KR20120139794A

KR20120139794A - 전지 팩

Info

Publication number: KR20120139794A
Application number: KR1020127026611A
Authority: KR
Inventors: 도모히코 요코야마; 마사토 후지카와; 아키코 유아사
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2012-12-27
Also published as: CN102859750A; US9337454B2; JP5148782B2; WO2012073432A1; CN102859750B; US20130040173A1; JPWO2012073432A1

Abstract

안전밸브를 구비한 이차전지와, 제올라이트로 대표되는 가스 흡수제 및 가스 흡수제를 밀폐 수납하는 용기를 포함하는 가스 흡수부와, 이차전지 및 가스 흡수부를 수납하는 케이스를 구비하는 전지 팩으로서, 안전밸브는, 비정상시에 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 배출하고, 용기는, 예를 들면 안전밸브와 대향하는 주면을 갖고, 가스가 배출되었을 때에는, 가스의 열 또는 압력의 작용에 의해, 적어도 용기의 주면이 파손하는 것에 의해, 용기가 개봉된다.

Description

전지 팩{BATTERY PACK}

본 발명은, 케이스내에 이차전지를 수납한 전지 팩에 관한 것으로, 특히, 전지 팩의 구조의 개량에 관한 것이다.

최근, 노트형 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화 등의 휴대용 기기의 보급에 의해, 그 전원인 전지의 수요가 높아지고 있다. 특히, 소형 또한 경량이고, 에너지 밀도가 높고, 반복 충방전이 가능한 이차전지의 수요가 높아지고 있다.

이와 같은 수요에 대해서, 이차전지의 연구 개발이 활발하게 행해지고 있다. 이차전지는, 휴대용 기기의 고기능화에 수반하여, 보다 큰 에너지를 보유하도록 되고 있으며, 그것에 비례하여, 비정상시의 발열량도 큰 것으로 되고 있다. 전지가 비정상적으로 발열하면, 전지내에서 가스가 발생하여, 전지 내압이 상승한다. 따라서, 전지에는, 내압이 소정치를 넘은 경우에 전지 외부로 가스를 배출하기 위한 안전밸브가 마련되어 있다.

이와 같은 전지를 수납하는 전지 팩의 안전성에 대해서 여러 가지 검토가 행해지고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 전지로부터 배출된 고온 가스를 냉각해서 전지 팩 외부로 배출하는 것이 제안되고 있다. 구체적으로는, 배출구멍을 갖는 케이스의 구조를 개량하는 것이 제안되고 있다. 케이스는, 전지 수납부와, 통 형상의 필터부와, 전지 수납부와 필터부를 구분하는, 통기구멍을 갖는 격벽으로 구성되어 있다. 통 형상의 필터부는, 통 형상의 소화제 충전부와, 소화제 충전부의 양단에 배치된 단열재 충전부로 구성되어 있다.

: 일본 공개특허공보 평성 4-162346호

특허문헌 1의 전지 팩에서는, 전지 수납부내의 전지가 고온 가스를 배출하면, 고온 가스는 격벽의 통기구멍 및 필터부를 통과해서 케이스 외부에 방출된다. 그러나, 전지 수납부에 충만한 고온 가스는, 그만큼 신속하게는 전지 수납부의 밖으로 배출되기 어렵다. 그 때문에, 전지 수납부내의 온도가 비정상적으로 상승하기 쉽고, 전지 수납부내에서 고온 상태가 계속되어, 전지 수납부가 손상되는 경우가 있다. 전지 수납부가 손상되면, 주변의 기기에 악영향을 미칠 가능성이 있다.

본 발명의 일국면은, 비정상시에 가스를 배출하는 안전밸브를 구비한 이차전지, 상기 가스를 흡수하는 가스 흡수부, 및 상기 이차전지 및 상기 가스 흡수부를 수납하는 케이스를 포함하고, 상기 가스 흡수부가, 가스 흡수제 및 상기 가스 흡수제를 봉입한 용기를 구비하고, 상기 용기는, 상기 이차전지가 배출하는 가스에 의해 개봉 또는 개열(開裂)하도록 구성한 전지 팩에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 비정상시에 전지로부터 배출되는 가스에 의해, 전지 팩의 케이스가 손상되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 우수한 안전성을 갖는 전지 팩을 제공할 수 있다.

본 발명의 신규 특징을 첨부의 청구의 범위에 기술하지만, 본 발명은, 구성 및 내용의 양쪽에 관한 것으로, 본원의 다른 목적 및 특징과 합쳐서, 도면을 조합한 이하의 상세한 설명에 의해 한층 더 좋게 이해될 것이다.

도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 관한 전지 팩의 뚜껑체를 떼어낸 상태를 나타내는 상면도이다.
도 2는, 원통형 이차전지의 일례인 원통형 리튬 이온 이차전지의 종단면도이다.
도 3은, 도 1의 가스 흡수부(5)의 횡단면도이다.
도 4는, 도 1의 가스 흡수부(5)의 정면도이다.
도 5는, 각형 이차전지의 일례인 각형 리튬 이온 이차전지의 일부를 절결한 부분 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 실시형태 2에 관한 전지 팩의 뚜껑체를 떼어낸 상태를 나타내는 상면도이다.
도 7은, 도 6의 개열 보조 부재(12)의 정면도이다.

본 발명은, 안전밸브를 구비한 이차전지와, 가스 흡수제 및 상기 가스 흡수제를 밀폐 수납(바람직하게는 감압 봉입 혹은 진공 봉입)하는 용기를 포함하는 가스 흡수부와, 이차전지 및 가스 흡수부를 수납하는 케이스를 구비하는 전지 팩에 관한 것이다. 여기서, 안전밸브는, 비정상시에 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 배출한다. 그리고, 가스가 배출되었을 때에, 상기 용기가 개봉되도록 되어 있다.

가스 흡수제를 밀폐 수납하는 용기는, 안전밸브와 대향하는 주면(主面)을 갖는 것이 바람직하다. 안전밸브와 대향하는 주면은, 가스의 배출 방향과 교차하기 때문에, 가스의 열 또는 압력의 영향을 받기 쉽다. 이 경우, 가스의 열 또는 압력을 이용하는 것에 의해, 적어도 상기 주면을, 용이하게 파손시킬 수 있고, 결과적으로, 용기를 개봉 또는 개열할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 형태에 있어서, 상기 주면의 적어도 일부는, 열가소성 수지를 포함하는 시트로 형성되어 있다. 이와 같은 시트는, 가스가 배출되었을 때에, 용융 또는 수축하기 쉽다. 따라서, 상기 주면을, 용이하게 파손시킬 수 있고, 용기를 개봉 또는 개열할 수 있다.

상기 주면은, 다른 부분보다도 두께가 작은 얇은 두께부를 갖고 있어도 좋다. 이와 같은 얇은 두께부는, 다른 부분에 비해서, 상대적으로 강도가 약하기 때문에, 보다 용이하게 파손시킬 수 있다.

가스 흡수제를 밀폐 수납하는 용기와, 이차전지와의 사이에는, 상기 주면을 향해 돌출하는 돌기부를 갖는 개열 보조 부재를 마련해도 좋다.

케이스 외부로의 가스의 누출이나 고온 가스에 의한 주변기기의 손상을 방지하는 관점에서는, 이차전지 및 가스 흡수부가, 케이스의 내부에 밀폐 수납되어 있는 것이 바람직하다. 이차전지의 안전밸브로부터 가스가 배출된 경우에도, 가스 흡수부의 존재에 의해, 전지 팩의 내부 압력의 상승은 억제된다.

이하 보다 구체적으로 설명한다.

리튬 이온전지 등의 이차전지에, 외부 단락 등의 이상(異常)이 발생하면, 전지가 비정상적으로 발열하고, 전지내에서 가스가 대량으로 발생하는 일이 있다. 전지내에서 가스가 대량으로 발생하면, 전지 내압이 급격하게 상승한다. 따라서, 이차전지에는, 가스를 전지 외부로 이끄는 안전밸브가 마련되어 있다. 안전밸브는, 전지 내압이 소정치를 넘으면 열리고, 전지 외부로 가스가 배출된다. 배출되는 가스는, 비교적 고온인 것이 많고, 가연성 성분을 포함하는 것이 많다.

이차전지의 형상은, 예를 들면 원통형 또는 각형이지만, 전지의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 시트형상의 발전요소(發電要素)와, 이것을 수납하는 플렉시블한 시트로 형성된 케이스를 구비하는 편평한 전지여도 좋다. 안전밸브는, 원통형 및 각형의 전지에서는, 일반적으로 원기둥형상 및 사각기둥형상의 전지의 한쪽의 단면에 마련되어 있다. 안전밸브의 구조는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 가스를 배출하기 위한 구멍과 이것을 막는 밸브를 구비한다.

본 발명의 전지 팩은, 그 케이스내에, 가스 흡수부를 갖는다. 가스 흡수부는, 전지로부터 배출되는 가스를 흡수하는 가스 흡수제와, 가스 흡수제를 봉입하는 용기를 구비한다. 평상시에는, 가스 흡수제는 용기내에 밀폐 수납(hermetically enclosed)(바람직하게는 감압 봉입 혹은 진공 봉입(pressure reducing or vacuum-sealed))되어 있다. 그 때문에, 전지 팩을 장기간 보존한 경우라도, 가스 흡수제가 가스와 접촉하거나, 가스 흡수능이 열화하거나 하는 일은 없다. 한편, 안전밸브가 열리는 비정상시에는, 전지로부터 배출되는 가스에 의해, 용기가 개봉함으로써, 가스 흡수제와 가스가 접촉한다. 이 때문에, 우수한 가스 흡수능이 발휘된다.

가스 흡수부의 존재에 의해, 비정상시에 전지로부터 고온 가스가 배출된 경우라도, 가스가 신속하게 가스 흡수제에 흡수된다. 그 때문에, 고온 가스에 의해 케이스내의 온도가 대폭으로 상승하는 것이 억제되고, 전지로부터 배출된 고온 가스에 의해 케이스가 손상되는 것도 억제된다. 또, 케이스가 손상되어 주변의 기기로 악영향을 미치는 일도 없다. 따라서, 전지 팩의 안전성이 향상된다.

가스 흡수부의 용기는, 이차전지가 가스를 배출했을 때에 개봉하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 용기는 고온 가스와 접촉하는 것에 의해 개봉된다. 이 경우, 용기의 표면의 적어도 일부를, 케이스내에서 노출시키는 것이 바람직하다. 또, 가스가 배출되었을 때에 용기를 신속하게 개봉시키기 위해서는, 안전밸브로부터 배출되는 가스의 온도 부근(예를 들면 100?700℃의 온도)에 달하면 용융 또는 열수축하는 재료에 의해 용기를 형성하는 것이 바람직하다. 또, 전지가 발열하고 있는 경우라도, 고온 가스를 배출하지 않는 시점에서는 용기가 개봉되지 않도록, 가스 흡수부와 전지가 서로 접촉하고 있지 않는 것이 바람직하다.

가스 흡수부는, 용기가 개봉된 상태로, 가스 흡수제가 고온 가스를 효율 좋게 흡수할 수 있도록 케이스내에 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 가스 흡수부의 용기의 주면이, 전지의 안전밸브에 대향하도록, 가스 흡수부를 배치하는 것이 바람직하다. 일단면에 마련된 안전밸브로부터 고온 가스를 배출하는 원통형 전지 및 각형 전지의 경우, 가스 흡수부의 용기의 주면은, 전지의 상기 일단면과 대향시켜서 배치하는 것이 바람직하다.

전지 팩의 외부로 고온 가스가 누출되는 일이 없도록, 케이스 내부는 밀폐 상태로 하는 것이 바람직하다. 종래, 케이스에는, 전지로부터 배출된 고온 가스를 케이스 외부로 배출하기 위한 배출구멍이 형성되어 있지만, 본 발명에서는, 케이스내에 배치한 가스 흡수부가 고온 가스를 흡수하기 때문에, 케이스에 배출구멍을 형성할 필요가 없다. 따라서, 케이스를 밀폐 상태로 할 수 있고, 케이스 외부로 고온 가스가 누출되는 것이 억제된다. 또, 고온 가스에 의해 주변기기가 손상되는 일도 없다.

케이스내에 수납되는 이차전지의 수는, 1개여도 좋고, 복수개여도 좋다. 케이스내에 복수개의 전지를 수납하는 경우, 비정상시에는, 서로 이웃하는 전지의 한쪽이 고온 가스를 배출하는 것도 상정된다. 이와 같은 경우라도, 가스 흡수부가 신속하게 고온 가스를 흡수하는 것에 의해, 다른쪽의 전지로의 고온 가스의 영향을 경감할 수 있다. 따라서, 다른쪽의 전지의 손상을 회피할 수 있다.

케이스내에 복수개의 전지를 수납하는 경우, 예를 들면, 서로 이웃하는 전지의 측면끼리가 서로 마주보도록 나열된다. 복수개의 전지는, 그 축방향을 평행으로 하고, 동일 방향으로 가로 일렬로 배치되는 것이 바람직하다. 복수개의 전지를 이와 같이 배치하는 것으로, 복수개의 전지의 배기구멍을 갖는 단면과 일괄해서 대향하도록, 1개의 가스 흡수부를 배치할 수 있다. 비정상시에, 1개의 전지가 발열한 경우, 다른 전지에 그 열이 전해지지 않도록 하기 위해서는, 서로 이웃하는 전지를 서로 떨어뜨려서 배치하거나, 서로 이웃하는 전지의 사이를 서로 격리하는 격리판을 설치하는 것이 바람직하다. 격리판에는 단열성이 우수한 재료가 이용된다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 실시형태에 의해 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서, 적절히 변경해서 실시할 수 있다.

(실시형태 1)

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 전지 팩(1)은, 원통형 이차전지인 전지(3,4), 및 전지(3,4)를 수납하는 수지제의 케이스(2)를 구비한다. 이차전지(3,4)의 한쪽의 단면(3a,4a)(양극 단자를 갖는 단면)측에 마련된 밀봉판은, 전지 내압이 소정치를 넘으면 가스를 배출하도록 설계된, 도시하지 않는 안전밸브를 갖고 있다.

원통형 이차전지(3,4)로서는, 예를 들면, 도 2에 도시하는 원통형 리튬 이온 이차전지(20)가 이용된다. 도 2에 도시하는 이차전지(20)에서는, 바닥이 있는 원통 형상의 전지 케이스(21)내에, 양극(25)과 음극(26)을, 양극(兩極) 사이에 세퍼레이터(27)를 개재시켜서 권회(捲回)한 전극군이 수납되어 있다. 전극군의 권회축에 수직인 단면의 형상은 대략 원형이다. 전극군은 비수 전해질을 포함한다. 전극군의 상부 및 하부에는, 각각 절연 링(28a 및 28b)이 배치되어 있다. 음극(26)은, 음극 리드(26a)를 통하여 전지 케이스(21)와 전기적으로 접속되어 있다. 전지 케이스 (21)의 개구에는, 개스킷(23)을 통하여 밀봉판이 배치되어 있다.

다음에, 안전밸브를 구비하는 밀봉판의 구조에 대해서 설명한다.

밀봉판은, 캡 형상의 양극 단자판(22), 양극 단자판(22)의 날밑부와 접하는 금속 박판(30), 및 금속 박판(30)과 중앙에서 접하는 돌출부 및 돌출부의 주위에 형성된 구멍(32a)을 갖는 금속제의 중판(32)을 구비한다. 금속 박판(30)의 둘레가장자리부와 중판(32)의 둘레가장자리부와의 사이에는, 절연판(31)이 배치되어 있다. 중판(32)은, 중앙에 구멍(33a)을 갖는 금속제의 하판(33), 및 하판(33)의 하면에 접속된 양극 리드(25a)를 통하여, 양극(25)과 전기적으로 접속되어 있다. 양극 단자판(22)과 금속 박판(30)과의 사이에는, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자를 마련해도 좋다. PTC 소자는, 소정의 온도에 달하면, 급격하게 저항이 증대하고, 전류를 차단하는 성질을 갖는다. 양극 단자판(22)이, 단면 (3a,4a)을 구성한다.

여기서, 전지내에서 다량의 가스가 발생하여, 전지 내압이 상승하면, 금속 박판(30)은 상방으로 밀어 올려져 변형한다. 전지 내압이 소정치를 넘으면 금속 박판(30)이 파단(破斷)되고, 가스는 그곳으로부터 양극 단자판(22)의 배기구멍(22a)을 지나 전지 외부로 배출된다. 즉, 중판(32)의 구멍(32a)과, 이것을 막는 금속 박막(30)은, 비정상시에 가스를 배출하는 안전밸브로서 기능한다.

케이스(2)내에는, 전지(3,4)의 단면(3a,4a)과 대향하는(즉 안전밸브와 대향하는) 시트형상의 가스 흡수부(5)가 배치되어 있다. 가스 흡수부(5)는, 케이스(2)의 내측면을 따라 배치되어 있다. 도시하지 않지만, 전지 팩(1)은, 전지(3)와 전지 (4)와의 사이를 전기적으로 접속하는 부재, 및 전지 팩(1)의 외부로 전기를 꺼내기 위한 단자부를 구비한다.

전지(3,4)는, 축방향을 평행으로 하여 가로 일렬로 배치되어 있다. 다만, 전지(3,4)의 측면은, 서로 떨어져 있고, 서로 이웃하는 전지의 한쪽이 비정상시에 발열한 경우라도, 다른쪽의 전지에 그 열이 전해지기 어렵게 되어 있다. 케이스내의 스페이스 효율의 관점으로부터, 서로 이웃하는 전지간의 거리(도 1의 경우, 측면간의 거리)는, 2㎜ 이하인 것이 바람직하다.

케이스(2)는, 바닥이 얕은 바닥이 있는 각통 형상의 케이스 본체, 및 케이스 본체의 개구를 덮는 사각판 형상의 뚜껑체로 이루어진다. 케이스 본체의 안 바닥면에는, 케이스(2)내에서 전지(3,4)를 고정하기 위해서, 전지(3,4)의 측면에 대응하는 오목부를 마련해도 좋다. 케이스 본체와 뚜껑체는, 열용착 등에 의해 일체화해도 좋다. 케이스 본체 및 뚜껑체에, 가스를 케이스의 외부에 방출하기 위한 배기구멍을 형성할 필요는 없다. 즉, 케이스(2)의 내부는 밀폐 상태로 해도 좋다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 시트형상의 가스 흡수부(5)는, 가스 흡수제(6), 및 가스 흡수제(6)를 봉입하는 용기(7)로 이루어진다. 케이스내의 스페이스 효율 및 가스 흡수능의 관점으로부터, 가스 흡수부의 두께는, 예를 들면 0.5?5㎜인 것이 바람직하다. 용기(7)를 용융 또는 열수축에 의해 개봉시키는 경우, 고온 가스의 온도(예를 들면 100?700℃의 온도)에서 용융 또는 열수축하는 재료로 용기(7)를 형성하는 것이 바람직하다.

용기(7)의 재료로서는, 예를 들면, 열가소성 수지를 포함하는 시트가 바람직하다. 이러한 시트로서는, 특히, 금속박(알루미늄박 등) 및 금속박을 끼우는 열가소성 수지 필름을 구비하는 래미네이트 필름이, 가스 배리어성이 우수한 점 등으로 바람직하다. 열가소성 수지 필름에는, 예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드가 이용된다. 용기로서의 강도 및 용기의 개봉에 대한 신뢰성의 관점으로부터, 래미네이트 필름의 두께는, 80?120㎛가 바람직하다.

열가소성 수지를 포함하는 시트는, 금속박을 갖지 않는 열가소성 수지 필름이어도 좋다. 이와 같은 열가소성 수지 필름에도, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드를 이용할 수 있다. 금속박을 갖지 않는 열가소성 수지 필름의 두께는, 25?100㎛가 바람직하다.

용기 전체가, 열가소성 수지를 포함하는 시트로 형성되고 있어도 좋지만, 용기의 일부만을 이러한 시트로 형성해도 좋다. 예를 들면, 용기 중, 이차전지의 안전밸브와 대향하는 주면의 적어도 일부를, 열가소성 수지를 포함하는 시트로 형성해도 좋다. 이 경우, 용기의 잔부(殘部)는, 시트와 같이 플렉시블한 재료일 필요는 없고, 예를 들면 판재라도 좋다.

가스 흡수제는, 전지로부터 배출되는 CO, CO₂ 등의 가스를 흡수한다. 가스 흡수제에는, 예를 들면, 제올라이트가 이용되지만, 특별히 한정되지 않는다. 제올라이트는, 결정 구조에 의해, A형 제올라이트, L형 제올라이트, β형 제올라이트, MFI형 제올라이트, 포우저사이트(faujasite)형 제올라이트 등으로 분류된다. 이들 중에서도, 가스 흡수능이 우수한 점으로부터, MFI형 제올라이트가 바람직하다. MFI형 제올라이트로서는, 예를 들면, ZSM-5형 제올라이트, ZSM-11형 제올라이트를 들 수 있다. 이들 중에서도, 고온 가스의 흡수능이 우수한 ZSM-5형 제올라이트가 보다 바람직하다.

도 3 및 4에 도시하는 바와 같이, 용기(7)는, 고온 가스가 내뿜어지기만 하는 주면(7a)의 중앙부에 있어서, 다른 부분 보다 재료의 두께를 작게 한 얇은 두께부(8)를 가진다. 전지의 단면으로부터 배출된 고온 가스가 신속하게 얇은 두께부 (8)에 달하면, 용기(7)는 얇은 두께부로부터 개봉된다. 얇은 두께부(8)로부터 용기 (7)가 개봉되기 시작하기 때문에, 개봉하는 개소를 제어하기 쉬워지게 된다.

용기의 강도 및 개봉에 대한 신뢰성의 관점으로부터, 용기의 얇은 두께부 이외의 부분의 두께 T₁에 대한 용기의 얇은 두께부의 두께 T₂의 비：T₂/T₁은, 바람직하게는 0.25?0.5이며, 보다 바람직하게는 0.25?0.35이다. 동일한 관점으로부터, 얇은 두께부의 두께는, 20?50㎛가 바람직하다. 얇은 두께부를 마련하는 경우, 얇은 두께부 이외의 부분의 두께는, 80?120㎛가 바람직하다. 또, 용기의 개봉에 대한 신뢰성의 관점으로부터, 얇은 두께부(8)의 영역의 크기는, (5?40㎜)×(5?40㎜)의 직사각형과 동일한 정도의 면적을 갖는 것이 바람직하다.

본 실시형태에서는, 가스 흡수부에 있어서의 고온 가스가 내뿜어지는 주면의 중앙부에, 얇은 두께부를 1개소만 마련했지만, 얇은 두께부를 마련하는 개소 및 그 수는 이것으로 한정되지 않는다. 고온 가스가 내뿜어지는 가스 흡수부의 한쪽의 주면에 1개소 이상 마련하면 좋다. 예를 들면, 전지(3,4)의 단면(3a,4a)의 정면에, 각각 얇은 두께부를 마련해도 좋다. 또, 용기 전체를 얇은 두께부에서 구성해도 좋다.

전지 팩(1)에 있어서, 전지(3)가 비정상시에 단면(3a)으로부터 고온 가스를 배출하면, 그 열에 의해 가스 흡수부(5)가 뜨거워지고, 얇은 두께부(8)가 용융 또는 열수축하는 것에 의해, 용기(7)가 개봉된다. 용기의 개봉에 의해, 가스 흡수제는 고온 가스와 접촉 가능하게 되고, 가스 흡수제가 고온 가스를 흡수한다. 따라서, 케이스내에 고온 가스가 충만하고, 케이스내의 온도가 급격하게 상승하는 것이 억제된다. 또, 케이스내에 충만한 고온 가스에 의해, 케이스가 손상되는 일이 없다. 게다가, 케이스가 밀폐되어 있는 경우, 고온 가스가 전지 팩의 외부로 누출하는 것도 억제된다.

전지 팩은, 예를 들면, (A) 케이스를 준비하는 공정과, (B) 가스 흡수제를 용기내에 밀폐 봉입(진공 봉입을 포함한다)하고, 가스 흡수부를 얻는 공정과, (C) 가스 흡수부 및 이차전지를, 케이스내에 수납하는 공정에 의해 제조된다.

공정(A)에서는, 예를 들면, 케이스는, 수지 성형에 의해 얻어진다. 케이스의 성형에 이용되는 수지 재료에는, UL-94 규격의 V-0 이상의 난연성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 「노트형 PC에 있어서의 리튬 이온 이차전지의 안전 이용에 관한 안내서」((사)전자정보기술산업협회, (사)전지공업회)에서는, 케이스의 수지 재료에 상기의 난연성 수지를 이용하는 것이 추천되고 있다. 케이스의 구성 재료에는, 난연화 처리된 고분자 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 그와 같은 고분자 재료로서는, 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등에 난연화 처리를 실시한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 공정(A)에서는, 예를 들면, 바닥이 있는 각통 형상의 케이스 본체와, 그 개구를 막는 사각판 형상의 뚜껑체를 준비한다.

공정(B)에서는, 예를 들면, 주머니 형상의 알루미늄래미네이트 필름의 개구부로부터 ZSM-5형 제올라이트를 충전한 후, 주머니 안을 감압하면서 개구부를 열용착에 의해 닫는다. 알루미늄래미네이트 필름에 얇은 두께부를 형성하는 경우는, 예를 들면, 얇은 두께부에 대응하는 소정 영역을 미리 얇게 형성한 알루미늄박을 준비하고, 그 양면에 열가소성 수지 필름을 밀착시키면 좋다. 알루미늄박에 얇은 두께부를 형성하기에는, 소정 형상의 압자(壓子)를 알루미늄박에 누르면 좋다. 또, 알루미늄래미네이트 필름을 제작한 후에, 얇은 두께부에 대응하는 소정 영역에 소정 형상의 압자를 누르고, 알루미늄래미네이트 필름에 얇은 두께부를 형성해도 좋다.

공정(C)에서는, 예를 들면, 바닥이 있는 각통 형상의 케이스 본체에, 전지 및 가스 흡수부를 수납한 후, 케이스 본체의 개구단부에, 사각판 형상의 뚜껑체의 둘레가장자리부를 재치하고, 그 접합부를 열용착한다. 이와 같이 하여, 케이스내에 전지 및 가스 흡수부를 수납할 수 있다. 케이스에 가스 흡수부를 고정하는 방법으로서는, 예를 들면, 가스 흡수부를, 접착제 등으로 케이스 본체의 내면에 붙여도 좋다. 또, 케이스 본체의 내면에 가스 흡수부의 둘레가장자리 단부와 끼워맞추게 하기 위한 홈을 형성해도 좋다.

한편, 도시하지 않지만, 전지(3,4)의 양극 단자에는, 전지간을 전기적으로 접속하는 부재가 배치된다. 즉, 가스 흡수부(5)와 전지(3,4)와의 사이에는, 전지간의 접속부제가 배치된다. 이러한 접속 부재는, 용기의 신속한 개봉 및 신속한 가스 흡수가 저해되지 않도록, 얇은 두께부(8)가 가능한 한 덮이지 않도록 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 띠 형상의 리드 부재를, 얇은 두께부(8)를 덮지 않도록, 케이스(2)의 바닥부로부터 전지(3,4)의 단면(3a,4a)에 따라 상방으로 연장되도록, 각각 설치하면 좋다.

본 실시형태에서는, 원통형 이차전지를 이용했지만, 각형 이차전지를 이용하여도 좋다. 각형 이차전지로서는, 예를 들면, 도 5에 도시하는 바와 같은 각형 리튬 이온 이차전지(40)를 들 수 있다. 도 5에 도시하는 이차전지에서는, 바닥이 있는 각통 형상의 전지 케이스(42)내에, 전극군(41)이 수납되어 있다. 전극군(41)은, 양극과 음극을, 양극의 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 권회하는 것에 의해 구성되어 있고, 그 권회축에 수직인 단면의 형상은 대략 타원형이다. 전극군(41)에는 비수 전해질이 함침되어 있다. 전지 케이스(42)의 개구에, 대략 직사각형의 밀봉판 (45)이 배치되어 있다. 밀봉판(45)은, 그 중앙부의 구멍에 절연 개스킷(48)을 통하여 삽입된 음극 단자(46), 주액 구멍을 막는 봉전(封栓)(49), 및 배기구멍을 막는 금속 박판으로 이루어지는 안전밸브(50)를 구비한다. 양극으로부터 연장되는 양극 리드(43)는, 밀봉판(45)의 하면에 접속되어 있다. 음극으로부터 연장되는 음극 리드(44)는, 음극 단자(46)에 접속되고 있다. 양극 리드(43) 또는 음극 리드(44)와 전지캔(42)이 전기적으로 접촉하는 것을 막기 위한 절연체(47)가, 전극군(41)의 상부에 배치되어 있다.

전지내에서 다량의 가스가 발생하고, 전지 내압이 소정치를 넘으면, 안전밸브(50)가 파단하고, 전지 내부의 가스가 배기구멍으로부터 전지 외부로 배출된다. 이 경우, 얇은 두께부(8)를 갖는 용기(7)의 주면(7a)이, 밀봉판(45)에 의해 구성되는 각형 전지(40)의 단면(40a)에 대향하도록, 가스 흡수부(5)를 배치하면 좋다.

(실시형태 2)

도 6 및 7에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 전지 팩(11)은, 전지(3,4)와, 가스 흡수부(5)와의 사이에, 전지로부터 고온 가스가 배출되었을 때에 용기를 신속하게 개봉시키기 위한 개열 보조 부재(12)가 배치되어 있다. 이것 이외는, 실시형태 1과 동일하다.

개열 보조 부재(12)는, 금속 등에서 형성된 판재(13)와, 판재(13)의 한쪽의 주면의 중앙에 있어서, 얇은 두께부(8)로 향해서 돌출하는, 예를 들면 원추 형상의 돌기부(14)를 가진다. 돌기부(14)는, 예를 들면, 용접에 의해 판재(13)에 고정된다.

전지가 가스를 배출했을 때에, 개열 보조 부재(12)가 가스 흡수부(5)측으로 이동 가능한 것 같이, 개열 보조 부재(12)는, 전지(3,4)와, 가스 흡수부(5)와의 사이의 스페이스에 고정되지 않고 배치되어 있다. 전지(3,4)와, 가스 흡수부(5)와의 사이에는, 판재(13)의 두께 및 돌기부(14)의 높이를 합계한 치수보다도 큰 스페이스가 마련되어 있다. 평상시에 진동 등에 의해 돌기부의 선단이 얇은 두께부에 접촉해도, 그 힘은, 전지가 고온 가스를 배출했을 때에 돌기부의 선단이 얇은 두께부를 누르는 힘보다도 충분히 작다. 얇은 두께부의 두께를, 예를 들면 30㎛ 이상으로 해 두면, 평상시에는, 진동 등에 의해 돌기부가 실수로 얇은 두께부를 관통하는 일은 없다.

개열 보조 부재(12)를 이용하는 경우, 얇은 두께부의 강도 및 개봉에 대한 신뢰성의 관점으로부터, 용기의 재료는 알루미늄래미네이트 필름인 것이 바람직하다. 케이스내의 스페이스 효율 및 강도의 관점으로부터, 판재(13)의 두께는 0.5?2㎜가 바람직하다. 강도 및 가공성의 관점으로부터, 판재(13)는, 스테인리스 강판으로 형성하는 것이 바람직하다. 케이스내의 스페이스 효율 및 용기의 개봉에 대한 신뢰성의 관점으로부터, 돌기부(14)는, 바닥면 지름 0.5?2㎜ 및 높이 0.5?2㎜를 갖는 것이 바람직하다.

고온 가스가, 가스 흡수부와 접촉하기 쉽도록, 판재(13)의 전지의 단면(3a 및 3b)의 정면과 대향하지 않는 영역에는, 절결부가 마련되어 있다. 구체적으로는, 판재(13)의 4개의 우각부(隅角部) 및 돌기부의 상하부에는, 절결부가 마련되어 있다. 판재(13)의 돌기부를 갖지 않는 다른쪽의 면에는, 필요에 따라, 절연판을 붙여도 좋다.

안전밸브가 열린 직후는, 전지 내압이 매우 높기 때문에, 고온 가스가 전지로부터 힘차게 분출하고, 그 압력에 의해, 개열 보조 부재(12)가 가스 흡수부(5)에 눌려진다. 그리고, 돌기부(14)가 얇은 두께부를 관통하고, 관통한 개소를 기점으로 하여 용기가 개열하기 시작한다. 그 다음은, 고온 가스의 열에 의해, 더 개열이 확대된다. 개열 보조 부재(12)가 가스 흡수부(5)를 누르는 것은 안전밸브가 열린 순간뿐이고, 매우 단시간이다. 그 후는, 고온 가스가 배출되는 기세는 감소하고, 개열 보조 부재(12)가 가스 흡수부(5)를 누르는 일은 없다. 그 때문에, 가스 흡수제는 신속하게 고온 가스를 흡수할 수 있다.

한편, 전지(3,4)를 전기적으로 병렬로 접속하는 경우에는, 판재(13)를 금속판에서 형성하고, 이것을 전지(3,4)의 양극 단자끼리를 전기적으로 접속하기 위한 부재로서 이용해도 좋다.

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되지 않는다.

《실시예 1》

실시형태 1에 관한 전지 팩을 제작하였다.

이차전지(3,4)에는, 원통형의 리튬 이온 이차전지(직경 18㎜, 높이 65㎜, 용량 2600mAh)를 이용하였다. 케이스(2)에는, 폴리카보네이트(PC)제의 케이스(길이 70㎜, 폭 41㎜, 높이 21㎜)를 이용하였다.

가스 흡수부(5)에는, 두께 100㎛의 알루미늄래미네이트 필름(쇼와덴코패키징 (주) 제품, 스탠다드 5)으로, ZSM-5형 제올라이트(제올리스트인터내셔널사 제품, CBV3024E)를 진공포장한 시트형상의 가스 흡수부(폭 40㎜, 높이 20㎜, 두께 1㎜, 중량 1.2g)를 이용하였다.

이때, 가스 흡수부의 이차전지와 대향하는 주면에 있어서의 중앙부의 소정 영역(폭 10㎜, 높이 10㎜)에, 알루미늄래미네이트 필름의 두께를 30㎛로 얇게 한 얇은 두께부(8)를 마련하였다. 얇은 두께부(8)는, 알루미늄래미네이트 필름에 소정 형상의 압자를 누르는 것에 의해 형성하였다. 케이스의 케이스 본체에, 가스 흡수부 및 이차전지를 수납한 후, 케이스 본체의 개구에 뚜껑체를 장착하였다. 다만, 후술하는 평가 시험을 위해서, 케이스 본체와 뚜껑체의 열용착은 행하지 않았다.

《실시예 2》

실시형태 2에 관한 전지 팩을 제작하였다.

이차전지(3,4), 케이스(2), 가스 흡수부(5)에는, 실시예 1과 동일한 것을 이용하였다. 개열 보조 부재(12)에는, 원추 형상의 돌기부(14)(바닥면 지름 2㎜, 높이 2㎜)를 갖는, 스테인리스강제의 금속판(13)(폭 40㎜, 높이 20㎜, 두께 1㎜)을 이용하였다. 상기 이외는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 전지 팩을 제작하였다.

《비교예 1》

케이스내에 가스 흡수부를 배치하지 않은 것 이외, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 전지 팩을 제작하였다.

［평가］

실시예 1 및 2 및 비교예 1의 전지 팩에 대해, 25℃ 환경하에서, 전지(3)를 외부 단락시켰다. 이때, 케이스 내부의 온도를, 열전대를 이용하여 모니터링하고, 최고 온도를 측정하였다. 열전대는, 전지(3)의 측면과 대향하는 케이스의 내측면에 배치하였다. 케이스 본체 및 뚜껑체를 고정하기 위해서, 편의적으로, 전지 팩의 주위에 구속 부재를 설치하였다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

	최고온도
실시예 1	26℃
실시예 2	28℃
비교예 1	93℃

표 1에 표시하는 바와 같이, 실시예 1 및 2의 전지 팩에서는, 케이스내의 가스 흡수부에 의해 전지(3)로부터 배출된 고온 가스가 신속하게 흡수되었기 때문에, 비교예 1의 전지 팩에 비해, 케이스내의 온도 상승이 대폭으로 억제되어, 우수한 안전성을 얻을 수 있었다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 전자 팩은, 비정상시에, 전지가 배출한 고온 가스가 전지 팩 외부에 누출하는 일이 없기 때문에, 휴대 전화 등의 소형기기용이나 전기자동차 등의 구동용의 전원으로서 적합하게 이용된다.

본 발명을 현시점에서의 바람직한 실시형태에 관해서 설명했지만, 그와 같은 개시를 한정적으로 해석해서는 안된다. 여러 가지의 변형 및 개변은, 상기 개시를 읽는 것에 의해서 본 발명에 속하는 기술 분야에 있어서의 당업자에게는 틀림없이 명백하게 될 것이다. 따라서, 첨부의 청구의 범위는, 본 발명의 진정한 정신 및 범위로부터 일탈하는 일 없이, 모든 변형 및 개변을 포함한다,라고 해석되어야 할 것이다.

1 : 전지 팩
2 : 케이스
3,4 : 전지
3a,4a : 단면
5 : 가스 흡수부
6 : 가스 흡수제
7 : 용기
7a : 주면
8 : 얇은 두께부
11 : 전지 팩
12 : 개열 보조 부재
13 : 판재, 금속판
14 : 돌기부
20 : 리튬 이온 이차전지
21 : 전지 케이스
22 : 양극 단자판
22a : 배기구멍
23 : 개스킷
25 : 양극
25a : 양극 리드
26 : 음극
26a : 음극 리드
27 : 세퍼레이터
28a,28b : 절연 링
30 : 금속 박판, 금속 박막
31 : 절연판
32 : 금속제의 중판
32a : 구멍
33 : 금속제의 하판
33a : 구멍
40 : 각형 리튬 이온 이차전지, 각형 전지
40a : 단면
41 : 전극군
42 : 전지 케이스, 전지 캔
43 : 양극 리드
44 : 음극 리드
45 : 밀봉판
46 : 음극 단자
47 : 절연체
48 : 절연 개스킷
49 : 봉전
50 : 안전밸브

Claims

안전밸브를 구비한 이차전지와,
가스 흡수제 및 상기 가스 흡수제를 밀폐 수납하는 용기를 포함하는 가스 흡수부와,
상기 이차전지 및 상기 가스 흡수부를 수납하는 케이스를 구비하고,
상기 안전밸브는, 비정상시에 상기 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 배출하고, 상기 가스가 배출되었을 때에, 상기 용기가 개봉되는, 전지 팩.
제 1 항에 있어서,
상기 용기는, 상기 안전밸브와 대향하는 주면을 갖고, 상기 가스의 열 또는 압력에 의해, 적어도 상기 주면이 파손하는 것에 의해, 상기 용기가 개봉되는, 전지 팩.
제 2 항에 있어서,
상기 주면의 적어도 일부가 열가소성 수지를 포함하는 시트로 형성되어 있고, 상기 가스가 배출되었을 때에, 상기 시트가, 용융 또는 수축하는, 전지 팩.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 주면은, 다른 부분보다도 두께가 작은 얇은 두께부를 갖는, 전지 팩.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
게다가, 상기 용기와 상기 이차전지와의 사이에, 상기 주면을 향해 돌출하는 돌기부를 갖는 개열 보조 부재를 갖는, 전지 팩.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 흡수제가, 제올라이트인, 전지 팩.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이차전지 및 상기 가스 흡수부가, 상기 케이스의 내부에 밀폐 수납되어 있는, 전지 팩.