KR101370265B1 - 이차전지, 이에 적용되는 이차전지용 부품 및 이차전지의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 이차전지는, 전극 탭을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 탭에 부착되며 적어도 하나의 리드 홀을 구비하는 전극 리드; 상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스; 및 상기 리드 홀과 대응되는 영역에 형성되는 벤팅 패턴부를 구비하는 것으로서 상기 전극 리드 및 상기 파우치 케이스의 내측 면 사이에 개재되는 실링 테이프를 포함한다.
본 발명에 따르면, 보호회로가 정상 작동하지 않아 이차전지에 과전류가 흐르는 등의 이상 현상 발생으로 인해 파우치 케이스 내부에 가스가 생성되는 경우 파우치 케이스의 밀봉 상태가 신속히 해제됨으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.

Description

이차전지, 이에 적용되는 이차전지용 부품 및 이차전지의 제조 방법{Secondary battery, Element for secondary battery applied for it and Method of manufacturing the same}
본 발명은 이차전지, 이에 적용되는 이차전지용 부품 및 이차전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 파우치 케이스 내부에 생성되는 가스를 용이하게 방출할 수 있는 구조를 갖는 이차전지, 이에 적용되는 이차전지용 부품 및 이차전지의 제조 방법에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.
특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워툴, 전기 자전거, 전력저장장치, UPS 등에 사용된다.
리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속 캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 전극 조립체와 전해질을 필름으로 만든 파우치 포장재에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
그런데, 리튬 이차전지는 과열이 될 경우 폭발 위험성이 있어서 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 리튬 이차전지의 과열은 여러 가지 원인에서 발생되는데, 그 중 하나가 리튬 이차전지를 통해 한계 이상의 과전류가 흐르는 경우를 들 수 있다. 과전류가 흐르면 리튬 이차전지가 주울열에 의해 발열을 하므로 전지의 내부 온도가 급속하게 상승한다. 또한 온도의 급속한 상승은 전해액의 분해 반응을 야기하여 열폭주 현상(thermal runaway)을 일으킴으로써 결국에는 전지의 폭발까지 이어지게 된다. 과전류는 뾰족한 금속 물체가 리튬 이차전지를 관통하거나 양극과 음극 사이에 개재된 분리막의 수축에 의해 양극과 음극 사이의 절연이 파괴되거나 외부에 연결된 충전 회로나 부하의 이상으로 인해 돌입전류(rush current)가 전지에 인가되는 등의 경우에 발생된다.
따라서 리튬 이차전지는 과전류의 발생과 같은 이상 상황으로부터 전지를 보호하기 위해 보호회로와 결합되어 사용되며, 상기 보호회로에는 과전류가 발생되었을 때 충전 또는 방전전류가 흐르는 선로를 비가역적으로 단선시키는 퓨즈 소자가 포함되는 것이 일반적이다.
도 1은 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 팩과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 보호회로는 과전류 발생 시 배터리 팩을 보호하기 위해 퓨즈 소자(1), 과전류 센싱을 위한 센스 저항(2), 과전류 발생을 모니터하여 과전류 발생 시 퓨즈 소자(1)를 동작시키는 마이크로 컨트롤러(3) 및 상기 퓨즈 소자(1)에 동작 전류의 유입을 스위칭하는 스위치(4)를 포함한다.
퓨즈 소자(1)는 배터리 팩의 최 외측 단자에 연결된 주 선로에 설치된다. 주 선로는 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 배선을 말한다. 도면에는, 퓨즈 소자(1)가 고전위 선로(Pack+)에 설치된 것으로 도시되어 있다.
퓨즈 소자(1)는 3단자 소자 부품으로 2개의 단자는 충전 또는 방전 전류가 흐르는 주 선로에, 1개의 단자는 스위치(4)와 접속된다. 그리고 내부에는 주 선로와 직렬 연결되며 특정 온도에서 융단이 이루어지는 퓨즈(1a)와, 상기 퓨즈(1a)에 열을 인가하는 저항(1b)이 포함되어 있다.
상기 마이크로 컨트롤러(3)는 센스 저항(2) 양단의 전압을 주기적으로 검출하여 과전류 발생 여부를 모니터하며, 과전류가 발생된 것으로 판단되면 스위치(4)를 턴 온 시킨다. 그러면 주 선로에 흐르는 전류가 퓨즈 소자(1) 측으로 바이패스되어 저항(1b)에 인가된다. 이에 따라, 저항(1b)에서 발생된 주울열이 퓨즈(1a)에 전도되어 퓨즈(1a)의 온도를 상승시키며, 퓨즈(1a)의 온도가 융단 온도까지 오르게 되면 퓨즈(1a)가 융단 됨으로써 주 선로가 비가역적으로 단선된다. 주 선로가 단선되면 과전류가 더 이상 흐르지 않게 되므로 과전류로부터 비롯되는 문제를 해소할 수 있다.
그런데, 위와 같은 종래 기술은 여러 가지 문제점을 안고 있다. 즉, 마이크로 컨트롤러(3)에서 고장이 생기면 과전류가 발생된 상황에서도 스위치(4)가 턴 온 되지 않는다. 이런 경우 퓨즈 소자(1)의 저항(1b)으로 전류가 유입되지 않으므로 퓨즈 소자(1)가 동작을 하지 않는 문제가 있다. 또한 보호회로 내에 퓨즈 소자(1)의 배치를 위한 공간이 별도로 필요하고 퓨즈 소자(1)의 동작 제어를 위한 프로그램 알고리즘이 마이크로 컨트롤러(3)에 반드시 적재되어야 한다. 따라서 보호회로의 공간 효율성이 저하되고 마이크로 컨트롤러(3)의 부하를 증가시키는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 개선된 기술에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서 이차전지의 사용 중 이상 현상 발생으로 온도가 상승하고 파우치 케이스 내부에 가스가 생성되는 경우 생성된 가스를 외부로 용이하게 배출해줄 수 있도록 함으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있는 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 전극 탭을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 탭에 부착되며 적어도 하나의 리드 홀을 구비하는 전극 리드; 상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스; 및 상기 리드 홀과 대응되는 영역에 형성되는 벤팅 패턴부를 구비하는 것으로서 상기 전극 리드 및 상기 파우치 케이스의 내측 면 사이에 개재되는 실링 테이프를 포함한다.
바람직하게, 상기 리드 홀은 상기 전극 리드의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 형성되고, 상기 벤팅 패턴부는 상기 실링 테이프의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 형성될 수 있다.
바람직하게, 서로 이웃하는 상기 벤팅 패턴부 사이의 간격은 상기 벤팅 패턴부의 폭 이하일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 벤팅 패턴부는, 노치일 수 있다.
바람직하게, 상기 노치는, 상기 전극 조립체와 마주보도록 형성될 수 있다.
선택적으로, 상기 노치는, 쐐기 형상, 라운드 진 형상 및 사각 형상 중 적어도 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 노치는, 쐐기 형상일 수 있다.
바람직하게, 상기 노치의 폭 대비 깊이의 비는 0.5 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 벤팅 패턴부는, 관통 홀일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 벤팅 패턴부 중 일부는 관통 홀이고 나머지는 노치일 수 있다.
바람직하게, 상기 관통 홀과 상기 노치는 상기 실링 테이프의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 위치할 수 있다.
선택적으로, 상기 전극 리드는, 양극 리드 및 음극 리드 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 파우치 케이스는 테두리에 형성되는 실링 영역을 구비하고, 상기 벤팅 패턴부는 상기 실링 영역 내에 위치할 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지용 부품은, 적어도 하나의 리드 홀을 구비하는 전극 리드; 및 상기 리드 홀과 대응되는 영역에 형성되는 벤팅 패턴부를 구비하는 것으로서 상기 전극 리드의 일부를 감싸는 실링 테이프를 포함한다.
바람직하게, 상기 리드 홀은 상기 전극 리드의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 형성되고, 상기 벤팅 패턴부는 상기 실링 테이프의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 형성될 수 있다.
바람직하게, 서로 이웃하는 상기 벤팅 패턴부 사이의 간격은 상기 벤팅 패턴부의 폭 이하일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 벤팅 패턴부는, 노치일 수 있다.
바람직하게, 상기 노치의 내측 면은, 상기 전극 조립체와 마주보도록 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 노치는, 쐐기 형상일 수 있다.
바람직하게, 상기 노치의 폭 대비 깊이의 비는 0.5 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 벤팅 패턴부는, 관통 홀일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 벤팅 패턴부 중 일부는 관통 홀이고 나머지는 노치일 수 있다.
바람직하게, 상기 관통 홀과 노치는 상기 실링 테이프의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지의 제조 방법은, (a) 실링 테이프가 부착된 전극 리드를 펀칭함으로써 상기 실링 테이프의 양 표면 사이를 관통시키는 단계; (b) 상기 전극 리드를 전극 조립체에 부착하는 단계; (c) 상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 파우치 케이스에 수용시키는 단계; 및 (d) 상기 파우치 케이스의 테두리를 실링하는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 (d)단계는, 상기 실링이 이루어진 영역이 상기 실링 테이프의 관통된 영역을 포함하도록 실링하는 단계일 수 있다.
본 발명에 따르면, 보호회로가 정상 작동하지 않아 이차전지에 과전류가 흐르는 등의 이상 현상 발생으로 인해 파우치 케이스 내부에 가스가 생성되는 경우 파우치 케이스의 밀봉 상태가 신속히 해제됨으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 배터리 모듈과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2a에 도시된 이차전지의 M 부분을 확대한 평면도이다.
도 4는 도 3a에 도시된 이차전지를 X-X 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 부분 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 이차전지를 Y-Y 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 부분 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 이차전지를 Z-Z 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 이차전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(10)를 설명하기로 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 평면도이고, 도 3a 내지 도 3c는 도 2a에 도시된 이차전지의 M 부분을 확대한 평면도이고, 도 4는 도 3a에 도시된 이차전지를 X-X 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 부분 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(10)는 전극 조립체(11), 전극 리드(12), 실링 테이프(13) 및 파우치 케이스(14)를 포함한다.
상기 전극 조립체(11)는 양극 판(11a), 음극 판(11b), 세퍼레이터(11c) 및 전극 탭(T)을 포함한다. 상기 전극 조립체(11)는 적층된 양극 판(11a) 및 음극 판 (11b)사이에 세퍼레이터(11c)를 개재하여 형성된 적층형 전극 조립체일 수 있다. 본 발명의 도면에서는 상기 전극 조립체(10)가 적층형인 경우만을 도시하고 있으나, 젤리롤(jelly-roll)형으로 형성되는 것도 가능함은 물론이다.
상기 양극 판(11a)은 알루미늄(Al) 재질의 집전 판에 양극 활물질이 도포되어 형성되며, 음극 판(11b)은 구리(Cu) 재질의 집전 판에 음극 활물질이 도포되어 형성된다.
상기 전극 탭(T)은 전극 판(11a,11b)과 일체로 형성되는 것으로서 전극 판(11a,11b) 중 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부 영역에 해당한다. 즉, 상기 전극 탭(T)은 양극 판(11a) 중 양극 활물질이 도포되지 않은 영역에 해당하는 양극 탭 및 음극 판(11b) 중 음극 활물질이 도포되지 않은 영역에 해당하는 음극 탭을 포함한다.
상기 전극 리드(12)는 얇은 판상의 금속으로서 전극 탭(T)에 부착되어 전극 조립체(11)의 외측 방향으로 연장된다. 상기 전극 리드(12)는 양극 탭에 부착되는 양극 리드 및 음극 탭에 부착되는 음극 리드를 포함한다. 상기 양극 리드 및 음극 리드는 양극 탭 및 음극 탭의 형성 위치에 따라 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있고 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있다(도 2a 및 도 2b 참조). 상기 양극 리드 및 음극 리드는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 상기 양극 리드는 양극 판(11a)과 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드는 음극 판(11b)과 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질이다.
상기 양극 리드 및/또는 음극 리드는 적어도 하나의 리드 홀(12a)을 구비한다. 상기 전극 리드(12)가 복수개의 리드 홀(12a)을 구비하는 경우 각각의 리드 홀(12a)은 전극 리드(12)의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 형성된다. 상기 리드 홀(12a)은 후술할 실링 테이프(13)에 형성되는 벤팅 패턴부(13a)와 함께 파우치 케이스(14)의 밀봉이 용이하게 해제되도록 하는 역할을 한다.
상기 실링 테이프(13)는 전극 리드(12)의 폭 방향 둘레에 부착되어 전극 리드(12)와 파우치 케이스(14)의 내측 면 사이에 개재되는 것으로서 절연성 및 열 융착성을 갖는 필름으로 이루어진다. 상기 실링 테이프(13)는 예를 들어 폴리이미드(PI: polyimide), 폴리프로필렌(PP: polyprophylene), 폴리에틸렌(PE: polyethylene) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: polyethylene terephthalate) 등으로부터 선택된 어느 하나 이상의 물질 층(단일 막 또는 다중 막)으로 이루어질 수 있다. 상기 실링 테이프(13)는 전극 리드(12)와 파우치 케이스(14)의 금속 층 사이에서 단락이 발생하는 것을 방지할 뿐만 아니라 파우치 케이스(14)의 밀봉력을 향상시키는 역할을 한다.
상기 실링 테이프(13)는 전극 리드(12)에 형성된 리드 홀(13a)과 대응되는 위치에 대응되는 크기로 형성되는 적어도 하나의 벤팅 패턴부(13a)를 구비한다. 상기 벤팅 패턴부(13a)는 실링 테이프(13)의 두께를 이루는 면 중 전극 조립체(10)와 마주보는 면에 일정 깊이로 형성되는 노치(notch)에 해당한다. 상기 노치(13a)가 복수개 형성되는 경우 각각의 노치(13a)는 실링 테이프(13)의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 형성된다. 서로 이웃하는 상기 노치(13a) 사이의 간격이 노치(13a)의 폭(w) 보다 더 작게 형성되는 경우 더 우수한 벤팅(venting) 효과를 얻을 수 있다.
상기 노치(13a)는 전극 리드(12)에 형성되는 리드 홀(12a)과 연결되어 파우치 케이스(14) 내부에 가스가 생성되는 경우 노치(13a)의 내측 면에 압력이 집중되도록 함으로써 실링 테이프(13)와 파우치 케이스(14) 사이의 접합이 용이하게 해제되도록 한다. 도 3a 내지 도 3c에 나타난 바와 같이 상기 노치(13a)는 쐐기 형상, 라운드 진 형상 또는 사각 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
특히 상기 노치(13a)가 쐐기 형상인 경우 파우치 케이스(14) 내부에 가스가 생성되었을 때 노치(13a)의 단부 모서리에 집중되는 압력으로 인해 라인(L)을 따라 실링 테이프(13)와 파우치 케이스(14) 사이의 접합이 더욱 용이하게 해제될 수 있다. 상기 쐐기 형상을 갖는 노치(13a)의 폭(w) 대비 깊이(d)의 비(d/w)가 큰 값을 가질수록 파우치 케이스(14)의 벤팅 효과는 우수해진다. 실질적인 벤팅 효과를 얻기 위해서 상기 비(d/w)는 대략 0.5 이상의 값을 갖는 것이 바람직하다.
상기 파우치 케이스(14)는 내측 면에 열 접착 층이 형성된 알루미늄 파우치 필름으로 이루어진다. 상기 파우치 케이스(14)는 전극 리드가 외부로 인출되도록 전극 조립체(11)를 수용한 채로 테두리가 열 융착됨으로써 밀봉되며, 밀봉된 파우치 케이스(14) 내에는 이차전지(10)의 종류에 따라 액체, 고체 또는 겔형 등의 전해질(미도시)이 충진된다. 이 때, 상기 열 융착이 이루어진 실링 영역(S)은 노치(13a)가 형성된 영역(A)을 포함한다(도 3a 및 도 4 참조). 따라서, 상기 파우치 케이스(14) 내에 가스가 생성되는 경우 노치(13a)에 집중된 압력이 파우치 케이스(14)의 내측 면에 작용함으로써 실링 테이프(13)와 파우치 케이스(14) 사이의 접합이 더욱 용이하게 해제될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(20)는 실링 테이프(13)에 형성되는 노치, 즉 벤팅 패턴부(13a)를 구비할 뿐만 아니라, 벤팅 패턴부(13a)와 대응되는 위치에 형성되는 리드 홀(12a)을 구비함으로써 이하 설명할 바와 같이 우수한 안전성 및 제조 공정의 용이성을 동시에 확보할 수 있다.
즉, 상기 벤팅 패턴부(13a)만을 구비하는 이차전지의 경우, 실링 테이프에 벤팅 패턴부(13a)를 형성한 후 실링 테이프를 전극 리드에 부착하는 공정을 거치거나, 실링 테이프를 전극 리드에 부착한 후 실링 테이프에 벤팅 패턴부(13a)를 형성하는 공정을 거침으로써 제조될 수 있는데, 어떠한 경우도 공정이 용이하지 않다.
구체적으로, 실링 테이프에 벤팅 패턴부(13a)를 형성한 후 실링 테이프를 전극 리드에 부착하고자 하는 경우, 벤팅 패턴부(13a)가 정확한 위치에 오도록 전극 리드에 부착하는 것이 용이하지 않다. 반대로 실링 테이프를 전극 리드에 부착한 후 벤팅 패턴부(13a)를 형성하고자 하는 경우, 실링 테이프와 전극 리드 사이의 강한 접착력으로 인해 벤팅 패턴부(13a)를 형성하는 것이 용이하지 않다. 따라서, 상기 이차전지(20)와 같이 벤팅 패턴부(13a) 및 리드 홀(12a)을 함께 구비하는 경우 펀칭 등의 공정을 통해 이차전지용 부품을 용이하게 제조할 수 있다는 장점이 있다. 여기서, 이차전지용 부품이란, 실링 테이프가 부착된 전극 리드를 의미한다.
또한, 상기 이차전지용 부품이 벤팅 패턴부(13a)만을 구비하는 경우 파우치 케이스(14)의 열 접착 층과 실링 테이프(13) 사이를 열융착시키는 공정을 수행하는 과정에서 벤팅 패턴부(13a)가 갖는 빈 공간이 막힐 우려가 있다.
즉, 상기 열융착 공정을 수행하는 과정에서 파우치 케이스(14)의 열 접착 층이 녹아 벤팅 패턴부(13a)가 갖는 빈 공간을 채우는 현상이 발생될 수 있으며, 이 경우 우수한 벤팅 효과를 기대할 수 없게 되는데, 리드 홀(12a)은 이러한 현상을 방지하는 역할을 할 수 있다.
다음은, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(20)를 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 부분 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 이차전지를 Y-Y 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 부분 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(20)는 전극 조립체(21), 전극 리드(22), 실링 테이프(23) 및 파우치 케이스(24)를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(20)는 앞선 실시예에 따른 이차전지(10)와 비교할 때, 전극 리드(22) 및 실링 테이프(23)의 구조가 일부 다를 뿐 다른 구성요소들은 동일하다. 따라서, 상기 이차전지(20)를 설명함에 있어서 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 하며 차이점이 있는 부분을 중점적으로 설명하기로 한다.
상기 전극 리드(22)는 적어도 하나의 리드 홀(22a)을 구비하며, 상기 실링 테이프(23)는 리드 홀(22a)과 대응되는 위치에 대응되는 크기로 형성되는 벤팅 패턴부(23a)를 구비한다. 상기 벤팅 패턴부(23a)는 노치가 아닌 관통 홀에 해당하는 것으로서 앞선 실시예의 노치(13a)와 같이 라운드 쐐기 형상, 라운드진 형상 또는 사각 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 관통 홀(23a)이 형성된 영역(B)은 파우치 케이스(24)의 실링 영역(S) 내에 포함된다. 따라서, 상기 파우치 케이스(24) 내에 가스가 생성되는 경우 상기 관통 홀(23a)로 인해 접합력이 취약해진 영역에 압력이 집중됨으로써 실링 테이프(23)와 파우치 케이스(24) 사이의 접합이 용이하게 해제될 수 있다.
다음은, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(30)를 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 부분 평면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 이차전지를 Z-Z 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 부분 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(30)는 전극 조립체(31), 전극 리드(32), 실링 테이프(33) 및 파우치 케이스(34)를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(30)는 앞선 실시예에 따른 이차전지(10,20)와 비교할 때 전극 리드(32) 및 실링 테이프(33)의 구조가 일부 다를 뿐 다른 구성요소들은 동일하다. 따라서, 상기 이차전지(20)를 설명함에 있어서 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 하며 차이점이 있는 부분을 중점적으로 설명하기로 한다.
상기 전극 리드(32)는 적어도 하나의 제1 리드 홀(32a) 및 제2 리드 홀(32b)을 구비하며, 상기 실링 테이프(33)는 제1 리드 홀(32a)과 대응되는 위치에 대응되는 크기로 형성되는 제1 벤팅 패턴부(33a) 및 제2 리드 홀(32b)과 대응되는 위치에 대응되는 크기로 형성되는 제2 벤팅 패턴부(33b)를 구비한다. 상기 제1 벤팅 패턴부(33a) 및 제2 벤팅 패턴부(33b)는 각각 노치 및 관통 홀에 해당하는 것으로서 쐐기 형상, 라운드 진 형상 및 사각 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1 리드 홀(32a) 및 노치(33a)에 의한 효과는 앞선 실시예에 따른 이차전지(10)가 갖는 효과와 동일하며, 상기 제2 리드 홀(32b) 및 관통 홀(33b)에 의한 효과는 앞선 실시예에 따른 이차전지(20)가 갖는 효과와 동일하므로 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 제1 리드 홀(32a) 및 제2 리드 홀(32b)은 전극 리드(32)의 길이 방향을 따라 서로 나란하게 형성되고, 이에 따라 노치(33a) 및 관통 홀(33b) 역시 실링 테이프(33)의 폭 방향을 따라 서로 나란하게 형성될 수 있다. 이 경우, 노치(33a)에 의한 압력 집중 효과에 관통 홀(33b)에 의한 압력 집중 효과가 더해짐으로써 실링 테이프(33)와 파우치 케이스(34) 사이의 결합이 더욱 용이하게 해제될 수 있다.
다음은, 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 이차전지의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명에 따른 이차전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지(10,20,30)의 제조 방법은 실링 테이프(13)가 부착된 전극 리드(12)를 펀칭하는 단계(S1), 전극 리드(12)를 전극 조립체(11)에 부착하는 단계(S2), 전극 조립체(11)를 파우치 케이스(14)에 수용시키는 단계(S3) 및 파우치 케이스(14)의 테두리를 실링하는 단계(S4)를 포함한다.
상기 S1 단계는, 실링 테이프(13)가 부착된 전극 리드(12)를 펀칭함으로써 실링 테이프(13)의 대향하는 표면 사이가 관통되도록 하는 단계이다. 즉, 상기 S1 단계는 전극 리드(12)에 적어도 하나의 리드 홀(12a)을 형성시키고, 실링 테이프(13)에는 리드 홀(12a)과 대응되는 크기를 갖는 노치(13a) 및/또는 관통 홀(23a)을 대응되는 위치에 형성시키는 단계이다.
상기 S2 단계는, S1 단계를 통해 완성된 이차전지용 부품을 전극 조립체(11)의 전극 탭(11a)에 부착시키는 단계이다.
상기 S3 단계는, 전극 리드(12)가 파우치 케이스(14)의 외부로 인출되도록 전극 조립체(11)를 파우치 케이스(14) 내에 안착시키는 단계이다.
상기 S4 단계는, 파우치 케이스(14)의 테두리를 실링하되, 실링 영역(S)이 실링 테이프의 관통된 영역(A,B)을 포함하도록 실링하는 단계이다.
상기 제조 방법에 의해 제조된 이차전지(10,20,30)는 앞서 설명한 바와 같이 이차전지에 이상 현상이 발생하여 파우치 케이스 내에 가스가 생성되는 경우 발생된 가스를 외부로 용이하게 배출할 수 있는 구조를 가짐으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있도록 한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 이차전지 11: 전극 조립체
11a: 전극 탭 12: 전극 리드
12a: 리드 홀 13: 실링 테이프
13a: 벤팅 패턴부(노치) 14: 파우치 케이스
S: 실링 영역 A: 노치 형성 영역

Claims (25)

  1. 전극 탭을 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 탭에 부착되며 적어도 하나의 리드 홀을 구비하는 전극 리드;
    상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스; 및
    상기 리드 홀과 대응되는 영역에 형성되는 벤팅 패턴부를 구비하는 것으로서 상기 전극 리드 및 상기 파우치 케이스의 내측 면 사이에 개재되는 실링 테이프를 포함하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드 홀은 상기 전극 리드의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 형성되고,
    상기 벤팅 패턴부는 상기 실링 테이프의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    서로 이웃하는 상기 벤팅 패턴부 사이의 간격은 상기 벤팅 패턴부의 폭 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 패턴부는,
    노치인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 노치는,
    상기 전극 조립체와 마주보는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 노치는,
    쐐기 형상, 라운드 진 형상 및 사각 형상 중 적어도 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 노치는,
    쐐기 형상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 노치의 폭 대비 깊이의 비는 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 패턴부는,
    관통 홀인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 패턴부 중 일부는 관통 홀이고 나머지는 노치인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 관통 홀과 상기 노치는 상기 실링 테이프의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전극 리드는,
    양극 리드 및 음극 리드 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 파우치 케이스는 테두리에 형성되는 실링 영역을 구비하고,
    상기 벤팅 패턴부는 상기 실링 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 적어도 하나의 리드 홀을 구비하는 전극 리드; 및
    상기 리드 홀과 대응되는 영역에 형성되는 벤팅 패턴부를 구비하는 것으로서 상기 전극 리드의 일부를 감싸는 실링 테이프를 포함하는 이차전지용 부품.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 리드 홀은 상기 전극 리드의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 형성되고,
    상기 벤팅 패턴부는 상기 실링 테이프의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 부품.
  16. 제15항에 있어서,
    서로 이웃하는 상기 벤팅 패턴부 사이의 간격은 상기 벤팅 패턴부의 폭 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지용 부품.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 벤팅 패턴부는,
    노치인 것을 특징으로 하는 이차전지용 부품.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 노치의 내측 면은,
    상기 전극 조립체와 마주보는 것을 특징으로 하는 이차전지용 부품.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 노치는,
    쐐기 형상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 부품.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 노치의 폭 대비 깊이의 비는 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 부품.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 벤팅 패턴부는,
    관통 홀인 것을 특징으로 하는 이차전지용 부품.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 벤팅 패턴부 중 일부는 관통 홀이고 나머지는 노치인 것을 특징으로 하는 이차전지용 부품.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 관통 홀과 노치는 상기 실링 테이프의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 부품.
  24. (a) 실링 테이프가 부착된 전극 리드를 펀칭함으로써 상기 실링 테이프의 양 표면 사이를 관통시키는 단계;
    (b) 상기 전극 리드를 전극 조립체에 부착하는 단계;
    (c) 상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 파우치 케이스에 수용시키는 단계; 및
    (d) 상기 파우치 케이스의 테두리를 실링하는 단계를 포함하는 이차전지의 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 (d)단계는,
    상기 실링이 이루어진 영역이 상기 실링 테이프의 관통된 영역을 포함하도록 실링하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조 방법.
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