KR102326317B1 - 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터에 관한 것으로, 일측에 서로 일정한 간격으로 이격되어 연결되는 리드부재에 각각 연결되는 한 쌍의 리드 탭을 갖는 전극 조립체; 전극 조립체가 전해액에 함침되어 수납되는 수납공간부가 형성되며 수납공간부의 가장자리를 따라 플랜지부가 형성되는 본체 파우치 케이스; 수납공간부의 일측에 위치한 플랜지부에서 연장되도록 형성되며 한 쌍의 리드 탭이 부분적으로 외부로 노출되도록 플랜지부와 접합되어 수납공간부가 밀봉되도록 하는 파우치 커버; 및 본체 파우치 케이스의 플랜지부와 파우치 커버 사이에 배치되어 수납공간부와 연통되게 플랜지부와 파우치 커버 사이에 접합되어 수납공간부에서 발생된 가스를 배출시키는 안전 벤트 밸브를 포함하며, 전해액은 C4H6O(divinyl sulfone), C3H2O(vinylene carbonate) 및 C12H10(biphenyl)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터에 관한 것으로, 특히 전해액에 전극과 전해액 사이에 부반응을 방지할 수 있도록 하여 고전압에서 안정적으로 동작할 수 있고 가스 발생으로 인해 손상 등을 방지할 수 있으며, 가스가 발생되는 경우에 본체 파우치 케이스와 파우치 커버 사이에 접합시켜 안전 벤트 밸브를 용이하고 견고하게 설치할 수 있고 판형 탄성부재의 탄성력을 이용해 가스 방출의 압력을 정밀하게 설정함에 의해 설정된 압력을 기준으로 가스를 방출하거나 밀폐시킬 수 있도록 함으로써 반복적으로 고전압에서 안정적으로 사용할 수 있는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터에 관한 것이다.
전기 이중층 커패시터(EDLC: electric double layer capacitor)는 전극으로 활성탄을 사용하고 있으며, 전기 이중층 커패시터의 전극으로 사용되는 활성탄에 관련된 기술이 한국공개특허공보 제10-2011-0063472호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.
한국공개특허공보 제10-2011-0063472호는 전기 이중층 커패시터의 전극에 사용되는 활성탄 제조 방법으로 평균 입경이 작고 입자 크기가 균일하며 비표면적이 비교적 큰 활성탄을 용이하고 생산성이 있도록 제조하기 위한 것이다. 한국공개특허공보 제10-2011-0063472호에 기재된 전기 이중층 커패시터의 전극에 사용되는 활성탄 제조 방법은 출발 물질로서 석유 코크스나 석탄 코크스와 같은 용이하게 흑연화 가능한 탄소재를 이용하고, 탄소재는 산화 기체 대기하에서 출발 물질을 소성하고, 탄소재의 입자 크기 조절 및 활성화시켜 제조한다.
한국공개특허공보 제10-2011-0063472호에 기재된 것과 같이 종래의 전기 이중층 커패시터의 전극은 활물질로 활성탄을 사용하고 있으며, 이러한 종래의 전기 이중층 커패시터는 전극과 전해액 사이에 부반응이 발생될 수 있으며, 전극과 전해액 사이에 부반응이 발생되는 경우에 고전압에서 안정적인 동작이 불가능하며, 가스 발생으로 인해 손상 등이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전해액에 전극과 전해액 사이에 부반응을 방지할 수 있도록 하여 고전압에서 안정적으로 동작할 수 있고 가스 발생으로 인해 손상 등을 방지할 수 있으며, 가스가 발생되는 경우에 본체 파우치 케이스와 파우치 커버 사이에 접합시켜 안전 벤트 밸브를 용이하고 견고하게 설치할 수 있고 판형 탄성부재의 탄성력을 이용해 가스 방출의 압력을 정밀하게 설정함에 의해 설정된 압력을 기준으로 가스를 방출하거나 밀폐시킬 수 있도록 함으로써 반복적으로 고전압에서 안정적으로 사용할 수 있는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 판형 탄성부재의 탄성력을 이용함으로써 가스 방출의 압력을 정밀하게 설정할 수 있고, 설정된 압력을 기준으로 가스를 방출하거나 밀폐시킬 수 있도록 함으로써 저압의 가스압력에서도 동작될 수 있도록 하여 동작의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 판형 탄성부재의 탄성력을 이용해 가스 방출의 압력을 정밀하게 설정할 수 있고, 탄성부재의 탄성력을 이용해 설정된 압력을 기준으로 가스를 방출하거나 밀폐시킬 수 있도록 함으로써 응답 속도를 개선시킬 수 있으며, 소형화 및 박형화할 수 있는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터를 제공함에 있다.
본 발명의 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터는 일측에 서로 일정한 간격으로 이격되어 연결되는 리드부재에 각각 연결되는 한 쌍의 리드 탭을 갖는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 전해액에 함침되어 수납되는 수납공간부가 형성되며 상기 수납공간부의 가장자리를 따라 플랜지부가 형성되는 본체 파우치 케이스; 상기 수납공간부의 일측에 위치한 플랜지부에서 연장되도록 형성되며 상기 한 쌍의 리드 탭이 부분적으로 외부로 노출되도록 상기 플랜지부와 접합되어 상기 수납공간부가 밀봉되도록 하는 파우치 커버; 및 상기 본체 파우치 케이스의 플랜지부와 파우치 커버 사이에 배치되어 상기 수납공간부와 연통되게 플랜지부와 파우치 커버 사이에 접합되어 수납공간부에서 발생된 가스를 배출시키는 안전 벤트 밸브를 포함하며, 상기 전해액은 C4H6O(divinyl sulfone), C3H2O(vinylene carbonate) 및 C12H10(biphenyl)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터는 본체 파우치 케이스와 파우치 커버 사이에 접합시켜 안전 벤트 밸브를 용이하고 견고하게 설치할 수 있음과 아울러 판형 탄성부재의 탄성력을 이용해 가스 방출의 압력을 정밀하게 설정할 수 있는 이점이 있으며, 설정된 압력을 기준으로 가스를 방출하거나 밀폐시킬 수 있도록 함으로써 반복적으로 사용할 수 있도록 하여 반영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터는 또한, 판형 탄성부재의 탄성력을 이용함으로써 가스 방출의 압력을 정밀하게 설정할 수 있고, 설정된 압력을 기준으로 가스를 방출하거나 밀폐시킬 수 있도록 함으로써 저압의 가스압력에서도 동작될 수 있도록 하여 동작의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 판형 탄성부재의 탄성력을 이용해 가스를 방출하거나 밀폐시킬 수 있도록 함으로써 응답 속도를 개선, 소형화 및 박형화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 영구형 안전 벤트 밸브의 확대 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 A-A선 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 볼과 판형 탄성부재의 동작 상태를 나타낸 요부 단면도,
도 5는 도 3에 도시된 영구형 안전 벤트 밸브의 분해 조립 상태를 나타낸 단면도,
도 6은 도 5에 도시된 가스 차단 블럭과 볼의 확대 단면도,
도 7은 도 3에 도시된 판형 탄성부재의 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 영구형 안전 벤트 밸브의 확대 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 A-A선 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 볼과 판형 탄성부재의 동작 상태를 나타낸 요부 단면도,
도 5는 도 3에 도시된 영구형 안전 벤트 밸브의 분해 조립 상태를 나타낸 단면도,
도 6은 도 5에 도시된 가스 차단 블럭과 볼의 확대 단면도,
도 7은 도 3에 도시된 판형 탄성부재의 평면도.
이하, 본 발명의 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 3에서와 같이 본 발명의 영구형 안전 벤트 밸브(120)를 구비한 파우치형 전기 이중층 커패시터(100)는 전극 조립체(110), 본체 파우치 케이스(111), 파우치 커버(112) 및 안전 벤트 밸브(120)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 일측에 서로 일정한 간격으로 이격되어 연결되는 리드(lead)부재(110a)에 각각 연결되는 한 쌍의 리드 탭(lead tab)(110b)을 갖으며, 본체 파우치 케이스(111)는 전극 조립체(110)가 전해액에 함침되어 수납되는 수납공간부(111a)가 형성되며 수납공간부(111a)의 가장자리를 따라 플랜지(flange)부(111b)가 형성된다. 여기서, 전해액은 C4H6O(divinyl sulfone)와 C3H2O(vinylene carbonate)와 C12H10(biphenyl)를 포함한다. 파우치 커버(112)는 수납공간부(111a)의 일측에 위치한 플랜지부(111b)에서 연장되도록 형성되며 한 쌍의 리드 탭(110b)이 부분적으로 외부로 노출되도록 플랜지부(111b)와 접합되어 수납공간부(111a)가 밀봉되도록 한다. 안전 벤트 밸브(120)는 본체 파우치 케이스(111)의 플랜지부(111b)와 파우치 커버(112) 사이에 배치되어 수납공간부(111a)와 연통되게 플랜지부(111b)와 파우치 커버(112) 사이에 접합되어 수납공간부(111a)에서 발생된 가스를 배출시킨다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 영구형 안전 벤트 밸브(120)를 구비한 파우치형 전기 이중층 커패시터(100)의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
전극 조립체(110)는 도 1 및 도 3에서와 같이 일측에 서로 일정한 간격으로 이격되어 연결되는 리드부재(110a)에 각각 연결되는 한 쌍의 리드 탭(110b)을 갖으며, 양극(도시 않음), 음극(도시 않음) 및 분리막(도시 않음)을 서로 겹쳐 적층하는 적층형이나 권취하는 권취형이 사용된다. 양극은 리튬코발트산화물(lithium cobalt oxide)이나 활성탄이 사용되며, 음극은 카본이나 활성탄이 사용된다. 예를 들어, 전극 조립체(112)가 리튬 이온 이차 전지에 적용되는 경우에 양극(도시 않음)은 리튬코발트산화물이 사용되고 음극은 카본이 사용되며, 전기 이중충 커패시터 소자에 적용되는 경우에는 양극이나 음극에 활성탄이 사용된다. 이러한 전극 조립체(112)의 상세한 구성은 공지된 기술이 적용됨으로 상세한 설명을 생략하며, 양극이나 음극은 일측에 리드부재(110a)가 연결되며, 리드부재(110a)는 한 쌍의 리드 탭(110b)에 연결된다.
본체 파우치 케이스(111)는 도 1 및 도 3에서와 같이 중앙에 사각형으로 수납공간부(111a)가 형성되고, 수납공간부(111a)는 가장자리를 따라 플랜지부(111b)가 형성된다. 수납공간부(111a) 중 일측에 위치한 플랜지부(111b)에서 평판형으로 파우치 커버(112)가 연장되어 형성되며, 플랜지부(111b)와 파우치 커버(112)는 서로 접하는 면에 열융착층(111c,112a)이 형성되어 열융착에 의해 서로 접합되어 플랜지부(111b)는 한 쌍의 리드 탭(110b)이나 안전 벤트 밸브(120)를 감싼 상태에서 수납공간부(111a)를 밀봉시킨다. 예를 들어, 본체 파우치 케이스(111)는 도 3에서와 같이 플랜지부(111b)의 일면에 열융착층(111c)이 형성되어 파우치 커버(112)와 열융착을 통해 융착되어 접합시 플랜지부(111b)는 한 쌍의 리드 탭(110b)이나 안전 벤트 밸브(120)을 감싼 상태에서 한 쌍의 리드 탭(110b)이나 안전 벤트 밸브(120)와 접합되어 수납공간부(111a)를 밀봉시킨다.
파우치 커버(112)는 도 1 및 도 3에서와 같이 본체 파우치 케이스(111)에 형성된 수납공간부(111a) 중 일측에 위치한 플랜지부(111b)에서 평판형으로 가 연장되어 형성되며, 플랜지부(111b)에 형성된 열융착층(111c)과 대응되는 위치에 열융착층(112a)이 형성되어 플랜지부(111b)의 일면에 열융착층(111c)이 형성되어 파우치 커버(112)와 열융착을 통해 융착되어 접합시 플랜지부(111b)는 한 쌍의 리드 탭(110b)이나 안전 벤트 밸브(120)을 감싼 상태에서 한 쌍의 리드 탭(110b)이나 안전 벤트 밸브(120)와 접합됨에 의해 안전 벤트 밸브(120)를 용이하고 견고하게 본체 파우치 케이스(111)와 파우치 커버(112)에 연결하여 접합시킬 수 있게 된다. 즉, 본체 파우치 케이스(111)와 파우치 커버(112) 사이에 안전 벤트 밸브(120)를 접합시킴에 의해 안전 벤트 밸브(120)를 파우치 케이스(111,112)에 용이하고 견고하게 설치할 수 있게 된다. 파우치 케이스(111,112)를 구성하는 본체 파우치 케이스(111)와 파우치 커버(112)의 보다 상세한 구성은 공지된 기술이 적용됨에 의해 상세한 설명을 생략한다.
안전 벤트 밸브(120)는 도 2 및 도 3에서와 같이 본체 파우치 케이스(111)의 플랜지부(111b)와 파우치 커버(112) 사이에 배치되며, 외부 하우징(121), 가스켓(122), 가스 차단 블럭(123), 판형 탄성부재(124), 내부 하우징(125), 접시 스프링(126) 및 볼(127)을 갖는다. 외부 하우징(121)은 본체 파우치 케이스(111)의 플랜지부(111b)와 파우치 커버(112) 사이에 배치되어 수납공간부(111)와 연통되게 플랜지부(111b)와 파우치 커버(112) 사이에 접합된다. 가스켓(122)은 외부 하우징(121)의 내부에 배치되며 중앙에 가스 배출홀(122a)이 형성된다. 가스 차단 블럭(123)은 외부 하우징(121)의 내부에 배치되어 가스켓(122)의 상부를 지지하며 중앙에 가스켓(122)의 가스 배출홀(122a)과 연통되는 가스 차단홀(123a)이 형성되며, 판형 탄성부재(124)는 외부 하우징(121)의 내부에 배치되어 가스 차단 블럭(123)의 상부에 위치된다. 내부 하우징(125)은 외부 하우징(121)의 내부에 배치되어 판형 탄성부재(124)를 지지하며, 접시 스프링(126)은 외부 하우징(121)의 내부에 배치되어 판형 탄성부재(124)를 지지한다. 볼(127)은 가스 차단 블럭(123)과 판형 탄성부재(124) 사이에 배치되어 금속 캔형 케이스(110)의 내측에서 발생되는 가스압력이나 판형 탄성부재(124)의 압력에 따라 가스 차단홀(123a)에 접하거나 떨어진다.
전술한 안전 벤트 밸브(120)의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
안전 벤트 밸브(120)의 외부 하우징(121)은 도 2, 도 3 및 도 5에서와 같이 제1중공형 부재(121a), 중공형 판(121b) 및 제2중공형 부재(121c)를 포함한다.
제1중공형 부재(121a)는 도 2, 도 3 및 도 5에서와 같이 본체 파우치 케이스(111)의 플랜지부(111a)와 파우치 커버(112) 사이에 배치되어 수납공간부(111a)와 연통되게 플랜지부(111a)와 파우치 커버(112) 사이에 접합되며 수납공간부(111a)와 연통되는 제1관통홀(11)이 형성된다. 이러한 제1중공형 부재(121a)는 도 2에서와 같이 외주면은 사각형으로 형성되어 플랜지부(111a)와 파우치 커버(112) 사이에 접합되며, 접합력을 개선하기 위해 플랜지부(111a)와 파우치 커버(112)에 각각 형성된 열융착층(111c,112a)과 대응되는 위치에 열융착층(도시 않음)을 형성할 수 있다.
중공형 판(121b)은 도 2, 도 3 및 도 5에서와 같이 제1중공형 부재(121a)의 일측에서 연장되어 제1관통홀(11)과 연통되게 제2관통홀(12)이 형성되며, 제1중공형 부재(121a)가 플랜지부(111a)와 파우치 커버(112) 사이에 접합시 타측이 도 1에 도시된 본체 파우치 케이스(111)의 플랜지부(111a)의 단부(111d)와 파우치 커버(112)의 단부(112b)와 접하게 된다. 중공형 판(121b)은 외주면이 원통형으로 형성되며 중공형 판(121b)의 일측에서 연장되어 돌출되며 제2관통홀(12)과 연통되게 제4관통홀(14)이 형성되는 원통 돌출부재(121d)가 형성된다.
제2중공형 부재(121c)는 중공형 판(121b)의 일측에서 연장되어 제2관통홀(12)과 연통되게 제3관통홀(13)이 형성되며, 제2중공형 부재(121c)는 원통형으로 형성되며, 제1관통홀(11), 제2관통홀(12) 및 제4관통홀(14)은 각각 원형이나 타원형으로 형성되며 제3관통홀(13)은 원형으로 형성된다. 즉, 제2중공형 부재(121c)의 제1관통홀(11), 제2관통홀(12) 및 제4관통홀(14)은 각각 가스의 배출 통로만을 제공하지만 제3관통홀(13)은 각각의 외주면이 원통형으로 형성되는 가스켓(122), 가스 차단 블럭(123), 판형 탄성부재(124), 내부 하우징(125) 및 접시 스프링(126)이 수납되어 설치되도록 하기 위함이다.
가스켓(122)은 도 3 및 도 5에서와 같이 외부 하우징(121)의 내부에 배치되며 중앙에 가스 배출홀(122a)이 형성된다. 즉, 가스켓(122)은 접시 스프링(126)에 의해 가압되어 외부 하우징(121)의 중공형 판(121b)과 접하도록 외부 하우징(121)의 내부에 배치되어 볼(127)이 가스 차단 블럭(123)과 밀착된 상태에서 수납공간부(111a)의 내측에 위치한 전해액이 안전 벤트 밸브(120)를 통해 외부로 노출되는 것을 방지한다. 이러한 가스켓(122)은 제1중공형 부재(121a)에 형성된 제1관통홀(11), 중공형 원판(121b)에 형성된 제2관통홀(12) 및 원통 돌출부재(121d)에 형성된 제4관통홀(14)과 각각 연통되도록 중앙에 가스 배출홀(122a)이 형성되며, 가스 배출홀(122a)이 타측에는 원통 돌출부재(121d)에 삽입되는 삽입홀(122b)이 형성되며, 외주면의 타측에 외주면을 따라 삽입홈(122c)이 형성된다. 여기서, 여기서, 전해액은 C4H6O(divinyl sulfone), C3H2O(vinylene carbonate) 및 C12H10(biphenyl)를 포함하고, C4H6O(divinyl sulfone)는 스웰링(swelling) 억제를 위해 첨가되고, C3H2O(vinylene carbonate)는 수명 개선을 위해 첨가되며, C12H10(biphenyl)는 과충전방지를 위해 첨가됨에 의해 본 발명의 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터는 고전압에서 안정적으로 동작할 수 있게 된다.
가스 차단 블럭(123)은 도 3 내지 도 6에서와 같이 외부 하우징(121)의 내부에 배치되어 가스켓(122)의 상부를 지지하며 중앙에 가스켓(122)의 가스 배출홀(122a)과 연통되는 가스 차단홀(123a)이 형성된다.
가스 차단홀(123a)은 도 6에서와 같이 제1가스 차단홀(21)과 제2가스 차단홀(22)을 포함한다. 제1가스 차단홀(21)은 가스 배출홀(122a)의 일측에 위치되며, 제2가스 차단홀(22)은 제1가스 차단홀(21)의 일측에서 연장되어 형성된다. 제1가스 차단홀(21)은 원통형으로 형성되며 일측과 타측의 지름 길이(RD1,RD2)가 서로 동일(RD1=RD2)하게 형성된다. 제2가스 차단홀(22)은 원통형으로 형성되며 일측의 지름 길이(RD4)는 타측의 지름 길(RD3)이 보다 크며, 제2가스 차단홀(22)의 타측의 지름 길이(RD3)는 제1가스 차단홀(21)의 일측의 지름 길이(RD2)와 동일하며, 제2가스 차단홀(22)은 일측의 지름 길이(RD4)는 볼(127)의 지름 길이(RD5)보다 크며, 제2가스 차단홀(22)의 깊이(DL)는 볼(127)의 지름 길이(RD5)보다 작다. 여기서, 제1가스 차단홀(21)22과 제2가스 차단홀(22)은 서로 연통되도록 형성됨에 의해 제2가스 차단홀(22)의 타측의 지름 길이(RD3)와 제1가스 차단홀(21)의 일측의 지름 길이(RD2)이 서로 공유한다. 즉, 가스 차단홀(123a)의 제2가스 차단홀(22)은 일측이 지름 길이(RD4)와 깊이(DL)를 각각 볼(127)의 지름 길이(RD5)보다 크게 형성하고 타측이 지름 길이(RD3)를 갖도록 꼭지가 잘라진 원추형으로 형성함으로써 볼(ball)(127)의 이동을 견고하고 정밀하게 가이드하여 가스 차단홀(123a)을 통해 금속 캔형 케이스(110)의 내측에서 발생된 가스가 용이하게 배출되거나 차단되도록 한다.
판형 탄성부재(124)는 도 4, 도 5 및 도 7에서와 같이 외부 하우징(121)의 내부에 배치되어 가스 차단 블럭(123)의 상부에 위치되며, 제1중공형 원판(124a), 제2중공형 원판(124b), 제3중공형 원판(124c) 및 연결부재(124d)를 포함한다.
제1중공형 원판(124a)은 중앙에 볼(127)이 삽입되는 삽입홀(34)이 형성되며, 제1중공형 원판의 삽입홀(34)의 지름 길이(RD6)는 볼(127)의 지름 길이(RD5)보다 작게 형성되어 볼(127)이 판형 탄성부재(124)의 변형에 의해 안전 벤트 밸브(120)에서 이탈되는 것을 방지한다. 제2중공형 원판(123b)은 제1중공형 원판(124a)의 내측에 이격되어 배치된다. 제3중공형 원판(124c)은 제2중공형 원판(123b)이 내측에 이격되어 배치되며, 외부 하우징(121)의 내부에 내부 하우징(125)과 접시 스프링(126) 사이에 위치되도록 배치된다.
연결부재(124d)는 제1중공형 원판(124a), 제2중공형 원판(124b) 및 제3중공형 원판(124c)사이에 각각 형성되어 제1중공형 원판(124a), 제2중공형 원판(124b) 및 제3중공형 원판(124c)을 연결한다. 즉, 연결부재(124d)는 제1중공형 원판(124a)과 제2중공형 원판(124b) 사이와 제2중공형 원판(124b)과 제3중공형 원판(124c)사이에 각각 제1중공형 원판(124a)의 중심을 기준으로 일정한 각도로 이격되어 형성되며, 원형 링부재(31)와 한 쌍의 일자형 부재(32,33)를 포함한다. 원형 링부재(31)는 제1중공형 원판(124a)과 제2중공형 원판(124b) 사이와 제2중공형 원판(124b)과 제3중공형 원판(124c)사이에 각각 배치된다. 한 쌍의 일자형 부재(32,33)는 각각 원형 링부재(31)의 일측과 타측에서 연장되도록 형성되어 원형 링부재(31)를 제1중공형 원판(124a)과 제2중공형 원판(124b)이나 제2중공형 원판(124b)과 제3중공형 원판(124c)에 각각 연결되도록 하여 탄성력 즉, 가스 방출의 압력을 정밀하게 설정할 수 있으며, 설정된 가스 압력에 도달되면 도 4에서와 같이 볼(127)이 이동시켜 가스를 방출하거나 밀폐시킬 수 있도록 한다.
내부 하우징(125)은 도 3 및 도 5에서와 같이 하우징 중공형 원판(125a)과 하우징 중공형 원통부재(125b)를 포함한다. 하우징 중공형 원판(125a)은 판형 탄성부재(124)의 일측을 지지하며 중앙에 제1 하우징 관통홀(41)이 형성되며, 중공형 원통부재(125b)는 하우징 중공형 원판(125a)의 타측에서 연장되도록 형성되며 중앙 제1하우징 관통홀(41)과 연통되는 제2하우징 관통홀(42)이 형성된다.
하우징 중공형 원판(125a)의 제1하우징 관통홀(41)의 지름 길이(RM1)는 판형 탄성부재(124)의 제1중공형 원판(124a)의 지름 길이(RD6)보다 크고 제2중공형 원판(124b)의 지름 길이(RD7)보다 작게 형성된다. 하우징 중공형 원통부재(125b)의 제2하우징 관통홀(42)의 지름 길이(RM2)는 가스켓(122)의 외경(도시 않음), 가스 차단 블럭(123)의 외경(도시 않음) 및 판형 탄성부재(124)의 외경 즉, 제2중공형 원판(124b)의 지름 길이(RD7)보다 크게 형성되어 각각이 하우징 중공형 원통부재(125b)의 내측에 삽입되어 배치되도록 한다. 이러한 하우징 중공형 원통부재(125b)는 타측에 컬링(curling)부(125c)를 형성하여 가스켓(122)의 외주면의 타측에 형성된 삽입홈(122c)에 되어 삽입되어 체결되도록 한다.
접시 스프링(126)은 도 3 및 도 5에서와 같이 외부 하우징(121)의 내부에 배치되어 판형 탄성부재(124)을 지지하며 중앙에 관통홀(126a)이 형성되며, 관통홀(126a)을 통해 볼(127)에 의해 판형 탄성부재(124)가 늘어나는 경우에 탄성부재(124)의 이동경로를 제공한다. 이러한 접시 스프링(126)은 외부 하우징(121)의 내부에 배치 즉, 압입되도록 배치되어 가스압력에 의한 볼(127)의 이동에 의해 판형 탄성부재(124)가 늘어나거나 줄어드는 운동 시 판형 탄성부재(124)를 견고하게 지지하게 된다.
볼(127)은 도 3 내지 도 6에서와 같이 가스 차단 블럭(123)과 판형 탄성부재(124) 사이에 배치되어 수납공간부(111a)의 내측에서 발생되는 가스압력이나 판형 탄성부재(124)의 압력에 따라 가스 차단홀(123a)에 접하거나 떨어지는 운동을 하게 된다. 이러한 볼(127)의 이동 즉, 볼(127)과 밀착된 상태에서 가스 차단 블럭(123)으로부터 이격되는 방향으로 이동 시 수납공간부(111a)의 내측에서 발생된 가스가 판형 탄성부재(124)를 통해 외부로 누출된다. 반대로, 수납공간부(111a)의 내측에서 가스 압력이 적정한 경우에 판형 탄성부재(124)의 탄성력에 의해 볼(127)이 가스 차단 블럭(123)으로 밀착되어 가스가 외부로 배출되는 것을 방지한다.
볼(127)의 이동에 의해 가스를 외부로 배출하고 수납공간부(111a)의 내측에서 가스 압력이 적정하게 되면 판형 탄성부재(124)의 탄성력에 의해 볼(127)이 가스 차단 블럭(123)으로 밀착되어 가스가 외부로 배출되는 것을 방지하는 동작을 신뢰성이 있도록 하기 위해 외부 하우징(121), 가스켓(122), 가스 차단 블럭(123), 판형 탄성부재(124), 판형 탄성부재(124) 및 볼(127) 중 외부 하우징(121)의 재질은 절연재질로 형성되며 절연재질은 폴리프로필렌(polypropylene)이 사용되고, 가스켓(122)과 볼(127)의 재질은 각각 고무가 사용되며, 가스 차단 블럭(123)과 판형 탄성부재(124)와 판형 탄성부재(124)의 재질은 금속이 사용된다. 즉, 가스켓(122)과 볼(127)의 재질은 각각 고무로 형성함에 의해 실링의 효과를 증대시키고, 가스 차단 블럭(123)의 재질은 금속을 사용함으로써 압력에 의한 변형을 방지하여 볼(127)이 정확하게 밀착되거나 이격되도록 하며, 판형 탄성부재(124)의 재질을 금속을 사용함으로써 가스 벤트 동작의 내구성을 개선시킨다.
본 발명의 영구형 안전 벤트 밸브(120)를 구비한 파우치형 전기 이중층 커패시터(100)는 도 3 및 도 5에서와 같이 외부 하우징(121)과 가스켓(122) 사이와 가스 차단 블럭(123)과 판형 탄성부재(124) 사이에는 각각 가스 투과막(128)과 결로 방지막(129)이 배치된다. 가스 투과막(128)은 외부 하우징(121)의 내측에 위치되어 외부 하우징(121)과 가스켓(122) 사이에 배치되며, 표면에 불소 수지층이 도포된 섬유를 이용해 제조된 부직포나 직물이 사용되며, 섬유의 재질은 폴리불화비닐리덴 수지와 폴리아크릴로니트릴 수지 중 하나가 사용된다. 결로 방지막(129)은 외부 하우징(121)의 내측에 위치되어 가스 차단 블럭(123)과 판형 탄성부재(124) 사이에 배치되어 결로 방지막(129)은 공지된 기술이 적용됨에 의해 상세한 설명을 생략한다.
전술한 본 발명의 영구형 안전 벤트 밸브(120)를 구비한 파우치형 전기 이중층 커패시터(100)의 동작을 첨부된 도 5 및 도 10을 참조하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 영구형 안전 벤트 밸브(120)를 구비한 파우치형 전기 이중층 커패시터(100)는 수납공간부(111a)의 내측에 배치된 전극 조립체(110)에 함침된 전해액이 안정된 상태를 가지면 영구형 안전 벤트 밸브(120)는 도 3에 도시된 확대 도면과 같은 상태를 유지한다. 즉, 영구형 안전 벤트 밸브(120)는 본체 파우치 케이스(111)의 수납공간부(111a)의 내측에서 가스 압력이 적정한 경우에 판형 탄성부재(124)의 탄성력에 의해 볼(127)이 가스 차단 블럭(123)으로 밀착되어 가스가 외부로 배출되는 것을 방지한다. 반대로, 수납공간부(111a)의 내측에서 미리 설정된 가스 압력 이상으로 가스가 발생되는 경우에 영구형 안전 벤트 밸브(120)는 도 4에 도시된 확대 도면과 같은 상태를 유지한다. 즉, 영구형 안전 벤트 밸브(120)는 가스압력에 의해 가스 차단 블럭(123)으로부터 볼(127)이 이격되는 방향으로 이동하여 수납공간부(111a)의 내측에서 발생된 가스가 판형 탄성부재(124)를 통해 외부로 배출되도록 한다. 본 발명의 영구형 안전 벤트 밸브(120)를 구비한 파우치형 전기 이중층 커패시터(100)는 영구형 안전 벤트 밸브(120)의 판형 탄성부재(124)의 탄성력을 이용해 가스 방출의 압력을 정밀하게 설정할 수 있고, 설정된 압력을 기준으로 가스를 방출하거나 밀폐시킬 수 있도록 함으로써 가스 발생의 여부에 따라 전술한 동작을 반복적으로 수행하게 할 수 있게 된다.
본 발명의 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터는 전지 제조 산업 분야에 적용할 수 있다.
100: 파우치형 전기 이중층 커패시터 110: 전극 조립체
111: 본체 파우치 케이스 111a: 수납공간부
112: 파우치 커버 120: 안전 벤트 밸브
121: 외부 하우징 122: 가스켓
123: 가스 차단 블럭 124: 판형 탄성부재
125: 내부 하우징 126: 접시 스프링
127: 볼 128: 가스 투과막
129: 결로 방지막
111: 본체 파우치 케이스 111a: 수납공간부
112: 파우치 커버 120: 안전 벤트 밸브
121: 외부 하우징 122: 가스켓
123: 가스 차단 블럭 124: 판형 탄성부재
125: 내부 하우징 126: 접시 스프링
127: 볼 128: 가스 투과막
129: 결로 방지막
Claims (11)
- 일측에 서로 일정한 간격으로 이격되어 연결되는 리드부재에 각각 연결되는 한 쌍의 리드 탭을 갖는 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 전해액에 함침되어 수납되는 수납공간부가 형성되며 상기 수납공간부의 가장자리를 따라 플랜지부가 형성되는 본체 파우치 케이스;
상기 수납공간부의 일측에 위치한 플랜지부에서 연장되도록 형성되며 상기 한 쌍의 리드 탭이 부분적으로 외부로 노출되도록 상기 플랜지부와 접합되어 상기 수납공간부가 밀봉되도록 하는 파우치 커버; 및
상기 본체 파우치 케이스의 플랜지부와 파우치 커버 사이에 배치되어 상기 수납공간부와 연통되게 플랜지부와 파우치 커버 사이에 접합되어 수납공간부에서 발생된 가스를 배출시키는 안전 벤트 밸브를 포함하며,
상기 전해액은 C4H6O(divinyl sulfone), C3H2O(vinylene carbonate) 및 C12H10(biphenyl)를 포함하고,
상기 안전 벤트 밸브는 본체 파우치 케이스의 플랜지부와 파우치 커버 사이에 배치되어 수납공간부와 연통되게 플랜지부와 파우치 커버 사이에 접합되는 외부 하우징; 상기 외부 하우징의 내측에 배치되며 중앙에 가스 배출홀이 형성된 가스켓; 상기 외부 하우징의 내부에 배치되어 가스켓의 상부를 지지하며 중앙에 가스켓의 가스 배출홀과 연통되는 가스 차단홀이 형성된 가스 차단 블럭; 상기 외부 하우징의 내부에 배치되어 가스 차단 블럭의 상부에 위치되는 판형 탄성부재; 상기 외부 하우징의 내부에 배치되어 판형 탄성부재를 지지하는 내부 하우징; 상기 외부 하우징의 내부에 배치되어 내부 하우징을 지지하는 접시 스프링; 및 상기 가스 차단 블럭과 판형 탄성부재 사이에 배치되어 수납공간부의 내측에서 발생되는 가스압력이나 판형 탄성부재의 압력에 따라 가스 차단홀에 접하거나 떨어지는 볼을 갖는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터. - 제1항에 있어서,
상기 전극 조립체는 양극, 음극 및 분리막을 서로 겹쳐 적층하는 적층형이나 권취하는 권취형이 사용되고, 상기 양극은 리튬코발트산화물(lithium cobalt oxide)이나 활성탄이 사용되며, 상기 음극은 카본이나 활성탄이 사용되며, 상기 양극이나 음극은 일측에 리드부재가 연결되며, 상기 리드부재는 한 쌍의 리드 탭에 연결되는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터. - 제1항에 있어서,
상기 본체 파우치 케이스는 중앙에 사각형으로 수납공간부가 형성되고, 상기 수납공간부는 가장자리를 따라 플랜지부가 형성되며, 상기 수납공간부 중 일측에 위치한 플랜지부에서 평판형으로 파우치 커버가 연장되어 형성되며, 상기 플랜지부와 상기 파우치 커버는 서로 접하는 면에 열융착층이 형성되어 열융착에 의해 서로 접합되어 상기 플랜지부는 한 쌍의 리드 탭이나 안전 벤트 밸브를 감싼 상태에서 수납공간부를 밀봉시키는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 외부 하우징은 본체 파우치 케이스의 플랜지부와 파우치 커버 사이에 배치되어 수납공간부와 연통되게 플랜지부와 파우치 커버 사이에 접합되며 제1관통홀이 형성된 제1중공형 부재;
상기 제1중공형 부재의 일측에서 연장되어 제1관통홀과 연통되게 제2관통홀이 형성되며 제1중공형 부재가 플랜지부와 파우치 커버 사이에 접합시 타측이 본체 파우치 케이스의 플랜지부의 단부와 파우치 커버의 단부와 접하는 중공형 판; 및
상기 중공형 판의 일측에서 연장되어 제2관통홀과 연통되게 제3관통홀이 형성되는 제2중공형 부재를 포함하며,
상기 제1중공형 부재는 외주면은 사각형으로 형성되어 플랜지부와 파우치 커버 사이에 접합되고, 상기 중공형 판은 일측에서 연장되어 돌출되며 상기 제2관통홀과 연통되게 제4관통홀이 형성되는 원통 돌출부재가 형성되며, 상기 제2중공형 부재는 원통형으로 형성되며, 상기 제1관통홀, 제2관통홀 및 제4관통홀은 각각 원형이나 타원형으로 형성되며 상기 제3관통홀은 원형으로 형성되는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터. - 제1항에 있어서,
상기 안전 벤트 밸브의 가스켓은 외부 하우징의 중공형 판과 접하도록 외부 하우징의 내부에 배치되고, 제1중공형 부재에 형성된 제1관통홀, 중공형 판에 형성된 제2관통홀 및 원통 돌출부재에 형성된 제4관통홀과 각각 연통되도록 중앙에 가스 배출홀이 형성되며, 상기 가스 배출홀의 타측에는 원통 돌출부재에 삽입되는 삽입홀이 형성되며, 외주면의 타측에 외주면을 따라 삽입홈이 형성되는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터. - 제1항에 있어서,
상기 안전 벤트 밸브의 가스 차단 블럭은 외부 하우징의 내부에 배치되어 가스켓의 상부를 지지하며 중앙에 가스켓의 가스 배출홀과 연통되는 가스 차단홀이 형성되고,
상기 가스 차단홀은 가스 배출홀의 일측에 위치되는 제1가스 차단홀과, 상기 제1가스 차단홀의 일측에서 연장되어 형성되는 제2가스 차단홀을 포함하며,
상기 제1가스 차단홀은 원통형으로 형성되며 일측과 타측의 지름 길이가 서로 동일하며, 상기 제2가스 차단홀은 원통형으로 형성되며 일측의 지름 길이는 타측의 지름 길이 보다 크며, 상기 제2가스 차단홀의 타측의 지름 길이는 상기 제1가스 차단홀의 일측의 지름 길이와 동일하며, 상기 제2가스 차단홀의 일측의 지름 길이는 상기 볼의 지름 길이보다 크며, 상기 제2가스 차단홀의 깊이는 볼의 지름 길이보다 작은 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터. - 제1항에 있어서,
상기 안전 벤트 밸브의 판형 탄성부재는 중앙에 볼이 삽입되는 삽입홀이 형성되는 제1중공형 원판;
상기 제1중공형 원판이 내측에 이격되어 배치되는 제2중공형 원판;
상기 제2중공형 원판이 내측에 이격되어 배치되며 외부 하우징의 내부에 상기 내부 하우징과 접시 스프링 사이에 위치되도록 배치되는 제3중공형 원판; 및
상기 제1중공형 원판, 제2중공형 원판 및 제3중공형 원판사이에 각각 형성되어 제1중공형 원판, 제2중공형 원판 및 제3중공형 원판을 연결하는 연결부재를 포함하며,
상기 제1중공형 원판의 삽입홀의 지름 길이는 볼의 지름 길이보다 작으며, 상기 연결부재는 상기 제1중공형 원판과 상기 제2중공형 원판 사이와 상기 제2중공형 원판과 상기 제3중공형 원판 사이에 각각 제1중공형 원판의 중심을 기준으로 일정한 각도로 이격되어 형성되며, 제1중공형 원판과 제2중공형 원판 사이와 제2중공형 원판과 제3중공형 원판사이에 각각 배치된 원형 링부재와, 상기 원형 링부재의 일측과 타측에서 각각 연장되어 형성되어 제1중공형 원판과 제2중공형 원판이나 제2중공형 원판과 제3중공형 원판에 연결되는 한 쌍의 일자형 부재를 포함하는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터. - 제1항에 있어서,
상기 안전 벤트 밸브의 내부 하우징은 판형 탄성부재의 일측을 지지하며 중앙에 제1 하우징 관통홀이 형성된 하우징 중공형 원판; 및
상기 하우징 중공형 원판의 타측에서 연장되도록 형성되며 중앙 제1 하우징 관통홀과 연통되는 제2하우징 관통홀이 형성되는 하우징 중공형 원통부재를 포함하며,
상기 하우징 중공형 원판의 제1하우징 관통홀의 지름 길이는 판형 탄성부재의 제1중공형 원판의 지름보다 크며 제2중공형 원판의 지름보다 작으며, 상기 하우징 중공형 원통부재의 제2하우징 관통홀은 가스켓의 외경, 가스 차단 블럭의 외경 및 판형 탄성부재의 외경보다 크며, 상기 하우징 중공형 원통부재의 타측에 컬링(curling)부가 형성되어 가스켓의 외주면의 타측에 형성된 삽입홈에 되어 삽입되어 체결되는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터. - 제1항에 있어서,
상기 안전 벤트 밸브의 외부 하우징, 가스켓, 가스 차단 블럭, 판형 탄성부재, 내부 하우징 및 볼에서, 외부 하우징의 재질은 절연재질로 형성되며 상기 절연재질은 폴리프로필렌(polypropylene)이 사용되고, 상기 가스켓과 볼의 재질은 각각 고무가 사용되며, 상기 가스 차단 블럭과 판형 탄성부재와 내부 하우징의 재질은 금속이 사용되는 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터. - 제1항에 있어서,
상기 안전 벤트 밸브의 외부 하우징과 가스켓 사이와, 가스 차단 블럭과 판형 탄성부재 사이에는 각각 가스 투과막과 결로 방지막이 배치되며,
상기 가스 투과막은 외부 하우징의 내측에 위치되어 외부 하우징과 가스켓 사이에 배치되며, 상기 결로 방지막은 외부 하우징의 내측에 위치되어 가스 차단 블럭과 판형 탄성부재 사이에 배치되며, 상기 가스 투과막은 표면에 불소 수지층이 도포된 섬유를 이용해 제조된 부직포나 직물이 사용되며, 상기 섬유의 재질은 폴리불화비닐리덴 수지와 폴리아크릴로니트릴 수지 중 하나인 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터.
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020190156676A KR102326317B1 (ko) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | 고전압용 파우치형 전기 이중층 커패시터 |
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