KR20170020010A - 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 과전류가 흐르거나 과충전에 의해 배터리 셀 내부 압력이 증가하여 안전 벤트가 파단될 때, 전류를 차단하기 위한 장치를 구비한 이차전지를 제공한다.
일 예로, 내부에 공간을 구비하는 케이스; 상기 케이스에 삽입되고 제1전극판, 제2전극판 및 상기 제1전극판과 제2전극판의 사이에 형성된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 케이스를 밀봉하고 상기 전극조립체의 제1전극판과 전기적으로 연결되며, 일영역에 안전 벤트가 구비된 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트를 관통하여 형성된 전극단자부; 및 상기 안전 벤트와 일단이 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 전극단자부와 전기적으로 연결된 안전 벤트을 포함하는 이차전지가 개시된다.
일 예로, 내부에 공간을 구비하는 케이스; 상기 케이스에 삽입되고 제1전극판, 제2전극판 및 상기 제1전극판과 제2전극판의 사이에 형성된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 케이스를 밀봉하고 상기 전극조립체의 제1전극판과 전기적으로 연결되며, 일영역에 안전 벤트가 구비된 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트를 관통하여 형성된 전극단자부; 및 상기 안전 벤트와 일단이 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 전극단자부와 전기적으로 연결된 안전 벤트을 포함하는 이차전지가 개시된다.
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 자전거, 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데 대표적인 형상으로는 각형, 원통형 및 파우치형 등을 들 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 또한, 상기 전극조립체에는 전극탭, 양극의 단자 등이 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
한편, 이차전지는 전력소모가 너무 많거나 충전 전류가 너무 큰 경우, 배터리 셀 내 극심한 온도 상승으로 인해 내부에 압력이 상승되어 폭발할 수 있다. 그러므로 안정성을 향상시킬 수 있는 구성을 구비한 이차전지가 요구된다.
본 발명은 과전류가 흐르거나 과충전에 의해 배터리 셀 내부 압력이 증가하여 안전 벤트가 파단될 때, 전류를 차단하기 위한 장치를 구비한 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지는 내부에 공간을 구비하는 케이스; 상기 케이스에 삽입되고 제1전극판, 제2전극판 및 상기 제1전극판과 제2전극판의 사이에 형성된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 케이스를 밀봉하고 상기 전극조립체의 제1전극판과 전기적으로 연결되며, 일 영역에 안전 벤트가 구비된 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트를 관통하여 형성된 전극단자부; 및 일단이 상기 안전 벤트와 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 전극단자부와 전기적으로 연결된 안전 벤트을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 리드탭을 더 포함하고, 상기 캡 플레이트는 상기 리드탭을 매개로 상기 제1전극판과 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고 상기 리드탭은 상기 제1전극판과 접촉하는 집전부; 상기 집전부의 상부에서 연장되어 형성되는 연장부; 및 상기 연장부의 단부에 형성된 접속부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전극단자부는 캡 플레이트를 관통하여 형성된 전극단자; 상기 전극단자가 관통하여 전기적으로 결합한 체결단자; 및 상기 체결단자와 캡 플레이트를 전기적으로 절연시키는 체결플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트와 상기 리드탭의 사이에 배치된 절연부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트에 벤트홀이 형성되어 있고, 상기 안전 벤트는 상기 벤트홀에 결합되어 상기 벤트홀을 밀봉하며, 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 안전 벤트는 상기 벤트홀에 고정되는 고정부; 상기 고정부의 내측에 위치하고, 노치가 형성된 파단부; 및 상기 파단부의 내측에 위치하고, 상기 안전 벤트의 일단이 전기적으로 결합되는 결합부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 벤트홀에 단차면이 형성되고, 상기 고정부가 단차면에 결합할 수 있다.
또한, 상기 고정부와 파단부를 연결하는 연결부를 더 포함하고, 상기 연결부는 상기 결합부의 하면이 타영역의 하면에 비해 케이스 내부를 향하도록 형성되어 오목한 형상일 수 있다.
또한, 상기 결합부는 다른 부위에 비해 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 이차전지는 전류를 차단하기 위한 커넥터(connector)의 양단을 케이스 외부로 노출되어 있는 전극단자부와 안전 벤트에 각각 고정하여 전류경로를 형성함으로써, 배터리 셀 내부압력이 증가하여 안전 벤트가 파단 될 때, 전류를 차단하여 배터리 셀의 폭발을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 케이스 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 벤트의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 벤트의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 커넥터의 정상시 연결상태를 확대 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전류차단시 상태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 포함하는 배터리 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 케이스 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 벤트의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 벤트의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 커넥터의 정상시 연결상태를 확대 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전류차단시 상태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 포함하는 배터리 모듈을 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 케이스 내부 구조를 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 벤트의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 벤트의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 커넥터의 정상시 연결상태를 확대 도시한 것이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전류차단시 상태를 도시한 것이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 케이스(110), 전극조립체(120), 리드탭(130), 제1전극단자부(140), 제2전극단자부(150), 캡 플레이트(160), 안전 벤트(170), 커넥터(180) 및 마개(190)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(110)는 상기 전극조립체(120)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 상기 케이스(110)의 개구부 내측에는 상기 전극조립체(120) 및 전해액을 수용할 수 있는 공간을 포함한다. 상기 케이스(110)는 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전해액은 유기용매에 리튬염으로 이루어질 수 있고, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 젤상일 수 있다. 다만, 상기 케이스(110)의 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 전극 조립체(120)는 상기 케이스(110)의 내부에 삽입되고, 제1전극판(121), 제2전극판(122) 및 제1전극판(121)과 제2전극판(122) 사이에 게재되는 세퍼레이터(123)를 포함한다. 그리고 전극조립체(120)는 제1전극판(121), 제2전극판(122) 및 세퍼레이터(123)의 적층체를 권취하여 젤리롤(Jelly Roll)이 형성된다. 또한, 상기 제1전극판(121)은 양극으로 작용할 수 있으며, 상기 제2전극판(122)은 상기 제1전극판(121)과 반대의 극성인 음극을 가질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한 되는 것은 아니며, 상기한 전극 조립체(120)는 복수개의 전극판(121,122)이 적층된 구조로 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 제1전극판(121) 및 상기 제2전극판(122)의 극성은 각각 음극 및 양극으로 작용할 수도 있다.
상기 제1전극판(121) 및 상기 제2전극판(122)은 각각 금속판의 집전체에 활물질이 도포된 코팅부(121a,122a) 및 활물질을 도포되지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(121b,122b)를 포함한다. 상기 무지부(121b,122b)는 권취되는 상기 제1전극판(121) 및 상기 제2전극판(122)의 서로 다른 한 쪽 단부에 각각 형성될 수 있으며, 각 전극과 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
양극으로서의 상기 제1전극판(121)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성될 수 있고, 상기 제1전극판(121)의 코팅부(121a) 양면은 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 활물질이 도포되어 있다.
음극으로서의 상기 제2전극판(122)은 구리와 같은 금속 포일로 형성될 수 있고, 상기 제2전극판(122)의 코팅부(122a) 양면은 탄소재를 주성분으로 하는 활물질이 도포되어 있다.
상기 세퍼레이터(123)는 상기 제1전극판(121)과 상기 제2전극판(122) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고, 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 그리고 상기 세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE)이나, 폴리프로필렌(PP)이나, 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 복합필름으로 이루어 질 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 제1전극판(121), 상기 제2전극판(122) 및 상기 세퍼레이터(123)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 리드탭(130)은 상기 전극 조립체(120)에 결합되며, 전극판(121,122) 각각에 결합된 제1리드탭(131) 및 제2리드탭(132)을 포함할 수 있다.
상기 제1리드탭(131)은 집전부(131a), 연결부(131b) 및 접속부(131c)를 포함한다. 상기 집전부(131a)는 상기 제1전극판(121)의 무지부(121b)와 접촉되어 전기적으로 연결된다. 상기 연결부(131b)는 상기 집전부(131a)의 상부에서 절곡되어 상기 캡 플레이트(160)의 하부를 따라 연장되어 형성된다. 상기 접속부(131c)는 상기 연결부(131b)의 단부에 대략 '┌'의 형태로 형성된다. 상기 접속부(131c)의 상부는 캡 플레이트(160)의 하면에 접촉되어 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제1리드탭(131)은 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 접속부(131c)는 캡 플레이트(160)에 초음파용접, 전기용접, 아크용접 등으로 용접된다.
상기 제2리드탭(132)은 집전부(132a), 연결부(132b) 및 접속부(132c)를 포함한다. 상기 집전부(132a)는 상기 제2전극판(122)의 무지부(122b)와 접촉되어 전기적으로 연결된다. 상기 연결부(132b)는 상기 집전부(132a)의 상부에서 절곡되어 상기 캡 플레이트(160)의 하부를 따라 연장되어 형성된다. 상기 접속부(132c)는 상기 연결부(132b)에서 더 연장되어 형상되고, 제2전극단자(151)가 결합될 수 있는 제2전극단자 홀(132d)을 갖는다. 상기 제2전극단자 홀(132d)에는 제2전극단자(151)가 끼워져 결합된다. 또한, 상기 제2리드탭(132)은 구리, 구리 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 상기 제1리드탭(131) 및 상기 제2리드탭(132)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제1전극단자부(140)는 제1전극단자(141), 절연부재(142), 가스켓(143), 제1체결단자(144) 및 제1체결 플레이트(145)를 포함할 수 있다.
상기 제1전극단자(141)는 몸체부(141a) 및 플랜지부(141b)를 포함할 수 있다. 상기 몸체부(141a)는 원기둥 형상일 수 있고, 상기 캡 플레이트(160)를 관통하여 형성된다. 상기 플랜지부(141b)는 상기 몸체부(141a)의 하부의 측부로부터 수평방향으로 연장되어 형성된다. 상기 플랜지부(141b)는 상기 제1전극단자(141)이 상기 캡 플레이트(160)에서 빠지지 않도록 한다.
상기 절연부재(142)는 상기 제1전극단자(141) 및 상기 캡 플레이트(160) 각각과 상기 제1리드탭(131) 사이에 형성되어 상기 제1전극단자(141)가 제1리드탭(131)과 직접적으로 연결되지 않도록 한다.
상기 가스켓(143)은 절연성 재질로 상기 제1전극단자(141)와 캡 플레이트(160)의 사이에 형성되어, 제1전극단자(141)와 상기 캡 플레이트(160)사이를 밀봉시킨다.
상기 제1체결단자(144)는 상기 캡 플레이트(160)의 상부로 돌출된 제1전극단자(141)와 리벳팅 또는 용접으로 결합된다. 상기 제1체결단자(144)는 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1전극단자(141)는 상기 제1체결단자(144)와 전기적으로 연결되고, 상기 제1체결단자(144)는 커넥터(180)를 통해 상기 안전 벤트(170) 및 캡 플레이트(160)와 전기적으로 연결된다.
상기 제1체결 플레이트(145)는 상기 제1전극단자(141)가 관통할 수 있는 제1전극단자홀(145a)이 형성되어 있고, 상기 제1체결단자(144)를 수용할 수 있도록 형성된다. 상기 제1전극단자(141)는 상기 단자 플레이트(145)를 관통하여 상기 제1체결단자(144)와 결합되고, 결합된 상기 제1체결단자(144)는 상기 단자 플레이트(145)에 안착된다. 상기 제1체결 플레이트(145)는 절연성 재질로 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), PVC(Polyvinyl Chloride), 우레탄, 나일론, 테프론 중 어느 하나일 수 있다. 따라서, 상기 제1전극단자(141)와 상기 제1체결단자(144)는 상기 제1체결 플레이트(145)에 의해 전기적으로 상기 캡 플레이트(160)와 직접적으로 연결되지 않는다. 다만, 본 발명의 상기 제1체결 플레이트(145)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2전극단자부(150)는 제2전극단자(151), 절연부재(152), 가스켓(153), 제2체결단자(154) 및 제2체결 플레이트(155)를 포함할 수 있다.
상기 제2전극단자(151)는 몸체부(151a) 및 플랜지부(151b)를 포함할 수 있다. 상기 몸체부(151a)는 원기둥 형상일 수 있고, 상기 캡 플레이트(160)를 관통하여 형성된다. 상기 플랜지부(151b)는 상기 몸체부(151a)의 하부의 측부로부터 수평방향으로 연장되어 형성된다. 상기 플랜지부(151b)는 상기 제1전극단자(151)이 상기 캡 플레이트(160)에서 빠지지 않도록 한다. 한편, 상기 몸체부(151a) 중 상기 플랜지부(151b)의 하부와 연결된 부분은 상기 제2리드탭(132)의 제2전극단자 홀(132d)에 삽입되어 전기적으로 결합된다.
상기 절연부재(152)는 상기 캡 플레이트(160)와 상기 제2리드탭(131) 사이에 형성되어 전기적 쇼트의 발생을 방지한다.
상기 가스켓(153)은 절연성 재질로 상기 제2전극단자(151)와 캡 플레이트(160)의 사이에 형성되어, 제2전극단자(151)와 상기 캡 플레이트(160) 사이를 밀봉시킨다.
상기 제2체결단자(154)는 플레이트 형상일 수 있고, 상기 제2전극단자(151)가 관통할 수 있는 제2전극단자홀(154a)이 형성되어 있다. 상기 제2체결단자(154)는 상기 캡 플레이트(160)의 상부로 돌출된 제2전극단자(151)와 리벳팅 또는 용접으로 결합된다. 상기 제2체결단자(154)는 구리, 구리 합금과 같은 금속으로 형성된다. 따라서, 상기 제2전극단자(151)는 상기 제2체결단자(154)와 전기적으로 연결된다.
상기 제2체결 플레이트(155)는 상기 제2전극단자(151)를 관통할 수 있는 제2전극단자홀(155a)이 형성되어 있고, 상기 제2체결단자(154)을 수용할 수 있도록 형성된다. 상기 제2전극단자(151)는 상기 단자 플레이트(155)를 관통하여 상기 제2체결단자(154)와 결합되고, 결합된 상기 제2체결단자(154)는 상기 단자 플레이트(155)에 안착된다. 상기 제2체결 플레이트(155)는 절연성 재질로 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), PVC(Polyvinyl Chloride), 우레탄, 나일론, 테프론 중 어느 하나일 수 있다. 따라서, 상기 제2전극단자(151)와 상기 제2체결단자(154)는 상기 캡 플레이트(160)와 전기적으로 연결되지 않는다. 다만, 상기 제2체결 플레이트(155)의 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 캡 플레이트(160)는 상기 케이스(110)에 결합하여 상기 케이스(110)의 개구를 밀봉한다. 상기 제1전극단자(141) 및 상기 제2전극단자(151)가 돌출되는 부분에 각각의 전극단자를 돌출시키기 위한 제1전극단자홀(160a) 제2전극단자홀(160b), 벤트홀(160c) 및 전해액 주입구(160d)를 구비할 수 있다.
상기 벤트홀(160c)은 상기 캡 플레이트(160)의 두께에 비해 상대적으로 얇은 안전 벤트(170)를 결합시키기 위해 단차면(SS)을 가질 수 있다.
상기 캡 플레이트(160)는 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(160)는 상기 제1리드탭(131)과 접촉되어 전기적으로 연결되어 있으므로, 상기 제1전극판(111)과 동일한 극성을 갖는다. 다만, 상기 캡 플레이트(160)의 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 안전 벤트(170)는 상기 벤트홀(160c)의 상기 단차면(SS)에 걸쳐져 결합하여 상기 벤트홀(160c)을 밀봉한다. 상기 안전 벤트(170)는 과충전 또는 과방전 등으로 상기 이차전지(100)의 내부압력이 설정된 파단압력에 이르면 파단되어 상기 벤트홀(160c)이 개방되고, 이에 따라 폭발을 방지할 수 있다.
상기 안전 벤트(170)는 고정부(170a), 파단부(170b), 노치(170c), 연결부(170d) 및 결합부(170e)를 포함할 수 있다.
상기 고정부(170a)는 상기 벤트홀(160c)의 상기 단차면(SS)에 결합되는 부위일 수 있다.
상기 파단부(170b)는 상기 고정부(170a)의 내측에 위치한다. 상기 안전 벤트(170)가 파단되었을 때 전류가 차단되어야 하므로, 상기 파단부(170b)의 하면에 상기 노치(170c)를 형성할 수 있다. 한편, 상기 안전 벤트(170)의 파단압력은 상기 파단부(170b)의 두께와 형태 및 상기 연결부(170d)의 오목한 정도로 설정할 수 있다.
상기 연결부(170d)는 상기 파단부(170b)와 상기 결합부(170e)를 연결시켜주고, 상기 결합부(170e)의 하면이 타영역의 하면에 비해 케이스 내부를 향하도록 형성되어 오목한 형상일 수 있다. 상기 안전 벤트(170)가 파단될 때, 상기 연결부(170d)의 오목한 형상은 반전된다.
상기 결합부(170e)는 상기 안전 벤트(170)의 대략 중심에 위치하고, 상기 커넥터(180)와 결합되는 부위이다. 특히, 상기 결합부(170e)는 상기 커넥터(180)를 용접하여 결합시켜야 하기 때문에 일정 정도 이상의 두께를 가져야 한다. 따라서, 상기 결합부(170e)의 두께는 상기 연결부(170d)와 상기 파단부(170b)보다는 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다.
또한, 상기 안전 벤트(170)는 상기 캡 플레이트(160)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 그리고 상기 벤트홀(160c)에 결합된 안전 벤트(170)는 상기 캡 플레이트(160)와 전기적으로 연결된다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 상기 커넥터(180)는 상기 제1전극단자부(140)와 상기 안전 벤트(170)의 사이에 연결되어 양자를 전기적으로 연결한다. 상기 커넥터(180)는 단자 접속부(180a), 연결부(180b) 및 벤트 접속부(180c)를 포함할 수 있다.
상기 단자 접속부(180a)는 대략 사각형의 플레이트의 형상으로, 일단이 상기 제1전극단자부(140)의 제1체결단자(144)에 접촉되어 전기적으로 연결된다. 상기 연결부(180b)는 상기 단자 접속부(180a)의 타단에서, 상기 단자 접속부(180a)보다 상대적으로 높낮이가 다른 상기 안전 벤트(170)의 상기 결합부(170e)의 위치까지 연장된다. 상기 벤트 접속부(180c)는 상기 연장된 연결부(180b)의 말단에서 연장되어 상기 안전 벤트(170)의 상기 결합부(170e)에 접촉되어 전기적으로 연결된다. 상기 커넥터(180)는 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1체결단자(153)는 상기 커넥터(180)를 통하여 상기 안전 벤트(170) 및 상기 캡 플레이트(160)와 전기적으로 연결되고, 상기 캡 플레이트(160)는 상기 제1리드탭(131)과 연결되며, 상기 제1리드탭(131)은 상기 제1전극판(121)의 무지부(121b)와 전기적으로 연결된다. 한편, 상기 벤트 접속부(180c)와 상기 안전 벤트(170)의 결합부(170e)는 초음파용접, 전기용접, 아크용접 등으로 용접된다. 다만, 상기 커넥터(180)의 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
도 6을 참고하면, 상기 이차전지(100)의 내부압력이 설정된 파단압력에 이르면 상기 안전 벤트(170)가 파단되어 상기 벤트홀(160c)이 개방된다. 상기 파단되는 과정에서, 상기 안전 벤트(170)의 파단부(170b)는 상기 노치(170c)가 형성되어 있으므로 다른 부위보다 상대적으로 얇아 안전 벤트(170)의 변형시 파단 될 수 있다. 또한, 상기 안전 벤트(170)가 파단될 때, 상기 안전 벤트(170)에 결합된 상기 커넥터(180)도 함께 파단될 수 있다. 따라서, 상기 파단부(170b)가 파단되면 상기 캡 플레이트(160)와 안전 벤트(170)의 전기적 연결, 및 상기 안전 벤트(170)와 상기 제1체결 플레이트(144)의 연결이 끊어지므로, 상기 제1전극단자부(140)의 제1체결 플레이트(144)와 상기 캡 플레이트(160) 간의 전기적 연결도 끊어지게 된다. 그러므로 상기 이차전지(100)의 전류가 차단되다.
상기 마개(190)는 상기 캡 플레이트(150)의 전해액 주입구(160d)를 밀봉한다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 커넥터(180)을 상기 안전 벤트(170)과 상기 제1체결단자(144) 사이에 결합하여, 상기 이차전지(100)의 내부압력이 증가시 상기 안전 벤트(170)이 파단되면 전류가 차단되도록 함으로써, 폭발을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)를 포함하는 배터리 모듈을 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 포함하는 배터리 모듈을 도시한 사시도이다. 도 7을 참고하면, 배터리 모듈(10)은 이차전지(100,200a,200b,200c,200d) 및 버스바(300)를 포함할 수 있다.
상기 이차전지(100,200a,200b,200c,200d)는 상기 커넥터(180)를 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)와 커넥터를 구비하지 않은 일반적 구조의 이차전지(200a,200b,200c,200d)로 구성된다. 다수의 상기 이차전지(100,200a,200b,200c,200d)는 수평방향으로 일렬로 배열될 수 있다.
상기 버스바(300)는 상기 이차전지(100,200a,200b,200c,200d)를 전기적으로 연결한다. 버스바(300)는 제1극성을 갖는 본 발명에 따른 상기 이차전지(100)의 제1체결단자(144)(또는 제2체결단자(154))와, 제2극성을 갖는 인접한 일반적인 구조의 이차전지(200a)의 제2체결단자(또는 제1체결단자)를 상호간 전기적으로 연결한다. 따라서, 상기 다수의 이차전지(100,200a,200b,200c,200d)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.
상기 다수의 이차전지(100,200a,200b,200c,200d)가 직렬로 연결된 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 내부압력의 증가로 상기 안전 벤트(170)와 상기 커넥터(180)가 파단되었을 때, 상기 이차전지(100)의 전류가 차단됨에 따라 상기 배터리 모듈의 전체 전류가 차단될 수 있다.
따라서, 직렬 연결된 상기 다수의 이차전지(100,200a,200b,200c,200d) 중 하나인 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)에만 상기 커넥터(180)를 구비하더라도 상기 다수의 이차전지(100,200a,200b,200c,200d)의 전류를 전부 차단할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 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.
100,200a,200b,200c,200d ; 이차전지
110 ; 케이스
120 ; 전극 조립체 130 ; 리드탭
140 ; 제1전극단자부 150 ; 제2전극단자부
160 ; 캡 플레이트 170 ; 안전 벤트
180 ; 커넥터 190 ; 마개
120 ; 전극 조립체 130 ; 리드탭
140 ; 제1전극단자부 150 ; 제2전극단자부
160 ; 캡 플레이트 170 ; 안전 벤트
180 ; 커넥터 190 ; 마개
Claims (10)
- 내부에 공간을 구비하는 케이스;
상기 케이스에 삽입되고 제1전극판, 제2전극판 및 상기 제1전극판과 제2전극판의 사이에 형성된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
상기 케이스를 밀봉하고 상기 전극조립체의 제1전극판과 전기적으로 연결되며, 일 영역에 안전 벤트가 구비된 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트를 관통하여 형성된 전극단자부; 및
일단이 상기 안전 벤트와 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 전극단자부와 전기적으로 연결된 커넥터를 포함하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 리드탭을 더 포함하고, 상기 캡 플레이트는 상기 리드탭을 매개로 상기 제1전극판과 전기적으로 연결된 이차전지. - 제2항에 있어서,
상기 리드탭은
상기 제1전극판과 접촉하는 집전부;
상기 집전부의 상부에서 연장되어 형성되는 연장부; 및
상기 연장부의 단부에 형성된 접속부를 포함하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 전극단자부는
캡 플레이트를 관통하여 형성된 전극단자;
상기 전극단자가 관통하여 전기적으로 결합한 체결단자; 및
상기 체결단자와 캡 플레이트를 전기적으로 절연시키는 체결플레이트를 포함하는 이차전지. - 제4항에 있어서,
상기 캡 플레이트와 상기 리드탭의 사이에 배치된 절연부재를 더 포함하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 캡 플레이트에 벤트홀이 형성되어 있고, 상기 안전 벤트는 상기 벤트홀에 결합되어 상기 벤트홀을 밀봉하며, 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결된 이차전지. - 제6항에 있어서,
상기 안전 벤트는
상기 벤트홀에 고정되는 고정부;
상기 고정부의 내측에 위치하고, 노치가 형성된 파단부; 및
상기 파단부의 내측에 위치하고, 상기 커넥터의 일단이 전기적으로 결합되는 결합부를 포함하는 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 벤트홀에 단차면이 형성되고, 상기 고정부가 단차면에 결합되는 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 고정부와 파단부를 연결하는 연결부를 더 포함하고, 상기 연결부는 상기 결합부의 하면이 타영역의 하면에 비해 케이스 내부를 향하도록 형성되어 오목한 형상인 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 결합부는 다른 부위에 비해 상대적으로 두껍게 형성된 이차전지.
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