KR100889770B1 - Ｐｔc 소자 및, 그것을 구비한 리튬 이온 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, PTC 재료부와; 상기 PTC 재료부의 양측 표면에 각각 라미네이션된 금속 라미네이션과; 상기 금속 라미네이션에 대하여 각각 납땜 용접된 금속 탭과; 상기 금속 라미네이션과 상기 금속 탭 사이의 땜납 용접이 외부로 유출될 수 없도록, 상기 PTC 재료부와 상기 금속 라미네이션의 측면을 감싸면서 코팅되는 열경화성 수지부;를 구비하는 PTC 소자가 제공된다.

Description

ＰＴC 소자 및, 그것을 구비한 리튬 이온 이차 전지{PTC Device and Lithium Secondary Battery with the Same}

도 1 은 통상적인 PTC 소자를 구비한 리튬 이온 2 차 전지의 개략적인 분해 사시도.

도 2 에 도시된 PTC 소자의 확대 사시도.

도 3 은 본 발명에 따른 PTC 소자의 확대 사시도.

도 4 는 본 발명에 따른 PTC 소자가 파우치형 이차 전지에 설치된 것을 도시한 사시도.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

11. 캡 플레이트 12. 절연 튜브

13. 핀 14. 절연판

15. 케이스 16. 전극 조립체

30. PTC 소자 31. PTC 재료

32.33. 금속 라미네이션 34.35. 금속 탭

본 발명은 PTC 소자 및, 그것을 구비한 2 차 전지에 관한 것이며, 보다 상세하게는 작동상 안정성과 신뢰성이 보장되는 PTC 소자 및, 그것을 구비한 2 차 전지에 관한 것이다.

통상적으로 PTC 소자(positive temperature coefficient device)는 전기 장치가 고온 또는 고전류에 노출될 경우 전류의 흐름을 차단할 수 있도록 설치된 소자이다. PTC 소자는 다양한 전기 전자 장치에 적용되어 사용될 수 있지만, 특히 전지에 적용됨으로써 전지가 고온 또는 고 전류에 노출되었을때 내압 상승에 의해 폭발되는 것을 방지하는 역할을 한다. PTC 소자는 도전성을 띄도록 고분자 물질과 카본 블랙이 혼합된 물질로 제작되는 것으로서, 고온에 노출되거나 또는 고전류가 흐름으로써 소자에서 발생하는 온도가 상승하면 도전성 고분자의 팽창이 발생하여 저항이 급격하게 상승하고, 그에 의해서 전류가 차단되는 원리를 이용한 것이다.

한편, 2 차 전지는 재충전이 가능하고 소형화 및, 대용량화가 가능한 것으로서 전자 제품등에 최근 적용예를 가지고 있다. 2 차 전지에는 다양한 유형이 존재하며, 예를 들면 니켈 수소 전지, 리튬 전지, 리튬 이온 전지등이 있다. 2 차 전지는 통상적으로 양극판과 음극판이 세퍼레이터로 절연된 전극 조립체 및, 전해질 물질이 함께 케이스내에 수용되고, 각 극판으로부터 연장된 전극 탭이 케이스 외부의 회로와 연결됨으로써 구성된다. 2 차 전지에서는 전지의 일측에 PTC 소자를 설치함으로써 전지가 고온이나 고전류에 노출되었을때 내압 상승에 의해 폭발되는 현상을 방지한다.

도 1 에는 통상적인 각형 2 차 전지의 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있 다.

도면을 참조하면, 케이스(15)는 전체적으로 모서리가 각형으로 처리된 직육면체의 공간을 한정하고 있으며, 케이스(15)의 내부에 전극 조립체(16)와 전해질 물질이 수용되어 있다. 전극 조립체(16)는 전극 활물질이 도포된 양극판과 음극판을 세퍼레이터로 상호 격리시키고, 상기 양극판, 음극판 및, 세퍼레이터를 젤리 롤(jelly roll)의 형태로 감아서 형성한 것이다. 전극 조립체(16)의 일측에는 전극 탭(17)이 형성된다.

캡 조립체는 케이스(15)의 상단을 밀폐하는 캡 플레이트(11)와, 상기 캡 플레이트(11)에 형성된 삽입공(11a)에 삽입되는 절연 튜브(12)와, 상기 절연 튜브(12)에 형성된 구멍에 삽입되고 상기 전극 조립체(16)의 탭(17)에 전기적으로 연결되는 핀(13)과, 상기 탭(17)과 캡 플레이트(11)를 전기적으로 절연시키는 절연판(14)을 구비한다. 도면 번호 18 로 표시된 것은 전해액 주입구로서, 캡 플레이트(11)가 케이스(15)에 조립된 이후에 전해액을 그것을 통해 주입하고 도시되지 아니한 플러그로 밀폐하게 된다. PTC 소자(20)는 케이스(15)의 저면에 니켈 플레이트(19)를 통해서 용접된다. 이는 케이스(15)의 내표면이 전극 조립체(16)의 외표면과 직접적으로 접촉함으로써, 케이스(15)의 외표면이 외부 회로에 대한 전기적인 단자 역할을 하기 때문이다. 즉, 케이스(15)의 저면에 PTC 소자(20)를 용접하여 그로부터 리이드를 연장하면 전지의 내압이 상승할때 전류를 차단할 수 있게 되는 것이다.

도 2 에 도시된 것은 도 1 에 도시된 PTC 소자(20)를 확대한 사시도이다.

도면을 참조하면, PTC 소자(20)는 당해 기술 분야에서 공지된 바와 같이 도전성을 띄도록 고분자 물질과 카본 블랙을 혼합하여 제작된 PTC 재료부(21)와, 상기 PTC 재료부(21)의 양측 표면에 각각 형성된 금속 라미네이션(22,23)과, 상기 금속 라미네이션(22,23)에 각각 용접된 금속 탭(24,25)을 구비한다. 위와 같은 PTC 소자는 금속 탭(24)이 도 1 에 도시된 니켈 플레이트(19)에 용접됨으로써, 또는 케이스(15)에 직접적으로 용접됨으로써 설치된다.

위에 설명된 PTC 소자는 금속 라미네이션(22,23)을 금속 탭(24,25)에 대하여 납땜 용접하기 때문에, 고온 환경에 노출되면 금속 라미네이션과 금속 탭 사이의 땜납이 용융될 가능성이 있다. 특히 고전류가 흐를 경우 발생하는 고온은 금속 라미네이션(22,23)과 금속 탭(24,25) 사이의 땜납을 용융시키게 되며, 그렇게 용융된 상태의 땜납은 PTC 재료부(21)의 측면으로 유동할 수 있다. 일단 PTC 재료부(21)의 측면으로 땜납이 유동하게 되면, 전류는 PTC 재료부(21)를 통하지 않더라도 그 측면의 땜납을 통해서 흐를 수 있게 된다. 따라서 저항 증가에 따른 전류 차단 작용이 발생할 수 없으며, PTC 소자(20)는 더 이상 기능하지 않는다는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 개선된 PTC 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 신뢰성과 안정성이 향상된 PTC 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 개선된 PTC 소자를 구비한 2 차 전지를 제공하는 것 이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, PTC 재료부와; 상기 PTC 재료부의 양측 표면에 각각 라미네이션된 금속 라미네이션과; 상기 금속 라미네이션에 대하여 각각 납땜 용접된 금속 탭과; 상기 금속 라미네이션과 상기 금속 탭 사이의 땜납 용접이 외부로 유출될 수 없도록, 상기 PTC 재료부와 상기 금속 라미네이션의 측면을 감싸면서 코팅되는 열경화성 수지부;를 구비하는 PTC 소자가 제공된다.

또한 본 발명에 따르면, 음극판, 양극판 및, 상기 음극판과 양극판을 절연시키는 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 그 안에 수용하는 케이스; PTC 재료부와, 상기 PTC 재료부의 양측 표면에 각각 라미네이션된 금속 라미네이션과, 상기 금속 라미네이션에 대하여 각각 납땜 용접된 금속 탭과, 상기 금속 라미네이션과 상기 금속 탭 사이의 땜납 용접이 외부로 유출될 수 없도록, 상기 PTC 재료부와 상기 금속 라미네이션의 측면을 감싸면서 코팅되는 열경화성 수지부를 구비하며, 상기 전극 조립체의 극판들중 어느 하나로부터 연장된 전기적인 단자에 상기 금속탭들중 하나가 연결되는 PTC 소자;를 구비하는 이차 전지가 제공된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3 에 도시된 것은 본 발명에 따른 PTC 소자에 대한 개략적인 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 PTC 소자(30)는 도 2 에 도시된 PTC 소자(20)와 전체적으로 유사하다. 즉, 도 3 의 PTC 소자(30)는 도전성을 띄도록 고분자 물질과 카본 블랙을 혼합하여 제작된 PTC 재료부(31)와, 상기 PTC 재료부(31)의 상하부 양측 표면에 각각 형성된 금속 라미네이션(32,33)과, 상기 금속 라미네이션(32,33)에 각각 용접된 금속 탭(34,35)을 구비한다. 금속 라미네이션(32,33)은 예를 들면 니켈 또는 구리의 금속 재료로 형성될 수 있다. 또한 금속 탭(34,35)도 니켈 재료인 것이 바람직스럽다. 위와 같은 PTC 소자는 금속 탭(34)이 도 1 에 도시된 니켈 플레이트(19)에 용접됨으로써, 또는 케이스(15)에 직접적으로 용접됨으로써 2 차 전지에 설치될 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, PTC 재료부(31)와 그에 라미네이션된 금속 라미네이션(32,33)의 측면을 부도체인 열경화성 수지로 코팅함으로써 열경화성 수지부(37)를 형성한다. 열경화성 수지부(37)는 PTC 재료부(31)와 금속 라미네이션(32,33)의 측면을 감싸게 된다. 다른 예에서는 금속 탭(34,35)의 측면까지도 감싸도록 열경화성 수지부(37)가 형성될 수도 있을 것이다.

열경화성 수지부(37)는 금속 라미네이션(32,33)과 금속 탭(34,35) 사이에서 발생할 수 있는 용융된 땜납이 PTC 재료부(31)의 측면으로 유동하는 것을 방지하며, 따라서 금속 라미네이션(32,33) 또는 금속 탭(34,35)의 사이에서 PTC 재료부(31)를 통하지 않고 직접적인 전류의 흐름이 발생할 수 없도록 한다. 열경화성 수지부(37)는 PTC 소자가 고온 또는 고전류의 상태에 놓일 경우에 더욱 경화되는 특성을 가지므로, 코팅 상태가 파괴되지는 않을 것이다. 또한 금속 라미네이션(32,33)과 금속 탭(34,35) 사이에서 땜납이 용융하더라도 외부로 유출될 수 없으므로, PTC 소자(30)가 기능 부전 상태에 이르는 현상이 방지될 수 있다.

도 4 에 도시된 것은 파우치형 2 차 전지에 본 발명에 따른 PTC 소자(30)가 설치되는 것을 도시한 개략적인 사시도이다.

도면을 참조하면, 파우치형 전지는 공지된 바와 같이 덮개(42)로 밀폐되는 케이스(41)의 내측에 전극 조립체(미도시)가 수용되고, 상기 전극 조립체의 전극탭(미도시)에 대하여 연결된 전극 리이드(43,45)가 케이스(41)의 외부로 연장된 구조를 가지고 있다. 상기 전극 리이드(43,44)들은 외부 회로와의 연결을 위한 전기적인 단자의 역할을 하는 것이다.

본 발명에 따른 PTC 소자(30)는 그에 구비된 금속 탭(35)이 상기 전극 리이드들, 즉 전기적인 단자들중 어느 하나에 연결되는 구성을 가진다. 즉, 도 4 에서 가상선으로 나타난 바와 같이, 리이드(45)를 도시되지 아니한 그 어떤 수단을 통해서 PTC 소자(30)의 금속 탭(35)과 연결시키는 것이다. 이와 같은 방식으로 본 발명에 따른 PTC 소자(30)는 도 1 에 도시된 각형 이차 전지뿐만 아니라, 그 어떤 이차 전지에도 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 PTC 소자는 고온 고전류 환경에서도 금속 라미네이션과 금속 탭 사이의 용융된 땜납이 외부로 유출될 수 없으므로, PTC 재료부를 통과하지 않는 그 어떤 통전도 허용되지 아니하며, 따라서 PTC 소자의 신뢰성과 안정성이 향상된다는 장점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 PTC 소자를 구비한 2 차 전지도 신뢰성과 안정성이 향상된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 이로부터 다양한 변형 및, 균등한 타 실시예를 용이하게 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 음극판, 양극판 및, 상기 음극판과 양극판을 절연시키는 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체;

   상기 전극 조립체를 그 안에 수용하는 케이스;

   PTC 재료부와, 상기 PTC 재료부의 양측 표면에 각각 라미네이션된 금속 라미네이션과, 상기 금속 라미네이션에 대하여 각각 납땜 용접된 금속 탭과, 상기 금속 라미네이션과 상기 금속 탭 사이의 땜납 용접이 외부로 유출될 수 없도록, 상기 PTC 재료부와 상기 금속 라미네이션의 측면을 감싸면서 코팅되는 열경화성 수지부 를 구비하며, 상기 전극 조립체의 극판들중 어느 하나로부터 연장된 전기적인 단자에 상기 금속탭들중 하나가 연결되는 PTC 소자;를 구비하는 이차 전지.

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