(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】2021516436
(43)【公表日】20210701
(54)【発明の名称】二次電池及び電池モジュール
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/342 20210101AFI20210604BHJP
   H01M 50/20 20210101ALI20210604BHJP
   H01M 50/10 20210101ALI20210604BHJP
【FI】
   !H01M2/12 101
   !H01M2/10 Y
   !H01M2/02 K
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】17
(21)【出願番号】2020549692
(86)(22)【出願日】20191206
(85)【翻訳文提出日】20200915
(86)【国際出願番号】KR2019017190
(87)【国際公開番号】WO2020166803
(87)【国際公開日】20200820
(31)【優先権主張番号】10-2019-0017331
(32)【優先日】20190214
(33)【優先権主張国】KR
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ
(71)【出願人】
【識別番号】500239823
【氏名又は名称】エルジー・ケム・リミテッド
【住所又は居所】大韓民国 07336 ソウル,ヨンドゥンポ−グ,ヨイ−デロ 128
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100122161
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 崇
(72)【発明者】
【氏名】ハン・ヨン・イ
【住所又は居所】大韓民国・テジョン・34122・ユソン−グ・ムンジ−ロ・188・エルジー・ケム・リサーチ・パーク
(72)【発明者】
【氏名】ジ・ス・イ
【住所又は居所】大韓民国・テジョン・34122・ユソン−グ・ムンジ−ロ・188・エルジー・ケム・リサーチ・パーク
【テーマコード(参考)】
5H011
5H012
5H040
【Fターム(参考)】
5H011AA07
5H011AA13
5H011CC02
5H011CC05
5H011CC06
5H011CC10
5H012AA03
5H012BB01
5H012DD17
5H012FF02
5H012GG01
5H012JJ01
5H040AA33
5H040AA37
5H040AS01
5H040AS07
5H040AS12
5H040AS13
5H040AS14
5H040AS18
5H040AS19
5H040AT04
5H040AY04
5H040AY05
5H040AY08
5H040DD08
5H040JJ03
5H040LL04
5H040LL06
5H040NN03
(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。
【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】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】