KR20110125230A - 엔드 커버 어셈블리 및 이를 구비한 리튬 2차 전지 - Google Patents

엔드 커버 어셈블리 및 이를 구비한 리튬 2차 전지 Download PDF

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Abstract

리튬 2차 전지용 엔드 커버 어셈블리(100)가 제공된다. 어셈블리(100)는 상부 캡(1)을 그 안에 수용하기 위한 수용부(21)를 구비한 밀봉 부재(2), 상부 캡(1) 아래에 배치된 열-민감성 부재(7) 및 열 민감성 부재(7) 아래에 배치된 금속 바닥판(6)을 포함한다. 금속 바닥판(6)의 가장자리(skirt) 부분(61)은 각각 열-민감성 부재(7)와 상부 캡(1)을 절연 부재(8)로 감싸기 위해 위쪽으로 플랜지가 붙을 수 있고 상부 캡(1)이 금속 바닥판(6)과 전기적으로 접촉하는 것을 방지하기 위해 절연 부재(8)가 상부 캡(1)과 금속 바닥판(6) 사이에 배치된다. 또한 상기한 엔드 커버 어셈블리(100)를 구비한 리튬 이온 전지(200)가 제공된다.

Description

엔드 커버 어셈블리 및 이를 구비한 리튬 2차 전지{END COVER ASSEMBLY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY HAVING THE SAME}
본 출원은 전문이 참조로 본 발명에 포함된 2009년 2월12일에 출원된 중국특허출원 200920067725.7에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 2차 리튬 전지에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 원통형 리튬 2차 전지용 엔드 커버 어셈블리 및 이를 구비한 전지에 관한 것이다.
리튬 2차 전지들은 적은 중량, 적은 부피, 무-오염 및 낮은 내부 압력과 낮은 비용 등과 같은 장점들 때문에 휴대용 전자 장치를 위한 주요 전원이 되고 있다. 전지가, 특히 고 전류 방전 또는 단락 동안, 사용되는 동안, 전지는 숨겨진 안전 위험들을 가져올 수 있고, 따라서 전지는 팽창하고, 심지어 폭발하거나 연소할 수 있다. 안전 위험들을 제거하기 위해서, 양극 또는 음극 활성 물질의 화학적 성능 또는 배터리 구조 디자인이 개선될 수 있다.
리튬 2차 전지에 사용된 양극 활성 물질은 일반적으로 리튬 전이 금속 산화이며, 음극 물질은 일반적으로 탄소 물질이며, 전해질은 일반적으로 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 다이에틸-카보네이트(DEC), 메틸 에틸 카보네이트(EMC), 다이메틸 카보네이트(DMC)와 같은 유기 용매 및 LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, 리튬 할로게네이트, 리튬 클로린 알루미네이트, 퍼플루오로알킬 리튬 포스페이트 옥시플루오라이드, 퍼플루오로알킬 리튬 설포네이트 등과 같은 전해질을 포함한다. 전지가 과충전 상태로 작동할 때, 전지의 내부 온도는 따라서 상승할 것이다. 제어 또는 보호 장치가 없으면, 전지는 따라서 폭발하거나 연소할 것이다.
원통형 리튬 2차 전지에서, 엔드 커버 어셈블리는 안전한 구조 설계에 중요한 역할을 한다. 도 1은 종래 기술의 리튬 2차 전지용 엔드 커버 어셈블리의 개략적 단면도를 도시한다. 도 1에서, 엔드 커버 어셈블리는 상부 캡(1'), 밀봉 고리(2'), 환상 도전판(3'), 폭발방지판(4') 및 CID 홀 보드(5')를 포함한다. 폭발방지판(4')은 위쪽으로 굽었고 CID 홀 보드(5')에 용접된다. 환상 도전판(3')은 상부 캡(1')과 폭발방지판(4') 사이에 배치되어 이들과 접촉한다. 상부 캡(1'), 환상 도전판(3') 및 폭발방지판(4')은 밀봉 고리(2')에 의해 고정되어 전지 덮개와의 접촉을 피한다. 그러나, 엔드 커버 어셈블리를 구비한 전지가 사용될 때, 전지의 내부 압력은 폭발방지판의 파괴 압력에는 도달하지 못하는 반면, 폭발방지판은 압력 때문에 볼록하게 되며 모서리는 늘어나서 변형을 일으킬 수 있다. 이 경우에, 폭발방지판과 접촉하는 밀봉 고리는 이동할 수 있고 밀봉 실패와 전지 액 누출을 일으킬 수 있다. 전해질은 외부 회로와 금속 덮개에 대한 부식을 일으킬 수 있다. 게다가, 전해질은 폭발과 사고를 일으킬 수 있다. 또한, 내부 온도가 증가하는 동안, 내부 압력은 CID 홀 보드를 파괴할 수 없는 정도로 상승되어 CID 홀 보드의 고온 파괴 보호는 작동하지 않을 것이고, 그 결과, 전지의 숨겨진 문제들을 증가시킬 수 있다. 또한, 만일 양극 활성 물질로서 리튬 철 인산염을 가진 전지가 사용되는 경우, 전지의 내부 압력은 충분히 높지 않을 것이나 전지의 온도는 매우 높다.
이의 관점에서, 본 발명은 종래의 기술적 문제들 중 적어도 하나를 해결하려는 것이다. 따라서, 단순한 구조로 나쁜 밀봉, 전지 액 누출, 고온 컷오프 보호(cut off protection) 등과 같은 문제들을 극복할 수 있는 리튬 2차 전지용 엔드 커버 어셈블리가 제공될 필요가 있다. 또한, 원통형 리튬 2차 전지가 제공될 필요가 있다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 리튬 2차 전지용 엔드 커버 어셈블리가 제공될 수 있으며, 상부 캡을 그 안에 수용하기 위한 수용부를 구비한 밀봉 부재, 상부 캡 아래에 배치된 열-민감성 부재 및 열 민감성 부재 아래에 배치된 금속 바닥판을 포함한다. 금속 바닥판의 가장자리(skirt) 부분은 각각 열-민감성 부재와 상부 캡을 절연 부재로 감싸기 위해 위쪽으로 플랜지가 붙을 수 있고 절연 부재는 상부 캡이 금속 바닥판과 전기적으로 접촉하는 것을 방지하기 위해 상부 캡과 금속 바닥판 사이에 배치된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 리튬 2차 전지가 제공될 수 있으며, 덮개; 덮개의 개구부 말단에 결합된 상기한 엔드 커버 어셈블리; 및 덮개에 포함된 전기 코어를 포함한다.
본 발명에 따라, 엔드 커버 어셈블리에 있는 금속 바닥판과 상부 캡 사이에 배치된 열 민감성 부재 때문에, 비정상적인 고온 컷오프 보호를 얻을 수 있다. 한편, 금속 바닥판이 열 민감성 부재와 상부 캡을 감싸는 끝이 위로 향한 모서리(up-turned edge)를 갖기 때문에, 전체 어셈블리는 더 좋은 밀봉 효과를 얻고 전해질 누출을 피할 것이다. 그러나, 바닥 금속판의 끝이 위로 향한 모서리가 열 민감성 부재와 상부 캡을 감싸기 때문에, 상부 캡이 바닥 금속판과 직접 접촉할 가능성이 있는데, 이 경우에, 고온하에서 열 민감성 부재의 고온하에서의 컷오프 보호는 실현되지 않을 수 있다. 따라서, 상부 캡과 금속 바닥판 사이의 전기 접촉을 피하기 위해 절연 부재가 상부 캡과 금속판 사이에 배치된다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 발명의 이런 및 다른 태양들과 장점들은 도면들과 함께 다음 설명으로부터 명백해지고 더욱 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술의 리튬 2차 전지용 엔드 커버 어셈블리의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 리튬 2차 전지용 엔드 커버 어셈블리의 개략적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 리튬 2차 전지의 개략적 단면도이다.
본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 참조할 것이다. 도면들을 참조하여 본 명세서에 기술된 실시예들은 설명을 위한 것이고, 예시적이며, 본 발명을 일반적으로 이해하는데 사용된다. 실시예들은 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 동일한 또는 유사한 요소들 및 동일한 또는 유사한 기능들을 가진 요소들은 명세서 전체에서 동일한 참조번호로 나타낸다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 리튬 2차 전지(200)(도 3에 도시됨)용 엔드 커버 어셈블리(100)가 제공될 수 있으며, 상부 캡(1)을 그 안에 수용하기 위한 수용부(21)를 구비한 밀봉 부재(2), 상부 캡(1) 아래에 배치된 열-민감성 부재(7) 및 열 민감성 부재(7) 아래에 배치된 금속 바닥판(6)을 포함한다. 금속 바닥판(6)의 가장자리(skirt) 부분(61)은 각각 열-민감성 부재(7)와 상부 캡(1)을 절연 부재(8)로 감싸기 위해 위쪽으로 플랜지가 붙을 수 있고 상부 캡(1)이 금속 바닥판(6)과 전기적으로 접촉하는 것을 방지하기 위해 절연 부재(8)가 상부 캡(1)과 금속 바닥판(6) 사이에 배치된다.
분명히 말하자면, 도 2에 도시된 대로, 본 발명의 한 실시예에 따라, 본 발명에서 원통형 리튬 2차 전지와 같은 리튬 2차 전지(200)용 엔드 커버 어셈블리(100)는 상부 캡(1), 열 저항기 부품(7), 금속 바닥판(6), 밀봉 고리(2) 및 절연 부재(8)를 포함할 수 있다. 열 저항기 부품(7)은 개스킷과 유사하게 만들어진 환상 판일 수 있다. 상부 캡(1)의 주변 또는 모서리는 열 저항기 부품(7)의 환상 모서리와 접촉한다. 절연 고리(8)는 상부 캡(1)의 모서리와 열 저항기 부품(7)의 모서리를 감싸기 위해 위로 굽혀진다. 고정된 상부 캡(1), 열 저항기 부품(7) 및 절연 고리(8)는 금속 바닥판(6) 속에 놓이고, 금속 바닥판(6)의 모서리는 절연 고리(8)를 내부로 감싸는 끝이 위로 향하는 립을 가진다. 절연 고리(8)는 상부 캡(1)과 금속 바닥판(6) 사이의 직접 접촉을 방지하기 위해 상부 캡(1)과 금속 바닥 판(6) 사이에 배치된다. 그런 다음, 결합된 부품들이 밀봉 고리(2)의 홈(21) 속에 놓일 수 있다. 밀봉 고리(2)는 어셈블리(100)가 전지 외부 커버와 접촉하는 것을 막을 수 있다.
절연 고리(8)는 내부로 굽혀진 환상 절연 고리이다. 본 발명의 한 실시예에 따라, 절연 고리(8)는 상부 캡(1)과 열 저항기 부품(7)의 모서리를 내부로 감쌀 수 있다. 금속 바닥판(6)은 절연 고리(8) 둘레를 감싸기 위해서 위쪽으로 굽혀진다.
밀봉 고리(2), 절연 고리(8)는 폴리프로필렌 등과 같은 임의의 전해질 저항성 물질로부터 선택될 수 있다. 열 저항기 부품(7)은 양성 열 계수를 가진 열 민감성 물질로 제조된다.
상부 캡(1)은 압력 방출 홀(10)을 가질 수 있고, 금속 바닥판(6)은 움푹 들어간 환상 폭발방지 홈(9)을 가질 수 있다. 내부 압력이 소정의 압력을 초과하는 경우, 전지가 폭발하는 것을 방지하기 위해 금속 바닥판(6)이 깨져 전지 내의 내부 압력을 방출할 수 있다. 복수의 압력 방출 홀(10)이 압력 방출 홀(10)과 대면하는 표면상에 형성될 수 있다는 것을 알아야 한다.
또한, 금속 바닥판(6)의 위쪽으로 굽은 모서리는 전해질 누출을 방지하기 위해 외부 밀봉 고리(2)와 밀접하게 결합할 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 위에 엔드 커버 어셈블리가 결합된 리튬 2차 전지(200)의 개략적인 단면도를 도시한다. 리튬 2차 전지는 전지 덮개(12), 상기한 엔드 커버 어셈블리(100) 및 전기 코어(13)를 포함할 수 있다. 전기 코어(13)는 양극판, 격리판 및 음극판을 휘감아서 형성될 수 있고 그런 다음 전기 코어(13)는 전지 덮개(12) 안에 놓일 수 있고, 전기 코어(13)는 양극 탭(11)과 음극 탭(도시되지 않음)을 통해 밖으로 끌어내진다.
전기 코어의 양극 탭(11)은 금속 바닥판(6)에 연결되거나 용접될 수 있고 음극 탭은 전지 덮개(12)에 전기적으로 연결될 수 있다. 엔드 커버 어셈블리는 전지를 밀봉하기 위해 전지 덮개(12)의 개구부 말단에 고정되게 배치될 수 있다.
전지가 사용시에 비정상적인 현상을 나타낼 때, 전지의 내부 온도는 증가할 것이고 열 저항기의 임계 온도를 초과할 수 있어서 열 저항기 부품은 따라서 컷오프될 것이다. 한편, 금속 바닥판은 열 저항기 부품과 상부 캡을 감싸는 끝이 위로 올라진 모서리를 갖기 때문에, 끝이 위로 올라진 모서리를 가진 금속 바닥판과 밀봉 고리 사이의 단단한 결합이 전지의 누출을 막을 수 있다. 절연 고리를 채용하면 상부 캡과 금속 바닥판 사이의 열 저항기 부품의 컷오프 기능에 대한 어떠한 고장도 일으키지 않는다.
비록 설명을 위한 실시예들이 도시되고 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 취지와 원리를 벗어나지 않고 실시예들에 변화, 대안 및 변형이 이루어질 수 있다는 것을 알 것이다. 이런 변화, 대안 및 변형은 모두 청구항들 및 이들의 균등물의 범위 속에 해당된다.

Claims (9)

  1. 상부 캡을 그 안에 수용하기 위한 수용부를 구비한 밀봉 부재, 상기 상부 캡 아래에 배치된 열-민감성 부재 및 상기 열 민감성 부재 아래에 배치된 금속 바닥판을 포함하며, 상기 금속 바닥판의 가장자리(skirt) 부분은 각각 상기 열-민감성 부재와 상기 상부 캡을 절연 부재로 감싸기 위해 위쪽으로 플랜지가 붙고 상기 절연 부재는 상기 상부 캡이 상기 금속 바닥판과 전기적으로 접촉하는 것을 방지하기 위해 상기 상부 캡과 상기 금속 바닥판 사이에 배치되는 리튬 2차 전지용 엔드 커버 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 민감성 부재는 열 저항기 부품으로 배열되는 엔드 커버 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    리튬 2차 전지는 원통형이며, 절연 부재는 내부로 굽은 절연 고리로 배열되고 밀봉 부재는 밀봉 고리로 배열되는 엔드 커버 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연 고리는 상부 캡과 열 저항기 부품의 모서리들에 접하여 내부로 굽혀지는 엔드 커버 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상부 캡은 압력을 방출하기 위한 압력 방출 홀을 갖도록 형성되며, 금속 바닥판은 압력 방출 홀과 대면하는 표면상에 형성된 폭발방지 홈을 갖는 엔드 커버 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    열 저항기 부품은 환상인 엔드 커버 어셈블리.
  7. 전지 덮개;
    상기 전지 덮개의 개구부 말단 상에 결합된 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 엔드 커버 어셈블리; 및
    전지 덮개에 포함된 전기 코어를 포함하는 리튬 2차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전기 코어는 각각 휘감긴 양극판, 격리판 및 음극판을 포함하며, 상기 전기 코어는 금속 바닥판과 전지 덮개에 각각 전기적으로 연결되게 각각 양극 탭과 음극 탭에 의해 밖으로 끌어내지는 리튬 2차 전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 덮개는 원통형인 리튬 2차 전지.
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