KR20220122024A

KR20220122024A - 가스 배출 유닛을 갖는 배터리 셀

Info

Publication number: KR20220122024A
Application number: KR1020210026126A
Authority: KR
Inventors: 정택언; 김상모; 김동주; 변재규; 박선민; 조은수
Original assignee: 에스케이온 주식회사
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-02
Also published as: US20220278416A1; DE102022104562A1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀은, 전극 조립체, 상기 전극 조립체와 전해액을 수용하는 배터리 케이스, 및 상기 전극 조립체와 상기 배터리 케이스 사이에 배치되어 상기 배터리 케이스의 내부 압력에 따라 유로를 개방 및 차단하는 가스 배출 유닛을 포함하며, 상기 가스 배출 유닛은, 상기 유로 내에서 이동 가능하도록 배치되는 이동 부재, 상기 이동 부재를 탄성 지지하는 다수의 탄성 부재, 및 상기 이동 부재와 상기 탄성 부재 사이에 배치되어 상기 이동 부재와 점 접촉하는 다수의 지지 부재를 포함할 수 있다.

Description

가스 배출 유닛을 갖는 배터리 셀{BATTERY CELL INCLUDING GAS DISCHARGING PORTION}

본 발명은 가스 배출 유닛을 갖는 배터리 셀에 관한 것이다.

배터리 셀과 같은 이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.

이러한 이차전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층되어 형성된다. 그리고 이들의 재료는 전지수명, 충방전 용량, 온도특성 및 안정성 등을 고려하여 선택된다.

이차전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 형태가 일정하지 않은 연성의 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 형태가 일정한 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.

파우치형 배터리 셀은 파우치 내부로 수분이나 공기가 유입되는 것을 막기 위해 제작 종료 단계에서 외부와의 통로가 철저히 차단된다. 이는 배터리 셀의 장기적 수명 측면에서 매우 유용한 방법이지만 배터리 셀의 열화에 의해 발생하는 가스(gas)의 배출을 막는 요인이 되고 있다.

이에 본 발명은 배터리 셀의 내부에서 발생하는 가스를 효과적으로 배출할 수 있는 가스 배출 유닛을 갖는 배터리 셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 실시예에 있어서 상기 유로는, 상기 이동 부재, 상기 다수의 탄성 부재, 상기 다수의 지지 부재가 배치되는 제2 유로, 상기 제2 유로와 연결되며 적어도 일부가 상기 배터리 케이스 내부에 배치되는 제1 유로, 및 상기 제2 유로와 연결되며, 적어도 일부가 상기 배터리 케이스 외부로 노출되는 제3 유로를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 이동 부재는, 상기 제2 유로 내에서 이동하며 상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 연결을 개방 또는 차단할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제2 유로는 직육면체 형상의 공간으로 형성되고, 상기 이동 부재는 상기 지지 부재와 접촉하는 일면이 타원 형상으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 이동 부재는, 상기 제1 유로 측으로 갈수록 단면적이 축소되는 형상으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 이동 부재의 단면적은, 상기 제2 유로의 단면적보다 작고, 상기 제1 유로, 상기 제3 유로의 단면적보다 크게 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 지지 부재는 구형(球形)으로 형성되고, 상기 탄성 부재는 코일 스프링으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 지지 부재는, 상기 이동 부재의 일면을 기준으로 사방에 분산 배치될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 가스 배출 유닛은, 내부에 상기 제2 유로가 형성된 몸체부, 상기 몸체부의 일측에 연결되며 내부에 상기 제1 유로가 형성된 관형의 유입부, 및 상기 몸체부의 타측에 연결되며 내부에 상기 제2 유로가 형성된 관형의 배출부를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 몸체부의 길이 "?항으?* 상기 몸체부에서 확장되는 확장부를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 확장부는, 상기 몸체부에서 멀어질수록 두께가 얇아지는 형태로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 확장부는, 상기 배터리 케이스에 접합될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 몸체부는, 직육면체 형상으로 형성되고, 외부면 중 넓은 양 면이 상기 배터리 케이스에 접합될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 가스 배출 유닛은, 상기 배터리 케이스에 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 가스 배출 과정에서 가스 배출 유닛이 안정적으로 동작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 셀의 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 가스 배출 유닛의 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 가스 배출 유닛의 I-I'에 따른 단면도.
도 5는 도 3의 II-II'에 따른 단면도.
도 6은 도 5의 III-III'에 따른 단면도.
도 7은 도 5에 도시된 이동 부재의 사시도.
도 8은 도 4에 도시된 가스 배출 유닛의 동작을 설명하기 위한 단면도.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

예컨대, 본 명세서에서 상측 상부, 하측, 하부, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 셀의 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 전극 조립체(130)와 이를` 수용하는 배터리 케이스(110), 그리고 배터리 케이스(110)에 결합되는 가스 배출 유닛(10)을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 충방전이 가능한 이차 전지로, 리튬 이온(Li-ion) 전지 또는 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지를 포함할 수 있다. 니켈 금속수소 전지는 양극에 니켈, 음극에 수소흡장합금, 전해질로 알카리 수용액을 사용한 이차전지로서 단위부피당 용량이 크므로 전기자동차(EV)나 하이브리드자동차(HEV) 등의 에너지원으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 저장용도 등 다양한 분야에 사용될 수 있다.

배터리 셀(100)은 파우치형(pouched type) 구조를 가질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 셀(100)은 각형 구조를 가질 수도 있다. 본 실시예에서는 배터리 셀(100)이 파우치형 구조로 구성되는 경우를 예로 하여 설명한다.

배터리 케이스(110)는, 예를 들어, 알루미늄으로 이루어지는 금속층에 그 표면을 절연처리하여 사용될 수 있다. 절연처리는 폴리머수지인 변성 폴리프로필렌, 예를 들어, CPP(Casted Polypropylene)가 열융착층을 이루며 도포되어 있고, 그 외측면에 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 형성될 수 있다.

배터리 케이스(110)는 내측에 수용 공간(113)이 마련될 수 있다. 배터리 케이스(110)의 내측 수용 공간(113)에는 전극 조립체(130)가 수용될 수 있다. 그리고 배터리 케이스(110)의 외측으로는 전극 리드(120)가 돌출 배치될 수 있다.

전극 조립체(130)는 배터리 케이스(110)의 내측 수용 공간(113)에 전해액과 함께 수납될 수 있다. 배터리 케이스(110는 하부 케이스(110b)와 상부 케이스(110a)를 결합한 후, 하부 케이스(110b)와 상부 케이스(110a)가 맞닿는 가장자리를 접합하여 수용 공간(113)을 밀봉함으로써 완성될 수 있다. 가장자리의 접합 방법으로는 열융착 방식이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 접합된 가장자리 부위를 실링부(115)로 지칭한다.

실링부(115)는 상기한 수용 공간(113)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성되며, 이에 실링부(115)는 수용 공간(113)의 외곽을 따라 배치될 수 있다.

본 실시예에서 실링부(115)는 전극 리드(120)가 배치되는 제1 실링부(115a)와, 전극 리드(120)가 배치되지 않는 제2 실링부(115b)로 구분될 수 있다.

전극 리드(120)는 양극 리드(120a)와 음극 리드(120b)를 포함할 수 있다. 양극 리드(120a)와 음극 리드(120b)는 배터리 케이스(110)의 양 측면으로 돌출될 수 있으며 각각 전극 조립체(130)와 연결될 수 있다.

양극 리드 및 음극 리드(120a, 120b)는 얇은 판상의 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 양극 리드(120a)는 알루미늄(Al) 소재로 이루어지고, 음극 리드(120b)는 구리(Cu) 소재로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에서 양극 리드 및 음극 리드(120a, 120b)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 양극 리드(120a)와 음극 리드(120b)가 동일한 방향을 향하도록 배치하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.

또한 본 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 적어도 하나의 가스 배출 유닛(10)을 포함한다.

가스 배출 유닛(10)은 기준 전극(60)을 포함하며 배터리 셀(100)의 양극과 음극 각각이 갖는 전위를 독립적으로 측정하기 위해 설치될 수 있다.

가스 배출 유닛(10)은 전극 조립체(130)와 배터리 케이스(110) 사이에 배치될 수 있다. 예컨대 배터리 케이스(110)의 실링부(115)에 결합되며, 적어도 일부는 배터리 케이스(110)의 내부 수용 공간(113)에 배치되고, 적어도 일부는 배터리 케이스(110)의 외부로 노출될 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 가스 배출 유닛의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 가스 배출 유닛의 I-I'에 따른 단면도이며, 도 5는 도 3의 II-II'에 따른 단면도이며, 도 6은 도 5의 III-III'에 따른 단면도이다.

도 3 내지 도 6을 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 가스 배출 유닛(10)은 실링부(115)에 고정 결합되는 하우징(28), 그리고 하우징(28)의 내부에 배치되는 이동 부재(30), 지지 부재(40), 및 탄성 부재(50)를 포함할 수 있다.

하우징(28)은 가스 배출 유닛(10)의 전체적인 외형을 형성한다. 하우징(28)은 수지와 같은 절연성 재질이나 금속 재질로 형성될 수 있으며 양 단부가 개방된 유로를 구비할 수 있다.

하우징(28) 내부의 유로는 후술되는 이동 부재(30)에 의해 차단된 상태를 유지할 수 있으며, 이동 부재(30)가 이동함에 따라 개방될 수 있다.

하우징(28)은 적어도 일부가 실링부(115) 사이에 개재되어 배터리 케이스(110)에 접합될 수 있다. 또한 하우징(28)은 배터리 케이스(110)의 외부로 노출되는 일단과 배터리 케이스(110)의 내부 수용 공간(113)에 배치되는 타단을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 하우징(28)은 실링부(115) 사이에 개재되는 몸체부(20)와, 배터리 케이스(110)의 외부로 노출되는 유입부(24), 배터리 케이스의 내부 공간에 배치되는 배출부(26)를 포함할 수 있다.

또한 하우징(28) 내부에 형성되는 유로는 가스 배출 시 가스가 이동하는 공간으로 이용되며, 제1 유로(24a), 제2 유로(20a), 및 제3 유로(26a)를 포함할 수 있다.

제1 유로(24a), 제2 유로(20a), 및 제3 유로(26a)는 모두 관(pipe) 형태로 형성될 수 있으며, 일직선 상에 배치될 수 있다.

또한 하우징(28)은 내부에 제2 유로(20a)가 형성된 몸체부(20), 몸체부(20)에서 날개 형상으로 확장되는 확장부(22), 제1 유로(24a)를 구비하는 유입부(24), 제3 유로(26a)를 구비하는 배출부(26)를 포함할 수 있다.

몸체부(20)는 가장 큰 부피를 갖는 부분으로, 내부에 구비되는 제2 유로(20a)에는 이동 부재(30), 지지 부재(40), 탄성 부재(50)가 배치될 수 있다.

몸체부(20)는 도 3을 기준으로, X축 방향의 길이(L1, 이하 제1 길이)가 Y축 방향의 길이(L2, 이하 제2 길이)보다 크게 형성될 수 있다. 여기서 제1 길이(L1)는 가스 배출 유닛(10)이 접합되는 실링부(115)의 길이 방향에 따른 길이를 의미하고, 제2 길이(L2)는 몸체부(20)의 두께 즉, 몸체부(20) 양면에 접합되는 실링부들(115) 사이의 거리를 의미할 수 있다.

이에 따라 본 실시예의 몸체부(20)는 정육면체가 아닌 직육면체의 형태로 형성될 수 있으며, 직육면체의 넓은 양 면이 실링부(115)에 접합되며 배터리 셀 케이스(110)에 결합될 수 있다. 이에 따라 몸체부(20)의 내부 공간인 제2 유로(20a)도 직육면체 형태로 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 가스 배출 유닛(10)은 제1 길이(L1)가 길수록 실링부(115)와 접촉하는 접합 면적이 증가하므로 접합 신뢰성을 높일 수 있다. 반면에 제2 길이(L2)가 증가하면 실링부들(115) 간의 간격이 증가하므로, 실링부(115)와 가스 배출 유닛(10)을 견고하게 접합하기 어렵다.

따라서 본 실시예에서 가스 배출 유닛(10)은 제2 길이(L2)보다 제1 길이(L1)가 긴 형상으로 형성될 수 있다. 또한 몸체부(20)의 형상에 대응하여, 몸체부(20) 내부에 구비되는 제2 유로(20a)도 제1 길이(L1) 방향이 제2 길이(L2) 방향보다 크게 형성될 수 있다.

한편 몸체부(20)의 Z축 길이(L3, 이하 제3 길이)는 후술되는 유입부(24)와 배출부(26) 사이의 길이로, 실링부(115)의 폭과 동일하거나 유사하게 형성될 수 있다.

본 실시예에서 몸체부(20)는 제1 길이(L1)가 제2 길이(L2)의 두 배 이상으로 형성될 수 있다. 또한 제2 길이(L2)와 제3 길이(L3)는 동일하거나 유사하게 형성될 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 몸체부(20)는 제1 길이(L1)가 10~100mm로 형성될 수 있으며, 제2 길이(L2)가 5~20mm, 제3 길이(L3)가 5~20mm로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

확장부(22)는 하우징(28)의 몸체부(20) 양 측에서 외부로 돌출되는 형태로 형성되며, 하우징(28)의 몸체부(20)에서 멀어질수록 두께가 얇아지는 형태로 형성될 수 있다. 확장부(22)는 배터리 케이스(110)의 실링부(115)에 접합될 수 있다. 따라서 본 실시예에서 확장부(22)는 몸체부(20)의 길이 방향을 따라 몸체부(20)에서 확장될 수 있으며, 실링부(115)와의 접합 면적을 증가시키는 형태로 확장될 수 있다. 이처럼 확장부(22)를 구비함에 따라, 본 실시예의 가스 배출 유닛(10)은 실링부(115)와의 접합 면적이 확장되므로 실링부(115)와 가스 배출 유닛(10) 간의 접합 신뢰성을 높일 수 있다.

본 실시예에서 몸체부(20)는 배터리 케이스(110)와 동일한 소재로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 몸체부(20)는 배터리 케이스(110) 중 몸체부(20)와 접합되는 소재와 동일한 소재로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 본 실시예에서 몸체부(20)는 고분자 필름을 매개로 실링부(115)에 부착될 수 있다. 예컨대, 가스 배출 유닛(10)은 폴리프로필렌(polypropylene) 필름을 통해 몸체부(20)의 양면이 하부 케이스(110b)의 실링부(115)와 상부 케이스(110a)의 실링부(115)에 각각 접합되며 배터리 케이스(110)에 결합될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

하우징(28) 내부에 형성되는 유로는 가스 배출 시 가스가 이동하는 공간으로 이용되며, 제1 유로(24a), 제2 유로(20a), 및 제3 유로(26a)를 포함할 수 있다.

제1 유로(24a)는 배터리 셀(100) 내부의 가스가 유입되는 통로로 이용되며, 이에 적어도 일부가 배터리 셀(100)의 내부 공간에 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 유로(24a)는 몸체부(20)의 일측에 연결되며 유입부(24) 내에 형성될 수 있다. 또한 제3 유로(26a)는 제2 유로(20a)로 유입된 가스가 배터리 셀(100)의 외부로 배출되는 통로로 이용되며, 적어도 일부가 배터리 셀(100)의 외부에 배치될 수 있다. 예컨대 제3 유로(26a)는 몸체부(20)의 타측에 연결되는 배출부(26) 내에 형성될 수 있다.

본 실시예에서 제2 유로(20a)는 제1 유로(24a)와 제3 유로(26a) 사이에 배치되며, 제1 유로(24a), 제3 유로(26a)는 제2 유로(20a)보다 좁은 통로로 형성된다. 따라서 제2 유로(20a)는 제1 유로(24a), 제3 유로(26a)보다 넓은 단면적을 갖도록 형성될 수 있다. 이로 인해 제1 유로(24a)가 제2 유로(20a)와 연결되는 부분, 그리고 제3 유로(26a)가 제2 유로(20a)와 연결되는 부분에는 단차가 형성될 수 있다.

그러나 이에 한정되지 않으며, 반대로 구성하거나 동일한 단면적으로 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 제1 유로(24a), 제2 유로(20a), 제3 유로(26a)의 경계에는 돌기 형태의 턱이 형성될 수 있다.

제2 유로(20a)의 내부에는 이동 부재(30), 지지 부재(40), 탄성 부재(50) 배치될 수 있다.

도 7은 도 5에 도시된 이동 부재의 사시도로, 이를 함께 참조하면, 본 실시예의 이동 부재(30)는 제2 유로(20a) 내에서 유로의 길이 방향을 따라 이동 가능하도록 배치될 수 있다. 따라서 도 4를 기준으로, 이동 부재(30)의 높이는 제2 유로(20a)의 길이(L3 방향의 길이)보다 작게 형성될 수 있다.

본 실시예에서 이동 부재(30)는 제3 유로(26a) 측(이하 하부면 측)으로 갈수록 단면적이 증가하는 형태로 형성될 수 있다. 따라서 이동 부재(30)는 하부면(30a)의 면적이 가장 크고 상부의 면적이 가장 작을 수 있다.

이를 위해 이동 부재(30)의 측면(30c)은 경사진 면으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다. 예컨대, 계단과 같은 연속된 단차들로 이동 부재(30)의 측면을 형성할 수 있다. 또한 오목하거나 볼록한 곡면 형태로 이동 부재(30)의 측면을 형성하는 것도 가능하다.

전술한 바와 같이, 몸체부(20)는 제1 길이(L1)가 제2, 제3 길이(L2, L3)보다 길게 형성된다. 따라서 제2 유로(20a) 내에 배치되는 이동 부재(30)도 제1 길이(L1) 방향의 길이가 다른 방향의 길이보다 길게 형성될 수 있다.

또한 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 이동 부재(30)는 하부면(30a)이 타원 형상으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제2 유로(20a)는 직육면체 형상의 공간으로 형성되므로, 이동 부재(30)는 하부면(30a) 전체가 몸체부(20) 내부면과 접촉하지 않고 일부만 접촉하도록 배치될 수 있다. 따라서 본 실시예에서 제2 유로(20a)는 이동 부재(30)에 의해 완전히 막히지 않는다.

이동 부재(30)는 제2 유로(20a)의 단면적보다 작고 제1 유로(24a)의 단면적보다는 큰 단면적을 가질 수 있다. 또한 이동 부재(30)의 상면 측은 외부를 향해 볼록하게 돌출된 곡면으로 형성될 수 있으며, 상기 돌출된 부분은 적어도 일부가 제1 유로(24a) 내에 삽입될 수 있다.

이동 부재(30)는 적어도 일부가 제1 유로(24a)와 제2 유로(20a)가 만나는 지점에 배치될 수 있으며, 제2 유로(20a) 내에서 이동하며 제1 유로(24a)와 제2 유로(20a)의 연결을 개방 또는 차단할 수 있다.

이를 위해, 이동 부재(30)의 상면부(30b)는 제1 유로(24a)를 완전히 막는 형태로 제1 유로(24a) 측에 밀착될 수 있다. 또한 이동 부재(30)의 상면부(30b)는 제2 유로(20a) 측에서 제1 유로(24a)를 견고하게 막을 수 있는 형상으로 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 이동 부재(30)는 제1 유로(24a) 측으로 갈수록 단면적이 축소되는 형상으로 형성될 수 있다. 따라서 이동 부재(30)가 제1 유로(24a)를 완전히 막도록 배치되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 이동 부재(30)의 상단은 일부가 제1 유로(24a)의 내부로 삽입되며 배치될 수 있다.

본 실시예에서 제1 유로(24a)는 단면이 타원 형상으로 형성된다. 따라서 이동 부재(30)도 제1 유로(24a)와 접하는 부분의 단면이 타원 형상을 가질 수 있다.

그러나 이동 부재(30)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 유로(24a)를 용이하게 막을 수만 있다면 이동 부재(30)는 다양한 형상으로 변경될 수 있다.

이동 부재(30)의 하부면(30a)에는 지지 부재(40)가 배치될 수 있다. 이를 위해 이동 부재(30)의 하부면(30a)은 편평한 면으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 지지 부재(40)가 부분적으로 삽입되는 홈을 이동 부재(30)의 하부면(30a)에 형성하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.

지지 부재(40)는 볼(ball)과 같은 구형(球形)으로 형성될 수 있으며, 이동 부재(30)와 후술되는 탄성 부재(50) 사이에 배치되어 이동 부재(30)를 지지할 수 있다.

지지 부재(40)는 다수 개가 분산 배치되어 이동 부재(30)의 하부면(30a)을 전체적으로 지지한다. 따라서 배터리 셀(100) 내부의 가스가 배출되는 과정에서 가스 압력에 의해 이동 부재(30)에 가해지는 힘은 다수의 지지 부재들(40)로 분산될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 지지 부재(40)는 4개가 구비되며, 이동 부재(30)의 하부면(30a) 중 몸체부(20)와 접촉하거나 몸체부(20)와 가장 인접하게 배치되는 부분과 각각 접촉하도록 배치된다. 예컨대, 지지 부재(40)는 이동 부재(30)의 하부면(30a)을 기준으로 사방에 배치되어 안정적으로 하부면(30a)을 지지할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 더 많거나 더 적은 수의 지지 부재(40)를 구비하도록 구성하는 것도 가능하다.

탄성 부재(50)는 지지 부재(40)와 몸체부(20) 사이에 배치되어 지지 부재(40)를 탄성 지지할 수 있다.

탄성 부재(50)는 일단이 제2 유로(20a)와 제3 유로(26a)가 만나는 지점에 형성된 단턱에 지지되고, 타단은 지지 부재(40)를 지지하도록 배치될 수 있다. 따라서 탄성 부재(50)의 외경은 지지 부재(40)의 직경과 동일하거나 작은 크기로 형성될 수 있다.

탄성 부재(50)로는 코일 스프링이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 지지 부재(40)를 탄성 지지할 수만 있다면 다양한 형태의 탄성체가 이용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 가스 배출 유닛(10)은 다수의 지지 부재(40)를 구비한다. 따라서 탄성 부재(50)도 다수 개가 구비되어 각각의 지지 부재(40)를 탄성 지지할 수 있다.

이어서 가스 배출 유닛(10)의 동작에 대해 설명한다.

도 8은 도 4에 도시된 가스 배출 유닛의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.

배터리 셀(100) 또는 다수의 배터리 셀들을 연결한 배터리 모듈이 정상적으로 동작될 때, 이동 부재(30)는 탄성 부재(50)의 탄성력에 의해 도 4에 도시된 바와 같이 제1 유로(24a) 측으로 밀착 배치되며, 이에 제1 유로(24a)와 제2 유로(20a)는 이동 부재(30)에 의해 서로 단절된 상태가 유지된다.

이후, 배터리 셀(100)이나 배터리 모듈에서 이상이 발생하여 배터리 셀 내부에 가스가 발생하고, 가스의 압력이 탄성 부재(50)의 탄성력보다 커지게 되면, 가스의 압력에 의해 탄성 부재(50)가 압축될 수 있다. 이 과정에서 가스의 압력에 의해 이동 부재(30)는 제3 유로(26a) 측으로 이동하여 제1 유로(24a)와 이격되고, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 유로(24a)와 제2 유로(20a)는 서로 연결된다.

제1 유로(24a)와 제2 유로(20a)가 연결됨에 따라, 배터리 셀(100) 내부에서 발생된 가스(G)는 제1 유로(24a)와 제2 유로(20a), 및 제3 유로(26a)를 거쳐 배터리 셀(100)의 외부로 배출될 수 있다.

한편, 가스의 배출로 인하여 배터리 셀(100)의 내부 압력이 탄성 부재(50)의 탄성력보다 작아지면, 탄성 부재(50)는 다시 신장된다. 이 과정에서 이동 부재(30)는 제1 유로(24a) 측으로 다시 이동하여 제1 유로(24a)에 삽입되고, 이에 제1 유로(24a)와 제2 유로(20a)는 다시 단절된다.

이와 같이 구성되는 본 실시예의 가스 배출 유닛(10)은 다수의 지지 부재(40)와 탄성 부재들(50)이 이동 부재(30)를 탄성 지지하도록 배치된다. 따라서 배터리 셀(100) 내부 압력의 증가로 인해 이동 부재(30)가 이동할 때 이동 부재(30)로부터 가해지는 힘은 다수의 지지 부재(40)에 고르게 분산될 수 있다.

이에 따라 이동 부재(30)가 이동하는 과정에서 불필요한 흔들림이나 유동 없이, 유로의 길이 방향(Z축 방향)으로만 이동될 수 있으므로 가스 배출 과정에서 가스 배출 유닛(10)이 안정적으로 동작할 수 있다.

본 실시예와 다르게, 이동 부재(30)가 탄성 부재(50)와 직접 접촉하도록 구성되는 경우 즉, 이동 부재(30)가 탄성 부재(50)와 면접촉 하거나 선 접촉하도록 구성되는 경우, 접촉 부위가 넓으므로 이동 부재(30)와 탄성 부재(50)가 접촉하는 부분이 고르게 접촉되지 않고 들뜨는 부분이 발생될 수 있다. 이 경우 이동 부재(30)는 흔들리거나 틀어진 형태로 이동될 수 있다.

그러나 본 실시예에서는 이동 부재(30)에서 탄성 부재(50)로 전달되는 힘이 지지 부재(40)를 통해 전달되며, 지지 부재들(40)은 구형으로 형성되어 이동 부재(30)와 점 접촉하도록 배치되므로, 이동 부재(30)와 지지 부재(40) 사이의 접촉점이 들뜨는 것을 방지할 수 있으며, 이에 보다 안정적으로 이동 부재(30)를 탄성 지지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

예컨대, 각 유로의 내벽이나 유로 내에 배치되는 지지 부재, 이동 부재, 탄성 부재의 표면에는 내식성이 우수한 코팅층이 형성될 수 있다. 코팅층은 티타늄(Ti) 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.

10: 가스 배출 유닛
20: 몸체부
24: 유입부
26: 배출부
28: 하우징
30: 이동 부재
40: 지지 부재
50: 탄성 부재
100: 배터리 셀
110: 배터리 케이스
120: 전극 리드
130: 전극 조립체

Claims

전극 조립체;
상기 전극 조립체와 전해액을 수용하는 배터리 케이스; 및
상기 전극 조립체와 배터리 케이스 사이에 배치되어 상기 배터리 케이스의 내부 압력에 따라 유로를 개방 및 차단하는 가스 배출 유닛;
을 포함하며,
상기 가스 배출 유닛은,
상기 유로 내에서 이동 가능하도록 배치되는 이동 부재;
상기 이동 부재를 탄성 지지하는 다수의 탄성 부재; 및
상기 이동 부재와 상기 탄성 부재 사이에 배치되어 상기 이동 부재와 점 접촉하는 다수의 지지 부재;
를 포함하는 배터리 셀.
제1항에 있어서, 상기 유로는,
상기 이동 부재, 상기 다수의 탄성 부재, 상기 다수의 지지 부재가 배치되는 제2 유로;
상기 제2 유로와 연결되며 적어도 일부가 상기 배터리 케이스 내부에 배치되는 제1 유로; 및
상기 제2 유로와 연결되며, 적어도 일부가 상기 배터리 케이스 외부로 노출되는 제3 유로를 포함하는 배터리 셀.
제2항에 있어서, 상기 이동 부재는,
상기 제2 유로 내에서 이동하며 상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 연결을 개방 또는 차단하는 배터리 셀.
제3항에 있어서,
상기 제2 유로는 직육면체 형상의 공간으로 형성되고,
상기 이동 부재는 상기 지지 부재와 접촉하는 일면이 타원 형상으로 형성되는 배터리 셀.
제4항에 있어서, 상기 이동 부재는,
상기 제1 유로 측으로 갈수록 단면적이 축소되는 형상으로 형성되는 배터리 셀.
제2항에 있어서, 상기 이동 부재의 단면적은,
상기 제2 유로의 단면적보다 작고, 상기 제1 유로, 상기 제3 유로의 단면적보다 크게 형성되는 배터리 셀.
제4항에 있어서,
상기 지지 부재는 구형(球形)으로 형성되고, 상기 탄성 부재는 코일 스프링으로 형성되는 배터리 셀.
제7항에 있어서, 상기 지지 부재는,
상기 이동 부재의 일면을 기준으로 사방에 분산 배치되는 배터리 셀.
제2항에 있어서, 상기 가스 배출 유닛은,
내부에 상기 제2 유로가 형성된 몸체부,
상기 몸체부의 일측에 연결되며 내부에 상기 제1 유로가 형성된 관형의 유입부, 및
상기 몸체부의 타측에 연결되며 내부에 상기 제2 유로가 형성된 관형의 배출부를 포함하는 배터리 셀.
제9항에 있어서,
상기 몸체부의 길이 "?항으?* 상기 몸체부에서 확장되는 확장부를 더 포함하는 배터리 셀.
제10항에 있어서, 상기 확장부는,
상기 몸체부에서 멀어질수록 두께가 얇아지는 형태로 형성되는 배터리 셀.
제11항에 있어서, 상기 확장부는,
상기 배터리 케이스에 접합되는 배터리 셀.
제9항에 있어서, 상기 몸체부는,
직육면체 형상으로 형성되고, 외부면 중 넓은 양 면이 상기 배터리 케이스에 접합되는 배터리 셀.
제1항에 있어서, 상기 가스 배출 유닛은,
상기 배터리 케이스에 결합되는 배터리 셀.