KR102051930B1 - 실링 외주변의 기계적 강성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

실링 외주변의 기계적 강성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩 Download PDF

Info

Publication number
KR102051930B1
KR102051930B1 KR1020160006169A KR20160006169A KR102051930B1 KR 102051930 B1 KR102051930 B1 KR 102051930B1 KR 1020160006169 A KR1020160006169 A KR 1020160006169A KR 20160006169 A KR20160006169 A KR 20160006169A KR 102051930 B1 KR102051930 B1 KR 102051930B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
outer periphery
battery cell
reinforcing member
battery
electrode
Prior art date
Application number
KR1020160006169A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170086766A (ko
Inventor
김효진
김동명
윤형구
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 KR1020160006169A priority Critical patent/KR102051930B1/ko
Publication of KR20170086766A publication Critical patent/KR20170086766A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102051930B1 publication Critical patent/KR102051930B1/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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • 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
    • H01M2/0287—
    • H01M2/1022—
    • H01M2/26—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • 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
    • Y02E60/122—
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

본 발명은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 내장된 상태로 전지케이스의 외주변들이 열융착 실링(sealing)되어 있으며, 상기 실링 외주변들 중에서 적어도 하나의 실링 외주변의 내측에는 전극조립체에 연결되어 있는 한 쌍의 전극리드들이 위치되어 있고, 상기 전극리드들은 실링 외주변을 통해 전지케이스의 외측으로 돌출되어 있으며, 상기 전극리드들이 위치한 실링 외주변의 외면에는 열융착된 외주변 및 돌출된 전극리드들을 고정하기 위한 보강 부재가 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩을 제공한다.

Description

실링 외주변의 기계적 강성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩 {Battery Cell with Improved Mechanical Rigidity of Outer Sealing Peripheral Part and Battery Pack Comprising the Same}
본 발명은 실링 외주변의 기계적 강성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 특히, 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지에 대해 많은 연구 및 상용화가 이루어 지고 있다.
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 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 이차전지는, 그것의 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 구분할 수 있다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.
도 1에는 적층형 전극조립체를 포함하고 있는 대표적인 리튬이온 전지셀의 일반적인 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 리튬이온 전지셀(10)은, 파우치형의 전지케이스(20) 내부에 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 내장되어 있고, 그것의 양극 및 음극 탭들(31, 32)이 두 개의 전극리드(40, 41)에 용접되어 전지케이스(20)의 외부로 노출되도록 실링(밀봉)되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트와 같은 연(軟)포장재로 되어 있으며, 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일측이 연결되어 있는 커버(22)로 이루어져 있다.
적층형 전극조립체(30)는 다수의 양극 탭들(31)과 다수의 음극 탭들(32)이 전극리드(40, 41)에 각각 용접되어 있다.
이러한 전지셀(10)은 수납부(23)에 전극조립체(30)를 안착한 후 커버(22)를 덮고 케이스 본체(21)와의 접촉 부위인 외주변을 열융착시켜 제조 되며, 양극 탭들(31) 및 음극 탭들(32)이 위치하는 밀봉 부위에 실링 외주변(또는 '전지셀의 테라스 부')가 형성된다.
한편, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속된 전지팩 구조로 이루어져 있다.
여기서, 전지팩이라 함은 전지셀의 작동을 제어하는 회로와 모듈이 전지셀에 장착된 후, 전지팩이 이용되는 외부 시스템에 알맞게 패키징된 것을 지칭한다.
이러한 전지팩의 일반적인 구조가 도 2에 개시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지팩(50)은 전지셀(10)의 상부에 보호회로모듈(51)이 장착된 구조로 이루어지며, 구체적으로, 보호회로모듈(51)은 전극리드(40, 41)에 전기적으로 연결된 상태로 전극리드(40, 41)를 절곡하여 전지케이스의 실링 외주변(11) 상에 안착하는 구조로 구성되어 있다.
그러나, 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스는 연(軟) 포장재로 이루어져 있는 바, 전지케이스의 실링 외주변(11)은 기계적 강성이 매우 취약하고, 그것의 형태 또한 일정하게 유지되지 않아 보호회로모듈(51)이 실링 외주변(11) 상에 정 위치 고정되기 힘든 단점이 있다. 즉, 이러한 단점은, 전지팩(50)이 소망하지 않는 형태로 제조되는 원인이 되므로, 전지팩(50)의 전반적인 제조 공정성과 경제성에 큰 악영향을 미치는 요인으로 작용한다.
더욱이, 상기 이유로 인하여 보호회로모듈(51)과 전지셀(10)이 긴밀이 밀착 고정되지 않는 바, 현재에는 회로들(52)과 보호회로모듈(51) 을 불필요하게 크게 설계하여 실링 외주변(11)의 낮은 기계적 강성에 관계 없이 강제로 전지셀(10) 상단에 보호회로모듈(51)을 장착 및 고정시키는 구조로 전지팩을 제조하고 있다.
그러나, 상기 구조에서는 전지팩(50)의 전반적인 크기가 증가되면서 최근 주목 받고 있는 소형 및 박형의 디바이스에 적용되기 힘든 문제점이 있고, 보호회로모듈(51)이 불필요한 공간을 차지하는 만큼 전지셀(10)의 체적이 감소되어야 하므로, 소망하는 용량의 전지팩 제조를 어렵게 한다.
뿐만 아니라, 불안정한 실링 외주변(11) 상에 장착된 보호회로모듈은 전지팩의 실제 사용 과정에서 유발되는 외력에 의해 전지셀(10) 상단을 압박하면서 전지케이스 내측의 전극조립체를 변형시킬 수 있고, 이와 같은 전극조립체 변형 과정에서 전극의 단락, 전해액 유출 등의 심각한 안전성 문제를 초래할 수 있다.
이상과 같이, 일반적인 파우치형 전지셀의 구조적 문제점을 근본적으로 해결하고, 이 전지셀로 구성되는 전지팩의 제조 공정성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 기술의 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 보호회로모듈의 장착을 위한 실링 외주변 상에 기계적 강성을 보강할 수 있는 보강 부재를 설치하여, 전지팩의 제조 공정성과 안전성을 동시에 개선할 수 있는 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 내장된 상태로 전지케이스의 외주변들이 열융착 실링(sealing)되어 있으며,
상기 실링 외주변들 중에서 적어도 하나의 실링 외주변의 내측에는 전극조립체에 연결되어 있는 한 쌍의 전극리드들이 위치되어 있고, 상기 전극리드들은 실링 외주변을 통해 전지케이스의 외측으로 돌출되어 있으며,
상기 전극리드들이 위치한 실링 외주변의 외면에는 열융착된 외주변 및 돌출된 전극리드들을 고정하기 위한 보강 부재가 부가되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은, 연성으로 기계적 강성이 취약한 실링 외주변에 보강 부재를 부가하여 실링 외주변과 더불어 전지셀 상부 부위의 형태가 일정하기 유지될 수 있는 구조로 이루어져 있고, 결과적으로 전지팩의 제조 시, 보호회로모듈이나 기타 회로들이 전지셀 상부에 안정적으로 장착될 수 있는 장점을 가진다.
또한, 이와 같이 본 발명의 전지셀은 보강 부재에 의해 실링 외주변의 형태가 일정하게 유지되기 때문에, 전지팩을 구성하기 위한 보호회로모듈(Protection Circuit Module)들이 불필요하게 큰 크기로 설계될 필요가 없고, 이 이유로, 보호회로모듈의 크기를 크게 고려하지 않고 가능한 큰 크기로 전지셀을 설계하여 고용량 및 고출력을 가질 수 있다.
본 발명에서 보강 부재는 전지케이스의 낮은 기계적 강성을 보완할 수 있도록, 강성을 가지며, 전극리드에 대한 전기절연성을 담보할 수 있는 소재라면 크게 한정되는 것은 아니나, 소망하는 형상으로 성형이 가능하면서도, 성형된 형상을 공고히 유지할 수 있는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지일 수 있으며, 상세하게는, 성형이 상대적으로 용이한 열 가소성 수지일 수 있다.
상기 열 가소성 수지는 예를 들어, 비닐계 폴리머, 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌, 스티렌계 폴리머, 폴리 아마이드, 폴리 에틸렌 테레프탈레이트일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이하에서는, 본 발명에 따른 전지셀의 구체적인 구조를 하기 비제한적인 실시예들을 통해 구체적으로 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 전극조립체 수납부가 형성되어 있는 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 일측 단부로부터 연장되어 있는 커버로 구성되어 있으며,
상기 케이스 본체는 수납부의 각 단부들로부터 외향으로 연장되어 있는 융착면들을 포함하고, 상기 융착면들과 커버가 대면하여 열융착 예정부들을 형성하며, 상기 열융착 예정부들이 열융착 되면서 전지셀의 실링 외주변을 형성할 수 있다.
또한, 상기 실링 외주변들은,
전극리드들이 위치되어 있고, 전지셀의 일면에 위치한 제 1 외주변;
상기 제 1 외주변의 양측에서 연장되어 있고, 전지셀의 측면에 위치한 한 쌍의 제 2 외주변들; 및
상기 제 2 외주변들 사이에서 연장되어 있고, 제 1 외주변과 대향하는 전지셀의 타면에 위치한 제 3 외주변;
을 포함하며, 상기 제 1 외주변에는 보강 부재가 부가될 수 있다.
실링 외주변은 또한, 제 2 외주변들 중 하나에서 케이스 본체와 커버가 서로 연결되어 있고, 상기 연결된 부위가 절곡 되면서 커버와 케이스 본체의 융착면이 서로 대면할 수 있다.
상기 보강 부재는 전극리드의 상면과 하면 등, 전극리드의 외면을 감싸는 형태로 제 1 외주변에 부가될 수 있으며, 상기 전극리드가 절곡 되는 경우, 보강 부재가 함께 절곡 되면서 그것의 형상이 절곡된 형태로 변형될 수 있다.
예를 들면, 전극리드에 보호회로모듈 등이 결합된 상태에서 전극리드가 전지셀 상부 방향으로 절곡 되는 경우, 보강 부재도 함께 절곡 변형되는 것이다. 즉, 보강 부재는 전극리드의 변형 시, 전극리드의 변형에 대한 부하로 작용함으로써, 전극리드가 소망하지 않는 형태로 변형되거나 절곡 되는 것을 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 기계적 강성이 취약한 전지셀 상부, 상세하게는 제 1 외주변과 전극리드에 보강 부재가 부가됨으로써, 앞서 설명한 구조적 안정성 문제가 해소된 전지셀을 제공한다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 보강 부재는 제 1 외주변의 단부로부터 전극리드들의 돌출 방향으로 연장된 구조로 제 1 외주변의 단부에 부착되어 있고, 상기 보강 부재의 두께는 제 1 외주변의 두께 대비 110% 내지 200%의 두께를 가질 수 있다.
상기 보강 부재의 두께가 제 1 외주변의 두께 대비 110% 미만인 경우에는, 보강 부재가 제 1 외주변의 형태는 일부 유지시킬 수 있으나, 제 1 외주변의 기계적 강성은 크게 보완되지 않으므로 본 발명이 의도한 효과는 기대할 수 없다.
이와는 달리 보강 부재의 두께가 제 1 외주변의 두께 대비 200%를 초과하는 경우, 기계적 강성은 크게 보완되지만, 전지셀의 두께 및 체적이 증가하므로 소형 및/또는 박형의 구조로 전지셀을 구성하기 어려우며 전지셀 상부 부위에 과도한 하중이 형성되면서, 내측의 전극조립체가 압박될 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 보강 부재는 제 1 외주변의 단부와 인접한 외면 일부를 감싸는 구조로 부착될 수 있으며, 상기 외면 일부는, 제 1 외주변에 대응하는 케이스 본체의 융착면과 커버에서, 상기 융착면과 커버가 대면하는 면을 제외한 외측 면의 일부일 수 있다.
이러한 구조에서는 상기 융착면과 커버가 대면하면서 제 1 외주변에 대한 열융착 예정부를 형성하면, 융착면과 커버에 부착되어 있는 각각의 보강 부재들이 상하 중첩된 상태로 서로에 대해 결합될 수 있다. 또한, 상기 보강 부재들은 융착면과 커버가 대면한 후, 열융착 될 때, 함께 열처리되면서 제 1 외주변과 함께 실링(sealing; 밀봉) 처리될 수 있다.
여기서 결합은 중첩된 보강 부재들에 열과 압력을 인가시켜 달성될 수 있으며, 상기 열과 압력은 수지로 이루어진 보강 부재들을 용융 및 접합 시킬 수 있는 정도라면 크게 한정되는 것은 아니다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 보강 부재는 전지케이스의 일측 단부에 일체로 형성될 수 있다.
일반적으로, 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스는 외면을 기준으로, 연신 나일론과 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 중의 적어도 하나의 수지층, 알루미늄으로 이루어진 금속층 및 열융착 시, 용융 접합되는 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지층으로 구성되어 있다.
여기서, 상기 보강 부재가 전지케이스의 일측 단부에 일체로 형성된 구조는 라미네이트 시트의 수지층으로부터 연장된 구조를 의미하며, 상세하게는 상기 보강 부재는 제 1 외주변에서 금속 층을 제외한 적어도 하나의 수지층이 전극리드 돌출 방향으로 연장된 구조이다. 이때, 상기 보강 부재의 두께는 소망하는 기계적 강성과 전지셀의 전반적인 체적을 고려하여, 제 1 외주변의 두께 대비 110% 내지 200%의 두께를 가질 수 있다.
따라서, 상기 전지케이스의 일측 단부는, 제 1 외주변에서 금속 층의 단부를 의미하고, 상기 구조의 보강 부재는 상기 단부를 기준으로 수지층으로부터 제 1 외주변 이상으로 더 연장되어 있는 구조이다.
이상에서 설명한 각 실시예들의 보강 부재는 제 1 외주변의 폭 대비 50% 내지 100%의 폭을 가질 수 있다.
여기서 제 1 외주변의 폭이란, 전극리드의 돌출 방향에 대해 수직 방향으로의 제 1 외주변 길이를 의미한다.
상기 보강 부재의 폭이 상기 범위 미만에서는, 보강 부재가 제 1 외주변에 부가된 범위가 매우 제한적이라 제 1 외주변의 형태가 일정하게 유지되지 않는 문제점이 있고, 상기 범위를 초과하는 경우, 제 1 외주변의 폭, 즉 전지셀의 폭 이상으로 보강 부재가 돌출되면서 불필요한 공간과 구조를 형성하므로 바람직하지 않다.
또한, 보강 부재는 전극리드들의 돌출 방향을 기준으로 제 1 외주변의 길이 대비 100% 내지 300%의 길이로 이루어질 수 있다.
제 1 외주변의 길이는 상기 제 1 외주변의 폭에 대해 수직 방향으로의 제 1 외주변의 길이이다.
상기 보강 부재의 길이가 상기 길이 범위 미만에서는, 보강 부재가 전극리드를 감싸는 부위가 매우 제한적이므로 전극리드 변형 시, 보강 부재가 함께 변형되기 용이하지 않다. 이러한 문제점에 대해서는 보호회로모듈과 전극리드의 결합 구조를 참조하여 함께 설명한다.
일반적으로, 보호회로모듈은 전극리드에 전기적으로 연결된 상태로 전극리드가 절곡 되면서 전지케이스의 상부 부위, 즉 제 1 외주변 상에 안착하는 구조이고, 필요에 따라 보호회로모듈이 장착된 상태에서 상기 제 1 외주변을 전극조립체 수납부 방향으로 절곡 시킨다.
이와 관련하여, 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀(100)은, 보강 부재(130)가 전극리드(102)와 함께 절곡 되도록 구성되어 있는 바, 보호회로모듈(310)이 전극리드(102)에 연결된 상태에서 전극리드(102)가 절곡 되면 보강 부재(130)가 변형되면서 보호회로모듈(130)의 외면 일부를 감쌀 수 있고, 보호회로모듈(130)에 대한 충격을 완화하는 역할을 더 수행할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 보강 부재가 상대적으로 짧은 길이로 이루어지는 경우에는 보강 부재가 충분히 보호회로모듈을 감쌀 수 없으므로, 본 발명이 의도한 효과, 즉, 보강 부재가 보호회로모듈의 외면 일부를 감싸면서 보호회로모듈에 대한 충격을 완화하는 효과를 기대할 수 없다.
반면에, 상기 보강 부재의 길이가 상기 길이 범위를 초과하여 과도하게 전극리드 방향으로 연장된 구조일 경우에는, 보호회로모듈과 전극리드의 절곡이 용이하지 않은 문제점이 있고, 보강 부재가 보호회로모듈의 외면에 중첩되면서 감싸질 수 있는 바, 전지셀 상부에 상대적으로 과도한 하중이 형성될 수 있고, 그에 따라, 전지셀 상부로부터 내측의 전극조립체로 압력이 인가될 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명에서 상기 전극조립체는 파우치형 전지케이스에 수납될 수 있고, 전반적으로 판상형 구조를 형성할 수 있는 구조라면 특별히 한정되는 것은 아니나, 상세하게는 전극 용량이 우수하며 대량 제조가 가능한 전극들의 권취형 구조 및/또는 전극들의 적층형 구조의 전극조립체일 수 있다.
구체적으로, 상기 전극조립체는 양극과 음극 사이에 분리막을 개제한 상태로 권취한 구조의 젤리-롤 형(jelly-roll type) 전극조립체일 수 있다.
이와는 달리, 상기 전극조립체는 복수의 양극과 음극들이 분리막을 사이에 두고 적층된 적층형(stacked-type) 구조, 또는 복수의 양극과 음극들이 분리막을 사이에 두고 적층된 단위셀들이 분리필름에 배열된 상태로 분리필름과 함께 권취된 적층과 권취가 혼합된 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀 및 상기 전지셀의 전극리드에 연결되는 보호회로모듈(PCM)을 포함하는 전지팩으로서,
상기 보호회로모듈은 전극리드에 연결된 상태에서 전지셀의 보강 부재 상에 장착되는 구조로 이루어져 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지팩은 보강 부재에 의해 보호회로모듈이 안착되는 전지셀 상부 부위의 기계적 강성이 우수하고, 실링 외주변의 형태가 일정하게 유지되는 구조로 이루어져 있어, 보호회로모듈이 실링 외주변 상에 정 위치 고정되기 용이하며, 전지팩이 소망하는 형태로 제조될 수 있으므로, 전지팩의 전반적인 제조 공정성이 높은 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 상기 이유로 인하여 보호회로모듈이 소망하는 형태, 즉, 최초 설계한대로의 치수로 전지셀에 장착될 수 있고, 따라서, 전지팩은 예측 가능한 형태로 제조될 수 있으므로, 보호회로모듈과 이에 포함된 회로들뿐만 아니라, 전지팩의 전체 구조를 정밀한 치수로 설계할 수 있고, 이와 연계하여 보호회로모듈 등을 더욱 소형화하고, 전지셀은 대형화할 수 있다.
경우에 따라서는 전지팩은 전지셀의 외면과 보호회로모듈을 감싸는 라벨을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하며, 상기 디바이스는 예를 들어 모바일 전자기기 또는 웨어러블 전자기기와 같은 소형 전자기기일 수 있으나, 이들만으로 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
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 도전재 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 공중합체 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 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 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 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 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 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
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 중합체 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, 비수 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) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 연성으로 기계적 강성이 취약한 실링 외주변에 보강 부재를 부가하여 실링 외주변과 더불어 전지셀 상부 부위의 형태가 일정하기 유지될 수 있는 구조로 이루어져 있고, 결과적으로 전지팩의 제조 시, 보호회로모듈이나 기타 회로들이 전지셀 상부에 안정적으로 장착될 수 있는 장점을 가진다.
또한, 이와 같이 본 발명의 전지셀은 보강 부재에 의해 실링 외주변의 형태가 일정하게 유지되기 때문에, 전지팩을 구성하기 위한 보호회로모듈(Protection Circuit Module)이 불필요하게 큰 크기로 설계될 필요가 없고, 이 이유로, 보호회로모듈의 크기를 크게 고려하지 않고 가능한 큰 크기로 전지셀을 설계하여 고용량 및 고출력을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩은 보강 부재에 의해 보호회로모듈이 안착되는 전지셀 상부 부위의 기계적 강성이 우수하고, 실링 외주변의 형태가 일정하게 유지되는 구조로 이루어져 있어, 보호회로모듈이 실링 외주변 상에 정 위치 고정되기 용이하며, 전지팩이 소망하는 형태로 제조될 수 있으므로, 전지팩의 전반적인 제조 공정성이 높은 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 상기 이유로 인하여 보호회로모듈이 소망하는 형태, 즉, 최초 설계한대로의 치수로 전지셀에 장착될 수 있고, 따라서, 전지팩은 예측 가능한 형태로 제조될 수 있으므로, 보호회로모듈과 이에 포함된 회로들뿐만 아니라, 전지팩의 전체 구조를 정밀한 치수로 설계할 수 있고, 이와 연계하여 보호회로모듈 등을 더욱 소형화하고, 전지셀은 대형화할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 2은 종래 기술에 따른 전지팩의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 4는 도 3의 전지셀에서 전지케이스가 실링되기 전 상태를 나타낸 모식도이다;
도 5는 도 3의 전지셀의 평면 모식도가 이다;
도 6는 보강 부재의 상부 평면도이다;
도 7은 제 1 외주변과 보강 부재의 결합 구조에 대한 수직 단면도이다;
도 8은 또 다른 실시예에 따른 제 1 외주변과 보강 부재의 결합 구조에 대한 수직 단면도이다;
도9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모식도이다;
도 10은 도 9의 전지팩에서 보호회로모듈이 전지셀 상부에 안착된 구조를 나타낸 모식도이다;
도 11은 보호회로모듈의 안착 구조를 나타낸 수직 단면도이다.
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 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀이 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전지셀에서 전지케이스의 실링 전 상태를 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3의 전지셀의 평면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 함께 참조하면, 전지셀(100)은 전지케이스(120), 전극조립체(110), 전해액 및 전지셀(100) 상부에 부가되어 있는 보강 부재(130)를 포함한다.
전지케이스(120)는 전극조립체(110) 수납부(128)가 형성되어 있는 케이스 본체(122)와, 케이스 본체(122)의 일측 단부로부터 연장되어 있는 커버(124)로 구성되어 있다.
여기서, 케이스 본체(122)는 수납부(128)의 각 단부들로부터 외향으로 연장되어 있는 융착면(126)들을 포함하고, 도 5에서와 같이 커버(124)가 절곡되어 융착면(126)들과 커버(124)가 대면하면 전지케이스(120)의 각 외주변들은 열융착 되기 위한 열융착 예정부들을 형성하게 되며, 이 상태에서 외주변들이 열융착 되면 전지셀(100)의 실링 외주변들(141, 142a, 142b, 143)을 형성한다.
본 발명에서 실링 외주변들(141, 142a, 142b, 143)은 전극리드들(102, 104)이 위치되어 있고, 전지셀(100)의 일면에 위치한 제 1 외주변(141), 제 1 외주변(141)의 양측에서 연장되어 있고, 전지셀(100)의 측면에 위치한 한 쌍의 제 2 외주변들(142a, 142b)과 제 2 외주변들(142a, 142b) 사이에서 연장되어 있고, 제 1 외주변(141)과 대향하는 전지셀(100)의 타면에 위치한 제 3 외주변(143)을 포함한다.
제 2 외주변들(142a, 142b) 중 하나에 대응하는 케이스 본체(122)와 커버(124) 부위는 서로 연결되어 있는 일체형 구조로 이루어져 있다. 이와 같이 케이스 본체(122)와 커버(124) 부위가 연결된 부위는 절곡 되면서 커버(124)와 케이스 본체(122)의 융착면(126)이 서로 대면할 수 있고, 이 상태에서 열융착되어 실링 외주변들(141, 142a, 142b, 143)을 형성한다.
한편, 전극리드들(102, 104)이 위치한 제 1 외주변(141)의 외면에는 제 1 외주변(141)과 돌출된 전극리드들(102, 104)을 고정하기 위한 보강 부재(130)가 부가되어 있다.
특히, 보강 부재(130)는 전극리드(102, 104)의 상면과 하면 등, 전극리드(102, 104)의 외면을 감싸는 형태로 제 1 외주변(141)에 부가되어 있다. 따라서, 만약 전극리드(102, 104)가 절곡 되면, 보강 부재(130)는 전극리드(102, 104)와 함께 절곡 되도록 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀(100)은 기계적 강성이 취약하여 형태를 유지하기 힘든 제 1 외주변(141)에 보강 부재(130)를 부가되어 있어, 전지셀(100) 상부 부위가 일정한 형태를 가지도록 구성되어 있다.
따라서, 보호회로모듈이나 기타 회로들이 장착될 때, 전지셀(100) 상부의 형태가 유지됨으로써, 이들이 안정적으로 장착될 수 있다.
이하에서는 보강 부재(130)와 제 1 융착면(126)의 결합 구조에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
도 6에는 보강 부재의 상부 평면 구조가 모식적으로 도시되어 있고, 도 7에는 제 1 외주변과 보강 부재의 결합 구조에 대한 수직 단면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 3 내지 도 5와 함께 참조하면, 제 1 외주변(141)은 커버(124)와 융착면(126)이 상호 융착된 구조로 이루어져 있다.
커버(124)는 외면을 기준으로 연신 나일론의 수지층(151a), 알루미늄으로 이루어진 금속층(153a) 및 열융착 시, 용융 접합되는 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지층(155a)으로 구성되어 있고, 이들 층 사이에 접착제(152a, 154a)가 부가된 구조로 이루어져 있다.
이와 마찬가지로, 케이스 본체(122)의 융착면(126)은 외면을 기준으로 연신 나일론의 수지층(151b), 알루미늄으로 이루어진 금속층(153b) 및 열융착 시, 용융 접합되는 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지층(155b)으로 구성되어 있고, 이들 층 사이에 접착제(152b, 154b)가 부가된 구조로 이루어져 있다. 따라서, 커버(124)와 융착면(126)이 대면하면 폴리프로필렌 수지층들(155a, 155b)이 상호 대면하게 되고, 이 부위에 열융착이 수행되면, 도 7에서와 같이 폴리프로필렌 수지층들(155a, 155b)이 융착 되면서 이들이 서로 접합된다.
여기서 보강 부재(130)는 커버(124)에 부착되어 있는 제 1 보강 부재(130b) 및 융착면(126)에 부착되어 있는 제 2 보강 부재(130a)를 포함한다.
이러한 보강 부재(130)는 융착면(126)과 커버(124)가 대면한 상태로 열융착되면, 커버(124)에 부착되어 있는 제 1 보강 부재(130b)와 케이스 본체(122)의 융착면(126)에 부착되어 있는 제 2 보강 부재(130a)가 상하 중첩된 상태로 서로에 대해 결합된 구조로 이루어져 있다.
이와 같이 결합이 완료된 보강 부재(130)는 제 1 외주변(141)의 단부, 커버(124)의 외면 일부 및 융착면(126)의 외면 일부에 부착되어 있다.
제 1 보강 부재(130b)와 제 2 보강 부재(130a)는 융착면(126)과 커버(124)가 대면한 후, 열융착 될 때, 함께 열처리되면서 제 1 외주변(141)과 함께 밀봉 처리되는 구조로 이루어져 있다.
보강 부재(130)의 두께는 제 1 외주변(141)의 두께 대비 대략 130%로 이루어져 있다. 또한, 보강 부재(130)는 제 1 외주변(141)의 폭 대비 대략 80%의 폭과 제 1 외주변(141)의 길이 대비 대략 200%의 길이로 이루어져 있다.
여기서 제 1 외주변(141)의 폭은 도 6에서와 같이, 전극리드(102, 104)의 돌출 방향에 대해 수직 방향으로의 제 1 외주변(141) 길이를 의미하고, 제 1 외주변(141)의 길이는 제 1 외주변(141)의 폭에 대해 수직 방향으로의 제 1 외주변(141) 길이이다.
이와는 달리, 도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 1 외주변과 보강 부재의 결합 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 보강 부재(230)는 제 1 외주변(141)과 일체로 형성된 구조로 이루어져 있다.
구체적으로, 보강 부재(230)는 제 1 외주변(241)에서 커버(224)와 케이스 본체(222)의 융착면의 최외곽에 형성된 수지층들(252a, 252b)로부터 금속 층들(252a, 252b)의 단부(A, A')를 기준으로 외향으로 연장된 구조로 이루어져 있다.
즉, 보강 부재(230)는 제 1 외주변(141)의 수지층들(252a, 252b)이 제 1 외주변(241) 이상의 외측 방향으로 더 연장되어 있는 구조로 이루어져 있고, 연장된 보강 부재(230)는 수지층들 대비 두꺼운 두께를 가진다.
도 9 내지 도 11에는 본 발명에 따른 전지팩의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 함께 참조하면, 전지팩(300)은 전지셀(100) 및 내부에 보호회로(320)가 내장되어 있는 보호회로모듈(310)을 포함한다.
보호회로모듈(310)은 보호회로(320)가 전지셀(100)의 전극리드들(102, 104)과 용접에 의해 전기적 및 물리적으로 결합된 상태로 전지셀(100)의 상부 측에 위치되어 있다.
이 상태에서 보호회로모듈(310)을 회전시키면 시계방향으로 회전시키면, 전극리드들(102, 104)이 절곡 되면서 도10에서와 같이, 전지팩(300)은 보호회로모듈(310)이 전지셀(100)의 상부에 밀착된 상태로 전지케이스(120)의 제 1 외주변(141)과 보강 부재(130) 상에 안착되어 있는 구조를 형성한다.
이러한 구조의 전지팩(300)은 하기와 같은 구조적 이점을 제공한다.
첫째, 보호회로모듈(310)이 안착되는 전지셀(100) 상부 부위가 보강 부재(130)에 의해 우수한 기계적 강성을 가짐과 동시에, 전지셀 상부의 실링 외주변의 형태가 일정하게 유지됨으로써, 보호회로모듈(310)이 전지셀(100) 상부에 정 위치 고정될 수 있다.
둘째, 상기 이유로 인하여 보호회로모듈(310)이 소망하는 형태, 즉, 최초 설계한대로의 치수로 전지셀(100)에 장착될 수 있고, 따라서, 전지팩(300)은 예측 가능한 형태로 제조될 수 있으므로, 보호회로모듈(310)과 이에 포함된 회로들뿐만 아니라, 전지팩(300)의 전체 구조를 정밀한 치수로 설계할 수 있고, 이와 연계하여 보호회로모듈(310) 등을 더욱 소형화하고, 전지셀(100)은 대형화할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 전지셀(100)은 도 10 및 도 11에서와 같이, 보강 부재(130)가 전극리드들(102, 104)와 함께 절곡되도록 구성되어 있는 바, 보호회로모듈(310)이 전극리드들(102, 104)에 연결된 상태에서 전극리드들(102, 104)가 절곡 되면 보강 부재(130)가 변형되면서 보호회로모듈(310)의 외면 일부를 감쌀 수 있고, 보호회로모듈(310)에 대한 충격을 완화할 수 있다. 또한, 변형된 보강 부재(130)가 보호회로모듈(310)을 감싸는 구조로 고정시키기 때문에, 보호회로모듈(310)이 전지셀(100) 상부를 압박하여 전지케이스(120) 내측의 전극조립체(110)를 변형 시키는 문제점을 해소할 수 있다.
이상과 설명한 바와 같이, 본 발명은 보강 부재(130)를 포함하는 특별한 구조의 전지셀(100)과 이 전지셀(100)로 구성된 전지팩(300)을 제공할 수 있고, 이러한 전지셀(100)과 전지팩(300)은 상기 구조적 특징에 기반하여 향상된 구조적 안정성 및 안전성을 가진다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 내장된 상태로 전지케이스의 외주변들이 열융착 실링(sealing)되어 있으며,
    상기 실링 외주변들 중에서 적어도 하나의 실링 외주변의 내측에는 전극조립체에 연결되어 있는 한 쌍의 전극리드들이 위치되어 있고, 상기 전극리드들은 실링 외주변을 통해 전지케이스의 외측으로 돌출되어 있으며,
    상기 전극리드들이 위치한 실링 외주변의 외면에는 열융착된 외주변 및 돌출된 전극리드들을 고정하기 위한 보강 부재가 부가되어 있고,
    상기 전지케이스는 전극조립체 수납부가 형성되어 있는 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 일측 단부로부터 연장되어 있는 커버로 구성되어 있으며,
    상기 케이스 본체는 수납부의 각 단부들로부터 외향으로 연장되어 있는 융착면들을 포함하고, 상기 융착면들과 커버가 대면하여 열융착 예정부들을 형성하며, 상기 열융착 예정부들이 열융착 되면서 전지셀의 실링 외주변을 형성하고,
    상기 실링 외주변들은,
    전극리드들이 위치되어 있고, 전지셀의 일면에 위치한 제 1 외주변;
    상기 제 1 외주변의 양측에서 연장되어 있고, 전지셀의 측면에 위치한 한 쌍의 제 2 외주변들; 및
    상기 제 2 외주변들 사이에서 연장되어 있고, 제 1 외주변과 대향하는 전지셀의 타면에 위치한 제 3 외주변;
    을 포함하며,
    상기 제 1 외주변에 보강 부재가 부가되고,
    상기 보강 부재는 제 1 외주변의 단부로부터 전극리드들의 돌출 방향으로 연장된 단일층 구조로서, 상기 제 1 외주변의 단부, 커버의 외면 일부 및 융착면의 외면 일부에 부착되어 있고,
    상기 보강 부재의 두께는 제 1 외주변의 두께 대비 110% 내지 130%의 두께를 가지며,
    상기 보강 부재는 전극리드가 절곡되면 함께 절곡되도록 전극리드의 끝단을 제외한 외면을 완전히 감싸는 형태로 부가된 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보강 부재는 열가소성 수지로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 외면 일부는, 제 1 외주변에 대응하는 케이스 본체의 융착면과 커버에서, 상기 융착면과 커버가 대면하는 면을 제외한 외측 면의 일부인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 융착면과 커버가 대면하면서 제 1 외주변에 대한 열융착 예정부를 형성하면, 융착면과 커버에 부착되어 있는 각각의 보강 부재들이 상하 중첩된 상태로 서로에 대해 결합되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 7 항에 있어서, 결합은 중첩된 보강 부재들에 열과 압력을 인가시켜 달성되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 보강 부재는 전지케이스의 일측 단부에 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 보강 부재는 제 1 외주변에서 금속 층을 제외한 적어도 하나의 수지층이 전극리드 돌출 방향으로 연장된 구조로 이루어져 있고, 상기 보강 부재의 두께는 제 1 외주변의 두께 대비 110% 내지 200%의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 보강 부재는 제 1 외주변의 폭 대비 50% 내지 100%의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 전극리드들의 돌출 방향을 기준으로 제 1 외주변의 길이 대비 100% 내지 300%의 길이로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 외주변들 중 하나에서 케이스 본체와 커버가 서로 연결되어 있고, 상기 연결된 부위가 절곡 되면서 커버와 케이스 본체의 융착면이 서로 대면하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 양극과 음극 사이에 분리막을 개제한 상태로 권취한 구조의 젤리-롤 형(jelly-roll type) 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 복수의 양극과 음극들이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조, 또는 복수의 양극과 음극들이 분리막을 사이에 두고 적층된 단위셀들이 분리필름에 배열된 상태로 분리필름과 함께 권취된 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 1 항에 따른 전지셀 및 상기 전지셀의 전극리드에 연결되는 보호회로모듈을 포함하는 전지팩으로서,
    상기 보호회로 모듈은 전극리드에 연결된 상태에서 전지셀의 보강부재 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 전지팩은 전지셀의 외면과 보호회로 모듈을 감싸는 라벨을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 17 항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 디바이스는 모바일 전자기기 또는 웨어러블 전자기기인 것을 특징으로 하는 디바이스.
KR1020160006169A 2016-01-19 2016-01-19 실링 외주변의 기계적 강성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩 KR102051930B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160006169A KR102051930B1 (ko) 2016-01-19 2016-01-19 실링 외주변의 기계적 강성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160006169A KR102051930B1 (ko) 2016-01-19 2016-01-19 실링 외주변의 기계적 강성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170086766A KR20170086766A (ko) 2017-07-27
KR102051930B1 true KR102051930B1 (ko) 2020-01-08

Family

ID=59427912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160006169A KR102051930B1 (ko) 2016-01-19 2016-01-19 실링 외주변의 기계적 강성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102051930B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022108335A1 (ko) * 2020-11-18 2022-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 그 제조방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102328994B1 (ko) * 2017-08-29 2021-11-22 주식회사 엘지에너지솔루션 전지팩
KR102591513B1 (ko) * 2018-04-16 2023-10-19 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
KR102676783B1 (ko) * 2018-08-07 2024-06-18 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 그것을 포함하는 이차전지 팩
EP4030536A1 (en) 2021-01-14 2022-07-20 SK On Co., Ltd. Battery module
EP4030519A1 (en) 2021-01-14 2022-07-20 SK On Co., Ltd. Battery module
CN114430086A (zh) * 2022-01-25 2022-05-03 东莞新能安科技有限公司 电芯组件及电池

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012209125A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Fdk Tottori Co Ltd 薄膜型電気化学素子

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101075304B1 (ko) * 2009-10-09 2011-10-19 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 그 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012209125A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Fdk Tottori Co Ltd 薄膜型電気化学素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022108335A1 (ko) * 2020-11-18 2022-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170086766A (ko) 2017-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6557330B2 (ja) 電極タブと電極リードのタブ−リード結合部が空間部に位置する電極組立体
JP6600096B2 (ja) 規格化された構造に基づいて、製造工程性に優れかつ電極リードの絶縁性能が向上した電池セルおよびこれを含む電池パック
KR102051930B1 (ko) 실링 외주변의 기계적 강성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
CN108140867B (zh) 具有其中形成有多个电极接片的单元电极的袋型电池单元
KR102261683B1 (ko) 비대칭 노치가 형성된 전극리드를 포함하는 파우치형 이차전지
KR102046000B1 (ko) 온도 센싱 기능이 향상된 전지팩
EP2958178B1 (en) Electrode assembly having sloped structure, and battery cell comprising same
KR101752329B1 (ko) 안전성이 향상된 이차전지
KR20110083894A (ko) 내부 단락을 방지할 수 있는 구조의 이차전지
KR20120124613A (ko) 안전성이 향상된 이차전지
KR101750382B1 (ko) 전지 케이스로 연결된 전지셀들을 포함하는 전지팩의 제조 방법
US10868285B2 (en) Pouch type battery cell including electrode lead of bending structure
KR101811837B1 (ko) 잉여 실링부를 포함하는 파우치형 전지셀
KR100890161B1 (ko) 안전성이 향상된 파우치형 전지
KR102026292B1 (ko) 활물질 로딩량의 구배를 가진 전극을 포함하는 전극조립체
KR101554141B1 (ko) 판상형 전지셀
KR101464966B1 (ko) 전극리드-전극 탭 결합부로 이루어진 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학 셀
KR20150070724A (ko) 일체형 팩 케이스를 포함하는 전지팩
KR101471964B1 (ko) 신규한 전극리드-전극 탭 결합부로 이루어진 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학 셀
KR20170070469A (ko) 측면 보강부재를 포함하는 전지셀
KR102261691B1 (ko) 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전지셀
KR102052920B1 (ko) 밀봉용 폴딩부를 포함하는 전지셀
KR102080507B1 (ko) 외부 충격으로부터 단위셀들을 보호하여 단위셀들의 적층 구조와 전극 형태 변형을 최소화할 수 있는 보강부재가 구비된 전극조립체
KR102019399B1 (ko) 분리 유도부를 포함하는 파우치형 전지셀
KR102080502B1 (ko) 둘 이상의 전극조립체를 포함하는 파우치형 전지셀

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant