KR20160136100A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20160136100A
KR20160136100A KR1020150069829A KR20150069829A KR20160136100A KR 20160136100 A KR20160136100 A KR 20160136100A KR 1020150069829 A KR1020150069829 A KR 1020150069829A KR 20150069829 A KR20150069829 A KR 20150069829A KR 20160136100 A KR20160136100 A KR 20160136100A
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Abstract

본 기재의 이차 전지는 전극 어셈블리, 일측이 개구되고, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스, 및 상기 케이스의 개구된 부분을 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 어셈블리를 포함하며, 상기 캡 어셈블리는, 상기 캡 플레이트와 상기 케이스의 경계 부분 중에서 적어도 일부분은 나머지 부분보다 낮은 용접 강도로 용접되어 상기 케이스 내부에서 기설정된 압력이 발생되는 경우 파손되도록 이루어진 벤트부를 포함한다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재사용이 가능한 이차 전지에 대한 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.
한편, 자동차에 탑재되는 이차 전지의 경우, 소형 전자기기에 탑재되는 이차 전지와 비교하여 공간 제약이 없다. 따라서, 이차 전지 내부에서 발열이 발생되면, 기설정된 압력에 도달하면 해당 부분이 찢어지는 벤트홀이 이차 전지의 일측에 형성될 수 있다.
그러나, 소형 전자기기에 탑재되는 이차 전지는 소형화됨에 따라서, 이러한 벤트홀을 형성하기 어려울 수 있다. 그러므로, 이차 전지 내부에서 발열이 발생되는 경우, 발화되면서 이차 전지 내부의 압력이 지속적으로 증가하다가 폭발하는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 내부의 압력이 과도하게 상승되는 것을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는 전극 어셈블리, 일측이 개구되고, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스, 및 상기 케이스의 개구된 부분을 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 어셈블리를 포함하며, 상기 캡 어셈블리는, 상기 캡 플레이트와 상기 케이스의 경계 부분 중에서 적어도 일부분은 나머지 부분보다 낮은 용접 강도로 용접되어 상기 케이스 내부에서 기설정된 압력이 발생되는 경우 파손되도록 이루어진 벤트부를 포함한다.
한편, 상기 벤트부는 상기 케이스 내부에서 110℃ 내지 150℃의 열이 6분 내지 7분간 발생되면 파손되도록 이루어질 수 있다.
한편, 전극 어셈블리, 일측이 개구되고, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스, 및 상기 케이스의 개구된 부분을 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 어셈블리를 포함하며, 상기 캡 어셈블리는, 상기 캡 플레이트의 둘레면의 적어도 일부분으로부터 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 돌출부는 상기 캡 플레이트의 가장자리에서 장변에 형성된 이차 전지.
한편, 상기 돌출부는 2개이며, 상기 2개의 돌출부는 상기 캡 플레이트의 양측 각각에 서로 인접하게 위치될 수 있다.
한편, 상기 돌출부가 돌출된 길이는 0.1mm 내지 3mm 에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 포함된 캡 어셈블리는 벤트부를 포함한다. 이차 전지가 외력에 의해 변형되어 부품간 접촉 저항이 증가되어 내부에서 저항이 급격하게 상승되어 고열이 발생되면서 케이스 내부의 압력이 과도하게 증가되기 전에 벤트부에서 파손이 발생되면서 압력이 감소할 수 있다. 따라서, 케이스 내부의 압력이 지나치게 증가되었다가 강하게 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지에서Ⅱ-Ⅱ 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 4는, 도 2에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해사시도이다.
도 5는, 도 4에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트에 제1 집전부재를 결합시키기 위하여 결합 돌기를 가공하는 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는, 도 1에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지에서Ⅱ-Ⅱ 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 어셈블리(110), 케이스(120) 및 캡 어셈블리(130)를 포함한다.
한편, 본 일 실시예에 따른 이차 전지(100)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.
전극 어셈블리(110)는 제1 전극(111)과 제2 전극(112)을 포함할 수 있다. 제1 전극(111)은 양극, 제2 전극(112)은 음극일 수 있다. 단, 제1 전극(111)이 양극이고, 제2 전극(112)은 음극인 것으로 한정하지는 않으며, 설계에 따라 변경될 수 있다.
케이스(120)는 일측이 개구될 수 있다. 케이스(120)는 전극 어셈블리(110)를 수용한다. 이를 위한 케이스(120)의 형상은 전극 어셈블리(110)와 유사한 형상이면서, 전극 어셈블리(110)보다 약간 큰 크기로 이루어질 수 있다. 케이스(120)의 상면에는 개방된 개구가 형성된다. 케이스(120)의 소재는 일례로 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
캡 어셈블리(130)는 케이스(120)의 개구된 부분을 밀폐한다. 이를 위한 캡 어셈블리(130)는 캡 플레이트(131)를 포함한다. 캡 플레이트(131)는 케이스(120)의 개구된 부분을 밀폐한다. 이를 위한 캡 플레이트(131)의 형상은 일례로, 일방향으로 길게 연장된 판으로 이루어지면서 케이스(120)의 개구된 부분과 동일한 형상으로 이루어질 수 있다.
한편, 캡 어셈블리(130)의 상측에는 제1 단자(132) 및 제2 단자(133)가 형성될 수 있다.
제1 단자(132) 및 제2 단자(133)는 캡 플레이트(131)의 외측으로 돌출되도록 위치될 수 있다. 제1 단자(132)는 캡 플레이트(131)의 일단에 인접하게 위치될 수 있고, 제2 단자(133)는 캡 플레이트(131)의 타단에 인접하게 위치될 수 있다. 제1 단자(132)와 제2 단자(133)는 서로 상이한 극성으로 대전될 수 있다.
한편, 제1 단자(132)는 캡 플레이트(131)와 일체로 형성될 수 있다. 즉, 캡 플레이트(131) 제조단계에서 제1 단자(132)도 함께 제조될 수 있다. 단, 이와 같은 구조로 한정하지는 않는다. 그리고, 제2 단자(133)와 캡 플레이트(131) 사이에는 밀봉을 위한 씰링 부재(136)가 개재될 수 있다. 씰링 부재(136)는 일례로 개스킷(gasket)일 수 있다.
그리고, 캡 어셈블리(130)의 하측에는 제1 집전부재(141) 및 제2 집전부재(142)가 결합될 수 있다.
제1 집전부재(141)는 캡 어셈블리(130)의 하측에 위치되어 제1 전극(111)과 연결된다. 제1 집전부재(141)는 후술할 제1 단자(132)와 연결되므로, 제1 집전부재(141)는 제1 전극(111)과 제1 단자(132)를 전기적으로 연결할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(111)이 음극인 경우, 제1 단자(132)는 음극으로 대전될 수 있다.
한편, 캡 플레이트(131)에 제1 집전부재(141)를 결합시키기 위하여 캡 플레이트(131)의 하측에는 결합 돌기(135)가 형성될 수 있다. 결합 돌기(135)는 제1 집전부재(141)를 관통한다. 제1 집전부재(141)에는 결합 돌기(135)가 관통되는 홀이 형성될 수 있다.
제2 집전부재(142)는 캡 어셈블리(130)의 하측에 위치되어 제2 전극(112)과 연결된다. 제2 집전부재(142)는 후술할 제2 단자(133)와 연결되므로, 제2 집전부재(142)는 제2 전극(112)과 제2 단자(133)를 전기적으로 연결할 수 있다. 이에 따라, 제2 전극(112)이 양극인 경우, 제2 단자(133)는 양극으로 대전될 수 있다.
한편, 제2 집전부재(142)와 캡 플레이트(131) 사이에는 절연 부재(143)가 개재될 수 있다. 절연 부재(143)는 제2 집전부재(142)와 캡 플레이트(131)가 통전되는 것을 방지한다. 이를 위한 절연 부재(143)는 실리콘, 고무 등과 같은 비도전성 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지(100)에 포함된 캡 어셈블리(130)는 벤트부(B)를 포함할 수 있다.
벤트부(B)는 상기 캡 플레이트(131)와 상기 케이스(120)의 경계 부분 중에서 적어도 일부분은 나머지 부분보다 낮은 용접 강도로 용접된다. 벤트부(B)는 상기 케이스(120) 내부에서 기설정된 압력이 발생되는 경우 파손되도록 이루어진다.
예를 들어, 상기 벤트부(B)는 상기 케이스(120) 내부에서 110℃ 내지 150℃의 열이 6분 내지 7분간 발생되면 파손되도록 이루어질 수 있다.
여기서, 기설정된 압력은 이차 전지가 과도하게 폭발되기 전의 임의의 압력이다. 따라서, 기설정된 압력의 범위는 제조사의 설계에 따라 변경될 수 있으므로, 특정한 압력값으로 한정하지는 않는다.
즉, 이차 전지(100)가 외력에 의해 변형되어 부품간 접촉 저항이 증가되어 내부에서 저항이 급격하게 상승되어 고열이 발생되면서 케이스(120) 내부의 압력이 과도하게 증가되기 전에 벤트부(B)에서 파손이 발생되면서 압력이 감소할 수 있다. 따라서, 케이스(120) 내부의 압력이 지나치게 증가되었다가 강하게 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 4는, 도 2에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 이차 전지(100)에 포함된 캡 어셈블리(130)는 적어도 하나의 돌출부(134)를 포함할 수 있다.
돌출부(134)는 상기 캡 플레이트(131)의 둘레면의 적어도 일부분으로부터 돌출된다. 돌출부(134)의 위치를 보다 상세하게 설명하면, 상기 돌출부(134)는 상기 캡 플레이트(131)의 가장자리에서 장변에 형성될 수 있다.
이때, 캡 플레이트(131)의 형상은 일례로 직사각형일 수 있다. 직사각형의 캡 플레이트(131)의 어느 두 개의 모서리는 다른 변보다 상대적으로 길이가 짧은 단변(S)일 수 있고, 나머지 두 개의 모서리는 상기 단변보다 상대적으로 길이가 긴 장변(L)일 수 있다.
돌출부(134)는 캡 플레이트(131)와 케이스(120) 사이에서 미세한 틈이 발생될 수 있도록 한다. 이러한 틈이 형성된 부분은 캡 플레이트(131)와 케이스(120)의 용접 시 다른 곳과 비교하여 상대적으로 용접 강도가 낮아질 수 밖에 없다.
이를 위하여 상기 케이스(120)에서 상기 돌출부(134)에 결합되는 부분(A)은 평면일 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 캡 플레이트(131)와 케이스(120)를 결합시키기 위하여 캡 플레이트(131)와 케이스(120)를 용접시킨다. 이때, 돌출부(134)는 돌출된 형상이나, 케이스(120)에서 돌출부(134)와 용접되는 부분(A)은 돌출부(134)가 수용되는 형상이 아닌 평면이다. 따라서, 캡 플레이트(131)와 케이스(120)를 서로 용접시키기 전에 돌출부(134)와 케이스(120) 사이에 미세한 공간이 발생될 수 있다.
전술한 실시예에 따른 이차 전지(100)에서는 캡 플레이트(131)와 케이스(120)를 서로 용접시키는데 있어서, 부분적으로 용접 강도를 상이하면서 용접을 실시하여야 한다. 그러나, 이와 같은 구조로 이루어진 이차 전지(100)는 전술한 실시예에 따른 이차 전지(100)와 비교하여 용접 강도를 제어하면서 용접을 하지 않아도 됨으로써, 이차 전지(100)의 제조 작업이 보다 수월하게 이루어질 수 있다.
이와 같은 구조에 의하여, 전술한 실시예에 따른 이차 전지(100)에서와 같이 케이스(120) 내부의 저항이 증가되어 과도하게 압력이 발생되는 경우, 돌출부(134)가 형성된 부분에서 파손이 발생되어 압력을 감소시킬 수 있다.
한편, 돌출부(134)는 2개이며, 상기 2개의 돌출부(134)는 상기 캡 플레이트(131)의 양측 각각에 서로 인접하게 위치될 수 있다. 한편, 상기 돌출부(134)가 돌출된 길이(H)는 일례로 0.1mm 내지 3mm에 포함될 수 있다.
돌출부(134)의 길이(H)가 0.1mm 미만이면, 캡 플레이트(131)와 케이스(120) 사이에 틈이 발생되기 어려울 수 있다. 그리고, 돌출부(134)의 길이(H)가 3mm를 초과하면, 캡 플레이트(131)와 케이스(120) 사이의 공간이 과도하게 증가되어 용접 작업이 어려울 수 있다.
도 5는, 도 4에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지에서 캡 플레이트에 제1 집전부재를 결합시키기 위하여 결합 돌기를 가공하는 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 5에서 제1 집전부재는 설명의 편의를 위하여 도시하지 않았다.
도 5의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(131)의 결합 돌기(135)에 제1 집전부재(미도시)를 관통시킨 다음, 별도의 공구로 결합 돌기(135)의 단부에 충격을 가한다. 결합 돌기(135)와 캡 플레이트(131)가 일체로 형성되어 있으므로, 캡 플레이트(131)에서 결합 돌기(135)가 형성된 부분에서 변형이 발생되면서, 돌출부(134)가 형성될 수 있다.
이와 같이 전술한 돌출부(134)를 제조하기 위하여 별도의 공정이 실시되는 것은 아닐 수 있으며, 캡 플레이트(131)에 제1 집전부재(미도시)를 결합시키기는 과정을 실시하면서 자연스럽게 형성될 수 있다. 따라서, 제조 비용이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
도 4로 되돌아가서, 전술한 구조로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)에서 캡 어셈블리(130)는 돌출부(134)를 포함한다. 이에 따라, 사용자의 용접 숙련도와 무관하게 일반적인 용접 방법으로 캡 플레이트(131)와 케이스(120)를 용접하면 돌출부(134)가 형성된 부분에서 자연적으로 용접 강도가 낮아질 수 있다.
이에 따라, 케이스(120) 내부에서 발화가 발생되어 큰 압력이 발생되는 경우, 주변 부분보다 용접 강도가 상대적으로 낮은 돌출부(134)와 케이스(120)의 경계 부분이 이차 전지 내부의 압력을 저항하지 못하고 크랙이 발생되면서 폭발하게 된다. 이에 따라, 이차 전지(100) 내부의 압력이 감소될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 소형이면서 과압력 방지가 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 이차 전지 110: 전극 어셈블리
111: 제1 전극 112: 제2 전극
120: 케이스 130: 캡 어셈블리
131: 캡 플레이트 132: 제1 단자
133: 제2 단자 134: 돌출부
135: 결합 돌기 136: 씰링 부재
141: 제1 집전부재 142: 제2 집전부재
143: 절연 부재 B: 벤트부

Claims (7)

  1. 전극 어셈블리,
    일측이 개구되고, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스, 및
    상기 케이스의 개구된 부분을 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 어셈블리를 포함하며,
    상기 캡 어셈블리는,
    상기 캡 플레이트와 상기 케이스의 경계 부분 중에서 적어도 일부분은 나머지 부분보다 낮은 용접 강도로 용접되어 상기 케이스 내부에서 기설정된 압력이 발생되는 경우 파손되도록 이루어진 벤트부를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤트부는 상기 케이스 내부에서 110℃ 내지 150℃의 열이 6분 내지 7분간 발생되면 파손되도록 이루어진 이차 전지.
  3. 전극 어셈블리,
    일측이 개구되고, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스, 및
    상기 케이스의 개구된 부분을 밀폐하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 어셈블리를 포함하며,
    상기 캡 어셈블리는,
    상기 캡 플레이트의 둘레면의 적어도 일부분으로부터 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 캡 플레이트의 가장자리에서 장변에 형성된 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부는 2개이며,
    상기 2개의 돌출부는 상기 캡 플레이트의 양측 각각에 서로 인접하게 위치된 이차 전지.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 돌출부가 돌출된 길이는 0.1mm 내지 3mm에 포함되는 이차 전지.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 케이스에서 상기 돌출부에 결합되는 부분은 평면인 이차 전지.
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