KR101770334B1 - 보호회로 부재가 내장되어 있는 전지셀 및 그 제조 방법 - Google Patents

보호회로 부재가 내장되어 있는 전지셀 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101770334B1
KR101770334B1 KR1020150048258A KR20150048258A KR101770334B1 KR 101770334 B1 KR101770334 B1 KR 101770334B1 KR 1020150048258 A KR1020150048258 A KR 1020150048258A KR 20150048258 A KR20150048258 A KR 20150048258A KR 101770334 B1 KR101770334 B1 KR 101770334B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tab
electrode
protection circuit
battery case
coupling portion
Prior art date
Application number
KR1020150048258A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160119509A (ko
Inventor
서정민
이정우
김동명
윤형구
정이헌
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 KR1020150048258A priority Critical patent/KR101770334B1/ko
Publication of KR20160119509A publication Critical patent/KR20160119509A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101770334B1 publication Critical patent/KR101770334B1/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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H01M2/0482—
    • H01M2/1016—
    • H01M2/26—
    • H01M2/34—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H01M2200/103—Fuse
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H01M2200/106—PTC
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 구조의 전극조립체, 및 상기 전극조립체의 전극탭과 전기적으로 연결되며 전지케이스의 외부로 인출된 전극리드를 포함하고 있고;
상기 전극탭과 전극리드가 전기적으로 연결되는 탭-리드 결합부는, 전지케이스의 두께 방향으로 절곡된 상태로, 전지케이스의 내면 상단과 전극조립체의 상단 사이의 공간에 형성되어 있으며;
상기 절곡된 탭-리드 결합부 상에 보호회로 부재가 위치하여, 안전성, 용량 특성 및 제조 공정의 효율성이 향상된 전지셀 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

보호회로 부재가 내장되어 있는 전지셀 및 그 제조 방법{Battery Cell containing Protection Circuit Member and Method of Manufacturing the Same}
본 발명은 전극탭과 전극리드가 전기적으로 연결되는 탭-리드 결합부 가 전지케이스의 두께 방향으로 절곡된 상태로, 전지케이스의 내면 상단과 전극조립체의 상단 사이의 공간에 형성되어 있으며 상기 절곡된 탭-리드 결합부 상에 보호회로 부재가 위치하여 안전성뿐만 아니라 제조 공정의 효율성이 향상된 전지셀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등을 포함하여 고출력 대용량이 요구되는 디바이스의 동력원으로서 주목 받고 있다.
이러한 디바이스에는 고출력 대용량의 제공을 위해 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다.
도 1 및 2에는 종래 이차전지(10)의 일반적인 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
구체적으로, 도 1은 이차전지(10)의 전극조립체(30)가 내장된 전지케이스의 상단 및 양측의 밀착부위를 밀봉한 상태의 정면 투시도를 나타내고 있고, 도 2는 상기 이차전지의 상단 부분을 양극 방향으로 바라본 단면도를 나타내고 있다.
이들 도면들을 참조하면, 이차전지(10)는, 양극탭들(31)과 음극탭들(32)이 각각 양극리드(41)와 음극리드(42)에 용접되어 있는 전극조립체(30) 및, 이러한 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 전지케이스(20)로 구성되어 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 형태의 하부부재(22)와 그것과 일측에서 일체로 형성되어 있는 덮개 형태의 상부부재(21)로 이루어져 있으며, 조립 과정에서 상부부재(21)와 하부부재(22)가 상호 접하는 밀착부위(20a, 20b)를 포함하고 있다. 이러한 밀착부위(20a, 20b)는 전극조립체(30)의 전극탭들(31, 32)이 돌출된 상단 부위에 대응하는 상단 밀착부위(20a)와 전극조립체(30)의 양측에 대응하는 양측 밀착부위(20b)로 구분된다.
한편, 전극조립체(30)로부터 돌출되어 있는 다수의 양극탭들(31)과 음극탭들(32)은 각각 용접 등의 방법으로 일체되어 있는 상태에서, 상단부가 전지케이스(20)로부터 노출되는 양극리드(41)와 음극리드(42)에 용접 등의 방법으로 결합되며, 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름들(43,44)를 부착한다. 다수의 양극탭들(31) 및 음극탭들(32)과 양극리드(41)와 음극리드(42)가 각각 전기적으로 연결되는 탭-리드 결합부들(33, 34)는, 전지케이스(20)의 두께 방향(y)으로 절곡된 상태로, 전지케이스(20)의 내면 상단과 전극조립체(30)의 상단 사이의 공간에 형성되어 있다.
이러한 이차전지에는 그것이 장착되는 디바이스와 전기적으로 연결되는 음극 및 양극 단자들과, 이차전지의 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등을 포함한다.
예를 들어, 상기 전지케이스(20) 외부로 인출된 양극리드(41) 상에는 인쇄회로기판(PCB) 및/또는 PTC 등의 온도 소자를 포함하는 보호회로 모듈(PCM)이 용접 등에 의해 연결될 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 이차전지의 경우, 전지케이스 외부에 PCM이 위치하는 바, 진동 및 낙하 등의 외부 충격이 가해질 경우, PCM이 파손되거나, 치수 안정성이 현저히 떨어지는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
이런 문제를 해결하기 위하여, 전지케이스의 상단 밀착부위(20a) 및 PCM을 비롯한 각각의 부재에 대해 절연성 테이프를 부착하고, 그 외에도 전지셀 케이스의 실링부 일부 또는 양극리드(41)를 화살표 방향으로 절곡하여 절연성 테이프를 부착하거나, 바코드를 프린트하는 등의 과정을 거칠 수 있다.
그러나, 이와 같이, PCM과 전지셀 간의 안전한 접속 형태를 구성하기 위해서는 다수의 절연성 테이프 또는 다수의 부품들이 요구되므로, 전지팩의 조립공정을 복잡하게 만들고 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 또한, 외부에서 충격이 가해질 경우, 기계적 강성이 낮은 절연성 테이프의 사용으로 인해, PCM이 파손되거나, 치수 안정성이 현저히 떨어지는 등의 문제점을 야기할 수도 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것으로, 전극탭과 전극리드가 전기적으로 연결되는 탭-리드 결합부가 전지케이스의 두께 방향으로 절곡된 상태로, 전지케이스의 내면 상단과 전극조립체의 상단 사이의 공간에 형성시키고 상기 절곡된 탭-리드 결합부 상에 보호회로 부재를 위치시킴으로써, 외부 충격에 대하여 안전성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 용량 특성을 발휘하고 제조 공정의 효율성을 확보할 수 있는 전지셀 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
따라서, 본 발명은,
양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 구조의 전극조립체, 및 상기 전극조립체의 전극탭과 전기적으로 연결되며 전지케이스의 외부로 인출된 전극리드를 포함하고 있고;
상기 전극탭과 전극리드가 전기적으로 연결되는 탭-리드 결합부는, 전지케이스의 두께 방향으로 절곡된 상태로, 전지케이스의 내면 상단과 전극조립체의 상단 사이의 공간에 형성되어 있으며;
상기 절곡된 탭-리드 결합부 상에 보호회로 부재가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.
앞서 설명한 바와 같이, 보호회로 부재가 전지케이스 외부로 인출된 전극리드 상에 위치하는 경우, 진동 및 낙하 등의 외부 충격에 취약하며 전체 부피가 증가할 수 있으므로 동일 규격 대비 용량이 감소할 수 있을 뿐만 아니라 제조 공정상의 효율성이 떨어지는 문제가 있다.
이에, 본 발명에 따른 전지셀은 보호회로 부재가 전지케이스 내부의 절곡된 탭-리드 결합부 상에 고정되어 있으므로, 전지케이스 외부에 위치하는 구성과 비교하여 외부충격으로 인한 내부단락을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전지케이스의 내부공간을 최대한 활용할 수 있으므로 동일 규격 대비 높은 용량을 제공할 수 있고, 보호회로 부재가 위치한 전극리드를 절곡시킨 후 절연성 테이프 등을 부착하는 등의 보조 공정이 필요 없으므로 제조 공정의 효율성을 확보할 수 있다.
본 명세서에서 “전극조립체의 상단”은 전극조립체의 전극탭들이 돌출되어 있는 전극조립체의 일단을 의미하며, “전지케이스의 내면 상단”은 전지케이스의 내면 중에서 전극조립체의 상단과 마주보는 면을 의미한다.
구체적으로, 상기 탭-리드 결합부에서 전극탭의 단부와 전극리드의 단부는 보호회로 부재를 사이에 두고 서로 대면하는 구조일 수 있다.
상기 보호회로 부재는 전극탭 및 전극리드와 각각 용접 또는 솔더링에 의해 상호 연결되는 구성이라면 제한이 없다. 예를 들어, 보호회로 부재를 사이에 두고 전극탭의 단부는 전지케이스의 내면 상단 쪽에 위치하고 전극리드의 단부는 전극조립체의 상단 쪽에 위치할 수 있거나, 또는, 보호회로 부재를 사이에 두고 전극탭의 단부는 전극조립체의 상단 쪽에 위치하고 전극리드의 단부는 전지케이스의 내면 상단 쪽에 위치할 수 있다.
보호회로 부재의 크기는 전극리드 또는 절곡된 탭-리드 결합부의 크기에 따라 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 보호회로 부재의 좌우 폭은 전극리드의 좌우 폭을 기준으로 80% 이상 내지 120% 이하일 수 있고, 상세하게는 85% 이상 내지 115% 이하일 수 있다.
또한, 보호회로 부재의 상하 길이는 절곡된 탭-리드 결합부의 상하 길이 기준으로 60% 이상 내지 120% 이하일 수 있고, 상세하게는 70% 이상 내지 120% 이하일 수 있다.
이러한 보호회로 부재의 좌우 폭 또는 상하 길이가 상기에서 정의한 범위보다 클 경우 보호회로 부재와 전극리드 또는 탭이 용접 등에 의해 상호 연결이 충분히 이루어지지 않을 수 있어 보호회로 부재가 전지케이스 내부에 충분히 고정되지 않거나 이로 인한 부피가 증가할 수 있고, 또한, 보호회로 부재의 좌우 폭 또는 상하 길이가 상기에서 정의한 범위보다 작을 경우, 보호회로 부재가 그 기능을 충분히 발휘할 수 있을 정도의 적절한 크기를 확보하지 못할 우려가 있어 바람직하지 않다.
보호회로 부재는 앞에서 설명한 바와 같이, 절곡된 탭-리드 결합부 상에 위치하며, 구체적으로는, 양극탭-리드 결합부, 또는 음극탭-리드 결합부, 또는 양극탭-리드 결합부 및 음극탭-리드 결합부 상에 위치할 수 있다.
상기 절곡된 탭-리드 결합부는, 상세하게는 전지케이스의 두께 방향과 평행하도록 절곡된 상태로 전지케이스의 내면 상단에 밀착될 수 있으며, 이 경우 더욱 콤팩트한 구조를 제공할 수 있다.
상기 보호회로 부재는 전지셀의 과충전, 과방전, 과전류 등을 제어하는 인쇄회로기판(PCB)인 제 1 보호회로 소자 및/또는 PTC, 퓨즈 및 TCO로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 제 2 보호회로 소자를 포함할 수 있다. 상세하게는, 상기 보호회로 부재는 인쇄회로기판(PCB)인 제 1 보호회로 소자를 포함할 수 있고, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판(PCB)인 제 1 보호회로 소자와, PTC, 퓨즈 및 TCO로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 제 2 보호회로 소자를 동시에 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에서 보호회로 부재가 위치한 탭-리드 결합부의 외면에 전기적 절연층이 부가되어 있어 절연성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 보호회로 부재가 위치한 탭-리드 결합부가 완전히 밀봉되지 않음으로써 발생할 수 있는 단락을 방지할 수 있으므로 안전성이 향상될 수 있다.
상기 전기적 절연층은 절연성 테이프를 부착하여 형성할 수 있으나, 상세하게는, 고분자 수지, 또는 고분자 수지와 무기물을 도포하여 형성할 수 있다.
이러한 고분자 수지는 성분은 일정한 온도 이상에서 용융되어 융착이 되는 것이라면 그 종류가 특별히 한정되지 않지만, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리이미드 및 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 고분자 수지는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 무기물을 더 포함하고 있을 수 있으며, 상기 무기물로 인하여 전지의 사용 중에 발생하는 가스의 흡착이 가능하므로, 이차전지의 스웰링 현상이 감소할 수 있다. 구체적으로 상기 무기물의 예로는, SiO2, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO, Y2O3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT) (0<x<1, 0<y<1), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), BaTiO3, hafnia (HfO2), SrTiO3, 또는 이들의 둘 이상의 혼합물 등이 포함될 수 있으며, 그 중에서도 TiO2, Al2O3가 특히 바람직하다.
상기 고분자 수지의 용융 온도는 고분자 수지의 종류에 따라 적절한 범위에서 선택될 수 있으나, 예를 들면, 80℃ 내지 250℃에서 형성될 수 있고, 상세하게는 100 ℃ 내지 220 ℃일 수 있다.
하나의 구체적인 예로서, 전기적 절연층에 의한 밀봉력을 향상시키기 위하여 전기적 절연층의 두께가 보호회로 부재가 위치하는 탭-리드 결합부 상에 탭 및 전극 리드의 폭 방향의 양 끝단으로 갈수록 얇아지는 형상일 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀에 포함되는 전극조립체의 종류는 제한되지 않으며, 장착되는 기기 또는 디바이스에 따라 적합한 전극조립체를 적용할 수 있으나, 상세하게는 젤리-롤형, 적층형, 또는 스택/폴딩형일 수 있다.
젤리-롤형(권취형) 전극조립체는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조이고, 스택형(적층형) 전극조립체는 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 구조이다. 또한, 스택/폴딩형 전극조립체는 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조이다.
상기 전극조립체들의 외형은, 전지케이스의 수납부들에 용이하게 장착될 수 있는 것이면 제한되지 않으며, 정육면체 형상, 직육면체 형상, 원기둥 형상 및 반구형 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 형상일 수 있다.
이에 전지케이스에 형성되는 수납부들 또한 전극조립체의 외형에 대응되도록 제조되며, 디바이스의 형상에 따라 다양한 형태로 제조될 수 있다.
상기 전지셀은 파우치형 이차전지뿐만 아니라 각형 전지에도 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 상기 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(i) 전극리드의 일측 단부에 보호회로 부재를 부착하는 과정;
(ii) 전극조립체의 전극탭의 단부와 보호회로 부재가 부착된 전극리드의 단부를 전기적으로 연결한 후 전지케이스의 수납부에 장착하거나, 또는 전극조립체를 전지케이스 수납부에 장착 후 전극조립체의 전극탭의 단부를 보호회로 부재가 부착된 리드의 일측 단부와 전기적으로 연결하는 과정;
(iii) 보호회로 부재가 위치한 탭-리드 결합부를 전지케이스의 두께 방향으로 절곡하여 전지케이스의 내면 상단과 전극조립체의 상단 사이의 공간에 위치시키는 과정; 및
(iv) 전지케이스의 수납부에 전해액을 주입 후 수납부의 외주면을 밀봉하는 과정;을 제공한다.
상기 과정(ii)와 과정(iii) 사이에 보호회로 부재가 위치한 탭-리드 결합부의 외면에 앞에서 설명한 바와 같은 전기적 절연층을 부가하는 과정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 전기적 절연층을 보호회로 부재가 위치한 탭-리드 결합부의 외면에 위치한 후 고온 고압을 인가하여 실링하는 경우 상기 전기적 절연층에 포함되는 고분자 수치들이 서로 로 대면한 상태에서 용융되어 상기 보호회로 부재가 위치한 탭-리드 결합부를 밀봉함으로써, 보호회로 부재를 안정적으로 고정시킬 수 있다
상기 과정(iii)은 상세하게는, 보호회로 부재가 위치한 탭-리드 결합부를 전지케이스의 두께 방향으로 절곡하여 전지케이스의 내면 상단에 밀착시키는 과정일 수 있다.
본 발명은 상기 전지셀을 포함하는 전지팩 및 이러한 전지팩을 전원으로 포함하면서 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스의 바람직한 예로는 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스 등을 들 수는 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 중대형 전지팩과 이를 포함하는 디바이스는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 전지케이스 내부의 절곡된 탭-리드 결합부 상에 보호회로 부재가 위치하므로, 외부충격으로 인한 내부단락을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전지케이스의 내부공간을 최대한 활용할 수 있으며, 전지케이스 외부에 인출된 전극리드에 보호회로 부재를 위치시킨 후 전극리드를 절곡하고 절연 테이프 등을 부착하는 등의 보조 공정이 필요 없으므로 이에 소요되는 인력 및 시간을 감소시킴으로써 전지셀의 제조 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 보호회로 부재가 위치하는 절곡된 탭-리드 결합부가 전지케이스의 두께 방향과 평행하도록 절곡된 상태로 전지케이스의 내면 상단에 밀착되는 경우 더욱 콤팩트한 구조를 제공할 수 있으므로 동일 규격 대비 높은 용량을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 이차전지의 전극조립체가 내장된 전지케이스의 상단 및 양측의 밀착부위를 밀봉한 상태의 정면 투시도이다;
도 2는 도 1에 따른 전지의 상단 부분을 양극 방향으로 바라본 단면도이다.
도 3은 본원발명의 하나의 실시예에 따른 본원발명의 따른 이차전지의 전극조립체가 내장된 전지케이스의 상단 및 양측의 밀착부위를 밀봉한 상태의 정면 투시도이다;
도 4는 도 3에 따른 전지의 상단 부분을 양극 방향으로 바라본 단면도이다; 및
도 5는 또 다른 실시예에 따른 보호회로 부재가 위치한 탭-리드 결합부의 외면에 전기적 절연층이 부가된 상태를 모식적을 나타내었다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3 및 4에는 본원발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지(100)의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
구체적으로, 도 3은 이차전지(100)의 전극조립체(300)가 내장된 전지케이스의 상단 및 양측의 밀착부위를 밀봉한 상태의 정면 투시도를 나타내고 있고, 도 4는 상기 이차전지의 상단 부분을 양극 방향으로 바라본 단면도를 나타내고 있으며, 이해의 편의를 위하여 전지케이스의 내면 상단과 전극조립체의 상단 사이의 이격 부위(a)를 다소 크게 나타내었으며, 본 발명의 구조를 바탕으로 할 때, 상기 이격 부위는 매우 작을 수 있음은 물론이다.
이들 도면들을 참조하면, 본원발명의 이차전지(100)는, 양극탭들(310)과 음극탭들(320)이 각각 양극리드(410)와 음극리드(420)에 용접되어 있는 전극조립체(300) 및, 이러한 전극조립체(300)를 수용할 수 있는 전지케이스(200)로 구성되어 있다.
전지케이스(200)는 전극조립체(300)를 수용할 수 있는 형태의 하부부재(220)와 그것과 일측에서 일체로 형성되어 있는 덮개 형태의 상부부재(210)로 이루어져 있으며, 조립 과정에서 상부부재(210)와 하부부재(220)가 상호 접하는 밀착부위들(200a, 200b)를 포함하고 있다. 이러한 밀착부위들(200a, 200b)는 전극조립체(300)의 전극탭들(310, 320)이 돌출된 상단 부위에 대응하는 상단 밀착부위(200a)와 전극조립체(300)의 양측에 대응하는 양측 밀착부위(200b)로 구분된다.
전극조립체(300)로부터 돌출되어 있는 다수의 양극탭들(310)과 음극탭들(320)은 각각 용접 등의 방법으로 일체되어 있는 상태에서, 상단부가 전지케이스(200)로부터 노출되는 양극리드(410)와 음극리드(420)에 각각 용접 등의 방법으로 결합되며, 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름들(430, 440)을 부착한다.
전극조립체(300)는 분리막이 개재된 상태에서 양극(301)과 음극(302)이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 반복적인 충방전 과정에서 리튬 이온이 음극(302)의 표면에 석출되는 것을 방지하기 위하여, 일반적으로 음극(302)은 양극(301)보다 상대적으로 큰 크기로 제작될 수 있다.
한편, 다수의 양극탭들(310) 및 음극탭들(320)과 양극리드(410)와 음극리드(420)가 용접 또는 솔더링에 의하여 각각 전기적으로 연결되는 양극탭-리드 결합부(A) 및 음극탭-리드 결합부(340)는, 전지케이스(200)의 두께 방향(y)에 평행하도록 수직 절곡된 상태로, 전지케이스(200)의 내면 상단과 전극조립체(300)의 상단 사이의 공간(a)에 형성되어 있고, 돌출된 양극리드(410)와 음극리드(420)의 단부는 전지의 길이 방향(x)에 평행하게 절곡되어 있다(절곡된 형태의 음극리드의 단부는 도면에 직접적으로 도시하지 않음).
상기 양극탭-리드 결합부(A) 상에 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 보호회로 부재(500)가 위치하고 있으며, 구체적으로, 양극탭(310)의 단부와 양극리드(410)의 단부는 보호회로 부재(500)를 사이에 두고 서로 대면하도록 용접 또는 솔더링에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있다.
상기 보호회로 부재(500)는 인쇄회로기판(PCB)인 제 1 보호회로 소자를 포함하거나, 또는 인쇄회로기판(PCB)인 제 1 보호회로 소자와, PTC, 퓨즈 및 TCO로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 제 2 보호회로 소자를 동시에 포함할 수 있다.
상기 보호회로 부재(500)의 좌우 폭(z 축 기준)은 전극리드의 좌우 폭을 기준으로 80% 이상 내지 120% 이하일 수 있고, 상기 보호회로 부재의 상하 길이(y축 기준)는 절곡된 탭-리드 결합부의 상하 길이 기준으로 60% 이상 내지 120% 이하의 크기일 수 있다.
상기에서 절곡된 탭-리드 결합부의 상하 길이(y축 기준)는 탭과 리드가 서로 평행하게 대면하는 부분의 길이를 의미한다.
또한, 절곡된 탭-리드 결합부(A)는 전지케이스의 내면 상단에 밀착되어 있어 더욱 콤팩트한 구조를 제공할 수 있다.
도 5는 본원발명의 또 다른 실시예에 따른 보호회로 부재(501)가 위치하는 양극탭-리드 결합부의 외면에 전기적 절연층(600)이 부가된 구성(A')을 모식적으로 나타내고 있다.
도 5에 따르면, 양극탭(311)의 단부와 양극리드(411)의 단부는 보호회로 부재(501)를 사이에 두고 서로 대면하도록 용접 또는 솔더링에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있고, 상기 결합부의 외면에 전기적 절연층(600)이 부가되어 있어 절연성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 보호회로 부재가 위치한 양극탭-리드 결합부가 완전히 밀봉되지 않음으로써 발생할 수 있는 단락을 방지할 수 있으므로 안전성이 향상될 수 있다.
이러한 전기적 절연층은 앞에서 설명한 바와 같은 고분자 수지(610) 또는, 고분자 수지(610) 및 무기물(620)로 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성은 파우치형 이차전지뿐만 아니라 각형 전지에도 적용될 수 있음은 물론이다.

Claims (20)

  1. 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 구조의 전극조립체, 및 상기 전극조립체의 전극탭과 전기적으로 연결되며 전지케이스의 외부로 인출된 전극리드를 포함하고 있고;
    상기 전극탭과 전극리드가 전기적으로 연결되는 탭-리드 결합부는, 전지케이스의 두께 방향으로 절곡된 상태로, 전지케이스의 내면 상단과 전극조립체의 상단 사이의 공간에 형성되어 있으며;
    상기 절곡된 탭-리드 결합부 상에 보호회로부가 위치하고,
    상기 보호회로부는 전극탭 및 전극리드와 각각 용접 또는 솔더링에 의해 상호 연결되어 있으며, 양극탭-리드 결합부, 또는 음극탭-리드 결합부, 또는 양극탭-리드 결합부 및 음극탭-리드 결합부 상에 위치하고,
    상기 탭-리드 결합부에서 전극탭의 단부와 전극리드의 단부는 보호회로부를 사이에 두고 서로 대면하고,
    상기 보호회로부는 셀의 과충전, 과방전, 과전류를 제어하는 제 1 보호회로 소자를 포함하여 구성되며,
    상기 보호회로부가 위치한 탭-리드 결합부의 외면에 전기적 절연층이 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.

  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보호회로부의 좌우 폭은 전극리드의 좌우 폭을 기준으로 80% 이상 내지 120% 이하의 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 보호회로부의 상하 길이는 절곡된 탭-리드 결합부의 상하 길이 기준으로 60% 이상 내지 120% 이하의 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 절곡된 탭-리드 결합부는 전지케이스의 내면 상단에 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 절연층은 고분자 수지, 또는 고분자 수지와 무기물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르 폴리이미드 및 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 무기물은 SiO2, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO, Y2O3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT) (0<x<1, 0<y<1), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), BaTiO3, hafnia (HfO2), SrTiO3, 또는 이들의 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 젤리-롤형, 적층형, 또는 스택/폴딩형인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 1 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 7 항 및 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (i) 전극리드의 일측 단부에 보호회로부를 부착하는 과정;
    (ii) 전극조립체의 전극탭의 단부와 보호회로부가 부착된 전극리드의 단부를 전기적으로 연결한 후 전지케이스의 수납부에 장착하거나, 또는 전극조립체를 전지케이스 수납부에 장착 후 전극조립체의 전극탭의 단부를 보호회로 부재가 부착된 리드의 일측 단부와 전기적으로 연결하는 과정;
    (iii) 보호회로부가 위치한 탭-리드 결합부를 전지케이스의 두께 방향으로 절곡하여 전지케이스의 내면 상단과 전극조립체의 상단 사이의 공간에 위치시키는 과정; 및
    (iv) 전지케이스의 수납부에 전해액을 주입 후 수납부의 외주면을 밀봉하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 과정(ii)와 과정(iii) 사이에 보호회로부가 위치한 탭-리드 결합부의 외면에 전기적 절연층을 부가하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 과정(iii)은 보호회로부가 위치한 탭-리드 결합부를 전지케이스의 두께 방향으로 절곡하여 전지케이스의 내면 상단에 밀착시키는 과정인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  19. 제 1 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 7 항 및 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 19 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
KR1020150048258A 2015-04-06 2015-04-06 보호회로 부재가 내장되어 있는 전지셀 및 그 제조 방법 KR101770334B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150048258A KR101770334B1 (ko) 2015-04-06 2015-04-06 보호회로 부재가 내장되어 있는 전지셀 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150048258A KR101770334B1 (ko) 2015-04-06 2015-04-06 보호회로 부재가 내장되어 있는 전지셀 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160119509A KR20160119509A (ko) 2016-10-14
KR101770334B1 true KR101770334B1 (ko) 2017-08-22

Family

ID=57157351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150048258A KR101770334B1 (ko) 2015-04-06 2015-04-06 보호회로 부재가 내장되어 있는 전지셀 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101770334B1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10141550B2 (en) * 2016-10-20 2018-11-27 Ford Global Technologies, Llc Pouch battery cell assembly for traction battery
KR102124640B1 (ko) * 2016-12-21 2020-06-18 주식회사 엘지화학 장변 부위에 결합된 전극 리드를 포함하는 전극조립체
KR102440816B1 (ko) * 2017-10-26 2022-09-06 주식회사 엘지에너지솔루션 용융-절취부를 가지는 분리막 및 이를 적용한 전기화학 소자
KR20190084765A (ko) 2018-01-09 2019-07-17 주식회사 엘지화학 전극 탭-리드 결합부에 적용된 플라스틱 부재를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR20210155953A (ko) * 2020-06-17 2021-12-24 삼성전자주식회사 배터리 구조체 및 배터리 구조체를 포함하는 전자 장치
CN112968219A (zh) * 2021-02-05 2021-06-15 远景动力技术(江苏)有限公司 一种电芯、电池模组、电池包及电池的制作方法
CN114361613B (zh) * 2021-12-14 2024-01-30 华为技术有限公司 电池及终端设备

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160119509A (ko) 2016-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101770334B1 (ko) 보호회로 부재가 내장되어 있는 전지셀 및 그 제조 방법
KR100873308B1 (ko) 두 개 이상의 유닛 셀들을 포함하고 있는 고용량 전지셀
KR101264527B1 (ko) 파우치형 케이스 및 이를 포함하는 전지팩
KR100496305B1 (ko) 파우치형 리튬 이차 전지와 이의 제조 방법
US8318348B2 (en) Pouch-type secondary battery
EP2849262A1 (en) Battery cell having amorphous structure and battery module comprising same
CN110832664A (zh) 电池模块和包括电池模块的电池组
CN108701793B (zh) 电池组
KR101440890B1 (ko) 전지 팩
US8927126B2 (en) Protection circuit assembly and battery pack having the same
KR100914108B1 (ko) 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지
KR101517044B1 (ko) 다수의 전극조립체 수납부가 형성된 케이스를 포함하는 이차전지
KR100904375B1 (ko) 퓨즈 장착 전지 카트리지와 그것을 포함하는 전지 모듈
KR101487152B1 (ko) 단위모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈
KR20120136718A (ko) 신규한 구조의 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
KR101843868B1 (ko) 최외각에 절연성 액상물질을 내장한 안전부재가 구비되어 있는 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR101797694B1 (ko) 보호회로 모듈을 포함하는 전지팩
US10930979B2 (en) Energy storage device and method of manufacturing energy storage device
CN111133604B (zh) 电池组
KR20160054268A (ko) 이차전지셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈
KR102104966B1 (ko) 전극단자들 사이에 열융착 돌출부를 포함하고 있는 전지셀
KR101637896B1 (ko) 절연용 액상물질 수용부를 구비한 전극조립체
KR20200109128A (ko) 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
CN218919221U (zh) 集电板、凝胶卷、二次电池、电池组以及汽车
KR20140020375A (ko) 삽입형 온도 측정 장치를 포함하는 전지모듈

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