KR20210158163A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20210158163A
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protrusion
cap plate
hole
secondary battery
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KR1020200076595A
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고희정
김기정
박용진
우병철
이종하
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

이차 전지는 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 제1 전극에 연결되어 상기 전극 조립체를 수납하며, 상기 전극 조립체를 노출하는 개구부를 포함하는 케이스, 상기 케이스와 결합하여 상기 개구부의 외곽 영역을 커버하며, 상기 개구부의 중앙 영역을 노출하는 관통홀을 포함하는 캡 플레이트, 및 상기 제2 전극과 연결되어 상기 캡 플레이트에 절연 접합되며, 상기 관통홀을 커버하는 플랜지부 및 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하는 돌출부를 포함하는 단자 플레이트를 포함한다.

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}
본 기재는 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지(secondary battery)는 충전 및 방전이 가능한 전지이다.
최근, 블루투스(bluetooth) 등의 무선 통신을 이용한 헤드폰, 이어폰, 스마트워치(smartwatch), 신체 부착형 의료 기기 등의 웨어러블 디바이스(wearable device)에 대한 수요가 증가함에 따라, 웨어러블 디바이스에 장착되는 초소형 이차 전지의 필요성이 증가하고 있다.
이러한, 초소형 이차 전지는 양 전극 단자들 각각의 사이즈가 작기 때문에, 양 전극 단자들의 조립 오차 발생 시 양 전극 단자들 간에 단락(short circuit)이 발생될 가능성이 있다.
일 실시예는, 조립 오차가 발생되더라도, 양 전극 단자들 간에 단락이 발생되는 것이 억제된 이차 전지를 제공하고자 한다.
또한, 압력에 의해 전극 단자에 파손이 발생되는 것이 억제된 이차 전지를 제공하고자 한다.
또한, 이차 전지의 내부에서 의도치 않게 온도 및 압력이 상승하더라도, 폭발할 위험이 억제된 이차 전지를 제공하고자 한다.
일 측면은 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 제1 전극에 연결되어 상기 전극 조립체를 수납하며, 상기 전극 조립체를 노출하는 개구부를 포함하는 케이스, 상기 케이스와 결합하여 상기 개구부의 외곽 영역을 커버하며, 상기 개구부의 중앙 영역을 노출하는 관통홀을 포함하는 캡 플레이트, 및 상기 제2 전극과 연결되어 상기 캡 플레이트에 절연 접합되며, 상기 관통홀을 커버하는 플랜지부 및 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하는 돌출부를 포함하는 단자 플레이트를 포함하며, 상기 돌출부는 상기 플랜지부의 표면으로부터 연장된 곡면(curved surface)을 포함하는 이차 전지를 제공한다.
상기 돌출부는 상기 곡면으로부터 연장되어 상기 관통홀을 관통하는 경사면(inclined surface)을 더 포함할 수 있다.
상기 경사면과 상기 관통홀의 테두리 사이의 제1 길이는 상기 곡면과 상기 관통홀의 테두리 사이의 제2 길이 대비 더 길 수 있다.
상기 캡 플레이트와 상기 플랜지부 사이에 위치하며, 상기 캡 플레이트와 상기 플랜지부 사이를 절연 접합하는 열융착층을 더 포함할 수 있다.
상기 열융착층은 설정된 온도에서 녹을 수 있다.
상기 플랜지부는 상기 캡 플레이트 상에 위치하며, 상기 돌출부는 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하여 상기 제2 전극과 연결될 수 있다.
상기 플랜지부는 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 위치하여 상기 제2 전극과 연결되며, 상기 돌출부는 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하여 외부로 노출될 수 있다.
상기 플랜지부는 상기 돌출부 대비 더 넓은 면적을 가질 수 있다.
상기 플랜지부는 상기 돌출부 대비 더 얇은 두께를 가질 수 있다.
상기 플랜지부 및 상기 돌출부는 일체로 형성될 수 있다.
상기 케이스 및 상기 캡 플레이트는 상기 제1 전극과 동일한 극성을 가지며, 상기 단자 플레이트는 상기 제2 전극과 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 전극 조립체는, 상기 제1 전극으로부터 연장되어 상기 케이스와 결합되는 제1 전극 탭, 및 상기 제2 전극으로부터 연장되어 상기 단자 플레이트와 결합되는 제2 전극 탭을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 조립 오차가 발생되더라도, 양 전극 단자들 간에 단락이 발생되는 것이 억제된 이차 전지가 제공된다.
또한, 압력에 의해 전극 단자에 파손이 발생되는 것이 억제된 이차 전지가 제공된다.
또한, 이차 전지의 내부에서 의도치 않게 온도 및 압력이 상승하더라도, 폭발할 위험이 억제된 이차 전지가 제공된다.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 나타낸 단면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4의 B 부분을 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 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.
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.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 이차 전지를 설명한다.
일 실시예에 따른 이차 전지는 초소형 이차 전지로서, 코인형 전지(coin cell) 또는 버튼형 전지(button cell)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 원통형 또는 핀(pin)형 전지일 수 있다.
여기서, 코인형 전지 또는 버튼형 전지는 얇은 동전 또는 단추 형태의 전지로서, 직경에 대한 높이(높이/직경)의 비율이 1 이하인 전지를 의미할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 코인형 전지 또는 버튼형 전지는 주로 원통형이므로 수평 방향의 단면이 원형이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수평 방향의 단면이 타원형 또는 다각형인 형태도 이에 포함될 수 있다. 이때, 직경은 전지의 수평 방향을 기준으로 최대 거리를 의미할 수 있고, 높이는 전지의 수직 방향을 기준으로 최대 거리(편평한 바닥면에서 편평한 최상단면까지의 거리)를 의미할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)는 전극 조립체(100), 케이스(200), 캡 플레이트(300), 단자 플레이트(400), 열융착층(500)을 포함한다.
전극 조립체(100)는 케이스(200)에 수납된다. 전극 조립체(100)의 하부는 케이스(200)의 저부와 대향하며, 전극 조립체(100)의 상부는 케이스(200)의 개구부(210)를 커버하는 캡 플레이트(300) 및 단자 플레이트(400)와 대향한다. 전극 조립체(100)의 상부 및 하부는 서로 평행한 평면 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전극 조립체(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 세퍼레이터(130), 제1 전극 탭(140), 제2 전극 탭(150)을 포함한다.
제1 전극(110) 및 제2 전극(120)은 서로 이격되어 있으며, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에는 절연 물질을 포함하는 세퍼레이터(130)가 위치한다. 제1 전극(110)은 음극(anode)이고, 제2 전극(120)은 양극(cathode)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 제1 전극(110)이 양극일 수 있으며, 제2 전극(120)이 음극일 수 있다.
제1 전극(110)은 일 방향으로 연장된 밴드 형태를 가지며, 금속박(일례로, Cu 포일)의 집전체에 음극 활물질층이 도포된 영역인 음극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 음극 무지부를 포함한다. 음극 무지부는 제1 전극(110)의 연장 방향으로 일 단부에 위치할 수 있다.
제2 전극(120)은 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 제1 전극(110)과 이격되어 일 방향으로 연장된 밴드 형태를 가지며, 금속박(일례로, Al 포일)의 집전체에 양극 활물질층이 도포된 영역인 양극 코팅부와 활물질이 도포되지 않는 영역인 양극 무지부를 포함한다. 양극 무지부는 제2 전극(120)의 연장 방향으로 일 단부에 위치할 수 있다.
세퍼레이터(130)는 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에서 일 방향으로 연장되어 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이의 단락을 방지한다.
제1 전극(110), 세퍼레이터(130), 제2 전극(120)은 순차적으로 적층되어 젤리 롤(jelly roll) 형태로 감겨져 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 형태로 형성될 수 있다. 제1 전극(110), 제2 전극(120), 세퍼레이터(130) 각각은 공지된 다양한 물질을 포함할 수 있다.
제1 전극 탭(140)은 전극 조립체(100)의 제1 전극(110)으로부터 케이스(200)로 연장된다. 제1 전극 탭(140)은 케이스(200)의 저부와 결합되어 제1 전극(110)과 케이스(200) 사이를 연결한다. 제1 전극 탭(140)은 제1 전극(110) 및 케이스(200)와 접촉한다. 제1 전극 탭(140)에 의해 케이스(200)는 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가진다.
제2 전극 탭(150)은 전극 조립체(100)의 제2 전극(120)으로부터 단자 플레이트(400)로 연장된다. 제2 전극 탭(150)은 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)와 결합되어 제2 전극(120)과 단자 플레이트(400) 사이를 연결한다. 제2 전극 탭(150)은 제2 전극(120) 및 단자 플레이트(400)와 접촉한다. 제2 전극 탭(150)에 의해 단자 플레이트(400)는 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다.
한편, 전극 조립체(100)의 중앙 부분에는 전극 조립체(100)의 중심을 수직 방향으로 관통하는 센터 핀이 위치할 수 있고, 이 센터 핀이 제1 전극 탭(140) 및 제2 전극 탭(150)을 지지할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
케이스(200)는 전극 조립체(100)의 제1 전극(110)과 연결되어 전극 조립체(100)를 수납한다. 케이스(200)는 전극 조립체(100)의 상부를 노출하는 개구부(210)를 포함한다. 케이스(200)의 저부는 제1 전극 탭(140)에 의해 전극 조립체(100)의 제1 전극(110)과 연결되어 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가진다. 케이스(200)는 젤리 롤 형태의 전극 조립체(100)를 수납하는 원통 형태를 가지나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 형태를 가질 수 있다. 케이스(200)는 전극 조립체(100)와 함께 공지된 다양한 전해액을 수납할 수 있다. 케이스(200)의 외부 표면은 이차 전지(1000)의 제1 전극 단자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이때, 단자 플레이트(400)의 외부 표면인 플랜지부(410)의 외부 표면은 이차 전지(1000)의 제2 전극 단자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 한편, 케이스(200)의 외부 표면에는 도금층이 코팅될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 코팅층이 케이스(200)의 외부 표면에 코팅될 수 있다.
케이스(200)의 개구부(210)는 캡 플레이트(300) 및 단자 플레이트(400)에 의해 커버된다.
캡 플레이트(300)는 케이스(200)와 결합하여 개구부(210)의 외곽 영역을 커버한다. 캡 플레이트(300)는 개구부(210)의 중앙 영역을 노출하는 관통홀(310)을 포함한다. 캡 플레이트(300)는 케이스(200)의 개구부(210)를 형성하는 케이스(200)의 측벽과 용접 공정 등에 의해 직접 결합되어 개구부(210)의 외곽 영역을 커버한다. 캡 플레이트(300)는 중앙에 형성된 관통홀(310)에 의해 고리 형태를 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 캡 플레이트(300)는 케이스(200)와 결합되어 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가진다. 캡 플레이트(300)는 스테인리스 강을 포함하나, 이에 한정되지 않고 알루미늄 또는 니켈 및 구리 등의 금속을 포함할 수 있다. 캡 플레이트(300)의 외부 표면은 이차 전지(1000)의 제1 전극 단자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 캡 플레이트(300)의 외부 표면에는 도금층이 코팅될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 코팅층이 캡 플레이트(300)의 외부 표면에 코팅될 수 있다.
단자 플레이트(400)는 제2 전극(120)과 연결되어 캡 플레이트(300)에 절연 접합된다. 단자 플레이트(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 커버한다. 단자 플레이트(400)는 캡 플레이트(300) 상에 위치한다. 단자 플레이트(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)이 노출하는 케이스(200)의 개구부(210)의 중앙 영역을 커버한다. 단자 플레이트(400)가 개구부(210)의 중앙 영역을 커버하고 캡 플레이트(300)가 개구부(210)의 외곽 영역을 커버함으로써, 케이스(200)의 개구부(210)는 단자 플레이트(400) 및 캡 플레이트(300)에 의해 완전히 커버된다. 단자 플레이트(400)는 전극 조립체(100)의 제2 전극 탭(150)과 연결되어 전극 조립체(100)의 제2 전극(120)과 연결된다. 단자 플레이트(400)는 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다.
단자 플레이트(400)는 플랜지부(410) 및 돌출부(420)를 포함한다.
플랜지부(410)는 캡 플레이트(300) 상에 위치하며, 캡 플레이트(300)와 중첩하여 관통홀(310)을 커버한다. 플랜지부(410)는 돌출부(420) 대비 더 넓은 면적을 가진다. 일례로, 플랜지부(410)는 돌출부(420) 대비 큰 직경을 가질 수 있다. 플랜지부(410)는 돌출부(420) 대비 더 얇은 두께를 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 플랜지부(410)의 하부 표면은 열융착층(500)과 접촉하며, 플랜지부(410)는 열융착층(500)에 의해 캡 플레이트(300)에 절연 접합된다. 플랜지부(410)의 외부 표면은 이차 전지(1000)의 제2 전극 단자일 수 있다.
돌출부(420)는 플랜지부(410)로부터 돌출되어 관통홀(310)을 관통한다. 돌출부(420)는 플랜지부(410)로부터 관통홀(310)을 관통하여 제2 전극(120)과 연결된다. 돌출부(420)의 하부 표면은 제2 전극 탭(150)과 접촉한다. 돌출부(420)가 제2 전극 탭(150)과 결합됨으로써, 단자 플레이트(400)의 돌출부(420) 및 플랜지부(410)가 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다.
돌출부(420) 및 플랜지부(410)는 일체로 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 서로 다른 재료가 결합되어 단자 플레이트(400)를 형성할 수 있다.
단자 플레이트(400)의 외부 표면에는 도금층이 코팅될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 코팅층이 단자 플레이트(400)의 외부 표면에 코팅될 수 있다.
도 3은 도 2의 A 부분을 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 돌출부(420)의 표면은 곡면(curved surface)(CS) 및 경사면(inclined surface)(IS)을 포함한다.
돌출부(420)는 플랜지부(410)의 하부 표면으로부터 연장된 곡면(CS) 및 곡면(CS)으로부터 연장되어 관통홀(310)을 관통하는 경사면(IS)을 포함한다.
곡면(CS)은 설정된 곡률반경을 가질 수 있으며, 경사면(IS)은 설정된 경사를 가질 수 있다.
돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS)을 포함함으로써, 경사면(IS)과 관통홀(310)의 테두리인 캡 플레이트(300) 사이의 제1 길이(L1)는 곡면(CS)과 관통홀(310)의 테두리인 캡 플레이트(300) 사이의 제2 길이(L2) 대비 더 길다.
돌출부(420)가 곡면(CS)으로부터 연장되어 관통홀(310)을 관통하는 경사진 직선 형태의 경사면(IS)을 포함함으로써, 돌출부(420)의 표면이 곡면(CS)으로부터 경사면(IS)의 단부로 갈수록 관통홀(310)의 테두리인 캡 플레이트(300)와 멀어진다.
단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS) 및 경사면(IS)을 포함함으로써, 돌출부(420)의 표면이 곡면(CS)으로부터 경사면(IS)의 단부로 갈수록 관통홀(310)의 테두리인 캡 플레이트(300)와 멀어지기 때문에, 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400) 사이에 수평 방향으로 조립 오차가 발생되더라도, 양 전극 단자들일 수 있는 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가지는 캡 플레이트(300)와 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가지는 단자 플레이트(400) 사이의 단락(short circuit)이 발생되는 것이 억제된다.
또한, 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS)을 포함함으로써, 단자 플레이트(400)에 의도치 않은 압력이 가해지더라도, 압력에 의한 응력이 돌출부(420)와 플랜지부(410) 사이에 위치하는 곡면(CS)에서 분산되기 때문에, 압력에 의해 플랜지부(410)와 돌출부(420) 사이가 파손되는 것이 억제된다.
또한, 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS)을 포함함으로써, 이차 전지(1000)의 내부 공간에서 의도치 않은 이벤트(양 전극의 단락 등)가 발생하여 이차 전지(1000)의 내부 공간에서 온도 상승에 따라 가스(GA)가 발생하여 내부 압력이 상승할 경우, 열융착층(500)이 상승된 온도에 따라 녹아 내부 압력에 의해 외부로 배출되어 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이의 공간이 벤트 통로(ventilation channel)로 형성되는 동시에 내부의 가스(GA)가 단자 플레이트(400)의 곡면(CS)을 따라 이차 전지(1000)의 내부 공간으로부터 벤트 통로인 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이의 공간으로 가이드되어 외부로 배출되기 때문에, 이차 전지(1000)의 폭발 위험이 억제된다.
열융착층(500)은 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400)의 플랜지부(410) 사이에 위치하며, 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400)의 플랜지부(410) 사이를 절연 접합한다. 열융착층(500)은 절연 재료를 포함하며, 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400) 사이를 절연한다. 열융착층(500)은 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400)의 플랜지부(410) 사이에서 열 또는 레이저 빔 등을 이용하여 열융착된다. 열융착층(500)은 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400) 사이를 절연 접합하는 공지된 다양한 재료를 포함할 수 있다. 열융착층(500)이 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400) 사이를 접합함으로써, 전극 조립체(100)가 수납된 케이스(200)의 개구부(210)가 캡 플레이트(300), 단자 플레이트(400), 열융착층(500)에 의해 완전히 밀봉된다.
열융착층(500)은 열에 의해 경화된 상태이나, 설정된 온도에서 녹을 수 있다. 여기서, 열융착층(500)이 녹는 설정된 온도는 열융착층(500)을 경화시키는 열의 온도를 초과하는 온도일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일례로, 열융착층(500)은 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 열융착층(500)의 열경화성 수지 및 열가소성 수지는 복수의 층으로 적층될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 열융착층(500)의 열경화성 수지는 열에 의해 경화된 상태이며, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 폴리에스터 수지 등의 공지된 다양한 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 열융착층(500)의 열가소성 수지는 설정된 온도에서 녹는 폴리프로필렌 수지를 포함하나, 이에 한정되지 않고 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 수지 등의 공지된 다양한 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)는 캡 플레이트(300)에 절연 접합된 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS) 및 경사면(IS)을 포함함으로써, 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 관통하는 돌출부(420)의 표면이 곡면(CS)으로부터 경사면(IS)의 단부로 갈수록 관통홀(310)의 테두리인 캡 플레이트(300)와 멀어지기 때문에, 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400) 사이에 수평 방향으로 조립 오차가 발생되더라도, 양 전극 단자들일 수 있는 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가지는 캡 플레이트(300)와 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가지는 단자 플레이트(400) 사이의 단락(short circuit)이 발생되는 것을 억제한다.
즉, 조립 오차가 발생되더라도, 양 전극 단자들 간에 단락이 발생되는 것이 억제된 이차 전지(1000)가 제공된다.
또한, 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)는 전극 단자인 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS)을 포함함으로써, 단자 플레이트(400)에 의도치 않은 압력이 가해지더라도, 압력에 의한 응력이 돌출부(420)와 플랜지부(410) 사이에 위치하는 곡면(CS)에서 분산되기 때문에, 압력에 의해 플랜지부(410)와 돌출부(420) 사이가 파손되는 것을 억제한다.
즉, 압력에 의해 전극 단자에 파손이 발생되는 것이 억제된 이차 전지(1000)가 제공된다.
또한, 일 실시예에 따른 이차 전지(1000)는 열융착층(500)에 의해 캡 플레이트(300)에절연 접합된 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS)을 포함함으로써, 이차 전지(1000)의 내부 공간에서 의도치 않은 이벤트(양 전극의 단락 등)가 발생하여 이차 전지(1000)의 내부 공간에서 온도 상승에 따라 가스(GA)가 발생하여 내부 압력이 상승할 경우, 열융착층(500)이 상승된 온도에 따라 녹아 내부 압력에 의해 외부로 배출되어 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이의 공간이 벤트 통로로 형성되는 동시에 내부의 가스(GA)가 단자 플레이트(400)의 곡면(CS)을 따라 이차 전지(1000)의 내부 공간으로부터 벤트 통로인 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이의 공간으로 가이드되어 외부로 배출되기 때문에, 이차 전지(1000)의 폭발 위험을 억제한다.
즉, 이차 전지(1000)의 내부에서 의도치 않게 온도 및 압력이 상승하더라도, 폭발 위험이 억제된 이차 전지(1000)가 제공된다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 다른 실시예에 따른 이차 전지(1002)를 설명한다. 이하에서는 상술한 일 실시예에 따른 이차 전지와 다른 부분에 대해서 설명한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 다른 실시예에 따른 이차 전지(1002)는 전극 조립체(100), 케이스(200), 캡 플레이트(300), 단자 플레이트(400), 열융착층(500)을 포함한다.
단자 플레이트(400)는 제2 전극(120)과 연결되어 캡 플레이트(300)에 절연 접합된다. 단자 플레이트(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 커버한다. 단자 플레이트(400)는 캡 플레이트(300)와 전극 조립체(100) 사이에 위치한다. 단자 플레이트(400)는 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)이 노출하는 케이스(200)의 개구부(210)의 중앙 영역을 커버한다. 단자 플레이트(400)가 개구부(210)의 중앙 영역을 커버하고 캡 플레이트(300)가 개구부(210)의 외곽 영역을 커버함으로써, 케이스(200)의 개구부(210)는 단자 플레이트(400) 및 캡 플레이트(300)에 의해 완전히 커버된다. 단자 플레이트(400)는 전극 조립체(100)의 제2 전극 탭(150)과 연결되어 전극 조립체(100)의 제2 전극(120)과 연결된다. 단자 플레이트(400)는 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다.
단자 플레이트(400)는 플랜지부(410) 및 돌출부(420)를 포함한다.
플랜지부(410)는 캡 플레이트(300)와 전극 조립체(100) 사이에 위치하며, 캡 플레이트(300)와 중첩하여 관통홀(310)을 커버한다. 플랜지부(410)는 돌출부(420) 대비 더 넓은 면적을 가진다. 일례로, 플랜지부(410)는 돌출부(420) 대비 큰 직경을 가질 수 있다. 플랜지부(410)는 돌출부(420) 대비 더 얇은 두께를 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 플랜지부(410)의 상부 표면은 열융착층(500)과 접촉하며, 플랜지부(410)는 열융착층(500)에 의해 캡 플레이트(300)에 절연 접합된다. 플랜지부(410)는 제2 전극(120)과 연결된다. 플랜지부(410)의 하부 표면은 제2 전극 탭(150)과 접촉한다. 플랜지부(410)가 제2 전극 탭(150)과 결합됨으로써, 단자 플레이트(400)의 돌출부(420) 및 플랜지부(410)가 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가진다.
돌출부(420)는 플랜지부(410)로부터 돌출되어 관통홀(310)을 관통한다. 돌출부(420)는 플랜지부(410)로부터 관통홀(310)을 관통하여 외부로 노출된다. 돌출부(420)의 외부 표면은 이차 전지(1002)의 제2 전극 단자일 수 있다.
돌출부(420) 및 플랜지부(410)는 일체로 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 서로 다른 재료가 결합되어 단자 플레이트(400)를 형성할 수 있다.
돌출부(420)의 외부 표면은 캡 플레이트(300)의 외부 표면과 동일한 평면 또는 서로 다른 평면에 위치할 수 있다.
일례로, 돌출부(420)의 외부 표면의 높이는 캡 플레이트(300)의 외부 표면의 높이와 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 돌출부(420)의 외부 표면의 높이는 캡 플레이트(300)의 외부 표면의 높이 대비 높거나 낮을 수 있다.
도 5는 도 4의 B 부분을 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 돌출부(420)의 표면은 곡면(curved surface)(CS) 및 경사면(inclined surface)(IS)을 포함한다.
돌출부(420)는 플랜지부(410)의 상부 표면으로부터 연장된 곡면(CS) 및 곡면(CS)으로부터 연장되어 관통홀(310)을 관통하는 경사면(IS)을 포함한다.
곡면(CS)은 설정된 곡률반경을 가질 수 있으며, 경사면(IS)은 설정된 경사를 가질 수 있다.
돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS)을 포함함으로써, 경사면(IS)과 관통홀(310)의 테두리인 캡 플레이트(300) 사이의 제1 길이(L1)는 곡면(CS)과 관통홀(310)의 테두리인 캡 플레이트(300) 사이의 제2 길이(L2) 대비 더 길다.
돌출부(420)가 곡면(CS)으로부터 연장되어 관통홀(310)을 관통하는 경사진 직선 형태의 경사면(IS)을 포함함으로써, 돌출부(420)의 표면이 곡면(CS)으로부터 경사면(IS)의 단부로 갈수록 관통홀(310)의 테두리인 캡 플레이트(300)와 멀어진다.
단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS) 및 경사면(IS)을 포함함으로써, 돌출부(420)의 표면이 곡면(CS)으로부터 경사면(IS)의 단부로 갈수록 관통홀(310)의 테두리인 캡 플레이트(300)와 멀어지기 때문에, 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400) 사이에 수평 방향으로 조립 오차가 발생되더라도, 양 전극 단자들일 수 있는 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가지는 캡 플레이트(300)와 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가지는 단자 플레이트(400) 사이의 단락(short circuit)이 발생되는 것이 억제된다.
또한, 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS)을 포함함으로써, 단자 플레이트(400)에 의도치 않은 압력이 가해지더라도, 압력에 의한 응력이 돌출부(420)와 플랜지부(410) 사이에 위치하는 곡면(CS)에서 분산되기 때문에, 압력에 의해 플랜지부(410)와 돌출부(420) 사이가 파손되는 것이 억제된다.
또한, 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS)을 포함함으로써, 이차 전지(1002)의 내부 공간에서 의도치 않은 이벤트(양 전극의 단락 등)가 발생하여 이차 전지(1002)의 내부 공간에서 온도 상승에 따라 가스(GA)가 발생하여 내부 압력이 상승할 경우, 열융착층(500)이 상승된 온도에 따라 녹아 내부 압력에 의해 외부로 배출되어 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이의 공간이 벤트 통로(ventilation channel)로 형성되는 동시에 내부의 가스(GA)가 이차 전지(1002)의 내부 공간으로부터 벤트 통로인 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이의 공간을 거쳐 단자 플레이트(400)의 곡면(CS)에 가이드되어 외부로 배출되기 때문에, 이차 전지(1002)의 폭발 위험이 억제된다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 이차 전지(1002)는 캡 플레이트(300)에 절연 접합된 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS) 및 경사면(IS)을 포함함으로써, 캡 플레이트(300)의 관통홀(310)을 관통하는 돌출부(420)의 표면이 곡면(CS)으로부터 경사면(IS)의 단부로 갈수록 관통홀(310)의 테두리인 캡 플레이트(300)와 멀어지기 때문에, 캡 플레이트(300)와 단자 플레이트(400) 사이에 수평 방향으로 조립 오차가 발생되더라도, 양 전극 단자들일 수 있는 제1 전극(110)과 동일한 극성을 가지는 캡 플레이트(300)와 제2 전극(120)과 동일한 극성을 가지는 단자 플레이트(400) 사이의 단락(short circuit)이 발생되는 것을 억제한다.
즉, 조립 오차가 발생되더라도, 양 전극 단자들 간에 단락이 발생되는 것이 억제된 이차 전지(1002)가 제공된다.
또한, 일 실시예에 따른 이차 전지(1002)는 전극 단자인 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS)을 포함함으로써, 단자 플레이트(400)에 의도치 않은 압력이 가해지더라도, 압력에 의한 응력이 돌출부(420)와 플랜지부(410) 사이에 위치하는 곡면(CS)에서 분산되기 때문에, 압력에 의해 플랜지부(410)와 돌출부(420) 사이가 파손되는 것을 억제한다.
즉, 압력에 의해 전극 단자에 파손이 발생되는 것이 억제된 이차 전지(1002)가 제공된다.
또한, 일 실시예에 따른 이차 전지(1002)는 열융착층(500)에 의해 캡 플레이트(300)에절연 접합된 단자 플레이트(400)의 돌출부(420)가 플랜지부(410)의 표면으로부터 연장된 곡면(CS)을 포함함으로써, 이차 전지(1002)의 내부 공간에서 의도치 않은 이벤트(양 전극의 단락 등)가 발생하여 이차 전지(1002)의 내부 공간에서 온도 상승에 따라 가스(GA)가 발생하여 내부 압력이 상승할 경우, 열융착층(500)이 상승된 온도에 따라 녹아 내부 압력에 의해 외부로 배출되어 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이의 공간이 벤트 통로(ventilation channel)로 형성되는 동시에 내부의 가스(GA)가 이차 전지(1002)의 내부 공간으로부터 벤트 통로인 플랜지부(410)와 캡 플레이트(300) 사이의 공간을 거쳐 단자 플레이트(400)의 곡면(CS)에 가이드되어 외부로 배출되기 때문에, 이차 전지(1002)의 폭발 위험을 억제한다
즉, 이차 전지(1002)의 내부에서 의도치 않게 온도 및 압력이 상승하더라도, 폭발 위험이 억제된 이차 전지(1002)가 제공된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
전극 조립체(100), 케이스(200), 캡 플레이트(300), 단자 플레이트(400), 플랜지부(410), 돌출부(420), 곡면(CS)

Claims (12)

  1. 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 제1 전극에 연결되어 상기 전극 조립체를 수납하며, 상기 전극 조립체를 노출하는 개구부를 포함하는 케이스;
    상기 케이스와 결합하여 상기 개구부의 외곽 영역을 커버하며, 상기 개구부의 중앙 영역을 노출하는 관통홀을 포함하는 캡 플레이트; 및
    상기 제2 전극과 연결되어 상기 캡 플레이트에 절연 접합되며, 상기 관통홀을 커버하는 플랜지부 및 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하는 돌출부를 포함하는 단자 플레이트
    를 포함하며,
    상기 돌출부는 상기 플랜지부의 표면으로부터 연장된 곡면(curved surface)을 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 돌출부는 상기 곡면으로부터 연장되어 상기 관통홀을 관통하는 경사면(inclined surface)을 더 포함하는 이차 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 경사면과 상기 관통홀의 테두리 사이의 제1 길이는 상기 곡면과 상기 관통홀의 테두리 사이의 제2 길이 대비 더 긴 이차 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 캡 플레이트와 상기 플랜지부 사이에 위치하며, 상기 캡 플레이트와 상기 플랜지부 사이를 절연 접합하는 열융착층을 더 포함하는 이차 전지.
  5. 제4항에서,
    상기 열융착층은 설정된 온도에서 녹는 이차 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 플랜지부는 상기 캡 플레이트 상에 위치하며,
    상기 돌출부는 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하여 상기 제2 전극과 연결되는 이차 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 플랜지부는 상기 캡 플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 위치하여 상기 제2 전극과 연결되며,
    상기 돌출부는 상기 플랜지부로부터 상기 관통홀을 관통하여 외부로 노출된 이차 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 플랜지부는 상기 돌출부 대비 더 넓은 면적을 가지는 이차 전지.
  9. 제1항에서,
    상기 플랜지부는 상기 돌출부 대비 더 얇은 두께를 가지는 이차 전지.
  10. 제1항에서,
    상기 플랜지부 및 상기 돌출부는 일체로 형성된 이차 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 케이스 및 상기 캡 플레이트는 상기 제1 전극과 동일한 극성을 가지며,
    상기 단자 플레이트는 상기 제2 전극과 동일한 극성을 가지는 이차 전지.
  12. 제1항에서,
    상기 전극 조립체는,
    상기 제1 전극으로부터 연장되어 상기 케이스와 결합되는 제1 전극 탭; 및
    상기 제2 전극으로부터 연장되어 상기 단자 플레이트와 결합되는 제2 전극 탭
    을 더 포함하는 이차 전지.
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