KR19990043709A - 리튬 전지 - Google Patents

Abstract

압력 개방시 전지 내부의 통전을 차단하여 전해액의 발화 및 폭발을 방지할 수 있는 리튬 전지가 개시되었다. 상기 리튬 전지는 케이스에 내장되는 와인딩 어셈블리, 상기 와인딩 어셈블리의 상부에 제공되는 알루미늄 호일, 상기 알루미늄 호일의 상면에 적층되는 링 플레이트, 상기 링 플레이트의 위쪽에 설치되는 피티씨 소자, 상기 피티씨 소자의 상면에 제공되는 캡, 상기 와인딩 어셈블리의 상부로부터 상향으로 절곡 연장되어 상기 알루미늄 호일의 저면에 접착되는 양극 리드 및 상기 와인딩 어셈블리의 하부로부터 하향으로 절곡 연장되어 상기 케이스의 내측 바닥벽에 접촉하게 되는 음극 리드를 구비한다. 상기 양극리드는 상기 알루미늄 호일에 초음파 용접된다. 상기 리튬 전지는 압력 개방과 동시에 전지 내부의 통전이 차단되게 되므로 외부의 단락 등에 의한 전해액의 인화 또는 폭발을 방지할 수 있다. 또한, 양극 리드와 알루미늄 호일이 초음파 용접에 의해 접착되기 때문에 불량률이 감소될 수 있다는 장점을 갖는다.

Description

리튬 전지

본 발명은 리튬 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부 압력 상승에 의한 압력 개방시 전지 내부의 통전을 차단하여 전해액의 발화 및 폭발을 방지할 수 있는 리튬 전지에 관한 것이다.

일반적으로 캠코더 등과 같은 휴대용 전자 제품에는 휴대 및 장착이 용이한 리튬 전지가 전기 공급원으로서 널리 사용된다. 이러한 리튬 전지는 리튬을 애노드 활성 물질로 사용하고, 이산화망간을 캐소드 활성 물질로 사용한다. 또한, 프로필렌 카보네이트를 함유한 비수용성 용매에 무기 전해질을 용해한 전해액을 사용한다.

이러한 리튬 전지에는 전극 활성 물질의 높은 반응성에 의한 위험, 예컨대, 전지의 내압 상승에 의한 폭발 등을 방지하기 위하여 압력 개방 장치 등과 같은 안전장치가 구비되어 있다.

도1에는 이러한 종래의 리튬 전지(100)의 단면도가 도시되어 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 리튬 전지(100)은 케이스(60)을 포함한다. 케이스(60) 내부에는 애노드, 캐소드 및 세퍼레이터로 구성되는 와인딩 어셈블리(50)이 내장되어 있다. 상기 와인딩 어셈블리(50)의 상부 및 하부에는 양극 리드(51) 및 음극 리드(52)가 각각 구비되어 있다. 상기 와인딩 어셈블리(60)의 아래에는 전해액(70)이 충전된다. 상기 전지는 전해액(70)과 케이스(60) 내에 내장된 와인딩 어셈블리(50)의 화학 반응에 의하여 전류를 발생시키며, 발생된 전류는 양극 리드(51)과 음극 리드(52)를 통하여 캠코더 등과 같은 장치에 인가된다.

상기 음극 리드(52)는 절곡되어 케이스(60)의 바닥면과 접촉한다. 또한, 상기 양극 리드(51)은 스팟 용접 등과 같은 접착방식에 의해 상기 케이스(60)의 내측 상부에 제공되는 커버(30)에 결합된다. 상기 커버(30)의 중심부에는 관통공(31)이 형성되어 있으며, 상기 양극 리드(51)은 절곡되어 커버(30)의 저면에 부착된다.

또한, 상기 커버(30)의 내부에는 알루미늄 호일(33)과 플라스틱으로 이루어진 링 플레이트(32)가 적층되어 제공된다. 상기 알루미늄 호일(33)은 전지(100) 내부의 온도상승에 따라 전지 내부의 압력이 소정압력 이상으로 상승할 때 파열되어 가스를 외부로 배출하는 역할을 수행한다. 상기 링 플레이트(32)의 중심부에는 가스가 외부로 배출될 수 있도록 원형 호올(34)가 형성되어 있다.

커버(30)의 상면에는, 전해액의 온도가 반응열로 인하여 일정 온도 이상으로 상승할 때 그 저항이 무한대가 됨으로써 전류의 흐름을 차단하는 피티씨 소자(20)이 제공된다. 피티씨 소자(20)의 위에는 양극 터미널 역할을 하는 캡(10)이 제공되는데, 상기 캡(10)의 상부에는 전해액의 분해시 발생되는 가스를 외부로 배출시키기 위한 가스 배출구(11)이 형성되어 있다. 또한, 상기 캡(10), 피티씨 소자(20), 및 커버(30)을 에워쌈으로써 전지의 내부를 밀봉하는 가스켓(40)이 전지(100)의 내측 상부에 구비된다. 상기 케이스(60)은 통전 가능한 금속재로 되어 있으며, 그 저면은 음극 터미널의 역할을 수행한다.

이러한 구성을 갖는 종래 리튬 전지(100)은 그 내부의 온도가 소정치 이상으로 상승하게 되면 전해액(70)이 분해되도록 되어 있으며, 상기 전해액(70)의 분해에 따라 상기 전지(100) 내부의 가스 압력이 소정치 이상으로 상승하면, 상기 알루미늄 호일(33)이 파열되어 상기 가스를 외부로 배출시키므로써, 전지(100)의 작동을 중지시키도록 되어 있다.

그러나, 종래 리튬전지는, 가스 압력 개방이 이루어진 이후 전지 작동이 중단될 때까지의 시간동안, 즉, 알루미늄 호일이 파열되어 가스가 외부로 배출되는 중에, 전지의 내부가 통전상태를 유지하고 있기 때문에 전해액에 대한 추가의 온도상승 요인이 잔재하게 된다. 따라서, 외부 단락이 발생하는 경우, 전지 내부의 활성물질들에 의해 폭발 또는 발화가 일어날 수 있다는 단점을 갖고 있다. 일반적으로 전해액은 매우 낮은 인화점을 갖고 있기 때문에 이러한 위험성은 더더욱 크게 나타난다.

또한, 상기 양극 리드와 커버는 스팟 용접에 의해 서로 접착되도록 되어 있기 때문에, 상기 스팟 용접 과정에서 커버가 파열되어 불량이 발생하는 문제가 있었다.

아울러, 상기 알루미늄 호일은 소정 임계 압력에서 갑자기 파열되기 때문에 시끄러운 폭파음이 발생된다는 문제점을 안고 있다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내부 압력 상승에 의한 압력 개방시 전지 내부의 통전을 차단하여 전해액의 발화 및 폭발을 방지할 수 있는 리튬 전지를 제공하는 것이다.

도1은 종래의 리튬 전지의 구성을 보여주는 단면도이다.

도2는 본 발명에 따른 리튬 전지의 구성을 보여주는 단면도이다.

도3은 내부 압력에 의해 알루미늄 호일이 파열되어 양극 리드가 알루미늄 호일로부터 분리된 상태를 보여주는 도면이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 캡 111 : 가스 배출구

120 : 피티씨소자 121 : 개구부

130 : 커버 132 : 링 플레이트

133 : 알루미늄 호일 140 : 가스킷

150 : 와인딩 어셈블리 151 : 양극 리드

152 : 음극 리드 160 : 케이스

170 : 전해액 200 : 리튬 전지

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은:

케이스; 상기 케이스에 내장되며, 애노드, 캐소드 및 세퍼레이터로 구성되는 와인딩 어셈블리; 상기 와인딩 어셈블리의 상부에 제공되는 알루미늄 호일; 상기 알루미늄 호일의 상면에 적층되며, 그 중심부에 원통 호올이 형성되어 있는 링 플레이트; 상기 링 플레이트의 위쪽에 설치되어 전해액의 온도가 일정온도 이상으로 상승하는 경우에 전류의 흐름을 차단시키는 피티씨 소자; 상기 피티씨 소자의 상면에 제공되어 양극 터미널의 역할을 수행하며, 그 상부에 가스 배출구가 형성되어 있는 캡; 상기 와인딩 어셈블리의 상부로부터 상향으로 절곡 연장되어 상기 알루미늄 호일의 저면에 접착되는 양극 리드; 및 상기 와인딩 어셈블리의 하부로부터 하향으로 절곡 연장되어 상기 케이스의 내측 바닥벽에 접촉하게 되는 음극 리드를 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬전지를 제공한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도2에는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 전지(200)의 단면도가 도시되어 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 리튬 전지(200)은 양극리드가 커버의 저면이 아닌 알루미늄 호일의 저면에 부착되어 있다는 것을 제외하면 도1에 도시된 리튬 전지(100)과 유사하다.

즉, 본 발명에 따른 리튬 전지(200)은 케이스(160)을 포함한다. 케이스(160) 내부에는 애노드, 캐소드 및 세퍼레이터로 구성되는 와인딩 어셈블리(150)이 내장]되어 있다. 상기 와인딩 어셈블리(150)의 상부 및 하부에는 양극 리드(151) 및 음극 리드(152)가 각각 구비되어 있다. 상기 와인딩 어셈블리(160)의 아래에는 전해액(170)이 충전된다. 상기 전지(200)은 전해액(170)과 케이스(160) 내에 내장된 와인딩 어셈블리(150)의 화학 반응에 의하여 전류를 발생시키며, 발생된 전류는 양극 리드(151)과 음극 리드(152)를 통하여 캠코더 등과 같은 장치에 인가된다.

또한, 상기 케이스(160)의 내측 상부에는 그 중심부에 관통공(131)이 형성되어 있는 커버(130)이 제공된다. 상기 커버(130)의 내부에는 알루미늄 호일(133) 및 플라스틱으로 제조되는 링 플레이트(132)가 적층되어 제공된다. 상기 음극 리드(152)는 절곡되어 케이스(160)의 바닥면과 접촉하며, 상기 양극 리드(151)은 절곡되어 상기 알루미늄 호일(133)의 저면에 접착된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 양극 리드(151)은 초음파 용접에 의해 상기 알루미늄 호일(133)의 저면에 고정적으로 부착된다.

상기 초음파 용접부(180)는 전지(200) 내부의 온도상승에 따라 전지 내부의 가스 압력이 소정압력 이상으로 상승할 때 점차적으로 파열되어 가스를 외부로 배출하는 역할을 수행한다. 상기 초음파 용접부(180)의 파괴점은 상기 알루미늄 호일(133)의 파괴점 이하에서 형성되며, 따라서, 내압 상승시 초음파 용접부(180)의 파열이 우선적으로 일어나게 된다.

한편, 상기 링 플레이트(132)의 중심부에는 가스가 외부로 배출될 수 있도록 원형 호올(134)가 형성되어 있다. 커버(130)의 상면에는, 전해액의 온도가 반응열로 인하여 일정 온도 이상으로 상승할 때 그 저항이 무한대가 됨으로써 전류의 흐름을 차단하는 피티씨 소자(120)이 제공된다. 피티씨 소자(120)의 위에는 양극 터미널 역할을 하는 캡(110)이 제공되는데, 상기 캡(110)의 상부에는 전해액의 분해시 발생되는 가스를 외부로 배출시키기 위한 가스 배출구(111)이 형성되어 있다.

또한, 상기 캡(110), 피티씨 소자(120), 및 커버(130)을 에워쌈으로써 전지의 내부를 밀봉하는 가스켓(140)이 케이스(160)의 내측 상부에 구비된다. 상기 케이스(160)은 통전 가능한 금속재로 되어 있으며, 그 저면은 음극 터미널의 역할을 수행한다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 전지(200)의 압력 개방은 다음과 같은 방식으로 이루어 진다.

먼저, 전지(200) 내부의 온도가 소정치 이상으로 상승하게 되면 전해액(170)이 분해되며, 상기 전해액(170)의 분해에 따라 상기 전지(200) 내부의 가스 압력이 상승한다.

상기 전지(200) 내부의 가스 압력이 소정치 이상으로 상승하면, 상기 알루미늄 호일(133)과 양극 리드(133) 사이의 초음파 용접부(180)에 균열이 발생하며, 점차적으로 초음파 용접부(180)가 파열되게 된다.

이때, 도3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 양극 리드(133)은 상기 알루미늄 호일(133)로부터 절연되게 되며, 따라서, 가스를 외부로 배출시킴과 동시에 전지(200)의 작동을 중지시킬 수 있게 된다. 즉, 상기 초음파 용접부(180)의 파열과 동시에 상기 양극 리드(151)이 절연되므로써 상기 양극 리드(151)로의 에너지 공급이 차단되게 되며, 이에 따라, 상기 전지(200)의 내부에 통전이 이루어지지 않게 되는 것이다. 그 결과, 상기 전지(200)의 내부에서는 전해액에 대한 추가의 온도상승이 발생하지 않게 되며, 따라서, 외부 단락 등에 의해 전해액이 인화되거나 폭발하게 되는 위험이 감소 또는 방지된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 압력 개방과 동시에 전지 내부의 통전이 차단되게 되므로 외부의 단락 등에 의한 전해액의 인화 또는 폭발을 방지할 수 있다.

또한, 양극 리드와 알루미늄 호일이 초음파 용접에 의해 접착되기 때문에 불량률이 감소될 수 있다는 장점을 갖는다.

아울러, 초음파 용접부가 점차적으로 파열되어 단계적인 압력개방을 수행하도록 되어 있기 때문에 폭발의 위험성이 감소될 수 있다,

이상에서는 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 명확히 인지할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 케이스;

   상기 케이스에 내장되며, 애노드, 캐소드 및 세퍼레이터로 구성되는 와인딩 어셈블리;

   상기 와인딩 어셈블리의 상부에 제공되는 알루미늄 호일;

   상기 알루미늄 호일의 상면에 적층되며, 그 중심부에 원통 호올이 형성되어 있는 링 플레이트;

   상기 링 플레이트의 위쪽에 설치되어 전해액의 온도가 일정온도 이상으로 상승하는 경우에 전류의 흐름을 차단시키는 피티씨 소자;

   상기 피티씨 소자의 상면에 제공되어 양극 터미널의 역할을 수행하며, 그 상부에 가스 배출구가 형성되어 있는 캡;

   상기 와인딩 어셈블리의 상부로부터 상향으로 절곡 연장되어 상기 알루미늄 호일의 저면에 접착되는 양극 리드; 및

   상기 와인딩 어셈블리의 하부로부터 하향으로 절곡 연장되어 상기 케이스의 내측 바닥벽에 접촉하게 되는 음극 리드를 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬전지.
2. 제1항에 있어서, 상기 양극 리드는 초음파 용접에 의해 상기 알루미늄 호일에 접착되는 것을 특징으로 하는 리튬전지.