KR19990074762A

KR19990074762A - Nonaqueous Electrolyte Battery

Info

Publication number: KR19990074762A
Application number: KR1019980008566A
Authority: KR
Inventors: 임재봉; 김대준; 김재운
Original assignee: 장용균; 에스케이씨 주식회사
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-10-05

Abstract

본 발명은 비수전해액 전지에 관한 것이다. 상기 비수전해액 전지는 케이스와, 상기 케이스 내부에 수용되어 있는 캐소드, 세퍼레이터 및 애노드로 된 전극체와, 상기 케이스 내부에 수용되어 있는 비수전해액과, 상기 케이스 상단 개구부에 절연 가스켓에 의하여 고정되어 있는 캡 조립체를 구비하고 있는데, 상기 캡 조립체가, 상기 전극체와 대향되게 배치되어 있으며 가스배출공을 갖는 캡 커버와, 상기 캡 커버 상부에 배치된 럽쳐 디스크(rupture disk)와, 상기 캡 커버 상단에 배치되어 있으며 가스배출공을 갖는 캡과, 상기 럽쳐 디스크와 캡 사이에 설치되어 있으며, 부도체층과 이 부도체층의 양면에 형성된 소정 두께의 도전층을 포함하고 있고, 그 중앙부에 상기 상하 도전층간에 서로 통전될 수 있도록 2개의 홈(groove)부가 형성되어 있는 전류차단 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 비수전해액 전지는 과충전 및 단락시 급격한 내압 상승에 의하여 파열되는 것을 방지할 수 있는 동시에, 전류 차단시 가연성 분해 가스에 의하여 인화되는 것을 효과적으로 막을 수 있다.The present invention relates to a nonaqueous electrolyte battery. The nonaqueous electrolyte battery includes a case, an electrode body made of a cathode, a separator, and an anode housed inside the case, a nonaqueous electrolyte solution housed inside the case, and a cap fixed to the opening of the case by an insulating gasket. The cap assembly includes a cap cover disposed to face the electrode body and having a gas discharge hole, a rupture disk disposed above the cap cover, and an upper portion of the cap cover. And a cap having a gas discharge hole, and provided between the ruptured disk and the cap, and including a non-conductive layer and a conductive layer having a predetermined thickness formed on both sides of the non-conducting layer, and having a central portion between the upper and lower conductive layers. It is characterized by including a current blocking member in which two grooves are formed so as to be energized. The nonaqueous electrolyte battery of the present invention can be prevented from being ruptured by a rapid increase in internal pressure during overcharge and short circuit, and can be effectively prevented from being ignited by the flammable decomposition gas at the time of interrupting the current.

Description

Nonaqueous Electrolyte Battery

본 발명는 비수전해액 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 방폭 기능을 갖는 캡 조립체를 구비하고 있는 비수전해액 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a nonaqueous electrolyte battery, and more particularly, to a nonaqueous electrolyte battery having a cap assembly having an explosion-proof function.

최근, 비수전해액을 사용하고 있는 리튬이온전지 등과 같은 2차전지가 차세대 전자기기 동력원으로 널리 사용되고 있다. 이러한 비수전해액 전지는 종래의 전지와는 달리, 장수명, 고용량 등의 특성을 갖고 있어서 주목을 받고 있다.Recently, secondary batteries such as lithium ion batteries using nonaqueous electrolytes have been widely used as power sources for next generation electronic devices. Unlike conventional batteries, such non-aqueous electrolyte batteries are attracting attention because they have characteristics such as long life and high capacity.

그런데, 상술한 이차전지에서는 케이스내에 수용된 캐소드 및 애노드를 구비하고 있는 전극체가 화학적 변화를 일으켜 내압이 상승되어 파열되는 경우가 생긴다. 예를 들어 리튬이차전지 등과 같은 비수전해액 전지에서 통상 이상의 전류를 부여하면 과충전되기도 하고, 오사용에 의하여 단락상태가 되어 과전류가 흐르기도 하고, 상기 전극체중에 비수전해액이 분해되어 가스가 발생되는 경우도 발생된다. 발생된 가스가 케이스 안에 충만하게 되면 케이스 내부 압력이 상승되어 결국은 전지가 파열되는 경우가 생기기도 한다.By the way, in the above-mentioned secondary battery, the electrode body provided with the cathode and the anode accommodated in a case may cause chemical change, and internal pressure may rise and it may burst. For example, when a non-aqueous electrolyte battery such as a lithium secondary battery is supplied with an abnormal current, the battery may be overcharged, a short circuit may occur due to misuse, and an overcurrent may flow. Is also generated. When the generated gas is filled in the case, the pressure inside the case is increased, resulting in battery rupture.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 방폭기능을 갖고 있는 캡 조립체를 구비하고 있는 비수전해액 전지가 제안되었다.In order to solve this problem, a nonaqueous electrolyte battery having a cap assembly having an explosion proof function as shown in FIG. 1 has been proposed.

이를 참조하면, 케이스 (111)내에는 캐소드 (112), 세퍼레이터 (113) 및 애노드 (114)를 포함하여 된 전극체 (115)가 수용되어 있다.Referring to this, an electrode body 115 including a cathode 112, a separator 113, and an anode 114 is accommodated in the case 111.

캡 조립체 (116)는 케이스 (111)의 상단 개구부에 절연가스켓 (117)에 의하여 고정되어 있다. 여기에서 캡 조립체 (116)는 가스배출공 (120)이 형성되어 있는 캡 커버 (121), 상기 캡 커버 (121) 상단에 조립되며 가스배출공 (123)을 갖고 있는 캡 (122) 및 상기 캡 (122)과 캡 커버 (121)사이에 개재되어 있는 안전변 (118)를 포함하고 있다.The cap assembly 116 is fixed to the top opening of the case 111 by an insulating gasket 117. Here, the cap assembly 116 is a cap cover 121 in which a gas discharge hole 120 is formed, a cap 122 assembled to an upper end of the cap cover 121 and having a gas discharge hole 123 and the cap. The safety valve 118 interposed between the 122 and the cap cover 121 is included.

상술한 바와 같은 구조를 갖는 비수전해액 전지에서는, 과충전 상태에서 분해가스가 생성된다. 이렇게 생성된 분해 가스로 인하여 전지 내압이 상승됨에 따라 안전변 (118)이 변형되고 이로 인하여 캐소드 리드판 (119)이 절단되면서 전류가 차단되는데, 이러한 과정에서 스파크가 발생됨과 동시에 분해가스에 의하여 인화되는 문제점이 있다. 또한, 캐소드 리드판의 절단된 부분이 가스 압력에 의하여 다시 접촉되어 전류차단 효과에 부정적인 영향을 미치는 문제점이 있다.In the nonaqueous electrolyte battery having the structure as described above, decomposition gas is generated in an overcharged state. As the internal pressure of the battery increases due to the decomposition gas generated in this way, the safety valve 118 is deformed and thus the cathode lead plate 119 is cut, thereby cutting off the current. In this process, sparks are generated and flammed by the decomposition gas. There is a problem. In addition, there is a problem that the cut portion of the cathode lead plate is contacted again by the gas pressure to negatively affect the current blocking effect.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 과충전 및 단락시 일어나는 파열 방지와, 전류 차단시 분해 가스로 인한 인화를 효율적으로 방지할 수 있는 비수전해액 전지를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte battery which can solve the above problems to prevent the rupture occurring during overcharging and short-circuit, and to effectively prevent the ignition by the decomposition gas when the current is interrupted.

도 1은 종래의 비수전해액 전지의 구조를 나타낸 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional nonaqueous electrolyte battery,

도 2는 본 발명에 따른 비수전해액 전지의 구조를 나타낸 단면도이고,2 is a cross-sectional view showing the structure of a nonaqueous electrolyte battery according to the present invention;

도 3a는 도 2의 비수전해액 전지를 구성하는 전류차단 부재의 구조를 나타낸 사시도이고,3A is a perspective view illustrating the structure of a current blocking member constituting the nonaqueous electrolyte battery of FIG. 2;

도 3b는 도 2의 비수전해액 전지를 구성하는 전류차단 부재의 구조를 나타낸 단면도이고,3B is a cross-sectional view illustrating a structure of a current blocking member constituting the nonaqueous electrolyte battery of FIG. 2,

도 4는 본 발명에 따른 비수전해액 전지에서의 내부 작용을 설명하기 위한 단면도이다.4 is a cross-sectional view for explaining the internal operation of the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

111, 211... 케이스 112, 212.. 캐소드111, 211 ... Case 112, 212 .. Cathode

113, 213.. 세퍼레이터 114, 214... 애노드113, 213. Separator 114, 214 ... Anode

115, 215... 전극체 116, 216... 캡 조립체115, 215 ... Electrode body 116, 216 ... Cap assembly

118... 안전변 119... 캐소드 리드판118 ... safety valve 119 ... cathode lead plate

228... 럽쳐 디스크(rupture disk)228 ... rupture disk

229... 전류차단 부재 313, 313'... 홈부229 ... Current blocking member 313, 313 '... Groove

314, 414... 결합부314, 414 ... joint

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 케이스와, 상기 케이스 내부에 수용되어 있는 캐소드, 세퍼레이터 및 애노드로 된 전극체와, 상기 케이스 내부에 수용되어 있는 비수전해액과, 상기 케이스 상단 개구부에 절연 가스켓에 의하여 고정되어 있는 캡 조립체를 구비하고 있는 비수전해액 전지에 있어서,In order to achieve the above object, in the present invention, the case, an electrode body made of a cathode, a separator and an anode housed in the case, a nonaqueous electrolyte solution housed in the case, and an insulating gasket in the upper end of the case. In a nonaqueous electrolyte battery having a fixed cap assembly,

상기 캡 조립체가, 상기 전극체와 대향되게 배치되어 있으며 가스배출공을 갖는 캡 커버와, 상기 캡 커버 상부에 배치된 럽쳐 디스크(rupture disk)와, 상기 캡 커버 상단에 배치되어 있으며 가스배출공을 갖는 캡과, 상기 럽쳐 디스크와 캡 사이에 설치되어 있으며, 부도체층과 이 부도체층의 양면에 형성된 소정 두께의 도전층을 포함하고 있고, 그 중앙부에 상기 상하 도전층간에 서로 통전될 수 있도록 2개의 홈(groove)부가 형성되어 있는 전류차단 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 비수전해액 전지를 제공한다.The cap assembly is disposed to face the electrode body, the cap cover having a gas discharge hole, a rupture disk disposed above the cap cover, and a top of the cap cover. A cap having a cap and a conductive layer having a predetermined thickness formed on both sides of the non-conductive layer, the two being provided between the upper and lower conductive layers at a central portion thereof. A nonaqueous electrolyte battery comprising a current blocking member having a groove portion formed therein.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 비수전해액 전지의 구조 및 그 작동원리를 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described the structure and operation principle of the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention.

본 발명의 비수전해액 전지는 도 2에 도시된 바와 같이 케이스 (211)내에는 캐소드 (212), 세퍼레이터 (213) 및 애노드 (214)를 포함하여 된 전극체 (215)가 수용되어 있다.In the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, as illustrated in FIG. 2, an electrode body 215 including a cathode 212, a separator 213, and an anode 214 is housed in a case 211.

캡 조립체 (226)는 케이스 (211)의 상단 개구부에 절연가스켓 (217)에 의하여 고정되어 있다. 여기에서 캡 조립체 (226)는 가스배출공 (220)을 갖는 캡 커버 (221)과, 상기 캡 커버 (221) 상단에 배치되어 있는 럽쳐 디스크 (228)과, 상기 럽쳐 디스크 (228) 상단에 배치되어 있으며 가스배출공 (223)을 갖는 캡 (222)와, 상기 럽쳐 디스크 (228)와 상기 캡 (222) 사이에 배치되어 있는 전류차단 부재 (229)로 구성되어 있다.The cap assembly 226 is fixed to the top opening of the case 211 by an insulating gasket 217. Here, the cap assembly 226 is disposed on the cap cover 221 having the gas discharge hole 220, the rupture disk 228 disposed on the top of the cap cover 221, and the top of the rupture disk 228 And a cap 222 having a gas discharge hole 223 and a current blocking member 229 disposed between the rupture disk 228 and the cap 222.

전류차단 부재 (229)는 도 3a-b에 도시되어 있는 바와 같은 구조로 이루어져 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하자면, 전류차단 부재 (229)는 부도체층 (311)와 이 부도체층 (311)의 양면에 소정두께로 코팅되어 있는 도전층 (312) 및 (312')을 포함하고 있다. 그리고 그 중앙부에는 홈부 (313) 및 (313')가 형성되어 있어서, 상기 상하 도전층 (312) 및 (312')간에 서로 전기가 흐르도록 되어 있다.The current blocking member 229 has a structure as shown in Figs. 3A-B. More specifically, the current blocking member 229 includes a non-conductive layer 311 and conductive layers 312 and 312 'coated on both surfaces of the non-conductive layer 311 with a predetermined thickness. Groove portions 313 and 313 'are formed in the center portion thereof, so that electricity flows between the upper and lower conductive layers 312 and 312'.

상기 부도체층 형성용 물질로는 절연성이 우수하면서 전류 변화 등의 외력에 의하여 깨지기 쉬운 성질 즉, 취성(brittleness)을 가지고 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 특성을 갖는 물질로는 각종 세라믹 재료나, 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide: PPS), 페놀 수지(penol resin) 등이 있다.As the material for forming the insulator layer, it is preferable to use a material having excellent insulation property and brittleness due to external force such as current change, that is, brittleness. Materials having such characteristics include various ceramic materials, polyphenylenesulfide (PPS), phenol resins, and the like.

상술한 바와 같은 구조를 갖는 전류차단 부재를 구비하고 있는 본 발명의 비수전해액 전지에서는, 전지 내압의 상승으로 럽쳐 디스크가 변형되면 그 영향에 의하여 전류차단 부재에서 양 홈부 (313) 및 (313')를 포함한 결합부 (314)가 그 응력 한계를 넘어서는 시점에서 파열되게 된다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 전류차단 부재 (426)의 상기 결합부 (414)가 파열되면 전류가 확실하게 차단되며, 종래의 경우와 같이 전류 차단이 일어난 후에 안전변과 리드판의 재접촉으로 전류가 다시 흐르는 현상을 미연에 방지할 수 있다.In the nonaqueous electrolyte battery of the present invention having a current blocking member having the structure as described above, when the disk is deformed due to an increase in battery internal pressure, both grooves 313 and 313 'are affected by the influence of the disk. The coupling portion 314 including the ruptures at a time point beyond the stress limit. As shown in FIG. 4, when the coupling portion 414 of the current blocking member 426 is ruptured, the current is reliably cut off, and as in the conventional case, after the current blocking has occurred, the safety valve and the lead plate are brought into contact again. It is possible to prevent the current flowing again.

또한, 본 발명의 전류차단 부재 (426)은 럽쳐 디스크 (428)에 의하여 분해 가스 분위기에서 벗어나므로 전류차단 부재 (426)의 파열로 스파크가 발생되어도 그 주위에 존재하는 분해 가스로 인하여 인화되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the current blocking member 426 of the present invention is rubbed out of the decomposition gas atmosphere by the disk 428, so that even if a spark is generated due to the rupture of the current blocking member 426, it is ignited due to the decomposition gas present around it. You can prevent it.

본 발명의 비수전해액 전지는 과충전 및 단락시 급격한 내압 상승에 의하여 파열되는 것을 방지할 수 있는 동시에, 전류 차단시 가연성 분해 가스에 의하여 인화되는 것을 효과적으로 막을 수 있다.The nonaqueous electrolyte battery of the present invention can be prevented from being ruptured by a rapid increase in internal pressure during overcharge and short circuit, and can be effectively prevented from being ignited by the flammable decomposition gas at the time of interrupting the current.

Claims

A case, an electrode body comprising a cathode, a separator, and an anode housed in the case, a non-aqueous electrolyte solution housed in the case, and a cap assembly fixed to an upper end of the case by an insulating gasket. In a nonaqueous electrolyte battery,

The cap assembly,

A cap cover disposed to face the electrode body and having a gas discharge hole;

A rupture disk disposed on the cap cover, a cap disposed on the cap cover and having a gas discharge hole;

It is provided between the ruptured disk and the cap, and includes a non-conductive layer and a conductive layer having a predetermined thickness formed on both sides of the non-conductive layer, and two grooves are provided at the center thereof so as to be energized between the upper and lower conductive layers. A nonaqueous electrolyte battery, comprising an additional current blocking member.