KR20160019016A - 퓨즈를 갖는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리와, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스와, 상기 제1 전극과 연결되며 퓨즈가 형성된 제1 집전부재, 및 상기 제2 전극과 연결된 제2 집전부재를 포함하고, 상기 제1 집전부재에는 퓨즈를 사이에 두고 이격 배치되며 부도체로 이루어진 제1 차단부재와 제2 차단부재가 설치된다.

Description

퓨즈를 갖는 이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY HAVING FUSE}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 퓨즈를 갖는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 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 전원으로 널리 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 이차 전지로 구성된다.
또한, 하나의 대용량 이차 전지는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.
금속 등의 재질로 이루어진 케이스를 갖는 이차 전지 내부에서 이상 반응이 일어나 압력이 상승하면 이차 전지 이차 전지가 폭발하거나 발화할 위험이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안전성이 향상된 이차 전지를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리와, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스와, 상기 제1 전극과 연결되며 퓨즈가 형성된 제1 집전부재, 및 상기 제2 전극과 연결된 제2 집전부재를 포함하.고, 상기 제1 집전부재에는 퓨즈를 사이에 두고 이격 배치되며 부도체로 이루어진 제1 차단부재와 제2 차단부재가 설치된다.
여기서 상기 제1 차단부재와 상기 제2 차단부재는 상기 제1 집전부재를 감싸도록 배치될 수 있으며, 상기 제1 차단부재와 제2 차단부재는 내열성을 갖는 폴리머로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 집전부재는 상판과 상기 상판에서 절곡되어 상기 전극 어셈블리를 향하여 이어진 측판 및 측판에 연결되어 상기 제2 전극에 접합된 집전편을 포함할 수 있다.
또한, 상기 퓨즈는 상기 상판에 형성되고, 상기 퓨즈의 중앙에는 퓨즈홀이 형성될 수 있으며, 상기 퓨즈는 상기 상판에 형성되고, 상기 퓨즈의 양쪽 측단에는 절개부가 연결 형성될 수 있다.
또한, 상기 상판과 상기 측판 사이에는 상기 상판에 대하여 하부로 경사진 디클라인부가 형성되고, 상기 퓨즈는 상기 디클라인부에 형성될 수 있으며, 상기 제1 차단부재와 상기 제2 차단부재는 상기 디클라인부를 사이에 두고 이격 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 차단부재의 상부는 상기 제1 차단부재의 상부보다 더 두껍게 형성될 수 있으며, 상기 제1 차단부재와 상기 제2 차단부재는 폴리이미드로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 케이스는 상기 제1 전극과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 케이스에는 캡 플레이트가 결합 설치되고, 상기 캡 플레이트에는 이차 전지의 내압 상승에 따라 변형되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 단락부재가 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극은 활물질이 코팅되지 않는 영역인 제1 전극 무지부를 갖고, 상기 제2 전극은 활물질이 코팅되지 않은 영역인 제2 전극 무지부를 가지며, 상기 제1 전극 무지부와 상기 제2 전극 무지부는 동일한 방향으로 돌출되되 이격 배치될 수 있다.
또한, 상기 전극 어셈블리는 권회축을 중심으로 권취되며, 상기 권회축과 평행한 방향으로 상기 케이스에 삽입될 수 있으며, 상기 제1 집전부재는 상판과 상기 상판에서 절곡되어 상기 제1 전극 무지부에 직접 접합된 전극 부착부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차단부재가 설치되므로 퓨즈가 용융될 때, 발생하는 아크가 확장되는 것을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 제1 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 집전부재의 일부를 잘라 본 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 제1 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 부분 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 분해 사시도이다.
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. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 양극(제1 전극)(11)과 음극(제2 전극)(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된 전극 어셈블리(10)와, 전극 어셈블리(10)가 내장되는 케이스(27)와, 케이스(27)의 개구에 결합된 캡 어셈블리(30)를 포함한다.
본 일 실시예에 따른 이차 전지(101)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
양극(11) 및 음극(12)은 박판의 금속 호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부(11a, 12a)를 포함한다. 양극 무지부(11a)는 양극(11)의 길이 방향을 따라 양극(11)의 한 쪽 측단에 형성되고, 음극 무지부(12a)는 음극(12)의 길이 방향을 따라 음극(12)의 다른 쪽 측단에 형성된다. 그리고 양극(11) 및 음극(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 사이에 개재한 후 권취된다.
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기한 전극 어셈블리(10)는 복수 개의 시트(sheet)로 이루어진 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 구조로 이루어질 수도 있다.
케이스(27)는 대략 직육면체로 이루어지며, 일면에는 개방된 개구가 형성된다. 케이스(27)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
캡 어셈블리(30)는 케이스(27)의 개구를 덮는 캡 플레이트(31)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며, 양극(11)과 전기적으로 연결된 제1 단자(21)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며 음극(12)과 전기적으로 연결된 제2 단자(22)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 일방향으로 이어진 길쭉한 판 형태로 이루어지며, 케이스(27)의 개구에 결합된다. 캡 플레이트(31)에는 전해액 주입구(32)에 설치된 밀봉 마개(38)와 벤트 홀(34)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(39a)가 형성된 벤트 플레이트(39)가 설치된다. 제1 단자(21) 및 제2 단자(22)는 캡 플레이트(31) 상부로 돌출되도록 설치된다.
제1 단자(21)는 제1 집전부재(41)를 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결되며, 제2 단자(22)는 제2 집전부재(42)를 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결된다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 단자(21)가 음극과 전기적으로 연결되고, 제2 단자(22)가 양극과 전기적으로 연결될 수도 있다.
제1 단자(21)는 직사각형의 판 형상으로 이루어진다. 제1 단자(21)는 제1 집전부재(41)에 접합된 연결 단자(25)를 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결된다. 연결 단자(25)는 기둥 형상으로 이루어지며 연결 단자(25)의 상단은 제1 단자(21)에 끼움된 상태에서 용접으로 제1 단자(21)에 고정된다. 또한 연결 단자(25)의 상단은 제1 집전부재(41)에 용접으로 고정되며, 제1 집전부재(41)는 연결 단자(25)와 제1 전극(11)을 전기적으로 연결한다.
제1 단자(21)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 실링 가스켓(59)이 단자가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 제1 집전부재(41)를 지지하는 하부 절연부재(43)가 설치된다.
제1 단자(21)의 하부에는 제1 단자(21)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 연결하는 연결부재(58)가 설치된다. 이에 따라 캡 플레이트(31)와 케이스(27)는 양극으로 대전된다.
제2 단자(22)는 직사각형의 판 형상으로 이루어진다. 제2 단자(22)는 제2 집전부재(42)에 접합된 연결 단자(26)를 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결된다. 연결 단자(26)는 캡 플레이트(31) 및 제2 단자(22)를 관통하여 상단이 제2 단자(22)에 고정된다.
연결 단자(26)는 기둥 형상으로 이루어지며 연결 단자(26)의 상단은 제2 단자(22)에 끼움된 상태에서 용접으로 제2 단자(22)에 고정된다. 또한 연결 단자(26)의 상단은 제2 집전부재(42)에 용접으로 고정되며, 제2 집전부재(42)는 연결 단자(26)와 제2 전극(12)을 전기적으로 연결한다.
제2 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 실링 가스켓(55)이 단자가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 제2 단자(22) 및 제2 집전부재(42)를 캡 플레이트(31)에서 절연하는 하부 절연부재(45)가 설치된다.
한편, 제2 단자(22)의 하부에는 단락 홀(37)을 향하여 돌출된 단락 돌기가 형성된다. 제2 단자(22)는 단락 홀(37)을 덥도록 일방향으로 길게 연장되어 형성된다. 제2 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 제2 단자(22)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 절연하는 상부 절연부재(54)가 설치된다.
캡 어셈블리(30)는 양극(11)과 음극(12)을 단락시키는 단락부재(56)를 포함하는 바, 단락부재(56)는 캡 플레이트(31)와 전기적으로 연결되며, 이차 전지(101)의 내부 압력이 상승할 때 변형되어 제2 단자(22)와 연결된다.
캡 플레이트(31)에는 단락 홀(37)이 형성되며, 단락부재(56)는 단락 홀(37)에서 상부 절연부재(54)와 캡 플레이트(31) 사이에 배치된다. 또한 단락 홀(37)의 상부에는 제2 단자(22)가 단락 홀(37)을 덮도록 배치된다. 단락부재(56)는 아래로 볼록하게 호형으로 굴곡된 만곡부와 만곡부의 외측에 형성되며 캡 플레이트(31)에 고정된 테두리부를 포함한다.
이차 전지의 내부에서 이상반응으로 가스가 발생하면 이차 전지의 내부 압력이 상승한다. 이차 전지의 내부 압력이 기 설정된 압력보다 높아지면 만곡부가 상부로 볼록하도록 변형되며, 이때, 단락 돌기와 단락부재(56)가 맞닿아 단락을 유발한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 집전부재를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 집전부재의 일부를 잘라 본 종단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 제1 집전부재(41)에 대하여 설명한다. 제2 집전부재(42)는 제1 집전부재(41)와 동일한 구조로 이루어지므로 제1 집전부재(41)에 대한 설명으로 제2 집전부재(42)에 대한 설명을 대체한다.
제1 집전부재(41)는 연결 단자(25)에 접합된 상판(41a)과 상판(41a)에서 절곡되어 전극 어셈블리(10)를 향하여 아래로 이어진 측판(41b), 및 측판(41b)에 연결 형성되어 전극 어셈블리(10)에 접합되는 2개의 집전편(41c)을 포함한다.
상판(41a)은 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결 단자(25)의 하부에 용접으로 고정된다. 상판(41a)에는 결합 홀(41d)이 형성되며 이 결합 홀(41d)에 연결 단자(25)의 하부에 형성된 돌기가 끼움된 상태에서 연결 단자(25)와 상판(41a)이 용접된다.
측판(41b)은 상판의 일측 단부에서 케이스(27)의 바닥을 향하여 하부로 절곡 형성된다. 2개의 집전편들(41c)은 측판(41b)의 양쪽 측단에서 절곡 형성되며, 양극(11)의 무지부와 평행하게 배치된 상태에서 양극(11)에 용접으로 접합된다. 이에 따라 집전편(41c)이 양극(11)과 전기적으로 연결되는 전극 접합부가 된다. 케이스(27) 내에는 2개의 전극 어셈블리(10)가 배치되며 각각의 집전편(41c)은 서로 다른 전극 어셈블리(10)의 양극 무지부(11a)에 접합된다.
상판(41a)에는 주변보다 작은 단면적을 갖는 퓨즈(41f)가 형성된다. 퓨즈(41f)에는 퓨즈 홀(41e)이 형성되어 퓨즈(41f)는 주변보다 작은 종단면적을 갖는다. 퓨즈 홀(41e)은 퓨즈(41f)의 중앙에 위치하며 퓨즈 홀(41e)의 양쪽 측단에 퓨즈(41f)가 연결 형성되어 있다.
한편, 제1 집전부재(41)에는 제1 차단부재(47)와 제2 차단부재(48)가 설치되는데, 제1 차단부재(47)와 제2 차단부재(48)는 퓨즈(41f)를 사이에 두고 이격 배치된다. 제1 차단부재(47)는 퓨즈(41f)의 일측 단부와 인접하거나 맞닿도록 배치되고, 제2 차단부재(48)는 퓨즈(41f)의 타측 단부와 인접하거나 맞닿도록 배치된다.
제1 차단부재(47)와 제2 차단부재(48)는 상판(41a)를 감싸도록 설치되며, 인서트 몰딩 방식으로 제1 집전부재(41)에 고정 설치될 수 있다. 제1 차단부재(47)는 연결 단자(25)와 퓨즈(41f) 사이에 설치되고, 제2 차단부재(48)는 퓨즈(41f)와 측판(41b) 사이에 배치된다.
제1 차단부재(47)와 제2 차단부재(48)는 부도체로 이루어지며 아크를 차단하는 역할을 한다. 제1 차단부재(47)와 제2 차단부재(48)는 폴리이미드(PI)로 이루어질 수 있으며, 폴리이미드 이외에 테프론 등의 내열성 수지로 이루어질 수도 있다.
제1 차단부재(47)와 제2 차단부재(48)의 상단은 하부 절연부재()와 맞닿도록 배치된다. 퓨즈(41f)는 차단부재로 감싸지지 않고 외부로 노출되어 있으며, 단락 등의 원인으로 과전류가 흐를 때 용융된다.
퓨즈(41f)가 용융될 때, 끊어진 부분 사이에서 아크가 발생할 수 있다. 아크는 이격된 금속 사이에서 발생하는데, 부도체로 이루어진 차단부재가 아크의 확장을 차단한다.
퓨즈(41f)가 차단부재에 의하여 덮히면 차단부재와 퓨즈(41f)의 틈새로 아크가 확장되어 차단부재를 설치하지 않은 경우에 비하여 아크가 더 빨리 확장되는 문제가 발생한다. 그러나 퓨즈(41f)가 형성된 부분만 노출시키면 퓨즈의 양측단에서 제1 차단부재(47)와 제2 차단부재(48)가 아크의 확장을 차단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 제1 집전부재를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 부분 종단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 제1 집전부재(61)는 연결 단자(25)에 접합된 상판(61a)과 상판(61a)에서 절곡되어 전극 어셈블리(10)를 향하여 아래로 이어진 측판(61b), 및 측판(61b)에 연결 형성되어 전극 어셈블리(10)에 접합되는 2개의 집전편(61c)을 포함한다.
상판(61a)은 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결 단자(25)의 하부에 용접으로 고정된다. 상판(61a)에는 결합 홀(61d)이 형성되며 이 결합 홀(61d)에 연결 단자(25)의 하부에 형성된 돌기가 끼움된 상태에서 연결 단자(25)와 상판(61a)이 용접된다.
또한 상판(61a)과 측판(61b) 사이에는 상판(61a)과 측판(61b)을 연결하며, 상판(61a)에 대하여 하부로 경사지게 경사진 디클라인부(61g)가 형성된다. 측판(61b)은 상판의 일측 단부에서 케이스(27)의 바닥을 향하여 하부로 절곡 형성된다. 2개의 집전편들(61c)은 측판(61b)의 양쪽 측단에서 절곡 형성되며, 양극(11)의 무지부와 평행하게 배치된 상태에서 양극(11)에 용접으로 접합된다. 이에 따라 집전편(61c)이 양극(11)과 전기적으로 연결되는 전극 접합부가 된다. 케이스(27) 내에는 2개의 전극 어셈블리(10)가 배치되며 각각의 집전편(61c)은 서로 다른 전극 어셈블리(10)의 양극 무지부(11a)에 접합된다.
디클라인부(61g)에는 주변보다 작은 단면적을 갖는 퓨즈(61f)가 형성된다. 퓨즈(61f)에는 퓨즈 홀(61e)이 형성되어 퓨즈(61f)는 주변보다 작은 종단면적을 갖는다. 퓨즈 홀(61e)은 퓨즈(61f)의 중앙에 위치하며 퓨즈 홀(61e)의 양쪽 측단에 퓨즈(61f)가 연결 형성되어 있다.
한편, 제1 집전부재(61)에는 제1 차단부재(62)와 제2 차단부재(63)가 설치되는데, 제1 차단부재(62)와 제2 차단부재(63)는 퓨즈(61f)를 사이에 두고 이격 배치된다. 특히 본 실시예에서 제1 차단부재(62)와 제2 차단부재(63)는 디클라인부(61g)를 사이에 두고 이격 배치되는데, 제1 차단부재(62)는 디클라인부(61g)의 일측 단부와 맞닿도록 배치되고, 제2 차단부재(63)는 디클라인부(61g)의 타측 단부와 맞닿도록 배치된다. 이에 따라 제1 차단부재(62)는 디클라인부(61g)의 중심보다 위에 위치하고, 제2 차단부재(63)는 디클라인부(61g)의 중심보다 아래에 위치한다.
제1 차단부재(62)와 제2 차단부재(63)는 상판(61a)을 감싸도록 설치되며, 인서트 몰딩 방식으로 제1 집전부재(61)에 고정 설치될 수 있다. 제1 차단부재(62)는 연결 단자(25)와 퓨즈(61f) 사이에 설치되고, 제2 차단부재(63)는 퓨즈(61f)와 측판(61b) 사이에 배치된다.
제1 차단부재(62)와 제2 차단부재(63)는 부도체로 이루어지며 아크를 차단하는 역할을 한다. 제1 차단부재(62)와 제2 차단부재(63)는 폴리이미드(PI)로 이루어질 수 있으며, 폴리이미드 이외에 테프론 등의 내열성 수지로 이루어질 수도 있다.
제1 차단부재(62)와 제2 차단부재(63)의 상단은 하부 절연부재(43)와 맞닿도록 배치된다. 이를 위해서 제2 차단부재(63)의 상부는 제1 차단부재(62)의 상부보다 더 두껍게 형성되며 제1 차단부재(62)와 제2 차단부재(63)가 하부 절연부재(43)에 지지되어 구조적인 안정성을 유지할 수 있다. 퓨즈(61f)는 차단부재로 감싸지지 않고 외부로 노출되어 있으며, 단락 등의 원인으로 과전류가 흐를 때 용융된다.
퓨즈(61f)가 용융될 때, 끊어진 부분 사이에서 아크가 발생할 수 있다. 아크는 이격된 금속 사이에서 발생하는데, 부도체로 이루어진 차단부재가 아크의 확장을 차단한다. 본 실시예와 같이 디클라인부(61g)가 형성되면 끊어진 부분이 높이 방향으로 이격되므로 아크가 발생하는 것과 아크의 확장을 더욱 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 제1 집전부재(71)는 연결 단자(25)에 접합된 상판(71a)과 상판(71a)에서 절곡되어 전극 어셈블리(10)를 향하여 아래로 이어진 측판(71b), 및 측판(71b)에 연결 형성되어 전극 어셈블리(10)에 접합되는 2개의 집전편(71c)을 포함한다.
상판(71a)은 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결 단자(25)의 하부에 용접으로 고정된다. 상판(71a)에는 결합 홀(71d)이 형성되며 이 결합 홀(71d)에 연결 단자(25)의 하부에 형성된 돌기가 끼움된 상태에서 연결 단자(25)와 상판(71a)이 용접된다.
측판(71b)은 상판의 일측 단부에서 케이스(27)의 바닥을 향하여 하부로 절곡 형성된다. 2개의 집전편들(71c)은 측판(71b)의 양쪽 측단에서 절곡 형성되며, 양극(11)의 무지부와 평행하게 배치된 상태에서 양극(11)에 용접으로 접합된다. 이에 따라 집전편(71c)이 양극(11)과 전기적으로 연결되는 전극 접합부가 된다. 케이스(27) 내에는 2개의 전극 어셈블리(10)가 배치되며 각각의 집전편(71c)은 서로 다른 전극 어셈블리(10)의 양극 무지부(11a)에 접합된다.
상판(71a)에는 주변보다 작은 단면적을 갖는 퓨즈(71f)가 형성된다. 퓨즈(71f)의 양쪽 측단에는 절개부(71e)가 형성되어 퓨즈(71f)는 주변보다 작은 종단면적을 갖는다. 절개부(71e)는 퓨즈(71f)의 양쪽 측단과 맞닿도록 형성되며, 퓨즈(71f)는 절개부(71e) 사이에 위치한다.
한편, 제1 집전부재(71)에는 제1 차단부재(72)와 제2 차단부재(73)가 설치되는데, 제1 차단부재(72)와 제2 차단부재(73)는 퓨즈(71f)를 사이에 두고 이격 배치된다. 제1 차단부재(72)는 퓨즈(71f)의 일측 단부와 인접하거나 맞닿도록 배치되고, 제2 차단부재(73)는 퓨즈(71f)의 타측 단부와 인접하거나 맞닿도록 배치된다.
제1 차단부재(72)와 제2 차단부재(73)는 상판(71a)을 감싸도록 설치되며, 인서트 몰딩 방식으로 제1 집전부재(71)에 고정 설치될 수 있다. 제1 차단부재(72)는 연결 단자(25)와 퓨즈(71f) 사이에 설치되고, 제2 차단부재(73)는 퓨즈(71f)와 측판(71b) 사이에 배치된다.
제1 차단부재(72)와 제2 차단부재(73)는 부도체로 이루어지며 아크를 차단하는 역할을 한다. 제1 차단부재(72)와 제2 차단부재(73)는 폴리이미드(PI)로 이루어질 수 있으며, 폴리이미드 이외에 테프론 등의 내열성 수지로 이루어질 수도 있다.
제1 차단부재(72)와 제2 차단부재(73)의 상단은 하부 절연부재(43)와 맞닿도록 배치된다. 퓨즈(71f)는 차단부재로 감싸지지 않고 외부로 노출되어 있으며, 단락 등의 원인으로 과전류가 흐를 때 용융된다.
퓨즈(71f)가 용융될 때, 끊어진 부분 사이에서 아크가 발생할 수 있다. 아크는 이격된 금속 사이에서 발생하는데, 부도체로 이루어진 차단부재가 아크의 확장을 차단한다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 종단면도이고, 도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 분해 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면, 본 제4 실시예에 따른 이차 전지는
케이스와 케이스에 삽입된 전극 어셈블리 및 단자와 전극 어셈블리를 전기적으로 연결하는 제1 집전부재와 제2 집전부재를 포함한다. 본 제4 실시예에 따른 이차 전지는 전극 어셈블리와 집전부재들의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
전극 어셈블리(120)는 양극(121)과 음극(122) 사이에 세퍼레이터(123)를 개재한 상태에서 권회축(X1)을 중심으로 권취된 후, 납작하게 가압된다. 양극(121) 및 음극(122)은 박판의 금속 호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부(121a, 122a)를 포함한다.
양극 무지부(제1 전극 무지부)(121a)와 음극 무지부(제2 전극 무지부)(122a)는 캡 플레이트를 향하여 동일한 방향으로 돌출 형성된다. 전극 어셈블리(120)는 권회축(X1)에 평행한 방향으로 케이스(27)에 삽입되어, 양극 무지부(121a)와 음극 무지부(122a)는 전극 어셈블리(120)의 상단에서 상부로 돌출된다. 또한, 양극 무지부(121a)와 음극 무지부(122a)는 거리를 두고 이격 배치된다. 양극 무지부(121a)는 전극 어셈블리(120)의 일측 측단과 인접하도록 배치되고, 음극 무지부(122a) 전극 어셈블리(120)의 타측 측단과 인접하도록 배치된다.
제1 집전부재(141)는 연결 단자(25)에 접합된 상판(141a)과 상판(141a)에서 전극 어셈블리(120)를 향하여 절곡되어 양극 무지부(121a)에 접합된 전극 부착부(141b)를 포함한다. 전극 부착부(141b)는 상판(141a)의 폭방향 단부에서 전극 어셈블리(120)와 평행하도록 절곡된다.
상판(141a)은 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결 단자(25)의 하부에 용접으로 고정된다. 상판(141a)에는 결합 홀(141e)이 형성되며 이 결합 홀(141e)에 연결 단자(25)의 하부에 형성된 돌기가 끼움된 상태에서 연결 단자(25)와 상판(141a)이 용접된다.
상판(141a)에는 주변보다 작은 단면적을 갖는 퓨즈(141c)가 형성된다. 퓨즈(141c)에는 퓨즈 홀(141d)이 형성되어 퓨즈(141c)는 주변보다 작은 종단면적을 갖는다. 퓨즈 홀(141d)은 퓨즈(141c)의 중앙에 위치하며 퓨즈 홀(141d)의 양쪽 측단에 퓨즈(141d)가 형성되어 있다.
한편, 제1 집전부재(141)에는 제1 차단부재(145)와 제2 차단부재(146)가 설치되는데, 제1 차단부재(145)와 제2 차단부재(146)는 퓨즈(141c)를 사이에 두고 이격 배치된다. 제1 차단부재(145)와 제2 차단부재(146)는 상판(141a)를 감싸도록 설치되며, 인서트 몰딩 방식으로 제1 집전부재(141)에 고정 설치될 수 있다. 제1 차단부재(142)는 연결 단자(25)와 퓨즈(141f) 사이에 설치되고, 제2 차단부재(63)는 퓨즈(141c)와 전극 부착부(141b) 사이에 배치된다.
제1 차단부재(145)와 제2 차단부재(146)는 부도체로 이루어지며 아크를 차단하는 역할을 한다. 제1 차단부재(145)와 제2 차단부재(146)는 폴리이미드(PI)로 이루어질 수 있으며, 폴리이미드 이외에 테프론 등의 내열성 수지로 이루어질 수도 있다. 제1 차단부재(145)와 제2 차단부재(146)의 상단은 하부 절연부재(43)와 맞닿도록 배치된다.
퓨즈(141c)가 용융될 때, 끊어진 부분 사이에서 아크가 발생할 수 있다. 아크는 이격된 금속 사이에서 발생하는데, 부도체로 이루어진 차단부재들이 아크의 확장을 차단한다.
제2 집전부재(142)는 연결 단자(26)에 접합된 상판(142a)과 상판(142a)에서 전극 어셈블리(120)를 향하여 절곡되어 음극 무지부(122a)에 직접 접합된 전극 부착부(142b)을 포함한다. 전극 부착부(142b)는 상판(142a)의 폭방향 단부에서 전극 어셈블리(120)와 평행하도록 절곡된다.
상판(142a)은 사각형의 판 형상으로 이루어지며, 연결 단자(26)의 하부에 용접으로 고정된다. 상판(142a)에는 결합 홀(142e)이 형성되며 이 결합 홀(142e)에 연결 단자(25)의 하부에 형성된 돌기가 끼움된 상태에서 연결 단자(25)와 상판(142a)이 용접된다.
상판(142a)에는 주변보다 작은 단면적을 갖는 퓨즈(142c)가 형성된다. 퓨즈(142c)에는 퓨즈 홀(142d)이 형성되어 퓨즈(142c)는 주변보다 작은 종단면적을 갖는다. 퓨즈 홀(142d)은 퓨즈(142c)의 중앙에 위치하며 퓨즈 홀(142d)의 양쪽 측단에 퓨즈(142d)가 형성되어 있다.
한편, 제2 집전부재(142)에는 제1 차단부재(147)와 제2 차단부재(148)가 설치되는데, 제1 차단부재(147)와 제2 차단부재(148)는 퓨즈(142c)를 사이에 두고 이격 배치된다. 제1 차단부재(147)와 제2 차단부재(148)는 상판(142a)를 감싸도록 설치되며, 인서트 몰딩 방식으로 제2 집전부재(142)에 고정 설치될 수 있다. 제1 차단부재(142)는 연결 단자(25)와 퓨즈(142f) 사이에 설치되고, 제2 차단부재(63)는 퓨즈(142c)와 전극 부착부(142b) 사이에 배치된다.
제1 차단부재(147)와 제2 차단부재(148)는 부도체로 이루어지며 아크를 차단하는 역할을 한다. 제1 차단부재(147)와 제2 차단부재(148)는 폴리이미드(PI)로 이루어질 수 있으며, 폴리이미드 이외에 테프론 등의 내열성 수지로 이루어질 수도 있다. 제1 차단부재(147)와 제2 차단부재(148)의 상단은 하부 절연부재(43)와 맞닿도록 배치된다.
퓨즈(142c)가 용융될 때, 끊어진 부분 사이에서 아크가 발생할 수 있다. 아크는 이격된 금속 사이에서 발생하는데, 부도체로 이루어진 차단부재들이 아크의 확장을 차단한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
101: 이차 전지 10: 전극 어셈블리
11: 양극 11a: 양극 무지부
12: 음극 12a: 음극 무지부
13: 세퍼레이터 21: 제1 단자
22: 제2 단자 25, 26: 연결 단자
27: 케이스 30: 캡 어셈블리
31: 캡 플레이트 41, 61, 71: 제1 집전부재
42: 제2 집전부재 41a, 61a, 71a: 상판
41b, 61b, 71b: 측판 41c, 61c, 71c: 집전편
41d, 61d, 71d: 결합 홀 41e, 61e, 71e: 퓨즈 홀
41f, 61f, 71f: 퓨즈 43, 45: 하부 절연부재
47, 62, 72: 제1 차단부재 48, 63, 73: 제2 차단부재
54: 상부 절연부재 55: 실링 가스켓
56: 단락부재 58: 연결부재
59: 실링 가스켓 61g: 디클라인부

Claims (15)

  1. 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 어셈블리;
    상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스;
    상기 제1 전극과 연결되며 퓨즈가 형성된 제1 집전부재; 및
    상기 제2 전극과 연결된 제2 집전부재;
    를 포함하고,
    상기 제1 집전부재에는 퓨즈를 사이에 두고 이격 배치되며 부도체로 이루어진 제1 차단부재와 제2 차단부재가 설치된 이차 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 차단부재와 상기 제2 차단부재는 상기 제1 집전부재를 감싸도록 배치된 이차 전지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 차단부재와 제2 차단부재는 내열성을 갖는 폴리머로 이루어진 이차 전지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 집전부재는 상판과 상기 상판에서 절곡되어 상기 전극 어셈블리를 향하여 이어진 측판 및 측판에 연결되어 상기 제2 전극에 접합된 집전편을 포함하는 이차 전지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 퓨즈는 상기 상판에 형성되고, 상기 퓨즈의 중앙에는 퓨즈홀이 형성된 이차 전지.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 퓨즈는 상기 상판에 형성되고, 상기 퓨즈의 양쪽 측단에는 절개부가 연결 형성된 이차 전지.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 상판과 상기 측판 사이에는 상기 상판에 대하여 하부로 경사진 디클라인부가 형성되고, 상기 퓨즈는 상기 디클라인부에 형성된 이차 전지.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 차단부재와 상기 제2 차단부재는 상기 디클라인부를 사이에 두고 이격 배치된 이차 전지.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 차단부재의 상부는 상기 제1 차단부재의 상부보다 더 두껍게 형성된 이차 전지.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 차단부재와 상기 제2 차단부재는 폴리이미드로 이루어진 이차 전지.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 이차 전지.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 케이스에는 캡 플레이트가 결합 설치되고, 상기 캡 플레이트에는 이차 전지의 내압 상승에 따라 변형되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 단락부재가 설치된 이차 전지.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 활물질이 코팅되지 않는 영역인 제1 전극 무지부를 갖고, 상기 제2 전극은 활물질이 코팅되지 않은 영역인 제2 전극 무지부를 가지며,
    상기 제1 전극 무지부와 상기 제2 전극 무지부는 동일한 방향으로 돌출되되 이격 배치된 이차 전지.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 전극 어셈블리는 권회축을 중심으로 권취되며, 상기 권회축과 평행한 방향으로 상기 케이스에 삽입된 이차 전지.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 집전부재는 상판과 상기 상판에서 절곡되어 상기 제1 전극 무지부에 직접 접합된 전극 부착부를 포함하는 이차 전지.
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