JP2018521481A - テーピングを利用するベンティング構造の電池セル - Google Patents

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Abstract

本発明は、テーピングを利用するベンティング構造の電池セルに関し、より詳しくは、正極と負極の間に分離膜が介されている構造の電極組立体が電池ケースに内装されている電池セルであって、第１ケースおよび第２ケースからなり、前記第１ケースと第２ケースのうちの少なくとも一つに電極組立体の装着のための収納部が形成されており、前記収納部の密封のために収納部の外周部位に熱融着外周部が形成されている電池ケース；前記電池ケースの外部にそれぞれ突出されている正極リードおよび負極リード；および前記電池ケースに収納され、一側端部から突出されている電極タブが正極リードおよび負極リードに結合されている構造の電極組立体；を含んでおり、前記熱融着外周部のうちの一部には、その外周端部を囲む形態に密封強化テープが付着しており、電池セルの充放電時に収納部の内部で発生したガスが密封強化テープが付着していないベンティング誘導部の熱融着外周部を通じて収納部の外部に排出されることを特徴とする電池セルを提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、テーピングを利用するベンティング構造の電池セルに関する。
本出願は、２０１５年１０月２８日付韓国特許出願第１０−２０１５−０１４９８３８号に基づいた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組み含まれる。
最近、充放電が可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広範囲に使用されている。また、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目されている。したがって、二次電池を使用するアプリケーションの種類は、二次電池の長所により非常に多様化されており、今後は現在よりは多くの分野と製品に二次電池が適用されると予想される。
このような二次電池は、電極と電解液の構成によりリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などに分類されることもあり、そのうち、電解液の漏液可能性が少なく、製造が容易なリチウムイオンポリマー電池の使用量が増えている。一般に、二次電池は、電池ケースの形状により、電極組立体が円筒型または角型の金属カンに内装されている円筒型電池および角型電池と、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装されているパウチ型電池に分類され、電池ケースに内蔵される電極組立体は、正極、負極、および前記正極と前記負極の間に介された分離膜構造からなって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いシート型の正極と負極の間に分離膜を介して巻き取ったジェリーロール型と、所定の大きさの多数の正極と負極を分離膜に介された状態で順次に積層したスタック型とに分類される。
このうち、電池の高容量化によりケースの大面積化および薄い素材への加工が多い関心を集めており、これによって、スタック型またはスタック／フォールディング型電極組立体をアルミニウムラミネートシートのパウチ型電池ケースに内蔵した構造のパウチ型電池が、低い製造費、小さい重量、容易な形態変形などを理由で、使用量が漸次に増加している。
図１には、従来の代表的なパウチ型電池の斜視図が示されている。
図１を参照すると、パウチ型電池１０は、二つの電極リード１１、１２が互いに対向して電池本体１３の上端部と下端部にそれぞれ突出されている構造からなる。各端部で電極リード１１、１２の位置は互いに同一軸上に位置するだけでなく、電池本体１３の中心に位置する。
外装部材１４は、上下２単位からなっており、その内面に形成されている収納部１３に電極組立体を収納した状態で接触部位である両側面１４ｂと上端部および下端部１４ａ、１４ｃを接着する構造である。外装部材１４は、樹脂層／金属箔層／樹脂層のラミネート構造からなっており、互いに接する両側面１４ｂと上端部および下端部１４ａ、１４ｃに熱と圧力を加えて樹脂層を相互融着させる。
パウチ型電池は、高温、高電圧、高電流などの極限条件でセル内部に多量のガスが発生し、内部の圧力が増加して、これによる発火および爆発を招くようになる。このような問題を防止するために、電池ケース内部で発生したガスを外部に排出しなければならない。
パウチ型電池の充放電過程で密封されたケース内部に高圧を誘発して電池ケース内部が膨らむスウェリング現象によりパウチ型電池ケースのシーリング部が破損して内部ガスが外部に流出することがある。このような場合に、シーリング部の破損部位を通じてガスの流出部位が分からないという問題がある。
一方、電池ケース内部のガスを外部に排出するために、ガス排出部材を電池ケースの一部に付着することもあるが、ガス排出部材を付着する製造費用および工程が増加するという短所がある。
本発明は、前記のような従来技術の問題点と過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
具体的に、本発明の目的は、熱融着外周部のうちの一部に外周端部を囲む形態に密封強化テープを付着して、電池セルの充放電時に収納部の内部で発生したガスを密封強化テープが付着していないベンティング誘導部の熱融着外周部を通じて収納部の外部に排出して安全性に優れ、製造工程が簡単な電池セルを提供することにある。
前記目的を達成するための本発明によるテーピングを利用するベンティング構造の電池セルは、
正極と負極の間に分離膜が介されている構造の電極組立体が電池ケースに内装されている電池セルであって、
第１ケースおよび第２ケースからなり、前記第１ケースと第２ケースのうちの少なくとも一つに電極組立体の装着のための収納部が形成されており、前記収納部の密封のために収納部の外周部位に熱融着外周部が形成されている電池ケース；
前記電池ケースの外部にそれぞれ突出されている正極リードおよび負極リード；および
前記電池ケースに収納され、一側端部から突出されている電極タブが正極リードおよび負極リードに結合されている構造の電極組立体；
を含んでおり、
前記熱融着外周部のうちの一部には、その外周端部を囲む形態に密封強化テープが付着しており、電池セルの充放電時に収納部の内部で発生したガスが密封強化テープが付着していないベンティング誘導部の熱融着外周部を通じて収納部の外部に排出される構造で構成されている。
つまり、本発明によるテーピングを利用するベンティング構造の電池セルは、パウチ型電池ケース内部で発生される高温、高圧ガスを意図する方向に安全に排出して電池ケース内部圧力の増加による発火および爆発の危険を防止することができ、また簡単な構造および製造工程を通じて安全性を向上させることができる。
本発明によれば、前記電池ケースは、樹脂層と金属層を含むラミネートシートのパウチ型ケースからなってもよい。
一つの具体的な例において、前記電池ケースは、少なくとも一つの電極リードが形成されている部位に第１熱融着外周部が位置し、前記第１熱融着外周部の両側に第２熱融着外周部と第３熱融着外周部がそれぞれ位置し、前記第１熱融着外周部に対向して第４熱融着外周部が位置してもよい。
このような場合、正極リードは、前記第１熱融着外周部から突出されており、負極リードは、前記第４熱融着外周部から突出されている構造であってもよい。
この時、前記密封強化テープは、第２熱融着外周部および第３熱融着外周部にそれぞれ付着してもよい。
前記構造において、ベンティング誘導部は、第１熱融着外周部または第４熱融着外周部に位置してもよい。
また、前記密封強化テープは、第１熱融着外周部で、正極リードが突出されている部位を除いた残りの部位に追加的に付着してもよい。
他の場合に、前記密封強化テープは、第２熱融着外周部および第３熱融着外周部のうちの少なくとも一つで、ベンティング誘導部が形成されるように部分的に付着してもよい。
この時、前記密封強化テープは、第４熱融着外周部で、負極リードが突出されている部位を除いた残りの部位に追加的に付着してもよい。
他の場合に、正極リードおよび負極リードは、前記第１熱融着外周部から共に突出されている構造であってもよい。
この時、前記密封強化テープは、第２熱融着外周部および第３熱融着外周部にそれぞれ付着してもよい。
前記構造において、ベンティング誘導部は、第１熱融着外周部または第４熱融着外周部に位置してもよい。
一つの具体的な例において、前記密封強化テープは、第１熱融着外周部で正極リードおよび負極リードが突出されている部位を除いた残りの部位に追加的に付着してもよい。
前記構造において、前記ベンティング誘導部は、第２熱融着外周部、第３熱融着外周部および第４熱融着外周部のうちの少なくとも一つで、ベンティング誘導部が形成されるように部分的に付着してもよい。
本発明によれば、前記密封強化テープは、電極リードが位置する熱融着外周部にも付着しており、電極リード位置の熱融着外周部に付着する密封強化テープは、電極リードが通過するスリットが形成されてもよい。
ベンティング誘導部は、密封強化テープが付着していない部分であり、電極リードが位置する部分を追加的に含んでもよい。
一つの具体的な例において、前記第２熱融着外周部および第３熱融着外周部は、それぞれ収納部の外面側に垂直に折り曲げられており、密封強化テープが折り曲げられた熱融着外周部を囲む形態に付着してもよい。
このような場合に、前記第２熱融着外周部および第３熱融着外周部は、収納部の外面側に２回以上折り曲げられており、密封強化テープが折り曲げられた熱融着外周部を囲む形態に付着してもよい。
本発明によれば、前記密封強化テープは、電気絶縁性素材からなるフィルムの一面に接着剤が塗布されている接着テープであってもよい。
本発明は、前記電池セルを含む電池パックを提供する。
本発明はまた、前記電池パックを電源として含むデバイスを提供する。
前記デバイスは、コンピュータ、携帯電話、ウェアラブル電子機器、パワーツール、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電気二輪車、電気ゴルフカート、または電力貯蔵用システムなどから選択されるものであってもよい。
このようなデバイスの構造および製作方法は、当業界で公知となっているため、本明細書ではそれについての詳細な説明は省略する。
本発明によるテーピングを利用するベンティング構造の電池セルは、熱融着外周部のうちの一部に外周端部を囲む形態に密封強化テープを付着して、電池セルの充放電時に収納部の内部で発生したガスは、密封強化テープが付着していないベンティング誘導部の熱融着外周部を通じて収納部の外部に排出されて安全性を向上させることができる。また、簡単な構造および製造工程を通じて安全性を向上させることができる。
従来の電極組立体を含んでいるパウチ型電池セルの模式図である。 本発明によるパウチ型電池セルの模式図である。 図２の本発明による第２熱融着余剰部および第３熱融着余剰部に密封強化テープを付着した電池セルの模式図である。 図３の第１熱融着余剰部に密封強化テープを付着した電池セルの模式図である。 本発明の他の実施例による密封強化テープを付着した電池セルの模式図である。 本発明のまた他の実施例による第２熱融着余剰部および第３熱融着余剰部に密封強化テープを付着した電池セルの模式図である。 図６の第１熱融着余剰部に密封強化テープを付着した電池セルの模式図である。 本発明のまた他の実施例による密封強化テープを付着した電池セルの模式図である。 本発明による電池セルの熱融着余剰部に密封強化テープを付着した電池セルの模式図である。 本発明による電池セルの熱融着余剰部に密封強化テープを付着した電池セルの模式図である。 本発明による電池セルの熱融着余剰部に密封強化テープを付着した電池セルの模式図である。
以下、本発明の実施例による図面を参照して説明するが、これは本発明のより容易な理解のためのものであって、本発明の範疇がそれによって限定されるのではない。
図２には、本発明の一つの実施例によるパウチ型電池セルの模式図が示されている。
図２を参照すると、パウチ型電池セル１００は、電極組立体１１０、電極組立体１１０から延長されている電極タブ１３０、１３２、電極タブ１３０、１３２に結合して電池ケース１４０から外部の対向方向に突出されている正極リードと負極リード１２０、１２２、および電極組立体１１０を収容する電池ケース１４０を含んで構成されている。
電池ケース１４０は、第１ケース１４１および第２ケース１４２からなり、第１ケース１４１には電極組立体１１０の装着のための電極組立体収納部１４３が形成されている。
電極組立体１１０は、分離膜が介された状態で正極と負極が順次に積層されている構造であって、電池ケース１４０の電極組立体収納部１４３内に収納されており、電極組立体収納部１４３の外周には密封のために熱融着外周部１６０が形成されている。
熱融着外周部１６０は、正極リードおよび負極リード１２０、１２２が形成されている部位に第１熱融着外周部１６１、第１熱融着外周部１６１の両側に形成されている第２熱融着外周部１６２と第３熱融着外周部１６３、および第１熱融着外周部１６１に対向する位置に第４熱融着外周部１６４から形成されている。
電極タブ１３０、１３２は、電極組立体１１０の各極板から延長されており、正極リードおよび負極リード１２０、１２２は、各極板から延長された複数個の電極タブ１３０、１３２と共に電気的に連結されており、電池ケース１１０の外部に正極リードおよび負極リード１２０、１２２の一部がそれぞれ露出している。
正極リードおよび負極リード１２０、１２２の上下面一部には、電池ケース１１０との密封度を高め、同時に電気的絶縁状態を確保するために絶縁フィルムら１５０、１５２がそれぞれ付着している。
図３には、図２の本発明による第２熱融着余剰部および第３熱融着余剰部にテープを付着した電池セルの模式図が示されている。
図３を参照すると、電池セル１００の正極リードおよび負極リード１２０、１２２は、電池ケース１４０の外部に相互対向方向に向かって突出されている。正極リード１２０は、図面上で第１熱融着外周部１６１から上部に向かって突出されており、負極リード１２２は、第４熱融着外周部１６４から下部に向かって突出されている。
電池ケース１４０の側面に位置する第２熱融着外周部１６２および第３熱融着外周部１６３には、外周端部を外側にから囲む形態に密封強化テープ１７０がそれぞれ付着している。
電池セル１００の充放電時、収納部の内部で発生したガスはベンティング誘導部を通じて収納部の外部に排出される。つまり、ベンティング誘導部は、密封強化テープ１７０が付着していない第１熱融着外周部１６１または第４熱融着外周部１６４に位置しており、上部および下部の矢印方向にガスが排出される。
ベンティング誘導部が異なるという点を除けば構造が同一であるため、重複する説明は省略する。
図４には、図３による第１熱融着余剰部にテープを付着した電池セルの模式図が示されている。
図４を参照すると、電池セル１００の密封強化テープ１７０は、電池ケース１４０の第１熱融着外周部１６１で正極リード１２０が突出されている部位を除いた残りの部位、つまり、正極リード１２０と第２熱融着外周部１６２の間および正極リード１２０と第３熱融着外周部１６３の間の第１熱融着外周部１６１に追加的に付着している。
ベンティング誘導部は、負極リード１２２が位置し、密封強化テープ１７０が付着していない第４熱融着外周部１６４に位置している。つまり、ベンティング誘導部は、ガスが下部の矢印方向に排出される部分である。
密封強化テープの付着位置とベンティング誘導部の位置が異なるという点を除けば構造が同一であるため、重複する説明は省略する。
図５には、本発明の他の実施例による密封強化テープを付着した電池セルの模式図が示されている。
図５を参照すると、電池セル２００の正極リード２２０は、電池ケース２４０の第１熱融着外周部２６１から上向きに突出されており、負極リード２２２は、第４熱融着外周部２６４から下向きに突出されている。
密封強化テープ２７０は、第１熱融着外周部２６１で正極リード２２０が突出されている部位を除いた残りの部位に追加的に付着しており、第４熱融着外周部２６４で負極リード２２２が突出されている部位を除いた残りの部位に付着している。
密封強化テープ２７０は、第２熱融着外周部２６２および第３熱融着外周部２６３にベンティング誘導部が形成されるように密封強化テープ２７０が付着していない部分が間隔を置いて位置して部分的に付着している。
ベンティング誘導部は、密封強化テープ２７０が付着していない第２熱融着外周部２６２および第３熱融着外周部２６３に位置する構造である。つまり、ベンティング誘導部は、両側面の矢印方向に排出される部分である。
密封強化テープの付着位置とベンティング誘導部の位置が異なるという点を除けば構造が同一であるため、重複する説明は省略する。
図６には、本発明のまた他の実施例による第２熱融着余剰部および第３熱融着余剰部にテープを付着した電池セルの模式図が示されている。
図６を参照すると、電池セル３００の正極リードおよび負極リード３２０、３２２は、電池ケース３４０の第１熱融着外周部３６１から共に上向きに突出されている。密封強化テープ３７０は、第２熱融着外周部３６２および第３熱融着外周部３６３にそれぞれ付着している。
ベンティング誘導部は、密封強化テープ３７０が付着していない第１熱融着外周部３６１と第４熱融着外周部３６４に位置する。
電極リードの位置、および密封強化テープとベンティング誘導部の位置が異なるという点を除けば構造が同一であるため、重複する説明は省略する。
図７は、図６による第４熱融着余剰部にテープを付着した電池セルの模式図が示されている。
図７を参照すると、密封強化テープ３７０は、第２熱融着外周部３６２および第３熱融着外周部３６３にそれぞれ付着しており、電池ケース３４０の第１熱融着外周部３６１で正極リードおよび負極リード３２０、３２２が突出されている部位を除いた残りの部位に追加的に付着している。
ベンティング誘導部は、密封強化テープが付着していない第４熱融着外周部３６４に位置し、ガスは下部の矢印方向に排出される。
図８には、本発明のまた他の実施例による密封強化テープを付着した電池セルの模式図が示されている。
図８を参照すると、電池セル４００で、密封強化テープ４７０は、第１熱融着外周部４６１で、正極リード４２０および負極リード４２２が突出されている部位を除いた残りの部位に追加的に付着しており、第４熱融着外周部４６４に付着している。
密封強化テープ４７０は、第２熱融着外周部４６２および第３熱融着外周部４６３にそれぞれベンティング誘導部が形成されるように部分的に付着している。
密封強化テープの付着位置とベンティング誘導部の位置が異なるという点を除けば構造が同一であるため、重複する説明は省略する。
図９ないし図１１には、本発明の実施例による電池セルの熱融着余剰部にテープを付着した電池セルの模式図が示されている。
図９を参照すると、電池セル５００の第２熱融着外周部５６２および第３熱融着外周部５６３は、密封強化テープ５７０が付着した状態で電池ケース５４０の収納部５４３の外面に向かって矢印方向にそれぞれ垂直に折り曲げられる。
図１０を参照すると、電池セル６００の第２熱融着外周部６６２および第３熱融着外周部６６３の端部の一部部位が収納部６４３を向かってそれぞれ１回折り曲げられて密封強化テープ６７０が付着した状態で、電池ケース６４０の収納部６４３の外面側に折り曲げられる。
図１１を参照すると、電池セル７００の第２熱融着外周部７６２および第３熱融着外周部７６３が収納部７４３に向かってそれぞれ１回折り曲げられた状態で、電池ケース７４０の収納部７４３の外面側に折り曲げられ、折り曲げられた第２熱融着外周部７６２および第３熱融着外周部７６３を密封強化テープ７７０が囲む形態に付着している。
本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、前記内容を基に本発明の範疇内で多様な応用および変形を行うことが可能であろう。
以上で説明したとおり、本発明によるテーピングを利用するベンティング構造の電池セルは、熱融着外周部のうちの一部に外周端部を囲む形態に密封強化テープを付着して、電池セルの充放電時に収納部の内部で発生したガスは、密封強化テープが付着していないベンティング誘導部の熱融着外周部を通じて収納部の外部に排出されて安全性を向上させることができるという効果を提供する。
また、簡単な構造および製造工程を通じて安全性を向上させることができるという効果を提供する。

Claims (20)

  1. 正極と負極の間に分離膜が介されている構造の電極組立体が電池ケースに内装されている電池セルであって、
    第１ケースおよび第２ケースからなり、前記第１ケースと第２ケースのうちの少なくとも一つに電極組立体の装着のための収納部が形成されており、前記収納部の密封のために収納部の外周部位に熱融着外周部が形成されている電池ケース；
    前記電池ケースの外部にそれぞれ突出されている正極リードおよび負極リード；および
    前記電池ケースに収納され、一側端部から突出されている電極タブが正極リードおよび負極リードに結合されている構造の電極組立体；
    を含んでおり、
    前記熱融着外周部のうちの一部には、その外周端部を囲む形態に密封強化テープが付着しており、電池セルの充放電時に収納部の内部で発生したガスが密封強化テープが付着していないベンティング誘導部の熱融着外周部を通じて収納部の外部に排出されることを特徴とする電池セル。
  2. 前記電池ケースは、樹脂層と金属層を含むラミネートシートのパウチ型ケースからなることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  3. 前記電池ケースは、少なくとも一つの電極リードが形成されている部位に第１熱融着外周部が位置し、前記第１熱融着外周部の両側に第２熱融着外周部と第３熱融着外周部がそれぞれ位置し、前記第１熱融着外周部に対向して第４熱融着外周部が位置することを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  4. 正極リードは、前記第１熱融着外周部から突出されており、負極リードは、前記第４熱融着外周部から突出されていることを特徴とする、請求項３に記載の電池セル。
  5. 前記密封強化テープは、第２熱融着外周部および第３熱融着外周部にそれぞれ付着していることを特徴とする、請求項４に記載の電池セル。
  6. ベンティング誘導部は、第１熱融着外周部または第４熱融着外周部に位置することを特徴とする、請求項５に記載の電池セル。
  7. 前記密封強化テープは、第１熱融着外周部で、正極リードが突出されている部位を除いた残りの部位に追加的に付着していることを特徴とする、請求項５に記載の電池セル。
  8. 前記密封強化テープは、第２熱融着外周部および第３熱融着外周部のうちの少なくとも一つで、ベンティング誘導部が形成されるように部分的に付着していることを特徴とする、請求項４に記載の電池セル。
  9. 前記密封強化テープは、第４熱融着外周部で、負極リードが突出されている部位を除いた残りの部位に追加的に付着していることを特徴とする、請求項５に記載の電池セル。
  10. 正極リードおよび負極リードは、前記第１熱融着外周部から共に突出されていることを特徴とする、請求項３に記載の電池セル。
  11. 前記密封強化テープは、第２熱融着外周部および第３熱融着外周部にそれぞれ付着していることを特徴とする、請求項１０に記載の電池セル。
  12. ベンティング誘導部は、第１熱融着外周部または第４熱融着外周部に位置することを特徴とする、請求項１１に記載の電池セル。
  13. 前記密封強化テープは、第１熱融着外周部で、正極リードおよび負極リードが突出されている部位を除いた残りの部位に追加的に付着していることを特徴とする、請求項１１に記載の電池セル。
  14. 前記ベンティング誘導部は、第２熱融着外周部、第３熱融着外周部および第４熱融着外周部のうちの少なくとも一つで、ベンティング誘導部が形成されるように部分的に付着していることを特徴とする、請求項１０に記載の電池セル。
  15. 前記密封強化テープは、電極リードが位置する熱融着外周部にも付着しており、電極リード位置の熱融着外周部に付着する密封強化テープは、電極リードが通過するスリットが形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  16. 前記第２熱融着外周部および第３熱融着外周部は、それぞれ収納部の外面側に垂直に折り曲げられており、密封強化テープが折り曲げられた熱融着外周部を囲む形態に付着していることを特徴とする、請求項５または１１に記載の電池セル。
  17. 前記第２熱融着外周部および第３熱融着外周部は、収納部の外面側に２回以上折り曲げられており、密封強化テープが折り曲げられた熱融着外周部を囲む形態に付着していることを特徴とする、請求項５または１１に記載の電池セル。
  18. 前記密封強化テープは、電気絶縁性素材からなるフィルムの一面に接着剤が塗布されている接着テープであることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の電池セルを含むことを特徴とする電池パック。
  20. 請求項１９に記載の電池パックを電源として含んでいることを特徴とするデバイス。

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