KR102263483B1 - 내부 단락을 방지할 수 있는 보호부재를 포함하고 있는 파우치형 전지셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 라미네이트 시트의 전지케이스에 형성된 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전극조립체의 전극 탭들은 전극단자로서의 전극리드에 접속된 상태에서 상기 전극리드가 전지케이스의 외부로 돌출되어 있고, 상기 수납부의 외주면에는 열융착에 의해 형성된 실링부가 적어도 하나 이상 형성되어 있으며, 상기 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부는 상향 절곡되어 있고, 절곡된 실링부에 인접한 부위에 보호부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.

Description

내부 단락을 방지할 수 있는 보호부재를 포함하고 있는 파우치형 전지셀 {Pouch-typed Battery Cell Having Protection Member for Preventing Internal Short-Circuit}
본 발명은 내부 단락을 방지할 수 있는 보호부재를 포함하고 있는 파우치형 전지셀에 관한 것이다.
최근 사용량이 증가하고 있는 이차전지는, 전지의 형상 면에서 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.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
이러한 파우치형 전지는 전극조립체를 라미네이트 시트에 수납하고 전해액을 주입하여 열융착 등으로 밀봉하여 제조되며, 연성의 성질을 갖는 라미네이트 시트의 특성 상, 외부로부터 인가되는 물리적 충격으로부터 전지셀을 보호하기 어려운 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 본 출원인은 한국 특허출원 번호 제10-2016-0168920호의 기술을 제안한 바 있으나, 이는 U자 형상의 보호부재를 파우치형 전지케이스 내부에 내장해야 하였으므로 전지셀의 제조 공정이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 상기 문제를 해결하면서, 외부로부터 인가되는 물리적 충격으로부터 전지셀을 보호할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전지케이스의 양 측면에 위치하고 있는 상향 절곡된 실링부에 보호부재를 형성함으로써, 외부에서 인가되는 물리적 충격으로부터 전지셀을 보호하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
라미네이트 시트의 전지케이스에 형성된 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 전지셀로서,
상기 전극조립체의 전극 탭들은 전극단자로서의 전극리드에 접속된 상태에서 상기 전극리드가 전지케이스의 외부로 돌출되어 있고,
상기 수납부의 외주면에는 열융착에 의해 형성된 실링부가 적어도 하나 이상 형성되어 있으며,
상기 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부는 상향 절곡되어 있고, 절곡된 실링부에 인접한 부위에 보호부재가 형성되어 있는 전지셀에 관한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 양 측변 실링부에 위치한 보호부재에 의해 외부에서 인가되는 물리적 충격으로부터 전지셀을 보호할 수 있다.
구체적으로, 보호부재는, 외부로부터 충격의 인가시, 전지셀 내부로 전달되는 충격량의 크기를 감소시켜 단락 전류의 크기를 최소화 시킬 수 있고, 단락 전류의 크기가 최소화 됨에 따라 발열량이 낮아짐으로써 발화 가능성이 현저히 감소되므로 전지셀의 보호가 가능하다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 상기 보호부재는 기계적 강도가 높은 금속 또는 고강도의 수지로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 보호부재는 바(bar) 형상인 구조일 수 있다. 여기서, 바(bar)란, 단면적의 크기에 비해 길이가 매우 긴 막대기 형상의 구조물로서 이해할 수 있으며, 보호부재는 두께가 매우 얇고, 길이가 긴 판상형 구조라도 무방하다.
한편, 보호부재의 길이가 측면 실링부의 길이의 95% 미만의 크기로 형성될 경우, 외부로부터 인가되는 충격이 균일하게 흡수되지 않게 되고, 이에 따라 전지셀의 국부적인 부위에만 단락 전류가 흐름으로써, 전지셀이 발화되는 문제가 발생할 수 있으며, 100% 초과된 크기로 형성될 경우, 전지셀의 에너지 밀도가 낮아지는 문제가 발생한다.
또한, 보호부재의 높이를 전지셀의 두께보다 크게 형성할 경우, 전지셀이 장착되는 전지팩 또는 디바이스 내부에서, 보호부재는 불필요하게 많은 공간을 차지하게 되므로 전지의 에너지 밀도가 감소되는 문제가 발생한다.
따라서, 상기 보호부재의 길이는 절곡된 측면 실링부의 길이의 95% 내지 100%의 범위 내의 크기로 형성되며, 보호부재의 높이는 지면을 기준으로 한 전지셀의 두께의 90% 내지 95%의 범위 내의 크기로 형성된 구조가 바람직하다.
이러한 보호부재는 접착 테이프 또는 접착용 물질에 의해 부착되어 있는 구조일 수 있으며, 절곡된 측면 실링부에 인접한 부위에서, 하기와 같은 다양한 방식으로 형성될 수 있다.
첫째, 상기 양 측변 실링부들의 단부는 전지케이스의 수납부의 외면에 밀착되도록 절곡되어 있으며, 수납부에 대면하는 실링부의 타측면에 보호부재가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
여기서, 실링부의 타측면이란, 측변 실링부의 최외측에 위치한 일면을 지칭한다.
이러한 구조 하에서, 실링부의 타측면에 접착 테이프를 부착하거나, 또는 접착용 물질을 도포함으로써, 보호부재를 부착할 수 있다.
둘째, 상기 양 측변 실링부들의 단부는 전지케이스의 수납부의 외면으로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 절곡되어 있으며, 상기 이격 공간에 보호부재가 개재된 상태로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조 하에서, 절곡된 측변 실링부의 단부에 대면하는 수납부의 외면에 접착 테이프를 부착하거나, 또는 접착용 물질을 도포한 후, 보호부재가 이격 공간에 개재된 상태에서 수납부의 외면에 부착할 수 있다. 이 때, 수납부의 외면으로부터 실링부의 단부가 이격된 거리는 보호부재가 개재될 수 있을 정도로 형성하는 것이 전지셀의 밀도를 고려할 때, 바람직하다.
상기와 같은 다양한 방식으로 형성된 상기 측변 실링부들의 단부는, 절곡된 실링부의 내측 방향으로 추가로 절곡되어 실링부들 간의 중첩 구조가 형성되는 구조일 수 있다.
여기서, 실링부들 간의 중첩 구조는 더블 사이드 폴딩(double side folding) 구조로 이해할 수 있으며, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 양 측변 실링부의 단부는, 측변 실링부 간에 중첩된 상태를 형성하도록 절곡된 후, 중첩된 구조의 실링부의 단부가 상향 절곡된 구조일 수 있다.
상기 전극단자는 전지케이스의 일변에 함께 위치하면서 전지케이스의 외부로 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명은, 상기 전지셀을 제조하는 방법으로서, 하기의 과정들을 포함한다.
(a) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 후, 열융착에 의해 전지케이스의 외주면에 실링부를 형성하는 과정;
(b) 상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부들의 단부를 상향 절곡하는 과정;
(c) 상기 절곡된 실링부에 인접한 부위에 접착성 물질을 도포한 후, 보호부재를 부착하는 과정;
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스의 구체적인 예로는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드 또는 넷북 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 양 측변 실링부에 형성된 보호부재에 의해, 외부로부터 충격의 인가시, 전지셀 내부로 전달되는 충격량의 크기를 감소시켜 단락되는 전류의 크기를 최소화할 수 있으며, 단락 전류의 크기가 최소화 시켜 발열량을 감소시켜 전지셀의 발화 가능성을 현저히 낮춤으로써 전지셀을 보호하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도이다;
도 2는 도 1의 전지셀의 수직 단면도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면도이다;
도 4는 도 3의 전지셀의 수직 단면도이다; 및
도 5는 도 2의 측변 실링부의 단부가 추가로 절곡된 더블 사이드 구조의 확대도이다.
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 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도가 도시되어 있으며, 도 2에는 도 1의 전지셀의 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 전지셀(100)은 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스(10)에 형성된 수납부(20)에 전극조립체(도시하지 않음)가 내장되어 있으며, 전지케이스(10)의 외주변 중 일변에는 전극 탭들(도시하지 않음)에 전기적으로 접속된 전극리드(30)가 전지케이스(10)의 외부로 돌출되어 있다.
또한, 수납부(20)의 외주면에는 열융착에 의한 실링부가 형성되어 있고, 전극리드(30)가 위치하는 실링부에 각각 수직으로 인접하고 있는 양 측변 실링부들(110, 120)은 상향 절곡되어 있다.
상기 측변 실링부들(110, 120)은 전지케이스(10)의 수납부(20)의 외면으로부터 소정의 거리(d)만큼 이격되도록 절곡된 구조이며, 상기 이격 공간에는 보호부재(200)가 위치하고 있다.
보호부재(200)는 절곡된 측변 실링부의 단부(111, 121)에 각각 대면하는 수납부(20)의 외면에 접착용 물질(21)을 도포한 후, 상기 부위에 보호부재(200)를 부착된다. 도포된 접착용 물질(21) 대신 접착 테이프(도시하지 않음)를 부착시킴으로써, 보호부재를 부착시킬 수 있음은 물론이다.
상기 보호부재(200)는 단면적에 비해 길이가 매우 긴 구조로 형성된 바 형상으로 이루어져 있으며, 보호부재(200)의 길이(L)는 측변 실링부(110, 120)의 길이의 95% 내지 100%의 범위 내의 크기를 가진다.
또한, 지면을 기준으로 하는 보호부재(200)의 높이(h)는 전지셀(100)의 두께, 즉, 수납부(20)의 두께의 90% 내지 95%의 범위 내의 크기를 가진다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전지셀의 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전지셀(400)은 전지케이스(310)에 형성된 수납부(320)에 전극조립체(도시하지 않음)가 내장되어 있고, 전지케이스(310)의 외주변 중 일변에는 전극 탭들(도시하지 않음)에 전기적으로 접속된 전극리드(330)가 전지케이스(310)의 외부로 돌출되어 있다.
또한, 수납부(320)의 외주면에는 열융착에 의한 실링부가 형성되어 있고, 전극리드(330)가 위치하는 실링부에 각각 수직으로 인접하고 있는 양 측변 실링부들(410, 420)은 상향 절곡되어 있다.
다만, 도 1 내지 도 4를 함께 참조하면, 도 3에 도시된 전지셀(400)은 도 1에 도시된 전지셀(100)과는 달리, 양 측변 실링부들(410, 420)의 단부(411, 421)는 수납부(320)의 외면에 밀착되도록 절곡되어 있다.
보호부재(500)는 측변 실링부(410, 420)가 수납부(320)에 대면하고 있는 일면의 반대쪽에 위치한 타측면에 형성되어 있으며, 타측면에 도포된 접착용 물질(321)을 이용하여 보호부재(500)가 부착된다.
도 5에는 도 2의 측변 실링부의 단부를 추가로 절곡한 더블 사이드 폴딩(double side folding) 구조가 도시되어 있으며, 이러한 더블 사이드 폴딩 구조는 도 4의 측변 실링부에도 적용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 측변 실링부(110)의 단부(111)는 절곡된 실링부(110)의 내측 방향으로 추가로 절곡되어 절곡된 실링부들(111a, 111b) 간에 중첩 구조가 형성된다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 라미네이트 시트의 전지케이스에 형성된 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 후, 열융착에 의해 전지케이스의 외주면에 실링부를 형성하는 과정;
    (b) 상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부들의 단부를 상향 절곡하는 과정;
    (c) 상기 절곡된 실링부에 인접한 부위에 접착성 물질을 도포한 후, 보호부재를 부착하는 과정;을 포함하며,
    상기 보호부재는 기계적 강도가 높은 금속으로 이루어지며,
    상기 보호부재의 길이는 상기 실링부의 길이의 95% 내지 100%의 범위 내의 크기이며, 지면을 기준으로 하는 상기 보호부재의 높이는 상기 전지셀의 두께의 90% 내지 95%의 범위 내의 크기이고,
    상기 양 측변 실링부들의 단부는 수납부의 외면에 밀착되도록 절곡된 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
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  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보호부재는 바(bar) 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
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  6. 제 1 항에 있어서, 상기 양 측변 실링부들의 단부는 전지케이스의 수납부의 외면에 밀착되도록 절곡되어 있으며, 수납부에 대면하는 실링부의 타측면에 보호부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 양 측변 실링부들의 단부는 전지케이스의 수납부의 외면으로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 절곡되어 있으며, 상기 이격 공간에 보호부재가 개재된 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 측변 실링부들의 단부는, 절곡된 실링부의 내측 방향으로 추가로 절곡되어 실링부들 간의 중첩 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전극단자는 전지케이스의 일변에 함께 위치하면서 전지케이스의 외부로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
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