KR20010013391A - 방폭밸브군 및 그것을 이용한 밀폐형 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 리드판 또는 리드선 등, 전지내부의 전류로를 구성하고 있던 것을 리드덮개로서 방폭밸브와 일체화시킨 것으로, 정밀가공이나 그 위치결정 등에 필요했던 공정의 공수삭감을 가능하게 하는 리드덮개를 갖는 방폭밸브군 및 밀폐형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이것을 위해, 본 발명의 방폭밸브군은, 방폭밸브체와, 공심형상의 절연체와, 중앙부에 구멍이 형성된 금속기판과 금속박을 적층해서 부착시킨 리드덮개로 구성된다. 또한, 본 발명의 밀폐형 이차전지는, 외장캔과 외장캔의 개구부분에 절연가스킷을 끼워 밀봉덮개와 일체적으로 밀봉고정된다.

Description

방폭밸브군 및 그것을 이용한 밀폐형 이차전지{EXPLOSION-PROOF VALVE GROUP AND HERMETICALLY CLOSED SECONDARY BATTERY MADE BY USING THE SAME}

최근, 전자기기의 소형화, 휴대화, 고성능화에 발맞추어, 고에너지밀도의 비수전해액 이차전지가 이들 전자기기의 전원으로서 사용되고 있다. 비수전해액 이차전지의 양극 및 음극에는 리튬 등의 알칼리금속이 사용되고 있기 때문에, 리튬 등의 알칼리금속이 대기중의 수분과 반응하지 않도록 전지용기에는 밀폐구조가 채용되고 있다.

이러한 밀폐구조의 비수전해액 이차전지는, 저장성이 우수하다라는 장점을 갖지만, 그 반면, 밀폐성이 높기 때문에, 고온에 노출되거나, 잘못 사용되면 밀폐형 비수전해액 이차전지의 내부압력이 상당히 상승하여, 마지막에는 밀폐형 비수전해액 이차전지가 파열해 버린다. 예를 들면, 리튬 이차전지에 있어서, 정격이상의 전류를 부여하여 과충전상태로 하거나, 사용시의 실수에 의해 양극단자와 음극단자를 단락시켜 대전류가 흐르게 되면, 전극체중의 비수전해액이 분해되어 가스가 발생하는 일이 생긴다. 이러한 가스가 상기 밀폐구조의 전지용기에 가득 차게 되면, 전지의 내부압력이 매우 상승하여, 마지막에는 리튬 이차전지가 파열하여 버린다.

이 때문에, 비수전해액 이차전지를 전원으로 사용하고 있는 전자기기를 손상시켜 버릴 경우도 있을 수 있다.

그래서, 종래에는 상술한 전지의 파열을 방지하기 위해서 방폭기능을 갖춘 밀폐형 비수전해액 이차전지가 알려져 있다.

예를 들면, 특개평 6-215760호 공보에는 바닥이 있는 원통형 외장캔내에 수납된 전극체 상부에 밸브막을 설치하는 동시에, 상기 밸브막 윗쪽에 전류차단리드를 설치한 밀폐형 비수전해액 이차전지가 기재되어, 전지내의 압력이 상승했을 때에는, 상기 밸브막이 윗쪽으로 변형하여, 상기 전류차단리드를 파탄시켜 전류를 차단시키는 동시에, 상기 밸브막이 파열되어 전지내의 압력을 낮추는 방폭기능이 명시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 전지의 파열을 방지하기 위한 방폭기능을 구비한 밀폐형 비수전해액 이차전지에 있어서는, 전류로를 확실히 차단하기 위해 리드판 또는 리드선 등의 정밀가공을 필요로 하고, 조립해서 제품으로 완성할 때에도 그 위치 결정 등에 각별한 주의를 요하고, 소정 기능을 발휘시키기 위해서는, 공정상의 공수(工數)가 많아지는 등의 문제점이 있었다.

그래서 본 발명은, 종래 리드판 혹은 리드선 등의 전지내부의 전류로를 구성하고 있던 것을 리드덮개로서 밸브군과 일체화시킴으로써 정밀가공이나 그 위치결정 등에 필요로 했던 공정의 공수삭감을 가능하게 함과 동시에, 제품수율의 향상, 비용삭감을 가능하게 하는 방폭밸브군 및 밀폐형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 과충전이나 단락 등으로 인해 발생한 가스 때문에 밀폐형 전지의 내부압이 상승했을 때에, 빠르게 전지내부의 전류로를 차단하는 동시에, 발생한 가스를 전지외부로 배출하는 리드덮개를 갖는 방폭밸브군 및 밀폐형 이차전지에 관한 것이다.

도 1은 방폭밸브체를 구비한 밀폐형 이차전지에 있어서의 상부단면도이다.

도 2는 방폭밸브군의 분해사시도이다.

도 3은 방폭밸브의 정면도 및 단면도이다.

도 4는 리드덮개의 정면도 및 단면도이다.

도 5는 이상시에 동작하는 방폭밸브의 동작설명도 A이다.

도 6은 이상시에 동작하는 방폭밸브의 동작설명도 B이다.

(부호의 설명)

V…방폭밸브체 P…발생한 가스

10…방폭밸브군 11…금속기판

12…금속박 13…절연체

14…금속기판 15…금속박

16…리드덮개 22…간격

23…회동기부 24…돌기

24a…돌기용 구멍 25…리드덮개의 가스배출구멍

26…절연체의 가스배출구멍 30…밀봉덮개

3l…가스배출구멍 40…절연가스킷

50…외장캔 60…전극체

60a…양극 60b…세퍼레이터

60c…음극 61…양극리드

70…누름판 71…누름판의 가스배출구멍

상기 목적을 달성하기위해서, 청구항 1에 따른 방폭밸브군은, 외장캔과, 상기 외장캔에 수납되어 양극과 음극과 세퍼레이터로 이루어진 전극체를 구비하는 밀폐형 이차전지용 방폭밸브군으로서, 상기 외장캔의 개구부분에 절연가스킷을 끼워 밀봉덮개와 일체적으로 밀봉고정되고, 상기 방폭밸브군은, 방폭밸브체와, 공심(空芯)형상의 절연체와, 중앙부에 구멍이 형성된 금속기판과 금속박을 적층부착시킨 리드덮개로 구성된다.

또한 청구항2에 따른 방폭밸브군은, 외장캔과, 상기 외장캔에 수납되어 양극과 음극과 세퍼레이터로 구성된 전극체를 구비한 밀폐형 이차전지용 방폭밸브군으로서, 상기 외장캔의 개구부분에 절연가스킷을 끼워 밀봉덮개와 일체적으로 밀봉고정되고, 상기 방폭밸브군은 대략 중앙부에 오목부가 형성된 방폭밸브체와, 공심형상의 절연체와, 금속기판에 금속박이 적층부착되어, 대략 중앙부에 돌기가 형성된 리드덮개로 구성된다.

또한 청구항 3에 따른 방폭밸브군은, 밀폐형 이차전지내에서 전류로를 구성하도록 형성된 상기 방폭밸브체의 오목부와 상기 리드덮개의 돌기가 레이저용접 또는 초음파용접으로 용접되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 청구항 4에 따른 방폭밸브군은, 리드덮개가 가스배출구멍을 복수개 갖는 것을 특징으로 한다.

청구항 5의 방폭밸브군은, 방폭밸브체가, 금속기판과 금속박을 적층부착시킨 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 6의 밀폐형 이차전지는, 상기 방폭밸브군을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 방폭밸브군 및 밀폐형 이차전지의 실시예를 도면을 참조하고 설명한다.

도 1은 본 발명의 방폭밸브군을 구비한 밀폐형 이차전지의 상부 단면도이다. 도 2는 리드덮개를 보유한 방폭밸브군의 분해사시도이다. 도 3은 상기 방폭밸브의 정면도 및 단면도이다. 도 4는 상기 리드덮개의 정면도 및 단면도이다. 도 5 및 도 6은 정격이상의 전류를 부여해서 과충전상태로 하거나, 양극단자와 음극단자를 단락시켜 버려 대전류가 흘렀을 때와 같은 이상시에 동작하는 밸브군의 동작설명도이다.

도 1에 나타내듯이, 음극단자를 겸한 바닥이 있는 원통형 외장캔(50)내에는, 전극체(60)가 수납되어 있다. 상기 전극체(60)는, 양극(60a) 세퍼레이터(60b), 및 음극(60c)으로 이루어지며, 이러한 적층물을 나선형으로 감은 구성으로 되어 있다.

방폭기능과 양극단자를 겸한 밀봉덮개(30)는, 모자모양으로 형성되며, 가스배출구멍(31)을 갖고 있으며, 상기 외장캔(50)의 상단 개구부에 절연가스킷(40)을 끼워 리드덮개(16)를 갖는 방폭밸브군(10)과 함께 코킹되어 고정되어 있다. 상기 밀봉덮개(30)가, 상기 전극체(60)와 대향해서 배치되고, 그 사이에 상기 리드덮개(16)를 갖는 방폭밸브군(10)이 구비되어 있다.

상기 방폭밸브군(10)은, 위에서부터 방폭밸브체(V), 절연체(13), 리드덮개(16)의 순서로 구성되고, 밀폐형 이차전지의 중심축과 이러한 중심이 대략 동일하게 되도록 배치되어 있다.

상기 방폭밸브체(V)의 중앙부는, 소정의 오목부(20)를 형성하도록 가공되어, 상기 리드덮개(16)의 중앙부에 형성된 돌기부(24)와 접촉되고, 밀폐형 이차전지내의 전류로를 구성한다.

이때, 상기 방폭밸브체(V)의 소정 오목부(20)와 상기 리드덮개(16)의 돌기부(24)의 접촉부분을 레이저용접 또는 초음파용접 등으로 용접하면, 이러한 전류로의 확보가 확실시된다.

또한, 상기 방폭밸브체(V)는, 금속기판(11)과 상기 금속기판(11)의 하면에 적층되어 부착된 금속박(12)으로 이루어지고, 상기 금속기판(11)에는 소정 형상의 밸브(21)가 형성되어 있다.

상기 절연체(13)의 중앙부는, 가스배출구멍을 겸한 큰 구멍(26)이 형성되어 있다. 상기 리드덮개(16)는, 금속기판(14)과 상기 금속기판(14)의 하면에 적층되어 부착된 금속박(15)으로 이루어진다. 상기 금속기판(14)의 중앙부에는, 전지내의 전류로를 구성하도록 소정 돌기(24)를 위한 구멍(24a)이 뚫어져 있다. 한편, 복수개의 가스배출구멍(25)은, 상기 금속기판(14)과 상기 금속박(15)을 완전히 관통해서 뚫어져 있고, 동심원상으로 설치되어 있다.

또한, 상기 리드덮개(14)의 중앙부에 뚫어진 구멍에 노출하고 있는 상기 금속박(15)의 부분은, 상술한 바와 같이 상기 방폭밸브체(V)와 전지내의 전류로를 구성하도록 소정의 돌기(24)가 되도록 가공된다.

복수개의 가스배출구멍(71)을 갖는 누름판(70)은, 상기 전극체(60)위에 배치되어 있다. 양극리드(61)는, 일단이 상기 누름판(70)의 둘레가장자리 홈부를 통해 상기 전극체(60)의 양극(60a)에 접속되고, 타단이 상기 리드덮개(14)의 하면에 접속되어 있다.

도 2에 나타내듯이, 상기 방폭밸브군(10)은, 위에서부터 방폭밸브체(V), 절연체(13), 리드덮개(16)의 순서로 배치되어 있다.

상기 방폭밸브체(V)는, 예를 들면, 도 3에 나타내듯이 평면도상에서 원형을 이루고 있고, 금속기판(11)과 상기 금속기판(11)의 하면에 적층되어 부착된 금속박(12)으로 이루어진다. 상기 금속기판(11)에는 소정 형상의 밸브(21)가 형성되어 있다.

도 3에 나타낸 밸브(21)의 형상에 의해, 동심원상의 간격(22)은, 상기 금속기판(11)을 그 두께방향으로 완전히 관통해서 형성되어 있다. 이 때문에, 상기 금속기판(11)을 위에서 보면 상기 동심원상의 간격(22)중에 노출한 상기 금속박(12)의 부분을 볼 수 있다.

상기 동심원상의 간격(22)중에 노출한 상기 금속박(12)의 부분이 발생한 가스의 압력을 받아 변형한다. 이 때, 상기 밸브(21)는, 발생한 가스의 압력을 받아 직접 변형하는 것은 아니고, 상기 동심원상에 형성된 간격(22)중에 노출한 상기 금속박(12)의 부분이 발생한 가스의 압력을 받아 변형함에 따라, 간접적으로 변형한다. 상기 밸브(21)가 변형할 때, 상기 금속기판(11)과 상기 밸브(21)가 접속되어 있는 부분에 비파단선부가 발생하고, 여기에 회동기부(23)가 형성되고, 상기 밸브(21)에 상기 회동기부(23)를 지점으로 하는 굽힘력이 작용하고 있는 것이다.

또, 밸브의 형상에 관해서는, 방폭의 기능을 손상하지 않는 한, 임의로 바꿀 수 있다. 즉, 발생한 가스의 압력을 받아 직접 변형하는 부분은, 전술한 바와 같이 상기 금속기판(11)의 하면에 적층되어 부착된 상기 금속박(12)으로, 상기 금속기판(11)에 형성되어 있는 상기 밸브(21)자체가, 발생한 가스의 압력을 받아 직접 변형하는 것은 아니다. 상기 금속기판(11)에 형성되어 있는 상기 밸브(21)는, 상기 금속박(12)이 발생한 가스의 압력을 받아 변형하는 것에 따라 간접적으로 변형하는 것이다. 이 때문에, 상기 밸브(21)의 형상을 임의로 바꿔, 예를 들면, 보다 저압으로 밸브를 동작시키기 위해서는, 밸브의 표면적을 작게 하면 좋다라는 것을 알 수 있다. 밸브의 표면적을 작게 한다는 것은, 상기 금속기판(11)을 위에서 봤을 때에 노출하고 있는 상기 금속기판(11)의 하면에 적층부착된 상기 금속박(12)의 표면적을 크게 한다라는 것이다.

상기 밸브군체(V)의 중앙부는, 상기 금속기판(11)의 하면에 상기 금속박(12)이 적층되어 부착된 후, 소정의 오목부(20)를 형성하도록 가공된다. 소정의 오목부(20)가 되도록 가공하기 위해서는, 예를 들면, 프레스기와 같은 것으로 간단히 상기 방폭밸브체(V)의 상면에 소정의 오목부(20)를 형성해도 좋다. 상기 소정의 오목부(20)를 형성하는 것에 대해서는, 가하는 힘의 조정 혹은 공구의 교환으로, 용이하게 오목부의 형상을 바꿀 수 있다. 예를 들면, 구형, 원통형, 정육면체형 또는 육면체형으로 바꿀 수 있다.

또한, 상기 금속기판(11)의 재료로서는, 강판, 스테인레스강판, 동판 또는 알루미늄판 등이 사용된다. 한편, 상기 금속박(12)의 재료로서는, 강박, 스테인레스박, 동박, 알루미늄박 또는 니켈-철합금박 등이 사용된다.

상기 절연체(13)는, 도 2에 나타내듯이, 공심형상의 원판이며, 이 구멍의 중심부근에서 상기 방폭밸브체(V)의 중앙부의 상기 소정의 오목부(20)와 상기 리드덮개(14)의 중앙부의 상기 소정의 돌기(24)가 접촉해서 밀폐형 이차전지내의 전류로를 구성하는 동시에 중앙부의 큰 구멍(26)은 가스배출구멍을 겸하고 있다.

상기 리드덮개(16)는, 예를 들면, 도 4에 나타내듯이 평면도상에서 원형을 이루고, 금속기판(14)과 상기 금속기판(14)의 하면에 적층되어 부착된 금속박(15)으로 이루어진다.

상기 금속기판(14)은, 그 중앙부에 구멍(24a)이 뚫어져 있고, 상기 금속박(15)이 적층되어 부착된다. 그 후, 밀폐형 이차전지내에서 상기 방폭밸브체와 전류로를 구성하도록 상기 금속박(15)에 돌기(24)가 형성되고, 상기 복수개의 가스배출구멍(25)이 동심원상으로 배치된다. 상기 가스배출구멍(25)은, 상기 금속기판(14)과 상기 금속박(15)을 완전히 관통시켜 형성되고, 그 취지를 손상하지 않는 한 어떠한 형상이어도 좋고, 또한, 그 개수도 임의로 정할 수 있다. 예를 들면, 원형 혹은 리드덮개의 외경을 따라 중심부가 만곡한 타원상의 가스배출구멍을 2개 내지 6개 뚫어도 좋다. 중앙부에 상기 소정의 돌기(24)를 형성하기 위해서는, 예를 들면, 프레스기와 같은 것으로 상기 리드덮개(16)를 구성하는 상기 금속박(15)면에 상기 소정의 돌기(24)를 형성하면 좋다.

상기 소정의 돌기(24)를 형성하는 것에 관해서는, 가하는 힘의 조정 혹은 공구의 교환으로, 용이하게 돌기의 형상을 바꿀 수 있다. 예를 들면, 구형, 원통형, 정육면체형 또는 육면체형으로 바꿀 수 있다.

또한, 상기 금속기판(14)의 재료로서는, 강판, 스텐인레스강판, 동판 또는 알루미늄판 등이 사용된다. 한편, 상기 금속박(15)의 재료로서는, 강박, 스테인레스박, 동박, 알루미늄박 또는 니켈-철합금박 등이 사용된다.

이러한 구성의 밀폐형 이차전지에 있어서, 그 정격이상의 전류, 예를 들면, 과충전 때문에 대전류가 부여될 때, 전해액이 분해하여 가스가 발생된다. 발생한 가스는, 이차전지의 외장캔(50)내에 가득 차고, 전지의 내부압이 상승한다. 상기 내부압은, 상기 리드덮개(16)의 복수개의 가스배출구멍(25)과 상기 절연체(13)의 중앙부의 큰 구멍(26)을 통해서 그 위에 배치된 상기 방폭밸브체(V)를 구성하는 상기 금속박(12)에 전해진다.

상기 금속박(12)은, 상기 금속기판(11)의 하면에 적층되어 부착되고, 상기 방폭밸브체(V)를 구성하고, 상기 절연체(13)와 상기 리드덮개(16)와 함께 절연가스킷(40)을 끼워 상기 외장캔(50)의 상단 개구부에 코킹되어 고정되어 있으므로, 소정값에 이르면 도 5에 나타내듯이 상기 동심원상의 간격(22)중에 노출한 상기 금속박(12)의 부분이 발생한 가스의 압력을 받아 변형한다.

이 때, 상기 밸브(21)는, 상기 동심원상의 간격(22)중에 노출한 상기 금속박(12)의 부분이 발생한 가스의 압력을 받아 변형하는 것에 따라, 상기 금속기판(11)과 상기 밸브(21)가 접속되어 있는 부분에 비파단선부가 발생해서 여기에 회동기부(23)가 형성되고, 상기 회동기부(23)를 지점으로 하는 굽힘력이 작용하여, 위로 밀려 올라가듯이 변형한다.

이 때문에, 도 5에 나타내듯이, 상기 방폭밸브체(V)와 상기 리드덮개(16)로 구성되어 있는 전지내부의 전류로가 차단되어 또 다시 대전류가 흐르는 일은 없다.

다음에, 도 6에 나타내듯이, 상승한 내부압을 낮추기 위해 상기 동심원상의 간격(22)중에 노출한 상기 금속박(12)의 부분이 파열해서, 발생한 가스(P)를 도 1에 나타낸 밀봉덮개(30)의 가스배출구멍(31)을 통해 전지외부로 배출한다.

또, 상술한 바와 같이, 상기 금속기판(11)에 소정 형상으로 형성된 밸브(21) 및 상기 동심원상의 간격(22)중에 노출한 상기 금속박(12)의 부분의 변형은, 모두 소성변형이므로 한 번 전류로가 차단되면 두 번 다시 전류로를 구성하는 일은 없다. 또, 파열된 부분이 재생되는 일도 없다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명은, 종래 리드판 또는 리드선 등, 전지내부의 전류로를 구성하고 있던 것을 리드덮개로서 방폭밸브와 일체화시킨 것으로, 정밀가공이나 그 위치결정 등에 필요했던 공정의 공수삭감을 가능하게 함과 동시에, 제품수율의 향상, 비용삭감을 가능하게 한, 싸고 안전한 리드덮개를 갖는 방폭밸브군을 구비한 밀폐형 이차전지를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 외장캔과, 상기 외장캔에 수납되어 양극과 음극과 세퍼레이터로 구성된 전극체를 구비한 밀폐형 이차전지용 방폭밸브군으로서,

   상기 외장캔의 개구부분에 절연가스킷을 끼워 밀봉덮개와 일체적으로 밀봉고정되고, 상기 방폭밸브군은, 방폭밸브체와, 공심형상의 절연체와, 중앙부에 구멍이 형성된 금속기판과 금속박을 적층해서 부착시킨 리드덮개로 구성된 것을 특징으로 하는 방폭밸브군.
2. 외장캔과, 상기 외장캔에 수납되어 양극과 음극과 세퍼레이터로 구성된 전극체를 구비하는 밀폐형 이차전지용 방폭밸브군으로서, 상기 외장캔의 개구부분에 절연가스킷을 끼워 밀봉덮개와 일체적으로 밀봉고정되고, 상기 방폭밸브군은, 대략 중앙부에 오목부가 형성된 방폭밸브체와, 공심형상의 절연체와, 금속기판에 금속박이 적층되어 부착되고, 대략 중앙부에 돌기가 형성된 리드덮개로 구성된 것을 특징으로 하는 방폭밸브군.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방폭밸브군은, 밀폐형 이차전지내에서 전류로를 구성하도록 형성된 상기 방폭밸브체의 오목부와 상기 리드덮개의 돌기가 레이저용접 또는 초음파용접되는 것을 특징으로 하는 방폭밸브군.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리드덮개가, 가스배출구멍을 복수개 갖는 것을 특징으로 하는 방폭밸브군.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방폭밸브체가, 금속기판과 금속박을 적층해서 부착시킨 것을 특징으로 하는 방폭밸브군.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 방폭밸브군을 사용한 밀폐형 이차전지.