KR102185959B1 - 안전성이 향상된 배터리 셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 연결되는 전극 리드; 상기 전극 조립체를 수용하며, 상기 전극 리드가 외부로 인출된 상태로 밀봉되는 파우치 케이스; 및 상기 파우치 케이스 내에 배치되어 기준 온도 이상에서 소화 분말을 분출하는 소화 유닛을 포함한다.

Description

안전성이 향상된 배터리 셀{Battery cell with improved safety}
본 발명은 안전성이 향상된 배터리 셀에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 내부에 소화약제를 포함하는 소화 장치를 삽입하여 화재 및 폭발에 대한 안전성이 향상된 배터리 셀에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.
특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워툴, 전기 자전거, 전력저장장치, UPS 등에 사용된다.
리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속 캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 전극 조립체와 전해질을 필름으로 만든 파우치 포장재에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
그런데, 리튬 이차전지는 과열이 될 경우 폭발 위험성이 있어서 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 리튬 이차전지의 과열은 여러 가지 원인에서 발생되는데, 그 중 하나가 리튬 이차전지를 통해 한계 이상의 과전류가 흐르는 경우를 들 수 있다. 과전류가 흐르면 리튬 이차전지가 주울열에 의해 발열을 하므로 전지의 내부 온도가 급속하게 상승한다. 또한 온도의 급속한 상승은 전해액의 분해 반응을 야기하여 열폭주 현상(thermal runaway)을 일으킴으로써 결국에는 전지의 폭발까지 이어지게 된다. 과전류는 뾰족한 금속 물체가 리튬 이차전지를 관통하거나 양극과 음극 사이에 개재된 분리막의 수축에 의해 양극과 음극 사이의 절연이 파괴되거나 외부에 연결된 충전 회로나 부하의 이상으로 인해 돌입전류(rush current)가 전지에 인가되는 등의 경우에 발생된다.
따라서 리튬 이차전지는 과전류의 발생과 같은 이상 상황으로부터 전지를 보호하기 위해 보호회로와 결합되어 사용되며, 상기 보호회로에는 과전류가 발생되었을 때 충전 또는 방전전류가 흐르는 선로를 비가역적으로 단선시키는 퓨즈 소자가 포함되는 것이 일반적이다.
도 1은 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 팩과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 보호회로는 과전류 발생 시 배터리 팩을 보호하기 위해 퓨즈 소자(1), 과전류 센싱을 위한 센스 저항(2), 과전류 발생을 모니터하여 과전류 발생 시 퓨즈 소자(1)를 동작시키는 마이크로 컨트롤러(3) 및 상기 퓨즈 소자(1)에 동작 전류의 유입을 스위칭하는 스위치(4)를 포함한다.
퓨즈 소자(1)는 배터리 팩의 최 외측 단자에 연결된 주 선로에 설치된다. 주 선로는 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 배선을 말한다. 도면에는, 퓨즈 소자(1)가 고전위 선로(Pack+)에 설치된 것으로 도시되어 있다.
퓨즈 소자(1)는 3단자 소자 부품으로 2개의 단자는 충전 또는 방전 전류가 흐르는 주 선로에, 1개의 단자는 스위치(4)와 접속된다. 그리고 내부에는 주 선로와 직렬 연결되며 특정 온도에서 융단이 이루어지는 퓨즈(1a)와, 상기 퓨즈(1a)에 열을 인가하는 저항(1b)이 포함되어 있다.
상기 마이크로 컨트롤러(3)는 센스 저항(2) 양단의 전압을 주기적으로 검출하여 과전류 발생 여부를 모니터하며, 과전류가 발생된 것으로 판단되면 스위치(4)를 턴 온 시킨다. 그러면 주 선로에 흐르는 전류가 퓨즈 소자(1) 측으로 바이패스되어 저항(1b)에 인가된다. 이에 따라, 저항(1b)에서 발생된 주울열이 퓨즈(1a)에 전도되어 퓨즈(1a)의 온도를 상승시키며, 퓨즈(1a)의 온도가 융단 온도까지 오르게 되면 퓨즈(1a)가 융단 됨으로써 주 선로가 비가역적으로 단선된다. 주 선로가 단선되면 과전류가 더 이상 흐르지 않게 되므로 과전류로부터 비롯되는 문제를 해소할 수 있다.
그런데, 위와 같은 종래 기술은 여러 가지 문제점을 안고 있다. 즉, 마이크로 컨트롤러(3)에서 고장이 생기면 과전류가 발생된 상황에서도 스위치(4)가 턴 온 되지 않는다. 이런 경우 퓨즈 소자(1)의 저항(1b)으로 전류가 유입되지 않으므로 퓨즈 소자(1)가 동작을 하지 않는 문제가 있다. 또한 보호회로 내에 퓨즈 소자(1)의 배치를 위한 공간이 별도로 필요하고 퓨즈 소자(1)의 동작 제어를 위한 프로그램 알고리즘이 마이크로 컨트롤러(3)에 반드시 적재되어야 한다. 따라서 보호회로의 공간 효율성이 저하되고 마이크로 컨트롤러(3)의 부하를 증가시키는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 셀이 갖는 에너지 밀도를 저하시키지 않으면서도 발화/폭발 등의 이벤트 발생을 방지하여 이차전지 사용상의 안전성을 크게 향상시킬 수 있도록 구성된 배터리 셀을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 연결되는 전극 리드; 상기 전극 조립체를 수용하며, 상기 전극 리드가 외부로 인출된 상태로 밀봉되는 파우치 케이스; 및 상기 파우치 케이스 내에 배치되어 기준 온도 이상에서 소화 분말을 분출하는 소화 유닛을 포함한다.
상기 전극 리드는, 상기 전극 조립체에 구비된 전극 탭과 접합될 수 있다.
상기 소화 유닛은, 소화 약제; 및 상기 소화 약제를 수용하며 상기 기준 온도 이상에서 녹아 개봉되는 합성 수지로 이루어진 분말 용기;를 포함할 수 있다.
상기 소화 유닛은, 상기 전극 탭과 전극 리드가 접합되는 접합부와 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
상기 소화 유닛은, 열전도성 접착제에 의해 상기 접합부에 부착될 수 있다.
상기 소화 유닛은, 상기 파우치 케이스의 내측면 상에 부착될 수 있다.
상기 소화 유닛은, 상기 배터리 셀의 폭 방향을 따라 연장된 형태를 가지며, 상기 전극 탭과 전극 리드가 접합되는 접합부에 부착되되 상기 전극 탭 및 전극 리드의 표면을 따라 절곡된 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀이 갖는 에너지 밀도의 저하 없이 배터리 셀의 발화/폭발 등의 이벤트 발생의 가능성을 현저히 낮춤으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀 내부의 발화 자체를 방지하고 이미 발화된 경우에도 이를 신속히 진화할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 셀을 통해 외부로 공급되는 전류를 근본적으로 차단할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 배터리 모듈과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2 내지 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 내부 구조를 나타내는 도면으로서, 전극 탭, 전극 리드 및 소화 유닛의 결합 형태를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 2 내지 도 4을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 전극 조립체(1), 전극 리드(2), 실란트(3), 파우치 케이스(4) 및 소화 유닛(5)을 포함하는 형태로 구현된다.
상기 전극 조립체(1)는, 교호적으로 반복 적층된 양극판(1a)과 음극판(1b) 사이에 세퍼레이터(1c)를 개재시킨 형태를 가지며, 양 측 최 외각에는 절연을 위해 세퍼레이터(1c)가 각각 위치하는 것이 바람직하다.
상기 양극판(1a)은 양극 집전체 및 적어도 그 일 면 상에 코팅되는 양극 활물질 층으로 이루어지며, 일측 단부에는 양극 활물질 층이 코팅되지 않은 양극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 양극 무지부 영역은 전극 리드(2)와 연결되는 전극 탭(T)으로서 기능한다.
마찬가지로, 상기 음극판(1b)은 음극 집전체 및 적어도 그 일 면 상에 코팅되는 음극 활물질 층으로 이루어지며, 일측 단부에는 음극 활물질 층이 코팅되지 않은 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 무지부 영역은 전극 리드(2)와 연결되는 전극 탭(T)으로서 기능한다.
한편, 상기 양극판(1a)과 음극판(1c)은, 적층 시에 서로 다른 극성을 갖는 전극 탭(T)들, 즉 양극 탭과 음극 탭이 서로 동일한 방향을 향하도록 배치될 수도 있으며, 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수도 있다.
상기 양극 탭과 음극 탭이 서로 반대 방향을 향하도록 배치되는 경우에는 한 쌍의 전극 리드(2) 역시 서로 반대 방향에 위치하는 형태의 배터리 셀이 제조되는 것이며, 양극 탭과 음극 탭이 서로 동일한 방향을 향하도록 배치되는 경우에는 한 쌍의 전극 리드(2) 역시 서로 동일한 방향에 위치하는 형태의 배터리 셀이 제조되는 것이다.
또한, 상기 세퍼레이터(1c)는, 양극판(1a)과 음극판(1b) 사이에 개재되어 서로 다른 극성을 갖는 전극판끼리 직접 접촉되는 것을 방지하되, 양극판(1a)과 음극판(1b) 사이에서 전해질을 매개체로 하여 이온의 이동이 가능하도록 하기 위해 다공성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 전극 리드(2)는, 양극 탭에 연결되는 양극 리드 및 음극 탭에 연결되는 음극 리드로 구분되며, 상술한 바와 같이 양극 탭과 음극 탭이 서로 동일한 방향을 향하도록 배치된 경우에는 한 쌍의 전극 리드(2) 역시 동일한 방향으로 인출되며, 양극 탭과 음극 탭이 서로 다른 방향을 향하도록 배치된 경우에는 한 쌍의 전극 리드(2) 역시 서로 다른 방향으로 인출된다.
한편, 복수의 전극 탭(T)들은 모두 전극 리드(2)의 상면 또는 하면 중 어느 한 곳에만 결합이 될 수도 있지만, 도면에 도시된 바와 같이 전극 리드(2)를 중심으로 상부에 위치하는 전극 탭(T1)들은 전극 리드(2)의 상면에 부착되고 하부에 위치하는 전극 탭(T2)들은 전극 리드(2)의 하면에 부착될 수도 있다.
이와 같이, 전극 탭(T)들을 두 그룹으로 나누어 전극 리드(2)의 다른 위치에 부착하는 경우, 전극 탭(T)의 휘어짐을 최소화 할 수 있고, 전극 탭(T)을 통해 전극 리드(2)쪽으로 전달되는 전류의 흐름을 분산시킬 수 있어 국부적으로 발열량이 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전극 탭(T)과 전극 리드(2) 간의 접촉 면적을 극대화 하여 접촉면에서의 저항을 최소화 할 수 있다.
상기 전극 리드(2)에는 니켈이 코팅된 알루미늄 재질이 이용되는 경우가 통상적인데, 이러한 재질 상의 문제로 인해 전극 리드(2)는 파우치 케이스(4)의 밀봉 시에 파우치 케이스(4)의 내측면과 잘 접착되지 않는 특성이 있다.
따라서, 상기 파우치 케이스(4)의 실링 영역 중 전극 리드(2)가 인출되는 영역은 밀봉성의 측면에서 취약할 수 있기 때문에, 밀봉성의 향상을 위해 파우치 케이스(4)의 내측면과의 접착성이 좋은 수지 재료로 만들어진 실란트(3)가 전극 리드(2)의 둘레에 부착될 수 있다.
상기 파우치 케이스(4)는, 전극 조립체(1)의 상부를 커버하는 상부 케이스와 하부를 커버하는 하부 케이스로 이루어질 수 있고, 상부 케이스 및 하부 케이스 각각은 제1 수지층/금속층/제2 수지층으로 구성되는 다층의 파우치 필름으로 이루어질 수 있다.
이 경우, 파우치 필름의 최 내측면을 이루는 제1 수지층은, 상/하부 케이스가 맞닿은 상태로 열을 가하였을 때 서로 잘 융착이 될 수 있도록 하기 위해 열 융착성을 갖는 수지로 이루어질 수 있다.
상기 파우치 케이스(4)는, 전극 조립체(11)를 수용하는 수용부(4a) 및 수용부의 둘레 방향으로 연장되어 전극 리드(2)가 외부로 인출된 상태로 열 융착되어 파우치 케이스(4)를 밀봉시키는 실링부(4b), 이렇게 두 영역으로 나누어 볼 수 있다.
상술한 바와 같이, 이러한 실링부(4b) 중 전극 리드(2)가 지나는 영역은, 밀봉성이 취약해질 우려가 있기 때문에, 해당 영역에는 실란트(3)가 적용된다.
즉, 상기 실란트(3)는, 전극 리드(2)의 둘레에 부착된 상태로 상부 파우치 케이스 및 하부 파우치 케이스 각각의 내측면 사이에 개재된다.
상기 소화 유닛(5)은, 파우치 케이스 내에 배치되어 기준 온도 이상에서 소화 분말을 분출하여 배터리 셀 내부의 발화의 방지 및/또는 배터리 셀 내부에서 발생된 발화 이벤트를 종료시키는 기능을 한다.
상기 소화 유닛(5)은, 이러한 기능의 수행을 위해 배터리 셀의 정상적인 사용 온도에서는 밀폐된 상태를 유지하다가 기준 온도 이상에서 녹아 개봉되는 수지로 이루어지는 수용 용기 및 그 안에 수용된 소화 약제를 포함한다.
소화 분말로는 통상적인 화재 진압에 사용되는 종류의 소화 약제라면 그 성상이 분말인지, 액상인지 또는 기체인지 여부에 관계 없이 사용 가능하며 구체적인 성분 역시 제한이 없이 다양한 소화 약제가 이용될 수 있다. 소화의 원리 또한 질식 소화, 냉각 소화 또는 이들 두 가지 원리를 모두 이용한 소화가 모두 적용 가능하다.
배터리 셀 내부의 온도가 기준 온도 이상이 되어 수용 용기가 녹아 파단 되면, 강한 압력으로 내부의 소화 약제가 분출되어 배터리 셀 내부에 전체적으로 퍼지게 되고, 이로써 배터리 셀 내부의 발화를 차단할 수 있는 것이다. 일정 온도 이상에서 소화 약제가 파단된 수용 용기 외부로 강한 압력으로 분출될 수 있도록 하기 위해서, 수용 용기 내에는 소화 약제 이 외에도 기체를 높은 압력으로 충진해 놓을 수 있다. 이 경우, 온도의 상승에 따라 부피가 더욱 팽창된 기체가 수용 용기의 내벽에 높은 압력을 가하게 되고, 온도가 수용 용기의 녹는점에 도달하게 되면 녹아서 약해진 수용 용기가 파단되면서 수용 용기 내에 충진된 기체와 함께 소화 약제가 분출될 수 있다.
한편, 상기 소화 유닛(5)은, 소화 약제의 소화 작용에 의해 이미 발생된 화제를 진압하거나 발화를 예방하는 것도 가능하지만, 내부의 소화 약제가 분출될 때의 압력을 이용하여 전극 탭(T)과 전극 리드(2) 간의 연결을 끊음으로써 전극 리드(2)를 통한 전류의 흐름 자체를 차단함으로써 후속 이벤트를 원천 차단할 수도 있다.
이러한 기능의 수행을 위해, 본 발명에 적용되는 소화 유닛(5)은, 전극 탭(T)과 전극 리드(2)의 접합부와 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
이 경우, 상술한 바와 같이, 소화 약제의 분출 압력을 이용하여 전극 탭(T)과 전극 리드(2) 간의 연결을 끊음으로써 단락 전류의 흐름을 완전히 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 배치 위치 상의 이점으로 인해 배터리 셀의 온도 상승에 따른 소화 약제의 분출이 더욱 신속히 일어날 수 있다.
즉, 상기 전극 탭(T)과 전극 리드(2)의 접합부는, 배터리 셀 내에서 가장 발열량이 많은 위치 중 하나인데, 소화 유닛(5)이 이처럼 발열량이 큰 영역에 배치됨으로써 온도 상승에 빠르게 반응하여 발화를 방지 또는 진압 할 수 있게 되는 것이다.
상기 소화 유닛(5)의 수용 용기는 전극 탭(T) 및 전극 리드(2)의 접합부와 대응되는 영역에서 나머지 영역보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 이처럼, 상기 소화 유닛(5)의 수용 용기가 부분적으로 얇은 두께를 갖는 경우, 배터리 셀 내부의 온도 상승에 따라 얇은 두께를 갖는 부분이 먼저 파단되어 그 부분을 통해 소화 약제가 집중적으로 분출됨으로써 전극 탭(T)과 전극 리드(2)의 결합을 신속히 끊어줄 수 있게 된다.
아울러, 상기 소화 유닛(5)은, 열 전도성의 향상을 위해, 열전도성 접착제에 의해 전극 탭(T)과 전극 리드(2)의 접합부에 부착될 수도 있다. 여기서 이용되는 열전도성 접착제로는, 당해 기술분야에서 사용되는 통상의 열전도성 접착제가 사용될 수 있으며, 일 예로 에폭시 접착제가 사용될 수 있다.
한편, 상기 소화 유닛(5)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 전극 리드(2)의 어느 일 면에만 부착될 수도 있지만, 도 4에 나타난 바와 같이 양 면에 모두 부착될 수도 있다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이, 전극 탭(T)이 두 그룹으로 나누어져 일부 전극 탭(T1)들은 전극 리드(2)의 상면에 부착되고, 나머지 전극 탭(T2)들은 전극 리드(3)의 하면에 부착된 경우, 소화 유닛(5)을 이용하여 전극 탭(T)과 전극 리드(2) 간의 연결을 완전하게 끊기 위해서는 전극 리드(2)의 상면 및 하면 모두에 소화 유닛(5)이 부착되는 것이 유리할 수 있다.
다음은, 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 설명하기로 한다. 도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 내부 구조를 나타내는 도면으로서, 전극 탭, 전극 리드 및 소화 유닛의 결합 형태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 앞선 실시예에서 설명한 배터리 셀과 비교하여, 소화 유닛(5)이 부분적으로 절곡된 형태를 갖는다는 점에서 차이가 있을 뿐, 그 밖의 구성요소들은 모두 동일하다. 따라서, 본 실시예를 설명함에 있어서는 차이가 있는 부분만을 중점적으로 설명하기로 하며, 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 적용되는 소화 유닛(5)은, 전극 탭(T)과 전극 리드(2)가 접합되는 접합부에 부착되되, 전극 탭(T) 및 전극 리드(2)의 표면을 따라 절곡된 형태를 갖는다. 이러한 실시형태에 있어서도, 상기 소화 유닛(5)의 부착에는 열 전도성 접착제가 이용될 수 있다.
이처럼, 소화 유닛(5)이 전극 탭(T)과 전극 리드(2)의 표면을 따라 절곡된 형태를 갖는 경우, 접합 면적을 넓힘으로써 소화 유닛(5)을 더욱 견고히 부착시킬 수 있다.
물론, 이 경우에도, 앞선 실시예에서와 마찬가지로, 소화 유닛(5)의 수용 용기는 전극 탭(T) 및 전극 리드(2)의 접합부와 대응되는 영역에서 나머지 영역보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 이처럼, 상기 소화 유닛(5)의 수용 용기가 부분적으로 얇은 두께를 갖는 경우, 배터리 셀 내부의 온도 상승에 따라 얇은 두께를 갖는 부분이 먼저 파단되어 그 부분을 통해 소화 약제가 집중적으로 분출됨으로써 전극 탭(T)과 전극 리드(2)의 결합을 신속히 끊어줄 수 있게 된다.
다음은, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 설명하기로 한다. 도 6 및 도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 앞선 실시예에서 설명한 배터리 셀과 비교하여, 소화 유닛(5)이 부착되는 위치에 있어서 차이가 있을 뿐, 그 밖의 구성요소들은 모두 동일하다. 따라서, 본 실시예를 설명함에 있어서는 앞선 실시예와 비교하여 차이가 있는 부분만을 중점적으로 설명하기로 하며, 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 소화 유닛(5)이 전극 탭(T)과 전극 리드(2)의 접합부와 대응되는 영역에 배치되되, 파우치 케이스(4)의 내측면에 부착된 형태를 갖는다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 소화 유닛(5)은 수용 용기가 수지로 이루어져 있기 때문에, 접착력의 측면에서는 전극 리드(2)나 전극 탭(T)에 부착되는 것보다 파우치 케이스(4)의 내측면에 부착되는 것이 유리할 수 있다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 파우치 케이스(4)의 내측면은 열 융착성을 갖는 수지 층으로 이루어지기 때문에, 수지로 이루어진 소화 유닛(5)의 수용 용기를 이러한 파우치 케이스(4)의 내측면에 부착하는 것이 금속 재질의 전극 리드(2)나 전극 탭(T)에 부착하는 것보다 부착력의 측면에서 더 유리할 수 있는 것이다.
한편, 이처럼 소화 유닛(5)이 파우치 케이스(4)의 내측면 상에 부착되는 경우에 있어서도, 소화 유닛(5)은 전극 리드(2)의 상면 및 하면 상에 모두 구비될 수 있다. 이는, 전극 탭(T)들이 전극 리드(2)의 상면과 하면에 나누어 부착된 경우에 있어서, 전극 리드(2)와 전극 탭(T)의 연결을 완전히 끊을 수 있도록 하기 위함이다.
물론, 이 경우에도, 앞선 실시예들과 마찬가지로, 소화 유닛(5)의 수용 용기는 전극 탭(T) 및 전극 리드(2)의 접합부와 대면하는 영역에서 나머지 영역보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 이처럼, 상기 소화 유닛(5)의 수용 용기가 부분적으로 얇은 두께를 갖는 경우, 배터리 셀 내부의 온도 상승에 따라 얇은 두께를 갖는 부분이 먼저 파단되어 그 부분을 통해 소화 약제가 집중적으로 분출됨으로써 전극 탭(T)과 전극 리드(2)의 결합을 신속히 끊어줄 수 있게 된다.
이상에서 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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: 전극 조립체
1a: 양극판
1b: 음극판
1c: 세퍼레이터
T: 전극 탭
T1: 전극 리드의 상면에 부착되는 전극 탭
T2: 전극 리드의 하면에 부착되는 전극 탭
2: 전극 리드
3: 실란트
4: 파우치 케이스
4a: 수용부
4b: 실링부
5: 소화 유닛

Claims (7)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체에 연결되는 전극 리드;
    상기 전극 조립체를 수용하며, 상기 전극 리드가 외부로 인출된 상태로 밀봉되는 파우치 케이스; 및
    상기 파우치 케이스 내에 배치되어 기준 온도 이상에서 소화 분말을 분출하는 소화 유닛을 포함하며,
    상기 전극 리드는,
    상기 전극 조립체에 구비된 전극 탭과 접합되고,
    상기 소화 유닛은,
    소화 약제; 및
    상기 소화 약제를 수용하며 상기 기준 온도 이상에서 녹아 개봉되는 합성 수지로 이루어지는 수용 용기;
    를 포함하며,
    상기 소화 유닛은,
    상기 전극 탭과 전극 리드가 접합되는 접합부와 대응되는 영역에 배치되며,
    상기 수용 용기는,
    상기 전극 탭 및 전극 리드의 접합부와 대응되는 영역에서 나머지 영역보다 얇은 두께를 가지며,
    상기 전극 탭은 복수개가 구비되고, 복수의 전극 탭들 중 상기 전극 리드를 중심으로 상부에 위치하는 전극 탭들은 상기 전극 리드의 상면에 부착되고, 상기 전극 리드를 중심으로 하부에 위치하는 전극 탭들은 상기 전극 리드의 하면에 부착되며,
    상기 소화 유닛은 한 쌍이 구비되며, 한 쌍의 소화 유닛 중 하나는 상기 전극 리드의 상면에서 전극 리드와 전극 탭의 접합부 상에 부착되고, 한 쌍의 소화 유닛 중 다른 하나는 상기 전극 리드의 하면에서 전극 리드와 전극 탭의 접합부 상에 부착되는 배터리 셀.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소화 유닛은,
    열전도성 접착제에 의해 상기 접합부에 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소화 유닛은,
    상기 배터리 셀의 폭 방향을 따라 연장된 형태를 가지며,
    상기 전극 탭과 전극 리드가 접합되는 접합부에 부착되되 상기 전극 탭 및 전극 리드의 표면을 따라 절곡된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
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