WO2011081334A2 - 벤트홀을 구비하는 이차전지 - Google Patents

벤트홀을 구비하는 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
WO2011081334A2
WO2011081334A2 PCT/KR2010/009045 KR2010009045W WO2011081334A2 WO 2011081334 A2 WO2011081334 A2 WO 2011081334A2 KR 2010009045 W KR2010009045 W KR 2010009045W WO 2011081334 A2 WO2011081334 A2 WO 2011081334A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vent hole
outer case
secondary battery
terminal
melting point
Prior art date
Application number
PCT/KR2010/009045
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011081334A3 (ko
Inventor
김희석
정영호
김영덕
홍지준
Original Assignee
주식회사 루트제이드
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 루트제이드 filed Critical 주식회사 루트제이드
Publication of WO2011081334A2 publication Critical patent/WO2011081334A2/ko
Publication of WO2011081334A3 publication Critical patent/WO2011081334A3/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
    • 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
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/176—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for prismatic or rectangular 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
    • 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
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/55—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on the same side of the cell
    • 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
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/552—Terminals characterised by their shape
    • H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery having a vent hole for discharging gas generated therein to the outside, and more particularly, to a secondary battery configured to open a vent hole when an internal temperature or pressure is raised above a reference value. will be.
  • a low-capacity battery in which one of the secondary batteries is packed in a pack form is used in a portable electronic device such as a mobile phone, a laptop, a computer, a camcorder, and a large-capacity battery in a battery pack unit in which dozens of battery cells are connected. It is widely used as a power source for driving motors of hybrid electric vehicles.
  • the secondary battery includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator, and an electrolyte, and is charged and discharged by electromotive force generated when ions move between the positive electrode plate and the negative electrode plate through an electrochemical rebound.
  • the secondary battery has a high operating potential of the battery, high energy may flow instantaneously, and the positive electrode material rapidly reacts with the electrolyte to generate a large amount of gas because chemical activation is greatly increased by overcharge or short circuit. As a result, the pressure or temperature inside the secondary battery is rapidly increased, leading to an explosion of the battery, which may damage the peripheral device or damage the human body. Therefore, various types of safety devices for preventing explosions have been proposed.
  • Japanese Patent Laid-Open Nos. 2-284350 and 9-320549 disclose a technique of forming a straight or straight X-shaped groove on the surface of an outer case as a safety device of a secondary battery.
  • the groove is formed in the outer case, when the outer case is inflated due to an increase in internal pressure, cracks are generated in the grooved portion and the inner gas is released to the outside, so that the secondary battery does not explode. It has the advantage of being.
  • the secondary battery in which the groove is formed in the outer case has various disadvantages such as the size and location of the groove, and thus the crack generation time is variously changed, so it is difficult to accurately design the crack generation time. .
  • the depth of the groove is slightly lowered, even if the outer case is expanded beyond the reference value, there is a risk of explosion because no crack is generated. If the depth of the groove is slightly deep, the crack is generated even if the outer case is slightly expanded.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, by having a vent hole that is automatically opened when the internal temperature or pressure is raised above the reference value, it is possible to prevent the explosion due to the expansion of the outer case and occur inside It is an object of the present invention to provide a secondary battery configured to accurately design a time for discharging the gas to the outside and to prevent a fracture site from being formed when the gas discharge port is formed.
  • the electrode assembly for achieving the above object, the electrode assembly; An outer case in which the electrode assembly is received; A terminal mounted on the outer case such that one side thereof protrudes outside the outer case and electrically connected to the electrode assembly, the terminal having a vent hole communicating inside and outside of the outer case;
  • the vent hole may be filled in the whole or part of the vent hole so as to be blocked, and may include a low melting point material having a lower melting point than the outer case or the terminal.
  • the vent hole is formed to penetrate the terminal up and down, and a stepped portion is formed in the middle portion so that the lower inlet is narrower than the upper inlet.
  • the vent hole is formed to penetrate the terminal up and down, and the side wall is formed to be inclined so that the inner diameter thereof becomes narrower toward the lower side.
  • the length of the vent hole is set larger than the wall thickness of the outer case.
  • the electrode assembly An outer case in which the electrode assembly is received; A terminal mounted on the outer case such that one side thereof protrudes outside the outer case and electrically connected to the electrode assembly, the terminal having a vent hole communicating inside and outside of the outer case; And a sealing cap that seals the vent hole with a coupling medium with a low melting point material having a lower melting point than the outer case or the terminal.
  • the vent hole is formed to penetrate the terminal up and down, and the sealing cap is coupled to cover the upper inlet of the vent hole.
  • the length of the vent hole is set larger than the wall thickness of the outer case.
  • the electrode assembly An outer case accommodating the electrode assembly and having a through hole formed therein so as to communicate internal and external parts; And a sealing cap that seals the through hole with a coupling medium using a low melting point material having a lower melting point than the outer case.
  • the electrode assembly An outer case in which the electrode assembly is received;
  • a terminal mounted on the outer case such that one side thereof protrudes outside the outer case and electrically connected to the electrode assembly, the terminal having a vent hole communicating inside and outside of the outer case;
  • a pipe a base plate extending in a direction intersecting the longitudinal direction of the pipe from one outer peripheral surface of the pipe, and a low melting point material having a lower melting point than the outer case or the terminal to cover one end of the pipe with a coupling medium; It comprises a sealing assembly is composed of a sealing cap coupled to the base plate, the other side of the pipe is inserted into the vent hole.
  • the pipe may be coupled such that the other outer peripheral surface is in close contact with the inner peripheral surface of the vent hole.
  • the base plate is mounted to cover an outer end of the terminal.
  • the electrode assembly An outer case accommodating the electrode assembly and having a through hole formed therein so as to communicate internal and external parts;
  • the base plate to cover one end of the pipe with a coupling medium, a base plate extending from the outer peripheral surface of one side of the pipe in a direction intersecting the longitudinal direction of the pipe, and a low melting point material having a lower melting point than the outer case Consists of a sealing cap coupled to, the other side of the pipe is a sealing assembly inserted into the vent hole; includes.
  • the pipe may be coupled such that the other outer peripheral surface is in close contact with the inner peripheral surface of the vent hole.
  • the base plate is mounted to cover the outer surface of the outer case.
  • the low melting point material is any one of tin (Sn), zinc (Zn), lead (Pb), bismuth (Bi), indium (In), or tin (Sn), zinc (Zn), lead (Pb).
  • Bismuth (Bi) and indium (In) may include any one or more.
  • the vent hole is automatically opened when the internal temperature or pressure rises above the reference value, it is possible to prevent explosion due to expansion of the outer case and to discharge the gas generated from the inside to the outside. It can be designed accurately, and there is an advantage that can prevent human injury because no break is formed when the vent hole is opened.
  • FIG 1 and 2 are a perspective view and a cross-sectional view of a secondary battery according to the present invention.
  • 3 and 4 are vertical cross-sectional views of terminals included in the secondary battery according to the present invention, and show shapes before and after opening the vent hole.
  • 5 and 6 are vertical cross-sectional views of terminals included in the second embodiment of the secondary battery according to the present invention, and show shapes before and after opening the vent hole.
  • FIG 7 and 8 are vertical cross-sectional views of terminals included in the second embodiment of the secondary battery according to the present invention, and show shapes before and after opening the vent hole.
  • FIG. 9 is an exploded cross-sectional view of a secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 10 and 11 are vertical cross-sectional views of terminals included in the second embodiment of the secondary battery according to the present invention, and show shapes before and after opening the vent hole.
  • FIG 1 and 2 are a perspective view and a cross-sectional view of a secondary battery according to the present invention
  • Figure 3 and Figure 4 is a vertical cross-sectional view of the terminal included in the secondary battery according to the present invention, showing the shape before and after opening the vent hole.
  • the secondary battery according to the present invention includes an electrode assembly 100 including a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator, an outer case 200 in which the electrode assembly 100 and an electrolytic material are accommodated, and one side of the outer case 200.
  • the terminal unit 300 is mounted to the outer case 200 so as to protrude outward and electrically connected to the electrode assembly 100.
  • the outer case 200 is a component for accommodating the above-described electrode assembly 100 and the electrolytic material
  • the inner case is provided so that the electrode assembly 100 can be accommodated
  • the body case of the lower side is opened and
  • the cover case 220 is coupled to cover the open lower side of the body case to isolate the internal space of the body case from the outside.
  • the outer case 200 may be replaced with any structure as long as the outer case 200 has an inner space to accommodate the electrode assembly 100 therein.
  • the terminal part 300 is divided into a positive electrode terminal 310 electrically connected to the positive electrode plate of the electrode assembly 100 and a negative electrode terminal 320 electrically connected to the negative electrode plate of the electrode assembly 100.
  • the structure in which the positive electrode terminal 310 and the negative electrode terminal 320 are manufactured separately is described, but the negative electrode plate is electrically connected to the outer case 200 so that the outer case 200 is the negative electrode terminal ( 320, the negative electrode terminal 320 may be omitted.
  • the positive electrode terminal 310 may be omitted.
  • the secondary battery according to the present invention is formed with a vent hole (H) for discharging the gas generated in the outer case 200 to the outside, the melt is melted when the vent hole (H) receives heat above the reference value
  • a low melting point material 500 a material having a melting point lower than that of the outer case 200 or the terminal.
  • 1 to 4 illustrate a case in which the vent hole H is formed in the positive electrode terminal 310, the vent hole H may be formed in the negative electrode terminal 320. 7 to 8 may be formed in the outer case 200.
  • the vent hole H is formed in the anode terminal 310 will be described in detail.
  • the vent hole H sealed with the low melting point material 500 when the vent hole H sealed with the low melting point material 500 is provided in the anode terminal 310, the vent hole H may be low as shown in FIG. 3. It is sealed by the melting point material 500.
  • the low melting point material 500 changes into a fluid state.
  • the low melting point material 500 that is fluidly changed into phase is discharged to the outside by the internal pressure of the outer case 200, and the vent hole H is opened as shown in FIG. 4.
  • the secondary battery according to the present invention has an advantage in that the break site is not formed when the vent hole H is opened for gas discharge, so that the user may not be injured.
  • the low melting point material 500 will have a variety of melting temperature according to the component and composition ratio, the manufacturer by appropriately selecting the type of low melting point material 500 vent according to the temperature and pressure inside the outer case 200 Hall (H) has the advantage that can be designed in a variety of accurate opening time.
  • the vent hole (H) formed in the positive electrode terminal 310 is preferably mounted so as to penetrate the outer case 200 in order to communicate stably inside and outside the outer case 200, When the anode terminal 310 is in direct contact with the exterior case 200, a short may occur. Therefore, it is preferable that an insulator 400 is provided between the terminal and the outer case 200 so that the terminal does not directly contact the outer case 200.
  • the vent hole H when the vent hole H is formed in the positive electrode terminal 310 or the negative electrode terminal 320, the positive electrode terminal 310 and the negative electrode terminal 320 may have a vent hole H formed therein. It is desirable to have a sufficient width and at the same time the length is made in a block shape significantly larger than the wall thickness of the outer case (100). As such, when the vent hole H is formed to penetrate through the positive electrode terminal 310 or the negative electrode terminal 320, the length of the vent hole H is secured by the length of the positive electrode terminal 310 or the negative electrode terminal 320. As can be seen, the contact area between the vent hole (H) and the low melting point material 500 is increased, and thus, the low melting point material 500 inserted into the vent hole (H) may not easily fall out. .
  • the positive electrode terminal 310 and the negative electrode terminal 320 is not limited to the cylindrical shape shown in the present embodiment, the vent hole (H) has a width enough to form a through-hole shape therein vent If the length of the direction in which the hole H is formed (ie, the direction parallel to the longitudinal direction of the vent hole H) is significantly larger than the thickness of the outer case 200, it may be replaced with various shapes such as a polygonal column or a polyhedron. .
  • the vent hole H is formed so as to penetrate the anode terminal 310 up and down, but a stepped portion is formed in the middle portion so that the lower inlet is narrower than the upper inlet, or the side wall is inclined so that the inner diameter is narrowed toward the lower side.
  • a stepped portion is formed in the middle portion so that the lower inlet is narrower than the upper inlet, or the side wall is inclined so that the inner diameter is narrowed toward the lower side.
  • the low melting point material 500 is stainless steel, aluminum, copper, copper It should be chosen to have a lower melting point than the alloy.
  • the low melting point material 500 is any one metal of tin (Sn), zinc (Zn), lead (Pb), bismuth (Bi), indium (In) while having a relatively low melting point and excellent moldability.
  • Sn), zinc (Zn), lead (Pb), bismuth (Bi) is preferably made of an alloy containing any one of indium (In).
  • FIG. 5 and 6 are vertical cross-sectional views of terminals included in the second embodiment of the secondary battery according to the present invention, and show shapes before and after opening of the vent hole H.
  • FIG. 5 and 6 are vertical cross-sectional views of terminals included in the second embodiment of the secondary battery according to the present invention, and show shapes before and after opening of the vent hole H.
  • Secondary battery according to the present invention may be configured such that the vent hole (H) formed in the terminal portion 300 is sealed by a separate sealing cap 610.
  • the sealing cap 610 is coupled to the terminal portion 300 to cover and seal the top of the vent hole (H), the low melting point material 500 having a melting point lower than the outer case 200 or the terminal is coupled It is coupled to the terminal portion 300 by a medium.
  • the low melting point material 500 should be formed in a ring shape along the inlet edge of the vent hole (H) of the upper surface of the terminal portion 300, so that the upper side of the vent hole (H) is completely sealed.
  • vent hole H and the sealing cap 610 may be provided at either the positive terminal 310 or the negative terminal 320 of the terminal part 300, but in the present embodiment, the vent hole H and the sealing cap 610 may be provided. ) Is provided in the positive terminal 310 will be representatively described.
  • the vent hole H as shown in FIG. 5 is normally used when the internal temperature and the pressure of the outer case 200 are less than the reference value. ) Is blocked.
  • the low melting point material 500 begins to melt, and the sealing cap 610 is the pressure of the gas generated inside the outer case 200. Since all or part of the anode terminal 310 is separated by the gas, the gas inside the outer case 200 is discharged to the outside through the vent hole H (see FIG. 6).
  • the vent hole H may be opened even when the temperature is raised above this reference value.
  • the sealing cap 610 by melting the low melting point material 500 for bonding the sealing cap 610 to the anode terminal 310
  • the vent hole H is opened by separating all or part of the anode terminal 310 even by a very small force.
  • vent hole H is opened by rupturing the sealing cap 610 or separating the sealing cap 610 and the anode terminal 310 by an internal pressure of the sealing cap 610. Therefore, the manufacturer may adjust the vent hole (H) opening time by appropriately selecting the material of the low melting point material 500 and the sealing cap 610.
  • the sealing cap 610 may be mounted so that the outer end is coupled to the inner circumferential surface of the vent hole (H), that is, inserted into the vent hole (H), as shown in this embodiment for improving assembly It may be coupled to cover the upper inlet of the vent hole (H).
  • the sealing cap 610 is not limited to the coupling structure mentioned in the present embodiment, as long as the structure capable of sealing the vent hole (H) to the low melting point material 500 as a coupling medium is coupled to any structure Can be.
  • FIG. 7 and 8 are vertical cross-sectional views of terminals included in the secondary battery according to the third embodiment of the present invention, and show shapes before and after opening of the vent hole H.
  • FIG. 7 and 8 are vertical cross-sectional views of terminals included in the secondary battery according to the third embodiment of the present invention, and show shapes before and after opening of the vent hole H.
  • the vent hole H for communicating the inside and outside of the exterior case 200 may be formed in the terminal portion 300 as illustrated in FIGS. 1 to 6, and the exterior case 200 as illustrated in FIGS. 7 and 8. ) May be formed.
  • the vent hole (H) may be formed anywhere in the body case 210 or the cover case 220 of the outer case 200, in the present embodiment, the vent hole (H) in the body case 210 The case where it forms is represented typically.
  • the vent hole H is formed in the main body case 210, the vent hole H is sealed by being covered with a sealing cap 610, and the sealing cap 610 has a melting point lower than that of the outer case 200.
  • a low melting point material 500 having a coupling medium is coupled to the body case 210.
  • the internal temperature and the pressure of the outer case 200 are normally lower than those shown in FIG. 7.
  • the vent hole H is blocked.
  • the low melting point material 500 begins to melt and the sealing cap. 610 is pushed to the outside by the internal pressure of the outer case 200, as shown in Figure 8, the whole or part is separated from the body case 210, the gas inside the outer case 200 is vent hole ( It is discharged to outside through H).
  • the vent hole H is not only when the internal temperature and the pressure of the outer case 200 are raised above the reference value, but also the outer case.
  • the vent hole H is opened by temperature and pressure, opened by temperature, or opened by pressure, the principle of the vent hole H is substantially the same as that shown in FIGS. 5 and 6, and thus a detailed description thereof is omitted. do.
  • the vent hole H when the vent hole H is formed in the outer case 200, the vent hole H may be formed very easily, and the sealing cap 610 may be easily installed.
  • a positive electrode terminal 310 or a negative electrode terminal 320 having a certain volume in the secondary battery is essentially required.
  • the positive electrode terminal 310 or the negative electrode terminal 320 having a certain volume is not required.
  • the vent hole H structure according to the present invention can be applied to a conventional secondary battery (a secondary battery formed in a positive electrode terminal and a negative electrode terminal plate or a pin shape).
  • FIGS. 10 and 11 are vertical cross-sectional views of terminals included in the second embodiment of the secondary battery according to the present invention, showing a shape before and after opening of a vent hole. .
  • the means for sealing the vent hole (H) may be configured to be mounted in the vent hole (H) is made of a separate assembly.
  • a separate sealing assembly 600 composed of a pipe 620, a base plate 630, and a sealing cap 610 may have a vent hole (H). It can be configured to seal.
  • the pipe 620 is inserted into the vent hole (H) so that one side is facing the outside of the terminal 310, the base plate 630 of the pipe 620 from one outer peripheral surface of the pipe 620 It is formed to extend in the direction crossing the longitudinal direction (in this embodiment, the direction perpendicular to the longitudinal direction of the pipe 620), the sealing cap 610 is a melting point lower than the outer case 210 or the terminal 310
  • a low melting point material 500 having a coupling medium is coupled to the base plate 630 so as to cover one end (the upper end in the present embodiment) of the pipe 620.
  • the vent hole H is sealed by the sealing assembly 600, so that the sealing assembly 600 is not ruptured.
  • the interior and exterior of one exterior case 210 is completely isolated.
  • the low melting point material 500 connecting the base plate 630 and the sealing cap 610 starts to melt and the sealing cap 610 is pressured to be pushed outward, the sealing cap 610 is finally separated from the base plate 630 as shown in FIG.
  • the sealing cap 610 is separated from the base plate 630 as described above, one end of the pipe 620 is opened, so that the gas inside the outer case 210 is discharged to the outside through the pipe 620. Therefore, the secondary battery according to the present invention does not have to be exploded even if the temperature and pressure inside the outer case 210 increase above a set value.
  • the low melting point material 500 is melted by conducting heat through the pipe 620 and the base plate 630, the pipe 620 and the base plate 630 is made of a good thermal conductivity metal desirable.
  • the sealing cap 610 is separated from the base plate 630 and thus one end of the pipe 620 is opened by increasing both the temperature and the pressure inside the outer case 210 is increased.
  • One end of the pipe 620 may be opened only by a pressure increase in the outer case 210, or may be opened only by a temperature increase in the outer case 210.
  • one end of the pipe 620 may be opened by rupturing the sealing cap 610 due to the pressure inside the case 210.
  • the sealing cap 610 may be configured in a thin foil structure so that the sealing cap 610 may be ruptured by the internal pressure of the outer case 210.
  • the sealing cap 610 is separated from the base plate 630 by a small force, so that the pipe 620 One end may be open.
  • the pipe 620 is preferably coupled so that the outer peripheral surface is in close contact with the inner peripheral surface of the vent hole (H).
  • the pipe 620 may be vented in a variety of ways to maintain the airtight between the pipe 620 and the vent hole H or the terminal 310, including interference fitting, welding or riveting. It may be mounted in the hole (H).
  • the base plate 630 may be mounted to cover an outer end of the terminal 310.
  • FIGS. 7 and 8 illustrate only the structure in which the sealing assembly 600 is mounted in the vent hole H formed in the terminal 310, the sealing assembly 600 is illustrated in FIGS. 7 and 8. Likewise, it may be mounted in the vent hole H formed in the exterior case 210. In this case, the pipe 620 is coupled to the other side of the vent hole H, and the base plate 630 may be mounted to cover the outer surface of the outer case 210.

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)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 이차전지는, 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 수용된 외장케이스; 일측이 상기 외장케이스 외측으로 돌출되도록 상기 외장케이스에 장착되어 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되며, 상기 외장케이스의 내외부를 연통시키는 벤트홀이 내부에 형성된 단자; 상기 외장케이스나 단자보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질을 결합 매개체로 상기 벤트홀을 덮어 밀봉시키는 밀봉캡을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 이차전지는 내부의 온도 또는 압력이 기준치 이상으로 상승되었을 때 자동으로 벤트홀이 개방되므로, 외장케이스 팽창에 따른 폭발을 방지할 수 있고, 내부에서 발생되는 가스를 외부로 배출시키는 시기를 정확하게 설계할 수 있으며, 벤트홀 개방 시 파단부위가 형성되지 아니하므로 인체 상해를 방지할 수 있다는 장점이 있다.

Description

벤트홀을 구비하는 이차전지
본 발명은 내부에서 발생되는 가스를 외부로 배출시키기 위한 벤트홀이 형성된 이차전지에 관한 것으로, 더 상세하게는 내부 온도 또는 압력이 기준치 이상으로 상승되었을 때 벤트홀이 개방되도록 구성되는 이차전지에 관한 것이다.
최근 들어 휴대 전자기기 및 하이브리드 전기 자동차의 개발 및 보급이 확대되고 있으며, 이들의 전원으로 사용될 수 있도록 재충전이 가능함과 동시에 고에너지 밀도를 가진 이차전지에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이차전지 중 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대용 전화기나 노트북, 컴퓨터, 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 셀이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차전지는 양극판, 음극판, 분리막 및 전해질로 이루어지며, 전기화학적 반등을 통해 양극판과 음극판 사이에서 이온이 이동될 때 발생되는 기전력에 의해 충방전이 이루어진다.
그러나 이차전지는 전지의 작동 전위가 높기 때문에 고에너지가 순간적으로 흐를 수 있고, 양극 물질은 과충전 또는 단락에 의하여 화학적인 활성화가 크게 증대되기 때문에 전해질과 급격히 반응하여 다량의 가스를 발생시킨다. 그 결과 이차전지 내부의 압력이나 온도가 급격히 상승되고 전지의 폭발로 이어져, 주변 장치가 파손되거나 인체에 손상을 입힐 수 있다. 따라서 이차전지에는 폭발을 방지할 수 있는 다양한 형태의 안전장치가 제안되고 있다.
예를 들어 일본공개특허공보 평2-284350호 및 평9-320549호에서는 이차전지의 안전장치로써 외장케이스의 표면에 직선 또는 직선으로 된 X자형의 홈을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 이와 같이 외장케이스에 홈이 형성되면, 내부 압력 증가에 의해 외장케이스가 팽창될 때 홈이 형성된 부위에 크랙이 발생되어 내부가스가 외부로 방출되는바, 이차전지가 폭발하는 현상이 발생되지 아니하게 된다는 장점이 있다.
그러나 상기 언급한 바와 같이 외장케이스에 홈이 형성되는 이차전지는, 홈의 크기 및 위치 등 여러 가지 조건에 따라 크랙발생 시기가 다양하게 변경되는바, 크랙발생 시기를 정확하게 설계하는 것이 어렵다는 단점이 있다. 예를 들어 홈의 깊이가 약간 낮아지게 되면 외장케이스가 기준치 이상 팽창되더라도 크랙이 발생되지 아니하여 폭발의 위험이 있고, 홈의 깊이가 약간 깊어지게 되면 외장케이스가 약간만 팽창되더라도 크랙이 발생된다.
또한, 외장케이스에 홈이 형성되는 경우에는 전지의 폭발은 막을 수 있지만 홈의 파단 부위가 날카롭게 되어 인체에 상처를 입힐 수 있는 원인이 될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 내부 온도 또는 압력이 기준치 이상으로 상승되었을 때 자동으로 개방되는 벤트홀을 구비함으로써, 외장케이스 팽창에 따른 폭발을 방지할 수 있고 내부에서 발생되는 가스를 외부로 배출시키는 시기를 정확하게 설계할 수 있으며 가스배출구 형성 시 파단부위가 발생되지 아니하도록 구성되는 이차전지를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이차전지는, 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 수용된 외장케이스; 일측이 상기 외장케이스 외측으로 돌출되도록 상기 외장케이스에 장착되어 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되며, 상기 외장케이스의 내외부를 연통시키는 벤트홀이 내부에 형성된 단자; 상기 벤트홀이 막히도록 상기 벤트홀의 전체 또는 일부에 채워지며, 상기 외장케이스나 단자보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질을 포함하여 구성된다.
상기 벤트홀은 상기 단자를 상하로 관통하도록 형성되며 상측 입구보다 하측 입구가 좁아지도록 중단에 단턱이 형성된다.
상기 벤트홀은 상기 단자를 상하로 관통하도록 형성되며 하측으로 갈수록 내경이 좁아지도록 측벽이 경사진 형상으로 형성된다.
상기 벤트홀의 길이는 상기 외장케이스의 벽체 두께보다 크게 설정된다.
본 발명에 의한 이차전지는, 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 수용된 외장케이스; 일측이 상기 외장케이스 외측으로 돌출되도록 상기 외장케이스에 장착되어 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되며, 상기 외장케이스의 내외부를 연통시키는 벤트홀이 내부에 형성된 단자; 상기 외장케이스나 단자보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질을 결합 매개체로 상기 벤트홀을 덮어 밀봉시키는 밀봉캡을 포함한다.
상기 벤트홀은 상기 단자를 상하로 관통하도록 형성되며, 상기 밀봉캡은 상기 벤트홀의 상측 입구를 덮도록 결합된다.
상기 벤트홀의 길이는 상기 외장케이스의 벽체 두께보다 크게 설정된다.
본 발명에 의한 이차전지는, 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 수용되며, 내외부가 연통되도록 관통공이 형성된 외장케이스; 상기 외장케이스보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질을 결합 매개체로 상기 관통공을 덮어 밀봉시키는 밀봉캡을 포함한다.
본 발명에 의한 이차전지는, 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 수용된 외장케이스; 일측이 상기 외장케이스 외측으로 돌출되도록 상기 외장케이스에 장착되어 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되며, 상기 외장케이스의 내외부를 연통시키는 벤트홀이 내부에 형성된 단자; 파이프와, 상기 파이프의 일측 외주면으로부터 상기 파이프의 길이방향과 교차하는 방향으로 연장되는 베이스플레이트와, 상기 외장케이스나 단자보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질을 결합 매개체로 상기 파이프의 일단을 덮도록 상기 베이스플레이트에 결합되는 밀봉캡으로 구성되어, 상기 파이프의 타측이 상기 벤트홀에 삽입되는 밀봉조립체;를 포함한다.
상기 파이프는, 타측 외주면이 상기 벤트홀의 내주면에 밀착되도록 결합될 수 있다.
상기 베이스플레이트는 상기 단자의 외측단을 덮도록 장착된다.
본 발명에 의한 이차전지는, 전극조립체; 상기 전극조립체가 내부에 수용되며, 내외부가 연통되도록 관통공이 형성된 외장케이스; 파이프와, 상기 파이프의 일측 외주면으로부터 상기 파이프의 길이방향과 교차하는 방향으로 연장되는 베이스플레이트와, 상기 외장케이스보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질을 결합 매개체로 상기 파이프의 일단을 덮도록 상기 베이스플레이트에 결합되는 밀봉캡으로 구성되어, 상기 파이프의 타측이 상기 벤트홀에 삽입되는 밀봉조립체;를 포함한다.
상기 파이프는, 타측 외주면이 상기 벤트홀의 내주면에 밀착되도록 결합될 수 있다.
상기 베이스플레이트는 상기 외장케이스의 외측면을 덮도록 장착된다.
상기 저융점물질은, 주석(Sn), 아연(Zn), 납(Pb), 비스무트(Bi), 인듐(In) 중 어느 하나의 금속 또는, 주석(Sn), 아연(Zn), 납(Pb), 비스무트(Bi), 인듐(In)중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 이차전지는 내부 온도 또는 압력이 기준치 이상으로 상승되었을 때 벤트홀이 자동으로 개방되므로, 외장케이스 팽창에 따른 폭발을 방지할 수 있고, 내부에서 발생되는 가스를 외부로 배출시키는 시기를 정확하게 설계할 수 있으며, 벤트홀 개방 시 파단부위가 형성되지 아니하므로 인체 상해를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 이차전지의 사시도 및 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 이차전지에 포함되는 단자의 수직단면도로서, 벤트홀의 개방 전후 형상을 도시한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 이차전지 제2 실시예에 포함되는 단자의 수직단면도로서, 벤트홀의 개방 전후 형상을 도시한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 이차전지 제3 실시예에 포함되는 단자의 수직단면도로서, 벤트홀의 개방 전후 형상을 도시한다.
도 9는 본 발명에 의한 이차전지 제4 실시예의 분해단면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 의한 이차전지 제4 실시예에 포함되는 단자의 수직단면도로서, 벤트홀의 개방 전후 형상을 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이차전지의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 이차전지의 사시도 및 단면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 이차전지에 포함되는 단자의 수직단면도로서, 벤트홀의 개방 전후 형상을 도시한다.
본 발명에 의한 이차전지는, 양극판과 음극판과 분리막을 포함하는 전극조립체(100)와, 상기 전극조립체(100) 및 전해물질이 내부에 수용된 외장케이스(200)와, 일측이 상기 외장케이스(200) 외측으로 돌출되도록 상기 외장케이스(200)에 장착되어 상기 전극조립체(100)와 전기적으로 연결되는 단자부(300)를 포함하여 구성된다.
상기 외장케이스(200)는 상기 언급한 전극조립체(100) 및 전해물질을 수용하기 위한 구성요소로서, 전극조립체(100)가 수용될 수 있도록 내부공간이 마련되며 하측이 개방된 형상의 몸체케이스와, 상기 몸체케이스의 개방된 하측을 덮도록 결합됨으로써 몸체케이스의 내부공간을 외부와 격리시키는 덮개케이스(220)로 구성된다. 이때, 상기 외장케이스(200)는 전극조립체(100)를 내부에 수용할 수 있도록 내부공간을 구비하는 구조라면 어떠한 구조로도 대체될 수 있다.
또한 상기 단자부(300)는, 전극조립체(100)의 양극판과 전기적으로 연결되는 양극단자(310)와, 전극조립체(100)의 음극판과 전기적으로 연결되는 음극단자(320)로 구분된다. 본 실시예에서는 양극단자(310)와 음극단자(320)가 각각 별개로 제작되는 구조를 설명하고 있으나, 상기 음극판이 외장케이스(200)와 전기적으로 연결되어 상기 외장케이스(200)가 음극단자(320) 역할을 하도록 구성되는 경우 상기 음극단자(320)는 생략될 수 있다. 반대로, 상기 양극판이 외장케이스(200)와 전기적으로 연결되어 상기 외장케이스(200)가 양극단자(310) 역할을 하도록 구성되는 경우 상기 양극단자(310)는 생략될 수 있다.
이때, 본 발명에 의한 이차전지는, 외장케이스(200) 내부에서 발생되는 가스를 외부로 배출시키기 위한 벤트홀(H)이 형성되되, 상기 벤트홀(H)이 기준치 이상의 열을 받았을 때 용융되는 저융점물질(500)(외장케이스(200)나 단자보다 낮은 용융점을 갖는 물질)로 밀봉된다는 점에 있어 구성상의 가장 큰 특징이 있다. 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에서는 양극단자(310)에 벤트홀(H)이 형성된 경우를 도시하고 있으나, 상기 벤트홀(H)은 음극단자(320)에 형성될 수도 있고, 이하 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이 외장케이스(200)에 형성될 수도 있다. 이하에서는 상기 벤트홀(H)이 양극단자(310)에 형성된 경우를 먼저 상세히 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 양극단자(310)에 저융점물질(500)로 밀봉된 벤트홀(H)이 구비되면, 평상시에는 도 3에 도시된 바와 같이 벤트홀(H)이 저융점물질(500)에 의해 밀폐된다. 이와 같은 상태에서 전극조립체(100)와 전해물질 간의 전기화학적 반응에 의해 가스가 발생되어 외장케이스(200) 내부의 온도와 압력이 상승되면, 저융점물질(500)은 유동성이 있는 상태로 상변화가 되고, 유동성 있게 상변화가 된 저융점물질(500)은 외장케이스(200)의 내부 압력에 의해 외부로 배출되어, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 벤트홀(H)이 개방된다. 이와 같이 벤트홀(H)이 개방되면, 외장케이스(200) 내부에서 발생된 가스가 벤트홀(H)을 통해 외장케이스(200) 외부로 배출되므로, 외장케이스(200) 내부압력 상승에 따른 폭발이 방지된다는 장점이 있다. 또한, 종래기술에서 언급한 이차전지의 경우에는 외장케이스(200)가 찢어지는 과정을 통해 가스 배출부가 형성되는데, 외장케이스(200)가 찢어지는 과정에서는 날카로운 파단부가 형성되는바 사용자가 상해를 입게 될 우려가 있다. 그러나 본 발명에 의한 이차전지는 가스 배출을 위한 벤트홀(H) 개방 시 파단부위가 형성되지 아니하므로 사용자가 상해를 입게 될 우려가 없다는 장점이 있다. 또한, 상기 저융점물질(500)은 성분 및 조성비에 따라 다양한 용융온도를 갖게 되는바, 제작자는 저융점물질(500)의 종류를 적절히 선택함으로써 외장케이스(200) 내부의 온도 및 압력에 따른 벤트홀(H)이 개방시점을 다양하고 정확하게 설계할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 양극단자(310)에 형성된 벤트홀(H)이 외장케이스(200)의 내외부를 안정적으로 연통시키기 위해서는 상기 양극단자(310)가 상기 외장케이스(200)를 관통하도록 장착됨이 바람직한데, 상기 양극단자(310)가 외장케이스(200)가 직접 접촉되면 쇼트가 발생될 우려가 있다. 따라서 상기 단자와 상기 외장케이스(200)가 직접 접촉되지 아니하도록, 상기 단자와 상기 외장케이스(200) 사이에는 절연체(400)가 구비됨이 바람직하다.
또한, 상기 벤트홀(H)이 양극단자(310) 또는 음극단자(320)에 형성되는 경우, 양극단자(310)와 음극단자(320)는 내부에 벤트홀(H)이 내부에 형성될 수 있을 만큼의 충분한 폭을 가짐과 동시에 길이가 외장케이스(100)의 벽체 두께보다 현저히 큰 블록형상으로 제작됨이 바람직하다. 이와 같이 벤트홀(H)이 양극단자(310) 또는 음극단자(320)를 관통하도록 형성되면, 상기 벤트홀(H)의 길이는 양극단자(310) 또는 음극단자(320)의 길이만큼 길게 확보될 수 있는바, 벤트홀(H)과 저융점물질(500) 간의 접촉면적이 커지게 되고, 이에 따라 벤트홀(H)에 삽입된 저융점물질(500)이 쉽게 빠지지 아니하게 된다는 장점이 있다.
이때, 상기 양극단자(310)와 음극단자(320)는 본 실시예에 도시된 원기둥 형상으로 한정되지 아니하고, 벤트홀(H)을 내부에 관통공 형상으로 형성시킬 수 있을만큼의 폭을 가지며 벤트홀(H)이 형성되는 방향(즉, 벤트홀(H)의 길이방향과 나란한 방향)의 길이가 외장케이스(200)의 두께보다 현저히 큰 형상이라면 다각형기둥이나 다면체 등 다양한 형상으로 대체될 수 있다.
또한, 상기 벤트홀(H)이 상측부터 하측까지 동일한 내경을 갖도록 형성되면, 상기 벤트홀(H)에 삽입된 저융점물질(500)이 외부로부터 인가되는 하향 압력에 의해 하측으로 빠지게 될 우려가 있다. 따라서 상기 벤트홀(H)은, 상기 양극단자(310)를 상하로 관통하도록 형성되되 상측 입구보다 하측 입구가 좁아지도록 중단에 단턱이 형성되거나, 하측으로 갈수록 내경이 좁아지도록 측벽이 경사진 형상으로 형성됨이 바람직하다.
한편, 이차전지에 적용되는 외장케이스(200)는 통상적으로 스테인리스 또는 알루미늄합금으로 제작되고 단자부(300)는 구리 또는 구리합금으로 제작되므로, 상기 저융점물질(500)은 스테인리스, 알루미늄, 구리, 구리합금보다 낮은 용융점을 갖도록 선택되어야 할 것이다. 이때 상기 저융점물질(500)은 용융점이 비교적 낮으면서도 성형성이 우수한 주석(Sn), 아연(Zn), 납(Pb), 비스무트(Bi),인듐(In) 중 어느 하나의 금속 또는, 주석(Sn), 아연(Zn), 납(Pb), 비스무트(Bi),인듐(In) 중 어느 하나 이상을 포함하는 합금으로 제작됨이 바람직하다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 이차전지 제2 실시예에 포함되는 단자의 수직단면도로서, 벤트홀(H)의 개방 전후 형상을 도시한다.
본 발명에 의한 이차전지는 단자부(300)에 형성된 벤트홀(H)이 별도의 밀봉캡(610)에 의해 밀봉되도록 구성될 수도 있다. 이때 상기 밀봉캡(610)은 벤트홀(H)의 상단을 덮어 밀봉시키도록 상기 단자부(300)에 결합되되, 상기 외장케이스(200)나 단자보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질(500)을 결합 매개체로 상기 단자부(300)에 결합된다. 이때, 상기 저융점물질(500)은 벤트홀(H) 상측이 완전히 밀봉되도록, 단자부(300) 상면 중 벤트홀(H) 상측 입구 가장자리를 따라 링 형상으로 형성되어야 할 것이다. 상기 벤트홀(H)과 밀봉캡(610)은 단자부(300) 중 양극단자(310)나 음극단자(320) 어디에도 마련될 수 있으나, 본 실시예에서는 상기 벤트홀(H)과 밀봉캡(610)이 양극단자(310)에 마련되는 경우를 대표적으로 설명한다.
상기 언급한 바와 같이 벤트홀(H)이 밀봉캡(610)에 의해 밀봉되도록 구성되면, 외장케이스(200)의 내부 온도와 압력이 기준치 미만인 평상시에는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 벤트홀(H)이 막혀진 상태가 유지된다. 그러나 외장케이스(200)의 내부 온도와 압력이 기준치 이상으로 상승되면, 상기 저융점물질(500)은 용융되기 시작하고, 상기 밀봉캡(610)은 외장케이스(200) 내부에서 발생되는 가스의 압력에 의해 양극단자(310)로부터 전체 또는 일부가 분리되므로, 이에 따라 외장케이스(200) 내부의 가스는 벤트홀(H)을 통해 외부로 배출된다(도 6 참조).
이때, 외장케이스(200)의 내부 온도와 압력이 모두 기준치 이상으로 상승되는 경우뿐만 아니라, 외장케이스(200)의 내부 온도만이 기준치 이상으로 상승되는 경우나, 외장케이스(200)의 내부 압력만이 기준치 이상으로 상승되는 경우에도 상기 벤트홀(H)은 개방될 수 있다. 예를 들어, 외장케이스(200)의 내부 온도만이 기준치 이상으로 상승되는 경우, 밀봉캡(610)을 양극단자(310)에 접합시키는 저융점물질(500)이 용융됨으로써 상기 밀봉캡(610)은 매우 작은 힘에 의해서도 양극단자(310)로부터 전체 또는 일부가 분리됨으로써 상기 벤트홀(H)이 개방된다. 또한, 외장케이스(200)의 내부 압력만이 기준치 이상으로 상승되는 경우, 밀봉캡(610)을 양극단자(310)에 접합시키는 저융점물질(500)이 전혀 용융되지 아니하더라도 외장케이스(200)의 내부 압력에 의해 상기 밀봉캡(610)이 파열되거나 밀봉캡(610)과 양극단자(310) 접합부위가 분리됨으로써 상기 벤트홀(H)이 개방된다. 따라서 제작자는 상기 저융점물질(500)과 밀봉캡(610)의 재질을 적절히 선택함으로써, 벤트홀(H) 개방시점을 조절함이 바람직할 것이다.
한편, 상기 밀봉캡(610)은 외측단이 벤트홀(H) 내주면에 결합되도록 즉, 벤트홀(H) 내부에 삽입되도록 장착될 수도 있고, 조립성 개선을 위해 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 벤트홀(H)의 상측 입구를 덮도록 결합될 수도 있다. 또한, 상기 밀봉캡(610)은, 본 실시예에서 언급된 결합구조에 한정되지 아니하고, 저융점물질(500)을 결합매개체로 벤트홀(H)을 밀봉시킬 수 있는 구조라면 어떠한 구조로도 결합될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 이차전지 제3 실시예에 포함되는 단자의 수직단면도로서, 벤트홀(H)의 개방 전후 형상을 도시한다.
외장케이스(200) 내외부를 연통시키기 위한 벤트홀(H)은 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 단자부(300)에 형성될 수도 있고, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 외장케이스(200)에 형성될 수도 있다. 이때, 상기 벤트홀(H)은 외장케이스(200) 중 본체케이스(210)나 덮개케이스(220) 어디에라도 형성될 수 있으나, 본 실시예에서는 상기 벤트홀(H)이 본체케이스(210)에 형성되는 경우를 대표적으로 설명한다.
상기 벤트홀(H)이 본체케이스(210)에 형성되는 경우, 상기 벤트홀(H)은 밀봉캡(610)으로 덮여 밀봉되되, 상기 밀봉캡(610)은 상기 외장케이스(200)보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질(500)을 결합 매개체로 상기 본체케이스(210)에 결합된다. 상기 언급한 바와 같이 본체케이스(210)에 형성된 벤트홀(H)이 밀봉캡(610)에 의해 밀봉되도록 구성되면, 외장케이스(200)의 내부 온도 및 압력이 기준치 미만인 평상시에는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 벤트홀(H)이 막혀진 상태가 유지된다. 그러나 외장케이스(200)의 내부온도가 저융점물질(500) 용융온도 이상으로 가열되고 상기 외장케이스(200)의 내부 압력이 증가되면, 상기 저융점물질(500)은 용융되기 시작하고 상기 밀봉캡(610)은 외장케이스(200)의 내부압력에 의해 외측으로 밀려 도 8에 도시된 바와 같이 본체케이스(210)로부터 전체 또는 일부가 분리되는바, 외장케이스(200) 내부의 가스는 벤트홀(H)을 통해 외부로 배출된다.
이와 같이 벤트홀(H)이 본체케이스(210)에 형성되는 실시예에 있어서도, 상기 벤트홀(H)은 외장케이스(200)의 내부 온도와 압력이 모두 기준치 이상으로 상승될 때뿐만 아니라 외장케이스(200)의 내부 온도만이 기준치 이상으로 상승될 때나 외장케이스(200)의 내부 압력만이 기준치 이상으로 상승될 때 개방될 수 있다. 상기 벤트홀(H)이 온도와 압력에 의해 개방되거나, 온도에 의해 개방되거나, 압력에 의해 개방되는 원리는 도 5 및 도 6에 도시된 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 상기 벤트홀(H)이 외장케이스(200)에 형성되는 경우, 벤트홀(H) 형성 작업이 매우 간편해지고, 밀봉캡(610) 장착 작업이 매우 간편해진다는 장점이 있다. 또한, 도 1 내지 도 6에 도시된 경우와 같이 벤트홀(H)을 단자부(300)에 형성하기 위해서는 이차전지에 어느 정도의 볼륨을 갖는 양극단자(310) 또는 음극단자(320)가 필수적으로 요구되지만, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 벤트홀(H)을 외장케이스(200)에 형성하는 경우에는 어느 정도의 볼륨을 갖는 양극단자(310) 또는 음극단자(320)가 필요 없으므로, 본 발명에 의한 벤트홀(H) 구조를 종래의 이차전지(양극단자와 음극단자 플레이트 또는 핀 형상으로 형성된 이차전지)에 적용시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 9는 본 발명에 의한 이차전지 제4 실시예의 분해단면도이고, 도 10 및 도 11은 본 발명에 의한 이차전지 제4 실시예에 포함되는 단자의 수직단면도로서, 벤트홀의 개방 전후 형상을 도시한다.
본 발명에 의한 이차전지는, 벤트홀(H)을 밀봉시키는 수단이 별도의 조립체로 제작되어 상기 벤트홀(H)에 장착되도록 구성될 수도 있다.
즉, 본 발명에 의한 이차전지는 도 9에 도시된 바와 같이, 파이프(620)와 베이스플레이트(630)와 밀봉캡(610)으로 구성되는 별도의 밀봉조립체(600)가 벤트홀(H)을 밀봉시키도록 구성될 수 있다. 이때 상기 파이프(620)는 일측이 단자(310) 외부를 향하도록 타측이 벤트홀(H)에 삽입되며, 상기 베이스플레이트(630)는 상기 파이프(620)의 일측 외주면으로부터 상기 파이프(620)의 길이방향과 교차하는 방향(본 실시예에서는 파이프(620)의 길이방향과 직각인 방향)으로 연장되도록 형성되고, 상기 밀봉캡(610)은 상기 외장케이스(210)나 단자(310)보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질(500)을 결합 매개체로 상기 파이프(620)의 일단(본 실시예에서는 상단)을 덮도록 상기 베이스플레이트(630)에 결합된다.
이와 같이 별도로 제작된 밀봉조립체(600)가 단자에 결합되면, 도 10에 도시된 바와 같이 벤트홀(H)은 밀봉조립체(600)에 의해 밀봉되는바, 밀봉조립체(600)가 파열되지 아니하는 한 외장케이스(210)의 내외부는 완벽하게 격리된다.
도 10에 도시된 상태에서 외장케이스(210) 내부의 온도와 압력이 설정치 이상으로 상승되면, 베이스플레이트(630)와 밀봉캡(610)을 연결하는 저융점물질(500)이 녹기 시작하고 밀봉캡(610)은 바깥쪽으로 밀려나도록 압력을 받게 되는바, 종국에는 도 11에 도시된 바와 같이 밀봉캡(610)이 베이스플레이트(630)로부터 분리된다. 이와 같이 밀봉캡(610)이 베이스플레이트(630)로부터 분리되면 파이프(620)의 일단이 개방되므로, 외장케이스(210) 내부의 가스가 파이프(620)를 통해 외부로 배출된다. 따라서 본 발명에 의한 이차전지는 외장케이스(210) 내부의 온도와 압력이 설정치 이상으로 증대되더라도 폭발될 우려가 없어지게 된다.
이때, 저융점물질(500)은 파이프(620)와 베이스플레이트(630)를 통해 열을 전도 받아 녹게 되는바, 상기 파이프(620)와 베이스플레이트(630)는 열전도성이 좋은 금속으로 제작됨이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서는 외장케이스(210) 내부의 온도와 압력이 모두 상승됨으로써 밀봉캡(610)이 베이스플레이트(630)로부터 분리되고 이에 따라 파이프(620)의 일단이 개방되는 경우만을 설명하고 있지만, 상기 파이프(620)의 일단은 외장케이스(210) 내부의 압력 상승에 의해서만 개방될 수도 있고, 외장케이스(210) 내부의 온도 상승에 의해서만 개방될 수도 있다.
즉, 저융점물질(500)이 녹지 아니하더라도 외장케이스(210) 내부 압력에 의해 밀봉캡(610)이 파열됨으로써 파이프(620)의 일단이 개방될 수도 있다. 이와 같이 외장케이스(210) 내부압력에 의해 밀봉캡(610)이 파열될 수 있도록, 상기 밀봉캡(610)은 얇은 포일(foil) 구조로 구성됨이 바람직할 것이다.
또한, 외장케이스(210) 내부의 온도 상승에 따라 저융점물질(500)이 충분히 용융되는 경우 상기 밀봉캡(610)이 작은 힘에 의해서도 베이스플레이트(630)로부터 분리되므로, 상기 파이프(620)의 일단이 개방될 수도 있다.
한편, 벤트홀(H)의 내주면과 파이프(620) 외주면 사이에 간극이 발생되면 외장케이스(210) 내부 가스가 벤트홀(H)과 파이프(620) 사이의 간극을 통해 외부로 배출될 우려가 있다. 따라서 상기 파이프(620)는 외주면이 상기 벤트홀(H)의 내주면에 밀착되도록 결합됨이 바람직하다. 이를 위해, 파이프(620)는 억지끼워맞춤, 용접 또는 리벳팅(riveting) 등을 포함하여 파이프(620)와 벤트홀(H) 또는 단자(310) 사이의 기밀을 유지할 수 있는 다양한 방식에 의해 벤트홀(H)에 장착될 수 있다.
또한, 단자(310)와 파이프(620) 사이가 외부로 노출되면 단자(310)와 파이프(620) 사이로 물이나 이물질이 유입되어 파이프(620)와 단자(310) 사이가 부식될 우려가 있으므로, 상기 베이스플레이트(630)는 상기 단자(310)의 외측단을 덮도록 장착됨이 바람직하다.
한편, 도 9 내지 도 11에서는 밀봉조립체(600)가 단자(310)에 형성된 벤트홀(H)에 장착되는 구조만을 설명하고 있으나, 상기 밀봉조립체(600)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 외장케이스(210)에 형성된 벤트홀(H)에 장착될 수도 있다. 이와 같은 경우 상기 파이프(620)는 타측이 상기 벤트홀(H)에 결합되고, 상기 베이스플레이트(630)는 상기 외장케이스(210)의 외측면을 덮도록 장착되어야 할 것이다.
상기 밀봉조립체(600)가 외장케이스(210)에 형성된 벤트홀(H)에 장착되더라도 상기 밀봉조립체(600)의 구성 및 동작은 도 9 내지 도 11에 도시된 실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 전극조립체;
    상기 전극조립체가 내부에 수용된 외장케이스;
    일측이 상기 외장케이스 외측으로 돌출되도록 상기 외장케이스에 장착되어 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되며, 상기 외장케이스의 내외부를 연통시키는 벤트홀이 내부에 형성된 단자;
    상기 벤트홀이 막히도록 상기 벤트홀의 전체 또는 일부에 채워지며, 상기 외장케이스나 단자보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤트홀은 상기 단자를 상하로 관통하도록 형성되며 상측 입구보다 하측 입구가 좁아지도록 중단에 단턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벤트홀은 상기 단자를 상하로 관통하도록 형성되며 하측으로 갈수록 내경이 좁아지도록 측벽이 경사진 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벤트홀의 길이는 상기 외장케이스의 벽체 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 전극조립체;
    상기 전극조립체가 내부에 수용된 외장케이스;
    일측이 상기 외장케이스 외측으로 돌출되도록 상기 외장케이스에 장착되어 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되며, 상기 외장케이스의 내외부를 연통시키는 벤트홀이 내부에 형성된 단자;
    상기 외장케이스나 단자보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질을 결합 매개체로 상기 벤트홀을 덮어 밀봉시키는 밀봉캡;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 벤트홀은 상기 단자를 상하로 관통하도록 형성되며, 상기 밀봉캡은 상기 벤트홀의 상측 입구를 덮도록 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 벤트홀의 길이는 상기 외장케이스의 벽체 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 전극조립체;
    상기 전극조립체가 내부에 수용되며, 내외부가 연통되도록 관통공이 형성된 외장케이스;
    상기 외장케이스보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질을 결합 매개체로 상기 관통공을 덮어 밀봉시키는 밀봉캡;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 전극조립체;
    상기 전극조립체가 내부에 수용된 외장케이스;
    일측이 상기 외장케이스 외측으로 돌출되도록 상기 외장케이스에 장착되어 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되며, 상기 외장케이스의 내외부를 연통시키는 벤트홀이 내부에 형성된 단자;
    파이프와, 상기 파이프의 일측 외주면으로부터 상기 파이프의 길이방향과 교차하는 방향으로 연장되는 베이스플레이트와, 상기 외장케이스나 단자보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질을 결합 매개체로 상기 파이프의 일단을 덮도록 상기 베이스플레이트에 결합되는 밀봉캡으로 구성되어, 상기 파이프의 타측이 상기 벤트홀에 삽입되는 밀봉조립체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 파이프는, 타측 외주면이 상기 벤트홀의 내주면에 밀착되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 베이스플레이트는 상기 단자의 외측단을 덮도록 장착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 전극조립체;
    상기 전극조립체가 내부에 수용되며, 내외부가 연통되도록 관통공이 형성된 외장케이스;
    파이프와, 상기 파이프의 일측 외주면으로부터 상기 파이프의 길이방향과 교차하는 방향으로 연장되는 베이스플레이트와, 상기 외장케이스보다 낮은 용융점을 갖는 저융점물질을 결합 매개체로 상기 파이프의 일단을 덮도록 상기 베이스플레이트에 결합되는 밀봉캡으로 구성되어, 상기 파이프의 타측이 상기 벤트홀에 삽입되는 밀봉조립체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 파이프는, 타측 외주면이 상기 벤트홀의 내주면에 밀착되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 베이스플레이트는 상기 외장케이스의 외측면을 덮도록 장착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저융점물질은, 주석(Sn), 아연(Zn), 납(Pb), 비스무트(Bi), 인듐(In) 중 어느 하나의 금속 또는, 주석(Sn), 아연(Zn), 납(Pb), 비스무트(Bi), 인듐(In)중 어느 하나 이상을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 이차전지.
PCT/KR2010/009045 2009-12-29 2010-12-17 벤트홀을 구비하는 이차전지 WO2011081334A2 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2009-0133052 2009-12-29
KR1020090133052A KR101147791B1 (ko) 2009-12-29 2009-12-29 벤트홀을 구비하는 이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011081334A2 true WO2011081334A2 (ko) 2011-07-07
WO2011081334A3 WO2011081334A3 (ko) 2011-11-03

Family

ID=44226962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2010/009045 WO2011081334A2 (ko) 2009-12-29 2010-12-17 벤트홀을 구비하는 이차전지

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101147791B1 (ko)
WO (1) WO2011081334A2 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104603985A (zh) * 2012-10-18 2015-05-06 株式会社Lg化学 电极引线及具有该电极引线的二次电池
CN114730956A (zh) * 2020-07-14 2022-07-08 株式会社Lg新能源 具有排气孔端子的电池模块以及包括其的电池组和车辆

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101355169B1 (ko) * 2012-08-27 2014-01-28 (주)미코씨엔씨 위험물 저장 장치
US20170207433A1 (en) * 2014-07-31 2017-07-20 Orange Power Ltd. Hollow core secondary battery and connector therefor
KR20210055364A (ko) * 2019-11-07 2021-05-17 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR102321906B1 (ko) * 2021-03-25 2021-11-04 주식회사 유로셀 원통형 이차전지

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050113984A (ko) * 2004-05-31 2005-12-05 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR20050121511A (ko) * 2004-06-22 2005-12-27 삼성에스디아이 주식회사 온도와 압력 감응형 안전 벤트를 갖는 리튬 이온 이차 전지
KR20060011246A (ko) * 2004-07-29 2006-02-03 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR20060022556A (ko) * 2004-09-07 2006-03-10 삼성에스디아이 주식회사 형상기억 안전벤트를 갖는 리튬 이온 이차 전지

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100551885B1 (ko) * 2003-10-20 2006-02-10 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이온 2차 전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050113984A (ko) * 2004-05-31 2005-12-05 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR20050121511A (ko) * 2004-06-22 2005-12-27 삼성에스디아이 주식회사 온도와 압력 감응형 안전 벤트를 갖는 리튬 이온 이차 전지
KR20060011246A (ko) * 2004-07-29 2006-02-03 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR20060022556A (ko) * 2004-09-07 2006-03-10 삼성에스디아이 주식회사 형상기억 안전벤트를 갖는 리튬 이온 이차 전지

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104603985A (zh) * 2012-10-18 2015-05-06 株式会社Lg化学 电极引线及具有该电极引线的二次电池
EP2884563A4 (en) * 2012-10-18 2016-01-20 Lg Chemical Ltd ELECTRODE CABLE AND RECHARGEABLE BATTERY COMPRISING SAME
US9269945B2 (en) 2012-10-18 2016-02-23 Lg Chem, Ltd. Electrode lead and secondary battery having the same
CN114730956A (zh) * 2020-07-14 2022-07-08 株式会社Lg新能源 具有排气孔端子的电池模块以及包括其的电池组和车辆
JP2022553998A (ja) * 2020-07-14 2022-12-27 エルジー エナジー ソリューション リミテッド ベンティング孔端子を備えるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車
EP4096006A4 (en) * 2020-07-14 2023-11-22 LG Energy Solution, Ltd. BATTERY MODULE WITH VENT HOLE CONNECTOR AND BATTERY KIT AND VEHICLE THEREOF
JP7405966B2 (ja) 2020-07-14 2023-12-26 エルジー エナジー ソリューション リミテッド ベンティング孔端子を備えるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110076361A (ko) 2011-07-06
WO2011081334A3 (ko) 2011-11-03
KR101147791B1 (ko) 2012-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011081334A2 (ko) 벤트홀을 구비하는 이차전지
WO2014133275A1 (ko) 이차 전지 및 그 제조 방법
WO2012050343A2 (ko) 신규한 구조의 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 전지
WO2011081333A2 (ko) 폭발방지수단을 구비하는 이차전지
WO2017061728A1 (ko) 전지셀의 팽창을 감지하기 위한 프로브를 포함하고 있는 전지모듈
WO2012077967A2 (ko) 캡 조립체 및 이를 이용한 이차 전지
WO2022031056A1 (ko) 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차
WO2012053688A1 (ko) 캡 조립체 및 이를 이용한 이차 전지
WO2012134108A2 (ko) 가스배출장치를 포함한 파우치형 이차전지 및 가스배출 제어방법
CN101924239B (zh) 二次电池
WO2017039139A1 (ko) 배터리 팩
CN101567431A (zh) 电池组
WO2019078449A1 (ko) 가스 배출이 가능한 이차전지용 파우치형 케이스
WO2018004159A1 (ko) 이차전지
WO2011118961A2 (ko) 이차 전지 및 이에 채용되는 커버 조립체
WO2021235751A1 (ko) 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차
WO2018043890A1 (ko) 이차 전지
WO2019151646A1 (ko) 이차 전지
WO2018151415A1 (ko) 열팽창성 테이프를 포함하는 안전성이 개선된 배터리 셀 및 이의 제조방법
WO2019117342A1 (ko) 이차 전지
WO2018030836A1 (en) Cap assembly for secondary battery and secondary battery including the cap assembly
WO2018056630A1 (ko) 이차 전지
WO2014104462A1 (ko) 안전장치 및 이를 구비한 이차전지
WO2018212447A1 (ko) 이차 전지
WO2021033939A1 (ko) 이차 전지

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10841166

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10841166

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2