KR20180086006A - 상부 케이스와 하부 케이스의 수납부 크기가 상이한 전지셀 - Google Patents

상부 케이스와 하부 케이스의 수납부 크기가 상이한 전지셀 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 수납부에 밀봉되어 있는 구조의 전지셀로서,
상기 전지케이스는, 전극조립체의 일부 부위가 내장되는 제 1 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스와, 상기 전극조립체의 나머지 부위가 내장되는 제 2 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스를 포함하고 있으며;
상기 전극조립체의 전극 단자에 대해 평행한 방향에서 수납부의 길이인 전장에 있어서, 상기 제 2 수납부의 전장은 제 1 수납부의 전장보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.

Description

상부 케이스와 하부 케이스의 수납부 크기가 상이한 전지셀 {Battery Cell Having Different Receiving Sizes between Upper Case and Lower Case}
본 발명은 상부 케이스와 하부 케이스의 수납부 크기가 상이한 전지셀에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
상기한 리튬 이차전지는, 그것의 형상에 따라 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등으로 구분할 수 있다.
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 분리필름 등으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
이와 관련하여, 최근에는, 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높은 스택/폴딩형 전극조립체를 저렴하고 변형이 용이한 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 있는 추세이다.
상기 파우치형 전지케이스는 수납부의 갯수에 따라 더블컵과 싱글컵 타입으로 구분된다. 일반적으로는 전지케이스 수납부가 파우치 케이스 중 한쪽에만 개시된 싱글컵 타입을 사용해왔지만, 디바이스에서 요구하는 전지의 용량이 해마다 증가하고 있고, 디바이스 내부의 집적도가 상승하여 내부 공간에서의 전지 배치가 중요해지면서, 전지케이스의 전극 단자 위치 및 높이의 조절이 가능하고, 더욱 두꺼운 전극조립체의 수납이 가능한 더블컵 타입 역시 사용이 증가하고 있다.
그러나, 상기 더블컵 타입의 전지케이스는 싱글컵 타입보다 파우치의 내부 공간이 더욱 넓고, 특히 전극조립체의 전극탭과 전극리드의 결합부가 위치하는 부분에 발생하는 빈 공간으로 인해, 수납된 전극조립체가 상기 빈 공간 방향으로 쏠리는 경우, 상기 탭-리드 결합부 또는 전극 탭이 손상될 수 있어, 전지셀 내부에 단락이 발생되기 쉽다.
또한, 상기 파우치형 전지를 포함한 대부분의 이차전지들은 전지셀의 제조 과정에서 충방전에 의해 전지를 활성화시키는 과정을 거치는 바, 최종 전지셀의 제조를 위해서는 상기 활성화 과정에서 발생하는 가스를 제거하여야 하며, 이를 탈기(degassing) 공정이라고 하는데, 상기 탈기 공정 시 파우치형 전지케이스의 컵 부분이 형태를 유지하지 못하므로, 전지셀의 외관이 불량해지는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지셀에서 상부 전지케이스의 전장을 하부 전지케이스의 전장보다 상대적으로 작게 설계하는 경우, 소망하는 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 전지셀은,
전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 수납부에 밀봉되어 있는 구조의 전지셀로서,
상기 전지케이스는, 전극조립체의 일부 부위가 내장되는 제 1 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스와, 상기 전극조립체의 나머지 부위가 내장되는 제 2 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스를 포함하고 있으며;
상기 전극조립체의 전극 단자에 대해 평행한 방향에서 수납부의 길이인 전장에 있어서, 상기 제 2 수납부의 전장은 제 1 수납부의 전장보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 한다.
상기 전지케이스는 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스일 수 있다.
구체적으로, 라미네이트 시트의 외부에는 내후성 고분자로 이루어진 피복층, 내부에는 열융착성 고분자로 이루어진 실란트층이 형성되어 있으며, 외부 피복층과 내부 실란트층의 사이에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 베리어층이 형성되어 있다.
상기 전지케이스는, 하부 케이스와 상부 케이스가 일측 단부에서 서로 연결된 1 단위의 부재이거나, 또는 하부 케이스와 상부 케이스가 각각 독립적인 부재이며;
상기 하부 케이스와 상부 케이스는 제 1 수납부의 외주변과 제 2 수납부의 외주변이 상호 열융착되어 결합될 수 있다.
상기 전지케이스에 수납되는 전극조립체는 직육면체 형상으로 이루어져 있고, 복수의 전극 탭들이 전극리드에 결합되어 있는 스택형 구조 또는 스택/폴딩형 구조일 수 있다.
상기 전극 탭들이 전극리드에 결합되어 있는 탭-리드 결합부는 하부 케이스의 제 1 수납부 상에 위치할 수 있으며, 경우에 따라서는 제 1 수납부와 제 2 수납부의 상호 전장 크기차로 인한 제 1 수납부의 잉여 공간에 탭-리드 결합부가 위치할 수 있다.
특별한 제약조건이 없는 경우, 하부 케이스에 위치한 제 1 수납부의 전고를 제 2 수납부보다 깊게 형성하므로, 상기와 같이 전고가 깊은 수납부 쪽에 탭-리드 결합부가 위치하나, 디바이스의 내부 공간 구성 또는 고객의 요청에 따라 전고가 얕은 수납부측에 탭-리드 결합부가 위치할 수도 있다.
상기 제 1 수납부의 체적은 제 2 수납부의 체적보다 상대적으로 클 수 있고, 구체적으로 제 1 수납부의 체적은 제 2 수납부 체적의 105% 내지 400% 크기일 수 있다.
제 1 수납부의 체적이 제 2 수납부 체적 대비 105% 미만인 경우, 제 1 수납부에 탭-리드 결합부를 위치시킬 공간이 부족할 수 있고, 400% 초과일 때는 일반적으로 제 1 수납부의 전고가 제 2 수납부의 전고 대비 깊게 설계되는데, 이 경우 제 1 수납부를 이루는 파우치의 라미네이트 시트가 전고방향으로 과도하게 연신되므로, 하부 케이스의 강도가 내부에 수납되는 전극조립체의 무게를 견디지 못하고 손상될 수 있다.
상기 제 2 수납부의 전장은, 전극조립체에서 돌출된 전극탭을 제외한 전극조립체의 전장을 기준으로 100% 이상 내지 110% 이하의 크기일 수 있다. 이는 전극조립체의 전장 외에도 전극조립체의 전극판에서 연장된 전극 탭의 일부 절곡된 부분이 제 2 수납부의 전장의 공간에 존재할 수 있기 때문이다.
구체적으로, 상기 제 2 수납부의 전장은 제 1 수납부의 전장보다 0.5 mm 내지 15 mm 정도 작을 수 있고, 바람직하게는, 1 mm 내지 10 mm 정도 작을 수 있다. 만약 전장의 차이가 0.5 mm 미만인 경우에는 전지셀 내의 제 1 수납부에 위치하는 탭-리드 결합부가 과도하게 절곡되어 있을 수 있으므로 쇼트가 발생할 가능성이 있으며, 전장의 차가 15 mm를 초과하는 경우에는, 하부 케이스의 제 1 수납부의 공간이 탭-리드 결합부가 차지하는 공간을 제외하고도 과다하게 넓어, 제 1 수납부에 수납된 전극조립체의 일부가 전장 방향으로 쏠리거나, 탈기 공정 중 제 1 수납부의 외관에 무너짐이 발생할 수 있다.
상기 전극조립체의 전극 단자에 대해 수직인 방향에서 수납부의 길이인 전폭에 있어서, 상기 제 2 수납부의 전폭은 제 1 수납부의 전폭과 동일할 수 있다.
상기 전지셀은, 하부 케이스와 상부 케이스의 전장 차이에 의해, 전극조립체의 전장 방향으로의 이동이 억제되고, 상부 케이스는 전지셀의 제작 과정에서 전지셀 활성화 이후 탈기(degassing) 공정 중에 형상 변형이 억제될 수 있다.
상기 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 내장된 전지셀은 리튬 이차전지를 구성할 수 있다.
이하, 상기 이차전지의 기타 성분에 대해서 설명한다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체에 양극 활물질, 도전재 및 바인더가 혼합된 양극 합제를 도포하여 제조될 수 있고, 필요에 따라서는 상기 양극 합제에 충진제를 더 첨가할 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 300 ㎛의 두께로 제조되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은, 예를 들어, 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, LiV3O4, 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 양극 합제 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-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 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.
반면에, 음극은 음극 집전체에 음극 활물질, 도전재, 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 도포하여 제조될 수 있으며, 이에 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 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.
본 발명에서 음극 집전체의 두께는 3 내지 300 ㎛의 범위 내에서 모두 동일할 수 있으나, 경우에 따라서는 각각 서로 다른 값을 가질 수 있다.
상기 음극 활물질은, 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 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터고, 두께는 일반적으로 5 ~ 30 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 비수 전해질일 수 있고, 상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시푸란, 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 카보네이트 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 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 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 비수 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해질에는 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 비수 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 포함하는 전지팩 및 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 상부 전지케이스의 전장을 하부 전지케이스의 전장보다 상대적으로 작게 설계하여, 전지셀의 탈기 공정 중에 전지케이스의 컵 부분 형상이 변형되는 것을 억제하고, 전극조립체의 내부 유동을 방지하여, 전지셀 내부에서 단락이 발생하는 것을 사전에 예방할 수 있다.
도 1은 일반적인 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀을 모식적으로 나타낸 수직단면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 모식적으로 나타낸 수직단면도이다; 및
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀을 모식적으로 나타낸 수직단면도이다.
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 1은 일반적인 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀의 수직단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(30)은 전극조립체(10) 및 전지케이스(20)을 포함하고 있다.
구체적으로, 전극조립체(10)은 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조가 둘 이상 반복적으로 적층되어 있는 판상형의 적층부(11)를 포함하고 있고, 음극판에 형성되어 있는 음극 탭들(12)이 전극조립체(10)의 우측 방향으로 돌출되어 있으며, 음극 탭들(12)과 음극 리드(16)는 탭-리드 결합부(14)를 통하여 전기적으로 연결되어 있으며, 음극 리드의 우측 단부는 전지케이스(20)의 외부로 노출되어 있다. 한편, 본 도면은 수직단면도이므로, 양극과 관련된 전극판, 전극 탭, 전극 리드 등은 도시를 생략한다.
전지케이스(20)는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스로, 상부 케이스(26), 하부 케이스(25) 및 외주변(27)을 포함하고 있고, 상부 케이스(26)와 하부 케이스(25)에는 전극조립체(10)와 전해액을 함께 수납할 수 있도록, 각각 제 1 수납부(28) 및 제 2 수납부(29)를 포함하고 있다.
전극조립체(10)와 전해액을 수납한 채, 상부 케이스(26)로 전폭이 동일한 하부 케이스(25)를 덮은 다음, 상부 케이스와 하부 케이스의 외주변들(27)을 열융착하여 밀봉하면, 하나의 독립된 전지셀을 제조할 수 있다.
그러나, 상부 케이스(26)의 경우, 하부 케이스(25)와 달리, 제 2 수납부(28)에 전극조립체(10) 및 탭-리드 결합부(14)가 차지하지 않는 일부 공간이 있고, 탈기 공정 시 빈 공간의 가스가 빠져나가면서 제 2 수납부(28)의 형태가 온전히 유지되지 않거나, 상부 케이스에 수납된 전극조립체의 일부가 해당 공간으로 이동하는 현상이 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 수직단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀(100)은 전극조립체(110), 양극 탭들(도시하지 않음), 음극 탭들(112), 양극 리드(도시하지 않음), 음극 리드(114), 탭-리드 결합부(114) 및 전지케이스(120)를 포함하고 있고, 전지케이스(120)는 제 1 수납부(128)를 포함하는 하부 케이스(125), 제 2 수납부(129)를 포함하는 상부 케이스(126) 및 실링부(127)로 이루어져 있다.
도 1과 비교하여 도 2를 참조하면, 상부 케이스(126)에 위치한 제 2 수납부(129)는 도 1의 제 2 수납부(29)보다 전장이 짧으므로, 제 2 수납부에는 전극조립체(110)가 전장 방향으로 이동할 수 있을 정도의 여유 공간이 존재하지 않는다. 따라서, 전지셀(100)의 내부에서 전극조립체의 유동을 방지할 수 있고, 그 외에도 제 2 수납부(129)에는 여유 공간이 존재하지 않으므로, 탈기공정 후에도 전지케이스의 형태를 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 수직단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2와 비교하여 도 3을 참조하면, 상부 케이스(226)에 위치한 제 2 수납부(229)는 도 2의 제 2 수납부(129)와는 전장이 같은 반면, 전고가 상대적으로 길다. 또한, 제 1 수납부(225)의 전고는 도 2의 제 1 수납부(125)보다 짧으므로, 전지케이스 내에서 전극 탭의 절곡을 줄이는 동시에 도 2의 제 1 수납부(125)에 존재하는 빈 공간을 더욱 감소시켜, 전극조립체의 유동 및 외관 불량을 더욱 방지하면서도, 더욱 컴팩트한 전지셀의 조립이 가능하다.
이상 본 발명은 첨부한 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. 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 수납부에 밀봉되어 있는 구조의 전지셀로서,
    상기 전지케이스는, 전극조립체의 일부 부위가 내장되는 제 1 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스와, 상기 전극조립체의 나머지 부위가 내장되는 제 2 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스를 포함하고 있으며;
    상기 전극조립체의 전극 단자에 대해 평행한 방향에서 수납부의 길이인 전장에 있어서, 상기 제 2 수납부의 전장은 제 1 수납부의 전장보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지케이스는, 하부 케이스와 상부 케이스가 일측 단부에서 서로 연결된 1 단위의 부재이거나, 또는 하부 케이스와 상부 케이스가 각각 독립적인 부재이며;
    상기 하부 케이스와 상부 케이스는 제 1 수납부의 외주변과 제 2 수납부의 외주변이 상호 열융착되어 결합되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 직육면체 형상으로 이루어져 있고, 복수의 전극 탭들이 전극리드에 결합되어 있는 스택형 구조 또는 스택/폴딩형 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전극 탭들이 전극리드에 결합되어 있는 탭-리드 결합부는 하부 케이스의 제 1 수납부 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 5 항에 있어서, 제 1 수납부와 제 2 수납부의 상호 전장 크기차로 인한 제 1 수납부의 잉여 공간에 탭-리드 결합부가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 체적은 제 2 수납부의 체적보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 체적은 제 2 수납부의 체적의 105% 내지 400% 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 수납부의 전장은 전극조립체의 전장을 기준으로 100% 초과 내지 110% 미만의 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 수납부의 전장은 제 1 수납부의 전장보다 0.5 mm 내지 15 mm 정도 작은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 수납부의 전장은 제 1 수납부의 전장보다 1 mm 내지 10 mm 정도 작은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체의 전극 단자에 대해 수직인 방향에서 수납부의 길이인 전폭에 있어서, 상기 제 2 수납부의 전폭은 제 1 수납부의 전폭과 동일한 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 케이스와 상부 케이스의 전장 차이에 의해, 전극조립체의 전장 방향으로의 이동이 억제되고, 상부 케이스는 전지셀의 제작 과정에서 전지셀 활성화 이후 탈기(degassing) 공정 중에 형상 변형이 억제되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
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