KR20180056995A - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

전류 차단 장치를 포함하는 이차전지가 개시된다.
본 발명에 따르면 과충전 등으로 인해 이차전지의 부피가 증가하는 경우 부피 증가에 따른 팽창력을 이용하여 이차전지에 흐르는 전류를 차단함으로써 안정성 및 신뢰도가 향상된 이차전지를 제조할 수 있다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 전류 차단 장치를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)는 일반적으로 전극 및 분리막이 교대로 적층된 구조를 갖는 전극 조립체(electrode assembly)를 포함한다. 이러한 이차전지는 이차전지의 제조에 사용되는 물질의 종류에 따라 여러 종류로 나뉠 수 있는데, 예를 들어, 리튬 이차전지를 들 수 있다.
한편, 이러한 이차전지는 사용 과정에서 화재 또는 폭발이 발생할 수 있는데, 이러한 화재 또는 폭발이 발생하는 것을 방지하기 위해 이차전지에 각종 안전 장치가 구비되는 경우가 있다.
예를 들어, 이차전지에는 이차전지의 과충전시 발생할 수 있는 화재 또는 폭발을 방지하기 위한 안전 장치가 구비될 수 있다.
종래 기술에 따르면, 이차전지의 과충전에 의해 발생하는 화재 또는 폭발을 방지하기 위한 안전 장치로서 이차전지에 TCO(Thermal cutoff operation) 장치가 구비되는 경우가 많다. 이러한 TCO 장치는 이차전지의 과충전에 의해 이차전지에 열이 발생하는 경우 전류를 차단하는 역할을 함으로써 더 이상 이차전지에 전류가 흐르지 못하도록 함으로써 이차전지의 화재 또는 폭발을 방지하는 구성이다.
그러나, 이러한 TCO 장치는 이차전지에 열이 발생하는 경우, 즉, 이차전지의 온도가 상승하는 경우 작동하기 때문에 이차전지 내부에서 열이 발생하는 경우가 아닌, 이차전지 주변의 온도가 상승하는 경우에도 작동하는 문제점이 있었다.
또한, 이차전지가 미세한 전류에 의해 과충전이 되는 경우에도 전류가 차단되어야 함에도 이차전지에 많은 열이 발생하지는 않기 때문에 TCO 장치가 제대로 작동하지 않아 이차전지에 과충전이 지속적으로 이루어지는 문제점이 있었다. 반대로 이차전지가 과충전되지 않아 이차전지에 화재 또는 폭발이 발생할 위험이 없는데도 이차전지에 상대적으로 많은 전류가 흐르는 경우에도 TCO 장치가 전류를 차단하는 경우가 발생하는 문제점도 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 이차전지가 과충전 상태인 경우 이차전지에 전류가 흐르는 걸 차단하면서도, 이차전지에 과충전 상태가 아니어서 전류를 차단할 필요가 없는 경우에는 이차전지에 전류가 계속 흐를 수 있도록 하여, 이차전지의 안전성을 향상시키면서도 이차전지에 전류가 흐르는 것을 효과적으로 제어하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 셀 몸체; 및 상기 셀 몸체에 장착되는 전류 차단 장치를 포함하며, 상기 전류 차단 장치는, 상기 셀 몸체의 부피 증가에 따라 상기 전류 차단 장치에 인가되는 힘에 의해 작동하여 상기 셀 몸체에 흐르는 전류를 차단하는 이차전지가 제공된다.
상기 전류 차단 장치는, 상기 셀 몸체의 상부에 형성되는 돌출부; 및 상기 셀 몸체의 적어도 일부 및 상기 돌출부를 감싸는 감쌈부; 를 포함하고, 상기 이차전지의 부피 증가에 따라 상기 감쌈부에 인가되는 힘에 의해 상기 감쌈부가 상기 돌출부로부터 이격될 수 있다.
상기 전류 차단 장치는, 상기 셀 몸체의 적어도 일부를 감싸는 감쌈부; 및 상기 감쌈부와 연결된 상태에서 상기 셀 몸체에 흐르는 전류의 경로를 제공하는 통전부; 를 더 포함하고, 상기 이차전지의 부피 증가에 따라 상기 감쌈부에 인가되는 힘에 의해 상기 감쌈부는 상기 통전부로부터 이격되어 상기 통전부에 흐르는 전류가 차단될 수 있다.
상기 통전부는 제1 통전부 및 제2 통전부를 포함하고, 상기 제1 통전부 및 상기 제2 통전부 사이에 상기 감쌈부 중 일부가 위치하고, 상기 감쌈부와 상기 제1 통전부 및 상기 감쌈부와 상기 제2 통전부는 서로 연결되고, 상기 이차전지의 부피 증가에 따라 상기 감쌈부에 인가되는 힘에 의해 상기 감쌈부가 상기 제1 통전부 및 상기 제2 통전부 중 적어도 어느 하나로부터 이격될 수 있다.
상기 셀 몸체 및 상기 돌출부 사이에 구비되는 절연부; 를 포함할 수 있다.
상기 셀 몸체의 상부에 구비되는 음극 단자; 를 포함하고, 상기 제2 통전부는 상기 음극 단자와 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지가 과충전 상태인 경우 이차전지에 전류가 흐르는 걸 차단하면서도, 이차전지에 과충전 상태가 아니어서 전류를 차단할 필요가 없는 경우에는 이차전지에 전류가 계속 흐를 수 있도록 하여, 이차전지의 안전성을 향상시키면서도 이차전지에 전류가 흐르는 것을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 작동 원리를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상단부를 확대 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 상단부를 확대 도시한 측단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 설명하도록 한다.
이차전지의 구조
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 작동 원리를 도시한 측면도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 각형 전지일 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 다른 유형의 전지에도 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 이차전지의 몸체를 구성하는 셀 몸체(5)를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 전류 차단 장치(100)를 포함할 수 있다. 전류 차단 장치(100)는 셀 몸체(5)에 장착되는 구성일 수 있다.
전류 차단 장치(100)는, 평소에는 이차전지(1)에 전류가 흐르도록 하다가, 이차전지(1)의 과충전시 이차전지(1)에 전류가 흐르는 것을 방지하는 구성일 수 있다. 전류 차단 장치(100)는 하기에서 살펴볼 바와 같이, 셀 몸체(5)를 감싸는 감쌈부(130)를 포함할 수 있다. 도 1에는 감쌈부(130)가 셀 몸체(5)의 둘레를 전체적으로 감싸는 경우를 도시하고 있으나, 이와 달리 감쌈부(130)는 셀 몸체(5)의 둘레 중 일부만을 감쌀 수도 있다.
한편, 이차전지가 과충전되는 경우 이차전지에는 여러가지 이상 현상이 발생할 수 있다. 예를 들어, 이차전지가 과충전되는 경우 이차전지의 발열 현상으로 인해 이차전지의 온도가 올라갈 수 있다. 그러나, 이차전지의 온도는 이차전지의 발열 뿐만 아니라 이차전지 주변의 온도가 올라가는 경우에도 올라갈 수 있다. 따라서, 이차전지의 온도에 따라 이차전지에 흐르는 전류를 차단하는 것은 바람직하지 않을 수 있다.
한편, 이차전지가 과충전되는 경우 이차전지의 부피가 증가할 수 있다. 즉, 이차전지(1)가 평소에는 도 2의 왼쪽에 도시된 바와 같이 일정 상태를 유지하고 있다가, 이차전지(1)가 과충전되는 경우 도 2의 오른쪽에 도시된 바와 같이 이차전지(1)의 두께가 늘어나는 등의 이유로 이차전지(1)의 부피가 증가할 수 있다.
이러한 이차전지 부피의 변화는 이차전지 온도의 변화와 달리 이차전지 주변의 온도에 따라 영향을 받지 않으므로 이차전지 부피의 변화는 이차전지 온도의 변화에 비해 이차전지에 이차전지의 과충전으로 인한 문제가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있는 보다 신뢰도가 높은 변수일 수 있다.
본 발명은 이차전지의 과충전시 발생하는 이차전지 부피의 변화를 이용하여 이차전지의 부피가 일정 수준에 도달하면 이차전지에 흐르는 전류를 차단하는 것에 관한 발명일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면 도 2에 도시된 바와 같이 이차전지(1)의 셀 몸체(5) 둘레에는 감쌈부(130)가 구비될 수 있는데, 이차전지의 과충전 등으로 인해 이차전지의 부피가 증가하는 경우 이로 인한 팽창력이 감쌈부(130)에 인가될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차전지 부피의 증가로 인한 팽창력으로 인해 감쌈부(130)에 인가되는 힘이 일정 수준에 도달하게 되면 감쌈부(130) 중 적어도 일부는 셀 몸체(5)로부터 이격됨으로써 이차전지(1)에 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 도 2에서는 이차전지 부피의 증가로 인한 팽창력으로 인해 감쌈부(130)의 상부 영역 중 일부가 셀 몸체(5)로부터 이격됨으로써 이차전지(1)에 흐르는 전류를 차단하는 경우를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 상단부를 확대 도시한 측면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전류 차단 장치(100)는 셀 몸체(5)의 상부에 형성되는 돌출부(110), 셀 몸체의 적어도 일부 및 상기 돌출부를 감싸는 감쌈부(130), 및 감쌈부(130)와 연결된 상태에서 셀 몸체(5)에 흐르는 전류의 경로를 제공하는 통전부(120)를 포함할 수 있다.
한편, 통전부(120)는 제1 통전부(122) 및 제2 통전부(124)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 통전부(122) 및 제2 통전부(124) 사이에 감쌈부(130) 중 일부가 위치할 수 있다. 또한, 감쌈부(130)와 제1 통전부(122)는 서로 연결될 수 있고, 감쌈부(130)와 제2 통전부(124)는 서로 연결될 수 있다. 감쌈부(130)와 제1 통전부(122) 및 감쌈부(130)와 제2 통전부(124)는 각각 용접에 의해 연결될 수 있다.
이때, 본 명세서에서, 구성 간에 '연결된다'는 의미는 구성 간에 전류가 흐를 수 있도록 전기적으로 연결되는 것을 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 '구성 간에 연결된다'는 기재되어 있는 경우 구성 간에 직접 접촉함으로써 연결되는 것은 물론 전류가 흐를 수 있도록 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
계속해서 도 3을 살펴보면, 셀 몸체(3)의 상부에는 전극 단자, 특히, 음극 단자(10a)가 구비될 수 있다. 음극 단자(10a)는 통전부(120)와 연결될 수 있는데 도 3에서는 음극 단자(10a)가 제2 통전부(124)에 연결된 경우를 도시하고 있다. 결국, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 통전부(120), 감쌈부(130) 및 음극 단자(10a)가 서로 전기적으로 연결되도록 함으로써 이차전지의 충전 과정에서 전류가 흐를 수 있게 된다. 이때, 셀 몸체(5)의 상부에 음극 단자(10a)가 구비되는 경우 음극단자(10a)와 전기적으로 연결된 통전부(120) 및 감쌈부는 음극(10)을 구성할 수 있고, 셀 몸체(5)의 표면은 양극(20)을 구성할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 상단부를 확대 도시한 측단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는 셀 몸체(5) 및 돌출부(110) 사이에 구비되는 절연부(30)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 이차전지에 절연부(30)가 구비됨으로써 전류가 감쌈부 또는 통전부로부터 셀 몸체(5)에 직접 흐르는 것을 방지함으로써 안전성이 향상될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차전지에 흐르는 전류가 차단되는 원리를 설명하도록 한다.
도 5에 도시된 바와 같이 평소에는 이차전지의 감쌈부(130) 및 통전부(122, 124)가 서로 연결되어 이차전지에 전류가 흐를 수 있다. 도 5에서는 감쌈부(130)와 제1 통전부(122) 및 제2 통전부(124)가 연결되는 지점인 연결부(140)에 대해 도시하고 있다. 이러한 연결부(140)는 용접에 의해 형성될 수 있음은 전술한 바 있다.
그러나, 이차전지의 과충전 등을 이유로 이차전지 또는 셀 몸체의 부피가 증가하는 경우 셀 몸체의 둘레를 감싸는 감쌈부(130)는 셀 몸체로부터 힘을 받게 되는데 이러한 힘이 일정 수준에 도달하게 되면 감쌈부(130)는 통전부로부터 이격되게 된다. 도 6에서는 감쌈부(130)가 제1 통전부(122) 및 제2 통전부(124)로부터 이격되는 경우를 도시하고 있다. 이때, 감쌈부(130)는 돌출부(110)를 감싸는 구성일 수 있으므로, 감쌈부(130)가 셀 몸체로부터 받는 힘이 일정 수준에 도달하게 되면 감쌈부(130)는 돌출부(110)로부터 이격된다고 볼 수도 있다.
감쌈부가 통전부로부터 이격됨으로써 제1 통전부(122)와 제2 통전부(124) 간에는 전기적으로 연결되지 않게 되므로 외부로부터 전류가 이차전지에 흐르는 것이 중단된다. 이로써, 과충전 등으로 인해 이차전지 부피가 증가하는 경우 이차전지에 흐르는 전류가 차단된다.
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 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
1 : 이차전지
5 : 셀 몸체
10 : 음극
10a : 음극 단자
20 : 양극
30 : 절연부
100 : 전류 차단 장치
110 : 돌출부
120 : 통전부
122 : 제1 통전부
124 : 제2 통전부
130 : 감쌈부
140 : 연결부

Claims (6)

  1. 셀 몸체; 및
    상기 셀 몸체에 장착되는 전류 차단 장치를 포함하며,
    상기 전류 차단 장치는,
    상기 셀 몸체의 부피 증가에 따라 상기 전류 차단 장치에 인가되는 힘에 의해 작동하여 상기 셀 몸체에 흐르는 전류를 차단하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 차단 장치는,
    상기 셀 몸체의 상부에 형성되는 돌출부; 및
    상기 셀 몸체의 적어도 일부 및 상기 돌출부를 감싸는 감쌈부; 를 포함하고,
    상기 이차전지의 부피 증가에 따라 상기 감쌈부에 인가되는 힘에 의해 상기 감쌈부가 상기 돌출부로부터 이격되는 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 차단 장치는,
    상기 셀 몸체의 적어도 일부를 감싸는 감쌈부; 및
    상기 감쌈부와 연결된 상태에서 상기 셀 몸체에 흐르는 전류의 경로를 제공하는 통전부; 를 더 포함하고,
    상기 이차전지의 부피 증가에 따라 상기 감쌈부에 인가되는 힘에 의해 상기 감쌈부는 상기 통전부로부터 이격되어 상기 통전부에 흐르는 전류가 차단되는 이차전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 통전부는 제1 통전부 및 제2 통전부를 포함하고,
    상기 제1 통전부 및 상기 제2 통전부 사이에 상기 감쌈부 중 일부가 위치하고,
    상기 감쌈부와 상기 제1 통전부 및 상기 감쌈부와 상기 제2 통전부는 서로 연결되고,
    상기 이차전지의 부피 증가에 따라 상기 감쌈부에 인가되는 힘에 의해 상기 감쌈부가 상기 제1 통전부 및 상기 제2 통전부 중 적어도 어느 하나로부터 이격되는 이차전지.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 셀 몸체 및 상기 돌출부 사이에 구비되는 절연부; 를 포함하는 이차전지.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 셀 몸체의 상부에 구비되는 음극 단자; 를 포함하고,
    상기 제2 통전부는 상기 음극 단자와 연결되는 이차전지.
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