KR20180044089A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 셀의 과충전 시, 과충전 안전장치의 작동 산포를 제거하여, 품질 산포 없이 셀의 전류를 차단하는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양면에 제1전극과 제2전극이 배치되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트의 단자홀에 설치되어 상기 제1전극과 상기 제2전극에 각각 연결되는 제1전극단자와 제2전극단자, 및 상기 캡 플레이트의 내측에서 상기 제1전극단자와 상기 제2전극단자에 연결되는 제1단락부재와 제2단락부재의 제1자유단부와 제2자유단부가 서로 이격되어 튜브에 수용되는 과충전 안전장치를 포함한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 과충전 상태에서 작동되는 과충전 안전장치를 셀의 내부 공간에 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
예를 들면, 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 및 전극 조립체를 전기적으로 연결하여 캡 플레이트의 외측으로 인출하는 전극단자를 포함한다.
또한, 이차 전지는 과충전 제어를 위하여 과충전 안전장치(overcharge safety device)를 구비한다. 과충전 안전장치는 내부 압력에 따라 이격 또는 단락되는 단락 탭과 단락부재를 포함한다. 단락 탭은 음극에 전기적으로 연결되고, 단락부재는 양극에 전기적으로 연결된다.
셀의 과충전 시, 단락부재가 반전되어 단락 탭에 접촉되므로 전극 조립체에 충전된 전류가 방전된다. 이때, 단락부재의 반전 형상이 일정하지 않을 수 있다. 따라서 단락부재와 단락 탭의 접촉면에서 접촉 면적의 산포가 발생되고, 이로 인하여 접촉면에서 저항 산포가 발생된다. 즉 과충전 안전장치는 이차 전지의 과충전을 효과적으로 제어하지 못하고, 품질 산포를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 셀의 과충전 시, 과충전 안전장치의 작동 산포를 제거하여, 품질 산포 없이 셀의 전류를 차단하는 이차 전지를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 셀의 제조 공정에 영향을 받지 않으며 작동 산포가 없는 과충전 안전장치를 구비하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양면에 제1전극과 제2전극이 배치되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트의 단자홀에 설치되어 상기 제1전극과 상기 제2전극에 각각 연결되는 제1전극단자와 제2전극단자, 및 상기 캡 플레이트의 내측에서 상기 제1전극단자와 상기 제2전극단자에 연결되는 제1단락부재와 제2단락부재의 제1자유단부와 제2자유단부가 서로 이격되어 튜브에 수용되는 과충전 안전장치를 포함한다.
상기 과충전 안전장치는 상기 튜브의 양단에 결합되어 상기 튜브 내측으로 신장되는 상기 제1단락부재와 상기 제2단락부재에서, 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부로부터 설정된 위치의 제1고정부와 제2고정부를 실링하는 홀더를 더 포함할 수 있다.
상기 튜브는 과충전 시, 상기 캡 플레이트와 상기 케이스로 설정되는 내부 공간에서 발생되는 가스에 의한 내압 상승으로 수축되어 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부를 접촉시키는 압축 튜브로 형성될 수 있다.
상기 튜브는 과충전 시, 상기 캡 플레이트와 상기 케이스로 설정되는 내부 공간에서 발생되는 내부 열 상승으로 수축되어 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부를 접촉시키는 열수축 튜브로 형성될 수 있다.
상기 튜브는 과충전 시, 상기 캡 플레이트와 상기 케이스로 설정되는 내부 공간에서 발생되는 가스에 의한 내압 상승 및 내부 열 상승으로 수축되어 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부를 접촉시키는 압축/열수축 튜브로 형성될 수 있다.
상기 제1단락부재와 상기 제2단락부재는 폭과 두께를 가지고 설정된 길이만큼 벋어 형성될 수 있다.
상기 제1단락부재와 상기 제2단락부재는 상기 홀더와 상기 제1전극단자 사이 및 상기 홀더와 상기 제2전극단자 사이에서 비틀어지고, 상기 제1전극단자와 상기 제2전극단자에 제1연결단부와 제2연결단부의 넓은 면적으로 연결될 수 있다.
상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부는 상기 케이스 내부에서 상기 캡 플레이트의 평면에 교차하는 방향으로 서로 대향하여 이격되고, 상기 제1연결단부와 상기 제2연결단부는 상기 케이스 내부에서 상기 캡 플레이트의 폭 방향으로 상기 제1전극단자와 상기 제2전극단자에 면접촉으로 연결될 수 있다.
과충전 시, 작동되어 면 접촉되는 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부의 폭은 상기 홀더에 고정되는 상기 제1고정부와 제2고정부의 고정 폭과 동일할 수 있다.
과충전 시, 작동되어 면 접촉되는 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부의 제1폭(W1)은 상기 홀더에 고정되는 상기 제1고정부와 제2고정부의 제2폭(W2)보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부는 설정된 길이와 상기 제1폭으로 설정되는 면적으로 면 접촉될 수 있다.
상기 제1고정부와 상기 제2고정부는 상기 제2폭으로 상기 홀더에 고정될 수 있다.
상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부는 설정된 길이와 상기 제1폭의 곡면으로 설정되는 면적으로 곡면 접촉될 수 있다.
상기 제1고정부와 상기 제2고정부는 곡면의 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부에 평면으로 연결되고, 상기 제2폭으로 상기 홀더에 고정될 수 있다.
상기 제2전극단자는 내측단으로 상기 제2전극의 무지부 탭에 연결되고 상기 무지부 탭의 상부에서 상기 제2단락부재에 연결되며, 상기 무지부 탭과 상기 제2단락부재 사이에 형성되는 퓨즈를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 서로 이격되는 제1단락부재와 제2단락부재를 수축하는 튜브의 내부에 수용하여 형성되는 과충전 안전장치를 캡 플레이트의 내측에 구비하므로 셀의 과충전 시, 과충전 안전장치의 작동 산포를 제거하고, 품질 산포 없이 셀의 전류를 차단할 수 있다.
일 실시예의 과충전 안전장치는 셀과 별도로 제작되어 캡 플레이트의 내측에서 제1, 제2전극단자에 연결되므로 셀의 제조 공정에 영향을 받지 않으며, 과충전 시, 작동 산포가 없이 셀의 전류를 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 3에 적용된 전극 조립체의 사시도이다.
도 5는 도 4의 전극 조립체에 전극단자 및 과충전 안전장치를 연결한 상태의 사시도이다.
도 6은 도 5에 적용되는 과충전 안전장치의 사시도이다.
도 7은 도 6의 과충전 안전장치를 분해한 사시도이다.
도 8은 도 6의 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 9는 도 8의 과충전 안전장치의 작동 상태를 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 과충전 안전장치의 사시도이다.
도 12는 도 11의 과충전 안전장치를 분해한 사시도이다.
도 13은 도 11의 ⅩⅢ-ⅩⅢ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 과충전 안전장치의 사시도이다.
도 15는 도 14의 과충전 안전장치를 분해한 사시도이다.
도 16은 도 14의 ⅩⅢ-ⅩⅢ 선을 따라 자른 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1실시예의 이차 전지는 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)와 전해액을 내장하는 케이스(30), 케이스(30)의 개구(31)에 결합되어 개구(31)를 밀폐하는 캡 플레이트(40), 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되어 캡 플레이트(40)에 설치되는 제1, 제2전극단자(51, 52), 및 과충전 시, 작동하는 과충전 완전장치(overcharge safety device)(20)를 포함한다.
도시하지 않았으나, 이차 전지는 전기 절연재로 형성되는 탑 인슐레이터를 더 포함할 수 있다. 탑 인슐레이터는 캡 플레이트의 내면과 전극 조립체 사이에 배치되어 캡 플레이트의 내면과 전극 조립체를 전기적으로 절연한다.
케이스(30)는 플레이트 모양의 전극 조립체(10)와 전해액을 수용할 수 있도록 공간을 설정한다. 예를 들면, 케이스(30)는 대략 직육면체로 형성되고, 전극 조립체(10)를 삽입하도록 그 일측에 사각형의 개구(31)를 구비한다. 일례로써, 케이스(30)와 캡 플레이트(40)는 알루미늄으로 형성되어 개구(31)에서 서로 결합되어 용접될 수 있다.
캡 플레이트(40)는 제1, 제2전극단자(51, 52)가 설치되는 단자홀(H1, H2)뿐만 아니라 벤트홀(41)과 전해액 주입구(42)를 더 구비한다. 벤트홀(41)은 전극 조립체(10)의 충전 및 방전 작용에 의하여 이차 전지의 내부에서 발생되는 가스에 의한 내부 압력을 배출할 수 있도록 벤트 플레이트(411)로 밀폐된다. 벤트 플레이트(411)는 절개를 유도하는 노치(412)를 가진다.
전해액 주입구(42)는 케이스(30)에 캡 플레이트(40)를 결합하여 용접한 후, 캡 플레이트(40) 및 케이스(30)의 내부로 전해액을 주입할 수 있게 한다. 전해액 주입 후, 전해액 주입구(42)는 밀봉 마개(421)로 밀봉된다.
도 4는 도 3에 적용된 전극 조립체의 사시도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 전극 조립체(10)는 전기 절연재인 세퍼레이터(13)의 양측에 제1전극(11, 예를 들면, 음극)과 제2전극(12, 예를 들면, 양극)을 배치하여 형성된다.
일례로써, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)은 권취될 수 있다. 도시하지 않았으나, 음극, 세퍼레이터 및 양극은 적층되어, 전극 조립체를 형성할 수도 있다.
음, 양극(11, 12)은 각각 금속박(예를 들면, Cu, Al 포일)의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(111, 121), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부 탭(112, 122)을 포함한다. 무지부 탭(112, 122)은 권취된 전극 조립체(10)의 일단에 배치되고, 전극 조립체(10)의 1회 권취 범위(WD) 내에서 거리(D)를 두고 배치된다.
즉, 음극(11)의 무지부 탭들(112)은 권취되는 전극 조립체(10)의 일단(도 4의 상단)에서 일측(도 4의 좌측)에 배치되고, 양극(12)의 무지부 탭들(122)은 권취되는 전극 조립체(10)의 동일단(도 4의 상단)에서 거리(D)를 두고 다른 측(도 4의 우측)에 배치된다.
무지부 탭들(112, 122)이 전극 조립체(10)의 권취 회당 하나씩 구비되어 충전 및 방전되는 전류를 흐르게 하므로 무지부 탭들(112, 122)의 전체 저항이 감소된다. 따라서 전극 조립체(10)는 무지부 탭들(112, 122)을 통하여 고용량의 전류를 충전 및 방전할 수 있다.
제1실시예에서, 전극 조립체(10)는 2개의 조립체로 형성되어 있다. 도시하지 않았으나, 전극 조립체는 하나 또는 3개 또는 4개로 형성될 수도 있다(미도시). 즉 전극 조립체(10)는 캡 플레이트(40)의 폭 방향(x축 방향)으로 나란하게 배치되는 제1조립체(101)와 제2조립체(102)를 포함한다.
또한, 제1, 제2조립체(101, 102)는 대략 직육면체 형상의 케이스(30)에 수용될 수 있도록 y축 방향 양단에서 반원을 형성하는 플레이트 모양으로 형성될 수 있다.
도 5는 도 4의 전극 조립체에 전극단자 및 과충전 안전장치를 연결한 상태의 사시도이다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 전극 조립체(10), 즉 제1, 제2조립체(101, 102)는 나란히 배치되어 전기적으로 병렬 연결된다.
일례로써, 제1, 제2전극단자(51, 52)는 캡 플레이트(40)의 단자홀(H1, H2)에 각각 인서트 몰딩(insert molding) 방법으로 설치된다. 따라서 제1, 제2전극단자(51, 52)는 몰딩 수지재(61, 62)(도 1, 2, 3, 5 참조)에 의하여 캡 플레이트(40)와 전기적으로 절연되면서 각각의 무지부 탭(112, 122)에 전기적으로 연결된다.
즉 무지부 탭들(112, 122)은 제1, 제2조립체(101, 102)를 제1, 제2전극단자(51, 52)에 연결한다. 일례로써, 무지부 탭들(112, 122)은 복수의 군으로 형성될 수 있다.
무지부 탭들(112, 122)은 캡 플레이트(40)의 폭 방향(x축 방향)에서 제1, 제2전극단자(51, 52)를 사이에 두고, 전극 조립체(10)의 평면(yz 평면)을 연장하는 방향으로 설정된 면적을 형성하여 제1, 제2전극단자(51, 52)의 측면에 접합된다.
이때, 제1, 제2전극단자(51, 52)는 무지부 탭들(112, 122)의 면적에 대응하는 면적을 형성하여, 무지부 탭들(112, 122)과 서로 평면 접합된다. 일례로써, 제1, 제2전극단자(51, 52)는 무지부 탭들(112, 122)의 폭에 대응하는 폭을 가지고 벋어 혀성되며, 무지부 탭들(112, 122)에 초음파 용접될 수 있다.
제1실시예에서 무지부 탭들(112, 122)은 제1탭군(G11, G21)과 제2탭군(G12, G22)을 포함한다. 제1탭군(G11, G21)은 제1조립체(101)의 음, 양극들(11, 12)에 각각 연결되어 제1, 제2전극단자(51, 52)에 연결되고, 제2탭군(G12, G22)은 제2조립체(102)의 음, 양극들(11, 12)에 각각 연결되어 제1, 제2전극단자(51, 52)에 연결된다.
도 6은 도 5에 적용되는 과충전 안전장치의 사시도이다. 도 2, 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하면, 과충전 안전장치(20)는 캡 플레이트(40)의 내측에서 제1, 제2전극단자(51, 52)에 연결되는 제1단락부재(21)와 제2단락부재(22), 및 제1, 제2단락부재(21, 22)의 일단에 형성되는 제1자유단부(211)와 제2자유단부(221)를 이격 상태로 수용하는 튜브(23)를 포함한다.
셀이 정상적으로 작동하는 경우, 제1, 제2자유단부(211), 221)는 튜브(23) 내에서 서로 이격된 상태를 유지한다. 과충전 시, 내압 상승 및 내부 온도 상승에 의하여 튜브(23)가 수축되므로 이격되어 있던 제1, 제2자유단부(211, 221)는 튜브(23)의 내부에서 서로 접촉된다(전기적으로 단락된다).
도 7은 도 6의 과충전 안전장치를 분해한 사시도이고, 도 8은 도 6의 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 과충전 안전장치(20)는 튜브(23)의 양단에 결합되어 튜브(23)의 내측으로 신장되는 제1, 제2단락부재(21, 22)를 고정 및 실링하는 홀더(24, 25)를 더 포함한다.
홀더(24, 25)는 제1, 제2자유단부(211, 221)로부터 설정된 위치에서 제1, 제2단락부재(21, 22)의 제1, 제2고정부(212, 222)를 고정 및 실링한다. 즉, 제1, 제2단락부재(21, 22)에서 홀더(24, 25)에 접하는 부분을 제1, 제2고정부(212, 222)라 한다.
제1, 제2단락부재(21, 22)는 폭(W)과 두께(t)를 가지고 설정된 길이(L)만큼 벋어 형성된다. 두께(t)보다 큰 폭(W)을 가지는 제1, 제2단락부재(21, 22)는 홀더(24)와 제1전극단자(51) 사이 및 홀더(25)와 제2전극단자(52) 사이에서 비틀어지고, 제1, 제2전극단자(51, 52)에 제1, 제2연결단부(213, 223)의 넓은 면적으로 연결된다(예를 들면, 용접으로 연결된다).
제1, 제2자유단부(211, 221)는 케이스(30)의 내부에서 캡 플레이트(40)의 평면에 교차하는 방향(z축 방향)으로 서로 대향하여 갭(G)으로 이격되고, 제1, 제2연결단부(213, 223)는 케이스(30)의 내부에서 캡 플레이트(40)의 폭 방향(x축 방향)으로 제1, 제2전극단자(51, 52)에 면접촉으로 연결된다.
제1, 제2자유단부(211, 221)는 과충전 시, 작동되어 면접촉되는 폭(W)을 가지며, 이 폭(W)은 홀더(24, 25)에 고정되는 제1, 제2고정부(212, 222)의 고정 폭과 동일한 크기를 가진다. 즉 제1, 제2단락부재(21, 22)는 전체적으로 동일한 폭(W)과 두께(t)를 가진다.
도 9는 도 8의 과충전 안전장치의 작동 상태를 도시한 단면도이고, 도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 튜브(23)는 전해액에 손상되지 않는 내화학성 소재로 형성된다. 또한 튜브(23)는 전해액을 내장하지 않고 대기압보다 낮은 저압 또는 진공 상태를 유지하여 제1, 제2단락부재(21, 22)의 원활한 휨 및 접촉 작동을 가능하게 한다.
일례로써, 튜브(23)는 압축 튜브로 형성될 수 있다. 압축 튜브는 과충전 시, 캡 플레이트(40)와 케이스(30)로 설정되는 내부 공간에서 발생되는 가스에 의한 내압 상승(P)으로 수축될 수 있다. 압축 튜브, 즉 튜브(23)의 수축에 따라, 튜브(23)의 내부에서 제1, 제2자유단부(211, 221)가 가압되어 서로 접촉될 수 있다.
이때, 튜브(23)는 내압 상승(P)에 따라 곡면으로 휘어져 들어가면서 평면으로 형성되고 폭(W)을 가지는 제1, 제2자유단부(211, 221)의 상, 하면을 가압하여, 튜브(23)의 중심에서 제1, 제2자유단부(211, 221)의 대향면을 서로 면접촉시킨다.
과충전 시, 제1, 제2자유단부(211, 221)의 접촉에 따라, 제1, 제2단락부재(21, 22)에 연결된 제1, 제2전극단자(51, 52) 및 전극 조립체(10)의 음, 양극(11, 12)이 서로 단락(short circuit)된다. 따라서 전극 조립체(10)에 충전된 전류가 방전된다.
제2전극단자(52)는 무지부 탭(122)과 제2단락부재(22) 사이에 형성되는 퓨즈(F)를 더 포함한다. 제2전극단자(52)는 내측단으로 양극(12)의 무지부 탭(122)에 연결되고, 무지부 탭(122)의 상부에서 제2단락부재(22)에 연결된다. 도시하지 않았으나, 퓨즈는 제1전극단자 또는 제1, 제2전극단자에 설치될 수도 있다.
따라서 과충전 시, 제1, 제2자유단부(211, 221)가 서로 접촉되면서 전극 조립체(10)에 충전된 고용량의 전류가 방전되고, 방전 라인에서 저항 상승 및 고열 발생으로 인하여 퓨즈(F)가 작동된다. 퓨즈(F)의 작동으로 전극 조립체(10)의 양극(12)과 제2전극단자(52)의 전기적인 연결이 차단된다.
과충전 안전장치(20)는 셀의 다른 부분과 별도로 제작되어 셀의 내부에 장착되므로 셀의 제조 공정에 영향을 받지 않으며, 셀의 과충전 시, 작동 산포를 가지지 않게 된다. 따라서 과충전 안전장치(20)는 이차 전지에서 품질 산포 없이 셀의 전류를 안정적으로 차단할 수 있다.
다른 예로써, 튜브(23)는 열수축 튜브로 형성될 수 있다. 열수축 튜브는 과충전 시, 캡 플레이트(40)와 케이스(30)로 설정되는 내부 공간에서 발생되는 내부 열 상승으로 수축될 수 있다. 열수축 튜브, 즉 튜브(23)의 수축에 따라, 튜브(23)의 내부에서 제1, 제2자유단부(211, 221)가 가압되어 서로 접촉될 수 있다.
또 다른 예로써, 튜브(23)는 압축/열수축 튜브로 형성될 수 있다. 압축/열수축 튜브는 과충전 시, 캡 플레이트(40)와 케이스(30)로 설정되는 내부 공간에서 발생되는 가스에 의한 내압 상승 및 내부 열 상승으로 수축될 수 있다. 압축/열수축 튜브, 즉 튜브(23)의 압축/열수축에 따라, 튜브(23)의 내부에서 제1, 제2자유단부(211, 221)가 가압되어 서로 접촉될 수 있다.
이하에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 편의상, 제1실시예 및 기 설명된 실시예들과 비교하여, 동일한 구성을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 과충전 안전장치의 사시도이고, 도 12는 도 11의 과충전 안전장치를 분해한 사시도이며, 도 13은 도 11의 ⅩⅢ-ⅩⅢ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 제2실시예의 이차 전지에 적용되는 과충전 안전장치(70)에서, 제1, 제2단락부재(71, 72)의 제1, 제2자유단부(711, 721)는 과충전 시, 작동되어 면 접촉되는 제1폭(W1)을 가진다.
제1폭(W1)은 홀더(24, 25)에 고정되는 제1, 제2고정부(712, 722)의 제2폭(W2)보다 크게 형성된다. 즉 제1, 제2단락부재(71, 72)는 서로 접촉되는 제1, 제2자유단부(711, 721)를 제1, 제2고정부(712, 722)보다 더 넓은 폭(W1>W2)으로 형성한다.
내압 상승(P)에 따라 튜브(23)가 곡면으로 휘어져 들어가면서 평면으로 형성되고 제1폭(W1)을 가지는 제1, 제2자유단부(711, 721)의 상, 하면을 가압하여, 튜브(23)의 중심에서 제1, 제2자유단부(711, 721)의 대향면을 서로 접촉시킨다. 즉 제1, 제2자유단부(711, 721)는 설정된 길이(L1)와 제1폭(W1)으로 설정되는 면적으로 면 접촉된다.
즉 제1, 제2단락부재(71, 72)의 제1, 제2고정부(712, 722)는 제2폭(W2)으로 홀더(24, 25)에 고정된다. 제2폭(W2)이 제1실시예의 폭(W)과 동일한 경우, 제2실시예의 제1, 제2자유단부(711, 721)는 제1실시예의 제1, 제2자유단부(211, 221)의 접촉 면적보다 큰 접촉 면적을 형성하게 된다.
즉 제1실시예의 제1, 제2자유단부(211, 221)의 접촉 저항에 비하여, 제2실시예의 제1, 제2자유단부(711, 721)의 접촉 저항이 더 낮아질 수 있다. 따라서 전극 조립체(10)에 충전된 고용량의 전류는 제1실시예에서보다 쉽게 방전되고, 퓨즈를 작동시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 이차 전지에 적용되는 과충전 안전장치의 사시도이고, 도 15는 도 14의 과충전 안전장치를 분해한 사시도이며, 도 16은 도 14의 ⅩⅢ-ⅩⅢ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 제3실시예의 이차 전지에 적용되는 과충전 안전장치(80)에서, 제1, 제2단락부재(81, 82)의 제1, 제2자유단부(811, 821)는 과충전 시, 작동되어 곡면 접촉되는 제1폭(W3)을 가진다. 제1, 제2자유단부(811, 821)는 설정된 길이와 제1폭(W3)의 곡면으로 설정되는 면적으로 곡면 접촉된다. 제1, 제2고정부(812, 822)는 곡면 제1, 제2자유단부(811, 821)에 평면으로 연결되고, 제2폭(W4)으로 홀더(24, 25)에 고정된다.
내압 상승(P)에 따라 튜브(23)가 곡면으로 휘어져 들어가면서 곡면으로 형성되는 제1폭(W3)을 가지는 제1, 제2자유단부(811, 821)의 상, 하면을 가압하여, 튜브(23)의 중심에서 제1, 제2자유단부(811, 821)의 대향면을 서로 접촉시킨다.
즉 튜브(23)는 곡면으로 형성되는 제1, 제2자유단부(811, 821)의 외면을 효과적으로 가압(P2)한다. 효과적인 가압(P2)에 따라 제1, 제2자유단부(811, 821)는 설정된 길이(L3)와 제1폭(W3)으로 설정되는 면적으로 면 접촉된다.
즉 제1, 제2단락부재(81, 82)의 제1, 제2고정부(812, 822)는 제2폭(W4)으로 홀더(24, 25)에 고정된다. 제2폭(W4)이 제2실시예의 제2폭(W2)과 동일한 경우, 제3실시예의 제1, 제2자유단부(811, 821)는 제2실시예의 제1, 제2자유단부(711, 721)의 접촉 면적보다 큰 접촉 면적을 형성하게 된다.
즉 제2실시예의 제1, 제2자유단부(711, 721)의 접촉 저항에 비하여, 제3실시예의 제1, 제2자유단부(811, 821)의 접촉 저항이 더 낮아질 수 있다. 따라서 전극 조립체(10)에 충전된 고용량의 전류는 제2실시예에서보다 쉽게 방전되고, 퓨즈를 작동시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 전극 조립체 11: 제1전극(음극)
12: 제2전극(양극) 13: 세퍼레이터
20, 70, 80: 과충전 완전장치 21, 71, 81: 제1단락부재
22, 72, 82: 제2단락부재 23: 튜브
24, 25: 홀더 30: 케이스
31: 개구 40: 캡 플레이트
41: 벤트홀 42: 전해액 주입구
51, 52: 제1, 제2전극단자 61, 62: 몰딩 수지재
101, 102: 제1, 제2조립체 111, 121: 코팅부
112, 122: 무지부 탭 211, 711, 811: 제1자유단부
212, 712, 812: 제1고정부 213, 223: 제1, 제연결단부
221, 721, 821: 제2자유단부 222, 722, 822: 제2고정부
411: 벤트 플레이트 412: 노치
421: 밀봉 마개 D: 거리
F: 퓨즈 G: 갭
G11, G21: 제1탭군 G12, G22: 제2탭군
H1, H2: 단자홀 L, L1, L3: 길이
P: 내압 상승, 가압 t: 두께
W: 폭 W1, W3: 제1폭
W2, W4: 제2폭 WD: 1회 권취 범위

Claims (15)

  1. 세퍼레이터의 양면에 제1전극과 제2전극이 배치되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수용되는 케이스;
    상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트의 단자홀에 설치되어 상기 제1전극과 상기 제2전극에 각각 연결되는 제1전극단자와 제2전극단자; 및
    상기 캡 플레이트의 내측에서 상기 제1전극단자와 상기 제2전극단자에 연결되는 제1단락부재와 제2단락부재의 제1자유단부와 제2자유단부가 서로 이격되어 튜브에 수용되는 과충전 안전장치
    를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과충전 안전장치는
    상기 튜브의 양단에 결합되어 상기 튜브 내측으로 신장되는 상기 제1단락부재와 상기 제2단락부재에서, 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부로부터 설정된 위치의 제1고정부와 제2고정부를 실링하는 홀더
    를 더 포함하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 튜브는
    과충전 시, 상기 캡 플레이트와 상기 케이스로 설정되는 내부 공간에서 발생되는 가스에 의한 내압 상승으로 수축되어 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부를 접촉시키는 압축 튜브로 형성되는 이차 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 튜브는
    과충전 시, 상기 캡 플레이트와 상기 케이스로 설정되는 내부 공간에서 발생되는 내부 열 상승으로 수축되어 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부를 접촉시키는 열수축 튜브로 형성되는 이차 전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 튜브는
    과충전 시, 상기 캡 플레이트와 상기 케이스로 설정되는 내부 공간에서 발생되는 가스에 의한 내압 상승 및 내부 열 상승으로 수축되어 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부를 접촉시키는 압축/열수축 튜브로 형성되는 이차 전지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1단락부재와 상기 제2단락부재는
    폭과 두께를 가지고 설정된 길이만큼 벋어 형성되는 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1단락부재와 상기 제2단락부재는
    상기 홀더와 상기 제1전극단자 사이 및 상기 홀더와 상기 제2전극단자 사이에서 비틀어지고,
    상기 제1전극단자와 상기 제2전극단자에 제1연결단부와 제2연결단부의 넓은 면적으로 연결되는 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부는
    상기 케이스 내부에서 상기 캡 플레이트의 평면에 교차하는 방향으로 서로 대향하여 이격되고,
    상기 제1연결단부와 상기 제2연결단부는
    상기 케이스 내부에서 상기 캡 플레이트의 폭 방향으로 상기 제1전극단자와 상기 제2전극단자에 면접촉으로 연결되는 이차 전지.
  9. 제6항에 있어서,
    과충전 시, 작동되어 면 접촉되는 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부의 폭은
    상기 홀더에 고정되는 상기 제1고정부와 제2고정부의 고정 폭과 동일한 이차 전지.
  10. 제2항에 있어서,
    과충전 시, 작동되어 면 접촉되는 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부의 제1폭(W1)은
    상기 홀더에 고정되는 상기 제1고정부와 제2고정부의 제2폭(W2)보다 크게 형성되는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부는
    설정된 길이와 상기 제1폭으로 설정되는 면적으로 면 접촉되는 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1고정부와 상기 제2고정부는
    상기 제2폭으로 상기 홀더에 고정되는 이차 전지.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부는
    설정된 길이와 상기 제1폭의 곡면으로 설정되는 면적으로 곡면 접촉되는 이차 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1고정부와 상기 제2고정부는
    곡면의 상기 제1자유단부와 상기 제2자유단부에 평면으로 연결되고,
    상기 제2폭으로 상기 홀더에 고정되는 이차 전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극단자는
    내측단으로 상기 제2전극의 무지부 탭에 연결되고 상기 무지부 탭의 상부에서 상기 제2단락부재에 연결되며,
    상기 무지부 탭과 상기 제2단락부재 사이에 형성되는 퓨즈를 더 포함하는 이차 전지.
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