WO2020175773A1 - 벤팅 장치 - Google Patents

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최용수
김상훈
유형균
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Definitions

  • the present invention relates to a venting device, and more particularly, to a venting device that is inserted in at least one sealing portion of a pouch of a secondary battery, discharges gas inside the pouch to the outside, and minimizes bending of a leaf spring in a closed state.
  • a venting device that is inserted in at least one sealing portion of a pouch of a secondary battery, discharges gas inside the pouch to the outside, and minimizes bending of a leaf spring in a closed state.
  • types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries.
  • These secondary batteries are not only small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, portable game devices, power tools, and E-bikes, but also large-scale products requiring high output such as electric vehicles and hybrid vehicles, and surplus power generation. It is also applied and used in power storage devices for storing electric power or renewable energy and power storage devices for backup.
  • Secondary batteries are classified into pouch type and can type, depending on the material of the case accommodating the electrode assembly.
  • the pouch type accommodates the electrode assembly in a pouch made of a soft polymer material.
  • the can type accommodates the electrode assembly in a case made of a material such as metal or plastic.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a venting device that is inserted into at least one sealing portion of a pouch of a secondary battery, discharges gas inside the pouch to the outside, and minimizes bending of a leaf spring in a closed state.
  • a venting device inserted into a sealing part of a pouch of a rechargeable battery for solving the above problem, comprising: a housing inserted between both surfaces of the sealing part and sealed together with the sealing part; A sheet formed inside the housing and through which a passage communicating inside and outside the pouch is formed; A leaf spring made of a metal having an elastic force and opening and closing the passage according to the internal pressure of the pouch; And a ball disposed between the seat and the leaf spring to open and close the passage by contacting or spaced apart from the seat at the outlet side of the passage, wherein the ball is formed in a hemispherical shape and the leaf spring Is attached to the inner surface of
  • the leaf spring a center formed in the center; And a peripheral portion extending outwardly from the central portion, wherein the ball is attached to the central portion, and a gas exhaust hole may be perforated in the peripheral portion.
  • the leaf spring may have a cap shape in which one side is convex outward, and an insertion space into which the seat and the ball are inserted may be formed.
  • the leaf spring may be bent toward the sheet whose other end is inserted into the insertion space.
  • the leaf spring has a shape of a flat plate and may contact the sheet.
  • the sheet may be chamfered or filleted at an inner circumferential edge of the exit side surface of the passage.
  • the sheet may be chamfered or filleted at an outer circumferential edge of the exit side surface of the passage.
  • the housing may include an upper housing and a lower housing having different shapes or sizes from each other.
  • the lower housing may have a width smaller than that of the upper housing.
  • the upper housing may have a circular cylinder shape
  • the lower housing may have an elliptical cylinder shape
  • the present invention also provides a pouch-type secondary battery in which the venting device is inserted into a sealing portion of a pouch, a battery module including the pouch-type secondary battery as a unit cell, and a device including the battery module.
  • the devices include computers, notebooks, smartphones, mobile phones, tablet PCs, wearable electronic devices, power tools, electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrids.
  • EV electric vehicles
  • HEV hybrid electric vehicles
  • plug-in hybrids An electric vehicle (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) or a power storage device may be mentioned, but is not limited thereto.
  • FIG. 1 is an assembly diagram of a secondary battery including a venting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the secondary battery of FIG. 1 in which manufacturing is completed.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a pouch film forming a battery case according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a venting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a venting device in which the ball has a spherical shape.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a sheet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a state in which a ball is seated on a seat according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view of a leaf spring according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a state in which a leaf spring according to an embodiment of the present invention surrounds a seat and a ball.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a state in which the other end of the leaf spring according to an embodiment of the present invention is bent toward the seat side.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a state of a venting device that has been manufactured by inserting a leaf spring and a sheet into a housing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an operation diagram showing an operation of a venting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a state in which manufacturing of a venting device according to another embodiment of the present invention is completed.
  • FIG. 14 is an operation diagram showing an operation of a venting device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an assembly view of a secondary battery 1 including a venting device 15 according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the secondary battery 1 of FIG. 1 that has been manufactured.
  • the pouch-type secondary battery 1 In the process of manufacturing the pouch-type secondary battery 1, first, a slurry in which an electrode active material, a binder, and a plasticizer are mixed is applied to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector to prepare an electrode such as a positive electrode and a negative electrode. After forming the electrode assembly 10 having a predetermined shape by stacking on both sides of the electrode assembly 10, the electrode assembly 10 is inserted into the battery case 13, and the electrolyte is injected and then sealed.
  • the electrode assembly 10 includes two types of electrodes such as an anode and a cathode, and a separator interposed between the electrodes to insulate the electrodes from each other.
  • the electrode assembly 10 includes a stack type, a jelly roll type, and a stack and folding type.
  • Two types of electrodes that is, a positive electrode and a negative electrode, have a structure in which an active material slurry is coated on an electrode current collector in the form of a metal foil or metal mesh including aluminum and copper, respectively.
  • the slurry may be formed by stirring a particulate active material, an auxiliary conductor, a binder, a plasticizer, and the like in a state in which a solvent is added. The solvent is removed in a subsequent process.
  • the electrode assembly 10 includes an electrode tab 11, as shown in FIG. 1.
  • the electrode tabs 11 protrude from the anode and the cathode of the electrode assembly 10, respectively, and become a path through which electrons can move between the inside and the outside of the electrode assembly 10.
  • the current collector of the electrode assembly 10 includes a portion coated with an electrode active material and a terminal portion to which the electrode active material is not applied, that is, a non-coated portion.
  • the electrode tab 11 may be formed by cutting the uncoated portion or by connecting a separate conductive member to the uncoated portion by ultrasonic welding or the like. As shown in FIG. 1, the electrode tabs 11 may protrude from one side of the electrode assembly 10 in the same direction, but are not limited thereto and may protrude in different directions.
  • An electrode lead 12 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 by spot welding or the like.
  • a part of the electrode lead 12 is surrounded by an insulating portion 14.
  • the insulating part 14 is located limited to the sealing part 134 in which the upper case 131 and the lower case 132 of the battery case 13 are thermally fused, and is adhered to the battery case 13.
  • electricity generated from the electrode assembly 10 is prevented from flowing to the battery case 13 through the electrode lead 12 and the sealing of the battery case 13 is maintained.
  • the insulating portion 14 is made of a non-conductive non-conductor that does not conduct electricity well.
  • an insulating tape that is easy to attach to the electrode lead 12 and has a relatively thin thickness is often used, but is not limited thereto, and various members can be used if the electrode lead 12 can be insulated. have.
  • the electrode lead 12 has one end connected to the positive electrode tab 111, and one end connected to the positive electrode lead 121 and the negative electrode tab 112 extending in a direction in which the positive electrode tab 111 protrudes, and the negative electrode tab 112 ) Includes a cathode lead 122 extending in the protruding direction. Meanwhile, the other ends of the positive lead 121 and the negative lead 122 protrude to the outside of the battery case 13, as shown in FIG. 1. Accordingly, electricity generated inside the electrode assembly 10 can be supplied to the outside.
  • the anode tab 111 and the cathode tab 112 are formed to protrude in various directions, respectively, the anode lead 121 and the cathode lead 122 may also extend in various directions, respectively.
  • the anode lead 121 and the cathode lead 122 may have different materials from each other. That is, the positive lead 121 may be made of the same aluminum (Al) material as the positive current collector, and the negative lead 122 may be made of the same copper (Cu) material as the negative current collector or a copper material coated with nickel (Ni). In addition, a portion of the electrode lead 12 protruding to the outside of the battery case 13 becomes a terminal portion and is electrically connected to the external terminal.
  • the battery case 13 is a pouch made of a flexible material. Hereinafter, the battery case 13 will be described as being a pouch.
  • the battery case 13 accommodates and seals the electrode assembly 10 so that a part of the electrode lead 12, that is, the terminal portion is exposed.
  • the battery case 13 includes an upper case 131 and a lower case 132 as shown in FIG. 1.
  • a cup portion 133 is formed to provide an accommodation space 1331 capable of accommodating the electrode assembly 10, and in the upper case 131, the electrode assembly 10 is a battery case 13
  • the accommodation space 1331 is covered from the top so as not to be separated from the outside of the unit. In this case, as shown in FIG.
  • a cup portion 133 in which an accommodation space 1331 is provided is also formed in the upper case 131, so that the electrode assembly 10 may be accommodated from the top.
  • the upper case 131 and the lower case 132 may be manufactured by connecting one side to each other, but are not limited thereto and may be manufactured in various ways such as being separated from each other and manufactured separately.
  • the venting device 15 is inserted between both sides of the sealing unit 134 and sealed together, thereby being fixed within the sealing unit 134. do.
  • the venting device 15 includes a passage for communicating the inside and the outside of the battery case 13 to each other, and when the internal pressure of the battery case 13 increases, the internal gas is discharged to the outside to adjust the pressure. Details of the venting device 15 will be described later.
  • the cup portion 133 of the lower case 132 When the electrode lead 12 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 and the insulating portion 14 is formed on a part of the electrode lead 12, the cup portion 133 of the lower case 132 The electrode assembly 10 is accommodated in the accommodation space 1331, and the upper case 131 covers the space from above. Then, an electrolyte is injected into the interior, and sealing portions formed on the edges of the upper case 131 and the lower case 132 are sealed.
  • the electrolyte is for moving lithium ions generated by the electrochemical reaction of the electrode during charging and discharging of the secondary battery 1, and is a non-aqueous organic electrolyte or a polymer using a polymer electrolyte, which is a mixture of a lithium salt and a high-purity organic solvent. It may include. Through this method, as shown in FIG. 2, the pouch-type secondary battery 1 may be manufactured.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a pouch film 135 forming a battery case 13 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery case 13 is manufactured by drawing the pouch film 135. That is, it is manufactured by stretching the pouch film 135 to form the cup portion 133. As shown in FIG. 3, the pouch film 135 includes a gas barrier layer 1351, a surface protection layer 1352, and a sealant layer 1353.
  • the gas barrier layer 1351 secures the mechanical strength of the battery case 13, blocks entry of gas or moisture from the outside of the secondary battery 1, and prevents leakage of an electrolyte solution.
  • the gas barrier layer 1351 includes a metal, and an aluminum thin film (Al Foil) is mainly used.
  • Al Foil aluminum can secure a mechanical strength of a predetermined level or higher, it is light in weight, and complements the electrochemical properties of the electrode assembly 10 and the electrolyte, and can secure heat dissipation.
  • the present invention is not limited thereto, and various materials may be included in the gas barrier layer 1351.
  • it may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), and aluminum (Al).
  • Fe iron
  • C carbon
  • Cr chromium
  • Mn manganese
  • Ni nickel
  • Al aluminum
  • the gas barrier layer 1351 is made of a material containing iron, mechanical strength is improved, and when a material containing aluminum is made of a material, flexibility is improved, so it may be used in consideration of each characteristic.
  • the surface protection layer 1352 is made of a polymer and is positioned on the outermost layer to protect the secondary battery 1 from friction and collision with the outside, while electrically insulating the electrode assembly 10 from the outside.
  • the outermost layer refers to a direction opposite to the direction in which the electrode assembly 10 is positioned with respect to the gas barrier layer 1351 and to the outside.
  • the surface protection layer 1352 is polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymer, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, polypara.
  • the surface protection layer 1352 may have a single layer structure made of any one material, or may have a composite layer structure formed by each layer of two or more materials.
  • the sealant layer 1352 is made of a polymer and is positioned on the innermost layer to directly contact the electrode assembly 10.
  • a portion of the pouch-type battery case 13 is stretched to include a pocket-shaped receiving space 1333 ( 133).
  • an electrolyte is injected.
  • the sealant layers 1351 are adhered to each other, thereby sealing the battery case 13.
  • the sealant layer 1352 directly contacts the electrode assembly 10, it must have insulation, and since it contacts the electrolyte, it must have corrosion resistance.
  • the inside since the inside must be completely sealed to block material movement between the inside and outside, it must have high sealing properties. That is, the sealing portions 134 to which the sealant layers 1352 are bonded to each other should have excellent thermal bonding strength.
  • the sealant layer 1351 includes polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymer, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, poly It may be made of one or more materials selected from the group consisting of paraphenylenebenzobisoxazole, polyarylate, Teflon, and glass fibers.
  • polyolefin resins such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) are mainly used.
  • Polypropylene (PP) is excellent in mechanical properties such as tensile strength, stiffness, surface hardness, abrasion resistance, heat resistance, and chemical properties such as corrosion resistance, and is mainly used to manufacture the sealant layer 1351. Further, it may be composed of non-stretched polypropylene (Cated Polypropylene) or polypropylene-butylene-ethylene terpolymer. In addition, the sealant layer 1351 may have a single layer structure made of any one material, or may have a composite layer structure formed by each of two or more materials.
  • FIG. 4 is a perspective view of a venting device 15 according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 1 further includes at least one venting device 15.
  • at least one venting device 15 by minimizing bending of the leaf spring 153 in the closed state of the venting device 15, it is possible to reduce the deviation of the opening pressure between the venting devices 15. In addition, it is possible to reduce the deviation of the actual opening pressure and the numerical value of the designed opening pressure before manufacturing the venting device 15.
  • the opening pressure refers to a specific pressure inside the battery case 13 when the venting device 15 is opened.
  • the venting device 15 in the venting device 15 inserted into the sealing part 134 of the pouch of the rechargeable battery 1, includes both sides of the sealing part 134 A housing 151 inserted between and sealed together with the sealing part 134; A sheet 152 formed inside the housing 151 and through which a passage 154 communicating inside and outside the pouch is formed; A leaf spring 153 made of a metal having an elastic force to open and close the passage 154 according to the internal pressure of the pouch; And a ball 155 disposed between the seat 152 and the leaf spring 153 to open and close the passage 154 by contacting or spaced apart from the seat 152 at the outlet side of the passage 154. ), but the ball 155 is formed in a hemispherical shape and attached to the inner surface of the leaf spring 153.
  • the housing 151 is inserted between both surfaces of the sealing part 134 and sealed together with the sealing part 134.
  • the sealant layer 1352 which is the innermost layer of the sealing portion 134, and the housing 151 contact each other.
  • the sealant layer 1352 of the sealing part 134 may be fused together with the housing 151 to be sealed.
  • the housing 151 includes an upper housing 1511 and a lower housing 1512, and a step may be formed between the upper housing 1511 and the lower housing 1512. This step may be formed when the upper housing 1511 and the lower housing 1512 have different shapes or sizes from each other.
  • the upper housing 1511 may have a circular cylinder shape due to a cross section
  • the lower housing 1512 may have an elliptical cylinder shape whose cross section is an ellipse.
  • the width of the lower housing 1512 may be smaller than the width of the upper housing 1511. Accordingly, since the lower housing 1512 is inserted between the both surfaces of the sealing unit 134 and sealed together, the lower housing 1512 is fused with the inner surface of the sealing unit 134, and the upper housing 1511 may protrude to the outside of the pouch.
  • the width of the lower housing 1512 may be smaller than the thickness of the sealing portion 134, and in particular, it is preferable that the long axis of the cross section is 6 mm or less.
  • the lower housing 1512 has an oval cylinder shape with an ellipse in cross section, so that the lower housing 1512 is easily sealed to the sealing unit 134, so that the sealing can be maintained without breaking for a long period of time. have.
  • the width of the upper housing 1511 may also be smaller than the thickness of the sealing portion 134, and in particular, it is preferable that the diameter of the cross-section is 8 mm or less.
  • the housing 151 may have various shapes, such as having a single cylinder shape without being divided into an upper housing 1511 and a lower housing 1512.
  • the seat 152 is formed inside the housing 151.
  • a passage 154 communicating inside and outside the pouch is formed in the sheet 152 through a center. Details of the sheet 152 will be described later.
  • the leaf spring 153 is made of metal and opens and closes the passage 154 formed in the sheet 152 according to the internal pressure of the pouch. In particular, when the internal pressure of the pouch is less than a certain pressure, the leaf spring 153 closes the outlet 1541 of the passage 154. Further, when the internal pressure of the pouch gradually increases and thus exceeds a specific pressure, the leaf spring 153 opens the outlet 1541 of the passage 154 while being spaced apart from the sheet 152.
  • the venting device in order to be inserted into the sealing portion 134 of the secondary battery 1, the venting device must be miniaturized. However, if a coil spring is used as in the prior art, the structure of the venting device is complicated and there is a limit to miniaturization. Therefore, according to an embodiment of the present invention, by using the leaf spring 153, the structure of the venting device 15 can be simplified and thus downsized to the extent that it can be inserted into the sealing part 134 of the secondary battery 1 have.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a venting device 5 in which the ball 55 has a spherical shape.
  • the ball 55 is disposed between the leaf spring 53 and the seat 52, contacts or spaced apart from the seat 52, and opens and closes the passage 54.
  • the ball 55 has a spherical shape, as shown in FIG. 5, the state in which the ball 55 contacts the seat 52 to close the passage 54 is relatively to the leaf spring 53 In spite of the state in which the external force acts the least, the leaf spring 53 is bent greatly. Accordingly, when a plurality of venting devices 5 are manufactured, there is a problem in that the opening pressure between the plurality of venting devices 5 varies depending on the degree to which the leaf spring 53 is bent. In addition, there is also a problem that a deviation occurs in the numerical value of the opening pressure designed before manufacture of the venting device 5 and the actual opening pressure after manufacture of the venting device 5.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a sheet 152 according to an embodiment of the present invention.
  • the sheet 152 is formed inside the housing 151, and the passage 154 is formed therethrough.
  • the sheet 152 may be made of metal to improve durability, but may be made of a polymer to prevent gaps between components.
  • the polymer may include a polyolefine-based polymer such as polypropylene (PP).
  • PP polypropylene
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a state in which the ball 155 is seated on the seat 152 according to an embodiment of the present invention.
  • the ball 155 has a hemispherical shape and is disposed on the outlet 1541 side of the passage 154 formed in the sheet 152. And, it is disposed between the leaf spring 153 and the seat 152, the contact or spaced apart from the seat 152 to open and close the passage 154.
  • the ball 155 may be made of a polymer to further improve adhesion to the sheet 152, but may be made of metal to improve the durability of the ball 155.
  • the ball 155 is formed in the shape of a hemisphere and is attached to the inner surface of the leaf spring 153. At this time, in order to be attached to the leaf spring 153 more easily, a plane other than the hemispherical surface of the ball 155 is attached to the inner surface of the leaf spring 153. Meanwhile, the chamfered or filleted surface 1521 of the sheet 152 has an inclination to some extent. In addition, the hemispherical surface of the ball 155 faces the ball 155 on one surface 1521 of the seat 152, and can be easily seated as shown in FIG. 7.
  • the ball 155 has a diameter smaller than the widest width among the one side 1521 of the sheet 152 and wider than the narrowest width in order to be easily seated on the seat 152.
  • the plane of the ball 155 is formed to have a height substantially similar to the highest point of the seat 152.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a leaf spring 153 according to an embodiment of the present invention.
  • the leaf spring 153 may be manufactured by molding a metal plate.
  • the metal plate has a wide and thin plate shape, is made of metal, and may include aluminum (Al) or stainless steel (STS) in particular.
  • it may be formed by a drawing process of stretching the metal plate with a punch. Specifically, drawing molding may be performed by seating the metal plate on a die, fixing the metal plate by a stripper, and then stretching with a punch.
  • the leaf spring 153 manufactured as described above has a cap shape in which one side portion 1530 is convex outward, as shown in FIG. 8, and an insertion space 1534 into which the sheet 152 is inserted Is formed.
  • One side portion 1530 of the leaf spring 153 may mean a ceiling in a cap shape, as shown in FIG. 8.
  • the present disclosure is not limited thereto, and the one side portion 1530 of the leaf spring 153 may include various parts.
  • one side portion 1530 of the leaf spring 153 includes a central portion 1531 formed at the center and a peripheral portion 1532 extending outwardly from the central portion 1531.
  • the ball 155 is attached to the lower surface of the central portion 1531 to close the passage 154 formed in the sheet 152, so that the gas exhaust hole 1533 is formed in the central portion 1531 Not perforated. Accordingly, it is preferable that the gas exhaust hole 1533 is perforated in the peripheral portion 1532 of the one side portion 1530 of the leaf spring 153.
  • the gas exhaust hole 1533 may have a different opening pressure of the venting device 15 according to the shape and area to be formed. Accordingly, by adjusting the shape and area of the gas exhaust hole 1533, the opening pressure of the venting device 15 can be adjusted.
  • the opening pressure refers to a specific pressure inside the pouch when the venting device 15 is opened.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a state in which a leaf spring 153 according to an embodiment of the present invention encloses the seat 152 and the ball 155.
  • the leaf spring 153 When the leaf spring 153 is manufactured, the seat 152 and the ball 155 are inserted into the insertion space 1534 as shown in FIG. 9. Thus, the leaf spring 153 surrounds the seat 152 and the ball 155.
  • the outlet 1541 side of the passage 154 faces the one side 1530 of the leaf spring 153.
  • the internal pressure of the pouch is less than the specific pressure, at the outlet 1541 side of the passage 154 formed in the seat 152, one side 1530 of the leaf spring 153 touches the ball 155 By pushing inward, the passage 154 can be closed.
  • the ball 155 is formed in a hemispherical shape, so that a plane other than the hemispherical surface of the ball 155 is attached to the inner surface of the leaf spring 153. At this time, when the adhesive is applied to the plane of the ball 155 and the seat 152 and the ball 155 are inserted into the insertion space 1534, the plane of the ball 155 is the center of the leaf spring 153 ( 1531) can be attached to the inner surface.
  • the ball 155 may be first seated on the seat 152 and then inserted into the insertion space 1534 of the leaf spring 153, but is not limited thereto, and the ball 155 is attached to the leaf spring 153 After attaching first, the sheet 152 may be inserted into the insertion space 1534.
  • a gas exhaust hole 1533 may be formed in the peripheral portion 1532. Accordingly, when the gas inside the pouch pushes the one side portion 1530 of the leaf spring 153 outward, the passage 154 is opened, and the gas flows out to the outlet 1541 of the passage 154. In this case, the leaked gas must be discharged to the outside through the gas exhaust hole 1533. Accordingly, the sheet 152 may be chamfered or filleted at an outer peripheral edge of the side of the outlet 1541 of the passage 154.
  • the gas can be guided into the gas exhaust hole 1533, and the peripheral portion 1532 of the one side 1530 of the leaf spring 153 is pushed to the outside while the one side 1530 of the leaf spring 153 is pushed outward.
  • a space is provided for) to move inward.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a state in which the other end portion 1535 of the leaf spring 153 according to an embodiment of the present invention is bent toward the seat 152 side.
  • the leaf spring 153 is firmly fixed to the seat 152. Accordingly, when the gas inside the pouch pushes the one side portion 1530 of the leaf spring 153 outward through the ball 155, the one side portion 1530 of the leaf spring 153 moves outward. At this time, the leaf spring 153 does not slide as a whole, but only one side portion 1530 of the leaf spring 153 is deformed and moved. This is because, if the leaf spring 153 performs a sliding motion, the leaf spring 153 may leave the venting device 15. In particular, only the central portion 1531 of the one side portion 1530 is pushed outward, and the peripheral portion 1532 of the one side portion 1530 may move inward. Accordingly, the gas inside the pouch may be discharged to the outside through the passage 154.
  • the other end 1535 of the leaf spring 153 is removed as shown in FIG. Likewise, it is bent toward the sheet 152.
  • the leaf spring 153 is prevented from being detached (separated) from the sheet 152 and the leaf spring 153 prevents the venting device 15. It can be fixed without leaving.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the state of the venting device 15, which is manufactured by inserting the leaf spring 153 and the sheet 152 into the housing 151 according to an embodiment of the present invention.
  • the leaf spring 153 into which the seat 152 is inserted is inserted into the housing 151 as shown in FIG. 11.
  • manufacturing of the venting device 15 according to an embodiment of the present invention is completed.
  • the venting device 15 manufactured as described above is inserted into the sealing portion 134 of the pouch and sealed together.
  • the housing 151 includes the upper housing 1511 and the lower housing 1512
  • the leaf spring 153 and the seat 152 are preferably included in the upper housing 1511.
  • one side portion 1530 of the leaf spring 153 faces the open end 1513 of the upper housing 1511. Accordingly, gas may be discharged to the outside through the gas exhaust hole 1533 formed in the one side portion 1530.
  • the leaf spring 153 does not slide as a whole, but only one side portion 1530 is deformed in a fixed state. Therefore, in order to have a large frictional force between the outer circumferential surface of the leaf spring 153 and the inner circumferential surface of the housing 151, when the leaf spring 153 is inserted into the housing 151, between the leaf spring 153 and the housing 151 It is desirable that the gap of is minimized.
  • the present invention is not limited thereto, and in order to further increase the frictional force, the coefficient of friction may be increased by increasing the surface roughness of the outer circumferential surface of the leaf spring 153 or the inner circumferential surface of the housing 151.
  • a separate adhesive may be applied between the leaf spring 153 and the housing 151, or a protrusion may protrude to one of the leaf spring 153 and the housing 151 and a groove may be formed in the other to be combined.
  • the leaf spring 153 may be fixed to the housing 151 in various ways.
  • FIG 12 is an operation diagram showing the operation of the venting device 15 according to an embodiment of the present invention.
  • the high temperature rapidly accelerates the electrochemical reaction of the electrolyte and the electrode active material, and gas may be generated therein.
  • the gas pushes the ball 155 outward, and the ball 155 is pushed out. Accordingly, one side portion 1530 of the leaf spring 153 is also pushed outward. And as the leaf spring 153 is spaced apart from the seat 152, the ball 155 is separated from the seat 152 to open the outlet 1541 of the passage 154, and the gas inside the pouch is transferred to the passage 154 and It may be discharged to the outside through the gas exhaust hole 1533. At this time, as described above, it is preferable that the leaf spring 153 does not slide with respect to the seat 152.
  • the leaf spring 153 is made of metal and has elasticity. Accordingly, when the internal pressure of the pouch is less than the specific pressure, the leaf spring 153 returns to its original position by the elastic force. In addition, the elastic force of the leaf spring 153 pushes the ball 155 inward from the outlet 1541 of the passage 154 formed in the sheet 152, and the ball 155 is one side of the seat 152 While in close contact with the 1521, the outlet 1541 of the passage 154 is closed.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a state in which manufacturing of a venting device 15a according to another embodiment of the present invention is completed.
  • the leaf spring 153 has a cap shape in which one side portion 1530 is convex outward, and the seat 152 and the ball 155 are provided in the insertion space 1534 formed therein. Is inserted.
  • the leaf spring 153 since the leaf spring 153 has a cap shape, it may not be easy to attach the plane of the ball 155 to an exact position on the inner surface of the leaf spring 153.
  • the leaf spring 153a has a flat plate shape and contacts the sheet 152a.
  • a separate fixing ring (not shown) may be inserted into the upper housing 1511 and fixed to the upper portion of the leaf spring 153a.
  • the fixing ring has elasticity, and when it is inserted into the upper housing 1511, an external force is applied to reduce its diameter, and after being inserted into the upper housing 1511, the external force is removed and the diameter can increase again. have. Accordingly, when the elastic force acts as a normal force on the inner circumferential surface of the upper housing 1511, the frictional force between the fixing ring and the inner circumferential surface of the upper housing 1511 may increase.
  • FIG 14 is an operation diagram showing the operation of the venting device 15a according to another embodiment of the present invention.
  • the venting device 15a when the internal pressure of the pouch exceeds a specific pressure, as shown in FIG. 14, the gas pushes the ball 155 outward, and the ball ( As 155 is pushed, the leaf spring 153a is pushed outward. And the leaf spring (153a) is spaced apart from the seat (152a), the ball 155 is separated from the seat (152a) to open the outlet (1541) of the passage (154), and the gas inside the pouch to the passage (154) and It may be discharged to the outside through the gas exhaust hole 1533a.
  • the leaf spring 153a When the gas inside the pouch is sufficiently discharged to the outside, the pressure inside the pouch decreases again, and the pressure of the gas pushing the leaf spring 153a decreases. Accordingly, when the internal pressure of the pouch is smaller than the specific pressure, the leaf spring 153a returns to its original position by the elastic force. In addition, the elastic force of the leaf spring 153a pushes the ball 155 inward from the outlet 1541 side of the passage 154 formed in the sheet 152a, and the ball 155 is one surface of the sheet 152a While in close contact with the 1521, the outlet 1541 of the passage 154 is closed.

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 벤팅 장치 이차 전지의 파우치의 실링부에 삽입되는 벤팅 장치에 있어서, 상기 실링부의 양 면 사이에 삽입되어 상기 실링부와 함께 실링되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 형성되고, 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로가 관통 형성되는 시트; 상기 파우치의 내부 압력에 따라 상기 통로를 개폐하며, 탄성력을 가진 금속으로 제조되는 판 스프링; 및 상기 시트와 상기 판 스프링의 사이에 배치되어, 상기 통로의 출구측에서, 상기 시트와 접촉 또는 이격하며 상기 통로를 개폐하는 볼을 포함하되, 상기 볼은, 반구의 형태로 형성되어 상기 판 스프링의 내면에 부착된다.

Description

벤팅 장치
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 02월 25일자 한국특허출원 제10-2019-0022033호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 벤팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 파우치의 실링부에 적어도 하나 삽입되어, 파우치의 내부의 가스를 외부로 배출하며, 폐쇄 상태에서 판 스프링의 벤딩을 최소화하는 벤팅 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 연성의 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
한편, 이차 전지는 외부 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열과 이로 인한 전해질 분해, 열폭주 현상 등 여러 가지 문제로 안전성에 위협을 받는다. 특히, 전해질 분해에 따라 기체가 발생하여 이차 전지 내부의 압력이 증가하면, 이차 전지가 폭발하는 문제가 발생한다.
구체적으로, 이차 전지를 반복적으로 충방전하면, 전해질과 전극 활물질에 의한 전기화학적 반응으로 기체가 발생한다. 이 때, 발생한 기체는 이차 전지의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 결합력 약화, 이차 전지의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다. 따라서, 캔 형(Can Type)의 이차 전지의 경우에는, CID 필터 및 안전 벤트와 같은 보호 부재가 마련되어, 케이스의 내부의 압력이 증가하면 전기적 연결을 물리적으로 차단하였다. 그러나, 종래의 파우치 형(Pouch Type)의 이차 전지의 경우에는, 이러한 보호 부재가 충분히 마련되지 않았다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이차 전지의 파우치의 실링부에 적어도 하나 삽입되어, 파우치의 내부의 가스를 외부로 배출하며, 폐쇄 상태에서 판 스프링의 벤딩을 최소화하는 벤팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 벤팅 장치 이차 전지의 파우치의 실링부에 삽입되는 벤팅 장치에 있어서, 상기 실링부의 양 면 사이에 삽입되어 상기 실링부와 함께 실링되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 형성되고, 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로가 관통 형성되는 시트; 상기 파우치의 내부 압력에 따라 상기 통로를 개폐하며, 탄성력을 가진 금속으로 제조되는 판 스프링; 및 상기 시트와 상기 판 스프링의 사이에 배치되어, 상기 통로의 출구측에서, 상기 시트와 접촉 또는 이격하며 상기 통로를 개폐하는 볼을 포함하되, 상기 볼은, 반구의 형태로 형성되어 상기 판 스프링의 내면에 부착된다.
또한, 상기 판 스프링은, 중심에 형성된 중심부; 및 상기 중심부로부터 외측 방향으로 연장 형성된 주변부를 포함하며, 상기 중심부에는 상기 볼이 부착되고, 상기 주변부에는 가스 배기 홀이 타공될 수 있다.
또한, 상기 판 스프링은, 일측부가 외측으로 볼록한 캡 형상을 가지고, 내부에 상기 시트 및 상기 볼이 삽입되는 삽입 공간이 형성될 수 있다.
또한, 상기 판 스프링은, 타측 단부가 상기 삽입 공간에 삽입된 상기 시트를 향해 절곡될 수 있다.
또한, 상기 판 스프링은, 평평한 플레이트의 형상을 가지며, 상기 시트와 접촉할 수 있다.
또한, 상기 시트는, 상기 통로의 출구측 면의 내주 모서리가 챔퍼링 또는 필렛팅될 수 있다.
또한, 상기 시트는, 상기 통로의 출구측 면의 외주 모서리가 챔퍼링 또는 필렛팅될 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 서로 모양 또는 크기가 상이한 상부 하우징 및 하부 하우징을 포함할 수 있다.
또한, 상기 하부 하우징은, 너비가 상기 상부 하우징의 너비보다 작을 수 있다.
또한, 상기 상부 하우징은, 원형 실린더 형상을 가지고, 상기 하부 하우징은, 타원형 실린더 형상을 가질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 벤팅 장치가 파우치의 실링부에 삽입되는 파우치 형 이차 전지, 상기 파우치 형 이차 전지를 단위전지로서 포함하는 전지모듈 및 상기 전지모듈을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 휴대폰, 태블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 또는 전력 저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전지모듈 및 디바이스의 구조 및 그것들의 제작 방법은 당업계 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
벤팅 장치의 폐쇄 상태에서 판 스프링의 벤딩을 최소화하여, 벤팅 장치 간의 개방 압력의 편차를 감소시킬 수 있다.
또한, 벤팅 장치의 제조 전에 설계한 개방 압력의 수치와 실제 개방 압력의 편차도 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치가 포함된 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 제조가 완료된 도 1의 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스를 형성하는 파우치 필름의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치의 사시도이다.
도 5는 볼이 구 형상을 가지는 벤팅 장치의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트에 볼이 안착된 모습을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 판 스프링의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 판 스프링이, 시트 및 볼을 포위한 모습을 나타낸 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 판 스프링의 타측 단부를, 시트 측을 향해 절곡한 모습을 나타낸 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징에 판 스프링 및 시트가 삽입되어 제조가 완료된 벤팅 장치의 모습을 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치가 동작하는 모습을 나타낸 동작도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 장치의 제조가 완료된 모습을 나타낸 개략도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 장치가 동작하는 모습을 나타낸 동작도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치(15)가 포함된 이차 전지(1)의 조립도이고, 도 2는 제조가 완료된 도 1의 이차 전지(1)의 사시도이다.
파우치 형 이차 전지(1)를 제조하는 과정은, 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극 등의 전극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
구체적으로, 전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 양극 및 음극 등 두 종류의 전극과, 상기 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 이러한 전극 조립체(10)는 스택형, 젤리롤형, 스택 앤 폴딩형 등이 있다. 두 종류의 전극, 즉 양극과 음극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다.
전극 조립체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극으로부터 각각 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열 융착되는 실링부(134)에 한정되어 위치하여, 전지 케이스(13)에 접착된다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111)에 일단이 연결되고, 양극 탭(111)이 돌출된 방향으로 연장되는 양극 리드(121) 및 음극 탭(112)에 일단이 연결되고, 음극 탭(112)이 돌출된 방향으로 연장되는 음극 리드(122)를 포함한다. 한편, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 도 1에 도시된 바와 같이, 모두 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)의 내부에서 생성된 전기를 외부로 공급할 수 있다. 또한, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다.
양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
전지 케이스(13)는 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 포함한다. 하부 케이스(132)에는 컵부(133)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 케이스(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이 상부 케이스(131)에도 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133)가 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 일측이 서로 연결되어 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 분리되어 별도로 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
전지 케이스(13)의 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 서로 맞닿은 후, 테두리에 형성된 실링부(134)가 실링된다. 이 때 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 벤팅 장치(15)는 상기 실링부(134)의 양 면의 사이에 삽입되어 함께 실링됨으로써, 실링부(134) 내에 고정된다. 그리고 벤팅 장치(15)는 전지 케이스(13)의 내부 및 외부를 서로 연통하는 통로를 포함하여, 전지 케이스(13)의 내부 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절한다. 벤팅 장치(15)에 대한 자세한 내용은 후술한다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 케이스(132)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 케이스(131)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리에 형성된 실링부를 실링한다. 전해액은 이차 전지(1)의 충, 방전 시 전극의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해, 도 2에 도시된 바와 같이 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)를 형성하는 파우치 필름(135)의 단면도이다.
전지 케이스(13)는 파우치 필름(135)을 드로잉(Drawing) 성형하여 제조된다. 즉, 파우치 필름(135)을 연신시켜 컵부(133)를 형성함으로써 제조된다. 이러한 파우치 필름(135)은 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 배리어층(Gas Barrier Layer, 1351), 표면 보호층(Surface Protection Layer, 1352) 및 실란트층(Sealant Layer, 1353)을 포함한다.
가스 배리어층(1351)은 전지 케이스(13)의 기계적 강도를 확보하고, 이차 전지(1) 외부의 가스 또는 수분 등의 출입을 차단하며, 전해액의 누수를 방지한다. 일반적으로 가스 배리어층(1351)은 금속을 포함하며 주로 알루미늄 박막(Al Foil)이 사용된다. 알루미늄은 소정 수준 이상의 기계적 강도를 확보할 수 있으면서도 무게가 가볍고 전극 조립체(10)와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 확보할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 다양한 재질이 가스 배리어층(1351)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 이 때 상기 가스 배리어층(1351)을 철이 함유된 재질로 제조할 경우에는 기계적 강도가 향상되고, 알루미늄이 함유된 재질로 할 경우에는 유연성이 향상되므로, 각각의 특성을 고려하여 사용될 수 있을 것이다.
표면 보호층(1352)은 폴리머로 제조되고, 최외층에 위치하여 외부와의 마찰 및 충돌로부터 이차 전지(1)를 보호하면서, 전극 조립체(10)를 외부로부터 전기적으로 절연시킨다. 여기서 최외층이란, 상기 가스 배리어층(1351)을 기준으로 전극 조립체(10)가 위치하는 방향의 반대 방향으로, 외부를 향하는 방향을 말한다. 이러한 표면 보호층(1352)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 주로 내마모성 및 내열성을 가지는 나일론(Nylon) 수지 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머가 사용된다. 그리고 표면 보호층(1352)은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 가지거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수도 있다.
실란트층(1353)은 폴리머로 제조되고, 최내층에 위치하여 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉한다. 파우치 형 전지 케이스(13)는 상기와 같은 적층 구조의 파우치 필름(135)을, 펀치 등을 이용하여 드로잉(Drawing) 성형하면, 일부가 연신되어 주머니 형태의 수용 공간(1333)을 포함하는 컵부(133)를 형성하면서 제조된다. 그리고, 이러한 수용 공간(1333)에 전극 조립체(10)가 내부에 수용되면 전해액을 주입한다. 그 후에 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 서로 접촉시키고, 실링부(134)에 열 압착을 하면 실란트층(1353)끼리 접착됨으로써 전지 케이스(13)가 실링된다. 이 때, 실란트층(1353)은 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가져야 하며, 전해액과도 접촉하므로 내식성을 가져야 한다. 또한, 내부를 완전히 밀폐하여 내부 및 외부간의 물질 이동을 차단해야 하므로, 높은 실링성을 가져야 한다. 즉, 실란트층(1353)끼리 접착된 실링부(134)는 우수한 열 접착 강도를 가져야 한다. 일반적으로 이러한 실란트층(1353)에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 주로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 실란트층(1353)을 제조하는데 주로 사용된다. 나아가, 무연신 폴리프로필렌(Cated Polypropylene) 또는 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원 공중합체로 구성될 수도 있다. 또한, 실란트층(1353)은, 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 갖거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치(15)의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 적어도 하나의 벤팅 장치(15)를 더 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 벤팅 장치(15)의 폐쇄 상태에서 판 스프링(153)의 벤딩을 최소화하여, 벤팅 장치(15) 간의 개방 압력의 편차를 감소시킬 수 있다. 또한, 벤팅 장치(15)의 제조 전에 설계한 개방 압력의 수치와 실제 개방 압력의 편차도 감소시킬 수 있다. 여기서 개방 압력이란, 벤팅 장치(15)가 개방될 때의 전지 케이스(13) 내부의 특정 압력을 말한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치(15)는 이차 전지(1)의 파우치의 실링부(134)에 삽입되는 벤팅 장치(15)에 있어서, 상기 실링부(134)의 양 면 사이에 삽입되어 상기 실링부(134)와 함께 실링되는 하우징(151); 상기 하우징(151)의 내부에 형성되고, 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로(154)가 관통 형성되는 시트(152); 상기 파우치의 내부 압력에 따라 상기 통로(154)를 개폐하며, 탄성력을 가진 금속으로 제조되는 판 스프링(153); 및 상기 시트(152)와 상기 판 스프링(153)의 사이에 배치되어, 상기 통로(154)의 출구측에서, 상기 시트(152)와 접촉 또는 이격하며 상기 통로(154)를 개폐하는 볼(155)을 포함하되, 상기 볼(155)은, 반구의 형태로 형성되어 상기 판 스프링(153)의 내면에 부착된다.
하우징(151)은 상기 실링부(134)의 양 면 사이에 삽입되어 실링부(134)와 함께 실링된다. 하우징(151)이 상기 실링부(134)의 양 면에 삽입되면, 실링부(134)의 최내층인 실란트층(1353)과 하우징(151)이 접촉한다. 그리고, 열과 압력이 가해지면, 실링부(134)의 실란트층(1353)이 하우징(151)과 함께 융착되어 실링될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(151)은 상부 하우징(1511)과 하부 하우징(1512)을 포함하며, 상부 하우징(1511)과 하부 하우징(1512) 사이에 단차가 형성될 수 있다. 이러한 단차는, 상부 하우징(1511)과 하부 하우징(1512)이 서로 모양 또는 크기가 상이함으로써, 형성될 수 있다. 예를 들면, 상부 하우징(1511)은 횡단면이 원인 원형 실린더 형상을 가지고, 하부 하우징(1512)은 횡단면이 타원인 타원형 실린더 형상을 가질 수 있다. 또는, 하부 하우징(1512)의 너비가 상부 하우징(1511)의 너비보다 작을 수 있다. 따라서, 하부 하우징(1512)은 실링부(134)의 양 면 사이에 삽입되어 함께 실링되므로 실링부(134)의 내측면과 융착되고, 상부 하우징(1511)은 파우치의 외측으로 돌출될 수 있다.
이 때, 하부 하우징(1512)의 너비가 과도하게 크다면, 실링부(134)도 크게 변형되어야 하므로, 실링부(134)의 실링이 파괴될 가능성이 높다. 따라서, 하부 하우징(1512)은 너비가 상기 실링부(134)의 두께보다 작을 수 있으며, 특히 횡단면의 장축이 6 mm 이하인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 기술한 바와 같이 하부 하우징(1512)은 횡단면이 타원인 타원형 실린더 형상을 가짐으로써, 하부 하우징(1512)이 실링부(134)에 용이하게 실링되어, 실링이 장기간 파괴되지 않고 유지될 수 있다.
또한, 상부 하우징(1511)이 과도하게 크다면, 파우치의 외측으로 돌출된 상부 하우징(1511)이, 주변의 다른 이차 전지(1)를 간섭할 수 있다. 그럼으로써, 이차 전지(1)의 패키지 또는 모듈을 조립하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 따라서, 상부 하우징(1511)은 너비도 상기 실링부(134)의 두께보다 작을 수 있으며, 특히 횡단면의 직경이 8 mm 이하인 것이 바람직하다. 다만 이에 제한되지 않고, 하우징(151)은 상부 하우징(1511) 및 하부 하우징(1512)으로 구분되지 않고 하나의 실린더 형상을 가지는 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
시트(152)는 상기 하우징(151)의 내부에 형성된다. 그리고, 시트(152)에는 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로(154)가, 중심을 관통하여 형성된다. 시트(152)에 대한 자세한 내용에 대한 설명은 후술한다.
판 스프링(153)은 금속으로 제조되어 파우치의 내부 압력에 따라, 상기 시트(152)에 형성된 통로(154)를 개폐한다. 특히, 파우치의 내부 압력이 특정 압력보다 작은 경우에, 판 스프링(153)은 통로(154)의 출구(1541)를 폐쇄한다. 그리고, 파우치의 내부 압력이 점차 증가함으로써 특정 압력을 초과하면, 판 스프링(153)은 상기 시트(152)와 이격되면서 통로(154)의 출구(1541)를 개방한다.
종래에는 코일 스프링을 사용하여 통로를 개폐하였다. 그런데, 이차 전지(1)의 실링부(134)에 삽입되기 위해서는 벤팅 장치가 소형화 되어야 한다. 그러나, 종래와 같이 코일 스프링을 사용한다면, 벤팅 장치의 구조가 복잡하고, 소형화되는데 한계가 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 판 스프링(153)을 사용함으로써, 벤팅 장치(15)의 구조를 단순화 하여 이차 전지(1)의 실링부(134)에 삽입할 수 있을 정도로 소형화 될 수 있다.
도 5는 볼(55)이 구 형상을 가지는 벤팅 장치(5)의 개략도이다.
볼(55)은 판 스프링(53)과 시트(52)의 사이에 배치되어, 시트(52)와 접촉 또는 이격하며 상기 통로(54)를 개폐한다. 그런데 볼(55)이 도 5에 도시된 바와 같이, 구 형상을 가지는 경우, 볼(55)이 시트(52)에 접촉하여 통로(54)를 폐쇄하는 상태가, 판 스프링(53)에 상대적으로 외력이 가장 적게 작용하는 상태임에도 불구하고, 판 스프링(53)이 크게 벤딩되었다. 따라서, 복수의 벤팅 장치(5)를 제조하면, 판 스프링(53)이 벤딩되는 정도에 따라 복수의 벤팅 장치(5) 간의 개방 압력에 편차가 발생하는 문제가 있었다. 또한, 벤팅 장치(5)의 제조 전에 설계한 개방 압력의 수치와, 벤팅 장치(5)의 제조 후 실제 개방 압력에도 편차가 발생하는 문제도 있었다.
나아가, 판 스프링(53)이 벤딩된 상태를 장시간 동안 계속 유지하고 있으므로, 판 스프링(53)에 크리프(Creep) 현상이 발생하여 판 스프링(53)의 수명을 단축시키고, 벤팅 장치(5) 전체의 수명을 단축시키는 문제도 있었다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트(152)의 개략도이다.
시트(152)는 상기 하우징(151)의 내부에 형성되고, 상기 통로(154)가 관통 형성된다. 이러한 시트(152)는 내구성 향상을 위해 금속으로 제조될 수도 있으나, 구성 간의 간극 발생을 방지하기 위해 폴리머로 제조될 수도 있다. 특히, 상기 폴리머는 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀(Polyolefine)계 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 시트(152)는 도 6에 도시된 바와 같이, 통로(154)의 출구(1541)측 면의 내주 모서리가 챔퍼링(Chamfering) 또는 필렛팅(Filleting)된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트(152)에 볼(155)이 안착된 모습을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 볼(155)은 반구의 형상을 가지며, 시트(152)에 형성된 통로(154)의 출구(1541)측에 배치된다. 그리고, 판 스프링(153)과 시트(152)의 사이에 배치되어, 시트(152)와 접촉 또는 이격하며 상기 통로(154)를 개폐한다. 볼(155)은 시트(152)와의 밀착성을 더욱 향상시키기 위해 폴리머로 제조될 수도 있으나, 볼(155)의 내구성을 향상시키기 위해 금속으로 제조될 수도 있다.
볼(155)은 반구의 형태로 형성되어 상기 판 스프링(153)의 내면에 부착된다. 이 때, 판 스프링(153)에 더욱 용이하게 부착되기 위해, 볼(155)의 반구면이 아닌 평면이 판 스프링(153)의 내면에 부착된다. 한편, 시트(152)의 챔퍼링 또는 필렛팅된 일면(1521)이 어느 정도 경사를 가진다. 그리고 볼(155)의 반구면은 도 7에 도시된 바와 같이, 시트(152)의 일면(1521)에 상기 볼(155)이 마주하며, 용이하게 안착될 수 있다.
이러한 볼(155)은 시트(152)에 용이하게 안착되기 위해, 직경이 시트(152)의 일면(1521) 중에서 가장 넓은 폭보다는 작고, 가장 좁은 폭보다는 넓다. 그리고, 볼(155)이 안착되면 볼(155)의 평면이 시트(152)의 최고점과 대략 유사한 높이로 형성된다. 그럼으로써, 볼(155)이 통로(154)를 폐쇄하는 상태에도 판 스프링(153)이 크게 벤딩되지 않으므로, 벤팅 장치(15) 간의 개방 압력의 편차를 감소시킬 수 있고 또한, 벤팅 장치(15)의 제조 전에 설계한 개방 압력의 수치와 실제 개방 압력의 편차도 감소시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는 볼(155)의 평면이 시트(152)의 최고점보다 약간 높을 수 있다. 그럼으로써 판 스프링(153)의 탄성력이 볼(155)에 효율적으로 인가되어 볼(155)의 시트(152)의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 판 스프링(153)의 개략도이다.
판 스프링(153)은 금속 판재를 성형하여 제조될 수 있다. 금속 판재는 넓고 얇은 판형의 형상을 가지고, 금속으로 제조되며, 특히 알루미늄(Al) 또는 스테인레스 스틸(STS)을 포함할 수 있다. 그리고 이러한 판 스프링(153)을 제조하기 위해, 상기 금속 판재를 펀치로 연신하는 드로잉(Drawing) 공정으로 성형할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 판재를 다이에 안착시키고, 스트리퍼가 금속 판재를 고정시킨 후, 펀치로 연신함으로써 드로잉 성형을 수행할 수 있다. 이와 같이 제조된 판 스프링(153)은, 도 8에 도시된 바와 같이 일측부(1530)가 외측으로 볼록한 캡(Cap) 형상을 가지고, 내부에 시트(152)가 삽입되는 삽입 공간(1534)이 형성된다. 판 스프링(153)의 일측부(1530)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 캡 형상에서 천장을 의미할 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 판 스프링(153)의 일측부(1530)는 다양한 부분을 포함할 수 있다.
한편, 판 스프링(153)은 탄성력을 구비함으로 인하여 파우치의 내부 압력에 따라, 볼(155)과 함께 상기 시트(152)에 형성된 통로(154)를 개폐한다. 이를 위해, 판 스프링(153)의 일측부(1530)에는, 가스 배기 홀(1533)이 타공되는 것이 바람직하다. 이 때, 판 스프링(153)의 일측부(1530)는 중심에 형성된 중심부(1531) 및 상기 중심부(1531)로부터 외측 방향으로 연장 형성된 주변부(1532)를 포함한다. 그리고 일측부(1530) 중에서, 중심부(1531)는 하면에 볼(155)이 부착되어, 시트(152)에 형성된 통로(154)를 폐쇄하므로, 상기 중심부(1531)에는 가스 배기 홀(1533)이 타공되지 않는다. 따라서, 상기 가스 배기 홀(1533)은 판 스프링(153)의 일측부(1530) 중에서, 주변부(1532)에 타공되는 것이 바람직하다.
이러한 가스 배기 홀(1533)은, 형성되는 모양 및 면적에 따라 벤팅 장치(15)의 개방 압력이 상이할 수 있다. 따라서, 가스 배기 홀(1533)의 모양 및 면적으로 조절함으로써, 벤팅 장치(15)의 개방 압력을 조절할 수 있다. 여기서 개방 압력이란, 벤팅 장치(15)가 개방될 때의 파우치 내부의 특정 압력을 말한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 판 스프링(153)이, 시트(152) 및 볼(155)을 포위한 모습을 나타낸 개략도이다.
판 스프링(153)이 제조되면, 도 9에 도시된 바와 같이 시트(152) 및 볼(155)을 삽입 공간(1534)에 삽입한다. 그럼으로써, 판 스프링(153)이 시트(152) 및 볼(155)의 주변을 포위한다. 시트(152) 및 볼(155)이 삽입 공간(1534)에 삽입될 때, 상기 통로(154)의 출구(1541)측이 판 스프링(153)의 상기 일측부(1530)를 향하는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 파우치의 내부 압력이 특정 압력보다 작은 경우에는, 시트(152)에 형성된 통로(154)의 출구(1541) 측에서, 판 스프링(153)의 일측부(1530)가 볼(155)을 내측으로 밀어내어, 상기 통로(154)를 폐쇄할 수 있다.
볼(155)은 반구의 형태로 형성되어, 볼(155)의 반구면이 아닌 평면이 판 스프링(153)의 내면에 부착된다. 이 때, 볼(155)의 평면에 접착제가 도포되고, 시트(152) 및 볼(155)이 삽입 공간(1534)에 삽입될 때, 볼(155)의 평면이 판 스프링(153)의 중심부(1531)의 내면에 부착될 수 있다. 이 때, 볼(155)이 시트(152)에 먼저 안착된 후, 판 스프링(153)의 삽입 공간(1534)에 삽입될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 볼(155)이 판 스프링(153)에 먼저 부착된 후, 시트(152)가 삽입 공간(1534)에 삽입될 수도 있다.
상기 기술한 바와 같이, 판 스프링(153)의 일측부(1530) 중에서, 주변부(1532)에 가스 배기 홀(1533)이 형성될 수 있다. 따라서, 파우치 내부의 가스가 판 스프링(153)의 일측부(1530)를 외측으로 밀어내면 통로(154)가 개방되고, 상기 가스는 통로(154)의 출구(1541)로 유출된다. 이 때, 유출된 상기 가스는 가스 배기 홀(1533)을 통해 외부로 배출되어야 한다. 따라서, 시트(152)는 상기 통로(154)의 출구(1541)측 면의 외주 모서리가 챔퍼링(Chamfering) 또는 필렛팅(Filleting)될 수 있다. 그럼으로써, 상기 가스를 가스 배기 홀(1533)로 유도할 수 있으며, 또한 판 스프링(153)의 일측부(1530)가 외측으로 밀리면서 판 스프링(153)의 일측부(1530)의 주변부(1532)가 내측으로 이동할 수 있는 공간이 마련된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 판 스프링(153)의 타측 단부(1535)를, 시트(152) 측을 향해 절곡한 모습을 나타낸 개략도이다.
판 스프링(153)은 시트(152)에 견고하게 고정되는 것이 바람직하다. 따라서, 파우치 내부의 가스가 볼(155)을 통해 판 스프링(153)의 일측부(1530)를 외측으로 밀어내면, 상기 판 스프링(153)은 상기 일측부(1530)가 외측으로 이동한다. 이 때, 판 스프링(153)이 전체적으로 슬라이딩 운동하는 것이 아니라, 상기 판 스프링(153)의 일측부(1530)만이 변형되어 이동한다. 만약, 판 스프링(153)이 슬라이딩 운동을 한다면, 판 스프링(153)이 벤팅 장치(15)를 이탈할 수 있기 때문이다. 특히, 상기 일측부(1530)의 중심부(1531)만이 외측으로 밀려나고, 일측부(1530)의 주변부(1532)는 내측으로 이동할 수 있다. 따라서, 파우치 내부의 가스가 상기 통로(154)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시트(152) 및 볼(155)이 삽입 공간(1534)에 삽입된 후, 판 스프링(153)의 타측 단부(1535)를, 도 10에 도시된 바와 같이 시트(152)를 향해 절곡시킨다. 그럼으로써, 파우치 내부의 가스가 판 스프링(153)의 일측부(1530)를 외측으로 밀어내더라도, 시트(152)와 탈착(분리)되는 것을 방지하여 판 스프링(153)이 벤팅 장치(15)를 이탈하지 않고 고정될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징(151)에 판 스프링(153) 및 시트(152)가 삽입되어 제조가 완료된 벤팅 장치(15)의 모습을 나타낸 개략도이다.
시트(152)가 삽입된 판 스프링(153)은, 도 11에 도시된 바와 같이 하우징(151)에 삽입된다. 그럼으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치(15)의 제조가 완료된다. 이와 같이 제조된 벤팅 장치(15)는, 파우치의 실링부(134)에 삽입되어 함께 실링된다.
이 때, 상기 하우징(151)이 상부 하우징(1511) 및 하부 하우징(1512)을 포함한다면, 판 스프링(153) 및 시트(152)는 상부 하우징(1511)의 내부에 포함되는 것이 바람직하다. 그리고 도 11에 도시된 바와 같이, 판 스프링(153)의 일측부(1530)는 상부 하우징(1511)의 개방단(1513)을 향하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 일측부(1530)에 형성된 가스 배기 홀(1533)을 통해, 가스가 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 기술한 바와 같이 판 스프링(153)은 전체적으로 슬라이딩 운동하는 것이 아니라, 고정된 상태에서 일측부(1530)만이 변형된다. 따라서, 판 스프링(153)의 외주면과 하우징(151)의 내주면 사이에 마찰력이 크게 작용하기 위해, 판 스프링(153)이 하우징(151)에 삽입될 때 판 스프링(153)과 하우징(151) 사이의 간극이 최소화되는 것이 바람직하다. 다만, 이에 제한되지 않고, 상기 마찰력을 더욱 상승시키기 위해, 판 스프링(153)의 외주면 또는 하우징(151)의 내주면의 표면조도를 증가시켜 마찰계수를 증가시킬 수 있다. 나아가 판 스프링(153)과 하우징(151) 사이에 별도의 접착제가 도포되거나, 판 스프링(153)과 하우징(151) 둘 중 하나에는 돌기가 돌출되고 다른 하나에는 홈이 형성되어 결합될 수도 있는 등 다양한 방법으로 판 스프링(153)을 하우징(151)에 고정시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치(15)가 동작하는 모습을 나타낸 동작도이다.
한편, 이차 전지(1)를 고온의 상태에서 보관하거나 저장하는 경우, 높은 온도가 전해질 및 전극 활물질의 전기화학적 반응을 빠르게 촉진하여, 내부에서 가스가 발생할 수 있다.
파우치 내부에 가스가 발생하여 파우치의 내부 압력이 점차 증가함으로써 특정 압력을 초과하면, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 가스가 볼(155)을 외측으로 밀어내고, 상기 볼(155)이 밀려남에 따라 판 스프링(153)의 일측부(1530)도 외측으로 밀려난다. 그리고 판 스프링(153)은 시트(152)와 이격되면서 볼(155)이 시트(152)로부터 이탈하여 통로(154)의 출구(1541)를 개방하고, 파우치 내부의 가스가 상기 통로(154) 및 가스 배기 홀(1533)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이 때, 상기 기술한 바와 같이, 판 스프링(153)은 상기 시트(152)에 대하여 슬라이딩 운동하지 않는 것이 바람직하다.
파우치 내부의 가스가 충분히 외부로 배출되면, 파우치의 내부 압력이 다시 감소하여, 판 스프링(153)을 밀어내는 가스의 압력이 감소한다. 그런데, 판 스프링(153)은 금속으로 제조되어 탄성을 가진다. 따라서, 파우치의 내부 압력이 특정 압력보다 작아지면, 판 스프링(153)은 탄성력에 의해 원래의 위치로 복귀한다. 그리고, 이러한 판 스프링(153)의 탄성력이 시트(152)에 형성된 통로(154)의 출구(1541) 측에서, 볼(155)을 내측으로 밀어내고, 볼(155)은 시트(152)의 일면(1521)에 밀착하면서, 상기 통로(154)의 출구(1541)를 폐쇄한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 장치(15a)의 제조가 완료된 모습을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 판 스프링(153)은 일측부(1530)가 외측으로 볼록한 캡(Cap) 형상을 가지고, 내부에 형성된 삽입 공간(1534)에 시트(152) 및 볼(155)이 삽입된다. 그런데 판 스프링(153)이 캡 형상을 가지므로, 볼(155)의 평면을 판 스프링(153)의 내면의 정확한 위치에 부착하는 것이 용이하지 않을 수 있다.
이에 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 장치(15a)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 판 스프링(153a)이 평평한 플레이트의 형상을 가지며, 시트(152a)에 접촉한다. 그리고, 별도의 고정 링(미도시)이 상부 하우징(1511)의 내부에 삽입되어, 판 스프링(153a)의 상부에 고정될 수 있다. 고정 링은 탄성을 가져, 상부 하우징(1511)의 내부에 삽입될 때에는 외력이 인가되어 직경이 감소하였다가, 상부 하우징(1511)의 내부에 삽입된 후에는 외력이 제거되어 직경이 다시 증가할 수 있다. 그럼으로써, 상기 탄성력이 상부 하우징(1511)의 내주면에 수직항력으로 작용하면, 고정 링과 상부 하우징(1511)의 내주면의 마찰력이 증가할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 볼(155)을 판 스프링(153a)의 중심부(1531a)의 내면의 정확한 위치에 용이하게 부착할 수 있으며, 별도의 고정 링으로 판 스프링(153a)을 상부 하우징(1511)의 내부에 용이하게 고정시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 장치(15a)가 동작하는 모습을 나타낸 동작도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 장치(15a)도, 파우치의 내부 압력이 특정 압력을 초과하면, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 가스가 볼(155)을 외측으로 밀어내고, 상기 볼(155)이 밀려남에 따라 판 스프링(153a)도 외측으로 밀려난다. 그리고 판 스프링(153a)은 시트(152a)와 이격되면서 볼(155)이 시트(152a)로부터 이탈하여 통로(154)의 출구(1541)를 개방하고, 파우치 내부의 가스가 상기 통로(154) 및 가스 배기 홀(1533a)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
파우치 내부의 가스가 충분히 외부로 배출되면, 파우치의 내부 압력이 다시 감소하여, 판 스프링(153a)을 밀어내는 가스의 압력이 감소한다. 따라서, 파우치의 내부 압력이 특정 압력보다 작아지면, 판 스프링(153a)은 탄성력에 의해 원래의 위치로 복귀한다. 그리고, 이러한 판 스프링(153a)의 탄성력이 시트(152a)에 형성된 통로(154)의 출구(1541) 측에서, 볼(155)을 내측으로 밀어내고, 볼(155)은 시트(152a)의 일면(1521)에 밀착하면서, 상기 통로(154)의 출구(1541)를 폐쇄한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 이차 전지의 파우치의 실링부에 삽입되는 벤팅 장치에 있어서,
    상기 실링부의 양 면 사이에 삽입되어 상기 실링부와 함께 실링되는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 형성되고, 상기 파우치의 내부 및 외부를 연통하는 통로가 관통 형성되는 시트;
    상기 파우치의 내부 압력에 따라 상기 통로를 개폐하며, 탄성력을 가진 금속으로 제조되는 판 스프링; 및
    상기 시트와 상기 판 스프링의 사이에 배치되어, 상기 통로의 출구측에서, 상기 시트와 접촉 또는 이격하며 상기 통로를 개폐하는 볼을 포함하되,
    상기 볼은,
    반구의 형태로 형성되어 상기 판 스프링의 내면에 부착되는, 벤팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판 스프링은,
    중심에 형성된 중심부; 및
    상기 중심부로부터 외측 방향으로 연장 형성된 주변부를 포함하며,
    상기 중심부에는 상기 볼이 부착되고,
    상기 주변부에는 가스 배기 홀이 타공되는, 벤팅 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판 스프링은,
    일측부가 외측으로 볼록한 캡 형상을 가지고, 내부에 상기 시트 및 상기 볼이 삽입되는 삽입 공간이 형성되는, 벤팅 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 판 스프링은,
    타측 단부가 상기 삽입 공간에 삽입된 상기 시트를 향해 절곡되는, 벤팅 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 판 스프링은,
    평평한 플레이트의 형상을 가지며, 상기 시트와 접촉하는, 벤팅 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시트는,
    상기 통로의 출구측 면의 내주 모서리가 챔퍼링 또는 필렛팅되는, 벤팅 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시트는,
    상기 통로의 출구측 면의 외주 모서리가 챔퍼링 또는 필렛팅되는, 벤팅 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    서로 모양 또는 크기가 상이한 상부 하우징 및 하부 하우징을 포함하는, 벤팅 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하부 하우징은,
    너비가 상기 상부 하우징의 너비보다 작은, 벤팅 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 상부 하우징은,
    원형 실린더 형상을 가지고,
    상기 하부 하우징은,
    타원형 실린더 형상을 가지는, 벤팅 장치.
  11. 제1항에 따른 벤팅 장치가 파우치의 실링부에 삽입되는 파우치 형 이차 전지.
  12. 제11항에 따른 파우치 형 이차전지를 단위전지로서 포함하는 전지모듈.
  13. 제12항에 따른 전지모듈을 포함하는 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 디바이스는,
    컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 휴대폰, 태블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 또는 전력 저장장치인 디바이스.
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