KR20040021799A - 리튬 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 리튬 이차 전지가 개시된다. 상기 리튬 이차 전지는 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판이 교대로 권취된 전극 조립체와; 이 전극 조립체를 수용하는 케이스와; 이 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체와; 케이스의 저면에 직접 부착되고 보호소자를 포함하여 과전류의 유입을 차단하는 안전장치;를 구비한다. 개시된 본 발명의 리튬 이차 전지에 의하면, 안전장치가 케이스의 저면에 직접 부착되기 때문에, 종래와 달리 바텀 플레이트를 필요로 하지 않으므로 제조단가를 줄일 수 있고 전지 전체의 부피도 줄일 수 있다. 또한, 케이스와 보호소자의 밀착률이 좋아져 온도에 더욱 민감하게 반응하므로 보호소자의 기능이 더욱 잘 발휘된다.

Description

리튬 이차 전지{Lithium secondary battery}

본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지에 과전류가 유입될 때 그 전류를 차단하는 안전장치와 전지 케이스의 연결 방식을 개선한 리튬 이차 전지에 관한 것이다.

리튬 이차 전지는 음극인 리튬의 사용 형태에 따라서, 리튬 금속, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지로 구분된다.

리튬 금속은 리튬이 용해되어 이온이 되었다가 다시 금속으로 돌아가는 용해, 석출 반응을 일으킨다. 이것은 충전동안에 높은 전류가 흐르게 되면, 덴드라이트(dendrite) 구조로 석출되어서 충전 및 방전 효율이 급격히 저하되는 문제점이 있다.

리튬 이온 전지는 음극에 탄소, 양극에 리튬계 산화물, 전해액에 유기 용매 전해질을 사용하는 것으로서 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 왕복하여 전기를 발생시키는 전지이다. 충전 및 방전 효율이 낮은 리튬 금속의 단점을 보호하기 위하여 반응 속도가 빠른 탄소층 속으로 리튬 이온을 삽입시켜 급속 충전을 가능하게 한다.

리튬 폴리머 전지는 양극인 리튬계 산화물과, 음극인 탄소 사이를 충전 및 방전 유무에 따라 리튬 이온이 이동하여 기전력을 발생시키는 것으로서, 액체 전해질보다 이온 전도도가 다소 잦은 고체 고분자 전해질을 사용한다. 또한, 충전 및 방전시 발생되는 부산물이 전지 성능을 떨어뜨리는 단점을 보완하였고, 전지 형태를 자유롭게 구부릴 수도 있다.

그런데, 이러한 리튬 이차 전지는 그 전지의 작동 전위가 높기 때문에 외부 단락 및 기계적인 충격에 의한 내부 단락시, 큰 과전류가 순간적으로 흐를 수 있으며, 이 때문에 전지의 안정성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 리튬 이차 전지는 안전장치를 필요로 하는데, 이러한 안전장치는 과전류가 유입되어 전지가 필요이상으로 충전되는 것을 방지하는 과충전 방지 기능을 한다.

상기 안전장치로는 온도가 상승시 저항이 증가되어 전류를 차단하는 PTC(positive temperature coefficient) 소자나, 셧-다운 세퍼레이터(shut down separator)를 사용하거나, 전지의 내부 압력이 증가시 가스를 방출하기 위한 안전변(safety vent) 등을 채용한다.

도 1에는 안전장치로서 PTC 소자를 채용한 종래 리튬 이차 전지의 일례를 나타낸 단면도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 종래 리튬 이차 전지는 케이스(20)와. 이 케이스(10)의 내부에 수용되는 전극 조립체(10)와, 상기 케이스(20)의 상단 개구부에 밀봉하는 캡 조립체(30)와, 상기 케이스(20)의 저면에 부착된 바텀 플레이트(bottom plate;40)와, 이 바텀 플레이트(40)와 전기 접속되어 과전류의 유입을 차단하는 안전장치(50)를 포함한다.

상기 전극 조립체(10)는 분리막(13)을 사이에 두고 양극판(11)과 음극판(12)이 교대로 권취되어 있으며, 상기 양극 및 음극판(11)(12)으로부터는 양극 및 음극탭(14)(15)이 인출되어 있다.

상기 캡 조립체(30)는 상기 양극탭(14)과 전기적으로 연결되고 상기 케이스(20)의 상부에 결합되는 캡 플레이트(31)와, 가스켓(32)을 매개로 캡 플레이트(31)와 절연되고 상기 음극탭(14)과 전기적으로 연결된 음극단자(33)를 포함한다.

상기 안전장치(50)는 온도가 상승하면 저항이 증가되어 전류를 차단하는 PTC 소자 등과 같은 보호소자(52)와, 이 보호소자(52)와 전기 접속되고 상기 바텀 플레이트(40)에 용접된 제1금속 플레이트(51)와, 보호소자(52)와 전기 접속되고 리드선(미도시)과 연결되는 제2금속 플레이트(53)를 포함한다.

그런데, 종래의 경우에는 통상 알루미늄으로 형성되는 케이스(20)의 저항 용접성이 낮기 때문에, 먼저 니켈(Ni)과 같은 금속성의 바텀 플레이트(40)를 케이스에 레이저 용접한 다음, 상기 제1금속 플레이트(51)를 바텀 플레이트(40)에 저항 용접하였다.

따라서, 케이스(20)에 바텀 플레이트(40)를 용접해야 하는 번거로운 공정이 필요하고, 바텀 플레이트(40)의 자체 부피 때문에 전지 전체의 부피도 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 전지에 과전류가 유입될 때 그 전류를 차단하는 안전장치와 전지 케이스의 연결 방식을 개선하여 제조 공정을 단순화하고 보호소자의 반응성을 향상시킨 리튬 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 리튬 이차 전지를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 나타낸 단면도,

도 3은 도 2에 도시된 리튬 이차 전지의 저면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10...전극 조립체11...양극판

12...음극판 13...분리막

14...양극탭15...음극탭

20...케이스30...캡 조립체

31...캡 플레이트32...가스켓

33...음극단자50...안전장치

51,53...제1 및 제2금속 플레이트52...보호소자

53...리이드

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이차 전지는, 분리막을 사이에두고 양극판과 음극판이 교대로 권취된 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스와; 상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체와; 상기 케이스의 저면에 직접 부착되고 보호소자를 포함하여 과전류의 유입을 차단하는 안전장치;를 구비한다.

여기서, 상기 안전장치는 상기 케이스의 저면에 레이저 용접된 것이 바람직하다.

또한, 상기 보호소자는 PTC 소자인 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 리튬 이차 전지의 저면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 케이스(20)와. 이 케이스(10)의 내부에 수용되는 전극 조립체(10)와, 상기 케이스(20)의 상단 개구부에 밀봉하는 캡 조립체(30)와, 상기 케이스(20)의 저면에 직접 부착되고 보호소자(52)를 포함하여 과전류의 유입을 차단하는 안전장치(50)을 구비한다. 그리고, 도시되지는 않았으나, 상기 케이스(20)의 내부에는 상기 전극 조립체(10)에 함습되는 전해액이 주입되어 있다.

상기 전극 조립체(10)는 분리막(13)을 사이에 두고 양극판(11)과 음극판(12)이 교대로 권취되어 있으며, 상기 양극 및 음극판(11)(12)으로부터는 양극 및 음극탭(14)(15)이 인출되어 있다.

상기 캡 조립체(30)는 상기 양극탭(14)과 전기적으로 연결되고 상기 케이스(20)의 상부에 결합되는 캡 플레이트(31)와, 가스켓(32)을 매개로 캡 플레이트(31)와 절연되고 상기 음극탭(14)과 전기적으로 연결된 음극단자(33)를 포함한다.

상기 안전장치(50)는 온도가 상승하면 저항이 증가되어 전류를 차단하는 보호소자(52)와, 상기 케이스(20)의 저면에 부착되어 있고 보호소자(52)와 보호소자(52)와 전기적으로 접속되어 있는 제1금속 플레이트(51)와, 리이드(54)와 전기적으로 연결되고 보호소자(52)와 전기적으로 접속되어 있는 제2금속 플레이트(53)를 포함한다.

여기서, 상기 제1금속 플레이트(51)는 레이저 용접에 의해 상기 케이스(20)의 저면에 직접 부착될 수 있다. 그리고, 상기 보호소자(52)로는 PTC 소자나 열 퓨즈(thermal fuse) 등을 예시할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지에 의하면, 종래와 달리 바텀 플레이트(40;도 1)를 필요로 하지 않으므로, 제조 공정이 단순화되어 제조단가가 감소되고 생산성이 향상된다.

또한, 바텀 플레이트(40;도 1)에 해당하는 부피가 감소하여 전지 전체의 부피를 감소할 수 있다. 더욱이, 케이스(20)와 보호소자(52)의 밀착률이 좋아져 온도에 더욱 민감하게 반응하므로 보호소자(52)의 기능이 더욱 잘 발휘될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 리튬 이차 전지에 의하면, 안전장치가 케이스의 저면에 직접 부착되기 때문에, 종래와 달리 바텀 플레이트를 필요로 하지 않으므로 제조단가를 줄일 수 있고 전지 전체의 부피도 줄일 수 있다. 또한, 케이스와 보호소자의 밀착률이 좋아져 온도에 더욱 민감하게 반응하므로 보호소자의 기능이 더욱 잘 발휘된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판이 교대로 권취된 전극 조립체와;

   상기 전극 조립체를 수용하는 케이스와;

   상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체와;

   상기 케이스의 저면에 직접 부착되고 보호소자를 포함하여 과전류의 유입을 차단하는 안전장치;를 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 안전장치는 상기 케이스의 저면에 레이저 용접된 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
3. 제1항에 있어서,

   상기 보호소자는 PTC 소자인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.