KR102284605B1 - Pouch for secondary battery and secondary battery using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 각각의 외곽부가 상호 접합되는 케이스 본체 및 덮개를 포함하고, 상기 접합되는 외곽부 중 적어도 한 부분에, 평면부가 상기 외곽부의 면 방향으로 배치되는 코어플레이트 및 상기 코어플레이트를 둘러싸며 상기 코어플레이트와 열팽창계수가 다른 열가소성 수지 매트릭스를 포함하는 안전벤트부를 더 포함하므로, 폭발 및 발화를 방지할 수 있는 이차 전지용 파우치를 제공한다.The present invention relates to a pouch for a secondary battery and a secondary battery using the same, and more particularly, to include a case body and a cover to which each outer part is bonded to each other, wherein at least one of the joined outer parts has a flat part on the outer part. Since it further includes a core plate disposed in the negative surface direction and a safety vent part surrounding the core plate and comprising a thermoplastic resin matrix having a different thermal expansion coefficient from the core plate, it provides a pouch for secondary batteries capable of preventing explosion and ignition. .
Description
본 발명은 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a pouch for a secondary battery and a secondary battery using the same.
통상적으로, 이차 전지는 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 전자 장비 전원으로서 많이 사용되고 있는 니켈-카드늄 (Ni-Cd) 전지나, 니켈-수소(Ni-MH) 전지보다 작동전압이 세 배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 우수하다는 점에서 많은 연구 개발이 진행되고 있다.2. Description of the Related Art In general, a secondary battery is a battery capable of charging and discharging, and is widely used in the field of high-tech electronic devices such as mobile phones, notebook computers, and camcorders. In particular, lithium secondary batteries have an operating voltage three times higher than that of nickel-cadmium (Ni-Cd) or nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, which are widely used as power sources for electronic equipment, and have excellent energy density per unit weight. A lot of research and development is going on.
이러한 리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라 부른다.These lithium secondary batteries can be classified into a liquid electrolyte battery and a polymer electrolyte battery according to the type of electrolyte. Generally, a battery using a liquid electrolyte is called a lithium ion battery, and a battery using a polymer electrolyte is a lithium polymer battery. called ji
일반적인 리튬 이온 전지는, 다공성의 양극 집전체 및 음극 집전체와 세퍼레이터가 서로 번갈아 가며 겹쳐 진 형태로 이루어진 전극 조립체와, 상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 셀 외장재로 이루어져 있다. 이러 한 배터리 셀은, 셀 외장재의 형태에 따라 캔(can)형 배터리 셀 혹은 파우치(pouch)형 배터리 셀로 구분되기도 한다.A typical lithium ion battery includes an electrode assembly in which a porous positive electrode current collector, a negative electrode current collector, and a separator are alternately overlapped with each other, and a cell casing for accommodating the electrode assembly and the electrolyte. These battery cells are sometimes classified into can-type battery cells or pouch-type battery cells according to the shape of the cell exterior material.
통상적으로, 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 예로 들 수 있다. 이 중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동 차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.In general, unlike primary batteries, secondary batteries capable of charging and discharging are being actively studied with the development of advanced fields such as digital cameras, cellular phones, notebook computers, and hybrid vehicles. Examples of the secondary battery include a nickel-cadmium battery, a nickel-metal hydride battery, a nickel-hydrogen battery, and a lithium secondary battery. Among them, lithium secondary batteries with an operating voltage of 3.6V or higher are used as power sources for portable electronic devices, or are used in high-output hybrid vehicles by connecting several in series. Compared to that, the operating voltage is three times higher and the energy density per unit weight is excellent, so the use is rapidly increasing.
상기 리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 것이다.The lithium secondary battery can be manufactured in various forms, and typical shapes include a cylinder type and a prismatic type mainly used in lithium ion batteries. Lithium polymer batteries, which have recently been spotlighted, are manufactured in a flexible pouched type, so that their shape is relatively free. In addition, the lithium polymer battery has excellent safety and is light in weight, so it will be advantageous for slimming and weight reduction of portable electronic devices.
이 중 파우치형 이차 전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 소정 전류를 생성하는 전극 조립체(20)와, 상기 전극 조립체(20)를 감싸서 밀봉하는 파우치(10)를 포함하여 이루어진다. 상기 전극 조립체(20)는 그 일측으로부터 연장된 전극탭(14)에 외부와의 전기적 통로 역할을 하는 리이드(lead, 17)가 연결되며, 상기 리이드(17)는 그 표면으로 전극 테이프(16)가 접착되어 파우치(10)의 외부로 일부 돌출되게 설치된다.Among them, the pouch-type secondary battery includes an
상기 파우치(10)는 전극 조립체(20)를 수용할 수 있도록 내부공간이 마련된 케이스 본체(12) 및 상기 케이스 본체(12)를 덮는 덮개(11)로 이루어져 있다. 상기 케이스 본체(12)와 덮개(11)의 외곽부(15)는 상호 접합되어 파우치(10)를 밀봉할 수 있도록 되어 있다.The
한편, 이차 전지는 과충전으로 내부의 전압이 상승하면, 가스가 발생하여 팽창, 폭발할 염려가 있게 된다. 특히 리튬 이온 전지는 과충전으로 액체 전해질이 분해되면서 이산화탄소나 일산화탄소 등의 가스를 방출하고, 이에 따라 전지의 내부 압력을 상승시키는 문제가 있다. 또한 과방전이나 단락 등에 의해 과전류가 흐르면 전지 내부의 온도가 상승하여 액체 전해질이 가스로 변하게 되고, 이에 따라 전지 내부의 압력 및 온도가 상승하게 되고, 특히 발화의 위험성이 있어 안전에 큰 문제가 있어 왔다.On the other hand, when the internal voltage of the secondary battery rises due to overcharging, gas is generated and there is a risk of expansion and explosion. In particular, a lithium ion battery has a problem in that a liquid electrolyte is decomposed due to overcharging and releases a gas such as carbon dioxide or carbon monoxide, thereby increasing the internal pressure of the battery. In addition, when an overcurrent flows due to overdischarge or short circuit, the temperature inside the battery rises and the liquid electrolyte changes to a gas, and accordingly, the pressure and temperature inside the battery rises. come.
뿐만 아니라, 상기와 같은 이차 전지는 충전 시의 온도 조건과 사용시의 온도 조건을 지켜야 안전하게 사용할 수 있는 데, 사용 환경이 가혹한 경우, 즉 충방전 시의 온도가 지나치게 높거나, 전지가 사용되는 기기의 작동 온도가 지나치게 높으면, 이러한 외부의 온도 조건이 전지의 온도를 증대시켜 폭발이나 발화를 유발할 수 있다.In addition, the secondary battery as described above can be used safely by keeping the temperature conditions during charging and temperature conditions during use. If the operating temperature is too high, these external temperature conditions may increase the temperature of the battery and cause an explosion or fire.
따라서 이차전지에는 폭발을 방지할 수 있는 다양한 형태의 안전장치가 제안되고 있다.Accordingly, various types of safety devices for preventing explosion have been proposed for secondary batteries.
예를 들어 한국공개특허 제2004-0017094호는 안전변을 구비하여 전지의 폭발 및 발화를 방지 할 수 있는 파우치형 이차전지에 대한 구성을 개시하고 있다.For example, Korean Patent Laid-Open No. 2004-0017094 discloses a configuration for a pouch-type secondary battery having a safety valve to prevent explosion and ignition of the battery.
하지만, 한국공개특허 제2004-0017094호에 개시된, 폴리 에틸렌계 수지재로 구비된 개방편을 포함하는 안전변의 경우, 파단시점을 예측하기 어렵고, 개방편의 융점을 조절할 수 없어 원하는 온도에서 파단되지 않는다는 단점이 있으며, 실제적으로 상기 개방편이 있는 부분에서 벤트가 이루어지지 않는 경우도 발생할 수 있다.However, in the case of the safety valve including the open piece made of polyethylene-based resin material disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 2004-0017094, it is difficult to predict the break point, and the melting point of the open piece cannot be controlled so that it does not break at a desired temperature. There are disadvantages, and in practice, there may be cases in which the vent is not made in the part where the open piece is.
본 발명은 이차 전지의 내부 온도가 기준치 이상으로 상승할 경우, 안전벤트부가 개방되어 전지 내부의 가스가 배출되어 예기치 못한 폭발 및 발화를 방지할 수 있는 이차 전지용 파우치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a pouch for a secondary battery capable of preventing unexpected explosion and ignition by releasing a gas inside the battery by opening a safety vent when the internal temperature of the secondary battery rises above a reference value.
또한, 본 발명은 전지 내부 과열 시 일관성있는 벤트가 가능한 안전벤트부를 포함하는 이차 전지용 파우치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a pouch for a secondary battery including a safety vent unit capable of consistent venting when the battery is overheated.
또한, 본 발명은 위치의 제한 없이 설치할 수 있는 안전벤트부를 포함하는 이차 전지용 파우치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, it is another object of the present invention to provide a pouch for secondary batteries including a safety vent that can be installed without limitation of a location.
1. 각각의 외곽부가 상호 접합되는 케이스 본체 및 덮개를 포함하고, 상기 접합되는 외곽부 중 적어도 한 부분에, 평면부가 상기 외곽부의 면 방향으로 배치되는 코어플레이트 및 상기 코어플레이트를 둘러싸며 상기 코어플레이트와 열팽창계수가 다른 열가소성 수지 매트릭스를 포함하는 안전벤트부를 더 포함하는, 이차 전지용 파우치.1. A core plate including a case body and a cover to which each of the outer parts are joined to each other, and a flat part is disposed on at least one of the joined outer parts in a plane direction of the outer part, and the core plate surrounds the core plate And, the secondary battery pouch further comprising a safety vent unit comprising a thermoplastic resin matrix having a different thermal expansion coefficient.
2. 위 1에 있어서, 상기 코어플레이트는 상기 열가소성 수지 매트릭스보다 용융점이 높은, 이차 전지용 파우치.2. The pouch for a secondary battery according to 1 above, wherein the core plate has a higher melting point than the thermoplastic resin matrix.
3. 위 1에 있어서, 상기 코어플레이트는 금속, 세라믹, 고분자 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 소재를 포함하여 이루어진, 이차 전지용 파우치.3. The pouch for a secondary battery according to 1 above, wherein the core plate includes at least one material selected from the group consisting of metal, ceramic, polymer, and glass.
4. 위 1에 있어서, 상기 코어플레이트의 두께는 상기 열가소성 수지 매트릭스의 두께와 동일하거나 작은, 이차 전지용 파우치.4. The pouch for a secondary battery according to 1 above, wherein the thickness of the core plate is the same as or smaller than the thickness of the thermoplastic resin matrix.
5. 위 1에 있어서, 상기 코어플레이트의 파우치의 내부에서 외부로의 방향 길이는 상기 외곽부의 파우치의 내부에서 외부로의 방향 길이와 동일하거나 작은, 이차 전지용 파우치5. The pouch for secondary batteries according to the above 1, wherein the length in the direction from the inside to the outside of the pouch of the core plate is equal to or smaller than the length in the direction from the inside to the outside of the pouch of the outer part.
6. 위 1에 있어서, 상기 코어플레이트의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향 길이는 상기 외곽부의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향 길이와 동일하거나 작은, 이차 전지용 파우치.6. The pouch for secondary batteries according to 1 above, wherein the length in the direction from the inside to the outside and the vertical direction of the pouch of the core plate is equal to or smaller than the length in the direction from the inside to the outside and the vertical direction of the pouch of the outer part.
7. 위 1에 있어서, 상기 코어플레이트의 파우치의 내부에서 외부로의 방향으로 절단된 단면의 형상은 직사각형인, 이차 전지용 파우치.7. The pouch for secondary batteries according to the above 1, wherein the shape of the cross-section cut in the direction from the inside to the outside of the pouch of the core plate is rectangular.
8. 위 1에 있어서, 상기 코어플레이트의 파우치의 내부에서 외부로의 방향으로 절단된 단면의 형상은 사다리꼴 또는 삼각형인, 이차 전지용 파우치.8. The pouch for secondary batteries according to the above 1, wherein the shape of the cross-section cut in the direction from the inside to the outside of the pouch of the core plate is a trapezoid or a triangle.
9. 위 8에 있어서, 상기 단면이 사다리꼴인 코어플레이트는 단변이 파우치의 내부쪽에 위치하고 장변이 파우치의 외부쪽에 위치하는, 이차 전지용 파우치.9. The secondary battery pouch according to the above 8, wherein the core plate having a trapezoidal cross section is located inside the short side pouch and outside the long side pouch.
10. 위 8에 있어서, 상기 단면이 사다리꼴인 코어플레이트는 단변이 파우치의 외부쪽에 위치하고 장변이 파우치의 내부쪽에 위치하는, 이차 전지용 파우치.10. The secondary battery pouch according to 8 above, wherein the core plate having a trapezoidal cross section is located outside the short side pouch and inside the long side pouch.
11. 위 1에 있어서, 상기 코어플레이트는 상기 열가소성 수지 매트릭스 내에 복수로 포함되는, 이차 전지용 파우치.11. The pouch for a secondary battery according to 1 above, wherein a plurality of the core plate is included in the thermoplastic resin matrix.
12. 위 1에 있어서, 상기 열가소성 수지 매트릭스는 상기 케이스 본체 및 덮개를 형성하는 소재보다 용융점이 낮은, 이차 전지용 파우치.12. The pouch for a secondary battery according to 1 above, wherein the thermoplastic resin matrix has a lower melting point than a material forming the case body and the cover.
13. 위 1에 있어서, 파우치의 내부 온도가 미리 설정된 벤트 작동 온도 이상이고 파우치 내부 압력이 벤트 압력에 도달하는 경우, 상기 안전벤트부의 열가소성 수지 매트릭스는 용융되고 코어플레이트는 파우치 외부로 배출되는, 이차 전지용 파우치.13. In the above 1, when the internal temperature of the pouch is above the preset vent operating temperature and the internal pressure of the pouch reaches the vent pressure, the thermoplastic resin matrix of the safety vent part is melted and the core plate is discharged to the outside of the pouch. Battery pouch.
14. 위 1 내지 13 중 어느 한 항의 파우치 및 상기 파우치 내부에 수용된 전극 조립체를 포함하는 파우치형 이차 전지.14. A pouch-type secondary battery comprising the pouch of any one of 1 to 13 above and an electrode assembly accommodated in the pouch.
본 발명에 따른 이차 전지용 파우치는 코어플레이트와 열가소성 수지 매트릭스가 열팽창계수가 다르므로, 파우치 내부가 고온이 될 경우 코어플레이트와 이를 둘러싼 열가소성 수지가 이격되게 되고, 따라서 코어플레이트를 따라 파우치 내부와 외부가 연통되어 이로부터 파우치 내부의 가스가 배출되어 전지의 폭발, 발화 등을 방지할 수 있다.In the pouch for secondary battery according to the present invention, since the core plate and the thermoplastic resin matrix have different coefficients of thermal expansion, when the inside of the pouch becomes high temperature, the core plate and the thermoplastic resin surrounding it are spaced apart, and thus the inside and the outside of the pouch along the core plate It is communicated and the gas inside the pouch is discharged therefrom, thereby preventing the battery from being exploded or ignited.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치는 파우치의 외곽부라면 위치에 상관 없이 안전벤트부를 설치할 수 있는 장점이 있다.In addition, the pouch for secondary batteries according to the present invention has an advantage in that the safety vent unit can be installed regardless of the position of the pouch as long as it is the outer part of the pouch.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치는 고온 상태에서 전지 내부의 압력이 상승할 경우 코어플레이트가 내부 압력에 의해 파우치 외부로 방출되어 보다 확실한 벤트를 구현할 수 있다.In addition, in the pouch for secondary batteries according to the present invention, when the pressure inside the battery rises at a high temperature, the core plate is released to the outside of the pouch by the internal pressure, thereby realizing a more reliable vent.
도 1은 종래 파우치형 이차 전지의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치 및 그 파우치를 포함하는 이차 전지의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 안전벤트부의 작동 메커니즘의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 안전벤트부의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코어플레이트의 개략적인 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 안전벤트부의 작동 메커니즘의 다른 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a perspective view showing a schematic structure of a conventional pouch-type secondary battery.
2 is a perspective view schematically illustrating an embodiment of a pouch according to the present invention and a secondary battery including the pouch.
3 is a view schematically showing an embodiment of the operating mechanism of the safety vent unit according to the present invention.
4 is a perspective view schematically showing an embodiment of a safety vent unit according to the present invention.
5 is a schematic side cross-sectional view of a core plate according to an embodiment of the present invention.
6 is a view schematically showing another embodiment of the operation mechanism of the safety vent unit according to the present invention.
본 발명은, 각각의 외곽부가 상호 접합되는 케이스 본체 및 덮개를 포함하고, 상기 접합되는 외곽부 중 적어도 한 부분에, 평면부가 상기 외곽부의 면 방향으로 배치되는 코어플레이트 및 상기 코어플레이트를 둘러싸며 상기 코어플레이트와 열팽창계수가 다른 열가소성 수지 매트릭스를 포함하는 안전벤트부를 더 포함하므로, 폭발 및 발화를 방지할 수 있는 이차 전지용 파우치를 제공한다.The present invention includes a case body and a cover to which each of the outer parts are joined to each other, and at least one of the joined outer parts, a core plate having a flat part disposed in a plane direction of the outer part, and the core plate surrounding the core plate, Since it further includes a safety vent unit including a thermoplastic resin matrix having a different thermal expansion coefficient from the core plate, it provides a pouch for secondary batteries capable of preventing explosion and ignition.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment of the present invention will be described in more detail. However, the following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the above-described content of the present invention, so the present invention is described in such drawings It should not be construed as being limited only to the matters.
도 2는 본 발명에 따른 파우치(100)와 이에 수용되는 전극 조립체(200)의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a view schematically showing an embodiment of the
파우치(100)는 그 내부에 전극 조립체(200)를 수용한 후, 케이스 본체(110)와 덮개(120)의 외곽부가 접합되어 밀봉됨으로써 파우치형 이차 전지를 구성한다. 파우치(100)는 접합되는 외곽부의 적어도 한 부분에 안전벤트부(150)를 포함한다.The
안전벤트부(150)는 코어플레이트(151) 및 상기 코어플레이트(151)를 둘러싸는 열가소성 수지 매트릭스(152)를 포함하며, 정상적인 상태에서는 열가소성 수지 매트릭스(152)는 외곽부와 함께 파우치를 밀봉하고 코어플레이트(151)를 바인딩하고 있으며, 코어플레이트(151)는 안전벤트부(150) 의 기계적 강성 유지에 기여한다. The
한편, 도 3에는 본 발명에 따른 안전벤트부(150)의 작동 메커니즘의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 코어플레이트(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152)는 서로 열팽창계수가 상이한데, 도 3을 참고하면, 열팽창계수가 상이한 코어플레이트(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152)는 파우치 내부의 온도가 상승하게 되면 각각의 팽창(또는 수축) 정도가 다르므로 서로 접촉하고 있는 계면에 틈이 발생하게 된다. 이 때, 코어플레이트(151)는 그 평면부가 케이스 본체(110)와 덮개(120)의 외곽부의 면 방향으로 배치되므로, 상기 틈이 파우치의 내부에서 외부 방향으로 형성되게 된다. 그에 따라 파우치 내부에 생성된 가스 및 열이 외부로 방출될 수 있는 벤트가 마련되어 전지의 폭발 및 발화를 방지할 수 있다.On the other hand, Figure 3 schematically shows an embodiment of the operating mechanism of the
코어플레이트(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152) 각각의 열팽창계수는 적절한 소재 등의 선택으로 결정될 수 있으며, 열가소성 수지 매트릭스(152)는 사용되는 열가소성 수지의 종류 외에도 동일한 단량체로 중합되었더라도 분자량 등에 따라 열팽창계수나 용융점이 달라질 수 있다.The thermal expansion coefficient of each of the
이와 같이 코어플레이트(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152)의 열팽창계수 및 용융점의 조절에 따라, 본 발명에 따른 안전벤트부(150)가 작동하는 벤트 작동 온도를 미리 설정할 수 있다. 그에 따라, 파우치 내부의 온도가 벤트 작동 온도 이상이 될 경우 전술한 바와 같이 코어플레이트(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152) 사이가 이격되어 파우치 내외부를 연통하는 틈이 형성되도록 할 수 있고 그에 따라 파우치 내부에 생성된 가스 및 열이 외부로 배출되도록 할 수 있다.As described above, according to the adjustment of the thermal expansion coefficient and melting point of the
이러한 측면에서, 코어플레이트(151)는 열가소성 수지 매트릭스(152)보다 용융점이 높은 것이 바람직할 수 있다. 이러한 소재라면 특별히 제한되지 않고 코어플레이트(151)의 소재로 사용될 수 있으며 보다 구체적인 예를 들면, 코어플레이트(151)는 금속, 세라믹, 고분자 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 소재를 포함하여 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In this respect, the
도 4에는 본 발명의 안전벤트부의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 사시도가 도시되어 있다.4 is a perspective view schematically showing an embodiment of the safety vent unit of the present invention.
코어플레이트(151)의 두께는 열가소성 수지 매트릭스(152)의 두께를 넘지 않는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 열가소성 수지 매트릭스(152)의 두께와 동일하거나 작을 수 있으며, 보다 바람직하게는 열가소성 수지 매트릭스(152)의 두께보다 작을 수 있다. 코어플레이트(151)의 두께가 열가소성 수지 매트릭스(152)의 두께보다 작을 경우 열가소성 수지 매트릭스(152)와의 접촉 면적을 최대화할 수 있고 그에 따라 벤트 형성에 보다 효과적일 수 있다.The thickness of the
코어플레이트(151)의 파우치의 내부에서 외부로의 방향(x방향) 길이는 상기 외곽부(121)의 파우치의 내부에서 외부로의 방향(x방향) 길이와 동일하거나 작을 수 있다. 바람직하게는 외곽부(121)의 파우치의 내부에서 외부로의 방향 길이와 동일한 것이 벤트 형성에 보다 효과적일 수 있다.The length of the
코어플레이트(151)의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향(y방향) 길이는 상기 외곽부의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향(y방향) 길이와 동일하거나 작을 수 있다. 바람직하게는 외곽부(121)의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향 길이와 동일한 것이 벤트 형성에 보다 효과적일 수 있다.The length of the
코어플레이트(151)는 필요에 따라 다양한 단면 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 코어 플레이트를 파우치의 내부에서 외부로의 방향으로 절단하는 경우의 단면의 형상은 직사각형, 사다리꼴, 삼각형일 수 있다. 도 5에는 상기 단면이 사다리꼴인 경우(a), 삼각형(b)인 경우 중 일부가 예시적으로 도시되어 있다.The
본 발명의 일 실시예에서, 상기 단면이 사다리꼴인 경우에 단변이 파우치 내부측에 위치하고 장변이 파우치 외부측에 위치하도록 배치될 수 있다. 이 경우 후술하는 안전벤트 작동 메커니즘에 따라 코어플레이트(151)가 외부로 방출되기에 보다 용이하다.In one embodiment of the present invention, when the cross section is trapezoidal, the short side may be located inside the pouch and the long side may be located outside the pouch. In this case, it is easier for the
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 단면이 사다리꼴인 경우에 단변이 파우치 외부측에 위치하고 장변이 파우치 내부측에 위치하도록 배치될 수 있다. 이 경우 파우치 내부에서 압력 증가 시에 코어플레이트(151)가 힘을 받는 면적이 증가하게 되어 코어플레이트(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152)의 이격을 보다 원활하게 할 수 있으며, 그에 따라 파우치 내외부의 연통이 보다 용이할 수 있다.In another embodiment of the present invention, when the cross section is trapezoidal, the short side may be located on the outside of the pouch and the long side may be located on the inside of the pouch. In this case, when the pressure inside the pouch increases, the area on which the
필요에 따라, 코어플레이트(151)는 상기 열가소성 수지 매트릭스(152) 내에 복수로 포함될 수도 있다. 코어플레이트(151)가 복수로 포함되는 경우에는 정상 상태에서는 안전벤트부(150)의 기계적 강도 강화에 보다 바람직할 수도 있고, 안전벤트부 작동 시에는 보다 많은 벤트가 형성될 수 있으므로 안전성 강화 측면에도 보다 바람직할 수 있다.If necessary, a plurality of
열가소성 수지 매트릭스(152)는 정상적인 상태에서는 외곽부(121)와 함께 파우치의 밀봉에 기여한다. 통상적으로 외곽부(121)의 접합은 케이스 본체(110) 및 덮개(120)의 접합면을 가열압착하여 이루어지므로, 본 발명에 따른 열가소성 수지 매트릭스(152)는 통상적인 외곽부 접합 공정에서 함께 외곽부(121)의 접합에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 외곽부(121)라면 위치에 상관없이 배치될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 안전벤트부(150)는 위치에 상관없이 외곽부(121)에 배치될 수 있으며, 필요한 경우 2 곳 이상에도 배치될 수도 있다. The
열가소성 수지 매트릭스(152)를 형성하는 열가소성 수지는 당분야에 알려진 열가소성 수지라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The thermoplastic resin forming the
열가소성 수지 매트릭스(152)의 용융점은 케이스 본체(110) 및 덮개(120)를 형성하는 소재보다 용융점이 낮은 것이 바람직하다. 통상적으로 케이스 본체(110) 및 덮개(120)는 금속층과 고분자 수지층이 적층된 구조로 형성되는데, 열가소성 수지 매트릭스(152)의 용융점은 케이스 본체(110) 및 덮개(120)의 금속층 및 고분자 수지층보다 용융점이 낮은 것이 안전벤트부(150)가 파우치(100)의 손상 전에 작동할 수 있는 측면에서 바람직하다.The melting point of the
도 6에는 본 발명에 따른 안전벤트부(150)의 작동 메커니즘의 다른 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다.6 schematically shows another embodiment of the operating mechanism of the
통상적으로 파우치 내부의 발열은 내압 증가가 동반되는 경우일 수 있다. 파우치 내부의 내압 증가는 내부에 수용되어 있는 전해액이나 전해질의 분해로 인한 기체 발생에서 기인하는 경우가 대부분이다. 이와 같이 파우치 내부의 온도와 압력이 동시에 상승될 경우, 본 발명에 따른 안전벤트부(150)는 효과적인 폭발 및 발화 방지 메커니즘을 구현할 수 있다.Typically, the heat inside the pouch may be accompanied by an increase in internal pressure. In most cases, the increase in internal pressure inside the pouch is caused by gas generation due to the decomposition of the electrolyte or electrolyte contained therein. In this way, when the temperature and pressure inside the pouch increase at the same time, the
도 6을 참고하면, 파우치(100)의 내부 온도가 미리 설정된 벤트 작동 온도 이상이고 파우치 내부 압력이 벤트 압력에 도달하는 경우, 상기 안전벤트부(150)의 열가소성 수지 매트릭스(152)는 용융되고 코어플레이트(151)는 파우치 외부로 배출될 수 있다.Referring to FIG. 6 , when the internal temperature of the
파우치의 내부 온도가 벤트 작동 온도 이상일 경우 벤트 작동 메커니즘은 앞서 설명한 바와 같다. 즉, 코어플레이트(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152) 사이에 발생한 틈은 열가소성 수지 매트릭스(152)와 코어플레이트(151) 사이의 결합력을 저하시키게 되고, 그에 따라 파우치 내압이 증가하는 본 실시예에서는 상기 내압에 의해 코어플레이트(151)가 파우치 외부로 배출될 수 있게 된다. 코어플레이트(151)가 배출됨에 따라 발생하는 안전벤트부(150)의 빈 공간은 파우치 내부의 발열 및 내압 해소에 더욱 효과적으로 대응할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 코어플레이트(151)의 방출을 보다 용이하게 하기 위해서는 코어플레이트(151)의 단면 형태가 도 4의 (a)와 같이 파우치 내부측에 단변이 위치하는 사다리꼴이 바람직할 수 있다. When the internal temperature of the pouch is equal to or higher than the vent operating temperature, the vent operating mechanism is the same as described above. That is, the gap generated between the
안전벤트부(150)의 벤트 압력은 코어플레이트(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152) 각각의 구체적인 소재 종류, 코어플레이트(151)의 두께 등의 선택으로 적절하게 결정될 수 있다. 따라서, 사용되는 전지의 구체적인 용도에 따라 벤트 압력의 조절이 가능하다.The vent pressure of the
본 발명에 따른 파우치(100)의 안전벤트부(150)을 제외한 다른 구성은 당분야에 공지된 구성을 특별한 제한 없이 채택할 수 있다.Configurations other than the
케이스 본체(110) 및 덮개(120)는 금속층과 상기 금속층의 일면 상에 형성된 열융착층과 상기 금속층의 다른 일면 상에 형성된 절연막 층으로 이루어질 수 있다.The
금속층은 외부로부터의 수분이 전지 내부로 유입되는 것을 차단하고, 포밍 후 현상을 유지하는 역할을 한 다. 상기 금속층은 예를 들면, 알루미늄, 스테인레스, 철, 동, 니켈 등을 들 수 있고, 이 중에서도 알루미늄이 경량으로 수분을 차단하는 기능이 우수하다. 또한, 상기 금속층은 1종의 금속으로 형성할 수 있고, 또는 2종 이 상의 금속층을 일체화하여 형성될 수도 있다.The metal layer blocks the inflow of moisture from the outside into the battery and maintains the status quo after forming. The metal layer may include, for example, aluminum, stainless steel, iron, copper, nickel, and the like, and among them, aluminum is lightweight and has an excellent function of blocking moisture. In addition, the metal layer may be formed of one type of metal, or may be formed by integrating two or more types of metal layers.
열융착층은 CPP(Cast Polypropylene) 또는 PPA(Poly Phthal Amide)로 형성될 수 있다. 케이스 본체(110) 및 덮개(120)는 열융착층이 서로 접하도록 배치되며, 열융착층이 서로 접합(열융착)되어 파우치의 밀봉을 구현한다.The heat sealing layer may be formed of CPP (Cast Polypropylene) or PPA (Poly Phthal Amide). The
절연막층은 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 어느 하나로 이루어 질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라 절연막층은 복수의 층으로 형성될 수도 있으며, 이 경우 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 외부에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 수지층이 더 포함될 수 있다.The insulating layer may be made of either nylon or polyethylene terephthalate, but is not limited thereto. If necessary, the insulating film layer may be formed of a plurality of layers, and in this case, a resin layer such as polyethylene, polypropylene, or polyethylene terephthalate may be further included on the outside of nylon or polyethylene terephthalate.
본 발명은 전술한 파우치 및 그 내부에 수용된 전극 조립체를 포함하는 파우치형 이차 전지를 제공한다.The present invention provides a pouch-type secondary battery including the aforementioned pouch and an electrode assembly accommodated therein.
전극 조립체(200)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치되어서 일방향으로 와인딩되거나, 다수장의 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 적층된 형상이다. 전극 조립체(200)의 각 극판은 양극탭 및 음극탭(211, 212)과 전 기적으로 연결되어 있다.The
상기 극판은 양극탭 및 음극탭(211, 212)의 일단부는 리이드(230)를 통하여 외부로 돌출되어 있다. 돌출된 리이드(230)의 일단부는 도시되지 않은 외부 단자와 접속된다.One end of the positive electrode tab and the
상기 리이드(230)의 외면에는 외곽부(121)와 접촉하는 부분에서 상기 케이스 본체(110) 및 덮개(120)와 리이드(230)과의 전기적 단락을 방지하기 위하여 각각의 전극테이프(220)가 감겨져 있다.Each
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는 다수 결합되어 전지 팩으로 사용될 수 있다. 상기 전지 팩은 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등의 전기차; 이-바이크(E-bike) 또는 이-스쿠터(Escooter) 등의 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 및 전기 상용차 등의 중대형 디바이스 전원으로 사용 가능하다.A plurality of pouch-type secondary batteries according to the present invention may be combined and used as a battery pack. The battery pack may include a power tool; electric vehicles such as electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); an electric two-wheeled vehicle such as an E-bike or an Escooter; Electric golf carts; electric truck; And it can be used as a power source for medium to large devices such as electric commercial vehicles.
100: 파우치 110: 케이스 본체
120: 덮개 150: 안전벤트부
151: 코어플레이트 152: 열가소성 수지 매트릭스부
210: 전극탭 220: 전극테이프
230: 리이드100: pouch 110: case body
120: cover 150: safety vent unit
151: core plate 152: thermoplastic resin matrix part
210: electrode tab 220: electrode tape
230: lead
Claims (14)
상기 접합되는 외곽부 중 적어도 한 부분에, 평면부가 상기 외곽부의 면 방향으로 배치되는 코어플레이트 및 상기 코어플레이트를 둘러싸며 상기 코어플레이트와 열팽창계수가 다른 열가소성 수지 매트릭스를 포함하는 안전벤트부를 더 포함하며,
상기 코어플레이트는 금속, 세라믹 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 소재를 포함하여 이루어진, 이차 전지용 파우치.
A case body and a cover to which each outer part is bonded to each other,
In at least one portion of the outer portion to be joined, a safety vent portion comprising a core plate with a planar portion disposed in the surface direction of the outer portion and a thermoplastic resin matrix surrounding the core plate and having a different coefficient of thermal expansion from the core plate, further comprising ,
The core plate is made of at least one material selected from the group consisting of metal, ceramic, and glass, secondary battery pouch.
The pouch for a secondary battery according to claim 1, wherein the core plate has a higher melting point than the thermoplastic resin matrix.
The pouch for a secondary battery according to claim 1, wherein a thickness of the core plate is equal to or smaller than a thickness of the thermoplastic resin matrix.
The pouch for secondary batteries according to claim 1, wherein a length in the direction from the inside to the outside of the pouch of the core plate is the same as or smaller than the length in the direction from the inside to the outside of the pouch of the outer part.
The pouch for secondary batteries according to claim 1, wherein a length in a direction from the inside to the outside and a vertical direction of the pouch of the core plate is equal to or smaller than a length in a direction from the inside to the outside of the pouch and a length perpendicular to the outside of the pouch.
The method according to claim 1, The shape of the cross-section cut in the direction from the inside to the outside of the pouch of the core plate is a rectangle, the secondary battery pouch.
The method according to claim 1, The shape of the cross section cut in the direction from the inside of the pouch to the outside of the core plate is a trapezoid or a triangle, the secondary battery pouch.
The pouch for secondary batteries according to claim 8, wherein the core plate having a trapezoidal cross-section is located inside the short side pouch and outside the long side pouch.
The pouch for secondary batteries according to claim 8, wherein the core plate having a trapezoidal cross section is located outside the short side pouch and inside the long side pouch.
The pouch for a secondary battery according to claim 1, wherein a plurality of the core plates are included in the thermoplastic resin matrix.
The pouch for a secondary battery according to claim 1, wherein the thermoplastic resin matrix has a lower melting point than a material forming the case body and the cover.
The pouch for secondary batteries according to claim 1, wherein when the internal temperature of the pouch is equal to or higher than the preset vent operating temperature and the internal pressure of the pouch reaches the vent pressure, the thermoplastic resin matrix of the safety vent part is melted and the core plate is discharged to the outside of the pouch. .
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-
2020
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR100864694B1 (en) * | 2007-04-25 | 2008-10-21 | (주)비피에스 | Safety vent of shape memory tube operating high temperature for pouch covered battery |
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