KR100693115B1 - Cathode lead having function as a fuse - Google Patents

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김귀철
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Abstract

A cathode lead having a fuse function is provided to improve safety and reduce an error of an electric cell by promptly breaking a melting unit of a predetermined position. A cathode lead(100) having a fuse function includes a melting unit(120), and a bridge(126). The cathode lead is electrically connected to a current collection body by welding one end of the cathode lead(100) to the current collection body inside of the electric cell case. The cathode lead(100) is electrically connected to a positive pin by welding the other end of the cathode lead(100) to the positive pin fixed on a center of an electric cell head. The melting unit(120) is melted by joule heat generated by a current at a predetermined position of a lengthwise direction. The melting unit(120) has the bridge(126) narrowed by forming each concave unit(122,124) from both ends of a widthwise direction of a cathode lead main body(110).

Description

퓨즈기능을 갖는 캐소드 리드{Cathode Lead having function as a fuse}Cathode Lead having function as a fuse

도 1은 종래의 캐소드 리드의 일 예를 도시하고 있다.1 shows an example of a conventional cathode lead.

도 2는 도 1에 도시한 캐소드 리드를 사용하여 조립한 전지의 내부를 보여주는 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing the inside of a battery assembled using the cathode lead shown in FIG.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드 리드를 보여주는 사시도이다.3 is a perspective view showing a cathode lead according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐소드 리드를 보여주는 사시도이다.4 is a perspective view showing a cathode lead according to another embodiment of the present invention.

도 5는 캐소드 리드에 흐르는 전류의 크기와 브리지가 단락되는 시간의 관계를 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing the relationship between the magnitude of the current flowing through the cathode lead and the time when the bridge is shorted.

본 발명은 퓨즈 기능을 갖는 캐소드 리드에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode lead having a fuse function.

캐소드 리드(Cathode Lead)는 전류 집전체(Current Collector)에 모인 전류를 외부로 흘러 보내주는 역할을 한다. 통상적인 캐소드 리드는 전지 내부에서 양극 핀에 용접하여 전류 흐름을 최대한 방해하지 않도록 구성되어 있다. The cathode lead serves to send current collected in the current collector to the outside. Conventional cathode leads are constructed so that they do not interfere with the current flow as much as possible by welding to the anode pins inside the cell.

도 1은 종래의 캐소드 리드의 일 예를 도시하고 있고, 도 2는 도 1에 도시한 캐소드 리드를 사용하여 조립한 전지의 내부를 보여주는 단면도이다.1 illustrates an example of a conventional cathode lead, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an interior of a battery assembled using the cathode lead illustrated in FIG. 1.

도 1에 도시된 바와 같이, 캐소드 리드(10)는 일정한 길이와 두께를 갖는 금속을 절단하여 제작한다.As shown in FIG. 1, the cathode lead 10 is manufactured by cutting a metal having a predetermined length and thickness.

도 2를 참조하면, 전지 케이스(40)의 내부에서 캐소드 리드(10)의 일단은 전류 집전체(50)에 용접하여 전기적으로 연결하고, 타단은 전지 헤더(20)의 중심에 고정된 양극 핀(30)과 용접하여 전기적으로 연결한다.Referring to FIG. 2, one end of the cathode lead 10 is electrically connected to the current collector 50 by welding inside the battery case 40, and the other end of the cathode pin 10 is fixed to the center of the battery header 20. Weld to 30 and connect electrically.

구체적으로, 전지 내부에서 캐소드 리드(10)의 일단은 전류 집전체(50)에 용접하여 고정되고, 1차 절곡되어 연장되다가 반대 방향으로 2차 절곡되어 연장된 후, 다시 수직방향으로 절곡되어 타단이 양극 핀(30)에 용접 고정된다. Specifically, one end of the cathode lead 10 in the battery is fixed by welding to the current collector 50, the first bend is extended and then the second bend is extended in the opposite direction, then bent in the vertical direction again the other end This anode pin 30 is fixed by welding.

외부 단락에 의해 과전류가 흐르면 전지 내부에서 열이 발생하고 발생된 열은 전해액을 분해하여 기체를 발생시킨다. 또한 과전류에 의한 열은 전지의 음극 활물질인 리튬(Li)을 녹여 파열로 이어지는 심각한 결과를 초래할 수 있다. When an overcurrent flows due to an external short circuit, heat is generated inside the battery, and the generated heat decomposes the electrolyte and generates gas. In addition, heat caused by overcurrent may cause serious consequences of melting lithium (Li), which is a negative electrode active material of a battery, leading to rupture.

이를 방지하기 위하여 발생된 기체에 의해 전지 내부 압력이 증가하면, 전지의 안전 벤트(safety vent)가 작동하여 유독 기체를 외부로 유출시킨다. In order to prevent this, when the pressure inside the battery is increased by the generated gas, a safety vent of the battery is activated to toxic gas outflow.

또한 전지를 잘못 사용하여 과전류가 흐를 경우, 또는 인위적 외부단락을 유도한 경우 전지 안전성을 보장하는 안전장치, 즉 퓨즈 또는 폴리스위치(Positive Temperature Coefficient, PTC) 등을 장착할 수 있다. In addition, a safety device that guarantees battery safety, such as a fuse or a positive temperature coefficient (PTC), may be installed when an overcurrent flows due to an incorrect use of a battery or when an artificial external short circuit is induced.

그러나 외부 안전장치에 결함이 생기거나, 안전장치가 제거된 상태에서 사용될 경우 과전류에 의한 안전성에 많은 문제점을 초래하고 있다.However, when the external safety device is defective or used when the safety device is removed, it causes a lot of problems in safety due to overcurrent.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전지에 과전류가 흐를 경우 주울 열을 이용하여 전지 내부의 캐소드 리드를 단락시켜 더 이상 전지로 사용할 수 없는 상태로 만들어서 제품의 불량을 감소시키며, 안전성을 제고시키는 것이다.Accordingly, the present invention is to solve this problem, an object of the present invention is to short-circuit the cathode lead inside the battery by using Joule heat when overcurrent flows in the battery, so that the battery can no longer be used as a battery defect To reduce the safety and to increase the safety.

본 발명의 다른 목적과 특징 및 이점은 이하에 기술되는 실시예를 통하여 명확하게 이해될 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will be apparent from the embodiments described below.

본 발명에 따르면, 전지 케이스의 내부에서 일단이 전류 집전체에 용접되어 전기적으로 연결되고, 타단이 전지 헤더의 중심에 고정된 양극 핀에 용접되어 전기적으로 연결되는 캐소드 리드에 있어서, 길이 방향의 소정 위치에 전류에 의해 발생하는 주울 열에 의해 1차적으로 용융되는 용단부가 형성되는 퓨즈기능을 갖는 캐소드 리드가 개시된다.According to the present invention, a cathode lead in which one end is welded and electrically connected to a current collector inside the battery case, and the other end is welded and electrically connected to a positive electrode pin fixed to the center of the battery header, the predetermined length in the longitudinal direction A cathode lead is disclosed having a fuse function in which a blow-down portion is formed that is primarily melted by Joule heat generated by current at a location.

바람직하게, 용단부는 캐소드 리드 본체의 폭방향 양측단으로부터 각각 오목부가 형성되어 폭이 좁아진 브리지를 포함할 수 있다.Preferably, the melt portion may include a bridge in which recesses are respectively formed from both end portions in the width direction of the cathode lead main body to have a narrower width.

또한, 용단부는 캐소드 리드 본체에 길이 방향으로 사각형상의 개구가 형성되어 그 양측에 형성된 브리지를 포함할 수 있다.In addition, the melt portion may include a bridge formed in both sides of the cathode opening main body is formed in the rectangular opening in the longitudinal direction.

바람직하게, 브리지의 체적은 본체의 체적에 대해 단위길이당 40% 이하일 수 있다.Preferably, the volume of the bridge may be 40% or less per unit length relative to the volume of the body.

또한, 브리지의 체적은 상기 브리지의 길이, 폭 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 이용하여 조정될 수 있다.Also, the volume of the bridge can be adjusted using at least one of the length, width or thickness of the bridge.

바람직하게, 캐소드 리드의 재질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 스테인레스 스틸(SUS), 아연(Zn), 및 모넬(monel)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있다.Preferably, the material of the cathode lead may be any one selected from the group consisting of nickel (Ni), copper (Cu), stainless steel (SUS), zinc (Zn), and monel.

다음은 본 발명의 실시예에 따른 캐소드 리드를 설명한다.The following describes a cathode lead according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드 리드를 보여주는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐소드 리드를 보여주는 사시도이다.3 is a perspective view showing a cathode lead according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a perspective view showing a cathode lead according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 캐소드 리드(100)는 일정한 두께를 갖는 직사각 플레이트 형상으로, 길이 방향으로 소정의 위치에 용단부(120)가 형성된다.The cathode lead 100 of the present invention has a rectangular plate shape having a predetermined thickness, and the blown portion 120 is formed at a predetermined position in the longitudinal direction.

캐소드 리드(100)를 위한 금속으로는 니켈(Ni), 구리(Cu), 스테인레스 스틸(SUS), 아연(Zn), 모넬(monel) 등이 사용될 수 있으며, 전해액과 반응성이 없는 니켈을 캐소드 리드(100)로 사용하는 것이 바람직하다. As the metal for the cathode lead 100, nickel (Ni), copper (Cu), stainless steel (SUS), zinc (Zn), monel, and the like may be used, and nickel that is not reactive with an electrolyte may be cathode lead. It is preferable to use it as (100).

용단부(120)는 여러 가지의 형태로 구현될 수 있으며, 도 3을 참조하면, 캐소드 리드(100)의 본체(110)의 폭방향 양측단으로부터 사각형상의 오목부(122, 124)가 형성되어 브리지(126)가 형성된다.The melted portion 120 may be implemented in various forms. Referring to FIG. 3, rectangular recesses 122 and 124 are formed from both end portions in the width direction of the main body 110 of the cathode lead 100. Bridge 126 is formed.

또한, 도 4에 도시된 용단부(130)를 참조하면, 캐소드 리드(100)의 본체(110)에 사각형상의 개구(136)가 형성되어 그 양측에 브리지(132, 134)가 각각 형성된다. 이때, 개구(136)는 양극 핀(30)과 용접되는 부분에서 5mm 이상 떨어진 위치에 형성되는 것이 바람직하며, 개구(136)의 길이는 10mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 4, the rectangular opening 136 is formed in the main body 110 of the cathode lead 100, and bridges 132 and 134 are formed at both sides thereof. At this time, the opening 136 is preferably formed at a position 5mm or more away from the portion welded to the anode pin 30, the length of the opening 136 is preferably 10mm or less.

바람직하게, 저항값을 높이고 작업성을 고려하여 용단부(120, 130)에서 브리지(126, 136)의 체적은 본체(110)의 체적에 대해 단위길이당 40% 이하를 유지한다. Preferably, the volume of the bridges 126 and 136 at the melted portions 120 and 130 is maintained at 40% or less per unit length with respect to the volume of the body 110 in consideration of workability.

이를 위해서 도 3의 실시예에서는 용단부(120)의 브리지(126)나 오목부(122, 124)의 길이와 폭을 조절하거나 또는 브리지(126)의 두께를 조절할 수 있다. 또한, 도 4의 실시예에서는 용단부(130)의 개구(136)나 브리지(132, 134)의 길이와 폭을 조절하거나 또는 브리지(132, 134)의 두께를 조절할 수 있다.To this end, in the embodiment of FIG. 3, the length and width of the bridge 126 or the recesses 122 and 124 of the melted portion 120 may be adjusted, or the thickness of the bridge 126 may be adjusted. In addition, in the embodiment of FIG. 4, the length and width of the opening 136 and the bridges 132 and 134 of the melt 130 may be adjusted, or the thickness of the bridges 132 and 134 may be adjusted.

바람직하게, 브리지(122, 132, 134)의 두께는 0.2mm 이하일 수 있다.Preferably, the thickness of the bridges 122, 132, 134 may be 0.2 mm or less.

이하, 상기한 구성을 갖는 본 발명의 캐소드 리드의 기능에 대해 설명한다.Hereinafter, the function of the cathode lead of the present invention having the above-described configuration will be described.

일반적으로, 금속 도체에 전압을 걸어주면 자유 전자가 전기장으로부터 에너지를 받아 가속되어 도체 속을 이동하게 되는데, 이동하면서 원자와 충돌하면 운동 에너지의 일부를 원자에 주고 자신은 전기장으로부터 에너지를 다시 받아 이동한다. 따라서 도체의 원자들은 자유 전자로부터 계속 에너지를 공급받게 되므로 온도가 상승하게 된다. In general, when a voltage is applied to a metal conductor, free electrons receive energy from an electric field and are accelerated to move in the conductor.When moving and colliding with an atom, some of the kinetic energy is given to the atom, and itself receives energy from the electric field. do. As a result, atoms in the conductor continue to receive energy from free electrons, which leads to an increase in temperature.

이와 같이, 전류로 공급된 에너지는 금속을 통과하면서 열로 변하고 금속 도체의 온도를 상승시킨다. 이러한 현상을 전류의 열작용이라 한다. 금속 도체를 일종의 저항으로 간주하고 이 저항에서 발생하는 열량은 공급된 전기 에너지, 즉 전류의 크기에 비례한다.As such, the energy supplied by the current turns into heat as it passes through the metal and raises the temperature of the metal conductor. This phenomenon is called thermal action of current. Considering a metal conductor as a kind of resistance, the heat generated from this resistance is proportional to the electrical energy supplied, i.e. the magnitude of the current.

Q = I × V × t = IQ = I × V × t = I 22 × R × t × R × t

여기서, 금속 도체의 단면적과 길이를 개념을 도입하여 다시 정리하면Here, if the cross-sectional area and length of the metal conductor are rearranged by introducing the concept,

Q = IQ = I 22 × ρ(ℓ/s) × t × ρ (ℓ / s) × t

이 된다. 여기서 Q는 발열량[J], I는 전류[A], R은 저항[Ω], t는 시간[초], ρ는 비저항[Ω·cm], ℓ은 용단부의 길이[m], S는 용단부의 단면적[㎡]이다. Becomes Where Q is the calorific value [J], I is the current [A], R is the resistance [Ω], t is the time [sec], ρ is the specific resistance [Ω · cm], ℓ is the length of the melt [m], and S is the melt Negative cross-sectional area [m 2].

따라서, 단면적이 작을수록 그리고 길이가 길수록 큰 열이 발생한다. 예를 들어, 9A 이상의 과전류가 흐를 경우 캐소드 리드(100, 100a)의 용단부(120, 130)의 브리지(126, 132, 134)에 많은 열이 발생되기 때문에 용융되어 끊어져 전류의 흐르을 차단한다.Thus, the smaller the cross-sectional area and the longer the length, the greater the heat generated. For example, when an overcurrent of 9A or more flows, a lot of heat is generated in the bridges 126, 132, and 134 of the blowout parts 120 and 130 of the cathode leads 100 and 100a, thereby melting and cutting off the current.

그 결과, 전지 안전성을 보장하는 안전장치가 장착되어 있지 않아도, 캐소드 리드 자체의 특성에 의해 전지의 불량을 감소시킬 수 있으며, 안전성을 높일 수 있다.As a result, even if the safety device which guarantees battery safety is not attached, the defect of a battery can be reduced by the characteristic of the cathode lead itself, and safety can be improved.

도 5는 캐소드 리드에 흐르는 전류의 크기와 브리지가 단락되는 시간의 관계를 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing the relationship between the magnitude of the current flowing through the cathode lead and the time when the bridge is shorted.

이러한 발열량이 금속에 전달되어 금속이 용융되는 온도까지의 시간을 예측할 수 있다. 즉, This calorific value can be transferred to the metal to predict the time to the temperature at which the metal is melted. In other words,

H = m × C × ΔTH = m × C × ΔT

여기서 H는 용단부에서 금속의 발열량[J], m은 용단부의 금속의 질량[kg], △T는 온도 변화[℃]이다. Where H is the calorific value [J] of the metal at the melt end, m is the mass [kg] of the metal at the melt end, and ΔT is the temperature change [° C].

따라서, 상기의 두 식을 조합하면 일정한 체적을 갖는 금속의 용단 시간 τ를 예측할 수 있다. Therefore, by combining the above two equations, it is possible to predict the melting time τ of a metal having a constant volume.

τ = (m × C × ΔT)÷(I 2 × ρ × ℓ)τ = ( m × C × ΔT ) ÷ ( I 2 × ρ × ℓ )

또한 금속의 체적을 일정하게 조절하여 단락되는 시간을 예측할 수 있다면 안전하게 흐를 수 있는 통전 전류의 값도 예측할 수 있다. In addition, if the volume of the metal can be constantly adjusted to predict the short circuit time, the value of the energizing current that can flow safely can be predicted.

이상에서는 본 발명의 일실시예를 예로 들어 설명하였지만 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주는 상기한 실시예에 한정되어서는 안 되며, 이하에 기술되는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.In the above described an embodiment of the present invention by way of example, various changes can be made at the level of those skilled in the art. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiment, but should be determined by the claims described below.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 과전류가 흐를 경우 소정 위치의 용단부가 신속하게 끊어짐으로써 전지의 불량을 감소시킬 수 있으며, 안전성을 높일 수 있다.As described above, according to the present invention, when the overcurrent flows, the melted portion at the predetermined position is cut off quickly, thereby reducing the defect of the battery and increasing safety.

특히, 상기한 바와 같이, 전지 안전성을 보장하는 별도의 안전장치를 장착하지 않고도 이러한 기능을 수행할 수 있다. In particular, as described above, it is possible to perform this function without having to install a separate safety device to ensure battery safety.

Claims (6)

삭제delete 전지 케이스의 내부에서 일단이 전류 집전체에 용접되어 전기적으로 연결되고, 타단이 전지 헤더의 중심에 고정된 양극 핀에 용접되어 전기적으로 연결되는 캐소드 리드에 있어서,In the cathode lead of the battery case, one end is welded and electrically connected to the current collector, the other end is welded and electrically connected to a positive electrode pin fixed to the center of the battery header, 길이 방향의 소정 위치에 전류에 의해 발생하는 주울 열에 의해 1차적으로 용융되는 용단부가 형성되고,The melted part which is melted primarily by Joule heat which generate | occur | produces with an electric current in the predetermined position of a longitudinal direction is formed, 상기 용단부는 상기 캐소드 리드 본체의 폭방향 양측단으로부터 각각 오목부가 형성되어 폭이 좁아진 브리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 퓨즈기능을 갖는 캐소드 리드.The melted lead has a fuse function, characterized in that the concave portion is formed from each of the two ends in the width direction of the cathode lead main body comprises a narrower bridge. 전지 케이스의 내부에서 일단이 전류 집전체에 용접되어 전기적으로 연결되고, 타단이 전지 헤더의 중심에 고정된 양극 핀에 용접되어 전기적으로 연결되는 캐소드 리드에 있어서,In the cathode lead of the battery case, one end is welded and electrically connected to the current collector, the other end is welded and electrically connected to a positive electrode pin fixed to the center of the battery header, 길이 방향의 소정 위치에 전류에 의해 발생하는 주울 열에 의해 1차적으로 용융되는 용단부가 형성되고,The melted part which is melted primarily by Joule heat which generate | occur | produces with an electric current in the predetermined position of a longitudinal direction is formed, 상기 용단부는 상기 캐소드 리드 본체에 상기 길이 방향으로 사각형상의 개구가 형성되어 그 양측에 형성된 브리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 퓨즈기능을 갖는 캐소드 리드. The melted lead has a fuse function, characterized in that it comprises a bridge formed in both sides of the opening formed in the rectangular direction in the longitudinal direction in the cathode lead body. 청구항 2와 3에 있어서,The method according to claim 2 and 3, 상기 브리지의 체적은 상기 본체의 체적에 대해 단위길이당 40% 이하인 것을 특징으로 하는 퓨즈기능을 갖는 캐소드 리드. The volume of the bridge is a cathode lead having a fuse function, characterized in that less than 40% per unit length relative to the volume of the main body. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 브리지의 체적은 상기 브리지의 길이, 폭 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 이용하여 조정되는 것을 특징으로 하는 퓨즈기능을 갖는 캐소드 리드. And the volume of the bridge is adjusted using at least one of the length, width or thickness of the bridge. 청구항 2 또는 3에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 캐소드 리드의 재질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 스테인레스 스틸(SUS), 아연(Zn), 및 모넬(monel)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 퓨즈기능을 갖는 캐소드 리드. The material of the cathode lead is any one selected from the group consisting of nickel (Ni), copper (Cu), stainless steel (SUS), zinc (Zn), and monel (monel) cathode lead having a fuse function, characterized in that .
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