KR101627357B1 - 이중 실링부 구조를 포함하는 전지셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중 실링부 구조를 포함하는 전지셀에 관한 것으로서, 상세하게는, 전지케이스의 외주면에는 열융착에 의한 제 1 실링부가 형성되어 있고, 상기 제 1 실링부의 적어도 일측 면에서 전극조립체와 제 1 실링부 사이에 제 2 실링부가 추가로 형성되어 있는 전지셀을 제공한다.

Description

이중 실링부 구조를 포함하는 전지셀{Battery Cell Having Double Sealing Portion of Structure}
본 발명은 이중 실링부 구조를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
일반적으로 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극조립체를 적층하거나 권취한 상태로 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 전지 케이스에 내장한 다음 전해질을 주입하거나 함침시키는 것으로 구성되어 있다.
이 같은 이차전지 중, 고전압의 전지셀로 이루어지는 파우치형 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 전지의 활성화 공정 및 사용시 가스 발생에 따른 전지의 성능 저하를 방지하는 것이다. 예를 들어, 상기 이차전지는 활성화 공정 시, 다량의 가스가 발생되고, 발생된 가스는 전지의 부피를 증가시키거나 전지 케이스의 밀봉 부위를 손상시키고 외부로 누출되게 된다. 따라서, 이러한 손상된 밀봉 부위로 전해질이 누출되고, 그에 따라 전지의 성능이 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 전지 사용 중에 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출 등 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 전해질이 전극에서 분해되면서 가스가 발생하게 되는 경우에도, 상기한 이유와 같이 전지가 손상되는 문제가 발생한다.
또한, 상기와 같이 이차전지는 전지 케이스의 밀봉 부위를 손상으로 인해 전해액이 누출되거나 전해액 산화되는 현상 등으로 전해액이 고갈될 수 있으며, 그에 따라 전지의 수명이 급격하게 저하되는 문제가 있었다.
또한, 종래의 파우치형 전지에서는 제조시, 전해액이 고갈되는 현상을 대비하여 잉여 전해액을 과량 투입하였고, 이러한 과다 전해액으로 인해 제조단계에서 파우치의 스킨-타이트(skin-tight) 구조를 유지하지 못하였으며, 스택 셀(stack cell) 사이의 계면이 벌어져 저항이 증가되는 등 전지의 수명이 저하되는 원인이 되었다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 새로운 전지셀 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지케이스의 외주면에는 열융착에 의한 제 1 실링부가 형성되어 있고, 상기 제 1 실링부의 적어도 일측 면에서 전극조립체와 제 1 실링부 사이에 제 2 실링부가 추가로 형성시킬 경우, 상기 종래기술의 문제점을 해소할 수 있는 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은 전극조립체가 전지케이스의 외부로 돌출된 전극 단자들과 연결된 상태로 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전지케이스의 외주면에는 열융착에 의한 제 1 실링부가 형성되어 있고, 상기 제 1 실링부의 적어도 일측 면에서 전극조립체와 제 1 실링부 사이에 제 2 실링부가 추가로 형성되어 있는 특징이 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은, 제 1 실링부의 적어도 일측 면에서 전극조립체와 제 1 실링부 사이에 제 2 실링부를 추가로 형성하여 이중 실링함으로써, 전지의 활성화 공정 및 사용시 발생하는 가스 또는 전해질이 전지 외부로 유출되는 것을 방지하여 전지의 안전성을 높일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 2 실링부는 전극 단자들이 위치하지 않은 면에 형성될 수 있다.
또한, 전지의 내압이 커질 경우, 가장 먼저 상기 제 2 실링부에 파단이 일어날 수 있도록, 상기 제 2 실링부는 내압이 가장 크게 작용하는 면에 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 실링부와 제 2 실링부 사이에는 공간이 형성될 수 있다. 상기 공간은 발생된 가스의 완충공간으로 이용할 수 있도록 빈 공간으로 형성될 수 있고, 가스 발생으로 인한 전지 케이스의 제 1 실링부의 손상을 방지하여 외부로 전해액이 누출되는 것을 방지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 공간은 전지셀 내부에 형성되는 전체 부피를 기준으로 5 % 이상 내지 50% 이하의 부피를 가질 수 있고, 5 % 미만인 경우에는 상기 공간을 완충공간으로 이용하기 어렵고, 50%를 초과할 경우에는 전지셀의 크기를 증가시켜 콤팩트한 전지의 제조가 어려울 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 공간에는 잉여 전해액이 포함될 수 있다. 상기 1차 실링부와 2차 실링부 사이에 잉여 전해액을 포함시킬 경우, 전해액 산화로 인해 발생된 가스인해 손상된 제 2 실링부를 통해 상기 잉여 전해액이 전지셀 내로 투입되어 전지셀의 수명을 연장 시킬 수 있다.
상세하게는, 상기 잉여 전해액은 형성된 공간의 전체 부피를 기준으로 5% 이상 내지 50% 이하로 포함될 수 있고, 5% 미만인 경우에는 부반응으로 인해 고갈된 전해액을 보충하기에 양이 부족하고, 50%를 초과할 경우에는 전지의 크기를 증가시켜 콤팩트한 전지제조가 어려울 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 2 실링부는 제 1 실링부 대비 낮은 실링 강도를 가질 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전지셀은, 제 2 실링부의 실링 강도를 상대적으로 제 1실링부 보다 약하게 실링한 구조로 인해, 전지 내부에 발생된 가스가 먼저 제 2 실링부를 터지도록 하였다. 또한, 상기 제 2 실링부는 제 1 실링부 대비 적은 실링부 면적을 가질 수 있다. 이러한 제 2 실링부는 적은 면적으로 인해 제 1 실링부 보다 더 작은 내압에서 먼저 터지도록 하였다.
구체적으로, 상기 제 2 실링부는 방출 압력(vent pressure)이1.0 kgf/cm2 이상 내지 1.9 kgf/cm2 이하일 때 파단되는 실링 강도를 가질 수 있고, 방출 압력이 1.0 kgf/cm2 미만일 때 파단되는 실링 강도를 가질 경우, 전지의 작은 방출 압력에도 쉽게 제 2 실링부가 파단되어, 일정 수준 이상의 전지의 부피팽창 및 가스 발생시에 이를 완화하는 효과를 발휘하기 어렵고, 방출 압력이 1.9 kgf/cm2를 초과할 때 파단되는 실링 강도를 가질 경우, 적절한 타이밍에 제 2 실링부가 파단되지 않아, 발명이 요구하는 효과를 발휘할 수 없다.
구체적으로, 상기 제 2 실링부의 실링 강도는 3 kgf/cm2 내지 6 kgf/fcm2일 수 있다.
또한, 상기 제 1 실링부는 방출 압력이 2.0 kgf/cm2 이상 내지 4.5 kgf/cm2 이하일 때 파단되는 실링 강도를 가질 수 있고, 방출 압력이2.0 kgf/cm2 미만일 때 파단되는 실링 강도를 가질 경우, 전지의 작은 내압의 변화에도 쉽게 제 1 실링부가 파단되어, 전지의 안전성에 문제가 될 수 있고, 방출 압력이 4.5 kgf/cm2 를 초과할 때 파단되는 실링 강도를 가질 경우, 적절한 타이밍에 제 1 실링부가 파단되지 않아, 전지 폭발 등의 위험성이 커질 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 실링부의 실링 강도는 6 kgf/cm2이상 일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 음극은 음극 활물질로서, 탄소계 물질, 및/또는 Si을 포함할 수 있다.
상기 양극은 양극 활물질로서, 하기 화학식 1 또는 2로 표현되는 리튬 전이금속 산화물을 포함할 수 있다.
LixMyMn2-yO4-zAz (1)
상기 식에서,
M은 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이며;
A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이고;
0.9≤x≤1.2, 0<y<2, 0≤z<0.2이다.
(1-x)LiM’O2-yAy -xLi2MnO3-y’Ay’ (2)
상기 식에서,
M’은 MnaMb이고;
M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고;
0<x<1, 0<y≤0.02, 0<y’≤0.02, 0.5≤a≤1.0, 0≤b≤0.5, a + b = 1이다.
본 발명은, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 리튬 금속 산화물 또는 리튬 금속 인산화물 중 적어도 하나를 더 포함하는 상기 양극 활물질을 포함하는 양극, 상기 음극과 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체에 전해액이 함침되어 있는 전지셀을 제공한다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 상기 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극의 리튬 금속 산화물은 LiMO2 (M = Co, Ni, Mn), Li1+xMn2-xO4+(0≤x≤0.3) 및 LiNi1-xMxO2 (M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, 0.01≤x≤0.3)일 수 있고, 상기 리튬 금속 인산화물은 LiMPO4 (M = Fe, Co, Ni, Mn)등을 들 수 있으며, 구체적으로, 상기 양극의 리튬 금속산화물은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, Li(NiaMnbCoc)O2 (a+b+c=1), LiNi0.5Mn1.5O4 및 LiNi0.5Mn0.5O2일 수 있고, 상기 리튬 금속 인산화물은 LiFePO4, LiMnPO4 및 Li3V2(PO4)3등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 그 중에서도, 4.5V 이상의 전압에서 작동 가능한 LiNi0.5Mn1.5O4, LiCoPO4, yLi2MnO3·(1-y)LiNiaMnbCocO2 (0.2 ≤ y ≤ 0.8, a+b+c=1) 및 Li3V2(PO4)3을 적용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합제 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
본 발명에 따른 양극은 상기와 같은 화합물들을 포함하는 양극 합제를 NMP 등의 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 마이크로미터 이상 내지 500 마이크로미터 이하의 두께로 만들어진다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
본 발명은 또한 상기 양극과, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성된 전지셀을 제공한다.
상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 상기 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 음극 합제에는, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 포함될 수 있다. 또한, 상기 음극은 리튬 대비 0V ~ 3.5V 사이의 전압 영역에서 작동될 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 마이크로미터 이상 내지 500 마이크로미터 이하의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 마이크로미터 이상 내지 10 마이크로미터 이하이고, 두께는 일반적으로 5 마이크로미터 이상 내지 300 마이크로미터 이하이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene carbonate), PRS(Propene sultone), FPC(Fluoro-Propylene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다.
본 발명은, 상기 전지셀을 단위전지로 포함하는 전지모듈, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩, 및 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다.
이 때, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장용 시스템일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전지케이스의 외주면에 열융착에 의한 제 1 실링부가 형성되어 있고, 상기 제 1 실링부의 적어도 일측 면에서 전극조립체와 제 1 실링부 사이에 제 2 실링부가 추가로 형성됨으로써, 전해액 고갈로 인해 전지셀의 수명이 감소되는 것을 방지하고, 외부의 가스 및 전해액의 유출을 방지하여 전지셀의 안전성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제 1 실링부 및 제 2 실링부를 포함하는 전지셀A의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 제 1 실링부 및 제 2 실링부를 포함하는 전지셀B의 모식도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것으로 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제 1 실링부 및 제 2 실링부를 포함하는 전지셀(A)의 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지셀A(100) 내부에는 전극조립체(160)가 전지케이스(170)의 외부로 돌출된 전극 단자(110, 112)들과 연결된 상태로 내장되어 있고, 전지케이스(170)의 외주면에는 열융착에 의한 제 1 실링부(140)가 형성되어 있으며, 제 1 실링부(140)의 적어도 일측 면에서 전극조립체(160)와 제 1 실링부(140) 사이에 제 2 실링부(150)가 추가로 형성되어 있다.
이러한 제 2 실링부(150)는 전극 단자들이 위치하지 않은 면에 형성되어 있고, 제 1 실링부(140)와 제 2 실링부(150) 사이에는 여분의 공간(180)이 형성되어 있으며, 이러한 공간은 전해액 고갈로 인한 전지셀A(100)의 수명이 감소되는 것을 방지하기 위해 잉여 전해액이 포함되어 있거나, 외부로 가스 유출을 방지하기 위해 제 2 실링부(250)의 손상된 부위를 통해 유출되는 가스를 여분의 공간(180)으로 이동하게끔 유도할 수 있도록 빈 공간으로 형성되어 있다.
따라서, 제 2 실링부(150)는 제 1 실링부(140) 대비 낮은 실링 강도를 갖게 된다.
도 2에는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 제 1 실링부(240) 및 제 2 실링부(250)를 포함하는 전지셀B(200)의 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀B(200)의 내압이 크게 발생될 수 있는 하단 부위에 제 2 실링부(250)가 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 제 1 실링부(240)와 제 2 실링부(250) 사이에는 여분의 공간(280)이 형성되어 있으며, 이 또한 마찬가지로, 여분의 공간(280)에는 전해액 고갈로 인한 전지셀B(100)의 수명이 감소되는 것을 방지하기 위해 잉여 전해액이 포함되어 있거나, 외부로 가스 유출을 방지하기 위해 제 2 실링부(250)의 손상된 부위를 통해 유출되는 가스를 여분의 공간(280)으로 이동하게끔 유도할 수 있도록 빈 공간으로 형성되어 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

  1. 전극조립체가 전지케이스의 외부로 돌출된 전극 단자들과 연결된 상태로 내장되어 있는 전지셀로서,
    상기 전지케이스의 외주면에는 열융착에 의한 제 1 실링부가 형성되어 있고, 상기 제 1 실링부의 적어도 일측 면에서 전극조립체와 제 1 실링부 사이에 제 2 실링부가 추가로 형성되어 있으며,
    상기 제 1 실링부와 제 2 실링부 사이에는 공간이 형성되어 있고, 상기 공간에는 잉여 전해액이 포함되어 있고,
    상기 잉여 전해액은 형성된 공간의 전체 부피를 기준으로 5% 이상 내지 50% 이하로 포함되어 있으며,
    상기 잉여 전해액은 전해액 산화로 인해 발생된 가스로 인해 손상된 제 2 실링부를 통해 전지셀 내로 투입되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 실링부는 전극 단자들이 위치하지 않은 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 실링부는 내압이 가장 크게 작용하는 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 공간은 전지셀 내부에 형성되는 전체 부피를 기준으로 5% 이상 내지 50% 이하의 부피를 갖는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 실링부는 제 1 실링부 대비 낮은 실링 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 실링부는 방출 압력(vent pressure)이 1.0 kgf/cm2 이상 내지 1.9 kgf/cm2 이하일 때 파단되는 실링 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 실링부의 실링 강도는 3.0 kgf/cm2 이상 내지 6.0 kgf/cm2 이하인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 실링부는 방출 압력이 2.0 kgf/cm2 이상 내지 4.5 kgf/cm2 이하일 때 파단되는 실링 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 실링부의 실링 강도는 6.0 kgf/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 실링부는 제 1 실링부 대비 적은 실링부 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 양극은 양극 활물질로서, 하기 화학식 1 또는 2로 표현되는 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀:
    LixMyMn2-yO4-zAz (1)
    상기 식에서,
    M은 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이며;
    A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이고;
    0.9≤x≤1.2, 0<y<2, 0≤z<0.2이다.


    (1-x)LiM’O2-yAy -xLi2MnO3-y’Ay’ (2)
    상기 식에서,
    M’은 MnaMb이고;
    M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
    A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고;
    0<x<1, 0<y≤0.02, 0<y’≤0.02, 0.5≤a≤1.0, 0≤b≤0.5, a + b = 1이다.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 음극은 음극 활물질로서, 탄소계 물질, 및/또는 Si을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 또는 리튬 폴리머 전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항, 및 제 8 항 내지 제 17 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 18 항에 따른 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 19 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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