KR20150136223A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 케이스, 케이스에 수용되는 전극 조립체, 케이스의 개구를 밀폐하는 캡 플레이트, 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 캡 플레이트에 설치되는 단자부 및 단자부에서 돌출되고 캡 플레이트와 이격되어 단자부와 캡 플레이트를 전기적으로 연결하는 연결부재를 포함한다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단락 전류에 의하여 전극 조립체가 손상되는 것을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 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 전원 또는 대용량 전력 저장 장치로 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. 이러한 이차 전지는 원통형과 각형 등의 케이스로 이루어진다.
도전성 물질(예: 도전성 못) 등이 케이스를 관통하여 전극 조립체에 침투하게 되면 전극 조립체를 구성하는 음극과 양극이 단락(short-cut)된다.
이때, 전극 조립체와 전기 적으로 연결된 단자와 케이스가 전기적으로 연결되는 경우에는 도전성 물질의 침투에 의하여 음극 및 양극 사이에 단락 전류 패스가 형성된다.
다만, 음극 및 양극 사이의 단락 전류 패스의 단락 전류가 단락 전류 패스에서 충분하게 배출되기 전에 이차 전지의 퓨즈가 작동하여 단락 전류 패스가 소멸되면, 단락 전류 패스에서 배출되지 못한 단락 전류에 의하여 전극 조립체의 온도가 상승하여 전극 조립체가 발화되거나 폭발하는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극 조립체의 온도가 단락전류에 의하여 상승되는 것을 방지함으로써 전극 조립체의 발화 및 폭발을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 케이스, 케이스에 수용되는 전극 조립체, 케이스의 개구를 밀폐하는 캡 플레이트, 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 캡 플레이트에 설치되는 단자부 및 단자부에서 돌출되고 캡 플레이트와 이격되어 단자부와 캡 플레이트를 전기적으로 연결하는 연결부재를 포함한다.
또한, 연결부재는 단자부에 결합되는 제1 결합부 및 제1 결합부에서 캡 플레이트를 향하여 굽혀지는 굽힘부 및 굽힘부에서 연장하여 캡 플레이트에 결합되는 제2 결합부를 포함할 수 있다.
또한, 연결부재는 제2 결합부의 일 단에서 캡 플레이트를 향하여 돌출되어 캡 플레이트에 결합되는 돌출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 제2 결합부는 캡 플레이트와 이격될 수 있다.
또한, 제1 결합부는 복수의 돌기가 형성된 제1 결합부 몸체를 포함할 수 있다.
또한, 단자부는 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 캡 플레이트를 관통하여 설치되는 단자부재 및 단자부재에 결합되고 연결부재를 경유하여 캡 플레이트와 전기적으로 연결되는 단자 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 제1 결합부는 캡 플레이트와 단자 플레이트의 사이에 위치하여 단자 플레이트에 결합될 수 있고, 제2 결합부는 캡 플레이트와 단자 플레이트의 사이에 위치하여 캡 플레이트에 결합될 수 있으며, 제1 결합부와 제2 결합부의 마주보는 일면에는 절연층이 형성될 수 있다.
또한, 굽힘부는 복수의 굽힘부를 포함할 수 있다.
또한, 복수의 굽힘부의 단면의 모양은 구불구불한 필라멘트 모양일 수 있다.
또한, 연결부재는 전극 조립체와 마주보도록 상기 케이스의 내부에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차 전지의 전극 조립체에서 배출된 단락전류가 전극 조립체 외부에서 소모되어 전극 조립체의 온도 상승을 방지할 수 있으므로, 전극 조립체의 온도 상승에 의해 전극 조립체가 발화되거나 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도전성 물질이 관통한 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1 에서 II-II선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 3은 도 1의 이차 전지의 연결부재의 사시도이다.
도 4는 도 1 에서 III-III선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 5는 도 1의 도전성 물질이 관통된 이차 전지와 도전성 이물질이 관통된 종래의 이차 전지의 전압 변화 및 제1 전극의 온도 변화를 비교하는 그래프이다.
도 6은 종래의 이차 전지에서 퓨즈가 작동된 후 음극 및 양극의 시간에 따른 온도 변화와 도 1의 이차 전지의 퓨즈부가 용융된 후의 제1 전극 및 제2 전극의 시간에 따른 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연결부재의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 10은 도 9의 이차 전지의 연결부재의 사시도이다.
도 11은 도 10에서 XI-XI 선을 따라 잘라본 단면도이다.
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.
도면에 있어서, 설명의 명확화를 위해 층 또는 영역의 치수는 과장되게 도시될 수 있다. 하나의 층 또는 요소가 다른 층 또는 기재의 "위에" 있다고 하는 것은 직접적으로 위에 있거나, 그 사이에 또 다른 층을 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 그리고, 하나의 층이 다른 층의 "아래"에 있다고 하는 것은 직접적으로 아래에 있거나, 그 사이에 하나 이상의 또 다른 층을 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 나아가, 하나의 층이 두 개의 층들 "사이"에 있다고 하는 것은 그 하나의 층이 두 개의 층들 사이의 유일한 층이거나, 그 사이에 하나 이상의 또 다른 층이 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도전성 물질이 관통한 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1 에서 II-II선을 따라 잘라본 단면도이며, 도 3은 도 1의 연결부재의 사시도이고, 도 4는 도 1 에서 III-III선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(10), 캡 플레이트(20), 케이스(26) 및 제1 단자부(30)와 제2 단자부(40)를 포함하는 단자부(30, 40), 퓨즈부(51a)가 형성된 제1 집전부재(50a)와 제2 집전부재(50b)를 포함하는 집전부재(50), 제1 및 제2 하부 절연부재들(60a, 60b)를 포함하는 하부 절연부재(60) 및 연결부재(70)를 포함한다.
본 실시예에 따른 전극 조립체(10)는 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 및 세퍼레이터(13)를 함께 권취함으로써 젤리롤 형태로 이루어질 수 있다.
여기서, 제1 전극(11)은 음극이고 제2 전극(12)은 양극일 수 있다.
또한, 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 각각은 박판의 금속 호일로 이루어지는 집전체와 각각의 집전체의 표면에 코팅되는 활물질을 포함할 수 있다.
상세하게는, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 집전체에 활물질이 코팅되는 코팅부와, 젤리롤 상태에서 코팅부의 양쪽에 각각 배치되며 집전체에 활물질이 코팅되지 않는 제1 전극 무지부(11a) 및 제2 전극 무지부(12a)로 구획될 수 있다.
다만, 본 실시예에 따른 전극 조립체(10)는 젤리롤 형태로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 복수 개의 시트(sheet)로 이루어진 제1 전극(11)과 제2 전극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 적층된 구조로 이루어질 수도 있다.
본 실시예에 따른 케이스(26)에는 개구가 형성되고, 케이스(26) 내부에는 개구를 통하여 삽입된 전극 조립체(10)가 수용될 수 있다.
본 실시예에 따른 캡 플레이트(20)는 케이스(26)의 개구에 결합되어 케이스(26)를 밀폐한다.
또한, 캡 플레이트(20)는 전해액 주입구(21), 전해액 주입구(21)를 밀봉하는 밀봉마개(22), 케이스(26)의 내부 압력이 설정된 압력 이상일 때 파단되는 벤트 플레이트(24) 및 벤트 플레이트(24)가 설치되는 벤트 홀(23)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 단자부(30, 40)는 단자부재(31, 41), 단자 플레이트(32, 42), 단자 절연부재(33, 43) 및 가스켓(34, 44)를 포함한다.
상세하게는, 단자부(30, 40)의 제1 단자부(30)는 제1 단자부재(31), 제1 단자 플레이트(32), 제1 단자 절연부재(33) 및 제 제1 가스켓(34)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 단자부재(31)는 제1 집전부재(50a)를 매개로 전극 조립체(10)의 제2 전극(12)에 전기적으로 연결되어 캡 플레이트(20)를 관통하여 설치될 수 있다. 또한, 제1 단자 플레이트(32)는 제1 단자부재(31)에 결합되어 제1 단자부재(31)를 매개로 전극 조립체(10)의 제2 전극(12)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 단자 절연부재(33)은 제1 단자 플레이트(32)와 캡 플레이트(20) 사이에 설치되어 제1 단자 플레이트(32)와 캡 플레이트(20) 사이를 절연시킬 수 있으며, 제1 가스켓(34)은 제1 단자부재(31)와 캡 플레이트(20) 사이에 설치되어 제1 단자부재(31)와 캡 플레이트(20) 사이를 절연 시킬 수 있다.
단자부(30, 40)의 제2 단자부(40)는 제2 단자부재(41), 제2 단자 플레이트(42), 제2 단자 절연부재(43) 및 제 제2 가스켓(44)을 포함할 수 있다
여기서, 제2 단자부(40)와 제1 단자부(30)는 동일한 구성으로 이루어지므로, 이하에서는 제2 단자부(40)를 이루는 구성들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 제2 단자부(40)의 제2 단자부재(41)는 제2 집전부재(50b)를 매개로 전극 조립체(10)의 제1 전극(11)에 전기적으로 연결되며, 제2 단자 플레이트(42)는 제2 단자부재(41)에 결합되어 제2 단자부재(41)를 매개로 전극 조립체(10)의 제1 전극(11)에 전기적으로 연결될 수 있다
본 실시예에 따른 연결부재(70)는 제1 단자부(30)에서 적어도 일부분이 돌출되고 캡 플레이트(20)와 이격되어 제1 단자부(30)와 캡 플레이트(20)를 전기적으로 연결할 수 있다.
상세하게는, 연결부재(70)는 알루미늄이나 알루미늄이 포함된 합금을 포함하는 물질로 만들어지며 제1 결합부(71), 굽힘부(72), 제2 결합부(73)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 결합부(71)는 일 단이 제1 단자부(30)의 제1 단자 플레이트(32)에 결합되고 캡 플레이트(20)와 대략 평행하게 제1 단자 플레이트(32)에서 멀어지는 방향으로 연장한다.
굽힘부(72)는 제1 결합부(71)의 일 단의 반대쪽에 위치한 제1 결합부(71)의 타 단에서 캡 플레이트(20)를 향하여 굽혀지면서 연장된다.
제2 결합부(73)는 적어도 일부분이 캡 플레이트(20)와 이격되고 제1 결합부(71)와 대략 평행하게 제1 단자 플레이트(32)에 가까워지는 방향으로 굽힘부(72)에서 연장되어 캡 플레이트(20)에 결합된다.
또한, 본 실시예에 따른 연결부재(70)는 제2 결합부(73)의 일 단에서 캡 플레이트(20)를 향하여 돌출되어 캡 플레이트(20)에 결합되는 돌출부(74)를 더 포함할 수 있다.
결국, 제1 단자 플레이트(32)와 캡 플레이트(20)는 제1 단자 플레이트(32)에 결합되는 제1 결합부(71), 굽힘부(72), 제2 결합부(73) 및 돌출부(74)를 매개로 전극 조립체(10)의 제2 전극(12)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 실시예 따른 제1 전극(11)은 전극 조립체(10)의 외곽 표면에 위치된다.
여기서, 제1 전극(11)은 음극이고 제2 전극(12)은 양극일 수 있으므로, 연결부재(70)를 매개로 제2 전극(12)과 전기적으로 연결된 케이스(26)는 양극으로 대전될 수 있다.
또한, 양극으로 대전된 케이스(26)와 음극인 제1 전극(11)은 세페레이터(13)를 사이에 두고 세퍼레이터(13)의 양 측면에 위치한다.
따라서, 도전성 물질(80)(예: 못)이 이차 전지(100)를 관통하면, 도전성 물질(80)은 케이스(26), 세퍼레이터(13), 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 차례로 관통하여 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에는 단락 전류가 발생된다.
이때, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)사이에는 도전성 물질(80), 케이스(26)에 결합된 캡 플레이트(20), 연결부재(70), 제1 단자 플레이트(32), 제1 단자부재(31), 제1 집전부재(50a)를 매개로 하여 단락 전류가 전극 조립체(10) 외부로 배출되는 단락 전류 패스가 형성된다.
여기서, 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 형성된 단락 전류 패스가 소멸된다고 하여도, 도전성 물질(80)에 의해 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 단락 상태가 유지되면 전극 조립체(10) 내부에는 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이를 흐르는 단락 전류가 잔류하게 된다.
따라서, 전극 조립체(10) 내부에 잔류하는 단락 전류에 의하여 전극 조립체(10)가 발화되거나 폭발을 방지하기 위해서는 전극 조립체(10) 내부에 잔류하는 단락 전류의 양을 최소화할 필요가 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 형성된 단락 전류 패스를 구성하는 연결부재(70)에서 단락 전류가 효과적으로 소모되므로 전극 조립체(10) 내부에 잔류하는 단락 전류의 양이 최소화 될 수 있다.
상세하게는, 본 실시예에 따르면 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 단락에 의해 발생된 단락 전류는 단락 전류 패스를 통하여 전극 조립체(10)에서 배출되어 제1 단자 플레이트(32)와 캡 플레이트(20)를 연결하고 캡 플레이트(20)와 적어도 일부분이 이격되게 설치되는 연결부재(70)에서 소모될 수 있다.
즉, 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 형성된 단락 전류 패스를 통과하는 단락 전류는 전극 조립체(10)에서 배출되어 케이스(26), 캡 플레이트(20), 캡 플레이트(20)에 결합된 돌출부(74), 캡 플레이트(20)에서 이격되게 설치되는 제2 결합부(73), 굽힘부(72)와 제1 결합부(71) 및 제1 집전부재(50a)의 퓨즈부(51a)를 통과하게 된다.
이때, 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 형성된 단락 전류 패스를 통과하는 단락 전류 중 일부는 연결부재(70)의 돌출부(74), 제2 결합부(72), 굽힘부(72) 및 제1 결합부(72)를 통과하는 동안 연결부재(70)에서 소모된다.
여기서, 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이의 단락 전류 패스를 통과하는 단락 전류 중 제1 집전부재(50a)의 퓨즈부(51a)를 통과하는 단락 전류의 양은 연결부재(70)에서 소모되는 단락 전류의 양에 비례하여 작아진다.
따라서, 본 실시예에 따르면 연결부재(70)에서의 단락 전류의 소모로인해 퓨즈부(51a)를 통과하는 단위 시간 당 단락 전류의 양이 줄어들게 되므로, 퓨즈부(51a)의 용융 시간이 지연될 수 있다.
또한, 본 실시예서와 같이 퓨즈부(51a)의 용융 시간이 지연되면 제1 전극과 제2 전극(12) 사이의 단락 전류 패스는 퓨즈부(51a)의 용융 지연 시간과 상응하는 시간 동안 지속될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 단락에 의해 발생된 단락 전류가 퓨즈부(51a)의 용융 지연 시간 동안 단락 전류 패스를 통하여 전극 조립체(10) 외부로 배출되어 연결부재(70)에서 소모되므로, 퓨즈부(51a)가 용융되어 단락 전류 패스가 소멸된 후 전극 조립체(10)에 잔류하는 단락 전류의 양이 최소화될 수 있다.
제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 발생되는 단락 전류는 이차 전지(100)의 전기 용량에 비례하므로 연결부재(70)의 저항은 이차 전지(100)의 전기 용량을 고려하여 결정될 수 있다.
예를 들면, 연결부재(70)의 저항은 이차 전지(100)의 전기 용량에 상응하게 연결부재(70)의 제1 결합부(71), 굽힙부(72), 제2 결합부(73) 및 돌출부(74) 각각의 길이 및/또는 두께를 변형시키거나 연결부재(70)를 이루는 물질에 따라 조절될 수 있다.
결국, 본 실시예에 따르면 도전성 물질(80)의 침투로 인해 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 단락에 의해 발생되는 단락 전류가 퓨즈부(51a)의 용융 지연 시간 동안 단락 전류 패스를 통하여 전극 조립체(10) 외부로 충분히 배출될 수 있으므로, 퓨즈부(51a)의 용융에 의하여 단락 전류 패스가 소멸된 후 전극 조립체(10)에 잔류하는 단락 전류에 의해 전극 조립체(10)가 발화되거나 폭발되는 것이 방지될 수 있다.
도 5는 도 1의 도전성 물질이 관통된 이차 전지와 도전성 이물질이 관통된 종래의 이차 전지의 전압 변화 및 제1 전극의 온도 변화를 비교하는 그래프이다.
도 5를 참고하면, 종래의 이차 전지에 도전성 물질이 침투하여 음극과 양극이 단락 될 때, 단락 발생 후 약 0.8초 정도 지난 후 종래의 전극 조립체의 전압(V2)이 0이 되고, 종래의 전극 조립체의 음극의 온도(T2)는 단락 발행 후 10초 정도 지난 후 약 20도 에서 약 102도 까지 상승하였다.
또한, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)에 도전성 물질(80)이 침투하여 제1 전극(11)과 제2 전극(12)이 단락 될 때, 단락 발생 후 약 3초 정도 지난 후 본 실시예에 따른 전극 조립체(10)의 전압(V1)이 0이 되고, 본 실시예에 따른 전극 조립체(10)의 음극인 제1 전극(11)의 온도(T1)는 단락 발생 후 10초 정도 지난 후에도 초기 온도인 20도에서 변화가 없었다.
여기서, 종래의 이차 전지 있어서 음극과 양극이 도전성 물질로 단락 된 후 0.8초 정도 지난 시점에 종래의 전극 조립체의 전압(V2), 즉 음극과 양극 사이의 전압이 0이 된 것에서, 음극과 양극의 단락 후 0.8초 정도 지난 시점에 종래의 이차 전지의 퓨즈 가 작동하여 음극과 양극 사이에 퓨즈를 매개로 형성된 단락 전류 패스가 소멸되었기 때문이다.
또한, 종래의 이차 전지에서 전극 조립체의 음극 온도(T2)가 초기 온도보다 약 82 정도 높은 102도 상승한 것에서, 전극 조립체의 음극의 온도(T2) 상승은 단락 전류 패스의 이른 소멸로 인해 전극 조립체에서 배출되지 못하고 전극 조립체 내부에 잔류하는 단락 전류에 의해 종래의 전극 조립체의 음극이 가열되었기 때문이다.
반면, 본 실시예 따른 이차 전지(100)에 의하면, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)이 도전성 물질(80)로 단락 된 후 3초 정도 지난 시점에 전극 조립체(10)의 전압(V1)이 0이 되었으므로, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 단락 후 3초 정도 지난 시점에 퓨즈부(51a)가 용융되어 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 퓨즈부(51a)를 매개로 형성된 단락 전류 패스가 소멸되었음을 알 수 있다.
즉, 종래의 이차 전지의 퓨즈의 작동시간 보다 대략 2.2초 정도 본 실시예에 따른 퓨즈부(51a)의 용융 시간이 지연된 것은, 본 실시예에 따른 연결부재(70)에서 단락 전류가 소모되어 퓨즈부(51a)를 통과하는 단위 시간당 단락 전류의 양이 줄어 들었기 때문이다.
또한, 본 실시예에 따른 전극 조립체(10)의 음극인 제1 전극(11)의 온도(T1)가 단락 발생 후 10초 정도 지난 시점에도 초기온도에서 상승하지 않은 것은, 연결부재(70)에 의하여 퓨즈부(51a)의 용융 시간이 지연되고 단락 전류 패스의 지속 시간이 증가하여 단락 전류 패스를 통하여 전극 조립체(10)외부로 배출되는 단락 전류가 연결부재(70)에서 대부분 소모되었기 때문이다.
도 6은 종래의 이차 전지에서 퓨즈가 작동된 후 음극 및 양극의 시간에 따른 온도 변화와 도 1의 이차 전지의 퓨즈부가 용융된 후의 제1 전극 및 제2 전극의 시간에 따른 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참고하면, 종래의 이차 전지에 있어서, 퓨즈가 작동 된 후 약 5분 정도 경과된 시점에서 종래의 이차 전지의 전극 조립체의 음극의 온도(Tn2)는 약 20도 정도에서 약 320도 정도 까지 상승한 후 서서히 감소하고 양극의 온도(Tp2)는 약 20도 정도에서 300도 정도로 상승한 후 서서히 감소하는 것을 알 수 있다.
여기서, 종래의 이차 전지에 있어서 퓨즈부의 작동 후 5분 정도 경과시에 음극 및 양극의 온도(Tn2, Tp2)가 급격하게 증가하는 것은, 전극 조립체에서 배출되지 못한 단락 전류에 의하여 음극 및 양극이 급격하게 가열되기 때문이다.
반면, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)에 있어서, 퓨즈부(51a)가 용융되어 단락 전류 패스가 소멸된 후에 5분 정도 경과된 시점에서 제1 전극(11)의 온도(Tn1) 및 제2 전극(12)의 온도(Tp2)는 초기 온도 20도 정도에서 약 5도 정도 상승하고 퓨즈부(51a)가 용융된 후 35분 정도 경과된 시점에 약 30도 정도로 까지 상승하는 것을 알 수 있다.
여기서, 본 실시예에 따르면 퓨즈부(51a)가 용융 된 후 일정 시간이경과 하여도 제1 전극(11)의 온도(Tn1) 및 제2 전극(12)의 온도(Tp1)가 많이 상승하지 않은 것은, 연결부재(70)에 의하여 퓨즈부(51a)의 용융 시간이 지연되고 단락 전류 패스의 지속 시간이 증가하여 단락 전류 패스를 통하여 전극 조립체(10)외부로 배출되는 단락 전류가 연결부재(70)에서 대부분 소모되어 전극 조립체(10)에 단락 전류가 잔류하지 않거나 아주 적은 양의 단락 전류만이 잔류하기 때문이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연결부재의 사시도이다.
도 7를 참고하여 설명하면, 본 실시예에 다른 연결부재(170)는 알루미늄이나 알루미늄이 포함된 합금을 포함하는 도전성 물질로 만들어지며, 제1 결합부(171), 굽힘부(172), 제2 결합부(173) 및 돌출부(174)를 포함한다.
여기서, 본 실시예에 따른 연결부재(170)는 제1 결합부(171)를 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연결부재(70)와 동일한 구성으로 이루어진다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연결부재(70)와 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 연결부재(170)의 제1 결합부(171)는 복수의 돌기(171a2)가 형성된 제1 결합부 몸체(171a)를 포함할 수 있다.
상세하게는, 제1 결합부 몸체(171a)는 제1 결합부 몸체(171a)의 둘레에서 제1 결합부 몸체(171a)의 내측을 향하여 서로 일정 간격을 두고 형성되는 복수의 홈들(171a1) 및 인접하는 복수의 홈(171a1) 사이에 제1 결합부 몸체(171a)의 내측에서 제1 결합부 몸체(171a)의 둘레를 향하여 돌출되는 복수의 돌기(171a2)를 포함할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면 전극 조립체(10)의 내부에서 단락 전류 패스를 통하여 배출되는 단락 전류가 연결부재(170)를 통과할 때, 제1 결합부 몸체(171a)에 형성된 복수의 돌기(171a2)를 모두 통과하여야 하므로 연결부재(170)에서의 단락 전류의 소모 효율이 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 8를 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(300)는 연결부재(270)를 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)와 동일한 구성으로 이루어진다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)와 동일한 구성이 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 연결부재(270)는 알루미늄이나 알루미늄이 포함된 합금을 포함하는 도전성 물질로 만들어지며, 제1 결합부(271), 굽힘부(272), 제2 결합부(273)를 포함한다.
여기서, 본 실시예에 따른 연결부재(270)는 전극 조립체(10)와 마주보도록 케이스(26)의 내부에 설치된다.
상세하게는, 제1 결합부(271)는 일 단이 케이스(26)의 내측에 위치하는 제1 단자부재(31)의 끝 단에 결합되고, 전극 조립체(10)와 마주보는 캡 플레이트(20)의 일면과 대략 평행하고 제1 단자부재(31)에서 멀어지는 방향으로 연장한다.
또한, 굽힙부(271)는 제1 결합부(271)의 일단의 반대쪽에 위치한 타단에서 전극 조립체(10)와 마주보는 캡 플레이트(20)의 일면을 향하여 굽혀지면서 연장된다.
또한, 제2 결합부(273)는 적어도 일부분이 캡 플레이트(20)와 이격되고 제1 결합부(271)와 대략 평행하게 제1 단자부재(31)에 가까워지는 방향으로 굽힘부(272)에서 연장되어 캡 플레이트(20)에 결합된다.
또한, 본 실시예에 따른 연결부재(270)는 제2 결합부(273)의 일 단에서 전극 조립체(10)와 마주보는 캡 플레이트(20)의 일면을 향하여 돌출되어 캡 플레이트(20)의 일면에 결합되는 돌출부(274)를 더 포함할 수 있다.
결국, 제1 단자 부재(31)와 캡 플레이트(20)는 제1 단자 부재(31)에 결합되는 제1 결합부(271), 굽힘부(272), 제2 결합부(273) 및 돌출부(274)를 매개로 전극 조립체(10)의 제2 전극(12)에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에 따르면 연결부재(270)가 캡 플레이트(20)로 밀폐되는 케이스(26)의 내부에 설치되므로, 연결부재(270)에 의하여 이차 전지(300)의 부피가 증가되는 것이 방지될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이고, 도 10은 도 9의 이차 전지의 연결부재의 사시도이며, 도 11은 도 10에서 XI-XI 선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 9 내지 도 11를 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(400)는 제1 단자부(230) 및 연결부재(370)를 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)와 동일한 구성으로 이루어 진다.
이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)와 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 제1 단자부(230)는 제1 단자부재(231), 제1 단자 플레이트(232), 제 제1 가스켓(233)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 단자부재(231)는 제1 집전부재(50a)를 매개로 전극 조립체(10)의 제2 전극(12)에 전기적으로 연결되어 캡 플레이트(20)를 관통하여 설치될 수 있다. 또한, 제1 단자 플레이트(232)는 제1 단자부재(31)에 결합되어 제1 단자부재(231)를 매개로 전극 조립체(10)의 제2 전극(12)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 가스켓(34)은 제1 단자부재(231)와 캡 플레이트(20) 사이에 설치되어 제1 단자부재(231)와 캡 플레이트(20) 사이를 절연 시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 연결부재(370)는 제1 결합부(371), 굽힘부(372), 제2 결합부(373) 및 절연층(374)을 포함한다.
상세하게는, 제1 결합부(371)는 캡 플레이트(20)와 제1 단자 플레이트(232) 사이에 위치하여 제1 단자 플레이트(232)에 결합될 수 있다.
또한, 굽힘부(372)는 제1 결합부(371)의 일단에서 캡 플레이트(20)를 향하여 굽혀지면서 연장된다.
여기서, 본 실시예에 따른 굽힘부(372)는 복수의 굽힘부를 포함할 수 있으며, 복수의 굽힘부(372)의 단면의 모양은 구불구불한 필라멘트 모양일 수 있다.
또한, 제2 결합부(373)는 적어도 일부분이 캡 플레이트(20)와 이격되고 제1 결합부(371)와 대략 평행하게 제1 단자부재(231)에 가까워 지는 방향으로 굽힘부(372)에서 연장되고, 캡 플레이트(20)와 제1 단자 플레이트(232)의 사이에 위치하여 캡 플레이트(20)에 결합될 수 있다.
이때, 제2 결합부(373)와 제1 단자부재(231) 사이에는 제1 가스켓(233)가 설치되어 제2 결합부(373)와 제1 단자부재(231)가 직접 접촉되는 것을 방지한다.
또한, 절연층(374)은 제1 결합부(371)와 제2 결합부(373)의 서로 마주보는 일면들에 각각 형성되어, 제1 결합부(371)와 제2 결합부(373)가 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 절연층(374)은 복수의 굽힘부(372) 사이에 형성되어 굽힘부들(372) 사이에 전류가 흐르는 것이 방지될 수 있다.
여기서, 증착 또는 에노다이징에 의해 1 결합부(371), 굽힘부들(372) 및 제2 결합부(373)의 표면에 산화층을 형성하여 절연층(374)이 형성되거나, 1 결합부(371), 굽힘부들(372) 및 제2 결합부(373)의 표면을 폴리머 코팅하여 절연층(374)이 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면 도전성 물질(80)이 이차 전지(400)에 침투하여 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 단락에 의해 발생된 단락 전류는 전극 조립체(10)에서 단락 전류 패스를 통하여 연결부재(370)의 제2 결합부(373), 복수의 굽힘부(372), 제1 결합부(371) 및 제1 단자부재(231)을 경유하여 제2 전극(12)으로 유입 된다.
이때, 전극 조립체(10)에서 배출된 단락 전류는 복수의 구불구불한 굽힘부(372)를 통과하여야 하므로, 연결부재(370)에서의 단락 전류의 소모 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면 단락 전류가 복수의 구불구불한 굽힘부(372)를 통과할 때, 구불구불하게 형성된 굽힘부들(372)에서 발생된 열이 효율적으로 발산될 수 있으므로 케이스(26) 내부가 과열되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 연결부재(370)는 케이스(26)의 외측뿐만 아니라 전극 조립체(10)가 수용되는 케이스(26)의 내측에 설치되는 것도 가능하다.
상기에서는 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.
100, 300, 400: 이차 전지 10: 전극 조립체
11: 제1 전극 12: 제2 전극
13: 세퍼레이터 30, 230: 제1 단자부
31, 231: 제1 단자부재 32, 232: 제1 단자 플레이트
33: 제1 단자 절연부재 34, 233: 제1 가스켓
40: 제2 단자부 41: 제2 단자부재 42: 제2 단자 플레이트 42: 제2 단자 플레이트
43: 제2 단자 절연부재 44: 제2 가스켓
50: 집전부재 50a: 제1 집전부재
50b: 제2 집전부재 60: 하부 절연부재
60a: 제1 하부 절연부재 60b: 제2 하부 절연부재
70, 170, 270, 370: 연결부재 71, 171, 271, 371: 제1 결합부
72, 172, 272, 372: 굽힘부 73, 173, 273, 373: 제2 결합부
74, 174, 274: 돌출부 374: 절연층
80: 도전성 물질

Claims (10)

  1. 케이스;
    상기 케이스에 수용되는 전극 조립체;
    상기 케이스의 개구를 밀폐하는 캡 플레이트;
    상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트에 설치되는 단자부; 및
    상기 단자부에서 돌출되고 상기 캡 플레이트와 이격되어 상기 단자부와 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하는 연결부재를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연결부재는,
    상기 단자부에 결합되는 제1 결합부 및 상기 제1 결합부에서 상기 캡 플레이트를 향하여 굽혀지는 굽힘부 및 상기 굽힘부에서 연장하여 상기 캡 플레이트에 결합되는 제2 결합부를 포함하는 이차 전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 연결부재는,
    상기 제2 결합부의 일 단에서 상기 캡 플레이트를 향하여 돌출되어 상기 캡 플레이트에 결합되는 돌출부를 더 포함하는 이차 전지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 결합부는 상기 캡 플레이트와 이격되는 이차 전지.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 결합부는,
    복수의 돌기가 형성된 제1 결합부 몸체를 포함하는 이차 전지.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 단자부는,
    상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 캡 플레이트를 관통하여 설치되는 단자부재 및 상기 단자부재에 결합되고 상기 연결부재를 경유하여 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되는 단자 플레이트를 포함하는 이차 전지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 결합부는 상기 캡 플레이트와 상기 단자 플레이트의 사이에 위치하여 상기 단자 플레이트에 결합되고,
    상기 제2 결합부는 상기 캡 플레이트와 상기 단자 플레이트의 사이에 위치하여 상기 캡 플레이트에 결합되며,
    상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부의 마주보는 일면에는 절연층이 형성된 이차 전지.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 굽힘부는,
    복수의 굽힘부를 포함하는 이차 전지.
  9. 제8 항에 있어서
    상기 복수의 굽힘부의 단면의 모양은 구불구불한 필라멘트 모양인 이차 전지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 연결부재는,
    상기 전극 조립체와 마주보도록 상기 케이스의 내부에 설치되는 이차 전지.
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