KR100381328B1 - Li-ION BATTERY USING SIMPLIFIED SAFETY VENT - Google Patents
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Abstract
비수성(非水性) 전해액을 사용하는 리튬이온 전지의 경우 과충전과 같은 오용이나, 제조상의 결함에 의한 폭발의 위험성이 상존한다. 그와 같은 경우를 대비하기 위하여 전지 내부의 압력이 상승할 경우 전류를 차단함과 동시에 전지 내부 압력을 방출하게 하는 안전판을 전지 캡 상부에 설치하는데 본 발명에서는 안전판의 내부 개스킷을 제거하고 기존에 사용되는 캡부를 전체적으로 싸고 있는 하부 안전판을 작게 제작함으로 인하여 가스켓을 일체형으로 제작하여 조립 라인에서의 조립 공정을 단축시키고, 부품수를 줄여 여기에 해당하는 공정 비용 및 부품 가격을 감소시키고 또한 전지 캡 부분의 두께를 감소시켜 젤리 롤을 삽입하는 캔의 비딩 높이를 전지의 상단 부분으로 이동시킴으로 전지의 내부 공간을 확보하고 전극의 폭을 크게 설계하여 전지 용량을 증대시키는 구조를 제시하였다.In the case of a lithium ion battery using a nonaqueous electrolyte, there is a risk of misuse such as overcharge or explosion due to manufacturing defects. In order to prepare for such a case, when the pressure inside the battery rises, a safety plate that cuts off the current and releases the internal pressure at the same time is installed in the upper part of the battery cap. In the present invention, the inner gasket of the safety plate is removed and used. By making the lower safety plate enclosing the cap part as a whole, the gasket is made integrally to shorten the assembly process on the assembly line, reduce the number of parts, and reduce the corresponding process cost and part price, and also By reducing the thickness and moving the bead height of the can into which the jelly roll is inserted into the upper part of the battery, a structure for increasing the battery capacity by securing the internal space of the battery and increasing the width of the electrode was proposed.
Description
본 발명은 일체형 안전판을 구비한 리튬이온 전지에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 특히 전지 오용에 따른 전지 내부 압력 상승이 있을 경우 상부 및 하부 안전판을 분리시켜 전류의 흐름을 차단시키는 안전판을 구비한 리튬이온 전지에 관한것이다.The present invention relates to a lithium ion battery having an integrated safety plate. In particular, the present invention relates to a lithium ion battery having a safety plate that separates the upper and lower safety plates to block the flow of current when there is an increase in the internal pressure of the battery due to battery misuse.
휴대용 전자 기기의 급속한 보급과 더불어 리튬이온 전지의 사용 또한 빠르게 확대되어 왔다. 그러나, 리튬이온 전지의 고에너지와 음극 표면에서의 리튬 금속의 덴드라이트(dendrite) 현상으로 인하여 오용에 따른 전지의 폭발 가능성이 존재하고 있다. 이러한 문제점을 제거하기 위하여, 각 전지 제조사들은 고유의 안전판을 전지에 채용하고 있다.In addition to the rapid spread of portable electronic devices, the use of lithium ion batteries has also been rapidly expanded. However, due to the high energy of lithium ion batteries and the dendrite phenomenon of lithium metal on the negative electrode surface, there is a possibility of explosion of the battery due to misuse. To eliminate this problem, each battery manufacturer employs a unique safety plate for the battery.
종래의 원통형 리튬이온 전지의 안전판의 경우 개스킷 상부로부터 안전판 부품을 순서대로 배열함으로써 최소한 6개의 부품이 원통형 전지의 상부 구조를 이루고 있다.In the safety plate of the conventional cylindrical lithium-ion battery, at least six components form the upper structure of the cylindrical battery by arranging the safety plate components in order from the top of the gasket.
이러한 종래의 안전판이 원통형리튬 이온 전지에 적용된 경우의 단면도가 도 1에 도시되어 있다. 종래 안전판은 구조가 복잡하여 제조 공정이 복잡하고, 또한 상부 캡이 커서 전지 본체의 유효 용적을 감소시킨다.1 is a cross-sectional view of a conventional safety plate applied to a cylindrical lithium ion battery. The conventional safety plate has a complicated structure, a complicated manufacturing process, and a large upper cap, thereby reducing the effective volume of the battery body.
이러한 결과, 종래의 구조에서는 그 기능에 비하여 구조가 복잡하고 또한 전지가 차지하는 부피가 크므로 전지의 효율적인 설계에 부담이 되어왔다.As a result, the conventional structure has a burden on the efficient design of the battery because the structure is complicated and the volume of the battery is large in comparison with its function.
본 발명의 목적은 전지의 안정성을 확보하면서 안전장치의 구조 및 조립 공정을 단순화시켜 전지 내부 용량의 사용을 최적화할 수 있는 안전판 구조를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a safety plate structure that can optimize the use of battery internal capacity by simplifying the structure and assembly process of the safety device while ensuring the stability of the battery.
본 발명은 리튬이온 전지의 안전성을 확보하기 위하여 안전판을 채용한 것에 대한 것이다.The present invention relates to the use of a safety plate in order to ensure the safety of the lithium ion battery.
상기 안전판은 상부 캡, 개스킷, 정온도 계수 요소, 상부 안전판, 및 하부 안전판으로 이루어지며, 상기 하부 안전판은 전지 내부 압력 상승시 압력 상승의 영향을 받지 않도록 구멍이 뚫려 있으며, 상부 안전판은 하부 안전판의 상부에 중앙 부분이 초음파 용접되어 배치되며, 상기 개스킷은 상부 안전판과 하부 안전판의 사이에 내부 개스킷을 구비하지 않고 일부분이 개재된 상태로 상부 캡, 정온도 계수, 상부 및 하부 안전판의 외주에 밀착 배치된다.본 발명의 안전판 구조는 종래 기술에서 사용되어왔던 내부 개스킷을 사용하지 않는다.The safety plate is composed of an upper cap, a gasket, a positive temperature coefficient element, an upper safety plate, and a lower safety plate, and the lower safety plate is perforated so as not to be affected by the pressure increase when the pressure inside the battery increases. The center portion is arranged by ultrasonic welding at the upper portion, the gasket is not provided with an inner gasket between the upper safety plate and the lower safety plate, partly interposed with the upper cap, positive temperature coefficient, close to the outer periphery of the upper and lower safety plates The safety plate structure of the present invention does not use an internal gasket that has been used in the prior art.
안전판의 작동에 대해서 살펴보면, 전지 내부의 압력 증가시 하부 안전판은 그 자체에 구멍이 있어 압력의 영향을 받지 않는 반면 상부 안전판이 압력의 영향으로 위로 상승하여 하부 안전판과의 접착면이 단락된다. 이 단락의 결과 전류가 차단된다.In the operation of the safety plate, when the pressure inside the battery increases, the lower safety plate has a hole in itself and is not affected by pressure, while the upper safety plate rises upward due to the pressure, and the adhesive surface with the lower safety plate is shorted. The current is interrupted as a result of this short circuit.
본 발명의 안전판의 상부 안전판, 및 하부 안전판의 재질은 알루미늄, 또는 알루미늄 합금을 포함하며, 개스킷은 폴리 올레핀계열 재질로 이루어진다.The material of the upper safety plate and the lower safety plate of the safety plate of the present invention includes aluminum or an aluminum alloy, and the gasket is made of a polyolefin-based material.
하부 안전판을 가스켓 아랫 부분에 끼워 일체형으로 제조함으로써, 안전판 조립 부분의 두께를 감소시켜 캔의 비딩 높이를 높일 수 있으며, 이로써 전지 본체 부위에 사용되는 전극의 폭을 늘려 전지 용량을 증가시킨다.By manufacturing the lower safety plate integrally with the lower part of the gasket, the thickness of the safety plate assembly portion can be reduced to increase the bead height of the can, thereby increasing the battery capacity by increasing the width of the electrode used in the battery body.
도 1은 종래의 원통형 리튬이온 전지의 안전판 단면도.1 is a safety plate cross-sectional view of a conventional cylindrical lithium ion battery.
도 2는 본 발명에 따른 원통형 리튬이온 전지의 안전판 단면도.Figure 2 is a safety plate cross-sectional view of the cylindrical lithium ion battery according to the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
11, 22 : 개스킷11, 22: gasket
12, 21 : 하부 안전판12, 21: lower safety plate
13 : 내부 개스킷13: internal gasket
14, 23 : 상부 안전판14, 23: upper safety plate
15, 24 : 정온도 계수(Positive temperature coefficient) 요소15, 24: positive temperature coefficient element
16, 25 : 상부 캡16, 25: upper cap
본 발명의 전지는, 전지 오용에 따른 전지 내부 압력 상승이 있을 경우 상부 및 하부 안전판을 분리시켜 전류의 흐름을 차단시켜 더 이상의 압력 상승을 막는 안전판을 구비한다. 본 발명에서는 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 하부 안전판을 개스킷 아래에 위치시켜 기존 원통형 전지에서 빈 공간으로 남아있던 공간을 사용하였으며, 내부 개스킷을 사용하지 않고서도 안전판의 역할을 가능하도록 하였다.The battery of the present invention is provided with a safety plate that separates the upper and lower safety plates to block the flow of current when there is an increase in the internal pressure of the battery due to battery abuse. In the present invention, in order to solve the problems of the prior art, the lower safety plate was placed under the gasket, and used a space remaining as an empty space in the conventional cylindrical battery, and thus, the safety plate could be used without using an internal gasket.
도 2는 본 발명이 적용된 전지의 안전판 단면도이다. 본 발명이 적용된 전지의 안전판에서는 상부 구조에 포함되는 부품수를 줄임으로써 전지 본체에 비하여 상대적으로 전지 상부 구조의 무게 및 부피를 감소시켜 전지 본체에서의 전극 폭을 대략 0.5 mm 증대시켜 전지 용량을 증대할 수 있었으며 또한 부품 조립의 공정 및 부품 비용을 축소하였다.2 is a cross-sectional view of the safety plate of the battery to which the present invention is applied. In the safety plate of the battery to which the present invention is applied, by reducing the number of parts included in the upper structure, the weight and volume of the upper battery structure are reduced relative to the battery body, thereby increasing the electrode width of the battery body by approximately 0.5 mm to increase the battery capacity. It also reduced the process and component costs of component assembly.
실시예Example
먼저, 직경 2 mm의 작은 구멍 6개가 가운데를 중심으로 둥글게 위치한 외경이 13.15 mm이고 두께 0.4∼0.5 mm인 알루미늄판을 제작한다. 다음으로, 상기 제작된 판을 미리 제작한 가스켓 금형에 놓고 사출 성형하여 하부 안전판과 가스켓이 일체형으로 이루어지는 가스켓을 제작한다.First, an aluminum plate having an outer diameter of 13.15 mm and a thickness of 0.4 to 0.5 mm with six small holes having a diameter of 2 mm rounded around the center is manufactured. Next, the manufactured plate is placed in a previously manufactured gasket mold and injection molded to manufacture a gasket having a lower safety plate and a gasket integrally.
이렇게 제작된 하부 안전판에 젤리 롤의 양극 단자를 레이저 용접한 후 하부 안전판과 가스켓의 일체형에 상부 안전판을 삽입한다. 이때 상부 안전판은 외경이 16.0∼16.1 mm이고 두께는 0.1 mm이며 중앙을 중심으로 지름이 6 mm 정도 크기로 압연하여 홈을 판다. 이때 압연하여 홈을 파는 깊이는 0.07 mm로 압연 후의 홈의 알루미늄 두께는 0.03 mm이다. 상부 안전판을 삽입한 후 상부, 하부 안전판을 연결하기 위해 초음파 용접기를 사용하여 상, 하부 안전판의 중앙 부위를 한다. 그 다음 공정으로 이상 전극 반응으로 인한 과전류 발생시 과전류 방지용인 정온도 계수 요소를 적층시키고 마지막 공정으로 상부 캡을 삽입 적층시켜 조립한다.After welding the anode terminal of the jelly roll to the lower safety plate thus manufactured, insert the upper safety plate into the lower safety plate and the gasket. At this time, the upper safety plate is the outer diameter of 16.0 ~ 16.1 mm, the thickness is 0.1 mm, and the groove is rolled to a size of about 6 mm diameter around the center. At this time, the grooved depth is 0.07 mm, and the aluminum thickness of the groove after rolling is 0.03 mm. After inserting the upper safety plate, use the ultrasonic welding machine to connect the upper and lower safety plates to the center of the upper and lower safety plates. In the next process, a positive temperature coefficient element for overcurrent protection is laminated in the event of overcurrent due to an abnormal electrode reaction, and the top cap is inserted and laminated in the final process.
상, 하부 안전판의 1차 단락 및 2차 상부 안전판 벤팅 압력은 8∼10kgf/㎠ 및 17 kgf/㎠ ± 3 kgf/㎠이다.The primary short circuit and the secondary upper safety valve venting pressures of the upper and lower safety valves are 8 to 10 kgf / cm 2 and 17 kgf / cm 2 ± 3 kgf / cm 2.
본 발명이 적용된 안전판을 리튬이온 전지에 적용함으로써 제조 공정을 단순화하고 전지의 중량과 부피를 감소시켜 소형화 요구를 충족시키고, 또한 전지 본체의 유효 용적의 증가에 따라 전극 폭을 증대시킬 수 있으므로 전지용량이 증가한다.By applying the safety plate to which the present invention is applied to a lithium ion battery, the manufacturing process can be simplified, the weight and volume of the battery can be reduced to meet the miniaturization requirement, and the electrode width can be increased with the increase of the effective volume of the battery body. This increases.
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