KR20170075272A - 이차전지 - Google Patents

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KR20170075272A
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Abstract

본 발명은 안전성이 향상된 이차전지에 관한 것으로, 전극조립체와 전기적으로 연결되고, 상기 전극조립체가 수납된 케이스의 개구를 밀폐하는 캡플레이트 상에 노출되는 전극단자; 상기 캡플레이트 상에 마련되고 상기 전극단자를 상기 캡플레이트로부터 절연시키는 절연부재; 상기 전극단자 상에 배치되는 연결탭; 및 적어도 일 영역이 상기 연결탭의 하부에 위치되며, 상기 연결탭에 의해 상기 전극단자와 전기적으로 연결되고, 상기 연결탭보다 전기전도성 또는 열전도성 중 적어도 어느 하나가 더 높은 안전소자를 포함하되, 상기 안전소자는, 적어도 일부분이 상기 절연부재에 안착되는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지 {Secondary Battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
최근 들어 휴대폰, 노트북 등의 모바일 기기에 대한 기술 개발과 생산 증가에 따라 에너지원으로 이차전지의 수요가 급증하고 있다. 이러한 이차전지는 안전성을 고려하여 과열, 과전류의 오동작을 감지하고 전류 차단 등의 보호동작을 수행하기 위한 안전소자를 갖출 수 있다.
본 발명의 목적은 이차전지 내부의 온도를 민감하게 감지할 수 있는 안전소자의 적용 위치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 안전소자의 체결 강도 및 기계적인 강성이 보강된 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극조립체와 전기적으로 연결되고, 상기 전극조립체가 수납된 케이스의 개구를 밀폐하는 캡플레이트 상에 노출되는 전극단자; 상기 캡플레이트 상에 마련되고 상기 전극단자를 상기 캡플레이트로부터 절연시키는 절연부재; 상기 전극단자 상에 배치되는 연결탭; 및 적어도 일 영역이 상기 연결탭의 하부에 위치되며, 상기 연결탭에 의해 상기 전극단자와 전기적으로 연결되고, 상기 연결탭보다 전기전도성 또는 열전도성 중 적어도 어느 하나가 더 높은 안전소자를 포함하되, 상기 안전소자는, 적어도 일부분이 상기 절연부재에 안착되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 안전소자는, 본체; 상기 본체의 일측으로부터 연장되는 암 터미널인 제1 리드; 및 상기 본체의 타측으로부터 연장되며 상기 제1 리드와 상기 본체의 내부에서 연결되는 베이스 터미널인 제2 리드를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 안전소자는, 상기 제2 리드가 상기 연결탭의 하부에 위치되어 상기 연결탭에 의해 상기 전극단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 연결탭은, 상기 제2 리드와 접촉하는 제1 영역과, 상기 제1 영역으로부터 연장되어 상기 전극단자와 접촉하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 폭은 제2 영역의 폭보다 작을 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 리드는, 적어도 일 부분이 상기 절연부재 상에서 상기 전극단자와 인접하게 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 전극단자는, 적어도 일부분이 상기 절연부재의 상부로 돌출되며, 상기 제2 리드는, 상기 절연부재에서 상기 전극단자가 돌출된 높이만큼의 높이를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 안전소자는, 구리일 수 있다.
구체적으로, 상기 연결탭은, 니켈일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는, 전극조립체와 전기적으로 연결되고, 전극조립체가 수납된 케이스의 개구를 밀폐하는 캡플레이트 상에 노출되는 전극단자; 상기 전극단자 상에 배치되는 연결탭; 및 적어도 일 영역이 상기 연결탭의 하부에 위치되며, 상기 연결탭에 의해 상기 전극단자와 전기적으로 연결되고, 상기 연결탭보다 전기전도성 또는 열전도성 중 적어도 어느 하나가 더 높은 안전소자를 포함하되, 상기 연결탭은, 상기 안전소자와 접촉하는 제1 영역과 상기 제1 영역으로부터 연장되어 상기 전극단자와 접촉하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 폭은 제2 영역의 폭보다 작은 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 안전소자는, 구리일 수 있다.
구체적으로, 상기 연결탭은, 니켈일 수 있다.
구체적으로, 상기 안전소자는, 본체; 상기 본체의 일측으로부터 연장되는 암 터미널인 제1 리드; 및 상기 본체의 타측으로부터 연장되며 상기 제1 리드와 상기 본체의 내부에서 연결되는 베이스 터미널인 제2 리드를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 안전소자는, 상기 제2 리드가 상기 연결탭의 하부에 위치되어 상기 연결탭에 의해 상기 전극단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지에 의하면, 안전소자를 전극단자 주변의 절연부재에 안착시켜 전극단자와 인접하게 배치함으로써, 안전소자가 이차전지의 내부 온도를 민감하게 감지하여 안전동작을 신속하게 수행할 수 있으므로 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지에 의하면, 연결탭에 의해 안전소자를 전극단자에 연결하되, 연결탭에서 안전소자에 연결되는 부분의 폭을 다른 부분 대비 상대적으로 작게 해 열 저항을 높여서, 안전소자의 온도의 민감도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상부를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자의 연결에 따른 트립 실험 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자가 캡플레이트의 상부에 장착된 상태를 난타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자의 위치에 따른 트립 실험 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결탭이 안전소자와 전극단자에 장착된 상태를 나타낸 사시도.
도 8은 도 4의 A-A'선의 단면도.
이하에서는 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시 예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도시된 실시 예만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상부를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지(100)는 전극조립체(10)가 수납된 케이스(20)의 개구를 밀폐하는 캡플레이트(110), 상기 전극조립체(10)와 전기적으로 연결되고, 캡플레이트(110) 상에 노출되는 전극단자(112), 상기 전극단자(112) 상에 배치되는 연결탭(130), 및 적어도 일 영역이 상기 연결탭(130)의 하부에 위치되며, 상기 연결탭(130)에 의해 상기 전극단자(112)와 전기적으로 연결되는 안전소자(120)를 포함한다.
본 발명에 따른 이차전지를 구성하는 전극조립체(10)는 양극(11), 세퍼레이터(13) 및 음극(12)을 젤리롤 상태로 권취하여 형성된다. 양극(11) 및 음극(12)은, 각각 금속판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부, 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 양극 및 음극 무지부를 포함하고, 양극 및 음극 무지부에는 각각 양극탭(11a) 및 음극탭(12a)이 구비되며, 이때, 양극탭(11a) 및 음극탭(12a)은 각각 전극조립체(10)의 상부로 돌출된다.
케이스(20)는 내부에 전극조립체(10)와 전해액을 수용하는 공간을 설정하도록 대략 직육면체로 이루어지며, 외부와 내부 공간을 연결하는 개구를 직육면체의 일면에 형성한다. 개구는 전극조립체(10)를 케이스(20)의 내부로 삽입할 수 있게 한다.
캡플레이트(110)는 케이스(20)와의 용접성 향상을 위해 케이스(20)와 동일한 재질로 형성되고, 캡플레이트(110) 상에는 전극단자(112)와 안전소자(120)를 캡플레이트(110)로부터 절연시키는 제1 및 제2 절연부재(111a, 111b)가 구비된다.
이때, 제1 절연부재(111a)는 전극단자(112)가 관통하는 관통홀을 실링하는 가스켓(gasket)일 수 있다.
여기서, 전극단자(112)는 전극조립체(10)의 음극탭(12a)와 전기적으로 연결되고, 캡플레이트(110)는 전극조립체(10)의 양극탭(11a)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 캡플레이트(110)의 일측에는 전해액 주입구(113)가 구비될 수 있다. 이러한 전해액 주입구(113)는 케이스(20)에 캡플레이트(110)를 결합한 후, 케이스(20) 내부로 전해액의 주입을 가능하게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(113)는 밀봉 마개로 밀봉된다.
한편, 전극단자(112)는 전극조립체(10)의 음극탭(12a)과 접촉하고, 캡플레이트(110)와 제1 절연부재(111a)의 일 영역을 관통하는 몸통부(112a), 및 몸통부(112a)로부터 연장되며, 제1 절연부재(111a)의 상부로 돌출되는 돌출부(112b)를 포함하는데, 돌출부(112b)는 연결탭(130)에 의해 하기 후술할 안전소자(120)의 제2 리드(122)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전극단자(112)는 음극단자일 수 있다.
안전소자(120)는 상기 캡플레이트(110) 상에 위치되며, 과열, 과전류 등의 오작동 시에 충, 방전 전류를 규제하거나 충, 방전 전류를 차단하는 기능을 하며, PTC, 퓨즈, 전류차단소자, 바이메탈 등을 포함할 수 있다. 이러한 안전소자(120)는 연결탭(130)보다 전기전도성 또는 열전도성 중 적어도 어느 하나가 더 높을 수 있으며, 이때, 안전소자(120)는 구리일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 안전소자(120)는 본체(125)와 상기 본체(125)의 일측 및 타측으로부터 각각 연장되는 제1 및 제2 리드(121, 122)를 포함하는데, 여기서, 제2 리드(122)의 일 영역은 보호될 수 있도록 하기 후술할 연결탭(130)의 하부에 위치하여 연결탭(130)의 일측과 용접에 의해 연결되어 고정될 수 있다. 이에 안전소자(120)는 연결탭(130)에 의해 체결 강도 및 기계적인 강성을 보강할 수 있다. 안전소자(120)의 구체적인 구조에 대해서는 이하 도 3을 참고해 후술하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자(120)는, 과전류나 이상온도 상승으로부터 본 발명을 보호하기 위한 것으로, 앞서 언급한 제1 리드(121), 제2 리드(122), 몸체(125)를 포함할 수 있으며, 몸체(125)는 수지케이스 등으로 마련되고, PTC(123)와 바이메탈(124)이 내장될 수 있다.
제1 리드(121)는 암 터미널(arm terminal)로서, 적어도 일부분이 몸체(125)의 외부로 돌출되어 있고 돌출된 부분은 보호회로모듈(140)에 연결될 수 있다. 이때 제1 리드(121)는 몸체(125)의 내부에서 베이스 터미널(base terminal)인 제2 리드(122)와 연결된다.
제1 리드(121)는 보호회로모듈(140)에 연결된 일단과 제2 리드(122)에 연결되는 타단 사이에서, 몸체(125)의 외부 또는 내부의 일정한 위치에서 상방으로 꺾이거나 휘어져 마련될 수 있다. 이는 제1 리드(121)가 몸체(125) 내에서 바이메탈(124)로부터 상방으로 이격 배치되도록 하기 위함이다.
제2 리드(122)는 베이스 터미널이며, 제1 리드(121)와 반대편에서 적어도 일부분이 몸체(125)의 외부로 돌출되어 있을 수 있고, 돌출된 부분은 연결탭(130)에 의하여 전극단자(112)에 연결될 수 있다.
또한 제2 리드(122)는 몸체(125)에 별도의 부품으로 마련되어 결합되거나, 또는 인서트성형에 의하여 일체화되어 마련될 수 있다. 이는 제1 리드(121)에도 마찬가지로 적용된다.
몸체(125)의 외부로 돌출된 제1 리드(121)의 일부분은, 몸체(125)의 외부로 돌출된 제2 리드(122)의 일부분과 대비할 때, 높낮이가 서로 상이할 수 있다. 즉 제1 리드(121)에서 보호회로모듈(140)에 연결되는 부분은, 제2 리드(122)에서 전극단자(112)가 연결되는 부분보다 상대적으로 높게 마련될 수 있다.
제2 리드(122)에는 제1 리드(121)가 접한 상태로 배치될 수 있다. 이때 접촉을 확실하게 하기 위하여 제1 리드(121)와 제2 리드(122)에는 접점(121a, 122a)이 마련되며, 적어도 제1 리드(121)에 마련되는 접점(121a)은 제2 리드(122) 방향으로 돌출되어 있을 수 있다.
몸체(125) 내에서 제2 리드(122)의 상부에는, PTC(123)와 바이메탈(124)이 차례로 적층되어 있을 수 있으며, 바이메탈(125)의 상부에는 제1 리드(121)가 이격되어 마련될 수 있다.
PTC(123)는, 전류가 흐를 경우 바이메탈(124)에 열을 전달한다. PTC(123)는 전류가 흐르면 다량의 열을 발생하고 높은 온도를 유지하는 소자이며, 세라믹제 소결체나 폴리머에 카본 등의 도전성 입자를 분산시킨 것 등이 사용될 수 있다.
PTC(123)는 몸체(125) 내에서 제2 리드(122)의 상부에 마련되며, 전극단자(112)의 이상 온도 발생 시 변화하는 바이메탈(124)에 의해 제1 리드(121) 및 제2 리드(122) 사이에서 전기적으로 연결되면, 열을 방출해 바이메탈(124)을 변형시켜서 제1 리드(121) 및 제2 리드(122)의 접점(121a, 122a)을 서로 분리시키도록 할 수 있다.
바이메탈(124)은, PTC(123)의 상부에 마련되며 열에 의해 변형되어 제1 리드(121)와 제2 리드(122)를 분리시킬 수 있다. 바이메탈(124)은 PTC(123)와 함께 도전성을 갖지만 전기를 흘리기 위한 접점이나 배선은 없을 수 있다. 바이메탈(124)은 제1 리드(121)와 접촉하지 않을 수 있고 PTC(123)의 위에서 가동 자유로운 상태로 설치될 수 있다.
본 발명의 이차전지(100)가 안전한 상태일 경우, 제1 리드(121)와 제2 리드(122) 사이에서는 접점(121a, 122a)을 통해 전류가 흐르고 있으며, PTC(123)와 바이메탈(124)은 전류가 흐르지 않은 상태로 유지되어 있다.
그런데 전극단자(112)의 온도가 이상 온도 이상이 되면, 제2 리드(122)를 통해 몸체(125)로 열이 전달되고 바이메탈(124)이 휘어지면서 제1 리드(121)와 접하게 되며, 이때 바이메탈(124)은 PTC(123)와 접촉하면서 제1 리드(121), 바이메탈(124), PTC(123), 제2 리드(122)로 전기적인 연결이 이루어져서 PTC(123)에 전류가 흐르게 된다.
전류가 흐르면 PTC(123)는 다량의 열을 발생하여 온도가 상승하고, PTC(123)에 의해 발생된 열이 바이메탈(124)을 가열하며, 바이메탈(124)은 제1 리드(121)를 밀어 올리면서 제1 리드(121)와 제2 리드(122) 사이를 트립시킬 수 있다. 이 경우 PTC(123)에 흐르는 전류의 대부분이 발열에 사용됨에 따라 실질적으로 전류차단 상태가 되므로, 이차전지(100)의 안전성을 유지할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 암 터미널인 제1 리드(121)와 베이스 터미널인 제2 리드(122)를 갖는 안전소자(120)에서, 전극단자(112)에 연결되는 부분은 베이스 터미널인 제2 리드(122)일 수 있는데, 이에 대해서는 도 4를 토대로 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자의 연결에 따른 트립 실험 그래프이다.
도 4를 참조하면, 좌측은 전극단자(112)를 암 터미널인 제1 리드(121)에 연결하고 보호회로모듈(140)을 베이스 터미널인 제2 리드(122)에 연결한 경우 트립 온도 및 트립 시간을 나타낸 것이며, 반면 우측은 전극단자(112)를 베이스 터미널인 제2 리드(122)에 연결하고 보호회로모듈(140)을 암 터미널인 제1 리드(121)에 연결한 경우 트립 온도 및 트립 시간을 나타낸 것이다.
하기 표 및 그래프를 살펴보면, 전극단자(112)를 제1 리드(121)에 연결한 경우에는, 트립 온도 및 트립 시간이 전극단자(112)를 제2 리드(122)에 연결한 경우 대비 상대적으로 높게 그리고 길게 나타난 것을 알 수 있다.
즉 본 발명은, 전극단자(112)를 안전소자(120)의 제2 리드(122)에 연결함으로써, 안전소자(120)가 더욱 민감하게 전극단자(112)의 온도에 반응하도록 하여, 이차전지(100)를 효과적으로 보호할 수 있다.
Arm terminal(+) Base Terminal(-)
Trip temp(℃) trip time(s) Trip temp(℃) trip time(s)
(1) 70.8 88 (1) 64.7 56
(2) 68.7 65 (2) 65.1 59
(3) 70.5 93 (3) 64.1 49
(4) 71.4 101 (4) 63 53
(5) 74.6 96 (5) 65.8 71
Ave. 71.2 88.6 Ave. 64.54 57.6
연결탭(130)은 안전소자(120) 및 전극단자(112) 간의 긴밀한 열적 접촉을 매개한다. 이를 위해 연결탭(130)은 니켈로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 연결탭(130)은 제2 리드(122)와 접촉하는 제1 영역(131)과 제1 영역(131)으로부터 연장되어 전극단자(112)와 접촉하는 제2 영역(132)을 포함하고, 제1 영역(131)과 제2 영역(132)은 동일 평면상에 위치되어 안전소자(120) 및 전극단자(112) 간을 긴밀하게 연결할 수 있다. 연결탭(130)의 제1 영역(131) 및 제2 영역(132)에 대해서는 후술하도록 한다.
보호회로모듈(140)은 캡플레이트(110)의 상부에 위치하고, 전극조립체(10)와 전기적으로 연결되는 것으로서, 기판(141), 기판(141)에 장착되는 리드탭(142), 개구부(144), 개구부(144) 상에 구비되고 제2 리드(122)와 연결되는 접속부(143), 및 충방전 단자(145)를 포함하여 형성될 수 있다.
여기서, 충방전 단자(145)는 외부기기의 단자와 접촉하는 부위로서 외부기기를 통하여 충전 또는 방전이 이루어질 수 있다. 상기 충방전 단자(145)에 충전기가 접속되어 충전을 시행하거나 또는 충방전 단자(145)에 충전기가 부하가 접속되어 방전을 시행할 수도 있다.
상부케이스(150)는 보호회로모듈(140)과 전극조립체(110) 중 어느 하나와 결합하여 보호회로모듈(140)을 절연시키며, 보호회로모듈(140)을 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 한다.
또한, 상부 케이스(150)에는 보호회로모듈(140)에 형성된 충방전 단자(145)의 단자면을 노출시키는 충방전 단자 홀(152)이 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자가 캡플레이트의 상부에 장착된 상태를 나타낸 사시도이다.
이하에서는 앞서 설명한 도 2, 도 3과 함께 도 5를 참고하여 안전소자의 연결관계를 상세하게 설명한다.
도 2, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 안전소자(120)는 본체(125), 본체(125)의 일측 및 타측으로부터 각각 연장되는 제1 및 제2 리드(121, 122)를 포함하고, 상기 제1 리드(121)의 하면은 제2 절연부재(111b)와 접촉하며, 제1 리드(121)의 상면은 보호회로모듈(140)의 접속부(143)와 접촉될 수 있다.
또한, 상기 제2 리드(122)의 하면의 적어도 일 영역은 제1 절연부재(111a)에 위치되고, 제2 리드(122)의 상면은 연결탭(130)에 의해 전극단자(112)와 연결될 수 있다.
제2 리드(122)는, 제1 절연부재(111a)에 안착되면서 전극단자(112)와 인접하게 마련될 수 있고, 일례로 제2 리드(122)와 전극단자(112) 사이는 0.2 내지 1mm(일례로 0.5mm)의 간극을 갖고 이격되어 있을 수 있다. 이 경우 전극단자(112)의 열이 제2 리드(122)에 의하여 효과적으로 전달될 수 있는바, 이차전지(100)의 안정적인 보호가 가능하다. 이에 대해서 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전소자의 위치에 따른 트립 실험 그래프이다.
도 6에서 (A)는 본 발명에서 제2 리드(122)가 전극단자(112)와 약 0.5mm의 간격을 둔 경우에 시간 경과에 따라 나타나는 전류, 전압, 온도 변화를 보여주는 것이고, (B)는 제2 리드(122)와 전극단자(112) 사이의 간격이 8.5mm일 경우에 나타나는 전류, 전압, 온도 변화를 보여주는 것이다. 그래프를 참조하면, 일반적으로 전압은 시간이 지날수록 서서히 상승하였다가 일정 시간 경과 시 급증하며, 전류는 일정하게 유지되다가 일정 시간이 경과하면 급감하고, 온도는 시간이 지날수록 서서히 상승하였다가 전류와 전압의 급격한 변화에 따라 증가하는 모습으로 나타났다.
본 발명의 안전소자(120)는 제2 리드(122)가 제1 절연부재(111a)에 안착되면서 캡플레이트(110)의 상면보다도 전극단자(112)에 더욱 근접하게 배치될 수 있다. 특히 전극단자(112)와의 인접 거리를 매우 좁히게 되면, 도 6에서 나타난 바와 같이 안정적인 트립 여부를 보장할 수 있다.
구체적으로 (B)의 경우에는, 안전소자(120)가 이상 온도의 감지를 제대로 수행하지 못하게 됨에 따라, 과충전 시 이차전지(100)가 적어도 부분적으로 터져버리는 심각한 문제가 발생하였다. 그러나 (A)의 경우에는, 안전소자(120)가 이상 온도의 감지를 안정적으로 수행하게 되므로, 과충전 시 이차전지(100)가 터지는 문제를 전혀 발생시키지 않아 안전성을 확보할 수 있다.
따라서 본 발명은, 안전소자(120)가 기판(141)의 접속부(143)와 캡플레이트(110)의 전극단자(112) 사이에 전기적으로 연결되면서 전극단자(112)에 인접 배치됨으로써, 과도한 온도 상승이나 과도한 전류가 흐를 경우 보호회로모듈(140)의 접속부(143)와 전극단자(112) 간의 전기적인 연결을 신속하고 안정적으로 차단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결탭이 안전소자와 전극단자에 장착된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7을 참고하면, 연결탭(130)은 제2 리드(122)와 연결되는 제1 영역(131)과 제1 영역(131)으로부터 연장되어 전극단자(112)와 연결되는 제2 영역(132)을 포함한다. 이때, 제1 영역(131)은 제2 리드(122)와 중첩되어 용접에 의해 고정 및 연결될 수 있다. 이에, 외부의 충격 등이 이차전지(100)에 가해지더라도 안전소자(120)가 캡플레이트(110)로부터 분리되거나 또는 손상되는 것을 방지할 수 있다.
연결탭(130)에서 제1 영역(131)의 폭(W1)은 제2 영역(132)의 폭(W2)보다 상대적으로 작을 수 있다. 이는 연결탭(130)과 제2 리드(122)를 용접(특히 스팟(Spot) 용접) 시, 폭이 좁은 제1 영역(131)에서의 열저항이 크게 나타나 용접의 효율성이 높아지도록 하기 위함이다.
또한 제1 영역(131)의 열저항을 증대시키면, 안전소자(120)가 제1 영역(131)에 연결되어 있기 때문에 트립 민감도가 높아질 수 있다. 일반적으로 트립 온도는 오차 범위가 존재하는데, 제1 영역(131)의 폭이 제2 영역(132)보다 작으면, 제1 영역(131)에서의 온도가 제2 영역(132) 대비 국부적으로 상승하게 되므로, 오차 범위에 의하여 트립이 발생하지 않는 문제를 해소할 수 있다.
따라서 본 발명은, 제1 영역(131)의 폭(W1)과 제2 영역(132)의 폭(W2)을 서로 다르게 해 제1 영역(131)의 열저항을 높여서, 제2 리드(122)에 의해 제1 영역(131)에 연결된 안전소자(120)가 더욱 안정적으로 전기적인 보호를 구현하도록 할 수 있다.
제2 영역(132)의 폭(W2)은 제1 영역의 폭(W1)보다 더 넓게 형성되어 전극단자(112)와의 접촉 표면적이 충분히 확보되도록 할 수 있다. 즉, 제2 영역(132)은 전극단자(112)의 상부면과 충분히 접촉 가능하도록 전극단자(112)와 동일하거나 그보다 더 큰 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
따라서, 연결탭(130)은 전극단자(112)와 넓은 접촉면을 갖게 되므로 보다 효율적으로 안전소자(120)가 이차전지(100)의 내부온도를 민감하게 감지할 수 있도록 열을 전달할 수 있다.
도 8은 도 4의 A-A'단면도이다.
도 8을 참조하면, 본원발명의 안전소자(120)의 제2 리드(122)는 이차전지 내의 이상을 민감하게 감지할 수 있도록 제1 절연부재(111a)의 상부에 전극단자(112)와 가능한 한 인접한 위치에 구비된다. 예컨대 전극단자(112)는 전극조립체(10)의 음극탭(12a)과 접촉하고 캡플레이트(110) 및 제1 절연부재(111a)의 일 영역을 관통하는 몸통부(112a), 및 몸통부(112a)로부터 연장되며, 제1 절연부재(111a)의 상부로 돌출되는 돌출부(112b)를 포함하는데, 이때, 제2 리드(122)의 높이(h2)는 돌출부(112b)의 높이(h1)와 상응하게 형성될 수 있다.
이에 제2 리드(122)와 돌출부(112b) 간을 연결하는 연결탭(130)과의 접촉 면적이 극대화될 수 있으며, 따라서, 보다 신속하게 이차전지(100) 내의 이상 감지가 가능함으로 이차전지(100)의 안전성이 향상될 수 있다.
또한 제2 리드(122)의 상면과 전극단자(112)의 상면이 동일 평면 상에 놓이게 됨에 따라, 연결탭(130)은 평평한 하면을 이용하여 제2 리드(122)와 전극단자(112)를 연결할 수 있다. 이를 통해 본 발명은 제조 비용을 절감하고 안전소자(120)의 트립 민감도를 보장할 수 있다.
상술한 바에 따른 이차전지(100)는 안전소자(120)를 캡플레이트(110) 및 전극단자(112)와 인접하게 구비함으로써, 안전소자(120)가 이차전지(100)의 내부 온도를 민감하게 감지하여 안전동작을 신속하게 수행할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 안전소자(120)를 연결탭(130)의 하부에 위치시킴으로써 연결탭(130)과 함께 안전소자(120)가 용접에 위해 고정되어 외부의 충격 등이 이차전지(100)에 가해지더라도 안전소자(120)가 캡플레이트(110)로부터 분리되거나 또는 손상되는 것을 방지할 수 있으므로 안전소자(120)의 체결 강도 및 기계적인 강성을 보강할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
100 : 이차전지 10 : 전극조립체
20 : 케이스 110 : 캡플레이트
111a, 111b : 제1 및 제2 절연부재 112 : 전극단자
120 : 안전소자 130 : 연결탭
140 : 보호회로모듈 150 : 상부케이스

Claims (13)

  1. 전극조립체와 전기적으로 연결되고, 상기 전극조립체가 수납된 케이스의 개구를 밀폐하는 캡플레이트 상에 노출되는 전극단자;
    상기 캡플레이트 상에 마련되고 상기 전극단자를 상기 캡플레이트로부터 절연시키는 절연부재;
    상기 전극단자 상에 배치되는 연결탭; 및
    적어도 일 영역이 상기 연결탭의 하부에 위치되며, 상기 연결탭에 의해 상기 전극단자와 전기적으로 연결되고, 상기 연결탭보다 전기전도성 또는 열전도성 중 적어도 어느 하나가 더 높은 안전소자를 포함하되,
    상기 안전소자는, 적어도 일부분이 상기 절연부재에 안착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안전소자는,
    본체;
    상기 본체의 일측으로부터 연장되는 암 터미널인 제1 리드; 및
    상기 본체의 타측으로부터 연장되며 상기 제1 리드와 상기 본체의 내부에서 연결되는 베이스 터미널인 제2 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 안전소자는,
    상기 제2 리드가 상기 연결탭의 하부에 위치되어 상기 연결탭에 의해 상기 전극단자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제2항에 있어서, 상기 연결탭은,
    상기 제2 리드와 접촉하는 제1 영역과, 상기 제1 영역으로부터 연장되어 상기 전극단자와 접촉하는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역의 폭은 제2 영역의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 리드는,
    적어도 일 부분이 상기 절연부재 상에서 상기 전극단자와 인접하게 구비되는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극단자는, 적어도 일부분이 상기 절연부재의 상부로 돌출되며,
    상기 제2 리드는, 상기 절연부재에서 상기 전극단자가 돌출된 높이만큼의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 안전소자는,
    구리인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 연결탭은,
    니켈인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 전극조립체와 전기적으로 연결되고, 전극조립체가 수납된 케이스의 개구를 밀폐하는 캡플레이트 상에 노출되는 전극단자;
    상기 전극단자 상에 배치되는 연결탭; 및
    적어도 일 영역이 상기 연결탭의 하부에 위치되며, 상기 연결탭에 의해 상기 전극단자와 전기적으로 연결되고, 상기 연결탭보다 전기전도성 또는 열전도성 중 적어도 어느 하나가 더 높은 안전소자를 포함하되,
    상기 연결탭은, 상기 안전소자와 접촉하는 제1 영역과 상기 제1 영역으로부터 연장되어 상기 전극단자와 접촉하는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역의 폭은 제2 영역의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 안전소자는,
    구리인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제9항에 있어서, 상기 연결탭은,
    니켈인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 안전소자는,
    본체;
    상기 본체의 일측으로부터 연장되는 암 터미널인 제1 리드; 및
    상기 본체의 타측으로부터 연장되며 상기 제1 리드와 상기 본체의 내부에서 연결되는 베이스 터미널인 제2 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제12항에 있어서, 상기 안전소자는,
    상기 제2 리드가 상기 연결탭의 하부에 위치되어 상기 연결탭에 의해 상기 전극단자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.

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