KR101252869B1 - Battery pack ensuring a good safety - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2 이상의 전지가 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩에 있어서, 전지 내 내부 단락 발생시 내부 단락이 발생한 전지에서의 과전류를 감지하여 내부 단락이 발생한 전지에 다른 전지로부터의 전류 유입을 차단시키는 수단을 모든 전지가 구비하는 것이 특징인 전지 팩을 제공한다.The present invention provides a battery pack in which two or more batteries are connected in series or in parallel, and detects an overcurrent in a battery in which an internal short circuit occurs when an internal short circuit occurs in the battery, thereby blocking an inflow of current from another battery. A battery pack is characterized in that all batteries are provided with means.
본 발명에 따른 전지 팩은 내부 단락이 발생된 전지에서 내부 단락에 의해 발생되는 과전류에 반응하여 상기 전지에서의 전류 흐름을 의도적으로 끊어 줌으로써 전기적으로 연결된 여러 다른 전지로부터 내부 단락이 발생된 전지에 과량의 전류가 동시 다발적으로 유입되는 것을 억제하여, 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.The battery pack according to the present invention intentionally breaks the current flow in the battery in response to the overcurrent generated by the internal short circuit in the battery in which the internal short circuit occurs, thereby causing an excess of the battery in which the internal short circuit has occurred from several other electrically connected batteries. It is possible to suppress the simultaneous influx of currents to improve the safety of the battery pack.
Description
도 1은 종래 전지팩에서의 통상시 및 내부단락시 전류흐름도를 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a current flow chart during normal time and internal short circuit in a conventional battery pack.
도 2는 각 전지가 본 발명에 따른 차단수단을 구비한 전지팩에서의 통상시 및 내부단락시 전류흐름도를 도시한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the current flow in normal and internal short circuit in each battery pack having a blocking means according to the present invention.
도 3은 디자인 변경을 통해 특정 부분에서의 저항값을 증가시킨 Tab의 개략도이다.3 is a schematic diagram of a tab in which a resistance value is increased in a specific portion through a design change.
본 발명은 2 이상의 전지가 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩으로서 우수한 안전성을 발휘하는 전지 팩에 관한 것이다. The present invention relates to a battery pack having excellent safety as a battery pack in which two or more batteries are connected in series or in parallel.
최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 리튬 이차전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. Recently, miniaturization and lighter weight of electronic equipment have been realized and use of portable electronic devices has become common, so researches on lithium secondary batteries having high energy density have been actively conducted.
리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 양극(cathode) 및 음극(anode)으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 상기 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화반응, 환원반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다.A lithium secondary battery is prepared by using a material capable of inserting and detaching lithium ions as a cathode and an anode, and filling an organic electrolyte or a polymer electrolyte between the anode and the cathode. Electrical energy is generated by oxidation and reduction reactions when inserted and detached from the cathode.
그러나, 이와 같은 리튬 이차 전지는 안전성에 문제가 있으므로 이를 해결하기 위한 시도들이 진행되고 있다. 리튬 이차 전지가 과충전되면 양극으로부터 과잉의 리튬이 나오고, 음극으로 과잉의 리튬이 삽입되면서 음극 표면에 반응성이 매우 큰 리튬 금속이 석출되고 석출된 리튬 금속이 분리막을 뚫을 정도로 성장하여 양극과 음극 사이에 내부단락을 일으킬 수 있고, 양극 또한 열적으로 불안정한 상태가 되며, 전해액으로 사용하는 유기 용매의 분해반응으로 인한 급격한 발열반응으로 전지가 발화, 폭발하는 등의 안전성 문제가 생긴다.However, since such a lithium secondary battery has a safety problem, attempts have been made to solve this problem. When the lithium secondary battery is overcharged, excess lithium comes out from the positive electrode, and excess lithium is inserted into the negative electrode, and very reactive lithium metal is precipitated on the surface of the negative electrode, and the precipitated lithium metal grows to penetrate the separator and is formed between the positive electrode and the negative electrode. An internal short circuit may occur, and the anode may also become thermally unstable, and a sudden exothermic reaction due to the decomposition reaction of an organic solvent used as an electrolyte may cause safety problems such as battery ignition and explosion.
또, 전지가 무거운 물체에 눌리거나 강한 충격을 받거나 전지가 고온에 노출될 경우에도 안전성 문제가 생긴다. 즉, 못 관통, 압착, 충격, 고온 노출 등의 경우, 전지 내부의 양극과 음극은 내부에서 국부적으로 단락이 생긴다. 이때 국부적으로 과도한 전류가 흐르게 되고 이 전류로 인해 발열이 생긴다. 국부적인 단락으로 인한 단락 전류의 크기는 저항에 반비례하므로 단락 전류는 저항이 낮은 쪽으로 많이 흐르게 된다. 이때, 단락 부분을 중심으로 국부적으로 매우 높은 발열이 생기게 된다.In addition, safety problems arise when the battery is pressed by a heavy object, subjected to strong impact, or when the battery is exposed to high temperatures. That is, in the case of nail penetration, crimping, impact, high temperature exposure, the positive and negative electrodes inside the battery are locally shorted. At this time, locally excessive current flows and heat is generated by this current. Since the magnitude of the short circuit current due to local short circuit is inversely proportional to the resistance, the short circuit current flows much toward the lower resistance. At this time, a very high heat generation is generated locally around the short circuit portion.
전지 내부에 발열이 생길 경우 전지 내부를 구성하고 있는 양극, 음극 및 전해액이 서로 반응하거나 연소하게 되는데 이 반응은 매우 큰 발열 반응이므로 결국 발화되거나 폭발하게 된다. 따라서, 이와 같은 경우 전지 내부에서 급격한 발열이 생기지 않게 해야 한다. When heat is generated inside the battery, the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte constituting the inside of the battery react or burn with each other. This reaction is a very large exothermic reaction and eventually ignites or explodes. Therefore, in such a case, it is necessary to prevent rapid generation of heat inside the battery.
상기와 같이 여러 요인으로 인해 전지 내 양극과 음극 사이의 내부 단락이 발생하면 전지의 발화 또는 폭발 가능성이 커진다. 한편, 본 발명자들은 용량이나 전압을 높이고자 2 이상의 전지가 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩의 경우에는 하나의 전지에서 내부단락이 발생되면 전기적으로 연결된 여러 다른 전지로부터 내부 단락이 발생된 전지로 동시다발적으로 유입되는 추가 과전류로 인해 전지의 발화 또는 폭발 가능성을 훨씬 더 커져, 내부 단락 시 전지팩의 안전성 문제는 훨씬 더 심각하다는 것을 인식하였으며, 본 발명은 이에 기초한 것이다.As described above, when an internal short circuit occurs between the positive electrode and the negative electrode in the battery, the possibility of fire or explosion of the battery increases. On the other hand, in the case of a battery pack in which two or more batteries are connected in series or in parallel in order to increase capacity or voltage, the inventors of the present invention provide a battery in which an internal short circuit occurs from several electrically connected batteries when an internal short circuit occurs in one battery. The simultaneous overflow of additional overcurrents makes the battery even more likely to ignite or explode, thereby recognizing that the safety problem of the battery pack is much more serious in the internal short circuit, and the present invention is based on this.
따라서, 본 발명은 이러한 전지 팩의 안전성 문제점을 고려하여, 하나 또는 그 이상의 전지에 내부 단락이 발생되더라도 안전성이 확보된 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery pack in which safety is ensured even when an internal short circuit occurs in one or more batteries in consideration of the safety problem of the battery pack.
본 발명은 2 이상의 전지가 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩에 있어서, 전지 내 내부 단락 발생시 내부 단락이 발생한 전지에서의 과전류를 감지하여 내부 단락이 발생한 전지에 다른 전지로부터의 전류 유입을 차단시키는 수단을 모든 전지가 구비하는 것이 특징인 전지 팩을 제공한다.The present invention provides a battery pack in which two or more batteries are connected in series or in parallel, and detects an overcurrent in a battery in which an internal short circuit occurs when an internal short circuit occurs in the battery, thereby blocking an inflow of current from another battery. A battery pack is characterized in that all batteries are provided with means.
이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
두 개 이상의 전지가 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩에서, 한 전지에 내부 또는 외부적인 요인으로 내부 단락이 일어나면, 내부 단락이 일어난 지점에 과량의 전류가 흐르게 된다. 나아가, 내부 단락이 발생된 전지에 집중하여 전 기적으로 연결된 여러 다른 전지로부터도 과량의 전류가 동시 다발적으로 유입되게 되어, 순식간에 내부 단락된 전지 내에서 과전류에 의한 열 발생량은 심각하게 커져 열폭주가 발생하기 때문에 발화 또는 폭발 가능성이 현저히 증가한다(도 1 참조). In a battery pack in which two or more cells are connected in series or in parallel, when an internal short circuit occurs in one cell due to internal or external factors, excessive current flows at the point where the internal short circuit occurs. In addition, excessive current flows in multiple cells simultaneously from other electrically connected cells concentrated on the battery in which the internal short circuit has occurred. Because of the congestion, the possibility of ignition or explosion is significantly increased (see FIG. 1).
예컨대, 전지가 내부 단락에 의해 전지 내부에서 또는 각각의 다른 전지에서 100A 이상의 전류가 전극 탭 또는 전지간 연결 도선을 통하여 순간적으로 흐르게 되면, 전지 내 저항에 의한 열이 발생하여 온도가 100도 이상으로 상승하고, 그 이후에는 전해액과 전극간의 반응으로 자기 발열과정을 거치면서 단시간에 400도 이상의 고온으로 상승하면서, 전해액의 휘발로 발생하는 가연성 가스와 산소의 폭발적인 반응으로 발화 또는 폭발한다. 통상, 원통형 리튬 이차전지의 경우 60A 이상, 폴리머 리튬 이차전지의 경우 60~100A의 과전류가 흐르면 1초 이내에 발화 또는 폭발한다.For example, if a battery instantaneously flows more than 100A in the cell or through each other cell through an internal short circuit through an internal short circuit, heat generated by resistance in the cell generates a temperature of 100 ° C or more. After that, while the self-heating process through the reaction between the electrolyte and the electrode, the temperature rises to 400 degrees or more in a short time, and ignites or explodes due to the explosive reaction of flammable gas and oxygen generated by volatilization of the electrolyte. In general, when an overcurrent of 60A or more in the case of a cylindrical lithium secondary battery and 60-100A in the case of a polymer lithium secondary battery flows, it ignites or explodes within 1 second.
따라서, 본 발명은 내부 단락이 발생된 전지에서 내부 단락에 의해 발생되는 과전류에 반응하여 상기 전지에서의 전류 흐름을 의도적으로 끊어 줌으로써 전기적으로 연결된 여러 다른 전지로부터 내부 단락이 발생된 전지에 과량의 전류가 동시 다발적으로 유입되는 것을 억제하는 것이 특징이다(도 2 참조).Therefore, the present invention intentionally breaks the current flow in the battery in response to the overcurrent generated by the internal short circuit in the battery in which the internal short circuit occurs, thereby causing an excessive current in the battery in which the internal short circuit occurs from several other electrically connected cells. Is characterized by suppressing the simultaneous influx of (see FIG. 2).
2 이상의 전지가 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩에 있어서, 내부 단락은 모든 전지에서 일어날 수 있으므로, 내부 단락이 발생한 전지에 다른 전지로부터의 전류 유입을 차단하기 위해서는, 모든 전지가 본 발명에 따른 전류 유입 차단 수단을 구비하여야 한다.In a battery pack in which two or more cells are connected in series or in parallel, an internal short circuit can occur in all the batteries, so that in order to block the inflow of current from another battery in the battery in which the internal short circuit occurs, all the batteries are in accordance with the present invention. Means shall be provided for blocking current inflow.
본 발명에 따라 전지 팩을 구성하는 각 전지가 리튬이온 이차 전지인 경우, 전류 유입을 차단시키는 과전류의 최소값은 약 10A정도 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 보통 전지에서 단락전류를 측정해 보면 약 50A ~ 140A 정도이다. 또한, 전류 유입 차단 수단은 전지 용량의 3배 이상, 즉 3C 이상에서 작동하는 것이 바람직하다.When each battery constituting the battery pack according to the present invention is a lithium ion secondary battery, it is preferable that the minimum value of the overcurrent for blocking the inflow of current is about 10 A or more. When measuring the short-circuit current in a typical battery is about 50A ~ 140A. In addition, the current inflow blocking means is preferably operated at three times or more of the battery capacity, that is, at least 3C.
본 발명에 따라 전지 내 내부 단락 발생시 내부 단락이 발생한 전지에서의 과전류를 감지하여 내부 단락이 발생한 전지에 다른 전지로부터의 전류 유입을 차단시키는 수단은 전지의 내부 단락에 의해 발생되는 소정의 값 이상의 과전류가 이를 통해 흐를 경우 용단되는 것일 수 있다. 이때, 상기 차단 수단은 각 전지내 제1전극, 제2전극 또는 두 전극과 직렬로 연결된다. 상기 차단 수단의 비제한적인 예로는 퓨즈가 있다.According to the present invention, a means for detecting an overcurrent in a battery in which an internal short circuit occurs when an internal short circuit occurs in a battery and blocking current flow from another battery in the battery in which the internal short circuit occurs is an overcurrent of a predetermined value or more generated by an internal short circuit of the battery. If it flows through it may be a melting. In this case, the blocking means is connected in series with a first electrode, a second electrode, or two electrodes in each battery. Non-limiting example of the blocking means is a fuse.
상기 퓨즈의 형상과 저항, 또는 두께를 조절함으로써, 정상적 작동의 경우, 예를 들어 4A 이하에서는 정상적으로 전류를 흘려주다가 4A 이상의 과전류가 흐를 경우에는 끊어지는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 10 A의 전류가 흐를 경우에 전류가 흐르지 못하게 할 수 있다.By adjusting the shape, resistance, or thickness of the fuse, in the case of normal operation, for example, 4A or less, a current is normally flowed, and when an overcurrent of 4A or more flows, it is possible to obtain an effect. For example, when a current of 10 A flows, the current may not flow.
본 발명에 따른 차단 수단은 전지의 통상적인 전류값 4A이하에서는 전류가 흐르고, 내부 단락 전류가 10A이상인 경우에는 자체 저항에 의해 열발생하여 용단될 수 있다. The blocking means according to the present invention can be melted by heat generation by its own resistance when a current flows below a typical current value of 4 A of the battery, and when the internal short circuit current is 10 A or more.
전지 성능에 큰 영향이 미치지 않도록 하면서, 상기와 같이 과전류가 흐를 때 차단 역할을 제대로 하기 위해서는, 도 3에 도시된 바와 같이, Tab의 디자인을 변경시켜 상기 변경 부분에서의 저항 값을 10~20배로 증가시키는 것이 바람직하다. 도선 또는 tab의 저항증가는 셀 성능과 연관이 있기 때문에, 저항증가를 시키는 범위를 최소화 하여 전체 저항의 증가를 최소화하는 것이 바람직하다.In order to function properly as a blocking function when an overcurrent flows as described above, while not significantly affecting battery performance, as shown in FIG. 3, the design of the tab is changed to increase the resistance value at the changed portion by 10 to 20 times. It is desirable to increase. Since the increase in resistance of the lead or tab is related to the cell performance, it is desirable to minimize the increase in the overall resistance by minimizing the range of increasing the resistance.
전지에서 전극 탭 또는 전지들을 연결하는 도선은 일반적으로 니켈과 같은 저항이 작은 금속으로 이루어져 있다. 이에 반해 본 발명에서 사용되는 차단 수단은 니켈에 비해 고저항, 저전도성을 가지는 금속인 납, 주석, 아연, 구리, 철 또는 이들의 합금일 수 있다. 본 발명에 따른 차단 수단의 저항값이 클수록, 전지 내부 단락에 의해 과전류가 흐르게 될 때 발생하는 오옴열로 전지의 온도가 상승하는 것 대신, 상기 차단 수단의 온도만 고저항에 의해 녹는점까지 순식간에 도달하게 유도하고, 녹으면 더 이상 전류가 흘러가지 못하게 할 수 있다. 왜냐하면, 식 Q= I2R (여기서, Q =저항열, I=전류, R=저항)에 따라 전류(I)가 일정할 때, 저항(R)이 클수록 저항열(Q)이 크기 때문에 온도 상승 속도가 빠르기 때문이다. 또한, 식 Q= Cp×m×ΔT (여기서, Q=열량, Cp= 열용량, m= 질량, ΔT=온도 변화량)에 따라 열량(Q)이 일정할 때, 열용량(Cp)이 작을수록 온도 변화(ΔT) 크므로 용융점에 빨리 올라갈 수 있으므로, 본 발명의 차단 수단은 열용량이 작은 것이 바람직하다. 나아가, 본 발명에 따른 차단 수단의 재료로 사용될 수 있는 납, 주석, 아연, 구리, 철 또는 이들의 합금은 일반적인 전극 탭으로 사용되는 니켈보다 용융점이 더욱 낮기 때문에 빨리 용융되어 전류를 차단할 수 있다. In a cell, the electrode tab or the lead connecting the cells is generally made of a metal with low resistance, such as nickel. In contrast, the blocking means used in the present invention may be lead, tin, zinc, copper, iron, or alloys thereof, which are metals having higher resistance and lower conductivity than nickel. As the resistance value of the blocking means according to the present invention becomes larger, instead of increasing the temperature of the battery due to ohmic heat generated when an overcurrent flows due to an internal short circuit, the temperature of the blocking means is increased to the point where only the temperature of the blocking means is melted by high resistance. It can lead to reaching and melting can prevent further current from flowing. Because when the current I is constant according to the formula Q = I 2 R (where Q = resistance train, I = current, R = resistance), the larger the resistance R is, the larger the resistance train Q is. This is because the ascent rate is fast. Further, when the heat quantity Q is constant according to the formula Q = Cp × m × ΔT (where Q = calorie, Cp = heat capacity, m = mass, ΔT = temperature change), the smaller the heat capacity Cp, the more the temperature change Since (ΔT) is large, the melting point of the present invention can be quickly raised, and therefore, the blocking means of the present invention is preferably small in heat capacity. Furthermore, lead, tin, zinc, copper, iron, or alloys thereof, which can be used as the material of the blocking means according to the present invention, can melt quickly because the melting point is lower than that of nickel, which is used as a general electrode tab, so that current can be interrupted.
본 발명에 따른 차단 수단은 각 전지의 하나의 전극 탭 상에 구비될 수도있 고, 전지와 전지를 연결하는 모든 도선 상에 구비될 수도 있다.The blocking means according to the present invention may be provided on one electrode tab of each battery, or may be provided on all conductors connecting the battery and the battery.
본 발명에 따른 차단 수단은 전지 내부 단락 발생 후 1초 이내에 전류 유입을 차단하는 것이 바람직하다. 전지 내부 단락 발생 후 다른 전지로부터 전류가 과량 유입되어 발화 또는 폭발하는데 통상 1초 이내이기 때문이다. 따라서, PTC와 같은 경우는 온도에 따라 저항값이 커져 전류를 차단하는 수단으로, 내부 단락시 전지 내부 온도를 인식하여 전류가 차단되기까지 4초 정도의 시간이 소요되기 때문에, 본 발명에 따른 차단 수단으로 적절하지 않다.The blocking means according to the present invention preferably blocks the current inflow within 1 second after the occurrence of a short circuit inside the battery. This is because an excessive current flows from another battery after the internal short circuit occurs to ignite or explode within 1 second. Therefore, in the case of PTC, the resistance value increases according to the temperature, and thus means to cut off the current. Since it takes about 4 seconds to recognize the internal temperature of the battery at the time of internal short-circuit, the current is cut off. Not appropriate by means
나아가, 본 발명에 따른 차단 수단을 사용함으로 인한 전지 팩의 안전성 효과는 3 이상의 전지가 연결되어 있는 전지 팩에서 더욱 유효하다.Furthermore, the safety effect of the battery pack by using the blocking means according to the present invention is more effective in the battery pack is connected to three or more batteries.
본 발명에 따른 차단 수단이 도입되는 전지 팩에 있어서, 각 전지는 예컨대 제1전극 탭이 구비된 제1전극판, 분리막, 및 제2 전극 탭이 구비된 제2전극판을 구비할 수 있다. In the battery pack in which the blocking means according to the present invention is introduced, each battery may include, for example, a first electrode plate provided with a first electrode tab, a separator, and a second electrode plate provided with a second electrode tab.
본 발명은 주로 리튬 이차 전지에 적용될 수 있으나, 리튬 이차 전지 이외에도 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등 모든 전기화학소자에 적용 가능하다. 또한 앞으로 리튬 이차 전지를 대체할 새로운 전지가 개발되어도 역시 응용 가능하다. The present invention may be mainly applied to lithium secondary batteries, but may be applied to all electrochemical devices such as nickel hydrogen batteries and nickel cadmium batteries in addition to lithium secondary batteries. In addition, it is also applicable to the development of a new battery to replace the lithium secondary battery in the future.
본 발명에 따른 차단 수단 이외에 전지에 관한 일반적인 사항은 리튬 충방전용 전지의 예를 들어 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.General matters related to the battery other than the blocking means according to the present invention will be described in more detail with reference to an example of a battery for lithium charging and discharging.
상기 리튬 충방전용 전지는 리튬 복합 산화물을 활물질로 포함하는 양극, 리튬을 흡착 및 방출 가능한 음극, 비수전해질, 및 분리막을 포함한다.The lithium charging / discharging battery includes a positive electrode including a lithium composite oxide as an active material, a negative electrode capable of adsorbing and releasing lithium, a nonaqueous electrolyte, and a separator.
상기 양극을 구성하기 위한 양극 활물질은 리튬복합산화물을 사용한다. 구체적 예를 들면, 리튬망간산화물(lithiated magnesium oxide), 리튬코발트산화물(lithiated cobalt oxide), 리튬니켈산화물 (lithiated nickel oxide), 또는 이들의 조합에 의해서 형성되는 복합산화물 등과 같이 리튬흡착물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하는 것을 사용한다. 이후, 상기 양극 활물질을 양극 전류집전체, 즉 알루미늄, 니켈, 또는 이들의 조합에 의해서 제조되는 호일(foil)에 결착시킨 형태로 양극을 구성한다. Lithium composite oxide is used as a positive electrode active material for constituting the positive electrode. Specifically, a lithium intercalation material such as a lithium oxide, a composite oxide formed by lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, or a combination thereof may be used. material is used as the main ingredient. Subsequently, the positive electrode is configured by binding the positive electrode active material to a positive electrode current collector, that is, a foil manufactured by aluminum, nickel, or a combination thereof.
상기 리튬 충방전용 전지의 음극을 구성하기 위한 음극 활물질은 리튬금속, 또는 리튬합금과 카본(carbon), 석유코크(petroleum coke), 활성화 카본(activated carbon), 흑연(graphite), 또는 기타 여러 가지 카본류 등과 같은 리튬흡착물질을 주성분으로 사용한다. 그리고, 상기 음극 활물질을 음극 전류집전체, 즉 구리, 금, 니켈 혹은 구리 합금 혹은 이들의 조합에 의해서 제조되는 호일과 결착시킨 형태로 음극을 구성한다. The negative electrode active material for constituting the negative electrode of the lithium charging / discharging battery is lithium metal, or lithium alloy and carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, or various other carbons. Lithium adsorption materials such as oils are used as the main component. The negative electrode is constituted by binding the negative electrode active material to a negative electrode current collector, that is, a foil made of copper, gold, nickel or a copper alloy or a combination thereof.
상기 분리막은 미세 다공 구조를 가지는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름 등이나, 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아크릴로나이트릴 (polyacrylonitrile) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene) 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름 등을 사용한다.The separator is a polyethylene (polyethylene), a polypropylene (polypropylene) having a microporous structure, or a multilayer film produced by a combination of these films, or polyvinylidene fluoride (polyvinylidene fluoride), polyethylene oxide (polyethylene oxide) And polymer films for solid polymer electrolytes or gel polymer electrolytes such as polyacrylonitrile or polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymers.
상기 전해질은 A+B-와 같은 구조의 염을 사용할 수 있으며, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고, B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, ASF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염을 의미한다. 구체적 예를 들면, 리튬염이 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드(dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄(dimethoxyethane), 디에톡시에탄(diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone) 혹은 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해, 해리되어 있는 것을 말한다.The electrolyte is A + B - and may be a salt of such a structure, A + is Li +, Na +,, and comprising an alkali metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as K + B - is PF 6 - , BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, ASF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2 ) 3 - and means a salt containing the same anion, ion consisting of a combination thereof. Specific examples of the lithium salt include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) and dipropyl carbonate (dipropyl). carbonate, DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone ( N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (ethyl methyl carbonate, EMC), gamma butyrolactone (γ-butyrolactone) or dissolved in an organic solvent consisting of a mixture thereof is dissociated.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention and are not intended to limit the invention.
실시예Example 1 One
3개의 전지가 병렬연결된 전지팩을 제조하였다(3S 2P). 이때 3개의 전지 모두는 도 3과 같이 Ni 도선으로 된 음극 tap의 특정 부분에서 두께를 작게 하여, 인 접 부위의 저항값보다 10배가 큰 저항값을 갖게 하였다. 하나의 전지를 둥근 bar를 이용하여 2000kgf의 힘으로 단락이 일어날 때까지 압착을 시켰다(Impact test). 이때, 압착된 전지에 short가 나면서 발생한 열로 인하여 음극 tap이 순간적으로 끊어지면서 전지는 발화하지 않았다.A battery pack in which three batteries were connected in parallel was manufactured (3S 2P). At this time, all three batteries had a smaller thickness at a specific portion of the negative electrode tap made of Ni lead, as shown in FIG. 3, to have a resistance value 10 times larger than that of the adjacent portion. One cell was pressed using a round bar until a short circuit occurred at a force of 2000 kgf (Impact test). At this time, the negative electrode tap was momentarily cut off due to the heat generated while the shorted battery was pressed, and the battery did not ignite.
비교예Comparative example 1 One
3개의 전지가 병렬연결된 전지팩을 제조하였다(3S 2P). 이때 하나의 전지만 도 3과 같이 Ni 도선으로 된 음극 tap의 특정 부분에서 두께를 작게 하여, 인접 부위의 저항값보다 10배가 큰 저항값을 갖게 하였다. 상기와 같은 음극 tap을 갖지 않는 다른 전지를 둥근 bar를 이용하여 2000kgf의 힘으로 단락이 일어날 때까지 압착을 시켰다(Impact test). 이때, 압착된 전지에 short가 나면서 발화하였다.A battery pack in which three batteries were connected in parallel was manufactured (3S 2P). At this time, only one battery had a small thickness at a specific portion of the negative electrode tap made of Ni lead, as shown in FIG. Another battery not having the negative electrode tap was pressed using a round bar until a short circuit occurred at a force of 2000 kgf (Impact test). At this time, the compressed battery fired while appearing short.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 팩은 내부 단락이 발생된 전지에서 내부 단락에 의해 발생되는 과전류에 반응하여 상기 전지에서의 전류 흐름을 의도적으로 끊어 줌으로써 전기적으로 연결된 여러 다른 전지로부터 내부 단락이 발생된 전지에 과량의 전류가 동시 다발적으로 유입되는 것을 억제하여, 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.As described above, the battery pack according to the present invention has an internal short circuit from several other electrically connected cells by intentionally breaking the current flow in the battery in response to an overcurrent generated by the internal short circuit in the battery in which the internal short circuit occurs. It is possible to suppress excessive current flow into the generated battery simultaneously, thereby improving the safety of the battery pack.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH103901A (en) | 1996-06-13 | 1998-01-06 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | High-temperature secondary battery |
| KR19990025357A (en) * | 1997-09-12 | 1999-04-06 | 양재신 | Battery detector of electric vehicle |
| JP2000133318A (en) | 1998-08-21 | 2000-05-12 | Sony Corp | Battery pack |
| JP2005183113A (en) | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Nissan Motor Co Ltd | Battery pack |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019156322A1 (en) * | 2018-02-12 | 2019-08-15 | 주식회사 엘지화학 | Current interrupt device and battery module including same current interrupt device |
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