KR20230109579A - 이차전지, 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

이차전지, 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스 Download PDF

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KR20230109579A
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강경수
이재호
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 상기 케이스에 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부; 및 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재되는 리드 필름; 을 포함하고, 상기 리드 필름은, 전지의 스웰링(swelling) 시에 1차적으로 파단되도록 구성되는 제1 영역 및 상기 전지의 스웰링 시에 2차적으로 파단되도록 구성되는 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차전지, 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스{A SECONDARY BATTERY, BATTERY PACK AND DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 이차전지, 배터리 팩 및 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안전성이 개선된 이차전지, 이러한 이차전지를 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북, 태블릿 PC등의 모바일 IT 기기는 현대 생활에 밀접한 관계를 맺고 있으며, IT 산업 시장의 성장과 함께 핵심 부품인 이차전지에 대한 수요도 급증하고 있다. 상기 이차전지는 충방전을 통해 반복사용이 가능하며 납, 니켈, 카드뮴 등의 유해물질을 사용하지 않는 친환경 전지 기술로서, 가벼우면서도 작은 체적으로 많은 에너지를 저장할 수 있는 높은 에너지 밀도를 가지는 장점으로 미래 신(新)성장 동력 산업의 핵심을 이루고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 인류의 생활과 밀접한 모바일 IT의 전력원으로 가장 널리 사용되고 있을 뿐만 아니라 최근에는 전기자동차의 동력원 및 신재생 에너지의 전력 저장 장치로서 활용도를 계속적으로 넓히고 있다.
일반적으로 이차전지는 양극, 음극 및 이를 분리하는 분리막(Separator), 상기 분리막을 통해서 리튬 이온을 전달하는 전해액(Electrolyte), 이들을 수납하는 케이스 및 케이스 밖으로 전류의 통로가 되도록 하는 전극 리드로 구성된다. 또한, 리드 필름을 더 포함할 수 있는데, 리드 필름은 전극 리드에 결착되어 전극 리드와 케이스 간의 쇼트가 발생하는 것을 방지하면서, 전극 리드와 케이스를 밀봉하는 역할을 한다.
이러한 이차전지의 경우, 전지의 작동 등으로 인해 발생하는 가스 등으로 인한 내압에 취약한 경향이 있어, 이러한 내압에 충분한 강성을 가지는 이차전지의 개발이 필요한 실정이다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 안전성이 개선된 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예들의 이차전지, 배터리 팩 및 디바이스가 제공된다.
본 발명이 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 상기 케이스에 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부; 및 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재되는 리드 필름; 을 포함할 수 있으며, 상기 리드 필름은, 전지의 스웰링 시에 1차적으로 파단되도록 구성되는 제1 영역 및 상기 전지의 스웰링 시에 2차적으로 파단되도록 구성되는 제2 영역을 포함할 수 있다.
상기 제1 영역이 상대적으로 전극 조립체가 수납된 방향과 가깝게 위치할 수 있고, 상기 제2 영역이 상대적으로 전극 조립체가 수납된 방향과 멀게 위치할 수 있다.
상기 제1 영역이 상기 케이스 내부 방향의 실링부 일단에 위치할 수 있다.
상기 제2 영역이 상기 케이스 외부 방향의 실링부 일단에 위치할 수 있다.
상기 제1 영역 및 제2 영역은 상기 실링부의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 리드 필름은, 상기 제1 영역 및 제2 영역에서 상기 케이스와 융착되고 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하는 영역에서는 상기 케이스와 융착되지 않을 수 있다.
상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이의 거리는 상기 실링부의 폭의 20% 내지 80%일 수 있다.
상기 리드 필름은, 제1 리드 필름; 및 상기 제1 리드 필름과 별도로 구비되는 제2 리드 필름; 을 포함할 수 있다.
상기 제1 리드 필름이 상대적으로 전극 조립체가 수납된 방향과 가깝게 위치할 수 있고, 상기 제2 리드 필름이 상대적으로 전극 조립체가 수납된 방향과 멀게 위치할 수 있다.
상기 제1 리드 필름과 상기 실링부가 중첩되는 영역 내에 상기 제1 영역이 위치할 수 있고, 상기 제2 리드 필름과 상기 실링부가 중첩되는 영역 내에 상기 제2 영역이 위치할 수 있다.
상기 제1 리드 필름의 일부가 상기 케이스 내부 방향의 실링부 단부에 위치할 수 있다.
상기 제2 리드 필름의 일부가 상기 케이스 외부 방향의 실링부 단부에 위치할 수 있다.
상기 제1 리드 필름 및 상기 제2 리드 필름은 상기 실링부의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 제2 리드 필름은 상기 실링부의 연장 방향을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 리드 필름은 상기 제2 리드 필름의 연장 방향과 소정의 각도를 이루는 방향을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 리드 필름이 상기 제2 리드 필름과 이루는 각도가 15° 내지 60°인 것을 특징으로 하는 이차전지.
상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 상기 제1 리드 필름의 연장 길이는 상기 실링부의 폭 대비 10% 내지 80%일 수 있다.
상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 상기 제2 리드 필름의 연장 폭은 상기 실링부의 폭 대비 10% 내지 50%일 수 있다.
상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 상기 제1 영역의 연장 길이는 상기 실링부의 폭 대비 10% 내지 50%일 수 있다.
상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 상기 제2 영역의 연장 폭은 상기 실링부의 폭 대비 10% 내지 50%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는 내압에 대한 강성이 향상될 수 있어 안전성이 향상될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부를 나타내는 도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부 부분를 나타내는 도이다.
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 아니되며, 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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는, 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 상기 케이스에 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부; 및 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재되는 리드 필름; 을 구비하고, 상기 리드 필름은, 전지의 스웰링(swelling) 시에 1차적으로 파단되도록 구성되는 제1 영역 및 상기 전지의 스웰링 시에 2차적으로 파단되도록 구성되는 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지(10)는 전극 리드(11)가 부착된 전극 조립체(12) 및 케이스를 구비한다.
상기 전극 조립체(12)는 양극판, 음극판 및 분리막을 포함한다. 전극 조립체(12)는 분리막이 개재된 상태에서 양극판과 음극판이 순차적으로 적층될 수 있다.
양극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와 그 적어도 일면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 양극판은 일측단에 금속 재질, 이를테면 알루미늄(Al) 재질로 이루어진 양극탭을 포함할 수 있다. 양극탭은 양극판의 일측단으로부터 연장되어 돌출되거나 양극판의 일측단에 용접되거나 도전성 접착제를 이용하여 접합될 수 있다.
음극판은 전도성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 적어도 일면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 음극판은 일측단에 금속 재질, 이를테면 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 형성되는 음극탭을 포함할 수 있다. 음극탭은 음극판의 일측단으로부터 연장되어 돌출되거나 양극판의 일측단에 용접되거나 도전성 접착제를 이용하여 접합될 수 있다.
분리막은 양극판과 음극판 사이에 개재되어, 양극판과 음극판을 서로 전기적으로 절연시키며, 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온 등이 서로 통과될 수 있도록 다공성 막 형태로 형성될 수 있다. 이러한 분리막은, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 또는 폴리프로필렌(PP), 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성 막을 포함할 수 있다.
분리막의 표면에는 무기물 코팅층이 구비될 수 있다. 무기물 코팅층은 무기물 입자들이 바인더에 의해 서로 결합되어 입자들 사이에 기공 구조(interstitial volume)을 형성한 구조를 가질 수 있다.
전극 조립체(12)로는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀 셀(Full dell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
상기 케이스는 전극 조립체(12)를 수납하는 수납부(13a), 및 상기 전극 조립체(12)를 밀봉하기 위해 형성된 실링부(13b)를 포함한다.
상기 실링부(13b)는 상기 전극 조립체(12)를 밀봉하기 위해, 예컨대 상기 수납부(13a)의 외주면을 따라 융착하는 부분을 지칭하는 것으로, 상기 융착은 열융착, 초음파에 의한 융착 등일 수 있으나, 실링부를 융착시킬 수 있다면 크게 제한되지는 않는다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스는 외부 충격 보호를 위한 외층, 수분을 차단하는 금속 배리어층, 및 케이스를 실링하는 실란트층의 다층 구조의 필름 형태로 구비될 수 있다.
상기 외층은, 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(Poly(ethylene terephthalate); PET), 폴리부틸렌테레프타레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 공중합 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 나일론 등 기타 폴리에스터계 필름을 포함할 수 있고, 단일층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
상기 금속 배리어층은, 알루미늄, 구리 등을 포함할 수 있다.
상기 실란트층은 실란트 수지를 포함할 수 있고, 단일층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지는 폴리프로필렌(PP), 산 변성 폴리프로필렌(Acid modified polypropylene; PPa), 랜덤 폴리프로필렌(random polypropylene), 에틸렌 프로필렌 공중합체, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다. 상기 에틸렌 프로필렌 공중합체는 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스는 파우치 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스가 파우치 형태인 경우, 상부 파우치와 하부 파우치를 포함할 수 있다. 상기 케이스가 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 경우, 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면이 열과 압력에 의해 상호 융착됨으로써 전지를 밀봉할 수 있다.
상기 케이스가 파우치 형태인 경우, 상기 실링부(13b)는 케이스의 테두리에서 4면 실링 또는 3면 실링될 수 있다. 3면 실링 구조는, 상부 파우치와 하부 파우치가 하나의 파우치 시트에 포밍된 후 상부 파우치 및 하부 파우치의 경계면을 절곡시켜 상부 파우치 및 하부 파우치에 형성된 상기 전극 조립체 수납부(13a)들이 포개지도록 한 상태에서 절곡부를 제외한 나머지 3면의 테두리를 실링한 구조를 의미한다. 한편, 본 발명에 있어서, 실링부(13b)는, 서로 대면하는 상부 파우치의 테두리 부분과 하부 파우치의 테두리 부분을 의미할 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서, 서로 대면하는 상부 파우치의 테두리 부분과 하부 파우치의 테두리 부분 전체가 융착되어야 하는 것은 아니며, 부분적으로만 융착이 될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 상기 전극 리드(11)는 일부가 상기 케이스의 외부로 노출되도록 케이스 내에 수납될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지(10)는 리드 필름(14)을 구비한다.
상기 리드 필름(14)은 상기 전극 리드(11)의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드(11)와 전극 리드(11)가 돌출된 부분의 케이스의 실링부(13b) 사이에 개재된다. 상기 리드 필름(14)은 전극 리드(11)의 적어도 일면에 위치할 수 있다. 상기 리드 필름(14)은 상기 전극 리드(11)와 전극 리드가 돌출된 부분의 케이스의 실링부(13b) 사이에 개재되어 전극 리드(11)와 상기 케이스의 실링부(13b)의 결착을 돕는다. 상기 리드 필름(14)이 실링부(13b)와 맞닿는 면에서 전지의 실링이 일어나게 된다.
도 1을 참조하면, 상기 리드 필름(14)은, 예를 들어 전극 리드(11)가 인출되는 방향에 위치하는 실링부(13b)의 연장 방향(도 1을 기준으로 볼 때, 좌우 방향)과 나란하게 연장된 형태를 가질 수 있다.
이차전지에 있어서, 충전과 방전이 반복되는 과정에서 전지가 부풀어 오르는 스웰링(swelling) 현상이 일어날 수 있는데 이는 전지의 안전성에 영향을 미친다. 스웰링 현상이 일어나는 경우, 접착력이 다소 약한 리드 필름과 실링부 사이의 계면에서 파단이 일어날 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 리드 필름(14)은, 전지의 스웰링(swelling) 시에 1차적으로 파단되도록 구성되는 제1 영역(A) 및 2차적으로 파단되도록 구성되는 제2 영역(B)을 구비한다. 상기 제1 영역(A)이 제2 영역(B)보다 먼저 파단됨에 따라 스웰링 압력을 조절하기 용이할 수 있다. 이에 따라, 스웰링 압력의 증가를 방지하여 전지의 안전성이 개선될 수 있다. 상기 제1 영역(A) 및 제2 영역(B)은, 리드 필름(14)과 케이스의 실링부(13b)가 중첩되는 영역 중에서 융착이 이루어진 영역을 의미할 수 있다.
상기 제1 영역(A)에서 우선적으로 파단이 발생한 후에도, 스웰링 압력이 증가하는 경우에 상기 제2 영역(B)에서 2차적으로 파단이 발생함에 따라 스웰링 압력의 증가를 추가적으로 방지할 수 있다. 상기 제2 영역(B)이 파단되면 전지 내부의 압력을 외부로 배출할 수 있어, 스웰링 압력을 조절하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
이 때, 상기 제1 영역(A)에서 상기 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 계면이 파단된다. 또한, 상기 제2 영역(B)에서 상기 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 계면이 파단된다.
실링부(13b)와 리드 필름(14)의 제1 영역(A) 부분을 1차적으로 실링한 후, 리드 필름(14)의 제2 영역(B)을 2차적으로 실링하여 리드 필름(14) 상에 상기 케이스와 융착되는 제1 영역(A) 및 제2 영역(B)을 형성할 수 있다. 이에 따라 제1 영역(A)과 제2 영역(B)의 실링 강도에 차이를 줄 수 있어 제1 영역(A)과 제2 영역(B)의 파단 시기를 조절할 수 있다. 물론, 상기 제2 영역(B)을 1차적으로 실링하고 제1 영역(A)을 2차적으로 실링하는 것도 가능하다.
도 1을 참조하면, 상기 제1 영역(A)이 상대적으로 전극 조립체(12)가 수납된 방향과 가깝게 위치할 수 있고, 상기 제2 영역(B)이 상대적으로 전극 조립체(12)가 수납된 방향과 멀게 위치할 수 있다.
스웰링 현상 발생 시 케이스 내부 방향의 실링부가 가장 많은 압력을 받는다. 상기 제1 영역(A)이 상기 제2 영역(B)보다 케이스의 내부 방향에 위치하는 경우, 스웰링 현상이 발생할 때에 상대적으로 케이스 내부 방향에 위치하는 상기 제1 영역(A)이 상기 제2 영역(B)보다 먼저 파단되기 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 영역(A) 및/또는 제2 영역(B)과 연결되는 센서부(미도시) 및 제어부(미도시)를 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 센서부는 스웰링 압력을 측정하여 제어부에 이를 전달하고, 상기 제어부는 특정한 압력 임계치를 초과하는 경우, 제1 영역(A) 및/또는 제2 영역(B)에서 파단이 이루어지게 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 제1 영역(A)이 상기 케이스 내부 방향의 실링부(13b) 일단에 위치할 수 있고, 상기 제2 영역(B)이 상기 케이스 외부 방향의 실링부(13b) 일단에 위치할 수 있다. 상기 제1 영역(A)이 케이스 내부 방향의 실링부(13b) 일단에 위치하는 경우, 스웰링 현상이 발생함에 따라 가장 많은 압력을 받는 부위인 케이스 내부 방향의 실링부(13b) 일단에서 우선적으로 파단이 발생하여 스웰링 압력을 조절하기 더욱 용이할 수 있다. 상기 제2 영역(B)이 상기 케이스 외부 방향의 실링부(13b) 일단에 위치하는 경우, 제2 영역(B)이 파단됨에 따라 전지 내부의 압력을 외부로 배출할 수 있어, 스웰링 압력을 조절하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 제1 영역(A) 및 제2 영역(B)은 실링부(13b)의 폭 방향(도 1을 기준으로 볼 때, 위아래 방향)을 따라 서로 이격되어 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 리드 필름(14)은, 제1 영역(A) 및 제2 영역(B)에서 케이스와 융착될 수 있고, 제1 영역(A)과 제2 영역(B) 사이에 위치하는 영역에서는 케이스와 융착되지 않을 수 있다. 한편, 상기 제1 영역(A)과 상기 제2 영역(B) 사이의 거리(h)는 상기 실링부(13b)의 폭의 대략 20% 내지 80%일 수 있다. 상기 제1 영역(A)과 상기 제2 영역(B) 사이의 거리(h)가 전술한 범위를 만족하는 경우, 제1 영역(A)과 제2 영역(B)의 파단시기를 조절하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
여기서, 상기 제1 영역(A)과 제2 영역(B) 사이의 거리(h)는 제1 영역(A)에 있어서 케이스 외부를 향하는 최 외측 단부와 제2 영역(B)에 있어서 케이스 내부를 향하는 최 내측 단부 사이의 거리를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 리드 필름(14)은 제1 리드 필름(14a) 및 제1 리드 필름(14a)과 별도로 구비되는 제2 리드 필름(14b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 리드 필름(14a) 및/또는 제2 리드 필름(14b)은, 예를 들어 전극 리드(11)가 인출되는 방향에 위치하는 실링부(13b)의 연장 방향(도 1을 기준으로 볼 때, 좌우 방향)과 나란하게 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 리드 필름(14)이 제1 리드 필름(14a) 및 제2 리드 필름(14b)을 포함하는 경우, 목적하는 실링 강도를 확보하기 위해 리드 필름(14)을 디자인하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 리드 필름(14a)이 상대적으로 전극 조립체(12)가 수납된 방향과 가깝게 위치할 수 있고, 상기 제2 리드 필름(14b)이 상대적으로 전극 조립체(12)가 수납된 방향과 멀게 위치할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 리드 필름(14a)과 실링부(13b)가 중첩되는 영역 내에 제1 영역(A)이 위치할 수 있고, 상기 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b)가 중첩되는 영역 내에 제2 영역(B)이 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 전지의 스웰링(swelling) 시에 상기 제1 리드 필름(14a)과 상기 실링부(13b) 사이의 계면이 1차적으로 파단된 후에, 상기 제2 리드 필름(14b)과 상기 실링부(13b) 사이의 계면이 2차적으로 파단될 수 있다.
상기 제1 리드 필름(14a)이 상기 제2 리드 필름(14b)보다 케이스의 내부 방향에 위치하는 경우, 스웰링 현상이 발생할 때에 상대적으로 케이스 내부 방향에 위치하는 상기 제1 리드 필름(14a)이 상기 제2 리드 필름(14b)보다 먼저 파단되기 더욱 용이할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 리드 필름(14a)의 일부가 상기 케이스 내부 방향의 실링부(13b) 단부에 위치할 수 있고, 상기 제2 리드 필름(14b)의 일부가 상기 케이스 외부 방향의 실링부(13b) 단부에 위치할 수 있다. 이 때, 상기 케이스 내부 방향의 실링부(13b) 단부에 위치한 제1 리드 필름(14a)의 일부가 상기 제1 영역(A)에 해당할 수 있고, 상기 케이스 외부 방향의 실링부(13b) 단부에 위치한 제2 리드 필름(14b)의 일부가 상기 제2 영역(B)에 해당할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부 부분을 나타낸 도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제2 리드 필름(14b)은 상기 실링부(13b)의 연장 방향(도 3을 기준으로 볼 때, 좌우 방향)을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 리드 필름(14a)은 상기 제2 리드 필름(14b)의 연장 방향과 소정의 각도를 이루는 방향을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 제1 리드 필름(14a)은 제2 리드 필름(14b)과 연결될 수도 있고, 이격될 수도 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 리드 필름(14a)은 복수 개일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 리드 필름(14a)이 복수 개인 경우, 복수 개의 제1 리드 필름(14a)의 일부가 서로 중첩될 수 있다. 상기 제1 리드 필름(14a)이 복수 개 구비되는 경우, 한 쌍의 제1 리드 필름(14a)은 케이스의 내측을 향할수록 서로 멀어지도록 서로 반대방향으로 경사진 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 리드 필름(14a)이 상기 제2 리드 필름(14b)과 이루는 각도가 대략 15° 내지 60°일 수 있다.
상기 제1 리드 필름(14a)과 제2 리드 필름(14b)이 전술한 형태를 가지는 경우, 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적이 커질 수 있고, 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적도 커질 수 있어 전극 리드(11)와 실링부(13b)의 사이의 접착 강도가 증가하여 전극 리드(11)와 실링부(13b) 사이의 실링 강도가 증가할 수 있다. 전극 리드(11)와 실링부(13b) 사이의 실링 강도가 증가함에 따라 전지의 내압에 대한 강성이 증가할 수 있다. 또한, 전지 내압이 분산되기 더욱 용이할 수 있다.
도 3을 참조하면, 전극 리드(11)의 연장 방향(도 3을 기준으로 볼 때, 상하 방향)과 나란한 방향으로의 제1 리드 필름(14a)의 연장 길이(h1)는 실링부(13b)의 폭 대비 대략 10% 내지 80%일 수 있다. 제1 리드 필름(14a)의 전극 리드(11)의 연장 방향을 따른 연장 길이(h1)가 전술한 범위를 만족하는 경우, 제1 리드 필름(14a)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적 및 제1 리드 필름(14a)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 증가하기 더욱 용이할 수 있고, 전지의 정상 작동 시에 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 더욱 용이할 수 있다.
본 명세서에서, 실링부(13b)의 폭은 전극 리드(11)의 돌출 방향을 따른 실링부(13b)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다.
도 3을 참조하면, 전극 리드(11)의 연장 방향과 나란한 방향으로의 제2 리드 필름(14b)의 연장 폭(h2)은 실링부(13b)의 폭 대비 대략 10% 내지 50%일 수 있다. 제2 리드 필름(14b)의 연장 폭(h2)이 전술한 범위를 만족하는 경우, 제2 리드 필름(14b)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적 및 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 증가하기 더욱 용이할 수 있고, 전지의 정상 작동 시에 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 전지의 내압 증가에 따른 파단이 우선적으로 발생하는 제1 영역(A)의 전극 리드(11)의 연장 방향과 나란한 방향으로의 연장 길이(d1)는 실링부(13b)의 폭 대비 대략 10% 내지 50% 일 수 있다. 상기 제1 영역(A)의 연장 길이(d1)가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 가능하면서, 스웰링 현상 발생 시에 파단이 일어나기 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 파단이 발생하는 상기 제2 영역(B)의 전극 리드(11)의 연장 방향과 나란한 방향으로의 연장 폭(d2)은 실링부(13b)의 폭 대비 대략 10% 내지 50%일 수 있다. 상기 제2 영역(B)의 연장 폭(d2)이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 가능하면서, 스웰링 현상 발생 시에 파단이 일어나기 더욱 용이할 수 있다.
도 3을 참조하면, 리드 필름(14)은 대략 K자형일 수 있다. 예를 들어, 상기 대략 K자형의 리드 필름(14)은 서로 반대 방향으로 경사진 형태를 갖는 한 쌍의 제1 리드 필름(14a) 및 실링부(13b)의 연장 방향과 대략 나란한 방향을 따라 연장된 형태를 갖는 제2 리드 필름(14b)를 포함할 수 있다. 리드 필름(14)이 이와 같이 대략 K자형인 경우, 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적이 커질 수 있고, 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적도 커질 수 있어 전극 리드(11)와 실링부(13b)의 사이의 접착 강도가 증가하여 전극 리드(11)와 실링부(13b) 사이의 실링 강도가 증가하기 더욱 용이할 수 있다. 또한, 내압이 리드 필름(14) 전체에 균일하게 분산되어 전지의 내압에 대한 강성이 증가하기 더욱 용이할 수 있다.
또한, 리드 필름(14)을 간단한 직선 형태로 구성할 수 있으면서도 일반적인 실링 구조에 비해 전지 내압을 분산시키기 용이하고 접촉 면적이 증가하여 실링 강도가 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 리드 필름(14)이 대략 K자형인 경우, 상대적으로 전극 조립체(12)가 수납된 방향과 가깝게 위치하는 리드 필름(14)의 일부분이 제1 영역(A)에 해당할 수 있다. 또한, 상대적으로 전극 조립체(12)가 수납된 방향과 멀게 위치하는 리드 필름(14)의 일부분이 제2 영역(B)에 해당할 수 있다. 즉, 서로 반대 방향으로 경사진 형태를 갖는 한 쌍의 제1 리드 필름(14a)과 케이스의 실링부(13b)가 중첩되는 영역 중 융착이 이루어진 영역이 제1 영역(A)에 해당할 수 있다. 또한, 상기 실링부(13b)의 연장 방향(도 3을 기준으로 볼 때, 좌우 방향)과 대략 나란한 방향으로 연장된 형태를 갖는 제2 리드 필름(14b)과 케이스의 실링부(13b)가 중첩되는 영역 중 융착이 이루어진 영역이 제2 영역(B)에 해당할 수 있다.
상기 이차전지는 원통형, 각형, 또는 파우치형 이차전지일 수 있다. 그 중에서도, 상기 이차전지가 파우치형 이차전지일 수 있다.
파우치형 이차전지의 경우, 파우치 케이스의 강도가 약하고, 다양한 형상을 지님에 따라 내압에 더욱 취약한 경향이 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지가 파우치형 이차전지인 경우, 안전성 측면에서 더욱 유리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩은, 예를 들어 복수의 이차전지를 포함할 수 있다. 복수의 상기 이차전지는 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배터리 팩은, 이차전지를 수용하도록 구성되는 팩 하우징(미도시)을 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 배터리 팩은, 이차전지를 포함하는 배터리 모듈의 제조 단계를 거치지 않는 셀투팩 공정을 통해 제조될 수 있다. 이와는 달리, 상기 배터리 팩은, 이차전지를 포함하는 배터리 모듈을 먼저 제조한 후, 적어도 하나의 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 제조하는 공정에 의해 제조될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스는, 본 발명의 일 실시예 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 상기 디바이스는, 예를 들어 본 발명의 배터리 팩에 의해 구동되는 자동차일 수 있다. 또는, 상기 디바이스는, 예를 들어 본 발명의 배터리 팩을 복수개 포함하는 에너지 저장 시스템(ESS: energy storagy system)일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
10: 이차전지
11: 전극 리드
12: 전극 조립체
13a: 수납부
13b: 실링부
14: 리드 필름
A: 제1 영역
B: 제2 영역
14a: 제1 리드 필름
14b: 제2 리드 필름

Claims (22)

  1. 전극 리드가 부착된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 케이스;
    상기 케이스에 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부; 및
    상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재되는 리드 필름; 을 포함하고,
    상기 리드 필름은, 전지의 스웰링 시에 1차적으로 파단되도록 구성되는 제1 영역 및 상기 전지의 스웰링 시에 2차적으로 파단되도록 구성되는 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역이 상대적으로 전극 조립체가 수납된 방향과 가깝게 위치하고,
    상기 제2 영역이 상대적으로 전극 조립체가 수납된 방향과 멀게 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 영역이 상기 케이스 내부 방향의 실링부 일단에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 영역이 상기 케이스 외부 방향의 실링부 일단에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 상기 실링부의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 리드 필름은,
    상기 제1 영역 및 제2 영역에서 상기 케이스와 융착되고 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하는 영역에서는 상기 케이스와 융착되지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이의 거리는 상기 실링부의 폭의 20% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리드 필름은,
    제1 리드 필름; 및
    상기 제1 리드 필름과 별도로 구비되는 제2 리드 필름;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름이 상대적으로 전극 조립체가 수납된 방향과 가깝게 위치하고,
    상기 제2 리드 필름이 상대적으로 전극 조립체가 수납된 방향과 멀게 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름과 상기 실링부가 중첩되는 영역 내에 상기 제1 영역이 위치하고,
    상기 제2 리드 필름과 상기 실링부가 중첩되는 영역 내에 상기 제2 영역이 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름의 일부가 상기 케이스 내부 방향의 실링부 단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2 리드 필름의 일부가 상기 케이스 외부 방향의 실링부 단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름 및 상기 제2 리드 필름은 상기 실링부의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제2 리드 필름은 상기 실링부의 연장 방향을 따라 연장된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름은 상기 제2 리드 필름의 연장 방향과 소정의 각도를 이루는 방향을 따라 연장된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름이 상기 제2 리드 필름과 이루는 각도가 15° 내지 60°인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 상기 제1 리드 필름의 연장 길이는 상기 실링부의 폭 대비 10% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 상기 제2 리드 필름의 연장 폭은 상기 실링부의 폭 대비 10% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 상기 제1 영역의 연장 길이는 상기 실링부의 폭 대비 10% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 상기 제2 영역의 연장 폭은 상기 실링부의 폭 대비 10% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 이차전지를 포함하는 배터리 팩.
  22. 제21항에 따른 배터리 팩을 포함하는 디바이스.
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