KR20220071110A - Battery cell and battery module including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 안전성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a battery cell and a battery module including the same, and more particularly, to a battery cell with improved safety and a battery module including the same.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. In particular, secondary batteries are of great interest not only as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, notebooks, and wearable devices, but also as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
이러한 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 여기서, 전지 케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. According to the shape of the battery case, these secondary batteries are classified into cylindrical batteries and prismatic batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet. do. Here, the electrode assembly built into the battery case is a power generating element that can be charged and discharged by having a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode. It is classified into a jelly-roll type, which is wound therebetween, and a stack type, in which a plurality of positive and negative electrodes are interposed in a separator and sequentially stacked.
이 중에서도, 특히 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조 비용, 작은 중량, 용이한 변형 형태 등을 이유로 사용량이 점차적으로 증가하고 있다. Among them, in particular, a pouch-type battery having a structure in which a stack-type or stack/folding-type electrode assembly is embedded in a pouch-type battery case of an aluminum laminate sheet is gradually being used due to low manufacturing cost, small weight, easy deformation, etc. is increasing
도 1은 종래의 전지셀의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지셀에 포함된 전극 조립체의 단부를 확대한 사시도이다.1 is an exploded perspective view of a conventional battery cell. FIG. 2 is an enlarged perspective view of an end of an electrode assembly included in the battery cell of FIG. 1 .
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지셀(10)은 전지 케이스(20) 내부에 양극(33), 음극(34) 및 이들 사이에 개재되는 분리막(35)으로 이루어진 전극조립체(30) 및 전해액을 포함한다. 여기서, 이차 전지(10)는 전극조립체(30)의 양극 탭들(31) 및 음극 탭들(32)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드들(40, 41)이 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다. 1 and 2, the
여기서, 종래의 전지셀(10)과 같은 파우치 형태의 전지셀은 사용 중 발화, 폭발 등의 안전성을 테스트하기 위해, 완충 상태의 배터리에 외력을 가하는 충돌 혹은 날카로운 금속 이물을 관통시켜 쇼트 현상 발생 및 발화 여부를 확인하게 된다. Here, in order to test the safety of a battery cell in the form of a pouch such as the
이 때, 전지셀(10) 내 일부 전극에서 쇼트 현상이 발생되는 경우, 쇼트 현상이 발생되지 않은 전극에서 전극 탭들(31, 32)의 용접면을 통해 쇼트 현상이 발생된 전극으로 전류가 이동하는 과전류 현상이 발생되게 된다. 이에 따라, 쇼트 현상이 발생된 전극은 과전류 현상으로 인해 발열되고, 이후 열폭주 상태에 도달하여 발화가 발생되는 문제가 있다. 즉, 전지셀 내 일부 전극에서 쇼트 현상이 발생되더라도, 다른 전극에 의한 과전류를 억제하여 안전성을 확보할 수 있는 전지셀을 개발할 필요가 있다.At this time, when a short circuit occurs in some electrodes in the
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지셀 내 다수의 전극판 사이에 발생될 수 있는 과전류를 억제하여, 안전성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a battery cell with improved safety by suppressing overcurrent that may be generated between a plurality of electrode plates in the battery cell, and a battery module including the same.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and the problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the present specification and the accompanying drawings. .
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 분리막을 개재하여 적층된 다수의 전극판을 포함하는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수납부에 장착되는 전지 케이스를 포함하고, 상기 전극 조립체는 상기 다수의 전극판으로부터 각각 연장되어 형성되는 다수의 전극 탭들을 포함하고, 상기 다수의 전극 탭들은 동일 극성끼리 동일선 상에 서로 배열되어 전극 탭 배열체를 형성하고, 상기 다수의 전극 탭의 단부들에 적어도 하나의 보호 부재가 접합되어 있다.A battery cell according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly including a plurality of electrode plates stacked with a separator interposed therebetween; and a battery case in which the electrode assembly is mounted to the receiving part, wherein the electrode assembly includes a plurality of electrode tabs respectively extending from the plurality of electrode plates, and the plurality of electrode tabs are on the same line with the same polarity are arranged on each other to form an electrode tab arrangement, and at least one protective member is bonded to the ends of the plurality of electrode tabs.
상기 다수의 전극탭의 단부들 중 일부에 상기 적어도 하나의 보호 부재 중 하나의 상기 보호 부재가 접합되어 있고, 상기 다수의 전극탭의 단부들 중 나머지 일부에 상기 적어도 하나의 보호 부재 중 다른 하나의 상기 보호 부재가 접합되어 있을 수 있다.One of the protection members of the at least one protection member is bonded to some of the ends of the plurality of electrode tabs, and the other of the at least one protection member is attached to the remaining portions of the ends of the plurality of electrode tabs. The protection member may be bonded.
상기 다수의 전극탭의 단부들에 각각 상기 보호 부재가 접합되어 있을 수 있다.The protection member may be bonded to each end of the plurality of electrode tabs.
상기 보호 부재는 제1 온도 이상의 열이 가해지면 끊어질 수 있다.The protection member may be broken when heat equal to or greater than the first temperature is applied.
상기 제1 온도는 상기 전극판에 제1 전류 이상의 전류가 흐를 때 발생하는 저항열의 온도일 수 있다.The first temperature may be a temperature of resistance heat generated when a current equal to or greater than a first current flows through the electrode plate.
상기 제1 전류는 10C 이상의 전류일 수 있다.The first current may be a current of 10C or more.
상기 보호 부재는 Pb-Sn(납-주석) 합금을 포함할 수 있다.The protective member may include a Pb-Sn (lead-tin) alloy.
상기 보호 부재는 30중량% 내지 45중량%의 납(Pb) 및 55중량% 내지 70중량%의 주석(Sn)을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.The protective member may be made of an alloy containing 30 wt% to 45 wt% of lead (Pb) and 55 wt% to 70 wt% of tin (Sn).
상기 전극 탭 배열체와 전기적으로 연결되되, 상기 전지 케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드를 더 포함할 수 있다.It may further include an electrode lead electrically connected to the electrode tab assembly and protruding outwardly of the battery case.
상기 전극 탭 배열체의 단부가 상기 전극 리드와 접할 수 있다.An end of the electrode tab arrangement may be in contact with the electrode lead.
상기 보호 부재의 단부가 상기 전극 리드와 접할 수 있다.An end of the protection member may be in contact with the electrode lead.
상기 전지 케이스는 외주변이 열융착에 의해 밀봉된 구조의 실링부를 포함하고, 상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름을 포함할 수 있다.The battery case may include a sealing portion having an outer periphery sealed by thermal fusion, and a lead film positioned at a portion corresponding to the sealing portion in at least one of an upper portion and a lower portion of the electrode lead.
상기 전극 리드는 제1 전극 리드부 및 제2 전극 리드부를 포함하고, 상기 제1 전극 리드부는 상기 전극 탭 배열체의 단부를 따라 연장되어 있고, 상기 제2 전극 리드부는 상기 제1 전극 리드부로부터 상기 전지 케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있을 수 있다.The electrode lead includes a first electrode lead part and a second electrode lead part, the first electrode lead part extends along an end of the electrode tab arrangement, and the second electrode lead part is separated from the first electrode lead part. It may protrude outwardly of the battery case.
상기 리드 필름은 상기 제2 전극 리드부에 위치할 수 있다.The lead film may be positioned on the second electrode lead part.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 제조 방법은, 전극판으로부터 연장되어 형성되는 전극 탭에 보호 부재를 접합하는 프리 용접 단계; 상기 보호 부재가 접합된 다수의 전극판 사이에 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 단계; 및 상기 전극 조립체에 포함된 상기 다수의 전극 탭들은 동일 극성끼리 서로 적층되어 전극 탭 배열체를 형성하고, 상기 전극 탭 적층체의 단부와 상기 전극 리드가 서로 접하게 하는 용접 단계를 포함한다.A battery cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes a pre-welding step of bonding a protective member to an electrode tab formed to extend from an electrode plate; an electrode assembly manufacturing step of manufacturing an electrode assembly by interposing a separator between the plurality of electrode plates to which the protection member is bonded; and a welding step in which the plurality of electrode tabs included in the electrode assembly are stacked with the same polarity to form an electrode tab arrangement, and an end of the electrode tab stack and the electrode lead are in contact with each other.
상기 전극 리드와 전기적으로 연결된 상기 전극 조립체를 전지 케이스의 수납부에 장착하는 팩키징 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include a packaging step of mounting the electrode assembly electrically connected to the electrode lead to the receiving part of the battery case.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 상술한 전지셀을 포함할 수 있다.The battery module according to another embodiment of the present invention may include the aforementioned battery cells.
실시예들에 따르면, 본 발명은 전극 탭의 단부에 보호 부재가 접합되어 있는 다수의 전극판을 포함하는 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하여, 전지셀 내 다수의 전극판 사이에 발생될 수 있는 과전류를 억제하고, 안전성이 향상될 수 있다. According to embodiments, the present invention provides a battery cell including a plurality of electrode plates having a protective member bonded to an end of an electrode tab and a battery module including the same, to be generated between the plurality of electrode plates in the battery cell. Possible overcurrent can be suppressed, and safety can be improved.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains from the present specification and accompanying drawings.
도 1은 종래의 전지셀의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지셀에 포함된 전극 조립체의 단부를 확대한 사시도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 전지셀의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 전지셀에 포함된 전극 조립체의 단부를 확대한 사시도이다.
도 5는 도 3의 전극 조립체에 포함된 전극판의 단부를 확대한 사시도이다.
도 6은 도 2의 전지셀의 전극 조립체 중 일부에서 쇼트 현상 발생 시 전극 조립체의 단부를 확대한 사시도이다.
도 7은 본 실시예에 따른 전지셀의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.1 is an exploded perspective view of a conventional battery cell.
FIG. 2 is an enlarged perspective view of an end of an electrode assembly included in the battery cell of FIG. 1 .
3 is an exploded perspective view of a battery cell according to the present embodiment.
4 is an enlarged perspective view of an end of an electrode assembly included in the battery cell of FIG. 2 .
5 is an enlarged perspective view of an end of an electrode plate included in the electrode assembly of FIG. 3 .
6 is an enlarged perspective view of an end of the electrode assembly when a short circuit occurs in some of the electrode assemblies of the battery cell of FIG. 2 .
7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a battery cell according to the present embodiment.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. And in the drawings, for convenience of description, the thickness of some layers and regions are exaggerated.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, when referring to "planar", it means when the target part is viewed from above, and "cross-sectional" means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
도 3은 본 실시예에 따른 전지셀의 분해 사시도이다. 도 4는 도 2의 전지셀에 포함된 전극 조립체의 단부를 확대한 사시도이다.3 is an exploded perspective view of a battery cell according to the present embodiment. 4 is an enlarged perspective view of an end of an electrode assembly included in the battery cell of FIG. 2 .
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지셀(100)은 분리막(미도시됨)을 개재하여 적층된 다수의 전극판(330, 340)을 포함하는 전극 조립체(300), 및 전극 조립체(300)가 수납부(230)에 장착되는 전지 케이스(200)를 포함한다. 여기서, 전지셀(100)은 전지 케이스(200) 내부에 전극 조립체(300)와 함께 전해액을 포함할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(300)의 다수의 전극판(330, 340)으로부터 연장되어 있는 다수의 전극 탭들(330, 340)과 전기적으로 연결되어 있는 두 개의 전극 리드들(400, 410)이 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.3 and 4 , the
일 예로. 전지 케이스(200)는 파우치형 전지 케이스로, 전극조립체(300)가 안착되고 전해액을 포함할 수 있는 오목한 형상의 수납부(230)를 포함하는 케이스 본체(210)와 상기 케이스 본체(210)에 일체로서 연결되어 있는 커버(220)로 이루어질 수 있다. 또한, 전지 케이스(200)는 케이스 본체(210)와 커버(220)의 외주부가 융착되어 실링부를 구성하여 내부 공간이 밀폐될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예가 상술한 구조로 한정되는 것은 아니며, 일반적인 구조의 이차 전지의 전지 케이스로 대체될 수 있다.One example. The
일 예로, 상기 전해액은, 액체 상태의 전해질을 의미하며, 양극과 음극 사이에서 이온이 이동될 수 있고, 이러한 양극과 음극 사이의 이온 교환을 통해 이차 전지는 충방전이 수행될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 전해액으로는 리튬 이차 전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.For example, the electrolyte means an electrolyte in a liquid state, ions may move between the positive electrode and the negative electrode, and the secondary battery may be charged and discharged through ion exchange between the positive electrode and the negative electrode. Examples of the electrolyte used in the present invention include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel-type polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, molten inorganic electrolytes, etc., which can be used in the manufacture of lithium secondary batteries. not.
이하에서는, 전지셀(100)에서 전지 케이스(200)를 제외한 나머지 구성 요소를 중심으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the remaining components in the
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지셀(100)에서, 전극 조립체(300)는 스택형 전극 조립체 혹은 스택/폴딩형 전극 조립체일 수 있다. 다만, 도 4에서 전극 조립체(300) 내에 포함된 분리막(미도시됨)의 표현이 생략되어 있는 것이며, 본 실시예에 따른 전지셀(100)에서 분리막(미도시됨)이 전극 조립체(300)의 형태에 따라 전극 조립체(300) 내 양극판(330)과 음극판(340) 사이에 개재되어 있을 수 있다. 3 and 4 , in the
또한, 전극 조립체(300)는 다수의 전극판(330, 340)으로부터 각각 연장되어 형성되는 다수의 전극 탭들(310, 320)을 포함하고, 다수의 전극 탭들(310, 320)은 동일 극성끼리 동일선 상에 서로 배열되어 전극 탭 배열체를 형성할 수 있다. In addition, the
일 예로, 전극 조립체(300)는 다수의 양극판(330)으로부터 연장되어 형성되는 다수의 양극탭들(310)이 서로 배열되어 양극 탭 배열체를 형성할 수 있고, 다수의 음극판(340)로부터 연장되어 형성되는 다수의 음극탭들(320)이 서로 배열되는 음극 탭 배열체를 형성할 수 있다. For example, in the
도 5는 도 3의 전극 조립체에 포함된 전극판의 단부를 확대한 사시도이다. 도 5 (a)는 쇼트 현상이 발생되지 않은 전극판의 단부를 확대한 사시도이며, 도 5(b)는 쇼트 현상이 발생된 전극판의 단부를 확대한 사시도이다.5 is an enlarged perspective view of an end of an electrode plate included in the electrode assembly of FIG. 3 . 5 (a) is an enlarged perspective view of an end of the electrode plate in which the short circuit phenomenon does not occur, and FIG. 5 (b) is an enlarged perspective view of the end portion of the electrode plate in which the short circuit phenomenon occurs.
도 3 내지 도 5(a)를 참조하면, 전극 조립체(300)에서, 각 전극판(330, 340)은 전극 탭(310, 320)이 연장되어 형성될 수 있고, 전극 탭(310, 320)의 단부들에 적어도 하나의 보호 부재(315, 325)가 접합되어 있을 수 있다. 3 to 5 ( a ), in the
보다 구체적으로, 전극 조립체(300)에서, 다수의 전극탭(310, 320)의 단부들 중 일부에 적어도 하나의 보호 부재(315, 325) 중 하나의 보호 부재(315, 325)가 접합되어 있고, 다수의 전극탭(310, 320)의 단부들 중 나머지 일부에 적어도 하나의 보호 부재(315, 325) 중 다른 하나의 보호 부재(315, 325)가 접합되어 있을 수 있다. More specifically, in the
일 예로, 전극 조립체(300)는 두 개의 보호 부재(315, 325)를 포함하고, 다수의 전극 탭(310, 320)의 단부들 중 일부에 두 개의 보호 부재(315, 325) 중 하나가 접합되어 있고, 다수의 전극 탭(310, 320)의 단부들 중 나머지 일부에 두 개의 보호 부재(315, 325) 중 다른 하나가 접합되어 있을 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 두 개 이상의 보호 부재(315, 325)를 포함하는 경우로서, 각 보호 부재(315, 325)에 다수의 전극 탭(310, 320)의 단부들 중 일부가 접합되어 있는 경우도 본 실시예에 포함될 수 있다.For example, the
또한, 전극 조립체(300)에서, 다수의 전극탭(310, 320)의 단부들에 각각 보호 부재(315, 325)가 접합되어 있을 수 있다. Also, in the
일 예로, 전극 조립체(300)는, 도 4와 같이, 다수의 보호 부재(315, 325)를 포함하고, 다수의 전극탭(310, 320)의 단부들에 각각 보호 부재(315, 325)가 접합되어 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체(300)에서, 전극 탭(310, 320)은 전극 탭부(311,321)와 보호 부재(315, 325)를 포함하되, 전극 탭부(311, 321)의 단부와 보호 부재(315, 325)는 서로 접합되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 양극 탭부(311)의 단부에 각각 제1 보호 부재(315)가 접합되어 있을 수 있고, 음극 탭부(321)의 단부에 각각 제2 보호 부재(325)가 접합되어 있을 수 있다. For example, as shown in FIG. 4 , the
도 5 (b)를 참조하면, 보호 부재(315, 325)는 제1 온도 이상의 열이 가해지면 끊어지는 소재로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제1 온도는 전극판(330, 340)에 쇼트 현상이 발생되어 과전류가 흐르는 등의 이상 현상이 발생되었을 때의 온도일 수 있다. 보다 구체적으로, 전극판(330, 340)에 제1 전류 이상의 전류가 흐를 때 발생하는 저항열의 온도일 수 있다. 여기서, 상기 제1 전류는 10C(씨레이트)일 수 있다. 즉, 보호 부재(315, 325)는 10C 이상의 전류가 흐름에 따라 끊어질 수 있다. 또한, 상기 제1 온도는 섭씨 100도 이상의 온도일 수 있다. 즉, 보호 부재(315, 325)는 섭씨 100도 이상의 온도의 열이 전달됨에 따라 끊어질 수 있다.Referring to FIG. 5B , the
이에 따라, 다수의 전극판(330, 340) 중 일부에서 10C(씨레이트) 이상의 전류가 흐르는 경우 및/또는 섭씨 100도 이상의 온도의 열이 전달되는 경우, 보호 부재(315, 325)는 끊어질 수 있다. 즉, 다수의 전극판(330, 340) 중 일부 전극판에서 쇼트 현상이 발생되더라도, 쇼트 현상이 발생된 전극판(330, 340)의 보호 부재(315, 325)가 끊어져, 쇼트 현상이 발생된 전극판(330, 340)과 쇼트 현상이 발생되지 않은 전극판(330, 340) 사이의 전자 이동을 제한할 수 있다. 즉, 쇼트 현상이 발생한 전극판(330, 340)의 과전류 현상을 방지하여, 안정성이 향상될 수 있다.Accordingly, when a current of 10C or more flows in some of the plurality of
여기서, 다수의 전극판(330, 340) 중 일부에서 10C(씨레이트) 미만의 전류가 흐르는 경우 및/또는 섭씨 100도 미만의 온도의 열이 전달되는 경우, 보호 부재(315, 325)는 끊어지지 않을 수 있다. 이는, 다수의 전극판(330, 340) 중 일부가 단순 발열된 상태로서, 발열량이 열 방출량을 초과하지 않으므로 전지셀(100)의 발화 모드로 도달되지 않기 때문이다.Here, when a current of less than 10C (cirate) flows in some of the plurality of
이와 달리, 만약 10C(씨레이트) 미만의 전류가 흐르는 경우 및/또는 섭씨 100도 미만의 온도의 열이 전달되는 경우에 보호 부재(315, 325)가 끊어지게 되면, 전극판(330, 340)에서 이상 현상이 발생되지 않은 단순 발열의 전극판임에도 전류가 차단될 수 있는 문제가 있다. On the other hand, if the
보호 부재(315, 325)는 아연, 주석, 납을 주체로 하거나, 혹은 이들을 주성분으로 하는 합금으로 형성될 수 있다. 일 예로, 보호 부재(315, 325)는 Pb-Sn(납-주석) 합금을 포함할 수 있다. 다만, 보호 부재(315, 325)는 상술한 물질로 한정되어 이루어지는 것이 아니며, 통상적인 휴즈(fuse)에 포함되는 구성 물질도 포함할 수 있다. The
보호 부재(315, 325)가 Pb-Sn(납-주석) 합금을 포함하는 경우, 보호 부재(315, 325)는 30중량% 내지 45중량%의 납(Pb) 및 55중량% 내지 70중량%의 주석(Sn)을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 보호 부재(315, 325)는 33중량% 내지 43중량%의 납(Pb) 및 57중량% 내지 67중량%의 주석(Sn)을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 보호 부재(315, 325)는 35중량% 내지 40중량%의 납(Pb) 및 60중량% 내지 65중량%의 주석(Sn)을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. When the
이에 따라, 보호 부재(315, 325)는 상술한 범위의 비율로 Pb-Sn(납-주석) 합금을 포함하여, 쇼트 현상이 발생된 전극판(330, 340)에서 발생되는 발열 온도에 따라 고체에서 액체로 상변화가 진행될 수 있다. 즉, 보호 부재(315, 325)의 상변화에 따라 쇼트 현상이 발생한 전극판(330, 340)의 보호 부재(315, 325)가 끊어질 수 있고, 쇼트 현상이 발생한 전극판(330, 340)으로 흐르는 전자 이동을 제한할 수 있다. 즉, 쇼트 현상이 발생한 전극판(330, 340)의 과전류 현상을 방지하여, 안정성이 향상될 수 있다. Accordingly, the
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지셀(100)은 상기 전극 탭 배열체와 전기적으로 연결되되, 전지 케이스(200)의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드(400, 410)를 포함한다. 또한, 전지 케이스(200)는 외주변이 열융착에 의해 밀봉된 구조의 실링부(240)를 포함하고, 전극 리드(400, 410)의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 실링부(240)에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름(500)을 포함할 수 있다.3 and 4 , the
보다 구체적으로, 다수의 양극 탭들(310)이 서로 배열되어 형성된 상기 양극 탭 배열체는 양극 리드(400)와 전기적으로 연결되어 있을 수 있고, 다수의 음극 탭들(320)이 서로 배열되어 형성된 상기 음극 탭 배열체는 음극 리드(410)와 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.More specifically, the positive electrode tab arrangement formed by arranging a plurality of
여기서, 상기 전극 탭 배열체의 단부가 전극 리드(400, 410)가 서로 접합되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 다수의 양극 탭들(310)이 서로 배열되어 형성된 상기 양극 탭 배열체는 양극 리드(400)와 서로 접합되어 있을 수 있고, 다수의 음극 탭들(320)이 서로 배열되어 형성된 상기 음극 탭 배열체는 음극 리드(410)와 서로 접합되어 있을 수 있다. 일 예로, 상기 전극 탭 배열체의 단부와 전극 리드(400, 410)는 용접 혹은 열융착되어 서로 접합될 수 있다. Here, electrode leads 400 and 410 may be bonded to each other at the ends of the electrode tab assembly. More specifically, the positive electrode tab arrangement formed by arranging a plurality of
또한, 상기 전극 탭 배열체의 단부에서, 다수의 전극 탭(310, 320)에 접합되어 있는 보호 부재(315, 325)의 단부가 전극 리드(400, 410)와 서로 접합되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 다수의 양극 탭들(310)의 각 단부에 접합되어 있는 제1 보호 부재(315)의 단부가 양극 리드(400)와 서로 접합되어 있을 수 있고, 다수의 음극 탭들(320)의 각 단부에 접합되어 있는 제2 보호 부재(325)의 단부가 음극 리드(410)와 서로 접합되어 있을 수 있다. 일 예로, 보호 부재(315, 325)의 단부와 전극 리드(400, 410)는 용접 혹은 열융착되어 서로 접합될 수 있다.Also, at the end of the electrode tab assembly, ends of the
또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지셀(100)에서, 전극 리드(400, 410)은 제1 전극 리드부와 제2 전극 리드부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 전극 리드부는 다수의 전극 탭들(310, 320)이 서로 배열되어 있는 상기 전극 탭 배열체의 단부를 따라 연장되어 있고, 상기 제2 전극 리드부는 상기 제1 전극 리드부로부터 전지 케이스(200)의 외측 방향으로 돌출되어 있을 수 있다. Also, referring to FIGS. 3 and 4 , in the
여기서, 상기 전극 탭 배열체의 단부가 전극 리드(400, 410)의 상기 제1 전극 리드부와 서로 접합되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 다수의 양극 탭들(310)이 서로 배열되어 형성된 상기 양극 탭 배열체는 양극 리드(400)의 상기 제1 전극 리드부와 서로 접합되어 있을 수 있고, 다수의 음극 탭들(320)이 서로 배열되어 형성된 상기 음극 탭 배열체는 음극 리드(410)의 상기 제1 전극 리드부와 서로 접합되어 있을 수 있다. 일 예로, 상기 전극 탭 배열체의 단부와 전극 리드(400, 410)의 상기 제1 전극 리드부는 용접 혹은 열융착되어 서로 접합될 수 있다. Here, an end of the electrode tab assembly may be bonded to the first electrode lead portion of the electrode leads 400 and 410 . More specifically, the positive electrode tab arrangement formed by arranging a plurality of
또한, 상기 전극 탭 배열체의 단부에서, 다수의 전극 탭(310, 320)에 접합되어 있는 보호 부재(315, 325)의 단부가 전극 리드(400, 410)와 서로 접합되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 다수의 양극 탭들(310)의 각 단부에 접합되어 있는 제1 보호 부재(315)의 단부가 양극 리드(400)의 상기 제1 전극 리드부와 서로 접합되어 있을 수 있고, 다수의 음극 탭들(320)의 각 단부에 접합되어 있는 제2 보호 부재(325)의 단부가 음극 리드(410)의 상기 제1 전극 리드부와 서로 접합되어 있을 수 있다. 일 예로, 보호 부재(315, 325)의 단부와 전극 리드(400, 410)의 상기 제1 전극 리드부는 용접 혹은 열융착되어 서로 접합될 수 있다.Also, at the end of the electrode tab assembly, ends of the
여기서, 리드 필름(500)은 상기 제2 전극 리드부에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 리드 필름(500)은 상기 제2 전극 리드부에서 실링부(240)와 대응되는 부분에 위치할 수 있다.Here, the
도 6은 도 2의 전지셀의 전극 조립체 중 일부에서 쇼트 현상 발생 시 전극 조립체의 단부를 확대한 사시도이다.6 is an enlarged perspective view of an end of the electrode assembly when a short circuit occurs in a part of the electrode assembly of the battery cell of FIG. 2 .
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지셀(100)은 다수의 전극판(330, 340) 중 일부 전극판에서 쇼트 현상이 발생되는 경우, 해당 전극판(330, 340)의 전극 탭(310, 320)에 연결되어 있는 보호 부재(315, 325)가 끊어질 수 있다. 여기서, 다수의 전극판(330, 340) 중 일부 전극판 중 쇼트 현상이 발생되지 않은 전극판의 경우 보호 부재(315, 325)가 끊어지지 않고 유지될 수 있다.3 to 6 , in the
이에 따라, 쇼트 현상이 발생된 전극판(330, 340)은 보호 부재(315, 325)가 끊어짐에 따라, 쇼트 현상이 발생되지 않은 전극판(330, 340)으로부터의 전자 이동이 제한될 수 있어 과전류 현상 및 열폭주 현상을 방지할 수 있다. 이와 더불어, 쇼트 현상이 발생되지 않은 전극판(330, 340)은 쇼트 현상이 발생된 전극판(330, 340)과 달리 정상적으로 배터리 기능을 수행할 수 있어, 전지셀(100)을 포함하는 디바이스의 급작스런 셧다운(shut-down)을 방지할 수 있다. Accordingly, in the
도 7은 본 실시예에 따른 전지셀의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a battery cell according to the present embodiment.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 제조 방법은, 프리 용접 단계(S10); 전극 조립체 제조 단계(S20); 및 용접 단계(S30)를 포함한다.Referring to Figure 7, the battery cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention, a pre-welding step (S10); electrode assembly manufacturing step (S20); and a welding step (S30).
도 5 및 도 7을 참조하면, 프리 용접 단계(S10)는 각 전극판(330, 340)으로부터 연장되어 형성되는 전극 탭부(311, 321)의 단부에 보호 부재(315, 325)를 각각 접합하는 단계일 수 있다. 일 예로, 전극 탭부(311, 321)의 단부와 보호 부재(315, 325)는 용접 혹은 열융착되어 서로 접합될 수 있다.5 and 7, in the pre-welding step (S10), the
도 3, 도 4 및 도 7을 참조하면, 전극 조립체 제조 단계(S230)는 보호 부재(315, 325)가 접합된 다수의 전극판(330, 340) 사이에 분리막(미도시됨)을 개재하여 전극 조립체(300)를 제조할 수 있다. 이 때, 전극 조립체(300)는 스택형 또는 스택/폴딩형 조립 방식에 의해 제조될 수 있다.3, 4 and 7, the electrode assembly manufacturing step (S230) is performed by interposing a separator (not shown) between the plurality of
도 3, 도 4 및 도 7을 참조하면, 용접 단계(S30)는 전극 조립체(300)에 포함된 다수의 전극 탭들(310, 320)을 동일 극성끼리 서로 적층된 전극 탭 배열체를 형성하고, 전극 탭 적층체의 단부와 전극 리드(400, 410)가 서로 접합하는 단계일 수 있다. 일 예로, 상기 전극 탭 적층체의 단부와 전극 리드(400, 410)는 용접 혹은 열융착되어 서로 접합될 수 있다. 이 때, 상기 전극 리드(400, 410)와 접합하는 상기 전극 탭 적층체의 단부는 보호 부재(315, 325)의 단부일 수 있다.3, 4 and 7, in the welding step (S30), a plurality of
또한, 본 실시예에 따른 전지셀 제조 방법은, 상기 전극 리드와 전기적으로 연결된 상기 전극 조립체를 전지 케이스의 수납부에 장착하는 팩키징 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.In addition, the method for manufacturing a battery cell according to the present embodiment may further include a packaging step (S40) of mounting the electrode assembly electrically connected to the electrode lead to the receiving part of the battery case.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지셀 제조 방법은, 보호 부재(315, 325)를 포함하는 다수의 전극판(330, 340)을 포함하는 전지셀(100)을 제조함에 따라, 각 전극판(330, 340) 중 쇼트 현상이 발생된 전극판에 대해서 전자 이동을 개별적으로 제한할 수 있다. 즉, 쇼트 현상이 발생된 전극판에 대한 과전류 현상 및 열폭주 현상을 방지할 수 있어, 안정성이 향상될 수 있다. 이와 더불어, 쇼트 현상이 발생되지 않은 전극판(330, 340)은 정상적으로 배터리 기능을 수행할 수 있어, 전지셀(100)을 포함하는 디바이스의 급작스런 셧다운(shut-down)을 방지할 수 있다. Accordingly, in the battery cell manufacturing method according to the present embodiment, each electrode plate ( 330 and 340), electron movement may be individually restricted for the electrode plate in which the short circuit has occurred. That is, it is possible to prevent an overcurrent phenomenon and a thermal runaway phenomenon with respect to the electrode plate in which the short circuit has occurred, thereby improving stability. In addition, the
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 전지셀을 포함한다. 한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수도 있다. A battery module according to another embodiment of the present invention includes the battery cells described above. Meanwhile, one or more battery modules according to the present embodiment may be packaged in a pack case to form a battery pack.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다. The above-described battery module and battery pack including the same may be applied to various devices. Such a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same, and this It belongs to the scope of the right of the invention.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also presented. It belongs to the scope of the right of the invention.
100: 전지셀
200: 전지 케이스
300: 전극 조립체
311, 315: 보호 부재
400, 410: 전극 리드
500: 리드 필름100: battery cell
200: battery case
300: electrode assembly
311, 315: protection member
400, 410: electrode leads
500: lead film
Claims (17)
상기 전극 조립체가 수납부에 장착되는 전지 케이스를 포함하고,
상기 전극 조립체는 상기 다수의 전극판으로부터 각각 연장되어 형성되는 다수의 전극 탭들을 포함하고,
상기 다수의 전극 탭들은 동일 극성끼리 동일선 상에 서로 배열되어 전극 탭 배열체를 형성하고,
상기 다수의 전극 탭의 단부들에 적어도 하나의 보호 부재가 접합되어 있는 전지셀.an electrode assembly including a plurality of electrode plates stacked with a separator interposed therebetween; and
and a battery case in which the electrode assembly is mounted in a receiving part;
The electrode assembly includes a plurality of electrode tabs respectively extending from the plurality of electrode plates,
The plurality of electrode tabs are arranged on the same line with the same polarity to form an electrode tab arrangement,
A battery cell in which at least one protection member is bonded to the ends of the plurality of electrode tabs.
상기 다수의 전극탭의 단부들 중 일부에 상기 적어도 하나의 보호 부재 중 하나의 상기 보호 부재가 접합되어 있고,
상기 다수의 전극탭의 단부들 중 나머지 일부에 상기 적어도 하나의 보호 부재 중 다른 하나의 상기 보호 부재가 접합되어 있는 전지셀.In claim 1,
one of the at least one protective member is joined to some of the ends of the plurality of electrode tabs,
The battery cell in which the other one of the at least one protective member is bonded to the other part of the ends of the plurality of electrode tabs.
상기 다수의 전극탭의 단부들에 각각 상기 보호 부재가 접합되어 있는 전지셀.In claim 1,
A battery cell in which the protection member is bonded to each end of the plurality of electrode tabs.
상기 보호 부재는 제1 온도 이상의 열이 가해지면 끊어지는 전지셀.In claim 1,
The protection member is a battery cell that is cut off when heat above the first temperature is applied.
상기 제1 온도는 상기 전극판에 제1 전류 이상의 전류가 흐를 때 발생하는 저항열의 온도인 전지셀.In claim 4,
The first temperature is a temperature of resistance heat generated when a current equal to or greater than a first current flows through the electrode plate.
상기 제1 전류는 10C 이상의 전류인 전지셀.In claim 4,
The first current is a current of 10C or higher battery cell.
상기 보호 부재는 Pb-Sn(납-주석) 합금을 포함하는 전지셀.In claim 1,
The protective member is a battery cell comprising a Pb-Sn (lead-tin) alloy.
상기 보호 부재는 30중량% 내지 45중량%의 납(Pb) 및 55중량% 내지 70중량%의 주석(Sn)을 포함하는 합금으로 이루어진 전지셀.In claim 7,
The protective member is a battery cell made of an alloy containing 30% to 45% by weight of lead (Pb) and 55% to 70% by weight of tin (Sn).
상기 전극 탭 배열체와 전기적으로 연결되되, 상기 전지 케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드를 더 포함하는 전지셀.In claim 1,
The battery cell further comprising an electrode lead electrically connected to the electrode tab assembly and protruding outwardly of the battery case.
상기 전극 탭 배열체의 단부가 상기 전극 리드와 접하는 전지셀.In claim 9,
An end of the electrode tab arrangement is in contact with the electrode lead.
상기 보호 부재의 단부가 상기 전극 리드와 접하는 전지셀.In claim 10,
An end of the protection member is in contact with the electrode lead.
상기 전지 케이스는 외주변이 열융착에 의해 밀봉된 구조의 실링부를 포함하고,
상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름을 포함하는 전지셀.In claim 9,
The battery case includes a sealing part having a structure in which the outer periphery is sealed by thermal fusion,
A battery cell comprising a lead film positioned at a portion corresponding to the sealing part in at least one of the upper part and the lower part of the electrode lead.
상기 전극 리드는 제1 전극 리드부 및 제2 전극 리드부를 포함하고,
상기 제1 전극 리드부는 상기 전극 탭 배열체의 단부를 따라 연장되어 있고,
상기 제2 전극 리드부는 상기 제1 전극 리드부로부터 상기 전지 케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전지셀.In claim 12,
The electrode lead includes a first electrode lead part and a second electrode lead part,
The first electrode lead portion extends along an end of the electrode tab assembly,
The second electrode lead part protrudes from the first electrode lead part in an outer direction of the battery case.
상기 리드 필름은 상기 제2 전극 리드부에 위치하는 전지셀.In claim 13,
The lead film is a battery cell located in the second electrode lead part.
상기 보호 부재가 접합된 다수의 전극판 사이에 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 단계; 및
상기 전극 조립체에 포함된 상기 다수의 전극 탭들은 동일 극성끼리 서로 적층되어 전극 탭 배열체를 형성하고, 상기 전극 탭 적층체의 단부와 전극 리드가 서로 접하게 하는 용접 단계를 포함하는 전지셀 제조 방법.A pre-welding step of bonding the protective member to the electrode tab formed extending from the electrode plate;
an electrode assembly manufacturing step of manufacturing an electrode assembly by interposing a separator between the plurality of electrode plates to which the protection member is bonded; and
and a welding step in which the plurality of electrode tabs included in the electrode assembly are stacked with the same polarity to form an electrode tab arrangement, and an end of the electrode tab stack and an electrode lead are in contact with each other.
상기 전극 리드와 전기적으로 연결된 상기 전극 조립체를 전지 케이스의 수납부에 장착하는 팩키징 단계를 더 포함하는 전지셀 제조 방법.In claim 15,
The method of manufacturing a battery cell further comprising a packaging step of mounting the electrode assembly electrically connected to the electrode lead in a receiving part of the battery case.
A battery module comprising the battery cell according to claim 1 .
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