KR101723035B1 - Battery Cell Having Gas Sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전극조립체는 둘 이상의 단위셀들을 포함하고 있고 하기 구조(a) 내지 (d) 중의 하나의 구조로 이루어져 있으며; (a) 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 크기가 서로 다른 둘 이상의 단위셀들이 폭과 높이가 있는 하나 이상의 계단 구조를 형성하고 있는 구조, (b) 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀은 외주면 중 적어도 1변에 평면상으로 단위셀의 본체를 가로지르는 중심축을 기준으로 비대칭 부위를 포함하고 있는 구조, (c) 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀에는 단위셀의 적어도 하나의 측면으로부터 단위셀의 중심으로 만입되어 있는 만입부가 형성되어 있는 구조, (d) 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀에는 단위셀을 관통하는 중공부가 형성되어 있는 구조, 상기 전극조립체에서 단위셀의 형상으로 인해 유발된 잉여 공간 상에 가스 센서(Gas Sensor)가 설치되어 있고, 상기 가스 센서는 전극조립체와 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.The present invention relates to a battery cell having a positive electrode, a negative electrode, and an electrode assembly having a separation membrane structure interposed between the positive electrode and the negative electrode, the electrode assembly comprising at least two unit cells, To (d); (a) a structure in which two or more unit cells stacked in a height direction with respect to a plane and having different sizes form at least one step structure having a width and a height, (b) a structure in which at least one unit cell (C) a structure in which at least one unit cell among the unit cells includes at least one side surface of the unit cell from at least one side surface of the unit cell, (D) a structure in which at least one unit cell among the unit cells has a hollow portion penetrating the unit cell, and a structure in which the unit cell is formed in the electrode assembly A gas sensor is provided on the induced surplus space and the gas sensor is sealed inside the battery case together with the electrode assembly It provides a battery cell that.

Description

가스 센서를 포함하는 전지셀 {Battery Cell Having Gas Sensor}[0001] The present invention relates to a battery cell having a gas sensor,

본 발명은 가스 센서를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cell including a gas sensor.

IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 ‘유비쿼터스 사회’로 발전되고 있다.As information technology (IT) technology has developed remarkably, various portable information and communication devices have been spreading, so that the 21st century is being developed into a "ubiquitous society" capable of providing high quality information services regardless of time and place.

이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.In the development base for such a ubiquitous society, a secondary battery occupies an important position. Specifically, the rechargeable secondary cell is widely used as an energy source for wireless mobile devices, and is proposed as a solution for air pollution in existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels Electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like.

상기와 같이, 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.As described above, as the devices to which the secondary battery is applied are diversified, the lithium secondary battery has been diversified to provide an appropriate output and capacity for the applied device. In addition, miniaturization is strongly demanded.

이러한 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 전해액과 함께 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.Such a secondary battery includes a cylindrical battery and a prismatic battery in which an electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, a pouch type battery in which an electrode assembly is embedded in an aluminum laminate sheet pouch- Batteries.

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 이들이 복합된 스택/폴딩형 구조로 분류된다.In addition, the electrode assembly incorporated in the battery case is a chargeable / dischargeable power generation device formed of a lamination structure of a positive electrode / separator / negative electrode. The electrode assembly is a jelly-roll type electrode assembly in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode coated with an active material, A stacked structure in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes of a predetermined size are stacked in a state interposed in a separator, and stacked / folded structures in which they are combined.

최근에는 슬림한 타입 또는 다양한 디자인 트랜드로 인하여 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있다. 구체적으로, 디바이스의 소형화 및 박형화에 따라, 전지의 수납 공간이 충분한 여유를 갖지 못한 상태에서도 효율적인 구조로 장착될 수 있는 전지셀이 필요하게 되었고, 이에 다양한 구조의 디바이스에서도 적용이 가능한 다양항 형상을 가진 전지셀들이 개발되고있다.In recent years, a new type of battery cell is required due to a slim type or various design trends. Specifically, due to the miniaturization and thinning of the device, a battery cell capable of being mounted with an efficient structure even in a state where the storage space of the battery does not have a sufficient margin is required, and thus various shapes Have been developed.

그러나, 이러한 이차전지는 과충전, 고온에의 노출, 내부 단락 등의 요인에 의해 전해질의 분해가 일어날 수 있으며, 이에 따라, 다량의 가스가 발생할 수 있다. 가스 성분은 CO, CO2, H2가 거의 90%를 차지하고, 아주 소량의 HF, PH3, No2와 같은 가스 성분을 포함하다. 비록 소량이긴 하지만, HF, PH3, No2와 같은 가스는 인체뿐만 아니라 전지의 수명과 안전성에 치명적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.However, in such a secondary battery, decomposition of the electrolyte may occur due to overcharge, exposure to high temperature, internal short circuit, etc., and thus a large amount of gas may be generated. The gas component includes almost 90% of CO, CO 2 , and H 2 , and a very small amount of gas components such as HF, PH 3 , and No 2 . Although a small amount, gases such as HF, PH 3 , and No 2 are known to have a life-threatening effect on the life and safety of the human body as well as on the battery.

따라서, 이를 감지하는 가스 센서(Gas Sensor)에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있으나, 종래 기술은 가스 센서가 전지셀의 외부에 설치되어 소량의 유해 가스의 감지가 충분히 이루어지지 않는 문제점이 있다.Therefore, although a gas sensor for detecting the gas sensor has been actively studied, the prior art is disadvantageous in that a small amount of noxious gas is not sufficiently detected because the gas sensor is installed outside the battery cell.

이러한 문제점을 해결할 수 있는 전지셀의 필요성이 높은 실정이다.There is a high need for a battery cell capable of solving such a problem.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

구체적으로, 본 발명의 목적은 전극조립체를 이루는 단위셀의 다양한 형상으로 인해 유발된 잉여 공간 상에 가스 센서가 설치되어 전극조립체와 함께 전지케이스의 내부에 밀봉됨으로써, 전지셀 내부에서 발생한 가스를 정확히 감지할 수 있을 뿐만 아니라 잉여 공간의 효율적 활용이 가능한 전지셀을 제공하는 것이다.More specifically, the object of the present invention is to provide a gas sensor which is installed on a surplus space caused by various shapes of unit cells constituting an electrode assembly and is sealed inside the battery case together with the electrode assembly, And to provide a battery cell capable of efficiently utilizing surplus space.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,According to an aspect of the present invention, there is provided a battery cell comprising:

양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,A battery cell in which an electrode assembly having a separator structure interposed between an anode and a cathode and between the anode and the cathode is embedded in a battery case,

상기 전극조립체는 둘 이상의 단위셀들을 포함하고 있고 하기 구조(a) 내지 (d) 중의 하나의 구조로 이루어져 있으며;Wherein the electrode assembly includes two or more unit cells and has one of the following structures (a) to (d);

(a) 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 크기가 서로 다른 둘 이상의 단위셀들이 폭과 높이가 있는 하나 이상의 계단 구조를 형성하고 있는 구조,(a) a structure in which two or more unit cells having different sizes are stacked in a height direction with respect to a plane, and one or more stepped structures having a width and a height are formed,

(b) 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀은 외주면 중 적어도 1변에 평면상으로 단위셀의 본체를 가로지르는 중심축을 기준으로 비대칭 부위를 포함하고 있는 구조,(b) at least one unit cell of the unit cells includes an asymmetric portion on at least one side of the outer circumferential surface with respect to a central axis crossing the body of the unit cell in plan view,

(c) 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀에는 단위셀의 적어도 하나의 측면으로부터 단위셀의 중심으로 만입되어 있는 만입부가 형성되어 있는 구조,(c) a structure in which at least one unit cell among the unit cells has a recessed portion indented from at least one side of the unit cell to the center of the unit cell,

(d) 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀에는 단위셀을 관통하는 중공부가 형성되어 있는 구조,(d) a structure in which at least one of the unit cells has a hollow portion penetrating the unit cell,

상기 전극조립체에서 단위셀의 형상으로 인해 유발된 잉여 공간 상에 가스 센서(Gas Sensor)가 설치되어 있고, 상기 가스 센서는 전극조립체와 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.A gas sensor is installed on the surplus space caused by the shape of the unit cell in the electrode assembly and the gas sensor is sealed inside the battery case together with the electrode assembly.

즉, 본 발명에 따른 전지셀은 전극조립체를 이루는 단위셀의 다양한 형상으로 인해 유발된 잉여 공간 상에 가스 센서가 설치되어 전극조립체와 함께 전지케이스의 내부에 밀봉됨으로써, 전지셀 내부에서 발생한 가스를 정확히 감지할 수 있을 뿐만 아니라 잉여 공간의 효율적 활용이 가능하다.That is, in the battery cell according to the present invention, the gas sensor is installed on the surplus space caused by various shapes of the unit cells constituting the electrode assembly, and is sealed inside the battery case together with the electrode assembly, Not only can it be detected accurately, but also it is possible to utilize surplus space efficiently.

본 발명의 전극조립체는 전극단자들이 일측 단부에 함께 위치하거나, 양측 대향 단부들, 또는 일측 단부와 그것에 인접한 측면 단부에 각각 위치하는 구조의 판상형 전극조립체일 수 있다.The electrode assembly of the present invention may be a plate-shaped electrode assembly in which the electrode terminals are located together at one end, or at both opposite ends, or at one end and adjacent lateral end, respectively.

상기 구조(a)에서, 계단 구조는, (i) 단의 높이는 동일하고 폭이 상이하거나, 또는 (ii) 단의 폭과 높이가 모두 상이한 구조로 형성될 수 있다. In the structure (a), the step structure may be formed in such a structure that (i) the stages have the same height and the widths are different, or (ii) the stage has a different width and height.

하나의 구체적인 예에서, 상기 단위셀들은 직육면체 형상으로 이루어질 수 있고, 상기 계단 구조는 전극조립체의 전극단자 비 형성 또는 형성 부위에 형성될 수 있다.In one specific example, the unit cells may be formed in a rectangular parallelepiped shape, and the stepped structure may be formed at an electrode terminal formation or formation portion of the electrode assembly.

이러한 전극조립체의 특이한 형상에 의해 상기 잉여 공간은 계단 구조에 의해 만들어진 단차 부위에 형성될 수 있다.Due to the peculiar shape of the electrode assembly, the surplus space can be formed at the stepped portion formed by the step structure.

상기 구조(b)에서, 비대칭 부위는 곡선부 또는 직선부로 형성될 수 있고, 평면상의 4변 중의 1변에 형성되어 있거나 또는 2변 이상에 걸쳐 형성될 수 있다.In the structure (b), the asymmetric portion may be formed as a curved portion or a straight portion, and may be formed on one side of four sides on the plane, or on two or more sides.

하나의 구체적인 예에서, 상기 곡선부는 원호 형상으로 이루어져 있고, 상기 원호의 볼록 부위가 단위셀의 외면 방향을 향하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 잉여 공간은 비대칭 부위에 접한 부위에 형성될 수 있다. In one specific example, the curved portion is formed in an arc shape, and the convex portion of the arc can be formed to face the outer surface direction of the unit cell. In this case, the surplus space may be formed at a portion in contact with the asymmetric portion.

상기 구조(c)에서, 만입부의 형상은 특별히 한정되지 않으나 평면상으로 다각형 형상일 수 있다. In the structure (c), the shape of the depressed portion is not particularly limited, but may be a polygonal shape in plan view.

하나의 구체적인 예에서, 만입부의 내측면은 평면상으로 적어도 일변이 원호 형상으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 잉여 공간은 만입부의 내측으로 도입된 부위에 형성될 수 있다.In one specific example, the inner surface of the depressed portion may be formed at least on one side in an arc shape in plan view. In this case, the surplus space may be formed at a portion introduced into the indented portion.

상기 구조(d)에서, 중공부의 형상은 특별히 한정되지 않으나 평면상으로 다각형 또는 원형일 수 있다. 또한, 평면상으로 상기 중공부의 넓이는 단위셀의 넓이의 5% 내지 80%의 범위 내에서 형성될 수 있다.In the structure (d), the shape of the hollow portion is not particularly limited, but may be a polygonal shape or a circular shape in plan view. Further, the width of the hollow portion in a plane may be formed within a range of 5% to 80% of the width of the unit cell.

상기 구조(d)에서 잉여 공간은 중공부의 내부 공간일 수 있다.In the structure (d), the surplus space may be the inner space of the hollow portion.

상기 구조 (a) 내지 (d)에서 형성된 잉여 공간의 형상과 위치는 특별히 한정되지 않으며, 전지셀의 형상에 따라 매우 다양할 수 있다.The shape and position of the surplus space formed in the structures (a) to (d) are not particularly limited and may vary greatly depending on the shape of the battery cell.

이와 같이 전지셀의 다양한 형상에 의해서 유발된 잉여 공간에 설치되는 가스 센서는 유기용매와의 반응성이 없는 내화학성 소재로 감싸여 있는 것이 바람직하다.The gas sensor provided in the surplus space caused by various shapes of the battery cells is preferably wrapped with a chemical resistant material that is not reactive with the organic solvent.

상기 내화학성 소재의 대표적인 예로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등과 같은 고분자 수지 등을 들 수 있다.Representative examples of the chemical resistant material include polymer resins such as polyethylene, polypropylene, polybutylene, polystyrene, polycarbonate, and polyethylene terephthalate.

상기 잉여 공간에 가스 센서가 배치될 때, 가스 센서의 접속단자는 전극조립체의 형상 및 외부 측정 장치와 단자의 연결성 등을 고려하여 다양한 구조로 설치될 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 상기 가스 센서의 접속단자는 전극조립체의 전극단자와 동일한 방향으로 돌출되어 있는 구조일 수 있다. 이 경우, 상기 접속단자는 단위셀의 전극 탭 및 리드에 접촉이 되지 않도록 소정의 공간을 두고 설치하는 것이 바람직하다.When the gas sensor is disposed in the surplus space, the connection terminal of the gas sensor may be installed in various structures in consideration of the shape of the electrode assembly and the connection between the external measuring device and the terminal. In one specific example, the connection terminal of the gas sensor may be a structure protruding in the same direction as the electrode terminal of the electrode assembly. In this case, it is preferable that the connection terminal is provided with a predetermined space so as not to be in contact with the electrode tab and the lead of the unit cell.

또한, 상기 가스 센서는, 전지셀 내부에서 유해 가스가 발생할 때 전지셀의 작동을 제어할 수 있도록, 상기 전지셀을 포함하는 전지모듈 및 전지팩의 안전장치 또는 작동 제어장치 등과 연동하며 작동할 수 있다.The gas sensor may operate in conjunction with a safety device or an operation control device of a battery module including the battery cell and a battery pack so as to control operation of the battery cell when noxious gas is generated in the battery cell. have.

상기 가스 센서는 측정하고자 하는 가스의 종류 및 전극조립체의 형상에 따라, 크기와 형상에 제한되지 않고, 다양하게 선택될 수 있다. The gas sensor is not limited to the size and shape depending on the kind of the gas to be measured and the shape of the electrode assembly, and may be variously selected.

하나의 구체적인 예에서, 상기 가스 센서는 Micro-electro-mechanical Systems(MEMS) 센서일 수 있다. MEMS 센서는 크기가 센치미터(cm) 이하의 크기로 제작될 수 있어, 전극조립체의 다양한 형상에 대응하여 다양한 크기와 형상으로 제작될 수 있다.In one specific example, the gas sensor may be a Micro-electro-mechanical Systems (MEMS) sensor. The MEMS sensor can be manufactured in a size smaller than a centimeter (cm), and can be manufactured in various sizes and shapes corresponding to various shapes of the electrode assembly.

상기 전지케이스는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스일 수 있다.The battery case may be a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.

상기 라미네이트 시트는, 금속 차단층의 양면에 수지층이 도포되어 있는 구조일 수 있고, 예를 들어, 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조일 수 있다.The laminate sheet may have a structure in which a resin layer is coated on both sides of the metal barrier layer. For example, a resin outer layer having excellent durability is attached to one surface (outer surface) of the metal barrier layer, A thermally fusible resin sealant layer may be added to the resin layer.

하나의 구체적인 예에서, 상기 금속 차단층의 소재로는 가스 등에 대한 차단 특성과 박막 형태의 가공을 가능하게 하는 연성을 가지는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.In one specific example, as the material of the metal barrier layer, aluminum or aluminum alloy having a blocking property against gas and the like and a softness capable of processing in the form of a thin film can be used.

상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 그것의 소재로는 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 고분자 수지로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름 등이 사용될 수 있다.Since the resin outer layer has excellent resistance to external environment, polyethylene terephthalate (PET) and stretched nylon film can be used as a polymer resin having a tensile strength and a weather resistance higher than a predetermined level.

또한, 상기 수지 실란트층의 소재로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)계 수지 등이 사용될 수 있다.Further, as a material of the resin sealant layer, a non-oriented polypropylene film (CPP) film having a low heat absorbing property (heat adhesion property) and low hygroscopicity for suppressing the penetration of an electrolyte solution and not being expanded or eroded by an electrolyte Resin or the like can be used.

상기 라미네이트 시트의 전지케이스는 상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어질 수 있으며, 상기 상부 케이스와 하부 케이스의 내면 구조는 상호 결합되어 밀봉된 공간 상에 가스 센서가 배치된 전극조립체들이 수용될 수 있도록 이들의 외형에 대응하여 수납부들이 형성될 수 있다. 이러한 상부 케이스와 하부 케이스는 각각 독립적인 부재들일 수도 있고, 일측 단부가 상호 연결된 1 단위의 부재일 수도 있다.The battery case of the laminate sheet may be composed of an upper case and a lower case, and the inner surface structures of the upper case and the lower case are coupled to each other so that the electrode assemblies, in which the gas sensor is disposed, The receiving portions can be formed. The upper case and the lower case may be independent members, or may be one unit members with one end connected to each other.

상기 가스 센서가 배치된 전극조립체의 외형에 대응하는 전지케이스의 내면 구조는 전지셀의 전체 부피를 최소화 하는 측면에서, 가스 센서가 배치된 전극조립체의 외면에 대응하는 구조로 이루어질 수 있다.The inner surface structure of the battery case corresponding to the outer shape of the electrode assembly in which the gas sensor is disposed may have a structure corresponding to the outer surface of the electrode assembly in which the gas sensor is disposed in terms of minimizing the total volume of the battery cells.

상기 단위셀들은 스택형, 스택/폴딩형, 또는 젤리-롤형 전극군일 수 있다. 이러한 전극군들의 종류 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The unit cells may be stacked, stacked, folded, or jelly-roll type. Since the types and manufacturing methods of the electrode groups are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted.

상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.The battery cell may be a lithium ion battery cell or a lithium ion polymer battery cell, but is not limited thereto.

본 발명은 또한, 상기 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.The present invention also provides a device including the battery cell as a power source, wherein the device is a portable computer, a smart phone, a tablet PC, a smart pad, a netbook, a wearable electronic device, a LEV (Light Electronic Vehicle) A car, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.

이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법 역시 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.The structures of these devices and their fabrication methods are also well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 다양한 형상의 전극조립체에서 단위셀의 형상으로 인해 유발된 잉여 공간 상에 가스 센서를 설치하여 전극조립체와 함께 전지케이스의 내부에 밀봉함으로써, 가스 발생 지점에 가장 근접한 곳에 가스 센서를 설치하여 정확한 가스 검지가 가능할 뿐만 아니라 잉여 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 효과를 제공한다. As described above, in the battery cell according to the present invention, the gas sensor is installed on the surplus space caused by the shape of the unit cell in various shapes of the electrode assembly, and is sealed inside the battery case together with the electrode assembly, It is possible to detect the gas accurately by installing a gas sensor nearest to the point of occurrence and also to utilize the surplus space efficiently.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 3는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다.1 is a perspective view of a battery cell according to a first embodiment of the present invention;
2 is a perspective view of a battery cell according to a second embodiment of the present invention;
3 is a perspective view of a battery cell according to a third embodiment of the present invention;
4 is a perspective view of a battery cell according to a fourth embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.

도 1에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.1 is a perspective view of a battery cell according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 제 1 실시예의 전지셀(100)은 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 구조로서, 전극조립체는 2개의 직육면체 형상의 단위셀들(110, 120)을 포함하고, 전극단자들(101, 102)이 일측 단부에 함께 위치하는 구조로 이루어져 있다.Referring to FIG. 1, the battery cell 100 of the first embodiment has a structure in which an electrode assembly is embedded in a battery case. The electrode assembly includes two rectangular parallelepiped unit cells 110 and 120, (101, 102) are located together at one end.

상이한 높이를 가진 제 1 단위셀(110) 및 제 2 단위셀(120)은 높이 방향으로 적층되어 있으며, 평면상 서로 크기가 다른 구조로 구성되어 있음으로 인해, 폭 차이에 해당하는 부위에 계단 구조를 형성한다. 이러한 계단 구조는 전극조립체의 전극단자들(101, 102)의 비형성 부위에 위치하며, 계단 구조에 의해 만들어진 단차 부위인 잉여 공간(130)에 가스 센서(140)가 설치되어 있다. 참고로, 도면에서는 생략되어 있지만, 전극단자들(101, 102)이 제 2 단위셀(120) 뿐만 아니라 제 1 단위셀(110)에도 전기적으로 연결되어 있음은 물론이다.Since the first unit cells 110 and the second unit cells 120 having different heights are stacked in the height direction and have different sizes from each other in plan view, . Such a step structure is located at a non-formation portion of the electrode terminals 101 and 102 of the electrode assembly, and the gas sensor 140 is installed in the excess space 130, which is a step portion formed by the step structure. It is needless to say that the electrode terminals 101 and 102 are electrically connected to not only the second unit cell 120 but also the first unit cell 110 although not shown in the figure.

또한, 가스 센서(140)의 접속 단자(141)는 전극조립체의 전극단자(101, 102)와 동일한 방향으로 돌출되어 있다.The connection terminal 141 of the gas sensor 140 protrudes in the same direction as the electrode terminals 101 and 102 of the electrode assembly.

도면의 간소화를 위해 도 1에서 전지케이스의 구조를 생략하기는 하였지만, 가스 센서(140)가 배치된 전극조립체는 이들 외형에 대응하는 내면 구조를 가진 전지케이스에 의해 밀봉되어 있다.Although the structure of the battery case is omitted in FIG. 1 for the sake of simplicity, the electrode assembly in which the gas sensor 140 is disposed is sealed by a battery case having an inner surface structure corresponding to these outer shapes.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다.2 is a perspective view of a battery cell according to a second embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 제 2 실시예의 전지셀(200)은 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 구조로서, 제 1 단위셀(210) 및 제 2 단위셀(220)은 높이 방향으로 적층되어 있고, 전극단자들(201, 202)이 일측 단부에 함께 위치하고 있음은 제 1 실시예의 전지셀(100)과 동일하다.Referring to FIG. 2, the battery cell 200 of the second embodiment has a structure in which an electrode assembly is embedded in a battery case. The first unit cell 210 and the second unit cell 220 are stacked in a height direction And the electrode terminals 201 and 202 are located together at one end thereof are the same as those of the battery cell 100 of the first embodiment.

반면에, 전지셀(100)과 달리, 제 1 단위셀(210)은 평면상으로 비대칭 구조로서 직사각형 형태의 일측 모서리 부위에 곡선부(250)가 형성되어 있다. 곡선부(250)는 원호 형상으로 이루어져 있으며, 원호의 볼록 부위가 제 1 단위셀(210)의 외면 방향을 향하도록 형성되어 있다. 이러한 제 1 단위셀(210)의 곡선부(250)는 적층된 제 2 단위셀(220)과 접하는 부위에 형성되어 있다. 또한, 곡선부(250)에 접한 부위인 잉여 공간(230)에 가스 센서(240)가 설치되어 있다.On the other hand, unlike the battery cell 100, the first unit cell 210 has an asymmetrical structure in a planar shape and a curved portion 250 is formed at one corner of a rectangular shape. The curved portion 250 is formed in an arc shape, and the convex portion of the arc is formed to face the outer surface of the first unit cell 210. The curved portion 250 of the first unit cell 210 is formed at a portion in contact with the stacked second unit cell 220. In addition, a gas sensor 240 is provided in the surplus space 230, which is a portion in contact with the curved portion 250.

참고로, 도면에서는 생략되어 있지만, 전극단자들(201, 202)이 제 2 단위셀(220) 뿐만 아니라 제 1 단위셀(210)에도 전기적으로 연결되어 있음은 물론이다.Needless to say, the electrode terminals 201 and 202 are electrically connected not only to the second unit cell 220 but also to the first unit cell 210, although not shown in the figure.

또한, 가스 센서(240)의 접속 단자(241)는 전극조립체의 전극단자(201, 202)의 비형성 부위에 형성되어 있으며, 전극조립체의 측면 방향으로 돌출되어 있다.The connection terminal 241 of the gas sensor 240 is formed at a non-formation site of the electrode terminals 201 and 202 of the electrode assembly and protrudes in the lateral direction of the electrode assembly.

도면의 간소화를 위해 도 2에서 전지케이스의 구조를 생략하기는 하였지만, 가스 센서(240)가 배치된 전극조립체는 이들 외형에 대응하는 내면 구조를 가진 전지케이스에 의해 밀봉되어 있다.Although the structure of the battery case is omitted in FIG. 2 for the sake of simplicity, the electrode assembly in which the gas sensor 240 is disposed is sealed by a battery case having an inner surface structure corresponding to these outer shapes.

도 3는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다.3 is a perspective view of a battery cell according to a third embodiment of the present invention.

도 3를 참조하면, 제 3 실시예의 전지셀(300)은 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 구조로서, 제 2 단위셀(320)의 상면에 적층되어 있는 제 1 단위셀(310)은 일측면으로부터 제 1 단위셀(310)의 중심 방향으로 만입되어 있는 대략 직육면체 형상의 만입부가 형성되어 있다. 이러한 만입부의 내측으로 도입된 부위인 잉여 공간(330)에 가스 센서(340)가 설치되어 있다. Referring to FIG. 3, the battery cell 300 of the third embodiment has a structure in which an electrode assembly is embedded in a battery case. The first unit cell 310, which is stacked on the upper surface of the second unit cell 320, A substantially rectangular parallelepiped-shaped recessed portion is formed in the center of the first unit cell 310 from the side surface. A gas sensor 340 is installed in the surplus space 330, which is a portion introduced into the inside of the indentation.

또한, 전극단자들(301, 302)이 만입부의 양측 단부에 위치하고 있다. Further, the electrode terminals 301 and 302 are located at both ends of the indentation.

참고로, 도면에서는 생략되어 있지만, 전극단자들(301, 302)이 제 2 단위셀(320) 뿐만 아니라 제 1 단위셀(310)에도 전기적으로 연결되어 있음은 물론이다.Needless to say, the electrode terminals 301 and 302 are electrically connected not only to the second unit cell 320 but also to the first unit cell 310, although not shown in the figure.

또한, 가스 센서(340)의 접속 단자(341)는 전극조립체의 전극단자들(301, 302)와 동일한 방향으로 돌출되어 있다.The connection terminal 341 of the gas sensor 340 protrudes in the same direction as the electrode terminals 301 and 302 of the electrode assembly.

도면의 간소화를 위해 도 3에서 전지케이스의 구조를 생략하기는 하였지만, 가스 센서(340)가 배치된 전극조립체는 이들 외형에 대응하는 내면 구조를 가진 전지케이스에 의해 밀봉되어 있다.Although the structure of the battery case is omitted in FIG. 3 for the sake of simplicity, the electrode assembly in which the gas sensor 340 is disposed is sealed by a battery case having an inner surface structure corresponding to these outer shapes.

도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다.4 is a perspective view of a battery cell according to a fourth embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 제 4 실시예의 전지셀(400)은 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 구조로서, 전극조립체는 2개의 직육면체 형상의 단위셀들(410, 420)을 포함하고, 전극단자들(401, 402)들이 일측 단부에 함께 위치하는 구조로 이루어져 있다.Referring to FIG. 4, the battery cell 400 of the fourth embodiment has a structure in which an electrode assembly is embedded in a battery case. The electrode assembly includes two rectangular parallelepiped unit cells 410 and 420, (401, 402) are located together at one end.

제 1 단위셀(410)에는 이를 관통하는 평면상으로 직사각형 형상의 중공부가 형성되어 있고, 이 중공부의 내부 공간인 잉여 공간(440)에 가스 센서(430)가 설치되어 있다.In the first unit cell 410, a rectangular hollow portion is formed on a plane passing through the first unit cell 410. A gas sensor 430 is installed in the surplus space 440, which is an inner space of the hollow portion.

참고로, 도면에서는 생략되어 있지만, 전극단자들(401, 402)이 제 2 단위셀(420) 뿐만 아니라 제 1 단위셀(410)에도 전기적으로 연결되어 있음은 물론이다.It is needless to say that the electrode terminals 401 and 402 are electrically connected to not only the second unit cell 420 but also the first unit cell 410 although not shown in the figure.

또한, 가스 센서(440)의 접속 단자(441)는 단위셀들(410, 420)의 적층 방향으로 돌출되어 있다.The connection terminal 441 of the gas sensor 440 protrudes in the stacking direction of the unit cells 410 and 420.

도면의 간소화를 위해 도 4에서 전지케이스의 구조를 생략하기는 하였지만, 가스 센서(440)가 배치된 전극조립체는 이들 외형에 대응하는 내면 구조를 가진 전지케이스에 의해 밀봉되어 있다.
Although the structure of the battery case is omitted in FIG. 4 for the sake of simplicity, the electrode assembly in which the gas sensor 440 is disposed is sealed by a battery case having an inner surface structure corresponding to these outer shapes.

앞서 설명한 실시예들에서 가스 센서의 접속 단자들이 도면에 제시한 구조와는 달리 다양한 위치로 형성될 수 있음은 물론이다.
Needless to say, the connection terminals of the gas sensor may be formed at various positions in the above-described embodiments, unlike the structures shown in the drawings.

본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (25)

양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
상기 전극조립체는 둘 이상의 단위셀들을 포함하고 있고 하기 구조(a) 내지 (d) 중의 하나의 구조로 이루어져 있으며;
(a) 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 크기가 서로 다른 둘 이상의 단위셀들이 폭과 높이가 있는 하나 이상의 계단 구조를 형성하고 있는 구조,
(b) 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀은 외주면 중 적어도 1변에 평면상으로 단위셀의 본체를 가로지르는 중심축을 기준으로 비대칭 부위를 포함하고 있는 구조,
(c) 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀에는 단위셀의 적어도 하나의 측면으로부터 단위셀의 중심으로 만입되어 있는 만입부가 형성되어 있는 구조,
(d) 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀에는 단위셀을 관통하는 중공부가 형성되어 있는 구조,
상기 전극조립체에서 단위셀의 형상으로 인해 유발된 잉여 공간 상에 가스 센서(Gas Sensor)가 설치되어 있고, 상기 가스 센서는 전극조립체와 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있고,
상기 구조(a)에서 잉여 공간은 계단 구조에 의해 만들어진 단차 부위이고, 상기 구조(b)에서 잉여 공간은 비대칭 부위에 접한 부위이며, 상기 구조(c)에서 잉여 공간은 만입부의 내측으로 도입된 부위이며, 상기 구조(d)에서 잉여 공간은 중공부의 내부 공간인 것을 특징으로 하는 전지셀.A battery cell in which an electrode assembly having a separator structure interposed between an anode and a cathode and between the anode and the cathode is embedded in a battery case,
Wherein the electrode assembly includes two or more unit cells and has one of the following structures (a) to (d);
(a) a structure in which two or more unit cells having different sizes are stacked in a height direction with respect to a plane, and one or more stepped structures having a width and a height are formed,
(b) at least one unit cell of the unit cells includes an asymmetric portion on at least one side of the outer circumferential surface with respect to a central axis crossing the body of the unit cell in plan view,
(c) a structure in which at least one unit cell among the unit cells has a recessed portion indented from at least one side of the unit cell to the center of the unit cell,
(d) a structure in which at least one of the unit cells has a hollow portion penetrating the unit cell,
A gas sensor is installed on the surplus space caused by the shape of the unit cell in the electrode assembly and the gas sensor is sealed inside the battery case together with the electrode assembly,
Wherein the surplus space in the structure (a) is a stepped portion formed by a stepped structure, the surplus space in the structure (b) is a portion in contact with the asymmetric portion, and the surplus space in the structure (c) , And the surplus space in the structure (d) is an inner space of the hollow portion. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는, 전극단자들이 일측 단부에 함께 위치하는 구조, 또는 양측 대향 단부들에 각각 위치하는 구조, 또는 일측 단부와 그것에 인접한 측면 단부에 각각 위치하는 구조의 판상형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전지셀.The electrode assembly according to claim 1, wherein the electrode assembly has a structure in which the electrode terminals are located at one end of the electrode assembly, or a structure in which the electrode assembly is positioned at both opposite ends of the electrode assembly, . 제 1 항에 있어서, 상기 구조(a)에서, 계단 구조는, (i) 단의 높이는 동일하고 폭이 상이하거나, 또는 (ii) 단의 폭과 높이가 모두 상이한 것을 특징으로 하는 전지셀. The battery cell according to claim 1, wherein, in the structure (a), the stepped structure has (i) the same height and different widths, or (ii) the width and height of the step. 제 1 항에 있어서, 상기 구조(a)에서, 단위셀들은 직육면체 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein in the structure (a), the unit cells have a rectangular parallelepiped shape. 제 1 항에 있어서, 상기 구조(a)에서, 계단 구조는 전극조립체의 전극단자 비 형성 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀. The battery cell according to claim 1, wherein, in the structure (a), the step structure is formed at an electrode terminal non-formation portion of the electrode assembly. 제 1 항에 있어서, 상기 구조(a)에서, 계단 구조는 전극조립체의 전극단자 형성 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀. The battery cell according to claim 1, wherein, in the structure (a), the step structure is formed at an electrode terminal formation portion of the electrode assembly. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 구조(b)에서, 비대칭 부위는 곡선부 또는 직선부로 형성되어 있고, 평면상의 4변 중의 1변에 형성되어 있거나 또는 2변 이상에 걸쳐 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery according to claim 1, wherein in the structure (b), the asymmetric portion is formed as a curved portion or a straight portion, and is formed on one side of four sides on the plane, Cell. 제 8 항에 있어서, 상기 곡선부는 원호 형상으로 이루어져 있고, 상기 원호의 볼록 부위가 단위셀의 외면 방향을 향하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 8, wherein the curved portion has an arc shape, and the convex portion of the arc is formed to face the outer surface of the unit cell. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 구조(c)에서, 만입부는 평면상으로 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein, in the structure (c), the indent is polygonal in plan view. 제 1 항에 있어서, 상기 구조(c)에서, 만입부의 내측면은 평면상으로 적어도 일변이 원호 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein in the structure (c), the inner side face of the depressed portion is at least one side in an arc shape in plan view. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 구조(d)에서, 중공부는 평면상으로 다각형 형상 또는 원형 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein in the structure (d), the hollow portion has a polygonal shape or a circular shape in plan view. 제 14 항에 있어서, 평면상으로 상기 중공부의 넓이는 단위셀의 넓이의 5% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 전지셀.15. The battery cell according to claim 14, wherein the width of the hollow portion in plan view is 5% to 80% of the width of the unit cell. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 가스 센서는 유기용매와의 반응성이 없는 내화학성 소재로 감싸여 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein the gas sensor is surrounded by a chemical resistant material that is not reactive with an organic solvent. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 센서의 접속단자는 전극조립체의 전극단자와 동일한 방향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein the connection terminal of the gas sensor protrudes in the same direction as the electrode terminal of the electrode assembly. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 센서는 Micro-electro-mechanical Systems(MEMS) sensor인 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell of claim 1, wherein the gas sensor is a micro-electro-mechanical system (MEMS) sensor. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein the battery case comprises a laminate sheet including a metal layer and a resin layer. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스의 내면 구조는 전극조립체와 가스 센서의 외면에 대응하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein an inner surface structure of the battery case is formed to correspond to an outer surface of the electrode assembly and the gas sensor. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀들은 스택형, 스택/폴딩형, 또는 젤리-롤형 전극군인 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein the unit cells are stacked, stacked, folded, or jelly-roll type. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein the battery cell is a lithium secondary battery. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항, 제 9 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 14 항, 제 15 항, 및 제 17 항 내지 제 23 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.A battery cell according to any one of claims 1 to 6, 8, 9, 11, 12, 14, 15, and 17 to 23, Contains the device. 제 24 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.25. The device of claim 24, wherein the device is a portable computer, a smart phone, a tablet PC, a smart pad, a netbook, a wearable electronic device, a LEV (Light Electronic Vehicle), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, And a power storage device.
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