WO2025159232A1 - 이차 전지 - Google Patents

이차 전지

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WO2025159232A1
WO2025159232A1 PCT/KR2024/001883 KR2024001883W WO2025159232A1 WO 2025159232 A1 WO2025159232 A1 WO 2025159232A1 KR 2024001883 W KR2024001883 W KR 2024001883W WO 2025159232 A1 WO2025159232 A1 WO 2025159232A1
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heat dissipation
secondary battery
cap plate
opening
heat
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김문성
김주연
정현기
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Samsung SDI Co Ltd
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Samsung SDI Co Ltd
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a secondary battery, and more particularly, to a structure of a secondary battery for improving high-temperature safety.
  • Secondary batteries are used in a variety of applications, including powering small electronic devices like mobile phones and laptops, and powering motors in transportation vehicles like electric and hybrid vehicles. In the latter case, battery modules composed of multiple cylindrical secondary batteries are used. The trend in cylindrical secondary batteries is to increase the diameter of the electrode assembly to secure larger capacities.
  • the hotbox test a safety assessment method for secondary batteries, involves placing a secondary battery in a chamber, raising the chamber temperature to 130°C, and maintaining it for 30 minutes.
  • the anode and cathode materials were improved to control heat generation in the electrode assembly.
  • high-capacity materials initiate heat generation at relatively lower temperatures, which tends to degrade hotbox performance as secondary batteries become larger.
  • the present disclosure seeks to provide a secondary battery capable of improving high-temperature safety by allowing internal heat to be discharged when the internal temperature of the secondary battery exceeds a set temperature.
  • a secondary battery includes an electrode assembly, a can, a cap plate, and a heat dissipation unit.
  • the electrode assembly includes a first electrode, a separator, and a second electrode.
  • the can accommodates the electrode assembly in an internal space.
  • the cap plate is coupled to an open end of the can to seal the can, and the cap plate is provided with a notch groove and at least one opening positioned at a distance from the notch groove.
  • the heat dissipation unit fills the opening to seal the opening, and when melted, discharges internal heat and gas.
  • the cap plate may include a first part and a second part divided by a first opening.
  • the heat dissipation unit may seal the first opening and integrally connect the first part and the second part.
  • the first part may be located at the center of the cap plate, the heat dissipation unit may be formed in a ring shape surrounding the first part, and the second part may surround the heat dissipation unit.
  • the notch groove may be located in the second part.
  • a plurality of second openings having an arc shape may be positioned in the cap plate, and a plurality of heat dissipating portions may be provided to seal each of the plurality of second openings.
  • the plurality of heat dissipating portions may be arranged along a circle of any radius based on the center point of the cap plate, and the notch groove may be positioned to surround the plurality of heat dissipating portions.
  • a third cross-shaped opening may be positioned in the cap plate, and the heat dissipation member may seal the third opening.
  • the center of the heat dissipation member may be aligned with the center of the cap plate, and the notch groove may be positioned to surround the heat dissipation member.
  • a fourth circular opening may be positioned in the cap plate, and the heat dissipation member may seal the fourth opening.
  • the center of the heat dissipation member may coincide with the center of the cap plate, and the notch groove may be positioned to surround the heat dissipation member.
  • the heat dissipation member may include a polymer material that melts at 80° C. to 130° C.
  • the heat dissipation member may include one or more of polystyrene (PS), low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), and acrylonitrile butadiene styrene (ABS).
  • PS polystyrene
  • LDPE low density polyethylene
  • HDPE high density polyethylene
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • a secondary battery includes an electrode assembly, a can, a cap plate, and a heat-dissipating film.
  • the electrode assembly includes a first electrode, a separator, and a second electrode.
  • the can includes a bottom portion and a side portion, and accommodates the electrode assembly in an internal space surrounded by the bottom portion and the side portion.
  • the cap plate is coupled to an end of the side portion to seal the can.
  • the cap plate has at least one opening filled with a polymer material that releases internal heat and gas when melted, and a notched groove surrounding the opening.
  • the heat-dissipating film is attached to an outer surface of the side portion.
  • the polymer material can melt at 80°C to 130°C.
  • the polymer material can include one or more of polystyrene (PS), low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), and acrylonitrile butadiene styrene (ABS).
  • PS polystyrene
  • LDPE low density polyethylene
  • HDPE high density polyethylene
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • the opening may be provided in the center of the cap plate in the form of a circular ring, a cross, or a circle.
  • the openings may be provided in multiple numbers spaced apart from each other along a circle of any radius.
  • the heat dissipating film may include at least one heat dissipating layer and a plurality of polymer layers protecting the heat dissipating layer.
  • the heat dissipating layer may include any one of aluminum, copper, and carbon nanotubes, and each of the plurality of polymer layers may include one or more of polyimide, polyethylene terephthalate, oriented polystyrene, oriented polypropylene, and polyethylene naphthalate.
  • the secondary batteries of the embodiments can gradually release internal heat by melting the heat dissipation part when exposed to high temperatures exceeding the normal range, and can simultaneously release a large amount of heat by breaking the cap plate based on the notch groove when a rapid increase in temperature and pressure occurs.
  • the secondary batteries of the embodiments can enhance high-temperature safety by improving heat dissipation characteristics.
  • Figure 1 is a perspective view of a secondary battery according to the first embodiment.
  • Figure 2 is a cross-sectional view of the secondary battery illustrated in Figure 1.
  • Figure 3 is a partially enlarged cross-sectional view of an electrode assembly of the secondary battery illustrated in Figure 2.
  • Figure 4 is an exploded perspective view of the cap plate and heat dissipation portion of the secondary battery illustrated in Figure 1.
  • Figure 5 is an exploded perspective view of a cap plate and a heat dissipation portion of a secondary battery according to the second embodiment.
  • Figure 6 is an exploded perspective view of a cap plate and a heat dissipation portion of a secondary battery according to the third embodiment.
  • Fig. 7 is an exploded perspective view of a cap plate and a heat dissipation portion of a secondary battery according to the fourth embodiment.
  • Figure 8 is a perspective view of a secondary battery according to the fifth embodiment.
  • Fig. 1 is a perspective view of a secondary battery according to the first embodiment
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of the secondary battery illustrated in Fig. 1.
  • Fig. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of an electrode assembly of the secondary battery illustrated in Fig. 2
  • Fig. 4 is an exploded perspective view of a cap plate and a heat dissipation portion of the secondary battery illustrated in Fig. 1.
  • the secondary battery (100) of the present embodiment includes an electrode assembly (110), a can (120) that accommodates the electrode assembly (110) in an internal space, a cap plate (130) that is coupled to an open end of the can (120) to seal the can (120), and a heat dissipation unit (140) installed on the cap plate (130).
  • the secondary battery (100) may further include first and second current collector plates (150, 160) and a rivet terminal (170).
  • An electrode assembly (110) includes a first electrode (10), a second electrode (20), and a separator (30).
  • the electrode assembly (110) may be configured as a wound type in which a strip-shaped laminate is wound in the form of a jelly roll.
  • the laminate may be configured in which a first electrode (10), a separator (30), a second electrode (20), and a separator (30) are sequentially laminated, and may be wound multiple times around a core (115). In the laminate, the positions of the first electrode (10) and the second electrode (20) may be exchanged.
  • the first electrode (10) includes a first substrate (11) and a first composite material (12) positioned on the first substrate (11).
  • the first composite material (12) may be positioned on any portion of the first substrate (11) except for one side (lower side) edge.
  • a portion of the first substrate (11) that is not covered by the first composite material (12) and has an exposed surface may be referred to as a first uncoated portion (13).
  • the second electrode (20) includes a second substrate (21) and a second composite material (22) positioned on the second substrate (21).
  • the second composite material (22) may be positioned on any portion of the second substrate (21) except for the other (upper) edge.
  • a portion of the second substrate (21) that is not covered by the second composite material (22) and has an exposed surface may be referred to as a second non-coated portion (23).
  • the first substrate (11) may be composed of aluminum foil, and the first composite (12) may include a transition metal oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , Li(NiCoAl)O 2 , LiFePO 4 , Li(NiCoMn)O 2 , and a conductive material, a binder, etc.
  • the second substrate (21) may be composed of copper foil or nickel foil, and the second composite (22) may include graphite, a conductive material, a binder, etc.
  • the first electrode (10) may be referred to as a positive electrode
  • the second electrode (20) may be referred to as a negative electrode.
  • the separator (30) may be composed of a porous substrate or a porous substrate having a coating layer positioned on at least one surface.
  • the porous substrate may include one or more of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polypropylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polycarbonate, and polyimide.
  • the coating layer may include a binder, and the binder may include a polyvinylidene fluoride-based compound.
  • the separator (30) insulates the first electrode (10) and the second electrode (20) while allowing the movement of lithium ions.
  • the first uncoated portion (13) can be folded toward the core (115) and overlapped with the first uncoated portion (13) located inside, and the first collector plate (150) can be fixed to the first uncoated portion (13) by welding or the like.
  • the second uncoated portion (23) can also be folded toward the core (115) and overlapped with the second uncoated portion (23) located inside, and the second collector plate (160) can be fixed to the second uncoated portion (23) by welding or the like.
  • a cut line is located in each of the first and second uncoated portions (13, 23) to facilitate folding of the first and second uncoated portions (13, 23).
  • the electrode assembly (110) is accommodated in the internal space of the can (120) together with the electrolyte.
  • the can (120) is formed in a shape in which one side (top) is open so that the electrode assembly (110) and the first and second collector plates (150, 160) can be inserted.
  • the can (120) may include a bottom portion (121) and a side portion (122) connected to the edge of the bottom portion (121).
  • the bottom portion (121) may be referred to as a top portion when the top and bottom of the secondary battery (100) are reversed.
  • the can (120) may be formed of steel, stainless steel, aluminum, or an aluminum alloy.
  • a terminal hole may be located in the center of the bottom portion (121), and a rivet terminal (170) may be installed in the terminal hole via a first insulator (181).
  • the rivet terminal (170) may be coupled to the first collector plate (150), and may be charged with the same polarity as the first electrode (10) by the first collector plate (150) to function as a first terminal (positive terminal).
  • the first insulator (181) insulates the rivet terminal (170) and the bottom portion (121), and seals the terminal hole to prevent leakage of the electrolyte.
  • a second insulator (182) may be disposed on one side of the first collector plate (150) facing the bottom portion (121).
  • the cap plate (130) may be positioned on the outer side (upper side) of the second collector plate (160) and may be coupled to an end of the side portion (122) via a third insulator (183).
  • a beading portion (123) and a crimping portion (124) may be positioned on the side portion (122).
  • the beading portion (123) may be a portion in which a portion of the side portion (122) is concavely deformed toward the inside of the side portion (122), and the crimping portion (124) may be a portion in which an end of the side portion (122) is vertically bent toward the inside of the side portion (122).
  • the electrode assembly (110) can be prevented from moving inside the can (120) by the beading portion (123), and the edge of the third insulator (183) and the cap plate (130) can be compressed between the beading portion (123) and the crimping portion (124).
  • the cap plate (130) can be firmly fixed to the can (120) by the crimping portion (124), and can be electrically non-polar by being insulated from the first electrode (10) and the second electrode (20).
  • the second collector plate (160) may include a connector (161) that contacts the inner surface of the side portion (122), for example, the inner surface of the bead portion (123).
  • the can (120) may be charged with the same polarity as the second electrode (20) by the connector (161) and the second collector plate (160) and may function as a second terminal (negative terminal).
  • a notch groove (135) may be positioned on the inner surface (bottom surface) of the cap plate (130) to induce a fracture when the internal pressure increases and discharge internal gas.
  • the notch groove (135) may have a V-shaped cross-section and may be an arc shape on the bottom surface (when the target object is viewed from below), but is not limited to this example.
  • the cap plate (130) may fracture around the notch groove (135) to discharge internal gas.
  • the internal temperature of a secondary battery (100) may increase due to various reasons, such as rapid charging and discharging, external impact, and exposure to high-temperature environments, and the internal pressure may increase due to the vaporization of the electrolyte, etc.
  • the secondary battery (100) becomes larger and its capacity increases, the internal heat energy generated due to the temperature increase also increases significantly.
  • the second battery cell exhibits an increase in volume of approximately 5.5 times and an increase in surface area of approximately 2.5 times compared to the first battery cell.
  • the secondary battery cells Due to their larger volume, the secondary battery cells initially generate heat more slowly. However, after a certain point, when internal self-heating begins, they generate approximately 5.5 times more heat energy than the primary battery cells. However, because the surface area available for dissipating this heat energy has increased only approximately 2.5 times, the temperature rises rapidly. In other words, the enlarged secondary battery cells are disadvantaged in heat dissipation (heat dissipation).
  • Secondary batteries must dissipate the heat energy to the outside, as they begin to self-heat at a certain point when the surrounding temperature rises and the high temperature persists.
  • the secondary battery (100) of the present embodiment dissipates the heat energy to the outside when the temperature rises by using the heat dissipation unit (140) described below, and then relieves the pressure by using the notch groove (135) described above when the pressure increases rapidly.
  • At least one opening is positioned in the cap plate (130), and a heat dissipation member (140) is filled in this opening to seal the opening.
  • the heat dissipation member (140) is positioned at a predetermined distance from the notch groove (135), and is made of a polymer material that melts in a preset temperature range, and discharges heat and gas inside the secondary battery (100) under preset temperature conditions.
  • the cap plate (130) may be composed of two parts, i.e., a first part (131) and a second part (132), separated by a first opening (OP1).
  • the heat dissipation portion (140) may be filled into the first opening (OP1) to seal the first opening (OP1) and simultaneously integrally connect the first part (131) and the second part (132). That is, the cap plate (130) may be composed of two parts (131, 132) positioned with the heat dissipation portion (140) interposed therebetween.
  • the first part (131) may be shaped like a disk and may be positioned at the center of the cap plate (130).
  • the heat dissipation portion (140) may be shaped like a round ring surrounding the first part (131) and may have a constant width along the circumference.
  • the thickness of the heat dissipation portion (140) may be equal to or smaller than the thickness of the cap plate (130).
  • the thickness of the heat dissipation portion (140) may be appropriately determined in consideration of the sealing function of the heat dissipation portion (140) and the heat dissipation action by melting.
  • the second part (132) may be shaped like a disk with a hollow center.
  • the notch groove (135) may be arranged in an arc shape on the second part (132).
  • the heat dissipation member (140) may include a polymer material having a melting temperature of approximately 80° C. to 130° C.
  • the heat dissipation member (140) may include one or more of polystyrene (PS), low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), and acrylonitrile butadiene styrene (ABS).
  • PS polystyrene
  • LDPE low density polyethylene
  • HDPE high density polyethylene
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • the heat dissipation unit (140) melts when the ambient temperature of the secondary battery (100) reaches its melting temperature, thereby slowly discharging the internal heat of the secondary battery (100). At this time, since the area occupied by the heat dissipation unit (140) on the cap plate (130) is not large, it does not discharge the internal heat of the secondary battery (100) all at once when melted, but rather gradually discharges the internal heat.
  • the melting temperature of the heat dissipation unit (140) is lower than 80°C, the heat dissipation unit (140) may melt under normal use conditions, and in this case, the function of the secondary battery may be lost. If the temperature of the heat dissipation unit (140) exceeds 130°C, the hot-box characteristic, which is one of the safety evaluation items of the secondary battery, cannot be satisfied.
  • the hot-box test is an evaluation method in which a secondary battery is placed in a chamber, the temperature of the chamber is increased to 130°C, and then maintained for 30 minutes.
  • the secondary battery (100) of the present embodiment which is equipped with a heat dissipation unit (140), can prevent ignition and explosion of the secondary battery (100) by discharging internal heat energy through melting of the heat dissipation unit (140) within the chamber.
  • the secondary battery (100) of the present embodiment can slowly discharge internal heat by melting the heat dissipation part (140) when exposed to a high temperature exceeding the normal range, and can discharge a large amount of heat at once by breaking the cap plate (130) based on the notch groove (135) when a rapid increase in temperature and pressure occurs.
  • the cap plate (130) can break after the heat dissipation part (140) melts, or can break when a rapid increase in temperature and pressure occurs before the heat dissipation part (140) melts.
  • the breaking pressure of the cap plate (130) by the notch groove (135) may be approximately 10 kgf/cm 2 to 30 kgf/cm 2 . If the breaking pressure is less than 10 kgf/cm 2 , there is a risk that the cap plate (130) may break in a normal use environment of the secondary battery, and if the breaking pressure exceeds 30 kgf/cm 2 , there is a risk that the breaking of the cap plate (130) may be delayed, which may cause ignition and explosion of the secondary battery. According to the pressure range described above, it is possible to prevent the breaking of the cap plate (130) in a normal use environment of the secondary battery (100), while inducing early breaking of the cap plate (130) in the event of an abnormal pressure increase.
  • Fig. 5 is an exploded perspective view of a cap plate and a heat dissipation portion of a secondary battery according to a second embodiment.
  • the secondary battery of the second embodiment has a configuration identical or similar to that of the first embodiment described above, except for the details described below.
  • At least two second openings (OP2) in an arc shape may be positioned in the cap plate (130A), and the heat dissipation portion (141) may be filled in the second opening (OP2) to seal the second opening (OP2). That is, at least two heat dissipation portions (141) in an arc shape may be positioned at a distance from each other in the cap plate (130A).
  • a plurality of heat dissipating portions (141) may be arranged along a circle of a specific radius centered on the center point of the cap plate (130A).
  • the plurality of heat dissipating portions (141) may have the same length along the circumferential direction and may be positioned at the same distance from each other along the circumferential direction. In Fig. 5, two heat dissipating portions (141) are illustrated, but the number of heat dissipating portions (141) is not limited to the illustrated example.
  • the notch groove (135) may be positioned on the outer side of the plurality of heat dissipating portions (141).
  • Fig. 6 is an exploded perspective view of a cap plate and a heat dissipation portion of a secondary battery according to a third embodiment.
  • the secondary battery of the third embodiment has a configuration identical or similar to that of the first embodiment described above, except for the details described below.
  • a third opening (OP3) in a cross shape may be positioned in the cap plate (130B), and a heat dissipation portion (142) may be filled in the third opening (OP3) to seal the third opening (OP3).
  • the heat dissipation portion (142) may be cross-shaped, and the center of the heat dissipation portion (142) may be positioned at the center point of the cap plate (130B).
  • the notch groove (135) may be positioned on the outside of the heat dissipation portion (142).
  • Fig. 7 is an exploded perspective view of a cap plate and a heat dissipation portion of a secondary battery according to a fourth embodiment.
  • the secondary battery of the fourth embodiment has a configuration identical or similar to that of the first embodiment described above, except for the details described below.
  • a fourth opening (OP4) having a circular shape may be positioned in the cap plate (130C), and a heat dissipation portion (143) may be filled in the fourth opening (OP4) to seal the fourth opening (OP4).
  • the heat dissipation portion (143) may be circular, and the center of the heat dissipation portion (143) may be positioned at the center point of the cap plate (130C).
  • the notch groove (135) may be positioned on the outside of the heat dissipation portion (143).
  • the cap plate (130) of the first embodiment described above is configured as two separate parts (131, 132), but the cap plates (130A, 130B, 130C) of the second to fourth embodiments form a single body.
  • the planar shape of the heat dissipation portion (140, 141, 142, 143) is not limited to the above-described embodiments and may be modified in various ways.
  • the heat dissipation portion may be implemented in various shapes as long as it maintains a certain distance from the notch groove (135) and does not lower the strength of the cap plate (130) below an appropriate level.
  • At least one heat dissipation unit (140, 141, 142, 143) is located at the center of the cap plate (130).
  • heat from the outer portion of the electrode assembly (110) may be released to the outside through the side portion (122) of the can (120), but heat from the center of the electrode assembly (110) may not be released and may accumulate.
  • the heat dissipation unit (140, 141, 142, 143) located at the center of the cap plate (130) may release heat from the center of the electrode assembly (110) to the outside when melted.
  • Fig. 8 is a perspective view of a secondary battery according to a fifth embodiment.
  • the secondary battery of the fifth embodiment has a configuration identical or similar to that of any one of the first to fourth embodiments described above, except for the details described below.
  • Fig. 8 illustrates a case in which the heat dissipation unit (140) of the first embodiment is provided as an example.
  • the secondary battery (100A) of the present embodiment may include a heat dissipation film (190).
  • the heat dissipation film (190) may be attached to the outer surface of the side portion (122) excluding the beading portion (123) and the crimping portion (124).
  • the side portion (122) to which the heat dissipation film (190) is attached may more quickly release the heat of the electrode assembly to the outside when the electrode assembly generates heat.
  • the heat dissipation film (190) may be composed of at least one heat dissipation layer and a plurality of polymer layers that protect the heat dissipation layer.
  • the heat dissipation film (190) may be composed of a laminated structure of a polymer layer, a heat dissipation layer, and a polymer layer, but is not limited to this example.
  • the heat dissipation layer may be composed of a thermally conductive material such as aluminum, copper, or carbon nanotubes, and dissipates heat transferred from the can (120) to the outside.
  • the polymer layer may include one or more of, for example, polyimide, polyethylene terephthalate, oriented polystyrene, oriented polypropylene, and polyethylene naphthalate, and provides an insulating function to the heat dissipation film (190).
  • the secondary batteries of the aforementioned embodiments can be combined in multiple units to form a battery module.
  • the multiple secondary batteries can be connected in series, parallel, or a combination of series and parallel via busbars, and can be used as a power source for vehicles such as electric and hybrid vehicles.
  • the secondary batteries of the aforementioned embodiments can enhance the high-temperature safety of the battery module by improving heat dissipation characteristics.

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Abstract

이차 전지는 전극 조립체, 캔, 캡 플레이트, 및 방열부를 포함한다. 전극 조립체는 제1 전극과 분리막 및 제2 전극을 포함한다. 캔은 내부 공간에 전극 조립체를 수용한다. 캡 플레이트는 캔의 개구측 단부에 결합되어 캔을 밀봉하며, 캡 플레이트에는 노치 홈과, 노치 홈과 거리를 두고 위치하는 적어도 하나의 개구가 제공된다. 방열부는 개구에 충진되어 개구를 밀봉하며, 용융 시 내부 열과 가스를 배출한다.

Description

이차 전지
본 개시는 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 안전성 향상을 위한 이차 전지의 구조에 관한 것이다.
이차 전지는 휴대폰 및 노트북 컴퓨터와 같은 소형 전자기기의 전원과, 전기 자동차 및 하이브리드 자동차와 같은 운송 수단의 모터 구동용 전원 등 다양한 용도에 사용되고 있다. 후자의 경우, 복수의 원통형 이차 전지가 조합된 전지 모듈이 사용되고 있으며, 이때 원통형 이차 전지는 대용량 확보를 위하여 전극 조립체의 직경을 확대하는 추세에 있다.
핫박스(hot-box)는 이차 전지의 안전성 평가 항목 중 하나로서, 챔버 안에 이차 전지를 배치하고, 챔버의 온도를 130℃까지 상승시킨 후 30분 동안 유지하는 평가 방법이다. 기존에는 핫박스 특성을 만족하기 위해 양/음극 소재를 개선하여 전극 조립체의 발열을 제어하였다. 그런데 용량이 높은 소재의 경우 상대적으로 더 낮은 온도에서 발열이 시작되므로, 이차 전지가 대형화될수록 핫박스 특성이 불리해지는 경향이 있다.
본 개시는 이차 전지의 내부 온도가 설정 온도를 초과할 때 내부 열이 배출되도록 함으로써 고온 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 캔, 캡 플레이트, 및 방열부를 포함한다. 전극 조립체는 제1 전극과 분리막 및 제2 전극을 포함한다. 캔은 내부 공간에 전극 조립체를 수용한다. 캡 플레이트는 캔의 개구측 단부에 결합되어 캔을 밀봉하며, 캡 플레이트에는 노치 홈과, 노치 홈과 거리를 두고 위치하는 적어도 하나의 개구가 제공된다. 방열부는 개구에 충진되어 개구를 밀봉하며, 용융 시 내부 열과 가스를 배출한다.
캡 플레이트는 제1 개구에 의해 분할된 제1 파트와 제2 파트를 포함할 수 있다. 방열부는 제1 개구를 밀봉하며 제1 파트와 제2 파트를 일체로 결합할 수 있다. 제1 파트는 캡 플레이트의 중앙에 위치할 수 있고, 방열부는 제1 파트를 둘러싸는 고리 모양으로 이루어질 수 있으며, 제2 파트는 방열부를 둘러쌀 수 있다. 노치 홈은 제2 파트에 위치할 수 있다.
다른 한편으로, 캡 플레이트에 원호 모양을 가진 복수의 제2 개구가 위치할 수 있고, 방열부는 복수 개로 구비되어 복수의 제2 개구 각각을 밀봉할 수 있다. 복수의 방열부는 캡 플레이트의 중앙점을 기준으로 하는 임의 반경의 원을 따라 배치될 수 있고, 노치 홈은 복수의 방열부를 둘러싸도록 위치할 수 있다.
다른 한편으로, 캡 플레이트에 십자 모양의 제3 개구가 위치할 수 있고, 방열부는 제3 개구를 밀봉할 수 있다. 방열부의 중심은 캡 플레이트의 중심과 일치할 수 있고, 노치 홈은 방열부를 둘러싸도록 위치할 수 있다.
다른 한편으로, 캡 플레이트에 원형의 제4 개구가 위치할 수 있고, 방열부는 제4 개구를 밀봉할 수 있다. 방열부의 중심은 캡 플레이트의 중심과 일치할 수 있고, 노치 홈은 방열부를 둘러싸도록 위치할 수 있다.
방열부는 80℃ 내지 130℃에서 용융되는 고분자 물질을 포함할 수 있다. 방열부는 폴리스티렌(polystyrene, PS), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE), 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 캔, 캡 플레이트, 및 방열 필름을 포함한다. 전극 조립체는 제1 전극과 분리막 및 제2 전극을 포함한다. 캔은 바닥부와 측부를 포함하며, 바닥부와 측부로 둘러싸인 내부 공간에 전극 조립체를 수용한다. 캡 플레이트는 측부의 단부에 결합되어 캔을 밀봉한다. 캡 플레이트에는 용융 시 내부 열과 가스를 배출하는 고분자 물질로 충진된 적어도 하나의 개구와, 개구를 둘러싸는 노치 홈이 구비된다. 방열 필름은 측부의 외면에 부착된다.
고분자 물질은 80℃ 내지 130℃에서 용융될 수 있다. 고분자 물질은 폴리스티렌(polystyrene, PS), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE), 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
개구는 캡 플레이트의 중앙에 둥근 고리형과 십자형 및 원형 중 어느 하나로 제공될 수 있다. 다른 한편으로, 개구는 임의 반경의 원을 따라 서로간 거리를 두고 복수 개로 제공될 수 있다.
방열 필름은 적어도 하나의 방열층과, 방열층을 보호하는 복수의 고분자층을 포함할 수 있다. 방열층은 알루미늄, 구리, 및 카본 나노튜브 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 복수의 고분자층 각각은 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 연신 폴리스티렌(oriented polystyrene), 연신 폴리프로필렌(oriented polypropylene), 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
실시예들의 이차 전지는 정상 범위를 벗어나는 고온에 노출되었을 때 방열부의 용융에 의해 내부 열을 서서히 배출할 수 있고, 급격한 온도 및 압력 상승이 발생할 때 노치 홈을 기준으로 캡 플레이트가 파단되면서 대량의 열을 한번에 배출할 수 있다. 실시예들의 이차 전지는 방열 특성을 개선하여 고온 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 이차 전지 중 전극 조립체의 부분 확대 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 이차 전지 중 캡 플레이트와 방열부의 분해 사시도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 이차 전지 중 캡 플레이트와 방열부의 분해 사시도이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 이차 전지 중 캡 플레이트와 방열부의 분해 사시도이다.
도 7은 제4 실시예에 따른 이차 전지 중 캡 플레이트와 방열부의 분해 사시도이다.
도 8은 제5 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 이차 전지의 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시한 이차 전지 중 전극 조립체의 부분 확대 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시한 이차 전지 중 캡 플레이트와 방열부의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예의 이차 전지(100)는 전극 조립체(110)와, 내부 공간에 전극 조립체(110)를 수용하는 캔(120)과, 캔(120)의 개구측 단부에 결합되어 캔(120)을 밀봉하는 캡 플레이트(130)와, 캡 플레이트(130)에 설치된 방열부(140)를 포함한다. 이차 전지(100)는 제1 및 제2 집전판(150, 160)과 리벳 단자(170)를 더 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)는 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 및 분리막(30)을 포함한다. 전극 조립체(110)는 띠 모양의 적층체가 젤리롤(jelly roll) 형태로 감긴 권취형으로 구성될 수 있다. 적층체는 제1 전극(10), 분리막(30), 제2 전극(20), 및 분리막(30)이 순차적으로 적층된 구성일 수 있으며, 권심(115)을 중심으로 복수 회 권취될 수 있다. 적층체에서 제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 그 위치가 서로 바뀔 수 있다.
제1 전극(10)은 제1 기재(11)와, 제1 기재(11)에 위치하는 제1 합재(12)를 포함한다. 제1 합재(12)는 제1 기재(11)의 일측(하측) 가장자리를 제외한 나머지 부분에 위치할 수 있다. 제1 기재(11) 중 제1 합재(12)로 덮이지 않고 표면이 노출된 부분은 제1 무지부(13)로 지칭될 수 있다.
제2 전극(20)은 제2 기재(21)와, 제2 기재(21)에 위치하는 제2 합재(22)를 포함한다. 제2 합재(22)는 제2 기재(21)의 타측(상측) 가장자리를 제외한 나머지 부분에 위치할 수 있다. 제2 기재(21) 중 제2 합재(22)로 덮이지 않고 표면이 노출된 부분은 제2 무지부(23)로 지칭될 수 있다.
리튬이온 이차 전지에서, 제1 기재(11)는 알루미늄 포일로 구성될 수 있고, 제1 합재(12)는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, Li(NiCoAl)O2, LiFePO4, Li(NiCoMn)O2 등의 전이금속 산화물과 도전재 및 바인더 등을 포함할 수 있다. 제2 기재(21)는 구리 포일 또는 니켈 포일로 구성될 수 있으며, 제2 합재(22)는 흑연과 도전재 및 바인더 등을 포함할 수 있다. 제1 전극(10)은 양극으로 지칭될 수 있고, 제2 전극(20)은 음극으로 지칭될 수 있다.
분리막(30)은 다공성 기재로 구성되거나, 적어도 일면에 코팅층이 위치하는 다공성 기재로 구성될 수 있다. 다공성 기재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 및 폴리이미드 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 코팅층은 바인더를 포함할 수 있으며, 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)계 화합물을 포함할 수 있다. 분리막(30)은 리튬이온의 이동을 허용하면서 제1 전극(10)과 제2 전극(20)을 절연시킨다.
제1 무지부(13)는 권심(115)을 향해 절곡되어 안쪽에 위치하는 제1 무지부(13)와 중첩될 수 있으며, 제1 집전판(150)이 제1 무지부(13)에 용접 등의 방법으로 고정될 수 있다. 제2 무지부(23) 또한 권심(115)을 향해 절곡되어 안쪽에 위치하는 제2 무지부(23)와 중첩될 수 있고, 제2 집전판(160)이 제2 무지부(23)에 용접 등의 방법으로 고정될 수 있다. 이때 제1 및 제2 무지부(13, 23) 각각에 절개선이 위치하여 제1 및 제2 무지부(13, 23)의 절곡을 용이하게 할 수 있다. 전극 조립체(110)는 전해액과 함께 캔(120)의 내부 공간에 수용된다.
캔(120)은 전극 조립체(110)와 제1 및 제2 집전판(150, 160)이 들어갈 수 있도록 일측(상측)이 열린 형상으로 이루어진다. 캔(120)은 바닥부(121)와, 바닥부(121)의 가장자리에 연결된 측부(122)를 포함할 수 있다. 바닥부(121)는 이차 전지(100)의 상하가 바뀌었을 때 탑부로 지칭될 수 있다. 캔(120)은 강(steel), 스테인리스 강, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금 등으로 구성될 수 있다.
바닥부(121)의 중앙에 단자 홀이 위치할 수 있고, 리벳 단자(170)가 제1 절연체(181)를 매개로 단자 홀에 설치될 수 있다. 리벳 단자(170)는 제1 집전판(150)과 결합될 수 있고, 제1 집전판(150)에 의해 제1 전극(10)과 같은 극성으로 대전되어 제1 단자(양극 단자)로 기능할 수 있다. 제1 절연체(181)는 리벳 단자(170)와 바닥부(121)를 절연시키며, 단자 홀을 밀봉하여 전해액의 누설을 방지한다. 바닥부(121)를 향한 제1 집전판(150)의 일측에 제2 절연체(182)가 배치될 수 있다.
캡 플레이트(130)는 제2 집전판(160)의 외측(상측)에 위치할 수 있으며, 제3 절연체(183)를 매개로 측부(122)의 단부에 결합될 수 있다. 측부(122)에는 비딩부(123)와 크림핑부(124)가 위치할 수 있다. 비딩부(123)는 측부(122)의 일부가 측부(122)의 내측을 향해 오목하게 변형된 부분일 수 있고, 크림핑부(124)는 측부(122)의 단부가 측부(122)의 내측을 향해 수직으로 절곡된 부분일 수 있다.
전극 조립체(110)는 비딩부(123)에 의해 캔(120)의 내부에서 움직임이 억제될 수 있으며, 제3 절연체(183)와 캡 플레이트(130)의 가장자리는 비딩부(123)와 크림핑부(124) 사이에 압착될 수 있다. 캡 플레이트(130)는 크림핑부(124)에 의해 캔(120)에 견고하게 고정될 수 있고, 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)과 절연되어 전기적으로 무극성이 될 수 있다.
제2 집전판(160)은 측부(122)의 내면, 예를 들어 비딩부(123)의 내면과 접촉하는 커넥터(161)를 포함할 수 있다. 캔(120)은 커넥터(161)와 제2 집전판(160)에 의해 제2 전극(20)과 같은 극성으로 대전되어 제2 단자(음극 단자)로 기능할 수 있다.
캡 플레이트(130)의 내면(하면)에는 내부 압력이 상승할 때 파단을 유도하여 내부 가스를 배출하는 노치 홈(135)이 위치할 수 있다. 노치 홈(135)은 브이자 모양의 단면을 가질 수 있으며, 저면 상에서(대상 물체를 아래에서 보았을 때) 원호 모양일 수 있으나, 이러한 예시로 한정되지 않는다. 이차 전지(100)의 내부 압력이 급격하게 상승할 때, 노치 홈(135)을 중심으로 캡 플레이트(130)가 파단되면서 내부 가스를 배출할 수 있다.
이차 전지(100)는 급속 충방전, 외부 충격, 고온 환경 노출 등 여러가지 원인에 의해 내부 온도가 상승할 수 있고, 전해액의 기화 등으로 인해 내부 압력이 상승할 수 있다. 또한, 이차 전지(100)가 대형화하면서 용량이 증가함에 따라 온도 상승에 의한 내부 발열 에너지도 크게 증가하게 된다.
예를 들어, 24cm3의 부피와 53cm2의 표면적을 가지는 제1 전지 셀과, 133cm3의 부피와 130cmn2의 표면적을 가지는 제2 전지 셀을 가정할 때, 제2 전지 셀은 제1 전지 셀 대비 대략 5.5배의 부피 증가와 대략 2.5배의 표면적 증가를 보인다.
제2 전지 셀은 부피가 크기 때문에 초반의 발열은 더디게 진행되지만, 내부에서 자가 발열이 시작되는 특정 시점 이후에는 제1 전지 셀 대비 대략 5.5배의 발열 에너지를 가지게 된다. 그런데 이 발열 에너지를 외부로 배출할 수 있는 표면적은 대략 2.5배만 증가했기 때문에 온도가 급격하게 상승하게 된다. 즉 대형화된 제2 전지 셀은 열 배출(방열)에 불리해진다.
이차 전지는 주변의 온도가 상승하고 고온이 지속되면 특정 시점부터 자가 발열이 시작되기 때문에 발열 에너지를 외부로 배출하는 것이 반드시 필요하다. 본 실시예의 이차 전지(100)는 다음에 설명하는 방열부(140)를 이용하여 온도 상승 시 발열 에너지를 외부로 배출하고, 이후 급격한 압력 상승 시에는 전술한 노치 홈(135)을 이용하여 압력을 해소하도록 한다.
캡 플레이트(130)에는 적어도 하나의 개구가 위치하고, 방열부(140)는 이 개구에 충진되어 개구를 밀봉한다. 방열부(140)는 노치 홈(135)과 소정의 거리를 두고 위치하며, 기 설정된 온도 범위에서 용융되는 고분자 물질로 구성되어 기 설정된 온도 조건에서 이차 전지(100) 내부의 열과 가스를 배출한다.
본 실시예의 이차 전지(100)에서 캡 플레이트(130)는 제1 개구(OP1)에 의해 분리된 두 개의 파트, 즉 제1 파트(131)와 제2 파트(132)로 구성될 수 있다. 방열부(140)는 제1 개구(OP1)에 충진되어 제1 개구(OP1)를 밀봉함과 동시에 제1 파트(131)와 제2 파트(132)를 일체로 결합시킬 수 있다. 즉 캡 플레이트(130)는 방열부(140)를 사이에 두고 위치하는 두 개의 파트(131, 132)로 구성될 수 있다.
제1 파트(131)는 원판 모양일 수 있고, 캡 플레이트(130)의 중앙에 위치할 수 있다. 방열부(140)는 제1 파트(131)를 둘러싸는 둥근 고리 모양일 수 있으며, 원주 방향을 따라 일정한 폭을 가질 수 있다. 방열부(140)의 두께는 캡 플레이트(130)의 두께와 같거나 이보다 작을 수 있다. 방열부(140)의 두께는 방열부(140)의 밀봉 기능과 용융에 의한 방열 작용을 고려하여 적절하게 정해질 수 있다. 제2 파트(132)는 중앙이 비어 있는 원판 모양일 수 있다. 노치 홈(135)은 제2 파트(132)에 원호 모양으로 배치될 수 있다.
방열부(140)는 대략 80℃ 내지 130℃의 용융 온도를 가지는 고분자 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방열부(140)는 폴리스티렌(polystyrene, PS), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE), 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
방열부(140)는 이차 전지(100)의 주변 온도가 자신의 용융 온도에 도달 시 용융되어 이차 전지(100)의 내부 열을 서서히 배출한다. 이때 방열부(140)는 캡 플레이트(130)에서 차지하는 면적이 크지 않으므로 용융 시 이차 전지(100)의 내부 열을 한번에 배출하는 것이 아닌 내부 열을 서서히 배출하는 작용을 한다.
방열부(140)의 용융 온도가 80℃보다 작으면 정상 사용 환경에서 방열부(140)가 용융될 수 있고, 이 경우 이차 전지의 기능이 상실된다. 방열부(140)의 온도가 130℃를 초과하면 이차 전지의 안전성 평가 항목 중 하나인 핫박스(hot-box) 특성을 만족할 수 없다.
핫박스(hot-box) 테스트는 챔버 안에 이차 전지를 배치하고, 챔버의 온도를 130℃까지 상승시킨 후 30분 동안 유지하는 평가 방법이다. 방열부(140)를 구비한 본 실시예의 이차 전지(100)는 챔버 내에서 방열부(140)의 용융에 의해 내부 열 에너지를 배출함으로써 이차 전지(100)의 발화와 폭발을 방지할 수 있다.
본 실시예의 이차 전지(100)는 정상 범위를 벗어나는 고온에 노출되었을 때 방열부(140)의 용융에 의해 내부 열을 서서히 배출할 수 있고, 급격한 온도 및 압력 상승이 발생할 때 노치 홈(135)을 기준으로 캡 플레이트(130)가 파단되면서 대량의 열을 한번에 배출할 수 있다. 캡 플레이트(130)는 방열부(140)가 용융된 이후 파단되거나, 방열부(140)가 용융되기 전 급격한 온도 및 압력 상승이 발생할 때 파단될 수 있다.
노치 홈(135)에 의한 캡 플레이트(130)의 파단 압력은 대략 10kgf/cm2 내지 30kgf/cm2일 수 있다. 파단 압력이 10kgf/cm2보다 작으면 이차 전지의 정상 사용 환경에서 캡 플레이트(130)가 파단될 우려가 있고, 파단 압력이 30kgf/cm2을 초과하면 캡 플레이트(130)의 파단이 지연되어 이차 전지의 발화와 폭발이 일어날 우려가 있다. 전술한 압력 범위에 따르면, 이차 전지(100)의 정상 사용 환경에서 캡 플레이트(130)의 파단을 방지하면서 비정상적인 압력 상승 시 캡 플레이트(130)의 조기 파단을 유도할 수 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 이차 전지 중 캡 플레이트와 방열부의 분해 사시도이다. 제2 실시예의 이차 전지는 다음에 설명하는 내용을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다.
도 5를 참고하면, 본 실시예의 이차 전지에서 캡 플레이트(130A)에는 원호 모양으로 이루어진 적어도 두 개의 제2 개구(OP2)가 위치할 수 있고, 방열부(141)는 제2 개구(OP2)에 충진되어 제2 개구(OP2)를 밀봉한다. 즉 캡 플레이트(130A)에는 원호 모양으로 이루어진 적어도 두 개의 방열부(141)가 서로간 거리를 두고 위치할 수 있다.
복수의 방열부(141)는 캡 플레이트(130A)의 중앙점을 중심으로 하는 특정 반경의 원을 따라 배치될 수 있다. 복수의 방열부(141)는 원주 방향을 따라 같은 길이를 가질 수 있으며, 원주 방향을 따라 서로간 같은 거리를 두고 위치할 수 있다. 도 5에서는 두 개의 방열부(141)를 도시하였으나, 방열부(141)의 개수는 도시한 예시로 한정되지 않는다. 노치 홈(135)은 복수의 방열부(141)의 외측에 위치할 수 있다.
도 6은 제3 실시예에 따른 이차 전지 중 캡 플레이트와 방열부의 분해 사시도이다. 제3 실시예의 이차 전지는 다음에 설명하는 내용을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다.
도 6을 참고하면, 본 실시예의 이차 전지에서 캡 플레이트(130B)에는 십자 모양으로 이루어진 제3 개구(OP3)가 위치할 수 있고, 방열부(142)는 제3 개구(OP3)에 충진되어 제3 개구(OP3)를 밀봉한다. 방열부(142)는 십자 모양일 수 있으며, 방열부(142)의 중심은 캡 플레이트(130B)의 중심점에 위치할 수 있다. 노치 홈(135)은 방열부(142)의 외측에 위치할 수 있다.
도 7은 제4 실시예에 따른 이차 전지 중 캡 플레이트와 방열부의 분해 사시도이다. 제4 실시예의 이차 전지는 다음에 설명하는 내용을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다.
도 7을 참고하면, 본 실시예의 이차 전지에서 캡 플레이트(130C)에는 원형으로 이루어진 제4 개구(OP4)가 위치할 수 있고, 방열부(143)는 제4 개구(OP4)에 충진되어 제4 개구(OP4)를 밀봉한다. 방열부(143)는 원형일 수 있으며, 방열부(143)의 중심은 캡 플레이트(130C)의 중심점에 위치할 수 있다. 노치 홈(135)은 방열부(143)의 외측에 위치할 수 있다.
전술한 제1 실시예의 캡 플레이트(130)는 두 개의 파트(131, 132)로 분리된 구성이나, 제2 실시예 내지 제4 실시예의 캡 플레이트(130A, 130B, 130C)는 하나의 몸체를 이루고 있다. 방열부(140, 141, 142, 143)의 평면 형상은 전술한 실시예들에 한정되지 않으며, 다양하게 변형 가능하다. 예를 들어, 방열부는 노치 홈(135)과 일정한 거리를 유지하고, 캡 플레이트(130)의 강도를 적정 수준 이하로 저하시키지 않는 범위 내에서 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
전술한 실시예들에서 적어도 하나의 방열부(140, 141, 142, 143)는 캡 플레이트(130)의 중심부에 위치한다. 여러가지 원인에 의해 전극 조립체(110)의 온도가 상승할 때, 전극 조립체(110) 바깥 부분의 열은 캔(120)의 측부(122)를 통해 외부로 방출될 수 있으나, 전극 조립체(110) 중심부의 열은 방출되지 못하고 누적될 수 있다. 캡 플레이트(130)의 중심부에 위치하는 방열부(140, 141, 142, 143)는 용융 시 전극 조립체(110) 중심부의 열을 외부로 방출할 수 있다.
도 8은 제5 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 제5 실시예의 이차 전지는 다음에 설명하는 내용을 제외하고 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 한 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다. 도 8에서는 제1 실시예의 방열부(140)가 구비된 경우를 예로 들어 도시하였다.
도 8을 참고하면, 본 실시예의 이차 전지(100A)는 방열 필름(190)을 포함할 수 있다. 방열 필름(190)은 비딩부(123)와 크림핑부(124)를 제외한 측부(122)의 외면에 부착될 수 있다. 방열 필름(190)이 부착된 측부(122)는 전극 조립체의 발열 시 전극 조립체의 열을 보다 신속하게 외부로 방출할 수 있다.
방열 필름(190)은 적어도 하나의 방열층과, 방열층을 보호하는 복수의 고분자층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 방열 필름(190)은 고분자층과 방열층 및 고분자층의 적층 구조로 이루어질 수 있으나, 이러한 예시로 한정되지 않는다.
방열층은 알루미늄, 구리, 또는 카본 나노튜브와 같은 열전도성 재질로 구성될 수 있으며, 캔(120)으로부터 전달되는 열을 외부로 방출한다. 고분자층은 예를 들어 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 연신 폴리스티렌(oriented polystyrene), 연신 폴리프로필렌(oriented polypropylene), 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate) 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 방열 필름(190)에 절연 기능을 부여한다.
전술한 실시예들의 이차 전지는 복수 개가 모여 전지 모듈을 구성할 수 있다. 복수의 이차 전지는 버스바에 의해 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있으며, 전기 자동차 및 하이브리드 자동차와 같은 운송 수단의 전원으로 사용될 수 있다. 전술한 실시예들의 이차 전지는 방열 특성을 개선하여 전지 모듈의 고온 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (19)

  1. 제1 전극과 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체;
    내부 공간에 상기 전극 조립체를 수용하는 캔;
    상기 캔의 개구측 단부에 결합되어 상기 캔을 밀봉하며, 노치 홈 및 상기 노치 홈과 거리를 두고 위치하는 적어도 하나의 개구가 제공된 캡 플레이트; 및
    상기 개구에 충진되어 상기 개구를 밀봉하며, 용융 시 내부 열과 가스를 배출하는 방열부를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 제1 개구에 의해 분할된 제1 파트와 제2 파트를 포함하고,
    상기 방열부는 상기 제1 개구를 밀봉하며 상기 제1 파트와 상기 제2 파트를 일체로 결합하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 파트는 상기 캡 플레이트의 중앙에 위치하고,
    상기 방열부는 상기 제1 파트를 둘러싸는 고리 모양으로 이루어지며,
    상기 제2 파트는 상기 방열부를 둘러싸는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노치 홈은 상기 제2 파트에 위치하는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트에 원호 모양을 가진 복수의 제2 개구가 위치하고,
    상기 방열부는 복수 개로 구비되어 상기 복수의 제2 개구 각각을 밀봉하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 방열부는 상기 캡 플레이트의 중앙점을 기준으로 하는 임의 반경의 원을 따라 배치되고,
    상기 노치 홈은 상기 복수의 방열부를 둘러싸도록 위치하는 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트에 십자 모양의 제3 개구가 위치하고,
    상기 방열부는 상기 제3 개구를 밀봉하는 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방열부의 중심은 상기 캡 플레이트의 중심과 일치하고,
    상기 노치 홈은 상기 방열부를 둘러싸도록 위치하는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트에 원형의 제4 개구가 위치하고,
    상기 방열부는 상기 제4 개구를 밀봉하는 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방열부의 중심은 상기 캡 플레이트의 중심과 일치하고,
    상기 노치 홈은 상기 방열부를 둘러싸도록 위치하는 이차 전지.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열부는 80℃ 내지 130℃에서 용융되는 고분자 물질을 포함하는 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방열부는 폴리스티렌(polystyrene, PS), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE), 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS) 중 하나 이상을 포함하는 이차 전지.
  13. 제1 전극과 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체;
    바닥부와 측부를 포함하며, 상기 바닥부와 상기 측부로 둘러싸인 내부 공간에 상기 전극 조립체를 수용하는 캔;
    상기 측부의 단부에 결합되어 상기 캔을 밀봉하며, 용융 시 내부 열과 가스를 배출하는 고분자 물질로 충진된 적어도 하나의 개구 및 상기 개구를 둘러싸는 노치 홈이 구비된 캡 플레이트; 및
    상기 측부의 외면에 부착된 방열 필름을 포함하는 이차 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 80℃ 내지 130℃에서 용융되는 이차 전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 폴리스티렌(polystyrene, PS), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE), 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS) 중 하나 이상을 포함하는 이차 전지.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 개구는 상기 캡 플레이트의 중앙에 둥근 고리형과 십자형 및 원형 중 어느 하나로 제공되는 이차 전지.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 개구는 임의 반경의 원을 따라 서로간 거리를 두고 복수 개로 제공되는 이차 전지.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 방열 필름은 적어도 하나의 방열층과, 상기 방열층을 보호하는 복수의 고분자층을 포함하는 이차 전지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 방열층은 알루미늄, 구리, 및 카본 나노튜브 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 복수의 고분자층 각각은 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 연신 폴리스티렌(oriented polystyrene), 연신 폴리프로필렌(oriented polypropylene), 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate) 중 하나 이상을 포함하는 이차 전지.
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