KR100346386B1 - 이차전지의 안전장치 - Google Patents

Abstract

이차전지의 안전장치를 개시한다. 본 발명은 전류의 흐름을 차단하여 전지의 이상 작동이나 과충전으로 인한 내부 압력의 상승을 막고 발열 및 폭발을 방지하는 이차전지의 안전장치에 관한 것으로, 설정된 작동 압력에서 정확하게 작동할 수 있는 것으로, 캔의 상측 개구에 안전 플레이트, 절연체 및 전류차단디스크의 순서로 적층 형성된 이차전지의 안전장치에 있어서, 확장 여유부를 갖는 안전 플레이트와, 가변부를 갖는 전류차단디스크와, 상기 안전 플레이트와 상기 가변부가 접촉됨에 의해 전류를 통하고, 전지의 내압 상승시 상기 확장 여유부가 확장되고, 상기 가변부를 밀어올려 파단 시킴으로써 전류를 차단하도록 구성한다. 본 발명은 안전 플레이트와 전류차단디스크가 용접 등에 의한 접합이 아닌 단순히 접촉됨으로써 설정된 작동 압력에서 정확하게 작동할 수 있게 되어, 전지의 비정상적인 작동 및 폭발에 대하여 높은 안전성을 확보할 수 있다.

Description

이차전지의 안전장치{Safety apparatus used in secondary battery}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 특히 전지의 비정상적인 작동으로 전지 내부 압력이 규정 압력 이상으로 상승될 경우 작동되어서, 전류의 흐름을 차단하고내부 가스를 방출하여 폭발을 방지하므로 전지의 안전성을 확보할 수 있도록 하는 이차전지의 안전장치에 관한 것이다.

이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것이며, 대표적인 것으로 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있다.

이러한 이차전지로 잘 알려진 리튬이온전지는 정극 활물질로 리튬-천이금속산화물이 사용되고, 부극 활물질로 탄소 혹은 탄소복합체가 사용되며, 그 사이에 유기 용매에 리튬염을 녹인 액체 전해질이 주입되어서, 상기 정극과 부극간에 리튬이온이 이동되고 기전력이 발생되게 함으로써 충·방전이 이루어지도록 한다.

도 4는 종래 공지된 나선형(spirally-wound) 전극부를 갖는 리튬이온전지를 나타내고 있다. 정극과 부극이 함께 권취된 전극부(2)는 액체 전해질과 함께 상기 부극과 접속된 캔(4)의 내부로 수납되고, 그 캔(4)의 상부에는 가스켓(6)을 개재하여 절연되고 상기 정극과 접속되는 캡 어셈블리(8)가 설치된다.

캡 어셈블리(8)는 위로부터 캡 커버(10)와 전류제한기(12) 및 안전 플레이트(14)의 순서로 적층되고, 안전 플레이트(14)의 하부에는 절연체(16)를 개재하고, 절연체(16) 하부에는 전류차단디스크(18)를 부착한 것이며, 캔(4)의 상부를 크림핑(Crimping) 및 기타 방법에 의해 어셈블리 밀봉된다. 전류차단디스크(18)는 정극과의 접속을 위해 조립 전에 정극 탭(20)과 용접된다.

이렇게 구성된 리튬이온전지는 전지의 이상 작동이나 과부하시 정극에서 액체 전해질의 분해가 일어나고 부극에서 리튬 금속이 석출되어 쇼트될 수 있으며,이때 내부의 압력이 규정된 압력 이상으로 상승되어 발열 및 폭발의 위험을 수반하게 된다.

이런 까닭에 종래에는 안전 플레이트(14)에 기계적인 방법이나 에칭법으로 일정한 깊이의 홈(14A)을 형성하거나 상대적으로 취약하게 변형 제작하여, 전지 내부의 압력이 규정 압력 이상으로 상승될 경우 먼저 전류차단디스크(18)와의 용접 결합이 떨어지게 하고 또한 홈(14A)의 취약부가 파단되게 함으로써, 전류의 흐름을 차단하고 내압을 감소시켜 폭발을 방지하게 된다.

그러나 지금까지의 안전장치에 있어서, 안전 플레이트(14)와 전류차단디스크(18)는 상호 용접에 의해 결합되어서 그 용접력에 의해서 작동 압력이 결정되는 바, 기술적으로 상기 작동 압력을 정확하게 맞추기 어렵고, 특히 오 작동시 전지가 폭발하게 되는 위험까지 따르는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 안전 플레이트 및 전류차단디스크의 작동 압력을 조립공정의 영향이나 재질에 따른 영향을 받지 않고 항상 일정하게 유지하도록 하여, 궁극적으로 전지의 이상 작동이나 폭발에 대한 안전성을 확보할 수 있도록 한 이차전지의 안전장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 캡 어셈블리의 구성을 보인 단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 안전 플레이트의 사시도,

도 3a, 3b는 본 발명에 의한 안전장치의 작동 상태도,

도 4는 종래 기술에 의한 이차전지의 캡 어셈블리의 구성을 보인 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 전류제한기 100 : 안전 플레이트

120 : 절연체 140 : 전류차단디스크

140A : 돌출부 140B : 확장 여유부

140C : 노치

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지의 안전장치는, 정극, 부극 및 세퍼레이터가 함께 권취된 전극부를 액체 전해질과함께 캔의 내부로 수납하고, 캔의 상측 개구에 가스켓을 개재하여 밀봉 설치되는 것으로, 아래로부터 안전 플레이트, 절연체, 전류차단디스크 및 전류제한기의 순서로 적층 형성된 이차전지의 안전장치에 있어서, 확장 여유부를 갖는 안전 플레이트와, 가변부를 갖는 전류차단디스크와, 상기 안전 플레이트와 상기 가변부가 접촉됨에 의해 전류를 통하고, 전지의 내압 상승시 상기 확장 여유부가 확장되고, 상기 가변부를 밀어올려 파단 시킴으로써 전류를 차단하도록 구성한다.

상기 안전 플레이트와 상기 전류차단디스크의 가변부는 용접등의 방법이 아닌, 단지 접촉에 의해 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 안전 플레이트가 밀어올리는 힘에 의해 용이하게 상승되고, 파단되도록 상기 전류차단디스크의 양단 저면에 노치를 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

참고로 본 발명을 설명함에 있어, 종래 기술에서 인용된 도면과 동일한 본 발명의 구성에 대해서는 설명의 명료성을 위해 동일한 부호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지의 캡 어셈블리의 구성을 보인 단면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 안전 플레이트의 사시도이다.

도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 본 발명의 이차전지는 정극, 부극, 및 세퍼레이터가 함께 권취되어 수납되는 캔(4)과, 그 캔(4)의 개구에 삽입된 가스켓(6)을 개재하여 절연된 상태로 결합되는 캡 어셈블리(80)로 구성되고 있다.

캡 어셈블리(80)는 캡 커버(10)와 전류제한기(12) 및 전류차단디스크(100),절연체(120)와 안전 플레이트(140)의 순서로 적층된다.

이렇게 구성된 캡 어셈블리(80)에 있어서, 안전 플레이트(140)는 중앙이 돌출된 돌출부(140A)와 주변이 함몰된 확장 여유부(140B)를 갖는 형태로, 돌출부(140A)가 상기 전류차단디스크(100)와 접촉하게 되는 것으로, 종래 기술의 용접 등의 방법에 의한 결합이 아닌 단순한 접촉에 의해 상기 안전 플레이트(140)의 돌출부(140A)와 연결되도록 구성된다.

또한, 상기 전류차단디스크(100)와 접촉하는 안전 플레이트(140)의 돌출된 돌출부(140A)는 평탄면을 갖도록 구성하며, 돌출부(140A) 주변은 함몰된 확장 여유부(140B)를 형성하여 전지의 내압 상승시 확장 여유부(140B)가 확장되도록 한다. 또한, 안전 플레이트(140)의 양단에 에칭이나 기계적인 방법에 의해 노치(140C)를 형성함으로써, 전지의 내압이 규정 압력 이상으로 상승할 경우에 안전 플레이트(140)가 용이하게 상승할 수 있도록 구성한다.

켑 어셈블리(80)를 상기와 같이 구성함으로써, 전지의 내압이 규정 압력 이상으로 상승할 경우, 전지 내부의 압력에 의해 안전 플레이트(140)가 상승하여 전류차단디스크(100)의 가변부(100A)를 밀어올리고, 설정된 압력에서 파단되게 함으로써 전류를 차단한다.

도 3a, 도 3b에는 전류차단디스크(100)가 파단되기 까지의 과정이 도시되어있다. 도 3a에 도시된 것과 같이 전지 내압의 상승시 일차로, 내부 압력에 의해 위쪽으로 변형되는 안전 플레이트(140)가 전류차단디스크(100)의 가변부(100A)를 밀어올리며, 3b에 도시된 것처럼, 이차로 일정 압력 이상에서 안전 플레이트(140)의노치(140C)부가 파단되어 전지 내부의 가스를 방출함으로써 폭발등으로 인한 위험을 방지 한다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명의 안전장치는 전류차단디스크(100)의 가변부(100A)와 안전 플레이트(140)의 돌출부(140A)가 단순히 접촉됨으로써, 용접 등에 의한 접합의 경우에 발생될 수 있는 오 작동의 문제를 해결하여 전지의 안전성을 증가시킬 수 있다.

또한, 전류차단치스크(100)와 안전 플레이트(140)를 단순히 접촉시킴으로써, 용접 등의 접합 단계를 줄여 생산성을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지의 안전장치는 종래 기술의 문제를 실질적으로 해결하고 있다.

본 발명의 이차전지의 안전장치는 안전 플레이트와 전류차단디스크의 가변부를 단순히 접촉시킴으로써 설정압력에서 정확하게 작동하여 높은 전지의 안전성을 확보할 수 있으며, 용접공정을 줄임으로써 생산성의 향상을 이룰 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (3)

1. 캔의 상측 개구에 안전 플레이트, 절연체 및 전류차단디스크의 순서로 적층 형성된 이차전지의 안전장치에 있어서,

   확장 여유부를 갖는 안전 플레이트와, 가변부를 갖는 전류차단디스크와, 상기 안전 플레이트와 상기 가변부가 접촉됨에 의해 전류를 통하고, 전지의 내압 상승시 상기 확장 여유부가 확장되고, 상기 가변부를 밀어올려 파단 시킴으로써 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 안전 플레이트와 상기 가변부는 용접등의 방법이 아닌 단순한 접촉에 의해 연결된 것임을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 전류차단디스크의 양단 저면에 노치를 형성한 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.