KR101970651B1 - 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안전성을 향상시킬 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양극, 분리막, 음극이 적층되는 전극집합체, 내부에 상기 전극집합체가 내장되는 캔부재 및 상기 캔부재의 일부에 상기 캔부재의 소재와 다른 소재로 형성되며, 상기 캔부재 내부의 온도가 증가하면 상기 캔부재의 내부 가스가 외부로 분출되도록 파단하는 파단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 안전성을 향상시킬 수 있는 이차전지에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

대한민국공개특허공보 제10-2007-0006248호에는 종래의 원통형 이차전지가 개시되어 있다.

이러한 종래의 원통형 이차전지는 전류차단장치(CID), 벤트(vent) 등의 안전장치가 작동할 수 있는 충분한 시간이 주어지지 않는 직접 열 충격과 같은 테스트 시 내부의 고압가스가 순간적으로 외부로 분출될 때 가스가 분출될 수 있는 분출구가 탑캡 한 곳이기 때문에 배출 압력이 높아져 내부 전극집합체가 배출가스와 함께 외부로 배출되어 강력한 폭발이 발생하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 내부 가스 분출 시 분출구가 복수로 형성되는 이차전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 이차전지는 양극, 분리막, 음극이 적층되는 전극집합체, 내부에 상기 전극집합체가 내장되는 캔부재 및 상기 캔부재의 일부에 상기 캔부재의 소재와 다른 소재로 형성되며, 상기 캔부재 내부의 온도가 증가하면 상기 캔부재의 내부 가스가 외부로 분출되도록 파단하는 파단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 파단부는 상기 캔부재의 둘레를 따라서 형성될 수 있다.

상기 파단부는 상기 캔부재의 둘레를 가로지르도록 형성될 수 있다.

상기 파단부는 상기 캔부재와 열팽창 계수가 다른 소재로 형성되어 상기 캔부재와의 팽창 정도의 차이에 의해 균열이 발생되어 파단될 수 있다.

상기 파단부(20)는 인바(invar), 더글러스 퍼(douglas-fir), 텅스텐(tungsten), 질화 알루미늄(aluminium nitride), 티타늄(titanium), 백금(platinum), 스테인리스강(stainless steel), 탄소강(carbon steel), 철(iron), 니켈(nickel), 금, 구리, 은, 황동, 알루미늄(aluminium), 납 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 캔부재의 일부에 캔부재와 다른 소재의 파단부를 형성하여 캔부재 내부 가스가 분출될 시 분출구가 두 곳 이상으로 형성되는 이차전지가 제공된다.

또한, 가스 분출구가 두 곳 이상으로 형성되어 가스 폭발력을 감소시키는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 캔부재의 일부에 캔부재와 열팽창 계수가 다른 소재의 파단부를 형성하여 캔부재와의 열 팽창 정도의 차이에 의해 균열이 발생되어 내부 가스가 배출되는 이차전지가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 캔부재를 전개하여 도시한 전개도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에서 캔부재를 전개하여 도시한 전개도이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 캔부재를 전개하여 도시한 전개도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 양극, 분리막, 음극이 적층되는 전극집합체(10), 내부에 상기 전극집합체(10)가 내장되는 캔부재(1) 및 상기 캔부재(1)의 일부에 상기 캔부재(1)의 소재와 다른 소재로 형성되며, 상기 캔부재(1) 내부의 온도가 증가하면 상기 캔부재(1)의 내부 가스가 외부로 분출되도록 파단하는 파단부(20)를 포함한다.

캔부재(1)는 상단이 개구되어 개구된 상단을 통해 내부에 전극집합체(10)가 내장되고 개구된 상단은 탑캡(3)에 의해 밀폐된다.

파단부(20)는 캔부재(1)의 둘레 일부에 형성되는데 일 실시예로 도 2에 도시된 바와 같이 캔부재(1)의 둘레를 따라 캔부재(1)를 수직 방향으로 가로지르게 형성될 수 있다.

이러한 파단부(20)는 캔부재(1)와 열팽창 계수가 다른 소재로 형성되어 직접 열 충격(Hot box, Projectile)과 같은 시험과정에서 캔부재(1)의 내부에 순간적인 고압 가스가 발생하여 고압 가스의 압력에 의해 탑캡(3)이 캔부재(1)와 분리되면서 캔부재(1)의 상단으로 고압 가스가 배출됨과 동시에 캔부재(1)와의 열팽창 정도의 차이에 의해 발생되는 균열에 의해 파단부(20)가 파단되면서 파단된 파단부(20)로도 고압 가스가 분출되게 하는 것이다.

여기서 파단부(20)의 파단 과정을 보다 상세히 설명해 보면, 직접 열 충격과 같은 시험과정에 의해 캔부재(1)에 열이 가해지면 캔부재(1)의 부피가 면 방향을 따라 증가한다.

이와 동시에, 파단부(20)에도 열이 가해지면서 부피가 증가하게 되는데 캔부재(1)와 파단부(20)는 서로 열팽창 계수가 다른 소재로 이루어져 열팽창 계수의 차이로 인하여 캔부재(1)와 파단부(20) 간의 팽창부피에 차이가 발생하게 된다.

예를 들어, 상대적으로 캔부재(1)의 부피가 파단부(20)에 비해 크게 증가하는 경우에 파단부(20)는 캔부재(1)의 부피 증가율을 따라가지 못하여 캔부재(1)와 파단부(20)의 사이에 균열이 발생하게 된다.

이때, 캔부재(1) 내부의 고압의 가스는 캔부재(1)와 파단부(20)의 사이 균열을 통해 외부로 분출되면서 캔부재(1)에 비해 면적이 작은 파단부(20)는 파단된다.

반대로, 캔부재(1)의 부피가 파단부(20)에 비해 작게 증가하는 경우도 캔부재(1)와 파단부(20)가 서로 다르게 부피가 증가되어 캔부재(1)와 파단부(20)의 사이에 균열이 발생되고, 그 균열을 통해 배출되는 고압 가스에 의해 캔부재(1)에 비해 면적이 작은 파단부(20)가 파단된다.

이와 같이 캔부재(1)가 캔부재(1)의 상단 및 파단부(20)에 가스 분출구가 형성되는 것과 같이 복수의 고압 가스 분출구가 형성되면 고압 가스 분출 시 기압이 낮아져서 폭발력이 감소되기 때문에 이차전지의 안전성을 확보할 수 있다.

이때, 파단부(20)가 파단되는 크기에 따라 고압 가스 분출 시 폭발력의 정도 차이를 식별할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에서 캔부재를 전개하여 도시한 전개도이다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는 파단부(20)가 캔부재(1)의 둘레를 따라 캔부재(1)의 수평 방향으로 형성될 수 있다.

이때, 파단부(20)는 캔부재(1)를 완전히 가로지르지 않고 캔부재(1)의 둘레 일부에만 형성되어 파단부(20)의 파단 시 캔부재(1)가 이등분되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상술한 본 발명의 실시예들에 한정되지 않고 파단부(20)가 캔부재(1)의 둘레 일부에 형성되어 캔부재(1)의 내부에 고압 가스 발생 시 파단부(20)와 캔부재(1)가 서로 열팽창 계수가 다른 소재로 형성되어 파단부(20)가 파단되면서 내부의 고압 가스가 파단된 파단부(20)로 배출될 수 있다면 파단부(20)의 형상 또는 형성 위치는 자유롭게 설계가 가능하다.

또한, 본 발명에 따라 캔부재(1)와 파단부(20)는 서로 다른 소재로 형성되는 데 예를 들어 설명하면 캔부재(1)의 소재는 일반적인 이차전지의 캔부재(1)의 소재로 사용되는 강철(steel) 등 일 수 있다.

그리고 파단부(20)의 소재는 인바(invar), 더글러스 퍼(douglas-fir), 텅스텐(tungsten), 질화 알루미늄(aluminium nitride), 티타늄(titanium), 백금(platinum), 스테인리스강(stainless steel), 탄소강(carbon steel), 철(iron), 니켈(nickel), 금, 구리, 은, 황동, 알루미늄(aluminium), 납 등과 같이 강철과 열 팽창 계수가 다른 소재 중 어느 하나 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 이차전지는 캔부재의 일부에 캔부재와 열팽창 계수가 다른 소재의 파단부를 형성하여 캔부재와의 열 팽창 정도의 차이에 의해 균열이 발생되어 캔부재 내부 가스가 분출될 시 분출구가 두 곳 이상으로 형성되는 이차전지가 제공되어, 가스 폭발력을 감소시키는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 이차전지를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 캔부재
3: 탑캡
10: 전극집합체
20: 파단부

Claims (5)

1. 양극, 분리막, 음극이 적층되는 전극집합체(10);
   내부에 상기 전극집합체(10)가 내장되는 캔부재(1); 및
   상기 캔부재(1)의 일부에 상기 캔부재(1)의 소재와 다른 소재로 형성되며, 상기 캔부재(1) 내부의 온도가 증가하면 상기 캔부재(1)의 내부 가스가 외부로 분출되도록 파단하는 파단부(20); 를 포함하며,
   상기 파단부(20)는 상기 캔부재(1)와 열팽창 계수가 다른 소재로 형성되어 상기 캔부재(1)와의 열팽창 정도의 차이에 의해 균열이 발생되고 상기 균열을 통해 배출되는 가스에 의해 파단되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 파단부(20)는 상기 캔부재(1)의 둘레를 따라서 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 파단부(20)는 상기 캔부재(1)의 둘레를 가로지르도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 파단부(20)는 인바(invar), 더글러스 퍼(douglas-fir), 텅스텐(tungsten), 질화 알루미늄(aluminium nitride), 티타늄(titanium), 백금(platinum), 스테인리스강(stainless steel), 탄소강(carbon steel), 철(iron), 니켈(nickel), 금, 구리, 은, 황동, 알루미늄(aluminium), 납 중 어느 하나 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.

Images