WO2024136199A1 - 이차 전지 - Google Patents

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WO2024136199A1
WO2024136199A1 PCT/KR2023/019476 KR2023019476W WO2024136199A1 WO 2024136199 A1 WO2024136199 A1 WO 2024136199A1 KR 2023019476 W KR2023019476 W KR 2023019476W WO 2024136199 A1 WO2024136199 A1 WO 2024136199A1
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WO
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collection unit
electrode assembly
electrode
secondary battery
internal pressure
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PCT/KR2023/019476
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English (en)
French (fr)
Inventor
윤현웅
김여진
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/52—Removing gases inside the secondary cell, e.g. by absorption
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
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    • 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
    • H01M50/178—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for pouch or flexible bag cells
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    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/242—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery, and more specifically, to a secondary battery capable of controlling the internal pressure by collecting gas generated inside the secondary battery.
  • Pouch-type secondary batteries can generally be manufactured through a process in which an electrolyte solution is injected while an electrode assembly is stored in a pouch exterior material, and the pouch exterior material is sealed. Gas may be generated inside a secondary battery as charging and discharging are repeated.
  • the generated gas increases the internal pressure of the secondary battery and expands the battery case, and in severe cases, a hole is created in the battery case due to the increased internal pressure, causing rapid deterioration of the secondary battery.
  • the present invention is intended to solve the above problems.
  • the internal pressure of the secondary battery increases within a predetermined pressure range due to the gas generated from the electrode assembly
  • the internal pressure is controlled by collecting the gas inside the secondary battery, and the secondary battery is
  • the aim is to provide a secondary battery that can delay the volume expansion of the battery.
  • the present invention includes: an electrode assembly in which an anode, a cathode, and a separator are stacked; a collection unit whose interior is formed at negative pressure and is disposed adjacent to the electrode assembly; and a battery case accommodating the electrode assembly and the collection unit, wherein the collection unit is damaged when the internal pressure of the battery case reaches a predetermined pressure, and collects gas to control the internal pressure. to provide.
  • a cut line that induces damage may be formed on the outer surface of the collection unit.
  • the collection unit may be damaged when the internal pressure of the battery case is 0.1 Mpa or more and 4 Mpa or less.
  • the collection unit may be made of plastic or metal material.
  • the electrode assembly may have a plurality of electrode tabs formed on one side, and the collection unit may be arranged to face the side on which the electrode tabs are formed.
  • the collection unit may include a first collection unit disposed on both sides of the electrode tab.
  • the collection unit may include a second collection unit facing the electrode tab at the top or bottom of the electrode tab and having an inclined surface corresponding to an inclination formed on the electrode tab.
  • the collection unit may include a third collection unit disposed above and below the electrode tab so that the electrode tab can be placed in the space between the electrode tabs.
  • the collection unit may include a fourth collection unit disposed on one side of the electrode assembly along the longitudinal direction of the electrode assembly.
  • the collection unit is. It is formed along the longitudinal direction of the electrode assembly and may include a fifth collection unit arranged to be stacked on the top or bottom of the electrode assembly.
  • the present invention includes: a plurality of secondary batteries; and a module case accommodating the plurality of secondary batteries, wherein the secondary batteries include: an electrode assembly in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are stacked; a collection unit whose interior is formed at negative pressure and is disposed adjacent to the electrode assembly; and a battery case accommodating the electrode assembly and the collection unit, wherein the collection unit is damaged when the internal pressure of the battery case reaches a predetermined pressure, and a secondary battery module that collects gas and adjusts the internal pressure. to provide.
  • the secondary batteries include: an electrode assembly in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are stacked; a collection unit whose interior is formed at negative pressure and is disposed adjacent to the electrode assembly; and a battery case accommodating the electrode assembly and the collection unit, wherein the collection unit is damaged when the internal pressure of the battery case reaches a predetermined pressure, and a secondary battery module that collects gas and adjusts the internal pressure. to provide.
  • the present invention can delay the increase in internal pressure and volume expansion of the secondary battery by collecting the gas inside the secondary battery when the internal pressure of the secondary battery increases within a predetermined range due to the gas generated from the electrode assembly, and through this, The lifespan of secondary batteries can be improved.
  • Figure 1 is an exploded view showing a secondary battery in which a first collection unit is accommodated, according to a first embodiment of the present invention.
  • Figures 2 (a) to (c) show embodiments of the collection unit of the present invention, showing a first collection unit, a second collection unit, and a third collection unit in a perspective view.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing the first collection unit in Figure 2 (b) cut along AA'.
  • Figure 4 is an exploded view showing a secondary battery in which the fourth collection unit is accommodated, according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is an exploded view showing a secondary battery in which the fifth collection unit is accommodated, according to the first embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 10 of the present invention may include an electrode assembly 100, a battery case 200, and a collection unit 300.
  • the electrode assembly 100 may include a structure stacked in the following order: positive electrode current collector / positive electrode active material layer / separator / negative electrode active material layer / negative electrode current collector.
  • the positive electrode current collector includes an area coated with the positive electrode active material layer and an uncoated positive electrode uncoated area, and the positive electrode uncoated area may be a positive electrode tab.
  • the negative electrode current collector includes a region coated with a negative electrode active material layer and an uncoated negative electrode uncoated region, and the negative electrode uncoated region may be a negative electrode tab.
  • the separator may be formed including an electrical insulating material, and may be disposed between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to prevent current collectors of different polarities from contacting each other.
  • the electrode assembly 100 may be a stacked electrode assembly, a stacked-folded electrode assembly, or a jelly-roll type electrode assembly.
  • the first electrode tab 110 may be either an anode uncoated portion or a cathode uncoated portion of the electrode assembly 100, and the first electrode tab 110 protrudes and extends in one direction from one surface of the electrode assembly 100. It can be.
  • first electrode tabs 110 protrude in one direction from each layer of the anode uncoated region or the cathode uncoated region of the electrode assembly 100, a plurality of first electrode tabs 110 may be provided.
  • the plurality of first electrode tabs 110 may be bonded to one or both sides of the first electrode lead 120, and at least a portion of the first electrode lead 120 protrudes outward from one side of the battery case 200. It can be.
  • the first electrode tab 110 may be joined to the first electrode lead 120 by welding.
  • the second electrode tab 130 may be an uncoated portion with an opposite polarity to the first electrode tab 110, either an anode uncoated portion or a cathode uncoated portion.
  • the second electrode tab 130 may protrude and extend from the electrode assembly 100 in another direction.
  • second electrode tabs 130 protrude in different directions from each layer of the anode uncoated region or the cathode uncoated region of the electrode assembly 100, a plurality of second electrode tabs 130 may be provided.
  • the plurality of second electrode tabs 130 may be bonded to one or both sides of the second electrode lead 140, and at least a portion of the second electrode lead 140 may protrude outward from the other side of the battery case 200. You can.
  • the second electrode tab 130 may be joined to the second electrode lead 140 by welding.
  • the first electrode lead 120 and the second electrode lead 140 may protrude in opposite directions.
  • the battery case 200 may include a stacked structure of a first resin layer disposed on the outer surface, a second resin layer disposed on the inner surface, and a metal layer disposed between the first resin layer and the second resin layer.
  • the first resin layer is a polymer insulating layer that must have excellent resistance to the external environment in order to protect the battery from the outside, so excellent tensile strength and weather resistance are required compared to the thickness.
  • polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polystyrene resins such as polystyrene, polyvinyl chloride resins, and polychloride. Vinylidene-based resins, etc. may be used. These materials can be used alone or in combination of two or more, and polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, etc. can be preferably used.
  • the metal layer can serve as a substrate that maintains mechanical strength and a barrier layer that prevents moisture and oxygen from penetrating.
  • Aluminum or aluminum alloy can be used to improve the strength of the battery case in addition to preventing the inflow or leakage of foreign substances such as gas and moisture.
  • Aluminum alloys include, for example, alloy numbers 8079, 1N30, Examples include 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, and 3105, and these may be used alone or in combination of two or more. Among them, 8079, 1N30, 8021 and 3004 can be particularly preferably used as a barrier layer.
  • the second resin layer may be formed of a polyolefin-based resin material.
  • a commonly used polyolefin resin layer is CPP (Casted Polypropylene).
  • the second resin layer may be formed of a material selected from the group consisting of polyolefin-based resins such as chlorinated polypropylene, polyethylene, ethylene propylene copolymer, polyethylene and acrylic acid copolymer, and polypropylene and acrylic acid copolymer. It is not limited to the same material.
  • a receiving portion 210 formed in a concave shape may be formed in the battery case 200 to accommodate the electrode assembly 100 and the collection unit 300.
  • the receiving portion 210 may be formed to have a predetermined width and depth to accommodate the electrode assembly 100 and the collection unit 300.
  • the collection unit 300 may be configured to be damaged when the internal pressure of the battery case 200 reaches a predetermined pressure due to gas generated as the electrode assembly 100 is continuously and repeatedly charged and discharged.
  • the internal space of the collection unit 300 is formed with negative pressure, so that when the internal pressure of the battery case 200 becomes a predetermined pressure and is damaged, the inside of the collection unit 300 is damaged by the pressure difference between the outside and inside of the collection unit 300. Gas may flow into the space, and through this, the pressure inside the battery case 200 can be adjusted.
  • the predetermined pressure may mean that the internal pressure of the battery case 200 is 0.1 Mpa or more and 4 Mpa or less.
  • negative pressure may mean a state in which the internal pressure of the collection unit 300 is lower than the internal pressure of the battery case 200.
  • the collection unit 300 is formed with a negative pressure inside, and is placed adjacent to the electrode assembly 100 so that it can be immediately damaged when the internal pressure of the battery case 200 increases due to the gas generated from the electrode assembly 100. You can.
  • Cut lines 311, 321, 331, 341, and 351 that induce damage may be formed on the outer surface of the collection unit 300.
  • the incision lines 311, 321, 331, 341, and 351 may be formed in a form that induces breakage of the collection unit 300 so that the inside and outside of the collection unit 300 communicate, but are not limited thereto, for example.
  • it may be formed linearly or in the form of a shape such as a circle or square.
  • the collection unit 300 may be made of plastic or metal. Although not limited thereto, for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET), polyamides (PA), Plastic materials such as polyester (PES), polyvinyl chloride (PVC), polyurethanes (PU), polycarbonate (PC), polyvinylidene chloride (PVDC), or aluminum , it may be formed of metals such as copper, lead, zinc, tin, iron, stainless steel, tungsten, chromium, nickel, or an alloy material of two or more of these.
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PS polystyrene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PA polyamides
  • Plastic materials such as polyester (PES), polyvinyl chloride (PVC), polyurethanes (PU), polycarbonate (PC), polyvinylidene chloride (PVDC), or aluminum , it may be formed of metals such as
  • the cut lines 311, 321, 331, 341, 351 are cut.
  • the pressure applied by the gas contained within the battery case 200 may cause the outer surface of the collection unit 300 to be damaged along the cut lines 311, 321, 331, 341, and 351.
  • the cutting lines (311, 321, 331, 341, 351) may be formed in a notch-shaped cross-section on the outer surface of the collection unit 300, and the cutting lines (311, 321, 331, 341, 351) may be formed at the center of the notch shape. The direction of the slope on both sides is opposite so that stress is concentrated at the vertex, and it can be formed to change rapidly.
  • the cut lines (311, 321, 331, 341, 351) are formed entirely on one side of the collection unit (300) where stress is concentrated at the vertices formed along the longitudinal center and the cut lines (311, 321, 331, 341, 351) are formed. Even when subjected to the same or similar pressure, the incision lines 311, 321, 331, 341, and 351 may be induced to break first.
  • the predictability of the internal pressure that changes as the secondary battery 10 is repeatedly charged and discharged can be improved.
  • changes in internal pressure of the secondary battery 10 can be buffered and the amount of internal pressure change is reduced, thereby reducing the possibility of the battery case 200 being damaged by internal pressure. decreases, and through this, the lifespan of the secondary battery 10 can be improved.
  • the incision lines 311, 321, 331, 341, and 351 are immediately broken when the internal pressure of the battery case 200 increases to a predetermined pressure by the gas generated from the electrode assembly 100, and the collection unit 300 is damaged. It may be formed on the outer surface of the collection unit 300 facing the electrode assembly 100 to collect gas. More specifically, the predetermined pressure may mean that the internal pressure of the battery case 200 is 0.1 Mpa or more and 4 Mpa or less.
  • a plurality of cutting lines (311, 321, 331, 341, 351) may be formed in the collection unit 300, and a plurality of cutting lines (311, 321, 331, 341, 351) may be arranged according to a predetermined arrangement. there is.
  • the collection unit 300 is an embodiment of the collection unit 300, including a first collection unit 310, a second collection unit 320, a third collection unit 330, a fourth collection unit 340, and a fourth collection unit 340. It may include 5 collection units 350.
  • the description of the collection unit 300 described above includes the first collection unit 310, the second collection unit 320, the third collection unit 330, the fourth collection unit 340, and the fifth collection unit 350. It can be commonly applied to.
  • the first collection unit 310 may be arranged to face the surface of the electrode assembly 100 on which the electrode tab is formed, , can be placed on both sides of the electrode tab.
  • the first collection unit 310 is disposed on both sides of the electrode tab protruding from one side of the electrode assembly 100, and may be disposed in the space between one side of the electrode assembly 100 and the inner surface of the battery case 200.
  • a hollow may be formed inside the first collection unit 310, and the hollow formed inside may be formed with negative pressure.
  • the shape of the first collection unit 310 may be, for example, a hexahedron. However, it is not limited to this, and the shape of the first collection unit 310 is determined by the shape of the space formed between one side of the electrode assembly 100 and the inner surface of the battery case 200 on both sides of the electrode tabs of the electrode assembly 100. It may be formed into a corresponding shape or a similar shape.
  • a first cut line 311 may be formed on the outer surface of the first collection unit 310 to induce damage to the first collection unit 310. More specifically, a first incision line 311 may be formed on the side facing the electrode assembly 100.
  • the first cutting line 311 is formed by forming a first collection unit 310 along the first cutting line 311 when the internal pressure of the battery case 200 is increased to a predetermined pressure range by the gas generated from the electrode assembly 100. ) may be damaged, leading to the interior of the first collection unit 310 being opened.
  • the first collection unit 310 which has an open interior, can be adjusted to lower the average value of the internal pressure of the battery case 200, which is increased due to gas flowing into the negative pressure first collection unit 310.
  • the first incision line 311 is not limited thereto, but may be formed, for example, in a linear or curved shape, or in the form of a shape such as a circle or square.
  • the cross-sectional shape of the first cutting line 311 may be formed in a notch shape, and the directions of inclination on both sides around the vertex are opposite to each other so that stress is concentrated at the central vertex of the notch shape. , can be formed in a straight line.
  • the cross-sectional shape of the first cutting line 311 can lead to the first cutting line 311 being broken even if pressure is applied uniformly to the surface of the first collection unit 310 on which the first cutting line 311 is formed. there is.
  • the second collection unit 320 may be disposed above or below the electrode tab of the electrode assembly 100.
  • a plurality of electrode tabs protrude from one side of the electrode assembly 100, so a height difference is formed between each electrode tab depending on the thickness of the electrode assembly 100, and the plurality of electrodes
  • an inclination may be formed on the electrode tab.
  • the electrode tab joined from one side of the electrode lead to the outermost side may be formed to have the steepest slope.
  • the second collection unit 320 may have an inclined surface corresponding to the inclination formed on the outermost electrode tab formed on the surface facing the electrode tab at the top or bottom of the electrode tab, so that the second collection unit 320 can stably support the electrode tab.
  • the second collection unit 320 may have a hollow inside, and the hollow formed inside may be formed with negative pressure.
  • the first collection unit 310 and the second collection unit 320 may be disposed adjacent to the electrode assembly 100 together.
  • a second cut line 321 may be formed on the outer surface of the second collection unit 320 to induce damage to the second collection unit 320. More specifically, a second incision line 321 may be formed on an inclined surface facing the electrode tab.
  • the second incision line 321 is not limited thereto, but may be formed, for example, in a linear or curved shape, or in a shape such as a circle or square.
  • the cross-sectional shape of the second incision line 321 may be formed in a notch shape, and the directions of inclination on both sides of the apex are opposite to each other so that stress is concentrated at the central apex of the notch shape, and may be formed in a straight line. .
  • the cross-sectional shape of the second cut line 321 can lead to the second cut line 321 being broken first even if pressure is applied uniformly to the surface of the second collection unit 320 on which the second cut line 321 is formed. there is.
  • the third collection unit 330 in the third embodiment of the collection unit 300, has an electrode tab of the electrode assembly 100 between the third collection units 330. It can be placed at the top and bottom so that it can be placed in space.
  • the third collection unit 330 may be provided in plurality, and the plurality of third collection units 330 may be arranged to be spaced apart at a predetermined distance along the stacking direction of the electrode assembly 100, and may be spaced apart from each other in the formed space. Electrode tabs may be inserted.
  • the third collection unit 330 may have a hollow inside, and the hollow formed inside may be formed with negative pressure.
  • the shape of the third collection unit 330 may be, for example, a hexahedron. However, it is not limited to this, and the shape of the third collection unit 330 may be formed to correspond to the upper and lower electrode tabs of the electrode assembly 100 depending on the arrangement and angle of the electrode tabs.
  • a third cut line 331 may be formed on the outer surface of the third collection unit 330 to induce damage to the third collection unit 330. More specifically, a third incision line 331 may be formed on the side facing the electrode assembly 100.
  • the third incision line 331 is not limited thereto, but may be formed, for example, in a linear or curved shape, or in a shape such as a circle or square.
  • the cross-sectional shape of the third incision line 331 may be formed in the form of a notch, and the directions of inclination on both sides around the vertex are opposite to each other so that stress is concentrated at the central vertex of the notch shape, and may be formed in a straight line. .
  • the cross-sectional shape of the third cut line 331 can lead to the third cut line 331 being broken first even if pressure is applied uniformly to the surface of the third collection unit 330 on which the third cut line 331 is formed. there is.
  • the fourth collection unit 340 may be disposed on one side of the electrode assembly 100 along the longitudinal direction of the electrode assembly 100. .
  • the fourth collection unit 340 may have a hollow inside, and the hollow formed inside may be formed with negative pressure.
  • the shape of the fourth collection unit 340 may be, for example, a cylinder or a square pillar. However, it is not limited to this, and the shape of the fourth collection unit 340 may be formed to correspond to the shape of the space formed between one side of the electrode assembly 100 and the inner surface of the battery case 200.
  • a plurality of fourth collection units 340 may be provided and may be disposed on both sides of the electrode assembly 100 along the longitudinal direction of the electrode assembly 100 .
  • a fourth cut line 341 may be formed on the outer surface of the fourth collection unit 340 to induce damage to the fourth collection unit 340. More specifically, a fourth incision line 341 may be formed on the side facing the electrode assembly 100.
  • the fourth incision line 341 is not limited thereto, but may be formed, for example, in a linear or curved shape, or in a shape such as a circle or square.
  • the cross-sectional shape of the fourth incision line 341 may be formed in the form of a notch, and the directions of inclination on both sides around the vertex are opposite to each other so that stress is concentrated at the central vertex of the notch shape, and may be formed in a straight line. .
  • the cross-sectional shape of the fifth cut line 351 can lead to the fourth cut line 341 being broken first even if pressure is applied uniformly to the surface of the fourth collection unit 340 on which the fourth cut line 341 is formed. there is.
  • the fifth collection unit 350 is stacked on the top or bottom of the electrode assembly 100 along the longitudinal direction of the electrode assembly 100. can be placed.
  • the fifth collection unit 350 may have a hollow inside, and the hollow formed inside may be formed with negative pressure.
  • the shape of the fifth collection unit 350 may be, for example, a square pillar. However, it is not limited to this, and the shape of the fifth collection unit 350 may be formed to correspond to the shape of the space formed between the upper or lower part of the electrode assembly 100 and the inner surface of the battery case 200. .
  • a plurality of fifth collection units 350 may be provided, and a plurality of fifth collection units 350 may be disposed at the upper and lower portions of the electrode assembly 100 .
  • a fifth cutting line 351 may be formed on the outer surface of the fifth collection unit 350 to induce damage to the fifth collection unit 350. More specifically, a fifth incision line 351 may be formed on the side facing the electrode assembly 100.
  • the fifth incision line 351 is not limited thereto, but may be formed, for example, in a linear or curved shape, or in a shape such as a circle or square.
  • the cross-sectional shape of the fifth incision line 351 may be formed in a notch shape, and the directions of inclination on both sides of the vertex are opposite to each other so that stress is concentrated at the central vertex of the notch shape, and may be formed in a straight line. .
  • the cross-sectional shape of the fifth cut line 351 can lead to the fifth cut line 351 being broken first even if pressure is applied uniformly to the surface of the fifth collection unit 350 on which the fifth cut line 351 is formed. there is.
  • the secondary battery module (not shown) of the present invention may include a plurality of secondary batteries 10 and a module case (not shown) accommodating the plurality of secondary batteries 10.
  • the secondary battery 10 includes an electrode assembly 100 in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are stacked, a battery case 200 accommodating the electrode assembly 100 and a collection unit 300, and the inside is formed at negative pressure, and the electrode assembly It may include a collection unit 300 disposed adjacent to 100.
  • Detailed descriptions of the electrode assembly 100, battery case 200, and collection unit 300 can be replaced by the content described above.

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Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명은 양극, 음극 및 분리막이 적층된 전극 조립체; 내부가 음압으로 형성되며, 상기 전극 조립체와 인접한 위치에 배치된 포집 유닛; 및 상기 전극 조립체 및 상기 포집 유닛을 수용하는 전지 케이스를 포함하고, 상기 포집 유닛은, 상기 전지 케이스의 내부 압력이 미리 정해진 압력 이상이 되면 파손되며, 가스를 포집하여 상기 내부 압력을 조절하는 이차 전지를 제공한다.

Description

이차 전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2022년 12월 23일자 한국특허출원 제10-2022-0183714호 및 2023년 08월 31일자 한국특허출원 제10-2023-0115683호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 이차 전지 내부에서 발생된 가스를 포집하여 내부 압력을 조절할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. 최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 배터리 팩에 대해서는, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 파우치형 이차 전지는 적층이 용이하고 무게가 가볍다는 등의 장점으로 인해 더욱 널리 이용되는 추세에 있다. 파우치형 이차 전지는 일반적으로 전극 조립체가 파우치 외장재에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 파우치 외장재가 실링되는 과정을 통해 제조될 수 있다. 이차 전지는, 충전과 방전이 반복됨에 따라 내부에서 가스가 발생할 수 있다.
이때, 발생된 가스는 이차 전지의 내부 압력을 증가시키고, 전지 케이스를 팽창시키며, 심한 경우에는 증가된 내부 압력에 의해 전지 케이스에 구멍이 발생되어 이차 전지를 급격하게 퇴화시키는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 전극 조립체에서 발생되는 가스에 의해 이차 전지의 내부 압력이 미리 정해진 압력 범위 내로 증가하는 경우 이차 전지 내부의 가스를 포집함으로써 내부 압력을 조절하고, 이차 전지의 부피 팽창을 지연시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 본 발명은, 양극, 음극 및 분리막이 적층된 전극 조립체; 내부가 음압으로 형성되며, 상기 전극 조립체와 인접한 위치에 배치된 포집 유닛; 및 상기 전극 조립체 및 상기 포집 유닛을 수용하는 전지 케이스를 포함하고, 상기 포집 유닛은, 상기 전지 케이스의 내부 압력이 미리 정해진 압력이 되면 파손되며, 가스를 포집하여 상기 내부 압력을 조절하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 상기 포집 유닛의 외면에는 파손을 유도하는 절개 라인이 형성될 수 있다.
또한, 상기 포집 유닛은, 상기 전지 케이스의 내부 압력이 0.1 Mpa 이상 4Mpa 이하일 때 파손될 수 있다.
또한, 상기 포집 유닛은 플라스틱 또는 금속 소재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는, 일면에 복수의 전극 탭이 형성되고, 상기 포집 유닛은, 상기 전극 탭이 형성된 면과 마주보도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 포집 유닛은, 상기 전극 탭의 양측에 배치된 제1 포집 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 포집 유닛은, 상기 전극 탭의 상부 또는 하부에서 상기 전극 탭과 마주보며, 상기 전극 탭에 형성된 경사에 상응하는 경사면이 형성된 제2 포집 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 포집 유닛은, 상기 전극 탭이 사이 공간으로 배치될 수 있도록 상기 전극 탭의 상부 및 하부에 배치된 제3 포집 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 포집 유닛은, 상기 전극 조립체의 길이 방향을 따라 상기 전극 조립체 일측부에 배치되는 제4 포집 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 포집 유닛은. 상기 전극 조립체의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 전극 조립체의 상부 또는 하부에 적층되도록 배치되는 제5 포집 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 본 발명은, 복수의 이차 전지; 및 상기 복수의 이차 전지를 수용하는 모듈 캐이스를 포함하고, 상기 이차 전지는, 양극, 음극 및 분리막이 적층된 전극 조립체; 내부가 음압으로 형성되며, 상기 전극 조립체와 인접한 위치에 배치된 포집 유닛; 및 상기 전극 조립체 및 상기 포집 유닛을 수용하는 전지 케이스를 포함하고, 상기 포집 유닛은, 상기 전지 케이스 내부 압력이 미리 정해진 압력이 되면 파손되며, 가스를 포집하여 상기 내부 압력을 조절하는 이차 전지 모듈을 제공한다.
본 발명은 전극 조립체에서 발생되는 가스에 의해 이차 전지의 내부 압력이 미리 정해진 범위 내로 증가하는 경우 이차 전지 내부에서 가스를 포집함으로써 내부 압력의 증가와 이차 전지의 부피 팽창을 지연시킬 수 있고, 이를 통해 이차 전지의 수명을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예로, 제1 포집 유닛이 수용되는 이차 전지의 모습을 분해도로 나타낸 것이다.
도 2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 포집 유닛의 실시 예들로, 제1 포집 유닛, 제2 포집 유닛 및 제3 포집 유닛 실시 예들의 모습을 사시도로 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 (b)에서 제1 포집 유닛에 대하여 AA'를 따라 절단하여 나타나는 모습을 단면도로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예로, 제4 포집 유닛이 수용되는 이차 전지의 모습을 분해도로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예로, 제5 포집 유닛이 수용되는 이차 전지의 모습을 분해도로 나타낸 것이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 하기 도면은 본 발명의 이해를 원활하게 하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위가 도면에 기재된 범위로 한정되는 것은 아니다. 또한 하기 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 발명의 원활한 이해를 위해 일부 구성요소가 과장, 축소 또는 생략되어 표현될 수 있다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
제1 실시 예
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 하나의 실시 예로, 본 발명의 이차 전지 (10)는 전극 조립체(100), 전지 케이스(200) 및 포집 유닛(300)을 포함할 수 있다.
전극 조립체(100)는 양극 집전체 / 양극 활물질 층 / 분리막 / 음극 활물질 층 / 음극 집전체 순으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 양극 집전체에는 양극 활물질 층이 코팅된 영역과 코팅되지 않은 양극 무지부 영역이 포함되며, 양극 무지부 영역은 양극 탭이 될 수 있다. 음극 집전체에는 음극 활물질 층으로 코팅된 영역과 코팅되지 않은 음극 무지부 영역이 포함되며, 음극 무지부 영역은 음극 탭이 될 수 있다. 분리막은 전기 절연 소재를 포함하여 형성될 수 있고, 양극 집전체와 음극 집전체 사이에 배치되어 서로 다른 극성의 집전체끼리 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
전극 조립체(100)는 스택 형 전극 조립체, 스택-폴딩 형 전극 조립체, 젤리-롤 형 전극 조립체 일 수 있다.
제1 전극 탭(110)은 전극 조립체(100)의 양극 무지부 또는 음극 무지부 중 어느 하나일 수 있으며, 제1 전극 탭(110)은 전극 조립체(100)의 일면로부터 일 방향으로 돌출되어 연장될 수 있다.
제1 전극 탭(110)은 전극 조립체(100) 중 양극 무지부 또는 음극 무지부 각 층에서 일 방향으로 돌출되므로 복수개 구비될 수 있다.
복수개의 제1 전극 탭(110)은 제1 전극 리드(120)의 일면 또는 양면에 접합될 수 있고, 제1 전극 리드(120)는 적어도 일부가 전지 케이스(200)의 일측으로부터 외부를 향해 돌출될 수 있다. 제1 전극 탭(110)은 제1 전극 리드(120)에 용접 방식으로 접합될 수 있다.
제2 전극 탭(130)은 양극 무지부 또는 음극 무지부 중 제1 전극 탭(110)과 반대 극성의 무지부 일 수 있다. 제2 전극 탭(130)은 전극 조립체(100)로부터 타 방향으로 돌출되어 연장될 수 있다.
제2 전극 탭(130)은 전극 조립체(100) 중 양극 무지부 또는 음극 무지부 각 층에서 타 방향으로 돌출되므로 복수개 구비될 수 있다.
복수개의 제2 전극 탭(130)은 제2 전극 리드(140)의 일면 또는 양면에 접합될 수 있고, 제2 전극 리드(140)는 적어도 일부가 전지 케이스(200) 타측으로부터 외부를 향해 돌출될 수 있다. 제2 전극 탭(130)은 제2 전극 리드(140)에 용접 방식으로 접합될 수 있다.
제1 전극 리드(120)와 제2 전극 리드(140)는 서로 반대 방향으로 돌출될 수 있다.
전지 케이스(200)는 외면에 배치된 제1 수지층, 내면에 배치된 제2 수지층, 제1 수지층과 제2 수지층 사이에 배치된 금속층의 적층 구조를 포함할 수 있다.
제1 수지층은 폴리머 재질의 절연층은 외부로부터 전지를 보호하는 역할을 하기 위해 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성 등이 요구된다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프 탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지 등이 사용될 수 있다. 이러한 소재는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등이 바람직하게 사용될 수 있다.
금속층은 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 침투를 방지하는 배리어층의 역할을 할 수 있다. 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으며, 알루미늄 합금으로는 예를 들어, 합금번호 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 그 중에서도 8079, 1N30, 8021 및 3004가 배리어층으로서 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
제2 수지층은 열에 의해 융착되는 영역은 전지 케이스(200) 테두리 영역의 실링부를 형성 할 수 있으며, 열에 의해 융착되지 않은 영역은 전지 케이스(200)의 내부면을 형성할 수 있다. 제2 수지층은 폴리올레핀 계열의 수지 물질로 형성될 수 있다. 폴리올레핀계 수지층으로 흔히 사용되는 것으로는 CPP(Casted Polypropylene)가 있다. 또한, 제2 수지층은 폴리올레핀계 수지인 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체, 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로 형성될 수 있으나, 이와 같은 물질에 한정되는 것은 아니다.
전지 케이스(200)에는 전극 조립체(100) 및 포집 유닛(300)을 수용할 수 있도록 오목한 형태로 형성된 수용부(210)가 형성될 수 있다. 수용부(210)는 전극 조립체(100) 및 포집 유닛(300)을 수용할 수 있을 정도의 소정의 넓이와 깊이로 형성될 수 있다.
포집 유닛(300)은 전극 조립체(100)가 계속적, 반복적으로 충전 및 방전되면서 발생하는 가스에 의해 전지 케이스(200)의 내부 압력이 미리 정해진 압력이 되면 파손되기 위한 구성일 수 있다. 포집 유닛(300)은 내부 공간이 음압으로 형성되어 전지 케이스(200)의 내부 압력이 미리 정해진 압력이 되어 파손되면, 포집 유닛(300)의 외부와 내부의 압력 차에 의해 포집 유닛(300) 내부 공간으로 가스가 유입될 수 있고, 이를 통해 전지 케이스(200) 내부의 압력을 조절할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 미리 정해진 압력이란 전지 케이스(200)의 내부 압력이 0.1 Mpa 이상 4Mpa 이하 인 경우를 의미할 수 있다. 여기서 음압 이란 포집 유닛(300)의 내부 압력이 전지 케이스(200)의 내부 압력보다 더 낮은 상태를 의미할 수 있다.
포집 유닛(300)은 내부가 음압으로 형성되며, 전극 조립체(100)로부터 발생되는 가스에 의해 전지 케이스(200)의 내부 압력이 증가하면 즉시 파손될 수 있도록 전극 조립체(100)와 인접한 위치에 배치될 수 있다.
포집 유닛(300)의 외면에는 파손을 유도하는 절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)이 형성될 수 있다. 절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)은 포집 유닛(300)의 내부와 외부가 연통되도록 포집 유닛(300)의 파손을 유도하는 형태로 형성될 수 있고, 이에 제한 되는 것은 아니나 예를 들어, 선형으로 형성되거나, 원형, 사각형 등의 도형의 형태로 형성될 수 있다.
포집 유닛(300)은 플라스틱 소재 또는 금속 소재로 형성될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 폴리에틸렌(PolyEthylene, PE), 폴리프로필렌 (PolyPropylene, PP), 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리아미드(polyamides, PA), 폴리에스터(polyester, PES), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리우레탄(polyurethanes, PU), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride, PVDC) 등의 플라스틱 소재 또는 알루미늄, 구리, 납, 아연, 주석, 철, 스테인레스, 텅스텐, 크롬, 니켈 등의 금속 또는 이들 중 둘 이상의 합금 소재로 형성될 수 있다.
절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)은 전극 조립체(100)로부터 발생하는 가스에 의해 전지 케이스(200)의 내부 압력이 증가하면 절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)에 전지 케이스(200) 내부에 수용된 가스가 가하는 압력에 의해 절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)을 따라 포집 유닛(300)의 외면이 파손되도록 유도할 수 있다.
절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)은 포집 유닛(300)의 외면에 단면이 노치 형태로 형성될 수 있으며, 절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)은 노치 형태의 중심부 꼭지점에 응력이 집중되도록 양 옆으로 기울기의 방향이 반대이며, 급격하게 변하도록 형성될 수 있다. 절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)은 길이 방향 중심을 따라 형성된 꼭지점에 응력이 집중되어 절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)이 형성된 포집 유닛(300)의 일면에 전체적으로 동일하거나 비슷한 압력을 받더라도 절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)이 가장 먼저 파손되도록 유도할 수 있다. 따라서 이차 전지(10)가 반복적으로 충전 및 방전 됨에 따라 변화하는 내부 압력의 예측 가능성을 향상할 수 있다. 또한, 이차 전지(10)를 계속적, 반복적으로 충전 및 방전하더라도 이차 전지(10)의 내부 압력 변화에 대해 완충할 수 있어 내부 압력 변화량이 감소하므로 전지 케이스(200)가 내부 압력에 의해 파손될 가능성이 감소하고, 이를 통해, 이차 전지(10)의 수명을 향상할 수 있다.
절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)은 전극 조립체(100)로부터 발생되는 가스에 의해 전지 케이스(200)의 내부 압력이 미리 정해진 압력이 되도록 증가하면 즉시 파손되어 포집 유닛(300)이 가스를 포집할 수 있도록 포집 유닛(300)의 외면에서 전극 조립체(100)를 마주보는 면에 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 미리 정해진 압력이란 전지 케이스(200)의 내부 압력이 0.1Mpa 이상 4Mpa 이하 인 경우를 의미할 수 있다.
절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)은 포집 유닛(300)에 복수개 형성될 수 있고, 복수개의 절개 라인(311, 321, 331, 341, 351)은 미리 정해진 배열에 따라 배열될 수 있다.
포집 유닛(300)은 포집 유닛(300)에 대한 실시 예들로써, 제1 포집 유닛(310), 제2 포집 유닛(320), 제3 포집 유닛(330), 제4 포집 유닛(340) 및 제5 포집 유닛(350)을 포함할 수 있다. 위에서 설명한 포집 유닛(300)에 대한 설명은 제1 포집 유닛(310), 제2 포집 유닛(320), 제3 포집 유닛(330), 제4 포집 유닛(340) 및 제5 포집 유닛(350)에 공통적으로 적용할 수 있다.
도 2의 (a)를 참조하여 설명하면, 포집 유닛(300)에 관한 제1 실시 예로, 제1 포집 유닛(310)은 전극 조립체(100)의 전극 탭이 형성된 면과 마주보도록 배치될 수 있고, 전극 탭의 양측에 배치될 수 있다.
제1 포집 유닛(310)은 전극 조립체(100)의 일면으로부터 돌출된 전극 탭 양측에 배치되며, 전극 조립체(100)의 일면과 전지 케이스(200) 내면 사이의 공간에 배치될 수 있다.
제1 포집 유닛(310)은 내부에 중공이 형성될 수 있고, 내부에 형성된 중공은 음압으로 형성될 수 있다.
제1 포집 유닛(310)의 형상은 예를 들어, 육면체 형상일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 포집 유닛(310)의 형상은 전극 조립체(100)의 전극 탭의 양측에서 전극 조립체(100)의 일면과 전지 케이스(200) 내면 사이에 형성된 공간의 형상에 대응되는 형상으로 형성되거나 그와 유사한 형상으로 형성될 수 있다.
제1 포집 유닛(310)의 외면에는 제1 포집 유닛(310)의 파손을 유도하는 제1 절개 라인(311)이 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로 전극 조립체(100)를 마주보는 면에 제1 절개 라인(311)이 형성될 수 있다.
제1 절개 라인(311)은 전극 조립체(100)에서 발생되는 가스에 의해 전지 케이스(200)의 내부 압력이 미리 정해진 압력 범위로 높아지는 경우 제1 절개 라인(311)을 따라 제1 포집 유닛(310)이 파손되어 제1 포집 유닛(310)의 내부가 개방되도록 유도할 수 있다. 내부가 개방된 제1 포집 유닛(310)은 음압인 제1 포집 유닛(310) 내부로 기체가 유입되어 높아진 전지 케이스(200)의 내부 압력의 평균 값을 낮추도록 조절할 수 있다.
제1 절개 라인(311)은 이에 제한되는 것은 아니나 예를 들어, 직선 또는 곡선 형태의 선형으로 형성되거나, 원형, 사각형 등의 도형의 형태로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여 설명하면, 제1 절개 라인(311)의 단면 형상은 노치 형태로 형성될 수 있으며, 노치 형태의 중심부 꼭지점에 응력이 집중되도록 꼭지점을 중심으로 양 측은 기울기의 방향이 서로 반대이며, 직선 형태로 형성될 수 있다. 제1 절개 라인(311)의 단면 형태는 제1 절개 라인(311)이 형성된 제1 포집 유닛(310)의 면에 균일하게 압력을 받더라도 제1 절개 라인(311)이 가장 먼저 파손되도록 유도할 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하여 설명하면, 포집 유닛(300)에 관한 제2 실시 예로, 제2 포집 유닛(320)은 전극 조립체(100)의 전극 탭 상부 또는 하부에 배치될 수 있다.
스택 형 또는 스택-폴딩 형의 전극 조립체(100)의 경우 전극 탭이 전극 조립체(100)의 일면으로부터 복수개 돌출되므로 전극 조립체(100)의 두께에 따라 각 전극 탭 간에 높이차가 형성되고, 복수의 전극 탭이 전극 리드의 일면에 접합되는 경우에는 전극 탭에는 경사가 형성될 수 있다. 전극 리드의 일면으로부터 최외측에 접합되는 전극 탭의 경사가 가장 가파르도록 형성될 수 있다. 이에 따라 제2 포집 유닛(320)은 전극 탭의 상부 또는 하부에서 전극 탭을 마주보는 면에 최외측에 배치된 전극 탭에 형성된 경사에 상응하는 경사면이 형성될 수 있어 제2 포집 유닛(320)은 안정적으로 전극 탭을 지지할 수 있다.
제2 포집 유닛(320)은 내부에 중공이 형성될 수 있고, 내부에 형성된 중공은 음압으로 형성될 수 있다.
제1 포집 유닛(310)과 제2 포집 유닛(320)은 함께 전극 조립체(100)에 인접하게 배치될 수 있다.
제2 포집 유닛(320)의 외면에는 제2 포집 유닛(320)의 파손을 유도하는 제2 절개 라인(321)이 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로 전극 탭을 마주보는 경사면에 제2 절개 라인(321)이 형성될 수 있다.
제2 절개 라인(321)은 이에 제한되는 것은 아니나 예를 들어, 직선 또는 곡선 형태의 선형으로 형성되거나, 원형, 사각형 등의 도형의 형태로 형성될 수 있다.
제2 절개 라인(321)의 단면 형상은 노치 형태로 형성될 수 있으며, 노치 형태의 중심부 꼭지점에 응력이 집중되도록 꼭지점을 중심으로 양 측은 기울기의 방향이 서로 반대이며, 직선 형태로 형성될 수 있다. 제2 절개 라인(321)의 단면 형태는 제2 절개 라인(321)이 형성된 제2 포집 유닛(320)의 면에 균일하게 압력을 받더라도 제2 절개 라인(321)이 가장 먼저 파손되도록 유도할 수 있다.
도 2의 (c)를 참조하여 설명하면, 포집 유닛(300)에 관한 제3 실시 예로, 제3 포집 유닛(330)은 전극 조립체(100)의 전극 탭이 제3 포집 유닛(330)의 사이 공간으로 배치될 수 있도록 상부 및 하부에 배치될 수 있다.
제3 포집 유닛(330)은 복수개로 구비될 수 있고, 복수개의 제3 포집 유닛(330)은 전극 조립체(100)의 적층 방향을 따라 미리 정해진 거리 이격되도록 배치될 수 있고, 이격되며 형성된 공간에 전극 탭이 삽입될 수 있다.
제3 포집 유닛(330)은 내부에 중공이 형성될 수 있고, 내부에 형성된 중공은 음압으로 형성될 수 있다.
제3 포집 유닛(330)의 형상은 예를 들어, 육면체 형상일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 제3 포집 유닛(330)의 형상은 전극 조립체(100)의 전극 탭의 상부 및 하부에서 전극 탭의 배치, 각도 등에 따라 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
제3 포집 유닛(330)의 외면에는 제3 포집 유닛(330)의 파손을 유도하는 제3 절개 라인(331)이 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로 전극 조립체(100)를 마주보는 면에 제3 절개 라인(331)이 형성될 수 있다.
제3 절개 라인(331)은 이에 제한되는 것은 아니나 예를 들어, 직선 또는 곡선 형태의 선형으로 형성되거나, 원형, 사각형 등의 도형의 형태로 형성될 수 있다.
제3 절개 라인(331)의 단면 형상은 노치 형태로 형성될 수 있으며, 노치 형태의 중심부 꼭지점에 응력이 집중되도록 꼭지점을 중심으로 양 측은 기울기의 방향이 서로 반대이며, 직선 형태로 형성될 수 있다. 제3 절개 라인(331)의 단면 형태는 제3 절개 라인(331)이 형성된 제3 포집 유닛(330)의 면에 균일하게 압력을 받더라도 제3 절개 라인(331)이 가장 먼저 파손되도록 유도할 수 있다.
도 4를 참조하여 설명하면, 포집 유닛(300)에 관한 제4 실시 예로, 제4 포집 유닛(340)은 전극 조립체(100)의 길이 방향을 따라 전극 조립체(100) 일측부에 배치될 수 있다.
제4 포집 유닛(340)은 내부에 중공이 형성될 수 있고, 내부에 형성된 중공은 음압으로 형성될 수 있다.
제4 포집 유닛(340)의 형상은 예를 들어, 원기둥, 사각 기둥 등의 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 제4 포집 유닛(340)의 형상은 전극 조립체(100)의 일측부와 전지 케이스(200) 내면 사이에 형성된 공간의 형상에 따라 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
제4 포집 유닛(340)은 복수개 구비될 수 있고, 전극 조립체(100)의 길이 방향을 따라 전극 조립체(100)의 양측부에 배치될 수 있다.
제4 포집 유닛(340) 외면에는 제4 포집 유닛(340)의 파손을 유도하는 제4 절개 라인(341)이 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로 전극 조립체(100)를 마주보는 면에 제4 절개 라인(341)이 형성될 수 있다.
제4 절개 라인(341)은 이에 제한되는 것은 아니나 예를 들어, 직선 또는 곡선 형태의 선형으로 형성되거나, 원형, 사각형 등의 도형의 형태로 형성될 수 있다.
제4 절개 라인(341)의 단면 형상은 노치 형태로 형성될 수 있으며, 노치 형태의 중심부 꼭지점에 응력이 집중되도록 꼭지점을 중심으로 양 측은 기울기의 방향이 서로 반대이며, 직선 형태로 형성될 수 있다. 제5 절개 라인(351)의 단면 형태는 제4 절개 라인(341)이 형성된 제4 포집 유닛(340)의 면에 균일하게 압력을 받더라도 제4 절개 라인(341)이 가장 먼저 파손되도록 유도할 수 있다.
도 5를 참조하여 설명하면, 포집 유닛(300)에 관한 제5 실시 예로, 제5 포집 유닛(350)은 전극 조립체(100)의 길이 방향을 따라 전극 조립체(100)의 상부 또는 하부에 적층되도록 배치될 수 있다.
제5 포집 유닛(350)은 내부에 중공이 형성될 수 있고, 내부에 형성된 중공은 음압으로 형성될 수 있다.
제5 포집 유닛(350)의 형상은 예를 들어, 사각 기둥 등의 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 제5 포집 유닛(350)의 형상은 전극 조립체(100)의 상부 또는 하부와 전지 케이스(200)의 내면 사이에 형성된 공간 형상에 따라 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
제5 포집 유닛(350)은 복수개 구비될 수 있고, 복수개의 제5 포집 유닛(350)은 전극 조립체(100)의 상부 및 하부에 배치될 수 있다.
제5 포집 유닛(350) 외면에는 제5 포집 유닛(350)의 파손을 유도하는 제5 절개 라인(351)이 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로 전극 조립체(100)를 마주보는 면에 제5 절개 라인(351)이 형성될 수 있다.
제5 절개 라인(351)은 이에 제한되는 것은 아니나 예를 들어, 직선 또는 곡선 형태의 선형으로 형성되거나, 원형, 사각형 등의 도형의 형태로 형성될 수 있다.
제5 절개 라인(351)의 단면 형상은 노치 형태로 형성될 수 있으며, 노치 형태의 중심부 꼭지점에 응력이 집중되도록 꼭지점을 중심으로 양 측은 기울기의 방향이 서로 반대이며, 직선 형태로 형성될 수 있다. 제5 절개 라인(351)의 단면 형태는 제5 절개 라인(351)이 형성된 제5 포집 유닛(350)의 면에 균일하게 압력을 받더라도 제5 절개 라인(351)이 가장 먼저 파손되도록 유도할 수 있다.
제2 실시 예
본 발명의 제2 실시 예로, 본 발명의 이차 전지 모듈(미도시)은 복수의 이차 전지(10) 및 복수의 이차 전지(10)를 수용하는 모듈 케이스(미도시)를 포함할 수 있다. 이차 전지(10)는 양극, 음극 및 분리막이 적층된 전극 조립체(100), 전극 조립체(100) 및 포집 유닛(300)을 수용하는 전지 케이스(200) 및 내부가 음압으로 형성되며, 상기 전극 조립체(100)와 인접한 위치에 배치된 포집 유닛(300)을 포함할 수 있다. 전극 조립체(100), 전지 케이스(200) 및 포집 유닛(300)에 대한 상세한 설명은 위에서 설명한 내용을 통해 갈음할 수 있다.
이상 실시 예를 통해 본 기술을 설명하였으나, 본 기술은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시 예는 본 기술의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 기술에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
[부호의 설명]
10 : 이차 전지
100 : 전극 조립체
110 : 제1 전극 탭
120 : 제1 전극 리드
130 : 제2 전극 탭
140 : 제2 전극 리드
200 : 전지 케이스
210 : 수용부
300 : 포집 유닛
310 : 제1 포집 유닛
311 : 제1 절개 라인
320 : 제2 포집 유닛
321 : 제2 절개 라인
330 : 제3 포집 유닛
331 : 제3 절개 라인
340 : 제4 포집 유닛
341 : 제4 절개 라인
350 : 제5 포집 유닛
351 : 제5 절개 라인

Claims (11)

  1. 양극, 음극 및 분리막이 적층된 전극 조립체;
    내부가 음압으로 형성되며, 상기 전극 조립체와 인접한 위치에 배치된 포집 유닛; 및
    상기 전극 조립체 및 상기 포집 유닛을 수용하는 전지 케이스를 포함하고,
    상기 포집 유닛은,
    상기 전지 케이스의 내부 압력이 미리 정해진 압력이 되면 파손되며, 가스를 포집하여 상기 내부 압력을 조절하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 유닛의 외면에는 파손을 유도하는 절개 라인이 형성된 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 유닛은,
    상기 전지 케이스의 내부 압력이 0.1Mpa 이상 4Mpa 이하일 때 파손되는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 유닛은 플라스틱 또는 금속 소재로 형성된 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는,
    일면에 복수의 전극 탭이 형성되고,
    상기 포집 유닛은,
    상기 전극 탭이 형성된 면과 마주보도록 배치된 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 포집 유닛은,
    상기 전극 탭의 양측에 배치된 제1 포집 유닛을 포함하는 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 포집 유닛은,
    상기 전극 탭의 상부 또는 하부에서 상기 전극 탭과 마주보며, 상기 전극 탭에 형성된 경사에 상응하는 경사면이 형성된 제2 포집 유닛을 포함하는 이차 전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 포집 유닛은,
    상기 전극 탭이 사이 공간으로 배치될 수 있도록 상기 전극 탭의 상부 및 하부에 배치된 제3 포집 유닛을 포함하는 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 유닛은,
    상기 전극 조립체의 길이 방향을 따라 상기 전극 조립체 일측부에 배치되는 제4 포집 유닛을 포함하는 이차 전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 유닛은.
    상기 전극 조립체의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 전극 조립체의 상부 또는 하부에 적층되도록 배치되는 제5 포집 유닛을 포함하는 이차 전지.
  11. 복수의 이차 전지; 및
    상기 복수의 이차 전지를 수용하는 모듈 케이스를 포함하고,
    상기 이차 전지는,
    양극, 음극 및 분리막이 적층된 전극 조립체;
    내부가 음압으로 형성되며, 상기 전극 조립체와 인접한 위치에 배치된 포집 유닛; 및
    상기 전극 조립체 및 상기 포집 유닛을 수용하는 전지 케이스를 포함하고,
    상기 포집 유닛은,
    상기 전지 케이스 내부 압력이 미리 정해진 압력이 되면 파손되며, 가스를 포집하여 상기 내부 압력을 조절하는 이차 전지 모듈.
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