KR101704162B1 - 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지에 관한 것으로, 파우치 팽창시에 전극조립체와 리드탭의 전기적 연결을 차단하는 CID가 구비된 파우치 전지에 있어서, 파우치 팽창시에 CID는, 파우치 내부에 생성된 가스를 외부로 배출하는 것을 특징으로 하며, 2차 전지 과충전시에, 2차 전지로 유입되는 전류의 흐름이 차단되고 과충전에 따른 생성가스가 파우치 밖으로 배출됨으로써, 발화 위험성을 낮추는 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지를 제공한다.

Description

과충전 안전성이 향상된 파우치 전지{Improved pouch battery overcharging safety}
본 발명은 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과충전시 파우치 내부에 생성된 가스를 외부로 배출하여 과충전에 따른 발화 위험을 감소시키는 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지에 관한 것이다.
2차 전지가 충전되는 중에 비정상적인 과잉 충전(과충전)이 발생 되면, 전지의 전압은 정상 범위를 넘게 되고, 에너지적으로 불안정한 상태가 된다.
이때, 전지 내부에는 전해액이 분해되어 가스가 발생 된다. 발생된 가스는 인화성 가스로써, 발화의 위험이 극도로 높아진다.
한편, 최근 고 에너지 전지가 요구됨에 따라, 2차 전지의 크기와 용량이 증대되고 있다. 이에 따라 크기와 용량이 증대된 2차 전지가 과충전 될 때, 발화 위험을 낮추기 위한 기술이 필요한 시점이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0049748호(2014.04.28.)
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 과충전 발생시, 2차 전지로 유입되는 전류의 흐름을 차단하여 과충전을 정지시키고, 과충전 과정에서 생성된 가스를 효과적으로 제거하는, 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지를 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예의 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지는, 파우치 팽창시에 전극조립체와 리드탭의 전기적 연결을 차단하는 CID(과충전 방지 기구물; CURRENT INTERRUPT DEVICE)가 구비된 파우치 전지에 있어서, 파우치 팽창시에 CID는, 파우치 내부에 생성된 가스를 외부로 배출한다.
위와 같은 본 발명의 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지에 따르면, 2차 전지 과충전 시에, 2차 전지로 유입되는 전류의 흐름이 차단되고 과충전에 따른 생성가스가 파우치 밖으로 배출됨으로써, 발화 위험성을 낮추는 효과가 있다.
또한, 종래 CID는 각형과 원통형으로 제작된 2차 전지에 적용되도록 연구되었으나, 본 발명에 적용된 CID는 파우치형 전지에 적용된다.
또한, 종래 파우치형 전지에 적용되었던 과충전 방지를 위한 기술은 전지모듈 또는 전지패키지 단위에서의 안전 기구에 국한되었으나, 본 발명은 전지셀 단위에서의 안전성을 확보할 수 있다. 다시 말해서, 전지모듈이나 전지패키지를 구성하는 각 전지셀의 안전성이 향상되며, 궁극적으로 전지모듈 및 전지패키지의 안전성이 향상된다.
또한, 본 발명은 CID에 가스 배출 경로를 형성하고, 전지 내부 반응을 통해 생성된 가스를 가스 배출 경로를 통해 배출시키게 된다. 이에 따라 목적을 달성하기 위한 구성이 최소화되며, 부품 수가 최소화되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지의 요부 평면 투시도,
도 2는 도 1의 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지의 요부 평면도,
도 3은 도 1의 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지의 요부 단면도,
도 4는 도 1의 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지의 다른 요부 단면도이다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지는, 음극판과 양극판이 구비된 전극조립체(100)와, 전극조립체(100)를 수용하는 파우치(200)와, 전극조립체(100)와 전기적으로 연결되고 분리 가능하게 형성된 연결단자(110, 310)와, 연결단자(110, 310)와 전기적으로 연결되고 파우치(200) 외부로 연장된 리드탭(300) 및, 파우치(200)에 수용되어 파우치(200) 내부의 압력 변화에 따라 형상 변형되어 연결단자(110, 310)를 분리시키는 CID(400; 과충전 방지 기구물; CURRENT INTERRUPT DEVICE)를 포함한다.
또한, CID(400)를 통하여, 파우치(200) 내부에 생성된 가스(G)가 파우치(200) 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.
전극조립체(100)와 리드탭(300)은, 연결단자(110, 310)를 통해 전기적으로 연결된다. 본 발명의 일실시예에서, 연결단자(110, 310)는, 전극조립체(100)로부터 연장된 제1 연결단자(110)와 리드탭(300)으로부터 연장된 제2 연결단자(310)로 구성되며, 제1 연결단자(110)와 제2 연결단자(310)가 접촉됨으로써 전극조립체(100)와 리드탭(300)이 전기적으로 연결된다.
전극조립체(100)는 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재되고, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터가 권취된 젤리롤로 제작된다.
CID(400)는, 몸체(410)와 몸체(410)에 장착된 제1 도어(420) 및 몸체(410)에 형성된 제2 도어(430)를 포함한다. 몸체(410)는, 파우치(200) 내부에 소정 공간을 형성할 수 있는 입체물이다. 몸체(410)는, 파우치(200) 내부를 향해 돌출된 제1 포트(411; port)와 파우치(200) 외부를 향해 돌출된 제2 포트(412; port)가 형성된다.
제1 도어(420)는, 제2 연결단자(310)에 고정된다. 또한, 제1 도어(420)는, 파우치(200) 내부압 증가에 따라 몸체(410) 내측으로 수축되어 파우치(200) 내부와 몸체(410) 내부를 연통하도록 제1 포트(411)에 장착된다.
제1 도어(420)는 U 형상을 이루도록 제작되며, 개구된 상단이 제1 포트(411)의 내측에 접착되고, 밀폐된 하단이 제2 연결단자(310)에 접착된다. 이때, 제1 도어(420)와 제1 포트(411) 사이에는 미접착된 부분이 형성되는 것이 바람직하다.
제1 도어(420)는, 몸체(410) 내부압을 통해 제2 연결단자(310)를 제1 연결단자(110)를 향해 가압하고, 제2 연결단자(310)는, 제1 도어(420)의 가압방향과는 반대방향을 향하는 탄성력을 갖도록 제작된다.
제2 도어(430)는, 제2 포트(412)에 형성된다. 제2 도어(430)는, 몸체(410) 내부압 증가에 따라 파손됨으로써, 몸체(410) 내부를 파우치(200) 외부와 연통하게 된다. 제2 포트(412)는, 파우치(200)에 형성된 관통공(210)에 장착된다.
본 발명의 일실시예에서, 제2 도어(430)는, 제2 포트(412) 내측에 형성된 판막이다. 제2 도어(430)에는, 파우치(200) 외부를 향해 개구된(open) 파쇄 유도홈(431)이 형성된다. 유도홈(431)은, 제2 포트(412)의 내측벽과 제2 도어(430)의 접촉부를 따라 형성된다.
파우치(200) 전지 제작 후에는, 파우치(200) 내부가 진공상태가 될 정도로 감압되므로, 파우치(200) 내부압에 비하여 몸체(410)의 내부압이 낮다. 이에 따라서, 제1 도어(420) 및 제2 도어(430)는, 수축되거나 파손되지 않은 정상상태를 유지하며, 제1 포트(411) 및 제2 포트(412)를 밀폐한다.
과충전시에, 파우치(200) 내부에 가스(G)가 발생되고, 파우치(200) 내부는 가압된다. 또한, 파우치(200)는 팽창하게 된다. 이에 따라서, 파우치(200) 내부압이 몸체(410)의 내부압 보다 높아진다.
이때, 제1 도어(420)가 상대적으로 내부압력이 낮은 몸체(410) 내부로 수축된다. 이에 따라서, 제2 연결단자(310)를 가압하던 몸체(410) 내부압의 전달이 사라지게 되고, 제2 연결단자(310)에는 몸체(410) 내부압의 반대방향을 향한 탄성력이 작용된다. 제2 연결단자(310)가 갖는 자체 탄성력에 의하여, 제2 연결단자(310)는 제1 포트(411)를 향해 위치 이동된다. 이때, 제2 연결단자(310)는 제1 연결단자(110)와 분리되고, 전극조립체(100)와 리드탭(300)) 간의 전기적 연결이 해제된다.
한편, 파우치(200) 내부압이 몸체(410)의 내부압 보다 높아짐에 따라서, 몸체(410)의 내부는 증가된 파우치(200) 내부압으로 가압된다. 몸체(410)의 증가된 내부압에 의하여, 제2 도어(430)는 파손되며, 파우치(200) 외부와 몸체(410) 내부를 연통하게 된다. 이를 통하여 파우치(200) 내부, 제1 포트(411), 몸체(410) 내부, 제2 포트(412) 및 파우치(200) 외부로 연계되는 가스 배출 경로가 형성된다.
제2 도어(430)가 몸체(410)의 증가된 내부압에 의하여 파손되는 시점이 제1 도어(420)가 몸체(410) 내부로 수축되는 시점에 비하여 앞서는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 제1 도어(420)가 수축된 경우, 전극조립체(100)로의 전류이동이 차단되어 추가적인 가스압 상승이 발생 되지 않으므로, 제2 도어(430)를 파손시킬 정도의 몸체(410) 내부압이 형성되지 못할 수 있기 때문이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 전극조립체 110: 제1 연결단자
200: 파우치 210: 관통공
300: 리드탭 310: 제2 연결단자
400: CID 410: 몸체
411: 제1 포트 412: 제2 포트
420: 제1 도어 430: 제2 도어
431: 유도홈

Claims (15)

  1. 음극판과 양극판이 구비된 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수용하는 파우치;
    상기 전극조립체와 전기적으로 연결되고 분리 가능하게 형성된 연결단자;
    상기 연결단자와 전기적으로 연결되고 상기 파우치 외부로 연장된 리드탭; 및
    상기 파우치에 수용되어 상기 파우치 내부의 압력 변화에 따라 형상 변형되어 상기 연결단자를 분리시키는 CID(과충전 방지 기구물; CURRENT INTERRUPT DEVICE)를 포함하며;
    상기 CID는,
    상기 파우치 내부에 소정 공간을 형성하고, 상기 공간과 외부를 연통하는 포트가 형성된 몸체를 포함하고,
    상기 몸체에는,
    상기 파우치 내부와 상기 몸체 내부를 연통하는 제1 포트; 및
    상기 몸체 내부와 상기 파우치 외부를 연통하는 제2 포트가 형성된 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 포트에는,
    상기 제1 포트를 폐쇄하고, 상기 파우치 내부압 증가에 따라 상기 제1 포트를 개방하도록 상기 몸체 내측으로 수축되는 제1 도어가 형성된 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 포트에는,
    상기 제2 포트를 폐쇄하고, 상기 몸체 내부압 증가에 따라 상기 제2 포트를 개방하도록 파손되는 제2 도어가 형성된 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파우치 내부압 증가에 따라, 상기 제2 도어가 파손된 뒤, 상기 제1 도어가 상기 몸체 내부로 수축되도록 상기 제2 도어 및 상기 제1 도어가 제작된 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 연결단자는,
    상기 제1 도어와 연결되고, 상기 제1 도어가 상기 몸체 내부로 수축될 때, 상기 전극조립체와 분리되도록 형성된 접합 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1 도어는 U 형상을 이루도록 제작되며,
    개구된 상단이 상기 제1 포트의 내측에 접착되고,
    밀폐된 하단이 상기 연결단자에 접착되는 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 도어는,
    상기 몸체 내부압을 통해 상기 연결단자를 가압하고,
    상기 연결단자는,
    상기 제1 도어의 가압방향과는 반대방향을 향하는 탄성력을 갖도록 제작된 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 도어와 상기 제1 포트 사이에 미접착된 부분이 존재하는 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제2 포트는,
    상기 파우치에 형성된 관통공에 장착되고,
    상기 제2 도어는,
    상기 제2 포트 내측에 형성된 판막인 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 도어에는,
    상기 파우치 외부를 향해 개구된(open) 파쇄 유도홈이 형성된 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유도홈은,
    상기 제2 포트의 내측벽과 상기 제2 도어의 접촉부를 따라 형성된 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  14. 음극판과 양극판이 구비된 전극조립체;
    상기 전극조립체의 외형을 이루는 파우치;
    상기 전극조립체와 상기 파우치 외부를 전기적으로 연결하도록 상기 파우치에 장착된 리드탭; 및
    상기 전극조립체와 상기 리드탭을 전기적으로 연결하거나 차단하고, 상기 파우치 내부에 생성된 가스를 외부로 배출하는 CID(과충전 방지 기구물; CURRENT INTERRUPT DEVICE)를 포함하는 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전극조립체와 상기 리드탭은,
    상기 전극조립체로부터 연장된 제1 연결단자와 상기 리드탭으로부터 연장된 제2 연결단자가 접촉됨으로써 전기적으로 연결된 과충전 안전성이 향상된 파우치 전지.
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