KR20150061996A - Battery cell and Secondary battery assembly comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 셀, 그리고 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 내부 압력의 증가에 따라 내부 가스를 외부로 방출할 수 있는 구조를 갖는 배터리 셀, 그리고 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery cell, a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery cell having a structure capable of discharging internal gas to the outside in accordance with an increase in internal pressure, A battery module, and a battery pack.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.As the use of portable electric appliances such as video cameras, portable phones, and portable PCs is being activated, the importance of secondary batteries, which are mainly used as driving power sources, is increasing.
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. Unlike a primary battery, which can not be charged normally, a secondary battery capable of charging and discharging is active in the development of advanced fields such as a digital camera, a cellular phone, a laptop computer, a power tool, an electric bicycle, an electric vehicle, a hybrid vehicle, Research is underway.
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.In particular, the lithium secondary battery has a higher energy density per unit weight and can be rapidly charged as compared with other secondary batteries such as lead-acid batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries and nickel-zinc batteries. It is progressing.
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. The lithium secondary battery has an operating voltage of 3.6 V or higher and can be used as a power source for portable electronic devices, or a plurality of batteries can be connected in series or in parallel to a high output electric vehicle, a hybrid vehicle, a power tool, an electric bicycle, Is used.
리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.The lithium secondary battery has a working voltage three times higher than that of a nickel-cadmium battery or a nickel-metal hydride battery, and has an excellent energy density per unit weight, and is rapidly used.
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.The lithium secondary battery can be classified into a lithium ion battery using a liquid electrolyte and a lithium ion polymer battery using a polymer solid electrolyte depending on the type of electrolyte. The lithium ion polymer battery can be divided into a fully solid lithium ion polymer battery containing no electrolytic solution and a lithium ion polymer battery using a gel polymer electrolyte containing an electrolyte depending on the kind of polymer solid electrolyte.
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.In the case of a lithium ion battery using a liquid electrolyte, it is usually used in a form in which a cylinder or a rectangular metal can is used as a container and welded and sealed. Since the can type secondary battery using such a metal can as a container is fixed in shape, there is a disadvantage that it restricts the design of an electrical product using the metal can as a power source, and it is difficult to reduce the volume. Accordingly, a pouch type secondary battery in which an electrode assembly and an electrolyte are sealed in a film pouch packaging material has been developed and used.
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.However, when the lithium secondary battery is overheated, there is a danger of explosion and it is an important task to secure safety. Overheating of a lithium secondary battery occurs for various reasons, for example, a case where an overcurrent flows beyond a limit through a lithium secondary battery. When the overcurrent flows, the internal temperature of the battery rises rapidly because the lithium secondary battery generates heat by joule heat. Also, the rapid rise of the temperature causes a decomposition reaction of the electrolytic solution and causes a thermal runaway, which eventually leads to the explosion of the battery. The overcurrent is a phenomenon in which a pointed metal object penetrates a lithium secondary battery or the insulation between an anode and a cathode is destroyed by contraction of a separator interposed between an anode and a cathode or a rush current is generated due to an abnormality of an external charging circuit or a load, Is applied to the battery or the like.
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.Therefore, the lithium secondary battery is used in combination with a protection circuit to protect the battery from an abnormal situation such as the occurrence of an overcurrent, and the protection circuit is provided with a fuse element for irreversibly disconnecting a line through which charging or discharging current flows when an over- .
도 1은 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 모듈 및/또는 배터리 팩과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram for explaining an arrangement structure and an operation mechanism of a fuse element in a configuration of a protection circuit combined with a battery module and / or a battery pack including a lithium secondary battery. FIG.
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.As shown in the figure, the protection circuit includes a fuse element 1 for protecting the battery module and / or a battery pack when an overcurrent occurs, a
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. The fuse element 1 is installed in a main line connected to the outermost terminals of the battery module and / or the battery pack. The main line refers to a wiring through which charging current or discharging current flows. In the figure, the fuse element 1 is shown mounted on a high potential line (Pack +).
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.The fuse element 1 is a three-terminal element part, two terminals are connected to a main line through which a charging or discharging current flows, and one terminal is connected to the
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.The
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. However, the above-described conventional techniques have various problems. That is, if a failure occurs in the
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. If the fuse element 1 malfunctions, the internal pressure of the lithium secondary battery constituting the battery module and / or the battery pack, that is, the internal pressure of the battery cell may be continuously increased, which may cause ignition or explosion.
특히, 도 1에 도시된 파우치 타입 배터리 셀(1)의 경우 내부 압력의 증가로 인해 셀이 부풀어 오르고, 일정 압력 이상이 되면 파우치 케이스(2)의 밀봉이 해제되면서 가스 및 전해액이 외부로 배출될 수 있도록 설계되는 것이 일반적이다.In particular, in the case of the pouch type battery cell 1 shown in FIG. 1, the cell is swollen due to an increase in internal pressure, and when the pressure exceeds a predetermined pressure, the sealing of the
그러나, 배터리 셀이 일정 수준 이상의 품질을 유지하기 위해서는 파우치 케이스의 밀봉력이 일정 수준 이상이 되어야 하고, 이로 인해 사고 상황에서 신속한 벤팅(venting) 효과를 보장하기 어렵다는 문제가 있다.However, in order for the battery cell to maintain a certain level of quality or more, the sealing force of the pouch case must be higher than a certain level, which makes it difficult to ensure a quick venting effect in an accident situation.
또한, 배터리 셀을 제작하는 과정에서, 이러한 파우치 케이스의 밀봉력을 일정한 정도로 조절하는 것은 결코 용이한 것이 아니어서, 일정한 압력에서 벤팅이 발생되는 압력이 각기 달라질 수 있으며, 이로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보하기 어려운 문제가 있다.In addition, it is not easy to adjust the sealing force of the pouch case to a certain degree in the process of manufacturing the battery cell, so that the pressure at which the venting occurs at a constant pressure may be different, There is a problem that is difficult to secure.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 셀의 밀봉성을 저해하지 않으면서도 이상 상황에서 신속한 벤팅이 가능할 뿐만 아니라, 정해진 압력에서 정확히 벤팅이 일어나도록 함으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있도록 하는 것을 일 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a method for securing safety in use of a secondary battery by not only hindering the sealing property of the battery cell but also enabling quick venting in abnormal situations, The purpose is to make it possible.
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.It is to be understood, however, that the technical subject matter of the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 셀은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 연결되는 전극 리드; 상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스; 및 상기 파우치 케이스를 관통하여 설치되어 상기 파우치 케이스의 내부 압력이 임계 압력에 도달하면 개방되는 벤팅 수단을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery cell including: an electrode assembly; An electrode lead connected to the electrode assembly; A pouch case for accommodating the electrode assembly such that the electrode lead is drawn out to the outside; And venting means installed through the pouch case and opened when the internal pressure of the pouch case reaches a critical pressure.
상기 벤팅 수단은, 상기 파우치 케이스의 테두리 영역 중 상기 전극 리드가 인출되는 방향에 위치하는 테두리 영역 및 상기 전극 조립체 사이에 형성되는 공간과 대응되는 위치에 설치될 수 있다.The venting means may be installed at a position corresponding to an edge region of the edge region of the pouch case in a direction in which the electrode leads are drawn out and a space formed between the electrode assemblies.
상기 벤팅 수단은, 상기 배터리 셀 내부의 압력에 비례하는 양으로 상기 배터리 셀 내부에 발생된 가스를 배출시킬 수 있다.The venting means may discharge the gas generated in the battery cell in an amount proportional to the pressure inside the battery cell.
상기 벤팅 수단은, 상기 배터리 셀의 내측으로부터 외측을 향하는 방향을 따라 내부 공간이 점점 더 좁아지는 깔때기 형상을 가지되 상단의 대향 면이 서로 맞닿아 있을 수 있다.The venting means may have a funnel shape in which the inner space gradually becomes narrower along the direction from the inside to the outside of the battery cell, and the upper opposing faces may be in contact with each other.
상기 벤팅 수단은, 상기 배터리 셀 내부의 압력이 상승함에 따라 상기 대향 면이 서로 이격됨으로써 상기 배터리 셀 내부에 발생된 가스를 배출시킬 수 있다.As the pressure inside the battery cell rises, the venting means may separate the opposing surfaces from each other, thereby discharging gas generated in the battery cell.
상기 벤팅 수단은, 적어도 하나의 제1 유로를 구비하는 하부 캡; 적어도 하나의 제2 유로를 구비하며 내부 공간이 형성되도록 상기 하부 캡의 상부에 결합되는 상부 캡; 및 상기 내부 공간에 위치하되 상기 상부 캡으로부터 하부 캡을 향하는 방향으로 탄성 가압되어 제2 유로를 덮도록 설치되는 유로 덮개를 포함할 수 있다.Wherein the venting means comprises: a lower cap having at least one first flow path; An upper cap having at least one second flow path and coupled to an upper portion of the lower cap to form an inner space; And a flow path cover disposed in the inner space and elastically pressed in a direction from the upper cap toward the lower cap to cover the second flow path.
상기 벤팅 수단은, 상기 배터리 셀 내부의 압력이 상승함에 따라 상기 제1 유로가 개방됨으로써 상기 배터리 셀 내부에 발생된 가스를 배출시킬 수 있다.The venting means may discharge the gas generated in the battery cell by opening the first flow path as the pressure inside the battery cell rises.
한편, 상기 기술적 과제는 상기 배터리 셀을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 및/또는 배터리 팩에 의해서도 달성될 수 있다.The present invention also provides a battery module and / or a battery pack according to an embodiment of the present invention including the battery cell.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀이 복수개 연결되어 구현된다.The battery module according to an embodiment of the present invention is implemented by connecting a plurality of battery cells according to an embodiment of the present invention.
또한, 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 복수 개 연결되어 구현된다.In addition, a battery pack according to an embodiment of the present invention is implemented by connecting a plurality of battery modules according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 밀봉성을 저해하지 않으면서도 이상 상황에서 신속한 벤팅이 가능하게 된다.According to an aspect of the present invention, rapid venting in abnormal conditions is possible without hindering the sealing performance of the battery cell.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 정해진 압력에서 정확히 벤팅이 일어나도록 함으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.Further, according to another aspect of the present invention, safety can be ensured by using the secondary battery by causing the venting to occur exactly at a predetermined pressure.
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, 종래의 파우치 타입 배터리 셀의 내부구조가 나타나도록 도시된 평면도이다.
도 3 및 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 내부구조가 나타나도록 도시된 평면도이다.
도 5는, 도 4에 도시된 배터리 셀의 일부를 나타내는 측 단면도이다.
도 6은, 도 3 내지 도 5에 도시된 벤팅 수단의 일 형태를 나타내는 사시도이다.
도 7은, 도 6에 도시된 벤팅 수단의 작동 원리를 나타내는 단면도이다.
도 8은, 도 3 내지 도 5에 도시된 벤팅 수단의 다른 형태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 9는, 도 8에 도시된 벤팅 수단을 나타내는 단면도이다.
도 10은, 도 9에 도시된 벤팅 수단의 작동 원리를 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 정면도이다.
도 12는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 정면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a circuit diagram for explaining an arrangement structure and an operation mechanism of a fuse element in the configuration of a protection circuit coupled to a battery module.
2 is a plan view showing the internal structure of a conventional pouch type battery cell.
3 and 4 are plan views illustrating the internal structure of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a side sectional view showing a part of the battery cell shown in Fig.
6 is a perspective view showing an embodiment of the venting means shown in Figs. 3 to 5. Fig.
7 is a cross-sectional view showing the operating principle of the venting means shown in Fig.
8 is an exploded perspective view showing another form of the venting means shown in Figs. 3 to 5. Fig.
Fig. 9 is a sectional view showing the venting means shown in Fig. 8. Fig.
10 is a diagram showing the operating principle of the venting means shown in Fig.
11 is a front view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
12 is a front view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only some of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 3 내지 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)의 전체적인 구성을 설명하기로 한다.3 to 5, the overall configuration of a
도 3 및 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 내부구조가 나타나도록 도시된 평면도이고, 도 5는, 도 4에 도시된 배터리 셀의 일부를 나타내는 측 단면도이다. FIGS. 3 and 4 are plan views illustrating the internal structure of a battery cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a side cross-sectional view illustrating a portion of the battery cell shown in FIG.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 전극 조립체(11), 한 쌍의 전극 리드(12), 실란트(13), 파우치 케이스(14) 및 벤팅 수단(15)을 포함한다. 3 to 5, a
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.The
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.The
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.LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1 -y Co y O 2 (0 <y <1), LiMO 2 (M = Mn, Fe and the like), Li (Ni a Co b Mn c ) a layer such as O 2 (0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + c = 1), LiNi 1 -y Mn y O 2 Hip type cathode active material; LiMn 2 O 4 , LiMn 2 -z Co z O 4 (0 <z <2), LiMn 2 -z Ni z O 4 (0 <z <2), Li (Ni a Co b Mn c ) O 4 a <b <2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2); LiCoPO 4, LiFePO 4 Or an olivine-type cathode active material.
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.Examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials such as petroleum coke, activated carbon, graphite, non-graphitized carbon and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0? X? 1), Li x WO 2 (0? X? 1), Sn x Me 1 -x Me y O z (Me: Mn, Fe, Pb, : Metal complex oxides of Al, B, P, Si, Group 1,
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.The electrode tab T is formed integrally with an
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.The
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.The
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.The
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.That is, since the
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.Therefore, the sealability of the
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.The
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, 최 외측에 위치하여 외부 환경에 직접 노출되는 제2 층 및 제1 층과 제2 층사이에 개재되는 제3 층을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.Such a
이 경우, 예를 들어, 상기 제1 층은 폴리프로필렌(PP)과 같이 전해액에 대한 내부식성, 절연성 및 열 융착성을 갖는 재질로 이루어질 수 있고, 제2 층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같이 형태 유지를 위한 강성 및 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 제3 층은 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있다.In this case, for example, the first layer may be made of a material such as polypropylene (PP) having corrosion resistance against an electrolytic solution, insulation, and heat-sealability, and the second layer may be made of a material such as polyethylene terephthalate And the third layer may be made of a metal material such as aluminum (Al).
상기 벤팅 수단(15)은, 파우치 케이스(14)를 관통하여 설치되어 파우치 케이스(14)의 내부 압력이 임계 압력에 도달하면 개방되는 것으로서, 배터리 셀(10)에 단락이 발생되는 등의 이상 상황에서 셀 내부에 발생되는 가스가 외부로 배출될 수 있도록 함으로써 배터리 셀(10) 사용상의 안전성을 확보할 수 있도록 한다.The venting means 15 is provided so as to penetrate through the
이러한 벤팅 수단(15)은, 배터리 셀(10) 내부의 압력이 상승함에 따라 개방되는 구조를 가질 수 있으며, 배터리 셀(10) 내부의 압력이 임계 압력 이상이 되면 압력에 비례하는 양으로 배터리 셀(10) 내부에 발생된 가스를 배출시킬 수 있다.The venting means 15 may have a structure in which the ventilation means 15 is opened when the pressure inside the
또한, 상기 벤팅 수단(15)은, 배터리 셀(10) 내부에 발생된 가스를 배출시키는 기능을 수행할 수 있는 이상, 그 설치위치는 제한되지 않는다.The venting means 15 is not limited in its installation position as far as it can perform the function of discharging the gas generated in the
다만, 상기 벤팅 수단(15)은, 도 4에 도시된 바와 같이 가스가 집중적으로 포집되는 공간(S), 즉 파우치 케이스(14)의 테두리 영역(B) 중 전극 리드(12)가 인출되는 방향에 위치하는 테두리 영역 및 전극 조립체(11) 사이에 형성되는 공간(S)과 대응되는 위치에 설치되는 것이 좀 더 유리할 수 있다. 4, the venting means 15 is arranged in a space S in which gas is intensively collected, that is, in a direction in which the
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.This is because the space between the
한편, 이러한 벤팅 수단(15)의 구체적인 구조는, 배터리 셀(10)의 내부 압력이 임계 압력에 도달 할 때 배터리 셀(10) 내부의 가스를 외부로 배출할 수 있도록 개방 가능한 구조를 갖는 것이라면 제한 없이 적용 가능한데, 도 6 및 도 7을 참조하여 벤팅 수단(15)의 예시적인 일 형태를 설명하기로 한다.The specific structure of the venting means 15 is not limited as long as it has a structure capable of releasing the gas inside the
도 6은, 도 3 내지 도 5에 도시된 벤팅 수단의 일 형태를 나타내는 사시도이고, 도 7은, 도 6에 도시된 벤팅 수단의 작동 원리를 나타내는 단면도이다.Fig. 6 is a perspective view showing one embodiment of the venting means shown in Figs. 3 to 5, and Fig. 7 is a sectional view showing the operating principle of the venting means shown in Fig.
도 6을 참조하면, 상기 벤팅 수단(15)은, 고무 재질 등의 탄성체로 이루어질 수 있으며, 파우치 케이스(14)의 내측으로부터 외측을 향하는 방향을 따라 내부 공간이 점점 좁아지는 깔때기 형상을 가지되, 상단의 대향 면이 서로 맞닿아 있는 구조를 갖는 단방향 밸브일 수 있다.Referring to FIG. 6, the venting means 15 may be made of an elastic material such as a rubber material, and has a funnel shape in which the internal space is gradually narrowed along the direction from the inside to the outside of the
이러한 벤팅 수단(15)의 하단은 셀 케이스(14)의 일 면을 관통하여 고정되며, 상단은 셀 케이스(14)의 외측으로 돌출된 형태를 가질 수 있다.The lower end of the venting means 15 may be fixed through one side of the
도 7을 참조하면, 이러한 벤팅 수단(15)은, 배터리 셀(10) 내부의 압력이 설정된 임계 값 이상이 되는 경우, 벤팅 수단(15)을 이루는 탄성체의 상단이 벌어짐으로써 배터리 셀(10)의 밀폐 상태가 해제되며, 파우치 케이스(14) 내부의 가스가 화살표 방향을 따라 외부로 배출된다.7, when the pressure inside the
다음은, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 예시적인 다른 형태의 벤팅 수단(16)의 구조 및 작동 원리를 설명하기로 한다.Next, with reference to Figs. 8 to 10, the structure and operation principle of another exemplary embodiment of the venting means 16 will be described.
도 8은, 도 3 내지 도 5에 도시된 벤팅 수단의 다른 형태를 나타내는 분해 사시도이고, 도 9는, 도 8에 도시된 벤팅 수단을 나타내는 단면도이고, 도 10은, 도 9에 도시된 벤팅 수단의 작동 원리를 나타내는 도면이다.8 is an exploded perspective view showing another embodiment of the venting means shown in Figs. 3 to 5, Fig. 9 is a sectional view showing the venting means shown in Fig. 8, Fig. 10 is a cross- Fig.
도 8을 참조하면, 상기 벤팅 수단(16)은, 적어도 하나의 제1 유로(H1)를 구비하는 하부 캡(161), 적어도 하나의 제2 유로(H2)를 구비하는 상부 캡(162), 유로 덮개(163) 및 탄성 가압 부재(164)를 포함하는 단방향 밸브일 수 있다.8, the venting means 16 includes a
다음으로, 도 9를 참조하면, 상기 하부 캡(161)은 파우치 케이스(14)의 일 면을 관통하여 고정되며, 상부 캡(162)은 하부 캡(161)의 상부에 설치됨으로써 내부 공간(S)을 형성한다. 상기 유로 덮개(163)는 내부 공간(S) 내에 위치하되 스프링 등의 탄성 가압 부재(164)에 의해 상부 캡(162)으로부터 하부 캡(161)을 향하는 방향으로 탄성 가압됨으로써 제1 유로(H1)를 덮는다.9, the
도 10을 참조하면, 이러한 벤팅 수단(16)의 작동 원리가 나타난다. 즉, 상기 파우치 케이스(14) 내에 임계 값 이상의 압력이 발생되는 경우 유로 덮개(163)가 탄성 가압부재(164)를 압출시킴으로써 제1 유로(H1)의 밀폐 상태가 해제되며, 파우치 케이스(14) 내부의 가스가 내부 공간(S) 및 제2 유로(H2)를 통해 외부로 배출된다(도 10의 화살표 참조).Referring to Fig. 10, the operating principle of such a venting means 16 is shown. That is, when a pressure equal to or higher than a threshold value is generated in the
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)은, 내부 압력의 증가에 따라 개방됨으로써 내부에 발생된 가스를 외부로 배출시켜 줄 수 있도록 하는 벤팅 수단(15,16)을 구비함으로써, 단락 등의 이상상황이 발생되는 경우에 있어서 배터리 셀(10) 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.As described above, the
뿐만 아니라, 상기 배터리 셀(10)은, 이러한 벤팅 수단(15,16)을 구비함으로써 파우치 케이스(14)의 테두리 영역(B)을 통해 벤팅이 이루어질 필요가 없게 되므로, 파우치 케이스(14)의 밀봉력을 더욱 강하게 할 수 있어 품질이 향상될 수 있다.In addition, since the
한편, 이러한 벤팅 수단(15,16)은, 배터리 셀이 복수 개 연결되어 구현됨으로써 출력 전압이나 용량 등이 더욱 큰 배터리 모듈(M)이나 배터리 팩(P) 등에 있어서 더욱 중요할 수 있는데, 이러한 배터리 모듈 및 배터리 팩은 도 11 및 도 12에 도시되어 있다.The ventilation means 15 and 16 may be more important in a battery module M or a battery pack P having a larger output voltage or capacity because a plurality of battery cells are connected to each other. The module and the battery pack are shown in Figs. 11 and 12. Fig.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 정면도이고, 도 12는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 정면도이다.FIG. 11 is a front view showing a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a front view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
먼저, 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(M)은 배터리 셀이 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 연결되어 구현되는 셀 집합체, 셀 집합체를 수용하는 모듈 케이스(20), 배터리 셀과 연결되는 버스 바(30), 모듈 케이스(20)의 외측으로 돌출되어 버스 바(30)와 연결되는 외부 단자(40)를 포함한다.11, a battery module M according to an embodiment of the present invention includes a cell cluster in which battery cells are connected in series, parallel, or a combination of serial and parallel in a mixed manner, a module
이러한 배터리 모듈(M)에 채용되는 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나 이상은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)에 해당하며, 이로써 배터리 모듈(M) 사용상의 안전성이 확보될 수 있다.At least one of the plurality of battery cells employed in the battery module M corresponds to the
다음으로, 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(P)은, 배터리 모듈이 인터 커넥팅 바(50)에 의해 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식으로 연결됨으로써 구현된다.12, the battery pack P according to an embodiment of the present invention is implemented by connecting the battery modules in serial, parallel, or serial and parallel manner by the interconnecting
이러한 배터리 팩(P)에 채용되는 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나 이상은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(M)에 해당하며, 이로써 배터리 팩(P) 사용상의 안전성이 확보될 수 있다.At least one of the plurality of battery modules employed in the battery pack P corresponds to the battery module M according to the embodiment of the present invention described above, have.
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.
10: 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: 상부 케이스
14b: 하부 케이스
15,16: 벤팅 수단
B: 배터리 모듈
P: 배터리 팩10: Battery cell
11:
11b:
T: electrode tab 12: electrode lead
13: sealant 14: pouch case
14a:
15, 16: Venting means B: Battery module
P: Battery pack
Claims (9)
상기 전극 조립체에 연결되는 전극 리드;
상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스; 및
상기 파우치 케이스를 관통하여 설치되어 상기 파우치 케이스의 내부 압력이 임계 압력에 도달하면 개방되는 벤팅 수단을 포함하는 배터리 셀.An electrode assembly;
An electrode lead connected to the electrode assembly;
A pouch case for accommodating the electrode assembly such that the electrode lead is drawn out to the outside; And
And venting means installed through the pouch case to open when the internal pressure of the pouch case reaches a critical pressure.
상기 벤팅 수단은,
상기 파우치 케이스의 테두리 영역 중 상기 전극 리드가 인출되는 방향에 위치하는 테두리 영역 및 상기 전극 조립체 사이에 형성되는 공간과 대응되는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.The method according to claim 1,
The venting means,
Wherein the battery cell is installed at a position corresponding to a rim region of the rim of the pouch case, which is located in a direction in which the electrode leads are drawn out, and a space formed between the electrode assemblies.
상기 벤팅 수단은,
상기 배터리 셀 내부의 압력에 비례하는 양으로 상기 배터리 셀 내부에 발생된 가스를 배출시키는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.The method according to claim 1,
The venting means,
And discharging the gas generated in the battery cell in an amount proportional to the pressure inside the battery cell.
상기 벤팅 수단은,
상기 배터리 셀의 내측으로부터 외측을 향하는 방향을 따라 내부 공간이 점점 더 좁아지는 깔때기 형상을 가지되 상단의 대향 면이 서로 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.The method according to claim 1,
The venting means,
Wherein the battery cell has a funnel shape in which the inner space is gradually narrowed along the direction from the inside to the outside of the battery cell, and the opposing faces at the top are in contact with each other.
상기 벤팅 수단은,
상기 배터리 셀 내부의 압력이 상승함에 따라 상기 대향 면이 서로 이격됨으로써 상기 배터리 셀 내부에 발생된 가스를 배출시키는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.5. The method of claim 4,
The venting means,
Wherein the opposing surfaces are spaced apart from each other as the pressure inside the battery cell rises, thereby discharging gas generated in the battery cell.
상기 벤팅 수단은,
적어도 하나의 제1 유로를 구비하는 하부 캡;
적어도 하나의 제2 유로를 구비하며 내부 공간이 형성되도록 상기 하부 캡의 상부에 결합되는 상부 캡; 및
상기 내부 공간에 위치하되 상기 상부 캡으로부터 하부 캡을 향하는 방향으로 탄성 가압되어 제2 유로를 덮도록 설치되는 유로 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.The method according to claim 1,
The venting means,
A lower cap having at least one first flow path;
An upper cap having at least one second flow path and coupled to an upper portion of the lower cap to form an inner space; And
And a flow path cover disposed in the inner space so as to be elastically pressed in a direction from the upper cap toward the lower cap to cover the second flow path.
상기 벤팅 수단은,
상기 배터리 셀 내부의 압력이 상승함에 따라 상기 제1 유로가 개방됨으로써 상기 배터리 셀 내부에 발생된 가스를 배출시키는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.The method according to claim 6,
The venting means,
And the first channel is opened as the pressure inside the battery cell rises, thereby discharging gas generated in the battery cell.
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