KR20150096113A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 과충전 등으로 케이스 내부의 압력이 높아지면, 전극을 전기적으로 단락시켜서 전지를 보호하는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 제 1 전극판 및 제 2 전극판을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하며 단락홀을 갖고, 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 상기 단락홀에 설치되고 상기 케이스를 향하여 굴곡되어 형성된 반전부와 반전부의 테두리에 형성되어 캡 플레이트와 결합되는 테두리부를 포함하는 반전 플레이트; 및 상기 캡 플레이트로부터 이격된 상부에 상기 단락홀의 상부까지 연장되어 결합되고, 상기 제 2 전극판에 전기적으로 연결된 단락 플레이트를 포함하고, 상기 캡 플레이트는 상기 단락홀의 주변에 이격되어 형성된 변형 유도홈을 포함하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명은 과충전 등으로 케이스 내부의 압력이 높아지면, 전극을 전기적으로 단락시켜서 전지를 보호하는 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, 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 과충전 등에 의해 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 과충전 등으로 케이스 내부의 압력이 높아지면, 전극을 전기적으로 단락시켜서 전지를 보호하는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 제 1 전극판 및 제 2 전극판을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스를 밀봉하며 단락홀을 갖고, 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체; 상기 단락홀에 설치되고 상기 케이스를 향하여 굴곡되어 형성된 반전부와 반전부의 테두리에 형성되어 캡 플레이트와 결합되는 테두리부를 포함하는 반전 플레이트; 및 상기 캡 플레이트로부터 이격된 상부에 상기 단락홀의 상부까지 연장되어 결합되고, 상기 제 2 전극판에 전기적으로 연결된 단락 플레이트를 포함하고, 상기 캡 플레이트는 상기 단락홀의 주변에 이격되어 형성된 변형 유도홈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 변형 유도홈은 상기 캡 플레이트가 상기 반전 플레이트의 테두리부와 결합된 영역과 이격되어 형성될 수 있다.
그리고 상기 변형 유도홈은 상기 캡 플레이트의 두께를 기준으로 1/2 이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 변형 유도홈은 상기 단락홀의 형상을 따라 형성될 수 있다.
또한, 상기 변형 유도홈은 상기 캡 플레이트의 상면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트는 상기 변형 유도홈을 기준으로 내측에 위치한 결합 영역이 상기 반전 플레이트의 반전 동작시 상기 케이스를 향하는 방향으로 변형될 수 있다.
또한, 상기 결합 영역은 상기 반전 플레이트와 용접되어 결합될 수 있다.
또한, 상기 반전 플레이트가 상기 캡 플레이트와 결합된 면에 노치가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 노치는 상기 반전 플레이트가 상기 캡 플레이트와 접하는 면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 단락 플레이트는 상기 반전 플레이트를 향하는 면에 돌출되어 형성된 돌기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌기는 상기 반전 플레이트의 반전시 접촉된 상태를 가질 수 있다.
또한, 상기 단락 플레이트 또는 상기 단락 플레이트를 상기 캡 플레이트의 상면에 지지하는 절연 부재에는 상기 반전 플레이트와 상기 단락 플레이트의 사이에 위치한 공기를 배출하는 에어홀이 더 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 캡 플레이트의 단락홀 주변에 변형 유도홈을 형성하고, 그 내측에 반전 플레이트가 결합되는 결합 영역을 형성함으로써, 일정 이상의 내부 압력 조건에서 변형 유도홈이 일차적으로 변형되어 반전 플레이트가 용이하게 반전되도록 할 수 있다.
또한, 변형 유도홈을 통해 반전 플레이트의 반전을 유도하여, 반전 플레이트가 필요한 곡률을 갖도록 허용함으로써, 반전 플레이트의 반전시 단락 플레이트와의 사이에서 접촉 저항을 줄임으로써 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 3a는 도 2의 B 부분 확대도이다.
도 3b는 도 3a의 C 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 반전 플레이트의 반전이 이루어진 상태를 도시한 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 부분 확대도이다.
도 5b는 도 5a의 D 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 다른 이차 전지에서 반전 플레이트의 반전이 이루어진 상태를 도시한 단면도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다. 도 3a는 도 2의 B 부분 확대도이다. 도 3b는 도 3a의 C 부분 확대도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 반전 플레이트의 반전이 이루어진 상태를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 제 2 집전판(130), 케이스(140), 캡 조립체(150), 단락 부재(160)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 박형으로 형성된 제 1 전극판(111), 제 2 전극판(112), 상기 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)의 사이에 위치한 세퍼레이터(113)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 상기 제 1 전극판(111)은 양극을 형성할 수 있으며, 이 경우 상기 제 2 전극판(112)은 음극을 형성할 수 있다.
상기 제 1 전극판(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 상기 제 1 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 1 전극 무지부(111a)를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부(111a)는 상기 제 1 전극판(111)과 외부 사이의 전류가 흐르는 통로를 제공한다. 다만, 상기 제 1 전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(112)은 니켈 또는 구리와 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부(112a)를 포함한다. 상기 제 2 전극 무지부(112a)는 제 2 전극판(112)과, 제 2 전극판 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다. 다만, 상기 제 2 전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112)은 서로 극성을 교화나여 배치될 수도 있음은 물론이다.
상기 세퍼레이터(113)는 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112) 사이에 위치되어 전기적 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 세퍼레이터(13)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 집전판(120)은 알루미늄 등의 도전성 재질로 형성되며, 상기 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 상기 제 1 전극 무지부(111a)와 접촉됨으로써, 상기 제 1 전극판(111)과 전기적으로 연결된다.
상기 제 1 집전판(120)은 결합부(121), 절곡부(122)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 결합부(121)는 플레이트 형상으로 구비되어, 상기 제 1 전극 무지부(111a)와 접한다. 상기 결합부(121)는 상기 제 1 전극 무지부(111a)와 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 전극 무지부(111a)가 외부와 연결되는 전기적 경로를 제공한다.
상기 절곡부(122)는 상기 결합부(121)로부터 대략 90도로 절곡된 플레이트 형상으로 이루어지며, 상기 전극 조립체(110)의 상부와 캡 조립체(150)의 사이에 설치된다. 상기 절곡부(122)는 내부에 단자홀(122a)을 구비한다. 상기 단자홀(122a)은 절곡부(122)의 일측에 형성되며, 절곡부(21) 중 상기 캡 조립체(150)의 제 1 전극 단자(152)가 끼워져 결합되는 공간을 제공한다.
또한, 상기 제 1 집전판(120)은 상기 절곡부(122)의 적어도 일부 영역에 다른 영역보다 얇은 두께를 갖도록 형성하여, 퓨즈부를 형성한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)에서 후술할 바와 같이, 내부 압력이 증가하여 상기 단락 부재(160)의 반전 플레이트(161)가 반전하여 내부적으로 전기적 단락이 발생된 경우, 유도되는 과전류에 의해 상기 퓨즈부가 끊어지게 된다. 따라서, 상기 제 1 집전판(120)과 상기 제 1 전극 단자(152) 사이의 연결이 끊어지게 되어, 이후의 충방전이 중지됨으로써, 안전을 확보할 수 있다.
상기 제 2 집전판(130)은 니켈 등의 도전성 재질로 형성되며, 전극 조립체(110)의 타측 단부로 돌출된 제 2 전극 무지부(112a)와 접촉됨으로써, 제 2 전극판(112)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 집전판(130)은 결합부(131), 절곡부(132)를 포함한다. 또한, 상기 절곡부(132)에는 상기 제 2 전극 단자(153)가 결합되기 위한 단자홀(132a)이 형성된다.
상기 제 2 집전판(130)의 결합부(131), 절곡부(132) 및 단자홀(132a)은 상기 제 1 집전판(120)의 결합(121), 절곡부(123) 및 단자홀(122a)과 동일한 형상으로 이루어지며 동일한 역할을 하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성된다. 상기 케이스(140)는 상기 전극 조립체(10), 제 1 집전판(120) 및 제 2 집전판(130)이 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 도 2에서는 상기 케이스(140)와 캡 조립체(150)가 결합된 상태로 도시되고 있으므로 개구부가 도시되지 않았지만, 상기 캡 조립체(150)의 상부 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다. 한편, 상기 케이스(140)의 내면은 절연 처리되어, 상기 전극 조립체(110), 제 1 집전판(120), 제 2 집전판(130) 및 캡 조립체(150)와 절연된다. 또한, 상기 케이스(140)는 하나의 극성, 예를 들어 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)에 결합된다. 상기 캡 조립체(150)는 구체적으로 캡 플레이트(151), 제 1 전극 단자(152), 제 2 전극 단자(153), 가스켓(154), 너트(155)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 캡 조립체(150)는 마개(156), 안전 벤트(157), 연결 부재(158), 고정 부재(159)를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(151)는 상기 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(151)는 전해액 주입구(151a), 벤트홀(151b) 및 단락홀(151c)을 가질 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(151)는 상기 상기 단락홀(151c)의 주변에 일정 거리를 두고 형성된 변형 유도홈(151d)과 상기 변형 유도홀(151d)의 내측에 형성된 결합 영역(151e)을 포함한다.
상기 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)는 상기 케이스(140)의 내부에 전해액을 주입하기 위한 통로를 제공한다. 또한, 상기 전해액 주입구(151a)는 상기 주입 마개(158)에 의해 상기 전해액 주입 이후 밀봉될 수 있다.
상기 벤트홀(151b)은 상기 안전 벤트(157)의 하부에 위치하며, 이를 통해 상기 안전 벤트(157)의 두께는 상기 캡 플레이트(151)의 다른 영역의 두께보다 작게 형성된다. 따라서, 상기 케이스(140)의 내부 압력이 일정 수준 이상이 될 때, 상기 안전 벤트(157)가 다른 부분에 비해 미리 개방되어, 이차 전지(100)가 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
상기 단락홀(151c)은 캡 플레이트(151)의 내부에서 개방된 부분을 형성하여, 상기 케이스(140) 내부의 압력이 상기 단락 부재(160)에 전달되도록 할 수 있다.
상기 변형 유도홈(151d)은 상기 단락홀(151c)의 둘레에 형상을 따라 일정 거리로 이격되도록 형성되며, 상기 캡 플레이트(151)의 상면에 형성된다. 이를 통해 상기 변형 유도홈(151d)은 그 내측에 상기 단락홀(151c)까지 이르는 상기 결합 영역(151e)을 정의할 수 있다. 상기 결합 영역(151e)에는 상기 단락 부재(160)의 반전 플레이트(161)가 결합된다. 따라서, 상기 반전 플레이트(161)는 상기 단락홀(151c)을 밀봉할 수 있다. 또한, 상기 변형 유도홈(151d)은 상기 결합 영역(151e)에 자유도를 제공하여, 상기 결합 영역(151e)에 결합된 반전 플레이트(161)가 보다 용이하게 반전되도록 할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 케이스(140)의 내부 압력이 증가하면, 상기 반전 플레이트(161)에 가해지는 힘이 증가하여, 상기 반전 플레이트(161)가 일정 압력 이상의 조건에서 반전된다. 한편, 상기 반전 플레이트(161)가 반전된 이후 전류가 인가될 때, 상기 반전 플레이트(161)와 단락 플레이트(162)의 사이에서 접촉 저항을 줄여주기 위해서 상기 반전 플레이트(161)의 곡률을 되도록 크게 형성하는 것이 바람직하다. 여기서 곡률은 도 3c에 도시된 것처럼, 상기 반전 플레이트(161)의 곡면에 위치한 한 점을 기준으로 곡면을 따라 이동한 거리(△s)에 대해, 상기 점에서의 접선이 상기 반전 플레이트(161)의 최저점에서의 접선에 대해 이루는 각도(△θ)가 이루는 비율(d△θ/d△s)로서 정의될 수 있다. 즉, 곡률이 크면 클수록 상기 반전 플레이트(161)는 하부를 향해 더 볼록하게 형성되는 곡면으로 형성된다. 따라서, 상기 반전 플레이트(161)의 곡률이 클수록 상기 반전 플레이트(161)의 반전 이후 상기 단락 플레이트(163)에 대한 접촉 면적 및 접촉력이 증가하여 접촉 저항을 낮출 수 있다.
그러나, 상기 반전 플레이트(161)가 상기 결합 영역(151e)에 결합되는 영역에 제한이 있고, 상기 반전 플레이트(161)의 곡률이 크면 반전을 위해 큰 압력이 요구되고, 상기 반전 플레이트(161)의 반전시 단락 상태 유지를 위해 일정 이상의 두께가 필요하기 때문에 상기 곡률을 키우는데 제한이 존재한다.
그런데, 상기 캡 플레이트(151)는 상기 결합 영역(151e)은 상기 변형 유도홈(151d)으로 인해, 상기 반전 플레이트(161)의 반전시 함께 변형될 수 있다. 즉, 기준 이상의 내부 압력에서, 상기 결합 영역(151e)이 상기 케이스(140)의 내부를 향하여 휘어지는 변형을 통해 반전 동작이 시작된다. 그리고, 상기 결합 영역(151d)의 변형은 상기 반전 플레이트(161)가 용이하게 반전되도록 유도할 수 있다. 이를 위해, 상기 변형 유도홈(151d)의 두께(d)는 상기 캡 플레이트(151)의 두께를 기준으로 1/2 이하로 형성될 수 있다. 상기 변형 유도홈(151d)의 두께(d)가 캡 플레이트(151)의 1/2 이하인 경우, 상기 캡 플레이트(151)의 강도와 상기 변형 유도홈(151d)의 강도를 확보하면서도 일정 내부 압력에서 상기 결합 영역(151e)이 상기 케이스(140)의 내부로 변형되도록 할 수 있다.
또한, 상기 반전 플레이트(161)는 자체의 직경(r1)에 비해 상기 캡 플레이트(151)의 결합 영역(151e)의 길이(l)만큼 더 확장된 직경(r2)를 확보한 것과 같은 효과를 갖는다. 따라서, 상기 반전 플레이트(161)는 반전을 보다 용이하게 할 수 있기 때문에, 상술한 접촉 저항 저감을 위해 요구되는 일정 이상의 곡률을 확보할 수 있다.
상기 제 1 전극 단자(152)는 상기 캡 플레이트(151)의 일측을 관통하여 상기 제 1 집전판(120)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 전극 단자(152)는 기둥형으로 형성될 수 있으며, 상기 캡 플레이트(151)의 상부로 노출된 상부 기둥의 외주연에는 나사산이 형성된다. 상기 캡 플레이트(151)의 하부에 위치하는 하부 기둥에는 상기 제 1 전극 단자(152)가 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(152a)가 형성되며, 상기 제 1 전극 단자(152) 중에서 상기 플랜지(152a)의 하부에 위치하는 일부는 상기 제 1 집전판(120)의 단자홀(122a)에 끼워진다. 여기서, 상기 제 1 전극 단자(152)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 2 전극 단자(153)는 상기 캡 플레이트(151)의 타측을 관통하여 상기 제 2 집전판(130)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 2 전극 단자(153)는 상기 제 1 전극 단자(152)와 동일한 형상을 가지므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 제 2 전극 단자(153)는 캡 플레이트(151)와 절연된다.
상기 가스켓(154)은 절연성 재질로 상기 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각과 캡 플레이트(151)의 사이에 형성된다. 상기 가스켓(154)은 상기 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각과 캡 플레이트(151) 사이의 공간을 밀봉시킨다. 상기 가스켓(154)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 너트(155)는 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각에 형성된 나사산을 따라 체결되어 제 1 전극 단자(152) 및 제 2 전극 단자(153) 각각을 캡 플레이트(151)에 고정시킨다.
상기 마개(156)는 상기 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 밀봉한다. 또한, 상기 벤트 플레이트(157)는 상기 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 형성된 노치(157a)를 포함한다.
상기 연결판(158)은 상기 제 1 전극 단자(152)와 캡 플레이트(151)의 사이에 상기 제 1 전극 단자(152)가 끼워지도록 형성되며, 상기 너트(155)를 통해서 상기 캡 플레이트(151)와 가스켓(154)에 밀착된다. 상기 연결판(158)은 상기 제 1 전극 단자(152)와 캡 플레이트(151)를 전기적으로 연결한다.
상기 고정 부재(159)는 제 1 집전판(120)과 제 2 집전판(130) 각각과 상기 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되어, 상기 집전판(120, 130)의 위치를 고정시키고 단락이 발생되는 것을 방지한다.
상기 단락 부재(160)는 상기 캡 조립체(150)의 상부에 설치된다. 상기 단락 부재(160)는 과충전 등에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 내부 압력이 기준 압력보다 큰 경우 단락을 유도하여 상기 제 1 집전체(120)에서의 퓨즈가 끊어지도록 유도함으로써, 전류의 흐름을 차단하도록 한다. 이를 위해, 상기 단락 부재(160)는 도전성 재질의 반전 플레이트(161)와 단락 플레이트(163)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 단락 플레이트(163)의 가장자리를 따라 형성되어, 상기 단락 플레이트(163)를 상기 캡 플레이트(151)와 절연시키는 절연 부재(162)를 더 포함할 수 있다.
상기 반전 플레이트(161)는 상기 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c)을 덮으면서 형성된다. 상기 반전 플레이트(161)는 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 반전 플레이트(161)는 곡률을 갖고 상기 케이스(140)의 내부를 향하여 볼록하게 형성되며, 상기 케이스(140)의 내부 압력이 기준 압력보다 큰 될 경우 위를 향하여 볼록한 형상이 되도록 반전되어 상기 단락 플레이트(162)와 연결될 수 있다. 여기서, 상기 반전 플레이트(161)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있으나, 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 반전 플레이트(161)는 아래로 볼록하게 형성된 반전부(161a)와 상기 캡 플레이트(151)의 결합 영역(151e)에 결합되는 테두리부(161b)를 포함한다.
상기 반전부(161a)는 상기 케이스(140)의 내부를 향해 볼록한 형상으로 이루어진다. 상기 반전부(161a)는 상기 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c)을 감싸는 형상으로 구비되어, 상기 단락홀(151c)을 밀폐한다. 상기 반전부(161a)는 일정 정도의 탄성을 구비하여, 상기 케이스(140) 내부의 압력이 미리 설정된 기준 압력보다 큰 경우 반전된다. 상기 반전부(161a)는 정상 상태시에 상기 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 단락 플레이트(162)와는 전기적으로 절연된 상태를 유지한다. 그러나, 상기 반전부(161a)가 반전된 경우, 상기 반전부(161a)의 상부 영역이 상기 단락 플레이트(162)와 접하게 되어 상기 캡 플레이트(151)와 단락 플레이트(162)를 상호간에 전기적으로 연결시킨다. 그리고 상기 캡 플레이트(151)는 상기 양극 단자(152)에 연결되어 있고, 상기 단락 플레이트(163)는 상기 음극 단자(153)에 연결되어 있으므로, 상기 반전부(161a)가 반전되면, 상기 양극 단자(152)와 음극 단자(153)가 전기적으로 단락된 상태가 된다. 따라서, 내부 단락이 유도되어, 과전류가 흐르게 되며, 상술한 것처럼 상기 제 1 집전판(120)의 퓨즈가 끊어지게 되어 충방전 동작이 정지될 수 있고, 이에 따라 이차 전지(100)의 폭발 등 위험성을 제거할 수 있다.
상기 테두리부(161b)는 상기 반전부(161a)의 테두리에 형성된다. 상기 테두리부(161b)는 상기 반전부(161a)를 상기 캡 플레이트(151)의 결합 영역(151e)에 고정시킨다. 따라서, 상기 테두리부(161b)는 상기 반전부(161a)가 안정적으로 반전될 수 있도록 지지한다.
상기 테두리부(161b)는 상기 캡 플레이트(151)와 맞닿은 측면 경계에 용접을 통해 결합될 수 있다. 상기 용접의 방법은 펄스 용접(pulse weld)을 이용하여 형성될 수 있으며, 펄스 용접보다 강도가 높은 연속 용접(Continuous Weld)을 이용하여 형성될 수도 있다.
상기 절연 부재(162)는 상기 제 2 전극 단자(153)와 캡 플레이트(151)의 사이에 형성되고, 상기 제 2 전극 단자(153)를 중심으로 상기 캡 플레이트(151)와 가스켓(154)에 밀착되어 밀봉을 수행한다. 또한, 상기 절연 부재(162)는 상기 제 2 전극 단자(153)에 연결된 단락 플레이트(163)의 가장자리를 감싸서, 상기 캡 플레이트(151)와 이격시킴으로써, 양자간을 전기적으로 절연시킨다.
상기 단락 플레이트(163)는 상기 캡 플레이트(151)로부터 이격된 외측에서 제 2 전극 단자(153)가 끼워지도록 형성되며, 단락홀(151c)의 상부에 대응되는 위치까지 연장된다. 상기 제 2 단락 플레이트(162)는 상기 제 2 전극 단자(153)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 제 2 단락 플레이트(162)는 평평한 상면과 하면을 가지며 구리 재질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 별도로 도시하지는 않았지만 상기 절연 부재(162) 또는 상기 단락 플레이트(163) 중 적어도 어느 하나에는 상기 반전 플레이트(161)와 단락 플레이트(263) 사이의 공간 내에 존재하는 공기가 빠져나갈 수 있는 에어홀을 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 반전 플레이트(161)의 반전 동작시에 상기 공기가 빠져나갈 수 있도록 하여, 반전 동작이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 캡 플레이트(151)의 단락홀(151c) 주변에 변형 유도홈(151d)을 형성하고, 그 내측에 반전 플레이트(161)가 결합되는 결합 영역(151e)을 형성함으로써, 일정 이상의 내부 압력 조건에서 변형 유도홈(151d)이 일차적으로 변형되어 반전 플레이트(161)가 용이하게 반전되도록 할 수 있다. 또한, 변형 유도홈(151d)을 통해 반전 플레이트(161)의 반전을 유도하여, 반전 플레이트(161)가 필요한 곡률을 갖도록 허용함으로써, 반전 플레이트(161)의 반전시 단락 플레이트(163)와의 사이에서 접촉 저항을 줄임으로써 안정성을 확보할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 부분 확대도이다. 도 5b는 도 5a의 D 부분 확대도이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 다른 이차 전지에서 반전 플레이트의 반전이 이루어진 상태를 도시한 단면도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 5a 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 단락 부재(260)의 구성에서 앞의 실시예와 차이를 갖는다.
상기 단락 부재(260)는 반전 플레이트(261), 절연 부재(162) 및 단락 플레이트(263)를 포함한다.
또한, 상기 반전 플레이트(261)는 반전부(161a)와 테두리부(261b)를 포함한다. 그리고 상기 테두리부(261b)가 상기 캡 플레이트(150)의 결합 영역(151e)와 결합되는 하면에는 노치(261c)가 더 형성되어 있다. 따라서, 상기 단락 부재(260)의 테두리부(261b)는 상기 노치(261c)를 통해 상기 반전 플레이트(261)의 동작에 자유도를 부가하여, 상기 반전 플레이트(261)가 기준 압력에서 용이하게 반전되도록 할 수 있다.
상기 단락 플레이트(263)는 하면에 접촉 돌기(263a)를 더 포함할 수 있다. 상기 접촉 돌기(263a)는 상기 반전 플레이트(261)가 반전되었을 때, 상기 반전 플레이트(261)가 접촉할 수 있도록 대응되어 형성된다. 상기 접촉 돌기(263a)는 상기 반전 플레이트(261)에 대해 일정한 면적의 접촉 상태를 유도하여, 접촉 저항을 일정하게 유지하고, 반전 플레이트(261)가 안정적으로 접촉된 상태를 유지하도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 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; 이차 전지 110; 전극 조립체
120; 제 1 집전판 130; 제 2 집전판
140; 케이스 150; 캡 조립체
151; 캡 플레이트 151d; 변형 유도홈
151e; 결합 영역 160, 260; 단락 부재
161, 261; 반전 플레이트 162; 절연 부재
163, 263; 단락 플레이트

Claims (12)

  1. 제 1 전극판 및 제 2 전극판을 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스를 밀봉하며 단락홀을 갖고, 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체;
    상기 단락홀에 설치되고 상기 케이스를 향하여 굴곡되어 형성된 반전부와 반전부의 테두리에 형성되어 캡 플레이트와 결합되는 테두리부를 포함하는 반전 플레이트; 및
    상기 캡 플레이트로부터 이격된 상부에 상기 단락홀의 상부까지 연장되어 결합되고, 상기 제 2 전극판에 전기적으로 연결된 단락 플레이트를 포함하고,
    상기 캡 플레이트는 상기 단락홀의 주변에 이격되어 형성된 변형 유도홈을 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형 유도홈은 상기 캡 플레이트가 상기 반전 플레이트의 테두리부와 결합된 영역과 이격되어 형성된 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형 유도홈은 상기 캡 플레이트의 두께를 기준으로 1/2 이하로 형성된 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형 유도홈은 상기 단락홀의 형상을 따라 형성된 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형 유도홈은 상기 캡 플레이트의 상면에 형성된 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 상기 변형 유도홈을 기준으로 내측에 위치한 결합 영역이 상기 반전 플레이트의 반전 동작시 상기 케이스를 향하는 방향으로 변형되는 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 결합 영역은 상기 반전 플레이트와 용접되어 결합된 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반전 플레이트가 상기 캡 플레이트와 결합된 면에 노치가 더 형성된 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 노치는 상기 반전 플레이트가 상기 캡 플레이트와 접하는 면에 형성된 이차 전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 플레이트는 상기 반전 플레이트를 향하는 면에 돌출되어 형성된 돌기를 더 포함하는 이차 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 반전 플레이트의 반전시 접촉된 상태를 갖는 이차 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 플레이트 또는 상기 단락 플레이트를 상기 캡 플레이트의 상면에 지지하는 절연 부재에는 상기 반전 플레이트와 상기 단락 플레이트의 사이에 위치한 공기를 배출하는 에어홀이 더 형성된 이차 전지.
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