KR20230073506A - 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 Download PDF

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KR20230073506A
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최기영
이수항
김용일
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김동욱
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체가 내장되어 있고, 서로 열융착되는 상부 케이스 및 하부케이스를 포함하는 파우치형 케이스를 포함하고, 상기 파우치형 케이스는, 상기 파우치형 케이스의 가장자리의 적어도 일부를 따라 형성되고, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스가 열융착되어 형성되는 실링부를 포함하고, 상기 전극 조립체와 연결된 전극 리드가 상기 파우치형 케이스의 일 변으로부터 돌출되며, 상기 실링부는 상기 전극 리드가 돌출된 상기 일 변의 어느 하나의 단부에 형성된 노치부를 포함하고, 상기 노치부는 상기 퍄우치형 케이스의 내측을 향해 함몰된 곡률을 갖는다.

Description

이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈{SECONDARY BATTERY AND BATTERY MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로 보다 구체적으로 안전성을 향상시킨 파우치 형태의 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.
이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전기, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용되나, 노트북, 전기 자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다.
이차 전지는 형상 면에서 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차 전지와 파우치형 이차 전지에 대한 수요가 높다. 각형 리튬 이차 전지의 경우에는 전극 조립체를 외부 충격으로부터 보호하는데 유리하며 주액 공정이 쉬운 반면에 형태가 고정되어 있어 부피를 줄이는데 어려움이 있다. 반면에 파우치형 리튬 이차 전지의 경우에는 형태 및 크기에 제약이 없어 얇은 두께의 셀 제작에 적합하고, 열 융착을 통한 조립이 쉬우며, 이상 거동 발생 시 기체나 액체를 내보내는 효과가 용이하여 안전성이 높은 장점이 있다.
그러나, 이러한 파우치형 이차 전지는 과충전, 고온에의 노출, 내부 단락 등의 요인에 의해 전해질의 분해가 일어날 수 있으며, 이에 따라, 다량의 가스가 발생하거나 내부 발화로 인하여 내부 압력이 증가하는 경우가 있다. 도 1은 종래 파우치형 이차 전지의 전극 리드 부분을 도시한 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이 종래의 이차 전지(10)에서는, 전극 조립체(20)로부터 연장된 리드부(21)가 파우치형 케이스 외측으로 돌출되고, 파우치형 케이스의 가장자리를 따라 실링부(34)가 형성되어 있다. 이 때, 실링부(34)가 전체 가장자리에 걸쳐 동일하게 형성되어 있고, 아울러 리드부(21)를 기준으로 대칭인 형상으로 실링부(34)가 형성된다. 이 경우, 내부 압력이 증가할 경우 전지 전체가 급격하게 화염에 휩싸일 수 있고, 특히 리드부(21)에 대응하는 부분에서 벤팅이 발생하는 경우가 종종 있는데, 이와 같이 리드부(21)에서 벤팅이 발생할 경우 전지 전체가 더욱 급격하게 화염에 휩싸일 수 있다는 문제가 있다. 따라서 전지 내부에서 가스나 화염이 발생하더라도, 이를 적절히 제어하여 열전파를 지연시킬 필요가 있다.
실시예들은 파우치형의 이차 전지에 있어서, 내부에서 다량의 가스가 발생하더라도 의도한 방향으로 안전하게 가스를 배출하여 폭발을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체가 내장되어 있고, 서로 열융착되는 상부 케이스 및 하부케이스를 포함하는 파우치형 케이스를 포함하고, 상기 파우치형 케이스는, 상기 파우치형 케이스의 가장자리의 적어도 일부를 따라 형성되고, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스가 열융착되어 형성되는 실링부를 포함하고, 상기 전극 조립체와 연결된 전극 리드가 상기 파우치형 케이스의 일 변으로부터 돌출되며, 상기 실링부는 상기 전극 리드가 돌출된 상기 일 변의 어느 하나의 단부에 형성된 노치부를 포함하고, 상기 노치부는 상기 퍄우치형 케이스의 내측을 향해 함몰된 곡률을 갖는다.
상기 전극 리드를 사이에 두고 상기 노치부가 형성된 단부의 맞은 편에 위치하는 다른 단부에는, 상기 노치부가 형성되지 않을 수 있다.
상기 노치부의 폭은, 상기 실링부에서 상기 노치부를 제외한 다른 부분의 폭과 동일하거나 그보다 작을 수 있다.
상기 전극 리드는 상기 파우치형 케이스의 길이 방향의 양쪽 변으로부터 각각 돌출될 수 있다.
상기 전극 리드가 돌출된 상기 양쪽 변에 있어서, 상기 전극 리드를 기준으로 동일한 방향의 단부에 각각 노치부를 포함할 수 있다.
상기 노치부의 곡률 반경은 2mm 이하일 수 있다.
상기 노치부와 상기 파우치형 케이스의 가장자리 사이에, 상기 상부 케이스와 상기 하부케이스가 열융착되지 않은 부분이 배치될 수 있다.
상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 접는 선을 사이에 두고 일체로 형성되고, 상기 노치부는 상기 접는 선에 인접하여 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 이차 전지를 복수개 포함할 수 있다.
복수개의 상기 이차 전지에서, 상기 노치부는 모두 동일한 방향을 향해 배열될 수 있다.
실시예들에 따르면, 파우치형의 이차 전지에 있어서, 내부에서 다량의 가스가 발생하더라도 의도한 방향으로 안전하게 가스를 배출할 수 있도록 유도하여 폭발을 방지할 수 있는바, 안전성이 향상된 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 파우치형 이차 전지의 전극 리드 부분을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 이차 전지를 조립한 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에서 한 쪽 전극 리드 부분을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 변형예에 따른 이차 전지를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 변형예에 따른 이차 전지를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 변형예에 따른 이차 전지를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 이차 전지의 테스트시 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에”있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지를 나타내는 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 이차 전지를 조립한 상태를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에서 한 쪽 전극 리드 부분을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 전극 조립체(200) 및 전극 조립체(200)를 수납하는 파우치형 케이스(300)를 포함한다. 파우치형 케이스(300)는 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 포함한다. 도 2에서는 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)가 분리되어 형성된 것으로 도시하였으나, 이들이 서로 연결되어 일체로 형성되어 있을 수 있다. 파우치형 케이스(300)의 형태는 도 2에서 예시한 것에 한정되지 않고, 전극 조립체(200)를 수납하고 밀봉할 수 있는 형상인 것이면 어느 형태나 가능하다.
전극 조립체(200)는 양극판 및 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(200)는 하나의 양극판 및 하나의 음극판이 분리막을 사이에 두고 권취된 구조를 갖거나, 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있다. 이러한 양극판과 음극판은 각각 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성될 수 있는데, 슬러리는 통상적으로 활물질, 도전재, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.
전극 조립체(200)에는, 전극판에 슬러리가 도포되지 않은 무지부가 존재할 수 있으며, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭이 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(200)에 포함된 다수의 양극 및 다수의 음극 각각은 양극탭및 음극탭을 포함할 수 있고, 전극리드(210, 220)가 연결된다. 구체적으로, 전극리드(210, 220)는 양극리드(210) 및 음극 리드(220)를 포함한다. 이와 같이 전극 조립체(200)와 연결된 전극리드(210, 220)는 파우치형 케이스(300)의 양 단부로부터 돌출되고, 파우치형 케이스(300) 외부로 노출된다. 한편, 본 실시예에서는 양극리드(210)과 음극리드(220)가 서로 대향하는 방향으로 돌출되는 것으로 나타나 있으나, 돌출되는 방향에 특별한 제한은 없다. 즉, 이차 전지(100)의 일측으로부터 서로 같은 방향으로 양극리드(210)과 음극리드(220)가 함께 노출될 수도 있다.
파우치형 케이스(300)는, 서로 열융착되는 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)를 포함한다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 포함하는 파우치형 케이스(300)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다. 구체적으로, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각은 밀봉을 위한 내측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 금속층 및 가장 바깥쪽의 외측 수지층을 포함할 수 있다.
상기 외측 수지층은 외부로부터 이차 전지(100)를 보호하기 위해 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성을 갖고 전기적 절연성을 띌 수 있다. 이러한 외측 수지층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 수지 또는 나일론(nylon) 수지를 포함할 수 있다. 금속층은 공기, 습기 등이 이차 전지(100) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 금속층은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 내측 수지층은 전극 조립체(200)를 내장한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 서로 열 융착될 수 있다. 이러한 내측 수지층은 무연신 폴리프로필렌(Casted PolyPropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP)과 같은 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각에 전극 조립체(200)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(300ST)가 형성될 수 있다. 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각에 대해 수납부(300ST)의 바깥 둘레를 따라 실링부(340)가 형성되는 영역을 포함하는 테두리부(300S1, 300S2)가 마련될 수 있다. 상부 케이스(310)의 테두리부(300S1)와 하부 케이스(320)의 테두리부(300S2)가 서로 접촉한 상태에서 실링부(340)에 대응하는 영역이 열융착되어 실링부(340)를 형성하는 것에 의해, 파우치형 케이스(300)가 밀봉될 수 있다.
실링부(340)는, 전극 리드(210, 220)가 파우치형 케이스(300)의 외측으로 돌출된 일 변의 어느 하나의 단부에 형성된 노치부(330)를 포함한다. 노치부(330)는, 파우치형 케이스(300)의 내측으로 함몰된 형상을 갖는다. 즉, 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 노치부(330)는 파우치형 케이스(300)의 내측으로 함몰된 곡률을 갖는 형상을 갖는다.
이 때, 노치부(330)는, 전극 리드(210, 220)가 돌출된 일 변에 있어서 어느 한쪽의 단부에만 형성되고, 반대측에 위치하는 다른 단부에는 형성되지 않는다. 예를 들면, 도 4에서, 전극 리드(210)가 돌출된 파우치형 케이스(300)의 일 변은, x축 방향과 나란하고, 이 때, x축 방향의 + 방향쪽 단부, 즉 도면상 아래쪽 단부에는 노치부(330)가 형성되고, -방향쪽 단부, 즉 도면상 위쪽 단부에는 노치부(330)가 형성되지 않는다. 이러한 구성에 의하여, 파우치형 케이스(300) 내부에서 발화하여 온도가 상승하고 가스가 발생할 경우, 압력에 의해 전극 리드(210, 220)측 실링부(340)가 파손되기 이전에, 노치부(330)를 통하여 발화 및 가스가 벤팅되도록 유도될 수 있다. 즉, 노치부(330)가 형성되지 않는 경우, 발화 및 가스가 벤팅되는 위치를 예측하기 어렵고, 특히 전극 리드(210, 220)가 배치된 부분의 경우 다른 부분에 비해 실링이 다소 약할 수 있어서 이 부분을 통해 화염이 벤팅될 경우, 전극 리드(210, 220)와 인접하여 연결된 다른 부품 등이 급격하게 화염에 휩싸이게 되어 이차 전지(100) 및 이차 전지(100)가 포함되어 있는 전지 모듈 전체가 화염에 휩싸일 수 있다. 그러나, 본 실시예에서와 같이, 전극 리드(210, 220)가 형성된 위치를 기준으로 어느 한 쪽에만 노치부(330)를 형성함으로써, 화염 및 가스의 벤팅을 노치부(330)가 형성된 특정 위치로 유도할 수 있는바, 열 전파를 지연시킬 수 있다.
노치부(330)의 형상은, 도 2 내지 4에 도시한 바와 같이 내측으로 함몰된 곡률을 갖도록 하는 것에 의해 앞서 설명한 효과를 유도할 수 있다. 즉, 단지 모서리부분의 경사를 더 급하게 하거나, 다른 실링부(340)의 폭보다 얇게 하는 등의 변형만으로는 화염 및 가스의 벤팅을 유도하기 어렵다. 이 때, 노치부(330)의 곡률 반경은 2mm 이하일 수 있다. 곡률 반경이 2mm보다 클 경우, 노치부(330)가 충분히 형성되지 않아, 노치부(330)가 아닌 다른 부분에서 벤팅이 발생할 수 있다. 또한 노치부(330)의 폭은, 실링부(340)의 다른 부분의 폭, 즉 노치부(330)를 제외한 실링부(340)의 나머지 부분의 폭과 비교하여, 동일하거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다. 아울러, 노치부(330)의 형상은, 파우치형 케이스(300)의 가장자리를 따라 연장된 실링부(340)가, 내측으로 함몰된 형상이되, 대략 직각 형상을 갖도록 함몰되는 동시에, 직각 형상의 꼭지점 부분의 곡률 반경이 2mm 이하가 되도록 형성될 수 있다. 즉, 예를 들면, 도 4에서, y축의 -방향을 따라 내측으로 연장되고 이어서 x축의 +방향을 따라 연장되어 대략 직각인 형상을 갖되, 가장 내측 부분인 꼭지점 부분은 2mm 이하의 곡률 반경을 갖는 곡선 형상으로 형성할 수 있다. 아울러 이러한 형상에 있어서, 각 축을 따라 내측으로 연장된 부분의 길이는 각각 약 7mm 이상 약 13mm 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 실링부(340) 및 테두리부(300S1, 300S2)의 폭과 형상에 따라 적절하게 변형할 수 있다.
이와 같이, 전극 리드(210, 220)가 돌출된 변의 어느 한쪽 단부에만 파우치형 케이스(300)의 내측으로 함몰되는 곡률을 갖는 노치부(330)를 구비하는 것에 의해 파우치형 케이스(300) 내부에서 가스가 발생하거나, 내부 발화에 의해 압력이 증가하는 경우 노치부(330)를 통해 벤팅이 이루어지도록 유도할 수 있는바, 급격한 화염의 전파를 방지하여 열 전파를 지연시킬 수 있다.
다음으로, 도 5 내지 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예의 제1 내지 제3 변형예에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 변형예에 따른 이차 전지를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2 변형예에 따른 이차 전지를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 제3 변형예에 따른 이차 전지를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 변형예에 따른 이차 전지는, 노치부(330)가 형성된 부분의 파우치형 케이스(300)의 가장자리 부분이 노치부(330)의 형상을 따라 절단되지 않을 수 있다. 즉, 열융착에 의한 밀봉 공정에 의해 실링부(340)가 완성되고, 이 때 노치부(330)의 형상을 따라 열융착을 행함으로써 실링부(340)에 노치부(330)를 형성할 수 있다. 따라서 열융착 되지 않은 파우치형 케이스(300)의 나머지 부분은, 그대로 남아 있게 된다. 즉, 노치부(330)의 형상이 절단이나 절취 등의 변형을 통해 얻어지는 구성이 아니라, 열융착에 의해 얻어지는 실링부(340)의 일부 형상인바, 추가의 성형 공정 없이도 간단하게 노치부(330)를 구비하는 것이 가능하다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 변형예에 따른 이차 전지는, 파우치형 케이스(300)의 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)가 서로 분리된 구성이 아니라 연결된 구성을 갖는다, 즉 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 중 어느 한 쪽을 접는 것에 의해 파우치형 케이스(300)를 완성할 수 있고, 이 경우, 접는 부분은 실링부(340) 없이도 밀봉이 가능하게 되는바, 도 6에 나타난 바와 같이 실링부(340)가 파우치형 케이스(300)의 세 변을 따라 형성된다. 이에 따라 노치부(330)는 접는 선(도 6의 가장 하부를 구성하는 선)에 인접하여 형성될 수 있고, 이 경우 도 6에 도시된 바와 같이 전극 리드(210)로부터 더 멀리 위치하는 노치부(330)의 단부는, 접는 선과 맞닿게 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 변형예에 따른 이차 전지는, 노치부(330)를 이차 전지(100)의 길이 방향의 양측 단부에 모두 포함할 수 있다. 즉, 전극 리드(210, 220)가 돌출된 양측 단부에 각각의 노치부(330)를 포함할 수 있으며, 이 때에도, 전극 리드(210, 220)를 기준으로 어느 한쪽에만 노치부(330)를 형성하는 것에 의해 벤팅 위치를 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 7에서 x축 +방향 단부 모서리에만 노치부(330)를 형성할 수 있다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 복수의 이차 전지(100)를 세워서 적층하여 전지 모듈을 구성하는 경우, 노치부(330)가 형성된 부분을 일괄하여 하측에 배치하도록 함으로써, 열폭주 발생시 벤팅 방향을 모듈의 하측으로 제어할 수 있게 되는바 급격한 화염의 전파를 방지하여 열 전파를 지연시킬 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 노치부의 형상에 따른 벤팅 유도 효과를 테스트 한 결과에 대해 설명한다.
도 8의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 이차 전지의 테스트시 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 (a) 및 (b)에서의 모서리 부분은 모두 제2 변형예, 즉 도 6에 도시된 예를 따랐다.
도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 실시예에서는, 노치부(330)가 곡률 반경을 갖도록 설계하고, 이 때, 각 부분의 폭 a, b, c를 다르게 설정하여 실험을 진행하였다. 아울러 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 비교예에서는, 전극 리드(21)와 인접한 모서리 부분에서 실링부(34)에 경사가 발생하도록 형성하고, 이 때 경사 부분의 폭(b)을 달리하여 실험을 진행하였다.
각 실시예 및 비교예에서 이차 전지 내부의 온도를 상승시켜 내압이 상승한 경우, 노치부(330) 또는 그에 대응하는 위치에서 먼저 벤팅이 일어날 경우 통과로 판단하였고, 노치부(330) 또는 그에 대응하는 위치가 아닌, 전극 리드에 대응하는 위치 등 다른 부분에서 먼저 벤팅이 일어날 경우 실패로 판단하였다. 각 실시예 및 비교예에서 각 부분의 치수, 벤팅시 압력 및 테스트 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
a(mm) b(mm) c(mm) 곡률반경(mm) 벤팅시 압력(bar) 테스트 결과
실시예 1 11.0 2.0 4.0 2.0 5.04 통과
실시예 2 9.6 2.0 4.0 2.0 5.31 통과
실시예 3 8.0 2.0 4.0 2.0 6.21 통과
실시예 4 8.7 2.7 4.0 2.0 6.50 통과
비교예 1 - 2.67 4.0 - - 실패
비교예 2 - 2.0 4.0 - - 실패
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1-4와 같이 곡률을 갖는 노치부(330)가 형성된 경우, 실링부 및 노치부의 폭과 관계 없이 다른 부분의 벤팅이 일어나기 전에 노치부(330)를 통한 벤팅이 먼저 일어남을 확인하였다. 반면, 비교예 1, 2에 나타난 바와 같이, 모서리 부분(경사 부분)으로의 벤팅을 유도하기 위하여 해당 부분의 폭(b)을 실링부(34)의 폭(c)보다 작아지도록 변형하여도 해당 부분으로 벤팅이 일어나기 전에 다른 부분으로 먼저 벤팅이 일어나 벤팅 유도 효과가 없음을 확인하였다.한편, 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는 여러 개가 모여 전지 모듈을 구성할 수 있다. 이 때, 전지 모듈 내에서, 이차 전지에 포함된 노치부를 동일한 하나의 방향으로 졍렬하여 배치함으로써(예를 들면, 전지 모듈의 하부측) 열폭주 발생시 벤팅 방향을 일정한 방향으로 제어할 수 있게 되는바 급격한 화염의 전파를 방지하여 열 전파를 지연시킬 수 있다.
아울러, 이러한 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 이차 전지
200: 전극 조립체
300: 파우치형 케이스
330: 노치부
340: 실링부

Claims (10)

  1. 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체가 내장되어 있고, 서로 열융착되는 상부 케이스 및 하부케이스를 포함하는 파우치형 케이스를 포함하고,
    상기 파우치형 케이스는, 상기 파우치형 케이스의 가장자리의 적어도 일부를 따라 형성되고, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스가 열융착되어 형성되는 실링부를 포함하고,
    상기 전극 조립체와 연결된 전극 리드가 상기 파우치형 케이스의 일 변으로부터 돌출되며,
    상기 실링부는 상기 전극 리드가 돌출된 상기 일 변의 어느 하나의 단부에 형성된 노치부를 포함하고,
    상기 노치부는 상기 퍄우치형 케이스의 내측을 향해 함몰된 곡률을 갖는 이차 전지.
  2. 제1 항에서,
    상기 전극 리드를 사이에 두고 상기 노치부가 형성된 단부의 맞은 편에 위치하는 다른 단부에는, 상기 노치부가 형성되지 않는 이차 전지.
  3. 제1 항에서,
    상기 노치부의 폭은, 상기 실링부에서 상기 노치부를 제외한 다른 부분의 폭과 동일하거나 그보다 작은 이차 전지.
  4. 제1 항에서,
    상기 전극 리드는 상기 파우치형 케이스의 길이 방향의 양쪽 변으로부터 각각 돌출되는 이차 전지.
  5. 제4 항에서,
    상기 전극 리드가 돌출된 상기 양쪽 변에 있어서, 상기 전극 리드를 기준으로 동일한 방향의 단부에 각각 노치부를 포함하는 이차 전지.
  6. 제1 항에서,
    상기 노치부의 곡률 반경은 2mm 이하인 이차 전지.
  7. 제1 항에서,
    상기 노치부와 상기 파우치형 케이스의 가장자리 사이에, 상기 상부 케이스와 상기 하부케이스가 열융착되지 않은 부분이 배치되어 있는 이차 전지.
  8. 제1 항에서,
    상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 접는 선을 사이에 두고 일체로 형성되고,
    상기 노치부는 상기 접는 선에 인접하여 배치되는 이차 전지.
  9. 제1항에 따른 이차 전지를 복수개 포함하는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    복수개의 상기 이차 전지에서, 상기 노치부는 모두 동일한 방향을 향해 배열되는 전지 모듈.
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