KR100294494B1 - 이차전지의 안전장치 - Google Patents

Abstract

목적 : 전지의 비정상적인 작용에 의한 내압 상승시 작동되어서 폭발에 대한 안전성을 확보하는 이차전지의 안전장치를 제공한다.

구성 : 캔의 상부에 용접되는 것이며 캡 어셈블리를 구성하는 부극 플레이트의 일부를 약하게 형성함에 있어, 프레스에 의해 상측 혹은 하측으로 밀려지되 상기 부극 플레이트에 대하여 단차를 갖도록 어긋난 안전변을 형성한다. 안전변은 부극 플레이트와 같은 두께를 갖는 것이며, 부극 플레이트와 겹쳐지는 두께에 따라 파단 및 작동 압력을 정확하게 설정할 수 있다.

효과 : 안전변은 전지의 이상 작동이나 폭발에 대한 정확한 파단 및 작동을 설계할 수 있으며, 안전성을 향상시킬 수 있다. 또 프레스에 의하여 안전변의 형상을 용이하게 형성할 수 있다.

Description

이차전지의 안전장치{Safety apparatus of secondary battery}

본 발명은 전지의 비정상적인 작용으로 내부 압력이 규정 압력 이상으로 상승될 경우 작동되어서, 전지의 내압을 감소시키고 폭발을 방지하여 안전성을 확보할 수 있도록 하는 이차전지의 안전장치에 관한 것이다.

이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있으며, 외관상으로는 원통형과 각형 전지로 구분되고 있다.

도 2은 각형 전지의 일반적인 구조를 나타내고 있다. 도면에서와 같이 정극과 세퍼레이터 및 부극이 함께 롤 상으로 권취되고 압착된 전극부(2)은 상·하부에 절연판(4a)(4b)을 개재하여 캔(6) 내부로 수납되고, 그 캔(6)의 상부에는 안전장치를 포함하는 캡 어셈블리(8)가 설치되어서, 캡 어셈블리(8) 상에 형성된 주입구(10)를 통해 액체 전해질을 주입한 후 플러그를 막아 밀봉한다.

여기서 캡 어셈블리(8)는 각형 캔(6)의 상부에 용접되는 부극 플레이트(12)와 그 중심에 배치되는 정극 플레이트(14)의 사이에 절연체(16) 및 가스켓(18)을 개재하고, 부극 플레이트와 정극 플레이트의 중심을 관통하는 리벳(20)을 이용하여 어셈블리된다.

이렇게 형성된 캡 어셈블리(8)는 전지 내압 상승 및 폭발에 대한 안전장치를 구비하게 되는 바, 이것은 부극 플레이트(12)에 기계적인 방법이나 에칭 및 전기주형법으로 일정 깊이의 홈을 형성하여서 안전변(22)을 구성한다.

안전변(22)은 도 3 및 도 4와 같이 부극 플레이트(12)에 일정 깊이의 홈(22a)을 형성할 수 있다. 또 도 5와 같이 부극 플레이트(12)에 구멍(24)과 턱(26)을 형성하고, 여기에 박판(28)을 부착할 수 있다. 또한 도 6과 같이 부극 플레이트(12)를 프레스로 압착하여 홈(22b)을 형성하므로 상대적으로 약하게 만들 수 있다.

그러나 지금까지 알려진 이차전지의 안전변(22)은 작동이 불량하고 제조가 어려운 문제점이 있다. 예를 들어, 홈(22a)을 형성한 구조는 그 홈의 깊이를 정확하게 형성하기 어렵고, 그 형상에 차이가 있어 내압에 따른 파단시 압력 오차가 발생하고, 작동이 불량하게 된다. 또 홈(22b)은 프레스에 의해 압축되는 두께를 정확하게 맞추기 어렵다.

또한, 구멍(24)을 형성하고 박막(28)을 부착하는 구조는 제조 공정이 복잡한 문제점이 있다.

앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 전지의 규정 내부 압력에서 정확하게 작동하여 안전성을 확보할 수 있도록 하고, 구조를 단순화하여 용이하게 실현할 수 있도록 한 이차전지의 안전장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다.

상기 목적에 따라 본 발명은 캔의 상부에 용접되는 것이며 캡 어셈블리를 구성하는 부극 플레이트의 일부를 약하게 형성함에 있어, 프레스에 의해 상측 혹은 하측으로 밀려져 상기 부극 플레이트에 대하여 단차를 갖도록 안전변을 형성하되, 그 안전변이 부극 플레이트와 같은 두께를 갖도록 한다.

안전변은 부극 플레이트와 겹쳐지는 두께에 따라 파단 및 작동 압력을 정확하게 설정할 수 있다.

따라서 본 발명의 안전변은 전지의 이상 작동이나 폭발에 대한 정확한 파단및 작동을 설계할 수 있으며, 안전성을 향상시킬 수 있다. 또 프레스에 의하여 안전변의 형상을 용이하게 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 이차전지를 보인 단면도.

도 2는 일반적인 이차전지를 보인 전체 단면도.

도 3은 종래 공지된 캡 어셈블리의 평면도.

도 4 내지 도 6은 종래 공지된 이차전지의 안전장치를 보인 일부 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2-전극부6-캔

12-부극 플레이트220-안전변

222-돌출부

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 설명한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어 종래 기술에서 인용된 도면과 동일한 구성에 대하여는 같은 부호를 부여하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 이차전지를 나타내고 있다.

본 발명에서는 이차전지의 하나로 리튬이온전지를 일 예로 설명하기로 한다. 리튬이온전지는 정극 활물질로,및중에서 적어도 1종이 함유된 리튬-천이금속산화물을 사용하고, 부극 활물질로 탄소 및 탄소복합체를 사용한다.

전극 기재에 활물질을 도포 및 충전하여 형성된 정극 및 부극은 사이에 세퍼레이터를 개재하여 절연된 상태에서 맨드렐을 이용하여 롤 상으로 권취되고 그 후 압착되어 전극부(2)를 구성한다.

이렇게 형성된 전극부(12)는 상·하부 절연판을 개재하여 캔(6) 내부에 수납되고, 그 캔(6)의 상부에는 안전장치를 포함하는 캡 어셈블리(80)를 설치한다.

본 발명에서 캡 어셈블리(80)는 전지의 내압 상승 및 폭발에 대한 안전성을 확보하기 위한 것으로, 캔(6)의 상측 단부에 용접되는 부극 플레이트(12)에 안전변(220)을 형성하고 있다.

본 발명의 목적물인 안전장치 즉, 안전변(220)은 전지의 규정 압력 범위인 10∼30에서 외장 케이스를 구성하는 캔(6) 및 캡 어셈블리(80)의 타 부분에 대하여 먼저 파단되도록 하기 위한 것으로, 부극 플레이트(12)를 펀치 혹은 프레스하여, 상기 부극 플레이트(12)에 일부가 연결되는 것이고 나머지 부분이 상측 혹은 하측으로 밀려져 어긋나도록 한 돌출부(222)를 형성함으로써 이루어진다.

여기서 돌출부(222)의 파단 압력은 부극 플레이트(12)와 연결된 부분의 두께로 정확하게 결정할 수 있다. 돌출부(222)는 부극 플레이트(12)와의 연결부를 그 부극 플레이트(12)의 전체 두께에 대하여 5∼90% 범위에서 자유롭게 설정할 수 있으며, 이것은 전지의 크기 및 부극 플레이트(12)의 두께에 따라 가변될 수 있다.

또 돌출부(222)는 부극 플레이트(12)에만 형성되는 것은 아니며, 캔(6)에도 동일한 형태로 형성할 수 있다. 캔(6)에 형성할 경우에는 전극부(2)와 캡 어셈블리(80)의 사이공간에 맞추어 형성된다.

이렇게 형성된 안전변(220)에 의거하여 본 발명의 이차전지는 용이하게 안전장치를 구성할 수 있다. 또한 규정 압력 범위인 10∼30에서 정확하게 작동되도록 할 수 있다.

부극 플레이트(12)에는 절연체(16)와 가스켓(18)을 개재하여 정극 플레이트(14)가 설치되고, 이들은 리벳(20)을 이용하여 어셈블리되므로 캡 어셈블리(80)를 구성한다. 또 리벳(20)은 전극부(2)에서 인출된 정극 탭(30)과 용접되므로 정극 단자로 사용된다.

반면 캔(6)은 전극부(2)에서 인출된 부극 탭(도시생략)과 용접되거나 혹은 전극부(2) 최외곽의 부극과 직접 접촉됨에 의해 부극 단자로 사용된다.

이렇게 구성된 본 발명의 이차전지는 캡 어셈블리(80)의 주입구(10)를 통해 전해액을 주입한 후 밀봉함으로써 제작 완료된다.

이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 이차전지의 안전장치는 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉, 본 발명은 부극 플레이트와 돌출부의 연결 두께를 조절함으로써 파단 및 작동 압력을 정확하게 설정할 수 있는 것이며, 그로 인하여 전지의 내압이 규정압 이상으로 상승할 경우 정확하게 개방되므로 전지의 안전성을 보다 향상시킬 수 있는 것이다.

또 본 발명은 펀치 혹은 프레스에 의해 용이하게 형성할 수 있으므로 제조 공정을 용이하게 실현할 수 있다.

Claims (3)

1. 캔의 상부에 용접되는 것이며 캡 어셈블리를 구성하는 부극 플레이트를 포함하고, 상기 부극 플레이트와 일부가 연결되고 나머지 부분이 상측 혹은 하측으로 밀려져 어긋난 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
2. 제 1 항에 있어서, 돌출부와 부극 플레이트의 연결부 두께를 부극 플레이트 전체 두께의 5∼90%로 한 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 돌출부를 캔에 형성한 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.