KR100373730B1 - 이차전지의 안전장치 - Google Patents

Abstract

목적 : 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 안전성이 확보될 수 있도록 한다.

구성 : 캔의 상측 개구에 적층되는 안전 플레이트, 전류차단디스크, 절연체 그리고 도전 플레이트와, 상기 전류차단디스크에서 연장되어 그 단부가 상기 도전 플레이트에 접촉됨에 의해 전류를 통하고, 상기 단부와 도전 플레이트의 이격에 의해 전류를 차단하는 프레셔 스위치를 포함하고, 상기 프레셔 스위치는 상기 안전 플레이트의 가변부 상승에 의해 밀어올려져 전류를 차단하도록 구성한다.

효과 : 상기한 안전 플레이트의 가변부의 상승에 의해 전류차단디스크에 연결된 프레셔 스위치가 도전 플레이트로부터 이탈됨으로써, 전지의 비정상적인 작동 및 폭발에 대하여 안전성을 확보할 수 있다.

Description

이차전지의 안전장치{Safety apparatus used in Secondary battery}

본 발명은 전지의 비정상적인 작동으로 전지 내부 압력이 규정 압력 이상으로 상승될 경우에 작동되어서, 전류의 흐름을 차단하고 내부 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 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 리튬 이온이 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 액채 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 도전 플레이트(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.

따라서, 본 발명의 이차전지의 안전장치는 앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 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.

이를 위하여 본 발명에서는 정극, 부극 및 세퍼레이터가 함께 권취된 전극부를 액체 전해질과 함께 캔의 내부로 수납하고, 캔의 상측 개구에 가스켓을 개재하여 밀봉 설치되는 것으로, 아래쪽에서부터 안전 플레이트, 전류차단디스크 및 절연체, 절연체 상부에 도전 플레이트 및 구멍이 형성된 캡 커버의 순서로 적층하되,상기 전류차단디스크에 연결된 프레셔 스위치의 단부를 도전 플레이트와 전류가 통하도록 설치하며, 안전 플레이트의 가변부의 상승시 가변부가 상기 단부를 밀어올려 도전 플레이트로부터 이탈되도록 한 구성으로 이루어 진다.

상기 프레셔 스위치에 노치를 형성하여 적당한 압력에서 프레셔 스위치가 도전 플레이트로부터 이탈되도록 구성하며, 상기 프레셔 스위치의 단부는 도전 플레이트의 상부와 면 접촉하도록 구성한다.

또한, 상기 도전 플레이트는 전류제한기임도 가능하며, 상기 안전 플레이트는 14Kg_f/㎠에서 15Kg_f/㎠의 압력에서 변형이 시작되도록 한 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 의한 이차전지의 안전장치는 안전 플레이트의 가변부의 변위차와 전류차단디스크에 연결된 프레셔 스위치의 도전 플레이트로부터의 이탈 강도에 의해 작동 압력을 정확하게 설정할 수 있으며, 궁극적으로 전지의 이상 작동이나 폭발에 대한 안전성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 이차전지의 캡 어셈블리의 구성을 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 의한 전류차단디스크의 사시도,

도 3은 본 발명에 의한 안전장치의 작동 상태도,

도 4는 종래 기술에 의한 이차전지의 캡 어셈블리의 구성을 보인 단면도,

이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

12 : 도전 플레이트 100 : 절연물

120 : 전류차단디스크 122 : 프레셔 스위치

124 : 노치 140 : 안전 플레이트

142 : 가변부 144 : 홈

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 단면도이며 도 2는 본 발명에 의한 전류차단디스크의 사시도이다.

도 1에 자세히 도시한 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 도전 플레이트(12) 및 절연체(100), 전류차단디스크(120)와 안전 플레이트(140)의 순서로 적층된다.

이렇게 구성된 캡 어셈블리(80)에 있어서, 전류차단디스크(120)에는 프레셔 스위치(122)가 연결되며 프레셔 스위치(122)의 단부는 도전 플레이트(12)의 상부와 면 접촉하여 놓이게 된다.

전류차단디스크(120)와 프레셔 스위치(122)의 저면에는 일정한 압력에 의해 쉽게 프레셔 스위치(122)가 도전 플레이트(120)로부터 이탈되도록, 에칭이나 기계적인 방법에 의해 노치(124)를 형성한다.

상기와 같이 구성된 캡 어셈블리(80)에 있어서, 전지의 내압이 규정 압력 이상으로 상승할 경우, 안전 플레이트(140)의 가변부(142)가 상승함으로써 전류차단디스크(120)에 연결된 프레셔 스위치(122)를 밀어올려 도전 플레이트(12)로부터 프레셔 스위치(122)의 단부를 이탈시켜 전류를 차단한다. 즉, 도 3에 도시된 것과 같이 전지 내압의 상승시 그 압력에 의해 위쪽으로 변형되는 안전 플레이트(140)의 가변부(142)에 의해 전류차단디스크(120)에 연결된 프레셔 스위치(122)가 밀어 올려져 도전 플레이트(12)로부터 이탈되어, 안전 플레이트(140)와 도전 플레이트(12) 혹은 캡 커버(10)의 사이로 흐르는 전류를 차단하게 된다.

이때, 프레셔 스위치(122)가 밀어 올려질 수 있는 규정 압력의 크기는 프레셔 스위치(122)와 안전밸브를 포함하는 플레이트(140)에 형성하는 노치(124)에 의해 결정될 수 있으며, 이것은 작동 압력에 따라 크거나 작게 조정할 수 있다.

또, 본 발명의 안전장치는 안전 플레이트(140)의 가변부(142)의 변위를 조정하는 방법에 의해 그 작동 압력을 설정할 수 있는데, 이 경우에 가변부(142)의 변위는 홈(144) 및 안전 플레이트 재질의 두께에 의해 결정될 수 있다.

여기서 가변부(142)의 변형시점은 14Kg_f/㎠에서 15Kg_f/㎠의 압력범위로 한다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명의 안전장치는 안전 플레이트(140)의 가변부(142)의 변위차와 전류차단디스크(180)에 연결된 프레셔 스위치(122)가 도전 플레이트(12)로부터 이탈되는 압력을 조정함에 의해 작동 압력을 정확하게 설정할 수 있다.

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

본 발명의 이차전지의 안전장치는 안전 플레이트의 가변부의 변위와 그 변위에 의해 도전 플레이트로부터 이탈되는 전류차단디스크에 연결된 프레셔 스위치와의 상호 작용을 이용하여 안전장치의 작동 압력 및 시기를 정확하게 설정할 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 (5)

1. 캔의 상측 개구에 적층되는 안전 플레이트, 전류차단디스크, 절연체 그리고 도전 플레이트와, 상기 전류차단디스크에서 연장되어 그 단부가 상기 도전 플레이트에 접촉됨에 의해 전류를 통하고, 상기 단부와 도전 플레이트의 이격에 의해 전류를 차단하는 프레셔 스위치를 포함하고, 상기 프레셔 스위치는 상기 안전 플레이트의 가변부 상승에 의해 밀어올려져 전류를 차단하는 것임을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 프레셔 스위치에 노치가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 프레셔 스위치의 단부는 도전 플레이트의 상부와 면 접촉하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 도전 플레이트는 전류 제한기임도 가능한 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 안전 플레이트는 14Kg_f/㎠에서 15Kg_f/㎠의 압력에서 변형이 시작되도록 한 것을 특징으로 하는 이차전지의 안전장치.