WO2016010294A1 - 중공형 이차전지 - Google Patents

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홍영진
이영재
이성근
강순선
김경호
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(주)오렌지파워
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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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