WO2016010294A1 - 중공형 이차전지 - Google Patents

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WO2016010294A1
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terminal
gasket
plate
tab
hole
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홍영진
이영재
이성근
강순선
김경호
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(주)오렌지파워
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Definitions

  • the present invention relates to a hollow secondary battery, and more particularly, a hollow secondary battery capable of quickly discharging heat inside the battery to the outside and automatically shorting the battery when the internal pressure of the battery increases abnormally. It relates to a battery.
  • batteries are also diversified to provide outputs and capacities suitable for them.
  • small mobile devices such as mobile phones, PDAs, digital cameras, notebook computers, and the like are used with one or two or four small lightweight secondary batteries (unit cells) per device, depending on the size of the products.
  • These secondary batteries are roughly classified into cylindrical batteries, rectangular batteries, and pouch-type batteries according to the external and internal structural characteristics, and are largely jelly-roll type (wound type) according to the structure of the electrode assembly of the anode / separation membrane / cathode structure constituting the secondary battery. ) And stacked (stacked).
  • a current blocking device in which a welded part is separated from an external terminal or an electrode assembly when the pressure inside the battery increases due to overcharging or external shock, so that the current is blocked.
  • high power batteries such as automotive batteries
  • strong and many welding points are required to maintain the current density of the welded part, which makes installation work difficult and time consuming, which makes it difficult to use high power batteries.
  • An object of the present invention is to provide a hollow secondary battery that can quickly discharge the heat generated in the electrode assembly to the outside.
  • an object of the present invention is to provide a hollow secondary battery which is automatically short-circuited when the pressure inside the battery rises above a certain level.
  • a first embodiment of the present invention includes an electrode assembly including a pair of electrode plates and a separator interposed between the pair of electrode plates; An outer container in which the electrode assembly is received; A hollow inner container inserted into a central portion of the electrode assembly; A first electrode assembly assembled to an upper portion of the outer container and into which an upper end of the inner container is inserted; And, it is assembled to the lower portion of the outer container, and provides a hollow secondary battery comprising a second electrode assembly is inserted into the lower end of the inner container in the center.
  • the first terminal assembly includes a first terminal portion; A first gasket to receive and insulate the first terminal portion; A first cover coupled to the outer container at a lower side of the first gasket; And a first lead plate electrically connected to an upper surface of the electrode assembly
  • the second terminal assembly comprises: a second terminal portion; A second gasket to receive and insulate the second terminal portion; A second cover coupled to the outer container at an upper side of the second gasket; And a second lead plate electrically connected to an upper surface of the electrode assembly.
  • the first terminal portion the first terminal plate; A first inner terminal formed on an upper surface of the first terminal plate and having a first hole into which an inner container is inserted; A first external terminal formed at an outer surface of the first terminal plate and surrounding the first internal terminal; And a first terminal tab formed on a lower surface of the first terminal plate.
  • the first gasket the first gasket plate; A first inner gasket formed on an upper surface of the first gasket plate and having a second hole communicating with the first hole; A first outer gasket formed on an outer surface of the first gasket plate and surrounding the first inner gasket; And a first terminal tab gasket formed on a lower surface of the first gasket plate to surround and insulate the first terminal tab inserted therein.
  • the first cover includes a third hole communicating with the second hole, and a first through hole into which the first terminal tab is inserted.
  • the first lead plate may include a fourth hole communicating with the third hole; A second through hole into which the first terminal tab is inserted;
  • the battery may include a first current blocking member which contacts the first cover by expanding the central portion upward by the pressure.
  • a first lower gasket for insulation is installed between the first cover and the first lead plate, and the first lower gasket communicates with the third and fourth holes, respectively, for insertion of the inner container.
  • the second terminal portion the second terminal plate; A second inner terminal formed on an upper surface of the second terminal plate and having a sixth hole into which an inner container is inserted; A second outer terminal formed on an outer surface of the second terminal plate and surrounding the second inner terminal; And a second terminal tab formed between the second inner terminal and the second outer terminal and electrically connected to the electrode assembly.
  • the second gasket the second gasket plate; A second inner gasket formed on a lower surface of the second gasket plate and having a seventh hole communicating with the sixth hole; A second outer gasket formed at an outer periphery of the bottom surface of the second gasket plate and surrounding the second inner gasket; A fastening part protruding between the second inner gasket and the second outer gasket and inserted between the second inner terminal and the second outer terminal when the plurality of secondary batteries are connected in series;
  • the second terminal tab gasket includes a second terminal tab gasket extending in an upper surface of the second gasket plate and having a hollow structure in which an upper and lower surfaces thereof are opened so that the second terminal tab can be inserted.
  • the second cover is positioned above the second gasket, and includes an eighth hole communicating with the seventh hole and a fourth through hole into which the second terminal tab is inserted.
  • the second lead plate portion may include: a ninth hole communicating with the eighth hole; A fifth through hole into which the second terminal tab is inserted;
  • the battery module includes a second current blocking member which expands to the lower side by the pressure and contacts the second cover.
  • a second lower gasket for insulation is installed between the second cover and the second lead plate, and the second lower gasket communicates with the eighth and ninth holes, respectively, for insertion of the inner container. And a sixth through hole into which the second terminal tab is inserted, and a second insertion hole through which a central portion of the second current blocking member expands downward by pressure.
  • the upper and lower surfaces of the electrode assembly further comprises a first, second insulating plate, the first, second insulating plate, the first, second insulating plate plate; First and second insulating plate through holes formed in a center of the first and second insulating plate plates so that the inner container can be inserted therein; First and second accommodating parts extending from one outer circumferential surface of the first and second insulating plate plates to accommodate the first and second terminal assemblies; And third and fourth receiving portions extending from the outer peripheral surface of the other side of the first and second insulating plate plates so that the upper and lower portions of the electrode assembly may be accommodated.
  • the second embodiment of the present invention is an electrode assembly comprising a pair of electrode plates and a separator interposed between the pair of electrode plates; An outer container in which the electrode assembly is received; Third and fourth covers respectively coupled to one side and the other side of the outer container; A third lead plate disposed between one side of the electrode assembly and the third cover and electrically connected to the electrode assembly; A fourth lead plate disposed between the other side of the electrode assembly and the fourth cover and electrically connected to the electrode assembly;
  • the first and second short circuits are installed in the first and second openings formed in the third and fourth lead plates, respectively, and are elastically deformed when the internal pressure of the outer container rises to contact the third and fourth covers, respectively. It includes wealth.
  • the first short circuit part includes a first elastic member installed in the first opening part to seal the first opening part, and a first connector formed at a periphery of the first short circuit part to contact the third lead plate.
  • the second short circuit part includes a second elastic member installed in the second opening part to seal the second opening part, and a second connector formed at a periphery of the second short part part to contact the fourth lead plate.
  • the first and second elastic members have a hemispherical shape in which the center portion is inverted to contact the third and fourth covers, respectively, when the pressure inside the battery increases.
  • the first short circuit part further comprises a third insulator surrounding the outer circumferential surface of the first connector to insulate the third cover and the first connector
  • the second short circuit part further comprises an outer circumference of the second connector. It further comprises a fourth insulator surrounding the surface to insulate the fourth cover and the second connector.
  • first and second protrusions are formed on the inner surfaces of the third and fourth insulators, respectively, and the first and second fastening grooves to which the first and second protrusions are inserted are formed on the outer circumferential surfaces of the first and second connectors, respectively. do.
  • the third and fourth covers are formed with first and second grooves having a predetermined depth into which one ends of the third and fourth insulators are inserted.
  • first and second non-coating parts having a positive polarity or a negative polarity are formed at both ends of the electrode assembly, respectively, and the third and fourth lead plates are respectively connected to the first and second non-coating parts.
  • the first and second tab plates are joined.
  • a first tab of a conductive material in contact with the first tab plate and the third lead plate is installed between the first tab plate and the third lead plate, and between the second tab plate and the fourth lead plate.
  • the second tab is made of a conductive material in contact with the second tab plate and the second lead plate, respectively.
  • first and second insulators are provided on an upper surface of the first tab plate and a lower surface of the second tab plate, respectively, and the first and second tabs contact the first and second tab plates. Insertion holes are respectively formed to be possible.
  • the internal pressure of the battery increases by a certain amount or more, the internal short circuit of the battery is automatically induced, thereby ensuring safety during abnormal development due to overcharge.
  • the hollow secondary battery according to the present invention does not need to fix the first and second short circuits to induce a short circuit inside the battery by welding, thereby reducing the work time required for assembly and installation work.
  • FIG. 1 is a perspective view of a hollow secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a hollow secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view showing a top and bottom structure of the first terminal unit according to the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing the upper and lower structures of the first gasket according to the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing in more detail the structure of the first cover according to the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a top and bottom structure of the first lead plate according to the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the structure of a first lower gasket according to the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an upper and lower structure of the second terminal unit according to the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the upper and lower structures of the second gasket according to the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a coupling structure of a second gasket and a second terminal unit according to the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view showing in more detail the structure of the second cover according to the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a top and bottom structure of a second lead plate according to the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view showing the structure of a second lower gasket according to the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing the structure of the first and second insulating plates according to the present invention.
  • 15 is a view illustrating a state in which first and second insulating plates are installed in an outer container.
  • 16 to 19 illustrate a hollow secondary battery according to a first embodiment in which the outer container has a rectangular cross-sectional structure.
  • 20 to 23 is a view showing a hollow secondary battery according to a first embodiment in which the outer container has a hexagonal cross-sectional structure.
  • FIG. 24 is a view illustrating a state in which the hollow secondary batteries according to the first embodiment of the present invention are connected in series.
  • 25 is a perspective view of a cutout of a hollow secondary battery according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • 26 is a cross-sectional view of a cut portion of a hollow secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is an enlarged view of a portion A of FIG. 25.
  • FIG. 28 is an enlarged view of a portion A of FIG. 26.
  • FIG. 29 is an enlarged view of a portion B of FIG. 25.
  • FIG. 30 is an enlarged view of a portion B of FIG. 26.
  • FIG. 31 is an exploded perspective view of the first and second short-circuiting portions according to the present invention.
  • FIG. 32 is a perspective view showing in more detail the structure of the first and second covers according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a hollow secondary battery according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of a hollow secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • the hollow secondary battery according to the present invention the electrode assembly 100, the outer container 200, the inner container 300, the first terminal assembly 400, It comprises a second terminal assembly 500.
  • the electrode assembly 100 is formed by winding a pair of electrode plates having an anode or a cathode and a separator interposed between the pair of electrode plates in a jelly roll form. At both ends of the electrode assembly 100, first and second non-coating portions 110 and 111 to which the active material is not coated are formed. (See FIG. 25)
  • the first non-coating portion 110 is formed on an electrode plate having a positive electrode.
  • the second uncoated portion 111 is formed on the electrode plate having a negative polarity and has a negative polarity.
  • the polarity of the electrode plate when the polarity of the electrode plate is changed, the polarity of the first and second uncoated parts 110 and 120 may also be changed.
  • the first uncoated portion 110 has a positive electrode and the second uncoated portion 111 has a negative electrode.
  • the outer container 200 has a structure in which both end surfaces are open, and the electrode assembly 100 is accommodated therein.
  • the outer container 200 is made of a metal material such as aluminum, aluminum alloy or nickel plated steel.
  • the inner container 300 is inserted into the center of the electrode assembly 100 to prevent deformation of the electrode assembly 100, and forms a cylindrical structure having a hollow to quickly generate heat generated in the electrode assembly 100 to the outside. To be discharged.
  • the first terminal assembly 400 is assembled to an upper portion of the outer container 200 to seal the outer container 200, and is connected to the electrode assembly 100 to allow a current to flow to the external device.
  • an upper end of the inner container 300 is inserted into the center of the first terminal assembly 400. Therefore, since the hollow of the inner container 300 passes through the first terminal assembly 400 and is exposed to the outside, heat generated in the electrode assembly 100 is quickly discharged to the outside through the hollow as described above.
  • the first terminal assembly 400 includes a first terminal portion 410, a first gasket 420, a first cover 430, and a first lead plate 440.
  • FIG 3 is a perspective view showing a top and bottom structure of the first terminal unit according to the present invention.
  • the first terminal portion 410 is formed on the first terminal plate 411 and the upper surface of the first terminal plate 411, and includes a first hole into which the inner container 300 is inserted.
  • a first inner terminal 412 having a 412a, a first outer terminal 413 formed at an outer surface of the first terminal plate 411 and surrounding the first inner terminal 412, and
  • the first terminal tab 414 is formed on the lower surface of the first terminal plate 411.
  • the first terminal tab 414 passes through the first gasket 420, the first cover 430, the first lower gasket 450, the first lead plate 440, and the first insulating plate 460, which will be described below. It may be electrically connected to the electrode assembly 100 by.
  • the first terminal tab 414 is not particularly limited as long as it has a structure capable of connecting the electrode assembly 100 and the first terminal portion 410.
  • Figure 4 is a perspective view showing the upper and lower structures of the first gasket according to the present invention.
  • the first gasket 420 serves to insulate the first terminal portion 410 by receiving the first terminal portion 410.
  • the first gasket 420 is formed on the first gasket plate 421 and the upper surface of the first gasket plate 421 and communicates with the first hole 412a.
  • a first inner gasket 422 having a hole 422a, a first outer gasket 423 formed around the upper surface of the first gasket plate 421 and surrounding the first inner gasket 422;
  • a first terminal tab gasket 424 formed on a lower surface of the first gasket plate 421 and into which the first terminal tab 414 is inserted.
  • the first inner gasket 422 has an outer surface in contact with an inner surface of the first inner terminal 412 to insulate the first inner terminal 412, and the first outer gasket 423 is formed of the first outer terminal 413. The outer surface is wrapped to insulate the first outer terminal 413.
  • the first terminal tab gasket 424 surrounds and insulates the first terminal tab 414 inserted therein.
  • FIG. 5 is a perspective view showing in more detail the structure of the first cover according to the present invention.
  • the first cover 430 is coupled to the outer container 200 at the lower side of the first gasket 420. As illustrated in FIG. 5, the first cover 430 includes a third hole 431 communicating with the second hole 422a and a first through hole 432 into which the first terminal tab 414 is inserted. )
  • the first lead plate 440 is made of a conductive material and is electrically connected to an upper surface of the electrode assembly 100.
  • the first lead plate 440 may be fused to the first uncoated portion 110 of the electrode assembly 100 by ultrasonic welding, laser welding, or the like.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a top and bottom structure of the first lead plate according to the present invention.
  • the first lead plate 440 has a fourth hole 441 communicating with the third hole 431 and a second through hole 442 into which the first terminal tab 414 is inserted. ) One side of the first lead plate 440 may be cut so that the electrolyte may be easily injected into the battery.
  • the first lead plate 440 may further include a first current blocking member 443.
  • a predetermined value for example, the operation reference temperature: 125 ° C. and the operation reference pressure of 18.5 kgf / cm 2
  • the first current blocking member 443 expands upward by the pressure.
  • the first current blocking member 443 together with the second current blocking member 543 to be described below serves to short-circuit the inside of the battery by allowing a current to flow to the outer container 200.
  • a first lower gasket 450 for insulation may be provided between the first cover 430 and the first lead plate 440.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the structure of a first lower gasket according to the present invention.
  • the first lower gasket 450 has a fifth hole 451 communicating with the third hole 431 and the fourth hole 441, respectively, for insertion of the inner container 300, and the first terminal tab 414. It includes a third through hole 452 is inserted.
  • first lower gasket 450 may further include a first insertion hole 453 through which a central portion of the first current blocking member 443 expands upward by pressure. The central portion of the first current blocking member 443 contacts the first cover 430 through the first insertion hole 453 when inflated.
  • Reference numerals 415, 425, 433, 444, and 454 denote first terminal portions 410, first gaskets 420, first covers 430, first lead plates 440, and first lower gaskets for injecting electrolyte. It is an injection hole formed in communication with each 450.
  • the second terminal assembly 500 is assembled to the lower portion of the outer container 200 to seal the lower surface of the outer container 200, and is connected to the electrode assembly 100 described above to allow current to flow to the external device.
  • the lower end of the inner container 300 is inserted into the center of the second terminal assembly 500. Therefore, since the upper end and the lower end of the inner container 300 are exposed to the outside through the first and second terminal assemblies 400 and 500, respectively, heat generated in the electrode assembly 100 is rapidly transmitted through the hollow of the inner container 300. It can be discharged to the outside.
  • the second terminal assembly 500 includes a second terminal portion 510, a second gasket 520, a second cover 530, and a second lead plate 540.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an upper and lower structure of the second terminal unit according to the present invention.
  • the second terminal part 510 is formed on the second terminal plate 511 and the upper surface of the second terminal plate 511, and the inner container 300 is inserted in the center thereof.
  • a second inner terminal 512 having a six-hole 512a and a second outer terminal 513 extending from the upper edge of the upper surface of the second terminal plate 511 to surround the second inner terminal 512.
  • a second terminal tab 514 formed between the second inner terminal 512 and the second outer terminal 513.
  • the second terminal tab 514 is integrally formed with the second terminal plate 511 so that the second gasket 520, the second cover 530, the second lower gasket 550, and the second lead plate ( It may be electrically connected to the electrode assembly 100 through the 540.
  • the second terminal tab 514 is not particularly limited as long as it has a structure capable of connecting the electrode assembly 100 and the second terminal portion 510.
  • the second terminal tab 514 may be manufactured in a cylindrical form or in a form surrounding the sixth hole 512a.
  • the second gasket 520 serves to insulate the second terminal part 510 by receiving the second terminal part 510.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the upper and lower structures of the second gasket according to the present invention.
  • the second gasket 520 extends on the second gasket plate 521 and a lower surface of the second gasket plate 521 and communicates with the sixth hole 512a.
  • a second inner gasket 522 having a seventh hole 522a and a second outer gasket 523 extending from an outer surface of the lower surface of the second gasket plate 521 to surround the second inner gasket 522.
  • a fastening part 524 protruding between the second inner gasket 522 and the second outer gasket 523, and an upper surface of the second gasket plate 521, and extending from the second terminal tab
  • the second terminal tab gasket 525 includes a hollow structure having an open top and bottom surfaces so that the 514 can be inserted therein.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a coupling structure of a second gasket and a second terminal unit according to the present invention.
  • the fastening part 524 is inserted between the second inner terminal 512 and the second outer terminal 513 to insert the second terminal part 510 into the second gasket 520.
  • the second inner gasket 522 is inserted into and positioned in the sixth hole 512a of the second inner terminal 512, and the second outer gasket 523 is fixed as shown in FIG. 10 (b).
  • the second terminal tab 514 is inserted into the second terminal tab gasket 525 to be spaced apart from the outer surface of the second external terminal 513.
  • FIG. 11 is a perspective view showing in more detail the structure of the second cover according to the present invention.
  • the second cover 530 is positioned above the second gasket 520 and is coupled to the outer container 200 by ultrasonic or laser welding. As illustrated in FIG. 11, the second cover 530 has an eighth hole 531 communicating with the seventh hole 522a and a fourth through hole 532 into which the second terminal tab 514 is inserted. )
  • the second lead plate 540 is made of a conductive material and is electrically connected to the bottom surface of the electrode assembly 100.
  • the second lead plate 540 may be fused to the second uncoated portion 111 of the electrode assembly 100 by ultrasonic welding, laser welding, or the like.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a top and bottom structure of a second lead plate according to the present invention.
  • the second lead plate 540 includes a ninth hole 541 communicating with the eighth hole 531, and a fifth through hole 542 into which the second terminal tab 514 is inserted.
  • the second lead plate 540 may further include a second current blocking member 543.
  • the second current blocking member 543 has a central portion lowered by the pressure when the internal temperature and the pressure of the battery reach a predetermined value (for example, the operation reference temperature: 125 ° C. and the operation reference pressure of 18.5 kgf / cm 2 ). It expands and contacts the second cover 530. Therefore, when the first current blocking member 443 and the second current blocking member 543 are simultaneously inflated by pressure and come into contact with the first cover 430 and the second cover 530, a short circuit occurs. As the function is stopped, safety accidents (overheating, fire, etc.) can be prevented.
  • a second lower gasket 550 is provided between the second cover 530 and the second lead plate 540 for insulation.
  • FIG. 13 is a perspective view showing the structure of a second lower gasket according to the present invention.
  • the second lower gasket 550 has a tenth hole 551 communicating with the eighth hole 531 and a ninth hole 541 so that the inner container 300 is inserted, and the second terminal tab 514 is inserted therein. And a sixth through hole 552.
  • the second lower gasket 550 may further include a second insertion hole 553 through which a central portion of the second current blocking member 543 expands downward by pressure. The central portion of the second current blocking member 543 contacts the second cover 530 through the second insertion hole 553 when inflated.
  • a bottom portion 554 extending from the outer portion of the tenth hole 551 may be formed on the bottom surface of the second lower gasket 550.
  • the stepped part 554 is inserted into the eighth hole 531 of the second cover 530 to firmly couple the second lower gasket 550 and the second cover 530.
  • the hollow secondary battery according to the present invention may further include a first insulating plate 460 provided on the upper surface of the electrode assembly 100, and a second insulating plate 560 provided on the lower surface of the electrode assembly 100. have.
  • Figure 14 is a perspective view showing the structure of the first and second insulating plates according to the present invention
  • Figure 15 is a view showing a state in which the first and second insulating plates are installed in the outer container.
  • the first and second insulating plates 460 and 560 are formed at the center of the first and second insulating plate plates so that the first and second insulating plate plates 461 and 561 and the inner container 300 can be inserted.
  • First and second receiving parts extending from one outer circumferential surface of the first and second insulating plate plates 461 and 561 to accommodate the first and second insulating plate through holes 462 and 562 and the first and second terminal assemblies 400 and 500 ( 463 and 563 and third and fourth accommodating parts 464 and 564 extending from the outer circumferential surface of the other side of the first and second insulating plate plates 461 and 561 to accommodate the upper and lower portions of the electrode assembly 100.
  • the first and second terminal assemblies 400 are accommodated in the first and second accommodating parts 463 and 563, respectively.
  • the second lead plate and the like are prevented from directly contacting the outer container 200, and the upper and lower portions of the electrode assembly 100 are accommodated in the third and fourth accommodating parts 464 and 564, respectively, so that the electrode assembly 100 is external. Contact with the container 200 is prevented.
  • the first and second accommodating parts 463 and 563 may have a larger diameter than the third and fourth accommodating parts 464 and 564.
  • the first and second insulating plates 460 and 560 may be installed, if a beading portion recessed inwardly is formed in the outer container 200 by applying pressure, the side surfaces of the first and second receiving portions 463 and 563 are supported by the beading portion.
  • the first and second insulating plates 460 and 560 may be firmly fixed inside the outer container 200.
  • FIGS. 16 to 19 illustrate a hollow secondary battery according to a first embodiment in which the outer container has a rectangular cross-sectional structure
  • FIGS. 20 to 23 illustrate hollow according to the first embodiment in which the outer container has a hexagonal cross-sectional structure. It is a figure which shows a type
  • first and second terminal assemblies 400 and 500 and the first and second insulating plates 460 and 560 may be variously modified according to the shape or needs of the outer container 200 as illustrated in FIGS. 16 to 23. Can be.
  • the plates 440 and 540, the first and second lower gaskets 450 and 550, and the first and second insulating plate plates 461 and 561 also have a rectangular cross section.
  • the first and second gasket plates 421 and 521, the first and second covers 430 and 530, and the first and second lead plates ( 440 and 540, the first and second lower gaskets 450 and 550, and the first and second insulating plate plates 461 and 561 also have hexagonal cross-sections.
  • FIG. 24 is a view illustrating a state in which the hollow secondary batteries according to the first embodiment of the present invention are connected in series.
  • first terminal assembly 400 described above may be coupled to the second terminal assembly 500 so as to connect a plurality of hollow secondary batteries in series.
  • the first gasket 420 having the first terminal portion 410 coupled to the bottom surface of the second gasket 520 having the second terminal portion 510 coupled thereto is coupled thereto.
  • a first external gasket 423 and a first external terminal 413 are inserted between the second external gasket 523 and the second external terminal 513, and the second external terminal 513 and the second internal gasket are inserted therein.
  • the first internal terminal 412 and the first internal gasket 422 are inserted between the 522.
  • first and second terminal assemblies 400 and 500 can be coupled in this manner, a separate connecting device for connecting the hollow secondary batteries in series is not required, and the inner container 300 of each secondary battery in the series connected state is also required. In communication with each other, heat generated inside each secondary battery may be quickly discharged to the outside through the hollow of the inner container 300.
  • FIG. 25 is a perspective view of a cutout of a hollow secondary battery according to a second exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 26 is a cross-sectional view of a cutout of a hollow secondary battery according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • the hollow secondary battery according to the second embodiment of the present invention includes an electrode assembly 100, an outer container 200, third and fourth covers 610 and 620, and 3 and 4 lead plates 630 and 640, and first and second short circuit parts 700 and 800.
  • the electrode assembly 100 has a structure in which a pair of electrode plates having an anode or a cathode and a separator interposed between the pair of electrode plates are wound in a jelly roll form.
  • First and second plain portions 110 and 111 are formed at both ends of the electrode assembly 100.
  • the first uncoated portion 110 is formed on the electrode plate having a positive polarity and has a positive polarity
  • the second uncoated portion 111 is formed on the electrode plate having a negative electrode and has a negative polarity.
  • the polarity of the first and second plain portions 110 and 111 may also be changed.
  • the outer container 200 has a structure in which both end surfaces are open, and the electrode assembly 100 is accommodated therein.
  • the outer container 200 is made of a conductive metal material such as aluminum, aluminum alloy or nickel plated steel.
  • the third and fourth covers 610 and 620 are coupled to one open side and the other side of the outer container 200, respectively, so that the electrode assembly 100 is accommodated in the outer container 200.
  • the third and fourth covers 610 and 620 are also made of a conductive metal material.
  • the third lead plate 630 is installed between one side of the electrode assembly 100 and the third cover 610 to be electrically connected to the electrode assembly 100. Specifically, the third lead plate 630 is electrically connected to the first uncoated portion 110 of the electrode assembly 100.
  • FIG. 27 is an enlarged view of a portion A of FIG. 25 and FIG. 28 is an enlarged view of a portion A of FIG.
  • the first tab plate 120 of the conductive material is coupled to the first plain part 110 by welding, and the first tab plate 120 and the third lead plate are connected to each other.
  • the first tab of a conductive material between the 630 and the first tab plate 120 and the third lead plate 630, respectively, to electrically connect the first uncoated portion 110 and the third lead plate 630. 130 is installed.
  • connection structure of the third lead plate 630 and the electrode assembly 100 is not limited thereto, and various modifications may be made such that the first tab 130 may directly contact the first uncoated portion 110. It is possible.
  • a first insulator 140 may be installed on an upper surface of the first tab plate 120 to insulate the first tab plate 120 and the outer container 200.
  • an insertion hole 140a is formed in the first insulator 140 so that the first tab 130 may pass through the first insulator 140 and contact the first tab plate 120.
  • a third gasket 150 made of a material such as polypropylene for insulating the third cover 610 and the third lead plate 630 may be formed. Can be installed. In this case, the third cover 610 and the third lead plate 630 are positioned to face each other with the third gasket 150 therebetween.
  • the fourth lead plate 640 is installed between the other side of the electrode assembly 100 and the fourth cover 620 to be electrically connected to the electrode assembly 100. Specifically, the fourth lead plate 640 is electrically connected to the second uncoated portion 111 of the electrode assembly 100.
  • FIG. 29 is an enlarged view of a portion B of FIG. 25, and FIG. 30 is an enlarged view of a portion B of FIG. 26.
  • the second tab plate 121 of the conductive material is coupled to the second uncoated portion 111 by welding, and the second tab plate 121 and the fourth lead plate are connected to each other.
  • Second tabs of a conductive material electrically contacting the second uncoated portion 111 and the fourth lead plate 640 by contacting the second tab plate 121 and the fourth lead plate 640, respectively. 131 is installed.
  • connection structure of the fourth lead plate 640 and the electrode assembly 100 is not limited thereto, and various modifications may be made such that the second tab 131 may be in direct contact with the second uncoated portion 111. It is possible.
  • a second insulator 141 may be installed on the bottom surface of the second tab plate 121 to insulate the second tab plate 121 and the outer container 200.
  • an insertion hole 141a is formed in the second insulator 141 so that the second tab 131 passes through the second insulator 141 to contact the second tab plate 121.
  • a fourth gasket 151 made of a material such as polypropylene for insulating the fourth cover 620 and the fourth lead plate 640 may be disposed between the fourth cover 620 and the fourth lead plate 640. Can be installed. In this case, the fourth cover 620 and the fourth lead plate 640 are positioned to face each other with the fourth gasket 151 therebetween.
  • the internal pressure of the outer container 200 increases. It elastically deforms and shorts inside the battery by contacting the third and fourth covers 610 and 620, respectively (see FIGS. 27 to 30).
  • the first shorting part 700 contacts the third cover 610 so that the third lead plate 630 and the third cover ( 610, the outer container 200 is electrically connected, and at the same time, the second short circuit part 800 contacts the fourth cover 620 so that the fourth lead plate 640, the fourth cover 620, The outer container 200 is electrically connected to short the inside of the battery.
  • the first shorting part 700 is formed in the first opening 631 and is formed on the first elastic member 710 for sealing the first opening 631, and is formed at the circumference of the first shorting part 700.
  • a first connector 720 in contact with the third lead plate 630, and the second short circuit part 800 is installed in the second opening 641 to seal the second opening 641. It includes an elastic member 810 and a second connector 820 formed on the periphery of the second short circuit portion 800 in contact with the fourth lead plate 640.
  • the first and second elastic members 710 and 810 may have a predetermined thickness, and may be manufactured in a hemispherical shape rounded toward the first and second plain parts 110 and 111.
  • the internal pressure of the first and second elastic members 710 and 810 increases by a certain level or more, as shown by a dotted line in FIGS. Are respectively reversed to contact the third and fourth covers 610 and 620, respectively.
  • the internal pressure of the battery in which the first and second elastic members 710 and 810 are reversed may be changed by adjusting the material or the thickness of the first and second elastic members 710 and 810.
  • the first short circuit 700 may further include a third insulator 730
  • the second short circuit 800 may further include a fourth insulator 830.
  • the third insulator 730 surrounds the outer circumferential surface of the first connector 720 to insulate the third cover 610 and the first connector 720, and the fourth insulator 830 is the second connector 820.
  • the outer circumferential surface of) is insulated from the fourth cover 620 and the second connector 820.
  • FIG. 31 is an exploded perspective view of the first and second short-circuiting portions according to the present invention.
  • first and second protrusions 731 and 831 are formed on the inner surfaces of the third and fourth insulators 730 and 830, respectively, and the first and second protrusions 731 and 831 are respectively formed on the outer peripheral surfaces of the first and second connectors 720.
  • First and second fastening grooves 721 and 821 into which the first and second protrusions 731 and 831 are inserted are formed.
  • the third insulator 730 is coupled to the third cover 610 to allow the first short circuit 700 to be stably fixed between the third cover 610 and the third lead plate 630.
  • the fourth insulator 830 is coupled to the fourth cover 620 to allow the second short circuit 800 to be stably fixed between the fourth cover 620 and the fourth lead plate 640.
  • FIG. 32 is a perspective view showing in more detail the structure of the first and second covers according to the present invention.
  • first and second grooves 611 and 621 having predetermined depths into which one ends of the third and fourth insulators 730 and 830 are inserted are formed in the third and fourth covers 610 and 620.
  • first and second elastic members 710 and 810 are inverted by the internal pressure of the battery, the first and second elastic members 710 and 810 contact the central portions of the first and second grooves 611 and 621, respectively. 28 and 30)
  • first and second connectors 720 and 820 it is also possible to weld the first and second connectors 720 and 820 to the third and fourth lead plates 630 and 640 to fix the first and second short circuits 700 and 800, but in this case, a separate welding operation is required. Therefore, it is not preferable.
  • Reference numeral 650 is a first external terminal electrically connected to the third lead plate 630 and has a positive polarity
  • reference numeral 660 is electrically connected to the fourth lead plate 640 to provide a negative polarity.
  • the branch is the second external terminal.
  • reference numeral 670 is a gasket installed on the upper surface of the third cover 610 to surround and insulate the first external terminal 650
  • reference numeral 680 is installed on the lower surface of the fourth cover 620 and the The gasket surrounds and insulates the second external terminal 660.
  • first and second elastic members 710 and 810 are rounded toward the first and second plain parts 110 and 111, and when the pressure is increased by a certain level or more, the first and second elastic members 710 and 810 are inverted toward the third and fourth covers 610 and 620. And 4 covers 610 and 620, respectively.
  • the first and second elastic members 710 and 810 contact the third and fourth covers 610 and 620, respectively, the first uncoated portion 110 and the outer container 200 are electrically connected to each other by the first elastic member 710.
  • the second uncoated portion 111 and the external container 200 are electrically connected by the second elastic member 810, the path of the current flowing to the first and second external terminals 650 and 660 is external to the container 200. The short circuit of the current occurs.

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Abstract

본 발명은 중공형 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지내부의 열을 외부로 신속하게 배출시킬 수 있으며, 또한 전지 내부 압력이 비정상적으로 증가할 때 전지를 자동으로 단락시킬 수 있는 중공형 이차전지에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따른 중공형 이차전지는 한 쌍의 전극판과, 한 쌍의 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 외부용기; 상기 전극조립체의 중앙부에 삽입되는 중공의 내부용기; 상기 외부용기의 상부에 조립되며, 상기 내부용기의 상단부가 삽입되는 제1 전극조립체; 그리고, 상기 외부용기의 하부에 조립되며, 중앙에 상기 내부용기의 하단부가 삽입되는 제2 전극조립체를 포함하여 이루어진다.

Description

중공형 이차전지
본 발명은 중공형 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지내부의 열을 외부로 신속하게 배출시킬 수 있으며, 또한 전지 내부 압력이 비정상적으로 증가할 때 전지를 자동으로 단락시킬 수 있는 중공형 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 그러한 이차전지 중 고에너지 밀도와 높은 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞는 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들에는 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 디바이스 한 대당 하나 또는 두서너 개의 소형 경량의 이차전지(단위전지)들이 사용되고 있다.
이러한 이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체의 구조에 따라 크게 젤리 롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다.
하지만, 이러한 종래 이차전지는 모두 내부가 폐쇄된 구조를 이루므로 내부에서 발생하는 열을 외부로 신속하게 배출시키지 못하는 구조적 문제점이 있었다.
또한, 종래 이차전지에는 과충전이나 외부 충격 등에 의해 전지 내부의 압력이 상승할 때 용접된 부위가 외부 단자 또는 전극조립체와 분리되어 전류가 차단되도록 하는 전류차단소자가 사용되고 있지만, 전류차단 소자는 ESS, 자동차 전지와 같이 고출력 전지에 적용될 경우 용접부위의 전류 밀도를 유지하기 위하여 강하고 많은 용접 포인트를 필요로 하므로 설치작업이 어렵고 시간이 많이 소요되어 고출력 전지에는 사용이 곤란한 문제점이 있었다.
본 발명의 과제는 전극조립체에서 발생하는 열을 외부로 신속하게 배출시킬 수 있는 중공형 이차전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 전지내부의 압력이 일정이상 상승하면 자동으로 내부가 단락되도록 하는 중공형 이차전지를 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 제1 실시예는 한 쌍의 전극판과, 한 쌍의 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 외부용기; 상기 전극조립체의 중앙부에 삽입되는 중공의 내부용기; 상기 외부용기의 상부에 조립되며, 상기 내부용기의 상단부가 삽입되는 제1 전극조립체; 그리고, 상기 외부용기의 하부에 조립되며, 중앙에 상기 내부용기의 하단부가 삽입되는 제2 전극조립체를 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지를 제공한다.
여기서, 상기 제1 단자조립체는, 제1 단자부; 상기 제1 단자부를 수용하여 절연시키는 제1 가스켓; 상기 제1 가스켓의 하측에서 상기 외부용기에 결합되는 제1 커버; 그리고, 상기 전극조립체의 상면에 전기적으로 연결되는 제1 리드 플레이트를 포함하여 이루어지며, 상기 제2 단자조립체는, 제2 단자부; 상기 제2 단자부를 수용하여 절연시키는 제2 가스켓; 상기 제2 가스켓의 상측에서 상기 외부용기에 결합되는 제2 커버; 그리고, 상기 전극조립체의 상면에 전기적으로 연결되는 제2 리드 플레이트를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 단자부는, 제1 단자 플레이트; 상기 제1 단자 플레이트의 상면에 형성되며, 내부용기가 삽입되는 제1 홀을 구비하는 제1 내부단자; 상기 제1 단자 플레이트의 상면 외곽부에 형성되어 제1 내부단자를 둘러싸는 제1 외부단자; 그리고, 상기 제1 단자 플레이트의 하면에 형성되는 제1 단자탭을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 가스켓은, 제1 가스켓 플레이트; 상기 제1 가스켓 플레이트의 상면에 형성되며, 상기 제1 홀과 연통되는 제2 홀 구비하는 제1 내부 가스켓; 상기 제1 가스켓 플레이트의 상면 외곽부에 형성되어 상기 제1 내부 가스켓을 둘러싸는 제1 외부 가스켓; 그리고, 상기 제1 가스켓 플레이트의 하면에 형성되며, 내부에 삽입되는 상기 제1 단자탭을 감싸 절연시키는 제1 단자탭 가스켓을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 커버는 상기 제2 홀과 연통되는 제3 홀과, 상기 제1 단자탭이 삽입되는 제1 관통홀을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 리드 플레이트는, 상기 제3 홀과 연통되는 제4 홀; 상기 제1 단자탭이 삽입되는 제2 관통홀; 그리고, 전지 내부 온도 및 압력이 기설정된 값에 도달하는 경우, 압력에 의해 중앙부가 상측으로 팽창하여 제1 커버에 접촉하는 제1 전류차단부재를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 커버와 상기 제1 리드 플레이트 사이에는 절연을 위한 제1 하부 가스켓이 설치되며, 상기 제1 하부 가스켓은 상기 내부용기의 삽입을 위해 상기 제3, 4 홀과 각각 연통되는 제5 홀과, 상기 제1 단자탭이 삽입되는 제3 관통홀과, 압력에 의해 상측으로 팽창하는 상기 제1 전류차단부재의 중앙부가 통과하는 제1 삽입홀을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제2 단자부는, 제2 단자 플레이트; 상기 제2 단자 플레이트의 상면에 형성되며, 내부용기가 삽입되는 제6 홀을 구비하는 제2 내부단자; 상기 제2 단자 플레이트의 상면 외곽부에 형성되어 제2 내부단자를 둘러싸는 제2 외부단자; 그리고, 상기 제2 내부단자와 제2 외부단자 사이에 형성되어 상기 전극조립체에 전기적으로 연결되는 제2 단자탭을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제2 가스켓은, 제2 가스켓 플레이트; 상기 제2 가스켓 플레이트의 하면에 형성되며, 상기 제6 홀과 연통되는 제7 홀 구비하는 제2 내부 가스켓; 상기 제2 가스켓 플레이트의 하면 외곽부에 형성되어 상기 제2 내부 가스켓을 둘러싸는 제2 외부 가스켓; 상기 제2 내부 가스켓과 제2 외부 가스켓 사이에 돌출형성되며, 다수개의 이차전지를 직렬연결시킬 때 상기 제2 내부단자와 제2 외부단자 사이에 삽입되는 체결부; 그리고, 상기 제2 가스켓 플레이트의 상면에 연장형성되며, 상기 제2 단자탭이 삽입될 수 있도록 상하면이 개방된 중공구조를 이루는 제2 단자탭 가스켓을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제2 커버는 상기 제2 가스켓의 상부에 위치되며, 상기 제7홀과 연통되는 제8 홀과, 상기 제2 단자탭이 삽입되는 제4 관통홀을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제2 리드 플레이트부는, 상기 제8 홀과 연통되는 제9 홀; 상기 제2 단자탭이 삽입되는 제5 관통홀; 그리고, 전지 내부 온도 및 압력이 기설정된 값에 도달하는 경우, 압력에 의해 중앙부가 하측으로 팽창하여 제2 커버에 접촉하는 제2 전류차단부재를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제2 커버와 상기 제2 리드 플레이트 사이에는 절연을 위한 제2 하부 가스켓이 설치되며, 상기 제2 하부 가스켓은 상기 내부용기의 삽입을 위해 상기 제8, 9 홀과 각각 연통되는 제10 홀과, 상기 제2 단자탭이 삽입되는 제6 관통홀과, 압력에 의해 하측으로 팽창하는 상기 제2 전류차단부재의 중앙부가 통과하는 제2 삽입홀을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 전극조립체의 상하면에는 제1, 2 절연판을 더 포함하여 이루어지며, 상기 제1, 2 절연판은, 제1, 2 절연판 플레이트; 상기 내부용기가 삽입될 수 있도록 상기 제1, 2 절연판 플레이트의 중앙에 형성되는 제1, 2 절연판 관통홀; 상기 제1, 2 단자조립체를 수용할 수 있도록 상기 제1, 2 절연판 플레이트의 일측 외주면에서 연장형성되는 제1, 2 수용부; 그리고, 상기 전극조립체의 상부 및 하부가 수용될 수 있도록 상기 제1, 2 절연판 플레이트의 타측 외주면에서 연장형성되는 제3, 4 수용부를 포함하여 이루어진다.
한편, 본 발명의 제2 실시예는 한 쌍의 전극판과, 한 쌍의 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 외부용기; 상기 외부용기의 일측면 및 타측면에 각각 결합되는 제3, 4 커버; 상기 전극조립체의 일측면과 상기 제3 커버 사이에 설치되어 상기 전극조립체에 전기적으로 연결되는 제3 리드 플레이트; 상기 전극조립체의 타측면과 제4 커버 사이에 설치되어 상기 전극조립체에 전기적으로 연결되는 제4 리드 플레이트; 그리고, 상기 제3, 4 리드 플레이트에 형성되는 제1, 2 개구부에 각각 설치되어 상기 외부용기의 내부 압력이 상승하면 탄성적으로 변형되어 상기 제3, 4 커버에 각각 접촉하는 제1, 2 단락부를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 단락부는 상기 제1 개구부에 설치되어 제1 개구부를 밀봉시키는 제1 탄성부재와, 상기 제1 단락부의 둘레부에 형성되어 제3 리드 플레이트에 접촉하는 제1 커넥터를 포함하여 이루어지며, 상기 제2 단락부는 제2 개구부에 설치되어 제2 개구부를 밀봉시키는 제2 탄성부재와, 상기 제2 단락부의 둘레부에 형성되어 제4 리드 플레이트에 접촉하는 제2 커넥터를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1, 2 탄성부재는 전지 내부 압력이 증가하면 중앙부가 반전되어 상기 제3, 4 커버에 각각 접촉하는 반구 형태를 이룬다.
여기서, 상기 제1 단락부는 상기 제1 커넥터의 외측 둘레면을 감싸 상기 제3 커버와 제1 커넥터를 절연시키는 제3 인슐레이터를 더 포함하여 이루어지고, 상기 제2 단락부는 상기 제2 커넥터의 외측 둘레면을 감싸 상기 제4 커버와 제2 커넥터를 절연시키는 제4 인슐레이터를 더 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제3, 4 인슐레이터의 내면에는 제1, 2 돌기부가 각각 형성되고, 상기 제1, 2 커넥터의 외측 둘레면에는 상기 제1, 2 돌기부가 각각 삽입되는 제1, 2 체결홈이 형성된다.
여기서, 상기 제3, 4 커버에는 상기 제3, 4 인슐레이터의 일단부가 각각 삽입되는 일정 깊이의 제1, 2 홈이 형성된다.
여기서, 상기 전극조립체의 양단부에는 양의 극성 또는 음의 극성을 띠는 제1, 2 무지부가 각각 형성되며, 상기 제1, 2 무지부에는 상기 제3, 4 리드 플레이트가 각각 연결되는 전도성 재질의 제1, 2 탭 플레이트가 결합된다.
여기서, 상기 제1 탭 플레이트와 상기 제3 리드 플레이트 사이에는 제1 탭 플레이트 및 제3 리드 플레이트에 각각 접촉하는 전도성 재질의 제1 탭이 설치되며, 상기 제2 탭 플레이트와 상기 제4 리드 플레이트 사이에는 제2 탭 플레이트 및 제2 리드 플레이트에 각각 접촉하는 전도성 재질의 제2 탭이 설치된다.
여기서, 상기 제1 탭 플레이트의 상면 및 상기 제2 탭 플레이트의 하면에는 제1, 2 인슐레이터가 각각 설치되고, 상기 제1, 2 인슐레이터에는 상기 제1, 2 탭이 제1, 2 탭 플레이트에 접촉할 수 있도록 삽입홀이 각각 형성된다.
본 발명에 따른 중공형 이차전지는 내부를 관통하여 형성되는 중공이 외부로 노출되므로 전극조립체에서 발생하는 열을 신속하게 외부로 배출시킬 수 있다.
본 발명에 따른 중공형 이차전지는 전지 내부 압력이 일정이상 증가할 때 전지 내부 단락이 자동적으로 유도되므로 과충전 등에 따른 이상 현상시 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 중공형 이차전지는 전지 내부 단락을 유도하는 제1, 2 단락부를 용접으로 고정시킬 필요가 없어 조립 및 설치작업에 소요되는 작업시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공형 이차전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공형 이차전지의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제1 단자부의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제1 가스켓의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 커버의 구조를 좀더 상세히 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제1 리드 플레이트의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제1 하부 가스켓의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제2 단자부의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제2 가스켓의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 제2 가스켓과 제2 단자부의 결합구조를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 제2 커버의 구조를 좀더 상세히 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 제2 리드 플레이트의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 제2 하부 가스켓의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 14는 본 발명에 따른 제1, 2 절연판의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 15는 외부용기에 제1, 2 절연판이 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 16 내지 도 19는 외부용기가 사각단면 구조를 가지는 제1 실시예에 따른 중공형 이차전지를 나타내는 도면이다.
도 20 내지 도 23은 외부용기가 육각단면 구조를 가지는 제1 실시예에 따른 중공형 이차전지를 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공형 이차전지가 직렬로 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 25는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공형 이차전지의 절단부 사시도이다.
도 26은 본 발명의 제2 실시에에 따른 중공형 이차전지의 절단부 단면도이다.
도 27은 도 25의 A부위를 확대한 도면이다.
도 28은 도 26의 A부위를 확대한 도면이다.
도 29는 도 25의 B부위를 확대한 도면이다.
도 30은 도 26의 B부위를 확대한 도면이다.
도 31은 본 발명에 따른 제1, 2 단락부의 분해사시도이다.
도 32는 본 발명에 따른 제1, 2 커버의 구조를 좀더 상세히 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공형 이차전지의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공형 이차전지의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중공형 이차전지는 전극조립체(100)와, 외부용기(200)와, 내부용기(300)와, 제1 단자조립체(400)와, 제2 단자조립체(500)를 포함하여 이루어진다.
상기 전극조립체(100)는 양극 또는 음극을 띠는 한 쌍의 전극판과, 한 쌍의 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터(seperator)가 젤리 롤 형태로 권취되어 형성된다. 이러한 전극조립체(100)의 양단부에는 활물질이 도포되지 않은 제1, 2 무지부(110,111)가 형성된다.(도 25참조) 제1 무지부(110)는 양극을 띠는 전극판에 형성되어 양의 극성을 가지며, 제2 무지부(111)는 음극을 띠는 전극판에 형성되어 음의 극성을 가진다.
물론, 전극판의 극성이 변경될 경우 제1, 2 무지부(110,120)의 극성 역시 변경될 수 있다. 이하 제1 무지부(110)는 양극을 띠고, 제2 무지부(111)는 음극을 띤다고 가정한다.
상기 외부용기(200)는 양단면이 개방된 구조를 이루며, 내부에는 전극조립체(100)가 수용된다. 외부용기(200)는 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 강철과 같은 금속재질로 제작된다.
상기 내부용기(300)는 전극조립체(100)의 중앙부에 삽입되어 전극조립체(100)의 변형을 방지하며, 중공을 구비하는 원통구조를 이루어 전극조립체(100)에서 발생하는 열이 외부로 신속하게 배출될 수 있도록 한다.
상기 제1 단자조립체(400)는 외부용기(200)의 상부에 조립되어 외부용기(200)를 밀봉시키며, 전극조립체(100)에 연결되어 전류가 외부장치로 흐르게 한다. 또한, 제1 단자조립체(400)의 중앙에는 내부용기(300)의 상단부가 삽입된다. 따라서, 내부용기(300)의 중공은 제1 단자조립체(400)를 통과하여 외부로 노출되므로 이미 설명한 바와 같이 전극조립체(100)에서 발생하는 열이 중공을 통해 신속하게 외부로 배출된다.
이러한 제1 단자조립체(400)는 제1 단자부(410)와, 제1 가스켓(420)과, 제1 커버(430)와, 제1 리드 플레이트(440)를 포함하여 이루어진다.
도 3은 본 발명에 따른 제1 단자부의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
상기 제1 단자부(410)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 단자 플레이트(411)와, 상기 제1 단자 플레이트(411)의 상면에 형성되며, 내부용기(300)가 삽입되는 제1 홀(412a)을 구비하는 제1 내부단자(412)와, 상기 제1 단자 플레이트(411)의 상면 외곽부에 형성되어 제1 내부단자(412)를 둘러싸는 제1 외부단자(413)와, 상기 제1 단자 플레이트(411)의 하면에 형성되는 제1 단자탭(414)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 단자탭(414)은 이하 설명할 제1 가스켓(420), 제1 커버(430), 제1 하부 가스켓(450), 제1 리드 플레이트(440) 및 제1 절연판(460)을 통과하여 전극조립체(100)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 단자탭(414)은 전극조립체(100)와 제1 단자부(410)를 연결시킬수 있는 구조라면 그 형태가 특별히 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 제1 가스켓의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
상기 제1 가스켓(420)은 제1 단자부(410)를 수용하여 제1 단자부(410)를 절연시키는 역할을 한다.
이러한 제1 가스켓(420)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 가스켓 플레이트(421)와, 상기 제1 가스켓 플레이트(421)의 상면에 형성되며, 제1 홀(412a)과 연통되는 제2 홀(422a)을 구비하는 제1 내부 가스켓(422)과, 상기 제1 가스켓 플레이트(421)의 상면 외곽부에 형성되어 상기 제1 내부 가스켓(422)을 둘러싸는 제1 외부 가스켓(423)과, 제1 가스켓 플레이트(421)의 하면에 형성되며, 내부에 상기 제1 단자탭(414)이 삽입되는 제1 단자탭 가스켓(424)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 내부 가스켓(422)은 외면이 제1 내부단자(412)의 내면에 접촉하여 제1 내부단자(412)를 절연시키며, 제1 외부 가스켓(423)은 제1 외부단자(413)의 외면을 감싸 제1 외부단자(413)를 절연시킨다. 또한, 제1 단자탭 가스켓(424)은 내부에 삽입되는 제1 단자탭(414)을 감싸 절연시킨다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 커버의 구조를 좀더 상세히 나타내는 사시도이다.
상기 제1 커버(430)는 제1 가스켓(420)의 하측에서 외부용기(200)에 결합된다. 이러한 제1 커버(430)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 홀(422a)과 연통되는 제3 홀(431)과, 상기 제1 단자탭(414)이 삽입되는 제1 관통홀(432)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 리드 플레이트(440)는 전도성 재질로 제작되어 전극조립체(100)의 상면에 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 제1 리드 플레이트(440)는 초음파 용접, 레이저 용접 등에 의해 전극조립체(100)의 제1 무지부(110)에 융착될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 제1 리드 플레이트의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
이러한 제1 리드 플레이트(440)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제3 홀(431)과 연통되는 제4 홀(441)과, 제1 단자탭(414)이 삽입되는 제2 관통홀(442)을 포함하여 이루어진다. 제1 리드 플레이트(440)는 전해액이 전지 내부에 쉽게 주입될 수 있도록 일측이 절단될 수 있다.
또한, 제1 리드 플레이트(440)는 제1 전류차단부재(443)를 더 포함할 수 있다. 제1 전류차단부재(443)는 전지 내부 온도 및 압력이 기설정된 값(예를 들면 작동기준온도: 125℃, 작동기준압력 18.5kgf/cm2)에 도달하면, 압력에 의해 중앙부가 상측으로 팽창하여 제1 커버(430)에 접촉한다. 이러한 제1 전류차단부재(443)는 이하 설명할 제2 전류차단부재(543)와 함께 전류가 외부용기(200)로 흐르도록 하여 전지 내부를 단락시키는 역할을 한다.
한편, 상기 제1 커버(430)와 상기 제1 리드 플레이트(440) 사이에는 절연을 위한 제1 하부 가스켓(450)이 설치된다.
도 7은 본 발명에 따른 제1 하부 가스켓의 구조를 나타내는 사시도이다.
상기 제1 하부 가스켓(450)은 내부용기(300)의 삽입을 위해 제3 홀(431) 및 제4 홀(441)과 각각 연통되는 제5 홀(451)과, 제1 단자탭(414)이 삽입되는 제3 관통홀(452)을 포함하여 이루어진다.
또한, 제1 하부 가스켓(450)은 압력에 의해 상측으로 팽창하는 제1 전류차단부재(443)의 중앙부가 통과하는 제1 삽입홀(453)을 더 포함할 수 있다. 제1 전류차단부재(443)의 중앙부는 팽창시 제1 삽입홀(453)을 통과하여 제1 커버(430)에 접촉한다.
미설명부호 415, 425, 433, 444, 454는 전해액 주입을 위해 제1 단자부(410), 제1 가스켓(420), 제1 커버(430), 제1 리드 플레이트(440), 제1 하부 가스켓(450)에 각각 연통되게 형성되는 주입구이다.
상기 제2 단자조립체(500)는 상기 외부용기(200)의 하부에 조립되어 외부용기(200)의 하면을 밀봉시키며, 상술한 전극조립체(100)에 연결되어 전류가 외부장치로 흐르게 한다.
또한, 제2 단자조립체(500)의 중앙에는 내부용기(300)의 하단부가 삽입된다. 따라서, 내부용기(300)의 상단부 및 하단부는 제1, 2 단자조립체(400,500)를 통과하여 외부로 각각 노출되므로 전극조립체(100)에서 발생하는 열이 내부용기(300)의 중공을 통해 신속하게 외부로 배출될 수 있다.
이러한 제2 단자조립체(500)는 제2 단자부(510)와, 제2 가스켓(520)과, 제2 커버(530)와, 제2 리드 플레이트(540)를 포함하여 이루어진다.
도 8은 본 발명에 따른 제2 단자부의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
상기 제2 단자부(510)는 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 단자 플레이트(511)와, 상기 제2 단자 플레이트(511)의 상면에 형성되며, 중앙에 내부용기(300)가 삽입되는 제6 홀(512a)을 구비하는 제2 내부단자(512)와, 상기 제2 단자 플레이트(511)의 상면 외곽부에 연장형성되어 상기 제2 내부단자(512)를 둘러싸는 제2 외부단자(513)와, 상기 제2 내부단자(512)와 제2 외부단자(513) 사이에 형성되는 제2 단자탭(514)을 포함하여 이루어진다.
제2 단자탭(514)은 제2 단자 플레이트(511)와 일체로 형성되어 이하 설명할 제2 가스켓(520), 제2 커버(530), 제2 하부 가스켓(550), 제2 리드 플레이트(540)를 관통하여 전극조립체(100)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 제2 단자탭(514)은 전극조립체(100)와 제2 단자부(510)를 연결시킬수 있는 구조라면 그 형태가 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 제2 단자탭(514)은 원기둥 형태 또는 제6 홀(512a)을 둘러싸는 형태로 제작될 수 있다.
상기 제2 가스켓(520)은 제2 단자부(510)를 수용하여 제2 단자부(510)를 절연시키는 역할을 한다.
도 9는 본 발명에 따른 제2 가스켓의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
이러한 제2 가스켓(520)은 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 가스켓 플레이트(521)와, 상기 제2 가스켓 플레이트(521)의 하면에 연장형성되며, 상기 제6 홀(512a)과 연통되는 제7 홀(522a)을 구비하는 제2 내부 가스켓(522)과, 상기 제2 가스켓 플레이트(521)의 하면 외곽부에 연장형성되어 제2 내부 가스켓(522)을 둘러싸는 제2 외부 가스켓(523)과, 상기 제2 내부 가스켓(522)과 제2 외부 가스켓(523) 사이에 돌출형성되는 체결부(524)와, 제2 가스켓 플레이트(521)의 상면에 연장형성되며, 제2 단자탭(514)이 삽입될 수 있도록 상하면이 개방된 중공구조를 이루는 제2 단자탭 가스켓(525)을 포함하여 이루어진다.
도 10은 본 발명에 따른 제2 가스켓과 제2 단자부의 결합구조를 나타내는 사시도이다.
따라서, 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 체결부(524)를 제2 내부단자(512)와 제2 외부단자(513) 사이에 삽입시켜 제2 가스켓(520)에 제2 단자부(510)를 결합시키면, 도 10(b)와 같이 상기 제2 내부 가스켓(522)은 제2 내부단자(512)의 제6 홀(512a)에 삽입되어 위치되고, 제2 외부 가스켓(523)은 일정간격 이격되어 제2 외부단자(513)의 외면을 둘러싸며, 제2 단자탭 가스켓(525)의 내부에는 제2 단자탭(514)이 삽입되어 위치된다.
도 11은 본 발명에 따른 제2 커버의 구조를 좀더 상세히 나타내는 사시도이다.
상기 제2 커버(530)는 제2 가스켓(520)의 상부에 위치되며, 초음파 또는 레이저 용접 등에 의해 외부용기(200)에 결합된다. 이러한 제2 커버(530)는 도 11에 도시된 바와 같이, 제7 홀(522a)과 연통되는 제8 홀(531)과, 상기 제2 단자탭(514)이 삽입되는 제4 관통홀(532)을 포함하여 이루어진다.
상기 제2 리드 플레이트(540)는 전도성 재질로 제작되어 전극조립체(100)의 하면에 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 제2 리드 플레이트(540)는 초음파 용접, 레이저 용접 등에 의해 전극조립체(100)의 제2 무지부(111)에 융착될 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 제2 리드 플레이트의 상하부 구조를 나타내는 사시도이다.
이러한 제2 리드 플레이트(540)는 도 12에 도시된 바와 같이, 제8 홀(531)과 연통되는 제9 홀(541)과, 제2 단자탭(514)이 삽입되는 제5 관통홀(542)을 포함하여 이루어진다.
또한, 제2 리드 플레이트(540)는 제2 전류차단부재(543)를 더 포함할 수 있다. 제2 전류차단부재(543)는 전지 내부 온도 및 압력이 기설정된 값(예를 들면 작동기준온도: 125℃, 작동기준압력 18.5kgf/cm2)에 도달하는 경우, 압력에 의해 중앙부가 하측으로 팽창하여 제2 커버(530)에 접촉한다. 따라서 상술한 제1 전류차단부재(443)와 제2 전류차단부재(543)가 압력에 의해 동시에 팽창하여 제1 커버(430)와 제2 커버(530)에 각각 접촉하면 단락이 일어나 이차전지의 기능이 중단되므로 안전사고(과열, 발화 등)가 미연에 방지될 수 있다.
한편, 상기 제2 커버(530)와 상기 제2 리드 플레이트(540) 사이에는 절연을 위한 제2 하부 가스켓(550)이 설치된다.
도 13은 본 발명에 따른 제2 하부 가스켓의 구조를 나타내는 사시도이다.
제2 하부 가스켓(550)은 내부용기(300)가 삽입되도록 제8 홀(531) 및 제9 홀(541)과 각각 연통되는 제10 홀(551)과, 제2 단자탭(514)이 삽입되는 제6 관통홀(552)을 포함한다.
또한, 제2 하부 가스켓(550)은 압력에 의해 하측으로 팽창하는 제2 전류차단부재(543)의 중앙부가 통과하는 제2 삽입홀(553)을 더 포함할 수 있다. 제2 전류차단부재(543)의 중앙부는 팽창시 제2 삽입홀(553)을 통과하여 제2 커버(530)에 접촉한다.
이러한 제2 하부 가스켓(550)의 하면에는 제10 홀(551)의 외곽부에서 연장되는 단턱부(554)가 형성될 수 있다. 단턱부(554)는 제2 커버(530)의 제8 홀(531)에 삽입되어 제2 하부 가스켓(550)과 제2 커버(530)를 견고하게 결합시킨다.
한편, 본 발명에 따른 중공형 이차전지는 전극조립체(100)의 상면에 설치되는 제1 절연판(460)과, 전극조립체(100)의 하면에 설치되는 제2 절연판(560)을 더 포함할 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 제1, 2 절연판의 구조를 나타내는 사시도이며, 도 15는 외부용기에 제1, 2 절연판이 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
상기 제1, 2 절연판(460,560)은 14에 도시된 바와 같이, 제1, 2 절연판 플레이트(461,561)와, 내부용기(300)가 삽입될 수 있도록 상기 제1, 2 절연판 플레이트의 중앙에 형성되는 제1, 2 절연판 관통홀(462,562)과, 제1, 2 단자조립체(400,500)를 수용할 수 있도록 상기 제1, 2 절연판 플레이트(461,561)의 일측 외주면에서 연장형성되는 제1, 2 수용부(463,563)와, 전극조립체(100)의 상부 및 하부가 수용될 수 있도록 상기 제1, 2 절연판 플레이트(461,561)의 타측 외주면에서 연장형성되는 제3, 4 수용부(464,564)를 포함한다.
따라서 도 15에 도시된 바와 같이, 제1, 2 절연판(460,560)이 외부용기 내부에 설치되면, 제1, 2 수용부(463,563)에 제1, 2 단자조립체(400)가 각각 수용되어 제1, 2 리드 플레이트 등이 외부용기(200)에 직접 접촉하는 것이 방지되며, 또한 제3, 4 수용부(464,564)에 전극조립체(100)의 상부 및 하부가 각각 수용되어 전극조립체(100)가 외부용기(200)에 접촉하는 것이 방지된다.
여기서, 제1, 2 수용부(463,563)는 제3, 4 수용부(464,564)에 비해 직경이 크게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1, 2 절연판(460,560)이 설치된 후 압력을 가해 외부용기(200)에 내측으로 함몰된 비딩부를 형성시키면 비딩부에 의해 제1, 2 수용부(463,563)의 측면이 지지되어 제1, 2 절연판(460,560)이 외부용기(200) 내부에 견고하게 고정될 수 있다.
도 16 내지 도 19는 외부용기가 사각단면 구조를 가지는 제1 실시예에 따른 중공형 이차전지를 나타내는 도면이며, 도 20 내지 도 23은 외부용기가 육각단면 구조를 가지는 제1 실시예에 따른 중공형 이차전지를 나타내는 도면이다.
한편, 상술한 제1, 2 단자조립체(400,500) 및 제1, 2 절연판(460,560)의 구조는 도 16 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 외부용기(200)의 형상 또는 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
예를 들어, 도 16 내지 도 19와 같이, 외부용기(200)가 사각단면을 가질 경우, 제1, 2 가스켓 플레이트(421,521)와, 제1, 2 커버(430,530)와, 제1, 2 리드 플레이트(440,540)와, 제1, 2 하부 가스켓(450,550)과, 제1, 2 절연판 플레이트(461,561) 역시 사각단면을 가진다.
또한, 도 20 내지 도 23와 같이, 외부용기(200)가 육각단면을 가질 경우, 제1, 2 가스켓 플레이트(421,521)와, 제1, 2 커버(430,530)와, 제1, 2 리드 플레이트(440,540)와, 제1, 2 하부 가스켓(450,550)과, 제1, 2 절연판 플레이트(461,561) 역시 육각단면을 가진다.
도 24는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공형 이차전지가 직렬로 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
한편, 다수개의 중공형 이차전지를 직렬로 연결시킬 수 있도록 상술한 제1 단자조립체(400)는 제2 단자조립체(500)에 결합될 수 있다.
이를 위해 도 24에 도시된 바와 같이,제2 단자부(510)가 결합되어 있는 제2 가스켓(520)의 하면에 제1 단자부(410)가 결합되어 있는 제1 가스켓(420)이 결합된다.
이때, 제2 외부 가스켓(523)와 제2 외부단자(513) 사이에는 제1 외부 가스켓(423)과 제1 외부단자(413)가 삽입되고, 제2 외부단자(513)와 제2 내부 가스켓(522) 사이에는 제1 내부단자(412)와 제1 내부 가스켓(422)이 삽입된다.
이와 같이 제1, 2 단자조립체(400,500)의 결합이 가능해지면, 중공형 이차전지를 직렬로 연결시키기 위한 별도의 연결장치를 필요로 하지 않으며, 또한 직렬연결된 상태에서 각 이차전지의 내부용기(300)가 연통되므로 각 이차전지의 내부에서 발생하는 열이 내부용기(300)의 중공을 통해 외부로 신속하게 배출될 수 있다.
도 25는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공형 이차전지의 절단부 사시도이며, 도 26은 본 발명의 제2 실시에에 따른 중공형 이차전지의 절단부 단면도이다.
도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공형 이차전지는 전극조립체(100)와, 외부용기(200)와, 제3, 4 커버(610,620)와, 제3, 4 리드 플레이트(630,640)와, 제1, 2 단락부(700,800)를 포함하여 이루어진다.
상기 전극조립체(100)는 양극 또는 음극을 띠는 한 쌍의 전극판과, 한 쌍의 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터(seperator)가 젤리 롤 형태로 권취된 구조를 이룬다.
이러한 전극조립체(100)의 양단부에는 제1, 2 무지부(110,111)가 형성된다. 제1 무지부(110)는 양극을 띠는 전극판에 형성되어 양의 극성을 가지며, 제2 무지부(111)는 음극을 띠는 전극판에 형성되어 음의 극성을 가진다. 물론, 전극판의 극성이 변경될 경우 제1, 2 무지부(110,111)의 극성 역시 변경될 수 있다.
상기 외부용기(200)는 양단면이 개방된 구조를 이루며, 내부에는 상기 전극조립체(100)가 수용된다. 이러한 외부용기(200)는 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 강철과 같은 도전성 금속재질로 제작된다.
상기 제3, 4 커버(610,620)는 외부용기(200)의 개방된 일측면 및 타측면에 각각 결합되어 외부용기(200) 내부에 상술한 전극조립체(100)가 수용되도록 한다. 이러한 제3, 4 커버(610,620) 역시 도전성 금속재질로 제작된다.
상기 제3 리드 플레이트(630)는 전극조립체(100)의 일측면과 제3 커버(610) 사이에 설치되어 전극조립체(100)에 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 제3 리드 플레이트(630)는 상기 전극조립체(100)의 제1 무지부(110)에 전기적으로 연결된다.
도 27은 도 25의 A부위를 확대한 도면이며, 도 28은 도 26의 A부위를 확대한 도면이다.
이를 위해 제1 무지부(110)에는 도 27 및 도 28에 도시된 바와 같이, 전도성 재질의 제1 탭 플레이트(120)가 용접 등에 의해 결합되고, 제1 탭 플레이트(120)와 제3 리드 플레이트(630) 사이에는 제1 탭 플레이트(120) 및 제3 리드 플레이트(630)에 각각 접촉하여 제1 무지부(110)와 제3 리드 플레이트(630)를 전기적으로 연결시키는 전도성 재질의 제1 탭(130)이 설치된다.
물론, 제3 리드 플레이트(630)와 전극조립체(100)의 연결구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 탭(130)이 직접 제1 무지부(110)에 접촉되도록 할 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 제1 탭 플레이트(120)의 상면에는 제1 탭 플레이트(120)와 외부용기(200)의 절연을 위한 제1 인슐레이터(140)가 설치될 수 있다. 이 경우, 제1 탭(130)이 제1 인슐레이터(140)를 통과하여 제1 탭 플레이트(120)에 접촉할 수 있도록 제1 인슐레이터(140)에는 삽입홀(140a)이 형성된다.
또한, 상기 제3 커버(610)와 제3 리드 플레이트(630) 사이에는 제3 커버(610)와 제3 리드 플레이트(630)의 절연을 위한 폴리프로필렌 등과 같은 재질의 제3 가스켓(150)이 설치될 수 있다. 이 경우, 제3 커버(610)와 제3 리드 플레이트(630)는 제3 가스켓(150)을 사이에 두고 마주보게 위치된다.
상기 제4 리드 플레이트(640)는 전극조립체(100)의 타측면과 제4 커버(620) 사이에 설치되어 전극조립체(100)에 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 제4 리드 플레이트(640)는 상기 전극조립체(100)의 제2 무지부(111)에 전기적으로 연결된다.
도 29는 도 25의 B부위를 확대한 도면이며, 도 30은 도 26의 B부위를 확대한 도면이다.
이를 위해 제2 무지부(111)에는 도 29 및 도 30에 도시된 바와 같이, 전도성 재질의 제2 탭 플레이트(121)가 용접 등에 의해 결합되고, 제2 탭 플레이트(121)와 제4 리드 플레이트(640) 사이에는 제2 탭 플레이트(121) 및 제4 리드 플레이트(640)에 각각 접촉하여 제2 무지부(111)와 제4 리드 플레이트(640)를 전기적으로 연결시키는 전도성 재질의 제2 탭(131)이 설치된다.
물론, 제4 리드 플레이트(640)와 전극조립체(100)의 연결구조 역시 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 탭(131)이 직접 제2 무지부(111)에 접촉되도록 할 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 제2 탭 플레이트(121)의 하면에는 제2 탭 플레이트(121)와 외부용기(200)의 절연을 위한 제2 인슐레이터(141)가 설치될 수 있다. 이 경우, 제2 탭(131)이 제2 인슐레이터(141)를 통과하여 제2 탭 플레이트(121)에 접촉할 수 있도록 제2 인슐레이터(141)에는 삽입홀(141a)이 형성된다.
또한, 상기 제4 커버(620)와 제4 리드 플레이트(640) 사이에는 제4 커버(620)와 제4 리드 플레이트(640)의 절연을 위한 폴리프로필렌 등과 같은 재질의 제4 가스켓(151)이 설치될 수 있다. 이 경우, 제4 커버(620)와 제4 리드 플레이트(640)는 제4 가스켓(151)을 사이에 두고 마주보게 위치된다.
상기 제1, 2 단락부(700,800)는 제3, 4 리드 플레이트(630,640)에 형성되는 제1, 2 개구부(opening)(631,641)에 각각 설치되어 상기 외부용기(200)의 내부 압력이 상승하면 탄성적으로 변형되어 제3, 4 커버(610,620)에 각각 접촉함으로써 전지 내부를 단락시킨다.(도 27 내지 도 30 참조)
구체적으로, 과충전이나 외부충격 등에 발생하는 가스에 의해 전지 내부 압력이 상승하면 제1 단락부(700)는 상기 제3 커버(610)에 접촉함으로써 제3 리드 플레이트(630)와, 제3 커버(610), 외부용기(200)를 전기적으로 연결시키고, 동시에 상기 제2 단락부(800)는 상기 제4 커버(620)에 접촉함으로써 제4 리드 플레이트(640)와, 제4 커버(620), 외부용기(200)를 전기적으로 연결시켜 전지 내부가 단락되도록 한다.
이러한 제1 단락부(700)는 제1 개구부(631)에 설치되어 제1 개구부(631)을 밀봉시키는 제1 탄성부재(710)와, 상기 제1 단락부(700)의 둘레부에 형성되어 제3 리드 플레이트(630)에 접촉하는 제1 커넥터(720)를 포함하여 이루어지며, 제2 단락부(800)는 제2 개구부(641)에 설치되어 제2 개구부(641)을 밀봉시키는 제2 탄성부재(810)와, 상기 제2 단락부(800)의 둘레부에 형성되어 제4 리드 플레이트(640)에 접촉하는 제2 커넥터(820)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1, 2 탄성부재(710,810)는 소정두께를 가지며, 제1, 2 무지부(110,111)를 향해 라운드진 반구 형태로 제작될 수 있다. 이 경우, 제1, 2 탄성부재(710,810)는 전지 내부 압력이 일정이상 증가하면, 내부 압력에 의해 도 28 및 도 30에 점선으로 표시된 바와 같이, 제1, 2 무지부(110,111)와 멀어지는 방향으로 각각 반전되어 제3, 4 커버(610,620)에 각각 접촉한다. 제1, 2 탄성부재(710,810)가 반전되는 전지 내부 압력은 제1, 2 탄성부재(710,810)의 재질 또는 두께를 조절하여 변경시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 단락부(700)는 제3 인슐레이터(730)를 더 포함하며, 제2 단락부(800)는 제4 인슐레이터(830)를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 인슐레이터(730)는 제1 커넥터(720)의 외측 둘레면을 감싸 제3 커버(610)와 제1 커넥터(720)를 절연시키고, 상기 제4 인슐레이터(830)는 제2 커넥터(820)의 외측 둘레면을 감싸 제4 커버(620)와 제2 커넥터(820)를 절연시킨다.
도 31은 본 발명에 따른 제1, 2 단락부의 분해사시도이다.
이를 위해 도 31에 도시된 바와 같이, 제3, 4 인슐레이터(730,830)의 내면에는 제1, 2 돌기부(731,831)가 각각 형성되고, 상기 제1, 2 커넥터(720)의 외측 둘레면에는 상기 제1, 2 돌기부(731,831)가 각각 삽입되는 제1, 2 체결홈(721,821)이 형성된다.
또한, 상기 제3 인슐레이터(730)는 제3 커버(610)에 결합되어 제1 단락부(700)가 제3 커버(610)와 제3 리드 플레이트(630) 사이에 안정적으로 고정될 수 있도록 하며, 상기 제4 인슐레이터(830)는 제4 커버(620)에 결합되어 제2 단락부(800)가 제4 커버(620)와 제4 리드 플레이트(640) 사이에 안정적으로 고정될 수 있도록 한다.
도 32는 본 발명에 따른 제1, 2 커버의 구조를 좀더 상세히 나타내는 사시도이다.
이를 위해 상기 제3, 4 커버(610,620)에는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제3, 4 인슐레이터(730,830)의 일단부가 각각 삽입되는 일정 깊이의 제1, 2 홈(611,621)이 형성된다. 이 경우, 상기 제1, 2 탄성부재(710,810)가 전지 내부 압력에 의해 반전될 경우 제1, 2 탄성부재(710,810)는 상기 제1, 2 홈(611,621)의 중앙부에 각각 접촉하게 된다.(도 28 및 도 30 참조)
물론, 제1, 2 단락부(700,800)의 고정을 위해 제1, 2 커넥터(720,820)를 제3, 4 리드 플레이트(630,640)에 각각 용접시키는 것도 가능하지만, 이 경우 별도의 용접작업을 필요로 하므로 바람직하지 않다.
미설명부호 650은 제3 리드 플레이트(630)에 전기적으로 연결되어 양의 극성을 띠는 제1 외부 단자이며, 미설명부호 660은 제4 리드 플레이트(640)에 전기적으로 연결되어 음의 극성을 가지는 제2 외부 단자이다.
또한, 미설명 부호 670은 제3 커버(610)의 상면에 설치되어 상기 제1 외부 단자(650)를 감싸 절연시키는 가스켓이며, 미설명 부호 680은 제4 커버(620)의 하면에 설치되어 상기 제2 외부 단자(660)를 감싸 절연시키는 가스켓이다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공형 이차전지의 내부 단락이 이루어지는 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 과충전 또는 외부 충격 등에 의해 전지 내부에서 가스가 발생하여 전지 내부 압력이 점차 증가하면, 이러한 압력은 1, 2 개구부(631,641)을 통해 제1, 2 탄성부재(710,810)에 전달된다.
이때, 제1, 2 탄성부재(710,810)는 제1, 2 무지부(110,111)를 향해 라운드진 형태를 유지하다가 압력이 일정이상 높아지면, 제3, 4 커버(610,620)를 향해 반전되어 제3, 4 커버(610,620)에 각각 접촉한다.
이와 같이 제1, 2 탄성부재(710,810)가 제3, 4 커버(610,620)에 각각 접촉하면, 제1 탄성부재(710)에 의해 제1 무지부(110)와 외부용기(200)가 전기적으로 연결됨과 동시에 제2 탄성부재(810)에 의해 제2 무지부(111)와 외부용기(200)가 전기적으로 연결되므로 제1, 2 외부 단자(650,660)로 흐르는 전류의 패스가 외부용기(200)로 변경되어 전류의 단락이 이루어진다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 한 쌍의 전극판과, 한 쌍의 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
    상기 전극조립체가 내부에 수용되는 외부용기;
    상기 전극조립체의 중앙부에 삽입되는 중공의 내부용기;
    상기 외부용기의 상부에 조립되며, 상기 내부용기의 상단부가 삽입되는 제1 전극조립체; 그리고,
    상기 외부용기의 하부에 조립되며, 중앙에 상기 내부용기의 하단부가 삽입되는 제2 전극조립체를 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 단자조립체는,
    제1 단자부;
    상기 제1 단자부를 수용하여 절연시키는 제1 가스켓;
    상기 제1 가스켓의 하측에서 상기 외부용기에 결합되는 제1 커버; 그리고,
    상기 전극조립체의 상면에 전기적으로 연결되는 제1 리드 플레이트를 포함하여 이루어지며,
    상기 제2 단자조립체는,
    제2 단자부;
    상기 제2 단자부를 수용하여 절연시키는 제2 가스켓;
    상기 제2 가스켓의 상측에서 상기 외부용기에 결합되는 제2 커버; 그리고,
    상기 전극조립체의 상면에 전기적으로 연결되는 제2 리드 플레이트를 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 단자부는,
    제1 단자 플레이트;
    상기 제1 단자 플레이트의 상면에 형성되며, 내부용기가 삽입되는 제1 홀을 구비하는 제1 내부단자;
    상기 제1 단자 플레이트의 상면 외곽부에 형성되어 제1 내부단자를 둘러싸는 제1 외부단자; 그리고,
    상기 제1 단자 플레이트의 하면에 형성되는 제1 단자탭을 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 가스켓은,
    제1 가스켓 플레이트;
    상기 제1 가스켓 플레이트의 상면에 형성되며, 상기 제1 홀과 연통되는 제2 홀 구비하는 제1 내부 가스켓;
    상기 제1 가스켓 플레이트의 상면 외곽부에 형성되어 상기 제1 내부 가스켓을 둘러싸는 제1 외부 가스켓; 그리고,
    상기 제1 가스켓 플레이트의 하면에 형성되며, 내부에 삽입되는 상기 제1 단자탭을 감싸 절연시키는 제1 단자탭 가스켓을 포함하여 이루어는 중공형 이차전지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 커버는 상기 제2 홀과 연통되는 제3 홀과, 상기 제1 단자탭이 삽입되는 제1 관통홀을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공형 이차전지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 리드 플레이트는,
    상기 제3 홀과 연통되는 제4 홀;
    상기 제1 단자탭이 삽입되는 제2 관통홀; 그리고,
    전지 내부 온도 및 압력이 기설정된 값에 도달하는 경우, 압력에 의해 중앙부가 상측으로 팽창하여 제1 커버에 접촉하는 제1 전류차단부재를 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 커버와 상기 제1 리드 플레이트 사이에는 절연을 위한 제1 하부 가스켓이 설치되며,
    상기 제1 하부 가스켓은 상기 내부용기의 삽입을 위해 상기 제3, 4 홀과 각각 연통되는 제5 홀과, 상기 제1 단자탭이 삽입되는 제3 관통홀과, 압력에 의해 상측으로 팽창하는 상기 제1 전류차단부재의 중앙부가 통과하는 제1 삽입홀을 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 단자부는,
    제2 단자 플레이트;
    상기 제2 단자 플레이트의 상면에 형성되며, 내부용기가 삽입되는 제6 홀을 구비하는 제2 내부단자;
    상기 제2 단자 플레이트의 상면 외곽부에 형성되어 제2 내부단자를 둘러싸는 제2 외부단자; 그리고,
    상기 제2 내부단자와 제2 외부단자 사이에 형성되어 상기 전극조립체에 전기적으로 연결되는 제2 단자탭을 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 가스켓은,
    제2 가스켓 플레이트;
    상기 제2 가스켓 플레이트의 하면에 형성되며, 상기 제6 홀과 연통되는 제7 홀 구비하는 제2 내부 가스켓;
    상기 제2 가스켓 플레이트의 하면 외곽부에 형성되어 상기 제2 내부 가스켓을 둘러싸는 제2 외부 가스켓;
    상기 제2 내부 가스켓과 제2 외부 가스켓 사이에 돌출형성되며, 다수개의 이차전지를 직렬연결시킬 때 상기 제2 내부단자와 제2 외부단자 사이에 삽입되는 체결부; 그리고,
    상기 제2 가스켓 플레이트의 상면에 연장형성되며, 상기 제2 단자탭이 삽입될 수 있도록 상하면이 개방된 중공구조를 이루는 제2 단자탭 가스켓을 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 커버는 상기 제2 가스켓의 상부에 위치되며, 상기 제7홀과 연통되는 제8 홀과, 상기 제2 단자탭이 삽입되는 제4 관통홀을 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 리드 플레이트부는,
    상기 제8 홀과 연통되는 제9 홀;
    상기 제2 단자탭이 삽입되는 제5 관통홀; 그리고,
    전지 내부 온도 및 압력이 기설정된 값에 도달하는 경우, 압력에 의해 중앙부가 하측으로 팽창하여 제2 커버에 접촉하는 제2 전류차단부재를 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 커버와 상기 제2 리드 플레이트 사이에는 절연을 위한 제2 하부 가스켓이 설치되며,
    상기 제2 하부 가스켓은 상기 내부용기의 삽입을 위해 상기 제8, 9 홀과 각각 연통되는 제10 홀과, 상기 제2 단자탭이 삽입되는 제6 관통홀과, 압력에 의해 하측으로 팽창하는 상기 제2 전류차단부재의 중앙부가 통과하는 제2 삽입홀을 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 전극조립체의 상하면에는 제1, 2 절연판을 더 포함하여 이루어지며,
    상기 제1, 2 절연판은,
    제1, 2 절연판 플레이트;
    상기 내부용기가 삽입될 수 있도록 상기 제1, 2 절연판 플레이트의 중앙에 형성되는 제1, 2 절연판 관통홀;
    상기 제1, 2 단자조립체를 수용할 수 있도록 상기 제1, 2 절연판 플레이트의 일측 외주면에서 연장형성되는 제1, 2 수용부; 그리고,
    상기 전극조립체의 상부 및 하부가 수용될 수 있도록 상기 제1, 2 절연판 플레이트의 타측 외주면에서 연장형성되는 제3, 4 수용부를 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  14. 한 쌍의 전극판과, 한 쌍의 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
    상기 전극조립체가 내부에 수용되는 외부용기;
    상기 외부용기의 일측면 및 타측면에 각각 결합되는 제3, 4 커버;
    상기 전극조립체의 일측면과 상기 제3 커버 사이에 설치되어 상기 전극조립체에 전기적으로 연결되는 제3 리드 플레이트;
    상기 전극조립체의 타측면과 제4 커버 사이에 설치되어 상기 전극조립체에 전기적으로 연결되는 제4 리드 플레이트; 그리고,
    상기 제3, 4 리드 플레이트에 형성되는 제1, 2 개구부에 각각 설치되어 상기 외부용기의 내부 압력이 상승하면 탄성적으로 변형되어 상기 제3, 4 커버에 각각 접촉하는 제1, 2 단락부를 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 단락부는 상기 제1 개구부에 설치되어 제1 개구부를 밀봉시키는 제1 탄성부재와, 상기 제1 단락부의 둘레부에 형성되어 제3 리드 플레이트에 접촉하는 제1 커넥터를 포함하여 이루어지며,
    상기 제2 단락부는 제2 개구부에 설치되어 제2 개구부를 밀봉시키는 제2 탄성부재와, 상기 제2 단락부의 둘레부에 형성되어 제4 리드 플레이트에 접촉하는 제2 커넥터를 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1, 2 탄성부재는 전지 내부 압력이 증가하면 중앙부가 반전되어 상기 제3, 4 커버에 각각 접촉하는 반구 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 중공형 이차전지.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 단락부는 상기 제1 커넥터의 외측 둘레면을 감싸 상기 제3 커버와 제1 커넥터를 절연시키는 제3 인슐레이터를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 제2 단락부는 상기 제2 커넥터의 외측 둘레면을 감싸 상기 제4 커버와 제2 커넥터를 절연시키는 제4 인슐레이터를 더 포함하여 이루어지는 중공형 이차전지.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제3, 4 인슐레이터의 내면에는 제1, 2 돌기부가 각각 형성되고,
    상기 제1, 2 커넥터의 외측 둘레면에는 상기 제1, 2 돌기부가 각각 삽입되는 제1, 2 체결홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 중공형 이차전지.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제3, 4 커버에는 상기 제3, 4 인슐레이터의 일단부가 각각 삽입되는 일정 깊이의 제1, 2 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 중공형 이차전지.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 전극조립체의 양단부에는 양의 극성 또는 음의 극성을 띠는 제1, 2 무지부가 각각 형성되며,
    상기 제1, 2 무지부에는 상기 제3, 4 리드 플레이트가 각각 연결되는 전도성 재질의 제1, 2 탭 플레이트가 결합되는 것을 특징으로 하는 중공형 이차전지.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 제1 탭 플레이트와 상기 제3 리드 플레이트 사이에는 제1 탭 플레이트 및 제3 리드 플레이트에 각각 접촉하는 전도성 재질의 제1 탭이 설치되며,
    상기 제2 탭 플레이트와 상기 제4 리드 플레이트 사이에는 제2 탭 플레이트 및 제2 리드 플레이트에 각각 접촉하는 전도성 재질의 제2 탭이 설치되는 중공형 이차전지.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 제1 탭 플레이트의 상면 및 상기 제2 탭 플레이트의 하면에는 제1, 2 인슐레이터가 각각 설치되고,
    상기 제1, 2 인슐레이터에는 상기 제1, 2 탭이 제1, 2 탭 플레이트에 접촉할 수 있도록 삽입홀이 각각 형성되는 중공형 이차전지.
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