KR20080045450A - 이차 전지의 화성 처리층을 이용한 안전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 안전 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 비정상 작동시에 이차 전지의 내부 온도가 고온으로 올라가기 전에 탭(tap)의 화성처리층이 낮은 온도에서 녹아 전해액을 누출시켜 발열 반응을 억제할 수 있도록 하는 이차 전지의 화성 처리층을 이용한 안전 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 케이스와 상기 케이스안에 내장되어 있으며 제1 극판, 세퍼레이터, 제2 극판 순으로 배치된 전지부를 포함하는 고출력 전지에 있어서, 상기 제1 극판의 네개의 변들중에서 어느 하나의 변에 제1 극탭 웰딩부를 통하여 접속되어 있고 상기 케이스에서 돌출되어 있는 제1 극탭; 상기 제2 극판의 네개의 변들중에서 어느 하나의 변에 제2 극탭 웰딩부를 통하여 접속되어 있고 상기 케이스에서 돌출되어 있는 제2 극탭을 포함하며, 상기 제1 극탭 웰딩부와 상기 제1 극탭의 표면에 폴리머로 구성되어 있으며 소정 온도에서 녹는 제1 화성 처리층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 안전 장치가 제공된다.
이차 전지, 화성처리층, 탭, 안전 장치, 고온

Description

이차 전지의 화성 처리층을 이용한 안전 장치{Safety apparatus using chemically processed layer in the secondary battery}
도 1은 종래 기술에 따른 리튬 이차 전지의 전지 케이스 하부 일측으로 노치홈이 형성되는 안전벤트를 설치하는 구조를 나타내는 도면.
도 2는 종래 리튬 이차 전지의 안전 벤트의 단면 구조도.
도 3는 본 발명에 따른 화성 처리층을 이용한 안전 장치가 구비된 이차 전지의 사시도.
도4는 도3의 I-I 선을 따라 절개하여 확대 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
310 : 리튬 이차 전지 311 : 전지부
312 : 케이스 313 : 양극탭
313a : 양극탭 웰딩부 313b : 금속층
313c : 화성 처리층 314 : 음극탭
314a : 음극탭 웰딩부 315 : 밀폐 테이프
본 발명은 이차 전지의 안전 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 비정상 작동시에 이차 전지의 내부 온도가 고온으로 올라가기 전에 탭(tap)의 화성처리층이 낮은 온도에서 녹아 전해액을 누출시켜 발열 반응을 억제할 수 있도록 하는 이차 전지의 화성 처리층을 이용한 안전 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지 등을 들 수 있다. 이 중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 것이다.
상기와 같은 리튬 이차 전지는 전지 케이스 내부의 숏트(shot)등과 같은 전지이상 발생에 따른 고온 및 고압의 발생시, 전지의 폭팔로 인한 기기의 파손이나 안전사고를 방지하기 위하여, 도 1에 도시한 바와같이, 리튬 이차 전지(1)의 전지 케이스(10) 하부 일측으로 노치홈(20)이 형성되는 안전벤트(30)를 설치하는 구조로 이루어진다.
상기와 같은 리튬 이차 전지(1)의 전지 케이스(10) 일측으로 형성되는 안전벤트(30)는 도 2에 도시한 바와같이, 전지 케이스(10)의 상부캡 또는 하부 일측으로 내부에 노치홈(20)이 일정깊이로 형성되는 원형 안전벤트(30)를 형성시켜, 상기 전지 케이스(10) 내부의 이상에 따른 고온 고압의 발생시, 상기 상부캡 또는 하부 일측의 안전벤트(30)에 형성되는 노치홈(20) 부위가 절결되면서, 안전벤트(30)가 개방되어 전지 케이스(10) 내부의 고압이 외부로 방출토록 되는 것이다.
그러나, 이러한 안전벤트를 이용한 이차 전지의 안전 장치는 별도로 안전벤트를 제작하여야 하기 때문에 추가적인 비용이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 안전 벤트는 일정한 크기를 가지고 있는 구조물로서 일정한 부피를 차지하기 때문에 이차 전지의 박형화에 걸림돌이 되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저비용으로 이차 전지의 고온 이상 작동에 대비할 수 있도록 하는 이차 전지의 안전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 이차 전지의 박형화가 가능하도록 하는 이차 전지의 안전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 케이스와 상기 케이스안에 내장되어 있으며 제1 극판, 세퍼레이터, 제2 극판 순으로 배치된 전지부를 포함하는 고출력 전지에 있어서, 상기 제1 극판의 네개의 변들중에서 어느 하나의 변에 제1 극탭 웰딩부를 통하여 접속되어 있고 상기 케이스에서 돌출되어 있는 제1 극탭; 및 상기 제2 극판의 네개의 변들중에서 어느 하나의 변에 제2 극탭 웰딩부를 통하여 접속되어 있고 상기 케이스에서 돌출되어 있는 제2 극탭을 포함하며, 상기 제1 극탭 웰딩부와 상기 제1 극탭의 표면에 폴리머로 구성되어 있으며 소정 온도에서 녹는 제1 화성 처리층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이제, 도 3 이하의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차 전지의 화성 처리층을 이용한 안전 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 3는 본 발명에 따른 화성 처리층을 이용한 안전 장치가 구비된 이차 전지의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 화성 처리층을 이용한 안전 장치가 구비된 이차 전지의 안전 장치가 사용된 파우치형 리튬 이차 전지(310)는 전지부(311)와, 상기 전지부(311)가 수용되는 공간(312a)을 제공하는 케이스(312)를 포함하고 있다.
상기 전지부(311)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치되어서 일방향으로 와인딩되거나, 다수장의 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 적층된 형상이다. 상기 전지부(311)의 각 극판은 양극 및 음극탭(313,314)과 전기적으로 양극 및 음극탭 웰딩부(welding part)(313a, 314a)를 통하여 연결되어 있다.
상기 양극 및 음극 탭(313,314)은 케이스(312)의 밀폐면(312b)의 외부에 돌출되어 있다. 돌출된 양극탭(313)의 일단부는 양극탭 웰딩부(313a)에 부착되어 있다. 그리고, 양극탭 웰딩부(313a)는 양극탭(313)과 양극판의 접속을 제공하는 것으로 일측은 양극탭(313)에 그리고 타측은 양극판에 접속되어 있다. 또한 돌출된 음극탭(314)의 일단부는 음극탭 웰딩부(314a)에 부착되어 있다. 그리고, 음극탭 웰딩부(314a)는 음극탭(314)과 음극판의 접속을 제공하는 것으로 일측은 음극탭(314)에 그리고 타측은 음극판에 접속되어 있다.
여기에서, 전극탭(313, 314)과 웰딩부(313a, 314a)는 금속층과 금속층을 ㄱ감싸고 있는 화성 처리층으로 이루어져 있다. 여기에서 화성 처리층의 재질을 종래 PP 재질보다 낮은 온도에서 녹는 폴리머 재질을 사용하여 비정상적으로 이차 전지가 고온으로 올라가면 화성 처리층이 녹아 가스가 분출될 수 있도록 설계되어 있다.
상기 양극 및 음극탭(313,314) 그리고 양극 및 음극탭 웰딩부(313a, 314a)의 외면에는 이와 밀폐면(312b)과 접촉하는 부분에서 상기 케이스(312)와 전극탭(313,314) 그리고 양극 및 음극탭 웰딩부(313a, 314b)과의 전기적 단락을 방지하기 위하여 각각의 밀폐 테이프(315)가 감겨져 있다.
한편, 상기 케이스(312)는 후막의 금소재로 성형한 원통형이나 각형으로 된 캔 구조와는 달리, 중간층이 금속 호일이고, 금속 호일의 양면에 부착되는 내외피층이 절연성 필름으로 이루어진 파우치형 케이스이다. 파우치형 케이스는 성형성이 우수하여 자유자재로 구부림이 가능하다. 상기 케이스(312)에는 상술한 바와 같이 전지부(311)가 수용가능한 공간부(312a)가 형성되어 있으며, 상기 공간부(312a)의 가장자리를 따라서 열융착되는 면에 제공하는 밀폐면(312b)이 형성되어 있다.
도4는 도3의 I-I 선을 따라 절개하여 확대 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 케이스(312)는 금속 호일, 이를테면 알루미늄 호일로 된 중간층(312c)과, 상기 중간층(312c)의 내면 및 외면에 부착되어서 상기 중간층(312c)을 보호하는 절연성 필름으로 된 내피층(312d)과 외피층(312e)으로 이루어진 복합 필름이다.
상기 케이스(312)내에 형성된 공간(312a)에는 양극판(311a), 세퍼레이터(311c), 음극판(311b) 순으로 배치된 전지부(311)가 수용되어 있으며, 상기 양극 및 음극판(311a,311b)으로부터는 도3에서처럼 양극탭(313)과, 음극탭(314)이 인출되어 있다.
도면에서 돌출된 양극탭(313)의 일단부는 양극탭 웰딩부(313a)에 부착되어 있다. 그리고, 양극탭 웰딩부(313a)는 양극탭(313)과 양극판(311a)의 접속을 제공하는 것으로 일측은 양극탭(313)에 그리고 타측은 양극판(311a)에 접속되어 있다.
여기에서, 전극탭(313, 314)과 웰딩부(313a, 314a)는 도시된 것처럼 금속층(313b)과 금속층(313b)을 감싸고 있는 화성 처리층(313c)으로 이루어져 있다. 여기에서 화성 처리층(313c)의 재질을 종래 PP 재질보다 낮은 온도에서 녹는 폴리머 재질을 사용하여 비정상적으로 이차 전지가 고온으로 올라가면 화성 처리층(313c)이 녹아 가스가 분출될 수 있도록 설계되어 있다. 이때, 화성 처리층(313c)의 녹는 점은 90~150도가 바람직하다. 그리고, 화성 처리층(313c)의 두께는 바람직하게 1㎛가 바람직하다.
상기 양극탭(313) 그리고 양극탭 웰딩부(313a)의 외면에는 이와 밀폐면(312b)과 접촉하는 부분에서 상기 케이스(312)와 전극탭(313) 그리고 양극탭 웰딩부(313a)과의 전기적 단락을 방지하기 위하여 각각의 밀폐 테이프(315)가 감겨져 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 파우치형 리튬 이차 전지(310)는 양극판(311a)과 음극판(311b)에 양극 및 음극탭(313,314)을 양극 및 음극탭 웰딩부(313a, 314a)를이용하여 전기적으로 연결한 다음 양극판(311a,311c,311b) 순으로 배치한 상태에서 일방향으로 와인딩하여 전지부(311)를 완성하게 된다.
한편, 본 발명에서는 양극 웰딩부와, 양극탭 그리고 음극 웰딩부와 음극탭에 낮은 온도에서 녹는 화성 처리층이 형성되어 있도록 구현하였지만, 양극탭 웰딩부 와, 양극탭 그리고 음극탭 웰딩부와 음극탭중에서 어느 하나만 화성 처리층이 낮은 온도에서 녹는 점을 가지도록 할 수 있다.
한편, 본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화 될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀 두고자 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 이차 전지의 안전성은 온도 인자에 의해 좌우되기 때문에 이차 전지가 발화 혹은 폭발하기 전에 상대적으로 낮은 온도에서 전해액을 누출시키면 발연 반응을 억제할 수 있으므로 효과적인 안정성 향상을 기대할 수 있다.

Claims (5)

  1. 케이스와 상기 케이스안에 내장되어 있으며 제1 극판, 세퍼레이터, 제2 극판 순으로 배치된 전지부를 포함하는 고출력 전지에 있어서,
    상기 제1 극판의 네개의 변들중에서 어느 하나의 변에 제1 극탭 웰딩부를 통하여 접속되어 있고 상기 케이스에서 돌출되어 있는 제1 극탭;
    상기 제2 극판의 네개의 변들중에서 어느 하나의 변에 제2 극탭 웰딩부를 통하여 접속되어 있고 상기 케이스에서 돌출되어 있는 제2 극탭을 포함하며, 상기 제1 극탭 웰딩부와 상기 제1 극탭의 표면에 폴리머로 구성되어 있으며 소정 온도에서 녹는 제1 화성 처리층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 안전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 화성 처리층은 90~150도의 녹는점을 가지는 것을 특징으로 하는 안전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 극탭 웰딩부와 제2 극탭의 표면에 폴리머로 구성되어 있으며 소정 온도에서 녹는 제2 화성 처리층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안전 장치.
  4. 제 1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 화성 처리층과 제2 화성 처리층은 90~150도의 녹는점을 가지는 것을 특징으로 하는 안전 장치.
  5. 제1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 화성 처리층과 제2 화성 처리층의 두께는 1㎛이하인 것을 특징으로 하는 안전 장치.
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