KR101452028B1 - Pouch-type secondary battery Module of improved stability and Battery pack - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안전성이 향상된 파우치형 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 일면의 내부에 벤트핀과 용수철을 포함하는 조립체와 상기 조립체를 셀과 셀 사이에 구비하여, 과충전 등의 상황으로 인해 전해액의 기회로 인한 셀의 팽창 시 빠른 벤트(vent)로 인한 셀 내부 온도의 저하와 전해액의 반응로 생성된 기체의 빠른 방출로 인해 셀이 안정화된 안전성이 향상된 파우치형 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a pouch type battery with improved safety, and more particularly, to a pouch type battery having improved safety, comprising an assembly including a vent pin and a spring inside at least one surface thereof, and the assembly between the cell and the cell, A pouch-type battery in which stability of a cell is improved due to rapid release of a gas generated by a decrease in the internal temperature of the cell due to a rapid vent when the cell expands due to the expansion of the cell and reaction of the electrolyte, and the like.
Description
본 발명은 안전성이 향상된 파우치형 이차전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 대한 것으로, 보다 상세하게는 이상 거동에 의한 이차전지의 팽창 시 빠른 벤트(vent)가 가능하여 안전성이 향상된 파우치형 이차전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.The present invention relates to a pouch type secondary battery module with improved safety and a battery pack including the same, and more particularly, to a pouch type secondary battery module having improved safety by enabling quick venting when the secondary battery expands due to an abnormal behavior, And a battery pack including the same.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing. Among such secondary batteries, many studies have been made on lithium secondary batteries having high energy density and discharge voltage, Widely used.
그러나, 종래의 리튬 이차전지는 고온에 노출되거나, 과충전, 외부단락, 침상(nail) 관통, 국부적 손상(local crush) 등에 의해 짧은 시간 내에 큰 전류가 흐르게 될 경우, IR 발열에 의해 전지가 가열되면서 발화/폭발의 위험성에 노출된다. 구체적으로, 전지의 온도가 상승하면 전해액과 전극 사이의 반응이 촉진되고, 그 결과, 반응열이 발생하여 전지의 온도는 추가적으로 상승하게 되며, 이는 다시 전해액과 전극 사이의 반응을 가속화시킨다. 따라서, 전지의 온도가 급격히 상승하게 되고, 이는 다시 전해액과 전극 사이의 반응을 가속화시킨다. 이러한 악순환으로 인해, 전지의 온도가 급격히 상승하는 열폭주 현상이 일어나게 되고, 온도가 일정 이상까지 상승하면 전지의 발화가 일어날 수 있다. 또한, 전해액과 전극 사이의 반응 결과, 가스가 발생하여 전지 내압이 상승하게 되며, 일정 압력 이상에서 리튬 이차전지는 폭발하게 된다. 이와 같은 발화 폭발의 위험성은 리튬 이차전지가 가지고 있는 가장 치명적인 단점이라 할 수 있다. 따라서, 리튬 이차전지의 개발에 필수적으로 고려해야 할 사항은 안전성을 확보하는 것이다. 과충전에 의한 리튬 이차전지의 발화/폭발을 방지하기 위한 안전장치로는 크게 셀 바깥쪽에 소자를 장착하여 사용하는 방법과 셀 내부의 물질을 이용하는 방법이 있다. 온도의 변화를 이용하는 PTC 소자, CID 소자, 전압의 변화를 이용하는 보호회로, 전지 내압의 변화를 이용하는 안전벤트(Safety Vent) 등이 전자에 해당하고, 전지 내부의 온도나 전압의 변화에 따라 물리적, 화학적, 전기화학적으로 변화할 수 있는 물질을 첨가하는 것이 후자에 속한다.However, when a conventional lithium secondary battery is exposed to a high temperature or a large current flows in a short time due to overcharge, external short circuit, nail penetration, local crush, etc., the battery is heated by IR heat It is exposed to the risk of ignition / explosion. Specifically, when the temperature of the battery rises, the reaction between the electrolyte and the electrode is promoted. As a result, a reaction heat is generated and the temperature of the battery further rises, which accelerates the reaction between the electrolyte and the electrode again. Therefore, the temperature of the battery rapidly increases, which again accelerates the reaction between the electrolyte and the electrode. Such a vicious circle causes a thermal runaway phenomenon in which the temperature of the battery rises sharply, and when the temperature rises to a certain level or higher, the battery may ignite. Further, as a result of the reaction between the electrolyte and the electrode, gas is generated and the internal pressure of the battery is increased, and the lithium secondary battery explodes at a certain pressure or higher. The risk of such ignition and explosion is the most fatal disadvantage of lithium secondary batteries. Therefore, it is necessary to secure safety for the development of lithium secondary batteries. As a safety device for preventing ignition / explosion of a lithium secondary battery by overcharging, there are a method of using a device mounted on the outer side of the cell and a method of using a material inside the cell. Electronic devices include PTC devices that use temperature changes, CID devices, protection circuits that use changes in voltage, and safety vents that use changes in the internal pressure of batteries. The latter is the addition of substances that can change chemically or electrochemically.
셀 바깥쪽에 장착하는 소자들은 온도나 전압 그리고 내압을 이용하기 때문에 확실한 차단을 가져올 수 있는 반면에, 추가적인 설치 공정 및 설치 공간이 요구되며, CID 소자의 경우 원통형 전지에만 적용할 수 있다는 단점이 있다. 또한, 내부 단락, 침상(nail) 관통, 국부적 손상(local crush) 등과 같이 빠른 응답시간이 요구되는 테스트에 대해서는 제대로 보호역할을 하지 못하는 것으로 알려져 있다.The devices mounted on the outside of the cell use a temperature, a voltage and an internal pressure, so that they can be surely intercepted. However, additional installation process and installation space are required, and the CID device can only be applied to a cylindrical battery. It is also known to fail to provide adequate protection for tests that require fast response times, such as internal shorting, nail penetration, and local crush.
셀 내부의 물질을 이용하는 방법의 하나로 전해액이나 전극에 안전성을 향상시키는 첨가제를 가하는 방법이 있다. 예를 들어, 과충전 등의 조건에서 전기화학적 중합 반응을 일으키는 물질을 전해액에 첨가하여, 과충전 시 이러한 물질의 중합 생성물이 전극에 부동막을 형성하거나 전해액을 고화시켜 전지의 비정상적인 작동을 억제하는 방법 등이 있다. 화학적 안전장치는 추가적인 공정 및 공간을 필요로 하지 않으며 모든 종류의 전지에 적용이 가능하다는 장점을 가지고 있으나, 신뢰성 있는 작동을 제공하지 못하며 물질의 첨가로 인해 전지의 성능이 저하되는 문제점이 있다.As a method of using a substance inside a cell, there is a method of adding an additive for improving safety to an electrolyte or an electrode. For example, a method of adding a substance causing an electrochemical polymerization reaction under overfiring conditions to an electrolyte to form a floating film on the electrode or a solidification of the electrolyte to prevent abnormal operation of the battery have. The chemical safety device does not require additional process and space, and has the advantage of being applicable to all kinds of cells. However, the chemical safety device does not provide reliable operation, and the performance of the battery deteriorates due to the addition of the material.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 과충전 등의 이상거동에 의하여 전해액의 기화 또는 전극 활물질에서의 가스 발생 등으로 인해 이차전지가 팽창하는 경우, 빠른 벤트(vent)를 유도하여 이차전지 간의 전기적 쇼트 또는 전지 내부 온도 상승 및 폭발 등의 위험을 예방하고 안전성을 향상시킨 이차전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는데 그 목적이 있다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention provides a secondary battery which induces a quick vent when the secondary battery expands due to vaporization of the electrolyte or generation of gas in the electrode active material due to abnormal behavior such as overcharging, An object of the present invention is to provide a secondary battery module and a battery pack including the secondary battery module.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 In order to solve the above problems,
하나 이상의 이차전지; 및 하나 이상의 침상체와 하나 이상의 용수철을 포함하며, 상기 침상체의 길이는 상기 용수철이 늘어나거나 수축되지 않은 정상상태인 경우의 길이보다 짧게 형성되며, 상기 침상체의 중심부와 상기 용수철의 중심부는 서로 고정되어 있는 벤팅 어셈블리; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈을 제공한다. One or more secondary batteries; And a length of the slender body is shorter than a length of the slender body in the case of a steady state in which the spring is not elongated or contracted, and a central portion of the slender body and a central portion of the spring A stationary venting assembly; And a secondary battery module.
본 발명의 일 구현예에서 상기 벤팅 어셈블리는 상기 하나 이상의 이차전지 사이에 위치하는 것일 수 있으며, 또 다른 실시예에서 상기 이차전지 사이는 하나의 이차전지 실링부와 다른 하나의 이차전지 실링부 사이일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the venting assembly may be located between the at least one secondary battery. In another embodiment, the secondary battery may be located between one secondary battery sealing portion and another secondary battery sealing portion. .
또한, 상기 벤팅 어셈블리는 상기 용수철이 90 ~ 60 % 수축되는 경우 상기 침상체가 어셈블리 밖으로 돌출되는 구조인 것일 수 있으며, Further, the venting assembly may have a structure in which the needle is protruded out of the assembly when the spring is shrunk by 90 to 60%
상기 벤팅 어셈블리는 하나의 용수철의 내부 빈 공간에 하나의 침상체를 배치 및 고정하여 포함하는 것일 수 있다. The venting assembly may include one sill body disposed and fixed to the inner hollow space of one spring.
또한, 상기 벤팅 어셈블리는 하나 이상의 용수철을 포함하며, 상기 침상체는 용수철과 용수철 사이에 배치 및 고정하여 포함되는 것일 수 있다.In addition, the venting assembly may include one or more springs, which may be disposed and fixed between the springs and the springs.
나아가 상기 벤팅 어셈블리는 침상체에 의하여 관통이 가능한 고분자 수지 또는 섬유 소재로 이루어진 포장재로 포장(packing)되는 것일 수 있다. Further, the venting assembly may be packed with a packing material made of a polymer resin or a fiber material which can be penetrated by the syringe.
이때, 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것일 수 있으며, The polymer resin may be at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, and polyurethane,
상기 섬유 소재는 부직포일 수 있다. The fibrous material may be a nonwoven fabric.
한편, 상기 침상체는 금속, 섬유강화 금속, 고분자, 세라믹, 고분자로 코팅된 금속, 섬유강화 플라스틱 중 어느 하나 이상의 재료로 이루어진 것일 수 있다. The sidewall may be made of at least one of a metal, a fiber-reinforced metal, a polymer, a ceramic, a metal coated with a polymer, and a fiber-reinforced plastic.
또한, 상기 고분자는 내열성 플라스틱, 아라미드 섬유, 탄소섬유, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.The polymer may be at least one selected from the group consisting of heat-resistant plastic, aramid fiber, carbon fiber, nylon, polyethylene, polypropylene, and polyethylene terephthalate.
나아가 상기 금속은 알루미늄, 니켈, 철, 텅스텐, 티탄, 타이타늄, 코발트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. Further, the metal may be at least one selected from the group consisting of aluminum, nickel, iron, tungsten, titanium, titanium and cobalt.
한편, 상기 이차전지는 리튬 이차전지임이 바람직하다. Meanwhile, the secondary battery is preferably a lithium secondary battery.
본 발명은 또한, 상기 이차전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 더 제공한다. The present invention further provides a battery pack including the secondary battery module.
상기 전지팩은 중대형 디바이스의 전원으로 이용되며, 상기 중대형 디바이스는 파워 툴(Power Tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric Golf Cart); 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나일 수 있다. The battery pack is used as a power source for a middle- or large-sized device, and the middle- or large-sized device includes a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Electric motorcycle including E-bike, E-scooter; Electric Golf Cart; Electric truck; Electric commercial vehicle; Or a system for power storage.
본 발명에 따른 이차전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 상기한 바와 같이, 과충전 등의 이상거동에 의하여 전해액의 기화 또는 전극활물질에서의 가스 발생 등으로 인해 이차전지가 팽창하는 경우, 빠른 벤트(vent)를 유도하여 이차전지간의 전기적 쇼트 또는 전지 내부 온도 상승 및 폭발 등의 위험을 예방하여 이차전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩의 안전성을 향상시키는 효과가 있다. As described above, when the secondary battery expands due to vaporization of the electrolyte or generation of gas in the electrode active material due to abnormal behavior such as overcharging, the secondary battery module and the battery pack including the secondary battery module according to the present invention, vent to induce electrical shorts between the secondary cells or to prevent the temperature rise and explosion of the internal temperature of the battery, thereby improving the safety of the secondary battery module and the battery pack including the secondary battery module.
도 1은 벤트핀과 용수철을 포함하는 벤팅 어셈블리의 정면도를 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 상기 벤팅 어셈블리를 포함하는 이차전지 모듈의 다양한 예시를 나타낸 것이다.
도 4는 이상 거동에 의한 이차전지의 팽창시 벤팅 어셈블리가 적용되는 경우에 대한 예시를 나타낸 것이다.
도 5는 상기 도 4에 따른 벤팅 부분을 확대하여 예시한 것이다.Figure 1 shows a front view of a venting assembly including a vent pin and a spring.
2 and 3 show various examples of a secondary battery module including the venting assembly.
FIG. 4 shows an example in which the venting assembly is applied when the secondary battery is expanded due to abnormal behavior.
5 is an enlarged view illustrating the venting portion according to FIG.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, In order to solve the problems of the prior art as described above,
하나 이상의 이차전지; 및 One or more secondary batteries; And
하나 이상의 침상체와 하나 이상의 용수철을 포함하며, 상기 침상체의 길이는 상기 용수철이 늘어나거나 수축되지 않은 정상상태인 경우의 길이보다 짧게 형성되고, 상기 침상체의 중심부와 상기 용수철의 중심부는 서로 고정되어 있는 벤팅 어셈블리; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈을 제공한다.
Wherein the length of the slender body is formed to be shorter than the length of the case where the spring is in a stretched or non-contracted steady state, and a central portion of the slender body and a central portion of the spring are fixed to each other A venting assembly; And a secondary battery module.
상기 벤팅 어셈블리는 다수의 이차전지와 함께 이차전지 모듈에 포함되는 것으로, 상기 이차전지 모듈에 포함되는 다수의 이차전지 중 이상 거동에 의하여 어느 하나 이상의 이차전지가 팽창되거나 형태가 변형되는 경우, 해당 이차전지의 외장재에 가스 벤팅용 관통구를 형성하여 전지의 발화, 폭발 등의 위험을 미연에 방지할 수 있는 역할을 한다.
When the at least one secondary battery is expanded or deformed due to an abnormal behavior among a plurality of secondary batteries included in the secondary battery module, A gas venting through-hole is formed in the casing of the battery, thereby preventing the risk of ignition or explosion of the battery.
상기와 같은 역할을 수행하기 위하여, 본원발명의 벤팅 어셈블리는 하나 이상의 침상체와 하나 이상의 용수철을 포함하며, 상기 침상체의 길이는 상기 용수철이 늘어나거나 수축되지 않은 정상상태인 경우의 길이보다 짧게 형성되고, 상기 침상체의 중심부와 상기 용수철의 중심부는 서로 고정되어 있는 것일 수 있다. In order to accomplish the above-mentioned function, the venting assembly of the present invention includes at least one needle-shaped body and at least one spring, and the length of the needle-shaped body is shorter than the length of the normal state in which the spring is not elongated or contracted And the central portion of the squeeze body and the central portion of the spring may be fixed to each other.
이때 상기 침상체는 바람직한 일 실시예에서, 하나의 용수철의 내부 빈 공간에 배치되고 상기 용수철의 중심부와 서로 고정되는 구조일 수 있으며, 또 다른 일 실시예에서 상기 침상체는 2 이상의 용수철 사이에 배치되고 상기 2 이상의 용수철의 중심부들과 서로 고정되는 구조일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In this preferred embodiment, the slender body may be arranged in an inner hollow space of one spring and fixed to the center of the spring, and in another embodiment, the slender body may be disposed between two or more springs And fixed to the center portions of the two or more springs. However, the present invention is not limited thereto.
상기 벤팅 어셈블리는 상기와 같은 구성으로 다수의 이차전지들과 함께 이차전지 모듈에 포함되며, 상기 다수의 이차전지 사이에 하나 이상 포함되도록 한다. 또한, 바람직하게는 상기 이차전지들과 밀착하여 포함되도록 한다.The venting assembly is included in the secondary battery module together with the plurality of secondary batteries in the above-described configuration, and at least one of the plurality of secondary batteries is included in the venting assembly. Also, it is preferably included in close contact with the secondary batteries.
상기 벤팅 에셈블리에 포함되는 용수철의 정상 상태에서의 길이는 특별히 한정하지 아니하며, 상기 이차전지 모듈에 포함되는 다수의 이차전지들 사이의 간격에 따라 당업자에 의하여 용이하게 조절될 수 있으며, 바람직하게는 상기 이차전지들 사이의 간격의 길이와 동일하게 형성되는 것이 유리하다. The length of the spring included in the venting assembly is not particularly limited and may be easily adjusted by a person skilled in the art according to the distance between the plurality of secondary batteries included in the secondary battery module, It is advantageous that the length is equal to the length of the interval between the secondary cells.
또한 상기 침상체의 길이도 특별히 제한하지 아니하며, 상기한 바와 같이, 이차전지 및 이를 포함하는 이차전지 모듈의 사이즈, 형태 등에 따라 당업자에 의하여 용이하게 조절될 수 있을 것이나, 다만, 상기 용수철의 길이보다는 반드시 짧게 형성하도록 함이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 용수철이 90 ~ 60 % 수축되는 경우 침상체가 외부로 돌출될 수 있는 길이로 형성할 수 있다. Also, the length of the needle-like body is not particularly limited. As described above, the size of the secondary battery and the secondary battery module including the secondary battery module can be easily controlled by those skilled in the art, It is preferable to make it short. More preferably, when the spring is shrunk by 90 to 60%, the needle can be formed to have a length protruding outward.
이에 따라, 이차전지들이 정상상태로 작동하는 경우에는 상기 용수철이 수축되지 않으므로 용수철의 길이보다 짧은 길이의 침상체가 용수철 밖으로 드러나지 아니하나, 이상 거동에 의하여 어느 하나의 이차전지가 팽창하여 상기 벤팅 어셈블리에 압력이 가해지는 경우, 이에 포함되는 용수철은 수축되고, 용수철이 수축됨에 따라 벤팅 에셈블리 내부에 포함되는 침상체가 용수철의 외부로 노출되어 이차전지 외장재를 관통함으로써 내부 가스의 벤팅구를 형성하게 된다. Accordingly, when the secondary cells are operated in a steady state, the spring is not contracted, so that the needle-shaped body having a length shorter than the length of the spring is not exposed to the outside of the spring. However, one of the secondary batteries expands due to abnormal behavior, When the pressure is applied, the spring included therein is contracted, and as the spring is contracted, the needle contained in the venting assembly is exposed to the outside of the spring to penetrate the secondary battery casing to form a venting hole for the internal gas.
따라서 상기 이상 거동에 의하여 팽창된 이차전지는 벤팅구를 통하여 가스가 외부로 배출되는바, 전극의 단락 및 이로 인한 발화, 폭발 등의 위험을 방지할 수 있으므로 안전성이 크게 상승하게 되는 것이다.
Therefore, the secondary battery expanded by the abnormal behavior is discharged to the outside through the venting hole, so that the danger of short-circuiting of the electrode and the ignition and explosion due to the short-circuiting of the secondary battery can be prevented.
본 발명의 벤팅 어셈블리에 포함되는 상기 용수철의 재질은 특별히 한정하지 아니하며, 공지의 용수철을 모두 이용할 수 있을 것이다. The material of the spring included in the venting assembly of the present invention is not particularly limited, and any known spring may be used.
또한, 상기 침상체의 재질도 특별히 한정하지 아니하며, 당업자에 의하여 다양하게 선택 가능할 것이나, 바람직하게는 이차전지의 포장재를 관통하기 유리한 재질로 형성하도록 한다. 구체적으로 예를 들면, 상기 침상체는 금속, 섬유강화 금속, 고분자, 세라믹, 고분자로 코팅된 금속, 섬유강화 플라스틱 중 어느 하나 이상의 재료로 이루어진 것일 수 있다. Further, the material of the needle-like body is not particularly limited and may be variously selected by a person skilled in the art, but it is preferably made of a material which can pass through the packing material of the secondary battery. Specifically, for example, the sill body may be made of at least one of a metal, a fiber-reinforced metal, a polymer, a ceramic, a metal coated with a polymer, and a fiber-reinforced plastic.
이때, 상기 고분자는 예를 들면, 내열성 플라스틱, 아라미드 섬유, 탄소섬유, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 금속은 알루미늄, 니켈, 철, 텅스텐, 티탄, 타이타늄, 코발트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The polymer may be at least one selected from the group consisting of heat-resistant plastic, aramid fiber, carbon fiber, nylon, polyethylene, polypropylene and polyethylene terephthalate. The metal may be aluminum, nickel, iron, tungsten , Titanium, titanium, and cobalt, but is not limited thereto.
다만, 금속체로 이루어지는 경우에는 관통시 이차전지 내부의 전극 등과 접촉하여 쇼트 등의 2차적인 위험을 발생시키지 않도록 외부 표면을 고분자 수지 등으로 코팅하여 형성함이 바람직하다.
However, in the case of a metal body, it is preferable that the outer surface is coated with a polymer resin or the like so as not to cause a secondary danger such as a short-circuit by contacting an electrode or the like inside the secondary battery when penetrating.
나아가, 상기 벤팅 어셈블리는 상기 침상체와 용수철 등을 포함하는 포장재에 의해 포장될 수 있으며, 상기 포장재는 침상체에 의하여 관통이 가능한 고분자 수지 또는 섬유 소재 등으로 이루어진 것일 수 있다. Further, the venting assembly may be packed with a packing material including the needle-like body and the spring, and the packing material may be made of a polymer resin, a fiber material, or the like, which can pass through the needle body.
상기 포장재는 벤팅 어셈블리를 포장하기 위한 것이므로 비상시 침상체가 작동에 영향을 주지 않을 것을 요하는바, 침상체에 의하여 용이하게 관통될 수 있는 재질로 이루어지는 것이 유리하다. 본 발명에서는 이를 특별히 제한하지 아니하며 다양한 재질로 이루어질 수 있을 것이며, 예를 들면, 고분자 수지로서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 중에서 선택된 어느 하나 이상이나, 또는 섬유 소재로서 부직포 등을 이용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Since the packaging material is for packing the venting assembly, it is advantageous that the material is made of a material which can be easily penetrated by the needle-like body, in case of emergency, so that the needle-shaped body does not affect the operation. For example, any one or more selected from polyethylene, polypropylene and polyurethane may be used as the polymer resin, or a nonwoven fabric may be used as the fiber material. However, the present invention is not limited thereto It is not.
한편, 본 발명의 이차전지 모듈에 포함되는 이차전지의 외장재는 특별히 한정하지 아니하며, 다양한 재질로 포함될 수 있을 것이나, 예를 들면, 상기 외장재는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트 형태의 파우치형 외장재가 바람직하다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 외장재가 바람직하다. Meanwhile, the outer sheath of the secondary battery included in the secondary battery module of the present invention is not particularly limited and may be composed of various materials. For example, the outer sheath may be a laminate sheet type pouch type outer sheath including a metal layer and a resin layer . Particularly, a pouch-type sheathing material of an aluminum laminate sheet is preferable.
상기 라미네이트 시트는 고분자 필름의 외부 피복층, 금속박의 베리어층, 및 폴리올레핀 계열의 내부 실란트층으로 구성되어 있으며 상기 외부 피복층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외측 수지층의 고분자 수지로는 연신 나일론 필름 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 베리어층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 유출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 상기 내부 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(cPP) 이 사용될 수 있다.The laminate sheet is composed of an outer coating layer of a polymer film, a barrier layer of a metal foil, and an inner sealant layer of a polyolefin series, and the outer coating layer must have excellent resistance to external environment, . In this respect, a stretched nylon film or polyethylene terephthalate (PET) can be preferably used as the polymer resin of the outer resin layer. The barrier layer may preferably be made of aluminum so as to exhibit a function of improving the strength of the battery case, in addition to a function of preventing the inflow or outflow of foreign substances such as gas, moisture and the like. The inner sealant layer may preferably be a polyolefin resin having a low hygroscopicity and not being swollen or corroded by an electrolytic solution in order to suppress the penetration of an electrolytic solution due to its heat sealability (thermal adhesiveness), and more preferably, Polypropylene (cPP) can be used.
나아가 상기 외부 피복층과 내부 실란트층은 2 중층 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 외부 피복층은 PET/ONy 층, 내부 실란트층은 PPa(산 변성(Acid modified) PP/cPP 와 같은 이중 구조로 구성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
Further, the outer coating layer and the inner sealant layer may be formed of two or more layers. For example, the outer coating layer may be composed of a PET / ONy layer and the inner sealant layer may be formed of a double structure such as PPa (acid modified PP / cPP) But is not limited thereto.
한편, 상기 벤팅 어셈블리는 이차전지 모듈에 포함되는 다수의 이차전지 사이에 위치하도록 하며, 그 위치는 특별히 한정하지 아니하나, 바람직하게는 이차전지의 전극탭과 전극리드가 접합하는 부위 또는 실링부에 위치함으로써 이차전지 모듈의 컴팩트한 사이즈를 발현할 수 있고, 또한, 상기 전극탭과 전극리드가 접합하는 부분에서 가스가 특히 다량 고이게 되는바, 이 부분에 벤팅구가 형성되는 경우, 가스 벤팅에 보다 유리할 수 있다. The venting assembly is disposed between the plurality of secondary cells included in the secondary battery module and is not particularly limited in its position. Preferably, the venting assembly includes a portion where the electrode tab of the secondary battery and the electrode lead are joined, It is possible to realize a compact size of the secondary battery module and furthermore, since the gas is particularly large in the area where the electrode tab and the electrode lead are joined together and the venting hole is formed in this area, Can be advantageous.
상기 벤팅 어셈블리가 포함되는 개수는 특별히 한정하지 아니하며, 하나 이상을 포함할 수 있을 것이나, 보다 바람직하게는 다수의 이차전지 사이에 하나 이상의 벤팅 어셈블리를 포함하는 경우, 안전성을 보다 향상시킬 수 있으며, 이때 상기한 바와 같이 이차전지의 전극탭과 전극리드가 접합되는 부분 또는 실링부에 위치함으로써 다수의 벤팅 어셈블리를 포함함에 따른 이차전지 모듈의 부피변화를 최소화 할 수 있다.
The number of the venting assemblies is not particularly limited and may include one or more ventilation assemblies. More preferably, when the ventilation assembly includes one or more ventilation assemblies between the plurality of secondary cells, safety can be further improved. As described above, since the electrode tab and the electrode lead of the secondary battery are connected to each other or located at the sealing portion, a volume change of the secondary battery module due to the plurality of venting assemblies can be minimized.
본 발명에 따른 이차전지 모듈에 포함되는 상기 이차전지는 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있다. The secondary battery included in the secondary battery module according to the present invention is preferably a lithium secondary battery.
본 발명은 나아가, 상기 이차전지 모듈을 하나 이상 포함하는 전지팩을 더 제공한다. The present invention further provides a battery pack including at least one secondary battery module.
상기 전지팩은 소형 디바이스는 물론, 중대형 디바이스의 전원으로 이용될 수 있는 것을 특징으로 하며, 상기 중대형 디바이스는 파워 툴(Power Tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric Golf Cart); 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
The battery pack may be used not only as a small device but also as a power source for a medium and large-sized device. The medium and large device includes a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Electric motorcycle including E-bike, E-scooter; Electric Golf Cart; Electric truck; Electric commercial vehicle; Or a system for power storage. However, the present invention is not limited thereto.
이하, 본 발명의 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하나, 하기 도면은 본원발명의 설명을 위한 예시일 뿐 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the following drawings are only illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1은 본 발명의 벤팅 어셈블리(10)을 모식적으로 표현한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a venting
본 발명에 따른 벤팅 어셈블리(10)는 하나 이상의 용수철(12a, 12b)을 포함할 수 있고, 침상체(14)는 상기 용수철 사이 또는 용수철의 내부 빈 공간 안에 배치될 수 있다. 벤팅 어셈블리에 배치된 침상체(14)는 용수철(12a, 12b)과 고정부(16)를 통하여 고정되며, 바람직하게는 침상체의 중심부와 용수철의 중심부를 고정하도록 한다. 상기 벤팅 어셈블리는 고분자 수지 또는 섬유 재질 등의 포장재(18)를 이용하여 포장될 수도 있다. The venting
도 2 및 도 3은 상기 벤팅 어셈블리(10) 및 이차전지(20)를 다수 포함하는 이차전지 모듈(30)에 대한 단면도이다. 상기 벤팅 어셈블리는 도 2와 같이 이차전지 사이에 하나 이상 포함될 수 있을 것이나, 바람직하게는 도 3에서와 같이 이차전지의 전극탭과 전극리드가 접합되는 위치 또는 실링부 사이에 위치하여 이차전지 모듈의 데드 스페이스(Dead space)를 줄이도록 할 수 있다.
2 and 3 are sectional views of a
도 4는 이차전지 모듈에 포함되는 어느 하나의 이차전지가 이상거동에 의하여 팽창됨으로써 상기 벤팅 어셈블리가 작동하는 상황에 대한 예시 단면도이다. 4 is an exemplary sectional view illustrating a situation in which one of the secondary batteries included in the secondary battery module is expanded due to abnormal behavior, thereby operating the ventilation assembly.
도 5는 상기 작동하는 벤팅 어셈블리를 확대하여 도시한 단면도이다. 5 is an enlarged cross-sectional view of the operating venting assembly.
도 5에서와 같이 이차전지(20)가 팽창하게 되면 그 사이에 위치하는 벤팅 어셈블리(10)를 압박하여 용수철(12)이 수축하게 되며, 이에 따라 침상체(14)가 용수철의 외부로 돌출되어 이차전지와 접촉하게 되므로 이차전지에 벤팅구를 형성하게 된다.
As shown in FIG. 5, when the
본 발명의 이차전지 모듈은 상기한 바와 같은 벤팅 어셈블리를 포함함으로써 이차전지 및 이를 포함하는 이차전지 모듈의 정상적인 작동 및 성능 등에는 전혀 영향을 주지 않으면서도 이차전지 제작시 별도의 추가 공정 없이 상기 벤팅 어셈블리만 포함시키면 되므로 저렴한 비용 및 제작 공정의 효율화를 제공하고, 비상 상화 시 이차전지 내부의 가스가 용이하게 외부로 배출되도록 하여 이차전지 모듈의 안전성을 향상시키고 신뢰성을 높일 수 있으며, 나아가, 가스의 배출 지점을 미리 예정할 수 있어 안전성을 더욱 향상시키는 효과를 제공한다. The secondary battery module of the present invention includes the above-described venting assembly, so that it does not affect the normal operation and performance of the secondary battery and the secondary battery module including the secondary battery, Therefore, it is possible to improve the safety and reliability of the secondary battery module by discharging the gas inside the secondary battery easily when the secondary battery is emeritized. A point can be predicted in advance, thereby providing an effect of further improving safety.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. The scope of the present invention should be interpreted based on the scope of the following claims and all technical ideas within the scope of equivalents thereof are to be construed as being included in the scope of the present invention. It is to be understood that the invention is not limited thereto.
14 침상체,
20 이차전지,
10 벤팅 어셈블리,
12 용수철.14 Thickness,
20 secondary battery,
10 Venting assembly,
12 spring.
Claims (15)
하나 이상의 침상체와 하나 이상의 용수철을 포함하며, 상기 침상체의 길이는 상기 용수철이 늘어나거나 수축되지 않은 정상상태인 경우의 길이보다 짧게 형성되며, 상기 침상체의 중심부와 상기 용수철의 중심부는 서로 고정되어 있는 벤팅 어셈블리;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
One or more secondary batteries; And
Wherein a length of the needle-shaped body is shorter than a length of the needle-shaped body in a steady state in which the spring is not elongated or contracted, and a central portion of the needle-shaped body and a central portion of the spring are fixed A venting assembly;
The secondary battery module comprising:
상기 벤팅 어셈블리는 상기 하나 이상의 이차전지 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the venting assembly is located between the at least one secondary battery.
상기 이차전지 사이는 하나의 이차전지 실링부와 다른 하나의 이차전지 실링부 사이인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
3. The method of claim 2,
And the secondary battery is between one secondary battery sealing part and the other secondary battery sealing part.
상기 벤팅 어셈블리는 상기 용수철이 90 ~ 60 % 수축되는 경우 상기 침상체가 어셈블리 밖으로 돌출되는 구조인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the venting assembly is a structure in which the needle is protruded out of the assembly when the spring is shrunk by 90 to 60%.
상기 벤팅 어셈블리는 하나의 용수철의 내부 빈 공간에 하나의 침상체를 배치 및 고정하여 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the venting assembly includes one sill body disposed and fixed to an inner hollow space of one spring.
상기 벤팅 어셈블리는 하나 이상의 용수철을 포함하며, 상기 침상체는 용수철과 용수철 사이에 배치 및 고정하여 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the venting assembly comprises at least one spring, and wherein the syringe is disposed and secured between the spring and the spring.
상기 벤팅 어셈블리는 침상체에 의하여 관통이 가능한 고분자 수지 또는 섬유 소재로 패킹(packing)되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the venting assembly is packed with a polymer resin or a fibrous material that can be penetrated by the syringe.
상기 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
The method of claim 7, wherein
Wherein the polymer resin is at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, and polyurethane.
상기 섬유 소재는 부직포인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
8. The method of claim 7,
Wherein the fibrous material is a nonwoven fabric.
상기 침상체는 금속, 섬유강화 금속, 고분자, 세라믹, 고분자로 코팅된 금속, 섬유강화 플라스틱 중 어느 하나 이상의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the needle-shaped body is made of at least one of a metal, a fiber-reinforced metal, a polymer, a ceramic, a metal coated with a polymer, and a fiber-reinforced plastic.
상기 고분자는 내열성 플라스틱, 아라미드 섬유, 탄소섬유, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈. 11. The method of claim 10,
Wherein the polymer is at least one selected from the group consisting of heat-resistant plastic, aramid fiber, carbon fiber, nylon, polyethylene, polypropylene, and polyethylene terephthalate.
상기 금속은 알루미늄, 니켈, 철, 텅스텐, 티탄, 타이타늄, 코발트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
11. The method of claim 10,
Wherein the metal is at least one selected from the group consisting of aluminum, nickel, iron, tungsten, titanium, titanium and cobalt.
상기 이차전지는 리튬 이차전지 인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the secondary battery is a lithium secondary battery.
A battery pack comprising a secondary battery module according to any one of claims 1 to 13.
상기 전지팩은 중대형 디바이스의 전원으로 이용되며, 상기 중대형 디바이스는 파워 툴(Power Tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric Golf Cart); 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지팩.
15. The method of claim 14,
The battery pack is used as a power source for a middle- or large-sized device, and the middle- or large-sized device includes a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Electric motorcycle including E-bike, E-scooter; Electric Golf Cart; Electric truck; Electric commercial vehicle; Or a system for storing electric power.
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|---|---|---|---|
| KR1020110088139A KR101452028B1 (en) | 2011-08-31 | 2011-08-31 | Pouch-type secondary battery Module of improved stability and Battery pack |
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| KR1020110088139A KR101452028B1 (en) | 2011-08-31 | 2011-08-31 | Pouch-type secondary battery Module of improved stability and Battery pack |
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|---|---|
| KR20130024598A KR20130024598A (en) | 2013-03-08 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11710874B2 (en) | 2020-02-25 | 2023-07-25 | Sk On Co., Ltd. | Battery module |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060091788A (en) * | 2005-02-15 | 2006-08-22 | 주식회사 엘지화학 | Battery cartridge having venting jig |
| JP2010033789A (en) | 2008-07-28 | 2010-02-12 | Jm Energy Corp | Film-armored electric device assembly |
| KR20110058381A (en) * | 2009-11-26 | 2011-06-01 | 삼성에스디아이 주식회사 | Secondary battery and battery pack using the same |
| KR20110075789A (en) * | 2009-12-29 | 2011-07-06 | 주식회사 루트제이드 | Secondary battery having exploding prevention device |
-
2011
- 2011-08-31 KR KR1020110088139A patent/KR101452028B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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| US11710874B2 (en) | 2020-02-25 | 2023-07-25 | Sk On Co., Ltd. | Battery module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130024598A (en) | 2013-03-08 |
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