KR20190099688A - 파우치형 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지가 퇴화되어 가는 과정에서 효과적으로 이차 전지의 수명이나 열화 상태 등을 추정할 수 있도록 구성된 파우치형 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 각각 내부 공간이 형성된 상부 파우치와 하부 파우치를 구비하고, 상기 상부 파우치와 상기 하부 파우치의 외주부가 실링된 형태로 구성된 파우치 외장재; 세퍼레이터, 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 상기 파우치 외장재의 내부 공간에 수납된 다수의 양극판과 음극판, 상기 다수의 양극판과 음극판으로부터 각각 연장 형성된 양극 탭과 음극 탭, 상기 양극판과 상기 음극판 중 적어도 하나의 전극판을 대신하여 상기 양극판 또는 상기 음극판의 위치에 구비되어 서로 동일한 극성을 갖도록 구성된 제1 측정판과 제2 측정판, 및 상기 제1 측정판과 상기 제2 측정판에 각각 연장 형성된 제1 측정 탭과 제2 측정 탭이 구비된 전극 조립체; 일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 양극 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 양극 리드; 일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 음극 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 음극 리드; 전기 전도성 재질로 이루어지고, 일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 제1 측정 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 제1 측정 리드; 및 전기 전도성 재질로 이루어지고, 일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 제2 측정 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 제2 측정 리드를 포함한다.

Description

파우치형 이차 전지{Pouch type secondary battery}
본 발명은 파우치형 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지가 퇴화되어 가는 과정에서 효과적으로 이차 전지의 수명이나 열화 상태 등을 추정할 수 있도록 구성된 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 이러한 이차 전지는 대체로 전극 조립체가 외장재에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 외장재가 실링되는 과정을 통해 제조된다.
최근에는, 이와 같은 파우치형 이차 전지의 적용 범위가 확대되면서, 스마트폰을 비롯한 소형 휴대 장치는 물론, 하이브리드 자동차를 포함한 전기 자동차나 전력 저장 장치와 같은 중대형 장치에도 파우치형 이차 전지가 널리 이용되고 있다.
이러한 이차 전지의 경우, 사용 기간이 증가함에 따라 초기보다 성능이 퇴화된다. 그리고, 이러한 이차 전지의 성능 퇴화의 정도를 추정하는 것을 이차 전지의 SOH(State Of Health)를 추정한다고 하며, 이차 전지의 SOH는 이차 전지의 교체 시기를 결정하는데 있어서 중요한 요소이다.
또한, 이차 전지는, 이차 전지의 제작 환경이나 사용 환경 등에 따라 각 이차 전지 별로 퇴화 정도가 다르게 나타날 수 있다. 그리고, 다수의 이차 전지가 구비된 배터리 팩의 경우, 이러한 각 이차 전지의 각 퇴화 정도에 따른 수명을 정확히 예측할 필요성이 요구되고 있다. 대표적으로, BMS(Battery Management System)는, 배터리 팩에 구비된 각 이차 전지의 수명을 정확히 예측해야만 이를 기초로 배터리 팩을 효율적으로 운용할 수 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 이차 전지가 퇴화되어 가는 과정에서 효과적으로 이차 전지의 수명이나 열화 상태 등을 추정할 수 있는 개선된 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 각각 내부 공간이 형성된 상부 파우치와 하부 파우치를 구비하고, 상기 상부 파우치와 상기 하부 파우치의 외주부가 실링된 형태로 구성된 파우치 외장재; 세퍼레이터, 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 상기 파우치 외장재의 내부 공간에 수납된 다수의 양극판과 음극판, 상기 다수의 양극판과 음극판으로부터 각각 연장 형성된 양극 탭과 음극 탭, 상기 양극판과 상기 음극판 중 적어도 하나의 전극판을 대신하여 상기 양극판 또는 상기 음극판의 위치에 구비되어 서로 동일한 극성을 갖도록 구성된 제1 측정판과 제2 측정판, 및 상기 제1 측정판과 상기 제2 측정판에 각각 연장 형성된 제1 측정 탭과 제2 측정 탭이 구비된 전극 조립체; 일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 양극 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 양극 리드; 일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 음극 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 음극 리드; 전기 전도성 재질로 이루어지고, 일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 제1 측정 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 제1 측정 리드; 및 전기 전도성 재질로 이루어지고, 일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 제2 측정 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 제2 측정 리드를 포함한다.
또한, 상기 전극 조립체는, 상기 제1 측정판과 상기 제2 측정판이 하나의 전극판을 대신하여 동일 층에 적층되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는, 상기 제1 측정판과 상기 제2 측정판을 고정시키며, 상기 제1 측정판과 상기 제2 측정판 사이를 전기적으로 절연시키도록 구성된 절연 부재를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는, 상기 제1 측정판과 상기 제2 측정판이 각각 별도의 전극판을 대신하여 서로 다른 층에 적층되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는, 상기 제1 측정 탭과 상기 제2 측정 탭의 위치가 상기 양극 탭과 상기 음극 탭의 위치와 수평 방향으로 다른 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 측정 탭과 상기 제2 측정 탭은, 각각 상기 제1 측정 리드 및 상기 제2 측정 리드와 각각 하나의 플레이트 형태로 일체화되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 양극 리드, 상기 음극 리드, 상기 제1 측정 리드 및 상기 제2 측정 리드는, 상기 파우치 외장재로부터 동일한 방향으로 돌출되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 양극 리드, 상기 음극 리드, 상기 제1 측정 리드 및 상기 제2 측정 리드는, 상부 또는 하부 방향으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 파우치형 이차 전지에 있어서, 전극 조립체에 구비된 전극판의 평면 방향으로의 반응 불균일 현상을 이용함으로써, 이차 전지의 퇴화 정도를 미리 예측할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 파우치형 이차 전지의 경우, 하나 또는 두 개의 전극판을 대체하는 두 개의 전극판 사이의 전위차를 측정함으로써, 이러한 반응 불균일의 정도를 정확히 측정할 수 있게 되며, 이를 통해 이차 전지의 수명이나 열화 상태 등을 효과적으로 추정할 수 있는 개선된 파우치형 이차 전지가 제공될 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 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, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 2는, 도 1의 결합 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 구성을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 4 및 도 5는, 본 발명의 서로 다른 실시예에 따른 측정판과 절연 부재의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 구성을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
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 안 되며, 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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판정되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이고, 도 2는, 도 1의 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지(1)는, 파우치 외장재(200), 전극 조립체(100), 양극 리드(310), 음극 리드(320), 제1 측정 리드(330) 및 제2 측정 리드(340)를 포함한다.
상기 파우치 외장재(200)는, 오목한 형태의 내부 공간을 구비하며, 이러한 내부 공간에 전극 조립체(100) 및 전해액을 수납할 수 있다.
특히, 파우치 외장재(200)는, 상부 파우치(210)와 하부 파우치(220)로 구성될 수 있으며, 이 경우 오목한 형태의 내부 공간은, 도면에 도시된 바와 같이, 상부 파우치(210)와 하부 파우치(220) 모두에 형성될 수 있다.
또한, 파우치 외장재(200)는 이러한 상부 파우치(210)와 하부 파우치(220)의 외주부가 실링된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 상부 파우치(210)와 하부 파우치(220)는 각각 내부 공간의 테두리에 실링부(S)를 구비하며, 이러한 실링부(S)가 열융착 등의 방식으로 실링됨으로써, 파우치 외장재(200)의 내부 공간이 밀폐되도록 할 수 있다.
상기 전극 조립체(100)는, 세퍼레이터, 양극판(110)과 음극판(120), 양극 탭(111)과 음극 탭(121), 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140), 및 제1 측정 탭(131)과 제2 측정 탭(141)을 구비한다.
상기 전극 조립체(100)는, 세퍼레이터를 구비한다. 그리고, 전극 조립체(100)는, 세퍼레이터를 사이에 두고 다수의 전극판을 구비한다. 특히, 다수의 전극판은, 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 파우치 외장재(200)의 내부 공간에 수납된다. 보다 구체적으로, 전극 조립체(100)는, 다수의 양극판(110)과 다수의 음극판(120)이 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 전극판은 양극판(110)과 음극판(120)으로 구성되며, 전극 조립체(100)는 이러한 양극판(110)과 음극판(120)이 세퍼레이터를 사이에 두고 넓은 면이 서로 마주보는 형태가 되도록 적층된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(100)는, 양극판(110)과 음극판(120)이 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 적층된 형태로 구성될 수 있으며, 양극판(110)과 음극판(120)은 서로 소정 거리 이격되게 배치된다. 그리고, 양극판(110)과 음극판(120)은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.
상기 양극 탭(111)과 음극 탭(121)은, 다수의 양극판(110)과 음극판(120)으로부터 각각 연장 형성된다. 보다 구체적으로, 전극 조립체(100)에 구비된 양극판(110)과 음극판(120)은 각각, 활물질이 도포되지 않은 무지부에 양극 탭(111)과 음극 탭(121)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 양극 탭(111)과 음극 탭(121)은, 전극판으로부터 돌출된 형태로 연장 형성되며, 전극판이 절취된 형태 또는 전극판에 그와 동일하거나 다른 재질의 금속판이 부착된 형태 등으로 형성될 수 있다.
제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 서로 동일한 극성을 갖도록 구성된다. 예를 들어, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 모두 양극의 극성을 갖는 판일 수 있다. 또는, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 모두 음극의 극성을 갖는 판일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 측정판과 제2 측정판은 각각, 알루미늄 집전체의 표면에 양극 활물질이 도포된 형태로 구성될 수 있다. 또는, 제1 측정판과 제2 측정판은 각각, 알루미늄 집전체의 표면에 음극 활물질이 도포된 형태로 구성될 수 있다.
특히, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 양극판(110)과 음극판(120) 중 적어도 하나의 전극판을 대신하여 양극판(110) 또는 음극판(120)의 위치에 구비된다. 보다 구체적으로, 상하 방향으로 교대로 적층된 다수의 양극판(110)과 음극판(120) 중 적어도 하나의 양극판(110) 또는 음극판(120)을 대신하여 양극판(110) 또는 음극판(120)의 위치에 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)이 구비될 수 있다.
예를 들어, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 하나의 양극판(110)을 대신하여 상기 하나의 양극판(110)의 위치에 구비될 수 있다. 이때, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 모두 양극의 극성을 갖는 판일 수 있다. 또한, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 하나의 음극판(120)을 대신하여 상기 하나의 음극판(120)의 위치에 구비될 수 있다. 이때, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 모두 음극의 극성을 갖는 판일 수 있다.
제1 측정 탭(131)과 제2 측정 탭(141)은, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)에 전기적으로 각각 연결된다. 여기서, 제1 측정 탭(131)과 제2 측정 탭(141)은, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)으로부터 각각 연장 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체(100)에 구비된 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은 각각, 활물질이 도포되지 않은 무지부에 제1 측정 탭(131)과 제2 측정 탭(141)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 측정 탭(131)과 제2 측정 탭(141)은, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)으로부터 돌출된 형태로 연장 형성될 수 있다. 이때, 제1 측정 탭(131)과 제2 측정 탭(141)은, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)이 절취된 형태 또는 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)에 그와 동일하거나 다른 재질의 금속판이 부착된 형태 등으로 형성될 수 있다.
상기 양극 리드(310)는, 일단이 양극 탭(111)과 전기적으로 접촉되며, 타단이 파우치 외장재(200)의 외부로 노출되도록 구성된다. 그리고, 양극 리드(310)는, 일부분이 파우치 외장재(200)에 개재된다. 보다 구체적으로, 다수의 양극판(110) 각각으로부터 돌출되게 형성된 다수의 양극 탭(111)이 서로 접촉된 상태로 양극 리드(310)에 연결될 수 있다. 이때, 다수의 양극 탭(111) 간 연결 및/또는 양극 탭(111)과 양극 리드(310) 간 연결은 용접 등의 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 양극 리드(310)는, 다수의 양극판(110)으로부터 돌출되게 형성된 다수의 양극 탭(111)과 직접 연결될 수 있다.
또한, 양극 리드(310)는, 상부 파우치(210)와 하부 파우치(220)의 사이에 개재되어 일부분이 파우치 외장재(200)의 내부 공간에 위치할 수 있다. 그리고, 양극 리드(310)의 나머지 일부분은 파우치 외장재(200)의 외부로 노출될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 양극 리드(310)는, 파우치 외장재(200)의 외측 방향으로 돌출되게 형성되어, 일부분이 파우치 외장재(200)의 외부로 노출될 수 있다.
상기 음극 리드(320)는, 일단이 음극 탭(121)과 전기적으로 접촉되며, 타단이 파우치 외장재(200)의 외부로 노출되도록 구성된다. 그리고, 음극 리드(320)는, 일부분이 파우치 외장재(200)에 개재된다. 보다 구체적으로, 다수의 음극판(120) 각각으로부터 돌출되게 형성된 다수의 음극 탭(121)이 서로 접촉된 상태로 음극 리드(320)에 연결될 수 있다. 이때, 다수의 음극 탭(121) 간 연결 및/또는 음극 탭(121)과 음극 리드(320) 간 연결은 용접 등의 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 음극 리드(320)는, 다수의 음극판(120)으로부터 돌출되게 형성된 다수의 음극 탭(121)과 직접 연결될 수 있다.
또한, 음극 리드(320)는, 상부 파우치(210)와 하부 파우치(220)의 사이에 개재되어 일부분이 파우치 외장재(200)의 내부 공간에 위치할 수 있다. 그리고, 음극 리드(320)의 나머지 일부분은 파우치 외장재(200)의 외부로 노출될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 음극 리드(320)는, 파우치 외장재(200)의 외측 방향으로 돌출되게 형성되어, 일부분이 파우치 외장재(200)의 외부로 노출될 수 있다.
상기 제1 측정 리드(330)는, 일단이 제1 측정 탭(131)과 전기적으로 접촉되며, 타단이 파우치 외장재(200)의 외부로 노출되도록 구성된다. 그리고, 제1 측정 리드(330)는, 일부분이 파우치 외장재(200)에 개재된다. 보다 구체적으로, 제1 측정판(130)으로부터 돌출되게 형성된 제1 측정 탭(131)이 제1 측정 리드(330)에 연결될 수 있다. 이때, 제1 측정 탭(131)과 제1 측정 리드(330) 간 연결은 용접 등의 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 측정 리드(330)는, 제1 측정판(130)으로부터 돌출되게 형성된 제1 측정 탭(131)과 직접 연결될 수 있다.
또한, 제1 측정 리드(330)는, 중앙 부분이 상부 파우치(210)와 하부 파우치(220)의 사이에 개재되어 일부분이 파우치 외장재(200)의 내부 공간에 위치할 수 있다. 그리고, 제1 측정 리드(330)의 나머지 일부분은 파우치 외장재(200)의 외부로 노출될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 측정 리드(330)는, 파우치 외장재(200)의 외측 방향으로 돌출되게 형성되어, 일부분이 파우치 외장재(200)의 외부로 노출될 수 있다.
상기 제2 측정 리드(340)는, 일단이 제2 측정 탭(141)과 전기적으로 접촉되며, 타단이 파우치 외장재(200)의 외부로 노출되도록 구성된다. 그리고, 제2 측정 리드(340)는, 일부분이 파우치 외장재(200)에 개재된다. 보다 구체적으로, 제2 측정판(140)으로부터 돌출되게 형성된 제2 측정 탭(141)이 제2 측정 리드(340)에 연결될 수 있다. 이때, 제2 측정 탭(141)과 제2 측정 리드(340) 간 연결은 용접 등의 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 제2 측정 리드(340)는, 제2 측정판(140)으로부터 돌출되게 형성된 제2 측정 탭(141)과 직접 연결될 수 있다.
또한, 제2 측정 리드(340)는, 중앙 부분이 상부 파우치(210)와 하부 파우치(220)의 사이에 개재되어 일부분이 파우치 외장재(200)의 내부 공간에 위치할 수 있다. 그리고, 제2 측정 리드(340)의 나머지 일부분은 파우치 외장재(200)의 외부로 노출될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제2 측정 리드(340)는, 파우치 외장재(200)의 외측 방향으로 돌출되게 형성되어, 일부분이 파우치 외장재(200)의 외부로 노출될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 측정 리드 및 제2 측정 리드를 이용하여 이차 전지의 상태를 추정할 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 측정 리드와 제2 측정 리드 사이의 전위차를 이용하여 이차 전지의 수명이나 열화 상태 등을 추정할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 측정 탭(131)은, 제1 측정 리드(330)와 하나의 플레이트 형태로 일체화되게 구성될 수 있다. 또한, 제2 측정 탭(141)은, 제2 측정 리드(340)와 하나의 플레이트 형태로 일체화되게 구성될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 리드(310), 음극 리드(320), 제1 측정 리드(330) 및 제2 측정 리드(340)는, 파우치 외장재(200)로부터 동일한 방향으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 양극 리드(310), 음극 리드(320), 제1 측정 리드(330) 및 제2 측정 리드(340)는, 도 1 및 도 2의 +y축 방향으로 돌출되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 측정 리드와 제2 측정 리드에 대한 전압을 용이하게 측정할 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 측정 리드 및 제2 측정 리드가 제1 측정 리드 및 제2 측정 리드와 연결되도록 구성된 측정 단자 등에 용이하게 접촉될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는, 제1 측정 탭(131)과 제2 측정 탭(141)의 위치가 양극 탭(111)과 음극 탭(121)의 위치와 수평 방향으로 다른 위치에 형성되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 측정 탭(131)과 제2 측정 탭(141)은, 양극 탭(111)과 음극 탭(121)으로부터 x축 방향으로 다른 위치에 형성될 수 있다. 특히, 제1 측정 탭(131)과 제2 측정 탭(141)은, 양극 탭(111)과 음극 탭(121)의 사이에 구비될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지의 충방전과 이차 전지의 상태 추정을 용이하게 수행할 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지의 충방전에 이용되는 양극 탭과 음극 탭과 수평 방향으로 다른 위치에 형성된 제1 측정 탭과 제2 측정 탭에 의하여 이차 전지의 상태 추정을 용이하게 할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 구성을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다. 다만, 설명의 편의를 위해 도 3에서는 세퍼레이터는 도시되지 않도록 한다. 또한, 본 실시예에서는, 앞선 실시예에 대한 설명이 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하도록 한다.
도 3을, 참조하면, 본 발명에 따른 전극 조립체(100)는, 다수의 전극판이 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 다수의 양극판(110)과 음극판(120) 중 적어도 하나의 전극판을 대신하여 양극판(110) 또는 음극판(120)의 위치에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 다수의 전극판 중 동일 층에 적층될 수 있다.
예를 들어, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 하나의 양극판(110)을 대신하여 상기 하나의 양극판(110)의 위치에 구비될 수 있다. 즉, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 두 개의 음극판(120) 사이의 동일 층에 구비될 수 있다. 또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 하나의 음극판(120)을 대신하여 상기 하나의 음극판(120)의 위치에 구비될 수 있다. 즉, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 두 개의 양극판(110) 사이의 동일 층에 구비될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지의 상태 추정을 보다 정확하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체(100)는, 절연 부재(150)를 더 구비할 수 있다. 이에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다
도 4 및 도 5는, 본 발명의 서로 다른 실시예에 따른 측정판과 절연 부재의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 절연 부재(150)는, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)을 고정시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 절연 부재(150)는, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)이 다수의 전극판 중 하나의 층에 나란히 위치할 수 있도록 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)을 고정시킬 수 있다.
예를 들어, 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 절연 부재(150)는, 절연 재질로 이루어지며, 전극 조립체(100)에 구비된 다른 전극판과 동일한 크기의 판으로 구현될 수 있다. 그리고, 절연 부재(150)는, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)의 면적과 동일한 크기의 내부 공간(151)이 형성될 수 있다. 여기서, 절연 부재(150)에 형성된 내부 공간(151)은, 도 4의 구성과 같이, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)의 면적과 동일한 크기로 상부와 하부가 개방되며 상하 방향으로 관통된 빈 공간일 수 있다. 그리고, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은 상기 내부 공간(151)에 구비될 수 있다. 여기서, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은 도 4의 a 방향으로 절연 부재(150)의 내부 공간(151)에 끼워져 고정될 수 있다. 이때, 제1 측정판(130)이 삽입되는 내부 공간과 제2 측정판(140)이 삽입되는 내부 공간은 수평 방향으로 소정 거리 이격 된 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 절연 부재(150)에 장착된 상태에서 서로 전기적으로 절연 상태를 유지할 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 두 측정판 사이에 절연 상태가 유지될 수 있다.
다른 예로, 도 5의 구성에 도시된 바와 같이, 절연 부재(150)는, 절연 재질로 이루어지며, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)의 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(150)는, 일 방향(도면의 좌우 방향)으로 긴 형태로 연장 형성된 막대 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 절연 부재(150)는, 넓은 면이 상부와 하부를 향하도록 눕혀진 상태에서 수평 방향으로 서로 나란하게 배치된 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140) 사이에 개재되어, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140) 사이를 이격 시킬 수 있다. 특히, 이러한 구성을 통해, 절연 부재(150)는, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)을 서로 전기적으로 절연 시킬 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 두 측정판 사이에 절연 상태가 유지될 수 있다.
특히, 절연 부재(150)는, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)이 절연 부재(150)에 끼워질 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연 부재(150)는, 내부 홈(152)을 구비할 수 있다. 상기 내부 홈(152)은, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)이 내부 홈(152)에 결속될 수 있도록 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다. 여기서, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은 도 5의 a 방향으로 절연 부재(150)의 내부 홈(152)에 끼워져 고정될 수 있다.
또한, 절연 부재(150)는, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140) 사이를 전기적으로 절연시키도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연 부재(150)는, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)의 사이가 일정 거리만큼 유지될 수 있도록 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)을 이격 시킬 수 있다. 또한, 절연 부재(150)는, 절연성 재질로 이루어져 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)이 접촉되지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 서로 접촉되지 않도록 절연 부재(150)에 의해 서로 이격될 수 있다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 구성을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다. 다만, 설명의 편의를 위해, 도 6에서도 세퍼레이터는 도시되지 않도록 한다. 또한, 본 실시예에서는, 앞선 실시예에 대한 설명이 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전극 조립체(100)는, 다수의 전극판이 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 다수의 양극판(110)과 음극판(120) 중 동일한 극성을 갖는 두 개의 전극판을 대신하여 상기 두 개의 전극판의 위치에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 다수의 전극판 중 각각 별도의 전극판을 대신하여 서로 다른 층에 적층되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 6의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 두 개의 양극판(110)을 대신하여 상기 두 개의 양극판(110)의 위치에 구비될 수 있다. 즉, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 각각 음극판(120) 사이에 구비되며, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은 서로 다른 층에 구비될 수 있다. 또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 두 개의 음극판(120)을 대신하여 상기 두 개의 음극판(120)의 위치에 구비될 수 있다. 즉, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은, 각각 양극판(110) 사이에 구비되며, 제1 측정판(130)과 제2 측정판(140)은 서로 다른 층에 구비될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 제작이 용이할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(1)는, 외부 면이 테이핑될 수 있다. 예를 들어, 파우치형 이차 전지(1)는, 외부 면이 테이핑되어 직육면체 형상으로 구성될 수 있다. 또는, 파우치형 이차 전지(1)는, 외부 면이 케이스에 감싸진 형상으로 구성될 수 있다. 또한, 파우치형 이차 전지(1)는, 일변에 복수의 리드를 구비할 수 있다. 예를 들어, 파우치형 이차 전지(1)는, 도 7의 +y축 방향의 일변에 양극 리드(310), 음극 리드(320), 제1 측정 리드(330) 및 제2 측정 리드(340)를 구비할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 양극 리드(310), 음극 리드(320), 제1 측정 리드(330) 및 제2 측정 리드(340)는, 상부 또는 하부 방향으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 양극 리드(310), 음극 리드(320), 제1 측정 리드(330) 및 제2 측정 리드(340)는, 상부 또는 하부 방향으로 절곡되어 평평한 면이 파우치형 이차 전지(1)의 외측 방향을 향하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 구성에 도시된 바와 같이, 양극 리드(310), 음극 리드(320), 제1 측정 리드(330) 및 제2 측정 리드(340)는, +z축 방향 또는 -z축 방향으로 절곡되어, 평평한 면이 +y축 방향을 향하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 복수의 리드가 측정 단자 등에 용이하게 접촉될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 이차 전지 상태 추정 장치와 연결될 수 있다. 여기서, 이차 전지 상태 추정 장치는, 이차 전지의 상태, 더욱이 이차 전지의 열화 상태를 추정하는 장치이다. 그리고, 이차 전지 상태 추정 장치는, 이러한 이차 전지 상태 추정을 통해, 이차 전지의 수명이나 열화 상태 등을 추정할 수 있다. 특히, 이차 전지 상태 추정 장치는, 파우치형 이차 전지(1)의 각 리드 측에 연결되도록 구성되어 이차 전지의 수명을 추정할 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는, 배터리 팩에 자체적으로 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩은, 다수의 이차 전지, 상기 파우치형 이차 전지, 전장품(BMS, 릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 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.
1: 파우치형 이차 전지 2: 이차 전지 상태 추정 장치
100: 전극 조립체 110: 양극판
111: 양극 탭 120: 음극판
121: 음극 탭 130: 제1 측정판
131: 제1 측정 탭 140: 제2 측정판
141: 제2 측정 탭 150: 절연 부재
151: 내부 공간 152: 내부 홈
200: 파우치 외장재 210: 상부 파우치
220: 하부 파우치 310: 양극 리드
320: 음극 리드 330: 제1 측정 리드
340: 제2 측정 리드

Claims (9)

  1. 각각 내부 공간이 형성된 상부 파우치와 하부 파우치를 구비하고, 상기 상부 파우치와 상기 하부 파우치의 외주부가 실링된 형태로 구성된 파우치 외장재;
    세퍼레이터, 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 상기 파우치 외장재의 내부 공간에 수납된 다수의 양극판과 음극판, 상기 다수의 양극판과 음극판으로부터 각각 연장 형성된 양극 탭과 음극 탭, 상기 양극판과 상기 음극판 중 적어도 하나의 전극판을 대신하여 상기 양극판 또는 상기 음극판의 위치에 구비되어 서로 동일한 극성을 갖도록 구성된 제1 측정판과 제2 측정판, 및 상기 제1 측정판과 상기 제2 측정판에 각각 연장 형성된 제1 측정 탭과 제2 측정 탭이 구비된 전극 조립체;
    일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 양극 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 양극 리드;
    일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 음극 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 음극 리드;
    전기 전도성 재질로 이루어지고, 일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 제1 측정 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 제1 측정 리드; 및
    전기 전도성 재질로 이루어지고, 일부분이 상기 파우치 외장재에 개재되며, 일단이 상기 제2 측정 탭과 접촉되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되도록 구성된 제2 측정 리드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는, 상기 제1 측정판과 상기 제2 측정판이 하나의 전극판을 대신하여 동일 층에 적층되도록 구성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극 조립체는, 상기 제1 측정판과 상기 제2 측정판을 고정시키며, 상기 제1 측정판과 상기 제2 측정판 사이를 전기적으로 절연시키도록 구성된 절연 부재
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는, 상기 제1 측정판과 상기 제2 측정판이 각각 별도의 전극판을 대신하여 서로 다른 층에 적층되도록 구성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는, 상기 제1 측정 탭과 상기 제2 측정 탭의 위치가 상기 양극 탭과 상기 음극 탭의 위치와 수평 방향으로 다른 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측정 탭과 상기 제2 측정 탭은, 각각 상기 제1 측정 리드 및 상기 제2 측정 리드와 각각 하나의 플레이트 형태로 일체화되게 구성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 양극 리드, 상기 음극 리드, 상기 제1 측정 리드 및 상기 제2 측정 리드는, 상기 파우치 외장재로부터 동일한 방향으로 돌출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 양극 리드, 상기 음극 리드, 상기 제1 측정 리드 및 상기 제2 측정 리드는, 상부 또는 하부 방향으로 절곡된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 이차 전지를 포함하는 배터리 팩.
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