(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の正極リードまたは負極リードの少なくともいずれか一つの部品に適用される電極リードであって、
間隙を介在して離隔し、対向する端部の表面を除いた残りの表面にコーティング層が形成された第１金属プレート及び第２金属プレート；並びに
前記第１金属プレート及び第２金属プレートより融点の低い物質からなり、前記端部が露出しないように前記間隙に埋め立てられる金属ブリッジを含み、
前記コーティング層が、ニッケル（Ｎｉ）からなり、
前記金属ブリッジが、１５０〜３００℃の融点を有し、
前記間隙が、２５〜４５μｍであることを特徴とする電極リード。
【請求項２】
前記端部の表面が、前記間隙の内側に位置する第１表面を含むことを特徴とする請求項１に記載の電極リード。
【請求項３】
前記端部の表面が、前記第１表面から延長した面であって、前記間隙の外側に位置する第２表面を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の電極リード。
【請求項４】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートが、同一平面上に並んで位置することを特徴とする請求項１に記載の電極リード。
【請求項５】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートが、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）からなることを特徴とする請求項１に記載の電極リード。
【請求項６】
前記金属ブリッジが、スズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）とを含む無鉛合金であることを特徴とする請求項１に記載の電極リード。
【請求項７】
前記スズの含量が８０〜９８ｗｔ％であり、前記銅の含量は２〜２０ｗｔ％であることを特徴とする請求項６に記載の電極リード。
【請求項８】
前記金属ブリッジが、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び銀（Ａｇ）のうち選択された少なくとも一つ以上の追加金属を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の電極リード。
【請求項９】
前記追加金属の含量が、０.０１〜１０ｗｔ％であることを特徴とする請求項８に記載の追加金属電極リード。
【請求項１０】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートが銅からなり、
前記電極リードは前記負極リードであることを特徴とする請求項１に記載の電極リード。
【請求項１１】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートのそれぞれ対向する面が、互いに逆方向に傾くテーパー形態を有することを特徴とする請求項１に記載の電極リード。
【請求項１２】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートのそれぞれ対向する面が、金属ブリッジに向かって凸る突出形態を有することを特徴とする請求項１に記載の電極リード。
【請求項１３】
正極タブ及び負極タブを備える電極組立体；並びに
前記正極タブ及び負極タブとそれぞれ結合する正極リード及び負極リードを含む二次電池において、
前記正極リード及び負極リードの少なくともいずれか一つとして、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の電極リードが適用されることを特徴とする二次電池。
【請求項１４】
前記第１金属プレート及び第２金属プレートが銅からなることを特徴とする請求項１３に記載の二次電池。
【請求項１５】
前記電極リードが、前記負極リードであることを特徴とする請求項１３に記載の二次電池。
【請求項１６】
前記正極リード及び負極リードが外部に引き出されるように前記電極組立体を収容するケースを更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の二次電池。
【請求項１７】
前記電極リードに取り付けられる絶縁テープを更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の二次電池。
【請求項１８】
前記ケース内に充填される電解質を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の二次電池。
【請求項１９】
二次電池モジュールのバスバー、複数の二次電池モジュールの間を連結するコネクティングバー、及び複数の二次電池パックの間を連結するコネクティングバーのうち少なくともいずれか一つに適用される二次電池用部品であって、
間隙を介在して離隔し、対向する端部の表面を除いた残りの表面にコーティング層が形成された第１金属プレート及び第２金属プレート；並びに
前記第１金属プレート及び第２金属プレートより融点の低い物質からなり、前記端部が露出しないように前記間隙に埋め立てられる金属ブリッジを含み、
前記コーティング層が、ニッケル（Ｎｉ）からなり、
前記金属ブリッジが、１５０〜３００℃の融点を有し、
前記間隙が、２５〜４５μｍであることを特徴とする二次電池用部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池技術に関し、二次電池の安全性を向上できる電極リード及び前記電極リードを用いて製造した二次電池に関する。
【０００２】
本出願は、２０１２年０５月０８日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−００４８６６１号、及び２０１３年０４月３０日出願の韓国特許出願第１０−２０１３−００４８０３９号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
ビデオカメラ、携帯電話、ノートパソコンなどの携帯用電気製品の使用が活発になるにつれて、その駆動電源として主に使用される二次電池に対する需要が増加している。
【０００４】
通常充電が不可能な一次電池と違って、充放電が可能な二次電池はデジタルカメラ、携帯電話、ノートパソコン、パワーツール、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車、大容量電力貯蔵装置などの先端分野の開発とともに、活発な研究が行われている。
【０００５】
特に、リチウム二次電池は、従来の鉛蓄電池、ニッケル‐カドミウム電池、ニッケル‐水素電池、ニッケル‐亜鉛電池など、他の二次電池に比べて単位重量当たりエネルギー密度が高く、急速充電が可能であるため、その使用が急増している。
【０００６】
リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上であり、携帯電子機器の電源として使用されるか、もしくは、複数の電池を直列または並列で連結して高出力を要する電気自動車、ハイブリッド自動車、パワーツール、電気自転車、電力貯蔵装置、及びＵＰＳなどに使用される。
【０００７】
リチウム二次電池は、ニッケル‐カドミウム電池またはニッケル‐水素電池に比べて作動電圧が３倍も高く、単位重量当たりエネルギー密度の特性も良好であるため、その使用が急増している。
【０００８】
リチウム二次電池は、電解質の種類によって、液体電解質を用いるリチウムイオン電池と、高分子固体電解質を用いるリチウムイオンポリマー電池とに区分することができる。そして、リチウムイオンポリマー電池は、高分子固体電解質の種類によって、電解液を全く含まない完全固体型リチウムイオンポリマー電池と、電解液を含有しているゲル型高分子電解質を用いるリチウムイオンポリマー電池とに区分することができる。
【０００９】
液体電解質を使用するリチウムイオン電池の場合、殆ど、円筒型や角形の金属缶を容器にして溶接密封した形態で使用される。このように金属缶を容器として使用する缶型二次電池は、形態が固定されるため、それを電源として使用する電気製品のデザインを制約するという短所があり、体積を減らし難い。そこで、電極組立体と電解質をフィルムから製造したパウチ包装材に入れて、密封して使用するパウチ型二次電池が開発され使用されている。
【００１０】
ところが、リチウム二次電池は、過熱する場合、爆発の恐れがあるため、安全性を確保することが重要な課題の一つである。リチウム二次電池の過熱は、様々な原因から発生するが、その一例として、リチウム二次電池を通じて限界以上の過電流が流れる場合が挙げられる。過電流が流れれば、リチウム二次電池がジュール熱によって発熱するため、電池の内部温度が急上昇する。また、温度の急上昇は、電解液の分解反応を引き起こして熱暴走現象（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎｎｉｎｇ）を起こすことで、結局は電池の爆発まで起こすようになる。過電流は、尖った金属物体がリチウム二次電池を貫通するか、正極と負極との間に介在した分離膜の収縮によって正極と負極との間の絶縁が破壊されるか、または、外部に連結された充電回路や負荷の異常によって突入電流（ｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）が電池に印加されるなどの場合に発生する。
【００１１】
従って、リチウム二次電池は、過電流発生のような異常状況から電池を保護するために、保護回路と結合されて使用され、前記保護回路には、過電流が発生したとき、充電または放電電流が流れる線路を非可逆的に断線させるヒューズ素子が含まれることが一般的である。
【００１２】
図１は、リチウム二次電池を含むバッテリーモジュールと結合される保護回路の構成のうち、ヒューズ素子の配置構造と動作メカニズムを説明するための回路図である。
【００１３】
図示されたように、保護回路は、過電流の発生時にバッテリーモジュールを保護するためのヒューズ素子１、過電流をセンシングするためのセンシング抵抗２、過電流の発生をモニタリングして過電流の発生時にヒューズ素子１を動作させるマイクロコントローラ３、及び前記ヒューズ素子１への動作電流の流入をスイッチングするスイッチ４を含む。
【００１４】
ヒューズ素子１は、バッテリーモジュールの最外側端子に連結された主線路に設置される。主線路とは、充電電流または放電電流が流れる配線を意味する。図面では、ヒューズ素子１が高電位線路Ｐａｃｋ＋に設けられている。
【００１５】
ヒューズ素子１は三端子素子の部品であって、２個の端子は充電または放電電流が流れる主線路に、１個の端子はスイッチ４に接続される。そして、内部には、主線路と直列連結され、特定の温度で溶断するヒューズ１ａ、及び前記ヒューズ１ａに熱を伝導する抵抗１ｂが含まれている。
【００１６】
前記マイクロコントローラ３は、センシング抵抗２の両端の電圧を周期的に検出して過電流の発生如何をモニタリングし、過電流が発生したと判断すれば、スイッチ４をターンオンさせる。これによって、主線路に流れる電流がヒューズ素子１側にバイパスされて抵抗１ｂに印加される。これにより、抵抗１ｂで発生したジュール熱がヒューズ１ａに伝導されてヒューズ１ａの温度を上昇させ、ヒューズ１ａの温度が溶断温度にまで昇温するようになれば、ヒューズ１ａが溶断されることで主線路が非可逆的に断線される。主線路が断線されれば、過電流がそれ以上流れなくなるため、過電流から始まる問題を解消することができる。
【００１７】
ところが、上記のような従来技術は様々な問題点を抱えている。すなわち、マイクロコントローラ３で故障が生じれば、過電流が発生した状況でもスイッチ４がターンオンしない。このような場合、ヒューズ素子１の抵抗１ｂに電流が流入しないため、ヒューズ素子１が動作しないという問題がある。また、保護回路内にヒューズ素子１を配置するための空間が別途に必要であり、ヒューズ素子１の動作制御のためのプログラムアルゴリズムが、マイクロコントローラ３に必ず搭載されねばならない。従って、保護回路の空間効率性が低下し、マイクロコントローラ３の負担を増加させるという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、保護回路の能動的な過電流遮断機能とは別に、二次電池自体における受動方式の過電流遮断機能を具現可能にする電極リードを提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、前記電極リードを使用して製造された二次電池を提供することである。
【００２０】
本発明が達成しようとする技術的課題は、上述した課題に制限されず、上述されていない他の課題は、以下の記載から当業者が明確に理解できるはずである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を達成するため、本発明による電極リードは、二次電池の正極リードまたは負極リードの少なくともいずれか一つの部品として適用されるものであって、間隙を介在して離隔し、対向する端部の表面を除いた残りの表面にコーティング層が形成された第１金属プレート及び第２金属プレート；並びに前記第１金属プレート及び第２金属プレートより融点の低い物質からなり、前記端部が露出しないように前記間隙に埋め立てられる金属ブリッジを含む。
【００２２】
本発明の実施例によれば、前記端部の表面は、前記間隙の内側に位置する第１表面を含むことができる。
【００２３】
本発明の実施例によれば、前記端部の表面は、前記第１表面から延長した面であって、前記間隙の外側に位置する第２表面を更に含むことができる。
【００２４】
本発明の実施例によれば、前記第１金属プレート及び第２金属プレートは、同一平面上に並んで位置することができる。
【００２５】
本発明の実施例によれば、前記第１金属プレート及び第２金属プレートは、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）からなり得る。
【００２６】
本発明の実施例によれば、前記コーティング層はニッケル（Ｎｉ）からなり得る。
【００２７】
本発明において、前記金属ブリッジは、スズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）とを主成分として含む無鉛合金からなり得る。
【００２８】
本発明において、前記スズの含量は８０〜９８ｗｔ％であり、前記銅の含量は２〜２０ｗｔ％であり得、前記金属ブリッジはニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び銀（Ａｇ）から選択された少なくとも一つ以上の追加金属を更に含むことができる。
【００２９】
本発明において、前記追加金属の含量は０．０１〜１０ｗｔ％であり得る。
【００３０】
望ましくは、前記金属ブリッジは、１５０〜３００℃の融点を有し得る。
【００３１】
望ましくは、前記間隙は、２５〜４５μｍであり得る。
【００３２】
選択的に、前記第１金属プレート及び第２金属プレートは銅からなり得、前記電極リードは負極リードであり得る。
【００３３】
本発明において、前記第１金属プレート及び第２金属プレートのそれぞれの対向面は、互いに逆方向に傾く面状であり得る。
【００３４】
代案として、前記第１金属プレート及び第２金属プレートのそれぞれの対向面は、金属ブリッジに向かって凸る突出面状であり得る。
【００３５】
なお、上記の技術的課題は、本発明による電極リードを使用して製作された二次電池によって達成することもできる。
【００３６】
上記の技術的課題を達成するため、本発明による二次電池は、正極タブ及び負極タブを備える電極組立体；並びに前記正極タブ及び前記負極タブとそれぞれ結合する正極リード及び負極リードを含み、前記正極リード及び負極リードの少なくともいずれか一つとして本発明による前記電極リードが適用される。
【００３７】
本発明において、前記第１金属プレート及び第２金属プレートは銅からなり、前記コーティング層はニッケルからなり得る。
【００３８】
本発明において、前記電極リードは負極リードであり得る。
【００３９】
本発明の実施例によれば、前記二次電池は、前記正極リード及び前記負極リードが外部に引き出されるように前記電極組立体を収容するケースを更に含むことができる。
【００４０】
本発明の実施例によれば、前記二次電池は前記電極リードに貼り付けられる絶縁テープを更に含むことができる。
【００４１】
本発明の実施例によれば、前記二次電池は前記ケース内に充填される電解質を更に含むことができる。
【００４２】
また、上記の技術的課題を達成するため、本発明による二次電池用部品は、二次電池モジュールのバスバー（Ｂｕｓ ｂａｒ）、複数の二次電池モジュールの間を連結するコネクティングバー、及び複数の二次電池パックの間を連結するコネクティングバーのうち少なくともいずれか一つに適用されるものであって、間隙を介在して離隔し、対向する端部の表面を除いた残りの表面にコーティング層が形成された第１金属プレート及び第２金属プレート；並びに前記第１金属プレート及び第２金属プレートより融点の低い物質からなり、前記端部が露出しないように前記間隙に埋め立てられる金属ブリッジを含む。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、電極リードを通じて過電流が流れる場合、金属プレートのうち金属ブリッジが形成された部分が破断されることにより、二次電池に流れる過電流が非可逆的に遮断される。
【００４４】
本発明によれば、金属プレートで金属ブリッジが占める領域が小さいため、金属ブリッジの存在による抵抗の増加が無視できる程度に制限され、部品の全体的なサイズと形状の実質的な変化は伴わない。
本発明によれば、金属ブリッジが有する優れた機械的性質及び金属プレートと金属ブリッジとの間の広い接触面積によって、引張強度が向上する。
【００４５】
本発明によれば、金属プレートが金属ブリッジと直接接触することで、電気伝導度の損失を最小化できるだけでなく、金属プレートと金属ブリッジとの間の結合力を増大させることができる。
【００４６】
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】バッテリーモジュールと結合される保護回路の構成のうち、ヒューズ素子の配置構造と動作メカニズムを説明するための回路図である。
【図２】本発明による電極リードを示した部分断面図である。
【図３】図２に示された電極リードの変形された形態を示した部分断面図である。
【図４】図２に示された電極リードの変形された形態を示した部分断面図である。
【図５】図２に示された電極リードを使用して製造された、本発明による二次電池を示した断面図である。
【図６】本発明による電極リードが適用された二次電池に対する外部短絡実験の結果を示したグラフである。
【図７】本発明による電極リードが適用された二次電池に対する出力特性実験の結果を示したグラフである。
【図８】本発明による電極リードが適用された二次電池に対する抵抗特性実験の結果を示したグラフである。
【図９】本発明による引張強度実験の結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００４９】
図２〜図４を参照して、本発明の実施例による電極リード１０の構成を詳しく説明する。
【００５０】
図２は本発明による電極リードを示した部分断面図であり、図３及び図４は図２に示された電極リードの変形された形態を示した部分断面図である。
【００５１】
まず、図２を参照すれば、前記電極リード１０は、第１金属プレート１１、第２金属プレート１２、コーティング層１３、及び金属ブリッジ１４を含む。
【００５２】
前記第１金属プレート１１及び第２金属プレート１２は、薄板状の金属であって、間隙を介在して同一平面上に並んで位置する。通常、前記金属プレート１１、１２は、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）材質からなるが、これらによって本発明の金属プレート１１、１２の材質が限定されることはない。前記材質の種類は、電極リード１０が二次電池の正極リードまたは負極リードのどの部品として適用されるかによって変わり得る。すなわち、前記電極リード１０は、正極リードとして使用される場合にはアルミニウム材質からなり、負極リードとして使用される場合には銅材質からなり得る。
【００５３】
前記間隙の幅ｄは、金属ブリッジ１４を通じた電流経路の増減に直接関係があるものであって、幅ｄの増加は電極リード１０自体の抵抗増加の要因となり得る。従って、前記間隙の幅ｄは、なるべく小さく形成されることが望ましい。一方、前記間隙の幅ｄが小さ過ぎる場合には、金属ブリッジ１４が溶融しても第１金属プレート１１と第２金属プレート１２との間の電流の流れが遮断されない恐れがある。このような点を考慮して、前記金属プレート１１、１２間の間隙の幅ｄは約１〜１００μｍ、望ましくは約２５〜４５μｍの範囲で形成される。
【００５４】
前記コーティング層１３は、それぞれの金属プレート１１、１２の表面に形成され、金属プレート１１、１２の表面が外部に露出しないように保護するものであって、一例としてニッケル（Ｎｉ）材質からなり得る。前記コーティング層１３は、電極リード１０が二次電池に適用されるとき、金属プレート１１、１２が電解質と直接接触することを防止し、金属プレート１１、１２表面の酸化を防止し、電極リード１０の引張強度を向上させる。特に、前記コーティング層１３は、電極リード１０が銅からなる場合、電極リード１０と電極リード１０に貼り付けられる絶縁テープとの間の接着を容易にする。前記絶縁テープについては、図５を参照して後述する。前記コーティング層１３の材質は、上記のような機能を果たせるものであれば、如何なる物質でも選択可能である。
【００５５】
前記コーティング層１３は、金属プレート１１、１２の表面のうち対向する端部の表面を除いた残りの領域に形成される。ここで、前記対向する端部の表面とは、間隙の内側に位置する第１表面Ｓ１のみを意味するか、または、第１表面Ｓ１だけでなく第１表面Ｓ１から延長した面であって間隙の外側に位置する第２表面Ｓ２の全てを意味する。
【００５６】
特に、前記対向する端部の表面が第１表面Ｓ１及び第２表面Ｓ２を全て含む意味である場合、金属ブリッジ１４は、コーティング層１３が形成されていない領域を通じて金属プレート１１、１２と直接接合されることにより、電気伝導度及び接合性を向上させる。
【００５７】
更に、この場合、前記金属ブリッジ１４とコーティング層１３とが互いに重ならないように形成されることによって、金属プレート１１、１２の接合部が脆くなる現象を防止することができる。
【００５８】
すなわち、前記金属ブリッジ１４とコーティング層１３とが互いに重なるように形成される場合には、コーティング層１３を成すニッケル（Ｎｉ）粒子が金属ブリッジ１４を成すスズ（Ｓｎ）粒子の間に浸透して、金属ブリッジ１４が脆くなるが、本発明による電極リード１０は、このような現象を防止できる構造を有する。
【００５９】
前記金属ブリッジ１４は、金属プレート１１、１２の間の間隙に埋め立てられて、第１金属プレート１１と第２金属プレート１２との間の電気的通路の役割をする。前記金属ブリッジ１４は、金属プレート１１、１２の表面のうち少なくともコーティング層１３の外部に露出した領域に設けられることで、金属プレート１１、１２が外部に露出しないようにする。
【００６０】
前記金属ブリッジ１４は、はんだ付け工程を経て間隙に埋め立てられた構造を形成することができる。すなわち、前記金属プレート１１、１２の一側面のうち間隙と隣接した領域に、金属ブリッジ１４を形成できるはんだ合金物質を用いてはんだ付け工程を行う。そうすれば、はんだ合金物質が溶融しながら、毛管現象によって間隙内に流れ込み、その結果金属ブリッジ１４構造が間隙に形成される。次いで、前記金属プレート１１、１２の他側面に同一工程を行なうことで、金属ブリッジ１４を金属プレート１１、１２のそれぞれ対向する端部と接合させる。
【００６１】
前記金属ブリッジ１４は、金属プレート１１、１２の融点より低い約１５０〜３００℃の融点を有し、スズ（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を主成分として含み、環境及び人体に有害な鉛（Ｐｂ）を含まない無鉛合金からなる。
【００６２】
前記金属ブリッジ１４の融点範囲は、遮断しようとする過電流レベルを考慮して設定したものである。前記金属ブリッジ１４の融点が１５０℃より低ければ、電極リード１０で正常な電流が流れる場合も、金属ブリッジ１４が溶融する恐れがある。一例として、前記電極リード１０が電気自動車用二次電池に使用される場合、融点が１５０℃より低ければ、急速充放電電流によって金属ブリッジ１４が溶融する恐れがある。また、前記電極リード１０の融点が３００℃より高ければ、過電流が効果的に遮断されないため、金属ブリッジ１４が適用された電極リード１０を使用する効果が実質上なくなるという問題点がある。
【００６３】
前記金属ブリッジ１０の構成成分のうちスズは、金属ブリッジ１４の融点と引張強度に影響を及ぼす。前記金属ブリッジ１４が約１５０〜３００℃範囲の融点を有しながらも良好な引張強度を有するように、スズの含量は約８０ｗｔ％以上、望ましくは約８５〜９８ｗｔ％範囲に調節される。前記銅は、電極リード１０の電気伝導度を向上させる機能をし、このような機能を鑑みて銅の含量は、約２〜２０ｗｔ％の範囲に調節され、望ましくは約４〜１５ｗｔ％の範囲に調節される。ここで、前記ｗｔ％とは、金属ブリッジ１４を構成する物質全体の重量を基準にした単位であり、以下同じである。
【００６４】
上述したように、スズと銅の含量を適切な範囲に調節することで、金属ブリッジ１４の引張強度を良好にすることができるだけでなく、金属ブリッジ１４による電極リード１０の抵抗増加を数％以内に低く抑制することができる。
【００６５】
前記金属ブリッジ１４は、より向上した物性を有するため、スズと銅の外にニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、及び亜鉛（Ｚｎ）などのように電気伝導度が良好な金属を追加合金成分として更に含むことができる。前記追加合金成分の含量は、物質の全体重量に対して約０．０１〜１０ｗｔ％であることが望ましい。
【００６６】
上述したように、本発明による電極リード１０は、金属プレート１１、１２の表面、特に金属ブリッジ１４が形成された領域の表面が外部に露出せず、かつ、金属プレート１１、１２のそれぞれ対向する端部には、コーティング層１３が形成されない構造を有する。従って、本発明による電極リード１０は、金属プレート１１、１２が電解液と接触して副反応を起こすことを防止し、金属プレート１１、１２の連結部位で電気抵抗を低く維持するとともに高い引張強度を維持する。
【００６７】
図３及び図４を参照すれば、前記金属プレート１１、１２の対向する端部は、多様な形状を有し得、これによって金属ブリッジ１４も多様な形状を有し得る。
【００６８】
図３に示された構造は、図２に示された構造に比べて、それぞれの金属プレート１１、１２の第１表面Ｓ１が互いに逆方向に傾くテーパー面を有するという点で異なる。図４に示された構造は、図２に示された構造に比べて、それぞれの金属プレート１１、１２の第１表面Ｓ１が、金属ブリッジ１４方向に略凸状に突出した形態を有するという点で異なる。
【００６９】
図３及び図４に示された構造は、図２に示された構造に比べて、金属ブリッジ１４と金属プレート１１、１２との間の接触面積が更に広がることで、金属プレート１１、１２と金属ブリッジ１４との間の結合力が強化する効果だけでなく、接触抵抗の減少効果も有する。
【００７０】
本発明では、図２〜図４に示された構造を挙げて前記金属プレート１１、１２の対向する端部の形状を説明したが、本発明がこれらによって限定されることはない。すなわち、前記端部の形状が、第１表面Ｓ１が同一方向に傾く傾斜面である場合、金属プレート１１、１２の内側方向に凹んだ形態である場合、または山と谷が繰り返される形状である場合などのように、多様な形状を有し得ることは自明である。
【００７１】
次は、図５を参照して上述した電極リードを使用して製造された本発明による二次電池２０を説明する。
【００７２】
図５は、図２に示された電極リードを使用して製造された本発明による二次電池を示した断面図である。
【００７３】
図５を参照すれば、本発明による二次電池２０は、正極リード２１、負極リード２２、電極組立体２３、ケース２４、及び絶縁テープ２５を含む。
【００７４】
前記正極リード２１及び負極リード２２は、本発明による電極リード１０と実質的に同じ構造を有する。すなわち、前記正極リード２１及び負極リード２２は、２個の金属プレートが金属ブリッジによって連結された構造を有する。
【００７５】
また、図に示されたものと違って、本発明による電極リード１０構造が、正極リード２１と負極リード２２のいずれか一つのみに適用されることも可能である。本発明による電極リード１０の構造が、正極リード２１または負極リード２２のいずれか一つのみに適用される場合であれば、負極リード２２に適用される方がより効果的である。これは、一般的に二次電池２０の負極における発熱量が正極における発熱量より大きいためである。
【００７６】
前記電極組立体２３は、正極と負極との間に分離膜が介在された構造を有する少なくとも一つの単位セルを含み、隣接する単位セルの間には、単位セル同士の間の電気的連結を遮断する絶縁膜が介在される。前記正極は、正極集電体の少なくとも一面に正極活物質がコーティングされた構造を有し、前記負極は、負極集電体の少なくとも一面に負極活物質がコーティングされた構造を有する。
【００７７】
前記電極組立体２３は、それぞれの正極及び負極から延長した複数の正極タブ２３ａ及び負極タブ２３ｂを備える。複数の正極タブ２３ａ及び負極タブ２３ｂは、１次溶接によって一つに結集された後、２次溶接を通じてそれぞれ正極リード２１及び負極リード２２に接合される。
【００７８】
なお、図示されたものと違って、正極タブ２３ａ及び負極タブ２３ｂは、電極組立体２３から同一方向に延長しても良く、これによって正極リード２１及び負極リード２２が同一方向に延長することも可能であることは自明である。
【００７９】
前記ケース２４は、電極組立体２３の外面と対向する内側面に熱接着層が形成されたアルミニウムフィルムパウチからなる。前記ケース２４は、電極組立体２３を収容した状態で、縁部に沿って熱溶着されて密封される。前記密封されたケース２４内には、二次電池２０の種類によって、液体、固体、またはゲル型などの電解質が充填される。
【００８０】
前記絶縁テープ２５は、電極リード２１、２２に貼り付けられるものであって、電極リード２１、２２とケース２４との間に介在される。前記絶縁テープ２５は、電極リード２１、２２とケース２４の金属層との間で短絡が発生することを防止するだけでなく、電極リード２１、２２とケース２４との間の接合力を向上させる。
【００８１】
上述したように、本発明による二次電池２０は、正極リード２１及び／または負極リード２２として、本発明による破断構造を有する電極リード１０を採用することで、二次電池としての性能を維持しながらも短絡による過電流を効果的に遮断する。
【００８２】
前記電極リード１０及び二次電池２０の優れた性能は、実験結果を示した図６〜図９のグラフから分かる。
【００８３】
図６〜図８は、それぞれ本発明による電極リードが負極リードとして適用された二次電池に対する外部短絡実験の結果、出力特性実験の結果、及び抵抗特性実験の結果を示したグラフであり、図９は、本発明による電極リードに対する引張強度実験の結果を示したグラフである。
【００８４】
実施例の二次電池２０に適用された負極リード２２は、図２に示された電極リード１０が使用された。具体的に、前記電極リード１０は、ニッケルコーティング層１３が形成された厚さ０.３ｍｍの銅プレート１１、１２と、８９ｗｔ％のスズ、１０ｗｔ％の銅及び１ｗｔ％のニッケルを含む金属ブリッジ１４とが適用されたものであって、間隙の幅ｄは３５μｍ、金属ブリッジの最大幅Ｗ１は６μｍ、コーティング層１３の両端間の距離Ｗ２は４.５μｍであるものが使用された。
【００８５】
一方、比較例による二次電池に適用された負極リードとしては、金属ブリッジ１４がなく、銅プレートの表面全体にニッケルコーティング層が形成された点を除き、実施例による二次電池に適用された電極リード１０と同様のものが使用された。
【００８６】
図６に示された外部短絡実験の結果を参照すれば、前記二次電池２０は、外部短絡による過電流１１７０Ａが流れたとき、二次電池２０の温度が実質的に上昇していない状態で、電極リード１０が数秒内に確実に破断されることで、二次電池２０が過熱する現象が発生しなかった。更に、図７及び図８に示された出力特性及び抵抗特性に対する実験結果を参照すれば、実施例による二次電池２０のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）による出力値及び抵抗値は、比較例による二次電池に比べて、通常のセルの誤差範囲に過ぎない２％以内の差をみせた。このような結果は、前記金属プレート１１、１２の表面が外部に露出せず、それぞれの金属プレート１１、１２の対向する端部にはコーティング層１３が形成されない構造に起因したものである。
【００８７】
図９に示された引張強度の実験結果を参照すれば、前記電極リード１０は、加えられた引張力が大きくなるにつれて徐々に伸び、約１２０ｌｂｆの引張力が加えられた時点で破断した。このような数値は、一般的な負極リードより大きい数値であって、金属ブリッジ１４を成すスズ‐銅合金の良好な機械的性質及び銅プレート１１、１２と金属ブリッジ１４との間の広い接触面積に起因したものである。
【００８８】
なお、図示されていないが、本発明による電極リード１０の構造は、電極リード１０の外にも二次電池の電気的連結のための多様な部品に適用することができる。すなわち、前記電極リード１０の構造は、二次電池モジュールのバッテリーセルと外部端子との間を連結するバスバーに適用できるだけでなく、複数の二次電池モジュールの間または複数の二次電池パックの間を電気的に連結するコネクティングバーにも適用できることは自明である。
【００８９】
以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、これらによって限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００９０】
１  三端子素子の部品
１ａ  ヒューズ
１ｂ  抵抗
２  センシング抵抗
３  マイクロコントローラ
４  スイッチ
１０  電極リード
１１、１２  金属プレート
１３  コーティング層
１４  金属ブリッジ
２０  二次電池
２１  正極リード
２２  負極リード
２３  電極組立体
２３ａ  正極タブ
２３ｂ  負極タブ
２４  ケース
２５  絶縁テープ
Ｓ１  第１表面
Ｓ２  第２表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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