KR101254871B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 이차전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 과충전 시 전류를 차단시키도록 적어도 2개의 퓨즈부가 형성된 집전판을 구비함으로써, 과충전이 정지되는 이차전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 단락부재가 구비된 이차전지는 과충전 시 단락부재가 반전되어 단락된다. 이 경우, 이차전지의 내부에 잔류되는 전류가 퓨즈부를 녹여 병렬 연결된 외부 전지로 전류 흐름이 차단된다. 또한, 상기 퓨즈부가 녹아 전극조립체의 전류가 차단되어 과충전이 정지되어 전기적 안정성이 향상되는 이차전지를 개시한다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명의 일실시예는 이차 전지에 관한 것이다.
이차전지(Rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴가가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 전극 단자가 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출된다.
본 발명의 일실시예는 전극단자와 캡 플레이트 또는 캔이 전기적으로 연결되도록 보조연결부가 형성된 이차전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 적어도 2개의 퓨즈부를 포함하는 집전부가 과충전 시 외부로 흐르는 전류를 차단하는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의한 이차전지는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 세퍼레이터가 형성되는 전극 조립체, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 집전부, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 집전부, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하며, 상단 개구부를 갖는 케이스 및 상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡플레이트가 형성된 캡 조립체를 포함하며, 상기 제2 집전부는 적어도 2개의 퓨즈부가 형성되고, 상기 캡플레이트의 하면과 평행하는 제1 연장부와 상기 제1 연장부에서 절곡 연장되며, 상기 제2 전극과 연결되는 제2 연장부를 포함하며, 상기 제2 집전부는 캡플레이트와 전기적으로 연결되도록 보조연결부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 퓨즈부는 상기 제2 집전부에서 이격되도록 제1 퓨즈부 및 제2 퓨즈부가 형성되고, 상기 제1 퓨즈부와 제2 퓨즈부는 상기 제2 집전부를 관통하는 형성된 관통홀인 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 집전부는 캡 플레이트 하면에 고정되어 전기적으로 연결되는 제1 연장부 및 상기 제1 연장부에서 절곡 연장되고 제1 퓨즈부와 제2 퓨즈부가 서로 이격되도록 형성된 제2 연장부를 포함하는 것을 특징으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 연장부는 제1 퓨즈부의 외주에서 제2 퓨즈부의 외주까지 보조연결부의 일측이 연결되는 고정부가 형성되고, 상기 보조연결부의 타측은 캡플레이트의 하면에 연결되는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 퓨즈부는 관통홀의 면적이 제2 퓨즈부의 관통홀의 면적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 보조연결부의 타측은 캔의 내부 일측과 연결되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 집전부는 캡플레이트에 형성된 제1 단자홀에 삽입되고, 제1 집전부와 전기적으로 연결되는 제1 전극 단자를 포함하고, 상기 제1 전극 단자는 전기적으로 연결된 단락 플레이트가 형성되고, 상기 캡플레이트에는 단락 플레이트에 대응되는 위치에 단락홀과 상기 단락홀을 덮는 단락부재가 형성되는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 단락부재는 캡 플레이트에 고정되는 테두리부 및 상기 테두리부에서 연장되고, 캡 플레이트의 아래로 볼록한 라운드부를 포함하는 반전 플레이트로 형성될 수 있다.
또한, 상기 이차전지 내부의 압력이 설정 압력보다 커지면, 상기 라운드부가 반전되어 단락 플레이트의 하부 일측과 접촉되는 것을 특징으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 라운드부가 단락 플레이트 하부 일측과 접촉되면, 상기 제1 퓨즈부 및 제2 퓨즈부의 외주에서 제2 외주부의 끝단까지 용융되어 전류가 차단되는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 집전부 및 제2 집전부는 케이스 외측으로 돌출되는 제1 전극 단자 및 제2 전극단자를 포함하고, 상기 제1 전극단자는 제1 집전부와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전극단자는 제2 집전부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 집전부는 제1 연장부에 형성되는 제1 퓨즈부와 상기 제1 연장부에서 절곡 연장되는 2 연장부에 형성되는 제2 퓨즈부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극단자 및 제 2 전극단자는 상기 캡플레이트에 형성된 단자홀을 통하여 케이스 외측으로 돌출되고, 상기 제1 전극단자에는 전기적으로 연결된 단락 플레이트를 포함하고, 상기 단락 플레이트와 대응되도록 캡플레이트에 단락홀이 형성되고, 상기 단락홀을 덮는 단락부재가 형성되는 것을 특징으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 전극단자와 캡플레이트 사이에 절연부재가 형성되는 것을 특징으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 이차전지는 보조연결부를 구비함으로써, 전극단자와 캡 플레이트 또는 캔이 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는 집전부에 적어도 2개의 퓨즈부를 구비함으로써, 과충전 시 이차전지 외부로 흐르는 전류를 차단시켜 전기적 안정성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅰ-Ⅰ’부분의 단면도이다.
도 3은 도 2에서 3의 확대 단면도이다.
도 4a는 도 2에서 제2 집전부의 사시도이다.
도 4b는 도 4a 에서 Ⅱ-Ⅱ’부분의 단면도이다.
도 4c는 도4a의 정면도이다.
도 5a 내지 5b는 도2에 도시된 이차전지의 단락되는 순서를 설명하는 단면도이다.
도 6은 도1의 이차전지가 병렬 연결된 전지팩의 분해도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에서 도5b에 대응되는 부분의 단면도이다.
도 8a 내지 8b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지에서 도 5a 내지 5b에 대응되도록 단락 순서를 설명하는 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다. 도 2는 도 1에서 Ⅰ-Ⅰ’부분의 단면도이다. 도 3은 도 2에서 3의 확대 단면도이다. 도 4a는 2에서 집전부의 사시도이다. 도 4b는 도 4a에서 Ⅱ-Ⅱ’부분의 단면도이다. 도 4c는 도4a의 정면도이다. 도 5a 내지 5b는 도2에 도시된 이차전지의 단락되는 순서를 설명하는 단면도이다. 도 6은 도1의 이차전지가 병렬 연결된 전지팩의 분해도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 도 1 내지 도 6을 참조하면, 전극 조립체(110), 제1 전극단자(120), 제1 집전부(150), 제2 집전부(140), 보조연결부(160), 캡조립체(170) 및 케이스(180)를 포함하여 형성된다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1 전극(111), 세퍼레이터(113) 및 제2 전극(112)의 적층체를 권취하여서 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(111)은 음극으로 동작될 수 있으며, 제2 전극(112)은 양극으로 동작될 수 있다. 물론, 그 반대로 가능하다.
상기 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 케이스(180)에 수납된다. 상기 전해액은 EC(Ethylene carbonate), PC(Propylene carbonate), DEC(Diethyl carbonate), EMC(Ethyl methyl carbonate), DMC(Dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
상기 제1 전극(111)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1 전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 상기 제1 전극 집전체는 제1 활물질이 도포되지 않은 제1 전극 무지부(114)가 포함된다. 상기 제1 전극 무지부(114)는 제1 전극(111)과 제1 전극 외부와 전류가 흐르는 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제1전극(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2 전극(112)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질을 도포함으로써 형성된다. 상기 제2전극 집전체는 제2 활물질이 도포되지 않은 제2 전극 무지부(115)가 포함된다. 상기 제2전극 무지부(115)는 제2 전극(112)과 제2 전극 외부와 전류가 흐르는 통로가 된다. 한편, 본 발명에서 상기 제2 전극(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 세퍼레이터(113)는 제1 전극(111)과 제2 전극(112) 사이에 위치된다. 상기 세퍼레이터(113)는 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 플로필렌의 복합 필름으로 형성될 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 전극조립체(110)는 권취시 전극조립체(110)의 상단부 및 하단부 밖으로 제1 전극 무지부(114)와 제2 전극 무지부(115)가 돌출되도록 제1 전극(111), 세퍼레이터(113) 및 제2 전극(112)을 배치하여 형성된다.
이와 같은 전극조립체(110)는 양단부에 제1 전극(111)과 제2 전극(112) 각각과 전기적으로 연결되기 위한 제1 집전부(150)와 제2 집전부(140)가 결합된다. 또한, 상기 전극조립체(110)는 제1 집전부(150)와 전기적으로 연결되는 제1 전극단자(120)를 포함하고, 제2 집전부(140)는 하기에 설명될 캡플레이트의 일측에 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 전극단자(120)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 제1 전극(150)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 전극단자(120)는 제1 단자기둥(121), 제1 단자 너트(123), 제1 상부 절연체(124), 단락 플레이트(125) 및 제1 집전부(150)을 포함한다.
상기 제1 단자기둥(121)은 후술되는 캡 플레이트(171)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된다. 또한, 상기 캡 플레이트(171)의 하부에서 제1 집전부(150)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 단자기둥(121)은 돌출 및 연장된 외주면에는 나사산(122)이 형성된다. 상기 나사산(122)은 후술되는 버스바(192)의 홀(192a, 192b)에 관통되고 너트(194)로 결합된다. 또한, 상기 나사산(122)은 단자 너트(123)가 결합되어 후술되는 캡 조립체(170)에 견고히 결합된다.
상기 제1 단자기둥(121)은 단락 플레이트(125)를 포함한다. 상기 단락 플레이트(125)는 판상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 단락 플레이트(125)는 후술되는 단락부재(176)의 상부에 이격하여 형성된다. 상기 단락 플레이트(125)는 캡플레이트(171)와 절연되도록 제1 상부 절연체(124)가 형성된다. 이 경우, 상기 단락 플레이트(125)는 제1 단자기둥(121)과는 전기적으로 연결되고, 제1 단자 너트(123)로 견고히 결합되도록 형성된다.
상기 제1 단자기둥(121)은 캡 플레이트(171)의 단자홀로부터 빠지지 않도록 측부 방향으로 연장된 플랜지(127)가 형성된다. 상기 캡플레이트(171)의 단자홀과 제1 단자기둥(121) 사이에는 가스켓(126)이 형성되어 밀봉된다. 상기 가스켓(126)은 절연성 재질로 형성될 수 있다.
상기 플랜지(127) 하부에는 돌기(128)가 형성된다. 상기 돌기(128)는 후술되는 제1 집전부(150)의 단자홀(152)에 삽입된다.
상기 제1 집전부(150)은 금속 또는 그 등가물로 형성된다. 상기 제1 집전부(150)은 예를 들면 구리 또는 구리 합금으로 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 제1 집전부(150)이 한정되는 것은 아니다. 상기 제1집전판(150)은 제1 연장부(151) 및 제2 연장부(153)를 포함된다. 상기 제1 집전부(150)은 대략 ‘Γ’ 형태로 형성된다. 상기 제1 연장부(151)는 단자홀(152)이 형성된다. 상기 단자홀(152)에는 돌기(128)이 삽입되어 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제2 연장부(153)는 전극조립체(110)의 제1 전극 무지부(114)와 연결된다.
상기 제2 집전부(140)는 금속 또는 그 등가물로 형성된다. 상기 제2 집전부(140)는 예를 들면 니켈 등의 도전성 재질로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 제2 집전부(140)가 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 집전부(140)는 제1 연장부(141), 절곡부(142), 제2 연장부(143), 제1 퓨즈부(144) 및 제2 퓨즈부(145)를 포함한다.
상기 제2 집전부(140)는 절곡부(142)를 중심으로 대략 ‘┌’ 형태로 절곡되어 형성된다.
상기 제1 연장부(141)는 캡플레이트(171)의 하면과 평행하게 형성된다. 상기 제1 연장부(141)는 캡플레이트(171)의 하면과 전기적으로 연결된다. 상기 제2 집전부(140)은 제1 연장부(141)에서 절곡되는 절곡부(142)와 상기 절곡부(142)에서 연장되는 제2 연장부(143)를 포함한다.
상기 제2 연장부(143)는, 도4a 내지 도4c를 참조하면, 제1 퓨즈부(144) 및 제2 퓨즈부(145)가 서로 이격되도록 형성된다. 상기 제2 연장부(143)는 전극조립체(110)의 제2 전극 무지부(115)에 연결된다. 상기 제1 퓨즈부(144) 및 제2 퓨즈부는(145)의 형상에 따라 사각형 또는 원형으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 퓨즈부(144) 및 제2 퓨즈부는(145)는 제2 연장부(143)를 관통하는 관통홀로 형성된다. 상기 제1 퓨즈부(144)의 관통홀의 면적은 하기에 설명될 제2 퓨즈부(145)의 면적보다 크게 형성된다. 상기 제1 퓨즈부(144)은 제2 퓨즈부(145)의 면적보다 크게 형성되기 때문에, 상기 제1 퓨즈부(144)의 외주에서 제2 연장부(143)의 끝단까지 연장된 길이(146)가 하기에 설명될 제1 퓨즈부(145)의 외주에서 제2 연장부(143)의 끝단까지 연장된 길이(147)보다 짧게 형성된다.
상기 제1 퓨즈부(144)은 관통홀이 형성되지 않은 제2 연장부(143)의 수직 단면적의 넓이보다 상대적으로 작도록 한다. 따라서 상기 제1 퓨즈부(144)의 주변 영역은 제2 연장부(143)에서 저항 값이 상대적으로 높게 형성된다. 상기 제1 퓨즈부(144)은 과전류가 흐르는 경우, 제1 퓨즈부(144)의 외주에서 제2 연장부(143)의 끝단까지 연장된 길이(146)가 용융되어 제2 연장부(143)가 끊어지는 1차 전류차단이 일어난다. 상기 제2 연장부(143)는 끊어짐이 발생되어도, 후술되는 보조연결부(160)가 캡플레이트(171)와 전기적으로 연결되어 있기 때문에 이차전지(100)의 전류가 완전히 차단되는 것은 아니다.
상기 제2 퓨즈부(145)는 제2 연장부(143)에서 제1 퓨즈부(144)와 이격되는 위치에 형성된다. 상기 제2 퓨즈부(145)은 형상에 따라 사각형 또는 원형으로 형성될 수 있다. 상기 제2 퓨즈부(145)의 관통홀의 면적은 제1 퓨즈부(144)의 면적보다 작게 형성된다.
상기 제2 퓨즈부(145)는 관통홀이 형성되지 않은 제2 연장부(143)의 수직 단면적의 넓이보다 상대적으로 작도록 한다. 따라서 상기 제2 퓨즈부(145)의 주변 영역은 제2 연장부(143)에서 저항 값이 상대적으로 높게 형성된다. 상기 제2 퓨즈부(145)은 과전류가 흐르는 경우, 제2 퓨즈부(145)의 외주에서 제2 연장부(143)의 끝단까지 연장된 길이(147)가 용융되어 제2 연장부(143)가 끊어지는 2차 전류차단이 일어난다.
상기 제1 퓨즈부(144) 및 제2 퓨즈부(145)는 이차전지(100) 내부의 잔류 전류로 제2 연장부(143)의 일부 영역을 용융시킨다. 상기 제1 퓨즈부(144)은 제2 퓨즈부(145)의 단면적 보다 넓게 형성된다. 상기 제1 퓨즈부(144)의 보강부(142)에서 제1 연장부(141)의 가장자리까지의 길이(146)는 제2 퓨즈부(145)의 보강부(145)에서 제2 연장부(143)의 가장자리까지의 길이(147)보다 짧다. 따라서, 상기 제1 퓨즈부(144)의 저항 값이 제2 퓨즈부(145)의 저항 값 보다 더 크다. 그러므로 상기 제1 퓨즈부(144)과 제2 퓨즈부(145)은 순차적으로 용융되어 전류가 차단될 수 있다.
상기 제2 연장부(143)은 제1 퓨즈부(144)의 외주 가상선(Ⅲ)에서 제2 퓨즈부(145)의 외주 가상선(Ⅲ’) 사이에 고정부(148)가 형성된다. 상기 고정부(148)에는 후술되는 보조연결부(160)의 일측이 연결된다.
상기 보조연결부(160)는 제1 연결부재(161) 및 제2 연결부재(162)를 포함한다. 상기 보조연결부(160)는 이차전지(100) 내부에서 제2 집전부(140)와 캡플레이트(171)를 전기적으로 연결한다.
상기 보조연결부(160)는, 도3을 참조하면, 후술되는 캡 플레이트(171)와 평행하게 형성된 제1 연결부재(161)와 상기 제1 연결부재(161)에서 절곡되어 연장되고 제2 연결부와 평행하게 형성된 제2 연결부재(162)로 형성된다. 상기 보조연결부(160)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 상기 보조연결부(160)는 캡 플레이트(171)와 제2 전극(112)을 이차전지(100)의 내부에서 전기적으로 연결되도록 한다.
상기 제1 연결부재(161)는 고정부(148)에 고정된다. 상기 고정부(148)는 제1 퓨즈부(144)의 외주 가상선(Ⅲ)에서 제2 퓨즈부(145)의 외주 가상선(Ⅲ’) 사이에 형성된 면적을 의미한다.
상기 제2 연결부재(162)는 캡 플레이트(171)의 하면에 고정된다.
상기 제1 연결부재(161) 및 제2 연결부재(162)는 끝단이 절곡 되도록 형성된다. 상기 절곡된 끝단은 저항용접 또는 도전성 접착제로 고정부(148) 및 캡 플레이트(171)의 하면에 고정될 수 있도록 한다. 상기 보조연결부(160)의 연결방법으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
상기 이차전지(100)는 과충전이 발생하여 내부 온도 및 압력이 증가할 때 후술되는 단락부재(176)가 반전되어 제1 전극단자(120)의 단락플레이트(125)와 접촉되어 단락된다. 이때, 단락된 후 이차전지(100)는 내부에 잔류 된 전류가 제2 연장부(143)를 순차적으로 용융시킨다.
상기 이차전지(100)는 복수의 이차전지(100)가 병렬로 연결될 수 있다. 상기 병렬 연결된 이차전지(100)의 개수로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
도6에 도시된 바와 같이, 병렬 연결된 이차전지(100)들은 버스바(192) 또는 병렬연결부재(196)로 연결될 수 있다. 상기 도6에 도시된 A는 병렬 연결된 이차전지(100)들의 제1 전극일 수 있으며, B는 제2 전극으로 형성될 수 있다. 상기 버스바(192)로 연결된 이차전지(100)의 연결되었을 때 버스바(192)를 통하여 다른 이차전지로 전류가 흘러가지 않게 된다. 따라서 병렬 연결된 복수의 이차전지들 중에서 어느 하나가 과충전되는 경우 연결된 다른 이차전지로 전류 공급이 차단되어 전기적 안정성이 향상된다.
또한, 상기 제1 퓨즈부(144) 및 제2 퓨즈부(145)는 보강부(146, 147)가 용융되어 모두 끊어지면, 전류 공급이 차단되어 이차전지(100)의 충전이 정지되기 때문에 전기적 안정성이 향상된다.
상기 캡 조립체(170)는 캡 플레이트(171), 안전벤트(172), 전해액 주입구(173) 및 마개(174)를 포함한다. 또한, 상기 캡 조립체(170)는 단락홀(175) 및 상기 단락홀(175)을 덮는 단락부재(176)를 포함한다.
또한, 상기 캡 플레이트(171)는 케이스(180)를 밀봉한다. 상기 캡 플레이트(171)는 제1 집전부(150)에 연결되는 제1 전극단자(120)가 삽입되도록 단자홀이 형성된다. 또한, 캡 조립체(170)는 캡 플레이트(171)에 형성되는 전해액 주입구(173)를 통해 전해액을 주입 후 전해액 주입구를 밀봉하는 마개(174)가 형성된다. 또한, 상기 캡 플레이트(171)는 얇은 두께로 형성되어 설정된 압력에 의해 파손되어 가스를 방출시키는 안전 벤트(172)를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(171)는 하부에 하부 절연부재(129, 139)가 형성된다. 상기 하부 절연부재(129)는 내부에 전극단자 수용공간(미도시)이 형성된다.
상기 하부 절연부재(129)는 캡 플레이트(171)와 각각의 전극단자(120, 130)의 상호간 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 일례로, 상기 하부 절연부재(129, 139)는 PPS(Polyphenylene Sulfide)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 캡 플레이트(171)는 단락홀(175) 및 단락홀(175)을 덮는 단락부재(176)를 포함한다. 상기 단락부재(176)는 하부로 볼록한 판상으로 형성된다. 또한, 상기 단락부재(176)는 케이스(180) 및 캡 조립체(170)의 내측의 압력이 설정된 압력보다 클 경우 반전되어 상부로 볼록하게 형상이 바뀔 수 있다. 여기서, 상기 단락부재(176)는 캡 플레이트(171)와 동일한 극성을 갖는다. 상기 단락부재(176)는 상부로 볼록하게 형상이 바뀌면, 단락부재(176)의 상부에 이격되도록 형성된 단락플레이트(125)의 하부면과 접촉되어 단락된다. 이때, 상기 단락플레이트(125)는 단락부재(176)와 서로 다른 극성으로 형성된다.
상기 케이스(180)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성되며, 전극 조립체(110) 및 제1 전극단자(120)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 이차전지는 케이스의 개구부에 캡 조립체(170)가 결합되어 밀봉되어 형성된다. 한편, 케이스(180)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(110), 제1 전극단자(120) 및 캡 조립체(170)와 절연될 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)에 관하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)에서 도 5b에 대응되는 부분의 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)는 도 2에 도시된 이차전지(100)와 비교하여 보조연결부(160)의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 도시 및 중복된 설명은 생략하기로 하며, 연결부재(260) 및 케이스(180)에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 상기 연결부재(260)는 제2 집전부(140)와 케이스(180)를 전기적으로 연결시킨다. 상기 케이스(180)는 캡 조립체(170)와 밀봉되고, 도전성 금속으로 형성되기 때문에 상기 연결부재(260)를 케이스(180)와 연결시킬 수도 있다. 이 경우, 상기 연결부재(260)의 일측이 고정되는 일부분에는 절연처리가 되지 않을 수도 있다. 상기 연결부재(260)는 제2 집전부(140)의 제2 연장부(143)과 케이스(180)의 사이에 형성된다. 상기 연결부재(260)는 양측 끝단에 절곡부(미도시)가 형성된다. 상기 절곡부는 제2 연장부(143)와 케이스(180)의 내측이 저항용접 또는 도전성 접착제로 연결된 후 캡 플레이트(171)가 케이스(180)의 개구부에 안착된다. 상기 연결부재(260)의 연결방법으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
상기 이차전지(200)는 과충전이 발생하여 내부 온도 및 압력이 증가할 때 후술되는 단락부재(176)가 반전되어 제1 전극단자(120)의 단락플레이트(125)와 접촉되어 단락된다. 이때, 단락된 후 이차전지(100)는 내부에 잔류된 전류가 제2 연장부(143)를 순차적으로 용융시켜서, 상기 이차전지(200)의 외부로 전류가 흐르는 것이 차단된다.
다음은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(300)에 관하여 설명하기로 한다.
도 8a 내지 8b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지에서 도 5a 내지 5b에 대응되도록 단락 순서를 설명하는 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(300)는 도 2에 도시된 이차전지(100)와 비교하여 제2 전극단자(130), 캡 조립체(370) 및 제2 집전부(340)의 구성만 상이할 뿐 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 동일한 구성에 대한 도시 및 중복된 설명은 생략하기로 하며, 제2 전극단자(130), 캡 조립체(370) 및 제2 집전부(340)에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
도 8a 내지 8b을 참조하면, 상기 제2 전극단자(130)는 주로 금속 또는 그 등가물로 형성되며, 후술되는 제2 집전부(340)와 전기적으로 연결된다. 상기 제2 전극단자(130)는 제2 단자기둥(131), 제2 단자 너트(133), 제2 상부 절연체(134) 및 제2 집전부(140)를 포함한다.
상기 제2 단자기둥(131), 나사산(132) 및 제2 단자 너트(133)는 제1 단자기둥(121), 나사산(122) 및 제1 단자 너트(123)와 동일한 구성으로 형성된다. 따라서, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 제2 단자기둥(131)과 캡플레이트(371)의 단자홀 사이에는 제2 상부 절연체(134) 및 가스켓(136)이 형성되어 밀봉된다. 상기 가스켓은 절연성 재질로 형성될 수 있다.
상기 제2 단자기둥(131)의 플랜지(137) 하부에는 돌기(138)가 형성된다. 상기 돌기(138)는 후술되는 제2 집전부(340)의 단자홀에 삽입되어 전기적으로 연결된다.
상기 제2 집전부(340)는 금속 또는 그 등가물로 형성된다. 상기 제2 집전부(340)는 예를 들면 니켈 등의 도전성 재질로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 재질로 제2 집전부(340)이 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 집전부(340)는 제1 연장부(341), 절곡부(342), 제2 연장부(343), 제1 퓨즈부(344) 및 제2 퓨즈부(345)을 포함한다.
상기 제2 집전부(340)는 절곡부(342)를 중심으로 대략 ‘┌’ 형태로 절곡되어 형성된다.
상기 제1 연장부(341)에는 단자홀(미도시) 및 제1 퓨즈부(344)가 포함된다. 상기 단자홀에는 플랜지(137) 하부에는 돌기(138)가 삽입된다. 상기 제1 퓨즈부(344)는 제1 연장부(341)의 일부분이 관통되도록 관통홀이 형성된다. 상기 제1 퓨즈부(344)는 형상에 따라 사각형 또는 원형으로 형성될 수 있다. 상기 제1 퓨즈부(344)의 관통홀의 면적은 하기에 설명될 제2 퓨즈부(345)의 면적보다 크게 형성된다. 상기 제1 퓨즈부(344)가 형성된 영역은 제1 연장부(141)의 수직 단면적의 넓이가 상대적으로 작도록 하는 역할을 한다. 따라서 상기 제1 퓨즈부(344)의 주변 영역은 제1 연장부(341)에서 저항 값이 상대적으로 높게 형성된다. 상기 제1 퓨즈부(344)의 외주에서 제2 연장부(343)의 끝단까지 연장된 영역이 용융되어 제1 연장부(143)가 끊어지는 1차 전류차단이 일어난다. 이와 같이 하여, 상기 제1 퓨즈부(344)는 이차전지(300)에서 과충전으로 후술되는 단락부재(376)가 반전되어 단락될 때, 이차전지(300) 내부에 잔류되는 전류가 제2 전극단자(130)로부터 외부로 흐르는 것을 차단한다.
상기 제2 연장부(343)는 제2 퓨즈부(345)를 포함한다. 상기 제2 연장부(343)는 전극조립체(110)의 제2 전극 무지부(115)와 연결된다. 상기 제2 퓨즈부(345)는 제2 연장부(343)의 일부분이 관통되도록 관통홀으로 형성된다. 상기 제2 퓨즈부(345)는 형상에 따라 사각형 또는 원형으로 형성될 수 있다. 상기 제2 퓨즈부(345)의 관통홀의 면적은 제1 퓨즈부(344)의 면적보다 작게 형성된다. 상기 제2 퓨즈부(345)는 과전류가 흐르는 경우, 제2 퓨즈부(345)의 외주에서 제2 연장부(343)의 끝단까지 연장된 영역이 용융되어 제2 연장부(343)가 끊어지는 2차 전류차단이 일어난다. 이와 같이 하여, 상기 제2 퓨즈부(345)은 이차전지(300)에서 과충전으로 후술되는 단락부재(376)가 반전되어 단락될 때, 이차전지(300) 내부에서 전극조립체(110)와 제2 집전부(340)가 분리되어 전극조립체(110)의 전류가 흐르는 것을 차단된다.
상기 제1 퓨즈부(344)의 외주에서 제2 퓨즈부(145)의 외주 사이에는 고정부(미도시)가 형성된다. 상기 고정부에는 보조연결부(160)의 일측이 고정된다. 상기 보조연결부(160)의 타측은 캡 플레이트(371)의 하면 또는 케이스(180)의 내측 일부분에 연결될 수 있다.
상기 캡 조립체(370)는 캡 플레이트(371), 안전벤트(372), 전해액 주입구(373) 및 마개(374)를 포함한다. 또한, 상기 캡 조립체(370)는 단락홀(375) 및 상기 단락홀(375)를 덮는 단락부재(376)를 포함한다.
또한, 상기 캡 플레이트(371)는 케이스(180)를 밀봉한다. 상기 캡 플레이트(371)는 플레이트 일부분에 제1 집전부(150)과 연결되는 제1 전극단자(120)가 삽입되도록 단자홀이 형성된다. 또한, 상기 캡 플레이트(371)에는 제2 집전부(340)과 연결되는 제2 전극단자(130)가 삽입되는 단자홀이 형성된다. 또한, 캡 조립체(370)는 캡 플레이트(371)에 형성되는 전해액 주입구(373)를 통해 전해액을 주입 후 전해액 주입구를 밀봉하는 마개(374)가 형성된다. 또한, 상기 캡 플레이트(371)는 얇은 두께로 형성되어 설정된 압력에 의해 파손되어 가스를 방출시키는 안전 벤트(372)를 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트(371)는 하부에 하부 절연부재(129, 139)가 형성된다. 상기 하부 절연부재(129, 139)는 내부에 전극단자 수용공간(미도시)이 형성된다.
상기 하부 절연부재(129, 139)는 캡 플레이트(371)와 각각의 전극단자(120, 130)의 상호간 불필요한 전기적 쇼트의 발생을 방지한다. 일례로, 상기 하부 절연부재(129, 139)는 PPS(Polyphenylene Sulfide)일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 캡 플레이트(371)는 단락홀(375) 및 단락홀(375)을 덮는 단락부재(376)를 포함한다. 상기 단락부재(376)는 하부로 볼록한 판상으로 형성된다. 또한, 상기 단락부재(376)는 케이스(180) 및 캡 조립체(370)의 내측의 압력이 설정된 압력보다 클 경우 반전되어 상부로 볼록하게 형상이 바뀔 수 있다. 여기서, 상기 단락부재(376)는 캡 플레이트(371)와 동일한 극성을 갖는다. 상기 단락부재(376)는 상부로 볼록하게 형상이 바뀌면, 단락부재(376)의 상부에 이격되도록 형성된 단락플레이트(125)의 하부면과 접촉되어 단락된다. 이때, 상기 단락플레이트(125)는 단락부재(376)와 서로 다른 극성으로 형성된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 200, 300: 이차 전지
110: 전극조립체 111: 제1 전극
112: 제2 전극 113: 세퍼레이터
114: 제1 전극 무지부 115: 제2 전극 무지부
120: 제1 전극단자 130: 제2 전극단자
140: 제2 집전부 141: 제1 연장부
142: 절곡부 143: 제2 연장부
150: 제1 집전부
160, 260: 연결부재 161: 제1 연결부재
162: 제2 연결부재 170, 370: 캡 조립체
171, 371: 캡 플레이트 172, 372: 안전벤트
173, 373: 전해액 주입구 174, 374: 마개
175, 375: 단락홀 176, 376: 단락부재
180: 케이스 192: 버스바
194: 너트 196: 병렬 연결부재

Claims (17)

  1. 제1 전극과 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 세퍼레이터가 형성되는 전극 조립체;
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 집전부;
    상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 집전부;
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하며, 상단 개구부를 갖는 케이스; 및
    상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡플레이트가 형성된 캡 조립체를 포함하며,
    상기 제2 집전부는 적어도 2개의 퓨즈부가 형성되고,
    상기 캡플레이트의 하면과 평행하는 제1 연장부와 상기 제1 연장부에서 절곡 연장되며, 상기 제2 전극과 연결되는 제2 연장부를 포함하며,
    상기 제2 집전부는 캡플레이트와 전기적으로 연결되도록 보조연결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 퓨즈부는 상기 제2 집전부에서 이격되도록 제1 퓨즈부 및 제2 퓨즈부가 형성되고,
    상기 제1 퓨즈부와 제2 퓨즈부는 상기 제2 집전부를 관통하는 형성된 관통홀인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 집전부는 캡 플레이트 하면에 고정되어 전기적으로 연결되는 제1 연장부 및
    상기 제1 연장부에서 절곡 연장되고 제1 퓨즈부와 제2 퓨즈부가 서로 이격되도록 형성된 제2 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 연장부는 제1 퓨즈부의 외주에서 제2 퓨즈부의 외주까지 보조연결부의 일측이 연결되는 고정부가 형성되고,
    상기 보조연결부의 타측은 캡플레이트의 하면에 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 퓨즈부는 관통홀의 면적이 제2 퓨즈부의 관통홀의 면적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 보조연결부의 타측은 캔의 내부 일측과 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 집전부는 캡플레이트에 형성된 제1 단자홀에 삽입되고, 제1 집전부와 전기적으로 연결되는 제1 전극 단자를 포함하고,
    상기 제1 전극 단자는 전기적으로 연결된 단락 플레이트가 형성되고,
    상기 캡플레이트에는 단락 플레이트에 대응되는 위치에 단락홀과 상기 단락홀을 덮는 단락부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단락부재는 캡 플레이트에 고정되는 테두리부; 및
    상기 테두리부에서 연장되고, 캡 플레이트의 아래로 볼록한 라운드부를 포함하는 반전 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이차전지 내부의 압력이 설정 압력보다 커지면, 상기 라운드부가 반전되어 단락 플레이트의 하부 일측과 접촉되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 라운드부가 단락 플레이트 하부 일측과 접촉되면, 상기 제1 퓨즈부 및 제2 퓨즈부의 외주에서 제2 외주부의 끝단까지 용융되어 전류가 차단되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 집전부 및 제2 집전부는 케이스 외측으로 돌출되는 제1 전극 단자 및 제2 전극단자를 포함하고,
    상기 제1 전극단자는 제1 집전부와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전극단자는 제2 집전부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 집전부는 제1 연장부에 형성되는 제1 퓨즈부와 상기 제1 연장부에서 절곡 연장되는 2 연장부에 형성되는 제2 퓨즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 전극단자 및 제 2 전극단자는 상기 캡플레이트에 형성된 단자홀을 통하여 케이스 외측으로 돌출되고,
    상기 제1 전극단자에는 전기적으로 연결된 단락 플레이트를 포함하고,
    상기 단락 플레이트와 대응되도록 캡플레이트에 단락홀이 형성되고, 상기 단락홀을 덮는 단락부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 단락부재는 캡 플레이트에 고정되는 테두리부; 및
    상기 테두리부에서 연장되고, 캡 플레이트의 아래로 볼록한 라운드부를 포함하는 반전 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이차전지 내부의 압력이 설정 압력보다 커지면, 상기 라운드부가 반전되어 단락 플레이트의 하부 일측과 접촉되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 라운드부가 단락 플레이트 하부 일측과 접촉되면, 상기 제1 퓨즈부 및 제2 퓨즈부의 외주에서 제2 외주부의 끝단까지 용융되어 전류가 차단되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극단자와 캡플레이트 사이에 절연부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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