KR101690574B1

KR101690574B1 - 이차 전지의 흡열 장치

Info

Publication number: KR101690574B1
Application number: KR1020140132681A
Authority: KR
Inventors: 황창묵; 김영석; 김명훈
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2014-10-01
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2016-12-28
Also published as: KR20160039503A

Abstract

본 발명은 이차 전지의 흡열 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡열제를 수용하는 흡열제 수용부; 상기 흡열제를 용해시키는 용매를 수용하는 용매 수용부; 상기 흡열제 수용부 및 용매 수용부를 구분하는 고분자 격벽; 및 상기 흡열제 수용부 및 용매 수용부 중 적어도 하나에서, 이차 전지와 접하는 측에 위치하며, 이차 전지로부터 열을 공급받아 상기 고분자 격벽으로 전달할 수 있는 제1 열전도성 플레이트;를 포함함으로써, 이차 전지가 과열된 경우에 효과적으로 열을 흡수하여, 전지의 과열에 의한 긴급 상황 발생시, 전지를 급냉시켜 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 이차 전지의 흡열 장치에 관한 것이다.

Description

이차 전지의 흡열 장치 {Heat absorption apparatus of secondary battery module}

본 발명은 이차 전지의 흡열 장치에 관한 것이다.

이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지를 복수개 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.

이와같이 하나의 대용량 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위전지라 칭한다)로 이루어지며, 상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.

그리고 각각의 단위전지는 통상 다수개가 간격을 두고 배열되어 각 단자간 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지 모듈을 구성하게 된다.

여기서 상기한 전지모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 따라 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 한다. 이차 전지 모듈의 열 방출 특성은 전지의 성능을 좌우할 정도로 매우 중요하다.

열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우 각 단위 전지간에 온도 편차가 발생되어 충/방전 효율을 떨어뜨리게 되고, 단위 전지에서 발생되는 열에 의해 전지내부의 온도가 상승되어 결과적으로 전지의 성능이 저하되며 심한 경우 폭발의 위험을 초래하게 된다.

특히, 상기 전지 모듈이 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 자동차)의 모터 구동용의 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우 대전류로 충, 방전되므로 사용 상태에 따라서 이차 전지의 내부 반응에 의해 열이 발생하여 상당한 온도까지 올라가게 된다.

한국공개특허 제2006-86120호에는 이차 전지 모듈이 개시되어 있다.

한국공개특허 제2006-86120호

본 발명은 이차 전지가 과열된 경우에 효과적으로 열을 흡수하여, 폭발 등의 사고를 미연에 방지할 수 있는 흡열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

1. 흡열제를 수용하는 흡열제 수용부;

상기 흡열제를 용해시키는 용매를 수용하는 용매 수용부;

상기 흡열제 수용부 및 용매 수용부를 구분하는 고분자 격벽; 및

상기 흡열제 수용부 및 용매 수용부 중 적어도 하나에서, 이차 전지와 접하는 측에 위치하며, 이차 전지로부터 열을 공급받아 상기 고분자 격벽으로 전달할 수 있는 제1 열전도성 플레이트;를 포함하는, 이차 전지의 흡열 장치.

2. 위 1에 있어서, 상기 제1 열전도성 플레이트로부터 전달되는 열에 의해 고분자 격벽이 융해되어 흡열제와 용매가 접함으로써 흡열 반응이 수행되는, 흡열 장치.

3. 위 1에 있어서, 상기 고분자는 폴리에틸렌, 비닐아세테이트 또는 이들의 혼합물인, 흡열 장치.

4. 위 1에 있어서, 상기 제1 열전도성 플레이트는 스테인리스스틸, 구리, 알루미늄, 은, 텅스텐 또는 이들의 합금인, 흡열 장치.

5. 위 1에 있어서, 상기 흡열제는 염화암모늄, 질산암모늄, 수산화바륨 및 설탕으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 용매는 수용성 극성 용매인, 흡열 장치.

6. 위 1에 있어서, 상기 수용성 극성 용매는 물인, 흡열 장치.

7. 위 1에 있어서, 상기 고분자 격벽 일면의 적어도 일부에, 제1 열전도성 플레이트와 접하는 제2 열전도성 플레이트를 더 구비한, 흡열 장치.

8. 위 7에 있어서, 상기 제2 열전도성 플레이트는 메쉬 플레이트인, 흡열 장치.

9. 위 1 내지 8 중 어느 한 항의 흡열 장치를 포함하는 이차 전지 모듈.

10. 위 9에 있어서, 복수개의 단위 전지를 포함하고, 상기 흡열 장치는 단위 전지들 사이에 위치하는, 이차 전지 모듈.

본 발명의 이차 전지의 흡열 장치는 이차 전지가 과열된 경우에 효과적으로 열을 흡수한다. 이에 따라 자동차용 전지 등에 사용되는 경우에 전지의 과열에 의한 긴급 상황 발생시, 전지를 급냉시켜 사고를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지의 흡열 장치의 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지의 흡열 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지의 흡열 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지의 흡열 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지의 흡열 장치의 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지의 흡열 장치의 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지 모듈의 측단면도이다.

본 발명은 흡열제를 수용하는 흡열제 수용부; 상기 흡열제를 용해시키는 용매를 수용하는 용매 수용부; 상기 흡열제 수용부 및 용매 수용부를 구분하는 고분자 격벽; 및 상기 흡열제 수용부 및 용매 수용부 중 적어도 하나에서, 이차 전지와 접하는 측에 위치하며, 이차 전지로부터 열을 공급받아 상기 고분자 격벽으로 전달할 수 있는 제1 열전도성 플레이트;를 포함함으로써, 이차 전지가 과열된 경우에 효과적으로 열을 흡수하여, 전지의 과열에 의한 긴급 상황 발생시, 전지를 급냉시켜 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 이차 전지의 흡열 장치에 관한 것이다.

도 1에는 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지의 흡열 장치의 측단면이 도시되어 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지의 흡열 장치를 상세히 설명한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지의 흡열 장치는 흡열제 수용부(100), 용매 수용부(200), 고분자 격벽(300) 및 제1 열전도성 플레이트(400)를 포함한다.

흡열제 수용부(100)는 흡열제를 수용한다.

흡열제는 용매에 용해될 때 흡열 반응을 일으키는 성분이라면 제한되지 않으며, 예를 들면 염화암모늄, 질산암모늄, 수산화바륨, 설탕 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

용매 수용부(200)는 상기 흡열제를 용해시키는 용매를 수용한다.

용매는 마찬가지로 흡열제를 용해시켜 흡열 반응을 유발할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 수용성 극성 용매일 수 있다. 보다 구체적으로 물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2 내지 4는 본 발명의 각각의 일 구현예에 따른 사시도이다.

본 발명의 흡열 장치에 있어서, 흡열제 수용부(100) 및 용매 수용부(200)의 배치는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이 각각 1개씩 상하로 위치하거나, 도면에 도시되지는 않았으나 좌우로 위치할 수도 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이 각각 1개 이상씩 상하로, 그리고 좌우로 위치할 수도 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 흡열제 수용부(100)가 용매 수용부(200)를 둘러싸도록 위치할 수도 있다.

흡열제 수용부(100) 및 용매 수용부(200)는 고분자 격벽(300)에 의해 서로 구분된다.

고분자 격벽(300)은 후술할 바와 같이 이차 전지가 과열된 경우에 제1 열전도성 플레이트(400)로부터 열을 전달받아 융해되는 것으로서, 본 명세서에서 고분자 격벽(300)은 고분자를 포함하는 격벽을 의미한다.

고분자 격벽(300)은 제1 열전도성 플레이트(400)와 접촉하여 직접 열을 전달받을 수도 있고, 고분자 격벽(300)과 제1 열전도성 플레이트(400)의 사이에 위치한 제2 열전도성 플레이트(500)를 매개로 간접적으로 열을 전달받을 수도 있다. 이에 대해서는 구체적으로 후술한다.

융해되어 용매와 흡열제가 접할 수 있게 하는 것이라면 고분자만으로 이루어진 격벽, 고분자 이외에 다른 소재가 더 혼합되어 형성된 격벽, 뿐만 아니라 내부에 금속 메쉬 플레이트 등을 더 포함하는 경우도 무방하다.

고분자 격벽(300)에 사용되는 고분자는 저융점(예를 들면 70 내지 100℃)을 갖는 것이 이차 전지의 과열에 의한 발화, 폭발 등의 사고가 발생하기 전에 고분자 격벽(300)이 융해될 수 있다는 점에서 바람직하다. 융점이 70℃ 미만인 고분자를 사용하면 흡열 반응이 일어나는 온도가 너무 낮아, 전지가 과열되지 않고 정상적으로 구동되고 있는 상황에서도 흡열 반응이 발생할 수 있고, 100℃ 초과이면 이차 전지가 상당히 과열이 되어야 흡열 반응이 발생하므로 사고를 미연에 방지하기 어려울 수 있다.

사용 가능한 고분자로는 예를 들면 폴리에틸렌, 비닐아세테이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

제1 열전도성 플레이트(400)는 이차 전지로부터 열을 공급받아 상기 고분자 격벽(300)으로 전달할 수 있다.

제1 열전도성 플레이트(400)는 흡열제 수용부(100) 및 용매 수용부(200) 중 적어도 하나에서, 이차 전지와 접하는 측에 위치한다.

도 1에는 제1 열전도성 플레이트(400)가 용매 수용부(200)에서 이차 전지와 접하는 측에 위치하는 경우가 도시되어 있으나 이에 한정되지 않으며, 흡열제 수용부(100) 측에서 이차 전지와 접하는 측에 위치하거나, 또는 흡열제 수용부(100) 및 용매 수용부(200) 모두에 위치할 수도 있다.

제1 열전도성 플레이트(400)로부터 전달되는 열에 의해 고분자 격벽(300)이 융해되어 흡열제와 용매가 접함으로써 흡열 반응이 수행된다.

제1 열전도성 플레이트(400)는 열전도성이 우수하면서 융점이 높은 소재라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 스테인리스스틸, 구리, 알루미늄, 은, 텅스텐, 이들 중 2종 이상의 합금 등의 금속을 사용할 수 있으며, 그 외에 당 분야에 공지된 열전도성 플라스틱을 사용할 수도 있다.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 본 발명의 흡열 장치는 상기 고분자 격벽(300) 일면의 적어도 일부에, 제1 열전도성 플레이트(400)와 접하는 제2 열전도성 플레이트(500)를 더 구비할 수 있다.

제2 열전도성 플레이트(500)를 더 구비하는 경우 고분자 격벽(300)으로의 열 전달 효율이 상승하게 된다.

제2 열전도성 플레이트(500)는 제1 열전도성 플레이트(400)와 접하면서, 고분자 격벽(300) 일면의 적어도 일부에 위치하는 것으로서, 고분자 격벽(300)이 제1 열전도성 플레이트(400)와 접촉하는 경우, 제2 열전도성 플레이트(500)는 도 5에 예시된 바와 같이 위치하여, 제1 열전도성 플레이트(400)로부터 열을 공급받아 고분자 격벽(300)으로 전달할 수 있다.

그리고, 고분자 격벽(300)이 제1 열전도성 플레이트(400)와 접촉하지 않는 경우, 6에 예시된 바와 같이 위치하여, 제1 열전도성 플레이트(400)로부터 제2 열전도성 플레이트(500)를 매개로 고분자 격벽(300)에 열이 전달될 수 있다.

제2 열전도성 플레이트(500)는 열전도성이 우수하면서 융점이 높은 소재라면 특별히 한정되지 않으며, 전술한 제1 열전도성 플레이트(400)의 소재와 동일한 소재를 사용할 수 있다.

제2 열전도성 플레이트(500)가 고분자 격벽(300) 일면 전부에 위치하는 경우에는, 제2 열전도성 플레이트(500)는 고분자 격벽(300)이 융해되는 경우 흡열제 또는 용매를 통과시킬 수 있도록 1개 이상의 구멍을 갖는다. 흡열제 또는 용매를 원활히 통과시킨다는 측면에서 바람직하게는 제2 열전도성 플레이트(500)는 메쉬 패턴을 갖는 메쉬 플레이트일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 흡열 장치를 포함하는 이차 전지 모듈을 제공한다.

본 발명의 이차 전지 모듈은 복수개의 단위 이차 전지(600)를 포함하고, 상기 흡열 장치는 도 7에 예시된 바와 같이 단위 이차 전지(600)들 사이에 위치한다.

상기 흡열 장치는 단위 이차 전지(600)들 사이에 위치하면, 흡열 장치의 제1 열전도성 플레이트(400)가 이차 전지(600)에 접촉하여 이차 전지(600)로부터 열을 공급받을 수 있다.

이차 전기가 과열되어 제1 열전도성 플레이트(400)로부터 고분자 격벽(300)으로 지속적으로 열이 전달되어, 그 열이 고분자 격벽(300)의 융점 이상으로 높아지게 되면 고분자 격벽(300)이 융해되어, 흡열제와 용매가 만남으로써 흡열 반응이 일어나 이차 전지가 냉각된다.

100: 흡열제 수용부 200: 용매 수용부
300: 고분자 격벽 400: 제1 열전도성 플레이트
500: 제2 열전도성 플레이트 600: 이차 전지

Claims

흡열제를 수용하는 흡열제 수용부;
상기 흡열제를 용해시키는 용매를 수용하는 용매 수용부;
상기 흡열제 수용부 및 용매 수용부를 구분하는 고분자 격벽; 및
상기 흡열제 수용부 및 용매 수용부 중 적어도 하나에서, 이차 전지와 접하는 측에 위치하며, 상기 고분자 격벽과 접하고, 이차 전지로부터 열을 공급받아 상기 고분자 격벽으로 전달할 수 있는 제1 열전도성 플레이트;를 포함하며,
상기 제1 열전도성 플레이트로부터 전달되는 열에 의해 고분자 격벽이 융해되어 흡열제와 용매가 접함으로써 흡열 반응이 수행되는, 이차 전지의 흡열 장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 고분자는 폴리에틸렌, 비닐아세테이트 또는 이들의 혼합물인, 흡열 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 열전도성 플레이트는 스테인리스스틸, 구리, 알루미늄, 은, 텅스텐 또는 이들의 합금인, 흡열 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 흡열제는 염화암모늄, 질산암모늄, 수산화바륨 및 설탕으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 용매는 수용성 극성 용매인, 흡열 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 수용성 극성 용매는 물인, 흡열 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 고분자 격벽 일면의 적어도 일부에, 제1 열전도성 플레이트와 접하는 제2 열전도성 플레이트를 더 구비한, 흡열 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 제2 열전도성 플레이트는 메쉬 플레이트인, 흡열 장치.
청구항 1 및 3 내지 8 중 어느 한 항의 흡열 장치를 포함하는 이차 전지 모듈.
청구항 9에 있어서, 복수개의 단위 이차 전지를 포함하고, 상기 흡열 장치는 단위 이차 전지들 사이에 위치하는, 이차 전지 모듈.