JP2023544494A - 電極リードとリードフィルムとの間に安全素子を備えたパウチ型電池セル - Google Patents
電極リードとリードフィルムとの間に安全素子を備えたパウチ型電池セル Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023544494A JP2023544494A JP2023515825A JP2023515825A JP2023544494A JP 2023544494 A JP2023544494 A JP 2023544494A JP 2023515825 A JP2023515825 A JP 2023515825A JP 2023515825 A JP2023515825 A JP 2023515825A JP 2023544494 A JP2023544494 A JP 2023544494A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pouch
- battery cell
- type battery
- lead
- lead film
- 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.)
- Pending
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 26
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 9
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 9
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 9
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005580 NiCd Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 235000015110 jellies Nutrition 0.000 description 1
- 239000008274 jelly Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N nickel zinc Chemical compound [Ni].[Zn] QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920001748 polybutylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
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
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- 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
- H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
- H01M50/117—Inorganic material
- H01M50/119—Metals
-
- 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
- H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
- H01M50/121—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
- H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
- H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered 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
- H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
- H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
- H01M50/126—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
- H01M50/129—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers with two or more layers of only 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
- H01M50/172—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
- H01M50/186—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
- H01M50/183—Sealing members
- H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
- H01M50/188—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members the sealing members being arranged between the lid and terminal
-
- 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
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
- H01M50/548—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on opposite sides of the cell
-
- 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
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
- H01M50/55—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on the same side of the cell
-
- 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
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/552—Terminals characterised by their shape
- H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular 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
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/552—Terminals characterised by their shape
- H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
- H01M50/557—Plate-shaped terminals
-
- 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
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
- H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
- H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
- H01M2200/10—Temperature sensitive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
- H01M2200/10—Temperature sensitive devices
- H01M2200/103—Fuse
-
- 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)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
本発明は、電極リードが接合された電極組立体と、前記電極組立体を収容し、外部に対して密封するためのシーリング部が形成されたパウチケースと、前記電極リードと前記パウチケースの前記シーリング部との間に介在されるリードフィルムと、を含むパウチ型電池セルであって、前記電極リードと前記リードフィルムとの間には、前記電池セルが一定温度以上に過熱されるとき、前記電池セルの内部のエネルギーを吸収して前記電池セルを放電させる安全素子を含むことを特徴とするパウチ型電池セルに関するものである。
Description
本出願は2021年9月13日付けの韓国特許出願第2021-0121677号に基づく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この明細書の一部として含まれる。
本発明は電極リードとリードフィルムとの間に安全素子を備えることで、電池セルの異常による火災や爆発の危険を防止することができるパウチ型電池セルに関するものである。
スマートフォン、ノートブック型PC、デジタルカメラなどのモバイル機器に対する技術開発及び需要が増加するのに伴い、充放電の可能な二次電池に関する技術が活発に研究されている。また、二次電池は大気汚染物質を発生させる化石燃料の代替エネルギー源であり、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(P-HEV)、及びエネルギー貯蔵デバイス(ESS)などに適用されている。
現在広く使われる二次電池の種類には、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、すなわち、単位電池セルの作動電圧は約2.0V~5.0Vである。よって、これより高い出力電圧が要求される場合、複数の電池セルを直列に連結してセルモジュールアセンブリーを構成するか、またはセルモジュールアセンブリーを所要出力電圧または充放電容量に応じて直列または並列に連結して電池モジュールを構成することもできる。このように、少なくとも一つの電池モジュールを用いて追加的な構成要素を付け加えて電池パックを製作することが一般的である。
このような電池セルは、ケースの形態によって大別して、角型、円筒型及びパウチ型に区分することができる。
このうち、パウチ型電池セルは、通常、内部層/金属層/外部層のラミネートシート構造を有するパウチケースから製造される。
図1は従来のパウチ型電池セルを概略的に示す図である。従来のパウチ型電池セルは、電極組立体10をパウチケース20の内部に電解液とともに収容し、外郭部を熱融着などの方法で密封してシーリング部21を形成することで製造される。
また、電極組立体10に連結された電極リード11の一部はパウチケース20の外部に突出してバスバーなどと電気的に連結される。電極リード11とパウチケース20との間には、両者間の電気的絶縁及び接着性改善などの目的でリードフィルム30を介在させることが一般的である。
このようなパウチ型電池セルは、形態及びサイズを所望の通りにすることができ、容積率を高めることができるなどの利点があるが、火災や爆発などに相対的に脆弱な欠点がある。
したがって、パウチ型電池セルの製造の際には、安全性を改善させるための多様な方法を適用する。
そのうち、多く適用される方法としては、過電流による過熱のような異常の発生の際、ヒューズなどの素子を用いて当該電池セルの電流の流れを遮断することである。
しかし、このような方法は、電池セルのそれぞれに過電流を遮断する素子を備えることによって製造コストが上昇したり、電池セルの容積率が減少したりするなどの問題があり、また過電流を感知して遮断しても、既に当該電池セルは過電流による高いエネルギー状態になっているため更なる火災や爆発の危険を有する問題がある。
本発明は前記のような問題点を解決するために、電極リードとリードフィルムとの間に安全素子を備えることで、電池セルの異常による火災や爆発の危険を防止することができるパウチ型電池セルを提供することを目的とする。
前記のような目的を達成するための本発明によるパウチ型電池セルは、電極リードが接合された電極組立体と、前記電極組立体を収容し、外部に対して密封するためのシーリング部が形成されたパウチケースと、前記電極リードと前記パウチケースの前記シーリング部との間に介在されるリードフィルムとを含むパウチ型電池セルであって、前記電極リードと前記リードフィルムとの間には、前記電池セルが一定温度以上に過熱されるとき、前記電池セルの内部のエネルギーを吸収して前記電池セルを放電させる安全素子を含むことを特徴とする。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記リードフィルムの一部は前記シーリング部から外部に露出しており、前記リードフィルムは前記電極リードの両面に設けられていることを特徴とする。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記安全素子は、半導体材料から形成された薄板状の素子であることを特徴とする。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記安全素子の厚さは前記リードフィルムの厚さより薄いことを特徴とする。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記安全素子は、前記電極リードの両面にそれぞれ設けられていることを特徴とする。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記安全素子の一部は、前記リードフィルムから外部に露出していることを特徴とする。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記安全素子は、前記リードフィルム内に位置していることを特徴とする。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記リードフィルムの一部は、前記シーリング部から外部に露出しており、前記リードフィルムは、前記安全素子をカバーする第1リードフィルムと、前記第1リードフィルムと連結され、前記シーリング部内に位置する第2リードフィルムとを含むことを特徴とする。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記第1リードフィルムは、前記第2リードフィルムより低い融点を有する材料から形成されることを特徴とする。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記第1リードフィルムはポリエチレン(Polyethylene、PE)から形成されたフィルムであり、前記第2リードフィルムはポリプロピレン(Polypropylene、PP)から形成されたフィルムであることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールは本発明のパウチ型電池セルを含むことを特徴とする。
また、本発明によるデバイスは本発明の電池モジュールを含むことを特徴とする。
本発明のパウチ型電池セルは、電極リードとリードフィルムとの間に安全素子を備えることで、電池セルの異常の際、内部の電流を放電させて電池セルの火災や爆発を防止することができる利点がある。
また、本発明のパウチ型電池セルは、安全素子を備えることで、複雑な工程や設計の変更なしに電池セルの安全性を向上させることができるという利点がある。
本出願で、「含む」、「有する」または「備える」などの用語は、明細書中に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組合せなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使用する。明細書全般にわたって、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
以下、本発明によるパウチ型電池セルについて添付図面を参照して説明する。
図2は本発明の一実施例による安全素子を含むパウチ型電池セルを概略的に示す図である。
図2を参照して本発明のパウチ型電池セル100を説明すると、パウチ型電池セル100は、電極組立体110、パウチケース120、リードフィルム130、及び安全素子140を含む。
まず、電極組立体110は、長いシート状の正極及び負極の間に分離膜が介在されて巻き取られた構造を有するゼリーロール型組立体、長方形の正極及び負極が分離膜を間に介在した状態で積層された構造を有するスタック型組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻き取られたスタックフォルディング型組立体、または電池セルが分離膜を間に介在した状態で積層されて互いに付着されたラミネーションスタック型組立体などからなることができるが、これらに限定されない。
このような電極組立体110には正極及び負極のそれぞれの電極タブが形成されており、前記正極及び負極の電極タブにはそれぞれ正極及び負極の電極リード111が接合されることが一般的である。
正極及び負極の電極リード111は、図2に示すように、互いに反対の方向に突出するように形成することもできるが、これに制限されず、正極及び負極の電極リード111が同じ方向に突出するなどの多様な形態が可能である。
パウチケース120は内部に前記のような電極組立体110及び電解液を収容し、密封のために、電極組立体110を収容した外郭部を熱融着などの方法で密封したシーリング部121を備えている。
このようなパウチケース120は、通常、内部層/金属層/外部層のラミネートシート構造を有する。内部層は電極組立体110と直接的に接触するので、絶縁性及び耐電解液性を有していなければならず、また外部に対する密閉のために、シーリング性、すなわち内部層同士が熱接着されたシーリング部位は優れた熱接着強度を有していなければならない。
このような内部層の材料としては、耐化学性に優れながらもシーリング性に優れたポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンアクリル酸、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂、及びポリイミド樹脂から選択されることができる。
内部層と接している金属層は外部から水分や各種のガスが電池の内部に浸透することを防止するバリア層に相当し、このような金属層の好ましい材料としては、軽いながらも成形性に優れたアルミニウム薄膜を使うことができる。
そして、金属層の他側面には外部層が設けられる。このような外部層は、電極組立体110を保護しながら耐熱性及び耐化学性を確保することができるように、引張強度、透湿防止性及び空気透過防止性に優れた耐熱性ポリマーを使うことができ、一例としてナイロンまたはポリエチレンテレフタレートルを使うことができるが、これに限定されない。
一方、リードフィルム130は電極リード111とパウチケース120のシーリング部121との間に位置することで、電極リード111とパウチケース120の金属層との間に短絡が発生することを防止し、密封力を向上させて電解液の漏出などを防止する役割を果たす。
このようなリードフィルム130は、絶縁性及び熱融着性を有するポリイミド(PI:polyimide)、ポリプロピレン(PP:polyprophylene)、ポリエチレン(PE:polyethylene)、ポリエチレンテレフタレート(PET:polyethylene terephthalate)、及びエポキシ樹脂などから選択されるいずれか1種以上の物質を含むことができる。
また、リードフィルム130は、一般的に、電極リード111の両面に一対のフィルムを配置した後、電極リード111と接しない部分を熱融着などの方法で接合することで、電極リード111を取り囲むように構成されることができる。パウチケース120を密封した後、一部がパウチケース120の外部に突出するように形成することが短絡の防止などの観点で好ましい。
一方、本発明のパウチ型電池セル100は、電極リード111とリードフィルム130との間に、パウチ型電池セル100が過電流などによって一定の温度以上に過熱されるとき、内部のエネルギー、すなわち電流を吸収してパウチ型電池セル100を放電させる役割を果たす安全素子140をさらに含む。
このような安全素子140は、常温では低い電気伝導度を有し、温度が上昇するほど電気伝導度が高くなる半導体材料から形成された薄い板状を有することが好ましい。
このような半導体材料から形成された安全素子140は、パウチ型電池セル100が正常に動作している時には、低い電気伝導度に起因して電極リード111に比べて相対的に電流がほとんど流れない。
しかし、パウチ型電池セル100が過電流などによって過熱される場合には、安全素子140の温度も上昇し、それにより安全素子140に流れる電流の量が急激に増加することになる。
その結果、パウチ型電池セル100の内部の電流を強制的に放電させることで、追加的な火災や爆発などの危険を防止することができる。
追加として、安全素子140に過量の電流が流れると、内部抵抗による発熱によって安全素子140の温度が上昇し、このような温度上昇は電極リード111とパウチケース120との間を絶縁させる役割を果たすリードフィルム130及びパウチケース120の内部層を劣化させ得る。
すなわち、電極リード111とパウチケース120の金属層との間に短絡が発生してパウチ型電池セル100の放電を促進させることができる。
図3は本発明の一実施例による安全素子を含むパウチ型電池セルにおいて安全素子が位置する部分を拡大した図であり、図4は本発明の他の実施例による安全素子を含むパウチ型電池セルにおいて安全素子が位置する部分を拡大した図である。
図3及び図4を参照して電極リード111及び安全素子140が設けられる位置を検討すると、安全素子140は、図3に示すように、リードフィルム130の外部に一部が突出することもでき、図4に示すように、リードフィルム130の内部に完全に挿入された形態を有することもできる。
安全素子140とリードフィルム130とが接触する面積によって、安全素子140の発熱によりリードフィルム130が劣化する程度に差を生じさせることができるので、接触面積を適切に調節することで、リードフィルム130が劣化する程度をある程度調節することも可能である。
もちろん、リードフィルム130の材料によっても劣化する程度に差を生じさせることができる。
このような安全素子140は、パウチ型電池セル100のシーリング部121及び/またはリードフィルム130に一部または全部が重なるように位置するので、できるだけ小さい厚さを有することが好ましい。
具体的には、安全素子140を覆っているリードフィルム130と同じかそれより小さい厚さを有することが好ましい。
また、図2~図4では安全素子140が電極リード111の一面に位置する場合を示しているが、本発明のパウチ型電池セル100は、安全素子140を電極リード111の両面に複数備えることも可能である。
一方、本発明の図2~図4ではリードフィルム130がリードフィルム130全体にわたって均一な材料から形成された場合を例として説明しているが、本発明のリードフィルム130は区域によって異なる材料から形成されることができる。
図5は本発明のさらに他の実施例による第1リードフィルム及び第2リードフィルムを備えたパウチ型電池セルにおいて安全素子が位置する部分を拡大した図である。
図5を参照して本発明のリードフィルム130の他の例を検討すると、二つの区域を有するリードフィルム130は、シーリング部121の外部に一部が露出され、安全素子140をカバーする第1リードフィルム131、及び第1リードフィルムと連結され、シーリング部121内に位置する第2リードフィルム132を含む。
ここで、第1リードフィルム131は第2リードフィルム132より低い融点を有する材料から形成される。
例えば、第1リードフィルム131はポリエチレン(Polyethylene、PE)から形成され、第2リードフィルム132はポリプロピレン(Polypropylene、PP)から形成されることができる。
このように、二つの領域を有するリードフィルム130を適用する場合、安全素子140の発熱によって第1リードフィルム131がより低温で劣化し、その結果、電極リード111とパウチケース120の金属層との短絡をより早く発生させることで、パウチ型電池セル100の内部の放電をさらに促進させることができるようになる。
以上で説明した本発明のパウチ型電池セル100の製造方法について手短に説明すると、まず電極組立体110を形成する段階、及び形成された電極組立体110の電極タブに電極リード111を接合する段階を含む。
ここで、電極タブと電極リード111とを接合する方法は、抵抗溶接、超音波溶接、レーザー溶接などの公知の多様な溶接法を使用することができる。
次いで、電極リード111上に安全素子140を位置させた後、リードフィルム130を介在させ、電極リード111の一部が露出されるように電極組立体110をパウチケース120に収容させ、電解液を注入した後、密封のためにシーリング部121を形成する過程を経ることで、パウチ型電池セル100が形成される。
すなわち、安全素子140を備える点を除き、既存のパウチ型電池セルの製造方法と同様な工程で実施することができるので、追加的な生産コストが大きく発生せず、安全性を向上させたパウチ型電池セル100を製造することができるという利点がある。
また、本発明の安全素子140を含むパウチ型電池セル100を含ませて電池モジュールや電池パックを製作することができ、このように製作された電池モジュールや電池パックは、各種の電子機器、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、及びプラグインハイブリッド電気自動車(P-HEV)などの各種のデバイスの電力供給源として用いることができる。
以上で本発明の内容の特定部分を詳細に記述したが、当該分野で通常の知識を有する者にとって、このような具体的技術は単に好適な実施様態にすぎず、これによって本発明の範囲が限定されるものではなく、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であるというのは当業者に明らかなものであり、このような変更及び修正も添付の特許請求の範囲に属するものであるというのは言うまでもない。
100 パウチ型電池セル
110 電極組立体
111 電極リード
120 パウチケース
121 シーリング部
130 リードフィルム
131 第1リードフィルム
132 第2リードフィルム
140 安全素子
110 電極組立体
111 電極リード
120 パウチケース
121 シーリング部
130 リードフィルム
131 第1リードフィルム
132 第2リードフィルム
140 安全素子
Claims (12)
- 電極リードが接合された電極組立体と、
前記電極組立体を収容し、外部に対して密封するためのシーリング部が形成されたパウチケースと、
前記電極リードと前記パウチケースの前記シーリング部との間に介在されるリードフィルムと、を含むパウチ型電池セルであって、
前記電極リードと前記リードフィルムとの間には、前記パウチ型電池セルが一定温度以上に過熱されるとき、前記パウチ型電池セルの内部のエネルギーを吸収して前記パウチ型電池セルを放電させる安全素子を含む、パウチ型電池セル。 - 前記リードフィルムの一部は、前記シーリング部から外部に露出しており、前記リードフィルムは、前記電極リードの両面に設けられている、請求項1に記載のパウチ型電池セル。
- 前記安全素子は、半導体材料から形成された薄板状の素子である、請求項1に記載のパウチ型電池セル。
- 前記安全素子の厚さは前記リードフィルムの厚さより薄い、請求項3に記載のパウチ型電池セル。
- 前記安全素子は、前記電極リードの両面にそれぞれ設けられている、請求項1に記載のパウチ型電池セル。
- 前記安全素子の一部は、前記リードフィルムから外部に露出している、請求項1に記載のパウチ型電池セル。
- 前記安全素子は、前記リードフィルム内に位置している、請求項1に記載のパウチ型電池セル。
- 前記リードフィルムの一部は、前記シーリング部から外部に露出しており、前記リードフィルムは、前記安全素子をカバーする第1リードフィルムと、前記第1リードフィルムと連結され、前記シーリング部内に位置する第2リードフィルムと、を含む、請求項1に記載のパウチ型電池セル。
- 前記第1リードフィルムは、前記第2リードフィルムより低い融点を有する材料から形成されている、請求項8に記載のパウチ型電池セル。
- 前記第1リードフィルムはポリエチレン(Polyethylene、PE)から形成されたフィルムであり、前記第2リードフィルムはポリプロピレン(Polypropylene、PP)から形成されたフィルムである、請求項9に記載のパウチ型電池セル。
- 請求項1~10のいずれか一項に記載のパウチ型電池セルを含む、電池モジュール。
- 請求項11に記載の電池モジュールを含む、デバイス。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210121677A KR20230038952A (ko) | 2021-09-13 | 2021-09-13 | 전극 리드와 리드필름 사이에 안전 소자를 구비한 파우치형 전지 셀 |
KR10-2021-0121677 | 2021-09-13 | ||
PCT/KR2022/012785 WO2023038338A1 (ko) | 2021-09-13 | 2022-08-26 | 전극 리드와 리드필름 사이에 안전 소자를 구비한 파우치형 전지 셀 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023544494A true JP2023544494A (ja) | 2023-10-24 |
Family
ID=85506731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023515825A Pending JP2023544494A (ja) | 2021-09-13 | 2022-08-26 | 電極リードとリードフィルムとの間に安全素子を備えたパウチ型電池セル |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230411810A1 (ja) |
EP (1) | EP4210162A1 (ja) |
JP (1) | JP2023544494A (ja) |
KR (1) | KR20230038952A (ja) |
CN (1) | CN116325310A (ja) |
CA (1) | CA3199460A1 (ja) |
WO (1) | WO2023038338A1 (ja) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100959982B1 (ko) * | 2004-05-19 | 2010-05-27 | 주식회사 엘지화학 | 전지용 안전 소자 및 이를 구비한 전지 |
KR101254865B1 (ko) * | 2011-03-10 | 2013-04-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차전지 |
KR101240753B1 (ko) * | 2011-07-06 | 2013-03-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
KR101666418B1 (ko) * | 2013-09-24 | 2016-10-14 | 주식회사 엘지화학 | 전극리드-전극 탭 결합부 보호용 필름부재를 포함하는 파우치형 전지셀 |
KR101671486B1 (ko) * | 2013-11-11 | 2016-11-01 | 주식회사 엘지화학 | 퓨즈가 구비된 전극리드를 포함하는 이차전지 |
KR102321264B1 (ko) | 2020-03-31 | 2021-11-02 | 경북대학교 산학협력단 | 펄스 레이저를 활용한 의료용 트로카 표면처리 방법 |
-
2021
- 2021-09-13 KR KR1020210121677A patent/KR20230038952A/ko not_active Application Discontinuation
-
2022
- 2022-08-26 US US18/031,704 patent/US20230411810A1/en active Pending
- 2022-08-26 JP JP2023515825A patent/JP2023544494A/ja active Pending
- 2022-08-26 CA CA3199460A patent/CA3199460A1/en active Pending
- 2022-08-26 CN CN202280006755.5A patent/CN116325310A/zh active Pending
- 2022-08-26 WO PCT/KR2022/012785 patent/WO2023038338A1/ko active Application Filing
- 2022-08-26 EP EP22867607.8A patent/EP4210162A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20230038952A (ko) | 2023-03-21 |
US20230411810A1 (en) | 2023-12-21 |
CA3199460A1 (en) | 2023-03-16 |
CN116325310A (zh) | 2023-06-23 |
EP4210162A1 (en) | 2023-07-12 |
WO2023038338A1 (ko) | 2023-03-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109473572B (zh) | 具有利用排出气体断开连接器的结构的电池模块 | |
KR101146465B1 (ko) | 파우치형 이차전지 및 그 제조방법 | |
KR102159368B1 (ko) | 전기화학소자용 파우치 외장재 | |
KR20120069319A (ko) | 수분 차단성이 향상된 이차전지 | |
KR101459179B1 (ko) | 파우치형 이차 전지 | |
CN114930621A (zh) | 袋型二次电池和包括该袋型二次电池的电池模块 | |
EP4131584A1 (en) | Battery module comprising heat insulating member | |
JP2023541946A (ja) | 二次電池 | |
JP2009527885A (ja) | 高出力電池用安全装置 | |
JP2023544494A (ja) | 電極リードとリードフィルムとの間に安全素子を備えたパウチ型電池セル | |
JP2023525015A (ja) | 電池セルおよびこれを含む電池モジュール | |
KR20210107416A (ko) | 퇴화방지구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 | |
EP4243194A1 (en) | Pouch-type battery cell with improved thermal stability | |
EP4156389A1 (en) | Jig for manufacturing secondary battery | |
US20230268590A1 (en) | Secondary Battery | |
JP2024506457A (ja) | 安全性が向上したパウチ型電池セル及びこれを含む電池モジュール | |
KR20230049453A (ko) | 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 | |
KR20220012503A (ko) | 히트 파이프가 일체형으로 형성된 하우징을 포함하는 배터리 모듈 | |
KR20220059277A (ko) | 이차전지의 제조 방법 | |
KR20230071572A (ko) | 냉각 기능이 향상된 전지 스택 및 이를 포함하는 전지 모듈 | |
JP2023540768A (ja) | 冷却性能が向上した電池パック及びこれを含むデバイス | |
KR20220014723A (ko) | 냉각핀과 냉각 튜브를 구비한 배터리 셀 어셈블리 | |
JP2022013616A (ja) | 電池 | |
CN117121246A (zh) | 二次电池、包括其的电池组和装置 | |
JP2024504223A (ja) | 電解液漏出検出機能を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パック |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230309 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230309 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240325 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240507 |