KR20140141262A

KR20140141262A - 이차전지 및 이에 적용되는 전극 리드 조립체

Info

Publication number: KR20140141262A
Application number: KR20130062814A
Authority: KR
Inventors: 조영석; 양정훈; 김종훈
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-12-10
Also published as: KR101601135B1

Abstract

본 발명에 따른 이차전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 연결되는 제1 리드 플레이트; 서로 적어도 일부가 중첩되도록 간극을 사이에 두고 상기 제1 리드 플레이트와 대면하는 제2 리드 플레이트; 상기 간극 사이에 개재되어 상기 제1 전극 리드와 제2 리드 플레이트 사이를 연결하는 금속 브릿지; 상기 간극 사이에 개재되는 제1 실란트; 상기 제2 리드 플레이트가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스; 및 상기 파우치 케이스의 내측 면과 상기 제1 리드 플레이트 사이 및 상기 파우치 케이스의 내측 면과 상기 제2 리드 플레이트 사이에 각각 개재되는 제2 실란트를 포함한다.
본 발명에 따르면, 이차전지에 흐르는 과전류를 신속히 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 이차전지 내부에 발생되는 가스로 인한 내부 압력이 일정 수준 이상이 되면 가스를 외부로 신속히 배출시킬 수 있게 되어 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.

Description

이차전지 및 이에 적용되는 전극 리드 조립체{Secondary battery and Electrode lead assembly applied for the same}

본 발명은 이차전지 및 이에 적용되는 전극 리드 조립체에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 과전류를 신속히 차단하며 이차전지 내부에 발생된 가스가 용이하게 배출될 수 있도록 하는 구조를 갖는 이차전지 및 이에 적용되는 전극 리드 조립체에 관한 것이다.

비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.

통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.

특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.

리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워툴, 전기 자전거, 전력저장장치, UPS 등에 사용된다.

리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.

리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.

액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속 캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 전극 조립체와 전해질을 필름으로 만든 파우치 포장재에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.

그런데, 리튬 이차전지는 과열이 될 경우 폭발 위험성이 있어서 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 리튬 이차전지의 과열은 여러 가지 원인에서 발생되는데, 그 중 하나가 리튬 이차전지를 통해 한계 이상의 과전류가 흐르는 경우를 들 수 있다. 과전류가 흐르면 리튬 이차전지가 주울열에 의해 발열을 하므로 전지의 내부 온도가 급속하게 상승한다. 또한 온도의 급속한 상승은 전해액의 분해 반응을 야기하여 열폭주 현상(thermal runaway)을 일으킴으로써 결국에는 전지의 폭발까지 이어지게 된다. 과전류는 뾰족한 금속 물체가 리튬 이차전지를 관통하거나 양극과 음극 사이에 개재된 분리막의 수축에 의해 양극과 음극 사이의 절연이 파괴되거나 외부에 연결된 충전 회로나 부하의 이상으로 인해 돌입전류(rush current)가 전지에 인가되는 등의 경우에 발생된다.

따라서 리튬 이차전지는 과전류의 발생과 같은 이상 상황으로부터 전지를 보호하기 위해 보호회로와 결합되어 사용되며, 상기 보호회로에는 과전류가 발생되었을 때 충전 또는 방전전류가 흐르는 선로를 비가역적으로 단선시키는 퓨즈 소자가 포함되는 것이 일반적이다.

도 1은 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 팩과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 보호회로는 과전류 발생 시 배터리 팩을 보호하기 위해 퓨즈 소자(1), 과전류 센싱을 위한 센스 저항(2), 과전류 발생을 모니터하여 과전류 발생 시 퓨즈 소자(1)를 동작시키는 마이크로 컨트롤러(3) 및 상기 퓨즈 소자(1)에 동작 전류의 유입을 스위칭하는 스위치(4)를 포함한다.

퓨즈 소자(1)는 배터리 팩의 최 외측 단자에 연결된 주 선로에 설치된다. 주 선로는 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 배선을 말한다. 도면에는, 퓨즈 소자(1)가 고전위 선로(Pack+)에 설치된 것으로 도시되어 있다.

퓨즈 소자(1)는 3단자 소자 부품으로 2개의 단자는 충전 또는 방전 전류가 흐르는 주 선로에, 1개의 단자는 스위치(4)와 접속된다. 그리고 내부에는 주 선로와 직렬 연결되며 특정 온도에서 융단이 이루어지는 퓨즈(1a)와, 상기 퓨즈(1a)에 열을 인가하는 저항(1b)이 포함되어 있다.

상기 마이크로 컨트롤러(3)는 센스 저항(2) 양단의 전압을 주기적으로 검출하여 과전류 발생 여부를 모니터하며, 과전류가 발생된 것으로 판단되면 스위치(4)를 턴 온 시킨다. 그러면 주 선로에 흐르는 전류가 퓨즈 소자(1) 측으로 바이패스되어 저항(1b)에 인가된다. 이에 따라, 저항(1b)에서 발생된 주울열이 퓨즈(1a)에 전도되어 퓨즈(1a)의 온도를 상승시키며, 퓨즈(1a)의 온도가 융단 온도까지 오르게 되면 퓨즈(1a)가 융단 됨으로써 주 선로가 비가역적으로 단선된다. 주 선로가 단선되면 과전류가 더 이상 흐르지 않게 되므로 과전류로부터 비롯되는 문제를 해소할 수 있다.

그런데, 위와 같은 종래 기술은 여러 가지 문제점을 안고 있다. 즉, 마이크로 컨트롤러(3)에서 고장이 생기면 과전류가 발생된 상황에서도 스위치(4)가 턴 온 되지 않는다. 이런 경우 퓨즈 소자(1)의 저항(1b)으로 전류가 유입되지 않으므로 퓨즈 소자(1)가 동작을 하지 않는 문제가 있다. 또한 보호회로 내에 퓨즈 소자(1)의 배치를 위한 공간이 별도로 필요하고 퓨즈 소자(1)의 동작 제어를 위한 프로그램 알고리즘이 마이크로 컨트롤러(3)에 반드시 적재되어야 한다. 따라서 보호회로의 공간 효율성이 저하되고 마이크로 컨트롤러(3)의 부하를 증가시키는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 단락이나 과충전 등에 의한 발화/폭발 등의 위험을 이차전지 자체의 구조를 통해 해결할 수 있도록 하는 것을 일 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 연결되는 제1 리드 플레이트; 서로 적어도 일부가 중첩되도록 간극을 사이에 두고 상기 제1 리드 플레이트와 대면하는 제2 리드 플레이트; 상기 간극 사이에 개재되어 상기 제1 전극 리드와 제2 리드 플레이트 사이를 연결하는 금속 브릿지; 상기 간극 사이에 개재되는 제1 실란트; 상기 제2 리드 플레이트가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스; 및 상기 파우치 케이스의 내측 면과 상기 제1 리드 플레이트 사이 및 상기 파우치 케이스의 내측 면과 상기 제2 리드 플레이트 사이에 각각 개재되는 제2 실란트를 포함한다.

상기 금속 브릿지는, 상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트의 폭 방향을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.

상기 금속 브릿지는, 상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트의 폭 방향을 따라 불연속적으로 형성될 수 있다.

상기 금속 브릿지는, 상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트보다 저융점을 갖는 금속으로 이루어질 수 있다.

상기 금속 브릿지는, 150℃ 내지 300℃의 용융점을 가질 수 있다.

상기 제1 실란트는, 상기 파우치 케이스를 밀봉시키도록 상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트의 폭 방향을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.

상기 제1 실란트는, 상기 제2 실란트보다 더 좁은 폭을 가질 수 있다.

상기 제1 실란트는, 상기 금속 브릿지보다 더 내측에 위치할 수 있다.

상기 제1 실란트는, 상기 전극 조립체로부터 상기 금속 브릿지를 향하는 방향으로 형성되는 벤팅 노치를 구비할 수 있다.

상기 벤팅 노치는, 상기 금속 브릿지를 향하는 방향을 따라 폭이 점점 좁아지는 형상을 가질 수 있다.

상기 벤팅 노치는, 쐐기 형상을 가질 수 있다.

한편, 상술한 기술적 과제는 상기 이차전지에 채용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 조립체에 의해서도 해결될 수 있는데, 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 조립체는, 제1 리드 플레이트; 서로 적어도 일부가 중첩되도록 간극을 사이에 두고 상기 제1 리드 플레이트와 대면하는 제2 리드 플레이트; 상기 간극 사이에 개재되어 상기 제1 리드 플레이트와 제2 리드 플레이트 사이를 연결하는 금속 브릿지; 상기 간극 사이에 개재되는 제1 실란트; 및 상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트의 외측 면에 부착되는 제2 실란트를 포함한다.

상기 제1 실란트는, 상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트의 폭 방향을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.

상기 제1 실란트는, 상기 제1 실란트로부터 상기 금속 브릿지를 향하는 방향으로 형성되는 벤팅 노치를 구비할 수 있다.

상기 벤팅 노치는, 쐐기 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 이차전지에 흐르는 과전류를 신속히 차단함으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 이차전지 내부에 발생되는 가스로 인한 내부 압력이 일정 수준 이상이 되면 가스를 외부로 신속히 배출시킴으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 배터리 모듈과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2에 도시된 이차전지에 적용된 금속 브릿지의 다양한 형태를 나타내는 평면도이다.
도 7 내지 도 9는 도 2에 도시된 이차전지에 적용된 제1 실란트의 다양한 형태를 나타내는 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(10), 파우치 케이스(20) 및 전극 리드 조립체(30)를 포함한다.

상기 전극 조립체(10)는 양극 판(11), 음극 판(12), 세퍼레이터(13) 및 전극 탭(T)을 포함한다. 상기 전극 조립체(10)는 적층된 양극 판(11) 및 음극 판(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 형성된 적층형 전극 조립체일 수 있다. 본 발명의 도면에서는 상기 전극 조립체(10)가 적층형인 경우만을 도시하고 있으나, 젤리롤(jelly-roll)형으로 형성되는 것도 가능함은 물론이다.

상기 양극 판(11)은 알루미늄(Al) 재질의 집전 판에 양극 활물질이 도포되어 형성될 수 있으며, 음극 판(12)은 구리(Cu) 재질의 집전 판에 음극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다.

상기 전극 탭(T)은 전극 판(11,12)과 일체로 형성되는 것으로서 전극 판(11,12) 중 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부 영역에 해당한다. 즉, 상기 전극 탭(T)은 양극 판(11) 중 양극 활물질이 도포되지 않은 영역에 해당하는 양극 탭 및 음극 판(12) 중 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 탭을 포함한다.

상기 파우치 케이스(20)는 다층 필름으로 이루어지는 상부 케이스(21) 및 하부 케이스(22)를 포함한다. 상기 다층 필름은, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP) 재질의 최 내층, 알루미늄(Al) 재질의 중간 층 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 재질의 최 외층으로 이루어질 수 있다.

상기 파우치 케이스(20)는 내부 공간에 전극 조립체(10)를 수용하며 전극 리드 조립체(30)의 일측이 외부로 인출된 상태로 상부/하부 케이스(21,22)의 테두리 영역이 서로 맞닿아 열 융착 됨으로써 밀봉된다.

한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 밀봉된 상기 파우치 케이스(20)의 내부에는 활물질 이온의 이동을 가능하게 하기 위한 전해액이 충진된다.

상기 전극 리드 조립체(30)는 제1 리드 플레이트(31), 제2 리드 플레이트(32), 금속 브릿지(33), 제1 실란트(34) 및 제2 실란트(35)를 포함한다.

상기 제1 리드 플레이트(31), 제2 리드 플레이트(32) 및 금속 브릿지(33)로 이루어지는 하나의 도전성 조립체는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 양극 리드 및/또는 음극 리드의 역할을 할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 양극 리드와 음극 리드 중 적어도 어느 하나에 이중 구조를 갖는 도전성 조립체가 적용된 형태를 가질 수 있는 것이다.

상기 제1 리드 플레이트(31)는 얇은 판상의 금속으로서 전극 탭(T)에 부착되어 전극 조립체(10)의 외측 방향으로 연장된다.

또한, 상기 제1 리드 플레이트(31)는 연결되는 전극 탭(T)의 종류에 따라 그 재질이 달라질 수 있다. 즉, 상기 제1 리드 플레이트(31)는, 양극 탭과 연결되는 경우에는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있으며, 음극 탭과 연결되는 경우에는 구리 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질로 이루어질 수 있다.

상기 제2 리드 플레이트(32)는, 서로 적어도 일부가 중첩되도록 간극을 사이에 두고 제1 리드 플레이트(31)와 대면하며, 제1 리드 플레이트(31)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 상기 제2 리드 플레이트(32)의 일 단은 파우치 케이스(20) 테두리의 실링된 영역을 통해 파우치 케이스(20)의 외부로 인출된다.

상기 금속 브릿지(33)는 리드 플레이트(31,32) 사이에 형성된 간극 사이에 개재되어 리드 플레이트(31,32) 사이를 연결한다.

상기 리드 플레이트(31,32) 및 금속 브릿지(33)로 이루어지는 도전성 조립체에 있어서, 금속 브릿지(33)가 형성된 영역은 주변 영역보다 저항이 큰 영역에 해당하여 단락 등에 의한 과전류 발생 시에 발열량이 크고, 이에 따라 파단이 발생될 수 있는 영역에 해당한다. 즉, 상기 금속 브릿지(33)는 이차전지(100)에 과전류가 발생되는 경우 신속히 파단됨으로써 리드 플레이트(31,32) 사이의 전류의 흐름을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.

이러한 기능을 감안할 때, 상기 금속 브릿지(33)는 리드 플레이트(31,32)의 융점보다 낮은 대략 150℃ 내지 300℃의 융점을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 저융점 금속은, 예를 들어, 주석(Sn) 및 구리(Cu)를 주성분으로 포함하되 환경 및 인체에 유해한 납(Pb)을 함유하지 않는 무연 합금으로 이루어질 수 있다.

상기 금속 브릿지(33)의 융점 범위는 차단하고자 하는 과전류 레벨을 고려하여 설정한 것이다. 상기 금속 브릿지(33)의 융점이 150℃보다 낮으면 이차전지(100)에 정상적인 전류가 흐르는 경우에도 금속 브릿지(33)가 용융될 수 있다. 일 예로, 상기 이차전지(100)가 전기 자동차용 이차전지로서 사용되는 경우, 융점이 150℃보다 낮으면 급속 충방전 전류에 의해 금속 브릿지(33)가 용융되는 경우가 발생할 수 있다. 또한, 상기 금속 브릿지(33)의 융점이 300℃보다 높으면 과전류의 차단이 신속히 이루어지지 않아 전극 리드 조립체(30)를 사용하는 효과가 사실상 없게 된다는 문제점이 있다.

상기 금속 브릿지(33)의 구성 성분 중 주석은 금속 브릿지(33)의 융점과 인장강도 특성에 영향을 미친다. 상기 금속 브릿지(33)가 대략 150℃ 내지 300℃ 범위의 융점을 가지면서도 양호한 인장강도 특성을 갖도록 주석의 함량은 대략 80wt% 이상, 바람직하게는 대략 85wt% 내지 98wt%의 범위에서 조절된다. 상기 구리는 부품의 전기 전도도를 향상시키는 기능을 하며, 이러한 기능을 감안하여 구리의 함량은 대략 2wt% 내지 20wt% 범위에서 조절되며, 바람직하게는 대략 4wt% 내지 15wt% 범위에서 조절된다. 여기서, 상기 wt%는 금속 브릿지(33)를 구성하는 물질 전체의 중량을 기준으로 한 단위로서 이하 동일하다.

상술한 바와 같이, 주석과 구리의 함량이 적절한 범위를 갖도록 조절함으로써 금속 브릿지(33)의 인장강도를 양호하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 금속 브릿지(33)에 의한 저항 증가를 수% 이내로 낮게 억제할 수 있다.

상기 금속 브릿지(33)는 보다 향상된 물성을 갖기 위해 주석과 구리 이외에 니켈(Ni), 은(Ag), 아연(Zn) 등과 같이 전기 전도도가 우수한 금속을 추가 합금 성분을 더 포함할 수 있다. 상기 추가 합금 성분의 함량은 물질의 전체 중량 대비 대략 0.01wt% 내지 10wt% 범위인 것이 바람직하다.

이처럼, 상기 금속 브릿지(33)가 리드 플레이트(31,32)보다 저융점을 갖는 합금 재질로 이루어지는 것이 신속한 파단의 관점에서 유리할 수 있으나, 이로써 금속 브릿지(33)의 재질이 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 금속 브릿지(33)가 리드 플레이트(31,32)와 동일한 재질로 이루어지더라도 금속 브릿지(33)가 형성된 영역은 주변 영역보다 큰 발열량을 갖게 되므로 과전류 발생 시에 파단될 수 있으며, 이로써 과전류를 차단하는 기능을 수행할 수 있는 것이다.

상기 금속 브릿지(33)의 구체적인 형태 및 형성 위치 등에 대해서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.

상기 제1 실란트(34)는 리드 플레이트(31,32) 사이에 형성된 간극 사이에 개재되는 것으로서, 제2 실란트(35)와 함께 파우치 케이스(20)가 밀봉될 수 있도록 한다. 상기 제1 실란트(34)는 절연성 및 열 융착성을 갖는 필름으로 이루어진다. 이러한 필름은, 예를 들어, 폴리이미드(PI: polyimide), 폴리프로필렌(PP: polyprophylene), 폴리에틸렌(PE: polyethylene) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: polyethylene terephthalate) 등으로부터 선택된 어느 하나 이상의 물질 층(단일 막 또는 다중 막)으로 이루어질 수 있다.

상기 제1 실란트(34)는 이차전지(100) 내부에 가스가 발생되어 팽창 압력이 과도하게 상승되는 경우 가스가 배출되도록 하는 벤팅 유닛(venting unit)의 역할을 할 수 있다. 이러한 역할을 감안할 때, 상기 제1 실란트(34)는 제2 실란트(35)보다 전극 조립체(10)를 향하는 방향으로 더 내측에 위치하는 것이 유리할 수 있다.

상기 제1 실란트(34)의 구체적인 형태 및 형성 위치 등에 대해서는 도 7 내지 도 9를 참조하여 상세히 후술하기로 한다.

상기 제2 실란트(35)는 리드 플레이트(31,32)가 중첩되는 영역(S) 내에서 리드 플레이트(31,32) 각각에 부착되어 리드 플레이트(31,32)와 파우치 케이스(20) 내측 면 사이에 개재되는 것으로서, 제1 실란트(34)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.

이러한 제2 실란트(35)는 리드 플레이트(31,32)와 파우치 케이스(20)의 금속 층 사이에서 단락이 발생하는 것을 방지할 뿐만 아니라 열 융착에 의해 제1 실란트(33)와 접착됨으로써 전극 리드 조립체(30)가 인출되는 영역을 밀폐시킨다.

다음은, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)에 적용된 금속 브릿지(33)의 다양한 형태에 대해서 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 6은 도 2에 도시된 이차전지에 적용된 금속 브릿지의 다양한 형태를 나타내는 평면도이다.

먼저, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 금속 브릿지(33)는 리드 플레이트(31,32)의 폭 방향(W)을 따라 연속적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 금속 브릿지(33)는 앞서 설명한 저융점 합금 또는 리드 플레이트(31,32)와 동종의 금속을 리드 플레이트(31,32) 사이에 접합시킴으로써 형성될 수도 있고(도 3 참조), 리드 플레이트(31,32)의 양 표면에서 라인 용접(line welding)을 실시함으로써 형성될 수도 있다(도 4 참조). 라인 용접에 의해 리드 플레이트(31,32) 사이가 연결되는 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 리드 플레이트(31,32)의 표면에 용접 라인(L)이 형성될 수 있다.

다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 금속 브릿지(33)는 리드 플레이트(31,32)의 폭 방향(W)을 따라 불연속적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 금속 브릿지(33)는 앞서 설명한 저융점 합금 또는 리드 플레이트(31,32)와 동종의 금속을 리드 플레이트(31,32) 사이에 접합시킴으로써 형성될 수도 있고(도 5 참조), 리드 플레이트(31,32)의 양 표면에서 스폿 용접(spot welding)을 실시함으로써 형성될 수도 있다(도 6 참조). 스폿 용접에 의해 리드 플레이트(31,32) 사이가 연결되는 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 리드 플레이트(31,32) 표면에 용접 스폿(P)이 형성될 수 있다.

한편, 상기 금속 브릿지(33)의 폭(w1)은 과전류 발생 시의 파단의 용이성 및 전도성을 고려하여 적절한 크기로 결정되어야 한다.

다음은, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)에 적용된 제1 실란트(34)의 다양한 형태에 대해서 설명하기로 한다.

도 7 내지 도 9는 도 2에 도시된 이차전지에 적용된 벤팅 실란트의 다양한 형태를 나타내는 평면도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 상기 제1 실란트(34)는 리드 플레이트(31,32)의 폭 방향(W)을 따라 연속적으로 형성됨으로써 파우치 케이스(20) 내에 충진된 전해액이 리드 플레이트(31,32) 사이의 간극을 통해 외부로 누출되지 않도록 리드 플레이트(31,32) 사이의 간극을 밀봉한다.

상기 제1 실란트(34)의 폭(w2)은 이차전지(100)의 밀봉성 및 내부 압력 증가 시의 파단의 용이성을 고려하여 적절한 크기로 결정되어야 하며, 앞서 설명한 제2 실란트(35, 도 2 참조)의 폭보다는 좁게 형성되어야 한다.

한편, 상기 제1 실란트(34)는 우수한 벤팅 성능을 확보하기 위해 적어도 하나의 벤팅 노치(34a)를 구비할 수 있다. 상기 벤팅 노치(34a)는 전극 조립체(10)로부터 금속 브릿지(33)를 향하는 방향으로 소정의 깊이로 형성된 파단 패턴으로서 이차전지(100) 내부의 압력이 집중되도록 하여 제1 실란트(34)와 리드 플레이트(31,32) 사이의 접착이 용이하게 해제될 수 있도록 한다.

이러한 벤팅 노치(34a)는 사각 형상(도 7 참조), 반원의 형태로 라운드 진 형상(도 8 참조) 및 쐐기 형상(도 9 참조) 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있다.

다만, 상기 벤팅 노치(34a)는 금속 브릿지(33)를 향하는 방향을 따라 그 폭이 점점 좁아지는 형상을 갖는 것이 압력 집중 효과의 증대를 위해 바람직하다. 특히, 상기 벤팅 노치(34a)가 도 9에 도시된 바와 같이 끝이 뾰족한 쐐기 형상을 갖는 경우에는 압력 집중 효과가 극대화 되어 제1 실란트(34)와 리드 플레이트(31,32) 사이의 접착이 용이하게 해제될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 리드 플레이트(31,32) 사이에 개재되는 금속 브릿지(33) 및 제1 실란트(34)를 구비함으로써 과전류를 신속히 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 내부의 팽창 압력이 지나치게 증가하는 것을 방지할 수 있다.

즉, 상기 이차전지(100)는 금속 브릿지(33)가 갖는 과전류 차단 기능 및 제1 실란트(34)가 갖는 벤팅 기능을 모두 갖도록 구성됨으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 이차전지
10: 전극 조립체 11: 양극 판
12: 음극 판 13: 세퍼레이터
T: 전극 탭 20: 파우치 케이스
30: 전극 리드 조립체 31: 제1 리드 플레이트
32: 제2 리드 플레이트 33: 금속 브릿지
34: 제1 실란트 34a: 벤팅 노치
35: 제2 실란트 S: 중첩 영역
W: 리드 플레이트의 폭 w1: 금속 브릿지의 폭
w2: 제1 실란트의 폭

Claims

전극 조립체;
상기 전극 조립체와 연결되는 제1 리드 플레이트;
서로 적어도 일부가 중첩되도록 간극을 사이에 두고 상기 제1 리드 플레이트와 대면하는 제2 리드 플레이트;
상기 간극 사이에 개재되어 상기 제1 전극 리드와 제2 리드 플레이트 사이를 연결하는 금속 브릿지;
상기 간극 사이에 개재되는 제1 실란트;
상기 제2 리드 플레이트가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스; 및
상기 파우치 케이스의 내측 면과 상기 제1 리드 플레이트 사이 및 상기 파우치 케이스의 내측 면과 상기 제2 리드 플레이트 사이에 각각 개재되는 제2 실란트를 포함하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 금속 브릿지는,
상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트의 폭 방향을 따라 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 금속 브릿지는,
상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트의 폭 방향을 따라 불연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 금속 브릿지는,
상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트보다 저융점을 갖는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제4항에 있어서,
상기 금속 브릿지는,
150℃ 내지 300℃의 용융점을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 제1 실란트는,
상기 파우치 케이스를 밀봉시키도록 상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트의 폭 방향을 따라 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제6항에 있어서,
상기 제1 실란트는,
상기 제2 실란트보다 더 좁은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제6항에 있어서,
상기 제1 실란트는,
상기 금속 브릿지보다 더 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제6항에 있어서,
상기 제1 실란트는,
상기 전극 조립체로부터 상기 금속 브릿지를 향하는 방향으로 형성되는 벤팅 노치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제9항에 있어서,
상기 벤팅 노치는,
상기 금속 브릿지를 향하는 방향을 따라 폭이 점점 좁아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제10항에 있어서,
상기 벤팅 노치는,
쐐기 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1 리드 플레이트;
서로 적어도 일부가 중첩되도록 간극을 사이에 두고 상기 제1 리드 플레이트와 대면하는 제2 리드 플레이트;
상기 간극 사이에 개재되어 상기 제1 리드 플레이트와 제2 리드 플레이트 사이를 연결하는 금속 브릿지;
상기 간극 사이에 개재되는 제1 실란트; 및
상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트의 외측 면에 부착되는 제2 실란트를 포함하는 전극 리드 조립체.
제12항에 있어서,
상기 금속 브릿지는,
상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트보다 저융점을 갖는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극 리드 조립체.
제13항에 있어서,
상기 금속 브릿지는,
150℃ 내지 300℃의 용융점을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 리드 조립체.
제12항에 있어서,
상기 제1 실란트는,
상기 제1 리드 플레이트 및 제2 리드 플레이트의 폭 방향을 따라 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 리드 조립체.
제15항에 있어서,
상기 제1 실란트는,
상기 제2 실란트보다 더 좁은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 리드 조립체.
제15항에 있어서,
상기 제1 실란트는,
상기 금속 브릿지보다 더 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 리드 조립체.
제15항에 있어서,
상기 제1 실란트는,
상기 제1 실란트로부터 상기 금속 브릿지를 향하는 방향으로 형성되는 벤팅 노치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전극 리드 조립체.
제18항에 있어서,
상기 벤팅 노치는,
상기 금속 브릿지를 향하는 방향을 따라 폭이 점점 좁아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 리드 조립체.
제19항에 있어서,
상기 벤팅 노치는,
쐐기 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 리드 조립체.