KR20240066051A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20240066051A
KR20240066051A KR1020230095337A KR20230095337A KR20240066051A KR 20240066051 A KR20240066051 A KR 20240066051A KR 1020230095337 A KR1020230095337 A KR 1020230095337A KR 20230095337 A KR20230095337 A KR 20230095337A KR 20240066051 A KR20240066051 A KR 20240066051A
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김정호
김명철
전두성
김동형
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

일 예로서, 본 발명은 안전 벤트 상에 단열 부재가 부착되어 화염으로부터 셀을 보호할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
예를 들어, 본 발명은 일면에 안전 벤트를 갖는 케이스; 상기 케이스에 수용된 전극 조립체; 상기 케이스의 대향되는 방향에 결합되고 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 한 쌍의 터미널들; 및 상기 케이스의 일면에 결합되고, 상기 안전 벤트와 대응되는 영역을 커버하는 단열 부재를 포함하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다. 이러한 이차 전지는 양극 및 음극으로 이루어지는 전극 조립체, 이를 수용하는 케이스, 전극 조립체에 연결되는 전극 단자 등을 포함한다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 벤트 상에 단열 부재가 부착되어 화염으로부터 셀을 보호할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 일면에 벤트를 갖는 케이스; 상기 케이스에 수용된 전극 조립체; 상기 케이스의 대향되는 방향에 결합되고 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 한 쌍의 터미널들; 및 상기 케이스의 일면에 결합되고, 상기 벤트와 대응되는 영역을 커버하는 단열 부재를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 벤트는 상기 한 쌍의 터미널들 사이의 상기 케이스의 단변부에 제공될 수 있다.
그리고 상기 단열 부재는 MICA를 포함하는 단열 소재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 단열 부재는 상기 케이스의 일면에 대해 부착될 수 있다.
또한, 상기 단열 부재는 상기 케이스에 위치된 상태에서 외부의 절연 필름을 통해 결합될 수 있다.
또한, 상기 단열 부재는 상기 케이스를 향하는 면에 제공된 접착층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단열 부재는 상기 케이스의 벤트와 대응되는 스티치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스티치는 상기 벤트의 영역 내에 매칭되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 스티치는 상기 벤트의 영역 내에서 교차하는 적어도 두 개의 선을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 스티치는 상기 벤트의 아웃라인을 따라 형성된 선을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 스티치는 다수의 천공(perforation)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는 벤트 상에 단열 부재가 부착되어 특정 셀에서 이벤트 발생시, 생성된 토출물이 인접한 셀의 벤트에 비산하더라도 벤트가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 단열 부재에 벤트에 대응되는 스티치를 구비하여, 벤트의 동작을 방해하지 않을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 도시한 개략도이다.
도 3a 내지 도 3c는 벤트에 맞춰서 결합되는 절연 부재의 스티치 형상을 도시한 예시이다.
도 4a 및 도 4b는 절연 부재를 갖는 예시적 이차 전지에서 벤트의 동작 전후 상태를 도시한 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 실시 예들을 기술할 때 “~할 수 있다”,”~일 수 있다”는 “본 발명의 하나 이상의 실시 예”를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
배터리 팩은, 적어도 하나 이상의 배터리 모듈, 적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 수용하는 수용 공간이 형성된 팩 하우징을 포함한다.
상기 배터리 모듈 복수의 배터리 셀 및 모듈 하우징을 구비할 수 있다. 상기 배터리 셀들, 적층된 형태로 상기 모듈 하우징 내부에 수용될 수 있다. 상기 배터리 셀은 양극 리드 및 음극 리드가 구비될 수 있다. 상기 배터리 셀은 배터리 형태에 따라 원형 타입, 각형 타입, 파우치 타입 배터리 셀이 사용될 수 있다.
상기 배터리 팩은 상기 배터리 모듈 대신 적층된 하나의 셀 스택이 하나의 모듈을 구성할 수 있다. 상기 셀 스택은 팩 하우징의 수용 공간에 수용되거나 프레임, 격벽 등으로 구획된 수용 공간에 수용될 수 있다.
상기 배터리 셀은 충/방전하는 동안 많은 양의 열을 발생시킨다. 발생된 열은 전지 셀에 축적되어 전지 셀의 열화를 촉진한다. 따라서, 배터리 팩은 배터리 셀 열화를 억제하기 위해 냉각 부재를 더욱 포함한다. 냉각 부재는 배터리 셀이 구비되는 수용 공간의 하부에 구비되나, 이에 한정되지 않고 배터리 팩에 따라 상부나 측면에도 구비될 수 있다.
상기 배터리 셀은 각각 열 폭주 또는 열 이벤트로도 알려진 비정상적인 작동 조건에서 발생된 배터리 셀 내부의 배기 가스가 배터리 셀 외부로 배출될 수 있다. 상기 배터리 팩 또는 상기 배터리 모듈은 상기 배기 가스가 상기 배터리 팩 또는 모듈의 손상을 억제하기 위해 배기 가스 배출을 위한 배기구 등을 구비할 수 있다
배터리 팩은 배터리 및 배터리를 관리하기 위한 배터리 관리 장치 (BMS: Battery Management System)를 포함할 수 있다. 상기 배터리 관리 장치는, 검출 장치, 밸런싱 장치 및 제어 장치를 포함할 수 있다. 배터리 모듈은 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 셀을 포함할 수 있다. 배터리 모듈은 서로 직렬 또는 병렬 연결로 연결될 수 있다.
　상기 검출 장치는 배터리의 상태(전압, 전류, 온도 등)를 감지하여, 배터리의 상태를 나타내는 상태 정보를 검출할 수 있다. 검출 장치는 배터리를 구성하는 각 셀 또는 각 배터리 모듈의 전압을 검출할 수 있다. 검출 장치는 배터리 모듈 또는 배터리 팩을 구성하는 각 배터리 모듈을 흐르는 전류를 검출할 수도 있다. 검출 장치는 배터리의 적어도 한 지점에서의 셀 및 또는 모듈 및 또는 주변 온도를 검출할 수도 있다.
밸런싱 장치는 배터리를 구성하는 배터리 모듈 및 또는 셀들의 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 제어 장치는 검출 장치로부터 배터리 모듈의 상태 정보(전압, 전류, 온도 등)를 수신할 수 있다. 제어 장치는 검출 장치로부터 수신된 상태 정보에 기초해 배터리 모듈의 상태(전압, 전류, 온도, 충전 상태(State Of Charge, SOC) 수명(State Of Health, SOH) 등)를 모니터링 및 계산 할 수 있다. 또한, 제어 장치는 상태 모니터링 결과에 기초해, 제어 기능(예를 들어, 온도 제어, 밸런싱 제어, 충방전 제어 등), 보호 기능(예를 들어, 과방전, 과충전, 과전류 방지, 단락, 소화 기능 등) 등을 수행할 수도 있다. 또한, 제어 장치는 배터리 팩의 외부 장치(예를 들어, 상위 제어기 또는 차량 또는 충전기 또는 PCS등)와의 유선 또는 무선통신 기능을 수행할 수도 있다.
제어 장치는 배터리의 충방전 동작 및 보호 동작을 제어할 수도 있다. 이를 위해, 제어 장치는 충방전 제어부, 밸런싱 제어부 및 보호부를 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은 배터리 상태를 모니터링하고, 진단 및 제어, 통신, 보호기능을 수행하는 시스템으로써 충방전 상태를 계산하기도 하고, 배터리 수명 또는 건강 상태 (SOH: State Of Health)를 계산하기도 하고, 필요시 배터리 전력을 차단 (릴레이 제어)할 수도 있고, 열관리(냉각, 가열 등) 제어를 하기도 하며, 고전압 인터락 기능을 수행할 수도 있고, 절연 및 단락 상태를 검출하거나 계산할 수도 있다.
릴레이는, 코일의 자기력에 의해 온오프되는 기계식 컨택터이거나, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effecttransistor)과 같은 반도체 스위치일 수 있다.
상기 릴레이 제어는 차량 및 배터리 시스템에 문제가 발생할 경우, 배터리로부터의 전력 공급을 차단하는 기능으로 양극 단자 및 음극 단자에 각각 혹은 하나 이상의 릴레이 및 프리차지 릴레이로 구성될 수 있다.
상기 프리차지 제어는 배터리 부하 접속 시 인버터 입력측의 고전압 커패시터에 돌입전류 (Inrush current) 발생 위험이 있으므로, 돌입전류 인입 방지를 위해 차량 기동시 메인 릴레이 접속 전 프리차지 릴레이 동작시켜 프리차지용 저항에 연결하는 기능을 구비할 수 있다.
상기 고전압 인터락은 전체 자동차 시스템에 고전압 부품들이 모두 연결 되어 있는지 여부를 확인하기 위해 작은 신호를 이용하여 감지하는 회로로써, 전체 루프(Loop) 상에 한 곳이라도 개방(Open)이 생기면 릴레이를 강제로 개방(Open)시키는 기능을 구비할 수 있다.
이하에서는 배터리 셀을 구성하는 본 발명의 이차 전지를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 케이스(110), 전극 조립체(120), 한 쌍의 터미널들(131,132) 및 절연 필름(150)를 포함할 수 있다. 또한, 케이스(110)와 절연 필름(150)의 사이에는 단열 부재(미도시)가 더 형성될 수 있다.
케이스(110)는 납작한 직육면체 형태일 수 있다. 일부 예들에서, 케이스(110)는 상호간 대향되는 한 쌍의 단변부들(111), 한 쌍의 단변부들(111)을 연결하는 한 쌍의 장변부들(112), 일측의 단변부들(111) 및 장변부들(112)을 막는 캡 플레이트(113)(또는 양극측 캡 플레이트(113)) 및 타측의 단변부들(111) 및 장변부들(112)을 막는 캡 플레이트(114)(또는 음극측 캡 플레이트(114))를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 양극측 캡 플레이트(113)는 일측의 단변부들(111) 및 장변부들(112)에 레이저 용접될 수 있다. 일부 예들에서, 음극측 캡 플레이트(114)는 타측의 단변부들(111) 및 장변부들(112)에 레이저 용접될 수 있다. 케이스(110)는 캔, 외장재, 하우징 또는 본체를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 케이스(110)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 철, 철 합금, 철니켈 합금, 철니켈크롬 합금 또는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다. 이러한 케이스(110)는 전극 조립체(120) 및 전해액을 수용하고, 이들을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
일부 예들에서, 케이스(110)는 한 쌍의 단변부들(111)중 적어도 하나의 단변부(111)에 제공된 벤트(115)를 더 포함할 수 있다. 벤트(115)는 안전 밸브, 안전변, 박막 또는 박육부를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 벤트(115)의 길이 방향은 단변부(111)의 길이 방향을 따를 수 있으며, 벤트(115)는 단변부(111)의 중앙에 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 벤트(115)는 대략 직사각 형태 또는 타원 형태일 수 있다. 일부 예들에서, 벤트(115)의 두께는 단변부(111)의 두께보다 얇게 제공됨으로써, 케이스(110)의 내부 압력이 설정 압력 또는 작동 압력 보다 클 경우, 벤트(115)가 파단되면서 케이스(110)의 내부 가스(고온 고압의 가스)가 외부로 방출되도록 한다. 일부 예들에서, 벤트(115)는 작동 압력에서 쉽게 파단될 수 있도록 상대적으로 더 얇은 라인 형태의 노치(1151)를 포함할 수 있다. 노치(1151)는 요홈, 그르브 또는 리세스를 포함할 수 있다.
전극 조립체(120)는 양극판(121), 세퍼레이터(122) 및 음극판(123)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 전극 조립체(120)는 양극판(121), 세퍼레이터(122), 음극판(123), 세퍼레이터(122)의 순서로 적층된 스택 형태로 제공되거나 또는 권취된 젤리롤 형태로 제공될 수 있다. 전극 조립체(120)는 대체로 케이스(110)의 내부에 수용될 수 있는 대략 직육면체 형태일 수 있다. 전극 조립체(120)는 전극군, 전극 또는 셀을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 양극판(121)은 일측의 터미널(131)을 향해 돌출되어 연결되는 양극 탭(1211)(또는 양극 멀티 탭)을 더 포함할 수 있고, 음극판(123)은 일측의 반대인 타측의 터미널(132)을 향해 돌출되고 연결되는 음극 탭(1231)(또는 음극 멀티 탭)을 더 포함할 수 있다.
한 쌍의 터미널들(131,132)은 일측의 양극 터미널(131) 및 타측의 음극 터미널(132)을 포함할 수 있다. 터미널(131,132)은 사이드 터미널, 단자판 또는 단자부를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 양극은 정극으로 지칭될 수도 있다. 일부 예들에서, 음극은 부극으로 지칭될 수도 있다.
일부 예들에서, 양극 터미널(131)은 양극측 캡 플레이트(113)를 관통하여 결합되고, 양극 탭(1211)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 양극 터미널(131)은 절연 가스켓(1311)을 통하여 양극측 캡 플레이트(113)와 절연될 수 있다. 일부 예들에서, 양극 터미널(131)은 양극측 캡 플레이트(113)의 외측에 위치되는 외측 양극 단자판(1312), 양극측 캡 플레이트(113)를 관통하는 양극 연결부(1313), 및 양극측 캡 플레이트(113)의 내측에 위치되는 내측 양극 단자판(1314)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 내측 양극 단자판(1314)이 양극 리드(1315)를 통해 양극 탭(1211)에 전기적으로 연결될 수도 있다.
일부 예들에서, 음극 터미널(132)은 음극측 캡 플레이트(114)를 관통하여 결합되고, 음극 탭(1231)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 음극 터미널(132)은 절연 가스켓(1321)을 통하여 음극측 캡 플레이트(114)와 절연될 수 있다. 일부 예들에서, 음극 터미널(132)은 음극측 캡 플레이트(114)의 외측에 위치되는 외측 음극 단자판(1322), 음극측 캡 플레이트(114)를 관통하는 음극 연결부(1323), 및 음극측 캡 플레이트(114)의 내측에 위치되는 내측 음극 단자판(1324)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 내측 음극 단자판(1324)이 음극 리드(1325)를 통해 음극 탭(1231)에 전기적으로 연결될 수도 있다.
이러한 양극 터미널(131) 및 음극 터미널(132)은 전기 에너지가 전극 조립체(120)에 제공(충전)되도록 하거나, 또는 전극 조립체(120)의 전기 에너지가 전기 장치에 제공(방전)되도록 할 수 있다.
일부 예들에서, 이러한 양극 터미널(131) 및 음극 터미널(132)에는 버스바가 연결됨으로써, 다수의 이차 전지(100)(또는 배터리 셀)가 직렬 및/또는 병렬로 전기적으로 연결되어 배터리 모듈 또는 배터리 팩이 제공되도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 버스바없이 양극 터미널(131)은 다른 이차 전지의 음극 터미널(132)에 직접 전기적으로 연결되고, 버스바없이 음극 터미널(132)은 다른 이차 전지의 양극 터미널(131)에 직접 연결될 수도 있다.
절연 필름(150)은 케이스(110)를 감쌀 수 있다. 절연 필름(150)은 케이스(110)중 한 쌍의 단변부들(111) 및 한 쌍의 장변부들(112)을 감쌀 수 있다. 일부 예들에서, 절연 필름(150)은 양극 터미널(131)의 적어도 일부 영역 및 음극 터미널(132)의 적어도 일부 영역을 외부로 노출시킬 수 있다. 절연 필름(150)은 절연 테이프 또는 절연 필름을 포함할 수 있다. 절연 필름(150)은 PP(Polypropylene), PE(Polyathylen), PC(Polycarbonate), PET(Polyathylen terepthalate), PS(Polystyrene) 또는 PI(Polyimide)를 포함할 수 있다. 이러한 절연 필름(150)은 이차 전지(100)를 외부와 절연시키는 역할을 한다.
한편, 후술할 바와 같이, 케이스(110)의 단변부(111)와 절연 필름(150)의 사이에는 단열 부재(미도시)가 더 구비될 수 있다. 특히, 단열 부재는 케이스(110)의 벤트(115)가 형성된 단변부(111)에 결합될 수 있으며, 벤트(115)와 대응되는 영역에 제공되는 다양한 형태의 스티치를 포함할 수 있다. 스티치(151)는 다수의 천공(perforation), 다수의 타공(punching hole), 다수의 관통홀 또는 다수의 홀을 포함할 수 있다. 따라서, 단열 부재의 존재에도 불구하고, 케이스(110)의 벤트(115)가 동작하는데 제약을 주지 않아, 이차 전지(100)의 안전성을 확보할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 도시한 개략도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 케이스(110)의 단변부(111)에 대해 단열 부재(140) 및 절연 필름(150)이 제공될 수 있다.
단열 부재(140)는 대략 직사각형의 시트 형태로 구비될 수 있으며, 케이스(110)의 단변부(111)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 또한, 단열 부재(140)는 케이스(110)에 대해 단열을 제공하는 소재로 구비될 수 있으며, 예를 들어 MICA 또는 에어로겔을 포함할 수 있다. 단열 부재(140)는 케이스(110)의 단변부(111) 중 특히 벤트(115)를 커버하도록 구비되어, 인접한 이차 전지(100)에서 이벤트가 발생하여 생성되는 토출물로부터 벤트(115)를 커버할 수 있다. 구체적으로, 직/병렬로 연결되어 있는 다수의 이차 전지(100) 중 하나에서 발화 등의 이벤트가 발생하면, 벤트(115)가 개방되고 셀 내부의 토출물이 인접한 주변으로 튈 수 있다. 이 경우, 다수의 이차 전지(100)는 동일한 방향으로 배열됨이 일반적이기 때문에, 이벤트가 발생한 이차 전지(100)의 토출물은 인접한 이차 전지(110)의 단변부(111) 및 벤트(115)로 날아가 안착될 수 있다. 한편, 벤트(115)의 경우 개방 동작을 유도하기 위해, 케이스(110)의 단변부(111)의 다른 영역들에 비해 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 있기 때문에, 토출물에 대해 상대적으로 더 취약할 수 밖에 없다. 따라서, 결과적으로 토출물로 인해, 인접한 이차 전지(100)의 벤트(115)가 추가로 손상 및 개방될 수 있고, 이차 전지(100)의 열 전파(Thermal Propagation)가 생길 염려가 있다.
한편, 단열 부재(140)는 이차 전지(100)의 케이스(110) 중 단변부(111) 및 벤트(115)를 커버하도록 구성되어 있으므로, 인접한 이차 전지(100)로부터의 토출물이 안착되더라도 단변부(111) 및 벤트(115)가 손상되지 않도록 할 수 있다. 특히, 단열 부재(140)는 MICA 또는 에어로겔과 같은 단열재로 구비되어 있기 때문에, 단순히 벤트(115)를 커버하는 것이 아니라, 표면에 있는 토출물의 열이 벤트(115)에 전달되는 것을 사전에 차단할 수 있다.
또한, 단열 부재(140)는 벤트(115)에 대응되는 영역에 스티치(141)를 포함할 수 있다. 이러한 스티치(141)는 다수의 천공(perforation), 다수의 타공(punching hole), 다수의 관통홀 또는 다수의 홀을 포함할 수 있다. 또한, 스티치(141)는 벤트(115)의 적어도 일부에 대해 중첩되도록 형성되어, 벤트(115)의 개방 동작시 스티치(141)를 통한 개방이 함께 이루어지도록 할 수 있다. 예를 들어, 단열 부재(140)의 스티치(141)는 벤트(115)와 동일하거나 더 크게 구비되어, 벤트(115)의 개방을 방해하지 않을 수 있다. 또한, 예를 들어, 스티치(141)는 벤트(115)의 일부 영역에 대해 형성되어, 벤트(115)가 특정 방향으로 개방되도록 유도할 수도 있다. 이러한 스티치(141)의 예시 형상은 후술하도록 한다.
한편, 절연 필름(150)은 대략 직사각 테이프 또는 필름 형태일 수 있으며, 도시하지는 않았지만, 역시 벤트(115)에 대응되는 적어도 일부 영역에 스티치가 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 절연 필름(150)은 전체 영역 또는 끝단의 일부 영역에 접착층이 제공될 수 있다. 절연 필름(150)은 그 상부의 단열 부재(140) 및 케이스(110)를 함께 감쌀 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 절연 필름(150) 상에 단열 부재(140) 및 케이스(110)가 안착될 수 있다. 일부 예들에서, 이차 전지(100) 중 케이스(110)의 하부 단변부(111)가 단열 부재(140) 및 절연 필름(150) 상에 안착될 수 있다. 이 때, 일부 예들에서, 케이스(110)의 단변부(111)에 제공된 벤트(115)에 대응되도록 단열 부재(140)의 스티치(141)가 위치될 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 절연 필름(150)이 이차 전지(100) 중 케이스(110)의 장변부(112)에 부착될 수 있다. 일부 예들에서, 케이스(110)의 장변부(112)와 대응되는 절연 필름(150)의 일부 영역에도 접착층이 제공될 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 절연 필름(150)이 케이스(110)의 상부 단변부(111)에 부착될 수 있다. 일부 예들에서, 절연 필름(150)의 일측 영역이 케이스(110)의 상부 단변부(111)에 부착될 수 있다. 일부 예들에서, 절연 필름(150)의 일측 영역에 접착층이 제공되어 상부 단변부(111)에 부착될 수 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 절연 필름(150)의 타측 영역이 절연 필름(150)의 일측 영역 상에 부착될 수 있다. 일부 예들에서, 절연 필름(150)의 타측 영역에 접착층이 제공되어 절연 필름(150)의 일측 영역 상에 접착될 수 있다. 일부 예들에서, 절연 필름(150)은 벤트(115)와 대향되는 케이스(110)의 단변부(111)에 중첩되어 접착될 수 있다.
또한, 설명한 것과 같이, 단열 부재(140)에 별도의 접착 성분 없이 케이스(110)의 단변부(111) 상에 위치된 상태에서 절연 필름(150)이 내부에 케이스(110) 및 단열 부재(140)를 함께 감싸서 결합하는 방법 이외에도, 단열 부재(140)에 접착 성분이 구비되어 케이스(110)의 단변부(111)에 부착된 상태에서 절연 필름(150)이 감싸는 것도 가능하다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)에서 절연 부재(140)의 스티치(141) 형상에 대한 예시를 설명하도록 한다.
도 3a 내지 도 3c는 벤트에 맞춰서 결합되는 절연 부재의 스티치 형상을 도시한 예시이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 절연 부재(140)의 스티치(141)는 벤트(115)의 영역 내에 형성된 다수의 수평선 및 수직선을 포함할 수 있다. 이렇듯 구성된 스티치(141)에 따르면 벤트(115)의 동작에 따른 변형 돌출시, 스티치(141)의 교차하는 접점을 중심으로 용이하게 파단이 생길 수 있으며, 이에 따라 벤트(115)가 변형하여 개방될 수 있다. 또한, 수평선 및 수직선의 길이 방향을 따른 절개도 이루어질 수 있기 때문에, 벤트(115)의 특정 영역에서 변형이 먼저 일어나는 경우 이러한 길이 방향의 절개를 따라 내부의 가스가 먼저 토출되도록 하는 것도 가능하다.
다음으로 도 3b를 참조하면, 앞선 도 3a의 스티치(141)의 형상에 더해, 벤트(115)의 형상을 따라 아웃라인을 형성하는 스티치(141')가 더 구비되는 것도 가능하다. 이 경우, 스티치(141')를 통해 벤트(115)가 아웃라인을 따라 개방되는 것도 가능하다. 따라서, 벤트(115)의 변형 형상에 따라 아웃라인을 따라 스티치(141')가 개방되어, 아웃라인의 형상으로 부분적인 절개가 먼저 이루어지기 더 용이할 수 있다.
또한, 도 3c를 참조하면, 스티치(141)는 단지 하나의 수평선 및 수직선으로 구성된 '+' 형상으로 구성될 수도 있다. 이러한 구성에 따르면, 스티치(141)는 벤트(115)의 중앙 영역에서 '+' 형상으로 절개가 이루어지도록 설정될 수 있다. 또한, 이러한 구성을 통해 벤트(115)의 개방이 중앙 영역에서 이루어지도록 유도될 수 있으며, 벤트(115)를 향해 소화 약제가 투입되거나 토출물이 주변에 위치한 이차 전지(100)들로 향하여 비산되지 않도록 하기에 용이하다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 벤트의 개방 동작을 더 설명하도록 한다.
도 4a 및 도 4b는 절연 부재를 갖는 예시적 이차 전지에서 벤트의 동작 전후 상태를 도시한 개략도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 벤트(115)는 이차 전지(100)의 케이스(110)중 단변부(111)에 제공될 수 있다. 벤트(115)의 두께의 단변부(111)의 두께에 비해 상대적으로 얇을 수 있다. 또한, 벤트(115)는 대략 타원 형태로 제공될 수 있으며, 표면에는 얇은 점선으로 표시된 것과 같이 작동 시 파단이 시작되는 다양한 형태의 노치(1151)가 제공될 수 있다.
또한, 앞서 설명한 것과 같이, 벤트(115)의 외측에 대해 단열 부재(140)의 스티치(141)가 정렬되어 위치할 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 벤트(115)의 동작 시 노치(1151)가 파단되면서, 케이스(110)의 외측 방향즉, 단변부(111)의 외측 방향으로 개방될 수 있다. 도시된 일부 예들에서, 노치(1151)의 형태로 인해 벤트(115)는 대략 4개의 조각(2개의 큰 조각 및 2개의 작은 조각)으로 분리되어 케이스(110)의 외부 방향으로 개방될 수 있다. 다만, 도 4b에 도시된 4개의 조각으로 한정하는 것은 아니며, 설계에 따라 벤트(115)가 다양한 수의 조각으로 구성되는 것도 가능하다.
또한, 이 때, 단열 부재(140)의 스티치(141) 역시 벤트(115)의 개방 동작에 따라 함께 개방될 수 있다. 또한, 스티치(141)의 배열에 따라 부분 또는 전체가 개방되는 것도 가능하고, 일부가 우선적으로 개방되도록 유도되는 것도 가능하다. 또한, 예를 들어, 도 4b에 도시된 것과 같이 단열 부재(140)의 일부 영역은 벤트(115)의 동작 시 스티치(141)를 시작으로 찢어지면서 결국 대략 원형으로 벤트(115)의 개방 형태와 대응되는 형태로 개방될 수 있다. 일부 예들에서, 단열 부재(140)의 일부 영역은 타원 형태로 개방될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명은 벤트(115) 상에 결합되는 단열 부재(140)의 일부 영역에 스티치(141)가 제공됨으로써, 벤트(115)의 동작 시 동작 압력에 영향을 주지 않게 되고, 이에 따라 벤트(115)의 동작 압력에 변화가 없는 이차 전지(100)를 제공하게 된다. 또한, 개방이 완전이 이루어진 이후, 전극 조립체(120)가 케이스(110)의 단변부(111)를 통해 노출될 수 있으며, 이에 따라 내부의 가스 등이 외부로 용이하게 배출될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 이차 전지 110; 케이스
111; 단변부 112; 장변부
113; 캡 플레이트(양극측 캡 플레이트)
114; 캡 플레이트(음극측 캡 플레이트)
115; 벤트 1151; 노치
120; 전극 조립체 121; 양극판
122; 세퍼레이터 123; 음극판
1211; 양극 탭 1231; 음극 탭
131; 터미널(양극 터미널) 140; 단열 부재
141, 141'; 스티치 150; 절연 부재

Claims (11)

  1. 일면에 벤트를 갖는 케이스;
    상기 케이스에 수용된 전극 조립체;
    상기 케이스의 대향되는 방향에 결합되고 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 한 쌍의 터미널들; 및
    상기 케이스의 일면에 결합되고, 상기 벤트와 대응되는 영역을 커버하는 단열 부재를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤트는 상기 한 쌍의 터미널들 사이의 상기 케이스의 단변부에 제공되는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 부재는 MICA를 포함하는 단열 소재로 구성되는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 부재는 상기 케이스의 일면에 대해 부착되는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 부재는 상기 케이스에 위치된 상태에서 외부의 절연 필름을 통해 결합되는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 부재는 상기 케이스를 향하는 면에 제공된 접착층을 더 포함하는, 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 부재는 상기 케이스의 벤트와 대응되는 스티치를 더 포함하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스티치는 상기 벤트의 영역 내에 매칭되도록 형성된 이차 전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 스티치는 상기 벤트의 영역 내에서 교차하는 적어도 두 개의 선을 포함하여 형성된 이차 전지.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 스티치는 상기 벤트의 아웃라인을 따라 형성된 선을 포함하여 형성된 이차 전지.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 스티치는 다수의 천공(perforation)을 포함하는 이차 전지.
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