JP2013543644A - 安全性が向上した新規構造の電気素子 - Google Patents
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Abstract
本発明は、安全性が向上した新規構造の電気素子に対するものであって、より具体的には、尖鋭な(sharp)針状物体による電気素子の貫通などによって発生され得る発熱、発火又は爆発のような問題を解決するために考案された新規構造の電気素子に関する発明である。
Description
本発明は、安全性が向上した新規構造の電気素子に対するものであって、より具体的には、尖鋭な(sharp)針状物体による電気素子の貫通などによって発生され得る発熱、発火又は爆発のような問題を解決するために考案された新規構造の電気素子に関する発明である。
二次電池は、包装形態及び製造方法に応じて、円筒状、角形、パウチ型に区分し開発及び生産されてきた。
二次電池の尖鋭な針状物体に対する貫通問題又は二次電池の針状貫通に関する試験を実施する中で発生される問題は、二次電池の包装形態及び製造方法によって対策が異なり得る。しかし、大部分、確実な方法を提示することができないでいる。これは、より根本的に電池を構成する電極の間の短絡現象を防止することができる解決方案がないからである。
これを乗り越えようと提案された代表的な方法として、分離膜にセラミックス物質をコーティングし、二次電池の針状貫通に対する安全性を改善する方法があるが、二次電池の大きさが大きくなりエネルギー密度が高くなるに従い、新しいアプローチ方法が要求されており、前記のような方法では根本的な安全性の確保が難しい。
一方、二次電池が前記のような非理想的状況で金属などによって貫通されたり、又は二次電池の貫通試験などの安全性試験中に爆発する状況はよくみられる。このような状況で二次電池の爆発の原因を推定してみると次の通りである。
貫通する物質が電気伝導度の良い物質であれば、この物質を通じて二次電池内の陽極及び陰極の間で電気的ショート(short)が発生し、これにより内部的に電流の流れが発生され、よって、二次電池の劣化現象が容易に起き、さらには発火又は爆発現象が起きるようになる。
このように、非理想的に二次電池が針状物体によって貫通される場合、二次電池が爆発するなどの危険を予め防止するために、このような危険を根本的に遮断して二次電池の安全性を向上させるための研究が要求されている。
本発明は、前記のように尖鋭な針状物体による電気素子の貫通問題が発生する場合、電気素子の安全性をより根本的に向上させるために考案されたものである。
本発明は、電気素子の外部短絡を誘導するための外部短絡流動キットを提供する。したがって、電気素子が尖鋭な針状物体によって貫通される状況で、前記外部短絡流動キットが優先的に針状物体による攻撃を受けて電気素子を保護する。
本発明は、電気素子の外部短絡を誘導するための外部短絡流動キットを提供する。したがって、電気素子が尖鋭な針状物体によって貫通される状況で、前記外部短絡流動キットが優先的に針状物体による攻撃を受けて電気素子を保護する。
また、前記外部短絡流動キットが強制外部短絡を誘導して電気素子の電圧及びエネルギーを低めて、万が一、針状物体が電気素子内に進入しても内部的に流れる電流の量が制限されるようにすることで、電気素子の針状貫通による電気素子の爆発などの問題を根本的に解決することができる。
本発明は2以上の導電性部材;
一の側は前記導電性部材と連結され、他の側は電気素子の電極又は電極の間の電気移動通路である連結部と連結されるための2以上の連結体;及び
前記2以上の導電性部材の間に介在される絶縁層;
を含む電気素子の外部短絡流動キットを提供する。
一の側は前記導電性部材と連結され、他の側は電気素子の電極又は電極の間の電気移動通路である連結部と連結されるための2以上の連結体;及び
前記2以上の導電性部材の間に介在される絶縁層;
を含む電気素子の外部短絡流動キットを提供する。
前記外部短絡流動キットを適用することができる電気素子の例としては、二次電池、多数の単位電池を含む電池モジュール及び多数の電池モジュールを含む電池パックからなる群から選択されたいずれか一つを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
本発明は、陽極、陰極及び分離膜を含む単位電池と1以上の外部短絡流動キットが連結された二次電池を提供する。
本発明は、陽極、陰極及び分離膜を含む単位電池と1以上の外部短絡流動キットが連結された二次電池を提供する。
前記外部短絡流動キットは第1導電性部材;
前記第1導電性部材と単位電池の陽極を連結する第1連結体;
第2導電性部材;
前記第2導電性部材と単位電池の陰極を連結する第2連結体;
前記第1導電性部材及び第2導電性部材の間に介在された絶縁層;を含むことができる。
前記第1導電性部材と単位電池の陽極を連結する第1連結体;
第2導電性部材;
前記第2導電性部材と単位電池の陰極を連結する第2連結体;
前記第1導電性部材及び第2導電性部材の間に介在された絶縁層;を含むことができる。
前記外部短絡流動キットは外装材をさらに含むことができる。
前記外部短絡流動キットにおいて、第1導電性部材と前記第2導電性部材はそれぞれ銅(Cu)、アルミニウム(Al)、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、ルテニウム(Ru)、ニッケル(Ni)、ステンレススチール(STS)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、亜鉛(Zn)、コバルト(Co)、カルシウム(Ca)、リチウム(Li)、錫(Sn)、カドミウム(Cd)、オスミウム(Os)、ロジウム(Rh)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、タングステン(W)、鉄(Fe)及びこれらの合金からなる群から選択された1以上を用いることができるが、これに限定されるものではない。
前記外部短絡流動キットにおいて、第1連結体及び第2連結体はそれぞれ銅(Cu)、アルミニウム(Al)、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、ルテニウム(Ru)、ニッケル(Ni)、ステンレススチール(STS)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、亜鉛(Zn)、コバルト(Co)、カルシウム(Ca)、リチウム(Li)、錫(Sn)、カドミウム(Cd)、オスミウム(Os)、ロジウム(Rh)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、タングステン(W)、鉄(Fe)及びこれらの合金からなる群から選択された1以上を用いることができるが、これに限定されるものではない。
前記外部短絡流動キットにおいて、絶縁層は空気層;絶縁特性を有する物質層;及び絶縁特性を有する物質層と空気層が共に共存する空気/絶縁特性を有する物質の複合層;からなる群から選択されたいずれか一つの層であり得るが、これに限定されるものではない。
前記空気層は、外部短絡流動キットの外装材内側面に互いに離隔された溝を形成して前記溝に導電性部材を挟んで固定することで、導電性部材の間に存在する空気層であり得るが、これに限定されるものではない。
前記空気層は、外部短絡流動キットの外装材内側面に互いに離隔された溝を形成して前記溝に導電性部材を挟んで固定することで、導電性部材の間に存在する空気層であり得るが、これに限定されるものではない。
前記絶縁特性を有する物質層及び前記空気/絶縁特性を有する物質の複合層に用いられる絶縁特性を有する物質は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン-2,6-ナフタレンジカルボキシレート(PEN)及びポリカーボネート樹脂からなる群から選択された1種以上であり得るが、これに限定されるものではない。
前記外部短絡流動キットは、単位電池外装材外部の表面の中で面積が一番広い表面方向に位置することができるが、これに限定されるものではない。
前記外部短絡流動キットと、単位電池外装材の間に必要に応じて絶縁部をさらに含むことができる。
前記絶縁部は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン-2,6-ナフタレンジカルボキシレート(PEN)及びポリカーボネート樹脂からなる群から選択された1種以上の物質からなり得るが、これに限定されるものではない。
本発明は、多数の単位電池の電極又は多数の単位電池を直列又は並列連結する連結部と、1以上の電池モジュール用外部短絡流動キットが連結された電池モジュールを提供する。
前記電池モジュール用外部短絡流動キットは、第1導電性部材;
前記第1導電性部材と、前記多数の単位電池の中でいずれか一つの陽極を連結する第1連結体;
第2導電性部材;
前記第2導電性部材と、前記多数の単位電池の中でいずれか一つの陰極を連結する第2連結体;
第3導電性部材;
前記第3導電性部材と前記多数の単位電池を直列又は並列連結する連結部を連結する第3連結体;及び
前記導電性部材の間の介在された絶縁層;を含むことができる。
前記第1導電性部材と、前記多数の単位電池の中でいずれか一つの陽極を連結する第1連結体;
第2導電性部材;
前記第2導電性部材と、前記多数の単位電池の中でいずれか一つの陰極を連結する第2連結体;
第3導電性部材;
前記第3導電性部材と前記多数の単位電池を直列又は並列連結する連結部を連結する第3連結体;及び
前記導電性部材の間の介在された絶縁層;を含むことができる。
前記第3導電性部材及び第3連結体は前記単位電池を直列又は並列連結する連結部の個数ほど含むことができるが、これに限定されるものではない。
前記電池モジュール用外部短絡流動キットは、電池モジュール外装材外部表面に備え得るが、これに限定されるものではない。
本発明は、ひいては、前記電池モジュールを含む電池パックを提供する。
前記電池パックは、パワーツール(power tool);電気車(Electric Vehicle、EV)、ハイブリッド電気車(Hybrid Electric Vehicle、HEV)及びプラグインハイブリッド電気車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle、PHEV)からなる群から選択された電気車;イーバイク(E-bike);イースクーター(E-scooter);電気ゴルフカート(Electric golf cart);電気トラック;及び電気商用車からなる中大型デバイス群から選択された一つ以上の電源として用いることができるが、これに限定されるものではない。
本発明による電気素子の外部短絡流動キットは、電気素子が針状物体によって貫通される場合、電気素子が発火しひいては爆発する現象などを根本的に防止して電気素子の安全性を向上させる。
本発明は、電気素子が針状物体によって貫通される場合に発生する電気素子の発火、ひいては爆発などの問題を解決するためのものであって、電気素子の外部短絡流動キットを提供する。
本発明による電気素子の外部短絡流動キットは、2以上の導電性部材、2以上の連結体及び絶縁層を含む。
前記2以上の導電性部材は、針状物体から攻撃を受けて短絡(short)を起こし、電気素子の電極などと電気的に連結される。
前記2以上の連結体は、2以上の導電性部材と電気素子を電気的に連結させる役割をする。
前記連結体は、2以上の導電性部材と電気素子を連結するために、一の側（一方）は前記導電性部材と連結され、他の側（他方）は電気素子の電極又は電極の間の電気移動通路である連結部と連結される。
前記絶縁層は、2以上の導電性部材の間に介在され、電気素子が正常に作動する際には、2以上の導電性部材が短絡(short)を起こすことを防止する役割をする。
このような構成を介して電気素子が釘(nail)などによって貫通される状況で、前記外部短絡流動キットが優先的に針状物体によって貫通され電気素子を保護するようになる。
すなわち、前記外部短絡流動キットが針状物体によって貫通されて2以上の導電性部材が接触され、これにより2以上の導電性部材の間に短絡(short)が発生する。この場合、前記2以上の導電性部材及び前記針状物体に電流パス(path)が形成されて、このように形成された電流によって1次的に電気素子の電圧及びエネルギーが低くなり電気素子が安定した状態に到達するようにする。
したがって、万が一、針状物体が外部短絡流動キットだけではなく電気素子内部まで貫通する場合でも、外部短絡流動キットに短絡によって既に電気素子は安定化された状態なので、電気素子の発火、ひいては電気素子の爆発のような現象を防止することができる。
前記電気素子の非制限的な例としては、二次電池、多数の単位電池を含む電池モジュール及び多数の電池モジュールを含む電池パックなどを挙げることができる。
以下、図面を参照して、前記二次電池、電池モジュール及び電池パックからなる群から選択されたいずれか一つの電気素子に外部短絡流動キットが適用された例を説明する。
前記列挙した電気素子は一実施例であって、本発明による外部短絡流動キットがこれにのみ適用されるものではなく、また、前記図面は本発明の一実施例に過ぎないだけであり、本発明の思想が前記図面に記載した内容に限定されるものでもない。
本発明による二次電池は陽極、陰極及び分離膜をそれぞれ1以上含む単位電池と、1以上の外部短絡流動キットが連結されて成り得る。
本発明の一実施例による外部短絡流動キットは、
第1導電性部材;
前記第1導電性部材と前記単位電池の陽極を連結する第1連結体;
第2導電性部材;
前記第2導電性部材と前記単位電池の陰極を連結する第2連結体;
前記第1導電性部材及び第2導電性部材の間に介在された絶縁層;を含むことができる。
第1導電性部材;
前記第1導電性部材と前記単位電池の陽極を連結する第1連結体;
第2導電性部材;
前記第2導電性部材と前記単位電池の陰極を連結する第2連結体;
前記第1導電性部材及び第2導電性部材の間に介在された絶縁層;を含むことができる。
前記外部短絡流動キットは、単位電池が含む電極の個数及び単位電池の形態などによって、第1導電性部材及び第2導電性部材の個数を調節することができることはもちろん、前記第1及び第2導電性部材の個数に注いで第1及び第2連結体と絶縁層の個数も調節され得る。
好ましくは、前記第1導電性部材及び第1連結体は単位電池が含む陽極の個数ほど含んで、第2導電性部材及び第2連結体は単位電池が含む陰極の個数ほど含むことができ、前記第1及び第2導電性部材を単位電池の電極の個数より多く含む場合、二次電池の体積が大きくなって二次電池の体積当たりの容量が小さくなるという問題があり、前記第1及び第2導電性部材を単位電池の電極の個数より少なく含ませる場合、外部短絡流動キットと連結されない単位電池の電極どうし内部短絡が発生する虞があり、二次電池の安全性を充分に保障し難い問題がある。
本発明による外部短絡流動キットは、第1及び第2導電性部材を保護するために外装材で包装することができるが、これに限定されるものではない。
前記第1及び第2導電性部材では、電気導電性が優れていれば、特に制限しないであろうが、好ましくは電気伝導度が高いだけでなく熱による変形が大きくないので、酸化に対する耐性が強い金属及び非金属が利用され得る。
また、前記第1導電性部材及び第2導電性部材は、前記条件の金属及び非金属であれば、陽極と連結される第1導電性部材と陰極と連結される第2導電性部材が必ず同一でなくとも良く、それぞれ異なる材料からなり得ることもある。
また、前記第1導電性部材及び第2導電性部材は、前記条件の金属及び非金属であれば、陽極と連結される第1導電性部材と陰極と連結される第2導電性部材が必ず同一でなくとも良く、それぞれ異なる材料からなり得ることもある。
前記第1導電性部材及び第2導電性部材では、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、ルテニウム(Ru)、ニッケル(Ni)、ステンレススチール(STS)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、亜鉛(Zn)、コバルト(Co)、カルシウム(Ca)、リチウム(Li)、錫(Sn)、カドミウム(Cd)、オスミウム(Os)、ロジウム(Rh)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、タングステン(W)、鉄(Fe)及びこれらの合金などからなる群から選択された1以上のものを用いることができるが、これに限定されるものではない。
また、前記第1及び第2導電性部材100、200の厚さ又は大きさもまた大きく制限されないが、二次電池の針状貫通に対して1次的短絡を誘導するためなので、できるだけその厚さは単位電池の集電体と同一又は類似の厚さに製作するのが適当であり、単位電池の大きさと同一又は類似の大きさに製作して単位電池を保護するようにすることが好ましい。
前記第1及び第2連結体は、前記導電性部材と同じく電気導電性が優れていれば特に制限しないであろうが、好ましくは電気伝導度が高いだけでなく熱による変形が大きくないので、酸化に対する耐性が強い金属及び非金属が利用され得る。
やはり、前記第1連結体及び第2連結体は、前記条件の金属及び非金属であれば、陽極と連結される第1連結体と陰極と連結される第2連結体が必ずしも同じでなくとも良く、それぞれ異なる材料で成り得る。
前記第1連結体及び第2連結体は、前記導電性部材に用いた材料を用いるのが可能であるが、これに限定されない。
一方、第1及び第2導電性部材100、200間に介在される絶縁層は、二次電池が正常に作動中である際には、第1及び第2導電性部材の間に電気が通じないようにする全ての構成が用いられ得る。例えば、前記絶縁層は、空気層;絶縁特性を有する物質層;及び絶縁特性を有する物質層と空気層が共に共存する空気/絶縁特性を有する物質の複合層;からなる群から選択されたいずれか一つの層であり得るが、これに限定されない。
一方、第1及び第2導電性部材100、200間に介在される絶縁層は、二次電池が正常に作動中である際には、第1及び第2導電性部材の間に電気が通じないようにする全ての構成が用いられ得る。例えば、前記絶縁層は、空気層;絶縁特性を有する物質層;及び絶縁特性を有する物質層と空気層が共に共存する空気/絶縁特性を有する物質の複合層;からなる群から選択されたいずれか一つの層であり得るが、これに限定されない。
前記空気層は、第1及び第2導電性部材が互いに一定の距離をおいて離れており、電気が通じないようにする際、第1及び第2導電性部材の間に存在する空気層を意味するものである。
前記空気層は様々な方法で示すことができるが、一例として外部短絡流動キットの外装材内側面に互いに離隔された溝を形成し、前記溝に導電性部材を挟んで固定することによって導電性部材の間に空気層が存在するようにすることができる。
前記絶縁特性を有する物質層;及び前記空気/絶縁特性を有する物質の複合層;は、第1導電性部材及び第2導電性部材に絶縁特性を有する物質を介在して前記導電性部材の間に電気が通じないようにする。
前記絶縁特性を有する物質層は、第1導電性部材及び第2導電性部材の面積と同一の範囲で製作され介在されることを意味する。
前記空気/絶縁特性を有する物質の複合層は、絶縁特性を有する物質層が第1導電性部材及び第2導電性部材の面積より小さな範囲に製作されて、絶縁特性を有する物質層と空気層が共存するようになる。
すなわち、前記空気/絶縁特性を有する物質の複合層で絶縁特性を有する物質層は第1導電性部材と第2導電性部材が互いに一定の距離をおいて離れており、電気が通じないようにするために、導電性部材を間におくスペーサー(spacer)のような役割をする。
前記絶縁特性を有する物質層及び前記空気/絶縁特性を有する物質の複合層に用いられる絶縁特性を有する物質は、電気的絶縁性が優れ且つ難燃性を有する物質なら制限なく使用可能であり、好ましいものとして、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン-2,6-ナフタレンジカルボキシレート(PEN)及びポリカーボネート樹脂からなる群から選択された1種以上を用いることができるが、これに限定しない。
特に、本発明に用いられる前記絶縁特性を有する物質は、熱を受ける場合、収縮(shrinkage)するポリエチレンテレフタレート(PET)又はポリエチレン-2,6-ナフタレンジカルボキシレート(PEN)を用いるのが好ましい。
本発明の二次電池で、外部短絡流動キットの位置は単位電池の表面の中でどこでも位置することができ、これを限定しないが、単位電池を一番効率的に保護するために単位電池外装材外部の広い表面に位置するのが好ましい。
ひいては、前記外部短絡流動キットは大きさを異にして、単位電池の外部6面に最大限に配置され得る。
図1は、本発明の一実施例による一つの外部短絡流動キット1が連結された単位電池2を概略的に示したものであり、針状物体500に対する単位電池2の保護のために外部短絡流動キット1を単位電池2の広い表面上に位置した形態を示したものである。
図1には、外部短絡流動キット1が単位電池2より多少厚く表現されはしたが、本図面は本発明を説明するために多少誇張され表現されたものであることをもう一度強調する。
図1のように、外部短絡流動キット1が単位電池2の広い表面上に位置する場合、図面には示さなかったが外部短絡流動キット1と単位電池2の間に絶縁部を別途に設けることができる。
前記絶縁部は、外部短絡流動キット1の第1導電性部材100と単位電池2の電極の間に短絡を防止するためのものであって、必要に応じて含ませることが可能であり、その材料は前記絶縁層に用いた絶縁特性を有する物質を用いることができるが、これに限定されるものではない。
図1に示した二次電池が、伝導性針状物体500によって外部短絡流動キット1だけが貫通される場合を図2に示し、図1に示した二次電池が伝導性針状物体500によって、外部短絡流動キット1だけでなく単位電池2まで貫通する場合を図3に示した。
図2を参照すれば、外部短絡流動キット1が針状物体500によって貫通されて第1導電性部材100及び第2導電性部材200が接触され、これにより前記導電性部材の間に短絡(short)が発生する。この場合、前記第1導電性部材100、第2導電性部材200及び前記針状物体500に電流パス(path)600が形成されて、このように形成された電流によって1次的に単位電池2の電圧及びエネルギーが低くなり、二次電池3が安定した状態に到達するようにする。
図3を参照すれば、万が一、針状物体500が外部短絡流動キット1だけでなく単位電池2の内部まで貫通する場合でも、外部短絡流動キット1に短絡によって既に単位電池2は安定化された状態なので、二次電池3の発火、ひいては二次電池3の爆発のような現象を防止することができる。
図4は、本発明の一実施例による二つの外部短絡流動キット1が連結された単位電池2を概略的に示したものであり、針状物体500に対する単位電池2の保護を強化するために外部短絡流動キット1を単位電池2の広い2表面上に位置した形態を示したものである。
前記図1及び図4を通じて、本発明の外部短絡流動キットが如何なる構造で単位電池と連結されるのか説明したが、前記外部短絡流動キットは図1及び図4に示した構造外に様々な形態で単位電位と連結され得る。
本発明は、ひいては、多数の単位電池の電極又は多数の単位電池を直列又は並列連結する連結部と1以上の電池モジュール用外部短絡流動キットが連結された電池モジュールを提供する。
前記電池モジュール用外部短絡流動キットは第1導電性部材;
前記第1導電性部材と前記多数の単位電池のうちいずれか一つの陽極を連結する第1連結体;
第2導電性部材;
前記第2導電性部材と前記多数の単位電池のうちいずれか一つの陰極を連結する第2連結体;
第3導電性部材;
前記第3導電性部材と前記多数の単位電池を直列又は並列連結する連結部を連結する第3連結体;及び
前記導電性部材間の介在された絶縁層;を含む。
前記第1導電性部材と前記多数の単位電池のうちいずれか一つの陽極を連結する第1連結体;
第2導電性部材;
前記第2導電性部材と前記多数の単位電池のうちいずれか一つの陰極を連結する第2連結体;
第3導電性部材;
前記第3導電性部材と前記多数の単位電池を直列又は並列連結する連結部を連結する第3連結体;及び
前記導電性部材間の介在された絶縁層;を含む。
本発明による電池モジュール用外部短絡流動キットに含まれる導電性部材は、電池モジュールの用途及び容量によって調節されることができることはもちろん、好ましくは、電池モジュールに含まれる多数の単位電池のうち両末端に位置する単位電池の電極と、多数の単位電池のうち両末端を除いた単位電池を連結する連結部が全て導電性部材と連結されるのが、外部短絡流動キットを用いて電気素子の安全性を向上させるという本発明の目的と符合する。
したがって、前記多数の単位電池を直列又は並列連結する連結部と連結される第3導電性部材及び第3連結体は前記単位電池を直列又は並列連結する連結部の個数ほど含むのが好ましい。
前記電池モジュール用外部短絡流動キットは、単位電池に連結された外部短絡流動キットのように多数の単位電池を含む電池モジュールの表面の中でどこでも位置することができ、これを限定しないが、電池モジュールを一番効率的に保護するために電池モジュール外装材外部の広い表面に位置するのが好ましい。
図5には、本発明の一実施例による多数の単位電池の電極(陽極端子10、陰極端子11)又は連結部16が電池モジュール用外部短絡流動キットと連結された形態を示した。
図5のように、本発明による電池モジュールは多数の単位電池2のうち最外殻に位置した単位電池;電池モジュール用外部短絡流動キットで単位電池が位置する反対側の最外殻に位置した第1導電性部材100;が連結され得る。
その後、その次の最外殻に位置した単位電池;電池モジュール用外部短絡流動キットにおいて単位電池が位置する反対側のその次の最外殻に位置した第3導電性部材300;が連結され、順に多数の単位電池の電極(陽極端子10、陰極端子11)又は連結部16が導電性部材100、200、300と連結される構造であり得る。
前記のような構造の場合、電池モジュールが伝導性針状物体500によって攻撃を受けても、順次の外部短絡を誘導し電池モジュールをさらに安定した状態で誘導できるので好ましいが、本発明による電池モジュールの構造はこれに限定されるものではない。
また、図5では、第1及び第2連結体がそれぞれ単位電池の陽極端子10と陰極端子11に連結されるように示したが、電極端子と連結されるバスバー17と連結されても、本発明に符合し電気が通じる場所であれば位置を限定しない。
本発明は、前記電池モジュールを含む電池パックを提供することができる。
前記電池パックは、パワーツール(power tool);電気車(Electric Vehicle、EV)、ハイブリッド電気車(Hybrid Electric Vehicle、HEV)及びプラグインハイブリッド電気車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle、PHEV)などの電気車;イーバイク(E-bike)又はイースクーター(E-scooter)などの電気二輪車;電気ゴルフカート(Electric golf cart);電気トラック;及び電気商用車などの中大型デバイス電源として使用可能であるが、これに限定されるものではない。
以下、実施例を通じて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲は以下実施例に限定されるものではない。
実施例. 外部短絡流動キットが連結された単位電池
本発明の外部短絡流動キットを製造するために、第1導電性部材としてアルミニウム薄膜、絶縁層としてポリエチレンテレフタレート(PET)、第2導電性部材で銅薄膜を積層し、80℃の温度と100、000N/m2圧力をかけて第1導電性部材/絶縁層/第2導電性部材の組立体を完成した。
本発明の外部短絡流動キットを製造するために、第1導電性部材としてアルミニウム薄膜、絶縁層としてポリエチレンテレフタレート(PET)、第2導電性部材で銅薄膜を積層し、80℃の温度と100、000N/m2圧力をかけて第1導電性部材/絶縁層/第2導電性部材の組立体を完成した。
これを陽極、陰極及び分離膜を含む単位電池と、第1連結体及び第2連結体を用いて連結し、本発明による二次電池を製造した。
比較例. 従来の単位電池
外部短絡流動キットを連結していない単位電池を用いた。
外部短絡流動キットを連結していない単位電池を用いた。
実験例．
前記製作された実施例及び比較例の電池を、4.2V電圧下に完全に充電して直径2.5mm釘(nail)を用いて前記電池の中央を貫通させた後、発火可否を観察した。この際、釘貫通速度は5m/minにし、その結果を表1に示した。
前記製作された実施例及び比較例の電池を、4.2V電圧下に完全に充電して直径2.5mm釘(nail)を用いて前記電池の中央を貫通させた後、発火可否を観察した。この際、釘貫通速度は5m/minにし、その結果を表1に示した。
実施例1による外部短絡流動キットで連結した単位電池の中央を、直径2.5mm釘(nail)を5m/minの速度で攻撃した。その結果、外部短絡流動キットは完全に貫通され、単位電池も一部貫通された。しかし、外部短絡流動キットが1次的に短絡され、単位電池の電圧及びエネルギーを低め、その後直径2.5mm釘(nail)によって単位電池が一部貫通されたとしても単位電池の発火は観察されなかった。
一方、比較例1による外部短絡流動キットが連結されなかった単位電池の場合、直径2.5mm釘(nail)が5m/minの速度で攻撃して単位電池を完全に貫通し、単位電池の発火が観察された。
一方、比較例1による外部短絡流動キットが連結されなかった単位電池の場合、直径2.5mm釘(nail)が5m/minの速度で攻撃して単位電池を完全に貫通し、単位電池の発火が観察された。
したがって、本発明による外部短絡流動キットは単位電池の安全性を根本的に向上させることができ、このような結果は多数の単位電池を含む電池モジュール及び電池パックのような電気素子に対しても同様である。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を外れない範囲で様々な修正及び変形が可能なものである。したがって、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためではなく説明するためのものであって、本発明の保護範囲は下記の特許請求範囲によって解釈されなければならず、これと同等の範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものとして解釈されなければならないものである。
1. 外部短絡流動キット 2. 単位電池
3. 二次電池 4. 電池モジュール
10. 陽極端子 11.陰極端子
12. 陽極 13. 陰極
14. 分離膜 15. 二次電池外装材
16. 連結部 17. バスバー
100. 第1導電性部材 101. 第1連結体
200. 第2導電性部材 201. 第2連結体
300. 第3導電性部材 301. 第3連結体
400. 絶縁層
500. 伝導性針状物体
600. 電流パス(path)
3. 二次電池 4. 電池モジュール
10. 陽極端子 11.陰極端子
12. 陽極 13. 陰極
14. 分離膜 15. 二次電池外装材
16. 連結部 17. バスバー
100. 第1導電性部材 101. 第1連結体
200. 第2導電性部材 201. 第2連結体
300. 第3導電性部材 301. 第3連結体
400. 絶縁層
500. 伝導性針状物体
600. 電流パス(path)
Claims (17)
- 電気素子の外部短絡流動キットであって、
２以上の導電性部材と、
一の側が前記導電性部材と連結され、他の側が電気素子の電極又は電極の間の電気移動通路である連結部と連結されるための２以上の連結体と、及び
前記２以上の導電性部材の間に介在される絶縁層とを備えてなる、電気素子の外部短絡流動キット。 - 前記電気素子が、二次電池、多数の単位電池を備えた電池モジュール及び多数の電池モジュールを含む電池パックからなる群から選択された何れかの一種であることを特徴とする、請求項１に記載の外部短絡流動キット。
- 陽極、陰極及び分離膜を備えた単位電池と、１以上の外部短絡流動キットが連結された二次電池であって
前記外部短絡流動キットが、
第１導電性部材と、
前記第１導電性部材と単位電池の陽極を連結する第１連結体と、
第２導電性部材と、
前記第２導電性部材と単位電池の陰極を連結する第２連結体と、
前記第１導電性部材及び第２導電性部材の間に介在された絶縁層とを備えてなることを特徴とする、二次電池。 - 前記外部短絡流動キットが、外装材をさらに備えてなることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
- 前記第１導電性部材と前記第２導電性部材がそれぞれ、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレススチール（ＳＴＳ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、カルシウム（Ｃａ）、リチウム（Ｌｉ）、錫（Ｓｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）及びこれらの合金からなる群から選択された１以上であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の二次電池。
- 前記第１連結体及び第２連結体がそれぞれ、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレススチール（ＳＴＳ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、カルシウム（Ｃａ）、リチウム（Ｌｉ）、錫（Ｓｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）及びこれらの合金からなる群から選択された１以上であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の二次電池。
- 前記絶縁層が、空気層と、絶縁特性を有する物質層と、及び絶縁特性を有する物質層と空気層が共に共存する空気／絶縁特性を有する物質の複合層とからなる群から選択された何れか一つの層であることを特徴とする、請求項３〜６の何れか一項に記載の二次電池。
- 前記空気層が、外部短絡流動キットの外装材内側面に互いに離隔された溝を形成して前記溝に導電性部材を挟んで固定することで、導電性部材の間に存在する空気層であることを特徴とする、請求項７に記載の二次電池。
- 前記絶縁特性を有する物質層及び前記空気／絶縁特性を有する物質の複合層に用いられる絶縁特性を有する物質が、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート（ＰＥＮ）及びポリカーボネート樹脂からなる群から選択された一種又は二種以上の組み合わせであることを特徴とする、請求項７又は８に記載の二次電池。
- 前記外部短絡流動キットが、単位電池外装材外部の表面の中で面積が一番広い表面方向に位置することを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
- 前記外部短絡流動キットと、単位電池外装材の間に絶縁部をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池。
- 前記絶縁部が、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート（ＰＥＮ）及びポリカーボネート樹脂からなる群から選択された一種又は二種以上の物質でなることを特徴とする、請求項１１に記載の二次電池。
- 多数の単位電池の電極又は多数の単位電池を直列又は並列連結する連結部と、１以上の電池モジュール用外部短絡流動キットが連結された電池モジュールであって、
前記電池モジュール用外部短絡流動キットが、
第１導電性部材と、
前記第１導電性部材と前記多数の単位電池の中でいずれか一つの陽極を連結する第１連結体と、
第２導電性部材と、
前記第２導電性部材と前記多数の単位電池の中でいずれか一つの陰極を連結する第２連結体と、
第３導電性部材と、
前記第３導電性部材と前記多数の単位電池を直列又は並列連結する連結部を連結する第３連結体と、及び
前記導電性部材の間に介在された絶縁層とを備えてなることを特徴とする、電池モジュール。 - 前記第３導電性部材及び前記第３連結体が、前記単位電池を直列又は並列連結する連結部の個数ほど含むことを特徴とする、請求項１３に記載の電池モジュール。
- 前記電池モジュール用外部短絡流動キットが、電池モジュール外装材外部表面に備えられることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の電池モジュール。
- 請求項１３〜１５の何れか一項に記載の電池モジュールを備えてなることを特徴とする、電池パック。
- 前記電池パックが、パワーツール（ｐｏｗｅｒ ｔｏｏｌ）；電気車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）及びプラグインハイブリッド電気車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）からなる群から選択された電気車；イーバイク（Ｅ−ｂｉｋｅ）；イースクーター（Ｅ−ｓｃｏｏｔｅｒ）；電気ゴルフカート（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｏｌｆ ｃａｒｔ）；電気トラック；及び電気商用車からなる中大型デバイス群から選択された一つ以上の電源として用いられることを特徴とする、請求項１６に記載の電池パック。
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