(57)【要約】  本発明の一実施例によるバッテリーセルは、電極組立体と、電極組立体を収容するケース本体とケース本体から延びるケーステラスとを含む電池ケースと、電池ケースの外へ突出し、電極組立体と電気的に接続する一対の電極リードと、ケーステラスの内部に備えられ、バッテリーセルの過充電を遮断する過充電遮断ユニットと、を含むことを特徴とする。
2019514184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーセルであって、
電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケース本体と前記ケース本体から延びるケーステラスとを含む電池ケースと、
前記電池ケースの外へ突出し、前記電極組立体と電気的に接続する一対の電極リードと、
前記ケーステラスの内部に備えられ、前記バッテリーセルの過充電を遮断する過充電遮断ユニットと、を含むことを特徴とするバッテリーセル。
【請求項２】
前記過充電遮断ユニットは、
前記一対の電極リードの間に備えられ、前記一対の電極リードの温度が所定の温度以上であるか、または前記バッテリーセルの電圧が所定の電圧以上であるとき、過充電遮断ガスを前記電池ケースの内部へ放出する遮断ユニット本体と、
前記遮断ユニット本体の少なくとも一側に備えられ、前記一対の電極リードの近くに配置され、前記一対の電極リードの温度または前記バッテリーセルの電圧を感知する少なくとも一つの感知センサーと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセル。
【請求項３】
前記過充電遮断ユニットは、
前記遮断ユニット本体の内に備えられ、アジ化ナトリウムが満たされる少なくとも一つのカプセルと、
前記少なくとも一つの感知センサーと接続し、前記所定の温度または所定の電圧以上であるとき、前記少なくとも一つのカプセルを潰す起爆トリガーと、を含むことを特徴とする請求項２に記載のバッテリーセル。
【請求項４】
前記過充電遮断ガスが、窒素気体であり、
前記遮断ユニット本体には、前記アジ化ナトリウムと反応して前記窒素気体を生成する酸化鉄が満たされることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーセル。
【請求項５】
前記遮断ユニット本体には、
前記電池ケースの本体方向へ突出し、前記ケース本体側へ前記窒素気体の放出をガイドする少なくとも一つのガス噴出口が形成されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーセル。
【請求項６】
前記過充電遮断ユニットは、
前記少なくとも一つのガス噴出口に備えられ、前記窒素気体の放出時、前記少なくとも一つのガス噴出口を開放する少なくとも一つのカバーフィルムを含むことを特徴とする請求項５に記載のバッテリーセル。
【請求項７】
前記感知センサーが、
温度センサーまたは電圧センサーであることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーセル。
【請求項８】
前記バッテリーセルが、
パウチ型二次電池であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーセルに関する。
【０００２】
本出願は、２０１７年０１月１７日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０００８２８０号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
多様な製品への適用が容易であり、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用器機のみならず電気的駆動源によって駆動する電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）またはハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が一切発生しないという点で環境に優しく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。
【０００４】
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ〜４．５Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数の二次電池セルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーモパックに要求される充放電容量によって複数の二次電池セルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、前記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定することができる。
【０００５】
一方、複数個のバッテリーセルを直列／並列で接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルからなるバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックを構成する方法が通常である。
【０００６】
従来のバッテリーモジュールやバッテリーパック単位においては、過充電を防止するための遮断回路などが存在するが、バッテリーセル単位においては別の遮断回路などの安全装置が設けられていない。これによって、バッテリーセル単位において、過充電によるバッテリーセルの爆発や火事の危険に直接的に露出するという問題がある。
【０００７】
また、器機の異常でバッテリーモジュールやバッテリーパックなどに備えられる遮断回路が作動しない場合、モジュールやパックの内部に設けられるバッテリーセルの過充電による爆発や火事などが発生し得る危険の問題がある。
【０００８】
そこで、バッテリーセル単位において、バッテリーセルの過充電による爆発や火事などを予め遮断することができる方案の模索が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーセル単位においてバッテリーセルの過充電による爆発や火事などを予め遮断することができるバッテリーセルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を達成するため、本発明は、バッテリーセルであって、電極組立体と、前記電極組立体を収容するケース本体と前記ケース本体から延びるケーステラスとを含む電池ケースと、前記電池ケースの外へ突出し、前記電極組立体と電気的に接続する一対の電極リードと、前記ケーステラスの内部に備えられ、前記バッテリーセルの過充電を遮断する過充電遮断ユニットと、を含むことを特徴とするバッテリーセルを提供する。
【００１１】
前記過充電遮断ユニットは、前記一対の電極リードの間に備えられ、前記一対の電極リードの温度が所定の温度以上であるか、または前記バッテリーセルの電圧が所定の電圧以上であるとき、過充電遮断ガスを前記電池ケースの内部へ放出する遮断ユニット本体と、前記遮断ユニット本体の少なくとも一側に備えられ、前記一対の電極リードの近くに配置され、前記一対の電極リードの温度または前記バッテリーセルの電圧を感知する少なくとも一つの感知センサーと、を含み得る。
【００１２】
前記過充電遮断ユニットは、前記遮断ユニット本体の内に備えられ、アジ化ナトリウムが満たされる少なくとも一つのカプセルと、前記少なくとも一つの感知センサーと接続し、前記所定の温度または所定の電圧以上であるとき、前記少なくとも一つのカプセルを潰す起爆トリガーと、を含み得る。
【００１３】
前記過充電遮断ガスは、窒素気体であり、前記遮断ユニット本体には、前記アジ化ナトリウムと反応して前記窒素気体を生成する酸化鉄が満たされ得る。
【００１４】
前記遮断ユニット本体には、前記ケースの本体方向へ突出し、前記ケース本体側へ前記窒素気体の放出をガイドする少なくとも一つのガス噴出口が形成され得る。
【００１５】
前記過充電遮断ユニットは、前記少なくとも一つのガス噴出口に備えられ、前記窒素気体の放出時、前記少なくとも一つのガス噴出口を開放する少なくとも一つのカバーフィルムを含み得る。
【００１６】
前記感知センサーは、温度センサーまたは電圧センサーであり得る。
【００１７】
前記バッテリーセルは、パウチ型二次電池であり得る。
【発明の効果】
【００１８】
以上のような多様な実施例によって、バッテリーセル単位でバッテリーセルの過充電による爆発や火事などを予め遮断することができるバッテリーセルを提供することができる。
【００１９】
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリーセルを説明するための図である。
【図２】図１におけるバッテリーセルの断面図である。
【図３】図２におけるバッテリーセルの過充電遮断ユニットを説明するための図である。
【図４】図３における過充電遮断ユニットの断面図である。
【図５】図３における過充電遮断ユニットの断面図である。
【図６】図３における過充電遮断ユニットの動作を説明するための図である。
【図７】図３における過充電遮断ユニットの動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。
【００２２】
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーセルを説明するための図であり、図２は、図１におけるバッテリーセルの断面図であり、図３は、図２におけるバッテリーセルの過充電遮断ユニットを説明するための図であり、図４及び図５は、図３における過充電遮断ユニットの断面図である。
【００２３】
図１〜図５を参照すれば、バッテリーセル１０は二次電池であって、パウチ型二次電池であり得る。このような前記バッテリーセル１０は、要求される出力電圧または充放電容量に応じて複数個が備えられ、バッテリーモジュールやバッテリーパックなどの単位体として構成され得る。
【００２４】
前記バッテリーセル１０は、電極組立体１００、電池ケース２００、電極リード３００及び過充電遮断ユニット５００を含み得る。
【００２５】
前記電極組立体１００は、正極板、負極板及びセパレーターなどから構成され得る。前記電極組立体１００についてはよく知られているので、以下、詳しい説明を省略する。
【００２６】
前記電池ケース２００は、樹脂層と金属層とを含むラミネートシートからなり得、 前記電極組立体１００をパッケージングできる。このような前記電池ケース２００は、ケース本体２１０及びケーステラス２３０を含み得る。
【００２７】
前記ケース本体２１０は、前記電極組立体１００を収容し得る。このために、前記ケース本体２１０には、前記電極組立体１００を収容できる収容空間が設けられ得る。前記ケーステラス２３０は、前記ケース本体２１０から延び、前記ケース本体２１０の内部を密封するようにシーリングされ得る。
【００２８】
前記電極リード３００は、一対として備えられ、前記一対の電極リード３００は、各々正極リード及び負極リードからなり得る。このような前記一対の電極リード３００は、前記電極組立体１００と電気的に接続し、前記電池ケース２００、具体的に、前記ケーステラス２３０の外へ突出し得る。
【００２９】
前記過充電遮断ユニット５００は、前記ケーステラス２１０の内部に備えられ、前記バッテリーセル１０の過充電を遮断することができる。このような前記過充電遮断ユニット５００は、前記ケーステラス２１０の内部に配置できるよう、前記ケーステラス２１０に挿入されるか、または前記ケーステラス２１０の内部に装着され得る。
【００３０】
以下、前記過充電遮断ユニット５００についてより詳しく説明する。
【００３１】
前記過充電遮断ユニット５００は、遮断ユニット本体５１０、感知センサー５３０、カプセル５５０、起爆トリガー５７０及びカバーフィルム５９０を含み得る。
【００３２】
前記遮断ユニット本体５１０は、前記ケーステラス２１０の内側において前記一対の電極リード３００の間に設けられ得る。このような前記遮断ユニット本体５１０は、前記一対の電極リード３００の温度が所定の温度以上、または前記バッテリーセル１０の電圧が所定の電圧以上であるとき、過充電遮断ガスＮを前記電池ケース２００の内部へ放出し得る。ここで、前記過充電遮断ガスＮは、窒素気体であってもよく、これについては、下記の関連説明にて詳しく説明する。
【００３３】
前記遮断ユニット本体５１０の内部には、後述するカプセル５５０のアジ化ナトリウムと反応する酸化鉄Ｂが満たされ得る。また、前記遮断ユニット本体５１０には、前記酸化鉄Ｂに加えて硝酸カリウム及び二酸化ケイ素などの化合物がさらに満たされてもよい。これは、後述するアジ化ナトリウムのナトリウムと反応し、反応性の低い安全な物質に合成されるようにするためである。もし、前記ナトリウムが外部の水と接触する場合、水素気体と共に多量の熱が発生し得、これによる二次火事などが発生し得るためである。
【００３４】
前記遮断ユニット本体５１０には、前記ケース本体２１０の方向へ突出し、前記過充電遮断ガスＮ、即ち、前記窒素気体Ｎの放出時、前記ケース本体２１０側へ前記窒素気体Ｎの放出をガイドする少なくとも一つのガス噴出口５１５が設けられ得る。
【００３５】
前記ガス噴出口５１５は、一対として備えられ得、前記一対のガス噴出口５１５は各々、前記ケース本体２１０の方向へ突出し、前記窒素気体Ｎの放出時、前記窒素気体Ｎの放出方向を前記ケース本体２１０の内側へより効果的に誘導することができる。
【００３６】
前記感知センサー５３０は、前記遮断ユニット本体５１０の少なくとも一側、具体的に、本実施例の場合、一対として備えられて前記遮断ユニット本体５１０の両側に各々備えられ得る。各々の感知センサー５３０は、前記一対の電極リード３００の近くに配置され、前記一対の電極リード３００と電気的に接続し得る。
【００３７】
このような前記一対の感知センサー５３０は、前記一対の電極リード３００の温度または前記バッテリーセル１０の電圧を感知することができる。このために、前記一対の感知センサー５３０は、温度センサーまたは電圧センサーであり得る。
【００３８】
前記カプセル５５０は、前記遮断ユニット本体５１０の内に備えられ、少なくとも一つ以上が設けられ得る。本実施例において、前記カプセル５５０は、一対として備えられ、前記一対のカプセル５５０の内部には、前記酸化鉄Ｂが反応するアジ化ナトリウムＡが満たされ得る。前記アジ化ナトリウムＡは、前記酸化鉄Ｂへの露出時、速い反応速度で反応して前記過充電遮断ガスＮとして作用する窒素気体Ｎを生成する。
【００３９】
前記起爆トリガー５７０は、前記少なくとも一つの感知センサー５３０と、所定の温度または所定の電圧以上であるとき、前記少なくとも一つ、本実施例の場合、前記一対のカプセル５５０を潰し得る。このために、前記起爆トリガー５７０は、一対として備えられ得、各々、前記感知センサー５３０及び前記カプセル５５０に接続し得る。
【００４０】
前記カバーフィルム５９０は、前記少なくとも一つ、本実施例の場合、前記一対のガス噴出口５１５に各々備えられ得る。このような前記一対のカバーフィルム５９０は、前記遮断ユニット本体５１０の内部において、酸化鉄Ｂが前記遮断ユニット本体５１０の外部へ流出することを防止することができる。また、前記一対のカバーフィルム５９０は、前記遮断ユニット本体５１０の内における前記窒素気体Ｎの生成時、前記窒素気体Ｎを前記ガス噴出口５１５の外へ放出できるよう、前記遮断ユニット本体５１０の内部圧力によって破れるか、または前記ガス噴出口５１５から離脱して前記一対のガス噴出口５１５を開放し得る。
【００４１】
以下では、このような本実施例による前記バッテリーセル１０の前記過充電遮断ユニット５００の具体的な動作についてより詳しく説明する。
【００４２】
図６及び図７は、図３における過充電遮断ユニットの動作を説明するための図である。
【００４３】
図６を参照すれば、前記バッテリーセル１０が過充電される場合、前記電極リード３００の温度が上昇するか、または前記バッテリーセル１０の電圧が上昇し得る。
【００４４】
この場合、前記過充電遮断ユニット５００の前記起爆トリガー５７０（図４参照）は、前記感知センサー５３０で感知した前記電極リード３００の温度が所定の温度以上であるか、または前記バッテリーセル１０の電圧が所定の電圧以上であるとき、前記カプセル５５０（図４参照）を潰し得る。
【００４５】
前記カプセル５５０が潰されながら、前記遮断ユニット本体５１０の内には、前記アジ化ナトリウムＡと前記酸化鉄Ｂとが反応しながら、前記過充電遮断ガスＮ、即ち、窒素気体Ｎを生成する。
【００４６】
前記窒素気体Ｎは優先的に、前記遮断ユニット本体５１０の内部圧力を増加させながら、前記ガス噴出口５１５の前記カバーフィルム５９０（図４参照）を破るか、または前記ガス噴出口５１５から離脱させた後、前記ガス噴出口５１５を通して前記電池ケース２００の前記ケース本体２１０の内部へ放出され得る。
【００４７】
前記ケース本体２１０の内部へ放出した前記窒素気体Ｎは、一次に酸素を遮断することで前記バッテリーセル１０の火事を遅延させることができる。
【００４８】
図７を参照すれば、その後、前記ケース本体２１０の内部へ持続的に放出される前記窒素気体Ｎによって、前記電池ケース２００の内部圧力は持続的に上昇するようになり、前記ケース本体２１０及び前記ケース周縁２３０の少なくとも一つを破る。
【００４９】
これによって、本実施例による前記バッテリーセル１０は、前記バッテリーセル１０の過充電による熱爆発の前に、前記窒素気体Ｎの放出によって前記電池ケース２００が優先的に裂けることで、前記バッテリーセル１０の熱爆発を防止することができる。
【００５０】
このように、本実施例においては、前記バッテリーセル１０単位において前記バッテリーセル１０の過充電による爆発や火事などを予め遮断することができる。
【００５１】
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者であれば、だれでも多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は請求範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１０  バッテリーセル
１００  電極組立体
２００  電池ケース
２１０  ケース本体
２３０  ケーステラス
３００  電極リード
５００  過充電遮断ユニット
５１０  遮断ユニット本体
５１５  ガス噴出口
５３０  感知センサー
５５０  カプセル
５７０  起爆トリガー
５９０  カバーフィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2019514184.tif 000010
2019514184.tif 000011
2019514184.tif 000012
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