KR101080130B1 - 전해액 누출시 안전성이 보장된 전지팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전해액 누출시 안전성이 보장된 전지팩으로서, 하나 또는 둘 이상의 전지셀들이 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 내장되어 있는 전지팩에 있어서, 전지셀로부터 누출되는 전해액이 소정의 부위로 유입되는 것을 방지할 수 있는 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 누액 방지벽이 형성되어 있으며, 상기 누액 방지벽은 상부 및/또는 하부 케이스로부터 돌출된 측벽부재와, 상기 측벽부재의 적어도 단부를 감싸면서 밀봉을 이룰 수 있도록 조립방식으로 장착되는 탄성소재의 밀봉부재를 포함하는 구조로 이루어진 전지팩을 제공한다.
Description
도 1은 종래기술에 따라 누액 방지벽이 형성된 전지팩 케이스의 단면 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 누액 방지벽이 형성된 전지팩의 단면 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 누액 방지벽이 형성된 전지팩의 단면 모식도이다;
도 4는 도 3의 누액 방지벽에 포함된 밀봉부재가 상부 케이스에 접착되어 조립되는 구조의 모식도이다.
본 발명은 전해액 누출시 안전성이 보장된 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나 또는 둘 이상의 전지셀들이 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 내장되 어 있는 전지팩에 있어서, 전지셀로부터 누출되는 전해액이 소정의 부위로 유입되는 것을 방지할 수 있는 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 누액 방지벽이 형성되어 있으며, 상기 누액 방지벽은 상부 및/또는 하부 케이스로부터 돌출된 측벽부재와, 상기 측벽부재의 적어도 단부를 감싸면서 밀봉을 이룰 수 있도록 조립방식으로 장착되는 탄성소재의 밀봉부재를 포함하고 있는 것으로 구성된 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조 비용, 적은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
그러나, 리튬 이차전지는 근본적으로 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 특히, 파우치형 전지는 전지케이스의 낮은 기계적 강성이 보완하기 위하여 팩 케이스에 내장한 전지팩의 형태로 사용되고 있지만, 열융착 실링부가 분리되었을 때 전해액 등 발화성 물질이 누설되어 화재의 위험성이 높은 문제점을 가지고 있다.
한편, 이차전지의 비정상적인 작동의 주요 원인들 중의 하나는 전기적 단락이 유발되는 경우이다. 따라서, 이차전지에는 휴즈, 보호회로 등과 같은 다양한 안전장치들이 장착되어 있다. 그러나, 전지셀의 전해액이 누출되었을 때, 누출된 전해액이 보호회로부 등으로 유입되어 보호회로의 오작동, 단락 및 발화를 유발할 수 있다. 따라서 이러한 문제를 유발하는 것을 방지하기 위하여, 팩 케이스 내부에 누액 방지벽을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
도 1에는 종래기술 중에서 누액 방지벽이 형성된 전지팩 케이스의 단면이 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩 케이스(50)는 상부 케이스(10)와 하부 케이스(20)가 결합되는 구조로 이루어져 있으며, 상부 케이스(10)와 하부 케이스(20)에서 돌출된 각각의 측벽부재들(12, 22)이 서로 중첩되어 누액 방지벽(30)을 형성함으로 써, 전지셀이 장착되는 부위(a)와 보호회로가 장착되는 부위(b)를 격리시킨다.
그러나, 누액 방지벽(30)은 측벽부재들(12, 22)이 중착되면서 접촉되는 구조로 이루어져 있으므로, 접촉부위에 미세한 틈이 존재한다. 부위(a)의 전지셀(도시하지 않음)로부터 누출된 전해액은 이러한 미세한 틈을 통해 부위(b)로 흘러 들어갈 수 있다.
이러한 미세한 틈을 없애기 위해 두 측벽부재들(12, 22)을 밀착시키도록 구성하는 경우에는, 얇은 측벽부재들(12, 22)의 구조적 한계로 인해 파괴되기 쉽고, 또한, 진동 및 외력에 의하여 두 측벽부재(12, 22)가 이격될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 일본 특허출원공개 제2003-297317호에는, 상부 및 하부 케이스의 결합시, 각각의 케이스에 형성되어 있는 분리벽과 분리홈이 상호 결합하여 전지셀 수납부와 보호회로부를 격리시키며, 분리홈과 분리벽 사이에 수지가 채워지는 구조의 전지팩에 관한 기술이 개시되어 있다. 그러나 상기 기술은, 뒤틀림, 진동 등과 같은 외력에 대해 구조적 안정성이 떨어지고, 복잡한 구조로 인한 작업 공정의 난이성 등의 문제점이 따른다.
따라서, 조립 과정이 용이하면서 충분한 기계적 강성을 가지며 전지셀에서 전해액의 누출시에도 안전성을 확보할 수 있는 전지팩 케이스에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전지팩의 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 형성되어 있는 누액 방지벽의 구조를 개선할 경우, 조립 공정을 크게 단순화시킬 수 있으며, 전해액 누출에 대한 안전성을 확보하면서 동시에 향상된 결합 강도를 유지할 수 있는 이점을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 하나 또는 둘 이상의 전지셀들이 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 내장되어 있는 전지팩으로서, 전지셀로부터 누출되는 전해액이 소정의 부위로 유입되는 것을 방지할 수 있는 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 누액 방지벽이 형성되어 있으며, 상기 누액 방지벽은 상부 및/또는 하부 케이스로부터 돌출된 측벽부재와, 상기 측벽부재의 적어도 단부를 감싸면서 밀봉을 이룰 수 있도록 조립방식으로 장착되는 밀봉부재로 이루어져 있고, 상기 밀봉부재는 탄성 소재로 이루어져 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지팩은 누액 방지벽에서 측벽부재의 단부를 감싸며 밀봉되는 탄력성을 가진 밀봉부재에 의하여, 간단한 조립 공정으로도 전지셀에서 누출된 전해액이 전지팩의 보호회로부로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 뒤틀림, 진동 등의 외력에 대해 구조적 안정성이 뛰어나, 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 밀봉부재는 전해액에 대한 내화학성과 내구성 및 탄성력을 가진 소재로 이루어진 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 고무, 실리콘, 탄력적인 합성수지 등이 쓰일 수 있다. 이러한 밀봉부재는 탄성력에 의해 상기 측벽부재에 밀착되어 전해액의 누출을 방지한다.
일반적으로 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 리튬 이차전지에는 과충전 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 보호회로모듈(PCM)이 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다. 이러한 보호회로모듈에 전해액이 유입되면 단락 및 오작동으로 인한 발열, 폭발의 위험성이 따른다.
따라서 본 발명에서 상기 소정의 부위는 보호회로모듈이 위치하는 부위가 바람직하며, 전지셀에서 전해액이 누출되더라도 상기 누액 방지벽에 의해 보호회로모듈과 격리되므로, 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 누액 방지벽의 구조는 다양할 수 있으며, 하나의 바람직한 예로서, 상부 케이스로부터 돌출된 제 1 측벽부재와, 상기 제 1 측벽부재의 단부로부터 이격된 상태로 하부 케이스로부터 돌출된 제 2 측벽부재, 및 상기 제 1 측벽부재의 단부와 제 2 측벽부재의 단부를 동시에 감쌀 수 있도록 수직 단면상으로 H 형 구조를 가진 밀봉부재로 이루어진 구조일 수 있다.
상기 밀봉부재는 각 측벽부재들의 단부와 양쪽 측면의 소정 부위를 감싸며 밀착되는 바, 이러한 구조는 상부 또는 하부 케이스로부터 돌출된 측벽부재를 H 형 구조의 밀봉부재의 상부에 삽입한 후, 하부 또는 상부 케이스로부터 돌출된 측벽부 재를 밀봉부재의 하부에 삽입하는 방법으로 달성될 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 누액 방지벽은 상부 또는 하부 케이스로부터 돌출된 측벽부재와, 상기 측벽부재의 적어도 단부를 감싸면서 하부 또는 상부 케이스에 부착되어 있는 밀봉부재로 이루어진 구조일 수 있다. 상부 또는 하부 케이스로부터 돌출된 측벽부재는 하부 또는 상부 케이스에 소정의 간격으로 이격 부위를 형성하는 바, 상기 측벽부재의 단부를 탄력적으로 감싸면서 하부 또는 상부 케이스의 대응 부위에 부착되어 있는 밀봉부재에 의해 이격 부위가 밀봉될 수 있다.
상기 밀봉부재가 하부 또는 상부 케이스에 부착되는 방식은 다양할 수 있는 바, 예를 들어, 접착제에 의한 접착, 기계적 체결 구조에 의한 결합 등이 가능하다. 구체적으로, 상부 또는 하부 케이스에 돌출된 측벽부재와, 상기 측벽부재와 대응하는 하부 또는 상부 케이스의 해당부위에 접착제에 의해 접착된 밀봉부재가 상호 결합되면서 누액 방지벽을 형성하는 구조가 만들어질 수 있다.
한편, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지는, 전지케이스의 기계적 강성이 낮아 외부 충격에 의한 내부 단락의 위험성이 높고, 열융착 실링부가 분리되어 전해액 등 발화성 물질이 누출될 위험성이 높다는 단점을 가지고 있다. 또한, 이러한 내부 단락 및 발화성 물질의 누출은 발화 또는 폭발로 이어질 수 있으므로, 본 발명에 따른 전지팩에 수납되는 전지셀로는 이러한 파우치형 전지셀이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩은 고출력 대용량의 중대형 전지모듈에도 바람직하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 전지팩을 포함하는 중대형 전지모듈을 제공한다. 중대형 전지모듈의 구조와 그것의 제조방법은 당 업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 누액 방지벽이 형성된 전지팩의 단면이 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지팩은 상부 케이스(100)와 하부 케이스(200)가 결합되는 구조로 이루어져 있으며, 상부 케이스(100)로부터 돌출된 제 1 측벽부재(102), 하부 케이스(200)에서 돌출된 제 2 측벽부재(202), 및 각각의 측벽부재(102, 202)의 단부와 양 측면 일부를 감싸는 수직 단면상으로 H 형의 구조를 가지는 탄력적인 밀봉부재(302)로 이루어진 누액 방지벽(300)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
누액 방지벽(300)은 전지셀 장착부(a)와 보호회로부(b)를 격리시키며, 전지셀 장착부(a)에는 하나 또는 둘 이상의 전지셀이 장착되고 보호회로부(b)에는 전지셀의 과충전, 과방전, 발열 및 단락 등의 위험으로부터 전지팩을 보호하기 위한 보호회로모듈(PCM)이 탑재된다 (설명의 편의상, 전지셀과 보호회로모듈은 도시하지 않음).
H 형 구조의 탄력적인 밀봉부재(302)가 포함된 누액 방지벽(300)은 뒤틀림, 진동 등의 외력으로부터 구조적 안정성을 가지며, 측벽부재(102, 202)의 단면과 양 측면 일부를 감싸면서 밀착되는 구조에 의해, 전지셀에서 누출된 전해액이 보호회로부(b)로 유입되는 것을 방지한다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 누액 방지벽이 형성된 전지팩의 단면이 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전지팩의 누액 방지벽(310)은 하부 케이스(200)로부터 돌출된 측벽부재(204)와, 측벽부재(204)의 단부를 감싸면서 상부 케이스(100)에 밀착되는 밀봉부재(312)로 이루어져 있다. 하부 케이스(200)로부터 돌출된 측벽부재(204)는 상부 케이스(100)에 대해 소정의 간격으로 이격 부위를 형성하고 있지만, 그것의 단부 감싸면서 탄력적으로 결합되어 있는 밀봉부재(312)에 의해 상기 이격 부위가 차단되므로, 전지셀 장착부(a)와 보호회로부(b)가 격리된다.
도 3에서 밀봉부재가 상부 케이스에 대해 밀착되어 있음에 반하여, 도 4에는 도 3의 누액 방지벽에 포함된 밀봉부재가 상부 케이스에 접착되어 조립되는 구조의 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 누액 방지벽(320)은 하부 케이스(200)로부터 돌출된 측벽부재(204)와, 측벽부재(204)와 대응하는 상부 케이스(100)의 해당 부위에 접착제에 의해 접착된 밀봉부재(314)가 상호 결합되어 누액 방지벽(320)을 형성하는 구조로서, 전지셀 장착부(a)와 보호회로부(b)를 격리시킨다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에 서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 전지팩 케이스 사이에 형성되어 있는 누액 방지벽의 구조를 개선함으로써 구조적 안정성이 크게 향상되고, 조립 공정을 단순화시킬 수 있으며, 전해액 누출에 대한 안전성이 향상시킴으로써, 궁극적으로 전지의 성능 및 수명을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (10)
- 하나 또는 둘 이상의 전지셀들이 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 내장되어 있는 전지팩에 있어서, 전지셀로부터 누출되는 전해액이 소정의 부위로 유입되는 것을 방지할 수 있는 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 누액 방지벽이 형성되어 있으며,상기 누액 방지벽은 상부 케이스로부터 돌출된 제 1 측벽부재와, 상기 제 1 측벽부재의 단부로부터 이격된 상태로 하부 케이스로부터 돌출된 제 2 측벽부재, 및 상기 제 1 측벽부재의 단부와 제 2 측벽부재의 단부를 동시에 감쌀 수 있도록 수직 단면상으로 H 형 구조를 가진 밀봉부재로 이루어져 있으며, 상기 밀봉부재는 탄성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 부위는 보호회로모듈이 위치하는 부위인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트에 전극조립체가 내장되어 있는 전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항, 제 2 항 및 제 6 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 포함하고 있는 고출력 대용량의 중대형 전지모듈.
- 하나 또는 둘 이상의 전지셀들이 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 내장되어 있는 전지팩에 있어서, 전지셀로부터 누출되는 전해액이 소정의 부위로 유입되는 것을 방지할 수 있는 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 누액 방지벽이 형성되어 있으며,상기 누액 방지벽은 상부 또는 하부 케이스로부터 돌출된 측벽부재와, 상기 측벽부재의 적어도 단부를 감싸면서 하부 또는 상부 케이스에 밀착되는 밀봉부재로 이루어져 있으며, 상기 밀봉부재는 탄성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 8 항에 있어서, 상기 밀봉부재는 돌출된 측벽부재에 대응하는 케이스의 해당 부위에 접착제에 의해 접착되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 따른 전지팩을 포함하고 있는 고출력 대용량의 중대형 전지모듈.
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| KR1020070028968A KR101080130B1 (ko) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | 전해액 누출시 안전성이 보장된 전지팩 |
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2007
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