KR0158059B1 - Braking disk of lithium battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폭발시 내부의 압력 및 불꽃을 외부로 배출시키므로서 폭발의 위험성을 사전이 진압하게 한 리튬전지의 파열디스크에 관한 것이다.The present invention relates to a rupture disk of a lithium battery which has previously suppressed the risk of explosion by discharging the internal pressure and flame to the outside during an explosion.

파열디스크를 설치함에 있어서 그 중심부를 하방의 아노드단자에 초음파 융착시키므로서 폭발시 내부의 압력에 의해 파열디스크가 일정한 팽창을 이룬 연후에 비로서 파열되는 것을 방지하여 폭발과 동시에 즉시 파열되게 하며, 파열의 신뢰성을 향상시키게 한 것을 특징으로 한다.Ultrasonic fusion of the center of the rupture disk to the lower anode terminal prevents rupture of the rupture disk after rain due to the internal pressure during explosion, so that it bursts immediately after the explosion. It is characterized by improving the reliability of the rupture.

이에 따라, 파열시간의 지연에 따르게 되던 제반 안전사고의 염려를 줄이게 되며, 아노드단자와의 면접촉에 의해 전류의 공급을 안정적으로 이루게 되는 효과가 있다.Accordingly, there is an effect of reducing the worry of safety accidents caused by the delay of the rupture time, and stable supply of current by surface contact with the anode terminal.

Description

리튬전지의 파열디스크Burst Disk of Lithium Battery

제1도는 리튬전지의 방폭구조를 설명하기 위한 요부 단면도.1 is a cross-sectional view of main parts for explaining the explosion-proof structure of a lithium battery.

제2도는 제1도의 파열디스크 팽창을 설명하기 위한 상세도.FIG. 2 is a detailed view for explaining the rupture disk expansion of FIG.

제3도는 본 발명에 따른 파열디스크의 설치구조를 설명하기 위한 요부 상세도.Figure 3 is a detailed view of the main part for explaining the installation structure of the rupture disk according to the present invention.

제4도는 본 발명에 따른 파열디스크의 파열 상태도.4 is a state of rupture of the rupture disk according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 케이스 2 : 전극집합체1 case 2 electrode assembly

3 : 상부캡 3a : 중앙돌출부3: upper cap 3a: center protrusion

3b : 벤트홀(bent hole) 4: PTC 소자3b: vent hole 4: PTC device

4a,5a,8a : 배출공 5 : 하부캡4a, 5a, 8a: discharge hole 5: lower cap

6,6' : 파열디스크 6'a : 융착부6,6 ': Rupture disk 6'a: Fusion part

7 : 아노드단자(anode tab) 8 : 플레이트(plate)7: anode tab 8: plate

9 : 초음파혼(horn)9: ultrasonic horn

본 발명은 리튬전지의 방폭기능을 갖는 파열디스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파열디스크를 아노드 탭에 초음파 융착시키므로서 폭발시 파열디스크의 신뢰성 있는 파열작동을 일으키게 하며 전류의 안정적 공급을 이루게 한 리튬전지의 파열디스크에 관한 것이다.The present invention relates to a rupture disk having an explosion-proof function of a lithium battery, and more particularly, by ultrasonic fusion of the rupture disk to the anode tab to cause a reliable rupture operation of the rupture disk at the time of explosion and to achieve a stable supply of current A burst disk of a lithium battery.

음극으로 리튬을 사용하는 리튬전지는 원리상 높은 에너지 밀도를 가지며, 이들의 전압이 잠재적으로 높기 때문에 최근 들어 많은 관심이 끌어왔다.Lithium batteries using lithium as a negative electrode have a high energy density in principle, and since their voltages are potentially high, much attention has recently been drawn.

이러한 리튬전지의 설계시 주요 문제점중의 하나는특히 전지가 단전, 급속한 과충전 또는 급속한 방전 등의 위험한 환경조건에 처할 경우의 안전성 문제이다.One of the major problems in the design of such a lithium battery is a safety problem especially when the battery is subjected to dangerous environmental conditions such as power failure, rapid overcharging or rapid discharge.

그것은 리튬이 수지상 또는 이끼모양으로 석출되며, 이는 충방전시 리튬음극으로 전개되고 도전상태가 양극과 음극 사이에서 일어나거나 단락이 전지 내에서 일어나고 음극 그 자체의 원형태가 퇴화로 점차 변형되며, 실험 등의 극단적인 조건에 노출될 경우 리튬금속의 전기 화학적인 높은 반응성에 의해 강렬한 폭발 염려를 주게 되기 때문이다.Lithium precipitates in dendritic or lichen form, which develops into a lithium cathode during charging and discharging, the conduction state occurs between the positive electrode and the negative electrode, or a short circuit occurs in the cell, and the circular shape of the negative electrode itself is gradually transformed into degeneration. When exposed to extreme conditions such as lithium, the electrochemical high reactivity of the lithium metal may cause intense explosion concerns.

폭발시의 고온, 고압이 전지 외부로 배출되지 못할 경우에는 리튬 전지 자체가 폭발되어 외부 기기의 손상 및 인명손상 등의 재해를 초래하게 된다.If the high temperature and high pressure at the time of explosion cannot be discharged to the outside of the battery, the lithium battery itself is exploded, resulting in disasters such as damage to external devices and personal injury.

이러한 문제점을 감안하여 폭발을 초기에 진압하게 하므로써 폭발의 확대 진행됨에 따른 제반 안전사고를 예방케 하는 기술이 제안되고 있다.In view of these problems, a technique has been proposed that prevents all safety accidents caused by the expansion of the explosion by suppressing the explosion at an early stage.

제1도에는 이러한 리튬전지의 방폭구조가 도시된다.1 shows the explosion-proof structure of such a lithium battery.

제1도에 따르면, 리튬전지는 케이스(1), 케이스(1)에 수납되며 전해액을 함침한 전극집합체(2), 케이스(1)의 상단 개구를 밀봉하여 양극단자 기능을 하는 상부캡(3), PTC 소자(4)를 사이에 두고 상부캡(3)의 하방에 구비되는 하부캡(5), 하부캡(5)에 지지되는 파열디스크(6)를 포함한다.According to FIG. 1, the lithium battery is housed in the case 1, the case 1, and the electrode assembly 2 impregnated with the electrolyte and the upper cap 3 which seals the upper opening of the case 1 and functions as a positive electrode terminal. ), A lower cap 5 provided below the upper cap 3 with the PTC element 4 interposed therebetween, and a rupture disk 6 supported by the lower cap 5.

상부캡(3)의 중앙돌출부(3a)에는 그 상면과 측면에 벤트홀(vent hole)(3b)을 형성하며, 하부캡(5)의 하단은 전극집합체(2)로부터 인출된 아노드단자(7)가 스포트 용접되어 접촉되며, 파열디스크(6)는 플레이트(8)가 지지된다. PTC 소자(4)와 플레이트(8)와 하부캡(5)의 중앙에는 각각 배출공(4a)(,8a),(5a)가 형성된다.A vent hole 3b is formed in the upper and side surfaces of the central protrusion 3a of the upper cap 3, and the lower end of the lower cap 5 has an anode terminal drawn out from the electrode assembly 2. 7) is spot welded and the rupture disk 6 is supported by the plate 8. Discharge holes 4a, 8a, and 5a are formed in the center of the PTC element 4, the plate 8, and the lower cap 5, respectively.

이러한 리튬전지의 방폭구성에 의해 폭발의 진행이 외부적으로 확대되기 전 내부적으로 진압되어 그 폭발에 따르게 되는 제반재해를 줄이게 된다.Due to the explosion-proof configuration of the lithium battery, the explosion is suppressed internally before the explosion is expanded externally, thereby reducing all the accidents that are caused by the explosion.

즉, 리튬전지가 내부적 또는 외부적인 영향으로 폭발이 일어나게 되면, 케이스(1) 내에는 가스발생과 함께 고압, 고열 및 불꽃이 발생되고, 그 고압, 고열은 하부캡(5)의 배출공(5a)을 통해 빠져 나와 박판의 파열디스크(6)를 팽창시킨다.That is, when the lithium battery is exploded due to internal or external influences, high pressure, high heat and sparks are generated in the case 1 together with gas generation, and the high pressure and high heat are discharge holes 5a of the lower cap 5. The rupture disk (6) of the thin plate exits through the ().

파열디스크(6)의 팽창압이 한도에 이르게 되면 파열디스크(6)는 파열되고 그 파열공을 통해 고압, 고열은 마침내 상부캡(3)에 형성된 벤트홀(3b)을 통해 외부로 배출되는 것이다.When the expansion pressure of the bursting disk 6 reaches the limit, the bursting disk 6 is ruptured, and the high pressure and high temperature are finally discharged to the outside through the vent hole 3b formed in the upper cap 3 through the bursting hole. .

따라서, 폭발에 따른 고열, 고압이 케이스(1) 내에서 확대되는 것이 제거되고 리튬전지 자체의 폭발됨이 방지되어 폭발에 따른 제반 안전사고를 예방 및 감소시키게 되는 것이다..Therefore, the expansion of the high temperature and high pressure due to the explosion in the case 1 is eliminated and the explosion of the lithium battery itself is prevented, thereby preventing and reducing all safety accidents caused by the explosion.

그러나, 이러한 방폭구성의 리튬전지는 다음과 같은 문제점이 대두된다.However, the explosion-proof lithium battery has the following problems.

첫째, 파열디스크(6)의 파열이 즉각적으로 일어나지 않게 되는 점이다. 즉, 폭발에 따른 고압, 고열이 발생되면, 파열디스크(6)가 신속히 파열되어 그 고압, 고열이 상부캡(3)의 벤트홀(3b)을 통해 외부로 신속이 배출되게 하여야 함에도 불구하고, 박판의 파열디스크(6)는 어느 정도 팽창을 일으킨 연후에야 비로서 파열되는 특성을 갖게 되는 것이다(제2도에 도시).First, the rupture of the rupture disk 6 does not occur immediately. That is, when the high pressure and high heat caused by the explosion, the bursting disk 6 is ruptured quickly so that the high pressure, high heat is to be quickly discharged to the outside through the vent hole (3b) of the upper cap (3), The ruptured disc 6 of thin plate has the property of rupturing as a rain only after the expansion caused to some extent (shown in FIG. 2).

파열디스크(6)의 파열이 지연되면, 케이스(1) 내의 고압, 고열이 확대되어 케이스(1) 자체를 폭발시키게 되는 염려를 주게 되는 것이다.If the rupture of the rupture disk 6 is delayed, the high pressure and high heat in the case 1 are expanded, which may cause the case 1 to explode.

둘째, 아노드단자(7)와 하부캡(5)의 안정적인 전기적 접속을 기대하기 어렵다는 것이다Second, it is difficult to expect a stable electrical connection between the anode terminal 7 and the lower cap (5).

즉, 전극집합체(2)에서 발생된 전류는 아노드단자(7)에 흘러 하부캡(5) 및 PTC 소자(4)를 통해 상부캡(3)에 전달되어야 함에도 불구하고 아노드단자(7)와 하부캡(5)은 스폿 용접되어 점접촉을 이루고 있는 까닭에 용접점 탈락 및 접촉 불량됨이 발생될 경우, 그 기능이 상실되는 등의 전기적 접촉성의 신뢰를 보장받기 어렵게 되는 것이다.That is, although the current generated in the electrode assembly 2 must flow to the anode terminal 7 and be transferred to the upper cap 3 through the lower cap 5 and the PTC element 4, the anode terminal 7 Since the bottom cap 5 is spot welded to make point contact, when the welding spot is dropped and a poor contact occurs, it is difficult to guarantee the reliability of electrical contact such as loss of its function.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 리튬전지 방폭구성, 특히 파열디스크의 파열지연과, 아노드단자와 하부캡의 접촉구조에서 안게 되는 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 파열디스크의 신속한 파열을 보장하며 전류의 안정적 공급이 가능케 한 리튬전지의 파열디스크를 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve the above-described problems of the explosion-proof structure of the conventional lithium battery, in particular, the rupture delay of the rupture disk, and the contact structure of the anode terminal and the lower cap, to ensure rapid rupture of the rupture disk The present invention provides a rupture disk of a lithium battery that enables a stable supply of current.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 파열디스크의 중심부를 하방의 아노드단자에 부착시키므로서 폭발시 파열디스크의 팽창지연 시간을 감소시켜 신속히 파열되게 한 것을 특징으로 하는 리튬전지의 파열디스크를 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention is to rupture the lithium battery characterized in that the bursting time by reducing the expansion delay time of the bursting disk during explosion by attaching the central portion of the bursting disk to the lower anode terminal Provide a disk.

파열디스크의 중심부의 하방의 아노드단자에의 부착은 초음파 융착에 의하는 것이 바람직하다.It is preferable that adhesion to the anode terminal below the center of the rupture disk is performed by ultrasonic fusion.

이러한 특징에 의해, 폭발시 파열디스크는 아노드단자에 지지되어 팽창의 지연을 일으키지 않이 신속히 파열되고, 초음파 융착으로 면접촉이 이루어져 전류의 안정적 공급이 가능하게 된다.Due to this feature, the bursting disc is supported by the anode terminal to explode quickly without causing a delay in expansion, and the surface contact is made by ultrasonic welding to enable stable supply of current.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.

제3도는 제1도에서 발췌한 캡 조립체 부위의 상세도로서 본 발명에 따른 파열디스크가 적용된 것이며, 제4도는 제3도의 파열디스크가 파열되는 상태를 도시한 것이다.FIG. 3 is a detailed view of the cap assembly portion extracted from FIG. 1, and a rupture disk according to the present invention is applied, and FIG. 4 shows a state in which the rupture disk of FIG. 3 is ruptured.

제1도 내지 제3도에 따르면, 본 발명에 따른 리튬전지는 케이스(1), 케이스(1)에 수납되며 전해액을 함침한 원통형의 전극집합체(2), 케이스(1)의 상단 개구를 밀봉하며 중앙돌출부(3a)에 벤트홀(3b)을 형성한 상부캡(3), PTC 소자(4)를 사이에 두고 상부캡(3)의 하방에 구비되는 하부캡(5), 하부캡(5)에 개재되는 플레이트(8) 및 플레이트(8)에 지지되는 파열디스크(6')를 포함한다.According to FIGS. 1 to 3, the lithium battery according to the present invention is sealed in the case 1 and the case 1 and seals the cylindrical electrode assembly 2 impregnated with the electrolyte solution and the upper opening of the case 1. And a lower cap 5 and a lower cap 5 provided below the upper cap 3 with the upper cap 3 having the vent hole 3b formed in the central protrusion 3a and the PTC element 4 interposed therebetween. ) And a rupture disk 6 ′ supported by the plate 8.

이때, 파열디스크(6')는 전극집합체(2)로부터 인출된 아노드단자(7)에 초음파 융착에 의해 용접이 이루어진다.At this time, the rupture disk 6 'is welded to the anode terminal 7 withdrawn from the electrode assembly 2 by ultrasonic welding.

즉, 제3도에서와 같이,하부캡(5)에 개재된 플레이트(8)의 배출공(8a)을 통해 초음파혼(9)이 삽입되어 파열디스크(6')와 아노드단자(7)를 초음파 융착 용접시키게 한 것이다.That is, as shown in Figure 3, the ultrasonic horn 9 is inserted through the discharge hole (8a) of the plate (8) interposed in the lower cap (5) to rupture disk (6 ') and the anode terminal (7) Ultrasonic fusion welding.

이에 따라 파열디스크(6')와 아노드단자(7)는 융착용접에 따른 면접촉을 이루게 되는 것이다.Accordingly, the bursting disk 6 'and the anode terminal 7 are in surface contact by fusion welding.

이러한 방폭구성을 이룬 리튬전지의 방폭기능을 설명한다.The explosion-proof function of the lithium battery having such an explosion-proof configuration will be described.

리튬전지가 내부적 또는 외부적인 영향으로 폭발이 일어나게 되면, 케이스(1) 내에는 가스발생과 함께 고열, 고압이 발생되고, 그 고열, 고압은 하부캡(5)의 배출공(5a)을 통해 빠져나와 박판의 파열디스크(6')를 팽창시킨다.When the lithium battery is exploded due to internal or external influences, high heat and high pressure are generated together with gas generation in the case 1, and the high heat and high pressure are discharged through the discharge hole 5a of the lower cap 5. The rupture disk 6 'of the sheet is expanded.

그러나, 이때의 파열디스크(6')는 그 중앙부가 아노드단자(7)에 융착되어 지지된 상태에 있는 까닭에 팽창을 일으킬 수 없는 상태에 놓이게 된다. 따라서 고압, 고열은 파열디스크(6')의 융착점 주위의 부위를 팽창시켜 파열디스크(6')를 신속히 파열시키게 된다.However, the bursting disk 6 'at this time is in a state in which expansion cannot be caused because its center portion is fused and supported by the anode terminal 7. Therefore, the high pressure and the high heat cause the portion around the fusion point of the bursting disk 6 'to expand, thereby rupturing the bursting disk 6' quickly.

즉, 제4도에서와 같이 중앙융착부(6'a)를 중심으로 그 주변을 파열시키게 하므로써 파열디스크(6')의 팽창시간이 단축 또는 제한되며 케이스(1) 내의 고열, 고압은 그 파열 구멍을 통해 빠져나가 상부캡(3)의 벤트홀(3b)을 통해 외부로 신속히 배출되는 것이다.That is, as shown in FIG. 4, the expansion time of the rupture disk 6 'is shortened or limited by causing the periphery to rupture around the central fusion portion 6'a, and the high temperature and high pressure in the case 1 are ruptured. Out through the hole is quickly discharged to the outside through the vent hole (3b) of the upper cap (3).

이에 따라 케이스(1) 내부의 폭발요인이 제거되어 리튬전지 자체를 내부적으로 폭발시키는 것이 방지되며, 폭발에 다른 외부 기기의 손상 및 인명손상을 예방하게 되는 거시다.Accordingly, the explosion factor inside the case 1 is removed to prevent the lithium battery itself from being exploded internally, and to prevent the explosion and damage to other external devices and human life.

한편, 평상시의 사용 시에는 전류공급 경로가 안정적으로 이루어지게 된다. 즉, 초음파융착에 따른 아노드단자와 파열디스크는 점 접촉이 아닌 면접촉을 이루게 됨에 따라, 전극집합체(2)로부터 발생된 전류는 아노드단자(7)를 통해 도전체인 파열디스크(6')에 안정적으로 전달되어지며 파열디스크(6')의 전류는 이에 접촉되는 하부캡(5) 및 PTC 소자(4)를 통해 상부캡(3)에 전달되므로서 양극단자 기능을 하는 상부캡(3)에 확실한 전류를 공급하게 되는 것이다.On the other hand, the current supply path is made stable in normal use. That is, since the anode terminal and the bursting disc according to the ultrasonic fusion are in surface contact instead of point contact, the current generated from the electrode assembly 2 passes through the anode terminal 7 to the bursting disc 6 '. The upper cap 3 which is stably delivered to the upper disk 3 through the lower cap 5 and the PTC element 4 which is in contact therewith and the current of the rupture disk 6 ′ is in contact with the upper cap 3. It will supply a sure current to the.

또한, 면접촉에 따른 용접부위 탈락현상이 방지되며 접촉 불량을 일으키지 않게 되어 리튬전지 기능의 신뢰성을 보장받게 되는 것이다.In addition, the welding area is prevented from falling off due to the surface contact is not caused to contact failure is to ensure the reliability of the lithium battery function.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 다른 리튬전지의 파열디스크는 그 중심부를 하방의 아노드단자에 초음파 융착되게 하므로서 폭발시의 팽창지연 시간이 없이 신속히 파열되게 하며, 더불어 아노드단자와의 면접촉을 이루게 되어 전류공급을 안정적으로 이루게 되는 효과가 있다.As described above, the rupture disk of the lithium battery according to the present invention causes the center of the rupture to be ultrasonically fused to the lower anode terminal, thereby rapidly rupturing without the expansion delay time during the explosion, and the surface contact with the anode terminal. The effect is to achieve a stable current supply.

Claims (2)

양극단자인 상부캡(3)에 벤트홀(3b)을 형성하며, 상부캡(3)의 하방에 파열디스크(6)를 구비하여 폭발시 내부의 고압, 고열이 상기 파열디스크(6)를 파열시키고 상부캡(3)의 벤트홀(3b)을 통해 외부로 배출되므로서 폭발의 확대를 사전에 제거되게 한 리튬전지의 방폭구성에 있어서, 파열디스크(6')의 중심부를 하방의 아노드단자(7)에 부착시키므로서 폭발시 파열디스크(6')의 팽창지연 시간을 감소시켜 신속히 파열되게 한 것을 특징으로 하는 리튬전지의 파열디스크.A vent hole 3b is formed in the upper cap 3, which is an anode terminal, and a burst disk 6 is provided below the upper cap 3 so that the high pressure and high heat inside the burst burst the burst disk 6. In the explosion-proof structure of the lithium battery which is discharged to the outside through the vent hole 3b of the upper cap 3 to remove the explosion in advance, the lower portion of the rupture disk 6 'is connected to the lower anode terminal ( 7) The rupture disk of a lithium battery, characterized in that the bursting time by reducing the expansion delay time of the bursting disk (6 ') during explosion by attaching to. 제1항에 있어서, 파열디스크(6')의 중심부를 하방의 아노드단자(7)에 초음파 융착시키므로서, 초음파 융착에 따른 아노드단자(7)와의 면접촉에 의해 전류공급을 안정적으로 이루게 한 것을 특징으로 하는 리튬전지의 파열디스크.The method of claim 1, wherein the center of the rupture disk (6 ') is ultrasonically fused to the lower anode terminal (7), so that the current supply can be stably achieved by surface contact with the anode terminal (7) by ultrasonic welding. The rupture disk of a lithium battery, characterized in that.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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