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KR101992430B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR101992430B1
KR101992430B1 KR1020160096316A KR20160096316A KR101992430B1 KR 101992430 B1 KR101992430 B1 KR 101992430B1 KR 1020160096316 A KR1020160096316 A KR 1020160096316A KR 20160096316 A KR20160096316 A KR 20160096316A KR 101992430 B1 KR101992430 B1 KR 101992430B1
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KR
South Korea
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ground
electrode
terminal
secondary battery
ground member
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임성윤
최미금
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주식회사 엘지화학
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Priority to PL17834707.6T priority patent/PL3333940T3/pl
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Priority to CN201780003242.8A priority patent/CN108140800B/zh
Priority to EP17834707.6A priority patent/EP3333940B1/en
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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는, 전극과 분리막이 결집되어 형성되는 전극 적층체 및 상기 전극 적층체를 외부에 접지시키는 접지부를 포함하고, 상기 접지부는 상기 분리막의 일측에 위치되어 상기 전극에서 상기 분리막의 일측으로 흘러나오는 비정상 전류가 인입되는 접지부재를 포함한다.

Description

이차전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
또한, 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
소형 모바일 기기에서는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과같은 중대형 디바이스에서는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 단위전지로서 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용되고, 용량밀도 증가가 요구 되면서 셀당 에너지가 더 높은 셀이 개발되고 있다.
중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지팩의 배터리 셀로서 주로 사용되고 있다. 그 중에서도, 중량이 작고 전해액의 누액 가능성이 적으며 제조비가 저렴한 파우치형 전지가 특히 많은 관심을 모으고 있다.
파우치형 전지는 다양한 장점으로 인해 중대형 전지팩의 단위전지로서 유력한 후보이지만, 전지케이스의 기계적 강성이 낮고 밀봉부가 분리되었을 때 전해액 등 발화성 물질이 누설되어 화재의 위험성이 높은 문제가 있다. 또한, 네일(nail) 등의 외부 물체가 셀을 뚫고 들어올 때 양극과 음극이 직접 만나게 되면 그 사이로 급격한 전류가 흐르게 되고, 이에 열 및 스파크 등이 발생하여 화재가 나게되는 문제가 있다.
고출력 대용량을 목적으로 다수의 단위전지들이 전기적으로 연결되어 있는 중대형 전지팩에서 상기와 같은 발화는 안전성을 저해하는 매우 심각한 위험 요소이다.
한국 공개특허 제10- 2014-0015647호
본 발명의 하나의 관점은 외부 충격에 대한 전지의 안정성을 증가시킬 수 있는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 전극과 분리막이 결집되어 형성되는 전극 적층체 및 상기 전극 적층체를 외부에 접지시키는 접지부를 포함하고, 상기 접지부는 상기 분리막의 일측에 위치되어 상기 전극에서 상기 분리막의 일측으로 흘러나오는 비정상 전류가 인입되는 접지부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 외부충격에 의하여 비정상 전류가 흐를 때 접지부를 통해 이차전지 외부로 비정상 전류를 흘려보내어 발열 및 스파크가 발생되는 것을 방지할 수 있습니다. 따라서, 외부의 충격에 대한 전지의 안정성을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 접지부재가 전극 적층체에 배치되는 일례를 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 접지부재가 전극 적층체에 배치되는 다른 예를 나타내는 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 및 접지 단자가 배치되는 제1 예를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 및 접지 단자가 배치되는 제2 예를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 및 접지 단자가 배치되는 제3 예를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 및 접지 단자가 배치되는 제4 예를 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 접지라인의 접지대상을 나타내는 일례를 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 접지라인의 접지대상을 나타내는 다른 예를 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 접지라인의 접지대상을 나타내는 또 다른 예를 나타내는 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 개념도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는, 전극 적층체(110) 및 전극 적층체(110)를 외부에 접지시키는 접지부(140)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 적층체(110)를 수용하는 전지 케이스(130)를 포함할 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 이차전지에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 전극 적층체(110)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(113)과 분리막(114)이 결집되어 형성될 수 있다. 여기서, 전극 적층체(110)는 예를 들어 젤리 롤형, 스택형 또는 스택/폴딩형 등으로 이루어질 수 있다.
분리막(114)은 전극(113)의 양면에 형성되거나 전극(113)의 외측면을 감싸도록 형성될 수 있다.
전극(113)은 양극(111) 및 음극(112)을 포함하여 구성된다. 따라서, 전극 적층체(110)가 양극(111)/분리막(114)/음극(112)이 교대로 적층된 구조를 형성할 수 있다. 여기서, 분리막(114)은 양극(111)과 음극(112) 사이와, 양극(111)의 외측 및 음극(112)의 외측에 위치될 수 있다. 이때, 분리막(114)은 양극(111)/분리막(114)/음극(112)이 적층된 전극 적층체(110)를 전체적으로 감싸며 형성될 수 있다.
아울러, 분리막(114)은 절연 재질로 이루어져 양극(111)과 음극(112) 사이를 전기적으로 절연한다. 여기서, 분리막(114)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
한편, 전극 적층체(110)는 양극 단자(121) 및 음극 단자(122)를 포함할 수 있다. 여기서, 양극 단자(121)는 양극(111)의 측면에 전기적으로 연결되고, 음극 단자(122)는 음극(112)의 측면에 전기적으로 연결될 수 있다.
접지부(140)는 전극 적층체(110)를 외부에 접지시킨다. 여기서, 접지부(140)는 전극 적층체(110)의 비정상 전류가 인입되는 접지부재(141) 및 접지부재(141)를 외부와 접지키는 접지라인(142)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 접지부(140)는 접지부재(141)에 인입된 비정상 전류를 전지 케이스(130)의 외부로 인출할 수 있다.
보다 상세히, 접지부재(141)는 분리막(114)의 일측에 위치되어 전극(113)에서 분리막(114)의 일측으로 흘러나오는 비정상 전류가 인입될 수 있다.
또한, 접지부재(141)는 전극 적층체(110)의 적층 방향으로 전극 적층체(110)의 최외측면에 구비되어, 전극(113)에서 전극 적층체(110)의 최외측면 방향으로 흘러나오는 비정상 전류가 인입될 수 있다. 여기서, 전극 적층체(110)의 최외측부에는 분리막(114)이 구비되고, 접지부재(141)는 분리막(114)의 외측면에 위치될 수 있다. 이때, 접지부재(141)는 전극 적층체(110)의 적층 방향으로 전극 적층체(110)의 일측면 또는 타측면 중 어느 하나 이상의 면에 구비될 수 있다.
그리고, 접지부재(141)는 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 여기서, 접지부재(141)는 호일 또는 박막으로 이루어질 수 있다. 이때, 접지부재(141)의 두께는 1 ~ 2000 um 로 이루어질 수 있다.
또한, 접지부재(141)는 전도체로 이루어질 수 있다. 이때, 접지부재(141)는 알미늄 또는 구리 재질로 이루어질 수 있다.
아울러, 접지부재(141)는 판 형태로 형성될 수 있다. 이때, 접지부재(141)는 예를 들어 직사각형 판으로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 접지부재가 전극 적층체에 배치되는 일례를 나타내는 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 접지부재가 전극 적층체에 배치되는 다른 예를 나타내는 분리 사시도이다.
전극 적층체(110)는 복수개로 이루어질 수 있다. 이때, 일례로, 도 2를 참고하면, 접지부재(141)는 복수개의 전극 적층체(110) 사이에 위치될 수 있다. 또한, 다른 예로, 도 3을 참고하면, 접지부재(141)는 다수개로 이루어져, 복수개의 전극 적층체(110) 사이 및 복수개의 전극 적층체(110) 최외곽 양측에 위치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 및 접지 단자가 배치되는 제1 예를 나타낸 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 및 접지 단자가 배치되는 제2 예를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 및 접지 단자가 배치되는 제3 예를 나타낸 평면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 및 접지 단자가 배치되는 제4 예를 나타낸 평면도이다.
도 4 내지 도 7을 참고하면, 접지부재(141)는 측면 방향으로 연장형성되는 접지 단자(141a)를 포함할 수 있다.
접지 단자(141a)는 접지부재(141)의 평면도 상으로 접지부재(141)의 측면 4방향 중 어느 한 방향에 형성될 수 있다. 또한, 접지 단자(141a)는 복수개로 형성될 수 있다.
양극 단자(121) 및 음극 단자(122)는 전극 적층체(110)의 평면도 상으로 측면 4방향 중 어느 한 방향에 같이 형성되거나, 상호 다른 방향에 형성될 수 있다.
여기서, 양극 단자(121) 및 음극 단자(122)는 전극 적층체(110)의 평면도 상으로 측면 4방향 중 상호 다른 방향에 형성되면, 접지 단자(141a)는 양극 단자(121)가 형성된 측, 음극 단자(122)가 형성된 측, 양극 단자(121) 및 음극 단자(122)가 형성되지 않은 측 중 어느 하나의 측에 위치될 수 있다.
또한, 양극 단자(121) 및 음극 단자(122)는 전극 적층체(110)의 평면도 상으로 측면 4방향 중에서 동일 방향에 형성되면, 접지 단자(141a)는 양극 단자(121) 및 음극 단자(122)가 형성된 방향 또는 양극 단자(121) 및 음극 단자(122)가 형성되지 않은 방향에 위치될 수 있다.
한편, 제1 예로, 도 4를 참고하면, 접지부재(141)는 직사각형 형태로 형성되고, 접지 단자(141a)는 접지부재(141)의 폭방향으로 돌출형성될 수 있다.
또한, 제2 예로, 도 5를 참고하면, 접지부재(141)는 직사각형 형태로 형성되고, 접지 단자(141a)는 접지부재(141)의 길이방향으로 돌출형성될 수 있다.
아울러, 제3 예로, 도 6을 참고하면, 접지부재(141)는 직사각형 형태로 형성되고, 접지 단자(141a)는 접지부재(141)의 길이방향으로 복수개로 형성될 수 있다.
그리고, 제4 예로 도 7을 참고하면, 접지부재(141)는 정사각형 형태로 형성될 수 있다. 이때, 접지 단자(141a)는 양극 단자(121) 및 음극 단자(122)가 형성된 측에 대응되는 측(또는 반대되는 측)에 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 접지라인의 접지대상을 나타내는 일례를 나타내는 개념도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 접지라인의 접지대상을 나타내는 다른 예를 나타내는 개념도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 접지라인의 접지대상을 나타내는 또 다른 예를 나타내는 개념도이다.
도 8 및 도 10을 참고하면, 접지라인(142)은 일측이 접지부재(141)에 전기적으로 연결되고, 타측이 지면(G), 축전지(C) 또는 지면(G)과 접촉되는 전도성 접지부재(20) 중 어느 하나 이상에 접지되어, 접지부재(141)에 인입된 상기 비정상 전류를 인출할 수 있다.
도 8을 참조하면, 일례로, 접지라인(142)의 타측은 지면(G)에 접지되어 접지라인(142)에서 인출되는 비정상 전류를 지면(G)으로 방출할 수 있다.
도 9를 참조하면, 다른 예로, 축전지(C)는 접지라인(142)에서 인출되는 비정상 전류를 내부에 저장할 수 있다. 여기서, 축전지(C)는 예를 들어 커패시터(Capacitor)로 이루어질 수 있다.
이때, 접지부(140)는 상기 접지라인(142)의 일측에서 타측으로만 전류가 흐르도록 접지라인(142) 상에 구비되는 순방향 다이오드(Diode)(143)를 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 또 다른 예로, 전도성 접지부재(20)는 전도성 부직포로 이루어져, 지면(G)과 접촉되도록 차량(10)의 하부에 구비될 수 있다. 이에 따라, 접지라인(142)의 타측은 전도성 접지부재(20)를 통해 접지라인(142)에서 인출되는 비정상 전류를 지면(G)으로 방출할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 못 등의 이물질이 전극 적층체(110)를 관통 또는 파열시 양극(111)과 음극(112)이 만나며 급격한 비정상 전류가 흐를게 될 때 접지부(140)를 통해 전극 적층체(110)의 외부로 비정상 전류를 인출하여 열 및 스파크 등의 화재가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 이차전지
110: 전극 적층체
111: 양극
112: 음극
113: 전극
114: 분리막
121: 양극 단자
122: 음극 단자
130: 전지 케이스
140: 접지부
141: 접지부재
141a: 접지 단자
142: 접지라인
143: 다이오드
G: 지면
C: 축전지

Claims (20)

  1. 전극과 분리막이 결집되어 형성되는 전극 적층체;
    상기 전극 적층체를 수용하는 전지 케이스; 및
    상기 전극 적층체를 외부에 접지시키는 접지부를 포함하고,
    상기 접지부는 접지부재에 인입된 비정상 전류를 상기 전지 케이스의 외부로 인출하도록,
    상기 분리막의 일측에 위치되어 상기 전극에서 상기 분리막의 일측으로 흘러나오는 비정상 전류가 인입되는 접지부재; 및
    상기 접지부재에 일측이 전기적으로 연결되어 상기 접지부재를 외부와 접지시키는 접지라인을 포함하고,
    상기 접지라인은 타측이 지면, 축전지 또는 지면과 접촉되는 전도성 접지부재 중 어느 하나 이상에 접지되어, 상기 접지부재에 인입된 상기 비정상 전류를 인출하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막은 상기 전극의 양면에 형성되는 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막은 상기 전극의 외측면을 감싸도록 형성되는 이차전지.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접지부재는 상기 전극 적층체의 적층 방향으로 상기 전극 적층체의 일측면 또는 타측면 중 어느 하나 이상의 면에 구비되는 이차전지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 접지부재는 판 형태로 형성되는 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 적층체는 복수개로 이루어져 적층되고,
    상기 접지부재는 복수개의 상기 전극 적층체 사이에 위치되는 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 적층체는 복수개로 이루어져 적층되고, 상기 접지부재는 복수개의 상기 전극 적층체의 사이 및 최외곽에 위치되는 이차전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 접지부재의 두께는 1 ~ 2000 um 로 이루어지는 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 접지부재는 전도체로 이루어지는 이차전지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 접지부재는 알루미늄 또는 구리 재질로 이루어지는 이차전지.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 접지부재는 연성이 있는 재질로 이루어지는 이차전지.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 접지부는 상기 접지라인의 상기 일측에서 상기 타측으로만 전류가 흐르도록 상기 접지라인 상에 구비되는 다이오드를 포함하는 이차전지.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 접지부재는 측면으로 연장형성되어 상기 접지라인에 연결되는 접지 단자를 포함하는 이차전지.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 접지 단자는 상기 접지부재의 평면도 상으로 4 방향 중 어느 하나 이상의 방향에 돌출형성되는 이차전지.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 접지 단자는 복수개로 형성되는 이차전지.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 전극은 음극 및 양극을 포함하고,
    상기 음극의 측면에 음극 단자가 구비되고, 상기 양극의 측면에 양극 단자가 구비되며,
    상기 접지단자는 상기 전극 적층체의 평면도 상으로
    상기 양극 단자가 형성된 측, 상기 음극 단자가 형성된 측, 상기 양극 단자 및 상기 음극 단자가 형성되지 않은 측 중 어느 하나의 측에 위치되는 이차전지.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 양극 단자 및 상기 음극 단자는 상기 전극 적층체의 평면도 상으로 4 방향 중에서 동일 방향에 형성되고,
    상기 접지 단자는 상기 양극 단자 및 상기 음극 단자가 형성된 방향 또는 상기 양극 단자 및 상기 음극 단자가 형성되지 않은 방향에 위치되는 이차전지.
  20. 삭제
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