KR102290955B1 - 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내압을 측정할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극조립체를 내부에 수용하는 캔부재 및 상기 캔부재의 개구부를 덮는 탑캡 조립체를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는, 상기 캔부재 내부의 내압 증가 시 변형됨으로써 내부 가스를 외부로 배출하는 안전벤트를 포함하고, 상기 안전벤트는 압전 소재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 전극조립체를 내부에 수용하는 캔부재 및 상기 캔부재의 개구부를 덮는 탑캡 조립체를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는, 상기 캔부재 내부의 내압 증가 시 변형됨으로써 내부 가스를 외부로 배출하는 안전벤트를 포함하고, 상기 안전벤트는 압전 소재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 내압을 측정할 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.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0095118호에는 종래의 이차 전지가 개시되어 있다.
종래의 원통형 이차 전지의 내압 측정 방식은 이차 전지를 밀봉된 지그(zig)에 넣고 이차 전지에 구멍을 뚫어 나오는 가스의 압력을 계산하는 방식이다.
그런데 지그와 이차 전지의 미세한 공간으로 인해 실험 오차가 커서 정확한 이차 전지의 내압 측정이 어려운 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 내부 압력의 측정 정확도를 높일 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체를 내부에 수용하는 캔부재 및 상기 캔부재의 개구부를 덮는 탑캡 조립체를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는, 상기 캔부재 내부의 내압 증가 시 변형됨으로써 내부 가스를 외부로 배출하는 안전벤트를 포함하고, 상기 안전벤트는 압전 소재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 캔부재의 내부 내압 증가 시 파단되어 전류를 차단하는 차단부를 포함하는 전류차단장치를 더 포함하고, 상기 차단부는 상기 안전벤트에 부착될 수 있다.
상기 안전벤트는 상기 안전벤트의 중앙부가 상기 차단부에 부착되도록 벤딩되는 리버스 벤딩부를 포함할 수 있다.
상기 캔부재 내부 내압 증가 시 상기 캔부재 내부의 압력에 의해 상기 리버스 벤딩부가 벤딩되어 상기 중앙부를 상기 차단부의 파단 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 안전벤트는 상기 캔부재 내부 압력에 의해 전기가 발생될 수 있다.
상기 캔부재의 내부 압력에 의해 상기 안전벤트로부터 상기 중앙부가 파단될 시 상기 안전벤트로부터 전기가 발생될 수 있다.
상기 안전벤트는 상기 안전벤트를 통해 배출되는 가스에 의한 압력 차이로 전류를 발생시킬 수 있다.
상기 탑캡 조립체는 상기 탑캡, 상기 안전벤트의 순서로 위에서 아래로 적층되어 형성되고, 크림핑 가스켓이 상기 탑캡 조립체의 둘레를 감쌀 수 있다.
상기 탑캡 조립체는 상기 탑캡 조립체의 둘레를 감싸는 상기 크림핑 가스켓과 함께 상기 캔부재의 개구부에 결합될 수 있다.
상기 안전벤트는 세라믹(ceramics), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 어느 하나 이상의 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 내부 압력 측정 오차를 감소시키는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 구성되는 화학 성분에 따라 가스발생량을 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사시도이다.
도 2는 도 1을 A-A 방향으로 절단하여 주요부를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 안전벤트가 변형된 것을 도시한 사용상태도이다.
도 4는 도 3에서 안전벤트가 파단된 것을 도시한 사용상태도이다.
도 2는 도 1을 A-A 방향으로 절단하여 주요부를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 안전벤트가 변형된 것을 도시한 사용상태도이다.
도 4는 도 3에서 안전벤트가 파단된 것을 도시한 사용상태도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사시도이고, 도 2는 도 1을 A-A 방향으로 절단하여 주요부를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체(1)를 내부에 수용하는 캔부재(3) 및 상기 캔부재(3)의 개구부(5)를 덮는 탑캡 조립체(100)를 포함하며, 상기 탑캡 조립체(100)는 상기 캔부재(3) 내부의 내압 증가 시 변형됨으로써 내부 가스를 외부로 배출하는 안전벤트(120)를 포함하고, 상기 안전벤트(120)는 압전 소재를 포함할 수 있다.
캔부재(3)는 원형 리튬이온 2차 전지에서 대략 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄(Al) 또는 스틸(steel)에 니켈(Ni)을 도금한 소재일 수 있다.
그리고 캔부재(3)는 전극조립체(1)와 전해액의 용기가 되고, 전극조립체(1)가 캔부재(3)의 개방된 상단, 즉 상단의 개구부(5)를 통해 캔부재(3)에 삽입된 뒤 캔부재(3) 상단의 개구부(5)는 탑캡 조립체(100)에 의해 봉해진다.
탑캡 조립체(100)는 외측에 외부와 전기적으로 연결하기 위한 탑캡(110)이 형성되고, 탑캡(110)의 하측에 안전벤트(120)가 형성되고 안전벤트(12)의 하측에 전류차단장치(140)가 형성될 수 있다. 또한, 탑캡(110)과 안전벤트(120)의 사이에 이차전지의 과전류에 대한 안전정치인 피티씨(PTC; 130)가 형성될 수도 있다.
안전벤트(120)는 캔부재(3) 내부의 압력이 증가하면 소정의 압력에서 파단되어 캔부재(3) 내부의 가스를 캔부재(3)의 외부로 배출할 수 있다.
안전벤트(120)는 중앙 측의 중앙부(121)가 전류차단장치(140)에 부착될 수 있다.
그리고 안전벤트(120)의 테두리로부터 중앙부(121)가 캔부재(3)의 내측 방향인 전류차단장치(140) 측으로 볼록하게 형성되도록 안전벤트(120)의 테두리와 중앙부(121)의 사이에 형성된 리버스 벤딩부(123)가 경사를 형성할 수 있다.
리버스 벤딩부(123)는 안전벤트(120)의 테두리로부터 벤딩 또는 절곡 되는 형상을 통해 경사를 형성할 수 있다.
도 3은 도 2에서 안전벤트가 변형된 것을 도시한 사용상태도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전류차단장치(140)는 캔부재(3) 내부의 압력이 증가하면 안전벤트(120)의 중앙부(121)와 부착된 전류차단장치(140)의 차단부(141)가 파단되어 전류를 차단할 수 있다.
안전벤트(120)는 전류차단장치(140)의 차단부(141)가 파단되면 차단부(141)와 부착된 중앙부(121)가 차단부(141)의 파단 방향(도 3에서 위쪽 방향)으로 압력을 받을 수 있다.
그러면 압력에 의해 리버스 벤딩부(123)가 캔부재(3)의 외측 방향(도 3에서 위쪽 방향)으로 벤딩되어 안전벤트(120)를 변형 시킬 수 있다.
도 4는 도 3에서 안전벤트가 파단된 것을 도시한 사용상태도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예로 안전벤트(120)의 리버스 벤딩부(123)가 외측으로 벤딩된 상태에서 지속적으로 압력을 받으면 중앙부(121)가 파단되어 캔부재(3) 내부의 가스를 외부로 배출할 수 있다.
중앙부(121)는 파단을 유도하기 위한 노치(notch; N)가 형성될 수 있다.
다른 실시예로 리버스 벤딩부(123)에 노치가 형성되고, 안전벤트(120)의 리버스 벤딩부(123)가 외측으로 벤딩된 상태에서 지속적으로 압력을 받으면 리버스 벤딩부(123)가 파단되어 캔부재(3) 내부의 가스를 외부로 배출할 수도 있다.
안전벤트(120)는 캔부재(3)의 내부로부터 압력을 받으면 전기를 생성할 수 있도록 압전 소재를 포함할 수 있다.
안전벤트(120)는 성형성이 좋으며 내압성이 우수한 세라믹(ceramics), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 어느 하나 이상의 소재로 이루어진 압전 소재를 포함할 수 있다.
압전 소재는 기계적인 외력이 가해지면 가해지는 압력의 크기 따라 소정의 전압을 발생시키는 피에조전기소자(piezoelectric effect element)일 수 있다.
따라서 안전벤트(120)에 압전 소재를 포함시켜 안전벤트(120)에서 받는 압력의 세기에 따라 안전벤트(120)에서 발생되는 전압의 크기 변화를 측정하여 캔부재(3) 내부의 압력의 크기를 측정할 수 있다.
상술한 방식에 의해 이차전지의 압력을 측정하는 일실시예로 내압 발생으로 리버스 벤딩부(123)가 변형될 때, 이차전지의 내압 측정 실험시 전류계(미도시)의 음극 단자를 이차전지의 캔부재(3)에 연결하고 전류계의 양극 단자를 이차전지의 탑캡(110)에 연결할 수 있다.
이차전지에 연결된 전류계에는 이차전지의 통상적인 전류가 측정될 수 있는데, 이차전지의 내압이 증가하게 되면 안전벤트(120)가 압력을 받아 전류를 발생하게 되고 안전벤트(120)에서 발생되는 전류에 의해 변화되는 전류를 전류계에서 측정하여 측정된 전류의 변화량을 통해 이차전지 내부의 압력을 추정할 수 있다.
이와 같이 안전벤트(120)를 통해 배출되는 가스에 의해 안전벤트(120)에 가해지는 압력 차이로 발생되는 전류를 전류계로 측정할 수 있다.
또한, 캔부재(3)의 내부 압력에 의해 안전벤트(120)로부터 중앙부(121)가 파단될 시 안전벤트(120)에 가해지는 압력에 의해 발생되는 전류를 전류계로 측정하여 캔부재(30) 내부 압력을 측정할 수 있다.
압전 소재를 포함한 안전벤트(120)에서 발생되는 전류를 측정하여 이차전지 내부의 압력을 측정하면 이차전지를 구성하는 화학 성분에 따라 가스발생량의 차이를 측정할 수도 있다. 즉, 내압이 크게 측정되면, 해당 특정 화학 성분에 대해서 가스 발생량이 많다는 것을 의미하고, 내압이 작게 측정되면 해당 특정 화학 성분에 대해서 가스 발생량이 적다는 것을 의미할 수 있다.
캔부재(30) 내부 압력의 측정은 압전 소재 고유의 성질에 따라 소정의 압력에서 발생하는 전류의 세기에 의해 유추가 가능할 수 있다.
탑캡 조립체(100)는 둘레를 감싸는 크림핑 가스켓(150)에 의해 캔부재(3)와 절연될 수 있다.
그리고 탑캡 조립체(100)는 캔부재(3)의 개구부를 절곡하는 크림핑(crimping) 방식으로 크림핑 가스켓(150)과 함께 캔부재(3)에 결합될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 내부 압력 측정 오차를 감소시키는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 구성되는 화학 성분에 따라 가스발생량을 측정할 수 있는 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 실시가 가능하다.
1: 전극조립체
3: 캔부재
5: 개구부
100: 탑캡 조립체
120: 안전벤트
121: 중앙부
123: 리버스 벤딩부
140: 전류차단장치
141: 차단부
150: 크림핑 가스켓
3: 캔부재
5: 개구부
100: 탑캡 조립체
120: 안전벤트
121: 중앙부
123: 리버스 벤딩부
140: 전류차단장치
141: 차단부
150: 크림핑 가스켓
Claims (10)
- 전극조립체(1)를 내부에 수용하는 캔부재(3); 및
상기 캔부재(3)의 개구부(5)를 덮는 탑캡 조립체(100); 를 포함하며,
상기 탑캡 조립체(100)는,
상기 캔부재(3) 내부의 내압 증가 시 변형됨으로써 내부 가스를 외부로 배출하는 안전벤트(120); 를 포함하고,
상기 안전벤트(120)는 압전 소재를 포함하며,
상기 안전벤트(120)는 상기 캔부재(3) 내부 압력에 의해 전기가 발생되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 캔부재(3)의 내부 내압 증가 시 파단되어 전류를 차단하는 차단부(141)를 포함하는 전류차단장치(140)를 더 포함하고,
상기 차단부(141)는 상기 안전벤트(120)에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 2에 있어서,
상기 안전벤트(120)는 상기 안전벤트(120)의 중앙부(121)가 상기 차단부(141)에 부착되도록 벤딩되는 리버스 벤딩부(123)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 3에 있어서,
상기 캔부재(3) 내부 내압 증가 시 상기 캔부재(3) 내부의 압력에 의해 상기 리버스 벤딩부(123)가 벤딩되어 상기 중앙부(121)를 상기 차단부(141)의 파단 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 삭제
- 청구항 3에 있어서,
상기 캔부재(3)의 내부 압력에 의해 상기 안전벤트(120)로부터 상기 중앙부(121)가 파단될 시 상기 안전벤트(120)로부터 전기가 발생되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 안전벤트(120)는 상기 안전벤트(120)를 통해 배출되는 가스에 의한 압력 차이로 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 탑캡 조립체(100)는,
상기 탑캡(110), 상기 안전벤트(120)의 순서로 위에서 아래로 적층되어 형성되고, 크림핑 가스켓(150)이 상기 탑캡 조립체(100)의 둘레를 감싸는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 8에 있어서,
상기 탑캡 조립체(100)는 상기 탑캡 조립체(100)의 둘레를 감싸는 상기 크림핑 가스켓(150)과 함께 상기 캔부재(3)의 개구부(5)에 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 안전벤트(120)는 세라믹(ceramics), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 어느 하나 이상의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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Patent Citations (1)
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