KR20140125657A - 이차전지 - Google Patents

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KR20140125657A
KR20140125657A KR1020130043754A KR20130043754A KR20140125657A KR 20140125657 A KR20140125657 A KR 20140125657A KR 1020130043754 A KR1020130043754 A KR 1020130043754A KR 20130043754 A KR20130043754 A KR 20130043754A KR 20140125657 A KR20140125657 A KR 20140125657A
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한민열
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리와, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스와, 상기 케이스와 결합된 캡 플레이트와, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 전극단자, 및 상기 제1 전극단자와 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하며 연결 퓨즈부가 형성된 캡 연결부재를 포함한다.

Description

이차전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 퓨즈를 갖는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 전지 모듈로 구성된다.
또한, 이러한 이차전지는 원통형과 각형, 파우치형 등으로 이루어질 수 있다. 이차 전지에 있어서 양극은 양극 집전체와 양극 집전체의 양면에 배치된 양극 활물질층을 포함하며, 음극은 음극 집전체와 음극의 양면에 배치된 음극 활물질층을 포함한다.
케이스가 양극 또는 음극으로 대전된 경우, 퓨즈가 작동하여 전류가 차단된 경우에도 케이스는 여전히 대전 상태를 유지하게 된다. 케이스의 대전 상태는 불안정한 이차 전지를 계속 유지시키는 결과를 초래하여 위험요소를 확실히 제거하지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안전성이 향상된 이차 전지를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리와, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스와, 상기 케이스와 결합된 캡 플레이트와, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 전극단자, 및 상기 제1 전극단자와 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하며 연결 퓨즈부가 형성된 캡 연결부재를 포함한다.
상기 캡 연결부재는 상기 제1 전극단자와 결합되어 접촉하는 단자 연결판과 상기 캡 플레이트에 접합된 캡 연결판을 포함하고, 상기 연결 퓨즈부는 상기 단자 연결판과 상기 캡 연결판 사이에 배치될 수 있다.
상기 단자 연결판은 상기 제1 전극단자의 하부에 배치되며, 상기 단자 연결판과 상기 캡 플레이트 사이에는 캡 플레이트와 상기 단자 연결판의 절연을 위한 상부 절연부재가 설치될 수 있다.
상기 캡 연결부재는 상기 제1 전극단자와 일체로 형성되며, 상기 제1 전극단자의 측단에서 돌출 형성될 수 있으며, 상기 캡 연결판은 상기 단자 연결판 및 상기 연결 퓨즈부 보다 하부에 위치하며, 상기 캡 연결판의 일측 단부에는 상기 연결 퓨즈부와의 연결을 위하여 상부로 돌출된 돌기가 형성될 수 있다.
연결 퓨즈부는 상기 캡 연결부재의 다른 부분보다 단면적이 작도록 형성되며, 상기 연결 퓨즈부의 양쪽 측단에는 내측으로 함몰된 퓨즈 홈이 형성될 수 있다. 또한, 상기 연결 퓨즈부에는 복수 개의 퓨즈 홀이 형성될 수 있다.
상기 캡 플레이트에는 상기 제2전극과 전기적으로 연결된 제2 전극단자가 설치되고, 상기 제1 전극단자와 상기 제1 전극은 제1 집전부재를 매개로 전기적으로 연결되며, 상기 제2 전극단자와 상기 제2 전극은 제2 집전부재를 매개로 전기적으로 연결되고, 상기 제1 집전부재 또는 상기 제2 집전부재 중 적어도 어느 하나에는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖는 집전 퓨즈부가 형성될 수 있다.
상기 집전 퓨즈부가 용융되는 작동 전류는 상기 연결 퓨즈부가 용융되는 작동 전류보다 더 작도록 설정될 수 있으며, 상기 제2 전극단자에는 단락 탭이 연결 설치되고, 상기 캡 플레이트에는 압력 변화에 따라 변형되어 상기 단락 탭과 전기적으로 연결되는 단락부재가 설치될 수 있다.
상기 캡 연결부재의 상부에는 퓨즈 덮개가 설치되고, 상기 퓨즈 덮개에는 상기 제1 전극단자가 삽입되어 상부로 돌출될 수 있도록 개방된 개구가 형성될 수 있다.
상기 캡 연결부재는 상기 제1 전극단자의 하부에 배치되며, 상기 제1 전극단자와 상기 캡 플레이트 사이에는 캡 플레이트와 상기 캡 연결부재의 절연을 위한 상부 절연부재가 설치되고, 상기 퓨즈 덮개에는 상기 상부 절연부재가 삽입되는 제1 홈이 형성될 수 있다.
상기 퓨즈 덮개에는 상기 연결 퓨즈부가 삽입되는 제2 홈이 형성되고, 상기 연결 퓨즈부에는 퓨즈 홈이 형성되며, 상기 제2 홈에는 상기 퓨즈 홈에 끼움 결합되는 지지돌기가 형성될 수 있다.
상기 캡 연결부재는 상기 제1 전극단자와 결합되어 접촉하는 단자 연결판과 상기 캡 플레이트에 접합된 캡 연결판을 포함하고, 상기 퓨즈 덮개에는 상기 캡 연결판이 삽입되는 제3 홈이 형성될 수 있으며, 상기 캡 연결부재에는 상기 연결 퓨즈부를 감싸는 단열부재가 설치될 수 있다. 또한, 상기 단열부재는 인서트 몰딩으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전지 내부에서 퓨즈가 작동하는 경우, 외부의 퓨즈도 함께 작동하여 케이스가 양극 또는 음극과 전기적으로 연결되는 것을 차단할 수 있으며, 이에 따라 위험 요소를 제거하여 안전성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 집전부재를 도시한 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 집전부재를 도시한 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연결부재를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연결부재를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 전극단자와 연결부재를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 퓨즈 덮개를 아래에서 바라 본 사시도이다.
도 12은 본 발명의 제5 실시예에 따른 연결부재를 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된 전극 어셈블리(10)와, 전극 어셈블리(10)가 내장되는 케이스(28)와, 케이스(28)의 개구에 결합된 캡 어셈블리(30)를 포함한다.
본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
전극 어셈블리(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 제1 전극(이하, “양극”이라 한다)(11)과 제2 전극(이하, “음극”이라 한다)(12)을 배치하고, 양극(11), 세퍼레이터(13) 및 음극(12)을 젤리롤 상태로 권취하여 형성된다.
양극(11) 및 음극(12)은 각각 금속판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(11a, 12a), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11b, 12b)를 포함한다.
양극(11)의 무지부(11b)는 권취되는 양극(11)을 따라 양극(11)의 한 쪽 단부에 형성된다. 음극(12)의 무지부(12b)는 권취되는 음극(12)을 따라 음극(12)의 한 쪽 단부에 형성된다. 무지부들(11b, 12b)은 전극 어셈블리(10)의 양단에 각각 배치된다.
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기한 전극 어셈블리(10)은 복수 개의 시트(sheet)로 이루어진 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 구조로 이루어질 수도 있다.
케이스(28)는 대략 직육면체로 이루어지며, 일면에는 개방된 개구가 형성된다. 케이스(28)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
캡 어셈블리(30)는 케이스(28)의 개구를 덮는 캡 플레이트(31)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며, 양극(11)과 전기적으로 연결된 제1 전극단자(양극단자)(21), 및 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며 음극(12)과 전기적으로 연결된 제2 전극단자(음극단자)(22)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 일방향으로 이어진 길쭉한 사각판 형태로 이루어지며, 케이스(28)의 개구에 결합된다. 캡 플레이트(31)는 알루미늄 등의 금속으로 형성된다. 캡 플레이트(31)에는 전해액 주입구(32)에 설치된 밀봉 마개(38)와 벤트 홀(34)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(39a)가 형성된 벤트부재(39)가 설치된다.
제1 전극단자(21) 및 제2 전극단자(22)는 캡 플레이트(31) 상부로 돌출되도록 설치된다. 제1 전극단자(21)는 제1 집전부재(41)을 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결되며, 제2 전극단자(22)는 제2 집전부재(42)을 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결된다.
제1 전극단자(21)와 제1 집전부재(41) 사이에는 제1 전극단자(21)와 제1 집전부재(41)을 전기적으로 연결하는 단자 연결부재(25)가 설치된다. 단자 연결부재(25)는 제1 전극단자(21)에 형성된 홀에 삽입되어 상단이 제1 전극단자(21)에 용접으로 고정되며, 하단은 제1 집전부재(41)에 용접으로 고정된다.
단자 연결부재(25)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(55)이 단자 연결부재(25)가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 단자 연결부재(25)의 하부가 삽입되는 하부 절연부재(43)가 설치된다.
제1 전극단자(21)의 하부에는 제1 전극단자(21)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 절연하는 상부 절연부재(52)가 설치된다. 상부 절연부재(52)에는 단자 연결부재(25)가 끼워져 설치된다. 또한, 제1 전극단자(21)와 상부 절연부재 사이에는 제1 전극단자(21)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 연결하는 캡 연결부재(54)가 설치된다. 상기한 단자 연결부재(25)는 상부 절연부재(52)와 캡 연결부재(54) 및 제1 전극단자(21)를 관통하도록 설치된다.
제2 전극단자(22)와 제2 집전부재(42) 사이에는 제2 전극단자(22)와 제2 집전부재(42)을 전기적으로 연결하는 단자 연결부재(26)가 설치된다. 단자 연결부재(26)는 제2 전극단자(22)에 형성된 홀에 삽입되어 상단이 제2 전극단자(22)에 용접으로 고정되며, 하단은 제2 집전부재(42)에 용접으로 고정된다.
제2 전극단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(65)이 단자 연결부재(26)가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 제2 전극단자(22) 및 제2 집전부재(42)을 캡 플레이트(31)에서 절연하는 하부 절연부재(45)가 설치된다.
제2 전극단자(22)에는 단락탭(63)이 전기적으로 연결 설치되는 바, 단락탭(63)은 캡 플레이트(31) 상에 설치된다. 단락탭(63)과 캡 플레이트(31) 사이에는 단락탭(63)과 캡 플레이트(31)를 전기적으로 절연하는 단락 절연부재(62)가 설치된다. 단락탭(63)은 단락 절연부재(62)와 제2 전극단자(22)의 사이에 배치되며, 단자 연결부재(26)는 단락 절연부재(62)와 단락탭(63), 및 제2 전극단자(22)를 관통하도록 설치된다. 단락탭(63)의 상부에는 단자 덮개(66)가 설치되는 바, 단자 덮개(66)는 절연성을 갖는 폴리머로 이루어지며, 단락탭(63)의 노출을 방지한다. 단락 절연부재(62)는 단락탭 및 단자의 측단을 감싸도록 측단에서 돌출된 리브(rib)를 갖는다.
캡 어셈블리(30)는 양극(11)과 음극(12)을 단락시키는 단락부재(68)를 포함하는 바, 단락부재(68)는 양극(11)과 전기적으로 연결된 캡 플레이트(31)와 전기적으로 연결되며, 이차 전지(101)의 내부 압력이 상승할 때 변형되어 음극(12)과 전기적으로 연결된 단락탭(63)과 연결된다.
캡 플레이트(31)에는 단락 홀(37)이 형성되며, 단락부재(68)는 단락 홀(37)에서 단락 절연부재(62)와 캡 플레이트(31) 사이에 배치된다. 단락 홀(37)의 상단에는 외측으로 확장된 단락홈이 형성되고, 이 단락홈에 단락부재(68)가 부분적으로 삽입 배치된다.
단락부재(68)는 원형의 판 형태로 이루어지며, 판상으로 이루어진 접속부와 접속부의 외측에 형성된 지지부를 포함한다. 접속부는 단락탭(53)을 향하여 볼록하게 돌출된 호형의 종단면을 갖도록 형성된다.
이에 따라 이차 전지(101)의 내부 압력이 상승하면 단락부재(68)가 변형되어 양극(11)과 음극(12)을 전기적으로 연결함으로써 충전된 전류를 신속하게 방전할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 집전부재를 도시한 부분 사시도이다.
제1 집전부재(41)는 제1 전극단자(21)에 용접으로 부착된 단자 접합부(411)와 단자 접합부(411)에서 절곡 형성되며 양극(11)에 용접으로 부착된 전극 접합부(412)를 포함한다. 단자 접합부(411)에는 단자 연결부재(25)의 하단이 삽입되는 지지홀(413)이 형성되는 바, 단자 연결부재(25)와 제1 집전부재(41)이 용접으로 접합된다. 또한, 제1 집전부재(41)에는 다른 부분보다 단면적이 작아서 과전류가 흐를 때 변형되는 집전 퓨즈부(414)가 형성된다.
집전 퓨즈부(414)에는 퓨즈홀(415)이 형성되어 집전 퓨즈부(414)가 다른 부분보다 더 작은 단면적으로 이루어지는데, 전류의 흐름이 증가하여 한계 전류를 초과하는 과전류가 흐를 때, 집전 퓨즈부(414)가 용융되어 전극 어셈블리(10)와 제2 전극단자(22)의 전기적인 연결을 차단한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 집전부재를 도시한 부분 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 집전부재(42)는 제1 전극단자(21)에 용접으로 부착된 단자 접합부(421)와 단자 접합부(421)에서 절곡 형성되며 음극(12)에 용접으로 부착된 전극 접합부(422)를 포함한다. 단자 접합부(421)에는 단자 연결부재(26)의 하단이 삽입되는 지지홀(423)이 형성되는 바, 단자 연결부재(26)와 제2 집전부재(42)이 용접으로 접합된다. 또한, 제2 집전부재(42)에는 다른 부분보다 단면적이 작아서 과전류가 흐를 때 변형되는 집전 퓨즈부(424)가 형성된다.
집전 퓨즈부(424)에는 퓨즈홀(425)이 형성되어 집전 퓨즈부(424)가 다른 부분보다 더 작은 단면적으로 이루어지는데, 전류의 흐름이 증가하여 한계 전류를 초과하는 과전류가 흐를 때, 집전 퓨즈부(424)가 용융되어 전극 어셈블리(10)와 제2 전극단자(22)의 전기적인 연결을 차단한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 연결부재를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 캡 연결부재(54)는 제1 전극단자(21)와 겹합되어 접촉하는 단자 연결판(541)과 캡 플레이트(31)에 접합되는 캡 연결판(546), 및 캡 연결판(546)과 단자 연결판(541) 사이에 형성된 연결 퓨즈부(543)를 포함한다.
단자 연결판(541)는 제1 전극단자의 하부에 배치되어 제1 전극단자와 접촉한다. 단자 연결판(541)은 길쭉한 사각판 형태로 이루어지며, 단자 연결판(541)에는 단자 연결부재(25)가 삽입되는 홀(541a)이 형성된다. 캡 연결판(546)은 캡 플레이트(31)의 상면과 맞닿아 캡 플레이트(31)에 용접으로 고정된다. 캡 연결판(546)은 단자 연결판(541) 및 연결 퓨즈부(543) 보다 더 아래에 위치하는 바, 캡 연결판(546)의 일측 단부에는 연결 퓨즈부(543)와의 연결을 위하여 상부로 돌출된 돌기(545)가 형성되어 있다.
연결 퓨즈부(543)은 캡 연결부재(54)의 다른 부분보다 단면적이 작도록 형성되는 데, 연결 퓨즈부(543)의 양쪽 측단에는 내측으로 함몰된 퓨즈 홈(542)이 형성되어 있다. 이에 따라 과전류가 흐를 때, 연결 퓨즈부(543)가 용융되어 제1 전극단자(21)와 캡 플레이트(31)가 전기적으로 연결된 것을 차단할 수 있다. 과전류가 흐를 때, 캡 플레이트(31)와 케이스(28)는 전기적은 성질을 갖지 않는 중성이 된다.
여기서 연결 퓨즈부(543)가 용융되는 작동 전류는 집전 퓨즈부(414, 424)가 용융되는 작동 전류보다 더 크게 설정된다. 이에 따라 집전 퓨즈부(414, 424)가 용융된 후, 시차를 두고 조금 후에 연결 퓨즈부(543)가 용융된다.
이차 전지(101)에 과전류가 흐를 때, 집전 퓨즈부(414, 424)가 용융되면 아크 및 가스가 발생하여 이차 전지(101)의 내부 압력이 상승한다. 이에 따라 단락부재(68)가 변형되면서 단락탭(63)과 접촉하여 외부단락을 유도한다. 외부단락이 유도되면 단락부재(68)와 단락탭(63)의 접촉되어 방전이 일어나지만 지속적인 외부단락이 유지되어 불안정한 상태가 지속된다.
비록 이차 전지(101) 내부에 위치하는 집전 퓨즈부(414, 424)가 용융되었다고 하더라도 이차 전지들이 버스 바(bus bar)에 의하여 서로 연결된 상태이므로 제1 전극단자(21) 및 제2 전극단자(22)에는 지속적으로 전류가 흐르게 된다. 이때, 단락부재(68)와 단락탭(63)도 접촉하고 있는 생태이므로 외부단락이 지속되어 단락부재(68)의 용융, 아크의 발생 등으로 인한 발화 및 폭발의 위험이 있다.
그러나 본 실시예에서는 연결 퓨즈부(543)가 형성되어 과전류가 흐를 때, 용융되므로 캡 플레이트(31)와 제1 전극단자(21)의 연결을 차단할 수 있다. 이에 따라 외부 단락 상태가 해제되어 불안정한 요소를 제거함으로써 이차 전지(101)의 안전성이 향상된다.
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 캡 연결부재를 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지는 캡 연결부재(56)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
캡 연결부재(56)는 제1 전극단자(21)의 하부에 배치되는 단자 연결판(561)과 캡 플레이트(31)에 접합되는 캡 연결판(568), 및 캡 연결판(568)과 단자 연결판(561) 사이에 형성된 연결 퓨즈부들(564, 565, 566)을 포함한다.
단자 연결판(561)은 길쭉한 사각판 형태로 이루어지며, 단자 연결판(561)에는 단자 연결부재(25)가 삽입되는 홀(561a)이 형성된다. 캡 연결판(568)은 캡 플레이트(31)의 상면과 맞닿아 캡 플레이트(31)에 용접으로 고정된다. 캡 연결판(568)은 단자 연결판(561) 및 연결 퓨즈부들(564, 565, 566) 보다 더 아래에 위치하는 바, 캡 연결판(568)의 일측 단부에는 연결 퓨즈부(564, 565, 566)와의 연결을 위하여 상부로 돌출된 돌기(567)가 형성되어 있다.
연결 퓨즈부들(564, 565, 566)은 다른 부분보다 단면적이 작도록 형성되는 데, 연결 퓨즈부(564, 565, 566)는 퓨즈 홀(562, 563)들을 사이에 두고 캡 연결부재(56)의 폭방향을 따라 이격 배치된다. 캡 연결부재(56)에는 2개의 퓨즈 홀(562, 563)이 형성되어 있으며, 퓨즈 홀(562)의 일측 옆쪽에 연결 퓨즈부(564)가 형성되고, 퓨즈 홀(563)의 타측 옆쪽에 연결 퓨즈부(565)가 형성되며, 퓨즈 홀(562, 563) 사이에 연결 퓨즈부(566)이 형성된다.
이에 따라 과전류가 흐를 때, 연결 퓨즈부(564, 565, 566)가 용융되어 제1 전극단자(21)와 캡 플레이트(31)가 전기적으로 연결된 것을 차단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 부분 단면도이고, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 전극단자와 연결부재를 도시한 사시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지는 제1 전극단자(71)와 캡 연결부재(72)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
제1 전극단자(71)에는 단자 연결부재(25)가 삽입되는 홀이 형성되며, 캡 연결부재(72)는 제1 전극단자(71)의 측단에서 돌출 형성된다. 즉, 본 실시예에 따른 캡 연결부재(72)는 제1 전극단자(71)와 일체로 형성된다.
캡 연결부재(72)는 제1 전극단자(71)의 측단에서 돌출된 단자 연결판(721)과 캡 플레이트(31)에 접합되는 캡 연결판(726), 및 캡 연결판(726)과 단자 연결판(721) 사이에 형성된 연결 퓨즈부(723)을 포함한다.
캡 연결판(726)은 캡 플레이트(31)의 상면과 맞닿아 캡 플레이트(31)에 용접으로 고정된다. 캡 연결판(726)은 단자 연결판(721) 및 연결 퓨즈부(723) 보다 더 아래에 위치하는 바, 캡 연결판(726)의 일측 단부에는 연결 퓨즈부(723)와의 연결을 위하여 상부로 돌출된 돌기(725)가 형성되어 있다.
연결 퓨즈부(723)은 다른 부분보다 단면적이 작도록 형성되는 데, 연결 퓨즈부(723)의 양쪽 측단에는 퓨즈 홈(724)이 형성되어 있다. 이에 따라 과전류가 흐를 때, 연결 퓨즈부(723)가 용융되어 제1 전극단자(71)와 캡 플레이트(31)가 전기적으로 연결된 것을 차단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 단면도이며, 도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 퓨즈 덮개를 아래에서 바라 본 사시도이다.
도 9 내지 도 11을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지는 퓨즈 덮개(58)가 설치된 것을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
캡 연결부재(54) 상에는 캡 연결부재(54)를 절연하고 캡 연결부재(54)에서 발생된 열의 방출을 차단하기 위한 퓨즈 덮개(58)가 설치된다. 퓨즈 덮개(58)에는 제1 전극단자가 삽입되어 상부로 돌출될 수 있도록 개방된 개구(582)와 개구(582)의 아래에 형성되며 상부 절연부재(52)가 삽입되는 제1 홈(581)이 형성된다. 또한, 개구(582)의 길이방향 일측 단부와 연결되며 연결 퓨즈부(543)가 삽입되는 제2 홈(583)과 캡 연결판(546)이 삽입되는 제3 홈(584)이 형성된다.
제2 홈(583)에는 퓨즈 홈(542)에 끼움 결합되는 지지돌기(585)가 형성되어 있다. 지지돌기(585)는 연결 퓨즈부(543)가 움직이지 않도록 지지하는 역할을 하며, 지지돌기(585)에 의하여 연결 퓨즈부(543)가 용융된 경우에도 용융된 부분이 이동하여 다시 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 제1 홈(581)과 제2 홈(583) 및 제3 홈(584)은 퓨즈 덮개의 하부에서 상부로 오목하게 파여진 구조로 형성되어 있다.
상기한 바와 같이 퓨즈 덮개(58)를 형성하면, 연결 퓨즈부(543)에서 발생한 열이 외부로 방출되어 연결 퓨즈부(543)의 작동이 지연되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 연결 퓨즈부(543)의 용융 시에 발생하는 아크 및 용융 잔해물이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다.
도 12은 본 발명의 제5 실시예에 따른 연결부재를 도시한 사시도이고, 도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 단면도이다.
도 12 내지 도 13을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지는 단열부재(59)가 설치된 것을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
캡 연결부재(54)에는 캡 연결부재(54)를 절연하고 캡 연결부재(54)에서 발생된 열의 방출을 차단하기 위한 단열부재(59)가 설치된다. 단열부재(59)는 연결 퓨즈부(543)를 감싸도록 설치된다. 단열부재(59)는 인서트 몰딩으로 형성되거나, 연결 퓨즈부(543)에 필름이나 단열물질을 코팅하여 형성될 수 있다. 단열부재(59)는 열전도성이 낮은 폴리머 소재로 이루어지며, 특별히 소재를 제한하지는 않는다.
낮은 세기의 과전류가 흐르는 경우에는 급격히 큰 열이 발생하는 것이 아니라 지속적으로 열이 발생한다. 이에 따라 연결 퓨즈부(543)의 온도가 점차 증가하다가 열이 발생하는 속도와 열이 방출되는 속도가 같아지면 연결 퓨즈부(543)가 작동하지 못하고 높은 온도 상태를 유지하게 된다. 그러나 본 실시예와 같이 단열부재(59)를 설치하면 열의 방출을 감소시켜서 연결 퓨즈부(543)가 설정된 전류에서 용이하게 용융될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
101: 이차 전지 10: 전극 어셈블리
11: 양극 12: 음극
13: 세퍼레이터 21, 71: 제1 전극단자
22: 제2 전극단자 25, 26: 단자 연결부재
28: 케이스 30: 캡 어셈블리
31: 캡 플레이트 41: 제1 집전부재
42: 제2 집전부재 411, 421: 단자 접합부
412, 422: 전극 접합부 413, 423: 지지홀
414, 424: 집전 퓨즈부 415, 425, 562, 563: 퓨즈홀
43, 45: 하부 절연부재 52: 상부 절연부재
53: 단락탭 54, 56, 72: 캡 연결부재
541, 561, 721: 단자 연결판 541a, 561a: 홀
542, 724: 퓨즈 홈
543, 564, 565, 566, 723: 연결 퓨즈부
545, 568, 725: 돌기 546, 568, 726: 캡 연결판
58: 퓨즈 덮개 581: 제1 홈
582: 개구 583: 제2 홈
584: 제3 홈 585: 지지돌기
59: 단열부재 62: 단락 절연부재
63: 단락탭 66: 단자 덮개
68: 단락부재

Claims (16)

  1. 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리;
    상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스;
    상기 케이스와 결합된 캡 플레이트;
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 전극단자; 및
    상기 제1 전극단자와 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하며 연결 퓨즈부가 형성된 캡 연결부재;를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 캡 연결부재는 상기 제1 전극단자와 결합되어 접촉하는 단자 연결판과 상기 캡 플레이트에 접합된 캡 연결판을 포함하고, 상기 연결 퓨즈부는 상기 단자 연결판과 상기 캡 연결판 사이에 배치된 이차 전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 단자 연결판은 상기 제1 전극단자의 하부에 배치되며, 상기 단자 연결판과 상기 캡 플레이트 사이에는 캡 플레이트와 상기 단자 연결판의 절연을 위한 상부 절연부재가 설치된 이차 전지.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 캡 연결부재는 상기 제1 전극단자와 일체로 형성되며, 상기 제1 전극단자의 측단에서 돌출 형성된 이차 전지.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 캡 연결판은 상기 단자 연결판 및 상기 연결 퓨즈부 보다 하부에 위치하며, 상기 캡 연결판의 일측 단부에는 상기 연결 퓨즈부와의 연결을 위하여 상부로 돌출된 돌기가 형성된 이차 전지.
  6. 제2 항에 있어서,
    연결 퓨즈부은 상기 캡 연결부재의 다른 부분보다 단면적이 작도록 형성되며, 상기 연결 퓨즈부의 양쪽 측단에는 내측으로 함몰된 퓨즈 홈이 형성된 이차 전지.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 연결 퓨즈부에는 복수 개의 퓨즈 홀이 형성된 이차 전지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트에는 상기 제2전극과 전기적으로 연결된 제2 전극단자가 설치되고,
    상기 제1 전극단자와 상기 제1 전극은 제1 집전부재를 매개로 전기적으로 연결되며,
    상기 제2 전극단자와 상기 제2 전극은 제2 집전부재를 매개로 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 집전부재 또는 상기 제2 집전부재 중 적어도 어느 하나에는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖는 집전 퓨즈부가 형성된 이차 전지.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 집전 퓨즈부가 용융되는 작동 전류는 상기 연결 퓨즈부가 용융되는 작동 전류보다 더 작은 이차 전지.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 전극단자에는 단락 탭이 연결 설치되고, 상기 캡 플레이트에는 압력 변화에 따라 변형되어 상기 단락 탭과 전기적으로 연결되는 단락부재가 설치된 이차 전지.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 캡 연결부재의 상부에는 퓨즈 덮개가 설치되고, 상기 퓨즈 덮개에는 상기 제1 전극단자가 삽입되어 상부로 돌출될 수 있도록 개방된 개구가 형성된 이차 전지.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 캡 연결부재는 상기 제1 전극단자의 하부에 배치되며, 상기 제1 전극단자와 상기 캡 플레이트 사이에는 캡 플레이트와 상기 캡 연결부재의 절연을 위한 상부 절연부재가 설치되고,
    상기 퓨즈 덮개에는 상기 상부 절연부재가 삽입되는 제1 홈이 형성된 이차 전지.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 퓨즈 덮개에는 상기 연결 퓨즈부가 삽입되는 제2 홈이 형성되고, 상기 연결 퓨즈부에는 퓨즈 홈이 형성되며,
    상기 제2 홈에는 상기 퓨즈 홈에 끼움 결합되는 지지돌기가 형성된 이차 전지.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 캡 연결부재는 상기 제1 전극단자와 결합되어 접촉하는 단자 연결판과 상기 캡 플레이트에 접합된 캡 연결판을 포함하고, 상기 퓨즈 덮개에는 상기 캡 연결판이 삽입되는 제3 홈이 형성된 이차 전지.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 캡 연결부재에는 상기 연결 퓨즈부를 감싸는 단열부재가 설치된 이차 전지.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 단열부재는 인서트 몰딩으로 형성된 이차 전지.
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