WO2021187717A1 - 이차 전지 및 전지 모듈 - Google Patents

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이한영
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery and a battery module, and more particularly, to a secondary battery and a battery module capable of inducing a short circuit between electrode leads during abnormal operation to prevent explosion due to an internal short circuit and ensure stability.
  • types of secondary batteries include a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a lithium ion battery, and a lithium ion polymer battery.
  • These secondary batteries are not only small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, Portable Game Devices, Power Tools and E-bikes, but also large products requiring high output such as electric and hybrid vehicles and surplus power generation. It is also applied and used in power storage devices that store power or renewable energy and power storage devices for backup.
  • a cathode, a separator, and a cathode are manufactured, and these are laminated. Specifically, a positive electrode active material slurry is applied to a positive electrode current collector, and a negative electrode active material slurry is applied to a negative electrode current collector to prepare a positive electrode and a negative electrode. And when a separator is interposed between the prepared positive electrode and the negative electrode and stacked, unit cells are formed, and the unit cells are stacked on each other, thereby forming an electrode assembly. In addition, when the electrode assembly is accommodated in a specific case and an electrolyte is injected, a secondary battery is manufactured.
  • An object of the present invention is to provide a secondary battery and a battery module capable of inducing a short circuit between electrode leads during abnormal operation to prevent explosion due to an internal short circuit and ensure stability.
  • a secondary battery for solving the above problems includes an electrode assembly formed by alternately stacking electrodes and a separator; a battery case accommodating the electrode assembly therein; a plurality of electrode tabs protruding to one side from the electrode assembly; a plurality of electrode leads having one end connected to the electrode tab and the other end protruding to the outside of the battery case; a piezoelectric element disposed on the outside of the cup portion for accommodating the electrode assembly in the battery case, the piezoelectric element receiving pressure when the volume of the battery case expands to supply power to the outside; And it has a wire shape, both ends are respectively located on the sealing portion for sealing the electrode lead in the battery case, when power is applied from the piezoelectric element, the both ends are extended toward the electrode lead and the electrode lead and Each includes contacting short-circuit guides.
  • the short-circuit inducing part may be made of an electroactive polymer (EAP).
  • EAP electroactive polymer
  • the piezoelectric element may be attached to the outer surface of the cup part.
  • the piezoelectric element, the cup portion and the shape may correspond to each other.
  • the piezoelectric element may be attached to the center of the cup part.
  • the short-circuit inducing part may be formed in close contact with the sealing part of the battery case.
  • the short-circuit inducing part may be formed in close contact with a portion of the sealing part formed along the peripheral edge of the battery case.
  • the short induction part may be formed along the outer surface of the cup part for accommodating the electrode assembly in the battery case.
  • the short-circuit inducing part may be bent toward each of the electrode leads after the both ends are separated from the sealing part and extend.
  • a battery module for solving the above problems is an electrode assembly formed by alternately stacking electrodes and separators, a battery case accommodating the electrode assembly therein, and a plurality of protruding from one side of the electrode assembly.
  • an electrode tab, a plurality of electrode leads having one end connected to the electrode tab and the other end protruding to the outside of the battery case;
  • a piezoelectric element disposed on the outside of the cup portion for accommodating the electrode assembly in the battery case, the piezoelectric element receiving pressure when the volume of the battery case expands to supply power to the outside;
  • it has a wire shape, both ends are respectively located on the sealing portion for sealing the electrode lead in the battery case, when power is applied from the piezoelectric element, the both ends are extended toward the electrode lead and the electrode lead and a secondary battery including a short-circuit inducing unit in contact with each other; and a housing accommodating the secondary battery therein.
  • the short-circuit inducing part may be made of an electroactive polymer (EAP).
  • EAP electroactive polymer
  • the piezoelectric element may be attached to the inner surface of the housing.
  • the short-circuit guide part may be formed in close contact with the edge of the inner space of the housing.
  • the short-circuit inducing part may be bent toward each of the electrode leads after the both ends are separated from the sealing part and extend.
  • the present invention also provides a battery pack including the battery module, and provides a device including the battery pack.
  • the device includes a computer, a notebook computer, a smart phone, a mobile phone, a tablet PC, a wearable electronic device, a power tool, an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid an electric vehicle (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) or an electric power storage device, but is not limited thereto.
  • EV electric vehicle
  • HEV hybrid electric vehicle
  • PHEV plug-in hybrid an electric vehicle
  • PHEV plug-in Hybrid Electric Vehicle
  • both ends of the short-circuit induction part contact the electrode leads, respectively, thereby inducing a short circuit between the electrode leads to prevent explosion due to an internal short circuit and ensure stability can do.
  • the effect according to the present invention is not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.
  • FIG. 1 is an assembly view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a plan view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view of a secondary battery when both ends of a short-circuit inducing part are extended according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a secondary battery when both ends of a short-circuit inducing part are extended according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an assembly view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is an assembly view of the battery module when both ends of the short-circuit guide part are extended according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an assembly view of a secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention.
  • both ends 1361 of the short circuit induction part 136 contact the electrode lead 12, respectively, By inducing a short circuit between the electrode leads 12 , an explosion due to an internal short circuit can be prevented and stability can be secured.
  • the secondary battery 1 includes an electrode assembly 10 formed by alternately stacking electrodes and separators; a battery case 13 accommodating the electrode assembly 10 therein; a plurality of electrode tabs 11 protruding to one side from the electrode assembly 10; a plurality of electrode leads 12 having one end connected to the electrode tab 11 and the other end protruding to the outside of the battery case 13; A piezoelectric element ( 135); And it has a wire shape, both ends 1361 are respectively located on the sealing part 1341 sealing the electrode lead 12 in the battery case 13, when power is applied from the piezoelectric element, the both ends Reference numeral 1361 extends toward the electrode lead 12 and includes a short-circuit inducing portion 136 in contact with the electrode lead 12 , respectively.
  • the electrode assembly 10 is formed by alternately stacking electrodes and separators. First, a slurry in which an electrode active material, a binder, and a plasticizer are mixed is applied to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector to prepare a positive electrode and a negative electrode, and the electrode assembly 10 having a predetermined shape is formed by laminating them on both sides of a separator Then, the electrode assembly 10 is inserted into the battery case 13, and the electrolyte is injected and then sealed.
  • the electrode assembly 10 includes two types of electrodes, such as an anode and a cathode, and a separator interposed between the electrodes to insulate the electrodes from each other.
  • the electrode assembly 10 may be of a stack type, a jelly roll type, a stack-and-fold type, or the like.
  • Two types of electrodes that is, a positive electrode and a negative electrode, have a structure in which an active material slurry is applied to an electrode current collector in the form of a metal foil or metal mesh including aluminum and copper, respectively.
  • the slurry may be formed by stirring a granular active material, an auxiliary conductor, a binder, and a plasticizer in a state in which a solvent is added. The solvent is removed in a subsequent process.
  • the electrode assembly 10 includes an electrode tab 11 .
  • the electrode tab 11 is respectively connected to the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly 10 , and protrudes to the outside of one side from the electrode assembly 10 , so that there is a path through which electrons can move between the inside and the outside of the electrode assembly 10 . do.
  • the current collector of the electrode assembly 10 includes a portion to which the electrode active material is applied and a distal portion to which the electrode active material is not applied, that is, an uncoated portion.
  • the electrode tab 11 may be formed by cutting the uncoated area or may be formed by connecting a separate conductive member to the uncoated area by ultrasonic welding or the like. As shown in FIG. 1 , the electrode tabs 11 may protrude side by side from one side of the electrode assembly 10 in the same direction, but are not limited thereto and may protrude in different directions.
  • An electrode lead 12 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 by spot welding or the like.
  • a part of the electrode lead 12 is surrounded by the insulating portion 14 .
  • the insulating part 14 is located limited to the sealing part 134 to which the upper case 131 and the lower case 132 of the battery case 13 are thermally fused, and the electrode lead 12 is attached to the battery case 13 . glue it together.
  • electricity generated from the electrode assembly 10 is prevented from flowing to the battery case 13 through the electrode lead 12 , and the sealing of the battery case 13 is maintained.
  • the insulating portion 14 is made of a non-conductive material that does not conduct electricity well.
  • an insulating tape that is easy to attach to the electrode lead 12 and has a relatively thin thickness is used a lot, but it is not limited thereto and various members can be used as long as it can insulate the electrode lead 12. have.
  • the electrode lead 12 has one end connected to the positive electrode tab 111 , and one end connected to the positive electrode lead 121 and the negative electrode tab 112 extending in the protruding direction of the positive electrode tab 111 , and the negative electrode tab 112 includes a negative lead 122 extending in the protruding direction.
  • the positive lead 121 and the negative lead 122 both have the other end protruding to the outside of the battery case 13 . Accordingly, electricity generated inside the electrode assembly 10 may be supplied to the outside.
  • the positive electrode lead 121 and the negative electrode lead 122 may also extend in various directions.
  • the material of the positive lead 121 and the negative lead 122 may be different from each other. That is, the positive electrode lead 121 may be made of the same aluminum (Al) material as the positive electrode current collector, and the negative electrode lead 122 may be made of the same copper (Cu) material as the negative electrode current collector or nickel (Ni) coated copper. And a portion of the electrode lead 12 protruding to the outside of the battery case 13 becomes a terminal part, and is electrically connected to the external terminal.
  • the battery case 13 is a pouch made of a soft material. Hereinafter, the battery case 13 will be described as a pouch.
  • the battery case 13 accommodates and seals the electrode assembly 10 so that a portion of the electrode lead 12, that is, the terminal portion is exposed.
  • the battery case 13 includes an upper case 131 and a lower case 132 .
  • a cup part 133 is formed in the lower case 132 to provide an accommodating space 1331 accommodating the electrode assembly 10
  • the upper case 131 has the electrode assembly 10 in the battery case 13 .
  • the accommodating space 1331 is covered from the upper part so as not to be separated to the outside of the . At this time, as shown in FIG.
  • the cup part 133 provided with the accommodation space 1331 is also formed in the upper case 131 , so that the electrode assembly 10 may be accommodated therein.
  • the upper case 131 and the lower case 132 may be manufactured by connecting one side to each other as shown in FIG.
  • a piezoelectric element 135 is disposed on the outside of the cup part 133 , and when the volume of the battery case 13 expands, a pressure is applied to supply power to the outside.
  • the short-circuit induction part 136 is positioned on the sealing part 1341 for both ends 1361 to seal the electrode lead 12 in the battery case 13, and when power is applied from the piezoelectric element 135, the Both ends 1361 extend toward the electrode lead 12 to contact the electrode lead 12 , respectively.
  • the cup part 133 of the lower case 132 is provided.
  • the electrode assembly 10 is accommodated in the accommodation space 1331 , and the upper case 131 covers the space from the top. Then, the electrolyte is injected therein and the sealing part 134 formed on the edges of the upper case 131 and the lower case 132 is sealed.
  • the electrolyte is to move lithium ions generated by the electrochemical reaction of the electrode during charging and discharging of the secondary battery 1, and a polymer using a non-aqueous organic electrolyte or a polymer electrolyte, which is a mixture of lithium salt and high-purity organic solvents. may include.
  • a polymer using a non-aqueous organic electrolyte or a polymer electrolyte, which is a mixture of lithium salt and high-purity organic solvents. may include.
  • the pouch-type secondary battery 1 may be manufactured.
  • FIG. 3 is a plan view of a secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 1 includes a piezoelectric element 135 and a short-circuit induction unit 136 .
  • the piezoelectric element 135 is an element whose shape is deformed when applied with a physical external force such as pressure or stress, and a voltage is generated accordingly.
  • Representative piezoelectric elements 135 include barium titanate, Rochelle salt, and the like.
  • the piezoelectric element 135 is disposed outside the cup portion 133 of the battery case 13 . Accordingly, when gas is generated inside the battery case 13 and the volume of the battery case 13 expands, pressure is applied. Accordingly, a voltage may be generated in the piezoelectric element 135 to supply power to the outside.
  • the piezoelectric element 135 may be directly attached to the outer surface of the cup part 133 . Thereby, it is possible to respond sensitively to the expansion of the volume of the battery case 13 . That is, even if the volume of the battery case 13 is slightly expanded, it is possible to directly generate a voltage to supply power to the outside.
  • the piezoelectric element 135 may have a shape corresponding to the cup portion 133 .
  • the piezoelectric element 135 also has a rectangular shape
  • the piezoelectric element 135 also has a circular shape.
  • the piezoelectric element 135 is preferably attached to the approximately central portion of the cup portion (133). If gas is generated inside the battery case 13 , the cup portion 133 having the greatest flexibility is deformed the most. At this time, since the piezoelectric element 135 is attached to the center of the cup portion 133 , when the cup portion 133 is deformed, the piezoelectric element 135 may be uniformly applied with pressure as a whole.
  • the short induction part 136 may have a long and thin wire shape, and when electric power is applied from the piezoelectric element 135 , the shape is deformed so that both ends 1361 are in contact with the electrode lead 12 , respectively.
  • the short induction part 136 may be made of an electroactive polymer (EAP).
  • EAP electroactive polymer
  • the electroactive polymer is a polymer that can be deformed such as expansion, contraction and bending by electrical stimulation.
  • Representative electroactive polymers include ferroelectric polymers and dielectric elastomers. In particular, as ferroelectric polymers, polyvinylidene fluoride (PVDF)-based polymers with relatively large piezoelectric properties are widely used.
  • the short-circuit guide part 136 may be formed in close contact with the sealing part 134 of the battery case 13 . Accordingly, it is possible to prevent the short circuit guide 136 from being damaged by external friction without significantly changing the size and shape of the secondary battery 1 .
  • the short-circuit inducing part 136 is formed along the peripheral edge of the battery case 13 .
  • a portion of the sealing portion 134 may also be formed in close contact.
  • the present invention is not limited thereto, and the short circuit guide part 136 may be formed along the outer surface of the cup part 133 accommodating the electrode assembly 10 in the battery case 13 .
  • the short-circuit inducing part 136 may be formed along the shortest path between the plurality of electrode leads 12 , thereby minimizing the length of the short-circuiting inducing part 136 to secure economic feasibility.
  • the short circuit inducing part 136 is a sealing part formed between the plurality of electrode leads 12 in the battery case 13 .
  • a portion of 134 may also be formed in close contact. That is, the short-circuit guide part 136 is not limited and may be formed in close contact with the battery case 13 in various ways.
  • Both ends 1361 of the short-circuit induction part 136 are positioned on the sealing part 1341 sealing the electrode lead 12 in the battery case 13 as shown in FIG. 4 . As a result, it is positioned closest to the electrode lead 12 , and later, when both ends 1361 of the short-circuit inducing part 136 extend toward the electrode lead 12 , they each easily contact the electrode lead 12 . can do.
  • the conductive wire 1351 connected to the piezoelectric element 135 is connected to a point located near the vertex of the cup part 133 , not the center of the corner of the cup part 133 in the short circuit guide part 136 . Accordingly, it is possible to minimize the disconnection or damage of the conductive wire 1351 connected to the piezoelectric element 135 by an external obstacle.
  • FIG. 5 is a plan view of the secondary battery 1 when both ends 1361 of the short-circuit inducing part 136 are extended according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a short-circuit inducing part ( It is a cross-sectional enlarged view of the secondary battery 1 when both ends 1361 of 136 are extended.
  • both ends 1361 of the short-circuit inducing part 136 extend toward the electrode lead 12 , and come into contact with the electrode lead 12 , respectively, as shown in FIG. 5 .
  • the short circuit guide 136 is made of a conductive material. Accordingly, when both ends 1361 of the short circuit inducing part 136 contact the electrode leads 12 , a short circuit (short) occurs between the electrode leads 12 . Accordingly, even if a short circuit occurs inside the secondary battery 1 , it is possible to prevent leading to a major explosion and ensure stability.
  • both ends 1361 extend toward the electrode lead 12 , the short-circuit inducing part 136 contacts the electrode lead 12 , respectively.
  • the electrode lead 12 may form a level difference with the sealing part 134 to some extent. Accordingly, as shown in FIG. 6 , the short induction part 136 is bent toward each electrode lead 12 after both ends 1361 are separated from the sealing part 134 and extended, and thus the electrode leads 12 ) can be in contact with
  • the present invention is not limited thereto, and when both ends 1361 are separated from the sealing part 134 and gradually extended, the both ends 1361 may be in contact with the electrode leads 12 by sagging due to gravity.
  • FIG 7 is an assembly view of the battery module 2 according to another embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric element 135 is directly attached to the outer surface of the cup part 133 of the battery case 13 , and the short-circuit induction part 136 is connected to the sealing part 134 of the battery case 13 . formed close.
  • the piezoelectric element 135 can respond sensitively to the expansion of the volume of the battery case 13 , and the short-circuit induction part 136 does not significantly change the size and shape of the secondary battery 1 , and the short-circuit induction part It is possible to prevent the 136 from being damaged by external friction.
  • the piezoelectric element 135a and the short-circuit induction part 136a are the battery case 13 of the secondary battery 1a. Instead, it may be formed in the housing 20 of the battery module 2 . Thereby, it is easier to fix the piezoelectric element 135a and the short-circuit guide part 136a to the housing 20 having rigidity than the pouch-type battery case 13 having flexibility.
  • the battery module 2 includes an electrode assembly 10 formed by alternately stacking electrodes and separators, a battery case 13 accommodating the electrode assembly 10 therein, and the electrode assembly. a plurality of electrode tabs 11 protruding to one side from (10), a plurality of electrode leads 12 having one end connected to the electrode tab 11 and the other end protruding to the outside of the battery case 13; A piezoelectric element ( 135); and a wire shape, both ends of which are respectively located on the sealing part 134 sealing the electrode lead 12 in the battery case, and when power is applied from the piezoelectric element 135, the both ends 1361a a secondary battery (1a) extending toward the electrode lead (12) and including a short-circuit inducing part (136a) in contact with the electrode lead (12), respectively; and a housing 20 accommodating the secondary battery 1a therein.
  • the housing 20 accommodates the secondary battery 1 therein, and as shown in FIG. 7 , the upper and lower housings 20 are coupled to each other at both sides of the secondary battery 1 to accommodate the secondary battery 1 .
  • the housing 20 may accommodate only one secondary battery 1 therein, but is not limited thereto and may accommodate a plurality of secondary batteries 1 .
  • the piezoelectric element 135a and the short-circuit guide part 136a are formed inside the housing 20 of the battery module 2 .
  • the piezoelectric element 135a is disposed on the outside of the cup portion 133 of the battery case 13 , but is attached to the inner surface of the housing 20 instead of being directly attached to the outer surface of the cup portion 133 .
  • the inner surface of the housing 20 and the cup part 133 of the battery case 13 are located very close to each other, when gas is generated inside the battery case 13 and the volume of the battery case 13 expands, the piezoelectric The element 135a directly supplies power to the outside.
  • the short circuit guide portion 136a may be formed in close contact with the edge of the inner space of the housing 20 .
  • both ends 1361a of the short-circuit inducing part 136a are positioned on the sealing part 1341 sealing the electrode lead 12 . As a result, it is positioned closest to the electrode lead 12 , and later, when both ends 1361a of the short-circuit inducing part 136a extend toward the electrode lead 12 , they easily contact the electrode lead 12 , respectively. can do.
  • FIG 8 is an assembly view of the battery module 2 when both ends 1361a of the short-circuit guide part 136a are extended according to another embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric element 135a When gas is generated inside the battery case 13 and the volume of the battery case 13 expands, the piezoelectric element 135a receives pressure to supply power to the outside. And, when power is applied from the piezoelectric element 135a, both ends 1361a of the short-circuit induction part 136a extend toward the electrode lead 12, as shown in FIG. 8, and the electrode lead 12 and each contact At this time, the short-circuit inducing part 136a may be in contact with the electrode lead 12 by bending toward each electrode lead 12 after both ends 1361a are separated from the sealing part 134 and extend. .
  • the present invention is not limited thereto, and if both ends 1361a are separated from the sealing part 134 and gradually extend, the both ends 1361a may come into contact with the electrode leads 12 by sagging due to gravity.
  • electrode assembly 11 electrode tab
  • cup portion 134 sealing portion
  • piezoelectric element 136 short induction part

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스; 상기 전극 조립체로부터 일측으로 돌출된 복수의 전극 탭; 일단이 상기 전극 탭과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 각각 돌출되는 복수의 전극 리드; 상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자; 및 와이어 형상을 가지며, 양 단이 각각 상기 전지 케이스에서 상기 전극 리드를 실링하는 실링부 상에 위치하고, 상기 압전소자로부터 전력이 인가되면, 상기 양 단이 상기 전극 리드를 향해 연장되어 상기 전극 리드와 각각 접촉하는 단락 유도부를 포함한다.

Description

이차 전지 및 전지 모듈
본 출원은 2020년 3월 18일자 한국특허출원 제10-2020-0033377호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차 전지 및 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비정상적인 작동시, 전극 리드 간의 단락을 유도하여 내부 단락으로 인한 폭발을 방지하고 안정성을 확보할 수 있는 이차 전지 및 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
전극 조립체를 제조하기 위해, 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)을 제조하고, 이들을 적층한다. 구체적으로, 양극 활물질 슬러리를 양극 집전체에 도포하고, 음극 활물질 슬러리를 음극 집전체에 도포하여 양극(Cathode)과 음극(Anode)을 제조한다. 그리고 상기 제조된 양극 및 음극의 사이에 분리막(Separator)이 개재되어 적층되면 단위 셀(Unit Cell)들이 형성되고, 단위 셀들이 서로 적층됨으로써, 전극 조립체가 형성된다. 그리고 이러한 전극 조립체가 특정 케이스에 수용되고 전해액을 주입하면 이차 전지가 제조된다.
종래에는 이차 전지가 고온에 노출되거나 과충전 또는 과방전되는 등 비정상적으로 작동되는 경우, 발열에 의해 분리막이 수축하면서 양극과 음극이 서로 직접 접촉하여 단락(쇼트, Short)이 발생할 가능성이 높아진다. 이러한 단락으로 인해 전지 내부에 급격한 전자 이동이 발생하고, 그럼으로써 발열과 부반응이 발생하면 이차 전지가 폭발하여 안전성에 문제가 발생할 수 있었다. 특히, 과충전, 과방전, 외부 단락 등 전기적인 오작동 발생 시, 높은 전류가 흐르고 집전체의 열전도율이 낮기 때문에 집전체의 온도가 활물질 층보다 높은 열이 발생된다. 이후 열이 확산되어 활물질, 전해액 등 구성요소의 열적, 화학적, 전기화학적 반응이 더해져 열폭주까지 이어질 수 있었다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
한국공개공보 제2007-0056494호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비정상적인 작동시, 전극 리드 간의 단락을 유도하여 내부 단락으로 인한 폭발을 방지하고 안정성을 확보할 수 있는 이차 전지 및 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스; 상기 전극 조립체로부터 일측으로 돌출된 복수의 전극 탭; 일단이 상기 전극 탭과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 각각 돌출되는 복수의 전극 리드; 상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자; 및 와이어 형상을 가지며, 양 단이 각각 상기 전지 케이스에서 상기 전극 리드를 실링하는 실링부 상에 위치하고, 상기 압전소자로부터 전력이 인가되면, 상기 양 단이 상기 전극 리드를 향해 연장되어 상기 전극 리드와 각각 접촉하는 단락 유도부를 포함한다.
또한, 상기 단락 유도부는, 전기활성 폴리머(EAP)로 제조될 수 있다.
또한, 상기 압전소자는, 상기 컵부의 외면에 부착될 수 있다.
또한, 상기 압전소자는, 상기 컵부와 형상이 서로 대응될 수 있다.
또한, 상기 압전소자는, 상기 컵부의 중심부에 부착될 수 있다.
또한, 상기 단락 유도부는, 상기 전지 케이스의 실링부에 밀착 형성될 수 있다.
또한, 복수의 상기 전극 리드가, 서로 상기 전극 조립체의 반대 방향으로 형성된다면, 상기 단락 유도부는, 상기 전지 케이스에서 주변 테두리를 따라 형성되는 실링부의 일부에도 밀착 형성될 수 있다.
또한, 상기 단락 유도부는, 상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외면을 따라 형성될 수 있다.
또한, 상기 단락 유도부는, 상기 양 단이 상기 실링부로부터 이탈하며 연장된 후, 각각의 상기 전극 리드를 향해 벤딩될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스, 상기 전극 조립체로부터 일측으로 돌출된 복수의 전극 탭, 일단이 상기 전극 탭과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 각각 돌출되는 복수의 전극 리드; 상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자; 및 와이어 형상을 가지며, 양 단이 각각 상기 전지 케이스에서 상기 전극 리드를 실링하는 실링부 상에 위치하고, 상기 압전소자로부터 전력이 인가되면, 상기 양 단이 상기 전극 리드를 향해 연장되어 상기 전극 리드와 각각 접촉하는 단락 유도부를 포함하는 이차 전지; 및 상기 이차 전지를 내부에 수용하는 하우징을 포함한다.
또한, 상기 단락 유도부는, 전기활성 폴리머(EAP)로 제조될 수 있다.
또한, 상기 압전소자는, 상기 하우징의 내면에 부착될 수 있다.
또한, 상기 단락 유도부는, 상기 하우징의 내부 공간의 모서리를 따라 밀착 형성될 수 있다.
또한, 상기 단락 유도부는, 상기 양 단이 상기 실링부로부터 이탈하며 연장된 후, 각각의 상기 전극 리드를 향해 벤딩될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공하고, 상기 전지 팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 휴대폰, 태블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 또는 전력 저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전지 팩 및 디바이스의 구조 및 그것들의 제작 방법은 당업계 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
비정상적인 작동시, 전지 케이스의 부피가 팽창하여 압전소자로부터 전력이 생산되면, 단락 유도부의 양 단이 전극 리드에 각각 접촉함으로써, 전극 리드 간의 단락을 유도하여 내부 단락으로 인한 폭발을 방지하고 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단락 유도부의 양 단이 연장되었을 때의 이차 전지의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단락 유도부의 양 단이 연장되었을 때의 이차 전지의 단면 확대도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 조립도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단락 유도부의 양 단이 연장되었을 때의 전지 모듈의 조립도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 조립도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비정상적인 작동시, 전지 케이스의 부피가 팽창하여 압전소자로부터 전력이 생산되면, 단락 유도부(136)의 양 단(1361)이 전극 리드(12)에 각각 접촉함으로써, 전극 리드(12) 간의 단락을 유도하여 내부 단락으로 인한 폭발을 방지하고 안정성을 확보할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체(10); 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 전지 케이스(13); 상기 전극 조립체(10)로부터 일측으로 돌출된 복수의 전극 탭(11); 일단이 상기 전극 탭(11)과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스(13)의 외부로 각각 돌출되는 복수의 전극 리드(12); 상기 전지 케이스(13)에서 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 컵부(133)의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자(135); 및 와이어 형상을 가지며, 양 단(1361)이 각각 상기 전지 케이스(13)에서 상기 전극 리드(12)를 실링하는 실링부(1341) 상에 위치하고, 상기 압전소자로부터 전력이 인가되면, 상기 양 단(1361)이 상기 전극 리드(12)를 향해 연장되어 상기 전극 리드(12)와 각각 접촉하는 단락 유도부(136)를 포함한다.
전극 조립체(10)는 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성한다. 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
구체적으로, 전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 양극 및 음극 등 두 종류의 전극과, 상기 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 이러한 전극 조립체(10)는 스택형, 젤리롤형, 스택 앤 폴딩형 등이 있다. 두 종류의 전극, 즉 양극과 음극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다.
전극 조립체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)로부터 일측 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열융착되는 실링부(134)에 한정되어 위치하여, 전극 리드(12)를 전지 케이스(13)에 접착시킨다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 일단이 상기 전극 탭(11)과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스(13)의 외부로 각각 돌출된다. 즉, 전극 리드(12)는 양극 탭(111)에 일단이 연결되고, 양극 탭(111)이 돌출된 방향으로 연장되는 양극 리드(121) 및 음극 탭(112)에 일단이 연결되고, 음극 탭(112)이 돌출된 방향으로 연장되는 음극 리드(122)를 포함한다. 한편, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 도 1에 도시된 바와 같이, 모두 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)의 내부에서 생성된 전기를 외부로 공급할 수 있다. 또한, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다.
양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
전지 케이스(13)는 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 포함한다. 하부 케이스(132)에는 컵부(133)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 케이스(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이 상부 케이스(131)에도 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133)가 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 일측이 서로 연결되어 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 분리되어 별도로 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
압전소자(Piezoelectric Element, 135)는 상기 컵부(133)의 외측에 배치되어, 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급한다. 그리고, 단락 유도부(136)는 양 단(1361)이 각각 전지 케이스(13)에서 전극 리드(12)를 실링하는 실링부(1341) 상에 위치하고, 압전소자(135)로부터 전력이 인가되면, 상기 양 단(1361)이 전극 리드(12)를 향해 연장되어 상기 전극 리드(12)와 각각 접촉한다. 압전소자(135) 및 단락 유도부(136)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 케이스(132)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 케이스(131)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리에 형성된 실링부(134)를 실링한다. 전해액은 이차 전지(1)의 충, 방전 시 전극의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해, 도 2에 도시된 바와 같이 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 단면 확대도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 압전소자(135) 및 단락 유도부(136)를 포함한다. 압전소자(135)란 압력, 응력 등의 물리적 외력을 인가받으면, 그에 따라 전압이 발생하고, 반대로 전압을 인가받으면, 형태가 변형되는 소자이다. 대표적인 압전소자(135)에는 티탄산바륨(Barium Titanate), 로셸염(Rochelle salt) 등이 있다.
압전소자(135)는 전지 케이스(13)의 컵부(133)의 외측에 배치된다. 따라서, 전지 케이스(13)의 내부에 가스가 발생하여 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면, 압력을 인가받는다. 그에 따라, 압전소자(135)에서 전압이 발생하여, 외부로 전력을 공급할 수 있다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압전소자(135)는 컵부(133)의 외면에 직접 부착될 수 있다. 그럼으로써, 전지 케이스(13)의 부피의 팽창에 민감하게 반응할 수 있다. 즉, 전지 케이스(13)의 부피가 조금만 팽창하더라도, 곧바로 전압을 발생하여 외부로 전력을 공급할 수 있다.
압전소자(135)는 도 3에 도시된 바와 같이, 컵부(133)와 형상이 서로 대응될 수 있다. 예를 들어 컵부(133)가 사각형의 형상을 가진다면, 압전소자(135)도 사각형의 형상을 가지고, 컵부(133)가 원형의 형상을 가진다면, 압전소자(135)도 원형의 형상을 가질 수 있다. 그럼으로써, 컵부(133)가 변형될 때 변형되는 정도에 비례하여, 압전소자(135)가 압력을 인가받을 수 있다.
또한, 압전소자(135)는 컵부(133)의 대략 중심부에 부착되는 것이 바람직하다. 만약 전지 케이스(13)의 내부에 가스가 발생한다면, 가장 유연성이 큰 컵부(133)가 가장 크게 변형된다. 이 때, 압전소자(135)가 컵부(133)의 중심부에 부착됨으로써, 컵부(133)가 변형될 때 압전소자(135)가 전체적으로 균일하게 압력을 인가받을 수 있다.
단락 유도부(136)는 가늘고 긴 와이어 형상을 가질 수 있고, 압전소자(135)로부터 전력이 인가되면 형태가 변형되어 양 단(1361)이 상기 전극 리드(12)와 각각 접촉한다. 이러한 단락 유도부(136)는 전기활성 폴리머(ElectroActive Polymers, EAP)로 제조될 수 있다. 전기활성 폴리머란 전기적 자극에 의하여 팽창, 수축 및 벤딩(bending) 등 변형될 수 있는 폴리머이다. 대표적인 전기활성 폴리머로는 강유전성 폴리머(Ferroelectric Polymer)와 유전성 엘라스토머(Dielectric Elastomer) 등이 있으며, 특히 강유전성 폴리머로서 상대적으로 압전성이 큰 폴리비닐리덴플루오르(Polyvinylidene Fluoride, 이하 PVDF)계 폴리머가 널리 사용된다.
단락 유도부(136)는 도 4에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)의 실링부(134)에 밀착 형성될 수 있다. 그럼으로써, 단락 유도부(136)가 이차 전지(1)의 사이즈 및 형태를 크게 변경시키지 않으면서, 단락 유도부(136)가 외부 마찰에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 만약, 복수의 전극 리드(12)가 서로, 전극 조립체(10)의 반대 방향으로 형성된다면, 도 3에 도시된 바와 같이, 단락 유도부(136)는 전지 케이스(13)에서 주변 테두리를 따라 형성되는 실링부(134)의 일부에도 밀착 형성될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 단락 유도부(136)는 전지 케이스(13)에서 전극 조립체(10)를 수용하는 컵부(133)의 외면을 따라 형성될 수도 있다. 그럼으로써, 복수의 전극 리드(12) 간의 최단 경로를 따라 단락 유도부(136)가 형성될 수 있어, 단락 유도부(136)의 길이를 최소화하여 경제성을 확보할 수도 있다.
그런데 만약, 복수의 전극 리드(12)가 서로 전극 조립체(10)의 동일한 방향으로 형성된다면, 단락 유도부(136)는 전지 케이스(13)에서 복수의 전극 리드(12)의 사이에 형성되는 실링부(134)의 일부에도 밀착 형성될 수 있다. 즉, 단락 유도부(136)는 제한되지 않고 전지 케이스(13)에 다양한 방법으로 밀착 형성될 수 있다.
단락 유도부(136)의 양 단(1361)은 도 4에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)에서 전극 리드(12)를 실링하는 실링부(1341) 상에 위치한다. 그럼으로써, 전극 리드(12)에 가장 가까이 위치하게 되어, 추후에 단락 유도부(136)의 양 단(1361)이 전극 리드(12)를 향해 연장되면, 상기 전극 리드(12)와 각각 용이하게 접촉할 수 있다. 그리고, 압전소자(135)와 연결된 도선(1351)은, 단락 유도부(136)에서 컵부(133)의 모서리의 중심부가 아니라, 컵부(133)의 꼭지점 부근에 위치한 지점에 연결된다. 그럼으로써, 압전소자(135)와 연결된 도선(1351)이 외부의 장애물에 의해 단선되거나 파손되는 것을 최소화할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단락 유도부(136)의 양 단(1361)이 연장되었을 때의 이차 전지(1)의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단락 유도부(136)의 양 단(1361)이 연장되었을 때의 이차 전지(1)의 단면 확대도이다.
압전소자(135)는 압력을 인가받으면 전압이 발생하여 전력을 외부로 공급한다. 즉, 전지 케이스(13)의 내부에 가스가 발생하여, 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면, 압전소자(135)는 압력을 인가받아 전력을 외부로 공급한다. 그리고, 단락 유도부(136)는 압전소자(135)로부터 전력이 인가되면 형상이 변화한다. 특히, 단락 유도부(136)의 양 단(1361)이 전극 리드(12)를 향해 연장되어, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 리드(12)와 각각 접촉한다.
단락 유도부(136)는 전도성 물질로 제조된다. 따라서, 단락 유도부(136)의 양 단(1361)이 전극 리드(12)에 각각 접촉하면, 전극 리드(12)끼리 단락(쇼트, Short)이 발생한다. 그럼으로써, 이차 전지(1)의 내부에서 단락이 발생하더라도 큰 폭발까지 이어지는 것을 방지하고 안정성을 확보할 수 있다.
단락 유도부(136)는 양 단(1361)이 상기 전극 리드(12)를 향해 연장되면 전극 리드(12)와 각각 접촉한다. 이 때, 전극 리드(12)는 실링부(134)와 어느 정도 단차를 형성할 수 있다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 단락 유도부(136)는 양 단(1361)이 실링부(134)로부터 이탈하며 연장된 후, 각각의 전극 리드(12)를 향해 벤딩됨으로써, 전극 리드(12)와 각각 접촉할 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 단지 양 단(1361)이 실링부(134)로부터 이탈하며 점점 연장되면, 상기 양 단(1361)이 중력에 의해 처짐으로써 전극 리드(12)와 각각 접촉할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈(2)의 조립도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압전소자(135)는 전지 케이스(13)의 컵부(133)의 외면에 직접 부착되고, 단락 유도부(136)는 전지 케이스(13)의 실링부(134)에 밀착 형성된다. 그럼으로써, 압전소자(135)는 전지 케이스(13)의 부피의 팽창에 민감하게 반응할 수 있고, 단락 유도부(136)가 이차 전지(1)의 사이즈 및 형태를 크게 변경시키지 않으면서, 단락 유도부(136)가 외부 마찰에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그런데 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이차 전지(1a)가 전지 모듈(2)로 조립되는 경우에는, 압전소자(135a) 및 단락 유도부(136a)가 이차 전지(1a)의 전지 케이스(13)가 아니라, 전지 모듈(2)의 하우징(20)에 형성될 수 있다. 그럼으로써, 유연성을 가지는 파우치 형 전지 케이스(13)보다, 강성을 가지는 하우징(20)에 압전소자(135a) 및 단락 유도부(136a)를 고정시키는 것이 더욱 용이하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈(2)은 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체(10), 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 전지 케이스(13), 상기 전극 조립체(10)로부터 일측으로 돌출된 복수의 전극 탭(11), 일단이 상기 전극 탭(11)과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스(13)의 외부로 각각 돌출되는 복수의 전극 리드(12); 상기 전지 케이스(13)에서 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 컵부(133)의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자(135); 및 와이어 형상을 가지며, 양 단이 각각 상기 전지 케이스에서 상기 전극 리드(12)를 실링하는 실링부(134) 상에 위치하고, 상기 압전소자(135)로부터 전력이 인가되면, 상기 양 단(1361a)이 상기 전극 리드(12)를 향해 연장되어 상기 전극 리드(12)와 각각 접촉하는 단락 유도부(136a)를 포함하는 이차 전지(1a); 및 상기 이차 전지(1a)를 내부에 수용하는 하우징(20)을 포함한다.
하우징(20)은 이차 전지(1)를 내부에 수용하며, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 하우징(20)이 이차 전지(1)의 양 측에서 서로 결합됨으로써 이차 전지(1)를 수용할 수 있다. 이러한 하우징(20)은 내부에 이차 전지(1)를 하나만 수용할 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 복수의 이차 전지(1)를 수용할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전소자(135a) 및 단락 유도부(136a)는 전지 모듈(2)의 하우징(20)의 내부에 형성된다. 특히, 압전소자(135a)는 전지 케이스(13)의 컵부(133)의 외측에 배치되나, 컵부(133)의 외면에 직접 부착되지 않고 하우징(20)의 내면에 부착된다. 다만, 하우징(20)의 내면과 전지 케이스(13)의 컵부(133)가 매우 근접하게 위치하고 있어, 전지 케이스(13)의 내부에 가스가 발생하여 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면, 압전소자(135a)는 곧바로 전력을 외부로 공급한다.
단락 유도부(136a)는 복수의 전극 리드(12)가 서로, 전극 조립체(10)의 반대 방향으로 형성된다면, 하우징(20)의 내부 공간의 모서리를 따라 밀착 형성될 수 있다. 그리고 단락 유도부(136a)의 양 단(1361a)은 전극 리드(12)를 실링하는 실링부(1341) 상에 위치한다. 그럼으로써, 전극 리드(12)에 가장 가까이 위치하게 되어, 추후에 단락 유도부(136a)의 양 단(1361a)이 전극 리드(12)를 향해 연장되면, 상기 전극 리드(12)와 각각 용이하게 접촉할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단락 유도부(136a)의 양 단(1361a)이 연장되었을 때의 전지 모듈(2)의 조립도이다.
전지 케이스(13)의 내부에 가스가 발생하여, 전지 케이스(13)의 부피가 팽창하면, 압전소자(135a)는 압력을 인가받아 전력을 외부로 공급한다. 그리고, 압전소자(135a)로부터 전력이 인가되면, 도 8에 도시된 바와 같이, 단락 유도부(136a)의 양 단(1361a)이 전극 리드(12)를 향해 연장되어, 전극 리드(12)와 각각 접촉한다. 이 때, 단락 유도부(136a)는 양 단(1361a)이 실링부(134)로부터 이탈하며 연장된 후, 각각의 전극 리드(12)를 향해 벤딩됨으로써, 전극 리드(12)와 각각 접촉할 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 단지 양 단(1361a)이 실링부(134)로부터 이탈하며 점점 연장되면, 상기 양 단(1361a)이 중력에 의해 처짐으로써 전극 리드(12)와 각각 접촉할 수도 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
1: 이차 전지 2: 전지 모듈
10: 전극 조립체 11: 전극 탭
12: 전극 리드 13: 전지 케이스
14: 절연부 20: 하우징
111: 양극 탭 112: 음극 탭
121: 양극 리드 122: 음극 리드
131: 상부 케이스 132: 하부 케이스
133: 컵부 134: 실링부
135: 압전 소자 136: 단락 유도부
1331: 수용 공간 1361: 양 단

Claims (16)

  1. 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스;
    상기 전극 조립체로부터 일측으로 돌출된 복수의 전극 탭;
    일단이 상기 전극 탭과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 각각 돌출되는 복수의 전극 리드;
    상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자; 및
    와이어 형상을 가지며, 양 단이 각각 상기 전지 케이스에서 상기 전극 리드를 실링하는 실링부 상에 위치하고, 상기 압전소자로부터 전력이 인가되면, 상기 양 단이 상기 전극 리드를 향해 연장되어 상기 전극 리드와 각각 접촉하는 단락 유도부를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단락 유도부는,
    전기활성 폴리머(EAP)로 제조되는, 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자는,
    상기 컵부의 외면에 부착되는, 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자는,
    상기 컵부와 형상이 서로 대응되는, 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자는,
    상기 컵부의 중심부에 부착되는, 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단락 유도부는,
    상기 전지 케이스의 실링부에 밀착 형성되는, 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    복수의 상기 전극 리드가, 서로 상기 전극 조립체의 반대 방향으로 형성된다면,
    상기 단락 유도부는,
    상기 전지 케이스에서 주변 테두리를 따라 형성되는 실링부의 일부에도 밀착 형성되는, 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단락 유도부는,
    상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외면을 따라 형성되는, 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단락 유도부는,
    상기 양 단이 상기 실링부로부터 이탈하며 연장된 후, 각각의 상기 전극 리드를 향해 벤딩되는, 이차 전지.
  10. 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스, 상기 전극 조립체로부터 일측으로 돌출된 복수의 전극 탭, 일단이 상기 전극 탭과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 각각 돌출되는 복수의 전극 리드; 상기 전지 케이스에서 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부의 외측에 배치되어, 상기 전지 케이스의 부피가 팽창하면 압력을 인가받아 외부로 전력을 공급하는 압전소자; 및 와이어 형상을 가지며, 양 단이 각각 상기 전지 케이스에서 상기 전극 리드를 실링하는 실링부 상에 위치하고, 상기 압전소자로부터 전력이 인가되면, 상기 양 단이 상기 전극 리드를 향해 연장되어 상기 전극 리드와 각각 접촉하는 단락 유도부를 포함하는 이차 전지; 및
    상기 이차 전지를 내부에 수용하는 하우징을 포함하는 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단락 유도부는,
    전기활성 폴리머(EAP)로 제조되는, 전지 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 압전소자는,
    상기 하우징의 내면에 부착되는, 전지 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 단락 유도부는,
    상기 하우징의 내부 공간의 모서리를 따라 밀착 형성되는, 전지 모듈.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 단락 유도부는,
    상기 양 단이 상기 실링부로부터 이탈하며 연장된 후, 각각의 상기 전극 리드를 향해 벤딩되는, 전지 모듈.
  15. 제10항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
  16. 제15항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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