KR20070046746A - 밀폐각형 전지 - Google Patents

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KR20070046746A
KR20070046746A KR1020060105824A KR20060105824A KR20070046746A KR 20070046746 A KR20070046746 A KR 20070046746A KR 1020060105824 A KR1020060105824 A KR 1020060105824A KR 20060105824 A KR20060105824 A KR 20060105824A KR 20070046746 A KR20070046746 A KR 20070046746A
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요시히코 아이자와
요시키 소마토모
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히다치 막셀 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 전지 내압이 이상 상승하였을 때의 전지 케이스의 변형상태에 착안하여 신뢰성이 우수한 방폭밸브를 구비한 밀폐각형 전지를 얻는 것이다.
전지 케이스(1)는, 상하 높이 치수 및 좌우 길이 치수에 대하여 전후 폭 치수가 작은 편평 사각형상으로 형성되고, 또한 좌우 측벽(3·5)이 각각 좌우방향의 바깥쪽으로 원호형상으로 팽출하고 있다. 방폭밸브(2)는 전지 케이스(1)의 우측벽(5)에 대하여 오목하게 형성한 홈(20)으로 이루어진다. 전지 케이스(1)의 상단에서 홈(20)까지의 치수(t3)는 전지 케이스(1)의 상하 높이 치수(t4)의 7%가 되도록 설정하고 있다.

Description

밀폐각형 전지{SEALED AND SQUARE TYPE BATTERY}
도 1은 실시예 1의 밀폐각형 전지의 종단 정면도,
도 2는 실시예 1의 전지의 측면도,
도 3은 실시예 1의 전지의 사시도,
도 4는 방폭밸브의 횡단 평면도,
도 5는 전지의 팽창상태를 설명하는 사시도,
도 6은 실시예 2의 방폭밸브의 측면도,
도 7은 실시예 3의 방폭밸브의 측면도,
도 8은 실시예 4의 방폭밸브의 측면도,
도 9는 실시예 5의 방폭밸브의 측면도,
도 10은 실시예 6의 방폭밸브의 측면도,
도 11은 실시예 7의 방폭밸브의 측면도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 전지 케이스 2 : 방폭밸브
3 : 좌측벽 5 : 우측벽
9 : 케이스 본체 20 : 홈
20a : 중앙 만곡부 21 : 두께가 얇은 벽
25 : 중앙 굴곡부 26 : 중앙부
본 발명은 전지 내압이 이상 상승하였을 때에 방폭밸브가 개열하여 전지 내의 가스를 해방하는 밀폐각형 전지에 관한 것이다.
리튬금속을 활성물질에 사용한 1차 전지나, 리튬이온(lithium ion)을 사용하여 충방전을 행하는 2차 전지 등의 밀폐각형 전지에서는, 과대한 전기부하가 가해지거나, 과도한 열부하가 가해지거나 하면, 전지 내부에서 단락상태가 발생하여 가스를 발생하고, 전지 내압이 이상 상승한다. 전지가 충전 과잉이 된 경우에도 전해액의 분해에 의하여 전지 내에서 가스가 발생하여 전지 내압이 이상 상승한다.
전지가 내압의 이상 상승에 견딜 수 없게 되면, 전지 케이스가 파열하여 전해액 등의 내용물이 비산한다. 이 때문에 전지 케이스에는 특허문헌 1 내지 특허문헌 11에 나타내는 바와 같이 방폭밸브를 구비하고 있다. 이 방폭밸브는 전지 내압의 이상 상승에 따라 전지 케이스가 변형됨으로써 갈라지고, 그 갈라진 곳으로부터 전지 내의 가스를 해방한다.
[특허문헌 1]
일본국 특개평11-185714호 공보(도 2, 도 4)
[특허문헌 2]
일본국 특개2000-285892호 공보(도 2)
[특허문헌 3]
일본국 특개2001-143664호 공보(도 1 ~ 도 6)
[특허문헌 4]
일본국 특개2001-266804호 공보(도 2 ~ 도 10)
[특허문헌 5]
일본국 특개2001-345083호 공보(도 2 ~ 도 20)
[특허문헌 6]
일본국 특개2002-25525호 공보(도 1 ~ 도 2)
[특허문헌 7]
일본국 특개2003-297322호 공보(도 3, 도 6 ~ 도 8)
[특허문헌 8]
일본국 특개2004-39294호 공보(도 3 ~ 도 9)
[특허문헌 9]
일본국 특개2004-79330호 공보(도 3, 도 7 ~ 도 10)
[특허문헌 10]
일본국 특개2005-108584호 공보(도 1, 도 6 ~ 도 8)
[특허문헌 11]
일본국 특개2005-38773호 공보(도 3, 도 5)
휴대전화 등의 소형 전자기기에 사용하는 밀폐각형 전지는, 전지 케이스가 상하 높이 치수 및 좌우 길이 치수에 대하여 전후 폭 치수가 작은 편평 사각형상으 로 형성되어 있고, 전지 내압의 이상 상승시에는 전지 케이스의 전후 측벽의 중앙부분이 바깥쪽으로 팽창하여 전지 케이스의 좌우 측벽 및 상하 벽이, 각각 중앙측이 오목해지는 만곡형상으로 변형된다.
본 출원인은 상기 전지 케이스에서 변형이 큰 부분에 방폭밸브를 설치하는 것이 확실한 개열작동의 점에서 바람직하다고 생각하고, 전지 케이스의 전후 좌우의 측벽 또는 상하 벽의 어느 것에 방폭밸브를 설치하는 것이 좋은지 검토하였다. 이것에 대하여 특허문헌 1 ∼ 특허문헌 11에는 전지 케이스의 전후 측벽이나 상하 벽에 방폭밸브를 설치하고 있으나, 그 전후 측벽이나 상하 벽에서는 그다지 큰 변형이 생기지 않는 것이 밝혀졌다. 즉, 특허문헌 1 ∼ 특허문헌 11에서는 방폭밸브의 확실한 개열작동을 보장할 수 없게 되어 방폭밸브의 신뢰성이 낮아지게 된다.
특히, 전지 케이스의 좌우 측벽을 각각 좌우방향의 바깥쪽으로 원호형상으로 팽출 형성한 상기 편평한 밀폐각형 전지에서는 좌우 측벽의 강도가 높아져 좌우 측벽이 변형되기 어렵기 때문에 전지 내압의 이상 상승시에는 전지 케이스의 좌우 측벽의 상하단 근처에 응력이 집중하여 그 상하단부에서 크게 변형된다.
본 발명의 목적은 전지 내압이 이상 상승하였을 때의 전지 케이스의 변형상태 에 착안하여 신뢰성이 우수한 방폭밸브를 구비한 밀폐각형 전지를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 관한 밀폐각형 전지는, 도 3에 나타내는 바와 같이 전지 케이 스(1)가 상하 높이 치수 및 좌우 길이 치수에 대하여 전후 폭 치수가 작은 편평 사각형상으로 형성되고, 또한 좌우 측벽(3·5)이 각각 좌우방향의 바깥쪽으로 단면 원호형상 으로 팽출하고 있다. 이와 같은 밀폐각형 전지에서는 전지 내압의 이상 상승시에 도 5에 나타내는 바와 같이 전지 케이스(1)의 좌우 측벽(3·5)의 상하단 근처, 구체적으로는 전지 케이스의 상하 높이 치수의 3∼20%만큼 전지 케이스(1)의 상하단으로부터 상하방향의 중앙측으로 치우친 부위에서 크게 변형된다.
본 발명은, 도 1에 나타내는 바와 같이 방폭밸브(2)가 전지 케이스(1)의 좌우 측벽(3·5)에 대하여 오목하게 형성한 홈(20)으로 이루어지고, 전지 케이스(1)의 상하방향의 한쪽 끝으로부터 홈(20)까지의 치수(t3)가, 전지 케이스(1)의 상하 높이 치수(t4)의 3∼20%가 되도록 설정하였다.
여기서의 방폭밸브(2)는, 전지 케이스(1)의 좌우 측벽(3·5) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 설치하여도 좋고, 또한 좌우 측벽(3·5)의 상하단 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 설치하여도 좋다. 방폭밸브(2)는 측면에서 보아 직선형상 또는 곡선형상의 1개 내지 복수개의 홈(20)으로 형성하여도 좋고, 측면에서 보아 직선과 곡선을 조합시킨 형상의 홈(20)으로 형성하여도 좋다. 홈(20)의 단면형상은, 단면 V자 형상이나 단면 U자 형상 등의 외에, 안 길이측의 평탄면에서 개방면측으로 홈폭 치수가 커지는 단면사다리꼴형상의 것 등이 포함된다.
전지 케이스(1)의 좌우 측벽(3·5)의 형상에는 원형상이나 긴원형상이나 타원형상 등의 원호형상으로 팽출하는 것이 해당하고, 좌우 측벽(3·5)의 팽출 선단부 등에 평탄면을 가지는 것도 포함된다. 상기 평탄면으로서는 전후 폭 치수가 2 mm 이하인 것이 바람직하다.
방폭밸브(2)는 도 2에 나타내는 바와 같이 전지 케이스(1)의 상하방향의 한쪽 끝측에 중앙 만곡부(20a)가 위치한, 측면에서 보아 U자 형상의 홈으로 형성되고, 또는 도 6에 나타내는 바와 같이 전지 케이스(1)의 상하방향의 한쪽 끝측에 중앙 굴곡부(25)가 위치한, 측면에서 보아 V자 형상의 홈(20)으로 형성되어 있다.
방폭밸브(2)는 가공의 용이성의 점 등으로부터 도 1에 나타내는 바와 같이 단면 V자 형상으로 오목하게 형성하고 있다.
(실시예 1)
도 1 내지 도 5는 본 발명에 관한 밀폐각형 전지의 실시예 1로서의 리튬이온 2차 전지를 나타내고 있고, 도 3에 나타내는 바와 같이 상하 높이 치수 및 좌우 길이 치수에 대하여 전후 폭 치수가 작은 편평 사각형상의 전지 케이스(1)에, 전지 내압의 이상 상승시에 개열하여 전지 내압을 해방하는 방폭밸브(2)가 설치되어 있다. 전지 케이스(1)의 좌우 측벽(3·5)은, 각각 좌우방향의 바깥쪽으로 단면 원호형상(도 4참조)으로 팽출하고 있고, 우측벽(5)의 상단 근처에 상기 방폭밸브(2)가 설치되어 있다.
전지 케이스(1) 내에는 도 1에 나타내는 바와 같이 전극체(6) 및 비수전해액이 밀폐 수용되어 있고, 전지 케이스(1) 내의 상단에 플라스틱(plastic)제의 인슐레이터(insulator)(7)가 배치되어 있다. 이와 관련하여 전지 케이스(1)의 좌우 길이 치수는 34 mm, 전후 폭 치수는 5 mm, 상하 높이 치수는 45 mm 이다.
전지 케이스(1)는, 상면이 개구하는 바닥이 있는 각진 통형상의 케이스 본 체(9)와, 케이스 본체(9)의 개구 상면을 밀폐형상으로 폐쇄하는 좌우 가로로 긴 덮개벽(10)으로 이루어진다. 본 발명에서는 케이스 본체(9)의 개구 상면을 트리밍(t rimming)가공할 때에, 케이스 본체(9)의 우측벽(5)에 방폭밸브(2)를 프레스성형한다. 케이스 본체(9)는 스테인리스 강판 등을 딥드로잉가공하여 형성된다. 케이스 본체(9)의 재질은 알루미늄, 철 또는 스테인리스강, 또는 이것들의 합금이 선택된다. 방폭밸브(2)는 절삭가공으로 형성하여도 좋다.
전극체(6)는 시트(sheet)형상의 양극과, 시트형상의 음극과의 전극을 시트형상의 세퍼레이터를 사이에 두고 소용돌이형상으로 감은 후에 전지 케이스(1)의 단면형상에 합치하도록 전체를 단면 사각형의 편평형상으로 눌러 찌그러트려 변형하고 있다. 전극체(6)의 양극에서는 알루미늄제의 양극 집전 리드(11)가 상향으로 도출하고, 음극으로부터는 니켈제의 음극 집전 리드(12)가 상향으로 도출하고 있다.
덮개벽(10)은 알루미늄합금 등의 도전성을 가지는 금속판의 프레스 성형품이고, 바깥 둘레 가장자리가 케이스 본체(9)의 상단 개구 둘레 가장자리에 레이저로 시일 용접된다. 덮개벽(10)의 중앙에는 상하의 절연패킹(13, 15)을 거쳐 음극단자(16)가 관통형상으로 설치된다. 덮개벽(10)의 두께 치수는 0.8 mm로 하였다.
덮개벽(10)의 우단측에 주액구멍(17)을 설치하고 있고, 이 주액구멍(17)을 거쳐 전해액이 전지 케이스(1) 내에 주입된다. 주액구멍(17)은 전해액의 주입후에 시일된다. 음극단자(16)의 하단에는 좌우방향으로 긴 직사각형의 박판으로 이루어지는 리드체(19)가 접속되어 있다. 리드체(19)는 상기 주액구멍(17)의 반대측으로 연장되고 있고, 아래쪽의 절연패킹(15)으로 덮개벽(10)과 절연되어 있다. 이 리드체(19)의 하면에, 음극 집전 리드(12가) 레이저 용접된다.
양극 집전 리드(11)는, 아래쪽의 절연 패킹(15)과 주액구멍(17)의 사이에서 덮개벽(10)의 내면에 스폿 용접한다. 이에 의하여 양극 집전 리드(11)는 전지 케이스(1)에 도통하여, 전지 케이스(1)가 양극단자를 겸한다.
방폭밸브(2)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 측면에서 보아 U자 형상의 홈(20)으로 형성되어 있다. 홈(20)은, 전지 케이스(1)의 우측벽(5)에서 중앙 만곡부(20a)가 전지 케이스(1)의 상단측에 위치하고 있고, 도 1 및 도 4에 나타내는 바와 같이 우측벽(5)에 대하여 단면 V자 형상으로 오목하게 형성되어 있다. 홈(20)의 폭 치수 (t1)는 0.3 mm로 하였다.
홈(20)에 의하여 전지 케이스(1)의 우측벽(5)에 형성된 두께가 얇은 벽(21)의 두께 치수(t2)는 0.15 mm로 하였다. 전지 케이스(1)의 상단에서 홈(20)의 중앙 만곡부(20a)까지의 치수(t3)는, 케이스 본체(9)의 상하 높이 치수(t4)(도 3)의 7%로 설정하였다. 케이스 본체(9)의 좌우 측벽(3, 5)의 두께 치수는 각각 0.3 mm로 하였다.
전지 내압이 이상 상승하면, 전지 케이스(1)에 팽창 변형이 생긴다. 구체적으로는 도 5에 나타내는 바와 같이 케이스 본체(9)의 전후 측벽의 중앙부분이 바깥쪽 으로 팽창하고, 케이스 본체(9)의 좌우 측벽(3, 5) 및 하벽과, 덮개벽(10)은 각각 중앙측이 오목해지는 만곡형상으로 변형된다.
전지 내압이 소정값을 넘어서 이상 상승하면 케이스 본체(9)의 좌우 측벽(3, 5)은, 단면 원호형상으로 형성되어 있는 분만큼 변형하기 어렵고, 상하방향의 중앙부측에 대하여 상하단부측이 좌우 바깥쪽으로 돌출하도록 급준하게 구부러진다(도 5의 상태). 이때 도 2에 나타내는 바와 같이 우측벽(5)의 상하방향의 중앙측에 속하여 홈(20)에서 형성된 설편부(22)는, 그 강성으로 구부러지지 않고 남은 상태가 되어 두께가 얇은 벽(21)을 전지 안쪽으로 인장하도록 작용한다.
이 두께가 얇은 벽(21)의 안쪽으로의 인장력은 홈(20)의 중앙 만곡부(20a)에서 커지기 때문에, 중앙 만곡부(20a)에 상당하는 개소에서 두께가 얇은 부(21)가 잡아 찢어지고, 이 갈라진 곳으로부터 전지 내압이 해방된다.
이와 같이 전지 내압의 이상 상승시에 크게 변형하는 전지 케이스(1)의 우측벽(5)의 상단 근처에 방폭밸브(2)를 설치하였기 때문에, 전지 내압의 이상 상승시에는 방폭밸브(2)가 확실하게 개열된다.
(실시예 2)
도 6은 본 발명이 대상으로 하는 밀폐각형 전지의 실시예 2를 나타내고 있다. 방폭밸브(2)의 홈(20)은 측면에서 보아 V자 형상으로 형성되어 있고, 중앙 굴곡부(25)가 케이스 본체(9)의 우측벽(5)의 상단측에 위치하여 상하방향으로 개각된다. 그것 이외는 실시예 1과 동일하게 하였다.
실시예 2에서도 실시예 1과 마찬가지로 전지 내압의 이상 상승에 의하여 전지 케이스(1)의 좌우 측벽(3, 5)의 상하단부가 급준하게 구부러졌을 때에는 홈(20)으로 형성된 V자 형상의 설편부(22)가 홈(20)에 의하여 형성된 두께가 얇은 벽(21)을 전지 안쪽으로 잡아 당겨 중앙 굴곡부(25)에 상당하는 부분에서 두께가 얇은 부(21)가 용이하게 잡아 찢어지고, 이 갈라진 곳으로부터 전지 내압이 해방된다.
(실시예 3)
도 7은 본 발명이 대상으로 하는 밀폐각형 전지의 실시예 3를 나타내고 있다. 실시예 3에서는 방폭밸브(2)의 홈(20)은, 그 중앙부(26)가 전후방향으로 직선형상으로 연장됨과 동시에, 중앙부(26)의 전후 양쪽 끝으로부터 아래 쪽으로 다리가 벌어진 형상으로 연장된 측면에서 보아 사다리꼴형상으로 형성되어 있다. 그것 이외는 실시예 1과 동일하게 하였다.
(실시예 4)
도 8은 본 발명이 대상으로 하는 밀폐각형 전지의 실시예 4를 나타내고 있다. 실시예 4에서는 방폭밸브(2)의 홈(20)은, 실시예 1이 중앙 만곡부(20a)를 원호형상으로 형성하고 있었던 것에 대하여 중앙 만곡부(20a)의 중앙을 약간 뾰족한 형상으로 형성하고 있다. 그것 이외는 실시예 1과 동일하게 하였다.
(실시예 5)
도 9는 본 발명이 대상으로 하는 밀폐각형 전지의 실시예 5를 나타내고 있고, 실시예 5에서는 방폭밸브(2)의 홈(20)이 전후방향으로 연장되는 직선형상으로 형성되어 있는 이외는 실시예 1과 동일하게 하였다.
(실시예 6)
도 10은 본 발명이 대상으로 하는 밀폐각형 전지의 실시예 6을 나타내고 있고, 실시예 6에서는 방폭밸브(2)의 홈(20)이 × 형상으로 형성되어 있는 이외는, 실시예 1과 동일하게 하였다.
(실시예 7)
도 11은 본 발명이 대상으로 하는 밀폐각형 전지의 실시예 7을 나타내고 있고, 실시예 7에서는 방폭밸브(2)의 홈(20)이 열십(十)자 형상으로 형성되어 있는 이외는, 실시예 1과 동일하게 하였다.
방폭밸브(2)는, 케이스 본체(9)의 상단에서 홈(20)의 상단, 또는 케이스 본체(9)의 하단에서 홈(20)의 하단까지의 치수가, 케이스 본체(9)의 상하 높이 치수의 3∼20% 로 설정하고 있으면 좋고, 홈(20)을 측면에서 보아 원형이나 타원형 등의 임의의 형상으로 형성하여도 좋다. 홈(20)은 단면 U자 형상이나 단면 사다리꼴형상 등으로 오목하게 형성하고 있어도 좋다.
본 발명에 의하면, 전지 내압의 이상 상승시에 크게 변형되는 것이 확인된 부위, 즉 전지 케이스(1)의 좌우 측벽(3·5)의 상하방향의 한쪽 끝 근처에 방폭밸브(2)를 설치하였기 때문에, 전지 내압의 이상 상승시에는 방폭밸브(2)가 확실하게 개열하여 전지 내압을 해방할 수 있다. 따라서 밀폐각형 전지에 대하여 신뢰성이 우수한 방폭밸브(2)를 설치할 수 있다.
방폭밸브(2)가 측면으로 보아 U자 형상 또는 V자 형상의 홈(20)으로 형성되면전지 내압이 이상 상승하였을 때에 홈(20)의 중앙 만곡부(20a)나 중앙 굴곡부(25)에 상당하는 부분에서 두께가 얇은 부(21)가 용이하게 찢어지고, 이 갈라진 곳으로부터 전지 내압이 확실하게 해방된다.

Claims (4)

  1. 상하 높이 치수 및 좌우 길이 치수에 대하여 전후 폭 치수가 작은 편평 사각형상으로 형성되고, 또한 좌우 측벽이 각각 좌우방향의 바깥쪽으로 원호형상으로 팽출한 전지 케이스와, 상기 전지 케이스의 좌우 측벽의 상하방향의 한쪽 끝 가까이에 설치한 방폭밸브를 가지고 있고,
    상기 방폭밸브는, 상기 좌우 측벽에 대하여 오목하게 형성한 홈으로 이루어지고,
    상기 전지 케이스의 상기 상하방향의 한쪽 끝으로부터 상기 홈까지의 치수가, 상기 전지 케이스의 상하 높이 치수의 3 ~ 20%가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 밀폐 각형 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방폭밸브가, 상기 전지 케이스의 상하방향의 한쪽 끝측에 중앙 만곡부가 위치한 측면에서 보아 U자형상의 홈으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐 각형 전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 방폭밸브가, 상기 전지 케이스의 상하방향의 한쪽 끝측에 중앙 굴곡부가 위치한 측면에서 보아 V자형상의 홈으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀 폐 각형 전지.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방폭밸브는, 단면 V자형상으로 오목하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐 각형 전지.
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