KR101473389B1 - 원통형 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 이차전지를 개시한다. 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 양극 및 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되고, 중심부에 중공이 형성되고 중공 내부로 상기 양극이 노출될 수 있도록 권취된 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 전지 케이스; 상기 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 최상부에 양극 단자가 형성된 캡 조립체; 및 상기 전극 조립체의 중공에 삽입되어 밀착 고정되는 센터핀을 포함하고, 상기 센터핀은 상기 캡 조립체에 상단이 결합되고, 상기 전극 조립체의 중공 내부의 양극과 접촉되어 상기 전극 조립체의 양극과 상기 캡 조립체의 양극 단자를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 한다.

Description

원통형 이차전지{Cylindrical secondary battery}

본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 조립체와 이에 삽입되는 센터핀의 구조가 개선된 원통형 이차전지에 관한 것이다.

이차전지는 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 캔 타입과, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치 타입으로 분류될 수 있다. 캔 타입 중 원통형 이차전지는 상대적으로 전지용량이 크고 구조적으로 안정성이 좋은 것으로 알려져 있다.

이차전지의 전지케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 것으로, 일반적으로 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조 또는 스택 구조를 갖는다.

도 1에는 종래의 원통형 이차전지의 구성이 개략적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 원통형 이차전지는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)와 함께 전해액을 수용하는 원통형의 전지 케이스(20)와, 전지 케이스(20)의 상부 개방단에 밀봉 결합된 캡 조립체(30)를 포함한다.

전극 조립체(10)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)이 개재된 상태로 적층하여 젤리-롤 형태로 감긴 구조이며, 양극(11)에는 양극 리드(15)가 부착되어 캡 조립체(30)에 접속되어 있고, 음극(12)에는 음극 리드(미도시)이 부착되어 전지 케이스(20)의 하단에 접속되어 있다. 그리고 전극 조립체(10)의 중심부에는 원통형의 센터핀(40)이 삽입되어 있다. 이러한 센터핀(40)은 전극 조립체(10)를 고정 및 지지하고, 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다.

캡 조립체(30)는 양극 단자가 마련된 탑 캡(Top Cap)(31)과, 탑 캡(31)의 하부에 위치하고 전지 내부의 압력 상승에 의해 파열되어 가스를 배기하기 위한 노치(Notch)(35)가 형성된 안전벤트(32)와, 탑 캡(31)과 안전벤트(32) 사이에 개재된 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element) 형태의 안전소자(33)와, 상단 일측이 안전벤트(32)에 접촉되고 하단 일측이 전극 조립체(10)의 양극 리드(15)에 연결된 전류차단부재(34)를 구비한다.

이러한 원통형 이차전지는 정상적인 작동조건에서 전극 조립체(10)의 양극(11)이 양극 리드(15), 전류차단부재(34), 안전벤트(32) 및 안전소자(33)를 경유하여 탑 캡(31)에 연결되어 통전된다. 또한, 과충전 등에 의해 전극 조립체(10)에서 가스가 발생하여 내압이 증가할 경우에는 안전벤트(32)가 상방으로 변형되면서 전류차단부재(34)로부터 분리되어 전류가 자동적으로 차단됨으로써 전지의 안정성이 확보될 수 있다. 더욱이, 이차전지의 내압이 계속 증가할 경우에는 안전벤트(32)가 파열되고 탑 캡(31)의 배기구를 통해 가스가 배기됨으로써 전지의 폭발이 방지될 수 있다.

그런데, 이와 같은 종래의 원통형 이차전지는 낙하 등 전지에 충격이 가해지는 경우, 예컨대, 센터핀(40)이 전극 조립체(10)로부터 빠져나와 캡 조립체(30)의 하부 구조물들이나 양극 리드(15)를 가격하게 되어 이들이 손상될 위험이 있다. 더욱이, 상기와 같이 제조된 원통형 이차전지에 지속적인 진동이 가해질 경우에는 전극 조립체(10)가 상, 하 유동될 수 있고, 이러한 전극 조립체(10)의 상, 하 유동은 내부저항의 증가를 초래하거나, 전극 조립체(10)와 연결된 양극 리드(15)에 반복적인 변형이 이루어져 파손될 우려가 있다. 이렇게 전극 조립체(10)의 내부저항이 증가되거나, 파손된 양극 리드(15)에 의해 전지 내부에서 단락이 발생하면, 원통형 이차전지의 고장은 물론, 발화나 폭발 등의 안전 사고를 일으킬 위험성이 있어, 원통형 이차전지의 안전성에 심각한 문제를 초래할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전극 조립체의 중심부 내부로 양극 전극이 노출되게 구성하고, 이 중심부에 양극 리드를 대체할 수 있도록 구성된 센터핀을 삽입함으로써, 별도로 양극 리드를 구성하지 않아도 되므로 부품 수를 줄일 수 있고 제조 공정을 간소화시켜 제조 시간 및 비용을 절감할 수 있는 원통형 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 양극 및 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되고, 중심부에 중공이 형성되고 중공 내부로 상기 양극이 노출될 수 있도록 권취된 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 전지 케이스; 상기 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 최상부에 양극 단자가 형성된 캡 조립체; 및 상기 전극 조립체의 중공에 삽입되어 밀착 고정되는 센터핀을 포함하고, 상기 센터핀은 상기 캡 조립체에 상단이 결합되고, 상기 전극 조립체의 중공 내부의 양극과 접촉되어 상기 전극 조립체의 양극과 상기 캡 조립체의 양극 단자를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 센터핀은 상기 전극 조립체의 중공에 삽입되는 봉 형태로 형성된다.

바람직하게, 상기 센터핀은 상기 전극 조립체의 중공에 삽입된 상태에서 그 외경이 확장 가능한 구조를 갖는다.

바람직하게, 상기 센터핀은 길이 방향을 따라 절개홈이 형성되고, 상기 절개홈의 간격이 벌어지면서 센터핀의 외경이 확장된다.

바람직하게, 상기 센터핀의 내부에는 센터핀의 외경을 확장시키는 외경 확장 수단이 구비된다.

바람직하게, 상기 외경 확장 수단은 상기 센터핀 내부의 내경이 부분적으로 축소되도록 형성된 협폭부와, 상기 협폭부와 선택적으로 고정됨으로써 센터핀의 외경을 확장시키는 확장부로 이루어진다.

바람직하게, 상기 외경 확장 수단은, 상기 협폭부가 센터핀의 길이 방향을 따라 반복적으로 형성되고, 상기 확장부가 센터핀의 길이 방향으로 이동되어 상기 협폭부와 선택적으로 고정됨으로써 센터핀의 외경을 확장시킨다.

바람직하게, 상기 외경 확장 수단은, 상기 협폭부가 센터핀의 반경 방향으로 적어도 둘 이상 형성되고, 상기 확장부가 센터핀의 반경 방향으로 회전되어 상기 협폭부와 선택적으로 고정됨으로써 센터핀의 외경을 확장시킨다.

바람직하게, 상기 센터핀은 탄성체로 이루어지고, 센터핀의 외경이 축소되도록 구속되었다가 구속을 해제하여 센터핀의 외경이 확장된다.

바람직하게, 상기 센터핀은 적어도 일회 이상 권취되어 그 단면이 스파이럴 형태를 갖는다.

바람직하게, 상기 센터핀은 형상 기억 합금체로 이루어지고, 센터핀의 외경이 축소되도록 변형되었다가 형상 기억 변형하여 센터핀의 외경이 확장된다.

바람직하게, 상기 캡 조립체는, 최상부에 돌출된 형태로 배치되고 양극 단자가 형성된 탑 캡과, 상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전소자와, 상기 안전소자와 접촉되도록 배치되고 이차전지의 내압 증가시 파열되는 안전벤트와, 상부가 상기 안전벤트의 하단에 연결되고, 하부가 상기 센터핀과 연결되는 전류차단부재로 이루어진다.

바람직하게, 상기 센터핀은 상기 전류차단부재에 결합 고정된 상태에서 상기 전극 조립체의 중공에 삽입된다.

바람직하게, 상기 센터핀은 상기 전극 조립체의 중공에 삽입된 상태에서 그 외경이 확장 가능한 구조를 갖고, 상기 전류차단부재는 결합 고정된 상기 센터핀의 외경이 확장될 수 있도록 조작하는 확장 스위치가 더 구비된다.

바람직하게, 상기 센터핀은 상기 전류차단부재와 일체형으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전극 조립체의 중심부 내부로 양극 전극이 노출되게 구성하고, 이 중심부에 양극 리드를 대체할 수 있도록 구성된 센터핀을 삽입한 후, 센터핀의 직경이 확장될 수 있도록 구성함으로써, 종래에 전극 조립체의 양극 전극에 저항 용접되었던 전극 리드를 대체하여 센터핀을 통한 전기적 연결을 이룰 수 있다. 또한, 양극 리드를 대체하는 센터핀과 전극 조립체 간의 접촉면적이 증가될 수 있어 전극의 접촉저항 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 센터핀을 전극 조립체에 긴밀하게 밀착되어 고정시킬 수 있으므로, 전극 조립체의 유동을 방지할 수 있어 전지가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 별도의 전극 리드를 구성하지 않아도 되므로 부품 수를 줄일 수 있고 제조 공정을 간소화시켜 제조 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 원통형 이차전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 센터핀이 전류차단부재에 결합된 상태를 도시한 측면도이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 A-A'선 단면으로 본 발명에 따른 센터핀의 외경 확장 구조의 일 예를 도시한 단면도들이다.
도 6 및 도 7은 도 3의 B-B'선 단면으로 본 발명에 따른 센터핀의 외경 확장 구조의 다른 예를 도시한 단면도들이다.
도 8은 도 3의 B-B'선 단면으로 본 발명에 따른 센터핀의 외경 확장 구조의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 센터핀과 전류차단부재의 결합 부분의 내부 구조를 도시한 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 센터핀이 전류차단부재에 결합된 상태를 도시한 측면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 전극 조립체(100)와, 전지 케이스(200)와, 캡 조립체(300)와, 센터핀(400)을 포함한다.

본 발명에서는 상기 전극 조립체(100)의 중심부의 중공(150) 내부로 양극(110)이 노출될 수 있도록 구성하고, 이 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입되는 센터핀(400)의 길이가 상기 캡 조립체(300)까지 연장되어 캡 조립체(300)와 결합될 수 있도록 구성함으로써, 센터핀(400)이 전극 조립체(100)의 양극(110)과 접촉되어 전극 조립체(100)의 양극(110)과 캡 조립체(300)의 양극 단자(315)를 전기적으로 연결하는 역할을 수행할 수 있도록 하여 종래의 전극 리드(도 1의 15 참조)를 별도로 부착시키지 않고 센터핀(400)이 이를 대체할 수 있다는 것에 발명의 특징이 있다.

상기 전극 조립체(100)는 양극(110) 및 음극(120)이 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 배치되고, 중심부에 중공(150)이 형성되고, 이 중공(150) 내부로 상기 양극(110)이 노출될 수 있도록 젤리-롤(Jelly-Roll)의 형상으로 권취되어 형성된다. 전극 조립체(100)의 양극(110)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들어, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극집전체와, 그 양면에 양극 활물질층을 코팅하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 음극(120)은 전도성 금속 박판, 예를 들어, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극집전체와, 그 양면에 음극 활물질층을 코팅하여 형성될 수 있다. 또한, 세퍼레이터(130)는 열가소성 수지, 예를 들어, 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리프로필렌(polypropylene)으로 형성될 수 있으며, 상기 양극(110) 및 음극(120) 사이에 배치되어 양극(110)과 음극(120)의 단락을 방지하고, 리튬 이온(Lithium ion)의 이동 통로 역할을 한다.

한편, 전극 조립체(100)의 상단에는 전극 조립체(100)와 캡 조립체(300) 사이를 절연시키기 위한 상부 절연판(160)이 배치될 수 있다. 이러한 상부 절연판(160)의 중심부에는 상기 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입된 상기 센터핀(400)이 통과될 수 있는 통공(165)이 형성된다.

상기 전지 케이스(200)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방단과 그와 대향되는 밀폐된 바닥단을 가진 원통형 구조를 가진다. 전지 케이스(200)의 내부 공간에는 전극 조립체(100)와 함께 전해액이 수용된다. 전해액은 이차전지의 충, 방전 시 전극 조립체(100)의 양극(110)과 음극(120)의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것이다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으나, 본 발명이 전해액의 종류에 의해 한정되지 것은 아니다.

상기 캡 조립체(300)는 전지 케이스(200)의 개방단에 결합되어, 전지 케이스(200)의 내부에 수용된 전극 조립체(100)와 전해액을 밀봉한다. 캡 조립체(300)는 최상부에 돌출된 형태로 배치되고 양극 단자(315)가 형성된 탑 캡(310)과, 상기 탑 캡(310)의 하부에서 탑 캡(310)과 접촉되도록 배치된 안전소자(320)와, 상기 안전소자(320)와 접촉되도록 배치되고 이차전지의 내압 증가시 파열되는 안전벤트(330)와, 상부가 상기 안전벤트(330)의 하단에 연결되고 하부가 상기 센터핀(400)과 연결되는 전류차단부재(340)로 이루어진다.

상기 탑 캡(310)은 캡 조립체(300)의 최상부에 상부 방향으로 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자(315)를 형성한다. 따라서, 상기 탑 캡(310)은 이차전지의 외부와 전기적으로 접속되도록 한다. 또한, 이러한 탑 캡(310)에는 가스가 배출될 수 있는 가스 구멍(311)이 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(100)로부터 가스 발생시 이러한 가스 구멍(311)을 통해 전지 케이스(200) 외부로 가스가 배출되도록 할 수 있다. 상기 탑 캡(310)은 예를 들어, 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.

상기 안전소자(320)는 상기 탑 캡(310)과 안전벤트(330) 사이에 개재되어, 탑 캡(310)과 안전벤트(330)를 전기적으로 연결시킨다. 상기 안전소자(320)는 전지의 과열에 의해 전지 내부의 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 이를테면 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient element)로 형성될 수 있다.

상기 안전벤트(330)는 상기 안전소자(320)의 하부에서 안전소자(320)와 접촉되도록 배치되며, 이차전지의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우 파열되도록 구성된다. 이때, 상기 안전벤트(330)는 중심부가 하부 방향으로 돌출되도록 형성되고, 그러한 중심부 부근에 소정의 노치(335)가 형성될 수 있다. 따라서, 이차전지의 내부, 즉 전극 조립체(100)쪽으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하게 되면, 안전벤트(330)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 노치들(335)을 중심으로 파열될 수 있다. 따라서, 이러한 안전벤트(330)의 파열된 부분을 통해 전지 케이스(200)의 내부에 차있던 가스가 외부로 배출될 수 있게 된다.

상기 전류차단부재(340)는 상부의 적어도 일부분이 상기 안전벤트(330)의 하단에 연결된다. 따라서, 정상적인 상태에서는 안전벤트(330)의 하부 돌출 부분이 전류차단부재(340)와 접촉되다가, 가스 발생으로 내압이 증가하여 안전벤트(330)의 형상이 역전되면, 전류차단부재(340)와 안전벤트(330) 사이의 전기적 접속이 차단된다. 또한, 상기 전류차단부재(340)의 하부는 상기 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입된 센터핀(400)이 결합 고정된다. 따라서, 전류차단부재(340)는 정상적인 상태에서 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입되고 중공(150) 내부의 양극(110)과 접촉되어 있는 센터핀(400)에 의해 전극 조립체(100)와 안전벤트(330) 사이에 통전이 이루어지도록 한다.

상기 센터핀(400)은 스테인리스 스틸과 같은 강성의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상기 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입되어 밀착 고정될 수 있는 봉 형태의 구조를 가진다. 센터핀(400)은 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입된 상태에서 캡 조립체(300)의 하단에 결합될 수 있는 길이로 형성된다.

보다 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 센터핀(400)은 캡 조립체(300)의 전류차단부재(340)에 상단이 결합된다. 센터핀(400)은 전류차단부재(340)에 결합된 상태에서 상기 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입되게 된다. 이때, 센터핀(400)이 삽입되는 전극 조립체(100)의 중공(150) 내부에는 양극(110)이 노출되게 위치하여, 센터핀(400)이 전극 조립체(100)의 양극(110)과 접촉되어 전극 조립체(100)의 양극(110)과 캡 조립체(300)의 전류차단부재(340)를 전기적으로 연결하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 센터핀(400)은 전극 조립체(100)에 종래의 전극 리드(도 1의 15 참조)를 별도로 부착시키지 않고, 이를 대체하여 전극 조립체(100)와 캡 조립체(300)를 전기적으로 연결시키는 역할을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 원통형 이차전지의 센터핀(400)은 상기 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입된 상태에서 그 외경이 확장 가능한 구조를 갖는다. 즉, 센터핀(400)은 길이 방향을 따라 절개홈(410)이 형성되고, 상기 절개홈(410)의 간격이 벌어지면서 센터핀(410)의 외경이 확장될 수 있다. 이는 전극 조립체(100)와 긴밀하게 밀착 고정될 수 있도록 하여 전극 조립체(100)의 양극(110)과의 접촉저항 특성을 향상시킬 수 있고, 전극 조립체(100)의 유동을 방지할 수 있게 한다.

이를 위해, 상기 센터핀(400)의 내부에는 센터핀(400)의 외경을 확장시키기 위한 외경 확장 수단(420a, 420b)이 더 구비될 수 있다.

도 4 및 도 5는 도 3의 A-A'선 단면으로 본 발명에 따른 센터핀의 외경 확장 구조의 일 예를 도시한 단면도들이고, 도 6 및 도 7은 도 3의 B-B'선 단면으로 본 발명에 따른 센터핀의 외경 확장 구조의 다른 예를 도시한 단면도들이고, 도 8은 도 3의 B-B'선 단면으로 본 발명에 따른 센터핀의 외경 확장 구조의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.

먼저, 본 발명에 따른 센터핀의 외경 확장 구조에 대한 일 예로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 외경 확장 수단(420a)은 상기 센터핀(400) 내부의 내경이 부분적으로 축소될 수 있도록 센터핀(400)의 길이 방향을 따라 반복적으로 형성된 협폭부(421a)와, 상기 센터핀(400)의 길이 방향으로 이동되어 상기 협폭부(421a)와 선택적으로 고정됨으로써 센터핀(400)의 외경을 확장시키는 확장부(422a)로 이루어진다. 즉, 상기 외경 확장 수단(420a)은 센터핀(400)이 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입되기 이전에는 도 4에 도시된 바와 같이, 외경 확장 수단(420a)의 확장부(422a)가 협폭부(421a)와 만나지 않는 상태를 유지한다. 이 후, 상기 센터핀(400)이 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입되면 도 5에 도시된 바와 같이, 외경 확장 수단(420a)의 확장부(422a)를 센터핀(400)의 길이 방향으로 이동시켜 협폭부(421a)에 확장부(422a)를 위치시켜 고정되도록 함으로써, 센터핀(400)의 외경이 확장될 수 있게 한다.

다른 예로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 외경 확장 수단(420b)은 상기 센터핀(400) 내부의 내경이 부분적으로 축소될 수 있도록 센터핀(400)의 반경 방향으로 적어도 둘 이상 형성된 협폭부(421b)와, 상기 센터핀(400)의 반경 방향으로 회전되어 상기 협폭부(421b)와 선택적으로 고정됨으로써 센터핀(400)의 외경을 확장시키는 확장부(422b)로 이루어진다. 즉, 상기 외경 확장 수단(420b)는 센터핀(400)이 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입되기 이전에는 도 6에 도시된 바와 같이, 외경 확장 수단(420)b)의 확장부(422b)가 협폭부(421b)와 만나지 않는 상태를 유지한다. 이후, 상기 센터핀(400)이 전극 조립체(100)의 중공(150)에 삽입되면 도 7에 도시된 바와 같이, 외경 확장 수단(420b)의 확장부(422b)를 센터핀(400)의 반경 방향으로 회전시켜 협폭부(421b)에 확장부(422b)를 위치시켜 고정되도록 함으로써, 센터핀(400)의 외경이 확장될 수 있게 한다.

한편, 상술된 실시예에서는 센터핀(400)의 확장을 위해 별도의 외경 확장 수단(420a, 420b)이 구비되는 것으로 설명되었으나, 이는 일부 실시예에 불과할 뿐, 이외의 다양한 방식으로 센터핀(400)의 외경을 확장시킬 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다. 즉, 또 다른 예로서, 본 발명에 따른 센터핀(400)은 탄성체로 이루어지고, 센터핀(400)의 외경이 축소되도록 구속되었다가 구속을 해제하였을 때 센터핀(400)의 외경이 확장될 수 있는 구조로써, 도 8에 도시된 바와 같이, 센터핀(400')이 적어도 일회 이상 권취되어 그 단면이 스파이럴 형태를 갖는 탄성 구조로 형성될 수 있다. 이 외에도, 센터핀(400)은 형상 기억 합금체로 이루어지고, 센터핀(400)의 외경이 축소되도록 변형되었다가 형상 기억 변형에 의해 센터핀(400)의 외경이 확장되도록 형성될 수도 있다.

도 9는 본 발명에 따른 센터핀과 전류차단부재의 결합 부분의 내부 구조를 도시한 단면도이다.

추가적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 센터핀(400)이 결합되는 전류차단부재(340)에는 센터핀(400)의 외경 확장을 위해 구비된 외경 확장 수단(420a, 420b)와 결합되어 센터핀(400)의 외경이 확장될 수 있도록 조작하는 확장 스위치(345)가 더 구비될 수 있다. 상기 확장 스위치(345)는 일 예에 따른 외경 확장 수단(420a)에 적용될 경우에는 외경 확장 수단(420a)의 확장부(422a)가 센터핀(400) 내부의 길이 방향으로 이동될 수 있도록 조작하는 버튼 형태로 형성될 수 있다. 또한, 다른 예에 따른 외경 확장 수단(420b)에 적용될 경우에는 외경 확장 수단(420b)의 확장부(422b)가 센터핀(400) 내부의 반경 방향으로 회전될 수 있도록 조작하는 레버 형태로 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 별도의 확장 스위치(345)를 구비하지 않고, 센터핀(400)을 직접 조작하여 센터핀(400)의 외경 확장이 이루어질 수 있도록 할 수도 있다.

대안적으로, 상기 센터핀(400)과 전류차단부재(340)는 일체형으로 형성될 수도 있다. 이는 상기 센터핀(400)과 전류차단부재(340)를 별도로 제조한 뒤 용접에 의해 접합시키거나, 처음 제조 시 센터핀(400)과 전류차단부재(340)가 일체인 형태로 제조하는 것에 의해 달성될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 전극 조립체 110 : 양극
120 : 음극 130 : 세퍼레이터
150 : 중공 200 : 전지 케이스
300 : 캡 조립체 310 : 탑 캡
320 : 안전소자 330 : 안전벤트
340 : 전류차단부재 400 : 센터핀
410 : 절개홈 420a, 420b : 외경 확장 수단

Claims (15)

1. 양극 및 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되고, 중심부에 중공이 형성되고 중공 내부로 상기 양극이 노출될 수 있도록 권취된 전극 조립체;
   상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 전지 케이스;
   상기 전지 케이스의 개방단에 밀봉 결합되고 최상부에 양극 단자가 형성된 캡 조립체;
   상기 전극 조립체의 중공에 삽입되어 밀착 고정되는 봉 형태의 센터핀; 및
   상기 센터핀 내부에 구비되고, 상기 센터핀 내부의 내경이 부분적으로 축소되도록 형성된 협폭부와, 상기 협폭부와 선택적으로 고정됨으로써 센터핀의 외경을 확장시키는 확장부로 이루어진 외경 확장 수단;을 포함하고,
   상기 센터핀은 상기 캡 조립체에 상단이 결합되고, 상기 전극 조립체의 중공 내부의 양극과 접촉되어 상기 전극 조립체의 양극과 상기 캡 조립체의 양극 단자를 전기적으로 연결하고,
   상기 센터핀의 상기 외경 확장 수단에 의해 상기 전극 조립체의 중공에 삽입된 상태에서 그 외경이 확장 가능한 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 센터핀은 길이 방향을 따라 절개홈이 형성되고, 그 내부의 상기 외경 확장 수단에 의해 상기 절개홈의 간격이 벌어지면서 센터핀의 외경이 확장되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 외경 확장 수단은,
   상기 협폭부가 센터핀의 길이 방향을 따라 반복적으로 형성되고,
   상기 확장부가 센터핀의 길이 방향으로 이동되어 상기 협폭부와 선택적으로 고정됨으로써 센터핀의 외경을 확장시키는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
8. 제1항에 있어서,
   상기 외경 확장 수단은,
   상기 협폭부가 센터핀의 반경 방향으로 적어도 둘 이상 형성되고,
   상기 확장부가 센터핀의 반경 방향으로 회전되어 상기 협폭부와 선택적으로 고정됨으로써 센터핀의 외경을 확장시키는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항에 있어서,
    상기 캡 조립체는,
    최상부에 돌출된 형태로 배치되고 양극 단자가 형성된 탑 캡과,
    상기 탑 캡의 하부에서 상기 탑 캡과 접촉되도록 배치된 안전소자와,
    상기 안전소자와 접촉되도록 배치되고 이차전지의 내압 증가시 파열되는 안전벤트와,
    상부가 상기 안전벤트의 하단에 연결되고, 하부가 상기 센터핀과 연결되는 전류차단부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
13. 제12항에 있어서,
    상기 센터핀은 상기 전류차단부재에 결합 고정된 상태에서 상기 전극 조립체의 중공에 삽입되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
14. 제13항에 있어서,
    상기 센터핀은 상기 전극 조립체의 중공에 삽입된 상태에서 그 외경이 확장 가능한 구조를 갖고,
    상기 전류차단부재는 결합 고정된 상기 센터핀의 외경이 확장될 수 있도록 조작하는 확장 스위치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
15. 제12항에 있어서,
    상기 센터핀은 상기 전류차단부재와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.

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