KR100377322B1 - Safety groove on charging and discharging battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 특히 폭발 위험성이 높은 리튬이온 이차전지의 내부 압력의 과도한 상승에도 전지가 폭발하는 것을 방지할 수 있도록 형성되는 이차전지의 안전판에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a safety plate of a secondary battery formed to prevent the battery from exploding even if the internal pressure of the lithium ion secondary battery having a high explosion risk is increased.
본 발명은 양음극의 사이에 세퍼레이터를 배치한 후 권취한 젤리 롤을 상기 음극과 접속되는 전지 케이스의 내부에 전해질과 함께 수납하고, 전지 케이스의 개구를 상기 양극과 접속된 탑캡 어셈블리로 밀봉한 이차전지에 내압 이상 상승시 폭발을 방지하는 안전장치로서 전지 케이스에 홈을 형성한 이차전지의 안전판에서, 홈이 곡선으로 형성되는 것이 특징이다.According to the present invention, after disposing a separator between positive electrodes, a wound jelly roll is accommodated together with an electrolyte in a battery case connected with the negative electrode, and the opening of the battery case is sealed with a top cap assembly connected with the positive electrode. In the safety plate of the secondary battery in which the groove is formed in the battery case as a safety device that prevents explosion when the internal pressure rises above the battery, the groove is curved.
이에 따라, 곡선 홈의 전체에서 거의 동시에 파단이 이루어지게 되어 이차전지의 폭발에 대한 위험을 줄일 수 있고, 전지 케이스의 크기, 홈의 위치에 따라서 터지는 압력의 편차를 감소시킴으로써 이차전지의 안전을 도모하며, 곡선 홈이 파단되기 때문에 홈의 파단 후에도 파단부위로 인해서 인체를 상처를 입히지 않게 된다.As a result, the fracture occurs almost simultaneously in the entire curved groove, thereby reducing the risk of explosion of the secondary battery, and reducing the variation in the bursting pressure depending on the size of the battery case and the position of the groove, thereby improving the safety of the secondary battery. And, because the curved groove is broken, even after the groove is broken, the human body is not injured due to the broken portion.
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 특히 폭발에 대한 위험성이 높은 리튬이온 이차전지의 내부 압력의 과도한 상승에도 전지가 폭발하는 것을 방지할 수 있도록 형성되는 이차전지의 안전판에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a safety plate of a secondary battery formed to prevent the battery from exploding even if the internal pressure of the lithium ion secondary battery having a high risk of explosion increases.
최근 들어 고성능 노트북 컴퓨터와 무선 전화기 등의 휴대 전자기기의 보급확대로 이들 장치의 전원으로 사용되는 재충전이 가능함과 동시에 고에너지 밀도를 가진 이차 전지에 대한 요구가 증가하고 있다.In recent years, with the expansion of portable electronic devices such as high-performance notebook computers and cordless telephones, the demand for secondary batteries having high energy densities is increasing while being able to be used as a power source for these devices.
이러한 이차 전지 중에서 리튬이온 이차전지는 탄소질의 음극, 리튬금속 산화물의 양극, 폴리올레핀계 세퍼레이터, 및 전해질로 이루어지며, 양극과 음극 사이에 리튬 이온이 이동될 때 발생되는 기전력에 의해 충방전이 이루어진다.Among these secondary batteries, a lithium ion secondary battery is composed of a carbonaceous negative electrode, a lithium metal oxide positive electrode, a polyolefin separator, and an electrolyte, and is charged and discharged by electromotive force generated when lithium ions are moved between the positive electrode and the negative electrode.
그러나 리튬이온 이차전지는 전지의 작동 전위가 높기 때문에 고에너지가 순간적으로 흐를 수 있고, 양극 물질은 과충전 또는 단락에 의하여 화학적인 활성화가 크게 증대되기 때문에 전해질과 급격히 반응하여 다량의 가스를 발생시킨다.However, since lithium ion secondary batteries have a high operating potential, high energy may flow instantaneously, and the positive electrode material rapidly reacts with an electrolyte to generate a large amount of gas because chemical activation is greatly increased by overcharge or short circuit.
그 결과 리튬이온 이차전지 내부의 압력이나 온도가 급격히 상승되고 전지의 폭발로 이어져, 주변 장치가 파손되거나 인체에 손상을 입힐 수 있다.As a result, the pressure or temperature inside the lithium ion secondary battery increases rapidly, leading to an explosion of the battery, which may damage the peripheral device or damage the human body.
따라서 리튬이온 이차전지에는 폭발을 방지할 수 있는 다양한 형태의 안전 장치가 마련되어 있다.Therefore, the lithium ion secondary battery is provided with various types of safety devices that can prevent the explosion.
예를 들어 미국특허 제5,738,952호에는 안전판(安全瓣)과 양극 리드 탭을 용접으로 연결하여 소정의 임계 압력에 도달하면 안전판이 뒤집어지면서 용접 부위가 떨어져 전류를 차단함으로써 압력과 온도의 상승을 방지하는 구조를 갖고 있으며, 압력이 소정의 압력을 초과하면 전지 케이스의 벽 또는 전류가 흐르는 경로가 차단되어 압력상승을 방지하게 된다.For example, U.S. Patent No. 5,738,952 connects a safety plate and an anode lead tab by welding to reach a predetermined threshold pressure, and when the safety plate is inverted, the welding plate falls and cuts off the current to prevent an increase in pressure and temperature. It has a structure, and if the pressure exceeds a predetermined pressure, the wall of the battery case or the path through which the current flows is blocked to prevent the pressure rise.
그러나 이와 같은 기술은 별도의 안전판이 전지의 외부에 장착되는 것으로 전지의 이상반응 발생시 전지 외부의 전류 흐름을 차단시켜 전류의 흐름을 방지할 수 있으나 압력에 대응하는 안전판의 제작이 용이하지 않고, 조립하기도 어렵다.However, this technology is a separate safety plate is mounted on the outside of the battery to prevent the flow of current by blocking the current flow to the outside of the battery when an abnormal reaction of the battery occurs, but it is not easy to manufacture the safety plate corresponding to the pressure It is also difficult to do.
또한 일본공개특허공보 평2-284350호, 및 평9-320549호에서는 이차전지의 안전장치로써 전지 케이스의 표면에 직선 또는 직선으로 된 X자형의 홈을 형성하는 기술이 개시되어 있다.Also, Japanese Patent Laid-Open Nos. Hei 2-284350 and Hei 9-320549 disclose a technique for forming a straight or straight X-shaped groove on the surface of a battery case as a safety device of a secondary battery.
그러나 직선의 홈은 소정의 임계압력에 도달하여 터질 때 전지 케이스 전체가 부풀어 터지므로 가장 많이 부풀어오르는 최대 면적으로 된 측면의 중심부로부터 홈의 각 지점까지의 거리가 제각기 다르게 되어 홈에 가해지는 압력도 모두 다르게 되며, 이는 홈의 모든 부분이 동시에 파단되지 않고 홈 전체에 걸쳐서 가장 취약한 부분에서 먼저 파단이 발생되는 결과를 초래하게 된다.However, when the straight groove reaches the predetermined critical pressure and the entire battery case swells when it bursts, the distance from the center of the side that is the largest bulging area to the points of the grooves is different so that the pressure applied to the groove is different. All will be different, which results in the failure occurring first in the most vulnerable part of the groove, rather than all of the grooves breaking simultaneously.
따라서 홈의 전체에서 동시에 파단되는 것이 가장 바람직하나, 이를 만족시키기 위해서는 홈의 깊이, 즉 홈에 해당하는 전지 케이스의 두께를 홈 전체에서 다르게 제작하는 방법 이외에는 홈 전체에서의 동시 파단이 불가능하게 된다.Therefore, it is most preferable to simultaneously break the entire groove, but to satisfy this, simultaneous breaking of the entire groove is impossible except for a method of differently manufacturing the depth of the groove, that is, the thickness of the battery case corresponding to the groove.
또한 전지 케이스의 크기, 홈의 위치에 따라서 터지는 압력의 편차가 다르게 나타나므로 안전장치의 설계가 무척 어렵다.In addition, the design of the safety device is very difficult because the deviation of the bursting pressure appears depending on the size of the battery case, the location of the groove.
X자 홈의 경우에는 전지 케이스에 정확하게 각인하기가 어렵고 전지 케이스의 크기에 따라 X자의 크기를 소정 압력에서 터뜨리기 위하여 새로운 설계를 하여야 하는 문제점이 있다.In the case of the X-shaped groove, there is a problem in that it is difficult to accurately mark the battery case and a new design must be made to explode the X-shaped at a predetermined pressure according to the size of the battery case.
또한, 직선의 홈과 X자 홈의 경우에는 파단 후 전지의 폭발은 막을 수 있지만 홈의 파단 부위가 날카롭게 되어 인체에 상처를 입힐 수 있는 원인이 될 수 있다.In addition, in the case of the straight groove and the X-shaped groove, the explosion of the battery may be prevented after being broken, but the fracture portion of the groove may be sharpened, which may cause injury to the human body.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 이차전지의 내부 압력 상승시 압력이 홈으로 균일하게 가해지도록 하여 홈의 파단이 동시에 이루어지는 이차전지의 안전판을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, the object of the present invention is to provide a safety plate of a secondary battery in which the breakage of the groove at the same time so that the pressure is uniformly applied to the groove when the internal pressure of the secondary battery rises. .
본 발명의 다른 목적은 전지 케이스의 크기, 홈의 위치에 따라서 터지는 압력의 편차를 동일하게 하여 이차전지의 안전을 도모하는 이차전지의 안전판을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a safety plate of a secondary battery that promotes safety of the secondary battery by equalizing the deviation of the bursting pressure according to the size of the battery case and the position of the groove.
본 발명의 또 다른 목적은 홈의 파단 후에도 파단부위로 인해서 인체에 상처를 입히지 않도록 하는 이차전지의 안전판을 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide a safety plate of a secondary battery that does not cause injury to a human body due to a fracture site even after a groove is broken.
도 1은 본 발명에 따른 안전판이 형성된 이차전지를 부분 절개하고 부분 확대하여 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a partially cut and partially enlarged secondary battery formed with a safety plate according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 안전판이 형성된 전지 케이스의 최대 면적부의 측면을 도시한 정면도이다.Figure 2 is a front view showing the side surface of the maximum area of the battery case formed with a safety plate according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예인 안전판의 다른 형성 위치를 도시한 정면도이다.3 is a front view showing another forming position of the safety plate according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 안전판이 형성된 이차전지에 내압 발생시 응력 분포를 예측하여 폐곡선으로 나타낸 정면도이다.4 is a front view showing a closed curve by predicting the stress distribution when the internal pressure occurs in the secondary battery having a safety plate according to the present invention.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 또 다른 실시예들인 안전판이 형성된 이차전지를 도시한 정면도이다.5 to 7 are front views illustrating a rechargeable battery having a safety plate according to another embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 안전판이 형성된 이차전지와 다른 실시예를 함께 도시하여 비교한 도면이다.8 is a view showing a comparison with another embodiment of the secondary battery and the safety plate is formed according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 안전판이 형성된 이차전지에 강제로 과충전하여 안전판이 파단된 상태를 나타낸 그림이다.9 is a diagram illustrating a state in which the safety plate is broken by forcibly overcharging the secondary battery having the safety plate according to the present invention.
도 10은 과충전에 따른 안전판의 파단시 이차전지 내부의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing the temperature change inside the secondary battery upon breakage of the safety plate due to overcharging.
도 11은 과충전에 따른 안전판의 파단시 이차전지 내부의 전압 변화를 나타내는 그래프이다.11 is a graph illustrating a change in voltage inside the secondary battery when the safety plate is broken due to overcharging.
도 12는 본 발명에 따른 안전판이 형성된 이차전지를 핫박스에 넣고 온도를 상승시켜 안전판을 파단시킨 상태를 나타낸 그림이다.12 is a view showing a state in which the safety plate is broken by putting a secondary battery having a safety plate according to the present invention into a hot box and increasing the temperature.
<< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >><< Explanation of symbols for main part of drawing >>
2...양극 4...세퍼레이터2 ... anode 4 ... separator
6...음극 8...젤리 롤6 ... negative 8 ... jelly roll
10...전기 케이스 12...톱캡 어셈블리10 ... Electrical Case 12 ... Top Cap Assembly
14...톱캡 16...하부판14 Top cap 16 Bottom plate
18...상부 가스켓 20...하부 가스켓18 ... upper gasket 20 ... lower gasket
22...양극단자 24...탭22 Anode terminal 24 Tab
26...상부 절연판 28...하부 절연판26 ... top insulation board 28 ... bottom insulation board
30...안전판 32...직선 홈30.Safety valve 32.Straight groove
상술한 목적들을 달성하기 위해서 본 발명은, 양음극의 사이에 세퍼레이터를 배치한 후 권취한 젤리 롤을 상기 음극과 접속되는 전지 케이스의 내부에 전해질과 함께 수납하고, 전지 케이스의 개구를 상기 양극과 접속된 탑캡 어셈블리로 밀봉한 이차전지에 내압 이상 상승시 폭발을 방지하는 안전장치로서 전지 케이스에 홈을 형성한 이차전지의 안전판에서, 상기 홈이 곡선으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects, the present invention, after placing the separator between the positive electrode, the wound jelly roll is accommodated with the electrolyte in the battery case connected to the negative electrode, and the opening of the battery case and the positive electrode In the safety plate of the secondary battery in which the groove is formed in the battery case as a safety device to prevent explosion when the internal battery rises above the internal pressure sealed by the connected top cap assembly, the groove is formed in a curved line.
여기서, 곡선 홈이 전지 케이스의 외부에 형성되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the curved groove is formed outside the battery case.
그리고, 전지 케이스가 육면체로 된 각형이고, 상기 곡선 홈이 전지 케이스의 최대 면적부의 측면에 형성되는 것이 바람직하다.And it is preferable that a battery case is a hexahedron shape, and the said curved groove is formed in the side surface of the largest area part of a battery case.
또한, 좀 더 바람직하게는 곡선 홈이 상기 각형 전지 케이스의 최대 면적부의 측면 대각선 상에 형성된다.More preferably, a curved groove is formed on the diagonal of the side of the largest area of the rectangular battery case.
이와 같은 곡선 홈의 곡률반경은 3 내지 50mm인 것이 바람직하다.It is preferable that the radius of curvature of the curved groove is 3 to 50 mm.
한편, 곡선 홈의 양끝 또는 어느 한 끝에 직선 홈이 연장되어 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the linear groove is formed to extend at both ends or either end of the curved groove.
상술한 바와 같은 상기 곡선 홈 부분의 두께는 상기 전지 케이스의 두께 대비 10 내지 30%정도로 형성되는 것이 바람직하다.The thickness of the curved groove portion as described above is preferably formed in about 10 to 30% of the thickness of the battery case.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 안전판이 형성된 이차전지를 부분 절개하여 도시한 사시도이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a perspective view showing a partial cutaway of a secondary battery having a safety plate according to the present invention.
이차전지 중에서 리튬이온 각형 이차전지(이하 각형 이차전지라 칭함)를 예를 들어 설명한다.A lithium ion square secondary battery (henceforth a square secondary battery) is demonstrated to an example among secondary batteries.
각형 이차전지는 양극(2), 세퍼레이터(4) 및 음극(6)이 함께 권취된 젤리 롤(8)이 음극과 접속된 전지 케이스(10)의 내부에 수납되고, 전지 케이스(10)의 상부에 양극(2)과 접속된 톱캡 어셈블리(12)가 설치되며, 톱캡 어셈블리(12)에 형성된 주입구(12a)를 통해 전지 케이스(10)의 내부로 전해액을 주입한 후 주입구(12a)를 밀봉하는 구조로 이루어진다.In the rectangular secondary battery, a jelly roll 8 wound around the positive electrode 2, the separator 4, and the negative electrode 6 is housed in the battery case 10 connected to the negative electrode, and the upper portion of the battery case 10 is provided. The top cap assembly 12 connected to the positive electrode 2 is installed in the electrolyte, and the electrolyte is injected into the battery case 10 through the injection hole 12a formed in the top cap assembly 12, and then the injection hole 12a is sealed. Made of structure.
여기서 톱캡 어셈블리(12)는 전지 케이스(10)의 상부에 용접되는 톱캡(14)와, 톱캡(14)의 하부 중심에 배치되는 하부판(16)과, 톱캡(14)의 상부와 톱캡(14)과 하부판(16)의 사이에 각각 상하부 가스켓(18)(20)을 개재한 상태에서 함께 리벳팅한 양극단자(22)를 포함한다.Here, the top cap assembly 12 includes a top cap 14 welded to an upper portion of the battery case 10, a lower plate 16 disposed at a lower center of the top cap 14, an upper portion of the top cap 14, and a top cap 14. And a positive electrode terminal 22 riveted together in a state interposed between the upper and lower gaskets 18 and 20 between the lower plate 16.
상기 하부판(16)은 젤리 롤(8)의 음극(6)과 탭(24)으로 연결된다.The lower plate 16 is connected to the cathode 6 of the jelly roll 8 and the tab 24.
그리고 젤리 롤(8)의 상하단에는 절연을 위한 상부 절연판(26)과 하부 절연판(28)이 배치된다.In addition, upper and lower ends of the jelly roll 8 are disposed with an upper insulation plate 26 and a lower insulation plate 28 for insulation.
이와 같이 구성되는 각형 이차전지에는 폭발에 대한 안전장치로써 전지 케이스에 안전판(30)을 형성한다.In the rectangular secondary battery configured as described above, a safety plate 30 is formed in the battery case as a safety device against explosion.
안전판(30)은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 전지 케이스(10)에 곡선 홈을 형성하여 전지의 과도한 내압 상승시 곡선 홈이 파단되도록 설계된다.The safety plate 30 is designed to form a curved groove in the battery case 10 as shown in FIGS. 2 and 3 so that the curved groove breaks when the internal pressure of the battery increases excessively.
이러한 곡선 홈은 전지 케이스(10)의 외부인 최대 면적부의 측면에 형성되는 것이 바람직하며, 이는 각형 이차전지의 내부에서 과도하게 내압이 상승하게 되면 전지 케이스의 최대 면적부의 측면이 부풀어 오르면서 팽창되기 때문에 전지 케이스의 전체에서 가장 취약한 부분이라 할 수 있다.The curved groove is preferably formed on the side of the maximum area portion that is outside of the battery case 10, because if the internal pressure is excessively increased inside the rectangular secondary battery, the side of the maximum area of the battery case is expanded while inflating The most vulnerable part of the battery case.
그리고 곡선 홈은 전지 케이스(10)의 외부에서 형성되는 것이 전지 내부의 압력을 방출하는데 유리하다.And the curved groove is formed outside the battery case 10 is advantageous to release the pressure inside the battery.
본 발명의 전지 케이스(10)에 각인되는 곡선 홈이 종래의 직선 홈, 또는 직선으로 X자형으로 각인된 홈보다 임계압력에서 정확하게 파열되어 터질 수 있도록 최대 면적부 측면의 대각선상 또는 대각선상에서 연장되는 가상선에 곡률 반경의 중심이 놓이게 형성한다.The curved grooves imprinted on the battery case 10 of the present invention extends diagonally or diagonally on the side of the largest area so that the curved grooves can be ruptured more accurately at the critical pressure than the conventional linear grooves, or grooves imprinted in a straight X shape. Form the center of curvature radius on the imaginary line.
특히, 곡선 홈은 최대 면적부의 중심부보다는 각 모서리에 가까운 쪽에 형성되며, 곡선 홈의 곡률반경은 3 내지 50mm정도로 형성하는 것이 바람직하다.In particular, the curved groove is formed closer to each corner than the center of the maximum area portion, the radius of curvature of the curved groove is preferably formed to about 3 to 50mm.
이렇게 곡선 홈을 형성하는 것은 최대 면적부의 측면에서 받는 응력집중과 관련이 있다.The formation of curved grooves in this way is related to the stress concentration on the side of the largest area.
즉, 각형 이차전지의 내압 상승으로 인하여 최대 면적부의 측면이 부풀어 오르게 되면 최대 면적부의 중심부에서 부풀어 오름이 가장 크게 되고 네군데의 각진 모서리 부분에서의 부풀어 오름이 가장 적게 될 것임을 당업계에 종사하는 업자라면 예측할 수 있다.In other words, if the side of the largest area swells due to the increase in the internal pressure of the rectangular secondary battery, the swelling will be the largest in the center of the largest area and the swelling in the four angled corners will be the least. If you can predict.
이때 최대 면적부 측면의 전체에서 응력이 동일한 지점들을 연결하여 보면 도 4에 도시한 바와 같이 최대 면적부의 측면 중심부에 가까울수록 통상의 타원형과 비슷한 폐곡선을 형성하겠고, 각진 모서리 부분에 가까울수록 점차 직사각형에 가까운 폐곡선을 형성하게 된다.At this time, when connecting the points with the same stress in the entire area of the maximum area portion, as shown in FIG. It creates a close closed curve.
이와 같은 예측에서 내릴 수 있는 결론은 최대 면적부의 중심부와 각진 모서리 부분의 사이에서 응력의 변화가 급변하는 가장 취약한 부분이 존재하는 것이며, 본 발명에서는 그러한 가장 취약한 부분에 곡선 홈을 형성한 것이다.The conclusion that can be drawn from such a prediction is that the most vulnerable part where the change in stress changes rapidly between the central part of the largest area and the angular edge part exists, and the curved groove is formed in the most vulnerable part in the present invention.
따라서, 곡선 홈의 모든 부분에서 편차가 적은 응력집중이 발생되며, 안전판(30)의 파단시 곡선 홈 전체에서 거의 동시에 파단이 이루어지게 되어 압력편차가 최소화된다.Therefore, stress concentration with less variation occurs in all portions of the curved groove, and at the time of breaking of the safety plate 30, the fracture occurs almost simultaneously in the entire curved groove, thereby minimizing the pressure deviation.
이와 같은 이유로 곡선 홈의 양끝 또는 어느 한 끝에서 도 5에 도시한 바와 같이 직선 홈(32)을 연장할 수 있다. 이때의 직선 홈(32)은 5mm이하가 바람직하며, 5mm이상이면 터지는 압력의 편차가 커질 수 있다.For this reason, the straight groove 32 can be extended as shown in FIG. 5 at either end or at either end of the curved groove. At this time, the linear groove 32 is preferably 5 mm or less, and when the 5 mm or more, the deviation of the bursting pressure may be large.
또한 도 6 및 도 7에서는 안전판(30)이 전지 케이스(10)의 최대 면적부에 다른 형태로 형성된 실시예를 나타내고 있다.6 and 7 show an embodiment in which the safety plate 30 is formed in another shape in the maximum area of the battery case 10.
일반적인 리튬이온 각형 이차전지의 전지 케이스(10)는 스테인레스, 니켈도금강, 알루미늄합금, 및 플라스틱 중에서 어느 하나의 재질로 제작이 가능하다.The battery case 10 of a conventional lithium ion square secondary battery may be manufactured of any one material of stainless steel, nickel plated steel, aluminum alloy, and plastic.
그리고 전지 케이스(10)의 두께는 전지의 크기, 전지 케이스의 재질 등에 따라 설계가 가능하며, 재질에 관계없이 바람직한 두께 범위는 0.3 내지 0.7 mm이다.The thickness of the battery case 10 may be designed according to the size of the battery, the material of the battery case, and the like, and a preferable thickness range is 0.3 to 0.7 mm regardless of the material.
그리고 전지 케이스(10)에 형성되는 곡선 홈의 두께는 전지 케이스(10)의 두께보다 얇게 형성되며, 곡선 홈 부분에서의 전지 케이스 두께는 임계압력이 높게 설계될수록 증가되고, 임계압력이 낮게 설계될수록 감소된다.And the thickness of the curved groove formed in the battery case 10 is formed thinner than the thickness of the battery case 10, the battery case thickness in the curved groove portion is increased as the critical pressure is designed higher, the lower the critical pressure is designed Is reduced.
특히 홈 부분의 전지 케이스 두께는 상기 전지 케이스(10)의 두께 대비 10∼30%인 것이 바람직하다.In particular, the battery case thickness of the groove portion is preferably 10 to 30% of the thickness of the battery case 10.
이하의 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것이 아니다.The present invention will be described in detail through the following examples. However, the examples are only for illustrating the present invention and are not limited thereto.
[실시예]EXAMPLE
양극(2)에 리튬코발트 옥사이드, 음극(6)에 카본 활물질을 사용한 전극을 올레핀계 세퍼레이터(4)로 분리시킨 젤리 롤(8)을 권취한 후 도 1에 도시한 바와 같은 전지 케이스(10)의 내부로 수납한다.The battery case 10 as shown in FIG. 1 after winding the jelly roll 8 in which the electrode using the carbon active material for the positive electrode 2 and the carbon active material for the negative electrode 6 was separated by an olefin separator 4 was wound up. It is housed inside.
상기 전지 케이스(10)의 두께는 0.45mm이고, 길이 63mm, 폭 30mm, 높이 48mm인 각형인 것이다.The battery case 10 is 0.45 mm thick, 63 mm long, 30 mm wide, and 48 mm high.
이러한 전지 케이스(10)에 형성되는 곡선 홈의 폭은 0.7 mm이며, 곡선 홈의 길이가 13mm이고, 홈 부분의 전지 케이스 두께가 0.1mm이며, 곡률 반경이 40mm이다.The width of the curved groove formed in the battery case 10 is 0.7 mm, the length of the curved groove is 13 mm, the thickness of the battery case of the groove portion is 0.1 mm, and the radius of curvature is 40 mm.
전지 케이스(10)에 젤리 롤(8)이 수납된 상태에서 젤리 롤(8)의 양극(2)에 부착된 탭(24)을 톱캡 어셈블리(12)의 양극단자(22)에 용접한다.In a state where the jelly roll 8 is accommodated in the battery case 10, the tab 24 attached to the positive electrode 2 of the jelly roll 8 is welded to the positive electrode terminal 22 of the top cap assembly 12.
그리고, 톱캡(14)을 전지 케이스(10)의 개구에 밀착시킨 상태에서 레이져 용접한 후, 톱캡(14)에 형성된 전해액 주입구(12a)를 통해 에틸렌카보네이트(EC), 디에틸렌카보네이트(DEC), 및 리튬염(LiPF6)을 포함하는 전해액을 주입하고, 전해액 주입구(12a)를 밀봉시켜 리튬이온 각형 이차전지를 제조하였다.After the top cap 14 is laser-welded in a state of being in close contact with the opening of the battery case 10, ethylene carbonate (EC), diethylene carbonate (DEC), and the like through the electrolyte injection hole 12a formed in the top cap 14. And an electrolyte solution containing lithium salt (LiPF 6 ), and the electrolyte injection hole 12a was sealed to prepare a lithium ion square secondary battery.
[비교예][Comparative Example]
도 8에 도시한 바와 같은 다양한 형태의 홈으로 형성된 안전판을 최대 면적부의 측면에 형성하고, 서서히 압력을 증가시키면서 최초 안전판이 파단되는 이차전지의 파단 압력을 측정하였다. 도 8에 기재된 수치는 모두 mm단위를 나타낸다.A safety plate formed of various types of grooves as shown in FIG. 8 was formed on the side of the largest area, and the breaking pressure of the secondary battery in which the first safety plate was broken while gradually increasing the pressure was measured. All numerical values described in FIG. 8 represent mm units.
이때 안전판의 홈들은 방전가공을 이용하여 형성하였고, 홈이 형성된 전지 케이스의 두께는 0.1mm이고, 홈의 두께는 0.4mm이며, 전지 케이스의 재질은 알루미늄인 것을 사용하였다.At this time, the grooves of the safety plate was formed by using the electric discharge machining, the thickness of the battery case groove is formed, the thickness of the groove is 0.4mm, the material of the battery case was used aluminum.
여기서, 타입 1에서 A의 길이는 2mm, 5mm 두가지 경우로 나누어서 실시하였다.Here, in the type 1, the length of A was divided into two cases of 2 mm and 5 mm.
그리고 타입 3에서는 B의 길이를 3mm, 5mm, 7mm 세가지 경우로 나누어서 실시하였다.In Type 3, the length of B was divided into three cases of 3mm, 5mm, and 7mm.
그 결과 표 1과 같은 결과를 얻었다. 이 표에서 X는 파단이 발생되지 않음을 나타낸다.As a result, the result shown in Table 1 was obtained. X in this table indicates that no break occurred.
이 결과에서 알 수 있는 것은 곡선 홈이 최대 면적부의 가장 취약한 부분에 형성되기 때문에 항상 먼저 안전판이 파단한다는 것과, 파단시 압력편차가 1kgf/cm2이내라는 것이다.This result shows that the safety plate is always broken first because the curved groove is formed in the weakest part of the largest area, and the pressure deviation at break is within 1 kgf / cm 2 .
즉, 곡선 홈으로 된 안전판을 사용함으로써 리튬이온 각형 이차전지가 폭발하지 않도록 안정된 파단이 이루어진다는 것을 알 수 있다.That is, it can be seen that by using a safety plate made of curved grooves, stable fracture is achieved so that the lithium ion square secondary battery does not explode.
[실험예 1]Experimental Example 1
실시예에서 제조된 리튬이온 각형 이차전지의 이상 내압 발생시 안전판의 파단이 올바르게 시행되는 지를 판단하기 위해서 과충전(Overcharge) 실험과 핫박스(Hot box) 실험 및 낙하실험을 실시하였다.An overcharge test, a hot box test, and a drop test were performed to determine whether the breakage of the safety plate was correctly performed when abnormal breakdown voltage of the lithium ion square secondary battery manufactured in the embodiment was performed.
여기서, 낙하실험은 리튬이온 각형 이차전지의 안정성을 확인하기 위하여 UL1642 규격의 낙하실험, 즉 1.9m에서 3회 낙하시켜 각인된 곡선 홈의 파열여부를 확인하였으나 파열되지 않았다.Here, in the drop test, the drop test of the UL1642 standard, that is, dropping three times at 1.9m to confirm the stability of the lithium ion square secondary battery, was confirmed that the burst of the curved groove was not ruptured.
그리고, 과충전 실험은 상기 리튬이온 각형 이차전지를 충방전 시험기를 이용하여 3C로 과충전 실험과 핫박스 실험을 실시하였다.In the overcharge experiment, the lithium ion square secondary battery was subjected to an overcharge experiment and a hot box experiment at 3C using a charge / discharge tester.
그 결과, 과충전 실험은 리튬이온 각형 이차전지에 3C로 과충전하였을 때 안전판이 파단되는 압력을 측정하는 실험으로 도 9에 도시한 바와 같이 안전판이 동작함을 알 수 있다.As a result, the overcharge test is an experiment for measuring the pressure at which the safety plate breaks when the lithium ion square secondary battery is overcharged at 3C. As shown in FIG. 9, the safety plate operates.
이 경우에 과충전에 따른 리튬이온 각형 이차전지의 내부 온도 변화와 전압 변화를 도 10 및 도 11에 도시한 그래프에서 나타내고 있다.In this case, the internal temperature change and the voltage change of the lithium ion square secondary battery due to overcharging are shown in the graphs shown in FIGS. 10 and 11.
또한, 핫박스 실험은 각형 이차전지의 온도를 상승시키면서 안전판이 파단되는 지를 확인하였으며, 그 결과 핫박스의 내부가 150℃정도 상승시켰을 때 도 12에 도시한 바와 같이 안전판이 파단되었다.In addition, the hot box experiment confirmed that the safety plate was broken while increasing the temperature of the rectangular secondary battery, and as a result, when the inside of the hot box was raised by about 150 ° C., the safety plate was broken as shown in FIG. 12.
[실험예 2]Experimental Example 2
실험예 2에서는 각형 이차전지의 크기에 따라 본 발명에 특징에 따라 제안된 안전판이 제대로 파단되는 지와 얼마정도의 압력편차를 가지고 파단되는 지를 실험하였다.In Experimental Example 2, according to the size of the rectangular secondary battery, the proposed safety plate according to the characteristics of the present invention was tested to be broken properly and how much pressure deviation.
아래 표 2에서 A 타입 전지는 리튬이온 각형 이차전지의 두께가 6.3mm, 폭이 3.4cm, 높이가 5.0cm인 전지이고, B 타입 전지는 두께가 6.3mm, 폭이 3.0cm, 높이가 6.7cm인 전지이다.In Table 2 below, the A-type battery is a 6.3mm thick, 3.4cm wide, 5.0cm high battery, and the B-type battery is 6.3mm thick, 3.0cm wide, and 6.7cm high. Phosphorus battery.
이 실험결과에서, 크기를 달리하여도 파단 평균압력을 기준으로 1.1kgf/cm2을 넘지 않는 결과를 얻었다.In these experimental results, even when the size was different, the results did not exceed 1.1kgf / cm 2 based on the average breaking pressure.
즉, 파단 압력편차가 크지 않기 때문에 보다 안정적인 파단을 예측할 수 있어 각형 이차전지의 안전성이 크게 향상되었다.That is, since the breakage pressure deviation is not large, more stable breakage can be predicted, and the safety of the rectangular rechargeable battery is greatly improved.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지의 안전판은 종래기술에 비해 좀 향상된 효과를 나타낸다.As described above, the safety plate of the secondary battery according to the present invention has a slightly improved effect compared to the prior art.
즉, 이차전지의 내부 압력 상승시 압력이 곡선 홈으로 균일하게 가해지게 되어 곡선 홈의 전체에서 거의 동시에 파단이 이루어지게 되어 이차전지의 폭발에 대한 위험을 줄일 수 있는 효과가 있다.That is, when the internal pressure of the secondary battery rises, the pressure is uniformly applied to the curved grooves, so that fracture occurs almost simultaneously in the entire curved groove, thereby reducing the risk of explosion of the secondary battery.
또한, 전지 케이스의 크기, 홈의 위치에 따라서 터지는 압력의 편차를 감소시킴으로써 이차전지의 안전을 도모하게 된다.In addition, the secondary battery can be secured by reducing the variation in the bursting pressure depending on the size of the battery case and the position of the groove.
아울러, 곡선 홈이 파단되기 때문에 홈의 파단 후에도 파단부위로 인해서 인체에 상처를 입히지 않게 된다.In addition, since the curved groove is broken, the human body is not injured due to the fracture site even after the groove is broken.
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