KR100351608B1 - 방폭형 비수전해액 이차전지 및 그 파단압력 설정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과충전시에 전지 내의 전기적 접속을 안전하고 확실하게 차단함과 동시에, 정상적인 사용 또는 고온에서의 보관시에는 작동하지 않는 통전차단장치를 가지는 방폭형 비수전해액 이차전지를 제공하고자 하는 것이다.

전지의 봉구부에 서로 기계적 및 전기적으로 결합된 상하 한 쌍의 밸브판(1, 2)을 구비하고, 전지케이스의 내압이 소정값 이상이 된 때는 상하 한 쌍의 밸브판(1, 2)사이의 기계적 결합이 파단되어 통전을 컷트하도록 구성하고, 상기 상하 한 쌍의 밸브판(1,2)사이의 기계적 결합이 파단되는 파단 압력을 전지의 공간체적 점유율이 증가함에 따라 저하시키도록 설정한 것을 특징으로 한다.

Description

방폭형 비수전해액 이차전지 및 그 파단압력 설정방법{Explosion-proof nonaqueous electrolyte secondary cell and rupture pressure setting method therefor}

최근, AV 기기 또는 퍼스널 컴퓨터 등의 전자기기의 휴대화, 무선(cordless)화가 급속히 진전되고 있고, 이들의 구동용 전원으로서는 고용량화된 각종의 알칼리 축전지나 리튬이온 이차전지로 대표되는 비수전해액(유기용매계 전해액) 이차전지가 적합하다. 또, 비수전해액 이차전지는 고에너지 밀도이고 부하특성이 뛰어난 밀폐형 전지로 하는 것이 촉진되고 있고, 이들 밀폐형 전지는 시계나 카메라 등의 휴대용 기기의 전원으로 널리 사용되고 있다.

그러나, 비수전해액 이차전지에서는 충전기를 포함한 기기의 고장이나 과충전 또는 오사용 등이 발생한 경우 전지내부의 발전요소가 화학변화를 일으킨다. 예를 들면, 과충전이나 단락 등에 의한 이상반응에 의해 전해액이나 활물질이 분해하여 전지내부에 이상하게 가스가 발생하고 전지내압이 과대하게 된다. 이 때문에, 이 종류의 전지에는 하기와 같은 방폭안전기구가 종래부터 부가되고 있다. 즉, 전지내압이 설정치를 넘는 경우에, 그 내압을 받은 밸브체(valve體)가 내압방향(내압이 확산되어 가는 방향)으로 가압되어 변형됨으로써, 도전부재의 얇은 부분을 파단시키거나 또는 밸브체와 도전부재의 용착부(溶着部)를 박리시켜, 과충전이나 단락시의 발생 초기단계에서 통전전류를 차단하여 이상반응을 정지시킨다. 이것에 의해 충전전류 또는 단락전류에 의한 전지의 온도상승이나 전지내압의 상승을 억제하여 전지의 안전성을 확보하고 있다.

미국 특허명세서 제 4,943,497호에 개시되어 있는 전지구조체는, 과충전시에 내부적으로 충분히 확보되는 상업상 유용한 제품을 만들 수 있다는 점에서는 가치가 있는 것이다. 차단장치를 기동하는 기체발생기구는 전지의 전압, 온도 및 시간에 의존하고 있다. 기체발생의 속도는 일정하지 않지만 전지의 전압 및 온도와 함께 커지게 된다. 실제로 전지를 사용하는 경우에 특히 중요한 것은 기체의 발생이 소정의 전압 및 온도에서는 시간의 경과에 따라 계속된다는 것이다. 기체의 발생에 의해 과충전시에 전지의 안전한 동작의 정지를 확보하는 것이 필요하지만, 통상의 조작시에는 지속되는 기체의 발생을 피하지 않으면 안 된다. 기체의 발생을 피할 수 없으면, 기체분해 생성물이 시간의 경과에 따라 축적되어 기체의 압력이 상승하므로, 차단장치가 정상 사용시에 작동하게 될 가능성이 있다.

실제로, 전해액과 정극(正極)물질의 바른 선택에 의해 어느 정도 안정성에 관한 요건을 만족시킬 수 있다. 그러나, 이들의 요건은 비용, 복잡성, 에너지 밀도 등과 같은 다른 이유에 의해 상기 선택을 방해한다. 게다가, 기체의 발생이 완전하게 밀폐된 전지에서 계속되는 경우에는 차단기구의 최대수명이 제한을 받는다.

본 발명은 리튬이온 이차전지 등의 비수전해액 이차전지에 있어서, 과충전시에 전지내의 전기적 접속을 안전하고 확실하게 차단함과 동시에, 정상적인 사용 또는 고온에서의 보관시에는 작동하지 않는 차단장치를 가지고, 또 전지의 폐기, 화중(火中) 투하 등에 의해 가스 폐기능력 이상의 가스가 발생한 경우에는 안전장치의 복합화와 최적화에 의해 전지파열 등의 문제를 발생시키지 않는 안전성이 뛰어난 방폭형 비수전해액 이차전지를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

본 발명은 리튬 이차전지 등에 적용되는 방폭형 비수전해액 이차전지에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서의 방폭형 전지의 종단면도,

도 2는 그 바닥면도이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 봉구(封口)부에 서로 기계적 및 전기적으로 결합된 상하 한 쌍의 밸브판을 구비하고, 전지케이스의 내압이 소정값 이상이 된 때에, 상하 한 쌍의 밸브판 사이의 기계적 결합이 파단되어 통전을 컷트하고, 그 후 다시 전지케이스의 내압이 상승하여 소정값 이상이 된 때에, 상(上)밸브판에 형성된 파단성부(破斷性部; 이하에서는, 「파단이 용이한 부위」라는 의미로서 “파단성부”를 사용한다)가 파단되어 전지케이스 내의 기체가 외부로 방출되도록 구성하며, 상기 상하 한 쌍의 밸브판 사이의 기계적 결합이 파단되는 파단압력을, 전지의 공간체적 점유율이 증가함에 따라 저하시키도록 설정한 것을 특징으로 하고, 또한 상밸브판의 파단성부의 파단압력을 18∼24Kgf/㎠로 설정한 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 봉구부에 서로 기계적 또는 전기적으로 결합된 상하 한 쌍의 밸브판을 구비하고, 전지케이스의 내압이 소정값 이상이 된 때는 상하 한 쌍의 밸브판 사이의 기계적 결합이 파단되어 통전을 컷트하고,그 후 다시 전지케이스의 내압이 상승하여 소정값 이상이 된 때는 상밸브판에 형성된 파단성부가 파단되어 전지케이스 내의 기체가 외부에 방출되도록 구성하며, 전지케이스의 저면부에 파단성부를 형성하고 그 파단압력을 상밸브판의 파단성부의 파단압력의 상한보다 16Kgf/㎠이상 높아지도록 설정한 것을 특징으로 하고, 또 봉구부 코킹(calking) 내압이 전지케이스의 바닥면부에 형성한 파단성부의 파단압력의 상한보다 10Kgf/㎠ 이상 높아지도록 설정한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 발명에 의하면, 리튬 이차전지 등의 비수전해액 이차전지의 과충전시에 전지 내의 전기적 접속을 안전하고 확실하게 차단함과 동시에, 정상적인 사용 또는 고온에서의 보관시에는 작동하지 않는 통전차단장치를 가지며, 또 전지의 폐기, 화중투하 등에 의해 가스 폐기능력 이상의 가스가 발생한 경우에는 방폭장치의 복합화와 최적화에 의해 전지파열 등의 문제를 발생시키지 않는 안전성이 뛰어난 방폭형 비수전해액 이차전지를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 방폭형 리튬 이차전지의 종단면도이다. 동 도에서, 이 전지에 사용되고 있는 방폭형 봉구판은 얇은 금속박으로 이루어진 상밸브체(상밸브판)(1)와, 이 상밸브체(1)에 쌍으로 설치된 얇은 금속박으로 이루어진 하(下)밸브체(하밸브판)(2)와, 상밸브체(1)와 하밸브체(2) 각각의 주연 부분 사이에 끼워진 링형상의 절연성 이너 개스킷(inner gasket)(3)과, 상밸브체(1)의 주연부의 윗면에 겹쳐진 링형상의 PTC소자(4)와, 이 PTC소자(4)에 재치된 6개의 배기공(5a)을 가지는 금속 캡(5)과, 상기 각 부재를 적층상태에서 삽입시켜 유지하는 것으로서 4개의 통기공(6a)을 가지는 알루미늄제의 금속케이스(6)를 구비하고 있다.

이너 개스킷(3)은 내전해액성을 가지는 합성수지, 예를 들면 실란 가교성 폴리프로필렌계 폴리머에 의해 링 형상의 주연부(3a)의 주변 단부에서 통형상부(3b)가 윗 방향으로 연장된 형상으로 형성되어 있다. 상기 상밸브체(1)는 예를 들면 두께가 0.15mm이고 외경이 12.7mm인 알루미늄 원판으로 이루어지고, 중앙부분이 아래 방향을 향해 만곡(彎曲)형상으로 돌출한 오목형상부(1a)와, 이 오목형상부(1a)의 주위에 평면으로 볼 때 C자 형상의 각인을 이용하여 형성된 C자 형상의 파단용이성의 얇은 부분(1b)을 가지고 있다.

하밸브체(2)는 예를 들면 두께가 0.1mm이고 외경이 13.5mm인 알루미늄 원판으로 이루어지고 중앙부분(2a)의 주위에 평면으로 볼 때 원형상의 각인을 이용하여 형성된 파단용이성의 얇은 부분(2b)을 가지고 있다. 이 얇은 부분(2b)은 전지내압이 소정값에 이른 때에 파단하는 파단강도에 있어서, 상밸브체(1)의 얇은 부분(1b)의 파단강도보다도 낮은 강도로 설정되어 있다.

상밸브체(1)와 하밸브체(2)의 각각의 중심부는 용접에 의해 결합부(S)가 형성되어 있고, 상밸브체(1)와 하밸브체(2)는 결합부(S)만을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 또, PTC소자(4)는 설정값 이상의 전류가 흐르는 것에 의해 소정의 온도대역을 넘으면 현격한 차이로 전기저항값이 증대하는 정온도 특성의 저항소자이다.

다음에, 상기 방폭 봉구판에 의해 전지케이스(7)의 개구부를 봉구하여 이루어진 상기 전지에 대해서 간단히 설명한다. 먼저, 이 방폭 봉구판을 바닥부에 얇은 부분(7b)을 가진 전지케이스(7)에 삽입한 때에 전지케이스(7) 내에 수용한 극판군(極板群)(10)의 한 쪽의 극판(통상은 정극)에서 도출된 리드체(lead體)(8)를 금속케이스(6)에 용접함으로써 접속하고, 극판군(10)에 전해액을 주입한 후에 방폭 봉구판을 그 주위에 절연 개스킷(9)을 사이에 끼워 전지케이스(7)의 개구부 내측에 장착한다. 그 후에, 전지케이스(7)의 개구단 부분(7a)을 안쪽 방향으로 코킹 가공하면, 방폭 봉구판이 전지케이스(7)를 밀폐한다. 또, 바닥부에 설치한 얇은 부분(7b)은 도 2에 나타낸 바와 같이 평면으로 볼 때 C자 형상을 하고 있고, 파단성부로 되어 있다.

이 전지의 통전전류는 전지케이스(7) 내에 수용된 극판, 리드체(8), 금속케이스(6), 하밸브체(2)에서 결합부(S)를 통해 상밸브체(1), PTC소자(4) 및 외부단자를 겸한 금속 캡(5)으로 흘러 전지로서 기능한다. 여기에서, 과대전류가 흐르는 경우, PTC소자(4)는 단시간에 작동온도에 도달하여 저항값이 증대하고, 통전전류가 대폭 감소유지된다. 이것에 의해 외부단락 또는 과대전류에서의 오사용에 의한 전지의 현저한 손상을 방지한다.

또, 충전기 고장 등에 의한 과충전 또는 역충전 또는 다수직렬 과방전 등이 발생한 경우, PTC소자(4)의 작동전류 이하의 전류값에서도 전지의 안전허용전류를넘어 전지내압이 상승하는 경우가 많다. 이 전지내압이 하밸브체(2)의 얇은 부분(2b)의 파단강도에 의해 설정된 소정값까지 상승하면 상기 전지내압을 통기공(6a)을 통해 받는 하밸브체(2)의 얇은 부분(2b)의 일부가 파단하고, 그 파단부를 통해 받은 압력에 의해 상밸브체(1)는 오목형상부(1a)가 반전하여 윗 방향을 향해 변형하고, 이것에 의해 하밸브체(2)의 얇은 부분(2b)은 파단력이 작용하여 파단한다. 이것에 의해, 하밸브체(2)의 얇은 부분(2b)으로 둘러싸인 부분은 도려내어져 상밸브체(1)와 함께 하밸브체(2)에서 분리되기 때문에, 결합부(S)를 통해서만 도통하고 있던 상밸브체(1)와 하밸브체(2)가 이간하여 통전전류가 차단된다.

그 후에, 전지의 내부압력이 더 계속 상승한 경우에는, 대량의 가스가 발생하여 전지내압이 상밸브체(1)의 얇은 부분(1b)의 파단강도에 의해 설정된 소정값에 이르게 되면, 그 얇은 부분(1b)이 갈라져 충만해 있던 가스가 금속 캡(5)의 배기공(5a)에서 전지외부로 배출된다.

급격히 전지의 내부압력이 계속 상승한 경우에는 전지내압이 전지케이스(7)의 바닥부의 얇은 부분(7b)의 파단강도에 도달하면 그 얇은 부분(7b)이 갈라져 충만해 있던 가스가 전지외부로 배출된다.

상기와 같은 구성에 있어서, 실시예의 원통형 전지(A1∼A7)는 다음과 같은 방법으로 제작했다. 전지내 밀폐공간 중에서 공간부(즉 발전요소를 구성하지 않은 공간 부분)를 차지하는 체적비율인 공간체적 점유율을 15∼20%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 3∼11Kgf/㎠ 로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 A1, 공간체적 점유율을 10∼14%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 4∼13Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 A2, 공간체적 점유율을 9%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 5∼13Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 A3, 공간체적 점유율을 8%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 5.5∼13Kgf/㎠ 로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 A4, 공간체적 점유율을 7%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 7∼13Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 A5, 공간체적 점유율을 6%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 9∼14Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 A6, 공간체적 점유율을 5%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 13∼15Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 A7으로 한다.

또, 실시예의 각형(角形) 전지(F1∼F5)는 다음과 같이 하밸브체 파단압력을 설정하여 제작했다. 공간체적 점유율을 15∼20%로 하고 하밸브체의 파단압력을 2∼5Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 F1, 공간체적 점유율을 10∼14%로 하고 하밸브체의 파단압력을 3∼7Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 F2, 공간체적 점유율을 7∼9%로 하고 하밸브체의 파단압력을 4∼7Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 F3, 공간체적 점유율을 6%로 하고 하밸브체의 파단압력을 4∼9Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 F4, 공간체적 점유율을 5%로 하고 하밸브체의 파단압력을 6∼10Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 F5로 한다. 또, 얇은 부분의 파단압력(작동압)은 가스 가압에 의해 측정을 행한다.

다음으로, 이들의 전지를 이용하여 과충전 시험, 고온보존시험, 화중투하시험을 행한 결과를 나타낸다.

(1) 과충전 시험

과충전 시험은 충전기 고장 등에 의한 무제어 상태에서의 과충전을 상정한 시험으로, 이 때의 전지의 상태를 관찰했다. 원통형 전지의 비교예로서 공간체적 점유율을 15∼20%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 13Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 B1, 공간체적 점유율을 10∼40%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 14Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 B2, 공간체적 점유율을 6%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 15Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 B3, 공간체적 점유율을 5%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 16Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 B4로 한다.

한편, 각형 전지의 비교예로서, 공간체적 점유율을 15∼20%로 하고 하밸브체의 파단압력을 6Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 G1, 공간체적 점유율을 7∼14%로 하고 하밸브체의 파단압력을 8Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 G2, 공간체적 점유율을 6%로 하고 하밸브체의 파단압력을 10Kgf/㎠ 로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 G4, 공간체적 점유율을 5%로 하고 하밸브체의 파단압력을 11Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 G5로 한다. 표 1에 본 발명의 실시예의 전지와 비교예의 전지의 과충전 시험결과를 나타낸다.

표 1의 결과에서 비교예의 원통형 전지(B1∼B4) 및 각형 전지(G1∼G5)는 전지의 발화가 발생하는 것에 반해, 본 발명의 실시예의 원통형 전지(A1∼A7) 및 각형 전지(F1∼F5)는 어느 쪽도 발화에는 이르지 않았다. 비교예 전지(B1∼B4) 및 각형 전지(G1∼G5)에서는 하밸브체(2)의 파단압력이 높기 때문에 통전전류의 전기적 접속을 차단하는 타이밍이 늦어져 전해액의 분해가 계속되어 전지내압이 상승하고 전지온도도 계속 상승한다. 이대로 전지의 발열폭주 개시온도에 도달하여 산소를 포함한 가스를 내면서 발화에 이르는 것이다.

한편, 본 발명의 실시예 전지(A1∼A7 및 F1∼F5)는 어느 것이나 공간체적 점유율에 대하여 최적인 파단압력으로 설정되어 있어 통전전류의 전기적 접속을 차단하는 타이밍이 늦어지는 것은 없다. 따라서 전지내압이 상승하고 전지온도도 계속 상승하여 전지가 발열폭주 개시온도에 도달하는 일은 일어나지 않으며 또한 발화에 이르지도 않는다.

(2) 고온보존시험

고온보존시험은 85℃의 항온조 중에서 3일간 보존하는 것으로, 이 때의 전지의 상태를 관찰했다. 원통형 전지의 비교예로서 공간체적 점유율을 15∼20%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 2Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 C1, 공간체적 점유율을 10∼14%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 3Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 C2, 공간체적 점유율을 9%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 4Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 C3, 공간체적 점유율을 8%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 5Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 C4, 공간체적 점유율을 7%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 6Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 C5, 공간체적 점유율을 6%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 8Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 C6, 공간체적 점유율을 5%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 12Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 C7로 한다.

또, 각형 전지의 비교예로서 공간체적 점유율을 15∼20%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 1Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 H1, 공간체적 점유율을 7∼14%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 2Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를H2, 공간체적 점유율을 6%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 3Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 H4, 공간체적 점유율을 5%로 하고 하밸브체(2)의 파단압력을 5Kgf/㎠로 설정한 봉구판을 이용한 전지를 H5로 한다. 표 2에 본 발명의 실시예의 전지와 비교예의 전지의 고온보존 시험결과를 나타낸다.

표 2의 결과에서 비교예 전지(C1∼C7 및 H1∼H5)는 봉구판의 전류차단의 오작동이 발생하여 전지의 도통이 끊어져 전지로서 기능하지 않는 것에 반해, 본 발명의 실시예 전지(A1∼A7 및 F1∼F5)는 봉구판의 전류차단의 오작동은 발생하지 않았다. 이 시험에 있어서는 전지가 85℃의 고온에 노출되는 결과, 전해액의 증발과 기체의 체적팽창에 의해 내압이 상승한다. 비교예 전지(C1∼C7 및 H1∼H5)는 봉구판의 하밸브체(2)의 파단압력이 낮기 때문에 통전전류의 전기적 접속이 잘못되어 차단된다. 한편, 본 발명의 실시예 전지(A1∼A7 및 F1∼F5)는 공간체적 점유율에 대해 최적한 파단압력으로 설정되어 있으므로 통전전류의 전기적 접속이 잘못되어 차단되지는 않는다. 상기의 결과에 의해, 전지내부의 공간체적 점유율에 대해 최적화한 차단작동압을 설정한 방폭 봉구판을 구비한 전지는, 과도한 과충전시에 차단장치가 전지의 발화 전에 작동하지만 고온에서의 보관시에는 작동하지 않음으로써 종래 전지에 비해 안전하고 또한 신뢰성이 높은 전지의 제작이 가능하다는 것을 알 수 있다.

(3) 화중(火中) 투하

화중 투하 시험은 전지의 폐기시의 소거를 상정한 시험으로서 탄화 및 목재 등의 연소로(燃燒爐) 중에서 전지를 소각하는 것으로, 이 때의 전지의 상태를 관찰했다. 본 발명의 실시예 전지(A1∼A7)의 상밸브체(1)의 파단압력을 18∼24Kgf/㎠, 케이스 바닥부의 얇은 부분의 파단압력을 40∼60Kgf/㎠, 봉구판의 봉구부 코킹 내압을 70∼90Kgf/㎠로 한다. 비교예로서 공간체적 점유율과 하밸브체(2)의 파단압력은 A1∼A7에 각각 준하며, 봉구판의 상밸브체(1)의 파단압력을 18∼24Kgf/㎠, 케이스 바닥부의 얇은 부분의 파단압력을 17Kgf/㎠, 봉구판의 봉구부 코킹 내압을70∼90Kgf/㎠로 설정한 전지를 비교예 전지(D1∼D7)로 하고, 상밸브체(1)의 파단압력을 18∼24Kgf/㎠, 케이스 바닥부의 얇은 부분 파단압력을 40∼60Kgf/㎠, 봉구판의 봉구부 코킹 내압을 30Kgf/㎠로 설정한 전지를 비교예 전지(E1∼E7)로 한다. 표 3에 본 발명의 실시예 전지와 비교예 전지의 화중 투입 시험결과를 나타낸다.

표 3

표 3의 결과에서, 비교예 전지(D1∼D7)는 전지의 파열은 발생하지 않았지만, 케이스 바닥부의 얇은 부분의 파단압력이 봉구판의 상밸브체(1)의 파단압력보다 낮기 때문에, 전지의 과충전 등으로 전지온도의 상승 등의 원인에 의한 약간의 전지내압 상승이 발생한 때, 봉구판의 상밸브체(1)의 파단만으로 안전성을 확보할 수 있는 경우에서도 케이스 바닥부의 얇은 부분이 파단하는 경우가 발생한다. 그 결과, 전해액이 유출하여 기기를 고장시키는 원인이 될 수도 있다. 따라서, 상밸브체(1)의 파단압력과 케이스 바닥부의 얇은 부분의 파단압력의 차를 몇 개 설정하여 시험을 행한 결과, 적어도 케이스 바닥부의 얇은 부분의 파단압력은 상밸브체(1)의 파단압력의 상한보다 16Kgf/㎠정도 높게 설정하는 것이 바람직하다는 것을 알았다. 다음에 비교예 전지(E1∼E7)는 전지의 파열이 발생했다.

이것은 화중에 투입된 때, 이상한 가열에 의해 전지 내부에서 급속한 화학반응이 일어남과 동시에, 전지 내에 급격한 가스 발생이 일어나 봉구판에 설치한 상밸브체(1)의 파단에 의한 가스 배기능력 이상의 가스가 발생한 결과, 전지내압이 급격히 상승하여 봉구부 코킹 내압 이상의 압력이 되었기 때문에 파열에 이른 것이다. 따라서 케이스 바닥부의 얇은 부분의 파단압력과 봉구부 코킹 내압의 차를 몇 개 설정하여 시험을 행한 결과, 적어도 케이스 바닥부의 얇은 부분의 파단압력은 봉구부 코킹 내압의 하한보다 10Kgf/㎠ 정도 낮게 설정하는 것이 바람직하다는 것을 알았다.

한편, 본 발명의 실시예 전지(A1∼A7)는 파열에는 이르지 않았다. 이것은 화중 투하에 의해 전지내압이 상승한 때, 봉구부 코킹 내압에 이르기까지, 상밸브체(1)의 파단에 의한 가스배기가 일어나고, 여기에서도 가스 배기능력 이상의 가스가 발생한 경우 케이스 바닥부의 얇은 부분의 파단에 의한 가스 배기가 행해져서, 작동압 레벨을 설정함으로써 가스 배기 순서가 규제되어 전지 내에 발생한 가스를 원활하게 전지외부로 배출할 수 있기 때문이다고 생각할 수 있다.

상기 실시예에서는, 전지케이스(7)의 내압이 소정값 이상이 된 때, 하밸브체(2)의 파단성부(얇은 부분)(2b)가 파단되어 통전을 컷트하도록 구성되어 있지만, 하밸브체(2)에 파단성부(2b)를 형성하지 않고, 결합부(S)가 파단되어 통전을 컷트하도록 구성해도 된다. 또한, 상밸브판(1)에 설치한 파단성부나 전지케이스바닥부에 설치한 파단성부는 상기 실시예에 나타낸 C자 형상의 얇은 부분(1b, 7b)으로 구성할 수 있을 뿐 아니라, 여러 형태의 것으로 구성할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

본 발명에 의하면, 과충전시에 전지내의 전기적 접속을 안전하고 확실하게 차단함과 동시에 정상적인 사용 또는 고온에서의 보관시에는 작동하지 않는 통전차단장치를 가지고, 또 전지의 폐기, 화중 투하 등 광범위한 조건하에서 가스 폐기능력 이상의 가스가 발생한 경우에는 방폭장치의 복합화와 최적화에 의해 전지파열 등의 문제를 일으키지 않는 안전성이 뛰어난 방폭형 비수전해액 이차전지를 제공할 수 있다.

Claims (12)

1. 봉구부에 서로 기계적 및 전기적으로 결합된 상하 한 쌍의 밸브판(밸브체)를 구비하고, 전지케이스의 내압이 소정값 이상이 된 때에 상하 한 쌍의 밸브판 사이의 기계적 결합이 파단되어 통전을 컷트하고, 그 후 다시 전지케이스의 내압이 상승하여 소정값 이상이 되었을 때에 상밸브판에 형성한 파단성부가 파단되어 전지케이스 내의 기체가 외부로 방출되도록 구성하며, 전지의 공간체적 점유율과 상기 상하 한 쌍의 밸브판 사이의 기계적 결합이 파단될 때의 하밸브판의 파단압력이 하기의 관계에 있도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 방폭형 비수전해액 이차전지의 파단압력 설정방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상밸브판의 파단성부의 파단압력을 18∼24Kgf/㎠로 설정한 것을 특징으로 하는 방폭형 비수전해액 이차전지의 파단압력 설정방법.
4. 봉구부에 서로 기계적 및 전기적으로 결합된 상하 한 쌍의 밸브판을 구비하고, 전지케이스의 내압이 소정값 이상이 된 때는 상하 한 쌍의 밸브판 사이의 기계적 결합이 파단되어 통전을 컷트하고, 그 후 다시 전지케이스의 내압이 상승하여 소정값 이상이 된 때는 상밸브판에 형성된 파단성부가 파단되어 전지케이스 내의 기체가 외부로 방출되도록 구성하며, 제 1항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 기재한 파단압력 설정방법으로 파단압력이 설정된 것을 특징으로 하는 방폭형 비수전해액 이차전지.
5. 봉구부에 서로 기계적 및 전기적으로 결합된 상하 한 쌍의 밸브판을 구비하고, 전지케이스의 내압이 소정값 이상이 된 때는 상하 한 쌍의 밸브판 사이의 기계적 결합이 파단되어 통전을 컷트하고, 그 후 다시 전지케이스의 내압이 상승하여 소정값 이상이 된 때는 상밸브판에 형성된 파단성부가 파단되어 전지케이스 내의 기체가 외부로 방출되도록 구성하며, 상기 상하 한 쌍의 밸브판 사이의 기계적 결합이 파단되는 파단압력을 전지의 공간체적 점유율이 증가함에 따라 저하시키도록 설정하고, 전지케이스의 바닥면부에 파단성부를 형성하고 그 파단압력을 상밸브판의 파단성부의 파단압력의 상한보다 16Kgf/㎠이상 높게 되도록 설정함과 동시에, 봉구부 코킹 내압이 전지케이스의 바닥면부에 형성된 파단성부의 파단압력의 상한보다 10Kgf/㎠이상 높아지도록 설정한 것을 특징으로 하는 방폭형 비수전해액 이차전지.
6. 제 5항에 있어서, 전지케이스의 바닥면부에 형성된 파단성부의 파단압력이 40∼60Kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 방폭형 비수전해액 이차전지.
7. 삭제
8. 제 5항에 있어서, 봉구부 코킹 내압이 70∼90Kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 방폭형 비수전해액 이차전지.
9. 제 4항에 있어서, 전지케이스의 바닥면부에 파단성부를 형성하고, 그 파단압력을 상밸브판의 파단성부의 파단압력의 상한보다 16Kgf/㎠이상 높아지도록 설정한 것을 특징으로 하는 방폭형 비수전해액 이차전지.
10. 제 9항에 있어서, 전지케이스의 바닥면부에 형성한 파단성부의 파단압력이 40∼60Kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 방폭형 비수전해액 이차전지.
11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 봉구부 코킹 내압이 전지케이스의 바닥면부에 형성한 파단성부의 파단압력의 상한보다 10Kgf/㎠ 이상 높아지게 설정한 것을 특징으로 하는 방폭형 비수전해액 이차전지.
12. 제 11항에 있어서, 봉구부 코킹 내압이 70∼90Kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 방폭형 비수전해액 이차전지.