KR100624910B1 - 리튬 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 리튬 이차전지의 캡조립체를 구성하는 터미널플레이트를 바이메탈로 형성하고 터미널플레이트와 전극탭을 탭리드선에 의하여 전기적으로 접촉시켜 이차보호소자를 구성한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 이차보호소자, 바이메탈
Description
도 1은 종래의 리튬 이차전지의 캡조립체를 포함하는 베어셀의 부분단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캡조립체를 포함하는 베어셀의 부분단면도.
도 3은 도 2에 도시된 터미널플레이트와 탭리드선 부분의 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터미널플레이트와 탭리드선 부분의 확대 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터미널플레이트와 탭리드선 부분의 확대 단면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터미널플레이트와 탭리드선 부분의 확대 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 - 베어셀 200 - 캔
216 - 제2전극탭 217 - 제1전극탭
300 - 캡조립체 310 - 캡플레이트
320 - 전극단자 324 - 절연플레이트
330, 330' - 터미널플레이트
330a, 330b - 금속판 330c - 도전판
340, 340a - 탭리드선 342 - 탭절연판
350 - 케이스 352 - 케이스본체
354 - 커버 360 - 탄성체
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 리튬 이차전지의 캡조립체를 구성하는 터미널플레이트를 바이메탈로 형성하고 터미널플레이트와 전극탭을 탭리드선에 의하여 전기적으로 접촉시켜 이차보호소자를 구성한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량 당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 양극판, 음극판 및, 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체를 금속제의 캔에 수납하고, 이 캔 내부에 전해액을 주입하여 밀봉하여 형성되는 베어셀을 구비한다. 상기 베어셀은 통상 상부에 캔과 절연된 전극 단자를 구비 하여, 이 전극 단자가 전지의 어느 한 극을 이루게 하고, 다른 한 극은 전지 캔 자체가 되도록 한다. 상기 전극조립체는 어느 하나의 전극판이 전극탭을 통하여 상기 전극단자에 연결되며, 다른 하나의 전극판이 다른 전극탭을 통하여 캔에 연결된다.
상기와 같이 밀봉된 베어셀의 상부에는 PTC와 같은 이차보호소자 및 보호회로모듈(PCM: Protecting Circuit Module) 등의 안전장치가 연결되어 전지 팩에 수납되거나 수지로 몰딩되어 리튬 이차전지를 형성하게 된다. 이 때, 이들 리튬 이차전지의 안전장치들은 양극 및 음극에 각각 연결되어 전지의 고온 상승이나, 과충방전 등으로 전지의 전압이 급상승할 때에 전류를 차단해 전지의 파열 등 위험을 방지한다.
도 1은 종래의 리튬 이차전지의 베어셀을 나타내는 부분 단면도이다.
리튬 이차전지의 베어셀(10)은 캔(20)과 전극조립체(22)와 캡조립체(30)를 포함하여 구성된다. 또한 리튬 이차전지의 구성에 따라서는 상부에 이차보호소자(40)를 포함한다.
상기 캔(20)은, 도 1을 참조하여 설명하면, 대략 직육면체에서 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 캔(20)을 이루는 재질로는 경량의 전도성 금속이면서 부식에 대처가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다. 캔(20)은 양극(23), 세퍼레이터(24), 음극(25)으로 이루어진 전극조립체(22)와 전해액의 용기가 되고, 전극조립체(22)가 캔(20)의 개방된 상단, 즉, 상단개구부를 통해 캔에 삽입된 뒤 캔(20)의 상단개구부는 캡조립체(30)에 의해 봉해진다.
상기 전극조립체(22)는 양극판(23)과 음극판(24)사이에 세퍼레이터(25)가 게재되면서 권취되어 형성된다. 상기 양극판(23)은 양극탭(26)을 통하여 캡플레이트(31)에 전기적으로 연결되며, 음극판(25)은 음극탭(27)을 통하여 캡플레이트(31)의 음극단자(32)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 캔(20)은 음극단자(32)와 전기적으로 절연되어 양극단자의 역할을 하게 된다.
상기 캡조립체(30)는 캔(20)의 상단개구부에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡플레이트(31)와 절연플레이트(34) 및 터미널플레이트(35)가 구비된다.
상기 캡플레이트(31)는 캔(20)과의 결합을 위한 용접성 향상을 위해 캔(20)과 동일한 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 캡플레이트(31)의 중앙부에는 음극단자(32)가 통과할 수 있도록 단자통공이 형성된다. 캡플레이트(31)의 중앙부를 관통하는 음극단자(32) 외측에는 음극단자(32)와 캡플레이트(31)와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(33)이 설치된다. 캡플레이트(31)의 단자통공 근방에는 캡플레이트(31) 하면에 절연플레이트(34)가 배치되어 있다. 절연플레이트(34)의 아래 면에는 터미널플레이트(35)가 설치되며 상기 전극단자(32)와 전기적으로 결합되어 있다.
캡조립체(30)가 캔(20) 상단과 용접된 뒤에는 캡플레이트(31)의 전해액주입구(36)를 통해 전해액이 투입된다. 전해액주입구(36)는 볼이 압입되어 이루어진 마개(37)로 밀봉된다.
상기 이차보호소자(40)는 캡플레이트(31)의 상면에 안착되어 음극단자(32)와 보호회로기판(도면에 표시하지 않음)사이에 연결되며, 이차보호소자(40)로는 Positive Temperature Coefficient(PTC) 또는 써멀 퓨즈(Thermal Fuse)가 사용된다.
그러나, 상기와 같이 구성된 종래 리튬 이차전지에 있어서는, 이차보호소자는 캔의 온도변화를 감지하여 전류를 차단해야 하는데 캔의 외부에 장착되므로 이차보호소자의 온도민감성이 떨어져 캔의 내부 온도에 민감하게 반응하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 리튬 이차전지의 캡조립체를 구성하는 터미널플레이트를 바이메탈로 형성하고 터미널플레이트와 전극탭을 탭리드선에 의하여 전기적으로 접촉시켜 이차보호소자를 구성한 리튬 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이차전지는 제1전극탭과 제2전극탭을 구비하는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 전극단자와 터미널플레이트 및 캡플레이트를 구비하며 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 터미널플레이트는 바이메탈로 형성되며, 일단이 상기 제1전극탭에 결합되며 타단이 상기 터미널플레이트에 접촉되는 탭리드선과, 밀폐된 공간이 형성되어 상기 터미널플레이트와 탭리드선이 각각 양측면에서 삽입되며 상기 캡플레이트 하면에 안착되는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 터미널플레이트을 형성하는 바이메탈은 구리와 아연의 합 금, 니켈과 망간 또는 철의 합금, 니켈과 크롬과 철의 합금, 니켈과 망간과 구리의 합금 중의 어느 하나로 형성되는 상부 금속판과, 니켈과 철의 합금으로 형성되는 하부 금속판이 상하로 적층되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 터미널플레이트는 두께가 0.1 ∼ 1.0mm로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 케이스는 PP, PI, PPS, Nylon 66 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 터미널플레이트와 상기 탭리드선 사이에는 전기 전도체인 탄성체가 더 구비되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 탄성체는 금속재질의 판스프링 또는 코일스프링으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 터미널플레이트는 상부 또는 하부에 도전판을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 도전판은 구리, 니켈, 알루미늄, 은 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 도전판은 상기 터미널플레이트를 구성하는 상부 금속판 및 하부 금속판 전체 두께의 50%보다 작은 두께로 형성될 수 있으며, 상기 터미널플레이트를 구성하는 상부 금속판 및 하부 금속판 전체 두께의 10%보다 작은 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 탭리드선은 PTC 소자로 형성될 수 있다. 이때, 상기 PTC 소자는 상판과 하판 및 상기 상판과 하판 사이에 형성되는 소자층을 포함하며, 상기 상판은 상기 제1전극탭에 연결되고 상기 하판은 상기 터미널플레이트에 연결되도록 형성될 수 있다. 상기 소자층은 탄소분말과 수지가 혼합되어 형성되는 수지탄소계로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 제1극탭은 음극탭으로, 제2극판은 양극탭으로 형성되며, 상기 전극단자는 음극단자로 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캡조립체를 포함하는 베어셀의 부분단면도를 나타낸다. 도 3은 도 2에 도시된 터미널플레이트와 탭리드선 부분의 확대 단면도를 나타낸다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터미널플레이트와 탭리드선 부분의 확대 단면도를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터미널플레이트와 탭리드선 부분의 확대 단면도를 나타낸다. 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터미널플레이트와 탭리드선 부분의 확대 단면도를 나타낸다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지의 베어셀(100)은, 도 2를 참조하면, 캔(200)과, 상기 캔(200)의 내부에 수용되는 전극조립체(210)와, 상기 캔(200)의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체(300)를 포함하여 형성된다.
상기 캔(200)은 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재로 형성될 수 있으며, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 상기 캔(200)은 바람직하게는 경량의 전도성 금속이면서 부식에 대처가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 상기 캔(200)의 상단은 개구되어 상단개구부가 형성되며, 이 상단개구부를 통해 전극조립체(210)가 수용된다.
상기 전극조립체(210)는 제1극판(215)과 제2극판(213) 및 세퍼레이터(214)를 포함한다. 상기 제1극판(215)과 제2극판(213)은 세퍼레이터(214)를 개재하여 적층 된 후 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 권취될 수 있다. 상기 제2극판(213)에는 제2극탭(216)이 용접되어 있으며, 이 제2극탭(216)의 단부는 상기 전극조립체(210)의 상방으로 돌출하여 있다. 상기 제1극판(215)에도 제1극탭(217)이 용접되어 있으며, 이 제1극탭(217)의 단부도 상기 전극조립체(210)의 상방으로 돌출하여 있다. 통상 상기 제1전극판(215)과 제1전극탭(217)은 음극판과 음극탭으로 형성되며, 상기 제2전극판(213)과 제2전극탭(216)은 양극판 및 양극탭으로 형성된다. 그러나 이차전지의 종류에 따라서는 반대로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 캡조립체(300)는 캡플레이트(310)와 전극단자(320) 및 터미널플레이트(330)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 캡조립체(300)는 탭리드선(340)과 케이스를 포함하여 형성된다.
상기 캡플레이트(310)는 상기 캔(200)의 상단개구부와 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 상기 캡플레이트(310)의 일측에는 소정 크기의 단자통공(312)이 형성되며 상기 전극단자(320)가 가스켓(322)에 의하여 상기 캡플레이트(310)와 절연되면서 삽입된다. 상기 캡플레이트(310)의 타측에는 전해액이 주입되는 전해액주입구(316)가 형성된다. 상기 캡플레이트(310)의 하면 타측에는 전극조립체(210)의 제2극탭(216)이 용접된다. 상기 제1전극탭(217)은 별도의 절연판(342)에 의하여 절연되면서 상기 캡플레이트(310)에 지지된다.
또한, 상기 캡플레이트(310)의 하면에는 상기 전극단자(320)의 저면부와 전기적으로 연결되는 터미널플레이트(326)가 형성되며 터미널플레이트(326)와 캡플레이트(310)의 전기적 절연을 위하여 절연플레이트(324)가 설치된다. 상기 절연플레 이트(324)는 PP 테이프와 같은 절연테이프가 사용될 수 있다. 한편, 상기 전극단자(320)는 통상 음극단자로 형성되며, 상기 제1전극탭(217)과 전기적으로 연결된다. 한편, 상기 전극단자(320)는 베어셀 내부의 형성위치에 따라서는 양극단자로 형성되어 제2극탭(216)이 연결될 수 있음은 물론이다.
상기 전극단자(320)는 상기 단자통공(312)에 삽입되며, 캡플레이트(310)와의 절연을 위하여 상기 전극단자(320)와 상기 단자통공(213) 사이에 튜브형의 가스켓(322)이 삽입된다.
상기 터미널플레이트(330)는, 도 2와 도 3을 참조하면, 전체적으로 바이메탈로 형성되며, 일측은 상기 전극단자(320)에 전기적으로 결합되고 타측은 상기 제1전극탭(217) 방향으로 연장되어 형성된다. 따라서, 상기 터미널플레이트(330)는 타측이 상기 탭리드선(340)에 전기적으로 접촉되어 이차보호소자의 역할을 수행하게 된다.
상기 터미널플레이트(330)는 금속이 온도에 따라 팽창되는 정도 즉 열팽창계수가 다른 두 종류의 상부 및 하부 금속판(330a, 330b)이 상하로 적층되어 형성되며, 온도 변화에 따라 열팽창계수가 작은 금속판이 있는 쪽으로 변형된다. 본 실시예에서는 팽창계수가 큰 상부 금속판(330a)이 상부에 위치하고 팽창계수가 작은 하부 금속판(330b)이 하부에 위치되도록 형성한다. 따라서, 상기 터미널플레이트(330)는 상온을 포함하는 소정 온도에서는 수평으로 존재하다가 온도가 올라가게 되면 팽창계수가 작은 하부 금속판(330b)이 위치한 하방방향으로 타측이 변형을 일으키게 된다. 상기 터미널플레이트(330)를 상부 금속판(330a)과 하부 금속판(330b) 은 다양한 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들면 열팽창계수가 큰 상부 금속판(330a)으로는 구리와 아연의 합금, 니켈과 망간과 철의 합금, 니켈과 크롬과 철의 합금, 니켈과 망간과 구리의 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 열팽창계수가 적은 하부 금속판(330b)으로는 니켈과 철의 합금 등이 사용된다. 상기 터미널플레이트(330)는 바람직하게는 100℃ 부근에서 반응정도가 양호한 니켈과 망간과 철의 합금과 니켈과 철의 합금이 접합되어 형성된다.
상기 터미널플레이트(330)는 바람직하게는 0.1 ∼ 1.0mm로 형성된다. 상기 터미널플레이트(330)의 두께가 너무 얇으면 수평을 유지하기 어렵게 되어 상기 탭리드선(340)과의 접촉이 불안해질 수 있다. 또한, 상기 터미널플레이트(330)의 두께가 너무 두꺼우면 온도에 따른 작동이 민감하지 않게 된다.
상기 탭리드선(340)은 상기 캡플레이트(310)의 하부에 위치되며 일측이 상기 제1전극탭(217)에 용접되고, 타측이 상기 터미널플레이트(330)와 물리적으로 접촉하도록 형성된다. 상기 탭리드선(340)은 절연체인 상기 케이스(350)에 고정되어 상기 캡플레이트(310)의 하부에 장착되므로 상기 캡플레이트(310)와 절연되면서 상기 제1전극탭(217)과 연결된다. 상기 탭리드선(340)은 전도체로 형성되며 바람직하게는 상기 전극탭의 재질로 사용되는 알루미늄 또는 니켈로 형성된다. 상기 탭리드선(340)은 상기 터미널플레이트(330)가 접촉된 상태에서 상기 제1전극탭(217)을 통한 전류를 상기 터미널플레이트(330)로 흐르게 한다.
상기 케이스(350)는 케이스본체(352)와 커버(358)를 포함하여 형성된다. 상기 케이스본체(352)는 박스타입으로 양측면에 상기 터미널플레이트(330)와 탭리드 선(340)이 관통되어 고정되는 터미널플레이트홀(354)과 탭리드선홀(356)이 형성되어 있으며 상부는 개방되어 형성된다. 상기 터미널플레이트홀(354)과 탭리드선홀(356)은 케이스(350)의 외부로 소정 길이로 돌출되어 보강부(354a, 356a)가 형성되어 바이메탈(340)과 탭리드선(340)이 상하로 움직이지 않도록 고정하게 된다. 상기 케이스본체(352)는 바람직하게는 내부 바닥에 상기 터미널플레이트와 탭리드선의 높이 차에 상응하는 단차가 형성되며, 상기 터미널플레이트(330)와 탭리드선(340)이 일정한 위치에 안착되어 서로간의 접촉이 유지될 수 있도록 한다. 또한 상기 케이스(350)는 상기 캡플레이트(310)의 하면에 접착되어 고정된다.
상기 터미널플레이트(330)와 탭리드선(340)은 상기 케이스본체(352)의 터미널플레이트홀(354)과 탭리드선홀(356)에 접착제를 사용하여 고정을 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 터미널플레이트홀(354) 및 탭리드선홀(356)과 터미널플레이트(330) 및 탭리드선(340)사이를 접착제로 밀봉하여 전해액이 상기 케이스(350)내부로 유입되지 않도록 한다. 또는, 상기 케이스본체(352)의 성형시 상기 터미널플레이트(330)와 탭리드선(340)이 함께 성형되도록 할 수 있다. 상기 터미널플레이트(330)와 탭리드선(340)은 상기 케이스(350) 내부에서 물리적인 접촉을 하고 있으므로, 케이스(330) 내부에 전해액이 유입되면 터미널플레이트(330) 또는 탭리드선(340)의 표면에 전해액이 도포되어 터미널플레이트(330)와 탭리드선(340)간의 접촉이 불안해질 수 있게된다.
상기 커버(358)는 상기 케이스본체(352)의 상부에 결합되어 케이스(350) 상부를 밀폐하게 된다.
상기 케이스(350)는 상기 캔(200)의 내부에 장착되어 전해액과 접촉하게 되므로 전해액에 내성이 있는 PP(polypropylene), PI(Polyimide), PPS(Polyphenylene Sulfide), 나일론 66(Nylon 66) 재질의 수지가 사용된다. 바람직하게는 상기 케이스는 화학내성이 우수한 PPS 수지 또는 나일론 66 수지를 사용하여 형성한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터미널플레이트와 탭리드선 부분의 확대 단면도를 나타낸다.
상기 터미널플레이트(330)는, 도 4를 참조하여 보면, 상기 탭리드선(340)과 접촉되는 부위에 결합되는 탄성체(360)가 구비되어 형성될 수 있다. 상기 탄성체(360)는 상기 터미널플레이트(330)와 탭리드선(340) 사이에 위치하며, 상기 탄성체의 일단은 상기 터미널플레이트(330)에 접촉되고 타단은 상기 탭리드선(340)에 접촉되어 상기 터미널플레이트(330)와 탭리드선(340)의 전기적 접촉을 보다 확실하게 유지할 수 있게 하여 준다. 상기 탄성체(360)는 바람직하게는 판스프링 또는 코일스프링이 사용될 수 있다. 상기 탄성체(360)는 상기 탭리드선(340)에 결합되어 형성될 수 있음은 물론이다. 따라서, 상기 터미널플레이트(330)와 탭리드선(340)간의 접촉이 불안한 경우에도 전기적 접촉을 확실하게 할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터미널플레이트와 탭리드선 부분의 확대 단면도를 나타낸다.
상기 터미널플레이트(330')는, 도 5를 참조하면, 하부에 박막의 도전판(330c)이 추가로 형성된다. 상기 도전판(330c)은 구리, 니켈, 알루미늄, 은과 같은 전기전항 작은 금속으로 형성되며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 상기 터미널플레이트(330')의 상부 금속판(330a)과 하부 금속판(330b)은 주로 합금이 사용되므로 전기전도도가 떨어진다. 그러나, 상기 도전판(330c)이 상기 터미널플레이트(330')의 하부에 형성되어 전류가 상부 및 하부 금속판(330a, 330b)보다는 상기 도전판(330c)을 통하여 흐르게 되어 상기 제1전극탭(217)과 전극단자(320)간의 전기 저항을 최소화하게 된다
따라서, 이차전지가 정상적으로 작동하는 경우에 상기 터미널플레이트(330')는 주로 상기 도전판(330c)을 통하여 전류가 흐르게 한다. 또한, 이차전지의 이상에 의하여 베어셀 내부의 온도가 상승되는 경우에 상기 터미널플레이트(330')는 바이메탈을 형성하는 상기 상부 금속판(330a)과 하부 금속판(330b)의 작용에 의하여 하부 방향으로 변형되면서 탭리드선(340)과의 전기적 접촉을 끊어서 전류의 흐름을 차단하게 된다.
상기 도전판(330c)은 상기 상부 금속판(330a)과 하부 금속판(330b) 전체 두께의 50%보다 작은 두께로 형성되며, 바람직하게는 상기 상부 금속판(330a)과 하부 금속판(330b) 전체 두께의 10%보다 작은 두께로 형성된다. 상기 도전판(330c)은 그 두께가 너무 두껍게 되면 상기 상부 금속판(330a)과 하부 금속판(330b)이 온도변화에 대하여 민감하게 변형되는 것이 어렵게 된다. 따라서, 상기 도전판(330c)은 요구되는 전기 저항을 고려하여 두께가 얇게 되도록 형성되는 것이 바람직하게 된다.
한편, 상기 도전판(330c)은 상기 터미널플레이트(330')의 상면에 형성될 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터미널플레이트와 탭리드선 부분의 확대 단면도를 나타낸다.
상기 탭리드선(340a)은, 도 6을 참조하면, Positive Temperature Coefficient (PTC) 소자로 형성된다. 보다 상세히 설명하면, 상기 탭리드선(340a)은 상판(340b)과 하판(340c) 및 상기 상판(340b)과 하판(340c)사이에 형성되는 소자층(340d)을 포함하여 형성된다. 상기 상판(340b)은 상기 제1전극탭(217)에 결합되며, 상기 하판(340c)은 상기 터미널플레이트(330)에 접촉되도록 형성된다. 상기 상판(340b)과 하판(340c)는 니켈 금속과 같이 도전체로 형성된다. 상기 소자층(340d)은 수지와 탄소분말이 혼합되어 형성되는 수지탄소계가 주로 사용되며, PTC의 특성을 나타내는 소자로서 상온에서는 전도체로서 전류를 흐르게 하나 온도가 상승하게 되면 전기저항이 증가되면서 부도체로 작용하여 전류의 흐름을 차단하게된다. 즉, 상온에서는 상기 제1전극탭(217)을 통하여 흐르는 전류가 상판(340b)과 소자층(340d)과 하판(340c)을 순차적으로 흘러서 상기 터미널플레이트(330)로 흐르게 된다. 그러나, 주위의 온도가 상승하면 상기 소자층(340d)의 전기 저항이 증가되어 상기 제1전극탭(217)과 상기 터미널플레이트(330) 사이에는 전류가 흐르지 않게 된다.
상기 탭리드선(340a)은 이차전지의 이상시 바이메탈로 형성되는 터미널플레이트(330)와 함께 이중으로 이차전지 내의 전류 흐름을 차단할 수 있게 된다. 즉, 이차전지의 이상작동에 의하여 베어셀 내부의 온도가 상승하게 되면 먼저 상기 터미널플레이트(330)가 변형되어 탭리드선(340a)과의 접촉이 끊어지게 된다. 그러나. 바이메탈로 형성되는 상기 터미널플레이트(330)의 변형이 원활하지 않거나, 터미널플레이트(330)가 변형과 복원을 반복하는 경우에는 상기 탭리드선(340a)의 PTC 소자가 작동하여 이차전지의 전류를 확실하게 차단할 수 있게 된다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 작용에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 충방전시 이상으로 인하여 과충방전되는 경우에는 전지 내부의 온도가 상승하게 된다. 이러한 경우에 전지내부의 온도가 일정온도 이상으로 과열되면, 바이메탈로 형성되어 제1극탭(217)과 전극단자(320)를 전기적으로 연결하는 터미널플레이트(330)가 변형되어 탭리드선(340)과의 접촉이 떨어지면서 상기 제1극탭(217)과 전극단자(320)간의 전류 흐름이 차단된다. 즉, 상기 터미널플레이트(330)의 타측이 하방방향으로 변형되면서 상기 탭리드선(340)과의 접촉이 떨어지게 되며 이차전지 내부에서의 전류 흐름이 차단된다. 따라서, 이차전지의 과충전 또는 과방전 상태는 정지되며 전지의 이상으로 인한 이차전지 내부의 과도한 압력상승에 의한 폭발 등을 방지할 수 있게된다. 따라서 이차전지의 오작동으로 인한 위험을 방지하여 이차전지의 안전성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 상기 터미널플레이트(330)의 일부가 상기 베어셀의 내부에 직접 노출됨으로써, 베어셀 내부의 온도 변화에 민감하게 반응하여 이차전지의 전류를 차단할 수 있게 된다. 따라서, 이차전지의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 별도의 보호회 로기판(Protect Circuit Module)이 없이도 이차전지의 안전성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 별도의 이차보호소자 없이 터미널플레이트를 바이메탈로 형성하여 이차보호소자로 구성함으로써 이차전지의 부품 단순화 및 이에 따른 공정의 단순화를 이루는 것이 가능하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지에 의하면 리튬 이차전지의 캡조립체를 구성하는 터미널플레이트를 바이메탈로 형성하고 터미널플레이트와 전극탭을 탭리드선에 의하여 전기적으로 접촉시켜 이차보호소자를 구성함으로써 이차보호소자가 베어셀의 내부에 직접 노출되어 베어셀 내부의 온도 변화에 더 민감하게 작동할 수 있게 된다. 따라서, 전지의 과충방전에 의하여 전지내부의 온도가 일정온도 이상으로 과열되면 보다 신속하게 터미널플레이트의 접촉이 떨어지게 되어 전지내부의 전류 흐름이 차단되며 이차전지의 과충방전, 폭발 등을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 바이메탈과 PTC 소자를 동시에 사용함으로써 바이메탈의 작동 이상시 PTC 소자가 이차적으로 전류의 흐름을 차단함으로써 이차전지 의 안전에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 별도의 이차보호소자 없이 터미널플레이트를 바이메탈로 형성하여 이차보호소자를 구성함으로써 이차전지의 부품 단순화 및 이에 따른 공정의 단순화를 이룰 수 있는 효과가 있다.
Claims (14)
- 제1전극탭과 제2전극탭을 구비하는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 전극단자와 터미널플레이트 및 캡플레이트를 구비하며 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,상기 터미널플레이트는 바이메탈로 형성되며,상기 바이메탈보다 전기저항이 낮으며 상기 터미널플레이트의 상면에 형성되는 도전판과,일단이 상기 제1전극탭에 결합되며 타단이 상기 도전판에 접촉되는 탭리드선과,상기 터미널플레이트와 탭리드선이 각각 양측면에서 삽입되어 상기 탭리드선과 도전판이 전기적으로 접촉되는 밀폐된 공간이 형성되며 상기 캡플레이트 하면에 안착되는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 터미널플레이트는구리와 아연의 합금, 니켈과 망간 또는 철의 합금, 니켈과 크롬과 철의 합금, 니켈과 망간과 구리의 합금 중의 어느 하나로 형성되는 상부 금속판과, 니켈과 철의 합금으로 형성되는 하부 금속판이 상하로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 터미널플레이트는 두께가 0.1 ∼ 1.0mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 케이스는 PP, PI, PPS, Nylon 66 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 터미널플레이트와 상기 탭리드선 사이에는 전기 전도체로 형성되는 탄성체가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 5항에 있어서,상기 탄성체는 금속 재질의 판스프링 또는 코일스프링인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 도전판은 구리, 니켈, 알루미늄, 은 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 도전판은 상기 터미널플레이트를 구성하는 상부 금속판 및 하부 금속판 전체 두께의 50%보다 작은 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 도전판은 상기 터미널플레이트를 구성하는 상부 금속판 및 하부 금속판 전체 두께의 10%보다 작은 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 탭리드선은 PTC 소자로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 11항에 있어서,상기 PTC 소자는 상판과 하판 및 상기 상판과 하판 사이에 형성되는 소자층을 포함하며, 상기 상판은 상기 제1전극탭에 연결되고 상기 하판은 상기 터미널플레이트에 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 12항에 있어서,상기 소자층은 탄소분말과 수지가 혼합되어 형성되는 수지탄소계로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 제1극탭은 음극탭으로, 제2극판은 양극탭으로 형성되며, 상기 전극단자는 음극단자로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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