KR100386394B1 - 방폭기능을갖는전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방폭기능을 갖는 전지에 관한 것으로 뚜껑요소는 금속제단자판( 3 )과 금속제중간감압판( 5 )과 절연성고정판( 6 )과 상방으로 돌출하는 돌부( 7a ), 기부( 7b )로 이루어진 도전부재( 7 )와 절연성 가스킷( 8 )을 가지며 단자판( 3 ), 하중굴곡온도가 200℃이상인 플라스틱으로 이루어진 고정판( 6 )은 가스누출구멍이 형성되고, 도전부재( 7 )는 고정판( 6 )상면측에 돌부( 7a )상면이 노출되고 고정판( 6 )하면측에 기부( 7b )하면이 노출되고, 케이스( 1 )개구부 내주에 가스킷( 8 )이 압입되어 가스킷( 8 )내주에 고정판( 6 )이 끼워지고, 고정판( 6 )위에 중간감압판( 5 ), 감온저항소자( 4 ), 단자판( 3 )이 적층되고, 도전부재( 7 )와 중간감압판 ( 5 )은 돌부( 7a )상면에서 양자가 용접접속하여 용접부( 7c )를 포함한 접촉부분에서만 도통하고, 리드터브( 2 )선단이 기부( 7b )에 용접되어 케이스 ( 1 )개구부가 내측으로 마무리된 뚜껑요소로 밀봉되어 소정내압으로 팽창한 중간감압판 ( 5 )에서 용접부( 7c )주위가 파단하는 것으로서, 방폭기능의 동작정밀도, 신뢰성을 높이고 조립성, 양산성을 높이는 방폭기능을 갖는 전지를 제공한다.

Description

방폭기능을 갖는 전지

본 발명은, 방폭기능을 갖는 전지에 관한 것으로, 특히 리튬이온2차전지등 고에너지밀도의 전지를 대상으로 한 기술에 관한다.

고에너지밀도의 전지는 일반적으로 방폭기능을 갖고 있고, 이 방폭기능으로서는 ① 내압해방기능, ② 감압차단기능, ③ 감온차단기능이 있다. 내압해방기능은, 전지 케이스내의 압력이 이상상승할 때에 전지내 가스를 외부에 방출하여 폭발을 막는 것이고, 감압차단기능은, 전지 케이스내의 압력이 이상상승할 때 충전전류 또는 방전전류를 전지내부에서 차단하고, 이상충전 또는 이상방전이 계속되는 것을 막는 것이며, 감온차단기능은, 전지내부 온도가 이상상승하는데 감응하고, 전지 내부저항을 급상승시켜서 충전전류 또는 방전전류를 압축하여, 이상충전 또는 이상방전이 계속되는 것을 막는 것이다.

고에너지밀도의 리튬이온 2 차 전지의 대부분은, 내압해방기능을 갖추고 있음과 함께 감압차단기능을 첨가하여 감온차단기능을 갖으며, 단락이나 과충전등 이상상태가 되었을 때, 감압차단기능을 작용하여 충전 또는 방전을 정지시킴과 함께 내압해방기능이 작용하도록 설계되어 있다. 이류의 전지를 설계하는 이상으로 매우 중요한 것은, 고정도하고 신뢰성이 높은 방폭기능을 가능한 한 콤팩트하게, 또 양산성이 높은 구조로 실현하고, 전지의 보조적 부대기능으로서 매우 싼 값으로 하는 것이다.

내압해방기능과 감압차단기능을 갖춘 전지의 대표적인 구조가 특개평 2-288063 호 공보에 나타나 있다. 이 전지는, 바닥이 있는 원통형 금속제전지 케이스와, 전지 케이스에 수납된 발전요소와, 전지 케이스의 개구부를 막는 뚜껑요소로 기본적으로 구성되었지만, 내압해방기능과 감압차단기능은 뚜껑요소에 갖추어져 있다.

뚜껑요소는, 가스누출구멍이 있는 외부단자판과, 구부러지기 쉽고 파단되기 쉬운 얇은 금속판으로 이루어진 중간감압판과, 리드스트리퍼라고 부르는 절연판을 갖추고 있다. 전지 케이스내 압력이 중간감압판에 작용하여, 압력이 높아지면 중간감압판이 외측으로 구부러지고, 설정압력이상이 되면 중간감압판이 파단되어, 외부단자판의 가스누출구멍에서 가스가 방출된다. 이것이 내압해방기능이다.

또, 발전요소의 한쪽 전극에 접속시키는 리드터브가 상기 절연판의 중앙 작은 구멍너머로 중간감압판의 중앙돌부에 용접되어 있고, 전지의 내압이 이상상승하면, 중간감압판이 외측으로 팽창하도록 변형하기 때문에 리드터브는 중간감압판과의 용접이 박리되어 외부단자판에 연결되는 도전경로가 차단된다. 이것이 감압차단기능이다.

기술한 특개평 2-288063 호공보에 있어서는, 뚜껑요소의 구성부품인 중간감압판과 절연판을 중간감합체에 의하여 가조립하는 구성으로 하고, 리드터브와 중간감압판의 초음파용접공정을 용이화·고정도화하고, 또 뚜껑 요소의 조립 및 전지 케이스의 취부를 용이화하도록 하고 있다. 그러나, 다음과 같은 이유로 양산성 및 조립정도면에서 완전히 불충분하다.

우선, 중간감압판에 리드터브를 용접하고 나서 뚜껑요소를 조립하는 공정이 현저하게 성가시다는 문제가 있다. 다시 말해서, 전지 케이스에 수납한 발전요소 한쪽의 전극에 접속시키고 리드터브를 케이스 밖으로 끌어내어, 그 리드터브와 중간감합체에서 가조립된 상태인 중간감압판을 용접하고, 그 후, 리드터브로 전지 케이스측과 연결된 상태인 중간감압판의 상면측에 외부단자판을 겹치고, 중간감압판의 외주부분을 외부단자판과 일체화시키고 아울러 이 외주에 봉구(封口)가스킷을 장착하게 된다. 이 작업전체가 매우 핸드링하기 어려운 공정이 되고, 양산성을 올리는 데도 곤란하다.

또, 중간감압판의 중앙돌부를 절연판의 소공에 끼워 넣고, 소공너머로 돌부에 리드터브를 용접하는 작업자체도 성가시고, 정확도를 높이는 것이 어렵다. 게다가, 중간감압판의 중앙돌부에 리드터브를 용접한 후에, 중간 감압판의 외주부분을 마무리 가공하여 외부단자판을 일체화하지만, 이 마무리 공정에서 기계적 스트레스가 중간감압판의 리드터브용접점에도 작용하여 용접점이 벗겨질 염려가 있다. 이 때문에 최종적으로 용접강도가 흔들리게 된다.

게다가, 리드터브는 일반적으로 3mm 정도 폭을 갖는 리본상의 판으로 유연성을 갖는 것이어서, 전지내압이 상승하여 중간감압판이 변형할 때 이에 수반하여 리드터브가 중간감합체의 소공내로 끌어들여져서 소정의 내압에 대하여 확실하게 박리하지 않는 경우가 발생한다.

이상과 같은 이유로, 감압차단기능의 동작정밀도 및 신뢰성이 저하하는 등의 문제점이 발생한다.

따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 특개평 5 - 343043 호공보에 방폭기능을 갖는 전지가 도시되어 있고, 이 전지는 상술한 특개평 2 - 288063 호공보에 개시한 방폭기능을 갖는 전지에 있어서, 상기 절연판을 대신하여 금속판은 배설하고, 이 금속판에는 상기 리드터브를 용접하는 소공을 없애고 가스 누출공만을 개구하여, 이 금속판에 대하여 그 상면 중앙에 상기 중간감압판의 중앙돌부를 용접함과 함께 그 하면에 리드터브를 용접하는 구성으로 하였다. 또, 미리 중간감압판의 중앙돌부의 상기 금속판의 용접강도를 소정치로 설정해 두고, 전지내압이 상승하여 중간감압판이 발전요소와 반대측에 팽출하여 변형할 경우에, 중간감압판의 중앙 돌부와 금속판은 설정된 용접강도에 응하여 박리하고, 외부단자판에 연결되는 도전경로가 차단되도록 되어 있다.

이상과 같은 구성에 의해, 기술한 바와 같이, 중간감압판에 리드터브를 용접하고 나서 뚜껑요소를 조립하는 공정이나, 중간감압판의 중앙돌부를 절연판의 소공에 끼우고 소공너머로 돌부에 리드터브를 용접하는 작업을 없앨 수 있고, 감압차단기능의 동작정밀도 및 신뢰성을 향상시키도록 하였다.

그러나, 기술한 바와 같이, 방폭기능을 갖는 전지에 있어서는, 감압차단 기능의 동작정밀도 및 신뢰성의 면에서 아직 만족할 만한 것이 없었다. 즉, 전지내압상승시에 외부단자판에 연결되는 도전경로를 차단하는데 즈음하여, 중간감압판의 중앙돌부와 금속판의 박리는 설정된 용접강도에 의존한다. 그러나 소정의 전지내압에 대하여 고정도로 도전경로를 차단하도록 용접강도를 정밀하게 설정하는 것은 매우 곤란하고 결과로서 상술한 바와 같이 방폭기능을 갖는 전지에 있어서는 동작정밀도의 흔들림을 막을 수 없고 충분한 신뢰성을 얻기 어렵다.

이와 같이, 소정의 전지내압에서 용접부가 박리하도록 용접강도를 제어하면서 용접하는 작업자체가 번잡하고 재현성이 없는 등 조립성에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 용접강도의 정밀도를 억지로 올리려고 하면 조립의 속도를 늦추지 않으면 안 되기도 하여 양산성을 희생하지 않으면 안된다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 거울삼아 안출된 것으로, 그 목적은 방폭기능 동작정밀도 및 신뢰성을 높임과 함께, 또 조립성 및 양산성을 높이는 방폭기능을 갖는 전지를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 바닥이 있는 통형 전지 케이스와, 이 전지 케이스에 수납된 발전요소와, 상기 발전요소의 한쪽 전극에 접속된 리드터브와, 상기 리드터브와 전기적으로 접속되어 상기 전지 케이스의 개구부를 막는 뚜껑요소로 구성된 전지를 제공하는 것으로, 상기 뚜껑요소는 강성인 비교적 큰 금속제의 단자판과, 구부러지기 쉽고 파단되기 쉬운 금속판으로 된 중간감압판과, 절연성의 고정판과, 상방에 돌출한 돌부 및 기부로 된 도전부재와, 절연성의 통상 가스킷을 가지며, 상기 단자판 및 상기 고정판에는 가스누출구멍이 형성되어 있고, 상기 도전부재는 상기 고정판의 상면측에 상기 돌부상면이 노출함과 함께 상기 고정판의 하면측에 상기 기부하면이 노출되어 있고, 상기 전지 케이스의 개구 부분의 내주에 상기 가스킷이 감입되어 있고, 상기 가스킷 내주에 상기 고정판을 끼워넣으며, 상기 고정판 위에 상기 중간감압판과 단자판이 적층되어 있으며, 상기 도전부재와 상기 중간감압판은 상기 도전부재의 상기 돌부에서 양자가 접속하여 그 접속부를 포함한 접촉부분에서만 양자가 도통해 있고, 상기 리드터브의 선단이 도전부재의 상기 기부에 접속되어 있으며, 상기 전지케이스의 개구부분이 내측으로 마무리된 것으로 상기 가스킷이 압축되어 상기 전지 케이스 상기 뚜껑요소로 밀봉되어, 상기 전지 케이스 내부가 소정의 내압에 달하는 것에 따라 외측에 팽출한 상기 중간감압판에 의한 상기 도전부재의 상기 돌부의 상기 접속부의 주위가 파단하는 것에 의해 상기 리드터브와 상기 단자판의 도전경로가 차단되도록 되어 있다.

또, 상기 고정판과 상기 가스킷을 하나의 부품으로 구성하여 가스킷판으로 하여도 좋다.

바람직하게는, 상기 도전부재는 상기 고정판에 매설되고 일체화되어 이루어진 것이다.

더욱 바람직한 것은, 상기 가스킷 주위에 보지링이 배설되어, 상기 가스킷하단 주변부가 상기 보지링에 의하여 상기 고정판에 압착되어 된 것이다.

더욱 더 바람직한 것은, 상기 도전부재의 상기 돌상부가 원통상으로 형성되어서, 혹은 구형판(矩形板)을 돌상으로 절곡시켜 형성되어 이루어진다.

또, 상기 고정판의 재질은 하중굴곡온도가 200 ℃ 이상인 플라스틱으로 하는 것이 바람직하다.

여기서 하중굴곡온도라는 것은, ASTM ( American Society for Testing and Materials ) 규격의 ASTM D 648 로 규정되어, 1.82 MPa의 하중으로 소정량, 휘는 온도를 나타낸다.

전지 케이스내의 압력은 상기 고정판 혹은 상기 가스킷판의 가스누출 구멍을 통하여 상기 중간감압판에 작용한다. 내압이 이상상승하면, 상기 중간감압판이 외측으로 팽창하도록 변형하고, 변형된 상기 중간감압판에 의하여 상기 도전부재의 돌부의 상기 접속부의 주위가 파단하는 것에 따라 상기 리드터브와 상기 단자판의 도전경로가 차단된다 ( 감압차단기능 ). 중간감압판이 더욱 크게 변형하면 결국에는 파단되고, 전지 케이스내의 가스가 외부에 방출된다 ( 내압해방기능 ).

상기 리드터브와 상기 단자판의 도전경로를 차단하는데 있어서, 부재간의 용접점을 박리시키는 구성으로 하지 않고, 상기 도전부재의 돌부의 상기 접속부의 주위를 파단시키는 구성으로 하였기 때문에, 접속강도를 고정밀도로 설정할 필요는 없고 단지 강고하게 용접해 두면 된다. 즉, 차단정밀도는 상기 전도부재의 재질 및 촌법형상에만 의존하기 때문에, 이를 설계시에 정해 두는 것만으로 제조시에 접속강도를 고정밀도로 제어할 필요가 없고, 내압에 대한 도전경로의 차단정밀도를 용이하게 설정할 수 있다. 따라서, 도전경로의 차단을 내압의 상승에 대하여 고정밀도로 행할 수 있다. 또, 접속강도를 고정밀도로 할 필요가 없기 때문에 조립이 용이하다.

상기 고정판과 상기 가스킷을 하나의 부품으로 구성하여 상기 가스킷판으로 한 경우에는, 부품점수가 줄어든다.

상기 가스킷의 외주에 보지링을 배설한 경우에는, 상기 가스킷하단 주변부가 상기 보지링에 의하여 상기 고정판에 압착되어서 상기 가스킷에 상기 고정판이 확실하게 보지된다. 따라서, 예기치 않은 외부진동이나 충격을 받아도 고정판이 떨어지거나 도전부재의 접속부에 손상 입히는 것을 확실하게 방지할 수 있기 때문에 내압상승에 대한 도전경로의 차단동작을 보다 확실하게 행할 수 있다.

상기 도전부재의 돌상부가 구형판을 돌상에 절곡시킨 것일 경우에는, 이 도전부재의 성형에 있어서 구형판을 굴곡시키는 것만으로 좋기 때문에 가공이 간단하다.

고정판의 재질을 하중굴곡온도가 200℃ 이상인 플라스틱으로 한 경우에는, 고온분위기중에서 과충전되는등으로 하여 전지내부온도가 이상상승 예를 들면 100℃가 되어도 고정판이 연화해 버리는 것을 확실하게 막는다.

따라서, 고온분위기중에서 소정의 도전경로의 차단압력에 달한 경우에, 고정판이 연화해 버려 중간감압판이 외측으로 변형하려는 동작에 대해 이에 용접된 도전부재와 함께 고정판이 추종해 버려, 감압차단기능의 정밀도가 저하해 버리는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

실시예

본 발명은 제 1 실시예에 의한 감온차단기능을 포함한 방폭기능을 갖춘 전지의 요부구조를 제 1 도에 도시한다. 이 전지의 기본구성은, 바닥이 있는 원통형 금속제 전지 케이스( 1 )와, 이 전지 케이스( 1 )에 수납된 발전요소( 도시생략 )와 , 이 발전요소의 한쪽 전극에 접속된 리드터브( 2 )와, 리드터브( 2 )와 전기적으로 접속되어 전지 케이스( 1 )의 개구부를 막는 뚜껑요소로 이루어진다.

뚜껑요소는, 강성인 비교적 큰 금속제의 단자판 ( 3 )과, 링상으로 형성된 정특성의 감온저항소자 ( PCT 소자 )( 4 )와, 구부러지기 쉬운 금속판으로 이루어진 중간감압판( 5 )과, 절연성의 고정판( 6 )과, 상방에 돌출한 돌부( 7a ) 및 기부( 7b )로 이루어진 도전부재( 7 )와, 절연성의 통상가스킷( 8 )을 갖고 있다. 단자판( 3 ) 및 고정판( 6 )은 가스누출구멍( 3a , 6a )이 각각 형성되어 있고, 중간감압판( 5 )은 소정의 내압으로 파단하도록 박육부( 5a )가 형성되어 있다. 도전부재( 7 )는 원형판의 중앙을 원추대형상으로 돌출시킨 돌부( 7a )와 그 외주부에서 된 기부( 7b )로 이루어지고, 제 3 및 제 4 도 에 도시한 바와 같이, 인서트성형에 의한 고정판( 6 )에 매설되고 일체화되어 있다. 그 돌부( 7a )의 상면은 고정판( 6 )의 상면측에 노출함과 함께 고정판( 6 )의 하면측에 기부( 7b )의 하면이 노출하고 있다.

가스킷( 8 )에는 고정판( 6 )과 중간감압판( 5 )을 각각 재치하기 위한 단부( 8a , 8b )가 형성되어 있다.

이 뚜껑요소를 전지 케이스( 1 )개구부에 맞붙이는 순서를 설명하면, 우선, 고정판( 6 )에 매설된 도전부재( 7 )와 중간감압판( 5 )을 미리 초음파용접해 둔다.

이 때, 중간감압판( 5 )의 하면중앙에 대하여 도전부재( 7 )의 돌부( 7a )상면을 국부적으로 용접하지만, 이 용접강도로서는 중간감압판( 5 )이 변형하더라도 용접점( 7c )에서 박리하는 일이 없도록 충분히 강고한 것으로 설정해 둔다.

한편, 전지 케이스( 1 )의 개구부에 미리 비딩가공에 의하여 축경되어 생긴 단부( 1a )의 상면에 가스킷( 8 )을 감입해 둔다.

그리고, 리드터브( 2 )를 도전부재( 7 )의 기부( 7b )하면에 초음파용접하여 가스킷( 8 )의 내주면에 그 단부( 8a )상면에 압접하도록 고정판( 6 )을 끼움과 함께 가스켓( 8 )의 단부( 8b )의 상면에 압접하도록 중간감압판( 5 )을 끼운다.

다음에, 가스킷( 8 )의 내주면에 감온저항소자( 4 )와 단자판( 3 )을 순차 끼우고, 마지막으로 전지 케이스( 1 )의 개구부분을 내측으로 마무리하면 가스킷( 8 )을 압축하여 전지 케이스( 1 )를 밀봉한다.

전지 케이스( 1 )의 개구부분을 마무리할 때에는, 그 경방향에는 힘을 가하지 않고 원통중심축방향에만 힘을 가하도록 한다. 이에 의하여, 중간감압판( 5 )과 도전부재( 7 )와의 용접점( 7c )에 유해한 스트레스를 가하지 않고 용접강도가 안정하여 감압차단기능의 동작특성이 안정된다.

발전요소의 한쪽 전극은 리드터브( 2 )에 의하여 도전부재( 7 )에 접속되고, 도전부재( 7 )는 돌부( 7a )의 상면 용접점( 7c )에서 중간감압판( 5 )에 접속되고, 중간감압판( 5 )은 감온저항소자( 4 )를 통하여 단자판( 3 )에 접속되어 있다. 이 단자판( 3 )에 부하회로가 접속되게 된다.

상기와 같은 구성 전지의 사용에 있어서, 과방전, 과충전등에 의해 내부에 가스가 발생하면, 전지 케이스( 1 )내의 가스 압력은 고정판( 6 )의 가스누출구멍( 6a )을 통하여 중간감압판( 5 )에 작용한다. 내압이 이상상승하면, 제 2 도에 도시한 바와 같이, 중간감압판( 5 )이 외측으로 팽창하도록 변형하고, 도전부재( 7 )의 용접점( 7c )의 주위가 파단된다. 이에 의하여, 단자판( 3 )에 연결되는 충전 또는 방전전류회로가 차단된다. ( 감압차단기능 )

중간감압판( 5 )이 더욱 크게 변형하면 결국에는 그 박육부( 5a )가 파단하고, 전지 케이스( 1 )내의 가스가 외부로 방출된다 ( 내압해방기능 ). 또, 전지에 접속되어 있는 외부회로가 단락되기도 하여 대전류가 흐르고, 전지의 온도가 이상상승하면 단자판( 3 )에 연결되는 충전 또는 방전전류 회로중에 삽입되어 있는 감온저항소자( 4 )의 저항치가 증대하고, 충전 또는 방전전류를 감소시킨다 ( 감온차단기능 ).

더우기, 감온저항소자( 4 )를 폐지하고, 중간감압판( 5 )위에 직접, 단자판( 3 )을 겹치는 구성으로 하면, 감온차단기능이 없는 타입의 방폭기능으로 된다.

리드터브( 2 )와 단자판( 3 )의 도전경로를 차단하는데 있어서, 중간감압판( 5 )과 도전부재( 7 )와의 용접점( 7c )을 박리시키는 구성으로 하지 않고, 도전부재( 7 )의 용접점( 7c ) 주위를 파단시키는 구성으로 하기 때문에, 용접강도를 고정밀도로 설정할 필요는 없고 단지 강고하게 용접해 두면 된다. 즉, 차단정밀도는 상기 도전부재의 재질 및 촌법형상에만 의존하기 때문에 이를 설계시에 정해 두는 것만으로 제조시에 용접강도를 고정밀도로 제어할 필요 없이 내압에 대한 도전경로의 차단정밀도를 용이하게 높은 신뢰도로 설정할 수 있다. 따라서, 도전경로의 차단을 내압의 상승에 따라 고정밀도로 행할 수 있고, 감압차단기능의 신뢰성이 향상되고, 안전성이 향상된다. 또, 용접강도를 고정밀도로 할 필요가 없기 때문에 조립이 용이하게 되어 양산성이 향상된다.

여기서, 본 실시예에 의한 전지의 감압차단기능의 차단특성을 확인하기 위하여, 전술한 종래의 특개평 5-343043 호공보의 것을 비교예로 하고 본 실시예와 비교하여 전지의 내압에 대한 차단작동압을 측정하였다.

이 작동압을 측정하는데 있어서, 작동압측정장치로서 항온조, 여압용 펌프 및 테스터를 준비한다. 항온조는, 그 내부에 측정용 전지를 넣어 두고 그 내부 온도, 즉 고정판( 6 )의 온도를 일정하게 유지하고, 여압용 펌프는 전지 내부를 소정의 압력으로 하는 것이다. 이 여압용 펌프에서는 파이프가 연출하고, 이 파이프를 통하여 압력을 전지 내부에 가할 수 있도록 되어 있다. 이 파이프에는 압력 게이지가 부설되어 있고, 파이프를 통하여 부여한 압력을 측정할 수 있도록 되어 있다. 또 테스터는 앞으로 연출한 각 측정용단자를 측정용 전지의 단자판( 3 ) 및 도전부재( 7 )에 각각 접속하여, 양자간의 도통상태를 감시하는 것에 의하여 , 도전부재( 7 )의 용접점( 7c )주위가 파단하여 도전경로가 차단되는가 아닌가를 확인하기 위한 것이다.

구체적으로는, 본 실시예와 비교예로 각각 50 개의 전지를 준비하고, 측정을 위하여, 전지 케이스저부에 직경 3mm 의 구멍을 뚫고, 소정의 가스 압력을 도입할 수 있는 파이프를 그 구멍외부로부터 차입시키고, 가스의 리크를 피하기 위하여 O링을 사용하고 마무리치구로 이 파이프와 케이스의 구멍의 기밀을 유지하도록 한 차단작동압시험치구를 사용하여, 23℃의 분위기하에서 이들 전지의 각내압치에 대한 상기 도전부재의 파단개수, 즉 전지내도전경로의 차단개수를 조사했다.

그 결과, 표 1 에 나타낸 바와 같이, 종래의 비교예에서는 차단작동압이 14∼15 Kgf/㎠ 를 중심으로 6∼25 Kgf/㎠ 의 넓은 범위에 결쳐서 흩어지는 것에 대하여, 본 실시예에서는 14 ∼15 Kgf/㎠ 에 6 할 이상이 집중함과 함께 12 ∼ 17 Kgf/㎠ 의 좁은 범위로 들어가서, 본 실시예가 전지의 감압차단기능이 고정밀도로 매우 우수한 것이 확인되었다. 또, 중간 감압판( 5 )은 내압이 약 30 Kgf/㎠ 에 달하면 이 박육부( 5a )가 파단하도록 되어 있다.

여기서, 고정판( 6 )의 재질에 대하여 설명한다. 이 재질로서는, 전지가 80℃정도의 환경하에 보전되기도 하고, 혹은 또 100℃정도의 고온에서 비교적 단시간놓여 있더라도 그 기능을 거의 상실하지 않기 때문에, 또 이 부품이 직접 전해액에 접하는 부분에 재치되는 일, 또 조립시등 다소의 외력이 가하더라도 쉽게 변형하지 않는등 조건을 만족시키기 때문에, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리테트라플루오로에틸렌등 내열성이 우수하고 또 내전해액특성이 우수함과 함께 강성이 큰 열가소성 수지나, 베이클라이트등 페닐수지 또는 에폭시수지등의 열경화성수지를 사용할 수 있다.

게다가 고정판( 6 )의 재질로서, 상술한 조건에 더하여 하중굴곡 온도가 200℃이상인 플라스틱을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 유리섬유30중량%가 함유된 폴리부틸렌테레프탈레이트나, 유리섬유40중량%가 함유된 폴리페닐렌설파이드, 유리섬유 30중량%함유된 액정폴리머등을 들 수 있다.

이와 같은 재질을 고정판( 6 )에 사용하는 이유로서는, 예를 들면 고온 분위기중에서 과충전되는 것과 같은 경우에, 전지내부 온도가 이상상승하여 예를 들어 100℃가 되어도 고정판( 6 )이 연화해 버리는 일은 확실히 막을 수 있기 때문이다. 즉, 전지내부온도가 이상상승함과 함께 전지내압이 이상상승하여 소정의 도전경로의 차단압력에 달한 경우에, 고정판( 6 )에 연화해 버리면 중간감압판( 5 )이 외측으로 변형하는 움직임이 있게 되고 이에 용접된 도전부재( 7 )와 함께 고정판( 6 )이 추종하여 외측으로 굴곡되어 버린다. 이 때문에 그 소정의 차단압력에서는 도전부재( 7 )의 용접점( 7c ) 주위가 파단되지 않아 도전경로를 차단할 수 없게 된다. 그리고 더욱 내압이 이상상승한 시점에서, 겨우 도전경로가 차단될 수 있게 되거나, 도전경로의 차단압력에 오차가 발생하여 감압차단기능의 정밀도가 저하해 버릴가능성이 있다.

따라서, 상술한 바와 같이, 하중굴곡온도가 200℃이상인 플라스틱을 고정판( 6 )의 재질로 하는 것에 의해, 상기한 바와 같은 가능성을 해소할 수 있고, 가혹한 온도환경에서 과충전등의 잘못사용에 대해서도 내압상승에 대한 도전경로의 확실한 차단특성을 실현할 수 있다.

여기서, 고정판( 6 )의 재질로서 하중굴곡온도가 200℃ 이상인 플라스틱을 사용한 것에 의한 유효성을 확인하기 위해서, 표 2 에 나타낸 바와 같이, 하중굴곡온도가 다른 재질의 고정판( 6 )을 사용한 본 실시예의 전지에 대하여, 그 전류차단기능의 작동압에 대하여 온도를 바꾸어 조사했다.

구체적으로는, 5 종류 재질의 고정판을 준비하되, 하중굴곡온도가 200℃보다 작은 폴리프로필렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트 ( 이들의 재질은 사출성형이 용이하고 값싸다 ), 하중굴곡온도가 200℃ 이상인 유리섬유 30 중량%함유 폴리부틸렌테레프탈레이드나, 유리섬유 40 중량%함유 폴리페닐렌설파이드, 유리섬유 30 중량 %함유 액정폴리머를 사용했다.

또, 작동압을 측정하기 위한 측정용전지로서는, 본 실시예의 구성 전지에 있어서, 발전요소를 수장하지 않고, 그 개구부에 뚜껑요소가 취부된 채로 하고, 또 전지 케이스( 1 )의 저부에 직경 3 mm 의 삽통공을 천설하여 둔 것을 사용한다.

그리고, 각 재질의 고정판( 6 )이 조합된 상기 측정용 전지를 각각 10개씩 준비하고, 상기 작동압측정장치를 사용하여, 20℃, 45℃, 60℃, 100℃의 각 온도 분위기중에서 그 도전경로의 차단작동압을 측정했다. 상세하게는, 항온조내에 측정용 전지를 재치하고, 그 전지 케이스( 1 )저부의 삽통공에 여압용 펌프에서 연출된 파이프를 기밀상태로 삽입한다.

그리고 테스터에서 각 측정단자를 전지의 단자 및 도전부재( 7 )에 각각 접속해 둔다. 이 상태에서 항온조 내부를 상기 각 분위기 온도로 유지함과 함께, 전지 내압을 올려 가도록 하였다. 이 때, 측정용 전지내부는 발전요소가 수장되어 있지 않은 빈 상태이기 때문에, 측정용 전지에 조합된 고정판( 6 )의 온도는, 소정 시간경과후에 있어서는, 항온조 내부의 분위기 온도와 동일하게 된다.

그 결과, 표 2 에 나타낸 바와 같이, 분위기온도 20℃ 에 있어서는, 5 종류모두 고정판을 짜 넣은 전지의 내압이 평균치 14 또는 15 kg / ㎠ 로 도전경로가 차단되었다. 특히, 본 발명이 하중굴곡온도 200℃ 이상의 것에 대해서는, 모든 차단작동압이 14 kg / ㎠ 임과 함께 그 표준편차도 1. 1 또는 1. 2 로 우수한 특성을 나타낸다. 더우기, 이 차단작동압으로서는 14 ∼ 18 kg / ㎠ 의 범위가 바람직하다.

또 분위기 온도 45 ℃ 에 있어서, 하중굴곡온도 200℃보다 작은 폴리프로필렌제의 고정판을 짜 넣은 전지에 있어서는, 차단작동압이 20 kg / ㎠ 로 되어, 18kg / ㎠ 을 넘어 버릴 뿐만 아니라, 표준편차가 5. 2 로서 흩어짐이 크게 되어 버린다. 하중굴곡온도 200 ℃보다 작은 폴리부틸렌테레프탈레이트제의 고정판을 짜 넣은 전지에 있어서는, 차단작동압은 18 kg / ㎠ 로서 바람직한 범위의 상한이지만, 표준편차 5. 0 로 그 흩어짐이 크게 되어 버린다. 이에 대하여, 본 발명의 하중굴곡온도가 200℃이상의 것에 대해서는, 그 차단작동압이 14 또는 15 kg / ㎠ 임과 동시에 그 표준편차도 1. 0 ∼ 1. 2 로 흩어짐이 없이 매우 우수한 특성을 나타낸다.

분위기 온도 60℃에 있어서, 하중굴곡온도가 200℃ 보다 작은 고정판을 짜 넣은 전지에 있어서는, 도전경로의 차단이 행해지지 않았다. 이것은 고정판이 거의 60℃에 있어서 연화해 버리고, 중간감압판( 5 )이 외측으로 변형하는 움직임에 대하여 이에 용접된 도전부재( 7 )와 함께 고정판( 6 )이 추종하여 외측으로 굴곡해 버린 것이라고 생각할 수 있다. 이에 대하여 본 발명의 하중굴곡온도가 200℃이상인 것에 대해서는, 그 차단작동압이 14 또는 15 kg / ㎠ 임과 함께 그 표준편차도 1.0 ∼ 1.3 으로 흩어짐이 없이 매우 우수한 특성을 나타낸다.

게다가 분위기 온도 100℃에 있어서도, 이것이 60℃경우와 마찬가지로, 하중굴곡온도 200℃보다 작은 고정판을 짜 넣은 전지에 있어서는, 도전경로의 차단이 행해지지 않았다. 이에 대하여, 본 발명의 하중굴곡온도가 200℃이상인 것에 대해서는, 그 차단작동압이 14 ∼ 18 kg / ㎠ 로 바람직한 범위내에 들어가는 것과 함께 그 표준편차도 2. 2 이하로 지나치게 흩어지는 일도 없이 매우 우수한 특성을 나타내었다. 특히, 유리섬유 40중량%함유 폴리페닐렌설파이드의 것에 있어서는, 그차단작동압이 14 kg / ㎠ 의 낮은 치로 작동하는 것과 함께 그 표준편차가 1.3 으로 거의 흩어지지 않고, 특별히 우수한 특성을 나타내었다.

따라서, 고정판의 재질을 하중굴곡온도가 200℃이상인 플라스틱으로하면, 고온분위기중에서 내압의 이상상승에 대하여 흩어짐이 없는 도전경로의 확실한 차단특성을 실현할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 2 실시예를 제 5 도 및 6 도 ( a ) , ( b ) 를 참조하여 설명한다. 이것은 전술한 제 1 실시예와 다음 점이 다르다. 즉, 별부재로서 보지링 ( 9 ) 을 설치하고, 이를 가스킷( 8 )의 하단부외주에 감합하여 가스킷( 8 )의 하단주변부가 이 보지링( 9 )에 의하여 고정판( 6 )에 압착되도록 한다.

본 실시예의 전지에 있어서는, 뚜껑요소를 구성하는 각 부품은 제 1 실시예의 경우와 동일하게 동작하기 때문에 동일한 방폭기능을 이루지만, 예기치 못한 외부진동이나 충격을 받아도 고정판( 6 )이 가스킷( 8 )에서 떨어지거나 도전부재( 7 )의 용접점( 7c )에 손상을 입히는 것을 확실하게 방지할 수 있기 때문에 내압상승에 대한 도전경로의 차단 동작을 보다 확실하게 행할 수 있다.

보지링( 9 )의 단면형상을 제 5 도에 도시한 바와 같이 개략 L 자형으로 하기도 하고, 제 6 도( a )에 도시한 바와 같이 가스킷( 8 )의 하방외단부를 외방으로 돌출시킨 돌출부( 8c )를 형성하여 단면구형의 보지링( 9 )를 끼워 넣고, 제 6 도( b )에 도시한 바와 같이 가스킷( 8 )의 하방외단부의 외주에 감합돌기( 8d )를 형성함과 함께 이 감합돌기( 8d )에 감합하는 구부( 9a )를 보지링( 9 )에 형성하여 양자를 끼울 수 있도록 하는 등, 여러가지 변형이 가능하다.

또, 본 실시예에서는, 제 5 도에 도시한 바와 같이, 가스킷( 8 )은 고정판( 6 )의 주연을 상하로 끼우도록 안쪽으로 돌출부( 8e )를 설치하여 보다 강고하게 고정판( 6 )을 보지할 수 있도록 하고 있다. 이 때, 돌출부( 8e )의 두꼐분만큼 도전부재( 7 )의 돌출부( 7a )를 전지 케이스( 1 )개구부 쪽에 돌출시켜 중간감압판( 5 )과 용접한다.

더우기, 본 실시예에서는 고정판( 6 )의 중심을 개구하고, 이에 도전부재( 7 )를 삽입하여 감합하는 구성으로 하고 있지만, 이에 한하지 않고, 제 1 도에 도시한 제 1 실시예와 같이 인서트성형에 의하여 도전부재( 7 )를 고정판( 6 )에 매설하여 일체화하는 구성으로 해도 좋다.

다음에, 본 발명의 제 3 실시예를 제 7 도를 참조하여 설명한다. 이것은 전술한 제 1 실시예와 다음 점이 다르다. 즉, 제 1 실시예의 고정판( 6 )과 가스킷( 8 )를 일체로 하여 하나의 부품으로 구성한 가스킷판( 10 )으로 한다. 이 구성에 의해 부품점수를 줄일 수 있고 조립성이 향상함과 함께 코스트다운을 도모할 수 있다.

본 실시예의 전지에 있어서는, 뚜껑요소를 구성하는 각 부품은 제 1 실시예의 경우와 동일하게 동작하기 때문에 동일한 방폭기능을 갖고 있다. 이것을 확인하기 위하여, 전술한 제 1 실시예의 경우와 동일하게 내압에 대한 차단작동압을 측정하였다.

그 결과, 표 3 에 나타난 바와 같이, 종래의 비교예에서는 차단동작압이 14∼15 kgf/㎠ 를 중심으로 6∼25 kgf/㎠ 의 넓은 범위에 걸쳐서 흩어져 있는 것임에반하여, 본 실시예에서는 14∼15kgf/㎠ 에 5 할이상이 집중함과 함께 12∼17kgf/㎠ 의 좁은 범위내에 들어 있어, 본 실시예의 전지 감압차단기능이 고정밀도이고 매우 우수한 것이 확인되었다. 또, 제 1 실시예와 마찬가지로, 중간감압판( 5 )은 내압이 약 30kgf/㎠ 에 달하면 이 박육부( 5a )가 파단하도록 되어 있다.

이상, 본 발명의 제 1 ∼ 3 실시예를 설명했지만, 이 실시예의 도전부재( 7 )를 대신하여, 제 8, 9 도에 도시한 바와 같이, 구형판을 돌상으로 절곡하여 돌상부( 7a )를 형성한 도전부재( 7 )로 하여도 좋다. 이 경우, 이 도전부재( 7 )의 성형에 있어서 구형판을 굴곡시키는 것만으로 되기 때문에 가공이 간단하고, 양산성이 향상되어 이 부품의 코스트다운을 도모할 수 있다.

이 외에, 여러가지 촌법형상 및 재질의 도전부재( 7 )를 적용할 수 있는데, 예를 들어 제 10 도에 도시한 바와 같이, 구형판( 7 )의 돌부( 7a )상면에 돌기( 7d )를 형성시켜 이 돌기( 7d )선단을 중간감압판( 5 )과의 용접점( 7c )으로 하여도 좋다.

상기의 경우도, 용접점( 7c )을 충분히 강고하게 용접하여, 내압이 상승하여 도전경로의 차단시에, 중간감압판( 5 )과 도전부재( 7 )의 용접점( 7c )을 박리시키는 구성으로 하지 않고, 도전부재( 7 )의 용접점( 7c ) 주위 ( 7d )를 파단시키는 구성으로 한다.

또, 전술한 제 1 ∼ 3 실시예와 같은 원통형의 전지에 한하지 않고, 뚜껑요소의 각 부품의 평면외형을 구형으로 하는 것으로 하여, 각형의 리튬 2차전지등에도 적용할 수 있다.

이들 각 부품을 구형으로 하는 것으로 하여, 성형가공을 하기 쉬운 것 이외에, 원료에 대한 제품비율이 향상하고 코스트다운을 도래할 수 있다.

제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 방폭기능을 갖는 전지의 요부단면도,

제 2 도는 제 1 도의 전지에 있어서 감압차단기능이 작용하는 상태를 도시한 요부단면도,

제 3 도는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 도전부재가 매설된 고정판의 평면도,

제 4 도는 제 3 도의 고정판을 IV-O-IV 선에 따라 본 단면도,

제 5 도는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 방폭기능을 갖는 전지의 요부단면도,

제 6 도는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 가스킷을 감합한 보지링의 일부 파단요부종단면도,

제 7 도는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 방폭기능을 갖는 전지의 요부단면도,

제 8 도는 본 발명의 도전부재의 다른 실시예를 도시한 사시도,

제 9 도는 제 8 도의 도전부재를 고정판에 감합 혹은 매설한 상태를 도시한 평면도,

제 10 도는 본 발명의 도전부재의 다른 실시예와 이에 용접된 고정 판을 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 전지케이스 2: 리드터브 3: 단자판

4: 감온저항소자 5: 중간감압판 6: 고정판

7: 도전부재 7a:돌부 7b: 기부

7c: 용접부(접속부) 8: 가스킷 9: 보지링

10: 가스킷판

이상, 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명은 방폭기능을 갖는 전지에 있어서, 상기 도전부재의 재질 및 촌법형상을 설계시에 정하는 것만으로 제조시에 접속강도를 고정밀도로 제어할 필요가 없게 되고, 내압에 대한 도전경로의 차단정밀도를 용이하게 높은 신뢰도로 설정할 수 있다. 따라서, 도전경로의 차단을 내압의 상승에 따라 고정밀도하게 행할 수 있고, 감압차단기능의 신뢰성이 향상되고 안정성이 향상된다. 또, 접속강도를 고정밀도로 할 필요가 없기 때문에 조립이 용이하게 되고 양산성이 향상된다.

상기 고정판과 상기 가스킷을 하나의 부품으로 구성하여 상기 가스킷판으로 한 경우에는, 부품점수를 줄일 수 있기 때문에 조립성이 향상하는 것과 함께 코스트다운을 도모할 수 있다.

상기 가스킷의 외주에 보지링을 배설한 경우에는, 예기치 않은 외부진동이나 충격을 받아도 고정판이 떨어지거나 도전부재의 접속부에 손상을 입히는 것을 방지할 수 있기 때문에 내압상승에 대한 도전경로의 차단 동작을 보다 확실하게 행할 수 있고, 감압차단기능의 신뢰성이 향상되고 보다 안정성이 향상된다.

상기 도전부재의 상기 돌출부가 구형판을 돌상으로 절곡시킨 경우에는, 가공이 간단하게 되어 양산성이 향상하고 코스트다운을 도모할 수 있다.

고정판의 재질을 하중절곡온도가 200℃이상인 플라스틱일 경우에는, 전지내부온도가 이상상승하여 예를 들어 100℃가 되더라도 고정판이 연화해 버리는 것을 확실하게 막을 수 있다. 이 때문에, 고온 분위기중에서 과충전등 가혹한 환경에 있어서도 내압의 이상상승에 대해서 흩어짐이 없는 도전경로의 확실한 차단특성을 실현할 수 있다.

Claims (6)

1. 유저통형(有低筒形) 전지 케이스( 1 )와 이 전지 케이스( 1 )에 수납된 발전요소와, 이 발전요소의 한 쪽 전극에 접속된 리드터브( 2 )와, 이 리드터브 ( 2 )와 전기적으로 접속되어 이 전지 케이스( 1 )의 개구부를 막는 뚜껑요소로 된 전지로서, 상기 뚜껑요소는 강성인 비교적 큰 금속제의 단자판( 3 )과, 구부러지기 쉽고 파단되기 쉬운 금속판으로 된 중간감압판( 5 )과, 절연성의 고정판( 6 )과, 상방으로 돌출한 돌부( 7a ) 및 기부( 7b )로 된 도전부재 ( 7 )와, 절연성인 통상가스킷( 8 )을 가지며 상기 단자판( 3 )및 상기 고정판( 6 )은 가스누출구멍이 형성되어 있고, 상기 도전부재( 7 )는 상기 고정판( 6 )의 상면측으로 상기 돌부( 7a )상면이 노출됨과 함께 상기 고정판( 6 )의 하면측에 상기 기부( 7b )하면이 노출되고 상기 전지케이스( 1 )의 개구부분 내주에 상기 가스킷( 8 )이 감입되어 있고, 상기 가스킷( 8 )의 내주에 상기 고정판( 6 )이 끼워넣어지고, 상기 고정판 ( 6 )위에 상기 중간감압판( 5 )과 단자판( 3 )이 적층되고, 상기 도전부재( 7 )와 상기 중간감압판( 5 )은 상기 도전부재( 7 )의 돌부( 7a )에서 양자가 접속하여 그 접속부( 7c )를 포함한 접촉부분에서만 양자가 도통해 있고, 상기 리드터브( 2 )의 선단이 도전부재( 7 )의 기부( 7b )에 접속되어 있고, 상기 전지 케이스( 1 )의 개구부분이 내측으로 마무리되는 것에 의해 상기 가스킷( 8 )이 압축되어 상기 전지 케이스( 1 )가 상기 뚜껑요소로 밀봉되고, 상기 전지 케이스( 1 )의 내부가 소정의 내압에 달하는 것에 의해 외측으로 팽출한 중간감압판( 5 )에 의하여 상기 도전부재( 7 )의 돌부( 7a )의 접속부( 7c )의 주위가 파단하는 것에 따라 상기 리드터브( 2 )와 상기 단자판( 3 )과의 도전경로가 차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 방폭기능을 갖는 전지.
2. 유저통형(有低筒形) 전지 케이스( 1 )와, 상기 전지 케이스( 1 )에 수납된 발전요소와, 상기 발전요소의 한쪽 전극에 접속된 리드터브( 2 )와, 이 리드터브 ( 2 )와 전기적으로 접속되고 상기 전지 케이스( 1 )의 개구부를 막는 뚜껑요소로 된 전지로서, 상기 뚜껑요소는 강성인 비교적 큰 금속제의 단자판( 3 )과, 구부러지기 쉽고 파단하기 쉬운 금속판으로 된 중간감압판( 5 )과, 상방으로 돌출한 돌부( 7a ) 및 기부( 7b )로 된 도전부재( 7 )와, 외주단부가 상방으로 입설된 절연성의 가스킷판( 10 )을 가지며, 상기 단자판( 3 ) 및 가스킷판( 10 ) 은 가스누출구멍이 형성되어 있고, 상기 도전부재( 7 )는 상기 가스킷판( 10 )의 상면측으로 돌부( 7a )상면이 노출됨과 함께 상기 가스킷판( 10 )의 하면측으로 기부( 7b )하면이 노출되고, 상기 가스킷판( 10 )이 전지 케이스( 1 )의 개구부분 내주로 감입되어 있고, 상기 가스킷판( 10 )위에 상기 중간감압판( 5 )과 단자판( 3 )이 적층되어 있고, 상기 도전부재( 7 )와 상기 중간감압판( 5 )은 상기 도전부재( 7 )의 돌부( 7a )의 접속부( 7c )에서 양자가 접속하여 그 접속부를 포함한 접촉부분에서만 양자가 도통하고, 상기 리드터브( 2 )의 선단이 도전부재( 7 )의 기부( 7b )에 접속되어 있고 상기 전지 케이스( 1 )의 개구부분이 내측으로 마무리되어 상기 가스킷판( 10 )의 외주단부가 압축되어 상기 전지 케이스( 1 )가 상기 뚜껑요소로 밀봉되고 상기전지 케이스( 1 )의 내부가 소정의 내압에 달하는 것에 의해 외측으로 팽출한 중간감압판( 5 )에 의하여 도전부재( 7 )의 돌부( 7a )의 접속부( 7c ) 주위가 파단하는 것에 의해 상기 리드터브( 2 )와 단자판( 3 )과의 도전경로가 차단되도록 한 것을 특징으로 하는 방폭기능을 갖는 전지.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 도전부재( 7 )는 상기 고정판( 6 )에 매설되어 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 방폭기능을 갖는 전지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 가스킷( 8 )의 외주에 보지링( 9 )이 배설되어 있고, 상기 가스킷( 8 )하단 주변부가 상기 보지링( 9 )에 의하여 상기 고정판( 6 )에 압착되어 된 것을 특징으로 하는 방폭기능을 갖는 전지.
5. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 도전부재( 7 )의 상기 돌부( 7a )가 원통상으로 형성되고, 혹은 구형판을 돌상으로 절곡하여 형성된 것을 특징으로 하는 방폭기능을 갖는 전지..
6. 제 1 항에 있어서, 상기 고정판( 6 )의 재질이 하중굴곡온도가 200 ℃ 이상인 플라스틱인 것을 특징으로 하는 방폭기능을 갖는 전지.