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JP7528252B2 - 電池セル及びそれを製造する電池セル製造装置 - Google Patents

電池セル及びそれを製造する電池セル製造装置 Download PDF

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JP7528252B2 JP2022563475A JP2022563475A JP7528252B2 JP 7528252 B2 JP7528252 B2 JP 7528252B2 JP 2022563475 A JP2022563475 A JP 2022563475A JP 2022563475 A JP2022563475 A JP 2022563475A JP 7528252 B2 JP7528252 B2 JP 7528252B2
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Description

本出願は、２０２１年３月８日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００３０３９９号に基づく優先権を主張する。
本発明は、電池セル及びそれを製造する電池セル製造装置に関し、より具体的には、製造工程が容易でありながらも、電池セルの内部で発生したガスの外部排出能が向上した電池セル及びそれを製造する電池セル製造装置に関する。
モバイル機器に対する技術開発及び需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急増している。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のエネルギー源としても多くの関心を集めている。
このような二次電池は、電池ケースの形状によって、電極組立体が円筒型または角形の金属缶に収納されている円筒型電池及び角形電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートからなるパウチ型ケースに収納されているパウチ型電池とに分けられる。ここで、電池ケースに収納される電極組立体は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在された分離膜を備え、充放電が可能な発電素子であって、活物質が塗布された長尺シート型の正極と負極との間に分離膜を介在して巻き取ったゼリーロール型と、複数の正極と負極とを、分離膜を介在した状態で順次に積層した積層型とに分けられる。
中でも、特に積層型または積層／折畳み型電極組立体をアルミニウムラミネートシートからなるパウチ型電池ケースに収納した構造のパウチ型電池は、製造コストが低くて軽量であり、変形が容易であるなどの理由から使用量が次第に増加している。
図１は、従来の電池セルの上面図である。図２は、図１のａ－ａ’に沿った断面図である。図１及び図２を参照すると、従来の電池セル１０は、電極組立体１１が収納部２１に取り付けられ、外周辺が密封された構造のシーリング部２５を含む電池ケース２０を含む。ここで、シーリング部２５を通って電池ケース２０の外側に突出している電極リード３０を含み、電極リード３０の上下部とシーリング部２５との間にはリードフィルム４０が位置する。
しかし、近年、電池セルのエネルギー密度の増加とともに、電池セルの内部で発生するガスの量も増加するという問題がある。従来の電池セル１０の場合、電池セルの内部で発生したガスを排出する部品が含まれておらず、電池セルにガス発生によるベンティング現象が生じ得る。さらに、ベンティング現象によって損傷された電池セルの内部に水分が浸透して副反応が引き起こされ、電池性能の低下及びさらなるガスの発生につながるおそれがある。そこで、電池セルの内部で発生したガスの外部排出能が向上した電池セルに対する開発要求が高まっている。
本発明が解決しようとする課題は、製造工程が容易でありながらも、電池セルの内部で発生したガスの外部排出能が向上した電池セル及びそれを製造する電池セル製造装置を提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、上述した課題に制限されず、言及されていない課題は、本明細書及び添付される図面から当業者に明確に理解されるであろう。
本発明の一態様による電池セルは、電極組立体が取り付けられる収納部、及び該収納部の外周辺が密封されて形成されるシーリング部を含む電池ケースと、前記電極組立体に含まれた電極タブと電気的に接続され、前記シーリング部を通って前記電池ケースの外側に突出している電極リードと、前記電極リードの上部及び下部の少なくとも一方において、前記シーリング部に対応する部分に位置するリードフィルムと、を含み、前記リードフィルムの一面に非接着部が形成され、前記非接着部は前記電極リードの外面に対向する。
前記非接着部は、前記電極リードの突出方向に沿って延設され得る。
前記電極リードの突出方向を基準にして、前記非接着部の一端部は前記シーリング部の内側面よりも内側に位置し、前記非接着部の他端部は前記シーリング部の外側面よりも外側に位置し得る。
前記シーリング部の外側面よりも外側に位置する前記非接着部の面積は、前記シーリング部の内側面よりも内側に位置する前記非接着部の面積よりも大きくなり得る。
前記非接着部は、円形状または長方形状であり得る。
前記非接着部は、互いに連結されている第１非接着部及び第２非接着部を含み、前記第１非接着部は前記非接着部の長手方向に沿って延設され、前記第２非接着部は前記電極リードの突出方向に沿って延設され得る。
前記第１非接着部の長さは、前記電極リードの幅よりも短く、前記第２非接着部の長さは、前記リードフィルムの幅よりも短くなり得る。
前記リードフィルムは、第１リードフィルム及び第２リードフィルムを含み得、前記第１リードフィルムは前記電極リードの上部に位置し得、前記第２リードフィルムは前記電極リードの下部に位置し得る。
前記電極リードは、前記第１リードフィルムと前記第２リードフィルムとの間に位置し得、前記第１リードフィルムと前記第２リードフィルムとは一体化され得る。
前記第１リードフィルム及び前記第２リードフィルムの少なくとも一つに前記非接着部が形成され得る。
前記電極リードの外面に表面変形部が形成され、前記表面変形部の少なくとも一部は前記非接着部に対向し得る。
前記表面変形部は、前記電極リードの外面の一部が除去されて形成され得る。
前記表面変形部は、前記電極リードの突出方向に沿って延設され得る。
前記電極リードの突出方向を基準にして、前記表面変形部の一端部は前記シーリング部の内側面よりも内側に位置し、前記表面変形部の他端部は前記シーリング部の外側面よりも外側に位置し得る。
前記シーリング部の外側面よりも外側に位置する前記表面変形部の面積は、前記シーリング部の内側面よりも内側に位置する前記表面変形部の面積よりも大きくなり得る。
前記表面変形部と前記非接着部とは、同じ形状を有し得る。
前記電極リードの外面にコーティング層が形成されており、前記表面変形部は、前記コーティング層のうちの一部が除去されて形成され得る。
前記コーティング層は、金属物質からなり得る。
前記金属物質は、クロム及びニッケルの少なくとも一つを含み得る。
前記リードフィルムのガス透過度（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）は、６０℃で２０～６０バーラー（ｂａｒｒｅｒ）であり得る。
前記リードフィルムの水分浸透量は、２５℃及び５０％ＲＨで１０年の間に０．０２～０．２ｇであり得る。
前記リードフィルムは、ポリプロピレンを含み得る。
前記非接着部部分でのリードフィルムの厚さは、１００～３００μｍであり得る。
前記非接着部の他端部と前記リードフィルムの最外側端部との間の幅は、２ｍｍ以上であり得る。
本発明の他の一態様による電池セル製造装置は、上述した電池セルを製造する装置であって、前記電極リードと前記リードフィルムとを一緒に加圧する治具を含み、前記治具は、前記リードフィルムと対向する一面上に凹部を含み、前記治具が前記リードフィルムを加圧して、前記凹部と対向する前記リードフィルムの一面と同じ垂直線上にある前記リードフィルムの他面に前記非接着部が形成され、前記非接着部は前記凹部と同じ形状で形成される。
前記凹部は、前記治具の一面をエッチングして形成され得る。
前記電極リードの外面に表面変形部が形成されており、前記表面変形部の少なくとも一部は、前記凹部と対向する位置に形成され得る。
前記表面変形部は、前記凹部の形状と同じ形状を有し得る。
本発明の実施形態によれば、非接着部が形成されているリードフィルムを含む電池セル及びそれを製造する電池セル製造装置を提供し、製造工程が容易でありながらも、電池セルの内部で発生したガスの外部排出能を向上させることができる。
本発明の効果は上述した効果に制限されず、言及されていない効果は本明細書及び添付される図面から当業者に明確に理解されるであろう。
従来の電池セルの上面図である。 図１のａ－ａ’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による電池セルの上面図である。 図３の電池セルに含まれた電極リードの斜視図である。 図４のｃ－ｃ’に沿った断面図である。 図４のｄ－ｄ’に沿った断面図である。 図３に示された電池セルの電極リード及びリードフィルムをそれぞれ拡大した図である。 図３のｂ－ｂ’に沿った断面図である。 本発明の他の一実施形態による電池セル製造装置によって電極リードとリードフィルムとが接着される過程を示した図である。 図９のｅ－ｅ’及びｆ－ｆ’に沿ったそれぞれの断面図である。 図１０に示された電極リードに表面変形部が形成されていない場合を示した断面図である。
以下、図面を参照して本発明の多様な実施形態について当業者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は、様々な異なる形態で具現でき、後述する実施形態に限定されるものではない。
本発明を明確に説明するため、説明と関係ない部分は省略し、明細書の全体を通して同一または類似の構成要素に対しては、同じ参照符号を付することにする。
また、図示された各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜上、任意に示されているため、本発明が図示によって限定されることはない。図面においては、多様な層及び領域を明確に示すため、厚さを拡大して示している。そして、図面において、説明の便宜上、一部の層及び領域の厚さを誇張して示している。
また、明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
また、明細書の全体において、「平面図」とするとき、これは対象部分を上方から眺めた場合を意味し、「断面図」とするとき、これは対象部分を垂直に切った断面を側方から眺めた場合を意味する。
以下、本発明の一実施形態によるパウチ電池セル１００について説明する。但し、パウチ電池セル１００の両側面のうちの一側面を基準にして説明するが、必ずしもこれに限定されるものではなく、他側面の場合にも同一または類似の説明が適用され得る。
図３は、本発明の一実施形態による電池セルの上面図である。
図３を参照すると、本実施形態による電池セル１００は、電池ケース２００、電極リード３００、及びリードフィルム４００を含む。
電池ケース２００は、電極組立体１１０が収納部２１０に取り付けられ、外周辺が密封された構造のシーリング部２５０を含む。前記シーリング部２５０は、熱またはレーザーなどによって密封され得る。電池ケース２００は、樹脂層及び金属層を含むラミネートシートからなり得る。より具体的には、電池ケース２００は、ラミネートシートからなり、最外郭を成す外側樹脂層、物質の通過を防止する遮断性金属層、及び密封のための内側樹脂層で構成され得る。
また、電極組立体１１０は、ゼリーロール型（巻取型）、積層型（スタック型）、または複合型（積層／折畳み型）の構造からなり得る。より具体的には、電極組立体１１０は、正極、負極、これらの間に配置される分離膜からなり得る。
以下、電極リード３００及びリードフィルム４００を中心に説明する。
図４は、図３の電池セルに含まれた電極リードの斜視図である。
図３及び図４を参照すると、電極リード３００は、電極組立体１１０に含まれた電極タブ（図示せず）と電気的に接続され、シーリング部２５０を通って電池ケース２００の外側に突出している。また、リードフィルム４００は、電極リード３００の上部及び下部の少なくとも一方において、シーリング部２５０に対応する部分に位置する。これにより、リードフィルム４００は、熱融着時に電極リード３００で短絡が発生することを防止するとともに、シーリング部２５０と電極リード３００との密封性を向上させることができる。
図５は図４のｃ－ｃ’に沿った断面図であり、図６は図４のｄ－ｄ’に沿った断面図である。
図５及び図６を参照すると、本実施形態において、リードフィルム４００の一面には非接着部４５０が形成されており、非接着部４５０は電極リード３００の外面に対向し得る。より具体的には、リードフィルム４００において、電極リード３００と接するリードフィルム４００の一面に非接着部４５０が形成され得る。
ここで、非接着部４５０は、リードフィルム４００と電極リード３００とが熱融着によって密封される過程で形成され得る。より具体的には、非接着部４５０は、リードフィルム４００と電極リード３００とが接するが、リードフィルム４００に加えられる熱及び／または圧力が相対的に少ない部分であり得る。すなわち、リードフィルム４００において非接着部４５０は、電極リード３００に対する接着力が相対的に弱い部分であって、電極リード３００とリードフィルム４００との間の非接着部分であり得る。換言すると、非接着部４５０は、リードフィルム４００と電極リード３００との間の非接着部分であって、気体が流動可能なガス排出通路の役割を果たすことができる。
但し、図５及び図６には非接着部４５０の厚さを多少誇張して図示しているが、実際に非接着部４５０は、肉眼で見たとき、リードフィルム４００の外観の変形がなくてもよい。
一例として、非接着部４５０は、電極リード３００とリードフィルム４００とが互いに当接するが、接着されていない部分であり得る。他の一例として、非接着部４５０は０．０１μｍ～数百μｍの厚さを有し得る。但し、非接着部４５０の厚さはこれに限定されるものではなく、電極リード３００とリードフィルム４００との間の気密性及び耐久性に影響を及ぼすことなく接着力を弱化させる厚さであり得る。
より具体的には、電池セル１００の内部圧力は非接着部４５０の内部圧力よりも高く、これによる圧力差がガスの推進力（ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）として作用する。このとき、電池セル１００の内部で発生したガスは、上述した圧力差によって非接着部４５０内に流れ得る。また、非接着部４５０の内部には電池セル１００の内部から流れ込んだガスによって外部圧力との差が生じ、非接着部４５０の内部に流れ込んだガスは外部へと排出され得る。
これにより、本実施形態による電池セル１００において、電池ケース２００の内部で発生したガスは非接着部４５０の内部との圧力差によって非接着部４５０に流れ、非接着部４５０に流れ込んだガスは外部との圧力差によって外部に向かって排出され得る。
さらに、本発明の一実施形態によれば、非接着部４５０の厚さ、位置、形状などによって、パウチ内のガス排出度とパウチの気密性及び耐久性を調節することができる。
一例として、図５及び図６を参照すると、リードフィルム４００は、電極リード３００を基準にして上部及び下部にそれぞれ位置する第１リードフィルム及び第２リードフィルムを含み得る。また、前記第１リードフィルムと前記第２リードフィルムとは一体化され得る。例えば、第１リードフィルムと前記第２リードフィルムとは、熱またはレーザーなどによって熱融着されて一体化され得る。これにより、リードフィルム４００は、電極リード３００の側面が外部に露出することを防止するとともに、シーリング部２５０と電極リード３００との密封性を向上させることができる。
また、リードフィルム４００において、図５の（ａ）及び図６の（ａ）のように、前記第１リードフィルム及び前記第２リードフィルムの少なくとも一つに非接着部４５０が位置し得る。また、図５の（ｂ）及び図６の（ｂ）のように、前記第１リードフィルム及び前記第２リードフィルムに非接着部４５０がそれぞれ位置し得る。
但し、非接着部４５０の個数は上述した内容に限定されず、リードフィルム４００に適切な個数で形成され得る。
これにより、リードフィルム４００に形成されている非接着部４５０の個数を調節することで、電極リード３００とリードフィルム４００との間の耐久性及び気密性を制御することができる。また、必要に応じて非接着部４５０の個数を最小化し、製造工程を簡便にし、コストを節減することができる。
図５及び図６を参照すると、本発明の他の実施形態による電池セル１００は、電極リード３００の外面に形成されている表面変形部３５０をさらに含み得る。ここで、表面変形部３５０の少なくとも一部は非接着部４５０に対向し得る。すなわち、電極リード３００において、表面変形部３５０は、非接着部４５０が電極リード３００に対向する面と同一またはそれよりも大きい面積で形成され得る。
これにより、表面変形部３５０は、後述する電池セル製造装置１０００（図９）によって非接着部４５０が形成される過程で、表面変形部３５０の形成された電極リード３００の部分がリードフィルム４００と接しないため、非接着部４５０内にリードフィルム４００の一部が押し込まれる現象の発生を防止することができる。さらに、非接着部４５０とともに、表面変形部３５０は電池ケース２００内のガスの排出経路として作用し、内部ガスの排出効率をより高めることができる。
より具体的には、電極リード３００において、電極リード３００の外面に表面変形部３５０が形成され、表面変形部３５０はリードフィルム４００と電極リード３００との間に位置する。より具体的には、電極リード３００において、表面変形部３５０は非接着部４５０に対応する位置に形成され得る。
表面変形部３５０は、電極リード３００の外面の一部が除去されて形成され得る。但し、図５及び図６には表面変形部３５０の厚さを多少誇張して図示しているが、実際に肉眼では電極リード３００の外観の変形が殆ど見えない程度の厚さで表面変形部３５０が形成され得る。
一例として、表面変形部３５０は、０．０１μｍ～数百μｍの厚さを有し得る。但し、表面変形部３５０の厚さはこれに限定されるものではなく、電極リード３００とリードフィルム４００との間の気密性及び耐久性に影響を及ぼさず、且つ、リードフィルム４００が押し込まれる現象を防止できる厚さであれば、適用可能である。
これにより、シーリング部２５０、電極リード３００、及びリードフィルム４００などが熱融着によって密封される過程で電極リード３００とリードフィルム４００とが互いに接着されるが、表面変形部３５０によって電極リード３００とリードフィルム４００との間の一部が離隔しているため、リードフィルム４００の非接着部４５０とともに気体が流動可能なガス排出通路の役割を果たすことができる。
より具体的には、電池セル１００の内部圧力は表面変形部３５０及び非接着部４５０に形成された空間の内部圧力よりも高く、これによる圧力差がガスの推進力として作用する。このとき、電池セル１００の内部で発生したガスは、上述した圧力差によって表面変形部３５０及び非接着部４５０に形成された空間内に流れ得る。また、表面変形部３５０及び非接着部４５０に形成された空間には電池セル１００の内部から流れ込んだガスによって外部圧力との差が生じ、表面変形部３５０及び非接着部４５０に形成された空間の内部に流れ込んだガスが外部へと排出され得る。
さらに、本発明の一実施形態によれば、表面変形部３５０の厚さ、位置、形状などによって、非接着部４５０の内部への押し込み現象が制御されることで、非接着部４５０の位置及び大きさなどを調節できる。また、表面変形部３５０及び非接着部４５０に形成された空間によるパウチ内のガス排出度とパウチの気密性及び耐久性も調節することができる。
一例として、電極リード３００の外面にはコーティング層（図示せず）が形成され得る。ここで、前記コーティング層（図示せず）は、電極リード３００の外面がコーティングされて形成される層であり得る。ここで、表面変形部３５０は、前記コーティング層（図示せず）の一部が除去されて形成され得る。
より具体的には、表面変形部３５０は、前記コーティング層（図示せず）または前記電極リード３００の表面がレーザー、ＵＶオゾン（ＵｖＯ）処理、スパッタリングなどによってエッチングされて形成され得る。但し、エッチング方式がこれに制限されることはなく、電極リード３００の表面を加工して所定の形状を形成できる工程であれば適用可能である。ここで、説明の便宜上、前記コーティング層は図示されておらず、表面変形部３５０の両側面に位置する電極リード３００の外面が前記コーティング層（図示せず）として説明され得る。
一例として、前記コーティング層（図示せず）は、金属物質からなり得る。より具体的には、前記金属物質はクロム及びニッケルの少なくとも一つを含み得る。但し、前記コーティング層（図示せず）は、これに限定されるものではなく、電極リード３００の外面に一般にコーティングされている物質を含み得る。
これにより、表面変形部３５０は、電極リード３００の外面に形成された前記コーティング層（図示せず）が除去されて形成されるため、比較的に簡単な製造工程を通じて製造できるだけでなく、追加的な部品を必要としないという利点がある。また、電極リード３００の外面に形成された前記コーティング層（図示せず）が除去されて表面変形部３５０が形成される場合、実際に表面変形部３５０を肉眼で見たとき電極リード３００の外観変形を最小化することができる。
他の一例として、表面変形部３５０は、電極リード３００の外面の一部が除去されて形成され得る。一例として、表面変形部３５０は、電極リード３００の外面に該当する部分自体が除去されて形成され得る。すなわち、電極リード３００の外面は、表面変形部３５０によって段差構造を有し得る。
より具体的には、表面変形部３５０は、電極リード３００の外面をレーザー、ＵＶオゾン（ＵｖＯ）処理、スパッタリングなどによってエッチングして形成し得る。但し、表面変形部３５０のエッチング方式がこれに制限されることはなく、電極リード３００の表面を加工して所定の形状を形成できる工程であれば適用可能である。
このように、表面変形部３５０は、電極リード３００の外面が除去されて形成されるため、比較的に簡単な製造工程を通じて製造できるだけでなく、追加的な部品を必要としないという利点がある。
一例として、リードフィルム４００において非接着部４５０が位置する面を基準にして、電極リード３００の上面または電極リード３００の下面の少なくとも一つに表面変形部３５０が位置し得る。図５の（ａ）及び図６の（ａ）のように、前記第１リードフィルムに非接着部４５０が位置する場合、電極リード３００の上面に表面変形部３５０が位置し得る。逆に、前記第２リードフィルムに非接着部４５０が位置する場合、電極リード３００の下面に表面変形部３５０が位置し得る。また、図５の（ｂ）及び図６の（ｂ）のように、前記第１リードフィルム及び前記第２リードフィルムに非接着部４５０がそれぞれ位置する場合、表面変形部３５０は、電極リード３００の上下面にそれぞれ位置し得る。但し、表面変形部３５０の個数は上述した内容に限定されず、電極リード３００の外面に適切な個数で形成され得る。
このように、非接着部４５０に対応して表面変形部３５０の個数及び位置を調節できるので、非接着部４５０で発生するリードフィルム４００の押し込み現象を防止することができる。また、非接着部４５０とともにガス排出経路として作用して電池セル１００内部のガス排出量を効果的に増大させることができる。
図７は、図３に示された電池セルの電極リード及びリードフィルムをそれぞれ拡大した図である。
図５～図７を参照すると、非接着部４５０は、電極リード３００の突出方向に沿って延設されている。換言すると、電極リード３００の突出方向を基準にして、シーリング部２５０の外側に隣接して位置する非接着部４５０の端部は、リードフィルム４００の端部よりも内側に位置し得る。
また、非接着部４５０の幅は、リードフィルム４００の幅よりも狭くなり得る。本明細書において、非接着部４５０の幅とは、電極リード３００の突出方向を基準にして非接着部４５０の一端と他端との間の距離の最大値を意味し、リードフィルム４００の幅とは、電極リード３００の突出方向を基準にしてリードフィルム４００の一端と他端との間の距離の最大値を意味する。また、非接着部４５０は、電極リード３００の突出方向を基準にしてリードフィルム４００の一端部と他端部との間に位置し得る。
また、非接着部４５０は、電極リード３００の突出方向の垂直方向に延設され、非接着部４５０の長さは電極リード３００の幅よりも短くなり得る。本明細書において、非接着部４５０の長とは、電極リード３００の突出方向の垂直方向を基準にして非接着部４５０の一端と他端との間の距離の最大値を意味し、電極リード３００の幅とは、電極リード３００の突出方向の垂直方向を基準にして電極リード３００の一端と他端との間の距離の最大値を意味する。
一例として、図７の（ａ）及び図７の（ｃ）を参照すると、非接着部４５０は、円形状または長方形状であり得る。他の一例として、図７の（ｂ）を参照すると、非接着部４５０は、互いに連結されている第１非接着部４５０ａ及び第２非接着部４５０ｂを含み、第１非接着部４５０ａはシーリング部２５０の長手方向に沿って延設され得、第２非接着部４５０ｂは電極リード３００の突出方向に沿って延設され得る。本明細書において、シーリング部２５０の長手方向とは、電極リード３００の突出方向の垂直方向を意味する。
ここで、第１非接着部４５０ａの長さは電極リード３００の幅よりも短く、第２非接着部４５０ｂの長さはリードフィルム４００の幅よりも短くなり得る。本明細書において、第１非接着部４５０ａの長さとは、電極リード３００の突出方向の垂直方向を基準にして第１非接着部４５０ａの一端と他端との間の距離の最大値を意味し、第２非接着部４５０ｂの長さとは、電極リード３００の突出方向を基準にして第２非接着部４５０ｂの一端と他端との間の距離の最大値を意味する。
但し、非接着部４５０の形状は上述した内容に限定されず、リードフィルム４００の外面に適切な形状で形成され得る。
これにより、リードフィルム４００の外面に形成されている非接着部４５０の形状を調節して、電極リード３００とリードフィルム４００との間の耐久性及び気密性を制御することができる。また、必要に応じて非接着部４５０の形状を変えて、製造工程を簡便にし、コストを節減することができる。
図５～図７を参照すると、本発明の他の実施形態による電池セル１００は、電極リード３００の外面に形成されている表面変形部３５０をさらに含み得る。ここで、表面変形部３５０は、電極リード３００の突出方向に沿って延設されており、電極リード３００の突出方向を基準にして、シーリング部２５０の外側に隣接して位置する表面変形部３５０の端部は、前記リードフィルム４００の端部よりも内側に位置し得る。本明細書において、シーリング部２５０の外側とは、電池ケース２００の外部に隣接したシーリング部２５０の端部を意味する。また、「リードフィルム４００の端部よりも内側」とは、電池ケース２００の外部に隣接したリードフィルム４００の端部よりも電池ケース２００の内部方向を意味する。
より具体的には、表面変形部３５０の幅は、リードフィルム４００の幅よりも狭くなり得る。本明細書において、表面変形部３５０の幅とは、電極リード３００の突出方向を基準にして表面変形部３５０の一端と他端との間の距離の最大値を意味する。また、表面変形部３５０は、電極リード３００の突出方向を基準にしてリードフィルム４００の一端部と他端部との間に位置し得る。
また、表面変形部３５０は、電極リード３００の突出方向の垂直方向に延設され、表面変形部３５０の長さは電極リード３００の幅よりも短くなり得る。本明細書において、表面変形部３５０の長さとは、電極リード３００の突出方向の垂直方向を基準にして表面変形部３５０の一端と他端との間の距離の最大値を意味する。
ここで、表面変形部３５０は、非接着部４５０と同一または類似の形状を有し得る。
一例として、図７の（ａ）及び図７の（ｃ）を参照すると、表面変形部３５０は、非接着部４５０と同様に、円形状または長方形状であり得る。他の一例として、図７の（ｂ）を参照すると、表面変形部３５０は、互いに連結されている第１表面変形部３５０ａ及び第２表面変形部３５０ｂを含み、第１表面変形部３５０ａはシーリング部の長手方向に沿って延設され、第２表面変形部３５０ｂは電極リードの突出方向に沿って延設され得る。ここで、第１表面変形部３５０ａの形状は前記第１非接着部４５０ａの形状と対応し、前記第２表面変形部３５０ｂの形状は前記第２非接着部４５０ｂの形状と対応し得る。
一例として、第１表面変形部３５０ａの幅は、第１非接着部４５０ａの幅よりも広いか又は同一であり、第２表面変形部３５０ｂの幅は、第２非接着部４５０ｂの幅よりも広いか又は同一であり得る。本明細書において、第１表面変形部３５０ａの幅とは、電極リード３００の突出方向を基準にして第１表面変形部３５０ａの一端と他端との間の距離の最大値を意味し、第１非接着部４５０ａの幅とは、電極リード３００の突出方向を基準にして第１非接着部４５０ａの一端と他端との間の距離の最大値を意味する。第２表面変形部３５０ｂの幅とは、電極リード３００の突出方向の垂直方向を基準にして第２表面変形部３５０ｂの一端と他端との間の距離の最大値を意味し、第２非接着部４５０ｂの幅とは、電極リード３００の突出方向の垂直方向を基準にして第２非接着部４５０ｂの一端と他端との間の距離の最大値を意味する。
但し、表面変形部３５０の形状は上述した内容に限定されず、非接着部４５０と対応する形状で適切に形成され得る。
このように、非接着部４５０に対応して表面変形部３５０の形状を調節することで、非接着部４５０で発生するリードフィルム４００の押し込み現象を防止でき、電池セル１００内部のガス排出量を効果的に増大させることができる。
図８は、図３のｂ－ｂ’に沿った断面図である。
図８を参照すると、本発明の一実施形態において、電極リード３００の突出方向を基準にして、非接着部４５０の一端部はシーリング部２５０の内側面よりも内側に位置し、非接着部４５０の他端部はシーリング部２５０の外側面よりも外側に位置し得る。本明細書において、前記シーリング部２５０の内側面とは、電池ケース２００の内部に隣接したシーリング部２５０の端部を意味し、「シーリング部２５０の内側面よりも内側に位置する」とは、シーリング部２５０の内側面よりも電池ケース２００の内部側に位置することを意味する。非接着部４５０の一端部がシーリング部２５０の内側面よりも内側に位置する場合、シーリング部２５０による干渉を受けず、非接着部４５０にガスがより容易に流れ込むことができる。また、前記シーリング部２５０の外側面とは、電池ケース２００の外部に隣接したシーリング部２５０の端部を意味し、「シーリング部２５０の外側面よりも外側に位置する」とは、シーリング部２５０の外側面よりも電池ケース２００の外部側に位置することを意味する。非接着部４５０の他端部がシーリング部２５０の外側面よりも外側に位置する場合、非接着部４５０に流れ込んだガスがより容易に外部へと排出される。例えば、非接着部４５０の他端部がシーリング部２５０による干渉を受けず、非接着部４５０に流れ込んだガスがより容易に外部へと排出される。
このように、電池セル１００の内部で発生したガスは、非接着部４５０に向かって流れ、非接着部４５０に流れ込んだガスは外部に向かって容易に排出できる。また、電池セル１００の内部で発生したガスの外部排出量も増加することができる。
また、本発明の他の実施形態において、電池セル１００は電極リード３００の外面に形成されている表面変形部３５０をさらに含み得る。ここで、電極リード３００の突出方向を基準にして、表面変形部３５０の一端部はシーリング部２５０の内側面よりも内側に位置し得、電極リード３００の突出方向を基準にして、表面変形部３５０の他端部はシーリング部２５０の外側面よりも外側に位置し得る。表面変形部３５０の一端部がシーリング部２５０の内側面よりも内側に位置する場合、シーリング部２５０による干渉を受けず、表面変形部３５０にガスがより容易に流れ込むことができる。表面変形部３５０の他端部がシーリング部２５０の外側面よりも外側に位置する場合、表面変形部３５０に流れ込んだガスがより容易に外部へと排出される。例えば、表面変形部３５０の他端部がシーリング部２５０による干渉を受けず、表面変形部３５０に流れ込んだガスがより容易に外部へと排出される。
このように、電池セル１００の内部で発生したガスは、表面変形部３５０及び／または非接着部４５０に向かって流れ、表面変形部３５０及び／または非接着部４５０に流れ込んだガスは外部に向かって容易に排出できる。また、電池セル１００の内部で発生したガスの外部排出量も増加することができる。
さらに、表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の両端部が電池ケース２００の内部及び電池ケース２００の外部に露出するため、電池ケース２００の内部で発生したガスが表面変形部３５０及び／または非接着部４５０内に流れ込み易く、表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の外部への排出がより容易になる。
具体的には、表面変形部３５０及び／または非接着部４５０に流れ込んだガスは、表面変形部３５０及び／または非接着部４５０上のリードフィルム４００を通ってＺ軸方向に沿って排出され得る。例えば、表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の他端部がシーリング部２５０の外側面よりも外側に位置する場合、表面変形部３５０及び／または非接着部４５０に流れ込んだガスは、表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の他端部とシーリング部２５０の外側面との間のリードフィルム４００部分からＺ軸方向に沿って排出され得る。
本発明の一実施形態において、前記リードフィルム４００のガス透過度は、６０℃で２０～６０バーラー、または３０～４０バーラーであり得る。例えば、前記リードフィルム４００の二酸化炭素透過度が上述した範囲を満足し得る。また、リードフィルム４００の厚さ２００μｍを基準にしてガス透過度が６０℃で上述した範囲を満足し得る。前記リードフィルム４００のガス透過度が上述した範囲を満足する場合、電池セルの内部で発生するガスをより効果的に排出することができる。
本明細書において、ガス透過度はＡＳＴＭ Ｆ２４７６－２０で測定し得る。
本発明の一実施形態において、前記リードフィルム４００の水分浸透量は、２５℃及び５０％ＲＨで１０年の間に０．０２～０．２ｇ、または０．０２～０．０４ｇ、または０．０６ｇ、または０．１５ｇであり得る。前記リードフィルム４００の水分浸透量が上述した範囲を満足する場合、前記リードフィルム４００から流入される水分の浸透をより効果的に防止することができる。
前記リードフィルム４００の水分浸透量は、ＡＳＴＭ Ｆ １２４９方式を採択して測定し得る。このとき、ＭＣＯＯＮ社から公式認証された装置を使用して測定し得る。
本発明の一実施形態において、前記リードフィルム４００は、ガス透過度が６０℃で２０～６０バーラーであり、且つ、水分浸透量が２５℃及び５０％ＲＨで１０年の間に０．０２～０．２ｇであり得る。前記リードフィルム４００のガス透過度及び水分浸透量が上述した範囲を満足する場合、二次電池の内部で発生するガスを排出すると同時に、外部からの水分浸透をより効果的に防止することができる。
本発明の一実施形態において、前記リードフィルム４００は、ポリオレフィン系樹脂を含み得る。例えば、前記リードフィルム４００は、上述したガス透過度及び／または水分浸透量を満足するポリオレフィン系樹脂を含み得る。前記ポリオレフィン系樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリビニルジフルオライド（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ、ＰＶＤＦ）からなる群より選択された１種以上の材料を含み得る。前記リードフィルム４００は、ポリプロピレンを含み、且つ、前記リードフィルム４００のガス透過度が６０℃で２０～６０バーラーであり得る。また、水分浸透量が０．０６ｇ～０．１５ｇであり得る。この場合、二次電池の内部で発生するガスの排出がより効果的であるだけでなく、外部からの水分浸透の防止も容易である。
また、リードフィルム４００は、上述した材料からなることで、電池セル１００の気密性を維持することができ、内部電解液の漏れも防止することができる。
図８を参照すると、非接着部４５０部分でのリードフィルム４００の厚さＨは、１００～３００μｍ、または１００～２００μｍであり得る。非接着部４５０部分のリードフィルム４００の厚さＨが上述した範囲を満足する場合、電池ケース２００内部のガスを外部へとより容易に排出できる。
図８を参照すると、前記表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の他端部と前記リードフィルム４００の最外側端部との間の幅Ｗは、２ｍｍ以上、または２ｍｍ～３ｍｍであり得る。前記表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の他端部と前記リードフィルム４００の最外側端部との間の幅Ｗが上述した範囲を満足する場合、電池ケース２００の内部で発生したガスが外部に排出される過程でリードフィルム４００が破れる現象をより容易に防止することができる。
本発明の一実施形態において、表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の一端部がシーリング部２５０の内側面よりも内側に位置し、表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の他端部がシーリング部２５０の外側面よりも外側に位置する場合、シーリング部２５０の外側面よりも外側に露出する表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の面積は、シーリング部２５０の内側面よりも内側に露出する表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の面積よりも大きくなり得る。ガス排出量はガス排出面積と圧力に比例するが、電池ケース２００内側の圧力が電池ケース２００外側の圧力よりも高いため、シーリング部２５０の外側面よりも外側に露出する表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の面積が、シーリング部２５０の内側面よりも内側に露出する表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の面積よりも大きい場合、電池ケース２００の内部で発生したガスを外部へとより容易に排出できる。
本発明の一実施形態において、シーリング部２５０の外側に露出する表面変形部３５０及び／または非接着部４５０の面積は、４０～８０ｍｍ２であり得る。これは、６０℃で内部圧力１気圧基準で、１日の間に約０．５～３ｃｃのガスが排出される大きさである。また、水分浸透量が２５℃及び５０％ＲＨで１０年の間に０．０２～０．２ｇになる大きさである。
図９は、本発明の他の一実施形態による電池セル製造装置によって電極リードとリードフィルムとが接着される過程を示した図である。図１０は、図９のｅ－ｅ’及びｆ－ｆ’に沿ったそれぞれの断面図である。
図９及び図１０を参照すると、本発明の他の一実施形態による電池セル製造装置は、電池セル１００を製造する装置であって、電極リード３００とリードフィルム４００とを一緒に加圧する治具１０００を含む。これにより、電極リード３００とリードフィルム４００とは、治具１０００によって加えられる熱及び／または圧力によって互いに接着され得る。
より具体的には、図９の（ａ）及び図１０の（ａ）を参照すると、治具１０００は、リードフィルム４００と対向する一面上に凹部１０５０を含む。ここで、凹部１０５０は、治具１０００の一面がエッチングされて形成され得る。
一例として、凹部１０５０は、治具１０００の外面がレーザー、ＵＶオゾン（ＵｖＯ）処理、スパッタリングなどによってエッチングされて形成され得る。但し、エッチング方式がこれに制限されることはなく、治具１０００の表面を加工して所定の形状を形成できる工程であれば適用可能である。
図９の（ｂ）及び図１０の（ｂ）を参照すると、治具１０００がリードフィルム４００を加圧して、凹部１０５０と対向するリードフィルム４００の一面と反対面である、リードフィルム４００の他面に非接着部４５０が形成される。ここで、非接着部４５０は、凹部１０５０と同一または類似の形状で形成され得る。
また、図９及び図１０を参照すると、本発明の他の実施形態において、電極リード３００の外面に表面変形部３５０が形成されている場合、表面変形部３５０の少なくとも一部は凹部１０５０と対向する位置に形成され得る。一例として、表面変形部３５０は、凹部１０５０の形状と同一または類似の形状を有し得る。換言すると、表面変形部３５０は、凹部１０５０によって形成される非接着部４５０の形状と同一または類似の形状を有し得る。
このように、治具１０００が電極リード３００及びリードフィルム４００を加圧しても、表面変形部３５０に対向するリードフィルム４００の面が表面変形部３５０によって電極リード３００と接しないため、非接着部４５０を容易に形成できる。また、この場合、非接着部４５０で発生するリードフィルム４００の押し込み現象を防止することができる。
図１１は、図１０に示された電極リードに表面変形部が形成されていない場合を示した断面図である。
図１１を参照すると、本発明の一実施形態において、電極リード３００の外面に表面変形部３５０が形成されていない場合にも、凹部１０５０に対応するリードフィルム４００の外面に加えられる熱及び／または圧力が相対的に少なく、凹部１０５０と対向するリードフィルム４００の一面と反対面である、リードフィルム４００の他面に非接着部４５０が形成され得る。
このように、リードフィルム４００に対して別途に追加の工程なく、シーリング部２５０、電極リード３００、及びリードフィルム４００の熱融着工程でリードフィルム４００に非接着部４５０を形成できる。すなわち、本実施形態によれば、製造工程が簡単でありながらも、電池セル１００内部のガス排出量を効果的に増大させることができる。
但し、電極リード３００とリードフィルム４００とが互いに接しているため、治具１０００が電極リード３００及びリードフィルム４００を加圧する過程で、非接着部４５０内にリードフィルム４００の一部が押し込まれ得る。ここで、図１１の（ｂ）を参照すると、非接着部４５０内にはリードフィルム４００の一部が押し込まれた突出部４００ａが形成され得る。
従って、非接着部４５０内に突出部４００ａが形成されるリードフィルム４００の押し込み現象を防止し、電池セル１００内部のガス排出量をさらに効果的に増大させるため、図１０のように電極リード３００の外面に表面変形部３５０が形成されていることがより望ましいと言える。
本発明の他の一実施形態による電池モジュールは、上述した電池セルを含む。一方、本実施形態による電池モジュールは、一つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされて電池パックを形成してもよい。
上述した電池モジュール及びそれを含む電池パックは、多様なデバイスに適用され得る。このようなデバイスは、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段であり得るが、本発明はこれに制限されず、電池モジュール及びそれを含む電池パックを使用できる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。
以上、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の基本概念を用いた当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属することは言うまでもない。
１０ 電池セル
１１ 電極組立体
２０ 電池ケース
２１ 収納部
２５ シーリング部
３０ 電極リード
４０ リードフィルム
１００ パウチ電池セル
１１０ 電極組立体
２００ 電池ケース
２１０ 収納部
２５０ シーリング部
３００ 電極リード
３５０ 表面変形部
３５０ａ 第１表面変形部
３５０ｂ 第２表面変形部
４００ リードフィルム
４００ａ 突出部
４５０ 非接着部
４５０ａ 第１非接着部
４５０ｂ 第２非接着部
１０００ 治具
１０５０ 凹部

Claims (27)

  1. 電極組立体が取り付けられる収納部、及び該収納部の外周辺が密封されて形成されるシーリング部を含む電池ケースと、
    前記電極組立体に含まれた電極タブと電気的に接続され、前記シーリング部を通って前記電池ケースの外側に突出している電極リードと、
    前記電極リードの上部及び下部の少なくとも一方において、前記シーリング部に対応する部分に位置するリードフィルムと、を含み、
    前記リードフィルムの一面に非接着部が形成され、前記非接着部は前記電極リードの外面に対向しており、
    前記電極リードの突出方向を基準にして、前記非接着部の一端部は前記シーリング部の内側面よりも内側に、且つ前記リードフィルムの内側端部よりも外側に位置し、前記非接着部の他端部は前記シーリング部の外側面よりも外側に、且つ前記リードフィルムの外側端部よりも内側に位置し、
    前記電池ケースの内部で発生したガスが前記非接着部に流れ込み、前記リードフィルムを透過して前記電池ケースの外部へと排出される、電池セル。
  2. 前記非接着部は、前記電極リードの突出方向に沿って延設されている、請求項１に記載の電池セル。
  3. 前記シーリング部の外側面よりも外側に位置する前記非接着部の面積は、前記シーリング部の内側面よりも内側に位置する前記非接着部の面積よりも大きい、請求項１または２に記載の電池セル。
  4. 前記非接着部は、円形状または長方形状である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池セル。
  5. 前記非接着部は、互いに連結されている第１非接着部及び第２非接着部を含み、
    前記第１非接着部は、前記非接着部の長手方向に沿って延設され、
    前記第２非接着部は、前記電極リードの突出方向に沿って延設されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池セル。
  6. 前記第１非接着部の長さは、前記電極リードの幅よりも短く、
    前記第２非接着部の長さは、前記リードフィルムの幅よりも短い、請求項５に記載の電池セル。
  7. 前記リードフィルムは、第１リードフィルム及び第２リードフィルムを含み、前記第１リードフィルムは前記電極リードの上部に位置し、前記第２リードフィルムは前記電極リードの下部に位置している、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池セル。
  8. 前記電極リードは、前記第１リードフィルムと前記第２リードフィルムとの間に位置し得、前記第１リードフィルムと前記第２リードフィルムとは互いに一体化されている、請求項７に記載の電池セル。
  9. 前記第１リードフィルム及び前記第２リードフィルムの少なくとも一つに前記非接着部が形成されている、請求項７または８に記載の電池セル。
  10. 前記電極リードの外面に表面変形部が形成され、前記表面変形部の少なくとも一部は前記非接着部に対向している、請求項１から９のいずれか一項に記載の電池セル。
  11. 前記表面変形部は、前記電極リードの外面の一部が除去されて形成されている、請求項１０に記載の電池セル。
  12. 前記表面変形部は、前記電極リードの突出方向に沿って延設されている、請求項１０または１１に記載の電池セル。
  13. 前記電極リードの突出方向を基準にして、前記表面変形部の一端部は前記シーリング部の内側面よりも内側に位置し、前記表面変形部の他端部は前記シーリング部の外側面よりも外側に位置している、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の電池セル。
  14. 前記シーリング部の外側面よりも外側に位置する前記表面変形部の面積は、前記シーリング部の内側面よりも内側に位置する前記表面変形部の面積よりも大きい、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の電池セル。
  15. 前記表面変形部と前記非接着部とは同じ形状を有する、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の電池セル。
  16. 前記電極リードの外面にコーティング層が形成されており、
    前記表面変形部は、前記コーティング層のうちの一部が除去されて形成されている、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の電池セル。
  17. 前記コーティング層は、金属物質からなる、請求項１６に記載の電池セル。
  18. 前記金属物質は、クロム及びニッケルの少なくとも一つを含む、請求項１７に記載の電池セル。
  19. 前記リードフィルムのガス透過度が６０℃で２０バーラー～６０バーラーである、請求項１から１８のいずれか一項に記載の電池セル。
  20. 前記リードフィルムの水分浸透量が２５℃及び５０％ＲＨで１０年の間に０．０２ｇ～０．２ｇである、請求項１から１９のいずれか一項に記載の電池セル。
  21. 前記リードフィルムは、ポリプロピレンを含む、請求項１から２０のいずれか一項に記載の電池セル。
  22. 前記非接着部の部分でのリードフィルムの厚さが１００μｍ～３００μｍである、請求項１から２１のいずれか一項に記載の電池セル。
  23. 前記非接着部の他端部と前記リードフィルムの最外側端部との間の幅が２ｍｍ以上である、請求項１から２２のいずれか一項に記載の電池セル。
  24. 請求項１から２３のいずれか一項に記載の電池セルを製造する電池セル製造装置であって、
    前記電極リードと前記リードフィルムとを一緒に加圧する治具を含み、
    前記治具は、前記リードフィルムと対向する一面上に凹部を含み、
    前記治具が前記リードフィルムを加圧して、前記凹部と対向する前記リードフィルムの一面と反対面である、前記リードフィルムの他面に前記非接着部が形成され、
    前記非接着部は、前記凹部と同じ形状で形成される、電池セル製造装置。
  25. 前記凹部は、前記治具の一面をエッチングして形成されている、請求項２４に記載の電池セル製造装置。
  26. 前記電極リードの外面に表面変形部が形成されており、前記表面変形部の少なくとも一部は、前記凹部と対向する位置に形成されている、請求項２４または２５に記載の電池セル製造装置。
  27. 前記表面変形部は、前記凹部の形状と同じ形状を有する、請求項２６に記載の電池セル製造装置。
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