KR20230079208A

KR20230079208A - 감압 기구, 전지 셀, 전지, 전기 장치 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20230079208A
Application number: KR1020237015099A
Authority: KR
Inventors: 쇼우준 후앙; 위리안 쩡; 펑 왕; 신샹 첸; 옌위 류
Original assignee: 컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2023-06-05
Also published as: US20230261313A1; EP4207459A1; WO2023050236A1; CN116670921A; JP2023546798A

Abstract

본 출원의 실시예는 감압 기구, 전지 셀, 전지, 전기 장치 및 그의 제조 방법을 제공한다. 감압 기구는 전지 셀의 하우징 플레이트에 설치되는 것으로, 상기 감압 기구의 외주 영역에 위치하고, 상기 하우징 플레이트와 연결되기 위한 연결부; 일단이 상기 연결부와 연결되고, 타단이 상기 전지 셀 내부를 향해 경사지게 연장되는 제1 부분; 상기 제1 부분의 상기 연장된 일단에 연결되는 취약부; 및 상기 전지 셀 내부를 향해 돌출된 형상을 가지면서 외측 가장자리 영역이 상기 취약부와 연결되는 제2 부분;을 포함하고, 상기 전지 셀의 내부 온도 또는 기압이 제1 기설정 값 미만인 경우, 상기 취약부는 상기 제1 부분 및/또는 상기 제2 부분에 의해 가압된다. 본 출원의 실시예의 기술적 해결방법은 감압 기구의 수명을 효과적으로 연장시킬 수 있다.

Description

감압 기구, 전지 셀, 전지, 전기 장치 및 그의 제조 방법

본 출원은 전지 분야에 관한 것으로, 구체적으로, 감압 기구, 전지 셀, 전지, 전기 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

과충전, 금속 도체에 의한 극판의 천공 및 핫박스 테스트 등 경우에는, 전지는 내부에 열과 기체가 급격히 축적되어 내부 기압이 상승하고 심할 경우 전지의 팽창 및 폭발로 이어질 수 있다.

따라서, 일반적으로 전지에는 감압 기구가 구비되어 있는 데, 전지 내부의 기압이나 온도가 일정 수준 이상으로 상승하면 감압 기구가 제때에 열리고 내부의 기체가 감압 기구를 경유하여 배출되므로 전지의 폭발을 방지한다. 기존 기술에서, 전지가 정상적인 동작 상태에 있고 전지 내부의 기압이 감압 기구의 설계 작동 압력보다 낮더라도, 감압 기구가 때때로 무효로 될 경우도 있고 이로 인해 감압 기구의 사용 수명이 단축되게 하여 전지의 안전 성능에 영향을 미치게 된다.

본 출원의 실시예는 기압이 낮을 경우 감압 기구가 무효로 되는 것을 방지할 수 있어서, 감압 기구의 사용 수명을 연장시키고 전지의 안전 성능을 향상시키는 감압 기구, 전지 셀, 전지, 전기 장치 및 그의 제조 방법을 제공한다.

제1 측면에 있어서, 전지 셀의 하우징 플레이트에 설치되는 감압 기구에 있어서, 상기 감압 기구의 외주 영역에 위치하고, 상기 하우징 플레이트와 연결되기 위한 연결부; 일단이 상기 연결부와 연결되고, 타단이 상기 전지 셀 내부를 향해 경사지게 연장되는 제1 부분; 상기 제1 부분의 상기 연장된 일단에 연결되는 취약부; 및 상기 전지 셀 내부를 향해 돌출된 형상을 가지면서 외측 가장자리 영역이 상기 취약부와 연결되는 제2 부분;을 포함하고, 상기 전지 셀의 내부 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 미만인 경우, 상기 취약부는 상기 제1 부분 및/또는 상기 제2 부분에 의해 가압되는, 감압 기구를 제공한다.

본 출원의 실시예에 따른 감압 기구에 있어서, 전지 셀 내부의 기압 작용에 의해 전지 셀 내부를 향해 경사지게 돌출되는 제1 부분 및 전지 셀 내부를 향해 돌출된 형상을 가진 제2 부분은 전지 셀 내부로부터 멀어지는 방향으로 이동하거나, 또는 전지 셀 내부로부터 멀어지는 방향으로 이동할 경향이 있고, 제1 부분은 연결부에 의해 구속된다. 따라서, 전지 셀 내부의 기압 또는 온도가 상대적으로 낮을 경우, 구체적으로 제1 기설정 값 미만인 경우, 전지 셀 내부를 향하는 감압 기구의 일측 윤곽은 둘레 길이 감소해지면서 감압 기구의 중심으로 수축될 경향이 있고, 취약부는 제1 부분 및/또는 제2 부분에 의해 가압되어 취약부의 파열을 억제할 수 있으므로 감압 기구가 낮은 기압에서 크리프에 의해 무효로 되는 것을 방지하고 감압 기구의 수명을 효과적으로 연장시키게 된다.

일부 실시예에 있어서, 전지 셀 내부의 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 이상으로 더 증가되는 경우, 제1 부분 및 제2 부분은 전지 셀 내부로부터 멀어지는 방향으로 추가 이동하여, 전지 셀 내부를 향해 돌출된 형상을 가진 제2 부분은 전지 셀의 내부로부터 멀어지는 방향을 향해 돌출된 형상으로 변형되면서 취약부는 제1 부분 및/또는 제2 부분에 의해 인장하게 되어 취약부의 파열을 촉진하고 급속 감압을 이루어 전지의 폭발을 보다 효과적으로 방지하게 된다.

일부 실시예에 있어서, 상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께 이상이다. 제2 부분은 상대적으로 얇고 제1 부분은 상대적으로 두껍기 때문에 전지 셀 내부의 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 이상으로 더욱 증가되는 경우 제2 부분은 전지 셀 내부로부터 멀어지는 방향을 향해 돌출된 형상으로 보다 쉽고 빠르게 변형하면서 큰 변형을 일으킨 반면, 제1 부분은 변형이 작게 발생하므로, 취약부를 보다 효과적으로 인장시켜 취약부의 파열을 촉진하고 급속 감압을 이루어 전지의 폭발을 방지하게 된다.

일부 실시예에 있어서, 상기 전지 셀의 내부 온도 또는 기압이 제2 기설정 값 이상인 경우, 상기 취약부가 작동하여 상기 전지 셀의 내부 압력이 상기 감압 기구를 통해 방출되도록 한다. 즉, 제2 기설정 값은 감압 기구의 파열 압력 또는 온도이며, 전지 셀의 내부 온도 또는 기압이 제2 기설정 값 이상인 경우 취약부는 작동하여 감압 기능을 구현한다.

일부 실시예에 있어서, 상기 제2 부분은, 상기 외측 가장자리 영역과 연결되고, 그리고 상기 감압 기구가 설치된 상기 하우징 플레이트의 부위에 대략 평행하는 중간 영역;을 더 포함한다.

중간 영역이 엔드캡에 대략 평행하기 때문에 제2 부분은 너무 급격히 변형될 수 없고, 이로써 제2 부분에 파열이 쉽게 발생하지 않고, 취약부 이외의 위치에서 작동할 위험을 감소시킬 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 제2 부분에는 박벽 영역이 구비된다.

박벽 영역이 구비됨으로써, 제2 부분이 기압 작용에 의해 더 쉽게 변형되도록 할 수 있다. 감압 기구의 크기가 작고 제2 부분을 전체적으로 충분히 얇게 만들기가 쉽지 않을 경우, 박벽 영역이 구비됨으로써 제2 부분의 변형을 쉽게 구현하고 취약부의 작동을 촉진할 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 제1 부분에는 보강 구조체가 구비된다.

보강 구조체가 구비됨으로써, 제1 부분의 강도를 향상시키고 취약부에 대한 지지를 강화할 수 있어서, 제1 부분의 불필요한 변형을 방지하고 제1 부분이 상대적으로 낮은 기압 또는 온도에서 취약부를 효과적으로 가압하도록 확보하며 취약부의 파열을 억제하므로, 전지 셀이 정상적으로 작동할 때 감압 기구가 작동하는 것을 방지하여 감압 기구의 수명을 효과적으로 연장시키게 된다.

일부 실시예에 있어서, 상기 보강 구조체는, 상기 제1 부분의 일측면에 구비되고 돌기된 보강 리브를 포함한다.

이 보강 리브는 제1 부분의 일부 영역의 두께를 증가시키고 제1 부분의 강도를 향상시킬 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 보강 구조체는, 상기 제1 부분의 타측면에 구비되고 상기 보강 리브에 대응하는 위치에 있는 오목부를 더 포함한다.

이 오목부는 제1 부분의 강도를 향상시킬 수 있고, 그리고 이 보강 리브와 오목부는 스탬핑으로 형성될 수 있어 제조가 용이하다.

일부 실시예에 있어서, 상기 연결부는 환형 형상이고, 2개의 직선부 및 상기 2개의 직선부의 단부와 각각 연결되는 2개의 호형부를 포함하며, 상기 보강 구조체는 상기 직선부에 대응하는 상기 제1 부분에 위치한다.

직선부에서의 제1 부분의 안정성은 호형부보다 나쁘기 때문에, 직선부에 대응하는 위치에 보강 구조체를 배치함으로써 제1 부분의 강도를 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.

즉, 감압 기구의 윤곽은 트랙 형상으로 되고, 더 큰 배기 면적이 구현될 수 있어 감압에 유리하다.

일부 실시예에 있어서, 상기 취약부는 적어도 일부 영역의 두께가 상기 제1 부분 및 제2 부분의 두께 미만이다. 즉, 취약부의 일부의 두께가 얇아지지 않기 때문에 취약부가 파열될 때 제2 부분은 기류와 같은 배출물과 함께 배출되지 않는다.

일부 실시예에 있어서, 상기 취약부는 요홈이다. 요홈 구조는 스탬핑에 의해 성형될 수 있어, 제조가 용이하다.

제2 측면에 있어서, 본 출원은 제1 측면에 따른 감압 기구를 포함하는 전시 셀을 제공한다.

제3 측면에 있어서, 본 출원은 제2 측면에 따른 전지 셀을 포함하는 전지를 제공한다.

제4 측면에 있어서, 본 출원은 제3 측면에 따른 전지를 전기 에너지 공급용으로 포함하는 전기 장치를 제공한다.

제5 측면에 있어서, 하우징 플레이트와 연결하기 위해 감압 기구의 외주 영역에 설치되도록 연결부를 제공하는 단계; 일단이 상기 연결부와 연결되고 타단이 전지 셀 내부를 향해 경사지게 연장되도록 제1 부분을 제공하는 단계; 상기 제1 부분의 상기 연장된 일단에 연결되도록 취약부를 제공하는 단계; 및 전지 셀 내부를 향해 돌출된 형상을 가지면서 외측 가장자리 영역이 상기 취약부와 연결되도록 제2 부분을 제공하는 단계;를 포함하고, 상기 전지 셀의 내부 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 이하인 경우, 상기 취약부는 상기 제1 부분 및/또는 상기 제2 부분에 의해 가압되는, 감압 기구의 제조 방법을 제공한다.

상술한 설명은 본 출원의 기술적 해결방법에 대한 개요일 뿐이며, 본 출원의 기술적 해결수단을 보다 명확하게 이해하기 위해서는 명세서의 내용에 따라 실시할 수 있고, 하기는 본 출원의 상기 목적 및 다른 목적, 특징 및 장점이 보다 명백하고 이해하기 쉽도록 본 출원에 따른 구체적인 구현예를 들어 설명하기로 한다.

다양한 다른 장점 및 이점은 하기와 같은 바람직한 구현예에 대한 상세한 설명으로부터 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백해질 것이다. 첨부 도면은 단지 바람직한 구현예를 예시하기 위한 것이며 본 출원을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 그리고, 도면의 전반에 걸쳐 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하였다. 도면에서,
도 1은 본 출원의 일부 실시예에 따른 차량의 개략적인 구조도이고,
도 2는 본 출원의 일부 실시예에 따른 전지의 개략적인 구조도이며,
도 3은 본 출원의 일부 실시예에 따른 전지 셀의 분리도이고,
도 4는 본 출원의 일부 실시예에 따른 엔드캡의 정면도이며,
도 5는 도 4의 a-a선에 따른 단면도이고,
도 6은 본 출원의 일부 실시예에 따른 감압 기구의 사시도이며,
도 7은 도 6의 감압 기구의 도면이고,
도 8은 도 7의 b-b선에 따른 단면도이며,
도 9는 도 8의 X1 영역의 확대도이고,
도 10은 전지 셀의 내부 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 미만인 경우의 감압 기구의 사시도이며,
도 11은 감압 기구의 단면도이고,
도 12는 도 11의 X2 영역의 확대도이며,
도 13은 전지 셀의 내부 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 이상으로 증가하고, 제2 부분이 상향 돌출된 상태로 변형된 경우의 사시도이고,
도 14는 감압 기구의 단면도이며,
도 15는 도 14의 X3 영역의 확대도이고,
도 16은 전지 셀의 내부 기압 또는 온도가 제2 기설정 값 이상으로 상승하고, 파열 직전의 감압 기구의 사시도이며,
도 17은 감압 기구의 단면도이고,
도 18은 도 17의 X4 영역의 확대도이며,
도 19는 본 출원의 일부 실시예에 따른 감압 기구에서 영역 X1에 대응하는 부분의 확대도로서, 감압 기구의 변형예가 도시되고,
도 20은 기존 기술에 따른 감압 기구의 초기 상태이며,
도 21은 도 20의 X5 영역의 확대도이고,
도 22는 낮은 기압에서의 기존 기술에 따른 감압 기구의 상태이며,
도 23은 도 22의 X6 영역의 확대도이고,
도 24는 기존 기술에 따른 감압 기구의 파열 상태가 도시되며,
도 25는 도 24의 X7 영역의 확대도이고,
도 26은 본 출원의 다른 실시예에 따른 감압 기구의 부분 확대도이며,
도 27은 본 출원의 또 다른 일부 실시예에 따른 감압 기구의 사시도이고,
도 28은 도 27의 X9 영역의 확대도이며,
도 29는 도 27의 감압 기구를 다른 방향에서 바라보는 사시도이고,
도 30은 도 29의 X10 영역의 확대도이며,
도 31은 전지 셀로부터 멀어지는 일측에서 바라보는 도 27의 감압 기구의 정면도이고,
도 32는 도 31의 감압 기구의 단면도이며,
도 33은 도 31의 감압 기구의 다른 단면도이고,
도 34는 본 출원의 일부 실시예에 따른 전지 셀의 제조 방법의 개략적인 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 기술적 해결방법에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 본 출원의 기술적 해결방법을 보다 명확하게 설명하기 위해 사용된 것일 뿐이며, 따라서 예로서만 사용되고 본 출원의 보호 범위를 제한하는 데 사용되어서는 안된다.

본 출원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는, 달리 정의되지 않는 한, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미를 가지며, 본 출원의 명세서에서 사용된 용어는 단지 구체적인 실시예를 설명하기 위한 것이고, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니며, 본 출원의 명세서, 청구범위 및 상기 도면의 간단한 설명에서 "포함하다" 및 "가지다"라는 용어 및 이들의 임의의 변형은 비배타적인 포함을 포괄하려는 의도이다. 본 출원의 명세서 및 특허청구범위 또는 상술한 도면에서 "제1", "제2" 등 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 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 가진 자에 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 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 있으며, 두 구성요소의 내부 연통일 수 있다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특정 상황에 따라 본 출원에서 상기 용어들의 구체적인 의미를 이해할 수 있다.

본 출원에 있어서, "및/또는"이라는 용어는 관련 대상 간의 연관 관계를 설명하기 위한 것으로 세 가지의 관계가 있을 수 있음을 의미하는 데, 예를 들어 A 및/또는 B는 A가 독립적으로 존재함, A 및 B가 동시 존재함, B가 독립적으로 존재함 등 세 가지 경우가 있음을 나타낸다. 본 출원에서 "/" 문자는 일반적으로 관련 대상이 "또는"의 관계임을 나타낸다.

본 출원에서 언급된 "복수"라는 용어는 2개 이상(2개 포함)을 의미하며, 만찬가지로 "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 있으며, 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 세 가지 유형으로 구분되며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 제한하지 않는다.

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 또는 복수의 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 세퍼레이터로 구성된다. 전지 셀은 주로 캐소드 극판과 애노드 극판 사이의 금속 이온 이동에 의해 동작한다. 캐소드 극판은 캐소드 집전체 및 캐소드 활물질층을 포함하며, 캐소드 집전체의 표면에는 캐소드 활물질층이 코팅되고, 캐소드 활물질층이 코팅되지 않은 집전체는 캐소드 활물질층이 코팅된 집전체보다 돌출되어 캐소드 활물질층이 코팅되지 않은 집전체는 캐소드 탭으로 사용된다. 리튬 이온 전지를 예로 들면, 캐소드 집전체의 재료는 알루미늄일 수 있고, 캐소드 활물질은 코발트산리튬, 인산철리튬, 삼성분계 리튬 또는 망간산리튬 등일 수 있다. 애노드 극판은 애노드 집전체 및 애노드 활물질층을 포함하며, 애노드 집전체의 표면에는 애노드 활물질층이 코팅되고, 애노드 활물질층이 코팅되지 않은 집전체는 애노드 활물질층이 코팅된 집전체보다 돌출되어 애노드 활물질층이 코팅되지 않은 집전체는 애노드 탭으로 사용된다. 애노드 집전체의 재료는 구리일 수 있고, 애노드 활물질은 탄소 또는 실리콘 등일 수 있다. 큰 전류가 퓨징 없이 흐르도록 하기 위해 캐소드 탭의 수는 여러 개이며 함께 적층되고, 애노드 탭의 수는 여러 개이며 함께 적층된다. 세퍼레이터의 재질은 PP 또는 PE 등일 수 있다. 또한, 전극 조립체는 권취형 구조 또는 적층형 구조일 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 한정되지 않는다.

전지 기술의 발전은 많은 설계 요소, 예를 들어 에너지 밀도, 사이클 수명, 방전 용량, 충방전 레이트 등과 같은 성능 파라미터를 동시에 고려해야 하고, 또한 전지의 안전성도 고려해야 한다.

전지 셀의 경우, 안전상의 주요 위험은 충방전 과정 및 적절한 주변 온도 설계에서 유래되는 데, 불필요한 손실을 효과적으로 피하기 위해, 일반적으로 전지 셀에 대한 최소 세 가지 보호 조치가 있다. 구체적으로, 보호 조치는 적어도 스위칭 소자, 적절한 세퍼레이터 재료 선택 및 감압 기구를 포함한다. 스위칭 소자는 전지 셀의 온도 또는 저항이 일정한 임계값에 도달하면 전지 셀의 충전 또는 방전을 중단시키는 소자를 의미한다. 세퍼레이터는 캐소드 극판과 애노드 극판을 격리하는 데 사용되며 온도가 일정 값까지 상승될 때 그것에 부착된 마이크로 스케일(또는 나노 스케일) 미세 기공을 자동적으로 용해시키므로, 금속 이온이 세퍼레이터를 통과할 수 없도록 하여 전지 셀 내부의 반응을 종단시키게 된다.

감압 기구는 전지 셀의 내부 기압 또는 온도가 기설정된 임계값에 도달하면 작동하여 내부 기압 또는 온도를 방출시키도록 하는 구성요소 또는 부재를 의미한다. 이 임계값의 수치는 다양한 설계 요구에 따라 달라지고 전지 셀의 캐소드 극판, 애노드 극판, 전해액 및 세퍼레이터 중 하나 또는 복수의 재질에 따라 결정된다. 감압 기구는 안전 벤트, 가스 체크밸브, 압력 릴리프 밸브 또는 안전 밸브 등의 형태일 수 있고, 구체적으로 압력 민감형 또는 온도 민감형 구성요소이나 구조로 제조될 수 있다. 전지 셀의 내부 기압 또는 온도가 기설정된 임계값에 도달하면 감압 기구가 동작하거나 감압 기구에 구비된 취약 구조체가 파열되어, 내부 기압 또는 온도가 방출할 수 있는 개구 또는 통로를 형성하게 된다.

본 출원에서 언급된 "작동"은 전지 셀의 내부 압력 및 온도가 배출될 수 있도록 감압 기구가 동작하거나 일정한 상태로 활성화됨을 의미한다. 감압 기구에 의한 동작은 감압 기구 중 적어도 일부가 파열, 파손, 찢어짐이나 열림 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 감압 기구가 작동하는 경우 전지 셀 내부의 고온 및 고압 물질은 배출물로서 작동한 부위에서 외부로 배출될 수 있다. 이와 같이, 제어 가능한 압력 또는 온도에서, 전지 셀의 압력과 온도는 해제되어 더 심각한 잠재적인 사고를 방지할 수 있다.

본 출원에서 언급된 전지 셀로부터의 방출물에는 전해액, 용해되거나 분열된 캐소드 극판 및 애노드 극판, 세퍼레이터 조각, 반응에 의해 발생한 고온 및 고압 기체, 화염 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

전지 셀 상의 감압 기구는 전지의 안전성에 중요한 영향을 미친다. 예를 들어, 단락, 과충전 등 현상이 발생하는 경우 전지 셀 내부의 열폭주를 초래하여 압력이나 온도는 급격히 상승되게 할 수 있다. 이 경우, 감압 기구가 작동하면, 내부 압력과 온도를 외부로 방출시켜 전지 셀의 폭발, 발화를 방지할 수 있다.

전지 셀이 정상적으로 동작할 때 전지 셀 내부에서 일정한 기압이 감압 기구에 가해질 수도 있는 데, 이 기압이 설계된 초기 작동 기압의 하한보다 낮지만 기압의 지속적인 작용과 전지 셀의 내부 온도의 작용에 의해 감압 기구의 결정 립계에서 이동이 발생하여 결정 입자가 결정 립계를 따라 확산되고, 궁극적으로 감압 기구는 구조적으로 얇아져서 감압 기구의 내압 능력이 떨어지게 되며, 이로써 설정된 작동 압력 미만의 작동 압력의 작용으로 감압 기구가 파열되어 무효로 될 가능성이 있다.

이러한 관점에서, 본 출원은 일단이 전지 셀 내부를 향하여 경사지게 연장된 제1 부분, 및 전지 셀 내부를 향해 돌출된 형상을 가지는 제2 부분을 포함하는 감압 기구를 제공한다. 전지 셀 내부의 기압과 온도의 작용으로 제2 부분은 전지 셀 내부로부터 멀어지는 방향으로 이동하지만, 연결 부분에 의해 구속된 제1 부분는 전지 셀 내부로부터 멀어지는 방향으로 이동할 경향이 있다. 따라서, 전지 셀 내부의 기압 또는 온도가 낮을 경우, 구체적으로 제1 기설정 값 미만인 경우, 전지 셀 내부를 향하는 감압 기구의 일측 윤곽은 둘레 길이 감소해지면서 감압 기구의 중심으로 수축될 경향이 있으며, 취약부는 제1 부분 및/또는 제2 부분에 의해 가압되어 취약부의 파열을 억제하므로 감압 기구가 낮은 기압에서 파열되는 것을 방지하고 감압 기구의 수명을 효과적으로 연장시키게 된다.

여기서, 제1 기설정 값은 제1 부분 및/또는 제2 부분이 취약부를 가압하는 상태에서 취약부를 인장시키는 상태로 변화하도록 하는 기압 또는 온도 값으로 정의된다.

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) 등과 같은 전지를 사용하는 다양한 장치에 다 적용된다.

본 출원의 실시예에서 설명된 기술적 해결방법은, 전술한 전기 장치에 적용될 뿐만 아니라 전지를 사용하는 모든 전기 장치에 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 그러나, 설명의 간결을 위해 하기 실시예에서는 모두 전기 차량을 예로 들어 설명하기로 한다.

다음으로, 본 출원의 구체적인 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 차량(800)의 개략적인 구조도이다. 차량(800)은 가솔린/디젤 자동차, 천연 가스 자동차 또는 신에너지 자동차일 수 있고, 신에너지 자동차는 순수 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 주행거리 연장형 전기차(EREV) 등일 수 있다. 차량의 내부에는 모터(400), 컨트롤러(300) 및 전지(500)가 구비될 수 있으며, 컨트롤러(300)는 전지(500)가 모터(400)에 전원을 공급하도록 제어한다. 예를 들어, 전지(500)는 차량의 하부 또는 차량의 전방이나 후방에 배치될 수 있다. 전지(500)는 차량에 전원을 공급하는 데 사용될 수 있으며, 예를 들어, 전지(500)는 작동 전원으로 차량(800)의 전기 회로 시스템에 사용될 수 있고, 예를 들어, 차량(800)의 시동, 내비게이션 및 작동 동안의 동작 전기 수요에 사용될 수 있다. 본 출원의 다른 실시예에 있어서, 전지(500)는 차량(800)의 작동 전원으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 연료유 또는 천연 가스를 전체 또는 부분적으로 대체하여 차량(800)의 구동 전원으로 사용되어 차량(800)의 구동력을 제공할 수 있다.

서로 다른 전력 요구 사항을 충족시키기 위해, 전지는 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. 전지는 전지 팩이라고도 할 수 있다. 선택적으로, 복수의 전지 셀은 먼저 직렬 또는 병렬 또는 혼합적으로 연결하여 전지 모듈로 조립한 후에, 복수의 전지 모듈을 직렬 또는 병렬 또는 혼합적으로 연결하여 전지로 조립한다. 다시 말하면, 복수의 전지 셀은 전지로 직접적으로 조립할 수 있고, 먼저 전지 모듈로 조립한 다음, 전지 모듈에 의해 전지로 조립할 수도 있다.

도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 전지(500)의 개략적인 구조도이다. 전지(500)는 복수의 전지 셀(1)을 포함할 수 있다. 전지(500)는 케이싱(600)(또는 커버라고 함)을 더 포함할 수 있고, 케이싱(600)은 속이 빈 중공 구조이며, 케이싱(600) 내부에는 복수의 전지 셀(1)이 수용되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 케이싱(600)은 서로 걸려 결합된 제1 케이스(601) 및 제2 케이스(602)를 포함할 수 있다. 제1 케이스(601) 및 제2 케이스(602)의 형상은 복수의 전지 셀(1)의 조립 형상에 따라 달라질 수 있고, 제1 케이스(601) 및 제2 케이스(602)는 모두 하나의 개구를 갖는다. 예를 들어, 제1 케이스(601)와 제2 케이스(602)는 모두 중공의 직육면체일 수 있고 각각의 일면만 개구면이 되며, 제1 케이스(601)의 개구와 제2 케이스(602)의 개구는 서로 대향하게 배치되고, 제1 케이스(601)와 제2 케이스(602)는 서로 걸려 결합하여 폐쇄된 챔버를 갖는 케이싱(11)으로 조립된다. 복수의 전지 셀(1)은 병렬, 직렬 또는 혼합 연결되어 조립된 후 제1 케이스(601)와 제2 케이스(602)가 걸려 형성된 케이싱에 수납된다.

상이한 전력 수요에 따라, 전지 셀(1)의 수는 임의의 수치로 설정될 수 있다. 복수의 전지 셀(1)은 큰 용량 또는 전력을 달성하기 위해 직렬, 병렬 또는 혼합 방식으로 연결될 수 있다. 각 전지(500)에 포함되는 전지 셀(1)의 수가 많을 수 있으므로, 설치를 용이하게 하기 위해 전지 셀(1)을 그룹으로 나누어 배치할 수 있고, 전지 셀(1)의 각 그룹은 전지 모듈을 구성한다. 전지 모듈에 포함되는 전지 셀(1)의 수는 제한되지 않으며, 필요에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 전지는 직렬, 병렬 또는 혼합 방식으로 연결될 수 있는 복수의 전지 모듈을 포함할 수 있다.

도 3은 본 출원의 일부 실시예에 따른 전지 셀(1)의 분리도이다. 도 4는 본 출원의 일부 실시예에 따른 엔드캡(10)의 평면도이다. 도 5는 도 4의 a-a 직선에서 화살표 A 방향에 따른 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전지 셀(1)은 하우징 플레이트(50) 및 하우징 플레이트(50) 내측에 배치된 전극 조립체(40)를 포함하며, 하우징 플레이트(50)는 엔드캡(10) 및 개구가 구비된 하우징(20)을 포함하고, 전극 조립체(40)는 하우징(20)의 개구를 경유하여 하우징(20) 내부에 배치된다. 전극 조립체(40)는 몸체부(41) 및 몸체부(41)로부터 연장되는 탭(42)을 포함한다. 몸체부(41)는 캐소드 극판, 애노드 극판 및 세퍼레이터를 포함한다. 몸체부(41)는 캐소드 극판, 세퍼레이터 및 애노드 극판이 권취되어 형성된 권취형 구조일 수도 있고, 캐소드 극판, 세퍼레이터 및 애노드 극판이 적층되어 형성된 적층형 구조일 수도 있다. 캐소드 탭(421) 및 애노드 탭(422)은 몸체부(41)의 동일 측에 위치할 수도 있고, 몸체부(41)의 대향하는 양측에 각각 위치할 수도 있다. 도 3에서는 캐소드 탭(421) 및 애노드 탭(422)이 몸체부(41)의 동일 측에 위치하는 경우를 예시적으로 도시한다. 엔드캡(10)은 하우징(20)의 개구를 덮어 전극 조립체(40)와 전해질이 수용되는 밀폐공간을 형성하며, 전해질은 전해액일 수 있다.

도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 일부 실시예로서는 감압 기구(100)는 엔드캡(10)의 대략 중간 부위에 배치되지만, 전극 조립체의 배치 방식 및 위치에 따라, 감압 기구(100)는 하우징 플레이트(50)의 다른 위치에 배치될 수도 있다. 엔드캡(10)에는 2개의 전극 단자(30)도 배치되는 데, 전극 단자(30)는 탭(42)과의 전기적 연결, 전지 셀(1)의 전기 에너지 출력, 또는 전지 셀 충전을 위한 외부 전원 연결에 사용된다. 감압 기구(100)는 2개의 전극 단자(30) 사이에 위치한다. 전지 셀(1)은 연결 부재(60)를 더 포함하고, 전극 단자(30)와 탭(42)은 연결 부재(60)를 통해 전기적으로 연결된다.

도 6은 본 출원의 일부 실시예에 따른 감압 기구(100)의 사시도이다. 도 7은 전지 셀 내부를 향하는 감압 기구(100)의 일측을 도시한 도면이다. 도 8은 도 7의 b-b 직선에서 화살표 B 방향에 따른 단면도이다. 도 9는 도 8의 X1 영역의 확대도이다.

도 6 내지 도 9는 감압 기구(100)의 초기 상태, 즉 압력이 가해지지 않은 상태가 도시된다.

도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 감압 기구(100)는 연결부(101), 제1 부분(102), 취약부(103) 및 제2 부분(104)을 포함한다. 연결부(101)는 감압 기구(100)의 외주 영역에 위치하며, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 엔드캡(10)과의 연결에 사용된다. 일 실시예로서는, 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이, 연결부(101)는 2개의 직선부(1011) 및 2개의 직선부(1011)의 단부와 각각 연결된 2개의 호형부(1012)를 포함하고, 전체적으로 트랙 형상으로 된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제1 부분(102)의 일단은 연결부(101)와 연결되고, 타단은 전지 셀(1) 내부의 전극 조립체(40) 방향, 즉 도 3에서의 하방을 향하여 경사지게 연장된다. 취약부(103)는 제1 부분(102)의 이 연장된 일단에 연결된다. 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 부분(104)은 전지 셀(1)의 내부를 향해 돌출된 형상을 가지고, 제2 부분(104)의 외측 가장자리 영역(1041)은 취약부(103)와 연결된다. 전지 셀(1) 내부의 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 미만인 경우, 취약부(103)는 제1 부분(102) 및/또는 제2 부분(104)에 의해 가압된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제1 부분(102)은 전체적으로 연결부(101)보다 전지 셀(1)의 내부에 더 가깝다. 제1 부분(102)의 연장된 부분의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 본 실시예에서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 부분(102)은 대략 직선 방향을 따라 전지 셀(1)의 내부를 향해 연장되어 있으나, 제1 부분(102)은 호형, 곡선 모양으로 연장될 수도 있다.

취약부(103)는 제1 부분(102)과 제2 부분(104) 사이, 즉, 제1 부분(102)의 연장된 일단에 위치하고, 제1 부분(102)보다 전지 셀(1)의 내부에 더 가깝다. 취약부(103)는 강도가 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)보다 약하고, 압력 방출 시 취약부(103)에서 작동되어 압력을 방출시킨다.

도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 부분(104)은 감압 기구(100)에서 면적이 가장 큰 부분으로서 감압 기구(100)의 중부에 위치하고, 외측 가장자리 영역(1041) 및 중간 영역(1042)(도 8 참조)을 포함하며, 외측 가장자리 영역(1041)의 일단은 취약부(103)와 연결되고, 타단은 중간 영역(1042)과 연결된다. 제2 부분(104)은 전체적으로 취약부(103)보다 전지 셀(1)의 내부에 더 가깝고, 그리고 전지 셀(1)의 내부를 향해 돌출된 형상을 가지며, 예를 들어, 제2 부분(104)은 전지 셀(1)의 내부를 향해 돌출된 아치형이나 불규칙한 돌출 형상일 수도 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 부분(104)의 외측 가장자리 영역(1041)은 전지 셀 내부를 향해 경사지게 연장되고, 연장 방향은 제1 부분(102)의 연장 방향과 대략 동일하며, 중간 영역(1042)은 감압 기구(100)가 배치된 엔드캡(10)에 대략 평행하다.

중간 영역(1042)이 엔드캡에 대략 평행하기 때문에 제2 부분(104)은 너무 급격히 변형될 수 없으며, 따라서 제2 부분(104)에 파열이 쉽게 발생하지 않고, 취약부(103) 이외의 위치에서 작동할 위험을 감소시킬 수 있다.

도 10 내지 도 18은 서로 다른 기압 또는 온도에서 본 출원의 일 실시예에 따른 감압 기구(100)의 상태가 도시된다.

도 10은 전지 셀(1)의 내부 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 미만인 경우의 감압 기구(100)의 사시도이다. 도 11은 감압 기구(100)의 단면도로서, 절단 위치 및 시야각은 도 8과 동일하므로, 도 8의 설명을 참조하면 된다. 도 12는 도 11의 X2 영역의 확대도이다.

전지 셀(1)이 정상적으로 동작할 때, 전지 셀(1) 내부의 기압 또는 온도는 상대적으로 낮다. 이하, 기압을 예로 들어 설명하기로 한다. 전지 셀(1) 내부의 기압은 감압 기구(100)에 지속적으로 작용하므로 제1 부분(102), 취약부(103) 및 제2 부분(104)은 위쪽으로 이동하거나 위쪽으로 이동할 경향이 있고, 제1 부분(102), 취약부(103) 및 제2 부분(104)은 전체적으로 감소된 윤곽의 둘레 길이를 갖고 중심을 향해 수축된다.

구체적으로, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 부분(102)이 전지 셀(1)의 내부로 기울어져 있기 때문에, 취약부(103)의 위치는 연결부(101)보다 전지 셀의 내부에 더 가깝고, 즉, 취약부(103)의 위치는 감압 기구(100)와 엔드캡(10)과의 고정 지점 위치보다 전지 셀 내부에 더 가깝다. 또한, 제1 부분(102)의 일단은 연결부(101)에 의해 구속되기 때문에, 전지 셀(1)의 내부로 연장되는 제1 부분(102)의 일단은 도 12의 우측 화살표 방향을 따라 취약부(103)를 가압하고, 이로써 취약부(103)의 파열을 억제하고, 전지 셀(1)이 정상적으로 동작할 때 감압 기구(100)가 크리프에 의해 무효로 되는 것을 방지하며 감압 기구의 수명을 효과적으로 연장시키게 된다. 마찬가지로, 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 부분(104)은 기압의 작용에 의해 위쪽으로 이동하면서 도 12의 좌측 화살표 방향을 따라 취약부(103)를 가압하고, 이로써 취약부(103)의 파열을 억제하고, 전지 셀(1)이 정상적으로 동작할 때 감압 기구(100)가 크리프에 의해 무효로 되는 것을 방지하며 감압 기구(100)의 수명을 효과적으로 연장시키게 된다.

도 13은 전지 셀(1)의 내부 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 이상으로 상승하고, 제2 부분(104)이 위쪽으로 뒤집어 돌출된 상태로 변형된 과정의 상태도이다. 도 14는 감압 기구(100)의 단면도로서, 절단 위치 및 시야각은 도 8, 도 11과 동일하다. 도 15는 도 14의 X3 영역의 확대도이다.

도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 전지 셀(1)의 내부 기압 또는 온도가 상승하여 제1 기설정 값에 도달하거나 초과하면, 제1 부분(102), 취약부(103) 및 제2 부분(104)은 전체적으로 계속 위쪽으로 이동하고, 여기서 제2 부분(104)은 크게 변형되어 아래쪽으로 돌출된 상태에서 위쪽으로 뒤집어 돌출된 상태로 변하게 된다. 이때, 제2 부분(104)의 중간 영역(1042)은 취약부(103)의 위로 이동하고, 제1 부분(102)은 연결부(101)에 의해 구속되어 이동폭이 매우 적게 된다. 제2 부분(104)이 뒤집은 후, 제2 부분(104)은 전체적으로 취약부(103)의 위로 이동하고, 제2 부분(104)은 도 12에 도시된 바와 같이 취약부(103)를 가압하는 상태에서 취약부(103)를 인장시키는 상태로 변하고, 취약부(103)의 파열을 촉진하고 빠른 감압을 달성하는 데 유리하다.

여기서, 제2 기설정 값은 감압 기구(100)의 기설정된 감압 온도 또는 압력 값을 나타낸다. 즉, 전지 셀(1)의 내부 온도 또는 압력 값이 제2 기설정 값에 도달하면 감압 기구(100)가 작동하고, 예를 들어 취약부(103)가 파열되어, 전지 셀(1) 내부의 압력은 감압 기구(100)를 통해 방출된다.

도 16은 전지 셀(1)의 내부 기압 또는 온도가 제2 기설정 값 이상으로 상승하고, 파열 직전의 감압 기구(100)의 사시도이다. 도 17은 감압 기구(100)의 단면도로서, 절단 위치 및 시야각은 도 8, 도 11 및 도 13과 동일하다. 도 18은 도 17의 X4 영역의 확대도이다.

도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 전지 셀(1)의 내부 기압 또는 온도가 제1 기설정 값에 도달하면, 제1 부분(102), 취약부(103) 및 제2 부분(104)은 전체적으로 계속하여 위쪽으로 이동하고, 취약부(103)에 보다 큰 인장력을 가한다. 제1 부분(102)은 연결부(101)에 의해 구속되고 이동폭이 매우 작게 되므로 제2 부분(104)과 제1 부분(102)에 의한 취약부(103)의 효과적인 인장을 이루고 취약부(103)를 파열시켜 전지 셀(1)의 내부 압력을 방출시킨다.

도 19는 도 9의 감압 기구(100)의 일 변형예가 도시된다.

도 19에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에 있어서, 제1 부분(102)의 두께는 제2 부분(104)의 두께 이상이다.

제2 부분(104)은 상대적으로 얇고 제1 부분(102)은 상대적으로 두껍기 때문에 전지 셀(1) 내부의 기압 또는 온도가 상승하는 경우 얇은 제2 부분(104)은 전지 셀(1) 내부로부터 멀어지는 방향을 향해 돌출된 형상으로 보다 쉽고 빠르게 변하고 그리고 큰 변형을 일으킨 반면, 두꺼운 제1 부분(102)은 작은 변형이 발생하므로, 제1 부분(102), 제2 부분(104)은 취약부(103)를 효과적으로 인장시켜 취약부(103)의 파열을 촉진하며 급속 감압을 이루어 전지의 폭발을 효과적으로 방지하게 된다.

이하, 비교예로서 기존 기술에 따른 감압 기구를 설명하기로 한다.

도 20은 기존 기술에 따른 감압 기구의 단면도로서, 절단 위치 및 시야각은 도 8과 동일하다. 도 21은 도 20의 X5 영역의 확대도이다.

도 20 내지 도 21은 감압 기구(200)의 초기 상태, 즉 압력이 가해지지 않은 상태가 도시된다.

도 20 내지 도 21에 도시된 기존 기술에 따른 감압 기구(200)는 연결부(201), 제1 부분(202), 취약부(203) 및 제2 부분(204)을 포함한다. 감압 기구(200)의 윤곽 형상은 본 출원에 따른 감압 기구(100)와 대략 동일하게 구성된다. 도 20에 도시된 바와 같이, 제1 부분(202), 제2 부분(204) 및 연결부(201)는 동일 평면 상에 위치하며, 감압 기구(200)의 제1 부분(202)은 전지 셀의 내부로 연장되지 않고, 제2 부분(204)은 전지 셀(1A)의 내부를 향해 돌출된 형상을 갖지 않는다.

도 22는 낮은 기압에서의 기존 기술에 따른 감압 기구(200)의 상태가 도시된다(절단 위치 및 시야각은 도 20과 동일함). 도 23은 도 22의 X6 영역의 확대도이다.

감압 기구(200)는 전지 셀이 정상적으로 동작할 때 전지 셀의 내부 기압의 영향을 받으며, 이때 제1 부분(202) 및 제2 부분(204)은 전지 셀의 내부로부터 멀어지는 방향을 향해 이동하고, 전지 셀의 내부 기압의 지속적인 작용으로 제1 부분(202) 및 제2 부분(204)은 각각 도 23의 화살표 방향을 따라 취약부(203)를 지속적으로 인장시키므로, 취약부(203)는 전지 셀이 정상적으로 동작할 때 낮은 기압의 작용으로도 파열될 수 있다.

도 24는 기존 기술에 따른 감압 기구의 파열 상태가 도시된다(절단 위치 및 시야각은 도 20과 동일함). 도 25는 도 24의 X7 영역의 확대도이다.

감압 기구(200)는 전지 셀의 내부 기압의 작용을 장시간 받는 데, 취약부(203)는 제1 부분(202) 및 제2 부분(204)에 의해 지속적으로 인장되면 크리프(creep)가 발생하여 제1 부분(202) 및 제2 부분(204)은 계속해서 위쪽으로 이동하게 되고, 결과적으로 전지 셀이 정상적으로 동작하는 상태에서도 취약부(203)가 파열되어 크리프에 의한 무효로 되게 한다.

도 26은 본 출원의 다른 실시예에 따른 감압 기구의 단면도의 일부 확대도가 도시된다(절단 위치 및 시야각은 도 8과 동일함).

도 26에 도시된 바와 같이, 제2 부분(104)에는 박벽 영역(1043)이 구비되고, 이 박벽 영역(1043)의 두께는 제2 부분(104)의 다른 영역의 두께보다 얇다. 일부 실시예에 있어서, 박벽 영역(1043)은 전지 셀(1)의 내부를 향해 개구된 환형 요홈이다.

감압 기구(100)의 크기가 작을 경우, 제2 부분(104)은 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 이상인 경우 제2 부분(104)이 전지 셀(1)의 내부로부터 멀어지는 방향을 향해 돌출된 상태로 변하는 것을 보장하며 취약부(103)의 파열을 촉진하고 크기가 큰 감압 기구와 동일한 감압 효과를 달성할 수 있도록 하기 위해 충분히 얇게 구성해야 한다. 그러나, 제조 장비 및 제조 공정의 한계로 인해 제2 부분(104)을 충분히 얇게 만드는 것은 어렵다. 따라서, 제2 부분(104)에는 박벽 영역(1043)이 구비될 수 있으며, 박벽 영역(1043)은 기압의 작용으로 제2 부분(104)의 다른 영역보다 더 쉽게 변형되어, 제2 부분(104)은 전지 셀(1) 내부로부터 멀어지는 방향을 향해 돌출된 상태로 쉽게 변하게 된다.

본 출원의 박벽 영역(1043)은 상술한 구조에 한정되지 않고, 전지 셀(1)의 내부로부터 멀어지는 방향으로 개구된 환형 요홈일 수도 있고, 제2 부분(104)의 상부면 및 하부면에 모두 환형 요홈이 구비될 수도 있다. 또한, 박벽 영역(1043)의 형상은 특별히 제한하지 않고, 환형 형상이 아니라 호형, 직선형 또는 기타 형상일 수도 있으며, 균일하게 기압을 견디는 것을 확보하기 위하여, 상기 박벽 영역(1043)은 바람직하게는 제2 부분(104)에 대칭적으로 구비된다. 또한, 박벽 영역(1043)의 수는 특별히 제한하지 않고, 필요에 따라 적절히 설정할 수 있다.

도 27은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀(1)의 내부로부터 멀어지는 감압 기구(100)의 일측에 대한 도면이다. 도 28은 도 27의 X9 영역의 확대도이다.

도 29는 도 27의 감압 기구(100)의 타측에 대한 사시도이다. 도 30은 도 29의 X10 영역의 확대도이다.

도 31은 도 27의 감압 기구(100)를 전지 셀(1)의 내부로부터 멀어지는 일측에서 바라보는 평면도이다. 도 32는 도 31의 감압 기구(100)의 단면도이다(절단 위치 및 시야각은 도 8과 동일함). 도 33은 도 31에서 직선 l-l에서 화살표 L 방향을 따른 감압 기구(100)의 단면도이다.

일부 실시예에 있어서, 도 27 내지 도 30에 도시된 바와 같이, 제1 부분(102)에는 보강 구조체(1021)가 구비된다.

크기가 큰 감압 기구의 경우, 감압 기구(100)의 면적이 더 크고 기압에 의한 압력이 높기 때문에 기압이 낮아도 제1 부분(102)은 크게 이동하여, 취약부(103)를 효과적으로 가압할 수 없다. 불필요한 변형을 방지하기 위해 제1 부분(102)의 두께를 증가시키면, 제1 부재와 설계된 취약부(103)의 두께 차이는 너무 크고, 원하는 두께의 취약부(103)를 형성하기 어려워 결과적으로 제조 비용이 증가되게 한다. 따라서, 보강 구조체(1021)를 배치함으로써, 제1 부분(102)의 강도를 향상시키면서 가공을 용이하게 할 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 도 33에 도시된 바와 같이, 제1 부분(102)의 일측면에 돌기된 보강 리브(1021b)가 구비된다. 보강 리브(1021b)는 전지 셀(1)의 내부로부터 멀어지는 제1 부분(102)의 일측에 구비될 수도 있고, 전지 셀(1)의 내부를 향하는 제1 부분(102)의 일측에 구비될 수도 있다.

일부 실시예에 있어서, 제1 부분(102)의 타측면, 그리고 보강 리브(1021b)에 대응하는 위치에 오목부(1021a)가 구비되고, 구체적으로, 도 33에 도시된 바와 같이, 보강 리브(1021b)와 오목부(1021a)에 의해 보강 구조체(1021)가 구성된다. 본 실시예에 있어서, 오목부(1021a)의 오목 깊이는 보강 리브(1021b)의 돌출 높이보다 크고, 오목부(1021a)의 개구의 폭(도 33의 좌우 방향)은 보강 리브(1021b)의 폭보다 작다. 따라서, 오목부(1021a)의 좌우 양측에는 2개의 부분 두께 증가부(1021c)가 형성되고, 이 부분 두께 증가부(1021c)의 두께는 제1 부분(102)의 다른 부위의 두께보다 두껍다. 이러한 구조는 제1 부분(102)의 전체 부피를 증가시키지 않지만, 힘을 받는 주요 방향에서 제1 부분(102)의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 구조를 갖는 보강 구조체(1021)는 스탬핑에 의해 형성될 수 있고 제조가 용이하다.

상기 구조 외에 보강 구조체(1021)는 제1 부분(102)의 일부 영역을 화학적으로 처리하여 강도를 증가시키는 구조일 수도 있다.

일부 실시예에 있어서, 도 27, 도 29 및 도 31에 도시된 바와 같이, 연결부(101)는 환형 형상의 판형 구조이고, 용접 등과 같은 방식에 의해 엔드캡(10)에 연결될 수 있다. 용접 위치는 엔드캡(10)의 외측에 있을 수 있고, 제1 부분(102)이 엔드캡의 두께를 넘어 연장되는 경우, 용접 위치는 또한 엔드캡(10)의 내측에 있을 수 있다. 연결부(101)는 2개의 직선부(1011) 및 2개의 직선부(1011)의 단부와 각각 연결된 2개의 호형부(1012)를 포함하고, 상기 보강 구조체(1021)는 직선부(1011)에 대응하는 제1 부분(102)에 위치한다. 직선부(1011)에서의 제1 부분(102)의 안정성은 호형부(1012)에서의 제1 부분(102)보다 나쁘기 때문에, 직선부(1011)에 대응하는 위치에 보강 구조체(1021)를 배치함으로써 제1 부분(102)의 강도를 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다. 물론, 보강 구조체(1021)는 필요에 따라 호형부(1012)에 대응하는 위치에 배치될 수도 있다. 2개의 직선부(1011)는 대략 서로 평행하고, 2개의 직선부(1011)와 2개의 호형부(1012)에 의해 형성된 연결부(101)는 전체적으로 환상의 트랙 형상으로 된다.

일반적인 원형 안전 시트에 비해, 본 실시예에 따른 연결부(101)는 환상의 트랙 형상으로 되며, 감압 기구(100)를 크기가 작은 전지 셀에 적용할 때, 길이와 폭이 동일한 영역의 경우, 압력 방출 시 배기 면적이 더 크고 기체가 더 빨리 배출될 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 감압 기구(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 감압 기구(100)는 2개의 전극 단자(30) 사이에 위치하고 2개의 호형부는 직선부보다 각각 감압 기구(100)의 양측에 있는 전극 단자(30)에 더 가깝고, 보다 구체적으로, 2개의 호형부(1012)의 원호 중점을 연결하는 선과 2개의 전극 단자(30)를 연결하는 선은 동일 직선 상에 있다. 예를 들어, 2개의 호형부(1012)의 원호 중점을 연결하는 선과 2개의 전극 단자(30)를 연결하는 선은 모두 도 4에 도시된 a-a 절단선 상에 있다. 이와 같이, 다른 배치 방향과 비교하면, 감압 기구(100)는 응력의 작용으로 가장 큰 변형을 이룬다. 물론, 감압 기구(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 직선부가 전극 단자(30)에 더 가깝게 되도록 배치될 수도 있다.

일부 실시예에 있어서, 취약부(103)의 적어도 일부 영역의 두께는 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)의 두께보다 얇으며, 즉 취약부(103)의 모든 부분의 두께가 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)의 두께보다 얇은 것이 아니라, 취약부(103)의 일부의 두께만은 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)의 두께보다 얇고, 다른 부분의 두께는 제1 부분(102) 및/또는 제2 부분(104)의 두께 이상일 수 있다.

취약부(103)의 일부의 두께가 얇아지지 않기 때문에 취약부(103)가 파열될 때 제2 부분(104)은 기류와 같은 배출물과 함께 배출되지 않는다.

일부 실시예에 있어서, 취약부(103)는 요홈 구조로서, 예를 들어, 전지 셀(1)의 내부를 향하는 일측이 개구된 환형 요홈 구조이다. 또한, 이 환형 요홈 구조는 취약부(103)의 일부 영역의 두께가 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)의 두께보다 얇도록 복수의 간헐적 그루브를 포함할 수 있다.

취약부(103)는 홈 구조로서, 취약부(103)의 두께 및 강도는 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)보다 작아서 취약부(103)에 파열이 발생하기 쉽다.

그러나, 취약부(103)는 홈 구조에 제한되지 않고, 취약부(103)의 강도가 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)의 구조보다 충분히 작으면 된다. 예를 들어, 취약부(103)는 화학 처리에 의해 취약부(103)를 연화시켜 강도를 감소시키는 구조일 수도 있다.

이상에서는 본 출원의 일 실시예에 따른 감압 기구(100)에 대해 설명하였다.

본 출원의 다른 측면은 상술한 전지 셀(1)을 포함하는 전지(500)를 더 제공한다.

본 출원의 또 다른 측면은 상술한 전지(500)를 전기 에너지 제공용으로 포함하는 전기 장치를 더 제공한다. 선택적으로, 전기 장치는 도 1에 도시된 차량(800)일 수도 있고, 선박 또는 우주선일 수도 있다.

본 출원은 감압 기구의 제조 방법을 더 제공한다.

도 34는 본 출원의 일 실시예에 따른 감압 기구(100)의 제조 방법의 흐름도가 도시된다.

도 34에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 제조 방법은,

엔드캡(10)과 연결하기 위해 감압 기구(100)의 외주 영역에 설치되도록 연결부(101)를 제공하는 단계(S1);

일단이 연결부(101)와 연결되고 타단이 전지 셀 내부를 향해 경사지게 연장되도록 제1 부분(102)을 제공하는 단계(S2);

제1 부분(102)의 상기 연장된 일단에 연결되도록 취약부(103)를 제공하는 단계(S3); 및

전지 셀 내부를 향해 돌출된 형상을 가지면서 외측 가장자리 영역이 취약부와 연결되도록 제2 부분(104)을 제공하는 단계(S4);를 포함하고, 전지 셀의 내부 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 이하인 경우, 취약부(103)는 제1 부분(102) 및/또는 제2 부분(104)에 의해 가압된다.

보다 구체적으로, 연결부(101), 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)을 금속 재료를 이용하여 몰드를 통해 일체로 성형된다. 금속 재료로서는, 예를 들면 알루미늄박, 동박 등이다. 이때, 제1 부분(102)과 제2 부분(104)은 외관상 구별되지 않는다. 제1 부분(102)과 제2 부분(104) 전체를 걸쳐 펀칭이나 절삭 등에 의해 미리 설계된 위치에 요홈 모양의 취약부(103)를 형성하면, 도 6 내지 도 10에 도시된 감압 기구(100)가 얻어진다. 적절한 재료를 선택하고, 제1 부분(102)의 두께, 제1 부분(102)의 연장 길이, 제2 부분(104)의 면적, 제2 부분(104)의 두께, 취약부(103)의 두께 등 파라미터를 설정함으로써 전지 셀의 내부 기압 또는 온도가 제1 기설정 값 미만인 경우 취약부(103)가 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)에 의해 가압되는 효과를 달성할 수 있다. 특정 파라미터의 설계는 감압 기구의 크기 등에 따라 적절하게 설정되며, 본 출원에서 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 제1 부분(102)의 두께가 상기 제2 부분(104)의 두께 이상이 되도록 구성된다. 예를 들어, 이것은 성형 몰드에 대한 형상 조정을 통해 구현될 수 있다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 제2 부분(104)에는 제2 부분(104)의 변형을 용이하게 하기 위해 도 26에 도시된 박벽 영역(1043)이 구비된다. 박벽 영역(1043)은 제2 부분(104)에 대한 펀칭 또는 절삭 등에 의해 형성될 수도 있고, 몰드 형상에 대한 설정을 통해 제2 부분(104)과 일체로 성형될 수도 있다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 제1 부분(102)에는 취약부(103)를 지지하기 위해 도 27 내지 도 32에 도시된 보강 구조체(1021)가 구비된다. 보강 구조체(1021)는 제1 부분(102)에 대한 펀칭에 의해 형성될 수도 있고, 몰드 형상에 대한 설정을 통해 제1 부분(102)과 일체로 성형될 수도 있다.

마지막으로, 상기 각 실시예는 본 출원의 기술적 해결방법을 설명하기 위해 사용된 것일 뿐이고, 이를 제한하기 위한 것이 아님에 유의해야 하며, 본 출원은 전술한 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예에서 기재된 기술적 해결방법에 대해 여전히 수정될 수 있거나, 그 기술적 특징의 일부 또는 전부를 동등적으로 대체할 수 있음을 이해해야 하고, 그러나, 이러한 수정 또는 대체는 해당 기술적 해결방법의 본질을 본 출원의 각 실시예에 따른 기술적 해결방법의 범위에서 벗어나게 하는 것은 아니며, 이들 모두는 본 출원의 청구범위 및 명세서의 범위 내에 포함되어야 한다. 특히, 구조적 충돌이 없는 한, 각 실시예에서 언급된 각 기술적 특징은 어떠한 방식으로든 조합될 수 있다. 본 출원은 여기서 개시된 특정 실시예에 제한되지 않고, 청구범위의 범위 내부에 속하는 모든 기술적 해결방법을 포함한다.

1 : 전지 셀
10 : 엔드캡 20 : 하우징
30 : 전극 단자 40 : 전극 조립체
41 : 몸체부 42 : 탭
421 : 캐소드 탭 422 : 애노드 탭
50 : 하우징 플레이트 60 : 연결 부재
100 : 감압 기구 101 : 연결부
102 : 제1 부분 103 : 취약부
104 : 제2 부분
1041 : 외측 가장자리 영역 1042 : 중간 영역
1043 : 박벽 영역 1021 : 보강 구조체
1021b : 보강 리브 1021a : 오목부
1021c : 부분 두께 증가부 1011 : 직선부
1012 : 호형부 200 : 비교예의 감압 기구
201 : 연결부 202 : 제1 부분
203 : 취약부 204 : 제2 부분
300 : 컨트롤러 400 : 모터
500 : 전지 600 : 케이싱
601 : 제1 게이스 602 : 제2 케이스
800 : 차량

Claims

전지 셀의 하우징 플레이트에 설치되는 감압 기구에 있어서,
상기 감압 기구의 외주 영역에 위치하고, 상기 하우징 플레이트와 연결되기 위한 연결부;
일단이 상기 연결부와 연결되고, 타단이 전지 셀 내부를 향해 경사지게 연장되는 제1 부분;
상기 제1 부분의 상기 연장된 일단에 연결되는 취약부; 및
상기 전지 셀 내부를 향해 돌출된 형상을 가지면서 외측 가장자리 영역이 상기 취약부와 연결되는 제2 부분;을 포함하고,
상기 전지 셀의 내부 온도 또는 기압이 제1 기설정 값 미만인 경우, 상기 취약부는 상기 제1 부분 및/또는 상기 제2 부분에 의해 가압되는, 감압 기구.
제1 항에 있어서,
상기 전지 셀의 내부 온도 또는 기압이 상기 제1 기설정 값 이상인 경우, 상기 제2 부분은 상기 전지 셀 내부를 향해 돌출된 형상에서 상기 전지 셀 내부로부터 멀어지는 방향을 향해 돌출된 형상으로 변하고, 상기 취약부는 상기 제2 부분 및/또는 상기 제1 부분에 의해 인장되는, 감압 기구.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께 이상인, 감압 기구.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전지 셀의 내부 온도 또는 기압이 제2 기설정 값 이상인 경우, 상기 취약부가 작동하여 상기 전지 셀의 내부 압력이 상기 감압 기구를 통해 방출되도록 하는, 감압 기구.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 부분은, 상기 외측 가장자리 영역과 연결되고 그리고 상기 감압 기구가 설치된 상기 하우징 플레이트의 부위에 대략 평행하는 중간 영역;을 더 포함하는, 감압 기구.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 부분에는 박벽 영역이 구비되는, 감압 기구.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 부분에는 보강 구조체가 구비되는, 감압 기구.
제7 항에 있어서,
상기 보강 구조체는, 상기 제1 부분의 일측면에 구비되고 돌기된 보강 리브를 포함하는, 감압 기구.
제8 항에 있어서,
상기 보강 구조체는, 상기 제1 부분의 타측면에 구비되고 상기 보강 리브에 대응하는 위치에 있는 오목부를 더 포함하는, 감압 기구.
제8 항 또는 제9 항에 있어서,
상기 연결부는 환형 형상이고, 2개의 직선부 및 상기 2개의 직선부의 단부와 각각 연결되는 2개의 호형부를 포함하고, 상기 보강 구조체는 상기 직선부에 대응하는 상기 제1 부분에 위치하는, 감압 기구.
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 취약부는 적어도 일부 영역의 두께가 상기 제1 부분 및 제2 부분의 두께 미만인, 감압 기구.
제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 취약부는 요홈인, 감압 기구.
제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따른 감압 기구를 포함하는, 전지 셀.
제13 항에 따른 전지 셀을 포함하는, 전지.
제14 항에 따른 전지를 전기 에너지 제공용으로 포함하는, 전기 장치.
하우징 플레이트와 연결하기 위해 감압 기구의 외주 영역에 설치되도록 연결부를 제공하는 단계;
일단이 상기 연결부와 연결되고 타단이 전지 셀 내부를 향해 경사지게 연장되도록 제1 부분을 제공하는 단계;
상기 제1 부분의 상기 연장된 일단에 연결되도록 취약부를 제공하는 단계; 및
전지 셀 내부를 향해 돌출된 형상을 가지면서 외측 가장자리 영역이 상기 취약부와 연결되도록 제2 부분을 제공하는 단계;를 포함하고,
상기 전지 셀의 내부 온도 또는 기압이 제1 기설정 값 미만인 경우, 상기 취약부는 상기 제1 부분 및/또는 상기 제2 부분에 의해 가압되는 것을 특징으로 하는, 감압 기구의 제조 방법.
제16 항에 있어서,
상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께 이상이 되도록 구성되는, 제조 방법.
제16 항 또는 제17 항에 있어서,
상기 제2 부분의 변형에 유리하기 위해 상기 제2 부분에 박벽 영역이 구비되는, 제조 방법.
제16 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 취약부를 지지하기 위해 상기 제1 부분에 보강 구조체가 구비되는, 제조 방법.