WO2021230536A1 - 이차전지 - Google Patents

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고동완
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery.
  • Secondary batteries unlike primary batteries, are rechargeable, and have been widely researched and developed in recent years due to their small size and large capacity. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing.
  • the secondary battery is classified into a coin-type battery, a cylindrical battery, a prismatic battery, and a pouch-type battery according to the shape of the battery case.
  • the secondary battery accommodates an electrode assembly and an electrolyte.
  • an electrode assembly mounted inside a battery case is a charging/discharging power generating element having a stacked structure of electrodes and a separator.
  • the electrode assembly is a sheet-type sheet-type electrode assembly coated with an active material, with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is a jelly-roll type, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked with a separator interposed therebetween. , and stacked unit cells can be roughly classified into a stack/folding type in which a long-length separation film is wound.
  • a conventional pouch-type battery is configured in a form in which an electrode assembly is accommodated in a pouch.
  • the pouch when charging and discharging, the pouch swells and contracts repeatedly due to gas generation. At this time, if the generated gas is left in the pouch, it causes a decrease in battery performance and a change in volume, which has a problem in that it adversely affects the surrounding cells and structures.
  • the generated gas exceeds the accommodating limit of the pouch, the gas bursts into a structurally weak part and a leaky vent phenomenon occurs.
  • Patent Document 1 Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0015647
  • One aspect of the present invention is to provide a secondary battery having a gas pocket part to collect internal gas and to discharge the collected gas.
  • a secondary battery includes an electrode assembly in which electrodes and separators are alternately stacked, and a battery case in which the electrode assembly is accommodated, wherein the battery case includes a first gas in which the internal gas of the battery case is collected.
  • a collection space is formed, and a first gas pocket part provided with a first exhaust part for discharging gas located in the first collection space is provided, and a second collection part for collecting gas discharged from the first exhaust part of the first gas pocket part.
  • a space may be formed and a second gas pocket portion having a second discharge portion through which the gas located in the second collection space is discharged to the outside may be included.
  • the battery pack according to the embodiment of the present invention may be a battery pack including the secondary battery according to the embodiment of the present invention.
  • the present invention it is possible to stably secure a large amount of space in which the internal gas is collected by providing a double gas pocket in which the internal gas is collected, and the external air and the internal air of the battery may not be directly connected.
  • the gas contained in the gas pocket portion can be easily discharged, thereby preventing gas from bursting into a structurally weak portion of the battery case. This prevents leakage of electrolyte, thereby prolonging the life of the battery.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a plan view illustrating first and second discharge units of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a closed state at first and second discharge units of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an open state at first and second discharge units of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating first and second discharge units of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a closed state at first and second discharge units of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an open state at first and second discharge units of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery S1 includes an electrode assembly 200 and a battery case 100 in which the electrode assembly 200 is accommodated, and the battery case 100 ) is the first gas pocket unit 120 and the second collection space 131 provided with the first discharge unit 122 through which the first collection space 121 is formed and the gas is discharged, and the gas is discharged.
  • It includes a second gas pocket unit 130 having a discharge unit 132 .
  • the secondary battery S1 may further include a gas sensor 150 for measuring whether gas is generated or a gas component, and air pressure sensors 160 and 170 for measuring air pressure.
  • the electrode assembly 200 is a power generating element capable of charging and discharging, and electrodes and separators may be alternately stacked.
  • the electrode tab 250 and the electrode lead 300 provided at the end of the electrode assembly 200 may be connected to connect the electrode assembly 200 to an external device.
  • the electrode 230 may include an anode 210 and a cathode 220 .
  • the electrode assembly 200 may have a structure in which the positive electrode 210 / the separator 240 / the negative electrode 220 are alternately stacked.
  • the electrode lead 300 may include a positive electrode lead connected to the positive electrode tab provided at the end of the positive electrode 210 and a negative electrode lead connected to the negative electrode tab provided at the end of the negative electrode 220 .
  • the positive electrode 210 may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material stacked on the positive electrode current collector.
  • the positive electrode current collector may be made of an aluminum foil.
  • the positive active material may be formed of lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron phosphate, or a compound or mixture containing at least one of them.
  • the negative electrode 220 may include a negative electrode current collector and an anode active material laminated on the negative electrode current collector.
  • the negative electrode current collector may be made of, for example, a foil made of a copper (Cu) material.
  • the negative active material may be a compound or mixture including a graphite-based material.
  • the separator 240 is made of an insulating material to electrically insulate between the anode 210 and the cathode 220 .
  • the separator 240 may be formed of a polyolefin-based resin film such as polyethylene or polypropylene having microporosity.
  • the battery case 100 may accommodate the electrode assembly 200 .
  • a first collecting space 121 is formed, a first gas pocket unit 120 having a first discharge unit 122 and a second collecting space 131 are formed, and a second discharge unit ( and a second gas pocket unit 130 provided with 132 .
  • the battery case 100 may further include a body 110 in which the receiving part 111 in which the electrode assembly 200 is accommodated is formed.
  • the first gas pocket unit 120 has a first collection space 121 in which the internal gas of the battery case 100 is collected, and a first discharge unit in which the gas located in the first collection space 121 is discharged ( 122) may be provided.
  • first gas pocket part 120 may extend to the side of the body 110 so that the receiving part 111 and the first collecting space 121 are connected to each other.
  • first gas pocket part 120 may be located at an end side of the body 110 in which the electrode lead 300 is located.
  • the first gas pocket part 120 may be respectively located on both end sides of the body 110 .
  • the first discharge part 122 is located on the first through-hole 123 passing between the first collection space 121 and the second collection space 131 to control the opening and closing of the first through-hole 123 . can do.
  • the second gas pocket unit 130 has a second collection space 131 in which the gas discharged from the first discharge unit 122 of the first gas pocket unit 120 is collected, and the second collection space 131 is formed.
  • a second discharge unit 132 through which the gas located in the gas is discharged to the outside may be provided.
  • the second gas pocket part 130 may be provided above the first gas pocket part 120 so that the second collection space 131 and the first collection space 121 are connected to the first through hole 123 therebetween. have.
  • the second discharge part 132 is located on the second through-hole 133 passing between the second collection space 131 and the outside of the battery case 100 to control the opening and closing of the second through-hole 133 . can do.
  • first through hole 123 and the second through hole 133 may be provided at positions that do not face each other with respect to the direction in which the gas is discharged.
  • first through-hole 123 and the second through-hole 133 may be located at positions that do not face each other in the vertical direction.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating first and second discharge units of a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a closed state at the first and second discharge units of the secondary battery according to an embodiment of the present invention. It is a cross-sectional view
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an open state in the first and second discharge units of the secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the first discharge part 122 and the second discharge part 132 are formed with a first cut-out 122c and a second cut-out 132c, and are formed of an elastic material. , when the pressure is greater than or equal to a predetermined pressure, the first cut-out 122c and the second cut-out 132c may be opened to open the first through-hole 123 and the second through-hole 133 .
  • the elastic material may be formed of at least one of silicone, spantex, fluoroelastomer, ethylene, propylene rubber (EPR), styrene, butadiene rubber (SBR), and butyl rubber (PIB).
  • the opening pressures of the first discharge unit 122 and the second discharge unit 132 may be different from each other.
  • the first discharge part 122 and the second discharge part 132 are formed of a material having a different degree of elasticity from each other, so that the opening pressure of the first discharge part 122 and the second discharge part 132 is different from each other. It may be provided so that there is Accordingly, it is possible to prevent the first discharge unit 122 and the second discharge unit 132 from being opened at the same time, thereby preventing direct contact between the air outside the battery and the air inside the battery.
  • the opening pressure of the first discharge unit 122 may be greater than the opening pressure of the second discharge unit 132 . Accordingly, the gas may be easily discharged to the second discharge unit 132 through the first discharge unit 122 .
  • the first cutout 122c and the second cutout 132c may be formed of 2 to 4 cutout lines 122a, 122b, 132a, and 132b.
  • the first cut-out 122c and the second cut-out 132c may be formed as cross-shaped (“+”) cut-out lines 122a, 122b, 132a, and 132b.
  • the first cut-out 122c and the second cut-out 132c have a first through-hole 123 and The second through hole 133 may be closed.
  • the first cut-out 122c and the second cut-out 132c are connected to the cut-out lines 122a, 122b, and 132a. , 132b), the first through-hole 123 and the second through-hole 133 may be opened.
  • the gas sensor 150 may be provided inside the second gas pocket unit 130 to measure whether gas is generated or a gas component in the second collection space 131 .
  • a specific gas of the second gas pocket unit 130 may be detected through the gas sensor 150 , so that an alarm for a specific purpose may be possible.
  • the gas sensor 150 may detect the generation of carbon dioxide (CO 2 ).
  • the gas sensor 150 may generate at least one of a notification signal, a notification sound, and a notification light when gas is generated.
  • the gas sensor 150 may generate at least one of a notification signal, a notification sound, and a notification light.
  • the gas sensor 150 may include a notification speaker and a notification LED to generate a notification sound and a notification light.
  • the gas sensor 150 may be connected to a monitoring device to transmit a generated notification signal.
  • the air pressure sensors 160 and 170 may be provided inside at least one of the first gas pocket part 120 and the second gas pocket part 130 to measure the air pressure.
  • the air pressure sensors 160 and 170 may be located in the first gas pocket part 120 and the second gas pocket part 130 to measure the air pressure of the first collection space 121 and the second collection space 131 . .
  • the air pressure sensors 160 and 170 may generate, for example, at least one of a notification sound or a notification light when the measured air pressure measurement value is greater than or equal to a predetermined pressure.
  • the air pressure sensors 160 and 170 may transmit the measured air pressure measurement value to the monitoring device as another example.
  • the monitoring device may be, for example, a battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • the secondary battery S1 according to an embodiment of the present invention configured as described above includes a first gas pocket part 120 and a second gas pocket part 130 for collecting and discharging gas, and the internal gas is collected. A large amount of space can be stably secured, and the internal gas can be discharged so that the air outside the battery and the air inside the battery are not directly connected.
  • first discharge unit 122 and a second discharge unit 132 are formed in the first gas pocket unit 120 and the second gas pocket unit 130 to discharge gas when the pressure is higher than a predetermined pressure, respectively,
  • the gas accommodated in the first gas pocket part 120 and the second gas pocket part 130 may be easily discharged, thereby extending the life of the battery.
  • the gas sensor 150 By positioning the gas sensor 150 inside the second gas pocket unit 130 , it is possible to measure whether gas is generated or a gas component in the second collection space 131 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a plan view showing first and second discharge units of the secondary battery according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is another embodiment of the present invention.
  • 9 is a cross-sectional view showing a closed state at the first and second discharge units of the secondary battery according to the example
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the opened state at the first and second discharge units of the secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the secondary battery S2 according to another embodiment of the present invention includes an electrode assembly 200 and a battery case 100 accommodating the electrode assembly 200 , and the battery case 100 .
  • ) is the first gas pocket unit 120 and the second collection space 131 provided with the first discharge unit 1122 through which the first collection space 121 is formed and the gas is discharged, and the gas is discharged.
  • It includes a second gas pocket unit 130 having a discharge unit 132 .
  • the secondary battery S2 may further include a gas sensor 150 for measuring whether gas is generated or a gas component, and air pressure sensors 160 and 170 for measuring air pressure.
  • the secondary battery S2 has cut-out lines 1122a, 1122b, and 1132a of the first and second discharge parts 1122 and 1132 when compared to the secondary battery according to the embodiment of the present invention described above. , 1132b) there is a difference in that the adhesive liquids 1122d and 1132d are further positioned. Accordingly, in another embodiment of the present secondary battery S2 , the content overlapping with the embodiment of the above-described secondary battery will be omitted or briefly described, and the differences will be mainly described.
  • the battery case 100 may accommodate the electrode assembly 200 .
  • a first collecting space 121 is formed, a first gas pocket unit 120 having a first discharge unit 1122 and a second collecting space 131 are formed, and a second discharge unit ( and a second gas pocket unit 130 provided with 132 .
  • the battery case 100 may further include a body 110 in which the receiving part 111 in which the electrode assembly 200 is accommodated is formed.
  • the first gas pocket unit 120 has a first collection space 121 in which the internal gas of the battery case 100 is collected, and a first discharge unit in which the gas located in the first collection space 121 is discharged ( 1122) may be provided.
  • the first gas pocket part 120 may extend to the side of the body 110 so that the receiving part 111 and the first collecting space 121 are connected to each other.
  • a second collection space 131 in which gas discharged from the first discharge unit 1122 of the first gas pocket unit 120 is collected is formed, and the second collection space 131 is formed.
  • a second discharge unit 132 through which the gas located in the gas is discharged to the outside may be provided.
  • the second gas pocket part 130 may be provided above the first gas pocket part 120 so that the second collection space 131 and the first collection space 121 are connected to each other through the first through hole.
  • the first discharge part 1122 may be positioned on the first through hole passing between the first collecting space 121 and the second collecting space 131 to control opening and closing of the first through hole.
  • the second discharge part 132 may be positioned on a second through hole passing between the second collection space 131 and the outside of the battery case 100 to control opening and closing of the second through hole.
  • the first discharge part 1122 and the second discharge part 132 have a first cutout 1122c and a second cutout 1132c, are formed of an elastic material, and are formed of a first cutout when the pressure is greater than or equal to a predetermined pressure.
  • the 1122c and the second cutout 1132c may be opened to open the first through-hole and the second through-hole.
  • the first cutout 1122c and the second cutout 1132c may be formed by 2 to 4 cutout lines 1122a, 1122b, 1132a, and 1132b.
  • the first cut-out 1122c and the second cut-out 1132c may be formed as cut-out lines 1122a, 1122b, 1132a, and 1132b in a cross (“+”) shape.
  • the opening pressures of the first discharge unit 1122 and the second discharge unit 132 may be different from each other.
  • the first discharge unit 1122 and the second discharge unit 132 are formed of a material having a different elasticity from each other, and the opening pressure of the first discharge unit 1122 and the second discharge unit 132 is different from each other. It may be provided so that there is In this case, the opening pressure of the first discharge unit 1122 may be greater than the opening pressure of the second discharge unit 132 .
  • the first discharge part 1122 and the second discharge part 132 further include adhesive solutions 1122d and 1132d positioned on the first cutout 1122c and the second cutout 1132c, The portion 1122c and the second cutout 1132c are additionally sealed, and the first cutout 1122c and the second cutout 1132c are opened when the first cutout 1122c and the second cutout 1132c are opened by gas pressure. The adhesive force sealing the cutout 1132c may be released.
  • first cutout 1122c and the second cutout 1132c are more tightly sealed through the adhesive liquids 1122d and 1132d, and the first cutout 1122c and the second cutout 1122c of the first discharge part 1122 are sealed. It is possible to more effectively prevent gas and electrolyte from leaking under a predetermined pressure or less between the second cutouts 1132c of the second discharge part 132 .
  • a plurality of secondary batteries having the above configuration may be electrically connected to configure a battery pack.

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는, 전극 및 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체 및 상기 전극 조립체가 수용되는 전지 케이스를 포함하고, 상기 전지 케이스는, 상기 전지 케이스의 내부 가스가 포집되는 제1 포집 공간이 형성되고, 상기 제1 포집 공간에 위치된 가스가 배출되는 제1 배출부가 구비된 제1 가스 포켓부 및 상기 제1 가스 포켓부의 제1 배출부에서 배출되는 가스가 포집되는 제2 포집 공간이 형성되고, 상기 제2 포집 공간에 위치된 가스가 외부로 배출되는 제2 배출부가 구비된 제2 가스 포켓부를 포함한다.

Description

이차전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2020년 05월 13일자 한국특허출원 제10-2020-0057375호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차전지는 전극 조립체와 전해액을 수용한다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
종래의, 파우치형 전지는 전극 조립체가 파우치 안에 수용된 형태로 구성된다. 이러한 파우치형 전지는 충방전을 하면 가스 발생으로 인하여 파우치가 부풀고 줄어드는 것을 반복한다. 이때, 발생된 가스가 파우치 안에 그대로 있다면 전지 성능 저하 및 부피 변화를 야기하게 되고, 이는 주변 전지 및 구조물에 안 좋은 영향을 주는 문제가 있다. 또한, 발생된 가스가 파우치의 수용 한계를 넘어가면 구조적으로 약한 부분으로 가스가 터져서 새는 벤트(Vent) 현상이 발생되며, 벤트가 발생되면 전해액이 누수가 되고, 전지 수명이 다하는 문제가 있다.
[선행기술문헌] (특허문헌 1) 한국 공개특허 제10-2014-0015647호
본 발명의 하나의 관점은 가스 포켓부를 구비하여 내부 가스가 포집되고, 포집된 가스의 배출이 가능한 가능한 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 전극 및 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체 및 상기 전극 조립체가 수용되는 전지 케이스를 포함하고, 상기 전지 케이스는, 상기 전지 케이스의 내부 가스가 포집되는 제1 포집 공간이 형성되고, 상기 제1 포집 공간에 위치된 가스가 배출되는 제1 배출부가 구비된 제1 가스 포켓부 및 상기 제1 가스 포켓부의 제1 배출부에서 배출되는 가스가 포집되는 제2 포집 공간이 형성되고, 상기 제2 포집 공간에 위치된 가스가 외부로 배출되는 제2 배출부가 구비된 제2 가스 포켓부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지팩은, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 포함하는 전지팩일 수 있다.
본 발명에 따르면, 내부 가스가 포집되는 가스 포켓부를 이중으로 구비하여, 내부 가스가 포집되는 공간을 안정적으로 많이 확보할 수 있고, 외부 공기와 전지 내부 공기가 직접적으로 연결되지 않을 수 있다.
또한, 이중으로 구비된 가스 포켓부에 소정 압력 이상일 때 개방되는 가스 배출부를 각각 형성하여, 가스 포켓부에 수용된 가스를 용이하게 배출시킬 수 있어, 전지 케이스에서 구조적으로 약한 부분으로 가스가 터져 새는 것을 방지하고, 이로 인해 전해액 누수가 방지되어 전지의 수명이 연장될 수 있다.
아울러, 가스 포켓부의 내부에 가스센서를 위치시켜 포집 공간에서의 가스 발생 여부 또는 가스 성분을 측정할 수 있다.
아울러, 가스 포켓부의 내부에 공기압센서를 위치시켜 포집 공간에서의 공기압을 측정할 수 있어, 전지 상태의 모니터링이 용이할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 요부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부에서 폐쇄된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부에서 개방된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부를 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부에서 폐쇄된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부에서 개방된 상태를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
일 실시예에 따른 이차전지
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 요부 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(S1)는 전극 조립체(200) 및 전극 조립체(200)가 수용되는 전지 케이스(100)를 포함하고, 전지 케이스(100)는 제1 포집 공간(121)이 형성되고 가스가 배출되는 제1 배출부(122)가 구비된 제1 가스 포켓부(120) 및 제2 포집 공간(131)이 형성되고 가스가 배출되는 제2 배출부(132)가 구비된 제2 가스 포켓부(130)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(S1)는 가스 발생 여부 또는 가스 성분을 측정하는 가스센서(150) 및 공기압을 측정하는 공기압 센서(160,170)를 더 포함할 수 있다.
보다 상세히, 전극 조립체(200)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극 및 분리막이 교대로 적층될 수 있다. 이때, 전극 조립체(200)의 단부에 구비된 전극 탭(250)과 전극 리드(300)가 연결되어 전극 조립체(200)를 외부 기기와 연결시킬 수 있다.
전극(230)은 양극(210) 및 음극(220)으로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(200)는 양극(210)/분리막(240)/음극(220)이 교대로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
그리고, 전극 리드(300)는 양극(210)의 단부에 구비된 양극탭과 연결되는 양극 리드 및 음극(220)의 단부에 구비된 음극탭과 연결되는 음극 리드를 포함할 수 있다.
양극(210)은 양극 집전체와, 양극 집전체에 적층된 양극 활물질을 포함할 수 있다.
양극 집전체는 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있다.
양극 활물질은 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
음극(220)은 음극 집전체와, 음극 집전체에 적층된 음극 활물질을 포함할 수 있다.
음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu)재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다.
음극 활물질은 흑연계 물질을 포함하는 화합물 또는 혼합물일 수 있다.
분리막(240)은 절연 재질로 이루어져 양극(210)과 음극(220) 사이를 전기적으로 절연한다. 여기서, 분리막(240)은 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
전지 케이스(100)는 전극 조립체(200)를 수용할 수 있다.
전지 케이스(100)는 제1 포집 공간(121)이 형성되고 제1 배출부(122)가 구비된 제1 가스 포켓부(120) 및 제2 포집 공간(131)이 형성되고 제2 배출부(132)가 구비된 제2 가스 포켓부(130)를 포함한다.
또한, 전지 케이스(100)는 전극 조립체(200)가 수용되는 수용부(111)가 형성된 몸체(110)를 더 포함할 수 있다.
제1 가스 포켓부(120)는 전지 케이스(100)의 내부 가스가 포집되는 제1 포집 공간(121)이 형성되고, 제1 포집 공간(121)에 위치된 가스가 배출되는 제1 배출부(122)가 구비될 수 있다.
또한, 제1 가스 포켓부(120)는 수용부(111)와 제1 포집 공간(121)이 연결되도록 몸체(110)의 측면으로 연장될 수 있다. 여기서, 제1 가스 포켓부(120)는 전극 리드(300)가 위치되는 몸체(110)의 단부 측에 위치될 수 있다. 이때, 제1 가스 포켓부(120)는 몸체(110)의 양 단부 측에 각각 위치될 수 있다.
제1 배출부(122)는 제1 포집 공간(121)과 제2 포집 공간(131) 사이를 관통하는 제1 관통홀(123) 상에 위치되어, 제1 관통홀(123)의 개폐를 단속할 수 있다.
제2 가스 포켓부(130)는 제1 가스 포켓부(120)의 제1 배출부(122)에서 배출되는 가스가 포집되는 제2 포집 공간(131)이 형성되고, 제2 포집 공간(131)에 위치된 가스가 외부로 배출되는 제2 배출부(132)가 구비될 수 있다.
제2 가스 포켓부(130)는 제2 포집 공간(131)과 제1 포집 공간(121)이 제1 관통홀(123)을 사이로 연결되도록 제1 가스 포켓부(120)의 상부에 구비될 수 있다.
제2 배출부(132)는 제2 포집 공간(131)과 전지 케이스(100)의 외부 사이를 관통하는 제2 관통홀(133) 상에 위치되어, 제2 관통홀(133)의 개폐를 단속할 수 있다.
여기서, 제1 관통홀(123) 및 제2 관통홀(133)은 가스가 배출되는 방향에 대하여 서로 대면되지 않는 위치에 구비될 수 있다. 이때, 제1 관통홀(123) 및 제2 관통홀(133)은 상하 방향으로 서로 마주보지 않은 위치에 위치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부에서 폐쇄된 상태를 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부에서 개방된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 제1 배출부(122)는 및 제2 배출부(132)는 제1 절개부(122c) 및 제2 절개부(132c)가 형성되고, 탄성재질로 형성되어, 소정 압력 이상일 때 제1 절개부(122c) 및 제2 절개부(132c)가 벌어지며 제1 관통홀(123) 및 제2 관통홀(133)을 개방시킬 수 있다.
여기서, 탄성재질은 실리콘, 스판텍스, 플루오로 엘라스토머, 에틸렌, 프로필렌 고무(EPR), 스티렌, 부타디엔 고무(SBR), 및 부틸 고무(PIB) 중에서 적어도 어느 하나의 이상의 재질로 형성될 수 있다.
제1 배출부(122) 및 제2 배출부(132)의 개방압력은 상호 차이가 있도록 구비될 수 있다. 이때, 제1 배출부(122) 및 제2 배출부(132)는 서로 탄성도가 차이나는 재질로 형성되어, 제1 배출부(122) 및 제2 배출부(132)의 개방압력은 상호 차이가 있도록 구비될 수 있다. 이에 따라, 제1 배출부(122) 및 제2 배출부(132)가 동시에 개방되는 것을 방지하여, 전지 외부 공기와 전지 내부 공기가 직접적으로 접촉되는 것을 차단할 수 있다.
여기서, 제1 배출부(122)의 개방압력은 제2 배출부(132)의 개방압력 보다 크게 구비될 수 있다. 이에 따라, 제1 배출부(122)를 통해 제2 배출부(132)로 가스가 용이하게 배출될 수 있다.
도 3을 참고하면, 제1 절개부(122c) 및 제2 절개부(132c)는 2~4개의 절개 라인(122a,122b,132a,132b)으로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 절개부(122c) 및 제2 절개부(132c)는 열십자("+") 형태의 절개 라인(122a,122b,132a,132b)으로 형성될 수 있다.
도 4를 참고하면, 제1 포집 공간(121) 및 제2 포집 공간(131)이 소정 압력 미만일 때는 제1 절개부(122c) 및 제2 절개부(132c)는 제1 관통홀(123) 및 제2 관통홀(133)을 폐쇄할 수 있다.
도 5를 참고하면, 제1 포집 공간(121) 및 제2 포집 공간(131)이 소정 압력 이상일 때는 제1 절개부(122c) 및 제2 절개부(132c)는 절개 라인(122a,122b,132a,132b)을 중심으로 벌어지며 제1 관통홀(123) 및 제2 관통홀(133)을 개방시킬 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 가스센서(150)는 제2 가스 포켓부(130)의 내부에 구비되어, 제2 포집 공간(131)에서의 가스 발생 여부 또는 가스 성분을 측정할 수 있다. 이때, 가스센서(150)를 통해 제2 가스 포켓부(130)의 특정 가스를 감지할 수 있어, 특정 목적의 알람이 가능할 수 있다. 여기서, 가스센서(150)는 이산화탄소(CO2)의 발생을 감지할 수 있다.
또한, 가스센서(150)는 가스 발생 시 알림 신호, 알림음, 또는 알림광 중 적어도 어느 하나 이상을 발생시킬 수 있다. 여기서, 가스센서(150)는 예를 들어 이산화탄소(CO2)가 감지되면, 알림 신호, 알림음, 또는 알림광 중 적어도 어느 하나 이상을 발생시킬 수 있다. 여기서, 가스센서(150)는 알림 스피커 및 알림 LED을 포함하여, 알림음 및 알림광을 발생시킬 수 있다. 또한, 가스센서(150)는 모니터링 장치와 연결되어 발생된 알림 신호를 전달할 수 있다.
공기압 센서(160,170)는 제1 가스 포켓부(120) 또는 제2 가스 포켓부(130) 중에서 적어도 어느 하나 이상의 내부에 구비되어 공기압을 측정할 수 있다. 여기서, 공기압 센서(160,170)는 제1 가스 포켓부(120) 및 제2 가스 포켓부(130)에 위치되어 제1 포집 공간(121) 및 제2 포집 공간(131)의 공기압을 측정할 수 있다.
이때, 공기압 센서(160,170)는 일례로 측정된 공기압 측정값이 일정 압력 이상을 때, 알림음, 또는 알림광 중 적어도 어느 하나 이상을 발생시킬 수 있다.
또한, 공기압 센서(160,170)는 다른 예로 측정된 공기압 측정값을 모니터링 장치에 전달할 수 있다. 이때, 모니터링 장치는 예를 들어 배터리 메니지먼트 시스템(BMS)일 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(S1)는 가스를 포집하여 배출시키는 제1 가스 포켓부(120) 및 제2 가스 포켓부(130)를 포함하여, 내부 가스가 포집되는 공간을 안정적으로 많이 확보할 수 있고, 내부 가스를 전지 외부 공기와 전지 내부 공기가 직접적으로 연결되지 않도록 배출시킬 수 있다.
또한, 제1 가스 포켓부(120) 및 제2 가스 포켓부(130)에 소정 압력 이상일 때 개방되어 가스를 배출시키는 제1 배출부(122) 및 제2 배출부(132)를 각각 형성하여, 제1 가스 포켓부(120) 및 제2 가스 포켓부(130)에 수용된 가스를 용이하게 배출시킬 수 있고, 이로 인해 전지의 수명이 연장될 수 있다.
아울러, 제2 가스 포켓부(130)의 내부에 가스센서(150)를 위치시켜 제2 포집 공간(131)에서의 가스 발생 여부 또는 가스 성분을 측정할 수 있다.
다른 실시예에 따른 이차전지
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부를 나타낸 평면도이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부에서 폐쇄된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 제1,2 배출부에서 개방된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6 내지 도 9를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(S2)는 전극 조립체(200) 및 전극 조립체(200)를 수용되는 전지 케이스(100)를 포함하고, 전지 케이스(100)는 제1 포집 공간(121)이 형성되고 가스가 배출되는 제1 배출부(1122)가 구비된 제1 가스 포켓부(120) 및 제2 포집 공간(131)이 형성되고 가스가 배출되는 제2 배출부(132)가 구비된 제2 가스 포켓부(130)를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(S2)는 가스 발생 여부 또는 가스 성분을 측정하는 가스센서(150) 및 공기압을 측정하는 공기압 센서(160,170)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(S2)는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 제1,2 배출부(1122,1132)의 절개 라인(1122a,1122b,1132a,1132b)에 점착액(1122d,1132d)이 더 위치되는 차이가 있다. 따라서, 본 이차전지(S2)에 대한 다른 실시예는 전술한 이차전지에 대한 일 실시예와 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 전지 케이스(100)는 전극 조립체(200)를 수용할 수 있다.
전지 케이스(100)는 제1 포집 공간(121)이 형성되고 제1 배출부(1122)가 구비된 제1 가스 포켓부(120) 및 제2 포집 공간(131)이 형성되고 제2 배출부(132)가 구비된 제2 가스 포켓부(130)를 포함한다.
또한, 전지 케이스(100)는 전극 조립체(200)가 수용되는 수용부(111)가 형성된 몸체(110)를 더 포함할 수 있다.
제1 가스 포켓부(120)는 전지 케이스(100)의 내부 가스가 포집되는 제1 포집 공간(121)이 형성되고, 제1 포집 공간(121)에 위치된 가스가 배출되는 제1 배출부(1122)가 구비될 수 있다.
제1 가스 포켓부(120)는 수용부(111)와 제1 포집 공간(121)이 연결되도록 몸체(110)의 측면으로 연장될 수 있다.
제2 가스 포켓부(130)는 제1 가스 포켓부(120)의 제1 배출부(1122)에서 배출되는 가스가 포집되는 제2 포집 공간(131)이 형성되고, 제2 포집 공간(131)에 위치된 가스가 외부로 배출되는 제2 배출부(132)가 구비될 수 있다.
제2 가스 포켓부(130)는 제2 포집 공간(131)과 제1 포집 공간(121)이 제1 관통홀을 사이로 연결되도록 제1 가스 포켓부(120)의 상부에 구비될 수 있다.
제1 배출부(1122)는 제1 포집 공간(121)과 제2 포집 공간(131) 사이를 관통하는 제1 관통홀 상에 위치되어, 제1 관통홀의 개폐를 단속할 수 있다.
제2 배출부(132)는 제2 포집 공간(131)과 전지 케이스(100)의 외부 사이를 관통하는 제2 관통홀 상에 위치되어, 제2 관통홀의 개폐를 단속할 수 있다.
제1 배출부(1122)는 및 제2 배출부(132)는 제1 절개부(1122c) 및 제2 절개부(1132c)가 형성되고, 탄성재질로 형성되어, 소정 압력 이상일 때 제1 절개부(1122c) 및 제2 절개부(1132c)가 벌어지며 제1 관통홀 및 제2 관통홀을 개방시킬 수 있다.
제1 절개부(1122c) 및 제2 절개부(1132c)는 2~4개의 절개 라인(1122a,1122b,1132a,1132b)으로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 절개부(1122c) 및 제2 절개부(1132c)는 열십자("+") 형태의 절개 라인(1122a,1122b,1132a,1132b)으로 형성될 수 있다.
제1 배출부(1122) 및 제2 배출부(132)의 개방압력은 상호 차이가 있도록 구비될 수 있다. 이때, 제1 배출부(1122) 및 제2 배출부(132)는 서로 탄성도가 차이나는 재질로 형성되어, 제1 배출부(1122) 및 제2 배출부(132)의 개방압력은 상호 차이가 있도록 구비될 수 있다. 이때, 제1 배출부(1122)의 개방압력은 제2 배출부(132)의 개방압력 보다 크게 구비될 수 있다.
제1 배출부(1122) 및 제2 배출부(132)는 제1 절개부(1122c) 및 제2 절개부(1132c) 상에 위치되는 점착액(1122d,1132d)을 더 포함하여, 제1 절개부(1122c) 및 제2 절개부(1132c)를 추가적으로 밀봉하고, 제1 절개부(1122c) 및 제2 절개부(1132c)가 가스 압력에 의해 벌어질 때 제1 절개부(1122c) 및 제2 절개부(1132c)를 밀봉하는 점착력이 해제될 수 있다.
이에 따라, 점착액(1122d,1132d)을 통해 제1 절개부(1122c) 및 제2 절개부(1132c)를 보다 견고히 밀봉하여, 제1 배출부(1122)의 제1 절개부(1122c) 및 제2 배출부(132)의 제2 절개부(1132c) 사이로 소정 압력 이하에서 가스 및 전해액이 새어 나오는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
아울러, 상기와 같은 구성을 갖는 다수개의 이차전지를 전기적으로 연결하여 전지팩을 구성할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
[부호의 설명]
S1,S2: 이차전지
100: 전지 케이스
110: 몸체
111: 수용부
120: 제1 가스 포켓부
121: 제1 포집 공간
122,1122: 제1 배출부
122a,122b,132a,132b,1122a,1122b,1132a,1132b: 절개라인
122c,1122c: 제1 절개부
123: 제1 관통홀
130: 제2 가스 포켓부
131: 제2 포집 공간
132,1132: 제2 배출부
132c,1132c: 제2 절개부
133: 제2 관통홀
150: 가스센서
160,170: 공기압센서
200: 전극 조립체
210: 양극
220: 음극
230: 전극
240: 분리막
250: 전극탭
300: 전극 리드
1122d,1132d: 점착액

Claims (15)

  1. 전극 및 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체가 수용되는 전지 케이스를 포함하고,
    상기 전지 케이스는,
    상기 전지 케이스의 내부 가스가 포집되는 제1 포집 공간이 형성되고, 상기 제1 포집 공간에 위치된 가스가 배출되는 제1 배출부가 구비된 제1 가스 포켓부; 및
    상기 제1 가스 포켓부의 제1 배출부에서 배출되는 가스가 포집되는 제2 포집 공간이 형성되고, 상기 제2 포집 공간에 위치된 가스가 외부로 배출되는 제2 배출부가 구비된 제2 가스 포켓부를 포함하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 배출부는 상기 제1 포집 공간과 상기 제2 포집 공간 사이를 관통하는 제1 관통홀 상에 위치되어, 상기 제1 관통홀의 개폐를 단속하고,
    상기 제2 배출부는 상기 제2 포집 공간과 상기 전지 케이스의 외부 사이를 관통하는 제2 관통홀 상에 위치되어, 상기 제2 관통홀의 개폐를 단속하는 이차전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전지 케이스는 상기 전극 조립체가 수용되는 수용부가 형성된 몸체를 포함하고,
    상기 제1 가스 포켓부는 상기 수용부와 상기 제1 포집 공간이 연결되도록 상기 몸체의 측면으로 연장되고,
    상기 제2 가스 포켓부는 상기 제2 포집 공간과 상기 제1 포집 공간이 상기 제1 관통홀을 사이로 연결되도록 상기 제1 가스 포켓부의 상부에 구비되는 이차전지.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 배출부는 및 상기 제2 배출부는 제1 절개부 및 제2 절개부가 형성되고, 탄성재질로 형성되어, 소정 압력 이상일 때 상기 제1 절개부 및 상기 제2 절개부가 벌어지며 상기 제1 관통홀 및 상기 제2 관통홀을 개방시키는 이차전지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 절개부 및 상기 제2 절개부는 2~4개의 절개 라인으로 형성되는 이차전지.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 절개부 및 상기 제2 절개부 는 열십자("+") 형태의 절개 라인으로 형성되는 이차전지.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 배출부 및 상기 제2 배출부는 상기 제1 절개부 및 상기 제2 절개부 상에 위치되는 점착액을 더 포함하여, 상기 제1 절개부 및 상기 제2 절개부를 추가적으로 밀봉하고, 상기 제1 절개부 및 상기 제2 절개부가 가스 압력에 의해 벌어질 때 상기 제1 절개부 및 상기 제2 절개부를 밀봉하는 점착력이 해제되는 이차전지.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 배출부 및 상기 제2 배출부의 개방압력은 상호 차이가 있도록 구비되는 이차전지.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 배출부 및 상기 제2 배출부는 서로 탄성도가 차이나는 재질로 형성되어, 상기 제1 배출부 및 상기 제2 배출부의 개방압력은 상호 차이가 있도록 구비되는 이차전지.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 배출부의 개방압력은 상기 제2 배출부의 개방압력 보다 크게 구비되는 이차전지.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 가스 포켓부의 내부에 구비되어 상기 제2 포집 공간에서의 가스 발생 여부 또는 가스 성분을 측정하는 가스센서를 더 포함하는 이차전지.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 가스센서는 이산화탄소(CO2)의 발생을 감지하는 이차전지.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 가스센서는 가스 발생 시 알림 신호, 알림음, 또는 알림광 중 적어도 어느 하나 이상을 발생시키는 이차전지.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가스 포켓부 또는 상기 제2 가스 포켓부 중에서 적어도 어느 하나 이상의 내부에 구비되어 공기압을 측정하는 공기압 센서를 더 포함하는 이차전지.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 이차전지를 포함하는 전지팩.
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