KR20180088202A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 전극 조립체를 감싸는 절연 케이스, 절연 케이스를 내장하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되고 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 캡 플레이트를 포함하고, 절연 케이스는 상기 전극 조립체와 상기 캡플레이트 사이에 위치하는 제1 소 케이스와 상기 제1 소 케이스를 사이에 두고 반대편에 위치하며 전극 조립체를 감싸는 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스를 포함하고, 제1 소 케이스는 상기 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스보다 내열 온도가 높은 물질을 포함한다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 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 직렬 또는 병렬로 연결되어 고출력 대용량의 전지 모듈로 구성된다.
또한, 하나의 전지 모듈은 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지들로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.
통상 이차 전지는 케이스와 케이스에 용접된 캡 플레이트로 이루어지는 바, 캡 플레이트를 케이스에 용접하는 과정에서 용접 열이 이차 전지 내부로 전달되어, 전지 내부의 젤리롤 시트가 찢어지거나 수축되어 절연이 파괴될 수 있다. 이처럼 절연이 파괴되면 단자와 캔, 캡플레이트와 단자 사이와 같이 절연이 필요한 부분에서 전기적 단락이 발생한다.
본 발명은 캡 플레이트 용접시에 열로 인해서 이차 전지 내부가 손상되어 단락 등이 발생하지 않는 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 전극 조립체를 감싸는 절연 케이스, 절연 케이스를 내장하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되고 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 캡 플레이트를 포함하고, 절연 케이스는 상기 전극 조립체와 상기 캡플레이트 사이에 위치하는 제1 소 케이스와 상기 제1 소 케이스를 사이에 두고 반대편에 위치하며 전극 조립체를 감싸는 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스를 포함하고, 제1 소 케이스는 상기 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스보다 내열 온도가 높은 물질을 포함한다.
상기 제1 소 케이스의 가장자리는 상기 제2 소 케이스 및 상기 제3 소 케이스의 가장자리와 중첩할 수 있다.
상기 제1 소 케이스는 폴리 이미드로 이루어지고, 제2 소 케이스는 폴리 프로필렌으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 소 케이스의 두께는 25㎛ 내지 75㎛일 수 있다.
상기 제1 소 케이스는 상기 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스와 하나의 부재로 이루어지는 하부막, 하부막과 중첩하며 상기 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스보다 내열 온도가 높은 물질로 이루어지는 상부막을 포함할 수 있다.
상기 제1 소 케이스는 폴리 이미드로 이루어지고, 제2 소 케이스는 폴리 프로필렌으로 이루어질 수 있다.
상기 하부막, 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스의 두께는 75㎛ 내지 1,150㎛일 수 있다.
상기 전극 조립체는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이를 절연하는 세퍼레이터를 포함하고, 제1 소 케이스는 상기 제1 전극의 제1 전극 무지부와 상기 제2 전극의 제2 전극 무지부가 각각 관통하는 단자 구멍을 가질 수 있다.
상기 제1 소 케이스는 상기 단자 구멍 사이에 위치하며, 상기 캡 플레이트의 벤트 구멍 및 전해액 주입구와 대응하는 위치에 형성되어 있는 내부 벤트 구멍 및 내부 주입구를 가질 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 제2 소 케이스에 수용되는 제1 전극 조립체, 상기 제3 소 케이스에 수용되는 제2 전극 조립체를 포함할 수 있다.
상기 제2 소 케이스의 단부에 형성되어 있는 제1 플랜지, 상기 제3 소 케이스의 단부에 형성되어 있는 제2 플랜지를 더 포함하고, 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스는 상기 제1 플랜지의 제1 면과 상기 제2 플랜지의 제2 면이 서로 마주하도록 절곡하여 상기 전극 조립체를 감쌀 수 있다.
상기 제1 플랜지의 제1 면과 상기 제2 플랜지의 제2 면은 서로 접촉하여 결합하고, 제1 플랜지와 상기 제2 플랜지는 케이스를 향해서 돌출될 수 있다.
본 발명에서와 같이 내열 특성이 우수한 물질로 절연 케이스로 전극 조립체를 감싸면, 캡 플레이트 용접시에 발생되는 열로 인해서 내부 절연이 파괴되지 않아 단락이 발생하지 않는 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 -Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 -Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체와 집전 부재의 결합도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체와 절연 케이스의 개략적인 사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 절연 케이스의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 케이스의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 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, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 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. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 -Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이며, 도 3은 도 1의 -Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지(1000)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 세퍼레이터(123)를 개재하여 권취된 전극 조립체(120), 전극 조립체(120)를 내장하는 케이스(27), 전극 조립체(120)를 감싸며 케이스에 수용되어 있는 절연 케이스(800) 및 케이스(27)의 개구에 결합된 캡 조립체(30)를 포함한다.
이차 전지(1000)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 제안되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
케이스(27)에 수용되는 전극 조립체(120)는 적어도 하나 이상일 수 있으며, 이하에서는 한 쌍의 전극 조립체(120)를 예로 설명한다. 이하에서는, 한 쌍의 전극 조립체(120)는 각각 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)라 한다.
도 4 및 도 5를 참조하여 전극 조립체에 대해서 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체의 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체와 집전 부재의 결합도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 전극 조립체(120a) 및 제2 전극 조립체(120)는 각각 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 세퍼레이터(123)를 개재한 상태에서 권회축을 중심으로 권취한 후 납작하게 가압될 수 있다. 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 금속 포일(foil)로 형성되는 박판에 활물질이 도포된 영역인 전극 활성부(21a, 22a)와 활물질이 도포되지 않는 영역인 전극 무지부(21b, 22b)를 포함한다.
예를 들어, 제1 전극(121)은 양극 일 수 있으며, 제2 전극(122)은 음극일 수 있다.
제1 전극 활성부(21a)는 알루미늄과 같은 금속 포일에 전이 금속 산화물 등의 활물질을 도포함으로써 형성하고, 제2 전극 활성부(22a)는 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일에 흑연 또는 탄소 등의 활물질을 도포함으로써 형성할 수 있다.
제1 전극 무지부(21b)와 제2 전극 무지부(22b)는 각각 제1 전극 활성부(21a) 및 제2 전극 활성부(22a)의 일변을 따라 일정한 간격을 두고 형성될 수 있으며, 상기 일변으로부터 캡 조립체(30, 도 2 참조)를 향하여 나란하게 돌출되어 있다.
제1 전극 무지부(21b)와 제2 전극 무지부(22b)는 금속 포일로부터 돌출되도록 절단하여 형성하므로, 각각 제1 전극 활성부(22a) 및 제2 전극 활성부(22b)의 금속 포일과 일체로 형성될 수 있다.
제1 전극 무지부(21b)와 제2 전극 무지부(22b)는 서로 다른 극성으로 거리를 두고 이격 배치된다.
또한, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 권취하거나 겹쳐서 형성되므로, 제1 전극 무지부(21b) 및 제2 전극 무지부(22b)는 복수의 박막이 겹쳐져서 형성될 수 있다. 이처럼 복수의 박막이 겹쳐서 형성될 경우, 전류 이동을 용이하게 하기 위해서 초음파 용접으로 박막과 박막이 접촉하도록 연결될 수 있다.
세퍼레이터(123)는 제1 전극 활성부(21a)와 제2 전극 활성부(22a) 사이에 위치하며, 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 예를 들어 폴리 에틸렌(polyethylene), 폴리 프로필렌(polypropylene) 또는 이들의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
전극 조립체(120)에 포함된 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)는 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)에서 같은 극성의 전극 무지부는 집전 부재(141, 142)에 의해서 전기적으로 연결된다. 즉, 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)의 제1 전극 무지부(21b)는 제1 집전 부재(141)에 의해서 전기적으로 연결되고, 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)의 제2 전극 무지부(22b)는 제2 집전 부재(142)에 의해서 전기적으로 연결된다.
이때, 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)의 제1 전극 무지부(21b)는 서로 마주보는 방향으로 절곡되고, 제1 전극 조립체(120a)와 제2 전극 조립체(120b)의 제2 전극 무지부(22b)는 서로 마주보는 방향으로 절곡되어 있다. 따라서, 각각의 전극 무지부(21b, 22b)는 전극 활성부의 금속 포일과 연결되어 캡 조립체 방향으로 돌출된 제1 무지부(21b1, 22b1), 제1 무지부로부터 연장되며 집전 부재(141, 142)와 접촉하는 일면을 가지는 제2 무지부(21b2, 22b2)를 가질 수 있다.
제1 집전 부재(141)의 일면(상대적으로 캡플레이트와 가까운 면)과 제2 무지부(21b2)의 일면(상대적으로 집전체와 가까운 면)이 접촉하여 전기적으로 연결되고, 제2 집전 부재(142)의 일면(상대적으로 캡플레이트와 가까운 면)과 제2 무지부(22b2)의 일면(상대적으로 집전체와 가까운 면)이 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 집전 부재(141)와 제2 집전 부재(142)는 동일한 형상을 가질 수 있다.
제1 집전 부재(141)와 제2 집전 부재(142)는 각각 제1 단자 구멍(8)과 퓨즈 구멍(7)을 가질 수 있다.
제1 단자 구멍(8)은 연결 단자(50, 도 2 참조)가 삽입되는 부위로, 연결 단자(50)의 횡단면과 동일한 형상, 예를 들어 원형일 수 있다. 연결 단자(50)는 캡 조립체(30) 밖의 제1 단자(52, 도 2 참조) 및 제2 단자(54, 도 2 참조)와 각각 연결되어 전류를 이동시킨다.
퓨즈 구멍(7)은 제1 집전 부재(141) 및 제2 집전 부재(142)의 일부분이 제거된 것으로, 퓨즈 구멍(7) 주위의 폭이 다른 부분의 폭보다 좁아 퓨즈가 형성된다. 퓨즈는 이차 전지의 이상 반응으로 인한 과전류가 흐를 경우 용이하게 끊어져 전류 흐름을 차단한다.
다시 도 1 내지 3을 참조하면, 전극 조립체(120)는 절연 케이스(800)로 감싸진 후 케이스(27)에 삽입될 수 있다. 전극 조립체(120)는 실질적으로 전해액과 함께 케이스(27)에 수납된다. 전해액은 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디에틸 카보네이트(DEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 디메틸 카보네이트 (DMC)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
도 6 내지 도 8과 기 설명한 도 2를 참조하여 절연 케이스에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체와 절연 케이스의 개략적인 사시도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 절연 케이스의 사시도이다.
도 2, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 절연 케이스(800)는 무지부 구멍(91)을 구비하여, 무지부 구멍(91)을 통하여 내부에 수용된 전극 조립체(120)의 제1 전극 무지부(21b) 및 제2 전극 무지부(22b)를 각각 절연 케이스(800)의 외부로 인출할 수 있다.
절연 케이스(800)는 수용된 전극 조립체(120)를 케이스(27)와 전기적으로 절연시키면서, 무지부 구멍(91)을 통하여 인출되는 제1 전극 무지부(21b)와 제2 전극 무지부(22b)는 각각 제1 집전 부재(141) 및 제2 집전 부재(142)와 전기적으로 연결된다.
절연 케이스(800)는 전극 조립체(120)를 감싸도록 절곡될 수 있다. 절연 케이스(800)는 절연 물질로 사출 성형 후 전극 조립체(120)의 외곽을 감싸도록 절곡될 수 있으며, 접는선(도시하지 않음) 또는 노치(도시하지 않음) 등을 형성하여 용이하게 절곡될 수 있도록 한다. 접는선은 다른 부분에 비해서 상대적으로 두께가 얇게 형성될 수 있다.
절연 케이스(800)는 전극 조립체(120)의 상면과 대응하는 제1 소 케이스(81), 제1 소 케이스(81)를 중심으로 반대편에 각각 연결되어 있는 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83)를 포함한다.
제1 소 케이스(81)는 전극 조립체(120)의 상면에 위치하며, 캡 플레이트(31)와 대응하도록 위치한다. 따라서, 제1 소 케이스(81)는 제1 전극 무지부(21b) 및 제2 전극 무지부(22b)가 관통하는 한 쌍의 무지부 구멍(91)과 캡 플레이트의 벤트 구멍(4) 및 주입구(3)와 대응하는 내부 벤트 구멍(92) 및 내부 주입구(93)을 가진다.
내부 벤트 구멍(92)은 캡 플레이트(31)에 구비되는 벤트구멍(4)에 대응하여 형성되므로, 전극 조립체(120)에서 발생되는 가스에 의하여 상승되는 내부 압력을 벤트 구멍(4)으로 전달하여 배출할 수 있게 한다.
내부 주입구(93)는 캡 플레이트(31)에 구비되는 전해액 주입구(3)에 대응하여, 전해액 주입구(3)를 통하여 주입되는 전해액을 절연 케이스(800)의 내부로 주입될 수 있게 한다.
제1 소 케이스(81)는 하부막(81a), 하부막(81a) 위에 위치하는 상부 막(81b)으로 이루어질 수 있다. 하부막(81a)은 전극 조립체(120)와 인접하게 위치하며, 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83) 사이를 연결할 수 있다.
따라서, 하부막(81a), 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83)는 하나의 부재로 이루어질 수 있다. 하부막(81a), 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83)의 두께는 75㎛ 내지 1,150㎛일 수 있다.
상부막(81b)은 캡 플레이트(31) 용접시 전달되는 열로부터 절연 케이스가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로, 하부막(81a), 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83)보다 내열 온도가 높은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부막(81a), 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리페닐렌 설파이드(poly phenylene sulfide, PPS) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 등으로 이루어지고, 상부 막(81b)은 폴리 이미드(polyimide, PI)로 이루어질 수 있다.
제2 소 케이스(82)와 제3 소 케이스(83)는 절연 케이스(800)의 상면을 제외하고 전극 조립체의 광폭측벽, 협폭측벽 및 바닥을 감싸도록 오목한 수용부(S1, S2)를 가진다. 제2 소 케이스(82)의 수용부(S1)와 제3 소 케이스(83)의 수용부(S2)는 동일한 크기로 형성하여 각각 제1 전극 조립체(120a) 및 제2 전극 조립체(120b)가 수용되는 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 소 케이스(82)와 제3 소 케이스(83)가 결합되어, 내부에 형성되는 공간에 전극 조립체(120) 전체가 수용될 수 있으면 제2 소 케이스(82)의 수용부(S1)와 제3 소 케이스(83)의 수용부(S2)의 크기는 다르게 형성될 수 있다.
제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83)는 각각의 단부를 따라 형성되어 있는 플랜지부(8a, 8b)를 포함할 수 있으며, 각각의 플랜지부(8a, 8b)는 결합되어 돌출 날개(80)를 형성할 수 있다.
제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83)가 마주하도록 절곡하여, 전극 조립체(120)를 감싸면 제2 소 케이스(82)의 플랜지부(8a) 및 제3 소 케이스(83)의 플랜지부(8b)의 일면이 서로 마주한다. 이후, 제2 소 케이스(82)의 플랜지부(8a) 및 제3 소 케이스(83)의 플랜지부(8b)를 마주한 상태에서 부착하면, 전극 조립체(120)의 협폭 측벽의 일면에 대해서 수직한 방향 또는 케이스(27)의 바닥에 대해서 수직한 방향으로 돌출 날개(80)가 형성될 수 있다.
이때, 돌출 날개(80)는 케이스(27)와 전극 조립체(120) 사이의 간격을 유지하며, 외부 충격 및 하중을 흡수 하므로 전극 조립체(120)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 케이스(27)와 전극 조립체(120) 사이의 간격에 따라 플랜지부(8a, 8b)의 폭을 선택할 수 있다.
다시, 도 1 내지 3을 참조하면, 케이스(27)는 대략 직육면체로 이루어지며, 일면에는 개방된 개구가 형성된다. 케이스(27)는 전극 조립체(120)를 포함하는 절연 케이스(800)를 수용한다. 케이스(27)는 이차 전지의 외관을 형성하고 이차 전지에 기계적 강도를 제공하며, 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
캡 조립체(30)는 케이스(27)의 개구를 덮는 캡 플레이트(31)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며, 제1 전극(121)과 전기적으로 연결된 제1 단자(52)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며 제2 전극(122)과 전기적으로 연결된 제2 단자(54)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 일방향으로 이어진 길쭉한 판 형태로 이루어지며, 케이스(27)의 개구에 결합된다. 캡 플레이트(31)는 케이스(27)와 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 레이저 용접 방식으로 케이스(27)에 결합될 수 있다. 따라서 캡 플레이트(31)는 케이스(27)와 동일한 극성을 가질 수 있다.
캡 플레이트(31)는 전해액 주입구(3), 벤트 구멍(4) 및 제2 단자 구멍(5)이 형성되어 있다. 전해액 주입구(3)는 전해액을 주입하기 위한 구멍으로, 밀봉 마개(38)가 설치되어 있고, 제2 단자 구멍(5)에는 연결 단자(50)가 삽입되어 있다. 그리고 벤트 구멍(4)에는 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(2)가 형성된 벤트 플레이트(39)가 설치되어 있다.
제1 단자(52) 및 제2 단자(54)는 각각 연결 단자(50)에 결합되며, 캡 플레이트(31) 위에 위치한다.
제1 단자(52)는 제1 집전부재(141)를 매개로 제1 전극(121)과 전기적으로 연결되며, 제2 단자(54)는 제2 집전부재(142)를 매개로 제2 전극(122)과 전기적으로 연결된다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 단자(52)가 제2 전극(122)과 전기적으로 연결되고, 제2 단자(54)가 제1 전극(121)과 전기적으로 연결될 수도 있다.
제1 단자(52)는 직사각형의 판 형상으로 이루어진다. 제1 단자(52)는 제1 단자(52)에 형성된 제3 단자 구멍(9)뿐 아니라, 제1 단자 구멍(8) 및 제2 단자 구멍(5)에 삽입되어 제1 집전 부재(141)와 접합된 연결 단자(50)를 매개로 제1 전극(121)과 전기적으로 연결된다.
이때, 연결 단자(50)는 기둥 형상으로 이루어지며 상단은 제3 단자 구멍(9)에 끼워진 상태에서 용접으로 제1 단자(52)에 고정된다. 또한 연결 단자(50)의 하단은 제1 단자 구멍(8)에 끼워진 상태로 제1 집전부재(141)에 용접으로 고정된다. 따라서 제1 전극(121)은 제1 집전부재(141) 및 연결 단자(50)를 통해서 제1 단자(52)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 단자 구멍(5)에는 실링 가스킷(63)이 설치되며, 실링 가스킷(63)은 연결 단자(50)와 캡 플레이트(31) 사이를 절연 및 밀봉시킨다.
제2 단자(54)도 제1 단자(52)와 같이 제1 내지 제3 단자 구멍(8, 5, 9)에 삽입된 연결 단자(50)와 제2 집전 부재(142)를 통해서 제2 전극(122)과 전기적으로 연결된다.
제1 단자(52)와 캡 플레이트(31) 사이에는 연결 부재(58)가 형성되어 있다. 따라서, 케이스(27) 및 캡 플레이트(31)는 연결 부재(58)를 통해서 제1 단자(52)와 전기적으로 연결되므로, 제1 전극(121)과 같은 극성으로 대전된다. 제2 단자(54)와 캡 플레이트(31) 사이에는 제1 절연 부재(61)가 형성되어 있으며, 제1 절연 부재(61)는 제2 단자(54)의 측벽을 감싸도록 형성될 수 있다.
따라서, 제2 단자(54)는 제1 절연 부재(61)에 의해서 캡 플레이트(31)와 절연된다.
제2 단자(54)는 캡 플레이트(31)에 형성된 단락 구멍(6)을 덮도록 일방향으로 길게 연장되어 형성된다. 제1 절연 부재(61)는 단락 구멍(6)과 대응하는 절개부를 포함하며, 제2 단자(54)의 하부에는 절개부를 통해서 단락 구멍(6)을 향하여 돌출된 단락 돌기(41)가 형성되어 있다.
한편, 캡 플레이트(31)의 단락 구멍(36)에는 단락 구멍(6)의 측벽과 연결되어 있으며, 제1 전극(121)과 제2 전극(122)을 단락시키는 단락 부재(43)가 설치되어 있다.
단락 부재(43)는 전극 조립체(120)를 향해서 볼록한 호형으로 굴곡된 만곡부와 만곡부의 외측에 형성되며 단락 구멍(6)의 측벽에 고정된 테두리부를 포함한다.
이차 전지의 내부에서 이상 반응으로 가스가 발생하면, 이차 전지의 내부 압력이 상승한다. 이차 전지의 내부 압력이 기 설정된 압력보다 높아지면 만곡부가 제2 단자(54) 방향으로 볼록해지면서 제2 단자(54)의 단락 돌기(41)와 맞닿아 단락을 유발한다. 이처럼, 단락이 발생하면 더 이상의 전지 반응은 일어나지 않아, 내부 압력 상승으로 인한 폭발 등을 방지할 수 있다.
캡 플레이트(31)와 제1 집전 부재(141) 및 제2 집전 부재(142) 사이에는 각각 제2 절연 부재(62)가 형성되어 있다. 제1 집전 부재(141) 및 제2 집전 부재(142)와 전극 조립체(120) 사이에는 제3 절연 부재(도시하지 않음)가 형성되어, 절연뿐 아니라 제1 집전 부재(141) 및 제2 집전 부재(142)를 지지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 케이스의 사시도이다.
도 9의 절연 케이스(802)는 대부분 도 6 내지 도 8의 절연 케이스와 동일하므로 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 9에 도시한 절연 케이스(802)는 제1 소 케이스(81), 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83)를 포함하고, 제1 소 케이스(81), 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83)가 하나의 부재가 아니라 분리되어 있다.
따라서, 제1 소 케이스(81), 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83)는 서로 다른 물질로 이루어질 수 있으며, 제1 소 케이스(81)는 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83) 보다 내열 온도가 높은 물질로, 예를 들어 폴리 이미드(polyimide)로 이루어지고, 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스는 폴리 프로필렌(polypropylene)으로 이루어질 수 있다.
한편, 제1 소 케이스(81)의 가장자리와 제2 소 케이스(82)의 가장자리 및 제3 소 케이스(83)의 가장자리는 중첩할 수 있다. 제1 소 케이스(81)가 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83) 사이의 영역에 간극 없이 위치하는 것이 바람직하나, 정렬 오차가 발생하여 전극 조립체가 노출되는 것을 방지하기 위해서, 제1 소 케이스(81)의 가장자리가 제2 소 케이스(82)의 가장자리 및 제3 소 케이스(83)의 가장자리와 중첩하도록 형성한다.
도 5 내지 도 8에서와 같이 하부막(81a) 및 상부막(81b)을 포함하는 제1 소 케이스(81)를 형성하면 제1 소 케이스(81)의 두께가 증가할 수 있으나, 도 9에서와 같이 제1 소 케이스(81)를 하나의 부재로만 형성하면 부재의 두께가 증가하지 않아 캡 플레이트와 전극 조립체 사이에 위치하는 다른 부재의 공정 마진을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스의 두께는 75㎛ 내지 1,150㎛이나, 제1 소 케이스의 두께는 25㎛ 내지 75㎛이다.
이때, 제1 소 케이스(81)가 제2 소 케이스(82) 및 제3 소 케이스(83)와 중첩하는 가장자리는 전극 조립체의 상면이 아닌, 측면 둘레를 따라 위치하는 것이 바람직하다.
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.
2: 노치 3: 주입구
4: 벤트 구멍 8a, 8b: 플랜지부
21a, 22b: 전극 활성부 21b, 22b: 전극 무지부
21b1, 22b1: 제1 무지부 21b2, 22b2: 제2 무지부
27: 케이스 30: 캡 플레이트
36: 단락 구멍 38: 밀봉 마개
39: 벤트 플레이트 41: 단락 돌기
43: 단락 부재 50: 연결 단자
52: 제1 단자 54: 제2 단자
58: 연결 부재 61, 62: 절연 부재
63: 실링 가스킷 80: 돌출 날개
81, 82, 83: 소케이스 81a: 하부막
81b: 상부막
120, 120a, 120b: 전극 조립체
121: 제1 전극 122: 제2 전극
123: 세퍼레이터 141, 142: 집전 부재
800, 802: 절연 케이스
1000: 이차 전지

Claims (12)

  1. 전극 조립체,
    상기 전극 조립체를 감싸는 절연 케이스,
    상기 절연 케이스를 내장하는 케이스,
    상기 케이스의 개구에 결합되고 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 캡 플레이트
    를 포함하고,
    상기 절연 케이스는 상기 전극 조립체와 상기 캡플레이트 사이에 위치하는 제1 소 케이스와 상기 제1 소 케이스를 사이에 두고 반대편에 위치하며 상기 전극 조립체를 감싸는 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스를 포함하고,
    상기 제1 소 케이스는 상기 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스보다 내열 온도가 높은 물질을 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 소 케이스의 가장자리는 상기 제2 소 케이스 및 상기 제3 소 케이스의 가장자리와 중첩하는 이차 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 소 케이스는 폴리 이미드(poly imide)로 이루어지고,
    상기 제2 소 케이스는 폴리 프로필렌(poly propylene)으로 이루어지는 이차 전지.
  4. 제2항에서,
    상기 제1 소 케이스의 두께는 25㎛ 내지 75㎛인 이차 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 소 케이스는 상기 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스와 하나의 부재로 이루어지는 하부막,
    상기 하부막과 중첩하며 상기 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스보다 내열 온도가 높은 물질로 이루어지는 상부막을 포함하는 이차 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 소 케이스는 폴리이미드(polyimide)로 이루어지고,
    상기 제2 소 케이스는 폴리프로필렌(polypropylene)으로 이루어지는 이차 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 하부막, 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스의 두께는 75㎛ 내지 1,150㎛인 이차 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 전극 조립체는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이를 절연하는 세퍼레이터를 포함하고,
    상기 제1 소 케이스는 상기 제1 전극의 제1 전극 무지부와 상기 제2 전극의 제2 전극 무지부가 각각 관통하는 단자 구멍을 가지는 이차 전지.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 소 케이스는 상기 단자 구멍 사이에 위치하며, 상기 캡 플레이트의 벤트 구멍 및 전해액 주입구와 대응하는 위치에 형성되어 있는 내부 벤트 구멍 및 내부 주입구를 가지는 이차 전지.
  10. 제1항에서,
    상기 전극 조립체는 상기 제2 소 케이스에 수용되는 제1 전극 조립체, 상기 제3 소 케이스에 수용되는 제2 전극 조립체를 포함하는 이차 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 제2 소 케이스의 단부에 형성되어 있는 제1 플랜지, 상기 제3 소 케이스의 단부에 형성되어 있는 제2 플랜지
    를 더 포함하고,
    상기 제2 소 케이스 및 제3 소 케이스는 상기 제1 플랜지의 제1 면과 상기 제2 플랜지의 제2 면이 서로 마주하도록 절곡하여 상기 전극 조립체를 감싸는 이차 전지.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 플랜지의 제1 면과 상기 제2 플랜지의 제2 면은 서로 접촉하여 결합하고,
    상기 제1 플랜지와 상기 제2 플랜지는 상기 케이스를 향해서 돌출되어 있는 이차 전지.
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