KR200328155Y1 - 리튬이온 폴리머 전지 - Google Patents

Abstract

리튬 이온 폴리머 전지에 관하여 개시한다. 이 전지는, 그 일측에 각각 탭이 형성된 양극판 및 음극판과 상기 극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 형성된 셀과, 상기 셀 및 탭을 감싸서 밀봉하여 외부와 절연하는 케이스와, 상기 양극판 및 음극판의 탭 중 적어도 하나의 탭에 연결된 폴리스위치를 구비하고, 상기 폴리 스위치는, 상기 극판의 탭에 연결되는 제1 연결단자와, 외부회로에 연결되는 제2 연결단자와, 상기 제1 연결단자와 제2 연결단자 사이에 개재된 도전성 폴리머를 구비한다.

Description

리튬 이온 폴리머 전지

본 고안은 리튬 이온 폴리머 전지에 관한 것이다.

전기 전자 기기, 특히 캠코더, 셀룰러폰 및 노트북 컴퓨터 등의 소형화, 경량화 및 무선화가 급속하게 진행됨에 따라 이들 전자기기의 구동전원으로서 소형, 경량이며 에너지밀도가 높은 2차 전지에 대한 요구가 증대되고 있다. 이러한 점에서 특히 리튬 2차 전지가 주목을 받고 있다.

리튬 2차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드륨전지, 니켈-수소전지, 니켈-아연전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배 정도 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 많은 기대를 가지고 국내외에서 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 리튬 2차전지는 전해질의 종류에 따라 리튬 이온전지와 리튬 이온 폴리머 전지로 구분될 수 있다.

리튬 이온 전지는 음극단자 겸 외장재로 SUS 또는 강철을 사용하고 양극단자로는 캡 조립체를 사용한다. 그리고 전지의 과충전, 쇼트 등에 대한 전기적 안전성을 확보하기 위하여 캡 조립체 내에 파열판이나 폴리 스위치 같은 소자를 장착하고 있다. 즉 과충전이나 내부 쇼트 및 부반응에 의해 전지의 내압이 상승할 때 상기 파열판이 플립(flip)하여 파열판과 자켓(Jacket) 사이에 연결된 알루미늄 탭이 끊어져서 전지에 공급되는 전류가 차단됨으로써 전지의 안전성을 확보한다. 또한 폴리 스위치를 사용하는 경우에는, 과충전이나 내부 쇼트에 의하여 전지의 내부온도가 상승하면 폴리 스위치의 내부 구조가 변화하여 내부 저항이 급격히 증가함으로써 전류의 흐름을 차단하여 전지의 안정성을 확보하게 된다.

그러나 리튬 이온 폴리머 전지는 외장재로서 알루미늄 다층막 파우치(pouch)를 사용하기 때문에, 구조상 양극단자로 캡 조립체를 사용하기 어렵고 따라서 리튬 이온 전지와 같이 전지의 내부에 상기와 같은 안전시스템을 채용하기가 어렵다는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전지 케이스의 외부에 폴리 스위치를 채용하여 전지의 안정성이 확보되도록 그 구조가 개선된 리튬 이온 폴리머 전지를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 일 실시예에 대한 분리 사시도,

도 2는 도 1의 리튬 이온 폴리머 전지의 조립도,

도 3은 도 1의 폴리스위치의 단면도,

도 4a 및 도 4b는 폴리스위치의 온도에 따른 저항의 변화를 설명하기 위한 개념도로서, 도 4a는 통상적인 작동 상태를 도 4b는 가열된 상태를 각각 도시한 것이다.

<도면의주요부분에대한부호의설명>

11...전지 셀 11a...양극판

11b...음극판 11c...세퍼레이터

12...양극 탭 13...음극 탭

14...양극 리이드 15...음극 리이드

16...케이스 20...폴리 스위치

21...제1 연결단자 22...제2 연결단자

24...도전성 폴리머 26...폴리에스테르 테이프

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 리튬 이온 폴리머 전지는, 그 일측에 각각 탭이 형성된 양극판 및 음극판과 상기 극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 형성된 셀과, 상기 셀 및 탭을 감싸서 밀봉하여 외부와 절연하는 케이스와, 상기 양극판 및 음극판의 탭 중 적어도 하나의 탭에 연결된 폴리스위치를 구비한 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 폴리스위치는 상기 양극판과 외부회로를 연결시키고, 상기 음극판과 외부회로를 연결하는 음극 리이드가 마련된 것이 바람직하다.

상기 폴리스위치와 양극판의 탭 사이에는 양극 리이드가 개재된 것이 바람직하다.

상기 폴리 스위치는, 상기 극판의 탭에 연결되는 제1 연결단자와, 외부회로에 연결되는 제2 연결단자와, 상기 제1 연결단자와 제2 연결단자 사이에 개재된 도전성 폴리머를 구비한 것이 바람직하다.

상기 도전성 폴리머의 재질은 폴리아닐린, 폴리프로필렌, 폴리에칠렌로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어는 하나인 것이 바람직하다.

상기 제1,2 연결단자의 재질은 니켈인 것이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서, 본 고안에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 실시예에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 분리 사시도이고, 도 2는 도 1의 리튬 이온 폴리머 전지의 조립체를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 도면을 참조하면, 이 리튬 이온 폴리머전지는 양극판, 음극판 및 유기전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(separator)가 적층된 구조로 되어 있는 전지 셀(11)을 구비한다. 상기 전지 셀(11)은 그리드에 전극 활물질을 충전시킨 양극판(11a) 및 음극판(11b)과, 상기 양극판(11a)과 음극판(11b) 사이에 개재된 세퍼레이터(11c)를 구비한다. 양극판(11a)의 일측에는 양극 탭(12)이 형성되고, 음극판(11b)의 일측에는 음극 탭(13)이 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이 양극 및 음극 탭(12,13)은 수직 방향으로 정렬된다. 각각의 탭(12,13)들은 리이드(14,15)에 연결됨으로써 외부 회로와 접속될 수 있다. 전지 셀(11), 양극 탭(12), 음극 탭(13) 및 양극 리이드(14)와 음극리이드(15)는 절연성 케이스(16) 및 그와 일체로 형성된 덮개(16a)에 의해 밀봉된다. 절연성 케이스(16)와 덮개(16a)는 통상적으로 알루미늄 박막의 상하면위에 열접착성 물질이 적층된 형태를 가지며, 제조시에 소정 압력과 열을 가하여 열접착성 물질이 상호 접착됨으로써 그 내부를 밀봉하고 있다. 이때, 전지 셀(11)과 외부회로와의 전기적 연결을 위하여 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)의 일부가 케이스의 외부로 노출되도록 한다.

음극 리이드(15)는 직접 외부회로(미도시)에 연결되지만, 양극 리이드(14)의 단부에는 전지의 안정성 확보를 위한 폴리스위치(20)가 용접 등의 방법에 의하여 결합되어서, 이 폴리스위치(20)가 외부회로에 연결된다.

도시되지 않았으나 중간에 양극 리이드(14)를 사용하지 않고 폴리 스위치(20)의 단부가 직접 양극 탭(12)에 결합되는 것도 가능하다. 이 경우에는 폴리 스위치(20)의 일단부를 양극 탭(12)에 용접결합한 후에 케이스(16)를 밀봉하여야 할 것이다.

또한 도시되지 않았으나, 상기와 같은 폴리 스위치(20)가 양극 리이드(14)에 용접되는 대신에 음극 리이드(15)에 연결되는 것도 당연히 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 이 경우에는 양극 리이드(14) 및 폴리 스위치(음극리이드(15)에 연결된)가 각각 외부회로에 직접 연결될 것이다. 그러나 전자의 경우가 후자보다 스위치 작동이 약간 빨리 일어난다.

도 3을 참조하면, 상기 폴리 스위치(20)는 양극 리이드(14)에 용접되는 제1 연결단자(21)와, 외부회로에 연결되는 제2 연결단자(22)와, 상기 제1 연결단자(21)와 제2 연결단자(22) 사이에 개재된 도전성 폴리머(24)를 구비한다. 그리고 도전성 폴리머(24) 및 제1,2 연결단자(21,22)는 폴리에스테르 테이프 등과 같은 부착수단에 의하여 그 상대위치가 고정되어 있다.

상기 도전성 폴리머(24)는 폴리아닐린, 폴리프로필렌, 폴리에칠렌 등에 의하여 만들어지는데, 이러한 것들은 온도에 따라 내부저항이 변화하는 특징을 가지는 재질이다. 또한 상기 제1 연결단자(21) 및 제2 연결단자(22)는 전기전도성, 열전도성, 가공성 및 경제성 등을 고려하여 니켈로 만들어지는 것이 바람직하다.

이하에서 상기와 같은 구성을 가진 리튬 이온 폴리머 전지의 작용을 설명한다.

전지 사용중에 과충전이나 전지 내부의 충격이나 전기회로의 이상으로 인한 쇼트가 발생하는 경우가 있다. 이러한 경우에는 전지에 전류가 과대하게 흐르게 되고 전지 내부의 발열현상에 의해 전지 내부 온도가 상승하게 된다. 전지 내부의 온도가 상승하면 내부에 위치한 양극 리이드(14) 및 제1 연결단자(21)를 통하여 열이 폴리 스위치(20)로 전도되어 도전성 폴리머(24)가 가열된다. 전지 내부로부터 전달된 열에 의하여 도전성 폴리머(24)의 내부온도가 증가하면, 폴리머의 내부구조가 도 4a에 도시된 구조로부터 도 4b에 도시된 체인 구조로 변화하게 되고, 온도에 비례하여 체인간의 거리는 멀어지게 되어 내부전도성이 저하한다. 즉 온도가 증가함에 따라 도전성 폴리머(24)의 내부저항은 증가하여, 일정 온도 이상이 되면 폴리 스위치(20)를 통과하는 전류의 흐름을 차단하게 된다. 이러한 전류를 차단하는 셧다운(shut down) 기능에 의하여 전지에는 전류가 흐르지 않으므로, 전지의 내부온도가 더 이상 상승되지 않아 전지의 안정성이 확보될 수 있다. 또한 일정 시간 경과후에 전지 내부의 온도가 다시 정상온도로 내려가면, 도전성 폴리머(24)의 내부 구조도 원래의 상태로 복귀되어 도전체로서의 기능을 하게 되므로, 폴리스위치가 전류의 흐름을 방해하지 않는다.

이상의 설명에서와 같이 본 고안에 따른 리튬 이온 폴리머 전지는 전지의 단자부에 폴리머 스위치를 연결함으로써, 과충전이나 내부 쇼트에 의한 전지의 발열 및 발화를 방지하여 전지의 안정성을 확보할 수 있다는 이점이 있다.

본 고안은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 고안의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 그 일측에 각각 탭이 형성된 양극판 및 음극판과 상기 극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 형성된 셀과,

   상기 셀 및 탭을 감싸서 밀봉하여 외부와 절연하는 케이스와,

   상기 양극판 및 음극판의 탭 중 적어도 하나의 탭에 연결된 폴리스위치를 구비한 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 폴리스위치는 상기 양극판과 외부회로를 연결시키고,

   상기 음극판과 외부회로를 연결하는 음극 리이드가 마련된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 폴리스위치와 양극판의 탭 사이에는 양극 리이드가 개재된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 폴리 스위치는,

   상기 극판의 탭에 연결되는 제1 연결단자와,

   외부회로에 연결되는 제2 연결단자와,

   상기 제1 연결단자와 제2 연결단자 사이에 개재된 도전성 폴리머를 구비한 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 도전성 폴리머의 재질은 폴리아닐린, 폴리프로필렌, 폴리에칠렌으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어는 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 제1,2 연결단자의 재질은 니켈인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.