KR20190006753A

KR20190006753A - 이차전지 모듈

Info

Publication number: KR20190006753A
Application number: KR1020170087844A
Authority: KR
Inventors: 김경민; 오송택; 최정석
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-01-21
Also published as: KR102414194B1

Abstract

본 발명은 비정상적인 과전압 시 안전성을 확보할 수 있는 이차전지 모듈에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 제1 전극탭이 각각 구비된 제1 단위전지, 제2 전극탭이 각각 구비된 제2 단위전지, 상기 제1 전극탭과 상기 제2 전극탭을 전기적으로 연결하는 집전체부를 포함하며, 상기 집전체부는 상기 제1 전극탭과 상기 제2 전극탭 사이 전류의 이동로를 형성하는 도전제, 소정의 전압 이상일 때 가스를 발생시키는 가스발생제 및 상기 도전제와 상기 가스발생제의 접착을 위한 바인더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지 모듈{SECONDARY BATTERY MODULE}

본 발명은 이차전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 비정상적인 과전압 시 안전성을 확보할 수 있는 이차전지 모듈에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0064229호에는 싱글컵 타입의 파우치형 이차전지를 포함하는 이차전지 팩이 개시되어 있다.

종래의 이차전지 팩 및 이차전지 모듈은 복수 개의 이차전지 사이의 양극탭과 음극탭을 단순히 용접(welding) 만을 하여 전기적으로 연결하는 방식으로 제작하였다.

하지만, 복수 개의 이차전지의 양극탭과 음극탭을 단순히 용접만으로 결합할 경우 과전압 등과 같은 비정상적인 상황이 발생하더라도 용접부로 전류가 흘러 이차전지의 폭발이나 발화 등의 사고가 발생할 수 있어 안전성 확보가 어려운 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 과전압 시 복수 개의 이차전지 사이의 전류를 차단하여 안전성을 확보할 수 있는 이차전지 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈은 제1 전극탭이 구비된 제1 단위전지, 제2 전극탭이 구비된 제2 단위전지, 상기 제1 전극탭과 상기 제2 전극탭을 전기적으로 연결하는 집전체부를 포함하며, 상기 집전체부는 상기 제1 전극탭과 상기 제2 전극탭 사이 전류의 이동로를 형성하는 도전제, 소정의 전압 이상일 때 가스를 발생시키는 가스발생제 및 상기 도전제와 상기 가스발생제의 접착을 위한 바인더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 전극탭은 음극의 극성을 가지고, 상기 제2 전극탭은 양극의 극성을 가질 수 있다.

상기 가스발생제는 탄산리튬(lithium carbonate), 옥살산리튬(lithium oxalate) 중 어느 하나 이상의 소재로 이루어질 수 있다.

상기 소정의 전압은 4.5V일 수 있다.

상기 집전체부는 상기 도전제와 상기 가스발생제와 상기 바인더를 혼합하여 형성된 고체일 수 있다.

상기 집전체부는 상기 제1 전극탭과 상기 제2 전극탭에 용접 결합될 수 있다.

상기 집전체부는 상기 소정의 전압 이상에서 상기 가스발생제로부터 발생된 가스에 의해 파열되어 파단될 수 있다.

상기 집전체부는 상기 제1 전극탭의 단부와 상기 제2 전극탭의 단부를 함께 감싸면서 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제1 단위전지의 양극의 전극탭과 상기 집전체부에 의해 전기적으로 연결되는 음극의 전극탭이 구비된 단위전지를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 단위전지의 음극의 전극탭과 상기 집전체부에 의해 전기적으로 연결되는 양극의 전극탭이 구비된 단위전지를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이차전지와 이차전지 간에 전기적으로 연결된 상태에서 과전압 시 안전성을 확보하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 이차전지 모듈에서 이차전지와 이차전지의 전극탭을 연결한 집전체부는 전류 통로와 함께 전류차단장치의 기능을 동시에 구현하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 이차전지 모듈에서 이차전지와 이차전지 간이 전극탭을 견고하게 연결하여 불량을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈을 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에서 집전체부가 파열된 상태를 도시한 사용상태도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 모듈을 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 모듈을 도시한 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 모듈에 대하여 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈을 도시한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈은 제1 전극탭(11b)이 구비된 제1 단위전지(10), 제2 전극탭(21a)이 구비된 제2 단위전지(20), 상기 제1 전극탭(11b)과 상기 제2 전극탭(21a)을 전기적으로 연결하는 집전체부(30)를 포함하며, 상기 집전체부(30)는 상기 제1 전극탭(11b)과 상기 제2 전극탭(21a) 사이 전류의 이동로를 형성하는 도전제, 소정의 전압 이상일 때 가스를 발생시키는 가스발생제 및 상기 도전제와 상기 가스발생제의 접착을 위한 바인더를 포함한다.

제1 단위전지(10) 및 제2 단위전지(20)는 각각 내부에 전극조립체와 전해액이 수용된 케이스와 전극조립체로부터 케이스의 외부로 연장되는 전극탭을 포함하는 이차전지일 수 있다.

집전체부(30)는 제1 단위전지(10)와 제2 단위전지(20)를 직렬 또는 병렬로 연결할 시 제1 단위전지(10)의 전극탭과 제2 단위전지(20)의 전극탭을 전기적으로 연결하기 위한 것이다.

도 1에서는 설명의 편의상 제1 단위전지(10)와 제2 단위전지(20)를 병렬로 연결하여 설명한다.

집전체부(30)는 제1 단위전지(10)의 전극탭 중 음극의 극성을 가지는 제1 전극탭(11b)과 제2 단위전지(20)의 전극탭 중 양극의 극성을 가지는 제2 전극탭(21a)을 연결하여 제1 단위전지(10)와 제2 단위전지(20)를 전기적으로 연결할 수 있다.

집전체부(30)가 제1 단위전지(10)의 전극탭 중 제1 전극탭(11b)과 제2 단위전지(20)의 전극탭 중 제2 전극탭(21a)을 연결하는 이유는 제1 단위전지(10)의 전극탭과 제2 단위전지(20)의 전극탭을 연결하면서 서로 상극의 전극탭을 연결하기 위함이다.

따라서 집전체부(30)는 제1 단위전지(10)의 전극탭 중 양극의 전극탭과 제2 단위전지(20)의 전극탭 중 음극의 전극탭을 전기적으로 연결할 수도 있다.

집전체부(30)는 제1 단위전지(10)의 전극탭과 제2 단위전지(20)의 전극탭에 연결할 시 용접(welding) 등의 방법을 사용하여 연결할 수 있고, 또는 집전체부(30)에 포함된 바인더의 접착 성질에 의해 연결할 수도 있다.

집전체부(30)는 전류의 이동을 돕는 도전제와 소정의 전압 이상일 때 가스를 발생시키는 가스발생제와 도전제와 가스발생제를 접착하기 위한 바인더를 혼합하여 고체를 형성하도록 제조할 수 있다.

도전제는 아세틸렌 블랙(acetylene black), 카본 블랙(carbon black) 등 중 어느 하나 이상의 소재로 이루어질 수 있고, 집전체부(30)에 포함되어 전류의 이동로를 형성할 수 있다.

가스발생제는 탄산리튬(lithium carbonate), 옥살산리튬(lithium oxalate) 등 중 어느 하나 이상의 소재로 이루어질 수 있다.

이차전지는 정상적인 충전 상태에서 2.5V ~ 4.4V를 형성하고, 소정의 전압은 이차전지의 정상적인 충전 상태를 벗어나 과충전 상태인 4.5V를 형성하여 가스발생제가 이차전지의 과충전 상태에서 가스를 발생하게 할 수 있다.

바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 등과 같은 폴리머(polymer) 소재일 수 있다.

바인더는 집전체부(30)의 제조 과정에서 도전제와 가스발생제를 접착시킬 수 있고, 제1 전극탭(11b)과 제2 전극탭(20a)의 사이에서 집전체부(30)를 제조하면서 제1 전극탭(11b)과 제2 전극탭(20a)에 집전체부(30)를 접착한 상태에서 집전체부(30)를 건조하여 고체로 형성할 수 있다.

도 2는 도 1에서 집전체부가 파열된 상태를 도시한 사용상태도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 집전체부(30)는 4.5V인 소정의 전압 이상에서 가스발생제로부터 발생된 가스에 의해 팽창될 수 있다.

그리고 팽창된 집전체부(30)는 파열되어 제1 전극탭(11b)과 제2 전극탭(21a)의 전기적 연결을 끊을 수 있다.

즉, 소정의 전압 이상에서 집전체부(30)가 파열됨에 따라 제1 단위전지(10)와 제2 단위전지(20)의 전기적 연결이 끊어져 과충전 현상이 해소되는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 모듈을 도시한 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 모듈은 제1 단위전지(10)의 제1 전극탭(11b)과 제2 단위전지(20)의 제2 전극탭(21a)을 집전체부(30a)로 연결하는데, 집전체부(30a)가 제1 전극탭(11b)의 단부와 제2 전극탭(21a)의 단부를 함께 감싸면서 전기적으로 연결할 수 있다.

즉, 집전체부(30a)를 제조하면서 집전체부(30a)가 제1 전극탭(11b)의 단부와 제2 전극탭(21a)의 단부를 함께 감싼 상태에서 집전체부(30a)를 건조하여 고체화할 수 있다.

이와 같이 집전체부(30a)가 제1 전극탭(11b)과 제2 전극탭(21a)을 함께 감싼 상태에서 고체화하면 제1 전극탭(11b)과 제2 전극탭(21a)의 연결부위를 견고히 할 수 있어 불량 발생을 줄일 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 집전체부(30a) 역시 일 실시예와 같이 소정의 전압 이상에서 가스발생제로부터 발생된 가스에 의해 팽창되어 파열함에 따라 제1 전극탭(11b)과 제2 전극탭(21a)과의 전기적 연결을 끊을 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 모듈을 도시한 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 모듈은 제1 단위전지(10), 제2 단위전지(20)에 적어도 한 개 이상의 단위전지(A)가 더 병렬로 연결될 수 있다.

또한, 제1 단위전지(10), 제2 단위전지(20)에 적어도 한 개 이상 연결되는 단위전지는 직렬로 연결될 수도 있다.

이와 같이 복수 개로 연결되는 단위전지는 상술한 일 실시예에서 제1 단위전지(10)의 전극탭과 제2 단위전지(20)의 전극탭이 집전체부(30)에 의해 전기적으로 연결되는 방식과 동일한 방식으로 서로 상극의 전극탭을 집전체부(30)로 연결하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이차전지와 이차전지 간에 전기적으로 연결된 상태에서 과전압 시 안전성을 확보하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 이차전지 모듈을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.

10: 제1 단위전지
20: 제2 단위전지
11b: 제1 전극탭
21a: 제2 전극탭
30, 30a: 집전체부
A: 단위전지

Claims

제1 전극탭(11b)이 구비된 제1 단위전지(10);
제2 전극탭(21a)이 구비된 제2 단위전지(20);
상기 제1 전극탭(11b)과 상기 제2 전극탭(21a)을 전기적으로 연결하는 집전체부(30); 를 포함하며,
상기 집전체부(30)는,
상기 제1 전극탭(11b)과 상기 제2 전극탭(21a) 사이 전류의 이동로를 형성하는 도전제;
소정의 전압 이상일 때 가스를 발생시키는 가스발생제; 및
상기 도전제와 상기 가스발생제의 접착을 위한 바인더; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극탭(11b)은 음극의 극성을 가지고, 상기 제2 전극탭(21a)은 양극의 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 가스발생제는 탄산리튬(lithium carbonate), 옥살산리튬(lithium oxalate) 중 어느 하나 이상의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 소정의 전압은 4.5V인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 집전체부(30)는 상기 도전제와 상기 가스발생제와 상기 바인더를 혼합하여 형성된 고체인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 집전체부(30)는 상기 제1 전극탭(11)과 상기 제2 전극탭(21)에 용접 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 집전체부(30)는 상기 소정의 전압 이상에서 상기 가스발생제로부터 발생된 가스에 의해 파열되어 파단되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 집전체부(30)는 상기 제1 전극탭(11b)의 단부와 상기 제2 전극탭(21a)의 단부를 함께 감싸면서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 단위전지(10)의 양극의 전극탭과 상기 집전체부(30)에 의해 전기적으로 연결되는 음극의 전극탭이 구비된 단위전지(A)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 단위전지(20)의 음극의 전극탭과 상기 집전체부(30)에 의해 전기적으로 연결되는 양극의 전극탭이 구비된 단위전지(A)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.