KR102301664B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR102301664B1 KR1020170090245A KR20170090245A KR102301664B1 KR 102301664 B1 KR102301664 B1 KR 102301664B1 KR 1020170090245 A KR1020170090245 A KR 1020170090245A KR 20170090245 A KR20170090245 A KR 20170090245A KR 102301664 B1 KR102301664 B1 KR 102301664B1
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Abstract

본 발명은 과충전 시 안전성 확보를 위한 이차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 적층되는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스에 수용되고, 전류가 흐르면 가스를 발생시키는 가스발생부재가 코팅(coating)된 가스발생 전극부, 상기 전극조립체의 전압을 감지하여 전압이 4.3V ~ 5.0V 일 때 신호하는 전압감지 센서, 상기 전극조립체와 상기 가스발생 전극부가 전기적으로 연결되는 루트를 구성하는 연결부 및 상기 전압감지 센서의 상기 신호가 없을 때에는 상기 연결부를 전기적으로 단선하며, 상기 전압감지 센서의 상기 신호를 감지하면 상기 연결부를 전기적으로 연결하는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 과충전 시 안전성 확보를 위한 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, 이차전지 중 리튬이온 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.
이차전지의 과충전 안전성을 확보하기 위해 기존 각형 및 원통형 전지의 경우 캔(can) 내부에 CID(current interrupt device)소자가 설치되어 과충전에 의해 가스가 발생할 경우 단선을 유발하여 과충전 보호기능을 할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 특2000-0051638호에는 이차전지가 개시되어 있다.
종래의 파우치(pouch)형 이차전지는 과충전 시에 단선을 유발할 수 있는 내압 보호회로 및 내압 CID 등이 설치된다.
하지만, 파우치형 이차전지는 과충전 상태에서 가스 발생에 의해 파우치의 변형이 일어나기 쉬워 내압 보호회로 및 내압 CID를 작동시킬만한 충분한 압력이 가해지지않는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 과충전 상태에서 파우치 내부 압력을 충분히 상승시켜 전류차단장치를 정상적으로 작동하게 하는 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 양극과 음극 사이에 분리막이 적층되는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스에 수용되고, 전류가 흐르면 가스를 발생시키는 가스발생부재가 코팅(coating)된 가스발생 전극부, 상기 전극조립체의 전압을 감지하여 전압이 4.3V ~ 5.0V 일 때 신호하는 전압감지 센서, 상기 전극조립체와 상기 가스발생 전극부가 전기적으로 연결되는 루트를 구성하는 연결부 및 상기 전압감지 센서의 상기 신호가 없을 때에는 상기 연결부를 전기적으로 단선하며, 상기 전압감지 센서의 상기 신호를 감지하면 상기 연결부를 전기적으로 연결하는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가스발생부재는 Li2CO2, LiNO3 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 전압감지 센서는 LED 램프를 구비하고, 상기 신호는 상기 LED 램프에서 발산되는 빛일 수 있다.
상기 가스발생 전극부는 상기 전극조립체의 가장 바깥 측면 음극에 적층 또는 부착될 수 있다.
상기 가스발생 전극부는 상기 가스발생부재가 코팅된 전극시트와 상기 전극시트에 적층된 전극시트 분리막을 포함할 수 있다.
상기 가스발생 전극부에는 전극탭부가 연장되고, 상기 연결부는 상기 전극탭부에 연결될 수 있다.
상기 연결부는 상기 전극조립체의 양극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 스위치부는 빛을 감지하는 빛 감지센서를 구비할 수 있다.
상기 케이스는 파우치 형상일 수 있다.
상기 케이스의 내부에서 발생된 가스에 의하여 상기 케이스 내부 압력이 소정의 차단 압력에 도달하면 상기 전극조립체에 흐르는 전류를 차단시키는 전류차단장치(CID)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 과충전 시의 안전성을 확보하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 과충전 이외의 상황에서 전류차단장치가 작동하지 않는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 파우치형 이차전지에서 과충전 시 전류차단장치를 정상적으로 작동하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 내부가 보이도록 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 내부가 보이도록 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 스위치부만을 개략적으로 도시한 구성도이다.
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 이차전지의 내부가 보이도록 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 내부가 보이도록 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 스위치부만을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 양극(4)과 음극(2) 사이에 분리막(7)이 적층되는 전극조립체(1), 상기 전극조립체(1)를 수용하는 케이스(10), 상기 케이스(10)에 수용되고, 전류가 흐르면 가스를 발생시키는 가스발생부재가 코팅(coating)된 가스발생 전극부(20), 상기 전극조립체(1)의 전압을 감지하여 전압이 4.3V ~ 5.0V 일 때 신호하는 전압 감지센서(30), 상기 전극조립체(1)와 상기 가스발생 전극부(20)가 전기적으로 연결되는 루트를 구성하는 연결부(40) 및 상기 전압 감지센서(30)의 상기 신호가 없을 때에는 상기 연결부(40)를 전기적으로 단선하며, 상기 전압 감지센서(30)의 상기 신호를 감지하면 상기 연결부(40)를 전기적으로 연결하는 스위치부(50)를 포함한다.
전극조립체(1)는 양극 활물질이 도포된 양극(3)과 음극 활물질이 도포된 음극(2)을 포함하는 전극과 양극(4)과 음극(2) 사이에 양극(4)과 음극(2)을 분리하도록 분리막(7)을 개재하면서 전극 및 분리막(7)을 복수 회 적층하여 제작할 수 있다.
또한, 전극조립체(1)는 전극과 분리막(7)을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수도 있다.
전해액은 전극조립체에서 리튬 이온의 이동을 원활하게 하는데, 예를 들면, 비수성 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.
리튬염은 유기 용매에 용해되어, 이차전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하고, 양극(4)과 음극(2) 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진 시킬 수 있다.
케이스(10)는 전극조립체(1)와 전해액을 내부에 수용하기 위한 용기로 파우치 일 수 있다.
전극조립체(1)의 전극으로부터 전극탭이 연장될 수 있고, 전류차단장치(CID; 미도시)는 전극탭과 전기적으로 연결될 수 있다.
전류차단장치(CID)는 이차전지가 정상작동할 수 있는 소정의 온도 또는 소정의 압력 미만일 때 전극탭으로 전류가 흐르도록 연결하고, 이차전지가 비정상 작동할 수 있는 소정의 온도 또는 소정의 압력 이상일 때 전류를 차단하는 역할을 할 수 있다.
전극탭은 양극의 극성을 갖는 양극탭(3)과 음극의 극성을 갖는 음극탭(5)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스발생 전극부(20)는 전극시트(23)에 가스발생부재가 코팅될 수 있다.
그리고 가스발생 전극부(20)는 전극조립체(1)의 가장 바깥 측의 음극(2)에 적층된 분리막(미도시)에 적층될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 가스발생 전극부(20)는 가스발생부재가 코팅된 전극시트(23)에 적층된 전극시트 분리막(25)을 포함할 수 있다. 전극시트 분리막(25)은 가스발생 전극부(20)와 전극조립체(1) 상단의 음극(2)과의 사이에 위치될 수 있다.
가스발생 전극부(20)는 전극시트(23)로부터 연장된 전극탭부(21)를 포함할 수 있다.
가스발생 전극부(20)는 전극시트 분리막(25) 부분이 전극조립체(1)의 가장 바깥 측에 적층 또는 부착되는데, 전극조립체(1)의 음극(2)이 적층된 부분에 적층되거나 부착될 수 있다. 따라서 가스발생 전극부(20)가 전극조립체(1)의 음극(2)과 전극시트 분리막(25)을 사이에 두고 이온을 주고 받으며 전기적으로 통할 수 있다. 물론 스위치부(50)가 온(on) 되었을 때만, 가스발생 전극부(20)와 음극(2)이 전기적으로 통하게 되고, 가스발생 전극부(20)를 통하여 전류가 흐를 수 있다.
가스발생부재는 Li2CO2(탄산리튬), LiNO3(질산리튬) 등 중 어느 하나 이상일 수 있다.
가스발생 전극부(20)를 형성하기 위해서, 가스발생부재와 접착 성분의 바인더를 혼합한 물질을 전극시트의 일면 또는 양면에 코팅(coating)할 수 있다.
바인더는 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등 중 어느 하나 이상일 수 있다.
연결부(40)는 전극조립체(1)의 양극(4)으로부터 연장된 양극탭(3)과 가스발생 전극부(20)의 전극탭부(21)를 전기적으로 연결하는 구성일 수 있다.
연결부(40)는 전극조립체(1)의 양극탭(3)으로부터 가스발생 전극부(20)의 전극탭부(21)로 전기적으로 연결될 수 있다.
전압 감지센서(30)는 전극조립체(1)의 전압을 감지하는 감지센서로 전극조립체(1)의 전압이 4.3V ~ 5.0V일 때 신호를 발신할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전압 감지센서(30)는 LED 램프(31)를 구비하고, 신호는 전압 감지센서(30)에 구비된 LED 램프(31)에서 발산되는 빛일 수 있다.
전압 감지센서(30)는 스위치부(50)의 내부에 설치될 수 있다.
스위치부(50)는 내부에 빛을 감지하는 빛 감지센서(51)를 구비할 수 있다.
스위치부(50)는 빛 감지센서(51)가 전압 감지센서(30)의 LED 램프(31)로부터 발산되는 빛을 감지하지 않으면 연결부(40)를 전기적으로 단선할 수 있다.
그리고 전극조립체(1)의 전압이 4.3V ~ 5.0V일 때 전압 감지센서(30)로부터 발산되는 빛을 빛 감지센서(51)로 감지하면 연결부(40)를 전기적으로 연결할 수 있다.
연결부(40)가 전기적으로 연결되면 가스발생 전극부(20)로 전류가 흘러 가스발생 전극부(20)에 코팅된 가스발생부재로부터 가스가 발생되게 할 수 있다.
가스발생 전극부(20)로부터 발생된 가스는 케이스(10) 내부의 내압을 전류차단장치(CID)를 작동시킬 수 있는 소정의 차단 압력으로 증가시켜 이차전지에 구비된 전류차단장치(CID)를 작동시킬 수 있다.
전류차단장치(CID)를 작동시키는 소정의 차단 압력은 1bar ~ 4bar일 수 있다.
전류차단장치(CID)가 작동하면 전극조립체(1)에 흐르는 전류가 차단되어 이차전지의 폭발 또는 발화 등을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 과충전 시의 안전성을 확보하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 과충전 이외의 상황에서 전류차단장치가 작동하지 않는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 파우치형 이차전지에서 과충전 시 전류차단장치를 정상적으로 작동하게 하는 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
2: 음극
3: 양극탭
4: 양극
5: 음극탭
7: 분리막
10: 케이스
20: 가스발생 전극부
21: 전극탭부
23: 전극시트
25: 전극시트 분리막
30: 전압 감지센서
31: LED 램프
40: 연결부
50: 스위치부
51: 빛 감지센서

Claims (10)

  1. 양극(4)과 음극(2) 사이에 분리막(7)이 적층되는 전극조립체(1);
    상기 전극조립체(1)를 수용하는 케이스(10);
    상기 케이스(10)에 수용되고, 전류가 흐르면 가스를 발생시키는 가스발생부재가 코팅(coating)된 가스발생 전극부(20);
    상기 전극조립체(1)의 전압을 감지하여 전압이 4.3V ~ 5.0V 일 때 신호하는 전압 감지센서(30);
    상기 전극조립체(1)와 상기 가스발생 전극부(20)가 전기적으로 연결되는 루트를 구성하는 연결부(40); 및
    상기 전압 감지센서(30)의 상기 신호가 없을 때에는 상기 연결부(40)를 전기적으로 단선하며, 상기 전압 감지센서(30)의 상기 신호를 감지하면 상기 연결부(40)를 전기적으로 연결하는 스위치부(50); 를 포함하고,
    상기 전압 감지센서(30)는 스위치부(50)의 내부에 설치되되 LED 램프(31)를 구비하며 상기 신호는 상기 LED 램프(31)에서 발산되는 빛이며, 상기 스위치부(50)는 빛을 감지하는 빛 감지센서(41)를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스발생부재는 Li2CO2, LiNO3 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스발생 전극부(20)는 상기 전극조립체(1)의 가장 바깥 측면 음극(2)에 적층 또는 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 가스발생 전극부(20)는 상기 가스발생부재가 코팅된 전극시트(23)와 상기 전극시트(23)에 적층된 전극시트 분리막(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스발생 전극부(20)에는 전극탭부(21)가 연장되고, 상기 연결부(40)는 상기 전극탭부(21)에 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부(40)는 상기 전극조립체(1)의 양극(4)과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스(10)는 파우치 형상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스(10)의 내부에서 발생된 가스에 의하여 상기 케이스(10) 내부 압력이 소정의 차단 압력에 도달하면 상기 전극조립체(1)에 흐르는 전류를 차단시키는 전류차단장치(CID)를 더 포함하는 이차전지.
KR1020170090245A 2017-07-17 2017-07-17 이차전지 KR102301664B1 (ko)

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