KR20230148647A

KR20230148647A - 벤팅장치 및 이를 구비하는 각형 이차전지

Info

Publication number: KR20230148647A
Application number: KR1020220047703A
Authority: KR
Inventors: 이용호; 이진규; 윤두한
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2022-04-18
Filing date: 2022-04-18
Publication date: 2023-10-25
Also published as: CN117397107A; JP2024519793A; EP4322302A1; WO2023204538A1

Abstract

개시되는 발명은 벤팅장치에 관한 것으로서, 관통 중공형의 몸체를 구비하고, 상기 몸체 상부의 내주면에 제1 단차부가 구비된 고정부재;와, 상기 고정부재의 내부에 삽입 결합하고, 복수의 벤팅 홀을 구비하며, 하부 외주면에 상기 제1 단차부와 마주보는 제2 단차부가 구비된 가동부재; 및 상기 고정부재와 가동부재 사이에 척력을 작용하는 간격유지 부재를 포함하고, 상기 가동부재는 상기 고정부재에 대해, 상기 간격유지 부재가 작용하는 척력에 의해 유지되는 제1 위치와, 상기 척력을 초과하는 외력이 작용했을 때의 제2 위치 사이를 이동할 수 있고, 상기 제1 위치와 제2 위치에서 외부와 연통하는 상기 가동부재의 벤팅 홀의 개수가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

Description

벤팅장치 및 이를 구비하는 각형 이차전지{VENTING DEVICE AND PRISMATIC SECONDARY BATTERY HAVING THE SAME}

본 발명은 이차전지의 내압 증가에 의한 구조 붕괴를 방지하는 벤팅장치 및 이를 구비하는 각형 이차전지에 관한 것이다.

이차전지는 일차전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가하고, 또한 환경보호의 시대적 요구에 맞춰 부각되는 전기 차량과 에너지 저장 시스템 등으로 인해 에너지원으로서의 이차전지의 수요는 더욱 급격하게 증가하고 있다.

이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.

이차전지는 장기간 동안 연속적인 사용이 요구되므로, 충방전 과정 중에 발생하는 열을 효과적으로 제어할 필요가 있다. 이차전지의 냉각이 원활히 이루어지지 못할 경우에는 온도상승이 전류의 증가를 야기하고, 전류의 증가가 또다시 온도상승의 원인이 되는 정귀환의 연쇄반응이 일어나, 결국 열 폭주(Thermal Runaway)의 파국상태에 이르게 된다.

이차전지에 열 폭주가 발생하면 고온의 가스와 입자가 생성되고 내압이 증가한다. 이러한 상황에서 이차전지 내부의 압력을 적절히 배출함으로써 이차전지의 구조 붕괴를 방지할 필요가 있으며, 이를 위해 벤팅장치가 구비된다. 벤팅장치는 평상시에는 외부 이물질이나 수분의 침투를 막기 위해 폐쇄되어 있지만, 이차전지의 내압이 기준 이상으로 상승하면 이에 연동하여 개방되어 고온의 가스와 입자를 외부로 배출한다.

벤팅장치가 외부로 배출하는 고온의 입자, 예를 들어 가열전극은 외부 발화의 원인이 될 수 있으므로, 고온 입자의 배출을 적절히 제어할 필요가 있다. 그러나, 고온 입자의 배출을 강하게 억제하게 되면 내압이 적절히 해소되지 못함에 따라 이차전지의 구조가 붕괴되어 오히려 더 큰 피해를 일으킬 수도 있다.

따라서, 외부 화재의 원인이 될 수 있는 점화원의 배출 억제와 이차전지 내부의 압력 해소를 적절히 양립시킬 수 있는 벤팅장치에 대한 개발이 필요하다.

미국공개특허 제2017-0187020호 (2017.06.29)

본 발명은 이차전지에서 열 폭주에 의해 발생한 점화원의 배출 억제와 이차전지 내부의 압력 해소를 적절히 양립시킬 수 있는 벤팅장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 벤팅장치에 관한 것으로서, 관통 중공형의 몸체를 구비하고, 상기 몸체 상부의 내주면에 제1 단차부가 구비된 고정부재;와, 상기 고정부재의 내부에 삽입 결합하고, 복수의 벤팅 홀을 구비하며, 하부 외주면에 상기 제1 단차부와 마주보는 제2 단차부가 구비된 가동부재; 및 상기 고정부재와 가동부재 사이에 척력을 작용하는 간격유지 부재를 포함하고, 상기 가동부재는 상기 고정부재에 대해, 상기 간격유지 부재가 작용하는 척력에 의해 유지되는 제1 위치와, 상기 척력을 초과하는 외력이 작용했을 때의 제2 위치 사이를 이동할 수 있고, 상기 제1 위치와 제2 위치에서 외부와 연통하는 상기 가동부재의 벤팅 홀의 개수가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 간격유지 부재는, 상기 고정부재에 구비되는 제1 마그넷과, 상기 가동부재에 구비되는 제2 마그넷을 포함한다.

상기 제1 마그넷은 상기 제1 단차부 상에 구비되고, 상기 제2 마그넷은 상기 제2 단차부 상에 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 간격유지 부재는, 상기 제1 단차부와 제2 단차부 중 적어도 어느 하나에 설치되는 탄성부재를 포함한다.

예를 들어, 상기 탄성부재는 리프 스프링일 수 있다.

한편, 상기 복수의 벤팅 홀은, 상기 제1 위치 및 제2 위치 모두에서 외부와 연통하는 제1 벤팅 홀과, 상기 제2 위치에서만 외부와 연통하는 제2 벤팅 홀을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 벤팅 홀은, 상기 고정부재의 내부에 삽입 결합한 가동부재의 외부로 노출된 상면에 배치된다.

그리고, 상기 제2 벤팅 홀은, 상기 고정부재의 내부에 삽입 결합한 가동부재의 측면에 배치된다.

그리고, 상기 제1 벤팅 홀 및 제2 벤팅 홀은 각각 복수로 구비되고, 상기 제1 벤팅 홀의 각 단면적보다 상기 제2 벤팅 홀의 각 단면적이 더 크게 설계될 수 있다.

다른 한편으로, 본 발명의 벤팅장치는, 상기 고정부재에 결합하여 상기 가동부재의 하면을 지지하는 배리어를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따라, 상기 배리어는, 불투수성 섬유이거나 또는 취약부가 형성된 금속 박판일 수 있다.

여기서, 상기 배리어의 파단강도는, 상기 간격유지 부재가 작용하는 척력보다 작은 것이 바람직할 수 있다.

그리고, 상기 가동부재의 상면에는 복수의 제1 벤팅 홀을 둘러싸는 하나 이상의 파단부가 구비되고, 상기 파단부는 상기 가동부재를 상기 제2 위치로 이동시키는 외력을 초과하는 힘이 작용하면 파단되는 것으로 설계될 수도 있다.

한편, 본 발명은, 어느 일면이 개방면을 형성하는 케이스;와, 상기 케이스 안에 수납되는 적어도 하나의 전지 셀;과, 상기 전지 셀의 전극 리드와 전기적으로 연결되는 전극 단자를 구비하고, 상기 케이스의 개방면에 결합하는 단자 플레이트; 및 상기 단자 플레이트에 결합하는 상기의 구성을 구비하는 벤팅장치를 포함하는 각형 이차전지를 제공할 수 있다.

상기 단자 플레이트와 벤팅장치의 결합면에 오-링이 개재될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 벤팅장치는 이차전지 내부에서 발생한 내압에 따라 벤팅 홀의 개수, 즉 벤팅 유로의 단면적이 가변된다. 이에 따라, 열 폭주의 발생 강도에 연동하여 벤팅 홀의 개수가 변동함으로써 고온 점화원의 과도한 배출을 억제하면서 이차전지 내부의 압력을 적절히 해소할 수 있다.

또한, 본 발명의 벤팅장치는 복수의 벤팅 홀의 단면적을 벤팅 영역별로 다르게 설계하고, 단면적이 더 큰 벤팅 홀은 열 폭주의 발생 강도가 강해졌을 때 외부와 연통하도록 구성되어 있다. 따라서, 열 폭주가 강해졌을 때 신속히 내압을 해소함으로써 이차전지의 구조 붕괴를 방지하고, 배출되는 고온 점화원의 입자 크기를 적절히 제한할 수 있다.

다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 벤팅장치에 대한 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 벤팅장치가 제1 위치에 있는 상태를 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 "A-A" 절개선에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 벤팅장치가 제2 위치에 있는 상태를 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 "B-B" 절개선에 따른 단면도.
도 6은 간격유지 부재에 대한 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 벤팅장치에 대한 단면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 가동부재의 상면을 확대 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 벤팅장치가 구비된 각형 이차전지의 일례를 도시한 도면.
도 10은 도 9의 "C-C" 절개선에 따른 단면도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.

본 발명은 벤팅장치에 관한 것으로서, 관통 중공형의 몸체를 구비하고, 상기 몸체 상부의 내주면에 제1 단차부가 구비된 고정부재와, 상기 고정부재의 내부에 삽입 결합하고, 복수의 벤팅 홀을 구비하며, 하부 외주면에 상기 제1 단차부와 마주보는 제2 단차부가 구비된 가동부재 및 상기 고정부재와 가동부재 사이에 척력을 작용하는 간격유지 부재를 포함한다.

여기서, 상기 가동부재는 상기 고정부재에 대해, 상기 간격유지 부재가 작용하는 척력에 의해 유지되는 제1 위치와, 상기 척력을 초과하는 외력이 작용했을 때의 제2 위치 사이를 이동할 수 있고, 상기 제1 위치와 제2 위치에서 외부와 연통하는 상기 가동부재의 벤팅 홀의 개수가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 이하의 설명에서 사용되는 상대적인 위치를 지정하는 전후나 상하좌우의 방향은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 특별한 정의가 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다.

[제1 실시형태]

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 벤팅장치(10)에 대한 분해 사시도로서, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시형태에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 벤팅장치(10)에 관한 것으로서, 이차전지(500)의 케이스(510) 내부에서 발생한 열 폭주에 기인하는 내압 상승을 완화하는 역할을 한다. 본 발명의 벤팅장치(10)는, 고정부재(100)와 가동부재(200), 그리고 고정부재(100)와 가동부재(200) 사이에 개재되는 간격유지 부재(300)를 포함한다.

고정부재(100)는 관통 중공형의 몸체(110)를 구비하고 있으며, 벤팅장치(10)의 메인바디를 이루는 부분이다. 관통 중공형 몸체(110)의 내부에 형성된 공간에 가동부재(200)가 삽입 결합하며, 몸체(110) 상부의 내주면에 제1 단차부(120)가 구비된다.

고정부재(100) 내부의 중공부에 상하이동이 가능하도록 결합하는 가동부재(200)는 복수의 벤팅 홀(210)을 구비한다. 복수의 벤팅 홀(210)은 이차전지(500) 내부의 전지 셀(520)에서 발생한 고온의 가스와 입자를 외부로 배출하는 유로이며, 또한 벤팅 홀(210)의 직경을 초과하는 사이즈의 입자를 걸러내는 필터의 역할을 겸하기도 한다. 가동부재(200)의 하부 외주면에 고정부재(100)의 제1 단차부(120)와 마주보는 제2 단차부(240)가 구비된다.

참고로, 고정부재(100)와 가동부재(200)는 상대 이동이 가능한데, 이차전지(500)에 설치된 벤팅장치(10)에서 움직이지 않는 부분이 고정부재(100)이고, 움직이는 부분이 가동부재(200)에 해당한다.

그리고, 간격유지 부재(300)는 고정부재(100)와 가동부재(200) 사이에 척력을 작용하는 구성이다. 즉, 간격유지 부재(300)는 고정부재(100)와 가동부재(200)가 서로 밀어내는 방향의 힘을 작용한다.

여기서, 척력의 의미는 전기력과 자기력에서의 척력만을 의미하는 것이 아니며, 이보다 넓은 의미로서 고정부재(100)와 가동부재(200)를 서로 밀어내는 방향으로 작용하는 일체의 힘을 포함하는 개념이다. 예를 들어, 탄성변형에 의한 탄성력이 고정부재(100)와 가동부재(200)를 서로 밀어내는 방향으로 작용하는 것도 본 발명에서 말하는 척력의 범위에 포함되는 것이다.

이러한 간격유지 부재(300)에 의해, 고정부재(100)에 대한 가동부재(200)의 상대적인 위치는 가변될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 벤팅장치(10)에 작용하는 이차전지(500)의 내압과 간격유지 부재(300)의 척력 사이의 힘의 균형에 따라 가동부재(200)의 상대적인 위치가 변하는 것이다.

가동부재(200)는 간격유지 부재(300)가 작용하는 척력에 의해 유지되는 제1 위치(P1)와, 간격유지 부재(300)의 척력을 초과하는 외력(예를 들어, 이차전지의 내압에 의한 외력)이 작용했을 때의 제2 위치(P2) 사이를 이동할 수 있다.

도 2는 본 발명의 벤팅장치(10)가 제1 위치(P1)에 있는 상태를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 "A-A" 절개선에 따른 단면도이다. 도면에 나타난 바와 같이, 간격유지 부재(300)의 척력을 초과하는 외력이 없는 평상시에는, 고정부재(100)의 내부에 삽입 결합한 가동부재(200)는 돌출되지 않고 가동부재(200)의 상면은 고정부재(100)의 상면에 거의 일치한다. 이에 따라, 제1 위치(P1)에서는 가동부재(200)의 외부로 노출된 상면에 배치된 벤팅 홀(210), 즉 제1 벤팅 홀(220)만 외부와 연통된다.

이에 대비하여, 도 4는 본 발명의 벤팅장치(10)가 제2 위치(P2)에 있는 상태를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 "B-B" 절개선에 따른 단면도이다. 제2 위치(P2)는, 가동부재(200)에 간격유지 부재(300)의 척력을 초과하는 외력이 작용했을 때의 최종 이동위치로서, 척력을 초과하는 외력에 의해 가동부재(200)는 고정부재(100)로부터 돌출된다. 이에 따라, 가동부재(200)의 측면에 배치된 벤팅 홀(210), 즉 제2 벤팅 홀(230)이 비로소 외부로 노출되고, 제1 벤팅 홀(220)은 물론 고정부재(100) 안에 숨어있었던 제2 벤팅 홀(230)도 외부와 연통하게 된다.

결국, 본 발명의 벤팅장치(10)는 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)에서 각각 외부와 연통하는 가동부재(200)의 벤팅 홀(210)의 개수가 서로 다르다. 달리 말한다면, 본 발명의 벤팅장치(10)는, 가동부재(200)에 구비된 복수의 벤팅 홀(210)이 제1 위치(P1) 및 제2 위치(P2) 모두에서 외부와 연통하는 제1 벤팅 홀(220)과, 제2 위치(P2)에서만 외부와 연통하는 제2 벤팅 홀(230)의 두 종류를 구비하고 있는 것이다.

참고로, 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)는 각각 가동부재(200)의 하한위치와 상한위치에 해당하는 것인데, 간격유지 부재(300)의 척력과 외력 사이의 힘의 균형에 따라 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 사이의 지점에 가동부재(200)가 위치할 수도 있다. 또한, 외력이 변화함에 따라 힘의 균형 위치도 변하므로, 가동부재(200)는 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 사이를 오르내릴 수도 있는 것이다.

그리고, 서로 마주보는 고정부재(100)의 제1 단차부(120)와 가동부재(200)의 제2 단차부(240)는 가동부재(200)의 제2 위치(P2)를 결정하는 스토퍼로서 기능한다. 즉, 제1 및 제2 단차부(120, 240)는 가동부재(200)가 제2 위치(P2)를 초과하여 밖으로 이탈하는 것을 방지한다.

한편, 제1 벤팅 홀(220) 및 제2 벤팅 홀(230)은 각각 복수로 구비될 수 있으며, 제1 벤팅 홀(220)의 각 단면적보다 제2 벤팅 홀(230)의 각 단면적이 더 크게 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 벤팅 홀(220)은 1.2㎜ 직경의 원형 홀로 형성되고, 제2 벤팅 홀(230)은 그 폭과 높이가 4.3×1.8㎜인 장 홀의 형태로 형성될 수 있다. 제2 벤팅 홀(230)은 전지 셀(520)의 열 폭주 정도가 강해져 척력 이상으로 내압이 상승한 경우에 개방되는 것으로서, 이런 상황에서는 고온 입자가 대형화되고 다량으로 발생하여 작은 구멍(예컨대, 1.2㎜ 직경의 제1 벤팅 홀)은 막힐 가능성이 있다. 벤팅 홀(210)이 폐색되면 이차전지(500) 내압이 해소되지 않아 이차전지(500)의 구조 붕괴를 야기할 수 있으므로, 제2 벤팅 홀(230)의 단면적을 더 크게 형성함으로써 안전성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시형태에서, 간격유지 부재(300)는, 고정부재(100)에 구비되는 제1 마그넷(310)과, 가동부재(200)에 구비되는 제2 마그넷(312)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 제1 마그넷(310)은 고정부재(100)의 제1 단차부(120) 상에 구비되고, 제2 마그넷(312)은 가동부재(200)의 제2 단차부(240) 상에 구비될 수 있다. 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(312) 사이에 척력이 작용하도록, 당연히 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(312)은 동일 자극이 서로 마주보도록 배치된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 간격유지 부재(300)는, 제1 단차부(120)와 제2 단차부(240) 중 적어도 어느 하나에 설치되는 탄성부재를 포함한다. 이러한 탄성부재인 간격유지 부재(300)의 예는 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 탄성부재의 예는 리프 스프링(320)으로서, 제1 단차부(120)와 제2 단차부(240) 사이에 개재된 리프 스프링(320)은 양쪽을 서로 밀어내는 척력을 발생한다. 이 외에도 코일 스프링이나 고무 블럭, 탄성이 우수한 스펀지 등의 각종 탄성부재도 간격유지 부재(300)로서 채택될 수 있다.

[제2 실시형태]

도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 벤팅장치(10)에 대한 단면도이다. 본 발명의 제2 실시형태에서, 벤팅장치(10)는 고정부재(100)에 결합하여 가동부재(200)의 하면을 지지하는 배리어(400)를 더 포함하고 있다.

배리어(400)의 역할은 우선적으로 이차전지(500) 내부로 이물질과 수분의 침투를 방지하는 것이다. 제1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 가동부재(200)의 상면에 구비된 제1 벤팅 홀(220)은 항시 외부와 연통하도록 구성되어 있다. 따라서, 제1 벤팅 홀(220)을 통한 각종 이물질과 수분의 이차전지(500) 내부로의 침투를 막기 위해 배리어(400)가 고정부재(100)의 하부에 구비된다.

그리고 배리어(400)의 다른 역할로는, 가동부재(200)가 고정부재(100)의 하부 쪽으로 이탈하는 것을 방지하는 것이다. 본 발명의 벤팅장치(10)가 이차전지(500)에 장착되면, 이차전지(500) 내부는 전지 셀(520) 등의 각종 부품이 수납되어 남은 공간이 거의 없기 때문에 가동부재(200)가 하부 쪽으로 이탈할 염려가 없다. 다만, 벤팅장치(10) 단품을 이송하는 등의 공정 중에는 가동부재(200)가 빠질 가능성이 있는데, 배리어(400)는 이러한 위험을 방지하는 역할을 할 수 있다.

본 발명의 제2 실시형태에서, 배리어(400)는 불투수성 섬유(예컨대, 상품명 고어텍스 섬유 등)이거나 또는 취약부가 형성된 금속 박판일 수 있다. 이러한 재질이 배리어(400)는 수분 침투를 방지하는데 효과적이다.

또한, 이러한 불투수성 배리어(400)의 파단강도는, 간격유지 부재(300)가 작용하는 척력보다 작은 것이 바람직할 수 있다. 이는 배리어(400)가 이차전지(500) 내부와 벤팅장치(10) 사이를 가로막는 격벽으로 작용하므로, 이차전지(500)의 내압이 벤팅장치(10) 내부의 척력과 상호작용을 하는데 방해받지 않도록 배리어(400)는 적정 압력에서 파단 내지 파열될 필요가 있다.

이러한 불투수성 배리어(400)의 파단은 적어도 간격유지 부재(300)가 형성하는 척력보다 작은 힘에서 일어나야 할 것이다. 만일 척력보다 큰 힘에서 배리어(400)가 파단된다면 가동부재(200)가 제2 위치(P2)로 이동함에 있어 원하지 않는 지연이 발생할 것이기 때문이다. 불투수성 섬유의 파열강도는 섬유의 두께(단위면적당 중량)나 후가공을 통해 조절할 수 있으며, 금속 박판은 노치와 같은 취약부를 통해 조절할 수 있다.

변형된 실시형태에서, 배리어(400)는 압력에 반응하여 파열하는 것이 아니라, 온도에 반응하여 녹는 방식으로서 적절한 시점에 차단이 해제되도록 구성할 수도 있다. 이차전지(500) 내부의 압력 상승은 온도 상승(열 폭주)에 연동하여 일어나는 것이므로, 파단강도에 대응하는 온도 조건에서 배리어(400)가 녹도록 함으로써 동일한 기능을 달성할 수 있다. 온도 반응형 배리어(400)의 재질은 녹는점을 주된 인자로 고려하여 적절히 선정될 수 있다.

[제3 실시형태]

도 8은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 가동부재(200)의 상면을 확대 도시한 도면이다.

본 발명의 벤팅장치(10)는 벤팅 홀(210), 다시 말해 제1 벤팅 홀(220)과 제2 벤팅 홀(230)이 그 직경을 초과하는 사이즈의 입자를 걸러내는 필터의 역할을 겸하고 있다. 복수 벤팅 홀(210)의 단면적을 적절히 설계하여 사이즈가 큰 고온 입자를 벤팅장치(10)에서 걸러냄으로써 외부 화재의 위험을 경감할 수 있다.

다만, 벤팅장치(10)가 전지 셀(520)에서 발생한 입자를 다량으로 걸러내면, 걸러진 입자가 벤팅장치(10) 안에 잔류함으로써 벤팅 홀(210)을 막아버릴 위험이 따른다. 벤팅 홀(210)의 폐색은 이차전지(500) 내부의 과도한 압력 상승을 야기하고, 해소되지 못한 내압은 이차전지(500)의 구조 붕괴를 초래하게 된다.

본 발명의 제3 실시형태는 벤팅 홀(210)이 폐색되는 위험 상황을 대비하기 위한 것이며, 이를 위해 가동부재(200)의 상면에는 복수의 제1 벤팅 홀(220)을 둘러싸는 하나 이상의 파단부(222)가 구비된다. 파단부(222)는 적절한 깊이의 홈이나 노치로서 형성될 수 있으며, 서로 이어진 파단부(222)는 하나의 닫힌 도형을 이룬다. 이로써 파단부(222)가 이루는 닫힌 도형의 단면적은 각 제1 벤팅 홀(220)보다 훨씬 크게 형성되며, 파단부(222)가 만드는 새로운 통로가 이차전지(500)의 과도한 내압 상승을 해소하게 된다.

여기서, 파단부(222)는 가동부재(200)를 제2 위치(P2)로 이동시키는 외력을 초과하는 힘이 작용했을 때 파단되는 것이 적절할 것이다. 이러한 기준은 최소한의 필요조건이라 할 수 있으며, 결국 가동부재(200)를 제2 위치(P2)로 이동시키는 외력을 초과하면서 이차전지(500)의 구조 붕괴에 이를 수 있는 힘 사이에서 선택되는 어떤 기준값이 실질적인 파단조건에 해당할 것이다.

한편, 도 9는 본 발명의 벤팅장치(10)가 구비된 각형 이차전지(500)의 일례를 도시한 도면이고, 도 10은 도 9의 "C-C" 절개선에 따른 단면도에 관한 것으로서, 본 발명의 벤팅장치(10)가 적용된 이차전지(500)의 일례를 보여준다.

도시된 이차전지(500)는 각형 이차전지(500)로서, 어느 일면(도면 기준 상면)이 개방면을 형성하는 케이스(510)와, 상기 케이스(510) 안에 수납되는 적어도 하나의 전지 셀(520)과, 상기 전지 셀(520)의 전극 리드(522)와 전기적으로 연결되는 전극 단자(532)를 구비하면서 케이스(510)의 개방면에 결합하는 단자 플레이트(530)를 포함하고, 본 발명의 벤팅장치(10)는 단자 플레이트(530)에 결합하고 있다.

도 10을 참조하여 각형 이차전지(500)의 내부 구성을 간략히 설명하면, "∪"자 형태로 절곡된 가이드 블록(512) 안에 두 개의 파우치 셀이 수납되고, 파우치 셀의 외측면에는 단열재(514)가 끼워진다. 그리고, 파우치 셀의 전극 리드(522)에는 버스바(미도시)가 결합하며, 이렇게 준비된 파우치 셀 어셈블리가 케이스(510) 안에 수납된다.

벤팅장치(10)는 단자 플레이트(530) 중앙에 마련된 관통 홀(534)에 삽입 체결되며, 벤팅장치(10)가 결합한 단자 플레이트(530)는 전극 단자(532)가 버스바에 전기적으로 연결되는 한편 케이스(510)의 개방면에 대해 기계적으로 결합함으로써 각형 이차전지(500)가 완성된다.

그리고, 도 10에 도시된 것처럼, 단자 플레이트(530)와 벤팅장치(10)의 결합면에 실링수단인 오-링(540)이 개재됨으로써 각형 이차전지(500)의 밀봉을 강화할 수 있다.

이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10: 벤팅장치 100: 고정부재
110: 몸체 120: 제1 단차부
200: 가동부재 210: 벤팅 홀
220: 제1 벤팅 홀 222: 파단부
230: 제2 벤팅 홀 240: 제2 단차부
300: 간격유지 부재 310: 제1 마그넷
312: 제2 마그넷 320: 리프 스프링(탄성부재)
400: 배리어 500: 이차전지
510: 케이스 512: 가이드 블록
514: 단열재 520: 전지 셀
522: 전극 리드 530: 단자 플레이트
532: 전극 단자 534: 관통 홀
540: 오-링 P1: 제1 위치
P2: 제2 위치

Claims

관통 중공형의 몸체를 구비하고, 상기 몸체 상부의 내주면에 제1 단차부가 구비된 고정부재;
상기 고정부재의 내부에 삽입 결합하고, 복수의 벤팅 홀을 구비하며, 하부 외주면에 상기 제1 단차부와 마주보는 제2 단차부가 구비된 가동부재; 및
상기 고정부재와 가동부재 사이에 척력을 작용하는 간격유지 부재;
를 포함하고,
상기 가동부재는 상기 고정부재에 대해, 상기 간격유지 부재가 작용하는 척력에 의해 유지되는 제1 위치와, 상기 척력을 초과하는 외력이 작용했을 때의 제2 위치 사이를 이동할 수 있고,
상기 제1 위치와 제2 위치에서 외부와 연통하는 상기 가동부재의 벤팅 홀의 개수가 서로 다른 것을 특징으로 하는 벤팅장치.
제1항에 있어서,
상기 간격유지 부재는,
상기 고정부재에 구비되는 제1 마그넷과, 상기 가동부재에 구비되는 제2 마그넷을 포함하는 벤팅장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 마그넷은 상기 제1 단차부 상에 구비되고, 상기 제2 마그넷은 상기 제2 단차부 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 벤팅장치.
제1항에 있어서,
상기 간격유지 부재는,
상기 제1 단차부와 제2 단차부 중 적어도 어느 하나에 설치되는 탄성부재인 것을 특징으로 하는 벤팅장치.
제4항에 있어서,
상기 탄성부재는 리프 스프링인 것을 특징으로 하는 벤팅장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 벤팅 홀은,
상기 제1 위치 및 제2 위치 모두에서 외부와 연통하는 제1 벤팅 홀과,
상기 제2 위치에서만 외부와 연통하는 제2 벤팅 홀을 포함하는 벤팅장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 벤팅 홀은,
상기 고정부재의 내부에 삽입 결합한 가동부재의 외부로 노출된 상면에 배치되는 것을 특징으로 하는 벤팅장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 벤팅 홀은,
상기 고정부재의 내부에 삽입 결합한 가동부재의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 벤팅장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 벤팅 홀 및 제2 벤팅 홀은 각각 복수로 구비되고,
상기 제1 벤팅 홀의 각 단면적보다 상기 제2 벤팅 홀의 각 단면적이 더 큰 것을 특징으로 하는 벤팅장치.
제1항에 있어서,
상기 고정부재에 결합하여 상기 가동부재의 하면을 지지하는 배리어를 더 포함하는 벤팅장치.
제10항에 있어서,
상기 배리어는,
불투수성 섬유이거나 또는 취약부가 형성된 금속 박판인 것을 특징으로 하는 벤팅장치.
제11항에 있어서,
상기 배리어의 파단강도는, 상기 간격유지 부재가 작용하는 척력보다 작은 것을 특징으로 하는 벤팅장치.
제7항에 있어서,
상기 가동부재의 상면에는 복수의 제1 벤팅 홀을 둘러싸는 하나 이상의 파단부가 구비되고,
상기 파단부는 상기 가동부재를 상기 제2 위치로 이동시키는 외력을 초과하는 힘이 작용하면 파단되는 것을 특징으로 하는 벤팅장치.
어느 일면이 개방면을 형성하는 케이스;
상기 케이스 안에 수납되는 적어도 하나의 전지 셀;
상기 전지 셀의 전극 리드와 전기적으로 연결되는 전극 단자를 구비하고, 상기 케이스의 개방면에 결합하는 단자 플레이트; 및
상기 단자 플레이트에 결합하는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 벤팅장치;
를 포함하는 각형 이차전지.
제14항에 있어서,
상기 단자 플레이트와 벤팅장치의 결합면에 오-링이 개재되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.