KR101244738B1 - 저항 부재를 가지는 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면은 외부 단락시, 외부 단락 전류를 감소시킴으로써, 전극 조립체에서 외부 단락 전류의 관통 특성을 개선하는 저항 부재를 가지는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 기재의 저항 부재를 가지는 이차 전지는, 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구를 덮는 캡 플레이트; 상기 케이스의 외부로 돌출되고 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되는 전극 단자; 및 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트의 사이에 위치하고, 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하는 저항 부재를 포함한다.
본 기재의 저항 부재를 가지는 이차 전지는, 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구를 덮는 캡 플레이트; 상기 케이스의 외부로 돌출되고 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되는 전극 단자; 및 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트의 사이에 위치하고, 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하는 저항 부재를 포함한다.
Description
본 기재는 저항 부재를 가지는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있다. 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기, 예를 들면, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있다.
이차 전지는 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고 양극과 음극을 권취하여 형성되는 전극 조립체, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 케이스의 개구를 밀폐하는 캡 플레이트, 및 캡 플레이트를 관통하여 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함한다.
이차 전지에서, 충전 및 방전이 반복되므로 케이스 내부에서 과도한 열이 발생되거나 전해액이 분해될 수 있다. 이러한 열 발생 또는 전해액 분해는 이차 전지의 내부 압력을 상승시킬 수 있다. 내부 압력 상승은 이차 전지의 발화 및 폭발을 발생시킬 수 있다. 내부 압력 상승에 따른 발화 및 폭발을 방지하기 위하여, 케이스의 외부에 외부 단락부가 구비될 수 있다.
외부 단락부는, 이차 전지의 내부 압력 상승시, 전극 조립체의 음극과 양극을 이차 전지의 외부에서 단락시켜 전극 조립체의 충전상태(state of charge)를 낮춘다. 그러나 외부 단락의 저항 값이 작으므로 외부 단락 전류가 전극 조립체를 과도하게 관통할 수 있다. 따라서 전극 조립체에서 안전성 문제가 발생될 수 있다.
본 발명의 일 측면은 외부 단락시, 외부 단락 전류를 감소시킴으로써, 전극 조립체에서 외부 단락 전류의 관통 특성을 개선하는 저항 부재를 가지는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 외부 단락시, 외부 단락 저항 값을 크게 함으로써, 전극 조립체에서 외부 단락 전류의 관통 특성을 개선하는 저항 부재를 가지는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저항 부재를 가지는 이차 전지는, 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 개구를 덮는 캡 플레이트; 상기 케이스의 외부로 돌출되고 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되는 전극 단자; 및 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트의 사이에 위치하고, 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하는 저항 부재를 포함한다.
상기 저항 부재의 저항은 상기 전극 단자의 저항보다 더 크게 이루어질 수 있다.
상기 전극 단자는, 상기 캡 플레이의 개구를 통해 돌출되는 기둥부; 및 상기 케이스의 외부에서 상기 기둥부에 결합되는 터미널 플레이트를 포함하고, 상기 저항 부재는 상기 터미널 플레이트에서 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 기둥부를 둘러싸고, 상기 기둥부를 상기 캡 플레이트와 상기 저항 부재로부터 각각 절연시키는 전극 개스킷을 더 포함할 수 있다.
상기 저항 부재는, 상기 캡 플레이트의 홈에서 상기 캡 플레이트와 결합되는 제1 돌기; 상기 터미널 플레이트의 홈에서 상기 터미널 플레이트와 결합되는 제2 돌기를 포함할 수 있다.
상기 저항 부재의 저항이 상기 기둥부, 터미널 플레이트 또는 캡 플레이 중에서 적어도 하나의 저항보다 더 크게 이루어질 수 있다.
상기 저항 부재는 스틸(steel), 스테인레스 스틸, 또는 니켈강 합금(nickel steel alloy) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 저항 부재는 본체와, 상기 본체에 도금되는 도금층을 포함할 수 있다.
상기 본체는 스틸, 스테인레스 스틸, 또는 니켈강 합금 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 도금층은 니켈 또는 주석 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 본체와 도금층의 저항은 상기 전극 단자 또는 캡 플레이트 중 적어도 하나의 저항보다 더 크게 이루어질 수 있다.
상기 저항 부재는, 상기 캡 플레이트와 접촉하는 제1 저항부; 및 상기 전극 단자와 접촉하는 제2 저항부를 포함할 수 있다.
상기 제1 저항부는 제1 소재를 포함하고, 상기 제2 저항부는 상기 제1 소재의 저항과 다른 저항을 갖는 제2 소재를 포함할 수 있다.
상기 제1 저항부와 제2 저항부 중 하나는 스틸, 스테인레스 스틸 또는 니켈강 합금 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제1 저항부와 제2 저항부 중 다른 하나는 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 제1 저항부는 상기 캡 플레이의 홈에서 상기 캡 플레이트와 결합되는 제1 돌기를 포함하고, 상기 제2 저항부는 상기 전극 단자의 홈에서 상기 전극 단자와 결합되는 제2 돌기를 포함할 수 있다.
상기 제1 저항부 또는 제2 저항부 중 적어도 하나의 저항은 상기 전극 단자 또는 캡 플레이트 중 적어도 하나의 저항보다 더 크게 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극에 전기적으로 연결되는 단락 탭; 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 이차 전지의 내부 압력이 기준 압력을 초과할 때 변형되어 상기 단락 탭과 접촉하고 상기 제1 전극과 제2 전극을 단락시키도록 구성되는 가변 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트와 상기 단락 탭의 사이에 위치하고, 상기 가변 플레이트 위로 개구를 갖는 절연 부재를 더 포함하고, 상기 가변 플레이트는, 상기 이차 전지의 내부 압력이 기준 압력을 초과할 때, 상기 개구를 통해 돌출하여 상기 단락 탭과 접촉하도록 구성될 수 있다.
상기 가변 플레이트의 주변부는 상기 캡 플레이트에 부착되고, 상기 주변부의 안쪽에서 상기 가변 플레이트의 내측부는 상기 캡 플레이트의 개구 내에 정렬된다.
상기 케이스 외측으로 돌출되고 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 또 다른 전극 단자를 더 포함하고, 상기 가변 플레이트가 상기 단락 탭과 접촉할 때 상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 저항 부재, 상기 캡 플레이트 및 상기 또 다른 전극 단자를 통해 단락되도록 구성될 수 있다.
상기 가변 플레이트가 상기 단락 탭과 접촉할 때, 상기 전극 단자, 저항 부재 및 캡 플레이트를 통해 형성되는 제2 전기적 연결 경로는, 상기 전극 단자를 통해 형성되는 제1 전기적 연결 경로의 저항보다 더 큰 저항을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가변 플레이트와 양극 단자의 전기적인 연결 경로 상에 높은 전기 저항 값을 가지는 저항 부재를 구비함으로써, 외부 단락시, 외부 단락 저항 값을 크게 형성하여, 외부 단락 전류를 줄이는 효과가 있다. 따라서 전극 조립체를 관통하는 외부 단락 전류의 관통 특성이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저항 부재를 가지는 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지를 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 3은 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 단락 탭과 가변 플레이트의 분리 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 단락 탭과 가변 플레이트의 단락 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 전극 단자와 캡 플레이트의 분해 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 전극 단자와 캡 플레이트를 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 전극 단자와 캡 플레이트의 결합 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 전극 단자와 캡 플레이트의 분해 상태를 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 전극 단자와 캡 플레이트를 Ⅸ-Ⅸ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 2는 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지를 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 3은 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 단락 탭과 가변 플레이트의 분리 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 단락 탭과 가변 플레이트의 단락 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 전극 단자와 캡 플레이트의 분해 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 전극 단자와 캡 플레이트를 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 전극 단자와 캡 플레이트의 결합 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 전극 단자와 캡 플레이트의 분해 상태를 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 전극 단자와 캡 플레이트를 Ⅸ-Ⅸ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저항 부재를 가지는 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지를 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(15), 케이스(15)의 개구에 결합되는 캡 플레이트(20), 및 캡 플레이트(20)에 설치되는 제1 전극 단자(예를 들어, 음극 단자)(21)와 제2 전극 단자(예를 들어, 양극 단자)(22)를 포함한다.
일 실시예에서, 전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 제1 전극(예를 들어, 음극)(11)과 제2 전극(예를 들어, 양극)(12)을 배치하고, 제1 전극(11), 세퍼레이터(13) 및 제2 전극(12)을 젤리롤 상태로 귄취하여 형성된다. 또한, 전극 조립체는 세퍼레이터를 사이에 두고 단일 판으로 이루어지는 음극과 양극을 적층하여 조립되거나, 음극, 세퍼레이터 및 양극을 지그재그 방식으로 접어서 적층하여 조립될 수 있다(미도시).
제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은, 각각 금속판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부, 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11a, 12a)를 포함한다. 제1 전극(11)의 무지부(11a)는 권취되는 제1 전극(11)을 따라 제1 전극(11)의 한 쪽 단부에 형성된다. 제2 전극(12)의 무지부(12a)는 권취되는 제2 전극(12)을 따라 제2 전극(12)의 한 쪽 단부에 형성된다. 무지부들(11a, 12a)은 전극 조립체(10)의 양단에 각각 배치된다.
케이스(15)는 내부에 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어지며, 외부와 내부 공간을 연결하는 개구를 직육면체의 일면에 형성한다. 개구는 전극 조립체(10)를 케이스(15) 내부로 삽입할 수 있게 한다.
캡 플레이트(20)는 얇은 강판으로 이루어져 케이스(15)의 개구에 설치됨으로써 케이스(15)를 밀폐한다. 캡 플레이트(20)는 전해액 주입구(29)와 벤트 홀(24)을 더 구비한다. 전해액 주입구(29)는 케이스(15)에 캡 플레이트(20)를 결합한 후, 케이스(15) 내부로 전해액의 주입을 가능하게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(29)는 밀봉 마개(27)로 밀봉된다.
벤트 홀(24)은 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)의 내부 압력의 배출을 가능하게 하며, 벤트 플레이트(25)로 밀폐된다. 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)의 내부 압력이 설정 압력에 이르면, 벤트 플레이트(25)가 개방된다. 벤트 플레이트(25)는 개방을 유도하는 노치(25a)를 가진다.
제1 전극 단자(21) 및 제2 전극 단자(22)는 캡 플레이트(20)를 관통하여 설치되고 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된다. 즉 제1 전극 단자(21)는 전극 조립체(10)의 제1 전극(11)에 전기적으로 연결되고, 제2 전극 단자(22)는 제2 전극(12)에 전기적으로 연결된다. 따라서 전극 조립체(10)는 제1 전극 단자(21) 및 제2 전극 단자(22)를 통하여 케이스(15)의 외부로 인출된다.
제1 전극 단자(21)는 캡 플레이트(20)의 단자홀에 설치되는 기둥부(21a), 케이스(15)의 내측에서 기둥부(21a)에 형성되는 플랜지(21b), 및 케이스(15)의 외측에 배치되어 기둥부(21a)에 결합되는 터미널 플레이트(21d)를 포함한다.
제1 전극 개스킷(36)(예를 들어, 음극 개스킷)은 제1 전극 단자(21)의 기둥부(21a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀 내면 사이에 설치되어, 제1 전극 단자(21)의 기둥부(21a)와 캡 플레이트(20) 사이를 실링한다. 제1 전극 개스킷(36)은 플랜지(21b)와 캡 플레이트(20) 사이에 더 연장 설치되어, 플랜지(21b)와 캡 플레이트(20)의 사이를 더 실링한다. 즉 제1 전극 개스킷(36)은 캡 플레이트(20)에 제1 전극 단자(21)를 설치함으로써 단자홀을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지한다.
제1 전극 리드 탭(31)(예를 들어, 음극 리드 탭)은 제1 전극 단자(21)를 전극 조립체(10)의 제1 전극(11)에 전기적으로 연결한다. 즉 제1 전극 리드 탭(31)을 기둥부(21a)의 하단에 결합하여 하단을 코킹(caulking)함으로써, 제1 전극 리드 탭(31)은 플랜지(21b)에 지지되면서 기둥부(21a)의 하단에 결합된다. 제1 전극 절연부재(41)(예를 들어, 음극 절연부재)는 제1 전극 리드 탭(31)과 캡 플레이트(20) 사이에 설치되어, 제1 전극 리드 탭(31)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킨다.
도 3은 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 단락 탭과 가변 플레이트의 분리 상태를 도시한 단면도이고, 도 4는 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 단락 탭과 가변 플레이트의 단락 상태를 도시한 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 실시예의 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)는 내부 압력 상승시 제1 전극(11)과 제2 전극(12)을 케이스(15)의 외부에서 단락시키는 외부 단락부를 제1 전극 단자(21)에 구비한다. 예를 들면, 외부 단락부는 상기 케이스(150 내에서의 내부 압력에 따라 이격 또는 단락되는 단락 탭(51)과 가변 플레이트(53)를 포함한다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 단락 탭(51)은 제1 전극 단자(21)에 전기적으로 연결되어 캡 플레이트(20)의 외측에 배치된다. 단락 탭(51)은 케이스(15)의 외측에서 기둥부(21a)를 관통시키면서 터미널 플레이트(21d)와 적층된다.
절연부재(37)는 단락 탭(51)과 캡 플레이트(20) 사이에 설치되어, 단락 탭(51)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킨다. 캡 플레이트(20)는 제2 전극 단자(22)에 전기적으로 연결된 상태이다.
절연부재(37)는 제1 전극 개스킷(36)의 상방에서 제1 전극 단자(21)의 기둥부(21a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀 내면 사이에 더 연장되어, 제1 전극 단자(21)의 기둥부(21a)와 캡 플레이트(20) 사이를 전기적으로 더 절연시킨다.
단락 탭(51)과 터미널 플레이트(21d)를 제1 전극 단자(21)의 기둥부(21a)의 상단에 적층 결합하여 상단을 코킹(caulking)함으로써, 단락 탭(51)과 터미널 플레이트(21d)는 기둥부(21a)의 상단에 결합된다. 따라서 단락 탭(51)과 터미널 플레이트(21d)는 절연부재(37)를 상기 단락 탭(51)과 캡 플레이트(20)의 사이에 개재한 상태로 캡 플레이트(20)에 지지된다.
저항 부재를 가지는 이차 전지(100)의 내부 압력이 상승하여 기준 압력을 초과할 때, 가변 플레이트(53)는 변형되어 단락 탭(51)에 접촉된다. 상기 가변 플레이트(53)가 상기 단락 탭(51)과 접촉할 때, 단락 탭(51)과 캡 플레이트(20)는 전기적으로 연결되어 전극 조립체(10)의 단락 상태를 유지한다. 이를 위하여, 가변 플레이트(53)는 캡 플레이트(20)의 단락 홀(23)에 설치된다. 단락 탭(51)은 제1 전극 단자(21)에 연결되어 가변 플레이트(53)를 향하여 신장된다. 단락 홀(23)에서 단락 탭(51)과 가변 플레이트(53)는 서로 마주하여, 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)의 내부 압력이 기준 압력보다 낮을 때에는 이격 상태(도 3 참조)를 유지하고, 또는 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)의 내부 압력이 기준 압력보다 높을 때에는 단락 상태(도 4 참조)를 유지한다.
예를 들면, 가변 플레이트(53)는 단락 홀(23)과 절연부재 홀(37a) 내에서 절연부재(37)와 캡 플레이트(20) 사이에 배치된다. 가변 플레이트(53)는 케이스(15)의 내측으로 볼록하게 단면 호 상태로 형성되어 캡 플레이트(20)에 전기적으로 연결된다.
케이스(15)의 내부 압력이 상승하면 가변 플레이트(53)가 반전되어 단락 홀(23)을 통하여 캡 플레이트(20)의 외부로 돌출된다(도 4 참조). 이때 가변 플레이트(53)가 단락 탭(51)에 접촉되어, 단락 탭(51)과 캡 플레이트(20)는 전기적으로 연결된다. 즉 전극 조립체(10)의 제1 전극(11)과 제2 전극(12)이 서로 단락된다. 단락시, 단락 탭(51)과 가변 플레이트(53)를 통하여, 제1 전극 단자(21)와 제2 전극 단자(22) 사이에서 순간적으로 큰 전류가 흐른다. 이로써, 전극 조립체(10)는 방전된다.
제1 실시예의 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)는 전극 조립체(10)를 관통하는 외부 단락 전류를 줄여 관통 특성을 개선하는 구성을 더 포함한다. 제1 실시예의 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)는 외부 단락 전류를 줄이기 위하여, 외부 단락 저항 값을 증가시키는 구성을 적용한다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)는 가변 플레이트(53)와 제2 전극 단자(22)의 전기적인 연결 경로 상에 구비되는 저항 부재(70)를 더 포함한다. 저항 부재(70)는 연결 경로의 다른 구성 요소들보다 높은 전기 저항 값을 가진다.
도 5는 도 1의 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 제2 전극 단자와 캡 플레이트의 분해 상태를 도시한 사시도이다. 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 제2 전극 단자(22)는 캡 플레이트(20)의 단자홀(20a)에 설치되는 기둥부(22a), 케이스(15)의 내측에서 기둥부(22a)에 형성되는 플랜지(22b), 및 케이스(15)의 외측에 배치되어 기둥부(22a)에 적층 결합되는 저항 부재(70)와 터미널 플레이트(22d)를 포함한다.
제2 전극 개스킷(39)(예를 들어, 양극 개스킷)은 제2 전극 단자(22)의 기둥부(22a)와 캡 플레이트(20)의 단자홀(20a) 내면 사이에 설치되어, 제2 전극 단자(22)의 기둥부(22a)와 캡 플레이트(20) 사이를 실링한다. 제2 전극 개스킷(39)은 플랜지(22b)와 캡 플레이트(20) 사이에 더 연장 설치되어, 플랜지(22b)와 캡 플레이트(20)의 사이를 더 실링한다. 또한 제2 전극 개스킷(39)은 제2 전극 단자(22)의 기둥부(22a)와 저항 부재(70)의 홀 내면 사이에 더 연장 설치되어, 제2 전극 단자(22)의 기둥부(22a)와 저항 부재(70)의 홀 내면 사이를 실링한다. 즉 제2 전극 개스킷(39)은 캡 플레이트(20)에 제2 전극 단자(22)를 설치함으로써 단자홀을 통하여 전해액이 새는 것(leak)을 방지한다.
제2 전극 리드 탭(32)(예를 들어, 양극 리드 탭)은 제2 전극 단자(22)를 전극 조립체(10)의 제2 전극(12)에 전기적으로 연결한다. 즉 제2 전극 리드 탭(32)을 기둥부(22a)의 하단에 결합하여 하단을 코킹(caulking)함으로써, 제2 전극 리드 탭(32)은 플랜지(22b)에 지지되면서 기둥부(22a)의 하단에 결합된다. 제2 전극 절연부재(42)(예를 들어, 양극 절연부재)는 제2 전극 리드 탭(32)과 캡 플레이트(20) 사이에 설치되어, 제2 전극 리드 탭(32)과 캡 플레이트(20)를 전기적으로 절연시킨다.
도 6은 도 5의 전극 단자와 캡 플레이트의 연결된 상태를 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 자른 상태의 단면도이다. 도 6을 참조하면, 저항 부재(70)와 터미널 플레이트(22d)를 제2 전극 단자(22)의 기둥부(22a)의 상단에 적층 결합하여 상단을 코킹(caulking)함으로써, 저항 부재(70)와 터미널 플레이트(22d)는 기둥부(22a)의 상단에 결합된다. 따라서 저항 부재(70)와 터미널 플레이트(22d)는 캡 플레이트(20)에 지지된다. 이때, 저항 부재(70)는 캡 플레이트(20)와 기둥부(22a)를 전기적으로 연결한다.
저항 부재(70)는 캡 플레이트(20)를 향하는 하향 돌기(71)와 터미널 플레이트(22d)를 향하는 상향 돌기(73)를 포함한다. 캡 플레이트(20)에 제2 전극 단자(22)를 조립한 상태에서, 하향 돌기(71)는 캡 플레이트(20)의 홈(72)에 결합되고, 상향 돌기(73)는 터미널 플레이트(22d)의 홈(74)에 결합된다. 하향 돌기(71)와 홈(72)은 캡 플레이트(20) 상에서 저항 부재(70)의 설치 위치 설정을 용이하게 한다. 상향 돌기(73)와 홈(74)은 저항 부재(70) 상에서 터미널 플레이트(22d)의 설치 위치 설정을 용이하게 한다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 가변 플레이트(53)와 제2 전극 단자(22)는 서로의 사이에 위치하는 캡 플레이트(20)와 저항 부재(70)를 통하여 전기적인 연결 경로를 형성한다. 저항 부재(70)는 제1 전극 단자(21) 및 제2 전극 단자(22)를 통하여 출력에 영향을 미치지 않으면서, 외부 단락시, 제1 전극 단자(21)와 제2 전극 단자(22) 사이의 외부 단락 저항 값을 증대시킴으로써, 외부 단락 전류를 감소시킨다.
저항 부재(70)는 기둥부(22a), 터미널 플레이트(22d), 및 캡 플레이트(20) 각각의 저항 값 보다 높은 저항 값을 가진다. 예를 들면, 터미널 플레이트(22d)는 알루미늄으로 형성되고, 저항 부재(70)는 스테인레스 스틸, 스틸 또는 니켈강 합금, 예를 들어 Invar (Imphy Alloys의 등록상표로, FeNi36 또는 64FeNi로도 표기됨)로 형성될 수 있다.
즉, 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)가 정상 작동시(도 3에 도시된 바와 같이, 가변 플레이트(53)가 단락 탭(51)과 이격된 경우), 제2 전극 단자(22)의 기둥부(22a)와 터미널 플레이트(22d)의 전기적인 제1 연결 경로(L1)가 형성된다(도 6의 L1 참조). 이때, 저항 부재(70)는 높은 저항 값에도 불구하고, 정상 작동하는 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)의 출력에 영향을 미치지 않는다.
반대로, 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)가 외부 단락시(도 4에 도시된 바와 같이, 가변 플레이트(53)가 단락 탭(51)과 접촉하는 경우), 제2 전극 단자(22)의 기둥부(22a), 터미널 플레이트(22d), 저항 부재(70) 및 캡 플레이트(20)의 전기적인 제2 연결 경로(L2)가 형성된다(도 6의 L2 참조). 이때, 저항 부재(70)는 외부 단락된 저항 부재를 가지는 이차 전지(100)의 외부 단락 저항 값을 증대시킴으로써 외부 단락 전류를 감소시킨다. 따라서 전극 조립체(10)를 관통하는 외부 단락 전류의 관통 특성이 안정될 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예들에 대하여 설명하며, 제1 실시예 및 기설명된 실시예와 비교하여, 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 비교 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 제2 전극 단자와 캡 플레이트의 결합 상태를 도시한 단면도이다.
제2 실시예의 저항 부재를 가지는 이차 전지(200)에서 저항 부재(270)는 본체(271), 및 본체(271)의 표면에 형성되는 도금층(272)을 포함한다. 상기 본체(271)는 스테인레스 스틸, 스틸 또는 니켈강 합금, 예를 들어 Invar 중에서 적어도 하나로 이루어진다. 상기 도금층(272)은 니켈(Ni) 또는 주석(Sn)으로 이루어질 수 있다. 저항 부재(270)에서, 도금층(272)은 스틸로 형성되는 본체(271)의 부식을 방지한다.
즉, 저항 부재를 가지는 이차 전지(200)가 정상 작동시, 제2 전극 단자(22)의 기둥부(22a)와 터미널 플레이트(22d)의 전기적인 제1 연결 경로(L1)가 형성된다. 이때, 본체(271) 및 도금층(272)은 기둥부(22a), 터미널 플레이트(22d), 및 캡 플레이트(20) 보다 높은 전기 저항 값에도 불구하고, 정상 작동하는 저항 부재를 가지는 이차 전지(200)의 출력에 영향을 미치지 않는다.
반대로, 저항 부재를 가지는 이차 전지(200)가 외부 단락시, 제2 전극 단자(22)의 기둥부(22a), 터미널 플레이트(22d), 본체(271), 도금층(272) 및 캡 플레이트(20)의 전기적인 제2 연결 경로(L2)가 형성된다. 이때, 본체(271) 및 도금층(272)은 외부 단락된 저항 부재를 가지는 이차 전지(200)의 외부 단락 저항 값을 증대시킴으로써 외부 단락 전류를 감소시킨다. 따라서 전극 조립체(10)를 관통하는 외부 단락 전류의 관통 특성이 안정될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 저항 부재를 가지는 이차 전지에서 제2 전극 단자와 캡 플레이트의 분해 상태를 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 선을 따라 자른 상기 전극 단자와 캡 플레이트를 결합한 상태의 단면도이다.
제3 실시예의 저항 부재를 가지는 이차 전지(400)에서 저항 부재(370)는 이종재질의 제1 저항부(371)와 제2 저항부(372)로 형성된다.
예를 들면, 제1 저항부(371)는 알루미늄으로 형성되고, 제2 저항부(372)는 제1 저항부 (371)보다 높은 전기 저항 값을 가지는 스테인레스 스틸, 스틸 또는 니켈강 합금, 일례로 Invar 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 제2 저항부(372)는 기둥부(22a), 터미널 플레이트(22d), 및 캡 플레이트(20) 보다 높은 전기 저항 값을 가진다. 또한 제1 저항부(371)는 스테인레스 스틸, 스틸 또는 니켈강 합금, 일례로 Invar 중 적어도 하나로 이루어지며, 제2 저항부(372)는 알루미늄으로 형성될 수도 있다. 나아가, 상기 제1, 2 저항부(371, 372)는 본체에 형성되는 도금층(일례로, 니켈 또는 주석 도금층)을 포함할 수도 있다.
제1 저항부(371)는 캡 플레이트(20)를 향하는 하향 돌기(71)를 형성하여 캡 플레이트(20)에 결합된다. 제2 저항부(372)는 터미널 플레이트(22d)를 향하는 상향 돌기(73)를 형성하여 터미널 플레이트(22d)에 결합한다. 캡 플레이트(20)에 제2 전극 단자(22)를 조립한 상태에서, 하향 돌기(71)와 홈(72)은 캡 플레이트(20) 상에서 제1 저항부(371)의 설치 위치 설정을 용이하게 한다. 상향 돌기(73)와 홈(74)은 제2 저항부(372) 상에서 터미널 플레이트(22d)의 설치 위치 설정을 용이하게 한다.
즉, 저항 부재를 가지는 이차 전지(400)가 정상 작동시, 제2 전극 단자(22)의 기둥부(22a)와 터미널 플레이트(22d)의 전기적인 제1 연결 경로(L1)가 형성된다. 이때, 제1, 제2 저항부(371, 372)는 높은 전기 저항 값에도 불구하고, 정상 작동하는 저항 부재를 가지는 이차 전지(400)의 출력에 영향을 미치지 않는다.
반대로, 저항 부재를 가지는 이차 전지(400)가 외부 단락시, 제2 전극 단자(22)의 기둥부(22a), 터미널 플레이트(22d), 제1, 제2 저항부(371, 372) 및 캡 플레이트(20)의 전기적인 제2 연결 경로(L2)가 형성된다. 이때, 제1, 제2 저항부(371, 372)는 외부 단락된 저항 부재를 가지는 이차 전지(400)의 외부 단락 저항 값을 증대시킴으로써 외부 단락 전류를 감소시킨다. 따라서 전극 조립체(10)를 관통하는 외부 단락 전류의 관통 특성이 안정될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 : 전극 조립체 11 : 제1 전극
11a, 12a : 무지부 12 : 제2 전극
13 : 세퍼레이터 15 : 케이스
20 : 캡 플레이트 21 : 제1 전극 단자
22 : 제2 전극 단자 21a, 22a : 기둥부
21b, 22b : 플랜지 21d, 22d : 터미널 플레이트
23 : 단락 홀 24 : 벤트 홀
25 : 벤트 플레이트 25a : 노치
27 : 밀봉 마개 29 : 전해액 주입구
31 : 제1 전극 리드 탭 36 : 제1 전극 개스킷
37 : 절연부재 39 : 제2 전극 개스킷
51 : 단락 탭 53 : 가변 플레이트
70, 270, 370 : 저항 부재 71 : 하향 돌기
72, 74 : 홈 73 : 상향 돌기
100, 200, 400 : 이차 전지 271 : 본체
272 : 도금층 371, 372 : 제1, 제2 저항부
L1, L2 : 제1, 제2 연결 경로
11a, 12a : 무지부 12 : 제2 전극
13 : 세퍼레이터 15 : 케이스
20 : 캡 플레이트 21 : 제1 전극 단자
22 : 제2 전극 단자 21a, 22a : 기둥부
21b, 22b : 플랜지 21d, 22d : 터미널 플레이트
23 : 단락 홀 24 : 벤트 홀
25 : 벤트 플레이트 25a : 노치
27 : 밀봉 마개 29 : 전해액 주입구
31 : 제1 전극 리드 탭 36 : 제1 전극 개스킷
37 : 절연부재 39 : 제2 전극 개스킷
51 : 단락 탭 53 : 가변 플레이트
70, 270, 370 : 저항 부재 71 : 하향 돌기
72, 74 : 홈 73 : 상향 돌기
100, 200, 400 : 이차 전지 271 : 본체
272 : 도금층 371, 372 : 제1, 제2 저항부
L1, L2 : 제1, 제2 연결 경로
Claims (20)
- 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;
상기 케이스의 개구를 덮는 캡 플레이트;
상기 케이스의 외부로 돌출되고 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되는 전극 단자; 및
상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트의 사이에 위치하고, 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하는 저항 부재
를 포함하고,
상기 전극 단자는,
상기 캡 플레이의 개구를 통해 돌출되는 기둥부; 및
상기 케이스의 외부에서 상기 기둥부에 결합되는 터미널 플레이트를 포함하고,
상기 저항 부재는 상기 터미널 플레이트에서 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트를 전기적으로 연결하는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 저항 부재의 저항은 상기 전극 단자의 저항보다 더 크게 이루어지는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 기둥부를 둘러싸고, 상기 기둥부를 상기 캡 플레이트와 상기 저항 부재로부터 각각 절연시키는 전극 개스킷을 더 포함하는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 저항 부재는,
상기 캡 플레이트의 홈에서 상기 캡 플레이트와 결합되는 제1 돌기;
상기 터미널 플레이트의 홈에서 상기 터미널 플레이트와 결합되는 제2 돌기를 포함하는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 저항 부재의 저항이 상기 기둥부, 터미널 플레이트 또는 캡 플레이 중에서 적어도 하나의 저항보다 더 크게 이루어지는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 저항 부재는 스틸(steel), 스테인레스 스틸, 또는 니켈강 합금(nickel steel alloy) 중 적어도 하나를 포함하는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 저항 부재는 본체와, 상기 본체에 도금되는 도금층을 포함하는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 본체는 스틸, 스테인레스 스틸, 또는 니켈강 합금 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 도금층은 니켈 또는 주석 중 적어도 하나를 포함하는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 본체와 도금층의 저항은 상기 전극 단자 또는 캡 플레이트 중 적어도 하나의 저항보다 더 크게 이루어지는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서, 상기 저항 부재는,
상기 캡 플레이트와 접촉하는 제1 저항부; 및
상기 전극 단자와 접촉하는 제2 저항부를 포함하는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 제1 저항부는 제1 소재를 포함하고, 상기 제2 저항부는 상기 제1 소재의 저항과 다른 저항을 갖는 제2 소재를 포함하는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 제1 저항부와 제2 저항부 중 하나는 스틸, 스테인레스 스틸 또는 니켈강 합금 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제1 저항부와 제2 저항부 중 다른 하나는 알루미늄을 포함하는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 제1 저항부는 상기 캡 플레이의 홈에서 상기 캡 플레이트와 결합되는 제1 돌기를 포함하고,
상기 제2 저항부는 상기 전극 단자의 홈에서 상기 전극 단자와 결합되는 제2 돌기를 포함하는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 11 항에 있어서,
상기 제1 저항부 또는 제2 저항부 중 적어도 하나의 저항은 상기 전극 단자 또는 캡 플레이트 중 적어도 하나의 저항보다 더 크게 이루어지는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 전극에 전기적으로 연결되는 단락 탭; 및
상기 제2 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 이차 전지의 내부 압력이 기준 압력을 초과할 때 변형되어 상기 단락 탭과 접촉하고 상기 제1 전극과 제2 전극을 단락시키도록 구성되는 가변 플레이트를 포함하는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 16 항에 있어서,
상기 캡 플레이트와 상기 단락 탭의 사이에 위치하고, 상기 가변 플레이트 위로 개구를 갖는 절연 부재를 더 포함하고,
상기 가변 플레이트는, 상기 이차 전지의 내부 압력이 기준 압력을 초과할 때, 상기 개구를 통해 돌출하여 상기 단락 탭과 접촉하도록 구성된, 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 16 항에 있어서,
상기 가변 플레이트의 주변부는 상기 캡 플레이트에 부착되고, 상기 주변부의 안쪽에서 상기 가변 플레이트의 내측부는 상기 캡 플레이트의 개구 내에 정렬되는 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 16 항에 있어서,
상기 케이스 외측으로 돌출되고 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 또 다른 전극 단자를 더 포함하고, 상기 가변 플레이트가 상기 단락 탭과 접촉할 때 상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 저항 부재, 상기 캡 플레이트 및 상기 또 다른 전극 단자를 통해 단락되도록 구성된 저항 부재를 가지는 이차 전지. - 제 16 항에 있어서,
상기 가변 플레이트가 상기 단락 탭과 접촉할 때, 상기 전극 단자, 저항 부재 및 캡 플레이트를 통해 형성되는 제2 전기적 연결 경로는, 상기 전극 단자를 통해 형성되는 제1 전기적 연결 경로의 저항보다 더 큰 저항을 갖는 저항 부재를 가지는 이차 전지.
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