KR101614319B1 - 분리막의 열 수축성이 억제된 전지셀 - Google Patents

분리막의 열 수축성이 억제된 전지셀 Download PDF

Info

Publication number
KR101614319B1
KR101614319B1 KR1020130117360A KR20130117360A KR101614319B1 KR 101614319 B1 KR101614319 B1 KR 101614319B1 KR 1020130117360 A KR1020130117360 A KR 1020130117360A KR 20130117360 A KR20130117360 A KR 20130117360A KR 101614319 B1 KR101614319 B1 KR 101614319B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit cells
battery cell
cell according
separator
negative electrode
Prior art date
Application number
KR1020130117360A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150038945A (ko
Inventor
정문영
김동명
김기태
정유나
이성원
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020130117360A priority Critical patent/KR101614319B1/ko
Publication of KR20150038945A publication Critical patent/KR20150038945A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101614319B1 publication Critical patent/KR101614319B1/ko

Links

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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • 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 of a single cell or a single battery
    • H01M50/116—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery 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 of a single cell or a single battery
    • H01M50/116—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/1245—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material having a layered structure characterised by the external coating on the casing
    • 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
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • 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
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • 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)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

본 발명은 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 적층 구조의 단위셀들, 및 상기 단위셀들을 연속적으로 권취하는 분리필름을 포함하는 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고; 상기 단위셀들에서 양극 및 음극의 외주면 중 적어도 일면에 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있고; 상기 단위셀들에서 분리막들 중의 적어도 둘 이상의 분리막들은 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 상태에서 양극 및 음극보다 긴 길이로 돌출되어 분리막 연장부위를 형성하고 있으며; 상기 분리막 연장부위들은 단위셀들의 외주면에서 적어도 일부가 상호 결합되어 있고, 상기 상호 결합된 분리막 연장부위들에 대응하는 분리필름의 부위는 전해액의 유입을 위해 외부로 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

분리막의 열 수축성이 억제된 전지셀 {Battery Cell Having Separation Film of Suppressed Thermal Shrinkage}
본 발명은 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 적층 구조의 단위셀들, 및 상기 단위셀들을 연속적으로 권취하는 분리필름을 포함하는 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고; 상기 단위셀들에서 양극 및 음극의 외주면 중 적어도 일면에 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있고; 상기 단위셀들에서 분리막들 중의 적어도 둘 이상의 분리막들은 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 상태에서 양극 및 음극보다 긴 길이로 돌출되어 분리막 연장부위를 형성하고 있으며; 상기 분리막 연장부위들은 단위셀들의 외주면에서 적어도 일부가 상호 결합되어 있고, 상기 상호 결합된 분리막 연장부위들에 대응하는 분리필름의 부위는 전해액의 유입을 위해 외부로 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
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 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수 있다.
안전성의 문제 중 하나로, 전지가 고온에 노출되었을 때 발생되는 분리막의 수축 또는 파손으로 인한 내부단락은 매우 심각한 실정이고, 이에 대한 원인규명 및 대안에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.
일반적으로 분리막으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 다공성 고분자 필름이 사용되고 있으며, 이러한 분리막은 저렴하고 내화학성이 우수하여 전지의 작동에 바람직하다는 장점을 가지고 있지만, 고온의 환경에서 수축하기 쉽다.
도 1에는 종래의 대표적인 스택/폴딩형 전극조립체의 일반적인 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극조립체(100)는 음극이 양극들 사이에 위치하고 양극들과 음극의 사이에는 분리막이 개재되어 있는 구조의 제 1 단위셀(102, 104)과 양극이 음극들 사이에 위치하고, 양극과 음극들 사이에는 분리막이 개재되어 있는 구조의 제 2 단위셀(101, 103, 105)의 조합으로 이루어진 구조로 이루어져 있다.
상기 전극조립체(100)의 제 1 단위셀(102, 104)과 제 2 단위셀(101, 103, 105)의 사이에 개재되어 있는 분리필름(106)은, 전극 탭이 형성되어 있지 않은 제 1 단위셀(102, 104) 및 제 2 단위셀(101, 103, 105)의 각각의 측면을 감싸고 있는 바, 상기 전극조립체는 분리필름(106) 상에 제 1 단위셀(102, 104)과 제 2 단위셀(101, 103, 105)을 배열하고 분리필름(106)을 권취하여 제작된다.
일반적으로 이러한 스택/폴딩형 전극조립체의 경우, 단위셀의 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막과 단위셀들 사이에 개재되는 분리필름은 동일한 소재로 이루어지지만, 단위셀들을 폴딩하는 분리필름은 고온의 인가시 수축되어도 폴딩 형태를 유지하여 전극간의 직접적인 단락을 유발하지 않지만, 단위셀들 내부에서 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막은 고온의 환경에서 그것의 양측 단부가 전극들의 계면 사이로 수축되어 내부 단락을 유발하기 쉽다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 전극조립체의 분리막 연장부위들이 단위셀들의 외주면에서 적어도 일부가 상호 결합되도록 구성함으로써, 고온 상황하에서 분리막의 열 수축성이 억제되어, 내부 단락을 방지하고, 안전성을 향상시킬 수 있는 전지셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 상호 결합된 분리필름 연장부위들에 대응하는 분리필름의 부위가 외부로 개방됨으로써, 전지셀의 제조공정에서 전해액의 함침성 저하를 방지할 수 있는 구조의 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 적층 구조의 단위셀들, 및 상기 단위셀들을 연속적으로 권취하는 분리필름을 포함하는 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고;
상기 단위셀들에서 양극 및 음극의 외주면 중 적어도 일면에 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있고;
상기 단위셀들에서 분리막들 중의 적어도 둘 이상의 분리막들은 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 상태에서 양극 및 음극보다 긴 길이로 돌출되어 분리막 연장부위를 형성하고 있으며;
상기 분리막 연장부위들은 단위셀들의 외주면에서 적어도 일부가 상호 결합되어 있고, 상기 상호 결합된 분리막 연장부위들에 대응하는 분리필름의 부위는 전해액의 유입을 위해 외부로 개방되어 있는 구조로 구성되어 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극조립체의 분리막 연장부위들이 단위셀들의 외주면에서 적어도 일부가 상호 결합되도록 구성함으로써, 분리막의 열 수축성을 억제시켜, 내부 단락을 방지하고, 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 상호 결합된 분리필름 연장부위들에 대응하는 분리필름의 부위가 외부로 개방되도록 구성함으로써, 전지셀의 제조공정에서 전해액의 함침성 저하를 방지할 수 있는 효과를 발휘한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 단위셀들을 폭 대비 긴 길이의 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조로 이루어질 수 있다.
다시 말해, 본 발명에 따른 전지셀의 전극조립체는 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 적층 구조의 단위셀들을 포함하고 있고, 상기 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조로 이루어지는 바, 상기 분리필름은 폭 대비 긴 길이의 시트형으로서, 상기 폭은 분리필름 상에 위치되는 단위셀들의 전극 탭 돌출방향에 평행인 방향의 분리필름 외주면의 크기이고, 길이는 상기 폭에 수직인 방향의 분리필름 외주면의 크기이다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀의 전극조립체는 젤리-롤형 전극조립체와 스택형 전극조립체의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 종래의 젤리-롤형 전극조립체와 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 전극조립체의 단위셀들은 최외곽 전극들의 극성이 서로 동일한 적층 구조로 이루어진 구조이거나, 최외곽 전극들의 극성이 서로 상이한 적층 구조로 이루어진 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 단위셀은 양극, 분리막, 음극, 분리막, 양극의 순서로 적층된 구조로 이루어짐으로써, 단위셀의 양측에 극성이 동일한 양극이 위치하거나, 음극, 분리막, 양극, 분리막, 음극의 순서로 적층된 구조로 이루어짐으로써, 단위셀의 양측에 극성이 동일한 음극이 위치하는 구조일 수 있다.
반면에, 상기 단위셀은 양극, 분리막, 음극의 순서로 적층된 구조로 이루어짐으로써, 단위셀의 양측에 각각 극성이 상이한 양극과 음극이 위치하는 구조일 수도 있다.
그러나, 단위셀의 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 다수의 양극, 분리막, 음극이 적층된 구조로서, 최외곽 전극들의 극성이 서로 동일하거나, 상이한 적층 구조로 이루어져, 전기적 성능을 발휘하는 것이라면 크게 제한되는 것은 아니다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 단위셀들은 양극 탭 및 음극 탭이 단위셀들의 외주면에서 동일한 일면 상에 돌출되어 있는 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 단위셀들은 양극 탭 및 음극 탭이 단위셀들의 외주면에서 서로 대향하는 일면 및 타면 상에 돌출되어 있는 구조일 수도 있다.
다시 말해, 상기 단위셀들은 양극 탭 및 음극 탭이 동일한 방향으로 돌출되거나, 서로 대향하는 방향으로 돌출되어 있는 구조일 수 있으며, 분리필름 연장부위는 단위셀들의 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있는 전극조립체 외주면 및 상기 외주면의 대향면 중 상기 양극 탭 및 음극 탭이 돌출된 부위를 제외하고, 적어도 일부에서 상호 결합될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 분리막 연장부위의 크기는 양극 또는 음극의 폭 또는 길이의 크기에 대해 5 내지 30%일 수 있다.
상기 폭의 용어는, 전지셀에 있어서, 양극 탭 및 음극 탭의 돌출 방향에 수직인 양극, 음극, 분리막, 분리필름 및 단위셀의 외주면의 크기를 나타내고, 상기 길이의 용어는, 전지셀에 있어서, 양극 탭 및 음극 탭의 돌출방향에 평행인 양극, 음극, 분리막, 분리필름 및 단위셀의 외주면의 크기를 나타낸다.
한편, 상기 분리막 연장부위들은 전극조립체의 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있는 외주면 및 그 대향면에서 서로 결합되어 있거나, 단위셀의 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있는 외주면에 인접한 측방향 외주면들에서 상호 결합되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 분리막 연장부위들은 단위셀의 외주면들에서 결합되어 있는 구조일 수 있으며, 이러한 경우에, 상기 결합은 서로 대향하는 외주면에서 이루어질 수 있다.
따라서, 단위셀의 양극 탭 및 음극 탭을 기준으로, 분리막 연장부위들은 상기 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있는 단위셀의 외주면 및 그 대향면에서 서로 결합되어 있거나, 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있는 외주면에 인접한 측방향 외주면들로서, 서로 대향하는 단위셀의 외주면들에서 상호 결합되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 경우에, 상기 분리막 연장부위들이 상호 결합되는 부위의 크기는 단위셀들의 폭 또는 길이에 대해 30% 이상 내지 100% 이하일 수 있다.
다시 말해, 상기 분리막 연장부위들은 단위셀의 외주면 중 서로 대향하는 외주면들에서 상호 결합되는 구조일 수 있으며, 이러한 경우에, 서로 대향하는 외주면들의 일부 또는 전부에서 상호 결합되어 있는 구조일 수 있는 바, 상기 분리막 연장부위들이 상호 결합되는 부위의 크기는 단위셀들의 폭 또는 길이를 기준으로 30% 이상 내지 100% 이하일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 분리막 연장부위들의 결합 방법은 상호 견고하게 결합되어 고온 상황하에서 분리막의 수축을 억제할 수 있는 방법이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는, 열융착에 의해 서로 결합되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 경우에, 상기 열융착은 섭씨 50 내지 120도의 범위에서 1 내지 10초 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는, 50 내지 60도의 범위에서 2 내지 4초 동안 수행될 수 있다.
만일, 상기 열융착 온도가 섭씨 50도 미만이거나, 열융착 시간이 1초 미만일 경우, 분리막의 소망하는 결합력을 발휘할 수 없고, 열융착 온도가 섭씨 120도를 초과하거나, 열융착 시간이 10초를 초과할 경우, 고온에 약한 특성을 갖고 있는 분리막의 과도한 수축과 손상을 초래할 수 있다.
또한, 상기 열융착은 전극조립체를 전지케이스에 삽입하기 전에 수행될 수 있는 바, 구체적으로, 상기 전극조립체의 제조시 단위셀들을 분리필름 상에 위치시키기 전, 또는, 상기 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 후 권취한 상태에서 전지케이스에 삽입하기 전에 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀의 분리필름은 상호 결합된 분리막 연장부위들에 비결합 상태를 유지하고 있는 구조일 수 있다.
따라서, 전지셀의 제조시 전극조립체에 전해액이 유입될 수 있는 충분한 공간을 제공함으로써, 전해액의 함침성 저하를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지셀의 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀은 상기와 같은 구조로 이루어진 것이라면 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
리튬 이차전지를 포함하여 전지셀의 구성, 구조, 제조방법 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
본 발명은 상기 전지셀을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극조립체의 분리막 연장부위들이 단위셀들의 외주면에서 적어도 일부가 상호 결합되도록 구성함으로써, 고온 상황하에서 분리막의 열 수축성이 억제되어, 내부 단락을 방지하고, 안전성을 향상시킬 수 있고, 상호 결합된 분리필름 연장부위들에 대응하는 분리필름의 부위가 외부로 개방됨으로써, 전지셀의 제조공정에서 전해액의 함침성 저하를 방지 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 스택/폴딩형 전극조립체의 일반적인 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 전극조립체를 구성하는 단위셀들의 구조를 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 전극조립체를 구성하는 단위셀들의 구조를 나타낸 평면도이다;
도 4 내지 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 전극조립체를 구성하는 단위셀의 열융착 부위를 모식적으로 나타낸 평면도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 분리막에 대한 열융착 수행후 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 구성 방법을 나타낸 모식도이다;
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 전극 탭이 돌출된 일면의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 전극 탭이 돌출된 일면의 대향면의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 적층 구조를 부분적으로 확대하여 나타낸 부분 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 전극조립체를 구성하는 단위셀들의 구조를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀의 전극조립체는 다수의 단위셀들(210, 220, 230)을 포함하는 바, 각각의 단위셀들(210, 220, 230)은 최외곽 전극들의 극성이 서로 동일한 적층 구조로 이루어지거나, 최외곽 전극들의 극성이 서로 상이한 적층 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 단위셀들은 음극(202)이 양극(201)들 사이에 위치하고 양극(201)들과 음극(202)의 사이에는 분리막(203)이 개재되어 있는 구조(210), 또는 양극(201)이 음극(202)들 사이에 위치하고 음극(202)들과 양극의 사이에는 분리막(203)이 개재되어 있는 구조(220)와 같이 최외곽 전극들의 극성이 서로 동일한 적층 구조로 이루어지거나, 양극(201)과 음극(202) 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조(230, 240)와 같이 최외곽 전극들의 극성이 서로 상이한 적층 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 단위셀들(210, 220, 230)은 적어도 둘 이상의 분리막(203)들을 포함하고 있고, 양극(201)과 음극(202) 사이에 개재되어 있는 상기 분리막(203)이 양극(201) 및 음극(202)보다 긴 길이로 돌출되어 연장부위(206)를 형성하는 바, 상기 분리막(203)의 연장부위(206)는 양극(201) 또는 음극(202)의 길이(205)에 대해 5 내지 30%일 수 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 전극조립체를 구성하는 단위셀들의 구조를 나타낸 평면도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 단위셀들(310, 320)은 양극 및 음극의 외주면 중 적어도 일면에 양극 탭(311, 321) 및 음극 탭(312, 322)이 돌출되어 있는 바, 상기 양극 탭(311, 321) 및 음극 탭(312, 322)은 단위셀들(310, 320)의 외주면에서 동일한 일면 상에 돌출되어 있는 구조(310)거나, 단위셀들(310, 320)의 외주면에서 서로 대향하는 일면 및 타면상에 돌출되어 있는 구조(320)일 수 있다.
도 4 내지 도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 전극조립체를 구성하는 단위셀들의 열융착 부위를 모식적으로 나타낸 평면도가 도시되어 있다.
우선, 도 4를 참조하면, 상기 단위셀(400)은 양극 및 음극의 외주면에서 동일한 일면 상에 돌출되어 있는 양극 탭(401) 및 음극 탭(402)을 포함하고 있고, 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막(403)을 포함하고 있다.
상기 분리막(403)은 양극 및 음극보다 긴 길이로 돌출된 분리막 연장부위(405)를 형성하고 있으며, 상기 분리막 연장부위(405)들은 단위셀(400)의 외주면에서 일부가 열융착에 의해 상호 결합되어 있는 바, 상기 분리막 연장부위(405)들이 상호 결합되는 부위(404)는 단위셀(400)의 외주면 중 양극 탭(401) 및 음극 탭(402)이 돌출된 부위를 제외한 일부에 형성되어 있다.
이러한 경우에, 상기 분리막 연장부위(405)들이 상호 결합되는 부위(404)의 크기(W2, W3)는 단위셀(400)의 폭(W1)에 대해 30% 이상 내지 100% 이하일 수 있다.
도 5를 참조하면, 단위셀(500)의 분리막 연장부위(505)들은 단위셀(500)의 양극 탭(501) 및 음극 탭(502)이 돌출되어 있는 외주면에 인접한 측방향 외주면들에서 열융착에 의해 상호 결합되어 있으며, 이러한 경우에, 상기 분리막 연장부위(505)들이 상호 결합되는 부위(504)의 크기(S2, S3)는 단위셀(500)의 길이(S1)에 대해 30% 이상 내지 100% 이하일 수 있다.
즉, 상기 단위셀(400, 500)의 분리막 연장부위(405, 505)들은 단위셀(400, 500)의 외주면에서 적어도 일부가 상호 결합되어 있는 바, 상기 분리막 연장부위(405, 505)들은 단위셀(400, 500)의 외주면 중 서로 대향하는 외주면들의 일부 또는 전부에서 상호 결합되는 구조일 수 있으며, 상기 분리막 연장부위(405, 505)들이 상호 결합되는 부위(404, 504)의 크기(W2, W3, S2, S3)는 단위셀(400, 500)의 폭(W1) 또는 길이(S1)를 기준으로 30% 이상 내지 100% 이하일 수 있다.
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 분리막에 대한 열융착 수행 후 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 단위셀(600)은 두 개의 음극(601, 603) 사이에 하나의 양극(602)이 개재되어 있고, 상기 양극(602)과 음극(601, 603) 사이에는 분리막(604)이 개재되어 있으며, 상기 분리막(604)은 양극(602) 및 음극(601, 603)보다 긴 길이로 돌출되어 분리막 연장부위(606)를 형성하고 있으며, 상기 분리막 연장부위(606)들은 열융착에 의해 서로 결합되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 고온 상황하에서 분리막(604)의 열 수축성이 억제되어, 내부 단락을 방지하고, 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 7에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 구성 방법을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전극조립체(700)는 음극(701)이 양극(702)들 사이에 위치하고 양극(702)들과 음극(701)의 사이에는 분리막(709)이 개재되어 있는 구조의 단위셀(710, 730)들과 양극(702)이 음극(701)들 사이에 위치하고 음극(701)들과 양극(702)의 사이에는 분리막(709)이 개재되어 있는 구조의 단위셀(720)들이 분리필름(740) 상에서 교번방식으로 배열되어 있으며, 양극(702)으로부터 돌출된 양극 탭(704) 및 음극(701)으로부터 돌출된 음극 탭(703)이 각각 동일한 위치에서 동일한 방향을 향하도록 배열되어 있다.
전극조립체(700)는 상기 분리필름(740) 상에 위치한 단위셀들(710, 720, 730)을 순차적으로 권취하여 제조된다.
도 8에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 전극 탭이 돌출된 일면의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 전극조립체(800)는 음극이 양극들 사이에 위치하고 양극들과 음극의 사이에는 분리막이 개재되어 있는 구조의 제 1 단위셀(820, 840)과 양극이 음극들 사이에 위치하고, 양극과 음극들 사이에는 분리막이 개재되어 있는 구조의 제 2 단위셀(810, 830, 850)의 조합으로 이루어진 구조로 이루어져 있다.
상기 전극조립체(800)의 제 1 단위셀(820, 840)과 제 2 단위셀(810, 830, 850)의 사이에 개재되어 있는 분리필름(890)은, 전극 탭이 돌출되어 있지 않은 제 1 단위셀(820, 840) 및 제 2 단위셀(810, 830, 850)의 각각의 측면을 감싸고 있는 구조로서, 분리필름(890) 상에 제 1 단위셀(820, 840)과 제 2 단위셀(810, 830, 850)을 배열하고 분리필름(890)을 권취하여 제조된다.
상기 단위셀들(810, 820, 830, 840, 850)의 양극 탭(870) 및 음극 탭(860)은 각각 단위셀들(810, 820, 830, 840, 850)의 외면에서 동일한 일면 상에 돌출되어 있으며, 분리막 연장부위들이 열융착에 의해 상호 결합된 부위(880)가 상기 양극 탭(870) 및 음극 탭(860)이 돌출된 부위를 제외하고, 상기 전극조립체 일면의 외주면에 형성되어 있다.
도 9에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 전극 탭이 돌출된 일면의 대향면의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 단위셀들(810, 820, 830, 840, 850)의 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있는 전극조립체 일면과 마찬가지로, 상기 일면의 대향면에는 분리막의 연장부위들이 열융착에 의해 상호 결합되어 있는 부위(880)가 형성되어 있다.
상기 분리막 연장부위들이 상호 결합되는 부위(880)의 크기는 고온 상황하에서 분리막 연장부위들의 수축이 억제될 수 있도록 안정적으로 상기 분리막 연장부위들을 고정할 수 있는 정도로서, 단위셀들의 폭에 대해 30% 이상 내지 100% 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체는 상기와 같이, 분리막 연장부위들이 전극조립체의 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있는 외주면 및 그 대향면에서 서로 결합되어 있거나, 단위셀의 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있는 외주면에 인접한 측방향 외주면들에서 상호 결합되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 상기 분리막 연장부위들은 단위셀의 외주면들에서 결합되어 있는 구조일 수 있으며, 이러한 경우에, 상기 결합은 서로 대향하는 외주면에서 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체는 고온 상황하에서 분리막의 열 수축성이 억제되어, 내부 단락을 방지하고, 안전성을 향상시킬 수 있고, 전지셀의 제조공정에서 전해액의 함침성 저하를 방지 할 수 있는 효과를 발휘한다.
도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀을 이루는 전극조립체의 적층 구조를 부분적으로 확대하여 나타낸 부분 모식도가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 전극조립체(800)는 적어도 둘 이상의 분리막들을 포함하는 다수의 단위셀들(810, 820)을 포함하고 있고, 상기 분리막들은 양극(812, 821, 823)과 음극(811, 813, 822) 사이에 개재되어 있는 상태에서 양극(812, 821, 823) 및 음극(811, 813, 822)보다 긴 길이로 돌출되어 분리막 연장부위를 형성하고 있으며, 상기 각 단위셀들(810, 820) 사이에는 분리필름(890)이 개재되어 있다.
또한, 상기 분리막 연장부위들은 단위셀들의 외주면에서 적어도 일부가 상호 결합(880)되어 있고, 상기 상호 결합된 분리막 연장부위들에 대응하는 분리필름(890)의 부위는 전해액의 유입을 위해 외부로 개방되어 있는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 상기 분리필름(890)은 상호 결합된 분리막 연장부위들(880)에 비결합 상태를 유지함으로써, 전지셀의 제조공정에서 전해액의 함침성 저하를 방지 할 수 있는 효과를 발휘한다.
본 발명에 따른 전지셀의 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 최외곽 전극들의 극성이 서로 상이한 적층 구조로 이루어진 단위셀이 전지셀의 전극조립체에 포함될 수 있으며, 양극 탭 및 음극 탭이 단위셀들의 외주면에서 서로 대향하는 일면 및 타면 상에 돌출되어 있는 단위셀이 포함될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀의 전극조립체는 분리필름이 최하단의 단위셀에서 최상단의 단위셀까지 ‘Z’자 형태로 감싸는 구조로 단위셀들을 폴딩하여 제조될 수도 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

  1. 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 적층 구조의 단위셀들, 및 상기 단위셀들을 연속적으로 권취하는 분리필름을 포함하는 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고;
    상기 단위셀들에서 양극 및 음극의 외주면 중 적어도 일면에 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있고;
    상기 단위셀들에서 분리막들 중의 적어도 둘 이상의 분리막들은 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 상태에서 양극 및 음극보다 긴 길이로 돌출되어 분리막 연장부위를 형성하고 있으며;
    상기 분리막 연장부위들은 단위셀들의 외주면에서 적어도 일부가 상호 결합되어 있고, 상기 상호 결합된 분리막 연장부위들에 대응하는 분리필름의 부위는 전해액의 유입을 위해 외부로 개방되어 있고,
    상기 전극조립체는 단위셀들을 폭 대비 긴 길이의 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조로 이루어져 있으며,
    상기 분리필름은 상호 결합된 분리막 연장부위들에 비결합 상태를 유지하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀들은 최외곽 전극들의 극성이 서로 동일한 적층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀들은 최외곽 전극들의 극성이 서로 상이한 적층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀들은 양극 탭 및 음극 탭이 단위셀들의 외주면에서 동일한 일면 상에 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀들은 양극 탭 및 음극 탭이 단위셀들의 외주면에서 서로 대향하는 일면 및 타면 상에 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막 연장부위의 크기는 양극 또는 음극의 폭 또는 길이의 크기에 대해 5 내지 30%인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막 연장부위들은 단위셀의 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있는 외주면 및 그 대향면에서 서로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막 연장부위들은 단위셀의 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 있는 외주면에 인접한 측방향 외주면들에서 상호 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 분리막 연장부위들이 상호 결합되는 부위의 크기는 단위셀들의 폭 또는 길이에 대해 30% 이상 내지 100% 이하인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막 연장부위들은 열융착에 의해 서로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 열융착은 섭씨 50 내지 120도의 범위에서 1 내지 10초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 열융착은 전극조립체를 전지케이스에 삽입하기 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 삭제
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 1 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.
KR1020130117360A 2013-10-01 2013-10-01 분리막의 열 수축성이 억제된 전지셀 KR101614319B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130117360A KR101614319B1 (ko) 2013-10-01 2013-10-01 분리막의 열 수축성이 억제된 전지셀

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130117360A KR101614319B1 (ko) 2013-10-01 2013-10-01 분리막의 열 수축성이 억제된 전지셀

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150038945A KR20150038945A (ko) 2015-04-09
KR101614319B1 true KR101614319B1 (ko) 2016-04-21

Family

ID=53029405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130117360A KR101614319B1 (ko) 2013-10-01 2013-10-01 분리막의 열 수축성이 억제된 전지셀

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101614319B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101864882B1 (ko) * 2015-05-19 2018-06-08 주식회사 엘지화학 Ptfe계 물질을 포함하는 전지케이스
KR102186499B1 (ko) * 2016-06-07 2020-12-03 주식회사 엘지화학 외주변 부위가 접착된 분리막을 포함하는 전극조립체
KR102314631B1 (ko) * 2018-09-19 2021-10-20 주식회사 엘지에너지솔루션 전극조립체

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002208442A (ja) * 2001-01-11 2002-07-26 Tdk Corp 電気化学デバイス

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002208442A (ja) * 2001-01-11 2002-07-26 Tdk Corp 電気化学デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150038945A (ko) 2015-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4562693B2 (ja) 電池ケースにセパレータを固定して安定性を向上させた二次電池
KR101792572B1 (ko) 절연물질이 코팅되어 있는 전극을 포함하는 전지셀
KR101216422B1 (ko) 실링부의 절연성이 향상된 이차전지
KR101111074B1 (ko) 구조적 안정성과 절연저항성이 우수한 전지셀
KR20170049014A (ko) 테이핑을 이용하는 벤팅 구조의 전지셀
KR102152143B1 (ko) 전극판의 경계 부위에 절연 보강부가 형성된 분리막을 포함하는 전극조립체
KR101799570B1 (ko) 양 방향으로 권취되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101147605B1 (ko) 이차전지의 제조방법
KR101261243B1 (ko) 변형된 구조의 보호테이프를 포함하는 전지셀 및 이를 포함하고 있는 전지모듈
KR101614319B1 (ko) 분리막의 열 수축성이 억제된 전지셀
KR101650860B1 (ko) 분리막의 열 수축성이 억제된 전지셀
KR101539829B1 (ko) 지지부재를 포함하는 2차 전지
KR101730318B1 (ko) 분리막의 열 수축성이 억제된 전지셀
KR102108113B1 (ko) 외주변이 절곡된 분리막을 포함하는 전극조립체
KR101849990B1 (ko) 분리막의 열 수축성이 억제된 전지셀
KR101743577B1 (ko) 밀봉 잉여부가 최소화된 전지셀
JP2014026918A (ja) リチウムイオン二次電池
KR102186737B1 (ko) 보호 부재를 포함하고 있는 전지셀
KR20150072236A (ko) 테라스 실링부를 포함하는 파우치의 패키징 구조 및 그 방법
KR101179034B1 (ko) 밀봉성이 우수한 이차전지 및 이차전지 제조방법
KR20120130557A (ko) 안전성이 향상된 전극조립체 및 이를 이용하여 이차전지
KR101450951B1 (ko) 안전성이 향상된 이차전지용 전극리드 및 이를 이용한 이차전지
KR102186499B1 (ko) 외주변 부위가 접착된 분리막을 포함하는 전극조립체
KR102157594B1 (ko) 안전소자를 포함하고 있는 전극조립체 및 그것을 포함하고 있는 이차전지
KR101746628B1 (ko) 전극의 노출이 억제된 전지셀 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 4