KR20220161055A - 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20220161055A
KR20220161055A KR1020210069472A KR20210069472A KR20220161055A KR 20220161055 A KR20220161055 A KR 20220161055A KR 1020210069472 A KR1020210069472 A KR 1020210069472A KR 20210069472 A KR20210069472 A KR 20210069472A KR 20220161055 A KR20220161055 A KR 20220161055A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
cap assembly
secondary battery
gasket
assembly
Prior art date
Application number
KR1020210069472A
Other languages
English (en)
Inventor
이병규
정수택
권순관
최성원
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020210069472A priority Critical patent/KR20220161055A/ko
Publication of KR20220161055A publication Critical patent/KR20220161055A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/184—Sealing members characterised by their shape or structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/167—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids by crimping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 제1 전극탭을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되고, 상부가 개방된 전지 케이스; 상기 전지 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체; 및 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 가스켓을 포함한다. 상기 가스켓은, 상기 전극 조립체의 상면을 커버하는 바닥부를 포함하고, 상기 바닥부에 슬릿이 형성된다. 상기 제1 전극탭은, 상기 슬릿을 통과하여 상기 캡 조립체의 하부면에 접합된다.

Description

이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈{SECONDARY BATTERY AND BATTERY MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 쇼트 발생에 대한 안전성이 향상된 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 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 이차 전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차 전지는 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, 이차 전지는 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형의 케이스에 내장된 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 케이스에 내장된 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
도 1은 종래의 원통형 이차 전지의 상부에 대한 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 1을 참고하면, 전극 조립체(20)가 원통형 케이스(30)에 수납되고, 원통형 케이스(30)의 개방된 상부에 캡 조립체(40)가 장착되어 원통형 이차 전지(10)가 제조될 수 있다. 한편, 캡 조립체(40)와 원통형 케이스(30) 간의 밀봉을 위한 가스켓(50) 및 전류 차단 부재(43)의 가장자리를 감싸는 CID 가스켓(80)이 배치될 수 있다.
전극 조립체(20)는 제1 전극(21), 제2 전극(22) 및 분리막(23)이 권취된 젤리롤형 전극 조립체일 수 있다.
캡 조립체(40)는 상단 캡(41), 내부 압력 강하용 안전 벤트(42) 및 전류 차단 부재(43)를 포함할 수 있다. 상단 캡(41)과 안전 벤트(42)는 상호 밀착된 구조를 형성할 수 있고, 안전 벤트(42)는 전류 차단 부재(43)의 중심부와 연결될 수 있다. 전류 차단 부재(43)의 하부면에 제1 전극(21)으로부터 연장된 제1 전극탭(21t)이 연결될 수 있다. 여기서 제1 전극(21)은 양극일 수 있고, 제1 전극탭(21t)은 양극탭일 수 있다.
위와 같이, 상단 캡(41)은, 안전 벤트(42), 전류 차단 부재(43) 및 제1 전극탭(21t)들과 직, 간접적으로 연결되어 전극 조립체(20)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 캡 조립체(40)의 상단 캡(41)이 전극 단자, 특히 양극 단자로써 기능할 수 있다.
한편 구체적으로 도시하지 않았으나, 제2 전극(22)으로부터 연장된 제2 전전극탭(미도시)이 원통형 케이스(30)에 연결될 수 있다. 여기서 제2 전극(22)은 음극일 수 있고, 제2 전극탭(미도시)는 음극탭일 수 있다. 이에 따라 원통형 케이스(30)가 전극 단자, 특히 음극 단자로써 기능할 수 있다.
한편, 전극 조립체(20)의 상부에는 전기적 절연인 소재를 포함하는 상부 절연체(60)가 위치할 수 있다. 이러한 상부 절연체(60)에 관통구가 형성될 수 있고, 제1 전극탭(21t)이 상기 관통구를 통과하여 전류 차단 부재(43)와 연결될 수 있다.
제1 전극탭(21t)이 제1 전극(21)과 연결된 부분을 제외하고 전극 조립체(20)의 다른 부분과 접촉하여 쇼트(short)가 발생하는 것을 방지하기 위해 상부 절연체(60)를 전극 조립체(20)의 상부에 배치한다. 그러나, 원통형 이차 전지(10)가 비정상적인 작동상태에 놓여 온도가 상승할 경우, 상부 절연체(60)가 녹는 현상이 발생하여, 제1 전극탭(21t)으로 인한 쇼트 발생을 효과적으로 차단하지 못할 수 있다.
또한, 외부 진동이나 충격 등에 의해 제1 전극탭(21t)이 음극 단자로써 기능하는 원통형 케이스(30)의 내벽에 접촉하여, 내부 쇼트가 발생할 수 있다.
따라서, 캡 조립체와 연결되는 전극탭으로부터 유발되는 쇼트의 발생을 방지할 수 있는 이차 전지에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 캡 조립체와 연결된 전극탭을 안정적으로 고정할 수 있어, 상기 전극탭으로부터 유발되는 쇼트의 발생을 방지할 수 있는 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈을 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 이차 전지는, 제1 전극탭을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되고, 상부가 개방된 전지 케이스; 상기 전지 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체; 및 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 가스켓을 포함한다. 상기 가스켓은, 상기 전극 조립체의 상면을 커버하는 바닥부를 포함하고, 상기 바닥부에 슬릿이 형성된다. 상기 제1 전극탭은, 상기 슬릿을 통과하여 상기 캡 조립체의 하부면에 접합된다.
상기 가스켓은, 상기 바닥부의 가장자리에서 상향 연장된 측면부를 더 포함할 수 있다.
상기 측면부가 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 위치할 수 있다.
상기 가스켓은, 상부가 개방되고, 하부는 상기 바닥부에 의해 막힌 형태를 가질 수 있다.
상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 상기 측면부를 두고, 상기 전지 케이스의 상부 일단이 상기 캡 조립체가 위치한 방향으로 구부러져, 크림핑 결합이 이루어질 수 있다.
상기 슬릿 내에서, 상기 제1 전극탭이 일직선으로 통과할 수 있다.
상기 전극 조립체는 젤리롤 형태일 수 있고, 상기 전지 케이스는 원통형 케이스일 수 있다.
상기 캡 조립체는, 안전 벤트 및 상기 안전 벤트 아래에 위치한 전류 차단 부재를 포함할 수 있고, 상기 제1 전극탭은 상기 전류 차단 부재의 하부면에 접합될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 가스켓의 형상을 변형하여, 캡 조립체와 연결된 전극탭을 갇힌 형태로 구성할 수 있다. 이에 따라, 상기 전극탭이 전극 조립체나 전지 케이스의 내벽과 접촉하는 것을 차단할 수 있다. 즉, 상기 전극탭으로부터 유발되는 쇼트의 발생을 방지할 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 원통형 이차 전지의 상부에 대한 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예예 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 이차 전지에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 이차 전지에 포함된 전극 조립체가 권취되기 전의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓을 나타난 평면도이다.
도 7은 도 6의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 5의 “B”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
도 9는 본 발명의 비교예에 따른 이차 전지의 상부에 대한 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
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 2는 본 발명의 일 실시예예 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 이차 전지에 대한 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 이차 전지에 포함된 전극 조립체가 권취되기 전의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 전극 조립체(200); 전극 조립체(200)가 수납되고, 상부가 개방된 전지 케이스(300); 전지 케이스(300)의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체(400); 및 전지 케이스(300)와 캡 조립체(400) 사이에 위치하는 가스켓(500)을 포함한다.
우선, 본 실시예에 따른 전극 조립체(200)는, 제1 전극(210), 제2 전극(220) 및 분리막(230)을 포함할 수 있다. 제1 전극(210), 제2 전극(220) 및 분리막(230)이 함께 권취되어 젤리롤형 전극 조립체(200)가 형성될 수 있다. 분리막(230)은 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 개재될 수 있다. 아울러, 젤리롤 형태로 권취되었을 때, 제1 전극(210)과 제2 전극(220)이 서로 접하는 것을 방지하기 위해 제2 전극(220) 아래에 분리막(240)이 추가 배치되는 것이 바람직하다.
제1 전극(210)은, 제1 전극 집전체(211) 및 제1 전극 집전체(211) 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 제1 활물질층(212)를 포함한다. 구체적으로, 제1 전극 집전체(211) 상에 전극 활물질이 도포되어 제1 활물질층(212)이 형성되고, 제1 전극 집전체(211) 중 전극 활물질이 도포되지 않아 제1 전극 집전체(211)가 노출되는 부분에 제1 전극탭(213)이 용접 등의 방법으로 부착될 수 있다.
제2 전극(220)은 제2 전극 집전체(221) 및 제2 전극 집전체(221) 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 제2 활물질층(222)을 포함한다. 구체적으로, 제2 전극 집전체(221) 상에 전극 활물질이 도포되어 제2 활물질층(222)이 형성되고, 제2 전극 집전체(221) 중 전극 활물질이 도포되지 않아 제2 전극 집전체(221)가 노출되는 부분에 제2 전극탭(223)이 용접 등의 방법으로 부착될 수 있다.
이 때, 제1 전극(210)은 양극일 수 있고, 제2 전극(220)은 음극일 수 있다. 이에 따라, 제1 전극탭(213)은 양극탭일 수 있고, 제2 전극탭(223)은 음극탭일 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 것처럼, 권취된 전극 조립체(200)에 대해서, 제1 전극탭(213)과 제2 전극탭(223)은 서로 대향하는 방향으로 돌출될 수 있다. 제1 전극탭(213)은 캡 조립체(400)가 위치한 방향으로 돌출될 수 있고, 제2 전극탭(223)은 전지 케이스(300)의 바닥부를 향해 돌출될 수 있다.
후술하겠으나, 제1 전극탭(213)이 캡 조립체(400)와 연결되고, 캡 조립체(400)가 전극 단자, 특히 양극 단자로써 기능할 수 있다. 제2 전극탭(223)은 전지 케이스(300)의 바닥부와 연결되고, 전지 케이스(300)가 전극 단자, 특히 음극 단자로써 기능할 수 있다.
한편, 전지 케이스(300)는 전해액이 함침된 전극 조립체(200)를 수납하는 구조물로써, 금속 소재를 포함할 수 있고, 원통형 케이스일 수 있다.
이하에서는, 도 5 등을 참고하여, 본 실시예에 따른 캡 조립체와 전지 케이스의 결합 형태에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 2, 도 3 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른, 캡 조립체(400)는 상단 캡(410), 안전 벤트(420) 및 전류 차단 부재(430, Current Interrupt Device, CID)를 포함할 수 있다. 상단 캡(410)과 안전 벤트(420)는 상호 밀착된 구조를 형성할 수 있다. 안전 벤트(420)는 전류 차단 부재(430) 상에 위치하며, 전류 차단 부재(430)에 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 안전 벤트(420)의 중심부와 전류 차단 부재(430)의 중심부가 물리적, 전기적으로 연결될 수 있다. 전류 차단 부재(430)의 하부면에는 제1 전극(210)으로부터 돌출된 제1 전극탭(213)이 연결될 수 있다.
안전 벤트(420)는 전류가 통하는 박막 구조물로써, 원판형 플레이트일 수 있다. 또한, 그 중심부가 하부 방향, 즉, 전류 차단 부재(430)가 위치한 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 전류 차단 부재(430)는 전류가 통하는 판재 부재로써, 가스의 배출을 위한 다수의 관통구들이 형성될 수 있다.
상단 캡(410), 안전 벤트(420), 전류 차단 부재(430) 및 제1 전극탭(213)들이 차례로 연결되어, 상단 캡(410)이 전극 조립체(200)의 전기적 연결을 안내하는 전극 단자, 특히 양극 단자로써 기능할 수 있다.
한편, 전지 케이스(300)는 크림핑부(300C) 및 비딩부(300B)를 포함할 수 있다. 비딩부(300B)는 원통형의 전지 케이스(300) 중 일부가 전극 조립체(200)의 중심 방향으로 만입된 부분을 지칭하는 것으로, 캡 조립체(400)의 안정적인 결합 및 전극 조립체(200)의 유동 방지를 위한 것이다. 크림핑부(300C)는 비딩부(300B)의 상부에 위치하여, 캡 조립체(400)를 감싸는 부분을 지칭하는 것으로, 캡 조립체(400)의 안정적인 결합을 위한 것이다.
상술한 바 대로, 본 실시예에 따른 가스켓(500)은 전지 케이스(300)와 캡 조립체(400) 사이에 위치한다. 구체적으로, 가스켓(500)은 크림핑부(300C)의 내면에 장착되어 캡 조립체(400)와 전지 케이스(300) 간의 밀봉력을 증대시킬 수 있다. 또한, 가스켓(500)은 캡 조립체(400)와 전지 케이스(300) 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
전지 케이스(300)와 캡 조립체(400) 사이에 가스켓(500)을 위치시키고, 전지 케이스(300)의 상부 일단을 구부려 크림핑(Crimping) 결합을 실시하여 크림핑부(300C)를 형성할 수 있다. 즉, 크림핑 결합에 의해 캡 조립체(400)의 장착, 이차 전지(100)의 밀봉 및 전지 케이스(300)와 캡 조립체(400) 간의 전기적 절연이 모두 이루어질 수 있다. 이러한 가스켓(500)은 크림핑부(300C)와 캡 조립체(400)사이에 위치할 수 있다.
이하에서는, 도 5 내지 도 8을 참고하여, 본 실시예에 따른 가스켓에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓을 나타난 평면도이다. 도 7은 도 6의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다. 도 8은 도 5의 “B”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
도 5 내지 도 8을 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 가스켓(500)은, 전극 조립체(200)의 상면을 커버하는 바닥부(510)를 포함한다. 이러한 바닥부(510)에 슬릿(500S)이 형성되고, 제1 전극탭(213)은 슬릿(500S)을 통과하여, 캡 조립체(400)의 하부면에 접합된다. 특히, 제1 전극탭(213)은 슬릿(500S)을 통과하여, 전류 차단 부재(430)의 하부면에 접합될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 가스켓(500)은, 바닥부(510)의 가장자리에서 상향 연장된 측면부(520)를 더 포함할 수 있다. 이러한 측면부(520)가 전지 케이스(300)와 캡 조립체(400) 사이에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로는, 가스켓(500) 중에서 측면부(520)가 전지 케이스(300)의 크림핑부(300C)와 캡 조립체(400) 사이에 위치할 수 있다. 전지 케이스(300)와 캡 조립체(400) 사이에 가스켓(500)의 측면부(520)를 두고, 전지 케이스(300)의 상부 일단이 캡 조립체(400)가 위치한 방향으로 구부러져, 크림핑(Crimping) 결합이 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따라 바닥부(510) 및 측면부(520)를 포함하는 가스켓(500)은, 상부는 개방되고, 하부는 바닥부(510)에 의해 막힌 형태를 가질 수 있다. 바닥부(510)에 형성된 슬릿(500S)을 통과하는 제1 전극탭(213)은 바닥부(510)와 측면부(520)에 의해 갇힌 형태로 볼 수 있다.
본 실시예에 따른 측면부(520)는, 전지 케이스(300)와 캡 조립체(400) 간 밀봉성을 높임과 동시에 전지 케이스(300)와 캡 조립체(400) 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 한편, 측면부(520)는 밀봉성을 높이기 위해 도 7에 도시된 것처럼 단차 구조를 가질 수 있고, 비딩부(300B)가 형성된 전지 케이스(300)에 밀착될 수 있다.
본 실시예에 따른 바닥부(510)는, 제1 전극탭(213)이 이차 전지(100)내 다른 부분과 접촉하여 쇼트(short)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 전극 조립체(200)의 상부에 상부 절연체(600)가 위치할 수 있다. 즉, 가스켓(500)의 바닥부(510)와 전극 조립체(200) 사이에 상부 절연체(600)가 위치할 수 있다. 온도 상승으로 인해 상부 절연체(600)가 녹아 절연 기능을 상실하더라도, 가스켓(500)의 바닥부(510)는 제1 전극탭(213)이 전극 조립체(200)의 다른 부분, 특히 제2 전극(220)과 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상부 절연체(600)는, 절연성 섬유가 방향성 없이 얽힌 채 형성한 얇은 부직포일 수 있다. 예시로, 상기 절연성 섬유는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 유리 섬유(Glass fiber), 천연 고무 및 합성 고무 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 가스켓(500)은, 고분자 수지를 포함할 수 있고, 이러한 고분자 수지는 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT) 및 퍼플루오로알콕시알칸(perfluoroalkoxy alkane, PFA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이차 전지(100) 내부의 온도 상승이나 열 폭주(thermal runaway) 현상과 같은 비정상적인 작동상황 발생 시, 얇은 부직포 형태의 상부 절연체(600)가 녹는 경우가 발생할 수 있다. 즉, 상부 절연체(600)의 절연 성능 저하될 수 있다. 이 때, 상대적으로 두껍고 내열성이 강한 소재의 가스켓(500)이, 상부 절연체(600)의 절연 기능을 보완할 수 있다. 즉, 비정상적인 작동 상태에서, 가스켓(500)의 바닥부(510)는, 전극 조립체(200)가 캡 조립체(400)나 비딩부(300B)의 내면과 접촉하는 것을 방지함으로써, 상부 절연체(600)의 절연 기능을 보완할 수 있다.
또한, 제1 전극탭(213)은 바닥부(510)의 슬릿(500S)에 고정된 형태이기 때문에 제1 전극탭(213)이 전지 케이스(300)의 내벽에 접촉하는 것을 방지한다. 즉, 제1 전극탭(213)이 전지 케이스(300)와 접촉하여 내부 쇼트가 발생하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
이하에서는 도 8 등을 참고하여, 본 실시예에 따른 바닥부의 슬릿에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 8은 도 5의 “B”부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
도 8을 도 5 내지 도 7과 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 슬릿(500S)은, 단순히 바닥부(510)에 뚫린 구멍이 아닌, 플레이트 형상의 제1 전극탭(213)이 일자로 통과할 수 있을 정도의 가는 틈에 해당한다. 이러한 슬릿(500S) 내에서, 제1 전극탭(213)이 일직선으로 통과할 수 있다. 다시 말해, 슬릿(500S)은 가는 틈에 해당하므로, 제1 전극탭(213)이 구부러지면서 슬릿(500S) 내에서 위치할 수 없다. 도 8에 도시된 것처럼 슬릿(500S) 내에서 제1 전극탭(2130이 일직선으로 통과한다. 또한, 제1 전극탭(213)은 가스켓(500)의 슬릿(500S)에 삽입된 형태로 고정될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 가스켓(500)은 외부 충격이나 진동에 대한 제1 전극탭(213)의 내진동성을 높일 수 있다.
보다 구체적으로, 슬릿(500S)의 간격(d1)은, 제1 전극탭(213)의 두께(t1)의 1.1배 이상 100배 이하일 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 전극탭(213)의 두께(t1)의 1.1배 이상 50배 이하, 1.1배 이상 10배 이하 또는 1.1배 이상 5배 이하 일 수 있다. 슬릿(500S)의 개구 영역은 상대적으로 넓은 폭(도 6에서 세로 방향의 폭)과 상대적으로 좁은 폭(도 6에서 가로 방향의 폭)을 갖는데, 여기서, 슬릿(500S)의 간격(d1)은, 상대적으로 좁은 폭(도 6에서 가로 방향의 폭)의 간격을 의미한다.
슬릿(500S)의 간격(d1)이 상기 범위로 반드시 제한되는 것은 아니나, 상기 범위일 때 제1 전극탭(213)이 안정적으로 고정될 수 있고, 제조 공정에 있어서 제1 전극탭(213)이 슬릿(500S)에 쉽게 삽입될 수 있다.
이하에서는, 도 9 등을 참고하여, 본 발명의 가스켓(500)이 갖는 장점을 비교예와 비교하여 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 비교예에 따른 이차 전지의 상부에 대한 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 비교예에 따른 이차 전지(10’)는, 젤리롤 형태의 전극 조립체(20), 원통형 케이스(30) 및 캡 조립체(40)를 포함한다. 캡 조립체(40)와 원통형 케이스(30) 사이에는 밀봉과 전기적 절연을 위한 가스켓(50’)이 위치할 수 있다. 본 비교예에 따른 이차 전지(10’)는 캡 바디(51)를 구부려 크림핑 결합을 실시할 수 있다.
이 때, 별도의 절연판(60’)이 전극 조립체(20)의 상부에 배치될 수 있다. 전극 조립체(20)로부터 돌출된 전극탭(21t’)이 절연판(60’)에 형성된 틈을 통과하여 캡 조립체(40)의 하부면에 부착될 수 있다.
본 발명의 비교예에 따른 이차 전지(10’)에서, 전극탭(21t’)이 절연판(60’)을 통과하는 형태이긴 하나, 절연판(60’)은 가스켓(50’)과 일체화된 구조가 아니다. 따라서, 가스켓(50’) 또는 캡 바디(51)와 절연판(60’) 사이의 틈(G)이 존재한다. 이차 전지(10’)가 외부 충격이나 진동에 노출될 경우 상기 틈(G)이 벌어지는 경우가 있을 수 있고, 이러한 틈(G)으로 전극탭(21t’)의 일부가 삽입되어 원통형 케이스(30)에 접촉하는 경우가 발생할 수 있다.
반면, 본 실시예에 따른 가스켓(500)은, 바닥부(510)와 측면부(520)가 일체화된 형태이기 때문에 본 발명의 비교예와 같은 틈(G)이 발생할 리 없다. 측면부(520)와 일체로 구성된 바닥부(510)에 슬릿(500S)이 형성되고, 제1 전극탭(213)이 이러한 슬릿(500S)을 통과하는 것이므로, 제1 전극탭(213)은 강하게 고정된다. 즉, 제1 전극탭(213)이 가스켓(500)에 의해 갇힌 형태를 갖기 때문에 제1 전극탭(213)이 전극 조립체(200)나 전지 케이스(300)와 접촉하여 쇼트가 유발되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 도 5를 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는, CID 가스켓(800)을 더 포함할 수 있다. CID 가스켓(800)은 전류 차단 부재(430)의 가장자리를 감싸도록 형성될 수 있다. 또한 CID 가스켓(800)의 일부는 안전 벤트(420)와 전류 차단 부재(430) 사이로 연장되어, 비정상적인 작동 상태에서의 전류 차단 부재(430)의 분리 이후 안전 벤트(420)와 전류 차단 부재(430)가 접하는 것을 방지할 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 이차 전지가 복수로 모여 전지 모듈을 형성할 수 있다. 상기 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 이차 전지, 상기 전지 모듈이나 상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단이나 ESS(Energy Storage System)에 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.
100: 이차 전지
200: 전극 조립체
300: 전지 케이스
400: 캡 조립체
500: 가스켓
500S: 슬릿
510: 바닥부

Claims (9)

  1. 제1 전극탭을 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되고, 상부가 개방된 전지 케이스;
    상기 전지 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체; 및
    상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 가스켓을 포함하고,
    상기 가스켓은, 상기 전극 조립체의 상면을 커버하는 바닥부를 포함하며,
    상기 바닥부에 슬릿이 형성되고,
    상기 제1 전극탭은, 상기 슬릿을 통과하여 상기 캡 조립체의 하부면에 접합되는 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 가스켓은, 상기 바닥부의 가장자리에서 상향 연장된 측면부를 더 포함하는 이차 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 측면부가 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 이차 전지.
  4. 제2항에서,
    상기 가스켓은, 상부가 개방되고, 하부는 상기 바닥부에 의해 막힌 형태를 갖는 이차 전지.
  5. 제2항에서,
    상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 상기 측면부를 두고, 상기 전지 케이스의 상부 일단이 상기 캡 조립체가 위치한 방향으로 구부러져, 크림핑 결합이 이루어지는 이차 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 슬릿 내에서, 상기 제1 전극탭이 일직선으로 통과하는 이차 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 전극 조립체는 젤리롤 형태이고,
    상기 전지 케이스는 원통형 케이스인 이차 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 캡 조립체는, 안전 벤트 및 상기 안전 벤트 아래에 위치한 전류 차단 부재를 포함하고,
    상기 제1 전극탭은 상기 전류 차단 부재의 하부면에 접합되는 이차 전지.
  9. 제1항에 따른 이차 전지를 포함하는 전지 모듈.
KR1020210069472A 2021-05-28 2021-05-28 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 KR20220161055A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210069472A KR20220161055A (ko) 2021-05-28 2021-05-28 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210069472A KR20220161055A (ko) 2021-05-28 2021-05-28 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220161055A true KR20220161055A (ko) 2022-12-06

Family

ID=84407114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210069472A KR20220161055A (ko) 2021-05-28 2021-05-28 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220161055A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9548475B2 (en) Battery cell of irregular structure and battery module employed with the same
KR101683214B1 (ko) 이차 전지
KR101182283B1 (ko) 이차전지
US10665836B2 (en) Pouch-type secondary battery including electrode lead having current limiting function
KR100813813B1 (ko) 안전성이 증가된 이차전지
US10741822B2 (en) Pouch-type secondary battery including electrode lead having electrical current limiting function
US7981540B2 (en) Rechargeable battery
KR101724010B1 (ko) 이차 전지
KR102253021B1 (ko) 퓨즈부를 갖는 이차 전지 및 전지 모듈
KR101754613B1 (ko) 전극 어셈블리의 고정구조를 포함하는 이차 전지
KR101287087B1 (ko) 이차 전지
KR101683208B1 (ko) 이차 전지 및 전지 모듈
KR20140125657A (ko) 이차전지
US20190140252A1 (en) Rechargeable battery having membrane
KR101724003B1 (ko) 이차전지
KR102373537B1 (ko) 전지 모듈
KR20140065956A (ko) 이차 전지
KR20220043646A (ko) 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스
KR20160107060A (ko) 연결부재를 갖는 이차 전지
JP7325890B2 (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
KR20220161055A (ko) 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈
KR20220101303A (ko) 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈
CN220138646U (zh) 二次电池以及包括该二次电池的电池模块
KR20230091028A (ko) 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈
KR20220092100A (ko) 이차전지 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination