KR20030075782A - Ｐｔｃ를 내장한 리튬 이온 전지 - Google Patents

Abstract

제조공정이 간단하고 안정성을 확보할 수 있도록, 전극군, 케이스 및 캡 어셈블리를 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 전극군의 음극 또는 양극에 연결된 전극탭과, 케이스 또는 캡 어셈블리에 연결된 단자탭과, 전극탭과 단자탭 사이에 설치되어 서로를 연결하는 PTC 소자를 포함한다.

Description

ＰＴＣ를 내장한 리튬 이온 전지 {Lithium-ion Battery with PTC}

본 발명은 PTC를 내장한 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 음극에 연결된 탭과 케이스에 연결된 탭 사이에 PTC소자를 설치하는 것에 의하여 제조공정이 간단하고 안정성을 확보할 수 있는 PTC를 내장한 리튬 이차 전지에 관한 것이다.

일반적은 리튬 이차 전지는 전극군과, 상기한 전극군을 보호하고 전해액이채워지는 케이스와, 상기한 케이스에 결합되고 전극군과 전기적으로 연결되는 캡 어셈블리로 이루어진다. 상기한 캡 어셈블리는 캡플레이트, 가스켓, 인슐레이터, 터미널플레이트, 핀, 안전변 등으로 구성된다.

그리고 노트북 컴퓨터나 휴대폰 등의 휴대용 전자제품에는 포장되지 않은 복수의 알전지(bare cell)를 직렬 또는 병렬로 연결하여 하나의 케이스에 포장하는 전지팩(battery pack)이 사용된다. 상기와 같이 전지팩을 구성하는 경우에는 전류 및 전압이 높고 전력소비량이 많아 안전을 위하여 보호회로와 PTC소자(Positive Temperature Cofficient device)를 연결하여 사용한다.

상기에서 보호 회로로는 충전 종료 조건으로 정해진 온도를 감지하기 위한 써미스터(thermistor), 소정의 온도 이상이 되면 회로를 차단하고 다시 소정의 온도 이하가 되면 회를 연결하는 써모스탯(thermostat), 소정의 온도 이상이 되면 회로를 차단하는 열퓨즈(thermal fuse) 등이 있다.

상기한 PTC소자는 설정된 온도 이상이 되면 저항이 급격하게 증가되어 전류가 낮게 흐르도록 작동한다.

종래 리튬 이차 전지는 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극군과 케이스, 캡 어셈블리로 이루어지는 알전지(2)를 제조하고, 이들 알전지(2)를 직렬 또는 병렬로 연결하는 회로 중간에 PTC소자(6) 및 보호회로(4)를 설치하므로 제조공정이 복잡해지며, 아주 작은 PTC소자(6)를 회로에 연결하는 작업이 간단하지 않으므로 생산성이 저하되고 제조원가가 상승하게 된다.

또 PTC소자(6)를 단자가 설치된 하나의 전자부품으로 제조하므로, 제조원가가 상승하는 요인이 된다.

본 발명은 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, PTC소자를 음극 및/또는 양극에 연결된 탭과 케이스에 연결되는 탭 사이에 일체로 설치하므로 후공정이 생략되어 생산성이 향상되고 제조원가가 절감되며 안전성이 확보되는 PTC를 내장한 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 리튬 이차 전지의 일예를 개략적으로 나타내는 측면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 PTC를 내장한 리튬 이차 전지의 일실시예에 있어서 PTC가 설치되는 상태를 나타내는 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 PTC를 내장한 리튬 이차 전지의 일실시예에 있어서 PTC소자의 반응전 상태를 나타내는 확대도이고,

도 4는 본 발명에 따른 PTC를 내장한 리튬 이차 전지의 일실시예에 있어서 PTC소자의 반응후 상태를 나타내는 확대도이다.

본 발명이 제안하는 PTC를 내장한 리튬이차전지는 전극군과 케이스 및 캡 어셈블리를 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기한 전극군의 음극 또는 양극에 연결된 전극탭과, 상기한 케이스 또는 캡 어셈블리에 연결된 단자탭과, 상기한 전극탭과 단자탭 사이에 설치되어 서로를 연결하는 PTC소자를 포함하여 이루어진다.

상기한 PTC소자는 도전성 입자를 결정성 고분자에 분산시킨 폴리머 PTC소자를 사용한다.

상기에서 도전성 입자로는 카본 등이 사용가능하며, 결정성 고분자로는 폴리올레핀계 수지 등이 사용가능하다.

다음으로 본 발명에 따른 PTC를 내장한 리튬 이차 전지의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 PTC를 내장한 리튬 이차 전지의 일실시예는 도 2에 나타낸 바와 같이, 전극군과 케이스 및 캡 어셈블리를 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기한 전극군의 음극(10)에 연결된 전극탭(12)과, 상기한 케이스(도면에 나타내지 않음)에 연결된 단자탭(22)과, 상기한 전극탭(12)과 단자탭(22) 사이에 설치되어 서로를 연결하는 PTC소자(30)를 포함하여 이루어진다.

상기한 PTC소자(30)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 도전성 입자(34)를 결정성 고분자(32)에 분산시킨 폴리머 PTC소자를 사용한다.

상기에서 도전성 입자(34)로는 카본 등이 사용가능하며, 결정성 고분자(32)로는 폴리올레핀계 수지 등의 합성수지가 사용가능하다.

상기한 폴리머 PTC소자(30)는 소정의 온도 이상으로 가열되면, 도 4에 나타낸 바와 같이 결정성 고분자(32)가 팽창하여 도전성 입자(34) 사이의 연결을 차단하여 전류의 흐름을 차단시키게 된다. 그리고 상기한 폴리머 PTC소자(30)는 다시 소정의 온도 이하로 냉각되면, 도 3에 나타낸 바와 같이 결정성 고분자(32)가 수축하여 도전성 입자(34) 사이의 연결을 복원하여 전류의 흐름이 재개되도록 작동한다.

상기에서는 PTC소자(30)를 음극(10)에 연결된 전극탭(12)과 케이스에 연결되는 단자탭(22) 사이에 설치하는 것으로 설명하였지만, 양극에 연결된 전극탭과 캡 어셈블리에 연결되는 단자탭 사이에 PTC소자(30)를 설치하는 것도 가능하며, 음극 및 양극 모두에 설치하는 것도 가능하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 PTC를 내장한 리튬 이차 전지의 일실시예에 의하면, 전지를 사용중에 과전류나 과전압이 흐르거나 소비전력이 높아져 이에 따른 열이 발생하면 상기한 PTC소자(30)의 결정성 고분자(32)가 팽창하면서 도전성 입자(34) 사이의 간격을 넓게 하여 연결을 차단하게 되고, 전지의 회로가차단된다. 상기와 같이 회로가 차단됨에 따라 발생된 열이 냉각되어 소정의 온도 이하로 되면, 결정성 고분자(32)가 수축하여 도전성 입자(34) 사이의 간격이 좁아지고 다시 연결이 이루어진다.

상기에서는 본 발명에 따른 PTC를 내장한 리튬 이차 전지의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 PTC를 내장한 리튬 이차 전지에 의하면, 음극 또는 양극과 연결된 전극탭과 케이스 또는 캡 어셈블리에 연결되는 단자탭을 연결하는 공정에서 PTC소자를 연결 설치하므로, 종래 후공정에서 회로를 구성하는 과정에서 PTC소자를 설치하는 것에 비하여, 제조공정이 간단하게 이루어지고 제조원가가 절감되며 생산성이 향상된다.

또 본 발명에 따른 PTC를 내장한 리튬 이차 전지에 의하면, 탭이 연결되는 부분에 PTC소자가 설치되므로 구조적으로 안정된 상태를 유지할 뿐만 아니라, 이상이 발생한 경우 안전시스템으로서의 작동이 확실하게 이루어진다. 즉, 외부 회로의 일부로서 PTC소자를 설치하지 않고 내부에 PTC소자를 일체로 설치하므로, 구조적으로 안정되고, 외력에 의하여 PTC소자의 연결부분이 단락될 우려가 없다.

Claims (3)

1. 전극군, 케이스 및 캡 어셈블리를 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서,

   상기한 전극군의 음극 또는 양극에 연결된 전극탭과,

   상기한 케이스 또는 캡어셈블리에 연결된 단자탭과,

   상기한 전극탭과 단자탭 사이에 설치되어 서로를 연결하는 PTC소자를 포함하여 이루어지는 PTC를 내장한 리튬 이차 전지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 PTC소자는 도전성 입자를 결정성 고분자에 분산시킨 폴리머 PTC소자로 이루어지는 PTC를 내장한 리튬 이차 전지.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기한 도전성 입자는 카본으로 이루어지는 PTC를 내장한 리튬 이차 전지.