(57)【要約】  前記課題を解決するための本発明の実施形態によるベンティング装置は、二次電池のパウチのシーリング部に挿入されるベンティング装置であって、前記シーリング部の両面の間に挿入されて前記シーリング部とともにシーリングされるハウジング；前記ハウジングの内部に形成され、前記パウチの内部及び外部を連通する通路が貫通形成されるシート；前記パウチの内部圧力によって前記通路を開閉し、弾性力を有する金属で製造される板ばね；及び前記シートと前記板ばねとの間に配置され、前記通路の出口側で、前記シートと接触または離隔して前記通路を開閉するボールを備え、前記ボールは、半球の形状に形成されて前記板ばねの内面に付着される。
2021517341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池のパウチのシーリング部に挿入されるベンティング装置であって、
前記シーリング部の両面の間に挿入されて前記シーリング部とともにシーリングされるハウジング；
前記ハウジングの内部に形成され、前記パウチの内部及び外部を連通する通路が貫通形成されるシート；
前記パウチの内部圧力によって前記通路を開閉し、弾性力を有する金属で製造される板ばね；及び
前記シートと前記板ばねとの間に配置され、前記通路の出口側で、前記シートと接触または離隔して前記通路を開閉するボールを備え、
前記ボールは、
半球の形状に形成されて前記板ばねの内面に付着される、ベンティング装置。
【請求項２】
前記板ばねは、
中心に形成された中心部；及び
前記中心部から外側方向に延在された周辺部を含み、
前記中心部には前記ボールが付着され、
前記周辺部にはガス排気ホールが打孔される、請求項１に記載のベンティング装置。
【請求項３】
前記板ばねは、
一側部が外側に凸状のキャップの形状を有し、内部に前記シート及び前記ボールが挿入される挿入空間が形成される、請求項１または２に記載のベンティング装置。
【請求項４】
前記板ばねは、
他側端部が前記挿入空間に挿入された前記シートに向かって折り曲げられる、請求項３に記載のベンティング装置。
【請求項５】
前記板ばねは、
平らなプレートの形状を有し、前記シートと接触する、請求項１〜４の何れか一項に記載のベンティング装置。
【請求項６】
前記シートは、
前記通路の出口側面の内周角が面取りまたはフィレットされる、請求項１〜５の何れか一項に記載のベンティング装置。
【請求項７】
前記シートは、
前記通路の出口側面の外周角が面取りまたはフィレットされる、請求項１〜６の何れか一項に記載のベンティング装置。
【請求項８】
前記ハウジングは、
互いに形状または大きさが異なる上部ハウジング及び下部ハウジングを含む、請求項１〜７の何れか一項に記載のベンティング装置。
【請求項９】
前記下部ハウジングは、
幅が前記上部ハウジングの幅より小さい、請求項８に記載のベンティング装置。
【請求項１０】
前記上部ハウジングは、
円形シリンダーの形状を有し、
前記下部ハウジングは、
楕円形シリンダーの形状を有する、請求項８に記載のベンティング装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載のベンティング装置がパウチのシーリング部に挿入されるパウチ型二次電池。
【請求項１２】
請求項１１に記載のパウチ型二次電池を単位電池として含む、電池モジュール。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電池モジュールを含む、デバイス。
【請求項１４】
前記デバイスは、
コンピュータ、ノートパソコン、スマートフォン、携帯電話、タブレットＰＣ、ウェアラブル電子機器、パワーツール（ｐｏｗｅｒ  ｔｏｏｌ）、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）または電力貯蔵装置である、請求項１３に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年２月２５日付韓国特許出願第１０−２０１９−００２２０３３号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明はベンティング装置に関し、より詳しくは、二次電池のパウチのシーリング部に少なくとも一つ挿入され、パウチの内部のガスを外部に排出し、閉鎖状態で板ばねのベンディングを最小化するベンティング装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池などがある。このような二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ−ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、携帯型ゲーム装置（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）及び電動自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ）などの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が要求される大型製品と余剰発電電力や再生可能エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置とバックアップ用電力貯蔵装置にも適用されて用いられている。
【０００４】
二次電池は、電極組立体を収容するケースの材質によって、パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）及び缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）などに分類される。パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）は、軟性のポリマー材質で製造されたパウチに電極組立体を収容する。そして、缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）は、金属またはプラスチックなどの材質で製造されたケースに電極組立体を収容する。
【０００５】
一方、二次電池は、外部衝撃による内部短絡、過充電、過放電などによる発熱とこれによる電解質分解、熱暴走現象など様々な問題で安全性の脅威を受ける。特に、電解質分解によって気体が発生して二次電池の内部の圧力が増加すると、二次電池が爆発するという問題が発生する。
【０００６】
具体的に、二次電池を繰り返して充放電すると、電解質と電極活物質による電気化学的反応により気体が発生する。このとき、発生した気体は二次電池の内部圧力を上昇させて、部品間結合力の弱化、二次電池のケースの破損、保護回路の早期作動、電極の変形、内部短絡、爆発などの問題を発生させる。したがって、缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）の二次電池の場合には、ＣＩＤフィルター及び安全ベントのような保護部材が設けられ、ケースの内部の圧力が増加すると、電気的連結を物理的に遮断した。しかし、従来のパウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）の二次電池の場合には、このような保護部材が十分に設けられなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、二次電池のパウチのシーリング部に少なくとも一つ挿入され、パウチの内部のガスを外部に排出し、閉鎖状態で板ばねのベンディングを最小化するベンティング装置を提供することである。
【０００８】
本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されなかったまた他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための本発明の実施形態によるベンティング装置は、二次電池のパウチのシーリング部に挿入されるベンティング装置であって、前記シーリング部の両面の間に挿入されて前記シーリング部とともにシーリングされるハウジング；前記ハウジングの内部に形成され、前記パウチの内部及び外部を連通する通路が貫通形成されるシート；前記パウチの内部圧力によって前記通路を開閉し、弾性力を有する金属で製造される板ばね；及び前記シートと前記板ばねとの間に配置され、前記通路の出口側で、前記シートと接触または離隔して前記通路を開閉するボールを備え、前記ボールは、半球の形状に形成されて前記板ばねの内面に付着される。
【００１０】
また、前記板ばねは、中心に形成された中心部；及び前記中心部から外側方向に延在された周辺部を含み、前記中心部には前記ボールが付着され、前記周辺部にはガス排気ホールが打孔されてよい。
【００１１】
また、前記板ばねは、一側部が外側に凸状のキャップの形状を有し、内部に前記シート及び前記ボールが挿入される挿入空間が形成されてよい。
【００１２】
また、前記板ばねは、他側端部が前記挿入空間に挿入された前記シートに向かって折り曲げられてよい。
【００１３】
また、前記板ばねは、平らなプレートの形状を有し、前記シートと接触してよい。
【００１４】
また、前記シートは、前記通路の出口側面の内周角が面取りまたはフィレットされてよい。
【００１５】
また、前記シートは、前記通路の出口側面の外周角が面取りまたはフィレットされてよい。
【００１６】
また、前記ハウジングは、互いに形状または大きさが異なる上部ハウジング及び下部ハウジングを含んでよい。
【００１７】
また、前記下部ハウジングは、幅が前記上部ハウジングの幅より小さくてよい。
【００１８】
また、前記上部ハウジングは、円形シリンダーの形状を有し、前記下部ハウジングは、楕円形シリンダーの形状を有してよい。
【００１９】
本発明はまた、前記ベンティング装置がパウチのシーリング部に挿入されるパウチ型二次電池、前記パウチ型二次電池を単位電池として含む電池モジュール及び前記電池モジュールを含むデバイスを提供する。
【００２０】
前記デバイスは、コンピュータ、ノートパソコン、スマートフォン、携帯電話、タブレットＰＣ、ウェアラブル電子機器、パワーツール（ｐｏｗｅｒ  ｔｏｏｌ）、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）または電力貯蔵装置などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００２１】
前記電池モジュール及びデバイスの構造及びそれらの製作方法は、当業界に公知されているので、本明細書では詳しい説明を省略する。
【００２２】
本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の実施形態によれば、少なくとも次のような効果がある。
【００２４】
ベンティング装置の閉鎖状態で板ばねのベンディングを最小化することにより、ベンティング装置間の開放圧力の偏差を減少させることができる。
【００２５】
また、ベンティング装置の製造前に設計した開放圧力の数値と実際の開放圧力との偏差も減少させることができる。
【００２６】
本発明に係る効果は、以上で例示された内容によって制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態によるベンティング装置が含まれた二次電池の組立図である。
【図２】製造が完了した図１の二次電池の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による電池ケースを形成するパウチフィルムの断面図である。
【図４】本発明の一実施形態によるベンティング装置の斜視図である。
【図５】ボールが球状を有するベンティング装置の概略図である。
【図６】本発明の一実施形態によるシートの概略図である。
【図７】本発明の一実施形態によるシートにボールが安着した姿を示した概略図である。
【図８】本発明の一実施形態による板ばねの概略図である。
【図９】本発明の一実施形態による板ばねが、シート及びボールを包囲した姿を示した概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態による板ばねの他側端部を、シート側に向かって折り曲げた姿を示した概略図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるハウジングに板ばね及びシートが挿入されて製造が完了したベンティング装置の姿を示した概略図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるベンティング装置が動作する姿を示した動作図である。
【図１３】本発明の他の実施形態によるベンティング装置の製造が完了した姿を示した概略図である。
【図１４】本発明の他の実施形態によるベンティング装置が動作する姿を示した動作図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、図面と共に詳細に後述される実施形態を参照すれば明確となるであろう。しかし、本発明は、以下で開示する実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に具現されてよく、ただ本実施形態は、本発明の開示が完全となるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は特許請求の範囲の範疇によって定義されるだけである。明細書全体にわたって同一の参照符号は、同一の構成要素を指称する。
【００２９】
他の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に共通して理解され得る意味として用いることができるであろう。また、一般的に用いられる辞典に定義されている用語は、明白かつ特別に定義されていない限り、理想的または過度に解釈されない。
【００３０】
本明細書で用いられる用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書で、単数型は語句で特に言及しない限り、複数型を含む。明細書で用いられる「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素以外に一つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。
【００３２】
図１は、本発明の一実施形態によるベンティング装置１５が含まれた二次電池１の組立図であり、図２は、製造が完了した図１の二次電池１の斜視図である。
【００３３】
パウチ型二次電池１を製造する過程は、先ず電極活物質とバインダー及び可塑剤を混合したスラリーを正極集電体及び負極集電体に塗布して正極と負極などの電極を製造し、これを分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）の両側に積層することで所定形状の電極組立体１０を形成した後、電極組立体１０を電池ケース１３に挿入して電解液を注入した後、シーリングする。
【００３４】
具体的に、電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０は、正極及び負極など二つの種類の電極と、前記電極等を相互絶縁させるために電極等の間に介在される分離膜を含む。このような電極組立体１０は、スタック型、ゼリーロール型、スタックアンドフォールディング型などがある。二つの種類の電極、すなわち正極と負極はそれぞれアルミニウムと銅を含む金属ホイルまたは金属メッシュ状の電極集電体に活物質スラリーが塗布された構造である。スラリーは通常、粒状の活物質、補助導体、バインダー及び可塑剤などを溶媒が添加された状態で撹拌して形成され得る。溶媒は、後続工程で除去される。
【００３５】
電極組立体１０は、図１に示すように、電極タブ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｔａｂ）１１を含む。電極タブ１１は、電極組立体１０の正極及び負極からそれぞれ突出され、電極組立体１０の内部と外部との間に電子が移動可能な経路になる。電極組立体１０の集電体は、電極活物質が塗布された部分と電極活物質が塗布されていない末端部分、すなわち無地部で構成される。そして、電極タブ１１は、無地部を裁断して形成されたり、無地部に別の導電部材を超音波溶接などで連結して形成されたりしてよい。このような電極タブ１１は、図１に示すように、電極組立体１０の一側から同一の方向に並んで突出されてもよいが、これに制限されず、それぞれ異なる方向に突出されてもよい。
【００３６】
電極組立体１０の電極タブ１１には、電極リード（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｌｅａｄ）１２がスポット（Ｓｐｏｔ）溶接などで連結される。そして、電極リード１２の一部は、絶縁部１４により周りが包囲される。絶縁部１４は、電池ケース１３の上部ケース１３１と下部ケース１３２が熱融着されるシーリング部１３４に限定されて位置し、電池ケース１３に接着される。そして、電極組立体１０から生成される電気が電極リード１２を介して電池ケース１３に流れることを防止し、電池ケース１３のシーリングを維持する。したがって、このような絶縁部１４は、電気がよく通らない非伝導性を有する不導体で製造される。一般的に絶縁部１４としては、電極リード１２に付着しやすく、厚さが比較的薄い絶縁テープを多く用いるが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁できれば、多様な部材を用いてよい。
【００３７】
電極リード１２は、正極タブ１１１に一端が連結され、正極タブ１１１が突出された方向に延長される正極リード１２１、及び負極タブ１１２に一端が連結され、負極タブ１１２が突出された方向に延長される負極リード１２２を含む。一方、正極リード１２１及び負極リード１２２は、図１に示すように、全て他端が電池ケース１３の外部に突出される。それにより、電極組立体１０の内部で生成された電気を外部に供給することができる。また、正極タブ１１１及び負極タブ１１２がそれぞれ多様な方向に向かって突出形成されるので、正極リード１２１及び負極リード１２２もそれぞれ多様な方向に向かって延長され得る。
【００３８】
正極リード１２１及び負極リード１２２は、互いにその材質が異なってよい。すなわち、正極リード１２１は、正極集電体と同一のアルミニウム（Ａｌ）材質であり、負極リード１２２は、負極集電体と同一の銅（Ｃｕ）材質またはニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅材質であってよい。そして、電池ケース１３の外部に突出された電極リード１２の一部分は端子部となり、外部端子と電気的に連結される。
【００３９】
電池ケース１３は、軟性の材質で製造されたパウチである。以下、電池ケース１３は、パウチであるものとして説明する。電池ケース１３は、電極リード１２の一部、すなわち端子部が露出されるように電極組立体１０を収容してシーリングされる。このような電池ケース１３は、図１に示すように、上部ケース１３１と下部ケース１３２を含む。下部ケース１３２には、コップ部１３３が形成されることで電極組立体１０を収容することができる収容空間１３３１が設けられ、上部ケース１３１は、前記電極組立体１０が電池ケース１３の外部に離脱されないように前記収容空間１３３１を上部でカバーする。このとき、図１に示すように、上部ケース１３１にも収容空間１３３１が設けられたコップ部１３３が形成され、電極組立体１０を上部で収容してもよい。上部ケース１３１と下部ケース１３２は、図１に示すように、一側が互いに連結されて製造されてよいが、これに制限されず、互いに分離されて別に製造されるなど、多様に製造されてよい。
【００４０】
電池ケース１３の上部ケース１３１と下部ケース１３２が互いに当接した後、縁部に形成されたシーリング部１３４がシーリングされる。このとき、図１に示すように、本発明の一実施形態によれば、ベンティング装置１５は、前記シーリング部１３４の両面の間に挿入されて共にシーリングされることで、シーリング部１３４内に固定される。そして、ベンティング装置１５は、電池ケース１３の内部及び外部を互いに連通する通路を含み、電池ケース１３の内部圧力が増加すると、内部のガスを外部に排出して圧力を調節する。ベンティング装置１５に対する詳しい内容は後述する。
【００４１】
電極組立体１０の電極タブ１１に電極リード１２が連結され、電極リード１２の一部分に絶縁部１４が形成されると、下部ケース１３２のコップ部１３３に設けられた収容空間１３３１に電極組立体１０が収容され、上部ケース１３１が前記空間を上部でカバーする。そして、内部に電解液を注入して上部ケース１３１と下部ケース１３２の縁部に形成されたシーリング部をシーリングする。電解液は、二次電池１の充・放電時に電極の電気化学的反応により生成されるリチウムイオンを移動させるためのものであって、リチウム塩と高純度の有機溶媒類の混合物である非水質系有機電解液または高分子電解質を用いたポリマーを含んでよい。このような方法を介して、図２に示すように、パウチ型二次電池１が製造され得る。
【００４２】
図３は、本発明の一実施形態による電池ケース１３を形成するパウチフィルム１３５の断面図である。
【００４３】
電池ケース１３は、パウチフィルム１３５を引抜（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形して製造される。すなわち、パウチフィルム１３５を延伸させてコップ部１３３を形成することで製造される。このようなパウチフィルム１３５は、図３に示すように、ガスバリアー層（Ｇａｓ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｌａｙｅｒ）１３５１、表面保護層（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）１３５２、及びシーラント層（Ｓｅａｌａｎｔ  Ｌａｙｅｒ）１３５３を含む。
【００４４】
ガスバリアー層１３５１は、電池ケース１３の機械的強度を確保し、二次電池１の外部のガスまたは水気などの出入を遮断し、電解液の漏れを防止する。一般的に、ガスバリアー層１３５１は金属を含み、主にアルミニウム薄膜（Ａｌ  Ｆｏｉｌ）が用いられる。アルミニウムは、所定水準以上の機械的強度を確保できながらも重さが軽く、電極組立体１０と電解液による電気化学的性質に対する補完及び放熱性などを確保することができる。但し、これに制限されず、多様な材質がガスバリアー層１３５１に含まれてよい。例えば、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される１種または２種以上の混合物であってよい。このとき、前記ガスバリアー層１３５１を鉄が含有された材質で製造する場合には機械的強度が向上し、アルミニウムが含有された材質とする場合には柔軟性が向上するので、それぞれの特性を考慮して用いられ得る。
【００４５】
表面保護層１３５２はポリマーで製造され、最外層に位置して外部との摩擦及び衝突から二次電池１を保護しながら、電極組立体１０を外部から電気的に絶縁させる。ここで最外層とは、前記ガスバリアー層１３５１を基準に電極組立体１０が位置する方向の反対方向であって、外部に向かう方向を言う。このような表面保護層１３５２は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）、及びガラス繊維からなる群から選択された一つ以上の物質からなってよい。特に、主に耐磨耗性及び耐熱性を有するナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリマーが用いられる。そして、表面保護層１３５２は、いずれか一つの物質からなる単一膜構造を有するか、２つ以上の物質がそれぞれ層を成して形成された複合膜構造を有してもよい。
【００４６】
シーラント層１３５３はポリマーで製造され、最内層に位置して電極組立体１０と直接的に接触する。パウチ型電池ケース１３は、前記のような積層構造のパウチフィルム１３５を、パンチなどを用いて引抜（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形すると、一部が延伸されて袋状の収容空間１３３３を含むコップ部１３３を形成しながら製造される。そして、このような収容空間１３３３に電極組立体１０が内部に収容されると電解液を注入する。その後、上部ケース１３１と下部ケース１３２を互いに接触させ、シーリング部１３４に熱圧着を行うと、シーラント層１３５３同士に接着されることで電池ケース１３がシーリングされる。このとき、シーラント層１３５３は、電極組立体１０と直接的に接触するので絶縁性を有しなければならず、電解液とも接触するので耐食性を有しなければならない。また、内部を完全に密閉して内部及び外部の間の物質移動を遮断しなければならないので、高いシーリング性を有しなければならない。すなわち、シーラント層１３５３同士に接着されたシーリング部１３４は、優れた熱接着強度を有しなければならない。一般的に、このようなシーラント層１３５３には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）、及びガラス繊維からなる群から選択された一つ以上の物質からなってよい。特に、主にポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系樹脂が用いられる。ポリプロピレン（ＰＰ）は、引張強度、剛性、表面硬度、耐磨耗性、耐熱性などの機械的物性と耐食性などの化学的物性に優れ、シーラント層１３５３を製造するのに主に用いられる。さらに、無延伸ポリプロピレン（Ｃａｔｅｄ  Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）またはポリプロピレン−ブチレン−エチレンの三元共重合体で構成されてもよい。また、シーラント層１３５３は、いずれか一つの物質からなる単一膜構造を有するか、２つ以上の物質がそれぞれ層を成して形成された複合膜構造を有してよい。
【００４７】
図４は、本発明の一実施形態によるベンティング装置１５の斜視図である。
【００４８】
本発明の一実施形態による二次電池１は、少なくとも一つのベンティング装置１５をさらに含む。本発明の一実施形態によれば、ベンティング装置１５の閉鎖状態で板ばね１５３のベンディングを最小化することにより、ベンティング装置１５間の開放圧力の偏差を減少させることができる。また、ベンティング装置１５の製造前に設計した開放圧力の数値と実際の開放圧力との偏差も減少させることができる。ここで開放圧力とは、ベンティング装置１５が開放される際の電池ケース１３内部の特定の圧力を言う。
【００４９】
このために、本発明の一実施形態によるベンティング装置１５は、二次電池１のパウチのシーリング部１３４に挿入されるベンティング装置１５であって、前記シーリング部１３４の両面の間に挿入されて前記シーリング部１３４とともにシーリングされるハウジング１５１；前記ハウジング１５１の内部に形成され、前記パウチの内部及び外部を連通する通路１５４が貫通形成されるシート１５２；前記パウチの内部圧力によって前記通路１５４を開閉し、弾性力を有する金属で製造される板ばね１５３；及び前記シート１５２と前記板ばね１５３との間に配置され、前記通路１５４の出口側で、前記シート１５２と接触または離隔して前記通路１５４を開閉するボール１５５を備えており、前記ボール１５５は、半球の形状に形成されて前記板ばね１５３の内面に付着される。
【００５０】
ハウジング１５１は、前記シーリング部１３４の両面の間に挿入されてシーリング部１３４とともにシーリングされる。ハウジング１５１が前記シーリング部１３４の両面に挿入されると、シーリング部１３４の最内層であるシーラント層１３５３とハウジング１５１が接触する。そして、熱と圧力が加えられると、シーリング部１３４のシーラント層１３５３がハウジング１５１と共に融着されてシーリングされ得る。図６に示すように、ハウジング１５１は、上部ハウジング１５１１と下部ハウジング１５１２を含み、上部ハウジング１５１１と下部ハウジング１５１２との間に段差が形成されてよい。このような段差は、上部ハウジング１５１１と下部ハウジング１５１２が互いに形状または大きさが異なることで形成され得る。例えば、上部ハウジング１５１１は、横断面が円である円形シリンダーの形状を有し、下部ハウジング１５１２は、横断面が楕円である楕円形シリンダーの形状を有してよい。または、下部ハウジング１５１２の幅が上部ハウジング１５１１の幅より小さくてよい。したがって、下部ハウジング１５１２は、シーリング部１３４の両面の間に挿入されて共にシーリングされるので、シーリング部１３４の内側面と融着され、上部ハウジング１５１１はパウチの外側に突出され得る。
【００５１】
このとき、下部ハウジング１５１２の幅が過度に大きければ、シーリング部１３４も大きく変形されなければならないので、シーリング部１３４のシーリングが破壊される可能性が高い。したがって、下部ハウジング１５１２は、幅が前記シーリング部１３４の厚さより小さくてよく、特に横断面の長軸が６ｍｍ以下であることが好ましい。そして、前述したように、下部ハウジング１５１２は、横断面が楕円である楕円形シリンダーの形状を有することで、下部ハウジング１５１２がシーリング部１３４に容易にシーリングされ、シーリングが長期間破壊されずに維持され得る。
【００５２】
また、上部ハウジング１５１１が過度に大きければ、パウチの外側に突出された上部ハウジング１５１１が、周辺の他の二次電池１を干渉し得る。それにより、二次電池１のパッケージまたはモジュールを組み立てることが容易でないこともある。したがって、上部ハウジング１５１１は、幅も前記シーリング部１３４の厚さより小さくてよく、特に横断面の直径が８ｍｍ以下であることが好ましい。但し、これに制限されず、ハウジング１５１は、上部ハウジング１５１１及び下部ハウジング１５１２に区分されずに一つのシリンダーの形状を有するなど、多様な形状を有してよい。
【００５３】
シート１５２は、前記ハウジング１５１の内部に形成される。そして、シート１５２には、前記パウチの内部及び外部を連通する通路１５４が、中心を貫通して形成される。シート１５２に対する詳しい内容に対する説明は後述する。
【００５４】
板ばね１５３は金属で製造され、パウチの内部圧力によって前記シート１５２に形成された通路１５４を開閉する。特に、パウチの内部圧力が特定の圧力より小さい場合に、板ばね１５３は通路１５４の出口１５４１を閉鎖する。そして、パウチの内部圧力が徐々に増加することで特定の圧力を超過すると、板ばね１５３は前記シート１５２と離隔されながら通路１５４の出口１５４１を開放する。
【００５５】
従来はコイルばねを用いて通路を開閉した。ところが、二次電池１のシーリング部１３４に挿入されるためには、ベンティング装置が小型化されなければならない。しかし、従来のようにコイルばねを用いれば、ベンティング装置の構造が複雑であり、小型化されるのに限界がある。したがって、本発明の一実施形態によれば、板ばね１５３を用いることで、ベンティング装置１５の構造を単純化して二次電池１のシーリング部１３４に挿入できる程度に小型化され得る。
【００５６】
図５は、ボール５５が球状を有するベンティング装置５の概略図である。
【００５７】
ボール５５は、板ばね５３とシート５２との間に配置され、シート５２と接触または離隔して前記通路５４を開閉する。ところが、ボール５５が図５に示すように、球状を有する場合、ボール５５がシート５２に接触して通路５４を閉鎖する状態が、板ばね５３に相対的に外力が最も少なく作用する状態にもかかわらず、板ばね５３が大きくベンディングされた。したがって、複数のベンティング装置５を製造すると、板ばね５３がベンディングされる程度によって複数のベンティング装置５の間の開放圧力に偏差が発生するという問題があった。また、ベンティング装置５の製造前に設計した開放圧力の数値と、ベンティング装置５の製造後の実際の開放圧力にも偏差が発生するという問題もあった。
【００５８】
さらに、板ばね５３がベンディングされる状態を長期間引き続き維持しているので、板ばね５３にクリープ（Ｃｒｅｅｐ）現象が発生して板ばね５３の寿命を短縮させ、ベンティング装置５全体の寿命を短縮させるという問題もあった。
【００５９】
図６は、本発明の一実施形態によるシート１５２の概略図である。
【００６０】
シート１５２は、前記ハウジング１５１の内部に形成され、前記通路１５４が貫通形成される。このようなシート１５２は、耐久性の向上のために金属で製造されてもよいが、構成間の間隙の発生を防止するためにポリマーで製造されてもよい。特に、前記ポリマーは、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン（Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎｅ）系ポリマーを含んでよい。前記シート１５２は、図６に示すように、通路１５４の出口１５４１側面の内周角が面取り（Ｃｈａｍｆｅｒｉｎｇ）またはフィレット（Ｆｉｌｌｅｔｉｎｇ）される。
【００６１】
図７は、本発明の一実施形態によるシート１５２にボール１５５が安着した姿を示した概略図である。
【００６２】
本発明の一実施形態によれば、ボール１５５は半球の形状を有し、シート１５２に形成された通路１５４の出口１５４１側に配置される。そして、板ばね１５３とシート１５２との間に配置され、シート１５２と接触または離隔して前記通路１５４を開閉する。ボール１５５は、シート１５２との密着性をさらに向上させるためにポリマーで製造されてもよいが、ボール１５５の耐久性を向上させるために金属で製造されてもよい。
【００６３】
ボール１５５は半球の形状に形成され、前記板ばね１５３の内面に付着される。このとき、板ばね１５３にさらに容易に付着されるため、ボール１５５の半球面ではなく平面が板ばね１５３の内面に付着される。一方、シート１５２の面取りまたはフィレットされた一面１５２１がある程度傾斜を有する。そして、ボール１５５の半球面は、図７に示すように、シート１５２の一面１５２１に前記ボール１５５を突き合わせることで、容易に安着することができる。
【００６４】
このようなボール１５５は、シート１５２に容易に安着するため、直径がシート１５２の一面１５２１のうち最も広い幅よりは小さく、且つ、最も狭い幅よりは広い。そして、ボール１５５が安着すると、ボール１５５の平面がシート１５２の最高点とほぼ類似の高さに形成される。それにより、ボール１５５が通路１５４を閉鎖する状態にも板ばね１５３が大きくベンディングされないので、ベンティング装置１５の間の開放圧力の偏差を減少させることができ、また、ベンティング装置１５の製造前に設計した開放圧力の数値と実際の開放圧力との偏差も減少させることができる。さらに好ましくは、ボール１５５の平面がシート１５２の最高点より若干高くてよい。それにより、板ばね１５３の弾性力がボール１５５に効率的に印加され、ボール１５５のシート１５２の密着性を向上させることができる。
【００６５】
図８は、発明の一実施形態による板ばね１５３の概略図である。
【００６６】
板ばね１５３は、金属板材を成形して製造されてよい。金属板材は、広くて薄い板形の形状を有し、金属で製造され、特にアルミニウム（Ａｌ）またはステンレススチール（ＳＴＳ）を含んでよい。そして、このような板ばね１５３を製造するため、前記金属板材をパンチで延伸する引抜（Ｄｒａｗｉｎｇ）工程で成形してよい。具体的には、前記金属板材をダイに安着させ、ストリッパーが金属板材を固定させた後、パンチで延伸することで引抜成形を行ってよい。このように製造された板ばね１５３は、図８に示すように、一側部１５３０が外側に凸状のキャップ（Ｃａｐ）の形状を有し、内部にシート１５２が挿入される挿入空間１５３４が形成される。板ばね１５３の一側部１５３０は、図８に示すように、キャップ形状において天井を意味することができる。但し、これに制限されず、板ばね１５３の一側部１５３０は多様な部分を含んでよい。
【００６７】
一方、板ばね１５３は、弾性力を備えることによりパウチの内部圧力によって、ボール１５５と共に前記シート１５２に形成された通路１５４を開閉する。このために、板ばね１５３の一側部１５３０には、ガス排気ホール１５３３が打孔されることが好ましい。このとき、板ばね１５３の一側部１５３０は、中心に形成された中心部１５３１、及び前記中心部１５３１から外側方向に延在された周辺部１５３２を含む。そして、一側部１５３０のうち、中心部１５３１は下面にボール１５５が付着され、シート１５２に形成された通路１５４を閉鎖するので、前記中心部１５３１にはガス排気ホール１５３３が打孔されない。したがって、前記ガス排気ホール１５３３は、板ばね１５３の一側部１５３０のうち、周辺部１５３２に打孔されることが好ましい。
【００６８】
このようなガス排気ホール１５３３は、形成される形状及び面積に応じてベンティング装置１５の開放圧力が異なってよい。したがって、ガス排気ホール１５３３の形状及び面積で調節することで、ベンティング装置１５の開放圧力を調節することができる。ここで開放圧力とは、ベンティング装置１５が開放されるときのパウチの内部の特定の圧力をいう。
【００６９】
図９は、本発明の一実施形態による板ばね１５３が、シート１５２及びボール１５５を包囲した姿を示した概略図である。
【００７０】
板ばね１５３が製造されると、図９に示すように、シート１５２及びボール１５５を挿入空間１５３４に挿入する。それにより、板ばね１５３がシート１５２及びボール１５５の周辺を包囲する。シート１５２及びボール１５５が挿入空間１５３４に挿入されるとき、前記通路１５４の出口１５４１側が板ばね１５３の前記一側部１５３０に向かうことが好ましい。それにより、パウチの内部圧力が特定の圧力より小さい場合には、シート１５２に形成された通路１５４の出口１５４１側で、板ばね１５３の一側部１５３０がボール１５５を内側に押し出して前記通路１５４を閉鎖することができる。
【００７１】
ボール１５５は、半球の形状に形成され、ボール１５５の半球面ではなく平面が板ばね１５３の内面に付着される。このとき、ボール１５５の平面に接着剤が塗布され、シート１５２及びボール１５５が挿入空間１５３４に挿入されるとき、ボール１５５の平面が板ばね１５３の中心部１５３１の内面に付着され得る。このとき、ボール１５５がシート１５２に先に安着した後、板ばね１５３の挿入空間１５３４に挿入されてもよいが、これに制限されず、ボール１５５が板ばね１５３に先に付着された後、シート１５２が挿入空間１５３４に挿入されてもよい。
【００７２】
前述したところのように、板ばね１５３の一側部１５３０のうち、周辺部１５３２にガス排気ホール１５３３が形成されてよい。したがって、パウチの内部のガスが板ばね１５３の一側部１５３０を外側に押し出すと、通路１５４が開放され、前記ガスは通路１５４の出口１５４１に流出される。このとき、流出された前記ガスは、ガス排気ホール１５３３を介して外部に排出されなければならない。したがって、シート１５２は、前記通路１５４の出口１５４１側面の外周角が面取り（Ｃｈａｍｆｅｒｉｎｇ）またはフィレット（Ｆｉｌｌｅｔｉｎｇ）され得る。それにより、前記ガスをガス排気ホール１５３３に誘導することができ、また板ばね１５３の一側部１５３０が外側に押し出されながら、板ばね１５３の一側部１５３０の周辺部１５３２が内側に移動できる空間が設けられる。
【００７３】
図１０は、本発明の一実施形態による板ばね１５３の他側端部１５３５を、シート１５２側に向かって折り曲げた姿を示した概略図である。
【００７４】
板ばね１５３は、シート１５２に堅固に固定されることが好ましい。したがって、パウチの内部のガスがボール１５５を介して板ばね１５３の一側部１５３０を外側に押し出すと、前記板ばね１５３は、前記一側部１５３０が外側に移動する。このとき、板ばね１５３が全体的に摺動するものではなく、前記板ばね１５３の一側部１５３０のみが変形されて移動する。もし、板ばね１５３が摺動すると、板ばね１５３がベンティング装置１５を離脱することができるためである。特に、前記一側部１５３０の中心部１５３１のみが外側に押し出され、一側部１５３０の周辺部１５３２は内側に移動することができる。よって、パウチの内部のガスが前記通路１５４を介して外部に排出され得る。
【００７５】
したがって、本発明の一実施形態によれば、シート１５２及びボール１５５が挿入空間１５３４に挿入された後、板ばね１５３の他側端部１５３５を、図１０に示すように、シート１５２に向かって折り曲げる。それにより、パウチの内部のガスが板ばね１５３の一側部１５３０を外側に押し出しても、シート１５２と脱着（分離）されることを防止し、板ばね１５３がベンティング装置１５を離脱することなく固定され得る。
【００７６】
図１１は、本発明の一実施形態によるハウジング１５１に板ばね１５３及びシート１５２が挿入されて製造が完了したベンティング装置１５の姿を示した概略図である。
【００７７】
シート１５２が挿入された板ばね１５３は、図１１に示すように、ハウジング１５１に挿入される。それにより、本発明の一実施形態によるベンティング装置１５の製造が完了する。このように製造されたベンティング装置１５は、パウチのシーリング部１３４に挿入されて共にシーリングされる。
【００７８】
このとき、前記ハウジング１５１が上部ハウジング１５１１及び下部ハウジング１５１２を含むと、板ばね１５３及びシート１５２は、上部ハウジング１５１１の内部に含まれることが好ましい。そして、図１１に示すように、板ばね１５３の一側部１５３０は、上部ハウジング１５１１の開放端１５１３に向かうことが好ましい。よって、前記一側部１５３０に形成されたガス排気ホール１５３３を介して、ガスが外部に排出され得る。
【００７９】
また、前述したところのように、板ばね１５３は、全体的に摺動するものではなく、固定された状態で一側部１５３０のみが変形される。よって、板ばね１５３の外周面とハウジング１５１の内周面の間に摩擦力が大きく作用するため、板ばね１５３がハウジング１５１に挿入されるとき、板ばね１５３とハウジング１５１との間の間隙が最小化されることが好ましい。但し、これに制限されず、前記摩擦力をさらに上昇させるため、板ばね１５３の外周面またはハウジング１５１の内周面の表面粗度を増加させて摩擦係数を増加させることができる。さらに、板ばね１５３とハウジング１５１との間に別途の接着剤が塗布されたり、板ばね１５３とハウジング１５１の二つのうち一つには突起が突出され、他の一つには溝が形成されて結合されたりするなど、多様な方法で板ばね１５３をハウジング１５１に固定させることができる。
【００８０】
図１２は、本発明の一実施形態によるベンティング装置１５が動作する姿を示した動作図である。
【００８１】
一方、二次電池１を高温の状態で保管するか貯蔵する場合、高い温度が電解質及び電極活物質の電気化学的反応を速やかに促進し、内部でガスが発生することができる。
【００８２】
パウチの内部にガスが発生し、パウチの内部圧力が徐々に増加することで特定の圧力を超過すると、図１２に示すように、前記ガスがボール１５５を外側に押し出し、前記ボール１５５が押し出されることにより板ばね１５３の一側部１５３０も外側に押し出される。そして、板ばね１５３はシート１５２と離隔されながらボール１５５がシート１５２から離脱して通路１５４の出口１５４１を開放し、パウチの内部のガスが前記通路１５４及びガス排気ホール１５３３を介して外部に排出され得る。このとき、前述したところのように、板ばね１５３は、前記シート１５２に対して摺動しないことが好ましい。
【００８３】
パウチの内部のガスが十分に外部に排出されると、パウチの内部圧力が再び減少し、板ばね１５３を押し出すガスの圧力が減少する。ところが、板ばね１５３は、金属で製造されて弾性を有する。したがって、パウチの内部圧力が特定の圧力より小さくなると、板ばね１５３は弾性力により元の位置に復帰する。そして、このような板ばね１５３の弾性力がシート１５２に形成された通路１５４の出口１５４１側で、ボール１５５を内側に押し出し、ボール１５５はシート１５２の一面１５２１に密着しながら、前記通路１５４の出口１５４１を閉鎖する。
【００８４】
図１３は、本発明の他の実施形態によるベンティング装置１５ａの製造が完了した姿を示した概略図である。
【００８５】
本発明の一実施形態によれば、板ばね１５３は、一側部１５３０が外側に凸状のキャップ（Ｃａｐ）の形状を有し、内部に形成された挿入空間１５３４にシート１５２及びボール１５５が挿入される。ところが、板ばね１５３がキャップ形状を有するので、ボール１５５の平面を板ばね１５３の内面の正確な位置に付着されることが容易でないことがある。
【００８６】
よって、本発明の他の実施形態によるベンティング装置１５ａは、図１３に示すように、板ばね１５３ａが平らなプレートの形状を有し、シート１５２ａに接触する。そして、別途の固定リング（図示せず）が上部ハウジング１５１１の内部に挿入され、板ばね１５３ａの上部に固定され得る。固定リングは弾性を有するため、上部ハウジング１５１１の内部に挿入されるときには、外力が印加されて直径が減少するが、上部ハウジング１５１１の内部に挿入された後には、外力が除去されて直径が再び増加し得る。それにより、前記弾性力が上部ハウジング１５１１の内周面に垂直抗力として作用すると、固定リングと上部ハウジング１５１１の内周面の摩擦力が増加し得る。
【００８７】
したがって、本発明の他の実施形態によれば、ボール１５５を板ばね１５３ａの中心部１５３１ａの内面の正確な位置に容易に付着することができ、別途の固定リングで板ばね１５３ａを上部ハウジング１５１１の内部に容易に固定させることができる。
【００８８】
図１４は、本発明の他の実施形態によるベンティング装置１５ａが動作する姿を示した動作図である。
【００８９】
本発明の他の実施形態によるベンティング装置１５ａも、パウチの内部圧力が特定の圧力を超過すると、図１４に示すように、前記ガスがボール１５５を外側に押し出し、前記ボール１５５が押し出されることにより板ばね１５３ａも外側に押し出される。そして、板ばね１５３ａは、シート１５２ａと離隔されながらボール１５５がシート１５２ａから離脱して通路１５４の出口１５４１を開放し、パウチの内部のガスが前記通路１５４及びガス排気ホール１５３３ａを介して外部に排出され得る。
【００９０】
パウチの内部のガスが十分に外部に排出されると、パウチの内部圧力が再び減少し、板ばね１５３ａを押し出すガスの圧力が減少する。したがって、パウチの内部圧力が特定の圧力より小さくなると、板ばね１５３ａは弾性力により元の位置に復帰する。そして、このような板ばね１５３ａの弾性力がシート１５２ａに形成された通路１５４の出口１５４１側で、ボール１５５を内側に押し出し、ボール１５５はシート１５２ａの一面１５２１に密着しながら、前記通路１５４の出口１５４１を閉鎖する。
【００９１】
本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せずとも、他の具体的な形態で実施され得るとのことを理解することができるであろう。よって、以上で記述した実施例は、全ての面において例示的なものであり、限定的ではないものとして理解しなければならない。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、またその均等概念から導き出される様々な実施形態が本発明の範囲に含まれると解釈すべきである。
【符号の説明】
【００９２】
１  パウチ型二次電池
５  ベンティング装置
１０  電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）
１１  電極タブ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｔａｂ）
１２  電極リード（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｌｅａｄ）
１３  パウチ型電池ケース
１４  絶縁部
１５  ベンティング装置
１５ａ  ベンティング装置
５２  シート
５４  通路
５５  ボール
１１１  正極タブ
１１２  負極タブ
１２１  正極リード
１２２  負極リード
１３１  上部ケース
１３２  下部ケース
１３３  コップ部
１３４  シーリング部
１３５  パウチフィルム
１５１  ハウジング
１５２  シート
１５２ａ  シート
１５４  通路
１５５  ボール
１３３１  収容空間
１３３３  収容空間
１３５１  ガスバリアー層（Ｇａｓ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｌａｙｅｒ）
１３５２  表面保護層（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）
１３５３  シーラント層（Ｓｅａｌａｎｔ  Ｌａｙｅｒ）
１５１１  上部ハウジング
１５１２  下部ハウジング
１５１３  開放端
１５２１  一面
１５３０  一側部
１５３１  中心部
１５３１ａ  中心部
１５３２  周辺部
１５３３  ガス排気ホール
１５３３ａ  ガス排気ホール
１５３４  挿入空間
１５３５  他側端部
１５４１  出口
【図１】
2021517341.tif 000003
【図２】
2021517341.tif 000004
【図３】
2021517341.tif 000005
【図４】
2021517341.tif 000006
【図５】
2021517341.tif 000007
【図６】
2021517341.tif 000008
【図７】
2021517341.tif 000009
【図８】
2021517341.tif 000010
【図９】
2021517341.tif 000011
【図１０】
2021517341.tif 000012
【図１１】
2021517341.tif 000013
【図１２】
2021517341.tif 000014
【図１３】
2021517341.tif 000015
【図１４】
2021517341.tif 000016
【国際調査報告】
2021517341.tif 000017
2021517341.tif 000018
2021517341.tif 000019
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