KR19990031352A - 전지의 안전장치 - Google Patents

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장기웅
요시야키 미우라
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Abstract

전지의 안전장치가 개시된다.
개시된 전지의 안전장치는, 전지의 케이스에 결합되는 지지 구조체와; 상기 지지 구조체에 관통 결합되는 것으로 그 중앙부분에 배기공이 형성된 단자부재와; 상기 배기공 하부에 설치되어 상기 배기공이 밀폐되도록 결합되는 것으로 소정 압력에 변형되는 변형부를 갖는 도전성 안전변과; 상기 도전성 안전변의 변형부에 전기적으로 접촉되게 설치되는 것으로 양극탭과 전기적으로 접속되는 단자 베이스;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전지의 내압 상승시 기계적인 안전장치는 물론이고, 상기 전지내부와 외부를 전기적으로 차단하므로써, 부가적으로 발생하는 위험상황을 차단할 수 있는 이점이 있다.

Description

전지의 안전장치
본 발명은 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 내부에서 발생되는 안전문제에 대처할 수 있는 안전장치가 구비된 전지의 안전장치에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 무선 기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동용 전원으로서 쓰이는 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, 충, 방전 가능한 리튬 2차 전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈- 수소 전지, 니켈-아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배정도 높고 급속 충전이 가능하다. 리튬 2차전지의 양극 활물질에는 리튬코발트산화물(LiCoO₂), 리튬니켈산화물(LiNiO₂), 리튬망간산화물(LiMn₂O₄) 등이 있고, 음극 활물질에는 리튬 금속이나 그 합금, 탄소재료 등이 있다. 그리고 전해질로는 유기 전해액이나 고체 폴리머 전해질이 많이 사용된다.
2차 전지는 보통 원통형과 각형이 있으며 그 구성은 유사하고, 모양만이 다르며, 특히 각형 2차 전지는 제품의 경량화 및 소형화를 하는데 있어서 매우 중요하다.
도 1에는 종래의 전지 중에서, 각형 리튬이온 2차전지의 캡 조립체 부분을 개략적으로 나타내 보인 사시도이다.
도면을 참조하면, 종래의 각형 리튬이온 2차전지(10)는 상기 각형 리튬이온 2차전지(10)의 상측에 와셔의 형태로 설치된 양극부재(11)와, 상기 양극부재(11)의 하측으로 각형 리튬이온 2차전지의10)의 상측 커버수단이 되는 캡 플레이트(12)와, 상기 양극부재(11)와 캡 플레이트(12) 사이에 삽입되는 제 1, 2 절연부재(13, 14)와, 상기 양극부재(11), 캡 플레이트(12), 및 제 1, 2 절연부재(13, 14)를 하나로 체결하는 리벳부재(15)가 각각 설치된다.
상기 리벳부재(15)의 하측으로는 도면에는 도시되지 않았지만, 양면에 세퍼레이터가 배치되어 있는 양극판과 상기 양극판과 교호되게 적층하고, 이렇게 적층된 전극군을 전지 케이스(17)에 삽입함으로써 조립된다. 이때, 상기 양극판 및 음극판 각각에 양극탭(16) 및 음극탭을 용접, 부착하여 각 극판간을 통전되게 한다. 상기 리벳부재(16)의 하면에는 이 양극탭(18)이 용접된다.
상기 양극탭(16)은 리벳부재(15)와 접촉되어 상기 양극부재(11)와 통전된다. 또, 통상적으로 음극탭은 상기 전지 케이스(17)에 용접되고 상기 전지 케이스(17)는 캡 플레이트(12)와 접촉되어 상기 캡 플레이트(12)는 음극탭과 통전된다. 따라서 상기 양극부재(11)와 캡 플레이트(12) 사이에 상기 제 1, 2 절연부재(13, 14)가 삽입 설치되는 것이다. 그리고 상기 캡 플레이트(12)의 일 측에는 전해액을 넣을 수 있는 전해액 주입구(12a)와, 또 다른 일 측으로는 전지의 내압상승에 대한 기계적인 안전 대책으로 파열변(12b)이 각각 구비된다.
그런데, 이와 같이 구성된 각형 리튬이온 2차전지(10)는 상기 각형 리튬이온 2차전지(10)가 비정상적으로 동작되어 내압이 상승되고, 이로 인한 위험상황이 발생할 경우, 상기 캡 플레이트(12)에 설치된 파열변(12b)에 의하여 상기 캡 플레이트(12)가 파열되고 상기 각형 리튬이온 2차전지(10)의 내압 상승은 억제될 수 있으나, 상기 각형 리튬이온 2차전지(10) 내부와 외부를 전기적으로 차단할 수 없어서 부가적인 안전문제가 발생할 수 있으며 예컨대, 전기가 계속 통전되면 상기 각형 리튬이온 2차전지(10)가 사용되어지는 제품에 전기적 충격을 유발시키며 상기 제품 망실의 원인이 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 전지 내부의 이상 발생으로 내압 상승하여 안전문제가 발생하면 기계적인 안전장치뿐만 아니라, 전기적인 안전장치도 구비하는 전지의 안전장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 통상적인 각형 리튬이온 2차전지의 개략적으로 도시한 부분 사시도,
도 2a는 본 발명에 따른 전지의 안전장치가 구비된 전지의 일 실시 예를 도시한 분해 사시도,
도 2b는 본 발명에 따른 전지의 안전장치가 구비된 전지의 다른 실시 예를 도시한 분해 사시도,
도 3은 도 2a 및 도 2b에서 전지의 캡 조립체만을 단면하여 나타내 보인 단면도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>
21a...캡 플레이트 21b...절연부재
21c...양극부재 21d...가스켓
21e...리벳부재 21f...절연체
21g...보조 금속체 21h...안전변
21j...양극탭 고정부 22...적층코어
23...전지 케이스 24...인슐레이터
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전지의 안전장치는, 전지의 케이스에 결합되는 지지 구조체와; 상기 지지 구조체에 관통 결합되는 것으로 그 중앙부분에 배기공이 형성된 단자부재와; 상기 배기공 하부에 설치되어 상기 배기공이 밀폐되도록 결합되는 것으로 소정 압력에 변형되는 변형부를 갖는 도전성 안전변과; 상기 도전성 안전변의 변형부에 전기적으로 접촉되게 설치되는 것으로 양극탭과 전기적으로 접속되는 단자 베이스;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전지는 각형 리튬이온 2차전지를 포함하고, 상기 단자부재는 상기 지지 구조체에 리벳팅 결합되는 리벳부재를 포함하며, 상기 안전변은, 상기 양극탭을 접점으로 하는 반구의 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 단자 베이스의 결합이 전지에 보강 결합될 수 있도록 상기 단자 베이스 및 상기 단자부재의 주위에 설치되는 절연체와 결합되는 보조 금속체를 더 포함하고, 상기 보조 금속체와 상기 절연체의 결합은, 상기 보조 금속체의 돌기부재와 상기 절연체의 결합홈이 각각 형성되어 상기 보조 금속체와 상기 절연체가 결합되며, 상기 안전변과 단자 베이스의 결합, 단자 베이스와 보조 금속체의 결합, 및 안전변과 단자부재의 결합은 용접 결합되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전지의 안전장치에 대한 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a에는 본 발명에 따른 전지의 안전장치가 구비된 각형 리튬이온 2차전지의 일 실시 예와, 도 2b에는 도 2a의 다른 실시 예가 각각 개략적인 분해 사시도로 도시되어 있으며, 도 3에는 도 2a 및 도 2b의 전지의 캡 조립체 부분만을 단면한 단면도로 각각 나타내 보였다.
도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 전지의 안전장치가 구비된 각형 리튬이온 2차전지(20)는 캡 조립체(21)와, 상기 캡 조립체(21)의 하측으로 적층코아(22)와, 상기 적층코아(22)를 넣는 전지 케이스(23)로 크게 분류된다.
상기 캡 조립체(21)는 상기 전지 케이스(23)의 상측 커버가 되는 캡 플레이트(21a)와, 상기 캡 플레이트(21a)의 전면으로 절연부재(2lb)가 삽입되어 그 상면으로 설치되는 양극부재(21c)와, 상기 캡 플레이트(21a)의 하측으로 설치되어 절연막 역할을 하는 가스켓(21d)과, 상기 캡 플레이트(21a), 절연부재(21b), 양극부재(21c), 및 가스켓(21d)을 일체형으로 체결하는 리벳부재(21e)와, 상기 리벳부재(21e)를 감싸며 상기 리벳부재(21e)와 결합되는 절연체(21f)와, 상기 절연체(21f)를 그 외측으로 감싸며 상기 절연체(21f)와 결합되는 보조 금속체(21g)와, 상기 리벳부재(21e)의 하단에서 상기 리벳부재(21e)와 용접 결합되는 안전변(21h)과, 상기 보조 금속체(21g) 및 안전변(21h)과 용접 결합되는 양극탭 고정부(21j)를 포함된다.
그리고, 상기 삽입홈(24a)이 형성된 인슐레이터(24)를 상기 양극탭 고정부(21j)와 적층코어(22) 사이에 절연되게 설치하고, 상기 삽입홈(24a)으로 양극탭(22a)을 돌출시켜 상기 양극탭 고정부(21j)의 하면에 용접된다. 또, 도 2b의 도면에 도시된 바와 같이, 도 2a의 상기 양극탭(22a)과 양극탭 고정부(22j)를 일체형으로 성형시킨다.
상기 적층코어(22)는 상기 양극탭(22a)과 연장되어 일체형으로 된 양극판(22b)과, 상기 전지 케이스(23)에 용접되는 음극탭(22c)과 일체형으로 되어 상기 양극판(22b)과 교호적으로 설치되는 음극판(22d)과, 상기 양극판(22b)과 음극판(22d) 사이에는 상기 양극판(22b)과 음극판(22d)의 절연막을 형성하는 세퍼레이터(22f)가 삽입되어 형성된다.
상기 캡 플레이트(21a)는, 그 일 측으로 각형 리튬이온 2차전지(20)의 내부의 전기화학에 있어서, 이온을 전도시키는 모체가 되는 전해액을 넣을 수 있는 전해액 주입구(21a')가 설치되며, 상기 전해액은 통상적으로 리튬(Li)염이 함유된다. 상기 리벳부재(21e)는, 그 중심부에 개구부(21e')가 형성되며, 상기 안전변(21h)은, 상기 양극탭 고정부(21j)를 접점으로 하는 반구의 형상을 갖는다.
그리고 상기 보조 금속체(21g)는, 상기 절연체(21f)와 접해있는 쪽으로 돌기부재(21g')가, 상기 절연체(21f)에는 결합홈(21f')이 각각 형성되어 상기 돌기부재(21g')가 상기 결합홈(21f')에 체결되어 상기 보조 금속체(21g)와 절연체(21f)는 결합된다. 그리고 도3에서 참조부호 W는 용접부위를 나타낸 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전지의 안전장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
여기에서는 특히, 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 특징부인 캡 조립체(21)에 구비된 안전장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
상기 절연체(21f)의 외측 가장자리에 보조 금속체(21g)가 결합되고, 상기 안전변(21h)은 리벳부재(21e)와 레이저 용접되며, 상기 양극탭 고정부(21j)는 상기 보조 금속체(21g) 및 안전변(21h)과 용접되는데, 이것은 상기 리튬이온 2차전지(20) 내부에서 이상이 발생되면 특히, 내압상승이 발생되면 기계적 및 전기적 안전장치가 된다.
일반적으로 전지 내부에서 압력이 상승하는 이유의 대부분은 전지 내부의 충격이나 전기회로의 이상으로 쇼트에 의한 문제로 발생된다. 전지 내부에서 쇼트가 발생하면 전류가 과대하게 흐르게되고 전지 내부에는 발열현상에 의해 전지 내부의 온도가 상승하게 된다. 결국, 전지 내부에 있는 유기용재가 기화하며 전지 내부의 압력은 상승한다.
이와 같이 각형 리튬이온 2차전지(20) 내부에서 압력이 상승하면 상기 안전변(21h)이 리벳부재(21e)의 개구부(21e')를 통하여 상측으로 밀려나게 되면서 상기 양극탭 고정부(21j)와 안전변(21h)의 용접부위가 탈락된다. 이렇게 되면, 상기 양극탭 고정부(21j)와 양극부재(21c)가 탈락되어 전기적으로 절연되어 상기 각형 리튬이온 2차전지(20)의 내부와 외부를 전기적으로 차단되게 한다.
또, 상기 안전변(21h)이 상기 리벳부재(21e)의 개구부(21e')를 통하여 밀려 상측으로 빠져나가면서 상기 양극탭 고정부(21j)가 보조 금속체(21g)의 벽으로 인해 밀려나가지 않으며, 상기 각형 리튬이온 2차전지(20)의 내부 및 외부에 더 이상의 영향을 주지 않는다. 따라서 계속해서 상기 각형 리튬이온 2차전지(20) 내부에 내압이 상승되어도 상기 안전변(21h)이 파단되어 내압은 해소되며 또, 전기적으로 절연되므로 각형 리튬이온 2차전지(20)는 원래의 상태로 안전성을 찾게 된다.
상술한 바와 같은 구성 및 특성을 지닌 전지의 안전장치는 다음과 같은 효과가 있다.
전지 내압이 상승하면 기계적 및 전기적 안전장치가 설치되어 전지 내부의 내압 해소는 물론 전기적으로 전지 내부와 외부를 차단하므로서 부가적인 반응이 발생되지 않게 원천적으로 차단하여 안전성을 확보하게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예들을 참고로 설명되었으나. 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 실시 예들이 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (7)

  1. 전지의 케이스에 결합되는 지지 구조체와;
    상기 지지 구조체에 관통 결합되는 것으로 그 중앙부분에 배기공이 형성된 단자부재와;
    상기 배기공 하부에 설치되어 상기 배기공이 밀폐되도록 결합되는 것으로 소정 압력에 변형되는 변형부를 갖는 도전성 안전변과;
    상기 도전성 안전변의 변형부에 전기적으로 접촉되게 설치되는 것으로 양극탭과 전기적으로 접속되는 단자 베이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 안전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전지는, 각형 리튬이온 2차전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 안전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단자부재는, 상기 지지 구조체에 리벳팅 결합되는 리벳부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 안전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안전변은, 상기 양극탭을 접점으로 하는 반구의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지의 안전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단자 베이스의 결합이 상기 전지에 보강 결합될 수 있도록 상기 단자 베이스 및 상기 단자부재의 주위에 설치되는 절연체와 결합되는 보조 금속체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 안전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보조 금속체와 상기 절연체의 결합은, 상기 보조 금속체의 돌기부재와 상기 절연체의 결합홈이 각각 형성되어 상기 보조 금속체와 상기 절연체가 결합되는 것을 특징으로 하는 전지의 안전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안전변과 단자 베이스의 결합, 상기 단자 베이스와 보조 금속체의 결합, 및 상기 안전변과 단자부재의 결합은 용접 결합된 것을 특징으로 하는 전지의 안전장치.
KR1019970052029A 1997-10-10 1997-10-10 전지의 안전장치 KR19990031352A (ko)

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