KR101914564B1 - 절연 부재를 포함하는 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 이차전지가 개시된다. 상기 이차전지는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스와, 전극 조립체로부터 전지 케이스를 가로질러 연장되며 전지 케이스의 외부로 인출되는 리드 단자와, 리드 단자 상에서 전지 케이스와 교차하는 부분에 형성된 밀봉 테이프와, 리드 단자 상에서 밀봉 테이프와 적어도 일부에서 겹쳐지게 배치된 절연 부재를 포함한다.
본 발명에 의하면, 외부 충격에 따른 정부극 간의 내부 단락을 방지하면서도 이상 과열시 폭발, 발화를 방지할 수 있는 이차전지가 제공된다.
본 발명에 의하면, 외부 충격에 따른 정부극 간의 내부 단락을 방지하면서도 이상 과열시 폭발, 발화를 방지할 수 있는 이차전지가 제공된다.
Description
본 발명은 충, 방전이 가능한 이차전지에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북 등의 모바일 기기에 대한 기술개발과 생산 증가에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급증하고 있다. 최근에는 화석연료를 대체하기 위한 대체 에너지원으로 전기 자동차, 하이 브리드 자동차의 용도로도 활발한 연구개발이 진행되고 있다.
이러한 이차전지는 낙하 테스트, 진동 테스트 등의 내충격 테스트나 제품의 유통, 사용 중에 낙하 충격과 같은 외부 충격에 따라 내부 단락이 발생될 위험이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 일본 공개특허공보 제2001-256960호(2001.09.21)에 개시되어 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 일본 공개특허공보 제2001-256960호(2001.09.21)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시형태는 외부 충격에 따른 정부극 간의 내부 단락을 방지하면서도 이상 과열시 폭발, 발화를 방지할 수 있는 이차전지를 제공한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이차전지는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스;
상기 전극 조립체로부터 상기 전지 케이스를 가로질러 연장되며, 상기 전지 케이스의 외부로 인출되는 리드 단자;
상기 리드 단자 상에서 상기 전지 케이스와 교차하는 부분에 형성된 밀봉 테이프; 및
상기 리드 단자 상에서 상기 밀봉 테이프와 적어도 일부에서 겹쳐지게 배치된 절연 부재;를 포함한다.
예를 들어, 상기 리드 단자는 상기 전극 조립체와 인접한 제1 단부와, 외부로 인출된 제2 단부를 포함하고,
상기 절연 부재는 상기 제1 단부로부터 상기 밀봉 테이프와 겹쳐지도록 제2 단부를 향하여 연장될 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 단자의 제1 단부는 굴곡 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 부재는, 상기 리드 단자의 제1, 제2 면 중에서,
상기 전극 조립체와 마주하는 측의 제1 면상에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 부재는 상기 리드 단자와 밀봉 테이프 사이에 개재될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 부재는 상기 밀봉 테이프보다 낮은 융점을 갖는 절연성 수지로 형성되고,
상기 융점 이상의 이상과열에서, 상기 절연 부재는 용융 제거되어 리드 단자와 밀봉 테이프 사이에 개방통로를 형성하며 전지 케이스를 개방시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 밀봉 테이프는 상기 전지 케이스와 결합되어 있을 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 부재는 상기 리드 단자 상에 형성되고,
상기 밀봉 테이프는 상기 절연 부재의 적어도 일부를 덮도록 리드 단자의 둘레를 따라 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 단자는 서로 반대되는 제1, 제2 면을 갖고, 제2 면을 통하여 상기 전극 조립체로부터 인출된 전극탭과 결합되며,
상기 절연 부재는 상기 리드 단자의 제1 면 상에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 부재는 상기 리드 단자의 제2 면 상에도 형성되되,
상기 전극탭과의 결합부를 제외한 제2 면 상에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 부재는 상기 리드 단자의 길이 방향을 따라 이격 간극을 사이에 두고 서로에 대해 격리된 제1, 제2 절연 부재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 밀봉 테이프는 상기 제1, 제2 절연 부재의 적어도 일부 및 이격 간극을 함께 덮도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 밀봉 테이프와 상기 제1, 제2 절연 부재 간의 중첩 면적의 증감에 따라, 상기 제1, 제2 절연 부재의 용융에 따른 전지 케이스의 개방 시점이 조절될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 부재는 100도 ~ 150도 사이의 융점을 갖는 절연성 수지로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연 부재는 상기 밀봉 테이프보다 10도 ~ 20도 낮은 융점을 갖는 절연성 수지로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 케이스는 상기 전극 조립체를 수용하도록 서로 마주하는 방향으로 접합되는 제1, 제2 케이스를 포함하고,
상기 밀봉 테이프는 상기 제1, 제2 케이스의 서로 대향하는 실링부 사이에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 밀봉 테이프는, 상기 제1, 제2 케이스의 서로 대향하는 실링부를 통하여 외부로 인출되는 리드 단자와, 상기 리드 단자 상의 절연 부재를 함께 둘러싸도록 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스;
상기 전극 조립체로부터 인출된 전극탭과 전기적으로 연결된 제1 단부와, 상기 전지 케이스를 가로질러 연장되어 외부로 인출된 제2 단부를 갖는 리드 단자;
상기 리드 단자의 제1, 제2 단부 사이에서 상기 전지 케이스와 교차하는 부분에 형성된 밀봉 테이프; 및
상기 리드 단자의 제1 단부로부터 상기 밀봉 테이프와 적어도 일부에서 겹쳐지도록 제2 단부를 향하여 연장 형성된 절연 부재;를 포함한다.
예를 들어, 상기 절연 부재는 상기 리드 단자의 제1, 제2 면 중에서 적어도 어느 일면 상에 형성되며,
상기 밀봉 테이프는 상기 절연 부재의 적어도 일부를 덮도록 상기 리드 단자의 둘레를 따라 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 외부 충격에 따른 정부극 간의 내부 단락을 방지하여 내 충격 특성이 향상되면서도, 과열 오동작시에 전지 케이스를 개방하여 이차전지의 동작을 저지 내지 중지시키고, 전지 케이스 내부에 축적된 전해질 가스를 외부로 해방시킴으로써 발화 폭발의 위험을 줄일 수 있는 이차전지가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 일부에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 평면 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 절연 부재의 용융 제거에 따른 개방통로의 형성을 보여주는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 이차전지를 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 절연 부재의 용융 제거에 따른 개방통로의 형성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 일부에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 평면 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 절연 부재의 용융 제거에 따른 개방통로의 형성을 보여주는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 이차전지를 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 절연 부재의 용융 제거에 따른 개방통로의 형성을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 이차전지에 대해 설명하기로 한다. 도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 일부에 대한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 이차전지는 전극 조립체(180), 전극 조립체(180)로부터 연장되는 전극탭(170)들과, 상기 전극탭(170)들과 전기적으로 연결되어 있는 리드 단자(190) 및 상기 전극 조립체(180)를 수용하는 전지 케이스(110)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 전극 조립체(180)는 세퍼레이터(160)가 개재된 상태에서, 제1 전극판(151)과 제2 전극판(152)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, 소정 크기로 절취한 제1 전극판(151), 세퍼레이터(160), 제2 전극판(152)이 차례대로 적층된 스택형 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 스택형 전극 조립체(180)에서는 제1 전극판(151), 제2 전극판(152) 등의 전극판(150)의 적층 수를 늘리는 것에 의해 용이하게 전지 용량을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 조립체(180)는 방전용량을 증대시키기 위해, 여러 장의 제1 전극판(151) 및 여러 장의 제2 전극판(152)을 이용하여 적층하거나 제1 전극판(151) 및 제2 전극판(152)의 면적을 확대시킬 수 있다.
다만, 상기 전극 조립체(180)는, 예시된 바와 같은 적층형 구조에 한정되지 않으며, 예를 들어, 시트 형상의 제1 전극판(151) 및 제2 전극판(152) 사이에 세퍼레이터(160)를 개재하여 롤 형태로 권취한 권취형 구조로 형성될 수도 있음은 물론이다.
상기 전극판(150)은 전극 집전체(150a)의 표면에 활물질을 도포하여 형성될 수 있으며, 전극 집전체(150a)와, 전극 집전체(1150a)의 적어도 일면에 형성된 활물질층(150c)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전극판(151,152)은 각각 양극판 및 음극판으로 형성될 수 있고, 이 경우, 상기 제1 전극판(151)은 양극 집전체와 양극 집전체의 적어도 일면에 형성된 양극 활물질층을 포함하고, 상기 제2 전극판(152)은 음극 집전체와, 음극 집전체의 적어도 일면에 형성된 음극 활물질층을 포함한다.
상기 전극판(150)의 가장자리에는 활물질층(150c)이 형성되지 않은 무지부(150b)가 형성될 수 있다. 상기 무지부(150b)에는 전극탭(170)이 전기적으로 연결될 수 있으며, 무지부(150b)를 통하여 제1 전극판(151) 및 제2 전극판(152)에는 각각 제1 전극탭(171) 및 제2 전극탭(172)이 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 무지부(150b)에 대한 전극탭(170)의 결합은 저항용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등에 의해 이루어질 수 있다.
상기 전극탭(170)은 전도성이 우수한 금속소재로 형성될 수 있고, 예를 들어, 제1, 제2 전극탭(171,172)은 각각 양극탭 및 음극탭으로 형성될 수 있으며, 상기 제1 전극탭(171)은 알루미늄이나 니켈 등의 금속소재로 형성되며, 제2 전극탭(172)은 구리나 니켈 등의 금속소재로 형성될 수 있다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 서로에 대한 적층된 각 전극판(150)들로부터 인출되는 전극탭(170)들은 서로에 대해 중첩되고, 밀집된 형태의 전극탭(170)들은 리드 단자(190)와 전기적으로 연결된다. 전극탭(170)과 결합부를 형성하며 일체적으로 연장된 리드 단자(190)는 전지 케이스(110)의 외부로 인출될 수 있다. 예를 들어, 전극탭(170)과 리드 단자(190)는 초음파 용접 등의 방법으로 결속될 수 있다.
상기 리드 단자(190)는 일군의 제1 전극탭(171)들과 결합부를 형성하며 제1 전극탭(171)으로부터 연장되는 제1 리드 단자(191)와, 일군의 제2 전극탭(172)과 결합부를 형성하며 제2 전극탭(172)으로부터 연장되는 제2 리드 단자(192)를 포함할 수 있다.
상기 전지 케이스(110)는 전극 조립체(180)를 수용하는 수용공간(S)을 제공하며, 전극 조립체(110)를 외부환경으로부터 절연시키고 보호하는 기능을 한다. 상기 전지 케이스(110)는 금속 박의 양면에 수지시트를 적층시킨 외장재를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄 적층시트를 포함할 수 있다.
상기 전지 케이스(110)는 전극 조립체(180)를 수용하는 수용공간(S)을 형성하는 제1, 제2 케이스(111,112)를 포함할 수 있으며, 전극 조립체(180)를 개재하여 제1, 제2 케이스(111,112)를 서로 마주하게 접합시킴으로써 전극 조립체(180)가 밀봉될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1, 제2 케이스(111,112)의 서로 마주하는 실링부(111a,112a)의 열 융착을 통하여 내부의 전극 조립체(180) 및 전해질(미도시)이 밀봉될 수 있다. 상기 전지 케이스(110)는 리드 단자(190)의 적어도 일부가 노출되도록 전극 조립체(180) 및 전해질(미도시)을 밀봉할 수 있다.
상기 리드 단자(190)는 전극 조립체(180)로부터 연장되며, 전지 케이스(110)를 가로질러 전지 케이스(110)의 외부로 인출된다. 이때, 상기 리드 단자(190)는 전지 케이스(110)와 절연된 상태로, 전지 케이스(110)와 교차하며 외부로 인출될 수 있다. 전지 케이스(110)와 리드 단자(190) 사이에는 이들 간의 전기적인 절연을 확보하기 위한 밀봉 테이프(193)가 개재될 수 있다. 상기 밀봉 테이프(193)는 리드 단자(190) 상에 형성될 수 있으며, 리드 단자(190)의 연장방향을 따라 전지 케이스(110)와의 교차 부분에 형성될 수 있다. 리드 단자(190)와 전지 케이스(110) 간의 교차 부분에서는, 리드 단자(190)와 전지 케이스(110)가 밀봉 테이프(193)를 개재하여 서로 접하게 된다. 상기 밀봉 테이프(193)는 리드 단자(190)와 전지 케이스(110)가 서로 긴밀하게 접하게 함으로써 전지 케이스(110)의 밀봉도를 높이는 기능을 할 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 단자(190)는 제1, 제2 케이스(111,112)의 실링부(111a,112a)를 통하여 외부로 노출될 수 있으며, 상기 제1, 제2 케이스(111,112)는 각 실링부(111a,112a)를 서로 마주하게 열 융착시키는 밀봉과정에서, 리드 단자(190)의 일부가 노출되도록 리드 단자(190)를 개재하여 제1, 제2 케이스(111,112)를 밀봉시킬 수 있다. 이때, 상기 리드 단자(190)는 상기 전지 케이스(110)의 실링부(111a,112a)를 가로질러 교차 부분을 형성하며 외부로 연장될 수 있다. 그리고, 리드 단자(190) 상이면서 전지 케이스(110, 보다 구체적으로, 전지 케이스 110 의 실링부 111a,112a)와 교차하는 부분에는 밀봉 테이프(193)가 개재되어 리드 단자(190)와 전지 케이스(110)를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 또한, 밀봉 테이프(193)를 개재하여 리드 단자(190)와 전지 케이스(110)가 서로 긴밀하게 접하도록 함으로써 전지 케이스(110)의 밀봉도가 향상될 수 있다.
도 3에는 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 도 4에는 도 1에 도시된 이차전지의 평면 구조가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 4의 일부를 확대하여 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 다수의 전극판(150)들로부터 돌출되는 일군의 전극탭(170)들은, 전극 조립체(180)의 적층방향을 따라 어느 일 위치로 수렴되어 밀집된 형태로 결속되며, 결합부(W)를 통하여 리드 단자(190)와 일체적인 결합을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 결합부(W)는 초음파 용접을 통하여 일군의 전극탭(170)들과 리드 단자(190)가 열 융착되어 형성될 수 있으며, 전극탭(170)들과 리드 단자(190)를 서로 겹쳐지게 배치하고, 고주파수의 초음파 진동을 적용함으로써 전극탭(170)과 리드 단자(190)가 서로에 대해 열 융착될 수 있다.
상기 리드 단자(190)는, 일군의 전극탭(170)들과 결합부(W)를 형성하는 제1 단부(190a)와, 상기 결합부(W)로부터 일체적으로 연장되어 전지 케이스(110)의 외부로 인출되는 제2 단부(190b)를 포함할 수 있다. 상기 리드 단자(190)의 제1 단부(190a)는 전극 조립체(180)와 인접하게 배치되며, 전극 조립체(180)로부터 인출되는 전극탭(170)과 결합부(W)를 형성한다.
상기 전극탭(170)과 결합부(W)를 형성하는 리드 단자(190)의 제1 단부(190a)는 절곡 형태를 가질 수 있다. 절곡 형태의 제1 단부(190a)를 통하여 절곡된 형상의 결합부(W)를 형성할 수 있다. 이렇게 리드 단자(190)와 전극탭(170)들 간의 결합부(W)를 절곡된 형상으로 형성함으로써, 리드 단자(190)와 전극탭(170)들 간의 전기적인 연결에 할애되는 공간 소모를 줄일 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면 이하와 같다. 즉, 상기 전극탭(170)의 인출방향으로 전극 조립체(180)와 전지 케이스(110) 사이에는 전극탭(170)과 리드 단자(190) 간의 전기적인 연결을 위한 공간이 마련된다. 이러한 공간은 실질적으로 전극 조립체(180)의 크기를 제한하는 제한요소로 작용하며, 이차전지의 전지 용량에 기여하지 않으면서 일정 부피를 점유하는 사 공간(dead space)을 형성하는데, 전극탭(170)과 리드 단자(190) 간의 결합부(W)를 절곡된 형태로 형성함으로써 사 공간을 줄이는 효과가 있다.
상기 리드 단자(190) 상에는 절연 부재(195)가 형성된다. 상기 절연 부재(195)는 밀봉 테이프(193)와 겹쳐지는 위치에 형성될 수 있으며, 리드 단자(190)의 제1 단부(190a)를 향하여 연장 형성될 수 있다. 환언하면, 상기 절연 부재(195)는 리드 단자(190)의 제1 단부(190a)로부터 연장되어 밀봉 테이프(193)와 겹쳐지도록 제2 단부(190b)를 향하여 연장 형성될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기 절연 부재(195)는 밀봉 테이프(193)와 겹쳐지는 위치에 배치됨으로써 이차전지의 과열 이상동작시에 밀봉 테이프(193) 주변으로 개방통로를 형성할 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
또한, 상기 절연 부재(195)는 전극 조립체(180)와 인접한 리드 단자(190)의 제1 단부(190a) 상에 형성되어 전극 조립체(180)와 리드 단자(190) 간의 전기적인 단락을 방지한다. 상기 절연 부재(195)는 전극 조립체(180)와 리드 단자(190) 사이에서 정부극 간의 단락을 방지하며 구동의 안정성을 향상시키기 위한 목적에 기여할 수 있다.
예를 들어, 상기 이차전지는 낙하 테스트, 진동 테스트 등의 내충격 테스트중이거나 제품의 유통이나 사용 중에, 낙하 충격과 같은 외부 충격에 노출될 수 있으며, 외부 충격에 따라 리드 단자(190)의 제1 단부(190a)는 전극 조립체(180)와 물리적으로 접촉될 가능성이 있다. 이 경우, 리드 단자(190)의 제1 단부(190a)와 전극 조립체(180) 사이에서 정부극 간의 내부 단락이 발생될 수 있다. 리드 단자(190)의 제1 단부(190a)를 덮어서 전극 조립체(180)와 전기적으로 격리시키는 절연 부재(195)를 통하여 이차전지 내부의 단락을 방지할 수 있다.
상기 리드 단자(190)의 제1 단부(190a)는 절곡 형상으로 형성될 수 있고, 이러한 절곡 형상의 제1 단부(190a)는 전극 조립체(180)와 마주하거나 또는 전극 조립체(180)와 마주하듯이 배치되어 외부 충격시 전극 조립체(180)와 대면 접촉될 수 있다. 이때, 전극 조립체(180)와 대향하는 방향으로 배치된 리드 단자(190)의 제1 면(190u) 상에 절연 부재(195)를 형성할 수 있다. 다만, 상기 절연 부재(195)는 상기 리드 단자(190)의 제1, 제2 면(190u,190d) 중에서 적어도 어느 일면에 형성될 수 있고, 제1, 제2 면(190u,190d)의 양면에 형성될 수도 있음은 물론이다.
상기 절연 부재(195)는 이상동작시 이차전지의 열화, 폭발 등을 방지하기 위한 안전기구로서 기능할 수 있다. 상기 절연 부재(195)는 저 융점 소재로 형성될 수 있으며, 이상고온으로 과열되면 용융 또는 반 용융 상태로 녹으며, 자신이 점유하던 공간을 개방하여 개방통로를 형성함으로써 전지 케이스(110)의 밀봉 상태를 해제하고 이차전지를 외부로 개방시킨다.
절연 부재(195)의 고온 용융으로 형성된 개방통로는 전지 케이스(110)의 밀봉상태를 해제하여 전지 케이스(110)의 내외부를 개방한다. 이차전지의 내부온도에 따라 전지 케이스(110)를 밀봉상태로 유지하다가 전지 케이스(110)를 개방시키는 절연 부재(195)의 전환동작은, 고온상태에서 이차전지의 동작을 중지시킬 필요에 따라 이루어진다. 절연 부재(195)에 의해 확보된 개방통로를 통하여 외부 수분이 전지 케이스(110) 내부로 유입되어 이차전지의 동작이 저지 내지 중지될 수 있고, 더 이상의 동작에 따른 이차전지의 과열, 폭발 등을 방지하는 한편으로, 내부에 높은 압력으로 축적된 전해질 가스를 외부로 배출하여 내부 압력의 축적에 따른 폭발을 방지할 수 있다.
상기 절연 부재(195)는 전지 케이스(110)의 밀봉을 형성하는 밀봉 테이프(193)와 겹쳐지는 위치에 형성될 수 있다. 상기 밀봉 테이프(193)와 겹쳐진 절연 부재(195)는 정상동작 중에는 고화된 상태를 유지하며 밀봉 테이프(193)와 함께 전지 케이스(110)를 밀폐하되, 이상 과열시 열화되며 밀봉 테이프(193)의 주변으로 개방통로를 형성한다.
상기 절연 부재(195)와 밀봉 테이프(193)는 다 같이 리드 단자(190) 상에 형성되며, 리드 단자(190)의 길이방향을 따라 적어도 일부에서 서로 겹쳐지는 위치에 형성된다. 예를 들어, 상기 절연 부재(195)는 리드 단자(190)와 밀봉 테이프(193) 사이에 개재될 수 있다. 이상 과열시 리드 단자(190)와 밀봉 테이프(193) 사이에 개재된 절연 부재(195)를 용융 제거함으로써 리드 단자(190)와 밀봉 테이프(193) 사이에 개방통로를 형성할 수 있으며, 밀봉 테이프(193)와 겹쳐지게 배치된 절연 부재(195)는 용융 또는 반 용융 상태로 녹으면서 자신이 점유하던 공간을 개방통로로 제공하게 된다. 다만, 상기 절연 부재(195)와 밀봉 테이프(193)는 적어도 일부에서 서로에 대해 겹쳐지면 충분하고, 전체적으로 또는 완전히 겹쳐지게 배치될 필요는 없다.
상기 절연 부재(195)는 리드 단자(190) 상에 형성되고, 상기 절연 부재(195)와 리드 단자(190)의 둘레를 따라 밀봉 테이프(193)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉 테이프(193)는 제1, 제2 케이스(111,112)의 밀봉시 실링부(111a,112a) 사이에서 열 융착되어 전지 케이스(110)의 밀봉을 제공하므로, 열 융착에도 불구하고 형태적인 안정성을 유지하도록 상대적으로 고온 융점을 갖는 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉 테이프(193)는 절연 부재(195)의 개방 시점에서도 안정적인 형태를 유지하며, 전지 케이스(110)와의 결합 상태를 유지할 수 있다.
상기 절연 부재(195)는 상기 밀봉 테이프(193)와 리드 단자(190) 간에 형성되며, 상대적으로 낮은 융점의 소재로 형성되어 이상 과열시 용융 또는 반 용융되어 제거되며 밀봉 테이프(193)와 리드 단자(190) 사이에 개방통로를 형성할 수 있다. 상기 절연 부재(195)는 상대적으로 낮은 융점을 갖지만, 상기 제1, 제2 케이스(111,112)의 열 융착시에는 상대적으로 고온의 융점을 갖는 밀봉 테이프(193)에 의해 덮여 보호될 수 있으므로, 열 융착시에는 용융되지 않고 형태적인 안정성을 유지할 수 있다.
상기 절연 부재(195)는 저 융점의 절연성 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 절연 부재(195)는 밀봉 테이프(193)의 융점보다 10~20℃ 정도 낮은 융점을 갖는 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉 테이프(193)가 160℃의 융점을 갖는 소재, 예를 들어, PP(Polypropylene, 폴리 프로필렌)로 형성된다면, 상기 절연 부재(195)는 150℃ 이하의 융점을 갖는 소재로 형성될 수 있다.
상기 절연 부재(195)는 이차전지의 동작온도 범위가 최대 97℃ 정도이며, 150℃ 이상에서는 발화의 위험이 있다. 이러한 관점에서, 상기 절연 부재(195)는 100℃ ~ 150℃ 사이의 융점을 갖는 절연성 소재로 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7에는 절연 부재(195)에 의해 형성된 개방통로(P)를 보여주는 도면들이 도시되어 있다. 도면들을 참조하면, 이차전지의 이상 과열시, 리드 부재(190)와 밀봉 테이프(193) 간에 협지되어 있던 절연 부재(195)는, 용융 내지 반 용융 상태로 연화되면서 자신이 점유하고 있던 공간을 개방통로(P)로 제공하게 된다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 리드 부재(190)와 밀봉 테이프(193) 사이에는 절연 부재(195)의 용융 제거에 따른 개방통로(P)가 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 개방통로(P)를 통하여 외부의 수분 등의 전지 케이스(110) 내로 침투하여 이차전지의 동작이 저지되거나 중지될 수 있고, 또한, 전지 케이스(110) 내부에 축적된 전해질 가스가 전지 케이스(110) 외부로 배출됨으로써 내부압력의 축적에 따른 폭발 위험을 제거할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 리드 부재(190) 상에는 절연 부재(195)와 밀봉 테이프(193)가 서로에 대해 겹쳐지도록 형성되며, 고온의 이상과열 상태에서 절연 부재(195)가 용융 제거되면서 절연 부재(195)가 점유하고 있던 공간은 개방통로(P)로 제공될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 절연 부재(295)를 도시한 도면이다. 도 9는 도 8의 일부를 확대하여 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 전극 조립체(180)로부터 연장되는 리드 단자(190) 상에는 절연 부재(295)와 밀봉 테이프(193)가 배치된다. 상기 절연 부재(295)와 밀봉 테이프(193)는 리드 단자(190)의 길이방향을 따라 적어도 일부에서 서로 겹쳐지는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 단자(190) 상에는 절연 부재(295)가 배치되며, 상기 절연 부재(295)와 리드 단자(190)의 둘레를 따라 밀봉 테이프(193)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉 테이프(193)는 절연 부재(195)의 적어도 일부를 덮도록 리드 단자(190)의 둘레를 따라 형성될 수 있다.
상기 절연 부재(295)는 리드 단자(190)의 길이 방향을 따라 배열된 제1, 제2 절연 부재(295a,295b)를 포함할 수 있다. 도 9에서 볼 수 있듯이, 상기 제1, 제2 절연 부재(295a,295b)는 이격 간극(g)을 사이에 두고 서로 이격되게 형성된다. 상기 밀봉 테이프(193)는 상기 제1, 제2 절연 부재(295a,295b)의 일부와, 이들 사이의 이격 간극(g)을 덮도록 형성된다. 이렇게 절연 부재(295)를 하나의 연속적인 형태로 형성하지 않고, 제1, 제2 절연 부재(295a,295b)로 분할하여 형성하며 제1, 제2 절연 부재(295a,295b) 사이에 이격 간극(g)을 마련한 구조는, 절연 부재(295)의 개방 시점을 조절하기 위한 것이다.
상기 절연 부재(295)의 개방시점은, 밀봉 테이프(193)와 절연 부재(295) 간의 중첩 면적(A)에 따라 달라질 수 있다. 상기 절연 부재(295)는 저 융점 소재로 형성되어 이상고온으로 과열시에 용융 또는 반 용융 상태로 녹으면서 자신의 점유하던 공간을 개방하여 개방통로를 형성하게 된다. 이때, 밀봉 테이프(193)와 리드 단자(190) 사이에 협지된 절연 부재(295)를 용융 제거함으로써 밀봉 테이프(193)와 리드 단자(190) 사이에 개방통로를 형성할 수 있으며, 밀봉 테이프(193)와 겹쳐지게 배치된 절연 부재(295)의 중첩 면적(A)은, 전지 케이스(110)를 개방하기 위하여 용융 제거될 면적에 해당될 수 있다.
절연 부재(195)의 중첩 면적(A)이 증가하면, 증가된 만큼의 중첩 면적(A)을 용융 제거하기 위해 더 많은 열량이 요구되므로, 절연 부재(295)의 개방 시점은 시간상으로 지연될 수 있다. 반대로, 절연 부재(295)의 중첩 면적(A)이 감소하면, 그만큼 적은 열량으로도 절연 부재(295)가 개방될 수 있으므로, 절연 부재(295)의 개방 시점이 앞당겨 질 수 있다.
다른 측면에서 상기 절연 부재(295)의 중첩 면적(A)과 개방 시점과의 관계를 살펴보면 이하와 같다. 즉, 상기 절연 부재(295)는 고온 과열시 용융 또는 반 용융 상태로 녹으면서 전지 케이스(110) 내에 축적된 내부압력에 따라 밀려나며 자신이 점유하던 공간을 개방통로로 제공하게 된다. 이때, 밀봉 테이프(193)와 리드 단자(190) 사이에 협지된 절연 부재(295)를 제거함으로써 밀봉 테이프(193)와 리드 단자(190) 사이에 개방통로를 형성할 수 있으며, 절연 부재(295)의 중첩 면적(A)은 전지 케이스(110)를 개방하기 위하여 제거될 면적에 해당될 수 있다.
절연 부재(295)의 중첩 면적(A)이 증가하면, 증가된 만큼의 중첩 면적(A)을 밀어내 제거하기 위해 더 높은 내부압력의 축적을 필요로 하고, 절연 부재(295)의 개방 시점은 시간상으로 지연될 수 있다. 반대로 절연 부재(295)의 중첩 면적(A)이 감소하면 그만큼 낮은 내부압력으로도 절연 부재(295)가 개방될 수 있으므로, 절연 부재(295)의 개방 시점이 앞당겨 질 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 절연 부재(295)를 하나의 연속적인 형태로 형성하지 않고, 제1, 제2 절연 부재(295a,295b)로 분할하여 형성하며 제1, 제2 절연 부재(295a,295b) 사이에 이격 간극(g)을 마련함으로써, 밀봉 테이프(193)와 겹쳐지게 배치된 절연 부재(295)의 중첩 면적(A)을 조절할 수 있고, 예를 들어, 밀봉 테이프(193)와 겹쳐진 이격 간극(g)의 신장 또는 단축을 통하여 절연 부재(295)의 개방 시점을 조절할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 절연 부재(395)의 배치를 보여준다. 도 11은 이상 고온환경에서 절연 부재(395)에 의해 제공되는 개방통로(P)를 보여준다.
도면을 참조하면, 상기 절연 부재(395)는 리드 단자(190)의 제1 면(190u)과 함께, 제2 면(190d) 상에도 형성된다. 즉, 상기 절연 부재(395)는 리드 단자(190)의 제1, 제2 면(190u,190d) 상에 각각 형성된 제1, 제2 절연 부재(395a,395b)를 포함할 수 있다.
리드 단자(190)의 제1 면(190u) 상에 형성된 제1 절연 부재(395a)는 전극 조립체(180)와의 전기 절연을 확보하면서 이상 동작 상황에서 고온 연화되며 자신이 점유하던 공간을 개방하여 개방통로(P)를 제공한다.
리드 단자(190)의 제1 면(190u)은 전극 조립체(180)와 마주하거나 또는 전극 조립체(180)와 마주하듯이 대향하게 되므로, 외부 충격시 전극 조립체(180)와 물리적인 대면 접촉이 발생될 수 있다. 따라서, 리드 단자(190)의 제1 면(190u)에 배치된 제1 절연 부재(395a)는 이러한 내부 단락을 효과적으로 방지할 수 있다.
리드 단자(190)의 제2 면(190d) 상에 형성된 제2 절연 부재(395b)는 제1 절연 부재(395a)와 아울러 개방통로(P)를 함께 제공함으로써, 이상상황에서 전지 케이스(110) 내외간의 개방도를 높일 수 있으며, 전지 케이스(110)의 안정화를 신속하게 도모할 수 있다. 즉, 리드 단자(190)의 제1, 제2 면(190u,190d)에 다 같이 절연 부재(395)를 형성함으로써 고온 과열시 절연 부재(395)가 제공하는 개방통로(P)의 개방도를 확대할 수 있다.
상기 리드 단자(190)의 제2 면(190d) 상에 형성된 제2 절연 부재(395b)는, 제2 면(190d) 중 일부 영역에서는 배제될 수 있는데, 예를 들어, 전극탭(170)과의 결합부(W)는 제외하고 형성될 수 있다. 전극 조립체(180)로부터 인출된 전극탭(170)들은 리드 단자(190)를 향하여 결속되는 형태로 밀집되며, 리드 단자(190)와 결합부(W)를 형성하는데, 리드 단자(190)의 제2 면(190d)을 통하여 결합될 수 있다. 이때, 리드 단자(190)와 전극탭(170)은 초음파 용접 등을 통하여 서로에 대해 융착되는데, 제2 절연 부재(395b)가 결합을 방해하지 않도록 전극탭(170)과의 결합부(W)에는 절연 부재(395)를 형성하지 않을 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 전지 케이스 111: 제1 케이스
111a: 제1 케이스의 실링부 112: 제2 케이스
112a: 제2 케이스의 실링부 150: 전극판
150a: 전극 집전체 150b: 무지부
150c: 활물질층 151: 제1 전극판
152: 제2 전극판 160: 세퍼레이터
170: 전극탭 171: 제1 전극탭
172: 제2 전극탭 180: 전극 조립체
190: 리드 부재 190a: 리드 부재의 제1 단부
190b: 리드 부재의 제2 단부 190u: 리드 부재의 제1 면
190d; 리드 부재의 제2 면 191: 제1 리드 부재
192: 제2 리드 부재 193: 밀봉 테이프
195,295,395: 절연 부재 295a,395a: 제1 절연 부재
295b,395b: 제2 절연 부재 S: 수용공간
W: 결합부 g: 이격 간극
P: 개방통로
A: 절연 부재와 밀봉 테이프의 중첩 면적
111a: 제1 케이스의 실링부 112: 제2 케이스
112a: 제2 케이스의 실링부 150: 전극판
150a: 전극 집전체 150b: 무지부
150c: 활물질층 151: 제1 전극판
152: 제2 전극판 160: 세퍼레이터
170: 전극탭 171: 제1 전극탭
172: 제2 전극탭 180: 전극 조립체
190: 리드 부재 190a: 리드 부재의 제1 단부
190b: 리드 부재의 제2 단부 190u: 리드 부재의 제1 면
190d; 리드 부재의 제2 면 191: 제1 리드 부재
192: 제2 리드 부재 193: 밀봉 테이프
195,295,395: 절연 부재 295a,395a: 제1 절연 부재
295b,395b: 제2 절연 부재 S: 수용공간
W: 결합부 g: 이격 간극
P: 개방통로
A: 절연 부재와 밀봉 테이프의 중첩 면적
Claims (19)
- 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스;
상기 전극 조립체로부터 상기 전지 케이스를 가로질러 연장되며, 상기 전지 케이스의 외부로 인출되는 리드 단자;
상기 리드 단자 상에서 상기 전지 케이스와 교차하는 부분에 형성된 밀봉 테이프; 및
상기 리드 단자 상에서 상기 밀봉 테이프와 적어도 일부에서 겹쳐지게 배치된 절연 부재;를 포함하며,
상기 절연 부재는 상기 리드 단자의 길이 방향을 따라 이격 간극을 사이에 두고 서로에 대해 격리된 제1, 제2 절연 부재를 포함하고,
상기 밀봉 테이프는 상기 제1, 제2 절연 부재의 적어도 일부 및 이격 간극을 함께 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 리드 단자는 상기 전극 조립체와 인접한 제1 단부와, 외부로 인출된 제2 단부를 포함하고,
상기 절연 부재는 상기 제1 단부로부터 상기 밀봉 테이프와 겹쳐지도록 제2 단부를 향하여 연장된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제2항에 있어서,
상기 리드 단자의 제1 단부는 굴곡 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제3항에 있어서,
상기 절연 부재는, 상기 리드 단자의 제1, 제2 면 중에서,
상기 전극 조립체와 마주하는 측의 제1 면상에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 리드 단자와 밀봉 테이프 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제5항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 밀봉 테이프보다 낮은 융점을 갖는 절연성 수지로 형성되고,
상기 융점 이상의 이상과열에서, 상기 절연 부재는 용융 제거되어 리드 단자와 밀봉 테이프 사이에 개방통로를 형성하며 전지 케이스를 개방시키는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제5항에 있어서,
상기 밀봉 테이프는 상기 전지 케이스와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제5항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 리드 단자 상에 형성되고,
상기 밀봉 테이프는 상기 절연 부재의 적어도 일부를 덮도록 리드 단자의 둘레를 따라 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 리드 단자는 서로 반대되는 제1, 제2 면을 갖고, 제2 면을 통하여 상기 전극 조립체로부터 인출된 전극탭과 결합되며,
상기 절연 부재는 상기 리드 단자의 제1 면 상에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제9항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 리드 단자의 제2 면 상에도 형성되되,
상기 전극탭과의 결합부를 제외한 제2 면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 밀봉 테이프와 상기 제1, 제2 절연 부재 간의 중첩 면적의 증감에 따라, 상기 제1, 제2 절연 부재의 용융에 따른 전지 케이스의 개방 시점이 조절되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 절연 부재는 100도 ~ 150도 사이의 융점을 갖는 절연성 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 밀봉 테이프보다 10도 ~ 20도 낮은 융점을 갖는 절연성 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 케이스는 상기 전극 조립체를 수용하도록 서로 마주하는 방향으로 접합되는 제1, 제2 케이스를 포함하고,
상기 밀봉 테이프는 상기 제1, 제2 케이스의 서로 대향하는 실링부 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제16항에 있어서,
상기 밀봉 테이프는,
상기 제1, 제2 케이스의 서로 대향하는 실링부를 통하여 외부로 인출되는 리드 단자와, 상기 리드 단자 상의 절연 부재를 함께 둘러싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스;
상기 전극 조립체로부터 인출된 전극탭과 전기적으로 연결된 제1 단부와, 상기 전지 케이스를 가로질러 연장되어 외부로 인출된 제2 단부를 갖는 리드 단자;
상기 리드 단자의 제1, 제2 단부 사이에서 상기 전지 케이스와 교차하는 부분에 형성된 밀봉 테이프; 및
상기 리드 단자의 제1 단부로부터 상기 밀봉 테이프와 적어도 일부에서 겹쳐지도록 제2 단부를 향하여 연장 형성된 절연 부재;를 포함하며,
상기 절연 부재는 상기 리드 단자의 길이 방향을 따라 이격 간극을 사이에 두고 서로에 대해 격리된 제1, 제2 절연 부재를 포함하고,
상기 밀봉 테이프는 상기 제1, 제2 절연 부재의 적어도 일부 및 이격 간극을 함께 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제18항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 리드 단자의 제1, 제2 면 중에서 적어도 어느 일면 상에 형성되며,
상기 밀봉 테이프는 상기 절연 부재의 적어도 일부를 덮도록 상기 리드 단자의 둘레를 따라 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
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