KR100346387B1 - 이차전지의 안전장치 - Google Patents

Abstract

이차전지의 안전장치를 개시한다. 본 발명은 전류의 흐름을 차단하여 전지의 이상 작동이나 과충전으로 인한 내부 압력 상승을 막고 발열 및 폭발을 방지하는 이차전지의 안전장치에 관한 것으로, 특히 작동 압력을 용이하고 정확하게 설정하고 그것에 의하여 전지의 안전성과 신뢰성이 확보될 수 있도록 한다. 본 발명은 캔의 상측 개구에 전류차단디스크, 절연제, 안전 플레이트의 순서로 적층 형성된 이차전지의 안전장치에 있어서, 다수개의 통기공을 갖는 전류차단디스크와, 상기 전류차단디스크에 연결되는 가변부를 갖는 안전 플레이트, 상기 전류차단디스크와 상기 가변부를 관통하여 체결되는 커플러를 포함하며, 내압 상승시 상기 가변부가 내압에 의해 팽창되고, 상기 전류차단디스크로부터 단락되어 전류를 차단하도록 구성한다. 본 발명은 안전 플레이트와 전류차단디스크를 용접 등의 방법이 아닌 리벳으로 결합함으로써 설정된 작동 압력에서 정확히 작동 할 수 있게 되어, 전지의 비정상적인 작동 및 폭발에 대하여 안전성을 확보할 수 있으며, 외부 충격에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.

Description

이차전지의 안전장치{Safety apparatus used in secondary battery}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 특히 전지 내부의 압력이 규정 압력이상으로 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) 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 용접 결합이 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.

또한, 전지에 가해진 충격에 의해 안전 플레이트(14)와 전류차단디스크(18)의 용접 결합부가 떨어져 전지를 사용할 수 없게 되는 단점이 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 확보하고 낙하 등의 외부 충격에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 이차전지의 안전장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 캡 어셈블리의 구성을 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 의한 안전 플레이트와 전류차단디스크의 분리 사시도,

도 3a, 3b, 3c는 본 발명에 의한 안전장치의 작동 상태도,

도 4는 종래 기술의 캡 어셈블리의 구성을 보인 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 전류제한기 100 : 안전 플레이트

100A : 가변부 100B, 140A : 홀

140 : 전류차단디스크 140B : 통기공

160 : 커플러

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지의 안전장치는, 정극, 부극, 및 세퍼레이터가 함께 권취된 전극부를 액체 전해질과 함께 캔의 내부로 수납하고, 캔의 상측 개구에 가스켓을 개재하여 밀봉 설치되는 것으로, 아래쪽에서부터 전류차단디스크, 절연체, 안전 플레이트 및 전류체한기, 전류제한기 상부에 구멍이 형성된 캡 커버의 순서로 적층하되, 다수개의 통기공을 갖는 전류차단디스크와, 상기 전류차단디스크에 연결되는 가변부를 갖는 안전 플레이트, 상기 전류차단디스크와 상기 가변부를 관통하여 체결하는 커플러를 포함하며, 내압 상승시 상기 가변부가 내압에 의해 팽창하고, 상기 전류차단디스크로부터 단락되어 전류를 차단하도록 구성한다.

상기 안전 플레이트의 양단 저면에 노치를 형성하며, 상기 커플러는 리벳임도 가능한 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실현하기 위한 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 단면도이다. 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), 안전 플레이트(100), 절연체(120) 및 전류차단디스크(140)의 순서로 적층된다.

이렇게 구성된 캡 어셈블리(80)에 있어서, 상기 전류차단디스크(140)는 상기안전 플레이트(100)의 가변부(100A)와 커플러(160)에 의해 결합되어진다.

상기 커플러(160)은 리벳임도 바람직하다.

도 2는 안전 플레이트(100)와 전류차단디스크(140)의 분리사시도이다. 도 2에 도시된 것처럼, 안전 플레이트(100)의 가변부(100A)와 전류차단디스크(140)에는 커플러(160)를 연결할 수 있도록 홀(100B, 140A)을 형성하며, 상기 가변부(100A)의 홀(100B)은 내압의 상승시 안전 플레이트(100)의 가변부(100A)가 용이하게 상승되어 전류차단디스크(140)로부터 단락될 수 있도록 홀(100B)의 모양을 Y-형태로 형성하며, 상기 전류차단디스크(140)에는 전지 내부의 압력이 안전 플레이트(100)에 직접 작용하도록 다수개의 통기공(140B)을 구비한다.

상기와 같이 구성된 캡 어셈블리(80)는, 전지의 내압이 규정 압력 이상으로 상승할 경우, 안전 플레이트(100)의 가변부(100A)가 상승되어, 전류차단디스크(140)로부터 단락됨으로 전류를 차단한다.

본 발명의 안전장치는 안전 플레이트(100)의 양단 저면에 형성한 노치(100C)와 가변부에 형성된 Y-형태의 홀(100B)에 의해 작동 압력을 크거나 작게 결정할 수 있다.

도 3a, 도 3b, 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 안전장치 작동 상태도이다. 전지 내부의 압력이 상승할 경우, 도 3a에 도시된 것처럼, 안전 플레이트(100)의 가변부(100A)가 상승하기 시작하고, 3b에 도시된 것처럼, 내부 압력의 증가에 따라 상기 가변부(100A)가 전류차단디스크(140)로부터 단락됨으로 전류를 차단하고, 도 3c에 도시된 것처럼, 안전 플레이트(100)의 노치(100C)가 파단되어전지 내부의 가스를 방출하게 된다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명의 안전장치는 안전 플레이트(100)와 전류차단디스크(140)를 커플러(160)로 결합함으로 규정된 작동 압력에서 정확하게 작동할 수 있으며, 전지의 낙하 등에 의한 외부 충격에 대해서도 신뢰성의 증가를 이룰 수 있다.

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

본 발명의 이차전지의 안전장치는 안전 플레이트의 가변부와 전류차단디스크를 커플러로 결합하여 내부의 증가된 압력에 의해 가변부가 상승, 전류차단디스크로부터 단락되어 전류를 차단함으로 안전장치의 작동압력과 시기를 정확하게 설정할 수 있다. 또한, 낙하 등의 외부 충격에 대해서도 신뢰성의 향상을 이룰 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 이차전지는 전지의 내부 압력이 규정 압력 이상으로 상승할 경우 정확하게 작동되어서, 궁극적으로 전지의 비정상적인 작동 및 폭발에 대하여 안전성을 확보할 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 전류차단디스크, 절연제, 안전 플레이트의 순서로 적층 형성된 이차전지의 안전장치에 있어서,

   다수개의 통기공을 갖는 전류차단디스크와, 상기 전류차단디스크에 연결되는 가변부를 갖는 안전 플레이트, 상기 전류차단디스크와 상기 가변부를 관통하여 체결되는 커플러를 포함하며, 내압 상승시 상기 가변부가 내압에 의해 팽창하고, 상기 전류차단디스크로부터 단락되어 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 안전 플레이트의 양단 저면에 노치를 형성한 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 커플러는 리벳임도 가능한 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.