KR20160049826A - 전지의 플렉서블 리드탭, 이를 구비하는 전지셀 및 그 적층체 - Google Patents

전지의 플렉서블 리드탭, 이를 구비하는 전지셀 및 그 적층체 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전지셀 상호 간 또는 전지셀과 접속부재를 전기적으로 연결하는 리드;와 상기 리드의 사이에 개재되고 연결상태에 따라 변형이 가능하도록 리드보다 유연한 재질로 이루어지는 연결부재를 포함하는 전지의 플렉서블 리드탭을 제공한다.
본 발명에 따르면, 전지셀 간의 연결이나 전지셀과 외부장치 또는 접속부재들과의 연결관계에서 상호 간에 배치관계의 자유도가 증가되면서도 진동이나 충격에 따른 용접부위의 손상이나 파손이 방지될 수 있고, 제조상 또는 사용상의 전기적인 연결관계의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Description

전지의 플렉서블 리드탭, 이를 구비하는 전지셀 및 그 적층체{FLEXIBLE LEAD TAB OF BATTERY, BATTREY CELL AND STACK OF THE SAME WITH THE LEAD TAB}
본 발명은 전지의 전극리드에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는 전기장치 또는 부재들의 연결관계에 있어서 진동이나 충격도 안정성이 향상되는 전지의 플렉서블 리드탭, 이를 구비하는 전지셀 및 그 적층체에 관한 것이다.
이차전지는 전해물질에 양극과 음극을 삽입하고, 이러한 양극과 음극을 연결했을 때 전해물질과 전극 사이에서 발생되는 전기화학적 반응을 이용한 전지로서, 기존의 일차전지와는 달리 전기전자제품에서 소모된 에너지를 충전기에 의해 재충전하여 반복 사용할 수 있는 충전과 방전이 가능한 전지이므로, 무선 전기전자제품의 대중화와 더불어 확산되고 있는 추세이다.
이러한 이차전지는 양극이나 음극 또는 전해질을 어떤 물질로 사용하느냐에 따라 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소전지, 리튬이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 나뉘며, 형태적으로는 원통형, 각형 및 파우치형 등으로 구분된다.
모바일 기기에 대한 기술 개발에 따라 에너지원으로써 이차 전지의 수요가 증가되고 있으며, 또한 고에너지화, 소형화, 경량화 및 박형화가 요구된다. 예를 들면, 이차 전지에는 폴리머 필름을 이용하여 평평하게 형성됨으로 써 이차 전지의 박형화를 효과적으로 구현하는 파우치형 전지가 있다.
이러한 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 일반적으로 리튬 이차전지는 내부 쇼트, 허용된 전류, 전압을 초과한 충전상태, 고온에의 노출, 낙하 등에 의한 충격과 같은 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발을 초래할 수 있다.
등록실용신안 제20-0394701호는 이러한 종래의 파우치형 이차전지를 개시하고 있다.
도 1은 종래기술의 전지셀 간에 전기적으로 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
전지셀(10)은 일반적으로 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체가 전극에 연결된 리드(11)를 외부로 연장시킨 상태로서 밀봉되어 형성된다.
전지모듈을 구성함에 있어서 도시사항과 같이 전지셀(10)들을 상호 적층시켜 소정의 적층체를 구성한 이후에 리드(11)들을 상호 간에 용접하여 용접부(12)를 형성하는 방식으로 상호 전기적으로 직렬연결시킬 수 있다.
그런데, 전지셀 간의 연결을 위하여 용접을 하는 과정이나 사용 과정에서 전지셀들이 상호 간에 움직일 가능성이 있고 이로 인하여 용접부 또는 리드탭이 손상될 가능성이 있다. 상기 손상은 전지모듈 전체의 불량으로 이어지는 문제가 있다.
도 2는 종래기술에서 전지셀과 외부 구조물과의 연결상태를 나타내는 도면이다.
전지셀(10)과 버스바(20)와 같은 접속부재를 전기적으로 연결함에 있어서도, 리드(11)와의 사이에 용접부(21)가 형성되는데, 상기와 마찬가지로 리드(11)와 버스바(20) 사이의 상대운동에 의하여 접속부위의 손상의 우려가 존재한다.
리드탭은 보통 금속재질로서 용접공정을 위하여 두께에 제한을 받고 외부 충격에 취약한 문제를 가진다. 이러한 부재간의 전기적인 연결 부위에서 외부의 진동이나 충격을 받는 경우 연결부위에 응력이 집중되고 피로가 누적되면 파괴가 발생할 수 있는 것이다.
이는 전지셀(10)이나 버스바(20)와 같은 부위에 비하여 리드(11)가 상대적으로 두께가 얇고 강성이 낮은 데 기인한다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전지셀 사이의 연결 또는 전지셀과 외부 구조물과의 연결관계에서 진동이나 충격에 대해 리드탭의 연결부위의 손상 가능성이 최소화될 수 있는 전지의 플렉서블 리드탭, 이를 구비하는 전지셀 및 그 적층체을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 전지셀 상호 간 또는 전지셀과 접속부재를 전기적으로 연결하는 리드;와 상기 리드의 사이에 개재되고 연결상태에 따라 변형이 가능하도록 리드보다 유연한 재질로 이루어지는 연결부재를 포함하는 전지의 플렉서블 리드탭을 제공한다.
상기 리드는, 전지셀측에 연결되는 제1리드와 다른 전지셀 또는 접속부재에 연결되는 제2리드로 이루어지며, 상기 연결부재는, 제1리드와 결합되는 제1연결부와 제2리드와 결합되는 제2연결부를 구비하여 이루어질 수 있다.
상기 제1리드는, 리드필름과 결합될 수 있다.
상기 연결부재는, 금속메쉬, 금속사 또는 금속스폰지 중에서 선택된 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은, 상기된 플렉서블 리드탭의 일적용예로서, 복수의 전지셀들이 높이방향으로 적층 배치되고, 플렉서블 리드탭의 제1리드가 하측의 전지셀에 연결되고 제2리드가 상측의 전지셀에 연결되며, 연결부재는 상하측에 고정된 제1리드 및 제2리드를 연결하도록 절곡되는 전지셀 적층체를 제공한다.
또한, 다른 적용예로서, 플렉서블 리드탭의 제1리드에 연결되고, 제2리드는 일면이 버스바에 용접되는 방식으로 연결되며 연결부재는 전지셀의 높이방향 또는 수평방향으로 이격 배치된 버스바와의 배치관계에 따라 절곡되어 연결상태를 유지하는 전지셀을 제공한다.
본 발명에 따르면, 전지셀 간의 연결이나 전지셀과 외부장치 또는 접속부재들과의 연결관계에서 상호 간에 배치관계의 자유도가 증가되면서도 진동이나 충격에 따른 용접부위의 손상이나 파손이 방지될 수 있고, 제조상 또는 사용상의 전기적인 연결관계의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술할 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은 종래기술에서 전지셀 간에 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래기술에서 전지셀과 버스바가 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 개념에 따른 플렉서블 리드탭을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 플렉서블 리드탭과 전극조립체가 연결되는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 플렉서블 리드탭에 의한 전지셀들이 연결되어 적층체를 구성하는 일적용예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 적용예에 따른 플렉서블 리드탭에 의한 전지셀과 버스바가 연결되는 상태를 나타내는 도면이다.
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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다
도 3은 본 발명의 개념에 따른 플렉서블 리드탭을 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 기본적으로 전지셀 상호 간 또는 전지셀과 접속부재를 전기적으로 연결함에 있어서 양측을 연결하는 리드와, 상기 리드의 사이에 개재되고 연결위치 및 연결상태에 따라 변형이 가능하도록 리드보다 유연한 재질로 이루어지는 연결부재를 포함하는 전지의 플렉서블 리드탭을 제공한다.
본 발명의 설명에서는 전지셀로서 스택형의 파우치타입 전지셀의 전극에 연결되는 리드탭을 주로 설명하나, 본 발명의 기본적인 개념은 반드시 상기 예에 한정되는 것은 아니며 전기화학소자를 포함하는 다양한 전극조립체와 다른 장치 또는 부재를 연결할 수 있는 리드탭으로서 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 플렉서블 리드탭(100)은, 전지셀의 전극과 용접 또는 기타 전기적인 연결이 가능한 방식에 의하여 연결된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 플렉서블 리드탭(100)은 전지셀에 연결되는 제1리드(110)와, 다른 전지셀 또는 접속부재와 연결되는 제2리드(120)와, 상기 제1리드(110) 및 제2리드(120)를 전기적으로 연결하면서 상대적으로 유연한 재질로 이루어지는 연결부재(130)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1리드(110) 및 제2리드(120)는 전도성이 우수한 구리, 알루미늄, 니켈, 주석, 또는 아연 등의 금속재료들의 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물들이 선택되어 적용될 수 있다.
이러한 리드는 기본적으로 전지셀의 전극부와 용접되는 방식으로 연결될 수 있고, 용접과 같은 연결성을 고려하여 두께의 제약을 가지기 때문에 소정의 소성변형은 가능하나 특히 용접부위에서 집중되는 외부의 진동 또는 충격에 취약한 문제가 있음은 상기한 바와 같다.
연결부재(130)는 제1리드(110)와 제2리드(120)를 전기적 및 기계적으로 연결하면서 유연한 재질 또는 형태로 구성될 수 있는데, 여기서 유연하다고 함은 외력에 의하여 소성변형이나 파손이 일어나지 않고 필요에 따라 형상이 비교적 자유롭게 변화될 수 있는 것을 의미한다.
이를 위하여, 상기 연결부(130)는 메쉬(mesh)형태 또는 금속사(fiber)가 직조된 형태 또는 스폰지(sponge) 형태 중에서 선택된 재질로서 이루어질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 연결부재(130)는, 제1리드(110)와 연결되는 제1연결부(131)와, 제2리드(120)와 연결되는 제1연결부(132)를 포함할 수 있다.
이러한 제1연결부(131) 및 제1연결부(132)는 기본적으로 상호 간에 교차되어 용접되는 방식으로 형성될 수 있으나, 접착제나 체결부재를 통한 결합상태를 배제하는 것은 아니다.
도 4는 본 발명에 따른 플렉서블 리드탭이 전지셀과 연결되는 상태를 나타내는 도면이다.
전지셀(200)은, 리튬폴리머 이차전지로 이루어질 수 있고, 고분자 수지와 알루미늄의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스에 양극/분리막/음극으로 이루어진 전극조립체를 장착한 후 상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극부(210)를 전지케이스로부터 노출시킨 상태로 결합시켜 제작될 수 있다.
상기된 플렉서블 리드탭(100)의 일측에 배치되는 제1리드(110)는 전지셀(200)로부터 노출된 전극에 전기적으로 연결되어 서로 이격된 부재 또는 단자 간에 연결하는 기능을 수행한다.
이러한 전지셀(200)의 리드탭으로서, 본 발명의 플렉서블 리드탭(100)은 제1리드(110)에 전기적인 절연성을 담보하기 위하여 리드필름(140)이 추가적으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 리드필름(140)은 공기 중의 수분이 전지 내로 침투하는 것을 방지하거나, 전해액의 누출을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
이러한 리드필름(140)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리이미드(PI), 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에서 선택된 고분자재료로 제조될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 리드필름(140)의 고분자재료는 전기절연성을 가지고 있으므로 리드탭의 절연성을 담보할 수 있는 것이다.
상기 리드필름(140)은 기본적으로 전지셀(200)과 연결되는 제1리드(110)에 구성되는 예로 설명되었으나, 경우에 따라 제2리드(120)에도 배치될 수 있음은 물론이다.
상기 제1리드(110)는 일단측에서 전극과 용접되는 방식으로 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 전지의 플렉서블 리드탭에 대한 일적용예인 전지셀 간의 연결을 나타내는 도면이다.
전지셀(200)들은 상호 간에 면을 마주보도록 적층되는 방식으로 배열되고, 양단측에 각각 음과 양의 전극이 형성되는 경우 플렉서블 리드탭(100)은 지그재그 형태로서 배열되어 직렬연결을 수행할 수 있다.
도시된 예에서, 하측의 전지셀(200)측으로 제1리드(110)가 용접되는 방식으로 연결되고, 상측의 전지셀측으로 제2리드(120)가 용접되는 방식으로 연결되며, 상측으로 절곡되는 부위가 연결부재(130)에 의하여 형성됨이 나타나있다.
도 1의 종래기술에서는 단일 재질의 리드탭 자체가 꺾인 상태로 배치되어 용접부위에 부하가 가중되는 모습이 나타나 있는바, 본 발명의 일적용예에서는 제1리드(110) 및 제2리드(120)는 절곡되지 않은 상태로 원래의 형태를 유지하면서 제1리드(110)와 제2리드(120)를 상호 연결하는 연결부재(130)가 유연하게 변형된 차이가 있음에 유의하여야 한다.
상기된 플렉서블 리드탭(100)의 일적용예에서, 제1리드(110)는 하층의 전지셀의 리드를 구성하고, 제2리드(120)는 상층의 전지셀의 리드를 구성하며, 상기 연결부재(130)가 제1리드(110) 또는 제2리드(120) 중의 어느 하나에 결합된 상태로서 제공되어 다른 측에 적층 과정 또는 적층 이후에 추가적인 용접과 같은 공정에 의하여 연결이 이루어지는 것으로 이해될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 전지의 플렉서블 리드탭에 대한 다른 적용예인 전극조립체와 접속부재의 연결관계를 나타내는 도면이다.
버스바(busbar)는 일반적으로 복수의 전지셀들을 연결하는 기능을 수행하는데, 배치관계상 리드의 스트레스를 가중하는 요소로 작용되는 경우가 많다.
본 발명의 플렉서블 리드탭(100)은 상기와 같이 제1리드(110)측에서 전지셀(200)에 연결되고, 타측인 제2리드(120)에서 버스바(300)에 연결될 수 있다.
이때, 제2리드(120)는 버스바의 소정의 면에 어느 하나의 면이 대면된 상태로서 용접되어 연결관계의 확실성이 향상될 수 있고, 연결부재(130)는 제1리드(110)와 제2리드(120)를 유연하면서도 안정적으로 연결하도록 기능한다.
도시사항과 같이 버스바(300)가 전지셀로부터 일측 및 상하측으로 다소 이격되어 배치되는 경우 연결부재(130)가 두 번에 걸쳐서 절곡된 형태로 나타날 수 있는데, 종래기술의 리드의 경우 이러한 변형은 사실상 불가능하다. 즉, 본 발명의 플렉서블 리드탭(100)이 적용됨으로써 특히 버스바(300)와 복수의 전지셀과의 연결관계에 있어 상호 간의 배치의 자유도가 더욱 향상될 수 있는 이점을 가짐에 유의하여야 한다.
상기된 본 발명에 따른 전지의 플렉서블 리드탭에 의하여, 전지셀간의 연결이나 전지셀과 외부장치 또는 접속부재들과의 연결관계에서 상호 간에 배치관계의 자유도가 증가되면서도 진동이나 충격에 따른 용접부위의 손상이나 파손이 방지될 수 있는 이점을 가진다. 이는 제조상 또는 사용상의 전기적인 연결관계의 신뢰성의 향상으로 이어지는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100...플렉서블 리드탭 110...제1리드
120...제2리드 130...연결부재
131...제1연결부 132...제2연결부
140...리드필름 200...전지셀
300...버스바

Claims (6)

  1. 전지셀 상호 간 또는 전지셀과 접속부재를 전기적으로 연결하는 리드;와
    상기 리드의 사이에 개재되고 연결상태에 따라 변형이 가능하도록 리드보다 유연한 재질로 이루어지는 연결부재를 포함하는 전지의 플렉서블 리드탭.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드는,
    전지셀측에 연결되는 제1리드와 다른 전지셀 또는 접속부재에 연결되는 제2리드로 이루어지며,
    상기 연결부재는,
    제1리드와 결합되는 제1연결부와 제2리드와 결합되는 제2연결부를 구비하는 전지의 플렉서블 리드탭.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1리드는,
    리드필름과 결합되는 전지의 플렉서블 리드탭.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연결부재는,
    금속메쉬, 금속사 또는 금속스폰지 중에서 선택된 재질로 형성되는 전지의 플렉서블 리드탭.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 플렉서블 리드탭을 구비하는 전지셀 적층체로서,
    복수의 전지셀들이 높이방향으로 적층 배치되고, 플렉서블 리드탭의 제1리드가 하측의 전지셀에 연결되고 제2리드가 상측의 전지셀에 연결되며, 연결부재는 상하측에 고정된 제1리드 및 제2리드를 연결하도록 절곡되는 전지셀 적층체.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 플렉서블 리드탭을 구비하는 전지셀로서,
    플렉서블 리드탭의 제1리드에 연결되고,
    제2리드는 일면이 버스바에 용접되는 방식으로 연결되며 연결부재는 전지셀의 높이방향 또는 수평방향으로 이격 배치된 버스바와의 배치관계에 따라 절곡되어 연결상태를 유지하는 전지셀.
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