KR20240029636A - 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스; 및 상기 전극 조립체와 연결되고 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 전극 리드들;을 포함한다. 상기 전지 케이스는, 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고, 상기 상부 케이스 또는 상기 하부 케이스 중 적어도 하나에 상기 전극 조립체가 수납되는 수납부가 형성되며, 상기 상부 케이스의 외주 부분과 상기 하부 케이스의 외주 부분이 서로 접합되어 실링부를 형성한다. 상기 실링부에 있어서, 상기 전극 리드가 상기 상부 케이스의 외주 부분과 상기 하부 케이스의 외주 부분 사이를 통과하여 외부로 돌출된다. 상기 실링부의 변들 중 상기 전극 리드가 돌출되는 상기 실링부의 변에서, 상기 상부 케이스 또는 상기 하부 케이스 중 적어도 하나에 상기 전극 리드가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 휘어지는 볼록부가 형성된다.

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 파우치형의 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.
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 이차 전지, 전극 조립체가 각형의 케이스에 내장된 각형 이차 전지 및 전극 조립체가 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
파우치형 이차 전지의 경우, 전극 조립체를 파우치 시트의 전지 케이스에 수납한 뒤, 전지 케이스의 외주 부분을 융착하여 밀봉하는 방식으로 제조된다. 전지 케이스의 외주 부분 중 전극 리드와 대응하는 부분에서, 리드 필름이나 절연 테이프가 전지 케이스와 간섭을 일으킬 수 있다. 간섭이 일어난 전지 케이스 부분은 절연 성능이 저하되기 때문에 쇼트 등과 같이 안정성을 저해하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전지 케이스의 외주 부분에서 절연 성능의 저하가 발생하는 것을 방지하는 해결 방안이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 파우치 시트의 전지 케이스를 밀봉하는 과정에서, 전지 케이스가 밀봉되는 부분에서의 절연 성능이 저하되는 것을 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, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스; 및 상기 전극 조립체와 연결되고 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 전극 리드들;을 포함한다. 상기 전지 케이스는, 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고, 상기 상부 케이스 또는 상기 하부 케이스 중 적어도 하나에 상기 전극 조립체가 수납되는 수납부가 형성되며, 상기 상부 케이스의 외주 부분과 상기 하부 케이스의 외주 부분이 서로 접합되어 실링부를 형성한다. 상기 실링부에 있어서, 상기 전극 리드가 상기 상부 케이스의 외주 부분과 상기 하부 케이스의 외주 부분 사이를 통과하여 외부로 돌출된다. 상기 실링부의 변들 중 상기 전극 리드가 돌출되는 상기 실링부의 변에서, 상기 상부 케이스 또는 상기 하부 케이스 중 적어도 하나에 상기 전극 리드가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 휘어지는 볼록부가 형성된다.
상기 볼록부와 상기 전극 리드 사이에 내부 공간이 마련될 수 있다.
상기 이차 전지는, 상기 전극 리드를 감싸면서, 상기 상부 케이스의 외주 부분과 상기 하부 케이스의 외주 부분 사이에 위치하는 리드 필름을 더 포함할 수 있다.
상기 볼록부의 형상으로 인해 상기 볼록부와 상기 리드 필름 간의 접촉이 제한될 수 있다.
상기 전극 조립체는, 돌출된 형태의 전극 탭을 포함할 수 있고, 상기 전극 리드가 상기 전극 탭과 접합될 수 있으며, 상기 전극 리드와 상기 전극 탭이 접합된 부분에 보호 테이프가 부착될 수 있다.
상기 볼록부의 형상으로 인해 상기 볼록부와 상기 보호 테이프 간의 접촉이 제한될 수 있다.
상기 전지 케이스는, 외측 수지층, 금속층 및 내측 수지층을 포함할 수 있다. 상기 상부 케이스의 외주 부분에서의 상기 내측 수지층과 상기 하부 케이스의 외주 부분에서의 상기 내측 수지층이 서로 접합되어 상기 실링부를 형성할 수 있다.
상기 내측 수지층은, 무연신 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
상기 전지 케이스는, 파우치 시트가 폴딩된 부분인 폴딩부를 가질 수 있고, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 상기 폴딩부를 경계로 구분될 수 있다.
상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 서로 분리된 채, 상기 상부 케이스의 외주 부분과 상기 하부 케이스의 외주 부분이 서로 접합되어 상기 실링부를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기 이차 전지를 적어도 하나 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전지 케이스의 외주 부분 중 전극 리드와 대응하는 부분에 전극 리드가 위치한 방향과 반대 방향으로 휘어지는 볼록부를 마련함으로써, 해당 전지 케이스 부분에서 다른 부품과의 접촉이나 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 전지 케이스의 외주 부분에서 절연 성능이 저하되는 것을 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 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 이차 전지에 대한 단면을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 비교예에 따른 이차 전지에 대한 단면을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 케이스를 나타낸 사시도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 이차 전지에 대한 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 전극 조립체(200); 전극 조립체(200)를 수납하는 전지 케이스(300); 및 전극 조립체(200)와 연결되고 전지 케이스(300)의 외부로 돌출된 전극 리드(400)들;을 포함한다.
우선, 전극 조립체(200)는 제1 전극(210)들, 제2 전극(220)들 및 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 위치한 분리막(230)을 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 전극 조립체(200)는, 스택형 전극 조립체, 젤리롤형 전극 조립체 또는 스택/폴딩형 전극 조립체일 수 있으나, 그 중에서도 스텍형 전극 조립체일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전극 조립체(200)는, 다수의 제1 전극(210)들과 제2 전극(220)들이 분리막(230)을 사이에 두고 적층된 스택형 전극 조립체일 수 있다.
제1 전극(210)들과 제2 전극(220)들은 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성될 수 있으며, 상기 전극 집전체의 일부가 돌출되어 전극 탭(210t)이 마련될 수 있다. 도 3에는 제1 전극(210)으로부터 돌출된 전극 탭(210t)만 도시되어 있으나, 그 반대편에 제2 전극(220)으로부터 돌출된 전극 탭이 마련될 수 있다. 제1 전극(210)과 제2 전극(220)은 양극 및 음극으로 구분될 수 있으며, 양극과 음극 사이에 분리막(230)이 개재될 수 있다. 일례로, 제1 전극(210)이 양극일 수 있으며, 그로부터 돌출된 전극 탭(210t)은 양극 탭일 수 있다. 제2 전극(220)은 음극일 수 있고, 그로부터 돌출된 전극 탭(미도시)은 음극 탭일 수 있다.
또한, 전극 탭은 전극 리드(400)와 연결된다. 즉, 본 실시예에 따른 전극 리드(400)는 전극 탭(210t)을 통해 전극 조립체(200)의 제1 전극(210) 또는 제2 전극(220)과 연결될 수 있다. 일례로, 어느 한 극성의 전극 탭(210t)들이 어느 하나의 전극 리드(400)에 접합될 수 있고, 다른 극성의 전극 탭(미도시)들이 다른 전극 리드(400)에 접합될 수 있다. 이러한 전극 리드(400)들은, 도시된 것처럼, 전지 케이스(300)의 양 단부로부터 각각 돌출될 수 있다. 도 1 및 도 2에는 2개의 전극 리드(400)들이 서로 반대 방향으로 돌출되는 것으로 나타나 있으나, 돌출되는 방향에 특별한 제한은 없다. 즉, 이차 전지(100)의 일측으로부터 서로 같은 방향으로 2개의 전극 리드(400)들이 돌출되는 구조도 가능하다. 2개의 전극 리드(400)들 중 하나는 양극 리드일 수 있고, 다른 하나는 음극 리드일 수 있다. 일례로, 도 3에 도시된 전극 탭(210t)이 양극 탭이라면, 그와 연결된 전극 리드(400)는 양극 리드이다.
본 실시예에 따른 전지 케이스(300)는 파우치 시트로 이루어진 파우치형 케이스일 수 있다. 이러한 전지 케이스(300)는, 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)를 포함한다. 보다 구체적으로, 전지 케이스(300)는, 파우치 시트가 폴딩되어 형성된 폴딩부를 경계로 구분되는 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 포함할 수 있다.
전지 케이스(300)를 구성하는 파우치 시트는 가장 바깥쪽에 위치하는 외측 수지층(310a, 320a), 물질의 투과 방지를 위한 금속층(310b, 320b) 및 밀봉을 위한 내측 수지층(310c, 320c)을 포함할 수 있다. 즉, 상부 케이스(310)가 외측 수지층(310a), 금속층(310b) 및 내측 수지층(310c)을 포함할 수 있고, 하부 케이스(320)도 외측 수지층(320a), 금속층(320b) 및 내측 수지층(320c)을 포함할 수 있다.
전극 조립체(200)를 기준으로, 외측 수지층(310a, 320a)이 가장 바깥쪽에 위치하고, 내측 수지층(310c, 320c)이 가장 안쪽에 위치하며, 금속층(310b, 320b)이 외측 수지층(310a, 320a)과 내측 수지층(310c, 320c) 사이에 위치할 수 있다.
외측 수지층(310a, 320a)은 외부로부터 파우치형 이차 전지(100)를 보호하기 위해 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성을 갖고 전기적 절연성을 띌 수 있다. 이러한 외측 수지층(310a, 320a)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 수지 또는 나일론(nylon) 수지를 포함할 수 있다.
금속층(310b, 320b)은 공기, 습기 등이 이차 전지(100) 내부의 전극 조립체(200)가 수납되는 공간으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 금속층(310b, 320b)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
내측 수지층(310c, 320c)은 전극 조립체(200)를 내장한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 서로 접합될 수 있다. 이러한 내측 수지층(310c, 320c)은 무연신 폴리프로필렌(Casted PolyPropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP)를 포함할 수 있다.
상부 케이스(310) 또는 하부 케이스(320) 중 적어도 하나에 전극 조립체(200)가 수납되는 오목한 형상의 수납부(300R)가 형성되고, 전극 조립체(200)가 이러한 수납부(300R)에 수납된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 것처럼 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 모두에 수납부(300R)가 형성될 수 있다. 다른 실시예로서 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 중 어느 하나에만 수납부(300R)가 형성될 수 있고, 수납부(300R)가 형성되지 않은 다른 케이스는 판상 형태일 수 있다. 수납부(300R)를 형성하는 방법에 특별한 제한은 없으며, 파우치 시트에 펀치를 가압하는 딥 드로잉 방식이 적용될 수 있다.
상부 케이스(310)의 외주 부분(311)과 하부 케이스(320)의 외주 부분(321)이 서로 접합되어 실링부(300S)를 형성한다. 상부 케이스(310)의 외주 부분(311)은 상부 케이스(310)의 수납부(300R)의 바깥 둘레를 따라 이어지는 부분이고, 하부 케이스(320)의 외주 부분(321)은 하부 케이스(320)의 수납부(300R)의 바깥 둘레를 따라 이어지는 부분일 수 있다.
상술한 바 대로, 전지 케이스(300)는, 파우치 시트가 폴딩된 부분인 폴딩부를 가질 수 있고, 폴딩부를 경계로 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)가 구분될 수 있다. 폴딩부를 제외하고, 상부 케이스(310)의 외주 부분(311)과 하부 케이스(320)의 외주 부분(321)이 서로 맞닿은 채 접합되어, 완성된 이차 전지(100)에서의 실링부(300S)를 형성한다.
상부 케이스(310)의 외주 부분(311)과 하부 케이스(320)의 외주 부분(321)이 맞닿은 상태에서 열과 압력이 인가될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상부 케이스(310)의 외주 부분(311)에서의 내측 수지층(310c)과 하부 케이스(320)의 외주 부분(321)의 내측 수지층(320c)이 서로 대면한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 접합될 수 있다. 이러한 방식으로 실링부(300S)를 형성함으로써, 전지 케이스(300)가 밀봉될 수 있다.
전극 조립체(200)와 연결된 전극 리드(400)들은, 전지 케이스(300)의 실링부(300S)를 통과해 외부로 돌출된다. 실링부(300S)에 있어서, 전극 리드(400)가 상부 케이스(310)의 외주 부분(311)과 하부 케이스(320)의 외주 부분(321) 사이를 통과하여 외부로 돌출된다.
본 실시예에 따른 이차 전지(100)의 경우, 실링부(300S)의 변들 중 전극 리드(400)가 돌출되는 실링부(300S)의 변에서, 상부 케이스(310) 또는 하부 케이스(320) 중 적어도 하나에 전극 리드(400)가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 휘어지는 볼록부(300C)가 형성된다. 예를 들어 도 2에서처럼, 실링부(300S)는 수납부(300R)를 둘러싸는 4개의 변을 가질 수 있는데, 그 중 전극 리드(400)가 돌출되는 2개의 변에 볼록부(300C)가 형성될 수 있다.
도 3에는 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320) 모두에 볼록부(300C)가 형성된 것이 나타나 있다. 구체적으로, 상부 케이스(310)에서는 전극 리드(400)가 위치한 방향과 반대 방향인 상부 방향으로 돌출되도록 휘어지는 볼록부(300C)가 형성될 수 있고, 하부 케이스(320)에서는 전극 리드(400)가 위치한 방향과 반대 방향인 하부 방향으로 돌출되도록 휘어지는 볼록부(300C)가 형성될 수 있다. 볼록부(300C)가 형성됨으로써, 볼록부(300C)와 전극 리드(400) 사이에 내부 공간(S)이 마련될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 전극 리드(400)를 감싸면서 상부 케이스(310)의 외주 부분(311)과 하부 케이스(320)의 외주 부분(321) 사이에 위치하는 리드 필름(600)을 더 포함할 수 있다. 전극 리드(400) 중 실링부(300S)와 대응하는 영역에서 리드 필름(600)이 전극 리드(400)를 감쌀 수 있다.
이러한 리드 필름(600)은 전극 리드(400)들과 전지 케이스(300)의 금속층(310b, 320b) 사이에서 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 리드 필름(600)은 절연성 재질을 포함하여, 전극 리드(400)에서 전지 케이스(300)로 전류가 인가되는 것을 차단할 수 있다. 이에 더하여, 리드 필름(600)은 전지 케이스(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 금속 재질의 전극 리드(400)가 전지 케이스(300)의 내측 수지층(310c, 320c)에 밀착할 때, 접촉 저항이 다소 크기 때문에 표면 밀착력이 저하될 수 있다. 따라서, 리드 필름(600)을 마련하여, 이러한 밀착력 저하 현상을 방지하고자 하였다.
리드 필름(600)은 절연성 및 융착성을 갖는 필름으로 이루어질 수 있다. 리드 필름(600)은 예를 들어 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 중 적어도 하나의 소재를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 것처럼, 전극 조립체(200)는 전극(210, 220)으로부터 돌출된 형태의 전극 탭(210t)을 포함하고, 전극 탭(210t)이 전극 리드(400)와 접합될 수 있다. 전극 리드(400)와 전극 탭(210t)이 접합된 부분에 보호 테이프(500)가 부착될 수 있다. 전극 리드(400)와 전극 탭(210t)이 용접에 의해 접합될 수 있는데, 보호 테이프(500)가 이러한 용접 부위에 부착됨으로써, 용접 부위를 보호할 수 있다.
이하에서는 볼록부(300C)가 형성된 본 실시예에 따른 이차 전지(100)가 갖는 장점을 본 발명의 비교예들과 함께 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 이차 전지에 대한 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 비교예에 따른 이차 전지(10a)는, 전극 조립체(20)가 파우치형의 전지 케이스(30)에 수납된 형태이다. 전지 케이스(30)는 상부 케이스(31)와 하부 케이스(32)를 포함하고, 상부 케이스(31)의 외주 부분과 하부 케이스(32)의 외주 부분이 접합되어 실링부(30S)를 형성한다. 전극 조립체(20)의 전극으로부터 돌출된 전극 탭(21t)이 전극 리드(40)와 연결되고, 전극 리드(40)는 실링부(30S)를 통과해 외부로 돌출된다. 전극 리드(40) 중 실링부(30S)와 대응하는 일부 영역에서 전극 리드(40)를 감싸는 리드 필름(60)이 마련될 수 있다. 또한, 전극 탭(21t)과 전극 리드(40)가 접합된 부분에는 보호 테이프(50)가 부착될 수 있다. 즉, 본 발명의 비교예에 따른 이차 전지(10a)는, 볼록부가 형성되지 않은 것을 제외하고, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)와 유사하다.
도 4의 이차 전지(10a)의 경우, 전극 리드(40)와 대응하는 실링부(30S) 영역에서 절연 불량이 발생하는 경우가 있다. 열을 가해 내측 수지층끼리 접합하는 과정에서, 이러한 내측 수지층이 밀려나와 리드 필름(60)이나 보호 테이프(50)와 간섭을 일으키는 경우가 있다. 구체적으로, 상부 케이스(31)의 외주 부분과 하부 케이스(32)의 외주 부분에서의 내측 수지층이 용융되어 접합이 이루어지는데, 용융된 내측 수지층 중 일부가 밀려나오게 된다. 밀려나온 내측 수지층이 용융되지 않은 인접한 리드 필름(60)이나 보호 테이프(50)와 접촉하게 되면, 해당 부분에서 절연 성능이 저하되어 절연 불량이 발생한다. 즉, 리드 필름(60)이나 보호 테이프(50)와 전지 케이스(30)간의 간섭이 절연 불량으로 이어질 수 있으며, 절연 불량이 즉시 발현되지 않더라도 잠재적인 발현 가능성이 있다. 특히, 리드 필름(60)과 직접 접촉하는 내측 수지층 부분이 아니라, 리드 필름(60) 근방의 내측 수지층이 용융되고 밀려나와 용융되지 않은 상태의 리드 필름(60)과 접촉하여 간섭이 발생하는 것이다.
이에 본 실시예에 따른 이차 전지(100)의 경우, 실링부(300S)의 변들 중 전극 리드(400)가 돌출되는 실링부(300S)의 변에서, 상부 케이스(310) 또는 하부 케이스(320) 중 적어도 하나에 전극 리드(400)가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 휘어지는 볼록부(300C)를 형성하였다.
볼록부(300C)와 전극 리드(400) 사이에 내부 공간(S)이 마련되는데, 이러한 볼록부(300C)의 형상으로 인해 볼록부(300C)와 리드 필름(600) 간의 접촉이 제한될 수 있다. 또한, 볼록부(300C)의 형상으로 인해 볼록부(300C)와 보호 테이프(500) 간의 접촉이 제한될 수 있다. 즉, 열을 가해 내측 수지층(310c, 320c)끼리 접합하는 과정에서, 용융된 내측 수지층(310c, 320c)이 밀려나오더라도, 볼록부(300C)의 형상으로 인해 주변에 위치한 리드 필름(600)이나 보호 테이프(500)와의 접촉을 제한하여 간섭이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 절연 불량이 발생하는 것을 차단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 비교예에 따른 이차 전지에 대한 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 비교예에 따른 이차 전지(10b)는, 전극 조립체(20)가 파우치형의 전지 케이스(30)에 수납된 형태이다. 전지 케이스(30)는 상부 케이스(31)와 하부 케이스(32)를 포함하고, 상부 케이스(31)의 외주 부분과 하부 케이스(32)의 외주 부분이 접합되어 실링부(30S)를 형성한다. 전극 조립체(20)의 전극으로부터 돌출된 전극 탭(21t)이 전극 리드(40)와 연결되고, 전극 리드(40)는 실링부(30S)를 통과해 외부로 돌출된다. 전극 리드(40) 중 실링부(30S)와 대응하는 일부 영역에서 전극 리드(40)를 감싸는 리드 필름(60)이 마련될 수 있다. 또한, 전극 탭(21t)과 전극 리드(40)가 접합된 부분에는 보호 테이프(50)가 부착될 수 있다. 한편, 이차 전지(10b)는, 전극 리드(40)와 대응하는 부분에서 전지 케이스(30) 내부에 삽입된 지지 부재(70)를 포함할 수 있다. 이러한 지지 부재(70)에 의해 전극 리드(40)와 대응하는 부분에 내부 공간(S)이 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 비교예에 따른 이차 전지(10b)는, 볼록부 대신 지지 부재(70)가 삽입된 점에서 본 실시예에 따른 이차 전지(100)와 차이가 있고, 그 외에는 유사하다.
도 5의 이차 전지(10b)의 경우, 지지 부재(70)로 인해 내부 공간(S)이 마련되어, 전지 케이스(30)가 리드 필름(60)이나 보호 테이프(50)와 접촉되지 않는 것으로 볼 수 있다. 그러나, 용융되어 밀려나온 전지 케이스(30)의 내측 수지층이 리드 필름(60)이나 보호 테이프(50)와 접촉되지 않는 것이지만, 오히려 삽입된 지지 부재(70)와 접촉되어 간섭이 일어나고 절연 불량이 발생할 수 있다. 절연 불량을 방지하기 위해서는 단순히 내부 공간(S)을 형성한다는 개념이 아니라, 전지 케이스의 내측 수지층이 다른 인접 부품과의 접촉 및 간섭되는 것을 최소화해야 한다. 따라서, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)와 같이, 전지 케이스(300) 자체의 형상을 변형하여 볼록부(300C)를 형성하는 것이 바람직하다. 볼록부(300C)를 형성하는 방식에 특별한 제한은 없고, 일례로 전지 케이스(300)를 구성하는 파우치 시트에 별도의 포밍 공정을 실시하여 볼록부(300C)를 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 케이스를 나타낸 사시도이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 케이스(300')는 상부 케이스(310')와 하부 케이스(320')를 포함한다. 상부 케이스(310’) 또는 하부 케이스(320’) 중 적어도 하나에 전극 조립체가 수납되는 오목한 형상의 수납부(300R')가 형성될 수 있다. 상부 케이스(310')의 외주 부분(311')과 하부 케이스(320')의 외주 부분(321')이 서로 접합되어 실링부를 형성한다. 상부 케이스(310')의 외주 부분(311')은 상부 케이스(310')의 수납부(300R')의 바깥 둘레를 따라 이어지는 부분이고, 하부 케이스(320')의 외주 부분(321')은 하부 케이스(320')의 수납부(300R')의 바깥 둘레를 따라 이어지는 부분일 수 있다.
상부 케이스(310')와 하부 케이스(320')는 서로 분리된 채, 상부 케이스(310’)의 외주 부분(311’)과 하부 케이스(320’)의 외주 부분(321’)이 서로 접합되어 실링부를 형성할 수 있다. 도 2의 전지 케이스(300)에서의 일 변은 파우치 시트가 폴딩된 폴딩부인 것으로, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)가 폴딩부를 통해 연결된 것인 반면, 본 발명의 다른 실시예인 도 6의 전지 케이스(300')는 상부 케이스(310’)와 하부 케이스(320’)가 서로 분리된 구성요소이다. 따라서, 전지 케이스(300')는 수납부(300R')를 둘러싸는 4개의 변이 모두 실링부일 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. 하나 또는 그 이상의 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), BDU(Battery Disconnect Unit), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
상기 이차 전지, 상기 전지 모듈 또는 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
310: 상부 케이스
320: 하부 케이스
300R: 수납부
300S: 실링부
300C: 볼록부
400: 전극 리드
500: 보호 테이프
600: 리드 필름

Claims (11)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스; 및
    상기 전극 조립체와 연결되고 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 전극 리드들;을 포함하고,
    상기 전지 케이스는, 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하며,
    상기 상부 케이스 또는 상기 하부 케이스 중 적어도 하나에 상기 전극 조립체가 수납되는 수납부가 형성되고,
    상기 상부 케이스의 외주 부분과 상기 하부 케이스의 외주 부분이 서로 접합되어 실링부를 형성하며,
    상기 실링부에 있어서, 상기 전극 리드가 상기 상부 케이스의 외주 부분과 상기 하부 케이스의 외주 부분 사이를 통과하여 외부로 돌출되고,
    상기 실링부의 변들 중 상기 전극 리드가 돌출되는 상기 실링부의 변에서, 상기 상부 케이스 또는 상기 하부 케이스 중 적어도 하나에 상기 전극 리드가 위치한 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 휘어지는 볼록부가 형성되는 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 볼록부와 상기 전극 리드 사이에 내부 공간이 마련되는 이차 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 전극 리드를 감싸면서, 상기 상부 케이스의 외주 부분과 상기 하부 케이스의 외주 부분 사이에 위치하는 리드 필름을 더 포함하는 이차 전지.
  4. 제3항에서,
    상기 볼록부의 형상으로 인해 상기 볼록부와 상기 리드 필름 간의 접촉이 제한되는 이차 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 전극 조립체는, 돌출된 형태의 전극 탭을 포함하고,
    상기 전극 리드가 상기 전극 탭과 접합되며,
    상기 전극 리드와 상기 전극 탭이 접합된 부분에 보호 테이프가 부착되는 이차 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 볼록부의 형상으로 인해 상기 볼록부와 상기 보호 테이프 간의 접촉이 제한되는 이차 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 전지 케이스는, 외측 수지층, 금속층 및 내측 수지층을 포함하고,
    상기 상부 케이스의 외주 부분에서의 상기 내측 수지층과 상기 하부 케이스의 외주 부분에서의 상기 내측 수지층이 서로 접합되어 상기 실링부를 형성하는 이차 전지.
  8. 제7항에서,
    상기 내측 수지층은, 무연신 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌을 포함하는 이차 전지.
  9. 제1항에서,
    상기 전지 케이스는, 파우치 시트가 폴딩된 부분인 폴딩부를 갖고,
    상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 상기 폴딩부를 경계로 구분되는 이차 전지.
  10. 제1항에서,
    상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 서로 분리된 채, 상기 상부 케이스의 외주 부분과 상기 하부 케이스의 외주 부분이 서로 접합되어 상기 실링부를 형성하는 이차 전지.
  11. 제1항에 따른 이차 전지를 적어도 하나 포함하는 전지 모듈.
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