KR20190110849A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 설정 전류까지 멤브레인의 단락 상태가 유지되도록 하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 제 1 극판 및 제 2 극판을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구부에 결합되고, 상기 제 1 극판과 전기적으로 연결된 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트를 관통하여 형성되고, 상기 제 2 극판과 전기적으로 연결된 단자 플레이트를 포함하는 전극 단자; 및 상기 캡 플레이트에 결합되어, 상기 케이스 내의 압력이 기준 압력 이상일 때 반전 동작을 수행하는 비대칭의 형상을 갖는 반전 플레이트를 포함하는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 제 1 극판 및 제 2 극판을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구부에 결합되고, 상기 제 1 극판과 전기적으로 연결된 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트를 관통하여 형성되고, 상기 제 2 극판과 전기적으로 연결된 단자 플레이트를 포함하는 전극 단자; 및 상기 캡 플레이트에 결합되어, 상기 케이스 내의 압력이 기준 압력 이상일 때 반전 동작을 수행하는 비대칭의 형상을 갖는 반전 플레이트를 포함하는 이차 전지가 개시된다.
Description
본 발명은 설정 전류까지 멤브레인의 단락 상태가 유지되도록 하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지가 실제로 전자기기 또는 차량에 탑재되었을 경우, 외부 환경에 의해 진동 또는 충격에 노출된다. 더불어, 이러한 진동 또는 충격이 반복적으로 가해지면 이차 전지 내부에 영향을 미치며 작동 불량의 원인이 된다. 따라서, 이차 전지에 가해지는 진동 또는 충격을 완화시키기 위한 구조가 필요하다.
본 발명은 설정 전류까지 멤브레인의 단락 상태가 유지되도록 하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 제 1 극판 및 제 2 극판을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구부에 결합되고, 상기 제 1 극판과 전기적으로 연결된 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트를 관통하여 형성되고, 상기 제 2 극판과 전기적으로 연결된 단자 플레이트를 포함하는 전극 단자; 및 상기 캡 플레이트에 결합되어, 상기 케이스 내의 압력이 기준 압력 이상일 때 반전 동작을 수행하는 비대칭의 형상을 갖는 반전 플레이트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 반전 플레이트는 폭에 비해 길이가 길게 형성될 수 있다.
그리고 상기 반전 플레이트의 길이는 상기 캡 플레이트의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다.
또한, 상기 반전 플레이트는 타원형의 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 반전 플레이트는 상기 단자 플레이트와 접촉시 길이 방향을 따라 선의 형태로 접촉할 수 있다.
또한, 상기 반전 플레이트는 상기 단자 플레이트와 접촉시 원 형태로 접촉할 수 있다.
또한, 상기 반전 플레이트는 상기 캡 플레이트의 단락홀에 결합되는 테두리부; 상기 테두리부로부터 하부로 볼록하게 형성되는 라운드부; 및 상기 라운드부터의 중앙 영역으로부터 상부로 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부의 평면 형상은 비대칭으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반전 플레이트는 상기 돌출부의 평면 형상이 직사각형을 기준으로 마주보는 양변에 대해 반원이 각각 결합된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반전 플레이트는 중심에서 길이 방향을 기준으로 대칭되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 반전 플레이트는 상기 돌출부의 중심에서 길이 방향을 따라 연장되는 접촉 영역을 통해 상기 단자 플레이트와 접촉할 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 반전 플레이트의 형상을 폭과 길이가 비대칭인 대략 타원형의 형상으로 구비함으로써, 반전 플레이트의 반전 동작시 단자 플레이트와의 접촉 면적을 증가시켜, 퓨즈 동작이 이루어지기까지 반전 동작에 따른 단락 전류가 일정 시간 이상으로 흐를 수 있도록 하여 동작의 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 단자 플레이트와 반전 플레이트의 결합 관계를 도시한 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 반전 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 6a는 도 5의 A-A'선 단면도이다.
도 6b는 도 5의 B-B'선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 반전 플레이트의 반전 이후 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7의 동작에 따라 반전 플레이트가 단자 플레이트와 접촉하는 영역을 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 반전 플레이트의 반전시 단락 플레이트와 접촉하는 영역을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 단자 플레이트와 반전 플레이트의 결합 관계를 도시한 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 반전 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 6a는 도 5의 A-A'선 단면도이다.
도 6b는 도 5의 B-B'선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 반전 플레이트의 반전 이후 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7의 동작에 따라 반전 플레이트가 단자 플레이트와 접촉하는 영역을 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 반전 플레이트의 반전시 단락 플레이트와 접촉하는 영역을 도시한 사시도이다.
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 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 단자 플레이트와 반전 플레이트의 결합 관계를 도시한 확대 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 반전 플레이트를 도시한 사시도이다. 도 6a는 도 5의 A-A'선 단면도이다. 도 6b는 도 5의 B-B'선 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 반전 플레이트의 반전 이후 상태를 도시한 단면도이다. 도 8은 도 7의 동작에 따라 반전 플레이트가 단자 플레이트와 접촉하는 영역을 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 전극 단자(120, 130), 케이스(140), 캡 조립체(150), 절연 플레이트(160), 집전 플레이트(170)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제 1 전극판, 세퍼레이터 및 제 2 전극판의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제 1 전극판은 음극으로서 동작할 수 있으며, 제 2 전극판은 양극으로서 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 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제 1 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 1 활물질이 도포되지 않는 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 집전탭(111)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 집전탭(111)은 다수개로 구비되어 상기 제 1 전극 무지부로부터 돌출되도록 형성된다. 상기 제 1 집전탭(111)은 상기 제 1 전극판이 권취될 때 일정한 위치에서 중첩되도록 형성되어, 멀티 탭 구조를 이룬다. 이를 위해, 상기 제 1 전극판은 다수의 제 1 집전탭(111)들을 기설정된 거리로 이격시켜서 배치한 상태에서 권취될 수 있다. 상기 제 1 집전탭(111)은 상기 제 1 전극판에 일체로 형성된 구조를 갖고, 권취된 제 1 전극판 각각으로부터 인출되기 때문에 상기 전극 조립체(110)로부터의 집전 효율을 높일 수 있는 장점을 갖는다. 다만, 상기 제 1 집전탭(111)은 당업자의 선택에 따라 상기 제 1 전극판과 별도의 부재를 통해 형성되는 것도 가능하다.
상기 제 2 전극판은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제 2 전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제 2 활물질이 도포되지 않은 영역인 제 2 전극 무지부를 포함한다.
또한, 상기 제 2 전극판의 무지부로부터 상기 제 1 집전탭(111)과 대응되도록 제 2 집전탭(112)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 집전탭(112) 역시 상기 제 2 전극판에 이격된 다수개로 배열된 상태에서, 상기 제 2 전극판을 권취함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 집전탭(112)도 상기 제 1 집전탭(111)과 동일하게 멀티 탭 구조를 이룬다.
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.
또한, 상기 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 케이스(140)에 수납될 수 있다. 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. 또한, 상기 제 1 집전탭(111) 및 제 2 집전탭(112)은 상기 집전 플레이트(170)와 전기적으로 연결된다.
상기 전극 단자(120, 130)는 상기 전극 조립체(110)의 제 1 집전탭(111) 및 제 2 집전탭(112)에 각각 전기적으로 연결된다. 상기 전극 단자(120, 130)는 상기 제 1 집전탭(111)에 전기적으로 연결된 제 1 전극 단자(120)와 상기 제 2 집전탭(112)에 전기적으로 연결된 제 2 전극 단자(130)를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 집전탭(111)과 제 2 집전탭(112)은 각각 집전 플레이트(170)에 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 상기 제 1,2 전극 단자(120, 130)는 상기 집전 플레이트(170)에 결합되어, 상기 제 1,2 집전탭(111, 112)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제 1,2 집전탭(111, 112)과 집전 플레이트(170)의 결합 방식은 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접을 이용할 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 전극 단자(120)는 몸체부(121)와, 상기 몸체부(121)로부터 수직 방향으로 돌출된 단자부(122)를 포함한다. 상기 단자부(122)는 상기 캡 조립체(150)의 캡 플레이트(151)를 관통하며, 상부가 리벳팅되어 상기 캡 플레이트(151)에 고정된다. 상기 몸체부(121)는 상기 단자부(122)의 하부에 형성되며, 상기 단자부(122)의 면적보다 넓은 면적을 갖는다. 또한, 상기 몸체부(121)의 하면에는 상기 집전 플레이트(170)과 결합되기 위한 결합 돌기(123)가 형성된다. 상기 결합 돌기(123)는 상기 집전 플레이트(170)의 관통홀(172)에 결합되어, 상기 제 1 전극 단자(120)와 집전 플레이트(170)를 전기적으로 연결한다.
또한, 상기 제 2 전극 단자(130) 역시 상기 제 1 전극 단자(120)에 대응되도록 몸체부(131), 단자부(132) 및 결합 돌기(133)를 포함한다. 상기 제 2 전극 단자(130)의 형상은 제 1 전극 단자(120)의 형상과 동일하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 케이스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 상기 전극 조립체(110)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 상기 케이스(140)의 개구부에는 캡 플레이트(151)가 결합되어 상기 케이스(140)를 밀봉한다. 상기 케이스(140)의 내면은 기본적으로 절연 처리되어, 내부에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 경우에 따라, 상기 전극 조립체(110)의 일 전극이 상기 캡 플레이트(151)를 통해 상기 케이스(140)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우에도 케이스(140) 내부의 절연 처리에 의해 내부에서의 전기적 단락은 방지된다. 예를 들어, 상기 케이스(140)는 양극으로서 작용할 수 있다.
상기 캡 조립체(150)는 상기 케이스(140)의 상부(개구부)에 결합된다. 구체적으로, 상기 캡 조립체(150)는 캡 플레이트(151), 전해액 주입구(152), 마개(153), 안전 벤트(154), 가스켓(155), 단자 플레이트(156), 연결 부재(157), 절연 부재(158) 및 반전 플레이트(159)를 포함한다.
상기 캡 플레이트(151)는 판상으로 형성되어 케이스(140)의 개구부에 결합되며, 상기 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 상기 케이스(140)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(151)는 전기적으로 독립하거나, 경우에 따라 상기 제 1 집전탭(111) 또는 제 2 집전탭(112) 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 캡 플레이트(151)는 상기 제 2 집전탭(112)과 전기적으로 연결될 수 있고, 이 때 상기 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 이와 동일한 극성(양극)을 갖게 된다. 물론 상기 캡 플레이트(151)가 상기 제 1 집전탭(111)과 전기적으로 연결되는 것도 가능하다.
또한, 상기 캡 플레이트(151)의 일측에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(152)가 형성된다. 상기 전해액 주입구(152)를 통해 케이스(140)의 내부로 전해액이 주입되며, 그 이후 상기 전해액 주입구(152)는 마개(153)에 의해 밀봉된다.
또한, 상기 캡 플레이트(151)의 대략 중앙에는 다른 영역에 비해 상대적으로 얇은 두께로 형성된 안전 벤트(154)가 형성된다. 상기 안전 벤트(154)는 케이스(140) 내부의 압력이 설정된 파단 압력에 비해 높은 경우, 파단되어 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)가 폭발하는 것을 방지한다.
또한, 상기 캡 플레이트(151)의 양측에는 제 1,2 전극 단자(120, 130)가 관통되기 위한 단자홀(151a)이 형성되고, 상기 단자홀(151a)에는 각각 가스켓(155)이 형성된다. 상기 가스켓(155)은 절연성 재질로 이루어지며, 상기 캡 플레이트(151)의 하부에서 결합되어 상기 제 1,2 전극 단자(120, 130) 각각과 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉한다. 이러한 가스켓(155)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부로 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다.
상기 단자 플레이트(156)는 상기 캡 플레이트(151)의 단자홀(151a)을 통해 캡 플레이트(151)의 상부로 돌출된 제 1,2 전극 단자(120, 130)에 각각 결합된다. 또한, 상기 단자 플레이트(156)가 상기 제 1,2 전극 단자(120, 130)에 결합된 후, 상기 제 1,2 전극 단자(120, 130)의 상부가 각각 리벳팅 또는 용접됨으로써, 상기 제 1,2 전극 단자(120, 130)가 상기 단자 플레이트(156)에 고정될 수 있다.
상기 연결 부재(157)는 상기 제 2 전극 단자(130)와 결합된 단자 플레이트(156)와 캡 플레이트(151) 사이에 위치하여, 제 2 전극 단자(130)와 캡 플레이트(151)를 전기적으로 연결한다. 상기 연결 부재(157)는 상기 단자 플레이트(156)를 통해서 캡 플레이트(151)와 가스켓(155)에 밀착된다.
상기 절연 부재(158)는 상기 제 1 전극 단자(120)와 결합된 단자 플레이트(156)와 캡 플레이트(151) 사이에 위치하여, 제 1 전극 단자(120)와 캡 플레이트(151)를 절연시킨다. 상기 절연 부재(158)는 상기 단자 플레이트(156)를 통해서 캡 플레이트(151)와 가스켓(155)에 밀착된다.
상기 반전 플레이트(159)는 상기 캡 플레이트(151)의 일측에 형성된 단락홀(151b)에 형성된다. 여기서, 상기 단락홀(151b)은 상기 제 1 전극 단자(120)가 결합되는 단자홀(151a) 근처에 형성된다. 상기 반전 플레이트(159)는 상기 단락홀(151b)에서 절연 부재(158)와 캡 플레이트(151) 사이에 위치한다. 상기 반전 플레이트(159)는 상기 캡 플레이트(151)와 동일한 극성을 가진다. 상기 반전 플레이트(159)는 케이스(140) 내부의 압력이 설정된 기준 압력보다 높아지면, 반전되어(위로 볼록하게 돌출되어) 상기 제 1 전극 단자(120)와 결합된 단자 플레이트(156)에 접촉함으로써 단락을 유발시킨다.
이때, 상기 절연 부재(158)에도 상기 단락홀(151b)과 대응되는 홀이 형성되어 있다. 상기 반전 플레이트(159)는 아래로 볼록한 라운드부(159b)와 캡 플레이트(151)에 고정된 테두리부(159a)를 포함하여 형성된다. 여기서, 테두리부(159a)의 하부에는 노치(n)가 형성되어, 상기 반전 플레이트(159)의 반전이 용이하게 수행될 수 있다.
한편, 상기 반전 플레이트(159)의 라운드부(159b)의 중앙에는 두께를 통해 상부를 향해 돌출되는 돌출부(159c)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 돌출부(159c)의 평면 형상에서 폭과 길이가 비대칭인 대략 타원형을 갖도록 형성될 수 있다. 특히, 상기 돌출부(159c)의 평면 형상은 직사각형을 기준으로 마주보는 양변에 대해 반원이 각각 결합된 형태로 형성될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 후술할 바와 같이, 상기 돌출부(159c)의 길이 방햐을 따라 형성되는 선 형태의 접촉 영역을 따라 단자 플레이트(156)와 접촉하도록 용이하게 유도할 수 있게 되어, 접촉 면적을 증대시킬 수 있다.
도 5 내지 도 6b를 참조하면, 상기 반전 플레이트(159)는 A-A'선을 따른 폭에 비해 B-B'선을 따른 길이가 더 길도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 반전 플레이트(159)의 폭의 방향은 상기 캡 플레이트(151)의 폭 방향, 상기 반전 플레이트(159)의 길이의 방향은 상기 캡 플레이트(151)의 길이 방향과 일치할 수 있다. 따라서, 폭에 비해 제약이 적어 상대적으로 길게 형성된 상기 캡 플레이트(151)의 길이 방향을 따라 상기 반전 플레이트(159)가 연장된 형태로 구비됨으로써, 대략 타원형의 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 반전 플레이트(159)는 반전을 통해 상기 단자 플레이트(156)와 접촉하게 될 때, 상기 길이 방향을 따라 연장된 영역에서 접촉할 수 있기 때문에, 단락 상태가 유지되도록 할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 7에 도시된 것처럼, 상기 반전 플레이트(159)가 반전되어 상기 단자 플레이트(156)와 접촉할 때, 도 8과 같이 상기 반전 플레이트(159)의 중앙의 길이 방향을 따라 연장된 선을 중심으로 한 접촉 영역(159d)에서 접촉하게 된다. 상기 반전 플레이트(159)의 경우, 상기 단자 플레이트(156)와의 접촉 영역(159d)의 면적이 통상적인 점에 비해 확대될 수 있다. 또한, 이를 통해, 단락 전류가 확대된 접촉 면적을 통해 흐를 수 있기 때문에, 단락 전류가 일정 시간동안 유지될 수 있다. 또한, 상기 단락 전류가 인가되는 동안, 후술할 바와 같이 상기 집전 플레이트(170)에 형성된 퓨즈홀(173)을 통한 퓨즈 동작이 이루어질 수 있기 때문에, 동작의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
상기 절연 플레이트(160)는 상기 캡 플레이트(151)와 전극 조립체(110) 사이에 위치한다. 상기 절연 플레이트(160)는 상기 전극 조립체(110)를 보호하며, 특히 상기 캡 플레이트(151)가 내부로 변형되는 경우 상기 전극 조립체(110)가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 절연 플레이트(160)는 상기 케이스(140)의 내부에서 상기 전극 조립체(110)의 위치를 고정시킬 수 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 절연 플레이트(160)의 가장자리는 상기 케이스(140)의 개구부에 걸쳐지게 결합될 수 있다. 또한, 상기 절연 플레이트(160)는 상기 케이스(140)에 억지 끼움 방식으로 결합될 수도 있다.
상기 절연 플레이트(160)에는 상기 안전 벤트(154)와 대응되는 위치에 벤트홀(161)이 형성되고, 상기 전해액 주입구(152)와 대응되는 위치에 주입홀(162)이 형성된다. 여기서, 상기 벤트홀(161)은 하나 또는 다수의 홀로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 상기 케이스(140)의 내부에서 생성된 가스들은 상기 벤트홀(161)을 통해 상기 캡 플레이트(151)의 안전 벤트(154)까지 도달할 수 있고, 상기 안전 벤트(154)는 설정된 파단 압력에서 파단되어 내부 가스를 방출할 수 있다.
이러한 절연 플레이트(160)는 통상의 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌과 같은 절연 재질로 형성될 수 있으나, 본 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 집전 플레이트(170)는 한 쌍으로 구비되어 상기 절연 플레이트(160)의 상부에 형성된다. 상기 집전 플레이트(170)는 상기 전극 조립체(110)의 제 1 집전탭(111) 및 제 2 집전탭(112)과 각각 연결된다. 구체적으로, 상기 제 1 집전탭(111) 및 제 2 집전탭(112)이 상기 절연 플레이트(160)의 측부로부터 돌출된 후 상기 집전 플레이트(170)의 양측을 감싸도록 절곡되며, 이 상태에서 용접과 같은 방식으로 결합될 수 있다. 상기 집전 플레이트(170)는 상기 제 1 집전탭(111) 및 제 2 집전탭(112) 각각과 전기적으로 연결되어, 하나의 극성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 집전탭(111)과 전기적으로 연결된 집전 플레이트(170)는 음극의 극성을 가지고, 상기 제 2 집전탭(112)과 전기적으로 연결된 집전 플레이트(170)는 양극의 극성을 가질 수 있다.
상기 집전 플레이트(170)는 상기 제 1,2 전극 단자(120, 130) 각각이 결합되는 단자 접속부(171)와, 상기 제 1,2 집전탭(111, 112)이 각각 결합되는 탭 접속부(175)를 포함한다.
상기 단자 접속부(171)의 일측에는 상기 제 1,2 전극 단자(120, 130)의 결합 돌기(123, 133)가 결합되는 관통홀(172)이 형성된다. 즉, 상기 관통홀(172)에 제 1,2 전극 단자(120, 130)의 결합 돌기(123, 133)가 각각 결합됨으로써, 상기 집전 플레이트(170)는 상기 제 1 전극 단자(120) 및 제 2 전극 단자(130) 각각과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 단자 접속부(171)의 타측에는 퓨즈홀(173)이 형성된다. 상기 퓨즈홀(173)은 상기 단자 접속부(171)에서 상기 탭 접속부(175)와 인접한 부분에 형성된다. 상기 퓨즈홀(173)은 사각형상, 예를 들어 상기 단자 접속부(171)의 길이 방향과 수직한 긴 사각형의 형태로 형성될 수 있으나, 이러한 형상으로 본 발명의 한정하는 것은 아니다. 상기 퓨즈홀(173)은 상기 단자 접속부(171)의 단면적을 줄이는 형태로 형성된다. 이차 전지(100)에 단락이 발생하여 큰 전류가 흐르면 열이 발생하게 되고, 이때 발생된 열에 의해 상기 퓨즈홀(173)이 형성된 영역이 용융 및 절단되어 전류의 흐름을 차단한다. 또한, 상기 퓨즈홀(173)에는 보호 부재(174)가 형성된다. 상기 보호 부재(174)는 상기 퓨즈홀(173)을 감싸도록 형성된다. 구체적으로, 상기 보호 부재(174)는 퓨즈홀(173)이 형성된 단자 접속부(171)의 상면, 하면 및 측면을 감싸며 상기 퓨즈홀(173)의 내부에도 형성된다. 상기 보호 부재(174)는 퓨즈홀(173)이 형성된 영역이 용융 및 절단될 때 발생되는 아크를 방지하는 역할을 한다. 더불어, 상기 보호 부재(174)는 상기 퓨즈홀(173)이 형성된 단자 접속부(171)의 강도를 보강하는 역할을 한다. 상기 보호 부재(174)는 통상의 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌과 같은 절연 재질로 형성될 수 있으나, 본 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 탭 접속부(175)는 상기 단자 접속부(171)로부터 캡 플레이트(151)의 중심부를 향해 연장된다. 상기 탭 접속부(175)는 상기 단자 접속부(171)의 위치보다 높게 형성된다. 따라서, 상기 단자 접속부(171)와 탭 접속부(175) 사이에는 단차가 형성된다. 상기 탭 접속부(175)의 상부에는 상기 반전 플레이트(159)가 위치한다. 상기 탭 접속부(175)에는 상기 제 1,2 집전탭(111, 112)이 각각 전기적으로 결합된다. 구체적으로, 상기 절연 플레이트(160)의 측부로부터 돌출된 제 1,2 집전탭(111, 112) 각각이 상기 탭 접속부(175)의 양측을 감싸도록 절곡된 후, 상기 탭 접속부(175)에 용접으로 결합될 수 있다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 반전 플레이트(159)의 형상을 폭과 길이가 비대칭인 대략 타원형의 형상으로 구비함으로써, 반전 플레이트(159)의 반전 동작시 단자 플레이트(156)와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 퓨즈 동작이 이루어지기까지 반전 동작에 따른 단락 전류가 일정 시간 이상으로 흐를 수 있도록 하여 동작의 신뢰성을 확보할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 반전 플레이트의 반전시 단락 플레이트와 접촉하는 영역을 도시한 사시도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에서 반전 플레이트(259)는 앞선 실시예에 비해 상대적으로 짧은 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 접촉 영역(259d)은 앞선 실시예의 선이 아닌 점과 같은 형태를 가질 수 있다. 다만, 상기 반전 플레이트(259)는 여전히 폭에 비해 길이가 긴 타원형을 갖기 때문에, 상기 접촉 영역(259d)의 면적이 통상적인 점에 비해 증대될 수 있다. 따라서, 상기 반전 플레이트(259)의 반전 동작시 단자 플레이트(159)와의 접촉 상태가 유지되어, 동작의 신뢰성을 향상시킬 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.
100: 이차 전지
110: 전극 조립체
111: 제 1 집전탭 112: 제 2 집전탭
120: 제 1 전극 단자 130: 제 2 전극 단자
140: 케이스 150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트 152: 전해액 주입구
153: 마개 154: 안전 벤트
155: 가스켓 156: 단자 플레이트
157: 연결 부재 158: 절연 부재
159: 반전 플레이트 160: 절연 플레이트
159a; 테두리부 159b; 라운드부
159c; 돌출부 159d, 259d; 접촉 영역
170: 집전 플레이트 171: 단자 접속부
172: 관통홀 173: 퓨즈홀
174: 보호 부재 175: 탭 접속부
111: 제 1 집전탭 112: 제 2 집전탭
120: 제 1 전극 단자 130: 제 2 전극 단자
140: 케이스 150: 캡 조립체
151: 캡 플레이트 152: 전해액 주입구
153: 마개 154: 안전 벤트
155: 가스켓 156: 단자 플레이트
157: 연결 부재 158: 절연 부재
159: 반전 플레이트 160: 절연 플레이트
159a; 테두리부 159b; 라운드부
159c; 돌출부 159d, 259d; 접촉 영역
170: 집전 플레이트 171: 단자 접속부
172: 관통홀 173: 퓨즈홀
174: 보호 부재 175: 탭 접속부
Claims (10)
- 제 1 극판 및 제 2 극판을 포함하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
상기 케이스의 개구부에 결합되고, 상기 제 1 극판과 전기적으로 연결된 캡 플레이트;
상기 캡 플레이트를 관통하여 형성되고, 상기 제 2 극판과 전기적으로 연결된 단자 플레이트를 포함하는 전극 단자;
상기 캡 플레이트에 결합되어, 상기 케이스 내의 압력이 기준 압력 이상일 때 반전 동작을 수행하는 비대칭의 형상을 갖는 반전 플레이트를 포함하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 반전 플레이트는 폭에 비해 길이가 길게 형성된 이차 전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 반전 플레이트의 길이는 상기 캡 플레이트의 길이 방향을 따라 연장된 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 반전 플레이트는 타원형의 형상을 갖는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 반전 플레이트는 상기 단자 플레이트와 접촉시 길이 방향을 따라 선의 형태로 접촉하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 반전 플레이트는 상기 단자 플레이트와 접촉시 원 형태로 접촉하는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 반전 플레이트는
상기 캡 플레이트의 단락홀에 결합되는 테두리부;
상기 테두리부로부터 하부로 볼록하게 형성되는 라운드부; 및
상기 라운드부터의 중앙 영역으로부터 상부로 돌출되는 돌출부를 포함하고;
상기 돌출부의 평면 형상은 비대칭으로 형성된 이차 전지. - 제 7 항에 있어서,
상기 반전 플레이트는 상기 돌출부의 평면 형상이 직사각형을 기준으로 마주보는 양변에 대해 반원이 각각 결합된 형태로 형성된 이차 전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 반전 플레이트는 중심에서 길이 방향을 기준으로 대칭되도록 형성된 이차 전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 반전 플레이트는 상기 돌출부의 중심에서 길이 방향을 따라 연장되는 접촉 영역을 통해 상기 단자 플레이트와 접촉하는 이차 전지.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180032808A KR102571489B1 (ko) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | 이차 전지 |
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