KR101757527B1 - 이중 케이스 내에 배치된 가스 투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 전기화학적 에너지 저장장치는 전기 화학 에너지를 저장하는 전극 소자(30); 상기 전극 소자(30)로부터 연장되어 돌출 형성된 한 쌍의 전극 단자(70); 상기 전극 소자(30)로부터 발생되는 가스를 배출하는 가스 배출구가 그 일측에 형성되고 상기 전극 소자(30)가 삽입 내장되는 개방구가 그 타측에 형성되며, 상기 전극 소자(30)를 그 내부에 수용하는 케이스(10,20); 상기 케이스(10,20)의 가스 배출구에 인접 배치되는 가스 투과막(50); 및 상기 가스 투과막(50)을 보호하는 동시에 상기 케이스(10,20) 상에 상기 가스 투과막(50)을 고정하기 위한 가스 투과막 보호부재(40);를 포함하며, 상기 케이스(10,20)는, 상기 전극 소자(30)가 삽입되는 내부 케이스(20) 및 상기 내부 케이스(20)를 수용하는 외부 케이스(10)를 포함하고, 상기 가스 투과막(50) 및 가스 투과막 보호부재(40)는 상기 내부 케이스(20)와 외부 케이스(10) 사이에 배치된다.
Description
본 발명은 가스 투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지 저장장치 내에서 발생하는 가스를 배출하게 하는 동시에 외부로부터의 다른 물질의 유입을 방지하는 기능을 하는 가스 투과막을 가스켓 등의 보조 부재를 이용하여 복수의 케이스 사이에 배치하는 가스 투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치에 관한 것이다.
종래의 전지나 커패시터 같은 전기 화학셀은 크게 양극, 음극, 세퍼레이터, 전해액, 단자 및 케이스로 이루어진다. 전기화학셀 중 전기이중층 커패시터는, 양극 전극과 음극 전극에는 전기 에너지가 각각 저장되며, 양극 전극과 음극 전극은 활물질과 집전체로 구성되며, 이때, 전기 에너지는 상기 활물질에 저장되며, 상기 집 전체는 활물질에 저장된 전기 에너지의 이동통로를 제공한다.
이중층 커패시터의 경우, 활물질로는 주로 활성 탄소가 사용되며, 집전체로는 알루미늄 호일이 많이 사용된다. 활물질은 바인더, 도전제, 용매와 혼합되어 슬러리나 페이스트 상태로 만들어진 후, 집전체에 도포되어 전극으로 만들어진다.
알루미늄 전해콘덴서의 경우, 알루미늄 호일을 에칭 처리하여 전극이 만들어 진다. 전해액은 활물질에 전기 에너지를 저장시키는 이온의 이동매개체이다. 이러 한 전해액은 전지나 전기 이중층 커패시터, 알루미늄 전해 콘덴서와 같은 전기 화학셀에는 반드시 필요한 요소이지만 필름 콘덴서 같은 정전기 셀에는 사용되지 않는다.
세퍼레이터는 양극 전극과 음극 전극사이에 삽입되어 양극 전극과 음극 전극을 전기적으로 절연시킨다. 이차전지, 전기 이중층 커패시터, 알루미늄 전해 콘덴서와 같이 액체 전해액이 사용되는 경우, 세퍼레이터는 액체 전해질을 투과하지만 전기적으로는 부도체인 종이나 섬유 같은 다공성 시트가 많이 사용된다.
양극 단자와 음극 단자는 전기 화학셀에 전기 에너지가 전달되는 통로역할을 하는 것으로 응용분야별로 다양한 형태를 가진다.
케이스는 전기 화학셀을 외부와 격리시키기 위한 것으로 전기 화학셀 종류에 따라 다양한 재질과 형상으로 만들어진다. 이러한 전기 화학셀은 동작 중에 불가피 하게 가스가 발생하는 경우가 있다. 가스가 발생하는 경우는 리튬이온전지처럼 포메이션 과정에서 발생하는 것과 같이 일과성인 경우가 있으며, 전기 이중층 캐패 시터와 같이 장기간에 걸쳐 서서히 발생하는 경우도 있다.
이러한 가스 발생은 전기 화학셀의 내부압력을 증가시켜 폭발 등 사고의 원인이 된다. 따라서 전기 화학셀의 내부압력 증가를 감안하여 전기화학셀의 케이스를 견고하게 만들거나 전기 화학셀 내부에 여유 공간을 배치하여 내부압력이 일정한 값 이상까지 상승하지 않도록 하는 방법들이 사용되고 있다.
그러나 이러한 방법들은 케이스의 중량과 부피를 증가시켜 성능을 저하시키 고, 가격을 상승시키는 요인으로 작용하게 된다는 한계가 있다. 특히 전지나 전기 이중층 캐패시터와 같이 액체 전해질을 사용하는 전기 화학셀에서 내부에서 발생 한 가스는 전해액 및 활물질의 표면에 존재하게 되므로 가용 면적을 감소시키고 전해액 속에서 장애물로 작용하게 되어, 저항을 증가시켜 전기 화학셀의 신뢰성을 저 하시킬 수 있다.
상기에서와 같은 한계점을 보완하기 위해 전기 화학셀의 케이스에 구멍을 형 성하고, 가스투과막을 설치하면 전기 화학셀 내에서 발생하는 가스를 배출하게 하는 동시에 외부로부터의 다른 물질의 유입을 방지하는 기능을 할 수 있다.
전기 화학적 에너지 저장장치를 제시하는 종래의 문헌으로 공개특허 제10-2015-0014227호(2015.02.06)를 참조할 수 있다. 상기 문헌에서는 전극 소자와 러버캡 사이에 이격 거리를 두고 밀봉되기 때문에, 러버캡 표면에 이물질이 발생하지 않아서 전기 화학적 에너지 저장장치의 평균 수명을 향상시킬 수 있는 방안을 개시하지만, 전기 화학셀의 신뢰성을 증가시키기 위해서 가스투과막을 둘러싸는 케이스와 가스겟과의 공간적 배치 및 가스투과막의 안정적인 성능 유지를 위한 방안에 대해서는 별도로 개시하고 있지 않다는 한계가 있다.
(특허문헌 1) KR10-2015-0014227 A
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 에너지 저장장치 내에서 발생하는 가스를 배출하게 하는 동시에 외부로부터의 다른 물질의 유입을 방지하는 기능을 하는 가스 투과막을 가스켓 등의 보조 부재를 이용하여 보호하는 동시에 복수의 케이스 사이에 배치하게 하는 전기화학적 에너지 저장장치를 제공하는 것이 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기화학적 에너지 저장장치는 전기 화학 에너지를 저장하는 전극 소자(30); 상기 전극 소자(30)로부터 연장되어 돌출 형성된 한 쌍의 전극 단자(70); 상기 전극 소자(30)로부터 발생되는 가스를 배출하는 가스 배출구가 그 일측에 형성되고 상기 전극 소자(30)가 삽입 내장되는 개방구가 그 타측에 형성되며, 상기 전극 소자(30)를 그 내부에 수용하는 케이스(10,20); 상기 케이스(10,20)의 가스 배출구에 인접 배치되는 가스 투과막(50); 및 상기 가스 투과막(50)을 보호하는 동시에 상기 케이스(10,20) 상에 상기 가스 투과막(50)을 고정하기 위한 가스 투과막 보호부재(40);를 포함하며, 상기 케이스(10,20)는, 상기 전극 소자(30)가 삽입되는 내부 케이스(20) 및 상기 내부 케이스(20)를 수용하는 외부 케이스(10)를 포함하고, 상기 가스 투과막(50) 및 가스 투과막 보호부재(40)는 상기 내부 케이스(20)와 외부 케이스(10) 사이에 배치된다.
상기 내부 케이스(20)에 형성된 제1 가스 배출구(21) 및 상기 외부 케이스(10)에 형성된 제2 가스 배출구(11)는 상기 가스 투과막 보호부재(40)에 형성된 보호부재홀(41)과 일직선 상에 위치한다.
상기 가스 투과막(50)의 재질은 불소수지, PET(Polyethylene Terephthalate), PVDC(Polyvinylidene Chloride), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PPS(Polyphenylene Sulfide), PEEK(Polyether Ether Ketone) 및 PI(Polyimide) 중 어느 하나 이상으로 이루어진 단일 또는 복합재 형태이다.
상기 가스 투과막 보호부재(40)의 재질은 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PVC(Polyvinyl chloride), 아크릴(Acrylic), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), PC(Polycarbonate), 폴리아세탈(polyacetal), 불소수지 및 에폭시 수지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 단일 또는 복합재 형태이다.
상기 케이스(10,20)의 재질은 알루미늄, PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PVC(Polyvinyl chloride), 아크릴(Acrylic), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), PC(Polycarbonate), 폴리아세탈(polyacetal), 불소수지 및 에폭시 수지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 단일 또는 복합재 형태이다.
상기 외부 케이스(10)는, 사이드 비딩 공정을 통해 상기 외부 케이스(10)의 측면 상에 내측으로 형성되는 비드(12)가 구비되고, 상기 비드(12)는 상기 내부 케이스(20)의 상단 상에 위치한다.
상술한 바와 같은 본 발명인 전기화학적 에너지 저장장치는 에너지 저장장치 내에서 발생하는 가스를 배출하게 하는 동시에 외부로부터의 다른 물질의 유입을 방지하는 기능을 하는 가스 투과막을 가스켓 등의 보조 부재를 이용하여 보호하는 동시에 복수의 케이스 사이에 배치하게 한다.
또한, 본 발명은 전극을 둘러싸는 내부 케이스 및 내부 케이스와 외부 케이스 사이에 배치되는 가스 투과막 구조를 통해서, 상기 전극에서 발생되는 가스가 가스 투과막을 통해 외부로 배출되기 전에 상기 내부 케이스 내에서 먼저 압력 조절 과정을 거친 후에 배출이 이루어지는 것이므로 이를 통해 가스 투과막에 대한 과도한 압력 전달을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 가스 투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치의 구조를 보이는 개념도,
도 2a 내지 도 2h는 도 1의 에너지 저장장치에 대한 제조 공정도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 가스 투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치의 구조를 보이는 개념도, 및
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 가스 투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치의 구조를 보이는 개념도이다.
도 2a 내지 도 2h는 도 1의 에너지 저장장치에 대한 제조 공정도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 가스 투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치의 구조를 보이는 개념도, 및
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 가스 투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치의 구조를 보이는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치에 대한 구조를 설명한다.
전기화학적 에너지 저장장치는 전기 화학 에너지를 저장하는 전극 소자(30), 전극 소자(30)로부터 연장되어 돌출 형성된 한 쌍의 전극 단자(70), 전극 소자(30)로부터 발생되는 가스를 배출하는 가스 배출구가 그 일측에 형성되고 전극 소자(30)가 삽입 내장되는 개방구가 그 타측에 형성되며, 전극 소자(30)를 그 내부에 수용하는 케이스(10,20), 케이스(10,20)의 가스 배출구에 인접 배치되는 가스 투과막(50), 가스 투과막(50)을 보호하는 동시에 케이스(10,20) 상에 가스 투과막(50)을 고정하기 위한 가스 투과막 보호부재(40), 전극 소자(30)의 상하부에 배치되는 분리막(31,32), 및 캡부재(60)를 포함한다.
전극 소자(30)는 전기 화학 에너지를 저장하며, 전기 에너지를 화학에너지 로 또는 화학에너지를 전기 에너지로 변환한다. 본 발명에 따른 전극 소자(30)는 원통형 형상을 가지고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 원통형 형상 뿐만 아니 라, 4각기둥, 5각기둥, 6각기둥 등의 각주형 형상으로 이루어 질수 있다.
전극 소자(30)는 양극, 음극, 전해액 및 분리막(31,32)을 포함한다. 양극은 양극 집 전체와 양극 집전체 양면 또는 일면에 구비된 슬러리로 만들어진 양극재료를 포함하고, 음극은 음극 집전체와 음극 집전체 양면 또는 일면에 구비된 슬러리로 만들어진 음극재료를 포함할 수 있다.
가스 투과막(50)의 재질은 불소수지, PET(Polyethylene Terephthalate), PVDC(Polyvinylidene Chloride), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PPS(Polyphenylene Sulfide), PEEK(Polyether Ether Ketone) 및 PI(Polyimide) 중 어느 하나 이상으로 이루어진 단일 또는 복합재 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
가스 투과막 보호부재(40) 및 캡부재(60)의 재질은 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PVC(Polyvinyl chloride), 아크릴(Acrylic), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), PC(Polycarbonate), 폴리아세탈(polyacetal), 불소수지 및 에폭시 수지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 단일 또는 복합재를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 케이스(10,20)의 재질은 알루미늄, PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PVC(Polyvinyl chloride), 아크릴(Acrylic), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), PC(Polycarbonate), 폴리아세탈(polyacetal), 불소수지 및 에폭시 수지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 단일 또는 복합재 형태이다.
가스 투과막 보호부재(40)의 크기 및 두께는 해당 분야에 종사하거나 해당 분야에 대한 지식을 가진 사람이면 원자재의 물질 특성에 따라 결정할 수 있다.
한편, 가스 투과막 보호부재(40)의 두께는 0.5mm 내지 5mm의 범위 내에서 결정하는 것이 바람직하여, 이는 0.5mm 보다 작을 경우에 가스 투과막(50) 보호와 케이스(10,20) 보호 기능을 상실하며, 5mm 보다 두꺼운 경우에 셀의 단위 에너지밀도와 출력밀도가 떨어진다는 문제점이 있다.
한 쌍의 전극 단자(70)는 각각 전극 소자(30)의 양극 및 음극과 연결되어져, 전극 소자(30)를 외부전력과 연결해 주는 역할을 한다. 한 쌍의 전극 단자(70)의 재질은 알루미늄 또는 구리 중 하나가 사용될 수 있으며, 표면은 니켈 또는 주석에 의해 코팅 형성될 수 있다.
밀봉 캡부재(60)는 하판 부재(62) 및 하판 부재(62)의 상단에 결합되는 상판 부재(64)를 포함한다. 하판 부재(62)는 상판 부재(64)의 형상 제어 및 내부 실링을 위해 사용하는 부품이며, 상판 부재(64)는 내부 실링을 위해 사용하는 부품으로서, 하판 부재(62) 상에 고분자 혼합액을 부운 뒤 경화시켜 제작된다.
상기 케이스(10,20)는 전극 소자(30)가 삽입되는 내부 케이스(20) 및 내부 케이스(20)를 내측에 수용하는 외부 케이스(10)를 포함하고, 가스 투과막(50) 및 가스 투과막 보호부재(40)는 내부 케이스(20)와 외부 케이스(10) 사이에 배치된다.
내부 케이스(20)는 상부 측으로는 전극 소자(30)가 삽입 가능하도록 개방된 형태를 이루며, 하부 측으로는 제1 가스 배출구(21)가 형성된다. 외부 케이스(10)는 전극 소자(30)가 내장된 하부 케이스의 삽입이 가능하도록 개방된 형태를 이루며, 하부 측으로는 제2 가스 배출구(11)가 형성된다. 여기에서, 상기 내부 케이스(20)에 형성된 제1 가스 배출구(21) 및 외부 케이스(10)에 형성된 제2 가스 배출구(11)는 가스 투과막 보호부재(40)에 형성된 보호부재홀(41)과 일직선 상에 위치하게 된다.
보호부재홀(41)의 직경은 0.5mm 내지 2mm 범위인 것이 바람직하다. 이는0.5mm 보다 작으면 가스가 원활히 배출되지 않을 수 있다는 한계가 있고, 2mm 보다 큰 경우에는 순간적인 내부 압력에 의해 가스 투과막(50)이 찢어질 수 있다는 한계가 있다.
외부 케이스(10)에 형성된 제2 가스 배출구(11)의 직경은 보호부재홀(41)의 직경과 같거나 또는 보호부재홀(41) 직경의 최대 3배 이내일 수 있다. 내부 케이스(20)에 형성된 제1 가스 배출구(21)의 직경은 외부 케이스(10)에 형성된 제2 가스 배출구(11)의 직경과 같거나 또는 최대 1.5배 이내일 수 있다. 이를 통해 가스 투과막 보호부재(40)를 외부 케이스(10)에 접합시 작업을 용이하게 할 수 있다.
한편, 외부 케이스(10)와 내부 케이스(20)에 각각 형성된 홀들의 직경이 보호부재홀(41)의 직경보다 필요에 따라 작을 수도 있다.
또한, 케이스(10,20) 및 가스 투과막 보호부재(40)에 형성된 홀의 위치는 반드시 정중앙이 아닐 수 있다.
보호부재홀(41)은 사용 용도에 따라 가스 투과막 보호부재(40) 상에 복수개가 형성된다. 상기 복수개의 보호부재홀(41)은 사용 용도에 따라 해당분야에 종사하거나 해당분야에 대한 지식을 가진 사람이면 본 발명의 범주 내에서 보호부재홀(41) 간의 간격을 조절할 수 있다. 이 경우에, 외부 케이스(10)와 내부 케이스(20)에 형성된 홀은 복수개의 보호부재홀(41)에 따라 복수개를 형성할 수 있다.
이하,도 2a 내지 도 2h를 참조하여 가스투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치의 제조 과정을 설명한다.
먼저, 가스 투과막(50) 상에 가스 투과막 보호부재(40)를 접착한다. 일예를 들어, 가스 투과막(50)의 상하면 상에 가스 투과막 보호부재(40)를 부착하되 가스 투과막 보호부재(40)에 관통 형성된 보호부재홀(41)이 가스 투과막(50)의 중앙에 위치하는 형태일 수 있다(도 2a).
가스 투과막 보호부재(40)는 일 예로서 가스켓 기능을 담당할 수 있는데, 가스 투과막(50)의 보호, 가스 투과막(50)의 오염 최소화 및 외부로부터 가해지는 물리적인 힘으로부터 전극 소자(30)를 보호하는 용도로 사용된다. 가스 투과막(50) 과 가스 투과막 보호부재(40)의 접착은 접착제 또는 양면테이프를 사용하여 접합할 수 있다. 또한, 스팟 용접과 같은 방법으로 열을 이용하여 접합할 수 있다.
다음으로, 가스 투과막(50)이 부착된 가스 투과막 보호부재(40)를 외부 케이스(10)의 개방된 상부를 통해 삽입하여 하단부의 제2 가스 배출구(11)에 이르게 배치한다. 즉, 가스 투과막 보호부재(40)의 보호부재홀(41)이 제2 가스 배출구(11)의 상부에 위치하게 한다(도 2b). 상기 공정의 경우도 접착제 또는 양면테이프를 사용하여 접합할 수 있다.
내부 케이스(20)를 외부 케이스(10)의 개방된 상부를 통해 삽입하여 제1 가스 배출구(21)가 하부 측으로 가스 투과막 보호부재(40)의 보호부재홀(41)에 이르게 배치한다. 즉, 내부 케이스(20)의 제1 가스 배출구(21)가 보호부재홀(41)의 상부에 위치하게 한다. 여기에서, 상부에서 하부 방향으로 제1 가스 배출구(21), 상부 보호부재홀(41), 가스 투과막(50), 하부 보호부재홀(41) 및 제2 가스 배출구(11)가 일렬로 배치된 구조를 보인다(도 2c).
상기 내부 케이스(20)는 외부 케이스(10)의 물리적 특성을 강화하기 위해서 사용하는 것으로서 내부에 배치되는 전극 소자(30)의 보호, 가스 투과막(50)이 접착된 가스 투과막 보호부재(40)가 물리적 힘 또는 화학적 반응으로 분리되더라도 내부에서 움직이지 않게 하기 위해 사용한다. 한편, 상기 내부 케이스(20)는 필요에 따라 사용하지 않을 수 있다.
다음으로, 한 쌍의 전극 단자(70)가 연결된 전극 소자(30)를 외부 케이스(10) 및 내부 케이스(20)의 개방된 상부를 통해 삽입한다. 이 경우에 전극 소자(30)의 하단은 내부 케이스(20)의 제1 가스 배출구(21)와는 소정의 이격 거리를 두게 된다. 상기 상태에서 전극 소자(30) 상에 전해액을 투입한다(도 2d). 상기의 전해액 투입 공정은 셀을 활성시키는 공정으로서, 전해액을 선 투입한 후에 전극 소자(30)를 삽입할 수 있다.
다음으로, 사이드 비딩 공정을 통해 외부 케이스(10)의 측면 상에 압력을 가하는 과정을 통해 내부 케이스(20)의 상단 상으로 비드(12)가 돌출되게 한다. 즉, 외부 케이스(10)의 측면에서 내측으로 돌출되는 비드(12)로 인해서 내부 케이스(20)가 외부 케이스(10)에서 이탈되는 것을 방지한다(도 2e).
상기 사이드 비딩 공정은 외부 케이스(10) 내에 내부 케이스(20)의 위치 고정 및 하판 부재(62) 삽입 등의 공정을 원활하게 하기 위한 공정으로서, 물리적인 힘을 가하거나, 열을 가하면서 물리적인 힘을 가하여 작업할 수 있다.
사이드 비딩은, 하판 부재(62) 및 상판 부재(64)에 외부 힘이 가해졌을 때 전극 소자(30)를 보호하는 역할을 한다. 또한, 셀에 가해진 외부 힘의 정도를 알 수 있는 역할을 한다. 한편, 전극 소자(30)인 셀의 지름이 굵거나, 셀의 길이가 긴 경우에는 사이드 비딩을 전극 소자(30)의 중간 부분에 추가로 진행할 수 있다. 여기에서, 전극 소자(30) 중간 부분의 사이드 비딩은 전극 소자(30)의 위치 고정 및 소자의 열 발산을 원활하게 하기 위해 작업할 수 있다. 한편, 다른 실시예로서 내부 케이스(20) 상에 하판 부재(62)를 올려 놓고 사이드 비딩을 생략할 수 있게 된다.
사이드 비딩을 통해서 하판 부재(62) 및 전극 소자(30)의 사이에는 소정의 완충 공간이 형성된다. 전극 소자(30)에 전해액을 투입하여 함침시 적용 분야에 따라 셀 내부에 전해액이 미량 남아있을 수 있고, 이들 미량의 전해액을 저장하는 공간이 필요하게 된다. 또한, 커패시터가 충방전되는 동안 전해액이 반응하거나 분해하여 새로운 물질을 만들 수 있게 되는데, 이들은 전해액과는 달리 전극 소자(30)에 담지되지 못할 수 있으므로, 이들을 위한 저장공간이 필요하게 된다.
또한, 커패시터는 충방전하는 동안 가스가 발생하게 되고, 발생된 가스는 커패시터 내에서 순식간에 발생할 수 있으나, 가스 투과막(50)에서 순식간에 빠지는 것이 아니라 서서히 빠지게 된다. 압력은 보일-샤를의 법칙에 의해 부피에 반비례하게 되는데(PV=constant), 따라서 가스가 발생하더라도 셀 내부의 압력이 크게 올라가지 않게 하려면 셀 내부에 약간의 공간을 두어야 한다.
이후, 외부 케이스(10)의 개방된 상부를 통해 하판 부재(62)를 삽입한다(도 2f). 하판 부재(62)는 상판 부재(64)용 플라스틱 레진을 첨가시에, 플라스틱 레진이 셀 내부로 흘러가지 않게 하기 위한 역할을 하며, 또한 플라스틱 레진을 첨가하여 경화시 상판 부재(64)의 밑부분을 형상화한다.
상판 부재(64)는 외부 케이스(10)의 개방된 상부를 통해 하판 부재(62) 상에 고분자 혼합액인 플라스틱 레진을 부운 뒤 경화시켜 제작한다(도 2g). 상판 부재(64)는 셀의 내부 실링, 전극 소자(30)의 위치 고정, 전극 단자(70) 상에 외부 힘이나 열이 가해졌을 때 셀을 보호하기 위해 사용한다.
최종적으로는, 커링 공정을 통해 외부 케이스(10)의 상단 측면 상에 압력을 가하는 과정을 통해 경화된 상판 부재(64)의 상단 가장자리를 둘러싸도록 외부 케이스(10)의 상단을 구부리는 작업을 한다(도 2h).
커링은 외부 케이스(10) 상에 외부 힘이나 열이 가해졌을 때 또는 화학적 반응에 의해 상판 부재(64)와 외부 케이스(10)가 분리되는 경우에, 상판 부재(64)가 외부 케이스(10)로부터 이탈되는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 셀을 PCB에 부착시 PCB 표면을 보호하기 위한 역할을 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스투과막을 갖는 전기화학적 에너지 저장장치에 대한 구조를 설명한다. 이하에서는 도 1에 도시된 일 실시예와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략하고 상이한 부분에 대해서만 설명한다.
본 실시예에서는 가스 투과막 보호부재(40')가 가스 투과막(50)의 일측면 상에만 형성되도록 할 수 있다. 구체적으로는, 내부 케이스(20)와 가스 투과막(50) 사이에만 배치되는 구조일 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 상태에서 내부 케이스(20)가 제거되는 형태도 가능할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명인 전기화학적 에너지 저장장치는 에너지 저장장치 내에서 발생하는 가스를 배출하게 하는 동시에 외부로부터의 다른 물질의 유입을 방지하는 기능을 하는 가스투과막을 가스켓 등의 보조 부재를 이용하여 보호하는 동시에 복수의 케이스 사이에 배치하게 한다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 외부 케이스
20 : 내부 케이스
30 : 전극 소자
40 : 가스 투과막 보호부재
50 : 가스 투과막
60 : 캡부재
70 : 전극 단자
20 : 내부 케이스
30 : 전극 소자
40 : 가스 투과막 보호부재
50 : 가스 투과막
60 : 캡부재
70 : 전극 단자
Claims (5)
- 전기 화학 에너지를 저장하는 전극 소자(30);
상기 전극 소자(30)로부터 연장되어 돌출 형성된 한 쌍의 전극 단자(70);
상기 전극 소자(30)로부터 발생되는 가스를 배출하는 가스 배출구가 그 일측에 형성되고 상기 전극 소자(30)가 삽입 내장되는 개방구가 그 타측에 형성되며, 상기 전극 소자(30)를 그 내부에 수용하는 케이스(10,20);
상기 케이스(10,20)의 가스 배출구에 인접 배치되는 가스 투과막(50); 및
상기 가스 투과막(50)을 보호하는 동시에 상기 케이스(10,20) 상에 상기 가스 투과막(50)을 고정하기 위한 가스 투과막 보호부재(40);를 포함하며,
상기 케이스(10,20)는,
상기 전극 소자(30)가 삽입되는 내부 케이스(20) 및 상기 내부 케이스(20)를 수용하는 외부 케이스(10)를 포함하고,
상기 가스 투과막(50) 및 가스 투과막 보호부재(40)는 상기 내부 케이스(20)와 외부 케이스(10) 사이에 배치되는,
가스 투과막 보호부재(40)의 두께는 0.5mm 내지 5mm의 범위 내이고,
상기 가스 투과막 보호부재(40)에 형성된 보호부재홀(41)의 직경은 0.5mm 내지 2mm 범위이고,
상기 외부 케이스(10)에 형성된 제2 가스 배출구(11)의 직경은 상기 보호부재홀(41) 직경의 3배 이내이며,
상기 내부 케이스(20)에 형성된 제1 가스 배출구(21)의 직경은 상기 외부 케이스(10)에 형성된 상기 제2 가스 배출구(11)의 직경의1 .5배 이내인,
전기화학적 에너지 저장장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 내부 케이스(20)에 형성된 제1 가스 배출구(21) 및 상기 외부 케이스(10)에 형성된 제2 가스 배출구(11)는 상기 가스 투과막 보호부재(40)에 형성된 보호부재홀(41)과 일직선 상에 위치하는,
전기화학적 에너지 저장장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 가스 투과막(50)의 재질은 불소수지, PET(Polyethylene Terephthalate), PVDC(Polyvinylidene Chloride), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PPS(Polyphenylene Sulfide), PEEK(Polyether Ether Ketone) 및 PI(Polyimide) 중 어느 하나 이상으로 이루어진 단일 또는 복합재 형태인,
전기화학적 에너지 저장장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 가스 투과막 보호부재(40)의 재질은 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PVC(Polyvinyl chloride), 아크릴(Acrylic), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), PC(Polycarbonate), 폴리아세탈(polyacetal), 불소수지 및 에폭시 수지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 단일 또는 복합재 형태이며,
상기 케이스(10,20)의 재질은 알루미늄, PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PVC(Polyvinyl chloride), 아크릴(Acrylic), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), PC(Polycarbonate), 폴리아세탈(polyacetal), 불소수지 및 에폭시 수지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 단일 또는 복합재 형태인,
전기화학적 에너지 저장장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 외부 케이스(10)는,
사이드 비딩 공정을 통해 상기 외부 케이스(10)의 측면 상에 내측으로 형성되는 비드(12)가 구비되고, 상기 비드(12)는 상기 내부 케이스(20)의 상단 상에 위치하는,
전기화학적 에너지 저장장치.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |