KR101599489B1

KR101599489B1 - 이차전지 및 이차전지용 안전 장치

Info

Publication number: KR101599489B1
Application number: KR1020110139260A
Authority: KR
Inventors: 권대홍; 최승돈; 윤난지; 김창호; 강진아; 양정훈; 강옥균
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: KR20130071821A

Abstract

본 발명은 관통에 의한 단락에 대해 안전한 이차전지를 개시한다. 본 발명에 따른 이차전지는, 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 배터리 셀 및 상기 배터리 셀을 수용하는 외장 케이스를 포함하는 배터리 모듈; 및 상기 외장 케이스 내부에 수용되어 상기 배터리 셀의 외측 면과 마주보는 이차전지용 안전 장치를 포함하며, 상기 안전 장치는, 상기 배터리 셀의 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속 시트; 및 상기 제1 금속 시트와 이격되어 위치하며 상기 배터리 셀의 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 금속 시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 이차전지의 관통에 따른 과전류가 발생되는 경우, 과전류를 이차전지 외부로 흐르도록 함으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.

Description

이차전지 및 이차전지용 안전 장치{Secondary battery and Safety apparatus for the same}

본 발명은 이차전지 및 이차전지용 안전 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 이차전지의 관통 시 단락에 의한 과전류가 이차전지의 외부로 흐르도록 함으로써 이차전지 사용상의 안전성을 높여주는 안전 장치가 적용된 이차전지 및 이차전지용 안전 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전지는 크게 화학전지와 물리전지로 나뉘고, 화학전지는 일차전지 및 이차전지, 그리고 연료전지로 나눌 수 있다. 상기 이차전지로는 니켈/카드뮴(Ni-Ca) 이차전지, 니켈/수소(Ni-Mh) 이차전지, 밀폐납산(SLA) 이차전지, 리튬(Li) 이온 이차전지, 리튬(Li)-중합체 이차전지 및 재사용 알카리(Reusable alkaline) 이차전지 등이 있다.

특히 상기 리튬 이온 이차전지는 사용과정에서 금속 물체에 의한 관통 등으로 인해 단락을 일으키는 경우, 전지 내부에 과전류가 흐르고 온도 및/또는 압력이 상승함에 따라 폭발 및/또는 발화의 위험이 커지게 된다.

일반적으로, 리튬 이온 이차전지에는 비정상적인 작동 상황으로 인해 이차전지 내부의 온도 및/또는 압력이 상승하는 경우를 대비하여 PTC 소자나 안전 밴트와 같은 안전 장치가 설치되어 있다. 그러나, 금속 물체의 관통 등에 의한 배터리 셀 내부에서의 단락이 발생한 경우에 있어서, PTC 소자나 안전밴트와 같은 장치만으로는 이차전지 사용상의 안전성을 충분히 확보하기 어렵다. 이에 따라, 이차전지 사용상의 안전성을 충분히 확보하기 위한 장치 도입에 대한 요구가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 고려하여 창안된 것으로서 이차전지 관통 시 단락에 의한 과전류가 이차전지 외부로 흐르도록 함으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보하는 데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 배터리 셀 및 상기 배터리 셀을 수용하는 외장 케이스를 포함하는 배터리 모듈; 및 상기 외장 케이스 내부에 수용되어 상기 배터리 셀의 외측 면과 마주보는 이차전지용 안전 장치를 포함하며, 상기 안전 장치는, 상기 배터리 셀의 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속 시트; 및 상기 제1 금속 시트와 이격되어 위치하며 상기 배터리 셀의 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 금속 시트를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 안전 장치는, 상기 제1 금속 시트 및 제2 금속 시트를 수용하는 시트 커버를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 시트 커버는, 난연성 물질을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 안전 장치는, 상기 제1 금속 시트 및 제2 금속 시트 사이에 개재는 절연 시트를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 안전 장치는, 상기 절연 시트 내에 충진되는 난연성 물질을 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 난연성 물질은, 할로겐계 난연제, 질소계 난연제 및 무기화합물 난연제 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.

바람직하게, 상기 절연 시트는, 상기 제1 금속 시트 및 제2 금속 시트보다 넓은 면적을 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 안전 장치는, 상기 제1 금속 시트의 일측으로부터 연장되어 상기 시트 커버의 외부로 인출되는 제1 시트 리드; 및 상기 제2 금속 시트의 일측으로부터 연장되어 상기 시트 커버의 외부로 인출되는 제2 시트 리드를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 셀로부터 인출되는 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 더 포함하며, 상기 제1 시트 리드 및 제2 시트 리드는 각각 상기 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드와 결합할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 이차전지는, 상기 배터리 셀로부터 인출되는 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드; 상기 외장 케이스의 일 측면에 설치되는 제1 외부 단자 및 제2 외부 단자; 및 상기 제1 전극 리드와 제1 외부 단자 사이를 연결하는 제1 버스 바 및 상기 제2 전극 리드와 제2 외부 단자 사이를 연결하는 제2 버스 바를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 시트 리드 및 제2 시트 리드는, 상기 외장 케이스의 외측으로 인출되고, 상기 제1 시트 리드는, 상기 제1 버스 바 또는 제1 외부 단자 중 적어도 어느 하나와 결합하며, 상기 제2 시트 리드는 상기 제2 버스 바 또는 제2 외부 단자 중 적어도 어느 하나와 결합할 수 있다.

바람직하게, 상기 안전 장치는, 상기 배터리 셀의 전면 또는 후면 중 적어도 일 면과 마주보도록 위치할 수 있다.

바람직하게, 상기 안전 장치는, 상기 배터리 셀과 대응되는 면적을 가질 수 있다.

바람직하게, 상기 안전 장치는, 상기 배터리 셀의 전면 또는 후면 중 적어도 일 면에 부착될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 배터리 셀 및 상기 안전 장치 사이에 개재되는 결합 부재를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 결합 부재는 접착제 또는 양면 테이프일 수 있다.

바람직하게, 상기 단위 셀은, 서로 이격되어 위치하는 제1 전극 판 및 제2 전극 판; 상기 두 전극 판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 상기 두 전극 판 및 세퍼레이터를 수용하는 외장재; 및 상기 외장재 내부에 충진되는 전해질을 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 배터리 셀 및 상기 배터리 셀을 수용하는 외장 케이스를 포함하는 배터리 모듈; 및 상기 외장 케이스의 외측 면 중 적어도 일 면에 부착되는 안전 장치를 포함하며, 상기 안전 장치는, 상기 배터리 셀의 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속 시트; 및 상기 제1 금속 시트와 이격되어 위치하며 상기 배터리 셀의 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 금속 시트를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 외장 케이스의 전면 또는 후면 중 적어도 일 면에 부착될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 안전 장치는, 상기 제1 금속 시트, 제2 금속 시트를 수용하는 시트 커버를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 셀로부터 인출되는 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드; 상기 외장 케이스의 일측에 설치되는 제1 외부 단자 및 제2 외부 단자; 및 상기 제1 전극 리드와 제1 외부 단자 사이를 연결하는 제1 버스 바 및 상기 제2 전극 리드와 제2 외부 단자 사이를 연결하는 제2 버스 바를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 시트 리드는 상기 제1 버스 바 또는 제1 외부 단자 중 적어도 어느 하나와 결합하며, 상기 제2 시트 리드는 상기 제2 버스 바 또는 제2 외부 단자 중 적어도 어느 하나와 결합할 수 있다.

바람직하게, 상기 단위 셀은, 제1 전극 판 및 제2 전극 판; 상기 두 전극 판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 상기 두 전극 판 및 세퍼레이터를 수용하는 외장재; 및 상기 외장재 내부에 충진되는 전해질을 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 배터리 셀 및 상기 배터리 셀을 수용하는 외장 케이스를 포함하는 복수개의 배터리 모듈이 연결된 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩의 일측 면 또는 타측 면 중 적어도 일 면에 부착되는 안전 장치를 포함하며, 상기 안전 장치는, 상기 배터리 팩의 일측에 위치하는 배터리 모듈의 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속 시트; 및 상기 배터리 팩의 타측에 위치하는 배터리 모듈의 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 금속 시트를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 안전장치는, 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 외측에 설치되는 안전 장치로서, 상기 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속 시트; 및 상기 제1 금속 시트와 이격되어 위치하며 상기 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 금속 시트를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 이차전지의 단락에 따른 과전류가 발생되는 경우, 발생된 과전류를 이차전지 외부로 흐르도록 함으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 안전 장치가 부착된 이차전지의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 안전 장치 및 결합 부재를 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 이차전지의 완성 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 셀과 안전 장치가 결합된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 앞선 실시예들과는 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 7c는 도 7a에 도시된 외장 케이스의 분해 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 안전 장치 및 결합 부재를 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 이차전지의 완성 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 배터리 셀과 안전 장치가 결합된 모습을 나타내는 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 배터리 셀(10), 버스 바(20), 외장 케이스(30) 및 외부 단자(40)를 포함하는 배터리 모듈(50) 및 안전 장치(60)를 포함하며, 선택적으로 결합 부재(70)를 더 포함할 수 있다.

상기 배터리 셀(10)은 적어도 하나의 단위 셀(11A,11B) 및 단위 셀(11A,11B)을 감싸는 셀 커버(12)로 구성되는 단위 모듈(10A,10B,10C,10D)을 적층 함으로써 형성된다.

상기 단위 셀(11A,11B)은 외장재에 수용되는 전극 조립체(미도시) 및 상기 전극 조립체의 제1, 제2 전극판의 무지부와 각각 연결되어 외장재의 일측 및 타측 방향으로 각각 인출되는 제1 전극 리드(13) 및 제2 전극 리드(14)를 포함한다. 상기 외장재 내부에는 전극 조립체와 함께 전해질이 충진된다.

본 발명에서는 상기 제1, 제2 전극판이 각각 양극판 및 음극판인 경우를 예로 들어 설명하기로 하며, 이에 따라 제1, 제2 전극 리드(13,14)는 각각 양극 리드 및 음극 리드(13,14)인 경우로 설명하기로 한다.

상기 양극판은 알루미늄(Al) 재질이고, 음극판은 구리(Cu) 재질로 이루어짐이 일반적이다. 따라서, 상기 전극판과 전극 리드(13,14) 사이의 용접성 및 전기 저항 최소화의 측면에서 상기 양극 리드(13)는 양극판과 동일한 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 음극 리드(14)는 음극판과 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리(Cu) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 단위 셀(11A,11B) 및 단위 모듈(10A~10D)이 복수개인 경우에 있어서, 단위 셀(11A,11B) 상호간의 연결 및 단위 모듈(10A~10D) 상호간의 연결은 배터리의 용도에 따라 직렬 또는 병렬로 연결이 가능하나, 본 발명에서는 직렬 연결인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 즉, 본 발명에서 상기 단위 셀(11A,11B) 상호간의 연결은 하나의 단위 셀(11A)의 양극 리드(13)와 인접한 단위 셀(11B)의 음극 리드(14)가 서로 결합됨으로써 이루어진다. 이 경우, 상기 배터리 셀(10)의 후면 방향(R 방향, 도 1 참조) 최 외측에 위치하는 양극 리드(13)와 전면 방향(F 방향, 도 1 참조) 최 외측에 위치하는 음극 리드(14)는 각각 배터리 셀(10) 자체의 양극 및 음극 리드 역할을 한다.

한편, 본 발명에서는 단위 셀(11A,11B) 두 개가 하나의 단위 모듈(10A~10D)을 이루는 경우만을 도시하고 있으며, 단위 모듈(10A~10D)이 네 개 적층된 경우만을 도시하고 있다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하며 이로써 단위 셀(11A,11B) 및 단위 모듈(10A~10D)의 개수를 한정하는 것은 아니며, 그 개수는 이차전지의 사용 용도 등에 따라 달라질 수 있는 것임은 자명한 것이다.

상기 버스 바(20)는 얇은 판상의 금속으로서 그 일측이 대략 'ㄱ'자 형태로 절곡되어 형성된 리드 결합부(21) 및 타측이 만입되어 형성된 단자 홈(22)을 구비한다. 상기 버스 바(20)는 배터리 셀(10)의 전극 리드(13,14)와 외부 단자(40) 사이를 연결하는 역할을 한다. 상기 리드 결합부(21)는 배터리 셀(10)의 양극 리드(13) 및 음극 리드(14)에 결합된다. 상기 단자 홈(22)은 외부 단자(40)가 삽입되는 공간을 제공한다. 이하, 설명의 편의상 상기 양극 리드(13)와 결합되는 버스 바를 제1 버스 바(20a)로, 음극 리드(14)와 결합되는 버스 바를 제2 버스 바(20b)로 칭하기로 하며, 단자 홈(22)에 삽입되는 외부 단자(40)에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.

접촉 저항의 최소화 및 용접성 향상의 측면에서 상기 제1 버스 바(20a) 및 제2 버스 바(20b)는 각각 양극 리드(13) 및 음극 리드(14)와 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1 버스 바(20a)는 알루미늄 재질이며, 제2 버스 바(20b)는 구리 또는 니켈이 코팅된 구리 재질임이 바람직하다. 하지만, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.

상기 외장 케이스(30)는 배터리 셀(10)을 수용하며, 하부 케이스(31) 및 상부 케이스(32)을 포함한다.

상기 하부 케이스(31)는 제1 개방 홈(31a) 및 한 쌍의 슬릿(31b)을 구비하며, 상향 개방 구조로 형성되어 배터리 셀(10)의 양 측면, 즉 단위 셀(11A,11B)의 전극 리드(13,14)가 인출되는 면의 일부 및 하면을 감싼다.

상기 제1 개방 홈(31a)은 하부 케이스(31) 중 배터리 셀(10)의 전면(F 방향에서 바라본 면, 도 1 참조) 및/또는 후면(R 방향에서 바라본 면, 도 1 참조)과 대응되는 면에 형성된다. 상기 제1 개방 홈(31a)은 배터리 셀(10)의 일부가 외장 케이스(30) 외부로 노출되도록 함으로써 배터리 셀(10)에서 발생하는 열이 잘 방출되도록 한다. 상기 슬릿(31b)은 하부 케이스(31)의 일 측면 중 버스 바(20)의 리드 결합부(21)와 대응되는 위치에 형성되어 배터리 셀(10)이 하부 케이스(31) 내에 삽입될 때 리드 결합부(21)가 수용될 수 있는 공간을 제공한다. 따라서, 상기 배터리 셀(10)과 버스 바(20)는 상호간에 전기적 연결 상태를 유지하면서 하부 케이스(31)의 일 측면을 사이에 두고 외장 케이스(30)의 내측과 외측에 각각 위치하게 된다.

상기 상부 케이스(32)는 제2 개방 홈(32a)을 구비하며, 하향 개방구조로 형성되어 하부 케이스(31)에 삽입된 배터리 셀(10)의 양 측면 및 상면을 감싼다. 상기 상부 케이스(32)는 볼트 결합에 의해 하부 케이스(31)에 결합될 수 있다.

상기 제2 개방 홈(32a)은 상부 케이스(32) 중 배터리 셀(10)의 전면 및/또는 후면과 대응되는 면에 형성된다. 상기 제2 개방 홈(32a)은 제1 개방 홈(31a)과 상호 교합되어 배터리 셀(10)의 일부가 외장 케이스(30) 외부로 노출되도록 하는 개방부(S)를 형성한다. 상기 개방부(S)는 배터리 셀(10)에서 발생하는 열이 외장 케이스(30)의 외부로 잘 방출되도록 한다.

상기 외부 단자(40)는 외장 케이스(30)에 부착되는 부품으로서, 하부 케이스(31)의 일 측면으로부터 외장 케이스(30)의 외측 방향으로 돌출되어 형성된다. 상기 외부 단자(40)는 버스 바(20)의 단자 홈(22)과 대응되는 크기 및 형상을 가짐으로써 배터리 셀(10)이 하부 케이스(31)에 수용될 때 단자 홈(22) 내에 삽입된다. 상기 외부 단자(40)는 외부 기기(미도시)와 배터리 셀(10) 사이를 전기적으로 연결해주는 역할을 한다. 여기서, 상기 외부기기는 인접하는 배터리 셀을 포함한다.

이하, 설명의 편의상 상기 제1 버스 바(20a)와 결합되는 외부 단자를 제1 외부 단자(40a)로, 제2 버스 바(20b)와 결합되는 외부 단자를 제2 외부 단자(40b)로 칭하기로 한다.

접촉 저항의 최소화 및 용접성 향상의 측면에서, 상기 제1 외부 단자(40a) 및 제2 외부 단자(40b)는 각각 제1 버스 바(20a) 및 제2 버스 바(20b)와 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1 외부 단자(40a)는 알루미늄 재질이며, 제2 외부 단자(40b)는 구리 또는 니켈이 코팅된 구리 재질임이 바람직하다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 이차전지용 안전 장치(60)는 배터리 셀(10)과 함께 외장 케이스(30) 내부에 수용되어 배터리 셀(10)의 외측면과 마주보며, 제1 금속 시트(61), 제2 금속 시트(62), 절연 시트(63) 및 시트 커버(64)를 포함한다. 상기 안전 장치(60)는 이차전지(1)가 금속 물체에 의해 관통되는 등의 경우에 있어서, 단락에 의해 발생되는 과전류를 배터리 셀(10)의 외부로 흐르도록 함으로써 이차전지(1)가 발화 및/또는 폭발하는 것을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 상기 배터리 셀(10)의 효과적인 보호를 위해서는 안전 장치(60)가 배터리 셀(10)의 전면 또는 후면 중 적어도 일 면과 마주보도록 위치하며, 상기 전면 및 후면과 대응되는 면적으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 안전 장치(60)는 서로 대향하는 면이 밀착되도록 배터리 셀(10)의 전면 또는 후면 중 적어도 일 면에 부착되는 것이 바람직하다.

상기 제1 금속 시트(61) 및 제2 금속 시트(62)는 시트 커버(64) 내에서 서로 이격되어 마주 보도록 위치한다. 상기 제1 금속 시트(61) 및 제2 금속 시트(62)는 각각의 일측으로부터 연장되어 형성되며 금속 시트(61,62)와 동일한 재질로 이루어진 제1 시트 리드(61a) 및 제2 시트 리드(62a)를 구비한다. 상기 제1 시트 리드(61a)는 양극 리드(13)와 결합함으로써 배터리 셀(10)의 양극과 전기적으로 연결되며, 제2 시트 리드(62a)는 음극 리드(14)와 결합함으로써 배터리 셀(10)의 음극과 전기적으로 연결된다. 따라서, 도전성을 갖는 못 등의 물체에 의해 상기 안전 장치(60)가 관통되는 경우, 상기 금속 시트(61,62) 사이가 전기적으로 연결됨으로써 대부분의 전류는 금속 시트(61,62)를 통해서 흐르게 된다. 이는 상기 배터리 셀(10)의 내부보다 금속 시트(61,62)의 전기 저항 값이 현저히 작기 때문이다.

접촉 저항의 최소화 및 용접성 향상의 측면에서, 상기 제1 시트 리드(61a) 및 제2 시트 리드(62a)는 각각 양극 리드(13) 및 음극 리드(14)와 동일한 재질로 이루어짐이 바람직하다. 즉, 상기 제1 시트 리드(61a)는 알루미늄 재질로 이루어짐이 바람직하며, 제2 시트 리드(62a)는 구리 또는 니켈이 코팅된 구리 재질로 이루어짐이 바람직하다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 금속 시트(61,62) 사이에는 절연 시트(63)가 개재되어 금속 시트(61,62)가 서로 접촉하는 것을 방지함으로써 이차전지의 정상적인 사용 상태에서는 금속 시트(61,62) 사이가 절연 상태를 유지하도록 한다. 상기 절연 시트(63)는 금속 시트(61,62)보다 더 넓은 면적으로 형성되는 것이 금속 시트(61,62) 간의 접촉 방지를 위해 바람직하다.

상기 시트 커버(64)는 금속 시트(61,62) 및 절연 시트(63)를 수용하며, 시트 리드(61a,62a)가 외부로 인출된 상태에서 밀봉된다. 상기 시트 커버(64)는 안전 장치(60)에 과전류가 흐르는 경우에 있어서 발화를 방지하기 위해 난연성 물질을 포함하는 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 이와 함께 또는 선택적으로 시트 커버(64) 내부에 난연성 물질(미도시)이 충진되는 경우 역시 가능하다. 상기 난연성 물질로는 할로겐계 난연제, 질소계 난연제 및 무기화합물 난연제 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 안전 장치(60)가 배터리 셀(10)의 전면에 부착된 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 안전 장치(60)를 배터리 셀(10)의 서로 마주보는 전면 및 후면에 모두 부착하는 것도 가능하며, 이 경우 배터리 셀(10)을 더욱 효과적으로 보호할 수 있다.

상기 결합 부재(70)는 안전 장치(60)와 배터리 셀(10) 사이에 개재되어 안전 장치(60)가 배터리 셀(10)의 외면에 부착되도록 한다. 상기 결합 부재(70)는 양면 테이프 또는 시트 커버(64)에 미리 도포되어 있는 접착제일 수 있다. 다만, 본 발명에서 상기 결합 부재(70)의 종류를 한정하는 것은 아니므로, 안전 장치(60)와 배터리 셀(10) 사이를 고정시킬 수 있는 것이라면 본 발명의 범위에 해당함은 자명한 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 안전 장치(60)가 단위 셀(11A,11B) 내에 수용되는 전해질로부터 격리된 구조를 가짐으로써 단락 발생시 안전성이 향상되는 효과를 가져온다. 뿐만 아니라, 상기 이차전지(1)는 단위 셀(10A~10D)마다 안전 장치(60)를 설치할 필요 없이 배터리 셀(10)의 외면에 필요한 개수의 안전 장치(60)를 부착하는 것만으로도 과전류로부터 충분한 보호가 가능하므로 생산성 향상의 효과 역시 가져온다.

다음은, 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(1a)를 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.

상기 이차전지(1a)는 앞선 실시예에 따른 이차전지(1)와 비교하여 안전 장치(60)와 배터리 모듈(50) 사이의 전기적 연결을 위한 결합 구조만이 다르며, 다른 구성요소들은 동일하다. 따라서, 상기 이차전지(1a)를 설명함에 있어서 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 하며, 안전 장치(60)와 배터리 모듈(50) 사이의 전기적 연결을 위한 결합 구조를 중점적으로 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 상기 안전 장치(60)의 제1 시트 리드(61a) 및 제2 시트 리드(62a)는 각각 개방부(S)를 통해 외장 케이스(30)의 외부로 인출되며, 제1 버스 바(20a) 및 제2 버스 바(20b)에 결합된다. 접촉 저항의 최소화 및 용접성 향상의 측면에서, 상기 시트 리드(61a,62a)와 버스 바(20a,20b)는 서로 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 이차전지(1a)는 배터리 셀(10)에 안전 장치(60)를 부착한 후, 시트 리드(61a,62a)를 버스 바(20a,20b)에 결합함으로써 완성된다. 즉, 상기 이차전지(1a)는 외장 케이스(30)의 조립이 완료된 이후에 안전 장치(60)를 설치하는 것이 가능한 구조를 가지므로 생산성 향상의 효과를 기대할 수 있다. 이 경우, 상기 개방부(S)는 안전 장치(60)와 동일하거나 더 넓은 면적을 가져야 함은 물론이다.

다음은, 도 6을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(1b)를 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.

상기 이차전지(1b)는 앞선 실시예에 따른 이차전지(1a)와 비교하여 안전 장치(60)와 배터리 모듈(50) 사이의 전기적 연결을 위한 결합 구조만이 다르며, 다른 구성요소들은 동일하다. 따라서, 상기 이차전지(1b)를 설명함에 있어서 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 하며, 안전 장치(60)와 배터리 모듈(50) 사이의 전기적 연결을 위한 결합 구조를 중점적으로 설명하기로 한다.

도 6을 참조하면, 상기 안전 장치(60)의 제1 시트 리드(61a) 및 제2 시트 리드(62a)는 각각 개방부(S)를 통해 외장 케이스(30)의 외부로 인출되며, 제1 외부 단자(40a) 및 제2 외부 단자(40b)에 결합된다. 접촉 저항의 최소화 및 결합력 향상의 측면에서, 상기 시트 리드(61a,62a)와 외부 단자(40a,40b)는 서로 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 도 5 및 도 6에서는 상기 시트 리드(61a,62a)가 버스 바(20a,20b) 또는 외부 단자(40a,40b) 중 어느 하나의 부품과 연결된 경우만을 도시하고 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 시트 리드(61a,62a)는 각각 버스 바(20a,20b) 중 어느 하나 및 외부 단자(40a,40b) 중 어느 하나와 연결되는 경우도 가능함은 자명한 것이다.

다음은, 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 본 발명의 앞선 실시예들과는 또 다른 실시예에 따른 이차전지(1c)를 설명하기로 한다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 사시도이고, 도 7c는 도 7a 및 도 7b에 도시된 외장 케이스의 분해 사시도이다.

상기 이차전지(1c)는 앞선 실시예에 따른 이차전지(1b,1c)와 비교하여 외장 케이스(30)의 일부 형상 및 안전 장치(60)의 부착 위치만이 다르며, 다른 구성요소들은 동일하다. 따라서, 상기 이차전지(1c)를 설명함에 있어서, 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 하며 외장 케이스(30)의 형상 및 이에 따른 안전 장치(60)의 부착 위치에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.

도 7a 내지 7c를 참조하면, 상기 이차전지(1c)의 외장 케이스(30)는 하부 케이스(31) 및 상부 케이스(32)에 각각 개방 홈(31a,32a)이 형성되어 있지 않으며, 이에 따라 안전 장치(60)가 통과할 수 있는 개방부(S)가 형성되어 있지 않다. 따라서, 상기 이차전지(1c)에 있어서, 안전 장치(60)는 외장 케이스(30)의 외면에 직접 부착된다. 상기 배터리 셀(10)의 효과적인 보호의 측면에서, 안전 장치(60) 외장 케이스(30)의 전면(F 방향, 도 1 참조) 및/또는 후면(R 방향, 도 1 참조)에 부착되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 안전 장치(60)는 앞선 실시예에서와 마찬가지로 배터리 셀(10)과 대응되는 면적을 갖는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 도 7a 내지 7c에서는 상기 외장 케이스(30)의 전면 및 후면에 개방부(S)가 형성되지 않은 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 이차전지(1c)가 외장 케이스(30)의 전면 및/또는 후면에 안전 장치(60)보다 작은 면적의 개방부(S)를 갖는 경우도 가능함은 자명한 것이다.

상기 이차전지(1c)는 외장 케이스(30)의 조립 후에 안전 장치(60)를 설치할 수 있는 구조이므로 앞선 실시예에 따른 이차전지(1a,1b)와 같이 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 외부의 물리적인 충격으로부터 배터리 셀(10)을 좀 더 효과적으로 보호할 수 있다는 부수적 효과도 기대할 수 있다.

상기 이차전지(1a,1b,1c)를 설명함에 있어서, 본 발명의 도면에서는 상기 안전 장치(60)가 하나의 배터리 모듈(50)에 적용된 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 안전 장치(60)와 배터리 셀(10) 사이의 전기적 연결이 외장 케이스(30)의 외측에서 이루어지는 경우에는 안전 장치(60)를 복수개의 배터리 모듈(50)이 전기적으로 연결된 배터리 팩에 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 배터리 팩을 구성하는 각각의 배터리 모듈(50)마다 안전 장치(60)를 설치할 필요 없이 배터리 팩의 일측 면 및/또는 타측 면에 안전 장치(60)를 부착함으로써 이차전지의 안전성을 확보하는 것이 가능하다. 이 경우, 상기 안전 장치(60)의 제1 금속 시트(61)는 배터리 팩의 일측 방향 최 외측에 위치하는 배터리 모듈(50)의 제1 전극과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 안전 장치(60)의 제2 금속 시트(62)는 배터리 팩의 타측 방향 최 외측에 위치하는 배터리 모듈(50)의 제2 전극과 전기적으로 연결된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1,1a,1b,1c: 이차전지 10: 배터리 셀
10A,10B,10C,10D: 단위 셀 13: 제1 전극 리드
14: 제2 전극 리드 20: 버스 바
20a: 제1 버스 바 20b: 제2 버스 바
21: 리드 결합부 22: 단자 홈
30: 케이스 31: 하부 케이스
31a: 제1 개방 홈 31b: 슬릿
32: 하부 케이스 32a: 제2 개방 홈
S: 개방부 40: 외부 단자
40a: 제1 외부 단자 40b: 제2 외부 단자
50: 배터리 모듈 60: 안전 장치
61: 제1 금속 시트 61a: 제1 시트 리드
62: 제2 금속 시트 62a: 제2 시트 리드
63: 절연 시트 64: 시트 커버
70: 결합 부재

Claims

적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 배터리 셀 및 상기 배터리 셀을 수용하는 외장 케이스를 포함하는 배터리 모듈; 및
상기 외장 케이스 내부에 수용되어 상기 배터리 셀의 외측 면과 마주보는 이차전지용 안전 장치를 포함하며,
상기 안전 장치는,
상기 배터리 셀의 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속 시트;
상기 제1 금속 시트와 이격되어 위치하며 상기 배터리 셀의 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 금속 시트; 및
상기 제1 금속 시트 및 제2 금속 시트를 수용하는 시트 커버를 포함하고,
상기 단위 셀은,
서로 이격되어 위치하는 제1 전극 판 및 제2 전극 판;
상기 두 전극 판 사이에 개재되는 세퍼레이터;
상기 두 전극 판 및 세퍼레이터를 수용하는 외장재; 및
상기 외장재 내부에 충진되는 전해질을 포함하며,
상기 제1 금속 시트 및 제2 금속 시트는, 상기 시트 커버 및 외장재에 의해 상기 전해질로부터 격리되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
삭제
제1항에 있어서,
상기 시트 커버는,
난연성 물질을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 안전 장치는,
상기 제1 금속 시트 및 제2 금속 시트 사이에 개재는 절연 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제4항에 있어서,
상기 안전 장치는,
상기 절연 시트 내에 충진되는 난연성 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 난연성 물질은,
할로겐계 난연제, 질소계 난연제 및 무기화합물 난연제 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제4항에 있어서,
상기 절연 시트는,
상기 제1 금속 시트 및 제2 금속 시트보다 넓은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 안전 장치는,
상기 제1 금속 시트의 일측으로부터 연장되어 상기 시트 커버의 외부로 인출되는 제1 시트 리드; 및
상기 제2 금속 시트의 일측으로부터 연장되어 상기 시트 커버의 외부로 인출되는 제2 시트 리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제8항에 있어서,
상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 셀로부터 인출되는 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 더 포함하며,
상기 제1 시트 리드 및 제2 시트 리드는 각각 상기 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드와 결합하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제8항에 있어서,
상기 배터리 모듈은,
상기 배터리 셀로부터 인출되는 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드;
상기 외장 케이스의 일 측면에 설치되는 제1 외부 단자 및 제2 외부 단자; 및
상기 제1 전극 리드와 제1 외부 단자 사이를 연결하는 제1 버스 바 및 상기 제2 전극 리드와 제2 외부 단자 사이를 연결하는 제2 버스 바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제10항에 있어서,
상기 제1 시트 리드 및 제2 시트 리드는, 상기 외장 케이스의 외측으로 인출되고,
상기 제1 시트 리드는, 상기 제1 버스 바 또는 제1 외부 단자 중 적어도 어느 하나와 결합하며,
상기 제2 시트 리드는 상기 제2 버스 바 또는 제2 외부 단자 중 적어도 어느 하나와 결합하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 안전 장치는,
상기 배터리 셀의 전면 또는 후면 중 적어도 일 면과 마주보도록 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제12항에 있어서,
상기 안전 장치는,
상기 배터리 셀과 대응되는 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 안전 장치는,
상기 배터리 셀의 전면 또는 후면 중 적어도 일 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제14항에 있어서,
상기 배터리 셀 및 상기 안전 장치 사이에 개재되는 결합 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제15항에 있어서,
상기 결합 부재는 접착제 또는 양면 테이프인 것을 특징으로 하는 이차전지.
삭제
적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 배터리 셀 및 상기 배터리 셀을 수용하는 외장 케이스를 포함하는 배터리 모듈; 및
상기 외장 케이스의 외측 면 중 적어도 일 면에 부착되는 안전 장치를 포함하며,
상기 안전 장치는,
상기 배터리 셀의 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속 시트;
상기 제1 금속 시트와 이격되어 위치하며 상기 배터리 셀의 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 금속 시트; 및
상기 제1 금속 시트 및 제2 금속 시트를 수용하는 시트 커버를 포함하고,
상기 단위 셀은,
서로 이격되어 위치하는 제1 전극 판 및 제2 전극 판;
상기 두 전극 판 사이에 개재되는 세퍼레이터;
상기 두 전극 판 및 세퍼레이터를 수용하는 외장재; 및
상기 외장재 내부에 충진되는 전해질을 포함하며,
상기 제1 금속 시트 및 제2 금속 시트는, 상기 시트 커버, 상기 외장재 및 상기 외장 케이스에 의해 상기 전해질로부터 격리되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제18항에 있어서,
상기 안전 장치는,
상기 외장 케이스의 전면 또는 후면 중 적어도 일 면에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제19항에 있어서,
상기 안전 장치는,
상기 배터리 셀과 대응되는 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
삭제
제18항에 있어서,
상기 안전 장치는,
상기 제1 금속 시트의 일측으로부터 연장되어 상기 시트 커버의 외부로 인출되는 제1 시트 리드; 및
상기 제2 금속 시트의 일측으로부터 연장되어 상기 시트 커버의 외부로 인출되는 제2 시트 리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제22항에 있어서,
상기 배터리 모듈은,
상기 배터리 셀로부터 인출되는 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드;
상기 외장 케이스의 일측에 설치되는 제1 외부 단자 및 제2 외부 단자; 및
상기 제1 전극 리드와 제1 외부 단자 사이를 연결하는 제1 버스 바 및 상기 제2 전극 리드와 제2 외부 단자 사이를 연결하는 제2 버스 바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제23항에 있어서,
상기 제1 시트 리드는 상기 제1 버스 바 또는 제1 외부 단자 중 적어도 어느 하나와 결합하며,
상기 제2 시트 리드는 상기 제2 버스 바 또는 제2 외부 단자 중 적어도 어느 하나와 결합하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제18항에 있어서,
상기 단위 셀은,
제1 전극 판 및 제2 전극 판;
상기 두 전극 판 사이에 개재되는 세퍼레이터;
상기 두 전극 판 및 세퍼레이터를 수용하는 외장재; 및
상기 외장재 내부에 충진되는 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 배터리 셀 및 상기 배터리 셀을 수용하는 외장 케이스를 포함하는 복수개의 배터리 모듈이 연결된 배터리 팩; 및
상기 배터리 팩의 일측 면 또는 타측 면 중 적어도 일 면에 부착되는 안전 장치를 포함하며,
상기 안전 장치는,
상기 배터리 팩의 일측에 위치하는 배터리 모듈의 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속 시트;
상기 배터리 팩의 타측에 위치하는 배터리 모듈의 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 금속 시트; 및
상기 제1 금속 시트 및 제2 금속 시트를 수용하는 시트 커버를 포함하고,
상기 단위 셀은,
서로 이격되어 위치하는 제1 전극 판 및 제2 전극 판;
상기 두 전극 판 사이에 개재되는 세퍼레이터;
상기 두 전극 판 및 세퍼레이터를 수용하는 외장재; 및
상기 외장재 내부에 충진되는 전해질을 포함하며,
상기 제1 금속 시트 및 제2 금속 시트는, 상기 시트 커버, 상기 외장재 및 상기 외장 케이스에 의해 상기 전해질로부터 격리되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
삭제