KR20210038212A - 가스포켓을 포함하는 파우치형 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파우치형 이차전지의 발화에 의한 화염이 번지는 것을 방지하기 위하여, 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스와 전극조립체를 포함하는 전지셀부, 및 상기 전지케이스의 외면의 적어도 일부에 결합되며 불활성 기체를 수용하고 있는 가스포켓을 포함하며, 상기 가스포켓은 상기 전지셀부와 독립된 부재로서, 상기 전지케이스의 외면에 한 개 또는 두 개의 가스포켓이 결합되는 구조로 이루어진 파우치형 이차전지에 대한 것이다.
Description
본원 발명은 가스포켓을 포함하는 파우치형 이차전지에 대한 것으로서, 구체적으로, 독립된 형태로 이루어진 가스포켓을 전지케이스의 적어도 일부와 결합되도록 배치한 형태의 파우치형 이차전지에 대한 것이다.
반복적인 충방전이 가능하며 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 발생하지 않기 때문에 친환경 특성을 갖는 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
상기 리튬 이차전지는 외장재의 종류 및 형태에 따라 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 이차전지, 금속 캔으로 이루어진 원통형 이차전지 또는 각형 이차전지로 분류될 수 있으며, 전극조립체는 그 형태에 따라 젤리-롤형, 스택형, 스택/폴딩형 및 라미네이션/스택형으로 구분된다.
상기 파우치형 이차전지는 다양한 크기로 제작이 용이하고 가벼우며 에너지 밀도가 높은 특성이 있기 때문에 고출력 및 고용량의 에너지원이 필요한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차 등의 동력으로 사용되고 있다.
그러나, 상기 파우치형 이차전지는 상대적으로 강도가 낮은 전지케이스를 사용하기 때문에 외부 충격, 국부적 손상 등에 따라 급격히 전지의 온도가 증가하면서 폭발 및 발화의 위험성이 있다.
따라서, 리튬 이차전지의 개발 방향은 용량 증가와 함께 안전성 확보 쪽에 초점이 맞춰지고 있다.
이에, 리튬 이차전지에 적용하는 다양한 안전장치들이 개발되고 있는 바, 폭발 한계의 범위를 줄임으로써 연소 가능성을 낮출 수 있다.
예를 들어, 리튬 이차전지가 스웰링(swelling) 되면 활성 기체들이 발생하는데 이에 대해 불활성 기체를 섞어 주면 전지 내부 기체들의 연소 하한인 LFL(Low Flammable Limit)이 증가하고, 연소 상한인 UFL(Upper Flammable Limit)이 낮춰지면서 LFL과 UFL의 차이인 폭발 범위를 줄일 수 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 전지의 비정상적인 작동 조건에서 불활성 가스를 배출하는 구조의 불활성 가스 담지체가 포함되어 있고, 상기 담지체는 전지 내부의 압력 상승에 의해 기계적으로 파손되면서 불활성 가스를 배출하여, 전지의 안전성을 담보하는 구조로 이루어진 전지셀을 개시한다.
그러나, 특허문헌 1은 내부 압력 증가로 전지케이스가 파열되면 가스 담지체의 용기가 파열되어 내부의 불활성 가스가 전지 내부로 배출되는 구조인 바, 전지케이스가 파열되면, 외부 기체도 함께 전지 내부로 유입되기 때문에 불활성 가스를 이용한 폭발 한계를 낮추는 효과를 크게 얻기 어렵다.
특허문헌 2는 내부에 전지 요소를 수납하는 전지 요소 수납부와, 상기 전지 요소 수납부와 분리대에 의해 분리되는 가스 포켓을 구비하고, 충방전 사이클 중에 발생한 가스를 가스 포켓으로 방출하여 내부 압력을 낮추는 리튬이온 이차전지를 개시한다.
그러나, 특허문헌 2의 리튬이온 이차전지는 내부 압력을 낮추는 방법만을 개시할 뿐, 전지의 발화를 방지하기 위한 기술을 개시하지 못하고 있다.
특허문헌 3은 다공질 소재의 미세 구멍 내 및 표면에 불연성 가스 혹은 수계 용매 또는 불연성 용매를 흡착시켜서 이루어지는 축전 장치의 발화 방지재, 및 이를 사용하는 축전 시스템을 개시한다
그러나, 특허문헌 3은 전지케이스 내의 압력이 상승했을 때 개방하는 안전밸브가 전지케이스에 부가되고, 발화 방지재를 안전밸브의 직전에 배치하여 안전밸브의 개방시 전지 내부의 전해액 분해 가스 등의 성분이 발화 방지재를 통과하면서 배출될 때, 상기 발화 방지재에 흡착되어 있던 불연성 가스 혹은 수계 용매 또는 불연성 용매가 주위 온도를 빼앗으면서, 다공질 소재의 미세 구멍 내 및 표면에서 탈리하기 때문에, 비수전해질형 이차전지의 이상 시에 발생하는 가스 성분의 온도를 낮출 수 있고 이들의 가스 성분의 발화 폭발 등을 방지할 수 있는 기술이다.
이와 같이, 리튬 이차전지의 온도를 낮춰서 발화 및 폭발을 방지하기 위한 다양한 시도되고 있으나, 리튬 이차전지의 내압 증가시 빠르게 불활성 기체를 전지셀 내부로 침투시켜서 폭발 범위를 좁힐 수 있는 구조를 갖는 이차전지에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 파우치형 이차전지의 전지케이스 외부에 배치되면서, 파우치형 이차전지의 내압 증가시 불활성 기체를 전지케이스 내부로 주입하여 이차전지의 폭발 범위를 좁히는 파우치형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 파우치형 이차전지는, 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스와 전극조립체를 포함하는 전지셀부, 및 상기 전지케이스의 외면의 적어도 일부에 결합되며 불활성 기체를 수용하고 있는 가스포켓을 포함하며, 상기 가스포켓은 상기 전지셀부와 독립된 부재로서, 상기 전지케이스의 외면에 한 개 또는 두 개의 가스포켓이 결합되는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 가스포켓은 상기 전지케이스의 외주변 실링부에 결합되며, 상기 전지케이스의 실링부는 상기 가스포켓이 결합된 약한 실링부 및 상기 약한 실링부를 제외한 강한 실링부로 구성될 수 있다.
상기 가스포켓은, 불활성 기체가 수납된 수용부와 상기 전지케이스에 결합되는 결합부를 포함하고, 상기 결합부는 상기 전지케이스 실링부의 상면 및 하면의 적어도 일부를 덮도록 부착될 수 있다.
상기 파우치형 이차전지는 전극 리드가 돌출되는 x축 방향의 일측 외주변 실링부 상에 서로 간격을 두고 2개의 가스포켓이 결합되는 형태일 수 있다.
상기 파우치형 이차전지는 전극 리드가 돌출되는 x축 방향의 일측 외주변 실링부 상에 1개의 가스포켓이 결합되는 형태일 수 있다.
본 발명은 2개 이상의 파우치형 이차전지를 포함하는 전지셀 스택을제공하는 바, 상기 전지셀 스택은 제1파우치형 이차전지 및 제2파우치형 이차전지를 포함하며, 상기 제1파우치형 이차전지 및 제2파우치형 이차전지는, 전극 리드가 돌출되는 x축 방향의 일측 외주변 실링부 상에 한 개 또는 두 개의 가스포켓이 결합되고, 상기 제1파우치형 이차전지와 제2파우치형 이차전지가 교번 배열로 적층된 상태에서, 상기 제1파우치형 이차전지의 가스포켓과 제2파우치형 이차전지의 가스포켓이 일렬로 배열되는 형태일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제1파우치형 이차전지는 상기 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 양 끝단 각각에 제1가스포켓과 제2가스포켓이 결합되고, 상기 제2파우치형 이차전지는 상기 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 중심부에 제3가스포켓이 결합되며, 상기 제1파우치형 이차전지의 제1가스포켓 및 제2가스포켓 사이에 상기 제2파우치형 이차전지의 제3가스포켓이 배치되는 구조일 수 있다.
상기 제1가스포켓, 제2가스포켓 및 제3가스포켓은 두께가 서로 동일하고, 상기 제1가스포켓, 제2가스포켓 및 제3가스포켓의 두께는, 상기 제1파우치형 이차전지의 전지셀부 두께와 제2파우치형 이차전지의 전지셀부 두께의 합과 동일한 크기로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1가스포켓의 부피와 제2가스포켓의 부피의 합은 상기 제3가스포켓의 부피와 동일한 크기일 수 있다.
다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 제1파우치형 이차전지는 상기 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 일측 끝단에 제1가스포켓이 결합되고, 상기 제1가스포켓과 간격을 두도록 제2가스포켓이 결합되며, 상기 제2파우치형 이차전지는 상기 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 타측 끝단에 제3가스포켓이 결합되고, 상기 제3가스포켓과 간격을 두도록 제4가스포켓이 결합되며, 상기 제1가스포켓, 제4가스포켓, 제2가스포켓 및 제3가스포켓의 순서대로 배치되는 형태일 수 있다.
상기 제1가스포켓 내지 제4가스포켓의 두께는 서로 동일하고, 상기 제1가스포켓 내지 제4가스포켓의 두께는, 상기 제1파우치형 이차전지의 전지셀부 두께와 제2파우치형 이차전지의 전지셀부 두께의 합과 동일한 크기일 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 구체적인 예로서, 상기 가스포켓은 상기 전지셀부를 수용하는 내부 공간을 포함하고, 상기 가스포켓은 상기 내부 공간에 수용된 전지셀부의 전지케이스와 밀착되며, 상기 가스포켓은, 불활성 기체가 수납된 수용부, 상기 수용부를 감싸면서 상기 가스포켓의 외형을 형성하는 프레임을 포함하고, 상기 프레임의 내측면에는 상기 전지셀부의 상면 및 하면에 대해 수직이 되도록 돌기가 형성된 구조일 수 있다.
상기 돌기의 길이는, 내압 증가로 팽창된 전지케이스의 외면을 관통할 수 있는 크기로 이루어질 수 있다.
본 발명은, 또한, 상기 파우치형 이차전지를 단위 전지로 포함하는 전지 시스템을 제공하는 바, 구체적으로, 상기 파우치형 이차전지를 포함하는 전지셀 스택을 내부에 포함하는 전지팩, 상기 전지팩의 외부에 위치하고 상기 전지팩 내부로 주입하기 위한 불활성 기체를 수용하는 가스탱크, 및 상기 전지팩의 상태를 모니터링하면서 상기 가스탱크의 밸브를 조절하는 BMS(Battery Management System)를 포함하고, 상기 파우치형 이차전지의 내압 증가시 상기 밸브를 개방하여 불활성 기체를 전지팩으로 이동시키는 구조로 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 파우치형 이차전지는 내부의 압력 증가로 팽창되면 가스포켓과 연결된 부분이 개방되어 불활성 기체가 전지케이스 내부로 이동될 수 있는 바, 전지 내부에서 형성된 활성 기체들과 불활성 기체들이 섞이면서 LFL은 증가하고 UFL은 낮아지게 되는 결과, 폭발 범위를 좁힐 수 있다.
또한, 파우치형 이차전지의 내압증가시 전지케이스의 실링부 중에서 가스포켓과 결합된 부분만 개방되기 때문에, 불활성 기체만이 전지케이스 내부로 이동한다.
또한, 가스포켓이 전지케이스의 상면 및 하면에 밀착 배열되는 경우에는, 가스포켓 내부에 있는 돌기를 통해 전지케이스의 상면 및 하면에 관통구가 형성되면서 외부공기 유입없이 가스포켓 내의 불활성 기체만이 전지케이스 내부로 이동하는 바, 빠르게 발화 가능성을 낮출 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 파우치형 이차전지에서 가스 포켓이 결합되기 전과 후의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 제 2 실시예에 따른 파우치형 이차전지에서 가스 포켓이 결합되기 전과 후의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 파우치형 이차전지와 도 2의 파우치형 이차전지가 적층된 전지셀 스택의 사시도이다.
도 4는 제 3 실시예에 따른 파우치형 이차전지와 제 4 실시예에 따른 파우치형 이차전지가 적층된 전지셀 스택의 사시도이다.
도 5는 제 5 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도이다.
도 6은 도 5의 파우치형 이차전지의 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 전지 시스템의 모식도이다.
도 2는 제 2 실시예에 따른 파우치형 이차전지에서 가스 포켓이 결합되기 전과 후의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 파우치형 이차전지와 도 2의 파우치형 이차전지가 적층된 전지셀 스택의 사시도이다.
도 4는 제 3 실시예에 따른 파우치형 이차전지와 제 4 실시예에 따른 파우치형 이차전지가 적층된 전지셀 스택의 사시도이다.
도 5는 제 5 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도이다.
도 6은 도 5의 파우치형 이차전지의 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 전지 시스템의 모식도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명으로 한정하지 않는다.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
본 발명은 파우치형 이차전지의 정상 또는 비정상적인 사용 과정에서 발생하는 활성 기체들에 의해 파우치형 이차전지가 발화되는 것을 방지하기 위하여, 내압증가로 팽창된 파우치형 이차전지 내부로 불활성 기체가 주입되는 구조로 이루어진다.
이와 관련하여, 도 1은 제 1 실시예에 따른 파우치형 이차전지에서 가스 포켓이 결합되기 전과 후의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지는 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스(101)에 전극조립체(도시하지 않음)를 포함하는 전지셀부(110)와 불활성 기체를 수용하고 있는 제1가스포켓(120)과 제2가스포켓(130)이 전지케이스(101) 외면에 결합되고 있다.
전지케이스(101)는 외부 수지층, 금속층 미 및 내부 수지층으로 구성되는 ㄹ라미네이트 시트로 이루어지는 바, 전극조립체 수납부가 형성된 하부케이스의 내부 수지층과 상기 하부케이스의 상면을 덮는 상부케이스의 내부 수지층이 외주변 실링부에서 열융착되어 결합된다.
제1가스포켓(120)과 제2가스포켓(130)은 전극 리드(102)가 돌출되는 x축 방향의 일측 외주변 실링부에 결합되며, 불활성 기체가 수납된 수용부(121, 131)와 상기 외주변 실링부에 결합되는 결합부(122, 132)를 포함한다.
결합부(122, 132)는 수용부(121, 131)에서 연장된 구조로서 외주변 실링부의 상면(103a)과 실링부의 하면(103b)의 적어도 일부를 덮으면서 부착되는 구조로 이루어진다.
전지케이스 내부의 내압 증가시, 실링부에서 가스포켓이 결합되는 부분(104)은 개방되어 가스포켓에 수용된 불활성 기체가 전지케이스 내부로 이동되고, 가스포켓이 결합되지 않은 부분(103)은 개방되지 않아야 하는 바, 실링부에서 가스포켓이 결합되는 부분(104)은 결합력이 약한 실링부이고, 가스포켓이 결합되지 않는 부분(103)은 결합력이 강한 실링부로 구성된다.
가스포켓의 결합부는 약한 실링부 뿐 아니라 강한 실링부가 개방되더라도 실링부의 상면 및 하면에 대한 결합이 유지되는 바, 약한 실링부가 개방되면 전지케이스 내부의 활성 가스와 가스포켓 내부의 불활성 가스가 혼합될 수 있다. 따라서, LFL은 높아지고 UFL은 낮아짐으로써 연소 가능성을 낮출 수 있다.
다만, 가스포켓 내부의 불활성 기체가 전지케이스 내부로 이동하기 위해서는, 가스포켓 내부의 압력은 적어도 전지케이스의 결합이 약한 실링부가 개방되는 압력보다는 높은 상태인 것이 바람직하다.
가스포켓이 실링부에 결합되는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 상기 전지케이스의 실링부의 외면과 결합하는 가스포켓의 결합부 내측면에 열가소성 고분자 수지가 부가된 구조로서 전지케이스의 밀봉 단계에서 상기 가스포켓을 실링부의 외면에 배치한 상태로 가스포켓의 외면에서 가열 및 가압하는 방법을 사용할 수 있다.
도 1의 파우치형 이차전지(100)는 전극 리드(102)가 돌출되는 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 양 끝단 각각에 제1가스포켓(120)과 제2가스포켓(130)이 결합되고 있다.
제1가스포켓(120)과 제2가스포켓(130)의 수용부는 원통형 구조로 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 각형통형 구조로 이루어질 수 있으며, 두께(D) 및 폭(W)이 동일한 크기이고, 수용부의 부피가 동일한 크기로 이루어질 수 있다.
도 2는 제 2 실시예에 따른 파우치형 이차전지에서 가스 포켓이 결합되기 전과 후의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 파우치형 이차전지는(200)는 도 1의 전지케이스(101)와 동일한 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스(201)의 외주변에 열융착된 실링부가 형성되며, 전극 리드(202)가 돌출되는 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 중심부에 제3가스포켓(240)이 결합된다.
제3가스포켓(240)은 도 1의 제1가스포켓 및 제2가스포켓과 동일한 구조로서, 불활성 기체가 수납된 수용부(241)와 전지케이스의 외주변 실링부에 결합되는 결합부(242)를 포함하고, 결합부(242)는 전지케이스의 외주변 실링부의 상면 및 하면의 일부를 덮으면서 부착된다.
가스포켓(240)의 두께(D)는 제1가스포켓 및 제2가스포켓의 두께(D)와 동일하며, 가스포켓(240)의 폭(2W)은 제1가스포켓 및 제2가스포켓의 폭(W)의 2배일 수 있다.
도 3은 도 1의 파우치형 이차전지와 도 2의 파우치형 이차전지가 적층된 전지셀 스택의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 전지셀 스택은 파우치형 이차전지(100)의 전지셀부(110)가 상부에 배치하고 파우치형 이차전지(200)의 전지셀부(210)가 하부에 배치되도록 적층한 구조로 이루어지고, 2개의 파우치형 이차전지들이 결합된 상태에서, 파우치형 이차전지(100)의 제1가스포켓(120)과 제2가스포켓(130) 사이에 파우치형 이차전지(200)의 제3가스포켓(240)이 배치되며, 제1가스포켓(120), 제2가스포켓(130) 및 제3가스포켓(240)은 중심축이 x축 방향으로 일직선이 되도록 일렬로 배열된다.
파우치형 이차전지(100)의 전지셀부(110) 두께와 파우치형 이차전지(200)의 전지셀부(210) 두께의 합(h1)은 제1가스포켓(120), 제2가스포켓(130) 및 제3가스포켓(240)의 두께와 동일하고, 전지셀부(110)와 전지셀(210)로 이동하는 불활성 기체의 양을 동일하게 하기 위하여 제1가스포켓(120)과 제2가스포켓(130)의 부피의 합은 제3가스포켓(240)의 부피와 동일하게 이루어지는 것이 바람직하다.
도 3은 2개의 파우치형 이차전지가 적층된 상태를 도시하고 있으나, 파우치형 이차전지의 적층 개수는 3개 이상이 적층되어 전지셀 스택을 형성할 수 있다.
또한, 파우치형 이차전지가 짝수 개수로 적층되는 경우에는, 파우치형 이차전지(100)와 파우치형 이차전지(200)와 같이 한 쌍의 파우치형 이차전지는 가스포켓들이 일렬로 배치되기 때문에, 가스포켓의 부가로 인하여 파우치형 이차전지의 크기가 증가하는 것을 최소화하는 동시에, 전지셀부에서 발생하는 활성 가스가 혼합하기 위한 불활성 가스의 양도 충분히 확보할 수 있다.
도 4는 제 3 실시예에 따른 파우치형 이차전지와 제 4 실시예에 따른 파우치형 이차전지가 적층된 전지셀 스택의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 전지셀 스택은 파우치형 이차전지(300)와 파우치형 이차전지(400)가 적층된 구조로서, 전지셀 스택을 구성하는 파우치형 이차전지의 개수는 2개로 한정되지 않으며, 3개 이상의 파우치형 이차전지들로 구성될 수 있음은 물론이다.
도 4의 파우치형 이차전지(300)는 도 1의 전지셀부(110)와 같이 전극 리드가 돌출되는 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 일측 끝단에 제1가스포켓(320)이 결합되고, 제1가스포켓(320)과 간격을 두도록 제2가스포켓(330)이 결합되며, 파우치형 이차전지(400)는 상기 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 타측 끝단에 제3가스포켓(420)이 결합되고, 제3가스포켓(420)과 간격을 두도록 제4가스포켓(430)이 결합된다.
따라서, 제1가스포켓(320), 제4가스포켓(430), 제2가스포켓(330), 및 제3가스포켓(420)이 일렬로 배치된다.
제1가스포켓 내지 제4가스포켓의 두께(D)는 서로 동일하고 파우치형 이차전지(300) 전지셀부 두께와 파우치형 이차전지(400) 전지셀부 두께의 합(h1)은 제1가스포켓 내지 제4가스포켓의 두께(D)와 동일하다.
도 5는 제 5 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도이고, 도 6은 도 5의 파우치형 이차전지의 측면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 가스포켓(520)은 전지셀부(510)를 수용하는 내부 공간을 포함하고, 가스포켓(520)은 불활성 기체가 수납된 수용부(521), 수용부(521)를 감싸면서 가스포켓의 외형을 형성하는 프레임(522)을 포함하며, 상기 내부 공간에 수용된 전지셀부(510)의 전지케이스와 가스포켓(520) 수용부(521)가 밀착되도록 배치된다.
프레임(522)은 선형 프레임(522a)과 평면형 프레임(522b)을 포함하며, 평면형 프레임(522b)은 전지셀부(521)가 팽창하더라도 가스포켓의 외형이 팽창 변형되지 않도록 단단한 소재로 이루어지고, 선형 프레임(522a)은 전지셀부(510)의 상면측 및 하면측 각각에 분리된 구조로 배치하는 수용부(521)들의 거리가 멀어지지 않도록 수용부들의 위치를 고정하는 역할을 할 수 있도록 평면형 프레임과 같이 늘어나지 않는 단단한 소재로 이루어진다.
평면 프레임(522b)의 내측면에는 전지셀부의 상면(511) 및 전지셀부의 하면(512)에 대해 수직이 되도록 돌기(523)가 형성되어 있으며, 전지셀부(510)의 전지케이스가 팽창하면, 돌기(523)가 전지케이스를 관통하게 되는 바, 수용부(521)에 수용된 불활성 기체가 전지케이스 내부로 이동하여 전지케이스 내부의 활성 가스와 가스포켓 내부의 불활성 가스가 혼합될 수 있다. 따라서, LFL은 높아지고 UFL은 낮아짐으로써 연소 가능성을 낮출 수 있다.
따라서, 돌기(523)의 길이는 수용부의 높이보다는 짧고, 내압 증가로 팽창된 전지케이스의 외면을 관통할 수 있는 크기로 이루어진다.
도 7은 본 발명에 따른 전지 시스템의 모식도이다.
도 7을 참조하면, 전지 시스템은, 파우치형 이차전지로 구성되는 전지셀 스택을 내부에 포함하는 전지팩(600), 전지팩의 외부에 위치하고 상기 전지팩 내부로 주입하기 위한 불활성 기체를 수용하는 가스탱크(610), 및 전지팩의 상태를 모니터링하면서 상기 가스탱크의 밸브를 조절하는 BMS(Battery Management System)(620)를 포함하고, 파우치형 이차전지의 내압 증가시 상기 밸브를 개방하여 불활성 기체를 전지팩으로 이동시키는 구조로 이루어진다.
전지팩(600)은 불활성 기체가 수용된 가스포켓을 포함하는 파우치형 이차전지를 포함할 수 있는 바, 상기 전지 시스템은, 전지팩 외부에 있는 가스탱크로부터 불활성 가스의 주입이 가능할 뿐 아니라, 전지팩 내부에 있는 가스포켓을 개방하거나, 가스포켓에 있는 돌기가 전지케이스를 관통할 수 있도록 조절함으로써 연소 가능성을 낮출 수 있다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100, 200, 300, 400: 파우치형 이차전지
101, 201: 전지케이스
102, 202: 전극 리드
103: 가스포켓이 결합되지 않는 부분
103a: 실링부의 상면
103b: 실링부의 하면
104: 가스포켓이 결합되는 부분
105: 실링부
110, 210, 310, 510: 전지셀부
121, 131, 241, 521: 수용부
122, 132, 242: 결합부
120, 320: 제1가스포켓
130, 330: 제2가스포켓
240, 420: 제3가스포켓
430: 제4가스포켓
510: 가스포켓
511: 전지셀부의 상면
512: 전지셀부의 하면
522: 프레임
522a: 선형 프레임
522b: 평면형 프레임
600: 전지팩
610: 가스탱크
620: BMS
D: 가스포켓의 두께
W: 가스포켓의 폭
h1: 전지셀부 두께의 합
101, 201: 전지케이스
102, 202: 전극 리드
103: 가스포켓이 결합되지 않는 부분
103a: 실링부의 상면
103b: 실링부의 하면
104: 가스포켓이 결합되는 부분
105: 실링부
110, 210, 310, 510: 전지셀부
121, 131, 241, 521: 수용부
122, 132, 242: 결합부
120, 320: 제1가스포켓
130, 330: 제2가스포켓
240, 420: 제3가스포켓
430: 제4가스포켓
510: 가스포켓
511: 전지셀부의 상면
512: 전지셀부의 하면
522: 프레임
522a: 선형 프레임
522b: 평면형 프레임
600: 전지팩
610: 가스탱크
620: BMS
D: 가스포켓의 두께
W: 가스포켓의 폭
h1: 전지셀부 두께의 합
Claims (14)
- 파우치형 이차전지에 있어서,
라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스와 전극조립체를 포함하는 전지셀부; 및
상기 전지케이스의 외면의 적어도 일부에 결합되며 불활성 기체를 수용하고 있는 가스포켓;
을 포함하며,
상기 가스포켓은 상기 전지셀부와 독립된 부재로서, 상기 전지케이스의 외면에 한 개 또는 두 개의 가스포켓이 결합되는 파우치형 이차전지. - 제 1 항에 있어서, 상기 가스포켓은 상기 전지케이스의 외주변 실링부에 결합되며,
상기 전지케이스의 실링부는 상기 가스포켓이 결합된 약한 실링부 및 상기 약한 실링부를 제외한 강한 실링부로 구성되는 파우치형 이차전지. - 제 2 항에 있어서, 상기 가스포켓은, 불활성 기체가 수납된 수용부와 상기 전지케이스에 결합되는 결합부를 포함하고,
상기 결합부는 상기 전지케이스 실링부의 상면 및 하면의 적어도 일부를 덮도록 부착되는 파우치형 이차전지. - 제 3 항에 있어서, 상기 파우치형 이차전지는 전극 리드가 돌출되는 x축 방향의 일측 외주변 실링부 상에 서로 간격을 두고 2개의 가스포켓이 결합되는 형태인 파우치형 이차전지.
- 제 3 항에 있어서, 상기 파우치형 이차전지는 전극 리드가 돌출되는 x축 방향의 일측 외주변 실링부 상에 1개의 가스포켓이 결합되는 형태인 파우치형 이차전지.
- 2개 이상의 파우치형 이차전지를 포함하는 전지셀 스택으로서,
상기 전지셀 스택은 제1파우치형 이차전지 및 제2파우치형 이차전지를 포함하며,
상기 제1파우치형 이차전지 및 제2파우치형 이차전지는, 전극 리드가 돌출되는 x축 방향의 일측 외주변 실링부 상에 한 개 또는 두 개의 가스포켓이 결합되고,
상기 제1파우치형 이차전지와 제2파우치형 이차전지가 교번 배열로 적층된 상태에서, 상기 제1파우치형 이차전지의 가스포켓과 제2파우치형 이차전지의 가스포켓이 일렬로 배열되는 형태인 전지셀 스택. - 제 6 항에 있어서,
상기 제1파우치형 이차전지는 상기 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 양 끝단 각각에 제1가스포켓과 제2가스포켓이 결합되고,
상기 제2파우치형 이차전지는 상기 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 중심부에 제3가스포켓이 결합되며,
상기 제1파우치형 이차전지의 제1가스포켓 및 제2가스포켓 사이에 상기 제2파우치형 이차전지의 제3가스포켓이 배치되는 전지셀 스택. - 제 7 항에 있어서, 상기 제1가스포켓, 제2가스포켓 및 제3가스포켓은 두께가 서로 동일하고,
상기 제1가스포켓, 제2가스포켓 및 제3가스포켓의 두께는, 상기 제1파우치형 이차전지의 전지셀부 두께와 제2파우치형 이차전지의 전지셀부 두께의 합과 동일한 크기인 전지셀 스택. - 제 7 항에 있어서, 상기 제1가스포켓의 부피와 제2가스포켓의 부피의 합은 상기 제3가스포켓의 부피와 동일한 크기인 전지셀 스택.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제1파우치형 이차전지는 상기 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 일측 끝단에 제1가스포켓이 결합되고, 상기 제1가스포켓과 간격을 두도록 제2가스포켓이 결합되며,
상기 제2파우치형 이차전지는 상기 x축 방향의 일측 외주변 실링부의 타측 끝단에 제3가스포켓이 결합되고, 상기 제3가스포켓과 간격을 두도록 제4가스포켓이 결합되며,
상기 제1가스포켓, 제4가스포켓, 제2가스포켓 및 제3가스포켓의 순서대로 배치되는 전지셀 스택. - 제 10 항에 있어서, 상기 제1가스포켓 내지 제4가스포켓의 두께는 서로 동일하고,
상기 제1가스포켓 내지 제4가스포켓의 두께는, 상기 제1파우치형 이차전지의 전지셀부 두께와 제2파우치형 이차전지의 전지셀부 두께의 합과 동일한 크기인 전지셀 스택. - 제 1 항에 있어서, 상기 가스포켓은 상기 전지셀부를 수용하는 내부 공간을 포함하고,
상기 가스포켓은 상기 내부 공간에 수용된 전지셀부의 전지케이스와 밀착되며,
상기 가스포켓은, 불활성 기체가 수납된 수용부, 상기 수용부를 감싸면서 상기 가스포켓의 외형을 형성하는 프레임을 포함하고,
상기 프레임의 내측면에는 상기 전지셀부의 상면 및 하면에 대해 수직이 되도록 돌기가 형성된 파우치형 이차전지. - 제 12 항에 있어서, 상기 돌기의 길이는, 내압 증가로 팽창된 전지케이스의 외면을 관통할 수 있는 크기로 이루어지는 파우치형 이차전지.
- 제 12 항 또는 제 13 항의 파우치형 이차전지를 단위 전지로 포함하는 전지 시스템으로서,
상기 파우치형 이차전지를 포함하는 전지셀 스택을 내부에 포함하는 전지팩;
상기 전지팩의 외부에 위치하고 상기 전지팩 내부로 주입하기 위한 불활성 기체를 수용하는 가스탱크; 및
상기 전지팩의 상태를 모니터링하면서 상기 가스탱크의 밸브를 조절하는 BMS(Battery Management System);
를 포함하고,
상기 파우치형 이차전지의 내압 증가시 상기 밸브를 개방하여 불활성 기체를 전지팩으로 이동시키는 전지 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020190121080A KR20210038212A (ko) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | 가스포켓을 포함하는 파우치형 이차전지 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
| KR20210038212A true KR20210038212A (ko) | 2021-04-07 |
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| KR20080064916A (ko) | 2007-01-06 | 2008-07-10 | 주식회사 엘지화학 | 발화 및 폭발에 대한 안전성이 개선된 리튬 이차전지 |
| JP2013187089A (ja) | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Kurita Water Ind Ltd | 蓄電デバイスの発火防止材、この発火防止材を含む発火防止システム、およびこの発火防止システムを用いた蓄電システム |
| JP2016009677A (ja) | 2014-06-26 | 2016-01-18 | 株式会社カネカ | リチウムイオン二次電池及びその製造方法 |
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