(57)【要約】  前記課題を解決するための本発明の実施形態に係る二次電池は、電極及び分離膜を交互積層して形成される電極組立体と、前記電極組立体を内部に収容する電池ケースと、前記電池ケースにおいて前記電極組立体を収容するコップ部の外側に配置され、前記電池ケースの体積が膨張すると、圧力が印加されて外部に電力を供給する圧電素子と、一端が鋭く形成され、前記圧電素子から電力が印加されると、前記一端が前記電池ケースに向かって延伸し、前記電池ケースを打孔する打孔部とを含む。
2021516436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極及び分離膜を交互積層して形成される電極組立体と、
前記電極組立体を内部に収容する電池ケースと、
前記電池ケースにおいて前記電極組立体を収容するコップ部の外側に配置され、前記電池ケースの体積が膨張すると、圧力が印加されて外部に電力を供給する圧電素子と、
一端が鋭く形成され、前記圧電素子から電力が印加されると、前記一端が前記電池ケースに向かって延伸し、前記電池ケースを打孔する打孔部とを含む二次電池。
【請求項２】
前記打孔部は、
電気活性ポリマー（ＥＡＰ）からなる、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記圧電素子は、
前記コップ部の外面に付着される、請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記圧電素子は、
前記コップ部の中心部に付着される、請求項１〜３の何れか一項に記載の二次電池。
【請求項５】
前記圧電素子は、
前記コップ部と形状が互いに対応している、請求項１〜４の何れか一項に記載の二次電池。
【請求項６】
前記圧電素子と連結された導線は、
前記打孔部の他端に連結される、請求項１〜５の何れか一項に記載の二次電池。
【請求項７】
前記打孔部は、
前記電池ケースにおいて前記コップ部を打孔する、請求項１〜６の何れか一項に記載の二次電池。
【請求項８】
前記打孔部は、
前記電池ケースのシーリング部に密着して形成される、請求項１〜７の何れか一項に記載の二次電池。
【請求項９】
前記打孔部の他端は、
前記電池ケースの頂点に位置する、請求項８に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記打孔部は、
前記電池ケースで周縁に沿って形成される前記シーリング部の一部に密着して形成される、請求項８に記載の二次電池。
【請求項１１】
電極及び分離膜を交互積層して形成される電極組立体、前記電極組立体を内部に収容する電池ケース、前記電池ケースにおいて前記電極組立体を収容するコップ部の外側に配置され、前記電池ケースの体積が膨張すると、圧力が印加されて外部に電力を供給する圧電素子、及び、一端が鋭く形成され、前記圧電素子から電力が印加されると、前記一端が前記電池ケースに向かって延伸し、前記電池ケースを打孔する打孔部を含む二次電池と、
前記二次電池を内部に収容するハウジングとを含む電池モジュール。
【請求項１２】
前記打孔部は、
電気活性ポリマー（ＥＡＰ）からなる、請求項１１に記載の電池モジュール。
【請求項１３】
前記圧電素子は、
前記ハウジングの内面に付着される、請求項１１または１２に記載の電池モジュール。
【請求項１４】
前記打孔部は、
前記ハウジングの内側角に沿って密着して形成される、請求項１１〜１３の何れか一項に記載の電池モジュール。
【請求項１５】
前記打孔部は、
前記電池ケースにおいて前記コップ部を打孔する、請求項１１〜１４の何れか一項に記載の電池モジュール。
【請求項１６】
請求項１１〜１５の何れか一項に記載の電池モジュールを含む電池パック。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電池パックを含むデバイス。
【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１４日付韓国特許出願第１０−２０１９−００１７３３１号に基づいた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、二次電池及び電池モジュールに関し、より詳細には、非正常的な作動時、電池ケースの内部に生成されるガスを速く外部に排出して爆発を防止し、安定性を確保できる二次電池及び電池モジュールに関する。
【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等がある。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、ポータブルゲームデバイス（Ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｇａｍｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ  Ｔｏｏｌ）及びＥ−バイク（Ｅ−ｂｉｋｅ）等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用いられている。
【０００４】
電極組立体を製造するために、正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）、分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）及び負極（Ａｎｏｄｅ）を製造し、これらを積層する。具体的に、正極活物質スラリーを正極集電体に塗布し、負極活物質スラリーを負極集電体に塗布して正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）と負極（Ａｎｏｄｅ）を製造する。そして、前記製造された正極及び負極の間に分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）が介在されて積層されると単位セル（Ｕｎｉｔ  Ｃｅｌｌ）が形成され、単位セルが互いに積層されることで、電極組立体が形成される。そして、このような電極組立体が特定ケースに収容され、電解液を注入すると二次電池が製造される。
【０００５】
従来には、二次電池が高温に露出されるか、過充電又は過放電される等の非正常的に作動する場合、発熱によって分離膜が収縮しながら正極と負極が互いに直接接触し、短絡（ショート、Ｓｈｏｒｔ）が発生する可能性が高くなる。このような短絡によって電池内部に急激な電子移動が生じ、それにより発熱と副反応が発生すると二次電池が爆発し、安全性に問題が発生することがあった。特に、過充電、過放電、外部短絡等の電気的な誤作動の発生時、高い電流が流れ集電体の熱伝導率が低いため、集電体の温度が活物質層より高い熱が発生する。以後、熱が拡散して活物質、電解液等の構成要素の熱的、化学的、電気化学的な反応が加わって熱暴走まで繋がり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、非正常的な作動時、電池ケースの内部に生成されるガスを速く外部に排出して爆発を防止し、安定性を確保できる二次電池及び電池モジュールを提供することである。
【０００７】
本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていない他の課題は、以下の記載から当業者において明確に理解され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための本発明の実施形態に係る二次電池は、電極及び分離膜を交互積層して形成される電極組立体と、前記電極組立体を内部に収容する電池ケースと、前記電池ケースにおいて前記電極組立体を収容するコップ部の外側に配置され、前記電池ケースの体積が膨張すると、圧力が印加されて外部に電力を供給する圧電素子と、一端が鋭く形成され、前記圧電素子から電力が印加されると、前記一端が前記電池ケースに向かって延伸し、前記電池ケースを打孔する打孔部とを含む。
【０００９】
また、前記打孔部は、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）からなることができる。
【００１０】
また、前記圧電素子は、前記コップ部の外面に付着されてよい。
【００１１】
また、前記圧電素子は、前記コップ部の中心部に付着されてよい。
【００１２】
また、前記圧電素子は、前記コップ部と形状が互いに対応していてよい。
【００１３】
また、前記圧電素子と連結された導線は、前記打孔部の他端に連結されてよい。
【００１４】
また、前記打孔部は、前記電池ケースにおいて前記コップ部を打孔してよい。
【００１５】
また、前記打孔部は、前記電池ケースのシーリング部に密着して形成されてよい。
【００１６】
また、前記打孔部の他端は、前記電池ケースの頂点に位置してよい。
【００１７】
また、前記打孔部は、前記電池ケースで周縁に沿って形成されるシーリング部の一部に密着して形成されてよい。
【００１８】
前記課題を解決するための本発明の実施形態による電池モジュールは、電極及び分離膜を交互積層して形成される電極組立体、前記電極組立体を内部に収容する電池ケース、前記電池ケースにおいて前記電極組立体を収容するコップ部の外側に配置され、前記電池ケースの体積が膨張すると、圧力が印加されて外部に電力を供給する圧電素子、及び、一端が鋭く形成され、前記圧電素子から電力が印加されると、前記一端が前記電池ケースに向かって延伸し、前記電池ケースを打孔する打孔部を含む二次電池と、前記二次電池を内部に収容するハウジングとを含む。
【００１９】
また、前記打孔部は、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）からなることができる。
【００２０】
また、前記圧電素子は、前記ハウジングの内面に付着されてよい。
【００２１】
また、前記打孔部は、前記ハウジングの内側角に沿って密着して形成されてよい。
【００２２】
また、前記打孔部は、前記電池ケースにおいて前記コップ部を打孔してよい。
【００２３】
本発明は、また、前記電池モジュールを含む電池パックを提供し、前記電池パックを含むデバイスを提供する。
【００２４】
前記デバイスは、コンピューター、ノートパソコン、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）と、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）又は電力貯蔵装置等が挙げられるが、これに限定されるのではない。
【００２５】
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、当業界において公知されているため、本明細書では詳しい説明を省略する。
【００２６】
本発明のその他具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【００２７】
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。
【００２８】
非正常的な作動時、電池ケースの体積が膨張して圧電素子から電力が生成されると、打孔部が電池ケースを打孔することで、電池ケースの内部に生成されるガスを速く外部に排出して爆発を防止し、安定性を確保できる。
【００２９】
本発明による効果は、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】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態による二次電池の組立図である。
【図２】本発明の一実施形態による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二次電池の平面図である。
【図４】本発明の一実施形態による二次電池の断面拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態による二次電池の打孔部の一端が延伸された時の二次電池の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態による二次電池の打孔部の一端が延伸された時の二次電池の断面拡大図である。
【図７】本発明の他の実施形態による電池モジュールの組立図である。
【図８】本発明の他の実施形態による電池モジュールの打孔部の一端が延伸された時の電池モジュールの組立図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、図と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下で開示する実施形態に限定されるのではなく、互いに異なる多様な形態に具現されてよい。但し、本実施形態は、本発明の開示を完全にし、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伝えるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。また、明細書の全体にかけて同一の参照符号は同一の構成要素を指す。
【００３２】
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、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通的に理解される意味で用いられてよい。また、一般的に用いられる辞書に定義されている用語は、明らかに特別に定義されていない限り、理想的に又は過度に解釈されない。
【００３３】
本明細書で用いられた用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、文章で特別に言及しない限り、複数形も含む。明細書で用いられる『含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）』及び／又は『含んで（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）』は、言及された構成要素の以外に一つ以上の他の構成要素の存在又は追加を排除しない。
【００３４】
以下、図を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態による二次電池１の組立図である。図２は、本発明の一実施形態による二次電池１の斜視図である。
【００３６】
本発明の一実施形態によれば、非正常的な作動時、電池ケース１３の体積が膨張して圧電素子１３５から電力が生成されると、打孔部１３６が電池ケース１３を打孔することで、電池ケース１３の内部に生成されるガスを速く外部に排出して爆発を防止し、安定性を確保できる。
【００３７】
このために、本発明の一実施形態による二次電池１は、電極及び分離膜を交互積層して形成される電極組立体１０と、前記電極組立体１０を内部に収容する電池ケース１３と、前記電池ケース１３において前記電極組立体１０を収容するコップ部１３３の外側に配置され、前記電池ケース１３の体積が膨張すると、圧力が印加されて外部に電力を供給する圧電素子１３５と、一端１３６１が鋭く形成され、前記圧電素子１３５から電力が印加されると、前記一端１３６１が前記電池ケース１３に向かって延伸し、前記電池ケース１３を打孔する打孔部１３６とを含む。
【００３８】
電極組立体１０は、電極及び分離膜を交互積層して形成する。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に挿入し電解液を注入してからシーリングする。
【００３９】
具体的に、電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０は、正極及び負極等の二種類の電極と、前記電極を互いに絶縁するために電極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には、スタック型、ゼリーロール型、スタック／フォールディング型等がある。二種類の電極、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又は金属メッシュ形態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等が、溶媒が添加された状態で撹拌され形成されてよい。溶媒は後続の工程で除去される。
【００４０】
電極組立体１０は、図１に示された通り、電極タブ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｔａｂ）１１を含む。電極タブ１１は、電極組立体１０の正極及び負極とそれぞれ連結され、電極組立体１０から一側の外部に突出し、電極組立体１０の内部と外部の間に電子が移動できる経路になる。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、非塗布部でなる。そして、電極タブ１１は、非塗布部を裁断して形成されるか又は非塗布部に別途の導電材を超音波溶接等で連結して形成されてもよい。このような電極タブ１１は、図１に示された通り、電極組立体１０の一側からそれぞれ異なる方向に並んで突出してもよいが、これに制限されずに同一の方向に突出してもよい。
【００４１】
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）溶接等で連結される。そして、電極リード１２の一部は絶縁部１４で周りが囲まれる。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が熱融着するシーリング部１３４に限定されて位置し、電極リード１２を電池ケース１３に接着させる。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。よって、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した不導体からなる。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。
【００４２】
電極リード１２は、一端が前記電極タブ１１と連結され、他端が前記電池ケース１３の外部にそれぞれ突出する。すなわち、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が突出した方向に延在する正極リード１２１及び負極タブ１１２に一端が連結され、負極タブ１１２が突出した方向に延在する負極リード１２２を含む。一方、正極リード１２１及び負極リード１２２は、図１に示された通り、何れも他端が電池ケース１３の外部に突出する。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して形成されるため、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在し得る。
【００４３】
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いてよい。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）材質又はニッケル（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の外部に突出した電極リード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。
【００４４】
電池ケース１３は、軟性の材質からなるパウチである。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に示された通り、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が形成されて電極組立体１０を収容できる収容空間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の外部に離脱し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に示された通り、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に示された通り、一側が互いに連結され製造されてよいが、これに制限されず、互いに分離され別途製造される等、多様に製造されてよい。
【００４５】
圧電素子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）１３５は、前記コップ部１３３の外側に配置され、電池ケース１３の体積が膨張すると、圧力が印加されて外部に電力を供給する。そして、打孔部１３６は、一端１３６１が鋭く形成され、圧電素子１３５から電力が印加されると、前記一端１３６１が電池ケース１３に向かって延伸し、電池ケース１３を打孔する。圧電素子１３５及び打孔部１３６に対する詳しい説明は後述する。
【００４６】
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上部ケース１３１と下部ケース１３２の縁に形成されたシーリング部１３４をシーリングする。電解液は、二次電池１の充電／放電時に電極の電気化学的反応によって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り、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又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に示された通り、パウチ型二次電池１が製造されてよい。
【００４７】
図３は、本発明の一実施形態による二次電池１の平面図である。図４は、本発明の一実施形態による二次電池１の断面拡大図である。
【００４８】
図３に示された通り、本発明の一実施形態による二次電池１は、圧電素子１３５及び打孔部１３６を含む。圧電素子１３５とは、圧力、応力等の物理的外力の印加を受けると、それによって電圧が発生し、逆に電圧の印加を受けると、形態が変形する素子である。代表的な圧電素子１３５としては、チタン酸バリウム（Ｂａｒｉｕｍ  Ｔｉｔａｎａｔｅ）、ロッシェル塩（Ｒｏｃｈｅｌｌｅ  ｓａｌｔ）等がある。
【００４９】
圧電素子１３５は、電池ケース１３のコップ部１３３の外側に配置される。よって、電池ケース１３の内部にガスが発生し電池ケース１３の体積が膨張すると、圧力の印加を受ける。それにより圧電素子１３５で電圧が発生し、外部に電力を供給できる。特に、本発明の一実施形態によれば、圧電素子１３５はコップ部１３３の外面に直接付着されてよい。それにより、電池ケース１３の体積の膨張に敏感に反応し得る。すなわち、電池ケース１３の体積が少しだけ膨張しても、直ちに電圧を発生して外部に電力を供給できる。
【００５０】
圧電素子１３５は、図３に示された通り、コップ部１３３と形状が互いに対応してよい。例えば、コップ部１３３が四角形の形状を有すると、圧電素子１３５も四角形の形状を有し、コップ部１３３が円形の形状を有すると、圧電素子１３５も円形の形状を有してよい。それにより、コップ部１３３が変形する時に変形される程度に比例して、圧電素子１３５が圧力の印加を受けることができる。
【００５１】
また、圧電素子１３５は、コップ部１３３の略中心部に付着されるのが好ましい。もし、電池ケース１３の内部にガスが発生するのであれば、最も柔軟性が大きいコップ部１３３が最も大きく変形する。このとき、圧電素子１３５がコップ部１３３の中心部に付着されることで、コップ部１３３が変形する時に圧電素子１３５が全体的に均一に圧力の印加を受けることができる。
【００５２】
打孔部１３６は、細長いワイヤ形状を有してよく、圧電素子１３５から電力が印加されると、形態が変形し電池ケース１３を打孔する。このような打孔部１３６は、電気活性ポリマー（ＥｌｅｃｔｒｏＡｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ、ＥＡＰ）からなることができる。電気活性ポリマーとは、電気的刺激によって膨張、収縮及びベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）等に変形し得るポリマーである。代表的な電気活性ポリマーとしては、強誘電性ポリマー（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒ）と誘電性エラストマー（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）等があり、特に、強誘電性ポリマーとして相対的に圧電性が大きいポリビニリデンフルオリド（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ、以下、ＰＶＤＦ）系ポリマーが広く用いられる。
【００５３】
打孔部１３６は、図４に示された通り、電池ケース１３のシーリング部１３４に密着して形成されてよい。それにより、打孔部１３６が二次電池１のサイズ及び形態を大きく変更せずとも、打孔部１３６が外部の摩擦によって損傷されることを防止できる。もし、打孔部１３６の長さがある程度長く形成されるのであれば、図３に示された通り、打孔部１３６は、電池ケース１３で周縁に沿って形成されるシーリング部１３４の一部に密着して形成されてよい。但し、これに制限されず、打孔部１３６は、電池ケース１３で電極組立体１０を収容するコップ部１３３の外面に沿って形成される等、電池ケース１３に多様な方法で形成されてよい。
【００５４】
図５は、本発明の一実施形態による二次電池１の打孔部１３６の一端１３６１が延伸した時の二次電池１の平面図である。図６は、本発明の一実施形態による二次電池１の打孔部１３６の一端１３６１が延伸した時の二次電池１の断面拡大図である。
【００５５】
圧電素子１３５は、圧力の印加を受けると、電圧が発生して電力を外部に供給する。すなわち、電池ケース１３の内部にガスが発生して電池ケース１３の体積が膨張すると、圧電素子１３５は、圧力が印加されて電力を外部に供給する。そして、打孔部１３６は、一端１３６１が鋭く形成され、圧電素子１３５から電力が印加されると形状が変化する。特に、図５に示された通り、打孔部１３６の一端１３６１が電池ケース１３に向かって延伸し、電池ケース１３を打孔する。
【００５６】
打孔部１３６は、電池ケース１３中で、コップ部１３３を打孔するのが好ましい。それにより、電池ケース１３の内部と外部が連結され、電池ケース１３の内部に生成されるガスを速く外部に排出して爆発を防止し、安定性を確保できる。
【００５７】
打孔部１３６の一端１３６１は、コップ部１３３の頂点付近ではなく、図５に示された通り、コップ部１３３の角の中心部に位置する。それにより、コップ部１３３の頂点付近より角の中心部の剛性が弱いため、打孔部１３６の一端１３６１が延伸した時、図６に示された通り、コップ部１３３が容易に打孔され得る。
【００５８】
一方、打孔部１３６の他端１３６２は、コップ部１３３の角の中心部ではなく、図５に示された通り、コップ部１３３の頂点付近に位置する。そして、圧電素子１３５と連結された導線１３５１は、打孔部１３６の他端１３６２に連結される。それにより、圧電素子１３５と連結された導線１３５１が外部の障害物によって断線されるか破損されることを最小化できる。
【００５９】
図７は、本発明の他の実施形態による電池モジュール２の組立図である。
【００６０】
本発明の一実施形態によれば、圧電素子１３５は、電池ケース１３のコップ部１３３の外面に直接付着され、打孔部１３６は、電池ケース１３のシーリング部１３４に密着して形成される。それにより、圧電素子１３５は、電池ケース１３の体積の膨張に敏感に反応でき、二次電池１のサイズ及び形態を大きく変更せずとも、打孔部１３６が外部の摩擦によって損傷されることを防止できる。
【００６１】
ところで、本発明の他の実施形態によれば、二次電池１ａが電池モジュール２に組み立てられる場合には、圧電素子１３５ａ及び打孔部１３６ａが、二次電池１ａの電池ケース１３ではなく電池モジュール２のハウジング２０に形成されてよい。それにより、柔軟性を有するパウチ型電池ケース１３より、剛性を有するハウジング２０に圧電素子１３５ａ及び打孔部１３６ａを固定させることがより容易である。
【００６２】
本発明の他の実施形態による電池モジュール２は、電極及び分離膜を交互積層して形成される電極組立体１０、前記電極組立体１０を内部に収容する電池ケース１３、前記電池ケース１３において前記電極組立体１０を収容するコップ部１３３の外側に配置され、前記電池ケース１３の体積が膨張すると、圧力が印加されて外部に電力を供給する圧電素子１３５ａ、及び、一端１３６１ａが鋭く形成され、前記圧電素子１３５ａから電力が印加されると、前記一端１３６１ａが前記電池ケース１３に向かって延伸し、前記電池ケース１３を打孔する打孔部１３６ａを含む二次電池１と、前記二次電池１を内部に収容するハウジング２０とを含む。
【００６３】
ハウジング２０は、二次電池１を内部に収容し、図７に示された通り、上部及び下部のハウジング２０が二次電池１の両側で互いに結合されることで、二次電池１を収容できる。このようなハウジング２０は、内部に二次電池１を一つだけ収容してもよいが、これに制限されず、複数の二次電池１を収容してもよい。
【００６４】
本発明の他の実施形態による圧電素子１３５ａ及び打孔部１３６ａは、電池モジュール２のハウジング２０の内部に形成される。特に、圧電素子１３５ａは電池ケース１３のコップ部１３３の外側に配置され、但し、コップ部１３３の外面に直接付着されず、ハウジング２０の内面に付着される。但し、ハウジング２０の内面と電池ケース１３のコップ部１３３が非常に近接して位置しているため、電池ケース１３の内部にガスが発生して電池ケース１３の体積が膨張すると、圧電素子１３５ａは直ちに電力を外部に供給する。
【００６５】
打孔部１３６ａは、ハウジング２０の内側角に沿って密着して形成される。そして、打孔部１３６ａは、細長いワイヤ形状を有してよく、圧電素子１３５ａから電力が印加されると、形態が変形して電池ケース１３を打孔する。このような打孔部１３６ａは、電気活性ポリマー（ＥｌｅｃｔｒｏＡｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ、ＥＡＰ）からなることができる。
【００６６】
図８は、本発明の他の実施形態による電池モジュール２の打孔部１３６ａの一端１３６１ａが延伸した時の電池モジュール２の組立図である。
【００６７】
電池ケース１３の内部にガスが発生して電池ケース１３の体積が膨張すると、圧電素子１３５ａは、圧力が印加されて電力を外部に供給する。そして、打孔部１３６ａは、一端１３６１ａが鋭く形成され、圧電素子１３５ａから電力が印加されると、図８に示された通り、打孔部１３６ａの一端１３６１ａが電池ケース１３に向かって延伸し、電池ケース１３を打孔する。
【００６８】
打孔部１３６ａは、電池ケース１３中で、コップ部１３３を打孔するのが好ましい。そして、打孔部１３６ａの一端１３６１ａは、コップ部１３３の角の中心部に位置する。それにより、打孔部１３６ａの一端１３６１ａが延伸した時、コップ部１３３が容易に打孔され得る。
【００６９】
本発明の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、他の具体的な形態に実施され得ることを理解できるはずである。そのため、以上で記述した実施形態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って表わされ、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その均等概念から導出される多様な実施形態が本発明の範囲に含まれるものとして解釈されなければならない。
【符号の説明】
【００７０】
１，１ａ  二次電池
２  電池モジュール
１０  電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）
１１  電極タブ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｔａｂ）
１２  電極リード（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｌｅａｄ）
１３  電池ケース
１４  絶縁部
２０  ハウジング
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
１３５，１３５ａ  圧電素子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）
１３６，１３６ａ  打孔部
１３３１  収容空間
１３５１  導線
１３６１，１３６１ａ  一端
１３６２  他端
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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