KR20090126094A - 이차 전지 및 이를 이용한 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지의 안전성을 향상시켜 소비자의 신뢰도에 기여하도록 한 이차 전지 및 이를 이용한 전지 팩에 관한 것이다.
본 발명은 전극조립체가 내장된 케이스와, 상기 케이스를 밀폐하며 외부 단자를 구비하는 캡 조립체와, 상기 외부 단자에 형성된 가스배출공을 개폐하기 위한 차단막을 구비한 스페이서를 포함하여 구성되는 이차 전지와; 이러한 차단막을 구비하는 스페이서가 결합된 이차 전지가 적어도 2개 접속되어 이루어지는 전지 팩을 제공함으로써 전류차단을 위한 안전장치의 작동시 아크 발생으로 인한 전해액의 발화를 방지하는 효과가 있어 전지의 발화로 인한 소비자의 불안감을 해소함과 아울러 전지의 안전성에 대한 신뢰도를 향상시키는 효과가 있다.
이차 전지, 가스배출공, 차단막

Description

이차 전지 및 이를 이용한 전지 팩{Secondary battery and battery pack using the same}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지의 안전성을 향상시켜 소비자의 신뢰도에 기여하도록 한 이차 전지 및 이를 이용한 전지 팩에 관한 것이다.
최근 휴대가 가능한 소형 전자기기 및 친환경적인 모터 구동용으로 고출력 전지가 개발되고 있다. 이러한 고출력 전지는 고에너지 밀도의 비수전해액 이차 전지가 이용되고 있다. 비수전해액 이차 전지의 양극 및 음극에는 리튬 등의 알칼리 금속이 사용되기 때문에 알칼리 금속이 대기 중의 수분과 반응하지 않도록 전지 용기에는 밀폐 구조가 채용되고 있다.
이와 같은 밀폐 구조의 이차 전지는 상부가 개방된 케이스와, 케이스 내부에 장착되며 전해액이 함침된 전극 조립체와, 케이스와 상단 개구부를 밀폐하면서 외부 단자인 양극 단자가 형성된 캡 조립체를 포함한다. 그리고 전극 조립체의 양극판은 탭에 의해 캡 조립체와 연결된다.
상기 캡 조립체는 과전류의 발생시 전류를 차단하여 과전압으로 인한 전지의 파손을 방지하기 위한 CID(current interrupt device)와 전지의 내압이 설정 조건 이상으로 상승시 파손되어 전지의 내부 가스를 배출하는 안전벤트가 구비된다.
이와 같이 구성되어 작동되는 이차 전지는 높은 전압과 전류가 흐르는 상태에서 전류차단기능이 작동하는 경우에 아크(arc)가 발생된다. 이러한 아크는 전지 내부에서 발생되는 고열과 반응하면서 케이스 내부의 수납된 전해액을 발화시키는 문제가 있다.
이는 종래 캡 조립체는 양극 단자에 수개의 가스배출공이 형성되어 있어 상기 가스배출공을 통해 전해액을 발화시키는 산소가 유입되기 때문이다.
본 발명의 목적은 전류차단장치에 작동시 발생되는 아크에 의해 전해액의 발화로 인한 안전사고를 방지하도록 한 이차 전지 및 이차전지용 전지 팩을 제공함에 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 전극조립체가 내장된 케이스와; 상기 케이스를 밀폐하며 외부 단자를 구비하는 캡 조립체와; 상기 외부 단자에 형성된 가스배출공을 개폐하기 위한 차단막을 구비한 스페이서;를 포함한다.
상기 외부 단자는 측면에 상기 가스배출공이 형성되고, 상기 스페이서는 상기 외부 단자의 측면을 둘러싸는 형태로 상기 케이스의 상단부에 설치되어 상기 가스배출공과 대응되는 위치에 상기 차단막이 형성된 것이 바람직하다.
상기 차단막은 상기 가스배출공과 대응되는 폭과 길이를 갖는 것이 바람직하다.
상기 차단막은 평행한 2개의 장변과 상기 장변을 연결하는 2개의 단변으로 이루어진 사각형태인 것이 바람직하다. 이때, 상기 차단막은 2개의 단변중 하나의 단변이 스페이서와 일체로 형성되거나 또는 상기 차단막은 상기 2개의 장변중 하나의 장변이 상기 스페이서와 일체로 형성될 수 있다.
상기 차단막의 장변 또는 단변중 상기 스페이서와 일체로 형성된 부위는 차단막의 폭보다 좁게 형성되는 네크부가 형성된 것이 바람직하다.
상기 네크부는 상기 스페이서 보다 두께가 얇게 형성된 것이 바람직하다.
이와 같은 상기 스페이서는 재질이 수지(resin)로 형성되어 상기 차단막이 가스배출공을 개방한 후에 다시 복귀가능한 플랙시블한 재질인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면은 상술한 바와 같은 차단막을 구비하는 스페이서가 결합된 이차 전지가 적어도 2개 접속되어 이루어지는 전지 팩을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는 전류차단을 위한 안전장치의 작동시 아크 발생으로 인한 전해액의 발화를 방지하는 효과가 있어 전지의 발화로 인한 소비자의 불안감을 해소함과 아울러 전지의 안전성에 대한 신뢰도를 향상시키는 효과가 있다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 양극판(11)과 음극판(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체(10)와, 상기 전극 조립체(10)가 내부에 수납되는 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 상단 개구부를 밀폐하며 상기 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되는 캡 조립체(30)와, 상기 캡 조립체(30)에 포함되는 외부 단자(31)와, 상기 외부 단자(31)의 측면을 둘러싸는 스페이서(40)를 포함한다. 상기 외부 단자(31)는 측면에 수 개의 가스배출공(31a)이 형성되고, 상기 스페이서(40)는 상기 가스배출공(31a)과 대응되는 위치에 형성되어 이들을 차단하기 위한 수 개의 차단막(41)을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 전극 조립체(10)는 각각의 활물질이 집전체에 코팅되어 구성되는 양극판(11)과 음극판(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 적층되거나, 이들이 적층된 상태에서 젤리롤 형상으로 권취되어 이루어진다.
상기 케이스(20)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제조된다. 그리고 그 형상은 내부에 공간부를 갖는 원통형이나 각형 또는 그 외의 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 캡 조립체(30)는 중앙부가 상부로 돌출된 캡 업(32)과, 상기 케이스(20)와 캡 업(31)을 절연시키는 가스켓(33)을 포함한다. 그리고 전지의 내부 설정 압력 조건의 초과시 파손되어 가스를 방출하는 안전벤트(34)가 더 포함된다. 상기 안전벤트(34)는 설정된 압력 조건을 초과하는 경우에 상기 전극 조립체(10)에서 인출된 탭(14)과 분리되어 전극 조립체(10)와 캡 업(31)의 전기적인 연결을 차단할 수 있는 구조이면 어느 형상이라도 사용될 수 있음은 물론이다.
그리고 상기 캡 업(32)의 상부에는 캡 업(32)과 전기적으로 연결되는 외부 단자(31)가 설치된다.
상기 외부 단자(31)는 전지의 전류를 외부로 전달하는 역할을 하며 원형의 캡 형상으로 형성된다. 그리고 외부 단자(31)는 측면에 수 개(본 발명의 일 실시예는 4개)의 가스배출공(31a)이 일정 간격으로 형성된다. 상기 가스배출공(31a)은 가로방향으로 길이가 긴 형태의 구멍으로 형성되어 전지의 내압 발생시 가스가 배출되어 전지의 폭발을 방지하게 된다.
상기 스페이서(40)는 상기 케이스(20)의 상단부에 결합되고 아울러 상기 외부 단자(31)의 외주면을 둘러싸도록 캡 형태로 형성된다. 상기 스페이서(40)는 상기 가스배출공(31a)과 대응되는 위치에 수 개의 차단막(41)이 일정 간격을 두고 형성된다.
상기 스페이서(40)는 재질이 수지(resin)인 것이 바람직하다. 따라서 상기 차단막(41)과 네크부(42)의 재질도 수지로 형성된다. 수지는 가공이 용이하고 가스배출공(31a)을 통해 배출되는 가스에 의해 차단막(41)이 원활하게 개방되도록 한다. 또한, 상기 차단막(41)은 플랙시블한 성질에 의해 가스가 방출된 이후에 다시 본래의 상태로 복귀될 수 있다.
도 4a 내지 도 5b를 참조하면, 상기 차단막(41)은 상기 가스배출공(31a)을 차단하기 위하여 가스배출공(31a)과 대응되는 폭과 길이를 갖고 형성된다. 상기 차단막(41)은 적어도 가스배출공(31a)의 폭과 길이가 같거나, 가스배출공(31a) 보다는 폭과 길이가 크게 형성된다.
상기 차단막(41)은 평행한 2개의 장변과 상기 장변을 연결하는 2개의 단변으로 이루어진 사각형태로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나 차단막(41)의 형상을 사각형태로 한정할 필요는 없으며, 가스배출공(31a)과 동일한 형상인 타원의 형태 등과 같은 다양한 형상이 제공가능하다.
상기 차단막(41)은 4개의 변중에서 하나의 변이 스페이서(40)와 연결되고, 나머지 3변은 스페이서(40)와 분리되어 있다.
상기 차단막(41)이 스페이서(40)와 일체로 연결된 부위는 차단막(41)과 동일한 폭으로 형성되거나, 또는 차단막(41)의 폭보다 좁게 형성된 네크부(41a)가 형성될 수 있다.
상기 네크부(41a)는 폭이 좁게 형성되어 가스배출공(31a)을 통해 배출되는 가스의 압력에 의해 네크부(41a)가 구부러지거나 파손되어 차단막(41)이 보다 원활하게 개방된다.
또한, 상기 네크부(41a)는 차단막(41)의 두께와 동일하게 형성될 수 있다. 또는 차단막(41)의 두께보다 얇게 형성될 수 있다(t>t1, t>t2).
상기 네크부(41a)는 두께가 얇게 형성되어 가스배출공(31a)을 통해 배출되는 가스의 압력에 의해 네크부(41a)가 구부러지거나 파손되어 차단막(41)이 보다 원활하게 개방된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 이차전지에 의한 작용을 설명한다.
본 발명에 따른 이차전지는 케이스(20)의 상단부에 스페이서(40)가 결합된 상태이다. 그러므로 외부 단자(31)의 가스배출공(31a)은 차단막(41)에 의해 외부 공 기의 유입이 차단되어 있다.
따라서 이차 전지는 높은 전압과 전류가 흐르는 상태에서 아크(arc)가 발생되더라도 외부 단자(31)의 가스배출공(31a)을 통해 케이스(20)의 내부로 유입되는 공기는 차단막(41)에 의해 차단된다. 그러므로 발생되는 아크는 전지 내부에서 발생되는 고열과 반응하여 전해액을 발화시키지 않게 된다.
또한, 전지의 내압이 설정 조건 이상으로 상승되어 안전벤트(34)가 파손되면 전지의 내부 압력에 의해 발생되는 가스는 캡 업(32)을 통과하여 외부 단자(31)의 가스배출공(31a)으로 배출된다. 이때, 가스배출공(31a)의 전면을 차단하고 있던 차단막(41)은 가스의 압력에 의해 파손되거나 차단막(41)의 플랙시블한 재질적 특성에 의해 순간적으로 가스배출공(31a)을 개방하게 된다. 상기 차단막(41)이 파손되지 않은 상태인 경우에는 가스가 배출된 이후에 차단막(41)은 다시 본래의 위치로 복귀되어 가스배출공(31a)을 차단하게 된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 차단막의 다른 실시예를 제공한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단막(41')은 2개의 장변중 하나의 장변이 스페이서(40)와 연결되어 일체로 형성된다. 그리고 차단막(41')은 스페이서(40)와 네크부(41a')에 의해 연결된다.
이와 같이 차단막(41')을 스페이서(40)와 연결하는 네크부(41a')가 장변에 형성되면 차단막(41')을 보다 안정적으로 지지하여 가스배출공(31a)을 차단하게 된다.
상기 차단막(41')의 장변에 형성되는 네크부(41a')는 장변의 중앙에 1개소 형성되어 차단막을 지지할 수도 있고, 또는 차단막(41')의 장변에 네크부(41a")가 2개 또는 그 이상 형성될 수도 있다.
네크부(41a")가 장변측에 2개 이상 형성되는 경우에 네크부(41a")의 폭은 네크부(41a')의 폭보다 좁게 형성하여 가스배출공(31a)을 통해서 가스가 배출되는 과정에서 차단막(41")이 원활하게 개방되도록 한다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단막이 적용된 이차 전지에 의한 작용은 상술한 본 발명의 일 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명에 따른 이차전지가 양극과 음극이 서로 접속된 상태의 전지 팩을 제공한다.
전지 팩(200)을 구성하는 이차 전지(100)는 본 발명의 실시예에 따른 차단막(41)이 측면에 구비된 스페이서(40)가 설치된다.
그리고 상기 이차 전지(100)와 이와 접속되는 다른 하나의 이차 전지(100')가 연결되는 부위에도 차단막(41)이 구비된 스페이서(40)가 설치된다.
따라서 각각의 이차 전지(100)(100')의 내부에서 전류 차단에 의한 아크 발생시 차단막(41)(41')에 의해 외부 공기의 유입이 차단되어 전해액의 발화가 방지된다. 그리고 전지의 내압 조건에 의해 외부로 배출되는 가스는 가스배출공을 차단하고 있는 차단막(41)(41')을 개방시키게 되므로 전지의 폭발과 같은 안전사고를 예방하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해사시도.
도 2는 도 1의 결합상태 사시도.
도 3은 도 1의 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단막의 정면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단막의 측면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단막의 정면도.
도 7은 본 발명에 따른 전지 팩의 사시도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 ; 전극 조립체 20 ; 케이스
30 ; 캡 조립체 31 ; 외부 단자
31a ; 가스배출공 32 ; 캡 업
33 ; 가스켓 34 ; 안전벤트
40 ; 스페이서
41,41',41"; 차단막 41a,41a',41a"; 네크부
100,100'; 이차 전지 200 ; 전지 팩

Claims (10)

  1. 전극조립체가 내장된 케이스와;
    상기 케이스를 밀폐하며 외부 단자를 구비하는 캡 조립체와;
    상기 외부 단자에 형성된 가스배출공을 개폐하기 위한 차단막을 구비한 스페이서;를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 단자는 측면에 상기 가스배출공이 형성되고, 상기 스페이서는 상기 외부 단자의 측면을 둘러싸는 형태로 상기 케이스의 상단부에 설치되어 상기 가스배출공과 대응되는 위치에 상기 차단막이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 차단막은 상기 가스배출공과 대응되는 폭과 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 차단막은 평행한 2개의 장변과 상기 장변을 연결하는 2개의 단변으로 이루어진 사각형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 차단막은 2개의 단변중 하나의 단변이 상기 스페이서와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 차단막은 상기 2개의 장변중 하나의 장변이 상기 스페이서와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 차단막의 장변 또는 단변중 상기 스페이서와 일체로 형성된 부위는 차단막의 폭보다 좁게 형성되는 네크부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 네크부는 상기 스페이서 보다 두께가 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서는 재질이 수지(resin)인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 의해 제조된 이차 전지가 적어도 2개 접 속되어 이루어지는 전지 팩.
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