JP2023524845A - 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

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Abstract

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熱融着によって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、前記表面変形部は前記リードフィルムと前記電極リードとの間に位置する。

Description

本出願は、２０２１年３月８日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００３０３９８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、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、前記表面変形部は、前記リードフィルムと前記電極リードとの間に位置する。
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。
前記表面変形部は、前記コーティング層がレーザーエッチングによって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、前記電極リードの突出方向を基準にして、前記シーリング部の外側に隣接して位置する前記表面変形部の端部は、前記リードフィルムの端部よりも内側に位置し得る。
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、前記電極リードの突出方向を基準にして、前記シーリング部の内側に隣接して位置する前記表面変形部の端部は、前記リードフィルムの端部よりも内側に位置し得る。
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、前記電極リードの突出方向を基準にして、前記シーリング部の外側に隣接して位置する前記表面変形部の端部は、前記リードフィルムの端部よりも外側に位置し得る。
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、前記電極リードの突出方向を基準にして、前記シーリング部の内側に隣接して位置する前記表面変形部の端部は、前記リードフィルムの端部よりも外側に位置し得る。
前記表面変形部は、前記電極リードの突出方向の垂直方向に延設され、前記表面変形部の長さは前記電極リードの幅よりも短くなり得る。
前記表面変形部は、円形状または長方形状であり得る。
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露出する前記表面変形部の面積が、前記シーリング部の内側面よりも内側に露出する前記表面変形部の面積よりも大きくなり得る。
前記表面変形部は、互いに連結されている第１表面変形部及び第２表面変形部を含み、前記第１表面変形部は前記シーリング部の長手方向に沿って延設され、前記第２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。
前記第１表面変形部の長さは、前記電極リードの幅よりも短くなり得る。
前記第１表面変形部は、電池ケースの内部に隣接して位置し得、前記第２表面変形部は、電池ケースの外部に隣接して位置し得る。
前記第１表面変形部は、電池ケースの外部に隣接して位置し得、前記第２表面変形部は、電池ケースの内部に隣接して位置し得る。
前記第１表面変形部の全体はリードフィルム上に位置し得、前記第２表面変形部の一端部はリードフィルムによって覆われない位置に位置し得る。
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一体化され得る。
前記電極リードの上面または前記電極リードの下面の少なくとも一つに、前記表面変形部が位置し得る。
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。
前記表面変形部上に位置するリードフィルムの厚さは、１００～３００μｍであり得る。
前記表面変形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、表面変形部が形成されている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、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拡大した図である。 図３のｂ－ｂ’に沿った断面図である。 図３の電極リードの表面が処理される様子を示した図である。
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が取り付けられる収納部２１０、及び収納部２１０の外周辺が密封されて形成されるシーリング部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、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る。
図５及び図６を参照すると、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が形成されており、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。表面変形部３５０では電極リード３００とリードフィルム４００との接着力が弱いか、それとも、全く接着されない。より具体的には、電極リード３００において、表面変形部３５０はリードフィルム４００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では表面変形部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すことなく接着力を弱化できる厚さであれば、適用可能である。
本実施形態では、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するため、表面変形部３５０は電極リード３００とリードフィルム４００との間の一部分の接着力を弱化させることができる。
このように、表面変形部３５０は、リードフィルム４００と電極リード３００との間の少なくとも一部の接着力を弱化させ、表面変形部３５０によって接着力が弱くなった部分（以下、弱接着部と称する）は、電池ケース２００内部の気体が外部に排出される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の内部圧力は前記弱接着部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、電極リード３００とリードフィルム４００との間で、前記弱接着部が位置する部分は接着力が相対的に弱く、電池セル１００の内部で発生したガスが上述した圧力差によって前記弱接着部内に流れ得る。また、前記弱接着部には電池セル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、前記弱接着部の内部に流れ込んだガスは電池ケース２００の外部へと排出され得る。
このように、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前記弱接着部の内部との圧力差によって前記弱接着部に流れ、前記弱接着部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、表面変形部３５０の厚さ、位置、形状などによって、リードフィルム４００と電極リード３００との間に形成される前記弱接着部の位置及び形状を制御でき、表面変形部３５０は前記弱接着部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を適切に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。但し、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。
一般に、電極リード３００とリードフィルム４００とは接着が容易ではないため、電極リード３００の外面にリードフィルム４００との接着のためのコーティング層が形成される場合がある。
本発明の一実施形態のように、電極リード３００の外面に形成されたコーティング層の一部が除去されて表面変形部３５０が形成される場合、表面変形部３５０では電極リード３００とリードフィルム４００との間の接着力が弱化するか、または、全く接着されない。これにより、電池ケース２００の内部で発生したガスが電極リード３００とリードフィルム４００との間の界面の表面変形部３５０に排出されて電池ケース２００の外部へと排出される。
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）がレーサー、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、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。
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。
このように、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、表面変形部３５０が電極リード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され得る。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、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。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。
ここで、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、電極リード３００の上面に表面変形部３５０が位置する場合、表面変形部３５０は、リードフィルム４００のうちの前記第１リードフィルムによって覆われ得る。逆に、電極リード３００の下面に表面変形部３５０が位置する場合も同様に説明され得る。また、図５の（ｂ）及び図６の（ｂ）のように、電極リード３００の上面及び下面に表面変形部３５０がそれぞれ位置する場合、表面変形部３５０は、前記第１リードフィルム及び前記第２リードフィルムによってそれぞれ覆われ得る。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、電極リード３００の外面に形成されている表面変形部３５０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、必要に応じて表面変形部３５０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拡大した図である。
図５～図７を参照すると、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の端部よりも内側に位置し得る。ここで、「表面変形部３５０の端部がリードフィルムの端部よりも内側に位置する」とは、表面変形部３５０の端部がリードフィルムによって覆われることを意味する。すなわち、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の端部がリードフィルムの端部よりも電池ケース２００の内部側に位置することを意味する。本明細書において、前記シーリング部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、電極リード３００の突出方向を基準にして、シーリング部２５０の内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の端部よりも内側に位置し得る。ここで、「表面変形部３５０の端部がリードフィルムの端部よりも内側に位置する」とは、表面変形部３５０の端部がリードフィルムによって覆われることを意味する。すなわち、シーリング部２５０の内側に隣接して位置する表面変形部３５０の端部がリードフィルムの端部よりも電池ケース２００の外部側に位置することを意味する。本明細書において、前記シーリング部２５０の内側とは、電池ケース２００の内部に隣接したシーリング部２５０の端部を意味する。
また、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の端部よりも外側に位置し得る。ここで、「表面変形部３５０の端部がリードフィルムの端部よりも外側に位置する」とは、表面変形部３５０の端部がリードフィルムによって覆われないことを意味する。すなわち、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の端部がリードフィルムの端部よりも電池ケース２００の外部側に位置することを意味する。本明細書において、前記シーリング部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、電極リード３００の突出方向を基準にして、シーリング部２５０の内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の端部よりも外側に位置し得る。ここで、「表面変形部３５０の端部がリードフィルムの端部よりも外側に位置する」とは、表面変形部３５０の端部がリードフィルムによって覆われないことを意味する。すなわち、シーリング部２５０の内側に隣接して位置する表面変形部３５０の端部がリードフィルムの端部よりも電池ケース２００の内部側に位置することを意味する。本明細書において、前記シーリング部２５０の内側とは、電池ケース２００の内部に隣接したシーリング部２５０の端部を意味する。
一実施形態において、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（ｂ）を参照すると、表面変形部３５０は、円形状または長方形状であり得る。表面変形部３５０が円形状または長方形状である場合、表面変形部３５０の面積が広くなり得る。
このように、図７の（ａ）及び図７の（ｂ）のように、電極リード３００の突出方向を基準にして表面変形部３５０の一端及び他端が両方ともリードフィルム４００の一端部と他端部との間に位置してもガス排出が容易である。
図７の（ａ）及び図７の（ｂ）には示していないが、表面変形部３５０が円形状または長方形状である場合、電極リード３００の突出方向を基準にして表面変形部３５０の一端及び／または他端がリードフィルム４００によって覆われなくてもよい。この場合、表面変形部３５０の一端及び他端が両方ともリードフィルム４００の一端部と他端部との間に位置する場合よりもガス排出がさらに容易である。
他の一例として、図７の（ｃ）及び図７の（ｄ）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し得、第２表面変形部３５０ｂは電極リード３００の突出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、図３及び図７の（ｃ）を参照すると、第１表面変形部３５０ａは、電池ケース２００の内部に隣接して位置し得る。すなわち、第１表面変形部３５０ａは、電極リード３００の突出方向を基準にしてシーリング部２５０の内側に隣接して位置し得る。
また、図３及び図７の（ｃ）を参照すると、第２表面変形部３５０ｂは、電池ケース２００の外部に隣接して位置し得る。すなわち、第２表面変形部３５０ｂは、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し得る。
一例として、第１表面変形部３５０ａ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、第１表面変形部３５０ａ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、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。
図７の（ｃ）及び図７の（ｄ）を参照すると、第１表面変形部３５０ａは、全体がリードフィルム４００上に位置し得る。
図３及び図７の（ｃ）を参照すると、第２表面変形部３５０ｂは、一端部が電池ケース２００の外部に向かって延設され、第２表面変形部３５０ｂの一端部がリードフィルム４００によって覆われていない。これにより、第２表面変形部３５０ｂの一端部が電池ケース２００の外部に露出するため、表面変形部３５０によるガス排出量をより効果的に増加することができる。
また、図３及び図７の（ｄ）を参照すると、第１表面変形部３５０ａは、電池ケース２００の外部に隣接して位置し得る。すなわち、第１表面変形部３５０ａは、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し得る。
また、図３及び図７の（ｄ）を参照すると、第２表面変形部３５０ｂは、電池ケース２００の内部に隣接して位置し得る。すなわち、第２表面変形部３５０ｂは、電極リード３００の突出方向を基準にしてシーリング部２５０の内側に隣接して位置し得る。
より具体的には、図７の（ｄ）のように、第２表面変形部３５０ｂは、一端部が電池ケース２００の内部に向かって延設され、第２表面変形部３５０ｂの一端部がリードフィルム４００によって覆われていない。これにより、第２表面変形部３５０ｂの一端部が電池ケース２００の内部に露出するため、表面変形部３５０によるガス排出量をより効果的に増加することができる。
但し、表面変形部３５０の形状は上述した内容に限定されず、電極リード３００の外面に適切な形状で形成され得る。
このように、電極リード３００の外面に形成されている表面変形部３５０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、またはガス排出量を制御することができる。また、必要に応じて表面変形部３５０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、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。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。
また、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。本明細書において、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。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に向かって流れ、表面変形部３５０に流れ込んだガスは外部に向かって容易に排出できる。電極リード３００の外面に形成された表面変形部３５０の両端部が電池ケース２００の内部及び電池ケース２００の外部に露出する場合、電池ケース２００の内部で発生したガスが表面変形部３５０内に流れ込み易く、また、表面変形部３５０から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に流れ込んだガスは、表面変形部３５０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の他端部がシーリング部２５０の外側面よりも外側に位置し、リードフィルム４００の端部よりも内側（電池ケース２００の内部方向）に位置する場合、表面変形部３５０に流れ込んだガスは、表面変形部３５０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。または、図８には示していないが、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し、リードフィルム４００の端部よりも外側（電池ケース２００の外部方向）に位置する場合、表面変形部３５０に流れ込んだガスは外部へと直ちに排出され得る。
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、表面変形部３５０上に位置するリードフィルム４００の厚さＨは、１００～３００μｍ、または１００～２００μｍであり得る。表面変形部３５０上に位置するリードフィルム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、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し、リードフィルム４００の端部よりも内側（電池ケース２００の内部方向）に位置する場合、前記表面変形部３５０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８には示していないが、表面変形部３５０の一端部及び／または他端部がリードフィルム４００によって覆われなくてもよい。すなわち、表面変形部３５０の一端部が電池ケース２００の内部に露出し得る。この場合、表面変形部３５０に電池ケース２００内部のガスが流れ込むとき、表面変形部３５０の一端部がシーリング部２５０及びリードフィルム４００による干渉を受けず、ガスの流れ込みがより容易になる。また、表面変形部３５０の他端部が電池ケース２００の外部に露出し得る。この場合、ガスの外部への排出がより容易になる。
図９は、図３の電極リードの表面が処理される様子を示した図である。
図９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１０００は、電極リード３００に対してレーザーを照射して、電極リード３００の外面に表面変形部３５０を形成し得る。より具体的には、電池セル製造装置１０００は、電極リード３００の外面をレーザーによってエッチングして、電極リード３００の外面に表面変形部３５０を形成し得る。ここで、電池セル１００の各構成要素の組み立て工程の前に、電池セル製造装置１０００による表面変形部３５０の形成工程が予め行われ得る。但し、表面変形部３５０の製造方式がこれに制限されることはなく、電極リード３００の外面の一部を除去できる工程であれば適用可能である。
このように、本実施形態による電池セル製造装置１０００は、電極リード３００の外面に所定の形状及び大きさを有する表面変形部３５０を容易に形成することができる。
一例として、表面変形部３５０が電極リード３００の外面の一部を除去して形成される場合、電池セル製造装置１０００が照射するレーザーの強度は電極リード３００の外面を腐食させる程度の強度であり得る。他の一例として、表面変形部３５０が電極リード３００の外面に形成されたコーティング層（図示せず）の一部を除去して形成される場合、電池セル製造装置１０００が照射するレーザーの強度は電極リード３００の外面に形成されたコーティング層（図示せず）を腐食させる程度の強度であり得る。
このように、電極リード３００の外面に対して照射されるレーザーの強度を調節することで、電極リード３００の外面の構成に応じて表面変形部３５０を適切に形成できる。
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 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
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
１０００ 電池セル製造装置

Claims (29)

  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、
    前記表面変形部は、前記リードフィルムと前記電極リードとの間に位置している、電池セル。
  2. 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１に記載の電池セル。
  3. 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１または２に記載の電池セル。
  4. 前記表面変形部は、前記コーティング層がレーザーエッチングによって除去されて形成されている、請求項３に記載の電池セル。
  5. 前記コーティング層は、金属物質からなる、請求項３に記載の電池セル。
  6. 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５に記載の電池セル。
  7. 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、
    前記電極リードの突出方向を基準にして、前記シーリング部の外側に隣接して位置する前記表面変形部の端部は、前記リードフィルムの端部よりも内側に位置している、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、
    前記電極リードの突出方向を基準にして、前記シーリング部の内側に隣接して位置する前記表面変形部の端部は、前記リードフィルムの端部よりも内側に位置している、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、
    前記電極リードの突出方向を基準にして、前記シーリング部の外側に隣接して位置する前記表面変形部の端部は、前記リードフィルムの端部よりも外側に位置している、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池セル。
  10. 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、
    前記電極リードの突出方向を基準にして、前記シーリング部の内側に隣接して位置する前記表面変形部の端部は、前記リードフィルムの端部よりも外側に位置している、請求項１から６および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、前記電極リードの突出方向の垂直方向に延設され、前記表面変形部の長さは、前記電極リードの幅よりも短い、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池セル。
  12. 前記表面変形部は、円形状または長方形状である、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ている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池セル。
  14. 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１３に記載の電池セル。
  15. 前記シーリング部の外側面よりも外側に露出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露出する前記表面変形部の面積よりも大きい、請求項１４に記載の電池セル。
  16. 前記表面変形部は、互いに連結されている第１表面変形部及び第２表面変形部を含み、
    前記第１表面変形部は、前記シーリング部の長手方向に沿って延設され、
    前記第２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１から１１のいずれか一項に記載の電池セル。
  17. 前記第１表面変形部の長さは、前記電極リードの幅よりも短い、請求項１６に記載の電池セル。
  18. 前記第１表面変形部は、電池ケースの内部に隣接して位置し、
    前記第２表面変形部は、電池ケースの外部に隣接して位置している、請求項１６または１７に記載の電池セル。
  19. 前記第１表面変形部は、電池ケースの外部に隣接して位置し、
    前記第２表面変形部は、電池ケースの内部に隣接して位置している、請求項１６または１７に記載の電池セル。
  20. 前記第１表面変形部の全体がリードフィルム上に位置し、
    前記第２表面変形部の一端部がリードフィルムによって覆われていない、請求項１６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、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２０のいずれか一項に記載の電池セル。
  22. 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一体化されている、請求項２１に記載の電池セル。
  23. 前記電極リードの上面または前記電極リードの下面の少なくとも一つに前記表面変形部が位置している、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℃及び５０％ＲＨで１０年の間に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. 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２５のいずれか一項に記載の電池セル。
  27. 前記表面変形部上に位置するリードフィルムの厚さが１００μｍ～３００μｍである、請求項１から２６のいずれか一項に記載の電池セル。
  28. 前記表面変形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に記載の電池セル。
  29. 請求項１から２８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。
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