KR20190093300A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부 단락 시 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 캡 조립체는 캡 업과, 상기 캡 업의 하부에 설치되는 안전 벤트와, 상기 안전 벤트의 하부에 설치되며 관통홀과 가스 배출공이 형성된 캡 다운과, 상기 안전 벤트와 상기 캡 다운 사이에 설치된 인슐레이터와, 상기 캡 다운에 하부에 설치된 서브 플레이트 및 상기 안전 벤트와 상기 서브 플레이트를 전기적으로 연결하는 솔더 부재를 포함하며, 상기 안전 벤트와 상기 서브 플레이트는 솔더링에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지를 개시한다.
일례로, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 캡 조립체는 캡 업과, 상기 캡 업의 하부에 설치되는 안전 벤트와, 상기 안전 벤트의 하부에 설치되며 관통홀과 가스 배출공이 형성된 캡 다운과, 상기 안전 벤트와 상기 캡 다운 사이에 설치된 인슐레이터와, 상기 캡 다운에 하부에 설치된 서브 플레이트 및 상기 안전 벤트와 상기 서브 플레이트를 전기적으로 연결하는 솔더 부재를 포함하며, 상기 안전 벤트와 상기 서브 플레이트는 솔더링에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지를 개시한다.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 원통형 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 케이스와, 케이스의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 케이스의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어진다. 또한, 캡 조립체에는 이차 전지에 이상 현상이 발생한 경우 전류를 차단할 수 있는 CID(Current Interrupt Device)가 형성되어 있다.
예를 들어, 이차 전지에서 과충전이 일어나면 전해질이 분해되면서 이산화탄소나 일산화탄소 등의 가스를 방출하고, 이에 따라 전지의 내압이 상승하게 된다. 이때 캡 조립체의 CID가 작동하여 전류를 차단함으로써, 이차 전지가 발화 또는 폭발하는 것을 방지한다. 그러나, 외부 단락 발생 시 전류 및 부품 열 발생 시간은 빠르지만 내압이 상승하는 속도가 상대적으로 느려 CID가 작동하기에 충분하지 않거나, 부품 손상으로 밀폐가 해지되어 CID가 작동하지 않는 문제가 있다.
본 발명은 외부 단락 시 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 캡 조립체는 캡 업과, 상기 캡 업의 하부에 설치되는 안전 벤트와, 상기 안전 벤트의 하부에 설치되며 관통홀과 가스 배출공이 형성된 캡 다운과, 상기 안전 벤트와 상기 캡 다운 사이에 설치된 인슐레이터와, 상기 캡 다운에 하부에 설치된 서브 플레이트 및 상기 안전 벤트와 상기 서브 플레이트를 전기적으로 연결하는 솔더 부재를 포함하며, 상기 안전 벤트와 상기 서브 플레이트는 솔더링에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 안전 벤트는 상기 캡 업의 가장자리에 밀착되게 설치된 고정부와, 상기 고정부의 내측에 위치하며 하부 방향으로 돌출된 변형부를 포함하고, 상기 변형부는 상기 고정부로부터 연장되며 노치가 형성된 제 1 영역; 상기 제 1 영역의 내측에 위치하고, 내부에 중심홀이 형성되며 하부 방향으로 돌출된 결합부를 갖는 제 2 영역을 포함할 수 있다.
상기 서브 플레이트는 상기 캡 다운의 관통홀과 대응되는 위치에 형성된 수용홈을 포함하고, 상기 결합부와 상기 솔더 부재는 상기 수용홈에 수용될 수 있다.
상기 수용홈은 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 결합부의 끝단에는 상기 안전 벤트의 외측을 향해 절곡된 후크가 형성될 수 있다.
상기 후크의 직경은 상기 수용홈의 상단부의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 제 2 영역에는 다수의 결합홀이 형성되고, 상기 솔더 부재는 상기 결합홀에 주입될 수 있다.
상기 솔더 부재의 용융점은 200℃ 내지 300℃ 일 수 있다.
상기 이차 전지에서 외부 단락이 발생하면, 상기 솔더 부재가 용융되고 상기 안전 벤트가 상부로 볼록하게 변형되어, 상기 안전 벤트가 상기 서브 플레이트로부터 분리될 수 있다.
상기 이차 전지의 내압이 상기 안전 벤트의 작동 압력 이상이면, 상기 솔더 부재가 용융되고 상기 안전 벤트가 상부로 볼록하게 변형되어, 상기 안전 벤트가 상기 서브 플레이트로부터 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 안전 벤트가 솔더링을 통해 서브 플레이트와 전기적으로 연결되고, 외부 단락 시 솔더 부재가 용융되어 안전 벤트가 서브 플레이트로부터 분리됨으써, 이차 전지에 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전극 조립체의 발열을 미연에 방지함으로써, 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 캡 조립체를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 벤트를 도시한 단면도이다.
도 4는 안전 벤트가 작동된 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 안전 벤트가 작동된 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 벤트를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 캡 조립체를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 벤트를 도시한 단면도이다.
도 4는 안전 벤트가 작동된 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 안전 벤트가 작동된 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 벤트를 도시한 단면도이다.
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" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
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)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 캡 조립체를 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 벤트를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(120), 캡 조립체(130) 및 가스켓(190)을 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 제 1 전극(111)과 제 2 전극(112) 및 상기 제 1 전극(111)과 제 2 전극(112) 사이에 개재된 세퍼레이터(113)를 포함한다. 상기 전극 조립체(110)는 상기 제 1 전극(111), 세퍼레이터(113) 및 제 2 전극(112)의 적층제를 젤리-롤 형태로 권취하여 형성할 수 있다. 여기서, 제 1 전극(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극(112)은 음극으로서 작용할 수 있다. 상기 전극 조립체(110)의 상부에는 제 1 전극탭(114)이 상기 캡 조립체(130)와 연결되고, 하부에는 제 2 전극탭(115)이 상기 케이스(120)의 하면판(122)에 연결된다.
상기 제 1 전극(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 상기 제 1 전극(111)에는 제 1 전극 활물질이 도포되지 않은 제 1 전극 무지부가 형성되며, 상기 제 1 전극 무지부에는 제 1 전극탭(114)이 부착된다. 상기 제 1 전극탭(114)의 일단은 제 1 전극(111)에 전기적으로 연결되며, 타단은 전극 조립체(110)의 상부로 돌출되어 캡 조립체(130)와 전기적으로 연결된다.
상기 제 2 전극(112)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 상기 제 2 전극(112)에는 제 2 전극 활물질이 도포되지 않은 제 2 전극 무지부가 형성되며, 상기 제 2 전극 무지부에는 제 2 전극탭(115)이 부착된다. 상기 제 2 전극탭(115)의 일단은 제 2 전극(112)에 전기적으로 연결되며, 타단은 전극 조립체(110)의 하부로 돌출되어 케이스(120)의 하면판(122)과 전기적으로 연결된다.
상기 세퍼레이터(113)는 제 1 전극(111)과 제 2 전극(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
상기 케이스(120)는 상기 전극 조립체(110)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(121)과, 측면판(121)의 하부를 밀폐하는 하면판(122)을 포함한다. 상기 케이스(120)의 상단 개구부는 전극 조립체(110)를 삽입한 후에 밀폐하도록 개방되어 있다. 또한, 상기 케이스(120)의 상부에는 전극 조립체(110)의 유동을 방지하기 위한 비딩부(123)가 형성된다. 그리고 상기 케이스(120)의 최상단부에는 캡 조립체(130)를 고정하기 위한 크림핑부(124)가 형성된다.
상기 캡 조립체(130)는 캡 업(Cap-up)(140), 안전 벤트(Safety Vent)(150), 캡 다운(Cap-down)(160), 서브 플레이트(170) 및 솔더 부재(180)를 포함한다.
상기 캡 업(140)은 상부가 볼록하게 형성되어 외부 회로와 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 상기 캡 업(140)은 상기 케이스(120)의 내부에서 발생되는 가스가 배출될 수 있는 경로를 제공하는 가스 배출공(141)이 형성되어 있다. 상기 캡 업(140)은 상기 전극 조립체(110)와 전기적으로 연결되며 상기 전극 조립체(110)에서 발생되는 전류를 외부 회로로 전달한다.
상기 안전 벤트(150)는 캡 업(140)과 대응되는 원형의 판체로 형성되며, 캡 업(140)의 하부에 설치된다. 상기 안전 벤트(150)는 외측에 위치한 고정부(151)와, 상기 고정부(151)의 내측에 위치하며 하부 방향으로 돌출된 변형부(152)를 포함한다. 상기 고정부(151)는 캡 업(140)에서 상부로 돌출된 부분을 제외한 나머지 부분, 즉, 캡 업(140)의 가장자리에 밀착되게 설치된다. 또한, 상기 고정부(151)의 가장자리는 캡 업(140)의 가장자리를 감싸며 캡 업(140)의 상부로 연장되게 형성된다. 따라서, 안전 벤트(150)는 고정부(151)에 의해 캡 업(140)에 고정될 수 있다.
상기 변형부(152)는 외측에 위치한 제 1 영역(153)과, 상기 제 1 영역(153)의 내측에 위치한 제 2 영역(154)을 포함한다. 상기 변형부(152)는 솔더링(soldering)에 의해 서브 플레이트(170)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 변형부(152)는 이차 전지(100)에 이상 현상이 발생한 경우 변형되어 안전성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 제 1 영역(153)은 상기 고정부(151)로부터 연장되며, 고정부(151)의 내측에서 하부 방향으로 돌출되게 형성된다. 제 1 영역(153)은 고정부(151)와 제 2 영역(154) 사이에 위치한다. 또한, 상기 제 1 영역(153)에는 안전 벤트(150)의 파단을 안내하는 노치(153a)가 형성된다. 일례로, 상기 안전 벤트(150)는 케이스(120)의 내압이 안전 벤트(150)의 작동 압력 이상이 되면, 캡 다운(160)의 가스 배출공(161)을 통해 배출되는 가스에 의해 변형부(152)가 상부로 상승하면서, 서브 플레이트(170)와 전기적으로 분리된다. 또한, 상기 안전 벤트(150)는 케이스(120)의 내압이 안전 벤트(150)의 작동 압력보다 높은 파단 압력 이상이 되면 상기 노치(153a)가 파단되어 이차 전지(100)의 폭발을 방지할 수 있다. 이러한 안전 벤트(150)는 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
상기 제 2 영역(154)은 상기 제 1 영역(153)으로부터 연장되며, 제 1 영역(153)의 내측에서 하부 방향으로 돌출되게 형성된다. 상기 제 2 영역(154)의 중심에는 제 2 영역(154)으로부터 하부 방향으로 돌출된 결합부(155)가 형성되고, 상기 결합부(155)의 중심에는 중심홀(155a)이 형성된다. 즉, 상기 결합부(155)는 내부가 비어있는 원통형으로 형성된다. 또한, 상기 중심홀(155a)은 솔더 부재(180)가 용융될 때 솔더 부재(180)가 상부로 상승할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 더불어, 결합부(155)의 끝단에는 안전 벤트(150)의 외측을 향해 절곡된 후크(155b)가 형성된다. 이러한 후크(155b)는 안전 벤트(150)와 후술되는 서브 플레이트(170) 사이의 결합력을 향상시키는 역할을 한다. 결합부(155)는 솔더 부재(180)를 통해 서브 플레이트(170)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 영역(154)의 일부가 서브 플레이트(170)에 접촉되어, 안전 벤트(150)와 서브 플레이트(170)가 전기적으로 접속될 수 있다. 그러나, 제 2 영역(154)과 서브 플레이트(170)가 접촉하는 부분에는 접촉 저항의 영향에 의해 전류가 흐르기 어렵고, 실질적으로 전류는 솔더 부재(180)를 통하여 안전 벤트(150)와 서브 플레이트(170) 사이에 흐르게 된다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 영역(154’)은 서브 플레이트(170)에 접촉되지 않을 수 있다. 제 2 영역(154’)이 서브 플레이트(170)에 접촉하지 않더라도, 안전 벤트(150)는 솔더 부재(180)를 통해 서브 플레이트(170)와 전기적으로 연결될 수 있다.
더불어, 상기 결합부(155)를 서브 플레이트(170)에 전기적으로 연결할 때, 제 2 영역(154)을 가압한 상태에서 솔더링 통해 결합시킬 수 있다. 따라서, 외부 단락 등에 의해 이차 전지(100)에 큰 전류가 흐를 경우, 발생된 열에 의해 솔더 부재(180)가 용융되고, 제 2 영역(154)은 탄성 회복에 따라 상부로 반전되어 서브 플레이트(170)와 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 캡 다운(Cap-down)(160)은 원형의 판체로 형성되며, 안전 벤트(150)의 하부에 설치된다. 상기 캡 다운(160)의 중앙에는 관통홀(161)이 형성되며, 상기 관통홀(161)에는 상기 안전 벤트(150)의 제 2 영역(154)이 관통한다. 또한, 상기 캡 다운(160)의 일측에는 가스 배출공(162)이 형성된다. 상기 가스 배출공(162)은 상기 케이스(120)의 내부에서 과도한 내압 발생시 내부 가스를 배출시키는 역할을 한다. 이때, 상기 가스 배출공(162)을 통해 배출되는 가스에 의해 안전 벤트(150)의 변형부(152)가 상승되어, 안전 벤트(150)는 서브 플레이트(180)와 분리될 수 있다. 더불어, 캡 다운(160)과 안전 벤트(150) 사이에는 인슐레이터(165)가 형성되며, 상기 인슐레이터(165)는 캡 다운(160)과 안전 벤트(150) 사이를 절연시킨다. 상기 인슐레이터(165)는 안전 벤트(150)의 고정부(151)의 하부에 설치되며, 대략 링 형태로 형성된다. 상기 인슐레이터(165)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 서브 플레이트(170)는 상기 캡 다운(160)의 하부에 설치된다. 구체적으로, 상기 서브 플레이트(170)는 캡 다운(160)의 관통홀(161)을 커버하면서 캡 다운(160)의 하부에 결합된다. 상기 서브 플레이트(170)는 중앙에 형성된 수용홈(171)을 포함한다. 상기 수용홈(171)에는 안전 벤트(150)의 결합부(155)가 수용되고, 수용홈(171)의 내부는 솔더 부재(180)에 의해 채워지게 된다. 상기 수용홈(171)은 상단부의 직경(D1)이 하단부의 직경(D2)보다 작게 형성된다. 다시 말해, 상기 수용홈(171)은 상부에서 하부로 갈수록 직경이 넓어지는 형태로 형성된다. 또한, 상기 수용홈(171)의 상단부의 직경(D1)은 상기 후크(155b)의 직경(D3)보다는 크게 형성된다. 이는, 외부 단락 등에 의해 수용홈(171)에 주입된 솔더 부재(180)가 용융될 때, 안전 벤트(150)의 후크(155b)가 수용홈(171)에 걸리지 않고 서브 플레이트(170)로부터 분리될 수 있도록 해야 하기 때문이다. 상기 서브 플레이트(170)는 솔더 부재(180)에 의해 안전 벤트(150)와 전기적으로 연결된다. 또한, 서브 플레이트(170)의 하부에는 제 1 접극탭(114)이 전기적으로 결합된다. 즉, 서브 플레이트(170)는 제 1 전극탭(114)과 안전 벤트(150)를 전기적으로 접속시킬 수 있다.
상기 솔더 부재(180)는 상기 서브 플레이트(170)의 수용홈(171)에 수용되며, 솔더링을 통해 안전 벤트(150)의 결합부(155)와 서브 플레이트(170)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 여기서, 솔더링은 솔더 부재(180)에 열을 가하여 용융 시키고 용융된 상태의 솔더 부재(180)를 수용홈(171)의 내부에 주입하고, 이를 경화시킴으로써 안전 벤트(150)와 서브 플레이트(170)를 결합시키는 것을 말한다.
또한, 솔더 부재(180)는 결합부(155)의 후크(155b)를 감싸도록 형성되며, 후크(155b)는 안전 벤트(150)가 솔더 부재(180)로부터 쉽게 분리되는 것을 방지할 수 있다. 안전 벤트(150)는 알루미늄(Al)으로 이루어지고 솔더 부재(180)는 주석(Sn)을 주성분으로 하므로, 안전 벤트(150)와 솔더 부재(180) 사이의 결합력은 상대적으로 약한 편이다. 예를 들어, 결합부에 후크가 형성되어 있지 않으면, 솔더 부재가 경화된 상태라도 물리적인 힘에 의해 안전 벤트가 솔더 부재로부터 분리될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 후크(155b)가 솔더 부재(180)를 걸어서 붙잡고 있으므로, 안전 벤트(150)가 솔더 부재(180)로부터 쉽게 분리되지 않는다.
상기 솔더 부재(180)는 Sn-Pb, Sn-Pb-Ag, Sn-Pb-Bi, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Bi, Sn-Ag-Cu, Sn-Ag-Bi, Sn-Zn 및 그 등가물중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 솔더 부재(180)의 용융점은 대략 200 내지 300 ℃ 일 수 있다. 이와 같이, 상기 솔더 부재(180)의 용융점은 상대적으로 낮으므로, 외부 단락 또는 과충전 등에 의해 이차 전지(100)에 열이 발생한 경우 쉽게 용융 가능하다. 따라서, 솔더링에 의해 의해 결합된 안전 벤트(150)와 서브 플레이트(170)는 서로 쉽게 분리되어 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 가스켓(190)은 케이스(120)의 상단 개구부에 설치된다. 즉, 상기 가스켓(190)은 캡 업(140)의 외주연과 안전 벤트(150)의 외주연 및 케이스(120)의 상단 개구부 사이에 밀착되어 조립된다. 이러한 가스켓(190)은 상기 케이스(120)에서 캡 조립체(130)가 분리되는 것을 방지할 수 있다. 상기 가스켓(190)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 안전 벤트가 작동하는 방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 4는 안전 벤트가 작동된 일 실시예를 도시한 단면도이다. 도 5는 안전 벤트가 작동된 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 이차 전지(100)에서 외부 단락이 발생한 경우에 안전 벤트(150)가 작동한 상태를 나타내고 있다. 외부 단락이 발생하면 이차 전지(100)에 순간적으로 고전류가 흐르고 열이 발생된다. 이러한 열에 의해 솔더 부재(180)가 용융되고 안전 벤트(150)의 제 2 영역(154)이 상부로 반전되어, 안전 벤트(150)가 서브 플레이트(170)로부터 전기적으로 분리된다. 이와 같이, 본 발명은 외부 단락 시 솔더 부재(180)가 용융되어 안전 벤트(150)를 서브 플레이트(170)로부터 분리시킴으로써, 이차 전지(100)에 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 따라서, 전극 조립체(110)의 발열을 미연에 방지함으로써, 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 이차 전지(100)에서 과충전이 발생한 경우에 안전 벤트(150)가 작동한 상태를 나타내고 있다. 과충전이 발생하면 전극 조립체(110) 내부에서 가스가 발생하여 내압이 상승하고 온도가 서서히 올라가게 된다. 발생된 가스는 캡 다운(160)의 가스 배출공(162)을 관통하여 안전 벤트(150)의 변형부(152), 특히 제 1 영역(153)을 밀어 올리게 된다. 이때, 내부 온도 상승에 따라 솔더 부재(180)가 용융된 상태이므로, 변형부(152)의 제 2 영역(154)도 제 1 영역(153)과 함께 상부로 볼록하게 변형되어, 안전 벤트(150)가 서브 플레이트(160)로부터 전기적으로 분리된다. 이와 같이, 본 발명은 과충전 시 발생된 열과 가스에 의해 솔더 부재(180)가 용융되고 안전 벤트(150)가 서브 플레이트(160)로부터 분리됨으로써, 이차 전지(100)에 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 따라서, 전극 조립체(110)의 내압 상승에 따른 폭발을 방지하여, 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 벤트를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 안전 벤트(250)는 외측에 위치한 고정부(251)와, 상기 고정부(251)의 내측에 위치하며 하부 방향으로 돌출된 변형부(252)를 포함한다. 상기 고정부(251)는 캡 업(140)에서 상부로 돌출된 부분을 제외한 나머지 부분, 즉, 캡 업(140)의 가장자리에 밀착되게 설치된다. 또한, 상기 고정부(251)의 가장자리는 캡 업(140)의 가장자리를 감싸며 캡 업(140)의 상부로 연장되게 형성된다. 따라서, 상기 고정부(251)에 의해 안전 벤트(250)는 캡 업(140)에 고정될 수 있다.
상기 변형부(252)는 외측에 위치한 제 1 영역(253)과, 상기 제 1 영역(253)의 내측에 위치한 제 2 영역(254)을 포함한다. 상기 변형부(252)는 솔더링에 의해 서브 플레이트(170)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 변형부(252)는 이차 전지에 이상 현상이 발생한 경우 변형되어 이차 전지의 폭발을 방지하는 역할을 한다.
상기 제 1 영역(253)은 상기 고정부(251)로부터 연장되며, 고정부(251)의 내측에서 하부 방향으로 돌출되게 형성된다. 제 1 영역(253)은 고정부(251)와 제 2 영역(254) 사이에 위치한다. 또한, 상기 제 1 영역(253)에는 안전 벤트(250)의 파단을 안내하는 노치(253a)가 형성된다. 일례로, 상기 안전 벤트(250)는 케이스(120)의 내압이 안전 벤트(250)의 작동 압력 이상이 되면, 캡 다운(160)의 가스 배출공(162)을 통해 배출되는 가스에 의해 변형부(252)가 상부로 상승하면서, 서브 플레이트(170)와 전기적으로 분리된다. 또한, 상기 안전 벤트(250)는 케이스(120)의 내압이 안전 벤트(250)의 작동 압력보다 높은 파단 압력 이상이 되면 상기 노치(253a)가 파단되어 이차 전지의 폭발을 방지할 수 있다. 이러한 안전 벤트(250)는 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
상기 제 2 영역(254)은 상기 제 1 영역(253)으로부터 연장되며, 제 1 영역(253)의 내측에서 하부 방향으로 돌출되게 형성된다. 상기 제 2 영역(254)의 중심에는 제 2 영역(254)으로부터 하부 방향으로 돌출된 결합부(255)가 형성되고, 상기 결합부(255)의 중심에는 중심홀(255a)이 형성된다. 즉, 상기 결합부(255)는 내부가 비어있는 원통형으로 형성된다. 상기 결합부(255)는 솔더 부재(180)를 통해 서브 플레이트(170)와 전기적으로 연결될 수 있다. 더불어, 제 2 영역(254)에는 다수의 결합홀(255b)이 형성된다. 이러한 결합홀(255b)은 안전 벤트(250)와 서브 플레이트(170) 사이의 결합력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 결합부(255)를 서브 플레이트(170)에 솔더링할 때, 솔더 부재(180)는 결합홀(255b)의 내부에도 주입되어 경화된다. 따라서, 결합홀(255b)을 관통하는 솔더 부재(180)가 제 2 영역(254)을 붙잡고 있으므로, 안전 벤트(250)가 솔더 부재(180)로부터 쉽게 분리되지 않는다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 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: 이차 전지
110: 전극 조립체
120: 케이스 130: 캡 조립체
140: 캡 업 150: 안전 벤트
151: 고정부 152: 변형부
153: 제 1 영역 154: 제 2 영역
155: 결합부 155a: 중심홀
155b: 후크 160: 캡 다운
165: 인슐레이터 170: 서브 플레이트
180: 솔더 부재 190: 가스켓
120: 케이스 130: 캡 조립체
140: 캡 업 150: 안전 벤트
151: 고정부 152: 변형부
153: 제 1 영역 154: 제 2 영역
155: 결합부 155a: 중심홀
155b: 후크 160: 캡 다운
165: 인슐레이터 170: 서브 플레이트
180: 솔더 부재 190: 가스켓
Claims (10)
- 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고,
상기 캡 조립체는 캡 업과, 상기 캡 업의 하부에 설치되는 안전 벤트와, 상기 안전 벤트의 하부에 설치되며 관통홀과 가스 배출공이 형성된 캡 다운과, 상기 안전 벤트와 상기 캡 다운 사이에 설치된 인슐레이터와, 상기 캡 다운에 하부에 설치된 서브 플레이트 및 상기 안전 벤트와 상기 서브 플레이트를 전기적으로 연결하는 솔더 부재를 포함하며,
상기 안전 벤트와 상기 서브 플레이트는 솔더링에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 안전 벤트는 상기 캡 업의 가장자리에 밀착되게 설치된 고정부와, 상기 고정부의 내측에 위치하며 하부 방향으로 돌출된 변형부를 포함하고,
상기 변형부는 상기 고정부로부터 연장되며 노치가 형성된 제 1 영역;
상기 제 1 영역의 내측에 위치하고, 내부에 중심홀이 형성되며 하부 방향으로 돌출된 결합부를 갖는 제 2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 서브 플레이트는 상기 캡 다운의 관통홀과 대응되는 위치에 형성된 수용홈을 포함하고,
상기 결합부와 상기 솔더 부재는 상기 수용홈에 수용되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 수용홈은 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 결합부의 끝단에는 상기 안전 벤트의 외측을 향해 절곡된 후크가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 후크의 직경은 상기 수용홈의 상단부의 직경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 영역에는 다수의 결합홀이 형성되고, 상기 솔더 부재는 상기 결합홀에 주입된 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 솔더 부재의 용융점은 200℃ 내지 300℃인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 이차 전지에서 외부 단락이 발생하면, 상기 솔더 부재가 용융되고 상기 안전 벤트가 상부로 볼록하게 변형되어, 상기 안전 벤트가 상기 서브 플레이트로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 이차 전지의 내압이 상기 안전 벤트의 작동 압력 이상이면, 상기 솔더 부재가 용융되고 상기 안전 벤트가 상부로 볼록하게 변형되어, 상기 안전 벤트가 상기 서브 플레이트로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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