KR100346385B1 - 이차전지의 안전장치 - Google Patents

Abstract

목적 : 전류의 흐름을 차단하여 전지의 이상 작동이나 과충전으로 인한 내부 압력의 상승을 막고 발열 및 폭발을 방지하는 이차전지의 안전장치에 관한 것으로, 특히 설정 압력에서 정확하게 작동하여 전지의 안전성을 확보하고, 부품의 비용을 절감하여 생산비를 낮출 수 있는 이차전지의 안전장치에 대해 개시한다.

구성 : 캔의 상측 개구에 설치되어서 캔 내부를 밀봉하고 가변부를 구비한 안전 플레이트와; 상기 안전 플레이트의 상측에 절연체를 개재하여 설치되고 적어도 하나의 관통 구멍을 보유한 전류차단디스크와; 상기 전류차단디스크와 면접촉하여 전류를 통하는 헤드부와, 상기 헤드부에서 연장되어 상기 관통 구멍을 통하여 하향되고 상기 안전 플레이트의 가변부에 접촉된 로드부를 구비하는 도전스위치와;

상기 로드부와 관통 구멍의 내주면의 사이에 개재되는 절연물을 포함하며; 상기 도전스위치는 전지 내압을 받아 안전 플레이트의 가변부가 상승함에 연동하여 밀어 올려짐으로 전류를 차단하도록 구성한다.

효과 : 전류차단디스크와 도전 스위치를 일체화된 부품으로 구성함으로써 안전장치가 설정된 작동 압력에서 정확히 작동 할 수 있게 되어, 전지의 비정상적인 작동 및 폭발에 대하여 안전성을 확보할 수 있으며, 생산비를 절감할 수 있다.

Description

이차전지의 안전장치{Safety apparatus used in Secondary battery}

본 발명은 이차전지의 안전장치에 관한 것으로, 특히 전지의 내부 압력이 규정 압력 이상으로 상승될 경우에 작동되어서, 전류의 흐름을 차단하고 내부 가스를 외부로 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 이차전지로서 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)의 하부에는 전류차단디스크(18)를 부착한 것이며, 캔(4)의 상부를 크림핑(Crimping) 및 기타 방법에 의해 어셈블리 및 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 용접결합이 떨어지게 하고 또한 홈(14A) 및 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 의해 작동 압력이 결정되는 바, 기술적으로 상기 작동 압력을 정확하게 맞추기 어렵고, 특히 오 작동시 전지가 폭발하게 되는 위험까지 따르는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 이차전지의 안전장치는 앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 안전장치의 작동 압력을 항상 일정하게 유지하도록 하여, 궁극적으로 전지의 이상 작동이나 폭발에 대한 안전성을 확보하고, 부품을 일체화하여, 비용을 절감하고 작업의 효율성을 높일 수 있도록 한 이차전지의 안전장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이를 위하여, 본 발명에서는 정극, 부극 및 세퍼레이터가 함께 권취된 전극부를 액체 전해질과 함께 캔의 내부로 수납하고, 캔의 상측 개구에 설치되어서 캔 내부를 밀봉하고 가변부를 구비한 안전 플레이트와; 상기 안전 플레이트의 상측에 절연체를 개재하여 설치되고 적어도 하나의 관통 구멍을 보유한 전류차단디스크와; 상기 전류차단디스크와 면접촉하여 전류를 통하는 헤드부와, 상기 헤드부에서 연장되어 상기 관통 구멍을 통하여 하향되고 상기 안전 플레이트의 가변부에 접촉된 로드부를 구비하는 도전스위치와; 상기 로드부와 관통 구멍의 내주면의 사이에 개재되는 절연물을 포함하며; 상기 도전스위치는 전지 내압을 받아 안전 플레이트의 가변부가 상승함에 연동하여 밀어 올려짐으로 전류를 차단하도록 구성한다.

상기 전류차단디스크는 다수개의 통기공을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 안전 플레이트는 노치를 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 가변부의 상승 개시 압력은 11Kg_f/cm²에서 12Kg_f/cm²의 범위인 것이 바람직하며,상기 전류차단디스크의 상부에 전류제한기와 캡 커버를 설치한 것임을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 캡 어셈블리의 구성을 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 도전 스위치와 전류차단디스크의 분리 사시도,

도 3a, 3b는 본 발명에 의한 안전장치의 작동 상태도,

도 4는 종래 기술의 캡 어셈블리의 구성을 보인 단면도이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

12 : 전류제한기 100 : 전류차단디스크

102 : 도전 스위치 100B : 통기공

120 : 절연체 140 : 안전 플레이트

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 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 발명에 의한 이차전지의 캡 어셈블리의 구성을 보인 단면도이며, 도 2는 본 발명에 의한 전류차단디스크의 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), 전류제한기(12), 전류차단디스크(100), 절연체(120) 및 안전 플레이트(140)의 순서로 적층된다.

이렇게 구성된 캡 어셈블리(80)에 있어서, 도 2에 도시된 것처럼, 상기 전류차단디스크(100)에는 도전 스위치(102)가 구비되어있다. 상기 도전 스위치(102)는 상기 전류차단디스크(100)와 접하는 헤드부(102A)와 상기 안전 플레이트(140)의 가변부(140A)와 접촉되는 로드부(102B)로 구성된다. 상기 도전 스위치(102)는 상기 전류차단디스크(100)와 같은 재질로 이루어지며, 상기 도전 스위치(102)의 로드부(102B)가 통과하는 전류차단디스크(100)의 중심 홀은 절연물(100A)을 개재하여 절연되도록 하며, 상기 절연물(100A)의 외경이 상기 헤드부(102A)의 외경보다 작게 구성한다. 상기 헤드부(102A)는 캡 어셈블리(80)의 조립전에 상기 전류차단디스크(100)와 용접되어진다.

또한, 상기 전류차단디스크(100)에는 전지 내부의 가스를 방출할 수 있도록 다수개의 통기공(100B)을 구비한다.

상기 안전 플레이트(140)의 양단 저면에는 설정된 작용 압력에서 가변부(140A)가 용이하게 상승되고 파단될 수 있도록 노치(140B)를 형성한다.

상기와 같이 구성된 캡 어셈블리는 전지의 내압이 규정 압력 이상으로 상승할 경우, 도 3a, 3b에 도시된 바와 같이, 일차로 전지의 내압에 의해 안전 플레이트(140)의 가변부(140A)가 상승하며 도전 스위치(102)의 로드부(102B)를 밀어올림으로 헤드부(102A)를 전류차단디스크(100)로부터 이격시켜 전류를 차단시키고, 전지의 내압이 더욱 상승할 경우 안전 플레이트(140)의 가변부(140A)가 파단되어, 전지 내부의 가스를 방출함으로 전지의 비정상적인 작동 및 폭발에 대하여 높은 안전성을 확보할 수 있다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명의 안전장치는 도전 스위치(102)가 구비된 일체화된 전류차단디스크(100)와, 상기 도전 스위치(102)와 안전 플레이트(140)가 접촉함으로 규정된 작동 압력에서 정확하게 작동할 수 있으며, 부품의 비용을 절감하는 효과를 이룰 수 있다.

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

본 발명의 이차전지의 안전장치는 전류차단디스크와 도전 스위치가 부품으로 일체화되고, 내부의 증가된 압력에 의해 안전 플레이트의 가변부가 상승, 상기 도전 스위치를 밀어올려 상기 도전 스위치의 헤드부를 전류차단디스크로부터 이격 시켜 전류를 차단함으로 안전장치의 작동 압력과 시기를 정확하게 설정할 수 있으며, 부품 비용을 절감하여 효율적인 생산을 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 (5)

1. 캔의 상측 개구에 설치되어서 캔 내부를 밀봉하고 가변부를 구비한 안전 플레이트와; 상기 안전 플레이트의 상측에 절연체를 개재하여 설치되고 적어도 하나의 관통 구멍을 보유한 전류차단디스크와; 상기 전류차단디스크와 면접촉하여 전류를 통하는 헤드부와, 상기 헤드부에서 연장되어 상기 관통 구멍을 통하여 하향되고 상기 안전 플레이트의 가변부에 접촉된 로드부를 구비하는 도전스위치와; 상기 로드부와 관통 구멍의 내주면의 사이에 개재되는 절연물을 포함하며; 상기 도전스위치는 전지 내압을 받아 안전 플레이트의 가변부가 상승함에 연동하여 밀어 올려짐으로 전류를 차단하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전류차단디스크는 다수개의 통기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 안전 플레이트는 노치를 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가변부의 상승 개시 압력은 11Kg_f/cm²에서 12Kg_f/cm²의 범위인 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 전류차단디스크의 상부에 전류제한기와 캡 커버를 설치한 것임을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.