JP2021530830A - 二次電池及びその二次電池を含む電池パック - Google Patents

二次電池及びその二次電池を含む電池パック Download PDF

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Abstract

二次電池及びその二次電池を含む電池パックが開示される。本発明の一側面によれば、電極組立体の少なくとも一部を囲み、外装材内の気体は透過できるが、外装材内の液体は透過できない防水部；及び、前記外装材の内側面に備えられ、外装材の内圧が一定値を超過する場合、外装材内の気体が外部に排出される経路を提供するベント部；を含む二次電池が開示される。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年６月４日付韓国特許出願第１０−２０１９−００６６１４３号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、二次電池及びその二次電池を含む電池パックに関し、二次電池の内圧上昇時に二次電池内部の気体を所望の方向に排出できる構造を有する二次電池及びその二次電池を含む電池パックに関する。
繰り返し充電及び放電が可能な二次電池は、その構造または製造方法によって円筒状二次電池、角形二次電池、パウチ型二次電池などに区分され得る。このうちパウチ型二次電池は、シート形態のパウチ外装材内に電極と分離膜が交互に配置された構造を有する電極組立体が収容された構造を有する。特に、パウチ型二次電池は、製造に必要な工程が比較的簡単で製造コストが低いため、広く用いられている。
一方、二次電池の異常な作動などにより、二次電池内部の圧力が上昇する場合が発生し得る。特に、二次電池内部の圧力が異常に上昇する場合、二次電池が爆発する可能性があるが、これを防止するためには、二次電池内部の圧力が一定値を超過する場合、二次電池内部の気体が外部に排出される必要がある。
しかし、二次電池内部の気体は高温及び高圧状態なので、二次電池内部の気体が誤った方向に排出される場合には、二次電池の周辺の構造物に損傷が発生し得る。このような問題を防止するためには、二次電池内部の気体が一定の経路を介して排出できるように二次電池を設計する必要がある。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、二次電池内部の圧力が異常に上昇する場合、二次電池内部の気体が一定の経路を介して排出されるようにすることにより、二次電池の周辺の構造物の損傷を防止することである。
前記目的を達成するための本発明の一側面によれば、電極と分離膜が交互に配置された構造を有する電極組立体；内部に前記電極組立体を収容する空間が形成される外装材；前記外装材内に備えられ、前記電極組立体の少なくとも一部を囲み、前記外装材内の気体は透過できるが、前記外装材内の液体は透過できない防水部；及び、前記外装材の内側面に備えられ、前記外装材の内圧が一定値を超過する場合、前記外装材内の気体が外部に排出される経路を提供するベント部；を含み、前記防水部は、前記外装材の複数の内側面のうち、前記ベント部が備えられた内側面と向かい合うように備えられる二次電池が提供される。
前記外装材は、２枚の外装シートが互いに向かい合う構造を有し、前記外装材の複数の外側面のうち少なくとも一面には、前記２枚の外装シートの端部が互いに向かい合う周囲部が形成され、前記ベント部は、前記外装材の複数の内側面のうち前記周囲部が形成される外側面に対応する内側面に備えられてよい。
前記外装材の複数の内側面のうち一面から外部に突出される電極リード；をさらに含み、前記ベント部は、前記外装材の複数の内側面のうち前記電極リードが突出される内側面を除外した内側面に備えられてよい。
前記防水部は、前記電極組立体の周囲全体を囲んでよい。
前記ベント部は、互いに向かい合う第１ベント部材及び第２ベント部材；を含み、前記第１ベント部材と前記第２ベント部材の間の間隔は、前記外装材の内部から前記外装材の外部の方向に行くほど近くなってよい。
前記外装材の外部の方向に延長された前記第１ベント部材の一端部と前記第２ベント部材の一端部は互いに接触することにより、前記外装材内の気体が外部に排出される経路が遮断され、ただし、前記外装材の内圧が前記一定値を超過する場合、前記第１ベント部材の前記一端部と前記第２ベント部材の前記一端部が互いに離隔されることにより、前記外装材内の気体が外部に排出される経路が提供されてよい。
前記周囲部の内側面と前記ベント部の間に備えられ、弾性力により前記ベント部を加圧する弾性部；をさらに含んでよい。
前記弾性部は、前記周囲部の内側面と前記第１ベント部材の間に備えられ、弾性力により前記第１ベント部材を加圧する第１弾性部材；及び、前記周囲部の内側面と前記第２ベント部材の間に備えられ、弾性力により前記第２ベント部材を加圧する第２弾性部材；を含んでよい。
前記外装材の内圧が前記一定値以下に再び下がる場合、前記第１ベント部材の前記一端部と前記第２ベント部材の前記一端部が再び接触することにより、前記外装材内の気体が外部に排出される経路が再び遮断されてよい。
前記周囲部のうち、前記ベント部が備えられる前記内側面に対応する外側面に形成される周囲部を除外した周囲部では、前記２枚の外装シートが互いに接合されて密封部が形成され、前記周囲部のうち、前記ベント部が備えられる前記内側面に対応する外側面に形成される周囲部では、前記２枚の外装シートが、互いに接合されないか前記密封部の接合力より低い接合力で互いに接合されてよい。
前記目的を達成するための本発明の他の側面によれば、前記二次電池を含む電池パックが提供される。
前記外装材は、２枚の外装シートが互いに向かい合う構造を有し、前記外装材の複数の外側面のうち上方を向いている上部外側面には、前記２枚の外装シートが互いに向かい合う周囲部が形成され、前記ベント部は、前記外装材の複数の内側面のうち前記周囲部が形成される前記上部外側面に対応する内側面に備えられてよい。
本発明によれば、二次電池内部の圧力が異常に上昇する場合、二次電池内部の気体が一定の経路を介して排出されることにより、二次電池の周辺の構造物の損傷を防止することができる。
本発明による二次電池の構造を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態による二次電池の上部構造の平常時の様子を示した側断面図である。 本発明の第１実施形態による二次電池の内圧が一定値を超過した場合の二次電池の上部構造の様子を示した側断面図である。 本発明の第２実施形態による二次電池の上部構造の様子を示した側断面図である。 本発明の第３実施形態による二次電池の上部構造の様子を示した側断面図である。 図５のＡ領域を拡大して示した側断面図である。
以下、図を参考にしつつ、本発明による二次電池及び電池パックの構造を説明する。
二次電池
図１は、本発明による二次電池の構造を示した斜視図であり、図２は、本発明の第１実施形態による二次電池の上部構造の平常時の様子を示した側断面図である。そして、図３は、本発明の第１実施形態による二次電池の内圧が一定値を超過した場合、二次電池の上部構造の様子を示した側断面図である。
図１から図３に示されているとおり、本発明による二次電池１０は、電極組立体１００を含んでよい。電極組立体１００は、電極と分離膜が交互に配置された構造を有してよい。
また、二次電池１０は、内部に電極組立体１００を収容する空間が形成される外装材２００を含んでよい。外装材２００は、パウチ型外装材であってよい。すなわち、本発明による二次電池１０は、パウチ型二次電池であってよい。
引き続き図１から図３を参考にすれば、本発明による二次電池１０の外装材２００は、第１外装シート２１０ａ及び第２外装シート２２０ａを含んでよい。また、本発明による二次電池１０は、外装材２００の第１外装シート２１０ａ及び第２外装シート２２０ａが互いに向かい合う周囲部２００ａを含んでよい。周囲部２００ａは、第１外装シート２１０ａ及び第２外装シート２２０ａの端部が互いに向かい合う構造を有してよい。周囲部２００ａは、外装材２００の複数の外側面のうち少なくとも一面に形成されてよい。図１には、周囲部２００ａが外装材２００の上面及び下面に形成された様子が示されている。
また、本発明による二次電池１０は、外装材２００の一面から突出される電極リード３００をさらに含んでよい。電極リード３００は、電極組立体１００の電極タブ（図示省略）と電気的に接続される構成であって、外装材２００の内側面のうち一面から外部に向けて突出される構造を有してよい。図１には、２つの電極リード３００が互いに反対方向に突出された様子が示されている。
図２及び図３に示されているとおり、本発明による二次電池１０は、外装材２００の内圧が一定値を超過する場合、外装材２００内の気体が外部に排出される経路を提供するベント部４００を含んでよい。
ベント部４００は、第１ベント部材４１０及び第２ベント部材４２０を含んでよい。このとき、第１ベント部材４１０と第２ベント部材４２０は、対称的に互いに向かい合っていてよい。
一方、ベント部４００は、外装材２００の複数の内側面のうち周囲部２００ａが形成される外側面に対応する内側面に備えられてよい。図２及び図３には、ベント部４００が、外装材２００の複数の内側面のうち周囲部２００ａが形成される上部外側面に対応する内側面に備えられている様子が示されている。
また、第１ベント部材４１０と第２ベント部材４２０は、外装材２００の外部の方向に延長されてよい。このとき、第１ベント部材４１０と第２ベント部材４２０の間の間隔は、外装材２００の内部から外装材２００の外部の方向に行くほど近くなってよい。また、図２に示されているとおり、外装材２００の外部の方向に延長された第１ベント部材４１０の一端部と第２ベント部材４２０の一端部は互いに接触することにより、平常時には外装材２００内の気体がベント部４００を通過して外部に排出される経路が遮断されてよい。
引き続き図２及び図３を参考にすれば、ベント部４００は、外装材２００の複数の内側面のうち電極リード３００が突出される内側面を除外した内側面に備えられてよい。
電極リードが突出される内側面にベント部が備えられる場合、二次電池内の気体がベント部を介して外部に排出される過程で、気体が電極リードと接触し得る。この場合、ベント部を介して外部に排出される気体の温度及び圧力により、電極リードが変形されるか損傷されるという問題が発生し得る。よって、本発明によれば、ベント部４００は、外装材２００の複数の内側面のうち電極リード３００が突出される内側面を除外した内側面に備えられてよい。
一方、本発明により二次電池１０内の気体がベント部４００を介して外部に排出される原理を説明する。
二次電池１０の異常な作動などにより外装材２００の内圧が一定値を超過する場合、図３に示されているとおり、外装材２００の内圧により、平常時には互いに接触していた第１ベント部材４１０の一端部と第２ベント部材４２０の一端部が互いに離隔され、これにより二次電池１０内の気体が外部に排出される。
すなわち、本発明によれば、ベント部４００と隣接した領域で外装材２００の内圧が定められた１つの値を超過する場合、ベント部４００の第１ベント部材４１０と第２ベント部材４２０が互いに離隔されるように二次電池１０が製造され得る。例えば、ベント部４００と隣接した領域で外装材２００の内圧が特定の値Ａを超過する場合、第１ベント部材４１０と第２ベント部材４２０が互いに離隔されることにより、二次電池１０内の気体が外部に排出され得る。
一方、外装材２００内の気体が排出され外装材２００の内圧が再び一定値以下に下がる場合、第１ベント部材４１０の一端部と第２ベント部材４２０の一端部が再び接触することにより、外装材２００内の気体が外部に排出される経路が再び遮断され得る。すなわち、本発明によるベント部４００の第１ベント部材４１０及び第２ベント部材４２０は、外装材２００の内圧により相互間に接触及び離隔が繰り返しなされる構成であってよい。
本発明によれば、二次電池１０にベント部４００が備えられるので、二次電池内部の圧力が異常に上昇する場合、二次電池１０内部の気体が、開放されたベント部４００により形成された一定の経路を介して排出され得る。よって、本発明によれば、二次電池内部の気体が排出される経路が一定しない場合に発生し得る、二次電池の周辺の構造物の予想できなかった損傷を防止することができる。
一方、図１から図３を参考にすれば、本発明による二次電池１０で周囲部２００ａのうち少なくとも一部では、２枚の外装シートが互いに接合されてよい。すなわち、本発明によれば、周囲部２００ａのうち、ベント部４００が備えられる前記内側面に対応する外側面に形成される周囲部を除外した周囲部では、第１外装シート２１０ａ及び第２外装シート２２０ａが互いに接合されて密封部が形成されてよい。図１を参考にすれば、外装材２００の下面に形成された周囲部２００ａで、第１外装シート２１０ａと第２外装シート２２０ａが互いに接合されて密封部を形成し得る。
一方、本発明による二次電池１０で、周囲部２００ａのうち他の一部では、２枚の外装シートが互いに接合されないか前記密封部の接合力より低い接合力で互いに接合されてよい。図１を参考にすれば、外装材２００の上面に形成された周囲部２００ａで、第１外装シート２１０ａと第２外装シート２２０ａは互いに接合されないか前記密封部の接合力より低い接合力で互いに接合されてよい。この場合、外装材２００の内圧が一定値を超過する場合、外装材の他の領域が破断される前に、外装材２００内の気体がベント部４００を介して外部に速やかに排出され得る。
一方、本発明による二次電池１０は、外装材２００内に備えられ、電極組立体１００の少なくとも一部を囲む防水部５００をさらに含んでよい。防水部５００は、外装材２００内の気体は透過できるが、外装材２００内の液体は透過できない構成であってよい。防水部５００は防水性を有し、メッシュ（ｍｅｓｈ）構造を有する織物（ｆａｂｒｉｃ）であってよい。
図２に示されているとおり、防水部５００は、外装材２００の複数の内側面のうちベント部４００が備えられた内側面と向かい合うように備えられてよい。図２には、ベント部４００が備えられた外装材２００の上部内側面と向かい合うように防水部５００が備えられた様子が示されている。
本発明によれば、防水部５００が外装材２００の複数の内側面のうちベント部４００が備えられた内側面と向かい合うように備えられるため、外装材２００の内圧が一定値を超過する場合、二次電池１０内の気体は、防水部５００を通過した後にベント部４００及び周囲部２００ａを経て外部に排出されるが、二次電池１０内の液体（例えば、電解液）は外部に排出されないか液体が外部に排出されることを最小化できる。
二次電池１０の外装材２００の内圧に主な影響を及ぼすものは、二次電池１０内の液体ではなく気体であり、液体、特に、電解液が外部に流出される場合、二次電池１０が正常に作動しないという問題が発生し得る。よって、本発明によれば、外装材の内圧が一定値を超過する場合、外装材２００の内圧に主な影響を及ぼす気体だけが外部に排出されるので、外装材２００の内圧が異常に上昇しても、二次電池内の液体の排出により二次電池１０の作動が中断されるという問題を防止することができる。
図４は、本発明の第２実施形態による二次電池の上部構造の様子を示した側断面図である。
図３に示されているとおり、本発明の第１実施形態によれば、防水部５００は、電極組立体１００の一部（特に、電極組立体でベント部と向かい合う領域）のみを囲むことができる。しかし、図４に示されているとおり、本発明の第２実施形態によれば、防水部５００は、電極組立体１００の周囲全体を囲むことができる。本発明の第２実施形態によれば、防水部５００が電極組立体１００内の全領域を囲むようになるので、防水部５００内の液体が外部に排出されることを根本的に遮断することができる。
図５は、本発明の第３実施形態による二次電池の上部構造の様子を示した側断面図であり、図６は、図５のＡ領域を拡大して示した側断面図である。
本発明の第３実施形態による二次電池１０は、周囲部２００ａの内側面とベント部４００の間に備えられる弾性部６００をさらに含んでよい。弾性部６００は、弾性力によりベント部４００を加圧する構成であって、弾性を有する材質からなってよい。
図５及び図６に示されているとおり、弾性部６００は、第１弾性部材６１０及び第２弾性部材６２０を含んでよい。第１弾性部材６１０は、周囲部２００ａの内側面と第１ベント部材４１０の間に備えられてよく、第２弾性部材６２０は周囲部２００ａの内側面と第２ベント部材４２０の間に備えられてよい。第１弾性部材６１０は、弾性力により第１ベント部材４１０を加圧することができ、第２弾性部材６２０は、弾性力により第２ベント部材４２０を加圧することができる。例えば、第１弾性部材６１０と第２弾性部材６２０はスプリングであってよい。一方、第１弾性部材６１０の一端部と他端部は、それぞれ第１外装シート２１０ａの内側面と第１ベント部材４１０に付着されてよく、第２弾性部材６２０の一端部と他端部は、それぞれ第２外装シート２２０ａの内側面と第２ベント部材４２０に付着されてよい。
本発明の第３実施形態によれば、外装材２００の内圧が一定値以下の場合、弾性部６００の弾性力により第１ベント部材４１０と第２ベント部材４２０の間の接触がより安定的になされ得る。より好ましくは、第１弾性部材６１０及び第２弾性部材６２０は、第１ベント部材４１０と第２ベント部材４２０が互いに接触する領域（すなわち、外装材の外部の方向に延長された第１ベント部材の一端部と第２ベント部材の一端部が互いに接触する領域）を加圧することができる。
電池パック
本発明による電池パックは、複数の二次電池を含んでよい。
前述のとおり、本発明による二次電池の外装材の複数の外側面のうち少なくとも一部には、２枚の外装シートが互いに向かい合う周囲部が形成されてよい。このとき、周囲部は外装材の複数の外側面のうち上方を向いている上部外側面に形成されてよい。
また、二次電池のベント部は、外装材の複数の内側面のうち周囲部が形成される上部外側面に対応する内側面に備えられてよい。
二次電池１０の構造に対する他の内容は、二次電池の構造に対して図１から図６を参考にして前述した内容で代替する。
以上、本発明は、たとえ限定された実施形態と図によって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な実施が可能なことは勿論である。
１０：二次電池
１００：電極組立体
２００：外装材
２００ａ：周囲部
２１０ａ：第１外装シート
２２０ａ：第２外装シート
３００：電極リード
４００：ベント部
４１０：第１ベント部材
４２０：第２ベント部材
５００：防水部
６００：弾性部
６１０：第１弾性部材
６２０：第２弾性部材

Claims (12)

  1. 電極と分離膜が交互に配置された構造を有する電極組立体；
    内部に前記電極組立体を収容する空間が形成される外装材；
    前記外装材内に備えられ、前記電極組立体の少なくとも一部を囲み、前記外装材内の気体は透過できるが、前記外装材内の液体は透過できない防水部；及び
    前記外装材の内側面に備えられ、前記外装材の内圧が一定値を超過する場合、前記外装材内の気体が外部に排出される経路を提供するベント部；を含み、
    前記防水部は、前記外装材の複数の内側面のうち、前記ベント部が備えられた内側面と向かい合うように備えられる、二次電池。
  2. 前記外装材は、２枚の外装シートが互いに向かい合う構造を有し、
    前記外装材の複数の外側面のうち少なくとも一面には、前記２枚の外装シートの端部が互いに向かい合う周囲部が形成され、
    前記ベント部は、前記外装材の複数の内側面のうち、前記周囲部が形成される外側面に対応する内側面に備えられる、請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記外装材の複数の内側面のうち一面から外部に突出される電極リード；をさらに含み、
    前記ベント部は、
    前記外装材の複数の内側面のうち、前記電極リードが突出される内側面を除外した内側面に備えられる、請求項１または２に記載の二次電池。
  4. 前記防水部は、前記電極組立体の全体を囲む、請求項１〜３の何れか一項に記載の二次電池。
  5. 前記ベント部は、
    互いに向かい合う第１ベント部材及び第２ベント部材；を含み、
    前記第１ベント部材と前記第２ベント部材の間の間隔は、前記外装材の内部から前記外装材の外部の方向に行くほど近くなる、請求項２に記載の二次電池。
  6. 前記外装材の外部の方向に延長された前記第１ベント部材の一端部と前記第２ベント部材の一端部は互いに接触することにより、前記外装材内の気体が外部に排出される経路が遮断され、
    前記外装材の内圧が前記一定値を超過する場合、前記第１ベント部材の前記一端部と前記第２ベント部材の前記一端部が互いに離隔されることにより、前記外装材内の気体が外部に排出される経路が提供される、請求項５に記載の二次電池。
  7. 前記周囲部の内側面と前記ベント部の間に備えられ、弾性力により前記ベント部を加圧する弾性部；をさらに含む、請求項５に記載の二次電池。
  8. 前記弾性部は、
    前記周囲部の内側面と前記第１ベント部材の間に備えられ、弾性力により前記第１ベント部材を加圧する第１弾性部材；及び
    前記周囲部の内側面と前記第２ベント部材の間に備えられ、弾性力により前記第２ベント部材を加圧する第２弾性部材；を含む、請求項７に記載の二次電池。
  9. 前記外装材の内圧が前記一定値以下に再び下がる場合、前記第１ベント部材の前記一端部と前記第２ベント部材の前記一端部が再び接触することにより、前記外装材内の気体が外部に排出される経路が再び遮断される、請求項６に記載の二次電池。
  10. 前記周囲部のうち、前記ベント部が備えられる前記内側面に対応する外側面に形成される周囲部を除外した周囲部では、前記２枚の外装シートが互いに接合されて密封部が形成され、
    前記周囲部のうち、前記ベント部が備えられる前記内側面に対応する外側面に形成される周囲部では、前記２枚の外装シートが、互いに接合されないか前記密封部の接合力より低い接合力で互いに接合される、請求項２、７及び８の何れか一項に記載の二次電池。
  11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の二次電池を含む、電池パック。
  12. 前記外装材は、２枚の外装シートが互いに向かい合う構造を有し、
    前記外装材の複数の外側面のうち上方を向いている上部外側面には、前記２枚の外装シートが互いに向かい合う周囲部が形成され、
    前記ベント部は、前記外装材の複数の内側面のうち前記周囲部が形成される前記上部外側面に対応する内側面に備えられる、請求項１１に記載の電池パック。
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