KR20070090497A - 누액 감지 창을 가지는 리튬 이온 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 리튬 이온 이차 전지는 베어셀의 외면 적어도 일부에 전지 누액을 감지하는 표지가 설치되고, 이 표지가 설치된 부분의 이차 전지 외장재 적어도 일부가 투명한 창을 갖도록 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때 표지는 전해액의 일부 성분과 직접 혹은 전해액이 누출되었을 때 발생되는 성분과 반응하여 외관에서 변화를 감지할 수 있는 성분을 포함하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이차전지의 누액 여부를 쉽게 감지하여 전지 사용기기의 손상을 방지할 수 있고, 불량 전지를 적시에 제거하여 불량 전지로 인한 이후의 더 큰 손해를 방지할 수 있다.
Description
도1 및 도2는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지 실시예 가운데 하나로 원통형 캔 전지의 경우를 나타내는 사시도 및 측단면도이다.
도3 및 도4는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지 다른 실시예로 각형 캔 베어셀 전지에 표지가 설치되는 형태를 나타내는 분해 사시도 및 이 베어 셀 전지가 하드 커버 내에 장착된 상태에서 누액 감지 창이 설치된 형태를 나타내는 사시도이다.
본 발명은 리튬 이온 이차 전지의 누액 감지 수단에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 전지의 외관을 통해 누액 여부를 판단할 수 있도록 하는 수단을 가지는 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화 가능성으로 인하여 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 근래에 개발되고 사용되는 것 가운데 대표적으로는 니켈 수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬 이온(Li-ion)전지가 있다.
이들 이차 전지에서 단위 셀(bare cell)의 상당 부분은 양극, 음극 및 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체를 알미늄 등 금속 캔에 수납하고, 캔을 캡 조립체로 마감한 뒤, 캔 내부에 전해액을 주입하거나, 캡 조립체로 마감하기 전에 전해액을 넣는 방법으로 형성된다. 파우치형 전지에서는 금속 캔 대신에 금속박 양면에 수지층을 적층한 파우치를 사용할 수 있다.
전해액은 전지 내 리튬 이온의 통로가 되며, 리튬 이차 전지에서 비수계인 에칠렌 카보네이트, 플로필렌 카보네이트 등 용매에 리튬염을 함유시킨 것을 사용하게 된다.
그런데, 리튬 이온 이차 전지에서 전해액은 전지의 용량에 많은 영향을 주고 있으며, 대개 유기 용매이므로 누액이 발생할 경우, 화재의 위험을 가진다. 또한, 리튬 이차 전지는 통상 캠코더, 노트북 컴퓨터, 휴대 전화 등 고가의 휴대용 전기전자기기에 전원으로 사용되므로 누액이 발생할 경우, 누액에 의해 고가 기기의 회로 손상 등이 발생할 수 있다. 따라서, 리튬 이온 이차 전지에서 전해액 주입 후 밀봉을 시키는 작업은 매우 중요한 것이 된다.
그러나, 베어 셀 형성 공정의 문제점으로 인하여 전해액이 수용되는 베어 셀에서 캔과 캡 플레이트 사이의 용접부를 통해, 혹은 전해액 주입구의 실링이 완전하지 못한 주변부를 통해 혹은 가스켓 등 압력에 의한 밀봉재 주변이나 파우치 실링부를 통해 전해액이 베어 셀 밖으로 누출될 위험은 항상 있는 것이다. 또한, 전지 충방전 등 사용에 따라 전지 내부 압력이 커지고, 이들 취약부 혹은 안전 벤트 를 통해 내부 기체와 함께 전해액이 누출될 위험도 존재한다. 그리고, 외부 물체에 의한 베어 셀 케이스 손상 시에도 전해액이 누출될 수 있다.
우선적으로 전해액이 누출되지 않도록 전지를 형성시켜야 하지만 일단 전해액이 누출된 경우, 해당 셀을 빨리 발견하고, 전기전자기기에 손상을 주지 않도록 제거, 교체할 필요가 있다. 전해액이 대량으로 유출되고, 전지 외부에 손상이 보이는 경우는 전해액 누출을 쉽게 판단할 수 있다. 그러나, 일부 취약부를 통해 미량씩 지속적으로 전지에서 유출되는 경우, 전해액 누액을 발견하고 교체하거나, 제거하는 것은 매우 어려운 일이 될 수 있다.
본 발명은 상술한 종래 리튬 이온 이차 전지의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전해액의 누액을 감지하고, 판별할 수 있는 구성을 가지는 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 전지 외관을 통해 쉽게 누액 여부를 판단할 수 있는 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이온 이차 전지는 베어셀의 외면 적어도 일부에 전지 누액을 감지하는 표지가 설치되고, 이 표지가 설치된 부분의 이차 전지 외장재 적어도 일부가 투명한 창을 갖도록 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때 표지는 전해액의 일부 성분과 직접 혹은 전해액이 누출되었을 때 발생되는 성분과 반응하여 외관에서 변화를 감지할 수 있는 성분을 포함하는 것이다.
본 발명에서 표지는 리트머스 시험지 등 이차전지의 산도에 반응하여 변색되는 물질을 포함하는 것일 수 있다. 이때 산도는 pH값(페하농도, 수소이온농도) 등으로 대체될 수 있다.
본 발명에서 외장재는 튜빙재이거나 베어셀을 수용하는 하드 커버일 수 있으며, 표지가 설치된 부분에만 투명하게 창이 형성되는 것일 수 있다. 튜빙재의 투명 창은 해당 부분에만 유색 인쇄를 하지 않는 방법으로 형성될 수 있으며, 하드 커버의 창은 해당 부분만을 투명 재질로 형성하거나, 천공된 상태로 형성할 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도1 및 도2는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지 실시예 가운데 하나로 원통형 캔 전지의 경우를 나타내는 사시도 및 측단며도이다.
원통형 캔 전지(200)는 캔(400)에 전극 조립체(300)와 전해액을 넣고, 캔 개구부에 가스켓(560)을 개재하여 캡 조립체(500)를 삽입하고, 클림핑하는 방법으로 마감된다. 캡 조립체(500)의 상단에는 돌출된 전극 단자(540)가 있고, 전극 단자 주변에 전극 단자(540)와 일체로 형성된 캡 상면이 있다. 리트머스 시험지(560)는 원형으로 뒷면이 점착 처리되어 캡 조립체 상면, 돌출된 전극 단자(540) 일 측방에 부착된다.
시험지의 위치는 캡 조립체(500)와 캔(400) 사이에 개재된 가스켓(550)에 가까운 곳이므로 가스켓을 통해 전지의 전해액이 누출될 경우 가장 먼저 전해액과 닿을 수 있는 위치 가운데 하나이다. 따라서 클림핑 등 공정 이상시, 혹은 내압 상 승에 의한 캡 조립체(500)의 안전 벤트(510) 파열시 등에서 누출된 전해액 검출이 가장 쉽게 이루어질 수 있다.
리트머스 시험지가 부착된 원통형 캔 전지(200)의 캡 조립체(500) 상면과 캔 측면(410)은 열수축성 수지로 형성되며, 인쇄가 이루어진 튜브(800)에 의해 커버된다. 튜브(800)에 열을 가하면 튜브(800)가 수축되면서 원통형 캔 전지가 튜브(800)에 의해 단단하게 감싸지는 상태가 된다.
이때 리트머스 시험지(560)가 부착된 부분에는 튜브(800)에 유색 인쇄가 되지 않은 창(window:810) 부분이 위치하여 튜빙된 상태에서도 리트머스 시험지(560)를 외부에서 보고, 상태를 판단할 수 있도록 해준다. 튜브는 가스켓 주변으로 전해액이 누출되는 경우에 튜브와 원통형 캔 전지의 사이에 전해액이 마르지 않고 리트머스 시험지에 도달하게 하는 역할도 할 수 있다.
도3 및 도4는 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지 다른 실시예로 각형 캔 베어셀 전지에 표지가 설치되는 형태를 나타내는 분해 사시도 및 이 베어 셀 전지가 하드 커버 내에 장착된 상태에서 누액 감지 창이 설치된 형태를 나타내는 사시도이다.
각형 캔 베어셀 전지의 전해액 주입구(112) 주변에서 캔(11)과 캡 플레이트(110) 용접부 일부에 이르기까지 본 발명의 표지(180)는 사각형으로 부착된다. 베어셀 전지의 캡 플레이트(110) 상부에는 보호회로 기판(미도시)이 설치되고, 베어셀 전지의 전극 단자(130)와 보호회로 기판의 전극 단자가 접속된다. 베어셀이 보호회로 기판에 결합된 상태에서 베어셀의 두께 방향 양면에 테이프가 부착 되고, 하드 케이스(100)에 설치된다. 이때, 보호회로 기판의 전기 단자는 하드 케이스(100) 표면에 사출 성형된 외부 단자(50)와 접속된 상태를 이룬다. 또한, 수지 재질의 하드 케이스(100)에서 베어셀 전지의 표지(180) 위치에는 투명 창(60)이 형성되어 있다.
실시예에 따라서는 보호회로 기판의 외측면에 외부 단자가 돌출 형성되고, 하드 케이스에는 해당 위치가 천공되어 베어셀과 보호회로 기판이 하드 케이스에 설치될 때 외부 단자가 천공된 부분에 놓여 외부 기기로 바로 연결되도록 할 수 있다. 이때에, 베어셀에 부착된 표지 위치에서도 하드 케이스가 천공되어 외부로부터 베어셀 전지에 부착된 표지가 관찰되도록 할 수 있다.
이러한 실시예들에서 내부 압력 상승에 의해 혹은 공정 불량에 의해 전지의 전해액이 누출될 경우, 누출된 전해액은 표지에 닿아 표지를 변색시킨다. 리튬 이온 이차 전지의 전해액은 통상 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등의 비수성 유기 용매에 리튬염과 여러 가지 기능성 첨가제를 넣어 형성한다. 리튬염 물질이나 불순물 가운데 불소 성분이 있고, 사용되는 전지의 전해액 내에서 불소는 대개 활물질층 피막을 형성하거나 불화 리튬 형태로 존재한다. 전해액이 누출될 경우, 전해액에는 포함된 1 내지 100 PPM(Part Per Million) 정도의 불산이 표지에 의해 인식될 수 있다. 특히, 전해질 누액시 공기, 수분의 접촉에 의해 1 내지 1.5M(Mole/litter)에 달하는 LiPF, LiBF 등의 전해염의 분해가 이루어지면서 불산의 농도는 수천 PPM에 달할 수 있으며, 누액부는 pH값 7이하 가령, pH값 5 정도의 산성을 띌 수 있다.
따라서 베어셀 외부로 누출된 전해액은 리트머스 시험지와 같은 표지를 만나 산을 지시하는 분홍색에 가까운 색채를 나타낸다. 처음에 베어셀에 부착되는 리트머스 시험지는 약한 알카리성을 나타내는 약한 청색이나 중성을 나타내는 무색이라고 할 경우, 이런 색채의 변화를 통해 베어셀에서의 전해액의 누액을 판단할 수 있다.
전해액의 누액이 비록 미량으로 이루어지는 경우에도 산성 물질은 리트머스 시험지에 어느 정도 누적되며 누액이 지속되면 리트머스 시험지는 점차 분홍색 같은 붉은 색조를 띄게 된다. 이로 인해, 사용자나 팩 생산 작업자는 쉽게 누액 여부를 감지하게 되어 이후 사용기기의 손상을 방지하게 된다.
이런 베어셀 부착 표지의 변색을 통해 베어셀의 전해액 누액 불량을 판단할 수 있으므로 전지의 생산 단계에서 문제 있는 전지를 선별, 제거할 수 있다. 여러 개의 베어셀이 하나의 팩에서 사용되는 경우, 하나의 셀만이라도 불량이 생기면 팩 전체를 폐기해야 되는 문제가 있을 경우, 이러한 선별은 더욱 중요성을 뛰게 된다. 이때에도 복수 셀을 가지는 팩에서 외부 케이스에는 표지를 노출시키는 윈도우가 형성된다.
본 발명에 따르면 쉽게 이차전지의 누액 여부를 감지하게 되어 이차전지 사용자는 조기에 사용기기의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 이차전지의 생산 공정 중에도 누액 발생여부를 알 수 있어 생산자는 불량품을 적시에 제거할 수 있으므로 불량 전지로 인한 이후의 더 큰 손해를 방지 할 수 있고, 제품 신뢰성을 제고할 수 있게 된다.
또한, 사후 관리나 문제점 조사에서도 누액 여부를 쉽게 판단할 수 있어 사용기기나 전지의 사고 발생시 원인 판단에 도움이 될 수 있다.
Claims (5)
- 두 전극 및 상기 두 전극 사이에서 전극간 단락을 방지하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 전극 조립체와 함께 상기 케이스에 수용되는 전해액을 구비하여 이루어지는 베어셀;과상기 베어셀의 외면 적어도 일부에 설치되어 상기 전해액의 일정 성분과 반응하여 외관 변화를 가져오는 표지;와상기 베어셀의 외면 적어도 일부를 감싸면서 상기 표지가 설치된 부분에는 상기 표지를 확인할 수 있는 창을 구비하는 외장재;를 구비하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 표지는 산도(pH농도)에 반응하여 변색되는 물질을 포함하는 것임을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 케이스는 원통형 캔이며, 상기 외장재는 열수축성 튜브인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 케이스는 각형 캔이나 파우치이고, 상기 외장재는 수지 재질의 하드 케이스인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 전해액은 LiPF6, LiBF4 가운데 적어도 하나의 전해염을 포함하며, 상기 표지는 리트머스 시험지인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014104566A1 (ko) * | 2012-12-27 | 2014-07-03 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 배터리 케이스 및 이를 포함하는 배터리 팩 |
| CN113218589A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-08-06 | 苏州领湃新能源科技有限公司 | 一种锂离子电池的验漏装置及验漏方法 |
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2006
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Cited By (3)
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