KR100284033B1 - Sealing Structure of Li-ion Battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬이온 전지의 밀봉구조에 관한 것으로서, 종래에는 전지의 내압 상승에 따른 폭발위험을 방지하기 위해 케이스를 밀폐하는 캡에 노치를 형성하거나 또는 노치를 형성한 안전변을 별도로 설치하였으나, 이에 따른 제조공정이 추가되고 노치의 가공이 어려워 비용상승을 초래하는 문제점이 있었다.The present invention relates to a sealing structure of a lithium ion battery, but in the related art, in order to prevent an explosion risk due to an increase in the internal pressure of the battery, a notch or a safety valve having a notch formed therein are separately installed. There is a problem that the manufacturing process is added and the processing of the notch is difficult to raise the cost.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 전원을 발생하는 전극체가 내장되는 케이스와, 이 케이스의 상부 개구에 설치되어 그 내부를 밀폐하는 캡을 구비하는 각형 리튬이온 전지에 있어서, 내압이 소정치에 도달되면 그에 의해 서로 분리되어 내부의 개스가 방출될 수 있도록, 상기 케이스와 상기 캡이 소정의 깊이와 폭을 갖는 용접부에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and has a low withstand voltage in a rectangular lithium ion battery having a case in which an electrode body for generating power is embedded and a cap installed at an upper opening of the case to seal the inside thereof. The case and the cap are fixed by a welding part having a predetermined depth and width so that when stationary, the case can be separated from each other and the gas inside can be discharged.
이와 같은 본 발명에 의하면, 전지를 불안정한 상태에서 사용하거나 단락, 또는 역충전, 과충전 등에 의해 전지의 내압이 계속적으로 상승하여 일정한 압력에 도달하게 되면, 용접부가 떨어지면서 캡이 케이스로부터 분리되어 그 사이로 내부의 개스가 방출됨으로써 내압상승에 따른 전지의 폭발위험을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 내압 상승에 의한 전지 폭발을 방지하기 위한 안전장치로써 종래와 같이 캡에 노치를 형성하거나, 또는 노치를 형성한 안전밸브가 별도로 요구되지 않으므로, 그에 따른 제조공정의 단축 및 비용절감의 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, when the battery is used in an unstable state or the internal pressure of the battery is continuously increased due to a short circuit, reverse charging, or overcharging and the like to reach a constant pressure, the welding portion falls and the cap is separated from the case. By discharging the gas inside, it is possible to prevent the risk of explosion of the battery due to the internal pressure increase. Therefore, as a safety device for preventing battery explosion due to an increase in internal pressure, a notch in a cap or a safety valve having a notch are not required as in the prior art, so that the effect of shortening the manufacturing process and reducing costs can be achieved. You can get it.
Description
본 발명은 리튬이온 이차전지(Lithium ion secondary battery)에 관한 것으로, 특히 내압 상승에 따른 전지의 폭발위험을 방지할 수 있는 리튬이온 전지의 밀봉구조에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium ion secondary battery, and more particularly, to a sealing structure of a lithium ion battery capable of preventing an explosion risk of a battery caused by an increased internal pressure.
리튬이온 전지는 이동전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더(Camcorder) 등 휴대용 전자제품의 전원공급장치에 주로 이용되는 차세대 전지로서, 일반화된 망간전지 또는 수은전지에 비해 수명이 현저하게 긴 장점을 지니고 있다. 이러한 리튬이온 전지는 불안정한 상태에서의 사용 및 단락, 또는 역충전, 과충전 등에 의해 전지 내부에 발생되는 개스(Gas)의 내압상승에 의한 폭발의 위험이 있게 된다. 따라서, 전지 내부가 일정한 압력에 도달되면 자동적으로 단락되게 하거나, 파손되어 전지 내부의 개스가 배출되게 함으로써 전지의 폭발을 방지할 수 있게 하는 안전장치(Safety device)를 구비하는 것이 일반적이다.Li-ion batteries are the next-generation batteries that are mainly used for power supply devices of portable electronic products such as mobile phones, notebook computers, camcorders, etc., and have a significantly longer lifespan than general manganese batteries or mercury batteries. Such a lithium ion battery has a risk of explosion due to an increase in the internal pressure of gas (Gas) generated inside the battery due to use and short circuit in an unstable state, or reverse charging, overcharging, and the like. Therefore, it is common to provide a safety device that can prevent the battery from being exploded by causing a short circuit automatically when the inside of the battery reaches a constant pressure or by causing the gas inside the battery to be discharged.
도 1은 일반적인 각형 리튬이온 전지를 나타낸 것으로서, 스테인리스(Stainless)나 알미늄(Aluminium) 또는 니켈강(NPS:Nickel Plating Steel) 등의 재질로 이루어진 케이스(Case: 1) 내에는 전원을 발생하는 전극체(2)가 내장되고, 그 상측에 절연재(5)가 삽입된 후 배터리 캡(6)이 조립되어 케이스(1)를 밀폐하는 구조로 되어있다. 전극체(2)는 금속 리드(Lead)판으로 이루어진 캐소드 탭(Cathode tap: 3)과 애노드 탭(Anode tap: 4)을 각각 구비하여 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.1 illustrates a typical rectangular lithium ion battery, and includes an electrode body generating power in a case (Case: 1) made of a material such as stainless steel, aluminum, or nickel steel (NPS: Nickel Plating Steel). 2) is built in, the insulating material (5) is inserted above the battery cap (6) is assembled to have a structure to seal the case (1). The electrode body 2 includes a cathode tap 3 and an anode tap 4 each formed of a metal lead plate, and are connected to the positive terminal 7 of the battery cap 6. The cathode tab 3 is connected, and the anode tab 4 is in contact with the inner surface of the case 1 so that the entire case 1 forms a negative electrode terminal.
배터리 캡(6)의 일측에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(Filling hole: 9)가 형성되어 있으며, 양극단자(7)는 글래스몰딩(8)으로 배터리 캡(6)과 절연되고 또한 기밀을 유지할 수 있도록 되어있다.An electrolyte injection hole 9 is formed at one side of the battery cap 6 to inject the electrolyte, and the anode terminal 7 is insulated from the battery cap 6 by the glass molding 8 and maintains airtightness. It is supposed to be.
한편, 배터리 캡(6)에는 전지 내부가 일정한 압력에 도달되면 자동적으로 파손되어 전지 내부의 개스가 방출되게 함으로써 전지의 폭발이 방지되게 하는 안전장치로서 안전밸브(Safety vent valve: 10)가 설치되어 있는데, 도 2와 도 3은 기존의 리튬이온 전지에 적용되는 안전밸브(10, 10')의 구조를 각각 나타낸 것이다.On the other hand, the battery cap (6) is a safety valve (Safety vent valve: 10) is installed as a safety device to prevent the explosion of the battery by automatically damaged when the internal pressure of the battery reaches a certain pressure to discharge the gas inside the battery is installed 2 and 3 illustrate the structures of safety valves 10 and 10 'applied to conventional lithium ion batteries, respectively.
도 2의 구성은, 배터리 캡(6)에 개스를 배출시키기 위한 배기구멍(도 1참조)을 형성하고, 노치(Notch: 11)가 형성된 금속재질의 안전밸브(10)를 이 배기구멍의 내측에 부착하여 이루어진 것이다.In the configuration of FIG. 2, an exhaust hole (see FIG. 1) for discharging gas is formed in the battery cap 6, and a metal safety valve 10 having a notch 11 is formed inside the exhaust hole. It is made by attaching to.
반면에 도 3에서는, 배터리 캡(6') 자체의 일측면에 노치(11')가 형성된 것을 나타내고 있다.3 illustrates that the notch 11 'is formed on one side of the battery cap 6' itself.
도 2 및 도 3과 같은 구조의 종래의 안전밸브(10)는 전지 내부에서 압력이 증가하여 일정한 압력에 도달되면 노치(11, 11')부분이 파손되어 가스가 배출됨으로써 내부의 압력을 감소시켜 전지의 폭발을 방지하게 된다.The conventional safety valve 10 of the structure shown in Figures 2 and 3 when the pressure increases within the battery to reach a constant pressure notch (11, 11 ') part is damaged by the gas discharged to reduce the pressure inside This will prevent the battery from exploding.
그러나, 위와 같이 전지 내부의 압력상승으로 인한 전지폭발을 방지할 수 있도록 노치(11)를 형성한 안전밸브(10)를 부착하거나 또는 캡(6) 자체에 노치(11')를 형성하는 종래의 기술은, 노치(11, 11')의 가공이 기술적인 곤란성을 요구하고 제조공정이 추가됨으로써 비용상승 및 생산성의 저하를 초래하는 단점이 있다.However, in order to prevent the battery explosion due to the increase in the pressure inside the battery as described above, or to attach the safety valve 10 having the notch 11 or to form the notch 11 'in the cap 6 itself The technique has disadvantages in that the processing of the notches 11 and 11 'requires technical difficulty and the manufacturing process is added, resulting in an increase in cost and a decrease in productivity.
또한, 노치(11, 11')는 전지 내부의 압력변화에 대해 민감하게 반응하기 어려우므로 작동편차가 크고, 이에 따라 안정성과 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있었다.In addition, the notches 11 and 11 'have a problem in that the operation deviation is large because it is difficult to react sensitively to the pressure change in the battery, thereby degrading stability and reliability.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 전지 내부가 일정한 압력에 도달되면 전지 케이스를 밀폐하는 캡이 열리도록 작동되어 개스가 방출될 수 있게 함으로써, 간단한 제조공정과 저렴한 비용으로 전지의 안전성이 향상되게 한 리튬이온 전지의 밀봉구조를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, when the inside of the battery reaches a constant pressure to operate the cap to seal the battery case to be released by the gas, so that a simple manufacturing process and low cost It is to provide a sealing structure of a lithium ion battery, which improves the safety of the battery.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전원을 발생하는 전극체가 내장되는 케이스와, 이 케이스의 상부 개구에 설치되어 그 내부를 밀폐하는 캡을 구비하는 각형 리튬이온 전지에 있어서, 내압이 소정치에 도달되면 그에 의해 서로 분리되어 내부의 개스가 방출될 수 있도록, 상기 케이스와 상기 캡이 소정의 깊이와 폭을 갖는 용접부에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a rectangular lithium ion battery having a case in which an electrode body for generating a power source is built, and a cap installed in an upper opening of the case and sealing the inside thereof, wherein the internal pressure is a predetermined value. The case and the cap are fixed by a welding part having a predetermined depth and width so that the gas and the gas therein can be separated from each other when the gas is reached.
본 발명의 실시예에서, 캡은 레이저용접에 의해 케이스에 고정되고, 용접부의 강도는 전지의 내부압력이 5∼200kgf/㎠ 사이에서 케이스로부터 캡이 분리될 수 있게 설정된다. 이때, 용접부의 깊이 및 비드(Bead)부분의 폭은 1ea이상 되는 것이 바람직하다.In an embodiment of the present invention, the cap is fixed to the case by laser welding, and the strength of the weld portion is set such that the cap can be separated from the case between 5 to 200 kgf / cm 2 of internal pressure of the battery. At this time, the depth of the weld portion and the width of the bead (Bead) is preferably 1ea or more.
이와 같은 본 발명에 의하면, 불안정한 상태에서의 사용 및 단락, 또는 역충전, 과충전 등에 의해 전지 내 압력이 계속적으로 상승하는 경우, 캡을 밀어내는 압력이 최초에 설정된 용접부의 밀착력을 극복하는 시점에서 케이스로부터 캡이 분리되어 내부의 개스를 외부로 방출시킬 수 있게 된다. 따라서, 내압상승에 따른 전지의 폭발 위험을 방지할 수 있게 된다.According to the present invention, when the pressure in the battery continuously rises due to use and short circuit in an unstable state, or reverse charging, overcharging, etc., the case at the time when the pressure to push out the cap overcomes the adhesion of the initially set welding part The cap is separated from it so that the internal gas can be released to the outside. Therefore, it is possible to prevent the risk of explosion of the battery due to the increase in internal pressure.
도 1은 일반적인 각형 리튬이온 전지의 캡 구조를 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view showing a cap structure of a conventional rectangular lithium ion battery,
도 2, 도 3은 종래 리튬이온 전지의 안전밸브 장치를 각각 나타낸 사시도,2 and 3 are perspective views showing the safety valve device of the conventional lithium ion battery, respectively,
도 4a는 본 발명에 따른 밀봉구조를 적용한 리튬이온 전지를 나타낸 사시도,4A is a perspective view of a lithium ion battery to which a sealing structure according to the present invention is applied;
도 4b는 도 4a의 선 A - A에 의한 단면도,4B is a cross sectional view taken along the line A-A of FIG. 4A;
도 5a는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 사시도,Figure 5a is a perspective view showing another embodiment of the present invention,
도 5b는 도 5a의 선 A - A에 의한 단면도.5B is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 5A.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 ; 케이스(Case) 110 ; 캡(Cap)100; Case 110; Cap
111 ; 글래스몰딩(Glass moulding) 112 ; 양극단자111; Glass molding 112; Positive terminal
113 ; 용접부113; Weld
이와 같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 후술하는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.Such a characteristic configuration and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood through detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
도 4a 내지 도 5b는 본 발명에 따른 리튬이온 전지의 밀봉구조의 실시예들을 각각 나타낸 것이다.4A to 5B show examples of the sealing structure of the lithium ion battery according to the present invention.
먼저 도 4a를 보면, 전원을 발생하는 전극체가 내장된 케이스(100)는 그 상부에 조립된 캡(110)에 의해 내부가 밀폐된다. 캡(110)은 그 중앙에 전극체의 캐소드 탭에 연결된 양극단자(111)가 구비되고, 이 양극단자(111)는 글래스 몰딩(112)을 통해 캡(110)과 절연되는 구조를 지닌다. 이와 같은 구조는 전극체의 애노드 탭이 케이스(100)에 접해짐으로써 케이스(100) 자체가 음극단자 기능을 하게 되고, 캡(110)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 케이스(100)에 직접 용접되므로, 캡(110) 자체도 음극성을 띠기 때문이다.First, referring to FIG. 4A, a case 100 in which an electrode body generating power is embedded is sealed by a cap 110 assembled at an upper portion thereof. The cap 110 has a cathode terminal 111 connected to the cathode tab of the electrode body at the center thereof, and the anode terminal 111 has a structure insulated from the cap 110 through the glass molding 112. In this structure, the anode tab of the electrode body is in contact with the case 100 so that the case 100 itself functions as a negative electrode terminal, and the cap 110 is the case 100 as shown in FIGS. 4A and 4B. This is because the cap 110 itself has a negative polarity because it is directly welded to the.
도 4b에서는 본 발명에 따른 밀봉구조를 나타내고 있는데, 여기서 캡(110)은 가장자리 둘레면이 케이스(100)의 내주면 상부에 용접되어 고정되고, 용접부(113)의 강도는 케이스(111) 내부의 압력이 사용자가 임의로 정한 소정값에 도달되면 내압의 작용력에 의해 용접부(113)가 떨어져 케이스(100)와 캡(110)이 분리되면서 그 사이로 내부의 개스가 방출될 수 있도록 결정된다.Figure 4b shows a sealing structure according to the present invention, wherein the cap 110 is fixed to the edge circumferential surface is welded to the upper inner peripheral surface of the case 100, the strength of the welding portion 113 is the pressure inside the case 111 When the user reaches a predetermined value arbitrarily determined by the user, the welding part 113 is separated by the action force of the internal pressure, and the case 100 and the cap 110 are separated, so that the internal gas can be discharged therebetween.
용접부(113)의 분리작용이 이루어지는 작동범위의 설정은 전지의 용량, 또는 용도 등에 따라 각각 다르게 할 수 있으나, 일반적인 각형 리튬이온 전지의 예를 들면 그 범위를 5∼200kgf/㎠에서 작동되도록 용접부(113)의 강도를 설정하고, 그에 따른 용접부(113)의 깊이 및 비드 폭의 변경은 1ea 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 정밀한 가공은 레이저용접(Laser welding)에 의해 가능하다.Although the setting of the operating range in which the separating action of the welding part 113 is performed may vary depending on the capacity of the battery or the purpose of use, the welding part may be operated to operate at a range of 5 to 200 kgf / cm 2, for example, of a typical rectangular lithium ion battery. It is preferable to set the strength of 113 and change the depth and the bead width of the welded portion 113 accordingly to 1ea or more. Such precise machining is possible by laser welding.
도 5a와 도 5b는 캡(110')의 형태에 따라 용접부(113')의 위치가 달라지는 경우를 나타낸 본 발명의 다른 실시예이며, 여기서는 상대적으로 두꺼운 재질의 캡(110')이 설치되는 경우에 있어서 케이스(100')의 상단면과 캡(110')의 가장자리 하면이 용접된 것을 나타내고 있다.5A and 5B illustrate another embodiment of the present invention in which the position of the weld part 113 ′ varies depending on the shape of the cap 110 ′, and in this case, a cap 110 ′ of a relatively thick material is installed. The upper surface of the case 100 'and the lower surface of the edge of the cap 110' are welded.
이와 같은 본 발명에 의하면, 전지를 불안정한 상태에서 사용하거나 단락, 또는 역충전, 과충전 등에 의해 전지의 내압이 계속적으로 상승하여 일정한 압력에 도달하게 되면, 용접부(113)에 의해 케이스(100)에 밀착, 고정된 캡(110)이 용접부(113)가 떨어지면서 케이스(110)로부터 분리되어 그 사이로 내부의 개스가 방출되게 함으로써 내압상승에 따른 전지의 폭발위험을 방지할 수 있게 된다.According to the present invention, when the battery is used in an unstable state or the internal pressure of the battery is continuously raised due to a short circuit, reverse charging, overcharging, or the like to reach a constant pressure, the welding part 113 closely adheres to the case 100. The fixed cap 110 is separated from the case 110 as the welding part 113 falls, thereby allowing the internal gas to be discharged therebetween, thereby preventing the explosion risk of the battery due to the increase in the internal pressure.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 내압 상승에 의한 전지 폭발을 방지하기 위한 안전장치로써 종래와 같이 캡에 노치를 형성하거나, 또는 노치를 형성한 안전밸브가 별도로 요구되지 않으므로, 그에 따른 제조공정의 단축 및 비용절감의 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, as a safety device for preventing battery explosion due to an increase in internal pressure, a notch or a safety valve having a notch are not required as in the prior art. The effect of shortening and cost reduction can be obtained.
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