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KR-20260061854-A - SECONDARY BATTERY AND BATTERY MODULE INCLUDING THE SAME

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Abstract

본 발명은 이차전지 및 그를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로서, 셀의 내부 가스 배출을 위한 벤팅(venting)이 벤팅을 유도하고자 하는 온도에 따라 발생할 수 있도록 셀을 제작할 수 있고, 셀의 온도를 측정하며 진행하는 셀 테스트를 쉽게 진행할 수 있게 되어 분석의 정확성을 향상시킬 수 있는 이차전지 및 그를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.

Inventors

  • 김정인

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (11)

  1. 전극조립체; 상기 전극조립체가 수납되는 캔; 및 상기 캔의 개구를 덮는 캡조립체를 포함하고, 상기 캡조립체는, 외부와의 전기적 연결을 위한 최외각 단자를 형성하는 탑캡; 상기 탑캡의 하측에 위치하고 외곽부에서 상기 탑캡에 연결되며, 상기 캔의 내부 가스 배출을 위하여 상기 외곽부 안쪽 소정 영역의 형상 또는 위치가 변하는 안전 벤트; 및 상기 안전 벤트의 하측에 위치하고, 하면에는 상기 전극조립체에 연결되는 전극탭이 연결되며, 상면 중 일부가 상기 소정 영역에서 상기 안전 벤트에 접합되는 전류차단장치(Current Interrupt Device, CID)를 포함하고, 상기 안전 벤트는 상면 또는 하면에 만입된 형상의 노치를 포함하며, 상기 노치의 내부 공간에는 보완 물질이 채워져 있고, 상기 보완 물질은 소정의 온도에 도달하면 녹는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 보완 물질은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 보완 물질은 비스무트-주석 합금 또는 주석-납 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 노치는 상기 안전 벤트의 하면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 노치는 V자 형상을 가지고, 상기 보완 물질은 상기 V자 형상의 내부 공간 전체를 채우는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 노치는 상기 전극조립체의 중심부에 상대적으로 더 가까운 내측 노치와, 상대적으로 더 먼 외측 노치를 포함하고, 상기 보완 물질은 상기 내측 노치 및 상기 외측 노치 중 적어도 어느 하나 이상에 채워져 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 안전 벤트는, 수평 방향으로 연장하는 수평부; 및 상기 수평부의 외측 단부에서 경사지게 연장하는 경사부를 포함하고, 상기 내측 노치는 상기 수평부에 형성되고, 상기 외측 노치는 상기 경사부에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 보완 물질은 상기 내측 노치 및 상기 외측 노치 둘 다에 채워져 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 소정의 온도는 상기 캔 내부에서 발화 또는 폭발이 발생하는 온도와 같거나 더 낮은 온도인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 소정의 온도는 70℃ ~ 200℃ 사이에서 정해진 온도인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 청구항 1에 따른 이차전지 복수개를 포함하는 전지 모듈.

Description

이차전지 및 그를 포함하는 전지 모듈{SECONDARY BATTERY AND BATTERY MODULE INCLUDING THE SAME} 본 발명은 이차전지 및 그를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로서, 셀의 내부 가스 배출을 위한 벤팅(venting)이 벤팅을 유도하고자 하는 온도에 따라 발생할 수 있도록 셀을 제작할 수 있고, 셀의 온도를 측정하며 진행하는 셀 테스트를 쉽게 진행할 수 있게 되어 분석의 정확성을 향상시킬 수 있는 이차전지 및 그를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다. 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조, 및 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(bicell) 또는 풀셀(full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체로 분류될 수 있다. 그 중 젤리롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 제작되고 있다. 젤리롤형 전극조립체는 긴 시트형의 양극과 음극 및 이들 사이에 분리막을 개재시킨 적층체를 조립하고, 전극 적층체의 일측 단부에 권심을 접촉시킨 상태에서 시트의 길이 방향으로 권취시킴에 따라 제작될 수 있었다. 그리고 이러한 젤리롤형 전극조립체는 원통형의 금속캔으로 마련된 전지 케이스에 삽입되어 원통형 이차전지를 형성할 수 있다. 이러한 원통형 이차전지는 높은 에너지 밀도로 설계되었고, 이렇게 높아진 에너지 밀도에 의해 리튬 이차전지는 수준 높은 안정성이 요구되었고, 이에 따라 원통형 전지의 수요도 증가하는 추세이다. 도 1은 종래의 이차전지에서 캡 어셈블리를 도시하는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래에 이차전지(1)는 전극조립체(미도시)와, 전극조립체를 수용하는 캔(미도시), 및 캔의 상측 개구를 덮는 캡조립체(2)를 포함하였다. 도 1은 그 중 캡조립체(2)를 구체적으로 도시하고 있다. 전극조립체와 캔은 설명의 편의상 도시가 생략되었다. 도 1에서 캡조립체(2)는 탑캡(11), 안전 벤트(12), 전류차단장치(13)(Current Interrupt Device)를 포함할 수 있다. 탑캡(11)은 외부와의 전기적 연결을 위한 최외각 단자를 형성하는 구성일 수 있다. 안전 벤트(12)는 탑캡(11)의 하측에 위치하고 외곽부에서 상기 탑캡(11)에 연결될 수 있다. 이 외곽부에서 안전 벤트(12)는 메인 가스켓(14)에 안착될 수 있다. 안전 벤트(12)는 캔의 내압 상승 시 외곽부의 내측 영영인 중앙 영역(15)이 형상이 변형되는 구성일 수 있다. 특히 중앙 영역(15)은 상측으로 이동하고 그에 따라 안전 벤트 형상이 역전되는 형태로 변형이 이루어질 수 있다. 그리고 전류차단장치(13)는 안전 벤트(12)의 하측에 위치하고, 하면에는 전극조립체에 연결되는 전극탭이 연결되며, 안전 벤트(12)의 상기 중앙 영역(15)에서 상기 안전 벤트(12)에 연결되는 구성일 수 있다. 전류차단장치의 외곽부에 보조 가스켓(16)이 위치하여 상기 중앙 영역(15)을 제외하고는 안전 벤트(12)와 전류차단장치(13) 사이가 닿지 않도록 할 수 있다. 종래에는 안전 벤트(12)의 중앙 영역(15)과 전류차단장치(13)의 중앙 영역이 서로 용접되어 결합되어 있었다. 전극조립체의 전극에서 전극에 연결된 전극 탭으로, 전극 탭에서 전극 탭에 연결된 전류차단장치(13)로, 그리고 전류차단장치(13)에서 용접 연결되어 있는 안전 벤트(12)로, 그리고 안전 벤트(12)의 외곽부에서 안전 벤트(12)에 연결되어 있는 탑캡(11)으로 전류 패스가 형성되어 있다. 안전 벤트(12)에는 벤팅 노치(21)가 형성되어 있을 수 있다. 임계 점 이상 캔의 내압 상승 시 안전 벤트(12)의 중앙 부분(15)이 상측으로 이동하게 되는데 이때, 안전 벤트(12)가 상측으로 변형된 이후, 내압이 점점 더 올라가게 되면, 안전 벤트(12)에 형성된 벤팅 노치(21)가 파단될 수 있다. 그에 따라 내부 가스가 외부로 배출될 수 있다. 즉, 내부 가스는 안전 벤트(12)의 벤팅 노치(21)가 파단된 부분으로 빠져나오게 될 수 있다. 그리고 이후 탑캡에 형성된 가스 배출홀(미도시)을 통해서 최종적으로 이차전지(1)의 외부로 배출될 수 있다. 그런데 이러한 종래의 이차전지는 벤팅되는 압력이 고정적이어서 특정 압력에 도달하기 전까지 벤팅되지 않아 셀 발화 현상이 발생하는 문제가 있었다. 즉, 발화가 시작되는 온도일지라도 벤팅 압력에 도달하지 않으면 벤팅이 되지 않으므로 온도와 압력이 같이 높아지지 않는 경우 안전성에 문제가 있을 수 있었다. 또한, 셀 온도를 측정하며 진행하는 셀 테스트는 쉽게 진행이 가능하나, 셀 내부 압력을 측정하며 진행하는 테스트는 구현이 어려웠으므로 종래 이차전지는 셀 테스트를 진행함에 있어서도 어려움이 있었다. 즉, 기존 셀 발화 또는 폭발 관련 테스트 시 셀의 온도는 쉽게 알 수 있었으나 압력은 알기 어려웠다. 이에 셀 압력 보다 셀 온도에 따라 벤팅될 수 있도록 하는 설계가 필요한 실정이었다. 도 1은 종래의 이차전지에서 캡 어셈블리를 도시하는 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지를 도시하는 단면도이다. 도 3은 도 2의 A 영역을 확대한 단면도이다. 이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다 또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 실시예 1 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지를 도시하는 단면도이다. 도 3은 도 2의 A 영역을 확대한 단면도이다. 이하에서는 도 2 내지 3을 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지에(10) 대해서 설명한다. 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지(10)는 전극조립체(미도시), 캔(미도시), 캡조립체(100)를 포함한다. 전극조립체는 양극, 분리막, 음극이 교대로 배치되어 형성될 수 있다. 전극조립체는 전극과 분리막이 교대로 배치되어 권취된 형태를 가지는 젤리롤형 전극조립체일 수 있다. 이러한 전극조립체는 한 개 이상의 양극, 한 개 이상의 음극, 한 개 이상의 분리막이 서로 권취된 전극 권회체일 수 있다. 캔은 전극조립체가 삽입되는 구성일 수 있다. 캔은 내부 공간이 형성되어 있고, 이 내부공간에 전극조립체가 수직으로 삽입될 수 있다. 수직으로 삽입된다는 것은 전극조립체의 권취 축이 캔의 바닥부와 수직을 이루도록 전극조립체가 삽입된다는 것을 의미할 수 있다. 캔은 위쪽에 개구를 가질 수 있다. 즉 위쪽이 열려 있고 바닥부와 측벽부를 포함하는 구성일 수 있다. 전극조립체와 캔은 통상 원통형 이차전지에서 사용되는 전극조립체 및 캔일 수 있다. 도 2를 참조하면, 캡조립체(100)는 캔의 상측 개구를 덮는 구성일 수 있다. 캡조립체(100)는 구체적으로, 탑캡(110), 안전 벤트(120), 전류차단장치(130)(Current Interrupt Device, CID)를 포함하는 구성일 수 있다. 탑캡(110)은 외부와의 전기적 연결을 위한 최외각 단자를 형성하는 구성일 수 있다. 아래에서 설명할 안전 벤트(120)와는 소정의 거리만큼 이격되도록 상측으로 볼록한 형태를 가지는 중앙부 및 안전 벤트(120)와 서로 연결되는 외곽부를 포함할 수 있다. 안전 벤트(120)는 탑캡(110)의 하측에 위치하고 외곽부에서 탑캡(110)에 연결될 수 있다. 그리고 안전 벤트(120)는 캔의 내부 가스 배출을 위하여 안전 벤트(120)의 외곽부 안쪽 소정 영역의 형상 또는 위치가 변하는 구성일 수 있다. 외각부 안쪽의 소정 영역은 중앙의 높이가 가장 낮은 원반의 일부 형태를 가질 수 있다. 안전 벤트는 소정 영역에서 이하에서 설명하는 전류차단장치(130)와 서로 연결될 수 있다. 이러한 소정 영역은 일례로 안전 벤트(120)의 중앙 부분(125)일 수 있다. 전류차단장치(130)는 안전 벤트(120)의 하측에 위치할 수 있다. 전류차단장치(130)의 하면에는 전극조립체에 연결되는 전극 탭(미도시)이 연결될 수 있다. 그리고, 전류차단장치(130)는 안전 벤트(120)의 상기 소정 영역에서 안전 벤트(120)에 용접 등으로 연결되는 구성일 수 있다. 그리고 상기 소정 영역은 일례로 상기 중앙 부분(125)일 수 있다. 특히, 전류차단장치(130)의 상면 중 일부가 상기 소정 영역에서 안전 벤트(120)에 접합될 수 있다. 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지(10)에서, 안전 벤트(120)는 상면 또는 하면에 만입된 형상의 노치(121)를 포함할 수 있다. 도 2, 도 3에서 도시되는 것과 같이, 구체적 일례로 노치(121)는 안전 벤트(120)의 하면에 형성될 수 있다. 그리고 노치(121)는 V자 형상을 가질 수 있다. 그리고 도 2 및 도 3을 참조하면, 노치(121)의 내부 공간에는 보완 물질(160)이 채워져 있다. 여기서 보완 물질(160)은 소정