KR20140147546A - 안전성이 향상된 전지팩 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안전성이 향상된 전지팩에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 둘 이상의 파우치형 이차전지로 이루어진 전지팩에 있어서 각각의 이차전지의 파우치에서 형성된 가스를 배출하기 위해 상기 파우치에 가스 배출 파이프를 연결하여 파우치 파열 및 전지팩의 내부 오염이 방지되도록 함으로써 안정성을 향상시킨 전지팩 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 안전성이 향상된 전지팩에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 둘 이상의 파우치형 이차전지(pouch secondary cell)로 이루어진 전지팩에 있어서 각각의 이차전지 파우치 내부에 형성된 가스를 배출하기 위해 상기 파우치에 가스 배출 파이프를 연결하여 파우치 파열 및 전지팩의 내부 오염이 방지되도록 함으로써 안정성을 향상시킨 전지팩 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 고용량 및 고에너지 밀도의 중대형 전지 개발을 위해 양극재로서 망간을 함유한 활물질, 특히 Mn-rich 활물질을 사용하고, 그 활용이 증가하는 추세이다. 상기 활물질은 활성화를 위해 통상 전지를 4.6V 까지 충전시키는데, 이 때 전극 자체에서의 산소 탈리 및 고전압에서의 전해액과 부반응에 의한 CO, CO2 등의 가스가 대량으로 발생한다. 이는 활성화 단계에서 특히 심하며, 사이클 진행시에도 가스 발생이 다른 활물질을 사용하는 전지에 비해 월등히 많다. 기존의 파우치형 전지에서는 가스 포켓(gas pocket)을 사용하면 발생 가스를 충분히 가두어둘 수 있었으나, Mn-rich와 같은 망간계 양극 활물질을 사용하는 파우치형 전지에서는 가스가 대량으로 발생하기 때문에 가스 포켓만으로는 수용 공간이 부족한 문제점이 있다. 이 때문에, 폴디드 전지(folded cell)가 뒤틀어지는 등의 전지 안전성 저하 문제점이 발생한다. 이러한 문제는 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 전원으로서 사용되기 때문에, 장기간의 수명이 요구되고 다수의 전지 셀들이 밀집되는 특성상 안전성 확보가 매우 중요한 중대형 전지팩의 경우에 더욱 심각한데, 중대형 전지를 모아 전지팩을 구성하는 경우에는 가스 제거를 적절하게 하지 않으면 폭발로 이어지기 때문이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 내부 가스의 압력이 일정 이상이 되면 파우치 실링부가 파열되도록 하는 기술도 제시되었으나, 이러한 파우치 셀은 제작 방법이 복잡한 문제가 있다.
또한, 전지팩에 소정의 장치를 장착시켜 가스를 배출하는 기술도 검토되었으나, 상기 장치를 장착시키는 방법이 복잡하다는 문제가 있거나 또는 전지팩을 오염시키지 않고 가스를 배출시키기 어려운 문제가 여전히 존재하였다. 특히, 공기순환의 냉각 방식을 갖는 경우에는 전지팩 내부가 가스로 오염되어 전지 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 전지의 사용에 따라 발생하는 가스 또는 예기치 못하게 발생하는 고압 가스로 인해 전지 셀이 발화 내지 폭발하는 것을 미연에 방지하여 전지의 수명 및 안전성을 확보할 수 있는 기술이 여전히 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 전지팩을 구성하는 각각의 이차전지로부터 발생한 가스가 전지팩 외부로 배출되도록 하는 전지팩 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 둘 이상의 파우치형 이차전지로 이루어진 전지팩에 있어서, 상기 이차전지의 파우치 각각에 가스 배출 파이프가 연결되어 있으며, 상기 가스 배출 파이프는 이들 파이프에서 포집된 가스를 이송하기 위한 하나의 통합 파이프로 연결되며, 상기 통합 파이프는 전지팩 외부로 연결되는 분지 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩이 제공된다.
상기 파우치형 이차전지는 리튬이차전지일 수 있다.
상기 리튬이차전지는 망간계 양극 활물질을 포함할 수 있다.
상기 가스 배출 파이프와 통합 파이프는 각각에 형성된 요철부에서 맞물려 연결되어 있을 수 있다.
상기 분지 파이프에는 감압 개폐 밸브가 설치되어 있을 수 있다.
상기 전지팩은 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV); 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV); 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 또는 전기 상용차의 전원으로 사용되는 중대형 전지팩일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 둘 이상의 파우치형 이차전지로 이루어진 전지팩의 제조방법에 있어서, 상기 이차전지를 파우치로 밀봉하는 단계에서 가스 배출 파이프를 설치하는 단계와 상기 가스 배출 파이프에 통합 파이프를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법이 제공된다.
상기 가스 배출 파이프 및 통합 파이프는 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱 또는 금속으로 제조될 수 있다.
상기 가스 배출 파이프와 통합 파이프를 각각에 형성된 요철부에서 맞물려 연결시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 파우치 내의 가스 전부가 전지팩 외부로 배출되므로 전지팩 내부 오염으로 인한 전지 성능 저하가 발생되지 않게 된다.
또한, 내부 가스에 의해 파우치가 파열되는 일이 없으므로, 전지 수명을 향상시킬 수 있는 이점도 있다.
또한, 본 발명에서는 전지 파우치 내에 파이프가 설치되어 전지팩 외부까지 연결되어 있는 중대형 전지팩의 제조방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 중대형 전지팩의 일 양태를 개략적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 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.
본 발명의 일 양태에 따르면, 둘 이상의 파우치형 이차전지로 이루어진 전지팩에 있어서, 상기 이차전지의 파우치에 파이프 연결구가 형성되어 있으며, 상기 파이프 연결구가 가스 배출 파이프가 연결되어 있고, 상기 파이프 연결구 파이프는 하나의 통합 파이프로 연결되어 전지팩 구멍을 통해 외부로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩이 제공된다.
본 발명의 전지팩은 둘 이상의 파우치형 이차전지를 포함한다. 파우치형 이차전지는 바람직하게는 리튬이차전지일 수 있다. 상기 리튬이차전지는 당업계에서 통상적으로 사용되는 양극, 음극, 분리막을 포함하는 전극 조립체와 전해액을 사용할 수 있으며, 본 발명에서 특별하게 제한되지 않는다. 다만, 양극 활물질로 망간계 양극 활물질을 사용하는 경우에는 기체 발생이 더욱 많기 때문에, 본 발명의 전지팩 구조가 보다 효과적일 수 있다. 상기 망간계 양극 활물질의 비제한적인 예로는 하기와 같은 조성을 갖는 망간계 양극 활물질을 들 수 있다:
xLi2MnO3·(1-x)LiMO2
상기 식에서, M은 Mn, Ni, Co이고, x는 0보다 크고 1보다 작다.
파우치형 이차전지에 사용될 수 있는 리튬이차전지 전극조립체의 형태는 특별히 한정하지 않으나, 폴딩형 전극조립체 즉, 젤리 롤형 전극조립체 또는 단일방향으로 권취된 스택 앤드 폴딩형(stack & folding) 전극조립체, 또는 지그재그 방향으로 권취된 Z-스택 앤드 폴딩형 전극조립체 중 어느 하나의 전극조립체를 이용할 수 있다.
복수개의 파우치형 이차전지의 배치 형태는 특별하게 제한되지 않으며, 당업계에서 통상적인 각각의 파우치형 이차전지의 넓은 면이 접하도록 나란히 배열된 형태로 배치될 수 있다.
파우치형 이차전지의 외장재 재질은 특별히 한정하는 것은 아니하며, 공지의 파우치형 외장재를 이용할 수 있다. 예컨대, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트 형태의 파우치형 외장재일 수 있으며, 이 때, 상기 금속층은 알루미늄을 포함할 수 있으며, 상기 수지층은 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 및 폴리에틸렌(Polyethylene)으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 이차전지의 파우치 각각에는 파이프 연결구가 있으며, 상기 파이프 연결구에 가스 배출 파이프가 연결되어, 이차전지에서 발생된 가스가 가스 배출 파이프로 이송된다. 즉, 본 발명에서는 파우치에 가스 배출 파이프가 연결되어 있으므로, 이차전지로부터 외부로 배출되어 전지팩을 채우고 있는 가스가 포집되어 배출되는 것이 아니라, 이차전지 파우치 내로부터 포집된 가스가 파이프를 따라 이송하여 전지팩 외부로 배출되게 된다. 이 때문에, 전지팩 내부의 오염이 최대한 방지되는 효과를 갖게 되므로, 공기순환의 냉각 방식을 갖는 전지팩에서 특히 유용하다.
파우치 각각에 형성된 파이브 연결부는 각각의 파우치의 동일 부위에 해당하는 위치에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 가스 이송 거리를 가장 짧게 하는 위치에 형성될 수 있다.
파이프 연결부는 파우치형 이차전지를 제조한 후에 일정한 크기 및 형태로 형성되고, 이후에 상기 파이프 연결부에 가스 배출 파이프가 연결되거나, 또는, 다르게는, 파우치형 이차전지의 제조 단계에서, 즉, 이차전지를 파우치로 밀봉하는 단계에서 가스 배출 파이프를 함께 밀봉하는 방식으로 형성될 수도 있다.
파이프 연결구와 가스 배출 파이프가 보다 확실하게 밀봉되어 연결되기를 원하는 경우에는, 필요에 따라, 열융착, 접착과 같은 통상적인 방식으로 추가적인 밀폐를 실시할 수 있다.
가스 배출 파이프의 단면 형상은 가스 이송 목적을 달성할 수 있다면 특별히 제한되지 않으며, 비제한적인 예로 관형일 수 있다.
가스 배출 파이프의 소재는 본 발명의 목적에 부합하는 한, 특별하게 제한되지는 않으며, 예컨대, 수지, 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱, 또는 금속 소재가 사용될 수도 있으나, 망간계 양극 활물질로 인해 가스 배출량이 많이 발생하게 되는 중대형 전지팩인 경우에는 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱 또는 금속 소재의 가스 배출 파이프가 내구성 및 내열성 측면에서 유리할 수 있다. 엔지니어링 플라스틱의 비제한적인 예로는 폴리아마이드, 폴리아세틸, 폴리카보네이트, PBT(폴리에스터 수지), 변성 PPO(폴리페닐렌옥사이드) 등을 들 수 있다.
가스 배출 파이프의 단면 크기는 가스 이송 목적을 달성할 수 있다면 특별히 제한되지 않는다.
다수의 가스 배출 파이프가 하나의 통합 파이프에 연결되는 양태는 예컨대, 플라스틱의 경우에는 융착을 실시할 수 있으며, 금속의 경우에는 용접을 실시할 수 있다. 또는, 가스 배출 파이프와 통합 파이프가 연결되는 부분이 맞물리도록 상기 맞물리는 부분에 요철부가 형성되어 연결될 수 있다. 또는, 가스 배출 파이프와 통합 파이프가 일체로 형성된 형태를 파우치형 이차전지의 파이프 연결부에 설치할 수도 있다.
가스 배출 파이프는 하나의 통합 파이프로 통합된다. 통합 파이프의 단면 크기는 특별히 제한되지 않으나, 가스 이송이 보다 원활하게 이루어지도록 하기 위해서 가스 배출 파이프와 같거나 이보다 큰 단면을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 가스 배출 파이프와 통합 파이프는 제조 단계에서 일체형으로 제조될 수도 있으나, 각각이 개별적으로 제조된 후에 융착, 용융, 접착, 맞물림 등의 방식으로 서로 연결된 형태일 수도 있다. 예컨대, 가스 배출 파이프와 통합 파이프 연결부위가 맞물리도록 가스 배출 파이프와 통합 파이프의 제조 단계에서 각각의 파이프 말단부에 요철부가 형성되어 있어, 이들이 맞물려 조립된 형태일 수 있다.
가스 배출 파이프가 연결된 통합 파이프 부분과 반대 방향으로 분지 파이프가 형성되어 있고, 이 분지 파이프는 전지팩에 형성된 파이프 배출구를 통해 외부로 연결된다.
분지 파이프의 위치는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대, 통합 파이프 전체 길이의 중간에 해당하는 부분에 위치할 수 있으며, 이에 따라, 전지팩에 형성된 파이프 배출구의 위치도 결정된다. 분지 파이프의 단면 크기 역시 특별히 제한되지 않으나, 원활한 기체 배출을 위해서는 통합 파이프 단면 크기와 같거나 이보다 클 수 있다.
전지팩 외부로 연결된 분지 파이프에는 가스 배출을 조절하는 감압 개폐 밸브(valve)가 설치될 수 있다. 상기 밸브는 통합 파이프 내의 압력이 소정치보다 낮으면 폐쇄되고, 통합 파이프 내의 압력이 소정치보다 높으면 개방되어 파우치셀 내의 가스가 외부로 방출되도록 함으로써 통합 파이프 내의 가스가 외부로 배출되도록 한다. 밸브가 이와 같이 작용함으로써 가스가 역류하는 현상이 방지될 수 있다.
이와 같은 전지팩의 제조방법의 일 양태는 이차전지를 파우치로 밀봉하는 단계에서 가스 배출 파이프를 파우치형 이차전지에 설치하는 단계; 및 상기 가스 배출 파이프와 연결되는 다수의 구멍 및 상기 구멍과 반대 방향으로 형성되어 전지팩 외부로 연결되는 하나의 분지 파이프를 갖는 통합 파이프를 가스 배출 파이프와 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제조방법은 이차전지를 파우치로 밀봉하는 단계에서 가스 배출 파이프를 설치하는 양태를 나타낸 것이지만, 파우치형 이차전지를 형성한 후에 파이프 연결부를 형성하고, 여기에 가스 배출 파이프를 설치하는 양태를 배제하는 것은 아니다.
상기 중대형 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)를 포함하는 전기차; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 전기 상용차의 전원으로 사용될 수 있다.
이러한 중대형 전지 모듈 또는 중대형 전지팩의 구조 및 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 일 양태를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
하나의 전지팩(1)에 복수개의 파우치형 이차전지(2)가 나란히 배치되어 있다. 파우치형 이차전지(2) 각각의 윗부분에는 파이프 연결구(6)가 있으며, 상기 각각의 파이프 연결구(6)에 가스 배출 파이프(3)가 연결되어 있다. 상기 가스 배출 파이프(3)는 통합 파이프(4)에 연결되고, 통합 파이프(4)의 중심에는 분지 파이프가 형성되어, 상기 분지 파이프는 전지팩(5)에 형성된 파이프 배출구(7)를 통해 외부로 나온다. 통합 파이프(4)와 분지 파이프 내의 가스가 일정 압력 이상이 되면, 감압 개폐 밸브(5)가 이를 감지하고 개방되게 되고, 파이프 내의 가스가 외부로 배출된다.
1: 전지팩 2: 파우치형 이차전지
3: 가스 배출 파이프 4: 통합 파이프
5: 밸브 6: 파이프 연결부
7: 파이프 배출구
3: 가스 배출 파이프 4: 통합 파이프
5: 밸브 6: 파이프 연결부
7: 파이프 배출구
Claims (9)
- 둘 이상의 파우치형 이차전지로 이루어진 전지팩에 있어서,
상기 이차전지의 파우치 각각에 가스 배출 파이프가 연결되어 있으며,
상기 가스 배출 파이프는 이들 파이프에서 포집된 가스를 이송하기 위한 하나의 통합 파이프로 연결되며,
상기 통합 파이프는 전지팩 외부로 연결되는 분지 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제1항에 있어서,
상기 파우치형 이차전지가 리튬이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제2항에 있어서,
상기 리튬이차전지가 망간계 양극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제1항에 있어서,
상기 가스 배출 파이프와 통합 파이프는 각각에 형성된 요철부에서 맞물려 연결되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제1항에 있어서,
상기 분지 파이프에는 감압 개폐 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제1항에 있어서,
상기 전지팩이 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV); 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV); 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 또는 전기 상용차의 전원으로 사용되는 중대형 전지팩인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 둘 이상의 파우치형 이차전지로 이루어진 전지팩의 제조방법에 있어서,
상기 이차전지를 파우치로 밀봉하는 단계에서 가스 배출 파이프를 설치하는 단계와
상기 가스 배출 파이프에 통합 파이프를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 가스 배출 파이프 및 통합 파이프가 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱 또는 금속으로 제조된 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 가스 배출 파이프와 통합 파이프를 각각에 형성된 요철부에서 맞물려 연결시키는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130071021A KR20140147546A (ko) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | 안전성이 향상된 전지팩 및 그의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130071021A KR20140147546A (ko) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | 안전성이 향상된 전지팩 및 그의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140147546A true KR20140147546A (ko) | 2014-12-30 |
Family
ID=52676308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020130071021A KR20140147546A (ko) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | 안전성이 향상된 전지팩 및 그의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20140147546A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10923695B2 (en) | 2016-02-19 | 2021-02-16 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery pack |
| CN113921983A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-01-11 | 浙江锋锂新能源科技有限公司 | 一种具有定向泄压结构的电池模组 |
-
2013
- 2013-06-20 KR KR1020130071021A patent/KR20140147546A/ko active Search and Examination
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