KR102276571B1 - 확장 테라스부를 포함하는 전지셀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지셀의 내부에서 발생하는 가스를 수용할 수 있도록, 전지케이스로부터 연장된 확장 테라스부를 형성하여 전지셀의 구동간에 발생하는 가스를 포집하여 전지셀의 수명을 연장하고, 전극 탭들의 절곡된 구조로 인해 기존 대비 탭-리드 결합부가 차지하는 공간을 최소화 하여 상대적으로 동일 크기 대비 에너지 밀도를 향상 시킬 수 있고, 전극조립체의 구조가 통상적으로 제조되는 전극조립체와 유사한 구조를 유지하고 있는 바 기존의 제조 설비의 변경 없이도 에너지 밀도가 향상된 전지셀을 제공한다.
Description
본 발명은 전지케이스에서 연장된 확장 테라스부를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 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) 등의 동력원으로서도 주목 받고 있으며, 이외에도, 고출력이 요구되는 파워 툴(power tool), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템에도 이용되고 있다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다.
일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지셀 및 각형 전지셀과, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지셀로 분류된다.
이 중, 전지셀의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
다만, 전지셀은 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으며, 특히, 파우치형 전지셀은, 라미네이트 시트의 연(軟) 포장재를 전지케이스로 사용하는 바, 전해액의 분해로 인한 다량의 가스가 발생 시, 케이스가 부풀어오르는 스웰링 현상에 취약하다.
이러한 스웰링 현상에 의해 시트 내부에 고압의 환경이 조성되면서, 압력에 의한 전극 변형, 전해액 분해 또는 벤팅(Venting)이 발생 될 수 있다.
따라서, 전지셀 내부에서 발생하는 가스에 의한 스웰링 현상에 대한문제점을 해결하면서, 전지셀의 안정성을 담보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
이에, 본 발명은 목적은, 불가피한 가스의 발생에도, 전지케이스 내부의 압력 변화가 급변하지 않도록, 확장 테라스부를 포함하는 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전지셀은,
양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 판상형의 전지셀로서,
상기 전지케이스는 금속 플레이트로 이루어져 있고, 전지케이스의 외주변에는 용접에 의한 실링부가 형성되어 있고,
상기 전극조립체는 극판들로부터 연장 돌출되어 있는 전극 탭들을 포함하고 있으며;
전지셀의 외부 입출력 단자를 형성하는 전극 리드는, 제 1 리드 단부가 실링부의 외부로 노출되어 있고, 상기 제 1 리드 단부의 반대쪽 부위인 제 2 리드 단부가 전극 탭들에 결합되어 있고;
상기 제 1 리드 단부의 일 측변 또는 양 측변에 대면하는 부위에는, 전지셀의 내부에서 발생한 가스를 수용할 수 있도록, 전지케이스로부터 연장된 확장 테라스부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은, 전지셀 구동에서 필연적으로 발생되는 가스 중, 일부가 전지케이스로부터 연장된 확장 테라스부에 포집될 수 있다.
따라서, 에너지밀도 향상에 기여하지 않았던 종래의 테라스부의 구조와 달리, 본원발명의 확장 테라스부는, 전지셀의 길이를 늘이지 않으면서, 가스의 포집이 가능한 공간이 확장되어, 내부 가스의 포화로 인해 발생하는 과도한 내부압에 의한 벤팅의 가능성을 낮추거나 상당히 지연시키는 바, 전지셀의 안전성 향상 및 수명을 더욱 연장 시킬 수 있다.
또한, 확장 테라스부는 가스의 저장이 용이하여, 전지셀의 정상작동에 유효한 범위내의 일정한 내부압을 오래 유지할 수 있는 바, 전지셀의 장시간 구동에도 성능의 하락이 없는 장점을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전지케이스는 금속 플레이트로 이루어진 캔형 전지케이스로 이루어질 수 있으며, 상기 확장 테라스부에서 실링부는 확장 테라스부의 외주변을 따라 형성되어 있을 수 있다.
상기 전지케이스 및 테라스부의 구조는 하기 비제한적인 예들을 통해 상세하게 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 1 단위의 금속 플레이트로 이루어져 있고, 상기 금속 플레이트를 중심선을 따라 대면하도록 절곡된 제 1 케이스와 제 2 케이스로 구성되어 있으며;
상기 절곡된 부위를 제외하고 제 1 케이스와 제 2 케이스가 상호 접하는 외주변을 따라 실링부가 형성되어 있고;
전극조립체를 수용하기 위한 수납부는 상기 제 1 케이스에 형성되어 있거나, 또는 제 1 케이스 및 제 2 케이스에 각각 형성되어 있을 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 전지케이스는 서로 독립적인 금속 플레이트들로 이루어진 제 1 케이스와 제 2 케이스로 구성되어 있고;
상기 제 1 케이스와 제 2 케이스를 중첩시킨 상태에서 상호 접하는 외주변을 따라 실링부가 형성되어 있으며;
전극조립체를 수용하기 위한 수납부는 상기 제 1 케이스에 형성되어 있거나, 또는 제 1 케이스 및 제 2 케이스에 각각 형성되어 있을 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 전지케이스는 하나의 금속 플레이트로 이루어져 있을 수도 있지만, 두 개의 독립적인 금속 플레이트로 이루어질 수 있으며, 공통적으로 제 1 케이스에 수납부가 형성되거나 제 1 및 제 2 케이스에 각각 수납부가 형성될 수 있다.
상기 전지케이스에 대한 하나의 예로서, 상기 제 1 케이스에는, 전극 리드의 제 1 리드 단부가 노출되도록 외주변의 일부가 제 1 케이스의 중심 방향으로 절취된 내향 만입부가 형성되어 있을 수 있고, 상기 제 1 케이스에서 내향 만입부의 외주변이 제 2 케이스에 접하는 부위에 실링부가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 전지케이스의 구조에 따른 또 다른 실시예로서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스에는, 전극 리드의 제 1 리드 단부가 노출되도록 외주변의 일부가 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 중심 방향으로 각각 절취된 내향 만입부가 형성되어 있을 수 있고, 상기 제 1 케이스에서 내향 만입부의 외주변과 제 2 케이스에서 내향 만입부의 외주변이 상호 접하는 부위에 실링부가 형성되어 있을 수 있다.
이러한 구조에서, 양극 리드와 음극 리드는 전지셀의 일측 외변에 함께 위치하거나 또는 양측 외변에 각각 위치할 수 있다.
이에 따라, 상기 확장 테라스부는 제 1 리드 단부의 양 측변에 대면하는 부위에 각각 형성되어 있을 수 있다.
이 경우에, 상기 확장 테라스부의 길이는 제 1 리드 단부의 길이를 기준으로 70% 내지 130% 크기 일 수 있다.
상기 확장 테라스부의 길이가 제 1 리드 단부의 길이 기준으로 70% 미만인 경우에는, 본 발명에서 의도한 가스 포집의 양이 충족되기 어려울 수 있다.
반면, 상기 확장 테라스부의 길이가 제 1 리드 단부의 길이 기준으로 130%를 초과하는 경우, 본 발명의 전지셀이 전지모듈 내지 전지팩의 단위전지로서 구성되는 경우, 지나친 확장 테라스부의 길이로 인해 제 1 리드가 전지케이스에 함몰되어 상기 전지모듈 또는 전지팩의 내부 단자와의 전기적 연결이 방해 될 수 있다.
본 발명에서 상기 확장 테라스부의 길이란, 리드 단부가 전지케이스로부터 돌출되어 있는 방향과 대응하는 방향으로의 길이이다.
본 발명에 따른 상기 전극 탭들과 전극 리드가 결합되는 탭-리드 결합부에서, 전극 탭들은 전극 리드에 직접 접촉하는 전극 탭을 제외한 모든 전극 탭들이 극판들의 적층 방향으로 수직 절곡된 상태로 전극 리드의 제 1 리드 단부 상에 결합되어 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 탭-리드 결합부에서, 전극 탭들은 절곡 부위들이 전극조립체의 측면에 밀착되도록 수직 단면상에서 'ㄴ'자 형상을 이루고 있을 수 있다.
이에 대하여, 기존에 탭-리드 결합부가 일정 부피를 차지하며, 전지셀의 용량 향상에 기여하지 못하였던 공간이던 반면에, 상기한 'ㄴ'자 형상의 절곡 부위를 포함하는 전극 탭으로 인해, 본 발명의 전지셀은 기존 대비 탭-리드 결합부가 차지하는 공간을 공간의 최소화 하고, 이러한 공간 만큼 전극의 길이를 늘일 수 있으므로, 상대적으로 동일 크기 대비 에너지 밀도를 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 전극 조립체의 구조가 통상적으로 제조되는 전극조립체와 유사한 구조를 유지하고 있는 바, 기존의 제조 설비의 변경 없이도, 에너지 밀도가 향상된 전지셀을 제조할 수 있는 장점이 있다.
다만, 상기 'ㄴ'자 형상의 절곡 부위를 포함하는 전극 탭은, 전극 탭의 절곡 부위가 인접하고 있는 다른 전극 탭의 절곡 부위와 상당히 인접하게 되는데, 이와 같이 인접된 전극 탭들의 절곡 부위가 지속적으로 서로 접촉되거나 마찰되는 경우, 전극 탭의 변형이나 파손을 유발할 수 있다.
이에 본 발명에서는, 각 극판 사이에 개재된 분리막이 극판 이상으로 길게 연장된 분리막 잉여부를 포함하고 있고, 상기 분리막 잉여부는 전극 탭들이 절곡된 부위의 적어도 일부, 바람직하게는 절곡 부위를 완전히 감싸는 형태로 전극 탭들 사이에 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 전극조립체의 예로서, 상기 전극조립체는 긴 시트형의 분리필름상에 단위셀을 배열한 상태로, 분리필름을 권취하여, 단위셀 간의 분리필름을 사이에 두고 적층된 스택/폴딩 구조일 수 있다. 이러한 스택/폴딩 구조는 공정의 자동화가 용이한 장점을 가진다.
상세하게는, 상기 전극조립체는 단위셀 사이에 PVDF등의 접착제가 도포되어 있는 분리막을 개재한 후, 열융착으로 상호 적층한 형태의 스택/라미네이션 구조일 수 있다. 이러한 구조는, 분리필름의 두께에 따른 전극조립체의 체적증가가 없다는 장점이 있으며, 상기 최외곽 단위셀은 전지케이스의 내면에 대면하는 집전체의 일면에 본 발명에 따른 절연 코팅층이 형성되므로, SRS 분리막이 접합되어 있지 않을 수 있다.
본 발명은 또한, 상기한 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공한다.
상기 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 양극판, 음극판, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극판은, 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 양극판의 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 음극판은 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 양극판과 음극판 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.
한편, 본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩, 또는 상기 전지팩을 둘 이상 포함하는 전지모듈, 또는 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명의 확장 테라스부는, 전지셀의 길이를 늘이지 않으면서, 가스의 포집 가능한 공간이 확장되어, 내부 가스의 포화로 인해 발생하는 과도한 내부압에 의한 벤팅의 가능성을 낮추거나 상당히 지연시키는 바, 전지셀의 안전성 향상 및 수명을 더욱 연장 시킬 수 있고, 또한, 확장된 공간은 가스의 저장이 용이하여, 전지셀의 정상작동에 유효한 범위내의 일정한 내부압을 오래 유지할 수 있는 바, 전지셀의 장시간 구동에도 성능의 하락이 없는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 이차전지의 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 4은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 5은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 전극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 전극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 전극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도이다.
도 9는 도 7에 따른 또 다른 실시예의 전극조립체의 전극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도이다;
도 10은 도 8에 따른 또 다른 실시예의 전극조립체의 전극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 4은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 5은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 전극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 전극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 전극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도이다.
도 9는 도 7에 따른 또 다른 실시예의 전극조립체의 전극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도이다;
도 10은 도 8에 따른 또 다른 실시예의 전극조립체의 전극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하며 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 이차전지의 구조에 대한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(10)은, 전지케이스의 전극조립체의 극판들로부터 연장된 전극 탭들(17 18)과, 상기 전극 탭들(17, 18)과 전기적으로 결합되는 전극 리드의 제 2 리드 단부(12, 13), 상기 제 2 리드 단부(12, 13)로부터 연장되어 외부로 돌출되는 제 1 리드 단부(14, 15)로 구성된 전극조립체(1)가 전해액(도시하지 않음)이 함께 전지케이스(2)에 수납된 상태로 밀봉된 구조로 이루어져 있다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.
구체적으로, 도 2을 참조하면, 전지케이스(100)는 금속 플레이트로 이루어져 있으며, 상세하게는 제 1 케이스(110)와 제 2 케이스(120)로 구성되어 있다.
확장 테라스부(150)는 전극 탭들에 결합되어 있는 제 2 리드 단부(도 7의 401)로부터 연장된 제 1 리드들(101, 102) 각각의 단부(a, b)와 접하면서 전지케이스로부터 연장되어 있다.
실링부(130)는 제 1 케이스(110)와 제 2 케이스(120)가 상호 접하는 부위와, 확장 테라스부(150)의 외주변을 따라 형성되어 있다.
제 1 리드 단부들(101, 102)은, 제 1 케이스(110)의 양측 외변(140, 141)에 각각 위치하고 있으며, 제 1 리드 단부들(101, 102)이 노출되도록 상기 제 1 케이스(110)의 외변(140, 141) 일부가 중심방향으로 절취된 내향 만입부(170)가 형성되어 있다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.
도 3를 참조하면, 도 2와 동일한 구조에서 제 1 리드 단부 및 확장 테라스부가 전지케이스의 일측 외변에 형성되어 있다.
구체적으로, 제 1 리드 단부들(101', 102')은, 제 1 케이스(110')의 일측 외변(140')에 각각 위치하고 있으며, 제 1 리드 단부들(101', 102')이 노출되도록 상기 제 1 케이스(110의 외변(140') 일부가 중심방향으로 절취된 내향 만입부(170')가 형성되어 있다.
마찬가지로, 확장 테라스부(150') 또한, 제 1 리드들(101, 102) 각각의 단부(a, b)와 접하면서 전지케이스의 일측으로부터 연장되어 있다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 전지케이스(200)는 1 단위 또는 독립적인 금속 플레이트로 이루어져 있으며, 상세하게는 제 1 케이스(210)와 제 2 케이스(220)로 구성되어 있다.
확장 테라스부(250)는 전극 탭들에 결합되어 있는 제 2 리드 단부(도 7의 401)로부터 연장된 제 1 리드들(201, 202) 각각의 단부(a, b)와 접하면서 전지케이스로부터 연장되어 있다.
실링부(230)는 제 1 케이스(210)와 제 2 케이스(220)가 상호 접하는 부위와, 확장 테라스부(250)의 외주변을 따라 형성되어 있다.
제 1 리드 단부들(201, 202)은, 제 1 케이스(210) 및 제 2 케이스(220)의 일측 외변(240, 241)에 각각 위치하고 있으며, 제 1 리드 단부들(201, 202)이 노출되도록 상기 제 1 케이스(210) 및 제 2 케이스(220)의 외변(240, 241) 일부가 중심방향으로 절취된 내향 만입부(270)가 형성되어 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 도 4와 동일한 구조에서 제 1 리드 단부 및 확장 테라스부가 전지케이스의 일측에 형성되어 있다.
구체적으로, 제 1 리드 단부들(201', 202')은, 제 1 케이스(210') 및 제1케이스의 일측 외변(240', 241')에 각각 위치하고 있으며, 제 1 리드 단부들(201', 202')이 노출되도록 상기 제 1 케이스(210') 및 제 2 케이스(220')의 외변(240', 241') 일부가 중심방향으로 절취된 내향 만입부(270')가 형성되어 있다.
마찬가지로, 확장 테라스부(250') 또한, 제 1 리드들(201', 202') 각각의 단부(a, b)와 접하면서 전지케이스의 일측으로부터 연장되어 있다.
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 전극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면 전극조립체(400)는 양극판들(405)과 음극판(406)들 사이에 분리막(412)이 개재되어 있는 적층부(430), 전극 탭들(420), 전극 리드(450) 및 탭-리드 결합부(460)를 포함하고 있다. 다만, 이해를 위하여, 도 6의 수직 단면도에서는 양극판(405)과 양극 탭(420)에 대해서만 설명한다.
양극 탭들(420)은 전극조립체(400)의 양극판들(405)에 연결되어 있고, 양극판들(405)로부터 우측으로 돌출되어 있다. 양극 탭들(420)은 또한, 전극 리드(450)와 탭-리드 결합부(460)에서 연결되어 있다.
여기서, 양극 탭들(420)은, 전극 리드(450)에 결합되도록, 'V-포밍부(V-forming portion)'를 형성하면서, 절곡되어 있다.
분리막들(412)은 양극판들(405)보다 상대적으로 길게 연장되어 있는 분리막 잉여부(413)를 포함하고 있으며, 분리막 잉여부(413)는, 양극 탭들(420)이 V-포밍부를 이루도록 절곡됨에 따라 형성되는, 상기 절곡 지점을 감싸는 형태로, 양극 탭들(420) 사이에 위치한다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 양극 탭들 및 전극 리드의 수직 단면도가 도시되어 있다.
전지셀(500)은 양극 탭들(520)이 제 2 리드 단부(501)와 탭-리드 결합부(560)에 의해 연결되어 있으면서 V-포밍부를 형성하도록, 절곡된 상태로 전지케이스(550)에 내장되어 있고, 제 2 리드 단부(501)에서 연장된 제 1 리드 단부(502)가 제 1 케이스(510)의 내향 만입부(570)에 의해 외부로 노출되어 있다.
이 때, 전지셀(500)에서 양극 탭(520)들 및 탭-리드 결합부(560)가 차지하는 부피가 현저하게 감소되므로, 동일 부피 대비 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
도 8에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 전지셀의 수직단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 8에 따른 전지셀(500')은, 도 7에서와 마찬가지로, 전극 탭들(520')이 제 2 리드 단부(501')와 탭-리드 결합부(560')에 의해 연결되어 있으면서 V-포밍부를 형성하도록 절곡된 상태로 전지케이스(550')에 내장되어 있으며, 제 2 리드 단부(501')에서 연장된 제 1 리드 단부(502')가 제 1 케이스(510') 및 제 2 케이스(511')에 형성된 내향 만입부(570', 571')에 의해 외부로 노출되어 있다.
즉, 내향 만입부(570', 571')는 제 1 케이스(510') 및 제 2 케이스(511')에 각각 별도로 구분되어 형성되어 있다.
또한, 도 7과 도 8에 도시되어 있는 확장 테라스부(530, 530')는 제 1 리드 단부(502, 502')와 동일한 길이로 외측 연장되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9, 도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 전지셀의 수직단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 9 및 도 10에 따른 전지셀(600, 600')은, 도 7 및 도 8 의 구조에서 제 1 리드 단부(602, 602')가 내향 만입부(670, 670', 671')에 비해, 전지케이스(650, 650')로부터 외측 방향으로, 보다 긴 길이로 돌출되어 있는 구조이다.
이러한 구조는 외부 디바이스의 전기적 연결을 더욱 용이하게 할 수 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 7 및 도 8의 전지셀과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
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 (14)
- 전지셀의 외부 입출력 단자를 형성하는 전극 리드는, 제 1 리드 단부가 실링부의 외부로 노출되어 있고, 상기 제 1 리드 단부의 반대쪽 부위인 제 2 리드 단부가 전극 탭들에 결합되어 있으며;
상기 제 1 리드 단부의 일 측변 또는 양 측변에 대면하는 부위에는, 전지셀의 내부에서 발생한 가스를 수용할 수 있도록, 전지케이스로부터 연장된 확장 테라스부가 형성되며,
상기 전지케이스는 1 단위의 금속 플레이트로 이루어져 있고, 상기 금속 플레이트를 중심선을 따라 대면하도록 절곡된 제 1 케이스와 제 2 케이스로 구성되어 있으며;
상기 절곡된 부위를 제외하고 제 1 케이스와 제 2 케이스가 상호 접하는 외주변을 따라 실링부가 형성되어 있고;
전극조립체를 수용하기 위한 수납부는 제 1 케이스 및 제 2 케이스에 각각 형성되어있거나,
상기 전지케이스는 서로 독립적인 금속 플레이트들로 이루어진 제 1 케이스와 제 2 케이스로 구성되어 있고;
상기 제 1 케이스와 제 2 케이스를 중첩시킨 상태에서 상호 접하는 외주변을 따라 실링부가 형성되어 있으며;
전극조립체를 수용하기 위한 수납부는
제 1 케이스 및 제 2 케이스에 각각 형성되고,
양극 리드와 음극 리드는 전지셀의 양측 외변에 각각 위치하고,
상기 제 1 케이스에는, 전극 리드의 제 1리드 단부가 노출되도록 외주변의 일부가 제 1 케이스의 중심 방향으로 절취된 내향 만입부가 형성되어 있으며,
상기 내향 만입부(570', 571')는 제 1 케이스(510') 및 제 2 케이스(511')에 각각 별도로 구분되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고용량 파우치형 전지셀. - 삭제
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- 제 1 항에 있어서, 상기 전극 탭들과 전극 리드가 결합되는 탭-리드 결합부에서, 전극 탭들은 전극 리드에 직접 접촉하는 전극 탭을 제외한 모든 전극 탭들이 극판들의 적층 방향으로 수직 절곡된 상태로 전극 리드의 제 1 리드 단부 상에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 하는 고용량 파우치형 전지셀.
- 제 5 항에 있어서, 상기 탭-리드 결합부에서, 전극 탭들은 절곡 부위들이 전극조립체의 측면에 밀착되도록 수직 단면상에서 'ㄴ'자 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 하는 고용량 파우치형 전지셀.
- 제 5 항에 있어서, 분리막은 극판보다 상대적으로 길게 연장된 분리막 잉여부를 형성하고 있고, 상기 분리막 잉여부에 의해, 전극 탭들의 절곡면이 극판들의 단부들에 접촉되지 않는 것을 특징으로 하는 하는 고용량 파우치형 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 확장 테라스부는 제 1 리드 단부의 양 측변에 대면하는 부위에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하는 고용량 파우치형 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 확장 테라스부의 길이는 제 1 리드 단부의 길이를 기준으로 70% 내지 130% 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 확장 테라스부에서 실링부는 확장 테라스부의 외주변을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하는 고용량 파우치형 전지셀.
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- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 케이스에서 내향 만입부의 외주변이 제 2 케이스에 접하는 부위에 실링부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고용량 파우치형 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스에는, 전극 리드의 제 1 리드 단부가 노출되도록 외주변의 일부가 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 중심 방향으로 각각 절취된 내향 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고용량 파우치형 전지셀.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 케이스에서 내향 만입부의 외주변과 제 2 케이스에서 내향 만입부의 외주변이 상호 접하는 부위에 실링부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고용량 파우치형 전지셀.
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JP2011071132A (ja) * | 2001-09-04 | 2011-04-07 | Nec Corp | 組電池及びその製造方法 |
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2017
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