KR20230031287A - 액체 백, 전지 셀, 전지 및 전기 장치 - Google Patents

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지앤후 허
융황 예
치안 리우
쉐양 쑨
샤오후 쉬
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Abstract

본 출원의 실시예는 하우징(210); 상기 하우징(210) 내에 수용되는 셀(240); 및 상기 하우징(210) 내에 수용되되, 상기 셀(240)의 측벽에 대응하게 설치되는 복수의 액체 백(40);을 포함하고, 상기 액체 백(40)의 표면에는 취약 구조(412)가 설치되고, 상기 각 액체 백(40)의 취약 구조는 서로 다른 액체 백(40)에서 상이한 충진물을 단계적으로 순차적으로 방출할 수 있도록 서로 다른 봉지 강도를 갖는, 전지 셀(20)을 제공한다.

Description

액체 백, 전지 셀, 전지 및 전기 장치
본 출원은 전지 분야에 관한 것으로, 구체적으로, 액체 백, 전지 셀, 전지 및 전기 장치에 관한 것이다.
에너지 절약 및 배출 저감은 자동차 산업의 지속 가능한 발전의 핵심이며, 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.
본 출원의 발명자는, 기존 전지는 충방전과 같이 사용하는 과정에서 셀이 노화되고 충방전 횟수가 증가함에 따라 전해액 부족 등의 문제가 발생할 수 있다는 것을 연구를 통해 발견하였다.
본 출원의 실시예는 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 액체 백, 전지 셀, 전지 및 전기 장치를 제공한다.
제1 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는 내부에 복수의 독립적인 수용챔버가 설치되고, 상기 각 수용챔버에는 취약 구조가 대응하게 구비되고, 상기 각 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는, 액체 백을 제안한다.
본 출원의 실시예에서, 하나의 독립적인 액체 백에 의해 여러 가지 상이한 충진물을 저장하는 기능을 제공하고, 또한, 서로 다른 외부 압력에 따라 상기 액체 백 내의 각 수용챔버에 저장된 상이한 충진물을 단계적으로 방출할 수 있도록 함으로써, 전지 셀의 내부 압력에 따라 단계별로 셀에 서로 다른 양의 보충액을 제공하거나 단계별로 셀에 필요한 상이한 물질을 보충할 수 있어, 셀에 대한 필요한 물질의 보충이 더욱 목적성 있게 될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 액체 백의 내부에는 하나 또는 복수의 서브 액체 백이 설치되고, 상기 액체 백은 상기 서브 액체 백을 감싸 서로 독립적인 수용챔버를 형성하며, 상기 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조의 봉지 강도는 외부에서 내부로 순차적으로 증가한다.
본 출원의 실시예에 따른 다중형 액체 백은 백-인-백형 구조로, 구조가 간단하고, 하나의 독립적인 액체 백에 의해 여러 가지 상이한 충진물을 저장하는 기능을 제공하며, 또한, 서로 다른 외부 압력에 따라 상기 액체 백 내의 각 수용챔버에 저장된 상이한 충진물을 단계적으로 방출할 수 있도록 한다.
일부 실시예에 있어서, 상기 액체 백의 내부에는 격막이 설치되고, 상기 격막은 상기 액체 백의 내부를 복수의 독립적인 수용챔버로 구획하여 구성하며, 상기 각 수용챔버에 대응하는 상기 액체 백의 표면에는 각각 취약 구조가 설치되고, 상기 각 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는다.
본 출원의 실시예에 따른 병렬형 액체 백은 구조가 간단하고, 하나의 독립적인 액체 백에 의해 여러 가지 상이한 충진물을 저장하는 기능을 제공하며, 상기 액체 백 내의 각 수용챔버에 저장된 상이한 충진물을 단계적으로 방출할 수 있도록 한다.
제2 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는, 하우징; 상기 하우징 내에 수용되는 셀; 및 상기 하우징 내에 수용되되, 상기 셀의 측벽에 대응하게 설치되는 상기 실시예에 따른 상기 액체 백;을 포함하는 전지 셀을 제안한다.
본 출원의 실시예에서, 하나의 독립적인 액체 백에 의해 여러 가지 상이한 충진물을 저장하는 기능을 제공하고, 또한, 서로 다른 외부 압력에 따라 상기 액체 백 내의 각 수용챔버에 저장된 상이한 충진물을 단계적으로 방출할 수 있어 셀에 대한 필요한 물질의 보충이 더욱 목적성 있게 될 수 있다. 또한, 병렬형 액체 백 및 다중형 액체 백을 전지 셀 내부에 혼합적으로 설치함으로써, 셀에 물질을 미세하게 보충할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 취약 구조는 상기 셀의 측벽에 대응하게 설치된다.
본 출원의 실시예서, 충진물은 먼저 셀의 측벽에 접촉하도록 할 수 있어 더 좋은 함침 효과를 달성할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 복수의 셀을 포함하고, 상기 액체 백은 상기 셀과 상기 하우징의 측벽의 사이에 설치되고, 및/또는, 상기 액체 백은 이웃하는 상기 셀의 사이에 설치된다.
본 출원의 실시예에서, 더 좋은 함침 효과를 달성하기 위해 셀과 셀 사이에 액체 백 구조를 설치하는데, 전지 셀 내부의 가스 압력이 너무 크거나 또는 사용 과정에서 셀이 팽창하는 경우, 팽창력이 상기 액체 백의 취약 구조가 견딜 수 있는 압력 임계값을 초과하면, 셀 사이에 설치된 액체 백이 파열되고 넘친 물질이 셀에 직접 접촉하여 셀이 필요한 물질을 더 잘 흡수하도록 할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 액체 백에는 복수의 취약 구조가 구비되고, 상기 복수의 취약 구조는 각각 셀의 측벽에 대응하게 설치된다.
본 출원의 실시예에서, 복수의 취약 구조가 셀의 측벽에 대응하게 설치됨으로써, 상기 액체 백은 복수의 취약 구조에서 충진물을 동시에 방출할 수 있고, 전지의 여러 부위가 충진물과 동시에 접촉하도록 할 수 있어 셀에 대한 함침 효과를 증가시켜 셀이 필요한 충진물을 더 잘 흡수하도록 할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 하우징에는 방폭 밸브가 설치되고, 상기 액체 백은 상기 방폭 밸브와 대향하게 설치된다.
본 출원의 실시예에서, 액체 백이 상기 방폭 밸브와 대향하게 설치됨으로써, 액체 백에 저장된 충전물을 더 잘 방출할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는다.
본 출원의 실시예에서, 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조에 봉지 강도를 서로 다르게 설정함으로써, 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조는 전지 셀의 내부 가스 압력의 작용으로 봉지 강도가 가장 약한 취약 구조에 대응하는 수용챔버 내의 충진물이 먼저 방출하게 되고, 봉지 강도가 좀 강한 취약 구조에 대응하는 수용챔버 내의 충진물이 전지 셀의 내부 압력이 점차적으로 증가됨에 따라 단계적으로 방출하게 된다.
일부 실시예에 있어서, 상기 취약 구조의 봉지 강도는 구배(gradient)로 변화한다.
본 출원의 실시예에서, 셀 내부의 압력 특성 및 각 압력 단계에서 셀이 필요한 물질에 따라 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조의 봉지 강도를 구배(gradient)로 변화하여 설정함으로써, 셀이 필요한 물질을 점진적으로 방출하도록 한다.
일부 실시예에 있어서, 상기 각 수용챔버에는 상이한 물질이 저장되어 있다.
본 출원의 실시예에서, 수용챔버별로 상이한 물질이 저장됨으로써, 셀에 부족한 상이한 물질을 보충하여 셀의 수명 연장 및 셀의 안전성 제고 등 목적을 달성한다.
일부 실시예에 있어서, 상기 각 수용챔버에는 상기 취약 구조의 봉지 강도에 따라 강한 것에서 약한 것으로 순차적으로 난연제, 가스 흡수제, 리튬 보충제 및 전해액이 각각 저장되어 있다.
본 출원의 실시예에서, 셀에 다양한 부족한 물질을 더욱 목적성 있게 제공함으로써, 셀의 수명 연장 및 셀의 안전성 제고 등 목적을 달성한다.
제3 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는, 하우징; 상기 하우징 내에 수용되는 셀; 및 상기 하우징 내에 수용되되, 상기 셀의 측벽에 대응하게 설치되는 복수의 액체 백;을 포함하고, 상기 액체 백의 표면에는 취약 구조가 설치되고, 상기 각 액체 백의 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는, 전지 셀을 제안한다.
본 출원의 실시예에서, 봉지 강도가 서로 다른 취약 구조를 갖는 복수의 단일형 액체 백을 전지 셀의 내부에 설치함으로써, 서로 다른 단일형 액체 백이 서로 다른 압력 조건에서 상이한 충진물을 단계적으로 순차적으로 방출하도록 할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 취약 구조는 상기 셀의 측벽에 대응하게 설치된다.
본 출원의 실시예에서, 충진물은 먼저 셀의 측벽에 접촉하도록 할 수 있어 더 좋은 함침 효과를 달성할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 복수의 셀을 포함하고,
상기 액체 백은 상기 셀과 상기 하우징의 측벽의 사이에 설치되고, 및/또는, 상기 액체 백은 이웃하는 상기 셀의 사이에 설치된다.
본 출원의 실시예에서, 더 좋은 함침 효과를 달성하기 위해 셀과 셀 사이에 액체 백 구조를 설치하는데, 전지 셀 내부의 가스 압력이 너무 크거나 또는 사용 과정에서 셀이 팽창하는 경우, 팽창력이 상기 액체 백의 취약 구조가 견딜 수 있는 압력 임계값을 초과하면, 셀 사이에 설치된 액체 백이 파열되고 넘친 물질이 셀에 직접 접촉하여 셀이 필요한 물질을 더 잘 흡수하도록 할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 액체 백에는 복수의 취약 구조가 구비되고, 상기 복수의 취약 구조는 각각 셀의 측벽에 대응하게 설치된다.
본 출원의 실시예에서, 복수의 취약 구조가 셀의 측벽에 대응하게 설치됨으로써, 상기 액체 백은 복수의 취약 구조에서 충진물을 동시에 방출할 수 있고, 셀의 여러 부위가 충진물과 동시에 접촉하도록 할 수 있어, 셀에 대한 함침 효과를 증가시켜 셀이 필요한 충진물을 더 잘 흡수하도록 할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 각 액체 백의 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는다.
본 출원의 실시예에서, 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조에 봉지 강도를 서로 다르게 설정함으로써 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조는 전지 셀의 내부 가스 압력의 작용으로 봉지 강도가 가장 약한 취약 구조에 대응하는 수용챔버 내의 충진물이 먼저 방출하게 되고, 봉지 강도가 좀 강한 취약 구조에 대응하는 수용챔버 내의 충진물이 전지 셀의 내부 압력이 점점 증가됨에 따라 단계적으로 방출하게 된다.
일부 실시예에 있어서, 상기 각 액체 백의 취약 구조의 봉지 강도는 구배(gradient)로 변화한다.
본 출원의 실시예에서, 셀 내부의 압력 특성 및 각 압력 단계에서 셀이 필요한 물질에 따라 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조의 봉지 강도를 구배(gradient)로 변화하여 설정함으로써, 방전 셀이 필요한 물질을 점진적으로 방출하도록 한다.
제4 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는, 상술한 실시예에 따른 전지 셀을 포함하는 전지를 제안한다.
제5 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는, 상술한 실시예에 따른 전지를 전기 에너지 제공용으로 포함하는 전기 장치를 제안한다.
여기에 설명된 첨부 도면은 본 출원의 일부로서 본 출원에 대한 추가 이해를 제공하기 위한 것이고, 본 출원의 예시적인 실시예 및 그에 대한 설명은 본 출원을 설명하기 위한 것이며, 본 출원에 대한 무리한 제한이 아니다. 도면에서,
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 차량의 구조 개략도이고,
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 전지의 분리 구조 개략도이며,
도 3은 본 출원의 실시예에 따른 전지 셀의 구조 개략도이고,
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 다중형 액체 백의 구조 개략도이며,
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 다중형 액체 백에 상이한 물질이 충진되어 있는 개략도이고,
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 병렬형 액체 백의 구조 개략도이며,
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 병렬형 액체 백에 상이한 물질이 충진되어 있는 개략도이고,
도 8은 본 출원의 실시예에 따른 전지 셀의 구조 개략도이며,
도 9는 본 출원의 실시예에 따른 다른 전지 셀의 구조 개략도이고,
도 10은 본 출원의 실시예에 따른 복수의 액체 백을 혼합적으로 설치하는 전지 셀의 구조 개략도이며,
도 11은 본 출원의 실시예에 따른 복수의 셀을 포함한 전지 셀의 구조 개략도이고,
도 12는 본 출원의 실시예에 따른 복수의 취약 구조가 구비된 다중형 액체 백의 구조 개략도이며,
도 13은 본 출원의 실시예에 따른 복수의 취약 구조가 구비된 병렬형 액체 백의 구조 개략도이고,
도 14는 본 출원의 실시예에 따른 복수의 액체 백을 설치하는 전지 셀의 구조 개략도이며,
도 15는 본 출원의 실시예에 따른 단일형 액체 백의 구조 개략도이고,
도 16은 본 출원의 실시예에 따른 단일형 액체 백의 취약 구조의 개략도이며,
도 17은 본 출원의 실시예에 따른 복수의 취약 구조가 구비된 단일형 액체 백의 구조 개략도이다.
이하, 본 출원의 실시예의 목적, 기술적 해결방법 및 이점을 보다 명확하게 하기 위하여, 첨부 도면을 참조하여 본 출원의 실시예에 따른 기술적 해결방법을 명확하게 설명하기로 하고, 물론, 설명된 실시예는 본 출원의 전부가 아니라 일부 실시예이다. 본 출원의 실시예에 기초하여, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 기술자가 창의적인 노력 없이 획득한 모든 다른 실시예는 본 출원의 보호 범위에 속할 것이다.
본 출원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는, 달리 정의되지 않는 한, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자가 일반적으로 이해하는 의미를 가지며, 본 출원의 명세서에서 사용된 용어는 단지 구체적인 실시예를 설명하기 위한 것이지, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니고, 본 출원의 명세서, 청구범위 및 상기 도면의 간단한 설명에서 "포함하다" 및 "가지다"라는 용어 및 이들의 임의의 변형은 비 배타적인 포함을 포괄하려는 의미이다. 본 출원의 명세서 및 특허청구범위 또는 상술한 도면에서 "제1", "제2" 등의 용어는 서로 다른 대상을 구별하기 위해 사용된 것으로, 특정한 순서 또는 주종관계를 설명하기 위해 사용되는 것은 아니다.
본 출원에서 언급된 "실시예"는 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 출원의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서의 다양한 위치에 있는 이 문구는 반드시 다 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니며, 다른 실시예와 상호 배타적인 별도의 또는 대안적인 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 본 출원에서 설명된 실시예가 다른 실시예와 결합될 수 있다는 것은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 기술자에 의해 명시적으로 그리고 묵시적으로 이해될 것이다.
본 출원의 실시예를 설명함에 있어서, 달리 명시적으로 정의 및 한정되지 않는 한, "설치", "결합", "연결", "부착" 등 기술적 용어는 광의적인 의미로 이해되어야 하는데, 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 있으며, 두 요소의 내부 연통일 수 있다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자는 특정 상황에 따라 본 출원에서 상기 용어들의 구체적인 의미를 이해할 수 있다.
본 출원에서, "및/또는"이라는 용어는 관련 대상 간의 연관 관계를 설명하기 위한 것으로 세 가지의 관계가 있을 수 있음을 의미하는데, 예를 들어 A 및/또는 B는 A가 독립적으로 존재함, A 및 B가 동시 존재함, B가 독립적으로 존재함 등 세 가지 경우가 있음을 나타낸다. 또한 본 출원에서 "/" 문자는 일반적으로 관련 대상이 "또는" 관계임을 나타낸다.
본 출원에 언급된 "복수"라는 용어는 2개 이상(2개 포함)을 의미하고, 유사하게 "복수 그룹"은 2그룹 이상(2그룹 포함)을 의미하고, "복수 시트"는 2시트 이상(2시트 포함)을 의미한다.
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 패키징 방식에 따라 원통형 전지 셀, 각형 전지 셀 및 소프트 패키지 전지 셀 등의 3가지 유형으로 구분되며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 제한하지 않는다.
현재 기술의 발전과 함께 구동용 전지는 널리 적용되고 있다. 구동용 전지는 수력, 화력, 풍력 및 태양광 발전소와 같은 에너지 저장 시스템뿐만 아니라 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차 등과 같은 전기 교통 수단, 및 군사 장비, 항공 우주 등 기타 다양한 분야에서 사용되고 있다. 구동용 전지는 적용 분야가 지속적으로 확대됨에 따라 시장 수요량도 꾸준히 확장되고 있다.
본 출원의 발명자는, 전지의 충방전 사이클 과정에서 캐소드 활물질과 애노드 활물질에 이온이 삽입 또는 이탈하면서 전지 셀의 내부 팽창을 초래하고 셀 내부의 전해액이 점차 감소하여, 결과적으로 셀 내부의 전해액이 부족하여 활성 리튬 성분의 부족도 초래하게 된다는 것을 발견하였다. 셀의 노화와 셀 내부의 과도한 가스 발생으로 인해 금속 용출 문제점은 점차적으로 발생할 수 있다. 더 심각할 경우 열폭주 및 전지 화재 또는 폭발의 위험은 있으며 이로 인한 안전 문제는 무시할 수 없다.
상술한 문제점을 감안하여, 일반적으로 전지 셀에 액체 보충 기구를 설치하는데, 상기 액체 보충 기구에는 전해액이 저장되어 있는데, 전지 셀 내부가 팽창하고 내부 압력이 증가하는 경우 액체 보충 기구가 파열되고 미리 저장된 전해액이 방출하여 셀에 전해액을 제공하며 충방전 횟수 증가 또는 노화로 인해 부족한 셀의 전해액을 보충하게 된다.
그러나, 본 출원의 발명자는, 전해액의 부족량이 셀의 사용 시간에 따라 달라지며, 예를 들어, 초기에는 일정 기간 동안 사용하면 전해액의 부족량이 적고, 사용 시간이 증가할수록 전해액의 부족량도 점차 증가해지므로, 단계별로 서로 다른 양의 전해액을 전지에 보충해야 한다는 것을 연구에서 발견하였다. 이와 함께, 전지 내부의 전해액 부족은 단계별로 서로 다른 셀의 위험을 초래하며 단지 전해액만 보충하면 셀의 장기간 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 없다. 현재로서는 셀에 부족한 물질을 보충하여 단계별 위험을 목적성 있게 해결할 수 있는 방법이 없으며 정교한 해결 방법이 결여된 지경이다.
상술한 문제점을 감안하여, 본 출원의 발명자는 셀의 사용 과정에서 과도한 충방전 횟수 및 셀의 노화로 인한 셀 내부의 물질 부족 문제점을 해결하기 위하여, 심도 있는 연구 끝에 새로운 유형의 액체 백, 전지 셀 및 전기 장치를 안출하였다. 액체 백의 내부에 복수의 독립적인 수용챔버가 배치되고 각 수용챔버는 서로 다른 봉지 강도를 갖는 취약 구조가 구비됨으로써, 셀의 사용 과정에서 또는 서로 다른 노화 상태에서 셀 내부의 압력에 따라 동일하거나 상이한 물질을 점차적으로 방출시켜 서로 다른 양의 보충액을 셀에 단계별로 제공하거나 또는 서로 다른 종류의 필요한 물질을 셀에 단계별로 보충할 수 있고, 셀에 대한 물질 보충을 보다 목적성 있게 수행하여 셀의 사용 단계별로 발생된 전해액 부족, 활성 리튬 부족, 많은 가스 생성, 전이 금속 용출 및 열 폭주와 같은 일련의 문제점을 해결할 수 있게 된다.
본 출원의 실시예에 따른 액체 백 및 전지 셀은 차량, 선박 또는 항공기 등 전기 장치에 적용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 본 출원에 개시된 액체 팩과 전지 셀을 이용하여 전기 장치의 전원 공급 시스템을 구성할 수 있으며, 이로써 셀의 사용 과정에서 물질 부족 및 안전성 저하 등의 문제점을 완화하고 전지 성능의 안정성을 향상시켜 사용 수명을 연장하는 데 유리하다.
본 출원의 실시예는 전지를 전원으로 사용하는 전기 장치를 제공하며, 이 전기 장치는 휴대폰, 태블릿, 노트북, 전동 장난감, 전동 공구, 전기 자전거, 전기 자동차, 선박, 항공기 등일 있으나 이에 한정되지 않는다. 여기서 전동 장난감에는 게임기, 전기 자동차 장난감, 전기 선박 장난감, 및 전기 비행기 장난감 등과 같은 고정식 또는 이동식 전동 장난감이 포함될 수 있으며, 항공기에는 비행기, 로켓, 우주왕복선, 우주선 등이 포함될 수 있다.
이하, 실시예에 대한 설명의 편의를 위해, 본 출원의 일 실시예에 따른 전기 장치가 차량(1000)인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 출원의 실시예에 따른 차량(1000)의 구조 개략도이다. 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)의 내부에는 전지(100)가 배치되며, 전지(100)는 차량(1000)의 하부 또는 전방 또는 후방에 배치될 수 있다. 전지(100)는 차량(1000)에 전력을 공급할 수 있으며, 예를 들어, 전지(100)는 차량(1000)의 작동 전원으로 사용될 수 있다. 차량(1000)은 컨트롤러(200) 및 모터(300)를 더 포함할 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.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 전지(100)는 차량(1000)의 작동 전원으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 연료유 또는 천연 가스를 전체적으로 또는 부분적으로 대체하여 차량(1000)의 구동 전원으로 사용하여 차량(1000)의 구동력을 제공할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 본 출원의 실시예에 따른 전지(100)의 분리 구조 개략도이다. 전지(100)는 케이스(10)와 전지 셀(20)을 포함하고, 전지 셀(20)은 케이스(10)에 수용되어 있다. 여기서, 케이스(10)는 전지 셀(20)이 수용되는 수용 공간을 제공하고, 케이스(10)는 다양한 구조로 구성될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 케이스(10)는 상부 케이스(11)와 하부 케이스(12)를 포함할 수 있으며, 상부 케이스(11)와 하부 케이스(12)는 서로 덮이고, 상부 케이스(11)와 하부 케이스(12)는 공동으로 전지 셀(20)이 수용되는 수용 공간을 정의한다. 하부 케이스(12)는 일단이 개방된 중공 구조일 수 있고, 상부 케이스(11)는 판상 구조일 수 있으며, 상부 케이스(11)는 하부 케이스(12)의 개구측에 덮여서, 상부 케이스(11)와 하부 케이스(12)에 의해 공동으로 수용 공간을 정의하며, 또한 상부 케이스(11)와 하부 케이스(12)는 모두 일측이 개구된 중공 구조일 수 있고, 상부 케이스(11)의 개구측은 하부 케이스(12)의 개구측에 덮인다. 물론, 상부 케이스(11)와 하부 케이스(12)에 의해 형성된 케이스(10)는 원기둥, 직육면체 등 다양한 형상일 수 있다.
본 출원의 실시예에서 언급된 전지(100)는 더 높은 전압 및 용량을 제공하기 위해 하나 또는 복수의 전지 셀을 포함하는 단일 물리적 모듈을 의미한다. 예를 들어, 본 출원에서 언급된 전지(100)는 전지 모듈 또는 전지 팩 등을 포함할 수 있다. 전지 셀(20)은 복수일 수 있고, 복수의 전지 셀(20)은 서로 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결될 수 있으며, 혼합 연결은 복수의 전지 셀(20)이 직렬 연결된 것도 있고, 병렬 연결된 것도 있는 것을 의미한다. 복수의 전지 셀(20)은 서로 직접적으로 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결한 후, 복수의 전지 셀(20)에 의해 형성된 전체를 케이스(10)에 수용할 수 있으며, 물론 복수의 전지 셀(20)을 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결하여 전지 모듈 형태의 전지(100)를 형성한 후, 복수의 전지 모듈을 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결하여 일체로 형성하고 케이스(10)에 수용할 수 있다. 전지(100)는 다른 구조를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 이 전지(100)는 복수의 전지 셀(20)은 서로 전기적으로 연결하기 위한 버스 부재를 더 포함할 수 있다.
여기서, 각 전지 셀(20)은 리튬 이온 이차 전지, 리튬 이온 일차 전지, 리튬-황 전지, 나트륨-리튬 이온 전지, 나트륨 이온 전지 또는 마그네슘 이온 전지 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 전지 셀(20)은 실린더, 편평체, 직육면체 또는 기타 형상일 수 있다.
도 3에 도시된 전지 셀(20)을 참조하여 본 출원의 실시예에 따른 액체 백 및 전지 셀을 더 상세하게 설명하면, 상기 전지 셀(20)은 하우징(210); 전극(220); 및 하우징(210) 내에 위치하고 전극(220)과 연결되어 외부로 전기 에너지를 출력하는 셀(240);을 포함한다.
상기 하우징(210)은 전지 셀의 내부 환경을 형성하는 구성요소로서, 형성된 내부 환경은 셀, 전해액 및 기타 부재를 수용할 수 있다. 하우징(210)은 전극(220)이 외부로 인출되며, 상기 전극은 양극와 음극을 포함하고, 상기 양극과 음극은 전환 단자를 통해 셀의 캐소드 탭 및 애노드 탭과 연결된다. 상기 하우징은 직육면체, 원통형, 육각기둥형 등과 같은 다양한 모양 및 다양한 크기를 가질 수 있다. 구체적으로, 하우징의 형상은 셀 조립체의 구체적인 형상 및 크기에 따라 결정될 수 있다. 하우징의 재질은 구리, 철, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 플라스틱 등 다양할 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 특별히 제한하지 않는다.
또한, 전지 셀의 사용 과정에서, 셀의 사용에 따라 셀 내부에 가스가 발생하여 하우징 내부의 가스 압력이 점차적으로 증가될 수 있으며, 전지 셀의 안전성을 확보하기 위해 하우징의 전극 사이에는 방폭 밸브(230)가 설치될 수 있는데, 전지 셀 내부의 가스 압력이 일정한 세기에 도달하면 방폭 밸브를 통해 압력을 방출할 수 있으므로 전지 셀의 폭발과 같은 안전성 문제점을 피할 수 있게 된다.
셀(240)은 전지 셀(20) 중 전기화학적 반응을 일으키는 구성요소이다. 하우징 내에 하나 또는 그 이상의 셀이 포함될 수 있다. 셀은 주로 캐소드 극판과 애노드 극판이 권취되거나 적층되어 형성되고, 그리고 캐소드 극판과 애노드 극판 사이에 세퍼레이터가 배치되는 것이 일반적이다. 활물질이 있는 캐소드 극판과 애노드 극판의 부분은 셀 조립체의 본체부를 구성하고, 활물질이 없는 캐소드 극판과 애노드 극판의 부분은 각각 탭을 구성한다. 캐소드 탭과 애노드 탭은 모두 본체부의 일단에 위치하거나 또는 본체부의 양단에 각각 위치할 수 있다. 전지의 충방전 과정에서 캐소드 활물질 및 애노드 활물질이 전해액과 반응하고 탭이 전극 단자에 연결되어 전류 회로를 형성한다. 상기 캐소드 탭은 전환 단자를 통해 상기 하우징 상의 양극과 연결되고, 상기 애노드 탭은 전환 단자를 통해 상기 하우징 상의 음극과 연결된다.
전지 셀의 사용 과정에서 셀에 필요한 물질을 보충하기 위해, 상기 셀(240)과 하우징(210) 사이에 하나 또는 복수의 액체 백(40)이 배치되고, 상기 액체 백(40)의 내부에 전해액 등 소모량이 큰 물질이 저장되어 있는데, 전지 셀 내부의 가스 압력 또는 셀의 팽창력이 일정한 세기에 도달하면 상기 압력이 액체 백에 작용하여 액체 백이 압착되어 파열되고, 따라서 액체 백 내부의 전해액이 방출되어 셀의 전해액을 보충하고 장시간 사용에 의한 전해액 부족으로 인한 전지 성능 결함 등의 문제점을 완화시키게 된다.
기존 기술에 존재하는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원의 실시예에 따른 액체 백은 상기 전지 셀에 적용되고, 본 출원에 따른 액체 백을 이용함으로써, 셀의 사용 과정에서 및 서로 다른 노화 상태에서 셀의 내부 압력에 따라 동일하거나 상이한 물질을 점차적으로 방출시켜 단계별로 서로 다른 양의 보충액을 셀에 제공하거나 또는 단계별로 서로 다른 종류의 필요한 물질을 셀에 보충할 수 있고, 전지 셀의 사용 과정에서 물질 부족 및 안전 성능 저하 등의 문제점을 해결할 수 있게 된다.
구체적으로, 본 출원의 실시예에 따른 액체 백은 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 내부에 복수의 독립적인 수용챔버가 설치되며, 상기 각 수용챔버에는 취약 구조가 대응하게 구비되고, 상기 각 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는다.
본 출원의 실시예에 있어서, 액체 백은 일반적으로 유연한 소재를 이용하여 캡슐 모양 또는 다른 모양으로 만들어지고, 액체, 불활성 기체 또는 기타 형태의 물질을 저장할 수 있는 수용 기능을 가진 물체이고, 그러나 액체 백은 반드시 캡슐 모양이 아니라 적용 환경의 요구 사항에 따라 정사각형, 원형, 타원형 또는 불규칙한 모양과 같은 임의 모양으로 만들 수 있다는 것을 이해해야 한다. 여기서, 상기 유연한 소재는 알루미늄 소재를 이용하여 쉘 펀칭 공정을 거친 후 그 표면에 PP/PE/PET/PVC 등 고분자 중합체와 같은 불활성 물질 층을 분무할 수 있다. 또한 일정한 유연성과 경도를 가진 다른 소재로 만들 수도 있다.
상기 액체 백에는 복수의 독립적인 수용챔버가 설치되는데, 도 4 또는 도 6에 도시된 방법을 사용할 수 있고, 동일하거나 상이한 액체 백 재질을 사용하여 액체 백의 내부 공간을 복수의 독립적인 폐쇄 공간으로 구획하고, 상기 폐쇄 공간은 독립적인 수용챔버를 형성하며, 상기 수용챔버에는 액체 또는 불활성 기체가 저장되어 있고, 독립적인 수용챔버의 배치를 통해 서로 다른 액체 또는 불활성 기체를 분리 저장할 수 있어 상이한 물질을 목적성 있게 방출하는 효과를 달성할 수 있다.
상기 각 수용챔버는 모두 유연한 소재로 둘러싸여 형성되며, 각 수용챔버에 대응하는 유연한 소재의 외벽에 각각 취약 구조가 구비되고, 즉, 액체 백의 내부에 형성된 각 수용챔버는 하나씩 취약 구조에 독립적으로 대응한다. 이렇게 되면, 각 수용챔버 내부에 저장된 액체 또는 불활성 기체는 다른 수용챔버에 저장된 충진물에 영향을 주지 않고 각자의 취약 구조를 통해 방출될 수 있다.
각 수용챔버에 저장된 충진물을 단계적으로 방출하는 목적을 달성하기 위해, 본 출원에서, 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조에 봉지 강도를 서로 다르게 설정함으로써 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조는 전지 셀의 내부 압력의 작용으로 봉지 강도가 가장 약한 취약 구조에 대응하는 수용챔버에 저장된 충진물이 먼저 방출되고, 봉지 강도가 상대적으로 강한 것은 전지 셀의 내부 압력이 점점 증가됨에 따라 단계적으로 방출하게 된다. 상기 취약 구조의 봉지 강도는 레이저 에칭, 알루미늄 산 에칭 또는 알루미늄 다이 스크래치 등에 의해 상기 유연한 소재의 어느 일부 두께를 감소시켜 취약 영역으로 형성할 수 있는데, 취약 영역은 액체 백 외벽의 전제 면적에서 차지하는 비율이 10-50% 정도이고 두께가 일반적으로 10-300μm이며, 이 취약 영역이 견딜 수 있는 압력은 얇아지지 않은 다른 영역보다 작다. 서로 다른 취약 영역 사이는 봉지 강도에 대한 요구사항에 따라 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 취약 영역이 견딜 수 있는 압력 임계값은 두께와 양의 상관 관계(예: 취약 영역의 두께가 100μm인 경우 내부 압력 임계값은 0.25MPa이고, 취약 영역의 두께가 200μm인 경우 내부 압력 임계값은 0.4MPa임)가 있기 때문에, 각 캡슐의 방출 순서는 취약 영역의 두께 구배에 의해 조절할 수 있다. 상기 취약 영역은 또한 상기 액체 백 외벽의 어느 일부 영역에 스크래치를 설치함으로써 취약 영역을 형성할 수 있으며, 상기 스크래치의 깊이는 상기 취약 영역의 봉지 강도를 나타내며, 깊이가 깊을수록 봉지 강도가 작아지고, 깊이가 얕을수록 봉지 강도가 커진다.
본 출원의 실시예에서, 액체 백 내부에는 다수의 독립적인 수용챔버가 배치되고, 상기 각 수용챔버는 취약 구조가 대응하게 구비되며, 상기 각 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 가져서, 하나의 독립적인 액체 백에 의해 여러가지 상이한 충진물을 저장하는 기능을 제공할 수 있고, 또한, 서로 다른 외부 압력에 따라 상기 액체 백 내의 각 수용챔버에 저장된 상이한 충진물을 단계적으로 방출할 수 있도록 함으로써, 전지 셀의 내부 압력에 따라 단계별로 셀에 서로 다른 양의 보충액을 제공하거나 단계별로 셀에 필요한 상이한 물질을 보충할 수 있어 셀에 대한 필요한 물질의 보충이 더욱 목적성 있게 된다.
상기 액체 백의 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위해, 도 4는 다중형 액체 백의 구조를 제공하는데, 상기 액체 백의 내부에는 하나 또는 복수의 서브 액체 백이 설치되고, 상기 액체 백은 상기 서브 액체 백을 감싸 독립적인 수용챔버를 형성하며, 상기 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조의 봉지 강도는 외부에서 내부로 순차적으로 증가한다. 도 5는 상기 다중형 액체 백 구조에 상이한 충진물을 충진한 후의 효과도를 도시한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 다중형 액체 백(50)은 제1 수용챔버(510), 제2 수용챔버(520) 및 제3 수용챔버(530)를 포함하여 구성되고, 제1 수용챔버(510)는 제1 액체 백 벽(511) 및 제1 취약 구조(512)에 의해 둘러싸여 형성된다. 상기 제1 수용챔버(510)의 내부에는 서브 액체 백이 설치되고, 상기 서브 액체 백은 제2 수용챔버(520)를 포함하며, 상기 제2 수용챔버(520)는 제2 액체 백 벽(521) 및 제2 취약 구조(522)에 의해 둘러싸여 형성된다. 상기 제2 수용챔버(520)의 내부에는, 또 하나의 서브 액체 백이 설치되고, 상기 서브 액체 백은 제3 수용챔버(530)를 포함하며, 상기 제3 수용챔버(530)는 제3 액체 백 벽(531) 및 제3 취약 구조(532)에 의해 둘러싸여 형성된다. 도 4에서 알 수 있듯이, 가장 바깥쪽 액체 백은 다중형 액체 백 구조의 메인 액체 백을 형성하고, 그 내부에 2개의 서브 액체 백을 형성하며, 즉 상기 액체 백이 상기 서브 액체 백을 감싸 독립적인 수용챔버를 형성하고, 액체 백 안에 또 액체 백이 있어 백-인-백형 구조가 된다.
상기 다중형 액체 백은 성형 시 가장 안쪽에 있는 서브 액체 백을 먼저 성형하고, 상기 제3 수용챔버(530)의 내부에 제3 충진물(533)을 주입한 후 레이저 용접 또는 기타 방법으로 봉지하면서, 상기 제3 액체 백 벽(531)에 제3 취약 구조(532)를 형성한다. 그 다음, 이 서브 액체 백의 외측에 유연한 소재 층을 감싸 이 서브 액체 백의 메인 액체 백을 형성하고, 서브 액체 백과 메인 액체 백의 사이에는 제2 수용챔버(520)를 형성하며, 상기 제2 수용챔버(520)의 내부에 제2 충진물(523)을 주입한 후 레이저 용접 또는 기타 방법으로 봉지하면서, 제2 액체 백 벽(521)에 제2 취약 구조(522)를 형성한다. 마지막으로, 제2 서브 액체 백의 외측에 유연한 소재 층을 더 감싸 제2 서브 액체 백의 메인 액체 백을 형성하고, 서브 액체 백과 메인 액체 백의 사이에는 제1 수용챔버(510)를 형성하며, 상기 제1 수용챔버(510)의 내부에 제1 충진물(513)을 주입한 후 레이저 용접 또는 기타 방법으로 봉지하면서, 제1 액체 백 벽(511)에 제1 취약 구조(512)를 형성한다. 도 4는 메인 액체 백 내부에 3개의 독립적인 수용챔버가 설치되는 구조만을 도시하였지만, 필요에 따라 더 적거나 더 많은 서브 액체 백이 설치될 수 있으며, 상세한 설명을 생략하기로 한다는 점에 유의해야 한다.
상기 다중형 액체 백의 구조에서, 상기 취약 구조는 상기 각 취약 구조의 봉지 강도가 상기 다중형 액체 백 구조의 외부에서 내부로 순차적으로 증가한다. 상기 제1 취약 구조(512)는 가장 바깥쪽 액체 백의 표면에 위치하고 그 봉지 강도가 가장 작아 전지 셀 내부의 압력을 받는 경우 먼저 파열되며, 상기 제2 취약 구조(522)의 봉지 강도는 제1 취약 구조의 봉지 강도보다 약간 크고, 제3 취약 구조(532)의 봉지 강도는 가장 크다. 전지 셀의 내부 압력의 작용으로 상기 다중형 액체 백의 취약 구조는 외부에서 내부로 순차적으로 파열되고 제1 충진물(513), 제2 충진물(523), 제3 충진물(533)을 순차적으로 방출한다.
상기 실시예에서 알 수 있듯이, 상기 다중형 액체 백의 구조는 백-인-백형 구조로, 복수의 독립적인 수용챔버가 배치되고, 상기 각 수용챔버는 취약 구조가 대응하게 구비되며, 상기 각 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 가져서, 하나의 독립적인 액체 백에 의해 여러가지 상이한 충진물을 저장하는 기능을 제공할 수 있고, 또한, 서로 다른 외부 압력에 따라 상기 액체 백 내의 각 수용챔버에 저장된 상이한 충진물을 단계적으로 방출할 수 있도록 함으로써, 셀에 대한 필요한 물질의 보충이 더욱 목적성 있게 된다.
본 출원의 다른 실시예는 또 다른 병렬형 액체 백(60) 구조를 더 제공하며, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 병렬형 액체 백의 내부에는 격막이 설치되고, 상기 격막은 상기 액체 백의 내부를 구획하여 복수의 독립적인 수용챔버를 형성하며, 상기 각 수용챔버에 대응하는 상기 액체 백의 표면에는 각각 취약 구조가 설치되고, 상기 각 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는다. 도 7은 상기 병렬형 액체 백에 상이한 물질을 충진한 후의 상태를 도시한 개략도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 병렬형 액체 백(60)의 내부에는 제1 수용챔버(610), 제2 수용챔버(620) 및 제3 수용챔버(630)가 설치되며, 제1 수용챔버(610)와 제2 수용챔버(620)의 사이는 제1 격막(614)에 의해 격리되고, 제2 수용챔버(620)와 제3 수용챔버(630)의 사이는 제2 격막(624)에 의해 격리되며, 이들 각각은 서로 독립적이다. 제1 수용챔버(610)는 제1 액체 백 벽(611), 제1 취약 구조(612) 및 제1 격막(614)에 의해 공동으로 둘러싸여 형성되며, 여기서 상기 제1 액체 백 벽(611)과 제1 취약 구조는 상기 병렬형 액체 백(60)의 외측에 위치하고 외부로 노출되며, 상기 제1 격막(614)은 상기 병렬형 액체 백(60)의 내부에 위치하고 제1 수용챔버(610)와 제2 수용챔버(620)를 서로 독립적으로 격리시킨다. 상기 제1 격막(614)은 제1 액체 백 벽과 동일한 재질로 형성할 수도 있고, 상이한 재질로 형성할 수도 있다. 상기 제1 취약 구조(612)는 제1 수용챔버(610)에 대응하는 액체 백 벽에 설치되고, 제1 취약 구조(612)가 파열될 때, 상기 제1 수용챔버(610) 내의 충진물을 방출할 수 있다.
제2 수용챔버(620)는 제2 액체 백 벽(621), 제2 취약 구조(622), 제1 격막(614) 및 제2 격막(624)에 의해 공동으로 둘러싸여 형성되며, 여기서 상기 제2 액체 백 벽(621)과 제2 취약 구조(622)는 상기 병렬형 액체 백(60)의 외부에 위치하고, 제1 수용챔버에 대응하는 액체 백과 일체로 되며, 상기 제2 격막(624)은 상기 병렬형 액체 백(60)의 내부에 설치하고, 제1 격막(614)과 함께 상기 병렬형 액체 백(60)의 내부공간을 독립적인 제2 수용챔버(620)로 구획한다. 상기 제2 격막(624)은 제2 액체 백 벽과 동일한 재질로 형성할 수도 있고, 상이한 재질로 형성할 수도 있다. 상기 제2 취약 구조(622)는 제2 수용챔버(620)에 대응하는 액체 백 벽에 설치되고, 제2 취약 구조(622)가 파열될 때, 상기 제2 수용챔버(620) 내의 충진물을 방출할 수 있다.
제3 수용챔버(630)는 제3 액체 백 벽(631), 제3 취약 구조(632) 및 제2 격막(624)에 의해 공동으로 둘러싸여 형성되며, 여기서 상기 제3 액체 백 벽(631)과 제3 취약 구조(632)는 상기 병렬형 액체 백의 외부에 위치하고 제2 수용챔버(620)에 대응하는 액체 백의 외벽과 연결되며, 상기 제2 격막(624)은 상기 병렬형 액체 백(60)의 내부에 설치하고, 상기 병렬형 액체 백(60)의 내부공간을 제2 수용챔버(620)와 제3 수용챔버(630)로 구획한다. 상기 제3 취약 구조(632)는 제3 수용챔버(630)에 대응하는 액체 백 벽에 설치되고, 제3 취약 구조(632)가 파열될 때, 상기 제3 수용챔버(630) 내의 충진물을 방출할 수 있다.
도 6에 도시된 병렬형 액체 백의 내부에는 제1 격막(614) 및 제2 격막(624)이 설치되고, 상기 병렬형 액체 백(60)의 내부 공간은 3개의 독립적인 수용챔버로 구획되는데, 3개의 독립적인 수용챔버는 각각 대응하게 별도의 취약 구조가 구비된다. 여기서, 상기 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖으며, 예를 들어, 도 6에서 제1 취약 구조(612)의 봉지 강도는 제2 취약 구조(622)의 봉지 강도보다 크고, 제2 취약 구조(622)의 봉지 강도는 제3 취약 구조(632)의 봉지 강도보다 크다. 이로써, 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조는 전지 셀 내부 가스의 작용으로 봉지 강도가 가장 약한 취약 구조에 대응하는 수용챔버 내의 충진물을 먼저 방출하게 되고, 봉지 강도가 강한 것은 전지 셀의 내부 압력이 점점 증가됨에 따라 단계적으로 방출하게 된다. 즉, 제3 수용챔버(630)에 충진된 충진물을 먼저 방출하고, 제2 수용챔버(620) 내의 충진물을 차후 방출하며, 제1 수용챔버(610) 내의 충진물을 마지막으로 방출한다. 여기서, 상기 취약 구조의 봉지 강도는 레이저 에칭, 알루미늄 산 에칭 또는 알루미늄 다이 스크래치 등에 의해 상기 유연한 소재의 어느 일부의 두께를 감소시켜 취약 영역으로 형성할 수 있는데, 취약 영역은 액체 백 외벽의 전제 면적에서 차지하는 비율이 10-50% 정도이고 두께가 일반적으로 10-300μm이며 이 취약 영역이 견딜 수 있는 압력은 얇아지지 않은 다른 영역보다 작다. 서로 다른 취약 영역 사이는 봉지 강도에 대한 요구사항에 따라 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 취약 영역이 견딜 수 있는 압력 임계값은 두께와 양의 상관 관계(예: 취약 영역의 두께가 100μm인 경우 내부 압력 임계값은 0.25MPa이고, 취약 영역의 두께가 200μm인 경우 내부 압력 임계값은 0.4MPa임)가 있기 때문에, 각 캡슐의 방출 순서는 취약 영역의 두께 구배에 의해 조절할 수 있다. 상기 취약 영역의 배치 형태는 다양하고, 또한 상기 액체 백 외벽의 어느 일부 영역에 스크래치를 설치함으로써 취약 영역을 형성할 수도 있으며, 상기 스크래치의 깊이는 상기 취약 영역의 봉지 강도를 나타내고, 깊이가 깊을수록 봉지 강도가 작아지고, 깊이가 얕을수록 봉지 강도가 커진다.
상기 병렬형 액체 백(60)은 성형 시, 먼저 용접 또는 접착 등 방법으로 제1 격막(614) 및 제2 격막(624)을 액체 백 벽의 내부에 설치하고, 제1 격막(614) 및 제2 격막(624)과 액체 백의 외벽에 의해 수용챔버가 형성되며, 충진물을 각 수용챔버에 주입한 후, 레이저 용접 또는 기타 방법으로 봉지하여 나아가 병렬형 액체 백 구조를 형성한다.
도 7은 상기 병렬형 액체 백(60)의 각 독립적인 수용챔버에 충진물이 충진된 후의 상태를 도시한 개략도로서, 제1 수용챔버(610)에는 제1 충진물(613)이 충진되어 있고, 제2 수용챔버(620)에는 제2 충진물(623)이 충진되어 있으며, 제3 수용챔버(630)에는 제3 충진물(633)이 충진되어 있는데, 상기 제1 충진물은 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 충진된 물질이 동일할 경우, 전지 셀 내부의 서로 다른 압력에서 동일한 물질을 순차적으로 방출할 수 있다. 충진된 물질이 상이할 경우, 전지 셀 내부의 서로 다른 압력에서 상이한 물질을 순차적으로 방출할 수 있어, 다양한 필요한 물질을 셀에 보충하게 된다.
물론, 상기 병렬형 액체 백의 사용 유연성을 높이기 위해, 상기 각 취약 구조 사이의 봉지 강도는 필요에 따라 자유롭게 설정할 수 있으며, 예를 들어, 상기 병렬형 액체 백의 내부에 구획된 독립적인 수용챔버가 많을 경우, 예로는 5-9개인 경우, 어느 2개 또는 3개의 수용챔버에 대응하는 취약 구조를 동일한 봉지 강도로 설정할 수도 있고, 이는 한 번에 방출하는 특정 물질의 양을 증가시키도록 할 수 있다. 또한 각 취약 구조의 봉지 강도의 차이를 작게 하도록 할 수도 있으며, 이는 서로 다른 수용챔버에서 충진물을 방출하는 간격을 줄일 수 있어 조밀한 구배로 셀에 필요한 물질을 보충할 수 있다. 그리고, 상기 각 수용챔버의 용량은 동일할 수도 있고 상이할 수도 있으며, 셀이 많이 소모하는 물질을 용량이 큰 수용챔버에 넣고, 소모가 적은 물질을 용량이 작은 수용챔버에 넣도록 셀의 사용 특성에 따라 각 수용챔버의 용량을 자유롭게 설정할 수 있다. 물론, 다른 설정 방법들이 존재하지만 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않고, 수용챔버의 용량과 취약 구조의 봉지 강도를 자유롭게 조절함으로써, 전지 셀에 필요한 물질을 더 잘 보충할 수 있다.
상기 실시예에서 알 수 있듯이, 상기 병렬형 액체 백의 구조는 격막을 통해 액체 백의 내부공간을 복수의 독립적인 수용챔버로 구획하고, 상기 각 수용챔버는 취약 구조가 대응하게 구비되며, 상기 각 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 가져서, 하나의 독립적인 액체 백에 의해 여러 가지 상이한 충진물을 저장하는 기능을 제공하고, 또한, 서로 다른 외부 압력에 따라 상기 액체 백 내의 각 수용챔버에 저장된 상이한 충진물을 단계적으로 방출할 수 있도록 함으로써, 셀에 대한 필요한 물질의 보충이 더욱 목적성 있게 된다.
본 출원의 실시예는 전지 셀을 더 제공하고, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 전지 셀은 하우징(210); 셀(240); 및 상기 실시예에 따른 다중형 액체 백(50) 및/또는 병렬형 액체 백(60);을 포함한다. 상기 셀(240)은 상기 하우징(210)에 수용되고, 상기 다중형 액체 백(50) 및/또는 병렬형 액체 백(60)은 상기 하우징에 상기 셀(240)의 측벽에 대응하게 수용된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 전지 셀(20)은 하나 또는 복수의 다중형 액체 백(50)을 포함하고, 상기 다중형 액체 백(50)의 구조는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 동일하며, 상세한 설명을 생략하기로 한다. 도 8에서, 상기 다중형 액체 백은 상기 셀(240)의 측벽에 대응하게 설치하고, 상기 셀의 측벽은 셀의 높이 방향으로의 측벽, 폭 방향으로의 측벽, 및 두께 방향으로의 측벽 등을 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 다중형 액체 백(501) 및 제2 다중형 액체 백(502)은 셀의 높이 방향으로의 측벽과 하우징 사이에 배치되고, 다중형 액체 백은 접착 또는 레이저 용접 등 방법으로 하우징 또는 셀에 배치될 수 있으며, 또한 모든 공간을 채울 수 있도록 측벽과 하우징 사이의 모든 틈새에 다중형 액체 백을 배치할 수 있다. 제3 다중형 액체 백(503)은 높이 방향으로의 셀의 측벽에 대응하게 전지 셀 하우징의 바닥에 배치되고, 제4 다중형 액체 백(504)은 높이 방향으로의 셀의 다른 측 측벽에 대응하게 셀의 상단에 배치된다. 다중형 액체 백이 높이 방향으로의 셀의 상단에 배치되는 경우, 다중형 액체 백은 중력의 작용으로 방출되는 물질이 셀의 권취 코어 내부로 더 잘 침투하여 액체를 더 잘 보충할 수 있는 효과가 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 전지 셀(20)은 하나 또는 복수의 병렬형 액체 백(60)을 포함하고, 상기 병렬형 액체 백(60)의 구조는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 동일하며, 상세한 설명을 생략하기로 한다. 도 9에서, 상기 병렬형 액체 백은 상기 셀(240)의 측벽에 대응하게 설치하고, 상기 셀의 측벽은 셀의 높이 방향으로의 측벽, 폭 방향으로의 측벽, 및 두께 방향으로의 측벽 등을 포함하며, 또한 셀의 양쪽/상부/기타 임의의 틈새를 포함하는 셀 내부 임의 틈새에 배치할 수 있고, 개수와 모양에 제한이 없다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 병렬형 액체 백(601)과 제2 병렬형 액체 백(602)은 셀의 높이 방향으로의 측벽과 하우징 사이에 배치되고, 병렬형 액체 백은 접착 또는 레이저 용접 등 방법으로 하우징 또는 셀에 배치될 수 있으며, 또한 모든 공간을 채울 수 있도록 측벽과 하우징 사이의 모든 틈새에 병렬형 액체 백을 배치할 수 있다. 제3 병렬형 액체 백(603)은 높이 방향으로의 셀의 측벽에 대응하게 전지 셀 하우징의 바닥에 배치되고, 제4 병렬형 액체 백(604)은 셀의 높이 방향으로의 상단의 측벽에 대응하게 배치된다. 병렬형 액체 백이 높이 방향으로 셀의 상단에 배치되는 경우, 다중형 액체 백은 중력의 작용으로 인해 방출되는 물질이 셀의 권취 코어 내부로 더 잘 침투하여 액체를 더 잘 보충할 수 있는 효과가 있다.
본 출원의 실시예에 있어서, 추가적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 다중형 액체 백(50), 병렬형 액체 백(60) 및 단일형 액체 백(40)을 전지 셀 내부에 혼합적으로 설치할 수도 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 높이 방향으로의 셀의 일측 측벽과 하우징(210) 사이에는 단일형 액체 백(40) 및 다중형 액체 백(50)이 설치되고, 높이 방향으로의 셀의 다른 측의 측벽과 하우징(201) 사이에는 단일형 액체 백(40) 및 병렬형 액체 백(60)이 설치된다. 단일형 액체 백(40)은 하나의 독립적인 수용챔버를 갖는 액체 백 구조로, 수용챔버가 하나뿐이므로 동일한 크기의 경우 그 안에 저장된 단일 물질의 용량은 병렬형 액체 백(60) 및 다중형 액체 백(50)의 용량보다 많기 때문에, 단일형 액체 백(40), 병렬형 액체 백(60) 및 다중형 액체 백(50)이 혼합적으로 설치됨으로써, 특정 물질의 다량 보충에 대한 수요를 충족할 수 있다. 예를 들어, 셀을 사용하면서 가장 많이 소모되는 물질은 전해액이므로 단일형 액체 백(40)에 전해액을 저장하고, 병렬형 액체 백(60) 및 다중형 액체 백(50)에 다른 물질을 저장할 수 있다. 이러한 조합을 통해 셀에 물질을 보충하는 방법은 더욱 다양해진다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 액체 백의 배치 위치는 셀의 높이 방향으로의 측벽, 폭 방향으로의 측벽, 및 두께 방향으로의 측벽 등을 포함하는 셀의 측벽에 설치될 수도 있다.
복수의 수용챔버를 갖는 액체 백 구조가 전지 셀의 내부에 배치됨으로써, 하나의 독립적인 액체 백에 의해 여러 가지 상이한 충진물을 저장하는 기능을 제공하고, 또한, 서로 다른 외부 압력에 따라 상기 액체 백 내의 각 수용챔버에 저장된 상이한 충진물을 단계적으로 방출할 수 있어 셀에 대한 필요한 물질의 보충이 더욱 목적성 있게 된다. 또한, 병렬형 액체 백 및 다중형 액체 백을 전지 셀 내부에 혼합적으로 설치함으로써, 셀에 물질을 미세하게 보충할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 더 좋은 함침 효과를 달성하기 위해, 본 출원의 실시예에 있어서, 상기 액체 백의 취약 구조는 셀의 측벽에 대응하게 설치한다. 즉, 취약 구조는 셀의 외벽과 밀착하여 배치된다. 단일형 액체 백이나 다중형 액체 백이나 또는 병렬형 액체 백의 구조에 관계없이, 그 내부 수용챔버에 저장된 충진물이 모두 취약 구조에서 넘치므로, 상기 취약 구조가 셀의 측벽에 대응하게 배치됨으로써 충진물이 먼저 셀의 측벽에 접촉하도록 하여 더 좋은 함침 효과를 달성할 수 있다. 높이 방향으로의 셀의 일단에 설치된 액체 백은 그 취약 구조가 셀의 탭 부분에 하향으로 밀착되어 있으며 취약 구조가 파열되면 중력의 작용으로 넘친 충진물이 셀 내부에 함침하기 더 쉽다.
일부 실시예에 있어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 전지 셀은, 복수의 셀을 포함하며, 상기 액체 백은 상기 셀과 상기 하우징의 측벽의 사이에 설치되고, 및/또는, 상기 액체 백은 이웃하는 상기 셀의 사이에 설치된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 전지 셀(20)은 복수의 셀을 포함하고, 상기 단일형 액체 백, 병렬형 액체 백 및 다중형 액체 백은 상기 셀의 측벽과 하우징 사이에 혼합적으로 설치된다. 이와 함께, 셀과 셀의 사이에도 액체 백 구조가 설치된다. 더 좋은 함침 효과를 달성하기 위해 셀과 셀 사이에 액체 백 구조를 설치하는데, 전지 셀 내부의 가스 압력이 너무 크거나 또는 사용 과정에서 셀이 팽창하는 경우, 팽창력이 상기 액체 백의 취약 구조가 견딜 수 있는 압력 임계 값을 초과하면, 셀 사이에 설치된 액체 백이 파열되고 넘친 물질이 셀에 직접 접촉하여 셀이 필요한 물질을 더 잘 흡수하도록 할 수 있다.
상기 셀의 사이에 설치된 액체 백 구조의 경우, 더 좋은 함침 효과를 달성하기 위해, 상기 액체 백에는 복수의 취약 구조가 구비되고, 상기 복수의 취약 구조는 각각 셀의 측벽에 대응하게 설치된다. 도 12 및 도13에 도시된 바와 같다. 도 12는 다중형 액체 백 구조가 도시되는데, 상기 다중형 액체 백은 다수의 독립적인 수용챔버를 포함하고, 상기 각 수용챔버에 대응하는 액체 백 벽에는 적어도 2개의 취약 구조가 설치된다. 도 12에는, 수용챔버(510)에 대응하는 액체 백 벽에는 각각 액체 백의 양측에 위치하고 양측의 셀 측벽에 대응하게 설치되는 2개의 제1 취약 구조(512, 515)가 포함된다. 마찬가지로, 수용챔버(520)에 대응하는 서브 액체 백도 2개의 제2 취약 구조(522, 525)가 포함된다. 제2 취약 구조가 파열된 후, 전지 셀 내부의 압력이 제1 취약 구조의 압력 임계값에 도달할 때, 서브 액체 백 양측의 취약 구조는 각각 동시에 파열되어, 충진물이 양측에서 넘쳐서 양측의 셀에 접촉하여 더 좋은 함침 효과를 달성할 수 있다. 마찬가지로, 수용챔버(530)에 대응하는 서브 액체 백도 2개의 제3 취약 구조(532, 535)가 포함되고, 전지 셀 내부의 압력이 압력 임계값에 도달할 때, 상기 제3 취약 구조는 동시에 파열되어 더 좋은 함침 효과를 달성할 수 있다.
도 13은 병렬형 액체 백 구조가 도시되는데, 상기 병렬형 액체 백은 복수의 독립적인 수용챔버를 포함하고, 상기 각 수용챔버에 대응하는 액체 백 벽에는 적어도 2개의 취약 구조가 설치된다. 도 13에는, 수용챔버(610)는 각각 액체 백의 양측에 위치하고 양측의 셀 측벽에 대응하게 설치되는 2개의 제1 취약 구조(612, 615)가 포함된다. 마찬가지로, 수용챔버(620)에 대응하는 서브 액체 백도 2개의 제2 취약 구조(622, 625)가 포함되고, 제2 취약 구조가 파열된 후, 전지 셀 내부의 압력이 제1 취약 구조의 압력 임계값에 도달할 때, 액체 백 양측의 취약 구조는 각각 동시에 파열되어, 충진물이 양측에서 넘쳐서 양측의 셀에 접촉하여 더 좋은 함침 효과를 달성할 수 있다. 마찬가지로, 수용챔버(630)에 대응하는 액체 백도 2개의 제3 취약 구조(632, 635)가 포함된다.
상기 수용챔버에 대응하는 액체 백 벽에 복수의 취약 구조를 설치하고, 복수의 취약 구조는 셀의 측벽에 대응하게 설치됨으로써, 상기 액체 백은 복수의 취약 구조에서 충진물을 동시에 방출할 수 있어, 셀의 여러 부위가 충진물과 동시에 접촉하도록 할 수 있어 셀에 대한 함침 효과를 증가시켜 셀이 필요한 충진물을 더 잘 흡수하도록 할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 전지 셀(20)의 하우징(210)에는 방폭 밸브가 설치되고, 상기 액체 백은 상기 방폭 밸브(230)와 대향하게 설치된다. 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 전지 셀의 하우징에는, 전극(220) 사이에 모두 방폭 밸브(230)가 설치되어 있는데, 방폭 밸브(230)는 전지 셀 내부의 가스 압력이 너무 커지는 것을 방지하기 위해 마련되는 압력 방출구이며, 전지 셀 내부의 서로 다른 압력이 특정 임계값을 초과하는 경우 내부 가스가 방폭 밸브를 통해 누출되어 전지 셀 내부의 가스 압력이 감소한다. 액체 백은 상기 방폭 밸브와 대향하게 설치됨으로써, 액체 백에 저장된 충전물을 더 잘 방출할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 액체 백의 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는다. 각각의 수용 챔φ에 저장된 충진물을 단계적으로 방출하는 목적을 달성하기 위해, 본 출원에서, 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조에 봉지 강도를 서로 다르게 설정함으로써 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조는 전지 셀 내부의 가스 압력의 작용으로 봉지 강도가 가장 약한 취약 구조에 대응하는 수용챔버에 저장된 충진물이 먼저 방출되고, 봉지 강도가 상대적으로 강한 것은 전지 셀 내부의 가스 압력이 점점 증가됨에 따라 단계적으로 방출하게 된다. 상기 취약 구조의 봉지 강도는 레이저 에칭, 알루미늄 산 에칭 또는 알루미늄 다이 스크래치 등에 의해 상기 유연한 소재의 어느 일부 두께를 감소시켜 취약 영역으로 형성할 수 있고, 취약 영역은 액체 백 외벽의 전제 면적에서 차지하는 비율이 10-50% 정도이고 두께가 일반적으로 10-300μm이며 이 취약 영역이 견딜 수 있는 압력은 얇아지지 않은 다른 영역보다 작다. 서로 다른 취약 영역 사이는 봉지 강도에 대한 요구사항에 따라 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 취약 영역이 견딜 수 있는 압력 임계값은 두께와 양의 상관 관계(예: 취약 영역의 두께가 100μm인 경우 내부 압력 임계값은 0.25MPa이고 취약 영역의 두께가 200μm인 경우 내부 압력 임계값은 0.4MPa임)가 있기 때문에, 각 캡슐의 방출 순서는 취약 영역의 두께 구배에 의해 조절할 수 있다. 상기 취약 영역의 배치 형태는 다양하고, 또한 상기 액체 백 외벽의 일부 영역에 스크래치를 설치함으로써 취약 영역을 형성할 수도 있으며, 상기 스크래치의 깊이는 상기 취약 영역의 봉지 강도를 나타내고, 깊이가 깊을수록 봉지 강도가 작아지고, 깊이가 얕을수록 봉지 강도가 커진다.
일부 실시예에 있어서, 상기 취약 구조의 봉지 강도는 구배(gradient)로 변화한다. 본 출원은, 전지 셀 내부의 압력에 적응하여 상기 액체 백 내부의 각각의 수용챔버에 채워진 충진물이 단계적으로 차등적으로 방출될 수 있도록 하기 위해, 셀 내부의 압력 특성 및 각 압력 단계에서 셀이 필요한 물질에 따라, 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조의 봉지 강도를 구배(gradient)로 변화하여 설정함으로써, 점진적으로 셀이 필요한 물질을 방출하도록 한다.
일부 실시예에 있어서, 상기 각 수용챔버에는 상이한 물질이 저장되어 있다. 전술한 실시예들에서 설명된 바와 같이, 상기 각 수용챔버에는 셀이 단계별로 필요한 물질에 따라, 리튬 보충제/난연제/전해액 및 그 조성물질/가스 흡수제, 금속 포획제 등을 개별적으로 각각 저장할 수 있고, 저장된 물질의 방출을 통해 셀의 수명을 향상시키고 셀의 안전성을 향상시키는 목적을 달성하게 된다.
물론, 상기 전해액에 대응하는 수용챔버에는 전해액과 같은 동일한 물질이 저장될 수도 있고, 전해액은 전지 수명 주기의 초기 단계에서 충분하다. 전지의 노화 상태가 심화되고 전해액이 계속적으로 소모됨에 따라 부반응 생성물이 점차 축적되고 내부 가스 압력이 지속적으로 상승하게 된다. 취약 영역은 내부 압력의 지속 증가(즉, 노화 정도의 심화)에 따라 얇은 것부터 두꺼운 것의 순서로 단계적으로 파열되어 해당 영역의 전해액이 각 영역에서 순차적으로 방출되어, 전해액 회류의 부족으로 인한 리튬 석출에 의해 셀 성능이 급속히 강하해지는 문제점을 해결하게 된다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 각 수용챔버에는 상기 취약 구조의 봉지 강도에 따라 강한 것에서 약한 것으로 순차적으로 난연제, 가스 흡수제, 리튬 보충제 및 전해액이 개별적으로 저장되어 있다. 셀의 사용과정에서, 전해액과 리튬 이온이 부족한 문제점이 흔히 발생하는데, 특히 후기에는 내부에서 발생하는 가스의 양이 많아져 화재의 위험이 증가하는 등의 문제점이 발생할 가능성이 더 높다. 본 출원의 실시예에 있어서, 상술한 문제점을 목적성 있게 해결한다. 셀에 전해액, 리튬 보충제, 가스 흡수제 및 난연제를 보충해준다.
수명 주기의 중기 및 후기에는 전해액이 소모되는 경우, 전해액을 제때에 보충해야 하고, 극판에 대한 함침성을 향상시켜 부족한 회류로 인한 중심 리튬 석출을 피하고 나아가 EOL 용량 유지율 및 수명 연장, 전력 성능, 급속 충전 능력 등을 향상하기 위해 전해액과 리튬 이온을 대량으로 보충해야 한다. 이와 함께, 셀의 사용에 따라 그 내부에서 발생하는 가스의 양이 크게 증가하게 되는데, 이때 백 내부의 가스 고정화제/흡수제(예: CaO)의 방출을 통해 셀 내부 가스(예: CO2)를 고정화/흡수하여 EOL의 가스 발생과 내부 압력을 낮추는 효과를 달성하고, 벤트 열림의 위험을 줄일 수 있다. 셀의 사용 후기에는 수명 주기의 마지막 단계에서 셀의 결함으로 인한 리튬 석출이 세퍼레이터를 뚫고 나가거나 무리한 테스트에 의해 결국 열 폭주를 발생시키는 경우 압력이 순간적으로 증가하여 봉지 강도가 가장 큰 취약 구조의 봉지 강도 임계값에 도달할 때, 난연제를 방출해야 하여 급속히 냉각시켜 열 폭주의 정도를 제어하고 안전 성능을 향상시키게 된다.
일부 실시예에 있어서 또 다른 전지 셀(20)을 더 제공하며, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 전지 셀은 하우징(210); 상기 하우징 내에 수용되는 셀(240); 및 상기 하우징 내에 수용되되, 상기 셀의 측벽에 대응하게 설치되는 복수의 액체 백;을 포함하며, 상기 액체 백의 표면에는 취약 구조가 설치되고, 상기 각 액체 백의 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는다.
도 15에 도시된 바와 같이, 상기 액체 백은 단일형 액체 백(40)이고, 상기 단일형 액체 백(40)은 액체 백 벽(411) 및 취약 구조(412)에 의해 둘러싸여 형성되는 수용챔버(410)를 포함하며, 상기 실시예에서 설명된 바와 같이, 상기 취약 구조(412)의 봉지 강도는 레이저 에칭, 알루미늄 산 에칭 또는 알루미늄 다이 스크래치 등에 의해 상기 유연한 소재의 어느 일부 두께를 감소시켜 취약 영역으로 형성할 수 있는데, 취약 영역은 액체 백 외벽의 전제 면적에서 차지하는 비율이 10-50% 정도이고 두께가 일반적으로 10-300μm이며 이 취약 영역이 견딜 수 있는 압력은 얇아지지 않은 다른 영역보다 작다. 서로 다른 취약 영역 사이는 봉지 강도에 대한 요구사항에 따라 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 취약 영역이 견딜 수 있는 압력 임계값은 두께와 양의 상관 관계(예: 취약 영역의 두께가 100μm인 경우 내부 압력 임계값은 0.25MPa이고 취약 영역의 두께가 200μm인 경우 내부 압력 임계값은 0.4MPa임)가 있기 때문에, 각 캡슐의 방출 순서는 취약 영역의 두께 구배에 의해 조절할 수 있다. 상기 취약 영역의 배치 형태는 다양하고, 상기 액체 백 외벽의 어느 일부 영역에 스크래치를 설치하여 도 16에 도시된 바와 같이 상기 스크래치에 의해 취약 영역(413)을 형성할 수도 있으며, 상기 스크래치의 깊이는 상기 취약 영역의 봉지 강도를 나타내고, 깊이가 깊을수록 봉지 강도가 작아지고, 깊이가 얕을수록 봉지 강도가 커진다.
서로 다른 취약 구조가 구비된 복수의 단일형 액체 백은 전지 셀 내부에 각각 설치되고, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 단일형 액체 백(401), 제2 단일형 액체 백(402), 제3 단일형 액체 백(403) 및 제4 단일형 액체 백(404) 등을 포함하며, 복수의 단일형 액체 백은 상기 하우징에 수용되고 상기 셀의 측벽에 대응하게 설치된다. 제1 단일형 액체 백(401)은 제1 액체 백 벽(411) 및 제1 취약 구조(412)가 구비되고, 제2 단일형 액체 백(402)은 제1 액체 백 벽(421) 및 제2 취약 구조(422)가 구비되며, 제1 취약 구조와 제2 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖고, 마찬가지로, 제3 단일형 액체 백 및 제4 단일형 액체 백 등도 서로 다른 봉지 강도를 갖는 취약 구조가 구비된다. 봉지 강도가 서로 다른 취약 구조를 갖는 복수의 단일형 액체 백을 전지 셀의 내부에 설치함으로써, 서로 다른 단일형 액체 백이 서로 다른 압력 조건에서 상이한 충진물을 단계적으로 순차적으로 방출하도록 할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 더 좋은 함침 효과를 달성하기 위해, 상기 액체 백의 취약 구조는 셀의 측벽에 대응하게 설치된다. 즉, 취약 구조는 셀의 외벽과 밀착하여 배치한다. 단일형 액체 백이나 다중형 액체 백이나 또는 병렬형 액체 백의 구조에 관계없이, 그 내부 수용챔버에 저장된 충진물이 모두 취약 구조에서 넘치므로, 취약 구조가 셀의 측벽에 대응하게 배치됨으로써 충진물이 먼저 셀의 측벽에 접촉하도록 하여 더 좋은 함침 효과를 달성할 수 있다. 높이 방향으로의 셀의 일단에 설치된 액체 백은 취약 구조가 셀의 탭 부분에 하향으로 밀착되어 있으며 취약 구조가 파열되는 경우 넘친 충진물이 셀 내부에 함침하기 더 쉽다.
일부 실시예에 있어서, 상기 전지 셀은, 복수의 셀을 포함하고, 상기 액체 백은 상기 셀과 상기 하우징의 측벽의 사이에 설치되고, 및/또는, 상기 액체 백은 이웃하는 상기 셀의 사이에 설치된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 전지 셀(20)은 복수의 셀을 포함하고, 셀 사이에서 도 11의 병렬형 액체 백과 다중형 액체 백을 단일형 액체 백으로 대체할 수 있으며, 상세한 설명을 생략하기로 한다. 더 좋은 함침 효과를 달성하기 위해 셀과 셀 사이에 액체 백 구조를 설치하는데, 전지 셀 내부의 가스 압력이 너무 크거나 또는 사용 과정에서 셀이 팽창하는 경우, 팽창력이 상기 액체 백의 취약 구조가 견딜 수 있는 압력 임계 값을 초과하면, 셀 사이에 설치된 액체 백이 파열되고 넘친 물질이 셀에 직접 접촉하여 셀이 필요한 물질을 더 잘 흡수하도록 할 수 있다.
상기 셀 사이에 설치된 단일형 액체 백 구조의 경우, 더 좋은 함침 효과를 달성하기 위해, 상기 단일형 액체 백의 벽에 복수의 취약 구조가 설치되고, 상기 복수의 취약 구조는 각각 셀의 측벽에 대응하게 설치된다. 도17에 도시된 바와 같이, 도 17에서 단일형 액체 백의 구조가 도시되며, 상기 단일형 액체 백은 제1 취약 구조(412, 414)가 구비되고, 전지 셀의 내부 압력이 제1 취약 구조의 압력 임계값에 도달할 때, 단일형 액체 백 양측의 취약 구조는 각각 동시에 파열되어, 충진물이 양측에서 넘쳐서 양측의 셀에 접촉하여 더 좋은 함침 효과를 달성할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 액체 백의 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는다. 상기 취약 구조의 봉지 강도는 레이저 에칭, 알루미늄 산 에칭 또는 알루미늄 다이 스크래치 등에 의해 상기 유연한 소재의 어느 일부 두께를 감소시켜 취약 영역으로 형성할 수 있는데, 취약 영역은 액체 백 외벽의 전제 면적에서 차지하는 비율이 10-50% 정도이고 두께가 일반적으로 10-300μm이며 이 취약 영역이 견딜 수 있는 압력은 얇아지지 않은 다른 영역보다 작다. 서로 다른 취약 영역 사이는 봉지 강도에 대한 요구사항에 따라 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 취약 구조의 봉지 강도는 구배(gradient)로 변화한다. 본 출원은, 전지 셀 내부의 가스 압력에 적응하여 상기 각 액체 백 내부에 채워진 충진물이 단계적으로 차등적으로 방출될 수 있도록 하기 위해, 셀 내부의 압력 특성 및 각 압력 단계에서 셀이 필요한 물질에 따라 각 액체 백에 대응하는 취약 구조의 봉지 강도를 구배(gradient)로 변화하여 설정함으로써, 점진적으로 방전 셀이 필요한 물질을 방출하도록 한다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 상기 실시예들에 따른 전지 셀 중 어느 하나를 포함하는 전지를 더 제공한다. 상기 전지 셀은 하나 또는 복수의 다중형 액체 백을 포함할 수도 있고, 하나 또는 복수의 병렬형 액체 백을 포함할 수도 있고, 복수의 단일형 액체 백을 포함할 수도 있고, 또한 다중형 액체 백, 병렬형 액체 백 및 단일형 액체 백을 동시에 포함할 수도 있다. 각 액체 백에는 셀이 필요한 하나 또는 복수의 물질이 저장될 수 있고, 셀의 상용 과정에서 또는 서로 다른 노화 상태에서 셀 내부의 압력에 따라 동일하거나 상이한 물질을 점차적으로 방출시켜 단계별로 서로 다른 양의 보충액을 셀에 제공하거나 또는 단계별로 서로 다른 종류의 필요한 물질을 셀에 보충할 수 있고, 셀에 대한 물질 보충을 보다 목적성 있게 된다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 상술한 실시예에 따른 전지를 전기 에너지 제공용으로 포함하는 전기 장치를 제공한다. 상기 전기 장치는 휴대폰, 태블릿, 노트북, 전동 장난감, 전동 공구, 전기 자전거, 전기 자동차, 선박, 항공기 등일 있으나 이에 한정되지 않는다. 여기서 전동 장난감에는 게임기, 전기 자동차 장난감, 전기 선박 장난감, 전기 비행기 장난감 등과 같은 고정식 또는 이동식 전동 장난감이 포함될 수 있으며, 항공기에는 비행기, 로켓, 우주왕복선, 우주선 등이 포함될 수 있다.
마지막으로, 상기 실시예는 본 출원의 기술적 해결방법을 설명하기 위해 사용된 것일 뿐, 이를 제한하기 위한 것이 아님에 유의해야 하고, 본 출원은 전술한 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 기술자는 전술한 실시예에서 기재된 기술적 해결방법에 대해 여전히 수정될 수 있거나, 그 기술적 특징의 일부를 동등적으로 대체할 수 있음을 이해해야 하고, 그러나, 이러한 수정 또는 대체는 해당 기술적 해결방법의 본질을 본 출원의 실시예에 따른 기술적 방법의 사상 및 범위에서 벗어나게 하는 것은 아니다.
1000: 차량 100: 전지
10: 케이스 11: 상부 케이스
12: 하부 케이스 200: 컨트롤러
300: 모터
20: 전지 셀 210: 하우징
220: 전극 230: 방폭 밸브
240: 셀
40: 단일형 액체 백 410: 수용챔버
411: 액체 백 벽 412: 취약 구조
401: 제1 단일형 액체 백 411: 제1 액체 백 벽
414: 제1 취약 구조 402: 제2 단일형 액체 백
421: 제2 액체 백 벽 422: 제2 취약 구조
403: 제3 단일형 액체 백 404: 제4 단일형 액체 백
50: 다중형 액체 백 501: 제1 다중형 액체 백
502: 제2 다중형 액체 백 503: 제3 다중형 액체 백
504: 제4 다중형 액체 백 510: 제1 수용챔버
511: 제1 액체 백 벽 512, 515: 제1 취약 구조
513: 제1 충진물 520: 제2 수용챔버
521: 제2 액체 백 벽 522, 525: 제2 취약 구조
523: 제2 충진물 530: 제3 수용챔버
531: 제3 액체 백 벽 532, 535: 제3 취약 구조
533: 제3 충진물
60: 병렬형 액체 백 601: 제1 병렬형 액체 백
602: 제2 병렬형 액체 백 603: 제3 병렬형 액체 백
604: 제4 병렬형 액체 백 610: 제1 수용챔버
611: 제1 액체 백 벽 612, 615: 제1 취약 구조
613: 제1 충진물 614: 제1 격막
620: 제2 수용챔버 621: 제2 액체 백 벽
622,625: 제2 취약 구조 623: 제2 충진물
624: 제2 격막 630: 제3 수용챔버
631: 제3 액체 백 벽 632, 635: 제3 취약 구조
633: 제3 충진물

Claims (20)

  1. 내부에 복수의 독립적인 수용챔버가 설치되고, 각각의 상기 수용챔버에는 취약 구조가 대응하게 구비되고, 각각의 상기 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 액체 백.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 액체 백의 내부에는 하나 또는 복수의 서브 액체 백이 설치되고, 상기 액체 백은 상기 서브 액체 백을 감싸 서로 독립적인 수용챔버를 형성하며,
    상기 각 수용챔버에 대응하는 취약 구조의 봉지 강도는 외부에서 내부로 순차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는, 액체 백.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 액체 백의 내부에는 격막이 설치되고, 상기 격막은 상기 액체 백의 내부를 구획하여 복수의 독립적인 수용챔버를 형성하고,
    상기 각 수용챔버에 대응하는 상기 액체 백의 표면에는 각각 취약 구조가 설치되고, 상기 각 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 액체 백.
  4. 하우징;
    상기 하우징 내에 수용되는 셀; 및
    상기 하우징 내에 수용되되 상기 셀의 측벽에 대응하게 설치되는 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 따른 액체 백;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 취약 구조는 상기 셀의 측벽에 대응하게 설치되는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  6. 제4 항에 있어서,
    복수의 셀;을 포함하고,
    상기 액체 백은 상기 셀과 상기 하우징의 측벽의 사이에 설치되고, 및/또는, 상기 액체 백은 이웃하는 상기 셀의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 액체 백에는 복수의 취약 구조가 구비되고, 상기 복수의 취약 구조는 각각 상기 셀의 측벽에 대응하게 설치되는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 하우징에는 방폭 밸브가 설치되고, 상기 액체 백은 상기 방폭 밸브와 대향하게 설치되는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 취약 구조의 봉지 강도는 구배(gradient)로 변화하는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  11. 제4 항에 있어서,
    상기 각 수용챔버에는 상이한 물질이 저장되는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 각 수용챔버에는 상기 취약 구조의 봉지 강도에 따라 강한 것에서 약한 것으로 순차적으로 난연제, 가스 흡수제, 리튬 보충제 및 전해액이 각각 저장되는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  13. 하우징;
    상기 하우징 내에 수용되는 셀; 및
    상기 하우징 내에 수용되되, 상기 셀의 측벽에 대응하게 설치되는 복수의 액체 백;을 포함하고,
    상기 액체 백의 표면에는 취약 구조가 설치되고, 각각의 상기 액체 백의 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 취약 구조는 상기 셀의 측벽에 대응하게 설치되는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  15. 제13 항에 있어서,
    복수의 셀;을 포함하고,
    상기 액체 백은 상기 셀과 상기 하우징의 측벽의 사이에 설치되고, 및/또는, 상기 액체 백은 이웃하는 상기 셀의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 액체 백에는 복수의 취약 구조가 구비되고, 상기 복수의 취약 구조는 각각 셀의 측벽에 대응하게 설치되는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 각 액체 백의 취약 구조는 서로 다른 봉지 강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 각 액체 백의 취약 구조의 봉지 강도는 구배(gradient)로 변화하는 것을 특징으로 하는, 전지 셀.
  19. 제4 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따른 전지 셀 또는 제13 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 따른 전지 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전지.
  20. 제19 항에 따른 전지를 전기 에너지 제공용으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 장치.
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