15항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 관통 공과 이격된 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제15항에 있어서,
상기 관통 공의 길이방향을 따르는 투영 영역 안에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제15항에 있어서,
상기 차단 포인트 조정부는,
상기 관통 공을 사이에 두고 서로 반대되는 양편에 쌍을 이루어 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.