KR100420147B1 - Li-ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 리튬 이온 이차전지는 두 개의 전극탭을 가지는 전극조립체와, 플랙시블한 외장필름으로 이루어져 상기 전극탭이 돌출되도록 전극조립체를 감싸는 것으로 열융착에 의해 접합되는 실링부를 가진 외장필름용기와, 상기 전극탭과 인접되는 측의 실링부 코너에 열의 집중으로 인한 세퍼레이터의 손상과 설정된 압력에서 가스를 방출하는 안전변부를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.Lithium ion secondary battery according to the present invention comprises an electrode assembly having two electrode tabs, and a flexible outer film and an outer film container having a sealing portion bonded by heat fusion by wrapping the electrode assembly so that the electrode tab is protruded And a safety valve configured to discharge gas at a set pressure and damage to the separator due to heat concentration at a corner of the sealing portion adjacent to the electrode tab.
Description
본 발명의 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리튬 이온 이차 전지(Li-ion secondary battery)에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a lithium ion secondary battery.
통상적으로 이차 전지(secondary battery)중 리튬 이차 전지는 전자 장비 전원으로서 많이 사용되고 있는 니켈-카드늄(Ni-Cd) 전지나 니켈-수소(Ni-Mh) 전지 보다 작동 전압이 3배에 해당되고, 단위 중량당 에너지 밀도가 우수하다는 점에서 많은 연구개발이 진행되고 있다In general, lithium secondary batteries of secondary batteries are three times the operating voltage of nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries or nickel-hydrogen (Ni-Mh) batteries, which are widely used as power sources for electronic equipment. A lot of research and development is in progress because of the excellent sugar density.
이러한 리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬-이온 전지, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬-폴리머 전지라고 부른다.The lithium secondary battery may be classified into a liquid electrolyte battery and a polymer electrolyte battery according to the type of electrolyte. Generally, a battery using a liquid electrolyte is a lithium-ion battery and a battery using a polymer electrolyte is a lithium-polymer battery. Call.
그리고, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬-이온 전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 리튬-폴리머 전지는 안정성과 형상의 자유도가 뛰어나고, 중량이 가벼워 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 대하여 다른 어떠한 전지보다도 유리하다.In addition, the lithium secondary battery may be manufactured in various shapes, and typical shapes include cylindrical and square shapes mainly used in lithium-ion batteries. Lithium-polymer batteries are excellent in stability and freedom in shape, and are light in weight, which is advantageous over slimmer and lighter portable electronic devices.
이러한 이차전지는 통상 충전조건 이상으로 과충전되거나 전극 조립체의 음극판과 양극판이 쇼트되는 경우 양극판 측에서 리튬염과 유기용매가 혼합된 전해액의 분해가 일어나며 음극판 측에서는 리튬 금속이 석출되어 전지특성이 열화되고 내부단락이 발생될 수 있다. 특히 상기와 같은 과충전시에 발생된 가스에 의해 내부압력이 높아져 폭발 및 발화가능성의 위험이 내재되어 있다.When the secondary battery is overcharged more than the normal charging conditions or when the negative electrode plate and the positive electrode plate of the electrode assembly are short-circuited, decomposition of the electrolyte solution in which the lithium salt and the organic solvent are mixed occurs on the positive electrode side. Short circuits may occur. In particular, the internal pressure is increased by the gas generated at the time of overcharging, so there is a risk of explosion and ignition possibility.
상술한 바와 같은 이차전지의 과충전과 쇼트에 따른 문제점을 해결하기 위하통상적인 캔형의 리튬 이온전지의 경우에는 내부에 안전장치가 마련되어 있는데, 이 안전장치는 셧-다운 세퍼레이터(shut-down separator)를 사용하거나 온도 상승시 전류를 차단하는 PTC 소자 또는 내부의 압력의 상승시 압력을 배출할 수 있는 안전변(safety vant)를 사용하고 있다.In order to solve the problems caused by the overcharging and short-circuit of the secondary battery as described above, in the case of a conventional can-type lithium-ion battery, a safety device is provided inside the safety device. The safety device includes a shut-down separator. It uses a PTC element that blocks the current when the temperature rises or a safety vant that can release the pressure when the pressure inside the pressure rises.
그러나 상술한 바와 같은 안전장치는 과충전시 내부의 압력이 20kg/㎠ 이상인 캔형의 리튬 이온 전지에 적용할 수 있도록 되어 있으므로 구조가 복잡하며 제작이 어려운 문제점을 가지고 있다.However, the safety device as described above has a problem that the structure is complicated and difficult to manufacture because it is applicable to a can-type lithium ion battery having an internal pressure of 20 kg / cm 2 or more during overcharging.
특히 전자의 외장재로 강판에 니켈을 도금한 캔을 사용하는 리튬 이온전지와는 단리 플라스틱 리튬 이온 이차전지의 경우에는 알루미늄 포일에 나일론(nylon), EAA(Polyethylene - co - acrylic acid), PE 필름등을 코팅한 다층막 알루미늄 용기(Aluminum pouch; 이하 외장 필름용기라 약칭함)를 사용하고 있다. 상기 용기를 스틸로 사용하는 경우에는 변형이 어렵고 적용시 응용부분에 많은 제약을 받는 반면 알루미늄 용기의 경우 연성을 가지고 있으므로 외형규격에 허용된 허용오차가 상대적으로 크다고 할 수 있다.In particular, it is isolated from lithium ion batteries that use nickel-coated cans as steel plates for electronics. In the case of plastic lithium ion secondary batteries, nylon (nylon), polyethylene-co-acrylic acid (EAA), PE film, etc. The multilayer film aluminum container (Aluminum pouch) which abbreviate | omits the exterior film container hereafter is used. When the container is made of steel, it is difficult to deform and is subject to a lot of constraints in the application area, whereas aluminum containers have ductility, so the tolerances allowed in the external specification are relatively large.
그러나 상술한 바와 같이 가스의 발생으로 내부의 압력의 증가시 캔형 외장재에 비하여 압력을 견딜 수 있는 힘이 약하기 때문에 상대적으로 작은 압력에도 용기가 쉽게 찢어지거나 터져 폭발의 위험성이 내재되어 있다. 특히 이때에 발생되는 가스는 가연성 가스이므로 폭발시 위험성은 배가된다.However, as described above, when the internal pressure increases due to the generation of gas, a force capable of withstanding the pressure is weaker than that of the can-type exterior material, and thus, the container is easily torn or burst even at a relatively small pressure, so there is a risk of explosion. In particular, the gas generated at this time is a flammable gas, so the risk of explosion is doubled.
이와 같은 문제점을 위한 폴리머 폴리머 리튬 2차 전지의 외장 필름용기의 일예가 일본 특허 공개공보 평2000-100399호에 개시되어 있다.An example of an outer film container of a polymer lithium polymer secondary battery for such a problem is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-100399.
개시된 폴리머 리튬 2차 전지는 상호 접착되어 극판 조립체가 수용된 공간을 밀봉하는 열융착층을 구비하는 외장재에 있어서, 외장재의 일부 영역이 파단변으로 형성되는데, 이 파단변은 융착 온도를 파단변으로 형성되지 않은 영역의 융착 온도보다 낮게 하여 열융착 시킴으로써 파단변에서의 융착력을 낮게 하여, 전지의 내압이 소정값 이상으로 상승하게 되면 이 파단변이 파단될 수 있게 된 구성을 가진다.The disclosed polymer lithium secondary battery has a heat-sealing layer that is bonded to each other and seals a space in which the electrode plate assembly is accommodated, wherein a portion of the exterior material is formed as a fracture side, and the fracture side forms the fusion temperature as the fracture side. By lowering the fusion temperature of the unheated region and thermally fusion to lower the fusion force at the fracture side, the fracture side can be broken when the internal pressure of the battery rises above a predetermined value.
그러나, 상기와 같이 파단변을 형성하는 경우, 파단변이 형성되는 부분만을 융착 온도를 낮게 하여 융착시키는 것이 공정상 어려움이 많고, 파단압에 따른 파단변에서의 융착 결합력을 조절하기 어려워 생산성의 향상을 도모할 수 없으며 불량품의 발생율이 매우 높다.However, in the case of forming the fracture side as described above, it is difficult in the process to fusion only the portion where the fracture side is formed by lowering the fusion temperature, it is difficult to control the fusion bonding force at the fracture side according to the breaking pressure to improve the productivity It cannot be planned and the incidence of defective products is very high.
또한 상술한 바와 외장재의 열중착시 도 1에 도시된 바와 같이 상기 극판 조립체(11)의 탭(12)과 인접되는 열융착부(13) 위의 코너부(13a)에 열이 집중되어 코너부(13a)와 대응되는 측에 위치되는 전극조립체(11)의 세퍼레이터(14)가 열에 의해 수축되거나 손상되는 문제점이 있다. 코너부(13a)와 대응되는 부위의 세퍼레이터(14) 손상은 적층된 양극판과 음극판의 쇼트를 유발시키게 되는 문제점이 있다.In addition, as described above, when heat-sealing the exterior member, heat is concentrated on the corner portion 13a on the heat-sealed portion 13 adjacent to the tab 12 of the electrode plate assembly 11, as shown in FIG. 1. There is a problem that the separator 14 of the electrode assembly 11 located on the side corresponding to 13a) is contracted or damaged by heat. Damage to the separator 14 at the portion corresponding to the corner portion 13a causes a short between the stacked positive and negative electrode plates.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전해액의 열분해 반응으로 발생된 가스를 설정압력에서 외장 필름 용기의 일부를 파손시켜 폭발을 방지할 수 있으며, 외장필름용기의 융착열에 의해 코너부의 전극조립체의 세퍼레이터가 손상되는 것을 방지할 수 있는 이차전지를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, it is possible to prevent explosion by breaking a part of the outer film container at a set pressure gas generated by the pyrolysis reaction of the electrolyte, the electrode of the corner portion by the heat of fusion of the outer film container It is an object of the present invention to provide a secondary battery which can prevent the separator of the assembly from being damaged.
도 1은 종래 리튬 이온 이차전지의 일부절제 사시도로서, 세퍼레이터가 열에 의해 변형된 상태를 나타내 보인 것이다.1 is a partially cutaway perspective view of a conventional lithium ion secondary battery, illustrating a state in which a separator is deformed by heat.
도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 분리 사시도,2 is an exploded perspective view of a rechargeable battery according to the present invention;
도 3는 도 1에 이차 전지의 평면도로서 안전변부를 나타내 보인 평면도.3 is a plan view illustrating a safety edge as a plan view of a rechargeable battery in FIG. 1;
도 4은 이차전지의 안전변부와 세퍼레이터의 관계를 나타내 일부절제 사시도,4 is a partially cutaway perspective view illustrating a relationship between a safety edge of a secondary battery and a separator;
도 5는 이차전지 안전변부의 다른 예를 도시한 분리 사시도.Figure 5 is an exploded perspective view showing another example of the secondary battery safety valve.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>
31; 양극판 32;음극판31; Anode plate 32; cathode plate
40; 외장필름용기 50; 안전변부40; Outer film container 50; Safety
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이차전지는In order to achieve the above object, the secondary battery of the present invention
두 개의 전극탭을 가지는 전극조립체와,An electrode assembly having two electrode tabs,
플랙시블한 외장필름으로 이루어져 상기 전극탭이 돌출되도록 전극조립체를 감싸는 것으로 열융착에 의해 접합되는 실링부를 가진 외장필름용기와,An outer film container made of a flexible outer film and a sealing part joined by heat fusion to surround the electrode assembly so that the electrode tabs protrude;
상기 전극탭과 인접되는 측의 실링부 코너에 열의 집중으로 인한 세퍼레이터의 손상과 설정된 압력에서 가스를 방출하는 안전변부를 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.It is characterized in that the sealing portion of the side adjacent to the electrode tab is provided with a safety valve for discharging gas at a set pressure and damage of the separator due to the concentration of heat.
본 발명에 있어서, 상기 안전변부는 실링부의 코너에 실링부의 접합면적을 잠식하는 비접합부를 구비하여 구성된다.In the present invention, the safety edge portion is provided with a non-joint portion for encroaching the bonding area of the sealing portion at the corner of the sealing portion.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 폴리머 리튬 이차전지의 일 실시예를 도 2 및 도 3에 나타내 보였다.One embodiment of the polymer lithium secondary battery according to the present invention is shown in FIGS. 2 and 3.
도면을 참조하면, 각각의 집전체에 활물질과 첨가제로 이루어진 활물질층이 형성된 양극판(31)들과 음극판(32)들이 교호적으로 적층되고, 양극판(31)과 음극판(32)들의 사이에 설치되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터(33)와, 상기 각 양극판(31)들에 형성된 양극탭(34)들과 상기 각 음극판(32)들에 형성된 음극탭(35)을 가지는 전극조립체(30)를 포함한다.Referring to the drawings, the positive electrode plates 31 and the negative electrode plates 32 in which an active material layer made of an active material and an additive are formed on each current collector are alternately stacked, and are installed between the positive electrode plates 31 and the negative electrode plates 32. And an electrode assembly 30 having a separator 33 to insulate them, a positive electrode tab 34 formed on each of the positive electrode plates 31, and a negative electrode tab 35 formed on each of the negative electrode plates 32.
그리고 전극조립체(30)는 플랙시블한 소재로 이루어진 외장필름용기(40)에 감싸여져 밀봉되는데, 상기 양극탭(34)와 음극탭(35)은 외장필름용기(40)의 외부로 노출되어 전지 단자로서의 역할을 하게 된다. 상기 외장필름용기(40)는 알루미늄 포일에 나일론(nylon), EAA(Polyethylene - co - acrylic acid), PE 필름등이 코팅되어 이루어진다. 상기 용기의 재료는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 소정의 인장력가지며 상기 전극조립체(30)와 절연될 수 있는 플랙시블한 재질이면 어느 것이나 가능하다.In addition, the electrode assembly 30 is wrapped and sealed in an outer film container 40 made of a flexible material, and the positive electrode tab 34 and the negative electrode tab 35 are exposed to the outside of the outer film container 40 so that the battery It serves as a terminal. The outer film container 40 is made of aluminum (nylon), EAA (polyethylene-co-acrylic acid), PE film is coated on the aluminum foil. The material of the container is not limited by the above-described embodiment, and any material may be used as long as it is a flexible material that has a predetermined tensile force and can be insulated from the electrode assembly 30.
상기 전극조립체(30)를 감싸는 외장필름용기(40)는 전극조립체(30)가 안착되는 안착부(42a)를 가지며 가장자리에 제1접합부(41)를 가진 본체부(42)와, 상기 본체부(42)로부터 연장되며 그 가장자리에 제2접합부(43)가 마련되어 상기 제1접합부(41)와 접합됨으로써 전극조립체(30)가 안착되는 안착부(42a)를 밀봉하는 커버부(44)를 포함한다.The outer film container 40 surrounding the electrode assembly 30 has a seating portion 42a on which the electrode assembly 30 is seated, and a main body portion 42 having a first bonding portion 41 at an edge thereof, and the main body portion. And a cover portion 44 extending from the edge portion 42 and having a second junction portion 43 formed at an edge thereof to bond the first junction portion 41 to seal the seating portion 42a on which the electrode assembly 30 is seated. do.
상기 본체부(42)의 제1접합부(41)와 커버부(44)의 제2접합부(43)는 상호 접합되어 외장필름용기(40)의 실링부(45)를 형성하게 되는데, 상기 전극탭(34)(35)과 인접되는 측의 실링부(45)의 코너(45a) 즉, 실링부를 이루는 접합면이 마주치는 부위에 실링부(45)의 접합부위를 잠식하는 안전변부(50)가 형성된다. 상기 안전변부(50)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전극조립체(30)의 대각방향의 연장방향으로 쐐기 형상의 비접합부(51)로 이루어진다. 상기 비접합부(51)은 제1,2접합부(41)(43)이 상호 접합되지 않아 실링부(45)가 잠식된 영역이다. 한편, 도 5에 도시된 바와 같이 안전변부(50)를 이루는 비접합부(51')는 코너의 제1,2접합부 가장자리를 따라 소정의 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 안전변부는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 제1,2접합부(41)(43)의 열융착시 세퍼레이터의 변형을 방지할 수 있으며 내부압력이 설정된 압력 이상으로 증가시 가스를 배출할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.The first bonding portion 41 of the main body portion 42 and the second bonding portion 43 of the cover portion 44 are bonded to each other to form a sealing portion 45 of the outer film container 40. The electrode tab (34) The safety edge part 50 which encroaches the junction part of the sealing part 45 in the site | part which the corner 45a of the sealing part 45 of the side adjacent to 35, ie, the joint surface which forms a sealing part, encounters is Is formed. As shown in FIGS. 3 and 4, the safety edge part 50 is formed of a non-bonded part 51 having a wedge shape in an extending direction of the diagonal direction of the electrode assembly 30. The non-junction portion 51 is a region in which the sealing portion 45 is encroached because the first and second junction portions 41 and 43 are not bonded to each other. Meanwhile, as shown in FIG. 5, the non-junction part 51 ′ forming the safety edge part 50 may have a predetermined width along the edges of the first and second joint parts of the corner. The safety valve is not limited by the above-described embodiments, and may prevent deformation of the separator during thermal fusion of the first and second joint parts 41 and 43, and may discharge the gas when the internal pressure increases above the set pressure. Any structure is possible.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 이차전지는 충전시 이상으로 인하여 과충전되는 경우 양극측에서 전해액의 열분해 반응이 발생되고 이로 인하여 가스가 발생된다. 이때에 발생된 가스는 외장필름용기(40) 내부의 압력을 증가시키게 되고, 상기 외장필름용기(40) 내부의 압력이 설정압력 이상이 되면 비접합부(51)가 형성되어 상대적으로 접합력이 낮은 안전변부(50)가 파손되어 가스를 배출시키게 된다.When the secondary battery according to the present invention configured as described above is overcharged due to an abnormality during charging, a pyrolysis reaction of the electrolyte is generated on the positive electrode side, thereby generating gas. At this time, the generated gas increases the pressure inside the outer film container 40, and when the pressure inside the outer film container 40 is greater than or equal to a set pressure, a non-bonding part 51 is formed, and thus a relatively low bonding force. The part 50 is broken to discharge the gas.
한편, 전극조립체(30)를 안착부에 삽입한 후 본체부(42)의 제1접합부(41)와 커버부(44)의 제2접합부(43)의 열융착시 코너부에 집중되는 융착열에 의해 전극조립체(30)의 코어부에 위치된 세퍼레이터가 열에 의해 이상 변형되는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, after the electrode assembly 30 is inserted into the seating portion, the heat of fusion that is concentrated at the corner portion at the time of thermal fusion of the first bonding portion 41 of the main body portion 42 and the second bonding portion 43 of the cover portion 44. As a result, the separator located at the core of the electrode assembly 30 can be prevented from being abnormally deformed by heat.
이상의 설명에서와 같이 본 발명의 이차 전지는 실링부의 제1,2접합부의 면적 차이를 이용하여 안전변부를 만듬으로써 종래와 같이 별도의 안전변의 설치에 따른 제조공정의 복잡성과 제조단가를 줄일 수 있으며, 열융착시 코너에 집중되는 열에 의해 세퍼레이터가 변형되는 것을 방지할 수 있다.As described above, the secondary battery of the present invention can reduce the complexity and manufacturing cost of the manufacturing process according to the installation of a separate safety valve by making a safety edge using the area difference of the first and second junctions of the sealing portion. It is possible to prevent the separator from being deformed due to the heat concentrated at the corners during thermal fusion.
본 발명의 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 described with reference to one embodiment shown in the drawings of the present invention it is merely exemplary, 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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