JP2023522347A - 電池セル及びそれを含む電池モジュール - Google Patents

電池セル及びそれを含む電池モジュール Download PDF

Info

Publication number
JP2023522347A
JP2023522347A JP2022563199A JP2022563199A JP2023522347A JP 2023522347 A JP2023522347 A JP 2023522347A JP 2022563199 A JP2022563199 A JP 2022563199A JP 2022563199 A JP2022563199 A JP 2022563199A JP 2023522347 A JP2023522347 A JP 2023522347A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lead
battery cell
lead film
depression
cell according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2022563199A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7508581B2 (ja
Inventor
フン－ヒ・リム
ウン－スク・パク
ミン－ヒョン・カン
サン－フン・キム
ヒュン－キュン・ユ
ス－ジ・ファン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Publication of JP2023522347A publication Critical patent/JP2023522347A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7508581B2 publication Critical patent/JP7508581B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/178—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for pouch or flexible bag cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/184—Sealing members characterised by their shape or structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H01M50/193—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H01M50/198—Sealing members characterised by the material characterised by physical properties, e.g. adhesiveness or hardness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/394—Gas-pervious parts or elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54—Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)

Abstract

Figure 2023522347000001
本発明の一態様による電池セルは、電極組立体が収納部に取り付けられ、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には前記電池ケースの外側に向かって凹んだ陥没部が形成されており、前記陥没部は前記電池ケースの内部側が開放され、前記陥没部は第１陥没部及び第２陥没部を含み、前記第２陥没部の幅は前記第１陥没部の幅よりも広い。

Description

本出願は、２０２１年２月４日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００１６１１１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含む電池モジュールに関し、より具体的には、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含む電池モジュールに関する。
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に収納され、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、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含む電池モジュール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た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、電極組立体が収納部に取り付けられ、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には前記電池ケースの外側に向かって凹んだ陥没部が形成されており、前記陥没部は前記電池ケースの内部側が開放され、前記陥没部は第１陥没部及び第２陥没部を含み、前記第２陥没部の幅は前記第１陥没部の幅よりも広い。
前記第２陥没部は、第１陥没部よりも電極組立体から離れて位置し得る。
前記第１陥没部の一部は、シーリング部と対応する位置に位置し得る。
前記第２陥没部の一部は、シーリング部と対応しない位置に位置し得る。
前記リードフィルムの幅は、前記シーリング部の幅よりも広く、前記電極リードの長さよりも短くなり得る。
前記第２陥没部は、前記シーリング部の端部と前記リードフィルムの端部との間に位置し得る。
前記第１陥没部は、前記電極リードの突出方向に沿って延設され得、前記第２陥没部は、前記シーリング部の長手方向に沿って延設され得る。
前記第２陥没部の形状は、円形、三角形、四角形、または凹凸形状であり得る。
前記電極リードの突出方向を基準にして、前記陥没部の内面は閉鎖され得る。
前記リードフィルムは、陥没部の内面のうちの少なくとも一面を覆う内部層をさらに含み得る。
前記内部層の材料は、前記リードフィルムの材料に比べて、融点が高く、電解液と反応しないものであり得る。
前記リードフィルムは、ポリオレフィン系の物質を含み得る。
前記内部層は、ポリオレフィン系、フッ素系、及び多孔性セラミック系のうちの少なくとも一つの物質を含み得る。
前記陥没部は、前記電極リード上に位置し得る。
前記リードフィルムの長さは、前記電極リードの幅よりも長くなり得る。
前記陥没部は、前記電極リードの端部と前記リードフィルムの端部との間に位置し得る。
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、互いに連結され得る。
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陥没部が位置し得る。
前記陥没部の電池ケースの最外側方向の端部は、前記電池ケースの外側面よりも外側に位置し得る。
前記陥没部の電池ケース内部側の開放端部は、前記電池ケースの内側面よりも内側に位置し得る。
前記電極リードの突出方向を基準にして、前記陥没部の前面を囲むリードフィルムの幅（Ｗ）は２ｍｍ以上であり得る。
前記陥没部の上面を囲むリードフィルムの厚さ（Ｈ）は、１００～３００μｍであり得る。
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℃、５０％ＲＨで１０年間０．０２～０．２ｇであり得る。
本発明の他の一態様による電池モジュールは、上述した電池セルを含む。
本発明の実施形態によれば、電池ケースの外側に向かって凹み、且つ、電池ケースの内部側が開放された陥没部が形成されたリードフィルムが付着された電極リードを含む電池セル及びそれを含む電池モジュールを提供し、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。
本発明の実施形態によれば、前記陥没部が第１陥没部及び第２陥没部を含み、第２陥没部の幅が第１陥没部の幅よりも広いため、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とともに、リードフィルムの耐久性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４のｅ－ｅ’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部分を拡大した図である。 図８の（ａ）において、シーリング部の位置に応じた電極リード部分を拡大した図である。 本発明の他の実施形態による、図３に示された電池セルの電極リード部分を拡大した図である。 本発明のさらに他の実施形態による、図３に示された電池セルの電極リード部分を拡大した図である。 本発明のさらに他の実施形態による、図３に示された電池セルの電極リード部分を拡大した図である。 図３のｂ－ｂ’に沿った断面図である。 図１３において、電池セルの内部で発生したガスが外部に排出される流れを示した図である。
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で、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、密封時に電極リード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り、図７は図４のｅ－ｅ’に沿った断面図である。
図５を参照すると、リードフィルム４００には電池ケース２００の外側に向かって凹んだ陥没部４５０が形成されており、陥没部４５０は電池ケース２００の内部側が開放されている。また、陥没部４５０は、電極リード３００の突出方向を基準にして陥没部４５０の内面が閉鎖され得る。
これにより、リードフィルム４００において、電池ケース２００の内部で発生したガスが所定の圧力以上になれば陥没部４５０に排出され、陥没部４５０に流れ込んだガスは内外部の圧力差によって電池の外部へと排出される。また、リードフィルム４００は、陥没部４５０が内側に向かって開放され、且つ、リードフィルム４００の外側に向かって凹んだ陥没部の内面が閉鎖されているため、パウチの気密性及び耐久性も確保することができる。また、リードフィルム４００は、陥没部４５０によって気体の透過面積が最大化され、大量の気体を排出することができる。
図６及び図７を参照すると、陥没部４５０は第１陥没部４５１及び第２陥没部４５５を含み、第２陥没部４５５の幅は第１陥没部４５１の幅よりも広い。
本明細書において、前記第２陥没部４５５の幅とは、電極リード３００の突出方向と直交する方向における第２陥没部４５５の一端と他端との間の距離の最大値を意味し、前記第１陥没部４５１の幅とは、電極リード３００の突出方向と直交する方向における第１陥没部４５１の一端と他端との間の距離の最大値を意味する。
電池ケース２００内部のガスが陥没部４５０に流れ込み、リードフィルム４００が圧力によって外側に膨張しながら生じる曲率が増加すると、リードフィルム４００と電極リード３００との界面に加えられるストレスも増加する。
陥没部４５０が同じ幅を有する部分のみからなる場合、膨張したリードフィルム４００の曲率増加によってリードフィルム４００と電極リード３００との界面に加えられるストレスによって、リードフィルム４００の耐久性が弱化するおそれがある。
一方、陥没部４５０が相異なる幅を有する第１陥没部４５１及び第２陥没部４５５を含む場合、相対的に幅の狭い第１陥没部４５１で膨張したリードフィルム４００の曲率が相対的に幅の広い第２陥没部４５５で膨張したリードフィルム４００の曲率よりも小さく、リードフィルム４００と電極リード３００との界面に加えられるストレスが小さくなり、耐久性の向上とともにガスの排出量を増加させることができる。
また、図５～図７を参照すると、リードフィルム４００は、陥没部４５０の内面のうちの少なくとも一面を覆う内部層４１０をさらに含み得る。
一例として、図５の（ａ）～図７の（ａ）を参照すると、陥没部４５０内で内部層４１０はリードフィルム４００の表面全体を覆い得る。すなわち、陥没部４５０は、開放されている面を除いた内面全体に内部層４１０が形成され得る。
これにより、リードフィルム４００は、電極リード３００の上下部のうちの少なくとも一つに位置した状態でシーリング部２５０と共に密封されても、内部層４１０によって陥没部４５０が密封されていない状態を保持できる。
他の一例として、図５の（ｂ）～図７の（ｂ）を参照すると、内部層４１０は、陥没部４５０の内面のうちの上面または下面を覆い得る。すなわち、陥没部４５０は、互いに対面する上面及び下面の少なくとも一面に内部層４１０が形成され得る。
これにより、リードフィルム４００は、陥没部４５０内に形成される内部層４１０を最小化しながらも、内部層４１０によって陥没部４５０が密封されていない状態を保持できる。また、製造工程を簡便にし、コストを節減することができる。
より具体的には、内部層４１０は、リードフィルム４００の材料に比べて、融点の高い材料からなり得る。また、内部層４１０は、電池ケース２００内に含まれる電解液と反応しない材料からなり得る。内部層４１０が上述した材料からなることから、電解液と反応せず、且つ、高温の密封過程で熱融着、熱変形などが発生しないため、陥没部４５０が空いたままに維持される。また、電池ケース２００内で発生するガスを外部に容易に排出することができる。
本発明の一実施形態において、前記内部層４１０の厚さは１００μｍ以下であり得る。
本発明の一実施形態において、前記内部層４１０のガス透過度は４０バーラー以上であり得る。例えば、前記内部層４１０の二酸化炭素透過度が上述した範囲を満足し得る。
一例として、内部層４１０は、ポリオレフィン系、フッ素系、及び多孔性セラミック系のうちの少なくとも一つの物質を含み得る。例えば、前記内部層４１０は、上述したガス透過度を満足するポリオレフィン系、フッ素系、及び多孔性セラミック系のうちの少なくとも一つの物質を含み得る。前記ポリオレフィン系物質は、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。前記フッ素系の物質は、ポリテトラフルオロエチレン及びポリビニリデンフルオライド（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）からなる群より選択された１種以上の材料を含み得る。また、内部層４１０は、ゲッター（ｇｅｔｔｅｒ）物質を含み、ガス透過度を高める一方で水分浸透度を最小化することができる。一例として、前記ゲッター物質は、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、シリカ（ＳｉＯ２）などであり得るが、これに限定されるものではなく、水（Ｈ２Ｏ）と反応する物質であれば使用し得る。
前記内部層４１０は、前記リードフィルム４００と内部層４１０との間に接着材料を備えるか又はリードフィルム４００と共に押出してリードフィルム４００と接着し得る。前記接着材料は、アクリル系を含み得る。特に、前記内部層４１０がリードフィルム４００と共に押出される場合、内部層４１０のガス透過度は４０バーラー以上であり得る。
図４～図７を参照すると、リードフィルム４００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リードフィルムは電極リード３００の上部に位置し、前記第２リードフィルムは電極リード３００の下部に位置し得る。このとき、電極リード３００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た状態でシーリング部２５０と共に密封され、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連結され得る。
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。
一例として、リードフィルム４００において、陥没部４５０は、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位置し得る。より具体的には、リードフィルム４００において、陥没部４５０は、電極リード３００を基準にして前記第１リードフィルムまたは前記第２リードフィルムに形成されているか、または、電極リード３００を基準にして前記第１リードフィルム及び前記第２リードフィルムの全てに形成され得る。但し、陥没部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内に適切な個数で形成され得る。
このように、リードフィルム４００に形成されている陥没部４５０の個数を調節することで、リードフィルム４００の耐久性及び気密性を制御することができる。また、必要に応じて陥没部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８は、図３に示された電池セルの電極リード部分を拡大した図である。図９は、図８の（ａ）において、シーリング部の位置に応じた電極リード部分を拡大した図である。
図８を参照すると、前記第２陥没部４５５は第１陥没部４５１よりも電極組立体１１０が収納された側から遠く位置し得る。
このとき、第２陥没部４５５は、電池ケース２００の内部で発生したガスを電池ケース２００の外部へと排出する役割を果たすが、第２陥没部４５５の幅が第１陥没部４５１の幅よりも広くて、ガスを外部に排出する面積がさらに増加するため、ガスの排出量をより容易に増加させることができる。
また、相対的に幅の狭い第１陥没部４５１は、電池ケース２００の内部で発生したガスが陥没部４５０に流れ込む通路の役割を果たし、リードフィルム４００の耐久性を増加させることができる。
図８を参照すると、前記第１陥没部４５１の一部がシーリング部２５０と対応する位置に位置し得る。例えば、第２陥没部４５５が第１陥没部４５１よりも電極組立体１１０が収納された側から遠く位置しながら、第１陥没部４５１の一部がシーリング部２５０と対応する位置に位置し得る。
図８を参照すると、前記第２陥没部４５５の一部がシーリング部２５０と対応しない位置に位置し得る。この場合、前記第２陥没部４５５がシーリング部２５０と対応しない面積が増加するほど、電池ケース２００内部のガスを電池ケース２００の外部へと排出する面積が増加する。例えば、第２陥没部４５５が第１陥没部４５１よりも電極組立体１１０が収納された側から遠く位置しながら、第２陥没部４５５の一部がシーリング部２５０と対応しない位置に位置し得る。
本発明の一実施形態において、リードフィルム４００の幅は、シーリング部２５０の幅よりも広く、電極リード３００の長さよりも短くなり得る。本明細書において、リードフィルム４００の幅とは、電極リード３００の突出方向におけるリードフィルムの一端と他端との間の距離の最大値を意味する。シーリング部２５０の幅とは、電極リード３００の突出方向におけるシーリング部２５０の一端と他端との間の距離の最大値を意味する。電極リード３００の長さとは、電極リード３００の突出方向における電極リード３００の一端と他端との間の距離の最大値を意味する。このとき、第２陥没部４５５は、シーリング部２５０の端部とリードフィルム４００の端部との間に位置し得る。例えば、第２陥没部４５５の全体がシーリング部２５０と対応しない位置に位置し得る。
リードフィルム４００において、陥没部４５０は、多様な形状で形成され得る。
図８を参照すると、第１陥没部４５１は電極リード３００の突出方向に沿って延設し得、第２陥没部４５５はシーリング部２５０の長手方向に沿って延設し得る。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の突出方向と直交する方向を意味する。
リードフィルム４００において、陥没部４５０は、電極リード３００を基準にして多様な位置に形成され得る。
一例として、図８の（ａ）のように、リードフィルム４００において、陥没部４５０は電極リード３００上に位置し得る。より具体的には、陥没部４５０は、電極リード３００の中心部と対応する位置に形成され得る。
他の一例として、図８の（ｂ）のように、リードフィルム４００の長さは電極リード３００の幅よりも長くなり得、陥没部４５０は電極リード３００の端部とリードフィルム４００の端部との間に位置し得る。本明細書において、リードフィルム４００の長さとは、電極リード３００の突出方向と直交する方向におけるリードフィルム４００の一端と他端との間の距離の最大値を意味し、電極リード３００の幅とは、電極リード３００の突出方向と直交する方向における電極リード３００の一端と他端との間の距離の最大値を意味する。換言すると、リードフィルム４００において、陥没部４５０は、電極リード３００を回避した位置に形成されてもよい。但し、陥没部４５０の位置は上述した内容に限定されず、リードフィルム４００内で適切な位置に形成され得る。
このように、リードフィルム４００に形成されている陥没部４５０の位置を調節して、リードフィルム４００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、陥没部４５０の位置に応じて陥没部４５０の大きさを調節して、製造工程を簡便にし、コストを節減することができる。
図９を参照すると、リードフィルム４００において、内部側に向かって開放されている陥没部４５０の端部は、電池ケース２００内側に向かうリードフィルム４００の端部に隣接して形成され、外側に向かって凹んでいる電池ケース２００の最外側における陥没部４５０の端部は、シーリング部２５０の端部とリードフィルム４００の端部との間に位置し得る。本明細書において、「電池ケース２００の最外側における端部」とは、陥没部の端部のうち、電極リード３００の突出方向を基準にして最外側に位置した陥没部４５０の端部を意味する。
また、陥没部４５０において、外側に向かって凹んでいる端部はシーリング部２５０の端部と所定の距離だけ離隔しているか又は隣接して位置し得る。
一例として、図９の（ａ）と（ｂ）とを比べると、リードフィルム４００と接するシーリング部２５０の位置が変わっても、陥没部４５０が電池ケース２００を基準にして外側に位置する面積に及ぼす影響はないことが確認できる。
これにより、本実施形態によれば、密封工程で発生するリードフィルム４００とシーリング部２５０との位置による誤差範囲内で、陥没部４５０が電池ケース２００を基準にして外側に位置する面積を均一に維持でき、電池ケース２００内のガスが陥没部４５０に流れ込んで外部へと排出される面積も均一に維持できる。これにより、陥没部４５０による気体排出効果も維持することができる。
図１０～図１２は、本発明の他の実施形態による、図３に示された電池セルの電極リード部分を拡大した図である。
図１０～図１２を参照すると、第２陥没部４５５の形状は、円形、三角形、または凹凸形状であり得るが、これに限定されるものではなく、例えば図８のように四角形などの形状であり得る。
このように、リードフィルム４００に形成される陥没部４５０の形状を調節して、リードフィルム４００の耐久性及び気密性を制御することができる。また、必要に応じて陥没部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１３は、図３のｂ－ｂ’に沿った断面図である。図１４は、図１３において、電池セルの内部で発生したガスが外部に排出される流れを示した図である。
図１３を参照すると、電池ケース２００の最外側における陥没部４５０の端部は、電池ケース２００の外側面よりも外側に位置し得る。本明細書において、電池ケース２００の外側面とは、電池ケース２００のシーリング部２５０の電池外側端部を意味する。これにより、ガスが電池の外部へと排出される面積を十分且つ容易に確保することができる。
また、電池ケース２００の内部に向かって開放されている陥没部４５０の端部は、電池ケース２００の内側面よりも内側に位置し得る。本明細書において、電池ケース２００の内側面とは、電池ケース２００のシーリング部２５０の電池内側端部を意味する。これにより、電池内のガスが陥没部４５０へと容易に流れ込むことができる。
上述した場合、リードフィルム４００は、陥没部４５０の面積を最大化し、電池ケース２００の内部で発生したガスの透過面積が最大化できるため、大量の気体を排出することができる。
図１３を参照すると、陥没部４５０の上面を囲むリードフィルム４００の厚さＨは、１００～３００μｍまたは１００～２００μｍであり得る。陥没部４５０の上面を囲むリードフィルム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内部のガスをより容易に外部へと排出できる。本明細書において、陥没部４５０の上面を囲むリードフィルム４００とは、陥没部４５０とシーリング部２５０との間のリードフィルム４００を意味する。
図１３を参照すると、電極リード３００の突出方向を基準にして陥没部４５０の前面を囲むリードフィルム４００の幅Ｗは、２ｍｍ以上、または２ｍｍ～３ｍｍであり得る。本明細書において、前記陥没部４５０の前面を囲むリードフィルム４００の幅とは、電池ケース２００の最外側における凹んでいる端部と電池ケース２００の外側におけるリードフィルム４００の端部との間の距離の最大値を意味する。前記陥没部４５０の前面を囲むリードフィルム４００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。
図１４を参照すると、電池セル１００の内部で発生したガスは、リードフィルム４００の陥没部４５０に向かって排出され得る。ここで、陥没部４５０は、内部側に向かって開放されているため、陥没部４５０の内部圧力は電池ケース２００の内部圧力と同一であり得る。
陥没部４５０の内部圧力は、電池セル１００の外部圧力よりも高く、これによる圧力差がガスの推進力（ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）として作用する。これにより、陥没部４５０に流れ込んだガスを外部に向かって容易に排出可能である。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。
このとき、電池ケース２００の内部で発生するガスが陥没部４５０及び陥没部の上面を囲むリードフィルム４００を通ってＺ軸方向に排出され得る。例えば、陥没部４５０が電池ケース２００の外部に露出する場合、電池ケース２００の内部で発生するガスが陥没部４５０及び陥没部の上面を囲むリードフィルム４００を通ってＺ軸方向に沿って排出され得る。特に、電池ケースの最外側における前記陥没部４５０の凹んだ端部が電池ケース２００の外側面よりも外側に位置する場合、陥没部４５０から、電池ケース２００の最外側における陥没部４５０の凹んだ端部と電池ケース２００の外側面との間のリードフィルム４００を通ってＺ軸方向にガスが排出され得る。
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、二次電池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℃、５０％ＲＨで１０年間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℃、５０％ＲＨで１０年間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（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って、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。
本発明の他の一態様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 従来の電池セル
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
４００ リードフィルム
４１０ 内部層
４５０ 陥没部
４５１ 第１陥没部
４５５ 第２陥没部

Claims (26)

  1. 電極組立体が収納部に取り付けられ、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には、前記電池ケースの外側に向かって凹んだ陥没部が形成されており、
    前記陥没部は、前記電池ケースの内部側が開放され、
    前記陥没部は、第１陥没部及び第２陥没部を含み、
    前記第２陥没部の幅は、前記第１陥没部の幅よりも広い、電池セル。
  2. 前記第２陥没部は、第１陥没部よりも電極組立体から離れて位置する、請求項１に記載の電池セル。
  3. 前記第１陥没部の一部は、シーリング部と対応する位置に位置する、請求項１または２に記載の電池セル。
  4. 前記第２陥没部の一部は、シーリング部と対応しない位置に位置する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池セル。
  5. 前記リードフィルムの幅は、前記シーリング部の幅よりも広く、前記電極リードの長さよりも短い、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池セル。
  6. 前記第２陥没部は、前記シーリング部の端部と前記リードフィルムの端部との間に位置する、請求項５に記載の電池セル。
  7. 前記第１陥没部は、前記電極リードの突出方向に沿って延設され、
    前記第２陥没部は、前記シーリング部の長手方向に沿って延設されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池セル。
  8. 前記第２陥没部の形状は、円形、三角形、四角形、または凹凸形状である、請求項１から７のいずれか一項に記載の電池セル。
  9. 前記電極リードの突出方向を基準にして前記陥没部の内面が閉鎖されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の電池セル。
  10. 前記リードフィルムは、陥没部の内面のうちの少なくとも一面を覆う内部層をさらに含む、請求項９に記載の電池セル。
  11. 前記内部層の材料は、前記リードフィルムの材料に比べて、融点が高く、電解液と反応しないものである、請求項１０に記載の電池セル。
  12. 前記リードフィルムは、ポリオレフィン系の物質を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池セル。
  13. 前記内部層は、ポリオレフィン系、フッ素系、及び多孔性セラミック系のうちの少なくとも一つの物質を含む、請求項１０または１１に記載の電池セル。
  14. 前記陥没部は、前記電極リード上に位置する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の電池セル。
  15. 前記リードフィルムの長さは、前記電極リードの幅よりも長い、請求項１から１３のいずれか一項に記載の電池セル。
  16. 前記陥没部は、前記電極リードの端部と前記リードフィルムの端部との間に位置する、請求項１５に記載の電池セル。
  17. 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する、請求項１から１６のいずれか一項に記載の電池セル。
  18. 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、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、互いに連結されている、請求項１７に記載の電池セル。
  19. 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陥没部が位置する、請求項１７または１８に記載の電池セル。
  20. 前記陥没部の電池ケースの最外側方向の端部は、前記電池ケースの外側面よりも外側に位置する、請求項１から１９のいずれか一項に記載の電池セル。
  21. 前記陥没部の電池ケース内部側の開放端部は、前記電池ケースの内側面よりも内側に位置する、請求項１から２０のいずれか一項に記載の電池セル。
  22. 前記電極リードの突出方向を基準にして、
    前記陥没部の前面を囲むリードフィルムの幅（Ｗ）が２ｍｍ以上である、請求項１から２１のいずれか一項に記載の電池セル。
  23. 前記陥没部の上面を囲むリードフィルムの厚さ（Ｈ）が１００μｍ～３００μｍ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. 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２３のいずれか一項に記載の電池セル。
  25. 前記リードフィルムの水分浸透量が２５℃、５０％ＲＨで１０年間０．０２ｇ～０．２ｇである、請求項１から２４のいずれか一項に記載の電池セル。
  26. 請求項１から２５のいずれか一項に記載の電池セルを含む、電池モジュール。
JP2022563199A 2021-02-04 2022-01-21 電池セル及びそれを含む電池モジュール Active JP7508581B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0016111 2021-02-04
KR20210016111 2021-02-04
PCT/KR2022/001174 WO2022169146A1 (ko) 2021-02-04 2022-01-21 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023522347A true JP2023522347A (ja) 2023-05-30
JP7508581B2 JP7508581B2 (ja) 2024-07-01

Family

ID=

Also Published As

Publication number Publication date
KR102562812B1 (ko) 2023-08-02
KR20230118535A (ko) 2023-08-11
KR20220112682A (ko) 2022-08-11
KR102645005B1 (ko) 2024-03-07
US20230163386A1 (en) 2023-05-25
EP4187692A1 (en) 2023-05-31
CN115461916A (zh) 2022-12-09
WO2022169146A1 (ko) 2022-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2023526827A (ja) 電池セル、その製造方法及びそれを含む電池モジュール
US11984609B2 (en) Battery cell and battery cell manufacturing apparatus
JP2023542849A (ja) 電池セル及びそれを含む電池モジュール
JP2023524845A (ja) 電池セル及びそれを含む電池モジュール
JP2023523206A (ja) 電池セル及びそれを製造する電池セル製造装置
JP2023522347A (ja) 電池セル及びそれを含む電池モジュール
JP7498302B2 (ja) 電池セル及びそれを含む電池モジュール
KR102561810B1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
KR102498916B1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
KR102657917B1 (ko) 전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치
JP2023536250A (ja) 電池セル及びそれを含む電池モジュール
JP2024501512A (ja) 電池セル及びそれを含む電池モジュール
KR102647342B1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
EP4379918A1 (en) Battery cell and battery module including same
JP2023551521A (ja) 電池セル及びそれを含む電池モジュール
JP2023551270A (ja) 電池セル及びそれを製造する電池セル製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221018

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230208

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231120

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240220

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240520