KR20200045841A - 배터리 셀 - Google Patents

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KR20200045841A
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battery cell
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sealing
concave portion
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강희경
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리 셀에 관한 것이다. 상세하게는 배터리 셀의 외장재는 내열성이 좋지 않을 수 있으므로 본 발명은 외장재에 절연층을 포함하는 코팅층 및 전극조립체가 열에 의해 손상되는 것을 방지하는 것과 배터리 내에서 발생하는 열을 방출하는 배터리 셀의 형태에 관한 것이다.

Description

배터리 셀{BATTERY CELL}
본 발명은 배터리 셀에 관한 것이다.
현대 사회에서 모바일 기기 또는 자동차 등 산업전반에 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고 이에 대한 연구도 활발하게 진행중이다. 이차전지의 외장재는 포일을 가압하여 전극조립체가 수용될 공간을 형성하는 공정을 통해 형성된다. 이차전지는 상기의 공정을 통해 성형된 외장재의 내부 공간에 전극조립체(젤리롤)을 삽입한 후 성형된 외장재의 단부를 실링하여 제조된다.
외장재가 대부분 알루미늄을 포함하는 금속층 및 이를 코팅하고 있는 코팅층으로 형성되어 있어 열 및 응력에 취약하다. 또한 전극조립체와 함께 외장재에 수용되는 전해액은 폭발의 위험이 존재하고 열적 안정성이 떨어지는 단점이 있으므로, 외장재 및 외장재 내부에 수용되는 전극조립체와 전해액 등이 열에 의해 손상되는 것을 방지하고 배터리 내에서 발생하는 열을 방출하는 구조를 갖는 것이 중요하다.
한국공개특허공보 제10-2018-0054617호(2018.05.24)
본 발명의 일 실시예들은 절연저항이 뛰어나고 배터리 셀의 일 측면의 평탄도를 증가시켜 모듈로 조립 시 냉각효과를 극대화 시킬 수 있는 배터리 셀을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예들은 열에 의한 세퍼레이터의 손상을 방지할 수 있는 배터리 셀을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하는 외장재를 포함하는 배터리 셀에 있어서, 외장재는 수용된 전극조립체의 하측을 덮는 제1 부재 및 전극조립체의 상측을 덮는 제2 부재를 포함하고, 제1 부재 및 제2 부재는 일측에서 서로 연결되고, 일측을 제외한 나머지 측을 따라 실링되며, 제1 부재는 전극조립체의 하측을 수용하는 공간을 제공하는 제1 오목부 및 제2 부재와 실링되기 위한 제1 실링부를 포함하고, 제2 부재는 전극조립체의 상 측을 수용하는 공간을 제공하는 제2 오목부 및 제1 부재와 실링되기 위한 제2 실링부를 포함하며, 상기 제1 실링부 중 상기 제2 실링부와 실링된 부분의 내측에 위치하는 제1 경계에서 상기 제1 오목부 중 상기 제1 실링부 측에 위치한 제1 외측표면까지의 거리보다 상기 제2 실링부의 내측에 위치하는 제2 경계에서 상기 제2 오목부 중 상기 제2 실링부 측에 위치한 제2 외측표면까지의 거리가 더 긴, 배터리 셀을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하는 외장재를 포함하는 배터리 셀에 있어서, 외장재는 수용된 전극조립체의 하측을 덮는 제1 부재 및 전극조립체의 상측을 덮는 제2 부재를 포함하고, 제1 부재 및 제2 부재는 일 측에서 서로 연결되고, 일측을 제외한 나머지 측을 따라 실링되며, 제1 부재는 전극조립체의 하측을 수용하는 공간을 제공하는 제1 오목부 및 제2 부재와 실링되기 위한 제1 실링부를 포함하고, 제2 부재는 전극조립체의 상 측을 수용하는 공간을 제공하는 제2 오목부 및 제1 부재와 실링되기 위한 제2 실링부를 포함하며, 외장재로 형성되는 내부 공간에서 제1 부재와 전극 조립체 사이에서 형성되는 공간이 제2 부재와 전극 조립체 사이에서 형성되는 공간보다 작은, 배터리 셀을 제공한다.
또한, 본 발명의또 다른 실시예에 따르면, 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하는 외장재를 포함하는 배터리 셀에 있어서, 상기 외장재는 수용된 상기 전극조립체의 하측을 덮는 제1 부재 및 상기 전극조립체의 상측을 덮는 제2 부재를 포함하고, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재는 일측에서 서로 연결되고, 상기 일측을 제외한 나머지 측을 따라 실링되며, 상기 제1 부재는 상기 전극조립체의 하측을 수용하는 공간을 제공하는 제1 오목부 및 상기 제2 부재와 실링되기 위한 제1 실링부를 포함하고, 상기 제2 부재는 상기 전극조립체의 상 측을 수용하는 공간을 제공하는 제2 오목부 및 상기 제1 부재와 실링되기 위한 제2 실링부를 포함하며, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재가 연결된 상기 일측에서 상기 제1 오목부의 측면이 상기 제2 오목부의 측면보다 상기 전극조립체측으로 밀착된, 배터리 셀을 제공한다.
또한, 상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부는 상기 일측에서 형성되는 깊이가 상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부의 타측에서 형성되는 깊이보다 작을 수 있다.
또한, 상기 밀착면의 길이가 상기 밀착면의 길이방향과 수직인 방향으로 외장재가 연장된 길이보다 길 수 있다.
또한, 상기 밀착면의 길이는 밀착면의 길이방향과 수직인 방향으로 외장재가 연장된 길이의 2배보다 길 수 있다.
또한, 상기 제1 오목부의 내측부피와 상기 제2 오목부의 내측부피가 다를 수 있다.
또한, 상기 제2 오목부의 내측 부피는 상기 제1 오목부의 내측 부피보다 클 수 있다.
또한, 상기 제2 오목부의 내측 부피는 상기 제1 오목부의 내측 부피보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제1 오목부에서 형성되는 깊이와 상기 제2 오목부에서 형성되는 깊이는 같으면서 상기 제2 오목부에 의해 형성되는 내측 부피가 상기 제1 오목부에서 형성되는 내측 부피보다 클 수 있다.
또한, 상기 제1 경계와 상기 제2 경계는 동일한 수직선상에 위치할 수 있다.
또한, 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하는 외장재를 포함하는 배터리 셀을 제조함에 있어서, 상기 외장재에 상기 전극조립체의 하측을 수용하는 공간을 제공하는 제1 오목부 및 상기 전극조립체의 상측을 수용하는 공간을 제공하는 제2 오목부를 형성하고, 상기 전극조립체를 상기 제1 오목부에 수용시킨 후 상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부가 연결되는 일측면을 상기 전극조립체에 밀착시키면서 상기 제2 오목부에 전극조립체를 수용하고, 상기 외장재를 실링하는, 배터리 셀 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 코팅층이 열에 의해 받는 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전극조립체의 세퍼레이터가 열에의해 받는 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 냉각효율이 뛰어난 배터리 셀을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 평면도이다.
도 2는 외장재가 셀을 형성하는 방법을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 외장재의 단면을 도시한 도면
도 4 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀이 실링되는 모습을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부에 전극조립체가 삽입되어 실링되는 모습을 나타낸 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서,"포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
또한, "일측", "타측", "상부", "하부" 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성 요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있으므로, 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)의 사시도이다. 일반적으로 이차전지는 전극조립체(50) 및 전극조립체(50)를 수용하는 외장재(100)를 포함하는 배터리 셀(10)들이 기본단위를 이루도록 형성될 수 있다.
전극조립체는 양극(미도시), 음극(미도시) 및 양극과 음극을 구별하는 세퍼레이터(도 5의 55)를 포함할 수 있다.
외장재(100)는 알루미늄 등으로 형성되는 금속층, 금속층과 전극조립체(50)가 통전되지 않도록 절연기능을 수행하는 코팅층을 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 전극조립체(50) 및 전극조립체(50)를 수용하는 외장재(100)를 포함할 수 있다. 이때 외장재(100)는 전극조립체(50)의 하측을 덮는 제1 부재(110) 및 전극조립체(50)의 상측을 덮는 제2 부재(120)를 포함할 수 있다.
제1 부재(110)는 전극조립체(50)를 수용하는 공간을 제공할 수 있는 제1 오목부(112) 및 제2 부재(120)와 실링되기 위한 제1 실링부(111)를 포함할 수 있다.
제2 부재(120)는 전극조립체(50)를 수용하는 공간을 제공할 수 있는 제2 오목부(122) 및 제1 부재(110)와 실링되기 위한 제2 실링부(121)를 포함할 수 있다.
제1 실링부(111) 및 제2 실링부(121)는 실링되는 부분을 제공하는 부분으로서, 반드시 실링부로 명명되는 부분 전체가 실링되어야 하는 것은 아니다. 예를 들면 후술하는 바와 같이 제 1 실링부(111)는 제2 실링부(121)와 실링되지 않은 부분이 외장재(100)의 내측으로 연장될 수 있다.
제1 부재(110) 및 제2 부재(120)는 일측(도 3의 150)에서 서로 연결되고 일측(150)을 제외한 나머지 측을 따라 실링될 수 있다. 이때 일측(150)의 면에 전극조립체(50)가 밀착될 수 있다. 따라서, 일측(150)의 면은 밀착면이라 지칭될 수 있다.
제1 부재(110) 및 제2 부재(120)는 하나의 외장재(100)의 일 부분들을 의미하는 것일 수 있다. 따라서 본 명세서에서 제1 부재(110) 및 제2 부재(120)는 설명의 편의를 위해 구분하여 지칭하는 것일 수 있고 분리되거나 별개의 것이 아닐 수 있다.
도 1(a)에 도시된 바와 같이 전극탭은 양극탭(11)과 음극탭(12)이 서로 반대 방향으로 인출될 수 있고, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 전극탭이 단일한 방향으로 나란하게 인출될 수도 있다.
도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 바와 같이 밀착면(150)의 길이(A)가 밀착면(150)의 길이방향과 수직인 방향으로 외장재(100)가 연장된 길이(B)보다 길 수 있다.
밀착면(150)에 냉각판(미도시) 등이 연결될 수 있다. 냉각판에 의한 냉각효율이 좋아지기 위해서는 냉각판과 전극조립체(50)를 수용하고 있는 외장재(100)가 많은 면적이 서로 닿아 있는 것이 중요할 수 있다.
밀착면(150)의 길이를 크게 하여 냉각판과 외장재(100)가 서로 닿는 면적을 크게할 수 있다. 큰 냉각판이 위치될 수 있으므로 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 냉각효율 측면에서 종래의 배터리 셀보다 유리하다.
밀착면(150)의 길이(A) 및 밀착면(150)의 길이방향과 수직인 방향으로 외장재(100)가 연장된 길이(B)의 비가 일정할 필요는 없고, 이차전지의 형상 또는 크기에 따라 사용자가 적절히 선택할 수 있다. 다만, 바람직하게는 밀착면(150)의 길이(A)가 밀착면(150)의 길이방향과 수직인 방향으로 외장재(100)가 연장된 길이(B)보다 2배 이상 긴 경우에 냉각효율이 더 좋아질 수 있다.
도 2는 외장재(100a)가 셀을 형성하는 방법을 나타낸 도면이다. 외장재(100a)는 제1 부재(110a) 및 제2 부재(120a)를 포함할 수 있다. 이때 제1 부재(110a)는 전극조립체의 하측을 수용하는 공간을 제공하는 제1 오목부(112a) 및 상기 제2 부재(120a)와 실링되기 위한 제1 실링부(111a)를 포함할 수 있다. 마찬가지로 제2 부재(120a)는 전극조립체의 상측을 수용하는 공간을 제공하는 제2 오목부(122a) 및 제1 부재(110a)와 실링되기 위한 제2 실링부(121a)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 제1 오목부(112a) 및 제2 오목부(122a)는 포밍(forming)공정을 통해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 오목부(112a)는 전극조립체의 하측을 덮도록 형성될 수 있고, 제2 오목부(122a)는 전극조립체의 상측을 덮도록 형성될 수 있다.
이때 도 2와 같이 제1 실링부(111a)의 단부 및 제2 실링부(121a)의 단부가 서로 일치되도록 실링되어 배터리 셀을 형성할 수 있다.
이때 도 2에 도시된 바와 같이 제1 오목부(112a)와 전극조립체가 형성하는 공간 및 제2 오목부(122a)와 전극조립체가 형성하는 공간의 크기는 서로 같을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 외장재(100)의 단면을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 외장재(100)는 제1 부재(110) 및 제2 부재(120)를 포함할 수 있다. 전극조립체(50)가 수용되는 공간이 형성될 때 전극조립체(50)와 제2 부재(120)에 의해 형성되는 공간(A)이 전극조립체(50)와 제1 부재(110)에 의해 형성되는 공간(B)보다 크도록 형성될 수 있다. 상세하게는, 제1 실링부(111) 및 제2 실링부(121)가 접촉되는 접촉면(131)을 기준으로 전극조립체(50)와 제1 부재(110)에 의해 제1 실링부(111) 방향으로 형성되는 하측 공간이 제1 실링부(111) 및 제2 실링부(121)가 접촉되는 접촉면(131)을 기준으로 전극조립체(50)와 제2 부재(120)에 의해 제2 실링부(121) 방향으로 형성되는 제2 부재(120)가 형성하는 상측 공간보다 작아질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀의 외장재(100)는 제2 부재(120)의 제2 실링부(121)와 제1 부재(110)의 제1 실링부(111)가 접촉면을 형성할 때 제1 부재(110) 및 제2 부재(120)가 연결된 일측(150)의 반대측에서 제1 오목부(112)와 제1 실링부(111)간의 경계는 제2 오목부(122)와 제2 실링부간의 경계보다 전극조립체(50)에서 인접하게 위치할 수 있다. 이때 제1 실링부(111)와 제2 실링부(121)는 반드시 단부가 일치되도록 접촉면을 형성할 필요는 없다. 따라서 제1 실링부(111) 및 제2 실링부(121)의 단부가 일치되지 않고 다소 어긋나도록 실링될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 1(a)와 같이 양 방향으로 전극탭이 인출된 배터리 셀에서는 실링부(111, 121)의 단부가 절단될 수 있고, 실링부(111, 121)의 단부가 절단됨으로써 실링부(111, 121)의 단부는 일치될 수 있다.
다만, 도 1(b)와 같이 단 방향으로 전극탭이 인출되는 경우 실링부(111, 121)의 끝단을 절단하기 힘들어 일치하지 않고 어긋나도록 형성될 수 있다.
제1 실링부(111) 및 제2 실링부(121)는 상술한 바와 같이 접촉면(131)을 형성할 수 있다. 접촉면(131)은 외장재(100)가 실링될 때 제1 실링부(111) 및 제2 실링부(121)가 맞닿는 면일 수 있다.
제1 부재(110) 중 제1 실링부(111)는 외장재(100)를 실링하기 위한 부분일 수 있고, 제2 실링부(121)와 접촉면(131)을 형성하는 부분일 수 있다. 제2 부재(120) 중 제2 실링부(121)는 외장재(100)를 실링하기 위한 부분일 수 있고, 제1 실링부(111)와 접촉면(131)을 형성하는 부분일 수 있다.
제1 실링부(111) 중 접촉면(131)에서의 전극조립체(50)방향으로의 내측에 위치하는 경계, 즉 실랑이 된 부분의 내측에 위치하는 경계를 제1 경계(b), 제2 실링부(121) 중 접촉면(131)에서의 전극조립체(50)방향으로의 내측에 위치한 경계, 즉, 제2 실링부(121) 중 실링이 된 부분의 내측에 위치하는 경계를 제2 경계(a)로 지칭할 수 있다. 이때 제1 실링부(111) 중 실링이 되지 않은 부분이 전극조립체(50) 내부로 소정의 길이만큼 연장되어 형성될 수 있다.
제1 경계(b) 및 제2 경계(a)는 동일한 수직선 상에 형성될 수 있고, 제1 부재(110)에서의 경계가 제1 경계(b) 제2 부재(120)에서의 경계가 제2 경계(a)일 수 있다
제1 경계(b)에서 제1 오목부(112)의 내부공간 외측, 상세하게는 제1 오목부(112) 중 제1 실링부(111) 측에 위치한 제1 외측 표면(113)까지의 거리와 제2 경계(a)에서 제2 오목부(122)의 내부공간 외측, 상세하게는 제2 오목부(122) 중 제2 실링부(121) 측에 위치한 제2 외측 표면(123)까지의 거리의 차이가 이격거리(D)일 수 있다.
이때 제1 경계(b)에서 제1 오목부(112)의 내부공간 외측, 상세하게는 제1 오목부(112) 중 제1 실링부(111) 측에 위치한 제1 외측 표면(113)까지의 거리가 제2 경계(a)에서 제2 오목부(122)의 내부공간 외측, 상세하게는 제2 오목부(122) 중 제2 실링부(121) 측에 위치한 제2 외측 표면(123)까지의 거리보다 길 수 있다.
즉, 제2 외측표면(123)이 제1 외측표면(113)보다 실링부(111, 121) 측으로 더 돌출되도록 형성될 수 있고, 이때 제2 외측표면(123)이 제1 외측표면보다 더 돌출된 거리가 이격거리(D)일 수 있다.
후술할 도 4(b)에서처럼 제1 오목부(112) 및 제2 오목부(122)의 실링부(111, 121) 측의 외측 표면들(113, 123)에 경사가 형성되어 있는 경우에는 제1 경계(b)에서 제1 오목부(112)측 하방으로 경사지기 시작하는 거리가 제2 경계(a)에서 제2 오목부(122)측 상방으로 경사가 형성되기 시작하는 거리보다 길 수 있다. 이러한 차이는 상술한 이격거리(D)에 의해 발생할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예인 배터리 셀(10)은 외장재(100)로 형성되는 내부 공간에서 제1 부재(110)와 전극조립체(50) 사이에서 형성되는 공간이 제2 부재와 전극조립체 사이에서 형성되는 공간보다 작을 수 있다.
외장재(100)는 이격거리(D)를 형성하기 위해 제1 부재(110) 및 제2 부재(120)가 연결되는 일측(150)에서 제2 부재(120)에 해당하는 부분은 굽어지도록 형성될 수 있다. 일측(150)이 굽어지도록 형성되면서 전극조립체(50)와 외장재(100)가 밀착될 수 있다. 전극조립체(50)와 외장재(100)가 밀착되면 전극조립체(50)와 외장재(100) 사이에 형성되는 빈 공간이 줄어들어 냉각효율이 좋아질 수 있다. 외장재(100)를 형성할 때 제1 오목부(112)에 전극조립체(50)가 수용된 후 일측(150)을 전극조립체(50)에 밀착시키면서 제2 오목부(122)에 전극조립체(50)를 수용시킨 후 실링하여 배터리 셀(10)을 형성할 수 있다.
배터리 셀(10)을 사용할 때 전극조립체(50)에서는 발열이 발생할 수 있다. 다만, 배터리 셀(10)의 효율을 위해 적절하게 냉각되는 것이 중요할 수 있다. 열전달 측면에서 고려해보면, 전극조립체(50)에서 발생한 열이 전극조립체(50)와 외장재(100) 사이의 공간 및 외장재(100)를 차례대로 거쳐 외장재(100)외부로 전달될 수 있다. 이때 외장재(100)의 외부에 냉각판(미도시)이 배치되는 경우 전극조립체(50)와 외장재(100) 사이의 공간의 크기가 작을수록 외장재(100) 외부로 배출되지 못하는 열이 줄어들어 냉각효율이 좋아질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)이 실링되는 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(10) 내부에 전극조립체(50)가 삽입되어 실링되는 모습을 나타낸 도면이다.
전극조립체가 이차전지의 외장재 내에 수용된 후 외장재 내로 수분이 침투하는 것을 방지하고 전극 조립체가 외부와 통전되는 것을 방지하기 위해 이차전지의 외장재가 실링되어야 한다. 실링되는 면적이 커지면 그만큼 전극조립체(50)가 수용될 수 있는 공간이 작아지므로 공간 활용의 가능성이 떨어질 수 있다. 다만 실링되는 면적이 지나치게 작아지면 실링의 신뢰성이 떨어질 수 있고 외부충격에도 약해 일상생활 또는 사용되는 장치에 크지 않은 충격이 가해질 경우에도 이차전지 본래의 기능을 상실하게 될 수 있다. 따라서 본래의 기능을 원활하게 수행할 수 있으면서 최소한으로 실링되는 면적을 형성하는 것이 중요할 수 있다.
도 4를 참조하면, 외장재(100)는 상술한 바와 같이 절연 등을 위한 코팅층(40)이 형성될 수 있다. 제1 실링부(111) 및 제2 실링부(121)가 가열수단(H)에 의해 실링되는 경우 가열수단(H)과 외장재(100)의 내측면에 형성된 코팅층(40)의 거리가 가까워 열에 의해 코팅층(40)이 손상될 수 있다. 배터리 셀(100) 내부에는 전극조립체(50) 및 전해액(미도시)가 수용될 수 있고, 외장재(100)는 금속층을 포함하므로, 가열수단(H)에 의해 코팅층(40)이 손상되는 경우 파괴된 코팅층(40)으로 전해액이 들어간 상태로 실링이 되면서 절연불량이 발생될 수 있다. 도 3과 같이 제1 경계와 제2 경계가 이격거리(D)를 갖는다면 제1 부재(110)측에 형성되어 있는 코팅층(40)은 열에 의한 손상가능성이 낮아질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외장재(100)에서의 절연불량이 현저히 감소될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 경계와 제2 경계가 이격거리(D)를 갖도록 형성되면 이격거리(D)가 없는 경우에 비해 외장재(100) 내에 전극조립체(50)가 수용될 때 전극조립체(50)가 가열수단(H)과 이격거리(D)만큼 멀어지게 된다. 도 4에서 코팅층(40)이 가열수단(H)과 이격거리(D)만큼 멀어지게 되므로, 외장재(100)의 절연불량을 방지할 수 있듯이, 전극조립체(50)도 열에 의한 영향을 덜 받을 수 있다.
전극조립체(50)는 젤리롤으로 호칭될 수 있고, 전극조립체(50)에는 양극, 음극 및 양극과 음극을 분리시키는 세퍼레이터(55)가 존재할 수 있다. 세퍼레이터(55)에서는 높은 차폐성 및 절연성이 요구될 수 있고 저저항(低抵抗)일 것이 요구될 수 있다. 세퍼레이터(55)가 불량인 경우 양극과 음극이 연결되어 쇼트가 발생할 수 있다. 그런데, 예를 들어 폴리올레핀을 원료로 하는 세퍼레이터의 경우 내열성이 낮아 제조공정간 열에 의해 세퍼레이터가 손상되어 양극과 음극간의 쇼트발생이 생길 수 있다.
상술한대로 종래의 구조보다 세퍼레이터(55)가 가열수단(H)과 이격거리(D)만큼 더 멀어지는 경우 세퍼레이터 손상에 따른 전극조립체에서의 내부쇼트의 발생을 현저히 줄일 수 있다.
도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같이 제1 오목부(112) 및 제2 오목부(122)의 타측은 일측과 같이 수직방향으로 형성될 수도 있고, 경사지도록 형성될 수도 있다. 제1 오목부(112) 및 제2 오목부(122)의 타측의 형태는 도 4 및 도 5에 도시된 형태에 제한되지 않는다.
도 6은 제1 오목부 및 제2 오목부의 깊이 및 부피를 다르게 나타낸 도면이다. 도 6(a)는 제1 오목부(112a)의 내측 부피가 제2 오목부(122a)의 내측 부피보다 작으면서 일측(150a)에 전극조립체(50)가 밀착된 후 제2 오목부(122a)가 전극조립체(50)를 덮어 형성된 것을 나타낸 도면이다. 도 6(b)는 제1 오목부(112b)의 깊이가 제2 오목부(122b)의 깊이보다 큰 것을 도시한 도면이고, 도 6(c)는 제1 오목부(112c)의 내측 부피가 제2 오목부(122c)의 내측 부피보다 크면서 일측(150c)에 전극조립체(50)가 밀착된 후 제2 오목부(122c)가 전극조립체(50)를 덮어 형성된 것을 나타낸 도면이다.
제1 오목부(112)측의 깊이가 제2 오목부(122)측의 깊이보다 작은 경우, 전극조립체(50)를 일측(150)에 밀착시킬 수 있는 면적이 커질 수 있어 냉각효과가 클 수 있다. 제1 오목부(112)와 제2 오목부(121)의 깊이가 다르므로, 제1 오목부(112)의 내측 부피보다 제2 오목부(121)의 내측 부피가 더클 수 있다. 다만, 제2 오목부(122)의 깊이가 깊어 전극조립체(50)의 수용이 어려울 수 있다.
도 6(a)를 참조하면 제2 오목부(122a)의 타측이 제1 오목부(112a)의 타측보다 돌출되어 있으므로, 전극조립체(50)를 수용할 때 더 편리할 수 있다.
도 6(a)와는 다르게 도 6(b)는 제1 오목부(112b)의 깊이가 제2 오목부(122b)의 깊이보다 큰 경우를 도시하고 있다. 제1 오목부(112b)의 넓이를 전극조립체(50)의 크기와 맞도록 형성하여 전극조립체(50)를 외장재(100)에 밀착시킬 때 유리할 수 있다. 또한, 제2 오목부(122b)의 깊이가 작아 전극조립체(50)를 쉽게 덮을 수 있다. 도 6(b)에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 경우 전극조립체(50) 수용불량을 줄일 수 있다.
도 6(c)는 제1 오목부(112c) 및 제2 오목부(122c)에서 형성되는 깊이는 같으나, 제2 오목부(122c)가 형성하는 내측 부피가 제1 오목부(112c)가 형성하는 내측 부피보다 큰 경우를 도시한 도면이다. 도 6(c)에 도시된 바와 같은 형태로 배터리 셀(10)이 형성되는 경우에도 전극조립체(50)의 수용 불량을 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 배터리 셀
11: 양극탭
12: 음극탭
40: 코팅층
50: 전극조립체
55: 세퍼레이터
100: 외장재
110: 제1 부재
111: 제1 실링부
112: 제1 오목부
113: 제1 외측표면
120: 제2 부재
121: 제2 실링부
122: 제2 오목부
123: 제2 외측표면
131: 접촉면
150: 밀착면

Claims (12)

  1. 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하는 외장재를 포함하는 배터리 셀에 있어서,
    상기 외장재는 수용된 상기 전극조립체의 하측을 덮는 제1 부재 및 상기 전극조립체의 상측을 덮는 제2 부재를 포함하고,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재는 일측에서 서로 연결되어 상기 전극조립체가 밀착되는 밀착면이 형성되고, 상기 일측을 제외한 나머지 측을 따라 실링되며,
    상기 제1 부재는 상기 전극조립체의 하측을 수용하는 공간을 제공하는 제1 오목부 및 상기 제2 부재와 실링되기 위한 제1 실링부를 포함하고,
    상기 제2 부재는 상기 전극조립체의 상 측을 수용하는 공간을 제공하는 제2 오목부 및 상기 제1 부재와 실링되기 위한 제2 실링부를 포함하며,
    상기 제1 실링부 중 상기 제2 실링부와 실링된 부분의 내측에 위치하는 제1 경계에서 상기 제1 오목부 중 상기 제1 실링부 측에 위치한 제1 외측표면까지의 거리가 상기 제2 실링부의 내측에 위치하는 제2 경계에서 상기 제2 오목부 중 상기 제2 실링부 측에 위치한 제2 외측표면까지의 거리보다 더 긴, 배터리셀.

  2. 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하는 외장재를 포함하는 배터리 셀에 있어서,
    상기 외장재는 수용된 상기 전극조립체의 하측을 덮는 제1 부재 및 상기 전극조립체의 상측을 덮는 제2 부재를 포함하고,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재는 일측에서 서로 연결되고, 상기 일측을 제외한 나머지 측을 따라 실링되며,
    상기 제1 부재는 상기 전극조립체의 하측을 수용하는 공간을 제공하는 제1 오목부 및 상기 제2 부재와 실링되기 위한 제1 실링부를 포함하고,
    상기 제2 부재는 상기 전극조립체의 상 측을 수용하는 공간을 제공하는 제2 오목부 및 상기 제1 부재와 실링되기 위한 제2 실링부를 포함하며,
    상기 외장재로 형성되는 내부 공간에서 상기 제1 부재와 상기 전극 조립체 사이에서 형성되는 공간이 상기 제2 부재와 상기 전극 조립체 사이에서 형성되는 공간보다 작은, 배터리 셀.
  3. 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하는 외장재를 포함하는 배터리 셀에 있어서,
    상기 외장재는 수용된 상기 전극조립체의 하측을 덮는 제1 부재 및 상기 전극조립체의 상측을 덮는 제2 부재를 포함하고,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재는 일측에서 서로 연결되고, 상기 일측을 제외한 나머지 측을 따라 실링되며,
    상기 제1 부재는 상기 전극조립체의 하측을 수용하는 공간을 제공하는 제1 오목부 및 상기 제2 부재와 실링되기 위한 제1 실링부를 포함하고,
    상기 제2 부재는 상기 전극조립체의 상 측을 수용하는 공간을 제공하는 제2 오목부 및 상기 제1 부재와 실링되기 위한 제2 실링부를 포함하며,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재가 연결된 상기 일측에서 상기 제1 오목부의 측면이 상기 제2 오목부의 측면보다 상기 전극조립체측으로 밀착된, 배터리 셀.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부는 상기 일측에서 형성되는 깊이가 상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부의 타측에서 형성되는 깊이보다 작은, 배터리 셀.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀착면의 길이가 상기 밀착면의 길이방향과 수직인 방향으로 외장재가 연장된 길이보다 긴, 배터리 셀.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 밀착면의 길이는 밀착면의 길이방향과 수직인 방향으로 외장재가 연장된 길이의 2배보다 긴, 배터리 셀.
  7. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 오목부의 내측부피와 상기 제2 오목부의 내측부피가 다른, 배터리 셀.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 오목부의 내측 부피는 상기 제1 오목부의 내측 부피보다 큰, 배터리 셀.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 오목부의 내측 부피는 상기 제1 오목부의 내측 부피보다 작은, 배터리 셀.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 오목부에서 형성되는 깊이와 상기 제2 오목부에서 형성되는 깊이는 같으면서 상기 제2 오목부에 의해 형성되는 내측 부피가 상기 제1 오목부에서 형성되는 내측 부피보다 큰, 배터리 셀.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 경계와 상기 제2 경계는 동일한 수직선상에 위치하는, 배터리 셀.
  12. 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하는 외장재를 포함하는 배터리 셀을 제조함에 있어서,
    상기 외장재에 상기 전극조립체의 하측을 수용하는 공간을 제공하는 제1 오목부 및 상기 전극조립체의 상측을 수용하는 공간을 제공하는 제2 오목부를 형성하고,
    상기 전극조립체를 상기 제1 오목부에 수용시킨 후 상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부가 연결되는 일측면을 상기 전극조립체에 밀착시키면서 상기 제2 오목부에 전극조립체를 수용하고,
    상기 외장재를 실링하는, 배터리 셀 제조방법.
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