KR101846486B1 - 일체형 양극리드 및 음극리드를 포함하는 전지셀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일체형 양극리드 및 음극리드를 포함하는 전지셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있는 전지케이스; 상기 전지케이스의 외부로 각각 돌출되어 있는 양극리드 및 음극리드; 및 상기 전지케이스에 수납되며 전극 탭들이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 극판들의 전극 탭들이 양극리드 및 음극리드에 결합되는 전극리드-전극 탭 결합부가 형성되어 있는 전극조립체를 포함하고 있으며, 상기 양극리드 및 음극리드에는 이들을 일체로 결합하고 전극리드-전극 탭 결합부를 향해 두께가 증대되는 형태의 리드필름이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.
Description
본 발명은 일체형 양극리드 및 음극리드를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중, 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 파우치형 이차전지가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(10)의 전지케이스(20)에는 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체가 수납되어 있으며, 두 개의 전극리드들(40, 41)이 양극 및 음극 탭들과 전기적으로 연결되어 전지케이스(20)로부터 돌출되어 있고, 전극리드들(40, 41)의 상하면에 개별 리드필름들(50, 51)이 각각 부착되어 있는 구조로 이루어져 있다.
그러나, 이러한 종래의 리드필름들은 별개의 부재로서 전극리드들의 상면 및 하면에 각각 위치된 상태에서 전지케이스에 열융착시켜 실링되므로 전극리드들 간의 위치 조정이 불안정한 상태로 실링이 수행된다.
따라서, 전극리드들의 흔들림으로 인해 이차전지의 용량 및 성능이 저하되고, 안전상 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 양극 리드 및 음극 리드를 전지케이스에 흔들림 없이 고정하여 열융착시 유동을 방지하고, 열융착 잉여부의 변형을 방지하여 이차전지의 안전성에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극조립체를 수용하고 있는 전지케이스, 전지케이스의 외부로 각각 돌출되어 있는 양극리드 및 음극리드, 및 전극 판의 전극 탭들이 양극리드 및 음극리드에 결합되는 전극리드-전극 탭 결합부가 형성되어 있는 전극조립체를 포함하고 있으며, 양극리드 및 음극리드에는 이들을 일체로 결합하고 전극리드-전극 탭 결합부를 향해 두께가 증대되는 형태의 리드필름이 부착되어 있는 구조로서, 양극 리드와 음극 리드를 일체로 결합하여 전극리드간의 간격을 일정하게 유지하므로 전지케이스의 열융착 잉여부의 변형을 방지하고, 이로 인하여 전지케이스 상단과 전지셀 사이의 전기 절연성을 증가시켜 이차전지의 안전성을 확보할 수 있는 일체형 양극리드 및 음극리드를 포함하는 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있는 전지케이스;
상기 전지케이스의 외부로 각각 돌출되어 있는 양극리드 및 음극리드; 및
상기 전지케이스에 수납되며 전극 탭들이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 극판들의 전극 탭들이 양극리드 및 음극리드에 결합되는 전극리드-전극 탭 결합부가 형성되어 있는 전극조립체;
를 포함하고 있으며,
상기 양극리드 및 음극리드에는 이들을 일체로 결합하고 전극리드-전극 탭 결합부를 향해 두께가 증대되는 형태의 리드필름이 부착되어 있는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 일체형 양극리드 및 음극리드를 포함하는 전지셀은, 양극 리드와 음극 리드를 일체로 결합하여 전극리드간의 간격을 일정하게 유지하므로 전지케이스의 테라스 부위의 변형을 방지하고, 또한 전지케이스 상단과 전지셀 사이의 전기 절연성을 증가시켜 이차전지의 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 전극조립체가 내장된 상태에서 전극조립체 수납부의 외주 부위가 열융착될 수 있다.
여기서, 상기 양극리드 및 음극리드는 전극조립체로부터 일측 방향으로 함께 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 리드필름은 그것의 길이를 기준으로 길이의 중앙부로부터 전극탭 측으로 두께가 증대되는 구조일 수 있다.
또 다른 구체적인 예로서, 일측 단부로부터 전극탭 측으로 두께가 증대되는 구조일 수 있다.
경우에 따라서, 상기 리드필름과 전극리드는, 전지케이스 상단과 전지셀 사이의 전기 절연성을 증가시키기 위해, 두께가 증대되는 부분 및 최대 두께의 단부에서 각각 절곡되어 있는 구조일 수 있다.
예를 들어, 상기 두께가 증대되는 부분 및 최대 두께의 단부의 절곡 각도는 평면을 기준으로 20도 내지 80도의 범위일 수 있다.
상기 구조에서 상기 리드필름의 증대된 부위의 최대 두께는 리드필름의 증대되지 않은 두께를 기준으로 200% 내지 5000% 범위일 수 있다.
또, 상기 리드필름의 증대된 부위의 최대 두께는 전극조립체의 두께보다 작을 수 있다.
상기 두께 범위를 벗어나게 되면 절연효과가 떨어지거나 전극조립체를 전지케이스에 수납하는데 문제가 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 리드필름은 전극리드의 일면에 부착되는 제 1 필름과 타면에 부착되는 제 2 필름으로 이루어져 있고, 제 1 필름의 두께가 증대되는 형태일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 리드필름은 전극리드의 일면에 부착되는 제 1 필름과 타면에 부착되는 제 2 필름으로 이루어져 있고, 제 1 필름 및 제 2 필름의 두께가 각각 증대되는 형태일 수 있다.
예를 들어, 상기 두께의 증대는 증대 기울기가 직선인 선형적 증대되는 형태이거나, 증대 기울기가 원호인 누적 증대되는 형태일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있고, 상기 전지셀을 포함하는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
이러한 디바이스는, 예를 들어, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 양극리드 및 음극리드를 포함하는 전지셀은, 양극 리드와 음극 리드를 일체로 결합하여 전극리드간의 간격을 일정하게 유지하므로 전지케이스의 열융착 잉여부의 변형을 방지하는 효과를 제공한다.
또한, 전지케이스 상단과 전지셀 사이의 전기 절연성을 증가시켜 이차전지의 성능 개선 및 안전성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 양극리드 및 음극리드가 스택형 전극조립체에 부착되어 있는 개략적인 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 일체형 양극리드 및 음극리드가 접속되어 있는 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 모식도이다;
도 3은 도 2의 리드 필름에 전극리드가 부착되어 있는 상태를 나타내는 측면도이다;
도 4는 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 리드 필름에 양극리드 및 음극리드가 부착되고 전극조립체의 전극 탭들과 접속되어 파우치형 이차전지에 수납되어 있는 상태를 개략적으로 도시하는 일부 확대 단면도이다;
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 리드 필름과 전극리드의 모식도이다;
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 리드 필름과 전극리드의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 일체형 양극리드 및 음극리드가 접속되어 있는 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 모식도이다;
도 3은 도 2의 리드 필름에 전극리드가 부착되어 있는 상태를 나타내는 측면도이다;
도 4는 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 리드 필름에 양극리드 및 음극리드가 부착되고 전극조립체의 전극 탭들과 접속되어 파우치형 이차전지에 수납되어 있는 상태를 개략적으로 도시하는 일부 확대 단면도이다;
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 리드 필름과 전극리드의 모식도이다;
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 리드 필름과 전극리드의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2 내지 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 일체형 양극리드 및 음극리드의 상하면에 리드 필름이 부착되어 있고, 양극리드 및 음극리드가 전극조립체의 전극 탭들과 접속되어 파우치형 이차전지에 수납되어 있는 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 전지셀(100)은 전지케이스(120), 양극리드(141) 및 음극리드(142), 및 극판들의 전극 탭들(131, 132)가 양극리드(141) 및 음극리드(142)에 결합되어 있는 전극조립체(130)을 포함하여 구성되어 있다.
전지케이스(120)은 전극조립체(130)의 양극 및 음극 탭들(131, 132)와 전기적으로 연결되어 있고, 양극리드(141) 및 음극리드(142)가 전지케이스(120)의 상단(124)에 위치하여 일측 방향으로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
구체적으로, 전지케이스(120)은 전극조립체(130)이 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(123)을 포함하는 케이스 본체(121) 및 본체(121)에 일체로서 연결되어 있는 커버(122)로 이루어져 있다. 이러한 전지케이스(120)은 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외각을 이루는 외측 수지층(120a), 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층(120b), 및 밀봉을 위한 내측 수지층(120c)로 구성되어 있다.
전극리드(140)은 양극리드(141) 및 음극리드(142)를 포함하고 있고, 전극리드(140)의 상면에는 이들을 일체로 결합하고 전극리드-전극 탭 결합부(도시 생략) 방향으로 두께가 증대되는 부분(153)이 형성되어 있는 제 1 리드필름(150)이 부착되어 있고, 전극리드(140)의 하면에는 균일한 두께의 제 2 리드필름(151)이 부착되어 있다.
제 1 리드필름(150)의 두께는 제 1 리드필름(150)의 길이를 기준으로 중앙부로부터 전극탭들(131, 132)와 접속되는 방향(X 방향)으로 증대된다.
제 1 리드필름(150)의 증대된 부분(153)의 최대 두께(T1)은 전극조립체(130)의 두께보다 작고, 제 1 리드필름(150)의 증대되지 않은 두께(T2)에 비해 대략 1000%의 두께를 가진다.
리드필름들(150, 151)과 양극리드(141) 및 음극리드(142)는 전지케이스(120)의 상단(125)와 전지셀(100) 사이의 전기 절연성을 증가시키기 위해, 제 1 리드필름(150)의 두께가 증대되는 부분(153)에서 지면을 기준으로 대략 70도로 절곡되어 있고, 최대 두께(T1)의 단부(154)에서는 전지케이스(120)의 내부에 수납되도록 절곡되어 있다. 제 1 리드필름(150)의 증대된 부분(153)의 두께가 전극조립체(130)의 두께보다 크면 절곡된 후에 전지케이스(120)에 수납이 용이하지 않으므로 바람직하지 않다.
제 1 리드필름(150)에서 두께의 증대는 평면을 기준으로 기울기가 대략 40°이며 선형적으로 증대되어 있다.
도 5에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 리드 필름과 전극리드의 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 제 1 리드필름(250)이 전극리드(240)의 일면에 부착되어 있고, 제 2 리드필름(251)이 전극리드(240)의 타면에 부착되어 있으며, 제 1 리드필름(250) 및 제 2 리드필름(251)의 두께가 제 1 리드필름(250)의 중앙부로부터 전극 탭과 결합하는 방향으로 각각 선형적으로 증대되는 부위들(253, 254)가 형성되어 있다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 리드 필름과 전극리드의 모식도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 리드필름(350)이 전극리드(340)의 일면에 부착되어 있고, 제 2 리드필름(351)이 전극리드(340)의 타면에 부착되어 있으며, 제 1 리드필름(350) 및 제 2 리드필름(351)의 두께가 제 1 리드필름(350)의 중앙부로부터 전극 탭과 결합하는 방향으로 각각 원호의 형태로 누적 증대되는 부위들(353, 354)가 각각 형성되어 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (17)
- 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있는 전지케이스;
상기 전지케이스의 외부로 각각 돌출되어 있는 양극리드 및 음극리드; 및
상기 전지케이스에 수납되며 전극 탭들이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 극판들의 전극 탭들이 양극리드 및 음극리드에 결합되는 전극리드-전극 탭 결합부가 형성되어 있는 전극조립체;
를 포함하고 있으며,
상기 양극리드 및 음극리드에는 이들을 일체로 결합하고 전극리드-전극 탭 결합부를 향해 두께가 증대되는 형태의 리드필름이 부착되어 있고,
상기 리드필름은, 리드필름의 길이를 기준으로 중앙부로부터 전극탭 측으로 두께가 증대되는 구조를 가진 것을 특징으로 하는 전지셀. - 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 2 항에 있어서, 상기 전지케이스는 전극조립체가 내장된 상태에서 전극조립체 수납부의 외주 부위가 열융착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양극리드 및 음극리드는 전극조립체로부터 일측 방향으로 함께 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 리드필름과 전극리드는, 전지케이스 상단과 전지셀 사이의 전기 절연성을 증가시키기 위해, 두께가 증대되는 부분 및 최대 두께의 단부에서 각각 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 6 항에 있어서, 상기 두께가 증대되는 부분 및 최대 두께의 단부의 절곡 각도는 평면을 기준으로 20도 내지 80도의 범위인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 6 항에 있어서, 상기 리드필름의 증대된 부위의 최대 두께는 리드필름의 증대되지 않은 두께를 기준으로 200% 내지 5000% 범위인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 8 항에 있어서, 상기 리드필름의 증대된 부위의 최대 두께는 전극조립체의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 리드필름은 전극리드의 일면에 부착되는 제 1 필름과 타면에 부착되는 제 2 필름으로 이루어져 있고, 제 1 필름의 두께가 증대되는 형태인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 리드필름은 전극리드의 일면에 부착되는 제 1 필름과 타면에 부착되는 제 2 필름으로 이루어져 있고, 제 1 필름 및 제 2 필름의 두께가 각각 증대되는 형태인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 두께의 증대는 증대 기울기가 직선인 선형적 증대인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 두께의 증대는 증대 기울기가 원호인 누적 증대인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 14 항에 따른 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 15 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
- 제 16 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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