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1. WO2020116856 - ÉLÉMENT DE BATTERIE DE TYPE POCHE COMPRENANT UN ÉLÉMENT DE VENTILATION ET BLOC-BATTERIE LE COMPRENANT

Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1   2  

배경기술

3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

16  

과제 해결 수단

17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27  

도면의 간단한 설명

28   29   30   31   32   33   34  

발명의 실시를 위한 형태

35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100   101   102   103   104   105   106   107   108   109   110   111   112   113   114   115   116  

산업상 이용가능성

117   118   119  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

도면

1   2   3   4   5   6   7  

명세서

발명의 명칭 : 벤팅 부재를 포함하는 파우치형 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩

기술분야

[1]
본 출원은 2018년 12월 7일자 한국 특허 출원 제 2018-0157169 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
[2]
본 발명은 벤팅 부재를 포함하는 파우치형 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩에 대한 것으로서, 구체적으로, 파우치형 전지셀의 외면, 또는 상기 파우치형 전지셀을 포함하는 전지팩 케이스의 내측면에 형상기억합금 소재로 이루어진 벤팅 부재를 부가하여 전지셀의 벤팅을 유도할 수 있는 파우치형 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩에 대한 것이다.

배경기술

[3]
휴대폰, 태블릿 PC, 청소기 등과 같이 휴대 가능한 전자 제품들의 반복적인 충방전이 가능한 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 전기자동차, 전력저장장치와 같이 고용량 및 고효율을 필요로 하는 장치에 적용하기 위한 이차전지의 개발 및 연구가 진행되고 있다.
[4]
특히, 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도, 고전압, 고출력, 및 우수한 수명특성 등의 장점을 갖는 리튬 이차전지가 널리 사용되고 있다.
[5]
상기 리튬 이차전지는 케이스의 형태에 따라 분류될 수 있는데, 예를 들어, 금속 캔에 전극조립체를 장착한 형태의 원통형 전지 또는, 각형 전지가 있고, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 장착한 형태의 파우치형 전지가 있다. 상기 파우치형 전지는 쉽게 휘어지거나 구부러질 수 있기 때문에 형태 변형이 자유로운 장점이 있다.
[6]
일반적으로 리튬 이차전지는 전극을 구성하는 전극 활물질, 바인더와 전해액 등을 주요 구성요소로서 포함하는데, 이들은 2.5V 내지 4.3V 범위의 작동전압에서는 전기화학적으로 안정하다. 그러나, 리튬 이차전지의 전압이 상기 작동전압 이상으로 상승하면 상기 구성요소들이 분해되면서 가스를 발생시키는 바, 이와 같이 발생된 가스로 인하여 리튬 이차전지는 팽창 및 변형된다. 또한, 전극 합제에 포함된 무기물에 의해 분리막이 손상되면서 양극과 음극 간의 접촉이 발생하면 대량의 전류가 흐르면서 열과 가스의 발생을 촉진시키는 바, 이차전지의 발화 및 폭발을 야기할 수 있다.
[7]
이와 같이 전지 내부에서 발생한 가스를 제거하기 위하여 원통형 전지 및 각형 전지는 캡 어셈블리에 벤트와 같은 안전장치를 구비하는 반면, 파우치형 전지는 별도의 안전장치 없이 실링 강도에 의해 벤팅을 결정하고 있을 뿐인 바, 소망하는 조건에서 벤팅을 유도하기 어려운 문제가 있다.
[8]
이와 관련하여, 특허문헌 1은 전지케이스에 내부와 연통되는 개구가 형성되어 있고, 상기 개구를 개폐할 수 있는 형상기억합금의 안전 개폐부가 부가된 이차전지를 개시한다.
[9]
특허문헌 1은 개구가 형성된 상태의 파우치 케이스에서 상기 개구를 개폐하는 구조를 사용하고 있으나, 상기 안전 개폐부는 파우치 전지의 실링부에 적용되기 때문에, 실링부가 절곡되는 구조를 적용할 수 없어서 전지셀의 폭 방향으로 사공간이 발생하는 문제가 있다.
[10]
특허문헌 2는 온도 상승시 절곡된 형태의 형상기억합금이 펴지면서 파우치를 뚫어 개방시키는 형태의 이차전지에 대한 것이다.
[11]
그러나, 특허문헌 2는 형상기억합금이 파우치 전지의 내부에 위치하는 바, 상기 형상기억합금이 전해액 등과 부반응이 발생하는 문제가 있으므로 바람직하지 않다.
[12]
이와 같이, 파우치형 전지셀 내부에서 발생하는 가스를 소망하는 온도에서 배출하기 위하여, 가스의 배출 온도 설정이 가능하고, 이차전지의 내압 증가로 인한 발화 및 폭발을 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
[13]
(선행기술문헌)
[14]
한국 등록특허공보 제0886570호
[15]
한국 공개특허공보 제2013-0019477호

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[16]
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파우치형 전지셀의 외면에 형상기억합금으로 이루어진 벤팅 부재를 적용함으로써 소망하는 온도에서 전지셀 내부의 가스 배출이 이루어질 수 있는 파우치형 전지셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제 해결 수단

[17]
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 전지셀은, 금속층 및 고분자 수지층을 포함하는 전지케이스를 포함하며, 상기 전지케이스는 상부케이스 및 하부케이스 중 적어도 어느 하나에 전극조립체 수납부가 형성되어 있고, 상기 전지케이스의 실링부 인접부로서 상기 전극조립체 수납부 외측면 상에 벤팅 부재가 위치하며, 상기 벤팅 부재는 전지셀의 온도 증가시 전지케이스를 관통하도록 변형되는 형상기억합금으로 이루어질 수 있다.
[18]
상기 벤팅 부재는 정상 온도에서는 일자 형태이고, 온도 증가시에는 적어도 일측 끝단이 구부러지는 형태일 수 있다.
[19]
상기 벤팅 부재는 변형되는 부분의 끝단이 뾰족한 형태로 이루어질 수 있다.
[20]
상기 전지케이스는 상부케이스 및 하부케이스에 전극조립체 수납부가 형성된 구조이며, 상기 전극조립체는 전극 단자가 일측 방향으로 형성되는 단방향 전극조립체이고, 상기 벤팅 부재는, 상기 전극 단자가 위치하는 실링부 인접부로서 상기 전극조립체 수납부 외측면 상에 위치할 수 있다.
[21]
상기 전지케이스는 상부케이스 및 하부케이스에 전극조립체 수납부가 형성된 구조이며, 상기 전극조립체는 전극 단자가 양측 방향으로 형성되는 양방향 전극조립체이고, 상기 벤팅 부재는, 상기 전극 단자가 위치하는 실링부 인접부 또는 전극 단자가 위치하지 않는 실링부 인접부로서 상기 상부케이스 및 하부케이스 중 적어도 어느 하나의 전극조립체 수납부 외측면 상에 위치할 수 있다.
[22]
상기 벤팅 부재는 전극조립체 수납부의 측면 가운데 전극 단자가 위치하지 않는 방향의 외측면 상에 위치할 수 있다.
[23]
상기 벤팅 부재는 전지케이스의 절곡된 실링부와 상기 절곡된 실링부와 마주보는 전극조립체 수납부의 측면 사이에 위치할 수 있다.
[24]
본 발명은 또한, 파우치형 전지셀을 포함하는 전지모듈을 제공하는 바, 상기 파우치형 전지셀, 상기 파우치형 전지셀을 1개 이상 수납하는 하우징(housing), 및 상기 파우치형 전지셀의 내부 가스를 배출하기 위한 벤팅 부재를 포함하고, 상기 벤팅 부재는, 상기 하우징의 내측면으로서 상기 파우치형 전지셀의 실링부와 대면하는 위치에 부착되어 있는 형태일 수 있다.
[25]
상기 벤팅 부재는 상기 파우치형 전지셀의 전극 단자가 위치하는 방향의 실링부와 대면하는 위치에 부착되어 있는 구조일 수 있다.
[26]
상기 벤팅 부재는 상기 파우치형 전지셀의 전극 단자가 위치하지 않는 방향의 실링부와 대면하는 위치에 부착되어 있는 구조일 수 있다.
[27]
본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지셀, 또는 이를 포함하는 전지모듈을 내부에 수용하는 전지팩을 제공하는 바, 상기 파우치형 전지셀의 전극 단자와 결합하는 엔드 플레이트, 또는 상기 파우치형 전지셀과 접촉하는 냉각핀에는 온도 변화에 의해 형상이 변형되어 상기 파우치형 전지셀의 전지케이스를 관통하는 벤팅 부재가 부가되어 있는 구조일 수 있다.

도면의 간단한 설명

[28]
도 1은 벤팅 부재의 변형 전과 후의 사시도이다.
[29]
도 2는 단방향 전극조립체를 포함하고 상부케이스에만 전극조립체 수납부가 형성된 파우치형 전지셀의 사시도이다.
[30]
도 3은 양방향 전극조립체를 포함하는 파우치형 전지셀의 평면도이다.
[31]
도 4는 단방향 전극조립체를 포함하고 상부케이스 및 하부케이스에 전극조립체 수납부가 형성된 파우치형 전지셀의 분해사시도이다.
[32]
도 5는 양방향 전극조립체를 포함하고, 상부케이스에만 전극조립체 수납부가 형성된 파우치형 전지셀의 사시도이다.
[33]
도 6은 실링부가 절곡된 파우치형 전지셀의 사시도이다.
[34]
도 7은 파우치형 전지셀 및 벤팅 부재를 포함하는 전지팩의 분해도이다.

발명의 실시를 위한 형태

[35]
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
[36]
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[37]
본 발명에 따른 파우치형 전지셀은 금속층 및 고분자 수지층을 포함하는 전지케이스를 포함하고, 상기 전지케이스는 상부케이스 및 하부케이스 중 적어도 어느 하나에 전극조립체 수납부가 형성되어 있으며, 상기 전지케이스의 실링부 인접부로서 상기 전극조립체 수납부 외측면 상에 벤팅 부재가 위치하고, 상기 벤팅 부재는 전지셀의 온도 증가시 전지케이스를 관통하도록 변형되는 형상기억합금으로 이루어질 수 있다.
[38]
상기 전지케이스는 외부 환경으로부터 영향을 받지 않는 소재로 이루어진 외부 수지층, 가스 및 수분 등의 유입을 막고 전해액의 누출을 방지하기 위한 금속층 및 전지케이스의 밀봉을 위한 내부 수지층을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
[39]
상기 전극조립체는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극들과 음극들 사이에 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell), 풀셀(Full cell)들을 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 또는 상기 바이셀 및/또는 풀셀이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 접합된 구조의 라미네이션/스택형 등으로 분류할 수 있다.
[40]
상기 전극조립체는 1종의 전극조립체만으로 구성될 수 있으며, 또는 서로 다른 형태로 이루어진 2종 이상의 전극조립체들로 구성될 수 있다.
[41]
2종 이상의 전극조립체들로 구성되는 경우, 상기 전극조립체들은 평면 상 크기가 서로 상이할 수 있는 점을 고려할 때, 상기 전극조립체 수납부는 단차가 있는 구조로 이루어질 수 있다.
[42]
상기 벤팅 부재는 형상기억합금으로 이루어지는 바, 형상기억합금은 전이 온도 이하에서 변형 상태를 유지하더라도 전이 온도 이상이 되면 변형 이전의 모양으로 되돌아가는 성질을 가진 금속합금으로서, 대표적으로는 티탄-니켈계 합금 또는 구리-아연-알루미늄계 합금으로 이루어질 수 있다.
[43]
상기 벤팅 부재는 정상 온도에서는 일자 형태이고, 온도 증가시에는 적어도 일측 끝단이 구부러지는 형태인 바, 상기 벤팅 부재가 전지케이스의 내측 방향으로 구부러지면서 전지케이스에 관통구가 형성되어 가스 배출이 이루어진다.
[44]
이하에서는, 벤팅 부재의 정상 온도 형태를 변형 형태(상태)라고 하고, 전이 온도 이상에서 변형 전 형태로 되돌아간 것을 복원 형태(상태)라고 표시한다.
[45]
가스 배출을 위한 관통구를 용이하게 형성하기 위하여, 상기 벤팅 부재는 변형 및 복원되는 부분의 끝단이 뾰족한 형태로 이루어질 수 있다.
[46]
이와 관련하여, 도 1은 벤팅 부재의 변형 전과 후의 사시도를 도시하고 있다.
[47]
도 1을 참조하면, 벤팅 부재(10)는 전체적으로 가느다란 원기둥 형으로, 정상 온도에서는 직선 형태로 변형된 상태이나, 전이 온도 이상이 되면 변형 전 형태로 복원되기 때문에 우측 끝단이 구부러지게 된다.
[48]
벤팅 부재(10)는 전이 온도 이상에서 구부러지지 않는 좌측 끝단은 평면 형태인 반면, 전이 온도 이상의 온도에서 구부러지는 우측 끝단은 뾰족한 형태로 이루어져 있다. 따라서, 전지케이스에 관통구를 형성하기에 유리한 형태이다.
[49]
벤팅 부재(20)는 전체적으로 가느다란 원기둥 형태이며, 정상 온도에서는 직선 형태로 변형된 상태이나, 전이 온도 이상이 되면 변형 전 형태로 복원되기 때문에 양측 끝단이 동일한 방향으로 구부러지게 된다.
[50]
벤팅 부재(20)는 전이 온도 이상일 때 구부러지는 좌측 및 우측 끝단이 뾰족한 형태로 이루어져 있다.
[51]
벤팅 부재(30)는 전체적으로 가늘고 납작한 사각기둥 형태이며, 정상 온도에서는 직선 형태로 변형된 상태이나, 전이 온도 이상이 되면 변형 전 형태로 복원되기 때문에 우측 끝단이 구부러지게 된다.
[52]
벤팅 부재(30)는 전이 온도 이상에서 구부러지지 않는 좌측 끝단은 평면 형태인 반면, 전이 온도 이상에서 구부러지는 우측 끝단은 뾰족한 형태로 이루어져 있다. 따라서, 전지케이스에 관통구를 형성하기에 유리한 형태이다.
[53]
본 발명에 따른 벤팅 부재는 일자형의 변형 형태에서 구부러진 상태의 복원 형태가 될 때, 벤팅 부재의 일부가 전지케이스를 관통하여 전지셀 내측으로 구부러지는 바, 구부러진 벤팅 부재를 전지셀 내부에 수용할 수 있는 공간이 필요하다.
[54]
예를 들어, 전극조립체로서 스택형 전극조립체를 사용하는 경우 전극 탭 및 전극 리드 연결부가 위치하는 공간을 구부러진 벤팅 부재를 수용하기 위한 공간으로 이용할 수 있다.
[55]
본 발명에 따른 제1실시예로서, 도 2는 단방향 전극조립체를 포함하고 상부케이스에만 전극조립체 수납부가 형성된 파우치형 전지셀의 사시도를 도시하고 있다.
[56]
도 2를 참조하면, 파우치형 전지셀(100)은 전극조립체 수납부(111)가 형성된 상부케이스(110) 및 평면 형상의 하부케이스(120)의 외주변 실링부가 밀봉된 구조이다.
[57]
전극조립체 수납부(111)에는 양극 단자(101) 및 음극 단자(102)가 일측 방향으로 형성되는 단방향 전극조립체가 수납되어 있으며, 양극 단자(101) 및 음극 단자(102)가 위치하는 실링부(141) 인접부로서 전극조립체 수납부(111)의 외측면에는 벤팅 부재(131)가 위치하고 있다.
[58]
벤팅 부재(131)는 도 1에 도시된 벤팅 부재들 가운데 어느 하나의 구조로 이루어질 수 있으며, 전이 온도 이상에서 일측 끝단 또는 양측 끝단이 전지케이스를 향하여 구부러지며 복원 형태가 된다. 복원 형태가 된 벤팅 부재에 의하여 전지케이스에 관통구가 형성되고, 상기 관통구를 통해 전지셀 내부 가스를 배출할 수 있다.
[59]
다만, 구부러진 벤팅 부재(131)의 끝단은 전극 단자와 접촉하지 않는 것이 바람직한 바, 도 2와 같이 단방향 전극조립체를 사용하는 경우에는 일측 끝단만이 복원 형태가 되도록 구부러지는 벤팅 부재(10, 30)를 사용하고, 구부러진 벤팅 부재(131)의 끝단은 양극 단자(101)와 음극 단자(102) 사이에 위치하는 전지셀 내부 공간으로 수용될 수 있다.
[60]
본 발명에 따른 제2실시예로서 도 3은 양방향 전극조립체를 포함하는 파우치형 전지셀의 평면도를 도시하고 있다.
[61]
도 3을 참조하면, 파우치형 전지셀(200)은 상부케이스(210)에 전극조립체 수납부(211)가 형성되어 있고, 전극조립체 수납부(211)에는 양극 단자(201) 및 음극 단자(202)가 서로 반대 방향으로 돌출된 양방향 전극조립체가 수납되어 있다.
[62]
파우치형 전지셀(200)의 하부케이스는 평면 형태일 수 있으며, 또는 전극조립체 수납부가 형성된 구조일 수 있다.
[63]
벤팅 부재(231)는 양극 단자(201)가 위치하는 실링부(241) 인접부로서 전극조립체 수납부(211)의 외측면 상에 위치하고, 벤팅 부재(232)는 음극 단자(202)가 위치하는 실링부(242) 인접부로서 전극조립체 수납부(211)의 외측면 상에 위치한다.
[64]
벤팅 부재(231)는 도 1에 도시된 벤팅 부재들 가운데 어느 하나의 구조로 이루어질 수 있으며, 전이 온도 이상에서 일측 끝단 또는 양측 끝단이 전지케이스를 향하여 구부러지며 복원 형태가 된다. 복원 형태가 된 벤팅 부재에 의하여 전지케이스에 관통구가 형성되고, 상기 관통구를 통해 전지셀 내부 가스를 배출할 수 있다.
[65]
도 3과 같이 양방향 전극조립체를 포함하는 경우에는, 전지셀 내부의 가스 배출이 신속하게 이루어질 수 있도록 복수의 배기구가 형성되는 것이 바람직한 바, 벤팅 부재(231, 232)는 도 1의 벤팅 부재(20)와 같이 양측 끝단이 모두 복원 형태가 되도록 구부러지는 것을 적용할 수 있다. 구부러진 형태가 된 벤팅 부재(231, 232)의 끝단은 양극 단자(201) 및 음극 단자(202)의 양측에 위치하는 전지셀 내부 공간으로 수용될 수 있다.
[66]
도 3의 파우치형 전지셀(200)은 하부케이스에 전극조립체 수납부가 형성된 구조일 수 있는 바, 이와 같은 경우, 양극 단자(201)가 위치하는 실링부(241) 인접부로서 하부케이스에 형성된 전극조립체 수납부의 외측면 상 및, 음극 단자(202)가 위치하는 실링부(242) 인접부로서 하부케이스에 형성된 전극조립체 수납부의 외측면 상 각각에 벤팅 부재들이 추가적으로 부가될 수 있다.
[67]
전극조립체 수납부가 상부케이스 및 하부케이스 각각에 형성되는 경우에는 전극조립체의 크기가 커질 수 있는 바, 전지셀 내부 부반응에 따른 기체 발생이 많아질 수 있다. 따라서, 상부케이스 및 하부케이스 각각에 벤팅 부재를 부가함으로써 신속한 배기가 이루어질 수 있다. 또한, 도 1의 벤팅 부재(20)와 같이 양측 끝단이 복원 형태로 변형되는 벤팅 부재를 사용하는 경우에는 배기구의 개수가 늘어나기 때문에 빠른 배기 효과를 얻는 데에 바람직하다.
[68]
본 발명에 따른 제3실시예로서, 도 4는 단방향 전극조립체를 포함하고 상부케이스 및 하부케이스에 전극조립체 수납부가 형성된 파우치형 전지셀의 분해사시도를 도시하고 있다.
[69]
도 4를 참조하면, 파우치형 전지셀(300)은 상부케이스(310)에 전극조립체 수납부(311)가 형성되어 있고, 하부케이스(320)에 전극조립체 수납부(321)가 형성되어 있으며, 양극 단자(301) 및 음극 단자(302)가 같은 방향으로 돌출된 단방향 전극조립체가 내부에 수용되는 구조이다.
[70]
벤팅 부재(331)는 양극 단자(301) 및 음극 단자(302)가 위치하는 실링부(341) 인접부로서 상부케이스(310)의 전극조립체 수납부(311)의 외측면에 위치하고, 벤팅 부재(332)는 양극 단자(301) 및 음극 단자(302)가 위치하는 실링부(341) 인접부로서 상부케이스(310)의 전극조립체 수납부(311)의 외측면에 위치한다.
[71]
파우치형 전지셀(300)은 단방향 전극조립체를 사용하고 있는 바, 도 2의 벤팅 부재(131)와 같이 벤팅 부재(331, 332)는 일측 끝단만이 구부러져서 복원 형태가 되는 벤팅 부재를 사용하고, 구부러진 벤팅 부재(331, 332)의 끝단은 양극 단자(301)와 음극 단자(302)의 사이에 위치하는 전지셀 내부 공간으로 수용될 수 있다.
[72]
도 2 내지 도 4의 파우치형 전지셀과 같이, 전극 단자가 위치하는 방향의 실링부 인접부로서 전극조립체 수납부 외측면 상에 벤팅 부재가 위치하는 경우에는, 벤팅 부재가 변형 상태에서 전극 단자가 형성된 실링부 인접부에 위치하고, 회복 상태에서는 구부러진 부분이 전지셀 내부에서 사공간으로 취급되는 부분에 수용되는 바, 벤팅 부재의 부가로 인하여 전지셀의 크기가 증가하는 문제를 방지할 수 있다.
[73]
본 발명에 따른 제4실시예로서, 상기 벤팅 부재는 전극조립체 수납부의 측면 가운데 전극 단자가 위치하지 않는 방향의 외측면 상에 위치할 수 있다.
[74]
이와 관련하여, 도 5는 양방향 전극조립체를 포함하고, 상부케이스에만 전극조립체 수납부가 형성된 파우치형 전지셀의 사시도를 도시하고 있다.
[75]
도 5를 참조하면, 파우치형 전지셀(400)은 상부케이스(410)에 전극조립체 수납부(411)가 형성되어 있고, 하부케이스(420)는 평면 형태일 수 있으며, 또는 전극조립체 수납부가 형성된 구조일 수 있다.
[76]
전극조립체 수납부(411)에는 양극 단자(401) 및 음극 단자(402)가 반대 방향으로 돌출된 양방향 전극조립체가 파우치형 전지셀(400) 내부에 수용되어 있다.
[77]
벤팅 부재(431)는 양극 단자(401) 및 음극 단자(402)가 위치하지 않는 실링부(441, 442) 인접부로서 상부케이스(410)의 전극조립체 수납부(411)의 외측면에 1개 이상 위치할 수 있다.
[78]
한편, 하부케이스(420)에 전극조립체 수납부가 형성된 구조인 경우에는, 전극 단자가 위치하지 않는 실링부(441, 442) 인접부로서 하부케이스(420)의 전극조립체 수납부의 외측면에 벤팅 부재가 추가로 위치할 수 있다.
[79]
또한, 음극 단자(402)와 인접하게 배치되는 벤팅 부재(431) 이외에, 이와 대칭이 되는 양극 단자(401)와 인접한 위치에 벤팅 부재가 추가적으로 부가될 수 있음은 물론이다.
[80]
벤팅 부재(431)는 도 2 내지 도 4에 도시된 벤팅 부재들과 달리 전극 단자가 위치하지 않는 실링부 인접부에 위치하는 바, 전극 단자와 가까운 방향의 끝단만 복원 형태가 되는 것이 바람직하다. 또한, 복원되는 벤팅 부재의 끝단은 양극 단자(401) 및 음극 단자(402)의 양측에 위치하는 전지셀 내부 공간으로 수용될 수 있다.
[81]
추가적으로, 벤팅 부재(431)는 양극 단자(401) 및/또는 음극 단자(402)가 위치하는 실링부 인접부로서 상부케이스(410)의 전극조립체 수납부(411)의 외측면에 위치할 수 있다.
[82]
본 발명에 따른 제5실시예로서, 상기 벤팅 부재는 전지케이스의 절곡된 실링부와 상기 절곡된 실링부와 마주보는 전극조립체 수납부의 측면 사이에 위치할 수 있다.
[83]
이와 관련하여, 도 6은 실링부가 절곡된 파우치형 전지셀의 사시도를 도시하고 있다.
[84]
도 6을 참조하면, 파우치형 전지셀(500)은 상부케이스(510)에 전극조립체 수납부(511)가 형성되어 있고, 하부케이스(520)에 전극조립체 수납부(521)가 형성되어 있으며, 양극 단자(501) 및 음극 단자(502)가 같은 방향으로 돌출된 단방향 전극조립체가 내부에 수용되는 구조이다.
[85]
파우치형 전지셀(500)은 전극 단자가 돌출되지 않은 방향의 실링부가 절곡된 상태인 바, 절곡된 실링부(540)와 하부케이스(520)의 전극조립체 수납부(521) 측면 사이에 벤팅 부재(531)가 위치한다.
[86]
벤팅 부재(531)는 도 5의 벤팅 부재(431)와 같은 형태인 바, 음극 단자(502)가 위치하는 방향의 끝단만 복원 형태가 되어 전지케이스를 관통할 수 있다.
[87]
또한, 절곡된 실링부(540)의 반대쪽 실링부와 전극조립체 수납부의 측면 사이에 벤팅 부재가 추가로 위치할 수 있으며, 복원되는 벤팅 부재(531)의 끝단은 양극 단자(401) 및 음극 단자(402)의 외측의 전지셀 내부 공간으로 수용될 수 있다.
[88]
파우치형 전지셀(500)의 경우에는, 전극 단자가 위치하는 방향의 실링부(541) 인접부에 벤팅 부재가 위치하지 않지만, 절곡된 실링부와 전극조립체 수납부의 측면 사이에 벤팅 부재가 위치하는 바, 도 1의 벤팅 부재(30)와 같이 가늘고 납작한 사각기둥 형태의 벤팅 부재(30)를 적용하는 것이 바람직하다.
[89]
상기 벤팅 부재의 부가 방법은, 벤팅 부재를 파우치형 전지셀의 외면에 안정적으로 고정시킬 수 있다면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 접착성 소재를 벤팅 부재의 외면에 도포하여 부착할 수 있고, 또는, 벤팅 부재를 물리적으로 장착할 수 있는 장치를 추가하여 고정할 수 있다.
[90]
구체적으로, 접착성 테이프를 이용하여 벤팅 부재를 부착시키거나, 벤팅 부재를 삽입할 수 있는 홈 등을 파우치 케이스를 성형하여 사용할 수 있으며, 벤팅 부재를 파우치 케이스 또는 전극 단자에 끼울 수 있는 클립 등 별도의 부재를 사용하여 실링부 상에 벤팅 부재를 부착 내지 물리적으로 고정하는 방법을 사용할 수 있다.
[91]
본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지셀을 포함하는 전지모듈을 제공하는 바, 상기 파우치형 전지셀, 상기 파우치형 전지셀을 1개 이상 수납하는 하우징(housing), 및 상기 파우치형 전지셀의 내부 가스를 배출하기 위한 벤팅 부재를 포함하고, 상기 벤팅 부재는, 상기 하우징의 내측면으로서 상기 파우치형 전지셀의 실링부와 대면하는 위치에 부착될 수 있다. 또한, 하우징의 내측면에 벤팅 부재를 끼우거나 삽입하여 장착하는 구조를 포함하는 하우징을 제작하여 사용할 수 있다.
[92]
구체적으로, 상기 벤팅 부재는 상기 파우치형 전지셀의 전극 단자가 위치하는 방향의 실링부와 대면하는 위치에 부착 또는 고정될 수 있고, 또는, 상기 파우치형 전지셀의 전극 단자가 위치하지 않는 방향의 실링부와 대면하는 위치에 부착 또는 고정될 수 있다.
[93]
이와 관련하여, 도 7은 파우치형 전지셀 및 벤팅 부재를 포함하는 전지모듈의 분해도를 도시하고 있다.
[94]
도 7을 참조하면, 전지모듈은 파우치형 전지셀(600)의 외면을 감싸는 한 쌍의 하우징(651, 652)을 포함하고, 하우징(651)의 내측면으로서 파우치형 전지셀(600)의 전극 단자가 위치하지 않는 방향의 실링부(642)와 대면하는 위치에 벤팅 부재(631)가 위치하고 있다.
[95]
또한, 도 7에 도시된 바와 달리, 본 발명에 따른 전지모듈은 전극 단자가 위치하는 방향의 실링부(641)와 대면하는 하우징의 내측면에 벤팅 부재가 부가된 형태일 수 있다.
[96]
벤팅 부재(631)는 전이 온도에서 파우치형 전지셀(600) 방향으로 구부러지며 복원 형태가 될 수 있는 바, 벤팅 부재의 복원에 의해 전지케이스에 가스 배출용 관통구가 형성될 수 있다.
[97]
도 7과 같이, 벤팅 부재는 파우치형 전지셀의 실링부 인접부로서 전지모듈 내부의 사공간으로 취급되는 부분에 부가되기 때문에, 벤팅 부재의 부가로 인하여 전지모듈의 크기가 변경되는 것을 방지할 수 있다.
[98]
본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지셀, 또는 이를 포함하는 전지모듈을 내부에 수용하는 전지팩을 제공하는 바, 상기 파우치형 전지셀의 전극 단자와 결합하는 엔드 플레이트, 또는 상기 파우치형 전지셀과 접촉하는 냉각핀에는 온도 변화에 의해 형상이 변형되어 상기 파우치형 전지셀의 전지케이스를 관통하는 벤팅 부재가 부가될 수 있다.
[99]
또한, 하우징 내측면, 엔드 플레이트 또는 냉각핀 등에 홈, 고리 또는 클립 등을 장착하여 벤팅 부재를 고정시킬 수 있다.
[100]
이와 같이, 상기 벤팅 부재는 파우치형 전지셀의 외면에 부가되는 구조가 아니며, 파우치형 전지셀과 인접하게 위치하는 엔트 플레이트, 또는 냉각핀에 부착될 수 있는 바, 벤팅 부재가 전이 온도 이상에서 복원 상태가 되면, 파우치형 전지셀 방향으로 구부러지면서, 전지케이스에 가스 배출용 관통구가 형성될 수 있다.
[101]
상기 엔드 플레이트 및 냉각핀의 구조는 특별히 제한되지 않으며, 벤팅 부재를 적용하더라도 전체적인 전지팩의 크기에 영향을 주지 않는 구조로 이루어진 경우에는 적용될 수 있다.
[102]
이와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지셀에 포함되는 벤팅 부재는 형상기억합금으로 이루어지기 때문에, 파우치형 전지셀의 가스 배출이 필요한 온도에서 형상이 변형되도록 설계할 수 있다.
[103]
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 형상기억합금 소재의 벤팅 부재를 포함하는 바, 소망하는 온도에서 벤팅이 이루어짐으로써 전지셀의 폭발 및 발화를 방지할 수 있다.
[104]
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
[105]
(부호의 설명)
[106]
10, 20, 30, 131, 231, 232, 331, 332, 431, 531, 631: 벤팅 부재
[107]
100, 200, 300, 400, 500, 600: 파우치형 전지셀
[108]
101, 201, 301, 401, 501: 양극 단자
[109]
102, 202, 302, 402, 502: 음극 단자
[110]
110, 210, 310, 410, 510: 상부케이스
[111]
111, 211, 311, 321, 411, 511, 521: 전극조립체 수납부
[112]
120, 320,420, 520: 하부케이스
[113]
141, 241, 242, 341, 541, 641: 전극 단자가 위치하는 실링부
[114]
441, 442, 642: 전극 단자가 위치하지 않는 실링부
[115]
540: 절곡된 실링부
[116]
651, 652: 하우징

산업상 이용가능성

[117]
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지셀은 소망하는 온도에서 전지케이스에 관통구를 형성함으로써 가스 배출이 이루어질 수 있다.
[118]
또한, 벤팅 부재를 전지셀 외부에 부가함으로써, 전지셀 내부에 위치하는 벤팅 부재가 전해액 등과 부반응을 일으키는 문제를 방지할 수 있다.
[119]
또한, 벤팅 부재를 전지셀의 잉여공간에 부가하기 때문에, 벤팅 부재의 부가로 인하여 전지셀의 크기가 증가하는 것을 방지할 수 있다.

청구범위

[청구항 1]
금속층 및 고분자 수지층을 포함하는 전지케이스를 포함하는 파우치형 전지셀로서, 상기 전지케이스는 상부케이스 및 하부케이스 중 적어도 어느 하나에 전극조립체 수납부가 형성되어 있고, 상기 전지케이스의 실링부 인접부로서 상기 전극조립체 수납부 외측면 상에 벤팅 부재가 위치하며, 상기 벤팅 부재는 전지셀의 온도 증가시 전지케이스를 관통하도록 변형되는 형상기억합금으로 이루어진 파우치형 전지셀.
[청구항 2]
제1항에 있어서, 상기 벤팅 부재는 정상 온도에서는 일자 형태이고, 온도 증가시에는 적어도 일측 끝단이 구부러지는 형태인 파우치형 전지셀.
[청구항 3]
제1항에 있어서, 상기 벤팅 부재는 변형되는 부분의 끝단이 뾰족한 형태로 이루어진 파우치형 전지셀.
[청구항 4]
제1항에 있어서, 상기 전지케이스는 상부케이스 및 하부케이스에 전극조립체 수납부가 형성된 구조이며, 상기 전극조립체는 전극 단자가 일측 방향으로 형성되는 단방향 전극조립체이고, 상기 벤팅 부재는, 상기 전극 단자가 위치하는 실링부 인접부로서 상기 전극조립체 수납부 외측면 상에 위치하는 파우치형 전지셀.
[청구항 5]
제1항에 있어서, 상기 전지케이스는 상부케이스 및 하부케이스에 전극조립체 수납부가 형성된 구조이며, 상기 전극조립체는 전극 단자가 양측 방향으로 형성되는 양방향 전극조립체이고, 상기 벤팅 부재는, 상기 전극 단자가 위치하는 실링부 인접부 또는 전극 단자가 위치하지 않는 실링부 인접부로서 상기 상부케이스 및 하부케이스 중 적어도 어느 하나의 전극조립체 수납부 외측면 상에 위치하는 파우치형 전지셀.
[청구항 6]
제1항에 있어서, 상기 벤팅 부재는 전극조립체 수납부의 측면 가운데 전극 단자가 위치하지 않는 방향의 외측면 상에 위치하는 파우치형 전지셀.
[청구항 7]
제1항에 있어서, 상기 벤팅 부재는 전지케이스의 절곡된 실링부와 상기 절곡된 실링부와 마주보는 전극조립체 수납부의 측면 사이에 위치하는 파우치형 전지셀.
[청구항 8]
파우치형 전지셀을 포함하는 전지모듈로서, 상기 파우치형 전지셀, 상기 파우치형 전지셀을 1개 이상 수납하는 하우징(housing), 및 상기 파우치형 전지셀의 내부 가스를 배출하기 위한 벤팅 부재를 포함하고, 상기 벤팅 부재는, 상기 하우징의 내측면으로서 상기 파우치형 전지셀의 실링부와 대면하는 위치에 부착되어 있는 전지모듈.
[청구항 9]
제8항에 있어서, 상기 벤팅 부재는 상기 파우치형 전지셀의 전극 단자가 위치하는 방향의 실링부와 대면하는 위치에 부착되어 있는 전지모듈.
[청구항 10]
제8항에 있어서, 상기 벤팅 부재는 상기 파우치형 전지셀의 전극 단자가 위치하지 않는 방향의 실링부와 대면하는 위치에 부착되어 있는 전지모듈.
[청구항 11]
파우치형 전지셀, 또는 이를 포함하는 전지모듈을 내부에 수용하는 전지팩으로서, 상기 파우치형 전지셀의 전극 단자와 결합하는 엔드 플레이트, 또는 상기 파우치형 전지셀과 접촉하는 냉각핀에는 온도 변화에 의해 형상이 변형되어 상기 파우치형 전지셀의 전지케이스를 관통하는 벤팅 부재가 부가되어 있는 전지팩.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]

[도5]

[도6]

[도7]