KR20240014699A - 안전성이 향상된 이차전지 - Google Patents

안전성이 향상된 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20240014699A
KR20240014699A KR1020220092176A KR20220092176A KR20240014699A KR 20240014699 A KR20240014699 A KR 20240014699A KR 1020220092176 A KR1020220092176 A KR 1020220092176A KR 20220092176 A KR20220092176 A KR 20220092176A KR 20240014699 A KR20240014699 A KR 20240014699A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
secondary battery
porous member
absorbing porous
venting device
Prior art date
Application number
KR1020220092176A
Other languages
English (en)
Inventor
고영준
성주환
정경환
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020220092176A priority Critical patent/KR20240014699A/ko
Priority to JP2024509080A priority patent/JP2024532137A/ja
Priority to CN202380013259.7A priority patent/CN117837012A/zh
Priority to EP23846914.2A priority patent/EP4369502A1/en
Priority to PCT/KR2023/010522 priority patent/WO2024025255A1/ko
Publication of KR20240014699A publication Critical patent/KR20240014699A/ko

Links

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
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • 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
    • H01M10/658—Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
    • 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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • 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
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)

Abstract

개시되는 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 케이스 내부의 압력이 제1 설정값을 초과하면 개방되는 벤팅장치를 포함하며, 상기 벤팅장치는 상기 제1 설정값에서 파열하는 파열부가 형성된 럽쳐 디스크를 포함하고, 상기 럽쳐 디스크의 상류와 하류 중의 적어도 어느 한 쪽에 열흡수 다공부재를 구비한다.

Description

안전성이 향상된 이차전지{SAFETY IMPROVED SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 특히 이차전지에 열 폭주 현상이 발생하더라도 이차전지의 구조 붕괴를 지연 내지 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.
이차전지는 장기간 동안 연속적인 사용이 요구되므로, 충방전 과정 중에 발생하는 열을 효과적으로 제어할 필요가 있다. 이차전지의 냉각이 원활히 이루어지지 못할 경우에는 온도 상승이 전류의 증가를 야기하고, 전류의 증가가 또다시 온도 상승의 원인이 되는 정귀환의 연쇄반응이 일어나, 결국 열 폭주(Thermal Runaway)의 파국상태에 이르게 된다.
이차전지에 열 폭주가 발생하면 온도와 압력이 동반 상승하게 되며, 만일 이차전지의 내열, 내압 성능을 초과할 정도로 온도와 압력이 상승하면 결국 이차전지의 구조가 붕괴된다. 구조가 붕괴된 이차전지는 내부에 다량의 공기가 공급됨으로써 화재나 폭발이 걷잡을 수 없을 정도로 커져 주변으로 확산되고, 이로 인한 사고는 큰 피해를 미치게 된다.
이러한 이차전지의 구조 붕괴를 방지하도록 이차전지, 특히 원통형 전지나 각형 전지에는 벤팅장치가 구비되는 경우가 많다. 벤팅장치는 이차전지 내부의 압력이 특정 수준을 초과하면 파단됨으로써 압력을 해소하는 일종의 안전밸브에 해당하는 장치이다.
그러나, 현재의 벤팅장치는 가스를 배출하여 압력을 해소하더라도 화염 전파를 방지하는 기능을 가지고 있지 못한다. 예를 들어, 벤팅장치를 통해 강한 가스와 함께 화염이 분출됨으로써 외부화재로 이어질 위험이 있다.
한국공개특허 제2017-0014309호 (2017.02.08 공개)
본 발명은 벤팅장치가 가스를 배출하여 이차전지 내부의 압력을 해소하는 것은 물론 화염 배출도 함께 방지할 수 있도록 함으로써 이차전지의 안전성을 향상시키는 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 이차전지에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 케이스 내부의 압력이 제1 설정값을 초과하면 개방되는 벤팅장치를 포함하며, 상기 벤팅장치는 상기 제1 설정값에서 파열하는 파열부가 형성된 럽쳐 디스크를 포함하고, 상기 럽쳐 디스크의 상류와 하류 중의 적어도 어느 한 쪽에 열흡수 다공부재를 구비한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 열흡수 다공부재는, 상기 파열부의 파열범위 밖에 위치한다.
상기 열흡수 다공부재는, 주름진 금속 리본이 복수의 층을 이루도록 환형으로 감긴 부재이거나, 또는 금속 매쉬 망으로 이루어진 부재일 수 있다.
그리고, 상기 열흡수 다공부재는, 상기 럽쳐 디스크의 하류에 위치하고, 상기 제1 설정값을 초과하는 제2 설정값의 압력이 소정 시간 동안 작용하면 상기 벤팅장치 외부로 이탈될 수 있다.
예를 들어, 상기 열흡수 다공부재는, 3기압 이상의 내압이 1초 이상 유지되면 상기 벤팅장치에서 이탈될 수 있다.
실시형태에 따라, 상기 열흡수 다공부재의 하류 측에는 상기 벤팅장치의 내면에서 돌출 형성된 파단돌기가 구비되고, 상기 파단돌기는 상기 제2 설정값의 압력이 소정 시간 동안 작용하면 파단되는 것일 수 있다.
여기서, 상기 열흡수 다공부재는 내열성 스테인리스스틸 재질로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 열흡수 다공부재는, 상기 럽쳐 디스크의 하류에 위치하고, 벤팅가스의 온도가 경계온도 이상으로 상승하여 소정 시간 동안 작용하면 용융되어 상기 벤팅장치로부터 제거되는 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 열흡수 다공부재는, 상기 벤팅가스의 온도가 500℃ 이상으로 상승하여 5초 이상 작용하면 용융되어 상기 벤팅장치로부터 제거되는 것일 수 있다.
여기서, 상기 열흡수 다공부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 것일 수 있다.
상기 알루미늄 소재는 1060, 1100 알루미늄 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 알루미늄 합금 소재는 2011, 2014, 2017, 2024, 3003, 4032, 5052, 5056, 5083, 6061, 6N01, 6063, 7003, 7075, 7N01 알루미늄 합금 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
위와 같은 구성을 구비한 본 발명의 이차전지는 케이스 내부의 압력이 제1 설정값을 초과할 정도로 과다 상승할 경우에 벤팅장치의 럽쳐 디스크가 개방되어 가스를 배출함으로써 이차전지의 구조붕괴를 방지하고, 또한 열흡수 다공부재는 고온 가스나 화염의 열을 빼앗아 발화점 이하의 낮은 온도로 낮춤으로써 화재의 위험을 방지하는 이중의 안전기능을 발휘하게 된다.
또한, 본 발명의 이차전지는, 열흡수 다공부재에 다량의 입자가 쌓여 가스 배출이 방해를 받아 내압이 과다 상승하는 위험상황에서는 열흡수 다공부재가 벤팅장치에서 이탈하도록 구성함으로써 이차전지의 구조 붕괴에 따른 급격한 화염 확산을 방지하고, 이를 통해 이차전지의 안전성을 더욱 향상시킬 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 이차전지를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 벤팅장치에 대한 단면도.
도 3 및 도 4는 열흡수 다공부재의 일례를 각각 도시한 도면.
도 5는 도 2의 벤팅장치의 작동을 설명하는 도면.
도 6은 도 2의 벤팅장치에 대한 다른 실시예를 도시한 도면.
도 7은 초과 압력이 작용할 때 열흡수 다공부재가 벤팅장치에서 이탈하는 일 실시형태를 도시한 도면.
도 8은 초과 온도가 작용할 때 열흡수 다공부재가 벤팅장치에서 제거되는 일 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 이차전지에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 케이스 내부의 압력이 제1 설정값을 초과하면 개방되는 벤팅장치를 포함하며, 상기 벤팅장치는 상기 제1 설정값에서 파열하는 파열부가 형성된 럽쳐 디스크를 포함하고, 상기 럽쳐 디스크의 상류와 하류 중의 적어도 어느 한 쪽에 열흡수 다공부재를 구비한다.
이와 같이, 본 발명의 이차전지에는 벤팅장치가 구비되며, 또한 벤팅장치에는 열흡수 다공부재가 구비되어 있다. 이에 따라, 벤팅장치의 럽쳐 디스크는 케이스 내부의 압력이 제1 설정값을 초과할 정도로 과다 상승할 경우에 개방되어 가스를 배출함으로써 이차전지의 구조붕괴를 방지하고, 또한 열흡수 다공부재는 고온 가스나 화염의 열을 빼앗아 발화점 이하의 낮은 온도로 낮춤으로써 화재의 위험을 방지하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차전지의 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 이차전지(10)를 도시한 도면이다. 도 1에 예시적으로 도시된 도면은 양극과 음극의 전극단자(110)가 케이스(100)의 양측면으로 분리배치된 양방향 이차전지(10)이며, 벤팅장치(200)는 케이스(100)의 상면에 위치하고 있다. 이러한 도 1의 양방향 이차전지(10)는 하나의 예로서, 본 발명의 주요구성은 단방향 이차전지를 포함하여 각종 이차전지에 적용될 수 있다.
본 발명의 이차전지(10)는 벤팅장치(200)를 포함하는데, 벤팅장치(200)는 이차전지(10) 내부의 압력이 특정 수준을 초과, 즉 케이스(100) 내부의 압력이 제1 설정값을 초과하면 개방됨으로써 내부에 쌓인 압력을 해소하는 안전수단이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이차전지(10)의 벤팅장치(200)에 대한 단면도인데, 벤팅장치(200)는 럽쳐 디스크(210)를 포함하고 있다.
럽쳐 디스크(210)는 얇은 판형 부재로서, 표면에 노치(Notch) 가공을 한 파열부(212)가 형성되어 있다. 럽쳐 디스크(210)는 이차전지(10)를 밀폐하는데, 케이스(100)의 내압이 상승하면 그 압력에 의해 얇은 럽쳐 디스크(210) 전반에 걸쳐 인장변형이 발생하다가 강도가 약한 파열부(212)가 찢어지면서 케이스(100)의 내압을 해소하게 된다.
벤팅장치(200)는 가스를 배출함으로써 이차전지(10)의 구조적 안전에 영향을 미치는 과도한 내압을 해소하는데 유용하지만, 만일 이차전지(10) 내부에 화염이 발생한 경우에는 강한 가스와 함께 화염이 분출됨으로써 외부화재로 이어질 위험을 야기하기도 한다. 본 발명은 벤팅장치(200)를 통한 화염 분출을 방지하기 위해, 벤팅장치(200) 내부에서 럽쳐 디스크(210)의 상류와 하류 중의 적어도 어느 한 쪽에 열흡수 다공부재(220)를 구비하고 있다.
열흡수 다공부재(220)는 다수의 작은 구멍을 가진 금속재질의 구조체를 의미하는 것으로서, 본 발명에서 열흡수 다공부재(220)는 필터링과 소염(消焰) 기능을 발휘한다.
열 폭주에 의한 내압 상승에 의해 럽쳐 디스크(210)가 파단된 벤팅장치(200)에서는 고온의 가스와 입자가 분출된다. 열흡수 다공부재(220)의 필터링 기능은 고온 입자에 작용하며, 열흡수 다공부재(220)에 의해 직경이 큰 고온 입자가 걸러진다. 특히, 특정 사이즈를 초과하는 고온 입자는 외부 화재의 점화원으로 작용하기에, 열흡수 다공부재(220)에 의한 필터링을 통해 외부 발화의 원인을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 열흡수 다공부재(220)는 연소되는 기체 혼합물에서 발생하는 열을 흡수하여 주변으로 발산함으로써 주변의 기체가 자연 발화온도에 오르지 않도록 연소온도를 낮추는 역할을 한다. 이것은 고온의 기체가 열흡수 다공부재(220)를 통과하면서 금속재질의 다공 구조에 열을 빼앗기기 때문이다. 따라서, 이차전지(10)의 열폭주에 의해 발생한 화염은 벤팅장치(200) 안의 열흡수 다공부재(220)를 통과하면서는 더 이상 화염이 유지하지 못할 만큼의 열량을 빼앗기게 되고, 이로써 주위의 다른 이차전지로 열 폭주 현상을 확산시키는 열 전파 현상이나 외부 화재가 억제된다.
도 3 및 도 4는 열흡수 다공부재(220)의 일례를 각각 도시한 도면이다. 도 3의 열흡수 다공부재(220)는 주름진 금속 리본이 복수의 층을 이루도록 환형으로 감긴 부재로서, 파형을 이루는 금속 리본이 다수의 공극을 형성하고 있다. 그리고, 도 4의 열흡수 다공부재(220)는 금속 매쉬 망으로 이루어진 부재, 즉 금속 그물망으로 구성된 것으로서, 매쉬 망의 체눈이 다수의 작은 구멍을 이루고 있다. 여기서, 금속 매쉬 망은 복수 개의 얇은 그물망이 적층되어 복잡한 다공구조를 이루도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
도 5는 열흡수 다공부재(220)를 구비하는 벤팅장치(200)의 작동을 설명하는 도면이다. 이차전지(10)의 내압이 상승하면 이에 반응하여 럽쳐 디스크(210) 전반에 걸쳐 인장변형이 발생하다가 강도가 약한 파열부(212)가 찢어져 벤팅가스가 외부로 분출되고, 이로써 케이스(100)에 형성된 과도한 내압이 해소된다.
그리고, 파단된 럽쳐 디스크(210)의 하류에는 열흡수 다공부재(220)가 배치되어 있다. 여기서, 열흡수 다공부재(220)는 파열부(212)의 파열범위 밖에 위치함으로써 럽쳐 디스크(210)의 작동을 방해하지 않는다.
열흡수 다공부재(220)가 벤팅유로 상에 형성하는 다수의 구멍은 필터링과 소염 기능을 발휘한다. 열흡수 다공부재(220)의 필터링 기능에 의해 외부 화재의 점화원으로 작용하는 큰 사이즈의 고온 입자를 걸러내며, 또한 기체 혼합물에서 발생하는 열을 흡수하여 주변으로 발산함으로써 연소점 이하로 온도를 낮추는 소염 기능을 발휘하여 화염이 분출되는 것을 억제하게 된다.
도 6은 도 2의 벤팅장치(200)에 대한 다른 실시예를 도시한 도면으로서, 도 2의 벤팅장치(200)는 럽쳐 디스크(210)의 하류에 열흡수 다공부재(220)가 배치되어 있는 반면, 도 6의 벤팅장치(200)는 럽쳐 디스크(210)의 상류에 열흡수 다공부재(220)가 배치되어 있다. 또는, 도면에 도시되어 있지 않지만, 럽쳐 디스크(210)의 상류 및 하류에 각각 열흡수 다공부재(220)가 배치될 수도 있다. 다시 말해, 럽쳐 디스크(210)의 작동에 악영향을 미치지 않는한, 열흡수 다공부재(220)의 위치와 개수 등은 자유롭게 설계할 수 있다.
한편, 열흡수 다공부재(220)는 고온의 화염에 견딜 수 있는 내열성 스테인리스스틸 재질로 이루어질 수 있다. 하나의 예에서, 내열 스테인리스스틸은 X10CrAlSi7, X10CrAl13, X10CrAl18 및 X18CrN28과 같은 페라이트계 스테인리스스틸 합금이나, X15CrNiSi20-12, X15CrNiSi25-20, X15CrNiSi25-21 및 X12CrNiTi18-10과 같은 오스테나이트계 스테인리스스틸 합금, 또는 NiCr15Fe, NiCr23Fe, NiCr22Mo9Nb, NiCr21Mo 및 NiCr28FeSiCe와 같은 니켈-크롬 스테인리스스틸 합금일 수 있다.
다만, 열흡수 다공부재(220)의 필터링 기능으로 인해, 열흡수 다공부재(220)에 입자가 다량으로 쌓이면 벤팅장치(200)가 폐색되어 벤팅가스의 외부 배출이 방해받거나 차단될 수 있다. 벤팅장치(200)가 폐색되어 그 본연의 기능이 상실되면 이차전지(10)의 내압이 다시 상승하여 이차전지(10)의 구조붕괴를 초래할 수 있다.
도 7은 열흡수 다공부재(220)로 인한 벤팅장치(200)의 폐색을 방지하기 위한 실시형태를 도시한 것으로서, 도 7의 벤팅장치(200)는 초과 압력이 작용할 때 열흡수 다공부재(220)가 벤팅장치(200)에서 이탈함으로써 이차전지(10)가 붕괴되는 최악의 상황을 방지한다.
도 7의 실시형태에서, 열흡수 다공부재(220)가 벤팅장치(200)에서 방해 없이 이탈할 수 있도록, 열흡수 다공부재(220)는 럽쳐 디스크(210)의 하류에 위치하고 있다. 그리고, 럽쳐 디스크(210)의 외측면에는, 럽쳐 디스크(210)가 파열되는 제1 설정값을 초과하는 제2 설정값의 압력이 소정 시간 동안 작용하였을 때 파단되는 파단돌기(240)가 구비되어 있다.
열흡수 다공부재(220)의 하류 측에 위치한 파단돌기(240)는 제2 설정값 미만의 압력이 작용하는 동안에는 그 형태를 유지하고 있으며, 이에 따라 열흡수 다공부재(220)가 가스의 압력에 밀려 벤팅장치(200) 밖으로 이탈하지 않도록 지지하고 있다.
그러나, 열흡수 다공부재(220)에 제2 설정값 이상의 압력이 작용하게 되면, 파단돌기(240)의 뿌리 부분에 형성된 파단노치(242)가 점차 변형을 일으키게 되고, 제2 설정값 이상의 압력이 작용하는 시간이 사전에 설정된 소정 시간에 도달하게 되면 파단돌기(240)가 완전히 변형 내지 파단됨으로써 열흡수 다공부재(220)에 대한 지지력을 상실하게 된다. 이에 따라, 열흡수 다공부재(220)는 가스의 압력에 밀려 벤팅장치(200) 외부로 이탈된다.
여기서, 열흡수 다공부재(220)에 제2 설정값 이상의 압력이 작용하는 경우는, 열흡수 다공부재(220)에 다량의 입자가 쌓여 통기성이 크게 떨어짐으로써 내압이 상승하는 경우를 포함하며, 이외에도 열 폭주 현상이 급격히 진행되어 제2 설정값에 달할 정도로 내압이 크게 증가한 경우도 포함된다.
이와 같이, 이차전지(10)의 내압이 제2 설정값에 도달할 정도로 상승하는 경우에는, 열흡수 다공부재(220)가 발휘하는 필터링과 소염 기능을 유지하는 것보다도, 이차전지(10)의 구조 붕괴에 따른 급격한 화염 확산을 방지하는 것이 우선적으로 고려될 필요가 있다. 이를 위해, 도 7의 실시형태는 제2 설정값의 압력이 소정 시간 동안 작용하였을 때에는 벤팅장치(200)에서 열흡수 다공부재(220)를 제거함으로써 벤팅가스의 유동을 촉진하도록 구성된 것이다.
벤팅장치(200)에서 열흡수 다공부재(220)가 이탈되는 조건은 파단돌기(240)의 설계, 이를테면 파단노치(242)의 강도 등에 의해 설정되며, 3기압 이상의 내압이 1초 이상 유지되면 열흡수 다공부재(220)가 이탈되도록 설정하는 것이 바람직할 수 있다.
[제2 실시형태]
도 7의 도시된 실시형태는 이차전지(10) 내압의 과다 상승에 반응하여, 유동 장애물로 작용하였던 열흡수 다공부재(220)를 벤팅장치(200)에서 이탈시키는 구성을 포함하고 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시형태에서는, 이차전지(10) 내부의 온도에 반응하여 열흡수 다공부재(220)를 벤팅장치(200)에서 제거하는 구성을 포함하고 있다. 즉, 열흡수 다공부재(220)의 제거라는 측면에서 보았을 때, 제1 실시형태는 압력 반응형이고 제2 실시형태는 온도 반응형이라 말할 수 있다.
도 8은 초과 온도가 작용할 때 열흡수 다공부재(220)가 벤팅장치(200)에서 제거되는 제2 실시형태에 대해 도시한 도면이다. 제1 실시형태에서와 마찬가지로 열흡수 다공부재(220)는 럽쳐 디스크(210)의 하류에 위치하지만, 제2 실시형태에서의 열흡수 다공부재(220)는 파단노치(242)와 같은 파단구조를 가지지 않은 통상적인 지지돌기(230)에 의해 그 위치가 고정되어 있다. 그 대신에 열흡수 다공부재(220)의 재질을 다르게 구성하고 있다.
제2 실시형태에서의 열흡수 다공부재(220)는 벤팅가스의 온도가 경계온도 이상으로 상승하여 소정 시간 동안 작용하면 적어도 그 일부가 용융됨으로써 벤팅장치(200)로부터 제거되는 금속재질로 구성되어 있다. 다시 말해, 제2 실시형태는 벤팅가스의 이상 고온에 의해 열흡수 다공부재(220) 자체가 용융하여 변형됨으로써 지지력을 상실하게 되고, 이에 따라 벤팅가스의 압력에 밀려 벤팅장치(200)에서 제거되도록 구성된 것이다.
바람직한 일 실시형태에서, 열흡수 다공부재(220)는 벤팅가스의 온도가 500℃ 이상으로 상승하여 5초 이상 작용하면 용융되어 벤팅장치(200)로부터 제거되는 것일 수 있다. 이에 대응하여, 제2 실시형태의 열흡수 다공부재(220)는 대략 470∼660℃ 범위의 용융점을 갖는 단일 금속 또는 합금으로 제조될 수 있다.
500℃ 전후의 용융점을 갖고, 온도에 대한 반응이 빠르도록 높은 열전도성을 지니며, 다공 구조를 형성하기에 유리한 가공성 등의 제반 조건을 고려할 때, 열흡수 다공부재(220)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 이러한 조건에 부합하는 알루미늄 소재는 1060, 1100 알루미늄 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 순수한 알루미늄이 아닌, 알루미늄 합금 소재로는 2011, 2014, 2017, 2024, 3003, 4032, 5052, 5056, 5083, 6061, 6N01, 6063, 7003, 7075, 7N01 알루미늄 합금 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
여기서, 압력 반응형의 제1 실시형태와 온도 반응형의 제2 실시형태는 서로 독립적으로 실시될 수 있지만, 또한 양립 가능한 실시형태로서 이들을 조합하는 것도 가능하다. 다시 말해, 제1 실시형태에 포함되는 파단돌기(240)의 구성과 제2 실시형태의 용융점이 특정된 열흡수 다공부재(220)를 함께 조합함으로써 열 폭주에 의해 과도 상승하는 압력과 온도 양자에 대응하도록 구성하는 것도 가능한 것이며, 이는 통상의 기술자라면 본 명세서에 개시된 내용으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
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: 이차전지
100: 케이스
110: 전극단자
200: 벤팅장치
210: 럽쳐 디스크
212: 파열부
220: 열흡수 다공부재
230: 지지돌기
240: 파단돌기
242: 파단노치

Claims (13)

  1. 케이스 내부의 압력이 제1 설정값을 초과하면 개방되는 벤팅장치를 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 벤팅장치는,
    상기 제1 설정값에서 파열하는 파열부가 형성된 럽쳐 디스크를 포함하고,
    상기 럽쳐 디스크의 상류와 하류 중의 적어도 어느 한 쪽에 열흡수 다공부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열흡수 다공부재는,
    상기 파열부의 파열범위 밖에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열흡수 다공부재는,
    주름진 금속 리본이 복수의 층을 이루도록 환형으로 감긴 부재인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열흡수 다공부재는,
    금속 매쉬 망으로 이루어진 부재인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열흡수 다공부재는,
    상기 럽쳐 디스크의 하류에 위치하고,
    상기 제1 설정값을 초과하는 제2 설정값의 압력이 소정 시간 동안 작용하면 상기 벤팅장치 외부로 이탈되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열흡수 다공부재는,
    3기압 이상의 내압이 1초 이상 유지되면 상기 벤팅장치에서 이탈되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 열흡수 다공부재의 하류 측에는 상기 벤팅장치의 내면에서 돌출 형성된 파단돌기가 구비되고,
    상기 파단돌기는 상기 제2 설정값의 압력이 소정 시간 동안 작용하면 파단되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 열흡수 다공부재는 내열성 스테인리스스틸 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열흡수 다공부재는,
    상기 럽쳐 디스크의 하류에 위치하고,
    벤팅가스의 온도가 경계온도 이상으로 상승하여 소정 시간 동안 작용하면 용융되어 상기 벤팅장치로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열흡수 다공부재는,
    상기 벤팅가스의 온도가 500℃ 이상으로 상승하여 5초 이상 작용하면 용융되어 상기 벤팅장치로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열흡수 다공부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 알루미늄 소재는 1060, 1100 알루미늄 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 소재는 2011, 2014, 2017, 2024, 3003, 4032, 5052, 5056, 5083, 6061, 6N01, 6063, 7003, 7075, 7N01 알루미늄 합금 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.

KR1020220092176A 2022-07-26 2022-07-26 안전성이 향상된 이차전지 KR20240014699A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220092176A KR20240014699A (ko) 2022-07-26 2022-07-26 안전성이 향상된 이차전지
JP2024509080A JP2024532137A (ja) 2022-07-26 2023-07-20 安全性が向上した二次電池
CN202380013259.7A CN117837012A (zh) 2022-07-26 2023-07-20 安全性增强的二次电池
EP23846914.2A EP4369502A1 (en) 2022-07-26 2023-07-20 Secondary battery with enhanced safety
PCT/KR2023/010522 WO2024025255A1 (ko) 2022-07-26 2023-07-20 안전성이 향상된 이차전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220092176A KR20240014699A (ko) 2022-07-26 2022-07-26 안전성이 향상된 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240014699A true KR20240014699A (ko) 2024-02-02

Family

ID=89706845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220092176A KR20240014699A (ko) 2022-07-26 2022-07-26 안전성이 향상된 이차전지

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4369502A1 (ko)
JP (1) JP2024532137A (ko)
KR (1) KR20240014699A (ko)
CN (1) CN117837012A (ko)
WO (1) WO2024025255A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170014309A (ko) 2015-07-29 2017-02-08 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 이차전지, 전지 모듈 및 전지 팩

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150061200A (ko) * 2013-11-27 2015-06-04 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR102337492B1 (ko) * 2017-04-07 2021-12-09 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
WO2020219992A1 (en) * 2019-04-25 2020-10-29 Aerovironment Battery pack design with protection from thermal runaway
KR20220010876A (ko) * 2020-07-20 2022-01-27 에스케이온 주식회사 배터리 모듈
KR20220040808A (ko) * 2020-09-24 2022-03-31 에스케이온 주식회사 이차전지 제조용 디게싱장치
KR20220092176A (ko) 2020-12-24 2022-07-01 디비에프아이에스 주식회사 빅데이터를 이용하여 약속장소를 추천하는 컴퓨팅 장치 및 그 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170014309A (ko) 2015-07-29 2017-02-08 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 이차전지, 전지 모듈 및 전지 팩

Also Published As

Publication number Publication date
EP4369502A1 (en) 2024-05-15
WO2024025255A1 (ko) 2024-02-01
CN117837012A (zh) 2024-04-05
JP2024532137A (ja) 2024-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210328304A1 (en) Battery pack
CN108602437B (zh) 用于锂离子电池的低压力分布断开设备
US8409736B2 (en) Cap assembly with desirable safety performance
US20100136385A1 (en) Method and apparatus for maintaining cell wall integrity during thermal runaway using an outer layer of intumescent material
CA3062702A1 (en) Electrochemical cell housing including at least one catalyst and method of mitigating a venting and/or thermal runaway event
KR20150003779A (ko) 화재 방지 매체를 구비한 배터리 팩
US20230223650A1 (en) Battery, electric apparatus, and method and apparatus for preparing battery
US20210218072A1 (en) Safety device for battery packs having pouch cells by mechanical interrupters
JP7549733B2 (ja) 電池、受電装置、電池を作製する方法及び設備
CN114696043A (zh) 电池组
JP2023550400A (ja) 電池の筐体、電池、電力消費装置、電池の製造方法と装置
US20240204326A1 (en) Battery module, battery pack, and electronic device
JP7531968B2 (ja) 熱拡散抑制構造を有する電池パック
KR20240014699A (ko) 안전성이 향상된 이차전지
US20240243421A1 (en) Venting device and prismatic secondary battery provided with same
JP2024527746A (ja) バッテリーモジュールフレーム
JP6735840B2 (ja) 二次電池
JP2020087841A (ja) 組電池
CN215644867U (zh) 滤火结构和具有其的电池包
US20240113380A1 (en) Safety vent for cylindrical batteries
EP4401217A1 (en) Battery module component
KR20240070939A (ko) 양방향 벤팅장치 및 이를 포함하는 이차전지
CN215771050U (zh) 熔断器、电池系统及具有其的车辆
CN217934018U (zh) 软包电池和电池包
EP3506392B1 (en) Secondary battery