KR20130050654A

KR20130050654A - 리드와 탭의 단선을 방지할 수 있는 이차 전지

Info

Publication number: KR20130050654A
Application number: KR1020110115840A
Authority: KR
Inventors: 김수영; 신영준; 박효석
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-16

Abstract

본 발명은 리드와 탭의 접합 안전성 향상 구조가 도입된 이차 전지를 개시한다. 본 발명에 따른 이차 전지는, 양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층된 셀 어셈블리; 각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 양극탭 및 음극탭(전극 탭); 및 상기 양극탭과 음극탭이 전기적으로 각각 연결된 양극 리드 및 음극 리드(전극 리드);를 포함하고, 상기 전극 탭 및/또는 전극 리드는 2이상의 요철부를 가지며, 상기 요철부를 매개로 하여 전극 리드와 전극 탭이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 이차 전지에 낙하 등에 의한 외부 충격이 인가되더라도 리드와 탭의 연결부위에서 충격을 흡수하여 크랙의 발생 또는 단선을 방지할 수 있다.

Description

리드와 탭의 단선을 방지할 수 있는 이차 전지{SECONDARY BATTERY FOR PREVENTING DISCONNECTION BETWEEN LEAD AND TAB}

본 발명은 이차 전지에 있어서 리드와 탭의 연결 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리드와 탭의 접합 안정성을 향상시킬 수 있는 연결 구조가 도입된 이차 전지에 관한 것이다.

모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.

특히, 리튬 이차 전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차 전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.

리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워 툴, 전기 자전거, 전력 저장 장치, UPS 등에 사용된다.

리튬 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.

리튬 이차 전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.

액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속 캔을 용기로 사용하는 캔형 이차 전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 전극 조립체와 전해질을 필름으로 만든 파우치 포장재에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차 전지가 개발되어 사용되고 있다.

이러한 이차 전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 이차 전지의 안전성을 향상시키는데 있다. 특히, 파우치형 이차 전지는 캔형 이차 전지에 비해서 케이스의 강도가 약해서 외부 충격에 의한 안전성 문제에 더 많이 노출된다.

일 예로, 파우치형 이차전지는 전극 탭에서 단선이 발생될 가능성이 높다. 일반적으로 전극 탭은 각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 다수의 양극 탭 및 음극 탭으로 이루어져 있다. 상기 양극 탭 및 음극 탭은 양극판 및 음극판과 마찬가지로 매우 얇은 금속 박막으로 이루어져 있으므로 파우치형 이차 전지에 충격이 가해질 경우 다른 구성 품보다 먼저 단선될 확률이 높다.

도 1은 파우치형 이차 전지에 낙하 충격이 인가되어 전극 탭이 단선되는 현상을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 이차 전지(10)의 낙하에 의한 충격이 전극 탭(120)에 인가된 경우를 도시하였다. 충격은 이차전지의 낙하 이외에도 다른 여러 가지 요인, 예컨대 이차전지가 탑재된 장치의 충돌, 진동 등에 의해서도 발생될 수 있음은 자명하다.

도 1의 (a)는, 이차 전지(10)가 낙하되었을 때 낙하 충격에 의해 전극 탭(120)에 크랙(Crack)이 발생된 상황을 예시하고 있다. 파우치 케이스(140)의 내부를 보면, 전극 탭(120)은 전극 리드(110)에 접합되어 있다. 상기 전극 리드(110)는 전극 탭(120)보다 두꺼운 약 0.3mm정도의 두께를 가지므로 전극 탭(120)에 비해 충격에 강하다. 또한, 상기 전극 리드(110)는 이차 전지(10) 제조 시 열융착 공정을 통해서 파우치 케이스(140)와 접합되어 위치가 고정되어 있으므로 외부에서 충격이 인가되었을 때 유동될 가능성이 적다.

이차 전지(10)에 충격이 인가되면, 셀 어셈블리(130)는 파우치 케이스(140) 내에서 유동을 하게 된다. 전극 탭(120)은 다수의 얇은 박막으로 이루어져 있으므로 셀 어셈블리(130)가 유동할 경우 전극 탭(120) 역시 함께 유동하게 된다. 전극 탭(120)의 한 쪽은 파우치 케이스(140)에 단단하게 고정된 전극 리드(110)와 접합되어 있다. 따라서 셀 어셈블리(130)의 유동에 의한 충격은 전극 탭(120), 특히 낙하 지점과 가장 가까운 전극 탭 부분(A부분 참조)에 집중된다.

전극 탭(120)에 충격이 집중되면 전극 탭(120)과 전극 리드(110)의 연결 부위가 탄성 변형을 일으키면서 충격을 흡수하게 된다. 하지만 연결부위에 탄성한계 이상의 충격이 가해지면 주로 A 부분의 전극 탭(120)에서 크랙(crack)이 발생하기 시작한다.

전극 탭(120)에 크랙이 발생하면, 크랙의 길이에 비례하여 전류가 이동할 수 있는 단면적을 감소시킨다. 즉, 크랙은 전극 탭(120)의 저항을 증가시키며, 저항의 증가는 전극 탭(120)과 전극 리드(110) 사이의 연결 부위에서 발열량을 증가시킨다. 이러한 발열량의 증가는 전해액의 분해반응 속도를 높이며, 분리막의 수축현상을 더욱 증가 시킨다. 또한, 발열에 의해 금속의 연성이 더욱 높아져 이후 작은 충격에도 크랙이 확장되는 현상이 발생하게 된다.

도 1의 (b)는 크랙의 확장으로 인해 결국 전극 탭(120)에서 단선(B)이 발생된 모습을 보여주고 있다. 이와 같은 단선은 이차 전지(10)의 수명을 단축시키고, 안전성을 저해하는 요인으로도 작용한다

이차전지(10)의 파우치 케이스(140) 내에서 전극 탭(120)이 단선될 수 있는 또 다른 경우로서 뒤틀림에 의해 과도한 스트레스가 인가된 경우를 들 수 있다.

도 2는 이차 전지(10)의 뒤틀림에 의해 전극 탭(120)에 크랙이 발생된 모습을 나타낸 도면이다.

파우치형 이차 전지(10)의 케이스로 사용되는 파우치 필름은 연성이 좋은 알루미늄을 포함하고 있다. 따라서, 이차 전지(10)에 뒤틀림이 가해지면 파우치형 케이스는 뒤틀림이 가해진 방향으로 변형되며, 이 과정에서 뒤틀림에 의한 스트레스가 전극 리드(110) 및 전극 탭(120)에 인가된다.

그러나, 전극 리드(110)는 다른 이차 전지(10)의 전극 리드, 버스바, 커넥터 등과의 연결을 통해 위치가 견고하게 고정되어 있다. 따라서 뒤틀림에 의한 스트레스는 주로 전극 탭(120), 특히 전극 리드(110) 및 전극 탭(120)의 연결 계면 중심을 기준으로 가장 바깥쪽 부분에 있는 전극 탭 부위(C와 D 참조)에 집중된다.

뒤틀림에 의한 스트레스가 인가되면 전극 탭(120)은 탄성 변형을 일으키면서 스트레스를 어느 정도 흡수하지만, 탄성 한계 이상의 스트레스가 집중되면 C부분에서 전극 리드(110)와 전극 탭(120)의 접합 상태가 해제되거나 C부분 근처(D부분 참조)에서 크랙이 발생하게 된다.

특히, 크랙이 발생하면 앞서 설명한 바와 같이 발열량의 증가로 인해 여러 가지 문제가 발생될 수 있고 약한 충격에도 크랙이 확장되어 전극 탭(120)이 단선되는 문제도 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 전극 리드와 전극 탭의 접합 안전성을 향상시킬 수 있는 구조가 도입된 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는, 양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층된 셀 어셈블리; 각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 양극탭 및 음극탭(전극 탭); 및 상기 양극탭과 음극탭이 전기적으로 각각 연결된 양극 리드 및 음극 리드(전극 리드);를 포함하고, 상기 전극 리드는 2이상의 요철부를 가지며, 상기 전극 탭이 상기 전극 리드의 요철부에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이차 전지는, 상술한 이차전지에서 상기 전극 리드가 2이상의 요철부를 가지는 것과 달리, 상기 전극 탭이 2 이상의 요철부를 가지며, 상기 전극 리드가 상기 전극 탭의 요철부에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 이차 전지는, 상술한 2가지 측면 모두를 포함하는 것으로서, 상기 전극 탭 및 전극 리드는 각각 2이상의 요철부를 가지며, 상기 전극 리드의 요철부와 상기 전극 탭의 요철부가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

상술된 이차 전지의 전극 리드와 전극 탭의 접합은 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 또는 도전성 접착제에 의해 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 리드에 구비된 요철부는 전극 탭에 구비된 요철부의 상부 표면에 접합될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 전극 리드에 구비된 요철부는 상부 전극 탭과 하부 전극 탭으로 분할된 전극 탭의 중간에 삽입되어 접합될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 전극 리드에 구비된 요철부는 전극 탭에 구비된 요철부의 하부 표면에 접합될 수 있다.

한편, 상기 전극 리드에 구비된 요철부의 연결 위치는 인접하는 요철부의 연결 위치와 서로 다르게 할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 이차 전지에 낙하 등에 의한 외부 충격이 인가되더라도 리드와 탭의 연결부위에서 충격을 흡수하여 크랙의 발생 또는 단선을 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 리드와 탭의 뒤틀림 현상에 의한 크랙의 발생 또는 단선을 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 리드와 탭의 연결부위 중 일부에 크랙이 발생하더라도 나머지 연결부위로 크랙이 확장되지 않으며, 연결부위 중 일부가 단선되더라도 나머지 연결부위에 의해 전기적 접촉이 유지되어 이차 전지의 안전성 및 수명을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 이차 전지에 낙하 충격이 인가되어 전극 탭이 단선되는 현상을 도시한 도면이다.
도 2는 이차 전지의 뒤틀림에 의해 전극 탭에 크랙이 발생된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 리드와 탭의 접합 안전성을 향상시킬 수 있는 구조가 도입된 이차 전지의 평면 투영도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 리드와 탭의 접합 안전성을 향상시킬 수 있는 구조가 도입된 이차 전지의 평면 투영도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 리드와 탭의 접합 안전성을 향상시킬 수 있는 구조가 도입된 이차 전지의 평면 투영도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 요철부가 도입된 이차 전지가 낙하되었을 때 양극 부위에 낙하 충격이 집중적으로 가해지는 상황을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 요철부가 도입된 이차 전지가 외력에 의해 뒤틀렸을 때의 상황을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 요철부가 도입된 이차전지의 전극 리드와 전극 탭의 접합 부위를 확대하여 도시한 부분 사시도들이다.
도 9는 전극 리드와 전극 탭 모두에 요철부가 구비된 경우 요철부 사이의 접합 구조에 대한 변형 예를 도시한 부분 확대도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따라 리드와 탭의 접합 안전성을 향상시킬 수 있는 다양한 구조가 도입된 이차 전지(20)의 평면 투영도들이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지(20)는 전지 케이스(210), 셀 어셈블리(220), 전극 탭(230), 전극 리드(240), 및 절연 테이프(250)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 전극 리드(240)에 2이상의 요철부(260)를 가진다. 상기 요철부(260)는 전극 탭(230)과 대향하는 모서리를 기준으로 전극 탭(230) 쪽으로 돌출된 형상을 가진다. 상기 전극 리드(240)와 상기 전극 탭(230)의 전기적 연결은, 전극 리드(240)의 요철부(260)와 전극 탭(230)의 상부 또는 하부 표면과의 접합을 통해 이루어진다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(20)는, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 전극 탭(230)에 2이상의 요철부(260)를 가지고 있다. 상기 요철부(260)는 전극 리드(240)와 대향하는 모서리를 기준으로 전극 리드(240) 쪽으로 돌출된 형상을 가진다. 상기 전극 리드(240)와 상기 전극 탭(230)의 전기적 연결은, 전극 탭(230)의 요철부(260)와 전극 리드(240)의 상부 또는 하부 표면과의 접합을 통해 이루어진다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(20)는, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 전극 리드(240)와 전극 탭(230)에 각각 2이상의 요철부(260)를 가진다. 전극 리드(240)의 요철부(260)는 전극 탭(230)과 대향하는 모서리를 기준으로 전극 탭(230) 쪽으로 돌출된 형상을 가진다. 또한, 전극 탭(230)의 요철부(260)는 전극 리드(240)와 대향하는 모서리를 기준으로 전극 리드(240) 쪽으로 돌출된 형상을 가진다. 상기 전극 리드(240)와 상기 전극 탭(230)의 전기적 연결은, 전극 리드(240)의 요철부(260)와 전극 탭(230)의 요철부(260) 사이의 접합에 의해 이루어진다. 이 때, 전극 리드(240)의 요철부(260)가 전극 탭(230)의 요철부(260)를 기준으로 위쪽에 위치하여도 좋고 그 반대가 되어도 무방하다.

도 3 내지 도5에 도시된 실시예에서, 상기 요철부(260)의 형상은 사각형으로 도시되었다. 하지만 상기 요철부(260)의 형상은 이차 전지(20)의 특성에 맞추어 삼각형, 반원형, 타원형, 사다리꼴 등의 형상으로 다양한 변형이 가능하다.

또한 상기 요철부(260)의 개수는 이차 전지(20)의 부피, 크기, 무게 또는 전극 리드(240)와 전극 탭(230)의 폭 또는 예상되는 외부 충격 등을 감안하여 적절하게 정할 수 있다.

요철부(260)를 매개로 하여 전극 탭(230)과 전극 리드(240)를 전기적으로 연결할 때에는 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등 공지의 용접 기술을 사용하거나 도전성 접착제을 사용할 수 있다. 도 3 내지 도 5에서, 참조 번호 270은 용접 기술로 전극 탭(230)과 전극 리드(240)를 연결한 경우 용접이 가해진 지점을 모식적으로 나타낸 것이다.

상술한 본 발명에 따른 이차 전지(20)는 요철부(260)를 매개로 하여 전극 탭(230)과 전극 리드(240)가 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 이차 전지(20)에 낙하나 뒤틀림 등으로 인한 외부 충격이 인가되더라도 요철부(260) 부위에서 충격을 분산 및 흡수할 수 있는 장점이 있다.

도 6은 도 5에 도시된 실시예에 따른 이차 전지(20)가 낙하되었을 때 전극 탭(230) 부위에 낙하 충격이 집중적으로 가해지는 상황을 예시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이 이차 전지가 낙하되면 전극 리드(240) 및 전극 탭(230)의 접합 부위에 충격이 인가된다. 인가된 충격은, 전극 리드(240)와 전극 탭(230)의 연결 부위 중 낙하 지점과 가장 가까운 요철부(260)에 집중된다. 충격이 집중된 요철부(260)는 탄성 변형을 일으키면서 충격을 흡수하지만, 탄성한계 이상의 충격이 가해지면 전극 탭(230)에서 크랙(특히, E 부위 참조)이 발생하기 시작한다. 전극 탭(230)은 다수의 금속 박막이 결집된 구조로 이루어져 있으므로 전극 리드(240)에 비해 상대적으로 강도가 약하기 때문이다. E 부위의 요철부(260)에서 크랙이 발생하기 시작하면 충격의 정도에 따라 크랙이 전파될 수 있다. 이 과정에서, 가장 바깥쪽에 있는 요철부(260)가 단선될 수 있지만, 다른 요철부(260)에까지 크랙이 전파되는 것을 차단할 수 있다. 이차전지(20)에 가해진 충격 에너지는 가장 바깥쪽 요철부(260)를 단선시키면서 대부분 소실되기 때문이다. 따라서 통상적인 전극 탭(230)과 전극 리드(240)의 접합 구조과 비교하여 크랙의 전파로 인해 전극 탭(230) 전체가 단선되는 현상을 방지할 수 있는 것이다.

나아가, 본 발명과 같이 요철부(260)를 통하여 전극 리드(240)와 전극 탭(230)을 연결하면, 이차 전지(20)의 뒤틀림에 의한 단선도 방지할 수 있다.

도 7은 도 5에 도시된 실시예에 따른 이차 전지(20)가 외력에 의해 뒤틀렸을 때 상황을 예시한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이 외력에 의해 이차 전지(20)가 뒤틀리면 전극 탭(230)과 전극 리드(240)의 연결 부위에 뒤틀림에 의한 스트레스가 인가된다. 하지만 상기 연결 부위는 요철부(260)로 구성된 다수의 접합 브릿지(280)들이 상호 접합된 구조를 가지고 있으므로 뒤틀림에 의한 스트레스를 분산시키는 작용을 한다.

즉, 종래와 같이 전극 탭과 전극 리드가 직접적으로 접합된 구조에서는, 뒤틀림 스트레스가 인가되면 접합 부위 전체가 회전하려는 경향이 있으므로 접합 부위 가장자리에 상당히 큰 회전 응력이 생긴다. 하지만, 본 발명의 경우는, 요철부(260)로 구성된 다수의 접합 브릿지(280)들 각각에 회전 응력이 작용하게 된다. 따라서 회전 응력의 작용 지점이 다수로 분산되는 효과가 있으며 이로 인해 접합 부위의 가장자리에 인가되는 회전 응력의 크기를 종래보다 완화시킬 수 있다. 그 결과, 이차전지(20)에 뒤틀림이 발생되더라도 전극 탭(230)과 전극 리드(240)의 접합 부위에 크랙이 발생되는 현상을 완화할 수 있다. 또한 크랙이 발생되더라도 일부의 접합 브릿지(280)가 단선되는 과정에서 회전 응력이 소실되므로 접합 브릿지(280) 전체에 걸쳐 크랙이 전파되는 것을 차단할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 요철부(260)를 매개로 한 전극 탭(230)과 전극 리드(240)의 접합 시 요철부(260)의 접합 위치는 다양하게 변경이 가능하다.

도 8은 요철부(260)가 구비된 전극 리드(240)와 전극 탭(230)의 접합 부위를 확대하여 도시한 부분 사시도들이다.

도 8을 참조하면, 전극 리드(240)에 구비된 요철부(260)는 전극 탭(230)의 상부 표면이나 하부 표면에 접합될 수도 있고, 전극 탭(230)을 상부 전극 탭(231)과 하부 전극 탭(232)으로 분할한 후 전극 리드(240)의 요철부(260)를 상부 전극 탭(231)과 하부 전극 탭(231) 사이에 삽입시켜 접합하는 것도 가능하다. 이러한 요철부(260)의 접합 위치 변화는 이차 전지의 구조, 이차 전지의 실제 사용 환경, 예상되는 외부의 충격 방향 등을 고려하여 결정할 수 있다.

도 9는 전극 리드(240)와 전극 탭(230) 모두에 요철부(260)가 구비된 경우 요철부(260) 사이의 접합 구조에 대한 변형 예를 도시한 부분 확대도이다.

도 9를 참조하면, 전극 리드(240)측의 요철부(260)와 전극 탭(230)측의 요철부(260)의 상하 위치를 번갈아 교체시켜 접합 구조를 형성할 수 있다. 이러한 접합 구조는, 요철부(260)를 매개로 한 접합 구조의 기계적 안전성을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 8 및 도 9에 도시된 실시예는, 전극 리드(240) 및 전극 탭(230) 중 어느 하나에만 요철부(260)가 구비되는 경우도 적용 가능하다.

상술한 실시예에서, 상기 전지 케이스(210)는 셀 어셈블리(220)를 보호하는 역할을 한다. 상기 전지 케이스(210)는 열융착필름/금속필름/보호필름이 순차적으로 적층된 구조를 가진 파우치 필름으로 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 상기 전지 케이스(210)는, 가장 자리에 열융착 공정을 통해 형성된 실링 라인을 가진다.

본 발명은 전지 케이스(210)의 종류에 의해 한정되지 않는다. 따라서 본 발명은 전지 케이스(210)가 캔형 케이스로 변경되더라도 얼마든지 적용될 수 있음은 자명하다.

상기 전지 케이스(210) 내에는 이차전지의 작동에 필요한 전해질이 포함되어 있다. 전해질은 이차전지의 종류에 따라 달라지는데, 일 예로 리튬 염을 포함하는 액체 전해질, 고체 전해질, 겔형 전해질 등이 사용될 수 있다.

상기 전지 케이스(210)내에 밀봉되는 셀 어셈블리(220)는 양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀을 적어도 2개 이상 포함한다. 상기 양극판과 상기 음극판은 산화 환원 전위가 다른 금속 물질이라면 특별한 제한이 없으며, 일 예로 상기 양극판은 알루미늄으로, 상기 음극판은 구리로 이루어질 수 있다. 상기 양극판과 상기 음극판에는 이차 전지의 작동에 필요한 활물질이 코팅되어 있다. 상기 활물질로는 이차전지의 충방전 시 특정 양이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질이라면 특별히 제한이 없으며, 일 예로 상기 양극판에는 리튬 전이금속 산화물 계열의 양극 활물질이, 상기 음극판에는 탄소 계열의 활물질이 코팅되어 있을 수 있다. 상기 분리막은 특정 양이온의 이동을 보장하는 다공성 절연 막이라면 특별히 제한이 없는데, 일 예로 다공성이 있는 폴리올레핀막으로 이루어질 수 있다. 상기 분리막은 이차전지의 안전성을 향상시키기 위해 표면에 무기물 입자의 코팅층을 구비할 수 있다.

상기 양극판의 일부 영역에는 양극 탭이 구비되는데, 양극 탭은 상기 양극판이 연장되는 형태로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 양극판의 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접 등을 통하여 접합하는 형태로 구성하는 것도 가능하다. 또한 양극 재료를 상기 양극판 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하여 양극 탭을 형성하여도 무방하다. 상기 양극 탭은 본 발명에 따라 요철부(260)를 매개로 양극 리드와 전기적으로 연결된다. 상기 양극 리드는 전기전도성이 우수한 금속이라면 특별히 제한이 없는데, 일 예로 알루미늄판으로 이루어질 수 있다.

상기 음극판 또한 일부 영역에 음극 탭이 구비되며, 앞서 설명된 양극 탭과 같이 상기 음극판에서 연장되는 형태로 구현될 수 있음은 물론, 음극판 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접하는 등의 방법으로 연결할 수도 있으며, 음극 재료를 상기 음극판 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하는 방식 등으로 형성하는 것도 가능하다. 상기 음극 탭은 본 발명에 따라 요철부(260)를 매개로 음극 리드와 전기적으로 연결된다. 상기 음극 리드는 전기전도성이 우수한 금속이라면 특별히 제한이 없는데, 일 예로 니켈이 코팅된 구리판으로 이루어질 수 있다.

상기 셀 어셈블리(220)는 단위 셀의 적층 방식에 따라 단순 적층 구조, 스택/폴딩 구조, 젤리 롤 구조 등을 가질 수 있다. 상기 스택/폴딩 구조는 별도의 폴딩 필름 위에 단위 셀들을 일정한 간격으로 배치한 후 폴딩 필름과 함께 단위 셀들을 한 쪽 방향으로 권취함으로써 폴딩 필름 사이 사이에 단위 셀들이 삽입된 구조를 말한다. 그리고 상기 젤리 롤 구조는 별도의 권취 필름 위에 권취 방향으로 연장된 구조를 가진 단위 셀을 배치한 후 권취 필름과 함께 단위 셀을 두루마리 형태로 권취시켜 형성한 구조를 말한다.

상기 절연 테이프(250)는 전지 케이스(210)와 전극 리드(240)의 접착성을 향상시키기 위한 것으로서 필수적인 구성요소는 아니다. 상기 절연 테이프(250)는, 전극 리드(240)와 전지 케이스(210)의 접착성을 향상시키면서도 절연성이 있는 물질이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예로, 상기 절연 테이프(250)는 폴리에틸렌, 폴리아세틸렌, PTFE, 나일론, 폴리이미드, 폴리에틸렌탈레프탈레이트, 폴리프로필렌, 또는 이들의 합성 물질로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 이차 전지에 낙하 등에 의한 외부 충격이 인가되더라도 리드와 탭의 연결부위에서 충격을 흡수하여 크랙의 발생 또는 단선을 방지할 수 있다. 또한, 리드와 탭의 뒤틀림 현상에 의한 크랙의 발생 또는 단선을 방지할 수 있다. 게다가, 리드와 탭의 연결부위 중 일부에 크랙이 발생하더라도 나머지 연결부위로 크랙이 확장되지 않으며, 연결부위 중 일부가 단선되더라도 나머지 연결부위에 의해 전기적 접촉이 유지되어 이차 전지의 안전성 및 수명을 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10, 20 : 파우치형 이차전지 100 : 셀 어셈블리
110 : 전극 탭 120 : 전극 리드
130 : 셀 어셈블리 140 : 파우치 케이스
210 : 전지 케이스 220 : 셀 어셈블리
230 : 전극 탭 231 : 상부 전극 탭
232 : 하부 전극 탭 240 : 전극 리드
250 : 절연 테이프 260 : 요철부
270 : 용접부 280 : 접합 브릿지

Claims

양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층된 셀 어셈블리;
각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 양극탭 및 음극탭(전극 탭); 및
상기 양극탭과 음극탭이 전기적으로 각각 연결된 양극 리드 및 음극 리드(전극 리드);를 포함하고,
상기 전극 리드는 2이상의 요철부를 가지며, 상기 전극 탭이 상기 전극 리드의 요철부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층된 셀 어셈블리;
각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 양극탭 및 음극탭(전극 탭); 및
상기 양극탭과 음극탭이 전기적으로 각각 연결된 양극 리드 및 음극 리드(전극 리드);를 포함하고,
상기 전극 탭은 2이상의 요철부를 가지며, 상기 전극 리드가 상기 전극 탭의 요철부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층된 셀 어셈블리;
각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 양극탭 및 음극탭(전극 탭); 및
상기 양극탭과 음극탭이 전기적으로 연결된 양극 리드 및 음극 리드(전극 리드);를 포함하고,
상기 전극 탭 및 전극 리드는 각각 2이상의 요철부를 가지며, 상기 전극 리드의 요철부와 상기 전극 탭의 요철부가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 리드와 상기 전극 탭의 연결은 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 또는 도전성 접착제에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
제3항에 있어서,
상기 전극 리드에 구비된 요철부의 연결 위치는 전극 탭에 구비된 요철부의상부 표면에 접합된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 전극 리드에 구비된 요철부는 상부 전극 탭과 하부 전극 탭으로 분할된 전극 탭의 중간에 삽입되어 접합된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제3항에 있어서,
상기 전극 리드에 구비된 요철부는 전극 탭에 구비된 요철부의 하부 표면에 접합된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제3항에 있어서,
상기 전극 리드에 구비된 요철부의 연결 위치는 인접하는 요철부의 연결 위치와 다르게 접합된 것을 특징으로 하는 이차전지.