KR102379765B1 - 이차 전지 및 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스; 상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자; 및 일단이 첨예하게 형성되며, 상기 압전소자로부터 전력이 인가되면, 상기 일단이 상기 전지 케이스를 향해 연장되어 상기 전지 케이스를 타공하는 타공부를 포함한다.
Description
본 발명은 이차 전지 및 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비정상적인 작동시, 전지 케이스의 내부에 생성되는 가스를 빠르게 외부로 배출하여 폭발을 방지하고 안정성을 확보할 수 있는 이차 전지 및 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
전극 조립체를 제조하기 위해, 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)을 제조하고, 이들을 적층한다. 구체적으로, 양극 활물질 슬러리를 양극 집전체에 도포하고, 음극 활물질 슬러리를 음극 집전체에 도포하여 양극(Cathode)과 음극(Anode)을 제조한다. 그리고 상기 제조된 양극 및 음극의 사이에 분리막(Separator)이 개재되어 적층되면 단위 셀(Unit Cell)들이 형성되고, 단위 셀들이 서로 적층됨으로써, 전극 조립체가 형성된다. 그리고 이러한 전극 조립체가 특정 케이스에 수용되고 전해액을 주입하면 이차 전지가 제조된다.
종래에는 이차 전지가 고온에 노출되거나 과충전 또는 과방전되는 등 비정상적으로 작동되는 경우, 발열에 의해 분리막이 수축하면서 양극과 음극이 서로 직접 접촉하여 단락(쇼트, Short)이 발생할 가능성이 높아진다. 이러한 단락으로 인해 전지 내부에 급격한 전자 이동이 발생하고, 그럼으로써 발열과 부반응이 발생하면 이차 전지가 폭발하여 안전성에 문제가 발생할 수 있었다. 특히, 과충전, 과방전, 외부 단락 등 전기적인 오작동 발생 시, 높은 전류가 흐르고 집전체의 열전도율이 낮기 때문에 집전체의 온도가 활물질 층보다 높은 열이 발생된다. 이후 열이 확산되어 활물질, 전해액 등 구성요소의 열적, 화학적, 전기화학적 반응이 더해져 열폭주까지 이어질 수 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비정상적인 작동시, 전지 케이스의 내부에 생성되는 가스를 빠르게 외부로 배출하여 폭발을 방지하고 안정성을 확보할 수 있는 이차 전지 및 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스; 상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자; 및 일단이 첨예하게 형성되며, 상기 압전소자로부터 전력이 인가되면, 상기 일단이 상기 전지 케이스를 향해 연장되어 상기 전지 케이스를 타공하는 타공부를 포함한다.
또한, 상기 타공부는, 전기활성 폴리머(EAP)로 제조될 수 있다.
또한, 상기 압전소자는, 상기 컵부의 외면에 부착될 수 있다.
또한, 상기 압전소자는, 상기 컵부의 중심부에 부착될 수 있다.
또한, 상기 압전소자는, 상기 컵부와 형상이 서로 대응될 수 있다.
또한, 상기 압전소자와 연결된 도선은, 상기 타공부의 타단에 연결될 수 있다.
또한, 상기 타공부는, 상기 전지 케이스에서 상기 컵부를 타공할 수 있다.
또한, 상기 타공부는, 상기 전지 케이스의 실링부에 밀착 형성될 수 있다.
또한, 상기 타공부의 타단은, 상기 전지 케이스의 꼭지점에 위치할 수 있다.
또한, 상기 타공부는, 상기 전지 케이스에서 주변 테두리를 따라 형성되는 실링부의 일부에 밀착 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스, 상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자 및, 일단이 첨예하게 형성되며, 상기 압전소자로부터 전력이 인가되면, 상기 일단이 상기 전지 케이스를 향해 연장되어 상기 전지 케이스를 타공하는 타공부를 포함하는 이차 전지; 및 상기 이차 전지를 내부에 수용하는 하우징을 포함한다.
또한, 상기 타공부는, 전기활성 폴리머(EAP)로 제조될 수 있다.
또한, 상기 압전소자는, 상기 하우징의 내면에 부착될 수 있다.
또한, 상기 타공부는, 상기 하우징의 내측 모서리를 따라 밀착 형성될 수 있다.
또한, 상기 타공부는, 상기 전지 케이스에서 상기 컵부를 타공할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공하고, 상기 전지 팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 휴대폰, 태블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 또는 전력 저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전지 팩 및 디바이스의 구조 및 그것들의 제작 방법은 당업계 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
비정상적인 작동시, 전지 케이스의 부피가 팽창하여 압전소자로부터 전력이 생산되면, 타공부가 전지 케이스를 타공함으로써 전지 케이스의 내부에 생성되는 가스를 빠르게 외부로 배출하여 폭발을 방지하고 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 타공부의 일단이 연장되었을 때의 이차 전지의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 타공부의 일단이 연장되었을 때의 이차 전지의 단면 확대도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 조립도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 타공부의 일단이 연장되었을 때의 전지 모듈의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 타공부의 일단이 연장되었을 때의 이차 전지의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 타공부의 일단이 연장되었을 때의 이차 전지의 단면 확대도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 조립도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 타공부의 일단이 연장되었을 때의 전지 모듈의 조립도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 조립도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비정상적인 작동시, 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하여 압전소자(135)로부터 전력이 생산되면, 타공부(136)가 전지 케이스(13)를 타공함으로써 전지 케이스(13)의 내부에 생성되는 가스를 빠르게 외부로 배출하여 폭발을 방지하고 안정성을 확보할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체(10); 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 전지 케이스(13); 상기 전지 케이스(13)에서 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 컵부(133)의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자(135); 및 일단(1361)이 첨예하게 형성되며, 상기 압전소자(135)로부터 전력이 인가되면, 상기 일단(1361)이 상기 전지 케이스(13)를 향해 연장되어 상기 전지 케이스(13)를 타공하는 타공부(136)를 포함한다.
전극 조립체(10)는 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성한다. 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
구체적으로, 전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 양극 및 음극 등 두 종류의 전극과, 상기 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 이러한 전극 조립체(10)는 스택형, 젤리롤형, 스택 앤 폴딩형 등이 있다. 두 종류의 전극, 즉 양극과 음극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다.
전극 조립체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)로부터 일측 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열융착되는 실링부(134)에 한정되어 위치하여, 전극 리드(12)를 전지 케이스(13)에 접착시킨다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 일단이 상기 전극 탭(11)과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스(13)의 외부로 각각 돌출된다. 즉, 전극 리드(12)는 양극 탭(111)에 일단이 연결되고, 양극 탭(111)이 돌출된 방향으로 연장되는 양극 리드(121) 및 음극 탭(112)에 일단이 연결되고, 음극 탭(112)이 돌출된 방향으로 연장되는 음극 리드(122)를 포함한다. 한편, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 도 1에 도시된 바와 같이, 모두 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)의 내부에서 생성된 전기를 외부로 공급할 수 있다. 또한, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다.
양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
전지 케이스(13)는 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 포함한다. 하부 케이스(132)에는 컵부(133)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 케이스(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이 상부 케이스(131)에도 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133)가 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 일측이 서로 연결되어 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 분리되어 별도로 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
압전소자(Piezoelectric Element, 135)는 상기 컵부(133)의 외측에 배치되어, 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급한다. 그리고, 타공부(136)는 일단(1361)이 첨예하게 형성되며, 압전소자(135)로부터 전력이 인가되면, 상기 일단(1361)이 전지 케이스(13)를 향해 연장되어 전지 케이스(13)를 타공한다. 압전소자(135) 및 타공부(136)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 케이스(132)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 케이스(131)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리에 형성된 실링부(134)를 실링한다. 전해액은 이차 전지(1)의 충, 방전 시 전극의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해, 도 2에 도시된 바와 같이 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 단면 확대도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 압전소자(135) 및 타공부(136)를 포함한다. 압전소자(135)란 압력, 응력 등의 물리적 외력을 인가받으면, 그에 따라 전압이 발생하고, 반대로 전압을 인가받으면, 형태가 변형되는 소자이다. 대표적인 압전소자(135)에는 티탄산바륨(Barium Titanate), 로셸염(Rochelle salt) 등이 있다.
압전소자(135)는 전지 케이스(13)의 컵부(133)의 외측에 배치된다. 따라서, 전지 케이스(13)의 내부에 가스가 발생하여 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면, 압력을 인가받는다. 그에 따라, 압전소자(135)에서 전압이 발생하여, 외부로 전력을 공급할 수 있다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압전소자(135)는 컵부(133)의 외면에 직접 부착될 수 있다. 그럼으로써, 전지 케이스(13)의 부피의 팽창에 민감하게 반응할 수 있다. 즉, 전지 케이스(13)의 부피가 조금만 팽창하더라도, 곧바로 전압을 발생하여 외부로 전력을 공급할 수 있다.
압전소자(135)는 도 3에 도시된 바와 같이, 컵부(133)와 형상이 서로 대응될 수 있다. 예를 들어 컵부(133)가 사각형의 형상을 가진다면, 압전소자(135)도 사각형의 형상을 가지고, 컵부(133)가 원형의 형상을 가진다면, 압전소자(135)도 원형의 형상을 가질 수 있다. 그럼으로써, 컵부(133)가 변형될 때 변형되는 정도에 비례하여, 압전소자(135)가 압력을 인가받을 수 있다.
또한, 압전소자(135)는 컵부(133)의 대략 중심부에 부착되는 것이 바람직하다. 만약 전지 케이스(13)의 내부에 가스가 발생한다면, 가장 유연성이 큰 컵부(133)가 가장 크게 변형된다. 이 때, 압전소자(135)가 컵부(133)의 중심부에 부착됨으로써, 컵부(133)가 변형될 때 압전소자(135)가 전체적으로 균일하게 압력을 인가받을 수 있다.
타공부(136)는 가늘고 긴 와이어 형상을 가질 수 있고, 압전소자(135)로부터 전력이 인가되면 형태가 변형되어 전지 케이스(13)를 타공한다. 이러한 타공부(136)는 전기활성 폴리머(ElectroActive Polymers, EAP)로 제조될 수 있다. 전기활성 폴리머란 전기적 자극에 의하여 팽창, 수축 및 벤딩(bending) 등 변형될 수 있는 폴리머이다. 대표적인 전기활성 폴리머로는 강유전성 폴리머(Ferroelectric Polymer)와 유전성 엘라스토머(Dielectric Elastomer) 등이 있으며, 특히 강유전성 폴리머로서 상대적으로 압전성이 큰 폴리비닐리덴플루오르(Polyvinylidene Fluoride, 이하 PVDF)계 폴리머가 널리 사용된다.
타공부(136)는 도 4에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)의 실링부(134)에 밀착 형성될 수 있다. 그럼으로써, 타공부(136)가 이차 전지(1)의 사이즈 및 형태를 크게 변경시키지 않으면서, 타공부(136)가 외부 마찰에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 만약, 타공부(136)의 길이가 어느 정도 길게 형성된다면, 도 3에 도시된 바와 같이, 타공부(136)는 전지 케이스(13)에서 주변 테두리를 따라 형성되는 실링부(134)의 일부에 밀착 형성될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 타공부(136)는 전지 케이스(13)에서 전극 조립체(10)를 수용하는 컵부(133)의 외면을 따라 형성되는 등 전지 케이스(13)에 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 타공부(136)의 일단(1361)이 연장되었을 때의 이차 전지(1)의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 타공부(136)의 일단(1361)이 연장되었을 때의 이차 전지(1)의 단면 확대도이다.
압전소자(135)는 압력을 인가받으면 전압이 발생하여 전력을 외부로 공급한다. 즉, 전지 케이스(13)의 내부에 가스가 발생하여, 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면, 압전소자(135)는 압력을 인가받아 전력을 외부로 공급한다. 그리고, 타공부(136)는 일단(1361)이 첨예하게 형성되어 압전소자(135)로부터 전력이 인가되면 형상이 변화한다. 특히 도 5에 도시된 바와 같이, 타공부(136)의 일단(1361)이 전지 케이스(13)를 향해 연장되어, 전지 케이스(13)를 타공한다.
타공부(136)는 전지 케이스(13) 중에서, 컵부(133)를 타공하는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 전지 케이스(13)의 내부와 외부가 연결되어, 전지 케이스(13)의 내부에 생성되는 가스를 빠르게 외부로 배출하여 폭발을 방지하고 안정성을 확보할 수 있다.
타공부(136)의 일단(1361)은 컵부(133)의 꼭지점 부근이 아니라, 도 5에 도시된 바와 같이, 컵부(133)의 모서리의 중심부에 위치한다. 그럼으로써, 컵부(133)의 꼭지점 부근보다 모서리의 중심부가 강성이 약하므로, 타공부(136)의 일단(1361)이 연장되었을 때 도 6에 도시된 바와 같이, 컵부(133)가 용이하게 타공될 수 있다.
반면에, 타공부(136)의 타단(1362)은 컵부(133)의 모서리의 중심부가 아니라, 도 5에 도시된 바와 같이, 컵부(133)의 꼭지점 부근에 위치한다. 그리고, 압전소자(135)와 연결된 도선(1351)은, 타공부(136)의 타단(1362)에 연결된다. 그럼으로써, 압전소자(135)와 연결된 도선(1351)이 외부의 장애물에 의해 단선되거나 파손되는 것을 최소화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈(2)의 조립도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압전소자(135)는 전지 케이스(13)의 컵부(133)의 외면에 직접 부착되고, 타공부(136)는 전지 케이스(13)의 실링부(134)에 밀착 형성된다. 그럼으로써, 압전소자(135)는 전지 케이스(13)의 부피의 팽창에 민감하게 반응할 수 있고, 이차 전지(1)의 사이즈 및 형태를 크게 변경시키지 않으면서, 타공부(136)가 외부 마찰에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그런데 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이차 전지(1a)가 전지 모듈(2)로 조립되는 경우에는, 압전소자(135a) 및 타공부(136a)가 이차 전지(1a)의 전지 케이스(13)가 아니라, 전지 모듈(2)의 하우징(20)에 형성될 수 있다. 그럼으로써, 유연성을 가지는 파우치 형 전지 케이스(13)보다, 강성을 가지는 하우징(20)에 압전소자(135a) 및 타공부(136a)를 고정시키는 것이 더욱 용이하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈(2)은 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체(10), 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 전지 케이스(13), 상기 전지 케이스(13)에서 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 컵부(133)의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자(135a) 및, 일단(1361a)이 첨예하게 형성되며, 상기 압전소자(135a)로부터 전력이 인가되면, 상기 일단(1361a)이 상기 전지 케이스(13)를 향해 연장되어 상기 전지 케이스(13)를 타공하는 타공부(136a)를 포함하는 이차 전지(1); 및 상기 이차 전지(1)를 내부에 수용하는 하우징(20)을 포함한다.
하우징(20)은 이차 전지(1)를 내부에 수용하며, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 하우징(20)이 이차 전지(1)의 양 측에서 서로 결합됨으로써 이차 전지(1)를 수용할 수 있다. 이러한 하우징(20)은 내부에 이차 전지(1)를 하나만 수용할 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 복수의 이차 전지(1)를 수용할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전소자(135a) 및 타공부(136a)는 전지 모듈(2)의 하우징(20)의 내부에 형성된다. 특히, 압전소자(135a)는 전지 케이스(13)의 컵부(133)의 외측에 배치되나, 컵부(133)의 외면에 직접 부착되지 않고 하우징(20)의 내면에 부착된다. 다만, 하우징(20)의 내면과 전지 케이스(13)의 컵부(133)가 매우 근접하게 위치하고 있어, 전지 케이스(13)의 내부에 가스가 발생하여 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면, 압전소자(135a)는 곧바로 전력을 외부로 공급한다.
타공부(136a)는 하우징(20)의 내측 모서리를 따라 밀착 형성된다. 그리고 타공부(136a)는 가늘고 긴 와이어 형상을 가질 수 있고, 압전소자(135a)로부터 전력이 인가되면 형태가 변형되어 전지 케이스(13)를 타공한다. 이러한 타공부(136a)는 전기활성 폴리머(ElectroActive Polymers, EAP)로 제조될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈(2)의 타공부(136a)의 일단(1361a)이 연장되었을 때의 전지 모듈(2)의 조립도이다.
전지 케이스(13)의 내부에 가스가 발생하여, 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면, 압전소자(135a)는 압력을 인가받아 전력을 외부로 공급한다. 그리고, 타공부(136a)는 일단(1361a)은 첨예하게 형성되어, 압전소자(135a)로부터 전력이 인가되면, 도 8에 도시된 바와 같이, 타공부(136a)의 일단(1361a)이 전지 케이스(13)를 향해 연장되어, 전지 케이스(13)를 타공한다.
타공부(136a)는 전지 케이스(13) 중에서, 컵부(133)를 타공하는 것이 바람직하다. 그리고 타공부(136a)의 일단(1361a)은 컵부(133)의 모서리의 중심부에 위치한다. 그럼으로써, 타공부(136a)의 일단(1361a)이 연장되었을 때 컵부(133)가 용이하게 타공될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 이차 전지 2: 전지 모듈
10: 전극 조립체 11: 전극 탭
12: 전극 리드 13: 전지 케이스
14: 절연부 20: 하우징
111: 양극 탭 112: 음극 탭
121: 양극 리드 122: 음극 리드
131: 상부 케이스 132: 하부 케이스
133: 컵부 134: 실링부
135: 압전소자 136: 타공부
1331: 수용 공간 1351: 도선
1361: 타공부의 일단 1362: 타공부의 타단
10: 전극 조립체 11: 전극 탭
12: 전극 리드 13: 전지 케이스
14: 절연부 20: 하우징
111: 양극 탭 112: 음극 탭
121: 양극 리드 122: 음극 리드
131: 상부 케이스 132: 하부 케이스
133: 컵부 134: 실링부
135: 압전소자 136: 타공부
1331: 수용 공간 1351: 도선
1361: 타공부의 일단 1362: 타공부의 타단
Claims (17)
- 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스;
상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자; 및
일단이 첨예하게 형성되며, 상기 압전소자로부터 전력이 인가되면, 상기 일단이 상기 전지 케이스를 향해 연장되어 상기 전지 케이스를 타공하는 타공부를 포함하고,
상기 타공부는,
전기활성 폴리머(EAP)로 제조되는 이차 전지. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 압전소자는,
상기 컵부의 외면에 부착되는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 압전소자는,
상기 컵부의 중심부에 부착되는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 압전소자는,
상기 컵부와 형상이 서로 대응되는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 압전소자와 연결된 도선은,
상기 타공부의 타단에 연결되는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 타공부는,
상기 전지 케이스에서 상기 컵부를 타공하는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 타공부는,
상기 전지 케이스의 실링부에 밀착 형성되는, 이차 전지. - 제8항에 있어서,
상기 타공부의 타단은,
상기 전지 케이스의 꼭지점에 위치하는, 이차 전지. - 제8항에 있어서,
상기 타공부는,
상기 전지 케이스에서 주변 테두리를 따라 형성되는 실링부의 일부에 밀착 형성되는, 이차 전지. - 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스, 상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자 및, 일단이 첨예하게 형성되며, 상기 압전소자로부터 전력이 인가되면, 상기 일단이 상기 전지 케이스를 향해 연장되어 상기 전지 케이스를 타공하는 타공부를 포함하는 이차 전지; 및
상기 이차 전지를 내부에 수용하는 하우징을 포함하고,
상기 타공부는,
전기활성 폴리머(EAP)로 제조되는 전지 모듈. - 삭제
- 제11항에 있어서,
상기 압전소자는,
상기 하우징의 내면에 부착되는, 전지 모듈. - 제11항에 있어서,
상기 타공부는,
상기 하우징의 내측 모서리를 따라 밀착 형성되는, 전지 모듈. - 제11항에 있어서,
상기 타공부는,
상기 전지 케이스에서 상기 컵부를 타공하는, 전지 모듈. - 제11항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
- 제16항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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