KR20180044795A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 안정성을 확보하면서도 부품수 및 공수를 줄일 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 내부에 공간을 구비하는 케이스; 상기 케이스에 삽입되고 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판의 사이에 형성된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 케이스를 밀봉하고 상기 전극조립체의 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며, 일 영역에 안전 벤트가 구비된 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트의 상부에 형성되는 상부 절연부재; 상기 상부 절연부재의 상부에 형성되고, 일단으로부터 연장된 커넥터를 통해 상기 안전 벤트와 전기적으로 연결된 서브 단자 플레이트; 및 상기 상부 절연부재의 상부와 접촉하여 결합되고 상기 서브 단자 플레이트와 결합된 단자 플레이트를 포함하는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명은 안정성을 확보하면서도 부품수 및 공수를 줄일 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
예를 들면, 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 및 전극 조립체를 캡 플레이트의 외부로 인출하는 전극단자를 포함한다.
최근 들어, 이차 전지의 안정성이 중시되고 있으며, 이에 따라 전지의 내부에서 가스의 생성으로 인해 폭발 위험성이 있는 경우, 일정 압력 이전에 캡 플레이트가 먼저 개방되도록 하는 안전 벤트와 같은 구성들이 개발되고 있다.
본 발명은 안정성을 확보하면서도 부품수 및 공수를 줄일 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 내부에 공간을 구비하는 케이스; 상기 케이스에 삽입되고 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판의 사이에 형성된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 케이스를 밀봉하고 상기 전극조립체의 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며, 일 영역에 안전 벤트가 구비된 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트의 상부에 형성되는 상부 절연부재; 상기 상부 절연부재의 상부에 형성되고, 일단으로부터 연장된 커넥터를 통해 상기 안전 벤트와 전기적으로 연결된 서브 단자 플레이트; 및 상기 상부 절연부재의 상부와 접촉하여 결합되고 상기 서브 단자 플레이트와 결합된 단자 플레이트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 상부 절연부재가 상기 캡 플레이트 및 단자 플레이트와 결합되는 계면 중 적어도 하나에 접착부재가 형성될 수 있다.
그리고 상기 단자 플레이트는 상기 상부 절연부재를 통해 상기 캡 플레이트와 전기적으로 독립될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트는 상기 상부 절연부재에 대응되는 영역에 요철 패턴을 구비하고, 상기 상부 절연부재는 상기 요철 패턴에 대응되는 돌기 또는 홈을 통해 상기 캡 플레이트와 맞물려 결합될 수 있다.
또한, 상기 상부 절연부재와 캡 플레이트의 접촉 계면에는 접착부재가 형성될 수 있다.
또한, 상기 단자 플레이트는 상기 상부 절연부재의 돌기 또는 홈에 대응되는 영역에 돌기 또는 홈을 구비하여, 상기 단자 플레이트 및 상부 절연부재는 맞물려 결합될 수 있다.
또한, 상기 단자 플레이트 및 상부 절연부재의 접촉 계면에는 접착부재가 형성될 수 있다.
또한, 상기 단자 플레이트는 적어도 일 영역에서 상기 서브 단자 플레이트의 두께에 대응되는 높이의 홈을 통해 상기 서브 단자 플레이트를 수용하여 결합될 수 있다.
또한, 적어도 일 영역에서 상기 전극 조립체의 제 1 전극판과 결합되고, 상기 캡 플레이트의 하면에 결합되어, 상기 제 1 전극판과 상기 캡 플레이트를 연결하는 집전 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 집전 플레이트는 상기 캡 플레이트의 하면에 대해 용접을 통해 결합될 수 있다.
또한, 상기 서브 단자 플레이트는 상기 단자 플레이트 및 안전 벤트에 용접을 통해 결합될 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 접착 부재를 통해 캡 플레이트, 제 1 상부 절연 플레이트 및 제 1 단자 플레이트를 결합함으로써, 별도의 체결 부재가 없이도 체결 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 하여, 전극 단자의 구성을 단순화할 수 있고, 용접 공정을 줄여 제조 공정 및 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 분해사시도이다.
도 4는 도 3의 B 부분 확대도이다.
도 5는 도 2의 C 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 안전 벤트가 개방된 상태를 도시한 부분 확대도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 3은 도 1의 A-A선 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 분해사시도이다. 도 4는 도 3의 B 부분 확대도이다. 도 5는 도 4의 C 부분 확대도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 케이스(110), 전극 조립체(120), 제 1 절연 플레이트(130), 집전 플레이트(140), 체결 플레이트(150), 하부 절연부재(160), 제 2 절연 플레이트(170), 캡 플레이트(180), 상부 절연부재(190), 단자 플레이트(200) 및 서브 단자 플레이트(220)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(110)는 상기 케이스(110)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(120)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 상기 케이스(110)가 상기 캡 플레이트(130)와 접하는 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분이다.
상기 케이스(110)의 내면은 기본적으로 절연 처리되어, 내부에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라, 상기 전극 조립체의 일 전극이 상기 캡 플레이트(180)를 통해 상기 케이스(110)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이 경우에도 케이스(110) 내부의 절연 처리에 의해 내부적인 전기적 단락은 방지된다.
상기 전극 조립체(120)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판, 세퍼레이터 및 제 2 전극판의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판은 양극으로서 동작할 수 있으며, 제 2 전극판은 음극으로서 동작할 수 있다. 물론, 당업자의 선택에 따라 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판은 서로 극성을 달리하여 배치될 수도 있다.
상기 제 1 전극판은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 1 전극 무지부를 포함한다. 상기 제 1 전극 무지부는 제 1 전극판과 외부 간의 전류 흐름의 통로를 제공한다. 한편, 상기 제 1 전극판의 재질로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제 1 전극판의 무지부는 제 1 전극 탭(121)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 전극 탭(121)은 다수개로 구비되어 상기 제 1 전극 무지부로부터 돌출되도록 형성되며, 상기 제 1 전극 탭(121)은 상기 제 1 전극판이 권취되거나 스택될 때 일정한 위치에서 형성되어 중첩될 수 있도록 형성된 멀티 탭 구조를 형성한다. 이를 위해, 상기 제 1 전극판은 다수의 제 1 전극 탭(121)들을 기설정된 거리로 이격시켜서 배치한 상태에서 권취될 수 있다. 상기 제 1 전극 탭(121)은 상기 제 1 전극판에 일체로 형성된 구조를 갖고, 권취된 제 1 전극판 각각으로부터 인출되기 때문에 상기 전극 조립체(120)로부터의 집전 효율을 높일 수 있는 장점을 갖는다. 다만, 상기 제 1 전극 탭(121)은 당업자의 선택에 따라 상기 제 1 전극판과 별도의 부재인 리드 탭을 통해 형성되는 것도 가능하다.
상기 제 2 전극판은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않는 영역인 제 2 전극 무지부를 포함한다.
또한, 상기 제 2 전극판의 무지부로부터 상기 제 1 전극 탭(121)과 대응되도록 제 2 전극 탭(122)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극 탭(122) 역시 상기 제 2 전극판에 이격된 다수개로 배열된 상태에서, 상기 제 2 전극판을 권취하거나 스택함으로써 형성될 수 있다. 다만, 상기 제 2 전극 탭(122) 역시 당업자의 선택에 따라 상기 제 2 전극판과 별도의 부재인 리드 탭을 통해 형성되는 것도 가능하다.
상기 세퍼레이터는 제 1 전극판과 제 2 전극판의 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 수행한다. 상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 세퍼레이터의 재질로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극 조립체(120) 전해액과 함께 상기 케이스(110)에 수납된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다. 상기 제 1 전극 탭(121) 및 제 2 전극 탭(122)은 상기 집전 플레이트(140)와 전기적으로 연결된다.
상기 제 1 절연 플레이트(130)는 상기 집전 플레이트(140)와 전극 조립체(120)의 사이에 위치한다. 상기 제 1 절연 플레이트(130)는 상기 전극 조립체(120)를 보호하며, 특히 상기 캡 플레이트(180)가 내부로 변형되는 경우 상기 전극 조립체(120)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 절연 플레이트(130)는 상기 케이스(110)의 내부에서 상기 전극 조립체(120)의 위치를 고정시키고, 전기적으로 상기 캡 플레이트(180)와 독립시킬 수 있다. 또한, 별도로 도시하지는 않았지만, 상기 절연 플레이트(130) 외에도 상기 집전 플레이트(140)의 상부에 추가적인 제 2 절연 플레이트(170)가 더 형성되어 절연성을 높이는 것도 가능하다.
상기 제 1 절연 플레이트(130)는 플레이트의 기본 형상으로부터 상부로 돌출된 적어도 하나의 돌기(131, 132)를 포함한다. 상기 돌기(131, 132)는 상기 집전 플레이트(140) 및 제 2 절연 플레이트(170)와 결합되어, 체결력을 높일 수 있다.
또한, 상기 제 1 절연 플레이트(130)는 상기 캡 플레이트(180)의 안전 벤트(181)에 대응되는 위치에 형성된 홀(133)을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 케이스(110)의 내부에서 생성된 가스들은 상기 홀(133)을 통해 상기 캡 플레이트(180)의 안전 벤트(181)까지 도달할 수 있고, 상기 안전 벤트(181)는 정해진 설정 압력에서 반전 동작을 수행할 수 있게 된다.
이러한 상기 제 1 절연 플레이트(130)는 통상의 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌과 같은 재질로 형성될 수 있으나, 본 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 집전 플레이트(140)는 상기 제 1 절연 플레이트(130)의 상부에 형성되고, 상기 전극 조립체(120)의 제 1 및 제 2 전극 탭(121, 122)과 각각 연결된다. 상기 집전 플레이트(140)는 이를 위해 제 1 집전 플레이트(141)와 제 2 집전 플레이트(142)의 쌍으로 구비될 수 있다.
상기 제 1 집전 플레이트(141)는 상기 제 1 전극 탭(121)과 결합된다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 전극 탭(121)이 상기 제 1 절연 플레이트(130)의 측부로부터 돌출된 후 상기 제 1 집전 플레이트(141)의 양측을 감싸도록 절곡되며, 이 상태에서 용접과 같은 방식으로 결합될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 집전 플레이트(141)는 상기 제 1 전극 탭(121)과 전기적으로 연결되어, 예를 들어 양극의 극성을 가질 수 있다.
또한, 상기 제 1 집전 플레이트(141)는 양단에서 상기 캡 플레이트(180)의 하면에 용접을 통해 결합될 수 있다. 따라서, 상기 캡 플레이트(180) 및 이에 결합된 케이스(110)는 상기 제 1 집전 플레이트(141)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
이를 위해, 상기 제 1 집전 플레이트(141)는 서로 마주보는 양 가장자리에 상기 캡 플레이트(180)와 용접되기 위한 결합 영역(141a, 141b)을 포함하고, 상기 결합 영역(141a, 141b)의 사이에 형성된 플레이트 영역(141c)을 포함한다. 또한, 상기 결합 영역(141a, 141b)에는 상기 캡 플레이트(180)의 하면으로 돌출된 결합 돌기(180b)와 체결되기 위한 홀이 형성되어, 상기 캡 플레이트(180)의 결합 돌기(180b)와 결합 영역(141a, 141b)의 홀이 결합됨으로써, 상기 제 1 집전 플레이트(141)와 상기 캡 플레이트(180)은 정확한 위치에 결합된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 상기 플레이트 영역(141c) 중에서, 상기 캡 플레이트(180)의 안전 벤트(181)에 대응되는 영역에는 상기 케이스(110) 내부의 가스가 이동하기 위한 홀(141d)이 형성된다. 따라서, 상기 케이스(110)의 내부에서 생성된 가스는 상기 홀(141d)을 따라 상기 안전 벤트(181)까지 도달할 수 있기 때문에, 이차 전지(110)는 상기 케이스(110)의 내부 압력이 민감하게 반응할 수 있다.
상기 제 2 집전 플레이트(142)는 상기 전극 조립체(120)의 제 2 전극 탭(122)에 대응되는 영역에 형성된다. 상기 제 2 전극 탭(122) 역시 상기 제 1 절연 플레이트(130)의 측부로부터 돌출된 후 상기 제 2 집전 플레이트(142)의 양측을 감싸도록 절곡되며, 이 상태에서 용접과 같은 방식으로 결합될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 집전 플레이트(142)는 상기 제 2 전극 탭(122)과 전기적으로 연결되어, 예를 들어 음극의 극성을 가질 수 있다.
상기 체결 플레이트(150)는 상기 제 2 집전 플레이트(142)의 상부에 결합될 수 있다. 상기 체결 플레이트(150)는 상기 제 2 집전 플레이트(142)와 용접을 통해 결합될 수 있으며, 이에 다라 상기 제 2 집전 플레이트와 동일한 극성을 가질 수 있다. 상기 체결 플레이트(150)는 상부를 향해 돌출되며, 이후 상기 캡 플레이트(180)의 상부에 결합되는 단자 플레이트(200)와 결합될 수 있다.
상기 하부 절연부재(160)는 상기 제 1 절연 플레이트(130)와 캡 플레이트(180)의 사이에 형성된다. 특히, 상기 하부 절연부재(160)는 상기 캡 플레이트(180)의 단자홀(184)이 형성되는 위치에 대응하여 형성된다.
또한, 상기 하부 절연부재(160)는 상기 체결 플레이트(150)의 외주연을 감싸서 상기 캡 플레이트(180)에 대해 전기적으로 분리될 수 있도록 한다.
이러한 상기 하부 절연부재(160) 역시 상기 제 1 절연 플레이트(130)와 같이 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 재질로 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 하부 절연부재(160)의 내측에는 별도의 가스켓(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 상기 가스켓은 상기 하부 절연부재(160)와 더불어 상기 케이스(110) 내의 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 2 절연 플레이트(170)는 상기 제 2 집전 플레이트(142)와 캡 플레이트(180)의 사이에 형성된다. 상기 제 2 절연 플레이트(170)는 역시 상기 제 2 집전 플레이트(142)가 상기 캡 플레이트(180)에 접촉하는 것을 방지하여, 전기적 단락을 방지할 수 있다. 또한, 상기 제 2 절연 플레이트(170)는 상기 제 1 절연 플레이트(130)와 결합하여, 그 사이에 위치한 상기 제 2 집전 플레이트(142)의 위치를 고정시킨다. 이를 위해, 상기 제 2 절연 플레이트(170)는 상기 제 1 절연 플레이트(130)의 돌기(131, 132)에 대응되는 홈 또는 홀(171)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 절연 플레이트(170)는 상기 체결 플레이트(150)가 관통하기 위한 단자홀(172)을 더 포함한다. 따라서, 상기 체결 플레이트(150)는 상기 캡 플레이트(180)를 관통하도록 돌출되어 상기 단자 플레이트(200)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 캡 플레이트(180)는 판상으로 구비되어, 상기 케이스(110)의 개구를 밀봉하며, 상기 케이스(110)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(130)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(110)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(130)는 상기 제 1 집전 플레이트(141)를 통해 상기 제 1 전극 탭(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때 상기 캡 플레이트(130) 및 케이스(110)는 이와 동일한 제 1 극성을 갖게 된다.
특히, 상기 캡 플레이트(180)는 하부로 돌출된 결합 돌기(180b)를 통해 상기 제 1 집전 플레이트(141)의 제 1 영역(141a) 및 제 2 영역(141b)의 위치를 고정시킬 수 있고, 이 상태에서 용접이 수행되어 안정적인 물리적/전기적 결합이 유지될 수 있다.
상기 캡 플레이트(130)는 일측에서 타 영역에 비해 얇은 두께로 형성된 안전 벤트(181)를 포함한다. 상기 안전 벤트(181)는 상기 캡 플레이트(180)에 형성된 벤트홀(180a)의 단차에 결합된다. 또한, 상기 안전 벤트(181)는 대략 중앙의 접점 영역(181a)에서 상기 단자 플레이트(200) 중 제 1 단자 플레이트(201)로부터 연장된 서브 단자 플레이트(220)의 연결부(220a)와 결합되어 있다. 따라서, 상기 제 1 집전 플레이트(141)에 결합된 캡 플레이트(180)는 상기 서브 단자 플레이트(220)를 통해 최종적으로 상기 단자 플레이트(200)까지 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 상기 안전 벤트(181)는 대략 상기 케이스(110)를 향하는 방향으로 볼록하게(convex) 형성되어 있다. 따라서, 상기 케이스(110)의 내부의 압력이 기설정된 압력에 비해 높은 경우 상기 안전 벤트(181)가 반전되고, 반전되는 힘에 따라 상기 안전 벤트(181)가 상기 캡 플레이트(180)로부터 떨어져 나가게 된다.
따라서, 상기 안전 벤트(181)의 반전 동작시 상기 캡 플레이트(180)와 서브 단자 플레이트(220) 사이의 전기적 연결이 차단된다. 따라서, 상기 캡 플레이트(180)로부터 상기 서브 단자 플레이트(220) 및 제 1 단자 플레이트(201)에 대한 전기적 경로가 차단되므로, 상기 제 1 단자 플레이트(201)는 전기적으로 중성이 되어 충방전이 정지되며, 이에 따라 안전을 도모할 수 있다. 또한, 상기 안전 벤트(181)의 이탈을 통해 상기 캡 플레이트(180)가 개방된 것이기 때문에, 케이스(110) 내부의 압력이 높아지는 것을 방지하여, 이차 전지(10)가 폭발하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 캡 플레이트(180)는 적어도 일측에 전해액을 주입하기 위해 주입구(182)를 구비한다. 상기 주입구(182)를 통해 내부로 전해액이 주입되며, 그 이후 상기 주입구(182)는 주입 마개 볼(185) 및 마개(186)에 의해 밀봉된다.
또한, 상기 캡 플레이트는 일측에 형성된 요철 패턴(183)을 포함한다. 상기 요철 패턴(183)은 상대적으로 낮게 형성된 홈부(183a)와 상대적으로 높게 형성된 돌출부(183b)를 통해 구성된다. 여기서, 상기 홈부(183a)는 상기 캡 플레이트(180)의 두께 방향으로 형성된 홈을 통해 형성될 수 있으며, 상기 요철 패턴(183)은 상기 홈부(183a)와 철부(183b)의 반복을 통해 다수개의 동심원 형상으로 구성될 수 있다. 상기 요철 패턴(183)은 상기 상부 절연부재(190) 중에서 제 1 상부 절연부재(191)와의 체결력을 높이기 위한 것으로, 상기 제 1 상부 절연부재(191)에 형성된 돌기(191b)가 상기 요철 패턴(183)에 맞물리면서 결합되어 체결 면적을 높일 수 있다. 그리고 상기 캡 플레이트(180)의 요철 패턴(183)과 상기 제 1 절연부재(191)의 돌기(191b)의 계면에는 후술할 바와 같이 별도의 접착 부재(210)가 형성되어 체결된 상태를 유지할 수 있다.
한편, 상기 캡 플레이트(180)는 상기 일측과 대향되는 타측에 단자홀(184)이 형성된다. 따라서, 상기 단자 플레이트(200)의 제 2 단자 플레이트(202)가 상기 단자홀(184)을 통해 상기 체결 플레이트(150)에 결합될 수 있다. 따라서, 상기 단자홀(184)에 결합되는 제 2 단자 플레이트(202)는 체결 플레이트(150)와 동일한 극성, 예를 들어 음극을 갖게 된다.
상기 상부 절연부재(190)는 상기 캡 플레이트(180)의 요철 패턴(183) 및 단자홀(184)에 각각에 대응되어 형성된다. 상기 상부 절연부재(190)는 상기 요철 패턴(183)에 대응되는 제 1 상부 절연부재(191)와, 상기 단자홀(184)에 대응되는 제 2 상부 절연부재(192)를 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 상부 절연부재(191)는 상기 캡 플레이트(180)의 요철 패턴(183)에 대응되어 형성되고, 가장자리로부터 상부로 돌출된 격벽(191a)을 통해 영역을 구획하며, 그 격벽(191a)의 내부에 상기 제 1 단자 플레이트(201)를 수용한다. 따라서, 상기 제 1 상부 절연부재(191)는 상기 제 1 단자 플레이트(201)를 상기 캡 플레이트(180)로부터 전기적으로 독립시킬 수 있다.
상기 제 1 절연 부재(191)는 상하부로 돌출된 돌기 또는 홈(191b)을 포함할 수 있다. 상술한 것과 같이, 상기 돌기 또는 홈(191b)은 하부의 캡 플레이트(180)의 요철 패턴(183)과 대응되는 동심원 형상으로 구성되어 상기 요철 패턴(183)과 결합된다. 또한, 상기 돌기 또는 홈(191b)은 같은 방식으로 상부의 제 1 단자 플레이트(201)과 결합된다. 또한, 상기 제 1 절연 부재(191)가 상기 캡 플레이트(180)의 요철 패턴(183) 및 상기 제 1 단자 플레이트(201)과 접촉하는 계면에는 상술한 접착 부재(210)가 형성되어, 물리적 결합 관계를 유지할 수 있다.
상기 제 2 절연부재(192)는 상기 캡 플레이트(180)의 단자홀(184)에 대응되어 형성되고, 그 내부에 상기 단자 플레이트(200) 중 제 2 단자 플레이트(202)를 수용한다. 또한, 상기 제 2 절연부재(192)는 내부에 단자홀(192a)을 통해 상기 제 2 단자 플레이트(202)가 상기 체결 플레이트(150)에 결합되도록 하여, 양자가 전기적으로 결합되도록 할 수 있다.
상기 단자 플레이트(200)는 한 쌍으로 구비되며, 상기 캡 플레이트(180)의 요철 패턴(183)에 대응되는 제 1 단자 플레이트(201)와 단자홀(184)에 대응되는 제 2 단자 플레이트(202)를 포함하여 구성된다.
상기 제 1 단자 플레이트(201)는 상기 제 1 상부 절연부재(191)의 상부에 결합된다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 단자 플레이트(201)의 하부로 돌출된 돌기 또는 홈(201b)은 상기 제 1 상부 절연부재(191)의 돌기 또는 홈(191b)와 맞물리도록 형성된다. 따라서, 상기 제 1 단자 플레이트(201)의 돌기 또는 홈(201b)이 상기 제 1 상부 절연부재(191)의 돌기 또는 홈(191b)과 맞물려 결합됨으로써, 체결 면적을 넓힐 수 있다. 또한, 그 사이의 계면에는 상술한 접착부재(210)가 더 형성되어 양자 사이의 체결 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 단자 플레이트(201)는 상기 제 1 상부 절연부재(191)로 인해 상기 캡 플레이트(180)와는 직접적으로 접촉하지 않으며, 다만 상기 서브 단자 플레이트(220)를 통해 상기 캡 플레이트(180)의 안전 벤트(181)와 전기적으로 연결된 상태를 유지하게 된다.
또한, 상기 제 1 단자 플레이트(201)는 상부 일측에 형성된 홈(201a)을 통해 상기 서브 단자 플레이트(220)와 결합된다. 상기 홈(201a)의 높이는 대략 상기 서브 단자 플레이트(220)의 두께와 대응되도록 형성될 수 있으며, 상기 홈(201a)에서의 접촉 영역에 대해 용접을 수행하여, 상기 제 1 단자 플레이트(201)는 상기 서브 단자 플레이트(220)와 물리적/전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 2 단자 플레이트(202)는 상기 캡 플레이트(180)를 통해 노출되어 있는 체결 플레이트(150)과 연결된다. 따라서, 상기 제 2 단자 플레이트(202)는 상기 체결 플레이트(150)와 동일한 극성, 예를 들어 음극을 가질 수 있다. 또한, 이 경우, 상기 제 2 단자 플레이트(202) 및 체결 플레이트(150)와 상기 캡 플레이트(180)의 사이에는 상기 하부 절연부재(160) 및 제 2 상부 절연부재(192)가 위치하고 있기 때문에, 전기적 단락이 발생되지 않는다.
상기 접착부재(210)는 상기 제 1 상부 절연 플레이트(191)가 상기 캡 플레이트(180)의 요철 패턴(183) 및 상기 제 1 단자 플레이트(201)과 각각 결합되는 상하부 영역에 형성(210a, 210b)될 수 있다. 또한, 상기 구성들이 각각 결합되는 계면에는 상기 접착부재(210)가 형성될 일부 공간이 구비될 수 있다. 따라서, 상기 접착부재(210)를 사이에 게재하여 결합되어도, 상기 접착부재(210)는 상기 공간에 수용되어 외부로 유출되지 않을 수 있다.
상기 접착부재(210)는 통상의 접착제 페이스트일 수 있으며, 선택에 따라 접착 테이프의 형태로 구비되는 것도 가능하다. 상기 접착 부재(210)를 통해, 상기 제 1 상부 절연 플레이트(191)는 상기 캡 플레이트(180)의 요철 패턴(183) 및 상기 제 1 단자 플레이트(201)와 별도의 체결 부재가 없이도 체결 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 접착부재(210)의 구성을 통해, 상기 캡 플레이트(180), 제 1 상부 절연 플레이트(191) 및 상기 제 1 단자 플레이트(201)의 순차적 결합시 용접을 필요로 하지 않기 때문에, 전극 단자의 구성을 단순화할 수 있으며 제조 공정 및 비용을 줄일 수 있게 된다.
상기 서브 단자 플레이트(220)는 상기 제 1 단자 플레이트(201)와 제 1 상부 절연부재(191)의 사이에 형성된다. 상기 서브 단자 플레이트(220)는 상기 제 1 단자 플레이트(201)와 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 서브 단자 플레이트(220)는 상기 캡 플레이트(180)의 안전 벤트(181)를 향해 돌출된 커넥터(220a, 220b)를 포함한다.
여기서, 상기 커넥터(220a, 220b)는 상기 서브 단자 플레이트(220)가 상기 제 1 단자 플레이트(201)에 결합되는 단부(220c)와 일체로 형성되며, 따라서 별도의 부품이나 용접과 같은 결합 공정을 요하지 않는다. 또한, 커넥터(220a, 220b)를 갖는 서브 단자 플레이트(220)의 구조로서 상기 제 1 단자 플레이트(201)에 결합되어 있기 때문에, 상기 커넥터(220a, 220b)의 동작 신뢰성을 높일 수 있다.
상기 커넥터(220a, 220b)는 상기 안전 벤트(181)에 용접을 통해 고정되어 있다. 또한, 상기 커넥터(220, 220b)는 일정한 탄성 복원력이 인가되는 상태를 유지한다.
보다 구체적으로, 상기 커넥터(220a, 220b)는 상기 안전 벤트(181)의 접점 영역(181a)에 고정되는 접점 영역(220a), 상기 접점 영역(220a)에 대해 탄성 복원력을 인가하는 연장 영역(220b)을 포함한다. 상기 접점 영역(220a)은 용접에 의해 상기 안전 벤트(181)의 접점 영역(181a)과 결합될 수 있다. 또한, 상기 연장 영역(220b)은 구부러진 형태로 형성되어, 탄성 복원력을 가질 수 있으며, 다만 상기 접점 영역(220a)의 용접 결합에 의해 고정되어 있는 상태를 유지한다. 따라서, 후술할 바와 같이, 상기 안전 벤트(181)가 반전되어 상기 캡 플레이트(180)로부터 분리되면, 상기 연장 영역(220b)의 힘에 의해 상기 안전 벤트(181)가 들어올려져 전기적 연결을 차단하게 된다.
이하에서는 상기 안전 벤트(181)가 들어올려져서 개방되는 동작을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 안전 벤트가 개방된 상태를 도시한 부분 확대도이다.
도 5와 함께 도 6을 참조하면, 상기 케이스(110)의 내부 압력이 기설정된 압력 이상인 경우, 상기 안전 벤트(181)가 반전을 수행하게 된다. 또한, 반전에 의해 상기 안전 벤트(181)의 가장자리가 상기 캡 플레이트(180)로부터 파단되며, 이 때 상기 서브 단자 플레이트(220)의 커넥터 중 연장 영역(220b)의 탄성 복원력에 의해 상기 접점 영역(220a)에 결합된 상기 안전 벤트(181)가 들어올려지게 된다. 또한, 상기 안전 벤트(181)는 이러한 개방 상태를 계속 유지하게 되므로, 상기 케이스(110)의 내압이 증가하여도 이차 전지(10)가 폭발하는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 기존 안전 벤트(181)를 통해 상기 캡 플레이트(180)에 전기적으로 연결되어 있던 서브 단자 플레이트(220) 및 제 1 단자 플레이트(201)는 상기 안전 벤트(181)의 개방을 통해 그 연결이 끊어지게 된다. 따라서, 이차 전지(10)의 전기적 연결이 끊어지기 때문에 전기적으로도 안전을 도모할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 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.
10; 이차 전지 110; 케이스
120; 전극 조립체 130; 제 1 절연 플레이트
140; 집전 플레이트 150; 체결 플레이트
160; 하부 절연부재 170; 제 2 절연 플레이트
180; 캡 플레이트 183; 요철 패턴
190; 상부 절연부재 191; 제 1 상부 절연부재
192; 제 2 상부 절연부재 191a; 격벽
191b; 돌기 200; 단자 플레이트
201; 제 1 단자 플레이트 202; 제 2 단자 플레이트
201a; 홈 201b; 홈 또는 돌기
210; 접착부재 220; 서브 단자 플레이트

Claims (11)

  1. 내부에 공간을 구비하는 케이스;
    상기 케이스에 삽입되고 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판의 사이에 형성된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
    상기 케이스를 밀봉하고 상기 전극조립체의 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며, 일 영역에 안전 벤트가 구비된 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트의 상부에 형성되는 상부 절연부재;
    상기 상부 절연부재의 상부에 형성되고, 일단으로부터 연장된 커넥터를 통해 상기 안전 벤트와 전기적으로 연결된 서브 단자 플레이트; 및
    상기 상부 절연부재의 상부와 접촉하여 결합되고 상기 서브 단자 플레이트와 결합된 단자 플레이트를 포함하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 절연부재가 상기 캡 플레이트 및 단자 플레이트와 결합되는 계면 중 적어도 하나에 접착부재가 형성된 결합된 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자 플레이트는 상기 상부 절연부재를 통해 상기 캡 플레이트와 전기적으로 독립된 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 상기 상부 절연부재에 대응되는 영역에 요철 패턴을 구비하고, 상기 상부 절연부재는 상기 요철 패턴에 대응되는 돌기 또는 홈을 통해 상기 캡 플레이트와 맞물려 결합된 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 절연부재와 캡 플레이트의 접촉 계면에는 접착부재가 형성된 이차전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 단자 플레이트는 상기 상부 절연부재의 돌기 또는 홈에 대응되는 영역에 돌기 또는 홈을 구비하여, 상기 단자 플레이트 및 상부 절연부재는 맞물려 결합된 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단자 플레이트 및 상부 절연부재의 접촉 계면에는 접착부재가 형성된 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자 플레이트는 적어도 일 영역에서 상기 서브 단자 플레이트의 두께에 대응되는 높이의 홈을 통해 상기 서브 단자 플레이트를 수용하여 결합되는 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적어도 일 영역에서 상기 전극 조립체의 제 1 전극판과 결합되고, 상기 캡 플레이트의 하면에 결합되어, 상기 제 1 전극판과 상기 캡 플레이트를 연결하는 집전 플레이트를 더 포함하는 이차전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 집전 플레이트는 상기 캡 플레이트의 하면에 대해 용접을 통해 결합된 이차전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 단자 플레이트는 상기 단자 플레이트 및 안전 벤트에 용접을 통해 결합되는 이차전지.
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