KR101619422B1 - Electrode Assembly with Improved Safety, and Battery Cell, Battery Pack and Device Comprising the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지에 가해지는 충격이 전극 조립체에 전단되는 것을 방지하여 전지의 안전성을 향상시키고, 나아가, 전극 조립체에 일정한 압력을 가하여 전지 반응 중의 전극 들뜸 현상을 억제하여 전지의 성능 열화를 억제하고자 하는 것으로서, 본 발명은 분리막을 사이에 두고 양극과 음극이 위치하는 유닛셀이 2 이상 적층된 하나 또는 그 이상의 유닛셀 적층체 및 상기 유닛셀 적층체 표면의 상하에 설치되며, 전해액과의 반응성이 없는 재질로 된 지그를 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스를 제공한다. The present invention relates to an electrode assembly for preventing a shock applied to a battery from being sheared to an electrode assembly, thereby improving the safety of the battery, and further, by applying a constant pressure to the electrode assembly, The present invention relates to a battery pack comprising one or more unit cell stacks each having two or more unit cells in which an anode and a cathode are positioned with a separating film sandwiched therebetween, An electrode assembly including a jig made of a material, a battery cell including the electrode assembly, a battery pack, and a device.
Description
본 발명은 리튬 이차전지에 사용되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폴리머 타입의 전지에 있어서 외부 충격이 전극에 전달됨으로 인해 폭발 위험이 증대되는 것을 방지하기 위한 안전성이 향상된 전극 조립체, 전지셀, 전지 팩 및 디바이스에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
일반적으로 각형 또는 원통형 전지의 경우에는 대한민국 특허공개 제2007-0025738호에 기재된 바와 같이 전극 조립체를 각형의 케이스 내에 구비하여 단위전지를 형성하며, 외부가 금속재질의 캔 타입의 케이스를 사용하여 제작되고 있다. 따라서, 외부 충격이 전지에 가해지는 경우 전극으로 전달되는 충격이 상대적으로 적어 안전성을 확보할 수 있다.
Generally, in the case of a prismatic or cylindrical battery, as described in Korean Patent Application Publication No. 2007-0025738, an electrode assembly is provided in a rectangular case to form a unit cell, and the outer case is manufactured using a case of a can made of a metal material have. Therefore, when an external impact is applied to the battery, the shock transmitted to the electrode is relatively small, thereby ensuring safety.
그러나, 폴리머 타입, 즉 파우치 타입의 전지의 경우에는 외부가 알루미늄 파우치로 제작되고 있어, 외부 충격이 상기 파우치에 의한 완충 작용 없이 그대로 전극에 전달되는 경향이 있다. 이로 인해, 전지에 가해진 충격이 전극에 전달되어 전지가 폭발하는 위험이 증대되는 문제가 있다.
However, in the case of a polymer type, that is, a pouch type battery, the outside is made of an aluminum pouch, and external impact tends to be transmitted to the electrode without buffering action by the pouch. As a result, there is a problem that the risk that the impact applied to the battery is transmitted to the electrode and the battery explodes is increased.
한편, 폴리머 타입의 전지에 있어서는 전지 반응 사이클 진행 중에 전극의 스웰링(swelling) 및 내부 가스 발생에 의해 전극이 들뜨게 되어, 전지의 성능 열화를 야기한다. 종래에는 이와 같은 문제를 해결하고자 셀 내부가 아닌 팩과 같은 셀 외부에서의 구조적인 장치를 통해 전극의 들뜸 현상을 억제하고자 하였다. 그러나, 셀 외부에서의 구조적인 장치를 통해서는 전극의 들뜸 현상을 억제하는 데에는 한계가 있었다.
On the other hand, in the polymer type battery, the electrode swells due to the swelling of the electrode and the generation of the internal gas during the course of the battery reaction cycle, thereby deteriorating the performance of the battery. Conventionally, in order to solve such a problem, an attempt was made to suppress lifting of the electrode through a structural device outside the cell such as a pack, not inside the cell. However, there is a limitation in suppressing the lifting phenomenon of the electrode through a structural device outside the cell.
각형이나 원통형 전지의 경우 외부가 금속재질의 캔 타입으로 제작되어 외부충격에 상대적으로 강한 것과는 달리, 폴리머 타입, 즉 파우치 타입의 전지의 경우에는 외부가 알루미늄 파우치로 제작되어 외부 충격이 그대로 전극에 전달되어 폭발 위험이 증대되는 문제가 있는바, 파우치 타입의 전지에 있어서 전지의 안전성을 향상시키기 위한 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지 팩 및 디바이스를 제공하고자 한다.
In the case of a prismatic or cylindrical battery, the outside is made of a metal can and is relatively strong against an external impact. In the case of a polymer type, that is, a pouch type battery, the outside is made of an aluminum pouch, The present invention also provides a battery cell, a battery pack and a device including the electrode assembly for improving the safety of a battery in a pouch type battery.
이에, 폴리머 타입의 이차전지에 있어서 전극 조립체의 상·하부에 충격을 흡수할 수 있으면서, 균일한 압력을 줄 수 있는 수단을 체결하여 외부충격으로부터 전극 조립체를 보호함으로써 파우치 타입의 셀의 강도를 보완하여 전지의 안전성을 향상시키고자 한다.
In the polymer type secondary battery, the upper and lower portions of the electrode assembly can absorb the impact, and the electrode assembly is protected from external impact by tightening means capable of applying a uniform pressure, thereby completing the strength of the pouch type cell Thereby improving the safety of the battery.
나아가, 전지 반응 사이클 중에 나타날 수 있는 전극 스웰링 및 내부 가스 발생에 의한 전극의 들뜸 현상으로 인해 전지 성능이 열화되는 것을 억제하고자 한다.
Furthermore, deterioration of the battery performance due to swelling of the electrode due to swelling of the electrode and generation of the internal gas, which may occur during the battery reaction cycle, is suppressed.
본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로서, 본 발명의 전극 조립체는 분리막을 사이에 두고 양극과 음극이 위치하는 유닛셀이 2 이상 적층된 하나 또는 그 이상의 유닛셀 적층체 및 상기 유닛셀 적층체 표면의 상하에 설치되며, 전해액과의 반응성이 없는 재질로 된 지그를 포함한다. [0001] The present invention relates to an electrode assembly, and an electrode assembly of the present invention includes one or more unit cell stacks in which two or more unit cells having an anode and a cathode located therebetween with a separator interposed therebetween, And includes a jig made of a material which is not reactive with the electrolytic solution.
상기 지그는 100 내지 1000 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 또한, 상기 지그는 4 내지 40 kg·cm/cm의 충격강도를 갖는 것이 바람직하다.The jig preferably has a thickness of 100 to 1000 mu m, and the jig preferably has an impact strength of 4 to 40 kg / cm / cm.
이때, 상기 지그는 열가소성 수지일 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리술폰(PSF), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, TFE), 폴리플루오로에틸렌(PFE), 폴리플루오로알콕시(PFA), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE) 및 에폭시 수지로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.The jig may be a thermoplastic resin, more preferably a polypropylene (PP), a polyethylene (PE), a polyethylene terephthalate (PET), a polyphenylene sulfide (PPS), a polyether sulfone (PSF), polyphenylene oxide (PPO), polytetrafluoroethylene (PTFE, TFE), polyfluoroethylene (PFE), polyfluoroalkoxy (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) And an epoxy resin.
본 발명에 있어서, 상기 지그는 상기 유닛셀 적층체의 상면 또는 하면에 배치되는 제1 평판, 상기 유닛셀 적층체의 다른 면에 배치되는 제2 평판 및 상기 제1 평판 및 제2 평판을 결속하는 체결수단을 포함하는 것일 수 있다.In the present invention, the jig may include a first flat plate disposed on an upper surface or a lower surface of the unit cell laminate, a second flat plate disposed on the other surface of the unit cell laminate, and a second flat plate disposed between the first flat plate and the second flat plate And a fastening means.
이때, 본 발명의 일 구현예로서, 상기 지그는 상기 제1 평판과 체결수단이 일체로 형성될 수 있으며, 상기 체결수단은 제1 평판의 평면에 대하여 수직으로 연장된 적어도 2개의 로드가 구비되며, 상기 제2 평판은 상기 제1 평판에 형성된 로드에 대응하여 상기 로드가 삽입되는 홈이 형성되며, 상기 로드의 말단이 상기 제2 평판에 형성된 홈에 삽입되어 체결될 수 있다.At this time, as an embodiment of the present invention, the jig may be formed integrally with the first flat plate and the fastening means, and the fastening means includes at least two rods extending perpendicularly to the plane of the first flat plate The second flat plate has grooves for receiving the rods corresponding to the rods formed on the first flat plate, and the ends of the rods can be inserted into the grooves formed in the second flat plate and fastened.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 체결수단은 로드이며, 상기 제1 평판 및 제2 평판은 서로 대응하는 면에 상기 로드가 삽입되는 홈이 형성되되, 상기 로드가 상기 제1 평판 및 제2 평판에 형성된 홈에 삽입되어 지그가 체결될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the fastening means is a rod, and the first flat plate and the second flat plate are provided with grooves for inserting the rod into the surfaces corresponding to each other, and the rod is disposed between the first flat plate and the second flat plate So that the jig can be fastened.
본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 체결수단은 나사못이며, 상기 제1 평판은 나사가 관통하되, 나사머리는 관통하지 않는 관통홀이 형성되며, 제2 평판은 상기 제1 평판의 관통홀과 대응되는 홈이 형성되되, 상기 나사못에 의해 제1 평판과 제2 평판이 결속되어 지그가 체결될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the fastening means is a screw, and the first flat plate has a through hole through which a screw passes but does not penetrate the screw head, and the second flat plate has a through hole A corresponding groove is formed, and the first plate and the second plate are coupled by the screw so that the jig can be fastened.
본 발명의 더욱 다른 구현예로서, 상기 체결수단은 소정 온도에서 열수축하는 열수축 밴드이며, 상기 열수축 밴드에 의해 전극 조립체의 양 말단부가 둘러싸여 상기 제1 평판 및 제2 평판이 결속되어 지그가 체결될 수 있다.According to still another embodiment of the present invention, the fastening means is a heat shrinkable band that shrinks at a predetermined temperature, and both end portions of the electrode assembly are surrounded by the heat shrinkable band so that the first and second flat plates are coupled to each other, have.
본 발명에 있어서, 상기 유닛셀 적층체는 젤리롤 타입일 수 있으며, 또한, 스택 타입(stack type), 와인딩 타입(winding type) 또는 Z 폴딩 타입(folding type)의 적층체일 수 있다.
In the present invention, the unit cell laminate may be a jelly roll type or a laminate of a stack type, a winding type, or a Z folding type.
본 발명은 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀을 제공한다.The present invention provides a battery cell including the electrode assembly.
상기 전지셀은 리튬이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지일 수 있으며, 상기 전극 조립체가 전지 케이스에 내장되어 있는 전지셀일 수 있다.The battery cell may be a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery, and the electrode assembly may be a battery cell embedded in a battery case.
한편, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스일 수 있다.
Meanwhile, the battery case may be a pouch type case.
본 발명은 상기 전지셀을 2 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.
The present invention provides a battery pack including two or more battery cells.
나아가, 본 발명은 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하며, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.
Further, the present invention provides a device including at least one battery cell, wherein the device is a mobile phone, a portable computer, a smart phone, a smart pad, a netbook, a LEV (Light Electronic Vehicle), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, In hybrid electric vehicle, or a power storage device.
본 발명에 따르면, 배터리 제작 공정 중에 유닛셀이 적층된 전극 조립체의 외부 면에 전해액과의 반응성이 없는 재질로 된 지그를 설치함으로써 전지의 외부로부터 가해지는 충격 등에 대하여 전지를 보호할 수 있어, 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, a jig made of a material having no reactivity with an electrolytic solution is provided on the outer surface of an electrode assembly in which unit cells are stacked during a battery manufacturing process, so that the battery can be protected against an impact applied from the outside of the battery, Can be improved.
나아가, 상기 지그에 의해 전극 조립체를 일정한 압력으로 가압함으로써 전극 조립체의 형태를 일정하게 유지할 수 있어, 전지반응 사이클 중 전극 조립체의 스웰링 현상이나 가스 발생에 의한 전극 들뜸 현상으로 인한 전지 성능 열화를 방지할 수 있다.
Further, the shape of the electrode assembly can be kept constant by pressing the electrode assembly at a constant pressure by the jig, thereby preventing deterioration of the battery performance due to swelling of the electrode assembly during the battery reaction cycle and electrode fouling caused by gas generation can do.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 유닛셀 적층체의 일례를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 유닛셀 적층체의 양면에 본 발명의 일 구현예에 따른 지그가 체결되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 있어서 로드에 의해 평판을 체결하는 경우, 상기 체결이 용이하게 해제되지 않도록 로드의 말단에 형성된 해제방지 수단의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 나사못에 의해 지그가 체결되는 개념을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 열수축 밴드에 의해 지그가 체결되는 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a schematic view showing an example of a unit cell laminate to which the present invention can be applied.
2 is a view schematically showing a structure in which a jig according to an embodiment of the present invention is fastened to both sides of a unit cell laminate.
FIG. 3 is a view schematically showing an example of release preventing means formed at the end of the rod so as not to easily release the fastening when the flat plate is fastened by a rod in one embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view schematically showing the concept of fastening a jig by a screw.
5 is a view schematically showing a concept that a jig is fastened by a heat shrinkable band.
본 발명은 외부로부터 전지에 가해지는 충격 등으로부터 전지를 보호하여 전지 폭발이나 전지 성능 열화 등의 문제를 해결하여 안전성이 향상된 배터리를 제공하고자 하는 것으로서, 본 발명자들은 유닛셀이 적층되어 형성되는 적어도 하나의 전극 조립체의 외부 표면에 지그를 설치함으로써 전극 조립체에 가해지는 충격을 완화 내지 억제할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
Disclosure of the Invention The present invention provides a battery having improved safety by protecting a battery from an impact or the like externally applied to the battery to solve problems such as battery explosion and deterioration in battery performance. It is possible to mitigate or suppress the impact applied to the electrode assembly by providing a jig on the outer surface of the electrode assembly of the electrode assembly.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 나타낸 것으로서, 이에 발명을 한정하고자 하는 것이 아니며, 첨부 도면은 이해를 돕기 위해 과장되어 표현될 수 있다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
본 발명의 전극 조립체는 2 이상의 유닛셀이 적층된 적어도 하나의 유닛셀 적층체 및 상기 유닛셀 적층체 표면의 상하에 설치되는 지그를 포함한다.
The electrode assembly of the present invention includes at least one unit cell stack in which two or more unit cells are stacked and a jig installed above and below the surface of the unit cell stack.
상기 유닛셀은 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함한다. 이때, 상기 유닛셀은 전극의 배열이 양극/음극과 같이 양면에 위치하는 전극의 종류가 상이할 수 있음은 물론, 양극/음극/양극 또는 음극/양극/음극과 같이 유닛셀의 양면에 위치하는 전극의 종류가 동일할 수도 있다.
The unit cell includes an anode and a cathode, and a separation membrane located between the anode and the cathode. At this time, the unit cells may have different types of electrodes located on both sides, such as an anode / cathode, and may be disposed on both sides of the unit cell such as an anode / a cathode / an anode or a cathode / an anode / The types of electrodes may be the same.
상기 유닛셀 적층체는 상기와 같은 유닛셀이 적층되어 형성되는 것으로서, 동일한 종류의 유닛셀이 적층될 수 있고, 또는 다른 종류의 유닛셀이 적층되어 형성될 수도 있다. 이때, 하나의 유닛셀과 인접하는 유닛셀은 분리막을 경계로 서로 다른 종류의 전극이 대면하도록 적층되는 것이 바람직하다.
The unit cell stack body is formed by stacking unit cells as described above, and unit cells of the same kind may be stacked, or other types of unit cells may be stacked. At this time, it is preferable that one unit cell and adjacent unit cells are stacked so that different kinds of electrodes face each other with a separation membrane as a boundary.
상기 유닛셀 적층체는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 유닛셀을 복수개 적층함으로써 형성된 적층체로서, 도 1에 유닛셀 적층체를 예시적으로 도시하였다. 본 발명에 있어서 유닛셀 적층체는 도 1의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같은 스택 타입(stack type)일 수 있다. 또한, 하나의 시트형 분리필름 상에 유닛셀을 일정한 간격으로 배치한 후, 상기 시트형 분리필름을 일정한 방향으로 폴딩(folding)함으로써 형성되는 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같은 스택 앤 폴딩 타입(stack and folding type, 와인딩 타입, winding type) 또는 지그재그 방향으로 폴딩함으로써 형성되는 Z 폴딩 타입일 수 있다. 나아가, 도면으로 도시하지는 않았으나, 적어도 하나의 양극 및 적어도 하나의 음극이 교차 적층하고, 상기 음극과 양극 사이에 분리막을 개재한 상태에서 롤링하여 얻어진 젤리-롤 타입(jelly roll type)일 수 있다.
Although not particularly limited, the unit cell laminate is a laminate formed by laminating a plurality of unit cells including an anode, a cathode, and a separator positioned between the anode and the cathode, wherein FIG. 1 shows a unit cell laminate as an example Respectively. In the present invention, the unit cell laminate may be a stack type as shown in Figs. 1A and 1B. 1 (C), which is formed by folding the sheet-type separation film in a predetermined direction after unit cells are arranged on a single sheet-like separation film at regular intervals, a stack and folding type stack and folding type, winding type, winding type) or Z folding type formed by folding in the zigzag direction. Further, although not shown in the figure, the anode may be a jelly roll type obtained by rolling at least one anode and at least one anode in a cross-laminated manner and separating the anode and cathode with a separator interposed therebetween.
나아가, 상기 유닛셀 적층체는 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이 동일한 측의 단부에 양극과 음극의 리드탭이 모두 형성될 수 있으며, 도 1의 (B) 또는 (C)에 나타낸 바와 같이 양 단부에 서로 다른 전극의 리드탭이 형성될 수 있다.
1 (A), the lead tabs of the positive electrode and the negative electrode may be formed at the end of the unit cell laminate on the same side. As shown in FIG. 1 (B) or (C) And lead tabs of different electrodes may be formed at both ends.
상기 각각의 유닛셀의 양극, 음극 및 분리막의 재질은 특별히 한정되지 않는 것으로서, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 특별한 제한없이 사용될 수 있다.
The materials of the anode, the cathode and the separator of each unit cell are not particularly limited and can be used without any particular limitation in the present invention as long as they are commonly used in the art.
예를 들면, 이에 한정하는 것은 아니지만, 상기 음극은 구리, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 의해 제조된 음극 전류 집전체의 양면에 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유 코크, 활성화 카본, 그래파이트 등과 같은 음극 활물질을 코팅하여 형성된 것을 사용할 수 있다. 또한, 양극은 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의해 제조된 양극 전류 집전체의 양면에 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물 등과 같은 양극 활물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.
For example, although not limited thereto, the negative electrode may be made of lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite and the like on both surfaces of a negative electrode current collector produced by copper, nickel, copper alloy, The anode active material coated with the same negative electrode active material may be used. The positive electrode may be formed by coating a positive electrode active material such as lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, or the like on both surfaces of a positive electrode current collector made of aluminum, nickel or a combination thereof.
한편, 상기 분리막 또는 분리필름은, 예를 들어, 미세 다공 구조를 가지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름을 사용할 수 있다.
On the other hand, the separation membrane or separation film may be a multilayer film produced by, for example, polyethylene, polypropylene or a combination thereof having a microporous structure, or a multi-layer film prepared by combining polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile or polyvinyl A polymer film for a solid polymer electrolyte or a gel polymer electrolyte such as a fluoride-based polymer, a fluoride-based polymer, and a fluoride-fluoride-hexafluoropropylene copolymer.
본 발명의 전극 조립체는 상기 유닛셀 적층체의 외부면에 지그가 배치된다. 본 발명에 있어서, 지그가 설치된 유닛셀 적층체의 일부 예를 도 2 내지 도 5에 나타내었다. 이하, 도 2 내지 5를 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
The electrode assembly of the present invention has a jig disposed on the outer surface of the unit cell stack body. In the present invention, some examples of unit cell stacks provided with jigs are shown in Figs. 2 to 5. Fig. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Figs. 2 to 5. Fig.
상기 지그(2)는 유닛셀 적층체(1)의 외부면에 배치되며, 상기 유닛셀 적층체(2)와 함께 전극 조립체(10)를 구성하여 전지 케이스 내부에 수납되는 것으로서, 전해액과의 반응성이 없는 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 전해액과의 반응성이 없는 것이라면 지그(2)의 재질은 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 상기 지그(2)는 열가소성 수지일 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리술폰(PSF), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, TFE), 폴리플루오로에틸렌(PFE), 퍼플루오로알콕시(PFA), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE) 및 에폭시 수지로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
The
본 발명에서 사용되는 상기 지그(2)는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 유닛셀 적층체(1)의 상면 또는 하면에 대면하여 배치되는 제1 평판(3)과 상기 유닛셀 적층체(1)의 다른 면에 대면하여 배치되는 제2 평판(3)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 평판(3)을 상기 유닛셀 적층체(1)를 사이에 두고 상호 결속시킬 수 있는 체결수단(4)을 포함한다.
The
상기 지그(2)의 평판(3)은 전극 조립체(10)에 가해지는 외부의 충격으로부터 전극 조립체(10)를 보호함으로써 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 상기 평판(3)은 그 내부에 보호되는 유닛셀 적층체(1)를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 것이므로, 상기 평판(3)은 유닛셀 적층체(1)를 완전히 커버할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 평판(3)은 적어도 상기 유닛셀 적층체(1) 표면과 동일한 크기를 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 지그(2)의 평판(3)은 전지의 운전 중 반응 사이클에 의한 온도 상승으로 인해 열수축이 일어날 수 있고, 또 사용되는 체결수단(4)을 고려하여, 유닛셀 적층체(1)의 평면 크기보다 클 수 있으나, 그 크기는 특별히 한정하지 않는다.
The
또한, 상기 평판(3)은 100㎛ 내지 1mm 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나 지그 평판(3)의 두께가 보다 얇은 경우에는 내충격성이 충분하지 않을 수 있다. 한편, 상기 지그(2)의 두께는 두꺼울수록 내충격성이 높을 것으로 예상되나, 지나치게 두꺼운 경우에는 전지의 전체 두께 증대를 초래할 우려가 있는바, 상기 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
The
나아가, 상기 지그(2)는 외부의 충격에 대하여 견딜 수 있는 일정한 강도를 가질 것이 요구된다. 따라서 상기 지그(2)는 예를 들면, 4 내지 40kg·cm/cm의 충격강도를 갖는 것이 바람직하다.
Furthermore, the
상기 지그(2)의 체결수단(4)은 상기 2개의 평판(3)을 체결하여 그 내부에 삽입되는 유닛셀 적층체(1)에 압력을 가하고, 또 유지될 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 지그(2)는 제1 평판(3)과 체결수단(4)이 일체로 형성될 수 있다. 이때, 상기 체결수단(4)은 상기 제1 평판(3)의 평면에 대하여 수직으로 연장된 로드(rod)일 수 있다. 한편, 상기 제2 평판(3)은 상기 제1 평판(3)에 형성된 로드의 말단이 삽입될 수 있는 홈이 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2 평판(3) 상의 홈은 상기 제1 평판(3)상의 로드가 형성된 위치와 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
The fastening means 4 of the
상기 제1 평판(3) 상에 일체로 형성된 로드의 말단을 제2 평판(3)에 형성된 홈에 삽입함으로써 제1 평판(3) 및 제2 평판(3)을 결속할 수 있으며, 이에 의해 지그(2)를 체결할 수 있다. 이때, 상기 로드는 제1 평판(3) 상에 적어도 2개 이상 형성되는 것이 지그(2) 사이에 내재하는 유닛셀 적층체(1)를 고정하고, 나아가 유닛셀 적층체(1)에 일정한 압력을 가할 수 있어 바람직하다. 예를 들면, 3개, 4개, 6개, 8개 등의 개수로 로드가 제1 평판(3) 상에 형성될 수 있다.
The first
이때, 상기 로드는 유닛셀 적층체(1)가 상기 평판(3)에 의해 완전히 커버될 수 있도록 제1 평판(3)의 가장자리에 형성되는 것이 바람직하며, 따라서, 제2 평판(3)의 홈 역시 제1 평판(3)에 형성된 로드에 대응하여 제2 평판(3)의 가장자리에 형성되는 것이 바람직하다.
At this time, it is preferable that the rod is formed at the edge of the first
이와 같이 제1 평판(3)상에 형성된 로드를 제2 평판(3) 표면에 형성된 홈에 삽입하여 고정시킴으로써 유닛셀 적층체(1)를 외부로부터의 충격으로부터 보호할 수 있으며, 나아가, 유닛셀 적층체(1)에 일정한 압력을 가하여 전지 반응 중의 전극 들뜸 현상을 억제할 수 있다.
In this way, the rod formed on the first
이때, 상기 로드의 말단은 제2 평판(3)에 형성된 홈에 삽입함으로써 체결된 지그(2)는 용이하게 그 결속이 해제되지 않는 것이 바람직하다. 이를 위해, 결속 해제 방지수단(6)을 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 결속 해제 방지수단(6)으로는 로드의 말단이 홈에 견고하게 고정될 수 있도록 하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 로드 말단부를 도 3에 나타낸 바와 같이 형성할 수 있다.
At this time, it is preferable that the
즉, 로드 말단부의 직경을 로드 몸체의 직경보다 크게 형성하고, 홈 내부에 돌기를 형성함으로써 체결 후에는 상기 홈 내부의 돌기에 의해 로드의 체결이 해제되지 않도록 할 수 있다. 이때, 상기 홈은 평판(3)을 관통하는 관통홀일 수 있으며, 평판(3)의 표면에 의해 로드의 단부가 걸려 결속 해제를 방지할 수 있다. 이때, 상기 평판(3)의 외부 표면으로 로드의 말단이 돌출되지 않도록 도 3에 나타낸 바와 같이 단차를 형성하는 것이 바람직하다.
That is, the diameter of the rod end portion is formed to be larger than the diameter of the rod body, and the protrusion is formed in the groove, so that the engagement of the rod can be prevented from being released by the protrusion in the groove after fastening. At this time, the groove may be a through hole passing through the
다른 구현예로서, 상기 지그(2)의 체결수단(4)은 평판(3)과는 별개로 형성된 핀과 같은 로드일 수 있다. 예를 들어, 2개의 평판(3) 모두에 홈이 형성되고, 별도의 로드를 상기 각각의 평판(3)에 형성된 홈에 삽입함으로써 2개의 평판(3)을 결속시킬 수 있다. 이때, 상기 로드와 평판(3)은 상기 제1 평판(3)상에 로드가 일체로 형성된 경우에서 설명한 바와 같이, 도 3에 나타낸 바와 같은 결속 해제 방지수단(6)을 구비할 수 있으며, 설명의 중복을 회피하고자 여기서는 구체적인 기재를 생략한다. 한편, 상기 로드의 삽입을 위해 상기 평판(3)은 대응하는 면에 형성되는 홈은 모두 관통홀일 수 있다.
In another embodiment, the fastening means 4 of the
본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 로드는 나사못일 수 있다. 이 경우, 도 4 (a)에 나타낸 바와 같이 하나의 평판(3)에는 상기 나사못이 관통하여 나사머리가 지지되는 홀이 형성되며, 다른 평판(3)에는 홈이 형성됨으로써 나사의 회전에 의해 상기 2개의 평판(3)을 결속시킬 수 있다. 도 4의 (a)에서 원으로 표시된 부분을 확대하여 나사가 체결되는 개념도를 도 4의 (b)에 나타내었다. 바람직하게는, 예를 들어 도 4 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 지그(2)의 외부 표면에 홈을 형성하여 상기 나사머리가 지그(2) 표면으로부터 돌출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
In another embodiment of the present invention, the rod may be a screw. In this case, as shown in Fig. 4 (a), one of the
본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 지그(2)의 체결수단(4)은 도 5에 나타낸 바와 같이 열수축성 밴드(7)일 수 있다. 예를 들어, 2개의 평판(3)의 가장자리에 복수개의 열수축성 밴드(7)로 감싸 결속할 수 있다. 이와 같이 열수축성 밴드(7)를 사용하여 2개의 평판(3)을 결속하는 경우에는 소정 온도로 열처리함으로써 밴드(7)가 수축하여 2개의 평판(3)을 결속할 수 있다.
As another embodiment of the present invention, the fastening means 4 of the
이때, 상기 열수축 밴드(7)는 전해액과의 반응성이 없고, 전지의 반응 사이클 중 전지 온도에서 열수축 특성을 갖는 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 열수축은 전지 제조공정 중 전해액의 젖음도를 향상시키기 위해 전해액의 주액 공정 또는 활성화 공정 이후에 장시간 동안 고온 숙성 공정을 진행하게 되는데, 이러한 고온 숙성 공정 중에 상기 열수축 부재의 열수축을 도모할 수 있으며, 이에 의해 2개의 평판(3)을 결속하여 지그(2)를 견고하게 유지시킬 수 있다.
At this time, the heat shrinkable band 7 is preferably made of a material having no reactivity with the electrolytic solution and having thermal shrinkage characteristics at the battery temperature during the reaction cycle of the battery. In order to improve the wettability of the electrolytic solution during the battery manufacturing process, the heat shrinkage is performed at a high temperature aging process for a long time after the liquid pouring process or the activating process of the electrolytic solution. During the high temperature aging process, heat shrinkage of the heat shrinkable member can be promoted, As a result, the two
상기 고온 숙성 공정은 50 내지 80℃의 온도범위에서 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상기 열수축 부재는 50 내지 80℃에서 열수축이 일어나는 것이 바람직하다. 너무 낮은 온도에서 수축하는 경우에는 지나치게 민감한 열수축으로 인해 전지 제조공정 중에서 취급이 용이하지 않을 수 있으며, 너무 높은 온도에서 수축하는 경우에는 이와 같은 수축을 위한 열처리 온도가 높아지게 되어, 전지에 부담을 줄 수 있다.
The high-temperature aging process may be performed at a temperature ranging from 50 to 80 ° C. Therefore, for example, it is preferable that the heat shrinkable member is subjected to heat shrinkage at 50 to 80 캜. In the case of shrinking at too low a temperature, it may not be easy to handle during the manufacturing process of the battery due to excessive heat shrinkage. When shrinking at too high a temperature, the heat treatment temperature for shrinking becomes high, have.
상기 열수축 밴드(7)의 재질로는, 특별히 한정하지 않으나, 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
The material of the heat shrinkable band 7 is not particularly limited, but may preferably be polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyester, or a mixture thereof.
상기 지그(2)에 의해 보호되는 유닛셀 적층체(1)는 하나의 유닛셀 적층체(1)일 수 있으며, 이러한 유닛셀 적층체(1)가 2 이상 적층된 복수의 유닛셀 적층체(1)일 수 있다. 상기 복수의 유닛셀 적층체(1)가 사용되는 경우에는 복수의 유닛셀 적층체(1)의 최 외부면에 상기 지그(2)가 설치될 수 있다.
The
이와 같이 유닛셀 적층체(1)의 외부면에 지그(2)를 설치함으로써 전극 조립체(10)에 가해지는 충격으로부터 전지를 보호하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있음은 물론, 유닛셀 적층체(1)를 일정한 압력으로 가압하여 전지반응 싸이클 진행시 전극의 스웰링(swelling) 현상 및 전지 내부의 가스 발생으로 인한 전지 성능 열화를 방지할 수 있다.
By providing the
상기와 같은 본 발명에 의해 얻어진 전극 조립체(10)를 사용하여 전지셀을 제조할 수 있다. 전지 셀은 본 발명에 따른 전극 조립체(10)를 전지 케이스 내부에 내장하고, 전해액을 주입함으로써 얻어질 수 있다. 전극 조립체(10)를 내장하여 전지셀을 제조하는 구체적인 방법은 특별히 한정하지 않으며, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 본 발명에서도 적합하게 적용할 수 있다.
The battery cell can be manufactured using the
이때, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스일 수 있으며, 전극 조립체(10)의 형상에 대응되는 형상일 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
At this time, the battery case may be a pouch type case and may have a shape corresponding to the shape of the
한편, 상기 파우치형 케이스는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 라미네이트 시트는 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 밀봉을 위한 내측 수지층으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Meanwhile, the pouch-type case may be formed of a laminate sheet. The laminate sheet may include an outermost resin layer forming an outermost layer, a barrier metal layer for preventing penetration of a material, and an inner resin layer for sealing, It is not.
또한, 상기 전지 케이스는 전극 조립체(10)의 유닛셀들의 전기 단자들을 전기적으로 연결하기 위한 전극 리드가 외부로 노출된 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 도시하지는 않았으나, 상기 전극 리드의 상하면에는 전극 리드를 보호하기 위한 절연 필름이 부착될 수 있다.
The battery case may have a structure in which an electrode lead for electrically connecting the electrical terminals of the unit cells of the
한편, 상기 전지셀은 이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, 바람직하게는 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지일 수 있다.
Meanwhile, the battery cell is not limited thereto, but may be, for example, a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery.
상기와 같은 본 발명의 방법에 의해 얻어진 전지셀은 단독으로 사용될 수도 있고, 2 이상의 전지셀을 포함하는 전지팩의 형태로 사용될 수도 있다. 이러한 본 발명의 전지셀 및/또는 전지팩은 다양한 디바이스, 예를 들면, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치 등에 유용하게 사용될 수 있다.
The battery cell obtained by the above-described method of the present invention may be used alone or in the form of a battery pack including two or more battery cells. The battery cell and / or the battery pack of the present invention may be used in various devices such as a mobile phone, a portable computer, a smart phone, a smart pad, a netbook, a LEV (Light Electronic Vehicle), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, Electric vehicles, electric power storage devices, and the like.
1: 유닛셀 적층체 2: 지그
3: (지그) 평판 4: 체결수단
5: 나사못 6: 결속 해제 방지수단
7: 열수축성 밴드 10: 전극 조립체1: unit cell laminate 2: jig
3: (jig) flat plate 4: fastening means
5: screw 6:
7: heat-shrinkable band 10: electrode assembly
Claims (19)
상기 유닛셀 적층체 표면의 상하에 설치되며, 전해액과의 반응성이 없는 재질로 된 지그; 및
상기 유닛셀 적층체 및 지그를 수용하는 것으로서, 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스를 포함하며,
상기 지그는 상기 유닛셀 적층체의 상면 또는 하면에 배치되는 제1 평판, 상기 유닛셀 적층체의 다른 면에 배치되는 제2 평판 및 상기 제1 평판 및 제2 평판을 결속하는 체결수단을 포함하고,
상기 체결수단은 소정 온도에서 열수축하는 열수축 밴드이며,
상기 열수축 밴드에 의해 전극 조립체의 양 말단부가 둘러싸여 상기 제1 평판 및 제2 평판이 체결되고,
상기 열수축 밴드는, 전지셀의 반응 사이클 중 전지셀 온도에서 열수축을 일으키며, 전지셀의 제조공정 중 전해액의 주액 공정 또는 활성화 공정 이 후에 진행되는 숙성 공정 진행 과정에서 열수축을 일으키는 전지셀.
One or more unit cell stacks in which two or more unit cells in which an anode and a cathode are located with a separator interposed therebetween;
A jig provided above and below the surface of the unit cell laminate and made of a material which is not reactive with the electrolyte; And
And a pouch-shaped case made of a laminate sheet for housing the unit cell stack body and the jig,
The jig includes a first flat plate disposed on an upper surface or a lower surface of the unit cell laminate, a second flat plate disposed on the other surface of the unit cell laminate, and fastening means for fastening the first flat plate and the second flat plate to each other ,
The fastening means is a heat shrinkable band that shrinks at a predetermined temperature,
Both ends of the electrode assembly are surrounded by the heat shrinkable band and the first and second flat plates are fastened together,
Wherein the heat shrinkable band causes heat shrinkage at a battery cell temperature during a reaction cycle of the battery cell and causes heat shrinkage during an aging process in which a liquid pouring process or an activating process of the electrolyte solution proceeds later during the manufacturing process of the battery cell.
The battery cell according to claim 1, wherein the jig has an impact strength of 4 to 40 kg · cm / cm.
The battery cell according to claim 1, wherein the jig has a thickness of 100 to 1000 mu m.
The battery cell according to claim 1, wherein the jig is a thermoplastic resin.
The thermoplastic resin composition according to claim 4, wherein the thermoplastic resin is at least one selected from the group consisting of polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polyethersulfone (PES), polysulfone At least one selected from phenylene oxide (PPO), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyfluoroethylene (PFE), polyfluoroalkoxy (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) One battery cell.
The battery cell of claim 1, wherein the electrode assembly is a jelly roll type.
The battery cell according to claim 1, wherein the unit cell stack body is a stack type stacking type, a winding type inding type or a Z folding type stack.
The battery cell according to claim 1, wherein the battery cell is a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery.
A battery pack comprising at least two battery cells according to any one of claims 1 to 5 and 11 to 12.
A device comprising at least one battery cell according to any one of claims 1 to 5 and 11 to 12.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190401 Year of fee payment: 4 |