KR101488055B1 - Secondary battery having improved safety, and battery pack using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1전극리드부를 포함하는 전극조립체 및 제2전극리드부를 포함하는 가스포켓을 포함하며, 상기 제1전극리드부와 제2전극리드부는 서로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 전지 내부에 가스 발생 또는 고온 및 고압에 의해 전지의 위험이 초래되는 경우, 전극조립체와 연결된 제1전극리드부와 가스 포켓에 연결된 제2전극리드부 간의 접합이 탈락된다. 따라서, 외부 단자와 연결된 제2전극리드부로 원천적으로 전류의 흐름이 차단되어 안전성이 우수한 이차전지를 제공할 수 있다. The present invention relates to a secondary battery including an electrode assembly including a first electrode lead portion and a gas pocket including a second electrode lead portion, wherein the first electrode lead portion and the second electrode lead portion are connected to each other.
According to the present invention, when a gas is generated in the battery or a battery is damaged due to high temperature and high pressure, the connection between the first electrode lead portion connected to the electrode assembly and the second electrode lead portion connected to the gas pocket is lost. Accordingly, it is possible to provide a secondary battery having excellent safety because the flow of the electric current is originally blocked by the second electrode lead portion connected to the external terminal.
Description
본 발명은 안전성이 향상된 이차 전지 및 이를 이용한 중대형 전지 팩에 대한 것이다. The present invention relates to a secondary battery having improved safety and a middle- or large-sized battery pack using the same.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급증하고 있고, 그 중 고에너지 밀도와 높은 방전 전압을 나타내는 리튬 이차 전지에 대해 많은 연구가 행해지고 있으며 상용화되어 널리 사용되고 있다. As technology development and demand for mobile devices have increased, there has been a rapid increase in demand for secondary batteries as energy sources. Among them, lithium secondary batteries exhibiting high energy density and high discharge voltage have been extensively studied and commercialized and widely used .
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하며, 대표적으로는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다. The secondary battery may be classified according to how the electrode assembly having the anode / separator / cathode structure is formed. Typically, the jelly-roll having the structure in which the separator is interposed between the long- Type stacked electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, a stacked (stacked) electrode assembly in which a predetermined unit of positive and negative electrodes are stacked with a separator interposed therebetween, A stack / folding type electrode assembly having a structure in which a Bi-cell or a full cell is wound.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다. FIG. 1 schematically shows a general structure of a typical conventional pouch-type secondary battery as an exploded perspective view.
도 1을 참조하면, 종래의 파우치형 이차전지는 전극조립체(10) 및 파우치형 전지케이스를 포함한다. Referring to FIG. 1, a conventional pouch-type secondary battery includes an electrode assembly 10 and a pouch-shaped battery case.
상기 전극조립체(10)는 전극조립체(10)로부터 연장되어 있는 전극탭(30a, 30b), 상기 전극탭(30a, 30b)에 용접되어 있는 전극리드(40a, 40b)가 연결된 것일 수 있으며, 상기 전극탭 또는 전극조립체는 동일한 방향으로 돌출되거나 서로 다른 방향으로 돌출되는 것일 수 있다. The electrode assembly 10 may include electrode tabs 30a and 30b extending from the electrode assembly 10 and electrode leads 40a and 40b welded to the electrode tabs 30a and 30b. The electrode tab or the electrode assembly may protrude in the same direction or may protrude in different directions.
상기 파우치형 전지케이스는 하부 전지케이스(23) 및 상부전지케이스(22)를 포함하는 것으로, 상기 파우치형 전지케이스는 상부 전지케이스(22)와 하부 전지케이스(23)가 분리되어 있는 구조 또는 4면 중 어느 한 면이 연결된 구조(미도시)인 것일 수 있다. 상기 하부 또는 상부 전지케이스 모두 또는 어느 하나에는 전극조립체를 수납하는 공간부가 형성될 수 있으며, 또한 상부 및 하부 전지케이스를 밀봉하기 위해 실링하는 실링부를 포함한다. The pouch-shaped battery case includes a lower battery case 23 and an upper battery case 22. The pouch-shaped battery case has a structure in which the upper battery case 22 and the lower battery case 23 are separated from each other, (Not shown) to which one of the faces is connected. The lower or upper battery case or any one of them may be provided with a space for accommodating the electrode assembly and a sealing part for sealing the upper and lower battery cases to seal the same.
상기 공간부에 전극조립체(10)를 수납한 후에는 상부 전지케이스(22) 및 하부 전지케이스(23)의 실링부를 열융착에 의하여 실링하여 밀봉함으로써 파우치형 이차전지를 제조할 수 있다. After the electrode assembly 10 is housed in the space, the pouch type secondary battery can be manufactured by sealing the upper and lower battery cases 22 and 23 by heat sealing.
도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(10)의 경우, 다수의 양극 탭들(30a)과 다수의 음극 탭들(30b)은, 예를 들어, 용접에 의하여 일체로 결합된 용착부의 형태로 전극리드(40a, 40b)에 연결된다. 이러한 전극리드(40a, 40b)는 전극탭 용착부가 연결되어 있는 대향 단부가 노출된 상태로 전지케이스(22, 23)에 의해 밀봉된다. 1, a plurality of positive electrode tabs 30a and a plurality of negative electrode tabs 30b are formed in the shape of a welded portion integrally joined by, for example, welding, and the electrode leads 40a , 40b. The electrode leads 40a and 40b are sealed by the battery cases 22 and 23 in such a state that the opposite end portions to which the electrode tab welding portions are connected are exposed.
이러한 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지의 비정상적인 작동상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수 있다. 이와 같은 폭발의 위험성은 리튬 이차전지가 가지고 있는 가장 치명적인 단점이라 할 수 있으며, 따라서 리튬 이차전지의 기술에 필수적으로 고려해야 할 사항은 안전성을 확보하는 것이다. One of the major research tasks in such secondary batteries is to improve safety. For example, a secondary battery can have a high temperature and / or high temperature inside the battery that can be caused by an abnormal operating condition of the battery, such as an internal short circuit, an overcharged condition exceeding an allowable current and voltage, exposure to a high temperature, The explosion of the battery may be caused by high pressure. The risk of such an explosion is the most fatal disadvantage of lithium secondary batteries, and therefore, a safety factor must be considered as an essential consideration in the technology of a lithium secondary battery.
특히 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 전원으로서 중대형 전지 팩에 사용되는 이차전지는 장기간의 수명이 요구되고 다수의 전지 셀들이 밀집되는 특성상 안전성 확보가 매우 중요하다. In particular, secondary batteries used in middle- or large-sized battery packs as power sources for electric vehicles and hybrid vehicles are required to have a long life, and it is very important to secure safety due to the characteristics of a large number of battery cells.
따라서 전지의 사용에 따라 가스의 발생 또는 예기치 못한 상황의 전개로 인해 발생할 수 있는 고압가스에 의하여 전지 셀의 발화 내지 폭발을 미연에 방지하여 전지의 수명 및 안전성을 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다. Therefore, there is a need for a technology that can prevent the ignition or explosion of the battery cell due to high-pressure gas that may occur due to the generation of gas or unexpected situation depending on the use of the battery, thereby ensuring the life and safety of the battery It is high.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 종래 파우치형 이차전지는 전지 내부의 고온 고압에 따른 전지의 부풀림 현상 및 이로 인한 전지의 폭발 등을 방지하기 위하여 일정한 주기마다 고압의 내부 가스를 배출하거나 가스가 배출(venting)될 수 있는 가스 포켓을 포함한다. 통상적으로 상기 가스 포켓은 이차전지 내부의 가스 발생시 가스 배출을 위해 전지 활성화 공정시 일시적으로 사용되고 제거된다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a pouch type secondary battery which is capable of preventing the battery from bulging due to high- And a gas pocket through which gas can be vented. Typically, the gas pockets are temporarily used and removed during the cell activation process for gas release during the generation of gas within the secondary cell.
그러나, 본 발명에서는 상기 가스 포켓에 추가의 리드부를 설치하고, 상기 가스 포켓의 리드부와 전극조립체 간의 전극 리드부를 연결시킨 구조로 변경하여, 셀의 이상 거동에 의한 부피 팽창시 상기 가스 포켓에 연결된 리드부와 전극조립체에 연결된 리드부의 접합이 분리되어 전류의 흐름을 원천적으로 차단시켜 안전성이 향상된 이차 전지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. However, in the present invention, an additional lead portion is provided in the gas pocket, and the lead portion of the gas pocket is connected to the electrode lead portion between the electrode assembly, so that the gas pocket is connected to the gas pocket at the time of the volume expansion due to abnormal behavior of the cell And it is an object of the present invention to provide a secondary battery in which the connection between the lead portion and the lead portion connected to the electrode assembly is separated so that the flow of the current is originally blocked to improve the safety.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 안전성이 향상된 이차 전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the secondary battery with improved safety.
본 발명은 또한 상기 이차 전지를 다수 포함하는 중대형 전지 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention also provides a middle- or large-sized battery module including a plurality of the secondary batteries.
본 발명은 또한 상기 중대형 전지 모듈을 다수 포함하는 중대형 전지 팩을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a middle- or large-sized battery pack including a plurality of middle- or large-sized battery modules.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는 제1전극리드부를 포함하는 전극조립체 및 제2전극리드부를 포함하는 가스포켓을 포함하며, 상기 제1전극리드부와 제2리드부는 서로 연결된 구조를 가질 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a secondary battery including a gas pocket including an electrode assembly including a first electrode lead portion and a second electrode lead portion, wherein the first electrode lead portion and the second lead portion Can have a connected structure.
상기 제2전극리드부는 외부 단자와 연결되는 것일 수 있다. And the second electrode lead portion may be connected to an external terminal.
상기 제2전극리드부는 상기 제1전극리드부보다 크게 형성되는 것일 수 있다. The second electrode lead portion may be larger than the first electrode lead portion.
상기 제2전극리드부는 상기 제1전극리드부보다 전지의 길이 방향으로 0.1~20mm 크게 형성되는 것일 수 있다.The second electrode lead portion may be formed to have a size larger by 0.1 to 20 mm in the longitudinal direction of the battery than the first electrode lead portion.
상기 제1전극리드부와 제2전극리드부는 동일한 재질로 구성되는 것일 수 있다. The first electrode lead portion and the second electrode lead portion may be made of the same material.
상기 제1전극리드부와 제2전극리드부는 양극리드부인 것이 바람직하다.The first electrode lead portion and the second electrode lead portion are preferably cathode lead portions.
본 발명에 따르면, 상기 전지가 팽창하는 경우, 상기 제1전극리드부와 제2전극리드부 간의 접합이 단락되어 외부와의 전기적 연결이 차단되는 것 일 수 있다.According to the present invention, when the battery expands, the connection between the first electrode lead portion and the second electrode lead portion may be short-circuited and the electrical connection with the outside may be cut off.
본 발명에 따른 이차 전지는 리튬 이차 전지가 바람직하다. The secondary battery according to the present invention is preferably a lithium secondary battery.
또한, 본 발명은 상기 다른 과제를 해결하기 위하여 제1전극리드부를 포함하는 전극조립체를 제조하는 단계; 상기 전극조립체에 연결되며, 제2전극리드부를 포함하는 가스 포켓을 형성시키는 단계; 상기 전극조립체와 가스 포켓을 외장재로 실링시키는 단계; 상기 전극조립체와 가스 포켓을 폴딩 라인(folding line)을 통하여 파우치를 접는 단계; 상기 제1전극리드부와 제2전극리드부를 접합하는 단계; 및 상기 제2전극리드부를 외부단자와 연결시키는 단계를 포함하는 이차 전지의 제조방법을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrode assembly, including: forming an electrode assembly including a first electrode lead portion; Forming a gas pocket connected to the electrode assembly and including a second electrode lead portion; Sealing the electrode assembly and the gas pocket with a sheath; Folding the pouch through a folding line between the electrode assembly and the gas pocket; Bonding the first electrode lead portion and the second electrode lead portion; And connecting the second electrode lead portion to an external terminal.
상기 외장재는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트 형태의 파우치형 외장재가 바람직하다. The exterior material is preferably a pouch-type exterior material in the form of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer.
본 발명은 또한, 상기 다른 과제를 해결하기 위하여 상기 이차 전지를 단위전지로 다수 적층시킨 구조의 중대형 전지를 제공할 수 있다.The present invention also provides a middle- or large-sized battery having a structure in which a plurality of the secondary batteries are stacked in a unit cell to solve the above-described problems.
본 발명은 또한, 상기 추가의 다른 과제를 해결하기 위하여 상기 중대형 전지를 다수 포함하는 중대형 전지 팩을 제공할 수 있다.The present invention also provides a middle- or large-sized battery pack including a plurality of the middle- or large-sized batteries.
상기 중대형 전지 팩은 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 이 바이크(E-bike), 이 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 전기 상용차의 전원으로 사용될 수 있다. The middle- or large-sized battery pack includes a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); An electric motorcycle including this bike (E-bike) and this scooter (E-scooter); Electric golf cart; Electric truck; It can be used as a power source of electric commercial vehicle.
본 발명에 따른 이차전지는, 전지 내부에 가스 발생 또는 고온 및 고압에 의해 전지의 위험이 초래되는 경우, 전극조립체와 연결된 제1전극리드부와 가스 포켓에 연결된 제2전극리드부 간의 접합이 탈락된다. 따라서, 외부 단자와 연결된 제2전극리드부로 원천적으로 전류의 흐름이 차단되어 안전성이 우수한 이차전지를 제공할 수 있다. In the secondary battery according to the present invention, when a gas is generated in the battery or a battery is caused by high temperature and high pressure, the connection between the first electrode lead portion connected to the electrode assembly and the second electrode lead portion connected to the gas pocket is eliminated do. Accordingly, it is possible to provide a secondary battery having excellent safety because the flow of the electric current is originally blocked by the second electrode lead portion connected to the external terminal.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 대한 사시도이고,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 폴딩하기 전의 구조이고,
도 3a 내지 도 3c는 상기 도 2a 내지 도 2c의 파우치형 이차전지를 폴딩한 후의 전지 형상이고,
도 4a 내지 도 4c는 상기 도 2a 내지 도 2c의 전극리드부에 대한 부분 확대도이고,
도 5a 내지 도 5c는 전지 내부에 가스 발생 또는 고온 및 고압에 의해 전지의 위험이 초래되는 경우에 있어서, 본 발명에 따른 전극리드부가 탈락되는 형상을 나타낸 것이다. FIG. 1 is a perspective view of a typical structure of a conventional pouch-type secondary battery,
FIGS. 2A to 2C show a structure of a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention,
FIGS. 3A to 3C are cell shapes after folding the pouch type secondary battery of FIGS. 2A to 2C,
4A to 4C are partial enlarged views of the electrode lead portions of FIGS. 2A to 2C,
5A to 5C are views showing a state in which the electrode lead portion according to the present invention is dropped when gas is generated in the cell or a danger of the battery is caused by high temperature and high pressure.
이하, 본 발명의 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 하기 도면들은 본 발명을 바람직한 실시예를 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들 도면에 형상만으로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted, however, that the following drawings are for the purpose of illustrating preferred embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
다음 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구조로서, 폴딩 라인을 따라 파우치 외장재를 접기 전의 전지 셀 형상을 나타낸 것으로, 이를 참조하여 상세히 설명한다. Next, FIGS. 2A to 2C illustrate a structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention, showing a shape of a battery cell before folding a pouch exterior material along a folding line.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제1전극리드부(140a)가 연결된 전극조립체(110) 및 제2전극리드부(140b)를 포함하는 가스포켓(150)을 포함하며, 상기 제1전극리드부(140a)와 제2전극리드부(140b)는 서로 연결된 구조를 가진다. The secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention includes a
또한, 상기 제1전극리드부(140a)와 제2전극리드부(140b)가 마주하는 방향으로는 상기 제1전극리드부(140a)와 제2전극리드부(140b)와는 다른 전극을 띄면서, 상기 전극조립체(110)와 연결된 제3전극리드부(140c)와 상기 가스포켓(150)에 연결된 제4전극리드부(140d )를 포함한다.
The first
통상적인 이차전지의 구조에서는 다음 도 2a 내지 도 2c의 폴딩 라인(A)을 기준으로 왼쪽의 전극조립체(110)만이 파우치형 케이스(120)에 수납된 상태로 사용되며, 상기 전극조립체(110)로부터 연장된 제1전극리드부(140a)가 외부 단자(도식되지 않음)와 연결되는 구조를 가진다. 또한, 다음 도 2의 폴딩 라인(A)을 기준으로 오른쪽의 가스 포켓(150)은 전지 활성화 공정시 일시적으로 사용되고 제거된다. In the conventional secondary battery structure, only the
그러나, 본 발명에서는 상기 전극조립체(110)로부터 연장된 제1전극리드부(140a)와 제3전극리드부(140c)를 직접 외부 단자와 연결시키는 것이 아니라, 상기 가스 포켓(150)의 상부 또는 하부 또는 상부와 하부 모두에 별도의 제2전극리드부(140b)와 제4전극리드부(140d)를 설치하여 각각 상기 제1전극리드부(140a)와 제3전극리드부(140c) 간 접합시킨 다음, 상기 제2전극리드부(140b) 또는 제4전극리드부(140d)가 외부 단자와 연결되도록 하였다. However, in the present invention, the first
따라서, 양극과 음극의 실질적인 전극리드부는 전극조립체와 가스 포켓에 모두 형성된 이중 구조의 전극리드부를 포함하도록 한 것이다.
Therefore, the substantial electrode lead portions of the positive electrode and the negative electrode include a double-structured electrode lead portion formed in both the electrode assembly and the gas pocket.
다음 도 2a 내지 도 2c에서와 같이, 가스 포켓(150)에 형성된 상기 제2전극리드부(140b)또는 제4전극리드부(140d)는 상기 전극조립체(110)에 형성된 제1전극리드부(140a)와 제3전극리드부(140c)를 포함할 수 있는 정도로 크게 형성시키는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 가스 포켓(150)에 형성된 상기 제2전극리드부(140b)와 제4전극리드부(140d)는 상기 상기 전극조립체(110)에 형성된 제1전극리드부(140a)와 제3전극리드부(140c)보다 전지의 길이 방향으로 0.1~20mm 크게 형성되는 것이 제1전극리드부가 외부와 차단되면서도 제4전극리드부와 외부 전원이 충분히 접하여 전류가 흐를 수 있게 되어 바람직하다. 그러나, 각 전극리드부의 폭은 거의 동일한 수준으로 유지해도 무방하다.
2A to 2C, the second
한편, 상기 제1전극리드부(140a)와 제2전극리드부(140b)는 양극리드부인 것이 보다 바람직하다. 이는 양극리드부는 주로 알루미늄 금속 재질이 주를 이루며, 상기 알루미늄 양극리드부는 음극리드부보다 열에 더 약하기 때문에 상기 제1전극리드부(140a)와 제2전극리드부(140b)의 단락이 보다 용이할 수 있기 때문이다. It is preferable that the first
또한, 상기 제1전극리드부(140a)와 제2전극리드부(140b)는 동일한 재질로 구성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 알루미늄, 스텐레스, 동, 니켈, 티탄, 탄탈 및 니오브로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. In addition, the first
또한, 상기 제1전극리드부(140a)와 제2전극리드부(140b)의 접합은 레이저나, 초음파 용접과 같은 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. The first
또한, 상기 제1전극리드부(140a) 및 제2전극리드부(140b)가 양극리드부인 경우, 이와 대응되는 상기 제3전극리드부(140c)와 제4전극리드부(140d)는 음극리드부일 수 있다. When the first
또한, 상기 제3전극리드부(140c)와 제4전극리드부(140d)는 동일한 재질로 구성되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 구리, 니켈, 스테인레스스틸, 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 그 접합 방법도 레이저나, 초음파 용접과 같은 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. The third
또한, 본 발명과 같이 전극조립체(110)와 가스 포켓(150)에 각각의 전극리드부를 포함하는 이중 구조의 전극리드부를 포함하는 경우, 상기 이중 구조의 전극리드부는 양극리드부인 것이 보다 바람직하고, 양극과 음극을 모두 이중 구조의 전극리드부로 할 수도 있다. 또한, 이중 구조의 전극리드부가 양극인 경우, 음극리드부는 전극조립체에만 연결되어 형성되어도 무방하다.
When the
상기와 같은 도 2a 내지 도2c의 이차 전지를 상기 폴딩 라인(A)를 기준으로 접었을 경우, 다음 도 3a 내지 도 3c에서와 같이 전극조립체(110)로부터 연장된 제1전극리드부(140a) 및 제3전극리드부(140c); 가스 포켓(도식되지 않음)으로부터 형성된 제2전극리드부(140b) 및 제4전극리드부(140c)의 이중 구조를 가지는 전지 셀(200)을 얻을 수 있다. When the secondary battery of FIGS. 2A to 2C is folded with respect to the folding line A, the first
상기 도 3a 내지 도 3c의 구조에서, 제1전극리드부(140a)와 제2전극리드부(40b)가 접합되는 영역을 확대시킨 부분 확대도를 다음 도 4a 내지 도 4c에 나타내었다. 상기 제1전극리드부(140a)와 제2전극리드부(40b)는 양극리드부인 것이 바람직하며, 상기 제1전극리드부(140a)와 제2전극리드부(40b) 간에는 레이저 또는 초음파 용접 등의 방법을 이용한 접합부(160)를 통하여 연결되어 있다. 이때, 도 4a 내지 도 4c에서 도시되듯이, 접합부(160)는 전극조립체(110)를 감싸며 씰링하는 외장재(120)의 외부에 위치된다.4A to 4C are enlarged partial enlarged views of regions where the first
상기와 같은 이중 구조의 전극리드부를 포함하는 전지는, 과충전에 의한 이상 상황이 발생되거나, 내부에 가스가 발생되거나, 또는 외부의 충격으로 인해 상기 상기 전지가 팽창하는 경우, 다음 도 5a 내지 도 5c에서와 같이, 제1전극리드부(140a)와 제2전극리드부(140b) 간의 접합부(160)에 단락이 생긴다. 따라서, 외부단자와 연결된 제2전극리드부(140b)가 상기 제1전극리드부(140a)와 단락됨에 따라, 외부와의 전기적 연결이 차단되어 전류의 흐름이 차단되는 특징을 가진다. 이러한 특징은, 제3전극리드부(140c)와 제4전극리드부(140d)에서도 동일한 효과를 나타낸다. The battery including the electrode lead portion having the double structure as described above can be used in the case where an abnormal situation due to overcharging occurs, a gas is generated inside, or the battery expands due to an external impact, A short circuit occurs between the first
따라서, 상기와 같은 구조를 가지는 경우, 이차 전지의 안전성을 현저하게 증가시킬 수 있고, 이에 따라 전지 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
Accordingly, in the case of the above-described structure, the safety of the secondary battery can be remarkably increased, and thus the battery life characteristics can be improved.
한편, 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 이차전지의 제조 과정을 상세히 설명한다. 먼저, 서로 다른 전극리드부를 포함하는 전극조립체를 제조한다. 상기 전극조립체는 양극과 음극이 분리막으로 절연되어 구성된 것으로서, 예를 들어, 폴딩형, 스택형 또는 스택/폴딩형, 스택/z-폴딩형의 구조를 들 수 있으며, 그 구조에 특별히 한정되지 않는다. Hereinafter, a method of manufacturing a secondary battery according to the present invention will be described in detail. First, an electrode assembly including different electrode lead portions is manufactured. The electrode assembly is formed by inserting an anode and a cathode with a separator. The electrode assembly is, for example, a folding type, a stack type, a stack / folding type, and a stack / z-folding type. .
상기 전극리드부는 각각 양극집전체와 음극집전체로부터 연장된 각각의 양극 탭과 음극 탭에 접합되어 형성된 것으로, 통상의 외부 단자와 연결되는 전극리드부보다는 짧게 연결되는 것이 바람직하다. The electrode leads are connected to the positive and negative electrode tabs extending from the positive electrode collector and the negative electrode collector, respectively, and are connected to the electrode tabs.
그 다음, 상기 전극조립체와 연결되어 있고, 서로 다른 전극리드부를 포함하는 가스 포켓을 형성시킨다. 상기 가스 포켓은 상기 전극조립체의 일부에 형성되거나, 또는 상기 전극조립체와 유사한 크기로 형성될 수 있다. 상기 가스 포켓에는 그 일면이 상기 전극조립체의 양극과 음극에 형성된 각 전극리드부와 연결되며, 다른 일면이 외부 단자와 연결되는 전극리드부를 포함한다. 상기 가스 포켓에 형성된 전극리드부는 상기 전극조립체에 형성된 전극리드부보다 전지의 길이 방향으로 더 길게 형성되도록 하는 것이 바람직하다. Next, a gas pocket is formed which is connected to the electrode assembly and includes different electrode lead portions. The gas pocket may be formed in a part of the electrode assembly, or may be formed in a size similar to that of the electrode assembly. The gas pocket includes an electrode lead portion, one surface of which is connected to each electrode lead portion formed on the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly, and the other surface is connected to the external terminal. And the electrode lead portion formed in the gas pocket is formed longer in the longitudinal direction of the battery than the electrode lead portion formed in the electrode assembly.
세 번째 단계는 상기 전극조립체와 가스 포켓을 외장재로 실링시키는 단계이다. 상기 외장재는 다양한 구조를 갖는 것일 수 있으며, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트 형태의 파우치형 외장재가 바람직하다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 외장재가 바람직하다. 상기 라미네이트 시트는 고분자 필름의 외부 피복층, 금속박의 베리어층, 및 폴리올레핀 계열의 내부 실란트층으로 구성되어 있으며 상기 외부 피복층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외측 수지층의 고분자 수지로는 연신 나일론 필름 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 베리어층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 유출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 상기 내부 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(cPP) 이 사용될 수 있다.The third step is to seal the electrode assembly and the gas pocket with a casing. The exterior material may have various structures, and is preferably a pouch-type exterior material in the form of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer. Particularly, a pouch-type sheathing material of an aluminum laminate sheet is preferable. The laminate sheet is composed of an outer coating layer of a polymer film, a barrier layer of a metal foil, and an inner sealant layer of a polyolefin series, and the outer coating layer must have excellent resistance to external environment, . In this respect, a stretched nylon film or polyethylene terephthalate (PET) can be preferably used as the polymer resin of the outer resin layer. The barrier layer may preferably be made of aluminum so as to exhibit a function of improving the strength of the battery case, in addition to a function of preventing the inflow or outflow of foreign substances such as gas, moisture and the like. The inner sealant layer may preferably be a polyolefin resin having a low hygroscopicity and not being swollen or corroded by an electrolytic solution in order to suppress the penetration of an electrolytic solution due to its heat sealability (thermal adhesiveness), and more preferably, Polypropylene (cPP) can be used.
나아가 상기 외부 피복층과 내부 실란트층은 2 중층 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 외부 피복층은 PET/ONy 층, 내부 실란트층은 PPa(산 변성(Acid modified) PP/cPP 와 같은 이중 구조로 구성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
Further, the outer coating layer and the inner sealant layer may be formed of two or more layers. For example, the outer coating layer may be composed of a PET / ONy layer and the inner sealant layer may be formed of a double structure such as PPa (acid modified PP / cPP) But is not limited thereto.
또한, 그 다음 단계는 상기 전극조립체와 가스 포켓을 폴딩 라인(folding line)을 통하여 파우치를 접고, 상기 제1전극리드부와 제2전극리드부를 접합시킨다. 상기 제1전극리드부와 제2전극리드부의 접합은 레이저 또는 초음파 용접 등을 이용할 수 있다. 이때, 제1전극리드부와 제2전극리드부는 도 4a 내지 도 4c에서 도시되는 것과 같이 외장재의 외부에서 접합될 수 있다. 마지막으로, 상기 제2전극리드부를 외부 단자와 연결시킨다.
In the next step, the pouch is folded through the folding line between the electrode assembly and the gas pocket to bond the first electrode lead portion and the second electrode lead portion. The first electrode lead portion and the second electrode lead portion may be joined by laser or ultrasonic welding. At this time, the first electrode lead portion and the second electrode lead portion may be joined from the outside of the casing as shown in Figs. 4A to 4C. Finally, the second electrode lead portion is connected to an external terminal.
본 발명에 따른 이차전지는 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있으며, 특히, 리튬 함유 전해액이 겔의 형태로 전극조립체에 함침되어 있는 이른바, 리튬이온 폴리머 전지에 바람직하게 적용될 수 있다.
The secondary battery according to the present invention can be preferably a lithium secondary battery, and is particularly applicable to a so-called lithium ion polymer battery in which a lithium-containing electrolyte is impregnated with an electrode assembly in the form of a gel.
본 발명은 또한, 이차 전지가 단일로 사용되는 경우보다, 본 발명에 따른 이차전지를 단위전지로 하여 이들 단위전지들을 다수 적층하고 포장한 중대형 모듈, 또는 이와 같은 중대형 모듈을 포함하는 중대형 전지팩에 이용되는 경우에 효과적이다. The present invention is also applicable to a middle- or large-sized battery pack in which a plurality of unit cells are stacked and packed using the secondary battery according to the present invention as a unit battery, or a middle- or large- It is effective when used.
상기 중대형 전지 팩은 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 전기 상용차의 전원으로 사용될 수 있다.
The middle- or large-sized battery pack includes a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Electric motorcycle including E-bike, E-scooter; Electric golf cart; Electric truck; It can be used as a power source of electric commercial vehicle.
이러한 중대형 전지 모듈 또는 중대형 전지팩의 구조 및 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로 그에 대한 자세한 설명을 본 명세서에서는 생략한다. The structure and manufacturing method of such a middle- or large-sized battery module or a middle- or large-sized battery pack are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
10, 110 : 전극조립체
22 : 상부 케이스
23 : 하부 케이스
30a, 30b : 전극 탭
40a, 40b : 전극리드부
120 : 파우치형 외장재
A : 폴딩 라인(folding line)
140a, 140b, 140c, 140d : 전극리드부
150 :가스 포켓
160 : 접합부10, 110: electrode assembly
22: upper case
23: Lower case
30a, 30b: electrode tabs
40a, 40b: electrode lead portion
120: Pouch type exterior material
A: folding line
140a, 140b, 140c, and 140d:
150: Gas pocket
160:
Claims (13)
제2전극리드부를 포함하는 가스포켓;을 포함하며,
상기 제1전극리드부와 상기 제2전극리드부는 접합부를 통하여 서로 연결되고,
상기 접합부는 상기 전극조립체를 감싸며 씰링하는 외장재의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
An electrode assembly including a first electrode lead portion; And
And a gas pocket including a second electrode lead portion,
Wherein the first electrode lead portion and the second electrode lead portion are connected to each other through a joint portion,
Wherein the connection portion is located outside the exterior member that surrounds and seals the electrode assembly.
상기 제2전극리드부는 외부 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
The method according to claim 1,
And the second electrode lead portion is connected to an external terminal.
상기 제2전극리드부는 상기 제1전극리드부보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
The method according to claim 1,
And the second electrode lead portion is formed to be larger than the first electrode lead portion.
상기 제2전극리드부는 상기 제1전극리드부보다 전지의 길이 방향으로 0.1~20mm 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. The method of claim 3,
Wherein the second electrode lead portion is formed to be 0.1 to 20 mm larger in the longitudinal direction of the battery than the first electrode lead portion.
상기 제1전극리드부와 제2전극리드부는 동일한 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode lead portion and the second electrode lead portion are made of the same material.
상기 제1전극리드부와 제2전극리드부는 양극리드부인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode lead portion and the second electrode lead portion are cathode lead portions.
상기 이차 전지가 팽창하는 경우, 상기 접합부가 단락되어 외부와의 전기적 연결이 차단되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein when the secondary battery expands, the junction is short-circuited and the electrical connection with the outside is cut off.
상기 이차 전지는 리튬 이차 전지인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the secondary battery is a lithium secondary battery.
상기 전극조립체에 연결되며, 제2전극리드부를 포함하는 가스 포켓을 형성시키는 단계;
상기 전극조립체와 가스 포켓을 외장재로 실링시키는 단계;
상기 전극조립체와 가스 포켓을 폴딩 라인(folding line)을 통하여 파우치를 접는 단계;
상기 제1전극리드부와 제2전극리드부를 상기 외장재의 외부에서 접합하는 단계; 및
상기 제2전극리드부를 외부단자와 연결시키는 단계를 포함하는 이차 전지의 제조방법.
Fabricating an electrode assembly including a first electrode lead portion;
Forming a gas pocket connected to the electrode assembly and including a second electrode lead portion;
Sealing the electrode assembly and the gas pocket with a sheath;
Folding the pouch through a folding line between the electrode assembly and the gas pocket;
Bonding the first electrode lead portion and the second electrode lead portion to the outside of the outer casing; And
And connecting the second electrode lead portion to an external terminal.
상기 외장재는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트 형태의 파우치형 전지케이스인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the outer casing is a pouch-shaped battery casing in the form of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer.
A middle- or large-sized battery having a structure in which a plurality of secondary batteries according to claim 1 are stacked as unit cells.
A middle- or large-sized battery pack including a plurality of middle- or large-sized batteries according to claim 11.
상기 중대형 전지 팩은 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 이 바이크(E-bike), 이 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 전기 상용차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지 팩. 13. The method of claim 12,
The middle- or large-sized battery pack includes a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); An electric motorcycle including this bike (E-bike) and this scooter (E-scooter); Electric golf cart; Electric truck; Wherein the battery pack is used as a power source for an electric commercial vehicle.
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