JP-2026514659-A - 安全性が向上した二次電池

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Abstract

本発明は、一つ以上の電池セルと、前記電池セルを収容するように第１内部空間を備え、側面には貫通ホールが形成されているハウジング部と、前記ハウジング部の内部で発生したガスを外部に排出するために、前記貫通ホールに装着されるベンティングデバイスと、前記ベンティングデバイスをカバーする形状に前記ハウジング部の側面外側に着脱可能に結合されるパーティクル遮断部材と、を含み、前記パーティクル遮断部材は、前記ハウジング部の側面と対面する第１面と、前記第１面の上端部から前記ハウジング部の側面に向かうように延びる第２面と、前記第１面の両側端部から前記ハウジング部の側面に向かうように延びる一対の第３面と、を含んで第２内部空間を形成する遮断部と、前記遮断部の下端に位置する収容部と、を含むことを特徴とする二次電池に関する。

Inventors

ホン・セ・ソン
ヒ・ヨン・クォン

Assignees

エルジーエナジーソリューションリミテッド

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20250122
Priority Date: 20240322

Claims (15)

一つ以上の電池セルと、前記電池セルを収容するように第１内部空間を備え、側面には貫通ホールが形成されているハウジング部と、前記ハウジング部の内部で発生したガスを外部に排出するために、前記貫通ホールに装着されるベンティングデバイスと、前記ベンティングデバイスをカバーする形状に前記ハウジング部の側面外側に着脱可能に結合されるパーティクル遮断部材と、を含み、前記パーティクル遮断部材は、前記ハウジング部の側面と対面する第１面と、前記第１面の上端部から前記ハウジング部の側面に向かうように延びる第２面と、前記第１面の両側端部から前記ハウジング部の側面に向かうように延びる一対の第３面と、を含んで第２内部空間を形成する遮断部と、前記遮断部の下端に位置する収容部と、を含む、二次電池。
前記第１面、前記第２面及び前記第３面のうちのいずれか一つ以上の面は、メッシュホールが形成されたメッシュプレートで構成される、請求項１に記載の二次電池。
前記メッシュホールは、前記ベンティングデバイスを通して排出されるパーティクルのサイズよりも小さい粒径を有するように構成される、請求項２に記載の二次電池。
前記メッシュホールは、前記ハウジング部の側面に行くほど内径が小さくなるように形成される、請求項３に記載の二次電池。
前記収容部は、前記第１面の下端部から前記ハウジング部の側面と対面するように延びる第５面と、前記第５面の両側端部から前記ハウジング部の側面に向かうように延びる一対の第６面と、前記一対の第６面の一端部から前記第５面に対して平行に延びる第７面と、前記第５面の下端部、前記一対の第６面の下端部及び前記第７面の下端部を連結する第４面と、を含む、請求項２～４のいずれか一項に記載の二次電池。
前記収容部は、前記遮断部の第２内部空間と前記収容部の第３内部空間との間に形成される隔壁をさらに含み、前記隔壁には、前記第２内部空間と前記第３内部空間とが互いに連通するように、連通ホールが形成されている、請求項５に記載の二次電池。
前記隔壁には、前記連通ホールの一部が延びて通路の形態に形成された連通路がさらに備えられている、請求項６に記載の二次電池。
前記第５面の幅は、前記第１面の幅を超えるように構成され、前記収容部は、前記第３面の下端部で前記第５面の上端部に沿って延びる第８面をさらに含む、請求項６に記載の二次電池。
前記収容部は、前記遮断部とスライド結合する、請求項６に記載の二次電池。
前記第１面、前記第２面、前記第３面及び第４面のうちのいずれか一つ以上の面は、一端部から延び、前記パーティクル遮断部材が前記ハウジング部の側面に結合することができるように備えられた連結部材をさらに含む、請求項２～４のいずれか一項に記載の二次電池。
前記ハウジング部の側面には第１締結ホールが形成されており、前記連結部材には、前記第１締結ホールと連通する第２締結ホールが形成されている、請求項１０に記載の二次電池。
前記第１締結ホールと前記第２締結ホールとが重畳した状態で、前記第１締結ホール及び前記第２締結ホールを全部貫通して締結するように、締結部材をさらに含む、請求項１１に記載の二次電池。
前記収容部は、前記第１面の下端部と前記一対の第３面の下端部とを連結する第４面であり、前記第４面は、メッシュホールが形成されていないプレート形状を有する、請求項２～４のいずれか一項に記載の二次電池。
前記ベンティングデバイスは、前記第１内部空間の圧力が所定の圧力以上に上昇するときに開放し、前記第１内部空間の圧力が所定の圧力以下に下降するときに密閉する安全バルブである、請求項２～４のいずれか一項に記載の二次電池。
前記ハウジング部は、モジュールハウジング部又はパックハウジング部である、請求項２～４のいずれか一項に記載の二次電池。

Description

本出願は２０２４年３月２２日付け韓国特許出願第１０－２０２４－００３９４３７号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願に開示された全ての内容はこの明細書の一部として含まれる。本発明は安全性が向上した二次電池に関し、より詳しくは二次電池の熱暴走の際に発生するガスは速かに遠距離まで排出させる一方で、パーティクルは移動距離を制限することにより、火災発生を抑制することができる構造を有する安全性が向上した二次電池に関する。モバイル機器に対する技術開発及び需要が増加するのに伴って、充放電可能な二次電池は多様なモバイル機器のエネルギー源として使用されている。二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの代案として提示されている電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目されている。二次電池は、電池ケースの形状によって、電極組立体が円筒形又は角形の金属缶に内蔵されている円筒型電池及び角型電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型電池とに分類される。一方、二次電池は優れた電気的特性を有しているが、過充電、過放電、高温露出、電気的短絡などの異常作動状態で電池の構成要素である活物質、電解質などの分解反応を引き起こして熱及びガスが発生し、これにより二次電池が膨張する、いわゆるスウェリング現象が発生する問題点がある。スウェリング現象はこのような分解反応を加速化させて熱暴走（Ｔｈｅｒｍａｌｒｕｎａｗａｙ）現象による二次電池の発火や爆発をもたらすこともある。図１は従来技術による二次電池の斜視図である。図１に示すように、二次電池は、一つ以上の電池セル１０と、前記電池セル１０を収容するハウジング部２０と、前記ハウジング部２０の内部で発生したガスを外部に放出する安全バルブ３０と、を含む。したがって、電池セルの熱暴走の際、高圧のベンティングガスは安全バルブ３０を通して外部に放出されるので、二次電池の爆発などを防止することができることに期待することができる。しかし、電池セルの熱暴走の際には、シーリングの弱い部分から閃光のように飛び出す火炎であるフレア（ｆｌａｒｅ）、内部電極の脱離及びアルミニウム集電体の溶融によって放出される高熱を有する粒子であるスパークパーティクル、及び高温のベントガス（ｖｅｎｔｇａｓ）が発生する。特に、これらは一定の位置にのみ留まるものではなく、付近に位置する電池セルを含めて周辺のモジュール、又は二次電池が装着される対象物まで移動するから、大きな事故につながる可能性が高い。さらに、排出過程で、スパークパーティクルが安全バルブ３０の通路を塞いでベンティングガスなどの排出を妨げるか又は通路に積もることにより、安全バルブ３０が正常に作動することができない問題が発生することがある。韓国公開特許第１０－２０２３－００９８０８０号公報従来技術による二次電池の斜視図である。本発明の第１実施例による二次電池の分解斜視図である。本発明の第１実施例による二次電池のハウジング部にベンティングデバイスが装着される状態を示す斜視図である。本発明の第１実施例による二次電池に装着されるベンティングデバイスの開放前及び開放後の状態を示す側面図である。図２に示すＡ領域の拡大斜視図である。本発明の第１実施例によるパーティクル遮断部材が締結部材によってハウジング部に結合された状態を示す図である。本発明の第１実施例による二次電池に装着されるパーティクル遮断部材を内側から見た斜視図である。図７に示すパーティクル遮断部材のＢ領域を垂直方向に切断した断面図である。本発明の第２実施例によるパーティクル遮断部材を内側から見た斜視図である。本発明の第３実施例によるパーティクル遮断部材を内側から見た斜視図である。本発明の第４実施例によるパーティクル遮断部材を内側から見た斜視図である。本発明の第４実施例によるパーティクル遮断部材を内側から見た図である。本発明の第５実施例によるパーティクル遮断部材を内側から見た図である。本発明の第６実施例によるパーティクル遮断部材を内側から見た図である。本発明の第７実施例によるパーティクル遮断部材を内側から見た斜視図である。本発明の第７実施例によるパーティクル遮断部材を内側から見た図である。本発明の第８実施例によるパーティクル遮断部材を内側から見た図である。本発明の第９実施例によるパーティクル遮断部材を内側から見た図である。本発明の第１０実施例によるパーティクル遮断部材がハウジング部に結合される前の状態を示す斜視図である。本発明の第１０実施例によるパーティクル遮断部材がハウジング部に結合された状態を示す斜視図である。本発明の第１０実施例によるパーティクル遮断部材がハウジング部に結合された状態を示す図である。以下、添付図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。しかし、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使用する。明細書全般にわたって、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。以下では、本発明による安全性が向上した二次電池について説明する。図２は本発明の第１実施例による二次電池の分解斜視図であり、図３は本発明の第１実施例による二次電池のハウジング部にベンティングデバイスが装着される状態を示す斜視図であり、図４は本発明の第１実施例による二次電池に装着されるベンティングデバイスの開放前及び開放後の状態を示す側面図である。図２から図４を参照して説明すると、本発明による二次電池は、電池セル１００と、ハウジング部２００と、ベンティングデバイス３００と、パーティクル遮断部材４００と、を含む。まず、電池セル１００は一つ以上の電池セルを含むことができる。電池セル１００は、電極組立体、電極リード及び電池ケースを含むパウチ型二次電池であってもよい。電極組立体は、長いシート状の負極と正極との間に分離膜が介在されてから巻き取られる構造を有するゼリーロール型電極組立体、長方形の正極及び負極が分離膜を挟む状態に積層される構造の単位セルから構成されるスタック型電極組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻き取られるスタック－フォールディング型電極組立体、又は単位セルが分離膜を挟んだ状態で積層されて互いに付着されるラミネーション－スタック型電極組立体などからなることができるが、これに限定されない。正極は、正極集電体と、正極集電体の上面及び下面に塗布される正極活物質とを含んでなり、正極活物質には導電材及びバインダーが混合されることができ、必要に応じて充填剤をさらに添加することもある。負極は、負極集電体と、負極集電体の下面及び上面に塗布される負極活物質とを含んでなり、負極活物質には導電材とバインダーがさらに混合されて負極集電体にコーティングされ得る。分離膜は、前述した負極と正極との間の短絡（ｓｈｏｒｔ）を防止し、リチウムイオンの移動のみを許す。このような分離膜の素材としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン／ポリプロピレン二重層、ポリエチレン／ポリプロピレン／ポリエチレン三重層、ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレン三重層、及び有機繊維フィルター紙のうちで選択されるいずれか１種が好ましいが、これに限定されない。電極組立体を収容する電池ケースは、外部被覆層、金属層及び内部被覆層からなるラミネートシートを使用して収容部を形成する。内部被覆層は電極組立体と直接的に接触するので、絶縁性及び耐電解性を有しなければならず、さらに外部に対する密閉のために、シーリング性、すなわち、内部層同士熱接着されたシーリング部位は優れた熱接着強度を有しなければならない。このような内部被覆層の材料としては、耐化学性に優れながらもシーリング性が良いポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンアクリル酸、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリイミド樹脂から選択することができるが、これに限定されず、引張強度、剛性、表面硬度、耐衝撃強度などの機械的物性及び耐化学性に優れたポリプロピレンが最も好ましい。内部被覆層と接する金属層は、外部から水分や各種のガスが電池の内部に浸透することを防止するバリア層に相当し、このような金属層の好ましい材料としては、軽いながらも成形性に優れたアルミニウム薄膜を使用することができる。そして、金属層の他側面には外部被覆層を備え、このような外部被覆層は、電極組立体を保護しながら耐熱性及び耐化学性を確保することができるように、引張強度、透湿防止性及び空気透過防止性に優れた耐熱性ポリマーを使用することができ、一例として、ナイロン又はポリエチレンテレフタレートを使用することができるが、これに限定されない。一方、ハウジング部２００は、電池セル１００を収容するように、第１内部空間Ｓ１を備えることができる。ハウジング部２００は、上部が開放した第１内部空間Ｓ１を備えたハウジング体２１０と、ハウジング体２１０の開放した上部に位置するハウジングカバー２２０と、を含むことができる。ここで、ハウジング部２００は、モジュールハウジング部又はパックハウジング部として構成され得る。例えば、ハウジング部２００がモジュールハウジング部の場合、本発明による二次電池はバッテリーモジュールであってもよい。また、他の例として、ハウジング部２００がパックハウジング部の場合には、本発明による二次電池はバッテリーパックであってもよい。ハウジング体２１０及びハウジングカバー２２０は一定の剛性を有しながら軽量化したプラスチック材質で構成され、外部の衝撃及び異物などから内部に収容された構成を保護する材質で構成され得る。また、ハウジング体２１０の側面には一つ以上の貫通ホール２１１が形成され、貫通ホール２１１は、ハウジング体２１０の第１内部空間Ｓ１と外部空間とが互いに連通するように構成されるホールであってもよい。ベンティングデバイス３００は貫通ホール２１１に装着され、ハウジング部２００の内部で発生したガスを外部に排出することができる。例えば、ハウジング体２１０の側面には、貫通ホール２１１を形成する領域付近に締結ホール（図示せず）が形成され、締結ホール（図示せず）を通してベンティングデバイス３００がハウジング体２１０に結合され得る。もちろん、ベンティングデバイス３００が貫通ホール２１１に着脱可能に締結できれば、結合手段は特に限定されない。ベンティングデバイス３００は、第１内部空間Ｓ１の圧力が所定の圧力以上に上昇するときは開放し、第１内部空間Ｓ１の圧力が所定の圧力以下に下降するときは密閉する安全バルブで構成され得る。詳細には、ベンティングデバイス３００は、通路部３１１が形成されたベース部材３１０と、ベース部材３１０に選択的に密着して通路部３１１を開閉する開閉部３２０と、選択的に開閉部３２０に弾性力を提供する弾性部材３３０と、を含むことができる。このようなベンティングデバイス３００は、第１内部空間Ｓ１の圧力が弾性部材３３０の弾性力以上に上昇するとき、開閉部３２０がベース部材３１０から離隔して通路部３１１を開放することができる。また、ベンティングデバイス３００は、第１内部空間Ｓ１の圧力が弾性部