KR101296219B1 - 출력 용량 향상을 위한 리튬 1차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출력 용량 향상을 위한 리튬 1차 전지에 관한 것이다.
본 발명은 양극의 내,외측을 음극으로 감아서 형성함으로써, 양극과 음극 간에 전체적인 접촉면적이 최소화되어 외력에 의한 충격에 의해 쉽게 단락이나 쇼트를 방지하게 되어 안전성을 확보할 수 있고, 또한 양극의 양면에 음극이 형성되어 양극과 음극 간에 활성면적이 넓게 함으로써, 중,저 출력시 용량특성을 향상할 수 있으며, 양극 집전체의 리드는 가늘고 좁게 형성함으로써, 과전류로 인한 과열에 쉽게 단락되게 되므로 과전류로 인한 전지의 파손을 방지할 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.

Description

출력 용량 향상을 위한 리튬 1차 전지{LITHIUM PRIMARY CELL 0F BOBBIN TYPE}

본 발명은 출력 용량 향상을 위한 리튬 1차 전지에 관한 것으로, 상세하게는 전지 내부의 양극과 음극 간에 활성면적을 넓게 하여 중,저 출력시 용량이 향상되도록 한 출력 용량 향상을 위한 리튬 1차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 리튬 1차 전지는 양극을 성형하여 제조하는 바빈(BOBBIN)형과, 전극을 넓게 펼친 후 감아서 제조하는 와운드(WOUND)형으로 구분된다.

상기 바빈형 전지는 저전류(μA~수 mA)로 장기간 동안 사용하는 아주 작은 출력의 기기에 적합한 전지로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 원통형의 양극(1)의 내주면에 양극 집전체(2)가 삽입하고, 상기 양극(1)의 외주면을 유리질 부직포로 이루어진 분리막(3)으로 감싸며, 분리막(3)의 외측면을 음극(4)으로 감싸서 케이스(5)에 내장하게 된다.

따라서 상기 바빈형 1차 전지는 양극에 음극을 1회 감싸준 형태이므로, 안전성이 우수하고, 저전류 방전시 용량특성이 우수하지만, 상기 양극과 음극 간에 활성 면적이 작아서 출력이 낮고 방전 용량이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

반면에 상기 와운드형 전지는 고전류(수 mA ~ 수 A)로 단기간 동안 사용되는 비교적 큰 출력의 기기에 적합한 전지로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 유리질 부직포로 이루어진 분리막(23)의 양측에 양극(21)과 음극(24)을 분포시켜 얇은 면상으로 길게 제작하고, 상기 음극(24)의 일면에 상기 분리막(23)을 분포시켜 동심원 상으로 수 회 권취하여 형성한 후 원통 케이스(25)에 내장하게 된다.

이와 같이 구성된 와운드형 1차 전지는 양극(21)과 음극(24)을 수 회 권취하게 되므로 양극과 음극 간에 활성면적이 켜져 고전류 방전을 하게 되므로 출력특성이 우수하나, 상기 고전류 방전에 따른 전류의 흐름이 많아 고전류 방전시 열이 많이 발생하는가 하면, 또한 고출력용으로 사용되기 때문에 중,저출력용 사용시에는 용량특성이 우수하지 못한 문제점이 있다.

아울러 상기 와운드형 1차 전지는 구조적인 특성상 양극과 음극이 얇은 판상으로 수회 권취하여 형성하게 되므로, 외부 충격이 가해질 때 얇은 판상에 의해 수회 권취에 따른 접촉면적이 커서 음극과 양극 간의 접촉이 쉽게 발생하여 상기 음극과 양극의 접촉으로 인한 화재 또는 폭발 등의 사고에 취약하여 안전성 확보에 어려운 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하고자 하는 본 발명의 과제는 중, 저출력 시 용량특성을 크게 향상할 수 있는 리튬 1차 전지를 제공하는데 있다.

상기 문제점을 해결하고자 하는 본 발명의 다른 과제는 외력에 의해 쉽게 양극과 음극이 접촉되지 않는 안전성을 갖는 리튬 1차 전지를 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 수단은 양극 집전체; 상기 양극 집전체의 상부에 돌출되게 결합하되 상기 돌출되는 부위가 상기 양극 집전체에 결합되는 부위의 폭보다 좁은 폭으로 형성되는 리드; 상기 양극 집전체의 양면에 도포되어 일단과 타단을 마주보게 감아 형성된 양극; 상기 양극의 양측을 감싸 주는 분리막; 상기 양극의 일단과 타단 사이로 일측을 삽입하여 내측을 감싸고, 타측을 일단과 타측 사이로 인출하여 외측을 감싸주는 음극을 형성하여 케이스에 삽입하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 양극과 음극은 양극을 1회 권취하고 음극을 2회 권취하는 것을 특징으로 한다.

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상기 본 발명의 수단에 의하면, 양극의 내,외측을 음극으로 감아서 형성함으로써, 양극과 음극 간에 전체적인 접촉면적이 최소화되어 외력에 의한 충격에 의해 쉽게 단락이나 쇼트를 방지하게 되어 안전성을 확보할 수 있고, 또한 양극의 양면에 음극이 형성되어 양극과 음극 간에 활성면적이 넓게 함으로써, 중,저 출력시 용량특성을 향상할 수 있으며, 양극 집전체의 리드는 가늘고 좁게 형성함으로써, 과전류로 인한 과열에 쉽게 단락되게 되므로 과전류로 인한 전지의 파손을 방지할 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.

도 1은 종래 바빈형 리튬 1차 전지의 횡단면도
도 2는 종래 와운드형 리튬 1차 전지의 횡단면도
도 3은 본 발명 리튬 1차 전지의 일부 절결 사시도
도 4은 본 발명 리튬 1차 전지의 결합 횡단면도 및 양극 집전체 정면도
도 5는 본 발명 리튬 1차 전지의 고율 방전 평가 그래프
도 6은 본 발명 리튬 1차 전지의 안전성 평가 그래프

이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 리튬 1차 전지의 일부 절결 사시도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 리튬 1차 전지(30)는 양극(31), 양극 집전체(32), 분리막(33), 음극(34), 케이스(35)로 구비하게 된다.

상기 양극(31)은 주로 카본으로 구성하게 되며, 상기 양극(31)은 소정의 두께와 길이로 형성하게 된다.

상기 양극 집전체(32)는 상기 양극(31)의 전자가 수집되며, 활물질에서 발생되어 공급되는 전자가 움직일 수 있는 통로를 제공하게 된다.

상기 양극 집전체(32)는 주로 니켈(Ni)로 구성되고, 상기 양극 집전체(32)는 판상으로 형성하게 되며, 상기 양극집전체(31)의 상부에 도출되게 결합하되 상기 양극집전체(31)로부터 도출되는 부위는 양극접전체(31)에 결합되는 부위의 폭보다 좁은 폭으로 리드(321)를 형성하여 과전류가 흐를 경우 쉽게 단락시켜 내부로 과전류가 흐르지 않게 함으로써, 전지의 파손을 방지하게 된다.

상기 분리막(33)은 전극 간에 직접적인 접촉을 차단하는 유리질 부직포로 형성하게 되고, 상기 분리막(33)는 상기 양극(31)의 양면을 전체적으로 감싸 줄 수 있는 폭과 길이로 형성하게 된다.

상기 음극(34)은 상기 분리막(33)의 일측에 분포되게 상기 양극(31)보다는 얇은 두께와 상기 분리막(33)에 감싸진 양극(31)의 양면 전체를 감싸줄 수 있는 길이로 길게 형성하게 되며, 상기 음극(34)은 리튬에 양극재료인 산화망간(MnO₂), 티오닐 클로라이드(SOCl₂), 이산화황(S0₂) 등과 조합하여 구성하게 된다.

상기 케이스(35)는 내측으로 수용공간을 갖고 전해질이 충진되는 원통형으로 구비하게 되며, 상기 케이스(35)는 SUS 재질로 구비하게 된다.
도 4은 본 발명 리튬 1차 전지의 결합 횡단면도 및 양극 집전체의 정면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 분리막(33)의 일측면에 소정의 두께와 길이로 형성된 양극(31)을 분포시키고, 이어서 상기 분리막(33)으로 상기 양극(31)의 전체를 감싸주고 상기 분리막(33)으로 감싸진 양극(31)의 일단과 타단을 서로 마주보게 말아서 형성하게 된다.

상기 분리막(33)으로 감싸준 양극(31)의 일단과 타단 사이로 상기 양극(31)보다 얇은 두께와 긴 길이로 형성된 음극(34)의 일측을 삽입하여 상기 양극(31)의 내측을 감싸주고, 상기 음극(34)의 타측은 상기 양극(31)의 일단과 타단 사이로 인출되어 양극(31)의 외측을 감싸서 케이스(35)에 삽입하여 1차 전지를 완성하게 된다.

따라서 본 발명은 음극(34)이 양극(31)을 내,외측에서 감싸주게 되므로, 상기 양극(31)과 음극(34)은 와운드형에 비하여 상대적으로 아주 적은 귄취로 형성되게 되므로, 외력에 의한 충격에도 상기 양극(31)과 음극(34)이 쉽게 단락이나 쇼트가 발생하지 않게 되어 안정성을 크게 확보할 수 있게 된다.

또한 본 발명은 음극(34)이 양극(31)에 대하여 내측과 외측을 하나로 감싸서 주게 되므로, 상기 음극(34)과 양극(31) 간에 활성면적이 와운드형에 비하여 상대적으로 작아 중,저 출력이 가능하여 방전 출력특성을 크게 향상할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 상기 양극(31)에는 양극 집전체(32)의 상부로 돌출되게 결합 형성된 리드(321)를 폭이 좁게 형성함으로써, 가령 전지에 과전류가 흐를 경우, 과전류로 인한 발열에 의해 단락되어 내부로 전류가 흐르지 않게 차단하게 되므로, 과전류로 인한 전지의 파손을 방지하게 되어 전지의 수명을 크게 향상할 수 있게 되는 것이다.

도 5는 본 발명 리튬 1차 전지의 고율 방전 평가 그래프이다.

리튬 1차 전지의 전류 300mA 일정하게 유지하도록 한 상태에서, 고율 방전을 평가한 결과, 도 5에 도시한 바와 같이 바빈형 리튬 1차 전지(a)의 경우 80시간에서 모두 방전이 이루어졌고, 본 발명의 리튬 1차 전지(b)의 경우 90시간에서 모두 방전이 이루어졌으며, 와운드형의 리튬 1차 전지(c)의 경우 100시간에서 모두 방전이 이루어졌음을 감안하여 볼 때,

	바빈형	본 발명	와운드형
방전용량	25Ah	28Ah	30Ah

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 바빈형의 경우 방전용량은 25Ah, 와운드형의 경우 방전용량은 30Ah과 비교하여 볼때 본 발명의 경우 방전용량은 28Ah로 상기 바빈형 방전용량 보다는 개선됨을 보였다.

도 6은 본 발명 리튬 1차 전지의 안전성 평가 그래프이다.

양극(31)에 삽입되어 구비된 양극 집전체(32)의 리드(321) 단락을 평가하였을 때, 도 6에 도시한 바와 같이, 양극 집전체(32)의 리드(321)에 전류 9A 흐르고, 온도는 50℃에서 단락되는 것으로 나타났다.

따라서 본 발명은 내부에 별도의 과전류 보호회로 없이도 양극집전체(32)의 리드(321)의 단락에 의해 과전류 및 과전류로 인한 열로부터 전지의 파손을 방지하게 되어 안전성을 확보할 수 있게 되는 것이다.

30; 리튬 1차 전지 31; 양극
32; 양극 집전체 321; 리드
33; 분리막 34; 음극
35; 케이스

Claims (4)

1. 양극 집전체;
   상기 양극 집전체의 상부에 돌출되게 결합하되 상기 돌출되는 부위가 상기 양극 집전체에 결합되는 부위의 폭보다 좁은 폭으로 형성되는 리드;
   상기 양극 집전체의 양면에 도포되어 일단과 타단을 마주보게 감아 형성되는양극;
   상기 양극의 양측을 감싸 주는 분리막;
   상기 양극의 일단과 타단 사이로 일측을 삽입하여 내측을 감싸고, 타측을 일단과 타측 사이로 인출하여 외측을 감싸주는 음극을 형성하여 케이스에 삽입하는 것을 특징으로 하는 출력 용량 향상을 위한 리튬 1차 전지.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 양극과 음극은 양극을 1회 권취하고 음극을 2회 권취하는 것을 특징으로 하는 출력 용량 향상을 위한 리튬 1차 전지.
4. 삭제

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