KR20200028712A - 이차전지 및 그를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 캔; 상기 캔의 개구부에 실링되는 캡조립체; 및 상기 캔의 내주면에 구비되고 충격을 받으면 전기에너지를 발생시키는 압전소자, 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고 상기 전극조립체에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출하는 제1 열전소자를 구비하는 안전장치를 포함한다.

Description

이차전지 및 그를 포함하는 전지팩{SECONDARY BATTERY AND BATTERY PACK COMPRISING THE SAME}
본 발명은 이차전지 및 그를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 특히 충격 발생시 이차전지의 온도 상승을 억제하여 안전성을 높인 이차전지 및 그를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
상기한 이차전지는 전극조립체가 캔에 내장되는 캔형 이차전지와, 전극조립체가 파우치에 내장되는 파우치형 이차전지로 분류되며, 상기 캔형 이차전지는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 캔, 및 상기 캔의 개구부에 실링되는 캡 조립체를 포함한다. 그리고 상기 전극조립체는 분리막을 개재한 상태로 제1 전극과 제2 전극이 교대로 적층되는 구조를 가진다.
그러나 상기한 이차전지는 외부 충격에 의해 캔이 변형될 경우 상기 캔에 수용된 상기 전극조립체가 훼손되면서 쇼트가 발생할 수 있고, 상기 전극조립체의 쇼트로 인한 온도 상승으로 발화 또는 폭발이 발생할 수 있다.
특허등록번호 제10-1715697호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 이차전지는 열전소자와 압전소자를 포함한 안전장치를 포함하며, 이에 따라 쇼트로 인한 전극조립체의 온도 상승시 이를 효과적으로 억제할 수 있고, 그 결과 전극조립체의 발화 또는 폭발을 방지할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 캔; 상기 캔의 개구부에 실링되는 캡조립체; 및 상기 캔의 내주면에 구비되고 충격을 받으면 전기에너지를 발생시키는 압전소자, 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고 상기 전극조립체에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출하는 제1 열전소자를 구비하는 안전장치를 포함할 수 있다.
상기 전극조립체는 상기 캔에 연결되는 제1 전극탭을 구비한 제1 전극을 포함하되, 상기 제1 전극탭은 상기 전극조립체의 최외각에 권취되는 상기 1 전극의 외측면에 구비되고, 상기 제1 열전소자는 상기 제1 전극탭과 상기 압전소자 사이에 구비되면서 상기 제1 전극탭을 통해 전극조립체에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출할 수 있다.
상기 압전소자는 상기 캔의 내주면 전체에 구비될 수 있다.
상기 안전장치는, 상기 전극조립체의 최외각에 권취된 상기 1 전극의 내측면에 구비되는 제2 열전소자를 더 포함하며, 상기 제2 열전소자는 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고, 상기 최외각에 권취된 제1 전극을 통해 상기 전극조립체에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출하는 제2 열전소자를 더 포함할 수 있다.
상기 안전장치는, 상기 전극조립체의 권심에 구비되는 제3 열전소자를 더 포함하며, 상기 제3 열전소자는 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고, 상기 전극조립체의 권심에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출할 수 있다.
상기 캔의 내부가 설정된 온도 이상 상승하면, 상기 캔에 구비된 벤트면을 통해 형성되는 개방공간으로 상기 캔 내부의 열을 외부로 방출하는 방출장치를 더 포함할 수 있다.
상기 방출장치는, 상기 캔의 바닥면에 연결되는 벤트면과, 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 팽창하면서 상기 벤트면을 상기 바닥면으로부터 분리시킴에 따라 형성되는 개방공간으로 상기 캔 내부의 열을 외부로 방출하는 제4 열전소자, 및 상기 캔의 내부 온도가 설정온도 이상 상승시 상기 압전소자의 전기에너지가 상기 제4 열전소자에 전달되도록 연결하는 온도감지부를 포함할 수 있다.
상기 벤트면과 상기 바닥면 사이에는 절개부가 형성될 수 있다.
상기 설정 온도는 60℃이상으로 설정될 수 있다.
상기 캔의 바닥면에는 상기 벤트면에 구비된 제4 열전소자를 고정하는 고정부가 구비될 수 있다.
상기 고정부는 상기 제4 열전소자의 외측면을 고정하는 수평 고정편과, 상기 수평 고정편과 상기 바닥면을 연결하여 상기 제4 열전소자의 측면을 고정하는 수직 고정편을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩은 하나 이상의 이차전지; 및 상기 하나 이상의 이차전지를 수용하는 팩케이스를 포함하며, 상기 하나 이상의 이차전지는, 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 캔, 상기 캔의 개구부에 실링되는 캡조립체, 및 상기 캔의 내주면에 구비되고 충격을 받으면 전기에너지를 발생시키는 압전소자, 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고 상기 전극조립체에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출하는 제1 열전소자를 구비하는 안전장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 압전소자와 제1 열전소자를 구비한 안전장치를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 상기 전극조립체에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔에 전도하여 외부로 방출할 수 있고, 이에 따라 쇼트로 인한 전극조립체의 온도 상승을 억제할 수 있으며, 그 결과 전극조립체의 발화 또는 폭발을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지의 안전장치는 전극조립체에 포함된 제1 전극의 제1 전극탭에 구비되는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징을 인해 상기 전극조립체에서 발생하는 열을 상기 제1 전극탭을 통해 효과적으로 흡수할 수 있고, 이에 따라 상기 전극조립체의 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지의 안전장치는 전극조립체의 최외각에 권취된 제1 전극의 내면에 제2 열전소자를 더 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체의 내측면에 발생하는 열을 흡수할 수 있고, 그 결과 전극조립체의 온도상승을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지의 안전장치는 전극조립체의 권심에 제3 열전소자를 더 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체의 권심에 발생하는 열을 효과적으로 흡수할 수 있고, 그 결과 전극조립체의 온도상승을 효과적으로 억제할 수 있다.
정리하면, 본 발명의 이차전지의 안전장치는 전극조립체의 외측에 발생하는 열을 흡수하는 제1 열전소자와, 전극조립체의 내측에 발생하는 열을 흡수하는 제2 열전소자와, 전극조립체의 권심에 발생하는 열을 흡수하는 제3 열전소자를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체 전체에 발생하는 열을 효과적으로 흡수할 수 있다.
한편, 본 발명의 이차전지는 안전장치로도 상기 전극조립체의 온도상승을 억제하지 못할 경우 상기 캔 내부의 열을 외부로 방출시키는 방출장치를 더 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 이차전지가 폭발 또는 발화되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 안전성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 도시한 측단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 도시한 평단면도.
도 3은 도 1의 부분 확대도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 방출장치를 도시한 부분절개 사시도.
도 5는 도 4의 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩을 도시한 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지]
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(110), 상기 전극조립체(110)를 수용하는 캔(120), 상기 캔(120)의 개구부에 실링되는 캡조립체(130), 및 상기 전극조립체(110)의 온도 상승을 억제하는 안전장치(140)를 포함한다.
전극조립체
전극조립체(110)는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층되는 구조를 가지며, 상기 복수의 전극은 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 그리고 상기 제1 전극(111)은 캔(120)과 연결되는 제1 전극탭(111a)이 구비되고, 상기 제2 전극은 캡 조립체(130)와 연결되는 제2 전극탭이 구비된다. 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극일 수 있다.
여기서 상기 전극조립체(110)는 최외각에 제1 전극(111)이 권취되고, 상기 최외각에 권취된 제1 전극(111)의 외측면(도 1에서 보았을 때 캔을 향하는 바깥쪽 면)에는 상기 제1 전극탭(111a)이 구비된다.
한편, 아래에서 자세히 설명하겠지만, 상기 제1 전극탭(111a)은 캔(120)의 바닥면에 구비되는 고정편(240)에 결합된다.
캔
상기 캔(120)은 전극조립체를 수용하기 위한 것으로, 금속 소재로 이루어지고, 내부에 전극조립체(110)를 수용하는 수용부가 형성되고, 상부에 상기 수용부와 연결되는 개구부가 형성된다.
캡 조립체
상기 캡 조립체(130)는 가스배출공이 구비되고 돌출 단자를 형성하는 탑캡, 금속원판으로 이루어지고 중앙에 돌출부가 구비되어 있으며 상기 돌출부를 중심으로 동심원 상에 2개 이상의 노치가 형성되는 안전밴트, 금속원판으로 이루어지고 가스배출공과 중앙에 상기 안전밴트의 돌출부와 접합되는 CID, 및 상기 탑캡, 안전밴트 및 CID를 감싸서 상기 캔(120)의 개구부에 결합되는 가스켓을 포함한다.
안전장치
상기 안전장치(140)는 캔 내부에 수용된 전극조립체가 설정온도 이상 상승하면 상기 전극조립체에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출하는 구조를 가지며, 이에 따라 상기 전극조립체의 온도 상승을 억제할 수 있다.
예를 들면, 상기 안전장치(140)는 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 캔(120)의 내주면에 구비되고 충격을 받으면 전기에너지를 발생시키는 압전소자(141), 및 상기 압전소자(141)로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고 상기 전극조립체(110)에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔(120)을 통해 외부로 방출하여 상기 전극조립체(110)의 온도 상승을 억제하는 제1 열전소자(142)를 포함한다.
상기 압전소자(141)는 힘(예로 압력)을 통해 전기에너지를 생산하는 것으로, 상기 캔(120)의 내주면에 구비되고, 상기 캔(120)에 가해지는 압력을 통해 전기에너지를 생산한다. 즉, 상기 압전소자(141)는 캔(120)에 가해지는 압력에 의해 전기에너지의 생산이 이루어진다. 특히 캔(120)이 변형될 경우 상기 압전소자(141)에 지속적으로 압력을 가하게 되고, 이에 따라 지속적으로 전기에너지의 생산이 이루어진다.
여기서, 압전소자(141)는 전극조립체(110)의 스웰링 현상에 따라 발생되는 압력에 의해서도 전력을 생산할 수도 있다. 즉, 전극조립체(110)가 스웰링되면서 캔(120)의 내면에 구비된 압전소자(141)에 압력을 가하게 되고, 이에 따라 압전소자(141)가 전기에너지를 생산할 수 있다.
즉, 압전소자(141)는 캔 외부뿐만 아니라 캔 내부의 압력에 의해서도 전력 생산이 가능하다.
한편, 압전소자(141)는 압전기(壓電氣) 현상을 나타내는 소자로서, 피에조 전기소자라고도 불리운다. 이러한 압전소자를 이루는 재료로는 수정, 전기석, 로셸염 등이 이용되어 왔으며, 근래에 개발된 타이타늄산바륨, 인산이수소암모늄, 타타르산에틸렌다이아민 등의 인공결정도 압전성이 매우 뛰어나다.
한편, 압전소자(141)는 캔(120)의 내주면 전체에 구비될 수 있으며, 이에 따라 캔(120)의 전체에 가해지는 압력을 통해 전기에너지를 생산할 수 있다.
특히 압전소자(141)는 전극조립체(110)의 외주면과 대응하는 캔(120)이 내주면에만 한정하여 구비될 수 있으며, 이에 따라 전극조립체(110)에 가해지는 압력에 대해 효과적으로 반응하여 전기에너지를 생산하고, 전극조립체(110)의 외주면과 대응하지 않는 캔(120)의 부분에 가해지는 압력에 대해서는 반응하지 않음에 따라 불필요하게 전기에너지를 생산하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 열전소자(142)는 압전소자로부터 전달되는 전기에너지를 통해 작동하면서 상기 전극조립체(110)로부터 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔(120)의 전체면을 통해 외부로 방출한다. 즉, 제1 열전소자(142)는 압전소자로부터 전달되는 전기에너지를 통해 작동하면, 액체에서 기체로 바뀌는 과정에서 상기 전극조립체(110)에서 발생하는 열 형태의 에너지를 흡수하게 되고, 흡수한 열을 금속 소재인 캔(120)을 통해 외부로 방출하게 된다.
여기서 상기 제1 열전소자(142)는 상기 제1 전극탭(111a)과 상기 압전소자(141) 사이에 구비되며, 이에 따라 상기 전극조립체를 통해 상기 제1 전극탭(111a)에 전달되는 열을 흡수한 후 상기 캔(120)을 통해 외부로 방출할 수 있다. 즉, 쇼트 발생시 제1 전극탭(111a)에 열이 많이 발생하며, 이에 따라 제1 열전소자(142)를 상기 제1 전극탭(111a)에 구비하여 제1 전극탭(111a)의 열을 효과적으로 흡수 할 수 있고, 그 결과 제1 전극탭(111a)의 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 제1 열전소자(142)는 펠티어(Peltier) 효과를 이용하는 것으로, 2 종류의 금속끝을 접속시키거나 서로 다른 N형과 P형으로 된 반도체 소자로 구성된 모듈에 전류를 흘려주면 네가티브(-)로 대전된 접점에서는 주위로부터 열에너지를 흡수한 전자가 열전소자 내부로 이동하여 흡열이 일어나며, 포지티브(+)로 대전된 접점에서는 전자의 열에너지 방출에 의해서 발열이 일어나게 되는 현상을 이용한다. 즉, 전기에너지를 열에너지로 변환시킬 수 있는 것이다. 이와 같이 본 발명에서는 전류 방향에 따라 제1 열전소자(142)의 한쪽은 흡열하고 다른 한쪽은 발열을 일으키도록 하여 제1 열전소자(142)의 양단에 나타나는 흡열 및 발열 현상을 이용하여 전극조립체를 냉각하는 방식을 채용한다. 이 열전냉각방식은 냉매 순환 냉각 방식과는 달리 기계적인 작동부분이 필요 없는 환경문제를 야기하지 않는 냉각 방법이다.
한편, 상기 안전장치(140)는 상기 전극조립체(110)의 최외각에 권취된 상기 1 전극(111)의 내측면(전극조립체의 권심을 향하는 면)에 구비되는 제2 열전소자(143)를 더 포함한다.
즉, 상기 제2 열전소자(143)는 전극조립체 내부의 온도 상승을 억제하기 위한 것으로, 상기 전극조립체(110)의 최외각에 권취된 상기 1 전극(111)의 내측면에 구비되고, 상기 압전소자(141)로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되면서 상기 전극조립체(110)를 통해 최외각에 권취된 제1 전극(111)으로 전달되는 열을 흡수한 후, 상기 캔(120)을 통해 외부로 방출한다.
또한, 상기 안전장치(140)는 상기 전극조립체(110)의 권심(도 2에서 보았을 때 전극조립체의 중심)에 구비되는 제3 열전소자(144)를 더 포함하며, 상기 제3 열전소자(144)는 상기 압전소자(141)로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고, 상기 전극조립체(110)의 권심에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔(120)을 통해 외부로 방출한다.
정리하면, 상기 안전장치(140)는 제1 내지 제3 열전소자(142)(143)(144)를 포함하되, 상기 제1 열전소자(142)는 제1 전극탭(111a)에서 발생하는 열을 흡수하고, 상기 제2 열전소자(143)는 전극조립체(110) 내부로 발생하는 열을 흡수하며, 상기 제3 열전소자(144)는 전극조립체(110)의 권심으로 발생하는 열을 흡수한 다음, 상기 캔(120)을 통해 외부로 방출한다. 이에 따라 전극조립체(110)의 밖에서부터 안쪽까지 온도 상승을 크게 억제할 수 있다. 여기서 상기 제1 내지 제3 열전소자(142)(143)(144)는 동일한 구성을 가진다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 안전장치(140)를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체(110)가 설정된 온도 이상 상승하면 상기 전극조립체가 설정된 온도 이상 상승하지 못하게 억제할 수 있고, 이에 따라 폭발 또는 발화를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 안전장치(140)에 의해 전극조립체(110)의 온도 상승을 억제하지 못할 경우 상기 캔(120) 내부의 열을 외부로 방출하여 폭발 또는 발화를 방지하는 방출장치(150)를 더 포함한다.
방출장치
즉, 상기 방출장치(150)는 전극조립체(110)로부터 발생하는 열에 의해 상기 캔(120) 내부의 압력이 상승하면, 상기 캔에 구비된 벤트면을 상기 캔(120)으로부터 분리시킴에 따라 형성되는 개방공간으로 상기 캔 내부의 열을 외부로 방출한다.
예를 들면, 상기 방출장치(150)는 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 캔(120)의 바닥면(121)에 연결되는 벤트면(151)과, 상기 압전소자(141)로부터 전달되는 전기에너지에 의해 팽창하면서 상기 벤트면(151)을 상기 바닥면(121)으로부터 분리시키고 상기 벤트면(151)과 바닥면(121)이 분리되면서 형성되는 개방공간으로 상기 캔(120) 내부의 열을 외부로 방출하는 제4 열전소자(152), 및 상기 캔(120)의 내부 온도가 설정온도 이상 상승시 상기 압전소자(141)의 전기에너지가 상기 제4 열전소자(152)에 전달되도록 연결하는 온도감지부(153)를 포함한다.
여기서 상기 제4 열전소자(152)는 팽창시 상기 벤트면(151)을 효과적으로 가압하여 분리시킬 수 있도록 전극조립체(110)와 벤트면(151) 사이에 구비된다.
또한, 상기 바닥면(121)과 상기 벤트면(151) 사이에는 홈으로 형성된 절개부(151a)가 형성되며, 상기 절개부(151a)를 통해 상기 벤트면(151)을 상기 바닥면(121)으로부터 용이하게 분리시킬 수 있다. 즉, 상기 벤트면(151)에 압력이 작용하면 상기 절개부(151a)가 절개되면서 상기 벤트면(151)을 상기 바닥면(121)으로부터 분리시킬 수 있다.
이와 같은 상기 방출장치(150)는 안전장치(140)가 전극조립체(110)의 온도 상승을 억제하지 못하여 상기 캔(120) 내부 온도가 설정온도 이상으로 상승할 경우 상기 온도감지부(153)가 이를 감지하여 상기 압전소자(141)의 전기에너지를 상기 제4 열전소자(152)에 공급하고, 상기 제4 열전소자(152)는 공급된 전기에너지에 의해 팽창하면서 상기 벤트면(151)을 가압하게 되며, 상기 벤트면(151)은 상기 제4 열전소자(152)의 압력에 의해 상기 절개부(151a)가 절개되면서 상기 바닥면(121)으로부터 분리되며, 상기 분리된 벤트부(151)와 바닥면(121) 사이에 개방공간이 형성되면서 상기 캔(120) 내부의 열을 외부로 방출한다. 이에 따라 캔(120) 내부의 온도가 하강하게 되고, 그 결과 폭발 또는 발화를 방지할 수 있다.
여기서 상기 설정 온도는 60℃이상일 수 있고, 바람직하게는 100℃이상일 수 있다. 즉, 캔 내부에는 전극조립체와 함께 전해액이 수용되며, 상기 온도감지부(153)는 상기 전해액의 온도가 60℃ 이상 상승하면, 이를 감지하여 상기 제4 열전소자(152)에 전기에너지가 공급되도록 제어한다. 즉, 전해액의 온도가 60℃ 이상이면 전극조립체의 온도는 100℃ 이상 상승한 상태일 수 있기 때문에, 안전성을 위해 전해액의 온도가 60℃ 이상이면 이를 감지하도록 온도감지부(153)를 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 캔(120)의 바닥면(121)에는 제4 열전소자(152)의 팽창력이 상기 벤트면(151)에 효과적으로 전달되도록 상기 제4 열전소자(152)를 고정하는 고정부(123)를 더 포함한다.
즉, 상기 고정부(123)는 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 제4 열전소자(152)의 외측면을 지지하여 상기 캔(120)의 길이방향으로 움직이지 않게 고정하는 수평 고정편(123a)과, 상기 수평 고정편(123a)과 상기 바닥면(121)을 연결하여 상기 제4 열전소자(152)를 상기 캔(120)의 폭방향으로 움직이지 않게 고정하는 수직 고정편(123b)을 포함한다.
이에 따라 상기 고정부(123)는 상기 제4 열전소자(152)의 팽창시 상기 제4 열전소자(12)가 상기 벤트면(151) 방향으로만 팽창하게 지지하며, 이에 따라 벤트면(151)을 바닥면(121)으로부터 신속하게 분리시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 작용상태를 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 사용시 외부 충격에 의해 캔(120)이 변형될 경우 전극조립체(110)가 훼손될 수 있다. 특히 전극조립체(110)의 분리막이 훼손되면서 쇼트가 발생할 경우 상기 전극조립체(110)의 온도가 점차 상승하게 된다. 특히 전극조립체(110)의 제1 전극탭(111a)에 저항이 집중되면서 온도가 급상승하게 된다. 이때 상기 캔(120) 내부에 구비된 안전장치(140)에 의해 상기 전극조립체(110)의 온도를 억제할 수 있다.
즉, 안전장치(140)는 상기 캔(120)에 작용한 압력에 의해 압전소자(141)가 전기에너지를 발생시키고, 제1 열전소자(142)가 상기 압전소자(141)의 전기에너지에 의해 작동하면서 상기 전극조립체(110)에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔(120)을 통해 외부로 방출하여 상기 전극조립체(110)의 온도 상승을 억제한다. 이때 제1 열전소자(142)는 제1 전극탭(111a)에 구비되면서 상기 제1 전극탭(111a)의 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있다.
특히 상기 안전장치(140)는 제2 열전소자(143)를 포함하면서 전극조립체(110)의 최외각에 권취된 제1 전극(111)을 통해 전극조립체(110) 내부의 열을 흡수한 후 캔을 통해 외부로 방출할 수 있으며, 이에 따라 상기 전극조립체(110)의 온도 상승을 크게 억제할 수 있다.
또한, 상기 안전장치(140)는 제3 열전소자(144)를 포함하면서 상기 전극조립체(110)의 권심으로 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출할 수 있으며, 이에 따라 상기 전극조립체(110)의 온도 상승을 크게 억제할 수 있다.
한편, 안전장치(140)를 통해 전극조립체(110)의 온도 상승을 억제하지 못할 경우 상기 캔(120) 내부가 설정온도 이상상승하게 되는데, 이때 배출장치(150)를 통해 캔(120) 내부의 열을 외부로 방출하여 폭발 또는 발화를 방지할 수 있다.
즉, 배출장치(150)는 온도감지부(153)를 통해 캔 내부의 온도를 실시간으로 감지하는 한편, 상기 캔 내부의 온도가 설정 온도 이상 상승하면 압전소자(141)의 전기에너지를 상기 제4 열전소자(152)에 전달하여 상기 제4 열전소자(152)를 팽창시키고, 상기 제4 열전소자(152)의 팽창력을 통해 상기 캔(120)의 바닥면(121)으로부터 벤트면(151)을 분리시킴에 따라 형성되는 개방공간으로 상기 캔(120) 내부의 열을 외부로 방출할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성부호에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩]
본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩(10)는 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 하나 이상의 이차전지(100), 및 상기 하나 이상의 이차전지(100)를 수용하는 팩케이스(200)를 포함하며, 상기 하나 이상의 이차전지(100)는 전극조립체(110), 상기 전극조립체(110)를 수용하는 캔(120), 상기 캔(120)의 개구부에 실링되는 캡조립체(130) 및 상기 캔의 내주면에 구비되고 충격을 받으면 전기에너지를 발생시키는 압전소자, 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고 상기 전극조립체(110)에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔(120)을 통해 외부로 방출하는 제1 열전소자를 구비하는 안전장치(140)를 포함한다.
여기서 상기 안전장치는 제1 실시예에 따른 이차전지에 포함된 안전장치(140)와 동일한 구성이기에 자세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 하나 이상의 이차전지(100)는 안전장치에 의해 전극조립체(110)의 온도 상승을 억제하지 못할 경우 상기 캔(120) 내부의 열을 외부로 방출하여 폭발 또는 발화를 방지하는 방출장치(150)를 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 방출장치는 제1 실시예에 따른 이차전지에 포함된 방출장치(150)와 동일한 구성이기에 자세한 설명은 생략한다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩(10)는 팩케이스(200)를 통해 이차전지(100)에 충격이 발생하더라도 이차전지(100)의 온도상승을 억제할 수 있으며, 이에 따라 폭발 또는 발화로 인한 대형사고 발생을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.
10: 전지팩
100: 이차전지
110: 전극조립체
120: 캔
130: 캡조립체
140: 안전장치
141: 압전소자
142: 제1 열전소자
143: 제2 열전소자
144: 제3 열전소자
150: 방출장치
151: 벤트면
152: 제4 열전소자
153: 온도감지부
200: 팩케이스

Claims (12)

  1. 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수용하는 캔;
    상기 캔의 개구부에 실링되는 캡조립체; 및
    상기 캔의 내주면에 구비되고 충격을 받으면 전기에너지를 발생시키는 압전소자, 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고 상기 전극조립체에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출하는 제1 열전소자를 구비하는 안전장치를 포함하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극조립체는 상기 캔에 연결되는 제1 전극탭을 구비한 제1 전극을 포함하되, 상기 제1 전극탭은 상기 전극조립체의 최외각에 권취되는 상기 1 전극의 외측면에 구비되고,
    상기 제1 열전소자는 상기 제1 전극탭과 상기 압전소자 사이에 구비되면서 상기 제1 전극탭을 통해 전극조립체에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출하는 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전소자는 상기 캔의 내주면 전체에 구비되는 이차전지.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 안전장치는, 상기 전극조립체의 최외각에 권취된 상기 1 전극의 내측면에 구비되는 제2 열전소자를 더 포함하며,
    상기 제2 열전소자는 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고, 상기 최외각에 권취된 제1 전극을 통해 상기 전극조립체에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출하는 제2 열전소자를 더 포함하는 이차전지.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 안전장치는, 상기 전극조립체의 권심에 구비되는 제3 열전소자를 더 포함하며,
    상기 제3 열전소자는 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고, 상기 전극조립체의 권심에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출하는 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 캔의 내부가 설정된 온도 이상 상승하면, 상기 캔에 구비된 벤트면을 통해 형성되는 개방공간으로 상기 캔 내부의 열을 외부로 방출하는 방출장치를 더 포함하는 이차전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 방출장치는, 상기 캔의 바닥면에 연결되는 벤트면과, 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 팽창하면서 상기 벤트면을 상기 바닥면으로부터 분리시킴에 따라 형성되는 개방공간으로 상기 캔 내부의 열을 외부로 방출하는 제4 열전소자, 및 상기 캔의 내부 온도가 설정온도 이상 상승시 상기 압전소자의 전기에너지가 상기 제4 열전소자에 전달되도록 연결하는 온도감지부를 포함하는 이차전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 벤트면과 상기 바닥면 사이에는 절개부가 형성되는 이차전지.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 설정 온도는 60℃이상으로 설정되는 이차전지.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 캔의 바닥면에는 상기 벤트면에 구비된 제4 열전소자를 고정하는 고정부가 구비되는 이차전지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 고정부는 상기 제4 열전소자의 외측면을 고정하는 수평 고정편과, 상기 수평 고정편과 상기 바닥면을 연결하여 상기 제4 열전소자의 측면을 고정하는 수직 고정편을 포함하는 이차전지.
  12. 하나 이상의 이차전지; 및
    상기 하나 이상의 이차전지를 수용하는 팩케이스를 포함하며,
    상기 하나 이상의 이차전지는,
    전극조립체,
    상기 전극조립체를 수용하는 캔,
    상기 캔의 개구부에 실링되는 캡조립체, 및
    상기 캔의 내주면에 구비되고 충격을 받으면 전기에너지를 발생시키는 압전소자, 상기 압전소자로부터 전달되는 전기에너지에 의해 작동되고 상기 전극조립체에서 발생하는 열을 흡수한 후 상기 캔을 통해 외부로 방출하는 제1 열전소자를 구비하는 안전장치를 포함하는 전지팩.
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