KR19990035310A - 전지 - Google Patents

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KR19990035310A
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Abstract

정상 작동 중에는 전지의 전해액의 누출이 효과적으로 방지되고 전지의 온도가 지나치게 상승하여 비정상 상태에 이른 경우에는 자동으로 폐기될 수 있는 전지가 개시된다. 케이스의 상부에 제공되는 상부 캡은 밀봉 부재와 연결 부재를 구비한다. 상부 캡의 상기 밀봉 부재는 비전도성 재료로 구성되며, 전지 내의 온도가 소정값 이상으로 상승하면 용융된다. 상기 연결 부재는 금속성 재료로 구성되며, 전지의 캐소드 리드에 전기적으로 연결된다. 상기 연결 부재는 상기 밀봉 부재에 형성되는 관통공에 삽입되며, 상기 밀봉 부재는 상기 관통공과 상기 관통공에 삽입된 상기 연결 부재와의 사이 그리고 상기 케이스의 내주면과 상기 밀봉 부재와의 사이를 밀봉할 수 있도록 탄성 재료로 구성된다. 탄성 재료로 구성된 밀봉 부재로 인하여 전지의 전해액이 외부로 누출되지 않도록 전지가 효과적으로 밀봉되며, 전지의 작동 중에 전지의 온도가 소정값 이상으로 상승하여 전지가 비정상 상태에 이른 경우에는 밀봉 부재가 용융되어 전지가 자동으로 폐기된다.

Description

전지
본 발명은 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 리튬 전지의 상부 캡에 관한 것이다.
일반적으로 캠코더 등과 같은 휴대용 전자 제품에는 전기 공급원으로서 전지가 사용되며, 특히 근래에는 휴대 및 장착이 용이한 리튬 전지가 전기 공급원으로서 널리 사용된다. 이러한 리튬 전지는 리튬을 애노드 활성 물질로 사용하고, 이산화망간을 캐소드 활성 물질로 사용한다. 리튬 전지의 전해액으로서는 프로필렌 카보네이트를 함유한 비수용성 용매에 무기 전해질을 용해한 용액을 사용한다.
도 1은 종래의 리튬 전지의 분해 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 리튬 전지는 통상적으로 케이스(10)를 구비한다. 케이스(10)의 상부에는 절곡부(12)가 형성되며, 절곡부(12) 아래에는 전해액(60)이 충전(充塡)된다. 케이스(10) 내에는 와인딩 어셈블리(20)가 내장되며, 전해액(60)과 와인딩 어셈블리(20)와의 화학 반응에 의하여 전류를 발생된다. 발생된 전류는 애노드 리드(22)와 캐소드 리드(24)를 통하여 캠코더 등의 부하에 인가된다.
도 2는 도 1의 리튬 전지가 조립된 상태를 보여 준다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 애노드 리드(22)는 절곡되어 케이스(10)의 바닥면과 접촉한다. 캐소드 리드(24)는 절곡되어 커버(30)와 접촉한다. 상기 커버(30)는 케이스(10)의 상부에 제공되며, 그 중앙부에 관통공(30A)이 형성된다.
커버(30)의 내부에는 알루미늄 호일(34)과 플라스틱으로 이루어진 링 플레이트(32)가 제공된다. 알루미늄 호일(34)은 전해액(60)이 폭발하여 전지 내부의 압력이 소정값 이상이 되는 경우에 파열(破裂)되어 전지의 내부에서 발생하는 가스를 외부로 배출하는 역할을 수행한다. 또한, 커버(30)의 위에는 피티씨 소자(40)가 제공되며, 상기 피티씨 소자(40)는 전해액(60)의 온도가 반응열로 인하여 소정값 이상으로 상승할 때 저항이 무한대가 되어 전류의 흐름을 차단한다. 피티씨 소자(40)의 위에는 캐소드(10)의 접점 역할을 하는 상부 캡(50)이 제공된다.
상부 캡(50)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 그 상면에서 원통형 부재(50B)가 일체로 돌출하는 디스크 모양의 플레이트(50A)로 이루어진다. 상부 캡(50)에 형성된 원통형 부재(50B)의 중앙부에는 관통공(50C)이 형성되며, 내부 압력이 상승되어 알루미늄 호일(34)이 파단되는 경우에 전지의 내부 가스는 상기 관통공(50C)을 통하여 외부로 배출된다.
또한, 상부 캡(50), 피티씨 소자(40), 및 커버(30)를 에워싸며 케이스(10)의 내주면에 밀착함으로써 전지의 상부를 밀봉하는 가스켓(70)이 제공되며, 상기 가스켓(70)은 전해액(60)이 전지의 외부로 누출되는 것을 방지한다. 가스켓(70)은 일반적으로 폴리 프로필렌계 화합물로 이루어진다. 가스켓(70)의 외경은 전지 케이스(190)의 내경보다 약간 크도록 제조되어, 전지의 케이스(10)와 상부 캡(50), 피티씨 소자(40), 및 커버(30) 사이에 억지로 삽입된 후, 클램핑 장치(도시하지 않음)에 의하여 케이스(10)의 상부와 함께 전지의 중심선을 향하여 절곡된다.
케이스(10)는 통상적으로 전도성 금속재로 되어 있으며, 하부에서 애노드 리드(22)와 접촉하여 애노드 접점 역할을 수행한다. 케이스(10)의 상단 엣지는 가스켓(70)을 고정하기 위하여 내부로 절곡된다.
상술한 종래의 전지에 의하면, 전해액(60)이 폭발하여 전지 내부의 압력이 소정값 이상이 되는 경우에는 알루미늄 호일(34)이 파단되어 전지의 내부에서 발생하는 가스를 외부로 배출한다. 또한, 전해액의 온도가 반응열로 인하여 소정값 이상으로 상승하는 경우에는 피티씨 소자(40)의 저항이 무한대가 되어 전류의 흐름을 차단한다. 전지의 내부 압력이 상승되어 알루미늄 호일(34)이 파단되는 경우에 전지의 내부 가스는 상부 캡(50)의 관통공(50C)을 통하여 외부로 배출된다. 또한, 가스켓(70)이 상부 캡(50), 피티씨 소자(40), 및 커버(30)를 에워싸며 케이스(12)의 내주면에 밀착하여 전지의 상부를 밀봉함으로써 전해액(60)이 외부로 누출되는 것을 방지한다.
그러나, 종래의 전지에 있어서는, 전지의 밀봉을 행하기 위하여 가스켓이 별도로 필요하며, 전지의 과도한 온도 상승에 따른 전지의 폭발을 방지하기 위하여 피티씨 소자 및 알루미늄 호일을 사용하므로 전지의 구조가 복잡하고 전지의 제조 비용이 증가한다. 또한 전지가 과열되어 소정 온도 이상으로 일단 상승하면 전지의 기능이 급격히 저하하여 전지를 다시 사용치 못하게 됨에도 불구하고 피티씨 소자 또는 알루미늄 호일이 작동하여 전지를 사용치 못하게 된 후에도 이를 용이하게 확인할 수 없는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전지의 정상 작동 중에는 전지의 전해액의 누출이 효과적으로 방지되고 전지의 온도가 지나치게 상승하여 비정상 상태에 이른 경우에는 자동으로 폐기될 수 있는 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전지는
전지의 전해액이 충전되는 케이스;
상기 전지의 전해액과의 화학 반응에 의하여 전류를 발생시키는 와인딩 어셈블리;
상기 케이스의 상부에 제공되며, 밀봉 부재 및 연결 부재를 구비하는 상부 캡;
일부가 돌출하도록 상기 와인딩 어셈블리에 제공되며, 상기 돌출된 일부가 절곡되어 상기 케이스의 바닥면과 전기적으로 연결되는 애노드 리드; 그리고
일부가 돌출하도록 상기 와인딩 어셈블리에 제공되며, 상기 돌출된 부분이 절곡되어 상기 연결 부재와 전기적으로 연결되는 캐소드 리드를 구비한다.
상기 밀봉 부재는 전지 내의 온도가 소정값 이상으로 상승하면 용융될 수 있는 재료로 구성된다. 상기 밀봉 부재는 고분자 물질과 폴리머 수지로 구성되며, 상기 연결 부재는 금속성 재료로 구성된다.
상기 밀봉 부재는 중심부에 관통공이 형성되며 실제적으로 상기 케이스의 내경과 같은 외경을 갖는 디스크 형상이며, 상기 연결 부재는 상기 밀봉 부재의 관통공에 삽입된다.
본 발명의 일특징에 따르면, 상기 밀봉 부재는 상기 관통공과 상기 관통공에 삽입된 상기 연결 부재와의 사이 그리고 상기 케이스의 내주면과 상기 밀봉 부재와의 사이를 밀봉할 수 있도록 탄성 재료로 구성된다.
본 발명에 따르면, 전지의 정상 작동 중에 전지가 효과적으로 밀봉되어 외부로의 전해액 누출이 효과적으로 방지된다. 또한, 전지의 작동 중에 전지의 온도가 소정값 이상으로 상승하여 전지가 비정상 상태에 이르는 경우에는 상부 캡이 용융되어 전지가 자동으로 폐기된다. 또한, 본 발명에 따른 전지는 종래의 전지와 비교하여 가스켓, 알루미늄 호일 및 피티씨 소자 등이 필요하지 않으므로 구조가 간단하여지고 전지의 제조 비용이 감소된다.
도 1은 종래의 리튬 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 리튬 전지가 조립된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 전지의 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 리튬 전지의 상부 캡을 보여주는 부분 단면도 및 분해 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 전지에 사용되는 상부 캡의 다른 실시예를 보여 주는 부분 단면도 및 분해 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 케이스 120 : 와인딩 어셈블리
122 : 애노드 리드 124 : 캐소드 리드
150, 160 : 상부 캡 152, 162 : 밀봉 부재
154, 164 : 연결 부재
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 전지의 분해 사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 리튬 전지의 상부 캡을 보여주는 부분 단면도 및 분해 사시도이다. 도 3 그리고 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 본 발명에 따른 리튬 전지는 전해액이 충전(充塡)되는 케이스(110), 전해액과의 화학 반응에 의하여 전류를 발생시키는 와인딩 어셈블리(120), 케이스(110)의 상부에 제공되는 상부 캡(150), 그리고 애노드 리드(122) 및 캐소드 리드(124)를 구비한다.
케이스(110)의 상부에는 절곡부(112)가 형성되며, 절곡부(112) 아래에는 전해액이 충전된다. 케이스(110) 내에는 절곡부(112) 아래에 와인딩 어셈블리(120)가 내장되며, 전해액과 와인딩 어셈블리(120)와의 화학 반응에 의하여 전류를 발생된다. 발생된 전류는 애노드 리드(122)와 캐소드 리드(124)를 통하여 캠코더 등의 부하에 인가된다.
케이스(110)의 절곡부(112) 위에는 밀봉 부재(152)와 연결 부재(154)로 구성되는 상부 캡(150)이 제공된다. 상부 캡(150)의 밀봉 부재(152)는 비전도성 재료로 구성되며, 연결 부재(154)는 전도성 재료로 구성된다.
밀봉 부재(152)는 전지 내의 온도가 예를 들어 200℃와 같이 소정값 이상으로 상승하면 용융될 수 있도록 용융성 재료로 구성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 밀봉 부재(152)는 바람직하게 폴리 프로필렌, 폴리 에틸렌, 테프론 등의 고분자 물질 및 폴리머 수지를 이용하여 제조되며, 연결 부재(154)는 금속 재료로 제조된다.
전지의 온도가 소정값 이상으로 상승하는 경우 밀봉 부재(152)가 용융됨으로써 전지의 과열에 의한 폭발이 방지된다. 특히, 사용 후 전지가 소각되어 폐기되는 경우에도 밀봉 부재(152)가 먼저 용융되어 전해액이 전지로부터 방출되므로 전지의 폭발을 방지할 수 있다. 또한, 일반적으로 전지가 소정 온도 이상으로 상승하면 전지는 그 기능을 상실하므로 본 발명에 따른 전지에 의하여 전지가 자동 폐기될 수 있다. 본 발명의 상부 캡(150)은 전지의 온도가 소정값 이상으로 상승하는 경우 부분적으로 용융되므로써 일부가 개방되어 압력 개방이 서서히 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 밀봉 부재(152)는 대략적으로 디스크 형상을 가지며, 중심부에는 연결 부재(154)가 삽입되기 위한 관통공(152A)이 형성된다. 밀봉 부재(152)의 외경은 실제적으로 케이스(110)의 내경과 같도록 이루어진다.
바람직하게, 고분자 물질과 폴리머 수지를 이용하여 제조되는 밀봉 부재(152)는 탄성 부재로서 작용하여, 전지의 조립 후에 밀봉 부재(152)의 관통공(152A)과 관통공(152A)에 삽입된 연결 부재(154)와의 사이, 그리고 케이스(110)의 내주면과 밀봉 부재(152)와의 사이를 밀봉한다.
상부 캡(150)의 연결 부재(154)는 볼트 부재(156)와 너트 부재(158)를 구비하며, 볼트 부재(156)가 밀봉 부재(152)의 관통공(152A)에 삽입된 후 너트 부재(156)에 의하여 체결된다. 상기 연결 부재(154)의 볼트 부재(156)는 헤드부(156A) 그리고 헤드부(156A)에 일체로 형성되며 헤드부(156A)의 반대 단부에 나사부(156C)가 형성되는 길이부(156B)를 갖는다. 볼트 부재(156)의 길이부(156B)의 외경은 대략적으로 밀봉 부재(152)의 관통공(152A)의 직경보다 약간 크도록 정하여지며, 볼트 부재(156)의 길이부(156B)가 탄성 재료로 이루어진 밀봉 부재(152)에 형성된 관통공(152A)에 억지 끼워짐으로써 관통공(152A)과 연결 부재(154)와의 사이가 효과적으로 밀봉된다.
연결 부재(154)가 밀봉 부재(152)에 삽입되어 체결된 상태에서 밀봉 부재(152)는 케이스(110)의 상부로부터 삽입되며 케이스(110)의 상단 엣지는 전지의 내부를 향하여 절곡된다. 이때, 탄성 재료로 이루어진 밀봉 부재(152)의 외주 엣지는 케이스(110)의 상단 절곡부에 의하여 탄성적으로 가압되어 밀봉 부재(152)와 케이스(110)의 내주면 사이를 효과적으로 밀봉한다.
애노드 리드(122)는 일부가 돌출하도록 와인딩 어셈블리(120)에 제공되며, 상기 돌출된 일부는 절곡되어 케이스(110)의 바닥면과 접촉되어 전기적으로 연결된다. 캐소드 리드(124) 또한 일부가 돌출하도록 와인딩 어셈블리(120)에 제공되어, 상기 돌출된 일부는 절곡되어 상부 캡(150)의 연결 부재(154)와 접촉되어 전기적으로 연결된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 전지에 사용되는 상부 캡의 다른 실시예를 보여 준다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예에 따른 상부 캡(160)은 대략적으로 디스크 형상의 밀봉 부재(162) 및 연결 부재(164)를 구비한다. 밀봉 부재(162)의 중심부에는 관통공(162A)이 형성되며 밀봉 부재(162)의 외경은 케이스(110)의 내경과 실제적으로 갖도록 이루어지며, 연결 부재(164)는 밀봉 부재(162)의 관통공(162A)에 삽입된다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 연결 부재(164)는 밀봉 부재(162)의 관통공(162A)에 삽입되는 중공 원통형의 길이부(164A) 및 상기 길이부(164A)에 일체로 형성되며 밀봉 부재(162)의 관통공(162A)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원형 플레이트(164B)를 구비한다. 연결 부재(164)의 길이부(164A)는 밀봉 부재(162)의 관통공(162A)에 삽입된 후 삽입 단부가 외향 절곡된다.
연결 부재(164)의 원형 플레이트(164B)와 밀봉 부재(162) 사이에는 도넛 형상의 제1 개재 플레이트(166)가 제공되고, 연결 부재(164)의 절곡부와 밀봉 부재(152) 사이에는 도넛 형상의 제2 개재 플레이트(168)가 제공된다.
전지가 작동되면 전지의 전해액과 와인딩 어셈블리(120)와의 화학 반응에 의하여 전류가 발생된다. 상기 발생된 전류는 애노드 리드(122)와 캐소드 리드(124)를 통하여 부하에 인가된다.
상부 캡(150, 160)의 밀봉 부재(152, 162)는 고분자 물질 및 폴리머 수지 등의 탄성 재료로 구성되므로, 전지의 작동 중에도 밀봉 부재(152, 160)의 관통공(152A, 162A) 및 상기 관통공(152A, 162A)에 삽입된 연결 부재(154, 164)와의 사이, 그리고 케이스(110)의 내주면과 밀봉 부재(152, 162)와의 사이를 효과적으로 밀봉한다.
전지의 작동 중 쇼트 등으로 인하여 전지의 온도가 소정값 이상으로 상승하는 경우에 밀봉 부재(152, 162)가 부분적으로 용융되어 일부가 개방되며, 전지는 폐기된다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 명확히 인지할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 전지의 정상 작동 중에 전지의 전해액이 외부로 누출되지 않도록 전지가 효과적으로 밀봉될 수 있다. 또한, 전지의 작동 중에 전지의 온도가 소정값 이상으로 상승하여 전지가 비정상 상태에 이르는 경우에는 상부 캡이 용융되어 전지가 자동으로 폐기될 수 있다. 본 발명에 따른 전지는 종래의 전지와 비교하여 가스켓, 알루미늄 호일 및 피티씨 소자 등이 필요하지 않으므로 구조가 간단하므로 전지의 제조 비용이 현저히 감소된다.

Claims (6)

  1. 전지의 전해액이 충전되는 케이스(110);
    상기 전지의 전해액과의 화학 반응에 의하여 전류를 발생시키는 와인딩 어셈블리(120);
    상기 케이스(110)의 상부에 제공되며, 전지 내의 온도가 소정값 이상으로 상승하면 용융될 수 있는 비전도성 재료로 구성된 밀봉 부재(152, 162) 및 전도성 재료로 구성된 연결 부재(154, 164)를 구비하는 상부 캡(150);
    일부가 돌출하도록 상기 와인딩 어셈블리(120)에 제공되며, 상기 돌출된 일부가 절곡되어 상기 케이스(110)의 바닥면과 전기적으로 연결되는 애노드 리드(122); 그리고
    일부가 돌출하도록 상기 와인딩 어셈블리(120)에 제공되며, 상기 돌출된 부분이 절곡되어 상기 연결 부재(154, 164)와 전기적으로 연결되는 캐소드 리드(124)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 부재(152, 162)는 고분자 물질과 폴리머 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 부재(152, 162)는 중심부에 관통공(154, 164)이 형성되며 실제적으로 상기 케이스(110)의 내경과 같은 외경을 갖는 디스크 형상이며, 상기 연결 부재(154, 164)는 상기 밀봉 부재(152, 162)의 관통공(152A, 162A)에 삽입되며, 상기 밀봉 부재(152, 162)는 상기 관통공(152A, 162A)과 상기 관통공(152A, 162A)에 삽입된 상기 연결 부재(154, 164)와의 사이 그리고 상기 케이스(110)의 내주면과 상기 밀봉 부재(152, 162)와의 사이를 밀봉할 수 있도록 탄성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 전지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 연결 부재(154)는 볼트 부재(156)와 너트 부재(158)를 구비하며, 상기 볼트 부재(156)가 상기 밀봉 부재(152)의 관통공(152A)에 삽입된 후 상기 너트 부재(158)에 의하여 체결되는 것을 특징으로 하는 전지.
  5. 제3항에 있어서, 상기 연결 부재(164)는 상기 밀봉 부재(162)의 상기 관통공(162A)에 삽입되는 중공 원통형의 길이부(164A) 및 상기 길이부(164A)에 일체로 형성되며 상기 밀봉 부재(162)의 관통공(162A)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원형 플레이트(164B)를 구비하며, 상기 연결 부재(164)의 상기 길이부(164A)는 상기 밀봉 부재(162)의 상기 관통공(162A)에 삽입된 후 삽입 단부가 절곡되어 형성되는 절곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 전지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 연결 부재(164)의 상기 원형 플레이트(164B)와 상기 밀봉 부재(162) 사이에는 도넛 형상의 제1 개재 플레이트(166)가 제공되고, 상기 절곡부와 상기 밀봉 부재(162) 사이에는 도넛 형상의 제2 개재 플레이트(168)가 제공되는 것을 특징으로 하는 전지.
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