KR100354254B1 - Lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
리튬 이차 전지를 개시한다. 본 발명은 양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 배치된 전지 조립체와, 이 전지 조립체를 수용하는 케이스와, 상기 전지 조립체의 양극 및 음극 탭과 전기적으로 연결되는 양극 및 음극 단자와, 상기 양극 및 음극 단자와 전기적으로 연결되는 보호 회로와, 상기 보호 회로와 연결되며 외부 기기와 접촉되는 단자부가 형성된 외부 단자부와, 상기 양극 및 음극 단자와 보호 회로 또는 상기 보호 회로와 외부 단자부를 상호 전기적으로 접속시키며 전지 셀 내부의 온도가 특정 온도 이상으로 상승하면 전류의 흐름을 차단하도록 설치되는 복수개의 접속부를 포함한다.Disclosed is a lithium secondary battery. The present invention provides a battery assembly disposed in the order of a positive plate, a separator, and a negative electrode plate, a case accommodating the battery assembly, positive and negative terminals electrically connected to the positive and negative electrode tabs of the battery assembly, and the positive and negative terminals; An external terminal portion having a protective circuit electrically connected to the protective circuit, a terminal portion connected to the protective circuit and in contact with an external device, and electrically connecting the positive and negative terminals and the protective circuit or the protective circuit and the external terminal portion to each other; It includes a plurality of connections that are installed to block the flow of current when the temperature rises above a certain temperature.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지의 이상유무시 접속되는 부분을 단락시켜 전류의 흐름을 차단하도록 구조가 개선된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery having an improved structure to short-circuit a part connected when there is an abnormality of the battery to block the flow of current.
리튬 이차 전지는 음극인 리튬의 사용 형태에 따라서, 리튬 금속, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지로 구분된다.A lithium secondary battery is classified into a lithium metal, a lithium ion battery, and a lithium polymer battery according to the use form of lithium which is a negative electrode.
리튬 금속은 리튬이 용해되어 이온이 되었다가 다시 금속으로 돌아가는 용해, 석출 반응을 일으킨다. 이것은 충전동안에 높은 전류가 흐르게 되면, 덴드라이트(dendrite) 구조로 석출되어서 충전 및 방전 효율이 급격히 저하되는 문제점이 있다.Lithium metal causes dissolution and precipitation reaction in which lithium dissolves into ions and then returns to metal. This causes a problem that if a high current flows during charging, the dendrite structure is precipitated and the charging and discharging efficiency is sharply lowered.
리튬 이온 전지는 음극에 탄소, 양극에 리튬계 산화물, 전해액에 유기 용매 전해질을 사용하는 것으로서 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 왕복하여 전기를 발생시키는 전지이다. 충전 및 방전 효율이 낮은 리튬 금속의 단점을 보호하기 위하여 반응 속도가 빠른 탄소층 속으로 리튬 이온을 삽입시켜 급속 충전을 가능하게 한다.Lithium ion batteries use carbon for the negative electrode, lithium-based oxide for the positive electrode, and an organic solvent electrolyte for the electrolyte, and lithium ions reciprocate between the positive electrode and the negative electrode to generate electricity. In order to protect the shortcomings of lithium metal with low charging and discharging efficiency, fast charging is possible by inserting lithium ions into a carbon layer having a fast reaction rate.
리튬 폴리머 전지는 양극인 리튬계 산화물과, 음극인 탄소 사이를 충전 및 방전 유무에 따라 리튬 이온이 이동하여 기전력을 발생시키는 것으로서, 액체 전해질보다 이온 전도도가 다소 잦은 고체 고분자 전해질을 사용한다. 또한, 충전 및 방전시 발생되는 부산물이 전지 성능을 떨어뜨리는 단점을 보완하였고, 전지 형태를 자유롭게 구부릴 수도 있다.The lithium polymer battery generates lithium electromotive force by moving lithium ions between the lithium-based oxide as the positive electrode and the carbon as the negative electrode depending on the presence or absence of charging and discharging. The lithium polymer battery uses a solid polymer electrolyte having a somewhat higher ionic conductivity than the liquid electrolyte. In addition, the by-products generated during charging and discharging compensate for the disadvantages of the battery performance, it is also possible to bend the battery shape freely.
이러한 리튬 이차 전지는 보호 회로(protectin circuit module)와 같은 안전 장치가 필요하다.Such lithium secondary batteries require a safety device such as a protectin circuit module.
즉, 보호 회로는 전지가 필요이상으로 충전되는 것을 방지하고, 과충전된 전지의 전압이 적정 이하로 떨어지게 되면 다시 충전이 가능하게 하는 과충전 방지기능을 한다. 그리고, 전지가 필요 이하로 방전되는 것을 방지하고, 전지의 전압이 필요 이상으로 올라가게 되면 다시 방전이 가능하게 하는 과방전 금지 기능을 한다. 또한, 단자에서 단락이 발생하게 될 경우에 전지의 방전을 방지하고, 전지가 정상이 되면 자동적으로 다시 전지의 방전이 가능하도록 단자의 단락을 보호하게 된다.That is, the protection circuit prevents the battery from being charged more than necessary, and has an overcharge prevention function that enables charging again when the voltage of the overcharged battery falls below an appropriate level. Then, the battery is prevented from being discharged less than necessary, and when the voltage of the battery rises more than necessary, the discharge function is prevented from being discharged again. In addition, when a short circuit occurs in the terminal, the battery is prevented from being discharged, and when the battery is normal, the short circuit of the terminal is protected to automatically discharge the battery.
이외에도, 안전 장치로는 셧-다운 세퍼레이터(shut down seperator)를 사용하거나, 온도가 상승시 저항이 증가되어 전류를 차단하는 PTC(positive temperature coefficient) 소자나, 전지의 내부 압력이 증가시 가스를 방출하기 위한 안전변(safety vent) 등을 채용한다.In addition, a safety device uses a shut-down separator, a PTC (positive temperature coefficient) element that blocks current by increasing resistance when the temperature rises, or emits gas when the internal pressure of the battery increases. A safety vent or the like is adopted.
이처럼, 리튬 이차 전지는 다양한 형태의 안전 장치가 연구개발중으로, 전지의 이상이 발생했을 경우에 비교적 저렴한 제조 비용으로 전류의 흐름을 차단시켜서 전지를 보호하는 것이 필요하다.As described above, in the case of a lithium secondary battery, various types of safety devices are being researched and developed, it is necessary to protect the battery by blocking the flow of current at a relatively low manufacturing cost when a battery failure occurs.
그러나, 종래의 경우에는 일반적으로 PTC 소자가 장착된 보호 회로를 사용하였는데, PTC 소자는 비교적 고가의 부품으로 보호 회로의 가격을 상승시키는 요인으로 작용하였다. 또한, 별도의 부가적인 장치없이 보호 회로만을 사용하였을 경우에는 전지의 신뢰성에 큰 문제점이 있다고 할 수 있다.However, in the conventional case, a protection circuit equipped with a PTC element is generally used, and the PTC element is a relatively expensive component, which serves to increase the price of the protection circuit. In addition, when only a protection circuit is used without any additional device, it can be said that there is a big problem in the reliability of the battery.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전지의 쇼트가 발생하거나, 이상과열시 안정적으로 전류의 흐름을 차단할 수 있도록 구조가 개선된 리튬 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having an improved structure to block the flow of current stably in the event of a short circuit or abnormal overheating.
도 1은 본 발명에 따른 리튬 이차 전지를 도시한 분리 사시도.1 is an exploded perspective view showing a lithium secondary battery according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for main parts of the drawings>
10...전지 셀 11...양극판10 battery cell 11 anode plate
12...음극판 13...세퍼레이터12.cathode plate 13 ... separator
14...전지 조립체 15...양극 탭14 Battery assembly 15 Anode tab
16...음극 탭 17...양극 단자16 negative electrode tab 17 positive terminal
18...음극 단자 19...상부 케이스18.Negative terminal 19 ... Top case
20...보호 회로 21...제1 접속부20 Protection circuit 21 First connection
22...제2 접속부 30...외부 단자부22 ... 2nd connection part 30 ... external terminal part
100...전지 110...하부 케이스100 battery 110 bottom case
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 리튬 이차 전지는,In order to achieve the above object, a lithium secondary battery according to an aspect of the present invention,
양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 배치되고, 상기 양극판과 음극판으로부터 양극 탭과 음극 탭이 인출된 전지 조립체;A battery assembly disposed in the order of a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate, from which the positive electrode tab and the negative electrode tab are drawn;
상기 전지 조립체를 수용하여 외부로부터 밀폐 및 절연시키는 케이스;A case accommodating the battery assembly to seal and insulate from the outside;
상기 양극 및 음극 탭과 전기적으로 연결되고, 상기 케이스의 외부로 노출되는 양극 및 음극 단자;Positive and negative terminals electrically connected to the positive and negative electrode tabs and exposed to the outside of the case;
상기 케이스의 외부에 설치되고, 상기 양극 및 음극 단자와 전기적으로 연결되는 보호 회로;A protection circuit installed outside the case and electrically connected to the positive and negative terminals;
상기 보호 회로와 연결되고, 외부 기기와 접촉되는 단자부가 형성된 외부 단자부; 및An external terminal portion connected to the protection circuit and having a terminal portion in contact with an external device; And
상기 양극 및 음극 단자와 보호 회로 또는 상기 보호 회로와 외부 단자부를 상호 전기적으로 접속시키고, 상기 전지 셀 내부의 온도가 특정 온도 이상으로 상승하면 전류의 흐름을 차단하도록 설치되는 복수개의 접속부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a plurality of connection parts electrically connected to the positive and negative terminals and the protection circuit or the protection circuit and the external terminal, and to block the flow of current when the temperature inside the battery cell rises above a certain temperature. It is characterized by.
또한, 상기 접속부는 바이메탈로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the connection portion is characterized in that made of bimetal.
게다가, 상기 접속부는 니켈-티타늄을 주성분으로 하는 형상기억합금인 것을 특징으로 한다.In addition, the connection part is characterized in that the shape memory alloy mainly composed of nickel-titanium.
나아가, 상기 접속부는 전지 내부의 온도가 60 내지 80℃ 부근일때 전류를차단가능한 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.Further, the connection part is made of a material capable of blocking current when the temperature inside the battery is around 60 to 80 ℃.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지를 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 리튬 이차 전지(100)이다.1 is a lithium secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 상기 리튬 이차 전지(100)에는 리튬 전지 셀(10)과, 상기 전지 셀(10)의 과충전 및 과방전을 보호하기 위한 보호 회로(20)와, 상기 보호 회로(20)와 연결되어 핸드폰등과 같은 휴대용 전자 기기 부품의 단자와 연결되는 외부 단자부(30)를 포함한다.Referring to the drawings, the lithium secondary battery 100 includes a lithium battery cell 10, a protection circuit 20 for protecting overcharge and overdischarge of the battery cell 10, the protection circuit 20, Is connected to include an external terminal portion 30 that is connected to the terminal of the portable electronic device component such as a mobile phone.
상기 전지(100)는 리튬 폴리머 전지를 개시한다.The battery 100 discloses a lithium polymer battery.
리튬 폴리머 전지는 주지하는 바대로 양극판(11)과, 음극판(12)과, 그 사이에 개재되는 세퍼레이터(13)로 된 조전지(assembled battery)가 다수장 적층된 전지 조립체(14)와, 상기 양극 및 음극판(11)(12)의 일 가장자리로부터 인출되는 다수개의 양극 탭(15)군과, 음극 탭(16)군과, 상기 양극 및 음극 탭(15)(16)군과 각각 결합되는 양극 단자(17)와, 음극 단자(18)를 포함한다.As is well known, a lithium polymer battery includes a battery assembly 14 in which a plurality of assembled batteries including a positive electrode plate 11, a negative electrode plate 12, and a separator 13 interposed therebetween are stacked; A plurality of positive electrode tabs 15, which are drawn from one edge of the positive and negative electrode plates 11, 12, a negative electrode tab 16 group, and a positive electrode which are respectively coupled to the positive and negative electrode tabs 15, 16 group. The terminal 17 and the negative electrode terminal 18 are included.
그리고, 상기 전지 셀(10)에는 이러한 전지 조립체(14)를 수용하기 위하여 별도의 케이스가 마련된다. 이러한 케이스에는 다양한 형태로 존재가 가능한데, 본 실시예처럼, 상부 케이스(19)와, 상기 상부 케이스(19)의 적어도 일 가장자리를 다라서 일체로 형성되어 있으며, 다른 면은 상호 분리가능한 하부 케이스(110)를 포함한다. 상기 하부 케이스(110)에는 상기 전지 조립체(14)가 수용되는 공간부(120)가 마련되어 있다. 그리고, 상기 상부 및 하부 케이스(19)(110)에는 전지 셀(10)의조립 과정에서 상기 셀(10)의 내부를 외부로부터 밀폐할 수 있도록 공간부(120)의 가장자리를 따라서 상부 밀봉부(19a)와 하부 밀봉부(110a)가 형성되어 있다.In addition, the battery cell 10 is provided with a separate case for accommodating the battery assembly 14. Such a case may exist in various forms. As in the present embodiment, the upper case 19 and the at least one edge of the upper case 19 are integrally formed, and the other side of the lower case is separated from each other. 110). The lower case 110 is provided with a space part 120 in which the battery assembly 14 is accommodated. In addition, the upper and lower cases 19 and 110 have upper sealing parts along edges of the space part 120 to seal the inside of the cell 10 from the outside during the assembly of the battery cell 10. 19a) and lower seal 110a are formed.
이때, 상기 전지 조립체(14)가 공간부(120)에 수용된 다음에는 상부 및 하부 밀봉부(19a)(110a)를 상호 열융착하여 밀봉하게 되는데, 상기 양극 및 음극 단자(17)(18)의 단부는 상기 상부 및 하부 케이스(19)(110)의 외부로 인출된 상태에서 밀봉하게 된다.In this case, after the battery assembly 14 is accommodated in the space 120, the upper and lower seals 19a and 110a are thermally fused to each other to seal the positive and negative terminals 17 and 18. The end portion is sealed while being drawn out of the upper and lower cases 19 and 110.
그리고, 상기 전지 셀(10)의 외부에는 과충전 및 과방전시 이로부터 전지 셀(10)을 보호하기 위한 안전 장치로서, 보호 회로(20)가 설치된다.The protection circuit 20 is installed outside the battery cell 10 as a safety device for protecting the battery cell 10 from overcharging and overdischarging.
상기 보호 회로(20)는 본 발명의 특징에 따른 제1 접속부(21)에 의하여 상기 양극 및 음극 단자(17)(18)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 상기 제1 접속부(21)는 열팽창 계수가 다른 두 종류의 금속편이 부착되어 상기 전지 셀(10)의 내부가 과열시 팽창 계수가 높은 쪽의 금속이 많이 늘어나게 되어서 낮은 쪽의 금속쪽으로 굽어지는 성질을 이용하는 바이메탈(bimetal)로 이루어진다.The protection circuit 20 is electrically connected to the positive and negative terminals 17 and 18 respectively by the first connecting portion 21 according to the feature of the present invention. The first connection portion 21 has two kinds of metal pieces having different thermal expansion coefficients attached thereto, and when the inside of the battery cell 10 is overheated, a large amount of metal having a higher expansion coefficient is increased, thereby bending toward a lower metal. It consists of bimetal used.
그리고, 상기 제1 접속부(21)는 전지 셀(10)의 특성상 비교적 낮은 온도인 60 내지 80℃의 온도 부근에서 접점 개폐가 가능한 소재로 된 것이 바람직하다.In addition, the first connection portion 21 is preferably made of a material capable of opening and closing the contact in the vicinity of a temperature of 60 to 80 ℃ relatively low temperature of the characteristics of the battery cell 10.
상기 제1 접속부(21)는 양 단부가 상기 양극 및 음극 단자(17)(18)와 보호 회로(20)의 접속되는 부위에 약한 용접으로 접합되어 있어서, 전지 셀(10)의 과열시 변형이 쉽게 일어날 수 있다.Both ends of the first connection portion 21 are joined to a portion where the positive and negative terminals 17 and 18 and the protection circuit 20 are connected by weak welding, so that deformation of the battery cell 10 when overheating occurs. It can happen easily.
본 발명에 따른 접속부의 다른 실시예로는 형상기억합금(shapememory alloy)으로 제조될 수도 있다. 즉, 전지 셀(10)의 내부 온도가 일정 온도, 예컨대 상기언급한 온도인 60 내지 80℃ 이상의 온도에서는 접속부가 변형을 일으켜 단락을 유도하고, 이 온도 이하의 온도에서는 원형으로 복귀가 가능하다.Another embodiment of the connection according to the invention may be made of a shapememory alloy. That is, at a temperature inside the battery cell 10 at a constant temperature, for example, the temperature above 60 to 80 ° C. or higher, the connection part deforms to induce a short circuit, and at a temperature below this temperature, it is possible to return to a circular shape.
이러한 형상기억합금으로는 티타늄과 니켈을 주성분으로 하는 합금으로 제조되고, 변형되는 온도 범위는 상술한 바와 같은 온도 범위에서 변형을 일으키는 금속재로 이루어지는 것이 바람직하다고 할 수 있다.The shape memory alloy may be made of an alloy containing titanium and nickel as a main component, and the temperature range to be deformed may be preferably made of a metal material that causes deformation in the above-described temperature range.
한편, 상기 보호 회로(20)와, 외부 단자부(30)도 제2 접속부(22)에 의하여 전기적으로 접속된다. 즉, 외부 단자부(30)에는 본체부(31)가 마련되고, 상기 본체부(31)의 상면에는 외부로 노출되는 복수개의 단자부(32)가 설치된다. 상기 단자부(32)는 전도성을 가지는 버스 라인(33)과 연결되어 있다. 상기 버스 라인(33)는 보호 회로(20)와 상기 제2 접속부(22)에 의하여 양 단부가 각각 연결되어 있다. 상기 제2 접속부(22)는 제1 접속부(21)와 동일한 소재로 되어 있다.On the other hand, the protection circuit 20 and the external terminal portion 30 are also electrically connected by the second connecting portion 22. That is, the main body part 31 is provided in the external terminal part 30, and a plurality of terminal parts 32 exposed to the outside are provided on the upper surface of the main body part 31. The terminal portion 32 is connected to the conductive bus line 33. Both ends of the bus line 33 are connected to each other by the protection circuit 20 and the second connection part 22. The second connecting portion 22 is made of the same material as the first connecting portion 21.
상기와 같은 구성을 가지는 리튬 이차 전지(10)는 작동중에 과충전등과 같은 이상이 발생하여 전지 셀(10) 내부의 온도가 상승하여 과열되면, 상기 양극 및 음극 단자(17)(18)와 보호 회로(20)를 연결하는 제1 접속부(21)와, 상기 보호 회로(20)와 외부 단자부(30)를 연결하는 제2 접속부(22)가 전류의 흐름을 차단하게 되어 전지 셀(10)의 단락을 유도한다. 이에 따라, 충전기나 사용 기기에 이상이 발생하여도 전지(100)가 안전하게 보호될 수 있다.The lithium secondary battery 10 having the above configuration is protected from the positive and negative terminals 17 and 18 when an abnormality such as an overcharge lamp occurs during operation and the temperature inside the battery cell 10 rises and overheats. The first connection part 21 connecting the circuit 20 and the second connection part 22 connecting the protection circuit 20 and the external terminal part 30 block the flow of electric current, Induce a short circuit. Accordingly, even when an abnormality occurs in the charger or the device, the battery 100 may be safely protected.
이상과 같이 본 발명의 리튬 이차 전지는 전지 셀과, 보호 회로와, 외부 단자부를 상호 전기적으로 연결하는 부위에 바이메탈이나 형상기억합금으로 이루어진접속부를 설치하게 됨으로써, 전류를 차단시키는 것이 보다 확실하게 되어 전지의 이상 유무시에도 안정적으로 사용이 가능하다.As described above, in the lithium secondary battery of the present invention, a connection part made of a bimetal or a shape memory alloy is provided at a portion where the battery cell, the protection circuit, and the external terminal part are electrically connected to each other, whereby it becomes more sure to cut off the current. The battery can be used stably even if there is a problem with the battery
또한, 비교적 고가의 전자 부품인 PTC 소자를 채용하지 않게 됨으로써 전지 제조 비용도 저렴화된다.In addition, battery manufacturing costs are also reduced by not adopting a PTC element which is a relatively expensive electronic component.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
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