KR20070006093A - Li secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a는 종래의 캡 조립체를 설명하기 위한 사시도. Figure 1a is a perspective view for explaining a conventional cap assembly.
도 1b는 도 1a의 A-A 라인에 따른 단면도. FIG. 1B is a cross sectional view along line A-A in FIG. 1A;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 분해 사시도. Figure 2 is an exploded perspective view for explaining a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 캡 플레이트를 설명하기 위한 사시도. Figure 3a is a perspective view for explaining a cap plate of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 3b는 도 3a의 B-B 라인에 따른 단면도. 3B is a cross sectional view along line B-B in FIG. 3A;
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for main parts of drawing)
200; 리튬 이차 전지 210; 리튬 이차 전지용 케이스200; Lithium
300; 전극 조립체 310; 제 1 전극판300;
315; 제 1 전극 탭 320; 제 2 전극판315;
325; 제 2 전극 탭 330; 세퍼레이터325;
340; 절연 테이프 400; 캡 조립체340;
410, 500; 캡 플레이트 411, 510; 단자 통공410, 500;
412, 520; 전해액 주입구 413; 보올412, 520;
415, 530; 안전 밴트 531; 요부415, 530; Safety van 531; waist
420; 단자 전극 430; 가스켓420;
440; 절연 플레이트 450; 단자 플레이트440;
460; 절연 케이스 462; 전해액 주입 통공460;
본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내압의 증가시 보다 쉽게 파단될 수 있는 안전 밴트를 구비하여 이차 전지의 안전성이 향상된 리튬 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery having improved safety of a secondary battery by having a safety band that can be more easily broken when the internal pressure increases.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정기간동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다. Recently, compact and lightweight electric / electronic devices such as cellular phones, notebook computers, camcorders, etc. have been actively developed and produced. These portable electric / electronic devices have a battery pack that can be operated in a place where no separate power source is provided. The built-in battery pack includes at least one battery therein for outputting a predetermined level of voltage for driving the portable electric / electronic device for a period of time.
상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다. In view of economical aspects, the battery pack employs a secondary battery capable of charging and discharging. Representative secondary batteries include lithium secondary batteries such as nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries, nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, lithium (Li) batteries, and lithium ion (Li-ion) batteries.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중 량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다. In particular, the lithium secondary battery has an operating voltage of 3.6V, which is three times higher than nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries, which are widely used as power sources for portable electronic equipment, and is rapidly expanding in terms of high energy density per unit weight. to be.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다. Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides as positive electrode active materials and carbon materials as negative electrode active materials. In general, a battery is classified into a liquid electrolyte battery and a polymer electrolyte battery according to the type of electrolyte, and a battery using a liquid electrolyte is called a lithium ion battery, and a battery using a polymer electrolyte is called a lithium polymer battery. Moreover, although a lithium secondary battery is manufactured in various shapes, typical shapes include cylindrical shape, square shape, and pouch type.
통상적으로, 상기 리튬 이온 이차 전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스와, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다. Typically, the lithium ion secondary battery is positioned between the positive electrode plate coated with a positive electrode active material, the negative electrode plate coated with a negative electrode active material, and between the positive electrode plate and the negative electrode plate to prevent a short and to prevent lithium ions (Li-ion). A lithium ion secondary battery case accommodating the electrode assembly, an electrolyte solution injected into the lithium ion secondary battery case to allow lithium ions to move, and the like; .
이러한 리튬 이온 이차 전지는 상기 양극 활물질이 코팅되며 양극 탭이 연결된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅되며, 음극 탭이 연결된 음극 전극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다. 이때, 상기 양극 활물질은 리튬(Li)을 포함하는 복합산화물을 주성분으로 하며, 일반적으로 탄산 리튬과 산화 코발트를 1.2:1의 비율로 혼합한 후, 400℃ 내지 1000℃에서 소성하여 형성된 LiCoO2를 사용한다. The lithium ion secondary battery is coated with the positive electrode active material and the positive electrode tab is connected to the positive electrode tab, the negative electrode active material is coated, the negative electrode tab is connected to the negative electrode plate and the separator is laminated, and then wound to prepare an electrode assembly. In this case, the positive electrode active material is a composite oxide containing lithium (Li) as a main component, and in general, after mixing lithium carbonate and cobalt oxide in a ratio of 1.2: 1, LiCoO 2 formed by firing at 400 ℃ to 1000 ℃ do.
그런 다음, 상기 전극 조립체를 상기 리튬 이차 전지용 케이스에 수용하고, 상기 리튬 이차 전지용 케이스 상단에 캡 조립체를 조립하여, 상기 전극 조립체의 이탈을 방지한다. Then, the electrode assembly is accommodated in the case for the lithium secondary battery, and the cap assembly is assembled on the top of the case for the lithium secondary battery, thereby preventing the electrode assembly from being separated.
상기 캡 조립체를 상기 리튬 이차 전지용 케이스에 조립한 후, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스에 전해액을 주입하고, 밀봉하여 리튬 이온 이차 전지를 완성한다. After the cap assembly is assembled to the lithium secondary battery case, an electrolyte solution is injected into the lithium ion secondary battery case and sealed to complete the lithium ion secondary battery.
한편, 상기 캡 조립체는 도 1a 및 도 1b에서와 같이, 안전 밴트(110)가 형성되어 있는 캡 플레이트(100)를 구비함으로써, 상기 리튬 이차 전지가 충전시 발생하는 가스 등으로 인해 상기 리튬 이차 전지 내압이 상승하여 폭발하는 것을 방지한다. 즉, 상기 안전 밴트(110)는 상기 리튬 이차 전지의 내압이 상승하는 경우, 상기 안전 밴트(110)가 파단되어, 내부의 가스 등이 외부로 배출되도록 하여, 리튬 이차 전지에 안전성을 부여한다. Meanwhile, as shown in FIGS. 1A and 1B, the cap assembly includes a
그러나, 상기한 바와 같은 리튬 이차 전지는 상기 안전 밴트(110)를 구비하더라도 소정 압력 이상으로 내압이 상승하여야 하므로, 상기 안전 밴트(110)의 반응 속도가 느릴 수 있는 문제점이 있다. However, the lithium secondary battery as described above has a problem that the reaction speed of the
또한, 상기 안전 밴트(110)의 반응이 느린 경우, 상기 안전 밴트(110)가 파단되기 전에 상기 리튬 이차 전지가 먼저 폭발하는 등의 문제점이 발생할 수 있다. In addition, when the response of the
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 내압의 증가시 보다 쉽게 파단될 수 있는 안전 밴트를 구비하여 이차 전지의 안전성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공하는 데에 그 목적이 있다. An object of the present invention is to solve the above problems of the prior art, the present invention is to provide a lithium secondary battery with improved safety of the secondary battery having a safety band that can be more easily broken when the internal pressure increases. There is a purpose.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이차 전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 권취형 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 케이스와; 상기 케이스와 결합되어 이를 밀봉하며, 소정의 요부가 형성되어 있는 안전 밴트를 구비하는 캡 플레이트 및 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 단자를 구비하는 캡 조립체를 포함하여 이루어진다. The lithium secondary battery of the present invention for achieving the above object comprises a wound electrode assembly having a separator interposed between the first electrode plate, the second electrode plate, the first electrode plate and the second electrode plate; A case having a space for accommodating the electrode assembly; And a cap plate having a safety plate with a predetermined recess formed therein and coupled to the case, and a cap assembly having an electrode terminal electrically connected to the electrode assembly.
상기 요부는 십자형으로 형성된 것이 바람직하다. Preferably, the recess is formed in a cross shape.
상기 캡 플레이트는 상기 전극 단자가 삽입되는 단자 통공 및 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구를 구비하며, 상기 안전 밴트는 상기 단자 통공을 기준으로 하여 전해액 주입구의 반대편에 형성되는 것이 바람직하다. The cap plate may include a terminal through-hole into which the electrode terminal is inserted and an electrolyte inlet for injecting an electrolyte, and the safety vane may be formed on the opposite side of the electrolyte inlet based on the terminal through.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도면의 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 2 is an exploded perspective view for describing a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지(200)는 리튬 이차 전지용 케이스(210)와, 상기 리튬 이차 전지용 케이스(210)의 내부에 수용되는 젤리-롤형의 전극 조립체(300)와, 상기 리튬 이차 전지용 케이스(210)의 상부에 결합되는 캡 조립체(400)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the lithium
상기 리튬 이차 전지용 케이스(210)는 대략 상부가 개구된 박스(box) 형상을 가진 금속재 캔으로 이루어져 있으며, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. The case of the lithium
상기 전극 조립체(300)는 일반적으로 양극 탭으로 사용되는 제 1 전극 탭(315) 및 음극 탭으로 사용되는 제 2 전극 탭(325) 중 어느 하나, 예를 들면 제 1 전극 탭(315)이 부착된 제 1 전극판(310)과, 상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325) 중 다른 하나, 예를 들면 제 2 전극 탭(325)이 부착된 제 2 전극판(320)과, 상기 제 1 전극판(310) 및 제 2 전극판(320) 사이에 개재된 세퍼레이터(330)가 권취된 형태로 이루어져, 상기 이차 전지용 케이스(210)에 수용된다. 상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325)이 상기 전극 조립체(300)로부터 인출되는 경계부에는 상기 제 1 전극판(310) 및 제 2 전극판(320) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(340)로 각각 절연되어 있다. The
또한, 상기 제 1 전극판(310) 및 제 2 전극판(320)은 서로 극성을 달리하며, 상기 제 1 전극판(310) 및 제 2 전극판(320) 각각의 적어도 일면에는 양극 활물질 또는 음극 활물질이 도포되어 있다. 이때, 상기 양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다. 음극 활물질는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다. 또한, 일반적으로 상기 제 1 전극판(310) 및 제 2 전극판(320) 중 양극 전극판으로 사용되는 전극판, 예를 들면 제 1 전극판(310)은 알루미늄(Al) 재 질, 음극 전극판으로 사용되는 전극판, 예를 들면, 제 2 전극판(320)은 구리(Cu) 재질을 사용하며, 상기 세퍼레이터(330)는 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. In addition, the
상기 캡 조립체(400)에는 상기 이차 전지용 케이스(210)의 개구부와 대응하는 크기와 형상을 구비하는 평판형 캡 플레이트(410)가 마련되어 있다. 상기 캡 플레이트(410)의 중앙부에는 단자 통공(411)이 형성되어 있으며, 상기 캡 플레이트(410)의 일측에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입공(412)이 형성되어 있으며, 상기 전해액 주입공(412)은 보올(413)과 결합되어 밀폐된다. 또한, 상기 전해액 주입공(412)의 타측에는 상기 리튬 이차 전지(200)에 안전성을 부여하는 안전 밴트(415)가 형성되어 있다. 또한, 상기 안전 밴트(415)에는 소정의 요부(415a)가 형성되어 있다. 이는 상기 안전 밴트(415)가 상기 리튬 이차 전지(200)의 내부 압력이 상승하는 경우, 보다 낮은 압력에서 파단되도록 하기 위한 것이다. 또한, 상기 캡 플레이트(410)의 아랫면에는 상기 제 1 전극판(310)으로부터 인출된 제 1 전극 탭(315)이 용접된다. The
상기 단자 통공(411)에는 전극 단자(420), 예를 들면, 음극 단자가 삽입 가능하도록 위치하고 있다. 상기 전극 단자(420)의 외부면에는 상기 캡 플레이트(410)와의 전기적 절연을 위한 튜브 형상의 가스켓(430)이 설치되어 있다. 상기 캡 플레이트(410)의 아랫면에는 절연 플레이트(440)가 배치되어 있다. 상기 절연 플레이트(440) 아랫면에는 단자 플레이트(450)가 설치되어 있다. An
상기 전극 단자(420)는 상기 가스켓(430)이 외주면을 감싼 상태에서 상기 단 자 통공(411)을 통하여 삽입되어 있다. 상기 전극 단자(420)의 저면부는 상기 절연 플레이트(440)를 개재한 상태에서 단자 플레이트(450)와 전기적으로 연결되어 있다. The
상기 단자 플레이트(450)에는 상기 전극 조립체(300)의 제 2 전극판(320)으로부터 인출된 제 2 전극 탭(325)이 용접되어 전기적으로 된다. 따라서, 상기 전극 단자(420)는 상기 전극 조립체(300)의 제 2 전극판(220)과 동일한 극성, 예를 들면, 음극을 나타낸다. The
한편, 상기 전극 조립체(300)의 상면에는 상기 전극 조립체(300)와 캡 조립체(400)를 전기적으로 절연시켜 주며, 이와 동시에 상기 전극 조립체(300)의 상단부를 커버할 수 있는 절연 케이스(460)가 설치되어 있다. 상기 절연 케이스(460)는 상기 캡 플레이트(410)의 전해액 주입구(412)와 대응하는 위치에 전해액 주입 통공(462)을 구비하여, 전해액을 주입할 수 있도록 한다. 상기 절연 케이스(460)는 절연성을 가지는 고분자 수지로써, 바람직하게는 폴리프로필렌으로 이루어지나, 본 발명의 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. On the other hand, the upper surface of the
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 캡 플레이트를 설명하기 위한 사시도이며, 도 3b는 도 3a의 B-B 라인에 따른 단면도이다. 3A is a perspective view illustrating a cap plate of a rechargeable lithium battery according to one embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 3A.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 캡 플레이트(500)는 전극 단자가 삽입되는 단자 통공(510), 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(520) 및 이차 전지에 안정성을 부여하는 안전 밴트(530)를 구비하는 구조로 이루어진다. 3A and 3B, the
이때, 상기 안전 밴트(530)는 상기 캡 플레이트(500)의 대략 중심부에 형성되는 단자 통공(510)을 기준으로 하여 전해액 주입구(520)의 반대편에 형성되는 것이 바람직하다. In this case, the
또한, 상기 안전 밴트(530)에는 소정의 요부(531)가 더 형성되어 있으며, 상기 요부(531)는 십자 형태의 요부(531)로 이루어지는 것이 바람직하다. In addition, a
상기 안전 밴트(530) 및 요부(531)는 상기 캡 플레이트(500)의 대략 중심부에 형성되는 단자 통공(510)을 기준으로 하여 전해액 주입구(520)의 반대편의 일부분을 프레싱 등의 가공을 통하여 형성되며, 상기 안전 밴트(530)의 두께는, 가령, 캡 플레이트의 두께를 0.5mm 내지 1.0mm 정도라고 할 때, 0.05mm 내지 0.1mm 정도로 형성될 수 있다. The
또한, 상기 안전 밴트(530)의 요부(531)가 형성된 부분의 두께는 그보다 작은 0.005mm 내지 0.03mm일 수 있다. In addition, the thickness of the portion in which the
이는 상기 안전 밴트(530)에 요부(531)를 형성함으로써, 내부의 압력 상승에 따른 상기 안전 밴트(530)가 보다 민감하게 작용하여 상기 리튬 이차 전지(200)의 안전성을 향상시키기 위함이다. This is to form the
즉, 상기 안전 밴트(530)가 십자형의 요부(531)를 구비하도록 함으로써, 상기 안전 밴트(530)의 파단압이 보다 낮아지며, 이에 따라 이차 전지(200)의 안전성이 향상되기 때문이다. That is, since the
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지(200)는 상기 안전 밴트(530)에 십자형의 요부(531)를 구비하도록 함으로써, 보다 낮은 내부 압 력에서 상기 안전 밴트(530)가 파괴될 수 있도록 하여, 리튬 이차 전지(200)의 안전성을 향상시킬 수 있다. As described above, the lithium
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 내압의 증가시 보다 쉽게 파단될 수 있는 안전 밴트를 구비하여 이차 전지의 안전성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, the present invention may provide a lithium secondary battery having improved safety of a secondary battery by having a safety vent that can be more easily broken when the internal pressure increases.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.
Claims (5)
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