KR100399789B1 - 리튬 폴리머 전지 - Google Patents

Abstract

리튬 폴리머 전지를 개시한다. 본 발명은 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 다수장 적층된 전지부;와, 전지부가 수용되는 공간을 제공하는 케이스;와, 전지의 내압 상승으로 케이스가 수축되는 방향을 따라 코팅되어 다른 부분보다 우선적으로 파단되어 가스를 외부로 배출시키도록 형성되는 파단층;을 포함하는 것으로서, 전지부를 실장하는 케이스의 외면에 연신율이 우수한 코팅층을 형성시킴으로써, 전지의 과충전등으로 인한 이상유무로 발화성이 있는 가스가 발생되고, 이로 인한 내압이 증가시 코팅층이 집중적으로 연신하게 된다. 그 결과로, 이 코팅층이 파단하게 되어서 가스를 외부로 신속하게 배출하는 것이 가능하게 되어서, 전지는 안전성을 확보할 수 있게 된다.

Description

리튬 폴리머 전지{Lithium polymer battery}

본 발명은 리튬 폴리머 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 내부로부터 가스가 발생시 이를 외부로 신속하게 배출가능하도록 구조가 개선된 리튬 폴리머 전지에 관한 것이다.

통상적으로 충방전이 가능한 이차 전지는 셀루러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등 휴대용 전자 기기의 개발로 활발한 연구가 진행중이다.

이러한 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지등을 들 수 있다. 이중에서 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서 전자 기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 3배나 우수하고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 뛰어나서 급속도로 신장되고 있다.

리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있다. 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.

리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 최근들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 소재로 제조되어 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 수 있다.

도 1은 이러한 리튬 폴리머 전지(10)을 개략적으로 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 전지(10)는 전지부(11)와, 이를 수용하는 케이스(12)를 포함한다. 주지하는 바대로, 전지부(11)는 양극판과, 음극판, 양극 및 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어져 있으며, 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 다수개 적층되어 있다.

전지부(11)는 복수개의 양극판과 음극판의 일 가장자리면을 따라서는 각각의 전극 탭(13)이 인출되어 있고, 이것들은 극판별로 집합된 상태에서 상호 통전가능하도록 되어 있다. 상기 전극 탭(13)은 외부 단자와 접속가능한 전극 단자(14)와 각각 용접되어 있다.

전지(10)에는 상기 언급된 전지부(11)가 실장되는 케이스(12)가 마련된다. 상기 케이스(12)에는 전지부(11)가 수용될 수 있는 공간부가 형성되어 있으며, 상부 및 하부 케이스가 상호 분리가능하도록 접합되어 있다.

상기와 같은 구조의 전지(10)는 전지부(11)를 공간부가 형성된 케이스(12) 내에 실장한다음, 전해액을 주입한다. 그리고, 상기 케이스(12)에 열과 압력을 가하여 견고하게 밀봉시켜 전지(10)를 완성하게 된다.

그런데, 상기 전지(10)는 전지 내부의 가스 발생으로 인하여 내압이 증가할 경우에는 그 형상을 유지하기 위한 기계적 강도가 약하기 때문에 상기 케이스(12)의 중앙부 방향으로 점선으로 표시한 바와 같이 수축이 발생하게 된다. 이러한 수축 과정에서, 전지부(11)와, 전극 단자(14)등이 수축되는 케이스(12)에 의하여 국부적으로 단락이 발생할 수 있다.

특히, 과충전이나 열노출의 경우에는 전해액과 활물질층간의 반응 또는 전해액, 활물질층 자체의 분해 반응으로 인하여 케이스(12) 내부에 H₂, CO, CO₂등의 발화 가능성이 높은 가스가 발생하게 되고, 이에 따른 내압의 상승으로 인하여 전지(10)의 발화, 또는 폭발을 유발할 수가 있다. 따라서, 가스 발생으로 인하여 내압이 일정 수준 이상이 될경우에, 가스를 외부로 신속하게 배출시킬 수 있는 안전 장치가 필요하다고 할 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 케이스의외면에 연신율이 우수한 소재를 코팅하여 파단을 유도하여 가스를 외부로 방출시킬 수 있도록 구조가 개선된 리튬 폴리머 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 리튬 폴리머 전지가 변형된 상태를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지를 도시한 사시도,

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리튬 폴리머 저지를 도시한 평면도,

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지를 도시한 평면도,

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지를 도시한 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10,20...이차 전지 11,21...전지부

12,22...케이스 13...전극 탭

14...전극 단자 23...양극판

24...음극판 25...세퍼레이터

26...양극 탭 27...음극 탭

28...양극 단자 29...음극 단자

220,320,420,520...파단층

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 리튬 폴리머 전지는,

양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 다수장 적층된 전지부;

상기 전지부가 수용되는 공간을 제공하는 케이스; 및

전지의 내압 상승으로 상기 케이스가 수축되는 방향을 따라 코팅되어 다른 부분보다 우선적으로 파단되어 가스를 외부로 배출시키도록 형성되는 상기 케이스의 외면에 형성된 파단층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파단층은 연신력을 가지는 고분자 수지로 된 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 파단층은 폴리우레탄인 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 파단층은 상기 케이스의 일면을 따라 중앙으로부터 장단변부방향으로 십자 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 파단층은 상기 케이스의 일면을 따라 중앙으로부터 장변부 방향으로 연속적인 띠 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지를 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지(20)를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 전지(20)는 전지부(21)와, 상기 전지부(21)가 실장되는 케이스(22)를 포함한다.

상기 전지부(21)는 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 형성되는 양극 활물질층으로 된 양극판(23)과, 음극 집전체와 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 형성되는 음극 활물질층으로 된 음극판(24)과, 상기 양극판(23)과 음극판(24)의 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(25)를 구비한다. 이러한 전지부(21)는 양극판(23), 세퍼레이터(25), 음극판(24) 순으로 다수개 적층되어 이루어져 있다.

상기 양극판(23)과 음극판(24)의 일 가장자리로부터는 양극 탭(26)과 음극 탭(27)이 인출되어, 극판별로 집합되어 상호 통전가능하도록 연결되어 있다. 그리고, 상기 양극 및 음극 탭(26)(27)은 그 단부에 외부 단자와 접속되는 양극 단자(28)와 음극 단자(29)와 용접되어 있다.

전지(20)에는 상기의 전지부(21)를 실장하기 위한 케이스(22)가 마련되어 있다. 상기 케이스(22)는 상부 케이스(22a)와 하부 케이스(22b)로 이루어지고, 상기 상부 및 하부 케이스(22a)(22b)는 적어도 하나의 가장자리면이 일체로 접합되고, 나머지 가장자리면들은 분리된 형태이다. 그리고, 상기 상부 및 하부 케이스(22a)(22b)중 어느 하나에는 상기 전지부(21)가 수용될 수 있는 공간부(200)가 형성되어 있다. 상기 가장자리면들은 전지부(21)가 실장된 다음에 상기 상부 및 하부 케이스(22a)(22b)를 밀폐시킬수 있도록 열융착되는 면을 제공하는 밀봉부(210) 역할을 한다.

본 발명의 특징에 따르면, 상기 케이스(22)의 외면에는 전지(20) 내부의 가스 발생시 이를 외부로 신속하게 배출시킬 수 있도록 일정 부분에서 파단이 발생할 수 있는 파단층(220)을 형성한데에 있다.

상기 케이스(22)는 전지(20) 내부로부터 발생된 가스로 인하여 내압이 상승시 중앙부측으로 수축하게되는데, 이 수축방향으로 파단층(220)이 형성되어 있다. 상기 파단층(220)은 상기 하부 케이스(22b)의 아랫면으로부터 상기 케이스(22)의 단변부 방향으로 형성되는 제1 파단층(221)과, 상기 제1 파단층(221)과 직교하도록 상기 케이스(22)의 장변부 방향으로 형성되는 제2 파단층(222)으로 이루어져 있다.

제1 및 제2 파단층(221)(222)은 케이스(22)가 가장 많이 부푸는 영역인 중앙부로부터 양 쪽 방향으로 형성되며, 그 형태는 십자형이 될 것이다. 이때, 상기 제1 및 제2 파단층(221)(222)은 중앙부에서 서로 교차하는 영역(223)이 형성되어 있으며, 각각 케이스(22)의 일단으로부터 타단까지 연장되어 있다. 이 길이는 이에 한정되는 것이 아니라, 케이스(22)의 부푸는 정도에 따라 조정이 가능하다 할 것이다.

상기 파단층(220)은 상기 케이스(22)의 외면에 일정 폭을 가지고 코팅된 폴리머 소재로서, 다른 부분보다 파단이 먼저 일어날 수 있는 연신율이 우수한 소재이다. 예컨대, 폴리우레탄 계열의 소재가 바람직하다고 할 것이다.

상기와 같은 구조를 가지는 이차 전지(20)의 작용은 다음과 같다.

상기 전지(20)는 과충전이나 열노출등에 의하여 전해액과 활물질층간의 반응 또는 전해액, 활물질층 자체의 분해 반응으로 내부로부터 가스가 발생하게 되고, 이에 따라 내압이 증가하게 되면 케이스(22)의 부푸는 이른바 스웰링(swelling) 현상이 발생하게 된다.

이러한 스웰링 현상이 발생하게 되면, 전지(20)는 케이스(22)의 중앙부측으로 수축이 발생하게 된다. 이때, 상기 케이스(22)의 중앙부에 해당되는 부분에는 파단층(220)이 형성되어 있다. 이에 따라, 상기 파단층(220) 부분으로 압력이 집중하게 되어서, 이 부분으로 일정한 압력에서 파단을 유도하게 된다.

즉, 케이스(22) 내부에서 발생된 가스는 내압의 증가시 상기 파단층(220)이 변형되어 우선적으로 파단하게 되므로, 이 부분을 통하여 배출되는 것이 가능하게 된다. 이에 따라, 상기 전지부(21)의 변형을 사전에 방지할 수 있으며, 국부적으로 단락이 발생한다 할 지라도, 상기 파단층(220)으로 가스를 신속하게 제거하게 되어서 발화 및 폭팔을 방지할 수 있다. 특히, 상기 제1 및 제2 파단층(220)이 교차하는 영역(222)이 가장 먼저 파단하게 되어서 발화를 유발할 수 있는 가스를 제거하여 전지(20)의 안전성을 보장할 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지(30)를 도시한 것이다.

여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조 번호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다. 이후 전개되는 실시예에서는 특징부만 발췌하여 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 상기 전지(30)는 케이스(22)의 외면에 파단층(320)이 형성되어 있다. 상기 파단층(320)은 제1 실시예에서처럼 연신율이 우수한 소재로 되어 있으며, 상기 케이스(22)의 장변부 방향을 따라 형성되어 있다. 상기 파단층(320)은 케이스(22)의 일단으로부터 타단까지 연속적인 띠모양으로 형성되며, 형성되는 위치는 전지(30) 내부의 가스 발생으로 인한 내압상승시 수축이 발생되는 케이스(22)의 중앙부에 해당된다.

이에 따라, 전지(30) 내부로부터 발화성이 있는 가스 발생으로 내압이 증가였을 경우에는 상기 파단층(320)이 변형되고, 이 부위를 통하여 가스가 배출가능하다. 그 결과로, 상기 전지(30) 내부에 실장된 전지부의 변형을 방지할 수가 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지(40)를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 전지(40)는 그 내부에 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 적층된 전지부가 실장된 케이스(22)가 마련되어 있다. 상기 케이스(22)의 일측으로는 상기 전지부로부터 인출된 극판의 전극 탭과 각각 전기적으로 연결되는 양극 단자(28)와, 음극 단자(29)가 외부로 노출되어 있다.

이때, 상기 케이스(22)의 외면에는 연신율이 우수한 소재로 된 파단층(420)이 형성되어 있다. 상기 파단층(420)은 케이스(22)가 수축되는 방향으로 코팅되어있다. 또한, 상기 파단층(420)은 케이스(22)의 일단으로부터 타단까지 간헐적인 띠 모양으로 형성되어 있다. 이에 따라, 전지(40)의 내압이 상승하게 되면, 이 부위에서 집중적으로 연신하게 되어서, 일정 압력에서 파단을 유도하여 가스를 외부로 방출하는 것이 가능하다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지(50)를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 이차 전지(50)는 전지부가 실장된 케이스(22)의 외면 소정 영역만큼 파단층(520)이 형성되어 있다. 상기 케이스(22)는 전지(50) 내부로부터 과충전등에 의한 가스발생으로 내압이 증가하게 되면, 중앙부측으로 수축이 발생하게 된다. 이 부위에, 상기 파단층(520)이 코팅된다.

상기 파단층(520)은 상술한 바대로 연신율이 우수한 소재로 코팅되어 있으므로, 케이스(22) 내부에 내압이 증가할 경우에는 상기 파단층(520)이 집중적으로 연신하게 되어서 일정 압력에서 파단을 유도하여 가스를 배출하여 발화를 방지할 수가 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 리튬 폴리머 전지는 전지부를 실장하는 케이스의 외면에 연신율이 우수한 코팅층을 형성시킴으로써, 전지의 과충전등으로 인한 이상유무로 발화성이 있는 가스가 발생되고, 이로 인한 내압이 증가시 코팅층이 집중적으로 연신하게 된다. 그 결과로, 이 코팅층이 파단하게 되어서 가스를 외부로 신속하게 배출하는 것이 가능하게 되어서, 전지는 안전성을 확보할 수 있게 된다.

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.

Claims (7)

1. 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 다수장 적층된 전지부;

   상기 전지부가 수용되는 공간을 제공하는 케이스; 및

   전지의 내압 상승으로 상기 케이스가 수축되는 방향을 따라 코팅되어 다른 부분보다 우선적으로 파단되어 가스를 외부로 배출시키도록 케이스의 외면에 형성되는 파단층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 파단층은 연신력을 가지는 고분자 수지로 된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
3. 제2항에 있어서,

   상기 파단층은 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
4. 제1항에 있어서,

   상기 파단층은 상기 케이스의 일면을 따라 중앙으로부터 장단변부 방향으로 십자 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
5. 제1항에 있어서,

   상기 파단층은 상기 케이스의 일면을 따라 중앙으로부터 장변부 방향으로 연속적인 띠 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
6. 제1항에 있어서,

   상기 파단층은 상기 케이스의 일면을 따라 중앙으로부터 장변부 방향으로 간헐적인 띠 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
7. 제1항에 있어서,

   상기 파단층은 상기 케이스의 일면을 따라 중앙부에 소정 영역 코팅된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.