KR20130035163A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 기재의 전지는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 집전체, 제1 전극 단자, 및 상기 제1 전극 단자와 상기 제1 전극의 제1 전극 무지부를 전기적으로 연결하는 제1 집전부재,를 포함한다. 상기 제1 집전부재는, 제1 단자 접합부, 상기 제1 단자 접합부로부터 하방으로 상기 제1 전극 무지부를 향해 연장되는 측판, 상기 측판으로부터 연장되고, 상기 제1 전극 무지부와 접촉하도록 형성된 제1 집전편, 및 상기 측판과 상기 제1 집전편 사이에 형성된 퓨즈를 포함한다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집전부재의 구조를 개선한 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있다. 대용량 전지 모듈은 복수 개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 구성될 수 있다. 이러한 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다. 상기한 대용량 전지 모듈은 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있다.
금속 등의 재질로 이루어진 케이스를 갖는 이차 전지 내부에 과전류가 흐르면 이차 전지의 온도가 상승하여 발화할 위험이 있다. 또한, 과전류로 인하여 이차 전지 내부에서 전해액 분해되는 등의 원인으로 이차 전지의 내부 압력이 상승하면 이차 전지가 폭발할 위험이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안전성이 향상된 이차 전지를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 집전체, 제1 전극 단자, 및 상기 제1 전극 단자와 상기 제1 전극의 제1 전극 무지부를 전기적으로 연결하는 제1 집전부재,를 포함한다. 상기 제1 집전부재는, 제1 단자 접합부, 상기 제1 단자 접합부로부터 하방으로 상기 제1 전극 무지부를 향해 연장되는 측판, 상기 측판으로부터 연장되고, 상기 제1 전극 무지부와 접촉하도록 형성된 제1 집전편, 및 상기 측판과 상기 제1 집전편 사이에 형성된 퓨즈를 포함한다.
상기 제1 단자 접합부, 측판, 제1 집전편, 및 퓨즈는 동일한 재질로 형성될 수 있다.
상기 제1 단자 접합부, 측판, 제1 집전편, 및 퓨즈는 서로 일체로 형성될 수 있다.
상기 퓨즈는 상기 측판과 상기 제1 집전편의 인접한 부분보다 더 작은 단면적을 갖도록 형성될 수 있다.
적어도 2개의 상기 제1 집전편이 상기 측판으로부터 측방으로 연장될 수 있다.
상기 전지는, 복수 개의 전극 조립체들과, 대응하는 복수 개의 제1 집전편들을 더 포함한다. 상기 퓨즈는 상기 복수 개의 제1 집전편들 중 2개의 제1 집전편들과 상기 측판의 사이에 제1 퓨즈부와 제2 퓨즈부를 각각 포함할 수 있다.
상기 제1 퓨즈부와 상기 제2 퓨즈부는 상기 2개의 제1 집전편들과 상기 측판의 사이에서 측방으로 연장될 수 있다.
상기 전지는, 상기 측판으로부터 수직으로 연장되는 제3 퓨즈부를 더 포함하고, 상기 제3 퓨즈부는 상기 측판과 상기 2개의 제1 집전편들 이외의 제1 집전편들 사이에 형성될 수 있다.
상기 제3 퓨즈부는 상기 2개의 제1 집전편들 이외의 제1 집전편들 사이에서 측방으로 연장된 연결부와 접촉할 수 있다.
상기 전지는, 상기 2개의 제1 집전편들을 인접한 제1 집전편들 각각에 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
상기 전지는, 상기 측판으로부터 수직하게 연장된 연결부, 및 상기 연결부로부터 측방으로 연장되고, 상기 연결부와 제3의 제1 집전편 사이에 형성된 제3 퓨즈부를 더 포함할 수 있다.
상기 전지는, 상기 연결부로부터 측방으로 연장되고, 상기 제3 퓨즈부의 반대쪽에 위치하며, 상기 연결부와 제4의 제1 집전편 사이에 형성된 제4 퓨즈부를 더 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제1 집전편들은 2개의 집전편들이 될 수 있다.
상기 퓨즈는 각각의 집전편과 상기 측판 사이에 형성된 전기적 경로 상에 위치한 퓨즈부를 포함할 수 있다.
상기 전지는, 상기 제1 전극 단자에 연결된 단락 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 집전편은 상기 제1 전극 무지부에 용접될 수 있다.
상기 전지는, 전기적 절연성 물질로 이루어지고 적어도 부분적으로 상기 퓨즈를 둘러싸는 차단부재를 더 포함할 수 있다.
상기 차단 부재는 상기 전극 무지부 반대쪽에 위치한 상기 퓨즈의 일측에 위치한 베이스부와, 상기 제1 단자 접합부와 상기 제1 집전편 사이에 위치한 돌기들을 포함할 수 있다.
상기 전지는, 제2 전극 단자, 상기 제2 전극 단자와 상기 제2 전극의 제2 전극 무지부를 전기적으로 연결하는 제2 집전부재, 및 상기 전극 조립체의 측면에 위치하여 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되는 안전 부재들을 더 포함할 수 있다.
상기 각각의 안전 부재들은, 도전판, 상기 도전판과 상기 전극 조립체를 분리하는 절연부, 상기 도전판과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하며, 상기 제2 전극에 용접된 전극 연결부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 과전류가 흐를 때, 전극 어셈블리들이 전기적으로 차단되므로 이차 전지의 안전성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 부분 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된 전극 어셈블리(10)와, 전극 어셈블리(10)가 내장되는 케이스(30)와, 케이스(30)의 개구에 결합된 캡 어셈블리(20)를 포함한다.
본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
양극(11) 및 음극(12)은 박판의 금속 호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부(11a, 12a)를 포함한다.
양극 무지부(11a)는 양극(11)의 길이 방향을 따라 양극(11)의 한 쪽 측단에 형성되고, 음극 무지부(12a)는 음극(12)의 길이 방향을 따라 음극(12)의 다른 쪽 측단에 형성된다. 그리고 양극(11) 및 음극(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 사이에 개재한 후 권취된다.
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기한 전극 어셈블리(10)은 복수 개의 시트(sheet)로 이루어진 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 구조로 이루어질 수도 있다.
케이스(30)는 대략 직육면체로 이루어지며, 일면에는 개방된 개구가 형성된다. 캡 어셈블리(20)는 케이스(30)의 개구를 덮는 캡 플레이트(25)와 캡 플레이트(25)의 외측으로 돌출되며, 양극(11)과 전기적으로 연결된 양극 단자(21)와 캡 플레이트(25)의 외측으로 돌출되며 음극(12)과 전기적으로 연결된 음극 단자(22), 및 설정된 내부 압력에 따라 파단될 수 있도록 노치가 형성된 벤트부재(27)를 포함한다.
캡 플레이트(25)는 얇은 판으로 이루어지며, 일측에 전해액의 주입을 위한 전해액 주입구가 형성되고 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉마개(23)가 캡 플레이트(25)에 고정 설치된다.
양극 단자(21)는 캡 플레이트(25)를 관통하여 설치되는 바, 캡 플레이트(25)와 양극 단자(21) 사이에는 상부에 위치하는 제1 가스켓(24)과 하부에 위치하는 제2 가스켓(26)이 캡 플레이트(25)와 양극 단자(21)를 절연시킨다.
양극 단자(21)는 원기둥형상으로 이루어지는 데, 양극 단자(21)에는 양극 단자(21)를 상부에서 지지하는 너트(29)가 설치되고, 양극 단자(21)의 외주에는 너트(29)가 체결될 수 있도록 나사산이 형성된다.
한편, 양극 단자(21)는 집전부재(51)를 매개로 양극 무지부(11a)와 전기적으로 연결되며, 양극 단자(21)의 하단에는 양극 단자(21) 및 집전부재(51)를 지지하는 단자 플랜지가 형성된다.
음극 단자(22)는 캡 플레이트(25)를 관통하여 설치되는 바, 캡 플레이트(25)와 음극 단자(22) 사이에는 상부에 위치하는 제1 가스켓(24)과 하부에 위치하는 제2 가스켓(26)이 캡 플레이트(25)와 음극 단자(22)를 절연시킨다.
음극 단자(22)는 원기둥형상으로 이루어지는 데, 음극 단자(22)에는 음극 단자(22)를 상부에서 지지하는 너트(29)가 설치되고, 음극 단자(22)의 외주에는 너트(29)가 체결될 수 있도록 나사산이 형성된다.
한편, 음극 단자(22)는 집전부재(52)를 매개로 음극 무지부(12a)와 전기적으로 연결되며, 음극 단자(22)의 하단에는 음극 단자(22) 및 집전부재(52)를 지지하는 단자 플랜지가 형성된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 분해 사시도이다.
집전부재(51)는 양극 단자(21)에 고정되는 단자 접합부(512)와 단자 접합부(512)에서 절곡 형성된 측판(514), 양극 무지부(11a)에 고정된 집전편(515) 및 측판(514)과 집전편(515) 사이에 형성되며 주변보다 더 작은 단면적을 갖는 퓨즈부(517)를 포함한다.
음극 단자(22)에 설치된 집전부재(52)는 퓨즈부(517, 518)를 제외하고는 상기한 집전부재(51)와 동일한 구조로 이루어지므로 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
단자 접합부(512)는 사각판 형상으로 이루어지며 중앙에 양극 단자(21)가 삽입되는 홀(512a)이 형성된다. 또한, 단자 접합부(512)는 양극 단자(21)의 하부에 용접으로 접합된다. 측판(514)은 단자 접합부(512)에서 케이스(30)의 바닥을 향하여 직각으로 절곡 형성되어 케이스(30)의 측면과 평행하게 배치된다.
측판(514)의 양쪽 측단에는 2개의 집전편(513)이 연결 설치되는 바, 집전편(513)은 길쭉한 사각판 형상으로 이루어지며, 양극 무지부에 용접으로 접합된다.
집전편(513)과 측판(514) 사이에는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖는 퓨즈부(517)가 형성된다. 본 실시예에 따른 퓨즈부(517)는 주변보다 작은 폭을 갖도록 형성되며, 이에 따라 집전부재(51)를 통해서 과전류가 흐를 때, 퓨즈부(517)가 용융되어 집전편(513)과 측판(514)의 전기적인 연결을 차단할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니고, 주변보다 더 작은 단면적을 갖도록 퓨즈를 구현하는 어떤 방식도 적용될 수 있으며, 퓨즈부(517)는 주변보다 작은 두께를 갖도록 형성될 수도 있다.
측판(514)의 하부에는 연결부(516)가 설치되며, 연결부(516)와 측판(514) 사이에는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖는 퓨즈부(518)가 형성된다. 연결부(516)의 양쪽 측단에는 양극 무지부(11a)에 용접으로 접합되는 집전편(515)이 형성된다.
퓨즈부(518)가 주변보다 작은 폭을 갖도록 형성되고, 이에 따라 집전부재(51)를 통해서 과전류가 흐를 때, 퓨즈부(518)가 용융되어 측판(514)과 연결부(516)의 전기적인 연결을 차단할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 측판(514)에 복수 개의 퓨즈부(517)가 연결 형성되어 과전류가 흐를 때, 각 집전편(513)과의 전기적인 연결을 차단할 수 있다. 또한, 측판(514)과 연결부(516) 사이에 퓨즈부(518)가 형성되므로 측판(514)과 연결부(516) 사이의 전기적인 연결을 차단할 수 있다.
케이스(30) 내에 복수 개의 전극 어셈블리(10)가 삽입 설치되고 이들이 병렬로 연결된 경우, 각각의 전극 어셈블리(10)가 차단되지 않으면 고용량의 전류가 전극 어셈블리들(10) 사이에서 지속적으로 흘러서 위험한 상태가 방치된다. 이에 따라 전류의 흐름으로 케이스(30) 내부의 압력이 지속적으로 증가하여 폭발하거나 발화할 위험이 있다.
그러나 본 실시예와 같이 측판(514)에 연결된 집전편(513, 515)이 각각 차단되면 전극 어셈블리(10)에 저장된 전류의 용량이 분산되므로 안전성이 향상된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재를 도시한 사시도이다.
본 제2 실시예에 따른 이차 전지(102)는 집전부재(61)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(102)는 전극 어셈브리(10)와 양극 단자(21), 음극 단자(22), 양극 단자(21)와 전극 어셈블리(10)를 전기적으로 연결하는 집전부재(61), 및 음극 단자(22)와 전극 어셈블리(10)를 전기적으로 연결하는 집전부재(62)를 포함한다.
집전부재(61)는 양극 단자(21)에 고정되는 단자 접합부(612)와 단자 접합부(612)에서 절곡 형성된 측판(614), 측판(614)의 하부에 연결된 두 개의 연결부(616) 및 연결부들(616)의 양쪽 측단에 연결 형성되며 양극 무지부(11a)에 부착된 집전편(615)을 포함한다. 측판(614)과 연결부들(616) 사이에는 주변보다 더 작은 단면적을 갖는 퓨즈부(617)가 형성된다.
음극 단자(22)에 설치된 집전부재(62)는 퓨즈부(617)를 제외하고는 상기한 집전부재(61)와 동일한 구조로 이루어지므로 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
단자 접합부(612)는 사각판 형상으로 이루어지며 중앙에 양극 단자(21)가 삽입되는 홀(612a)이 형성된다. 또한, 단자 접합부(612)는 양극 단자(21)의 하부에 용접으로 접합된다. 측판(614)은 단자 접합부(612)에서 케이스(30)의 바닥을 향하여 직각으로 절곡 형성되어 케이스(30)의 측면과 평행하게 배치된다.
측판(614)의 하단에는 2개의 연결부(616)가 이격되어 연결 설치되는 바, 연결부(616)와 측판(614) 사이에는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖는 퓨즈부(617)가 형성된다. 연결부들(616)의 양쪽 측단에는 양극 무지부(11a)에 용접으로 접합되는 집전편(615)이 형성된다.
본 실시예에 따른 퓨즈부(617)는 주변보다 작은 폭을 갖도록 형성되며, 이에 따라 집전부재(61)를 통해서 과전류가 흐를 때, 퓨즈부(617)가 용융되어 연결부(616)와 측판(614)의 전기적인 연결을 차단할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 퓨즈부(617)는 주변보다 작은 두께를 갖도록 형성될 수도 있다.
케이스(30) 내에 복수 개의 전극 어셈블리(10)가 삽입 설치되고 이들이 병렬로 연결된 경우, 각각의 전극 어셈블리(10)가 차단되지 않으면 고용량의 전류가 전극 어셈블리들(10) 사이에서 지속적으로 흘러서 위험한 상태가 방치된다. 이에 따라 전류의 흐름으로 케이스(30) 내부의 압력이 지속적으로 증가하여 폭발하거나 발화할 위험이 있다.
그러나 본 실시예와 같이 측판(614)에 연결된 연결부(616)가 각각 차단되면 전극 어셈블리(10)에 저장된 전류의 용량이 분산되므로 안전성이 향상된다.
한편, 퓨즈부(617)에는 차단부재(67)가 삽입 설치된다. 차단부재(67)는 전기적인 절연성을 갖는 폴리머 등의 소재로 이루어진다. 차단부재(67)는 베이스부(671)와 베이스부(671)의 양쪽 측단에서 돌출된 돌기(672)를 포함하며, 돌기(672)의 선단에는 내측으로 돌출된 걸림턱(673)이 형성된다. 돌기는 퓨즈부(617)에 형성된 홈에 삽입되며, 걸림턱(673)은 퓨즈부(617)와 맞닿아 차단부재(67)를 지지한다.
베이스부(671)는 케이스(30)와 집전부재(61) 사이에 위치하여 집전부재(61)와 케이스(30)를 절연한다. 돌기(672)는 퓨즈부(617)가 용융되었을 때, 용융된 부분이 이격되도록 지지한다. 이에 따라 퓨즈부(617)가 용융된 후에 이격된 부분이 다시 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
퓨즈부(617)가 용융된 후에 이격된 부분이 근접하게 되면 이격된 부분에서 스파크 등이 발생하여 이차 전지(102)가 발화할 위험이 있다. 그러나 본 실시예에 따르면 차단부재(67)가 설치되므로 상기 퓨즈부(617)의 이격된 부분이 안정적으로 간격을 유지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지는 집전부재의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 제3 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재(64)는 양극 단자(21)에 고정되는 단자 접합부(642)와 단자 접합부(642)에서 절곡 형성된 측판(644), 측판(644)의 양쪽 측단에 연결 형성된 두 개의 연결부(646) 및 연결부들(646)의 하부에 형성되며 양극 무지부(11a)에 부착된 집전편(643)을 포함한다. 측판(644)과 연결부들(646) 사이에는 주변보다 더 작은 단면적을 갖는 퓨즈부(647)가 형성된다.
단자 접합부(642)는 사각판 형상으로 이루어지며 중앙에 양극 단자(21)가 삽입되는 홀(642a)이 형성된다. 또한, 단자 접합부(642)는 양극 단자(21)의 하부에 용접으로 접합된다. 측판(644)은 단자 접합부(642)에서 케이스(30)의 바닥을 향하여 직각으로 절곡 형성되어 케이스(30)의 측면과 평행하게 배치된다.
측판(644)의 양쪽 측단에는 연결부(646)가 연결 설치되는 바, 연결부(646)의 하부에는 양극 무지부(11a)에 부착된 집전편(643)이 형성된다. 또한 연결부(646)의 측단에는 분지부(branch part)(648)가 돌출 형성되고, 분지부(648)에는 집전편(645)이 연결 형성된다.
연결부(646)와 측판(644) 사이에는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖는 퓨즈부(647)가 형성된다. 본 실시예에 따른 퓨즈부(647)는 주변보다 작은 폭을 갖도록 형성되며, 이에 따라 집전부재(64)를 통해서 과전류가 흐를 때, 퓨즈부(647)가 용융되어 연결부(646)와 측판(644)의 전기적인 연결을 차단할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 퓨즈부(647)는 주변보다 작은 두께를 갖도록 형성될 수도 있다.
케이스(30) 내에 복수 개의 전극 어셈블리(10)가 삽입 설치되고 이들이 병렬로 연결된 경우, 각각의 전극 어셈블리(10)가 차단되지 않으면 고용량의 전류가 전극 어셈블리들(10) 사이에서 지속적으로 흘러서 위험한 상태가 방치된다. 이에 따라 전류의 흐름으로 케이스(30) 내부의 압력이 지속적으로 증가하여 폭발하거나 발화할 위험이 있다.
그러나 본 실시예와 같이 측판(644)에 연결된 연결부(646)가 각각 차단되면 전극 어셈블리(10)에 저장된 전류의 용량이 분산되므로 안전성이 향상된다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재를 도시한 사시도이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지는 집전부재의 구조와 전극 어셈블리의 개수를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 제4 실시예에 따른 이차 전지의 집전부재(65)는 양극 단자(21)에 고정되는 단자 접합부(652)와 단자 접합부(652)에서 절곡 형성된 측판(654), 측판(654)의 양쪽 측단에 연결 형성된 집전편(655), 및 측판(654)과 집전편(655) 사이에 형성된 퓨즈부(657)를 포함한다.
단자 접합부(652)는 사각판 형상으로 이루어지며 중앙에 양극 단자(21)가 삽입되는 홀(652a)이 형성된다. 또한, 단자 접합부(652)는 양극 단자(21)의 하부에 용접으로 접합된다. 측판(654)은 단자 접합부(652)에서 케이스(30)의 바닥을 향하여 직각으로 절곡 형성되어 케이스(30)의 측면과 평행하게 배치된다.
측판(654)의 양쪽 측단에는 주변보다 더 작은 단면적을 갖는 퓨즈부(657)가 형성된다. 본 실시예에 따른 퓨즈부(657)는 주변보다 작은 폭을 갖도록 형성되며, 이에 따라 집전부재(65)를 통해서 과전류가 흐를 때, 퓨즈부(657)가 용융되어 집전편(655)와 측판(654)의 전기적인 연결을 차단할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 퓨즈부(657)는 주변보다 작은 두께를 갖도록 형성될 수도 있다.
퓨즈부(657) 일측 단부에는 사각편 형상으로 이루어지며 양극 무지부(11a)에 용접으로 고정된 집전편이 형성된다.
케이스(30) 내에 2개의 전극 어셈블리(10)가 삽입 설치되고 이들이 병렬로 연결된 경우, 각각의 전극 어셈블리(10)가 차단되지 않으면 고용량의 전류가 전극 어셈블리들(10) 사이에서 지속적으로 흘러서 위험한 상태가 방치된다. 이에 따라 전류의 흐름으로 케이스(30) 내부의 압력이 지속적으로 증가하여 폭발하거나 발화할 위험이 있다.
그러나 본 실시예와 같이 측판(654)에 연결된 집전편(655)가 각각 차단되면 전극 어셈블리(10)에 저장된 전류의 용량이 분산되므로 안전성이 향상된다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하여 설명하면 본 실시예에 다른 이차 전지(103)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된 전극 어셈블리(10)와, 전극 어셈블리(10)가 내장되는 케이스(30)와, 케이스(30)의 개구에 결합된 캡 어셈블리(120)를 포함한다.
전극 어셈블리(10)는 상기한 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리와 동일한 구조로 이루어진다.
케이스(30)는 대략 직육면체로 이루어지며, 일면에는 개방된 개구가 형성된다. 캡 어셈블리(120)는 케이스(30)의 개구를 덮는 캡 플레이트(125)와 캡 플레이트(125)의 외측으로 돌출되며, 양극(11)과 전기적으로 연결된 양극 단자(121)와 캡 플레이트(125)의 외측으로 돌출되며 음극(12)과 전기적으로 연결된 음극 단자(122)를 포함한다.
양극 단자(121)는 집전부재(51)를 매개로 양극 무지부(11a)와 전기적으로 연결된다. 집전부재(51)는 상기한 제1 실시예에 따른 집전부재와 동일한 구조로 이루어진다.
양극 단자(121)와 캡 플레이트(125) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(143)이 양극 단자(121)가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(125)의 아래에는 양극 단자(121) 및 집전부재(51)의 일부를 삽입하여 캡 플레이트(125)에서 절연하는 하부 절연부재(147)가 설치된다.
한편, 양극 단자(121)에는 단락 탭(131)이 전기적으로 연결 설치되는 바, 단락 탭(131)은 캡 플레이트(125) 상에 설치된다. 단락 탭(131)과 캡 플레이트(125) 사이에는 단락 탭(131)과 캡 플레이트(125)를 전기적으로 절연하는 상부 절연부재(137)가 설치된다. 단락 탭(131)은 너트(129)를 매개로 양극 단자(121)와 전기적으로 연결된다. 상부 절연부재(137)는 단락 탭(131)의 측단을 감싸도록 설치되며, 캡 플레이트(125)에 형성된 단락 홀(135)과 대응하는 부분에 홀이 형성되어 있다.
음극 단자(122)는 캡 플레이트(125)를 관통하여 설치되는 바, 캡 플레이트(125)와 음극 단자(122) 사이에는 음극 단자(122)와 캡 플레이트(125)를 전기적으로 연결하는 연결판(141)이 설치된다. 이에 따라 캡 플레이트(125) 및 케이스(30)는 음극으로 대전된다. 한편, 음극 단자(122)와 캡 플레이트(125) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(142)이 음극 단자(122)가 관통되는 홀에 삽입 설치된다.
캡 어셈블리(120)는 양극(11)과 음극(12)을 단락시키는 단락부재(134)를 포함한다. 캡 플레이트(125)에는 단락 홀(135)이 형성되며, 단락부재(134)는 단락 홀(135)에서 상부 절연부재(137)와 캡 플레이트(125) 사이에 배치된다. 단락부재(134)는 가장자리에 형성되어 캡 플레이트(125)에 고정된 테두리부(134a)와 테두리부(134a)의 내측에 형성되며 볼록하게 호형으로 만곡된 곡면부(134b)를 구비하는 반전 플레이트로 이루어질 수 있다.
이와 같이 단락부재(134)는 음극(12)과 전기적으로 연결된 캡 플레이트(125)에 연결 설치되며, 이차 전지(103)의 내부 압력이 상승할 때 변형되어 양극(11)과 전기적으로 연결된 단락 탭(131)과 연결된다.
단락부재(134)와 단락 탭(131)이 전기적으로 연결되면 집전부재(51)를 통해서 순간적으로 큰 전류가 흐른다. 이 때, 퓨즈부(517, 518)가 용융되어 양극 단자(121)와 전극 어셈블리(10)의 전기적인 연결이 차된될 뿐만 아니라 전극 어셈블리(10) 사이의 전기적인 연결이 차단된다.
본 실시예와 같이 단락부재(134)와 복수 개의 퓨즈부(517, 518)가 형성된 집전부재(51)를 함께 적용하면 이차 전지(103)의 내부 압력이 상승할 때, 전류를 용이하게 차단하여 안전성이 더욱 향상된다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차 전지의 일부를 도시한 분해 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 개략적인 구성도이다.
도 9 및 도 10을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(104)는 안전부재(70) 및 집전부재(66)의 구성을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
양극 무지부(11a)에는 집전부재(66)가 용접으로 접합되고, 음극 무지부(12a)에는 집전부재(68)가 용접으로 접합된다.
집전부재(66)는 양극(11)과 양극 단자(21)를 전기적으로 연결하며 집전부재(68)는 음극(12)과 음극 단자(22)를 전기적으로 연결한다.
집전부재(66)는 양극 단자(21)에 고정되는 단자 접합부(662)와 단자 접합부(662)에서 절곡 형성된 측판(664), 양극 무지부(11a)에 고정된 집전편(663) 및 측판(664)과 집전편(663) 사이에 형성되며 주변보다 더 작은 단면적을 갖는 퓨즈부(667)를 포함한다.
음극 단자(22)에 설치된 집전부재(68)는 퓨즈부(667, 668)를 제외하고는 상기한 집전부재(66)와 동일한 구조로 이루어지므로 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
단자 접합부(662)는 사각판 형상으로 이루어지며 중앙에 양극 단자(21)가 삽입되는 홀(662a)이 형성된다. 또한, 단자 접합부(662)는 양극 단자(21)의 하부에 용접으로 접합된다. 측판(664)은 단자 접합부(662)에서 케이스(30)의 바닥을 향하여 직각으로 절곡 형성되어 케이스(30)의 측면과 평행하게 배치된다.
측판(664)의 양쪽 측단에는 2개의 집전편(663)이 연결 설치되는 바, 집전편(663)과 측판(664) 사이에는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖는 퓨즈부(667)가 형성된다.
본 실시예에 따른 퓨즈부(667)는 주변보다 작은 폭을 갖도록 형성되며, 이에 따라 집전부재(66)를 통해서 과전류가 흐를 때, 퓨즈부(667)가 용융되어 집전편(663)과 측판(664)의 전기적인 연결을 차단할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 퓨즈부(667)는 주변보다 작은 두께를 갖도록 형성될 수도 있다.
측판(664)의 하부에는 연결부(666)가 형성되며, 연결부(666)의 양쪽 측단에는 양극 무지부(11a)에 용접으로 접합되는 집전편(665)이 연결 형성된다. 연결부(666)와 집전편(665) 사이에는 다른 부분보다 더 작은 단면적을 갖는 퓨즈부(668)가 형성된다.
퓨즈부(668)는 주변보다 작은 폭을 갖도록 형성되며, 이에 따라 집전부재(66)를 통해서 과전류가 흐를 때, 퓨즈부(668)가 용융되어 연결부(666)와 집전편(665)의 전기적인 연결을 차단할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 측판(664)에 복수 개의 퓨즈부(667)가 연결 형성되어 과전류가 흐를 때, 각 집전편(663)과의 전기적인 연결을 차단할 수 있다. 또한, 연결부(516)에 복수 개의 퓨즈부(668)가 연결 형성되어 과전류가 흐를 때, 각 집전편(665)과의 전기적인 연결을 차단할 수 있다.
또한, 전극 어셈블리들(10) 중에서 양쪽 측단에 배치된 전극 어셈블리(10)에는 음극(12)에 전기적으로 연결된 안전부재(70)가 설치된다.
안전부재(70)는 전극 어셈블리들(10) 중 양쪽 측단에 배치된 전극 어셈블리들(10)의 음극 무지부(12a)에 용접으로 접합된다. 안전부재(70)는 금속판(71)과 금속판(71)에 부착된 절연필름(73)을 포함한다.
금속판(71)은 일측 측단에는 음극 무지부(12a)와 전기적으로 연결된 전극 접합부(72)기 향상된다. 금속판(71)은 전극 접합부(72)에서 음극 무지부(12a)와 용접으로 접합되며, 음극 무지부(12a)에 용이하게 용접될 수 있도록 음극 무지부(12a)와 동일한 소재로 이루어진다. 본 실시예에 따른 금속판(71)은 구리 또는 구리 합금으로 이루어진다.
금속판(71)에서 전극 어셈블리(10)의 평평한 전면과 대향하는 부분에 절연필름(73)이 설치된다. 절연필름(73)은 전극 어셈블리(10)와 금속판(71)이 전기적으로 연결되는 것을 방지하며, 절연필름(73)은 전해액과 반응하지 않는 폴리머 재질로 이루어진다.
전극 접합부(72)는 음극 무지부(12a)와 나란하게 배치된 상태에서 음극 무지부(12a)에 용접으로 고정된다. 이에 따라 전극 접합부(72)는 음극 무지부(12a)가 외부의 충격이나 진동으로 흔들리는 것을 방지한다.
음극 무지부(12a)에는 집전부재(68)가 용접으로 접합되는 바, 음극 무지부(12a)가 외부의 충격이나 진동으로 흔들리게 되면 음극 무지부(12a)와 집전부재(68) 사이의 접촉이 불량해지는 문제가 발생한다. 그러나 본 실시예와 같이 전극 접합부(72)가 음극 무지부(12a)를 지지하면 외부의 충격이나 진동 등으로 음극 무지부(12a)와 집전부재(68) 사이의 접촉이 불량해지는 것을 방지할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이 충격이나 사고 등으로 이차 전지(104)의 외부에서 못이나 송곳 등의 도전성 이물질(80)이 침입하였을 때, 양극(11)과 음극(12)이 도전성 이물질(80)을 매개로 단락되면 내부에서 과도한 열이 발생하여 이차 전지가 폭발하거나 발화할 위험이 있다. 그러나 본 실시예와 같이 안전부재(70)를 설치하면 안전부재(70)와 양극(11)이 단락되어 충전된 전류를 방전할 수 있다. 음극(12)과 전기적으로 연결된 금속판(71)이 양극(11)과 단락된 경우에는 양극(11)과 음극(12)이 단락된 경우에 비하여 매우 작은 열이 발생한다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 외부에서 이물질이 침입하여 단락의 위험이 있을 때, 전류를 방전하여 발화의 위험을 제거함으로써 이차 전지(104)의 안전성이 향상된다.
또한, 단락이 발생하여 과전류가 흐르는 경우, 집전부재(66)에 형성된 퓨즈부(667, 668)가 용융되어 양극 단자(21)와 전극 어셈블리들(10)의 전기적인 연결 및 전극 어셈블리(10) 사이의 전기적인 연결을 차단할 수 있다. 이에 따라 이차 전지(104)의 안전성은 더욱 향상된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
101, 102, 103, 104: 이차 전지
10: 전극 어셈블리
11: 양극 11a: 양극 무지부
12: 음극 12a: 음극 무지부
13: 세퍼레이터 21, 121: 양극 단자
20, 120: 캡 어셈블리 21, 121: 양극 단자
22, 122: 음극 단자 23: 밀봉마개
24: 제1 가스켓 25, 125: 캡 플레이트
26: 제2 가스켓 27: 벤트부재
29, 129: 너트 30: 케이스
51, 52, 62, 64, 65, 66, 68: 집전부재
512, 612, 642, 652, 662: 단자 접합부
512a, 612a, 642a, 652a, 662a: 홀
513, 515, 615, 643, 645, 655, 663, 665: 집전편
514, 614, 644, 654, 664: 측판
516, 616, 646, 666: 연결부
517, 518, 617, 647, 657, 667, 668: 퓨즈부
648: 분지부 67: 차단부재
671: 베이스부 672: 돌기
673: 걸림턱 70: 안전부재
71: 금속판 72: 전극 접합부
73: 절연필름 131: 단락 탭
134: 단락부재 134a: 테두리부
134b: 곡면부 135: 단락 홀
137: 상부 절연부재 141: 연결판
142, 143: 가스켓 147: 하부 절연부재

Claims (20)

  1. 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극 집전체;
    제1 전극 단자; 및
    상기 제1 전극 단자와 상기 제1 전극의 제1 전극 무지부를 전기적으로 연결하는 제1 집전부재,를 포함하고,
    상기 제1 집전부재는,
    제1 단자 접합부,
    상기 제1 단자 접합부로부터 하방으로 상기 제1 전극 무지부를 향해 연장되는 측판,
    상기 측판으로부터 연장되고, 상기 제1 전극 무지부와 접촉하도록 형성된 제1 집전편, 및
    상기 측판과 상기 제1 집전편 사이에 형성된 퓨즈
    를 포함하는 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단자 접합부, 측판, 제1 집전편, 및 퓨즈는 동일한 재질로 형성된 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 단자 접합부, 측판, 제1 집전편, 및 퓨즈는 서로 일체로 형성된 전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 퓨즈는 상기 측판과 상기 제1 집전편의 인접한 부분보다 더 작은 단면적을 갖도록 형성된 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 2개의 상기 제1 집전편이 상기 측판으로부터 측방으로 연장된 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    복수 개의 전극 조립체들과, 대응하는 복수 개의 제1 집전편들을 더 포함하고,
    상기 퓨즈는 상기 복수 개의 제1 집전편들 중 2개의 제1 집전편들과 상기 측판의 사이에 제1 퓨즈부와 제2 퓨즈부를 각각 포함하는 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 퓨즈부와 상기 제2 퓨즈부는 상기 2개의 제1 집전편들과 상기 측판의 사이에서 측방으로 연장된 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 측판으로부터 수직으로 연장되는 제3 퓨즈부를 더 포함하고,
    상기 제3 퓨즈부는 상기 측판과 상기 2개의 제1 집전편들 이외의 제1 집전편들 사이에 형성된 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3 퓨즈부는 상기 2개의 제1 집전편들 이외의 제1 집전편들 사이에서 측방으로 연장된 연결부와 접촉하는 전지.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 2개의 제1 집전편들을 인접한 제1 집전편들 각각에 연결하는 연결부를 더 포함하는 전지.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 측판으로부터 수직하게 연장된 연결부; 및
    상기 연결부로부터 측방으로 연장되고, 상기 연결부와 제3의 제1 집전편 사이에 형성된 제3 퓨즈부
    를 더 포함하는 전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연결부로부터 측방으로 연장되고, 상기 제3 퓨즈부의 반대쪽에 위치하며, 상기 연결부와 제4의 제1 집전편 사이에 형성된 제4 퓨즈부를 더 포함하는 전지.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 집전편들은 2개의 집전편들인 전지.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 퓨즈는 각각의 집전편과 상기 측판 사이에 형성된 전기적 경로 상에 위치한 퓨즈부를 포함하는 전지.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 단자에 연결된 단락 부재를 더 포함하는 전지.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 집전편은 상기 제1 전극 무지부에 용접된 전지.
  17. 제 1 항에 있어서,
    전기적 절연성 물질로 이루어지고 적어도 부분적으로 상기 퓨즈를 둘러싸는 차단부재를 더 포함하는 전지.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 차단 부재는 상기 전극 무지부 반대쪽에 위치한 상기 퓨즈의 일측에 위치한 베이스부와, 상기 제1 단자 접합부와 상기 제1 집전편 사이에 위치한 돌기들을 포함하는 전지.
  19. 제 1 항에 있어서,
    제2 전극 단자;
    상기 제2 전극 단자와 상기 제2 전극의 제2 전극 무지부를 전기적으로 연결하는 제2 집전부재; 및
    상기 전극 조립체의 측면에 위치하여 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되는 안전 부재들
    을 더 포함하는 전지.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 각각의 안전 부재들은,
    도전판;
    상기 도전판과 상기 전극 조립체를 분리하는 절연부;
    상기 도전판과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하며, 상기 제2 전극에 용접된 전극 연결부
    를 포함하는 전지.
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