KR100281461B1 - 리튬이온 전지의 안전 밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리튬이온 전지의 안전 밸브장치에 관한 것이다.

종래에는 안전밸브가 금속재질로 이루어진 별개의 부품으로 구성된 경우 제작비용이 상승하고 안전밸브와 배터리 캡 사이의 기밀유지가 어려운 단점이 있거나 또는, 배터리 캡에 자체적으로 노치를 형성함으로써 제조비용은 절감되지만 노치의 파손 요구압력이 매우 높아지게되어 전지 내부의 압력 변화에 따른 안전밸브의 응답성이 현저히 떨어지는 단점이 있었다.

본 발명은 각형 리튬이온 전지의 케이스 상부에 조립되어 그 내부를 밀폐하는 배터리 캡에 있어서, 배터리 캡의 일측면에 형성되는 삽입요부와; 이 삽입요부의 저면에 형성되어 삽입요부와 배터리 캡의 타측면을 연통시키는 배기공과; 삽입요부와 배기공과의 단부에 위치되어 배기공을 차단하는 배기밸브와; 삽입요부에 압입되어 배기밸브를 압착, 고정하는 중공의 압축링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의한 리튬이온 전지의 안전 밸브장치는, 저렴한 비용으로 제작이 가능하므로 경제성이 뛰어나고, 기밀성과 전지 내부의 압력 변화에 따른 응답성이 우수하므로 전지의 폭발을 효율적으로 방지하여 전지의 성능 및 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

리튬이온 전지의 안전 밸브장치

본 발명은 리튬이온 이차전지(Lithium ion secondary battery)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지 내부의 압력과 온도가 상승하여 일정 시점에 도달하게 될 때 자동적으로 파손됨으로써 전지의 폭발을 방지하는 리튬이온 전지의 안전 밸브장치(Safety vent valve device)에 관한 것이다.

리튬전지는 망간이나 수은전지에 비해 수명이 현저하게 긴 장점을 지님으로써 이동전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더(Camcorder) 등 휴대용 전자제품의 전원공급장치에 이용되는 차세대 전지로 각광받고 있다.

도 1은 일반적인 각형 리튬이온 전지의 조립구조를 나타낸 것으로서, 케이스(Case :1)내에는 전원을 발생하는 젤리롤(Jelly roll: 2)이 내장되어 있고, 그 상측에 절연재(Insulator: 5)가 삽입된 후 배터리 캡(6)이 조립되어 케이스(1)를 밀폐하는 구조로 되어 있다. 젤리롤(2)은 상부에 캐소드 탭(Cathode tap: 3)과 애노드 탭(Anode tap: 4)이 각각 구비되어 배터리 캡(6)의 양극단자(陽極端子: 7)에 캐소드 탭(3)이 연결되고, 애노드 탭(4)은 케이스(1) 내면에 접해짐으로써 케이스(1) 전체가 음극단자(陰極端子)를 이루게 된다.

배터리 캡(6)의 일측에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(Filling hole: 9)가 형성되어 있으며, 양극단자(7)는 글래스 몰딩(Glass moulding: 8)을 통해 배터리 캡(6)과 절연되고 또한 기밀이 유지될 수 있도록 되어 있다.

이러한 리튬이온 전지는 쇼트(Short) 또는 과충전에 의해 전지 내부의 온도와 압력이 증가하게되는데, 이와 같은 상태가 계속될 경우 전지는 폭발의 위험성을 지니게 된다. 이를 방지하기 위해, 케이스(1)를 밀폐하는 배터리 캡(6)에는 전지 내부의 압력이 폭발을 일으킬 수준에 도달하기 이전에 그 내부의 개스가 배출되게함으로써 전지의 폭발을 방지할 수 있게 하는 안전밸브(11)가 설치되어 있다.

도 2 및 도 3은 기존에 적용되고 있는 리튬이온 전지의 안전밸브를 각각 나타낸 것이다.

도 2의 구성은, 배터리 캡(6)에 개스를 배출시키기 위한 배기공(도 1참조)을 형성하고, 노치(12)가 형성된 금속재질의 안전밸브(11)를 이 배기공(10)의 내측 입구측에 부착하여 이루어진 것이다.

반면에 도 3에서는, 배터리 캡(6') 자체의 일측면에 노치(12')가 형성된 것을 나타내고 있다.

도 2 및 도 3과 같은 구조의 종래의 안전밸브(11)는 전지 내부에서 압력이 증가할 경우 노치(12, 12') 부분에 우선적으로 응력이 집중하게 되고, 일정한 압력에 도달되면 파손되어 가스가 배출됨으로써 내부의 압력을 감소시켜 전지의 폭발을 방지하게 된다.

그러나, 위와 같은 종래의 안전 밸브장치들은 다음과 같은 문제점을 지니고 있다. 먼저, 도 2의 경우에는 안전밸브(11)가 금속재질로 이루어진 별개의 부품으로 구성됨에 따라 제작상의 비용 상승요인으로 작용하게 되고, 안전밸브(11)와 배터리 캡(6) 사이의 기밀유지가 어려운 단점이 있다. 한편, 도 3에 있어서는 배터리 캡(6')에 자체적으로 노치(12')를 형성함으로써 제조비용은 절감되지만, 노치(12')의 파손 요구압력이 매우 높아지게되므로 전지 내부의 압력 변화에 따른 안전밸브(11')의 응답성이 현저히 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 저렴한 비용으로 제작이 가능하고, 기밀성이 우수하며, 전지 내부의 압력이 일정 상태에 도달하였을 경우 용이하게 파손됨으로써 전지의 폭발 위험을 효율적으로 방지할 수 있는 각형 리튬이온 전지의 안전 밸브장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 각형 리튬이온 전지의 케이스 상부에 조립되어 그 내부를 밀폐하는 배터리 캡에 있어서, 배터리 캡의 일측면에 형성되는 삽입요부와; 이 삽입요부의 저면에 형성되어 삽입요부와 배터리 캡의 타측면을 연통시키는 배기공과; 이 삽입요부와 배기공과의 단부에 위치되어 배기공을 차단하는 배기밸브와; 이 삽입요부에 압입되어 배기밸브를 압착, 고정하는 중공의 압축링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 배기밸브는 삽입요부와 배기공과의 단부에 위치된 상태에서 압축링에 의해 압착, 고정됨으로써 배기공을 차단하게 되고, 전지 내부의 압력이 상승하면 압축링과 단부 사이에서 압착된 부분이 응력집중에 의해 파손된다. 배기밸브가 파손되면 배기공으로 개스가 배출되어 전지 내부의 압력이 떨어지게됨으로써 전지의 폭발을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 각형 리튬이온 전지를 나타내는 조립도,

도 2, 도 3은 종래 리튬이온 전지의 안전 밸브장치를 각각 나타내는 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 리튬이온 전지의 안전 밸브장치를 나타내는 분해 조립도,

도 5(a)(b)는 본 발명에 따른 안전 밸브장치의 압축링 및 배기밸브를 각각 나타내는 평면도,

도 6은 본 발명에 따른 안전 밸브장치의 조립도,

도 7은 본 발명에 따른 안전 밸브장치의 다른 실시예들을 각각 나타내는 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 ; 배터리 캡(Battery cap) 110 ; 삽입요부

111 ; 단부(端部) 112 ,141 ; 돌출부

120 ; 배기공 130 ; 배기밸브(Vent valve)

140 ; 압축링(Press ring)

이와 같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 후술하는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 안전 밸브장치의 조립구조를 나타낸 것으로, 각형 리튬이온 전지의 케이스(도시되지 않음) 상부에 조립됨으로써 그 내부를 밀폐하는 배터리 캡(100)의 상면에 삽입요부(110)가 형성되고, 이 삽입요부(110)의 저면에는 전지 내의 개스를 배출하기 위한 배기공(120)이 형성된다. 즉, 배터리 캡(100)의 상면으로부터는 단계적으로 크기가 작아지고, 배터리 캡(100)의 하면으로부터는 단계적으로 크기가 커지는 관통구가 배터리 캡(100)에 형성된다.

배기밸브(130)는 소정의 두께를 가진 연질의 합성수지재질로 이루어지는 것으로, 배터리 캡(100)의 상방으로부터 삽입요부(110)에 삽입되어 삽입요부(110)와 배기공(120)과의 단부(111)에 위치되고, 삽입요부(110)에 압입되는 중공의 압축링(140)에 의해 압착, 고정됨으로써 배기공(120)을 차단하게 된다. 이때, 삽입요부(110)에 조립되는 압축링(140)은 조립성을 용이하게 하기 위해 둘레면에 모따기가 형성되고, 그 조립은 배터리 캡(100)의 삽입요부(110)에 억지끼워맞춤 방식으로 이루어진다.

배터리 캡(100)에 형성되는 삽입요부(110)와 배기공(120)이 각각 원형의 형상을 지니게 될 경우, 본 발명에 따른 안전 밸브장치의 압축링(140) 및 배기밸브(130)의 형상은 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이 링형(Ring形)과 원판형(圓板形)으로 이루어지게 된다.

도 6은 도 4로부터 배기밸브(130)와 압축링(140)이 배터리 캡(100)의 삽입요부(110)에 조립된 것을 나타낸 것으로서, 여기서 압축링(140)은 삽입요부(110)에 압입된 상태에서 레이저(Laser) 용접됨으로써 배터리 캡(100)으로부터 압축링(140)이 이탈되는 것을 방지하고, 기밀성을 강화하게 된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 압축링(140)의 내경은 배기공(120)의 내경과 동일한 면적과 크기로 형성되고, 압축링(140)의 저면 내측 가장자리면에는 배기밸브(130)를 보다 강하게 압착시키기 위한 돌출부(141)가 형성된다. 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도 7을 보면, 돌출부(112)가 삽입요부(110')와 배기공(120')과의 단부(111')의 내측 가장자리면을 따라 형성되고 있다.

이러한 돌출부(112, 141)는 배기밸브(130)가 단부(111)에 놓여진 상태에서 압축링(140)을 압입하여 배기밸브(130)를 압착, 고정하게 될 때, 타 부분에 비해 보다 강하게 배기밸브(130)를 압착하게됨으로써 배기밸브(130)와 배터리 캡(100) 사이의 기밀성을 강화하게 되고, 전지 내부의 압력 변화시 돌출부(112, 141)에 의해 강하게 압착된 부분으로 응력이 집중되게함으로써 타 부분에 우선하여 파괴될 수 있도록 하게 된다.

이와 같은 본 발명에 의한 안전 밸브장치는, 일정 압력에서 파손되어 전지 내의 가스를 외부로 방출시켜 전지 폭발을 방지하는 안전장치의 기능과, 배터리 캡과 안전 밸브장치와의 기밀성을 유지하는 기밀기능을 동시에 제공하게 되고, 전지 폭발을 방지하는 안전장치의 기능은 압력 및 온도의 요인에 의해 결정된다.

전지는 쇼트 또는 과충전에 의해 내부의 압력 및 온도가 상승하게 되는데, 전지 내부가 일정 압력에 도달하게 되면 압축링(140), 특히 돌출부(112, 141)에 의해 강하게 눌려진 부분에 응력이 집중되어 배기밸브(130)가 파손되고, 이를 통해 개스가 방출됨으로써 전지 내부의 압력은 떨어지게 된다. 만약, 일정 압력에서 배기밸브(130)가 파괴되지 않을 경우, 전지 내부온도가 합성수지의 연화점에 도달하면 합성수지가 연화되면서 배기밸브(130)가 파손되고, 결과적으로 전지의 폭발을 방지하게 된다.

또한, 안전 밸브장치가 배터리 캡(100)에 설치된 후 기밀성을 유지하기 위한 기능으로서, 본 발명의 배기밸브(130)는 합성수지 재질로 이루어짐으로써 개스킷(Gasket)과 같은 기능을 하게 된다. 즉, 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 배기밸브(130)는 압축링(140)에 의해 압착됨으로써 배기밸브(130)와 배터리 캡(100) 사이의 기밀성을 유지할 수 있게 되고, 또한 압축링(140)을 압입시킨 후 배터리 캡(100)과의 접촉면의 둘레를 레이저 용접함으로써 압축링(140)이 배터리 캡(100)으로부터 이탈되는 것을 방지하고 기밀성을 강화할 수 있게 된다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 리튬이온 전지의 안전 밸브장치는, 저렴한 비용으로 제작이 가능하므로 경제성이 뛰어나고, 기밀성과 전지 내부의 압력 변화에 따른 응답성이 우수하므로 전지의 폭발을 효율적으로 방지하여 전지의 성능 및 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 각형 리튬이온 전지의 케이스 상부에 조립되어 그 내부를 밀폐하는 배터리 캡에 있어서,

   상기 배터리 캡의 일측면에 형성되는 삽입요부와,

   상기 삽입요부의 저면에 형성되어 상기 삽입요부와 상기 배터리 캡의 타측면을 연통시키는 배기공과;

   상기 삽입요부와 상기 배기공과의 단부에 위치되어 상기 배기공을 차단하는 배기밸브와;

   상기 삽입요부에 압입되어 상기 배기밸브를 압착, 고정하는 중공의 압축링;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 안전 밸브장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축링은, 상기 배기공의 내경과 동일한 면적과 형상의 내경을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 안전 밸브장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 압축링은, 저면 내측 가장자리면을 따라 상기 배기밸브를 상기 단부에 보다 강하게 압착할 수 있도록 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 안전 밸브장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 삽입요부와 상기 배기공과의 단부의 내측 가장자리면을 따라 상기 배기밸브를 상기 압축링에 보다 강하게 압착되게 하는 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 안전 밸브장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 배기밸브는, 연질의 합성수지재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 안전 밸브장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축링은, 상기 삽입요부에 압입된 상태에서 레이저 용접되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 안전 밸브장치.