KR20230048765A - Secondary Battery and battery module including same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.Various embodiments of the present invention relate to a secondary battery and a battery module including the secondary battery.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지 모듈의 경우 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다. A secondary battery is a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be recharged. In the case of a low-capacity battery in which one battery cell is packaged in a pack form, it is used in small portable electronic devices such as mobile phones and camcorders. In the case of a large-capacity battery module in units of battery packs in which dozens of battery packs are connected, it is widely used as a power source for driving motors such as hybrid vehicles and electric vehicles.
이차 전지는, 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해질을 케이스에 내장하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성될 수 있다. 여기서, 전극 조립체의 대표적인 예로는 권취 타입 또는 스택 타입을 들 수 있다. 이러한 전극 조립체는 상부 또는 측부 방향으로 무지부 탭이 돌출되고 무지부 탭에 집전 부재가 연결될 수 있다.A secondary battery may be configured by embedding an electrode assembly and an electrolyte formed by interposing a separator between a positive electrode plate and a negative electrode plate in a case, and installing a cap plate in the case. Here, a typical example of the electrode assembly may be a winding type or a stack type. In such an electrode assembly, the uncoated portion tab protrudes upward or sideways, and a current collecting member may be connected to the uncoated portion tab.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 실시예의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.The above-described information disclosed in the background technology of the present invention is only for improving the understanding of the background of the embodiment of the present invention, and therefore may include information that does not constitute prior art.
본 발명은 관통에 의한 내부 단락시 안전벤트를 통해 화염이 방출되므로 캡플레이트의 발사나, 케이스의 파열을 방지할 수 있으며, 절연부재에 의해서 안전벤트를 통해 배출된 화염이 인접한 이차 전지로 전파되는 것을 최소화할 수 있는 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈를 제공한다.According to the present invention, since flames are emitted through the safety vent in the event of an internal short circuit due to penetration, firing of the cap plate or rupture of the case can be prevented, and the flame discharged through the safety vent by the insulating member is propagated to the adjacent secondary battery. A secondary battery capable of minimizing and a battery module including the same is provided.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈은 제1전극판, 제2전극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스 및, 상기 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 캡 플레이트는 일정 압력에서 개방되는 안전 벤트를 포함하며, 상기 안전 벤트의 크기(S)는 상기 캡 플레이트의 크기(C)와 상기 이차전지의 에너지 밀도(E)사이에 를 만족시킬 수 있다. A secondary battery and a battery module including the same according to various embodiments of the present invention include an electrode assembly including a first electrode plate, a second electrode plate, and a separator, a case accommodating the electrode assembly, and an upper opening of the case. A secondary battery including a cap plate for sealing, wherein the cap plate includes a safety vent that is opened at a certain pressure, and the size (S) of the safety vent is determined by the size (C) of the cap plate and the energy of the secondary battery. between the density (E) can satisfy
상기 안전 벤트는 상기 캡 플레이트와 접촉되어 결합되는 둘레부 및, 상기 둘레부로부터 내측방향으로 연장되고 상기 전극 조립체의 상면과 대향하며, 내부 압력에 의해 파단이 용이한 노치가 구비된 중심부를 포함할 수 있다. The safety vent may include a circumferential portion contacting and coupled to the cap plate, and a central portion extending inwardly from the circumferential portion, facing the upper surface of the electrode assembly, and provided with a notch that is easily broken by internal pressure. can
상기 노치는 상기 안전 벤트의 중심부에 위치하며, 일방향을 따라 연장된 라인형태의 제1노치와, 상기 제1노치의 일측끝단부로부터 교차점을 갖고 상기 둘레부 방향으로 연장된 라인 형태의 제2노치 및, 상기 제1노치의 일측끝단부의 반대측인 타측끝단부로부터 교차점을 갖고 상기 둘레부 방향으로 연장된 라인형태이며, 상기 제2노치와 대칭된 제3노치를 포함할 수 있다. The notches include a first notch in the form of a line located at the center of the safety vent and extending along one direction, and a second notch in the form of a line extending in the circumferential direction having an intersection from one end of the first notch. and a third notch symmetrical to the second notch, having a cross point from the other end opposite to one end of the first notch and extending in the direction of the circumference.
상기 제2노치와 상기 제3노치는 교차점을 중심으로 일정각을 갖도록 둘레부방향으로 연장된 라인형태의 2개의 노치일 수 있다. The second notch and the third notch may be two notches in a line shape extending in a circumferential direction to have a predetermined angle about an intersection point.
상기 안전 벤트의 크기는 상기 중심부의 넓이일 수 있다. The size of the safety vent may be the width of the central portion.
상기 안전 벤트의 크기(S)는 상기 캡 플레이트의 크기(C)와 상기 이차전지의 에너지 밀도(E)사이에 를 만족시킬 수 있다. The size (S) of the safety vent is between the size (C) of the cap plate and the energy density (E) of the secondary battery. can satisfy
상기 캡 플레이트의 형상과 대응되며, 상기 캡플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 개재된 절연부재를 더 포함할 수 있다. An insulating member corresponding to the shape of the cap plate and interposed between the cap plate and the electrode assembly may be further included.
상기 절연부재는 상면과 하면 사이를 관통하는 벤트 홀이 구비되며, 상기 안전 벤트의 중심부의 하면이 상기 벤트 홀을 통해 상기 전극 조립체와 대향할 수 있다. The insulating member has a vent hole penetrating between an upper surface and a lower surface thereof, and the lower surface of the center of the safety vent may face the electrode assembly through the vent hole.
상기 절연 부재는 폴리프로필렌(PP:Poly Propylene) 또는 폴리페닐렌 설파이드(PPS:Poly Phenylene Sulfide)로 이루어질 수 있다. The insulating member may be made of polypropylene (PP) or polyphenylene sulfide (PPS).
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 복수개 포함하는 전지 모듈에 있어서,상기 복수의 이차전지들 중, 인접한 2개의 이차 전지들의 장측면 사이에 각각 개재된 단열성 절연 시트를 포함할 수 있다. In the battery module including a plurality of secondary batteries according to an embodiment of the present invention, among the plurality of secondary batteries, an insulating insulating sheet interposed between long side surfaces of two adjacent secondary batteries may be included.
상기 이차 전지의 상기 절연 부재는 폴리페닐렌 설파이드(PPS:Poly Phenylene Sulfide)로 이루질 수 있다. The insulating member of the secondary battery may be made of polyphenylene sulfide (PPS).
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈은 관통에 의한 내부 단락시 안전벤트를 통해 화염이 방출되므로 캡 플레이트의 발사나, 케이스의 파열을 방지할 수 있다. The secondary battery and the battery module including the secondary battery according to various embodiments of the present invention can prevent firing of the cap plate or rupture of the case because flames are emitted through the safety vent when an internal short circuit occurs due to penetration.
또한 본 발명의 다양한 실시예에 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈은 절연부재에 의해서 안전벤트를 통해 배출된 화염이 인접한 이차 전지로 전파되는 것을 최소화 할 수 있게 된다.In addition, the secondary battery and the battery module including the secondary battery according to various embodiments of the present invention can minimize propagation of the flame discharged through the safety vent to the adjacent secondary battery by the insulating member.
도 1은 본 발명의 예시적인 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 이차 전지를 적용한 전지 모듈의 사시도이다.
도 4는 도 1에 이차 전지의 안전 벤트를 확대 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 이차 전지의 일부분을 확대 분해한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 대한 평가예 1의 실험 결과이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 대한 평가예 2의 실험 결과이다. 1 is a perspective view showing an exemplary secondary battery of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing an exemplary secondary battery of the present invention.
3 is a perspective view of a battery module to which the secondary battery of FIG. 1 is applied.
FIG. 4 is an enlarged perspective view of a safety vent of the secondary battery of FIG. 1 .
FIG. 5 is an enlarged and exploded perspective view of a part of the secondary battery shown in FIG. 1 .
6 is an experimental result of Evaluation Example 1 for Examples and Comparative Examples of the present invention.
6 is an experimental result of Evaluation Example 2 for Examples and Comparative Examples of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.In addition, in the following drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of explanation, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings. As used herein, the term "and/or" includes any one and all combinations of one or more of the listed items. In addition, the meaning of "connected" in the present specification means not only when member A and member B are directly connected, but also when member A and member B are indirectly connected by interposing member C between member A and member B. do.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.Terms used in this specification are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly indicates otherwise. Also, when used herein, "comprise" and/or "comprising" specifies the presence of the recited shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and/or groups thereof. and does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, operations, elements, elements and/or groups.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.In this specification, terms such as first and second are used to describe various members, components, regions, layers and/or portions, but these members, components, regions, layers and/or portions are limited by these terms. It is self-evident that These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described in detail below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다. Space-related terms such as “beneath,” “below,” “lower,” “above,” and “upper” are associated with an element or feature shown in a drawing. Used for easy understanding of other elements or features. Terminology related to this space is for easy understanding of the present invention according to various process conditions or use conditions of the present invention, and is not intended to limit the present invention. For example, if an element or feature in a drawing is flipped over, an element described as "lower" or "below" becomes "above" or "above." Accordingly, "below" is a concept encompassing "upper" or "below".
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결(electrically coupled)되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.Here, the same reference numerals are attached to parts having similar configurations and operations throughout the specification. In addition, when a part is said to be electrically coupled to another part, this includes not only a case where it is directly connected but also a case where it is connected with another element interposed therebetween.
도 1 및 도 2는 예시적인 이차전지의 사시도 및 단면도가 도시되어 있다. 또한 도 3은 도 1의 이차 전지(100)가 절연시트(200)와 서로 교번하여 배치된 전지 모듈(10)의 사시도가 도시되어 있다.1 and 2 are perspective and cross-sectional views of an exemplary secondary battery. 3 is a perspective view of the
전지 모듈(10)은 복수의 이차 전지(100)와 복수의 절연시트(200)가 일측방향을 따라 교번하여 순차적으로 적층될 수 있다. 절연시트(200)는 인접한 두 개의 이차 전지(100)의 장측면 사이에 개재될 수 있다. 전지 모듈(10)은 양측 끝단에, 복수의 이차 전지(100)와 복수의 절연 시트(200)를 고정하기 위한 앤드 플레이트(미도시)가 더 구비될 수 있다. 여기서 절연시트(200)는 인접한 두 개의 이차 전지(100) 사이의 열전파를 차단할 수 있는 마이카(Mica)와 같은 단열성 재질로 이루어져 있을 수 있다. In the
도 1 및 도 2에 도시된 예에서, 이차전지(100)는 전극 조립체(110), 제1단자(120), 제2단자(130), 케이스(140) 및 캡 조립체(150)를 포함할 수 있다. In the example shown in FIGS. 1 and 2 , the
전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 권취되거나 겹쳐서 형성될 수 있다. 전극 조립체(110)는 권취 축이 수평 방향(즉, 캡 조립체(150)의 길이 방향과 대략 평행한 방향)이거나, 권취 축이 수직 방향(즉, 캡 조립체(150)의 길이 방향과 대략 수직인 방향으로 권취될 수도 있다. 또한 전극 조립체(110)는 권취타입이 아닌 스택 타입일 수 있으며, 본 발명에서 전극 조립체(110)의 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한 전극 조립체(110)는 2개 이상의 전극 조립체(110)가 장측면이 서로 인접하도록 적층될 수 있으며, 본 발명에서 전극 조립체(110)의 개수를 한정하는 것은 아니다. The electrode assembly 110 may be formed by winding or overlapping a stack of the
전극 조립체(110)의 제1전극판(111)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제2전극판(112)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다. The
제1전극판(111)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제1전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1전극탭(111a)(또는 제1무지부)을 포함할 수 있다. 제1전극탭(111a)은 제1전극판(111)과 제1단자(120)사이의 전류 흐름의 통로가 될 수 있다.The
일부 예들에서, 제1전극탭(111a)은 제1전극판(111)을 제조할 때 미리 일측부로 돌출되도록 절단하여 형성할 수 있으며, 제1전극판(111)과 일체로 이루어질 수 있다. 일부예들에서, 다수의 제1전극탭(111a)들은 모아서 가용접되고, 가용접된 제1전극탭(111a)에는 제1단자(120)의 제1집전판(121)이 용접되어 결합될 수 있다. In some examples, the
제2전극판(112)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제2전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2전극탭(112a)(또는 제2무지부)을 포함할 수 있다. 제2전극탭(112a)은 제2전극판(112)과 제2단자(130)사이의 전류 흐름의 통로가 될 수 있다.The
일부 예들에서, 제2전극탭(112a)은 제2전극판(112)을 제조할 때 미리 일측부로 돌출되도록 절단하여 형성할 수 있으며, 제2전극판(112)과 일체로 이루어질 수 있다. 일부예들에서, 다수의 제2전극탭(112a)들은 모아서 가용접되고, 가용접된 제2전극탭(112a)에는 제2단자(130)의 제2집전판(131)이 용접되어 결합될 수 있다. In some examples, the
일부 예들에서, 제1전극탭(111a)은 전극 조립체(110)의 일측 단측면에 위치할 수 있으며, 제2전극탭(112a)은 전극 조립체(110)의 타측 단측면에 위치할 수 있다. In some examples, the
일부 예들에서, 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름을 포함할 수 있다. 또한, 세퍼레이터(113)는 액체 또는 겔 상태의 전해액을 필요로 하지 않는 황화물계, 산화물계 또는 인산염화합물계와 같은 무기물계 고체 전해질로 대체될 수도 있다. In some examples, the
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1전극판(111)의 제1전극 무지부(111a)와 제2전극판(112)의 제2전극 무지부(112a)와 각각에 전기적으로 연결되는 제1단자(120) 및 제2단자(130)가 위치된다. 일부 예들에서, 전극 조립체(110)는 전해액과 함께 케이스(140)에 수용될 수 있다. Both ends of the electrode assembly 110 as described above are electrically connected to the first electrode
일부 예들에서, 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염을 포함할 수 있다. 또한, 전해액은 액체 또는 겔상일 수 있다. 일부 예들에서, 무기물계 고체 전해질이 사용될 경우, 전해액은 생략될 수도 있다. In some examples, the electrolyte may include a lithium salt such as LiPF6 or LiBF4 in an organic solvent such as EC, PC, DEC, EMC, or DMC. Also, the electrolyte solution may be in a liquid or gel state. In some examples, when an inorganic-based solid electrolyte is used, the electrolyte solution may be omitted.
제1단자(120)는 금속으로 형성되며, 제1전극판(111)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자(120)는 제1집전판(121), 제1단자 기둥(122) 및 제1단자 플레이트(124)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1집전판(121)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제1전극 무지부(111a)와 접촉될 수 있다. 실질적으로, 제1집전판(121)은 제1전극 무지부(111a)에 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1집전판(121)은 대략 '┎' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(121a)이 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 단자홀(121a)에는 제1단자 기둥(122)이 끼워져 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1집전판(121)은 구리 또는 구리 합금으로 제조될 수 있다. The
일부 예들에서, 제1단자 기둥(122)은 캡 조립체(150)의 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 캡 플레이트(151)의 하부에서 제1집전판(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제1단자 기둥(122)은 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에 제1단자 기둥(122)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(122a)가 형성될 수 있다. 제1단자 기둥(122)에서 플랜지(122a)의 하부에 위치하는 영역은 제1집전판(121)의 제1단자홀(121a)에 끼워진 후 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자 기둥(122)은 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. In some examples, the first
제1단자 플레이트(124)는 홀(124a)을 가지며, 이러한 홀(124a)에 제1단자 기둥(122)이 결합되고 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 상부로 노출된 제1단자 기둥(122)과 제1단자 플레이트(124) 사이의 계면이 상호간 용접될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 제1단자 기둥(122)과 제1단자 플레이트(124)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융된 후 냉각되어 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자 기둥(122) 및 제1단자 플레이트(124)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연될 수 있다. The first
제2단자(130) 역시 금속으로 형성되며, 제2전극판(112)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 제2단자(130)는 제2집전판(131), 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(134)를 포함할 수 있다. 제2집전판(131)은 전극 조립체(110)의 일측 단부로 돌출된 제2전극 무지부(112a)와 접촉될 수 있다. 일부 예들에서, 상기 제2집전판(131)은 대략 '┑' 형태로 형성되며, 상부에는 단자홀(131a)이 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 단자홀(131a)에는 상기 제2단자 기둥(132)이 끼워져 결합된다. 이러한 제2집전판(131)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 제2단자 기둥(132)은 후술되는 캡 플레이트(151)를 관통하여 상부로 일정 길이 돌출 및 연장되며, 또한 캡 플레이트(151)의 하부에서 상기 제2집전판(131)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2단자 기둥(132)은 캡 플레이트(151)의 상부로 일정 길이 돌출 및 연장된 동시에, 캡 플레이트(151)의 하부에는 제2단자 기둥(132)이 캡 플레이트(151)로부터 빠지지 않도록 플랜지(132a)가 형성될 수 있다. 제2단자 기둥(132)에서 플랜지(132a)의 하부에 위치하는 영역은 제2집전판(131)의 제2단자홀(131a)에 끼워진 후 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. The
일부 예들에서, 제2단자 기둥(132)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 제2단자 플레이트(134)는 홀(134a)을 갖는다. 또한, 제2단자 플레이트(134)는 제2단자 기둥(132)에 결합된다. 즉, 제2단자 플레이트(134)의 홀(134a)에 제2단자 기둥(132)이 결합된다. 또한, 제2단자 기둥(132)과 제2단자 플레이트(134)는 상호간 리벳팅 및/또는 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 상부로 노출된 제2단자 기둥(132)과 제2단자 플레이트(134)의 경계 영역은 상호간 용접될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔이 상부로 노출된 제2단자 기둥(132)과 제2단자플레이트(134)의 경계 영역에 제공됨으로써, 상기 경계 영역이 상호간 용융 및 냉각되어 용접될 수 있다. In some examples, the second
일부 예들에서 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(134)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 절연될 수 있다. 일부 예들에서 제2단자 기둥(132) 및 제2단자 플레이트(134)는 캡 플레이트(151)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이때 캡 조립체(150)의 캡플레이트(151)는 제2단자(130)와 같은 극성(예를 들면, 양극)을 가질 수 있다.In some examples, the second
케이스(140)는 상부에 개구가 형성된 속이 비어 있는 대략 직육면체 형태일 수 있다. 이러한 개구를 통하여 전극 조립체(110)가 케이스(140)의 내부로 인서트될 수 있다. 또한 제1단자(120)의 제1집전판(121) 및 제2단자(130)의 제2집전판(131)도 케이스(140)의 내부에 위치할 수 있다. 케이스(140)는 직사각형의 바닥면(141)과 바닥면(141)의 네 개의 변으로부터 대략 수직방향으로 연장된 4개의 측면(142)을 포함할 수 있다. The
캡 조립체(150)는 케이스(140)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 캡 조립체(150)는 캡 플레이트(151), 시일 가스켓(152), 마개(153), 안전벤트(154), 상부 결합부재(155) 및 절연부재(156)를 포함할 수 있다. The
캡 플레이트(151)는 케이스(140)의 개구를 밀봉하며, 케이스(140)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 캡 플레이트(151)는 레이저 용접 방식으로 케이스(140)에 결합될 수 있다. 여기서, 캡 플레이트(151)는 상술한 바와 같이 제2단자(130)와 동일한 극성을 가질 수 있으므로, 캡 플레이트(151) 및 케이스(140)는 동일한 극성을 가질 수 있다. 캡 플레이트(151)에는 상면과 하면 사이를 관통하는 전해액 주입구(151a)와 벤트홀(151b)이 더 구비된다. The
시일 가스켓(152)은 절연성 재질로 캡 플레이트(151)와 제1단자(120)의 제1단자 기둥(122) 사이, 캡 플레이트(151)와 제2단자(130)의 제2단자기둥(132) 사이에 각각 형성되어, 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(151) 사이를 밀봉시킨다. 이러한 시일 가스켓(152)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다. The seal gasket 152 is an insulating material and is between the
상기 마개(153)는 캡 플레이트(151)의 전해액 주입구(151a)를 통해 케이스(140)의 내부로 전해액이 주입된 후, 전해액 주입구(151a)를 밀봉할 수 있다. 안전벤트(154)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)에 설치되며, 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(154x)가 형성된다. The
이와같은 안전벤트(154)의 구성은 하기에서 자세히 설명하도록 한다. The configuration of the
상부 결합부재(155)는 캡 플레이트(151)의 상부에서 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132) 각각과 캡 플레이트(151) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 상부 결합부재(155)는 캡 플레이트(151)와 밀착된다. 더욱이, 상부 결합부재(155)는 시일 가스켓(152)에도 밀착될 수 있다. 상부 결합부재(155)는 제1단자 기둥(122) 및 제2단자 기둥(132)과 캡 플레이트(151)를 절연시킬 수 있다. 일부 예들에서, 제2단자 플레이트(134)와 캡 플레이트(151)를 사이에 개재된 상부 결합부재(155)는 제2단자 플레이트(134)와 캡 플레이트(151)를 사이를 전기적으로 연결할 수 있으며, 이에 따라 캡 플레이트(151)는 제2단자(130)와 동일한 극성을 가질 수 있다. The
절연부재(156)는 캡 플레이트(151)의 하면과 대략 대응되는 크기로, 캡플레이트(151)의 하면에 밀착될 수 있다. 물론, 절연부재(156)에는 캡 플레이트(151)에 형성된 전해액 주입구(151a)와 벤트홀(151b)과 대응되는 위치에 전해액 주입홀(156a) 및 벤트홀(156b)이 형성될 수 있다. 절연부재(156)는 제1집전판(121)과 캡 플레이트(151)사이, 제2집전판(131)과 캡 플레이트(151)사이에 불필요한 단락의 발생을 방지할 수 있다. 또한 절연부재(156)는 캡 플레이트(151)와 대응되는 크기로 형성되어, 전극 조립체(110)와 캡 플레이트(151)사이의 불필요한 단락도 방지할 수 있다. 절연부재(156)는 용융점(285℃) 및 인장강도가 높은 폴리페닐렌 설파이드(PPS:Poly Phenylene Sulfide)로 이루어질 수 있으며, 이로 인해 이차 전지(100)의 관통에 의한 내부 단락의 열을 안전벤트(154)를 통해 방출시 인접한 셀로 열전파되는 것을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 절연부재(156)는 이차 전지(100)의 내부 단락에 의한 열이 캡 조립체(150)를 통해, 인접한 이차 전지(100)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 이차 전지(100)가 하나의 단위 셀로 이루어질 경우, 인접한 이차 전지(100)로의 열전파 차단이 요구되지 않으므로 절연부재(156)는 폴리프로필렌(PP:Poly Propylene)도 적용 가능할 수 있다. The insulating
도 4는 도 1에 도시된 이차 전지(100) 중 안전 벤트를 확대 도시한 사시도이고, 도 5는 도 1에 도시된 이차 전지(100) 중, 캡 플레이트(151), 안전벤트(154) 및 절연부재(156)를 분해한 일부분을 확대도시한 확대 분해 사시도이다. FIG. 4 is an enlarged perspective view of a safety vent in the
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 안전벤트(154)는 캡 플레이트(151)의 벤트홀(151b)의 내벽이나, 단차에 결합된 둘레부(154a)와, 둘레부(154a)로부터 수평방향의 내측으로 연장된 중심부(154b)를 포함한다. 즉, 중심부(154b)의 외측 가장자리에 둘레부(154a)가 위치할 수 있다. 여기서 둘레부(154a)는 벤트홀(151b)의 내벽 또는 단차에, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 레이저 용접 방식으로 용접될 수 있다. 이러한 용접을 위해 둘레부(154a)의 두께는 중심부(154b)의 두께에 비해 상대적으로 두꺼울 수 있다. 따라서, 이차 전지(100)가 정상적인 상태에서, 내부의 전해액이 안전벤트(154)와 벤트홀(151b)의 계면을 따라 외부로 누액되지 않도록 한다. 또한 둘레부(154a)는 캡 플레이트(151)와 절연부재(156)사이에 개재될 수 있다. 둘레부(154a)의 하면은 절연부재(156)의 상면과 접촉될 수 있다.As shown in FIGS. 4 and 5 , the
중심부(154b)는 둘레부(154a)로부터 내측 방향으로 연장될 수 있다. 중심부(154b) 대략 타원형태의 평판형태일 수 있으며, 다른 영역에 비해서 두께가 더 얇은 노치(154x)가 구비될 수 있다. The
상기 노치(154x)는 캡 플레이트(151)의 길이방향을 따라 연장되도록 중심부(154b)의 중앙 부분에 구비되는 라인 형태의 제1노치(154xa)와, 제1노치(154xa)의 양끝단과 교차하여 교차점(C1, C2)를 형성하고, 교차점(C1, C2)으로 부터 각각 둘레부(154a)방향으로 연장된 제2노치(154xb) 및 제3노치(154xc)를 포함할 수 있다. 상기 제2노치(154b)는 교차점(C1)을 중심으로 일정각을 갖도록 둘레부(154a)방향으로 연장된 라인형태의 2개의 노치일 수 있다. 상기 제3노치(154xc)는 교차점(C2)을 중심으로 일정각을 갖도록 둘레부(154a)방향으로 연장된 라인형태의 2개의 노치일 수 있다. 또한 상기 제2노치(154xb)는 제3노치(154xc)는 제1노치(154xa)를 중심으로 서로 대칭될 수 있다. The
상기 중심부(154b)는 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만 케이스(150)의 내부 압력에 의해 노치(154x)의 파단이 용이하도록 상부 또는 하부 방향으로 돌출된 엠보싱부가 더 구비될 수 있다. 물론, 중심부(154b)의 하부는 절연부재(156)의 벤트홀(156b)에 의해 전극 조립체(110)의 상면과 대향할 수 있다. For example, but not limited to, the
이와 같은 안전벤트(154)는 관통에 의해 이차 전지(100)의 내부에 단락이 발생할 경우, 내부의 열의 배출이 용이하도록 아래의 수학식1을 만족하는 크기를 가질 수 있다. The
여기서 C는 캡 플레이트(151)의 크기(넓이, ㎟)이고, S는 안전벤트(154)의 중심부(154b)는 크기(넓이, ㎟)이며, E는 이차 전지(100)의 에너지 밀도(Wh/kg)일 수 있다. 또한 R은 상수로, 0.01 내지 0.1 중 적어도 어느 하나의 수치를 가질 수 있다. 여기서 R이 0.01보다 더 작을 경우, 안전벤트(154)의 크기 증가로 인해, 캡 플레이트(151)상에 단자 플레이트(124, 134) 및 전해액 주입구(151a) 형성이 용이하지 않을 수 있다. 또한 R이 0.1보다 클 경우, 관통 발생시 안전벤트(154)를 통해 열 방출이 용이하지 않아, 파열, 열폭주(thermal runaway)현상이나, 발화/폭발할 위험성이 있다. 좀 더 바람직하게 R은 0.073보다 작을 때, 관통 발생시 안전벤트(154)를 통해 열방출이 용이할 수 있다. 또한 한정하는 것은 아니지만 안전벤트(154)의 노치(154x)의 파단 압력은 10 kgf/cm2인 것이 바람직하다. Here, C is the size (width, ㎟) of the
본 발명에서 안전벤트(154)는 캡 플레이트(151)에 형성된 것을 도시하였으나, 케이스(150)의 측면이나, 하면에 형성될 수도 있다. 물론 안전벤트(154)는 수학식1을 만족하는 크기를 가져, 이차 전지(100)의 내부에 단락이 발생할 경우, 내부의 열의 배출이 용이한 크기를 가질 수 있다. 또한 이차 전지(100)는 안전벤트(154)가 케이스(140)의 측면에 형성될 경우, 절연부재(156) 역시 안전벤트(154)가 위치하는 케이스(150)의 측면과 전극 조립체(110) 사이에 개재될 수 있다. 또한 이차 전지(100)는 안전벤트(154)가 케이스(140)의 하면에 형성될 경우, 절연부재(156) 역시 안전벤트(154)가 위치하는 케이스(150)의 하면과 전극 조립체(110)의 하면 사이에 개재될 수 있다. In the present invention, the
이하 실시예 및 비교예들을 들어 본 발명을 더 상세히 설명한다. 본 명세서 상의 실시예들는 발명의 상세한 설명을 위한 것 일뿐 권리 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples below. Embodiments in this specification are not intended to limit the scope of rights only for the detailed description of the invention.
실시예1 : 안전벤트(154)의 크기가 300㎟이고, 캡 플레이트(151)의 크기가 5760㎟이고, 에너지 밀도가 264Wh/kg이며 절연부재가 PPS인 이차 전지를 제작하였다. 이때 R은 0.0726일 수 있다. Example 1: A secondary battery in which the size of the
실시예2 : 안전벤트(154)의 크기가 300㎟이고, 캡 플레이트(151)의 크기가 5760㎟이고, 에너지 밀도가 264Wh/kg이며 절연부재가 PP인 이차 전지를 제작하였다. 이때 R은 0.0726일 수 있다. Example 2: A secondary battery in which the size of the
비교예1: 안전벤트(154)의 크기가 200㎟이고, 캡 플레이트(151)의 크기가 5760㎟이고, 에너지 밀도가 264Wh/kg이며, 절연부재가 PP인 이차 전지를 제작하였다. 이때 R은 0.109일 수 있다.Comparative Example 1: A secondary battery having a
평가예 1: 이차 전지의 바닥 관통 실험Evaluation Example 1: Bottom Penetration Test of Secondary Battery
상기 제작된 실시예 및 비교예의 이차전지를 20A의 충전 전류에 의해 4.3전압 하에 만충전한 후, 직경 3 mm 네일(nail)을 사용하여 이차전지의 하면을 20mm 관통시킨 후 2분 이상 발화여부를 관찰하였다. 이때 관통속도는 7㎜/sec로 하였다. 또한 평가 시험은 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 제작된 이차전지에 대해 각각 2회씩 진행했다.After fully charging the prepared secondary batteries of Examples and Comparative Examples under a voltage of 4.3 with a charging current of 20A, a nail having a diameter of 3 mm was used to penetrate the lower surface of the secondary battery by 20 mm, and then the ignition was observed for more than 2 minutes. did At this time, the penetration speed was set to 7 mm/sec. In addition, the evaluation test was conducted twice for each of the secondary batteries prepared in Examples 1, 2, and Comparative Example 1.
그 실험 결과는 표 1과 같을 수 있다. 여기서 단위는 실험결과에 대한 수치는 시간으로, 그 단위는 초이다.The experimental results may be shown in Table 1. Here, the unit is time for the numerical value of the experimental result, and the unit is seconds.
ResultTest
Result
sparkvent
spark
/smokevent flame
/smoke
실시예 1에 표시된 배터리의 Hazard level 5에 해당한다. 즉, 실시예1의 이차전지는 네일이 이차전지를 관통한 후에, 18초 또는 24초후에 안전벤트를 통해 발화 또는 화염이 방출되어 이차전지가 파열되거나 폭발하는 것을 방지할 수 있다. 이는 표 2에 표시된 배터리의 Hazard level 5에 해당한다. Corresponds to Hazard level 5 of the battery shown in Example 1. That is, the secondary battery of Example 1 can prevent the secondary battery from bursting or exploding due to ignition or flame emission through the safety vent 18 seconds or 24 seconds after the nail penetrates the secondary battery. This corresponds to Hazard level 5 of the battery shown in Table 2.
실시예 2는 도 6에 실험 결과와 같이, 네일이 이차전지를 관통한 후에, 12초 또는 13초 후에 안전벤트를 통해 발화 또는 화염이 방출된다. 또한 이차전지의 하부로는 별도의 발화 및 폭발이 발생되지 않았다. 이는 표 2에 표시된 배터리의 Hazard level 5에 해당한다. 즉, 실시예1 및 실시예2의 이차전지는 안전벤트를 통해 발화 또는 화염이 방출되어 이차전지가 파열되거나 폭발하는 것을 방지할 수 있다.In Example 2, as shown in the experimental results of FIG. 6, after the nail penetrates the secondary battery, ignition or flame is emitted through the safety vent 12 or 13 seconds later. In addition, separate ignition and explosion did not occur in the lower part of the secondary battery. This corresponds to Hazard level 5 of the battery shown in Table 2. That is, the secondary batteries of Examples 1 and 2 can be prevented from bursting or exploding due to ignition or emission of flame through the safety vent.
비교예 1은 표 1과 같이 네일이 이차전지를 관통한 후에, 12초 또는 15초 후에 안전벤트를 통해 발화 또는 화염이 방출된다. 또한 네일이 이차전지를 관통한 후에, 54초 및 51초 후에 이차전지의 내부 열 방출을 위해 캡플레이트 발사 또는/및 하면 파열후, 2차적으로 화염이 발생하였다. 이는 표 1에 표시된 배터리의 Hazard level 6에 해당한다. 즉, 비교예 1의 이차전지는 안전벤트를 통해 발화 또는 화염이 방출이 용이하지 않아, 이차전지의 하면이나 상면의 파열 또는 캡 플레이트의 발사가 발생 한다.In Comparative Example 1, as shown in Table 1, after the nail penetrates the secondary battery, ignition or flame is emitted through the safety vent 12 or 15 seconds later. In addition, after the nail penetrated the secondary battery, after 54 seconds and 51 seconds after the cap plate was fired or/and the bottom surface was ruptured to dissipate internal heat of the secondary battery, a second flame was generated. This corresponds to Hazard level 6 of the battery shown in Table 1. That is, in the secondary battery of Comparative Example 1, it is not easy to ignite or emit flame through the safety vent, so that the lower or upper surface of the secondary battery is ruptured or the cap plate is fired.
이차전지의 해저드 레벨별 상태는 아래의 표 2와 같을 수 있다. The state of each hazard level of the secondary battery may be as shown in Table 2 below.
실시예1-2 : 실시예1의 이차전지들이 마이카로 이루어진 절연시트들과 교번하여 순차적으로 적층하여 전지 모듈을 제작하였다. 여기서 전지 모듈은 이차전지가 5개이고, 절연시트가 4개로 인접한 이차전지들 사이에 개재된다. Example 1-2: A battery module was fabricated by sequentially stacking the secondary batteries of Example 1 alternately with insulating sheets made of mica. Here, the battery module has 5 secondary batteries, and 4 insulating sheets are interposed between the adjacent secondary batteries.
비교예1-2: 비교예1의 이차전지들이 마이카로 이루어진 절연시트들과 교번하여 순차적으로 적층하여 전지 모듈을 제작하였다. 여기서 전지 모듈은 이차전지가 5개이고, 절연시트가 4개로 인접한 이차전지들 사이에 개재된다. Comparative Example 1-2: A battery module was fabricated by sequentially stacking the secondary batteries of Comparative Example 1 alternately with insulating sheets made of mica. Here, the battery module has 5 secondary batteries, and 4 insulating sheets are interposed between the adjacent secondary batteries.
비교예2: 안전벤트(154)의 크기가 200㎟이고, 캡 플레이트(151)의 크기가 5760㎟이고, 에너지 밀도가 264Wh/kg이며, 절연부재가 PPS인 이차 전지를 제작한 후, 절연시트들과 적층하여 전지 모듈을 제작하였다. 이때 R은 0.109일 수 있다. 여기서 전지 모듈은 이차전지가 5개이고, 마이카로 이루어진 절연시트가 4개로 인접한 이차전지들 사이에 개재된다. Comparative Example 2: A secondary battery having a
비교예3: 안전벤트(154)의 크기가 300㎟이고, 캡 플레이트(151)의 크기가 5760㎟이고, 에너지 밀도가 264Wh/kg이며 절연부재가 PP인 이차 전지를 제작한 후, 절연시트들과 적층하여 전지 모듈을 제작하였다. 이때 R은 0.0726일 수 있다. 여기서 전지 모듈은 이차전지가 5개이고, 마이카로 이루어진 절연시트가 4개로 인접한 이차전지들 사이에 개재된다. Comparative Example 3: After fabricating a secondary battery in which the size of the
평가예 2: 전지 모듈의 바닥 관통 후 열전파 확인 실험Evaluation Example 2: Thermal propagation confirmation experiment after penetrating the bottom of the battery module
상기 제작된 실시예 및 비교예들의 전지 모듈에 포함된 이차전지들을 20A의 충전 전류에 의해 4.3전압 하에 만충전한 후, 직경 3 mm 네일(nail)을 사용하여 전지 모듈의 중심(#3)에 위치한 이차전지의 하면을 20mm 관통시킨 후 2분이상 발화 및 열전파 여부를 관찰하였다. 이때 관통속도는 7㎜/sec로 하였다. After fully charging the secondary batteries included in the battery modules of the manufactured Examples and Comparative Examples under a voltage of 4.3 with a charging current of 20A, a nail having a diameter of 3 mm was used to locate the secondary batteries in the center (#3) of the battery module. After penetrating the bottom of the secondary battery by 20 mm, ignition and heat propagation were observed for more than 2 minutes. At this time, the penetration speed was set to 7 mm/sec.
그 실험 결과는 표 3과 같을 수 있다. 여기서 표 3은 이차전지 관통 후, 인접 셀로 열전파 되는 시간을 측정한 결과(단위: 초)이다. The experimental results may be shown in Table 3. Here, Table 3 shows the result of measuring the heat propagation time to an adjacent cell after penetrating the secondary battery (unit: seconds).
실시예 1-2는 네일이 이차전지를 관통한 후에, 인접한 이차전지로 열 전파되는 시간이 300초 이상 걸리고, 관통된 이차전지에서 안전벤트를 통해 발화 또는 화염이 방출되므로 캡 플레이트가 발사되는 것을 방지할 수 있다.(실시예 1참조) 또한 실시예 1-2는 관통된 이차전지의 안전벤트가 발화 또는 화염을 충분히 방출하므로, 추가적인 파열이나, 캡플레이트의 발사로 인한 열전파를 최소화 할 수 있다. 또한 관통된 이차전지의 안전벤트를 통해 배출된 화염이, 인접한 이차 전지의 내부로 전달되는 것은 용융점 및 인장강도가 높은 절연부재에서 감소시킨다. In Example 1-2, after the nail penetrates the secondary battery, it takes more than 300 seconds for heat to propagate to the adjacent secondary battery, and ignition or flame is emitted through the safety vent in the penetrated secondary battery, preventing the cap plate from being fired. (See Example 1) Also, in Example 1-2, since the safety vent of the penetrating secondary battery sufficiently emits ignition or flame, additional rupture or heat transfer due to firing of the cap plate can be minimized. there is. In addition, the transfer of the flame discharged through the safety vent of the penetrated secondary battery to the inside of the adjacent secondary battery is reduced in an insulating member having a high melting point and high tensile strength.
즉, 전지 모듈(10)은 관통된 이차전지(100)의 안전벤트(154)를 통해 화염이 방출되므로 캡플레이트가 발사되거나, 하면이 파열되는 것을 방지할 수 있고, 절연부재(156)에 의해서 인접한 이차 전지(100)로 열전파되는 것을 최소화할 수 있다. That is, since flames are emitted through the
비교예 1-2는 네일이 이차전지를 관통한 후에, 인접한 이차전지들로 100초 이전에 열전파가 발생된다. 이는 비교예 1의 실험 결과에서 보듯이, 관통된 이차전지의 하면이 파열되면서 발생된 화염에 의해 인접한 이차전지에 열전파가 더 빠르게 발생될 수 있다. 또한 비교예 1-2는 관통된 이차전지에서 안전벤트를 통해 발화 또는 화염이 방출이 용이하지 않으므로, 캡 플레이트가 발사되거나 하면이 파열된다.(비교예 1참조) 이로 인해, 관통된 이차전지로부터 열이 전파되어 인접한 이차전지까지 화염에 의해 파열되거나, 발화가 발생된다.In Comparative Example 1-2, after the nail penetrates the secondary battery, heat propagation occurs to adjacent
비교예 2는 네일이 이차전지를 관통한 후에, 인접한 이차전지들로 175초 이후에 열전파가 발생된다. 비교예2는 관통된 이차전지의 안전벤트가 발화 또는 화염을 충붕히 방출할 수 있는 크기가 아니므로, 비교예 1-1과 같이 캡 플레이트가 발사되거나 하면이 파열된다. 이로 인해 관통된 이차전지의 하면이 파열되면서 발생된 화염에 의해 인접한 이차전지에 열전파가 더 빠르게 발생될 수 있다. 이로 인해, 관통된 이차전지로부터 열이 전파되어 인접한 이차전지까지 화염에 의해 파열되거나, 발화가 발생된다. 다만, 관통된 이차전지의 안전벤트를 통해 배출된 화염이, 인접한 이차 전지의 내부로 전달되는 것은 용융점 및 인장강도가 높은 절연부재에서 일부 감소시킬 수 있다. In Comparative Example 2, after the nail penetrates the secondary battery, heat propagation occurs to adjacent secondary batteries 175 seconds later. In Comparative Example 2, since the safety vent of the penetrating secondary battery is not large enough to ignite or emit flame, the cap plate is fired or the lower surface is ruptured like Comparative Example 1-1. As a result, heat propagation to adjacent secondary batteries may be more rapidly generated by flames generated when the lower surface of the penetrating secondary battery is ruptured. Due to this, heat propagates from the penetrating secondary battery to an adjacent secondary battery that is ruptured by a flame or ignited. However, the transmission of the flame discharged through the safety vent of the penetrated secondary battery to the inside of the adjacent secondary battery can be partially reduced by an insulating member having a high melting point and high tensile strength.
비교예 3은 네일이 이차전지를 관통한 후에, 인접한 이차전지들로 115초 이후에 열전파가 발생된다. 비교예 3은 관통된 이차전지의 안전벤트가 발화 또는 화염을 충분히 방출하므로, 추가적인 파열이나, 캡플레이트 발사로 인한 이차전지로 열전파 되는 것을 최소화 할 수 있다(실시예2 참조). 그러나 이벤트가 발생한 이차전지에서 안전벤트를 통해 발화 또는 화염을 방출하면, 인접한 이차전지는 절연부재가 상부를 통해 내부로 유입되는 열을 차단하지 못하여 화염에 의해 파열되거나, 발화가 발생된다. 즉, 다수의 이차전지를 포함하는 전지 모듈은, 열전파 차단을 위해 절연부재가 PPS로 이루어지는 것이 바람직하다.In Comparative Example 3, after the nail penetrates the secondary battery, heat propagation is generated to adjacent secondary batteries 115 seconds later. In Comparative Example 3, since the safety vent of the penetrating secondary battery sufficiently emits ignition or flame, additional rupture or heat propagation to the secondary battery due to cap plate firing can be minimized (see Example 2) . However, when an event occurs in a secondary battery that ignites or emits flame through a safety vent, adjacent secondary batteries are ruptured by flames or ignited because the insulation member fails to block heat flowing into the interior through the upper part. That is, in the battery module including a plurality of secondary batteries, it is preferable that the insulating member is made of PPS to block heat propagation.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing a secondary battery and a battery module including the same according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiments, and as claimed in the following claims, the present invention Anyone with ordinary knowledge in the field to which the invention pertains without departing from the gist of the invention will say that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various changes can be made.
100: 이차 전지
110: 전극 조립체
120: 제1단자
130: 제2단자
140: 케이스
150: 캡 조립체
10: 전지 모듈
200: 절연 시트100: secondary battery 110: electrode assembly
120: first terminal 130: second terminal
140: case 150: cap assembly
10: battery module 200: insulation sheet
Claims (11)
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
상기 케이스의 상단 개구를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하는 이차 전지에 있어서,
상기 캡 플레이트는 일정 압력에서 개방되는 안전 벤트를 포함하며,
상기 안전 벤트의 크기(S)는 상기 캡 플레이트의 크기(C)와 상기 이차전지의 에너지 밀도(E)사이에
를 만족시키는 이차 전지. an electrode assembly including a first electrode plate, a second electrode plate, and a separator;
a case accommodating the electrode assembly; and
In the secondary battery including a cap plate sealing the top opening of the case,
The cap plate includes a safety vent that opens at a certain pressure,
The size (S) of the safety vent is between the size (C) of the cap plate and the energy density (E) of the secondary battery.
A secondary battery that satisfies
상기 안전 벤트는 상기 캡 플레이트와 접촉되어 결합되는 둘레부; 및
상기 둘레부로부터 내측방향으로 연장되고 상기 전극 조립체의 상면과 대향하며, 내부 압력에 의해 파단이 용이한 노치가 구비된 중심부를 포함하는 이차전지.According to claim 1,
The safety vent may include a circumferential portion contacting and coupled to the cap plate; and
A secondary battery comprising a central portion extending inwardly from the circumferential portion, facing an upper surface of the electrode assembly, and having a notch that is easily broken by internal pressure.
상기 노치는
상기 안전 벤트의 중심부에 위치하며, 일방향을 따라 연장된 라인형태의 제1노치;
상기 제1노치의 일측끝단부로부터 교차점을 갖고 상기 둘레부 방향으로 연장된 라인 형태의 제2노치; 및
상기 제1노치의 일측끝단부의 반대측인 타측끝단부로부터 교차점을 갖고 상기 둘레부 방향으로 연장된 라인형태이며, 상기 제2노치와 대칭된 제3노치를 포함하는 이차전지.According to claim 2,
The notch is
a first notch in the form of a line located at the center of the safety vent and extending along one direction;
a second notch in the form of a line extending in the direction of the circumference and having an intersection from one end of the first notch; and
A secondary battery comprising a third notch symmetrical to the second notch, having a cross point from the other end opposite to one end of the first notch and extending in the direction of the circumference.
상기 제2노치와 상기 제3노치는 교차점을 중심으로 일정각을 갖도록 둘레부방향으로 연장된 라인형태의 2개의 노치인 이차전지.According to claim 3,
The second notch and the third notch are two notches in a line shape extending in a circumferential direction to have a predetermined angle with respect to an intersection point.
상기 안전 벤트의 크기는 상기 중심부의 넓이인 이차 전지.According to claim 2,
The size of the safety vent is the size of the central portion of the secondary battery.
상기 안전 벤트의 크기(S)는 상기 캡 플레이트의 크기(C)와 상기 이차전지의 에너지 밀도(E)사이에
를 만족시키는 이차 전지.According to claim 1,
The size (S) of the safety vent is between the size (C) of the cap plate and the energy density (E) of the secondary battery.
A secondary battery that satisfies
상기 캡 플레이트의 형상과 대응되며, 상기 캡플레이트와 상기 전극 조립체 사이에 개재된 절연부재를 더 포함하는 이차 전지.According to claim 1,
The secondary battery further comprising an insulating member corresponding to the shape of the cap plate and interposed between the cap plate and the electrode assembly.
상기 절연부재는 상면과 하면 사이를 관통하는 벤트 홀이 구비되며,
상기 안전 벤트의 중심부의 하면이 상기 벤트 홀을 통해 상기 전극 조립체와 대향하는 이차 전지.According to claim 7,
The insulating member is provided with a vent hole penetrating between an upper surface and a lower surface,
A secondary battery in which a lower surface of the center of the safety vent faces the electrode assembly through the vent hole.
상기 절연 부재는
폴리프로필렌(PP:Poly Propylene) 또는 폴리페닐렌 설파이드(PPS:Poly Phenylene Sulfide)로 이루어진 이차 전지.According to claim 7,
The insulating member is
A secondary battery made of polypropylene (PP:Poly Propylene) or polyphenylene sulfide (PPS:Poly Phenylene Sulfide).
상기 복수의 이차전지들 중, 인접한 2개의 이차 전지들의 장측면 사이에 각각 개재된 단열성 절연 시트를 포함하는 전지 모듈.In the battery module including a plurality of secondary batteries of any one of claims 1 to 9,
A battery module comprising a heat insulating insulating sheet interposed between long side surfaces of two adjacent secondary batteries, among the plurality of secondary batteries.
상기 이차 전지의 상기 절연 부재는 폴리페닐렌 설파이드(PPS:Poly Phenylene Sulfide)로 이루어진 전지 모듈.According to claim 9,
The insulating member of the secondary battery is a battery module made of polyphenylene sulfide (PPS).
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