KR20230165448A - 안전성이 향상된 이차전지 - Google Patents
안전성이 향상된 이차전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230165448A KR20230165448A KR1020220065161A KR20220065161A KR20230165448A KR 20230165448 A KR20230165448 A KR 20230165448A KR 1020220065161 A KR1020220065161 A KR 1020220065161A KR 20220065161 A KR20220065161 A KR 20220065161A KR 20230165448 A KR20230165448 A KR 20230165448A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- secondary battery
- concave surface
- case
- prismatic secondary
- electrode assembly
- Prior art date
Links
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 13
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 13
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 13
- 229920000247 superabsorbent polymer Polymers 0.000 claims description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 5
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 229920000578 graft copolymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 3
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920002126 Acrylic acid copolymer Polymers 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- DZSVIVLGBJKQAP-UHFFFAOYSA-N 1-(2-methyl-5-propan-2-ylcyclohex-2-en-1-yl)propan-1-one Chemical compound CCC(=O)C1CC(C(C)C)CC=C1C DZSVIVLGBJKQAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1h-imidazole Chemical compound FC1=CC=CC(C=2NC=CN=2)=C1 JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000954 2-hydroxyethyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])O[H] 0.000 description 1
- AGBXYHCHUYARJY-UHFFFAOYSA-N 2-phenylethenesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C=CC1=CC=CC=C1 AGBXYHCHUYARJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WOAMRAPSJUZQJV-UHFFFAOYSA-N 3-oxopent-4-ene-2-sulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C(C)C(=O)C=C WOAMRAPSJUZQJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N Phosphorous acid Chemical compound OP(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229920006322 acrylamide copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- CYKDLUMZOVATFT-UHFFFAOYSA-N ethenyl acetate;prop-2-enoic acid Chemical compound OC(=O)C=C.CC(=O)OC=C CYKDLUMZOVATFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N methylenebutanedioic acid Natural products OC(=O)CC(=C)C(O)=O LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000083 poly(allylamine) Polymers 0.000 description 1
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
- H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/659—Means for temperature control structurally associated with the cells by heat storage or buffering, e.g. heat capacity or liquid-solid phase changes or transition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
- H01M50/117—Inorganic material
- H01M50/119—Metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
- H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
Abstract
개시되는 발명은 육면체 형상을 가진 금속 재질의 케이스와, 상기 케이스의 상면에 형성된 개방면을 통해 삽입되어 상기 케이스 안에 수납된 하나 이상의 전극 조립체를 포함하는 각형 이차전지에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상기 케이스의 전면과 후면 중 적어도 어느 한 면에는 오목면이 형성되고, 상기 전극 조립체는 상기 오목면에 접촉하여 지지되며, 상기 전극 조립체는 삽입 단부가 쐐기 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 케이스에 수납된 전극 조립체의 요동을 방지하고, 또한 전극 조립체의 스웰링 현상에 의한 케이스의 변형을 억제할 수 있는 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.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jellyroll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩(Stack & Folding)형으로 대략 분류할 수 있다.
각형 이차전지는 금속 재질의 케이스 안에 전극 조립체를 봉입하는데, 전극 조립체의 전극 탭과 전극 단자의 전기 연결 등에 일정 공간이 필요하므로, 이러한 공간으로 인해 전극 조립체는 케이스 안에서 요동하게 된다. 각형 이차전지를 안정된 환경에서 사용한다면 이러한 전극 조립체의 유격은 큰 문제가 되지 않지만, 전기 자동차처럼 진동이 심한 환경에서 사용되는 경우에는 전극 조립체의 요동은 안전상으로 큰 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 전극 탭에 반복적인 응력이 작용함으로써 전극 탭이 단락되어 이차전지의 수명이 다하게 되거나, 또는 내부 쇼트가 발생함으로써 화재나 폭발이 발생할 수 있다.
또한, 이차전지를 오랜 시간 사용힐 때 생기는 스웰링 현상에 의해 각형 이차전지가 점점 부풀어오르는 변형이 발생할 수 있으며, 이러한 케이스의 변형도 안전성에 나쁜 영향을 미친다.
따라서, 이차전지의 안전성을 장기간 유지하기 위해서는 전극 조립체의 요동을 방지할 수 있는 효과적인 방안이 필요하다.
본 발명은 각형 이차전지 내부에 수납된 전극 조립체의 요동에 의해 야기되는 각종 문제 발생을 방지함으로써, 각형 이차전지의 안전성을 양호하게 장기간 유지할 수 있도록 하는 것에 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 육면체 형상을 가진 금속 재질의 케이스와, 상기 케이스의 상면에 형성된 개방면을 통해 삽입되어 상기 케이스 안에 수납된 하나 이상의 전극 조립체를 포함하는 각형 이차전지에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상기 케이스의 전면과 후면 중 적어도 어느 한 면에는 오목면이 형성되고, 상기 전극 조립체는 상기 오목면에 접촉하여 지지되며, 상기 전극 조립체는 삽입 단부가 쐐기 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 오목면은 폭 방향 또는 높이 방향 중의 어느 한 방향을 따라 형성된다.
여기서, 상기 오목면은 상기 케이스의 폭 방향 또는 높이 방향 중 어느 한 방향의 일단에서부터 타단까지 연속적으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 오목면은, 곡면 또는 평면을 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 오목면은, 상기 오목면이 연장된 방향과 교차하는 높이 방향 또는 폭 방향의 양단과 곡면 또는 평면으로 연결될 수 있다.
또는, 상기 오목면은 단차면을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라서는, 상기 오목면은 상기 케이스의 전면과 후면 중 적어도 어느 한 면의 중앙 일부분에 형성될 수 있으며, 이런 경우에 상기 오목면은 상기 케이스의 모서리에 대해 연속된 경사면으로 연결된다.
그리고, 상기 전극 조립체의 삽입 단부는 상기 오목면에 접촉하지 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 각형 이차전지는, 상기 오목면이 형성하는 공간에 배치되는 흡열체를 더 포함할 수 있다.
상기 흡열체의 외장재는 파우치이고, 상기 파우치는 외부의 열을 흡수하여 기화되는 액체를 함침한 흡수재를 밀봉한다.
그리고, 상기 흡수재는, 고흡수성 매트릭스, 예를 들어 고흡수성 폴리머(SAP) 또는 고흡수성 섬유(SAF)를 포함하는 것일 수 있다.
상기와 같은 구성을 구비한 본 발명의 각형 이차전지는, 전극 조립체가 케이스에 형성된 오목면에 맞닿아 지지됨에 따라 케이스 안에서 전극 조립체가 유동함으로써 발생하는 전극 탭의 손상 등의 각종 문제가 방지된다.
또한, 본 발명의 각형 이차전지는, 전극 조립체가 부풀어오르는 스웰링 형상이 발생하더라도 오목면에 의해 구조적 강성이 향상된 케이스는 변형이 억제되고, 이로써 각형 이차전지의 안전성이 향상된다.
그리고, 본 발명의 각형 이차전지에 포함되는 전극 조립체는 삽입 단부가 쐐기 형태를 이루고 있어, 전극 조립체를 케이스에 삽입할 때 오목면에 의해 전극 조립체에 손상이 발생할 염려가 크게 감소하고, 따라서 이러한 전극 조립체의 구조 역시 각형 이차전지의 안전성을 향상시키게 된다.
아울러 각형 이차전지의 전면 및/또는 후면에 형성되는 오목면의 공간을 활용하여 여기에 흡열체를 배치함으로써 각형 이차전지의 원활한 냉각을 도모할 수 있으며, 따라서 본 발명은 별도의 냉각공간을 추가로 마련하지 않고도 효과적인 냉각을 이룰 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 발명에 따른 각형 이차전지의 분해 사시도.
도 2는 도 1의 "A-A" 절개선을 따른 단면도.
도 3은 케이스의 폭 방향을 따라 오목면이 형성된 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 4 및 도 5는 케이스의 폭 방향을 따라 오목면이 형성된 실시형태를 도시한 도면.
도 6은 단차면으로 구성된 오목면의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 7은 케이스의 중앙 일부분에 형성되는 오목면의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 8은 흡열체를 포함하는 실시형태를 도시한 도면.
도 1은 본 발명에 따른 각형 이차전지의 분해 사시도.
도 2는 도 1의 "A-A" 절개선을 따른 단면도.
도 3은 케이스의 폭 방향을 따라 오목면이 형성된 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 4 및 도 5는 케이스의 폭 방향을 따라 오목면이 형성된 실시형태를 도시한 도면.
도 6은 단차면으로 구성된 오목면의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 7은 케이스의 중앙 일부분에 형성되는 오목면의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 8은 흡열체를 포함하는 실시형태를 도시한 도면.
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 육면체 형상을 가진 금속 재질의 케이스와, 상기 케이스의 상면에 형성된 개방면을 통해 삽입되어 상기 케이스 안에 수납된 하나 이상의 전극 조립체를 포함하는 각형 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 각형 이차전지는, 하나의 예에서, 상기 케이스의 전면과 후면 중 적어도 어느 한 면에는 오목면이 형성되고, 상기 전극 조립체는 상기 오목면에 접촉하여 지지되며, 상기 전극 조립체는 삽입 단부가 쐐기 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해, 본 발명의 각형 이차전지는 전극 조립체가 케이스에 형성된 오목면에 맞닿아 지지됨으로써, 케이스 안에서 전극 조립체가 유동함으로써 발생하는 전극 탭의 손상 등의 각종 문제가 방지된다.
또한, 전극 조립체가 부풀어오르는 스웰링 형상이 발생하더라도 오목면에 의해 구조적 강성이 향상된 케이스는 변형이 억제되고, 이로써 각형 이차전지의 안전성이 향상된다.
그리고, 본 발명의 각형 이차전지에 포함되는 전극 조립체는 삽입 단부가 쐐기 형태를 이루고 있어, 전극 조립체를 케이스에 삽입할 때 오목면에 의해 전극 조립체에 손상이 발생할 염려가 크게 감소하고, 따라서 이러한 전극 조립체의 구조 역시 각형 이차전지의 안전성을 향상시키게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 각형 이차전지에 대한 구체적인 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 참고로, 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 발명에 따른 각형 이차전지(10)의 분해 사시도, 그리고, 도 2는 도 1의 "A-A" 절개선을 따른 단면도이다.
본 발명의 각형 이차전지(10)는 육면체 형상을 가진 금속 재질의 케이스(100)와, 케이스(100)의 상면에 형성된 개방면을 통해 삽입되어 그 안에 수납된 하나 이상의 전극 조립체(200)를 포함한다.
여기서, 본 발명의 각형 이차전지(10)는 케이스(100)와 전극 조립체(200)의 구조에 있어서, 케이스(100)의 전면과 후면 중 적어도 어느 한 면에는 오목면(110)이 형성되고, 이에 따라 전극 조립체(200)는 오목면(110)에 접촉하여 지지된다. 또한, 전극 조립체(200)는 삽입 단부(210)가 쐐기 형태를 이루고 있다.
여기서, 첨부된 도면에는 케이스(100)의 전면과 후면 모두에 오목면(110)이 형성된 실시형태가 도시되어 있는데, 도면으로 도시되지는 않았지만, 오목면(110)이 전극 조립체(200)에 접촉하여 지지할 수 있다면 전면 또는 후면 중의 어느 일면에만 오목면(110)이 형성되어도 무방하다. 그리고, 전극 조립체(200)의 삽입 단부(210)는, 케이스(100) 상면의 개방면으로 전극 조립체(200)가 삽입될 때 선단을 이루는 일단부를 의미한다. 즉, 케이스(100) 내부 공간으로 가장 먼저 진입하는 전극 조립체(200)의 일단부가 삽입 단부(210)에 해당한다.
쐐기 형태의 삽입 단부(210)는 전극 조립체(200)의 용량을 감소시킬 수 있으므로, 삽입 단부(210)는 전극 조립체(200)가 케이스(100) 안에 완전히 수납되었을 때 오목면(110)에 접촉하지 않을 정도의 적절한 길이로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 각형 이차전지(10)는 케이스(100)의 전면 및/또는 후면에 오목부를 형성함에 따라 전극 조립체(200)가 오목면(110)에 맞닿아 지지되고, 이에 따라 케이스(100) 안에서 전극 조립체(200)가 유동함으로써 발생하는 전극 탭의 손상 등의 각종 문제가 방지된다.
또한, 전극 조립체(200)가 부풀어오르는 스웰링 형상이 발생하더라도 오목면(110)에 의해 구조적 강성이 향상된 케이스(100)는 변형이 억제되고, 이로써 각형 이차전지(10)의 안전성이 향상된다.
그리고, 전극 조립체(200)는 삽입 단부(210)가 쐐기 형태를 이루고 있음으로써 전극 조립체(200)를 케이스(100)에 삽입할 때 오목면(110)에 의해 전극 조립체(200)에 손상이 발생할 염려, 예를 들어 전극 조립체(200)의 절연을 담당하는 분리막이 찢길 염려가 크게 감소하고, 따라서 쐐기 형태의 삽입 단부(210)를 구비한 전극 조립체(200)도 각형 이차전지(10)의 안전성을 크게 향상시키게 된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 오목면(110)은 케이스(100)의 폭 방향(W) 또는 높이 방향(H) 중의 어느 한 방향을 따라 형성된다. 그리고, 오목면(110)은 폭 방향(W) 또는 높이 방향(H) 중 어느 한 방향의 일단에서부터 타단까지 연속적으로 형성되어 있다. 즉, 케이스(100)의 전면 및/또는 후면의 중앙부 전체에 걸쳐, 폭 방향(W) 또는 높이 방향(H)을 따라 오목면(110)이 길게 형성되어 있다.
도 1 내지 도 3은 오목면(110)이 케이스(100)의 폭 방향(W)을 따라 형성된 실시형태의 일례를 보여주며, 도 4 및 도 5는 케이스(100)의 폭 방향(W)을 따라 오목면(110)이 형성된 실시형태의 일례를 보여준다. 여기서, 첨부된 도면은 오목면(110)의 단면 형상이 명확히 파악되도록, 도 2 및 도 3은 높이 방향(H)을 따른 단면을 도시하고 있으며, 도 4 및 도 5는 폭 방향(W)을 따른 단면을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 오목면(110)은 곡면 또는 평면의 형태를 이룰 수 있다. 곡면의 오목면(110)은 전극 조립체(200)를 탄성적으로 지지하는 측면에서 유리하고, 평면 형태의 오목면(110)은 전극 조립체(200)의 접촉면적이 넓어진다는 측면에서 유리하다.
그리고, 도 1 내지 도 5의 실시형태에서의 오목면(110)은, 오목면(110)이 연장된 방향과 교차하는 높이 방향(H) 또는 폭 방향(W)의 양단과 곡면 또는 평면으로 연결되어 있다. 즉, 오목면(110)은 주변 모서리와 곡면 또는 평면으로 완만하게 이어져 있다. 이러한 오목면(110)의 완만한 형태는 케이스(100)의 소성가공에 유리한 점이 있다.
한편, 본 발명의 각형 이차전지(10)에 구비되는 오목면(110)은 다른 변형된 형태를 이룰 수 있으며, 이러한 변형된 실시형태는 도 6 및 도 7에 도시되어 있다.
도 6은 단차면(112)으로 구성되는 오목면(110)의 일 실시형태를 보여준다. 단차면(112)인 오목면(110)이 케이스(100)의 폭 방향(W)으로 형성되는 경우를 하나의 예로서 도시하고 있으며, 절곡된 계단면을 포함하는 오목한 단차면(112)이 전극 조립체(200)의 외면에 접촉하여 지지하게 된다.
도 7은 케이스(100)의 전면과 후면 중 적어도 어느 한 면의 중앙 일부분에 오목면(110)이 형성된 변형된 실시형태를 도시하고 있다. 즉, 도 7에서의 오목면(110)은, 케이스(100)의 폭 방향(W) 또는 높이 방향(H) 중의 어느 한 방향의 일단에서부터 타단까지 연속적으로 형성된 것이 아니라, 중앙 일부분이 오목한 면을 이루고 있다.
여기서, 중앙부에 형성된 오목면(110)이 전극 조립체(200)를 탄력적으로 지지할 수 있도록, 오목면(110)은 케이스(100)의 모서리에 대해 연속된 경사면으로 연결된 구조를 이루는 것이 바람직할 수 있다. 다시 말해, 도 7의 오목면(110)은 그 표면 프로파일이 사각뿔대에 유사한 형상을 이루고 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명의 각형 이차전지(10)는 전극 조립체(200)가 케이스(100)에 형성된 오목면(110)에 맞닿아 지지됨으로써 내부 유동이 억제되고, 또한 전극 조립체(200)의 삽입 단부(210)가 쐐기 형태를 이루고 있어 전극 조립체(200)를 케이스(100)에 삽입할 때의 손상 위험이 감소하게 된다.
[제2 실시형태]
도 8은 본 발명의 각형 이차전지(10)에 대한 제2 실시형태를 도시한 도면으로서, 도시된 각형 이차전지(10)는 오목면(110)이 형성하는 외부 공간에 배치되는 흡열체(300)를 더 포함하고 있다.
흡열체(300)는 각형 이차전지(10)에서 발생하는 열을 흡수하여 안정적인 작동을 도모하는 구성요소로서, 특히 열 폭주 등의 과열상황에서 효과적으로 열을 흡수함으로써 화재나 폭발을 지연시키는 역할을 하게 된다. 또한, 흡열체(300)는 인접한 배터리 사이의 열전달을 억제하는 단열기능도 수행한다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시형태는 각형 이차전지(10)의 전면 및/또는 후면에 형성되는 오목면(110)의 공간을 활용하여 여기에 흡열체(300)를 배치함으로써 각형 이차전지(10)의 원활한 냉각을 도모할 수 있으며, 따라서 별도의 냉각공간을 추가로 마련하지 않고도 효과적인 냉각을 이룰 수 있다.
도시된 제2 실시형태에서, 흡열체(300)의 외장재(310)는 파우치이며, 외장재(310)인 파우치는 외부의 열을 흡수하여 기화되는 액체를 함침한 흡수재(320)를 밀봉한다.
여기서, 흡열기능의 액체를 함침한 흡수재(320)는 고흡수성 매트릭스, 예를 들어 고흡수성 폴리머(Super Absorbent Polymer, SAP) 또는 고흡수성 섬유(Super Absorbent Fiber, SAF)를 포함하는 흡수재(320)일 수 있다. 고흡수성 매트릭스는 다공질 또는 섬유질로 모세관 현상을 발현함으로써 다량의 액체를 흡수하는 것이 가능하며, 고흡수성 섬유는 고흡수성 수지를 가공하여 부직포와 같은 섬유의 형태로 만들어질 수 있다.
본 발명에서 고흡수성 수지 및 이로부터 제조되는 고흡수성 섬유의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않고, 유체, 특히 물에 대한 흡수 능력이 뛰어난 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 고흡수성 수지의 예로서, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 폴리아크릴산염 그래프트 중합체, 전분, 가교된 카르복시메틸화 셀룰로오스, 아크릴산 공중합체, 가수분해된 전분-아크릴니트릴 그래프트 공중합체, 전분-아크릴산 그래프트 공중합체, 비누화 비닐 아세테이트-아크릴산 에스테르 공중합체, 가수분해된 아크릴로니트릴 공중합체, 가수분해된 아크릴아미드 공중합체, 에틸렌-말레산 무수물 공중합체, 이소부틸렌-말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐술폰산, 폴리비닐포스폰산, 폴리비닐인산, 폴리비닐황산, 술폰화 폴리스티렌, 폴리비닐아민, 폴리디알킬아미노알킬(메타)아크릴아미드, 폴리에틸렌이민, 폴리알릴아민, 폴리알릴구아니딘, 폴리디메틸디알릴암모늄 히드록시드, 4차화 폴리스티렌 유도체, 구아니딘-변성 폴리스티렌, 4차화 폴리(메타)아크릴아미드, 폴리비닐구아니딘 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있고, 바람직하게는 가교화된 폴리아크릴산 염, 가교화된 폴리아크릴산 및 가교화된 아크릴산 중공합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 고흡수성 수지로 사용되는 아크릴산 공중합체의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 아크릴산 단량체와 말레산, 이타콘산, 아크릴아미드, 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산, 2-(메타)아크릴로일에탄술폰산, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트 및 스티렌술폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공단량체를 포함하는 공중합체일 수 있다.
본 발명에서 고흡수성 수지는 물에 대한 흡수량이 10 g/g 내지 500 g/g, 바람직하게는 50 g/g 내지 200 g/g일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 고흡수성 수지 1 g당 물 10 g 내지 500 g, 바람직하게는 50 g 내지 200 g을 흡수할 수 있다.
본 발명에서 고흡수성 수지의 물에 대한 흡수량이 많을수록 냉각 효과의 지속 시간을 향상시킬 수 있으나, 500 g/g을 초과하면 고흡수성 수지의 유동성이 증가하여 형태를 유지하기 어려워 효과적인 냉각을 발휘할 수 없고, 10 g/g 미만이면 냉각 효과의 지속 시간이 너무 짧아 비효율적일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시형태에서, 흡수재(320)에 함침된 액체는 물일 수 있다. 물은 쉽게 구할 수 있는 액체 중에서 비열과 잠열이 가장 큰 물질에 해당한다. 따라서, 흡수재(320)에 담긴 물은 온도가 비등점으로 상승하여 기체로 상변화하는 과정 중에 흡수하는 열량이 많기 때문에 본 발명의 흡열체(300)의 수용 액체로 적용하기에 적합하다.
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: 각형 이차전지
100: 케이스
110: 오목면
112: 단차면
200: 전극 조립체
210: 삽입 단부
300: 흡열체
310: 외장재(파우치)
320: 흡수재
W: 폭 방향
H: 높이 방향
T: 두께 방향
100: 케이스
110: 오목면
112: 단차면
200: 전극 조립체
210: 삽입 단부
300: 흡열체
310: 외장재(파우치)
320: 흡수재
W: 폭 방향
H: 높이 방향
T: 두께 방향
Claims (13)
- 육면체 형상을 가진 금속 재질의 케이스와, 상기 케이스의 상면에 형성된 개방면을 통해 삽입되어 상기 케이스 안에 수납된 하나 이상의 전극 조립체를 포함하는 각형 이차전지에 있어서,
상기 케이스의 전면과 후면 중 적어도 어느 한 면에는 오목면이 형성되고,
상기 전극 조립체는 상기 오목면에 접촉하여 지지되며,
상기 전극 조립체는 삽입 단부가 쐐기 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 오목면은,
폭 방향 또는 높이 방향 중의 어느 한 방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. - 제2항에 있어서,
상기 오목면은,
상기 케이스의 폭 방향 또는 높이 방향 중 어느 한 방향의 일단에서부터 타단까지 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. - 제3항에 있어서,
상기 오목면은,
곡면 또는 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. - 제4항에 있어서,
상기 오목면은,
상기 오목면이 연장된 방향과 교차하는 높이 방향 또는 폭 방향의 양단과 곡면 또는 평면으로 연결되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. - 제4항에 있어서,
상기 오목면은,
단차면을 형성하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 오목면은,
상기 케이스의 전면과 후면 중 적어도 어느 한 면의 중앙 일부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 오목면은,
상기 케이스의 모서리에 대해 연속된 경사면으로 연결되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 전극 조립체의 삽입 단부는 상기 오목면에 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 오목면이 형성하는 공간에 배치되는 흡열체를 더 포함하는 각형 이차전지. - 제10항에 있어서,
상기 흡열체의 외장재는 파우치이고,
상기 파우치는 외부의 열을 흡수하여 기화되는 액체를 함침한 흡수재를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. - 제11항에 있어서,
상기 흡수재는,
고흡수성 매트릭스인 것을 특징으로 하는 각형 이차전지. - 제12항에 있어서,
상기 고흡수성 매트릭스는 고흡수성 폴리머(SAP) 또는 고흡수성 섬유(SAF)를 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220065161A KR20230165448A (ko) | 2022-05-27 | 2022-05-27 | 안전성이 향상된 이차전지 |
| CN202380012370.4A CN117501517A (zh) | 2022-05-27 | 2023-05-16 | 具有提高的安全性的二次电池 |
| EP23812054.7A EP4336630A1 (en) | 2022-05-27 | 2023-05-16 | Secondary battery having enhanced safety |
| PCT/KR2023/006594 WO2023229280A1 (ko) | 2022-05-27 | 2023-05-16 | 안전성이 향상된 이차전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220065161A KR20230165448A (ko) | 2022-05-27 | 2022-05-27 | 안전성이 향상된 이차전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230165448A true KR20230165448A (ko) | 2023-12-05 |
Family
ID=88919550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220065161A KR20230165448A (ko) | 2022-05-27 | 2022-05-27 | 안전성이 향상된 이차전지 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4336630A1 (ko) |
| KR (1) | KR20230165448A (ko) |
| CN (1) | CN117501517A (ko) |
| WO (1) | WO2023229280A1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130128344A (ko) | 2012-05-16 | 2013-11-26 | 가부시키가이샤 지에스 유아사 | 축전 소자 및 축전 소자의 제조 방법 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100601536B1 (ko) * | 2004-07-29 | 2006-07-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이온 이차 전지 |
| KR20070080923A (ko) * | 2006-02-09 | 2007-08-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | 캔형 이차전지 |
| KR100898677B1 (ko) * | 2007-03-07 | 2009-05-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 각형 리튬 이온 전지 |
| KR100997715B1 (ko) * | 2008-08-28 | 2010-12-01 | 주식회사 일광캔테크 | 2차전지 케이스의 제작 방법 |
| KR102265219B1 (ko) * | 2017-02-08 | 2021-06-16 | (주)엘지에너지솔루션 | 분리막 잉여부를 접합시키는 전지셀 제조방법 |
| KR20220065161A (ko) | 2020-11-12 | 2022-05-20 | (주)에프씨언와이어드 | 무선 충전 기능을 가진 바이오 센서 캡슐 장치 |
-
2022
- 2022-05-27 KR KR1020220065161A patent/KR20230165448A/ko unknown
-
2023
- 2023-05-16 EP EP23812054.7A patent/EP4336630A1/en active Pending
- 2023-05-16 WO PCT/KR2023/006594 patent/WO2023229280A1/ko active Application Filing
- 2023-05-16 CN CN202380012370.4A patent/CN117501517A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130128344A (ko) | 2012-05-16 | 2013-11-26 | 가부시키가이샤 지에스 유아사 | 축전 소자 및 축전 소자의 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023229280A1 (ko) | 2023-11-30 |
| EP4336630A1 (en) | 2024-03-13 |
| CN117501517A (zh) | 2024-02-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20070096649A (ko) | 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지 | |
| JP2008066289A (ja) | 外面に微細グルーブを備える電池セル及びこれを含む電池パック | |
| KR20230165448A (ko) | 안전성이 향상된 이차전지 | |
| EP4336626A1 (en) | Prismatic secondary battery | |
| EP4322288A1 (en) | Prismatic secondary battery with heat absorber embedded therein | |
| EP4329048A1 (en) | Prismatic secondary battery | |
| KR20230153919A (ko) | 흡열체를 내장하는 각형 이차전지 | |
| EP4318739A1 (en) | Battery pack | |
| EP3989332A1 (en) | Battery module having structure capable of rapid cooling, and ess comprising same | |
| JP2023527808A (ja) | バッテリパック及びそれを含む自動車 | |
| KR20230148731A (ko) | 배터리 팩 | |
| KR20240010322A (ko) | 배터리 팩 | |
| CN117378082A (zh) | 内嵌有吸热器的棱柱形二次电池 | |
| EP4350846A1 (en) | Endothermic pouch assembly for secondary battery | |
| CN117296188A (zh) | 电池组 | |
| KR20220035770A (ko) | 배터리 모듈들 간의 열확산 방지구조를 적용한 배터리 팩 | |
| EP4325635A1 (en) | Battery pack with enhanced cooling performance | |
| KR20220074498A (ko) | 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지 | |
| KR20240013490A (ko) | 안전성이 강화된 배터리 블록 | |
| CN111937222A (zh) | 电极组件以及包括该电极组件的二次电池 | |
| JP2024521647A (ja) | バッテリーパック | |
| KR20240010866A (ko) | 배터리 팩 | |
| CN220042181U (zh) | 一种电池 | |
| KR102636036B1 (ko) | 방열구조를 가지는 전기 에너지 저장 장치 | |
| KR20240052339A (ko) | 모듈 내부의 온도 안정성이 개선된 이차전지 모듈 |