KR100838963B1 - 비가역적인 열센서를 구비하는 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열센서를 구비한 전지에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 비가역적으로 2 단계 이상, 필요에 따라서는 3단계 이상의 온도변화를 표시할 수 있는 열센서를 구비한 전지에 대한 것이다.

열센서, 온도변화, 비가역, 안정, 전지

Description

비가역적인 열센서를 구비하는 전지{CELL HAVING IRREVERSIBLE HEAT SENSOR}

도 1은 전지의 몸체부 중앙에 열센서(7)가 부착된 전지의 일례 및 상기 열센서의 색이 변하는 모습을 보여주는 도면이다.

도 2는 보호회로부의 상부에 열센서(7)가 부착된 전지의 일례를 보여주는 도면이다.

도 3a는 전지 케이스의 내부에 열센서(7)를 배치하는 모습을 보여주는 것이며, 도 3b는 상기 도 3a의 구조체에 외부 케이스(4b)가 결착된 것을 보여주는 것으로서, 홀(4bb)을 통하여 열센서의 변색 여부를 관찰할 수 있다.

도 4a는 전지의 보호회로부 상부에 열센서와 침수라벨을 함께 배치한 전지의 일례를 보여주는 도면이다.

도 4b는, 침수라벨은 보호회로부 형성용 플라스틱 성형체 내부에 배치되어 있고, 열센서는 상기 보호회로부 상부에 부착되어 있는 전지의 일례를 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 전지 2: 전지셀

3: 보호회로부 4: 외장케이스

4a: 바디 케이스 4b: 커버 케이스

4bb: 홀 5: 투명한 재질

7: 열센서

본 발명은 열센서(heat sensor)를 구비한 전지에 대한 것으로서, 보다 상세하게는, 비가역적이면서도 2 단계 이상, 보다 바람직하게는 3단계 이상의 온도변화를 표시할 수 있는 열센서를 구비한 전지에 대한 것이다. 본 발명에 의한 상기 열센서는 온도에 따라 2 단계 이상으로 표시가 변하지만 온도가 원래대로 회복되더라도 상기 변화된 표시가 본래대로 회복되지 않아 상기 열센서가 구비된 전지의 열충격에 대한 이력(heat-impact history)을 용이하게 확인할 수 있다.

다양한 전자제품에서 다양한 종류의 전지가 널리 사용되고 있는 요즈음은 전지에 대한 지식이 없는 일반 소비자도 전지의 위험도를 알 필요가 있다. 특히, 한번이라도 안전성에 영향을 받은 전지를 계속 사용할 경우 그 사용 빈도에 따라 위험성이 증가하기 때문에, 안전도 또는 위험도 등과 관련하여, 현재 사용중인 전지가 한번이라도 안전성에 영향을 받은 적이 있는지에 대한 이력을 알 필요가 있다.

전지에 있어서의 위험요소로는 전지의 과충전, 과방전, 과열 등이 있는데, 이 중에서 전지의 과열은 전지 자체의 안전성, 그 중에서도 전지의 폭발이나 발화와 직접적으로 관련이 있다.

전지 중에서, 이차전지 특히, 리튬이온 전지는 열안정을 확보하는 것이 매우 중요하다. 이차전지의 온도가 높아져서 전지가 열충격(heat-impact)을 받게 되면, 전지를 구성하는 전해액 또는 전극 등에 좋지 않은 영향을 미치게 되고 그 결과 전지의 성능에 장애를 유발할 수 있으며, 경우에 따라서는 전지를 보호하기 위한 장치인 보호회로 등에도 작동불량이나 오작동을 유발할 수 있다. 따라서, 설령 전지를 사용하는 것이 가능하다고 하더라도 상기와 같은 열충격을 받은 전지는 안전성에 있어서 심각한 문제를 가지고 있다고 할 수 있다. 또한 상기와 같은 전지는 폭발이나 발화에 대한 위험성이 더 크다고 할 수 있다.

따라서, 현재 전지가 사용 가능하다고 하더라도 그 전지가 과거에 열에 의한 충격, 즉, "열충격(heat impact)"을 받은 적이 있는지 확인하는 것은 전지의 성능확인 및 안전성 측면에서 중요하다. 또한 전지의 열충격 이력은 전지의 수명과도 밀접한 관계가 있다.

전지의 온도변화를 확인하기 위한 방법으로 종래 하기의 방법들이 알려져 있다.

예를 들어, 일본공개특허공보 1995-014562호에서는 전지 내부의 온도를 표시할 수 있는 수단을 구비한 배터리 팩에 대하여 기재하고 있다.

또한, 일본공개특허공보 1995-320709호에서는 전지의 사용온도를 표시할 수 있는 온도 표시 수단을 구비한 전지에 대하여 기재하고 있는데, 여기서는 전지의 사용온도를 알려줌으로써 사용자의 주의를 도모할 수 있다. 예를 들어, 상온에서는 "최적상태"라고 표시되고 저온에서는 "전지 수명을 단축시킴"이라고 표시되어 전지 사용자의 주의를 도모하고 있다.

그러나, 상기 종래기술에 기재된 상기 온도표시 수단들은 가역적 표시수단으로서 온도가 다시 원래대로 돌아오면 상기 온도표시 수단의 표시도 원래대로 돌아오기 때문에 이것에 의하여 전지의 열충격 이력을 확인하는 것은 불가능하다.

한편, 한국공개특허공보 2000-06684에는 비가역 온도 감식물을 부착한 전지가 기재되어 있다. 그러나, 상기 전지에서는 특정의 하나의 온도에서만 색이 변하는 온도 감식물을 사용하고 있기 때문에 온도에 따른 열충격 이력을 확인하는 것은 불가능하다.

이와 같이, 종래에는 다양한 온도에서 열충격 이력을 확인하는 것이 용이하지 않았다.

이에 본 발명자들은, 전지의 안전도 또는 위험도에 대한 척도의 하나인 전지의 열충격 이력을 용이하게 확인할 수 있는 방법에 대하여 연구하였다. 그 결과, 전지에 비가역적인 열센서, 특히 2단계 이상의 온도변화를 표시할 수 있는 비가역적인 열센서를 구비함으로써 전지의 열충격 이력을 용이하게 확인할 수 있음을 알고 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은, 전지의 열충격 이력을 용이하게 파악할 수 있는 전지를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 비가역적인 열센서를 포함하는 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 2단계 이상의 온도변화를 표시할 수 있는 비가역적인 열센서가 구비된 전지를 제공한다.

본 발명에 의한 상기 열센서는 온도가 변하면 그 표시가 변한 후, 온도가 원래대로 돌아와도 상기 변화된 표시가 다시 회복되지 않는 비가역적인 열센서이며, 또한 2단계 이상의 표시변화를 갖는다. 즉, 서로 다른 2개 이상의 온도에서 그 표시가 변한다. 그 결과, 상기 열센서를 사용할 경우, 2 단계 이상의 열충격 이력을 확인할 수 있다. 경우에 따라서는 서로 다른 3개 이상의 서로 다른 온도에서 표시가 변하는 열센서를 사용함으로써, 3 단계 이상의 열충격 이력을 확인할 수도 있다.

본 발명에 의한 상기 열센서는 충방전을 되풀이하는 이차전지에 유용하게 적용될 수 있으며, 특히 리튬이온 이차전지에 유용하게 적용될 수 있다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에서 열센서란 열 또는 온도 변화를 감식 및 표시할 수 있는 물질을 말한다. 이러한 열센서의 일례로 온도변화의 표시를 위하여 온도에 따라 색이 변하는 물질을 이용하여 제조된 열센서를 사용할 수 있다. 즉 온도에 따른 표시의 변화가 온도에 따른 색의 변화로 나타나는 열센서를 사용할 수 있다. 열센서의 다른 예로, Thermo couple(열전대)라는 것도 있다. 바람직하게는, 온도에 따라 색이 변하는 물질을 이용하여 제조된 열센서가 전지에 적용하기 용이하다.

본 발명에 의한 열센서는 온도변화의 표시가 비가역적이다. 즉, 상기 열센서 는 특정의 온도에서 그 표시가 변하며, 상기 표시가 변한 후에는 온도가 원래대도 회복되더라도 변화된 표시가 원래대로 회복되지 않는다. 또한, 상기 열센서는 2단계 이상의 표시 변화를 갖는다. 즉, 상기 열센서는 2단계 이상의 온도변화를 표시할 수 있는데, 2개 이상의 서로 다른 온도에서 표시가 변하며 상기 변화된 표시는 변하기 전의 표시와 구별되고, 온도가 다시 회복되더라도 변화된 표시가 다시 변하기 전의 표시로 회복되지 않는다. 본 발명에서는 이러한 열센서를 "2단계 이상의 온도변화를 표시할 수 있는 비가역적인 열센서"라고 한다. 보다 바람직하게는, 상기 열센서로서 3단계 이상의 온도변화를 표시할 수 있는 비가역적인 열센서를 사용함으로써 전지의 열충격 이력을 보다 상세하게 확인할 수 있다.

이러한 열센서로의 예로는 감열지(Thermal paper), 감열 크레용(Temperature Sensible Crayon) 또는 감열 메니큐어(Temperature sensible manicure) 등이 있으며 그 종류는 이것에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일례에 따르면, 특정한 온도에서 색이 변하는 시온 도료, 예를 들어, 시온 잉크, 그 중에서도 비가역 시온잉크를 사용하여 제조된 열센서를 사용할 수 있다. 예를 들어, 시온도료를 기재(substrate)에 도포하여 이루어진 열센서를 사용할 수 있다.

시온도료(示溫塗料)란 일정한 온도에서 색이 변하는 화합물을 이용하여 제조된 도료로서, 온도변화를 알 수 있게 한 도료이다. 이러한 시온도료는 측온도료(測溫塗料) 또는 서모컬러(thermocolor)라고도 한다. 시온도료의 종류에는 가열에 의하여 변색되었다가 냉각에 의하여 원색으로 되돌아오는 가역성(可逆性) 시온도료 와, 가열에 의하여 변색되었다가 냉각되어도 색깔이 되돌아오지 않는 비가역성(非可逆性) 시온도료가 있다. 본 발명에서는 비가역성 시온도료를 사용한다. 따라서, 본 발명의 일례에 따르면 온도에 따라 색이 변하되 한번 변한 색은 다시 본래의 색으로 돌아오지 않는 비가역 시온도료를 기재(substrate)에 도포하여 형성된 비가역적인 열센서를 사용할 수 있다.

시온도료의 변색온도 범위는 필요에 따라 조절이 가능한데, 본 발명에서는 약 35∼150℃의 온도 범위에서 변색되는 시온도료를 사용할 수 있다. 시온도료의 색이 변하는 온도를 변색점이라고도 하는데, 일반적으로 하나의 시온도료는 하나의 변색점을 가지고 있는 것이 보통이지만, 본 발명에서는 상기 시온도료가 두 개 이상의 변색점을 가지도록 하여, 이를 이용하여 열센서를 제조할 경우 전지의 열충격 이력을 확인할 수 있도록 하였다.

시온도료의 변색은 화합물의 광학적 변화에 의하여 일어날 수 있는데, 예컨대, 결정구조 변화, pH 변화, 시온도료 성분의 열분해, 전자 수용체-공여체의 전자수 변화 등에 의하여 일어날 수 있다.

따라서, 시온도료의 일례로 만약 하나의 시온도료가 두 개 이상의 서로 다른 온도에서 결정구조가 각각 다르게 변한다면 시온도료의 색은 2번 이상 변할 수 있을 것이다.

시온도료의 다른 예로서, 상기 시온도료의 성분 중에 열분해 온도가 각각 서로 다른 두 개 이상의 성분들이 혼합되어 있다면, 두 개 이상의 서로 다른 온도에서 열분해가 일어나고 그 결과 2개 이상의 서로 다른 온도에서 변색이 일어날 수 있을 것이다.

전자 수용체-공여체의 전자수 변화 또는 결정구조 변화가 2 개 이상의 다른 온도에서 각각 다르게 일어난다면, 역시 2개 이상의 서로 다른 온도에서 변색이 일어날 수 있을 것이다.

예를 들어, 시온도료가 2개의 서로 다른 온도에서 변색이 일어난다면, 그 시온도료는 2개의 변색점을 가지며, 그에 따라 시온도료는, 변색전의 색, 1차 변색에 의한 색 및 2차 변색에 의한 색을 가져 전체 3가지 색을 가질 수 있을 것이다. 따라서 이러한 시온도료를 이용할 경우, 비가역적으로 2단계의 표시변화를 갖는 열센서를 제조할 수 있다.

아울러, 온도에 따라 색농도가 달라지는 시온도료를 사용할 수도 있다. 예를 들어 온도가 높아질수록 색이 진해지거나 연해지는 시온도료를 사용하여 열센서를 제조할 경우, 상기 색농도를 비교함으로써 전지의 열충격 이력을 알 수 있다. 색농도를 비교하기 위해서는 색농도별 온도를 나타내주는 대조 샘플(Reference Sample)을 구비함으로써 쉽게 색농도와 열센서의 온도변화 이력을 알 수 있고 그 결과 전지의 열충격 이력을 알 수 있을 것이다.

시온도료를 이용하여 열센서를 제조하는 방법으로는, 시온도료를 열센서용 기재에 도포하는 방법이 있다. 상기 도포의 방법에는 제한이 없다. 코팅 또는 인쇄 등 다양한 방법을 적용할 수 있다.

열센서용 기재로는 상기 시온도료를 부착할 수 있는 재질이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 종이, 직물, 플라스틱, 유리, 금속 등을 사용할 수 있을 것이다.

상기 비가역 열센서는 서로 다른 시온도료를 두 개 이상 병렬로 배치하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 두 개 이상의 변색점을 갖는 시온도료를 제조하기 위기 위한 방법으로서, 하나의 변색점을 갖는 시온도료를 두 개 이상 병렬로 사용하는 방법이 있다. 하나의 변색점을 갖는 시온도료를 두 개 이상 병렬로 사용하는 방법으로는, 열센서 기재, 예를 들어 종이나 플라스틱 기재에 구역을 나누어 상기 두 개 이상의 시온도료를 별도로 도포하여 하나의 열센서를 제조하는 방법이 있다.

한편, 상기 하나의 변색점을 갖는 시온도료를 두 개 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.

두 개 이상의 시온도료를 혼합하여 사용하는 경우, 두 개의 시온도료가 혼합과정에서 화학반응을 일으키지 않는다면 혼합사용에 제한이 없다. 다만 시온도료의 변색은 결정구조 변화, pH 변화, 시온도료 성분의 열분해, 전자 수용체-공여체의 전자수 또는 결정구조 변화 등에 의하여 일어나는데, 두 개 이상의 시온도료를 혼합 사용할 경우 상호간에 변색에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 혼합전의 각각의 시온도료의 변색온도와 혼합후의 시온도료의 변색온도는 달라질 수 있다. 따라서, 두 개 이상의 시온도료를 혼합하는 경우 별도로 변색점을 확인하는 작업이 필요하다.

한편, 두 가지 이상의 시온안료를 조합하여 또 다른 종류의 색상을 얻을 수도 있다. 또한, 시온안료와 일반 안료를 조합하여 또 다른 종류의 색깔을 얻을 수도 있다.

예를 들어, 일반 안료와 시온안료를 혼합했을 때 온도가 안 올라갔을 때에는 혼합된 색깔로 보이다가 온도가 올라가면 시온안료의 색은 없어지고 일반안료의 색 만 나타나게 하는 결과를 가져올 수도 있다.

다른 예로서, 온도 차이가 있는 3가지 시온안료를 조합하여 또 다른 결과를 가져오게 할 수 있다. 예를 들어, 변색점이 40℃인 시온안료, 70℃인 시온안료 및 100℃인 시온안료를 조합하여 약 60℃에서 색이 변했다가, 80℃에서 다른 색으로 변하고, 다시 온도가 100℃ 이상으로 상승했을 때 또 다른 색으로 변하게 만들 수 있을 것이다.

그 외에도, 필요에 따라 다양한 색상을 가지며 또한 다양한 온도에서 변색될 수 있는 시안안료의 혼합물을 만들 수 있다.

일반적으로 시온안료의 수명은 2년 정도이다. 따라서 2년 후에는 열센서를 교체하도록 할 수도 있다.

이러한 시온안료는 상업적으로 시판되는 것을 사용할 수 있다. 또한 상업적으로 시판되는 것을 혼합하여 사용할 수도 있다.

한편, 색의 농도가 온도에 따라 변하는 시안안료도 역시 상업적으로 시판되는 제품을 구입하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 36℃ 정도에서 제일 진한 색으로 변하고 온도 변화가 생길 때 밝은 색으로 변하다가 60℃에서 제일 밝은 색으로 변하는 제품 등이 있다.

참고로, 온도를 감식할 수 있는 물질의 다른 예로서 퓨즈(thermal fuse)가 있다. 상기 퓨즈는 퓨즈의 작동온도 이하의 온도에서 영향을 받았을 경우에는 아무런 표시가 나타나지 않는다. 그 결과, 퓨즈의 작동온도 이하의 온도에서 일어난 열충격이라고 하더라도 전지의 안전성에 영향을 줄 수 있음에도 불구하고 퓨즈에는 그러한 열충격에 대하여 아무런 표시가 나타나지 않기 때문에, 전지에 문제(damage)가 발생했을지도 모르는 상태에서 전지를 재사용 할 가능성이 있다.

이에 반해, 본 발명에서는 비가역인 온도 감식물로서 온도에 따라 2단계 이상, 경우에 따라서는 3단계 이상으로 표시가 변하는 열센서를 전지에 배치하여, 상기 열센서의 변화를 관찰함으로써 소비자가 전지의 열충격 여부 등을 직접 확인할 수 있도록 하여, 전지와 관련된 안전 사고 등을 미연에 방지 할 수 있다.

본 발명에 의한 열센서는 비가역적으로 2단계 이상의 온도변화를 표시할 수 있기 때문에 2 단계 이상의 열충격 이력을 확인할 수 있다. 예를 들어, 전지의 사용에 문제가 없는 온도 이하에서만 열충격을 받았는지 또는 전지의 수명이나 안전성에 영향을 줄 수 있는 높은 온도에서 열충격을 받았는지 등을 용이하게 판단할 수 있다.

열센서의 온도변화 표시방법 및 상기 열센서의 표시가 변화되는 온도는 필요에 따라 당업자가 임의로 조정할 수 있다. 예를 들어, 온도에 따라 색이 변하는 열센서의 경우, 전지의 최고 사용 온도, 전지의 한계 허용온도 또는 전지의 폭발 및 발화 유발 온도에서 변색되도록 상기 열센서의 변색 온도를 조정할 수 있다. 상기 온도는 고객에 따라 또는 제조업자에 따라 기준값이 다르다. 통상적으로 사용되는 이차전지의 경우, 전지의 최고 사용온도는 60℃이며, 전지의 폭발이나 발화의 한계 허용온도는 120~150℃로 정하는 것이 일반적이다. 이러한 열센서는 당업자가 제조하여 사용할 수도 있고 시판되는 것을 구입하여 사용할 수도 있다.

예를 들어, 일반적인 리튬 이차전지의 최고 사용허용 온도는 약 60℃ 정도이 다. 따라서, 이차전지는 60℃ 이하의 온도에서 사용되는 것이 바람직하다.

또한 전지의 온도가 60℃를 넘어 80℃ 이상이 되면 전지의 안전도에 문제가 생길 수 있다. 즉, 80℃ 이상의 고온에서는 전지가 부풀거나, 전지 내부의 화학적 반응으로 인하여 고압의 가스가 발생되거나, 전해질이 누액 되거나, Venting혹은 폭발의 가능성이 있다. 전지의 온도가 상승하면 가장 초기에 발생하는 현상이 전지가 부푸는 것인데, 이는 일반적으로 리튬이온 전지에 사용되는 전해질이 약 80∼90℃ 정도의 온도에서 분해하여 전지 내부의 압력을 증가시키기 때문이다.

한편, 전지의 온도가 계속하여 상승하면, 리튬이온 전지에 사용되는 분리막(예를 들어, PE; Poly Ethylene 등)이 약 120∼130℃정도의 온도에서 변형되어 내부 단락을 일으켜 전지가 발화할 수도 있다.

따라서, 전지가 80℃ 이상의 열충격을 받은 적이 있다면 설령 그 전지를 사용할 수 있다고 하더라도 그 전지는 사용하지 않는 것이 좋으며, 전지가 120℃ 이상의 열충격을 받은 적이 있다면 그 전지는 폐기하는 것이 바람직하다. 이와 같이 온도에 따른 전지의 열충력 이력을 알 수 있다면, 전지가 열에 의한 영향을 받았는지 아닌지를 구별할 수 있으며, 전지를 보다 안전하게 사용할 수 있다.

본 발명의 일례에 따르면, 전지에 따라 그 사용조건이나 수요자 또는 제조조건 등을 고려하여 전지의 최고 사용온도, 전지의 한계 허용온도 또는 전지의 폭발 및 발화 유발 온도에 따라 열센서의 표시가 변하도록 할 수 있다. 상기 온도를 고려하여, 전지의 최고 사용온도를 넘을 때 1차 변색이 이루어지도록 하고, 전지의 한계 허용온도가 넘을 때 2차 변색이 이루어지도록 하여 그 변색에 따라 전지의 취 급을 달리 할 수 있다. 필요한 경우, 전지의 폭발 및 발화위험 온도에 도달하기 전 소정의 온도에서 열센서의 표시가 변하여 3차 변색이 이루어 지도록 할 수도 있다.

본 발명의 일례에 따르면 열센서로서, 예를 들어, 전지의 일반적인 사용 허용 온도인 60℃를 기준으로 55~65℃ 정도의 온도에서 1차로 표시가 변하며, 전지의 안전허용 온도보다 낮은 80℃를 기준으로 75~85℃의 온도에서 2차로 표시가 변하는 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 일례에 따르면 열센서로서, 60℃를 기준으로 55~65℃ 정도의 온도에서 1차로 표시가 변하며, 80℃를 기준으로 75~85℃의 온도에서 2차로 표시가 변하며, 전지의 폭발 및 발화유발 이전의 온도인 100℃를 기준으로 95~105℃의 온도에서 3차로 표시가 변하는 열센서를 사용할 수도 있다. 상기 열센서의 색은 열센서의 종류에 따라 달라진다.

하기 본 발명의 실시예에서는 60℃이하에서는 흰색, 60~80℃에서 파랑색, 80~100℃에서는 검정색 및 100℃이상의 온도에서는 빨강색을 나타내는 열센서를 사용한다.

상기의 경우, 전지의 열센서에 1차 변색이 일어났다면 상기 전지는 현재 사용이 가능하기는 하지만 전지 내부에 문제가 발생할 여지가 있다는 것을 예측할 수 있다. 또한 전지의 열센서에 2차 변색이 일어났다면, 그 전지는 내부구조 또는 안전성에 있어서 문제가 생길 가능성이 크기 때문에 그 전지는 사용을 중지하도록 할 수 있다. 여기에 더하여, 3단계 이상의 온도변화를 표시할 수 있는 열센서에서 3차 변색이 일어났다면 그 전지는 안전성이 매우 의심스러운 상태이므로 전지는 사용을 중지하고 폐기하도록 할 수 있다. 전지의 제조업자 등은 시판되는 전지의 Catalog 또는 전지에 부착된 주의사항 표시 등에 이러한 내용을 첨가할 수 있다.

본 발명에 의한 상기 열센서는 외부에서 관찰될 수 있도록 전지에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 열센서를 전지에 배치하는 방법은 당업자가 적의하게 선택할 수 있다. 접착제를 사용하여 전지의 외부 팩에 접착하고 투명재질로 포장하는 방법(도 1), 전지의 케이스 내부에 열센서를 배치하고 외장 케이스에 홀 등을 설치하여 상기 열센서가 외부에서 관찰되도록 하는 방법(도 3a, 3b) 등이 있다.

상기 열센서의 배치 방법은, 열센서가 외부에서 관찰될 수 있고 또한 전지의 사용 중에 분리되지만 않는다면 그 적용에 제한이 없다.

또한 본 발명에 의한 전지에서는 상기 열센서와 더불어 침수라벨을 함께 사용할 수 있다. 전지의 사용상에 문제를 일으킬 수 있는 것은 열과 물이라고 할 수 있는데, 전지에 열센서와 더불어 침수라벨을 함께 사용하면, 전지의 기능에 문제가 생겼을 경우 그 문제가 어떠한 원인에 의한 것인지 판단하는 것이 보다 용이해 질 수 있다.

예컨대, 전지의 기능에 장애가 있고 전지의 열센서에 변색이 있었다면 그 전지는 열충격을 받았다는 것을 예측할 수 있고, 침수라벨에 변화가 있었다면 그 전지는 물과의 접촉이 있었다는 것을 예측할 수 있다. 따라서 열센서와 침수라벨을 동시에 사용할 경우, 열과 물에 의하여 전지에 가해진 충격이나 손상을 동시에 파악할 수 있다. 상기 침수라벨과 열센서는 일체형으로 만들 수도 있다. 침수라벨과 열센서가 일체형으로 형성된 예로서, 플라스틱이나 종이로 된 기재(substrate)의 일부에는 열센서용 시온도료를 도포하고 상기 기재의 나머지 부분에는 침수라벨을 부착하여 하나의 기재에 침수라벨과 열센서가 모두 배치되도록 한 후 이것을 전지에 부착할 수도 있다.

이러한 침수라벨의 일례로서, 물 또는 다량의 습기에 의하여 변색되거나 색이 번지는 특성을 갖는 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 물에 대한 용해성이 있는 잉크를 기재에 도포하여 이를 침수라벨로 사용할 경우, 이것은 물과의 접촉에 의하여 색이 번지는 침수라벨이 될 것이다. 한편, 물이나 다량의 습기와의 접촉에 의하여 변색되는 잉크를 기재에 도포하여 침수라벨로 사용할 경우, 이것은 물과의 접촉에 의하여 변색되는 침수라벨이 될 것이다. 상기 변색의 종류에는 잉크의 색이 다른 색으로 변하는 것도 가능하며, 잉크의 색이 없어지는 것도 가능하다.

이러한 침수라벨은 상업적으로 이용 가능한 것을 구입하여 사용할 수 있다. 현재 다양한 종류의 색을 가진 잉크를 다양한 종류의 기재에 도포하여 제조된 침수라벨이 널리 시판되고 있다.

상기 침수라벨 역시 그 변형 또는 변색을 외부에서 관찰할 수 있도록 일부가 노출되도록 한다. 상기 침수라벨을 전지에 배치하는 방법 역시 당업자가 적의하게 선택할 수 있다. 접착제를 사용하여 전지의 외부 팩에 접착하는 방법, 전지의 케이스 내부에 침수라벨을 배치하고 외장 케이스에 홀 등을 설치하여 상기 침수라벨이 외부에서 관찰되도록 하는 방법 등이 있다. 또한 플라스틱 성형체 형성시 침수라벨을 플라스틱 성형체와 일체로 성형하여 플라스틱 성형체 내부에 침수라벨이 배치되도록 할 수도 있다.

예컨대, 플라스틱 성형체를 성형하기 전의 전지 제조용 부품, 예를 들면 전지셀, 보호회로부 등에 침수라벨을 배치한 후 플라스틱 성형을 실시하는 방법을 적용할 수 있다. 또한, 케이스 성형용 금형 내부에 침수라벨을 배치하고 상기 침수라벨의 일부가 외부로 노출될 수 있도록 금형 구조를 조정하여 성형을 실시함으로써 침수라벨을 케이스로 사용되는 플라스틱 성형체 내부에 배치할 수 있다.

침수라벨의 배치 방법은, 침수라벨이 외부에서 관찰될 수 있고 또한 전지의 사용 중에 분리되지만 않는다면 그 적용에 제한이 없다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하고자 하는 것이지 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

<실시예>

본 발명의 실시예에서는, 열센서로서 0~60℃의 온도에서는 흰색, 60~ 80℃의 온도에서는 파란색, 80~100℃의 온도에서는 검정색 및 100℃ 이상의 온도에서는 붉은색을 띠는 열센서를 사용한다. 즉, 상기 열센서는 약 60℃ 정도의 온도에서 1차 변색이 일어나고, 약 80℃ 정도의 온도에서 2차 변색이 일어나며, 약 100℃ 정도의 온도에서 3차 변색이 일어난다.

이 경우, 0~60℃의 온도(전지의 안전 사용온도 범위)에서는 열센서의 색이 변하지 않는다. 즉, 전지에 부착된 열센서의 색이 흰색을 유지하고 있다면 그 전지는 전지의 안정성에 문제가 될 만큼의 열충격을 받은 적이 없는 것으로 인정된다.

반면, 전지가 60~80℃의 온도로 열충격을 받았다면 상기 열센서는 파란색을 나타낼 것이며, 파란색으로 변한 후에는 전지의 온도가 상온으로 회복되더라도 원래의 색인 흰색으로 돌아오지 않을 것이다. 따라서, 전지의 열센서가 파란색이라면, 그 전지는 60~80℃의 온도에 해당하는 열충격을 받았다는 증거가 된다. 이 경우 전지는 현재 사용이 가능하기는 하지만 전지 내부에 문제가 발생할 여지가 있다는 것을 예측할 수 있다. 따라서 전지 제조업자라면 그에 상응하는 안내문 또는 경고문을 삽입하거나 사용 지침서에 그러한 내용을 첨가할 수 있다.

또한 전지가 80~100℃의 온도에서 열충격을 받았다면 상기 열센서는 검정색을 나타낼 것이며, 검정색으로 변한 후에는 전지의 온도가 상온으로 회복되더라도 파란색 또는 원래의 색인 흰색으로 돌아오지 않을 것이다. 따라서, 전지의 열센서가 검정색이라면, 그 전지는 80℃ 이상의 온도에 해당하는 열충격을 받았다는 증거가 된다. 이 경우, 그 전지는 내부구조 또는 안전성에 있어서 문제가 생길 가능성이 크기 때문에 그 전지는 사용을 중지하도록 할 수 있다.

한편, 상기 전지가 100℃의 온도에서 열충격을 받았다면 상기 열센서는 붉은색을 나타낼 것이며, 붉은색으로 변한 후에는 전지의 온도가 상온으로 회복되더라도 그 전단계 또는 원래의 색으로 돌아오지 않을 것이다. 상기 전지의 열센서가 붉은색이라면, 그 전지는 100℃ 이상의 온도에 해당하는 열충격을 받아 전지 자체의 안전성이 매우 의심스러운 상태라는 증거가 된다. 이 경우, 그 전지는 당장 사용을 중지하고 폐기하도록 할 수 있다. 따라서 전지 제조업자라면 그에 상응하는 안내문 또는 경고문을 삽입하거나 사용 지침서에 그러한 내용을 첨가할 수 있음은 물론 이다.

도 1에서는 전지의 몸체부 중앙에 열센서(7)를 부착한 실시예 및 상기 열센서의 색이 변하는 모습을 보여준다. 즉, 열센서를 전지 몸체부의 중앙에 부착한 후 투명한 재질(5)로 포장한 것이다.

도 2는 보호회로의 상부에 열센서(7)를 부착한 실시예를 보여준다.

도 3a는 전지 케이스의 내부에 열센서(7)를 배치한 실시예를 보여주는 것이며, 도 3b는 상기 도 3a의 구조체에 외부 케이스(4b)가 결착된 것을 보여주는 것으로서, 홀(4bb)을 통하여 열센서의 변색 여부를 관찰할 수 있다.

도 4a는 전지의 보호회로부 상부에 열센서와 침수라벨을 함께 배치한 실시예를 보여주는 도면이다.

도 4b는, 침수라벨이 보호회로부 형성용 플라스틱 성형체 내부에 배치되어 있으며 열센서가 보호회로부 상부에 부착되어 있는 실시예를 보여주는 도면이다. 도 4b에 따른 실시예에서는 보호회로부의 구성 부품들과 침수라벨을 함께 사출성형하여 보호회로부를 형성하고 이를 전지셀과 결합하여 전지를 제조하는 경우이다.

구체적으로, 먼저 보호회로가 형성된 기판에 안전소자 및 접속단자를 고정하고, 접착제를 이용하여 침수라벨을 상기 접속단자가 위치하지 않은 부분에 배치한다. 그런 다음, 상기 침수라벨이 배치된 보호회로부를 전지셀과는 별개로 금형의 성형공간 안에 위치시킨 후, 상기 접속단자의 일부분 및 침수라벨의 일부분이 외부로 노출되도록 한 상태에서 금형의 성형공간 안으로 용융수지를 주입하여 보호회로부의 사출 성형체를 제조한다.

상기 보호회로부의 사출 성형체 형성단계와 별도로 전지셀을 준비하여, 상기 보호회로부의 사출 성형체의 접속단자와 전지셀의 전극단자가 접속되도록 함으로써 전지를 완성한다. 이어 열센서를 상기 보호회로부 상부에 배치한다.

상기 도 1 내지 도 4b에 열센서를 전지에 배치할 수 있는 방법을 예시하기 위한 것으로서 상기 도면에 나타난 위치 또는 상기 실시예에서 설명한 방식 이외의 방식으로 열센서 또는 열센서와 침수라벨을 전지에 배치할 수 있다.

본 발명에 따른 전지는 비가역적이면서도 2단계 이상, 필요한 경우 3단계 이상의 온도변화를 표시할 수 있는 열센서를 구비함으로써 전지의 열충격 이력을 용이하게 확인할 수 있다. 그 결과, 전지의 사용가능성 및 안전성 등의 판단이 용이하다. 또한, 본 발명에 의한 상기 열센서는 온도에 따라 2 단계 이상으로 표시가 변하지만 온도가 원래대로 회복되더라도 상기 변화된 표시가 본래대로 회복되지 않아 상기 열센서가 구비된 전지의 열충격에 대한 이력(heat-impact history)을 용이하게 확인할 수 있다. 따라서, 전지의 안전표시로서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (18)

1. 2단계 이상의 온도변화를 표시할 수 있는 비가역적인 열센서를 구비한 전지.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 비가역적인 열센서에서 온도변화의 표시는 상기 비가역적인 열센서의 색깔 변화에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.
4. 제 1항에 있어서, 상기 비가역적인 열센서는 감열지(Thermal paper), 감열 크레용(Temperature sensible Crayon) 및 감열 매니큐어(Temperature sensible manicure)로 이루어진 군에서 선택된 것임을 특징으로 하는 전지.
5. 제 1항에 있어서, 상기 비가역적인 열센서는 55~65℃의 온도 및 75~85℃의 온도에서 표시변화를 갖는 것을 특징으로 하는 전지.
6. 제 1항에 있어서 상기 비가역적인 열센서는 3단계의 온도변화를 표시하는 것을 특징으로 하는 전지.
7. 제 6항에 있어서, 상기 비가역적인 열센서는 55~65℃의 온도, 75~85℃의 온 도 및 95~105℃의 온도에서 표시변화를 갖는 것을 특징으로 하는 전지.
8. 제 1항에 있어서, 상기 비가역적인 열센서는 온도에 따라 색이 변하되 한번 변한 색은 다시 본래의 색으로 돌아오지 않는 비가역 시온도료를 기재(substrate)에 도포하여 형성된 것임을 특징으로 하는 전지.
9. 제 8항에 있어서, 상기 시온도료의 변색은 결정구조 변화, pH 변화, 시온도료 성분의 열분해 및 전자 수용체-공여체의 전자수의 변화 중에서 선택된 어느 하나에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.
10. 제 8항에 있어서, 상기 시온도료가 2개의 서로 다른 온도에서 변색이 일어나는 것을 특징으로 하는 전지.
11. 제 8항에 있어서, 상기 시온도료는 온도에 따라 색농도가 달라지는 것을 특징으로 하는 전지.
12. 제 8항에 있어서, 상기 비가역 열센서는 서로 다른 시온도료를 두 개 이상 병렬로 배치하여 형성된 것임을 특징으로 하는 전지.
13. 제 8항에 있어서, 상기 시온도료는 하나의 변색점을 갖는 시온도료를 두 개 이상 혼합하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 전지.
14. 제 1항에 있어서, 비가역 열센서에 더하여 침수라벨을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지.
15. 제 14항에 있어서, 상기 침수라벨은 전지를 구성하는 플라스틱 성형체 내부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지.
16. 제 14항에 있어서, 비가역 열센서와 침수라벨은 일체로 형성된 것입을 특징으로 하는 전지.
17. 제 1항 및 제 3항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전지는 이차전지임을 특징으로 하는 전지.
18. 제 17항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬이온 이차전지임을 특징으로 하는 전지.

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