KR101306274B1 - Lithium batteries - Google Patents

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고영옥
박상선
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Abstract

PURPOSE: A lithium battery has the stability without collision and deformation even under external vibrations and impacts and endures impacts equal to or greater than 800 G. CONSTITUTION: A lithium battery includes a case (31) having an inner accommodation space; a separator (323) inside the case; and an electrode assembly (32) which has a positive electrode (321) and a negative electrode (322) formed on both sides of the separator, adjacent to each other, and winded in a concentric circle. The separator is formed by binding cut glass fiber with a binder. The glass fiber is a nonwoven fabric with a diameter of 4-7 micron and a length of 6-15 mm in shape. The binder is one or a mixture of two or more selected from polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyester, polyphenol, and polyphenylene sulfide.

Description

리튬 전지{lithium batteries} Lithium batteries

본 발명은 리튬 전지에 관한 것으로, 상세하게는 외부의 충격이나 진동에 내충격성을 갖도록 함으로써, 전지 내부의 변형을 방지하여 안전성을 크게 확보할 수 있도록 한 리튬 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium battery, and more particularly, to a lithium battery having a shock resistance against external shocks and vibrations, thereby preventing deformation of the inside of the battery and greatly securing safety.

일반적으로 리튬 전지는 양극과 음극을 성형하여 제조하는 바빈(BOBBIN)형과, 전극들을 넓게 펼친 후 감아서 제조하는 와운드(WOUND)형으로 구분되고, 상기 와운드형 전지는 도 1에 도시한 바와 같이, 판상의 분리막(1)의 양측에 판상으로 제작된 양극(2)과 음극(3)을 대접시킨 후 동심원 상으로 수 회 권취하여 전극조립체를 형성한 후 원통형 케이스(4)의 내측에 삽입하여 형성하게 된다.In general, lithium batteries are classified into a bobbin (BOBBIN) type manufactured by molding a positive electrode and a negative electrode, and a wound (WOUND) type manufactured by expanding and winding the electrodes widely, and the wound battery is shown in FIG. Similarly, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 formed in a plate shape are treated on both sides of the plate-shaped separator 1, and then wound several times in concentric circles to form an electrode assembly, and then inserted into the cylindrical case 4. To form.

이와 같이 형성된 상기 와운드형 전지는 분리막(1)과 양극(2) 및 음극(3)이 대접된 상태에서 대접되는 면 사이의 마찰력이 약하기 때문에 케이스(4)의 외부에 강한 진동이나 충격이 가해질 경우, 진동 및 충격에 의해 분리막(1)에 권취된 양극(2)과 음극(3)이 분리막(1)으로부터 미끄러지면서 내부 단락이 발생하거나, 분리막(1) 과 양극(2)과 음극(3)이 파손되는 등의 문제점이 발생되었다.The wound battery formed as described above has a weak frictional force between the separator 1, the positive electrode 2, and the negative electrode 3 in the welded state, so that a strong vibration or impact is applied to the outside of the case 4. The internal short circuit occurs when the positive electrode 2 and the negative electrode 3 wound on the separator 1 due to vibration and shock slide from the separator 1, or the separator 1, the positive electrode 2, and the negative electrode 3 are separated. Problems such as breakage have occurred.

특히, 총포류의 사격 또는 폭탄 폭발과 같은 800G(GAUSS) 이상의 충격이 가해지는 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 전지의 내부 전극 조립체는 강한 충격에 의해 중앙부위가 상부로 돌출되는 등 전극 조립체가 붕괴 및 변형이 발생하는 심각한 결과를 초래하는 안전성에 문제점이 있다.In particular, when an impact of 800G (GAUSS) or more is applied, such as a fire of a firearm or a bomb explosion, as shown in FIG. There is a problem with safety that results in serious consequences of collapse and deformation.

그래서 출원인의 선등록 특허 제822014호에서는 가능한 한 외부의 강한 진동이나 충격에 의해 전극 조립체의 붕괴나 변형을 방지하도록 전지의 케이스 내부, 즉 전극 조립체의 상면에 전극지지체를 삽입하여 내충격성을 향상하도록 하였으나, 사격과 같은 800G 이상의 순간충격에서는 상기 전극 조립체의 변형이나 붕괴를 방지하지 못하는 문제점을 여전히 가지고 있었다.Therefore, in the applicant's registered patent No. 822014, the electrode support is inserted into the inside of the case of the battery, i.e., the upper surface of the electrode assembly, in order to prevent the collapse or deformation of the electrode assembly by external strong vibration or shock as much as possible to improve the impact resistance. However, in the instantaneous shock of more than 800G, such as shooting still had a problem that can not prevent deformation or collapse of the electrode assembly.

상기 문제점을 해결하고자 하는 본 발명의 과제는 강한 진동 및 사격과 같은 800G 이상의 순간 충격에서도 전극 조립체의 변형 및 붕괴 없이 초기 형태를 유지할 수 있는 내충격성을 갖는 와운드형 전지를 제공하는 데 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a wound battery having an impact resistance that can maintain the initial form without deformation and collapse of the electrode assembly even at 800G or more instantaneous shock, such as strong vibration and fire.

상기 과제를 해결하고자 하는 본 발명의 해결수단은 내부에 수용공간을 갖는 케이스, 상기 케이스 내부에 분리막, 상기 분리막의 양쪽면에 양극과 음극이 대접되어 동심원상으로 권취되는 전극 조립체가 설치되는 리튬전지에 있어서: 상기 분리막은 절단된 유리섬유를 바인더로 바인딩하여 형성하되, 상기 유리섬유는 직경 4 ~ 7㎛, 길이 6 ~ 15mm로 하여 부직포 형태로 형성하는 것을 특징으로 한다.The solution of the present invention to solve the above problems is a case having an accommodating space therein, a separator inside the case, the positive electrode and the negative electrode on both sides of the separator are welded, the lithium battery is installed in an electrode assembly wound concentrically; In the separation membrane is formed by binding the cut glass fiber with a binder, the glass fiber is characterized in that the non-woven fabric to form a 4 ~ 7㎛ diameter, 6 ~ 15mm in length.

삭제delete

또한 본 발명에서 상기 바인더는 폴리 비닐 알콜, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에스터, 폴리페놀, 폴리 페닐렌 설파이드 중 하나 또는 둘 이상을 혼합하는 것이 바람직하다.In the present invention, the binder is preferably mixed with one or two or more of polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyester, polyphenol, polyphenylene sulfide.

또한 본 발명에서 상기 케이스의 상부면과 상기 전극 조립체의 상부면 사이와 상기 케이스의 하부면과 상기 전극 조립체의 하부면 사이의 적어도 어느 하나에는 상기 케이스에 가해지는 충격을 흡수하는 전극 지지체들이 설치되는 것이 바람직하다.In the present invention, at least one of the upper surface of the case and the upper surface of the electrode assembly, and between the lower surface of the case and the lower surface of the electrode assembly is provided with electrode supports for absorbing the shock applied to the case It is preferable.

상기 과제의 해결 수단에 따른 본 발명의 효과는 리튬 전지의 전극 조립체를 구성하는 양극과 음극 사이에 개재되고 절연성의 얇은 박막인 분리막에 내충격성 결착제인 바인더를 함유한 유리섬유로 형성함으로써, 외부의 강한 진동이나 충격에도 변형이나 붕괴없이 안전성을 확보함은 물론, 상기 전극 조립체의 상부에 전극지지체로 지지함으로써, 800G 이상의 사격충격에 의해서도 견딜 수 있는 안전성을 확보할 수 있는 효과를 제공하게 된다.The effect of the present invention according to the solution of the above problem is to form a glass fiber containing a binder as an impact resistant binder in a separator which is an insulating thin film interposed between the positive electrode and the negative electrode constituting the electrode assembly of the lithium battery, In addition to ensuring safety without deformation or collapse in strong vibrations or shocks, as well as supporting the electrode support on the upper portion of the electrode assembly, it is possible to provide an effect that can ensure safety that can withstand a fire shock more than 800G.

도 1은 종래 리튬 전지의 절결 사시도
도 2는 종래 리튬 전지의 내충격성 시험 상태도
도 3은 본 발명 리튬 전지의 일부 절결 사시도
도 4는 본 발명 리튬 전지의 내충격성 시험 상태도
도 5는 본 발명 리튬 전지의 다른 실시예도
도 6은 도 5의 평단면도
1 is a cutaway perspective view of a conventional lithium battery
2 is a shock resistance test state diagram of a conventional lithium battery
Figure 3 is a partially cutaway perspective view of the present invention lithium battery
Figure 4 is a shock test state diagram of the lithium battery of the present invention
5 is another embodiment of the present invention lithium battery
6 is a cross-sectional view of FIG.

이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명 리튬 전지의 일부 절결 사시도이다.3 is a partially cutaway perspective view of the lithium battery of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 일실시예의 리튬전지는 케이스(31), 상기 케이스(31)의 내측에 삽입 형성되고, 전기를 발생하는 전극 조립체(32)로 형성하게 된다.As shown in FIG. 3, the lithium battery of one embodiment is inserted into the case 31 and the inside of the case 31, and is formed of an electrode assembly 32 that generates electricity.

상기 케이스(31)는 내측으로 수용공간을 갖고 전해질이 충진되는 원통형으로 형성하게 되며, 상기 케이스(31)는 서스(SUS) 재질로 형성하게 된다.The case 31 has a receiving space therein and is formed in a cylindrical shape in which an electrolyte is filled, and the case 31 is formed of a sus material.

상기 전극 조립체(32)는 판상의 양극(321), 음극(322), 분리막(323)이 동심원상으로 권취되어 형성된다.The electrode assembly 32 is formed by winding a plate-shaped anode 321, a cathode 322, and a separator 323 concentrically.

상기 양극(321)은 주로 카본으로 형성하게 되며, 양극 활물질층을 일면에 형성한 양극 집전체를 포함하게 되고 상기 양극(321)은 소정의 두께와 길이로 형성하게 되며, 양극 집전체는 주로 니켈(Ni)로 구성된다.The positive electrode 321 is mainly formed of carbon, and includes a positive electrode current collector formed on one surface of the positive electrode active material layer, and the positive electrode 321 is formed to have a predetermined thickness and length, and the positive electrode current collector is mainly nickel (Ni).

또한 음극(322)은 상기 양극(321)보다는 얇은 두께로 형성하게 되며, 금속인 리튬으로 형성된다.In addition, the cathode 322 is formed to a thinner thickness than the anode 321 and is formed of lithium which is a metal.

또한 분리막(323)은 판상으로 형성되고 양쪽면에 양극(321)과 음극(322)이 대접되게 되며, 화학적 내구성, 인장강도, 내마모성이 우수한 유리섬유(glass fiber)로 형성하되, 바인더를 결착제로 혼합한 후 경화시켜 형성한다.In addition, the separator 323 is formed in a plate shape and the anode 321 and the cathode 322 are treated on both sides, and formed of glass fiber excellent in chemical durability, tensile strength, and abrasion resistance, but the binder is used as a binder. It mixes and hardens and forms.

이때 유리섬유는 실 형태의 연속유리섬유를 직경 4 ~ 7㎛, 길이 6 ~ 15mm로 하여 절단한 형태이고, 이를 바인더로 바인딩하여 형성한 분리막은 다공성 부직포 형태로 형성되게 된다.In this case, the glass fiber is formed by cutting the continuous glass fiber in the form of a yarn into a diameter of 4 to 7 μm and a length of 6 to 15 mm. The separator formed by binding the binder is formed into a porous nonwoven fabric.

또한 분리막(323)의 결착제인 바인더는 강도, 내열성이 우수한 폴리 비닐 알콜, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에스터, 폴리페놀, 폴리페닐렌 설파이드 중 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용하며, 이와 같은 바인더에 의하여 바인딩된 유리섬유에 의하여 형성된 분리막(323)은 내충격성, 인장강도, 내마모성이 강하여 외부의 충격을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 대접되는 양극(321)과 음극(322)과 마찰력이 크게 작용하기 때문에 분리막(323)으로부터 양극(321)과 음극(322)이 미끄러지는 것을 방지한다. 따라서 이와 같이 구성되는 리튬전지는 케이스(31)의 외부로부터 강한 진동이나 충격을 가해지더라도 전극 조립체(32)의 변형이나 붕괴되지 않는다.In addition, the binder, which is a binder of the separator 323, is used by mixing one or two or more of polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyester, polyphenol, and polyphenylene sulfide having excellent strength and heat resistance, and binding by such a binder. The separation membrane 323 formed by the glass fiber has a high impact resistance, tensile strength, and abrasion resistance, so that not only the external shock can be absorbed, but also the separator 325 and the cathode 322 are largely frictional. The anode 321 and the cathode 322 are prevented from slipping from the 323. Therefore, the lithium battery configured as described above does not deform or collapse the electrode assembly 32 even when strong vibration or shock is applied from the outside of the case 31.

도 4는 본 발명 리튬 전지에 충격을 가한 후의 상태를 도시한 평면도이다.4 is a plan view showing a state after applying an impact to the lithium battery of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 전지에 외부로부터 사격과 같은 충격시의 800G 이상이 가해졌을 때, 상기 전지의 내부에 전극 조립체(32)를 형성하는 유리섬유 재질의 분리막(323)에 의해 내구성, 내마모성 및 다공성에 의한 충격 흡수에 의해 분리나 단락 또는 붕괴 되지 않음을 보여 주고 있다. As shown in Fig. 4, when the battery is subjected to more than 800G during an impact such as fire from the outside, it is durable by the glass fiber separator 323 forming the electrode assembly 32 inside the battery. It does not show separation, short circuit or collapse by shock absorption due to wear resistance and porosity.

그러므로 외부의 강한 진동이나 충격, 심지어 사격충격과 같은 800G 충격에 의해서도 쉽게 분리막(323)의 단락되지 않게 되어 전극 간의 단락이나 전극 조립체(32)의 붕괴가 발생하지 않는 내충격성이 향상된 전지를 제공하게 된다.Therefore, the separator 323 is not easily shorted by an external strong vibration or shock or even a 800G shock such as a fire shock, thereby providing a battery having improved impact resistance such that a short circuit between electrodes and a collapse of the electrode assembly 32 do not occur. do.

도 5는 본 발명 리튬 전지의 다른 실시예도이고, 도 6은 도 5의 리튬전지에서 헤더가 제거된 상태의 평단면도로서, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 케이스(31)의 내측에 삽입되고, 유리섬유로 형성된 분리막(323)의 양면에 상기 양극(321)과 음극(322)을 얇게 판상으로 형성하고 동심원 상으로 수 회 권취하여 삽입 형성한 전극 조립체(32)의 상면에 전극 지지체(33)를 삽입하여 케이스(31)의 내부를 지지하도록 형성한 것이다.Figure 5 is another embodiment of the lithium battery of the present invention, Figure 6 is a plan sectional view of the header removed in the lithium battery of Figure 5, as shown in Figure 5 and 6, the inside of the case 31 The electrode support on the upper surface of the electrode assembly 32 is inserted, the anode 321 and the cathode 322 are formed in a thin plate shape on both sides of the separation membrane 323 formed of glass fibers and wound by inserting several times in concentric circles. Inserted (33) is formed to support the inside of the case (31).

상기 전극 지지체(33)는 화학적 내구성, 인장강도, 내마모성이 우수한 유리섬유(long glass fiber)를 도포시키거나, 유리섬유를 강도, 내열성이 우수한 폴리 비닐 알콜, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에스터, 폴리페놀, 폴리페닐렌 설파이드 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 바인더로 바인딩하여 경화시킨 부직포 형태로 제작한다. 전극 지지체(33)에 사용되는 유리섬유는 실 형태의 연속유리섬유를 직경 4 ~ 7㎛, 길이 6 ~ 15mm로 하여 절단된 다량의 유리섬유를 모아 사용한다.The electrode support 33 is coated with a glass fiber (long glass fiber) excellent in chemical durability, tensile strength, wear resistance, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyester, polyphenol, One or two or more of the polyphenylene sulfides are bound to a mixed binder to prepare a hardened nonwoven fabric. The glass fiber used for the electrode support 33 is used to collect a large amount of glass fibers cut into a continuous glass fiber in the form of a yarn 4 ~ 7㎛ diameter, 6 ~ 15mm in length.

따라서 상기 전지에 외부로부터 사격과 같은 충격 800G 이상이 가해졌을 때, 상기 전지의 내부에 전극 조립체(32)는 유리섬유 재질의 분리막(323)에 의해 내구성, 내마모성 및 다공성에 의한 충격을 흡수함과 아울러, 상기 전극 조립체(32)의 상면 및 케이스(31)의 상부를 유리섬유 재질의 전극 지지체(33)에 의해 충격을 흡수하게 되므로 상기 전극 조립체(32)는 분리나 단락 또는 붕괴 되지 않는 내충격성이 더욱 향상된 전지를 제공하게 된다.Therefore, when an impact 800G or more is applied to the battery such as fire from the outside, the electrode assembly 32 absorbs the impact due to durability, abrasion resistance, and porosity by the separator 323 of glass fiber material. In addition, since the upper surface of the electrode assembly 32 and the upper portion of the case 31 absorbs the shock by the electrode support 33 made of glass fiber material, the electrode assembly 32 is impact resistant not to be separated, shorted or collapsed. This further provides a battery.

또한 본 발명의 실시예의 변형예로 전극 조립체(32)와 케이스(31)의 바닥면 사이에 전극 지지체(33)를 분포시켜 전극 조립체(32)에 가해지는 충격을 ??수할 수 있다.In addition, as an embodiment of the present invention, the electrode support 33 may be distributed between the electrode assembly 32 and the bottom surface of the case 31 to impart an impact applied to the electrode assembly 32.

이와 같이 본 발명의 실시예로부터 변형될 수 있는 다양한 변형예들이 존재하며, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의하여 결정되어야 한다. As such, various modifications exist that can be modified from the embodiments of the present invention, and the protection scope of the present invention should be determined by the following claims.

31; 케이스 32; 전극 조립체
321; 양극 322; 음극
323; 분리막 33; 전극 지지체
31; Case 32; Electrode assembly
321; Anode 322; cathode
323; Separator 33; Electrode support

Claims (6)

내부에 수용공간을 갖는 케이스, 상기 케이스 내부에 분리막, 상기 분리막의 양쪽면에 양극과 음극이 대접되어 동심원상으로 권취되는 전극 조립체가 설치되는 리튬전지에 있어서,
상기 분리막은 절단된 유리섬유를 바인더로 바인딩하여 형성하되,
상기 유리섬유는 직경 4 ~ 7㎛, 길이 6 ~ 15mm로 하여 부직포 형태로 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
In a lithium battery provided with a case having an accommodation space therein, a separator inside the case, the electrode assembly is wound on both sides of the separator and the electrode assembly is wound concentrically,
The separator is formed by binding the cut glass fibers with a binder,
The glass fiber is a lithium battery, characterized in that provided in the form of non-woven fabric having a diameter of 4 ~ 7㎛, 6 ~ 15mm in length.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 바인더는 폴리 비닐 알콜, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에스터, 폴리페놀, 폴리 페닐렌 설파이드 중 하나 또는 둘 이상을 혼합하는 것을 특징으로 하는 리튬전지.
The method of claim 1,
The binder is a lithium battery, characterized in that mixing one or two or more of polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyester, polyphenol, polyphenylene sulfide.
제 1 항에 있어서,
상기 케이스의 상부면과 상기 전극 조립체의 상부면 사이와 상기 케이스의 하부면과 상기 전극 조립체의 하부면 사이의 적어도 어느 하나에는 상기 케이스에 가해지는 충격을 흡수하는 전극 지지체들이 설치되는 것을 특징으로 리튬 전지.
The method of claim 1,
At least one of the upper surface of the case and the upper surface of the electrode assembly, and between the lower surface of the case and the lower surface of the electrode assembly is provided with electrode supports for absorbing the shock applied to the case battery.
제 4 항에 있어서,
상기 전극 지지체는 유리섬유와 바인더에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.
5. The method of claim 4,
The electrode support is a lithium battery, characterized in that formed by glass fibers and a binder.
제 5 항에 있어서, 상기 바인더는 폴리 비닐 알콜, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에스터, 폴리페놀, 폴리 페닐렌 설파이드 중 하나 또는 둘 이상을 혼합하는 것을 특징으로 하는 리튬전지.The lithium battery according to claim 5, wherein the binder mixes one or two or more of polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyester, polyphenol, and polyphenylene sulfide.
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