KR100563030B1 - 전지의 안전장치 - Google Patents

Abstract

전지의 안전장치가 개시된다. 개시된 전지의 안전장치는, 전지의 케이스에 결합되는 지지체; 상기 지지체에 관통 결합되는 것으로 그 중앙부분에 배기공이 형성된 단자부재; 상기 배기공 하부에 설치되어 상기 배기공이 밀폐되도록 결합되는 제1금속부재; 상기 제1금속부재보다 열팽창계수가 작은 금속 소재로 이루어지며, 상기 제1금속부재와 소정 간격을 두고 상기 제1금속부재의 하부에 양극탭과 통전 가능하게 설치되고, 일측부가 변형되어 상기 제1금속부재와 전기적으로 접지되는 접지부가 구비된 제2금속부재;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 전지 내부의 전류를 차단하여 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

전지의 안전장치{Safety device of a battery}

도 1은 통상적인 각형 리튬이온 2차전지의 일부분을 개략적으로 도시한 부분 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 전지의 안전장치를 나타내 보인 개략적인 단면도.

도 3은 도 2의 동작 상태를 나타낸 단면도.

<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>

31.캡 플레이트 31a. 주입구

32.절연부재 33.양극부재

34.가스켓 35.리벳부재

35a. 개구부 36.양극탭

37...절연체 38. 제1금속부재

39. 제2금속부재 39a. 중앙부

40. 절연재

본 발명은 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 내부에서 발생되는 안전문제에 대처할 수 있도록 그 구조가 개선된 전지의 안전장치에 관한 것이다.

비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 무선 기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동용 전원으로서 쓰이는 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, 충전 및 방전 가능한 리튬 2차 전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈- 수소 전지, 니켈-아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배정도 높고 급속 충전이 가능하다. 이와 같은 2차전지는 보통 원통형과 각형이 있으며 그 구성은 유사하고, 모양만이 다르며, 특히 각형 2차전지는 제품의 경량화 및 소형화를 하는데 있어서 매우 중요하다.

도 1에는 이러한 각형 2차전지의 캡 조립체 부분을 개략적으로 나타내 보인 사시도이다.

도면을 참조하면, 각형 2차전지 특히, 각형 리튬이온 2차전지(10)의 상측에 와셔의 형태로 설치된 양극부재(11)와, 상기 양극부재(11)의 하측으로 각형 리튬이온 2차전지의10)의 상측 커버수단이 되는 캡 플레이트(12)와, 상기 양극부재(11)와 캡 플레이트(12) 사이에 삽입되는 제1, 2 절연부재(13, 14)와, 상기 양극부재(11), 캡 플레이트(12), 및 제1, 2 절연부재(13, 14)를 하나로 체결하는 리벳부재(15)가 각각 설치된다.

상기 리벳부재(15)의 하측으로는 도면에는 전부 도시되지는 않았지만, 양면에 세퍼레이터가 배치되어 있는 양극판과 상기 양극판과 교호되게 적층하고, 이렇게 적층된 전극군을 전지 케이스(17)에 삽입하여 전지가 완성된다. 한편, 양극판 및 음극판 각각에 양극탭(16) 및 음극탭을 용접하여 각 극판간을 통전되게 한다. 상기 리벳부재(15)의 하면에는 상기 양극탭(16)이 용접된다.

상기 양극탭(16)은 리벳부재(15)와 접지되어 상기 양극부재(11)와 통전된다. 또, 통상적으로 음극탭은 상기 전지 케이스(17)에 용접되고 상기 전지 케이스(17)는 캡 플레이트(12)와 접지되어 상기 캡 플레이트(12)는 음극탭과 통전된다. 따라서 상기 양극부재(11)와 캡 플레이트(12) 사이에 상기 제1, 2 절연부재(13, 14)가 삽입 설치되는 것이다. 그리고 상기 캡 플레이트(12)의 일 측에는 전해액을 넣을 수 있는 전해액 주입구(12a)와, 또 다른 일 측으로는 전지의 내압상승에 대한 기계적인 안전 대책으로 파열변(12b)이 각각 구비된다.

그런데, 이와 같이 구성된 각형 리튬이온 2차전지(10)가 비정상적으로 동작되어 내압이 상승되고, 특히 전지의 온도가 올라가면 이 전지가 파열, 발화 등의 위험상황이 발생할 경우, 상기 캡 플레이트(12)에 설치된 파열변(12b)에 의하여 캡 플레이트(12)가 파열되고 상기 각형 리튬이온 2차전지(10)의 내압 상승은 억제될 수 있으나, 상기 각형 리튬이온 2차전지(10) 내부와 외부를 전기적으로 차단할 수 없어서 부가적인 안전문제가 발생할 수 있으며 예컨대, 전기가 계속 통전되면 각형 리튬이온 2차전지(10)가 사용되어지는 제품에 전기적 충격을 유발시키며, 제품 망실의 원인이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 전지 내부의 이상 발생으로 온도가 상승하여 안전문제가 발생하면 전지 내부의 전류를 차단하여 전지의 안정성에 기여할 수 있는 전지의 안전장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전지의 안전장치는, 전지의 케이스에 결합되는 지지체; 상기 지지체에 관통 결합되는 것으로 그 중앙부분에 배기공이 형성된 단자부재; 상기 배기공 하부에 설치되어 상기 배기공이 밀폐되도록 결합되는 제1금속부재; 상기 제1금속부재보다 열팽창계수가 작은 금속 소재로 이루어지며, 상기 제1금속부재와 소정 간격을 두고 상기 제1금속부재의 하부에 양극탭과 통전 가능하게 설치되고, 일측부가 변형되어 상기 제1금속부재와 전기적으로 접지되는 접지부가 구비된 제2금속부재;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 단자부재는 상기 지지체에 리벳팅 결합되는 리벳부재를 포함하고, 상기 접지부는 상기 제2금속부재의 중앙부에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 제1, 2금속부재는 반구의 형상으로 이루어지고, 상기 제1, 2금속부재 사이에는 상기 제1, 2금속부재가 서로 절연되도록 하는 절연재가 구비되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전지의 안전장치에 대한 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 전지의 안전장치의 단면도가 개략적으로 도시되어 있다.

도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 전지의 안전장치가 구비된 전지는 캡 조립체와, 이 캡 조립체의 하측으로 구비된 적층코아와, 이 적층코아를 넣는 전지 케이스로 크게 분류된다.

상기 캡 조립체에는 전지 케이스의 상측 커버가 되고 전지 케이스에 결합되어 일종의 지지체가 되는 캡 플레이트(31)와, 상기 캡 플레이트(31)의 전면으로 절연부재(32)가 삽입되어 그 상면으로 설치되는 양극부재(33)와, 상기 캡 플레이트(31)의 하측으로 설치되어 절연막 역할을 하는 가스켓(34)과, 상기 캡 플레이트(31), 절연부재(32), 양극부재(33), 및 가스켓(34)을 일체형으로 리벳팅하여 결합하는 리벳부재(35)와, 상기 리벳부재(35)를 감싸며 상기 리벳부재(35)와 결합되거나 그 하부에 설치되는 절연체(37)와, 상기 리벳부재(35)의 하부 및 상기 절연체(37) 하부에 설치되는 안전수단이 각각 설치된다.

상기 캡 플레이트(31)는, 그 일 측으로 전지 예컨대, 리튬이온 2차전지의 내부의 전기화학에 있어서, 이온을 전도시키는 모체가 되는 전해액을 넣을 수 있는 전해액 주입구(31a)가 설치되며, 상기 전해액은 통상적으로 리튬(Li)염이 함유된다. 상기 리벳부재(35)는, 그 중심부에 배기공인 개구부(35a)가 형성된다.

상기 안전수단은 리벳부재(35)의 개구부(35a) 하단부에 그 양단부가 용접되어 상기 리벳부재(35)의 개구부(35a)를 밀폐되도록 하는 제1금속부재(38)와, 상기 제1금속부재(38)의 하부에서 그 양단부 또는 일측이 다른 부재(미도시)에 연결 또는 용접되어 지지되는 제2금속부재(39)를 포함한다. 그리고 상기 제1, 2금속부재(38, 39) 가장자리에는 갭 사이에는 절연재(40)가 채워져 구비되고, 상기 제2금속부재(39)의 중앙부(39a)가 제1금속부재(38)쪽으로 돌출 형성됨으로서 스프링 작용으로 인해 제1금속부재(38)와 통전 가능하게 접지된다. 따라서 상기 제2금 속부재(39)의 중앙부(39a)는 제1금속부재(38)와 통전이 되도록 하는 접지부가 된다.

특히, 상기 제1금속부재(38)의 하부에 구비된 제2금속부재(39)는 열팽창율이 제1금속부재(38)에 비해 상대적으로 낮은 금속으로 이루어지고, 상기 제1, 2금속부재(38, 39) 및 중앙부(39a)는 온도 상승에 따라 변형이 용이하게 이루어질 수 있도록 반구의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 상기의 용접은 보통 레이저 용접이 실시되고, 도 2에서 참조부호 W는 용접부위를 나타낸 것이다. 한편 상기 제2금속부재(39)의 하부면에는 전극조립체의 양극탭(36)과 용접되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전지의 안전장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 전지의 안전장치는, 전지 내부에서 이상이 발생되면 특히, 온도가 상승되면 제2전극부재(39)의 하측에 구성된 요소들과 전기적으로 차단되도록 하는 전기적 안전장치가 된다. 일반적으로 전지 내부에서 압력이 상승하는 이유의 대부분은 전지 내부의 충격이나 전기회로의 이상으로 쇼트에 의한 문제로 발생된다. 전지 내부에서 쇼트가 발생하면 전류가 과대하게 흐르게되고 전지 내부에는 발열현상에 의해 전지 내부의 온도가 적정 이상으로 상승하게 된다.

이와 같이 전지 내부에서 온도가 상승하면 상기 제1, 2금속부재(38, 39)는 서로 열팽창률이 달라 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2금속부재(39)의 중앙부(39a)가 아랫방향으로 휘어져 상기 제1금속부재(38)와 같은 반원형태로 된다. 이는 상기 제1, 2금속부재(38, 39)는 바이메탈(bimetal)의 원리를 응용한 것 이라 할 수 있다. 따라서 상기 제2금속부재(39)의 중앙부(39a)는 제1금속부재(38)로부터 접지가 탈락되고, 제1, 2금속부재(38, 39) 사이에는 이들을 절연하는 절연재(40)가 채워져 있으므로 제1, 2금속부재(38, 39)는 서로 소정 틈새를 두고 이격되므로 통전이 차단된다. 즉, 전류가 차단된다.

이렇게 되면, 상기 제1, 2금속부재(38, 39)는 탈락되어 상기 제2금속부재(39)와 용접되어 있는 양극탭(36)과도 차단되므로 결국, 전지의 전기적인 차단이 이루어지게 된다. 그리고 상기 제1, 2금속부재(38, 39)의 가장자리에는 절연재(40)가 채워져 있으므로 더 이상 제1, 2금속부재(38, 39)는 접지되지 않아 전기적으로 절연되어 전기적으로 차단되고, 전지의 내부 및 외부에 더 이상의 영향을 주지 않는다.

따라서 계속해서 전지 내부에 온도가 상승되어도 상기 전기적으로 차단되므로 전지는 원래의 상태로 안전성을 찾게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전지의 안전장치는 다음과 같은 효과가 있다.

전지 내부의 온도가 상승하면, 전기적으로 통전 상태를 차단하므로 즉, 전류를 차단하므로 전지의 안전성을 확보하게 되고, 그 이상의 이상 발생을 차단할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

삭제

Claims (5)

1. 전지의 케이스에 결합되는 지지체;

   상기 지지체에 관통 결합하는 것으로, 상기 지지체에 리베팅 결합되고, 가스가 배출되는 배기공이 형성된 리벳 부재;

   상기 배기공 하부에 설치되어서, 상기 배기공을 밀폐시키도록 결합된 제1 금속부재;

   상기 제1 금속부재보다 열팽창계수가 작은 금속 소재로 이루어지며, 상기 제1금속부재와 소정 간격을 두고 상기 제1금속부재의 하부에 양극탭과 통전가능하게 설치되고, 일측부가 변형되어 상기 제1금속부재와 전기적으로 접지되는 접지부가 구비된 제2금속부재; 및

   상기 제1 및 제2 금속부재 사이에 설치되며, 상기 제1 및 제2 금속부재를 서로 절연시키는 절연재;를 포함하는 전지의 안전장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 접지부는 상기 제2금속부재의 중앙부에 형성된 것을 특징으로 하는 전지의 안전장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1, 2금속부재는 반구의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지의 안전장치.
5. 삭제

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