KR20150042618A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 단락 플레이트를 이중으로 연장하여, 저항증가로 인해 전류값을 감소시킬 수 있으므로 고전류에 의한 반전플레이트 손상을 방지할 수 있으며, 이차전지가 Y축 또는 Z축으로 압축될 경우, 단락 플레이트가 다른 극성의 단자부 또는 캡 플레이트와 접촉하여 단락을 유발시킬 수 있으므로 퓨즈 영역의 용융에 의해 전류가 차단되므로 안전성을 향상시키는데 있다.
Description
본 발명은 이차 전지에 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 단락, 과충전 및 이차전지의 관통에 의한 손상등이 발생할 경우 발화하거나 폭발할 수 있다. 이에 따라, 안전성을 향상시킬 수 있는 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 단락 플레이트를 이중으로 연장하여, 저항의 증가로 인해 전류 값을 감소시킬 수 있으므로 고전류에 의한 반전플레이트 손상을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 이차전지가 Y축 또는 Z축으로 압축될 경우, 단락 플레이트가 다른 극성의 단자부 또는 캡 플레이트와 접촉하여 단락을 유발시킬 수 있으므로 퓨즈 영역의 용융에 의해 전류가 차단되므로 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지는 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체와, 상기 전극조립체를 내측에 수용하고, 상단 개구를 갖는 케이스와, 상기 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 조립체와, 상기 제1전극과 전기적으로 접속되고, 상기 캡 조립체의 상부로 돌출된 제1단자부 및, 상기 제1단자부에 일측이 접속되고, 상기 캡 조립체의 상면으로부터 이격된 단락 플레이트를 포함하며, 상기 단락 플레이트는 상기 제1단자부에 일측이 접속된 제1단락 플레이트와, 상기 제1단락 플레이트의 타측에 접속되고, 상기 제1단락 플레이트와 상기 캡플레이트 사이에 개재된 제2단락 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 단락 플레이트는 상기 제1단락 플레이트와 상기 제2단락 플레이트 사이에 개재된 절연 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 제1단락 플레이트와 상기 제2단락 플레이트는 대략 판 형상으로, 상기 캡 조립체와 평행하게 배치될 수 있다.
상기 제2단락 플레이트는 일측이 상기 제1전극과 이격되고, 타측이 상기 제1단락 플레이트의 타측과 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 단락 플레이트는 상기 제2단락 플레이트의 타측 하면에 접속되어, 상기 제2단락 플레이트의 하부로 돌출된 돌출 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 조립체는 상기 캡 조립체의 상면과 하면 사이를 관통하는 단락홀이 상기 돌출 플레이트의 하부에 형성될 수 있다.
상기 캡 조립체는 상기 케이스를 밀봉하며 상기 단락홀이 형성된 캡 플레이트 및, 상기 캡플레이트에 설치되어 상기 케이스의 내부압력이 설정된 압력 이상이면 개방되도록 설정된 벤트 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 캡 조립체는 상기 캡 플레이트의 상기 단락홀에 형성되어, 상기 캡 플레이트와 전기적으로 접속되며, 상기 케이스 내측의 압력이 증가하면 상부로 볼록하게 돌출되는 반전 플레이트 더 포함할 수 있다.
상기 캡 조립체는 상기 제2단락 플레이트와 전기적으로 분리를 위해, 상면에 형성되어 상기 제2단락 플레이트를 지지하는 절연 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 절연 지지부는 상기 제2단락 플레이트의 일측 하면과, 상기 캡조립체의 단락홀과 인접한 상기 제2단락 플레이트의 타측 하면을 지지하도록 상기 캡 조립체의 상면에 형성될 수 있다.
상기 전극조립체의 상기 제1전극과 상기 제1단자부 사이를 전기적으로 연결하며, 상기 케이스 내측에 위치하는 제1집전판을 더 포함할 수 있다.
상기 전극조립체의 상기 제2전극과 전기적으로 접속되며, 상기 케이스 내측에 위치하는 제2집전판 및, 상기 제2집전판과 전기적으로 접속되며, 상기 캡 조립체의 상부로 돌출된 제2단자부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2집전판은 상기 전극조립체의 제2전극과 접속된 제2전극 접속부와, 상기 제2단자부와 접속된 제2단자 접속부 및, 상기 제2전극 접속부와 상기 제2단자 접속부를 연결하며, 퓨즈홀이 형성된 연결부를 포함할 수 있다.
상기 단락 플레이트는 일체형으로 상기 제1단락 플레이트의 타단과 상기 제2단락 플레이트의 타단 사이가 180도로 절곡될 수 있다.
상기 제1단락 플레이트의 일단과 타단 사이의 거리인 제1단락 플레이트 길이는 상기 제2단락 플레이트의 일단과 타단 사이의 거리인 제2단락 플레이트 길이에 비해서 더 길 수 있다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지는 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체와, 상기 전극조립체를 내측에 수용하고, 상단 개구를 갖는 케이스와, 상기 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 조립체와, 상기 제1전극과 전기적으로 접속되고, 상기 캡 조립체의 상부로 돌출된 제1단자부 및, 상기 캡 조립체의 상면으로부터 이격되고, 일단이 상기 제1단자부와 접속되고 이중 구조를 갖는 단락 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 단락 플레이트를 이중으로 연장하여, 저항의 증가로 인해 전류 값을 감소시킬 수 있으므로 고전류에 의한 반전플레이트 손상을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의한 이차 전지는 이차전지가 Y축 또는 Z축으로 압축될 경우, 단락 플레이트가 다른 극성의 단자부 또는 캡 플레이트와 접촉하여 단락을 유발시킬 수 있으므로 퓨즈 영역의 용융에 의해 전류가 차단되므로 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차전지의 2-2를 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1의 단락 플레이트를 분해한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 단락 플레이트를 확대 도시한 확대도이다.
도 2는 도 1의 이차전지의 2-2를 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1의 단락 플레이트를 분해한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 단락 플레이트를 확대 도시한 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도가 도시되어 있다. 또한 도 2를 참조하면 도 1의 2-2선을 취한 단면도기 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극조립체(110), 제1집전판(120), 제1단자부(130), 단락 플레이트(140), 제2집전판(150), 제2단자부(160), 케이스(170) 및 캡 조립체(180)를 포함한다. 이와 같은 본원의 이차전지(100)는 복수개가 서로 직렬 연결되어 고전압을 출력하는 대용량 배터리 팩을 구성할 수 있다.
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 음극으로서 동작할 수 있으며, 제2전극(112)은 양극으로서 동작할 수 있다.
상기 제1전극(111)은 구리 또는 니켈과 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 알루미늄과 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 개재되어 전기적 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리프로필렌이나, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 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(150)이 결합된다. 바람직하게는 전극 조립체(110)의 양측 단부인 제1전극 무지부(111a)와 제2전극 무지부(112a) 각각에 제1집전판(120) 및 제2집전판(150)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 제1전극(111)과 접속된 제1전극 접속부(121), 제1단자부(130)와 접속된 제1단자 접속부(122) 및 상기 제1전극 접속부(121)와 제1단자 접속부(122) 사이를 연결하는 제1연결부(123)를 포함한다. 이러한 상기 제1집전판(120)은 일체형으로 이루어진다. 상기 제1집전판(120)은 제1연결부(123)가 절곡된 모서리부를 구비하여, 대략 '┒' 형태로 이루어질 수 있다. 상기 제1집전판(120)은 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나의 도전성 재질로 제조될 수 있다.
상기 제1전극 접속부(121)는 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1전극 무지부(111a)와 접촉됨으로써, 제1전극(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1전극 접속부(121)는 상기 제1전극 무지부(111a)에 용접되며, 수직 방향으로 세워진 형태를 한다.
상기 제1단자 접속부(122)는 상기 제1단자부(130)에 용접되며, 대략 수평 방향으로 누워 있는 플레이트 형태로, 후술되는 캡 조립체(180)의 캡 플레이트(181)와 전극 조립체(110) 사이에 설치된다. 상기 제1단자 접속부(122)에는 상면과 하면 사이를 관통하도록 제1체결홀(121a)이 형성된다. 상기 제1체결홀(122a)에는 상기 단자부(130)의 제1체결 단자(131)가 끼워져 결합된다. 즉 상기 제1체결홀(122a)은 제1체결 단자(131)가 수용되도록, 제1체결 단자(131)와 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
상기 제1연결부(123)는 일측이 제1전극 접속부(121)와 연결되고, 타측이 제1단자 접속부(122)와 연결된다. 상기 제1연결부(123)는 일측과 타측 사이에 절곡된 모서리부를 갖으며, 대략 "ㄱ"형태로 이루어질 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(122a)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(181)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 캡 플레이트(181)의 하부에서 제1집전판(120)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1체결 단자(131)는 캡 플레이트(181)의 상부로 일정 길이 연장 및 돌출된 동시에, 캡 플레이트(181)의 하부에는 제1체결 단자(131)가 상기 캡 플레이트(181)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(122a)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제1체결 단자(131)중 상기 플랜지(131a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(181)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)을 구비하는 판형상을 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(181)의 상부로 돌출된 제1체결 단자(131)가 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다.
상기 단락 플레이트(140)는 일측이 제1단자부(130)에 용접되며, 대략 수평 방향으로 누워 있는 플레이트 형태로, 후술되는 캡 조립체(180)의 캡 플레이트(181) 상부에 상기 캡 플레이트(181)로부터 이격되도록 설치된다. 상기 단락 플레이트(140)는 캡 플레이트(181)와 평행하게 배치될 수 있다. 또한 단락 플레이트(140)는 타측이 제2단자부(160)와 인접하나, 이격되도록 설치된다.
상기 단락 플레이트(140)는 판형상의 제1단락 플레이트(141)와 제2단락 플레이트(142)가 복층으로 겹쳐진 이중 구조로 이루어진다. 상기 제1단락 플레이트(141)와 제2단락 플레이트(142)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제1단자부(130)와 전기적으로 접속된다. 또한 상기 단락 플레이트(140)는 제1단락 플레이트(141)와 제2단락 플레이트(142) 사이에 개재된 절연 플레이트(143)를 더 포함한다. 또한 단락 플레이트(140)는 상기 제2단락 플레이트(142)의 타측 하부에 용접된 돌출 플레이트(144)를 더 포함한다. 상기 단락 플레이트(140)의 분해 사시도와 확대도가 도 3 및 도 4에 각각 도시되어 있다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 단락 플레이트(140)의 구성을 설명하도록 한다.
상기 제1단락 플레이트(141)는 판형상으로 길이방향(Y) 일측(141a)이 제1단자부(130)에 용접되며, 타측(141b)이 제2단락 플레이트(142)의 타측(142b)과 용접되어 연결된다. 상기 제1단락 플레이트(141)는 제1단자부(130)와 제2단락 플레이트(142)의 타측(142b) 사이를 전기적으로 연결한다. 상기 제1단락 플레이트(141)는 하면이 절연 플레이트(143)의 상면과 접촉된다.
상기 제2단락 플레이트(142)는 후술할 캡 플레이트(181)의 상면으로부터 이격되도록 캡 플레이트(181)의 상부에 위치한다. 상기 제2단락 플레이트(142)는 길이방향(Y) 일측(142a)이 제1단자부(130)로부터 이격되고, 타측(142b)이 제1단락 플레이트(141)의 타측(141b)의 하부에 용접되어 연결된다. 즉, 이중으로 겹쳐진 판 형상의 제1단락 플레이트(141)의 타측(141b)과 제2단락 플레이트(142)는 타측(142b)이 서로 용접되어 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1단락 플레이트(141)와 제2단락 플레이트(142)는 별도의 용접 연결 없이, 하나의 플레이트로 이루어질 수 있다. 이때 제1단락 플레이트(141)의 타단(141b)과 제2단락플레이트(142) 타단(142b) 사이가 180도로 절곡되어, 제1단락 플레이트(241)의 하면과 제2단락플레이트(242)의 상면이 절연 플레이트(143)의 상면 및 하면과 각각 마주볼 수 있다.
그리고 제1단락 플레이트(141)와 제2단락 플레이트(142)가 용접된 타측(141b, 142b) 이외에, 제1단락 플레이트(141)의 하면과 제2단락 플레이트(142)의 상면 사이에는 절연 플레이트(143)가 개재된다. 상기 절연 플레이트(143)는 제1단락 플레이트(141)와 제2단락 플레이트(142)의 전기적 접촉을 방지한다. 즉, 상기 제1단락 플레이트(141)의 타측(141b)과 제2단락 플레이트(142)의 타측(142b)은 서로 용접되어 연결되며, 절연 플레이트(143)에 의해서 그 이외의 부분의 접촉이 차단된다.
또한 상기 제1단락 플레이트(141)는 길이방향 일단과 타단 사이의 거리인 제1단락 플레이트 길이(141h)가, 제2단락 플레이트(142)의 길이방향 일단과 타단 사이의 거리인 제2단락 플레이트의 길이(142h)에 비해서 더 길다. 따라서 제2단락 플레이트(142)는 일단이, 제1단락 플레이트 길이(141h)와 제2단락 플레이트의 길이 (142h)차이만큼, 제1단자부(130)로부터 이격될 수 있다.
상기 돌출 플레이트(144)는 상기 제2단락 플레이트(142)의 일측 하면에 용접되어, 제2단락 플레이트(142)의 하부로 돌출된다. 상기 돌출 플레이트(144)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제2단락 플레이트(142)와 전기적으로 접속된다.
이와 같은 단락 플레이트(140)는 이중 구조로, 제1단락 플레이트(141)의 일측(141b) 단부로부터, 제2단락 플레이트(142)의 일측(142a) 단부까지 서로 연결되어, 단락 플레이트(140)의 내부 저항을 증가시킬 수 있다.
상기 제2집전판(150)은 제2전극(112)과 접속된 제2전극 접속부(151), 제2단자부(160)와 접속된 제2단자 접속부(152) 및 상기 제2전극 접속부(151)와 제2단자 접속부(152) 사이를 연결하는 제2연결부(153)를 포함한다. 이러한 상기 제2집전판(150)은 일체형으로 이루어진다. 상기 제2집전판(150)은 제2연결부(153)가 절곡된 모서리부를 구비하여, 대략 '┒' 형태로 이루어질 수 있다. 상기 제2집전판(150)은 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나의 도전성 재질로 제조될 수 있다.
상기 제2전극 접속부(151)는 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제2전극 무지부(112a)와 접촉됨으로써, 제2전극(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2전극 접속부(151)는 상기 제2전극 무지부(112a)에 용접되며, 수직 방향으로 세워진 형태를 한다.
상기 제2단자 접속부(152)는 상기 제2단자부(160)에 용접되며, 대략 수평 방향으로 누워 있는 플레이트 형태로, 후술되는 캡 조립체(180)의 캡 플레이트(181)와 전극 조립체(110) 사이에 설치된다.
상기 제2단자 접속부(152)에는 상면과 하면 사이를 관통하도록 제2체결홀(152a) 및 퓨즈홀(152b)이 형성된다. 상기 제2체결홀(152a)에는 상기 단자부(160)의 제2체결 단자(161)가 끼워져 결합된다. 즉 상기 제2체결홀(152a)은 제2체결 단자(161)가 수용되도록, 제2체결 단자(161)와 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
상기 퓨즈홀(152b)은 제2단자 접속부(152)중에서 제2체결 단자(161)가 결합되는 제2체결홀(152a)과 중첩되지 않도록 모서리(C2)와 인접한 영역에 위치한다. 상기 퓨즈홀(152b)이 형성된 영역은, 퓨즈홀(152b)에 의해서 단면적이 제2단자 접속부(152)의 다른 영역의 단면적 보다 적다.
따라서 퓨즈홀(152b)이 형성된 영역은, 이차 전지(100)에 고전류 단락이 발생하여 3000A 이상의 전류가 순간적으로 흐르는 경우 발생된 고열에 의해 용융 되어, 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다.
여기서, 상기 고전류 단락은 이차 전지(100)의 과충전 등으로 인해 열이 발생하고 전해액이 분해되어 내부 압력이 설정 압력보다 크게 되는 경우 후술할 캡조립체(180)의 반전 플레이트(186)와 단락 플레이트(140)의 접촉시 유발 될 수 있다. 또한 고전류 단락은 이차전지(100)가 Y축으로 압축될 경우 제2단자부(160)와 단락 플레이트(140)의 타측이 접촉될 경우 유발 될 수 있으며, 이차전지(100)가 Z축 압축될 경우 캡 플레이트(181)와 제2단락 플레이트(142)의 하면이 접촉될 경우 유발될 수 있다. 즉, 퓨즈홀(152b)이 형성된 영역이 고전류 단락 발생시, 용융되어 전기적 흐름을 차단하므로, 발화 및 폭발과 같은 위험한 상황까지 이르기 전에 이차 전지(100)의 충전 또는 방전 동작을 정지시킬 수 있다.
상기 제2연결부(153)는 일측이 제2전극 접속부(151)와 연결되고, 타측이 제2단자 접속부(152)와 연결된다. 상기 제2연결부(153)는 일측과 타측 사이에 절곡된 모서리부(C2)를 갖으며, 대략 "ㄱ"형태로 이루어질 수 있다.
상기 제2단자부(160)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제2집전판(150)과 전기적으로 접속된다. 또한 제2단자부(160)는 캡 플레이트(181)와 전기적으로 접속된다. 상기 제2단자부(160)는 제2집전판(150)의 제2체결홀(152a)에 수용되는 제2체결 단자(161)와, 상기 제2체결 단자(161)에 결합된 제2전극 단자(162)를 포함한다.
상기 제2체결 단자(161)는 후술되는 캡 플레이트(181)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 캡 플레이트(181)의 하부에서 제2집전판(150)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2체결 단자(161)는 캡 플레이트(181)의 상부로 일정 길이 연장 및 돌출된 동시에, 캡 플레이트(181)의 하부에는 제2체결 단자(161)가 상기 캡 플레이트(181)로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(161a)가 형성될 수 있다. 상기 제2체결 단자(161)중 플랜지(161a)의 하부에 형성된 영역은 상기 제2집전판(150)의 제2체결홀(152a)에 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다. 또한, 상기 제2체결 단자(161)중 상기 플랜지(161a)의 상부에 형성된 영역은 캡 플레이트(181)를 관통하여 상부로 일정 길이 연장 및 돌출되며, 상기 연장 및 돌출된 영역에는 제2전극 단자(162)가 고정될 수 있다.
상기 제2전극단자(162)는 상면과 하면을 관통하는 제2단자홀(162a)을 구비하는 판형상을 갖는다. 상기 제2전극단자(162)의 제2단자홀(162a)은 제2체결 단자(161)가 수용되도록, 제2체결 단자(161)의 수평방향 크기 및 형상과 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 제2전극 단자(162)는 상기 제2단자홀(162a)에 캡 플레이트(181)의 상부로 돌출된 제2체결 단자(161)가 끼워지고 리벳 또는 용접될 수 있다.
이러한 상기 제2단자부(160)는 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있다. 그러나 이러한 재질로 상기 제2단자부(160)의 재질이 한정되는 것은 아니다.
상기 케이스(170)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110), 제1집전판(120) 및 제2집전판(150)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 1 및 도 2 에서는 상기 케이스(170)와 캡 조립체(180)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(180)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 케이스(170)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1집전판(120), 제2집전판(150) 및 캡 조립체(180)와 절연된다.
상기 캡 조립체(180)는 상기 케이스(170)에 결합된다. 상기 캡 조립체(180)는 구체적으로 캡 플레이트(181), 시일 가스켓(182), 안전벤트(183), 상부 절연부재(184), 하부 절연부재(185), 반전 플레이트(186) 및 절연 지지부(187)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(181)는 상기 케이스(170)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(170)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(181)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(170)에 결합될 수 있다. 상기 캡 플레이트(181)는 상기 제1단자부(130)에 전기적으로 접속되어, 상기 캡 플레이트(181)는 상기 제1단자부(130)와 같은 극성을 가질 수 있다. 물론, 이에 따라 상기 캡 플레이트(181) 및 케이스(170)는 동일한 극성을 가질 수 있다. 상기 캡 플레이트(181)는 상면과 하면 사이를 관통하는 벤트홀(181a)과 단락홀(181b)이 형성되어 있다. 상기 단락홀(181b)은 제2단락 플레이트(142)의 일측 하부에 접속된 돌출 플레이트(144)의 하부에 위치한다.
상기 시일 가스켓(182)은 절연성 재질로 제1체결 단자(131) 및 제2체결 단자(161) 각각과 캡 플레이트(181)의 사이에 형성되어, 제1체결 단자(131) 및 제2체결 단자(161)의 각각과 캡 플레이트(181)의 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(182)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 안전벤트(183)는 캡 플레이트(181)의 벤트홀(181a)에 설치되고, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치가 형성될 수 있다.
상기 상부 절연부재(184)는 제1전극 단자(132)와 캡 플레이트(181)의 사이에 배치되어, 상기 제1전극 단자(132)와 캡 플레이트(181) 사이를 전기적 절연 시킨다. 또한, 상기 상부 절연부재(184)는 상기 캡 플레이트(181)와 밀착된다. 더욱이, 상기 상부 절연부재(184)는 시일 가스켓(182)에도 밀착될 수 있다. 이러한 상부 절연부재(184)는 제1단자부(130)와 캡 플레이트(181)를 사이를 절연시킨다.
또한 상부 절연 부재(184)는 제2전극 단자(162)와 캡 플레이트(181)의 사이에도 배치될 수 있으나, 제2전극 단자(162)의 일부분은 캡 플레이트(181)와 접촉되어 전기적으로 연결된다.
상기 하부 절연부재(185)는 제1집전판(120) 및 제2집전판(150)의 각각과 캡 플레이트(181)의 사이에 형성되어, 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 즉, 상기 하부 절연부재(186)는 제1집전판(120)과 캡 플레이트(181) 사이의 쇼트, 그리고 상기 제2집전판(150)과 캡 플레이트(181) 사이의 쇼트를 방지한다. 더불어, 이러한 하부 절연부재(185)는 제1전극 단자(132)와 제2전극 단자(162)의 각각과 캡 플레이트(181)의 사이에도 형성됨으로써, 제1전극 단자(132)와 제2전극 단자(162)의 각각과 상기 캡 플레이트(181) 사이의 불필요한 쇼트도 방지한다.
상기 반전 플레이트(186)는 캡 플레이트(181)의 단락홀(181c)에서 상부 절연부재(184)와 캡 플레이트(181) 사이에 배치된다. 상기 반전 플레이트(186)는 아래로 볼록한 라운드부와, 캡 플레이트(181)에 고정된 테두리부를 포함한다. 상기 반전 플레이트(186)는 이차 전지(100)에 과충전이 발생하여 내부 압력이 설정 압력보다 크게 될 경우 반전되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 이러한 단락 플레이트(186)는 위로 볼록하게 돌출되면, 상부의 단락 플레이트(140)의 돌출 플레이트(144)와 접촉하여 단락을 유발시킬 수 있다. 즉, 반전 플레이트(186)는 단락 플레이트(140)의 돌출 플레이트(144)의 하부에 위치한다. 상기 반전 플레이트(186)가 반전되어, 단락 플레이트(140)와 접촉되면, 큰 전류가 흐르게 되고 열이 발생하며, 이때 제2집전판(150)의 퓨즈홀(151a)이 구비된 영역이 용융되면서 퓨즈 기능을 한다.
상기 절연 지지부(187)는 캡 플레이트(181)의 상면에 형성되어, 단락 플레이트(140)의 하면을 지지하여 캡 플레이트(181)와 단락 플레이트(140)의 접촉을 방지한다. 즉, 절연 지지부(187)는 제2단락 플레이트(142)의 하면과 캡 플레이트(181)의 상면 사이에 개재된다. 상기 절연 지지부(187)는 제2단락 플레이트(142)를 일측과 타측에서 각각 지지하도록 2개 형성될 수 있다. 즉, 절연 지지부(187)는 제2단락 플레이트(142)의 타측 하면과, 일측 하면에서 캡 플레이트(181)의 단락홀(181b)과 인접하도록 각각 형성되어, 제2단락 플레이트(142)의 양단을 지지 및 고정하여 캡 플레이트(181)와 제2단락 플레이트(142)의 접촉을 방지한다.
이와 같은 이차 전지(100)는 이중구조의 단락 플레이트(140)에 의해 단락 플레이트(140)의 저항이 증가하므로, 고전류 단락에 의한 전류값을 감소시킬 수 있으므로, 고전류에 의한 반전 플레이트(186)의 손상을 방지할 수 있다. 따라서, 단락 발생시 고전류에 의한 순간적인 고열에 의해 반전 플레이트가 퓨즈 보다 먼저 용융되어 손상될 경우 퓨즈가 동작하지 않아 이차전지의 안전성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한 이차전지(100)는 제1단자부(130)와 전기적으로 접속된 단락 플레이트(140)가 캡 플레이트(181) 상부와 평행하게 배치되므로, Y축 압축시 서로 접촉되어 극성이 다른 단락 플레이트(140)와 캡 플레이트(181) 사이의 단락을 유발시킬 수 있다. 또한 이차전지(100)는 단락 플레이트(140)가 제2단자부(160)와 인접하나 이격되도록 배치됨으로써, Z축 압축시 서로 접촉되어 극성이 다른 단락 플레이트(140)와 제2단자부(160) 사이의 단락을 유발시킬 수 있다. 이와 같이 단락이 유발되면, 제2집전판(150)에서 퓨즈홀(152a)이 형성된 영역이 용융되어, 전류를 차단하여 이차전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 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; 이차전지
110; 전극 조립체 120; 제1집전판
130; 제1단자부 140; 단락 플레이트
150; 제2집전판 160; 제2단자부
170; 케이스 180; 캡 조립체
110; 전극 조립체 120; 제1집전판
130; 제1단자부 140; 단락 플레이트
150; 제2집전판 160; 제2단자부
170; 케이스 180; 캡 조립체
Claims (16)
- 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체;
상기 전극조립체를 내측에 수용하고, 상단 개구를 갖는 케이스;
상기 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 조립체;
상기 제1전극과 전기적으로 접속되고, 상기 캡 조립체의 상부로 돌출된 제1단자부; 및
상기 제1단자부에 일측이 접속되고, 상기 캡 조립체의 상면으로부터 이격된 단락 플레이트를 포함하며,
상기 단락 플레이트는 상기 제1단자부에 일측이 접속된 제1단락 플레이트와,
상기 제1단락 플레이트의 타측에 접속되고, 상기 제1단락 플레이트와 상기 캡플레이트 사이에 개재된 제2단락 플레이트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 단락 플레이트는
상기 제1단락 플레이트와 상기 제2단락 플레이트 사이에 개재된 절연 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 - 청구항 1에 있어서,
상기 제1단락 플레이트와 상기 제2단락 플레이트는 판 형상으로, 상기 캡 조립체와 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2단락 플레이트는
일측이 상기 제1전극과 이격되고, 타측이 상기 제1단락 플레이트의 타측과 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 4에 있어서,
상기 단락 플레이트는
상기 제2단락 플레이트의 타측 하면에 접속되어, 상기 제2단락 플레이트의 하부로 돌출된 돌출 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 5에 있어서,
상기 캡 조립체는
상기 캡 조립체의 상면과 하면 사이를 관통하는 단락홀이 상기 돌출 플레이트의 하부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지 - 청구항 6에 있어서,
상기 캡 조립체는
상기 케이스를 밀봉하며 상기 단락홀이 형성된 캡 플레이트; 및
상기 캡플레이트에 설치되어 상기 케이스의 내부압력이 설정된 압력 이상이면 개방되도록 설정된 벤트 플레이트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 7에 있어서,
상기 캡 조립체는
상기 캡 플레이트의 상기 단락홀에 형성되어, 상기 캡 플레이트와 전기적으로 접속되며, 상기 케이스 내측의 압력이 증가하면 상부로 볼록하게 돌출되는 반전 플레이트 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 7에 있어서,
상기 캡 조립체는
상기 제2단락 플레이트와 전기적으로 분리를 위해, 상면에 형성되어 상기 제2단락 플레이트를 지지하는 절연 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 9에 있어서,
상기 절연 지지부는
상기 제2단락 플레이트의 일측 하면과, 상기 캡조립체의 단락홀과 인접한 상기 제2단락 플레이트의 타측 하면을 지지하도록 상기 캡 조립체의 상면에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극조립체의 상기 제1전극과 상기 제1단자부 사이를 전기적으로 연결하며, 상기 케이스 내측에 위치하는 제1집전판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극조립체의 상기 제2전극과 전기적으로 접속되며, 상기 케이스 내측에 위치하는 제2집전판; 및
상기 제2집전판과 전기적으로 접속되며, 상기 캡 조립체의 상부로 돌출된 제2단자부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 12에 있어서,
상기 제2집전판은
상기 전극조립체의 제2전극과 접속된 제2전극 접속부;
상기 제2단자부와 접속된 제2단자 접속부; 및
상기 제2전극 접속부와 상기 제2단자 접속부를 연결하며, 퓨즈홀이 형성된 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 단락 플레이트는 일체형으로
상기 제1단락 플레이트의 타단과 상기 제2단락 플레이트의 타단 사이가 180도로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1단락 플레이트의 일단과 타단 사이의 거리인 제1단락 플레이트 길이는
상기 제2단락 플레이트의 일단과 타단 사이의 거리인 제2단락 플레이트 길이에 비해서 더 긴 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체;
상기 전극조립체를 내측에 수용하고, 상단 개구를 갖는 케이스;
상기 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 조립체;
상기 제1전극과 전기적으로 접속되고, 상기 캡 조립체의 상부로 돌출된 제1단자부; 및
상기 캡 조립체의 상면으로부터 이격되고, 일단이 상기 제1단자부와 접속되고 이중 구조를 갖는 단락 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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