KR20220076835A - 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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KR20220076835A
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김연경
최형식
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극탭이 형성된 전극시트들 및 상기 전극시트들 사이에 위치한 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 전지 케이스; 및 상기 전극탭과 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출되는 전극리드를 포함한다. 상기 전극리드는, 상기 전극리드의 돌출 방향과 평행한 방향으로 신축성을 갖는 유연부(Flexible part)를 포함하며, 상기 유연부는 상기 전지 케이스의 내부에 위치한다.

Description

이차전지 및 이를 포함하는 디바이스{SECONDARY BATTERY AND DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전극탭의 단선을 예방하는 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리롤형 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체 등을 들 수 있다. 최근에는 상기 젤리롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리롤형과 스택형의 혼합 형태로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위 셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
또한, 이차전지는 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형의 케이스에 내장된 원통형 이차전지, 전극 조립체가 각형의 케이스에 내장된 각형 이차전지 및 전극 조립체가 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지에 대한 사시도이고, 도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 파우치형 이차전지(10)는, 파우치형 전지 케이스(30) 내부에 전극 조립체(20)를 수납한 뒤 밀봉하여 제조될 수 있다. 전극 조립체(20)는 전극들 및 상기 전극들 사이에 배치되는 분리막을 포함할 수 있다. 상기 전극들은 전극탭(21t)을 포함하고, 전극탭(21t)이 전극리드(40)와 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다. 전극리드(40)가 파우치형 전지 케이스(30) 외부로 노출됨에 따라 전극 조립체(20)의 전기적 연결이 이루어질 수 있다.
이때, 전극 조립체(20)는, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 전극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체일 수 있다. 각 전극들로부터 연장된 각각의 전극탭(21t)이 모두 전극리드(40)에 접합될 수 있다.
전극 조립체(20)는 충, 방전이 반복됨에 따라 수축과 팽창을 반복한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(20)는 그 두께 방향(z축과 평행한 방향)으로 팽창이 일어나게 된다. 종래의 이차전지(10)에 포함된 전극리드(40)는 유연하지 않고, 또 밀봉된 전지 케이스(30) 사이에 개재되어 있기 때문에 전극탭(21t)들이 접합된 상태에서 그 위치가 고정될 수 밖에 없다. 이때, 전극 조립체(20)가 그 두께 방향(z축과 평행한 방향)으로 팽창되면, 전극리드(40)는 고정되어 있기 때문에 전극탭(21t)에 장력이 크게 발생한다. 특히, 스택형 전극 조립체에서, 가장 바깥쪽에 위치한 전극탭(21t)은 전극 조립체(20)의 팽창 시 장력이 가장 크게 작용하기 때문에 심한 경우 단선까지 이어질 우려가 있다.
이에, 전극 조립체의 팽창 발생 시, 전극탭의 단선을 방지할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극 조립체의 팽창이 일어나더라도, 전극탭에 인가되는 장력을 줄이고, 가장 바깥쪽에 위치한 전극탭의 단선을 방지할 수 있는 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극탭이 형성된 전극시트들 및 상기 전극시트들 사이에 위치한 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 전지 케이스; 및 상기 전극탭과 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출되는 전극리드를 포함한다. 상기 전극리드는, 상기 전극리드의 돌출 방향과 평행한 방향으로 신축성을 갖는 유연부(Flexible part)를 포함하며, 상기 유연부는 상기 전지 케이스의 내부에 위치한다.
상기 유연부는 굴곡진 형태를 가질 수 있다.
상기 유연부는 상기 전극리드의 돌출 방향과 평행한 방향으로 늘어날 수 있다.
상기 유연부는 금(Au) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전지 케이스는, 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함할 수 있고, 상기 상부 케이스의 실링부와 상기 하부 케이스의 실링부가 서로 열융착할 수 있으며, 상기 유연부는, 상기 전극리드 중 상기 실링부들이 위치한 부분과 상기 전극 조립체 사이에 위치할 수 있다.
상기 전극리드는, 상기 유연부 및 상기 전극탭과 연결된 제1 부분; 상기 유연부와 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출된 제2 부분; 및 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 각각과 연결된 고정부를 포함할 수 있다.
상기 유연부는, 제1 유연부 및 제2 유연부를 포함할 수 있고, 상기 고정부는 상기 제1 유연부 및 상기 제2 유연부 사이에 위치할 수 있다.
상기 고정부는 유리 소재, 세라믹 소재, 탄소(graphite) 및 낮은 유연성을 갖는 합금 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 고정부는 일직선 형태를 가질 수 있다.
상기 전극 조립체는, 상기 전극시트들이 적층된 스택형 전극 조립체일 수 있고, 상기 전극시트들이 두께 방향으로 팽창 시 상기 유연부가 상기 두께 방향과 수직한 방향으로 늘어날 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전극리드에 유연한 부분을 형성함으로써, 전극 조립체의 팽창이 일어나더라도 전극탭에 인가되는 장력을 줄일 수 있다. 이에 따라, 가장 바깥쪽에 위치한 전극탭의 단선을 예방할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 이차전지가 조립된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 5의 이차전지에 포함된 전극리드를 xy 평면 상에서 -z축 방향으로 바라본 평면도이다.
도 7은 도 5의 이차전지에 포함된 전극 조립체 및 전극리드에 대해, 전극 조립체가 팽창된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 전극리드를 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8의 전극 조립체 및 전극리드를 xy 평면 상에서 -z축 방향으로 바라본 평면도이다.
도 10은 본 발명의 변형된 다른 일 실시예에 따른 전극리드를 나타낸 평면도이다.
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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
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.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 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 있는 것을 의미한다.
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.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 이차전지가 조립된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 4의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는, 전극 조립체(200), 전극 조립체(200)가 수납되는 전지 케이스(300) 및 전지 케이스(300)의 외측으로 돌출되는 전극리드(400, 500)를 포함한다.
전극 조립체(200)는 전극탭(210t)이 형성된 전극시트(210, 220)들 및 전극시트(210, 220)들 사이에 위치한 분리막(230)을 포함한다. 특히, 본 실시예예 따른 전극 조립체(200)는, 스택형 전극 조립체, 젤리롤형 전극 조립체 또는 스택/폴딩형 전극 조립체일 수 있으나, 스텍형 전극 조립체인 것이 바람직하다. 구체적으로, 스택형 전극 조립체는 다수의 전극시트(210, 220)들이 분리막(230)을 사이에 두고 적층된 구조일 수 있다.
각 전극시트(210, 220)는 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성될 수 있으며, 상기 전극 집전체의 일부가 돌출되어 전극탭(210t)이 마련될 수 있다. 전극시트(210, 220)는 양극시트와 음극 시트로 구분될 수 있으며, 양극시트와 음극시트 사이에 분리막(230)이 개재될 수 있다. 일례로, 전극시트(210)가 양극시트일 수 있으며, 그로부터 돌출된 전극탭(210t)은 양극탭일 수 있다. 다른 전극시트(220)는 음극시트일 수 있고, 그로부터 돌출된 전극탭(미도시)는 음극탭일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전극탭은 전극리드와 연결될 수 있다. 일례로, 어느 한 극성의 전극탭(210t)들이 어느 하나의 전극리드(400)에 접합될 수 있고, 다른 극성의 전극탭(미도시)들이 다른 전극리드(500)에 접합될 수 있다. 이러한 전극리드(400, 500)는 전지 케이스(300)의 양 단부로부터 돌출될 수 있다. 도 3 및 도 4에는 2개의 전극리드(400, 500)가 서로 대향하는 방향으로 돌출되는 것으로 나타나 있으나, 돌출되는 방향에 특별한 제한은 없다. 즉, 이차전지(100)의 일측으로부터 서로 같은 방향으로 2개의 전극리드(400, 500)가 돌출되는 구조도 가능하다. 2개의 전극리드(400, 500) 중 하나는 양극리드일 수 있고, 다른 하나는 음극리드일 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 케이스(300)는 파우치형 케이스일 수 있다. 이러한 전지 케이스(300)는, 서로 열융착되는 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)를 포함할 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 포함하는 전지 케이스(300)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다. 구체적으로, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각은 밀봉을 위한 내측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 금속층 및 가장 바깥쪽의 외측 수지층을 포함할 수 있다.
상기 외측 수지층은 외부로부터 파우치형 이차전지(100)를 보호하기 위해 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성을 갖고 전기적 절연성을 가질 수 있다. 이러한 외측 수지층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 수지 또는 나일론(nylon) 수지를 포함할 수 있다. 상기 금속층은 공기, 습기 등이 파우치형 이차전지(100) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 금속층은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 상기 내측 수지층은 전극 조립체(200)를 내장한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 서로 열 융착될 수 있다. 이러한 내측 수지층은 무연신 폴리프로필렌(Casted PolyPropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP)를 포함할 수 있다.
상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각에 전극 조립체(200)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(310R, 320R)가 형성될 수 있고, 전극 조립체(200)가 이러한 수납부(310R, 320R)에 수납될 수 있다. 수납부(310R, 320R)를 형성하는 방법에 특별한 제한은 없으며, 가압하는 펀치를 이용한 딥 드로잉 방식이 적용될 수 있다.
상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각의 수납부(310R, 320R)의 바깥둘레를 따라 실링부(310S, 320S)가 마련될 수 있다. 상부 케이스(310)의 실링부(310S)와 하부 케이스(320)의 실링부(320S)가 서로 열 융착되어, 전지 케이스(300)가 밀봉될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상부 케이스(310)의 실링부(310S)의 내측 수지층과 하부 케이스(320)의 실링부(320S)의 내측 수지층이 서로 대면한 상태에서 열 융착될 수 있다. 한편, 도 3에는 수납부가 형성되고 서로 분리된 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 도시하였으나, 상부 케이스의 일변과 하부 케이스의 일변이 일체로 형성된 라미네이트 시트일 수 있고, 또 상부 케이스와 하부 케이스 중 어느 하나에만 수납부가 형성되고 다른 하나는 수납부가 형성되지 않는 판상형 구조일 수 있다.
이하에서는, 도 5 및 도 6 등을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따라 전극리드에 형성된 유연부에 대해 자세히 설명하도록 한다. 설명의 반복을 피하기 위해 2개의 전극리드(400, 500) 중 어느 하나의 전극리드(400)를 기준으로 설명하나, 다른 전극리드(500)에도 본 실시예에 따른 유연부의 구조가 형성될 수 있음은 물론이다.
도 6은 도 5의 이차전지에 포함된 전극리드를 xy 평면 상에서 -z축 방향으로 바라본 평면도이다.
도 3, 도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예예 따른 전극리드(400)는, 전극리드(400)의 돌출방향(y축과 평행한 방향)과 평행한 방향으로 신축성을 갖는 유연부(400f, Flexible part)를 포함하고, 유연부(400f)는 전지 케이스(300) 내부에 위치한다.
구체적으로, 본 실시예예 따른 유연부(400f)는 굴곡진 형태를 갖고 있으며, 전극리드(400)의 돌출방향(y축과 평행한 방향)과 평행한 방향으로 늘어날 수 있다. 다시 말해, 본 실시예예 따른 유연부(400f)는 전극리드(400)의 돌출방향(y축과 평행한 방향)과 평행한 방향으로 압축된 형태일 수 있다.
이러한 유연부(400f)는 연성, 전성, 탄성, 인성이 우수한 물질이 바람직하며, 일례로, 금(Au) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 유연부(400f)는 전극리드(400)의 중간에 형성될 수 있는데, 구체적으로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 유연부(400f)를 구성하는 금속 소재의 양 단부에 전극리드(400)를 구성하는 판상형의 기존 금속 소재를 용접 등의 방법으로 접합할 수 있다. 즉, 예를 들어 은(Ag)을 포함하는 금속 부재의 양 단부에 알루미늄(Al)이나 구리(Cu)을 포함하는 금속 부재를 용접함으로써, 유연부(400f)를 포함하는 전극리드(400)를 제조할 수 있다.
도 7은 도 5의 이차전지에 포함된 전극 조립체 및 전극리드에 대해, 전극 조립체가 팽창된 모습을 나타낸 단면도이다.
종래의 전극 조립체(20, 도 2 참고)는 전극리드(40)가 유연하지 않고, 그 위치가 고정되어있기 때문에 전극 조립체(20)의 팽창에 따라 전극탭(21t)에 장력이 크게 발생하고, 가장 바깥쪽에 위치한 전극탭(21t)은 단선의 위험이 있다. 반면, 도 7을 도 5 및 도 6과 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 전극리드(400)의 유연부(400f)는 신축성을 갖기 때문에 전극 조립체(200)가 두께 방향(z축과 평행한 방향)으로 팽창 시, 상기 두께 방향과 수직한 방향으로 늘어날 수 있다 다시 말해, 전극 조립체(200)의 팽창에 따라, 본 실시예예 따른 유연부(400f)는 전극리드(400)의 돌출방향(y축과 평행한 방향)과 평행한 방향, 그 중에서도 전극 조립체(200)가 위치한 방향(-y축 방향)으로 늘어날 수 있다.
유연부(400f)의 늘어남으로 인해 전극탭(210t)에 과도한 장력이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 가장 바깥쪽에 위치한 전극탭(210t)의 단선을 예방할 수 있다.
이때, 상술한 바 대로, 전극리드(400)에 포함된 유연부(400f)는 전지 케이스(300) 내부에 위치한다. 구체적으로, 도 5를 다시 참고하면, 상부 케이스(310)의 실링부(310S)와 하부 케이스(320)의 실링부(320S)가 서로 열융착하는데, 유연부(400f)는, 전극리드(400) 중 실링부(310S, 320S)들이 위치한 부분과 전극 조립체(200)의 사이에 위치할 수 있다. 유연부(400f)가 전극리드(400) 중 실링부(310S, 320S)들이 위치한 부분의 외측인 바깥 부분에 형성된다면, 실링부(310S, 320S)에 의해 고정된 부분의 바깥 부분인 것이므로, 전극 조립체(200)의 팽창 시 전극탭(210t)에 인가되는 장력을 줄일 수 없다. 따라서, 본 실시예에 따른 유연부(400f)s는 전지 케이스(300) 내부에 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 도 8 및 도 9를 참고하여, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 고정부에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 전극리드를 나타낸 단면도이다. 도 9는 도 8의 전극 조립체 및 전극리드를 xy 평면 상에서 -z축 방향으로 바라본 평면도이다. 특히, 도 8은 도 5나 도 7의 절단면과 같이, yz 평면을 따라 자른 단면에 해당한다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예예 따른 전극리드(400’)에 유연부(400f’)가 형성되는 것은 앞서 설명한 내용과 유사하나, 고정부(430)가 추가로 형성될 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 전극리드(400’)는, 유연부(400f’) 및 전극탭(210t)과 연결된 제1 부분(410), 유연부(400f’)와 연결되고 전지 케이스의 외측으로 돌출된 제2 부분(420) 및 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 각각과 연결된 고정부(430)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 유연부(400f’)는 제1 유연부(400f1) 및 제2 유연부(400f2)를 포함할 수 있다. 제1 유연부(400f1) 및 제2 유연부(400f2) 각각의 일 단부에 제1 부분(410)이 접합될 수 있고, 제1 유연부(400f1) 및 제2 유연부(400f2) 각각의 타 단부에 제2 부분(420)이 접합될 수 있다. 접합의 방법은 상술한 바 대로, 용접 접합이 이용될 수 있다.
이 때, 고정부(430)는 제1 유연부(400f1) 및 제2 유연부(400f2) 사이에 위치한 채 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 각각과 연결될 수 있다. 이때 고정부(430)도, 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 각각과 용접 등의 방법으로 연결될 수 있다.
쉽게 끊어지거나 부서질 수 있는 소재라면 특별한 제한 없이 고정부(430)에 적용될 수 있다. 일례로, 고정부(430)는 유리 소재, 세라믹 소재, 탄소(graphite) 및 낮은 유연성을 갖는 합금 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 구불구불한 형태를 갖는 유연부(400f’)와 달리 고정부(430)는 일직선 형태를 가질 수 있다.
유연부(400f’)가 연성, 전성, 탄성, 인성이 우수한 물질을 포함하기 때문에, 전극리드(400’)에 전극탭(210t)을 용접하는 과정에서 유연부(400f’)의 고정이 이루어지지 않아 용접이 원활히 진행되지 않을 수 있다. 이에 본 실시예에서는, 일직선 형태의 고정부(430)를 마련하여, 유연부(400f’)의 압축된 형태를 고정하고자 하였다. 또한, 고정부(430)가 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있기 때문에 전극 조립체(200)가 팽창되기도 전에 유연부(400f’)가 늘어나는 것을 방지할 수 있다. 대신, 본 실시예에 따른 고정부(430)는 다소 강도가 약한 금속 소재를 포함하기 때문에 전극 조립체(200)의 팽창에 따라 끊어지면서 유연부(400f’)의 늘어남을 방해하지 않는다.
한편, 도 10은 본 발명의 변형된 다른 일 실시예에 따른 전극리드를 나타낸 평면도로써, 구체적으로 변형된 고정부(430)의 위치를 나타낸다. 본 실시예에 따른 전극리드(400”)는 제1 부분(410), 제2 부분(420) 및 고정부(430)를 포함할 수 있다. 본 실시예예 따른 고정부(430)는, 제1 부분(410)과 제2 부분(420)을 연결한다면, 그 위치와 개수에 특별한 제한은 없다. 일례로, 도 10을 참고하면, 제1 부분(410)과 제2 부분(420)과 연결되는 하나의 유연부(400f”)가 형성되고, 2개의 고정부(430)가 하나의 유연부(400f”)를 사이에 두고 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 각각과 연결될 수 있다. 즉, x축 방향에서의 유연부(400f”) 양측에 2개의 고정부(430)가 배치될 수 있다. 도 10에 나타난 고정부(430)들도, 유연부(400f”)의 압축된 형태를 고정할 수 있고, 전극 조립체 팽창 이전에 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 사이의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있다.
한편, 도 3 및 도 5를 다시 참고하면, 전극리드(400, 500) 각각에 리드 필름(600)이 위치할 수 있다. 리드 필름(600)이 전극리드(400, 500) 를 각각 감싸는 형태로 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 사이에 위치할 수 있다.
이러한 리드 필름(600)은 전극리드(400, 500) 및 전지 케이스(300)의 금속층 사이에서 단락이 발생되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 파우치형 전지 케이스(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 금속 재질의 전극리드(400, 500)는 파우치형 전지 케이스(300)의 내측 수지층에 열 융착 시 접촉 저항이 다소 커 표면 밀착력이 저하될 수 있다. 하지만, 본 실시예와 같이, 리드 필름(600)이 구비되면, 이러한 밀착력 저하 현상이 방지될 수 있다. 또한, 리드 필름(600)은 절연성 재질을 포함하여, 전극리드(400, 500)에서 파우치형 전지 케이스(300)로 전류가 인가되는 것을 차단할 수 있다.
리드 필름(600)은 절연성 및 열 융착성을 갖는 필름으로 이루어질 수 있다. 리드 필름(600)은 예를 들어 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 이차전지가 여러 개로 모여 전지 모듈을 형성할 수 있다. 이러한 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 이차전지, 상기 전지 모듈 또는 상기 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
200: 전극 조립체
300: 전지 케이스
400, 500: 전극리드
400f: 유연부

Claims (11)

  1. 전극탭이 형성된 전극시트들 및 상기 전극시트들 사이에 위치한 분리막을 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되는 전지 케이스; 및
    상기 전극탭과 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출되는 전극리드를 포함하고,
    상기 전극리드는, 상기 전극리드의 돌출 방향과 평행한 방향으로 신축성을 갖는 유연부(Flexible part)를 포함하며,
    상기 유연부는 상기 전지 케이스의 내부에 위치하는 이차전지.
  2. 제1항에서,
    상기 유연부는 굴곡진 형태를 갖는 이차전지.
  3. 제1항에서,
    상기 유연부는 상기 전극리드의 돌출 방향과 평행한 방향으로 늘어날 수 있는 이차전지.
  4. 제1항에서,
    상기 유연부는 금(Au) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함하는 이차전지.
  5. 제1항에서,
    상기 전지 케이스는, 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고,
    상기 상부 케이스의 실링부와 상기 하부 케이스의 실링부가 서로 열융착하며,
    상기 유연부는, 상기 전극리드 중 상기 실링부들이 위치한 부분과 상기 전극 조립체 사이에 위치하는 이차전지.
  6. 제1항에서,
    상기 전극리드는, 상기 유연부 및 상기 전극탭과 연결된 제1 부분; 상기 유연부와 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출된 제2 부분; 및 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 각각과 연결된 고정부를 포함하는 이차전지.
  7. 제6항에서,
    상기 유연부는, 제1 유연부 및 제2 유연부를 포함하고,
    상기 고정부는 상기 제1 유연부 및 상기 제2 유연부 사이에 위치하는 이차전지.
  8. 제6항에서,
    상기 고정부는 유리 소재, 세라믹 소재, 탄소(graphite) 및 낮은 유연성을 갖는 합금 소재 중 적어도 하나를 포함하는 이차전지.
  9. 제6항에서,
    상기 고정부는 일직선 형태를 갖는 이차전지.
  10. 제1항에서,
    상기 전극 조립체는, 상기 전극시트들이 적층된 스택형 전극 조립체이고,
    상기 전극시트들이 두께 방향으로 팽창 시 상기 유연부가 상기 두께 방향과 수직한 방향으로 늘어나는 이차전지.
  11. 제1항에 따른 이차전지를 포함하는 디바이스.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0574473A (ja) * 1991-09-17 1993-03-26 Toshiba Corp 溶融炭酸塩型燃料電池の出力端子装置
US6175213B1 (en) * 2000-02-18 2001-01-16 Ntk Powerdex, Inc. Safety device for lithium-ion-polymer battery
JP5505260B2 (ja) * 2010-11-01 2014-05-28 株式会社デンソー 組電池
JP2014229435A (ja) * 2013-05-21 2014-12-08 日産自動車株式会社 積層型電池
KR101507230B1 (ko) * 2013-06-24 2015-03-31 세방전지(주) 안정성이 향상된 리튬전지의 제조장치 및 그 방법

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