KR100770110B1 - Cylinderical lithium rechargeable battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기능성 센터핀을 갖는 원통형 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원통형 리튬 이차전지에서 센터핀 내부에 소화제(fire extinguish)를 삽입한 후 고분자 수지 등으로 센터핀의 상단과 하단을 폐색하여, 과충전 초기에는 베어셀 내부의 보이드 볼륨(void volume)을 감소시키고, 고온(80~200℃)에서는 특정온도에서 고분자 수지가 용융하여 소화제가 작용할 수 있도록 하여 폭발 및 발화 현상을 방지함으로써 열적 안정성을 향상시킨 기능성 센터핀을 갖는 원통형 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cylindrical lithium secondary battery having a functional center pin. More specifically, after inserting a fire extinguish into the center pin in a cylindrical lithium secondary battery, the top and bottom of the center pin are blocked with a polymer resin or the like. In the initial stage of overcharging, the void volume inside the bare cell is reduced, and at high temperatures (80-200 ° C), the polymer resin melts at a specific temperature so that the extinguishing agent can act to prevent explosion and ignition. It relates to a cylindrical lithium secondary battery having a functional center pin with improved.
원통형 리튬 이차전지, 센터핀, 소화제, 안정성 Cylindrical lithium secondary battery, center pin, extinguishing agent, stability
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 사시도1 is a perspective view of a cylindrical lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention
도 2는 도 1의 A-A 단면도2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 3a은 본 발명의 실시예에 따른 센터핀의 사시도Figure 3a is a perspective view of the center pin in accordance with an embodiment of the present invention
도 3b는 도 3a의 B-B 단면도FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 3A
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센터핀의 사시도Figure 4a is a perspective view of the center pin according to another embodiment of the present invention
도 4b는 도 4a의 C-C 단면도4B is a cross-sectional view taken along the line C-C in FIG. 4A
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100 - 원통형 리튬 이차전지 200 - 전극조립체100-cylindrical lithium secondary battery 200-electrode assembly
210 - 양극판 220 - 음극판210-Positive Plate 220-Negative Plate
230 - 세퍼레이터 241 - 상절연판230-Separator 241-Phase Insulation Plate
245 - 하절연판 260, 360 - 센터핀245-Under
270, 370 - 몸체 280, 380 - 폐색 부재270, 370-
290, 390 - 소화제 300 - 캔290, 390-Extinguishing Agent 300-Can
330 - 크림핑부 340 - 비딩부330-Crimping part 340-Beading part
400 - 캡조립체 410 - 안전밴트400-cab assembly 410-safety band
420 - 전류차단수단(CID) 480 - 이차보호소자420-CID 480-Secondary protection element
본 발명은 기능성 센터핀을 갖는 원통형 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원통형 리튬 이차전지에서 센터핀 내부에 소화제(fire extinguish)를 삽입한 후 고분자 수지 등으로 센터핀의 상단과 하단을 폐색하여, 과충전 초기에는 베어셀 내부의 보이드 볼륨(void volume)을 감소시키고, 고온(80~200℃)에서는 특정온도에서 고분자 수지가 용융하여 소화제가 작용할 수 있도록 하여 폭발 및 발화 현상을 방지함으로써 열적 안정성을 향상시킨 기능성 센터핀을 갖는 원통형 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cylindrical lithium secondary battery having a functional center pin. More specifically, after inserting a fire extinguish into the center pin in a cylindrical lithium secondary battery, the top and bottom of the center pin are blocked with a polymer resin or the like. In the initial stage of overcharging, the void volume inside the bare cell is reduced, and at high temperatures (80-200 ° C), the polymer resin melts at a specific temperature so that the extinguishing agent can act to prevent explosion and ignition. It relates to a cylindrical lithium secondary battery having a functional center pin with improved.
일반적으로 원통형 리튬 이차전지는 센터핀이 결합된 원통 형태의 전극조립체와, 상기 전극조립체가 결합되는 원통 형태의 캔과, 상기 캔의 상단 개구부에 결합되어 상기 캔을 밀봉하는 캡조립체 등으로 이루어져 있다.In general, a cylindrical lithium secondary battery includes a cylindrical electrode assembly having a center pin coupled thereto, a cylindrical can coupled with the electrode assembly coupled thereto, and a cap assembly coupled to an upper opening of the can to seal the can. .
이러한 원통형 리튬 이차전지는 통상 그 용량이 2000~2800mAh 정도이기 때문에, 주로 대용량의 전력이 필요한 노트북, 디지털 카메라, 캠코더 등에 이용되고 있다. 이러한 원통형 리튬 이차전지는 필요한 전압 또는 용량만큼 직렬 혹은 병렬로 연결되고, 안전장치가 장착되어 소정 형태의 전지팩으로 조립되어 이용된다.Such cylindrical lithium secondary batteries are typically used in notebooks, digital cameras, camcorders, and the like, which require large amounts of power because their capacity is about 2000-2800 mAh. Such a cylindrical lithium secondary battery is connected in series or in parallel by a required voltage or capacity, and is fitted with a safety device and assembled into a battery pack of a predetermined type.
원통형 리튬 이차전지는 음극활물질이 코팅된 음극판, 세퍼레이터 및 양극활물질이 코팅된 양극판을 함께 적층한 후, 봉 형태의 권취축에 일단을 결합하고 대략 원통 형태로 권취하여 전극조립체를 형성한다. 그 후, 상기 전극조립체에 센터 핀을 결합하고 이를 원통형 캔에 삽입한다. 그 후, 상기 원통형 캔에 전해액을 주입하고, 캡조립체를 상기 원통형 캔의 상부에 결합함으로써 대략 원통 형태의 베어셀을 완성한다.In the cylindrical lithium secondary battery, a negative electrode plate coated with a negative electrode active material, a separator, and a positive electrode plate coated with a positive electrode active material are laminated together, and then, one end is bonded to a rod-shaped winding shaft and wound in a substantially cylindrical form to form an electrode assembly. Thereafter, a center pin is coupled to the electrode assembly and inserted into a cylindrical can. Thereafter, an electrolyte is injected into the cylindrical can, and the cap assembly is coupled to the upper portion of the cylindrical can to complete a bare cell having a substantially cylindrical shape.
이러한 원통형 리튬 이차전지는 과충전시 폭발 현상을 방지하기 위해, 과충전에 의한 내부 압력 증가시 형태가 변형되는 안전밴트, 상기 안전밴트의 형태 변경에 의해 기판이 변형되어 회로가 끊어지는 전류차단수단(CID), 온도 상승에 따라 회로를 끊어주는 이차보호소자 등으로 구성된 안전장치를 구비한다.The cylindrical lithium secondary battery has a safety vane that is deformed when the internal pressure increases due to overcharging, and a circuit breaker due to the change of the shape of the safety vane in order to prevent an explosion phenomenon during overcharging (CID). ), And a safety device composed of a secondary protection device that breaks the circuit as the temperature rises.
이러한 안전장치들은 다음과 같이 작동한다.These safeguards work as follows:
원통형 리튬 이차전지가 과충전 상태가 되면, 전극조립체의 대략 상부 영역부터 전해액이 증발하여 저항이 증가하기 시작한다. 더욱이, 이 때 전극조립체의 대략 중심 영역부터 변형이 일어나 리튬이 석출하기 시작한다. 물론, 상기 전극조립체의 상부 영역의 저항 증가에 따라 국부적으로 발열이 시작되어 전지 온도도 급상승한다.When the cylindrical lithium secondary battery is in an overcharged state, the electrolyte solution evaporates from approximately the upper region of the electrode assembly and the resistance starts to increase. Further, at this time, deformation occurs from an approximately center region of the electrode assembly, and lithium begins to precipitate. Of course, as the resistance of the upper region of the electrode assembly increases, heat generation starts locally, and the battery temperature rapidly increases.
이와 같은 상태가 되면, 통상 과충전시 분해되어 가스를 발생하는 사이클로헥실벤젠(CHB) 및 바이페닐(BP) 등 전해액 첨가제의 작용에 의해 내부 압력이 급격히 증가하게 된다. 이러한 내부 압력은 캡조립체의 한 구성요소인 상기 안전밴트를 전극조립체 방향, 즉 상부 방향으로 밀어내고, 이에 따라 그 위에 설치되어 있는 전류차단수단(CID)이 파손됨으로써 전류를 차단하게 된다. 즉, 전류차단수단(CID)에 형성된 배선 패턴이 끊어짐으로써, 더 이상 전류가 흐르지 않게 된다. 물론, 전류가 차단되면 과충전 상태가 정지됨으로써 전지의 폭발 및 발화 현상도 방지된다. 한편, 상기와 같은 과충전 현상에 의해 전지 내부 압력이 임계치 이상이 되면, 상기 안전밴트 자체가 파괴되면서 내부 가스가 모두 캡업의 통공을 통해 베어셀 외부로 방출되기도 한다.In this state, the internal pressure is rapidly increased by the action of electrolyte additives such as cyclohexylbenzene (CHB) and biphenyl (BP), which are usually decomposed during overcharge to generate gas. This internal pressure pushes the safety vane, which is a component of the cap assembly, toward the electrode assembly, that is, the upper direction, thereby breaking the current by breaking the current blocking means CID installed thereon. That is, the wiring pattern formed in the current interruption means CID is broken, so that no current flows any more. Of course, when the current is cut off, the overcharge state is stopped, thereby preventing the explosion and fire of the battery. On the other hand, when the internal pressure of the battery is above the threshold by the overcharge phenomenon as described above, all of the internal gas is released to the outside of the bare cell through the opening of the cap-up while destroying the safety vent itself.
상기 센터핀은 금속판을 둥글게 말아서 원통형으로 제조하는 경우도 있고, 처음부터 일체형의 원통 형상으로 성형하는 경우도 있다. 전자(前者)의 경우에는 금속판의 양 단이 만나는 부분에 슬릿(slit)이 존재하게 되어, 이 공간을 통하여 전해액이나 가스가 이동할 수 있다. 후자(後者)의 경우에는 센터핀 내부의 비어 있는 공간인 보이드 볼륨(void volume)이 존재한다. 이러한 보이드 볼륨은 상술한 안전밴트의 변형 또는 파열 시간을 지연시키는 한 원인으로 생각되고 있다. 과충전 초기에는 보이드 볼륨을 줄여 안전밴트가 신속히 동작하고 전지의 내부 온도가 80~200℃ 에 이르면 센터핀이 가스 방출 통로로 이용될 필요가 있다. 또한, 센터핀 내부에 소화제 등을 삽입하여 전지의 내부 온도가 고온에 이르렀을 때 전지의 발화 현상을 방지할 필요가 있다. The center pin may be manufactured in a cylindrical shape by rolling a metal plate roundly, or may be molded into an integral cylindrical shape from the beginning. In the former case, a slit exists at a portion where both ends of the metal plate meet, and electrolyte or gas can move through this space. In the latter case, there is a void volume, which is an empty space inside the center pin. Such void volume is considered to be one cause of delaying the deformation or rupture time of the above-described safety vent. In the early stage of overcharging, the voids are reduced and the safety vents operate quickly, and when the internal temperature of the battery reaches 80 ~ 200 ℃, the center pin needs to be used as the gas discharge passage. In addition, it is necessary to insert a fire extinguishing agent into the center pin to prevent the battery from ignition when the internal temperature of the battery reaches a high temperature.
본 발명은 상술한 종래의 이차전지의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 센터핀의 상단 및 하단을 폐색 부재로 폐색하고 내부에 소화제 등을 삽입하여 과충전 초기에는 보이드 볼륨을 줄임으로써 안전 밴트가 신속히 동작하도록 하고, 전지의 내부 온도가 고온이 되면 폐색 부재가 용융하여 센터핀이 가스 방출구의 역할을 함과 동시에 소화제가 작용하여 안전성이 향상된 이차전지를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the conventional secondary battery described above, by closing the top and bottom of the center pin with a blocking member and inserting a fire extinguishing agent, such as to reduce the void volume in the early stage of overcharging so that the safety band to operate quickly. In addition, when the internal temperature of the battery becomes a high temperature, the obstruction member is melted, and the center pin serves as a gas outlet and at the same time, an extinguishing agent acts to provide a secondary battery having improved safety.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지는, 중앙에 센터핀이 삽입된 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 캔, 상기 캔을 밀봉하는 캡조립체를 포함하여 이루어지는 원통형 리튬 이차전지에 있어서, 상기 센터핀은 폐색 부재에 의해 상단 및 하단이 폐색(閉塞)되고, 상기 센터핀의 내부에는 소화제가 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 센터핀은 상, 하 방향으로 관통되어 있는 소정 길이의 몸체 및 상기 몸체의 상단 및 하단을 폐색하는 폐색 부재를 포함하여 이루어질 수 있다.Cylindrical lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a cylindrical lithium including an electrode assembly with a center pin inserted in the center, a can containing the electrode assembly, a cap assembly for sealing the can In the secondary battery, the upper and lower ends of the center pin are closed by a blocking member, and a fire extinguishing agent is inserted into the center pin. In this case, the center pin may include a body of a predetermined length penetrating in the up and down direction, and a blocking member for closing the top and bottom of the body.
이 경우, 상기 몸체는 스틸(steel), 스테인레스 스틸(stainless steel), 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 또한 상기 몸체는 상단과 하단에 테퍼가 형성될 수도 있다.In this case, the body may be formed of any one of steel (steel), stainless steel (stainless steel), copper (Cu), and the body may be formed with a taper at the top and bottom.
또한, 상기 폐색 부재는 상기 몸체의 상단 및 하단을 포함하여 전체를 봉투 형태로 감싸는 필름일 수도 있으며, 상기 폐색 부재는 상기 몸체의 상단 및 하단을 막는 뚜껑일 수도 있다.In addition, the closure member may be a film surrounding the whole in an envelope including the top and bottom of the body, the closure member may be a lid for blocking the top and bottom of the body.
또한, 상기 폐색 부재는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테리프탈레이트(PET) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 상기 몸체는 내부에 가스화 물질이 더 삽입될 수도 있다. 이 때, 상기 가스화물질은 사이클로헥실벤젠(CHB) 또는 바이페닐(BP)일 수 있다. 또한, 상기 소화제는 탄산수소나트륨(NaHCO3), 제일인산암모늄(NH4H2PO4), 수산화나트륨(NaOH) 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the blocking member may be formed of any one of polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyethylene terephthalate (PET), and the body may further include a gasification material therein. In this case, the gasification material may be cyclohexylbenzene (CHB) or biphenyl (BP). In addition, the extinguishing agent may include any one of sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3), ammonium phosphate (NH 4 H 2 PO 4), sodium hydroxide (NaOH).
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A 단면도이다. 도 3a는 본 발명의 실시예에 따라 봉투 형태의 폐색 부재로 둘러 싸이며 내부에 소화제가 삽입되어 있는 센터핀의 사시도이다. 도 3b는 도 3a의 B-B 단면도이다. 도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따라 몸체의 상단 및 하단이 뚜껑 형태의 폐색 부재로 막히며 내부에 소화제가 삽입되어 있는 센터핀의 사시도이다. 도 4b는 도 4a의 C-C 단면도이다. 1 is a perspective view of a cylindrical lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. Figure 3a is a perspective view of a center pin surrounded by a closure member in the form of an envelope in accordance with an embodiment of the present invention is inserted into the extinguishing agent. 3B is a cross-sectional view taken along line B-B in FIG. 3A. Figure 4a is a perspective view of the center pin with the top and bottom of the body is blocked with a closure member in the form of a lid according to another embodiment of the present invention and the extinguishing agent is inserted therein. 4B is a cross-sectional view taken along the line C-C in FIG. 4A.
본 발명에 따른 원통형 리튬 이차전지(100)는, 도 1 및 도 2를 참조하면, 센터핀(360)이 삽입되어 있는 전극조립체(200)와, 상기 전극조립체(200)와 전해액을 수용하는 원통형 캔(300)과, 상기 원통형 캔(300) 상부에 조립되어 상기 원통형 캔(300)을 밀봉하며 상기 전극조립체(200)에서 발생되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡조립체(400)를 포함하여 형성된다.1 and 2, the cylindrical lithium
상기 전극조립체(200)는 양극집전체의 표면에 양극활물질층이 코팅된 양극판(210)과 음극집전체의 표면에 음극활물질층이 코팅된 음극판(220)과 상기 양극판(210) 및 음극판(2200 사이에 위치하여 상기 양극판(210)과 음극판(220)을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(230)가 젤리-롤 형상으로 권취되어 형성된다. The
상기 양극판(210)은, 도면에는 상세히 도시되지 않았지만, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극집전체와, 그 양 면에 코팅된 양극활물질층을 포함하고 있다. 상기 양극판(210)의 양 말단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극집전체 영역, 즉, 양극무지부가 형성된다. 상기 양극무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극조립체(200)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극탭(215)이 접합되어 있다. Although not shown in detail in the drawing, the
또한, 상기 음극판(220)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극집전체와, 그 양면에 코팅된 음극활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(220)의 양 말단은 음극활물질층이 형성되지 않은 음극집전체 영역, 즉 음극무지부가 형성된다. 상기 음극무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극조립체(200)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극탭(225)이 접합되어 있다. 더불어, 상기 전극조립체(200)의 상부 및 하부에는 각각 캡조립체(400) 또는 원통형 캔(300)과의 접촉을 방지하기 위한 절연판(241, 245)이 더 포함되어 형성될 수 있다.In addition, the
상기 원통형 캔(300)은 상기 원통형 전극조립체(200)가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통형 측면판(310)과 상기 원통형 측면판(310)의 하부를 밀폐하는 하면판(320)을 포함하여 형성되며, 상기 원통형 측면판(310)의 상부는 상기 전극조립체(200)를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 있다. 상기 원통형 캔(300)의 하면판(320) 중앙에 상기 전극조립체(200)의 음극 탭(225)이 접합됨으로써, 상기 원통형 캔(300) 자체는 음극 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 원통형 캔(300)은 일반적으로 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다. 더불어 상기 원통형 캔(300)은 상부의 개구에 결합되는 상기 캡조립체(400) 의 상부를 압박하도록 상단에서 내부로 휘어진 크림핑(crimping)부(330)가 형성된다. 또한, 상기 원통형 캔(300)은 상기 크림핑부(330)로부터 하방으로 상기 캡조립체의 두께에 대응되는 거리만큼 이격된 위치에 상기 캡조립체(400)의 하부를 압박하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩(beading)부(340)가 더 형성되어 있다.The cylindrical can 300 has a
상기 캡조립체(400)는 안전밴트(410)와 전류차단수단(420)과 이차보호소자 (480)및 캡업(490)을 포함하여 형성된다. 상기 안전밴트(410)는 판상으로 중앙에 하부로 돌출되는 돌출부가 형성되어 상기 캡조립체(400)의 하부에 위치하며, 이차전지의 내부에서 발생한 압력에 의하여 돌출부가 상부 방향으로 변형하게 된다. 상기 안전밴트(410)의 하면 소정위치에는 전극조립체(200)의 양극판(210) 및 음극판(220) 중에서 한 전극판 예를 들어, 양극판(210)에서 인출한 양극탭(215)이 용접되어 상기 안전밴트(410)와 전극조립체(200)의 양극판(210)이 전기적으로 연결된다. 여기서 양극판(210) 및 음극판(220) 중 나머지전극판 예를 들어 음극판(220)은, 음극판(220)에서 인출한 음극탭(225)이 베어 셀의 바닥면(320)에 용접되어 캔(300)과 전기적으로 연결된다. 상기 안전 밴트(410)는 캔(300) 내부의 압력 상승시 변형되거나 파열되어 상기 전류차단수단(420)을 파손시키는 역할을 한다. 또한, 상기 안전 밴트(410)의 상부에는 상기 안전 밴트(410)의 변형시 파손되어 전류가 차단되는 전류차단수단(420)이 더 위치되어 있고, 상기 전류차단수단(420)의 상부에는 과전류시 전류가 차단되는 이차보호소자(480)가 위치되어 있다. 더불어, 상기 이차보호소자(480)의 상부에는 외부에 양극 전압 또는 음극 전압을 제공하는 도전성 캡업(490)이 더 위치되어 있다. The
상기 센터핀(360)은 상기 전극조립체(200)의 중앙 부분에 삽입되며, 대략 다음의 두가지 이유에서 삽입된다고 볼 수 있다. 첫째는, 리튬 이온전지는 충방전을 반복함에 따라 전극조립체(200)가 팽창하게 되는데 캔(300)에 의해 막혀 있는 외측으로는 팽창할 수 없으므로 전극조립체(200)의 중앙부로 팽창하여 극판을 변형시키고, 이에 따라 전지의 주기 수명이 감소할 뿐만 아니라 쇼트가 발생할 위험이 있다. 센터핀(360)은 이러한 극판의 변형을 방지하는 기능을 한다. 둘째는, 과충전 등에 의해 전지 내부가 고온 상태가 되면 내부에 가스가 다량 발생하게 되는데, 이러한 가스의 방출 통로의 기능을 한다. 센터핀(360)은 제조 비용 및 가스 배출의 효율성 측면에서 통상 금속재의 얇은 판자을 둥글게 말아서 형성되어 그 단부에 슬릿(slit)이 존재하는 형상을 하고 있다. 또는, 본 발명에서처럼 슬릿이 존재하지 않도록 처음부터 이음부가 없는 일체형의 원통형으로 제조하는 경우도 있다. The
센터핀은, 도 3a 내지 도 4b를 참조하면, 폐색 부재(280, 380)에 의해 상단 및 하단이 폐색되고, 상기 센터핀(260, 360)의 내부에는 소화제(290, 390)가 삽입되어 있다. 상기 센터핀(260, 360)은 상, 하 방향으로 관통되어 있는 소정 길이의 몸체(270, 370) 및 상기 몸체(270, 370)의 상단 및 하단을 폐색하며 특정 온도에서 용융되거나 파열되는 폐색 부재(280, 380)를 포함하여 이루어진다. 상기 몸체(270, 370)는 전극조립체(200)의 변형을 방지할 수 있을 정도의 충분한 강도가 요구되므로, 스틸(steel), 스테인레스 스틸(stainless steel) 또는 구리(Cu) 등으로 형성되는 것이 좋다. 또한 상기 센터핀(260, 360)의 상단과 하단에는 테퍼(taper, 275)가 형성될 수 있다. 외부 충격에 의해 센터핀(260, 360)이 변형될 경우에 센터핀의 중 앙부보다 상단과 하단이 상대적으로 쉽게 변형될 수 있으므로, 그 변형이 최소화되도록 상단과 하단에 각각 중앙부보다 직경이 작아지는 테퍼(275)가 형성될 수 있다.3A to 4B, the upper and lower ends of the center pin are blocked by the blocking
상기 폐색 부재(280)는, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 몸체(270)의 상단 및 하단을 포함하여 전체를 봉투 형태로 감싸는 필름으로 형성될 수 있다. 이러한 폐색 부재(280)는 소정의 온도에서 용융되거나 파열되는 재질이어야 한다. 본 발명에서는 고분자 수지, 특히 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하였다. 폴리에틸렌(PE)은 밀도가 작고, 분자배열이 충분하지 않아 연성이 좋으며 가공하기 쉽다. 또한, CH2만으로 구성되기 때문에 전기절연성이 우수하며, 구조식에서 나타나듯 탄소(C) 사슬을 중심으로 대칭성이어서 고주파 절연재료로도 우수하다. 녹는점은 종류에 따라 조금씩 차이가 있으나, 대략 107~112℃이다.3A and 3B, the blocking
상기 폐색 부재(280)는 전지의 내부 온도가 대략 80~200℃가 되면 용융되거나 파열됨으로써, 상기 센터핀(260)을 이루는 몸체(270)의 상단 및 하단이 개방된다. 즉, 상기 몸체(270)의 상단과 하단이 관통된 형태가 된다. 이렇게 되면, 상기 몸체(270) 내부에 삽입되어 있던 소화제(290)가 센터핀(260) 외부로 흘러 나와 전지의 발화를 방지하게 된다. 이와 같이 하여, 본 발명에 의한 센터핀(260)은 과충전 초기에는 상단과 하단이 폐색됨으로써 보이드 볼륨을 대폭 줄이고, 이로 인해 안전밴트(410)가 신속히 동작하도록 한다. 그러나 전지의 내부 온도가 고온에 이르면 전지가 폭발 및 발화 위험에 그대로 노출되기 때문에, 이 때에는 상기 폐색된 센터핀(260)은 의미가 없으며 오히려 굴뚝으로서 작용하는 것이 더 좋다. 즉, 전해액에 포함된 사이클로헥실벤젠(CHB), 바이페닐(BP) 등이 분해되어 형성된 가스가 상기 센터핀(260)의 몸체(270)를 따라서 상기 안전밴트(410)로 집중되도록 함이 전지의 안전성 측면에서 더 좋다.The blocking
또한, 상기 몸체(270)의 내측에는 소정 전압 이상에서 분해되어 가스를 발생시키는 가스화물질이 더 삽입될 수 있다. 이러한 가스화물질은 통상 전지가 과충전 상태일 경우, 즉 전지 전압이 4~4.5V 이상일 경우 분해되어 가스화한다. 상기 가스화물질로는 전해액에 첨가된 것과 같은 사이클로헥실벤젠(CHB), 바이페닐(BP) 등이 이용될 수 있으나, 여기서 재질을 한정하는 것은 아니다. 전해액에 포함된 사이클로헥실벤젠(CHB), 바이페닐(BP) 등은 전지 수명을 감소시키는 역기능이 있으나, 상기 센터핀(260)의 몸체(270) 내측에 삽입된 가스화물질은 평상시 전해액과 반응하지 않아, 어떠한 재질을 사용해도 좋다. 즉 어차피 안전밴트(410)가 변형되면 전지 전체로도 더 이상 사용할 수 없기 때문에, 상기 가스화물질은 되도록 많은 가스를 발생시키는 재료이면 모두 사용할 수 있다.In addition, a gasification material that decomposes at a predetermined voltage or higher to generate a gas may be further inserted into the
상기 소화제(290)는 탄산수소나트륨(NaHCO3), 제일인산암모늄(NH4H2PO4), 수산화나트륨(NaOH) 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 탄산수소나트륨은 무색의 결정성 분말로, 가열하면 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)을 발생하고, 탄산나트륨 무수물(Na2CO3)로 변한다. 녹는점은 약 300℃이다. 제일인산암모늄은 열분해할 때의 흡열작용으로 연소물을 냉각시키고, 조해성(潮解性)인 인산계 화합물이 발생되어 가연물을 덮는 작용을 한다. 녹는점은 약 200℃이다. 수산화나트륨은 열분해 하여 이산화탄소와 물을 만들기 때문에 산소를 차단시킨다. 이것은 가루로 사용하므로 분말소화제로 사용된다. 녹는점은 약 320℃이다.The extinguishing
폐색 부재(380)는, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 몸체(370)의 상단 및 하단을 막는 뚜껑의 형태로 형성될 수 있다. 즉, 뚜껑 형태로 폐색 부재(380)를 형성한 후, 이를 몸체(370)의 상단과 하단에 각각 결합시킨 것이다. 마찬가지로, 상기 몸체(370)의 내측에는 상술한 바와 같이 소화제(390)가 삽입되어 있으며, 이에 더하여 가스화물질이 삽입될 수도 있다. 따라서, 이 경우에도 내부 온도가 80℃ 이상에 도달하면, 뚜껑 형태의 폐색 부재(380)가 용융되거나 파열됨으로써, 소화제(390)와 가스화물질의 분해로 인한 가스가 전해액 및 전극조립체(200) 쪽으로 전달된다. 그 결과, 안전밴트(410)가 신속하게 동작하여 과충전 상태를 정지시키고, 발화 현상도 억제된다.4A and 4B, the blocking
다음은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 작용에 대해서 설명한다.Next will be described the operation of the cylindrical lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 3b 및 도 4b를 참조하면, 과충전에 의해 전지의 내부 온도가 대략 80~120℃가 되면, 폐색 부재(280, 380)가 용융되거나 파열됨으로써, 소화제(290, 390)가 센터핀(260, 360)의 외측으로 전달된다. 따라서 센터핀(260, 360)의 내부가 빈 상태로 되므로 전지 내부의 가스가 신속히 센터핀(260, 360)의 내부를 통해 전극조립체 방향으로 전달되어 안전밴트를 더욱 빠르게 변형시키거나 또는 파열시킴으로써, 전류차단수단(CID)를 파괴하게 되어 전류를 차단하고 내부 온도 상승도 방지된다. 또한, 센터핀(260, 360) 외부로 누출된 소화제(290, 390)로 인해 발화의 가능성이 현저히 낮아지게 된다. 즉, 상기 폐색 부재(280, 380)가 열리기 전까지는 상기 소화제(290, 390)가 고체로 존재하여 부피 변화가 없고, 상기 폐색 부재(280, 380)가 열린 후에는 상기 소화제(290, 390)가 전지 내로 스며들어 발화를 억제하게 된다.3B and 4B, when the internal temperature of the battery becomes approximately 80 to 120 ° C. due to overcharging, the blocking
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.As described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and any person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Various modifications are possible, of course, and such changes are within the scope of the claims.
본 발명에 따른 원통형 리튬 이차전지에 의하면, 내부에 소화제가 삽입된 센터핀의 상단 및 하단을 폐색 부재로 폐색함으로써 과충전 초기에는 전지 내부의 보이드 볼륨을 줄여 안전밴트 및 전류차단수단(CID)이 신속하게 동작하도록 하고, 전지 내부의 온도가 고온이 되면 소화제가 센터핀 외부로 누출되고 센터핀을 가스방출통로로 이용함으로써 전지의 폭발 및 발화를 방지하여, 이차전지의 안전성을 향상시키는 효과가 있다.According to the cylindrical lithium secondary battery according to the present invention, by closing the top and bottom of the center pin with the extinguishing agent is inserted into the block member by reducing the void volume inside the battery at the initial stage of overcharge, safety vent and current blocking means (CID) is fast When the temperature inside the battery becomes high, the extinguishing agent leaks out of the center pin and the center pin is used as a gas discharge passage to prevent explosion and ignition of the battery, thereby improving the safety of the secondary battery.
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