KR20150116700A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 캡 조립체에서 전류차단부의 높이를 낮추는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하고 상기 전극 조립체의 제1전극에 전기적으로 연결되는 케이스, 및 상기 케이스의 개구에 개스킷을 개재하여 결합되고 상기 전극 조립체의 제2전극에 전기적으로 연결되는 캡 조립체를 포함하며, 상기 캡 조립체는 캡 플레이트에 전기적으로 연결되는 벤트 플레이트, 상기 벤트 플레이트와 이격되고 관통구로 상기 벤트 플레이트에서 돌출되는 벤트를 관통시키며 상기 제2전극에 전기적으로 연결되는 미들 플레이트, 상기 벤트 플레이와 상기 미들 플레이트 사이에 개재되는 인슐레이터, 및 상기 벤트와 상기 미들 플레이트를 전기적으로 연결하는 서브 플레이트를 포함하고, 상기 벤트 플레이트 및 상기 미들 플레이트 중 적어도 하나는 상기 인슐레이터를 향하여 돌기 및 홈을 형성하여 상기 인슐레이터의 대응하는 대응홈 및 대응돌기에 결합된다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 캡 조립체에 전류차단부를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요에 따라 에너지원으로써 이차 전지에 대한 수요가 증가되고 있다. 예를 들면, 원통형 이차 전지는 세퍼레이터(separator)의 양면에 전극을 배치하여 젤리롤(Jelly Roll) 형태로 권취하여 형성되는 전극 조립체, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 케이스의 개방 측을 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.
클림핑(crimping) 공정에 의하여, 캡 조립체는 케이스의 개구에 개스킷을 개재하여 조립된다. 즉 케이스는 개구 측에서 케이스의 직경 방향 중심으로 함입된 비딩부에 연결되는 클램핑부로 캡 조립체의 외주를 잡아 주게 된다. 캡 조립체는 전류차단부(current interrupting device) 및 양극 리드탭을 통하여 전극 조립체에 전기적으로 연결된다.
예를 들면, 캡 조립체에서 전류차단부는 양극 단자를 형성하는 캡 플레이트에 전기적으로 연결되는 벤트 플레이트, 벤트 플레이트와 전기적으로 절연되는 미들 플레이트, 벤트 플레이트에서 미들 플레이트의 관통구를 통하여 돌출되는 벤트와 미들 플레이트에 연결되는 서브 플레이트를 포함한다. 서브 플레이트에 양극 리드탭이 연결된다.
벤트 플레이트와 미들 플레이트는 인슐레이터를 개재하여 전기적인 절연 구조로 서로 결합된다. 인슐레이터는 미들 플레이트의 1회 절곡면의 내측과 이에 마주하는 벤트 플레이트의 2회 절곡면 사이에 개재된다.
따라서 벤트 플레이트와 미들 플레이트의 절곡 구조 및 인슐레이터의 삽입 구조는 벤트 플레이트, 인슐레이터, 미들 플레이트 및 서브 플레이트로 이루어지는 전류차단부의 높이를 높게 하여, 케이스 내에서 전극 조립체의 용량을 감소시킬 수 있다.
또한, 인슐레이터의 단순한 삽입에 의한 체결력 부족으로 인하여, 캡 조립체에서, 벤트 플레이트와 미들 플레이트가 상대 회전할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 캡 조립체에서 전류차단부의 높이를 낮추는 이차 전지를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 다른 측면은 캡 조립체에서 벤트 플레이트와 미들 플레이트의 상대 회전을 방지하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하고 상기 전극 조립체의 제1전극에 전기적으로 연결되는 케이스, 및 상기 케이스의 개구에 개스킷을 개재하여 결합되고 상기 전극 조립체의 제2전극에 전기적으로 연결되는 캡 조립체를 포함하며, 상기 캡 조립체는 캡 플레이트에 전기적으로 연결되는 벤트 플레이트, 상기 벤트 플레이트와 이격되고 관통구로 상기 벤트 플레이트에서 돌출되는 벤트를 관통시키며 상기 제2전극에 전기적으로 연결되는 미들 플레이트, 상기 벤트 플레이와 상기 미들 플레이트 사이에 개재되는 인슐레이터, 및 상기 벤트와 상기 미들 플레이트를 전기적으로 연결하는 서브 플레이트를 포함하고, 상기 벤트 플레이트 및 상기 미들 플레이트 중 적어도 하나는 상기 인슐레이터를 향하여 돌기 및 홈을 형성하여 상기 인슐레이터의 대응하는 대응홈 및 대응돌기에 결합된다.
상기 인슐레이터는 상기 돌기 및 상기 홈에 상기 대응홈 및 상기 대응돌기으로 융착될 수 있다.
상기 벤트 플레이트는 상기 돌기를 1쌍으로 구비하고, 상기 돌기의 인접 측에 홈들을 각각 구비할 수 있다.
상기 미들 플레이트는 상기 돌기를 1쌍으로 구비하고, 상기 돌기의 인접 측에 홈들을 각각 구비할 수 있다.
상기 돌기 및 상기 홈은 상기 벤트 플레이트에 형성되는 제1돌기와 제1홈과 상기 미들 플레이트에 형성되는 제2돌기와 제2홈을 포함하며, 상기 제1돌기와 상기 제1홈은, 상기 인슐레이터를 개재하여, 상기 제2돌기와 상기 제2홈에 적층 방향으로 대칭할 수 있다.
상기 벤트 플레이트 및 상기 미들 플레이트는 상기 인슐레이터를 향하는 대향면에 공기 배출홈을 각각 구비할 수 있다.
상기 공기 배출홈은 상기 인슐레이터의 직경 방향으로 형성되고 원주 방향으로 이격 배치될 수 있다.
상기 벤트 플레이트의 상기 제1홈 및 상기 미들 플레이트의 상기 제2홈의 바닥면과 상기 바닥면에 연결되는 상기 벤트 플레이트의 상기 제1돌기 및 상기 미들 플레이트의 제2돌기의 일측면에 의하여 설정되는 각도는 예각을 형성한다.
상기 벤트 플레이트의 상기 제1돌기 및 상기 미들 플레이트의 제2돌기는 각각 1쌍으로 구비되고, 상기 벤트 플레이트의 상기 제1홈 및 상기 미들 플레이트의 상기 제2홈의 바닥면으로 설정되는 각각의 홈바닥폭은 상기 바닥면에 연결되어 서로 대향하는 상기 제1돌기 및 상기 제2돌기의 단부 사이에 설정되는 각각의 홈개구폭보다 더 클 수 있다.
상기 인슐레이터는 상기 제1돌기 및 상기 제2돌기에 대응하여 결합되는 제1대응홈 및 제2대응홈을 각각 1쌍으로 형성하고, 상기 홈바닥폭과 상기 홈개구폭을 가지는 상기 제1홈 및 상기 제2홈에 대응하여 결합되는 제1대응돌기 및 제2대응돌기를 가질 수 있다.
상기 벤트 플레이트의 상기 제1홈 및 상기 미들 플레이트의 상기 제2홈의 중심선을 기준으로 상기 벤트 플레이트의 1쌍의 상기 제1돌기 및 상기 미들 플레이트의 1쌍의 상기 제2돌기는 대칭 구조로 형성되고, 직경 방향에서, 상기 제1돌기 및 상기 제2돌기의 일측면과 상기 일측면에 연결되는 상기 제1홈 및 상기 제2홈의 바닥면으로 설정되는 각도는 예각으로 형성되고, 상기 제1돌기 및 상기 제2돌기의 다른 측면과 상기 다른 측면에 연결되는 다른 제1홈 및 다른 제2홈의 바닥면으로 연결되는 각도는 둔각으로 형성될 수 있다.
상기 인슐레이터는 일측으로 상기 벤트 플레이트의 상기 제1홈과 상기 제1돌기에 대한 제1융착, 및 다른 일측으로 상기 미들 플레이트의 상기 제2홈과 상기 제2돌기에 대한 제2융착 중 적어도 하나로 융착될 수 있다.
상기 캡 조립체는 상기 캡 플레이트와 상기 벤트 플레이트 사이에 개재되는 양성온도소자를 더 포함할 수 있다.
상기 인슐레이터는 상기 벤트 플레이트 측에 형성되는 제1폴리에틸렌층(polyethylene), 상기 미들 플레이트 측에 형성되는 제2폴리에틸렌층, 및 상기 제1폴리에틸렌층과 상기 제2폴리에틸린층 사이에 일체로 형성되는 폴리부틸렌테레프탈 섬유층(poly butylene terephthalate fiber)을 포함할 수 있다.
상기 미들 플레이트는 리드탭으로 상기 제2전극에 연결될 수 있다.
상기 벤트 플레이트는 상기 캡 플레이트와의 사이에 절연부재를 개재하여 그 단부를 상기 인슐레이터의 반대측으로 절곡하여 상기 캡 플레이트의 상면에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 개스킷은 상기 인슐레이터의 외측에서 상기 벤트 플레이트의 하방, 측방 및 상방을 연속적으로 감쌀 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 캡 조립체의 벤트 플레이트와 미들 플레이트를 이들 사이에 개재되는 인슐레이터로 융착 결합함으로써 벤트 플레이트의 절곡에 따른 높이 증가가 방지되고, 캡 조립체에서 전류차단부의 높이가 낮아진다.
또한, 캡 조립체에서 벤트 플레이트와 미들 플레이트를 이들 중 적어도 하나에 돌기와 홈을 구비하여 인슐레이터의 대응홈과 대응돌기에 결합하므로 벤트 플레이트와 미들 플레이트의 상대 회전을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 단면 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지에 적용되는 캡 조립체의 단면 사시도이다.
도 3은 도 2에 적용되는 전류차단부의 단면도이다.
도 4는 도 3에서 인슐레이터를 개재한 벤트 플레이트와 미들 플레이트의 결합 구조를 확대한 부분 단면도이다.
도 5는 도 4에서 인슐레이터와 결합되는 부분의 확대도이다.
도 6은 도 5의 벤트 플레이트에서 인슐레이터와 결합되는 부분의 변형 전후 상태의 확대도이다.
도 7은 도 3에서 벤트 플레이트의 저면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 부분 단면 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 단면 사시도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 이차 전지(1)는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하고 전극 조립체(10)의 제1전극(11, 예를 들면, 음극)에 전기적으로 연결되는 케이스(20), 및 케이스(20)의 개구에 개스킷(50)을 개재하여 결합되고 전극 조립체(10)의 제2전극(12, 예를 들면, 양극)에 전기적으로 연결되는 캡 조립체(30)를 포함한다.
일례를 들면, 전극 조립체(10)는 순차적으로 적층 배치되는 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 포함한다. 전극 조립체(10)는 음극(11)과 양극(12) 및 이들 사이에 배치되는 절연체인 세퍼레이터(13)를 젤리롤(Jelly Roll) 상태로 권취하여 형성된다.
전극 조립체(10)는 원통으로 형성될 수 있다. 원통형 전극 조립체(10)는 중심에 센터 핀(14)을 구비한다. 센터 핀(14)은 전극 조립체(10)보다 고강도의 재질로 형성되어 전극 조립체(10)를 원통 형상으로 유지시킨다.
음극(11)과 양극(12)은 금속박(예를 들면, Al과 Cu 포일)으로 각각 형성되는 집전체의 양면에 활물질이 도포된 영역의 코팅부(11a, 12a), 및 활물질이 도포되지 않아 집전체가 노출된 영역으로 설정되는 무지부(11b, 12b)를 포함한다.
젤리롤(Jelly Roll) 상태에서, 음극 집전판(11d)은 전극 조립체(10)의 음극(11) 무지부(11b)에 전기적으로 연결되고, 양극 집전판(12d)은 전극 조립체(10)의 양극(12) 무지부(12b)에 전기적으로 연결된다.
케이스(20)는 전극 조립체(10)를 외부로부터 삽입할 수 있도록 일측에 개구를 형성하고, 원통형 전극 조립체(10)를 수용하도록 원통형으로 형성된다. 케이스(20)는 음극 집전판(11d)에 용접으로 연결되어, 이차 전지(1)에서 음극 단자로 작용하며, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈 도금 강과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다.
캡 조립체(30)는 케이스(20)의 개구에 개스킷(50)을 개재하여 결합되어, 케이스(20)와 전기적으로 절연되고, 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 케이스(20)을 밀폐한다.
캡 조립체(30)는 전류차단부(current interrupting device) 및 양극 리드탭(40)을 통하여 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된다. 이때, 양극 절연판(60)은 양극 집전판(12d)과 캡 조립체(30) 사이에 개재되어, 양자를 전기적으로 절연시키며, 양극 집전판(12d)에 연결되는 양극 리드탭(40)을 캡 조립체(30) 측으로 관통시킨다.
도 2는 도 1의 이차 전지에 적용되는 캡 조립체의 단면 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 캡 조립체(30)는 외측에서 케이스(20)의 내측으로 가면서 순차적으로 배치되는, 캡 플레이트(31), 양성 온도 소자(PTC, positive temperature coefficient element)(35), 벤트 플레이트(32), 인슐레이터(33), 미들 플레이트(38) 및 서브 플레이트(34)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 최종적으로 양극 리드탭(40)에 연결되어 이차 전지(10에서 양극 단자로 작용하며, 케이스(20)의 외부로 돌출되는 돌출부(311)와 돌출부(311)의 측방으로 개방되어 내부 가스를 배출하는 배기구(312)를 형성한다.
실질적으로, 캡 조립체(30)에서 전류차단부는 인슐레이터(33)에 의하여 전기적으로 분리된 벤트 플레이트(32)와 서브 플레이트(34) 및 이들을 부분적으로 연결한 연결부로 형성된다. 이 연결부는 벤트 플레이트(32)와 서브 플레이트(34)의 용접으로 형성될 수 있다.
즉 전류차단부의 일측을 형성하는 벤트 플레이트(32)는 캡 플레이트(31)의 내측에 설치되어, 전류차단부의 다른 일측을 형성하는 서브 플레이트(34)에 전기적으로 연결된다.
또한, 벤트 플레이트(32)는 중심부에 벤트(321)를 구비하여 서브 플레이트(34)에 용접되고, 내부 압력에 의하여 용접된 서브 플레이트(34)로부터 분리될 수 있다. 벤트(321)는 기설정된 압력 조건에서 파손되어, 내부 가스를 방출하고 서브 플레이트(34)와의 전기적 연결을 차단한다.
예를 들면, 벤트(321)는 벤트 플레이트(32)에서 케이스(20)의 내측을 향하여 돌출 형성된다. 벤트 플레이트(32)는 벤트(321) 주위에 벤트(321)의 파손을 안내하는 노치(322)를 구비한다.
따라서 가스의 발생으로 케이스(20)의 내부 압력이 상승하는 경우, 노치(322)가 미리 파손되어 벤트 플레이트(32)와 배기구(312)를 통하여 가스를 외부로 배출함으로써 이차 전지(1)의 폭발을 방지할 수 있다.
이때, 벤트(321)의 파손으로 벤트 플레이트(32)와 서브 플레이트(34)의 연결이 끊어진다. 따라서 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(31)는 전류차단부의 작동에 의하여 전기적으로 서로 분리된다.
양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에 설치되어, 이차 전지(1)의 내부 온도에 따라, 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 전류 흐름을 단속할 수 있다.
내부 온도가 기설정된 온도를 초과하는 상태에서, 양성 온도 소자(35)는 무한대까지 커지는 전기 저항을 가진다. 이로 인하여, 양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 충전 또는 방전 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
서브 플레이트(34)는 벤트 플레이트(32)와 마주하여, 벤트(321)와 미들 플레이트(38)에 전기적으로 연결된다. 미들 플레이트(38)는 벤트 플레이트(32)와 이격되고 인슐레이터(33)를 개재하여 벤트 플레이트(32)에 결합된다. 그리고 벤트(321)는 인슐레이터(33) 및 미들 플레이트(38)의 관통구들(330, 381)를 통하여 돌출되어 서브 플레이트(34)에 연결된다.
따라서 미들 플레이트(38)는 서브 플레이트(34)를 통하여 벤트(321) 및 벤트 플레이트(32)에 전기적으로 연결된다. 또한 미들 플레이트(38)는 양극 리드탭(40)에 용접으로 연결되고, 양극 리드탭(40)은 양극 절연판(60)을 관통하여 양극(12)의 무지부(12b)에 용접으로 연결된다.
결국, 양극 리드탭(40)은 미들 플레이트(38), 서브 플레이트(34), 벤트(321), 벤트 플레이트(32) 및 양성 온도 소자(35)를 순차적으로 경유하여 캡 플레이트(31)에 전기적으로 연결된다.
이와 같이 구성되는 캡 조립체(30)는 개스킷(50)을 개재하여 케이스(20)의 개구에 끼워진 후, 클림핑(crimping) 공정을 통하여 케이스(20)의 개구에 고정되어 이차 전지(1)를 이루게 된다.
이때, 케이스(20)는 개구 측에 케이스(20)의 직경 방향의 중심으로 함입되는 비딩부(21)와 개스킷(50)을 개재하여 캡 조립체(30)의 외주 테두리를 잡아주는 클램핑부(22)를 형성한다.
도 3은 도 2에 적용되는 전류차단부의 단면도이고, 도 4는 도 3에서 인슐레이터를 개재한 벤트 플레이트와 미들 플레이트의 결합 구조를 확대한 부분 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 벤트 플레이트(32) 및 미들 플레이트(38)는 인슐레이터(33)를 향하여 돌기와 홈을 형성하여, 인슐레이터(33)에 대응하여 형성되는 대응홈 및 대응돌기에 결합된다. 이때 인슐레이터(33)는 돌기 및 홈에 대응홈과 대응돌기로 융착 결합될 수 있다.
벤트 플레이트(32) 및 미들 플레이트(38)는 인슐레이터(33)에 의하여 융착 결합되므로 벤트 플레이트(32)의 절곡 구조를 제거하므로 캡 조립체(30)에서 전류차단부의 높이를 낮출 수 있다.
또한, 벤트 플레이트(32) 및 미들 플레이트(38)의 돌기와 홈은 인슐레이터(33)의 대응홈 및 대응돌기에 융착 결합되므로 벤트 플레이트(32)와 미들 플레이트(38)의 상호 결합력을 높일 수 있고, 전류차단부에서 벤트 플레이트(32)와 미들 플레이트(38)의 상대 회전을 방지할 수 있다.
편의상, 제1실시예는 벤트 플레이트(32)에 제1돌기(P1)와 제1홈(G1)을 구비하고, 미들 플레이트(38)에 제2돌기(P2)와 제2홈(G2)을 구비하여, 인슐레이터(33)는 양측으로 벤트 플레이트(32)와 미들 플레이트(38)에 융착 결합되어 있다.
도시하지 않았으나, 벤트 플레이트에만 제1돌기와 제1홈을 구비할 수 있고, 미들 플레이트에만 제2돌기와 제2홈을 구비하여, 인슐레이터는 일측으로 융착 결합되고 다른 일측으로 평면 구조로 융착될 수도 있다.
이에 따라서 인슐레이터(33)는 일측에 제1대응홈(CG1)과 제1대응돌기(CP1)를 구비하여 제1돌기(P1)와 제1홈(G1)에 대응하여 융착 결합되고, 다른 일측에 제2대응홈(CG2)과 제2대응돌기(CP2)를 구비하여 제2돌기(P2)와 제2홈(G2)에 대응하여 융착 결합된다.
도시하지 않았으나, 인슐레이터는, 벤트 플레이트에만 제1돌기와 제1홈이 구비되는 경우, 이에 대응하도록 제1대응홈과 제1대응돌기를 구비하여 융착 결합될 수 있고, 미들 플레이에만 제2돌기와 제2홈이 구비되는 경우, 이에 대응하도록 제2대응홈과 제2대응돌기를 구비하여 융착 결합될 수도 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 벤트 플레이트(32)는 제1돌기(P1)를 1쌍으로 구비하고, 제1돌기(P1)의 인접 측에 제1홈들(G1)을 각각 구비한다. 미들 플레이트(38)는 제2돌기(P2)를 1쌍으로 구비하고, 제2돌기(P2)의 인접 측에 제2홈들(G2)을 각각 구비한다.
도 5는 도 4에서 인슐레이터와 결합되는 부분의 확대도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 캡 조립체(30)의 직경 방향에서, 벤트 플레이트(32)의 제1홈(G1)의 바닥면과 이 바닥면에 연결되는 벤트 플레이트(32)의 제1돌기(P1)의 일측면에 의하여 설정되는 제1각도(θ1)는 예각을 형성한다.
또한, 미들 플레이트(38)의 제2홈(G2)의 바닥면과 이 바닥면에 연결되는 미들 플레이트(38)의 제2돌기(P2)의 일측면에 의하여 설정되는 제2각도(θ2)는 예각을 형성한다. 제1, 제2각도(θ1, θ2)는 동일하거나 서로 다른 크기로 형성될 수 있다.
즉 벤트 플레이트(32)에 형성되는 제1홈(G1)의 바닥면으로 설정되는 제1홈바닥폭(FW1)은 바닥면에 연결되어 서로 대향하는 제1돌기(P1)의 단부 사이에 설정되는 제1홈개구폭(OW1)보다 더 크다.
또한, 미들 플레이트(38)에 형성되는 제2홈(G2)의 바닥면으로 설정되는 제2홈바닥폭(FW2)은 바닥면에 연결되어 서로 대향하는 제2돌기(P2)의 단부 사이에 설정되는 제2홈개구폭(OW2)보다 더 크다.
인슐레이터(33)는 벤트 플레이트(32)의 제1돌기(P1)에 대응하여 결합되는 제1대응홈(CG1)을 1쌍으로 형성하고, 1쌍의 제1대응홈(CG1) 사이에서 제1홈바닥폭(FW1)과 제1홈개구폭(OW1)을 가지는 제1홈(G1)에 대응하여 융착 결합되는 제1대응돌기(CP1)를 가진다. 따라서 인슐레이터(33)와 벤트 플레이트(32)는 도 5의 상하 방향으로 상호 높은 결합력을 가질 수 있고, 상호 회전을 방지할 수 있다.
또한 인슐레이터(33)는 미들 플레이트(38)의 제2돌기(P2)에 대응하여 결합되는 제2대응홈(CG2)을 1쌍으로 형성하고, 1쌍의 제2대응홈(CG2) 사이에서 제2홈바닥폭(FW2)과 제2홈개구폭(OW2)을 가지는 제2홈(G2)에 대응하여 융착 결합되는 제2대응돌기(CP2)를 가진다. 따라서 인슐레이터(33)와 미들 플레이트(38)는 도 5의 상하 방향으로 상호 높은 결합력을 가질 수 있고, 상호 회전을 방지할 수 있다.
한편, 벤트 플레이트(32)의 제1홈(G1)의 중심선(CL)을 기준으로 벤트 플레이트(32)에 형성되는 1쌍의 제1돌기(P1)는 대칭 구조로 형성된다. 미들 플레이트(38)의 제2홈(G2)의 중심선(CL)을 기준으로 미들 플레이트(38)에 형성되는 1쌍의 제2돌기(P2)는 대칭 구조로 형성된다.
벤트 플레이트(32)의 제1돌기(P1)의 제1각도(θ1)는 예각으로 형성되고, 제1돌기(P1)의 다른 측면과 이에 연결되는 다른 제11홈(G11)의 바닥면으로 연결되는 제11각도(θ11)는 둔각으로 형성된다.
또한, 미들 플레이트(38)의 제2돌기(P2)의 제2각도(θ2)는 예각으로 형성되고, 제2돌기(P2)의 다른 측면과 이에 연결되는 다른 제21홈(G21)의 바닥면으로 연결되는 제21각도(θ21)는 둔각으로 형성된다. 제11, 제21각도(θ11, θ21,)는 동일하거나 서로 다른 크기로 형성될 수 있다.
인슐레이터(33)는 벤트 플레이트(32) 측에서 제1, 제11홈(G1, G11)과 제1돌기(P1)의 제1, 제11각도(θ1, θ11)에 대하여 제1융착으로 결합되고, 미들 플레이트(38) 측에서 제2, 제21홈(G2, G21)과 제2돌기(P2)의 제2, 제21각도(θ2, θ21)에 에 대하여 제2융착으로 결합된다.
제11각도(θ11)는 인슐레이터(33)와 벤트 플레이트(32)의 융착 면적을 증대시켜 결합력을 높이고, 제21각도(θ21)는 인슐레이터(33)와 미들 플레이트(38)의 융착 면적을 증대시켜 결합력을 높인다.
도시하지 않았지만 인슐레이터는 일측에서만 제1융착 또는 제2융착으로 결합되고 다른 일측에서 평면으로 융착될 수도 있다.
도 6은 도 5의 벤트 플레이트에서 인슐레이터와 결합되는 부분의 변형 전후 상태의 확대도이다. 벤트 플레이트(32)의 제1돌기(P1)와 제1, 제11홈(G1, G11)은 미들 플레이트(38)의 제2돌기(P2)와 제2, 제21홈(G2, G21)은 동일한 방법으로 성형될 수 있다.
따라서 편의상, 도 6을 참조하여, 벤트 플레이트(32)에 제1돌기(P1)와 제1, 제11홈(G1, G11)을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 즉 1차 가공에서 벤트 플레이트(32)의 제1돌기(P1)는 가상선 상태로 제작된다.
2차 가공에서는, 제1돌기(P1)에 화살표 방향으로 충격(F)을 가하므로 제1돌기(P1) 및 제1, 제11각도(θ1, θ11)는 실선 상태로 변형된다. 즉 벤트 플레이트(32)에서 제1홈(G1)은 제1홈바닥폭(FW1)과 제1홈개구폭(OW1)으로 설정된다.
도 7은 도 3에서 벤트 플레이트의 저면도이다. 도 4 및 도 7을 참조하면, 벤트 플레이트(32) 및 미들 플레이트(38)는 인슐레이터(33)에 대향하는 면에 공기 배출홈(AG1, AG2)을 구비할 수 있다.
공기 배출홈(AG1, AG2)은 벤트 플레이트(32) 및 미들 플레이트(38)에 동일한 구조로 형성될 수 있다. 따라서 편의상 도 7은 벤트 플레이트(32)에 형성되는 공기 배출홈(AG1)을 예시한다.
벤트 플레이트(32)와 인슐레이터(33)가 융착되면, 벤트 플레이트(32)의 제1돌기(P1) 사이의 제1, 제11홈(G1, G11)에 잔류하던 공기는 공기 배출홈(AG1)을 통하여 배출된다. 따라서 벤트 플레이트(32)와 인슐레이터(33)는 견고하게 융착될 수 있다.
도 7을 참조하면, 벤트 플레이트(32)에 형성되는 공기 배출홈(AG1)은 인슐레이터(33)의 직경 방향으로 형성되고 원주 방향으로 이격 배치될 수 있다. 도시하지 않았으나 미들 플레이트(38)에 형성되는 공기 배출홈(AG2)은 벤트 플레이트(32)에 형성되는 공기 배출홈(AG1)을 대향하여 형성될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 인슐레이터(33)는 벤트 플레이트(32) 측에 형성되는 제1폴리에틸렌층(polyethylene)(331), 미들 플레이트(38) 측에 형성되는 제2폴리에틸렌층(332), 및 제1폴리에틸렌층(331)과 제2폴리에틸린층(332) 사이에 일체로 형성되는 폴리부틸렌테레프탈 섬유층(poly butylene terephthalate fiber)(333)을 포함한다.
제1폴리에틸렌층(polyethylene)(331)은 벤트 플레이트(32)와의 융착력을 확보하고, 제2폴리에틸렌층(332)은 미들 플레이트(38)와의 융착력을 확보하며, 폴리부틸렌테레프탈 섬유층(333)은 제1, 제2폴리에틸렌층(331, 332) 사이에서 인슐레이터(33)의 내구력을 제공한다.
이하에서 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명하며, 제1 실시예와 비교하여 동일 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 부분 단면 사시도이다. 도 8을 참조하면, 제2실시예의 이차 전지(2)에서 벤트 플레이트(232)는 캡 플레이트(31)와의 사이에 절연부재(235)를 개재하여 그 단부를 인슐레이터(33)의 반대측으로 절곡하여 캡 플레이트(31)의 상면에 용접되어 전기적으로 연결된다.
개스킷(250)은 인슐레이터(33)의 외측에서 벤트 플레이트(232)의 하방, 측방 및 상방을 연속적으로 감싼다. 즉 벤트 플레이트(232)와 캡 플레이트(31)의 용접부(W)는 개스킷(250)으로 피복되어 용접부의 부식을 효과적으로 방지할 수 있다.
밴트 플레이트(232)가 전극 조립체(230)의 외곽을 감싸서 캡 플레이트(31)의 상면에 용접되므로 제2실시예의 이차 전지(2)는 진동에 노출되는 환경에 효과적으로 사용될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2: 이차 전지 10: 전극 조립체
11: 제1전극(음극) 11a, 12a: 코팅부
11b, 12b: 무지부 11d, 12d: 음, 양극 집전판
12: 제2전극(양극) 13: 세퍼레이터
14: 센터 핀 20: 케이스
21: 비딩부 22: 클램핑부
30: 캡 조립체 31: 캡 플레이트
32, 232: 벤트 플레이트 33: 인슐레이터
34: 서브 플레이트 35: 양성 온도 소자(PTC)
38: 미들 플레이트 40: 양극 리드탭
50, 250: 개스킷 60: 양극 절연판
321: 벤트 322: 노치
235: 절연부재 311: 돌출부
312: 배기구 330, 381: 관통구
331, 332: 제1, 제2폴리에틸렌층 333: 폴리부틸렌테레프탈 섬유층
AG1, AG2: 공기 배출홈 CG1: 제1대응홈
CG2: 제2대응홈 CL: 중심선
CP1, CP2: 제1, 제2대응돌기 FW1, FW2: 제1, 제2홈바닥폭
G1, G11: 제1, 제11홈 G2, G21: 제2, 제22홈
OW1, OW2: 제1, 제2홈개구폭 P1, P2: 제1, 제2돌기
θ1, θ11: 제1, 제11각도 θ2, θ21: 제2, 제21각도

Claims (17)

  1. 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 내장하고 상기 전극 조립체의 제1전극에 전기적으로 연결되는 케이스; 및
    상기 케이스의 개구에 개스킷을 개재하여 결합되고 상기 전극 조립체의 제2전극에 전기적으로 연결되는 캡 조립체를 포함하며,
    상기 캡 조립체는,
    캡 플레이트에 전기적으로 연결되는 벤트 플레이트,
    상기 벤트 플레이트와 이격되고 관통구로 상기 벤트 플레이트에서 돌출되는 벤트를 관통시키며 상기 제2전극에 전기적으로 연결되는 미들 플레이트,
    상기 벤트 플레이와 상기 미들 플레이트 사이에 개재되는 인슐레이터, 및
    상기 벤트와 상기 미들 플레이트를 전기적으로 연결하는 서브 플레이트를 포함하고
    상기 벤트 플레이트 및 상기 미들 플레이트 중 적어도 하나는
    상기 인슐레이터를 향하여 돌기 및 홈을 형성하여 상기 인슐레이터의 대응하는 대응홈 및 대응돌기에 결합되는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인슐레이터는
    상기 돌기 및 상기 홈에 상기 대응홈 및 상기 대응돌기으로 융착되는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트는
    상기 돌기를 1쌍으로 구비하고,
    상기 돌기의 인접 측에 홈들을 각각 구비하는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미들 플레이트는
    상기 돌기를 1쌍으로 구비하고,
    상기 돌기의 인접 측에 홈들을 각각 구비하는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 돌기 및 상기 홈은,
    상기 벤트 플레이트에 형성되는 제1돌기와 제1홈과 상기 미들 플레이트에 형성되는 제2돌기와 제2홈을 포함하며,
    상기 제1돌기와 상기 제1홈은
    상기 인슐레이터를 개재하여
    상기 제2돌기와 상기 제2홈에 적층 방향으로 대칭하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트 및 상기 미들 플레이트는
    상기 인슐레이터를 향하는 대향면에 공기 배출홈을 각각 구비하는 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 공기 배출홈은,
    상기 인슐레이터의 직경 방향으로 형성되고 원주 방향으로 이격 배치되는 이차 전지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트의 상기 제1홈 및 상기 미들 플레이트의 상기 제2홈의 바닥면과 상기 바닥면에 연결되는 상기 벤트 플레이트의 상기 제1돌기 및 상기 미들 플레이트의 제2돌기의 일측면에 의하여 설정되는 각도는
    예각을 형성하는 이차 전지.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트의 상기 제1돌기 및 상기 미들 플레이트의 제2돌기는 각각 1쌍으로 구비되고,
    상기 벤트 플레이트의 상기 제1홈 및 상기 미들 플레이트의 상기 제2홈의 바닥면으로 설정되는 각각의 홈바닥폭은
    상기 바닥면에 연결되어 서로 대향하는 상기 제1돌기 및 상기 제2돌기의 단부 사이에 설정되는 각각의 홈개구폭보다 더 큰 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    상기 제1돌기 및 상기 제2돌기에 대응하여 결합되는 제1대응홈 및 제2대응홈을 각각 1쌍으로 형성하고,
    상기 홈바닥폭과 상기 홈개구폭을 가지는 상기 제1홈 및 상기 제2홈에 대응하여 결합되는 제1대응돌기 및 제2대응돌기를 가지는 이차 전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트의 상기 제1홈 및 상기 미들 플레이트의 상기 제2홈의 중심선을 기준으로 상기 벤트 플레이트의 1쌍의 상기 제1돌기 및 상기 미들 플레이트의 1쌍의 상기 제2돌기는 대칭 구조로 형성되고,
    직경 방향에서,
    상기 제1돌기 및 상기 제2돌기의 일측면과 상기 일측면에 연결되는 상기 제1홈 및 상기 제2홈의 바닥면으로 설정되는 각도는 예각으로 형성되고,
    상기 제1돌기 및 상기 제2돌기의 다른 측면과 상기 다른 측면에 연결되는 다른 제1홈 및 다른 제2홈의 바닥면으로 연결되는 각도는 둔각으로 형성되는 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    일측으로 상기 벤트 플레이트의 상기 제1홈과 상기 제1돌기에 대한 제1융착, 및
    다른 일측으로 상기 미들 플레이트의 상기 제2홈과 상기 제2돌기에 대한 제2융착
    중 적어도 하나로 융착되는 이차 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 캡 조립체는,
    상기 캡 플레이트와 상기 벤트 플레이트 사이에 개재되는 양성온도소자를 더 포함하는 이차 전지.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    상기 벤트 플레이트 측에 형성되는 제1폴리에틸렌층(polyethylene),
    상기 미들 플레이트 측에 형성되는 제2폴리에틸렌층, 및
    상기 제1폴리에틸렌층과 상기 제2폴리에틸린층 사이에 일체로 형성되는 폴리부틸렌테레프탈 섬유층(poly butylene terephthalate fiber)
    을 포함하는 이차 전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 미들 플레이트는
    리드탭으로 상기 제2전극에 연결되는 이차 전지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 플레이트는,
    상기 캡 플레이트와의 사이에 절연부재를 개재하여 그 단부를 상기 인슐레이터의 반대측으로 절곡하여 상기 캡 플레이트의 상면에 전기적으로 연결되는 이차 전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 개스킷은,
    상기 인슐레이터의 외측에서 상기 벤트 플레이트의 하방, 측방 및 상방을 연속적으로 감싸는 이차 전지.
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