JP2024504666A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

Figure 2024504666000001
本発明は、内圧の増加に伴う電流遮断機能を実現して安全性を確保することのできる二次電池に関する。本発明の一実施形態による二次電池は、電極リードが取り付けられた電極組立体と、前記電極リードの一部が外部に露出されるように前記電極組立体を収容するケースと、前記電極組立体を密封するために前記ケースに形成されたシール部と、前記電極リードの外面の一部を包み込み、前記電極リードと前記シール部との間に介在したリードフィルムと、を含み、前記電極リードは、前記リードフィルムと対応せず、前記ケースの外部に露出される第１領域、前記リードフィルムに対応する第２領域、及び前記リードフィルムと対応せず、ケースの外部に露出されない第３領域を備え、前記第３領域に分離溝が位置してもよい。

Description

本発明は二次電池に関し、より詳細には、電極リードの構造が改善されて安全性が向上した二次電池に関する。
本出願は、２０２１年１０月１２日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１３５３４９号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
製品群による適用可能性が高く、高いエネルギー密度などの電気的な特性を有する二次電池は、携帯型機器のみならず、電気的駆動源によって駆動される電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に応用されている。かような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一時的な長所のみならず、エネルギーの使用に伴う副産物が全く生じないという長所をも併せ持つことから、環境へのやさしさ及びエネルギー効率性の向上のための新たなエネルギー源として注目を浴びている。
二次電池は、一般に、正極と、負極及びこれらを分離するセパレーター（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、前記セパレーターを介してリチウムイオンを伝達する電解液（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）、これらを収容するケース及びケースの外への電流の通路となる電極リードから構成される。通常、リードフィルムは、この種の電極リードに結着されて電極リードとケースとの間にショートが生じることを防ぎつつ、電極リードとケースを密封する役割を果たす。
この種の二次電池は、許容された電流や電圧を超えた過充電、内部短絡などによって電池の内部の温度が上がると、電解液の気化などが原因となって内圧が増加し、その結果、電池が膨れ上がる、いわゆるスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が生じてしまう。スウェリング現象が生じる場合、電池が歪むことにより、局部的に短絡が生じる虞があり最も酷い状況になると電池が発火または爆発する虞もある。
この理由から、過充電によりスウェリング現象が生じる場合、電流の流れを制限して過充電に伴う危険性を根本的に解消することができ、安全性を大幅に向上させることのできる技術の開発が切望されている。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、内圧の増加に伴う電流遮断機能を実現して安全性を確保することのできる二次電池を提供することである。
前記課題を解決するために、本発明の一実施形態による二次電池は、電極リードが取り付けられた電極組立体と、前記電極リードの一部が外部に露出されるように前記電極組立体を収容するケースと、前記電極組立体を密封するために前記ケースに形成されたシール部と、前記電極リードの外面の一部を包み込み、前記電極リードと前記シール部との間に介在したリードフィルムと、を含み、前記電極リードは、前記リードフィルムと対応せず、前記ケースの外部に露出される第１領域、前記リードフィルムに対応する第２領域、及び前記リードフィルムと対応せず、前記ケースの外部に露出されない第３領域を備え、
前記第３領域に分離溝が位置することを特徴とする。
前記第１領域に分離溝がさらに位置してもよい。
このとき、前記第３領域に位置する分離溝と第１領域に位置する分離溝がそれぞれ前記電極リードの反対面に位置してもよい。
前記分離溝は、前記電極リードの幅を横切る帯状に形成されてもよい。
前記分離溝が点線の形状を有するものであってもよい。
このとき、前記点線の幅が前記電極リードの幅の５～５０％であってもよい。
前記点線の点同士の間の長さが前記電極リードの幅の５～５０％であってもよい。
前記点線の幅と前記点線の点同士の間の長さとの比が５：１～１：５であってもよい。
前記分離溝の断面が、くさび状、丸みを帯びた形状、及び四角い形状のうちのいずれか１つの形状を有するものであってもよい。
前記分離溝が絶縁性フィルムにより満たされてもよい。
前記分離溝が絶縁性フィルムに包み込まれてもよい。
このとき、前記分離溝の内部に空き空間が存在してもよい。
前記絶縁性フィルムが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、またはこれらのうちの２種以上を含んでいてもよい。
前記リードフィルムがポリエチレンを含むことが好ましい。
前記二次電池がパウチ型二次電池であってもよい。
本発明による二次電池において、前記第３領域は、前記シール部とも対応せず、前記リードフィルムの幅が前記シール部の幅よりも広いものであってもよい。
前記分離溝は、前記電極リードの延在方向と直交する方向に沿って前記電極リードの一方の端から他方の端までつながった形状に形成されたものであってもよい。
前記分離溝は、前記電極リードの幅方向に沿って前記電極リードの一部が減肉した領域であってもよい。
前記分離溝は、前記電極リードの表面から厚さ方向に窪んだトレンチであってもよい。
前記分離溝は、前記電極リードの一方の端から他方の端までつながった形状に形成されず、複数本に分けられており、前記分離溝の間の連続性がないものであってもよい。
本発明の一実施形態による二次電池は、リードフィルムと対応せず、ケースの外部に露出されない電極リードの上に分離溝が位置して、電池の内圧が増加したときに電極リードが速やかに破断されることにより、安全性を確保することができる。
本発明による二次電池の電極リードに位置する分離溝は、二次電池に高温・高圧が働いたときに破断されるように設計することができる。このことから、二次電池の温度が暴走したり二次電池の内圧が増加したりするときに分離溝の部分において電極リードを切ることができる。分離溝における電極リードの破断が行われると、電極組立体への電流の経路が完全に遮断される。したがって、電気的な接続構造を強制的に解除して電池の安全性の強化に役立てることができる。
本発明の他の実施形態による二次電池は、分離溝の位置と本数を調整することで、電極リードが破断される内圧を調整することができる。特に、２本の分離溝がそれぞれ電極リードの反対面に位置するようにする場合、より強い大きさの応力が分離溝に加えられることができて、電極リードが速やかに破断されることがより一層容易になる。
本発明によれば、電極リードに分離溝を位置させ、分離溝の部分において電極リードが破断されるようにして強制的に電気的な接続を解除することにより、パウチ型二次電池においても熱的安全装置が提供されるという利点がある。パウチ型二次電池は、円筒型電池のようにセルの温度が暴走するときに働く過電流保護素子（ＰＴＣ）や電流遮断装置（ＣＩＤ）を備えることができないが、本発明により電極リードに分離溝を形成すれば、これをセルの温度が暴走したときに安全装置として作動させることができる。これにより、発火のリスクに備えることができる。
本明細書に添付される以下の図面は、本発明の好ましい実施形態を例示するものであり、後述する発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項のみに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態による二次電池を示す平面図である。 本発明の一実施形態による二次電池における電極リードを拡大して示す平面図である。 本発明の他の実施形態による二次電池における電極リードを拡大して示す平面図である。 本発明のさらに他の実施形態による二次電池における電極リードを拡大して示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態による二次電池における電極リードを拡大して示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態による二次電池における電極リードを拡大して示す分解斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態による二次電池における電極リードを拡大して示す分解斜視図である。 実施例による二次電池の電極リードの部分に内圧を加えた場合の応力解析結果を示す図である。 実施例による二次電池の電極リードの部分に内圧を加えた場合の応力解析結果を示す図である。 実施例による二次電池の電極リードの部分に内圧を加えた場合の応力解析結果を示す図である。 実施例による二次電池の電極リードの部分に内圧を加えた場合の応力解析結果を示す図である。 実施例による二次電池の電極リードの部分に内圧を加えた場合の応力解析結果を示す図である。 比較例による二次電池の電極リードの部分に内圧を加えた場合の応力解析結果を示す図である。 比較例による二次電池の電極リードの部分に内圧を加えた場合の応力解析結果を示す図である。 比較例による二次電池の電極リードの部分に内圧を加えた場合の応力解析結果を示す図である。 比較例による二次電池の電極リードの部分に内圧を加えた場合の応力解析結果を示す図である。
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲で使用される用語や単語は通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応じた意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
本発明の一側面による二次電池は、電極リードが取り付けられた電極組立体と、前記電極リードの一部が外部に露出されるように前記電極組立体を収容するケースと、前記電極組立体を密封するために前記ケースに形成されたシール部と、前記電極リードの外面の一部を包み込み、前記電極リードと前記シール部との間に介在したリードフィルムと、を含み、前記電極リードは、前記リードフィルムと対応せず、前記ケースの外部に露出される第１領域、前記リードフィルムに対応する第２領域、及び前記リードフィルムと対応せず、前記ケースの外部に露出されない第３領域を備え、前記第３領域に分離溝が位置することを特徴とする。
図１は、本発明の一実施形態による二次電池を示す平面図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態による二次電池１０は、電極リード１１が取り付けられた電極組立体１２及びケース１３を含む。
前記電極組立体１２は、正極板、負極板及びセパレーターを含む。電極組立体１２は、セパレーターが挟持された状態で正極板と負極板とがこの順に積層されたものであってもよい。
正極板は、導電性に優れた金属薄板、例えば、アルミニウム（Ａｌ）箔（ｆｏｉｌ）からなる正極集電体と、その少なくとも片面にコーティングされた正極活物質層と、を含んでいてもよい。また、正極板は、一方の端に金属材質、たとえばアルミニウム（Ａｌ）材質からなる正極タブを含んでいてもよい。正極タブは、正極板の一方の端から延びて突出してもよく、正極板の一方の端に溶接されてもよく、導電性接着剤を用いて貼り合わせられてもよい。
負極板は、導電性金属薄板、例えば、銅（Ｃｕ）箔（ｆｏｉｌ）からなる負極集電体と、その少なくとも片面にコーティングされた負極活物質層と、を含んでいてもよい。また、負極板は、一方の端に金属材質、たとえば銅またはニッケル（Ｎｉ）材質から形成される負極タブを含んでいてもよい。負極タブは、負極板の一方の端から突出してもよく、負極板の一方の端に溶接されてもよく、導電性接着剤を用いて貼り合わせられてもよい。
セパレーターは、正極板と負極板との間に挟持されて、正極板と負極板とを互いに電気的に絶縁させ、正極板と負極板との間においてリチウムイオンが互いに通過できるように多孔性膜の形態に形成されてもよい。このようなセパレーターは、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、またはポリプロピレン（ＰＰ）、またはこれらの複合フィルムを用いた多孔性膜を含んでいてもよい。
セパレーターの表面には、無機物コーティング層が設けられていてもよい。無機物コーティング層は、無機物粒子同士がバインダーによって結び付いて固定され、粒子間の間隙容量（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｖｏｌｕｍｅ）による気孔構造が形成された構造を有し得る。
電極組立体１２としては、長尺シート状の正極板と負極板とをセパレーターが挟持された状態で巻き取った構造のジェリーロール型（巻取型）電極組立体、所定の大きさの単位で切り取った多数枚の正極板と負極板とをセパレーターを介在させた状態でこの順に積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定の単位の正極板と負極板とをセパレーターを介在させた状態で積層したバイセル（Ｂｉ－ｃｅｌｌ）またはフルセル（Ｆｕｌｌ ｃｅｌｌ）を巻き取った構造のスタック／フォールディング型電極組立体などが挙げられる。
ケース１３は、電極組立体１２を収容する収容部１３ａ、及びシーラント樹脂を含み、前記電極組立体１２を密封するために形成されたシール部１３ｂを含む。
前記シール部１３ｂは、 前記電極組立体１２を密封するために、例えば、前記収容部１３ａの外周面に沿って融着させる部分を指し示すものであって、前記融着は、熱融着、超音波による融着などであり得るが、シール部を融着できるものである限り、特に制限されない。
本発明の一実施形態において、前記ケース１３は、外部の衝撃からの保護のための外層、水分を遮断する金属バリア層、及びケースをシールするシーラント層の多層構造のフィルム状に設けられてもよい。
前記外層は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、共重合ポリエステル、ポリカーボネート、ナイロンなどその他のポリエステル系のフィルムを含んでいてもよく、単層または多層に構成されてもよい。
前記金属バリア層は、アルミニウム、銅などを含んでいてもよい。
前記シーラント層は、シーラント樹脂を含んでいてもよく、単層または多層に構成されてもよい。
前記シーラント樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）、酸変性ポリプロピレン（Ａｃｉｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ＰＰａ）、ランダムポリプロピレン（ｒａｎｄｏｍ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、エチレンプロピレン共重合体、またはこれらのうちの２種以上を含んでいてもよい。前記エチレンプロピレン共重合体は、エチレンプロピレンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）、エチレン－プロピレンブロック共重合体などを含んでいてもよいが、これらに限定されない。
本発明の一実施形態において、前記ケース１３は、パウチ状であってもよい。
本発明の一実施形態において、前記ケース１３がパウチ状である場合、上部パウチと下部パウチを含んでいてもよい。前記ケース１３が上部パウチと下部パウチを含む場合、上部パウチと下部パウチの外周面が熱と圧力で互いに融着されることにより電池を密封することができる。
前記ケースがパウチ状である場合、前記シール部１３ｂは、ケース１３の周縁部において４面シールまたは３面シールされてもよい。３面シール構造は、上部パウチと下部パウチとが１枚のパウチシートでフォーミングされた後、上部パウチ及び下部パウチ間の境界面を折り曲げて上部パウチ及び下部パウチに形成された前記電極組立体収容部１３ａが重なるようにした状態で、折曲部を除いた残りの３面の周縁部をシールした構造を意味する。図１は、上部パウチを覆う前にパウチに形成された収容部１３ａを示す図であるといえる。
電極リード１１は、電流の経路の役割を果たし、金属材質からなる。材質としては、導電性を有するあらゆる金属が使用可能である。
前記電極リード１１は、負極タブと正極タブに接続されることにより、前記電極組立体１２に取り付けられてもよい。前記電極リード１１は、一部が前記ケース１３の外部に露出されるようにケース１３内に収容されてもよい。
負極タブに接続された電極リード１１は負極リードとなり、正極タブに接続された電極リード１１は正極リードとなる。このような電極リード１１は、互いに同じ方向に延びてもよく、互いに反対の方向に延びてもよい。本実施形態において、電極リード１１は、電池の長手方向（Ｘ方向）に対して互いに同じ方向に配置されており、電池の長手方向に沿って延びている。なお、それらは電池の幅方向（Ｙ方向）に沿って並んで位置している。
電極リード１１は、電池の長手方向に沿った長さＬが電池の幅方向に沿った幅ｗよりも長い長方形の部材であってもよい。電極リード１１は、長手方向に沿って延びている。電極リード１１は、幅ｗと長さＬに比べて小さな厚さ（Ｚ方向、図３におけるｄ参照）を持ったシート状の部材であってもよい。最終的に、電極リード１１は、外部端子と電気的に接続される。
正極リード及び負極リードは、互いにその材質が異なっていてもよい。すなわち、正極リードは、正極板と同じアルミニウム材質であり、負極リードは、負極板と同じ銅材質、またはニッケルがコーティングされた銅材質であってもよい。
リードフィルム１４は、前記電極リード１１の外面の一部を包み込み、前記電極リード１１と電極リード１１が突出した部分のシール部１３ｂとの間に介在する。前記リードフィルム１４は、前記電極リード１１と電極リードが突出した部分のシール部１３ｂとの間に介在して電極リード１１と前記シール部１３ｂとの結着を補助する。リードフィルム１４は、熱融着によりケース１３と接着されてもよい。
リードフィルム１４は、電極リード１１とケース１３の金属層、例えば、アルミニウムシートとの間において短絡が生じることを防ぐだけではなく、ケース１３の密封力を向上させて電解液などが漏れ出ることを防ぐ役割を果たす。
本発明の一実施形態において、前記リードフィルム１４は、ポリイミド（ＰＩ：ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、またはこれらのうちの２種以上を含んでいてもよい。特に、リードフィルム１４がポリエチレンを含む場合、ポリエチレンは融点が低いため高温において速やかに溶けることができる。ポリプロピレンの融点は約１６０℃であり、ポリエチレンの融点は約１２０～１３０℃である。これにより、後述する分離溝１５が形成された電極リード１１がより一層破断され易くなる。
従来、過充電などによりスウェリング現象が生じる場合、電池が歪むことにより、局部的に短絡が生じる虞があり、最も酷い状況になると電池が発火または爆発する虞があるという不都合がある。
本発明の発明者らは、電極リードそれ自体を破断させて外部から電流を受け入れる経路を遮断すれば、このような危険性を大幅に減らすことができるという知見を得て、その知見に基づいて本発明を完成するに至った。電極リード１１は、二次電池１０に高温・高圧が働いたときに破断されるように設計する。このために、電極リード１１に分離溝１５を形成して電極リード１１の一部を予めカット（ｃｕｔ）された形状にする。このことから、二次電池１０の温度が爆走したり二次電池１０の内圧が増加したりするとき、分離溝１５の部分において電極リード１１が途切れるようにすることができる。
図２は、本発明の一実施形態による二次電池における電極リードを拡大して示す平面図である。
図２を参照すると、電極リード１１は、リードフィルム１４と対応せず、ケース１３の外部に露出される第１領域１００、前記リードフィルム１４に対応する第２領域２００、及び前記リードフィルム１４と対応せず、ケース１３の外部に露出されない第３領域３００を備える。第３領域３００と、第２領域２００、及び第１領域１００は、電極リード１１の長手方向、すなわち、電極リード１１の延在方向に沿って電極組立体１２に近い部分から遠ざかる順に置かれている。
本発明の一実施形態において、前記第３領域３００は、リードフィルム１４と対応せず、ケース１３のシール部１３ｂとも対応せず、ケース１３の外部に露出されない領域であり得る。例えば、リードフィルム１４の幅ｗ＿ＬＦがシール部１３ｂの幅ｗ＿Ｓよりも広く、リードフィルム１４と対応せず、ケース１３のシール部１３ｂとも対応せず、ケース１３の外部に露出されない領域が第３領域３００であり得る。ここで、前記リードフィルム１４の幅ｗ＿ＬＦは、電極リード１１の延在方向におけるリードフィルム１４の一方の端と他方の端との間の距離の最大値を意味する。シール部１３ｂの幅ｗ＿Ｓは、電極リード１１の延在方向におけるシール部１３ｂの一方の端と他方の端との間の距離の最大値を意味する。
図２を参照すると、前記第３領域３００に分離溝１５が位置する。前記分離溝１５は、ケース１３の歪みなど外力が加えられたときに分離溝１５が形成された境界面において外力が集中しながら破断が行われるようにする役割を果たす。すなわち、セルの温度が爆走するときにケース１３が脹れ上がりつつ加えられる力により電極リード１１がより一層容易に破裂・分離されるようにしてそれ以上の電流の流れを防ぎ、極端な状況に至ってしまうことを防ぐことにより、安全性を向上させることができる。
分離溝１５は、電極リード１１の幅方向に沿って形成されている。分離溝１５は、電極リード１１の延在方向と直交する方向に沿って一字状に形成されている。分離溝１５は、電極リード１１の延在方向と直交する方向に沿って電極リード１１の一方の端から他方の端までつながった形状に形成されてもよい。分離溝１５は、電極リード１１の幅方向に沿って電極リード１１の一部が減肉した領域である。例えば、分離溝１５は、電極リード１１の表面から厚さ方向に所定の深さ（図３におけるＨ参照）だけ窪んだトレンチであってもよい。したがって、分離溝１５において電極リード１１の破断が行われると、電極組立体１２への電流の経路が完全に遮断される。
本発明の一実施形態による二次電池は、スウェリング現象が生じたとき、従来には電極タブの一部のみが破裂されていたが、これとは異なり、電極リード１１が電極組立体１２から完全に分離されることが可能である。電極リード１１が電極組立体１２から完全に分離されることにより、電流の遮断が完璧に行われることが可能になる。
これに対し、リードフィルム１４は、電極リード１１とケース１３のシール部１３ｂとを結着させる役割を果たすため、リードフィルム１４と電極リード１１とが接触する部分に分離溝１５が位置する場合、電極リード１１の破断が速やかに行われ難い。
また、電極リード１１がシール部１３ｂと接触する部分において、電極リード１１とシール部１３ｂとの間に結着力を形成しているため、電極リード１１がシール部１３ｂと接触する部分に分離溝１５が位置する場合、電極リード１１の破断が速やかに行われ難い。
これにより、前記分離溝１５が、リードフィルム１４と電極リード１１とが対応せず、電極リード１１が外部に露出されない領域、例えば、シール部１３ｂよりも電池の内側に位置する第３領域３００に配置されれば、電極リード１１を速やかに破断させることができる。
さらに、分離溝１５が第３領域３００に位置する場合、分離溝１５と電極リード１１が電極組立体１２と接続される電極リード１１の下端との間の面積Ｓ１が狭くなる。これにより、より強い大きさの応力が分離溝１５に集中することができて、電極リード１１が速やかに破断され易い。
このように、分離溝１５を電極リード１１に位置させることにより、分離溝１５の部分において電極リード１１を破断させると、電気的な接続構造を強制的に解除して電池の安全性の強化に役立てることができる。
図３は、本発明の他の実施形態による二次電池における電極リードを拡大して示す平面図である。
図３を参照すると、前記第１領域１００に分離溝１５がさらに位置してもよい。本発明の一実施形態において、前記第１領域１００は、電極リード１１がリードフィルム１４と対応せず、シール部１３ｂとも対応せず、ケース１３の外部に露出される領域であり得る。前記第３領域３００の他に、前記第１領域１００にも分離溝１５が位置する場合、分離溝１５が第３領域３００にのみ位置する場合よりも、第１領域１００に位置する分離溝１５と第３領域３００に位置する分離溝１５との間の狭い面積の部分Ｓ２に応力が集中することができて、分離溝１５が第３領域３００にのみ位置する場合よりも電極リード１１が速やかに破断されることが可能である。
本発明の一実施形態において、前記第３領域３００に位置する分離溝１５と第１領域１００に位置する分離溝１５がそれぞれ電極リード１１の同じ面に位置してもよい。
ここで、「電極リードの同じ面」とは、ケース１３と当接する電極リード１１の表面を基準としたときに、同じ側面に相当する電極リードの表面を指し示す。例えば、前記第３領域３００に位置する分離溝１５と第１領域１００に位置する分離溝１５は、電極リード１１の上面に位置してもよい。ここで、上面は、厚さ方向に沿ってケース１３にさらに近く置かれる面であるといえる。
図４は、本発明のさらに他の実施形態による二次電池における電極リードを拡大して示す斜視図である。
図４を参照すると、前記第３領域３００に位置する分離溝１５と第１領域１００に位置する分離溝１５がそれぞれ電極リード１１の反対面に位置してもよい。例えば、前記第３領域３００に位置する分離溝１５は電極リード１１の下面に位置し、第１領域１００に位置する分離溝１５は電極リード１１の上面に位置してもよい。ここで、上面は、厚さ方向に沿ってケース１３にさらに近く置かれる面であり、下面は、その反対側に位置する面であるといえる。前記第３領域３００に位置する分離溝１５と第１領域１００に位置する分離溝１５がそれぞれ電極リード１１の反対面に位置する場合、１本の分離溝１５の付近に加えられる最大の応力が他の分離溝１５に分散され難いので、より強い大きさの応力が分離溝１５に加えられることができて、電極リード１１が速やかに破断されることがより一層容易になる。
ここで、「電極リードの反対面」とは、ケース１３と当接する電極リード１１の表面を基準としたとき、互いに反対となる方向に対応する側面に相当する電極リードの表面を指し示す。
分離溝１５は、物理的及び電気的な遮断がしっかりと行われるように、分離するのに適した形状を有していてもよい。
例えば、前記分離溝１５が、図２から図４に示すように、電極リード１１の幅を横切る帯状に形成されてもよい。前記分離溝１５が電極リード１１の幅を横切る帯状に形成される場合、帯状に沿って最大の応力が一様に加えられて、電極リード１１を速やかに破断させることがより一層容易になる。なお、電極リード１１の切断面積が広いので、電極リード１１が速やかに破断されることがより一層容易になる。
あるいは、前記分離溝１５が、図５に示すように、点線の形状を有していてもよい。ここで、「点線の形状を有する」とは、分離溝１５が電極リード１１の一方の端から他方の端までつながった形状に形成されず、複数本に分けられており、途中途中に分離溝１５が形成されない部分があるため分離溝１５の間の連続性がないということを意味し得る。分離溝１５が点線の形状を有する場合、電池の正常の作動条件において電極リード１１が内圧に対してより高い剛性を有することができながらも、電池の異常作動の際に電極リード１１が速やかに破断され易い。なお、電池の正常の有無を把握するための圧力のセンシング方法としても利用可能である。
図５を参照すると、分離溝１５が点線の形状を有する場合、点線の幅ａが前記電極リード１１の幅ｗの５～５０％であってもよい。点線の幅ａが前述した範囲を満たす場合、電極リード１１がより高い内圧に対して剛性を有することができながらも、電極リード１１が速やかに破断され易い。
また、図５を参照すると、分離溝１５が点線の形状を有する場合、前記点線の点同士の間の長さｂが前記電極リード１１の幅ｗの５～５０％であってもよい。前記点線の点同士の間の長さｂが前述した範囲を満たす場合、電極リード１１がより高い内圧に対して剛性を有することができながらも、電極リード１１が速やかに破断され易い。
本発明の一実施形態において、分離溝１５が点線の形状を有する場合、点線の幅ａと点線の点同士の間の長さｂとの比が５：１～１：５であってもよい。点線の幅ａと点線の点同士の間の長さｂとの比が前述した範囲を満たす場合、電極リード１１がより高い内圧に対して剛性を有することができながらも、電極リード１１が速やかに破断され易い。
図６は、本発明のさらに他の実施形態による二次電池における電極リードを拡大して示す分解斜視図である。
図６を参照すると、分離溝１５の電極リード１１の延在方向に沿った断面が四角い形状を有していてもよい。分離溝１５の断面がくさび状または丸みを帯びた形状であってもよいが、電極リード１１の破断が速やかに行われるものであれば、分離溝１５の断面の形状が特に限定されることはない。
図６を参照すると、分離溝１５が絶縁性フィルム１６により満たされてもよい。分離溝１５が絶縁性フィルム１６により満たされることにより、電極リード１１の表面の平滑性が保たれることが可能になる。分離溝１５が絶縁性フィルム１６により満たされる場合、異物が流れ込むことを防ぐことができ、電池の正常の作動条件において電極リード１１がより高い内圧に対して剛性を有することができる。また、分離溝１５の形成時に生じ得る電極リード１１の表面のダメージからケース１３を保護することもできる。なお、分離溝１５がケース１３の内部に位置することにより、電界液に露出される際に、電極リード１１を保護することができる。
図７は、本発明のさらに他の実施形態による二次電池における電極リードを拡大して示す分解斜視図である。
図７を参照すると、分離溝１５が絶縁性フィルム１６に包み込まれてもよい。分離溝１５が絶縁性フィルム１６に包み込まれる場合、絶縁性フィルム１６は、分離溝１５の両側であって電極リード１１の表面の上を一部覆うことができる。分離溝１５が絶縁性フィルム１６に包み込まれる場合、異物が流れ込むことを防ぐことができ、電池の正常の作動条件において電極リード１１がより高い内圧に対して剛性を有することができる。また、分離溝１５の形成時に生じ得る電極リード１１の表面のダメージからケース１３を保護することもできる。なお、分離溝１５がケース１３の内部に位置することにより、電解液に露出される際に、電極リード１１を保護することができる。
図７を参照すると、分離溝１５が絶縁性フィルム１６に包み込まれた場合、絶縁性フィルム１６が分離溝１５の内部を満たさないため、分離溝１５の内部に空き空間が存在することができる。分離溝１５が満たされていないので、応力の集中効果が抜群であり、分離溝１５の部分において破断が速やかに行われることが可能になる。
本発明の一実施形態において、前記絶縁性フィルム１６がポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、またはこれらのうちの２種以上を含んでいてもよい。特に、前記絶縁性フィルム１６がポリプロピレン、ポリエチレンなどであるとき、絶縁性フィルム１６の融点が低いため高温において速やかに溶けることができる。これにより、電池の内圧が増加したときに電極リードが速やかに破断されることがより一層容易になる。
分離溝１５を形成する方法としては、例えば、表面にカッターを有するロール（ｒｏｌｌ）を用いたり、カッター付き枠を用いたりする方法などが挙げられるが、これらの方法に限定されない。金型の作製方法により電極リード１１を形成するときに当初から分離溝１５が含まれるように形成してもよい。
前記分離溝１５の形成に際して、電流の経路は確保し、電池の内圧が上昇したときに破断は速やかに行われる度合いを考慮して、分離溝１５の形成深さＨを調整することができる。
本発明の一実施形態において、例えば、図３における前記分離溝１５は、電極リード１１の厚さｄに比べて３０％以上の深さＨに形成されてもよい。例えば、電極リード１１の厚さｄが０．４ｍｍである場合、分離溝１５の深さＨが０．３ｍｍであってもよい。
前記分離溝１５の形成に際して、電流の経路は確保し、電池の内圧が上昇したときに破断は速やかに行われる度合いを考慮して、分離溝１５の形成幅ｃを調整することができる。例えば、分離溝１５の幅ｃが０．５ｍｍであってもよい。
このように、分離溝１５の形状、その大きさ、本数と位置などを調整すれば、所望の内圧において電極リード１１の短絡が行われるようにすることができ、短絡される内圧を制御することができる。例えば、分離溝１５の形状を応力が集中され易い形状に設計すれば、さらに速やかな破断に至らせることができる。分離溝１５の深さＨを深くすれば、さらに低い内圧においても破断が行われるようにすることができる。これは、正常のセルであるか否かを検査するときに圧力のセンシング方法としても利用可能であり、セルの検査を可能にする。
分離溝１５は、正極リード及び負極リードのうちの少なくともどちらか一方に形成されてもよい。
分離溝１５は、電極リード１１のケース１３と当接する電極リード１１の一方の面または他方の面のうちのどちらか一方に形成されてもよく、電極リード１１の一方の面及び他方の面の両方ともに形成されてもよい。
本発明の一実施形態において、前記二次電池は、円筒型、角型、またはパウチ型二次電池であってもよい。中でも、前記二次電池がパウチ型二次電池であってもよい。パウチ型二次電池は、容積率を高め易いものの、パウチそれ自体がセルを保持し難いという欠点がある。セルの温度が爆走するときに、過電流保護素子（ＰＴＣ）付きや電流遮断装置（ＣＩＤ）付きの円筒型電池とは異なり、パウチ型二次電池は、これに対する熱的安定性がない。本発明によれば、電極リードに分離溝を含め、分離溝の部分において電極リードが破断されるようにして強制的に電気的な接続を解除することにより、パウチ型二次電池においても安全装置が提供されるという利点がある。
二次電池は、爆発する場合、通常、その前に先にスウェリング現象が起こる。また、二次電池は、使用中に甚だしい温度の昇温による発火のリスクが高いため、これに対して備える必要がある。本発明によれば、電極リードに分離溝を含め、二次電池の温度が暴走するときに分離溝の部分において電極リードが破断されるようにして火災のリスクに備えることができる。
以下、本発明の理解への一助となるために、実施例を挙げて本発明についてさらに詳しく説明する。しかし、本発明による実施例は色々な他の形態に変形可能であり、本発明の範囲が下記の実施例に限定されるものであると解釈されてはいけない。本発明の実施例は、当業界において平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。本発明でのように分離溝を設計する場合とそうではない場合に対して、シミュレーション実験を通じて電極リードに加えられる応力を解析した。解析のしやすさのために、電池の長さは短いと仮定して解析を進めた。以下の各条件に基づいて、実施例及び比較例を用意した。
実施例１
２枚のポリ（エチレンテレフタレート）／アルミニウム／ポリプロピレンから構成されたラミネートシートの間に正極／セパレーター／負極がこの順に積層された電極組立体を電極リードが外部に露出されるように介在させた後、ポリプロピレンをリードフィルムとして電極リードとケースとの間に介在させた。このとき、前記リードフィルムの幅は、シール部の幅よりも広かった。
リードフィルムと対応せず、ケースのシール部にも対応せず、ケースの外部に露出されない電極リードの片面の領域を電極リードの幅を横切る帯状にカットして分離溝を形成した場合を想定した。電極リードの厚さは０．４ｍｍに、分離溝の深さは０．３ｍｍにし、分離溝の幅は、０．５ｍｍにした。例えば、図２に示す例のように、第３領域に分離溝が位置する場合である。
実施例２
ケースの外部に露出されながら、リードフィルム及びケースのシール部の両方とも対応しない電極リードの片面の領域を電極リードの幅を横切る帯状にさらにカットして分離溝をさらに形成したことを除いては、実施例１と同じ条件に設定した。例えば、図３に示す例のように、第１領域と第３領域に分離溝が位置する場合である。
実施例３
ケースの外部に露出されながら、リードフィルム及びケースのシール部の両方とも対応しない電極リードの片面の領域を電極リードの幅を横切る帯状にカットして分離溝を形成し、カットされた電極リードの他方の面において、リードフィルムと対応せず、ケースのシール部とも対応せず、外部に露出されない電極リード領域を電極リードの幅を横切る帯状にカットして分離溝を形成したことを除いては、実施例１と同じ条件に設定した。例えば、図４に示す例のように、第１領域と第３領域に分離溝が位置するが、互いに反対の面に位置する場合である。
実施例４
実施例１においてカットした分離溝にポリエチレンフィルムを詰め込んだことを除いては、実施例１と同じ条件に設定した。例えば、図６に示す例の通りである。
実施例５
実施例１においてカットした分離溝の周りをポリエチレンフィルムにて包み込んだことを除いては、実施例１と同じ条件に設定した。例えば、図７に示す例の通りである。
比較例１
第３領域に分離溝は形成されず、ケースの外部に露出されながら、リードフィルム及びケースのシール部の両方とも対応しない電極リードの片面の領域を電極リードの幅を横切る帯状にカットして分離溝を形成したことを除いては、実施例１と同じ条件に設定した。例えば、第１領域にのみ分離溝が位置する場合である。
比較例２
第３領域に分離溝は形成されず、ケースの外部に露出されながら、リードフィルムと対応するが、ケースのシール部とは対応しない電極リードの片面の領域を電極リードの幅を横切る帯状にカットして分離溝を形成したことを除いては、実施例１と同じ条件に設定した。例えば、第２領域においてシール部の外側であってケースの外側に位置しているリードフィルムの直ぐ下の部分に分離溝が位置する場合である。
比較例３
第３領域に分離溝は形成されず、リードフィルム及びケースのシール部と対応する電極リードの片面の領域を電極リードの幅を横切る帯状にカットして分離溝を形成したことを除いては、実施例１と同じ条件に設定した。例えば、第２領域の概ね中間のところに分離溝が位置してリードフィルムに埋設された場合である。
比較例４
第３領域に分離溝は形成されず、リードフィルムに対応しつつ、ケースのシール部とは対応せず、ケースの外部に露出されない電池の内側の電極リードの片面の領域を電極リードの幅を横切る帯状にカットして分離溝を形成したことを除いては、実施例１と同じ条件に設定した。例えば、第２領域においてシール部の内側であってケースの内側に位置しているリードフィルムの直ぐ下の部分に分離溝が位置する場合である。
評価例：電極リードが受ける応力の測定
実施例１～５及び比較例１～４による二次電池において、圧力０．１ＭＰａがケースの内側に働くと仮定し、１８０℃の温度を加えたとき、電極リードが受ける応力をシミュレーション実験により測定してそれぞれ図８から図１６に示す。このとき、電極ケースの下端は固定した。電極リードは、アルミニウム材質であると仮定し、電極リードとパウチは、塑性歪み応力－ひずみ曲線（ｓｔｒｅｓｓ ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ）データを用いた。８７ＭＰａ以上の応力が働くと、電極リードに塑性歪みが生じる。リードフィルムはポリプロピレンである場合を想定して進めた。解析境界条件（ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）の設定は、電極リードがバスバーに溶接されるという仮定下で進めた。
図８から図１２は、実施例による二次電池の電極リードの部分に内圧を加えた場合の応力解析結果を示す図である。図１３から図１６は、比較例による二次電池の電極リードの部分に内圧を加えた場合の応力解析結果を示す図である。図８から図１６において、応力を予測するインデックスを右下に一緒に示したが、インデックスの下から上に向かって進むにつれて（カラー図の場合、青色から赤色に向かって進むにつれて）応力が次第に大きくなり、（黒白図で見る場合の見やすさのために）応力が相対的に小さな部分は（１）、応力が相対的に中間ほどである部分は（２）、応力が相対的に大きな部分は（３）とも併記した。
図８から図１２を参照すると、実施例１～５による二次電池は、分離溝の部分において最大の応力を有し、最大の応力が分離溝の全体に一様に働くことを確認することができる。これにより、実施例１～５による二次電池の場合、電池の内圧が増加したときに電極リードが速やかに破断可能であるということを類推することができる。
特に、図１０における実施例３による二次電池が図８における実施例１、図９における実施例２、図１１における実施例４及び図１２における実施例５による二次電池よりも分離溝の部分において最大の応力を有するということを確認することができる。これにより、実施例３による二次電池において、電池の内圧が増加したときに電極リードが最も速やかに破断可能であるということを類推することができる。
具体的に、実施例１の最大の応力は９３．３１２６７ＭＰａであり、実施例２の最大の応力は９６．３３４４３ＭＰａである。実施例２の場合において、最大の応力の分布が分離溝の２ヶ所における高圧に対する短絡にとってより適合している場合であるといえる。なお、実施例１と実施例２は、分離溝の位置がリードフィルムと重なり合わず、かつ、シール部とも重なり合わないため、電極リードを破断させ易いという長所がある。
実施例２において、第３領域に形成された分離溝が第１領域に形成された分離溝に比べて最大の応力が大きい。第３領域に形成された分離溝は、カットされた部分の下の余分の領域（図２におけるＳ１参照）が狭く、第１領域に形成された分離溝はその両側である上、下に電極リード領域が広い。そのため、第３領域に形成された分離溝が第１領域に形成された分離溝に比べて最大の応力が大きく、高い応力範囲もまた分離溝の周りに鮮明に現れる。
実施例３の最大の応力は９６．５５１０１ＭＰａであって、実施例２に比べて僅かに高く現れた。これは、２本の分離溝が電極リードの互いに異なる面にそれぞれ形成されているとき、リード側の支持（浅い部分）が互い違いになっているため、応力が電極リードの長手方向に乗って増加し難くなり、応力が高くなることに起因する。
実施例４の最大の応力は９６．５５０６１ＭＰａ、実施例５の最大の応力は９６．３４６４４ＭＰａとシミュレートされた。実施例５のように、分離溝が絶縁性フィルムに包み込まれた場合、最大の応力は実施例３に比べては僅かに減少する。しかしながら、実施例２に比べては高い。また、実施例４のように、分離溝に絶縁性フィルムが満たされた場合、最大の応力が実施例５と実施例３との間の値として得られる。このように、実施例１～実施例５のように適宜に所望の最大の応力が生じるように分離溝の位置と本数と絶縁性フィルムの追加有無を決定することができる。
次いで、図１３から図１６を参照すると、比較例１～４による二次電池は、最大の応力がそれぞれ９３．１３２６８ＭＰａ、９６．０１５２６ＭＰａ、９４．５４１６９ＭＰａ、９５．８５８７７ＭＰａと現れ、いずれも電極リードに塑性歪みは生じさせることができると確認される。しかしながら、分離溝の部分の応力の分布を見ると、実施例１～５による二次電池とは異なり、最大の応力が分離溝の全体に一様に働かないということを確認することができる。これにより、比較例１～４による二次電池の場合、電池の内圧が増加したときに電極リードが速やかに破断されることがやや困難であるということを類推することができる。
以上、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
１０ 二次電池
１１ 電極リード
１２ 電極組立体
１３ 電池ケース
１３ａ 収容部
１３ｂ シール部
１４ リードフィルム
１５ 分離溝
１６ 絶縁性フィルム
１００ 第１領域
２００ 第２領域
３００ 第３領域

Claims (20)

  1. 電極リードが取り付けられた電極組立体と、
    前記電極リードの一部が外部に露出されるように前記電極組立体を収容するケースと、
    前記電極組立体を密封するために前記ケースに形成されたシール部と、
    前記電極リードの外面の一部を包み込み、前記電極リードと前記シール部との間に介在したリードフィルムと、
    を含み、
    前記電極リードは、前記リードフィルムと対応せず、前記ケースの外部に露出される第１領域、前記リードフィルムに対応する第２領域、及び前記リードフィルムと対応せず、前記ケースの外部に露出されない第３領域を備え、
    前記第３領域に分離溝が位置する、二次電池。
  2. 前記第１領域に分離溝がさらに位置する、請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記第３領域に位置する分離溝と第１領域に位置する分離溝がそれぞれ前記電極リードの反対面に位置する、請求項２に記載の二次電池。
  4. 前記分離溝は、前記電極リードの幅を横切る帯状に形成される、請求項１に記載の二次電池。
  5. 前記分離溝が点線の形状を有する、請求項１に記載の二次電池。
  6. 前記点線の幅が前記電極リードの幅の５～５０％である、請求項５に記載の二次電池。
  7. 前記点線の点同士の間の長さが前記電極リードの幅の５～５０％である、請求項５に記載の二次電池。
  8. 前記点線の幅と前記点線の点同士の間の長さとの比が５：１～１：５である、請求項５に記載の二次電池。
  9. 前記分離溝の断面が、くさび状、丸みを帯びた形状、及び四角い形状のうちのいずれか１つの形状を有する、請求項１に記載の二次電池。
  10. 前記分離溝が絶縁性フィルムにより満たされている、請求項１に記載の二次電池。
  11. 前記分離溝が絶縁性フィルムに包み込まれている、請求項１に記載の二次電池。
  12. 前記分離溝の内部に空き空間が存在する、請求項１１に記載の二次電池。
  13. 前記絶縁性フィルムが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、またはこれらのうちの２種以上を含む、請求項１０または１１に記載の二次電池。
  14. 前記リードフィルムがポリエチレンを含む、請求項１に記載の二次電池。
  15. 前記二次電池がパウチ型二次電池である、請求項１に記載の二次電池。
  16. 前記第３領域は、前記シール部とも対応せず、前記リードフィルムの幅が前記シール部の幅よりも広い、請求項１に記載の二次電池。
  17. 前記分離溝は、前記電極リードの延在方向と直交する方向に沿って前記電極リードの一方の端から他方の端までつながった形状に形成されたものである、請求項１に記載の二次電池。
  18. 前記分離溝は、前記電極リードの幅方向に沿って前記電極リードの一部が減肉した領域である、請求項１に記載の二次電池。
  19. 前記分離溝は、前記電極リードの表面から厚さ方向に窪んだトレンチである、請求項１に記載の二次電池。
  20. 前記分離溝は、前記電極リードの一方の端から他方の端までつながった形状に形成されず、複数本に分けられており、前記分離溝の間の連続性がないものである、請求項１に記載の二次電池。
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KR101808312B1 (ko) * 2013-09-26 2017-12-12 주식회사 엘지화학 이차전지 및 이에 적용되는 전극 리드 조립체
KR101856822B1 (ko) * 2015-05-07 2018-05-10 주식회사 엘지화학 전류 제한 기능의 전극리드를 포함하는 파우치형 이차전지
KR102056363B1 (ko) * 2015-08-17 2019-12-16 주식회사 엘지화학 전지 셀
KR102173754B1 (ko) * 2017-05-25 2020-11-04 주식회사 엘지화학 이차전지 및 그러한 이차전지의 제조방법
KR102295034B1 (ko) * 2017-05-30 2021-08-31 주식회사 엘지에너지솔루션 외력특성을 갖는 리드날개를 포함하는 파우치형 이차전지

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