KR101114781B1 - Safety apparatus using chemically processed layer in the secondary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지의 안전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a safety device of a secondary battery.
특히, 본 발명은 비정상 작동시에 이차 전지의 내부 온도가 고온으로 올라가기 전에 탭(tap)의 화성처리층이 낮은 온도에서 녹아 전해액을 누출시켜 발열 반응을 억제할 수 있도록 하는 이차 전지의 화성 처리층을 이용한 안전 장치에 관한 것이다.Particularly, in the present invention, before the internal temperature of the secondary battery rises to a high temperature during abnormal operation, the chemical conversion treatment of the secondary battery enables the tapping layer of the tap to melt at a low temperature to leak the electrolyte to suppress the exothermic reaction. It relates to a safety device using a layer.
또한, 본 발명에 따르면, 케이스와 상기 케이스안에 내장되어 있으며 제1 극판, 세퍼레이터, 제2 극판 순으로 배치된 전지부를 포함하는 고출력 전지에 있어서, 상기 제1 극판의 네개의 변들중에서 어느 하나의 변에 제1 극탭 웰딩부를 통하여 접속되어 있고 상기 케이스에서 돌출되어 있는 제1 극탭; 상기 제2 극판의 네개의 변들중에서 어느 하나의 변에 제2 극탭 웰딩부를 통하여 접속되어 있고 상기 케이스에서 돌출되어 있는 제2 극탭을 포함하며, 상기 제1 극탭 웰딩부와 상기 제1 극탭의 표면에 폴리머로 구성되어 있으며 소정 온도에서 녹는 제1 화성 처리층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 안전 장치가 제공된다.In addition, according to the present invention, in a high-output battery comprising a case and a battery unit embedded in the case and arranged in the order of the first pole plate, the separator, the second pole plate, any one of four sides of the first pole plate A first pole tab connected to the first pole tab welding portion and protruding from the case; A second pole tab which is connected to any one of four sides of the second pole plate through a second pole tab welding portion and protrudes from the case, and is provided on a surface of the first pole tab welding portion and the first pole tab. Provided is a safety device comprising a first chemical treatment layer composed of a polymer and melting at a predetermined temperature.
이차 전지, 화성처리층, 탭, 안전 장치, 고온 Secondary battery, chemical conversion layer, tab, safety device, high temperature
Description
도 1은 종래 기술에 따른 리튬 이차 전지의 전지 케이스 하부 일측으로 노치홈이 형성되는 안전벤트를 설치하는 구조를 나타내는 도면.1 is a view showing a structure for installing a safety vent formed with a notch groove on the lower side of the battery case of the lithium secondary battery according to the prior art.
도 2는 종래 리튬 이차 전지의 안전 벤트의 단면 구조도.2 is a cross-sectional structural view of a safety vent of a conventional lithium secondary battery.
도 3는 본 발명에 따른 화성 처리층을 이용한 안전 장치가 구비된 이차 전지의 사시도.Figure 3 is a perspective view of a secondary battery equipped with a safety device using the chemical conversion treatment layer according to the present invention.
도4는 도3의 I-I 선을 따라 절개하여 확대 도시한 도면.FIG. 4 is an enlarged view taken along the line I-I of FIG. 3; FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
310 : 리튬 이차 전지 311 : 전지부310: lithium secondary battery 311: battery unit
312 : 케이스 313 : 양극탭312
313a : 양극탭 웰딩부 313b : 금속층313a: anode
313c : 화성 처리층 314 : 음극탭313c: chemical conversion layer 314: negative electrode tab
314a : 음극탭 웰딩부 315 : 밀폐 테이프314a: negative electrode tab welding portion 315: sealing tape
본 발명은 이차 전지의 안전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a safety device of a secondary battery.
특히, 본 발명은 비정상 작동시에 이차 전지의 내부 온도가 고온으로 올라가기 전에 탭(tap)의 화성처리층이 낮은 온도에서 녹아 전해액을 누출시켜 발열 반응을 억제할 수 있도록 하는 이차 전지의 화성 처리층을 이용한 안전 장치에 관한 것이다.Particularly, in the present invention, before the internal temperature of the secondary battery rises to a high temperature during abnormal operation, the chemical conversion treatment of the secondary battery enables the tapping layer of the tap to melt at a low temperature to leak the electrolyte to suppress the exothermic reaction. It relates to a safety device using a layer.
통상적으로, 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지 등을 들 수 있다. 이 중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.In general, unlike the primary battery, the rechargeable battery that is capable of charging and discharging is being actively researched due to the development of advanced fields such as a digital camera, a cellular phone, a notebook computer, a hybrid vehicle, and the like. Examples of secondary batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium secondary batteries. Among them, the lithium secondary battery is used as a power source for portable electronic devices with an operating voltage of 3.6 V or more, or used in high-power hybrid vehicles by connecting several in series, compared to nickel-cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries. The operating voltage is three times higher and the energy density per unit weight is also excellent and is being used rapidly.
리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 것이다.Lithium secondary batteries can be manufactured in various forms, and typical shapes include cylindrical and prismatic types commonly used in lithium ion batteries. Lithium polymer batteries, which are in the spotlight in recent years, have been manufactured in a flexible pouched type, and their shapes are relatively free. In addition, the lithium polymer battery has excellent safety and light weight, which is advantageous for slimmer and lighter portable electronic devices.
상기와 같은 리튬 이차 전지는 전지 케이스 내부의 숏트(shot)등과 같은 전지이상 발생에 따른 고온 및 고압의 발생시, 전지의 폭팔로 인한 기기의 파손이나 안전사고를 방지하기 위하여, 도 1에 도시한 바와같이, 리튬 이차 전지(1)의 전지 케이스(10) 하부 일측으로 노치홈(20)이 형성되는 안전벤트(30)를 설치하는 구조로 이루어진다.The lithium secondary battery as described above is shown in Figure 1 in order to prevent damage to the device or safety accidents caused by the explosion of the battery when the high temperature and high pressure caused by battery failure, such as a shot (shot) in the battery case, as shown in FIG. Likewise, the
상기와 같은 리튬 이차 전지(1)의 전지 케이스(10) 일측으로 형성되는 안전벤트(30)는 도 2에 도시한 바와같이, 전지 케이스(10)의 상부캡 또는 하부 일측으로 내부에 노치홈(20)이 일정깊이로 형성되는 원형 안전벤트(30)를 형성시켜, 상기 전지 케이스(10) 내부의 이상에 따른 고온 고압의 발생시, 상기 상부캡 또는 하부 일측의 안전벤트(30)에 형성되는 노치홈(20) 부위가 절결되면서, 안전벤트(30)가 개방되어 전지 케이스(10) 내부의 고압이 외부로 방출토록 되는 것이다.The
그러나, 이러한 안전벤트를 이용한 이차 전지의 안전 장치는 별도로 안전벤트를 제작하여야 하기 때문에 추가적인 비용이 발생하는 문제점이 있었다.However, the safety device of the secondary battery using the safety vent has a problem that additional cost occurs because the safety vent must be manufactured separately.
또한, 이러한 안전 벤트는 일정한 크기를 가지고 있는 구조물로서 일정한 부피를 차지하기 때문에 이차 전지의 박형화에 걸림돌이 되는 문제가 있었다.In addition, such a safety vent is a structure having a constant size, and occupies a certain volume, thus causing a problem in thinning of a secondary battery.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저비용으로 이차 전지의 고온 이상 작동에 대비할 수 있도록 하는 이차 전지의 안전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a safety device for a secondary battery that can be prepared for the high temperature or higher operation of the secondary battery at low cost.
또한, 본 발명은 이차 전지의 박형화가 가능하도록 하는 이차 전지의 안전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a safety device for a secondary battery that enables thinning of the secondary battery.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 케이스와 상기 케이스안에 내장되어 있으며 제1 극판, 세퍼레이터, 제2 극판 순으로 배치된 전지부를 포함하는 고출력 전지에 있어서, 상기 제1 극판의 네개의 변들중에서 어느 하나의 변에 제1 극탭 웰딩부를 통하여 접속되어 있고 상기 케이스에서 돌출되어 있는 제1 극탭; 및 상기 제2 극판의 네개의 변들중에서 어느 하나의 변에 제2 극탭 웰딩부를 통하여 접속되어 있고 상기 케이스에서 돌출되어 있는 제2 극탭을 포함하며, 상기 제1 극탭 웰딩부와 상기 제1 극탭의 표면에 폴리머로 구성되어 있으며 소정 온도에서 녹는 제1 화성 처리층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a high output battery including a case and a battery unit embedded in the case and arranged in the order of the first pole plate, the separator, the second pole plate, the four sides of the first pole plate A first pole tab connected to either side of the first pole tab welding portion and protruding from the case; And a second pole tab connected to one of four sides of the second pole plate through a second pole tab welding portion and protruding from the case, wherein the first pole tab welding portion and the surface of the first pole tab are provided. And a first chemical conversion treatment layer composed of a polymer and melting at a predetermined temperature.
이제, 도 3 이하의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차 전지의 화성 처리층을 이용한 안전 장치에 대하여 상세히 설명한다.Now, the safety device using the chemical conversion treatment layer of the secondary battery according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.
도 3는 본 발명에 따른 화성 처리층을 이용한 안전 장치가 구비된 이차 전지의 사시도이다.3 is a perspective view of a rechargeable battery equipped with a safety device using the chemical conversion treatment layer according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 화성 처리층을 이용한 안전 장치가 구비된 이차 전지의 안전 장치가 사용된 파우치형 리튬 이차 전지(310)는 전지부(311)와, 상기 전지부(311)가 수용되는 공간(312a)을 제공하는 케이스(312)를 포함하고 있다. Referring to FIG. 3, a pouch-type lithium
상기 전지부(311)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치되어서 일방향으로 와인딩되거나, 다수장의 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 적층된 형상이다. 상기 전지부(311)의 각 극판은 양극 및 음극탭(313,314)과 전기적으로 양극 및 음극탭 웰딩부(welding part)(313a, 314a)를 통하여 연결되어 있다.The
상기 양극 및 음극 탭(313,314)은 케이스(312)의 밀폐면(312b)의 외부에 돌출되어 있다. 돌출된 양극탭(313)의 일단부는 양극탭 웰딩부(313a)에 부착되어 있다. 그리고, 양극탭 웰딩부(313a)는 양극탭(313)과 양극판의 접속을 제공하는 것으로 일측은 양극탭(313)에 그리고 타측은 양극판에 접속되어 있다. 또한 돌출된 음극탭(314)의 일단부는 음극탭 웰딩부(314a)에 부착되어 있다. 그리고, 음극탭 웰딩부(314a)는 음극탭(314)과 음극판의 접속을 제공하는 것으로 일측은 음극탭(314)에 그리고 타측은 음극판에 접속되어 있다. The positive and
여기에서, 전극탭(313, 314)과 웰딩부(313a, 314a)는 금속층과 금속층을 ㄱ감싸고 있는 화성 처리층으로 이루어져 있다. 여기에서 화성 처리층의 재질을 종래 PP 재질보다 낮은 온도에서 녹는 폴리머 재질을 사용하여 비정상적으로 이차 전지가 고온으로 올라가면 화성 처리층이 녹아 가스가 분출될 수 있도록 설계되어 있다. Here, the
상기 양극 및 음극탭(313,314) 그리고 양극 및 음극탭 웰딩부(313a, 314a)의 외면에는 이와 밀폐면(312b)과 접촉하는 부분에서 상기 케이스(312)와 전극탭(313,314) 그리고 양극 및 음극탭 웰딩부(313a, 314b)과의 전기적 단락을 방지하기 위하여 각각의 밀폐 테이프(315)가 감겨져 있다. The outer surfaces of the positive and
한편, 상기 케이스(312)는 후막의 금소재로 성형한 원통형이나 각형으로 된 캔 구조와는 달리, 중간층이 금속 호일이고, 금속 호일의 양면에 부착되는 내외피층이 절연성 필름으로 이루어진 파우치형 케이스이다. 파우치형 케이스는 성형성이 우수하여 자유자재로 구부림이 가능하다. 상기 케이스(312)에는 상술한 바와 같이 전지부(311)가 수용가능한 공간부(312a)가 형성되어 있으며, 상기 공간부(312a)의 가장자리를 따라서 열융착되는 면에 제공하는 밀폐면(312b)이 형성되어 있다.On the other hand, the
도4는 도3의 I-I 선을 따라 절개하여 확대 도시한 것이다.4 is an enlarged view taken along the line I-I of FIG.
도면을 참조하면, 상기 케이스(312)는 금속 호일, 이를테면 알루미늄 호일로 된 중간층(312c)과, 상기 중간층(312c)의 내면 및 외면에 부착되어서 상기 중간층(312c)을 보호하는 절연성 필름으로 된 내피층(312d)과 외피층(312e)으로 이루어진 복합 필름이다. Referring to the drawings, the
상기 케이스(312)내에 형성된 공간(312a)에는 양극판(311a), 세퍼레이터(311c), 음극판(311b) 순으로 배치된 전지부(311)가 수용되어 있으며, 상기 양극 및 음극판(311a,311b)으로부터는 도3에서처럼 양극탭(313)과, 음극탭(314)이 인출되어 있다. In the
도면에서 돌출된 양극탭(313)의 일단부는 양극탭 웰딩부(313a)에 부착되어 있다. 그리고, 양극탭 웰딩부(313a)는 양극탭(313)과 양극판(311a)의 접속을 제공하는 것으로 일측은 양극탭(313)에 그리고 타측은 양극판(311a)에 접속되어 있다. One end of the
여기에서, 전극탭(313, 314)과 웰딩부(313a, 314a)는 도시된 것처럼 금속층(313b)과 금속층(313b)을 감싸고 있는 화성 처리층(313c)으로 이루어져 있다. 여기에서 화성 처리층(313c)의 재질을 종래 PP 재질보다 낮은 온도에서 녹는 폴리머 재질을 사용하여 비정상적으로 이차 전지가 고온으로 올라가면 화성 처리층(313c)이 녹아 가스가 분출될 수 있도록 설계되어 있다. 이때, 화성 처리층(313c)의 녹는 점은 90~150도가 바람직하다. 그리고, 화성 처리층(313c)의 두께는 바람직하게 1㎛가 바람직하다.Here, the
상기 양극탭(313) 그리고 양극탭 웰딩부(313a)의 외면에는 이와 밀폐면(312b)과 접촉하는 부분에서 상기 케이스(312)와 전극탭(313) 그리고 양극탭 웰딩부(313a)과의 전기적 단락을 방지하기 위하여 각각의 밀폐 테이프(315)가 감겨져 있다.The outer surface of the
상기와 같은 구조를 가지는 파우치형 리튬 이차 전지(310)는 양극판(311a)과 음극판(311b)에 양극 및 음극탭(313,314)을 양극 및 음극탭 웰딩부(313a, 314a)를이용하여 전기적으로 연결한 다음 양극판(311a,311c,311b) 순으로 배치한 상태에서 일방향으로 와인딩하여 전지부(311)를 완성하게 된다.In the pouch-type lithium
한편, 본 발명에서는 양극 웰딩부와, 양극탭 그리고 음극 웰딩부와 음극탭에 낮은 온도에서 녹는 화성 처리층이 형성되어 있도록 구현하였지만, 양극탭 웰딩부 와, 양극탭 그리고 음극탭 웰딩부와 음극탭중에서 어느 하나만 화성 처리층이 낮은 온도에서 녹는 점을 가지도록 할 수 있다.On the other hand, in the present invention, the positive electrode welding portion, the positive electrode tab and the negative electrode welding portion and the negative electrode tab is implemented so that the chemical conversion treatment layer is formed at a low temperature, the positive electrode tab welding portion, the positive electrode tab and the negative electrode tab welding portion and the negative electrode tab Only one of them may have the chemical conversion layer having a melting point at a low temperature.
한편, 본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화 될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀 두고자 한다.On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to specific embodiments, it will be appreciated that the present invention may be variously modified and changed without departing from the spirit or the scope of the invention as provided by the following claims. It will be clear to those skilled in the art that it can be easily understood.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 이차 전지의 안전성은 온도 인자에 의해 좌우되기 때문에 이차 전지가 발화 혹은 폭발하기 전에 상대적으로 낮은 온도에서 전해액을 누출시키면 발연 반응을 억제할 수 있으므로 효과적인 안정성 향상을 기대할 수 있다.According to the present invention as described above, since the safety of the secondary battery is dependent on the temperature factor, if the electrolyte leaks at a relatively low temperature before the secondary battery ignites or explodes, it is possible to suppress the fume reaction can be expected to effectively improve the stability have.
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Legal Events
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