KR102324549B1 - 벤팅 유도 장치를 포함하는 파우치형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 구조의 전극조립체를 파우치 케이스 내에 수용하는 파우치형 이차전지에 있어서,
상기 파우치 케이스 내에 위치하며, 상기 파우치의 내압 증가에 의해 트리거되는 탄성 부재에 의해 상기 파우치 케이스에 가스 배출을 위한 관통구를 형성하는 벤팅 유도 장치를 포함하는 파우치형 이차전지에 대한 것이다.

Description

벤팅 유도 장치를 포함하는 파우치형 이차전지 {Pouch-Type Secondary Battery Having Venting Guidance Device}
본 발명은 벤팅 유도 장치를 포함하는 파우치형 이차전지에 대한 것으로서, 보다 상세하게는, 파우치 케이스 내에 위치하면서 트리거링 되는 탄성 부재에 의해 파우치 케이스에 가스 배출을 위한 관통구를 형성하는 벤팅 유도 장치를 포함하는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 그 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 또한, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
리튬 이차전지는 케이스의 형상에 따라, 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류된다. 원통형 전지와 각형 전지는 금속의 캔에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이며, 파우치형 전지는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지가 최근 많은 관심을 모으고 있다.
외피가 유연한 파우치형 전지의 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 전극조립체인 리튬 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수 있다.
폭발 등으로부터 안전성을 확보하기 위한 노력의 일환으로서, 예를 들어, 특허문헌 1은 전지셀의 내압이 증가하는 경우 탄성부재가 수축되면서 파우치에 구멍을 만드는 파우치 관통 장치를 개시하고 있다.
상기 기술은 이차전지 내부에서 발생한 가스에 의해 플레이트가 위로 움직일 때 관통부도 함께 위로 움직이면서 파우치 관통 장치의 외장재 및 이차전지의 파우치를 관통하여 가스를 배출하는 기술이다. 이차전지 내부 가스의 압력에 의해 플레이트가 위로 움직이며 탄성부재를 수축시키게 되는데, 플레이트의 운동 방향과 탄성부재의 탄성력에 의한 복원력 방향이 서로 반대이므로 관통부가 이차전지의 파우치를 관통하려면 큰 압력 증가가 필요하다. 따라서, 소망하는 압력에서 관통구의 형성이 이루어지지 않아 내부에서 발생하는 가스를 제대로 배출하지 못한다는 문제점이 있다.
특허문헌 2에는 전극 리드 상에 배치되면서 파우치의 팽창에 의해 파우치를 천공하여 가스를 외부로 배출하는 파열수단을 포함하는 이차전지가 개시되어 있다.
상기 기술은 상기 파열수단을 수용할 수 있는 수용홀이 형성된 전극 리드가 부착된 이차전지에만 적용이 가능한 바, 일반적인 형상의 전극 리드를 사용하는 경우에는 적용할 수 없는 문제가 있다.
특허문헌 3에는 파우치형 전지셀 실링부의 비접합 부위에 외장 필름을 천공할 수 있는 플레이트가 위치하는 라미네이트 외장 축전 장치가 개시되어 있다.
상기 기술은 실링부 형성시 특별히 비접합 부위를 형성하기 위하여 히트 블록을 배치한 후 이를 제거하는 과정을 필요로 하는 점에서, 일반적인 파우치형 전지의 제조 과정에 직접 적용하기 어려운 문제가 있다.
특허문헌 4에는 파우치의 외면에 부착되어 파우치의 팽창시 파우치에 개구를 형성하는 내압 해방 기구가 개시되어 있으나, 내압 해방 기구는 파우치 외부에 고정되는 구조이기 때문에 파우치를 관통하기 위한 팽창 정도를 조절하기 어려워 소망하는 조건에서 내부의 기체 배출을 유도하기 어려운 문제가 있다.
이와 같이 파우치형 이차전지 내부의 가스 생성에 따른 이차전지 폭발을 방지할 수 있으며, 일반적인 파우치형 이차전지에 적용이 가능하면서 전체적인 이차전지의 부피가 증가되지 않아 용량 저하가 발생하지 않는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
한국 공개특허공보 제 2015-0121912 호 한국 공개특허공보 제 2016-0147145 호 일본 공개특허공보 제 2011-044332 호 일본 공개특허공보 제 2011-233604 호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 파우치 케이스 내에 위치하며, 파우치의 내압 증가시 작동되는 탄성 부재에 의해 파우치 케이스에 관통구를 형성하는 벤팅 유도 장치를 포함하는 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 벤팅 유도 장치는 파우치형 이차전지의 내부에 위치하기 때문에, 전체적인 이차전지의 크기를 증가시키지 않으면서 용량이 저하되는 것을 방지할 수 있는 파우치형 이차전지의 제공이 가능하다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 이차전지는,
양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 구조의 전극조립체를 파우치 케이스 내에 수용하는 파우치형 이차전지에 있어서,
상기 파우치 케이스 내에 위치하며, 상기 파우치의 내압 증가에 의해 트리거되는 탄성 부재에 의해 상기 파우치 케이스에 가스 배출을 위한 관통구를 형성하는 벤팅 유도 장치를 포함하는 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지는 파우치 케이스 내에 벤팅 유도 장치가 수납된 구조인 바, 파우치 케이스 내의 불필요하게 낭비되는 사공간에 상기 벤팅 유도 장치를 위치시킴으로써 파우치의 전체적인 크기가 증가되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유도 장치는, 파우치 내부에서 발생하는 가스에 의하여 파우치의 내압이 증가하는 경우, 이에 반응하여 트리거되는 탄성 부재를 포함하는 바, 파우치의 팽창에 의해 폭발이 일어나기 이전에 빠르고 신속하게 파우치 케이스에 가스 배출을 위한 관통구를 형성할 수 있으므로 안전성이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.
또한, 일반적인 파우치형 이차전지의 내부 공간에 수납할 수 있기 때문에, 본 발명의 벤팅 유도 장치를 적용하기 위한 추가 장치를 필요로 하지 않고, 나아가 특정한 형상의 부재에만 선택적으로 적용가능한 문제가 발생하지 않는다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 벤팅 유도 장치는,
상기 파우치의 부피 팽창에 의해 수축되는 압력 감지 부재;
상기 압력 감지 부재와 연통되어 있고, 수축되는 압력 감지 부재의 내측으로 이동하는 트리거;
상기 트리거에 의해 연신된 상태로 고정되어 있는 탄성 부재;
상기 탄성 부재가 수축됨에 따라 파우치 케이스를 관통하여 개구를 형성하는 관통 부재; 및
상기 탄성부재를 수납하고, 상기 트리거 및 관통 부재의 이동 통로가 형성되어 있는 케이스;
를 포함하는 구조일 수 있다.
즉, 상기 압력 감지 부재는, 압력 감지 부재의 내측과 외측의 압력 차에 따라 수축과 팽창이 가능한 소재로 이루어지는 바, 압력 감지 부재의 내측과 외측의 압력에 차이가 없는 경우를 정상 상태라고 할 때, 압력 감지 부재의 외측 압력이 내측 압력보다 큰 경우에 수축되고, 압력 감지 부재의 외측 압력이 내측 압력보다 작은 경우에는 팽창이 가능한 구조일 수 있다.
따라서, 파우치형 전지셀 내부에서 발생하는 가스에 의하여 전지셀 내부의 압력이 증가되는 경우, 상기 압력 감지 부재의 내측 압력 보다 외측 압력이 높은 상태가 되므로, 압력 감지 부재는 수축하게 된다. 이 때, 압력 감지 부재와 연통되어 있는 트리거도 압력 감지 부재의 내측으로 이동하게 되는 바, 트리거의 위치 이동에 의해 고정되었던 탄성 부재의 고정이 해제된다.
이와 같이 상기 탄성 부재는, 연신된 상태에서 트리거가 제거됨에 따라 원 상태로 복원되기 위한 탄성력에 의해 수축되는데, 탄성 부재의 이동에 의해 관통 부재는 파우치 케이스 방향으로 이동하게 된다.
상기 관통 부재는 탄성 부재와 인접하게 위치한 상태에서, 탄성 부재의 수축시 파우치 케이스의 평면에 대해 수직인 방향으로 이동하여 파우치 케이스 상에 개구를 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄성 부재가 케이스에 고정된 방향과 반대 방향의 일측 끝단에는 탄성 부재 방향으로 수직 단면이 좁아지는 테이퍼부가 연결되어 있는 바, 상기 탄성 부재의 수축시 상기 테이퍼부가 관통 부재를 파우치 케이스 방향으로 밀어내는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 탄성 부재는 트리거의 작동에 의해 연신된 상태에서 수축이 가능한 소재라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어상기 탄성 부재는 스프링 또는 고무일 수 있다.
상기 케이스는 육면체 또는 원통형의 구조로 이루어진 구조일 수 있는 바, 육면체 구조인 경우에는, 바람직하게는 직육면체일 수 있으며, 장축 방향의 네 면 가운데 적어도 한 면 이상에 트리거 및 압력 감지 부재가 부착된 구조일 수 있다. 또한, 원통형 구조로 이루어진 경우에는 원통형의 곡면 상에 적어도 1 개 이상의 트리거 및 압력 감지 부재가 부착된 구조일 수 있다.
상기 벤팅 유도 장치는, 케이스 내에 직선형의 탄성 부재가 수납되는 구조인 점을 고려할 때, 평면상 상대적으로 긴 장축 및 상대적으로 짧은 단축을 포함하는 구조일 수 있으며, 이와 같은 구조의 벤팅 유도 장치의 내장 위치는 이차전지의 부피 증가를 고려하여 정해질 수 있다.
이에, 상기 벤팅 유도 장치는 전극조립체의 전극 단자가 돌출된 방향과 인접하는 전극조립체의 측면에 위치하는 경우 전체적인 전지셀의 크기가 증가하게 되므로 바람직하지 않다.
따라서, 상기 벤팅 유도 장치는, 상기 케이스의 장축 방향이 전극 단자가 돌출된 전극조립체의 측면과 평행하게 위치하도록 파우치 내에 수납되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 스택형 전극조립체와 같이 복수의 전극 탭들이 하나의 전극 리드와 연결되는 구조의 전극조립체의 경우 전극 탭 및 전극 리드 결합부가 V-form을 형성하면서 케이스 내에서 일정 부피를 차지하게 되는 바, 전극 탭 및 전극 리드 결합부에서 전극 탭 및 전극 리드가 차지 하지 않는 나머지 부분은 빈 공간으로 남아있게 된다. 따라서, 상기 벤팅 유도 장치의 장착과 이차전지의 부피 증가 및 용량 감소 문제를 방지하기 위하여, 상기 벤팅 유도 장치는 파우치 케이스 내의 전극 탭 및 전극 리드 결합부에 인접하게 위치하는 것이 더욱 바람직하다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 벤팅 유도 장치가 이차전지 내부에서 고정되지 않은 경우에는 관통 부재의 위치가 변경되어 탄성 부재가 트리거링 되더라도 가스 배출용 개구가 형성되지 않을 수 있는 바, 상기 벤팅 유도 장치를 구성하는 상기 케이스는 상기 파우치 케이스 실링부에 의해 고정될 수 있으며, 구체적으로, 상기 파우치형 이차전지의 실링 단계에서 상기 벤팅 유도 장치의 일부를 실링 예정부에 위치시킨 후 실링이 이루어질 수 있다.
상기 압력 감지 부재가 수축되어 탄성 부재가 트리거되는 파우치의 내압 범위는, 일반적으로 파우치 케이스의 스웰링에 의한 폭발이 일어나는 내압한계가 3기압 정도인 점을 고려할 때, 그 이하의 압력 범위에서 가스 배출용 개구가 형성되는 것이 바람직한 바, 2기압 이상 내지 3기압 미만일 수 있다.
파우치의 내압 증가시 파우치 케이스에 가스 배출구를 형성하기 위하여, 상기 트리거가 상기 압력 감지 부재의 내측으로 이동되어야 하는 바, 상기 압력 감지 부재는 수축되어야 한다. 따라서, 상기 압력 감지 부재의 내압은 팽창된 파우치 케이스의 내압보다 낮은 것이 바람직하다.
하나의 구체적인 예에서, 파우치형 이차전지의 비정상적인 작동에 의해 전지케이스가 팽창되는 경우, 빠르게 가스 배출이 이루어질 필요가 있는 점을 고려할 때, 하나의 벤팅 유도 장치는 2개 이상의 관통 부재를 포함할 수 있으며, 상기 케이스에 형성된 관통 부재의 이동 통로는 적어도 2개 이상 포함될 수 있다.
또한, 하나의 파우치형 이차전지 내부에는 상기 벤팅 유도 장치를 2개 이상 포함할 수 있다. 구체적으로, 양극 단자 및 음극 단자가 서로 반대 방향으로 돌출되는 구조의 경우, 벤팅 유도 장치는 양극 단자의 양측에 각각 위치하거나, 음극 단자의 양측에 각각 위치할 수 있고, 또는 양극 단자의 양측 및 음극 단자의 양측에 각각 위치할 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 파우치형 이차전지를 포함하는 전지팩을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는, 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지는 전지셀 내압 증가에 의해 트리거링 되는 탄성 부재에 의해 파우치 케이스에 가스 배출을 위한 관통구를 형성하는 벤팅 유도 장치를 포함하기 때문에, 파우치형 이차전지의 전체적인 크기에 영향을 미치지 않으면서 전지케이스의 부피 팽창시 신속하고 정확하게 가스 배출용 개구를 형성할 수 있다.
또한, 일반적인 파우치형 이차전지의 내부 공간에 수납할 수 있기 때문에, 본 발명의 벤팅 유도 장치를 적용하기 위한 추가 장치를 필요로 하지 않고, 다양한 크기의 파우치형 이차전지에 폭넓은 적용이 가능한 장점이 있다.
또한, 트리거의 크기, 압력 감지 부재의 내압 크기 및 관통 부재의 형상 등을 선택적으로 적용하여 파우치 케이스에 개구를 형성하기 위한 파우치의 내압을 조절할 수 있다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 벤팅 유도 장치를 포함하는 파우치형 이차전지의 평면도이다.
도 2는 도 1의 벤팅 유도 장치의 작동 상태를 나타내는 정면도이다.
도 3은 다른 하나의 실시예에 따른 벤팅 유도 장치의 작동 전 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 벤팅 유도 장치의 작동 후 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 벤팅 유도 장치를 포함하는 파우치형 이차전지의 평면도이다.
도 6은 또 다른 하나의 실시예에 따른 벤팅 유도 장치를 포함하는 파우치형 이차전지의 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 벤팅 유도 장치를 포함하는 파우치형 이차전지의 평면도이며, 도 2는 도 1의 벤팅 유도 장치의 정면도를 확대하여 도시하고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 외주변(103)이 실링되는 파우치형 이차전지(100)는 상부케이스(도시하지 않음) 및 하부 케이스(108)로 이루어지고 중심부에는 전극조립체(101)가 수납될 수 있도록 오목한 구조의 전극조립체 수납부(107)가 형성되어 있다. 전극조립체(101)는 양극 탭(105a) 및 음극 탭(105b)이 동일한 방향으로 돌출된 구조로 이루어져 있고, 전극 탭들(105a, 105b)의 외측 끝단에는 양극 탭(105a)들과 연결된 양극 리드(102a), 음극 탭(105b)들과 연결된 음극 리드(102b)가 전지케이스 외측으로 연장되어 있다.
이러한 양극 및 음극 전극 탭 및 전극 리드는 동일한 방향 또는 다른 방향으로 변경이 가능하다.
전극 탭들(105a, 105b)이 돌출된 방향으로서 전극 탭과 전극리드가 연결되는 부분에서는 상기 전극 탭 및 전극리드가 절곡되기 때문에, 전극조립체와 전지케이스가 전극 탭 및 전극리드 결합부만큼 이격된 상태로 대면하고 있다.
상기 전극조립체와 전지케이스의 이격부로서 전극 탭 및 전극 리드가 위치하지 않는 부분에는 벤팅 유도 장치(110)가 위치하고 있다.
벤팅 유도 장치(110)는, 파우치의 부피 팽창에 의해 수축되는 압력 감지 부재(111), 압력 감지 부재(111)와 연통되어 있고, 압력 감지 부재(111)가 수축되는 경우 압력 감지 부재의 내측으로 이동하는 트리거(112), 트리거에 의해 연신된 상태로 고정되어 있는 탄성 부재(113), 탄성 부재가 수축됨에 따라 파우치 케이스를 관통하여 개구를 형성하는 관통 부재(114), 및 탄성 부재(113)를 수납하고 트리거의 이동 통로(118) 및 관통 부재의 이동 통로(117)가 형성되어 있는 케이스(115)를 포함하고 있다.
탄성 부재(113)의 일측 끝단은 연신된 상태에서 케이스(115)의 일측면에 연결되어 고정되어 있고, 타측 끝단은 테이퍼부(116)와 연결되어 있다.
케이스(115)의 외측면 상에는 압력 감지 부재(111)가 위치하고, 압력 감지 부재(111)에 연결된 트리거(112)는 케이스(115)의 트리거 이동 통로(118)를 관통하며 케이스 내측으로 연장되어 있다. 트리거(112)는 연신된 상태의 탄성 부재(113)를 고정시키고 있으며, 탄성 부재(113)의 타측 끝단에 연결된 테이퍼부(116)와 탄성 부재(113) 연결부에 트리거가 위치하여 테이퍼부(116)가 이동하지 못하도록 고정하고 있다.
전지케이스의 팽창에 의해 압력 감지 부재(111) 내측의 압력보다 외측의 압력이 증가하면 압력 감지 부재(111)는 수축되고 압력 감지 부재(111)에 부착된 트리거(112)는 압력 감지 부재(111) 방향으로 이동한다.
트리거(112)의 이동에 의해 테이퍼부(116)의 고정이 해제되어 수축되고, 탄성 부재(113)의 수축방향으로 테이퍼부(116)도 이동하게 된다. 테이퍼부(116)의 경사면은 관통 부재(114)의 경사면을 케이스(115) 외측 방향으로 밀면서 이동하기 때문에, 관통 부재(114)는 탄성 부재의 수축 방향에 대해 수직 방향인 케이스의 외측 방향으로 이동 통로(117)를 통과하며 이동한다.
따라서, 관통 부재(114)는 파우치 케이스(도시하지 않음)의 평면에 수직인 방향으로 파우치 케이스를 관통하면서 가스 배출을 위한 개구를 형성하게 된다.
케이스(115)의 장축 방향(A) 측면이 전극 탭 돌출 방향의 전극조립체(101)의 측면과 대면하도록 내장되는 바, 외주변 실링부와 중첩되는 케이스(115) 일부분(115')은 실링부 상에 위치하면서 전지케이스 밀봉시 열융착 고정된다.
벤팅 유도 장치(110)는 관통 부재(114)와 압력 감지 부재(111)가 같은 평면상에 위치하는 바, 압력 감지 부재(111)가 팽창된 상태에서는 전지케이스와 관통 부재(114)가 접촉하지 않은 상태이나, 압력 감지 부재(111)가 수축되는 경우 케이스(115)의 외측 방향으로 이동한 관통 부재(114)는 전지케이스에 관통구를 형성할 수 있게 된다.
관통 부재들(114)은 전지케이스의 외주변에 인접하게 위치할 수 있는 바, 이와 같은 경우, 전지케이스 외주변은 전지케이스의 팽창 정도가 작기 때문에 전지케이스가 팽창되더라도 관통구가 형성되는데 미치는 영향이 적을 것이다.
도 3 및 도 4는 벤팅 유도 장치(120)를 이용하여 파우치 케이스를 관통하는 개구를 형성하는 과정을 나타내는 사시도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 벤팅 유도 장치(120)는 벤팅 유도 장치(110)와 비교할 때, 관통 부재(124)가 케이스(125)의 상면 및 하면 각각에 2개씩 위치하고, 2 쌍의 압력 감지 부재(121a, 121b) 및 트리거(122a)를 포함하는 점에서 차이가 있으며, 나머지 다른 구성 및 벤팅 유도 장치의 작동 원리는 동일하다. 한편, 2 쌍의 압력 감지 부재(121a, 121b)가 관통 부재(124)와 다른 평면에 위치한 것도 차이가 있다.
벤팅 유도 장치(120)는 케이스(125)에 일측 끝단이 고정된 탄성 부재(123), 탄성 부재(123)의 타측 끝단에 고정된 테이퍼부(126), 테이퍼부(126)와 탄성 부재(123)가 연결된 부분에서 테이퍼부(126)를 고정하고 압력 감지 부재들(121a, 121b)과 연결된 트리거(122) 및 관통 부재(124)를 포함하고 있다.
트리거(122a)는 한 개만 도시되어 있으나, 압력 감지 부재(121b)에도 다른 트리거가 부착되어 있다.
파우치 케이스의 내압이 증가하는 경우 압력 감지 부재들(121a, 121b)은 수축되고 압력 감지 부재와 연결된 트리거들은 압력 감지 부재들 내측으로 이동하기 때문에, 테이퍼부(126)는 고정이 해제되고 연신되어 있던 탄성 부재(123)의 수축 방향(w)으로 이동하면서 관통 부재(124)을 케이스(125)의 외측 방향으로 밀어내고, 관통 부재(124)의 날카로운 부분은 관통 부재 이동 통로(127)를 통과하면서 파우치 케이스의 평면에 대해 수직인 방향(h1, h2)으로 이동하여 파우치 케이스(도시하지 않음)에 가스 배출용 개구를 형성하게 된다.
벤팅 유도 장치(120)는 4개의 관통 부재(124)를 포함하기 때문에 파우치 케이스에 4개의 개구가 형성될 수 있으므로 신속한 가스 배출이 가능하다.
또한, 2쌍의 압력 감지 부재 및 트리거를 포함하기 때문에 벤팅 유도 장치의 반응 신뢰성이 높다.
벤팅 유도 장치(120)는 관통 부재들(124)의 이동 방향과 압력 감지 부재들(121a, 121b)의 위치가 상이한 바, 관통 부재들(124)은 전지케이스와 대면하는 방향에 위치하고, 압력 감지 부재들은(121a, 121b)은 수납부에서 전극조립체와 전지케이스 사이에 위치하게 된다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 평면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 5을 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지(200)의 벤팅 유도 장치(210)는 양극 탭(205a) 및 양극 리드(202a) 결합부의 좌측에 위치하고, 벤팅 유도 장치(220)는 음극 탭(205b) 및 음극 리드(202b) 결합부의 우측에 위치하고 있으며, 벤팅 유도 장치(210)의 좌측 끝단부(215')와 벤팅 유도 장치(220)의 우측 끝단부(225')는 전지케이스 외주변(203) 실링부와 중첩되도록 위치하면서 전지케이스에 고정되어 있다.
도 6은 또 다른 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 평면도를 모식적으로 도시하고 있다
도 6을 참조하면, 파우치형 이차전지(300)는 양극 탭(305a)및 양극 리드(302a)는 평면상 상향 돌출되고 음극 탭(305b) 및 음극 리드(302b)는 평면상 하향 돌출된 구조이다.
벤팅 유도 장치(310) 및 벤팅 유도 장치(320)는 양극 탭(305a) 및 양극 리드(302a) 결합부의 양측 각각에 위치하고, 벤팅 유도 장치(330) 및 벤팅 유도 장치(340)는 음극 탭(305b) 및 음극 리드(302b) 결합부의 양측 각각에 위치하고 있다.
이와 같이 4개의 벤팅 유도 장치들(310, 320, 330, 340)을 포함하는 경우에는 적어도 4개의 관통구가 형성되기 때문에 신속한 가스 배출이 가능하여 이차전지의 폭발을 미연에 방지할 수 있다.
이외에 벤팅 유도 장치들(210, 220, 310, 320, 330, 340)의 세부적인 구조는 벤팅 유도 장치(110)의 설명과 유사하므로 구체적인 설명을 생략한다.
이와 같이, 본 발명의 파우치형 이차전지는 전지케이스의 수납부 내측에 벤팅 유도 장치를 수용하고 있기 때문에 이차전지의 부피 증가 없이 사공간을 이용할 수 있는 장점이 있고, 전지케이스의 부피 팽창시 빠르고 신속하게 파우치 케이스에 가스 배출용 개구를 형성할 수 있으므로 이차전지의 내압 증가로 인한 폭발 등을 방지할 수 있으므로 안전성이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100, 200, 300 : 파우치형 이차전지
101 : 전극조립체
102a, 202a, 302a : 양극 리드
105a, 205a, 305a : 양극 탭
102b, 202b, 302b : 음극 리드
105b, 205b, 305b : 음극 탭
103, 203 : 외주변
107 : 수납부
108 : 하부케이스
110, 210, 220, 310, 320, 330, 340 : 벤팅 유도 장치
111, 121a, 121b : 압력 감지 부재
112, 122a : 트리거
113, 123 : 탄성 부재
114, 124 : 관통 부재
115, 125 : 벤팅 유도 장치의 케이스
115', 215', 225': 전지케이스 실링부와 중첩되는 벤팅 유도 자치 케이스 일부분
116, 126 : 테이퍼부
117, 127 : 관통 부재 이동 통로
118 : 트리거 이동 통로
A : 벤팅 유도 장치 케이스의 장축 방향
h1, h2 : 파우치 케이스의 평면과 수직 방향
w : 탄성 부재의 수축 방향

Claims (13)

  1. 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 구조의 전극조립체를 파우치 케이스 내에 수용하는 파우치형 이차전지에 있어서,
    상기 파우치 케이스 내에 위치하며, 상기 파우치의 내압 증가에 의해 트리거되는 탄성 부재에 의해 상기 파우치 케이스에 가스 배출을 위한 관통구를 형성하는 벤팅 유도 장치를 포함하며,
    상기 벤팅 유도 장치는,
    상기 파우치의 부피 팽창에 의해 수축되는 압력 감지 부재;
    상기 압력 감지 부재와 연통되어 있고, 수축되는 압력 감지 부재의 내측으로 이동하는 트리거;
    상기 트리거에 의해 연신된 상태로 고정되어 있는 탄성 부재;
    상기 탄성 부재가 수축됨에 따라 파우치 케이스를 관통하여 개구를 형성하는 관통 부재; 및
    상기 탄성부재를 수납하고, 상기 트리거 및 관통 부재의 이동 통로가 형성되어 있는 케이스;
    를 포함하는 파우치형 이차전지.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 부재는, 연신된 상태에서 트리거가 제거됨에 따라 탄성력에 의해 수축되는 파우치형 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 관통 부재는 탄성 부재와 인접하게 위치한 상태에서, 탄성 부재의 수축시 파우치 케이스의 평면에 대해 수직인 방향으로 이동하여 개구를 형성하는 파우치형 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 탄성 부재의 수축에 의해 탄성 부재의 일측 끝단에 연결된 테이퍼부가 관통 부재를 파우치 케이스 방향으로 밀어내는 파우치형 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 부재는 스프링 또는 고무인 파우치형 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 벤팅 유도 장치는, 상기 케이스의 장축 방향이 전극 단자가 돌출된 전극조립체의 측면과 평행하게 위치하는 파우치형 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 벤팅 유도 장치는 파우치 케이스 내의 전극 탭 및 전극 리드 결합부에 인접하게 위치하는 파우치형 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스는 상기 파우치 케이스 실링부에 의해 고정되는 파우치형 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 감지 부재의 내압은 팽창된 파우치 케이스의 내압보다 낮은 파우치형 이차전지
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스에 형성된 관통 부재의 이동 통로는 적어도 2개 이상인 파우치형 이차전지.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 벤팅 유도 장치를 2개 이상 포함하는 파우치형 이차전지.
  13. 제 1 항에 따른 파우치형 이차전지를 포함하는 전지팩.
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