KR20170082316A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20170082316A
KR20170082316A KR1020160001559A KR20160001559A KR20170082316A KR 20170082316 A KR20170082316 A KR 20170082316A KR 1020160001559 A KR1020160001559 A KR 1020160001559A KR 20160001559 A KR20160001559 A KR 20160001559A KR 20170082316 A KR20170082316 A KR 20170082316A
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Abstract

본 발명은 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 캡 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하고 개구에 상기 캡 조립체가 결합되는 케이스를 포함하고, 상기 캡 조립체는 상기 케이스의 외부로 노출되어 상기 제1 전극의 단자로 기능하는 캡과 상기 캡과 상기 제1 전극 사이에 구비되는 전류 차단 장치를 포함하고, 상기 캡은 상기 전류 차단 장치의 테두리를 감싸는 이차 전지를 구현하여 컴팩트한 이차 전지가 제공된다.

Description

이차 전지 {SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지이다. 상기 이차 전지는 발전소와 같은 기존의 전력계통은 물론 태양 에너지 기타 신재생 에너지를 에너지원으로 하여 충전될 수 있다. 이러한 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 전자기기는 물론 자동차나 전력공급이 필요한 대형 설비에 에너지원으로 사용되고 있다.
필요에 따라 고출력 또는 고용량의 이차 전지를 구현하기 위해 복수의 단위 전지를 직렬 및/또는 병렬 연결하기도 한다. 또한 필요에 따라 이차 전지의 충전 및/또는 방전을 제어하고 과충전 및/또는 과방전을 방지하는 컨트롤러를 더 포함하기도 한다.
본 발명의 일 실시예는, 컴팩트한 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예로서, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 캡 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하고 개구에 상기 캡 조립체가 결합되는 케이스를 포함하고, 상기 캡 조립체는 상기 케이스의 외부로 노출되어 상기 제1 전극의 단자로 기능하는 캡과 상기 캡과 상기 제1 전극 사이에 구비되는 전류 차단 장치를 포함하고, 상기 캡은 상기 전류 차단 장치의 테두리를 감싸는 이차 전지가 제공될 수 있다.
상기 케이스는 상기 캡 조립체를 향해 구부러진 클램핑부를 포함할 수 있고, 상기 캡의 높이는 상기 클램핑부의 높이와 동일하거나 더 낮을 수 있다.
상기 캡은, 기결정된 압력 이상에서 파단되도록 부분적으로 두께가 얇아질 수 있다. 상기 캡은, 노출된 면 상에 링 형상의 홈이 형성되어 그 부분에서 두께가 얇아질 수 있다.
상기 캡에서 상기 홈에 의해 둘러싸인 부분은, 상기 캡에서 상기 홈의 외측에 있는 부분과 높이가 동일하거나 높고 상기 클램핑부보다 높이가 낮거나 동일할 수 있다.
상기 전류 차단 장치는, 상기 캡에 접촉되는 제1 플레이트 및 상기 제1 플레이트에 접촉되는 제2 플레이트를 포함할 수 있다. 그리고 상기 전극 조립체의 제1 전극은 상기 제2 플레이트를 통해 상기 캡에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 플레이트는 기결정된 압력 이상에서 상기 제2 플레이트와의 접촉이 해제될 수 있다.
한편 본 발명의 다른 실시예로서, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 캡 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하고 개구에 상기 캡 조립체가 결합되는 케이스를 포함하고, 상기 캡 조립체는 상기 케이스의 외부로 노출되는 캡 및 상기 캡에 접촉되고 기결정된 압력 이상에서 형상이 변형되어 상기 캡과 상기 전극 조립체의 제1 전극 사이의 전기적인 연결을 차단하는 제1 플레이트를 포함하고, 상기 캡은 상기 제1 플레이트의 테두리를 감싸는 이차 전지가 제공될 수 있다.
상기 제1 플레이트는, 상기 캡을 향해 돌출되고 상기 캡에 접촉되는 비드를 포함할 수 있다.
상기 캡은, 돌출부 및 상기 돌출부에서 반경방향 외측으로 연장되되 상기 돌출부보다 높이가 낮은 둘레부를 포함할 수 있다. 이때 상기 비드는 상기 둘레부에 접촉할 수 있다.
상기 케이스는, 상기 캡 조립체를 향해 구부러진 클램핑부를 포함할 수 있다. 그리고 상기 캡의 돌출부의 높이는 상기 클램핑부의 높이와 동일하거나 더 낮을 수 있다. 그리고 상기 캡은, 상기 돌출부와 상기 둘레부 사이에 형성된 홈을 포함할 수 있다.
또는, 상기 캡은 노출된 면이 평평할 수 있고, 상기 캡의 노출된 면 상에 형성된 홈을 포함할 수 있다.
상기 제1 플레이트의 테두리와 상기 캡 사이에 구비되는 절연체를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 조립체는, 상기 전극 조립체의 제1 전극과 상기 제1 플레이트 사이에 구비되는 제2 플레이트를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 제1 플레이트는 부분적으로 상기 제2 플레이트를 향해 돌출되어 상기 제2 플레이트와 접촉하고, 상기 기결정된 압력 이상에서 형상이 변형되어 상기 제2 플레이트와의 접촉이 해제될 수 있다.
상기 절연체는 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이로 더 연장되어 적어도 상기 제2 플레이트의 테두리가 상기 제1 플레이트와 이격될 수 있다.
상기 캡은 상기 제2 플레이트와 이격될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차 전지의 단자 기능을 하는 캡이 전류 차단 장치를 감싸므로 이차전지의 구조가 컴팩트해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 사시도이고,
도 2는 도 1의 실시예의 Ⅰ-Ⅰ' 방향 단면도이고,
도 3은 도 1의 실시예의 분해사시도이고,
도 4는 도 3에 도시된 캡의 확대 사시도이고,
도 5는 도 3에 도시된 제1 플레이트의 확대 사시도이고,
도 6은 도 3에 도시된 제2 플레이트의 확대 사시도이고,
도 7은 도 2의 부분 확대도이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 사시도이고,
도 9는 도 8의 실시예의 분해 사시도이고,
도 10은 도 8의 실시예의 Ⅱ-Ⅱ' 방향 단면도이고,
도 11은 도 9에 도시된 캡의 확대 사시도이고,
도 12는 도 10의 부분 확대도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 실시예들을 상세하게 설명한다. 본 발명에서 언급하는 이차전지는, 충전 및 방전이 가능한 어떤 구성의 전지여도 좋다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 사시도이고, 도 2는 도 1의 실시예의 종단면도이고, 도 3은 도 1의 실시예의 분해사시도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(10)는 전극 조립체(100), 복수의 절연판(230, 240), 센터 핀(250), 상기 전극 조립체(100)를 수용하는 케이스(200), 상기 케이스(200)의 개구에 결합되는 캡 조립체(270), 상기 캡 조립체와 함께 상기 케이스의 개구를 밀봉하는 가스켓(260)을 포함한다.
상기 전극 조립체(100)는 제1 및 제2 전극(113, 111)과 세퍼레이터(115)를 포함하고, 상기 세퍼레이터(115)는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 개재된다. 제1 전극과 제2 전극은 극성이 서로 상이하며, 어느 하나가 양극이면 다른 하나는 음극이다. 상기 제1 전극(113), 상기 세퍼레이터(115) 및 상기 제2 전극(111)은 차례로 적층된 후 권취된다.
상기 전극 조립체(100)는 상기 제1 전극(113)에 전기적으로 연결되는 제1 전극 탭(170) 및 상기 제2 전극(111)에 전기적으로 연결되는 제2 전극 탭(190)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 전극 탭(170, 190)에 의해 상기 전극 조립체(100)에서 발생한 에너지가 외부로 전달된다. 상기 제1 전극 탭 및 상기 제2 전극 탭은 도전성 물질을 포함하며, 예를 들어 니켈(Ni) 또는 니켈 합금을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 탭(170)은 플레이트(271) 또는 캡 다운(277)에 고정된다. 상기 제1 전극 탭(170)은 상기 플레이트(271) 또는 상기 캡 다운(277)에 용접될 수 있다. 상기 제1 전극 탭(170)을 통해 상기 제1 전극(113)은 캡 조립체(270)와 전기적으로 연결된다.
상기 제1 전극 탭(170)은 제1 전극(113)의 무지부에 연결되고, 권취된 전극 조립체(100)의 외부로 연장된다. 상기 제1 전극(113)은 시트 형상의 집전체에 부분적으로 활물질층이 코팅되며, 활물질층이 코팅되지 않은 부분은 무지부로 정의된다. 상기 제2 전극 탭(190)은 제2 전극(111)의 무지부에 연결되고, 권취된 전극 조립체(100)의 외부로 연장된다. 상기 제2 전극(111)은 시트 형상의 집전체에 부분적으로 활물질층이 코팅되며, 활물질층이 코팅되지 않은 부분은 무지부로 정의된다.
제1 전극(113)의 집전체와 제2 전극(111)의 집전체는 금속 박막으로, 스테인리스 스틸, 니켈, 구리, 알루미늄 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(113)이 양극이고 상기 제2 전극(111)이 음극인 경우, 제1 전극의 활물질층은 양극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 리튬 함유 산화물을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니고 공지의 어떠한 양극 활물질도 좋다. 그리고 상기 제2 전극의 활물질층은 음극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질은 탄소, 흑연, 실리콘 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 공지의 어떠한 음극 활물질도 좋다.
또는 상기 제1 전극(113)이 음극이고 상기 제2 전극(111)이 양극일 수도 있다. 이때에는 상기 제1 전극의 집전체에는 음극 활물질층이 코팅되고, 상기 제2 전극의 집전체에는 양극 활물질층이 코팅된다.
상기 케이스(200)는 일단이 개구되고 상기 전극 조립체(100)를 수용하는 공간이 형성된 원통이다. 상기 케이스(200)의 바닥면에는 상기 제2 전극 탭(190)이 용접되어 상기 케이스(200)가 상기 제2 전극(111)의 단자로 기능할 수 있다. 상기 케이스(200)는 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 복수의 절연판(230, 240)은, 상기 전극 조립체(100)가 상기 케이스(200)의 개구를 향하고 있는 쪽에 구비되는 제1 절연판(240) 및 상기 전극조립체(100)가 상기 케이스(200)의 개구의 반대면, 즉 바닥면을 향하는 쪽에 구비된 제2 절연판(230)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 절연판(240, 230)에 의해 상기 전극조립체(100)와 상기 케이스(200) 사이의 불필요한 전기적 쇼트가 방지된다.
상기 제1 절연판(240)은, 전해액이 상기 전극조립체(100)로 잘 스며들도록 복수의 구멍(241)이 구비될 수 있다. 그리고 상기 제1 절연판(240)은 상기 전극 조립체(100)에서 인출되는 제1 전극 탭(170)이 관통하는 구멍(243)이 구비될 수 있다. 상기 제2 절연판(230)은 복수의 구멍(231)이 구비되어 상기 제2 절연판에 의해 감소되는 공간을 최소화함으로서 주입되는 전해액의 감소를 최소화할 수 있다.
상기 전극 조립체(100)의 중심축에는 센터핀(250)이 구비되어 상기 전극 조립체(100)가 풀리지 않도록 지탱한다. 상기 센터핀(250)은 중공이 형성된 원형 막대일 수 있으며, 일단은 제2 전극 탭(190)을 눌러 케이스(200)에 밀착시킬 수 있다.
상기 센터핀(250)에 중공이 형성되는 경우 전극 조립체(100)로부터 발생한 가스의 이동 통로가 될 수 있다. 상기 제1 절연판(240)에는 상기 센터 핀(250)과 대응되는 중심부에 구멍(242)이 구비되어 가스가 배기된다.
상기 센터핀(250)은 전해액의 함침을 용이하게 하고 상기 전극 조립체(100)로부터 발생하는 가스를 원활하게 배출하도록 측면에 복수의 구멍(251)을 구비할 수 있다.
상기 케이스(200)의 개구 테두리에는 내측으로 굽혀진 클램핑부(211)가 형성된다. 상기 클램핑부(211)는 상기 캡 조립체(270)를 압박하여 체결력을 향상시킨다. 상기 케이스(200)는 개구와 상기 전극조립체(100) 사이에 내측으로 볼록하게 형성된 비드(210)를 구비한다. 상기 비드(210)의 내경이 상기 전극 조립체(100)의 외경보다 작게 형성되어 상기 전극 조립체는 상기 케이스(200)에서 움직이지 않도록 고정된다.
상기 캡 조립체(270)는 전극 단자 기능을 하는 캡(216) 및 상기 캡(216)과 상기 전극조립체(100) 사이에 구비되는 전류차단장치(Current interrupt device)를 포함한다. 상기 전류 차단 장치는 제1 플레이트(281), 제2 플레이트(271) 및 절연체(276)를 포함한다.
상기 캡(216)은 상기 전류 차단 장치를 통해 상기 전극 조립체(100)의 제1 전극과 전기적으로 연결된다. 상기 전류 차단 장치는, 기결정된 작동 압력 이상에서 상기 캡(216)과 상기 제1 전극의 전기적 연결을 차단하도록 구성된다. 이하에서 상세하게 설명한다.
상기 캡(216)은 상기 전극조립체(100)의 제1 전극의 단자로 기능한다. 상기 캡(216)은 상기 전극 조립체(100)를 향해 개방된 대체적인 원통 형상이며, 상기 전류 차단 장치를 수용할 수 있도록 공간이 형성된다. 상기 캡(216)은 상기 전류 차단 장치의 상부를 덮고 상기 전류 차단 장치의 테두리를 둘러싼다.
상기 캡(216)은 도전성 재료로 구성된다. 예를 들어, 상기 캡(216)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
상기 캡(216)은, 상기 이차 전지(10)의 중심축(C)에서 반경방향 외측으로 연장되는 단자면(217), 상기 단자면(217)에서 더 연장되어 상기 전류 차단 장치의 테두리를 감싸는 캡 둘레(219)를 포함한다. 상기 캡 둘레(219)는 대체적인 U 형상으로 구부러져 상기 전류 차단 장치의 외측 테두리를 감싼다.
여기서 상기 이차 전지(10)의 중심축(C)은 도면에 표시된 z축에 나란하다. 상기 z축은 상기 이차 전지(10)의 길이방향과 나란한 축으로 정의된다. 그리고 상기 반경방향은 도면에 표시된 x-y 평면과 나란하다.
상기 단자면(217)은 상기 케이스(200) 외부로 노출되며, 제1 전극의 단자로 기능한다. 상기 단자면(217) 상에는 기결정된 파단 압력 이상에서 상기 캡(216)이 파단되도록 두께가 얇아지는 부분인 홈(218)이 형성된다. 상기 홈(218)은 기결정된 반경(r1)을 갖는 크기의 원형 링 형상일 수 있다. 그러나 홈(218)의 형상이 원형에 한정되는 것은 아니다.
상기 단자면(217)은 상기 홈(218)에 의해 둘러싸인 부분이 외측으로 볼록하게 형성되어, 상기 단자면(217)과 상기 전류 차단 장치 사이에 빈 공간이 존재한다. 상기 단자면(217)과 상기 전류 차단 장치 사이의 빈 공간은 상기 전류 차단 장치가 작동하는 공간이다.
상기 캡의 단자면(217)은 z축에 대해서 상기 클림핑부(211)보다는 낮거나 같고 상기 전류 차단 장치보다는 높게 위치한다. 길이방향(z축)을 따라 상기 이차 전지(10)의 클림핑부(211)에서 상기 이차 전지의 케이스 바닥면까지 측정한 길이를 제1 높이(h1)라고 지칭하고, 길이방향을 따라 상기 이차 전지(10)의 단자면(217)에서 상기 이차 전지의 케이스 바닥면까지 측정한 길이를 제2 높이(h2)라고 지칭할 때 상기 제1 높이(h1)가 상기 제2 높이(h2)보다 높거나 적어도 같도록 상기 단자면(217)의 돌출 높이가 결정된다.
상기 전류차단장치는, 상기 캡(216)에서 상기 전극 조립체(100)를 향하는 방향으로 차례로 적층되는 절연체(276), 제1 플레이트(281), 제2 플레이트(271)를 포함한다.
상기 제2 플레이트(271)는 하면이 상기 제1 전극 탭(170)과 접촉되는 도전성 판이다. 상기 제2 플레이트(271)는 대체적으로 원형인 본체(272)를 포함한다. 상기 제2 플레이트의 본체(272)에는 기결정된 작동 압력에서 상기 제2 플레이트(271)가 파단되도록 두께가 얇아지는 부분인 홈(274)이 형성된다. 상기 홈(274)은 중심축(C)에 대해서 기결정된 반경(r4)을 갖는 크기의 원형 링 형상일 수 있다.
상기 제2 플레이트의 본체(272)에는 상기 홈(274)의 반경방향 외측에 가스 배출을 위한 복수의 구멍(273)이 형성된다. 그리고 상기 제2 플레이트는 상기 제1 플레이트(281)와 접촉되는 중심부(275)를 포함한다. 상기 제2 플레이트의 중심부(275)는 중심축(C)에 대응되는 부분이며, 저면이 함몰된 형상일 수 있다.
상기 제2 플레이트(271)의 테두리는 상기 캡 둘레(219)의 끝과 이격된다. 여기서 상기 캡 둘레(219)의 끝은 상기 캡(216)이 상기 전극 조립체(100)를 향해 개구된 부분의 테두리를 말한다.
상기 제1 플레이트(281)는 상기 캡(216) 및 상기 제2 플레이트(271)와 각각 접촉되는 도전성 판이다. 상기 제1 플레이트(281)는 대체적으로 원형인 본체(282)를 포함한다. 상기 제1 플레이트(281)는 중심부(285), 즉 중심축(C)에 대응되는 부분이 상기 제2 플레이트(271)의 중심부(275)와 접촉된다. 상기 제1 플레이트(281)에서 상기 중심부(285)의 바깥 부분은 상기 제2 플레이트(271)와 이격된다.
상기 제1 플레이트의 중심부(285)는 상기 제2 플레이트(271)를 향해 돌출되며, 중심축(C)에 대해서 기결정된 반경(r2)의 크기를 갖는 대체적인 원형으로 형성된다. 상기 제1 플레이트의 중심부(285)의 반경(r2)은 상기 제2 플레이트의 중심부(275)의 반경(r4)보다 크다. 그리고 상기 제1 플레이트의 중심부(285)는 상기 제2 플레이트(271)에 형성된 복수의 구멍(273)을 덮을 수 있을 정도로 반경(r2)이 크다.
상기 제1 플레이트의 중심부(285)와 상기 제2 플레이트의 중심부(275)는 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 제1 전극 탭(170)은 용접에 의해 상기 제2 플레이트(271)의 하면에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에서 상기 제1 플레이트(281)와 상기 제2 플레이트(271)는 중심부가 서로 접촉되나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 다른 실시예로서 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 중심축(C)에서 벗어난 부분이 서로 접촉되도록 구성될 수도 있다.
상기 제1 플레이트(281)는 상기 캡(216)을 향해 돌출된 접촉 비드(287)가 형성될 수 있다. 상기 접촉 비드(287)는 중심축(C)에 대해서 기결정된 반경(r3)을 갖는 원형 링 형상일 수 있다. 상기 제1 플레이트(281)의 접촉 비드(287)는 상기 단자면(217)의 내면(또는 하면)에 접촉된다.
상기 접촉 비드(287)의 반경(r3)은 상기 중심부(285)의 반경(r2)보다 크다. 또한 상기 접촉 비드(287)의 반경(r3)은 상기 캡(216)에 형성된 홈(218)의 반경(r1)보다 클 수 있다. 이때 상기 캡에 형성된 홈(218)의 반경(r1)은 상기 접촉 비드(287)의 반경(r3)보다는 작지만 상기 제1 플레이트의 중심부(285)의 반경(r2)보다는 클 수 있다.
상기 접촉 비드(287)는 상기 제1 플레이트(281)와 상기 캡(216)의 전기적 연결을 유지한다. 그리고 상기 접촉 비드(287)는 이차 전지의 내압 상승 등으로 인하여 상기 제1 플레이트(218)가 변형되는 경우 그 충격이 캡 조립체(270)의 테두리로 전달되지 않도록 충격을 유지할 수 있다.
상기 제1 플레이트(281)는 상기 접촉 비드(287)에서 반경방향 외측으로 더 연장되는 제1 플레이트 테두리(289)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 플레이트 테두리(289)는 상기 절연체(276)에 의해 둘러싸일 수 있다. 그리고 상기 절연체(276)가 결합된 제1 플레이트 테두리(289)는 상기 캡 둘레(219)에 의해 둘러싸인다. 즉, 상기 절연체(289)는 상기 제1 플레이트 테두리(289)와 상기 캡 둘레(219) 사이에 구비된다.
상기 절연체(276)는 전체적으로 원형의 링 형상이며, 종단면이 대체적인 U 형상으로 상기 제1 플레이트 테두리(289)를 상부, 하부 및 측부 모두에서 둘러싼다. 상기 절연체(276)는 상기 제1 플레이트 테두리(289)의 저면에서 내측으로 더 연장되어 상기 제1 플레이트 테두리(289)와 상기 제2 플레이트(271)의 테두리 사이에 개재된다.
상기 절연체(276)에 의해 상기 제1 플레이트에서 중심부(285) 바깥에 위치하는 부분은 상기 제2 플레이트(271)와 이격된다. 그리고 상기 절연체(276)에 의해 상기 제1 플레이트(285)는 상기 접촉 비드(287) 이외의 부분이 상기 캡(216)과 이격된 채로 상기 캡 둘레(219)에 고정될 수 있다.
기결정된 작동 압력 이상일 때 상기 제2 플레이트의 홈(274)이 파단될 수 있다. 그리고 기결정된 작동 압력 이상일 대 상기 제1 플레이트의 중심부(285)가 상기 캡(216)을 향해 밀려 올라가면서 제1 플레이트(281)가 변형될 수 있다. 이때 상기 제1 플레이트(281)의 변형에 따른 충격은 상기 접촉 비드(287)에 의해 테두리로 전달되지 않고 유지된다. 이렇게 기결정된 작동 압력에서 상기 전류 차단 장치가 작동하여 상기 제1 전극과 상기 캡(216)의 전기적 연결이 차단된다.
상기 캡(216)은 기결정된 파단 압력에서 홈(218)이 파단되면서 가스를 외부로 배출할 수 있다.
상기 기결정된 파단 압력은 상기 기결정된 작동 압력보다 크다. 상기 기결정된 작동 압력은, 예를 들어 8 kg/㎠ 내지 15 kg/㎠ 범위일 수 있다. 그리고 상기 기결정된 파단 압력은, 예를 들어 20 kg/㎠ 내지 30 kg/㎠ 범위일 수 있다. 그러나 본 발명이 상술한 작동 압력 및 파단 압력의 수치범위에 한정되는 것은 아니다. 상기 작동 압력과 상기 파단 압력은 설계상의 필요에 따라 증감된다.
상기 개스킷(260)은 상기 케이스(200)의 개구와 상기 캡 조립체(270) 사이를 밀봉한다. 상기 개스킷(260)은 상기 캡 조립체(270)의 외주를 둘러싼다. 상기 개스킷(260)은 상기 케이스(200)의 개구에서 비드(210)에 이르는 부분에 의해 둘러싸이고, 클램핑부(211)에 의해 상기 캡 조립체(270) 쪽으로 밀착된다.
상기 개스킷(260)은 절연성 및 탄성이 있는 물질로 구성된다. 예를 들어, 상기 개스킷(260)은 폴리머를 포함한다. 상기 폴리머는, 예를 들어 PBT(Poly Butyl Terephthalate), PP(Poly Propylen)일 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8의 실시예의 분해사시도이고, 도 10은 도 8의 종단면도이다.
도 8의 실시예에 따른 이차 전지(10')는 전극 조립체(100), 복수의 절연판(230, 240), 센터 핀(250), 상기 전극 조립체(100)를 수용하는 케이스(200), 상기 케이스(200)의 개구에 결합되는 캡 조립체(270'), 상기 캡 조립체와 함께 상기 케이스의 개구를 밀봉하는 가스켓(260)을 포함한다.
도 8의 이차 전지(10')는 변형 실시예에 따른 캡 조립체(270')가 적용된 것이며, 도 1의 실시예와 동일한 구성은 동일한 번호를 부여하였고 상세한 설명을 생략한다.
변형 실시예에 따른 캡 조립체(270')는 전극 단자 기능을 하는 캡(226) 및 상기 캡(226)과 상기 전극조립체(100) 사이에 구비되는 전류차단장치(Current interrupt device)를 포함한다. 상기 전류 차단 장치는 제1 플레이트(281), 제2 플레이트(271) 및 절연체(276)를 포함한다. 상기 전류 차단 장치는 도 1의 실시예에서와 구성이 동일하므로 동일한 번호를 부여하였으며, 상세한 설명을 생략한다.
상기 캡(226)은 상기 전류 차단 장치를 통해 상기 전극 조립체(100)의 제1 전극과 전기적으로 연결된다. 상기 전류 차단 장치는, 기결정된 작동 압력 이상에서 상기 캡(226)과 상기 제1 전극의 전기적 연결을 차단하도록 구성되며, 이는 상술하였다.
상기 캡(226)은 상기 전극조립체(100)의 제1 전극의 단자로 기능한다. 상기 캡(226)은 상기 전극 조립체(100)를 향해 개방된 대체적인 원통 형상이며, 상기 전류 차단 장치를 수용할 수 있도록 공간이 형성된다. 상기 캡(226)은 상기 전류 차단 장치의 상부를 덮고 상기 전류 차단 장치의 테두리를 둘러싼다.
상기 캡(226)은 도전성 재료로 구성된다. 예를 들어, 상기 캡(226)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
상기 캡(226)은, 상기 이차 전지(10')의 중심축(C)에서 반경방향 외측으로 연장되는 단자면(227), 상기 단자면(227)에서 더 연장되어 상기 전류 차단 장치의 테두리를 감싸는 캡 둘레(229)를 포함한다. 상기 캡 둘레(229)는 대체적인 U 형상으로 구부러져 상기 전류 차단 장치의 외측 테두리를 감싼다.
상기 단자면(227)은 상기 케이스(200) 외부로 노출되며, 제1 전극의 단자로 기능한다. 상기 단자면(227) 상에는 기결정된 파단 압력에서 상기 캡(226)이 파단되도록 두께가 얇아지는 부분인 홈(228)이 형성된다. 상기 홈(228)은 기결정된 반경(r5)을 갖는 크기의 원형 링 형상일 수 있다.
본 실시예에서 상기 캡의 홈(228)의 반경(r5)은 상기 제1 플레이트(281)의 접촉 비드(287)의 반경(r3)보다 크다. 그리고 상기 캡의 홈(228)의 반경(r5)은 상기 절연체(276)의 상면 내경보다는 작다. 즉, 상기 캡의 홈(228)은 상기 절연체(276)가 위치하는 부분보다는 반경방향 내측에 위치하되 상기 접촉 비드(287)의 반경(r3)보다는 큰 범위 내에서 반경(r5)이 결정될 수 있다.
본 실시예에서 상기 제1 플레이트(281)의 접촉 비드(287)는 상기 캡의 상기 홈(228)에 의해 둘러싸인 부분에 접촉하게 된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 다른 실시예로서 상기 제1 플레이트의 접촉 비드(287)가 상기 캡의 상기 홈(228)의 바깥 부분과 접촉될 수도 있다.
상기 단자면(227)은 상기 홈(228)에 의해 둘러싸인 부분이 평평하다. 즉 상기 캡(226)은 상기 단자면(227)이 돌출되지 않고 캡 둘레(216)와 동일한 높이로 평평하게 형성될 수 있다. 이때 제2 높이(h2)는 더 낮아지게 된다.
이렇게 제2 높이를 결정하는 캡(216, 226)의 높이는 상기 클램핑부(211)의 높이를 초과하지 않는 범위에서 변경될 수 있다.
10, 10' : 이차 전지 100 : 전극 조립체
200 : 케이스 270, 270' : 캡 조립체
C : 중심축

Claims (16)

  1. 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 캡 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하고, 개구에 상기 캡 조립체가 결합되는 케이스;를 포함하고,
    상기 캡 조립체는,
    상기 케이스의 외부로 노출되어 상기 제1 전극의 단자로 기능하는 캡; 및
    상기 캡과 상기 제1 전극 사이에 구비되고, 기결정된 압력 이상에서 상기 캡과 상기 제1 전극 사이의 전기적인 연결을 차단하는 전류 차단 장치;를 포함하고,
    상기 캡은 상기 전류 차단 장치의 테두리를 감싸는 것을 특징으로 하는
    이차 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는, 상기 캡 조립체를 향해 구부러진 클램핑부를 포함하고,
    상기 캡의 높이는 상기 클램핑부의 높이와 동일하거나 더 낮은 것을 특징으로 하는
    이차 전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캡은, 기결정된 압력 이상에서 파단되도록 부분적으로 두께가 얇아지는
    이차 전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 캡은, 노출된 면 상에 링 형상의 홈이 형성되고, 상기 홈이 형성된 부분에서 두께가 얇아지는 것을 특징으로 하는
    이차 전지.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 캡에서 상기 홈에 의해 둘러싸인 부분은, 상기 캡에서 상기 홈의 외측에 있는 부분과 높이가 동일하거나 높고, 상기 클램핑부보다 높이가 낮거나 동일한 것을 특징으로 하는
    이차 전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 차단 장치는,
    상기 캡에 접촉되는 제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트에 접촉되는 제2 플레이트;를 포함하고,
    상기 전극 조립체의 제1 전극은 상기 제2 플레이트를 통해 상기 캡에 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 플레이트는 상기 기결정된 압력 이상에서 상기 제2 플레이트와의 접촉이 해제되는
    이차 전지.
  7. 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 캡 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하고, 개구에 상기 캡 조립체가 결합되는 케이스;를 포함하고,
    상기 캡 조립체는,
    상기 케이스의 외부로 노출되는 캡; 및
    상기 캡에 접촉되고, 기결정된 압력 이상에서 형상이 변형되어 상기 캡과 상기 전극 조립체의 제1 전극 사이의 전기적인 연결을 차단하는 제1 플레이트;를 포함하고,
    상기 캡은 상기 제1 플레이트의 테두리를 감싸는 것을 특징으로 하는
    이차 전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 플레이트는,
    상기 캡을 향해 돌출되고 상기 캡에 접촉되는 비드를 포함하는
    이차 전지.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 캡은,
    돌출부; 및
    상기 돌출부에서 반경방향 외측으로 연장되되 상기 돌출부보다 높이가 낮은 둘레부를 포함하고,
    상기 비드는 상기 둘레부에 접촉되는
    이차 전지.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 케이스는, 상기 캡 조립체를 향해 구부러진 클램핑부를 포함하고,
    상기 캡의 돌출부의 높이는 상기 클램핑부의 높이와 동일하거나 더 낮은
    이차 전지.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 캡은, 상기 돌출부와 상기 둘레부 사이에 형성된 홈을 더 포함하는
    이차 전지.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 캡은, 노출된 면이 평평하고,
    상기 캡의 노출된 면 상에 형성된 홈을 포함하는
    이차 전지.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 캡 조립체는,
    상기 제1 플레이트의 테두리와 상기 캡 사이에 구비되는 절연체를 더 포함하는
    이차 전지.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 캡 조립체는,
    상기 전극 조립체의 제1 전극과 상기 제1 플레이트 사이에 구비되는 제2 플레이트를 더 포함하고,
    상기 제1 플레이트는 부분적으로 상기 제2 플레이트를 향해 돌출되어 상기 제2 플레이트와 접촉하고, 상기 기결정된 압력 이상에서 형상이 변형되어 상기 제2 플레이트와의 접촉이 해제되는
    이차 전지.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 절연체는 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이로 더 연장되어 적어도 상기 제2 플레이트의 테두리가 상기 제1 플레이트와 이격되는
    이차 전지.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 캡은 상기 제2 플레이트와 이격되는
    이차 전지.
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