KR20150034498A - 벤팅 커버를 구비하는 배터리 셀 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

벤팅 커버를 구비하는 배터리 셀 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

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KR20150034498A
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양정훈
최승돈
조영석
박정규
한현규
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명에 따른 배터리 셀은, 전극 탭을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 탭에 연결되는 전극 리드; 상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하며, 내부 가스 배출을 위한 적어도 하나의 벤팅 홀을 구비하는 파우치 케이스; 및 상기 벤팅 홀을 커버하도록 상기 파우치 케이스에 부착되어 상기 파우치 케이스 내부의 가스 압력이 기준 값에 이르는 경우 개방되는 벤팅 커버를 포함한다.
본 발명에 따르면, 일반적인 상황에서는 파우치 타입 배터리 셀의 밀봉성이 유지되면서도, 사고 상황에서는 신속한 벤팅이 가능하게 되어 배터리 셀의 우수한 품질 및 사용 상의 안전성을 동시에 확보할 수 있다.

Description

벤팅 커버를 구비하는 배터리 셀 및 이를 포함하는 이차전지{Battery cell with venting cover and Secondary battery comprising the same}
본 발명은 벤팅 커버를 구비하는 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 이차전지에 관한 것으로서, 구체적으로는, 단락 등으로 인해 이차전지의 내부에 가스가 발생되어 내부 압력이 일정 값 이상으로 증가되는 경우 이를 외부로 원활하게 배출시킬 수 있는 벤팅 커버를 구비하는 배터리 셀 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.
특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워툴, 전기 자전거, 전력저장장치, UPS 등에 사용된다.
리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속 캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 전극 조립체와 전해질을 필름으로 만든 파우치 포장재에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
그런데, 리튬 이차전지는 과열이 될 경우 폭발 위험성이 있어서 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 리튬 이차전지의 과열은 여러 가지 원인에서 발생되는데, 그 중 하나가 리튬 이차전지를 통해 한계 이상의 과전류가 흐르는 경우를 들 수 있다. 과전류가 흐르면 리튬 이차전지가 주울열에 의해 발열을 하므로 전지의 내부 온도가 급속하게 상승한다. 또한 온도의 급속한 상승은 전해액의 분해 반응을 야기하여 열폭주 현상(thermal runaway)을 일으킴으로써 결국에는 전지의 폭발까지 이어지게 된다. 과전류는 뾰족한 금속 물체가 리튬 이차전지를 관통하거나 양극과 음극 사이에 개재된 분리막의 수축에 의해 양극과 음극 사이의 절연이 파괴되거나 외부에 연결된 충전 회로나 부하의 이상으로 인해 돌입전류(rush current)가 전지에 인가되는 등의 경우에 발생된다.
따라서 리튬 이차전지는 과전류의 발생과 같은 이상 상황으로부터 전지를 보호하기 위해 보호회로와 결합되어 사용되며, 상기 보호회로에는 과전류가 발생되었을 때 충전 또는 방전전류가 흐르는 선로를 비가역적으로 단선시키는 퓨즈 소자가 포함되는 것이 일반적이다.
도 1은 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 모듈 및/또는 배터리 팩과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 보호회로는 과전류 발생 시 배터리 모듈 및/또는 배터리 팩을 보호하기 위해 퓨즈 소자(1), 과전류 센싱을 위한 센스 저항(2), 과전류 발생을 모니터하여 과전류 발생 시 퓨즈 소자(1)를 동작시키는 마이크로 컨트롤러(3) 및 상기 퓨즈 소자(1)에 동작 전류의 유입을 스위칭하는 스위치(4)를 포함한다.
퓨즈 소자(1)는 배터리 모듈 및/또는 배터리 팩의 최 외측 단자에 연결된 주 선로에 설치된다. 주 선로는 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 배선을 말한다. 도면에는, 퓨즈 소자(1)가 고전위 선로(Pack+)에 설치된 것으로 도시되어 있다.
퓨즈 소자(1)는 3단자 소자 부품으로 2개의 단자는 충전 또는 방전 전류가 흐르는 주 선로에, 1개의 단자는 스위치(4)와 접속된다. 그리고 내부에는 주 선로와 직렬 연결되며 특정 온도에서 융단이 이루어지는 퓨즈(1a)와, 상기 퓨즈(1a)에 열을 인가하는 저항(1b)이 포함되어 있다.
상기 마이크로 컨트롤러(3)는 센스 저항(2) 양단의 전압을 주기적으로 검출하여 과전류 발생 여부를 모니터하며, 과전류가 발생된 것으로 판단되면 스위치(4)를 턴 온 시킨다. 그러면 주 선로에 흐르는 전류가 퓨즈 소자(1) 측으로 바이패스되어 저항(1b)에 인가된다. 이에 따라, 저항(1b)에서 발생된 주울열이 퓨즈(1a)에 전도되어 퓨즈(1a)의 온도를 상승시키며, 퓨즈(1a)의 온도가 융단 온도까지 오르게 되면 퓨즈(1a)가 융단 됨으로써 주 선로가 비가역적으로 단선된다. 주 선로가 단선되면 과전류가 더 이상 흐르지 않게 되므로 과전류로부터 비롯되는 문제를 해소할 수 있다.
그런데, 위와 같은 종래 기술은 여러 가지 문제점을 안고 있다. 즉, 마이크로 컨트롤러(3)에서 고장이 생기면 과전류가 발생된 상황에서도 스위치(4)가 턴 온 되지 않는다. 이런 경우 퓨즈 소자(1)의 저항(1b)으로 전류가 유입되지 않으므로 퓨즈 소자(1)가 동작을 하지 않는 문제가 있다.
이처럼, 퓨즈 소자(1)가 오동작을 일으키는 경우 배터리 모듈 및/또는 배터리 팩을 이루는 리튬 이차전지, 즉 배터리 셀의 내부 압력은 계속 증가될 수 있어 발화, 폭발 등의 위험이 있다.
특히, 파우치 타입의 배터리 셀의 경우 내부 압력의 증가로 인해 셀이 부풀어 오르고, 일정 압력 이상이 되면 파우치 케이스의 밀봉이 해제되면서 가스 및 전해액이 외부로 배출될 수 있도록 설계되는 것이 일반적이다.
그러나, 배터리 셀이 일정 수준 이상의 품질을 유지하기 위해서는 파우치 케이스의 밀봉력이 일정 수준 이상이 되어야 하고, 이로 인해 사고 상황에서 신속한 벤팅 효과를 보장하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 일반적인 상황에서는 밀봉성을 유지하면서도 단락 등에 의한 내부 압력 증가 시에 신속히 벤팅이 될 수 있는 구조를 갖는 파우치 타입의 배터리 셀을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 셀은, 전극 탭을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 탭에 연결되는 전극 리드; 상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하며, 내부 가스 배출을 위한 적어도 하나의 벤팅 홀을 구비하는 파우치 케이스; 및 상기 벤팅 홀을 커버하도록 상기 파우치 케이스에 부착되어 상기 파우치 케이스 내부의 가스 압력이 기준 값에 이르는 경우 개방되는 벤팅 커버를 포함한다.
상기 벤팅 홀은, 상기 파우치 케이스의 테두리 영역 중 상기 전극 리드가 인출되는 방향에 위치하는 테두리 영역 및 상기 전극 조립체 사이에 형성되는 공간과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 파우치 케이스와 상기 벤팅 커버의 대향 면은 서로 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 파우치 케이스는, 최 내측에 위치하여 상기 전극 조립체와 대면하며 전해액에 대한 내부식성, 절연성 및 열 융착성을 갖는 제1 층; 최 외측에 위치하며 절연성을 갖는 제2 층; 및 상기 제1 층과 제2 층 사이에 개재되며 금속 성분으로 이루어지는 제3 층을 포함할 수 있다.
상기 제1 층은, 폴리프로필렌(PP)로 이루어질 수 있다.
상기 제2 층은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어질 수 있다.
상기 제3 층은, 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
상기 벤팅 커버는, 상기 파우치 케이스와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 파우치 케이스와 벤팅 커버의 대향 면은 서로 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 벤팅 커버는, 상기 파우치 케이스의 외측 면 또는 내측 면 상에 부착될 수 있다.
상기 벤팅 파우치 케이스 및 상기 벤팅 커버가 상호 접촉하는 영역의 적어도 일부에는 열 융착 라인이 형성될 수 있다.
한편, 상술한 기술적 과제는 상기 배터리 셀이 복수개 연결되어 구현된 이차전지에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 일반적인 상황에서는 파우치 타입 배터리 셀의 밀봉성이 유지되면서도, 사고 상황에서는 신속한 벤팅이 가능하게 되어 배터리 셀의 우수한 품질 및 사용 상의 안전성을 동시에 확보할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 배터리 모듈과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리 셀의 일부를 나타내는 측 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 파우치 케이스와 벤팅 커버가 결합된 형태를 나타내는 측 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 파우치 케이스와 벤팅 커버가 결합된 형태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 파우치 케이스와 벤팅 커버가 결합된 형태를 나타내는 측 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 파우치 케이스와 벤팅 커버가 결합된 형태를 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 나타내는 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 배터리 셀의 일부를 나타내는 측 단면도이다. 또한, 도 4는 도 2에 도시된 파우치 케이스와 벤팅 커버가 결합된 형태를 나타내는 측 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 파우치 케이스와 벤팅 커버가 결합된 형태를 나타내는 평면도이다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 전극 조립체(11), 한 쌍의 전극 리드(12), 실란트(13), 파우치 케이스(14) 및 벤트 커버(15)를 포함한다.
상기 전극 조립체(11)는 양극 판(11a), 음극 판(11b), 분리 막(11c) 및 전극 탭(T)을 포함한다. 상기 전극 조립체(11)는 적층된 양극 판(11a) 및 음극 판(11b) 사이에 분리 막(11c)을 개재하여 형성된 적층형 전극 조립체일 수 있다. 본 발명의 도면에서는 상기 전극 조립체(11)가 적층형인 경우만을 도시하고 있으나, 젤리롤(jelly-roll)형으로 형성되는 것도 가능함은 물론이다.
상기 양극 판(11a)은, 예를 들어, 알루미늄(Al) 재질의 집전 판에 양극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 음극 판(11b)은, 예를 들어, 구리(Cu) 재질의 집전 판에 음극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다.
상기 양극 활물질로는, 예를 들어, LiCoO2, LiNiO2, LiNi1 -yCoyO2(0<y<1), LiMO2(M=Mn, Fe 등), Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1 -yMnyO2(O≤y<1) 등의 층상형 양극 활물질; LiMn2O4, LiMn2 -zCozO4(0<z<2), LiMn2 -zNizO4(0<z<2), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2) 등의 스피넬형 양극 활물질; LiCoPO4, LiFePO4 등의 올리빈형 양극 활물질 등이 이용될 수 있다.
또한, 상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그라파이트(graphite), 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소계 물질; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 -xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8)의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등이 이용될 수 있다.
상기 전극 탭(T)은 전극 판, 즉 양극 판(11a) 또는 음극 판(11b)과 일체로 형성되는 것으로서, 전극 판(11a,11b) 중 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부 영역에 해당한다. 즉, 상기 전극 탭(T)은 양극 판(11a) 중 양극 활물질이 도포되지 않은 영역에 해당하는 양극 탭 및 음극 판(11b) 중 음극 활물질이 도포되지 않은 영역에 해당하는 음극 탭을 포함한다.
상기 전극 리드(12)는 얇은 판상의 금속으로서 전극 탭(T)에 부착되어 전극 조립체(11)의 외측 방향으로 연장된다. 상기 전극 리드(12)는 양극 탭에 부착되는 양극 리드 및 음극 탭에 부착되는 음극 리드를 포함한다. 상기 양극 리드 및 음극 리드는 양극 탭 및 음극 탭의 형성 위치에 따라 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있고, 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있다.
상기 실란트(13)는 전극 리드(12)의 폭 방향 둘레에 부착되어 전극 리드(12)와 파우치 케이스(14)의 내측면 사이에 개재되는 것으로서 절연성 및 열 융착성을 갖는 필름으로 이루어진다. 상기 실란트(13)는, 예를 들어, 폴리이미드(PI: polyimide), 폴리프로필렌(PP: polyprophylene), 폴리에틸렌(PE: polyethylene) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: polyethylene terephthalate) 등으로부터 선택된 어느 하나 이상의 물질 층(단일 막 또는 다중 막)으로 이루어질 수 있다.
상기 실란트(13)는 전극 리드(12)와 파우치 케이스(14)의 금속 층 사이에서 단락이 발생되는 것을 방지한다. 뿐만 아니라, 상기 실란트(13)는 전극 리드(12)가 인출되는 영역에서 파우치 케이스(14)의 밀봉력을 향상시키는 역할을 한다.
즉, 금속 플레이트로 이루어진 전극 리드(12)와 파우치 케이스(14)의 내측면 사이는 접착이 잘 이루어지지 않으므로 파우치 케이스(14)의 테두리 영역(B)을 열융착하여 실링하더라도 전극 리드(12)가 인출된 영역에서의 밀봉성이 떨어질 수 있다. 또한, 이러한 밀봉성 저하 현상은 전극 리드(12)의 표면에 니켈(Ni)이 코팅된 경우 더욱 두드러지게 나타난다.
따라서, 상기 실란트(13)를 전극 리드(12) 및 파우치 케이스(14)의 내측면 사이에 개재시킴으로써 배터리 셀(10)의 밀봉성을 향상시킬 수 있는 것이다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 파우치 케이스(14)는 전극 리드(12)가 외부로 인출되도록 전극 조립체(11)를 수용한 채로 상부 케이스(14a)와 하부 케이스(14b)가 맞닿는 테두리 영역(B)이 열 융착됨으로써 밀봉된다.
이러한 파우치 케이스(14)는 우수한 열 융착성, 형상을 유지하고 전극 조립체(11)를 보호하기 위한 강성 및 절연성을 모두 확보하기 위해 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 파우치 케이스(14)는, 최 내측에 위치하여 전극 조립체(11)와 대면하는 제1 층(14a), 최 외측에 위치하여 외부 환경에 직접 노출되는 제2 층(14b) 및 제1 층(14a)과 제2 층(14b) 사이에 개재되는 제3 층(14c)을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.
이 경우, 예를 들어, 상기 제1 층(14a)은 폴리프로필렌(PP)과 같이 전해액에 대한 내부식성, 절연성 및 열 융착성을 갖는 재질로 이루어질 수 있고, 제2 층(14b)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같이 형태 유지를 위한 강성 및 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 제3 층(14c)은 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 파우치 케이스(14)는 배터리 셀(10)의 내부에 가스가 발생됨에 따라 내부 압력이 일정 이상으로 상승하는 경우 가스를 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 벤팅 홀(venting hole)(H)을 구비한다.
상기 벤팅 홀(H)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 파우치 케이스(14)의 테두리 영역(B) 중 전극 리드(12)가 인출되는 방향에 위치하는 테두리 영역(B) 및 전극 조립체(11) 사이에 형성되는 공간(S)과 대응되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
이는, 상기 전극 조립체(11)와 파우치 케이스(14)의 대향 면 사이는 매우 가깝게 밀착되어 있어 그 사이에 공간이 거의 형성되지 않아 배터리 셀(10) 내부에 발생된 가스가 대부분 전극 리드(12)가 인출되는 방향에 형성된 상기 공간(S) 쪽으로 모이기 때문이다.
한편, 상기 벤팅 홀(H)의 내벽면 상에 금속으로 이루어진 제3 층(14c)이 노출되는 경우, 전해액과의 접촉에 따른 단락의 위험이 있다. 따라서, 상기 벤팅 홀(H)의 내벽면은 금속 층이 노출되지 않도록, 절연성 물질로 커버되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 벤팅 커버(15)는 벤팅 홀(H)을 커버하도록 파우치 케이스(14)의 외측 면 상에 부착되는 것으로서, 파우치 케이스(14) 내부의 가스 압력이 미리 설정된 기준 값에 이르는 경우 개방되어 가스가 분출되도록 함으로써 배터리 셀(10) 사용 상의 안전성을 확보할 수 있도록 한다.
이러한 벤팅 커버(15)는 파우치 케이스(14)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 벤팅 커버(15)는 파우치 케이스(14)의 제1 층(14a), 제2 층(14b) 및 제3 층(14c)과 각각 동일한 재질로 이루어진 제1 층(15a), 제2 층(15b) 및 제3 층(15c)를 포함하는 다층 구조로 이루어질 수 있다.
이처럼, 상기 벤팅 커버(15)가 파우치 케이스(14)와 동일한 재질로 이루어지는 경우, 벤팅 커버(15)의 제2 층(15b)이 파우치 케이스(14)의 외측 면과 맞닿도록 하는 것이 바람직하다. 이는 열 융착 시에 우수한 접착성을 확보하기 위함이다.
한편, 벤팅 커버(15)와 파우치 케이스(14)가 맞닿는 면에 열 융착을 시행함으로써 형성된 실링 라인(L)의 폭(W1)을 조절함으로써 벤팅 커버(15)가 개방되는 시점, 즉 임계 압력을 조절할 수 있다.
다음은, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀(20)을 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 나타내는 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 파우치 케이스와 벤팅 커버가 결합된 형태를 나타내는 측 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 파우치 케이스와 벤팅 커버가 결합된 형태를 나타내는 평면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀(20)은 앞선 실시예에 따른 배터리 셀(20)과 비교하여 벤팅 커버(16)의 부착 위치가 다를 뿐 그 밖의 사항은 실질적으로 동일하다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀(20)을 설명함에 있어서는, 벤팅 커버(16)의 부착 위치 및 재질에 대해서 중점적으로 설명하기로 하며, 실질적으로 동일한 사항에 대한 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀(20)에 구비된 벤팅 커버(16)는 파우치 케이스(14)의 내측 면 상에 부착된다.
상기 벤팅 커버(16)는 파우치 케이스(14)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 벤팅 커버(16)는 파우치 케이스(14)의 제1 층(14a), 제2 층(14b) 및 제3 층(14c)과 각각 동일한 재질로 이루어진 제1 층(16a), 제2 층(16b) 및 제3 층(16c)를 포함하는 다층 구조로 이루어질 수 있다.
이처럼, 상기 벤팅 커버(16)가 파우치 케이스(14)와 동일한 재질로 이루어지는 경우, 벤팅 커버(16)의 제1 층(16a)이 파우치 케이스(14)의 내측 면과 맞닿도록 하는 것이 바람직하다. 이는 열 융착 시에 우수한 접착성을 확보하기 위함이다.
아울러, 상기 벤팅 커버(16)의 외측 면 중 두께를 이루는 측면 상에 금속 층이 노출되는 경우, 전해액과의 접촉에 따른 단락의 우려가 있다. 따라서, 상기 벤팅 커버(16)의 측면은 금속 층이 노출되지 않도록 절연성 물질로 커버되는 것이 바람직하다.
한편, 벤팅 커버(15)와 파우치 케이스(14)가 맞닿는 면에 열 융착을 시행함으로써 형성된 실링 라인(L2)의 폭(W2)을 조절함으로써 벤팅 커버(16)가 개방되는 시점, 즉 임계 압력을 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 내부에 발생된 가스가 모이는 공간(S)과 대응되는 위치에 형성된 벤팅 홀(H) 및 벤팅 홀(H)을 커버하도록 부착된 벤팅 커버(15)를 구비함으로써 단락 등의 이상 현상에 대한 안전성을 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
다음은, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명이 일 실시예에 따른 배터리 모듈(M) 및 배터리 팩(P)을 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 평면도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 평면도이다.
먼저, 도 9를 참조하면, 본 발명이 일 실시예에 따른 배터리 모듈(M)은 앞서 설명한 배터리 셀(10,20)이 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 연결되어 구현된 셀 집합체, 셀 집합체를 수용하는 모듈 케이스(30), 모듈 케이스(30)의 외측으로 돌출된 외부 단자(40) 및 배터리 셀(10,20)과 외부 단자(40) 사이를 연결하는 버스 바(50)를 포함한다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(P)은 복수개의 상기 배터리 모듈(M)이 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 연결되어 구현된다. 여기서, 인접한 배터리 모듈(M) 사이의 전기적 연결은, 예를 들어, 각 배터리 모듈(M)에 구비된 외부 단자(50) 사이를 인터 커넥팅 바(60)로 연결함으로써 이루어질 수 있다.
이처럼, 복수의 배터리 셀을 구비하는 배터리 모듈(M)이나 배터리 팩(P)과 같은 이차전지는, 용량 및/또는 저류 값이 더 큰만큼 사용과정에서 단락 등이 발생되는 경우 더욱 위험할 수 있는데, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀(10,20)을 채용함으로써 이차전지 사용 상의 안전성을 확보할 수 있다.
10,20: 배터리 셀
11: 전극 조립체 11a: 양극 판
11b: 음극 판 11c: 분리 막
T: 전극 탭 12: 전극 리드
13: 실란트 14: 파우치 케이스
14a: 파우치 케이스의 제1 층 14b: 파우치 케이스의 제2 층
14c: 파우치 케이스의 제3 층 H: 벤팅 홀
15,16: 벤팅 커버 15a,16a: 벤팅 커버의 제1 층
15b,16b: 벤팅 커버의 제2 층 15c,16c: 벤팅 커버의 제3 층
L1,L2: 실링 라인

Claims (12)

  1. 전극 탭을 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 탭에 연결되는 전극 리드;
    상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하며, 내부 가스 배출을 위한 적어도 하나의 벤팅 홀을 구비하는 파우치 케이스; 및
    상기 벤팅 홀을 커버하도록 상기 파우치 케이스에 부착되어 상기 파우치 케이스 내부의 가스 압력이 기준 값에 이르는 경우 개방되는 벤팅 커버를 포함하는 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 홀은,
    상기 파우치 케이스의 테두리 영역 중 상기 전극 리드가 인출되는 방향에 위치하는 테두리 영역 및 상기 전극 조립체 사이에 형성되는 공간과 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파우치 케이스와 상기 벤팅 커버의 대향 면은 서로 동일한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파우치 케이스는,
    최 내측에 위치하여 상기 전극 조립체와 대면하며 전해액에 대한 내부식성, 절연성 및 열 융착성을 갖는 제1 층;
    최 외측에 위치하며 절연성을 갖는 제2 층; 및
    상기 제1 층과 제2 층 사이에 개재되며 금속 성분으로 이루어지는 제3 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 층은,
    폴리프로필렌(PP)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 층은,
    폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제3 층은,
    알루미늄(Al)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 벤팅 커버는,
    상기 파우치 케이스와 동일한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 파우치 케이스와 벤팅 커버의 대향 면은 서로 동일한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 커버는,
    상기 파우치 케이스의 외측 면 또는 내측 면 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 파우치 케이스 및 상기 벤팅 커버가 상호 접촉하는 영역의 적어도 일부에는 열 융착 라인이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀이 복수개 연결되어 구현된 이차전지.
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