KR20240035030A - 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 구체적으로 하부 케이스와 상부 케이스로 구성된 파우치 케이스; 상기 파우치 케이스 내부에 위치하며, 양극, 음극 및 분리막을 포함하고 일측 또는 양측으로 한 쌍의 전극 탭이 구비된 전극 조립체; 및 상기 한 쌍의 전극 탭과 연결되며 상기 파우치 케이스 외측으로 돌출한 한 쌍의 전극 리드;를 포함하되, 상기 하부 케이스와 상부 케이스가 대면하는 가장자리는 열융착된 실링부가 마련되며, 제1 금속층 또는 제2 금속층과 접촉하는 보조 단자가 상기 실링부의 측면 단부를 감싸는 모양으로 구비된 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.

Description

파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈{Pouch-Type Battery Cell and Battery Module Including The Same}
본 발명은 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 구체적으로 전지 셀의 불량 여부를 실시간으로 파악할 수 있고, 또 가스 벤팅을 방지하거나 지연시킬 수 있는 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.
현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
한편, 파우치형 전지 셀은 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층으로 이루어진 라미네이트 시트를 사용하여 하부 케이스와 상부 케이스를 준비한 후, 이들이 서로 대면한 상태에서 열 융착하여 서로 접합한다.
하지만 원통형 케이스나 각형 케이스에 비해 손상을 쉽게 받으며, 만약 손상이 발생하여 금속층이 노출될 시, 금속층의 부식으로 인해 수분이 침투하거나 단락 발생, 또는 전기적 절연 측면에서 위험성에 노출되어 화재로 이어질 수 있다.
또 반복적인 충방전 과정이나 이벤트 발생 시 생성되는 가스는 전지 셀의 안전성을 위협하는 요인 중 하나이다.
한국공개특허공보 제2014-0032710호(2014.03.17.공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 파우치형 전지 셀의 정상 여부를 확인할 수 있는 기능이 부가된 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 벤팅 가스를 방지하거나 지연시킬 수 있는 기능이 부가된 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀은, 제1 내부 수지층(111), 제1 금속층(112) 및 제1 외부 수지층(113)이 순차적으로 적층된 하부 케이스(110)와, 제2 내부 수지층(121), 제2 금속층(122) 및 제2 외부 수지층(123)이 순차적으로 적층된 상부 케이스(120)로 구성된 파우치 케이스(100); 상기 파우치 케이스(100) 내부에 위치하며, 양극, 음극 및 분리막을 포함하고 일측 또는 양측으로 한 쌍의 전극 탭이 구비된 전극 조립체(200); 및 상기 한 쌍의 전극 탭과 연결되며 상기 파우치 케이스(100) 외측으로 돌출한 한 쌍의 전극 리드(300);를 포함하되, 상기 하부 케이스(110)와 상부 케이스(120)가 대면하는 가장자리는 열융착된 실링부(130)가 마련되며, 상기 제1 금속층(112) 또는 제2 금속층(122)과 접촉하는 보조 단자(600)가 상기 실링부(130)의 측면 단부를 감싸는 모양으로 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 실링부(130)는 전극 리드(300)가 돌출하지 않은 날개부(131) 및 상기 전극 리드(300)가 돌출한 테라스부(132)로 이루어지며, 상기 보조 단자(600)는 상기 날개부(131)의 일부 영역에 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 실링부(130)는 전극 리드(300)가 돌출하지 않은 날개부(131) 및 상기 전극 리드(300)가 돌출한 테라스부(132)로 이루어지며, 상기 보조 단자(600)는 상기 날개부(131)의 모든 영역에 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 실링부(130)는 전극 리드(300)가 돌출하지 않은 날개부(131) 및 상기 전극 리드(300)가 돌출한 테라스부(132)로 이루어지며, 상기 보조 단자(600)는 상기 테라스부(132)에 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 보조 단자(600)는 절곡이 가능한 판상형 금속재질 또는 도전물질을 함유한 접착필름 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 보조 단자(600) 내측면에는 쐐기형 돌기(610)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 쐐기형 돌기(610)는 제1 외부 수지층(113)을 관통한 후 제1 금속층(112)과 접촉하거나, 제2 외부 수지층(123)을 관통한 후 제2 금속층(122)과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 전술한 파우치형 전지 셀; 및 일측은 상기 보조 단자(600)와 연결되고, 타측은 상기 양극 리드(310) 또는 음극 리드(320)와 연결되는 측정부재(700)를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 측정부재(700)는 2개이며, 하나는 상기 보조 단자(600)와 양극리드(310)가 연결되고, 나머지 하나는 상기 보조 단자(600)와 음극 리드(320)가 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 측정부재(700)는 BMS(Battery Management System)인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 전술한 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 의하면, 파우치 케이스의 금속층과 접촉하는 보조 단자가 실링부에 장착되어 있어, 전지 셀의 절연 저항이나 절연 전압을 실시간으로 측정 및 모니터링할 수 있고, 따라서 전지 셀의 안전성 확보에 기여할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 의하면, 보조 단자는 실링부를 감싸는 형상으로 고정되기 때문에 벤팅 가스 방지 내지 지연을 통해 전지 셀의 수명을 연장할 수 있다.
도 1는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 보조 단자가 구비된 파우치형 전지 셀의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 파우치형 전지 셀에서 보조 단자의 장착 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 보조 단자의 장착 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 보조 단자의 장착 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관하여 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다.
도 1는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 보조 단자가 구비된 파우치형 전지 셀의 분해 사시도, 도 2는 도 1에 도시한 파우치형 전지 셀의 사시도, 그리고 도 3은 도 2에 도시한 파우치형 전지 셀에서 보조 단자의 장착 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀은 파우치 케이스(100), 전극 조립체(200), 전극 리드(300), 보호 테이프(400), 리드 필름(500) 및 보조 단자(600)를 포함하여 구성된다.
먼저, 파우치 케이스(100)는 하부 케이스(110)와 상부 케이스(120)로 구성될 수 있으며, 전극 조립체(200)를 수납할 수 있도록 포켓 모양의 수납공간이 형성되어 있다.
이러한 파우치 케이스(100)는 외부 수지층, 금속층 및 내부 수지층으로 이루어진 라미네이트 시트를 사용하여 수납부를 형성한다.
상세하게, 하부 케이스(110)는 가장 안쪽에 위치하는 제1 내부 수지층(111), 가운데에 위치하는 제1 금속층(112) 그리고 가장 바깥쪽에 위치하는 제1 외부 수지층(113)으로 구성될 수 있다.
상부 케이스(120)의 경우에도 제2 내부 수지층(121)이 가장 안쪽에 위치하며, 가운데에는 제2 금속층(122) 그리고 가장 바깥쪽에는 제2 외부 수지층(123)이 위치하고 있다.
파우치 케이스(100) 외곽에 위치하는 제1 외부 수지층(113)과 제2 외부 수지층(123)은 전극 조립체(200)를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록, 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일 예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
외부 수지층과 접하는 금속층, 즉 파우치 케이스(100)의 가운데에 위치하는 제1 금속층(112)과 제2 금속층(122)은 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 박막을 사용할 수 있다.
그리고 파우치 케이스(100)의 가장 안쪽에 위치하는 제1 내부 수지층(111)과 제2 내부 수지층(121)은 전극 조립체(200)와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다.
이러한 제1 내부 수지층(111)과 제2 내부 수지층(121)의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리에틸렌 아크릴산(Polyethylene Acrylic Acid), 폴리부틸렌(Polybutylene) 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지, 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
비록 도 1 및 2에서는 수납공간이 상부 케이스(120)와 하부 케이스(110) 모두에 구비된 것으로 도시하고 있으나, 상부 케이스(120) 또는 하부 케이스(110) 중 어느 하나의 케이스에만 수납공간이 구비될 수 있음은 자명하다.
이어서 전극 조립체(200)에 관해 설명하기로 한다. 파우치 케이스(100)의 수납공간에 안착되는 전극 조립체(200)는 긴 시트형의 음극과 양극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 전극 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 전극 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 전극 조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 전극 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
구체적으로, 음극은 음극 집전체에 음극 활물질과 바인더가 혼합된 슬러리를 도포하여 제조한다.
여기서, 음극 활물질로는 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0x≤1), LixWO2(0?x≤1), SnxMe1-xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료; Si, SiO, SiO2 단독 또는 이들의 혼합물인 Si계 등을 사용할 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
양극은 양극 집전체에 양극 활물질과 바인더가 혼합된 슬러리를 도포하여 제조한다.
그리고 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
한편 음극 집전체와 양극 집진체에는 활물질이 혼합된 슬러리가 도포된 부분과 슬러리가 도포되지 않은 무지부로 구성되는데, 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 한 쌍의 전극 탭, 즉 양극 탭(210)과 음극 탭(220)을 형성한다.
양극 리드(310)와 음극 리드(320)로 이루어지는 한 쌍의 전극 리드(300)는 양극 탭(210)과 음극 탭(220)에 각각 전기적으로 연결된 후 파우치 케이스(100) 외부로 노출되는 구조로 이루어진다.
여기서, 이들 한 쌍의 전극 탭과 전극 리드(300)는 용접, 보다 상세하게는 초음파 용접에 의해 각각 전기적으로 연결될 수 있는데, 이와 같은 초음파 용접에 의한 결합은, 대략 20 kHz 정도의 높은 초음파에 의해 발생된 고주파 진동을 인가하여, 전극 탭과 전극 리드 사이 경계면에서 혼(Horn)과 엔빌(Anvil)의 작동에 따라 진동에너지가 마찰에 의해 열에너지로 변환되면서 급속히 용접이 이루어지는 원리로 진행된다.
계속해서, 보호 테이프(400)에 관해 설명하기로 한다. 보호 테이프(400)는 전극 탭과 전극 리드(300)가 서로 겹치는 부분, 즉 이들의 용접부를 감싸도록 배치된다.
전극 탭과 전극 리드(300)는 용접에 의해 연결되기 때문에 전극 탭과 전극 리드(300) 표면이 매끄럽지 못한 경우가 발생할 수 있고 이는 절연불량으로 이어진다.
상세하게는 용접부의 표면이 매끄럽지 못할 시, 충격에 의해 용접부와 파우치 케이스(100)가 접촉하면 내부 수지층이 벗겨져 금속층이 노출되고 결과적으로 절연불량이 발생하게 되는 것이다. 따라서 전술한 절연불량이 발생하지 않도록 보호 테이프(400)를 사용하여 용접부를 감싸는 것이 바람직하다.
여기서, 보호 테이프(400)는 절연성 소재일 수 있으며, 일 예로, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 또는 폴리이미드 소재로 이루어질 수 있으며, 용접부를 감싸고 파우치 케이스(100)와 접촉 시 절연 상태를 유지할 수 있는 소재라면 이에 제한하지 않는다.
제1 리드 필름(510)과 제2 리드 필름(520)으로 이루어진 리드 필름(500)은 보호 테이프(400)와는 일정 거리 이격되어 있으며, 파우치 케이스(100)인 상부 케이스(120)와 하부 케이스(110)가 열 융착되는 실링부(130)에 위치하여, 전극 리드(300)를 파우치 케이스(100)에 고정시킨다. 따라서 전극 조립체(200)로부터 생성된 전기가 전극 리드(300)를 통해 파우치 케이스(100)로 흐르는 것을 방지하면서 파우치 케이스(100)의 실링을 유지한다.
이러한 리드 필름(500)은 전기가 잘 통하지 않는 비전도성 재질인 것이 바람직하고, 일반적으로 전극 리드(300)에 부착이 용이하면서 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하고 있으나 이에 제한되지 않는다.
구체적으로 리드 필름(500)은 폴리이미드(PI: polyimide), 폴리프로
필렌(PP: polyprophylene), 폴리에틸렌(PE:polyethylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: polyethylene terephthalate) 및 폴리비닐 클로라이드(PVC:polyvinyl chloride), 고밀도폴리에틸렌(HDPE: high density polyethylene), 및 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 물질일 수 있고, 열과 압력을 통해 파우치 케이스의 내부 수지층과 열융착되어 접착된다.
다음은 보조 단자(600)에 관해 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 보조 단자(600)는 하부 케이스(110)와 상부 케이스(120)가 중첩되는 가장자리의 열융착된 실링부(130)에 위치한다. 구체적으로, 실링부(130) 중에서 양극 리드(310)와 음극 리드(320)가 돌출하지 않은 날개부(131)의 길이 방향(X축 방향)을 따라 위치하는데 측면 단부를 감싸는 형상이다.
이러한 보조 단자(600)를 통해 파우치의 금속층과 셀 단자 간, 즉 전지 셀의 절연 저항과 절연 전압을 측정하고 나아가 실링부의 날개부를 가압한 상태로 유지함으로써 내부 피복층들의 접착 능력이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.
보다 상세하게, 보조 단자(600)는 절곡이 가능하면서 변형된 형상을 유지할 수 있는 판상형 금속재질, 혹은 도전물질을 함유한 접착필름으로 이루어지는데, 제1 금속층(112)이나 제2 금속층(122)과 접촉하고 또 내부 피복층의 접착 능력이 유지될 수 있도록 날개부(131) 가장자리를 따라 위치한다.
따라서 파우치 케이스(100)에 크랙 등이 발생하여 금속층이 노출되고, 노출된 금속층과 케이스 내의 전해질 혹은 전극과 접촉하여 단락이 발생할 시, 보조 단자(600)와 연결된 측정부재를 통해 절연 저항이나 절연 전압 등의 변화로 감지할 수 있다.
여기서, 보조 단자(600)는 금속층과 접촉하여 전기적 경로를 제공하고 또 실링부의 날개부를 가압한 상태로 유지할 수 있는 금속이라면 특별히 제한하지 않으며, 일 예로 알루미늄 또는 구리이다. 도전물질을 함유한 접착필름 형태의 경우라면, 도전물질이 포함되어 전기적 경로를 제공할 수 있다면 특별히 제한하지 않는다.
한편 도 3에 도시한 바와 같이, 보조 단자(600)는 하부 케이스(110)와 상부 케이스(120) 가장자리가 열융착된 후 장착되는데, 장착전에는 실링부의 날개부(131)가 충분히 수용될 수 있을 정도로 벌어져 있다. 물론 날개부(131) 측면과 밀착시킨 이후에는 보조 단자(600) 외측을 전체적으로 가압하여 고정시킨다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 보조 단자의 장착 과정을 설명하기 위한 도면이다.
제2 실시예에 따른 전지 셀은 실링부의 형상을 제외하고는 도 1 내지 3에서 설명한 제1 실시예와 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
제2 실시예에서는, 실링부 보다 상세하게는 날개부(131)에 보조 단자(600)가 고정된 상태에서 보조 단자(600)와 함께 날개부(131) 가장 자리가 약 180° 폴딩된다. 따라서 보조 단자(600)와 날개부(131)가 견고하게 밀착 고정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 보조 단자의 장착 과정을 설명하기 위한 도면이다.
제3 실시예에 따른 전지 셀은 보조 단자의 형상을 제외하고는 도 1 내지 3에서 설명한 제1 실시예와 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
제3 실시예에서의 보조 단자(600)는 내면 즉, 보조 단자(600)가 실링부 날개부(131)에 장착되었을 경우 제1 외부 수지층(113) 및 제2 외부 수지층(123)과 대면하는 면에 금속재질의 쐐기형 돌기(610)가 구비되어 있다. 이러한 쐐기형 돌기(610)가 구비될 시, 보조 단자(600)가 날개부(131)에 더욱 견고하게 고정될 수 있다.
또 제1 외부 수지층(113) 상부에 위치하는 쐐기형 돌기(610)는 제1 외부 수지층(113)을 관통한 후 제1 금속층(112)과 접촉하거나, 제2 외부 수지층(113) 하부에 위치하는 쐐기형 돌기(610)는 제2 외부 수지층(123)을 관통한 후 제2 금속층(122)과 접촉하는 것이 바람직하다.
물론 제1 외부 수지층(113) 상부의 쐐기형 돌기(610)는 제1 금속층(112)과 접촉하는 한편, 제2 외부 수지층(113) 하부의 쐐기형 돌기(610)는 제2 금속층(122)과 접촉하는 것이 보다 바람직하다.
상기와 같이 쐐기형 돌기(610)가 제1 금속층(112) 및 제2 금속층(122) 중 어느 하나 이상과 접촉할 시, 금속층과의 전기적 경로를 제공하는 보조 단자로서의 기능을 확실하게 담보할 수 있다.
한편 제2 실시예와 같이, 제3 실시예에서의 보조 단자(600)가 날개부(131)에 고정된 상태에서 보조 단자(600)와 함께 날개부(131) 가장 자리가 약 180°폴딩될 수 있음은 자명하다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
제4 실시예에 따른 전지 셀은 보조 단자의 길이와 장착되는 위치를 제외하고는 도 1 내지 3에서 설명한 제1 실시예와 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
제4 실시예에서의 보조 단자(600)는 실링부 날개부(131)의 일부 영역에만 장착될 수 있으며, 소정 간격 이격된 상태로 복수개 구비될 수 있다. 이때, 보조 단자(600) 내면에는 제3 실시예에서와 같이 쐐기형 돌기가 구비될 수 있음은 자명하다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
제5 실시예에 따른 전지 셀은 보조 단자의 길이와 장착되는 위치를 제외하고는 도 1 내지 3에서 설명한 제1 실시예와 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
제5 실시예에서의 보조 단자(600)는 날개부(131)에 비해 실링력 확보가 상대적으로 어려운 양극 리드(310)와 음극 리드(320)가 돌출되는 테라스부(132)에 하나 이상 장착될 수 있고, 따라서 테라스부(132)에 위치하는 내부 피복층들의 접착 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 개략도이다. 도 8을 참고하면서 보조 단자가 구비된 전지 모듈에 관해 설명하기로 한다.
본 발명의 전지 모듈은 제1 실시예에 따른 파우치형 전지 셀에 측정부재(700)가 추가적으로 구비된다. 물론 제2 내지 제5 실시예에 따른 전지 셀에 측정 부재가 연결될 수 있음은 자명하다.
전술한 바와 같이 보조 단자(600)는 파우치 케이스(100)의 금속층과 접촉하여 전기적 경로를 제공하는데, 이러한 보조 단자(600)는 BMS(Battery Management System)와 같은 측정부재(700)와 연결됨으로써 절연 저항이나 절연 전압 등의 변화를 감지하고 결과적으로 전지 셀의 상태를 진단하는 것이 가능하다.
구체적으로, 측정부재(700)에는 보조 단자(600) 및 양극 리드(310) 또는 음극 리드(320) 중 어느 하나와 연결되어 전지 셀의 상태를 진단할 수 있다.
일 예로, 측정부재(700)가 보조 단자(600) 및 양극 리드(310)와 연결될 시, 파우치 케이스의 금속층과 양극과의 절연 전압 및 절연 저항 정보를 확인할 수 있고, 또 측정부재(700)가 보조 단자(600) 및 음극 리드(330)와 연결될 시에는, 파우치 케이스의 금속층과 음극과의 절연 전압 및 절연 저항 정보를 확인할 수 있다.
비록 도 8에서는 양극 리드(310)와 음극 리드(320)가 각각 연결될 수 있도록 측정부재(700)가 2개인 것으로 도시하고 있으나, 하나의 측정부재(700)에 양극 리드(310)와 음극 리드(320)가 함께 연결되는 것도 가능하다.
본 발명은 전술한 전지 모듈을 포함하는 전지 팩일 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 파우치 케이스
110: 하부 케이스
111: 제1 내부 수지층 112: 제1 금속층
113: 제1 외부 수지층
120: 상부 케이스
121: 제2 내부 수지층 122: 제2 금속층
123: 제2 외부 수지층
130: 실링부
131: 날개부 132: 테라스부
200: 전극 조립체
210: 양극 탭 220: 음극 탭
300: 전극 리드
310: 양극 리드 320: 음극 리드
400: 보호 테이프
410: 제1 보호 테이프 420: 제2 보호 테이프
500: 리드 필름
510: 제1 리드 필름 520: 제2 리드 필름
600: 보조 단자
700: 측정부재

Claims (11)

  1. 제1 내부 수지층, 제1 금속층 및 제1 외부 수지층이 순차적으로 적층된 하부 케이스와, 제2 내부 수지층, 제2 금속층 및 제2 외부 수지층이 순차적으로 적층된 상부 케이스로 구성된 파우치 케이스;
    상기 파우치 케이스 내부에 위치하며, 양극, 음극 및 분리막을 포함하고 일측 또는 양측으로 한 쌍의 전극 탭이 구비된 전극 조립체; 및
    상기 한 쌍의 전극 탭과 연결되며 상기 파우치 케이스 외측으로 돌출한 한 쌍의 전극 리드;를 포함하되,
    상기 하부 케이스와 상부 케이스가 대면하는 가장자리는 열융착된 실링부가 마련되며, 상기 제1 금속층 또는 제2 금속층과 접촉하는 보조 단자가 상기 실링부의 측면 단부를 감싸는 모양으로 구비된 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는 전극 리드가 돌출하지 않은 날개부 및 상기 전극 리드가 돌출한 테라스부로 이루어지며, 상기 보조 단자는 상기 날개부의 일부 영역에 구비된 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는 전극 리드가 돌출하지 않은 날개부 및 상기 전극 리드가 돌출한 테라스부로 이루어지며, 상기 보조 단자는 상기 날개부의 모든 영역에 구비된 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는 전극 리드가 돌출하지 않은 날개부 및 상기 전극 리드가 돌출한 테라스부로 이루어지며, 상기 보조 단자는 상기 테라스부에 구비된 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보조 단자는 절곡이 가능한 판상형 금속재질 또는 도전물질을 함유한 접착필름 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보조 단자 내측면에는 쐐기형 돌기가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 쐐기형 돌기는 제1 외부 수지층을 관통한 후 제1 금속층과 접촉하거나, 제2 외부 수지층을 관통한 후 제2 금속층과 접촉하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 파우치형 전지 셀; 및
    일측은 상기 보조 단자와 연결되고, 타측은 상기 양극 리드 또는 음극 리드와 연결되는 측정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 측정부재는 2개이며, 하나는 상기 보조 단자와 양극리드가 연결되고, 나머지 하나는 상기 보조 단자와 음극 리드가 연결되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 측정부재는 BMS(Battery Management System)인 것을 특징으로 하는 전지 전지 모듈.
  11. 제8항에 기재된 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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