KR20080107142A - 산화방지성이 향상된 ｐｔｃ 소자 및 이를 이용한 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 산화방지성이 향상된 PTC 소자에 관한 것으로, 전도성 충진제(Filler)가 포함되는 PTC 소자에 있어서, 상기 전도성 충진제는 Ni에 TiC가 첨가되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 따르면 Ni과 TiC의 고분자 혼합으로 전도성이 향상되고, 고분자와 전극간의 계면 접착력이 향상되어 산화 발생을 억제시킬 수 있다.

PTC, 산화방지성, 전도성 충진제, 이차전지

Description

산화방지성이 향상된 ＰＴＣ 소자 및 이를 이용한 이차전지{PTC-device with improved antioxidant and Secondary battery using the same}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산화방지성이 향상된 PTC 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

100 : PTC고분자 복합체 110 : PTC전극

120 : PTC리드

본 발명은 산화방지성이 향상된 PTC 소자 및 이를 이용한 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 Ni과 TiC의 고분자 혼합으로 고분자와 전극간의 계면 접착력을 향상시켜 산화 발생을 억제시키는 산화방지성이 향상된 PTC 소자 및 이를 이용한 이차전지에 관한 것이다.

PTC 소자는 특정온도에 도달하면 저항치가 급격히 증가하는 특성을 활용하여 각종 전자기기에 있어서, 과전류 차단 등의 목적으로 주로 사용되는 정온도 계수저항 특성(Positive Temperature Coefficient, PTC)을 갖는 저항소자로서 2차전지를 포함한 다양한 전자기기 등에 응용되고 있다.

즉, PTC 소자란 상술한 대로 특정온도에 도달하여 그 저항치가 급격하게 증가하는 특성을 활용한 저항소자를 의미하는 것으로서, 예를 들어 PTC 저항소자를 회로에 연결하는 경우 회로에 흐르는 전류의 증가에 따라서 PTC 저항소자의 온도가 증가하게 되며, 전류가 한계치 이상 증가하는 경우에는 PTC 저항소자의 온도가 특정온도에 도달하게 되어 저항이 급격하게 증가하게 되어 전류의 흐름을 차단하게 된다.

이러한 특성은 전자기기에 과전류가 흐르는 것을 차단하여 기기를 보호하는 용도로서 널리 사용되고 있는데, 대표적으로는 리튬 이차전지의 과전류에 의한 폭발을 방지하는 용도로 많이 활용된다고 할 수 있다.

이러한 PTC 저항소자는 일반적으로 PTC고분자 복합체, 상기 PTC고분자 복합체 상면과 하면 각각에 형성되는 PTC전극 및 외부 전자기기 또는 소자와 전기적으로 연결되기 위하여 외부로 연장된 형상을 가지는 PTC 소자리드 등으로 구성된다.

상기 PTC 소자리드는 일방향성을 가질 수 있음은 물론, 대칭성 및 방향성을 달리하여 각각 달리 구성될 수 있으며, 적용되는 전자기기나 사용환경에 따라 PTC전극과 외부소자를 접속시키는 기능을 담당하는 범위 내에서 다양한 변형례가 가능 함은 물론이다.

이러한 PTC 소자는 앞서 설명한 바와 같은 물리적인 특성을 구비하여야 함에도 불구하고 시간이 경과함에 따라 산화되는 현상이 발생하게 되며, 이러한 산화현상은 PTC 소자가 의도된 물리적 특성을 가지지 못하게 되고, 결국 소자의 오동작을 초래하여 연결된 주변장치의 불량 및 잘못된 동작특성을 야기하게 되는 문제점이 발생하게 된다.

안전이 최우선으로 고려되는 환경에서 이용되는 PTC 소자의 경우, 상기와 같은 산화현상은 간과할 수 없는 문제라고 할 수 있다.

이러한 산화현상에 대한 해결방안으로 2002-175903(JP)에서는 외부로 노출된 영역에 산소방어벽을 구비하여 산화 방지를 위한 방법 등이 제시되고 있으나, 상기에 제시된 방법은 외부영역에 산소방어벽을 구비하는 공정을 추가적으로 수행하여야 하므로 시간적 생산성 및 비용 등에서 문제점이 내포되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 더욱 구체적으로는 Ni 기반의 PTC 소자에 TiC를 추가하여 산화방지성 및 기본 특성이 향상되어 아크릴 수지의 Encasulating공정을 생략할 수 있는 산화방지성이 향상된 PTC 소자 및 이를 이용한 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 산화방지성이 향상된 PTC 소자는, 전도성 충진제(Filler)가 포함되는 PTC 소자에 있어서, 상기 전도성 충진제는 Ni에 TiC가 첨가되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 산화방지성이 향상된 PTC 소자는 상기 전도성 충진제의 상기 Ni의 체적비율이 30%, 상기 TiC의 체적비율이 20 내지 30%로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 충전 또는 방전이 가능하도록 셀을 구비하고, 상기 셀의 양극과 음극으로부터 각각 연장되는 양극단자 및 음극단자를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 양극단자 또는 음극단자의 일단과 외부 리드 사이에 직렬로 연결되는 PTC 소자를 포함하며, 상기 PTC 소자는 Ni에 TiC가 첨가되어 형성된 전도성 충진제가 포함되는 것을 특징으로 하는 산화방지성이 향상된 PTC 소자를 이용한 이차전지가 제공된다.

또한, 상기 전도성 충진제는, 상기 Ni의 체적비율이 30%, 상기 TiC의 체적비율이 20 내지 30%로 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한 다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산화방지성이 향상된 PTC 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 산화방지성이 향상된 PTC 소자는 PTC고분자 복합체(100), PTC전극(110) 및 PTC리드(120)를 포함하여 구성된다.

상기 PTC고분자 복합체(202)는 앞서 설명한 바와 같은 물성적 특성을 가지는 PTC 및 부가되는 물질로 이루어진 복합체를 의미하며, PTC전극(110)은 상기 PTC고분자 복합체(100)의 상면 또는 하면에 접촉되는 판재 형상의 금속전극에 해당한다.

또한, PTC리드(120)는 상기 PTC 전극(110)과 전기적으로 연결되어 외부 소자와 접속되는 구성에 해당하며 2차전지 또는 활용되는 전자기기 등에 접속하여 PTC 소자의 물리적 성질에 따른 저항특성을 전달하게 된다.

본 발명의 작용 및 효과에 대한 상세한 실험결과를 설명하기에 앞서 본 발명의 설명에 개시되는 기술용어를 정의한다.

TRIP현상은 저항이 정상 상태에서 높은 상태로 변하는 현상을 의미하며, TRIP저항은 상기 TRIP현상에 의하여 높은 상태로 변화된 때의 저항값을 의미한다.

또한, 원상회복률은 상온저항(정상상태 저항)과 TRIP저항과의 비율을 의미하 는 것으로서, 원상회복율은 상온저항에 대한 TRIP저항(TRIP저항/상온저항)의 백분율로 정의한다.

아울러, 8주후 원상회복율은 PTC 산화 정도의 정확한 측정을 위하여 8주간에 걸쳐 TRIP후 측정한 TRIP저항을 적용한 값이다.

Ni과 TiC의 구성비에 따라 변화되는 PTC 소자의 여러가지 물리적 지표를 하기의 표 1를 통하여 설명하도록 한다.

상기 표 1은 PTC고분자 복합체의 Ni과 TiC의 구성비 달리하여 이에 따라 변화되는 PTC 소자의 물리적 특성에 대한 실험의 다양한 측정값을 정리한 표이다.

산화방지성이 향상된 PTC 소자를 제조하기 위하여 고분자 복합체 제조시, 기존 Ni 고분자에 TiC를 첨가하여 고분자 복합체를 제조하였다.

전도성 고분자 충진제의 체적비는 50% 내지 60%일 경우, 저저항 구현 및 기계적 강도가 우수하므로 Ni과 TiC의 체적비율을 배정하였다.

또한, PTC 고분자는 상부와 하부에 한 쌍의 전극을 갖는다. 상기 전극과 PTC 소자는 고분자의 융점 이상의 온도에서 롤 압착 또는 프레스 압착으로 접합되며 또한, 상기 전극의 재질은 동박, 니켈 도금 동박 및 니켈박 등 다양한 실시형태가 가능하다. 부착된 상기 전극에 연장하여 소자 리드를 전극에 부착함으로써 전기적 연결이 원할토록 구성하는 것이 바람직하다. 이후 TRIP 저항을 측정하였으며, 이를 통하여 원상회복율을 도출하여 산화정도를 확인하였다.

상기 실험결과표에서와 같이 실시예(1~4)로 명기된 것은 본원발명의 구성으로 이루어진 실시의 형태를 의미하며, 상기 비교예(1~4)는 본원발명의 효과성과 대별될 수 있는 인위적인 조건으로 설정된 실시 형태를 의미한다.

상기 실시예(1~4)로부터 전도성 충진제의 체적 비율이 Ni 30%이고 TiC의 체적비율이 20% 내지 30%인 경우, 비교예(1~4)에 비하여 저항값이 감소하고, TRIP후 저항값과 상온저항의 비인 원상회복율이 잘 이루어지며 8주 후에도 원상회복율에 큰 변화가 없음을 알 수 있다.

이와 같이, Ni과 TiC의 고분자 혼합으로 인해 전도성이 향상되고, 고분자와 전극간의 계면 접착력이 향상되어 산화 발생을 억제시켜 아크릴수지를 PTC 소자에 코팅하는 Encapsulating 공정을 생략할 수 있게 하였다.

상기에서 언급된 본 발명에 의한 산화방지성이 향상된 PTC 소자는 이차전지의 외부 또는 내부에서 전기적으로 연결되어 사용될 수 있게 됨은 물론이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나,본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명의 산화방지성이 향상된 PTC 소자 및 이를 이용한 이차전지에 따르면, Ni과 TiC의 고분자 혼합으로 PTC 소자의 산화를 경제적이고 효과적으로 억제할 수 있는 효과를 창출할 수 있다.

또한, 상기와 같은 구성을 통하여 PTC 소자가 이용되는 다양한 응용례에서 안정적인 저항값을 출력할 수 있어 PTC 소자가 이용된 시스템의 안정적인 운용을 도모할 수 있다.

Claims (4)

1. 전도성 충진제(Filler)가 포함되는 PTC 소자에 있어서,

   상기 전도성 충진제는 Ni에 TiC가 첨가되어 형성되는 것을 특징으로 하는 산화방지성이 향상된 PTC 소자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전도성 충진제는,

   상기 Ni의 체적비율이 30%, 상기 TiC의 체적비율이 20 내지 30%로 구성되는 것을 특징으로 하는 산화방지성이 향상된 PTC 소자.
3. 충전 또는 방전이 가능하도록 셀을 구비하고, 상기 셀의 양극과 음극으로부터 각각 연장되는 양극단자 및 음극단자를 포함하는 이차전지에 있어서,

   상기 양극단자 또는 음극단자의 일단과 외부 리드 사이에 직렬로 연결되는 PTC 소자를 포함하며,

   상기 PTC 소자는 Ni에 TiC가 첨가되어 형성된 전도성 충진제가 포함되는 것을 특징으로 하는 산화방지성이 향상된 PTC 소자를 이용한 이차전지.
4. 제 3항에 있어서, 상기 전도성 충진제는,

   상기 Ni의 체적비율이 30%, 상기 TiC의 체적비율이 20 내지 30%로 구성되는 것을 특징으로 하는 산화방지성이 향상된 PTC 소자를 이용한 이차전지.

Images