KR100899282B1 - 열수축 튜브를 이용한 안전 스위치 및 이를 포함하고 있는이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정의 온도 이상에서 수축되는 특성을 갖는 튜브("열수축 튜브")를 포함하고 있는 안전 스위치로서, 상기 열수축 튜브에 의해 전류의 통전을 제어하기 위한 가변이 이루어지며, 상기 열수축 튜브의 일측 부위는 고정되어 있고, 타측 부위는 열에 의한 가변시 길이 변화에 의해 전류의 통전 또는 단전을 유발하도록 전선 접속부에 연결되어 있는 안전 스위치 및 이를 포함하는 이차전지를 제공한다.

본 발명의 안전 스위치는 전지 또는 전지팩이 비정상적인 환경에 노출되어 온도가 일정온도 이상 상승하면, 열수축 튜브가 수축하면서 동작하여, 외부에서 충전되는 전류를 직접적으로 단전시켜 더 이상 충전되는 것을 막을 수 있거나, 또는 전지셀에 축적되어 있는 내부 에너지를 강제로 소모시킴으로써 이상 반응의 계속 진행 가능성을 원천적으로 제거하여, 궁극적으로 전지의 안전성을 담보할 수 있다.

Description

열수축 튜브를 이용한 안전 스위치 및 이를 포함하고 있는 이차전지 {Safety Switch Using Heat Shrinkage Tube and Secondary Battery Including the Same}

도 1a 및 1b는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 안전 스위치(충전 스위치)의 작동원리를 보여주는 모식도들이다;

도 2a 및 2b는 도 1a의 충전 스위치의 구체적인 작동원리를 보여주는 모식도들이다;

도 3a 및 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안전 스위치(방전 스위치)의 작동원리를 보여주는 모식도들이다;

도 4a 및 4b는 도 3a의 방전 스위치의 구체적인 작동원리를 보여주는 모식도들이다;

도 5a 및 5b는 도 4a의 방전 스위치가 장착되어 있는 소형 전지팩 및 중대형 전지팩의 모식도들이다.

본 발명은 소정의 온도 이상에서 수축되는 특성을 갖는 튜브("열수축 튜브")를 포함하고 있는 안전 스위치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 열수축 튜브에 의해 전류의 통전을 제어하기 위한 가변이 이루어지며, 상기 열수축 튜브의 일측 부위는 고정되어 있고, 타측 부위는 열에 의한 가변시 길이 변화에 의해 전류의 통전 또는 단전을 유발하도록 전선 접속부에 연결되어 있어서, 비정상적인 작동으로 전지내 온도가 증가하여 과열되는 경우, 상기 열수축 튜브가 수축하여 안전 스위치를 작동시킴으로써 외부에서 충전되는 전류를 단전시키므로 더 이상 충전되는 것을 막을 수 있어 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 안전 스위치에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

이러한 리튬 이차전지는 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 한다. 리튬이온 전지는 양극/분리막/음극을 리튬 전해액 용액에 함침시킨 구조의 전지이고, 리튬 폴리머 전지는 전해질로서 고체 전해질을 사용하여 분리막의 역할을 병행하는 구조의 전지이다. 리튬이온 폴리머 전지는 리튬이온 전지와 리튬 폴리머 전지의 중간 단계의 전지로서 양극 및 음극을 분리막에 결합시키고 그러한 부위에 리튬 전해액을 함침시킨 구조의 전지이다.

이러한 리튬 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되기도 한다. 원통형 전지와 각형 전지는 금속의 캔에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이며, 파우치형 전지는 예를 들어 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이다.

이러한 전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수 있다.

따라서, 리튬 이차전지의 개발에 필수적으로 고려해야 할 사항은 안전성을 확보하는 것이다. 이러한 안전성을 확보하기 위한 노력의 일환으로서, 예를 들어, 일본 특허출원공개 제2005-285429호에는 음극 활물질 미형성 영역을 갖는 음극 집전체에 전단응력을 가할 수 있는 수단으로 열수축성 수지를 이용하여, 과충전 상태에서 음극 활물질 미형성 영역 중 양극 활물질과 대향하는 영역은 알루미늄-리튬 합금이 형성되면 취약하게 되므로, 이 부위를 절단함으로써 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 비수 전해질을 구비한 이차전지를 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 Al-Li 합금이 형성되기까지 과열상태가 지속되게 되고, 전지 외부로부터 유입되는 전류를 차단하기 위해서는 충분한 합금 형성 영역이 형성되어 집전체가 절단된 후에야 가능하므로, 신뢰성이 있는 작동을 담보하지 못하는 문제점을 가지고 있다.

또한, 일본 특허출원공개 제2003-243036호에는 원통형 이차전지에 있어서, 열수축성 재료로 된 절연층이 축심과 양극 또는 음극 집전링과의 사이에 개재되어 있어서, 전지 이상시 축심과 집전링이 접촉하여 전극 전류가 흐름으로써, 전극 내에 흐르는 전류가 차단되는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 기술의 절연층은 전지 외부에 안전 부재를 장착하는데 한계가 있는 원통형 전지에 사용되었을 때 의미가 있는 기술이다.

한편, 한국 특허출원공개 제2006-0054635호는 안전밴트와 전류차단수단을 구비하는 캡 조립체를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 소정 형상의 열수축 필름으로 형성되며 일측이 외곽링과 절연링 사이에 고정되고, 바이메탈이 안전밴트에 접촉되도록 소정 형상의 절개부를 구비하며, 온도상승시 바이메탈과 안전 벨트를 절연시키는 수축필름을 더 포함하는 것으로 구성된 전류차단수단을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 열수축 필름에 의해 바이메탈과 안전 벤트를 절연시키므로, 이들 중 어느 하나라도 제 기능을 못하게 되면 동작되지 않게 되며, 바이메탈과 안전 밴트를 반드시 포함하므로 제조 공정 및 비용의 면에서도 효율적이지 못하다는 단점을 가지고 있다.

따라서, 전지에 이상이 발생하였을 경우, 신속하고 민감하게 작동하여 외부에서 충전되는 전류를 단전시킬 수 있는 수단에 대한 요청이 절실한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험들을 계속한 끝에, 열수축 튜브를 작동 소자로 사용하는 안전 스위치를 개발하기에 이르렀고, 이러한 안전 스위치는 전지의 온도가 일정온도 이상 상승하게 되었을 때, 열수축 튜브가 수축하면서 신뢰성 있게 동작하여 외부의 충전 전류를 차단하거나 전지셀에 축적되어 있는 내부 에너지를 강제로 소모시킴으로써, 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 따른 안전 스위치는, 소정의 온도 이상에서 수축되는 특성을 갖는 튜브("열수축 튜브")를 포함하고, 상기 열수축 튜브에 의해 전류의 통전을 제어하기 위한 가변이 이루어지며, 상기 열수축 튜브의 일측 부위는 고정되어 있고, 타측 부위는 열에 의한 가변시 길이 변화에 의해 전류의 통전 또는 단전을 유발하도록 전선 접속부에 연결되어 있는 것으로 구성되어 있다.

즉, 전지 또는 전지팩이 비정상적인 환경에 노출되어, 전지의 외부 온도 또는 전지 내부의 발열에 의해 온도가 특정 온도 이상으로 상승하게 되면, 열수축 튜브의 수축에 의해 스위치가 작동하게 되므로, 이러한 작동시의 단전 또는 통전에 의해, 외부로부터의 충전 전류를 차단하거나 또는 전지셀에 축적되어 있는 내부 에너지를 소모시킴으로써, 전지의 안전성을 확보할 수 있다. 따라서, 안전 스위치는, 전지에 이상이 발생하였을 때, 높은 신뢰성으로 신속하고 민감하게 동작할 수 있다. 또한, 안전 스위치가 회로로 구성되어 있지 않으므로, 회로에 이상이 있을 때에도 작동할 수 있으며, 전지의 작동과 관련한 회로를 변경할 필요성이 없다.

상기 안전 스위치의 열수축 튜브는 주위 환경의 온도 변화에 따라 기계적으로 작동하도록 소정의 온도 이상에서 수축되는 특성을 갖는 것이라면 다양한 구조가 가능하며, 예를 들어, 수평 단면상으로 원형, 타원형, 사각형, 삼각형 등을 예로 들 수 있지만, 그것만으로 한정되는 것은 아니다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 열수축 튜브는 수평 단면상으로 타원형 또는 사각형 중공 구조를 이루며, 상기 단면상 타원형 또는 사각형 중공 구조의 일측 내면에는 고정축으로서 지지부재가 위치하고, 타측 내면에는 전선 접속부에 연결되는 가변부재가 위치하도록 구성할 수 있다.

따라서, 전지 또는 전지팩의 과열시 열수축 튜브가 수축하면서 전선 접속부를 단전 또는 통전 상태로 변환시킨다. 반면에, 다양한 이유로 전지셀의 온도가 정상적으로 낮아지는 경우에는, 열수축 튜브가 원래대로 팽창하면서 전선 접속부를 통전 또는 단전 상태로 환원시킨다.

상기 열수축 튜브의 소재는, 소정의 온도 이상에서 수축되는 특성을 갖는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 프로필렌 고무, 이소프렌 고무, 클로로프렌 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 테플론 등이 사용될 수 있고, 이들은 하나 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 그 중에서도, 특히, 폴리염화비닐 소재가 바람직하다.

상기 열수축 튜브의 열수축이 개시되는 온도는 전지의 구성에 따라 달라질 수 있으며, 적어도 60 내지 120℃에서 열수축이 개시되는 것이 바람직하다. 일반적으로 리튬 이차전지는 정상적인 상태에서는 60℃ 이하에서 작동하게 되므로, 상기 열수축 튜브는 리튬 이차전지가 이상 작동이 시작되는 온도인 60℃ 이상에서 작동되는 것이 바람직하고, 반대로, 리튬 이차전지의 내부온도가 120℃ 이상이 되면 리튬 이차전지는 폭발할 수 있으므로, 열수축 튜브가 120℃에서도 수축하지 않으면 안전성을 담보할 수 없다.

본 발명은 상기 안전 스위치가 과열시의 안전성을 담보하기 위한 부재("안전부재")로서, 전지셀의 외측에 장착되어 있는 이차전지를 제공한다.

본 발명에 따른 이차전지는 다양한 형태로 제조될 수 있는 바, 예를 들어, 전극조립체는 젤리-롤형, 스택형 등으로 제작될 수 있으며, 전지의 형태는 원통형 캔, 각형 캔 또는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스 등에 내장되어 있는 형태로 제조될 수 있다. 이는 당업계에 널리 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 이에 대한 자세한 설명을 생략한다.

예를 들어, 상기 안전 스위치는 전지셀의 외부입출력 단자로서 양극단자 및/또는 음극단자에 연결되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 따라서, 안전 스위치의 전선 접속부가 전극단자에 직접 연결됨으로써 전지의 이상 발생시 신속하고 민감하게 안전 스위치가 작동하여 전지셀의 전류를 통전 또는 단전시킬 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 전선 접속부는 전지셀의 정상적인 작동조건 하에서 통전 상태(ON)로 설정되어 있고, 과열 조건에서 안전 스위치 중 열수축 튜브의 수축 가변에 의해 단전 상태(OFF)로 변환되어 전류를 차단함으로써 전지셀의 충전 조건이 제어되도록 구성할 수 있다. 이러한 구성의 안전 스위치를 충전 스위치로 칭할 수도 있다.

즉, 통전 상태(ON)로 기설정되어 있는 전선 접속부는 전지셀의 과열시 열수축 튜브가 수축하면서 전극 단자에 대한 연결이 끊어지면 단전 상태(OFF)로 변환되고, 반면에, 다양한 이유로 전지셀의 온도가 정상적으로 낮아지는 경우에는 열수축 튜브의 팽창에 의해 전극 단자에 대한 연결이 회복되면서 통전 상태(ON)로 되돌아간다.

또 다른 하나의 바람직한 예에서, 상기 전선 접속부는 전지셀의 정상적인 작동조건 하에서 단전 상태(OFF)로 설정되어 있고, 과열 조건에서 안전 스위치 중 열수축 튜브의 수축 가변에 의해 통전 상태(ON)로 변환됨으로써 전지셀의 방전 조건이 제어되도록 구성할 수 있다. 이러한 구성의 안전 스위치를 방전 스위치로 칭할 수도 있다.

상기 방전 스위치에서 전선 접속부의 구성은 앞서 설명한 충전 스위치의 전선 접속부와는 구조 및 작동원리에서 서로 반대되지만, 전지셀의 통전에 의해 안전성을 담보한다는 측면에서는 동일하다.

이러한 방전 스위치와 관련한 전지의 구성 예로는, 상기 전선 접속부가 전지셀의 양극단자와 음극단자를 직렬 방식으로 연결하고 있고, 전선 접속부와 전극단자 사이에는 적어도 하나의 저항부재가 연결되어 있는 구조를 들 수 있다.

따라서, 비정상적인 작동 상태에서 전지가 임계값 이상으로 과열되면, 방전 스위치가 통전되고, 이에 따라 상기 저항부재도 통전됨으로써, 전지셀 내부의 전기 에너지를 상기 저항부재에서 소모하게 된다.

상기 저항부재는 전선 접속부의 통전시 발열에 의해 전지셀의 충전 에너지를 소모함으로써, 축적된 내부 에너지를 낮추는 것으로 구성될 수 있다. 이 경우, 전지셀에 축적된 과량의 내부 전기에너지를 통전을 통해 소진하여야 하므로, 저항부재에서는 저항에 의해 상당한 열이 발생할 수 있다. 따라서, 강제방전 시에 통전되는 전류에 의한 열을 효과적으로 발산시켜야 하므로, 저항부재는 발열에 의한 영향을 최소화할 수 있는 전지셀 외부의 해당 부위에 위치시키는 것이 바람직하다.

경우에 따라서는, 저항부재의 저항값을 조절하여 강제 방전의 정도를 조절할 수 있다. 상기 저항부재의 저항값은 저항부재를 연결하기 위해 사용된 도선 및 안전 스위치 저항의 총합보다 크면서 동시에 과도하게 높지 않은 소정의 범위에서 결정될 수 있다. 저항값이 너무 작으면 순간적인 방전에 의해 발화로 이어질 수 있는 심한 발열이 발생할 수 있으며, 반면에 저항값이 너무 크면 방전속도가 느려져서 안전성 향상에 도움이 되지 않을 수 있으므로 바람직하지 않다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 저항값은 전지 전체 용량을 짧게는 10초에서 길게는 10 시간 정도에 방전할 수 있도록 전지의 용량과 전압에 따라 설정할 수 있다. 따라서, 저항값은 전지의 전압이나 전지의 용량에 따라서 사용되는 범위가 달라지게 된다.

예를 들어, 4 V / 2 Ah의 전지에 본 발명의 안전장치를 장착하기 위해서는 720 A 내지 0.2 A 사이의 전류로 방전될 수 있도록 설정할 수 있으며, 이때, 저항부재 및 안전 스위치와 도선을 포함하는 총 저항값은 5 mΩ ~ 20 Ω 범위에 존재하 면 된다. 그 중에서도 1 분 ~ 2 시간 정도에 방전할 수 있도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 이 경우, 120 A 내지 1 A의 전류가 흐르며, 총 저항값은 33 mΩ 내지 4 Ω 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 앞서 기술한 바와 같이 이때 안전 스위치 및 도선의 저항값은 저항부재의 저항값에 비하여 절반 이하로 설정하는 것이 필요하다.

본 발명은 또한, 상기 안전 스위치를 포함하고 있는 전지팩을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 안전 스위치는 하나의 전지셀이 팩 케이스에 내장된 형태의 소형 전지팩과, 단위전지로서 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 높은 밀집도로 적층되어 팩 케이스에 내장되어 있는 중대형 전지팩에 모두 사용 가능하다.

특히, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 과열로 인한 안전성 문제가 심각할 수 있는 고출력 대용량의 전지 또는 전지팩용 단위전지로서 바람직하게 사용될 수 있고, 상기 전지팩은 특히, 우수한 고온 저장 특성이 요구되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 차량용 동력원으로서 바람직하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 일부 도면들에 의거하여 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1a 및 1b에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 안전 스위치의 작동원리를 보여주는 모식도들이 도시되어 있는 바, 도 1a는 전지가 정상 상태일 때 안전 스위치가 작동하기 전의 형태를 나타내고 있고, 도 1b는 전지가 비정상 상태일 때 안전 스위치가 작동한 후의 형태를 나타내고 있다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 도 1a 및 1b의 안전 스위치를 충전 스위치로 표현한다.

도 1a 및 1b를 참조하면, 안전 스위치(200)는 열수축 튜브(212)의 일측 부위가 지지축(211)에 의해 고정되어 있고, 타측 부위가 전선 접속부(210)에 연결되어 있는 것으로 구성되어 있다. 열수축 튜브(212)는 온도가 상승함에 따라 그것의 길이가 감소하게 되므로, 도 1a와 같이 전지셀의 정상적인 작동조건 하에서 전선 접속부(210)는 통전 상태(ON)로 설정되어 있지만, 도 1b에서와 같은 과열 조건에서 열수축 튜브(212)의 수축 가변에 의해 단전 상태(OFF)로 변환된다.

도 2a 및 2b에는 도 1a의 충전 스위치의 작동원리를 보여주는 모식도들이 도시되어 있는 바, 도 2a는 전지가 정상 상태일 때 충전 스위치가 작동하기 전의 형태를 나타내고 있고, 도 2b는 전지가 비정상 상태일 때 충전 스위치가 작동한 후의 형태를 나타내고 있다.

도 2a 및 2b를 참조하면, 충전 스위치(200)는 두 개의 접속단자(213, 214)가 상하로 접촉되어 있고, 열수축 튜브(212)의 일측 단부는 지지축(211)에 의해 지지되며, 타측 단부는 전선 접속부(210)에 의해 상단 접속단자(213)에 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다. 상단 접속단자(213)는 외부 디바이스 또는 외부 입출력 단자에 연결되어 있고, 하단 접속단자(214)는 전지셀(도시하지 않음)의 전극단자에 연결되어 있다. 따라서, 전지셀의 전류는 상단 접속단자(213)와 하단 접속단자(214)가 상호 접속되어 있을 때에만 통전되므로, 상기 접속부위가 분리되는 경우에는, 예를 들어, 전지셀(도시하지 않음)의 충전을 행할 수 있다.

결과적으로, 전지의 이상 고온시, 충전 스위치(200)의 열수축 튜브(212)는 고온으로 인해 수축하게 되면서, 도 2b에서와 같이, 상단 접속단자(213)가 들어 올려지게 되고, 상하로 접촉되어 있던 두 개의 접속단자들(213, 214)은 이격하게 되어, 단전 상태로 된다.

반대로, 전지의 온도가 하강하면서, 상기와 반대 과정으로 통전 상태로 환원된다.

도 3a 및 3b에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안전 스위치의 작동원리를 보여주는 모식도들이 도시되어 있는 바, 도 3a는 전지가 정상 상태일 때 안전 스위치가 작동하기 전의 형태를 나타내고 있고, 도 3b는 전지가 비정상 상태일 때 안전 스위치가 작동한 후의 형태를 나타내고 있다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 도 3a 및 3b의 안전 스위치를 방전 스위치로 표현한다.

도 3a 및 3b를 참조하면, 방전 스위치(300)는 열수축 튜브(312)의 일측 부위가 지지축(311)에 의해 고정되어 있고, 타측 부위가 전선 접속부(310)가 연결되어 있다. 즉, 전지의 정상적인 작동조건 하에서 전선 접속부(310)는 단전 상태(OFF)로 설정되어 있고, 과열 조건 하에서 방전 스위치 중 열수축 튜브(312)의 수축 가변에 의해 통전 상태(ON)로 변환된다.

도 4a 및 4b에는 도 3a의 방전 스위치의 작동원리를 보여주는 모식도들이 도시되어 있는 바, 도 4a는 전지가 정상 상태일 때 방전 스위치가 작동하기 전의 형태를 나타내고 있고, 도 4b는 전지가 비정상 상태일 때 방전 스위치가 작동한 후의 형태를 나타내고 있다.

도 4a 및 4b를 참조하면, 방전 스위치(300)는 전지의 정상적인 작동 조건에 서 두 개의 접속단자들(313, 314)이 이격된 상태로 근접되어 있는 상태, 즉, 단전 상태로 기설정되어 있고, 비정상적인 작동 조건에서 접속단자들(313, 314)이 접속된다는 점에서 도 2a 및 2b의 작동 과정이 다르다. 따라서, 전지셀에 축전된 전기에너지는, 상단 접속단자(313)와 하단 접속단자(314)가 상호 접속되어 있을 때에만, 통전되면서 소모될 수 있다.

도 5a 및 5b에는 도 4a의 방전 스위치를 전지에 장착한 형태의 모식도가 도시되어 있는 바, 도 5a는 하나의 전지셀에 방전 스위치를 설치한 구조를 보여주고 있고, 도 5b는 고출력 대용량을 위해 다수의 전지셀들을 적층한 중대형 전지팩에 방전 스위치를 설치한 구조를 보여 주고 있다.

우선, 도 5a를 참조하면, 방전 스위치(300)의 양쪽 단부는 전지셀(100)의 양극(110)과 음극(120)에 직렬방식으로 연결되어 있고, 그 사이에 저항부재(220)가 연결되어 있다.

도 5b를 참조하면, 단위전지로서 다수의 전지셀들(101, 102, 103, 104)이 순차적으로 적층된 상태에서, 방전 스위치(300)는 단위전지들(101, 102, 103, 104) 외부에 설치되어 있으며, 한 쪽 단부는 제 1 전지셀(101)의 음극단자(121)에 연결되어 있고, 다른 쪽 단부는 제 4 전지셀(104)의 양극단자(114)에 연결되어 있다. 저항부재(220)는 이들 사이에 연결되어 있다. 따라서, 전지셀들(101, 102, 103, 104) 중의 어느 하나 또는 일부가 과열되었을 때에는, 방전 스위치(300)가 통전되면서 저항부재(220)를 통해 전지팩 전체의 전기에너지가 소모된다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 안전 스위치 및 이를 구비하고 있는 이차전지는 전지의 이상 작동에 의한 과열 발생시, 열수축 튜브가 수축하면서 전지의 스위치를 동작시키므로, 전지셀을 충전하는 외부로부터의 전류를 단전시킴으로써 더 이상 충전되는 것을 막을 수 있고, 또한 내부에너지를 저항부재에 의해 소모하도록 함으로써, 궁극적으로 전지의 안전성을 담보할 수 있다.

Claims (15)

1. 과열시의 안전성을 담보하기 위한 부재로서 소정의 온도 이상에서 수축되는 특성을 갖는 튜브("열수축 튜브")를 포함하고 있는 안전 스위치가 전지셀의 외측에 장착되어 있고,

   상기 안전스위치는 상기 열수축 튜브에 의해 전류의 통전을 제어하기 위한 가변이 이루어지며,

   상기 열수축 튜브는 수평 단면상으로 타원형 또는 사각형 중공 구조를 이루고 있고, 상기 단면상 타원형 또는 사각형 중공 구조의 일측 내면에는 고정축으로서 지지부재가 위치하여 상기 열수축 튜브의 일측 부위가 고정되어 있으며, 타측 내면에는 전선 접속부에 연결되는 가변부재가 위치하여 타측 부위가 열에 의한 가변시 길이 변화에 의해 전류의 통전 또는 단전을 유발하도록 전선 접속부에 연결되어 있으며,

   상기 열수축 튜브는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 프로필렌 고무, 이소프렌 고무, 클로로프렌 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 및 테프론으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 열수축 튜브는 폴리염화비닐 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 열수축 튜브는 적어도 60 내지 120℃에서 열수축이 개시되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 안전 스위치는 전지셀의 외부입출력 단자로서 (i) 양극단자, 또는 (ii) 음극단자, 또는 (iii) 양극단자 및 음극단자에 연결되어 있고, 상기 연결 부위의 전선 접속부는 안전 스위치의 작동에 의해 전지셀의 전류를 통전 또는 단전시키는 것을 특징으로 하는 이차전지.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 전선 접속부는 전지셀의 정상적인 작동조건 하에서 통전 상태(ON)로 설정되어 있고, 과열 조건에서 안전 스위치 중 열수축 튜브의 수축 가변에 의해 단전 상태(OFF)로 변환되어, 전지셀의 충전 조건이 제어되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 전선 접속부는 전지셀의 정상적인 작동조건 하에서 단전 상태(OFF)로 설정되어 있고, 과열 조건에서 안전 스위치 중 열수축 튜브의 수 축 가변에 의해 통전 상태(ON)로 변환되어, 전지셀의 방전 조건이 제어되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 방전 조건의 제어를 위해 전선 접속부는 전지셀의 양극단자와 음극단자를 직렬 방식으로 연결하고 있고, 전선 접속부와 전극단자 사이에는 적어도 하나의 저항부재가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 저항부재는 전선 접속부의 통전시 발열에 의해 전지셀의 충전 에너지를 소모하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 저항부재는 전지셀 전체 용량을 10 초 내지 10 시간 내에 방전할 수 있는 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
13. 전지셀로서 제 1 항에 따른 이차전지를 포함하고 있는 전지팩.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 전지팩은 단위전지로서 둘 또는 그 이상의 전지셀들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.

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