KR101867650B1 - Battery Cell Employed with Battery Case Having Depressed Groove - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 전극탭들이 결합되어 있는 전극리드를 포함하는 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 내장되어 있고; 상기 수납부의 외주에는 전지케이스가 열융착된 밀봉 잉여부가 형성되어 있으며; 상기 전지케이스 수납부의 폭 방향을 기준으로 상단 밀봉 잉여부의 중앙 부분에 제 1 전극리드(양극리드 또는 음극리드)가 위치하고; 상기 제 1 전극리드에 인접한 전지케이스 수납부의 상단 일측 부위에, 전지셀의 스웰링 시 전지케이스의 변형을 유도하는 만입형 단차가 전극조립체의 방향으로 형성되어 있어 우수한 안전성을 가지는 전지셀을 제공한다.The present invention provides an electrode assembly including an electrode lead to which a plurality of electrode tabs are coupled, the electrode assembly being embedded in a receiving portion of the battery case; A sealing surplus portion in which a battery case is thermally fused is formed on an outer periphery of the storage portion; A first electrode lead (positive electrode lead or negative electrode lead) is located at a center portion of the upper end seal surplus portion with respect to a width direction of the battery case housing portion; An indentation step for inducing a deformation of the battery case during swelling of the battery cell is formed in the direction of the electrode assembly on the upper side of the upper portion of the battery case accommodating portion adjacent to the first electrode lead to provide a battery cell having excellent safety do.
Description
본 발명은 만입형 단차가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하여 우수한 안전성을 나타내는 전지셀에 관한 것이다. The present invention relates to a battery cell including a battery case having an indented step formed thereon and exhibiting excellent safety.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has been rapidly increasing, and a lot of research has been conducted on batteries that can meet various demands.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다. Typically, in terms of the shape of a battery, there is a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery which can be applied to products such as mobile phones with a small thickness, and has advantages such as high energy density, discharge voltage, There is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries.
최근에는, 전극 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체가 리튬염을 포함하는 비수계 전해질에 함침된 상태로 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조 비용, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다Recently, an electrode assembly in which a porous separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode each coated with an active material on an electrode collector is impregnated with a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, Pouch-shaped cells are attracting much attention due to their low manufacturing cost, small weight, easy shape deformation, and their usage is gradually increasing
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 1 schematically shows a general structure of a typical conventional pouch-type secondary battery as an exploded perspective view.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30)가 전지케이스(20)의 수납부(21)에 장착되고 전해액을 주입한 후 밀봉하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the pouch type
구체적으로, 전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 장착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(21)를 포함하는 케이스 본체(22)와 그러한 본체(22)에 일체로 연결되어 있는 덮개(23)로 이루어져 있고, 수납부(21)에 전극조립체(30)를 수납한 상태로 접촉부위인 양측부와 상단부를 결합시킴으로써 전지를 완성한다. Specifically, the
상기 전극 조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로, 전극탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드들(60, 70)은 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 전지 케이스의 수납부(21)에 장착되어 전지케이스(20)의 밀봉 잉여부(24) 쪽으로 노출되어 있다. 또한, 전극리드들(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다. The
그러나, 이차전지의 충방전 과정에서 전극과 전해액이 반응하여 발생한 가스로 인하여 전지의 스웰링 현상이 유발될 경우, 전극에 손상이 발생할 수 있으며, 특히 전극이 이차전지의 폭 방향의 중앙부 상단에 위치하는 경우, 이러한 문제가 심화되어 하기 도 6와 같이 발화가 일어날 수 있는 바 전지의 안전성에 심각한 문제가 유발될 수 있다. However, if the swelling phenomenon of the battery is caused by the gas generated by the reaction between the electrode and the electrolyte in the charging and discharging process of the secondary battery, the electrode may be damaged. Particularly, If such a problem is intensified, as shown in FIG. 6, ignition may occur, which may cause a serious problem on the safety of the battery.
따라서, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.Therefore, there is a great need for a technique capable of solving the above problems.
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.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지케이스 수납부의 폭 방향을 기준으로 상단 밀봉 잉여부의 중앙 부분에 제 1 전극리드(양극리드 또는 음극리드)가 위치하고; 상기 제 1 전극리드에 인접한 전지케이스 수납부의 상단 일측 부위에, 만입형 단차가 형성되어 있을 경우, 전지셀의 스웰링이 발생할 경우 만입형 단차가 형성된 부분으로 전지케이스의 변형이 유도되어 전극의 변형 및 쇼트 발생을 방지되므로 전지셀의 안전성을 확보할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다. The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and have found that a first electrode lead (positive electrode lead or negative electrode lead) is formed at the center portion of the upper end sealing surplus portion with reference to the width direction of the battery case housing portion, Lt; / RTI > In the case where the indentation step is formed on one side of the upper end of the battery case accommodating portion adjacent to the first electrode lead, when the swelling of the battery cell occurs, deformation of the battery case is induced to the portion where the indented step is formed, It is possible to secure the safety of the battery cell due to the prevention of deformation and short-circuiting. Thus, the present invention has been accomplished.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수의 전극탭들이 결합되어 있는 전극리드를 포함하는 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 내장되어 있고;According to an aspect of the present invention, there is provided an electrode assembly including an electrode assembly having a plurality of electrode tabs coupled thereto, the electrode assembly being embedded in a battery compartment of the battery case;
상기 수납부의 외주에는 전지케이스가 열융착된 밀봉 잉여부가 형성되어 있으며;A sealing surplus portion in which a battery case is thermally fused is formed on an outer periphery of the storage portion;
상기 전지케이스 수납부의 폭 방향을 기준으로 상단 밀봉 잉여부의 중앙 부분에 제 1 전극리드(양극리드 또는 음극리드)가 위치하고; A first electrode lead (positive electrode lead or negative electrode lead) is located at a center portion of the upper end seal surplus portion with respect to a width direction of the battery case housing portion;
상기 제 1 전극리드에 인접한 전지케이스 수납부의 상단 일측 부위에, 전지셀의 스웰링 시 전지케이스의 변형을 유도하는 만입형 단차가 전극조립체의 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.Wherein an indented step for inducing deformation of the battery case during swelling of the battery cell is formed in the direction of the electrode assembly on one side of the upper end of the battery case accommodating portion adjacent to the first electrode lead do.
일반적으로, 과충전, 과방전, 과전류 등 전지의 비정상적인 작동 또는 장기간의 충방전에 따른 열화로 인해 스웰링이 발생시 전지가 팽창하게 되어 발화 및 폭발이 유발될 수 있다.Generally, when swelling occurs due to abnormal operation of the battery such as overcharging, overdischarge, overcurrent, or deterioration due to long-term charge / discharge, the battery may expand and cause ignition and explosion.
특히, 전지셀의 스웰링 발생시 팽창에 따른 응력이 전지케이스의 폭 방향을 기준으로 중앙부에 집중되므로, 전극 단자가 전지케이스 상단 중앙 부분에 위치하는 경우, 전지셀의 변형에 의한 전극 변형으로 쇼트가 발생할 수 있어 전지의 안전성에 심각한 영향을 미칠 수 있다.In particular, when swelling of the battery cell occurs, the stress due to the expansion is concentrated at the center portion with respect to the width direction of the battery case. Therefore, when the electrode terminal is located at the center portion of the upper end of the battery case, Which can seriously affect the safety of the battery.
이에, 본 발명에서는 전지케이스 수납부의 폭 방향을 기준으로 상단 밀봉 잉여부의 중앙 부분에 위치하는 전극리드에 인접하여, 전지케이스 수납부의 상단 일측 부위에 만입형 단차가 전극조립체의 방향으로 형성되어 있으므로 전지셀의 스웰링 발생시 상기 만입형 단차로 팽창에 따른 응력이 유도될 수 있어, 전극 단자의 손상이 방지되므로 전지셀의 안전성을 소망하는 수준으로 담보할 수 있다. Therefore, in the present invention, the recessed step is formed in the direction of the electrode assembly at one side of the upper portion of the battery case accommodating portion, adjacent to the electrode lead located at the center portion of the upper end sealing surplus portion with respect to the width direction of the battery case accommodating portion Therefore, when swelling of the battery cell occurs, the stress due to the expansion can be induced by the indentation step, and damage to the electrode terminal is prevented, so that the safety of the battery cell can be secured to a desired level.
본 발명에서, “전지케이스 수납부의 폭 방향을 기준으로 상단 밀봉 잉여부의 중앙 부분에 제 1 전극리드가 위치”란, 좁게는 전지케이스 수납부의 폭 방향 기준으로 전지 케이스의 측면과 평행한 중심선과, 제 1 전극리드의 폭 방향을 기준으로 전극리드의 측면과 평행한 중심선이 일치하는 경우를 의미하나, 넓게는 상기 전지케이스 수납부의 폭 방향 기준으로 한 중심선이 제 1 전극리드 내부에 위치하는 경우까지 포함할 수 있다. In the present invention, " the first electrode lead is located at the center portion of the upper sealing surplus portion with respect to the width direction of the battery case receiving portion " means a center line And a center line parallel to the side surface of the electrode lead coincides with a width direction of the first electrode lead. In general, a center line in the width direction reference of the battery case accommodating portion is located inside the first electrode lead And so on.
또한, “밀봉 잉여부”란, 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 내장되어 밀봉될 때 형성되는 외주면들 중, 일 면에 형성된 여분의 공간을 지닌 밀봉부를 의미한다. The term " sealing sealing " refers to a sealing portion having an extra space formed on one surface of the outer peripheral surfaces formed when the electrode assembly is embedded in the receiving portion of the battery case and sealed.
상기 전극조립체는, 분리막이 개재된 상태로 하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판이 적층되어 있는 스택형 전극조립체, 또는 양극판과 음극판을 포함하는 적층형 유닛셀들이 분리 시트에 위해 권취되어 있는 스택-폴딩형 전극조립체, 또는 양극판과 음극판을 포함하는 적층형 유닛셀들이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 있는 라미네이션-스택형 전극조립체; 또는 하나의 양극판과 하나의 음극판이 분리막이 개재된 상태로 권취되어 있는 권취형 전극조립체일 수 있다. The electrode assembly includes a stacked electrode assembly in which at least one positive electrode plate and at least one negative electrode plate are laminated with a separator interposed therebetween, or stacked unit cells including a positive electrode plate and a negative electrode plate are stacked- Stacked unit cell including a positive electrode plate and a negative electrode plate is laminated with a separator interposed therebetween; Or one rolled electrode assembly in which one positive electrode plate and one negative electrode plate are wound with a separator interposed therebetween.
전지셀에서, 상기 전지케이스는 상세하게는, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 전극조립체가 장착될 수 있는 수납부를 형성한 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스일 수 있다. 이러한 라미네이트 시트의 전지 케이스는 수납부 상에 전극조립체를 장착한 후, 예를 들어, 열융착에 의해 밀봉된다.In the battery cell, the battery case may be formed of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer, and may be a pouch case of an aluminum laminate sheet having a receiving portion to which the electrode assembly can be attached. The battery case of such a laminate sheet is sealed by, for example, thermal fusion after mounting the electrode assembly on the housing part.
본 발명에서 만입형 단차의 크기는 예를 들어 전지케이스 수납부의 폭을 기준으로 1% 내지 10%의 크기로, 상세하게는 3% 내지 8%의 크기로 상단 밀봉부의 하단과 전극조립체의 상단 사이의 공간에 형성되어 있을 수 있다.In the present invention, the size of the indented step is, for example, 1% to 10% based on the width of the battery case accommodating portion, specifically 3% to 8% As shown in Fig.
만입형 단차의 크기가 전지케이스 수납부의 폭을 기준으로 1%보다 작을 경우 전지셀의 팽창에 따른 응력을 유도하기 힘들고 10%보다 크면 전지셀의 팽창에 따른 응력이 오히려 분산되어 소망하는 효과를 얻을 수 없어 바람직하지 않다. If the size of the indented step is smaller than 1% based on the width of the battery case accommodating portion, it is difficult to induce the stress due to expansion of the battery cell. If it is larger than 10%, the stress due to the expansion of the battery cell is dispersed rather than the desired effect It is not desirable because it can not be obtained.
또한, 만입형 단차는 상단 밀봉부의 하단과 전극조립체의 상단 사이의 거리를 기준으로 20% 내지 90%의 깊이로 상세하게는 40% 내지 70%의 깊이로 형성되거나, 또는 0.1 mm 내지 3.0 mm의 깊이로, 상세하게는, 0.5 mm 내지 2.5 mm의 깊이로 형성될 수 있다. Further, the indented step is formed to a depth of 20% to 90%, in detail, to 40% to 70%, based on the distance between the lower end of the upper sealing portion and the upper end of the electrode assembly, Depth, in particular, to a depth of 0.5 mm to 2.5 mm.
만입형 단차의 깊이가 상단 밀봉부의 하단과 전극조립체의 상단 사이의 거리를 기준으로 20% 또는 0.1 mm보다 작을 경우 전지셀의 팽창에 따른 응력을 유도하기 힘들어 전극 탭이 변형될 우려가 있으며, 90% 또는 3.0 mm보다 클 경우 전지셀의 팽창에 따른 응력이 분산되어 소망하는 효과를 얻을 수 없고 또한 만입형 단차를 형성하기 위한 전지케이스 가공시 전지케이스의 파열이 초래될 수 있으므로 바람직하지 않다. When the depth of the indented step is less than 20% or 0.1 mm based on the distance between the lower end of the upper sealing portion and the upper end of the electrode assembly, it is difficult to induce stress due to the expansion of the battery cell, % Or 3.0 mm, the stress due to the expansion of the battery cell is dispersed and the desired effect can not be obtained, and the battery case may rupture when the battery case is formed to form the indented step, which is not preferable.
상기에서 설명한 바와 같이 스웰링 발생시 전지셀의 팽창에 따른 응력은 전지셀의 중앙부에 집중되므로 만입형 단차는 수납부의 상단 중앙부에 최대한 가깝게 위치하는 것이 바람직하다. 그러나, 상단 밀봉 잉여부의 중앙 부분에 제 1 전극 리드가 위치하는 바, 적절한 위치를 선택하는 것이 중요하다. As described above, the stress due to the expansion of the battery cell is concentrated at the central portion of the battery cell at the time of swelling, so that the recessed step is preferably located as close as possible to the upper center portion of the accommodating portion. However, since the first electrode lead is located at the center portion of the upper sealing surplus portion, it is important to select an appropriate position.
이에, 만입형 단차는, 전지케이스 수납부의 폭을 기준으로, 제 1 전극리드로부터 5% 내지 20%의 거리로 이격된 위치에 형성될 수 있고, 상세하게는 5% 내지 15%의 거리, 좀 더 상세하게는 10% 내지 15%로 이격된 위치에 형성될 수 있다.Thus, the indented step can be formed at a position spaced apart from the first electrode lead by a distance of 5% to 20% with respect to the width of the battery case accommodating portion, and more specifically, a distance of 5% to 15% More specifically, it may be formed at a position separated by 10% to 15%.
만입형 단차가 제 1 전극리드로부터 이격 거리가 전지케이스 수납부의 폭을 기준으로, 5%보다 작을 경우 만입형 단차에 집중된 응력으로 인해 제 1 전극리드가 변형될 우려가 있고, 20%보다 클 경우, 만입형 단차가 전지셀의 중앙부에 응력을 유도할 수 없어 바람직하지 않다. If the indented step is less than 5% of the distance from the first electrode lead to the width of the battery case accommodating portion, the first electrode lead may be deformed due to the stress concentrated on the indentation step, and more than 20% , The indentation step is not preferable because stress can not be induced in the central portion of the battery cell.
상기 만입형 단차의 형상은 제한이 없으나, 예를 들어, 평면상으로 쐐기 형상, 반 원 현상, 반 타원 현상, 다각형 형상일 수 있으나, 상세하게는 쐐기 형상일 수 있다.The shape of the indented step may be, for example, a wedge shape, a semi-circular shape, a semi-elliptical shape, or a polygonal shape in plan view, but may be a wedge shape in detail.
상기 제 1 전극리드(양극리드 또는 음극리드)를 기준으로 만입형 단차가 형성되어 있지 않은 전지케이스 수납부의 상단 타측 부위에 제 2 전극리드(음극리드 또는 양극리드)가 위치할 수 있다. A second electrode lead (a negative electrode lead or a positive electrode lead) may be positioned on the other side of the upper end of the battery case housing portion where the indented step is not formed with respect to the first electrode lead (positive lead or negative lead).
이 경우, 상기 제 1 전극리드는 양극리드이고, 제 2 전극리드는 음극리드일 수 있고, 또한, 제 1 전극리드는 음극리드이고, 제 2 전극리드는 양극리드일 수 있으나, 상세하게는 제 1 전극리드는 양극리드이고, 제 2 전극리드는 음극리드일 수 있다.In this case, the first electrode lead may be a cathode lead, the second electrode lead may be a cathode lead, the first electrode lead may be a cathode lead, and the second electrode lead may be a cathode lead, The one electrode lead may be a positive electrode lead, and the second electrode lead may be a negative electrode lead.
본 발명에서, 상기 만입형 단차는 전지케이스 수납부에 대한 전극조립체의 장착이나 전지케이스의 밀봉 후 후처리 공정으로 형성할 수도 있으나, 바람직하게는 전극조립체의 장착 전에 전지케이스의 제조 과정에서 전처리 공정으로 형성할 수 있다.In the present invention, the indented step may be formed by a post-treatment step after mounting of the electrode assembly to the battery case housing part or sealing of the battery case. Preferably, however, before the electrode assembly is mounted, .
전지케이스의 수납부를 형성하는 과정에서 함께 형성하는 경우, 예를 들어, 드로잉 가공(drawing work)에 의해 형성할 수 있다. In the case of forming them together in the process of forming the housing portion of the battery case, they can be formed by, for example, drawing work.
드로잉 가공은, 예를 들어, 딥 드로잉(deep drawing), 각형 드로잉(square shell drawing), 역재 드로잉(reverse redrawing), 이형 드로잉(asymmetric drawing), 팽창 드로잉(expanding forming drawing), 리스트라이킹 드로잉(restriking drawing), 네킹 드로잉(necking drawing), 익스팬딩 드로잉(expanding drawing), 플레어링 드로잉(flaring drawing) 및 벨마우스 드로잉(bell mouth drawing)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.Drawing processing may be performed by any suitable method, including, for example, deep drawing, square shell drawing, reverse redrawing, asymmetric drawing, expanding forming drawing, restriking a necking drawing, an expanding drawing, a flaring drawing, and a bell mouth drawing may be used.
하나의 실시예로, 만입형 단차는 본 발명에서 소망하는 단차의 형상에 대응하는 형상을 갖는 다이와 펀치를 이용하여 딥 드로잉 공정을 수행하여 수납부를 형성하는 과정에서 함께 형성되거나, 통상의 다이와 펀치를 이용하여 수납부를 형성한 후, 추가적으로 단차의 형상에 대응하는 다이와 펀치를 사용하여 딥-드로잉을 수행할 수도 있다.In one embodiment, the indentation step may be formed together in the process of forming the receiving part by performing a deep drawing process using a die and a punch having a shape corresponding to the shape of a desired step in the present invention, or a conventional die and a punch It is also possible to perform dip-drawing using a die and a punch corresponding to the shape of the stepped portion.
후처리 공정의 경우 수작업으로 행할 수도 있고 기계의 작동에 의해 자동으로 행할 수도 있다. 이러한 후처리 공정을 이용하는 경우 내부에 장착된 전극조립체의 변형 등이 유발되지 않을 정도의 압력을 가하여 단차를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 후처리 공정에 의해 단차를 형성하는 경우, 전극조립체의 장착시에는 전지케이스에 단차가 형성되어 있지 않으므로 용이하게 전극조립체를 장착할 수 있다는 장점이 있다. The post-treatment process may be performed manually or automatically by the operation of the machine. When such a post-treatment process is used, it is preferable to form a step by applying a pressure not to cause deformation or the like of the electrode assembly mounted therein. Thus, when the step is formed by the post-processing step, the electrode assembly can be easily mounted because no step is formed in the battery case when the electrode assembly is mounted.
본 발명에 따른 전지셀은 상세하게는 리튬 이차전지일 수 있으며, 상세하게는 리튬이온 전지뿐만 아니라 리튬 함유 전해액이 겔의 형태로 전극조립체에 함침되어 있는, 리튬이온 폴리머 전지에도 바람직하게 적용될 수 있다.The battery cell according to the present invention can be a lithium secondary battery in detail. The battery cell according to the present invention can be suitably applied not only to a lithium ion battery but also to a lithium ion polymer battery in which a lithium-containing electrolyte is impregnated with an electrode assembly in the form of a gel .
본 발명은 또한 상기 전지셀을 팩 케이스의 내부에 장착한 전지팩 및 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다. The present invention also provides a battery pack in which the battery cell is mounted inside a pack case, and a device including the battery pack.
상세하게는, 상기 디바이스는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart), 핸드폰, 노트북 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In particular, the device comprises a power tool powered by an electric motor; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart, a cell phone, a notebook, and the like.
전지팩의 일반적인 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다. Since the general structure and manufacturing method of the battery pack are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted in this specification.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 전지케이스 수납부의 폭 방향을 기준으로 상단 밀봉 잉여부의 중앙 부분에 제 1 전극리드(양극리드 또는 음극리드)가 위치하고; 상기 제 1 전극리드에 인접한 전지케이스 수납부의 상단 일측 부위에, 전극 조립체의 방향으로 만입형 단차가 형성되어 있어, 전지셀의 스웰링으로 인한 팽창시 만입형 단차가 형성된 부분으로 전지케이스의 변형이 유도되어 전극의 변형 및 쇼트 발생이 방지되므로 궁극적으로 전지셀의 안전성이 향상될 수 있다. As described above, according to the present invention, the first electrode lead (positive lead or negative lead) is positioned at the center of the upper end seal surplus portion with respect to the width direction of the battery case housing portion; Wherein a depressed step is formed in a direction of the electrode assembly on one side of an upper end of the battery case accommodating portion adjacent to the first electrode lead to form a deformation of the battery case as a portion where the indentation step is formed upon swelling due to swelling of the battery cell So that deformation and short-circuiting of the electrode are prevented, and thus safety of the battery cell can ultimately be improved.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 만입형 단차가 형성된 파우치형 이차전지의 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 3(a)는 도 2에 따른 이차전지를 조립한 상태의 정면 투시도이다;
도 3(b)는 도 3(a)의 만입형 단차가 형성되어 있는 이차전지의 부분 단면 확대도이다;
도 4는 도 2에 따른 이차전지를 조립한 상태의 사진이다;
도 5는 도 2에 따른 이차전지에 스웰링 현상이 발행한 상태의 사진이다; 및
도 6는 도 1에 따른 이차전지에 스웰링 현상이 발행한 상태의 사진이다. 1 is an exploded perspective view of a general structure of a conventional pouch type secondary battery;
FIG. 2 is an exploded perspective view of a structure of a pouch type secondary battery having an indented step according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 3 (a) is a front perspective view of the secondary battery according to FIG. 2 assembled; FIG.
FIG. 3 (b) is a partially enlarged sectional view of the secondary battery in which the indented step shown in FIG. 3 (a) is formed;
FIG. 4 is a photograph of the secondary battery according to FIG. 2 assembled; FIG.
5 is a photograph showing a state in which a swelling phenomenon is generated in the secondary battery according to FIG. 2; And
6 is a photograph of a state in which a swelling phenomenon is generated in the secondary battery according to FIG.
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 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3(a)에는 도 2의 이차전지를 조립한 상태에서의 정면 투시도가 도시되어 있으며, 도 3(b)는 도 3(a)의 이차전지의 만입형 단차 부분의 단면 확대도이다. 2 is an exploded perspective view of a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) is a front perspective view of the secondary battery in FIG. 2 And Fig. 3 (b) is an enlarged sectional view of the recessed stepped portion of the secondary battery shown in Fig. 3 (a).
이들 도면을 참조하면, 파우치형 이차전지(100)는, 양극 탭들(350)과 음극 탭들(340)이 각각 양극리드(370)와 음극리드(360)에 용접되어 있고, 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(380)이 부착되어 있는 전극조립체(300)가 전지케이스(200)의 수납부(210)에 장착되고 전해액을 주입한 후 밀봉하여 구성된다.Referring to these figures, in the pouch type
전지케이스(200)는 전극조립체(300)를 장착할 수 있는 수납부(210)가 형성되어 있는 하부부재(220)와, 그것의 하단에 일체로 형성되어 있는 덮개 형태의 상부부재(230)로 이루어져 있다. 또한, 이차전지(100)의 조립 과정에서 상부부재(230)와 하부부재(220)가 접하여 열융착에 의해 밀봉될 수 있도록 전지케이스(200)의 외주면을 따라 잉여부가 형성되어 있다. The
양극리드(370)는 전지케이스 수납부(210)의 폭 방향을 기준으로 상단 밀봉 잉여부(240)의 중앙 부분에 위치하고, 상기 양극리드(370)에 인접한 전지케이스 수납부(210)의 상단 일측 부위에 만입형 단차(250)가 형성되어 있다. 음극 리드(360)는 만입형 단차(250)가 형성되어 있지 않은 전지케이스 수납부(210)의 상단 타측 부위에 위치한다.The
특히, 도3(b)를 참조하면, 만입형 단차는 쐐기 모양으로 상단 밀봉부의 하단과 전극조립체(200)의 상단 사이의 공간에 형성되어 있으며, 전지케이스 수납부의 폭을 기준으로 1% 내지 10% 크기(w1)로, 0.1 mm 내지 3.0 mm의 깊이(h)를 가지며, 전지케이스 수납부의 폭을 기준으로 양극리드(370)로부터 5% 내지 150%의 거리(w2)에 이격되어 위치할 수 있다. 3B, the indentation step is formed in a space between the lower end of the upper sealing part and the upper end of the
도 4는 도 2에 따른 이차전지를 조립한 상태에서 만입형 단차(빨간색 원)가 형성된 부분의 사진이다.4 is a photograph of a portion where a recessed step (a red circle) is formed in a state where the secondary battery according to FIG. 2 is assembled.
따라서, 전지셀의 스웰링 현상이 발생하더라도 전지케이스 수납부(210)의 상단 일측 부위에 형성된 상기 만입형 단차(250)로 팽창에 따른 응력이 유도되므로, 전지케이스 수납부(210)의 폭 방향을 기준으로 상단 밀봉 잉여부(240)의 중앙 부분에 위치한 양극리드(370)의 손상을 방지하여 전지셀의 안전성이 향상될 수 있다.
Therefore, even if a swelling phenomenon of the battery cell occurs, the stress due to the expansion is induced by the
[실시예 1][Example 1]
양극 활물질로서 리튬 코발트 산화물 95 중량%, 도전제 2.5 중량% 및 바인더 2.5 중량%를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하고, 음극 활물질로서 인조흑연 95 중량%, 도전제 1.5 중량% 및 바인더 3.5 중량%를 용제인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 호일과 구리 호일 상에 각각 코팅, 건조 및 압착하여 양극 및 음극을 제조하였다. 분리막을 개재시킨 상태에서 상기 양극과 음극을 적층하여 양극 바이셀 및 음극 바이셀을 각각 조립한 후, 상기 바이셀들을 긴 분리필름으로 순차적으로 권취하여 스택-폴딩형 전극조립체를 제조하였다. A positive electrode mixture slurry was prepared by adding 95 wt% of lithium cobalt oxide, 2.5 wt% of a conductive agent and 2.5 wt% of a binder as a positive electrode active material to NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent, , 1.5% by weight of a conductive agent and 3.5% by weight of a binder were added to NMP as a solvent to prepare a negative electrode mixture slurry. The negative electrode mixture slurry was coated on aluminum foil and copper foil, respectively. The anode and cathode were stacked with a separator interposed therebetween to assemble the anode and cathode bipoles, respectively, and the batteries were sequentially wound with a long separator to form a stack-folding electrode assembly.
그런 다음, 도 2에서와 같이, 전지케이스의 수납부에 만입형 단차가 형성되어 있는 파우치형 전지케이스에 전극조립체를 내장한 후 전해액을 주입하여 밀봉을 하여 전지셀을 제조하였다.
Then, as shown in FIG. 2, an electrode assembly was embedded in a pouch-shaped battery case having a recessed step formed in a housing part of the battery case, and then an electrolyte solution was injected and sealed to manufacture a battery cell.
[비교예 1][Comparative Example 1]
도 1에서와 같이, 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 만입형 단차가 형성되어 있지 않은 파우치형 전지케이스에 내장하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 전지셀을 제조하였다.
1, a battery cell was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the electrode assembly was housed in a pouch-shaped battery case in which a recessed step was not formed in the housing portion of the battery case .
[실험예 1][Experimental Example 1]
상기 실시예 1과 비교예 1에서 각각 제조된 전지셀들을 1C/1C에서 초기 충방전을 수행한 후 50 도 이상의 고온 상태에 방치하여 전지의 스웰링 현상을 유도한 후, 각각의 전지셀들의 형상을 사진으로 하기 도 5 및 도 6에 나타내었다.
The battery cells prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were subjected to initial charging and discharging at 1C / 1C and left at a high temperature of 50 ° C or more to induce swelling of the battery, Are shown in Fig. 5 and Fig. 6 as photographs.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 전지는 만입형 단차가 형성되어 있어 스웰링 현상으로 인한 팽창 응력이 만입형 단차(점선 부분)로 집중되므로, 전지케이스 상단 밀봉 잉여부의 중앙 부분에 위치한 양극리드의 손상이 발생하지 않아 전지의 안전성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, the battery according to the first embodiment of the present invention is formed with an indented step, so that the expansion stress due to the swelling phenomenon is concentrated at the indented step (dotted line portion) So that the safety of the battery can be ensured.
반면에, 도 6을 참조하면, 본 발명의 비교예 1에 따른 전지는 만입형 단차가 형성되어 있지 않아, 스웰링 현상으로 인한 팽창 응력이 양극 리드가 위치한 전지케이스 상단 중앙 부분에 집중되므로, 양극 리드가 변형됨에 따라 발화가 발생하여 전지의 안전성에 심각한 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. On the other hand, referring to FIG. 6, the battery according to Comparative Example 1 of the present invention has no indentation step, and the expansion stress due to the swelling phenomenon is concentrated at the central portion of the upper end of the battery case, It can be confirmed that ignition occurs as the lead is deformed, which seriously affects the safety of the battery.
Claims (19)
상기 수납부의 외주에는 전지케이스가 열융착된 밀봉 잉여부가 형성되어 있으며;
상기 전지케이스 수납부의 폭 방향을 기준으로 상단 밀봉 잉여부의 중앙 부분에 제 1 전극리드(양극리드 또는 음극리드)가 위치하고;
상기 제 1 전극리드에 인접한 전지케이스 수납부의 상단 일측 부위에, 전지셀의 스웰링 시 전지케이스의 변형을 유도하는 만입형 단차가 전극조립체의 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 있어서,
상기 전지케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스이고,
상기 만입형 단차는 평면상으로 쐐기 형상이며,
상기 제 1 전극리드(양극리드 또는 음극리드)를 기준으로 만입형 단차가 형성되어 있지 않은 전지케이스 수납부의 상단 타측 부위에 제 2 전극리드(음극리드 또는 양극리드)가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀. An electrode assembly including an electrode lead to which a plurality of electrode tabs are coupled is embedded in a storage portion of a battery case;
A sealing surplus portion in which a battery case is thermally fused is formed on an outer periphery of the storage portion;
A first electrode lead (positive electrode lead or negative electrode lead) is positioned at a central portion of the upper end seal surplus portion with respect to a width direction of the battery case housing portion;
Wherein an indentation step for inducing deformation of the battery case during swelling of the battery cell is formed in the direction of the electrode assembly on one side of the upper portion of the battery case accommodating portion adjacent to the first electrode lead ,
The battery case is a pouch-shaped case of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer,
Wherein the indented step is wedge-shaped in a plane,
And a second electrode lead (a negative electrode lead or a positive electrode lead) is disposed on the other side of the upper end of the battery case housing portion where the indented step is not formed with respect to the first electrode lead (positive lead or negative lead) Battery cell.
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