KR101218370B1 - 안전성이 우수한 리튬 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 전지의 케이스 형상을 변경하여 리튬 전지 케이스의 치수 변형성이 적고, 리튬 전지 내부의 가스 배출을 용이하게 할 수 있는 리튬 전지에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하며, 상부가 개구된 통 형상의 측벽부와 상기 측벽부의 하부면에 설치되되 상기 전극 조립체와 멀어지는 방향으로 돌출되게 형성되는 바텀부를 포함하는 케이스 본체; 및 상기 케이스 본체의 상기 상부에 설치되며, 내부압력 상승 시 가스가 외부로 방출되도록 하는 안전 배기구가 구비되는 탑 캡;을 포함하는 리튬 전지를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하며, 상부가 개구된 통 형상의 측벽부와 상기 측벽부의 하부면에 설치되되 상기 전극 조립체와 멀어지는 방향으로 돌출되게 형성되는 바텀부를 포함하는 케이스 본체; 및 상기 케이스 본체의 상기 상부에 설치되며, 내부압력 상승 시 가스가 외부로 방출되도록 하는 안전 배기구가 구비되는 탑 캡;을 포함하는 리튬 전지를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 리튬 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리튬 전지의 케이스 형상을 변경하여 리튬 전지 케이스의 치수 변형성이 적고, 리튬 전지 내부의 가스 배출을 용이하게 할 수 있는 안전성이 우수한 리튬 전지에 관한 것이다.
화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전지는 케이스, 케이스 내부의 양극물질과 음극물질을 포함하는 전극 조립체 및 전해액 등으로 구성되며, 사용 재료 및 용도에 따라서 다양한 종류로 나누어진다. 최근 들어 전자, 통신, 컴퓨터 산업 등이 발달함에 따라 전자제품 구동용 전원으로 고출력과 고용량, 낮은 자가 방전율 등의 이유로 리튬을 음극으로 사용하는 리튬 전지가 널리 사용되고 있다.
리튬 전지는 과충전이나 과방전, 단락, 강제 충전 등의 비정상적인 환경에 노출되는 경우, 내부에서 발생되는 전기화학반응에 기인하는 발열 및 내부 압력의 상승으로 누액, 파열 또는 발화되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 종래의 리튬 전지에는 다양한 안전 장치가 적용되었으며, 이 중 대표적인 안전 장치가 벤트(vent)이다. 벤트는 리튬 전지 케이스의 일부분이 타부분 보다 얇은 홈 형상이 되도록 형성된 안전 장치이다. 리튬 전지 내부에 발열로 인한 고온, 내부 압력 상승으로 인한 고압이 발생되는 경우, 리튬 전지 케이스가 팽창하면서 벤트가 파단되어 내부 가스가 외부로 방출된다.
도 1은 종래의 리튬 전지의 바텀부를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 리튬 전지(10)의 케이스(19)는 속이 비어 있는 원기둥 형상으로 형성된다. 케이스(19)의 바텀부에는 안전 장치(14)가 구비되는데, 상기 안전 장치(14)는 홈(14a) 및 벤트(vent, 14b)로 구성된다. 상기 홈(14a)은 외주연(13) 내측을 따라서 상면의 높이보다 낮은 V자 형상으로 형성되며, 내축면(12)의 중심에 대칭되도록 2개로 이루어진다. 상기 홈(14a)을 경계로 내측부(12)와 외주연(13)으로 구분된다. 상기 벤트(14b)는 홈(14a)의 단부 사이에 걸쳐지도록 형성되며, 두께가 상대적으로 얇은 홈의 형상을 갖는다.
도 2를 참조하면, 리튬 전지(10)의 케이스(19)에는 전극 조립체(11)가 수용된다. 전극 조립체(11) 내부의 양극물질과 음극물질은 전해액을 매개로 상호 전기화학반응을 하여 전기를 발생시킨다. 이때, 리튬 전지(10)가 과충전이나 과방전, 단락, 강제 충전 등의 비정상적인 환경에 노출되는 경우, 내부에서 발생되는 전기화학반응에 기인하는 발열 및 내부 압력의 상승으로 누액, 파열 또는 발화되는 문제가 발생된다. 내부 압력이 기설정된 크기를 넘게 되면, 내측부(12)가 융기하면서 홈(14a)의 시작점(P)과 끝점(Q) 사이의 거리는 R로 증가하게 된다.
이에 비하여, 벤트(14b)가 형성된 부분에는 홈(14a)이 형성되어 있지 않아 평면에 비해 강한 인장응력이 작용하게 되어, 벤트(14b)가 파단된다.
한편, 도시하지는 않았지만, 케이스(19)의 하부에는 양극(＋) 단자를 구성하는 핀과 음극(－) 단자를 구성하는 베이스가 절연되도록 접합된 핀 접합부가 구비된 탑 캡이 설치되어 리튬 전지(10)를 밀봉한다.
이와 같이, 종래의 리튬 전지(10)의 안전 장치(14)는 케이스(19)의 바텀부에 구비되어 있어, 단위 리튬전지를 소정의 직병렬로 구성한 팩전지의 경우 전지조립에 의한 바텀부의 구속에 의하여 안전장치의 열림이 방해 받을 수 있으며, 미세하게 열린 안전장치 주위에 누액된 전해액이 케이스를 부식시켜 산화물에 의한 안전장치의 재막힘 현상과 같은 문제가 발생한다. 한편, 종래에는 가스 내압이 리튬 전지(10) 케이스(19)의 상부 헤더부와 안전 장치(14)가 있는 바닥부에 분산되어 헤더부와 바텀부에 배부름(bulge) 현상이 발생되도록 하여 가스 내압이 일정 부분 소실되어 벤트(14b)에 전달되는 압력에 편차가 발생됨으로써 벤트(14b)의 작동 시기가 달라지는 문제가 있었다. 또한, 종래에는 가스 내압이 리튬 전지(10)의 케이스(19)의 상부 헤더부와 안전 장치(14)가 있는 바텀부에 분산되어 헤더부와 바텀부에 배부름(bulge) 현상이 발생되도록 하여 리튬 전지(10)의 치수 변형성이 커서, 복수개의 리튬 전지(10)로 전지 팩을 구성하는 경우의 전지 팩 설계에 어려움이 있었다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2000-0020975호(2000.04.15. 공개)에 개시된 리튬 이온전지의 안전벤트가 있다.
본 발명의 목적은 리튬 전지의 케이스 형상을 변경하여 리튬 전지 케이스의 치수 변형성이 적고 리튬 전지 내부의 가스 배출을 용이하게 할 수 있는 리튬 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 리튬 전지의 하부 케이스 형상을 전극 조립체와 멀어지는 방향으로 돌출되도록 미리 가공하여, 케이스의 내압이 케이스 하부의 배부름(bulge)에 소모되는 것을 방지함으로써 내압이 상부 케이스의 벤트부로 집중되도록 하여 내압에 의한 하부 케이스 형상의 치수 변형을 방지하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 하는 리튬 전지는 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하며, 상부가 개구된 통 형상의 측벽부와 상기 측벽부의 하부면에 설치되되 상기 전극 조립체와 멀어지는 방향으로 돌출되게 형성되는 바텀부를 포함하는 케이스 본체; 및 상기 케이스 본체의 상기 상부에 설치되며, 내부압력 상승 시 가스가 외부로 방출되도록 하는 안전 배기구가 구비되는 탑 캡;을 포함한다.
여기서, 상기 측벽부와 상기 바텀부는 일체로 형성될 수 있다.
한면, 상기 탑 캡에는 상기 탑 캡의 중심을 포함하는 영역에 삽입부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 리튬 전지는 상기 삽입부에 삽입되어 구비되며, 중앙에 절연된 단자를 갖는 단자 조립체를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단자 조립체는, 원 형상의 도체 판재로 형성되되 중앙에 관통구가 형성된 베이스 플레이트; 상기 관통구에 삽입되어 구비되는 단자; 및 상기 관통구의 외주연을 따라 형성되어, 상기 베이스 플레이트와 상기 단자 사이에 개재되는 융착된 유리 분말;을 포함 할 수 있으며, 상기 단자는 봉 형상의 단자 본체 및 상기 단자 본체의 적어도 일단부에 구비된 헤드를 구비한 도체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 바텀부에는 상기 단자의 상기 헤드를 수용하는 제1 수용부 및 상기 베이스 플레이트를 수용하는 제2 수용부가 형성되어, 이웃한 리튬 전지가 적층될 경우에 상기 제1 수용부에 상기 헤드를 수용하고 상기 제2 수용부에 상기 베이스 플레이트를 수용할 수 있다.
여기서, 상기 제2 수용부에는 절연부재가 더 구비될 수 있다.
한편, 상기 안전 배기구는, 상기 탑 캡의 외주연 내측을 따라서 V자 또는 U자 형상으로 형성되며, 상기 탑 캡의 중심에 대칭되도록 형성되는 적어도 하나의 홈; 및 상기 홈의 단부 사이에 형성되는 벤트;를 포함할 수 있으며, 상기 벤트는 홈 형상이 되도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 탑 캡에는 상기 외주연으로부터 절곡 및 연장되는 결합부가 구비되며, 상기 결합부는 상기 측벽부와 결합될 수 있다.
또한, 상기 바텀부 상에는 상기 바텀부를 덮는 바텀 캡이 더 구비될 수 있는데, 상기 바텀 캡은 상기 측벽부의 일부와 접촉 또는 결합되는 바텀 측벽부 및 상기 바텀 측벽부로부터 절곡 연장되어 상기 바텀부를 실질적으로 수용하는 바텀 수용부를 포함할 수 있다.
상기 바텀 수용부는 일부분이 제1 수용부에 수용되어 결합되는 제1 캡 수용부 및 일부분이 제2 수용부에 수용되어 결합되는 제2 캡 수용부를 포함할 수 있다.
상기 바텀 수용부 또는 상기 제1 캡 수용부에는 바텀 결합부가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따르면, 케이스 형상을 변경하여 리튬 전지 케이스의 치수 변형성을 줄임으로써 전지 팩 설계가 용이한 리튬 전지를 제공할 수 있다.
또한, 안전 배기구를 리튬 전지 케이스의 상부에 배치함으로써 가스 배출시 리튬 전지 내부의 가스 배출을 용이하게 할 수 있다.
또한, 종래에 가스 배출시 케이스와 안전 장치에 분산되었던 가스 내압을 안전 장치에 집중되도록 함으로써 벤트의 작동 시기 편차를 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 리튬 전지의 바텀부를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리튬 전지의 단면도이다.
도 4는 도 3을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3의 탑 캡을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 평면도이다.
도 7은 도 3의 단자 조립체의 제조과정을 나타내는 모식도이다.
도 8은 도 3의 바텀부를 나타내는 사시도이다.
도 9는 바텀부의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리튬 전지를 분해하여 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10의 바텀부를 나타내는 사시도이다.
도 12는 바텀부를 반전시켜 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리튬 전지의 단면도이다.
도 4는 도 3을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3의 탑 캡을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 평면도이다.
도 7은 도 3의 단자 조립체의 제조과정을 나타내는 모식도이다.
도 8은 도 3의 바텀부를 나타내는 사시도이다.
도 9는 바텀부의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리튬 전지를 분해하여 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10의 바텀부를 나타내는 사시도이다.
도 12는 바텀부를 반전시켜 나타낸 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 리튬 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 리튬 전지(100a)는 전극 조립체(111); 상기 전극 조립체(111) 및 전해액을 수용하며, 상부가 개구된 통 형상의 측벽부(119a)와 상기 측벽부(119a)의 하부면에 돌출되게 형성되는 바텀부(119b)를 포함하는 케이스 본체(119); 및 상기 케이스 본체(119)의 상기 상부에 설치되며 안전 배기구(114)가 구비되는 탑 캡(120);을 포함한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 전극 조립체(111)는 전기화학적 반응을 통해 전기를 발생시키는 양극물질과 음극물질이 각각 도포된 양극판 및 음극판을 포함하도록 구성되는데, 양극판 및 음극판은 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된다.
상기 케이스 본체(119)는 상부가 개구된 측벽부(119a)와 상기 측벽부(119a)의 하부면에 돌출되게 형성되는 바텀부(119b)를 포함한다. 상기 측벽부(119a)는 속이 빈 통 형상을 가지며, 내부에 상기 전극 조립체(111)를 수용한다. 여기서, 상기 바텀부(119b)에는 후술할 헤드(115b1)를 수용하는 제1 수용부(119b1) 및 베이스 플레이트(115a)를 수용하는 제2 수용부(119b2)가 형성될 수 있다. 상기와 같이, 바텀부(119b)에 제1 수용부(119b1) 및 제2 수용부(119b2)가 형성되어 리튬 전지(100a)의 내압에 의한 변형을 방지할 수 있다.
한편, 제2 수용부(119b2)에는 절연부재(119c)가 구비될 수 있다. 상기 절연부재(119c)는 후술할 헤드(115b1) 및 베이스 플레이트(115a)와 이를 각각 수용하는 제1 수용부(119b1) 및 제2 수용부(119b2) 사이를 절연하는 역할을 한다. 상기 헤드(115b1)와 베이스 플레이트(115a)는 각각 전지의 (+)극과 (-)극에 해당한다. 이에 따라, 제1 수용부(119b1)와 제2 수용부(119b2)가 연속된 금속도체선 상에 놓이게 되면 단락이 되므로, 절연부재(119c)를 이용하여 단락이 되지 않도록 절연한다. 상기와 같은 본 발명에 따르면, 이웃한 리튬 전지(100a)가 상기 리튬 전지(100a)의 바텀부(119)에 적층될 경우, 제1 수용부(119b1)에 헤드(115b1)를 수용하고 제2 수용부(119b2)에 베이스 플레이트(115a)를 수용할 수 있다. 이에 따라서, 리튬 전지(100a)로 전지 팩을 구성하는 경우, 전지 팩 설계가 보다 용이해질 수 있다.
여기서, 상기 탑 캡(120)의 내측부(112)에는 단자 조립체(115)가 구비될 수 있다. 상기 내측부(112)에는 탑 캡(120)의 중심을 포함하는 영역에 삽입부(O)가 형성되고, 상기 단자 조립체(115)는 삽입부(O)에 삽입된다. 여기서, 단자 조립체(115)와 내측부(112) 사이에는 단자 조립체(115)의 외경에 일치되는 결합부재(116)가 개재되는데, 결합부재(116)와 결합부재(116)가 내측부(112)와 맞닿는 내측부(112)의 최내측은 용접되어 결합될 수 있다. 상기 실시예에서는 상기 결합부재(116)가 내측부(112)의 최내측과 용접되어 결합되는 것을 일예로 하여 설명하였지만, 결합되는 방법이 용접에 한정되는 것은 아니고 설계에 따라 다양한 방법으로 결합될 수도 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 용접은 초음파 용접(ultrasonic welding), TIG 용접(Tungsten inert gas welding) 또는 레이저 용접(laser welding) 등의 방법일 수 있으나, 용접 방법이 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 초음파 용접은 초음파에 의한 진동에너지와 적당한 가압에 의해 행하여지는 점용접 또는 심용접을 말한다. 예를 들면, Fe, Al, Cu, Ni, Ti, Zr 이나 이들의 합금을 용접하는 것이 가능하다. 한편, TIG 용접은 불활성(inert) 가스 아크 용접의 한 방법이다. 아크 용접이란 금속과 금속을 접합하는 데 아크 방전(放電)을 이용하는 방법이다. 즉, TIG 용접은 불활성 가스를 이용한 아크 용접 방법이다. 헬륨이나 아르곤 가스 등의 불활성인 불활성 가스로 아크를 덮듯이 하여 산화·질화를 방지하는 용접 방법으로, 일반적으로 비철금속의 용접에 사용되어, 용착부는 매끄럽고 미려한 금속면을 얻을 수 있다. 일반적으로 3㎜ 정도 이하의 박판의 용접에 사용된다. 한편, 레이저 용접은 레이저 광선의 출력을 응용한 용접이다. 레이저 재료에는 고체, 기체, 액체 등이 있으나, 현재는 발진하기 쉽고, 출력이 큰 루비가 탄산가스 레이저 등에 주로 사용된다. 레이저 용접의 특징으로는 에너지 밀도가 높고, 고융점 금속의 용접이 가능하며, 용접 입열이 대단히 적고, 열 영향 범위가 좁으며, 열원이 빛의 빔이므로 투명재료를 통해서 어떤 분위기 속에서나 용접이 가능하다는 것 등이다.
상기 단자 조립체(115)는 원 형상의 도체 판재로 형성되며 중앙에 관통구(P)가 형성된 베이스 플레이트(115a); 및 상기 관통구(P)에 삽입되어 설치되는 단자(115b);를 포함한다. 여기서, 상기 단자(115b)는 봉 형상의 단자 본체(115b2) 및 상기 단자 본체(115b2)의 일단부에 구비된 헤드(115b1)를 구비한 도체로 형성된다. 여기서, 베이스 플레이트(115a)와 단자 본체(115b2) 사이에는 후술할 융착된 유리 분말(115c)이 개재된다.
상기 케이스 본체(119)의 상부에는 탑 캡(120)이 설치되어 케이스 본체(119)의 상부를 밀봉한다. 상기 탑 캡(120)에는 안전 배기구(114)가 구비된다. 안전 배기구(114)의 홈(114a)은 외측부(113)의 외주연(113a)과 내측부(112)의 경계에 형성된다. 한편, 외측부(113)의 결합부(113b)는 측벽부(119a)에 용접 또는 결합된다.
상기한 바와 같이, 상기 케이스 본체(119)는 양극물질과 음극물질이 각각 도포된 양극판과 음극판, 세퍼레이터 및 전해액을 수용한다. 양극판과 음극판에 각각 도포되어 있는 양극물질과 음극물질은 전해액을 매개로 상호 전기화학반응을 하여 전기를 발생시킨다. 이때, 리튬 전지(100a)가 과충전이나 과방전, 단락, 강제 충전 등의 비정상적인 환경에 노출되는 경우, 내부에서 발생되는 전기화학반응에 기인하는 발열 및 내부 압력의 상승으로 누액, 파열 또는 발화되는 문제가 발생된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 종래의 리튬 전지에는 다양한 안전 장치가 적용되었으며, 이 중 대표적인 안전 장치가 벤트(vent)이다. 일반적으로 종래의 벤트(14b)를 포함하는 안전 배기구(14)는 리튬 전지(10)의 케이스(19) 바텀부에 구비된다(도 1 및 도 2 참조).
이에 비하여, 도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 벤트(114b)를 포함하는 안전 배기구(114)는 리튬 전지(100a)의 탑 캡(120)에 구비되는데, 탑 캡(120)의 내측부(112)와 외주연(113a)의 경계에 형성된다.
상기 안전 배기구(114)는, 상기 탑 캡(120)의 외주연(113a) 내측을 따라서 상면의 높이보다 낮은 V자 형상으로 형성되며, 탑 캡(120)의 중심에 대칭되도록 형성되는 2개의 홈(114a); 및 상기 홈(114a)의 단부 사이에 걸쳐지도록 형성되는 벤트(114b);를 포함한다. 여기서, 벤트(114b)는 두께가 상대적으로 얇은 홈의 형상을 갖는다. 한편, 상기 탑 캡(120)에는 외주연(113a)으로부터 절곡 및 연장되는 결합부(113b)가 구비되는데, 상기 결합부(113b)는 측벽부(119a)와 용접되어 결합된다. 상기 실시예에서는 홈(114a)의 개수가 2개인 것을 일예로 하여 설명하였지만, 홈(114a)의 개수는 이에 제한되는 것은 아니고 설계에 따라 다양한 개수로 구비될 수 있다. 상기 홈(114a)의 형상 또한 V자 형상으로 제한되는 것은 아니고 예를 들면, U자와 같이 오목한 형상이 되도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 실시예에서는 상기 결합부(113b)가 측벽부(119a)와 용접되어 결합되는 것을 일예로 하여 설명하였지만, 결합되는 방법이 용접에 한정되는 것은 아니고 설계에 따라 다양한 방법으로 결합될 수도 있다.
도 7을 참조하여 단자 조립체(115)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 베이스 플레이트(115a), 단자(115b) 및 유리 분말(115c')을 각각 준비한다. 상기 베이스 플레이트(115a)는 원 형상의 도체 판재인 것이 이용될 수 있으며, 중앙에 관통구(P)를 형성한다. 상기 단자(115b)는 봉 형상의 단자 본체(115b2) 및 상기 단자 본체(115b2)의 일단부에 구비된 헤드(115b1)로 이루어지게 형성한다. 여기서, 단자 본체(115b2)와 헤드(115b1)는 도체인 것으로 형성한다.
다음, 베이스 플레이트(115a)의 관통구(P)의 중심에 단자(115b)를 배치하고, 관통구(P)의 빈 공간에 유리 분말(115c')을 충진한다. 이후, 유리 분말(115c')의 녹는점 이상의 온도에서 열처리하여 관통구(P)에 충진된 유리 분말(115c')을 용융시킨다. 마지막으로, 용융된 유리 분말(115c')을 냉각시킨다. 용융된 유리 분말(115c')이 냉각되면, 융착된 유리 분말(115c)이 단자(115b) 및 베이스 플레이트(115a)에 개재되어 단자 조립체(115)의 제조가 완료된다. 여기서, 양극(＋) 단자를 구성하는 단자(115b)와 음극(－) 단자를 구성하는 베이스 플레이트(115a)는 융착된 유리 분말(115c)에 의해 절연된다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 상기 케이스 본체(119)에 형성된 바텀부(119b)는 측벽부(119a)의 하부면에 설치되되 상기 전극 조립체(111)와 멀어지는 방향으로 돌출되게 형성된다. 여기서, 바텀부(119b)는 측벽부(119a)로부터 절곡 및 연장되도록 형성될 수 있다. 즉, 바텀부(119b)는 측벽부(119a)와 일체로 형성될 수 있다. 상기 실시예에서는 바텀부(119b)와 측벽부(119a)가 일체로 형성되는 것을 일예로 하여 설명하였지만, 이에 제한되는 것은 아니고 바텀부(119b)와 측벽부(119a)는 별도로 형성되어 용접 등의 방법으로 결합될 수도 있다.
종래의 리튬 전지의 안전 장치는 케이스의 바텀부에 구비되어 있어, 단위 리튬전지를 소정의 직병렬로 구성한 팩전지의 경우 전지조립에 의한 바텀부의 구속에 의하여 안전장치의 열림이 방해 받을 수 있으며, 미세하게 열린 안전장치 주위에 누액된 전해액이 케이스를 부식시켜 산화물에 의한 안전장치의 재막힘 현상과 같은 문제가 발생하였다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 종래와 다르게 안전 배기구(114)가 탑 캡(120)에 구비됨으로써 바텀부(119b)의 구속에 의하여 안전 배기구(114)의 열림이 방해 받지 않고, 재막힘 현상과 같은 문제가 발생하지 않으므로 리튬 전지(100a) 내부의 가스 배출이 용이해진다.
한편, 종래에는 가스 내압이 리튬 전지 케이스의 상부 헤더부와 안전 장치가 있는 바닥부에 분산되어 헤더부와 바텀부에 배부름(bulge) 현상이 발생됨으로써 가스 내압이 일정 부분 소실되어 벤트에 전달되는 압력에 편차가 발생됨으로써 벤트의 작동 시기가 달라지는 문제가 있었다. 또한, 종래에는 가스 내압이 리튬 전지의 케이스의 상부 헤더부와 안전 장치가 있는 바텀부에 분산되어 헤더부와 바텀부에 배부름(bulge) 현상이 발생되도록 하여 리튬 전지의 치수 변형성이 커서, 복수개의 리튬 전지로 전지 팩을 구성하는 경우의 전지 팩 설계에 어려움이 있었다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 바텀부(119b)를 전극 조립체(111)와 멀어지는 방향으로 미리 돌출되도록 형성하여, 리튬 전지(100a)의 내압이 바텀부(119b)의 배부름(bulge)에 소모되는 것을 방지함으로써 내압이 탑 캡(120)의 안전 배기구(114)에 집중되게 할 수 있다. 이에 따라, 리튬 전지(100a)의 내압이 일정 부분 소실되는 것을 방지할 수 있으므로, 벤트(114b)에 전달되는 압력에 편차를 줄여 벤트(114b)의 작동 시기가 달라졌던 문제를 해결할 수 있으며, 리튬 전지(100a)의 내압에 의한 바텀부(119b)의 치수 변형 또한 방지할 수 있다.
이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 리튬 전지에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예와 차이점이 있는 부분을 중심으로 설명한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 리튬 전지(100b)는 전극 조립체(111); 상기 전극 조립체(111) 및 전해액을 수용하며, 상부가 개구된 통 형상의 측벽부(119a), 상기 측벽부(119a)의 하부면에 돌출되게 형성되는 바텀부(119b)와 상기 바텀부(119b)를 덮는 바텀 캡(117)을 포함하는 케이스 본체(119); 및 상기 케이스 본체(119)의 상기 상부에 설치되며 안전 배기구(114)가 구비되는 탑 캡(120);을 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 상기 케이스 본체(119)에 형성된 바텀부(119b)는 측벽부(119a)의 하부면에 설치되되 상기 전극 조립체(111)와 멀어지는 방향으로 돌출되게 형성된다. 여기서, 바텀부(119b)는 측벽부(119a)로부터 절곡 및 연장되도록 형성될 수 있다. 즉, 바텀부(119b)는 측벽부(119a)와 일체로 형성될 수 있다. 상기 실시예에서는 바텀부(119b)와 측벽부(119a)가 일체로 형성되는 것을 일예로 하여 설명하였지만, 이에 제한되는 것은 아니고 바텀부(119b)와 측벽부(119a)는 별도로 형성되어 용접 등의 방법으로 결합될 수도 있다.
상기 측벽부(119a)는 속이 빈 통 형상을 가지며, 내부에 상기 전극 조립체(111)를 수용한다. 여기서, 상기 바텀부(119b)에는 헤드(115b1)를 수용하는 제1 수용부(119b1) 및 베이스 플레이트(115a)를 수용하는 제2 수용부(119b2)가 형성될 수 있다. 한편, 제2 수용부(119b2)에는 절연부재(119c)가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 절연부재(119c)는 헤드(115b1) 및 베이스 플레이트(115a)와 이를 각각 수용하는 제1 수용부(119b1) 및 제2 수용부(119b2) 사이를 절연하는 역할을 한다. 상기 헤드(115b1)와 베이스 플레이트(115a)는 각각 전지의 (+)극과 (-)극에 해당한다. 이에 따라, 제1 수용부(119b1)와 제2 수용부(119b2)가 연속된 금속도체선 상에 놓이게 되면 단락이 되므로, 절연부재(119c)를 이용하여 단락이 되지 않도록 절연한다.
한편, 도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 리튬 전지(100b)의 바텀부(119b) 하부에는 제1 실시예와는 다르게 바텀부(119b)를 덮는 바텀 캡(117)이 구비될 수 있다. 바텀 캡(117)은 케이스 본체(119)의 측벽부(119a)의 일부와 접촉 또는 결합되는 바텀 측벽부(117a)와 바텀 측벽부(117a)로부터 절곡 연장되어 바텀부(119b)를 실질적으로 수용하는 바텀 수용부(117b)로 이루어진다. 상기 바텀 수용부(117b)에는 일부분이 제1 수용부(119b1)에 수용되어 결합되는 제1 캡 수용부(117b1)와 일부분이 제2 수용부(119b2)에 수용되어 결합되는 제2 캡 수용부(117b2)가 형성될 수 있다. 특히, 바텀 수용부(117b)에는 바텀 결합부(117c)가 구비될 수 있다.
바텀 캡(117)은 하부면에 바텀부(119b)가 돌출되게 형성된 케이스 본체(119)의 넘어짐을 방지할 수 있다. 바텀 캡(117)의 바텀 결합부(117c)는 바텀부(119b)의 제1 수용부(119b1)에 결합될 수 있다. 여기서, 바텀 결합부(117c)는 용접 가능한 금속으로 이루어진 돌기 형상일 수 있는데, 용접 시 바텀 결합부(117c)가 녹으면서 케이스 본체(119)의 제1 수용부(119b1)와 용접되어 결합될 수 있다. 바텀 결합부(117c)는 제1 캡 수용부(117b1)에도 구비될 수 있다. 이에 따라, 이웃한 상기 리튬 전지(100b)의 바텀부(119)에 적층될 경우, 제1 수용부(119b1)에 헤드(115b1)가 용접되어 결합 및 수용되고 제2 수용부(119b2)에 베이스 플레이트(115a)가 수용될 수 있다. 이에 따라서, 리튬 전지(100b)로 전지 팩을 구성하는 경우, 전지 팩 설계가 보다 용이해질 수 있다.
종래의 리튬 전지의 안전 장치는 케이스의 바텀부에 구비되어 있어, 단위 리튬전지를 소정의 직병렬로 구성한 팩전지의 경우 전지조립에 의한 바텀부의 구속에 의하여 안전장치의 열림이 방해 받을 수 있으며, 미세하게 열린 안전장치 주위에 누액된 전해액이 케이스를 부식시켜 산화물에 의한 안전장치의 재막힘 현상과 같은 문제가 발생하였다. 하지만, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 종래와 다르게 안전 배기구(114)가 탑 캡(120)에 구비됨으로써 바텀부(119b)의 구속에 의하여 안전 배기구(114)의 열림이 방해 받지 않고, 재막힘 현상과 같은 문제가 발생하지 않으므로 리튬 전지(100b) 내부의 가스 배출이 용이해진다.
한편, 종래에는 가스 내압이 리튬 전지 케이스의 상부 헤더부와 안전 장치가 있는 바닥부에 분산되어 헤더부와 바텀부에 배부름(bulge) 현상이 발생됨으로써 가스 내압이 일정 부분 소실되어 벤트에 전달되는 압력에 편차가 발생됨으로써 벤트의 작동 시기가 달라지는 문제가 있었다. 또한, 종래에는 가스 내압이 리튬 전지의 케이스의 상부 헤더부와 안전 장치가 있는 바텀부에 분산되어 헤더부와 바텀부에 배부름(bulge) 현상이 발생되도록 하여 리튬 전지의 치수 변형성이 커서, 복수개의 리튬 전지로 전지 팩을 구성하는 경우의 전지 팩 설계에 어려움이 있었다.
하지만, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 바텀부(119b)를 전극 조립체(111)와 멀어지는 방향으로 미리 돌출되도록 형성하여, 리튬 전지(100b)의 내압이 바텀부(119b)의 배부름(bulge)에 소모되는 것을 방지함으로써 내압이 탑 캡(120)의 안전 배기구(114)에 집중되게 할 수 있다. 이에 따라, 리튬 전지(100a)의 내압이 일정 부분 소실되는 것을 방지할 수 있으므로, 벤트(114b)에 전달되는 압력에 편차를 줄여 벤트(114b)의 작동 시기가 달라졌던 문제를 해결할 수 있으며, 리튬 전지(100b)의 내압에 의한 바텀부(119b)의 치수 변형 또한 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 리튬 전지 111 : 전극 조립체
112 : 내측부 113 : 외측부
114 : 안전 배기구 114a : 홈
114b : 벤트 115 : 단자 조립체
116 : 결합부재 117 : 바텀 캡
117a : 바텀 측벽부 117b : 바텀 수용부
117c : 바텀 결합부 119 : 케이스 본체
119a : 측벽부 119b : 바텀부
120 : 탑 캡
112 : 내측부 113 : 외측부
114 : 안전 배기구 114a : 홈
114b : 벤트 115 : 단자 조립체
116 : 결합부재 117 : 바텀 캡
117a : 바텀 측벽부 117b : 바텀 수용부
117c : 바텀 결합부 119 : 케이스 본체
119a : 측벽부 119b : 바텀부
120 : 탑 캡
Claims (15)
- 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체;
상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하며, 상부가 개구된 통 형상의 측벽부와 상기 측벽부의 하부면에 설치되되 상기 전극 조립체와 멀어지는 방향으로 돌출되게 형성되는 바텀부를 포함하는 케이스 본체; 및
상기 케이스 본체의 상기 상부에 설치되며, 내부압력 상승 시 가스가 외부로 방출되도록 하는 안전 배기구가 구비되는 탑 캡;
을 포함하는 리튬 전지.
- 제1항에 있어서,
상기 측벽부와 상기 바텀부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제1항에 있어서,
상기 탑 캡에는 상기 탑 캡의 중심을 포함하는 영역에 삽입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제3항에 있어서,
상기 삽입부에 삽입되어 구비되며, 중앙에 절연된 단자를 갖는 단자 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제4항에 있어서,
상기 단자 조립체는,
원 형상의 도체 판재로 형성되되 중앙에 관통구가 형성된 베이스 플레이트;
상기 관통구에 삽입되어 구비되는 단자; 및
상기 관통구의 외주연을 따라 형성되어, 상기 베이스 플레이트와 상기 단자 사이에 개재되는 융착된 유리 분말;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제5항에 있어서,
상기 단자는 봉 형상의 단자 본체 및 상기 단자 본체의 적어도 일단부에 구비된 헤드를 구비한 도체로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제6항에 있어서,
상기 바텀부에는 상기 단자의 상기 헤드를 수용하는 제1 수용부 및 상기 베이스 플레이트를 수용하는 제2 수용부가 형성되어, 이웃한 리튬 전지가 적층될 경우에 상기 제1 수용부에 상기 헤드를 수용하고 상기 제2 수용부에 상기 베이스 플레이트를 수용하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제7항에 있어서,
상기 제2 수용부에는 절연부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제1항에 있어서,
상기 안전 배기구는,
상기 탑 캡의 외주연 내측을 따라서 V자 또는 U자 형상으로 형성되며, 상기 탑 캡의 중심에 대칭되도록 형성되는 적어도 하나의 홈; 및
상기 홈의 단부 사이에 형성되는 벤트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제9항에 있어서,
상기 벤트는 홈 형상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제10항에 있어서,
상기 탑 캡에는 상기 외주연으로부터 절곡 및 연장되는 결합부가 구비되며, 상기 결합부는 상기 측벽부와 결합되는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제7항에 있어서,
상기 바텀부 상에는 상기 바텀부를 덮는 바텀 캡이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제12항에 있어서,
상기 바텀 캡은 상기 측벽부의 일부와 접촉 또는 결합되는 바텀 측벽부 및 상기 바텀 측벽부로부터 절곡 연장되어 상기 바텀부를 실질적으로 수용하는 바텀 수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제13항에 있어서,
상기 바텀 수용부는 일부분이 제1 수용부에 수용되어 결합되는 제1 캡 수용부 및 일부분이 제2 수용부에 수용되어 결합되는 제2 캡 수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
- 제14항에 있어서,
상기 바텀 수용부 또는 상기 제1 캡 수용부에는 바텀 결합부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
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