KR200283452Y1 - 비수용액계 이차 전지 - Google Patents

Abstract

목적 : 본 고안은 전지의 비정상적인 작용으로 과전류가 흐르게 될 경우 전류흐름을 차단하여 안전성이 확보되게 한 비수용액계 이차 전지를 제공하고자 한다.

구성 : 양극과 세퍼레이터 음극이 함께 권취되어 캔에 수납되는 젤리롤과, 상기 캔의 상단부에 형성되며 양극플레이트 및 이 양극플레이트의 구조적 결합을 위해 사용되는 리벳을 보유하는 캡어셈블리와, 상기 캡어셈블리의 리벳과 젤리롤의 양극을 연결하는 탭을 포함하여 구성된 비수용액계 이차 전지에 있어서, 상기 탭은 규정치 이상의 과전류가 흐르면 녹아서 단선되는 휴즈로 형성되어 전지 과전류시에 단선되어 전류흐름을 차단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비수용액계 이차 전지가 제공된다.

효과 : 이상에서 설명한 바와같이 본 고안은 젤리롤의 양극과 캡 어셈블리의 리벳과의 사이에 전류통로 역할을 하는 탭이 전류흐름의 차단수단으로도 사용됨으로써 종래에 사용되던 전류차단기를 생략할 수 있게 되며, 이에 따라 종래 전지에서 전류차단기가 차지하던 불용공간을 활용할 수 있어 전지의 소형화 및 용량 상승을 도모하는 이점이 있다.

Description

비수용액계 이차 전지

본 고안은 비수용액계 이차 전지에 관한 것으로서, 특히 전지의 비정상적인 작용으로 과전류가 흐르게 될 경우 전류흐름을 차단하여 안전성이 확보되게 한 비수용액계 이차 전지에 관한 것이다.

주지된 바와같이, 비수용액계 2차전지는 전해액으로 고체 혹은 고체와 액체로 된 폴리머를 사용하는 전지로서, 대표적으로 리튬이온전지가 있다.

리튬이온전지는 도 2 에 도시된 바와같이, 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취된 폴리머상태의 젤리롤(2)이 상기 음극과 접속된 캔(4)의 내부에 수납되고, 그 캔(4)의 상부에 캡 어셈블리(60)가 설치되어서 용접에 의해 밀봉되는 구조로 이루어진다. 상기 젤리롤(2)의 상면과 하면에는 캡 어셈블리(60) 및 캔(4)과의 접촉을 방지하기 위해 각각 절연판(8)이 설치된다.

캡 어셈블리(60)는 캔(4)의 상부에 용접되는 음극 플레이트(62)와 그 중심에 배치되는 양극 플레이트(66)를 포함하고, 음극 플레이트(62)와 양극 플레이트(66)의 사이에 절연판(64)이 설치되며, 음극 플레이트(62)와 양극 플레이트(66)의 중심을 관통하여 결합되는 리벳(68)이 젤리롤(2)의 양극과 탭(72)으로 연결되어서 전기적으로 접속된 구조로 이루며, 상기 리벳(68)은 별도의 가스켓(70)을 개재하여 음극 플레이트(60)와 절연된다.

특히, 비수용액계 전지의 경우, 상기 젤리롤(2)은 음극, 세퍼레이터 및 양극을 겹친 상태로 롤프레스한 후 원하는 크기로 절단 및 전해액에 함침시켜 폴리머 상태로 제조한 후, 이 젤리롤(2)을 캔에 삽입하는 과정으로 제조하게 된다.

이러한 종래의 비수용액계 리튬이온전지는 전지내압의 비정상적 상승에 따른 폭발을 방지하도록 하기 위해, 캡 어셈블리(6)의 음극 플레이트(10)에 기계적인 방법이나 에칭 및 전기주형법(electrofoaming)으로 일정한 홈을 형성한 안전변(24)을 설치하거나 혹은 전류가 흐르는 배선의 소정위치에 열상승에 따라 전류흐름을 차단하는 반도체로 된 전류차단기(PTC)를 개재하고 있다.

그러나, 상기한 전류차단기의 경우, 단전지 상태에서 보면 셀과 별도로 다른 부품이 추가되는 바, 결과적으로 전지의 크기는 전류차단기가 차지하는 체적만큼 커지게 된다.

이에 따라, 종래의 이차 전지는 과전류에 대한 안전성을 확보하는 대신 용량이 감소될 수밖에 없다. 또한, 전류제한기가 전지의 외부로 노출되어서 구조적으로 불안정하게 되는 문제점이 있다.

이와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 고안은 비수용액계 전지 내부의 유효공간을 감소하지 않고서 과전류에 대한 안전성이 확보되게 하려는 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 양극과 세퍼레이터 음극이 함께 권취되어 캔에 수납되는 젤리롤과, 상기 캔의 상단부에 형성되며 양극플레이트 및 이 양극플레이트의 구조적 결합을 위해 사용되는 리벳을 보유하는 캡어셈블리와, 상기 캡어셈블리의 리벳과 젤리롤의 양극을 연결하는 탭을 포함하여 구성된 비수용액계 이차 전지에 있어서, 상기 탭은 규정치 이상의 과전류가 흐르면 녹아서 단선되는 휴즈로 형성되어 전지 과전류시에 단선되어 전류흐름을 차단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비수용액계 이차 전지가 제공된다.

이와같이 구성된 본 고안은 전지 내부의 불용공간을 이용하여 과전류시 전류흐름을 차단하는 수단으로서 제리롤의 양극과 캡어셈블리의 양극단자를 연결되는 탭을 휴즈로 형성함으로써 과전류에 대한 안전성을 확보하는 동시에 유효체적의 확대와 그에 따른 고용량화를 실현할 수 있도록 한다.

도 1 은 본 고안에 의한 비수용액계 이차 전지의 전체구조를 도시한 단면도

도 2 는 종래 비수용액계 이차 전지의 전체구조를 도시한 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2-젤리롤 4-캔

60-캡 어셈블리 62-음극 플레이트

64-절연체 66-양극 플레이트

68-리벳 70-가스켓

172-탭

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

참고로 본 고안을 설명함에 있어, 종래 기술에서 인용된 도면과 동일한 본 고안의 구성에 대해서는 설명의 명료성을 위해 동일한 부호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 비수용액계 2차 전지의 전체구조를 도시한 단면도로서, 이에 도시된 바를 참조하면, 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취된 젤리롤(2)이 수납되고 상기 음극과 접속된 외장 케이스로서 캔(4)을 구비하며, 그 캔(4)의 상부에 캡 어셈블리(60)가 설치되어서 밀봉된 구조로 이루어진다.

상기 젤리롤(2)은 캔(4) 및 캡 어셈블리(60)와의 접촉을 방지하기 위해, 상면과 하면에 각각 절연판(8)을 구비하여 캔(4)의 내부에 설치된다.

여기서, 상기 캡 어셈블리(60)는 캔(4)의 상부에 레이저를 이용하여 펄스 용접되는 음극 플레이트(62)와, 그 음극 플레이트(62)의 중앙에 절연체(64)를 개재하여 설치되는 양극 플레이트(66)와, 상기 음극 플레이트(62)와 양극 플레이트(66)의 중심을 관통하여 결합되는 리벳(68)을 포함하여 구성된다.

리벳(68)은 가스켓(70)을 개재하여 음극 플레이트(62)와 절연된다. 또한, 리벳(68)은 양극 플레이트(62)와 캔(4)의 내부에 수납된 젤리롤(2)의 양극과의 전기적인 연결을 위해, 상기 양극에서 인출된 탭(172)과 연결된다.

특히, 상기 탭(172)은 소정치 이상의 과전류가 흐르면 녹아서 단선되는 휴즈로 형성함으로써, 전지 외부에서 가해지는 쇼트나 전지의 비정상적 반응 등에 의한 과전류의 흐름을 방지할 수 있도록 한 것이 특징이다. 이때, 상기 탭은 일부 또는 전체를 휴즈로 형성할 수 있으며, 그 형태는 원통형 또는 판형으로 형성할 수 있다.

이와같이 휴즈로서 제조된 탭(172)은 아연, 주석, 납을 주체로 하거나 혹은 이들을 주성분으로 하는 합금으로 형성하며, 통상적 휴즈 제조규격에 기초하여 ,전지에서 흐르는 정격전류의 125%에서는 장시간동안 견디는 동시에 정격전류의 145%에서는 5분 정도 견딜 수 있게 제조함이 바람직하다.

이와같이 된 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

전지를 부하에 연결하여 실제 사용시, 전지의 양극플레이트(66)와 전기적으로 연결된 리벳(68)에는 탭(172)을 통해 젤리롤(2)의 양극으로부터 제공된 전류가 흐르게 된다.

이때, 휴즈로 사용된 탭(172)을 통해 규정치 이상의 과도전류가 흐르게 되면, 탭(172)은 자체 발생하는 열로 인해 녹아서 끊어지게 된다. 따라서, 더 이상의 전류흐름을 차단하여 전지내압의 비정상적 상승에 따른 폭발을 방지하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 고안은 젤리롤의 양극과 캡 어셈블리의 리벳과의 사이에 전류통로 역할을 하는 탭이 전류흐름의 차단수단으로도 사용됨으로써 종래에 사용되던 전류차단기를 생략할 수 있게 되며, 이에 따라 종래 전지에서 전류차단기가 차지하던 불용공간을 활용할 수 있어 전지의 소형화 및 용량 상승을 도모하는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 양극과 세퍼레이터 음극이 함께 권취되어 캔(4)에 수납되는 젤리롤(2)과, 상기 캔(4)의 상단부에 형성되며 양극플레이트(66) 및 이 양극플레이트(66)의 구조적 결합을 위해 사용되는 리벳(68)을 보유하는 캡어셈블리(60)와, 상기 캡어셈블리(60)의 리벳(68)과 젤리롤(2)의 양극을 연결하는 탭(172)을 포함하여 구성된 비수용액계 이차 전지에 있어서, 상기 탭(172)은 규정치 이상의 과전류가 흐르면 녹아서 단선되는 휴즈로 형성되어 전지 과전류시에 단선되어 전류흐름을 차단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비수용액계 이차 전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탭(172)은 아연, 주석, 납을 주체로 하거나 혹은 이들을 주성분으로 하는 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 비수용액계 이차 전지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 탭(172)은 전지 정격전류의 125%에는 장시간동안 견디고, 145%에는 5분 정도 견디는 휴즈임을 특징으로 하는 비수용액계 이차 전지.