KR102516014B1 - 이차전지 단락 유도용 더미셀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지 단락 유도용 더미셀에 관한 것으로, 더 상세하게는 이차전지의 고열 발생 시, 단시간 내에 단락을 유도하여, 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 이차전지 단락 유도용 더미셀 관한 것이다.
본 발명에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀은 전기화학 셀의 양극과 연결되는 제1전도성막, 상기 제1전도성막과 이격 배열되며 전기화학 셀의 음극과 연결되는 제2전도성막, 및 상기 제1전도성막 및 제2전도성막 사이에 위치하는 절연막을 포함하는 적층체; 및
상기 적층체를 밀봉하는 케이스부;를 포함하고,
상기 절연막은 전기화학 셀의 비정상적인 발열 시, 상기 발열에 따라 임계 온도 이상에서 용융 또는 수축한다.
본 발명에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀은 전기화학 셀의 양극과 연결되는 제1전도성막, 상기 제1전도성막과 이격 배열되며 전기화학 셀의 음극과 연결되는 제2전도성막, 및 상기 제1전도성막 및 제2전도성막 사이에 위치하는 절연막을 포함하는 적층체; 및
상기 적층체를 밀봉하는 케이스부;를 포함하고,
상기 절연막은 전기화학 셀의 비정상적인 발열 시, 상기 발열에 따라 임계 온도 이상에서 용융 또는 수축한다.
Description
본 발명은 이차전지 단락 유도용 더미셀에 관한 것으로, 더 상세하게는 이차전지의 고열 발생 시, 단시간 내에 단락을 유도하여, 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 이차전지 단락 유도용 더미셀 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 또한 급격히 증가하고 있다. 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 원통형 전지와 각형 전지는 금속의 캔에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이며, 파우치형 전지는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.
특히, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV)와 같은 자동차 및 모바일 기기 등과 같이, 사용자와 밀접한 위치에 있는 제품들에 이차전지에 대한 수요가 계속 늘어나고 있음에 따라, 이차전지의 높은 에너지 밀도 및 장시간 수명 이외에도 매우 높은 안전성이 요구되고 있다.
일반적으로, 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 다양한 원인으로 인해 전지의 폭발이 초래될 수 있다. 이에, 이차전지의 안전성을 확보하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
일반적으로, 전지의 사용 온도에서는 일정한 도전성을 나타내지만 온도가 상승하면 저항이 급격히 증가하여 전류를 차단하는 특성을 가진 PTC (Positive Temperature Coefficient) 물질을 전극에 포함하여, 이차전지의 안전성을 확보한다.
그러나, 전극에 PTC 물질로 별도의 층을 형성하는 경우, 제조 과정이 복잡해져 전극 제조 비용이 과도하게 상승하는 문제가 있으며, PTC 물질층과 전극 활물질층과의 접착력이 크지 않아 이들의 경계면에서 접착이 해제되는 문제 등이 발생하였다.
이에, 대한민국 등록특허공보 제10-1709569호에 개시된 바와 같이, 2개의 슬러리를 사용하여 전극을 제조함으로써 이러한 문제점을 해결한 방안을 제시하고 있다.
그러나, PTC 소자를 이용한 종래 방법은, 이차 전지 파우치 내 PTC 소자가 마련됨에 따라, 이차전지 파우치가 대형화되며 여전히 제조 비용이 상승하는 문제점이 있다.
또한, PTC에 의한 전류 차단시, 이차전지 내부 단락에 의해 자가 발열로 인한 열폭주가 발생한다는 문제점이 있으며, 이차전지의 온도 상승 시, PTC에 의한 전류 차단 효과가 나타나기 위해서 비교적 상당한 시간이 걸림에 따라, 실질적으로 이차전지의 안전성을 개선시키지 못한다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 이차전지의 고열 발생 시, 단시간 내에 단락을 유도하여, 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 이차전지 단락 유도용 더미셀을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀은 전기화학 셀의 양극과 연결되는 제1전도성막, 상기 제1전도성막과 이격 배열되며 전기화학 셀의 음극과 연결되는 제2전도성막, 및 상기 제1전도성막 및 제2전도성막 사이에 위치하는 절연막을 포함하는 적층체; 및 상기 적층체를 밀봉하는 케이스부;를 포함하고, 상기 절연막은 전기화학 셀의 비정상적인 발열 시, 상기 발열에 따라 임계 온도 이상에서 용융 또는 수축한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서, 상기 임계 온도는 110 내지 200℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서, 상기 절연막은 면 방향으로 압축응력을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서, 상기 적층체는 상기 제1전도성막과 절연막 사이 및 제2전도성막과 절연막 사이 중 어느 하나 이상의 위치에, 상기 제1전도성막 및 제2전도성막 중 전기전도도가 낮은 막을 기준막으로, 상기 기준막보다 낮은 전기전도도를 갖는 저항조절막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서, 상기 절연막의 용융 또는 수축 시, 상기 저항조절막에 의해 상기 적층체의 저항값이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서, 상기 적층체의 저항값은 0.005 내지 10 Ohm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서, 상기 저항조절막은 전도성 단위체의 네트워크를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서, 상기 절연막의 두께는 0.1 내지 100 um일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서, 상기 절연막은 융점(Tm)을 가지는 열가소성 고분자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서, 상기 절연막은 다공성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서, 상기 케이스부는 금속성분을 함유하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서, 상기 케이스부는 최내면층으로 열접착성 수지층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치는 상술한 이차전지 단락 유도용 더미셀; 및 상기 이차전지 단락 유도용 더미셀의 제1전도성막과 연결된 양극 및 상기 이차전지 단락 유도용 더미셀의 제2전도성막과 연결된 음극을 포함하는 전기화학 셀;을 포함한다.
본 발명에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀은 이차전지의 온도 상승시 단시간 내 단락을 발생시켜 이차전지의 폭발을 방지할 수 있으며, 이차전지의 안전성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀은 이차전지의 외부에서 단락을 유도하여 이차전지의 안전성이 더욱 증진될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀의 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀의 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀의 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀의 단면도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미하고, 중량%는 달리 정의되지 않는 한 전체 조성물 중 어느 하나의 성분이 조성물 내에서 차지하는 중량%를 의미한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.
본 명세서의 용어, '포함한다'는 '구비한다', '함유한다', '가진다' 또는 '특징으로 한다' 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.
일반적으로, 전지의 사용 온도에서는 일정한 도전성을 나타내지만 온도가 상승하면 저항이 급격히 증가하여 전류를 차단하는 특성을 가진 PTC (Positive Temperature Coefficient) 물질을 전극에 포함하여, 이차전지의 안전성을 확보한다.
그러나, 전극에 PTC 물질로 별도의 층을 형성하는 경우, 제조 과정이 복잡해져 전극 제조 비용이 과도하게 상승하는 문제가 있으며, PTC 물질층과 전극 활물질층과의 접착력이 크지 않아 이들의 경계면에서 접착이 해제되어 신뢰성이 저하된다.
또한, 이차 전지 파우치 내 PTC 소자가 마련됨에 따라, 이차전지 파우치가 대형화되며 PTC에 의한 전류 차단 시, 이차전지 내부 단락에 의해 자가 발열로 인한 열폭주가 발생한다는 문제점이 있다. 아울러, 이차전지의 온도 상승 시, PTC에 의한 전류 차단 효과가 나타나기 위해서 비교적 상당한 시간이 걸림에 따라, 실질적으로 이차전지의 안전성을 개선시키지 못한다는 단점이 있다.
본 발명에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀은 전기화학 셀의 양극과 연결되는 제1전도성막, 제1전도성막과 이격 배열되며 전기화학 셀의 음극과 연결되는 제2전도성막, 및 제1전도성막 및 제2전도성막 사이에 위치하는 절연막을 포함하는 적층체; 및 적층체를 밀봉하는 케이스부;를 포함한다. 이때, 절연막은 전기화학 셀의 비정상적인 발열 시, 발열에 따라 임계 온도 이상에서 용융 또는 수축하는 것이다.
전기화학 셀은 전극조립체를 포함하는 것으로, 대표적인 예로, 이차전지를 의미할 수 있다. 전극조립체는 양극, 분리막 및 음극이 적층되어 충방전이 가능한 것을 의미할 수 있다. 이차전지는 충반전이 가능한 적어도 전극조립체가 이온 함유 전해액으로 함침된 상태에서 적어도 하나 이상 케이스부에 내장되어 있는 구조로 이루어 있는 구조로, 바람직한 예에서, 이차전지는 리튬 이차전지일 수 있다.
이와 같은 이차전지 단락 유도용 더미셀은, 이와 전기적으로 연결된 전기화학 셀의 온도 상승 시, 단시간 내 단락을 발생시켜 전기화학 셀의 안전성을 높일 수 있다. 구체적으로, 전기화학 셀 즉, 이차전지의 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태 및 고온 노출 등과 같은 원인에 의해 이차 전지의 비정상적인 발열 시, 절연막으로 전달된 열에 의해 절연막이 수축 또는 용융됨에 따라, 제1전도성막과 제2전도성막이 서로 접촉되어 이와 전기적으로 연결된 이차전지의 단락을 유도할 수 있다.
용융은 절연막의 융점(Tm) 이상의 온도에서, 절연막이 고상에서 액상으로 상 변환된 것을 의미하며, 수축은 절연막의 수축개시온도(Ts)이상 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)이하의 온도에서, 절연막의 크기가 줄어든 것을 의미한다.
수축개시온도는 상온 및 일정 초기 하중(0.125Kg/mm2) 하에서 필름을 고정한 후 일정한 승온속도(2.5℃/sec)로 가열하면서 절연막을 수축시킬 때의 응력을 측정하여 온도에 따른 수축응력에 대해 그래프화하였을 때 초기 하중과 동일한 값의 수축응력을 나타내는 최초의 온도이다.
유리전이온도 및 융점은 시차주사열량계를 이용하여 ASTM D3418으로 측정된 온도이다.
이차전지 단락 유도용 더미셀은 절연막이 용융 또는 수축하는 온도 즉, 임계 온도를 조절하여, 이차 전지 단락이 유도되는 온도를 용이하게 설정할 수 있다. 이에, 비교적 낮은 온도에서 용융 또는 수축되는 임계온도를 가지는 절연막을 사용하여, 이차전지의 안전성을 더욱 높일 수 있다. 구체적으로, 절연막이 용융 또는 수축되는 임계 온도는 110 내지 200℃, 구체적으로, 120 내지 180℃, 더욱 구체적으로, 130 내지 150℃ 인 것이, 이차전지의 원활한 작동 및 이차전지의 안전성에 있어서 유리하다. 이때, 절연막은 면 방향으로 압축응력을 가질 수 있으며, 이를 통해, 절연막이 용융 또는 수축할 시, 별도의 가압수단 없이도 제1전도성막 및 제2전도성막이 서로 접촉될 수 있다. 구체적으로, 절연막은 적층체가 케이스부에 의해 가압되어 면방향으로 압축응력을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 케이스부가 적층체를 가압하고 있음에 따라, 절연막이 용융 또는 수축할 시, 제1전도성막 및 제2전도성막은 케이스부에 의해 가압되어, 별도의 가압수단 없이, 서로 접촉될 수 있다.
케이스부를 통한 적층체의 가압은 케이스부에 의해 적층체가 밀봉되어 수행될 수 있다. 일 예로, 케이스부로 감싸진 적층체가 상압보다 높은 압력으로 가압됨과 동시에 케이스부에 의해 밀봉되어, 적층체가 케이스부의 밀봉력에 의해 가압될 수 있다. 또는, 케이스부에 의해 적층체가 밀봉될 시, 케이스부의 내부 압력이 케이스부의 외부 압력, 즉, 상압보다 낮게 되어, 내외부 압력차를 통해 적층체가 케이스부에 의해 가압될 수 있다. 이를 통해, 이차전지의 비정상적인 발열시, 절연막의 용융 또는 수축과 동시에, 제1전도성막 및 제2전도성막이 접촉되어 이차전지의 단락을 빠르게 유도할 수 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 이차전지 단락 유도용 더미셀이 도시되어 있다.
이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 이차전지 단락 유도용 더미셀(100)은 전기화학 셀(B)의 양극과 연결되는 제1전도성막(11), 제1전도성막(11)과 이격 배열되며 전기화학 셀(B)의 음극과 연결되는 제2전도성막(13), 및 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13) 사이에 위치하는 절연막(15)을 포함하는 적층체(10); 및 적층체(10)를 밀봉하는 케이스부(30);를 포함한다.
구체적으로, 적층체(10)는 전기화학 셀(B)의 양극 및 음극과 각각 연결된 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)과, 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)이 서로 이격되도록 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13) 사이에 위치하는 절연막(15)을 포함한다. 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)은 절연막(15)에 의해 이격되는 것으로, 절연막(15)의 용융 또는 수축 시, 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)의 이격 유지가 어려워 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)이 상호 접촉되며, 이와 전기적으로 연결된, 전기화학 셀(B) 즉, 이차전지의 단락이 일어날 수 있다.
제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)은 전기화학 셀(B)의 양극 및 음극과 전기적으로 연결될 수 있도록 전도성을 나타내는 것이라면 한정되지 않는다. 구체적으로, 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)은 구리, 알루미늄, 은, 팔라듐, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 금, 백금, 탄소, 황화코발트, 황화구리, 산화니켈, 불소 함유 산화주석(FTO; Fluorinedoped Tin Oxide), 인듐 함유 산화주석(ITO; Indium doped Tin Oxide), ZnO, 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소섬유(Carbon fiber) 및 그래핀(graphene)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 전도성물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)은 동일한 전도성물질로 이루어질 수 있으나, 이와 달리, 서로 다른 전도성물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제1전도성막(11)은 구리(Cu)막이며, 제2전도성막(13)은 알루미늄(Al)막일 수 있다.
제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)은 적층체(10)에 있어서, 각각 층(layer)을 형성하는 구조로, 막, 박, 시트 또는 필름 상으로 구비될 수 있다. 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)의 크기는 더미셀(100)의 크기에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 두께는 후술할 절연막(15)의 두께에 대하여 0.1 내지 2배, 구체적으로 0.3 내지 1배일 수 있다. 상기 범위에서, 절연막(15)의 용융 또는 수축 시, 케이스부(30)의 밀봉력에 의한 압착뿐만 아니라, 제1전도성막(11) 또는 제2전도성막(13)의 자중에 의해 용이하게 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)이 접촉될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)은 후술할 케이스부(30)에 구비된 제1전극단자(30a) 및 제2전극단자(30b)에 의해 전기화학 셀(B)의 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 케이스부(30)에 의해 적층체(10)가 밀봉될 시, 제1전도성막(11)은 제1전극단자(30a) 와, 제2전도성막(13)은 제2전극단자(30b)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
절연막(15)은 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13) 사이에 위치하여, 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)을 상호 이격시키고, 전기화학 셀(B)의 비정상적인 발열 시, 발열에 따라 임계 온도 이상에서 용융 또는 수축할 수 있다. 이에, 전기화학 셀(B)의 비정상적인 발열 시, 전기화학 셀(B)의 단락을 유도할 수 있다. 구체적으로, 전기화학 셀(B)의 비정상적인 발열 시, 더미셀(100) 측으로 전달된 열에 의해 절연막(15)이 임계 온도 이상으로 가온되고, 절연막(15)이 수축 또는 용융됨에 따라, 절연막(15)에 의해 이격되어 있던 제1전도성막(11)과 제2전도성막(13)이 서로 접촉되어 이와 전기적으로 연결된 전기화학 셀(B) 즉, 이차전지의 단락을 유도할 수 있다.
절연막(15) 역시, 적층체(10)에 있어서, 층(layer)을 형성하는 구조로, 막, 시트 또는 필름 상으로 구비될 수 있으며, 요구되는 더미셀(100)의 크기에 따라 적절히 조절될 수 있다. 또한, 절연막(15)은 두께를 조절하여 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)이 용융 또는 수축되는 시간을 적절히 조절할 수 있으나, 비교적 단시간 내에 이차전지의 단락이 유도될 수 있도록 얇은 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 일 예로, 절연막(15)의 두께는 300㎛ 이하, 상세하게, 0.1 내지 100㎛, 더욱 상세하게, 1 내지 80㎛일 수 있다.
절연막(15)은 상술한 임계 온도 범위에서 용융 및 수축하는 절연성 고분자 소재라면 한정되지 않는다.
구체적인 예로, 절연막(15)은 상술한 임계 온도 범위에서 융점을 가지는 열가소성 고분자를 포함할 수 있다. 일 예로, 절연막(15)에 포함되는 열가소성 고분자로는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 비닐계 고분자 또는 아크릴레이트계 고분자일 수 있으나 이에 제한받지 않는다. 비한정적인 구체예로는, 폴리부타디엔(1,2-Polybutadiene), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리옥시메틸렌(Polyoxymethylene, POM), 폴리락틱에시드(Polylactic Acid, PA) 또는 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chloride, PVC) 일 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 이에 제한받지 않는다. 상기와 같은 열가소성 고분자를 포함하는 절연막(15)은 우수한 절연성뿐만 아니라, 상술한 임계 온도에서 비교적 빠르게 용융 또는 수축하여 더욱 단시간 내에 이차전지의 단락이 유도될 수 있다.
다른 구체적인 예로, 절연막(15)은 임계 온도 범위에서 수축성을 가지는 열가소성 고분자 필름일 수 있다. 예를 들어, 임계 온도 이하에서는 연신된 필름의 형태로 유지되며 임계 온도 이상에서 수축됨으로써 제1전도성막(11)과 제2전도성막(13)의 적어도 일부분이 전기적으로 접촉되어 이차전지의 단락을 빠르게 유도할 수 있다. 일 예로, 열가소성 고분자 필름은 연신된 폴리올레핀 필름 또는 연신된 폴리에스테르 필름일 수 있으며, 비한정적인 구체예로는 일축 또는 이축 연신 폴리에틸렌, 일축 또는 이축 연신 폴리에틸렌테레프탈레이트일 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 이에 제한받지 않는다.
또한, 절연막(15)은 상술한 바와 같이, 층상 구조로, 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13)을 상호 이격시켜 절연시킬 수 있는 구조라면 한정되지 않으며, 다공성 또는 비다공성일 수 있다. 다만, 다공성인 절연막(15)은 비다공성 절연막(15) 대비 임계 온도에서 용융 또는 수축 속도가 빨라, 더욱 단시간 내에 이차전지의 단락을 유도할 수 있다. 다공성인 절연막(15)은 기공율이 조절되어 임계 온도에서의 용융 또는 수축 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상세하게, 다공성인 절연막(15)의 기공율은 15 내지 70%, 더욱 상세하게 20 내지 55%일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 다만 상기 범위에서, 비교적 빠른 용융 또는 수축속도를 나타낼 수 있되, 적층체(10)의 구조적 안전성 및 절연성이 높을 수 있다.
다공성인 절연막(15)은 기공이 형성된 것이라면 구조가 한정되지 않는다. 구체적으로, 다공성인 절연막(15)은 다공성 폼(foam) 및 메쉬(mesh) 구조일 수 있으며 또는, 필름 상에 타공이 형성된 구조인 것일 수 있다.
상술한 제1전도성막(11), 제2전도성막(13) 및 절연막(15)을 포함하는 적층체(10)는 케이스부(30)에 의해 밀봉된다.
케이스부(30)는 적층체(10)를 밀봉하는 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 적층체(10)의 상면 및 하면에 각각 위치하는 상부시트(31)와 하부시트(33)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 하나의 시트가 적층체(10)를 감싸 밀봉하는 구조일 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이 케이스부(30)가 상부시트(31) 및 하부시트(33)를 포함할 경우, 상부시트(31) 및 하부시트(33)는 적층체(10)의 상면 및 하면에 각각 위치한 후 가장자리가 열압착되어 적층체(10)를 밀봉할 수 있다.
케이스부(30)는 절연성 소재로, 적층체(10)를 밀봉하는 소재라면 한정되지 않으나, 금속성분을 함유하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 케이스부(30)가 금속성분을 함유할 경우, 오히려 절연막(15) 측으로 열전달이 원활하지 않아, 절연막(15)의 용융 또는 수축이 제대로 일어나지 않을 수 있다.
또한, 케이스부(30)는 한층 또는 두층 이상이 적층되는 것으로, 적어도 최내면층(31a)이 열접착성 수지층을 포함하여, 열에 의해 용융되어 실링될 수 있다. 열접착성 수지층은 열에 의해 용융되어 열접착될 수 있는 것이라면 한정되지 않으나, 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 무연신 폴리프로필렌(Casted polypropylene, CPP), 무수말레인산이 그라프트된 폴리에틸렌, 무수 말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리아마이드, 셀룰로오스 수지 및 이들 둘 이상의 소재를 컴파운드하여 제조된 수지 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
구체적인 일 예로, 케이스부(30)는 도시된 바와 같이, 상부시트(31) 및 하부시트(33)가 적층체(10)를 사이에 두고, 적층체(10)의 상부 및 하부 방향에 각각 위치하며, 상부시트(31) 및 하부시트(33)의 가장자리가 열압착될 수 있으며, 상부시트(31) 및 하부시트(33)는 동일한 소재일 수 있다. 이때, 상부시트(31) 및 하부시트(33)는 적층체(10)와 접촉되는 최내면층(31a)과 외부로 노출되는 최외면층(31b)으로 이루어진 층상구조일 수 있다. 이때, 최내면층(31a)은 폴리에틸렌 수지이고, 최외면층(31b)은 폴리아마이드 수지로, 서로 다른 열접착성 수지층으로 형성될 수 있다.
케이스부(30)의 두께는 적층체(10)를 외부로부터 보호할 수 있는 것이라면 한정되지 않는다. 구체적으로, 케이스부(30)는 케이스부(30)의 두께는 적층체(10)의 두께에 대해 0.1 내지 3배, 구체적으로 0.5 내지 2배일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 단락 유도용 더미셀(100)이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른, 적층체(10)는 제1전도성막(11)과 절연막(15) 사이 및 제2전도성막(13)과 절연막(15) 사이 중 어느 하나 이상의 위치에, 제1전도성막(11) 및 제2전도성막(13) 중 전기전도도가 낮은 막을 기준막으로, 기준막보다 낮은 전기전도도를 갖는 저항조절막(51)을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 이차전지 단락 유도용 더미셀(100)은 제1전도성막(11)과 제2전도성막(13)의 접촉 시, 적층체(10)의 저항 정도를 조절할 수 있다. 즉, 절연막(15)의 용융 또는 수축 시, 저항조절막(51)에 의해 적층체(10)의 저항값이 제어될 수 있으며 이에, 이차전지의 단락 시 과전압으로 인해 이차전지가 가진 에너지가 충분히 방전되지 않는 것을 방지할 수 있다. 이차전지의 단락 시, 이차전지에 저장된 전기에너지를 충분히 방전할 수 있음에 따라, 이차전지의 폭발 가능성을 더욱 낮추며 안전성을 더욱 높일 수 있다.
구체적으로, 저항조절막(51)에 의해 적층체(10)의 저항값은 0.005 내지 10 Ω, 더욱 구체적으로, 0.01 내지 5Ω 으로 조절될 수 있다. 상기 범위에서, 더미셀(100)의 단락 시, 이차전지 내 저장된 전기에너지를 충분히 방전할 수 있다.
더욱 구체적으로, 적층체(10)의 저항값은 하기 식을 만족할 수 있다.
[식]
(Vc/Rs)/Qc ≤ 15
상기 식에서, Vc는 전기화학 셀(B)의 충전 전압, Rs는 적층체(10) 저항 및 Qc는 전기화학 셀(B)의 전지용량을 의미한다.
구체적으로, 상기 식에서 (Vc/Rs)/Qc 는 13이하일 수 있으며, 상기 범위에서 더욱 이차전지 내 저장된 전기에너지를 안정적으로 충분히 방전할 수 있다.
저항조절막(51) 역시 적층체(10)의 각 층(layer)을 형성하는 구조로, 막, 시트 또는 필름 상으로 구비될 수 있다. 저항조절막(51)은 이차전지의 단락이 유도될 시, 적층체(10)가 상술한 저항값을 갖도록 하는 것이라면 한정되지 않는다. 구체적으로, 저항조절막(51)은 전도성 단위체의 네트워크를 포함할 수 있다. 일 구체예로, 저항조절막(51)은 카본 페이퍼일 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다. 저항조절막의 두께(51)는 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로, 절연막(15)의 두께에 대해 0.5 내지 10배, 구체적으로 1 내지 5배일 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치는 상술한 이차전지 단락 유도용 더미셀(100); 및 이차전지 단락 유도용 더미셀(100)의 제1전도성막(11)과 연결된 양극 및 이차전지 단락 유도용 더미셀(100)의 제2전도성막(13)과 연결된 음극을 포함하는 전기화학 셀(B);을 포함하는 것으로, 전기화학 셀(B)의 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태 및 고온 노출 등과 같은 원인에 의해 전기화학 셀(B)의 비정상적인 발열 시, 전기화학 셀(B)의 단락이 단시간 내에 유도되어, 높은 안전성을 가질 수 있다.
에너지 저장 장치는 이차전지 단락 유도용 더미셀(100)이 전기화학 셀(B)과 전기적으로 연결되는 구조라면 전기화학 셀(B)의 내부 혹은 외부에 위치하는 어떠한 형태로도 한정되지 않으나, 전기화학 셀(B)의 외부에 전기화학 셀(B)과 인접하게 위치하는 것이 바람직하다. 이와 같은 이차전지 단락 유도용 더미셀(100)은 전기화학 셀(B)의 과열 시, 전기화학 셀(B)의 열이 전달되되, 전기화학 셀(B)의 외부에서 단락을 유도하여, 내부 단락에 의한 자가 폭발 등을 방지하여 안전성이 더욱 증진될 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
(실시 예 1)
각각 동일한 두개의 층으로 이루어진 상부시트 및 하부시트를 적층체의 상부 및 하면에 각각 위치시킨 후 상부시트 및 하부시트의 가장자리를 열압착하여 도 1 및 도 2에 도시된 구조의 이차전지 단락 유도용 더미셀을 제조하였다.
구체적으로, 상부시트 및 하부시트는 적층체와 접촉하는 최내면층은 30㎛ 두께 폴리올레핀계 접착필름(3030 film), 외부에 노출된 최외면층은 25㎛ 두께 나일론필름으로 이루어진 이중층 구조의 시트였다.
제1전도성막은 20㎛ 두께의 구리막, 제2전도성막은 20㎛ 두께의 알루미늄막이었다.
절연막은 40㎛ 두께의 폴리올레핀 필름(융점 150℃)이었다.
제조된 조립체의 크기는 가로 5㎝, 세로 10㎝ 이었다.
(실시 예 2)
실시예 1에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이 저항조절막을 더 추가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 이차전지 단락 유도용 더미셀을 제조하였다. 저항조절막은 80㎛ 두께의 카본페이퍼를 사용하였다.
도 4 및 도 5는 절연막의 임계 온도 하, 더미셀의 단락 유무를 확인하기 위해 저항값을 측정한 사진이다. 구체적으로, 도 4는 실시예 1을 150℃에서 10분 보관하기 전 및 보관한 후의 저항값을 측정한 사진이며, 도 5는 실시예 2를 150℃에서 10분 보관하기 전 및 보관한 후, 저항값을 측정한 사진이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 실시예 모두 10분 내에 더미셀이 단락됨을 저항값의 변화를 통해 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 2의 경우, 저항조절막을 통해 0.1ohm 수준으로 저항값을 조절할 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 6은 실시 예 1 및 2에 의해 제조된 더미셀이 장착된 파우치형 이차전지의 열노출 평가 (hot box test)결과이다.
구체적으로, 실시예 1 및 2의 이차전지 단락용 더미셀을 상용 리튬폴리머 파우치형 이차전지(용량 4 Ah, 3.75V)와 전기적으로 연결한 후, 이차전지를 완충하였다. 이후, 오븐에 넣고 가열하며 시간에 따른 전지의 전압과 온도를 측정하였다. 오븐의 온도는 5°C/min의 승온 속도로 증가시키면서, 100, 120, 140, 150, 160, 170 및 180°C 온도에서 각각 30분씩 유지하였다. 비교군으로, 이차전지 단락용 더미셀을 연결하지 않은 상용 리튬폴리머 파우치형 이차전지 역시 동일하게 열노출 평가를 실시하였다.
도 6을 참조하면, 이차전지 단락용 더미셀이 부착되지 않은 비교군은 160°C 부근에서 전지 전압이 급격하게 떨어짐과 동시에 전지가 폭발하며 전지 온도가 크게 증가한 것을 확인할 수 있다. 반면, 실시예 1의 경우, 150°C 부근에서 더미셀이 작동하여 전지의 전압이 먼저 떨어짐을 확인할 수 있었고, 비교군 경우와 비교하여 전지 폭발을 지연 및 억제시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 실시예 2에 의해 제조된 더미셀이 부착된 파우치 전지의 경우, 150°C 부근에서 더미셀이 작동하여 전지의 전압이 떨어진 이후 전지 폭발이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 더미셀의 저항값 제어를 통해 전지가 가진 에너지를 충분히 방전시켜 전지의 폭발 가능성을 낮춰 전지 안전성을 확보할 수 있음을 확인하였다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 적층체 11 : 제1전도성막
13 : 제2전도성막 15 : 절연막
30 : 케이스부 51 : 저항조절막
13 : 제2전도성막 15 : 절연막
30 : 케이스부 51 : 저항조절막
Claims (13)
- 이차전지 단락 유도용 더미셀에 있어서,
상기 더미셀은 전기화학 셀과 분리되어 위치하며,
상기 전기화학 셀은 전해액을 함유하는 리튬 이차전지를 포함하고,
상기 전기화학 셀의 양극과 연결되는 제1전도성막, 상기 제1전도성막과 이격 배열되며 전기화학 셀의 음극과 연결되는 제2전도성막, 및 상기 제1전도성막 및 제2전도성막 사이에 위치하는 절연막을 포함하는 적층체; 및
상기 적층체를 밀봉하는 케이스부;를 포함하고,
상기 절연막은 전기화학 셀의 비정상적인 발열 시, 상기 발열에 따라 임계 온도 이상에서 용융 또는 수축하는, 이차전지 단락 유도용 더미셀.
- 제1항에 있어서,
상기 임계 온도는 110 내지 200℃인, 이차전지 단락 유도용 더미셀.
- 제1항에 있어서,
상기 절연막은 면 방향으로 압축응력을 가지는, 이차전지 단락 유도용 더미셀.
- 제1항에 있어서,
상기 적층체는 상기 제1전도성막과 절연막 사이 및 제2전도성막과 절연막 사이 중 어느 하나 이상의 위치에, 상기 제1전도성막 및 제2전도성막 중 전기전도도가 낮은 막을 기준막으로, 상기 기준막보다 낮은 전기전도도를 갖는 저항조절막을 더 포함하는, 이차전지 단락 유도용 더미셀.
- 제4항에 있어서,
상기 절연막의 용융 또는 수축 시, 상기 저항조절막에 의해 상기 적층체의 저항값이 제어되는, 이차전지 단락 유도용 더미셀.
- 제5항에 있어서,
상기 적층체의 저항값은 0.005 내지 10 Ohm인, 이차전지 단락 유도용 더미셀.
- 제4항에 있어서,
상기 저항조절막은 전도성 단위체의 네트워크를 포함하는, 이차전지 단락 유도용 더미셀
- 제1항에 있어서,
상기 절연막의 두께는 0.1 내지 100 um인, 이차전지 단락 유도용 더미셀.
- 제1항에 있어서,
상기 절연막은 융점(Tm)을 가지는 열가소성 고분자를 포함하는, 이차전지 단락 유도용 더미셀.
- 제1항에 있어서,
상기 절연막은 다공성인, 이차전지 단락 유도용 더미셀.
- 제1항에 있어서,
상기 케이스부는 금속성분을 함유하지 않는, 이차전지 단락 유도용 더미셀.
- 제1항에 있어서,
상기 케이스부는 최내면층으로 열접착성 수지층을 포함하는, 이차전지 단락 유도용 더미셀.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 이차전지 단락 유도용 더미셀; 및
상기 이차전지 단락 유도용 더미셀의 제1전도성막과 연결된 양극 및 상기 이차전지 단락 유도용 더미셀의 제2전도성막과 연결된 음극을 포함하는 전기화학 셀;을 포함하는 에너지 저장 장치.
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| KR101709569B1 (ko) | 2014-12-16 | 2017-02-23 | 주식회사 엘지화학 | Ptc 물질을 포함하는 이차전지용 전극을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조되는 전극 |
| JP2019186102A (ja) * | 2018-04-12 | 2019-10-24 | トヨタ自動車株式会社 | 積層電池 |
| JP2019220434A (ja) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 株式会社豊田自動織機 | 蓄電装置 |
| JP2021504923A (ja) * | 2018-08-01 | 2021-02-15 | エルジー・ケム・リミテッド | 内部短絡試験用二次電池、それを用いた二次電池内部短絡試験方法及び装置 |
| KR102332332B1 (ko) * | 2017-06-16 | 2021-11-29 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 팩 |
Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP5239445B2 (ja) * | 2008-03-26 | 2013-07-17 | Ｔｄｋ株式会社 | 電気化学デバイス |
-
2021
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-
2022
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101709569B1 (ko) | 2014-12-16 | 2017-02-23 | 주식회사 엘지화학 | Ptc 물질을 포함하는 이차전지용 전극을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조되는 전극 |
| KR102332332B1 (ko) * | 2017-06-16 | 2021-11-29 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 팩 |
| JP2019186102A (ja) * | 2018-04-12 | 2019-10-24 | トヨタ自動車株式会社 | 積層電池 |
| JP2019220434A (ja) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 株式会社豊田自動織機 | 蓄電装置 |
| JP2021504923A (ja) * | 2018-08-01 | 2021-02-15 | エルジー・ケム・リミテッド | 内部短絡試験用二次電池、それを用いた二次電池内部短絡試験方法及び装置 |
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