KR20180031143A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 그 내부에서 발생한 화염을 억제할 수 있는 이차 전지를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스에 결합되어 밀봉하는 캡 플레이트, 절연성 소재로 이루어져, 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트 사이에 설치되며, 유체가 관통하여 지나가기 위한 홀이 형성되는 절연 부재 및 상기 절연 부재에 결합되며, 상기 절연 부재의 홀보다 작은 공극이 복수 개로 형성되되, 상기 절연 부재의 홀과 상기 공극이 적어도 부분적으로 연통하도록 형성되는 화염 억제 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스에 결합되어 밀봉하는 캡 플레이트, 절연성 소재로 이루어져, 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트 사이에 설치되며, 유체가 관통하여 지나가기 위한 홀이 형성되는 절연 부재 및 상기 절연 부재에 결합되며, 상기 절연 부재의 홀보다 작은 공극이 복수 개로 형성되되, 상기 절연 부재의 홀과 상기 공극이 적어도 부분적으로 연통하도록 형성되는 화염 억제 부재를 포함할 수 있다.
Description
본 발명의 실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 충전과 방전을 반복적으로 수행한다. 일반적으로 소용량의 이차 전지는 휴대폰, 노트북, 캠코더 등과 같이 휴대할 수 있는 소형 전자 기기에 이용되고, 대용량의 이차 전지는 전기 자동차 등에 이용될 수 있다. 이러한 이차 전지는 예컨대 충/방전 작용을 하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스 및 케이스에 결합되어 전극 조립체 등의 이탈을 방지하기 위한 캡 조립체를 포함한다.
한편 전극 조립체가 충/방전 작용을 반복할 때, 이차 전지의 내부에는 활물질, 전해질 등의 반응에 의해 가스가 생성될 수 있다. 이러한 가스가 이차 전지 내부에 축적되면 그 내압이 상승하여 폭발이 일어날 수 있다. 또한 그 폭발에 따라 화염이 외부로 분출될 수도 있는 문제가 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것일 뿐이며, 따라서 종래기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 그 내부에서 발생한 화염을 억제할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스에 결합되어 밀봉하는 캡 플레이트, 절연성 소재로 이루어져, 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트 사이에 설치되며, 유체가 관통하여 지나가기 위한 홀이 형성되는 절연 부재 및 상기 절연 부재에 결합되며, 상기 절연 부재의 홀보다 작은 공극이 복수 개로 형성되되, 상기 절연 부재의 홀과 상기 공극이 적어도 부분적으로 연통하도록 형성되는 화염 억제 부재를 포함할 수 있다.
또한 상기 절연 부재는 상기 화염 억제 부재 중 상기 전극 조립체에 가까운 일면의 적어도 일부를 덮도록 결합될 수 있다.
또한 상기 절연 부재는 상기 화염 억제 부재 중 상기 캡 플레이트에 가까운 일면의 적어도 일부를 덮도록 결합될 수 있다.
또한 상기 절연 부재는 상기 화염 억제 부재 중 상기 전극 조립체에 가까운 일면의 적어도 일부 및 상기 캡 플레이트에 가까운 타면의 적어도 일부를 덮도록 결합될 수 있다.
또한 상기 절연 부재와 상기 화염 억제 부재는 인서트 사출 성형으로 함께 제작될 수 있다.
또한 상기 절연 부재의 홀은 복수 개로 형성되어 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
또한 상기 절연 부재는 실질적인 직사각형 또는 타원형으로 형성되고, 상기 절연 부재의 각 홀은 그 단축 방향을 따라 연장되도록 형성되어, 그 장축 방향을 따라 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
또한 상기 절연 부재는 실질적인 직사각형 또는 타원형으로 형성되고, 상기 절연 부재의 각 홀은 그 장축 방향을 따라 연장되도록 형성되어, 그 단축 방향을 따라 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
또한 상기 절연 부재는 실질적인 직사각형 또는 타원형으로 형성되고, 상기 절연 부재의 각 홀은 그 단축 방향 및 장축 방향을 따라 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
또한 상기 절연 부재는 실질적인 직사각형 또는 타원형으로 형성되고, 상기 절연 부재의 각 홀은 그 단축 방향 또는 장축 방향 중 적어도 어느 하나의 방향에 대해 어긋나게 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
또한 상기 절연 부재의 홀은 상기 전극 조립체가 배치된 일측으로부터 상기 캡 플레이트가 배치된 타측으로 향하는 방향과 실질적으로 나란한 방향으로 관통하도록 형성될 수 있다.
또한 상기 화염 억제 부재는 내열성 소재로 이루어질 수 있다.
또한 상기 화염 억제 부재는 스테인레스강 또는 폴리페닐렌설파이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소재로 이루어질 수 있다.
또한 상기 화염 억제 부재는 메쉬 형태로 제작될 수 있다.
본 발명의 실시예는 전극 조립체와 캡 조립체 사이에 화염 억제 부재가 설치됨으로써, 화염이 이차 전지의 외부로 분출되는 것을 억제하거나, 그 화염의 크기를 억제할 수 있으며, 화염이 추가적으로 증폭되는 것을 방지할 수도 있는 이차 전지를 제공한다.
또한 절연 부재가 화염 억제 부재의 적어도 일부를 덮도록 형성됨으로써, 화염 억제 부재에 의한 단락을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선에 의한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 탑 인슐레이터를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 탑 인슐레이터들을 각각 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선에 의한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 탑 인슐레이터를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 탑 인슐레이터들을 각각 도시한 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 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 하며, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 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 직접적으로 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접적으로 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위해 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 단수의 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 위해 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨이 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서 이하 상술할 제1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같이 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 공정상태 또는 사용상태에 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 "위"로 된다. 따라서 "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선에 의한 단면도이다.
도 1과 2를 참조하면 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1 집전 판(121), 제2 집전 판(122), 케이스(130), 캡 조립체(140) 및 탑 인슐레이터(150)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 얇은 판형이나 막대형으로 형성된 제1 전극 판(111), 세퍼레이터(113) 및 제2 전극 판(112)으로 구성된 적층체가 젤리 롤(jelly roll)의 형태로 권취되거나 겹쳐져 형성될 수 있다.
여기서 예컨대 제1 전극 판(111)은 양극 판이고, 제2 전극 판(112)은 음극 판일 수 있다. 또는 이와 반대로 제1 전극 판(111)이 음극 판이고, 제2 전극 판(112)이 양극 판일 수도 있다.
제1 전극 판(111)은 금속 포일과 같은 제1 전극 집전체에 제1 전극 활물질을 도포하여 형성될 수 있다. 만약 제1 전극 판이 양극 판이라면 제1 전극 집전체는 알루미늄으로 이루어질 수 있고, 제1 전극 활물질은 리튬계 산화물로 이루어질 수 있다. 단 상기 재질은 단순한 예시에 불과하며, 본 발명의 제1 전극 판(111)이 상기 재질로만 이루어지도록 한정되는 것은 아니다. 한편 제1 전극 판(111)에는 제1 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1 전극 무지부(111a)가 함께 형성된다. 이러한 제1 전극 무지부(111a)는 제1 전극 판(111)과 그 외부 간에 전류가 흐르기 위한 통로의 역할을 하게 된다.
제2 전극 판(112) 역시 금속 포일과 같은 제2 전극 집전체에 제2 전극 활물질을 도포하여 형성될 수 있다. 만약 제2 전극 판(112)이 음극 판이라면 제2 전극 집전체는 니켈이나 구리로 이루어질 수 있고, 제2 전극 활물질은 흑연이나 탄소로 이루어질 수 있다. 단 상기 재질은 단순한 예시에 불과하며, 본 발명의 제2 전극 판(112)이 상기 재질로만 이루어지도록 한정되는 것은 아니다. 한편 제2 전극 판(112)에도 제2 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제2 전극 무지부(112a)가 형성된다. 이러한 제2 전극 무지부(112a)는 제2 전극 판(112)과 그 외부 간에 전류가 흐르기 위한 통로의 역할을 하게 된다.
세퍼레이터(113)는 제1 전극 판(111)과 제2 전극 판(112) 사이에 배치되어, 제1 전극 판(111)과 제2 전극 판(112)이 서로 접하여 단락(short)되는 현상을 방지한다. 이와 함께 세퍼레이터(113)는 예컨대 리튬 이온이 이동하기 위한 통로의 역할을 한다. 이러한 세퍼레이터는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 단 상기 재질은 단순한 예시에 불과하며, 본 발명의 세퍼레이터(113)가 상기 재질로만 이루어지도록 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1 전극 판(111) 및 제2 전극 판(112)과 각각 전기적으로 연결되는 제1 집전 판(121)과 제2 집전 판(122)이 결합된다.
제1 집전 판(121)은 알루미늄과 같은 도전성 재질로 이루어져, 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1 전극 무지부(111a)와 접함으로써 제1 전극 판(111)과 전기적으로 연결된다.
제2 집전 판(122)은 니켈이나 구리와 같은 도전성 재질로 이루어져, 전극 조립체(110)의 타측 단부로 돌출된 제2 전극 무지부(112a)와 접함으로써 제2 전극 판(112)과 전기적으로 연결된다.
단 상기 재질은 마찬가지로 단순한 예시에 불과하며, 본 발명의 제1 집전 판(121)과 제2 집전 판(122)이 상기 재질로만 이루어지도록 한정되는 것은 아니다.
케이스(130)는 실질적인 육면체로 형성되며, 그 일면에 전극 조립체(110), 제1 집전 판(121) 및 제2 집전 판(122)이 삽입되기 위한 개구가 형성될 수 있다. 물론 케이스(130)는 원기둥이나 그밖에 다른 다면체로 형성될 수도 있다. 다만 이하에서는 케이스(130)가 도 1에 도시된 바와 같이 직육면체로 형성되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 한편 도 2에서는 케이스(130)와 캡 조립체(140)가 결합된 상태로 도시되어 있기 때문에 상기 개구가 나타나 있지 않으나, 여기서 상기 개구는 실질적으로 캡 조립체(140)의 둘레에 상응하는 부분에 해당할 것이다. 케이스(130)의 내면은 절연 처리되어 전극 조립체(110), 제1 집전 판(121) 및 제2 집전 판(122)과 절연될 수 있다.
이러한 케이스(130)에는 캡 조립체(140)가 결합된다.
캡 조립체(140)는 캡 플레이트(141), 제1 전극 단자(142), 제1 단자 플레이트(143), 제2 전극 단자(144), 제2 단자 플레이트(145), 제1 가스켓(146), 제2 가스켓(147), 주입 마개(148) 및 벤트 플레이트(149)를 포함한다.
캡 플레이트(141)는 케이스(130)의 개구를 밀봉하여, 케이스(130)의 내부에 수용된 전극 조립체(110), 제1 집전 판(121) 및 제2 집전 판(122)이 그 외부로 이탈하는 것을 방지한다. 이러한 캡 플레이트(141)에는 제1 단자 홀(141a), 제2 단자 홀(141b), 전해액 주입구(141c) 및 벤트 홀(141c)이 형성될 수 있다.
제1 단자 홀(141a)과 제2 단자 홀(141b)은 후술할 제1 전극 단자(142)와 제2 전극 단자(144)가 각각 관통하여 설치되기 위한 부분이다. 이때 제1 단자 홀(141a)과 제2 단자 홀(141b)은 제1 전극 단자(142)와 제2 전극 단자(144)의 직경에 각각 상응하도록 형성될 수 있다. 또는 후술할 제1 가스켓(146)과 제2 가스켓(147)이 각각 설치될 공간을 마련하기 위해 제1 전극 단자(142)와 제2 전극 단자(144)의 직경보다 약간 더 크도록 형성될 수도 있다.
전해액 주입구(141c)는 케이스(130)와 캡 조립체(140)가 서로 결합된 상태에서 그 내부로 전해액을 주입하기 위한 부분이다. 여기서 전해액은 이차 전치(100)의 충/방전 시 예컨대 리튬 이온이 이동하기 위한 매체의 역할을 한다. 이러한 전해액은 예컨대 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC), 디에틸카보네이트(Diethyl Carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(Dimethyl Carbonate, DMC) 등과 같은 유기 용매와 육뷸화인산리튬(LiPF6), 사불화붕산리튬(LiBF4) 등과 같은 리튬염으로 이루어져 액체, 고체 또는 겔상으로 이루어질 수 있다.
벤트 홀(141c)은 이차 전지(100)의 내부에서 발생한 가스가 그 외부로 배출되기 위한 부분이다.
제1 전극 단자(142)는 막대형으로 형성되어, 캡 플레이트(141)를 관통하도록 설치될 수 있다. 이때 제1 전극 단자(142) 중 케이스(130)의 내부를 향하는 일단, 즉 캡 플레이트(141)의 하부에 배치된 일단은 제1 집전 판(121)과 전기적으로 연결된다. 또한 제1 전극 단자(142)의 일단에는 제1 전극 단자(142)가 캡 플레이트(141)로부터 그 상방으로 이탈하지 않도록 그 길이 방향을 가로지르는 방향으로 플랜지(142a)가 형성될 수 있다. 한편 제1 전극 단자(142) 중 캡 플레이트(141)의 상부로 노출된 타단은 제1 단자 플레이트(143)와 리벳 형태로 결합될 수 있다.
제2 전극 단자(144) 역시 막대형으로 형성되어, 캡 플레이트(141)를 관통하도록 설치될 수 있다. 이때 제2 전극 단자(144) 중 캡 플레이트(141)의 하부에 배치된 일단은 제2 집전 판(122)과 전기적으로 연결된다. 또한 제2 전극 단자(144)의 일단에는 제2 전극 단자(144)가 캡 플레이트(141)로부터 그 상방으로 이탈하지 않도록 그 길이 방향을 가로지르는 방향으로 플랜지(144a)가 형성될 수 있다. 한편 제2 전극 단자(144) 중 캡 플레이트(141)의 상부로 노출된 타단도 제2 단자 플레이트(145)와 리벳 형태로 결합될 수 있다.
제1 가스켓(146)은 절연성 소재로 이루어져, 캡 플레이트(141)와 제1 전극 단자(142) 사이 및 캡 플레이트(141)와 제1 단자 플레이트(143) 사이에 설치되어, 캡 플레이트(141)와 제1 전극 단자(142) 및 캡 플레이트(141)와 제1 단자 플레이트(143)를 절연한다.
제2 가스켓(147) 역시 절연성 소재로 이루어져, 캡 플레이트(141)와 제2 전극 단자(144) 사이 및 캡 플레이트(141)와 제2 단자 플레이트(145) 사이에 설치되어, 캡 플레이트(141)와 제2 전극 단자(144) 및 캡 플레이트(141)와 제2 단자 플레이트(145)를 절연한다.
이와 함께 제1 가스켓(146)과 제2 가스켓(147)은 제1 단자 홀(141a)과 제2 단자 홀(141b)을 긴밀하게 밀봉하여, 이차 전지(100)의 외부로부터 수분이나 각종 이물질이 그 내부로 침투하는 것을 방지하거나, 이차 전지(100)의 내부로부터 전해액 등이 그 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다.
주입 마개(148)는 캡 플레이트(141)의 전해액 주입구(141c)를 통해 케이스(130)의 내부로 전해액을 주입한 후 그 전해액이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해, 전해액 주입구(141c)에 삽입됨으로써 이를 긴밀하게 밀봉하는 역할을 한다.
벤트 플레이트(149)는 캡 플레이트(141)의 벤트 홀(141c)에 대응되는 지점에 설치된다.
이차 전지(100)는 과충전이나 각종 이상 작동에 의해 그 내부에서 열과 가스가 발생할 수 있는데, 이에 따라 이차 전지(100)의 내부 압력이 미리 정해진 압력보다 높아지면 벤트 플레이트(149)는 케이스(130)나 캡 플레이트(141)의 다른 부분보다 먼저 절개되어 개방됨으로써, 의도치 않은 폭발을 방지하고 그 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 이때 벤트 플레이트(149)에는 그 절개를 보다 확실하게 보장하기 위해 특정한 형상의 노치(149a)가 형성될 수 있다.
한편 이와 같은 벤트 플레이트(149)는 단순한 가스는 효율적으로 배출할 수 있으나, 이차 전지(100)의 내부에서 그 온도 상승으로 인해 발생한 화염에 대해서는 적극적으로 대처할 수 없는 한계가 있다. 오히려 노치(149a)를 따라 절개된 틈 사이를 통해 그 화염이 외부로 분출될 수 있다. 이는 특히 다수의 이차 전지가 하나의 모듈로 구성될 경우, 어느 하나의 이차 전지로부터 분출된 화염이 그와 이웃한 다른 이차 전지로 전파되어 연쇄적인 폭발이 일어날 수도 있기 때문에 그 문제가 더욱 심각해진다.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 전극 조립체(110)와 캡 조립체(140) 사이에는 탑 인슐레이터(150)가 설치된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 탑 인슐레이터(150)를 도시한 평면도이다.
도 1 내지 3을 참조하면 탑 인슐레이터(150)는 케이스(130)의 내부 형상에 상응하게 형성되어, 전극 조립체(110)와 캡 조립체(140) 사이에서 케이스(130)의 내벽에 접하도록 삽입될 수 있다. 만약 앞서 예로 든 바와 같이 케이스(130)가 직육면체로 형성된다면, 탑 인슐레이터(150)는 실질적인 직사각형으로 형성될 것이다. 물론 탑 인슐레이터(150)는 그밖에 다른 면적을 가지면서 다른 형상으로 형성될 수도 있다. 예컨대 탑 인슐레이터(150)는 케이스(130)의 개별적인 형상에 따라 각 꼭짓점이 둥근 형태의 직사각형이나 타원형 등일 수도 있다. 다만 이하에서는 탑 인슐레이터(150)가 도 3에 도시된 바와 같이 직사각형으로 형성되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한 탑 인슐레이터(150)는 예컨대 접착제나 용접에 의해 결합될 수도 있고, 별도의 후크 형상의 체결부 등을 이용하여 결합될 수도 있다.
이러한 탑 인슐레이터(150)는 화염 억제 부재(151)와 절연 부재(152)를 포함한다.
화염 억제 부재(151)는 실질적인 판 형상으로 형성될 수 있다. 이때 화염 억제 부재(151)에는 다수의 미세한 공극이 형성된다.
이에 의하면 앞서 언급한 바와 같이 이차 전지(100)의 내부에서 화염이 발생할 경우, 그 화염이 외부로 분출되기 위한 통로를 좁혀 화염이 외부로 분출되는 것 자체를 억제할 수 있다. 또한 화염이 화염 억제 부재(151)를 통과할 때, 그 온도를 낮추고 화염으로 공급될 수 있는 산소의 양을 줄여 화염의 크기를 억제할 수도 있다. 더욱이 이차 전지(100)의 내부에 있던 각종 물질들이 화염과 함께 분출되면서 산소와 접촉하게 되면 급격한 연소 반응이 일어날 수 있는데, 이때 화염 억제 부재(151)는 이러한 물질들이 외부로 분출되기 위한 통로를 좁혀 화염이 추가적으로 증폭되는 것을 방지할 수도 있다.
이와 같은 효과는 일반적으로 화염 억제 부재(151)의 공극이 조밀하게 형성될수록 더 향상될 수 있겠으나, 이와 동시에 가스가 외부로 배출되기 위한 통로도 함께 확보하기 위하여 적절한 공극률을 갖도록 형성될 수 있다. 다만 그 공극률은 이차 전지(100)의 개별적인 설계 조건에 따라 얼마든지 달라질 수 있으므로, 여기서 구체적으로 특정하지는 않기로 한다.
또한 화염 억제 부재(151)는 내열성 소재로 이루어진다. 예컨대 스테인레스강(Steel Use Stainless, SUS)이나 폴리페닐렌설파이드(Poly Phenylene Sulfide, PPS) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소재로 이루어질 수 있다. 다만 그밖에도 이차 전지(100)의 내부에서 발생한 화염을 견딜 수만 있다면, 즉 화염에 의해 녹거나 변형되어, 화염 억제 부재(151)의 공극이 막히거나 그 크기가 지나치게 커지지만 않을 수 있다면, 모두 화염 억제 부재(151)의 재질로서 이용될 수 있을 것이다.
이러한 화염 억제 부재(151)는 단순한 홀이 복수 개로 형성된 판의 형태로 형성될 수도 있고, 예컨대 메쉬(mesh)나 강철솜 등과 같은 다공성 구조로 형성될 수도 있다.
절연 부재(152)는 절연성 소재로 이루어져, 화염 억제 부재(151)가 전극 조립체(110) 및 캡 조립체(140)와 접하여 단락되는 현상을 더욱 방지하기 위해, 화염 억제 부재(151)의 적어도 일부를 덮도록 결합될 수 있다.
예컨대 절연 부재(152)는 도 2에 도시된 바와 같이 절연 부재(152)는 화염 억제 부재(151) 중 전극 조립체(110)와 가까운 하면 및 캡 플레이트(130)와 가까운 상면을 덮도록 결합될 수 있다. 이 경우 전체적인 탑 인슐레이터(150)는 절연 부재(152)를 성형하기 위한 금형의 내부에 미리 형성된 화염 억제 부재(151)를 삽입한 후 절연 부재(152)를 사출하는 방식, 이른바 인서트 사출 성형을 통해 제작될 수 있다. 다만 이는 탑 인슐레이터(150)를 제작하기 위한 단순한 예시에 불과하며, 그밖에 다른 방식으로 제작될 수도 있다. 예컨대 탑 인슐레이터(150)는 상부 절연 부재, 화염 억제 부재 및 하부 절연 부재를 순서대로 적층하여 형성될 수도 있고, 미리 완성된 절연 부재의 내부에 화염 억제 부재를 삽입함으로써 형성될 수도 있다.
또는 다른 예로서 도 4에 도시된 바와 같이 화염 억제 부재(151)의 하면을 덮도록 결합될 수도 있다. 또 다른 예로서 도 5에 도시된 바와 같이 화염 억제 부재(151)의 상면을 덮도록 결합될 수도 있다. 이러한 화염 억제 부재(151)와 절연 부재(152)가 서로 결합되는 형태, 접촉되는 면적 등은 이차 전지(100)의 개별적인 내부 구조에 따라 달라질 수 있다.
한편 절연 부재(152)에는 가스가 통과하기 위한 가스 홀(152a)이 관통하여 형성된다. 이때 가스 홀(152a)은 화염 억제 부재(151)의 공극과 적어도 부분적으로 연통한다. 따라서 이차 전지(100)의 내부에서 발생한 가스가 화염 억제 부재(151)의 공극 및 절연 부재(152)의 가스 홀(152a)을 통해, 탑 인슐레이터(150)를 관통하여 지나갈 수 있다. 이러한 가스 홀(152a)은 가스가 화염 억제 부재(151)의 공극을 통과한 후 절연 부재(152)에 의해 차단되지 않도록, 즉 가스가 원활하게 배출될 수 있도록, 적어도 화염 억제 부재(151)의 공극보다는 크게 형성될 것이다.
또한 가스 홀(152a)은 가스가 더 효율적으로 배출될 수 있도록, 전극 조립체(110)가 배치된 측으로부터 캡 플레이트(130)가 배치된 측으로 향하는 방향과 나란한 방향으로 형성될 수 있다. 만약 이차 전지(100)의 통상적인 사용 상태가 도 2에 도시된 바와 같다면 상기 홀은 절연 부재(152)를 연직 방향으로 관통하도록 형성될 수 있다.
또한 가스 홀(152a)은 복수 개로 형성되어 서로 이격되도록 배열될 수 있다. 예컨대 각 가스 홀(152a)은 도 3에 도시된 바와 같이 직사각형의 단축을 따라 연장되도록 형성되어, 그 직사각형의 장축을 따라 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
또는 다른 예로서 도 6에 도시된 바와 같이 직사각형의 장축을 따라 연장되도록 형성되어, 그 직사각형의 단축을 따라 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
물론 또 다른 예로서 가스 홀(152a)은 도 7에 도시된 바와 같이 직사각형의 단축과 장축을 따라 서로 이격되도록 배열될 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 직사각형의 단축이나 장축에 대해 어긋나게 서로 이격되도록 배열될 수도 있다.
이처럼 가스 홀(152a)의 폭, 길이, 개수 및 간격은 이차 전지(100)의 개별적인 설계 조건에 따라 얼마든지 달라질 수 있으므로, 여기서 더 구체적으로 특정하지는 않기로 한다.
한편 절연 부재(152)에는 제1 집전 판(121)과 제2 집전 판(122)이 각각 관통하여 지나가기 위한 제1 관통 홀(152b)과 제2 관통 홀(152c)이 더 형성될 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 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 이차 전지
110: 전극 조립체
121: 제1 집전 판
122: 제2 집전 판
130: 케이스
140: 캡 조립체
150: 탑 인슐레이터
151: 화염 억제 부재
152: 절연 부재
110: 전극 조립체
121: 제1 집전 판
122: 제2 집전 판
130: 케이스
140: 캡 조립체
150: 탑 인슐레이터
151: 화염 억제 부재
152: 절연 부재
Claims (14)
- 전극 조립체,
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스,
상기 케이스에 결합되어 밀봉하는 캡 플레이트,
절연성 소재로 이루어져, 상기 전극 조립체와 상기 캡 플레이트 사이에 설치되며, 유체가 관통하여 지나가기 위한 홀이 형성되는 절연 부재 및
상기 절연 부재와 결합되며, 상기 절연 부재의 홀보다 작은 공극이 복수 개로 형성되되, 상기 절연 부재의 홀과 상기 공극이 적어도 부분적으로 연통하도록 형성되는 화염 억제 부재를 포함하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 화염 억제 부재 중 상기 전극 조립체에 가까운 일면의 적어도 일부를 덮도록 결합되는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 화염 억제 부재 중 상기 캡 플레이트에 가까운 일면의 적어도 일부를 덮도록 결합되는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 화염 억제 부재 중 상기 전극 조립체에 가까운 일면의 적어도 일부 및 상기 캡 플레이트에 가까운 타면의 적어도 일부를 덮도록 결합되는 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 절연 부재와 상기 화염 억제 부재는 인서트 사출 성형으로 함께 제작되는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 절연 부재의 홀은 복수 개로 형성되어 서로 이격되도록 배열되는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 절연 부재는 실질적인 직사각형 또는 타원형으로 형성되고,
상기 절연 부재의 각 홀은 그 단축 방향을 따라 연장되도록 형성되어, 그 장축 방향을 따라 서로 이격되도록 배열되는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 절연 부재는 실질적인 직사각형 또는 타원형으로 형성되고,
상기 절연 부재의 각 홀은 그 장축 방향을 따라 연장되도록 형성되어, 그 단축 방향을 따라 서로 이격되도록 배열되는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 절연 부재는 실질적인 직사각형 또는 타원형으로 형성되고,
상기 절연 부재의 각 홀은 그 단축 방향 및 장축 방향을 따라 서로 이격되도록 배열되는 이차 전지. - 제6항에 있어서,
상기 절연 부재는 실질적인 직사각형 또는 타원형으로 형성되고,
상기 절연 부재의 각 홀은 그 단축 방향 또는 장축 방향 중 적어도 어느 하나의 방향에 대해 어긋나게 서로 이격되도록 배열되는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 절연 부재의 홀은 상기 전극 조립체가 배치된 일측으로부터 상기 캡 플레이트가 배치된 타측으로 향하는 방향과 실질적으로 나란한 방향으로 관통하도록 형성되는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 화염 억제 부재는 내열성 소재로 이루어지는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 화염 억제 부재는 스테인레스강 또는 폴리페닐렌설파이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소재로 이루어지는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 화염 억제 부재는 메쉬 형태로 제작되는 이차 전지.
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