KR20130105272A - 관통 구멍이 형성된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 구조로 이루어져 있고, 전극의 적층 방향을 따라 관통구가 천공되어 있는 전극조립체, 및 상기 관통구와 연통되는 개구가 양면에 천공되어 있는 전지케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩을 제공한다.

Description

관통 구멍이 형성된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩{Battery Cell Havig Through Hole and Battery Pack Comprising The Same}
본 발명은 관통 구멍이 형성된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 상세하게는, 양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 구조로 이루어져 있고, 전극의 적층 방향을 따라 관통구가 천공되어 있는 전극조립체, 및 상기 관통구와 연통되는 개구가 양면에 천공되어 있는 전지케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 ‘유비쿼터스 사회’로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 리튬 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들에는 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 소형 경량의 전지셀들이 사용되고 있다.
전기자전거, 전기오토바이, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀들을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈(중대형 전지팩)이 사용되고 있다.전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다.
이러한 전지모듈 또는 전지팩의 단위전지로는 그것의 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등이 사용되고 있으며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.
상기한 단위전지의 하나의 구체적인 예로서, 도 1A 및 1B에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1A를 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 다수의 전극 탭들(21, 22)이 돌출되어 있는 전극조립체(20), 전극 탭들(21, 22)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극 리드(30, 31), 및 전극 리드(30, 31)의 일부가 외부로 노출되도록 전극조립체(20)를 수납 및 밀봉하는 구조의 전지케이스(40)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전지케이스(40)는 전극조립체(20)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(41)를 포함하는 하부 케이스(42)와 그러한 하부 케이스(42)의 덮개로서 전극조립체(20)를 밀봉하는 상부 케이스(43)로 이루어져 있다. 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)는 전극조립체(20)를 내장한 상태에서 열융착되어, 상단 실링부(44)와 측면 실링부(45, 46), 및 하단 실링부(47)를 형성한다.
도 1A에서는 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)가 각각 별도의 부재로서 표시되어 있지만, 도 1B에서와 같이 일측 단부가 일체되어 연속되어 있는 경첩식 구조도 가능하다.
또한, 도 1A 및 1B는, 전극 탭과 전극 리드가 연결된 구조의 전극 단자가 일단에 함께 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 전극 단자가 일단과 타단에 각각 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀 등도 상기와 같은 방법으로 제작할 수 있음은 물론이다.
이차전지를 전원 또는 동력원으로 사용하는 디바이스의 소형 경박화추세에 따라, 디바이스 내부에 장착되는 전자부품 등의 수납을 위한 공간 확보의 필요성이 높은 실정이다. 이로인해, 종래에는, 디바이스의 내부에 장착되는 전자부품 등을 소형화, 박형화하고자 하였다.
그러나, 소형화 내지 박형화된 전자부품 등이 디바이스의 내부에 장착되기 위해서는, 전지셀이 장착된 공간 이외의 여분의 공간이 요구되는 문제점이 여전히 존재한다. 또한, 상기한 전자부품 등의 형상에 따라 디바이스의 내부에는 사공간이 발생할 수 있고, 이는 디바이스의 부피당 에너지 밀도를 저하시키는 원인이 될 수 있다.
또한, 전극조립체는, 외부 충격에 의해 전지케이스의 내부 공간에서 유동할 수 있고, 이는 내부 단락의 원인이 될 수 있다.
본 발명은, 하기와 같은 구조의 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩을 제공함으로써, 상기한 문제점들을 해결하고자 한다.
상기한 문제점들을 해결하고자, 본 발명은 전극조립체 및 전지케이스를 관통하는 구멍이 형성되어 있는 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하고자 한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은,
양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 구조로 이루어져 있고, 전극의 적층 방향을 따라 관통구가 천공되어 있는 전극조립체, 및 상기 관통구와 연통되는 개구가 양면에 천공되어 있는 전지케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극조립체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 구조로서, 양극판과 음극판 사이에 분리판이 개재되도록 양극판, 분리판, 음극판을 순서대로 적층하는 방식으로 제작하는 적층형(스택형) 전극조립체, 시트형의 양극과 시트형의 음극 사이에 시트형의 분리막이 개재되도록 시트형의 양극, 시트형의 분리막, 시트형의 음극을 순서대로 적층한 후 권취하는 방식으로 제작하는 권취형(와인딩형) 전극조립체, 시트형의 분리막에 양극판, 음극판 및 스택형 전극조립체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 극성체를 배열한 후, 시트형의 분리막을 권취하거나 폴딩하는 방식으로 제작하는 복합형(스택/폴딩형) 전극조립체 등을 들 수 있다. 상기 스택/폴딩형 전극조립체는, 2개 또는 그 이상의 시트형의 분리막 시트를 사용하여 제작할 수도 있다.
본 발명에 따른 전지셀을 구성하는 전극조립체는, 전극의 적층방향을 따라 관통구가 천공되어 있다.
상기 관통구가 형성되는 위치는 특별히 제한되지 않는다.
따라서, 상기 관통구의 중심은, 전극의 적층방향의 상부에서 바라본 전극조립체의 평면 형상의 중심과 일치할 수도 있고, 일치하지 않을 수도 있다.
또한, 상기 관통구의 형상은 특별히 제한되지 않는다.
따라서, 상기 관통구는 원 기둥 형상일 수도 있고, 타원체 형상일 수도 있으며, 다각 기둥 형상 등일 수도 있다. 즉, 전극의 적층방향의 상부에서 바라본 형상이 원형, 타원형 또는 다각형 등일 수 있다.
상기 분리막은 양극 및 음극과 직접 접촉하는 적층면의 면적이, 양극의 적층면의 면적과 음극의 적층면의 면적 중에서 넓은 면적과 동일하거나 더 넓을 수 있다.
분리막의 적층면의 면적이 양극의 적층면의 면적과 음극의 적층면의 면적 중 넓은 면적에 비해 더 넓을 경우에는, 분리막이 적층면에 수직한 방향으로 관통구의 중심을 향해 돌출되어 있을 수 있다.
관통구의 중심을 향해 돌출되어 있는 분리막의 단부는 양극 또는 음극의 단부를 감싸면서 절곡 내지 절곡된 상태로 열융착될 수도 있다. 이 경우, 상기 분리막이 양극 또는 음극의 모서리를 감싸고 있으므로, 외부충격 등에 의한 내부단락을 예방할 수 있다.
상기에서, 양극은 양극판, 시트형 양극일 수 있고, 음극은 음극판, 시트형 음극일 수 있으며, 분리막은, 분리판, 시트형 분리막일 수 있다.
한편, 전극조립체의 관통구의 내면에는 댐핑 부재가 더 장착될 수 있다. 이러한 댐핑부재는 관통구의 형상에 대응하여, 중공이 있는 원기둥 형상, 중공이 있는 다각형 형상 등일 수 있다.
또한, 중공이 있는 원기둥의 상단 및 하단에는, 중공이 형성된 지지판이 각각 형성되어 있을 수 있다.
상기 지지판은, 전극조립체와 전지케이스 사이의 공간을 채울 수도 있고, 전지케이스의 양면과 접촉하고 있을 수도 있다. 경우에 따라서는, 전지케이스의 양면을 압박하여 외부 충격의 인가 시 전극조립체가 전지케이스 내부에서 유동하는 현상을 감소시킬 수도 있다.
상기 전극조립체는 전극의 적층방향의 상부에서 바라본 형상이 원형, 타원형 또는 다각형 등일 수 있다.
상기 전지케이스는, 전극조립체가 수납되는 수납 공간이 형성되어 있고, 상기 수납 공간으로 전극 조립체를 삽입할 수 있는 열린 공간을 밀봉할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 상기 열린 공간은 전지케이스의 재질에 따라 용접 또는 열융착 등의 공지의 방법으로 밀봉될 수 있다.
상기 전지케이스는, 캔 형 전지케이스 또는 파우치형 전지케이스일 수 있고, 캔 형 전지케이스는 금속소재 또는 플라스틱 소재로 이루어져 있을 수 있으며, 파우치형 전지케이스는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
상기 라미네이트 시트는, 금속 차단층의 양면에 수지층이 도포되어 있는 구조일 수 있고, 예를 들어, 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 금속 차단층의 소재로는 가스 등에 대한 차단 특성과 박막 형태의 가공을 가능하게 하는 연성을 가지는 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 그것의 소재로는 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 고분자 수지로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 수지 실란트층의 소재로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)계 수지 등이 사용될 수 있다.
일반적으로, 캔 형 전지케이스의 경우에는, 상기 열린 공간이 덮개로 덮혀진 상태에서 용접하는 방식으로 밀봉될 수 있고, 파우치형 전지케이스의 경우에는, 도 1A 및 도 1B 에서와 같이, 수납부의 외주면을 열융착하는 방식으로 밀봉할 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀을 구성하는 전지케이스는 전극조립체의 관통구와 연통되는 개구의 내면이 더 용접되거나 또는 열융착될 수 있다.
본 발명의 비제한적인 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지셀은,
양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 구조로 이루어져 있고, 전극의 적층 방향을 따라 관통구가 천공되어 있는 전극조립체, 및 상기 관통구와 연통되는 개구가 양면에 천공되어 있으며, 전극조립체가 장착되는 수납부의 외주면과 개구의 내면을 따라 각각 열융착 실링부가 형성되어 있는 전지케이스;를 포함하고 있을 수 있다.
마찬가지로, 캔 형 전지케이스의 경우에도, 개구의 내면을 따라 형성되는 용접부가 형성될 수 있다.
본 발명의 비제한적인 다른 하나의 실시예에서, 상기 열융착 실링부에는 밀봉력을 향상시키는 밀봉 테이프가 부착되어 있을 수 있고, 상기 밀봉 테이프는 열융착 실링부를 감싸고 있을 수 있다.
마찬가지로, 캔 형 전지케이스의 경우에도, 용접부에 밀봉 테이프가 부착될 수 있다.
한편, 상기 개구의 내면을 따라 개구 지지부재가 더 장착될 수 있다. 이러한 개구 지지부재는 개구의 형상에 대응하여, 중공이 있는 원기둥 형상, 중공이 있는 다각형 형상 등일 수 있다. 또한, 중공이 있는 원기둥의 상단 및 하단에는, 중공이 형성된 지지판이 각각 형성되어 있을 수 있고, 상기 지지판은, 전지케이스의 양면과 접촉하고 있을 수 있고, 경우에 따라서는, 전지셀의 양면을 압박하여 외부 충격의 인가 시 전극조립체가 전지케이스 내부에서 유동하는 현상을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀은, 전극탭들 또는 전극탭들과 결합한 전극리드들이 전지셀의 일측 단부에 함께 형성되어 있을 수도 있고, 양측 대향 단부들, 또는 일측 단부와 그것에 인접한 타측 단부에 각각 형성되어 있을 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극조립체를 구성하는 극판들로부터 돌출되어 있는 전극탭들이 상기 관통구 내지 개구로 노출되어 있을 수 있다. 또한, 상기 전극탭들과 결합한 전극리드들이 상기 관통구 내지 개구로 노출되어 있을 수 있다. 이 경우, 관통구 내지 개구 부위의 공간을 활용함으로써 콤팩트한 전지셀을 제공할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지셀이 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩을 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 팩 케이스는 전지셀 중 전극조립체의 관통구 및 전지케이스의 개구와 연통되는 관통홈이 천공되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다. 상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북, 휴대폰, PDP, PMP, MP3 플레이어, DSC(Digital Still Camera), DVR, 스마트 폰, GPS 시스템, 및 캠코더, 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), 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전지셀은, 상기한 관통구와 개구가 연통되는 공간에 전자 부품 등을 내장할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기한 관통구와 개구는 외부 충격의 크기를 감소시킬 수 있으므로, 외부 충격에 의한 전지셀의 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 상기한 댐핑부재는, 외부 충격의 크기를 감소시킬 수 있으므로, 외부 충격에 의한 전지셀의 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 분리막으로 음극과 양극의 모서리가 감싸지는 경우에는, 외부 충격에 의한 내부 단락을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀은, 열융착 실링부 및 용접부로 인해, 전지셀에 외부 충격이 가해졌을 때, 전극조립체가 전지케이스 내에서 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀은, 댐핑부재 또는 개구 지지부재로 인해, 전지셀에 외부 충격이 가해졌을 때, 전극조립체가 전지케이스 내에서 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극탭들 또는 전극리들들이 관통구 내지 개구로 노출될 수 있고, 이 경우, 전극탭들 또는 전극리들들이 형성될 공간을 최소화하여 소형 경박화를 이룰 수 있다.
도 1A 및 1B는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 3 및 도 4는 각각 도 2의 평면 및 측면 모식도이다;
도 5는 도 1의 A-A에 따른 수직 단면도로서 열융착 실링부에 밀봉 테이프가 부착된 구조의 모식도이다;
도 6은 도 1의 A-A에 따른 수직 단면도로서 댐핑 부재가 포함된 구조의 모식도이다;
도 7은 도 1의 A-A에 따른 수직 단면도로서 개구 지지 부재가 포함된 구조의 모식도이다;
도 8은 도 4의 B 부위에 관한 전지케이스 내부 구조를 나타내는 모식도이다;
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 11 내지 도 13은 도 1의 전지셀의 제조 공정에 관한 모식도들이다;
도 14는 도 1의 전지셀이 내부에 장착되어 있는 전지팩의 모식도이다.
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 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀이 모식적으로 도시되어 있고, 도 3 및 도 4에는 각각 도 2의 평면도 및 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지셀(100)은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스(110)에는 중앙 개구(112)가 천공되어 있고, 이러한 전지케이스(110)의 내부에 수납된 전극조립체도 전지케이스(110)의 형상에 대응하여 중앙에 관통구가 천공되어 있다. 전극조립체의 구조는 하기 도 6 내지 도 8에서 다시 설명한다.
전극조립체가 장착되는 전지케이스(110)의 수납부(114)의 외주면에는 외주면 열융착 실링부(116)가 형성되어 있고, 또한 전지케이스(110)의 중앙 개구(112)의 내면을 따라 내주면 열융착 실링부(118)가 형성되어 있어서 외부로부터 밀봉되는 구조로 이루어진다.
이러한 중앙 개구(112)가 형성된 전지케이스(110)에 수납된 전극조립체는 중앙 개구(112)에 의해 고정되어 외부충격에 따른 밀림 현상을 억제하여 내부 단락을 방지한다. 또한, 전지셀(100)에 관통구 및 중앙 개구(112)가 형성된 구조에 의하여 비틀림 등에도 유연한 구조로 이루어진다.
한편, 전자기기에 대한 기술의 발달로 모바일 디바이스가 소형화, 박형화 되는 추세에서 부품의 소형화, 내부 구조 설계에 관하여 끊임없이 연구가 진행되고 있는 실정이다. 이러한 디바이스의 효율적인 설계를 위하여 전지셀이 수납되는 공간 쪽으로 돌출되는 부분이 존재할 경우, 전지셀(100)의 중앙 개구(112) 및 관통구 부위에 돌출되는 부분이 위치하도록 함으로써, 디바이스(도시하지 않음)를 더욱 소형화 또는 박형화 시킬 수 있는 구조로 이루어져 있다.
또한, 상기 중앙 개구(112) 및 관통구 부위에는 회전하는 부품 등이 장착될 수도 있다. 이 경우, 회전하는 부품의 회전반경을 고려하여 개구(112) 및 관통구의 반경을 설계함으로써, 회전체로 인한 부피 증가를 방지할 수 있다.
또한, 디바이스(도시하지 않음)의 전지셀이 수납되는 부위에 전지셀의 중앙 개구(112) 및 관통구의 형상에 대응하는 전지셀 고정부재를 위치시켜서, 별도의 전지셀 고정 구조 없이도 전지셀을 용이하게 고정할 수 있는 구조로 이루어져 있다.
중앙 개구(112)의 중심(C)는 전극의 적층 방향에서 전극조립체의 평면 중심에 대해 직사각형의 단변 길이(L)를 기준으로 30% 오차 범위 내에 위치한다. 도면에서는 중앙 개구(112)의 중심(C)와 전극조립체의 평면 중심이 실질적으로 일치하는 구조이다.
도 5 내지 도 7에는 도 1의 A-A에 따른 수직 단면도로서 각각 밀봉 테이프, 댐핑 부재, 및 개구 지지 부재가 추가로 포함된 구조의 모식도들이 도시되어 있다.
먼저 도 5를 참조하면, 열융착 실링부(118)의 밀봉력을 향상시키기 위한 밀봉 테이프(129)가 열융착 실링부(118)를 감싸도록 부착되어 있다. 한편, 중앙 개구(112)의 형상 또는 구조에 따라서 전지케이스(110)의 외주면 실링부(116)보다 중앙 개구 내면의 열융착 실링부의 실링 폭이 좁아질 수 있다. 따라서, 중앙 개구 내면의 열융착 실링부(118)의 밀봉력이 전지케이스(110)의 외주면 실링부(116)보다 상대적으로 떨어질 수 있는 바, 열융착 실링부(118)에 밀봉 테이프(119)를 부착하여 밀봉력을 향상시키는 구조로 이루어져 있다.
도 6을 참조하면, 전극조립체(120)의 관통구의 내면에는 댐핑 부재(150)가 추가되어 있다. 댐핑 부재(150)는 전지셀에 외부충격이 인가되었을 때 전극조립체(120)가 전지케이스(110) 내에서 파손되는 것을 방지하도록 댐핑 역할을 하며, 전극조립체(120)의 관통구 부위 내면과 전지케이스(110) 사이의 공간을 채우는 구조로 형성됨으로써, 전극조립체(120)가 전지케이스(110) 내에서 이동하는 것을 방지한다.
도 7을 참조하면, 전지케이스(110)의 중앙 개구(112)의 내면을 따라 개구 지지 부재(160)가 추가로 포함되어 있다. 개구 지지 부재(160)는 전지케이스(110)의 중앙 개구(112) 내면에 고리 형상의 부재가 부착된 형태로 형성되어 있으며, 전지케이스(110) 내에서 전극조립체(120)가 유동하였을 때 열융착 실링부(118)의 실링 부위가 해제되는 것을 방지하도록 중앙 개구(112)의 내면을 지지하는 구조로 이루어져 있다.
도 8에는 도 4의 B 부위에 관한 전지케이스 내부의 구조를 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 전극조립체(120)는 양극(127), 음극(128), 및 양극(127) 및 음극(128) 사이에 개재된 분리막(129) 구조가 적층된 구조로 이루어져 있고, 전극조립체(120)의 중앙에 형성된 관통구 부위에서 분리막(129)의 단부가 양극(127) 또는 음극(128)의 모서리를 감싸도록 절곡되어 있다. 즉, 분리막(129)이 양극(127) 또는 음극(128)의 모서리를 감싸면서 보호함으로써 외부충격 등에 의한 단락을 예방하는 구조로 이루어져 있다.
도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 전지케이스(110)의 중앙 개구(112) 내측으로 전극조립체와 연결되는 양극리드(172) 및 음극리드(174)가 돌출되어 있다. 따라서, 종래의 양극리드 및 음극리드가 전지케이스 외주면에 돌출된 구조의 전지셀에서 양극리드 및 음극리드가 외부와 연결되기 위한 공간을 형성하는 것이 필요없고, 전지셀의 관통구 부위의 공간을 최대한 활용하는 구조로 이루어져 있다.
도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀이 모식적으로 도시되어 있다.
도 10의 전지셀은 전지케이스의 중앙 개구 및 전극조립체의 관통구의 구조가 다른 점을 제외하고는 도 2의 전지셀의 구조와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 전지케이스(140)의 중앙 개구(142), 및 전극조립체의 관통구로 형성된 홀의 형상이 모서리가 완만한 대략 직사각형의 구조로 이루어져 있다. 이러한 홀의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 타원형, 다각형, 또는 도 2에서와 같은 원형 등 디바이스의 전지셀 수납 공간의 구조에 따라서 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도 11 내지 도 13에는 도 1의 전지셀의 제조 공정에 관한 모식도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 양극 또는 음극의 전극(122)들의 중심 부위를 펀칭하여 원 형상의 관통구(124)를 형성한 후, 이러한 전극(122)들을 분리막(126)이 개재된 상태로 적층하여 전극조립체(120)를 제작한다. 그리고, 관통구(124) 부위의 실링을 위한 분리막의 일부 부위를 확보하기 위하여 전극(122)에 형성된 관통구보다 작은 넓이로 분리막에 원 형상의 관통구(124’)를 형성시킨다.
이러한 전극조립체(120)는 전극 적층 방향으로 상부에서 바라본 형상이 직사각형이고, 관통구(124’)의 중심이 전극(122)의 적층방향에서 전극조립체(120’)의 평면 중심과 일치한다. 그러나, 전극조립체의 구조는 도면과 같은 구조로 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 관통구의 중심이 전극의 적층 방향에서 전극조립체의 평면 중심에 대해 전극조립체의 한 변의 길이를 기준으로 30%의 오차 범위 내에서 위치하는 구조로도 이루어질 수 있다.
또한, 전지케이스는 도 2 내지 도 4의 형태로서, 전극조립체의 관통구와 연통되는 중앙 개구가 형성되어 있는 구조로 제작된다.
도 13을 참조하면, 전지케이스(130)는 일 단위의 부재로서 전극조립체 수납부(134)가 일측 부위에 형성되어 있고, 절곡한 상태에서는 타측 부위가 전극조립체 수납부(134)를 덮는 구조로 이루어져 있다. 그리고, 일측 및 타측에는 전극조립체(120’)의 관통구와 연통되는 중앙 개구(132)가 형성되어 있다.
이러한 전지케이스(130)의 전극조립체 수납부(134)에 전극조립체(120’)를 장착한 후, 전지케이스(130)의 일측 또는 타측을 접고, 전지케이스(130)의 외주면 열융착 실링부(136)를 열융착하여 밀봉한다. 또한, 전지케이스(130)의 중앙 개구(132)의 내주면 열융착 실링부(138)도 열융착하여 밀봉한다. 이 때, 전극조립체(120’)의 관통구 부위에 위치하는 분리막을 중앙 개구의 내주면 열융착 실링부(138)와 함께 열융착하여, 전극조립체(120’)가 중앙 개구(132) 부위에서 고정되도록 한다. 따라서, 외력의 인가 시 전지케이스(130) 내에서 전극조립체(120’)의 밀림 현상을 억제하는 구조로 이루어진다.
도 14에는 도 1의 전지셀이 내부에 장착되어 있는 전지팩이 모식적으로 도시되어 있다. 도 14를 참조하면, 전지팩(200)의 팩 케이스(210)에는 전지셀의 전극조립체 관통구 및 전지케이스의 중앙 개구와 연통하는 관통홈(212)이 천공되어 있다.
한편, 이러한 관통홈(212)이 형성된 전지팩(200)을 적층하여 전지모듈을 구성하였을 때, 적층된 전지팩(200)들의 관통홈(212)들을 통과하는 고정부재를 사용하여 전지팩(200)들의 적층구조를 간단하게 고정시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

  1. 양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 구조로 이루어져 있고, 전극의 적층 방향을 따라 관통구가 천공되어 있는 전극조립체, 및 상기 관통구와 연통되는 개구가 양면에 천공되어 있는 전지케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 권취형 구조, 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 전극의 적층 방향의 상부에서 바라본 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 관통구의 중심은 전극의 적층 방향의 상부에서 바라본 전극조립체의 평면 중심과 일치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 관통구의 중심은 전극의 적층 방향의 상부에서 바라본 전극조립체의 평면 중심과 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 캔 형 전지케이스 또는 파우치형 전지케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 캔 형 전지케이스는 금속 소재 또는 플라스틱 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 파우치형 전지케이스는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 개구의 내면을 따라 용접부 또는 열융착 실링부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체와 연결되는 양극리드 및 음극리드는 상기 전지케이스의 개구 내측으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 용접부 또는 열융착 실링부에는 밀봉 테이프가 부착되어 있고, 상기 밀봉 테이프는 용접부 또는 열융착 실링부를 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체의 관통구의 내면에는 댐핑 부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스의 개구의 내면을 따라 개구 지지 부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 상기 관통구 방향으로 분리막이 양극 및 음극보다 길게 형성되어 있고, 상기 관통구 방향의 분리막의 단부는 양극 또는 음극의 모서리를 감싸도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 따른 전지셀이 팩 케이스에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 팩 케이스에는 전지셀 중 전극조립체의 관통구 및 전지케이스의 개구와 연통되는 관통홈이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 1 항의 전지셀 또는 제 16 항의 전지팩이 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 디바이스는 노트북, 휴대폰, PDP, PMP, MP3 플레이어, DSC(Digital Still Camera), DVR, 스마트 폰, GPS 시스템, 및 캠코더, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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