KR100378021B1 - Li-ION BATTERY USING BALL TYPE SAFETY VENT - Google Patents
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Abstract
비수성(非水性) 전해액을 사용하는 리튬 이온 전지의 경우 과충전과 같은 오용에 대하여 폭발의 위험성이 상존한다. 그와 같은 경우에 대비하여 본 발명에서는 리튬 이온 전지의 캡 부위에 안전판을 설치하여 전지 내부의 압력이 상승할 경우 효과적으로 전류를 차단하여 전지의 충전 또는 방전 작용을 정지시키고, 이 후 계속된 압력 상승이 있을 경우 2차 안전판의 작동으로 내부 압력을 방출하게 하여 리튬 이온 전지의 안정성을 향상시켰다.In the case of a lithium ion battery using a nonaqueous electrolyte, there is a risk of explosion for misuse such as overcharging. In such a case, in the present invention, the safety plate is installed in the cap portion of the lithium ion battery to effectively cut off the current when the pressure inside the battery rises to stop the charging or discharging of the battery, and then the pressure rises continuously. In this case, the safety of the lithium ion battery was improved by releasing internal pressure by the operation of the secondary safety plate.
Description
본 발명은 구형(球形) 안전판을 구비한 리튬 이온 전지에 관한 것이다. 본 발명은 특히 전지 오용에 따른 전지 내부 압력 상승시 미리 홈을 파놓은 단자가 끊어지게 함으로써 전류를 차단시켜 더 이상의 내부 압력 상승을 막고, 이후 계속된 압력 상승이 있을 경우 2차 안전판의 작동으로 내부 압력을 방출하는 안전판 장치를 구비한 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium ion battery provided with a spherical safety plate. The present invention prevents further internal pressure rise by cutting off the current by breaking the terminal which is previously grooved when the internal pressure of the battery increases due to battery misuse, and then operates the secondary safety plate when there is a continuous pressure increase. A battery having a safety plate device for releasing pressure.
휴대용 전자기기의 보급이 폭발적으로 증가함에 따라 좀 더 가볍고 오래 사용할 수 있는 제품 개발이 요구 되어왔다. 그러나 기존의 니켈 수소 전지나 니켈 카드뮴 전지보다 가벼우면서도 에너지가 높은 리튬 이온 전지의 경우 에너지가 높은 대신에 폭발 위험성을 내포하고 있어서, 별도의 안전 장치가 필요하게 되었다. 안전 장치를 전지에 내장시키기 위해 전지 설계에 많은 고려가 필요하였으며, 일반적으로 채용되는 방법은 정온도 계수(Positive temperature coefficient) 요소를 전지 캡 내부에 설치하거나, 캔 바닥 외부에 홈을 파서 전지 내부 압력 상승 시 전류를 차단시키는 것 등이다.With the explosion of portable electronic devices, the development of lighter and more durable products has been required. However, lithium ion batteries, which are lighter than conventional nickel-metal hydride batteries or nickel cadmium batteries, and have high energy, contain explosion hazards instead of high energy, and thus require a separate safety device. In order to incorporate safety devices into the cell, a great deal of consideration has been required in the cell design, and a commonly adopted method is to install a positive temperature coefficient element inside the cell cap or dig a groove outside the bottom of the can to pressurize the cell. To cut off the current when rising.
본 발명에서는, 전지 오용으로 인한 전지 내부 압력 상승시 미리 홈을 파놓은 단자가 끊어지게 함으로써 전류를 차단시켜 더 이상의 압력 상승을 미리 막는 안전판에 관한 것이다.The present invention relates to a safety plate that cuts off the current and prevents further pressure rise by breaking a terminal in which a groove is cut in advance when the pressure inside the battery rises due to battery misuse.
본 발명의 목적은 전지 오용에 따라 내부 압력이 상승할 경우 1차적으로 전류를 차단하며, 만약 전류가 차단된 이후에도 내부 압력이 상승할 경우에는 안전판 막이 파쇄되어 내부 압력이 외부로 방출되도록 한 것이다. 이와 같이 1차, 2차의 2중의 시스템으로 안전판을 만든 결과 전지의 안전판 작동에 따라 전지 내부 압력이 일정 수준에 도달하면 더 이상의 충전 또는 방전이 되지 않도록 하여 전해액 등의 전지 내부 물질 유출로 인한 전자 기기의 훼손과 인체에 대한 직접적인 노출을 막을 수 있도록 하는데 있다.An object of the present invention is to cut off the current primarily when the internal pressure rises due to battery misuse, and if the internal pressure rises even after the current is cut off, the safety valve is broken so that the internal pressure is released to the outside. As a result of the safety plate made of the first and second dual systems, when the internal pressure of the battery reaches a certain level according to the operation of the safety plate of the battery, the battery is prevented from being charged or discharged further. It is intended to prevent damage to the device and direct exposure to the human body.
도 1은 본 발명에 따른 안전판의 단면도.1 is a cross-sectional view of a safety plate according to the present invention.
도 2는 안전판의 알루미늄 호일의 단면도.2 is a cross-sectional view of the aluminum foil of the safety plate.
도 3은 본 발명의 또 다른 안전판의 단면도.3 is a cross-sectional view of another safety plate of the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
11 : 구형(球形) 알루미늄 볼11: spherical aluminum ball
12, 32 : 개스킷12, 32: Gasket
13 : 밀봉제13: sealant
14, 33 : 정극단자14, 33: positive terminal
15, 34 : 알루미늄 호일15, 34: aluminum foil
16, 35 : 정온도 계수(Positive temperature coefficient) 요소16, 35 positive element coefficient
17, 36 : 2차 안전판17, 36: 2nd safety valve
18, 37 : 개스 방출을 위한 구멍18, 37: hole for gas discharge
19, 38 : 상부 캡19, 38: upper cap
20, 39 : 안전판 막20, 39: safety valve
31 : 타원형 알루미늄 볼31: Oval Aluminum Ball
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 단면도이다.First, Figure 1 is a cross-sectional view of Embodiment 1 according to the present invention.
실시예 1Example 1
도 1의 안전판에서 구형 알루미늄 볼(11)은 평평한 내부 저면의 중앙에 구멍이 형성되고 내부 하측에 걸림환턱이 형성된 개스킷(12)의 구멍에 위치한다. 여기서, 두께가 0.5㎜인 개스킷(12)는 사출 성형으로 제작되는데, 이때 금형에 미리 제작된 지름 6㎜의 구형 알루미늄 볼(11)을 삽입한 다음 사출 하므로, 개스킷(12)는 알루미늄 볼(11)과 일체로 형성된다. 개스킷(12)와 알루미늄 볼(11)은 전해액 및 개스 누출방지를 강화하기 위해 밀봉제(예를 들면, 에폭시)(13)으로 밀봉되어 있다. 알루미늄 볼(11)의 하부는 정극단자(14)와 초음파 용접되고, 알루미늄 볼(11)의 상부는 알루미늄 호일(15)의 일 측에 초음파 용접된다. 그리고, 알루미늄 호일(15)의 다른 일 측은 정온도 계수 요소(16)에 용접된다. 여기서, 알루미늄 호일(15)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전지 내부 압력이 상승하면 끊어져서 전류를 차단시킬 수 있도록 내부에 홈이 파여 있다.In the safety plate of FIG. 1, the spherical aluminum ball 11 is located in the hole of the gasket 12 in which a hole is formed in the center of the flat inner bottom and a locking ring jaw is formed in the inner lower side. Here, the gasket 12 having a thickness of 0.5 mm is manufactured by injection molding. At this time, since the spherical aluminum ball 11 having a diameter of 6 mm is inserted into the mold and then injected, the gasket 12 is made of aluminum balls 11. It is formed integrally with The gasket 12 and the aluminum ball 11 are sealed with a sealant (for example, epoxy) 13 to reinforce the electrolyte and gas leak prevention. The lower part of the aluminum ball 11 is ultrasonically welded with the positive electrode terminal 14, and the upper part of the aluminum ball 11 is ultrasonically welded to one side of the aluminum foil 15. And the other side of the aluminum foil 15 is welded to the positive temperature coefficient element 16. Here, as shown in FIG. 2, the aluminum foil 15 has a groove formed therein to cut off when the internal pressure of the battery rises to block the current.
그리고, 정온도 계수 요소(16)의 상부면에는 중앙에 구멍이 형성된 원판 형상의 2차 안전판(17)이 장착 결합된다. 2차 안전판(17)과 원주면에 형성된 개스 방출을 위한 구멍(18)을 가지는 상부 캡(19)와의 사이에는 안전판 막(20)이 위치된다. 여기서 안전판 막(20)은 전지 내부 압력이 계속 증가하여 15kg ±3 kg이 되면 파쇄되어 전지 내부 압력을 방출시킬 수 있도록 0.4㎜의 두께를 갖는 2차 안전판(17)에 0.03㎜의 두께를 갖는 얇은 알루미늄을 냉각 압연하여 만든다.In addition, a disc-shaped secondary safety plate 17 having a hole in the center is mounted on the upper surface of the constant temperature coefficient element 16. A safety plate membrane 20 is positioned between the secondary safety plate 17 and the upper cap 19 having holes 18 for gas discharge formed in the circumferential surface. Here, the safety plate membrane 20 has a thickness of 0.03 mm in the secondary safety plate 17 having a thickness of 0.4 mm so that the pressure inside the battery continues to increase and break down when 15 kg ± 3 kg is released. Made by cold rolling aluminum.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시예 1의 작용은 다음과 같다.The operation of Embodiment 1 according to the present invention configured as described above is as follows.
먼저, 정상적인 전지사용의 경우에는 전류가 정극단자(14)에서 알루미늄 볼(11)을 통하여 알루미늄 호일(15)로 전달되며, 정온도 계수 요소(16), 2차 안전판(vent)(17) 및 안전판 막(20)을 통해서 상부 캡(19)까지 전달된다.First, in the case of normal battery use, current is transmitted from the positive electrode terminal 14 to the aluminum foil 15 through the aluminum ball 11, and the positive temperature coefficient element 16, the secondary safety valve 17, and It passes through the safety valve membrane 20 to the upper cap 19.
그러나, 알루미늄 볼(11)과 젤리롤(도시되지 않음)의 정극 단자(14) 사이, 그리고 알루미늄 볼(11)과 정온도 계수 요소(16) 사이에 전류의 연결고리 및 전극 이상 반응 등과 같은 전지 오용에 따라 전지 내부 압력이 증가하는 경우, 알루미늄 볼(11)이 전지 내부 압력의 영향으로 위로 상승하게 된다. 이때 알루미늄 볼(11)과 연결된 알루미늄 호일(15)에 미리 만들어 놓은 홈 부분이 끊어지면서 전류가 더 이상 흐르지 않게 된다.However, a battery such as a connection of current and an electrode abnormal reaction between the aluminum ball 11 and the positive electrode terminal 14 of the jelly roll (not shown), and between the aluminum ball 11 and the positive temperature coefficient element 16. When the internal pressure of the battery increases due to misuse, the aluminum ball 11 rises upward under the influence of the internal pressure of the battery. At this time, the groove portion made in advance in the aluminum foil 15 connected to the aluminum ball 11 is broken, so that the current no longer flows.
일반적인 경우에는 전류 차단에 의하여 더 이상의 전지 내부 압력 상승이 없으므로 본 발명의 안전판은 전지 내부 물질의 유출 없이 전지의 작동을 정지시킨다. 그러나, 전류 차단에도 불구하고 전지 내부 압력이 계속 증가할 경우에는 안전판의 상부에 위치한 안전판 막(13)이 파쇄됨으로써 내부 압력을 방출시켜 전지가 폭발하는 것을 방지한다.In general, the safety plate of the present invention stops the operation of the battery without leakage of material inside the battery since there is no further increase in the internal pressure of the battery due to the current interruption. However, when the pressure inside the battery continues to increase despite the current interruption, the safety plate membrane 13 located above the safety plate is crushed to release the internal pressure to prevent the battery from exploding.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 실시예 2의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of Embodiment 2 according to the present invention.
실시예 2Example 2
정온도 계수 요소(35)와 알루미늄 볼(31) 사이의 연결고리(즉, 알루미늄 호일)(34) 용접시 용접의 안정성 및 용접의 편리성을 좀 더 보완하기 위하여, 실시예 1에서 사용된 구형 알루미늄 볼(11)을 배제하고, 상부에 평평한 원판(지름 6 mm)이 형성되고 종단면이 타원형인 알루미늄 볼(31)로 대체하여 개스킷(12) 사출 성형시 금형에 삽입하여 제작하였다. 이때 사용된 종단면이 타원형인 알루미늄 볼(31)의 크기는 지름 3 mm, 높이 5 mm이며 제작된 개스킷(32)의 밑부분 두께는 0.5 mm이다. 한편, 실시예 1에서와는 다르게 개스킷(32)는 알루미늄 볼(31)의 상부―알루미늄 볼의 상부에 형성된 평평한 원판을 포함하지 않음―를 포위하는 형태로 중앙이 돌출되게 일체로 사출 성형되므로 밀봉성이 강하다. 따라서 개스킷(32)와 종단면이 타원형인 알루미늄 볼(31)은 전해액 및 개스의 누출을 방지하기 위한 별도의 밀봉제가 필요하지 않다. 그리고, 실시예 2의 정극단자(33), 알루미늄 호일(34), 정온도 계수 요소(35), 2차 안전판(36), 상부 캡(38) 및 안전판 막(39)의 형태와 조립은 실시예 1과 동일하므로 설명을 생략한다.The spherical shape used in Example 1 to further complement the stability of welding and the convenience of welding when welding the joint (ie, aluminum foil) 34 between the positive temperature coefficient element 35 and the aluminum ball 31. The aluminum ball 11 was removed, and a flat disc (diameter 6 mm) was formed on the top and replaced with an aluminum ball 31 having an elliptical longitudinal section to insert the gasket 12 into the mold during injection molding. At this time, the size of the aluminum ball 31 having an elliptical longitudinal section is 3 mm in diameter and 5 mm in height, and the bottom thickness of the manufactured gasket 32 is 0.5 mm. On the other hand, unlike the first embodiment, the gasket 32 is integrally injection-molded so that the center protrudes in the form of enclosing the upper portion of the aluminum ball 31, which does not include a flat disc formed on the upper portion of the aluminum ball. strong. Therefore, the gasket 32 and the aluminum ball 31 having an elliptical longitudinal section do not need a separate sealant to prevent leakage of the electrolyte and the gas. The shape and assembly of the positive electrode terminal 33, the aluminum foil 34, the positive temperature coefficient element 35, the secondary safety plate 36, the upper cap 38 and the safety plate membrane 39 of the second embodiment are carried out. Since it is the same as Example 1, it abbreviate | omits description.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시예 2의 작용은 상기한 실시예 1과 동일하므로 설명을 생략한다.Since the operation of the second embodiment according to the present invention configured as described above is the same as that of the first embodiment, a description thereof is omitted.
전지 오용에 따라 내부 압력이 상승할 경우 1차적으로 전류를 차단하며, 만약 전류가 차단된 이후에도 내부 압력이 상승할 경우에는 안전판 막이 파쇄되어 내부 압력이 외부로 방출되도록 한 것이다. 이와 같이 1차, 2차의 2중의 시스템으로 안전판을 만든 결과 전지의 안전판 작동에 따른 전지 내부 물질 유출로 인한 전자 기기의 훼손과 인체에 대한 직접적인 노출을 막을 수가 있다.When the internal pressure rises due to battery misuse, the current is first cut off. If the internal pressure rises even after the current is cut off, the safety valve is broken so that the internal pressure is released to the outside. As a result of the safety plate made of the first and second dual systems, damage to electronic devices and direct exposure to the human body due to leakage of the internal material of the battery due to the operation of the safety plate of the battery can be prevented.
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