KR20220161481A - 기체 흡착 장치, 엔드캡 조립체, 전지 셀, 전지 및 전기 장치 - Google Patents

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Abstract

본 출원의 실시예는 전지 기술분야에 관한 것으로, 기체 흡착 장치, 엔드캡 조립체, 전지 셀, 전지 및 전기 장치를 제공한다. 기체 흡착 장치는, 전지 셀에 적용되는 것으로, 챔버가 구비되는 본체; 본체에 마련되고, 전지 셀의 내부 압력 또는 온도가 제1 임계값에 도달할 때 작동하여 챔버가 전지 셀의 내부와 연통되도록 구성되는 제1 감압부; 챔버 내부에 마련되고, 전지 셀의 사용 과정에서 발생한 기체를 흡수하는 흡착제 및 흡착제를 캡슐화하고 기체의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 차단하도록 구성되는 패키지를 포함하는 기체 흡착 유닛;을 포함한다. 기체 흡착 장치는 전지 셀의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

기체 흡착 장치, 엔드캡 조립체, 전지 셀, 전지 및 전기 장치
본 출원은 전지 기술분야에 관한 것으로, 특히, 기체 흡착 장치, 엔드캡 조립체, 전지 셀, 전지 및 전기 장치에 관한 것이다.
에너지 절약 및 탄소 배출 저감은 자동차 산업의 지속 가능한 발전의 핵심이다. 전기 차량은 에너지 절약 및 환경 친화적인 장점으로 인해 나날이 자동차 산업의 지속 가능한 발전의 중요한 일원으로 등장되었다. 전기 차량의 경우, 그 발전에 중요한 요소 중 하나는 전지 기술이다.
전지 기술의 발전에 있어서 전지의 안전성을 어떻게 향상시킬 것인가는 전지 기술에서 시급히 해결해야 할 기술적인 과제이다.
본 출원은 기체 흡착 장치, 엔드캡 조립체, 전지 셀, 전지 및 전기 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. 기체 흡착 장치는 전지 셀의 안전성을 향상시킬 수 있다.
제1 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는, 전지 셀에 적용되는 기체 흡착 장치에 있어서,
챔버가 구비되는 본체;
본체에 마련되고, 전지 셀의 내부 압력 또는 온도가 제1 임계값에 도달할 때 작동하여 챔버가 전지 셀의 내부와 연통되도록 구성되는 제1 감압부; 및
챔버 내부에 마련되고, 전지 셀의 사용 과정에서 발생한 기체를 흡수하는 흡착제 및 흡착제를 캡슐화하고 기체의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 차단하도록 구성되는 패키지를 포함하는 기체 흡착 유닛;을 포함하는, 기체 흡착 장치를 제공한다.
본 출원의 실시예의 기체 흡착 장치에 따르면, 흡착제는 패키지에 의해 캡슐화되어 기체 흡착 유닛으로 형성되고, 기체 흡착 유닛은 본체 내부에 배치되며 본체 및 패키지의 기액 분리 기능으로 인해 흡착제와 전해액 환경 사이에 2층 격리 구조가 이루어짐으로써, 전해액에 대한 격리 및 흡착제에 의한 흡착 효과의 장기적 신뢰성을 보장하게 된다. 전지 셀의 내부 압력이 상승하여 제1 임계값에 도달할 때, 제1 감압부는 작동하여 챔버 내부가 외부와 연통되게 하고, 기체는 제1 감압부를 경유하여 본체의 챔버로 들어갈 수 있으며, 기체는 패키지를 통과하여 흡착제에 의해 흡수되고, 나아가 전지 셀의 내부 압력 상승을 완화시켜 전지 셀의 안전성을 향상시키게 된다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 패키지의 수증기 투과율은 30g*25μm/m2*24h*0.1Mpa 미만이다.
상술한 기술적 해결방법에서, 패키지의 상기 수증기 투과율에 의해, 수증기 투과를 효과적으로 차단할 수 있고, 수증기 차단 효과가 우수하며 흡착제에 의한 흡착 효과의 장기적인 신뢰성을 보장하게 된다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 기체 흡착 장치는 복수의 기체 흡착 유닛을 포함한다.
상술한 기술적 해결방법에서, 복수의 기체 흡착 유닛은 많은 표면적을 가지므로 기체 흡착 효율이 향상된다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 복수의 기체 흡착 유닛에 있는 흡착제는 종류가 서로 다른 기체를 흡수하도록 서로 다르다.
상술한 기술적 해결방법에서, 서로 다르 흡착제는 흡착 기체의 다양성을 향상시키고 서로 다른 기체의 흡수에 적합하다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 흡착제는 염기성 산화물과 수산화물의 혼합물을 포함한다.
상술한 기술적 해결방법에서, 염기성 산화물과 수산화물이 혼합되면 반응 속도가 빠르고 기체 흡착 효과가 우수하며 기체 흡착 효과를 향상시키는 데 유리하다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 혼합물에서 수산화물과 염기성 산화물의 몰비는 1:1 ~ 1:10이다.
상기 기술적 해결방법에서, 염기성 산화물과 수산화물의 혼합비를 조정함으로써 서로 다른 기체의 흡수에 적합하도록 기체 흡수율을 조정할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 본체 및 제1 감압부는 모두 금속 재질이다.
상술한 기술적 해결방법에서, 금속 재질은 우수한 차단 기능을 가지므로, 수증기, 전해액 등은 금속 재질을 통과할 수 없어 챔버가 밀봉된 챔버임을 보장하고, 제1 감압부가 작동하기 전에 흡착제가 기체 또는 액체를 흡수할 가능성을 감소시켜 흡착제에 의한 흡착 효과의 장기적인 신뢰성을 보장할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 제1 감압부는 본체의 내부면에 비해 챔버의 외부를 향해 함몰되어 있다.
상술한 기술적 해결방법에서, 제1 감압부가 배치됨으로써, 한편으로, 기체 흡착 유닛과 제1 감압부의 간섭으로 인해 제1 감압부의 작동 압력에 영향을 미치는 것을 피하고, 다른 한편으로, 제1 감압부의 동작을 위한 공간을 충분히 확보한다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 기체 흡착 장치는, 제1 감압부에 덮여 기체의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 차단하도록 구성되는 기체 투과막을 더 포함한다.
상술한 기술적 해결방법에서, 제1 감압부의 표면에는 기체 투과막이 배치되어 전해액을 격리하는 데, 제1 감압부가 작동하면 사용 과정에서 튀는 전해액이 챔버로 들어가는 것을 어느 정도로 차단할 수 있다.
제2 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는,
엔드캡;
전지 셀 내부에 인접한 엔드캡의 일측에 설치되는 절연 부재; 및
절연 부재 및/또는 엔드캡에 설치되는 상술한 기체 흡착 장치;를 포함하는, 엔드캡 조립체를 더 제공한다.
본 출원의 실시예의 엔드캡 조립체에 따르면, 기체 흡착 장치는 절연 부재에 설치될 수 있거나, 또는 기체 흡착 장치는 엔드캡에 설치될 수도 있거나, 또는 기체 흡착 장치는 절연 부재 및 엔드캡에 설치될 수도 있으며, 이로써 기체 흡착 장치의 설치가 이루어지고, 기체 흡착 장치가 전해액과 접촉할 확률을 감소시키고 실제 적용 시 신뢰성을 향상시키는 데 유리하다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 본체는 엔드캡으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제1 외부면을 포함하고, 제1 감압부는 본체의 제1 외부면을 제외한 나머지 외부면에 마련된다.
상술한 기술적 해결방법에서, 제1 감압부은 제1 외부면에 비해 전해액으로부터 멀리 떨어져 있어, 전해액이 챔버에 들어갈 확률을 감소시킨다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 제1 감압부는 엔드캡에 인접한 본체의 일측에 위치한다.
상술한 기술적 해결방법에서, 엔드캡에 인접한 본체의 일측에 제1 감압부를 배치함으로써, 제1 감압부가 작동한 후 전해액이 챔버 내부로 들어갈 확률을 감소시킬 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 절연 부재는 기체 흡착 장치가 수용되는 캐비티가 구비된다.
상술한 기술적 해결방법에서, 캐비티가 배치됨으로써, 기체 흡착 장치의 설치를 용이하게 하고, 전지 셀 내부의 공간을 합리적으로 활용하게 된다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 엔드캡 조립체는, 엔드캡에 마련되고, 전지 셀의 내부 압력 또는 온도가 제2 임계값에 도달할 때 작동하여 전지 셀의 내부 압력을 방출하도록 구성되는 제2 감압부;를 더 포함하고,
제1 임계값은 제2 임계값 미만이다.
상술한 기술적 해결방법에서, 제2 감압부가 배치됨으로써, 전지 셀의 내부 압력을 방출시켜 전지 셀의 사용 안전성을 보장하게 된다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 엔드캡 조립체는, 엔드캡 및/또는 기체 흡착 장치에 배치되고, 기체 흡착 장치와 제2 감압부의 접촉을 차단하는 정렬 구조;를 더 포함한다.
상술한 기술적 해결방법에서, 정렬 구조가 배치됨으로써, 기체 흡착 장치와 제2 감압부 사이의 간섭을 피하고, 제2 감압부의 정상적인 작동을 보장하게 된다.
제3 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는, 상술한 기체 흡착 장치를 포함하는, 전지 셀을 더 제공한다.
제4 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는, 상술한 전지 셀을 포함하는, 전지를 더 제공한다.
제5 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는, 상술한 전지 셀을 포함하는, 전기 장치를 더 제공한다.
제6 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는,
단부 개구가 구비된 하우징을 제공하는 단계;
전극 조립체를 제공하는 단계;
엔드캡 조립체를 제공하는 단계;
전극 조립체를 하우징 내부에 수용하는 단계; 및
엔드캡이 하우징에 연결되어 전극 조립체가 수용되는 챔버를 형성하도록 엔드캡을 단부 개구에 설치하는 단계;를 포함하고,
엔드캡 조립체는, 전지 셀에 적용된 것으로, 엔드캡; 전지 셀 내부에 인접한 엔드캡의 일측에 설치되는 절연 부재; 및 절연 부재 및/또는 엔드캡에 설치되는 기체 흡착 장치;를 포함하고, 기체 흡착 장치는, 챔버가 구비되는 본체; 본체에 마련되고, 전지 셀의 내부 압력 또는 온도가 제1 임계값에 도달할 때 작동하여 챔버가 전지 셀의 내부와 연통되도록 구성되는 제1 감압부; 및 챔버 내부에 마련되고, 전지 셀의 사용 과정에서 발생한 기체를 흡수하는 흡착제 및 흡착제를 캡슐화하고 기체의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 차단하도록 구성되는 패키지를 포함하는 기체 흡착 유닛;을 포함하는, 전지 셀의 제조 방법을 더 제공한다.
이하에서는 본 출원의 실시예에 따른 기술적 해결방법을 더욱 명확하게 설명하기 위해 본 출원의 실시예를 설명함에 있어서 참조해야 할 첨부 도면을 간략히 소개하기로 하고, 다만 하기 첨부 도면은 본 출원의 일부 실시예에 불과하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 창의적인 노력 없이도 이러한 도면들로부터 다른 도면을 도출할 수 있음은 자명한 것이다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 차량의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 전지의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 전지 셀의 분해도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 엔드캡 조립체의 단면도이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 엔드캡 조립체의 분해도이다.
도 6은 도 4의 A 부위의 확대도이다.
도 7은 본 출원의 일 실시예에 따른 기체 흡착 장치의 분해도이다.
도 8은 본 출원의 일 실시예에 따른 기체 흡착 장치의 개략적인 구조도이다.
도 9는 본 출원의 다른 실시예에 따른 기체 흡착 장치의 개략적인 구조도이다.
도 10은 본 출원의 일 실시예에 따른 기체 흡착 장치의 단면도이다.
도 11은 본 출원의 일 실시예에 따른 전지 셀의 제조 방법의 개략적인 흐름도이다.
첨부 도면에서 크기는 실제 축척대로 그려지지 않는 것이다.
이하, 첨부 도면과 실시예를 참조하여 본 출원에 따른 구현예를 더 상세하게 설명하기로 한다. 하기 실시예에 대한 상세한 설명 및 도면은 단지 본 출원의 원리를 예시하기 위한 것일 뿐이고, 본 출원의 범위를 제한하려는 것이 아니며, 즉 본 출원은 설명된 실시예에 제한되지 않는다.
본 출원을 설명함에 있어서, 달리 명시되지 않는 한, "복수"는 2개 이상(2개 포함)을 의미하고, "위", "아래", "좌측" "우측", "내부", "외부" 등 용어는 방위 또는 위치 관계를 지시하는 것으로, 본 출원에 대한 설명의 편의 및 설명의 단순화를 위한 것일 뿐이며, 언급된 장치 또는 구성요소가 특정 방향을 가져야 하고 특정 방향으로 구성 및 동작해야 함을 명시하거나 암시하는 것이 아니고, 따라서 본 출원에 대한 제한으로 이해되어서는 안 된다. 또한, "제1", "제2", "제3" 등 용어는 설명의 목적으로만 사용되며 상대적 중요성을 나타내거나 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다. "수직"은 엄격하게 수직이 아니라 허용 가능한 오류 범위 내에 있다. "평행"은 엄격하게 평행이 아니라 허용 가능한 오류 범위 내에 있다.
하기 설명에서 등장하는 방위 명사는 모두 도면에 도시된 방향으로서, 본 출원의 구체적인 구성을 한정하지 않는다. 본 출원의 실시예를 설명함에 있어서, 달리 명시적으로 정의 및 한정되지 않는 한, "설치", "결합", "연결" 등 기술적 용어는 광의적인 의미로 이해되어야 하는 데, 예를 들어, 고정 연결일 수 있고 탈부착 연결일 수도 있고, 또는 일체로 연결일 수도 있으며, 또한 직접적인 연결일 수 있고, 중간 매체를 통해 간접적인 연결일 수도 있다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특정 상황에 따라 본 출원에서 상기 용어들의 구체적인 의미를 이해할 수 있다.
본 출원에서, 전지 셀은 리튬 이온 이차 전지, 리튬 이온 일차 전지, 리튬-황 전지, 나트륨-리튬 이온 전지, 나트륨 이온 전지 또는 마그네슘 이온 전지 등을 포함할 수 있고, 본 출원의 실시예는 이에 대해 제한하지 않는다. 전지 셀은 원통형, 편평체, 직육면체 또는 기타 형상일 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 제한하지 않는다. 전지 셀은 일반적으로 캡슐화 방식에 따라 원통형 전지 셀, 각형 전지 셀 및 소프트 패키지 전지 셀 등의 3가지 유형으로 구분된다.
본 출원의 실시예에서 언급된 전지는 더 높은 전압 및 용량을 제공하기 위해 하나 또는 복수의 전지 셀을 포함하는 단일 물리적 모듈을 의미한다. 예를 들어, 본 출원에서 언급된 전지는 전지 모듈 또는 전지 팩 등을 포함할 수 있다. 전지는 일반적으로 하나 이상의 전지 셀을 패키징하기 위한 케이스를 포함한다. 케이스는 액체 또는 기타 이물질이 전지 셀의 충전 또는 방전에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
전지 셀은 전극 조립체와 전해액을 포함하고, 전극 조립체는 캐소드 극판, 애노드 극판 및 세퍼레이터으로 구성된다. 전지 셀은 주로 캐소드 극판과 애노드 극판 사이의 금속 이온 이동에 의해 작동한다. 캐소드 극판은 캐소드 집전체 및 캐소드 활물질층을 포함하며, 캐소드 집전체의 표면에 캐소드 활물질층이 코팅되고, 캐소드 활물질층이 코팅되지 않은 캐소드 집전체가 캐소드 활물질층이 코팅된 캐소드 집전체보다 돌출되어, 캐소드 활물질층이 코팅되지 않은 캐소드 집전체가 캐소드 탭으로 사용된다. 리튬 이온 전지를 예로 들면, 캐소드 집전체의 재료는 알루미늄일 수 있고, 캐소드 활물질은 코발트산리튬, 인산철리튬, 삼성분계 리튬 또는 망간산리튬일 수 있다. 애노드 극판은 애노드 집전체 및 애노드 활물질층을 포함하며, 애노드 집전체의 표면에 애노드 활물질층이 코팅되고, 애노드 활물질층이 코팅되지 않은 애노드 집전체가 애노드 활물질층이 코팅된 애노드 집전체보다 돌출되어, 애노드 활물질층이 코팅되지 않은 애노드 집전체가 애노드 탭으로 사용된다. 애노드 집전체의 재료는 구리일 수 있고, 애노드 활물질은 탄소 또는 실리콘일 수 있다. 큰 전류가 퓨징 없이 흐르도록 하기 위해 캐소드 탭의 수는 여러 개이며 함께 적층되고, 애노드 탭의 수도 여러 개이며 함께 적층된다. 세퍼레이터의 재질은 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 또는 폴리에틸렌(polyethylene, PE)일 수 있다. 또한, 전극 조립체는 권취형 구조 또는 적층형 구조일 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 한정되는 것은 아니다.
전지 셀은, 전지 셀의 내부 압력이 임계값에 도달할 때 작동하는 감압부를 더 포함한다. 임계값 설계는 설계 요구에 따라 달라진다. 감압부는 안전 벤트, 가스 체크밸브, 압력 릴리프 밸브 또는 안전 밸브 등의 형태일 수 있으며, 구체적으로 압력 민감성 또는 온도 민감성 구성요소 또는 구조를 사용할 수 있으며, 즉, 전지 셀의 내부 압력 또는 온도가 임계값에 도달하는 경우 감압부가 동작하거나 감압부에 구비된 취약 구조가 파귀되어 내부 압력 또는 온도가 방출할 수 있는 개구 또는 통로를 형성하게 된다.
본 출원에서 언급된 "작동"은 감압부가 동작하거나 일정한 상태로 활성화되어 전지 셀의 내부 압력 및 온도가 배출될 수 있음을 의미한다. 감압부에 의한 동작은 감압부 중 적어도 일부의 파열, 파손, 찢어짐이나 열림 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 감압부가 작동하는 경우 전지 셀 내부의 고온 고압 물질이 배출물로서 작동된 부위에서 외부로 배출될 수 있다. 이와 같이, 제어 가능한 압력 또는 온도에서 전지 셀의 압력과 온도를 낮출 수 있어서 더 심각한 잠재적인 사고를 피하게 된다.
전지 기술의 발전에는 전지의 안전성에 영향을 미치는 많은 요소가 있는 데, 예를 들어 전지 내부 압력의 상승, 전지 내부 온도의 상승 등으로 인한 열폭주, 전지 내부의 단락 및 리튬 석출 현상 등이다. 본 발명자는 전지 내부 압력의 상승이 전지의 안전성에 큰 영향을 미치는 데, 전지 셀의 사용 과정에서 내부 화학 물질에 의한 반응으로 인해 전지 셀 내부에서 기체가 쉽게 발생하여 전지 셀의 내부 압력이 상승되게 한다는 것을 발견하였다.
기존 기술에서는 흡착제에 의해 전지 셀 내부의 기체를 흡착함으로써 전지 셀 내부 압력의 상승을 완화시킬 수 있다. 그러나, 본 발명자는 기존 기술에서 흡착제의 흡착 효과가 좋지 않다는 것을 발견하였다. 추가 연구에 따르면, 흡착제의 흡착 효과가 좋지 않은 이유는 전지 셀이 조립되기 전에 흡착제가 공기에 노출되어 흡착제가 기체를 부분적으로 흡수하였고, 따라서 전지 셀이 조립된 후 흡착제의 흡착 효과가 좋지 않게 되며, 또한, 전지 셀이 제조 공정의 포메이션(처음 충전)에서 기체를 많이 발생하여, 흡착제가 기체를 많이 흡수하면 흡착 효과를 약화시키게 되고, 이때, 전해액 주입구가 아직 밀봉되지 않는 상태이므로 전지 셀의 내부 압력을 낮추는 역할을 하지 못하고, 이와 함께, 조립된 전지 셀에서 흡착제가 챔버에 캡슐화되고 전지 셀의 내부 압력이 일정한 값에 도달하거나 전지 셀의 온도가 일정한 값에 도달한 후, 흡착제가 수용된 챔버가 열리고, 결과적으로 흡착제가 챔버 외부로 확산되거나 전해액이 챔버에 들어가서 흡착제가 전해액과 접촉되고 반응하여 흡착 효과가 현저히 떨어지거나 심지어는 무효로 이어지게 하며, 그리고 반응에 의해 생성된 부산물은 전지 셀의 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문이다는 것을 발견하였다.
이를 감안한 본 출원의 실시예에 따른 기술적 해결방법은, 전지 셀에 적용되는 기체 흡착 장치에 있어서, 챔버가 구비되는 본체; 전지 셀의 내부 압력 또는 온도가 제1 임계값에 도달할 때 작동하여 챔버가 전지 셀의 내부와 연통되도록 구성되는 제1 감압부; 및 전해액과 분리되도록 챔버 내부에 마련되고, 전지 셀의 사용 과정에서 발생한 기체를 흡수하는 흡착제 및 흡착제를 캡슐화하고 기체의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 차단하도록 구성되는 패키지를 포함하는 기체 흡착 유닛;을 포함하는, 기체 흡착 장치를 제공한다. 흡착제는 패키지에 의해 캡슐화되어 기체 흡착 유닛으로 형성되고, 기체 흡착 유닛은 챔버 내부에 배치되며, 즉, 흡착제를 챔버 내부에 구속하고, 패키지가 기액 분리 기능을 가지므로 흡착제와 전해액 환경 사이에 2층 격리 구조(본체와 패키지가 각각 1층 격리 구조로 됨)가 이루어짐으로써, 전해액의 격리와 흡착제에 의한 흡착 효과의 장기적인 신뢰성을 보장하고, 전지 셀의 내부 압력 상승을 완화시켜 전지 셀의 안전성을 향상시키게 된다.
본 출원의 실시예에서 설명된 기술적 해결방법은, 휴대폰, 휴대용 장치, 노트북, 전기 자전거, 전동 장난감, 전동 공구, 전기 차량, 선박, 및 항공기(예: 비행기, 로켓, 우주 왕복선 및 우주선 등) 등과 같은 전지를 사용하는 다양한 전기 장치에 다 적용된다.
본 출원의 실시예에서 설명된 기술적 해결방법은, 상술한 장치에 적용될 뿐만 아니라 전지를 사용하는 모든 전기 장치에 적용될 수 있으나, 설명의 간결을 위해 하기 실시예에서는 모두 전기 차량을 예로 들어 설명하기로 한다.
예를 들어, 도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 차량(1000)의 개략적인 구조도로서, 차량(1000)은 가솔린/디젤 자동차, 천연가스 자동차 또는 신에너지 자동차일 수 있고, 신에너지 자동차는 순수 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 주행거리 연장형 전기차(EREV) 등일 수 있다. 차량(1000) 내부에는 전지(100)가 배치된다. 예를 들어, 전지(100)는 차량(1000)의 하부 또는 차량의 전방 또는 후방에 배치될 수 있다. 전지(100)는 차량(1000)에 전력을 공급할 수 있으며, 예를 들어, 전지(100)는 작동 전원으로 차량(1000)의 전기 회로 시스템에 사용될 수 있고, 예를 들어, 차량(1000)의 시동, 내비게이션 및 작동 시의 작동 전기 수요에 사용될 수 있다. 본 출원의 다른 실시예에 있어서, 전지(100)는 차량(1000)의 작동 전원으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 연료유 또는 천연 가스를 전제 또는 부분적으로 대체하여 차량(1000)의 구동 전원으로 사용하여 차량(1000)의 구동력을 제공할 수 있다.
차량(1000)의 내부에는 컨트롤러(200) 및 모터(300)가 더 배치될 수 있으며, 컨트롤러(200)는 전지(100)가 모터(300)에 전력을 공급하도록 제어하고, 예를 들어, 차량(1000)의 시동, 내비게이션 및 운전을 위한 작동 전력을 공급한다.
서로 다른 전력 요구사항을 충족시키기 위해, 전지(100)는 복수의 전지 셀을 포함할 수 있고, 여기서, 복수의 전지 셀 사이는 직렬 또는 병렬 또는 혼합적으로 연결될 수 있고, 혼합 연결은 직렬 연결과 병렬 연결이 혼합된 것을 말한다. 전지(100)는 전지 팩이라고도 할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 복수의 전지 셀은 먼저 직렬 또는 병렬 또는 혼합적으로 연결하여 전지 모듈로 조립한 후에, 복수의 전지 모듈을 직렬 또는 병렬 또는 혼합적으로 연결하여 전지(100)로 조립할 수 있다. 다시 말하면, 복수의 전지 셀은 전지(100)로 직접적으로 조립할 수 있고, 또한 먼저 전지 모듈로 조립한 후, 전지 모듈에 의해 전지(100)로 조립할 수도 있다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 전지(100)의 개략적인 구조도가 도시된다. 도 2에서, 전지(100)는 내부가 중공 구조인 케이싱(101), 및 케이싱(101) 내부에 수용된 전지 셀(1)을 포함할 수 있다. 케이싱(101)은 제1 부분(1011)과 제2 부분(1012)을 포함하며, 제1 부분(1011)은 개구가 있는 수용 공간을 포함하고, 제2 부분(1012)은 제1 부분과 연결되어 전지 셀(1)을 수용하는 수용 챔버를 형성하도록 수용 공간의 개구에 덮인다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 전지 셀(1)의 분해도가 도시된다. 도 3에서는, 전지 셀(1)은 하우징(11), 전극 조립체(12), 전극 단자(13), 연결 부재(14) 및 엔드캡 조립체(15)를 포함한다.
하우징(11)은 단부 개구(110)가 구비되고, 전극 조립체(12) 및 연결 부재(14)는 하우징(11) 내부에 수용된다. 하우징(11)의 형상은 하나 또는 복수의 전극 조립체(12)의 형상에 따라 결정된다. 예를 들어, 하우징(11)은 중공 직육면체 또는 중공 정육면체 또는 중공 원통형일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(11)은 중공 직육면체이다.
전극 단자(13)는 2개가 배치되고, 2개의 전극 단자(13)는 각각 양극 단자(13) 및 음극 단자(13)이며, 양극 단자(13)는 전극 조립체(12)의 양극 탭과 연결되는 데 사용되고 음극 단자(13)는 전극 조립체(12)의 음극 탭과 연결되는 데 사용된다. 연결 부재(14)는 전극 조립체(12)와 전극 단자(13)를 연결하는 데 사용되고, 전극 조립체(12)의 전기 에너지를 전극 단자(13)를 경유하여 인출하는 데 사용된다. 연결 부재(14)는 2개가 배치되고, 양극 단자(13)와 전극 조립체(12)의 양극 탭은 하나의 연결 부재(14)를 통해 연결되고, 음극 단자(13)와 전극 조립체(12)의 음극 탭은 다른 연결 부재(14)를 통해 연결된다.
엔드캡 조립체(15)는 엔드캡(151) 및 절연 부재(152)를 포함한다. 엔드캡(151)은 단부 개구(110)에 배치되고 하우징(11)과 함께 전극 조립체(12)가 수용되는 챔버를 형성하도록 구성되며, 전극 단자(13)는 엔드캡(151)에 배치된다. 절연 부재(152)는 전지 셀(1)의 내부에 인접한 엔드캡(151)의 일측에 설치되고, 즉 절연 부재(152)는 전극 조립체(12)와 대향하는 엔드캡(151)의 일측에 위치하며, 절연 부재(152)는 전극 조립체(12)와 엔드캡(151)을 격리하는 데 사용된다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 엔드캡 조립체(15)의 단면도가 도시된다. 도 4에서, 이 전지 셀(1)은 기체 흡착 장치(16)를 더 포함한다. 기체 흡착 장치(16)는 하우징(11)에 설치될 수 있고, 예를 들어 기체 흡착 장치(16)는 하우징(11)의 내벽에 설치될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 기체 흡착 장치(16)는 또한 엔드캡 조립체(15)의 구성요소일 수 있고, 기체 흡착 장치(16)는 임의의 적절한 위치에 설치될 수 있으며, 예를 들어, 기체 흡착 장치(16)는 절연 부재(152) 및/또는 엔드캡(151)에 설치될 수 있다. 기체 흡착 장치(16)가 절연 부재(152) 및/또는 엔드캡(151)에 설치될 수 있는 구현예에서, 기체 흡착 장치(16)는 절연 부재(152)에만 설치되거나, 또는 기체 흡착 장치(16)는 엔드캡(151)에만 설치되거나, 또는 기체 흡착 장치(16)는 절연 부재(152) 및 엔드캡(151)에 설치될 수 있다. 기체 흡착 장치(16)가 엔드캡 조립체(15)의 구성요소로 사용되는 경우, 기체 흡착 장치(16)의 설치를 용이하게 하고, 또한, 엔드캡(151)의 설치 위치와 전해액 사이에는 일정한 거리가 있기 때문에 기체 흡착 장치(16)와 전해액의 접촉 확률이 작아서, 기체 흡착 장치(16)가 전해액과 접촉하는 것을 피하고 실제 적용 시 신뢰성을 향상시키는 데 유리하다.
설명의 편의를 위해, 이하에서는 기체 흡착 장치(16)를 엔드캡 조립체(15)의 구성요소로 사용된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 기체 흡착 장치(16)는 본체(161), 제1 감압부(162) 및 기체 흡착 유닛(163)을 포함한다. 본체(161)에는 챔버(1610)가 구비되며, 제1 감압부(162)는 본체(161)에 마련되고, 전지 셀(1)의 내부 압력 또는 온도가 제1 임계값에 도달할 때 작동하여 챔버(1610)가 전지 셀(1)의 내부와 연통되도록 구성된다. 기체 흡착 유닛(163)은 챔버(1610) 내부에 마련되고, 기체 흡착 유닛(163)은 전지 셀(1)의 사용 과정에서 발생한 기체를 흡수하는 흡착제(1632) 및 흡착제(1632)를 캡슐화하고 기체의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 차단하도록 구성되는 패키지(1631)를 포함한다.
패키지(1631)가 흡착제(1632)를 캡슐화한다는 것은 흡착제(1632)를 패키지(1631)에 의해 둘러싸인 공간에 구속한다는 것을 의미함에 유의해야 한다. 패키지(1631)는 기액 분리 기능을 가지므로, 기체는 패키지(1631)를 통과할 수 있지만, 액체는 패키지(1631)를 통과하기 어렵게 하고, 즉, 패키지(1631)는 액체가 통과하는 것을 완전히 차단할 수 없고, 패키지(1631)는 오랜 동안 액체와 접촉하면 소량의 액체가 패키지(1631)를 통과할 수 있다.
본 출원의 실시예의 기체 흡착 장치(16)에 따르면, 흡착제(1632)는 패키지(1631)에 의해 캡슐화되어 기체 흡착 유닛(163)으로 형성하고, 기체 흡착 유닛(163)은 챔버(1610) 내부에 배치되며, 즉, 흡착제(1632)는 챔버(1610)의 내부에 구속되고, 기액 분리 기능으로 인해 흡착제(1632)와 전해액 환경 사이에 2층 격리 구조가 이루어짐으로써, 전해액의 격리와 흡착제(1632)에 의한 흡착 효과의 장기적인 신뢰성을 보장하게 된다. 전지 셀(1)의 내부 압력이 상승하여 제1 임계값에 도달할 때, 제1 감압부(162)가 작동하여 챔버(1610) 내부가 외부와 연통되게 하고, 기체는 제1 감압부(162)를 경유하여 본체(161)의 챔버(1610)로 들어갈 수 있으며, 그리고 기체는 패키지(1631)를 통과하여 흡착제(1632)에 의해 흡수되고, 나아가 전지 셀(1)의 내부 압력 상승을 완화시켜 전지 셀(1)의 안전성을 향상시키게 된다.
도 4에서는, 본 출원의 일부 실시예에 따르면, 엔드캡 조립체(15)는, 엔드캡(151)에 마련되고, 전지 셀(1)의 내부 압력 또는 온도가 제2 임계값에 도달할 때 작동하여 전지 셀(1)의 내부 압력을 방출하도록 구성되는 제2 감압부(153);를 더 포함한다. 전지 셀에 제2 감압부가 배치되는 경우, 제1 임계값은 제2임계값 미만이고, 전지 셀(1)의 내부 압력이 상승할 때 제1 감압부(162)가 제2 감압부(153)에 비해 먼저 작동하여 기체 흡착 유닛(163)이 기체의 일부를 흡수하여 압력 상승을 완화시키도록 한다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 엔드캡 조립체(15)의 분해도가 도시된다. 본 출원의 일부 실시예에 따르면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 절연 부재(152)는 기체 흡착 장치(16)가 수용되는 캐비티(1521)가 구비되고, 전지 셀(1)의 조립 시 기체 흡착 장치(16)는 캐비티(1521)의 내부에 설치되도록 구성되는 데, 예를 들어 기체 흡착 유닛(163)은 캐비티(1521)의 내부에 전체적으로 위치할 수 있거나, 또는 기체 흡착 유닛(163)은 캐비티(1521)의 내부에 부분적으로 위치할 수도 있다. 캐비티(1521)가 배치됨으로써, 기체 흡착 장치(16)의 설치를 용이하게 하고, 전지 셀(1) 내부의 공간을 합리적으로 활용할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 기체 흡착 장치(16)는 캐비티(1521) 내부에 부분적으로 위치할 수 있거나, 또는 기체 흡착 장치(16)는 캐비티(1521) 내부에 전체적으로 위치할 수 있다. 기체 흡착 장치(16)의 일부가 캐비티(1521)에 위치하는 경우, 기체 흡착 장치(16)의 다른 부분은 엔드캡(151)에 위치할 수 있고, 이때, 전극 조립체(12)와 대향하는 엔드캡(151)의 일면에는 기체 흡착 장치(16)가 수용되는 오목홈이 구비된다. 기체 흡착 장치(16)가 캐비티(1521)에 전체적으로 위치하는 경우, 기체 흡착 장치(16)는 절연 부재(152)에만 위치한다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 캐비티(1521)는 절연 부재(152) 중 어는 면에 위치할 수 있고, 예를 들어, 캐비티(1521)는 기체 흡착 장치(16)와 절연 부재(152)의 조립을 쉽게 하기 위해 전극 조립체(12)와 대향하는 절연 부재(152)의 일면에 위치할 수 있으며, 다른 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 캐비티(1521)는 전극 조립체(12)로부터 멀어지는 방향을 향하는 절연 부재(152)의 일면에 위치할 수도 있고, 즉, 캐비티(1521)는 기체 흡착 장치(16)와 전극 조립체(12)의 간섭을 피하기 위해 엔드캡(151)과 대향하는 절연 부재(152)의 일면에 위치할 수 있으며, 또 다른 예를 들어, 캐비티(1521)는 또한 상술한 면을 제외한 다른 면에 위치할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 캐비티(1521)는 엔드캡(151)과 대향하는 절연 부재(152)의 일면에 위치하고, 그리고 엔드캡(151)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 절연 부재(152)의 일면에는 이 캐비티(1521)와 연통된 안내 통로(1522)가 구비되며, 전지 셀(1) 내부의 기체가 안내 통로(1522)를 경유하여 캐비티(1521)로 들어갈 수 있다. 전지 셀(1)의 내부 압력이 상승하여 제1 임계값에 도달할 때, 제1 감압부(162)가 작동하여, 기체는 제1 감압부(162)를 경유하여 본체(161)의 챔버(1610)로 들어갈 수 있고, 그리고 기체는 패키지(1631)를 통과하여 흡착제(1632)에 의해 흡수되며, 흡착제(1632)가 포화되어 기체를 흡착할 수 없는 경우, 전지 셀(1)의 내부 압력이 점차 상승하여 제2 임계값에 도달하면, 제2 감압부(153)가 작동하여 전지 셀(1)의 압력 및 온도를 낮추게 한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본체(161)는 엔드캡(151)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제1 외부면(1611)과, 엔드캡(151)과 대향하는 제2 외부면(1612)을 가지며, 제1 외부면(1611)은 전극 조립체(12)와 대향하는 본체(161)의 외부면일 수도 있고, 제2 외부면(1612)은 전극 조립체(12)로부터 멀어지는 방향을 향하는 본체(161)의 외부면일 수도 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 감압부(162)는 전극 조립체(12)와 대향하는 본체(161)의 외부면에 마련될 수도 있고, 즉, 제1 감압부(162)는 본체(161)의 제1 외부면(1611)에 노출될 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(152)에 안내 통로(1522)가 배치되고 그리고 제1 감압부(162)가 안내 통로(1522)에 대응하는 경우, 전지 셀(1)의 내부 압력이 상승하여 제1 임계값에 도달할 때, 제1 감압부(162)는 작동하여, 기체는 본체(161)의 챔버(1610)로 빠르게 진입하여 흡착제(1632)에 의해 빠르게 흡수될 수 있어, 전지 셀(1)의 내부 압력의 상승을 완화시키게 된다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 캐비티(1521)는 엔드캡(151) 상의 제2 감압부(153)에 대응하게 배치될 수 있고, 즉, 기체 흡착 장치(16)의 적어도 일부는 제2 감압부(153)와 대응하게 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 감압부(153)가 작동한 후, 기체는 절연 부재(152)의 안내 통로(1522)를 경유하여 캐비티(1521)로 유입되고, 그 다음 제2 감압부(153)를 경유하여 전지 셀(1)의 밖으로 배출되어, 빠른 감압이 가능해진다.
도 6은 도 4의 A 부위의 확대도이다. 본 출원의 일부 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 엔드캡 조립체(15)는, 엔드캡(151) 및/또는 기체 흡착 장치(16)에 배치되고, 기체 흡착 장치(16)와 제2 감압부(153, 도 4를 참조함)의 접촉을 차단하는 정렬 구조(154);를 더 포함한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 정렬 구조(154)는 엔드캡(151)에만 배치될 수 있으며, 정렬 구조(154)는 전극 조립체(12)와 대향하는 엔드캡(151)의 일측에 위치하되, 제2 감압부(153)보다 돌출되어 기체 흡착 장치(16)와 접한다. 다른 예를 들어, 정렬 구조(154)는 또한 기체 흡착 장치(16)에만 배치될 수도 있으며, 정렬 구조(154)는 엔드캡(151)과 대향하는 기체 흡착 장치(16)의 일측에 위치하고, 정렬 구조(154)는 엔드캡(151)과 접하도록 구성된다. 또 다른 예를 들어, 정렬 구조(154)는 또한 엔드캡(151) 및 기체 흡착 장치(16)에 배치될 수 있다. 정렬 구조(154)가 마련됨으로써, 기체 흡착 장치(16)와 제2 감압부(153) 사이에 간극이 구비되고 기체 흡착 장치(16)와 제2 감압부(153) 사이의 간섭을 피하여, 제2 감압부의 정상적인 작동을 보장하게 된다.
전지 셀(1)의 내부 압력이 상승하여 제1 임계값에 도달할 때, 제1 감압부(162)는 작동하여, 기체는 제1 감압부(162)를 경유하여 본체(161)의 챔버(1610)로 들어갈 수 있고, 그리고 기체는 패키지(1631)를 통과하여 흡착제(1632)에 의해 흡수되며, 흡착제(1632)가 포화되어 기체를 흡착할 수 없는 경우, 전지 셀(1)의 내부 압력이 점차 상승하여 제2 임계값에 도달하면, 제2 감압부(153)가 작동하여 기체는 기체 통로를 따라 제2 감압부(153)로 흐르고 나중에 제2 감압부(153)를 경유하여 배출된다.
도 7은 본 출원의 일 실시예에 따른 기체 흡착 장치(16)의 분해도가 도시된다. 본 출원의 일부 실시예에 따르면, 제1 감압부(162)는 다양한 형태로 구현될 수 있는 데, 예를 들어, 제1 감압부(162)는 본체(161)와 별도로 마련될 수 있으며, 본체(161)에는 제1 감압부(162)의 설치를 위한 관통홀(1615)이 구비되고, 관통홀(1615)은 챔버(1610)의 내부와 외부를 연통하며, 제1 감압부(162)는 이 관통홀(1615)에 설치되고, 그리고 제1 감압부(162)는 본체(161)와 밀봉하게 연결되며, 다른 예를 들어, 제1 감압부(162)는 본체(161)와 일체로 형성될 수도 있고, 제1 감압부(162)는 본체(161)의 취약 영역, 즉 본체(161) 중 두께가 얇은 영역일 수 있으며, 제1 감압부(162)의 두께는 본체(161)의 다른 영역에 비해 더 얇다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 본체(161)의 내부는 중공 구조이고, 본체(161)는 베이스 바디 (1613) 및 커버 바디(1614)를 포함하며, 베이스 바디(1613)는 개구가 구비된 수용 공간을 포함하고, 커버 바디(1614)는 베이스 바디(1613)의 개구에 덮여 베이스 바디(1613)와 연결되어 기체 흡착 유닛(163)이 수용되는 챔버(1610, 도 7에 도시되지 않음, 도 4 참조)를 형성한다. 베이스 바디(1613)와 커버 바디(1614)의 연결 방식은 용접이나 실런트에 의한 본딩, 걸림결합 등일 수 있으며, 베이스 바디(1613)와 커버 바디(1614)가 금속 재질인 경우 베이스 바디(1613)와 커버 바디(1614)의 연결 방식은 용접인 것이 바람직하다. 베이스 바디(1613)는 커버 바디(1614)와 밀봉하게 연결되어 전해액을 격리하도록 독립적인 챔버(1610)를 형성한다. 베이스 바디(1613) 및 커버 바디(1614)가 배치됨으로써 기체 흡착 유닛(163)을 챔버(1610) 내부에 설치하도록 한다.
도 8은 본 출원의 일 실시예에 따른 기체 흡착 장치(16)의 개략적인 구조도가 도시되고, 도 9는 본 출원의 다른 실시예에 따른 기체 흡착 장치(16)의 개략적인 구조도가 도시된다. 본체(161)의 형상은 임의의 형태일 수 있으며, 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 본체(161)는 직육면체일 수 있고, 다른 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 본체(161)는 원통형일 수 있으며, 또 다른 예를 들어, 본체(161)는 특이한 형상 등 다른 형상일 수도 있다.
설명의 편의를 위해, 이하에서 본체(161)가 직육면체인 경우를 예로 들어 기체 흡착 장치(16)의 구조를 설명하기로 한다.
제1 감압부(162)는 도 8에 도시된 바와 같이 커버 바디(1614)에 배치될 수 있거나, 도 9에 도시된 바와 같이 베이스 바디(1613)에 배치될 수도 있으며, 제1 감압부(162)의 배치 위치는 실제 상황에 따라 선택될 수 있다. 가공 및 제조의 편의를 위해, 제1 감압부(162)는 선택적으로 커버 바디(1614)에 배치된다.
도 10은 본 출원의 일 실시예에 따른 기체 흡착 장치(16)의 단면도가 도시된다. 본 출원의 일부 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 감압부(162)는 본체(161)의 내부면에 비해 챔버(1610)의 외측을 향하여 함몰되어 있다. 다시 말하면, 제1 감압부(162)가 배치된 위치에서 본체(161)의 벽 두께 방향으로 제1 감압부(162)는 본체(161)의 내부면에 비해 챔버(1610)의 외측을 향하여 함몰되어 있다. 본체(161)의 내부면은 본체(161)에 의해 둘러싸인 챔버(1610)의 면을 의미한다는 점에 유의해야 한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 감압부(162)가 커버 바디(1614)에 배치된 경우를 예로 들어 설명하는 데, 제1 감압부(162)는 커버 바디(1614)의 내부면에 비해 커버 바디(1614)의 외부면을 향하여 배치된다. 제1 감압부(162)가 배치됨으로써, 한편으로 기체 흡착 유닛(163)과 제1 감압부(162)의 간섭을 피하고, 다른 한편으로 제1 감압부(162)의 동작을 위한 공간을 충분히 확보한다.
기체 흡착 장치(16)의 미려한 외관을 보장하고 제1 감압부(162)와 다른 구성요소 사이의 간섭을 피하기 위해, 제1 감압부(162)의 외부면은 본체(161)의 외부면과 가란히 되거나 본체(161)의 외부면보다 더 낮게 된다. 제1 감압부(162)의 외부면이 본체(161)의 외부면보다 더 낮게 된다는 것은 본체에서 제1 감압부(162)가 배치된 위치에서 본체(161)의 벽 두께 방향으로 제1 감압부(162)의 외부면이 본체(161)의 외부면에 비해 챔버(1610)를 향하여 함몰되어 있다는 것을 의미한다. 제1 감압부(162)가 본체(161)의 내부면에 비해 챔버(1610)의 외부를 향하여 함몰된 실시예에 있어서, 제1 감압부(162)의 상술한 배치 방식은 제1 감압부(162)의 두께가 본체(161)에서 제1 감압부(162)가 배치된 위치의 두께보다 얇게 되도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 감압부(162)가 본체(161)의 커버 바디(1614)에 배치되는 경우, 제1 감압부(162)의 두께는 커버 바디(1614)의 두께보다 얇다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 제1 감압부(162)는 제1 외부면(1611)을 제외한 본체(161)의 외부면에 마련될 수도 있다. 본체(161)는 제1 외부면(1611)과 제2 외부면(1612) 사이에 위치한 제3 외부면을 더 포함한다. 제1 감압부(162)는 제1 외부면(1611)을 제외한 본체(161)의 외부면에 배치된다는 것은 제1 감압부(162)가 제2 외부면(1612)에 배치될 수 있거나, 제1 감압부(162)가 제3 외부면에 배치될 수 있거나, 또는 제1 감압부(162)가 제2 외부면(1612) 및 제3 외부면에 배치될 수 있는 것으로 이해할 수 있다. 전지 셀(1)은 엔드캡(151)이 전극 조립체(12)의 상부에 위치하는 상태로 안착되는 경우, 제1 감압부(162)는 제1 외부면(1611)을 제외한 외부면에 배치됨으로써, 제1 감압부(162)는 제1 외부면(1611)에 비해 전해액으로부터 떨어져 있어서 전해액이 챔버(1610)에 들어갈 확률을 감소시킨다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 제1 감압부(162)는 엔드캡(151)에 인접한 본체(161)의 일측에 위치할 수 있으며, 예를 들어, 제1 감압부(162)는 엔드캡(151)과 대향하는 본체(161)의 제2 외부면(1612)에 배치될 수 있다. 엔드캡(151)에 인접한 본체(161)의 일측에 제1 감압부(162)를 배치함으로써, 제1 감압부(162)가 작동한 후 전해액이 챔버(1610) 내부로 들어가 흡착제(1632)에 의해 흡착될 확률을 감소시킬 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 본체(161) 및 제1 감압부(162)는 모두 알루미늄, 구리, 철 등과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 금속 재질은 우수한 차단 기능을 가지므로, 수증기, 전해액 등이 금속 재질을 통과할 수 없어 챔버(1610)는 밀봉된 챔버(1610)가 되도록 확보하여, 제1 감압부(162)가 작동하기 전에 흡착제(1632)가 기체 또는 액체를 흡수할 가능성을 감소시켜 흡착제(1632)에 의한 흡착 효과의 장기적인 신뢰성을 보장하게 된다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 패키지(1631)는 기체 흡수 효율을 향상시키기 위해 내부가 중공이고 표면적이 넓은 원통형 구조일 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 패키지(1631)가 높은 투기성, 낮은 수증기 투과율, 낮은 전해액 투과율을 가지도록 하기 위해, 패키지(1631)의 재질은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리테트라불화에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 패키지(1631)의 재질은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리테트라불화에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
전지 셀(1)의 사용 과정에서, 전지 셀(1) 내부에서 발생한 기체는 이산화탄소가 상대적으로 높은 비율을 차지하므로, 패키지(1631)의 기체 투과 성능은 이산화탄소를 예로 들어 설명하기로 하고, 패키지(1631)의 이산화탄소 투과율은 100cm3*25μm/m2*24h*0.1Mpa 초과이다. 즉, 0.1MPa의 표준 대기압에서, 25㎛의 두께를 갖는 패키지(1631)의 경우, 24시간 동안 패키지(1631)의 1 m2당 이산화탄소의 투과량은 100cm3 초과이다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 패키지(1631)의 수증기 투과율은 30g*25μm/m2*24h*0.1Mpa 미만이고, 즉, 0.1MPa의 표준 대기압에서, 25㎛의 두께를 갖는 패키지(1631)의 경우, 24시간 동안 패키지(1631)의 1 m2당 이산화탄소의 투과량은 30 g 미만이다. 상기 수증기 투과율에 의해, 패키지(1631)는 수증기의 투과를 효과적으로 차단할 수 있고, 수증기 차단 효과가 우수하며 흡착제의 패키지(1632)에 의한 흡착 효과의 장기적인 신뢰성을 보장하게 된다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 기체 흡착 장치(16)는 복수의 기체 흡착 유닛(163)을 포함한다. 복수의 기체 흡착 유닛(163)은 더 많은 표면적을 가지므로 기체 흡착 효율이 향상된다.
다만, 기체 흡착 유닛(163)이 챔버(1610) 내부에 배치되는 경우, 기체 흡착 유닛(163)을 정렬해야 하며, 예를 들어 챔버(1610)의 내벽에 정렬 구조(예: 기체 흡착 유닛(163)의 둘레벽과 맞는 오목홈, 기체 흡착 유닛(163)의 단부와 맞는 슬롯 등)가 배치될 수 있음으로써 기체 흡착 유닛(163)을 정렬시켜 기체 흡착 유닛(163)이 본체(161)에 대하여 이동하는 것을 방지하거나 챔버(1610)에 다른 고정 구성요소(예: 걸림턱, 나사 부재, 고정 접착제 등)가 배치됨으로써 복수의 기체 흡착 유닛(163)을 챔버(1610) 내부에 고정한다.
챔버(1610) 내부에 복수의 기체 흡착 유닛(163)이 배치되는 경우, 복수의 기체 흡착 유닛(163)의 배열 방식은 다양할 수 있다. 예를 들어, 복수의 기체 흡착 유닛(163)의 배치 방향은 본체(161)의 길이 방향과 일치할 수 있으며, 예를 들어 본체(161)의 길이 방향으로 하나의 기체 흡착 유닛(163)만 배치될 수 있고, 즉, 각 기체 흡착 유닛(163)의 길이는 챔버(1610)의 크기와 유사하거나, 또는 본체(161)의 길이 방향으로 복수의 기체 흡착 유닛(163)이 배치될 수 있다. 다른 예를 들어, 복수의 기체 흡착 유닛(163)의 배치 방향은 본체(161)의 폭 방향과 일치할 수도 있으며, 본체(161)의 폭 방향으로 하나의 기체 흡착 유닛(163)만 배치될 수도 있고, 복수의 기체 흡착 유닛(163)이 배치될 수도 있다. 상술한 방식에서, 본체(161)의 높이 방향으로 도 10에 도시된 바와 같이 복수의 기체 흡착 유닛(163)은 한 층으로만 배치될 수 있거나, 복수의 기체 흡착 유닛(163)은 복수의 층으로 배치될 수도 있으며, 본체(161)의 높이 방향으로 복수의 기체 흡착 유닛(163)이 배열되는 층의 수는 챔버(1610)의 실제 상황에 따라 결정된다.
다만, 설치 공간을 합리적으로 활용하기 위해서는 본체(161)의 높이 방향과 엔드캡(151)의 두께 방향이 일치하다는 점에 유의해야 한다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이, 기체 흡착 유닛(163)은 본체(1610) 내부에서 서로 평행하게 적층되어 있다. 상술한 방식으로, 챔버(1610)의 내부 공간을 합리적으로 활용하고 공간 활용률을 향상시키게 된다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 복수의 기체 흡착 유닛(163)에 있는 흡착제(1632)는 종류가 서로 다른 기체를 흡수하도록 서로 다르다. 서로 다른 흡착제(1632)는 흡착 기체의 다양성을 향상시키고 서로 다른 기체의 흡수에 적합하다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 흡착제(1632)는 염기성 산화물과 수산화물의 혼합물을 포함할 수 있다. 염기성 산화물과 수산화물이 혼합되면 반응 속도가 빠르고 기체 흡착 효과가 우수하여 기체 흡착 효과를 향상시키는 데 유리하다.
리튬 산화물과 수산화물을 예로 들면, 둘이 혼합되면 하기와 같은 반응이 발생한다.
Li2O+CO2 → Li2CO3 (반응 1)
2LiOH+CO2 → Li2CO3+H2O (반응 2)
Li2O+H2O → 2LiOH (반응 3)
상기 반응에서, H2O는 촉매 역할을 할 수 있으며, 반응 3에서 생성된 LiOH는 CO2와 계속 반응할 수 있고, 생성된 H2O는 Li2O에 의해 포획되며, 이와 같이 CO2를 소비하는 폐쇄 사이클을 형성하고 반응 속도가 빨라진다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 염기성 산화물과 수산화물의 혼합물에서, 수산화물과 염기성 산화물의 몰비는 1:1 ~ 1:10이다. 염기성 산화물과 수산화물의 혼합비를 조정함으로써 서로 다른 기체의 흡수에 적합하도록 기체 흡수율을 조정할 수 있다. 예를 들어, 염기성 산화물과 수산화물의 혼합 비율을 조정하고 그리고 CO2 투과율이 높고 수증기 투과율이 낮은 패키지(1631)를 결합함으로써, CO2의 흡수율을 조정하고 그리고 생성된 H2O를 패키지(1631)에 의해 둘러싸인 공간에서 구숙하여 전해액 환경 및 극판 내부로의 탈출 위험을 감소시킬 수 있다.
더 높은 흡착율이 필요한 시스템의 경우, 더 높은 수산화물/염기성 산화물 몰비를 채택할 수 있고, 바람직하게는 1:1 ~ 1:4 이며, 큰 흡착 용량과 낮은 CO2 흡수율이 필요한 시스템의 경우, 낮은 수산화물/염기성 산화물 몰비를 채택할 수 있고, 바람직하게는 1:6 ~ 1:10이며, 균형을 이루는 CO2 흡착 용량과 흡착율이 필요한 시스템의 경우, 적당한 수산화물/염기성 산화물의 몰비를 채택할 수 있고, 바람직하게는 1:4 ~ 1:6이다.
흡착제(1632)의 적절한 입경 및 흡착제(1632)의 입자수는 흡착 시스템에서 CO2의 흡착량에 대한 수요에 따라 계산하여 얻을 수 있다. 바람직한 수산화물/산화물 입자의 BET 값은 0.5m2/g ~ 3m2/g이며, 최적화된 입자 직경은 0.1 ~ 1000 μm이고, 바람직한 입자 직경은 1 ~ 200μm이며, 혼합 방식은 습도가 2% 미만인 환경에서 연마 또는 볼 밀링을 통해 혼합하는 것이 바람직하고, 지속 시간은 5 ~10분인 것이 바람직하며, 실제 적용 시 수요에 따라 원하는 입경의 수산화물/산화물 입자를 스크리닝할 수 있다.
염기성 산화물 및 수산화물의 흡착 기체는 이산화탄소의 화학적 흡착으로 제한되는 데, 기체 흡착 효율과 전지의 서로 다른 사용 조건에서 생성된 서로 다른 유형의 기체 성분에 대한 흡착 적합성을 더욱 향상시키기 위해, 일부 실시예에 있어서 흡착제(1632)는 물리적 흡착 재료로서 분자체/그래핀/활성탄 등을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 분자체는 3A(K64Na12[(AlO2)96(SiO2)96]·216H2O)、4A(Na96[(AlO2)96·(SiO2)96]·216H2O)、5A(Ca34Na28[(AlO2)96(SiO2)96]·216H2O)、13X(Na96[(AlO2)86·(SiO2)106]·264H2O)、10X(Ca38Na10[(AlO2)86(SiO2)106]·264H2O)、Y(Na56[(AlO2)56·(SiO2)136]·264H2O)、M(Na8[(AlO2)8·(SiO2)40]·24H2O)、ZSM-5(Na3[(AlO2)3·(SiO2)93]·46H2O)중 하나 또는 복수의 조합으로 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 분자체의 기체 흡착 효과는 수분 흡수 후에 현저히 저하되므로, 본체(161)에 장착하기 전에, 5℃/min의 속도로 550℃까지 승온하고, 3시간 동안 온도를 유지한 다음, 200℃까지 냉각시켜 활성화된 후 캡슐화하는 것이 바람직하다. 분자체의 입경은 10㎛ ~ 10mm인 것이 바람직하다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 흡착제(1632)는 활성탄, 분자체(molecular sieve), 염기성 산화물 및 수산화물에서 선택된 적어도 둘일 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 기체 흡착 장치(16)는, 제1 감압부(162)에 덮여 기체의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 차단하도록 구성되는 기체 투과막을 더 포함한다. 기체 투과막의 재료는 패키지(1631)와 동일하거나 유사한 재료가 선택될 수 있으며, 기체 투과막의 특성은 패키지(1631)의 특성과 유사하고, 투과막도 높은 투기성 및 낮은 수증기 투과율을 갖는다. 기체 투과막은 제1 감압부(162)의 표면에 배치되어 전해액을 격리하는 데, 제1 감압부(162)가 작동한 후 사용 과정에서 튀는 전해액이 챔버(1610)로 들어가는 것을 어느 정도로 차단할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 기체 투과막은 챔버(1610)로부터 멀어지는 방향을 향하는 제1 감압부(162)의 일면에 배치된다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 기체 투과막의 이산화탄소 투과율은 100cm3*25μm/m2*24h*0.1Mpa 초과이고, 즉, 0.1MPa의 표준 대기압에서, 25㎛의 두께를 갖는 기체 투과막의 경우, 24시간 동안 기체 투과막의 1 m2당 이산화탄소의 투과량은 100 cm3 초과이다. 기체 투과막의 수증기 투과율은 30g*25μm/m2*24h*0.1Mpa 미만이고, 즉, 0.1MPa의 표준 대기압에서, 25㎛의 두께를 갖는 기체 투과막의 경우, 24시간 동안 기체 투과막의 1 m2당 이산화탄소의 투과량은 30 g 미만이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 전지 셀(1)의 제조 방법을 설명하기로 한다. 도 11은 본 출원의 일 실시예에 따른 전지 셀(1)의 제조 방법의 개략적인 흐름도가 도시된다. 도 11에서, 이 제조 방법은,
단부 개구(110)가 구비된 하우징(11)을 제공하는 단계(S401);
전극 조립체(12)를 제공하는 단계(S402);
엔드캡 조립체(15)를 제공하는 단계(S403);
전극 조립체(12)를 하우징(11) 내부에 수용하는 단계(S404); 및
엔드캡(151)이 하우징(11)에 연결되어 전극 조립체(12)가 수용되는 챔버를 형성하도록 엔드캡(151)을 단부 개구에 설치하는 단계(S405);를 포함하고,
엔드캡 조립체(15)는, 엔드캡(151); 전지 셀(1) 내부에 인접한 엔드캡(151)의 일측에 설치되는 절연 부재(152); 및 절연 부재(152) 및/또는 엔드캡(151)에 설치된 기체 흡착 장치(16);를 포함하고, 기체 흡착 장치(16)는, 챔버(1610)가 구비되는 본체(161); 본체(161)에 마련되고, 전지 셀(1)의 내부 압력 또는 온도가 제1 임계값에 도달할 때 작동하여 챔버(1610)가 전지 셀(1)의 내부와 연통되도록 구성되는 제1 감압부(162); 챔버(1610) 내부에 마련되고, 전지 셀(1)의 사용 과정에서 발생한 기체를 흡수하는 흡착제(1632) 및 흡착제(1632)를 캡슐화하고 기체의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 차단하도록 구성되는 패키지(1631)를 포함하는 기체 흡착 유닛(163);을 포함한다.
하우징(11)을 제공하는 단계(S401), 전극 조립체(12)를 제공하는 단계(S402) 및 엔드캡 조립체(15)를 제공하는 단계(S403)의 순서는 제한되지 않으며, 예를 들어 전극 조립체(12)를 제공하는 단계(S402), 엔드캡 조립체(15)를 제공하는 단계(S403) 및 하우징(11)을 제공하는 단계(S401)의 순서로 수행할 수 있고, 다른 예를 들어, 엔드캡 조립체(15)를 제공하는 단계(S403), 하우징(11)을 제공하는 단계(S401) 및 전극 조립체(12)를 제공하는 단계(S402)의 순서로 수행할 수도 있으며, 또 다른 예를 들어 하우징(11)을 제공하는 단계(S401), 전극 조립체(12)를 제공하는 단계(S402) 및 엔드캡 조립체(15)를 제공하는 단계(S403)는 동기적으로 수행할 수도 있다.
본 출원은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 출원의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정이 이루어질 수 있고 그리고 균등물로 그 구성요소를 대체할 수 있다. 특히, 구조적인 충돌이 없는 한, 각 실시예에서 언급된 각각의 기술적 구성은 어떠한 방식으로든 조합될 수 있다. 본 출원은 여기서 개시된 특정 실시예에 제한되지 않고, 청구범위의 범위 내부에 속하는 모든 기술적 해결방법을 포함한다.
100 : 전지 101 : 케이싱
1011 : 제1 부분 1012 : 제2 부분
1 : 전지 셀 11 : 하우징
110 : 단부 개구 12 : 전극 조립체
13 : 전극 단자 14 : 연결 부재
15 : 엔드캡 조립체 151 : 엔드캡
152 : 절연 부재 1521 : 캐비티
1522 : 안내 통로 153 : 제2 감압부
154 : 정렬 구조 16 : 기체 흡착 장치
161 : 본체 1610 : 챔버
1611 : 제1 외부면 1612 : 제2 외부면
1613 : 베이스 바디 1614 : 커버 바디
1615 : 관통홀 162 : 제1 감압부
163 : 기체 흡착 유닛 1631 : 패키지
1632 : 흡착제 200 : 컨트롤러
300 : 모터 1000 : 차량

Claims (19)

  1. 전지 셀에 적용되는 기체 흡착 장치에 있어서,
    챔버가 구비되는 본체;
    상기 본체에 마련되고, 상기 전지 셀의 내부 압력 또는 온도가 제1 임계값에 도달할 때 작동하여 상기 챔버가 상기 전지 셀의 내부와 연통되도록 구성되는 제1 감압부; 및
    상기 챔버 내부에 마련되고, 상기 전지 셀의 사용 과정에서 발생한 기체를 흡수하는 흡착제 및 상기 흡착제를 캡슐화하고 기체의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 차단하도록 구성되는 패키지를 포함하는 기체 흡착 유닛;을 포함하는, 기체 흡착 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 패키지의 수증기 투과율은 30g*25μm/m2*24h*0.1Mpa 미만인, 기체 흡착 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    복수의 상기 기체 흡착 유닛을 포함하는, 기체 흡착 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    복수의 상기 기체 흡착 유닛에 있는 상기 흡착제는 종류가 서로 다른 기체를 흡수하도록 서로 다른, 기체 흡착 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제는 염기성 산화물과 수산화물의 혼합물을 포함하는, 기체 흡착 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 혼합물에서 상기 수산화물과 상기 염기성 산화물의 몰비는 1:1 ~ 1:10인, 기체 흡착 장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체 및 상기 제1 감압부는 모두 금속 재질인, 기체 흡착 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 감압부는 상기 본체의 내부면에 비해 상기 챔버의 외부를 향해 함몰되어 있는, 기체 흡착 장치.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체 흡착 장치는,
    상기 제1 감압부에 덮여 기체의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 차단하도록 구성되는 기체 투과막;을 더 포함하는, 기체 흡착 장치.
  10. 전지 셀에 적용되는 엔드캡 조립체에 있어서,
    엔드캡;
    상기 전지 셀 내부에 인접한 상기 엔드캡의 일측에 설치되는 절연 부재; 및
    상기 절연 부재와 상기 엔드캡 중 적어도 하나에 설치되는 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 기체 흡착 장치;를 포함하는 엔드캡 조립체.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 본체는 상기 엔드캡으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제1 외부면을 포함하고, 상기 제1 감압부는 상기 본체의 상기 제1 외부면을 제외한 나머지 외부면에 마련되는, 엔드캡 조립체.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 감압부는 상기 엔드캡에 인접한 상기 본체의 일측에 위치하는, 엔드캡 조립체.
  13. 제10 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 부재는 상기 기체 흡착 장치가 수용되는 캐비티가 구비되는, 엔드캡 조립체.
  14. 제10 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔드캡 조립체는,
    상기 엔드캡에 마련되고, 상기 전지 셀의 내부 압력 또는 온도가 제2 임계값에 도달할 때 작동하여 상기 전지 셀의 내부 압력을 방출하도록 구성되는 제2 감압부;를 더 포함하고,
    상기 제1 임계값은 상기 제2 임계값 미만인, 엔드캡 조립체.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 엔드캡 조립체는,
    상기 엔드캡과 상기 기체 흡착 장치 중 적어도 하나에 배치되고, 상기 기체 흡착 장치와 상기 제2 감압부의 접촉을 차단하는 정렬 구조;를 더 포함하는, 엔드캡 조립체.
  16. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 기체 흡착 장치를 포함하는, 전지 셀.
  17. 제16 항에 따른 전지 셀을 포함하는, 전지.
  18. 제16 항에 따른 전지 셀을 포함하는, 전기 장치.
  19. 전지 셀의 제조 방법에 있어서,
    단부 개구가 구비된 하우징을 제공하는 단계;
    전극 조립체를 제공하는 단계;
    엔드캡 조립체를 제공하는 단계;
    상기 전극 조립체를 상기 하우징 내부에 수용하는 단계; 및
    상기 엔드캡이 상기 하우징에 연결되어 상기 전극 조립체가 수용되는 챔버를 형성하도록 상기 엔드캡을 상기 단부 개구에 설치하는 단계;를 포함하고,
    상기 엔드캡 조립체는, 엔드캡; 상기 전지 셀 내부에 인접한 상기 엔드캡의 일측에 설치되는 절연 부재; 및 상기 절연 부재와 상기 엔드캡 중 적어도 하나에 설치되는 기체 흡착 장치;를 포함하고, 상기 기체 흡착 장치는, 챔버가 구비되는 본체; 상기 본체에 마련되고, 상기 전지 셀의 내부 압력 또는 온도가 제1 임계값에 도달할 때 작동하여 상기 챔버가 상기 전지 셀의 내부와 연통되도록 구성되는 제1 감압부; 상기 챔버 내부에 마련되고, 상기 전지 셀의 사용 과정에서 발생한 기체를 흡수하는 흡착제 및 상기 흡착제를 캡슐화하고 기체의 통과를 허용하지만 액체의 통과를 차단하도록 구성되는 패키지를 포함하는 기체 흡착 유닛;을 포함하는, 전지 셀의 제조 방법.
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