KR20180130883A - 전도성 튜브를 이용한 전극리드를 포함하는 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지셀의 비정상 상태에서 발생한 가스로 인한 스웰링 등의 부피 팽창 또는 과충전에 따른 전지 안전성을 유지하기 위하여 전극리드를 단락시키기 위한 전도성 튜브를 이용한 전극리드를 포함하는 이차전지에 관한 것으로 과충전뿐만 아니라 비정상 상태에서 발생하여 더 이상 이차전지에 전류가 흐르는 것을 막을 수 있는 효과 및 이차전지에 추가로 복잡한 장치를 진행할 경우, 에너지 밀도가 낮아지는 것을 배제할 수 있는 효과가 있다.

Description

전도성 튜브를 이용한 전극리드를 포함하는 이차전지 {Lithium Secondary Battery comprising Electrode Lead using Electric-Conductive Tube}
본 발명은 전도성 튜브를 이용한 전극리드를 포함하는 이차전지에 관한 것으로 보다 상세하게는, 본 발명은 전지셀의 비정상 상태에서 발생한 가스로 인한 스웰링 등의 부피 팽창 또는 과충전에 따른 내압이 증가하는 상황에서 전지 안전성을 유지하기 위하여 전극리드를 단락시키기 위한 전도성 튜브를 이용한 전극리드를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐 만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
상기 리튬이차전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)으로 이루어지는데, 이들의 재료는 전지수명, 충방전용량, 온도특성 및 안정성 등을 고려하여 선택된다.. 일반적으로 리튬 이차 전지는 양극/분리막/음극의 3층 구조를 가지거나, 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극의 5층 구조로 설계되어 왔다. 상기의 단위셀들이 모여서 하나의 전극 조립체 또는 이차전지가 된다.
리튬 이차전지는 양극의 리튬 금속 산화물로부터 리튬 이온이 음극의 흑연 전극으로 삽입(intercalation)되고 탈리(deintercalation)되는 과정을 반복하면서 충방전이 진행된다.
이러한 이차전지는 외부 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열과 이로 인한 전해질 분해, 열폭주 현상 등 이차전지의 안전성을 위협하는 여러 가지 문제가 있다. 특히, 이차전지의 폭발은 여러 가지 원인에서 비롯되지만 전해질 분해에 따라 이차전지 내부의 기체 압력 증가도 하나의 원인이 된다. 구체적으로, 이차전지를 반복적으로 충·방전하면 전해질과 전극활물질에 의한 전기화학적 반응으로 기체가 발생하게 된다. 이때, 발생한 기체는 이차전지의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 체결약화, 이차전지의 외부 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 일으킨다.
이러한 배터리의 경우 과충전 상황시 배터리의 안전성을 위해 전자부품의 제어를 통해 과전류를 차단하여 과충전 상황을 억제한다. 이러한 방식이 배터리에 적용된 방식으로서 PCM(Protection Circuit Module) 등과 같은 보호회로 등을 예로 들수 있다. 하지만, PCM과 같은 과충전 보호회로가 적용되었다 하더라도 안전성이 충분히 담보되기 힘들고, 특히 파우치 타입 배터리에서는 파우치 셀의 스웰링을 보다 정확하게 파악하기 위해 보다 강화된 보호회로구조가 적용될 필요가 있다는 단점이 있었다.
또한, 전자부품의 오작동 상황을 고려하여 과충전시 배터리가 열팽창하며 발생하는 압력을 이용해 배터리의 직렬연결을 물리적으로 차단하는 기구적 전류 차단 장치를 적용하고 있다. 일반적으로 배터리팩의 전류 차단 장치는 과충전 상황에서 발생하는 배터리의 팽창 압력만을 이용하여 배터리팩 기구물을 통해 배터리팩의 직렬 연결을 물리적으로 끊어 전류를 차단하는 방법이 폭넓게 사용되고 있다. 그러나, 전지의 부피 팽창을 매개로 전류를 끊을 수 있는 전도성 튜브를 이용한 전극리드는 제시된 바 없다.
한국 등록특허공보 제1601135호에서는 파우치형 이차전지의 두 리드 플레이트 간의 결합에 있어 리드-리드 사이에 고분자물질을 삽입하는 구성, 이차전지 내부에 발생되는 가스로 인한 내부 압력이 일정 수준 이상이 되면 가스를 외부로 신속히 배출할 수 있는 벤팅 노치의 구성, 리드 플레이트 사이에 삽입되는 제1, 2 실란트는 전기가 통하지 않는 절연성 및 열 융착성의 특징을 갖는 구성 및 리드 플레이트 사이에 삽입되는 제1, 2 실란트는 전기가 통하지 않는 절연성 및 열 융착성의 특징을 갖는 구성이 개시되어 있다. 다만, 전도성 폴리머를 전극 리드-리드 혹은 리드-탭 사이에 삽입 구성 및 전극 리드-리드 혹은 리드-탭의 결합을 감싸고 있는 필름에 노치부가 형성 구성을 확인할 수 없다.
한국 공개특허공보 제2016-0125920호에서는 양 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수납하고, 제1 파우치부 및 제2 파우치부로 구성되어 상기 제1 파우치부와 상기 제2 파우치부가 각각의 실링부에 의해 서로 접착되는 파우치 외장재;를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서, 상기 전극 조립체로부터 연장되며, 상기 제1 파우치부와 부착되어 형성되는 제1 전극리드; 상기 제2 파우치부와 부착되며, 상기 파우치 외장재의 외부로 돌출되어 형성되는 제2 전극리드; 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드가 서로 접촉되는 것을 방지하기 위해 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드 사이에 개재되어 형성된 제1 실링 부재; 및 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드를 전기적으로 연결시키는 필름형 연결부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지가 개시되어 있다. 다만, 실링 부재는 전도성을 지니지 않는다는 구성이 본원 발명과 차이가 있다.
한국 등록특허공보 제1192077호에서는 1 전극과 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스와, 상기 제 1 전극에 전기적으로 연결되는 전극 단자 및 상기 케이스 내에서 상기 케이스의 외부로 연장되며, 상기 전극 단자를 통하여 상기 제 1 전극에 전기적으로 연결되는 리드 탭을 포함하며, 상기 리드 탭은 상기 리드 탭이 케이스에 접촉되어 있는 상태에서 상기 케이스가 변형되는 경우에 상기 제1전극으로부터 전기적 연결이 차단되도록 상기 전극 단자의 적어도 일부와 분리되도록 형성되며, 상기 리드 탭을 상기 전극 단자에 접착시키는 접착 부재를 더 포함하고, 상기 접착 부재는 관통홀을 구비하며, 상기 리드 탭은 상기 관통홀을 통하여 상기 전극 단자와 전기적으로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지를 개시하고 있다. 다만, 절연성 폴리머가 전극 리드-리드 혹은 리드-탭 사이에 삽입되는 구성에 차이가 있다.
한국 등록특허공보 제1447064호에서는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 내장되어 있는 전지셀로서, 전극조립체를 구성하는 각각의 전극판에는 활물질이 도포되어 있지 않은 탭(전극 탭)이 돌출되어 있고, 상기 전극 탭들이 적층되어 있는 일측 단부에는 전극 탭들을 전기적으로 연결하기 위한 전극리드가 위치되어 있으며, 전극 탭들과 전극리드의 전기적 연결 부위에서, 전극리드가 형상 변형에 의해 전극 탭들 내로 도입된 물리적 결합을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀이 개시되어 있다. 다만, 전도성 폴리머를 전극 리드-리드 혹은 리드-탭 사이에 삽입 구성 및 전극 리드-리드 혹은 리드-탭의 결합을 감싸고 있는 필름에 노치부가 형성 구성을 확인할 수 없다.
따라서 과충전 및 이상으로 인한 가스 발생 등의 비정상 상태와 같이 가스 발생에 따른 전지의 내부 압력 증가를 매개로 이차전지를 단락시키는 것을 특징으로 하는 전도성 튜브를 이용한 전극리드를 포함하는 이차전지 기술은 제시된 바가 없다.
한국 등록특허공보 제1601135호 한국 공개특허공보 제2016-0125920호 한국 등록특허공보 제1192077호 한국 등록특허공보 제1447064호
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 목적은 전지셀의 비정상 상태에서 발생한 가스발생으로 인한 내압증가 또는 과충전에 따른 전지 안전성을 유지하기 위하여 전도성 튜브를 포함하는 리드박스가 결합된 전극리드를 단락시키는 과충전시 안전성 확보를 위한 전도성 튜브를 이용한 전극리드를 포함하는 이차전지를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 전지셀의 부피팽창 등 비정상상태에서 전류를 끊을 수 있는 복잡한 추가적인 장치가 아닌 전지셀의 에너지밀도를 유지할 수 있는 간단한 단락형성부 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하는데 추가적인 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 분리막이 개재된 상태로 양극과 음극으로 구성된 전극조립체, 전극탭, 전극리드 및 밀봉층을 포함하는 전지케이스에 수용된 이차전지에 있어서, 그의 일단이 상기 전극조립체와 연결되고, 그의 타단이 상기 전지케이스의 접합부까지 연장된 제1전극리드; 상기 제1전극리드와 탈착 가능하게 연결되어 있으며, 상기 전지케이스의 외부까지 연장되어 노출되는 제2전극리드; 및 상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드 사이를 결합하는 리드박스를 포함하는 이차전지를 제공할 수 있다.
또한, 상기 리드박스는 튜브를 내장할 수 있다.
또한, 상기 리드박스는 상기 제1전극리드 및 제2전극리드의 일단에 형성된 튜브홀더를 수용할 수 있다.
또한, 상기 튜브의 재질은 전도성 포일이 코팅되거나 전도성 금속 또는 전도성 폴리머 일 수 있다.
또한, 상기 리드박스의 재질은 비전도성 수지가 코팅되거나 비전도성 수지일 수 있다.
또한, 상기 제1전극리드 튜브홀더와 제2전극리드 튜브홀더는 접하지 않을 수 있다.
또한, 상기 튜브는 상기 제1전극리드 및 제2전극리드의 튜브홀더 중 적어도 어느 한쪽에 접할 수 있다.
또한, 상기 리드박스의 일측에는 하나 또는 2 이상의 홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 리드박스의 일측에는 상기 제1전극리드 및 상기 제2전극리드가 삽입될 수 있는 삽입구가 형성될 수 있다.
또한, 이차전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 일 수 있다.
또한, 상기 디바이스는 전자기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 전력 저장장치로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
또한, 상기 전지케이스의 내압과 상기 튜브의 내압차이에 의해서 상기 전극리드가 단선될 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 튜브를 이용한 전극리드를 포함하는 이차전지에 의하면, 과충전뿐만 아니라 비정상 상태에서 발생하여 더 이상 이차전지에 전류가 흐르는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 이차전지에 추가로 복잡한 장치를 진행할 경우, 에너지 밀도가 낮아지는 것을 배제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 이차전지의 가스팽창을 매개로 상기 튜브보다 내압이 올라가면 상기 튜브가 수축 또는 찌그러지면서 전극리드를 연결이 단선될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 예시적인 기존 파우치형 전지셀을 나타낸 도면이다.
도 2는 예시적인 파우치형 전지셀이 가스발생으로 부피팽창을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연결층 및 밀봉층이 형성된 파우치형 이차전지 단락 전후 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연결층 및 밀봉층이 형성된 파우치형 이차전지의 전극리드부 단락 전후 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 예시적인 기존 파우치형 전지셀을 나타낸 도면이다.
일반적으로 리튬 이차 전지를 제조함에 있어서, 먼저 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 물질을 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극판과 음극판을 제조하고, 이를 세퍼레이터의 양측에 적층함으로써 소정 형상의 전지셀을 형성한 다음에, 이 전지셀을 전지 케이스에 삽입하고 전해액 주입 후 밀봉함으로써 전지 팩을 완성하는 과정을 취한다.
통상적인 전극조립체(electrode assembly)에 연결되어 있는 전극리드(electrode lead)의 구조는 일단이 전극조립체에 연결되어 있고 타단이 전지케이스(battery case)의 외부로 노출되어 있고, 상기 전극조립체의 주변에 존재하여 감싸고 있는 전지케이스가 전극리드가 상기 전지케이스의 외부로 연장되어 있는 부위에서 실란트에 의한 접착층에 의해 밀봉되는 전극리드의 구조를 갖는다.
또한, 전극조립체에는 전극탭이 구비된다. 전극조립체의 집전판은 전극활물질이 도포된 부분과 전극활물질이 도포되지 않은 말단 부분(이하, "무지부"라 약칭)으로 구성되고, 전극탭은 무지부를 재단하여 형성한 것이거나 무지부에 초음파 용접 등에 의해 연결시킨 별도의 도전부재일 수 있다. 전극탭은 도시한 바와 같이 서로 마주보도록 전극조립체에 나란히 형성되도록 단방향으로 돌출될 수도 있고, 양방향으로 돌출될 수도 있다.
전극탭은 전지 내부와 외부의 전자 이동경로 역할을 수행하는 것으로서, 상기 전극리드는 이 전극탭과 스폿 용접 등에 의해 연결된다. 전극리드는 양극 탭 및 음극 탭의 형성 위치에 따라 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있고 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있다. 양극 리드 및 음극 리드는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드는 양극 판과 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드는 음극 판과 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 최종적으로 전극리드는 단자부를 통하여 외부단자와 전기적으로 연결된다.
파우치 외장재는 전극리드의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극조립체를 수용하여 밀봉한다. 전극리드와 파우치 외장재 사이에는 앞서 설명한 실런트 등이 밀봉층에 개재된다. 파우치 외장재는 테두리에 실링 영역을 구비하고, 전극리드의 수평슬릿은 실링 영역으로부터 접합부 쪽으로 이격되어 있다. 즉, 전극리드가 반전된 T자 형상일 때에, T자의 다리 부분이 파우치 외장재 외측으로 돌출되고 T자의 머리 부분 일부가 실링 영역 내에 형성된다.
보통 양극 집전판으로는 알루미늄 재질을, 음극 집전판으로는 구리 재질을 사용하는데, 스웰링 현상 발생시 알루미늄 호일보다는 구리 호일이 더 쉽게 파열되는 경향이 있으므로, 양극 리드보다는 음극 리드의 파열 가능성이 더 높을 수 있다. 그러한 경우에는 음극 리드를 이러한 파단 가능한 전극리드로 형성하는 것이 바람직할 수 있다
이차전지의 정상 상태에서는 상기 밀봉층에 의해 전극조립체가 외부와 차단되어 있으며, 과충전, 고온 등과 같은 원인에 의해 전지 내부의 압력 상승시에는 전지케이스의 팽창이 유발될 것이지만 단지 전지케이스의 약한 부위 또는 다른 구성요소의 약한 접합 부위가 파열되어 전지 내부의 기체가 배기될 것이다.
그러나, 전지로부터의 전류는 전극조립체와 전극리드가 전기적으로 연결되어 있는 한, 전류는 계속적으로 흐를 것이므로 여전히 전지의 안정성을 확보하기란 매우 어렵다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 이차전지에 주입되는 전해질의 양을 조정하거나 또는 전류차단부재(CID)의 단락 압력을 조정하는 방법이 사용되고 있으나, 이는 과충전시 전지의 안전성이 저하시키는 문제점이 있다. 즉, 과충전시 전지의 안전성과 고온 환경에서 전지를 사용함에 따른 사용 안정성을 동시에 해결하기는 용이치 않다.
(비교예)
도 2는 예시적인 파우치형 전지셀이 가스발생으로 부피팽창을 나타낸 도면이다.
파우치는 가스 배리어층(gas barrier layer)과 실란트층(sealant layer)을 포함한다. 그리고 가스 배리어층 상에 형성된 최외층으로서 표면 보호층을 더 포함하기도 한다. 상기 가스 배리어층은 가스 출입을 차단하기 위한 것으로서, 이는 주로 알루미늄 박막(Al foil)이 사용된다. 상기 실란트층은 최내층에 위치하여 내용물, 즉 셀과 접촉된다. 그리고 상기 표면 보호층은 내마모성 및 내열성 등을 고려하여 주로 나일론(Nylon) 수지가 사용된다. 상기 파우치는 위와 같은 적층 구조의 필름이 주머니 형태로 가공되어 제조되며 양극, 음극 및 세퍼레이터(separator) 등의 셀 구성 요소가 전해액에 함침된 다음 내장된다. 이와 같이 셀 구성 요소가 내장된 다음, 파우치의 입구에서 실란트층끼리 열접착되어 실링된다. 이때, 실란트층은 셀 구성 요소와 접촉되므로 절연성과 함께 내전해액성 등을 가져야 하며, 또한 외부와의 밀폐를 위해 높은 실링성을 가져야 한다. 즉, 실란트층끼리 열접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 일반적으로, 실란트층은 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 특히, 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내전해액성 등이 뛰어나 파우치의 실란트층으로 주로 사용되고 있다.
그러나 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지는 폭발 위험성에 대한 안정성이 없는 문제점이 있다. 일반적으로, 셀에서는 전기를 생성/방출(충전/방전)하는 과정(산화환원 반응 등)에서 열과 압력을 발생하는데, 이때 셀 내부의 이상 반응에 의한 과충전이나 쇼트 등의 이유로 높은 열과 압력을 발생할 수 있다. 이러한 높은 열과 압력으로 폭발할 수 있는데, 종래의 파우치형 이차전지는 위와 같은 폭발 위험성을 방지할 수 있는 기술적 수단을 강구하지 못하여 폭발 위험성에 노출되어 있는 문제점이 있다.
(실시예)
분리막이 개재된 상태로 양극과 음극이 적층되어 있는 전극조립체, 전극탭, 전극리드 및 밀봉층을 포함하는 전지케이스에 수용된 파우치형 이차전지에 있어서, 그의 일단이 상기 전극조립체와 연결되고, 그의 타단이 상기 전지케이스의 접합부까지 연장된 제1전극리드; 상기 제1전극리드와 탈착 가능하게 연결되어 있으며, 상기 전지케이스의 외부까지 연장되어 노출되는 제2전극리드; 및 상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드 사이를 결합하는 리드박스를 포함하는 파우치형 이차전지를 제공할 수 있다.
또한, 상기 리드박스는 튜브를 내장할 수 있다.
또한, 상기 리드박스는 상기 제1전극리드 및 제2전극리드의 일단에 형성된 튜브홀더를 수용할 수 있다.
상기 리드박스의 두께는 500 μm 이상일 수 있으며, 바람직하게는 500μm 내지 2mm일 수 있다. 상기 두께 범위를 벗어나면 정상적인 전도성능, 방열성능 및 에너지 밀도에 악영향을 줄 수 있다.
또한, 상기 튜브의 재질은 전도성 포일이 코팅되거나 전도성 금속일 수 있다.
상기 튜브는 고분자 수지일 수 있다. 상기 튜브의 고분자 수지는 도전재를 포함할 수 있다.
상기 도전재는 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; 불화카본, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 구리 분말 등의 금속 분말; 또는 1종의 금속위에 이종의 금속으로 coating된 core/shell 구조를 가지고 있는 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 1종 또는 그 이상 혼합하여 사용될 수 있다.상기 튜브의 직경은 상기 튜브의 두께보다 작음은 자명하다.
상기 튜브의 직경은 300μm 내지 10mm일 수 있으며, 바람직하게는 500μm 내지 5mm일 수 있다. 상기 두께 범위를 벗어나면 정상적인 전도성능, 방열성능 및 에너지 밀도에 악영향을 줄 수 있다.
상기 튜브는 불활성가스가 충진될 수 있다.
상기 불활성가스는 질소, 아르곤 중 어느 하나 또는 2 이상일 수 있다.
상기 튜브는 내압이 1기압 내지 8기압 일 수 있다. 바람직하게는 1.5 기압 내지 3기압 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1.5기압 내지 2.5기압 일 수 있다.
상기 내압조건보다 낮으면 정상상태의 상기 전극조립체의 전류 흐름이 단락될 수 있으며, 상기 내압조건보다 높다면 비정상상태시 상기 전극조립체의 전류 단락이 효과적으로 발생하지 않을 수 있다.
또한, 상기 리드박스의 재질은 비전도성 수지가 코팅되거나 비전도성 수지일 수 있다.
상기 수지는 열경화성 고분자 수지로 아크릴 수지, 에폭시 수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 수지, CPE(Chlorinated Polyethylene) 수지, 실리콘, 폴리우레탄, 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀수지 및 불포화에스테르 수지, PP(polypropylene), PE(polyethylene), polyimide, polyamide 중의 적어도 어느 하나 이상을 포함한다.
가장 바람직한 것은 열경화성 고분자 수지로 아크릴 수지를 사용한다.
또한, 상기 제1전극리드 튜브홀더와 제2전극리드 튜브홀더는 접하지 않을 수 있다.
상기 제1전극리드 튜브홀더와 제2전극리드 튜브홀더 사이의 간격은 1μm 내지 5mm일 수 있으며, 바람직하게는 1 μm 내지 2mm 일 수 있다. 상기 간격 범위를 벗어나면 정상적인 전도성능, 방열성능 및 에너지 밀도에 악영향을 줄 수 있다.
또한, 상기 튜브는 상기 제1전극리드 및 제2전극리드의 튜브홀더 중 적어도 어느 한쪽에 접할 수 있다.
또한, 상기 리드박스의 일측에는 하나 또는 2 이상의 홀이 형성될 수 있다.
상기 홀은 상기 파우치형 전지셀의 비정상 상태에서 발생한 가스로 인한 스웰링 등의 부피 팽창시 발생하는 가스가 상기 리드박스내로 유입되는 기능을 한다.
또한, 상기 리드박스의 일측에는 상기 제1전극리드 및 상기 제2전극리드가 삽입될 수 있는 삽입구가 형성될 수 있다.
상기 제1전극리드 튜브홀더와 제2전극리드 튜브홀더가 형성된 전극리드의 일측은 상기 삽입구에 결합될 수 있다.
상기 전극리드의 단락을 시계열적으로 살펴보면, 먼저 이차전지의 비정상상태에 기인한 가스 발생 및 내부 압력 증가로 파우치가 팽창하게 되고, 상기 파우치가 팽창하면서 발생하는 가스가 상기 리드박스의 홀을 통해 리드박스 내부로 유입된다.
이 때 상기 리드박스 내부에 상기 제1전극리드 튜브홀더와 제2전극리드 튜브홀더와 접한 상태로상기 리드박스 내부에 수용된 튜브의 내압보다 상기 파우치형 전지셀의 가스압이 높다면 상기 튜브가 수축 또는 찌그러지면서 상기 제1전극리드 튜브홀더와 제2전극리드 튜브홀더 중 어느 한쪽과 접촉이 떨어지면서 단락이 진행되게 된다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 산화물, 리튬 코발트-니켈 산화물, 리튬 코발트-망간 산화물, 리튬 망간-니켈 산화물, 리튬 코발트-니켈-망간 산화물, 올리빈 구조의 리튬철인산 산화물, 스피넬 구조의 리튬 망간 산화물, 및 이들에 타원소(들)가 치환 또는 도핑된 산화물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 리튬함유 금속 산화물을 사용할 수 있다. 여기서, 상기 타원소는 Al, Mg, Mn, Ni, Co, Cr, V 및 Fe로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2 이상의 원소일 수 있다.
상기 음극 활물질은 리튬 금속, 리튬 합금(예컨대, 리튬과 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐 등과 같은 금속과의 합금), 비정질탄소, 결정질탄소, 탄소복합체, SnO2 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 파우치형 이차전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 일 수 있다.
또한, 상기 디바이스는 전자기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 전력 저장장치로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에 서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연한 것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
100 : 전지셀
110 : 상부파우치
120 : 전극조립체
120a : 음극
120b : 양극
120c : 분리막
121 : 양극탭
122 : 음극탭
123 : 절연테이프
124 : 양극리드
125 : 음극리드
125a : 제1음극리드
125b : 제2음극리드
126 : 리드박스
127 : 튜브
128 : 튜브홀더
128a : 제1음극리드 튜브홀더
128b : 제2음극리드 튜브홀더
129: 홀
130 : 하부파우치
131: 삽입구

Claims (12)

  1. 분리막이 개재된 상태로 양극과 음극으로 구성된 전극조립체, 전극탭, 전극리드 및 밀봉층을 포함하는 전지케이스에 수용된 이차전지에 있어서,
    그의 일단이 상기 전극조립체와 연결되고, 그의 타단이 상기 전지케이스의 접합부까지 연장된제1전극리드;
    상기 제1전극리드와 탈착 가능하게 연결되어 있으며, 상기 전지케이스의 외부까지 연장되어 노출되는 제2전극리드; 및
    상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드 사이를 결합하는 리드박스를 포함하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드박스는 튜브를 내장한 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리드박스는 상기 제1전극리드 및 제2전극리드의 일단에 형성된 튜브홀더를 수용하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 튜브의 재질은 전도성 포일이 코팅되거나 전도성 금속 또는 전도성 폴리머인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리드박스의 재질은 비전도성 수지가 코팅되거나 비전도성 수지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1전극리드 튜브홀더와 제2전극리드 튜브홀더는 접하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 튜브는 상기 제1전극리드 및 제2전극리드의 튜브홀더 중 적어도 어느 한쪽에 접하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리드박스의 일측에는 하나 또는 2 이상의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 리드박스의 일측에는 상기 제1전극리드 및 상기 제2전극리드가 삽입될 수 있는 삽입구가 형성된것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른,
    상기 이차전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 디바이스는 전자기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 전력 저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 전지케이스의 내압과 상기 튜브의 내압차이에 의해서 상기 전극리드가 단선되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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