▶ エルジー エナジー ソリューション リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-18
(45)【発行日】2023-12-26
(54)【発明の名称】二次電池およびこれを含むデバイス
(51)【国際特許分類】
H01M 10/654 20140101AFI20231219BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20231219BHJP
H01M 10/643 20140101ALI20231219BHJP
H01M 10/6556 20140101ALI20231219BHJP
H01M 10/6551 20140101ALI20231219BHJP
H01M 50/107 20210101ALI20231219BHJP
H01M 10/04 20060101ALI20231219BHJP
【ＦＩ】
H01M10/654
H01M10/613
H01M10/643
H01M10/6556
H01M10/6551
H01M50/107
H01M10/04 W
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022552320
(86)(22)【出願日】2021-10-06
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-26
(86)【国際出願番号】 KR2021013666
(87)【国際公開番号】W WO2022075730
(87)【国際公開日】2022-04-14
【審査請求日】2022-09-06
(31)【優先権主張番号】10-2020-0128637
(32)【優先日】2020-10-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0131694
(32)【優先日】2021-10-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】521065355
【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】カン、ジョーンスプ
(72)【発明者】
【氏名】スン、ナク ギ
(72)【発明者】
【氏名】キム、スン テ
【審査官】佐藤 卓馬
(56)【参考文献】
【文献】特許第６１５８３２０（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－０００５５８１（ＫＲ，Ａ）
【文献】特開２００１－３１３０７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００７４４０２（ＫＲ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１０６３７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第０３４９９６０８（ＥＰ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ １０／６５４
Ｈ０１Ｍ １０／６１３
Ｈ０１Ｍ １０／６４３
Ｈ０１Ｍ １０／６５５６
Ｈ０１Ｍ １０／６５５１
Ｈ０１Ｍ ５０／１０７
Ｈ０１Ｍ １０／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
正極シート、負極シート、および前記正極シートと前記負極シートとの間に介在した分離膜が共に巻取られたゼリーロール電極組立体と、前記ゼリーロール電極組立体が装着される電池ケースとを含み、
前記電池ケースは、前記電池ケースの下部に前記ゼリーロール電極組立体の中心部に向かって湾入している流路が形成されており、
前記流路は、第１流路と、前記第１流路の中心部に位置する第２流路とを含み、
前記第２流路の上部は、前記第１流路の上部に向かって開放されている、二次電池。
【請求項2】
前記第１流路および前記第２流路の少なくともいずれか１つに突出部が形成されている、請求項１に記載の二次電池。
【請求項3】
前記突出部は、前記第１流路上に形成されている、請求項２に記載の二次電池。
【請求項4】
前記突出部は、少なくとも２つの突起を含む、請求項３に記載の二次電池。
【請求項5】
前記突起は、冷却フィンからなる、請求項４に記載の二次電池。
【請求項6】
前記少なくとも２つの突起は、同一の距離で互いに離隔している、請求項４に記載の二次電池。
【請求項7】
前記突起は、直線形状または半円形状である、請求項４に記載の二次電池。
【請求項8】
前記第１流路の直径は、前記ゼリーロール電極組立体の中心部の直径より小さい、請求項１から７のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項9】
前記第１流路および前記第２流路の高さは、前記ゼリーロール電極組立体の高さより小さい、請求項８に記載の二次電池。
【請求項10】
前記第２流路の下部にノズルが連結され、前記ノズルから前記第２流路の内部に正圧または負圧が印加される、請求項１から９のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項11】
前記第１流路と前記第２流路との間には少なくとも２つの連結部が位置する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項12】
前記連結部は、前記第１流路または前記第２流路の下部から上部まで延びている、請求項１１に記載の二次電池。
【請求項13】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の二次電池を電源として含むデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願との相互参照
本出願は、２０２０年１０月６日付の韓国特許出願第１０－２０２０－０１２８６３７号および２０２１年１０月５日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１３１６９４号に基づく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すべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、２０２０年１０月６日付の韓国特許出願第１０－２０２０－０１２８６３７号および２０２１年１０月５日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１３１６９４号に基づく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すべての内容は本明細書の一部として含まれる。
【0002】
本発明は、二次電池およびこれを含むデバイスに関し、より具体的には、冷却性能が向上した二次電池およびこれを含むデバイスに関する。
【背景技術】
【0003】
モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。特に、二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコン、ウェアラブルデバイスなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源としても多くの関心がもたれている。
【0004】
二次電池は、電池ケースの形状により、電極組立体が円筒形金属缶に内蔵されている円筒形電池、電極組立体が角形の金属缶に内蔵されている角型電池、および電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型電池に分類される。そのうち、円筒形電池は、相対的に容量が大きく構造的に安定するというメリットを有する。
【0005】
特に、高出力が要求される大容量の二次電池の場合、バッテリの直径および／または大きさの増加に伴って厚さが増加し、従来の外部冷却方式では、二次電池の内部に十分な冷却が行われにくいことがある。また、二次電池の内部に対する均一な冷却が不可能である。さらに、従来の外部冷却方式は、二次電池の内部に深刻な温度勾配を形成させることがあるので、二次電池の性能および退化も偏差が発生し、リチウムの析出または過熱による火災の危険も存在しうる。そのため、二次電池の大容量化を考慮して、冷却性能が向上した二次電池を開発する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の解決しようとする課題は、冷却性能が向上した二次電池およびこれを含むデバイスを提供することである。
【0007】
本発明が解決しようとする課題が上述した課題に制限されるものではなく、言及されていない課題は本明細書および添付した図面から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一実施例による二次電池は、正極シート、負極シート、および前記正極シートと前記負極シートとの間に介在した分離膜が共に巻取られたゼリーロール電極組立体と、前記ゼリーロール電極組立体が装着される電池ケースとを含み、前記電池ケースは、前記電池ケースの下部に前記ゼリーロール電極組立体の中心部に向かって湾入している流路が形成されており、前記流路は、第１流路と、前記第１流路の中心部に位置する第２流路とを含み、前記第２流路の上部は、前記第１流路の上部に向かって開放されている。
【0009】
前記第１流路および前記第２流路の少なくともいずれか１つに突出部が形成されている。
【0010】
前記突出部は、前記第１流路上に形成されている。
【0011】
前記突出部は、少なくとも２つの突起を含むことができる。
【0012】
前記突起は、冷却フィンからなる。
【0013】
前記少なくとも２つの突起は、同一の距離で互いに離隔していてもよい。
【0014】
前記突起は、直線形状または半円形状であってもよい。
【0015】
前記第１流路の直径は、前記ゼリーロール電極組立体の中心部の直径より小さい。
【0016】
前記第１流路および前記第２流路の高さは、前記ゼリーロール電極組立体の高さより小さい。
【0017】
前記第２流路の下部にノズルが連結され、前記ノズルから前記第２流路の内部に正圧または負圧が印加される。
【0018】
前記第１流路と前記第２流路との間には少なくとも２つの連結部が位置することができる。
【0019】
前記連結部は、前記第１流路または前記第２流路の下部から上部まで延びていてもよい。
【0020】
本発明の他の実施例によるデバイスは、上記で説明した二次電池を含む。
【発明の効果】
【0021】
実施例によれば、本発明の二次電池およびこれを含むデバイスは、冷却性能が向上できる。
【0022】
本発明の効果が上述した効果に制限されるものではなく、言及されていない効果は本明細書および添付した図面から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の一実施例による二次電池に対する部分断面図である。
【図4】本発明の他の実施例による二次電池に対する部分断面図である。
【図5】本発明の他の実施例による二次電池に対する部分断面図である。
【図6】本発明の他の実施例による二次電池に含まれている流路の断面を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
【0025】
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。
【0026】
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示のところに限定されない。図面において様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
【0027】
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
【0028】
さらに、明細書全体において、「平面上」とする時、これは、対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」とする時、これは、対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
【0029】
以下、本発明の実施例による二次電池について説明する。ただし、ここで、二次電池は、円筒形電池に限定されるものではなく、多様な形状の二次電池の場合にも同一または類似の内容で説明される。
【0030】
【0031】
図１を参照すれば、本発明の一実施例による二次電池１００は、正極シート、負極シート、および前記正極シートと前記負極シートとの間に介在した分離膜が共に巻取られたゼリーロール電極組立体１１０と、ゼリーロール電極組立体１１０が装着される電池ケース１２０とを含む。ここで、電池ケース１２０は、電池ケース１２０の下部にゼリーロール電極組立体１１０の中心部に向かって湾入している流路１３０、１４０が形成されている。
【0032】
これによって、本実施例による二次電池１００は、電池ケース１２０の下部に流路１３０、１４０が形成されていて、流路１３０、１４０に流入および移動する流体は、ゼリーロール電極組立体１１０の中心部で発生する熱を吸収することができる。これによって、本実施例による二次電池１００は、冷却性能が向上できる。
【0033】
流路１３０、１４０は、第１流路１３０と、第１流路１３０の中心部に位置する第２流路１４０とを含む。ここで、第２流路１４０の上部は、第１流路１３０の上部に向かって開放されている。これによって、第２流路１４０から第１流路１３０に流入または流出する流体は、第１流路１３０の上部に向かって全方向に移動できる。
【0034】
また、第１流路１３０と第２流路１４０は、それぞれの上部を通して流体が移動することができる。一例として、第２流路１４０に流入する流体は、第２流路１４０の上部に移動して、第１流路１３０の上部に流入し、第１流路１３０の上部に流入した流体は、第１流路１３０の下部に向かって移動できる。これとは逆に、第１流路１３０に流入する流体は、第１流路１３０の上部に移動して、第２流路１４０の上部に流入し、第２流路１４０の上部に流入した流体は、第１流路１３０の下部に向かって移動できる。
【0035】
これによって、流路１３０、１４０は、第１流路１３０および第２流路１４０を含むことで、流路１３０、１４０に流入した流体が第１流路１３０および第２流路１４０を順次に移動可能で、流体の移動経路を長く形成することができる。また、長く形成された流体の移動経路によって、流路１３０、１４０の内部に流体が流入している時間を増加させることができる。さらに、ゼリーロール電極組立体１１０に対する冷却性能も向上できる。
【0036】
これとともに、流路１３０、１４０は第１流路１３０と第２流路１４０は、それぞれの上部を通して流体が移動可能で、第１流路１３０および第２流路１４０によって形成される移動経路がより長く形成される。また、電池ケースの外面に隣接したゼリーロール電極組立体１１０の中心部だけでなく、ゼリーロール電極組立体１１０の中心部の上端に対しても冷却が容易に行われる。
【0037】
図１および図２を参照すれば、第１流路１３０および第２流路１４０の直径は、ゼリーロール電極組立体１１０の中心部の直径より小さい。特に、第１流路１３０の直径は、ゼリーロール電極組立体１１０の中心部の直径より小さく、第２流路１４０の直径は、第１流路１３０の直径より小さい。また、第１流路１３０および第２流路１４０の高さは、ゼリーロール電極組立体１１０の高さより小さい。特に、第１流路１３０の高さは、ゼリーロール電極組立体１１０の高さより小さく、第２流路１４０の高さは、第１流路１３０の高さより小さい。
【0038】
図１および図２を参照すれば、本実施例による二次電池１００は、第１流路１３０と第２流路１４０との間に少なくとも２つの連結部１５０が位置することができる。また、連結部１５０は、第１流路１３０または第２流路１４０の下部から上部まで延びていてもよい。
【0039】
これによって、連結部１５０は、第１流路１３０および第２流路１４０に流入または移動する流体を妨げることなく、第１流路１３０に第２流路１４０を固定させることができる。
【0040】
一例として、連結部１５０は、冷却フィンのような素材からなる。ただし、連結部１５０の素材は、冷却フィンに限定されるものではなく、熱伝導性の高い部材であれば、本実施例に含まれる。
【0041】
これによって、連結部１５０は、第１流路１３０および第２流路１４０を互いに固定する効果以外にも、連結部１５０に沿って移動する流体の移動時間を増加させることができ、これによる冷却性能も向上できる。これとともに、連結部１５０は、第１流路１３０および第２流路１４０にすべて接していて、第１流路１３０および第２流路１４０内に移動する流体による冷却性能もより向上できる。
【0042】
図３は、図１の二次電池に外部ノズルが結合された構造を示す図である。図３を参照すれば、本実施例による二次電池１００において、第２流路１４０の下部にノズル２００が連結される。ここで、ノズル２００は、第２流路１４０の内部に正圧または負圧を印加することができる。
【0043】
図３の（ａ）を参照すれば、ノズル２００が第２流路１４０の内部に負圧を印加する場合に、第２流路１４０の内部にあった流体がノズル２００によって第２流路１４０の下部に移動し、第１流路１３０の上部にあった流体は第２流路１４０の上部を満たす。これによって、第１流路１３０の下部にある流体も第１流路１３０の上部に移動し、第１流路１３０の下部は、外部にある流体を第１流路の内部に移動させるようにする。
【0044】
これと同様に、図３の（ｂ）を参照すれば、ノズル２００が第２流路１４０の内部に正圧を印加する場合に、第２流路１４０の内部にあった流体がノズル２００によって第２流路１４０の上部に移動し、第１流路１３０の上部にあった流体は第１流路１４０の下部に移動する。これによって、第１流路１３０の下部にある流体は外部に移動する。
【0045】
これによって、本実施例による二次電池１００は、流路１３０、１４０にノズル１５０が連結されて正圧または負圧が印加される場合、流路１３０、１４０の内部にある流体は、第１流路１３０および第２流路１４０によって形成された移動経路を通して移動することができる。これによって、流路１３０、１４０に隣接して位置したゼリーロール電極組立体１１０の中心部に対する冷却が円滑に行われ、ノズル１５０から加えられる圧力によってこのような冷却性能はより向上できる。
【0046】
【0047】
【0048】
一例として、突出部１３５は、第１流路１３０上に形成されている。ここで、突出部１３５は、第１流路１３０上に形成され、第２流路１４０に向かって突出していてもよい。これによって、突出部１３５は、ゼリーロール電極組立体１１０と隣接した第１流路１３０上に形成されて、ゼリーロール電極組立体１１０に対する冷却性能がより向上できる。
【0049】
ただし、突出部１３５の位置はこれに限定されず、その他にも第１流路１３０および第２流路１４０上にすべて形成されていてもよい。
【0050】
より具体的には、突出部１３５の高さは、第１流路１３０と第２流路１４０との間の間隔より小さい。これによって、第１流路１３０は、突出部１３５を含むことで、第１流路１３０と第２流路１４０との間に流れる流体の移動時間を増加させることができ、これによる冷却性能も向上できる。
【0051】
また、突出部１３５は、少なくとも２つの突起を含むことができる。前記少なくとも２つの突起は、同一の距離で互いに離隔していてもよい。これによって、本実施例による二次電池１００は、第１流路１３０と第２流路１４０との間に流れる流体による冷却程度が均一であり得る。ただし、これに限定されるものではなく、前記少なくとも２つの突起は、非対称にあるいは不均一な距離で離隔していてもよい。
【0052】
さらに、突出部１３５は、少なくとも２つの突起を含み、前記突起は、冷却フィンからなる。これによって、本実施例による二次電池１００は、第１流路１３０と第２流路１４０との間に流れる流体による冷却性能をより向上させることができる。
【0053】
また、図４および図５を参照すれば、突出部１３５が少なくとも２つの突起を含み、前記突起は、直線形状または半円形状であってもよい。より好ましくは、前記突起は、角が緩やかに形成されていてもよい。これによって、本実施例による二次電池１００は、第１流路１３０と第２流路１４０との間に流れる流体が特定の部分で停滞せず、容易に移動することができる。
【0054】
図６は、本発明の他の実施例による二次電池に含まれている流路の断面を概略的に示す断面図である。
【0055】
図６の（ａ）を参照すれば、本実施例による二次電池は、第１流路１３０および第２流路１４０の間に沿ってスクリュー（Ｓｃｒｅｗ）形態に延びている突出部１３５が形成されている。より具体的には、突出部１３５は、第１流路１３０および第２流路１４０の間に沿って斜線方向に延びていてもよい。
【0056】
これによって、突出部１３５が第１流路１３０および第２流路１４０の間に沿って延びている長さを最大化可能で、第１流路１３０と第２流路１４０との間に流れる流体の移動時間を増加させることができる。つまり、注入した流体量対比の流体と第１流路１３０との間の接触時間を効果的に増加させることが可能で、これによる冷却性能も向上できる。
【0057】
図６の（ｂ）を参照すれば、本実施例による二次電池は、第１流路１３０および第２流路１４０の間に突出部１３５が形成され、突出部１３５は、長方形板状の突起を少なくとも２つ含むことができる。この時、図４および図５と同様に、それぞれの突起は、互いに同一の距離で離隔していてもよい。ただし、これに限定されるものではなく、前記それぞれの突起は、非対称にあるいは不均一な距離で離隔していてもよい。
【0058】
これによって、突出部１３５は、板状の突起を含むことで、第１流路１３０および第２流路１４０の間に流れる流体との接触面積を増加させることができ、これによる冷却性能も向上できる。これとともに、突出部１３５は、ゼリーロール電極組立体１１０と隣接した第１流路１３０上に形成されて、ゼリーロール電極組立体１１０に対する冷却性能がより向上できる。
【0059】
図６の（ｃ）を参照すれば、本実施例による二次電池は、第１流路１３０および第２流路１４０の間に突出部１３５が形成され、突出部１３５は、第１流路１３０に沿って延びている形態であってもよい。この時、突出部１３５は、第２流路１３０とは離隔して位置することができる。
【0060】
これによって、突出部１３５は、第１流路１３０に沿って延びた形態を有し、第１流路１３０および第２流路１４０の間に流れる流体との接触面積を最大化することができ、これによる冷却性能も向上できる。これとともに、突出部１３５は、ゼリーロール電極組立体１１０と隣接した第１流路１３０上に形成されて、ゼリーロール電極組立体１１０に対する冷却性能がより向上できる。
【0061】
上述した二次電池は、多様なデバイスに適用可能である。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用できるが、これに制限されず、二次電池を使用できる多様なデバイスに適用可能である。
【0062】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【0063】
１００：二次電池
１１０：ゼリーロール電極組立体
１２０：電池ケース
１３０：第１流路
１４０：第２流路
１５０：連結部
２００：ノズル
１１０：ゼリーロール電極組立体
１２０：電池ケース
１３０：第１流路
１４０：第２流路
１５０：連結部
２００：ノズル
【図1】
【図2】
【図3(a)】
【図3(b)】
【図4】
【図5】
【図6(a)】
【図6(b)】
【図6(c)】