KR20000042977A - 이차전지의 안전장치 - Google Patents

Abstract

목적 : 전지의 폭발을 방지하고 안전성을 확보할 수 있도록 하는데 적합한 이차전지의 안전장치를 제공함에 목적이 있다.

구성 : 캔(4)의 내부에 전극부(2)를 수납하고, 그 캔의 비딩부(4a) 상측에 가스켓(6)을 개재하여 캡 어셈블리(80)를 설치하는 것이며, 그 캡 어셈블리는 안전밸브를 갖춘 플레이트(12)의 상부에 캡 커버(16)를 적층하고, 그 하부에 절연체(18)를 개재하여 전류차단기(20)를 설치한다. 여기서 전류차단기는 전극부에서 인출된 탭(22)과 연결되고, 그 사이에 전류제한기(140)를 설치한다. 따라서 캡 어셈블리는 캔의 내부에 수납된 정극에서 인출된 탭과 전류제한기 및 전류차단기의 순서로 연결된다.

효과 : 전지의 총 높이를 유지하면서 전류제한기를 설치하므로, 안전성을 확보함과 동시에 고용량의 전지를 실현할 수 있다.

Description

이차전지의 안전장치

본 발명은 전지의 비정상적인 작용으로 과전류가 흐르게 될 경우 작동하여 전류 흐름을 통제하므로, 전지의 폭발을 방지하고 안전성을 확보할 수 있도록 하는데 적합하게 이용할 수 있는 이차전지의 안전장치에 관한 것이다.

이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있으며, 외관상으로는 원통형과 각형 전지로 구분되고 있다.

도 3은 나선형(spirally-wound) 전극부를 갖는 원통형 이차전지의 일반적은 구성을 나타내고 있다. 도면에서와 같이 원통형 이차전지는 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취한 전극부(2)를 액체 전해질과 함께 캔(4)의 내부에 수납하고, 그 캔의 상부에 가스켓(6)을 개재하여 캡 어셈블리(8)를 설치한 구성으로 이루어진다. 전극부(2)는 상·하부에 절연판(10)을 개재하여 설치된다.

캡 어셈블리(8)는 안전밸브를 갖춘 플레이트(12)와 전류제한기(14) 및 캡 커버(16)의 순서로 적층되고, 안전밸브를 갖춘 플레이트(12) 하부에 절연체(18)를 개재하여 전류차단기(20)를 용접한 구성으로 이루어진다.

전류차단기(20)는 정극 탭(22)을 이용하여 전극부(2)의 정극과 연결된다. 또한 캔(4)은 전극부(2)의 부극에서 인출된 탭(도시생략) 혹은 최외곽부의 부극과 직접 접촉하는 방식으로 부극 단자로 사용되어진다.

여기서 캡 어셈블리(8)는 전지의 이상 작동에 따른 내압 상승 및 폭발에 대한 안전장치를 구비하는 바, 특히 전류제한기(14)는 전지가 내·외부에서 쇼트될 경우 과전류가 흐르게 되고 그로 인하여 열폭주(thermal runway)현상이 발생되어서 폭발의 위험성을 갖게 되는데, 이를 방지하기 위한 것이다. 이러한 전류제한기(14)는 전지가 발열하면 그 열에 의해 전류 통전성을 급격히 저하시키므로 전지의 폭발을 방지한다.

그러나 지금까지의 전류제한기(14)는 안전밸브를 갖춘 플레이트(12) 및 캡 커버(16)와 함께 적층되고 캔(4)의 상부를 크림핑(crimping)함에 의해 어셈블리되므로, 캔(4)의 비딩부(4a) 위쪽 공간을 크게하고 전극부(2)가 수납되는 비딩부(4a) 아래쪽 유효 공간을 작게 하는 문제점이 있다.

이에 따라 종래의 이차전지에서는 과전류에 대한 안전성을 확보하는 대신 용량이 감소하게 되는 문제점을 수반하게 된다.

앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명은 비딩부 상측 공간을 줄이고 불용(不用) 공간을 이용하여 전류제한기를 설치하므로, 비딩부 아래쪽의 유효(有效) 공간을 확대하고, 용량 증대와 함께 과전류에 대한 안전성을 확보할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

이에 따라 본 발명에서는 캡 어셈블리와 전극부를 연결하는 탭의 사이에 전류제한기를 설치한 이차전지의 안전장치를 제공한다.

캔의 내부에는 전극부가 수납되고, 그 캔의 비딩부 상측에는 가스켓을 개재하여 캡 어셈블리가 설치되는 것이며, 그 캡 어셈블리는 안전밸브를 갖춘 플레이트의 상부에 캡 커버를 적층하고, 그 하부에 절연체를 개재하여 전류차단기를 설치한다. 여기서 전류차단기는 전극부에서 인출된 탭과 연결되고, 그 사이에 전류제한기를 설치한 구성으로 된다.

따라서 본 발명에 의한 캡 어셈블리는 캔의 내부에 수납된 정극에서 인출된 탭과 전류제한기 및 전류차단기의 순서로 연결된다.

이상에서 설명한 구성에 의거하여, 상기한 전류제한기는 쇼트에 의해 과전류가 흐르고 열이 발생하면, 정극 탭과 캡 어셈블리의 사이에서 전류 흐름을 급격히 저하시켜 전지의 안전성을 확보하게 된다.

이때 상기 전류제한기는 캡 어셈블리 하부 불용 공간에 설치되므로, 캔 비딩부 상측 높이를 줄이고 하측 높이를 크게 하여, 정해진 전지의 총 높이에서 실제적으로 전극부가 설치되는 유효 공간과 전지 용량을 증대하게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 이차전지를 도시한 확대 단면도.

도 2는 본 발명의 다른 예를 보인 확대 단면도.

도 3은 종래 공지된 이차전지를 도시한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2-전극부 4-캔

4a-비딩부 6-가스켓

12-안전밸브를 갖춘 플레이트 16-캡 커버

18-절연체 20-전류차단기

22-탭 80-캡 어셈블리

140-전류제한기

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 설명한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어, 종래 기술에서 인용한 부분과 동일한 본 발명의 구성에 대하여는 동일 부호를 사용하기로 한다.

본 발명에서는 원통형 구조를 갖는 이차전지의 하나로 리튬이온전지를 일 예로 설명하기로 한다. 리튬이온전지는 정극 활물질로 LiCoO₂ , LiNiO₂ 및 LiMn₂O₄ 중에서 적어도 1종이 함유된 리튬-천이금속산화물을 사용하고, 부극 활물질로 탄소 및 탄소복합체를 사용한다.

도 1에서와 같이 본 발명에 의한 이차전지는 전극부(2)가 수납된 캔(4)의 상측을 비딩 휠로 가공하여 비딩부(4a)를 형성하고, 그 비딩부(4a)의 상측에 가스켓(6)을 개재하여 절연된 캡 어셈블리(88)를 설치하는 것이며, 그 후 캔(4)의 상측 단부를 크림핑하여 압착하므로 조립되어진다.

이렇게 조립되는 이차전지에서 본 발명은 비딩부(4a)의 상측 공간을 줄이고 하측의 전극부(2)가 수납되는 공간을 늘이는 방안으로, 캡 어셈블리(80)와 전극부(2)를 연결하는 정극 탭(20)의 사이에 전류제한기(140)를 설치하고 있다.

보다 구체적으로 본 발명에서는 캔(4)의 비딩부(4a) 상측에 캡 어셈블리(80)를 설치함에 있어, 가스켓(6)을 개재하여 아래로부터 안전밸브를 갖춘 플레이트(12)와 캡 커버(16)만을 설치하므로, 종래 전류제한기의 두께만큼의 공간을 줄일 수 있다. 일반적으로 전류제한기의 두께는 0.3t의 것을 사용한다.

안전밸브를 갖춘 플레이트(12)의 하측에는 절연체(18)를 개재하여 전류차단기(20)가 설치되고, 그 하부에 본 발명의 전류제한기(140)를 용접하며 이것을 전극부(2)에서 인출된 정극 탭(22)과 용접한다. 여기서 전류제한기(140)는 비딩부(4a)가 형성된 전지 내부의 불용 공간을 이용하여 설치되므로, 결과적으로 캔의 비딩부(4a)를 높일 수 있는 것이며, 전극부(2)가 수납되는 유효 공간을 전류제한기의 두께만큼 증대할 수 있는 것이다.

또 본 발명의 전류제한기(140)는 도 2와 같이 전류차단기(20)에 용접된 정극 탭(22)의 가운데를 절단하여 2개로 분리하고, 그 사이에 연결할 수도 있다.

이렇게 구성된 캡 어셈블리(80)와 전극부(2)의 사이에는 상부 절연판(10)이 설치되어서 절연되고, 그 전극부(2)는 캔(4)과의 사이에 하부 절연판(도시생략)을 개재하여 절연된다. 캔(4)은 전극부(2)에서 인출된 부극 탭(도시생략) 혹은 전극부(2)의 최외곽 부극과 직접 접촉하므로, 부극 단자로 사용된다.

이상에서 설명한 구성에 의거하여, 본 발명의 캡 어셈블리(80)는 캔(4)의 내부에 수납된 전극부(2)에서 인출된 정극 탭(22)과 연결되는 전류제한기(140), 그 전류제한기(140)가 용접된 안전밸브를 갖춘 플레이트(12) 및 캡 커버(16)를 통하여 전기적으로 연결된다.

여기서 상기한 전류제한기(140)는 전지 내·외부의 쇼트에 의해 과전류가 흐르고 열이 발생할 경우, 정극 탭(22)과 전류차단기(20)의 사이에서 전류의 통전성을 급격히 저하시켜, 전류의 흐름을 차단한다.

이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 이차전지의 안전장치는 전지 내부의 불용 공간에 전류제한기를 설치하므로 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉, 본 발명은 캔의 비딩부 상측 공간을 차지하던 전류제한기를 캡 어셈블리 하부의 불용 공간에 설치하므로, 실제 전극부가 수납될 유효 공간을 확장할 수 있으며, 그로 인하여 전지의 용량을 증대할 수 있다.

또한 본 발명은 과전류에 의한 내압 증가 및 폭발 위험을 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 전극부가 수납된 캔의 상측 단부에 가스켓을 개재하여 캡 어셈블리를 설치하고, 상기 전극부에서 인출된 탭을 캡 어셈블리의 저면에 용접하되 그 탭과 캡 어셈블리의 사이에 전류제한기를 설치한 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
2. 제 1 항에 있어서, 전류제한기를 캡 어셈블리의 저면에 부착한 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
3. 제 1 항에 있어서, 탭의 중간에 전류제한기를 설치한 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
4. 제 1, 제 2 또는 제 3 항에 있어서, 캡 어셈블리는 안전밸브를 갖춘 플레이트의 상부에 캡 커버를 적층하고, 안전밸브를 갖춘 플레이트의 하부에 절연체를 개재하여 전류차단기를 설치한 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.