KR102167431B1 - 두께가 상이한 단일 전극리드로 결합된 전지셀 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극판과 음극판 사이에 분리막이 게재된 상태로 복수의 극판들이 적층된 구조의 전극조립체가 전지케이스에 각각 내장되어 있는 복수의 전지셀들이 직렬 또는 병렬 연결되어 있는 전지셀 어셈블리로서, 제 1 전극조립체가 내장되어 있는 제 1 전지셀로서, 상기 제 1 전극조립체는 제 1 양극 탭들 및 음극 탭들로 이루어진 제 1 전극 탭들이 형성되어 있는 제 1 전지셀; 제 2 전극조립체가 내장되어 있는 제 2 전지셀로서, 상기 제 2 전극조립체는 제 2 양극 탭들 및 음극 탭들로 이루어진 제 2 전극 탭들이 형성되어 있는 제 2 전지셀; 및 제 1 전극 탭들 및 제 2 전극 탭들을 연결하여 제 1 전지셀 및 제 2 전지셀을 직렬 또는 병렬 연결시키는 전극리드; 를 포함하며, 상기 전극리드는, 전지케이스의 외부로 노출된 리드 본체, 상기 리드 본체의 일측 단부 부위에서 제 1 전극 탭들과 연결되는 제 1 결합부, 및 상기 리드 본체의 타측 단부 부위에서 제 2 전극 탭들과 연결되는 제 2 결합부를 포함하고 있고, 상기 리드 본체의 두께가 제 1 및 2 결합부의 두께보다 상대적으로 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리를 제공한다.
Description
본 발명은 두께가 상이한 단일 전극리드로 결합된 전지셀 어셈블리에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등을 포함하여 고출력 대용량이 요구되는 디바이스의 동력원으로서 주목 받고 있다.
이러한 디바이스에는 고출력 대용량의 제공을 위해 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다.
특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 적은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고, 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
이와 관련하여, 고출력 내지 대용량의 제공을 위해 두 개의 파우치형 이차전지들을 전기적으로 연결한 전지셀 어셈블리가 제안되고 있다. 이러한 전지셀 어셈블리의 대표적인 전기적 연결 구조가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지인 제 1 전지셀(10) 및 제 2 전지셀(30)을 병렬로 연결되어 있으며, 제 1 전지셀(10) 및 제 2 전지셀(30) 각각에 형성된 양극 탭들(15, 35)이 양극리드들(18, 38)에 결합되어 있는 구조이고, 이하 상기 구조를 기준으로 설명한다.
구체적으로, 제 1 전지셀(10) 및 제 2 전지셀(30) 각각의 전극 탭들은 일반적으로 0.5 mm 이하 박판(foil)으로 형성되어 있으며, 다수의 전극 탭들(양극 탭들 또는 음극 탭들)을 하나의 전극리드(양극리드 또는 음극리드)에 초음파 융착에 의해 결합시킨다.
이 때, 파우치형 전지케이스(14, 34)를 열융착 방식으로 밀봉시, 전극리드(18, 38)의 밀봉성 향상을 위해, 전극리드(18, 38)의 상면 및 하면에는 리드 필름(16a, 16b)이 부착되어 있다.
소망하는 고출력 내지 대용량을 얻기 위해, 전지셀들을 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결할 때, 각각의 전지셀들의 전극리드들을 상호 결합시켜야 된다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 전지셀(10) 및 제 2 전지셀(30)을 연속적으로 상호 인접하도록 길이 방향으로 배열한 상태에서, 상호 대면하는 양극리드들(18, 38)의 일 부위를 레이저 용접 또는 초음파 용접 방식으로 결합시킴으로써, 소망하는 전기용량의 전지셀 어셈블리를 제작한다.
그러나, 다수의 전지셀들을 전기적으로 연결하는 과정에서, 결합된 여러 쌍의 전극리드의 결합력이 상호 다르게 형성될 수 있으며, 이 때, 여러 쌍의 전극리드들의 결합의 균일성이 담보되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
특히, 한 쌍의 전극리드(18, 38)가 용접에 의해 결합된 부위는, 파우치형 전지케이스(14, 34)의 외부에 노출되는 바, 전지셀에 충격 내지 진동이 인가되는 경우에 상대적으로 취약한 문제점이 있다.
또한, 전지셀들(10, 30)을 직렬 또는 병렬로 연결할 때, 전지셀들(10, 30)을 적층시켜 배열하는 경우가 있으며, 상하 방향으로 적층되는 경우에는 필연적으로 용접으로 결합되어 있는 전극리드들(18, 38)을 절곡하여야 하고, 전극리드(18, 38)의 절곡되는 부위는, 다른 부위에 비해 구조적으로 취약해지는 문제가 발생된다.
또한, 전지셀에 충격 내지 진동이 인가되어 전극리드들(18, 38)을 통해 결합된 전지셀들(10, 30)의 상대 운동이 발생되는 경우, 외부에 노출되어 있는 전극리드에 외력이 집중될 수 있는 바, 용접으로 결합된 부위에서 단선이 일어나는 문제가 발생될 수 있다.
이에 더하여, 전극 탭들(15, 35)과 전극리드(18, 38)는 용접에 의해 비가역적으로 결합되어 일체형으로 형성되는 바, 한번 결합된 전극 탭들(15, 35)과 전극리드(18, 38)는 분리가 불가능하며, 이에 따라, 작업자가 선택적으로 전지셀들을 연결하여 사용할 수 없는 호환성이 낮은 문제가 있다,
따라서, 외부의 진동 내지 충격이 가해지더라도, 전지셀들 간의 결합을 견고히 유지함과 동시에, 작업자의 선택에 따라, 자유자재로 전지셀들을 연결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전극리드를 특정한 구조로 형성하는 경우, 전지셀들 간의 결합력이 증대되며, 이에 따라, 외부의 충격 내지 진동에 대한 강성이 향상됨을 확인하였다.
또한, 작업자의 필요에 따라, 전지셀들 간의 결합을 자유자재로 할 수 있는 바, 전기 용량에 대한 호환성이 향상됨을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은, 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재된 상태로 복수의 극판들이 적층된 구조의 전극조립체가 전지케이스에 각각 내장되어 있는 복수의 전지셀들이 직렬 또는 병렬 연결되어 있는 전지셀 어셈블리로서,
제 1 전극조립체가 내장되어 있는 제 1 전지셀로서, 상기 제 1 전극조립체는 제 1 양극 탭들 및 음극 탭들로 이루어진 제 1 전극 탭들이 형성되어 있는 제 1 전지셀;
제 2 전극조립체가 내장되어 있는 제 2 전지셀로서, 상기 제 2 전극조립체는 제 2 양극 탭들 및 음극 탭들로 이루어진 제 2 전극 탭들이 형성되어 있는 제 2 전지셀; 및
제 1 전극 탭들 및 제 2 전극 탭들을 연결하여 제 1 전지셀 및 제 2 전지셀을 직렬 또는 병렬 연결시키는 전극리드;
를 포함하며, 상기 전극리드는, 전지케이스의 외부로 노출된 리드 본체, 상기 리드 본체의 일측 단부 부위에서 제 1 전극 탭들과 연결되는 제 1 결합부, 및 상기 리드 본체의 타측 단부 부위에서 제 2 전극 탭들과 연결되는 제 2 결합부를 포함하고 있고, 상기 리드 본체의 두께가 제 1 및 2 결합부의 두께보다 상대적으로 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀로 형성될 수 있으며, 상기 판상형 전지셀의 전지케이스는, 예를 들어, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 열융착 실링한 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 전극리드는 단일 부재로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 이들의 재질과 관련하여, 상기 전극리드 중 양극리드는 알루미늄으로 이루어질 수 있으며, 음극리드는 니켈 도금 구리로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 상호 인접한 전지셀들인 제 1 전지셀 및 제 2 전지셀의 각각의 전극 탭들이 하나의 전극리드에 의해 연결되어 있는 바, 용접 공정 횟수가 크게 감소되어 외부의 충격 또는 진동에 의한 외력이 발생하더라도 전극단자와 전극단자의 결합력을 확보할 수 있다.
이 때, 상기 리드 본체의 두께는 제 1 및 2 결합부의 두께를 기준으로 바람직하게는 110% 내지 500% 크기로 형성될 수 있다.
만약, 리드 본체의 두께가 제 1 및 2 결합부의 두께를 기준으로 110% 미만인 경우에는, 리드 본체의 두께 및 제 1 및 2 결합부의 두께의 차이가 미미한 바, 외부로 노출되는 부위인 리드 본체가 소망하는 강성에 미치지 못할 수 있으므로, 바람직하지 않다.
또한, 리드 본체의 두께가 제 1 및 2 결합부의 두께를 기준으로 500% 를 초과한다면, 리드 본체의 절대적인 두께가 너무 커지게 되며, 복수의 전지셀들이 결합되어 있는 전지모듈의 전체 부피가 증가될 수 있는 바, 이 역시 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극리드는, 부분 압연에 의한 제 1 결합부 및 2 결합부의 형성에 의해, 제 1 결합부 및 2 결합부의 수평 방향 면적은 리드 본체의 수평 방향 면적보다 상대적으로 넓게 형성될 수 있다.
이에 따라, 외부의 먼지 기타 이물질의 영향을 받지 않는 전지케이스 내부에서, 전극 탭들과의 결합 면적을 증가시킴으로써, 전극리드 및 전극 탭들간의 안정적인 결합을 도모할 수 있다.
상기 부분 압연 과정은, 예를 들어, 압연 롤러에 요철 내지 돌출부를 형성하여 상기 압연 롤러들 사이에 전극리드를 통과시키는 과정을 통해 제조될 수 있다.
한편, 상기 압연 롤러의 형상을 일 방향으로 소정의 각도를 가지는 경사를 형성함으로써, 상기 리드 본체에 연결되는 제 1 결합부 및 제 2 결합부의 부위는, 리드 본체 쪽으로 두께가 순차적으로 증가하는 테이퍼 구조로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 및 2 전지셀들 각각은, 양극 탭들 및 음극 탭들이 전지케이스의 양단에 대향하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 양극 탭들 및 음극 탭들의 위치를 상기 전지케이스의 양단에 대향하는 구조로 형성함으로써, 양극리드 및 음극리드 사이의 거리를 최대화시킬 수 있으며, 이에 따라, 외부의 충격 내지 진동에 의해 양극리드 및 음극리드가 접촉하여 유발되는 전기적 단락을 방지할 수 있다.
한편, 이러한 구조에서, 제 1 및 2 전지셀들은 전지셀의 공간 효율성을 높이기 위해, 상기 제 1 및 2 전지셀들은 상하 방향으로 적층 배열될 수 있다.
이 때, 상기 전극리드는, 전지셀들 상호 간의 직렬 또는 병렬 연결 부위에서 제 1 및 2 전지셀들의 적층 배열을 위해 "ㄷ"자 형상으로 절곡되도록 형성될 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 제 1 및 2 전지셀들 각각은, 전극 탭들과 결합되어 있고 전극리드를 수용하는 전극리드 수용부가 형성된 커넥팅 부재를 더 포함하며; 상기 커넥팅 부재는 도전성 소재로 이루어져 있고, 상기 전극리드 수용부는 전극 탭들의 대향 방향에 형성될 수 있다.
이 때, 상기 커넥팅 부재는 전극 탭들 및 전극리드 사이에 위치하여 상기 전극 탭들 및 전극리드를 전기적으로 연결하는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 커넥팅 부재의 부위 중 상기 전극 탭들과 대면하는 측에는 전극 탭들을 수용할 수 있는 홈이 형성될 수 있고, 상기 홈에 전극 탭들이 삽입된 후, 압연 내지 용접을 통해 전극 탭들을 커넥팅 부재에 견고하게 결합시킬 수 있다.
다만, 커넥팅 부재는 도전성 소재로 이루어져 있는 바, 전극 탭들 및 전극리드를 전기적으로 연결할 수만 있다면, 상기 전극 탭들은 상기 커넥팅 부재의 어느 부분에 결합되더라도 무방하며, 제작자의 선택에 따라 달라질 수 있음을 물론이다.
앞서 설명한 바와 같이, 전극리드 수용부는 전극 탭들의 대향 방향에 형성됨으로써, 상기 전지케이스의 외측에서 전극리드를 결합시킬 수 있다.
이 때, 상기 전극리드 수용부는 전극리드가 밀착 수용되도록 슬롯 형상으로 형성되어 있으며, 상기 전극리드의 삽입 및 인출이 가능한 구조로 형성될 수 있다.
이 때, 작업자는 선택적으로 인접한 한 쌍의 전지셀들에 각각 형성된 전극리드 수용부에 전극리드를 삽입함으로써, 전지셀들을 전기적으로 연결할 수 있으며, 전극리드 수용부에 삽입된 전극리드를 다시 인출함으로써, 작업자가 전기셀들의 전기적 연결 상태를 조절할 수 있는 효과가 있다.
이에 따라, 버스 바(bus bar)를 사용하지 않고도, 전극리드를 통해 소망하는 전기 용량을 얻을 수 있으며, 복수 개의 전지셀들을 직렬 또는 병렬로 연결시킬 수 있다.
또한, 상기 커넥팅 부재는 판상형 전지셀의 전지케이스의 단부 측에 형성되어 있고, 상기 전지케이스의 외주면을 열융착 실링할 때, 전지케이스가 커넥팅 부재의 외주면을 밀착하면서 감싸도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 커넥팅 부재를 형성하더라도, 전지케이스 내부에 주입되어 있는 전해액이 외부로 유출되는 것을 방지함과 동시에, 전극리드를 삽입할 수 있는 전극리드 수용부만 전지케이스 외부로 노출시킬 수 있다.
한편, 전지케이스 내부에는 전극조립체가 내장되어 있으며, 상기 전극조립체는 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어질 수 있으며, 기타 다른 형태의 전극조립체도 적용이 가능함은 물론이다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀 어셈블리를 포함하는 전지모듈을 제공하며, 이러한 전지모듈을 포함하는 디바이스를 제공한다. 전지모듈 및 디바이스의 구조와 그것의 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 어셈블리는, 단일의 부재로 전지셀들을 연결함에 있어서, 전극리드 중 전지케이스 외부에 노출되는 부위의 두께를 상대적으로 두껍게 형성함에 따라, 외부의 충격 내지 진동에 강성이 증대되어 안정적으로 전지셀들을 전기적으로 연결할 수 있다.
경우에 따라서는, 각각의 전지셀에 커넥팅 부재를 형성한 구조에 의해, 소망하는 전기 용량을 선택적으로 사용이 가능하여, 다양한 디바이스에 사용할 수 있는 호환성이 증대되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전지셀들 각각의 전극리드가 용접에 의해 결합되어 있는 상태를 도시하는 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 두께가 상이한 단일 전극리드를 통해 전지셀들을 전기적으로 연결되어 있는 전지셀 어셈블리의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커넥팅 부재 및 두께가 상이한 단일 전극리드를 통해 전지셀들을 전기적으로 연결되어 있는 전지셀 어셈블리의 모식도이다;
도 4는 도 3의 전지셀 어셈블리의 구성 중 커넥팅 부재 및 두께가 상이한 단일 전극리드의 삽입 전 상태를 도시하는 사시도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀들을 적층시킨 상태에서 "ㄷ"자 형상으로 절곡되어 있는 전극리드를 통해 전기적으로 연결되어 있는 전지셀 어셈블리의 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테이퍼 구조로 형성되어 있는 전극리드를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 두께가 상이한 단일 전극리드를 통해 전지셀들을 전기적으로 연결되어 있는 전지셀 어셈블리의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커넥팅 부재 및 두께가 상이한 단일 전극리드를 통해 전지셀들을 전기적으로 연결되어 있는 전지셀 어셈블리의 모식도이다;
도 4는 도 3의 전지셀 어셈블리의 구성 중 커넥팅 부재 및 두께가 상이한 단일 전극리드의 삽입 전 상태를 도시하는 사시도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀들을 적층시킨 상태에서 "ㄷ"자 형상으로 절곡되어 있는 전극리드를 통해 전기적으로 연결되어 있는 전지셀 어셈블리의 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테이퍼 구조로 형성되어 있는 전극리드를 도시하는 사시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 두께가 상이한 단일 전극리드를 통해 전지셀들을 전기적으로 연결시킨 상태를 도시하는 모식도이다;
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀 어셈블리(100)는 제 1 전지셀(110) 및 제 2 전지셀(130)로 구성되어 있다.
제 1 전지셀(110) 및 제 2 전지셀(130)은 상호 구성이 실질적으로 동일한 바, 이하에서는 제 1 전지셀(110)의 구성에 대해서만 설명하고, 제 2 전지셀(130)의 중복되는 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 도면을 달리하더라도 전지셀 어셈블리의 동일한 구성에 대해서는 중복 설명을 생략한다.
제 1 전지셀(110)은 판상형 전지셀이며, 상기 판상형 전지셀의 전지케이스(114)는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후, 외주면을 열융착 실링한 구조로 이루어져 있다.
제 1 전지셀(110)에는 제 1 전극조립체가 내장되어 있고, 상기 제 1 전극조립체에는 제 1 양극 탭들(112a) 및 제 1 음극 탭들(미도시)로 이루어진 제 1 전극 탭들이 형성되어 있다.
도 2에는 도시되지 않았으나, 제 1 전지셀(110)에 있어서, 양극판(112)에 형성된 제 1 양극 탭(112a) 및 음극판(111)에 형성된 제 1 음극 탭(미도시) 각각은 상호 대향하는 방향으로 형성되어 있으며, 이에 따라, 제 1 양극 탭들(115) 및 제 1 음극 탭들(미도시)의 거리를 최대로 배치시킴으로써, 제 1 양극 탭들(115) 및 제 1 음극 탭들(미도시)의 접촉으로 인하여 발생되는 전기적 단락을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 파우치형 전지케이스(114, 134)의 외주면을 열융착 방식으로 밀봉시, 전극리드(120)로 인한 밀봉성 저하를 방지하기 위해, 파우치형 전지케이스(114, 134) 중 열융착되는 부위와 대응되는 전극리드(120)의 상면 및 하면에는 리드 필름(116a, 116b)이 부착되어 있으며, 리드 필름(116a, 116b)은 절연성 재질로 형성되어 있다.
제 1 전지셀(110) 및 제 2 전지셀(130)은 하나의 부재로 이루어진 단일 전극리드(120)를 통해 전기적으로 연결되며, 도 2에는 제 1 전지셀(110) 및 제 2 전지셀(130)의 양극끼리 병렬로 연결되어 있는 구조가 도시되어 있다.
전극리드(120)는 전지케이스(114, 134)의 외부로 노출된 리드 본체(120a), 리드 본체(120a)의 일측 단부 부위에서 제 1 양극 탭들(115)과 연결되는 제 1 결합부(120b) 및 리드 본체(120a)의 타측 단부 부위에서 제 2 양극 탭들(135)과 연결되는 제 2 결합부(120c)로 이루어져 있다.
이 때, 전지케이스(114, 134)의 외부로 노출되는 리드 본체(120a)의 두께는 제 1 결합부(120b) 및 제 2 결합부(120c)의 두께보다 상대적으로 두껍게 형성되어 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커넥팅 부재 및 두께가 상이한 단일 전극리드를 통해 전지셀들을 전기적으로 연결되어 있는 전지셀 어셈블리의 모식도이고, 도 4는 도 3의 전지셀 어셈블리의 구성 중 커넥팅 부재 및 두께가 상이한 단일 전극리드의 삽입 전 상태를 도시하는 사시도이다
도 3 및 4를 함께 참조하면, 제 1 전지셀(210) 및 제 2 전지셀(230) 각각에는, 전극리드(220)를 수용할 수 있는 커넥팅 부재(218, 238)가 구비되어 있다.
이하 제 1 전지셀(210)을 기준으로 설명하면, 커넥팅 부재(218, 238)는 제 1 양극 탭들(215, 235) 및 전극리드(220)를 전기적으로 연결하는 역할을 한다.
커넥팅 부재(218, 238)는 도전성 부재로 형성되어 있으며, 제 1 전극조립체에 대면하는 부위에는 제 1 양극 탭들(215)이 용접 기타의 공지된 방법으로 결합되어 있고, 제 1 전극조립체에 대향하는 부위에는 전극리드의 제 1 결합부(220b)를 수용할 수 있는 전극리드 수용부(218a)가 형성되어 있다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 전극리드의 제 1 결합부(220b)는 커넥팅 부재의 전극리드 수용부(218a)에 삽입 및 인출이 가능하도록 형성되어 있다.
전극리드 수용부(218a)는 상기 전극리드의 제 1 결합부(220b)가 삽입된 상태에서, 제 1 결합부(220b)의 외주면을 밀착하여 접촉함으로써, 제 1 결합부(220b)를 물리적으로 고정함과 동시에 통전되도록 전기적으로 연결시키고, 제 2 결합부(220c) 역시 동일하다.
이와 같이, 전지셀 어셈블리(200)에 있어서, 커넥팅 부재(218, 238)를 사용함으로써, 전극리드(220)의 부위 중 파우치형 전지케이스(214, 234)의 열융착 부위와 대면하는 부위에 리드 필름을 사용할 필요가 없으며, 파우치형 전지케이스(214, 234)의 외주면을 열융착 실링하는 과정에서 전극리드(220)를 좀 더 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전극리드 수용부(218a)는 전지케이스(214)의 외측 방향을 향해서만 슬릿 형상으로 형성되어 있으며, 파우치형 전지케이스(214)는 커넥팅 부재(218)의 외면에 밀착하여 실링됨으로써, 전지케이스(214) 내부에 주입된 전해액이 외부로 새어나가지 않도록 형성되어 있다.
좀 더 구체적인 설명을 위해, 도 4를 참조하면, 단일 부재로 이루어진 전극리드(220)는 리드 본체(220a), 제 1 결합부(220b) 및 제 2 결합부(220c)로 이루어져 있으며, 리드 본체(220a)를 사이에 두고 제 1 결합부(220b) 및 제 2 결합부(220c)는 상호 대향하는 방향으로 연장되어 있다.
도 4에서는, 제 1 결합부(220b) 및 제 2 결합부(220c)는 리드 본체(220a)의 높이를 기준으로, 중간에서 상호 대향하는 방향으로 연장되어 있는 구조가 도시되어 있으나, 필요에 따라 다르게 형성될 수 있으며, 제 1 결합부(220b) 및 제 2 결합부(220c)의 높이 및 연장 길이가 서로 다르게 형성될 수 있음은 물론이다.
경우에 따라서는, 제 1 결합부(220b) 및 제 2 결합부(220c) 각각의 단부 측에 걸림 턱(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 전극리드 수용부(218a)에는 상기 걸림 턱을 고정시키는 걸림 홈이 형성되어 좀 더 견고하게 고정시킬 수도 있다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀들을 적층시킨 상태에서 "ㄷ"자 형상으로 절곡되어 있는 전극리드를 통해 전기적으로 연결되어 있는 전지셀 어셈블리의 모식도이다.
도 5를 참조하면, 디바이스 내의 공간을 효율적으로 활용하기 위해, 제 1 전지셀(310) 및 제 2 전지셀(330)을 상하 방향으로 적층하여 배열되어 있으며, 이러한 상태에서, "ㄷ"자 형상으로 절곡되어 있는 전극리드(320)를 통해, 제 1 전지셀(310) 및 제 2 전지셀(330)이 전기적으로 결합되어 있다.
이 때, 전극리드(320)의 제 1 결합부(320b) 및 제 2 결합부(320c)는 동일한 방향으로 연장되며, 상호 평행하게 형성되어 상기 제 1 전지셀의 전극리드 수용부 및 제 2 전지셀의 전극리드 수용부에 각각 삽입됨으로써 제 1 전지셀(310) 및 제 2 전지셀(330)을 전기적으로 연결시킨다.
또한, "ㄷ"자 형상으로 절곡되어 있는 전극리드(320) 역시, 전술한 바와 같이, 전지케이스(314, 334) 외부로 노출되는 리드 본체(320a)의 두께가 제 1 결합부(320b) 및 제 2 결합부(320c)의 두께보다 상대적으로 두껍게 형성됨으로써, 외부의 충격 내지 진동에 대한 강성을 증가시키는 효과를 발휘한다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테이퍼 구조로 형성되어 있는 전극리드를 도시하는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 리드 본체(340a), 제 1 결합부(340b) 및 제 2 결합부(340c)로 이루어진 전극리드(340)에 있어서, 제 1 결합부(340b) 및 제 2 결합부(340c)의 부위는 리드 본체(340a) 쪽으로 두께가 순차적으로 증가하는 테이퍼 구조로 이루어져 있다.
이 때, 상기 전극리드(340)는 제 1 결합부(340b) 및 제 2 결합부(340c) 부위만을 압연하는 부분 압연에 의해 형성되어 있으며, 이와 같이, 부분 압연으로 제조함에 따라, 제 1 결합부(340b) 및 제 2 결합부(340c)의 수평 방향 면적은 리드 본체(340a)의 수평 방향 면적보다 상대적으로 넓게 형성되어 있다.
제 1 결합부(340b) 및 제 2 결합부(340c)의 수평 방향 면적이 리드 본체(340a)의 수평 방향 면적보다 상대적으로 넓게 형성됨에 따라, 전극판(미도시)에 형성된 전극 탭들(미도시)과의 결합 면적을 증가시킬 수 있으며, 궁극적으로, 전기적 연결의 안정성을 증대시키는 효과를 발휘한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (14)
- 양극판과 음극판 사이에 분리막이 게재된 상태로 복수의 극판들이 적층된 구조의 전극조립체가 전지케이스에 각각 내장되어 있는 복수의 전지셀들이 직렬 또는 병렬 연결되어 있는 전지셀 어셈블리로서,
제 1 전극조립체가 내장되어 있는 제 1 전지셀로서, 상기 제 1 전극조립체는 제 1 양극 탭들 및 음극 탭들로 이루어진 제 1 전극 탭들이 형성되어 있는 제 1 전지셀;
제 2 전극조립체가 내장되어 있는 제 2 전지셀로서, 상기 제 2 전극조립체는 제 2 양극 탭들 및 음극 탭들로 이루어진 제 2 전극 탭들이 형성되어 있는 제 2 전지셀; 및
제 1 전극 탭들 및 제 2 전극 탭들을 연결하여 제 1 전지셀 및 제 2 전지셀을 직렬 또는 병렬 연결시키는 전극리드;
를 포함하며,
상기 전극리드는, 전지케이스의 외부로 노출된 리드 본체, 상기 리드 본체의 일측 단부 부위에서 제 1 전극 탭들과 연결되는 제 1 결합부, 및 상기 리드 본체의 타측 단부 부위에서 제 2 전극 탭들과 연결되는 제 2 결합부를 포함하고 있고, 상기 리드 본체의 두께가 제 1 및 2 결합부의 두께보다 상대적으로 두껍게 형성되어 있고,
전지셀들을 자유롭게 결합시킬 수 있으면서 외부의 충격 내지 진동에 대한 강성을 증가시킬 수 있도록, 상기 리드 본체의 두께는 제 1 및 제 2 결합부의 두께의 110% 내지 500%의 크기로 형성되고, 상기 리드 본체는 제 1 및 제 2 전지셀들의 적층 배열을 위해 절곡되도록 형성되고, 상기 리드 본체에 연결된 상기 제 1 및 제 2 결합부의 부위는 상기 리드 본체 측으로 두께가 증가하도록 테이퍼지게 형성되어 있고,
상기 제 1 및 제 2 전지셀들 각각은, 전극 탭들과 연결되어 있고 전극리드를 수용하는 전극리드 수용부가 형성된 커넥팅 부재를 더 포함하며;
상기 커넥팅 부재는 도전성 소재로 이루어져 있고, 상기 전극리드 수용부는 전극 탭들의 대향 방향에 형성되어 있고,
상기 전극리드 수용부는 전극리드의 제 1 및 제 2 결합부가 삽입 및 인출될 수 있도록 형성되어 있고,
상기 전극리드 수용부는 상기 커넥팅 부재의 부위 중에 전극 탭들에 대향하는 부위에 형성되고, 전지케이스의 외측 방향을 향해서만 형성되며,
상기 커넥팅 부재는,
판상형 전지셀의 전지케이스의 단부 측에 형성되어 있고, 전지케이스 내부의 전해액이 외부로 새어나가지 않도록 그 외주면이 전지케이스에 밀착하여 실링되게 형성되며,
상기 전극리드 수용부만 전지케이스의 외부로 노출시킬 수 있도록, 전지케이스의 외주면을 열융착 실링할 때, 전지 케이스가 커넥팅 부재의 외주면을 밀착하며 감싸도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리. - 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
- 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀의 전지케이스는, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 열융착 실링한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
- 제 3 항에 있어서, 상기 전극리드는 단일 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
- 삭제
- 제 4 항에 있어서, 상기 전극리드는, 부분 압연에 의한 제 1 결합부 및 2 결합부의 형성에 의해, 제 1 결합부 및 2 결합부의 수평 방향 면적은 리드 본체의 수평 방향 면적보다 상대적으로 넓은 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 2 전지셀들 각각은, 양극 탭들 및 음극 탭들이 전지케이스의 양단에 대향하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 및 2 전지셀들은 적층 배열되어 있으며;
상기 전극리드는, 전지셀들 상호 간의 직렬 또는 병렬 연결 부위에서 제 1 및 2 전지셀들의 적층 배열을 위해 "ㄷ"자 형상으로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리. - 삭제
- 제 7 항에 있어서, 상기 전극리드 수용부는 전극리드가 밀착 수용되도록 슬롯 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
- 삭제
- 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 내지 제 8 항 및 제 10항 중 어느 하나에 있어서, 상기 전극조립체는 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
- 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 내지 제 8 항 및 제 10항 중 어느 하나에 따른 전지셀 어셈블리를 하나 이상 포함하는 전지모듈.
- 제 13 항에 따른 전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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