KR102172100B1 - 방폭 밸브, 커버 플레이트 어셈블리 및 배터리 - Google Patents

방폭 밸브, 커버 플레이트 어셈블리 및 배터리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방폭 밸브, 커버 플레이트 어셈블리 및 배터리를 제공한다. 상기 방폭 밸브는 매트릭스 및 방폭막을 포함하며, 상기 방폭막은 주연부에 용접부 및 중간에 개구부를 포함하고; 상기 방폭막의 개구부에는 방폭 노치가 제공되며; 상기 용접부와 상기 매트릭스 사이의 용접 심과 상기 방폭 노치 사이에 가요성 완충 구조가 더 배치된다.

Description

방폭 밸브, 커버 플레이트 어셈블리 및 배터리
본 발명은 배터리 분야에 관한 것으로, 특히, 배터리 커버 플레이트 어셈블리에 장착된 방폭 밸브, 상기 방폭 밸브 및 배터리를 포함하는 커버 플레이트 어셈블리에 관한 것이다.
과학 기술의 점진적인 발전에 따라, 배터리는 차량, 에너지 저장 장치, 전자 제품 및 기타 장치에 널리 응용되고 있으며, 점점 더 많은 사람들이 배터리의 안전에 관심을 기울이고 있다. 배터리에 결함이 있어 가연성 가스가 대량으로 발생하면, 배터리의 내부 가스 압력이 급격히 상승하여 조치를 취하지 않으면 배터리가 폭발할 수 있다.
따라서, 배터리 폭발의 발생을 방지하기 위해, 일반적으로 배터리 커버 플레이트에는 방폭 밸브(또는 안전 밸브라고 함)가 장착된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 방폭 밸브(6)는 매트릭스(60) 및 방폭막(61)을 포함하고, 방폭막(61)은 주연부에 용접부(610) 및 주연부의 중앙에 개구부(611)를 포함하며; 압력 릴리프 홀(62)이 매트릭스(60)에 제공되고; 용접부(610)는 매트릭스(60) 상에 용접되어 개구부(611)가 압력 릴리프 홀(62)을 차단하고; 방폭막(6)의 개구부(611)에는 방폭 노치(612)가 제공되고; 용접부(610)가 매트릭스(60)와 용접될 때, 용접 심(welding seam)(613)이 용접점에 형성되고, 용접 심(613)은 용접용 용접 플럭스(welding flux)로 채워진다. 이와 같이, 배터리의 내부 가스 압력이 방폭 밸브(6)의 개방 압력을 초과할 때, 방폭 밸브(6)가 개방되어 배터리 내부의 가스가 방출되어 배터리 폭발을 방지한다.
그러나, 종래의 방폭 밸브(6)의 제조 공정에서는, 레이저 용접 중에 용접 심(613)의 양 측면이 용접 심(613)으로 수축하여, 방폭 노치(612)가 쉽게 부서지거나 파손되어 방폭 밸브(6)의 고장 원인이 된다. 또한, 방폭 밸브(6)의 사용 공정에서, 배터리의 내측과 외측 사이의 압력 차의 변화에 의해 방폭 밸브(6)에 충격이 가해지며, 방폭 밸브(6)의 피로 파괴가 쉽게 발생한다.
폭발 방지 밸브의 제조 공정에서, 레이저 용접 중 용접 심의 양 측면이 용접 심으로 수축하여, 방폭 노치가 쉽게 깨지거나 부서짐에 따라서 방폭 밸브가 고장나는 종래의 문제를 해결하기 위해 본 발명은 방폭 밸브, 커버 플레이트 어셈블리 및 배터리를 제공한다.
본 발명의 일 양태는 매트릭스 및 방폭막을 포함하는 방폭 밸브를 제공하며, 상기 방폭막은 주연부에 용접부 및 중간에 개구부를 포함하고; 압력 릴리프 홀이 상기 매트릭스 내에 제공되며; 상기 용접부는 상기 매트릭스 상에 용접되어, 상기 개구부가 상기 압력 릴리프 홀을 차단하고; 상기 방폭막의 상기 개구부에는 방폭 노치가 제공되며; 상기 용접부와 상기 매트릭스 사이의 용접 심과 상기 방폭 노치 사이에 가요성 완충 구조가 더 배치된다.
상기 가요성 완충 구조는 본 발명에 제공된 상기 방폭 밸브의 상기 방폭막에 추가되고, 레이저 용접시의 상기 용접 심의 양 측면의 수축에 의한 상기 방폭 노치의 균열이나 파손을 효과적으로 방지할 수 있으며, 따라서 생산 공정에서 상기 방폭 밸브의 완제품 비율을 보장한다. 또한, 상기의 가요성 완충 구조를 사용함으로써, 상기 방폭 밸브의 시동 압력의 균일성과 신뢰성이 크게 향상될 수 있고, 상기 방폭 밸브의 내피로성 또한 양호하게 개선될 수 있다.
또한, 장착 스텝이 상기 매트릭스 상에 배치되고, 상기 장착 스텝은 지지면 및 측면을 포함하며, 상기 방폭막의 상기 용접부는 상기 지지면 상에 지지되고, 상기 용접 심은 상기 용접부와 상기 장착 스텝의 측면 사이에 형성된다.
또한, 상기 가요성 완충 구조는 환형이다.
또한, 상기 가요성 완충 구조는 하나 이상의 파봉 및/또는 파골을 포함한다.
또한, 상기 가요성 완충 구조는 하나의 파봉과 하나의 파골을 포함한다.
또한, 상기 방폭막의 상기 용접부의 두께는 0.2~0.8mm이고, 상기 방폭막의 상기 개구부의 두께는 0.05~0.15mm이다.
또한, 상기 파봉과 상기 개구부의 표면 사이의 높이 차이와 상기 파골과 상기 개구부의 표면 사이의 높이 차이는 상기 개구부의 두께의 1 내지 8배, 또는 상기 파봉과 상기 개구부의 표면 사이의 높이 차이는 상기 개구부의 두께의 1 내지 8배, 또는 상기 파골과 상기 개구부의 표면 사이의 높이 차이는 상기 개구부의 두께의 1 내지 8배이다.
또한, 상기 방폭막의 상부면에 가스 주머니가 더 장착된다. 상기 가스 주머니는 상기 배터리 내의 고온의 가연성 가스를 대기 중의 산소 가스로부터 격리시켜, 압력이 해제된 후에도 상기 배터리가 점화되지 않도록 하여, 2차 위험을 피할 수 있다.
또한, 상기 가스 주머니의 주연부가 실란트 층으로 코팅되고, 상기 실란트 층은 상부 실란트 층과 하부 실란트 층을 포함하며, 상기 가스 주머니의 주연부는 상기 하부 실란트 층을 통해 상기 매트릭스에 접착되고, 가압 시트를 통해 상기 상부 실란트 층에 가압된다.
또한, 상기 가스 주머니의 가스 저장 용량은 배터리 내부의 잔존 팽창 가능 부피의 0.1-100 배이다.
또한, 상기 가스 주머니의 가스 저장 용량은 상기 배터리 내부의 잔존 팽창 가능 부피의 1-50 배이다.
또한, 상기 가스 주머니의 가스 저장 용량은 상기 배터리 내부의 잔존 팽창 가능 부피의 2~10 배이다.
또한, 상기 방폭 밸브는 밸브 커버를 더 포함하고, 상기 밸브 커버는 상기 방폭막을 덮고, 상기 방폭막과 상기 밸브 커버의 사이에는 난연성 구조가 배치된다.
또한, 상기 방폭막은 상기 압력 릴리프 홀의 내측 단부에 위치하고, 상기 밸브 커버는 상기 압력 릴리프 홀의 외측 단부를 덮고, 상기 난연성 구조는 상기 압력 릴리프 홀 내에 위치한다.
또한, 상기 난연성 구조는 난연제를 함유하는 마이크로 캡슐이다.
상기 가요성 완충 구조는 본 발명에 제공된 상기 방폭 밸브의 상기 방폭막에 추가되고, 레이저 용접시의 상기 용접 심의 양 측면의 수축에 의한 상기 방폭 노치의 균열이나 파손을 효과적으로 방지할 수 있으며, 따라서 생산 공정에서 상기 방폭 밸브의 완제품 비율을 보장한다. 또한, 상기의 가요성 완충 구조를 사용함으로써, 상기 방폭 밸브의 시동 압력의 균일성과 신뢰성이 크게 향상될 수 있고, 상기 방폭 밸브의 내피로성 또한 양호하게 개선될 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 커버 플레이트 몸체를 포함하는 커버 플레이트 어셈블리를 제공하며, 상기 방폭 밸브는 상기 커버 플레이트 몸체 상에 배치된다.
상기 개선된 방폭 밸브는 본 발명에 제공된 상기 커버 플레이트 어셈블리의 커버 플레이트 몸체 상에 장착되고, 상기 가요성 완충 구조가 상기 방폭 밸브의 상기 방폭막에 추가되므로, 레이저 용접 중 상기 용접 심의 양 측면의 수축에 의한 상기 방폭 노치의 균열이나 파손을 효과적으로 방지할 수 있으며, 따라서 생산 공정에서 상기 방폭 밸브의 완제품 비율을 보장한다. 또한, 상기의 가요성 완충 구조를 사용함으로써, 상기 방폭 밸브의 시동 압력의 균일성과 신뢰성이 크게 향상될 수 있고, 상기 방폭 밸브의 내피로성 또한 양호하게 개선될 수 있다.
본 발명의 제3 양태는 쉘, 전극 코어 및 커버 플레이트 어셈블리를 포함하는 배터리에 관한 것으로, 상기 커버 플레이트 어셈블리 및 상기 쉘은 밀폐 공간을 형성하고, 상기 전극 코어는 상기 밀폐 공간 내에 장착된다.
상기 개선된 방폭 밸브는 본 발명에 제공된 배터리의 커버 플레이트 어셈블리의 커버 플레이트 몸체 상에 장착되고, 상기 가요성 완충 구조가 상기 방폭 밸브의 상기 방폭막에 추가되므로, 레이저 용접 중 상기 용접 심의 양 측면의 수축에 의한 상기 방폭 노치의 균열이나 파손을 효과적으로 방지할 수 있으며, 따라서 생산 공정에서 상기 방폭 밸브의 완제품 비율을 보장한다. 또한, 상기의 가요성 완충 구조를 사용함으로써, 상기 방폭 밸브의 시동 압력의 균일성과 신뢰성이 크게 향상될 수 있고, 상기 방폭 밸브의 내피로성 또한 양호하게 개선될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 방폭 밸브의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따른 배터리의 개략적인 3차원 도면이다.
도 3은 본 발명의 특정 실시예에 따른 매트릭스의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 특정 실시예에 따른 방폭 밸브의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 특정 실시예에 따른 방폭 밸브의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 5에 제공된 방폭 밸브의 사용 상태의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 특정 실시예에 따른 배터리의 개략적인 3차원 도면이다.
도 8은 본 발명의 특정 실시예에 따른 방폭 밸브의 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 특정 실시예에 따른 방폭 밸브의 개략적인 단면도이다.
본 발명에 의해 기술적인 문제를 해결하기 위해, 기술적 해결책 및 유리한 효과를 보다 이해하기 쉽도록 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명의 내용을 더욱 상세하게 설명한다. 여기에 설명된 특정 실시예는 본 발명을 제한하는 대신 본 발명을 설명하기 위해 사용된 것임을 이해해야 한다.
본 발명에 제공되는 배터리, 커버 플레이트 어셈블리 및 방폭 밸브(6)는 본 명세서에서 구체적으로 설명될 것이다.
도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 일 실시예는 배터리를 개시한다. 배터리는 쉘(2), 전극 코어 및 커버 플레이트 어셈블리를 포함한다. 커버 플레이트 어셈블리와 쉘(2)은 밀폐 공간을 형성하고, 전극 코어는 밀폐 공간 내에 장착된다. 본 실시예의 배터리는 리튬 이온 배터리이거나 또는 다른 유형의 니켈 배터리, 연산 배터리(lead-acid battery) 등일 수 있다. 전극 코어는 공지된 양극 시트, 다이어프램(diaphragm) 및 음극 시트를 감거나 겹쳐서 형성된다. 커버 플레이트 어셈블리는 커버 플레이트 몸체(1)를 포함하고, 방폭 밸브(6)는 커버 플레이트 몸체(1) 상에 장착된다. 일반적으로, 극성이 다른 제1 전극 어셈블리(3) 및 제2 전극 어셈블리(4)는 절연된 모드로 커버 플레이트 어셈블리 상에 추가로 장착된다. 일반적으로, 제1 전극 어셈블리(3)는 제1 전극 및 제1 절연부 등을 포함하며, 제1 전극과 커버 플레이트 몸체(1)는 제1 절연부에 의해 절연된다. 일반적으로, 제2 전극 어셈블리(4)는 제2 전극 및 제2 절연부 등을 포함하고, 제2 전극과 커버 플레이트 몸체(1)는 제2 절연 부에 의해 절연된다. 제1 전극이 양극일 때, 제2 전극은 음극이고; 다르게 제1 전극이 음극일 때, 제2 전극은 양극이다. 양극은 전극 코어의 양극 시트에 전기적으로 접속되고, 음극은 전극 코어의 음극 시트에 전기적으로 접속된다. 일반적으로, 커버 플레이트 몸체(1)에는 액체 주입구가 더 설치되고, 액체 주입구는 액체 주입구 커버(5)로 덮여 있다.
본 발명은 배터리의 커버 플레이트 어셈블리 상의 방폭 밸브(6) 이외의 구조를 개선하지 않기 때문에, 방폭 밸브(6)의 구조에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 3, 도 4, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 제공된 방폭 밸브(6)는 매트릭스(60) 및 방폭막(61)을 포함하고, 방폭막(61)은 주연부에 용접부(610) 및 중간에 개구부(611)를 포함하며, 압력 릴리프 홀(62)이 매트릭스(60)에 제공되고; 용접부(610)는 매트릭스(60) 상에 용접되어, 개구부(611)가 압력 릴리프 홀(62)을 차단하고; 방폭막(61)의 개구부(611)에는 방폭 노치(612)가 제공된다.
방폭막(61)이 용접 모드로 매트릭스(60) 상에 장착되기 때문에, 방폭막(61)이 단단히 인장되면, 용접 공정에서 방폭막(61)이 쉽게 손상된다. 따라서, 가요성 완충 구조가 용접부(610)와 매트릭스(60) 사이의 용접 심(613)과 방폭 노치(612) 사이에 더 배치된다(도 1, 도 4, 도 8 및 도 9). 가요성 완충 구조는 용접에 의해 유발된 방폭막(61)의 균열 또는 파손 상태를 효과적으로 완화할 수 있다.
방폭막(61)의 용접부(610)는 매트릭스(60)와의 용접에 사용되고, 개구부(611)는 주로 방폭 기능을 달성하기 위해 사용되며, 개구부(611)의 두께는 일반적으로 용접부(610)의 두께보다 작다, 즉 방폭막(61)의 중간 부분이 프레스-박형화되어 개구부(611)를 형성한다.
구체적으로는, 도 3, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 장착 스텝(601)은 매트릭스(60) 상에 배치되고, 장착 스텝(601)은 지지면(6011)과 측면(6012)을 포함하고; 방폭막(61)의 용접부(610)는 지지면 (6011)에 지지되고, 용접 심(613)은 용접부(610)와 장착 스텝(601)의 측면(6012) 사이에 형성되며, 용접 심(613)을 통해 용접부(610)는 장착 스텝(601)에 용접된다. 용접은 레이저 용접 또는 납땜 용접일 수 있다. 매트릭스(60)는 방폭막(61)을 장착하기 위한 장착 캐리어로서 사용된다; 또한, 매트릭스(60)는 커버 플레이트 몸체(1)와의 용접(또는 매트릭스(60)가 쉘(2) 상에 장착될 수 있으며, 본 실시예에서는 선택적으로 매트릭스(60)가 커버 플레이트 몸체(1) 상에 장착된다)을 위해 사용되고, 또는 매트릭스(60)는 커버 플레이트 몸체(1)의 일부로서 기능하도록 커버 플레이트 몸체(1)와 일체적 펀치 성형될 수 있다. 즉, 매트릭스(60)는 커버 플레이트 몸체(1) 또는 쉘(2)과 독립된 구조일 수 있고, 또는 커버 플레이트 몸체(1) 또는 쉘(2)과 일체로 형성될 수 있다. 즉, 방폭 밸브(6)의 매트릭스(60)는 커버 플레이트 몸체(1) 또는 쉘(2)의 일부로서 형성될 수 있다.
가요성 완충 구조는 소정의 완충 변형을 갖는 구조를 의미하며, 방폭막(61) 상에 일체로 형성된다. 장착 공정에서 방폭막(61)이 용접될 때, 용접 심(613)의 두 단부가 여전히 용접 심(613)으로 수축하더라도, 방폭막(61)은 가요성 완충 구조가 존재하기 때문에 가요성 완충 구조에서 용접 심(613)까지 연장될 수 있다. 따라서, 용접 공정에서, 방폭막(61)은 균열되거나 파손될 수 없다. 또한, 사용 공정에서, 배터리의 내측과 외측 사이의 압력 차의 변화가 방폭 밸브(6)에 충격을 발생시키더라도, 가요성 완충 구조의 존재로 인해, 방폭막(61)의 개방 압력의 범위 내에서, 배터리의 내부와 외부 사이의 압력 차의 변화에 따른 방폭 밸브(6)에 대한 충격은 효과적으로 완화될 수 있고, 방폭 밸브(6)의 파손을 방지할 수 있다.
방폭막(61)의 재료는 당업자에게 잘 알려진 알루미늄 호일일 수 있거나 당업자에게 공지된 다른 재료일 수 있다.
본 실시예는 가요성 완충 구조의 배치 위치를 특별히 한정하지 않는다. 바람직한 방식으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 가요성 완충 구조는 방폭 노치(612)와 용접 심(613) 사이에 배치된다.
구체적으로, 가요성 완충 구조는 환형이다. 가요성 완충 구조의 형상 및 크기는 용접 공정에서 방폭막(61)이 손상되지 않도록 하고 방폭막(61)의 설계 개방 압력이 영향을 받지 않는 것을 보장할 수 있는 형상 및 크기라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 가요성 완충 구조는 하나 이상의 파봉(614) 및/또는 파골(615)을 포함한다. 본 실시예에서, 가요성 완충 구조는 하나의 파봉(614) 및 하나의 파골(615)을 포함한다. 방폭막(61)의 용접부(610)의 두께는 0.2-0.8mm이고, 방폭막(61)의 개구부(611)의 두께는 0.05-0.15mm이다.
또한, 파봉(614) 및/또는 파골(615)의 높이와 폭은 특별히 제한되지 않는다. 연구 및 개발 프로세스에서, 본 출원인은 하나의 파봉(614) 및 하나의 파골(615)을 포함하는 가요성 완충 구조를 예로 들자면, 파봉(614) 및 파골(615)과 개구부(611)의 표면 사이의 높이 차이는 개구부(611)의 두께의 1배 내지 8배인 것이 적정함을 발견하였다. 더욱 바람직하게는, 파봉(614) 및 파골(615)과 개구부(611)의 표면의 높이 차가 개구부(611)의 두께의 1~5배이다. 여기서 높이 차이란 파봉(614)의 최고점과 개구부(611)의 상면 사이의 거리 및 파골(615)의 최하점과 개구부(611)의 하면 사이의 거리를 말한다.
본 발명이 제공하는 방폭 밸브(6), 방폭 밸브(6)가 장착된 커버 플레이트 어셈블리 및 커버 플레이트 어셈블리를 포함하는 배터리는, 가요성 완충 구조가 개량된 방폭 밸브(6)의 방폭막(61)에 추가됨으로써, 레이저 용접시의 용접 심(613)의 양 측면의 수축에 의한 방폭 노치(612)의 균열이나 파손을 효과적으로 방지할 수 있으며, 따라서 생산 공정에서 방폭 밸브(6)의 완제품 비율을 보장한다. 또한, 상기의 가요성 완충 구조를 사용함으로써, 방폭 밸브(6)의 시동 압력의 균일성과 신뢰성이 크게 향상될 수 있고, 방폭 밸브(6)의 내피로성 또한 양호하게 개선될 수 있다.
그러나, 배터리 연구, 배터리의 개발 및 제조 공정에서, 본 발명의 발명자는 종래 기술에서, 압력 제어 방폭 밸브를 포함하는 배터리, 특히 삼원 양극활물질(ternary positive electrode material)의 리튬 이온 배터리에 대해, 배터리의 내부 온도가 배터리의 양극활물질의 열 폭주 온도에 도달할 때, 배터리는 제어 불능이지만, 배터리의 내부 압력은 여전히 작아서, 압력 제어 방폭 밸브는 시동할 수 없고; 3-5초간의 온도 상승 후, 즉시 온도가 상승하고, 내부 압력이 즉시 상승하며; 이때, 압력 제어 방폭막의 층을 하나 이상 포함하는 압력 제어 방폭 밸브가 배치되더라도, 배터리 내부에서 생성된 다량의 가연성 가스가 압력 제어 방폭 밸브로부터 즉시 분출하며, 따라서 배터리의 연소 또는 폭발의 위험이 여전히 존재하는 것을 발견한다.
따라서, 더욱 개선된 모드에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예에서는, 방폭막(61)의 상부면에 가스 주머니(63)가 더 장착된다. 가스 주머니(63)는 배터리 내부에서 생성된 고온의 가연성 가스를 저장하기 위해 사용되기 때문에, 가스 주머니(63)는 내열성이 있어야 하고 일정한 탄성을 가져야 한다. 내부 가스가 압력 릴리프 홀(62)로부터 배출될 때, 가스 주머니(63)는 신속하게 개방되어 고온의 가연성 가스를 저장할 수 있다. 가스 주머니(63)는 도면에 도시된 정상 상태에서 압축된 형상을 가지며; 배터리가 비정상이고 배터리의 압력이 해제되면, 가스 주머니(63)가 개방되어 도 6에 도시된 상태가 된다. 가스 주머니(63)는 배터리 내의 고온의 가연성 가스를 대기 중의 산소 가스로부터 격리시켜, 압력이 해제된 후에도 배터리가 점화되지 않도록 하여, 2차 위험을 피할 수 있다.
가스 주머니(63)의 장착 모드는 장착 모드가 가스 주머니(63)가 매트릭스(60) 상에 고정될 수 있고 가스를 누출할 수 없도록 보장할 수 있는 한 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 실시예에서, 가스 주머니(63)는 다음과 같은 모드로 장착된다: 가스 주머니(63)의 주연부가 실란트 층(64)으로 코팅되고, 실란트 층(64)은 상부 실란트 층(642)과 하부 실란트 층(641)을 포함하며, 가스 주머니(63)의 주연부는 하부 실란트 층(641)을 통해 매트릭스(60)에 접착되고, 가압 시트(65)를 통해 상부 실란트 층(642)에 가압된다. 가압 시트(65)는 가스 주머니(63)의 접합부를 가압하여 접합 강도를 보강하는 데 사용된다.
가스 주머니(63)의 재료는 라텍스, 천연 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 불소 고무, 알루미늄 호일, PA 또는 PE 중 하나이다.
가스 주머니(63)의 가스 저장 용량은 배터리 내부의 가스 수율 및 배터리 내부의 잔존하는 팽창 가능 부피에 따라 결정될 수 있다. 설계 프로세스에서, 가스 주머니(63)의 가스 저장 용량은 테스트를 통해 얻어질 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 가스 주머니(63)의 가스 저장 용량은 배터리 내부의 잔존 팽창 가능 부피의 0.1-100 배이다. 잔존 팽창 가능 부피는 배터리 내부의 전극 코어 및 전해질 등을 포함하는 배터리 내부 구조의 공간 이외의 나머지 공간을 말한다. 바람직한 방식으로, 가스 주머니(63)의 가스 저장 용량은 배터리 내부의 잔존 팽창 가능 부피의 1-50 배이다. 또한, 가스 주머니(63)의 가스 저장 용량은 배터리 내부의 잔존 팽창 가능 부피의 2-10 배이다.
본 발명에서 가스 주머니(63)를 포함하는 방폭 밸브(6)를 갖는 배터리의 방폭 원리는 다음과 같다: 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리가 비정상인 경우, 설정된 개방 압력 하에서 방폭 노치(612)로부터 개선된 방폭 밸브(6)가 개방될 수 있고, 배터리의 압력이 해제되어 배터리 폭발을 방지할 수 있다. 또한, 가스 주머니(63)는 개방되어 가스 저장 공간(630)을 형성하고, 가스 저장 공간(630)은 내부의 고온의 가연성 가스를 저장하고 공기 중 산소 가스로부터 격리시켜서 압력이 해제된 후 배터리가 점화되지 않도록 하여, 2차 위험을 피할 수 있다.
바람직한 방식으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 방폭 밸브(6)는 밸브 커버(631)를 더 포함하며, 이 밸브 커버는 매트릭스(60) 상에 장착되어 외력에 의한 방폭 밸브(6)의 손상을 방지하는데 사용된다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는, 난연성 구조(66)가 방폭막(61)과 밸브 커버(631) 사이에 추가로 배치된다. 난연성 구조(66)는 방폭 밸브(6)가 개방되어 압력이 해제될 때 외부 산소 가스가 유입되는 것을 방지하여 배터리 내부의 연소 또는 폭발의 발생을 효과적으로 방지한다.
난연성 구조(66)의 구체적인 구조 및 재료는 구조 및 재료가 배터리 내부의 가연성 가스가 난연성 구조(66)를 통해 누출되는 것을 확실하게 보장할 수 있는 한 특별히 제한되지 않으며, 난연성 구조(66)는 외부 산소 가스가 유입되는 것을 방지하기 위해 산소 결핍 상태를 형성할 수 있다. 예를 들어, 난연성 구조(66)의 내부는 갭(또는 구멍) 등을 가지므로, 내부 압력이 더 큰 조건 하에서 배터리 내의 가연성 가스가 갭을 통해 누설될 수 있고, 갭을 통해 산소 가스가 배터리에 들어가기 어렵다.
난연성 구조(66)는 난연제를 함유한다. 난연제는 고체 분말의 형태일 수 있고, 난연성 구조(66)는 난연제를 고체 분말의 형태로 압축 및 래밍(ramming)시킴으로써 형성된다. 대안으로, 난연성 구조는 난연제를 함유하는 마이크로 캡슐이다. 난연제는 유기 난연제, 무기 난연제 또는 무기 난연제와 유기 난연제를 혼합하여 이루어지는 혼합 난연제로 구성될 수 있다. 유기 난연제는 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 질소계 난연제 및 인-할로겐계 난연제 중 하나 이상을 포함한다. 무기 난연제는 산화 안티몬, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄 및 실리콘계 산화물 중 하나 이상을 포함한다. 혼합 난연제는 유기 난연제와 무기 난연제를 혼합하여 형성된다. 예를 들어, 본 실시예는 개선된 혼합 난연제를 제공하고, 혼합 난연제는 적린(red phosphorus), 수산화 알루미늄 및 팽창 그라파이트(expanded graphite)를 포함한다.
밸브 커버(631)는 매트릭스(60) 상에 장착되어 방폭 밸브(6)가 외력에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 일반적으로, 밸브 커버(631)는 방폭 밸브를 개방함으로써 방출되는 가스를 제거하기 위한 통기구를 갖는다. 구체적으로, 방폭막(61)은 압력 릴리프 홀(62)의 내측 단부에 위치되고, 밸브 커버(631)는 압력 릴리프 홀(62)의 외측 단부를 덮고, 난연성 구조(66)는 압력 릴리프 홀(62) 내에 위치된다.
난연성 구조를 갖는 방폭 밸브(6)를 갖는 배터리의 방폭 원리는 다음과 같다: 배터리 내부의 이상에 의해 압력이 상승하여 내부의 가스압이 방폭막(61)의 개방 압력까지 상승하면, 방폭막(61)은 방폭 노치(612)로부터 개방된다; 이때, 난연성 구조(66)가 있기 때문에, 방폭 밸브는 국소적인 산소 결핍 상태에 있고, 배터리로부터 분출된 고온의 가연성 물질은 국소적인 산소 결핍 상태 하에서 발화되기 어렵다; 따라서, 방폭 밸브는 배터리가 비정상적일 때 압력을 해제할 수 있고, 방폭 밸브(6)에서 난연 기능을 수행하여 외부 산소 가스가 배터리로 유입되는 것을 차단함으로써 배터리 연소 및 폭발 사고를 효과적으로 방지할 수 있다.
전술한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 정신 및 원리 내에서 이루어진 임의의 수정, 동등한 대체 또는 개선은 본 발명 내용의 보호 범위 내에 속해야한다.
1: 커버 플레이트 몸체
2: 쉘(shell)
3: 제1 전극 어셈블리
4: 제2 전극 어셈블리
5: 액체 주입구 커버
6: 방폭 밸브
60: 매트릭스
61: 방폭막
62: 압력 릴리프 홀
63: 가스 주머니
631: 밸브 커버
64: 실란트 층
66: 난연성 구조
65: 가압 시트
601: 장착 스텝
610: 용접부
611: 개구부
612: 방폭 노치
613: 용접 심(welding seam)
614: 파봉(Wave crest)
615: 파골(Wave trough)
630: 가스 저장 공간
6011: 지지면
6012: 측면
641: 하부 실란트 층
642: 상부 실란트 층

Claims (17)

  1. 매트릭스 및 방폭막을 포함하고, 상기 방폭막은 주연부에 용접부 및 중간에 개구부를 포함하고;
    압력 릴리프 홀이 상기 매트릭스 내에 제공되며; 상기 용접부는 상기 매트릭스 상에 용접되어, 상기 개구부가 상기 압력 릴리프 홀을 차단하고; 상기 방폭막의 상기 개구부에는 방폭 노치가 제공되며;
    상기 용접부와 상기 매트릭스 사이의 용접 심과 상기 방폭 노치 사이에 가요성 완충 구조가 더 배치되고, 상기 방폭막의 상부면에 가스 주머니가 더 장착되는 방폭 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    장착 스텝이 상기 매트릭스 상에 배치되고, 상기 장착 스텝은 지지면 및 측면을 포함하며;
    상기 방폭막의 상기 용접부는 상기 지지면 상에 지지되고, 상기 용접 심은 상기 용접부와 상기 장착 스텝의 측면 사이에 형성되는 방폭 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가요성 완충 구조는 환형인 방폭 밸브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가요성 완충 구조는 하나 이상의 파봉과 하나 이상의 파골, 또는 하나 이상의 파봉, 또는 하나 이상의 파골을 포함하는 방폭 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가요성 완충 구조는 하나의 파봉과 하나의 파골을 포함하는 방폭 밸브.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 방폭막의 상기 용접부의 두께는 0.2~0.8mm이고, 상기 방폭막의 상기 개구부의 두께는 0.05~0.15mm인 방폭 밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파봉과 상기 개구부의 표면 사이의 높이 차이와 상기 파골과 상기 개구부의 표면 사이의 높이 차이는 상기 개구부의 두께의 1 내지 8배, 또는 상기 파봉과 상기 개구부의 표면 사이의 높이 차이는 상기 개구부의 두께의 1 내지 8배, 또는 상기 파골과 상기 개구부의 표면 사이의 높이 차이는 상기 개구부의 두께의 1 내지 8배인 방폭 밸브.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가스 주머니의 주연부가 실란트 층으로 코팅되고, 상기 실란트 층은 상부 실란트 층과 하부 실란트 층을 포함하며, 상기 가스 주머니의 주연부는 상기 하부 실란트 층을 통해 상기 매트릭스에 접착되고, 가압 시트를 통해 상기 상부 실란트 층에 가압되는 방폭 밸브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스 주머니의 가스 저장 용량은 배터리 내부의 잔존 팽창 가능 부피의 0.1-100 배인 방폭 밸브.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가스 주머니의 가스 저장 용량은 상기 배터리 내부의 잔존 팽창 가능 부피의 1-50 배인 방폭 밸브.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가스 주머니의 가스 저장 용량은 상기 배터리 내부의 잔존 팽창 가능 부피의 2~10 배인 방폭 밸브.
  13. 매트릭스 및 방폭막을 포함하고, 상기 방폭막은 주연부에 용접부 및 중간에 개구부를 포함하고;
    압력 릴리프 홀이 상기 매트릭스 내에 제공되며; 상기 용접부는 상기 매트릭스 상에 용접되어, 상기 개구부가 상기 압력 릴리프 홀을 차단하고; 상기 방폭막의 상기 개구부에는 방폭 노치가 제공되며;
    상기 용접부와 상기 매트릭스 사이의 용접 심과 상기 방폭 노치 사이에 가요성 완충 구조가 더 배치되고,
    밸브 커버를 더 포함하고, 상기 밸브 커버는 상기 방폭막을 덮고, 상기 방폭막과 상기 밸브 커버의 사이에는 난연성 구조가 배치되어 있는 방폭 밸브.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방폭막은 상기 압력 릴리프 홀의 내측 단부에 위치하고, 상기 밸브 커버는 상기 압력 릴리프 홀의 외측 단부를 덮고, 상기 난연성 구조는 상기 압력 릴리프 홀 내에 위치되는 방폭 밸브.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 난연성 구조는 난연제를 함유하는 마이크로 캡슐인 방폭 밸브.
  16. 커버 플레이트 몸체를 포함하고, 상기 제1항 내지 제7항, 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방폭 밸브가 상기 커버 플레이트 몸체 상에 배치되는 커버 플레이트 어셈블리.
  17. 배터리에 있어서,
    상기 배터리는 쉘, 전극 코어 및 커버 플레이트 어셈블리를 포함하고, 상기 커버 플레이트 어셈블리와 상기 쉘은 밀폐 공간을 형성하고, 상기 전극 코어는 상기 밀폐 공간 내에 장착되며; 상기 커버 플레이트 어셈블리는 제16항에 따른 커버 플레이트 어셈블리인 배터리.
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