KR20150032086A - 안전부재를 갖는 이차 전지 - Google Patents

안전부재를 갖는 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 제1 전극 어셈블리와 제2 전극 어셈블리를 포함하는 복수의 전극 어셈블리들과, 상기 전극 어셈블리들을 수용하는 케이스와, 상기 케이스에 결합된 캡 어셈블리, 및 상기 제1 전극 어셈블리와 상기 케이스 사이에 배치된 제1 도전판과, 상기 제2 전극 어셈블리와 상기 케이스 사이에 배치된 제2 도전판, 상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판을 연결하는 안전 퓨즈를 포함하는 제1 안전부재를 포함한다.

Description

안전부재를 갖는 이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY HAVING SAFTY MEMBER}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안전부재의 구조를 개선한 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, 전지 모듈은 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.
이차 전지의 외부에서 못이나 송곳 등의 도전성 이물질이 내부로 진입한 경우, 이차 전지 내부에서 단락이 발생할 수 있다. 이와 같이 단락이 발생하면 이차 전지 내부의 온도가 급격하게 상승하여 이차 전지가 발화하거나 폭발할 위험이 있다. 특히 고용량 이차 전지의 경우 외부 단락이 발생할 때, 큰 전류가 흘러서 이차 전지가 발화할 위험은 더욱 커지게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 고용량 이차 전지에 있어서 안전성이 향상된 이차 전지를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 제1 전극 어셈블리와 제2 전극 어셈블리를 포함하는 복수의 전극 어셈블리들과, 상기 전극 어셈블리들을 수용하는 케이스와, 상기 케이스에 결합된 캡 어셈블리, 및 상기 제1 전극 어셈블리와 상기 케이스 사이에 배치된 제1 도전판과, 상기 제2 전극 어셈블리와 상기 케이스 사이에 배치된 제2 도전판, 상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판을 연결하는 안전 퓨즈부를 포함하는 제1 안전부재를 포함한다.
상기 케이스는 상기 캡 어셈블리와 마주하는 바닥을 갖고, 상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블리는 상기 바닥에서 상기 캡 어셈블리를 향하는 제1 방향으로 이격 배치될 수 있다.
상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블리는 상기 제1 방향으로 세워져 배치될 수 있으며, 상기 케이스는 상기 바닥에서 상기 제1 방향으로 이어진 제1 전면과 상기 제1 전면에 마주하는 제2 전면을 포함하고, 상기 제1 도전판은 상기 제1 전면과 상기 제1 전극 어셈블리 사이에 배치되고, 상기 제2 도전판은 상기 제1 전면과 상기 제2 전극 어셈블리 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 도전판에는 상기 제1 전극 어셈블리의 양극과 전기적으로 연결된 제1 접속부가 형성되고, 상기 제2 도전판에는 상기 제2 전극 어셈블리의 양극과 전기적으로 연결된 제2 접속부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 접속부와 상기 제2 접속부는 상기 제1 방향으로 이격 배치될 수 있다.
상기 제2 전면과 상기 전극 어셈블리들 사이에는 제2 안전부재가 배치될 수 있으며, 상기 제2 안전부재는 상기 제2 전면과 상기 제1 전극 어셈블리 사이에 배치된 제1 도전판, 상기 제2 전면과 상기 제2 전극 어셈블리 사이에 배치된 제2 도전판, 및 상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판을 연결하는 안전 퓨즈부를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 어셈블리 및 상기 제2 전극 어셈블리의 양극에는 전기적으로 연결된 집전부재가 설치되고, 상기 집전부재에는 주변보다 단면적이 작은 집전 퓨즈부가 형성될 수 있다.
상기 집전부재는 상기 제1 전극 어셈블리에 부착되는 제1 부착부와 상기 제2 전극 어셈블리에 부착되는 제2 부착부를 포함하고, 상기 집전 퓨즈부는 상기 제1 부착부와 상기 제2 부착부 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판에는 절연필름이 부착될 수 있으며, 상기 안전 퓨즈부에도 절연필름이 부착될 수 있다.
상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판, 및 상기 안전 퓨즈부는 동일한 평면상에 위치할 수 있으며, 상기 안전 퓨즈부는 주변보다 작은 단면적을 갖도록 형성되며, 상기 안전 퓨즈부의 양단에는 절개부가 연결 형성될 수 있다.
상기 안전 퓨즈부는 상기 제1 안전부재에 형성된 퓨즈 홀의 양쪽 측단과 연결될 수 있으며, 상기 제1 전극 어셈블리는 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 복수개가 적층 배치될 수 있다.
상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블리는 권취된 후, 납작하게 가압 형성되며, 상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블리의 양극 무지부는 일측 측단에 형성되고 상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블리의 음극 무지부는 타측 측단에 형성되며, 상기 제1 전극 어셈블리는 상기 양극 무지부에서 상기 음극 무지부를 연결하는 제1 평편면을 갖고, 상기 제1 안전부재의 제1 도전판은 상기 제1 평편면과 마주하게 배치되고, 상기 제2 전극 어셈블리는 상기 양극 무지부에서 상기 음극 무지부를 연결하는 제2 평편면을 갖고, 상기 제1 안전부재의 제2 도전판은 상기 제2 평편면과 마주하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 어셈블리는 상기 제2 전극 어셈블리보다 상기 캡 어셈블리에 더 가깝게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 도전판과 제2 도전판 사이에 안전 퓨즈부가 형성되므로 외부에서 못 등의 도전성 이물질이 침입하여 하나의 전극 어셈블리에서 단락이 발생한 경우, 안전 퓨즈부가 용융하여 다른 전극 어셈블리에 단락 전류가 흐르는 것을 차단할 수 있다.
또한, 제1 전극 어셈블리와 제2 전극 어셈블리가 이차 전지의 높이 방향으로 이격 배열되고, 집전부재에 형성된 집전 퓨즈부가 제1 전극 어셈블리와 제2 전극 어셈블리 사이에 배치되므로 하나의 전극 어셈블리에서 단락이 발생한 경우 다른 전극 어셈블리를 전기적으로 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재와 전극 어셈블리, 및 안전부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재와 전극 어셈블리, 및 안전부재를 도시한 분해 사시도이다.
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 음극(11)과 양극(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된 제1 전극 어셈블리(10), 제2 전극 어셈블리(20)와, 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)가 내장되는 케이스(26)와, 케이스(26)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.
음극(11)은 구리 등의 박판으로 이루어진 양극 집전체에 양극 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 양극 활물질이 코팅되지 않는 영역인 음극 무지부(11a)를 포함한다. 양극(12)은 알루미늄 등의 박판으로 이루어진 양극 집전체에 양극 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 양극 활물질이 코팅되지 않는 영역인 양극 무지부(12a)를 포함한다.
양극 무지부(12a)는 전극 어셈블리들의 일측 측단에 형성되고, 음극 무지부(11a)는 전극 어셈블리들의 타측 측단에 형성된다. 제1 전극 어셈블리(10)는 양극 무지부(12a)에서 음극 무지부(11a)를 연결하는 평편면(10a)을 갖고, 제2 전극 어셈블리(20)도 양극 무지부(12a)에서 음극 무지부(11a)를 연결하는 평편면(20a)을 갖는다.
음극(11) 및 양극(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 사이에 개재한 후 권회축을 중심으로 권취된다. 권취된 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)는 권취된 후 납작하게 가압되어 평편면(10a, 20a)을 갖게 된다. 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)는 음극 무지부(11a)와 양극 무지부(12a)가 각각 측단에 위치하도록 권회축이 캡 플레이트(31)와 평행하게 케이스(26) 내에 삽입 배치된다.
또한, 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)는 케이스(26)의 제1 방향(z축 방향)으로 세워져 배치된다. 본 기재에서 제1 방향이라 함은 케이스(26)의 바닥(26a)에서 캡 어셈블리(30)를 향하는 케이스(26)의 높이 방향(도 2에서 z축 방향)을 의미한다.
제1 전극 어셈블리(10)는 제2 전극 어셈블리(20)보다 캡 어셈블리(30)에 더 인접하게 배치되며, 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)는 제1 방향으로 이격 배치된다.
제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)는 제1 방향을 따라 따라 세워져 나란하게 배치된다. 이에 따라 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)의 외면은 동일한 평면에 위치하게 된다. 복수 개의 제1 전극 어셈블리(10)가 제1 방향과 교차하는 케이스(26)의 두께 방향(도 3에서 y축 방향)으로 적층 배치된다. 또한 복수 개의 제2 전극 어셈블리(20)가 케이스(26)의 두께 방향으로 적층 배치된다.
케이스(26)는 대략 직육면체로 이루어지며, 일면에는 개방된 개구가 형성된다. 캡 어셈블리(30)는 케이스(26)의 개구를 덮는 캡 플레이트(31)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며, 음극(11)과 전기적으로 연결된 제1 단자(21)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며 양극(12)과 전기적으로 연결된 제2 단자(22), 및 설정된 내부 압력에 따라 파단될 수 있도록 노치(39a)가 형성된 벤트부재(39)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 일방향으로 이어진 길쭉한 판 형태로 이루어지며, 케이스(26)의 개구에 결합된다. 캡 플레이트(31)에는 전해액 주입구(32)에 설치된 밀봉 마개(38)가 설치된다. 제1 단자(21) 및 제2 단자(22)는 캡 플레이트(31) 상부로 돌출되도록 설치된다.
제1 단자(21)는 집전부재(41)를 매개로 음극(11)과 전기적으로 연결되며, 제2 단자(22)는 집전부재(42)를 매개로 양극(12)과 전기적으로 연결된다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 단자(21)가 양극과 전기적으로 연결되고, 제2 단자(22)가 음극과 전기적으로 연결될 수도 있다.
제1 단자(21)는 외부로 노출된 외부 단자(23)와 외부 단자(23)를 관통하도록 결합되며 집전부재(41)에 접합된 연결단자(25)를 포함한다. 외부 단자(23)는 판 형상으로 이루어지며, 연결단자(25)는 기둥형상으로 이루어진다. 연결단자(25)는 캡 플레이트(31)와 외부 단자(23)를 관통하여 상단이 외부 단자(23)에 코킹(caulking) 및 용접으로 고정된다.
연결단자(25)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(55)이 연결단자(25)가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 내측 아래에는 제1 단자(21) 및 집전부재(41)를 캡 플레이트(31)에서 절연하는 하부 절연부재(43)가 설치된다.
한편, 제1 단자(21)에는 단락 탭(53)이 전기적으로 연결 설치되는 바, 단락 탭(53)은 캡 플레이트(31) 상에 설치된다. 단락 탭(53)과 캡 플레이트(31) 사이에는 단락 탭(53)과 캡 플레이트(31)를 전기적으로 절연하는 상부 절연부재(54)가 설치된다. 단락 탭(53) 상의 일측에는 외부 단자(23)가 위치하고 단락 탭(53) 상의 타측에는 보호덮개(56)가 설치된다.
캡 어셈블리(30)는 음극(11)과 양극(12)을 단락시키는 단락부재(57)를 포함하는 바, 단락부재(57)는 양극으로 대전된 캡 플레이트(31)에 고정 설치되며, 이차 전지(101)의 내부 압력이 상승할 때 변형되어 음극으로 대전된 단락 탭(53)과 연결된다.
캡 플레이트(31)에는 단락 홀(37)이 형성되며, 단락부재(57)는 단락 홀(37)에서 상부 절연부재(54)와 캡 플레이트(31) 사이에 배치된다. 단락부재(57)는 아래로 볼록하게 호형으로 만곡된 부분과 캡 플레이트(31)에 고정된 테두리 부분을 구비하는 반전 플레이트로 이루어질 수 있다.
제2 단자(22)는 외부로 노출된 외부 단자(24)와 연결단자(26)를 포함한다. 외부 단자(24)는 판 형상으로 이루어지며, 연결단자(26)는 기둥 형상으로 이루어진다. 연결단자(26)는 외부 단자(23)를 관통하여 외부 단자(24)에 고정된다.
연결단자(26)는 집전부재(42)에 용접으로 고정 설치되며, 캡 플레이트(31)를 관통하여 상단이 외부 단자(24)와 맞닿아 고정된다. 연결단자(26)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(65)이 연결단자(26)가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 연결단자(26) 및 집전부재(42)를 캡 플레이트(31)에서 절연하는 하부 절연부재(45)가 설치된다.
제2 단자(22)에는 제2 단자(22)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 연결하는 연결판(62)이 설치된다. 이에 따라 캡 플레이트(31)는 양극(12)과 전기적으로 연결되어 양극으로 대전된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재와 전극 어셈블리, 및 안전부재를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 제1 단자(21)는 집전부재(41)를 매개로 음극(11)과 전기적으로 연결되며 제2 단자(22)는 집전부재(42)를 매개로 양극(12)과 전기적으로 연결된다.
집전부재(41)는 연결단자(25)에 접합된 단자 연결부(41a)와 단자 연결부(41a)에서 아래로 이어진 2개의 집전편을 포함한다.
단자 연결부(41a)는 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결단자(25)의 하부에 용접으로 고정된다. 단자 연결부(41a)에는 홀이 형성되며 이 홀에 연결단자(25)에 형성된 돌기가 끼움돤 상태에서 연결단자(25)와 단자 연결부(41a)가 용접된다.
단자 연결부(41a)의 일측에서는 케이스의 바닥을 향하여 하부로 절곡된 측판(41b)이 형성된다. 집전편들은 측판(41b)의 양쪽 측단에서 전극 어셈블리들을 향하여 절곡 형성된다.
집전편은 제1 전극 어셈블리(10)의 음극 무지부(11a)에 접합되는 제1 부착부(41c)와 제2 전극 어셈블리(20)의 음극 무지부(11a)에 접합되는 제2 부착부(41d)를 포함한다. 제1 부착부(41c)와 제2 부착부(41d)는 제1 방향으로 이격 배치되며 제1 부착부(41c)가 제2 부착부(41d) 보다 캡 어셈블리(30)에 더 가깝게 위치한다. 제1 부착부(41c)와 제2 부착부(41d) 사이에는 집전 퓨즈부(41e)가 형성되며, 집전 퓨즈부(41e)에는 홀이 형성되어 있다. 이에 따라 집전 퓨즈부(41e)는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖고, 과전류가 흐를 때 용융되어 전류를 차단한다.
집전부재(42)는 연결단자(27)에 접합된 단자 연결부(42a)와 단자 연결부(42a)에서 아래로 이어진 2개의 집전편을 포함한다.
단자 연결부(42a)는 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결단자(27)의 하부에 용접으로 고정된다. 단자 연결부(42a)에는 홀이 형성되며 이 홀에 연결단자(27)에 형성된 돌기가 끼움돤 상태에서 연결단자(27)와 단자 연결부(42a)가 용접된다.
단자 연결부(42a)의 일측에서는 케이스(26)의 바닥(26a)을 향하여 하부로 절곡된 측판(42b)이 형성된다. 집전편들은 측판(42b)의 양쪽 측단에서 전극 어셈블리들을 향하여 절곡 형성된다.
집전편은 제1 전극 어셈블리(10)의 음극 무지부(11a)에 접합되는 제1 부착부(42c)와 제2 전극 어셈블리(20)의 음극 무지부(11a)에 접합되는 제2 부착부(42d)를 포함한다. 제1 부착부(42c)와 제2 부착부(42d)는 제1 방향으로 이격 배치되며 제1 부착부(42c)가 제2 부착부(42d)에 비하여 캡 어셈블리(30)에 더 가깝게 위치한다. 제1 부착부(42c)와 제2 부착부(42d) 사이에는 집전 퓨즈부(42e)가 형성되며, 집전 퓨즈부(42e)에는 홀이 형성되어 있다. 이에 따라 집전 퓨즈부(42e)는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖고, 과전류가 흐를 때 용융되어 전류를 차단한다.
전극 어셈블리들과 케이스(26) 사이에는 제1 안전부재(70)와 제2 안전부재(80)가 설치된다. 케이스(26)는 바닥(26a)에서 제1 방향으로 세워진 제1 전면(26b)과 제2 전면(26c)을 포함하며, 제1 전면(26c)과 제2 전면(26d)은 마주하도록 배치된다. 제1 전면(26b)과 제2 전면(26c)은 육면체 형상의 케이스(26)에서 가장 넓은 면이며, 제1 전극 어셈블리(10) 및 제2 전극 어셈블리(20)의 평편면(10a, 20a)과 평행하게 배치된다.
제1 안전부재(70)는 제1 전면(26b)과 전극 어셈블리들 사이에 배치되며, 제2 안전부재(80)는 제2 전면(26c)과 전극 어셈블리들 사이에 배치된다.
제1 안전부재(70)는 제1 전면(26b)과 제1 전극 어셈블리(10) 사이에 배치된 제1 도전판(71)과 제1 전면(26b)과 제2 전극 어셈블리(20) 사이에 배치된 제2 도전판(72), 및 제1 도전판(71)과 제2 도전판(72)을 연결하는 안전 퓨즈부(73)를 포함한다.
제1 도전판(71), 제2 도전판(72), 및 안전 퓨즈부(73)는 일체로 형성되며 동일 평면 상에 위치한다. 제1 도전판(71)과 제2 도전판(72)은 제1 방향으로 이격 배치되며, 제1 도전판(71)이 제2 도전판(72)보다 캡 어셈블리(30)에 더 가깝게 배치된다. 제1 도전판(71)과 제2 도전판(72)은 사각형상의 얇은 금속판으로 이루어지며, 구리 박판으로 이루어질 수 있다.
안전 퓨즈부(73)는 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)의 사이와 대응되는 높이에 위치한다. 안전 퓨즈부(73)는 다른 부분보다 단면적이 더 작게 형성되어 과전류가 흐를 때 용융된다. 이에 따라 안전 퓨즈부(73)는 단락전류 등의 과전류를 차단할 수 있다. 안전 퓨즈부(73)의 양쪽 측단에는 절개부(76)가 형성되며 안전 퓨즈부(73)는 제1 도전판(71)과 제2 도전판(72)의 폭방향 중앙에 위치한다.
제1 도전판(71)은 제1 전면(26b) 및 제1 전극 어셈블리(10)의 평편면(10a)과 평행하게 배치되고, 제2 도전판(72)은 제1 전면(26b) 및 제2 전극 어셈블리(20)의 평편면(20a)과 평행하게 배치된다.
제1 도전판(71)에는 제1 전극 어셈블리(10)의 음극 무지부(11a)와 연결된 제1 접속부(71a)가 일측 측단에서 돌출 형성되고, 제2 도전판(72)에는 제2 전극 어셈블리(20)의 음극 무지부(11a)에 연결된 제2 접속부(72a)가 일측 측단에서 돌출 형성된다. 제1 접속부(71a)와 제2 접속부(72a)는 제1 방향으로 이격 배치된다. 제1 접속부(71a)와 제2 접속부(72a)는 음극 무지부(11a)에 직접 용접으로 접합될 수 있으며, 집전부재(41)를 매개로 음극 무지부(11a)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 도전판(71)에는 절연필름(74)이 부착되고, 제2 도전판(72)에도 절연필름(75)이 부착된다. 절연필름(74)은 제1 도전판(71)과 제1 전극 어셈블리(10) 사이에 위치하며, 절연필름(75)은 제2 도전판(72)과 제2 전극 어셈블리(20) 사이에 위치한다.
한편, 제2 안전부재(80)는 제2 전면(26c)과 제1 전극 어셈블리(10) 사이에 배치된 제1 도전판(81)과 제2 전면(26c)과 제2 전극 어셈블리(20) 사이에 배치된 제2 도전판(82), 및 제1 도전판(81)과 제2 도전판(82)을 연결하는 안전 퓨즈부(83)를 포함한다.
제1 도전판(81), 제2 도전판(82), 및 안전 퓨즈부(83)는 일체로 형성되며 동일 평면 상에 위치한다. 제1 도전판(81)과 제2 도전판(82)은 제1 방향으로 이격 배치되며, 제1 도전판(81)이 제2 도전판(82)보다 캡 어셈블리(30)에 더 가깝게 배치된다. 제1 도전판(81)과 제2 도전판(82)은 사각형상의 얇은 금속판으로 이루어지며, 알루미늄 박판으로 이루어질 수 있다.
안전 퓨즈부(83)는 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)의 사이와 대응되는 높이에 위치한다. 안전 퓨즈부(83)는 다른 부분보다 단면적이 더 작게 형성되어 과전류가 흐를 때 용융된다. 이에 따라 안전 퓨즈부(83)는 단락전류 등의 과전류를 차단할 수 있다. 안전 퓨즈부(83)의 양쪽 측단에는 절개부(86)가 형성되며 안전 퓨즈부(83)는 제1 도전판(81)과 제2 도전판(82)의 폭방향 중앙에 위치한다.
제1 도전판(81)은 제2 전면(26c) 및 제1 전극 어셈블리(10)의 평편면(10a)과 평행하게 배치되고, 제2 도전판(82)은 제2 전면(26c) 및 제2 전극 어셈블리(20)의 평편면(20a)과 평행하게 배치된다.
제1 도전판(81)에는 제1 전극 어셈블리(10)의 음극 무지부(11a)와 연결된 제1 접속부(81a)가 일측 측단에서 돌출 형성되고, 제2 도전판(82)에는 제2 전극 어셈블리(20)의 음극 무지부(11a)에 연결된 제2 접속부(82a)가 일측 측단에서 돌출 형성된다. 제1 접속부(81a)와 제2 접속부(82a)는 제1 방향으로 이격 배치된다. 제1 접속부(81a)와 제2 접속부(82a)는 음극 무지부(11a)에 직접 용접으로 접합될 수 있으며, 집전부재(41)를 매개로 음극 무지부(11a)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 도전판(81)에는 절연필름(84)이 부착되고, 제2 도전판(82)에도 절연필름(85)이 부착된다. 절연필름(84)은 제1 도전판(81)과 제1 전극 어셈블리(10) 사이에 위치하며, 절연필름(85)은 제2 도전판(82)과 제2 전극 어셈블리(20) 사이에 위치한다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 케이스(26) 내에 복수 개의 전극 어셈블리(10, 20)가 케이스(26)의 높이 방향으로 이격되어 나란하게 배치된다. 케이스(26) 내부로 못 등의 도전성 이물질이 침투할 때, 도전성 이물질이 하나의 전극 어셈블리(10, 20)만을 관통하게 된다.
또한, 도전성 이물질이 하나의 안전부재를 관통하면 양극으로 대전된 케이스와 음극으로 대전된 안전부재가 단락을 유발하고, 단락이 발생하면 안전 퓨즈부가 용융하여 안전부재를 통해서 단락 전류가 다른 전극 어셈블리로 흐르는 것을 차단할 수 있다.
또한, 집전부재에 형성된 집전 퓨즈부가 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20) 사이에 배치되므로 단락 전류가 흐르는 경우 집전 퓨즈부가 용융하여 다른 전극 어셈블리로 흐르는 전류를 차단할 수 있다.
복수 개의 전극 어셈블리를 갖는 이차전지에는 많은 전류가 저장되므로 단락이 발생할 경우 대전류가 순식간에 흘러서 이차 전지가 발화하거나 폭발할 위험이 증가한다. 그러나 본 실시예와 같이 전극 어셈블리들을 높이 방향으로 배치하면 케이스 내에 설치된 전극 어셈블리들 중 절반의 전극 어셈블리들에만 못이 관통하고, 다른 전극 어셈블리들에 단락 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 따라서 단락 전류의 양이 절반으로 감소한다.
또한 집전 퓨즈부가 제1 전극 어셈블리와 제2 전극 어셈블리 사이에 배치되므로 이차 전지의 내압 상승에 의하여 내부 단락이 유도되거나 외부 단락이 발생하는 경우에는 집전 퓨즈부가 용융하여 전류를 차단한다. 이 경우, 제2 전극 어셈블리와 부착된 부분은 제2 전극 어셈블리와 함께 아래로 떨어진다. 이에 따라 집전 퓨즈부가 용융하더라도 용융된 부분의 간격이 더 커지게 되므로 용융된 부분에서 아크가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 효과는 안전 퓨즈부에도 동일하게 적용된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전부재를 도시한 분해 사시도이다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 안전부재의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다. 또한 제1 안전부재와 제2 안전부재는 동일한 구조로 이루어지므로 제1 안전부재에 대한 설명으로 제2 안전부재에 대한 설명을 대체한다.
제1 안전부재(90)는 제1 전면(26b)과 제1 전극 어셈블리(10) 사이에 배치된 제1 도전판(91)과 제1 전면(26b)과 제2 전극 어셈블리(20) 사이에 배치된 제2 도전판(92), 및 제1 도전판(91)과 제2 도전판(92)을 연결하는 안전 퓨즈부(93)를 포함한다.
제1 도전판(91), 제2 도전판(92), 및 안전 퓨즈부(93)는 일체로 형성되며 동일 평면 상에 위치한다. 제1 도전판(91)과 제2 도전판(92)은 제1 방향으로 이격 배치되며, 제1 도전판(91)이 제2 도전판(92)보다 캡 어셈블리(30)에 더 가깝게 배치된다. 제1 도전판(91)과 제2 도전판(92)은 사각형상의 얇은 금속판으로 이루어지며, 구리 박판으로 이루어질 수 있다.
안전 퓨즈부(93)는 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)의 사이와 대응되는 높이에 위치한다. 안전 퓨즈부(93)는 다른 부분보다 단면적이 더 작게 형성되어 과전류가 흐를 때 용융된다. 이에 따라 안전 퓨즈부(93)는 단락전류 등의 과전류를 차단할 수 있다. 안전 퓨즈부(93)는 퓨즈 홀(96)의 양쪽 측단에 위치하는데, 퓨즈 홀(96)는 제1 도전판(91)과 제2 도전판(92) 사이에 위치한다.
제1 도전판(91)에는 제1 전극 어셈블리(10)의 음극 무지부(11a)와 연결된 제1 접속부(91a)가 일측 측단에서 돌출 형성되고, 제2 도전판(92)에는 제2 전극 어셈블리(20)의 음극 무지부(11a)에 연결된 제2 접속부(92a)가 일측 측단에서 돌출 형성된다.
제1 도전판(91)과 제2 도전판(92)에는 절연필름(95)이 부착된다. 또한 절연필름(95)은 안전 퓨즈부(93)를 덮도록 안전 퓨즈부(93)에도 부착된다. 절연필름(95)에는 퓨즈 홀(96)과 대응되는 위치에 연통 홀(97)이 형성되어 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재와 전극 어셈블리, 및 안전부재를 도시한 분해 사시도이다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 전극 어셈블리들의 배치와 집전부재의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 전극 어셈블리들과 집전부재들(121, 132) 및 제1 안전부재(140)와 제2 안전부재(150)를 포함한다.
또한, 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)는 케이스(26)의 제1 방향(z축 방향)으로 세워져 배치된다. 제1 전극 어셈블리(10)는 제2 전극 어셈블리(20)보다 캡 어셈블리(30)에 더 인접하게 배치되며, 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)는 제1 방향으로 이격 배치된다.
본 실시예의 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)는 케이스(26)의 두께 방향(도 6의 y축 방향)으로 적층되지 않고 하나의 제1 전극 어셈블리(10)와 하나의 제2 전극 어셈블리(20)만 배치된다.
집전부재(121)는 연결단자(25)에 접합된 단자 연결부(121a)와 단자 연결부(121a)에서 아래로 이어진 하나의 집전편을 포함한다. 단자 연결부(121a)는 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결단자(25)의 하부에 용접으로 고정된다. 단자 연결부(121a)의 일측에서는 케이스의 바닥을 향하여 하부로 절곡된 측판(121b)이 형성된다. 집전편은 측판(121b)의 일측 측단에서 전극 어셈블리들을 향하여 절곡 형성된다.
집전편은 제1 전극 어셈블리(10)의 음극 무지부(11a)에 접합되는 제1 부착부(121c)와 제2 전극 어셈블리(20)의 음극 무지부(11a)에 접합되는 제2 부착부(121d)를 포함한다. 제1 부착부(121c)와 제2 부착부(121d)는 제1 방향으로 이격 배치되며 제1 부착부(121c)와 제2 부착부(121d) 사이에는 집전 퓨즈부(121e)가 형성된다. 집전 퓨즈부(121e)에는 홀이 형성되어 있다. 이에 따라 집전 퓨즈부(121e)는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖고, 과전류가 흐를 때 용융되어 전류를 차단한다.
집전부재(132)는 연결단자(27)에 접합된 단자 연결부(132a)와 단자 연결부(132a)에서 아래로 이어진 하나의 집전편을 포함한다. 단자 연결부(132a)는 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결단자(27)의 하부에 용접으로 고정된다. 단자 연결부(132a)의 일측에서는 케이스의 바닥을 향하여 하부로 절곡된 측판(132b)이 형성된다. 집전편은 측판(132b)의 일측 측단에서 전극 어셈블리들을 향하여 절곡 형성된다.
집전편은 제1 전극 어셈블리(10)의 음극 무지부(11a)에 접합되는 제1 부착부(132c)와 제2 전극 어셈블리(20)의 음극 무지부(11a)에 접합되는 제2 부착부(132d)를 포함한다. 제1 부착부(132c)와 제2 부착부(132d)는 제1 방향으로 이격 배치되며 제1 부착부(132c)와 제2 부착부(132d) 사이에는 집전 퓨즈부(132e)가 형성된다. 집전 퓨즈부(132e)에는 홀이 형성되어 있다. 이에 따라 집전 퓨즈부(132e)는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖고, 과전류가 흐를 때 용융되어 전류를 차단한다.
제1 안전부재(140)는 제1 전면(26b)과 제1 전극 어셈블리(10) 사이에 배치된 제1 도전판(141)과 제1 전면(26b)과 제2 전극 어셈블리(20) 사이에 배치된 제2 도전판(142), 및 제1 도전판(141)과 제2 도전판(142)을 연결하는 안전 퓨즈부(143)를 포함한다.
제1 도전판(141), 제2 도전판(142), 및 안전 퓨즈부(143)는 일체로 형성되며 동일 평면 상에 위치한다. 제1 도전판(141)과 제2 도전판(142)은 제1 방향으로 이격 배치되며, 제1 도전판(141)이 제2 도전판(142)보다 캡 어셈블리(30)에 더 가깝게 배치된다. 제1 도전판(141)과 제2 도전판(142)은 사각형상의 얇은 금속판으로 이루어지며, 구리 박판으로 이루어질 수 있다.
안전 퓨즈부(143)는 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)의 사이와 대응되는 높이에 위치한다. 안전 퓨즈부(143)는 다른 부분보다 단면적이 더 작게 형성되어 과전류가 흐를 때 용융된다. 이에 따라 안전 퓨즈부(143)는 단락전류 등의 과전류를 차단할 수 있다.
제1 도전판(141)에는 제1 전극 어셈블리(10)의 음극 무지부(11a)와 연결된 제1 접속부(141a)가 일측 측단에서 돌출 형성되고, 제2 도전판(142)에는 제2 전극 어셈블리(20)의 음극 무지부(11a)에 연결된 제2 접속부(142a)가 일측 측단에서 돌출 형성된다. 제1 도전판(141)과 제2 도전판(142)에는 절연필름(144, 145)이 각각 부착된다.
제2 안전부재(150)는 제2 전면(26c)과 제1 전극 어셈블리(10) 사이에 배치된 제1 도전판(151)과 제2 전면(26c)과 제2 전극 어셈블리(20) 사이에 배치된 제2 도전판(152), 및 제1 도전판(151)과 제2 도전판(152)을 연결하는 안전 퓨즈부(153)를 포함한다.
제1 도전판(151), 제2 도전판(152), 및 안전 퓨즈부(153)는 일체로 형성되며 동일 평면 상에 위치한다. 제1 도전판(151)과 제2 도전판(152)은 제1 방향으로 이격 배치되며, 제1 도전판(151)이 제2 도전판(152)보다 캡 어셈블리(30)에 더 가깝게 배치된다. 제1 도전판(151)과 제2 도전판(152)은 사각형상의 얇은 금속판으로 이루어지며, 구리 박판으로 이루어질 수 있다.
안전 퓨즈부(153)는 제1 전극 어셈블리(10)와 제2 전극 어셈블리(20)의 사이와 대응되는 높이에 위치한다. 안전 퓨즈부(153)는 다른 부분보다 단면적이 더 작게 형성되어 과전류가 흐를 때 용융된다. 이에 따라 안전 퓨즈부(153)는 단락전류 등의 과전류를 차단할 수 있다.
제1 도전판(151)에는 제1 전극 어셈블리(10)의 음극 무지부(11a)와 연결된 제1 접속부(151a)가 일측 측단에서 돌출 형성되고, 제2 도전판(152)에는 제2 전극 어셈블리(20)의 음극 무지부(11a)에 연결된 제2 접속부(152a)가 일측 측단에서 돌출 형성된다. 제1 도전판(151)과 제2 도전판(152)에는 절연필름(154, 155)이 각각 부착된다.
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: 제1 전극 어셈블리
20: 제2 전극 어셈블리 11: 음극
12: 양극 13: 세퍼레이터
21: 제1 단자 22: 제2 단자
23, 24: 외부 단자 25, 27: 연결단자
26: 케이스 30: 캡 어셈블리
31: 캡 플레이트 38: 밀봉 마개
39: 벤트부재 41, 42, 121, 132: 집전부재
41a 42a, 121a, 132a: 단자 연결부
41b, 42b, 121b, 132b: 측판
41c, 42c, 121c, 132c: 제1 부착부
41d, 42c, 121d, 132d: 제2 부착부
41e, 42e, 121e, 132e: 집전 퓨즈부
43, 45: 하부 절연부재 53: 단락 탭
54: 상부 절연부재 55: 가스켓
56: 보호덮개 57: 단락부재
62: 연결판
70, 90, 140: 제1 안전부재
71, 81, 91, 141, 151: 제1 도전판
71a, 81a, 91a, 141a, 151a: 제1 접속부
72, 82, 92, 142, 152: 제2 도전판
72a, 82a, 92a, 142a, 152a: 제2 접속부
73, 83, 93, 143, 153: 안전 퓨즈부
74, 75, 84, 85, 95, 144, 145, 154, 155: 절연필름
76, 86: 절개부 80, 150: 제2 안전부재
96: 퓨즈 홀 97: 연통 홀

Claims (18)

  1. 제1 전극 어셈블리와 제2 전극 어셈블리를 포함하는 복수의 전극 어셈블리들;
    상기 전극 어셈블리들을 수용하는 케이스;
    상기 케이스에 결합된 캡 어셈블리; 및
    상기 제1 전극 어셈블리와 상기 케이스 사이에 배치된 제1 도전판과, 상기 제2 전극 어셈블리와 상기 케이스 사이에 배치된 제2 도전판, 상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판을 연결하는 안전 퓨즈부를 포함하는 제1 안전부재;
    를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 캡 어셈블리와 마주하는 바닥을 갖고,
    상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블리는 상기 바닥에서 상기 캡 어셈블리를 향하는 제1 방향으로 이격 배치된 이차 전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블리는 상기 제1 방향으로 세워져 배치된 이차 전지.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 바닥에서 상기 제1 방향으로 이어진 제1 전면과 상기 제1 전면에 마주하는 제2 전면을 포함하고,
    상기 제1 도전판은 상기 제1 전면과 상기 제1 전극 어셈블리 사이에 배치되고, 상기 제2 도전판은 상기 제1 전면과 상기 제2 전극 어셈블리 사이에 배치된 이차 전지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 도전판에는 상기 제1 전극 어셈블리의 양극과 전기적으로 연결된 제1 접속부가 형성되고, 상기 제2 도전판에는 상기 제2 전극 어셈블리의 양극과 전기적으로 연결된 제2 접속부가 형성된 이차 전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 접속부와 상기 제2 접속부는 상기 제1 방향으로 이격 배치된 이차 전지.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 전면과 상기 전극 어셈블리들 사이에는 제2 안전부재가 배치된 이차 전지.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 안전부재는 상기 제2 전면과 상기 제1 전극 어셈블리 사이에 배치된 제1 도전판, 상기 제2 전면과 상기 제2 전극 어셈블리 사이에 배치된 제2 도전판, 및 상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판을 연결하는 안전 퓨즈부를 포함하는 이차 전지.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전극 어셈블리 및 상기 제2 전극 어셈블리의 양극에는 전기적으로 연결된 집전부재가 설치되고,
    상기 집전부재에는 주변보다 단면적이 작은 집전 퓨즈부가 형성된 이차 전지.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 집전부재는 상기 제1 전극 어셈블리에 부착되는 제1 부착부와 상기 제2 전극 어셈블리에 부착되는 제2 부착부를 포함하고, 상기 집전 퓨즈부는 상기 제1 부착부와 상기 제2 부착부 사이에 배치된 이차 전지.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판에는 절연필름이 부착된 이차 전지.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 안전 퓨즈부에는 절연필름이 부착된 이차 전지.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판, 및 상기 안전 퓨즈부는 동일한 평면상에 위치하는 이차 전지.
  14. 제2 항에 있어서,
    상기 안전 퓨즈부는 주변보다 작은 단면적을 갖도록 형성되며, 상기 안전 퓨즈부의 양단에는 절개부가 연결 형성된 이차 전지.
  15. 제2 항에 있어서,
    상기 안전 퓨즈부는 상기 제1 안전부재에 형성된 퓨즈 홀의 양쪽 측단과 연결된 이차 전지.
  16. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전극 어셈블리는 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 복수개가 적층 배치된 이차 전지.
  17. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블리는 권취된 후, 납작하게 가압 형성되며,
    상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블리의 양극 무지부는 일측 측단에 형성되고 상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블리의 음극 무지부는 타측 측단에 형성되며,
    상기 제1 전극 어셈블리는 상기 양극 무지부에서 상기 음극 무지부를 연결하는 제1 평편면을 갖고, 상기 제1 안전부재의 제1 도전판은 상기 제1 평편면과 마주하게 배치되고,
    상기 제2 전극 어셈블리는 상기 양극 무지부에서 상기 음극 무지부를 연결하는 제2 평편면을 갖고, 상기 제1 안전부재의 제2 도전판은 상기 제2 평편면과 마주하게 배치된 이차 전지.
  18. 제1 항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극 어셈블리는 상기 제2 전극 어셈블리보다 상기 캡 어셈블리에 더 가깝게 배치된 이차 전지.
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