(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パウチの内部圧力に連動して前記パウチの内部からガスを排出する通路を開閉調節するベンティング装置を含み、
前記ベンティング装置は、前記パウチの内、外部を連通する中空部を有し、前記パウチのシール部位の間に挿入されて、両面が互いに結合された前記シール部位に付着される翼状の本体部と、前記本体部の中空部と連通した通路上に設置され、前記パウチの内部圧力の変化に応じて前記通路を開閉するガス排出調節部と、を含み、
前記ガス排出調節部は、前記通路を開閉する栓部材と、前記栓部材の軸上に結合して前記栓部材に弾性力を提供する弾性部材とを含み、
前記本体部の中空部と連結された通路の外側には、前記本体部から突出した延長端部が形成され、
前記延長端部の外側には、前記通路を塞ぐように形成される仕上げ部材が設けられ、前記仕上げ部材は、前記弾性部材を前記通路の内部に挿入して離脱を防止し、かつ
前記仕上げ部材は、前記パウチの内部圧力に連動して前記栓部材の軸が遊動する貫通孔を備える、
パウチ型リチウム二次電池のベンティングシステム。
【請求項２】
前記ベンティング装置は、前記パウチのシール部位に少なくとも一つ設けられる、請求項１に記載のパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステム。
【請求項３】
前記ベンティング装置は、前記パウチのシール部位に少なくとも一つ設けられ、且つ電極タブの間に位置付けられる、請求項１に記載のパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステム。
【請求項４】
前記弾性部材の弾性係数の選定に応じてベンティング動作の基準となる基準圧力を設定し、且つ、
前記パウチの内部圧力が基準圧力に比べて小さい場合には、前記弾性部材から提供された弾性力によって前記栓部材が前記通路を閉鎖し、前記パウチの内部圧力が基準圧力より大きくなる場合には、前記弾性部材が収縮して前記栓部材が前記通路を開放する、請求項１に記載のパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステム。
【請求項５】
前記栓部材は半球状本体を有し、前記栓部材が接触する前記通路には前記栓部材に対応する環状シール部材が設けられる、請求項１に記載のパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステム。
【請求項６】
前記仕上げ部材の貫通孔は、前記栓部材の軸の直径に比べて大きく形成されて、前記栓部材の軸と前記仕上げ部材の貫通孔との間の隙間を介してガスが排出される流路が形成される、請求項１に記載のパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムに関し、より詳細には、パウチのセル内部圧力の変化に応じてガスを能動的に排出することができるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池とは、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池を意味する。一例として、一つの電池セルがパック状に包装された低容量電池の場合、ポータブル端末、ノートパソコン、コンピュータ及びカムコーダのように携帯可能な小型電子機器に主に使用されている。他の例として、大電力を要する機器、例えば、電気自動車などのモータ駆動用電源の場合には、多数個の電池セルが直列又は並列に連結された大容量の二次電池が使用されている。
【０００３】
このような二次電池は、様々な形態に製造することができるが、代表的な例として、パウチ型、円筒型、角型などの形態に製造されている。そのうち、パウチ型の場合、その形状が比較的自由で軽量であることから、最近、スリム化及び軽量化が求められているポータブル電子機器に多く使用されている。
【０００４】
図１は、一般的なパウチ型リチウム二次電池を簡単に図示した斜視図である。
【０００５】
図１を参照すると、一般的なパウチ型リチウム二次電池１は、周縁に沿ってシール（ｓｅａｌｉｎｇ）されたパウチ包装材（以下、「パウチ」とする）１０を備える。前記パウチ１０は、薄膜の金属フィルムとその両面に絶縁性フィルムが付着されて、自由に折り曲げ可能な形態に提供される。
【０００６】
また、前記パウチ１０には、電極積層体（図示せず）が内蔵されるが、そのために、前記パウチ１０の内部には、電極積層体を収容するための所定の空間部が形成されることができる。
【０００７】
一方、前記パウチ１０の外部には、少なくとも一対の電極タブ２０、３０が突出して設けられ、これらの電極タブ２０、３０は、前記パウチ１０に内蔵された電極積層体と電気的に連結される構造に提供されることができる。
【０００８】
しかし、このようなパウチ型リチウム二次電池の場合、水分や空気の流入を防止するために、作製終了の段階で外部との通路が徹底的に遮断される。
【０００９】
しかし、このような遮断構造は、リチウム二次電池の特性上、劣化によって発生するガスの排出を妨げる要因になりうる。
【００１０】
すなわち、パウチの内部で発生したガスがスムーズに排出されず、所定量以上に増加する場合、パウチの外形の変形を誘発するが、この変形により、内部電極積層体は、初期の整列された状態から離脱して不規則に配列される。結果、短絡を誘発することになり、さらに、このような短絡は、発煙又は発火の原因になることもあった。
【００１１】
これに関する先行技術としては、韓国公開特許公報第１０‐２０１３‐０１０２８０７号（公開日：２０１３年０９月２３日）があり、前記先行文献には、リチウムポリマー二次電池に関する技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、パウチのセル内部圧力の変化に応じてガスを能動的に排出することができるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムを提供する。
【００１３】
また、本発明は、内部ガスの発生によるパウチの変形を抑制して、パウチ型リチウム二次電池の安全性を確保することができるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムを提供する。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されず、ここで言及されていない他の課題は、以下の記載より、当業者が明確に理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一側面によれば、パウチの内部圧力に連動して前記パウチの内部からガスを排出する通路を開閉調節するベンティング装置を含むパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムを提供することができる。
【００１６】
前記ベンティング装置は、前記パウチのシール部位に少なくとも一つ以上設けられることができる。
【００１７】
前記ベンティング装置は、前記パウチのシール部位に少なくとも一つ以上設けられ、且つ電極タブ方向に設けられることができる。
【００１８】
前記ベンティング装置は、前記パウチの内、外部を連通する中空部を有し、前記パウチに挿入されて両面が前記パウチに付着される翼状の本体部と、前記本体部の中空部と連通した通路上に設置され、前記パウチの内部圧力の変化に応じて前記通路を開閉するガス排出調節部と、を含むことができる。
【００１９】
前記ガス排出調節部は、前記通路を開閉する栓部材と、前記栓部材の軸上に結合して前記栓部材に弾性力を提供する弾性部材と、を含むことができる。
【００２０】
前記弾性部材の弾性係数の選定に応じてベンティング動作の基準となる基準圧力を設定し、且つ、前記パウチの内部圧力が基準圧力に比べて小さい場合には、前記弾性部材から提供された弾性力によって前記栓部材が前記通路を閉鎖し、前記パウチの内部圧力が基準圧力より大きくなる場合には、前記弾性部材が収縮して前記栓部材が前記通路を開放することができる。
【００２１】
前記栓部材は半球状本体を有し、前記栓部材が接触する前記通路には前記栓部材に対応する環状シール部材が設けられることができる。
【００２２】
前記本体部の中空部と連結された通路の外側には、前記本体部から突出した延長端部が形成されることができる。
【００２３】
前記延長端部の外側には、前記通路を塞ぐように形成される仕上げ部材が設けられ、前記仕上げ部材は、前記弾性部材を前記通路の内部に挿入して離脱を防止することができる。
【００２４】
前記仕上げ部材は、前記パウチの内部圧力に連動して前記栓部材の軸が遊動する貫通孔を備えることができる。
【００２５】
前記仕上げ部材の貫通孔は、前記栓部材の軸の直径に比べて大きく形成されて、前記栓部材の軸と前記仕上げ部材の貫通孔との間の隙間を介してガスが排出される流路が形成されることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、パウチのセル内部圧力の変化に応じてガスを能動的に排出することができる。
【００２７】
また、内部ガスの発生によるパウチの変形を抑制して、パウチ型リチウム二次電池の安全性を確保することができる。
【００２８】
また、弾性部材の弾性係数の選定に応じてベンティング動作の基準となる基準圧力を設定することができる。
【００２９】
例えば、パウチの内部圧力が基準圧力に比べて小さい場合、弾性部材から提供された弾性力によって前記栓部材が通路を閉鎖するようにすることができる。
【００３０】
また、パウチの内部圧力が基準圧力より大きくなる場合、弾性部材が収縮して栓部材が通路を開放するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一般的なパウチ型リチウム二次電池を簡単に図示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施例によるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムを簡単に図示した斜視図である。
【図３】本発明の一実施例によるベンティング装置の細部構成を図示した分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施例によるベンティング装置の結合斜視図である。
【図５】本発明の一実施例によるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムのベンティング動作前の形状を示す作動図である。
【図６】本発明の一実施例によるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムのベンティング動作後の形状を示す作動図である。
【図７】本発明の一実施例によるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムの本体部の様々な例示的形状を示す図である。
【図８】本発明の一実施例によるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムの本体部の様々な例示的形状を示す図である。
【図９】本発明の一実施例によるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムの本体部の様々な例示的形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の利点及び特徴、また、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述している実施例を参照すると明確になる。しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態に具現されてもよい。ただし、本実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に説明するために提供されるものであって、本発明は、請求項の範疇により定義されるだけである。明細書の全体にわたり同一の参照符号は同一の構成要素を指す。
【００３３】
また、本発明の実施例を説明するにあたり、公知の機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断した場合には、その詳細な説明を省略する。また、後述する用語は、本発明の実施例における機能を考慮して定義された用語であって、これは、使用者、運用者の意図又は慣例などに応じて異なりうる。したがって、その定義は、本明細書の全般にわたる内容に基づき下すべきである。
【００３４】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例によるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムについて詳細に説明する。
【００３５】
図２は本発明の一実施例によるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムを簡単に図示した斜視図である。
【００３６】
図２を参照すると、パウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムは、ベンティング装置２００を含む。
【００３７】
ベンティング装置２００は、前記パウチ１０の内部圧力に連動してパウチ１０の内部からガスを排出する通路を開閉調節するために提供されることができる。
【００３８】
前記ベンティング装置２００は、前記パウチ１０のシール部位に少なくとも一つ以上設けられることができ、好ましくは、電極タブ２０、３０方向に設けられることが好適である。ただし、必ずこのような形態に制限される必要はない。
【００３９】
一方、パウチ型リチウム二次電池１００は、周縁に沿ってシール（ｓｅａｌｉｎｇ）されたパウチ１０と、前記パウチ１０に内蔵される電極積層体（図示せず）と、前記パウチ１０の外部に突出して設けられた少なくとも一対の電極タブ２０、３０と、を含むことができる。
【００４０】
前記パウチ１０は、薄膜の金属フィルムとその両面に絶縁性フィルムが付着されて構成されることができる。また、前記パウチ１０には、電極積層体が内蔵されることができ、前記電極積層体の具体的な形態は別に図示していないが、特定の形態に制限される必要はない。前記電極タブ２０、３０は、前記パウチ１０の内部収容空間に内蔵された電極積層体と電気的に連結されることができ、前記パウチ１０の外部に突出する形態に提供されることができる。
【００４１】
このような構成を有するパウチ型リチウム二次電池１００のシール部位に設けられるベンティング装置２００は、図２に図示されたように、本体部２１０及びガス排出調節部２２０の構成を含むことができる。
【００４２】
本体部２１０は、前記パウチ１０の内、外部を連通する中空部を有し、前記パウチのシール部位に挿入されて両面がシール部位に付着される翼状の部材を意味する。
【００４３】
前記本体部２１０が、両側に向かって厚さが薄くなる翼状の形状を有する理由は、パウチ１０のシール部位にスムーズに挿入されて、両面がシール部位に容易に接合されるためである。
【００４４】
ガス排出調節部２２０は、前記本体部２１０の中空部と連通した通路上に設置され、前記パウチの内部圧力の変化に応じて前記通路を開閉して、ガスを能動的に排出する機能を提供する。
【００４５】
図３は本発明の一実施例によるベンティング装置の細部構成を図示した分解斜視図であり、図４は本発明の一実施例によるベンティング装置の結合斜視図である。
【００４６】
図３を参照すると、前記ベンティング装置２００は、前記本体部２１０と、ガス排出調節部２２０と、を含むことができる。
【００４７】
前記本体部２１０は、前記パウチ１０のシール部位１１に挿入されて両面がシール部位に付着されることにより、前記ベンティング装置２００以外の他の面が全て密封される構造を確保することができる。
【００４８】
前記ガス排出調節部２２０は、本体部２１０の中空部と連通した通路２２１ａ上に設置されることができ、また、前記パウチ１０の内部圧力の変化に応じて前記通路２２１ａを開閉して、パウチ１０の内部で発生したガスを能動的に排出することができるようになっている。
【００４９】
このために、前記ガス排出調節部２２０は、前記通路２２１ａを開閉する栓部材２２５と、前記栓部材の軸２２６上に結合して前記栓部材２２５に所定の弾性力を提供する弾性部材２２７と、を含むことができる。
【００５０】
また、前記弾性部材２２７の弾性係数の選定に応じてベンティング動作の基準となる基準圧力を設定することができる。これについては、図５及び図６を参照して説明する。
【００５１】
好ましい例として、前記栓部材２２５は、半球状の本体を有することができる。ただし、必ずこのような形状に制限される必要はない。また、前記栓部材２２５が接触する通路２２１ａには、Ｏリング、すなわち環状シール部材２２３がさらに設けられることができる。
【００５２】
これにより、パウチ１０の内部圧力が基準圧力未満の場合には、前記栓部材２２５は、前記弾性部材２２７から提供された弾性力により、前記環状シール部材２２３に接触加圧されて、前記通路２２１ａを密閉することができる。
【００５３】
これとは反対に、パウチ１０の内部圧力が基準圧力を超える場合、前記栓部材２２５は、前記弾性部材２２７が収縮するにつれて前記環状シール部材２２３から分離されて、前記通路２２１ａを開放することができる。
【００５４】
一方、前記通路２２１ａの外側には、前記本体部２１０から突出した延長端部２２１が形成されることができる。ただし、必ずこのような形状に制限される必要はない。
【００５５】
また、前記延長端部２２１の開放部位には、前記通路を塞ぐ仕上げ部材２２９が設けられることができる。
【００５６】
前記仕上げ部材２２９は、前記栓部材２２５の軸２２６上に結合した前記弾性部材２２７を前記通路２２１ａの内部に挿入して、弾性部材２２７の位置を固定する役割を担当する。
【００５７】
また、前記仕上げ部材２２９の中央には貫通孔が設けられることができる。前記貫通孔は、パウチ１０の内部圧力の変化に連動して、前記栓部材２２５が前進又は後退する際に前記栓部材の軸２２６が遊動する空間を提供する。
【００５８】
また、前記仕上げ部材の貫通孔は、前記栓部材の軸２２６の直径に比べて、所定の隙間を有するように大きく形成されることが好ましい。この際、前記栓部材の軸２２６と仕上げ部材の貫通孔との間に形成された隙間は、ガスがパウチ１０の外部に排出される流路として用いられることができる。
【００５９】
また、図４を参照すると、上述のベンティング装置２００の細部構成が結合した形状を確認することができる。
【００６０】
次に、上述の細部構成を含む本発明のパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムの作動関係について説明する。
【００６１】
図５は本発明の一実施例によるパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムのベンティング動作、すなわちガス排出動作前の形状を示す作動図であり、図６はベンティング動作が行われる形状を示す作動図である。
【００６２】
図５及び図６を参照すると、パウチ１０のシール部位に本体部２１０の両面が付着されており、前記本体部２１０の中央に、ガス排出調節部２２０が形成されている。
【００６３】
前記ガス排出調節部２２０は、本体部２１０の中空部と連通した通路に沿って設置され、上述の環状シール部材２２３と、栓部材２２５と、弾性部材２２７と、仕上げ部材２２９と、を含んで構成されることができる。
【００６４】
好ましくは、前記弾性部材２２７の弾性係数は、使用者がベンティングを希望する圧力、すなわちベンティング動作の基準となる基準圧力に応じて異なって選定されることができる。
【００６５】
図５において、パウチの内部圧力をＰ１としたとき、このＰ１は、基準圧力未満であるため、ベンティング動作が行われない。
【００６６】
これとは異なり、図６において、パウチの内部圧力をＰ２としたとき、このＰ２は、基準圧力に達したかこれを超えた場合であって、ベンティング動作が行われることができる。
【００６７】
すなわち、パウチの内部圧力が基準圧力に逹した場合にのみ、前記弾性部材２２７が収縮することができ、前記栓部材２２５は、前記栓部材２２５と接触する前記環状シール部材２２３から分離されて、パウチ１０の内部で発生したガスＧが、連通した通路に沿って外部に排出されることができる。
【００６８】
前記栓部材２２５の開放により通路に排出されたガスＧは、前記栓部材の軸２２６と仕上げ部材２２９の貫通孔との間に形成された隙間を介して外部に排出されることができる。
【００６９】
また、パウチ１０内部で発生したガスＧが外部に排出されることにより、前記パウチ１０の内部圧力はまた基準圧力未満になることができる。これにより、前記弾性部材２２７は、初期状態に伸張復元され、前記栓部材２２５はまた前記環状シール部材２２３に接触加圧されて、通路を閉鎖することができる。
【００７０】
一方、前記本体部２１０の形状は多様に変更されることができるが、図７〜図９を参照して説明する。
【００７１】
図７を参照すると、図示された本体部２１０の形状は、上述の内容とは異なり、両側の先端に向かって斜めに狭くなる断面形状を有するが、これは、菱形に近い断面形状と言える。
【００７２】
次に、図８を参照すると、図示された本体部２１０は、中央部位が四角形の断面形状を有し、両側の先端に向かって斜めに狭くなる断面形状を有することを確認することができる。
【００７３】
図９は本体部の好ましい３種の例示的な形状を示す断面図であり、図９の（ａ）を参照すると、前記本体部２１０の中央は円形断面からなり、両側の先端に向かってラウンド状に厚さが薄くなる断面形状を示している。図９の（ｂ）を参照すると、前記本体部２１０の中央は円形断面からなるが、両側の先端に向かって厚さが斜めに薄くなる菱形と類似した断面形状を示している。図９の（ｃ）を参照すると、前記本体部２１０の中央は四角断面からなり、両側の先端に向かって厚さが斜めに薄くなる断面形状を示している。その他にも、別に図示していないが、様々な形状に提供されることができる。
【００７４】
上述のように、本発明の構成及び作用によれば、パウチのセル内部圧力の変化に応じてガスを能動的に排出することができる。
【００７５】
また、内部ガスの発生によるパウチの変形を抑制して、パウチ型リチウム二次電池の安全性を確保することができる。
【００７６】
また、弾性部材の弾性係数の選定に応じて、ベンティング動作の基準となる基準圧力を設定することができる。
【００７７】
例えば、パウチの内部圧力が基準圧力に比べて小さい場合、弾性部材から提供された弾性力によって前記栓部材が通路を閉鎖するようにすることができる。
【００７８】
また、パウチの内部圧力が基準圧力より大きくなる場合、弾性部材が収縮して栓部材が通路を開放するようにすることができる。
【００７９】
また、使用者が希望する基準圧力に応じて弾性部材の弾性係数を適宜選定して、様々な圧力条件下で、パウチ型リチウム二次電池のベンティング動作を具現することができる。
【００８０】
また、側面を介して挿入される二次電池モジュールやパックの組立の際に邪魔が減少する利点があり、比較的簡単な機械的構成を利用することで誤作動が著しく減少する利点があり、すべての生産品が均一な圧力でガスを排出できるようにすることができる。
【００８１】
以上、本発明に係るパウチ型リチウム二次電池のベンティングシステムについて説明しているが、本発明の範囲から逸脱しない限度内では様々な実施変形が可能であることは自明である。
【００８２】
また、上述の実施例は、すべての面において例示的なものであって、限定的なものではないことを理解すべきである。また、本発明の範囲は、詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、その特許請求の範囲の意味及び範囲、また、その等価概念から導き出されるすべての変更及び変形された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】
【００８３】
Ｇ  ガス
１０  パウチ（又はパウチ包装材）
１１  シール部位
２０、３０  電極タブ
１００  パウチ型リチウム二次電池
２００  ベンティング装置
２１０  本体部
２２０  ガス排出調節部
２２１  延長端部
２２１ａ  通路
２２３  環状シール部材
２２５  栓部材
２２６  栓部材の軸（又は軸）
２２７  弾性部材
２２９  仕上げ部材
【図１】
0006735074.tif 000002
【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】
0006735074.tif 000008
【図８】
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【図９】
0006735074.tif 000010