KR20150083297A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제 1 전극 조립체와 제 2 전극 조립체를 연결하는 전극판에 퓨즈홀을 형성하여 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 제 1 양극 무지부와 제 1 음극 무지부를 포함하는 제 1 전극 조립체; 상기 제 1 전극 조립체와 수평방향으로 나란히 배열되며, 제 2 양극 무지부와 제 2 음극 무지부를 포함하는 제 2 전극 조립체; 상기 제 1 양극 무지부와 전기적으로 연결된 제 1 집전판; 상기 제 2 양극 무지부와 전기적으로 연결된 제 2 집전판; 상기 제 1 음극 무지부와 상기 제 2 음극 무지부에 전기적으로 연결된 제 3 집전판; 상기 제 1 전극 조립체, 상기 제 2 전극 조립체, 상기 제 1 집전판, 상기 제 2 집전판 및 상기 제 3 집전판을 수용하는 케이스; 및 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 제 3 집전판에는 퓨즈홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(Secondary 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.
이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 전극 단자가 형성된 캡 조립체를 설치하여 구성된다.
한편, 이차 전지는 내부 단락 또는 외부 침상체에 의한 관통 발생 시 과도한 열이 발생하거나 전해액이 분해되면 내부 압력이 상승하여 발화되거나 폭발할 수 있다. 이에 따라, 안전성을 향상시킬 수 있는 구조의 이차 전지가 요구되고 있다.
본 발명은 제 1 전극 조립체와 제 2 전극 조립체를 연결하는 전극판에 퓨즈홀을 형성하여 내부 단락 또는 외부 침상체에 의한 관통 발생시 제 1 전극 조립체와 제 2 전극 조립체를 분리시킴으로써 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지는 제 1 양극 무지부와 제 1 음극 무지부를 포함하는 제 1 전극 조립체; 상기 제 1 전극 조립체와 수평방향으로 나란히 배열되며, 제 2 양극 무지부와 제 2 음극 무지부를 포함하는 제 2 전극 조립체; 상기 제 1 양극 무지부와 전기적으로 연결된 제 1 집전판; 상기 제 2 양극 무지부와 전기적으로 연결된 제 2 집전판; 상기 제 1 음극 무지부와 상기 제 2 음극 무지부에 전기적으로 연결된 제 3 집전판; 상기 제 1 전극 조립체, 상기 제 2 전극 조립체, 상기 제 1 집전판, 상기 제 2 집전판 및 상기 제 3 집전판을 수용하는 케이스; 및 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 제 3 집전판에는 퓨즈홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 3 집전판은 상기 캡 플레이트와 상기 제 1 전극 조립체 사이에 위치한 제 3 수평부; 및 상기 제 3 수평부로부터 절곡되어 상기 케이스의 하부로 연장된 제 3 수직부를 포함하고, 상기 퓨즈홀은 상기 제 3 수평부를 관통하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 3 수직부는 상기 제 1 전극 조립체와 상기 제 2 전극 조립체 사이에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제 3 수평부는 서로 마주보는 제 1 장측면과 제 2 장측면; 및 상기 제 1 장측면과 상기 제 2 장측면을 연결하며, 서로 마주보는 제 1 단측면과 제 2 단측면을 포함하고, 상기 퓨즈홀은 상기 제 1 단측면에 인접하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 3 수직부는 상기 제 1 단측면에 인접하게 형성되며, 상기 제 1 장측면에 형성된 전면 수직부와 상기 제 2 장측면에 형성된 후면 수직부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전면 수직부에는 상기 제 1 음극 무지부가 결합되고, 상기 후면 수직부에는 상기 제 2 음극 무지부가 결합될 수 있다.
또한, 상기 퓨즈홀의 너비는 상기 제 3 수직부의 너비보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 퓨즈홀과 상기 제 1 장측면 및 제 2 장측면 사이에는 상기 제 3 수직부가 형성되지 않는 퓨즈 영역이 형성되고, 상기 퓨즈 영역은 상기 이차 전지의 단락 시, 상기 제 1 전극 조립체와 상기 제 2 전극 조립체를 분리시킬 수 있다.
또한, 상기 제 2 단측면과 인접하게 형성된 단자홀을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 퓨즈홀은 상기 제 1 단측면의 일부를 개방시킬 수 있다.
또한, 상기 제 3 집전판은 상기 제 1 집전판과 상기 제 2 집전판 사이에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제 1 집전판은 상기 캡 플레이트와 상기 제 1 전극 조립체 사이에 위치한 제 1 수평부; 및 상기 제 1 수평부로부터 절곡되어 상기 케이스의 하부로 연장된 제 1 수직부를 포함하고, 상기 제 1 수평부는 상기 캡 플레이트의 하면에 결합될 수 있다.
또한, 상기 제 2 집전판은 상기 캡 플레이트와 상기 제 2 전극 조립체 사이에 위치한 제 2 수평부; 및 상기 제 2 수평부로부터 절곡되어 상기 케이스의 하부로 연장된 제 2 수직부를 포함하고, 상기 제 2 수평부에는 단자홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트를 관통하며, 상기 캡 플레이트의 일측에 형성된 제 1 전극 단자; 및 상기 캡 플레이트를 관통하며, 상기 캡 플레이트의 타측에 형성된 제 2 전극 단자를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극 단자는 상기 제 3 집전판에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극 단자는 상기 제 2 집전판에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 1 집전판과 상기 제 2 집전판은 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되고, 상기 제 3 집전판은 상기 캡 플레이트와 절연될 수 있다.
또한, 상기 케이스는 바닥면과, 상기 바닥면으로부터 상부로 연장되어 형성된 한 쌍의 장측면과 한 쌍의 단측면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 양극 무지부는 상기 제 1 전극 조립체의 일측에 위치하고, 상기 제 1 음극 무지부는 상기 제 1 전극 조립체의 타측에 위치하며, 상기 제 1 양극 무지부는 상기 케이스의 단측면과 인접하게 위치하고, 상기 제 1 음극 무지부는 상기 케이스의 중앙에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제 2 양극 무지부는 상기 제 2 전극 조립체의 일측에 위치하고, 상기 제 2음극 무지부는 상기 제 2 전극 조립체의 타측에 위치하며, 상기 제 2 양극 무지부는 상기 케이스의 단측면과 인접하게 위치하고, 상기 제 2 음극 무지부는 상기 케이스의 중앙에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 전극 조립체와 제 2 전극 조립체를 연결하는 제 3 집전판에 퓨즈홀을 형성함으로써, 내부 단락 또는 외부 침상체에 의한 관통 발생 시 제 1 전극 조립체와 제 2 전극 조립체를 분리시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체의 반응에너지를 감소시켜 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 캡 조립체를 제외한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 제 1 집전판을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 제 2 집전판을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 제 3 집전판을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 7에 대응하는 제 3 집전판을 도시한 사시도이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 캡 조립체를 제외한 평면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 제 1 집전판을 도시한 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 제 2 집전판을 도시한 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 제 3 집전판을 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 전극 조립체(110), 제 2 전극 조립체(120), 제 1 집전판(130), 제 2 집전판(140), 제 3 집전판(150), 케이스(160) 및 캡 조립체(170)를 포함한다.
상기 제 1 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 양극판(111), 제 1 세퍼레이터(113), 제 2 음극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다.
상기 제 1 양극판(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 양극 집전체에 전이금속산화물 등의 양극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 양극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 1 양극 무지부(111a)를 포함한다. 상기 제 1 양극 무지부(111a)는 제 1 양극판(111)과, 제 1 양극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
상기 제 1 음극판(112)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 음극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 음극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 음극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 음극 무지부(112a)를 포함한다. 상기 제 1 음극 무지부(112a)는 제 1 음극판(112)과, 제 1 음극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
상기 제 1 세퍼레이터(113)는 제 1 양극판(111)과 제 1 음극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어져 있다.
상기 제 2 전극 조립체(120)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 2 양극판(121), 제 2 세퍼레이터(123), 제 2 음극판(122)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 또한, 상기 제 2 양극판은 양극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 2 양극 무지부(121a)를 포함하고, 상기 제 2 음극판(122)은 음극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 2 음극 무지부(122a)를 포함한다. 상기 제 2 전극 조립체(120)는 상기 제 1 전극 조립체(110)와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 전극 조립체(110)와 제 2 전극 조립체(120)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(160)에 수납된다. 상기 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극 조립체(110)와 제 2 전극 조립체(120)는 케이스(160) 내에서 수평방향으로 나란히 배열된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 전극 조립체(110)는 케이스(160) 내에서 좌측에 위치하고, 제 2 전극 조립체(120)는 케이스(160) 내에서 우측에 위치한다. 상기 제 1 전극 조립체(110)는 제 1 양극 무지부(111a)가 케이스(160)의 단측면(162c)을 향하고 제 1 음극 무지부(112a)가 케이스(160)의 중앙을 향하도록 위치한다. 또한, 상기 제 2 전극 조립체(120)도 제 2 양극 무지부(121a)가 케이스(140)의 단측면(162d)을 향하고, 제 2 음극 무지부(122a)가 케이스(160)의 중앙을 향하도록 위치한다. 따라서, 상기 제 1 전극 조립체(110)의 제 1 음극 무지부(112a)와 제 2 전극 조립체(120)의 제 2 음극 무지부(122a)는 상기 케이스(160)의 중앙에서 서로 마주하게 된다.
상기 제 1 집전판(130)은 알루미늄 등의 도전성 재질로 형성되며, 상기 제 1 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제 1 양극 무지부(111a)와 결합됨으로써, 제 1 양극판(111)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 집전판(130)은, 도 5를 참조하면, 제 1 수평부(131) 및 제 1 수직부(132)를 포함한다.
상기 제 1 수평부(131)는 상기 제 1 전극 조립체(110)의 상부와 상기 캡 조립체(170)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성된다. 구체적으로 상기 제 1 수평부(131)는 상기 캡 조립체(170)의 캡 플레이트(171)와 수평하게 형성되며, 상기 캡 플레이트(171)의 하면에 결합된다. 여기서, 상기 제 1 수평부(131)는 상기 캡 플레이트(171)에 용접되거나, 상기 캡 플레이트(171)와 일체로 형성될 수 있다.
상기 제 1 수직부(132)는 상기 제 1 수평부(131)의 단부에서 절곡되고 연장된다. 상기 제 1 수직부(132)는 상기 제 1 수평부(131) 및 상기 캡 플레이트(171)와 수직하게 형성되며, 상기 케이스의 측면(162)과는 수평하게 형성된다. 특히, 상기 제 1 수직부(132)는 상기 케이스(160)의 단측면(162c, 162d)과 수평하게 형성되며, 플레이트 형태로 형성된다. 또한, 상기 제 1 수직부(132)는 상기 제 1 전극 조립체(110)의 일측에 형성되고, 제 1 양극 무지부(111a)와 실질적으로 결합된다. 여기서, 상기 제 1 수직부(132)는 상기 제 1 양극 무지부(111a)에 용접될 수 있다.
상기 제 2 집전판(140)은 알루미늄 등의 도전성 재질로 형성되며, 제 2 전극 조립체(120)의 일측 단부로 돌출된 제 2 양극 무지부(121a)와 결합됨으로써, 제 2 양극판(121)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 집전판(140)은, 도 6을 참조하면, 제 2 수평부(141) 및 제 2 수직부(142)을 포함한다.
상기 제 2 수평부(141)는 상기 제 2 전극 조립체(120)의 상부와 상기 캡 조립체(170)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성된다. 구체적으로, 상기 제 2 수평부(141)는 상기 캡 조립체(170)의 캡 플레이트(171)와 수평하게 형성된다. 또한, 상기 제 2 수평부(141)의 일측에는 단자홀(143)이 형성된다. 상기 단자홀(143)에는 상기 캡 조립체(170)의 제 2 전극 단자(173)가 끼워져 결합될 수 있다.
상기 제 2 수직부(142)는 상기 제 2 수평부(141)의 단부에서 절곡되고 연장된다. 상기 제 1 수직부(142)는 상기 제 2 수평부(141) 및 상기 캡 플레이트(171)와 수직하게 형성되며, 상기 케이스(160)의 측면(162)과는 수평하게 형성된다. 특히, 상기 제 2 수직부(142)는 상기 케이스(160)의 단측면(162c, 162d)과 수평하게 형성되며, 플레이트 형태로 형성된다. 또한, 상기 제 2 수직부(142)는 상기 제 2 전극 조립체(120)의 일측에 형성되고, 제 2 양극 무지부(121a)와 실질적으로 결합된다. 여기서, 상기 제 2 수직부(142)는 상기 제 2 양극 무지부(121a)에 용접될 수 있다.
상기 제 3 집전판(150)은 니켈 등의 도전성 재질로 형성된다. 상기 제 3 집전판(150)은 제 1 전극 조립체(110)의 타측 단부로 돌출된 제 1 음극 무지부(112a)와 제 2 전극 조립체(120)의 타측 단부로 돌출된 제 2 음극 무지부(122a)에 결합됨으로써, 제 1 음극판(112) 및 제 2 음극판(122)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제 3 집전판(150)은 상기 제 1 집전판(130)과 제 2 집전판(140) 사이에 위치한다. 상기 제 3 집전판(150)은, 도 7을 참조하면, 제 3 수평부(151), 제 3 수직부(152) 및 퓨즈홀(153)을 포함한다.
상기 제 3 수평부(151)는 상기 제 2 전극 조립체(120)의 상부와 상기 캡 조립체(170)의 하부 사이에 설치되며, 플레이트 형태로 형성된다. 구체적으로, 상기 제 3 수평부(151)는 상기 캡 조립체(170)의 캡 플레이트(171)와 수평하게 형성된다. 상기 제 3 수평부(151)는 한 쌍의 장측면(151a, 151b)과 상기 한 쌍의 장측면(151a, 151b)을 연결하는 한 쌍의 단측면(151c, 151d)을 포함한다. 즉, 상기 제 3 수평부(151)는 제 1 장측면(151a), 제 2 장측면(151b), 제 1 단측면(151c) 및 제 2 단측면(151d)을 포함한다. 또한, 상기 제 3 수평부(151)의 제 1 단측면(151c) 근처에는 퓨즈홀(153)이 형성되고, 상기 제 3 수평부(151)의 제 2 단측면(151d) 근처에는 단자홀(154)이 형성된다. 상기 단자홀(154)에는 상기 캡 조립체(170)의 제 1 전극 단자(172)가 끼워져 결합될 수 있다.
상기 제 3 수직부(152)는 상기 제 3 수평부(151)의 단부에서 양측으로 절곡되어 연장된다. 구체적으로, 상기 제 3 수직부(152)는 상기 제 3 수평부(151)의 제 1 단측면(151c)에 인접하게 위치하며, 상기 제 3 수평부(151)의 제 1 장측면(151a) 및 제 2 장측면(151b)에 형성된다. 상기 제 3 수직부(152)는 상기 제 3 수평부(151) 및 캡 플레이트(171)와 수직하게 형성되고 상기 케이스(160)의 측면(162)과는 수평하게 형성된다. 특히, 상기 제 3 수직부(152)는 상기 케이스(160)의 장측면(162a, 162b)과 수평하게 형성되며, 플레이트 형태로 형성된다. 또한, 상기 제 3 수직부(152)는 제 1 전극 조립체(110)와 제 2 전극 조립체(120) 사이에 형성되며, 제 1 음극 무지부(112a) 및 제 2 음극 무지부(122a)와 실질적으로 결합된다.
또한, 상기 제 3 수직부(152)는 전면 수직부(152a) 및 후면 수직부(152b)를 포함한다. 상기 전면 수직부(152a)와 후면 수직부(152b)는 서로 마주보고 위치한다. 상기 전면 수직부(152a)는 제 3 수평부(151)의 제 1 장측면(151a)에 형성되어, 상기 제 1 전극 조립체(110)와 결합된다. 상기 후면 수직부(152b)는 제 3 수평부(151)의 제 2 장측면(151b)에 형성되어, 상기 제 2 전극 조립체(120)와 결합된다. 구체적으로, 상기 전면 수직부(152a)에는 상기 제 1 전극 조립체(110)의 제 1 음극 무지부(112a)가 용접되고, 상기 후면 수직부(152b)에는 상기 제 2 전극 조립체(120)의 제 2 음극 무지부(122a)가 용접된다.
상기 퓨즈홀(153)은 상기 제 3 수평부(151)의 제 1 단측면(151c)에 인접하게 형성된다. 구체적으로, 상기 퓨즈홀(153)은 상기 제 3 수평부(151)를 관통하도록 형성된다. 상기 퓨즈홀(153)이 형성된 영역은 제 3 수평부(151)의 다른 영역보다 작은 단면적을 갖는다. 여기서, 상기 퓨즈홀(153)은 사각형상, 예를 들어 상기 제 1 단측면(151c)에서 제 2 단측면(151d)을 향해 연장하는 가로 방향으로 긴 직사각형일 수 있다. 또한, 상기 퓨즈홀(153)은 원형, 타원형, 삼각형 등 상기 제 3 수평부(151)의 단면적을 작게 하는 형태라면 어떠한 형태라도 가능하다.
상기 퓨즈홀(153)의 너비(d1)는 상기 제 3 수직부(152)의 너비(d2)보다 더 크게 형성된다(d1>d2). 따라서, 상기 퓨즈홀(153)과 상기 제 3 수평부(151)의 제 1 장측면(151a) 및 제 2 장측면(151b) 사이에는 제 3 수직부(152)가 형성되지 않는 퓨즈 영역(F)이 존재한다. 상기 퓨즈홀(153)은 이차 전지(100)에서 단락이 발생하여 큰 전류가 흐르는 경우 발생한 열에 의해 퓨즈 영역(F)을 용융되게 하여 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다.
또한, 상기 퓨즈홀(153)은 제 1 전극 조립체(110)와 제 2 전극 조립체(120) 사이의 연결을 끊을 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극 조립체(110)에서 내부 단락 또는 외부 침상체에 의한 관통 발생 시, 상기 퓨즈홀(153)이 형성된 퓨즈 영역(F)이 용융되어 전류의 흐름을 차단하므로, 제 2 전극 조립체(120)가 단락되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이차 전지(100)의 내부 단락 또는 외부 침상체에 의한 관통 발생 시 전극 조립체의 반응에너지를 감소시킬 수 있으므로, 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 케이스(160)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 제 1 전극 조립체(110), 제 2 전극 조립체(120), 제 1 집전판(130), 제 2 집전판(140) 및 제 3 집전판(150)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는, 케이스(160)와 캡 조립체(170)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 캡 조립체(170)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 또한, 상기 케이스(160)는 바닥면(161)과, 상기 바닥면(161)으로부터 상부로 연장되어 형성된 측면(162)을 포함한다. 상기 측면(162)은 서로 마주보는 한쌍의 장측면(162a, 162b)과, 상기 장측면(162a, 162b)을 연결하며 서로 마주보는 한쌍의 단측면(162c, 162d)을 포함한다. 한편, 케이스(160)의 내면은 절연처리되어, 제 1 전극 조립체(110), 제 2 전극 조립체(120), 제 1 집전판(130), 제 2 집전판(140) 및 제 3 집전판(150)와 절연된다. 여기서, 상기 케이스(140)는 하나의 극성, 예를 들어 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 조립체(170)는 상기 케이스(160)에 결합된다. 상기 캡 조립체(170)는 구체적으로 캡 플레이트(171), 제 1 전극 단자(172), 제 2 전극 단자(173), 가스켓(174), 단자 플레이트(175)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 캡 조립체(170)는 마개(176), 벤트 플레이트(177), 연결부재(178), 상부 절연부재(179) 및 하부 절연부재(180)를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(171)는 케이스(160)의 개구를 밀봉하며, 케이스(160)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캡 플레이트(171)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(170)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 캡 플레이트(171)는 케이스(170)와 동일한 극성을 가질 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(171)의 하부에는 제 1 집전판(130)이 결합되어 있으므로, 결과적으로 상기 캡 플레이트(171)는 양극으로 작용한다.
상기 제 1 전극 단자(172)는 캡 플레이트(171)의 일측을 관통하여 제 3 집전판(150)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 전극 단자(172)는 기둥형으로 형성될 수 있으며, 캡 플레이트(171)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에 캡 플레이트(171)의 하부에는 제 1 전극 단자(172)가 캡 플레이트(171)로부터 빠지지 않도록 플랜지(172a)가 형성된다. 상기 제 1 전극 단자(172)에서 플랜지(172a)의 하부에 위치하는 영역은 제 3 집전판(150)의 단자홀(154)에 끼워진다. 여기서, 상기 제 1 전극 단자(172)는 상기 캡 플레이트(171)와 절연된다.
상기 제 2 전극 단자(173)는 캡 플레이트(171)의 타측을 관통하여 제 2 집전판(140)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 전극 단자(173)는 제 1 전극 단자(172)와 동일한 형상을 가지므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 제 2 전극 단자(173)는 상기 캡 플레이트(171)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 가스켓(174)은 절연성 재질로 제 1 전극 단자(172) 및 제 2 전극 단자(173) 각각과 캡 플레이트(171) 사이에 형성되어 제 1 전극 단자(172) 및 제 2 전극 단자(173) 각각과 캡 플레이트(171) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 가스켓(174)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 단자 플레이트(175)는 상기 제 1 전극 단자(172) 및 제 2 전극 단자(173) 각각에 결합된다. 또한, 상기 단자 플레이트(175)는 상기 제 1 전극 단자(172) 및 제 2 전극 단자(173) 각각에 상호간 용접되어, 제 1 전극 단자(172) 및 제 2 전극 단자(173) 각각을 캡 플레이트(171)에 고정시킨다. 즉, 캡 플레이트(171)의 상부로 노출된 제 1 전극 단자(172) 및 제 2 전극 단자(173) 각각과 단자 플레이트(175)의 경계 영역은 상호간 용접된다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 상기 제 1 전극 단자(172) 및 제 2 전극 단자(173) 각각과 상기 단자 플레이트(175)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접된다.
상기 마개(176)는 캡 플레이트(171)의 전해액 주입구(171a)를 밀봉한다.
상기 벤트 플레이트(177)는 캡 플레이트(171)의 벤트홀(171b)에 설치되며, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(177a)를 포함한다.
상기 연결부재(178)는 제 2 전극 단자(173)와 캡 플레이트(171) 사이에 제 2 전극 단자(173)가 끼워지도록 형성되며, 단자 플레이트(175)를 통해서 캡 플레이트(171)와 가스켓(174)에 밀착된다. 이러한 연결부재(178)는 제 2 전극 단자(173)와 캡 플레이트(171)를 전기적으로 연결한다.
상기 상부 절연부재(179)는 제 1 전극 단자(172)와 캡 플레이트(171) 사이에 제 1 전극 단자(172)가 끼워지도록 형성되며, 단자 플레이트(175)를 통해서 캡 플레이트(171)와 가스켓(174)에 밀착된다. 이러한 상부 절연부재(179)는 제 1 전극 단자(172)와 캡 플레이트(171)를 절연시킨다.
상기 하부 절연부재(180)는 제 2 집전판(140) 및 제 3 집전판(150) 각각과 캡 플레이트(171) 사이에 형성되어, 불필요한 단락의 발생을 방지한다. 구체적으로, 상기 하부 절연부재(180)는 제 2 집전판(140)의 제 2 수평부(141)와 캡 플레이트(171) 사이에 형성된다. 또한, 상기 하부 절연부재(180)는 제 3 집전판(150)의 제 3 수평부(151)와 캡 플레이트(171) 사이에 형성된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제 1 전극 조립체(110)와 제 2 전극 조립체(120)를 연결하는 제 3 집전판(150)에 퓨즈홀(153)을 형성함으로써, 내부 단락 또는 외부 침상체에 의한 관통 발생 시 제 1 전극 조립체(110)와 제 2 전극 조립체(120)를 분리시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체의 반응에너지를 감소시켜 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지 중 도 7에 대응하는 제 3 집전판을 도시한 사시도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 도 2의 이차 전지(100)와 비교할 때 제 3 집전판(250)의 퓨즈홀(253)의 형상만 다를 뿐 동일한 구성을 가지며 동일한 역할을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 도시 및 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고, 제 3 집전판(250)의 퓨즈홀(253)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 상기 제 3 집전판(250)은 제 3 수평부(151), 제 3 수직부(152) 및 퓨즈홀(253)을 포함한다.
상기 퓨즈홀(253)은 상기 제 3 수평부(151)의 제 1 단측면(151c) 근처에 형성된다. 구체적으로, 상기 퓨즈홀(253)은 상기 제 3 수평부를 관통하도록 형성되며, 상기 제 1 단측면(151c)의 일부를 개방시키는 형태로 형성된다. 상기 퓨즈홀(253)이 형성된 영역은 제 3 수평부(151)의 다른 영역보다 작은 단면적을 갖는다.
상기 퓨즈홀(253)의 너비(d1’)는 상기 제 3 수직부(152)의 너비(d2)보다 더 크게 형성된다(d1’>d2). 따라서, 상기 퓨즈홀(253)과 상기 제 3 수평부(151)의 제 1 장측면(151a) 및 제 2 장측면(151b) 사이에는 제 3 수직부(152)가 형성되지 않는 퓨즈 영역(F)이 존재한다. 상기 퓨즈홀(153)은 이차 전지(100)에서 단락이 발생하여 큰 전류가 흐르는 경우 발생한 열에 의해 퓨즈 영역(F)을 용융되게 하여 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈 기능을 한다. 또한, 상기 퓨즈홀(253)은 제 1 전극 조립체(110)와 제 2 전극 조립체(120) 사이의 연결을 끊을 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극 조립체(110)에서 단락이 발생한 경우에 상기 퓨즈홀(253)이 형성된 퓨즈 영역(F)이 용융되어 전류의 흐름을 차단하므로, 제 2 전극 조립체(120)가 단락되는 것을 방지할 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.
110: 제 1 전극 조립체 120: 제 2 전극 조립체
130: 제 1 집전판 131: 제 1 수평부
132: 제 2 수직부 140: 제 2 집전판
141: 제 2 수평부 142: 제 2 수직부
150: 제 3 집전판 151: 제 3 수평부
152: 제 3 수직부 152a: 전면 수직부
152b: 후면 수직부 153: 퓨즈홀
160: 케이스 170: 캡 조립체

Claims (20)

  1. 제 1 양극 무지부와 제 1 음극 무지부를 포함하는 제 1 전극 조립체;
    상기 제 1 전극 조립체와 수평방향으로 나란히 배열되며, 제 2 양극 무지부와 제 2 음극 무지부를 포함하는 제 2 전극 조립체;
    상기 제 1 양극 무지부와 전기적으로 연결된 제 1 집전판;
    상기 제 2 양극 무지부와 전기적으로 연결된 제 2 집전판;
    상기 제 1 음극 무지부와 상기 제 2 음극 무지부에 전기적으로 연결된 제 3 집전판;
    상기 제 1 전극 조립체, 상기 제 2 전극 조립체, 상기 제 1 집전판, 상기 제 2 집전판 및 상기 제 3 집전판을 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고,
    상기 제 3 집전판에는 퓨즈홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 집전판은
    상기 캡 플레이트와 상기 제 1 전극 조립체 사이에 위치한 제 3 수평부; 및
    상기 제 3 수평부로부터 절곡되어 상기 케이스의 하부로 연장된 제 3 수직부를 포함하고,
    상기 퓨즈홀은 상기 제 3 수평부를 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 수직부는 상기 제 1 전극 조립체와 상기 제 2 전극 조립체 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 수평부는
    서로 마주보는 제 1 장측면과 제 2 장측면; 및
    상기 제 1 장측면과 상기 제 2 장측면을 연결하며, 서로 마주보는 제 1 단측면과 제 2 단측면을 포함하고,
    상기 퓨즈홀은 상기 제 1 단측면에 인접하게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 수직부는 상기 제 1 단측면에 인접하게 형성되며,
    상기 제 1 장측면에 형성된 전면 수직부와 상기 제 2 장측면에 형성된 후면 수직부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전면 수직부에는 상기 제 1 음극 무지부가 결합되고,
    상기 후면 수직부에는 상기 제 2 음극 무지부가 결합된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 퓨즈홀의 너비는 상기 제 3 수직부의 너비보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 퓨즈홀과 상기 제 1 장측면 및 제 2 장측면 사이에는 상기 제 3 수직부가 형성되지 않는 퓨즈 영역이 형성되고,
    상기 퓨즈 영역은 상기 이차 전지의 단락 시, 상기 제 1 전극 조립체와 상기 제 2 전극 조립체를 분리시키는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 단측면과 인접하게 형성된 단자홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 퓨즈홀은 상기 제 1 단측면의 일부를 개방시키는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 집전판은 상기 제 1 집전판과 상기 제 2 집전판 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집전판은
    상기 캡 플레이트와 상기 제 1 전극 조립체 사이에 위치한 제 1 수평부; 및
    상기 제 1 수평부로부터 절곡되어 상기 케이스의 하부로 연장된 제 1 수직부를 포함하고,
    상기 제 1 수평부는 상기 캡 플레이트의 하면에 결합된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 집전판은
    상기 캡 플레이트와 상기 제 2 전극 조립체 사이에 위치한 제 2 수평부; 및
    상기 제 2 수평부로부터 절곡되어 상기 케이스의 하부로 연장된 제 2 수직부를 포함하고,
    상기 제 2 수평부에는 단자홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트를 관통하며, 상기 캡 플레이트의 일측에 형성된 제 1 전극 단자; 및
    상기 캡 플레이트를 관통하며, 상기 캡 플레이트의 타측에 형성된 제 2 전극 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 단자는 상기 제 3 집전판에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 단자는 상기 제 2 집전판에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집전판과 상기 제 2 집전판은 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되고,
    상기 제 3 집전판은 상기 캡 플레이트와 절연된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 바닥면과, 상기 바닥면으로부터 상부로 연장되어 형성된 한 쌍의 장측면과 한 쌍의 단측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 양극 무지부는 상기 제 1 전극 조립체의 일측에 위치하고,
    상기 제 1 음극 무지부는 상기 제 1 전극 조립체의 타측에 위치하며,
    상기 제 1 양극 무지부는 상기 케이스의 단측면과 인접하게 위치하고, 상기 제 1 음극 무지부는 상기 케이스의 중앙에 위치한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 양극 무지부는 상기 제 2 전극 조립체의 일측에 위치하고,
    상기 제 2음극 무지부는 상기 제 2 전극 조립체의 타측에 위치하며,
    상기 제 2 양극 무지부는 상기 케이스의 단측면과 인접하게 위치하고, 상기 제 2 음극 무지부는 상기 케이스의 중앙에 위치한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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