KR20240035036A - 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 수납공간이 구비된 파우치 케이스; 상기 파우치 케이스 내부에 수납되며, 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 실링부는 상기 파우치 케이스의 전장 방향을 따라 위치하는 날개부, 상기 파우치 케이스의 전폭 방향을 따라 위치하는 테라스부, 및 상기 테라스부에서 외측으로 연장되어 가스 벤팅을 억제 또는 지연시키기 위한 소정 형상과 면적을 갖는 보강부로 구성되고, 상기 날개부의 폭은 상기 테라스부의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
Description
본 발명은 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 구체적으로 가스 벤팅을 방지하거나 지연시켜 수명 연장에 기여할 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, 이들을 서로 대면시킨 상태에서 열융착하여 서로 접합한다.
하지만 파우치형 전지 셀은 고온에서 사용하거나 충·방전 과정 시 가스가 발생하여 케이스가 부풀어 오르는 스웰링 현상이 발생한다(도 1 참조). 이 경우 열융착 부위가 분리됨으로 인해 케이스 내부의 전해액이 외부로 누출되어 발화의 위험성을 높일 뿐만 아니라 전지 셀의 수명이 짧아질 수밖에 없다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 파우치형 전지 셀의 가스 벤팅을 방지하거나 지연시킬 수 있는 구조를 갖는 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀은, 수납공간이 구비된 하부 케이스(110), 상기 하부 케이스(110) 상부에 위치하는 상부 케이스(120), 및 상기 하부 케이스(110)와 상부 케이스(120)가 대면하는 가장자리에 위치하며 열융착된 3면의 실링부(130)를 포함하는 파우치 케이스(100); 상기 파우치 케이스(100) 내부에 수납되며, 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 실링부(130)는 상기 파우치 케이스(100)의 전장 방향을 따라 위치하는 날개부(131), 상기 파우치 케이스(100)의 전폭 방향을 따라 위치하는 테라스부(132), 및 상기 테라스부(132)에서 외측으로 연장되어 가스 벤팅을 억제 또는 지연시키기 위한 소정 형상과 면적을 갖는 보강부(133)로 구성되고, 상기 날개부 폭은 상기 테라스부 폭보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 보강부(133)는 서로 마주보면서 위치하는 한 쌍의 테라스부(132) 각각에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 보강부(133)는 테라스부(132)의 가장자리 부근에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 보강부(133)는 테라스부(132)의 양측 가장자리 부근에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 보강부(133)는 상기 전극 리드(300)를 사이에 두고 양측에 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 날개부(131)는 상기 파우치 케이스(100)의 전장 방향 측면을 향해 절곡되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 보강부(133)는 상기 파우치 케이스(100)의 전폭 방향 측면을 향해 절곡되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 보강부(133)가 절곡된 상태를 유지하도록 상기 보강부(133) 외측면에는 고정부재(600)가 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀에서, 상기 고정부재(600)는 일면에 접착제가 도포된 띠 모양의 테이프로서 상기 보강부(133)를 감싸는 모양으로 위치하되, 일단은 하부 케이스(110)에 고정되는 한편 타단은 상부 케이스(120)에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀의 제조방법은, 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층으로 이루어진 라미네이트 시트를 소정 형상과 크기로 절단하는 제1 단계; 절단된 라미네이트 시트를 접었을 시 서로 대면하면서 위치하도록 한 쌍의 수납공간을 형성시켜 파우치 케이스를 준비하는 제2 단계; 상기 파우치 케이스의 수납공간에 전극 조립체를 수납하는 제3 단계; 및 상기 파우치 케이스를 접은 후 수납공간 가장자리를 열융착하여 실링부를 형성하는 제4 단계;를 포함하되, 상기 실링부는 파우치 케이스의 전장 방향을 따라 위치하는 날개부, 상기 파우치 케이스의 전폭 방향을 따라 위치하는 테라스부, 및 상기 테라스부에서 외측으로 연장되어 가스 벤팅을 억제 또는 지연시키기 위한 소정 형상과 면적을 갖는 보강부로 구성되고, 상기 날개부의 폭은 상기 테라스부의 폭보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀의 제조방법에서, 상기 제4 단계 이후에 상기 날개부를 상기 파우치 케이스의 전장 방향 측면을 향해 절곡하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀의 제조방법에서, 상기 제4 단계 이후에 상기 보강부를 상기 파우치 케이스(100)의 전폭 방향 측면을 향해 절곡하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀의 제조방법에서, 상기 보강부가 절곡된 상태를 유지하도록, 상기 보강부 외측면과 파우치 케이스 외측면을 테이프로 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 전술한 파우치형 전지 셀을 포함하는 전지 모듈인 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 의하면, 벤팅 가스 압력에 취약한 테라스부의 실링부에 보강부가 구비됨으로써 가스 벤팅을 억제 내지 지연시킬 수 있고, 이는 전지 셀의 수명 연장에 기여할 수 있다.
도 1은 스웰링이 발생한 상태의 파우치형 전지 셀의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지 셀에서 실링한 상태의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 파우치형 전지 셀의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
도 6은 도 5의 파우치형 전지 셀에서 B-B´선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지 셀에서 실링한 상태의 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시한 파우치형 전지 셀의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지 셀에서 실링한 상태의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 파우치형 전지 셀의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
도 6은 도 5의 파우치형 전지 셀에서 B-B´선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지 셀에서 실링한 상태의 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시한 파우치형 전지 셀의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
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 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 분해 사시도, 도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지 셀에서 실링한 상태의 사시도 그리고 도 4는 도 3에 도시한 파우치형 전지 셀의 평면도이다.
또 도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 사시도이고, 도 6은 도 5의 파우치형 전지 셀에서 B-B´선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2 내지 6에 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 고정부재(600)을 포함하여 구성될 수 있다.
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 수납공간(S)이 형성되어 있다.
이러한 파우치 케이스(100)는 외부 수지층, 금속층 및 내부 수지층으로 이루어진 라미네이트 시트를 사용한다.
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 2 및 3에서는 수납공간이 하부 케이스(110)와 상부 케이스(120) 모두에 구비된 것으로 도시하고 있으나, 이들 중 어느 하나의 케이스에만 수납공간이 구비될 수 있음은 자명하다.
한편, 하부 케이스(110)와 상부 케이스(120)의 수납공간(S) 안으로 수분이나 공기 등이 들어가지 못하도록, 하부 케이스(110)와 상부 케이스(120)가 대면하는 가장자리를 따라 열융착된 실링부(130)가 마련된다.
이러한 실링부(130)는 파우치 케이스(100)의 전장 방향(X축 방향)을 따라 위치하는 날개부(131), 파우치 케이스(100)의 전폭 방향(Y축 방향)을 따라 위치하는 테라스부(132), 그리고 테라스부(132)에서 연장된 보강부(133)로 구성되는 것이 바람직하다.
보강부(133)는 파우치 케이스(100) 내부에서 발생한 가스 벤팅을 억제하거나 지연시켜 전지 셀의 수명을 연장하기 위한 것으로 전극리드와 나란하게 위치한다.
상세하게는 서로 마주보면서 위치하는 한 쌍의 테라스부(132) 각각에 구비되는 것이 바람직하고, 전극 리드(300)와 소정 거리 이격된 일측 가장자리에 구비되는 것이 보다 바람직하고, 날개부(131)와 인근하여 위치하는 테라스부(132) 가장자리에 구비되는 것이 가장 바람직하다.
부연하여 설명하면, 도 4에 도시한 바와 같이, L1은 날개부 길이, L2는 테라스부 길이로 정의하고, 날개부(131)가 A-A´선을 따라 절곡되는 것을 가정할 때, 테라스부(132)가 날개부(131)와 함께 절곡되지 않도록, 테라스부(132)는 A-A´선과 중첩되지 않도록 위치한다.
여기서, 보강부(133)의 형상이나 면적은 특별히 제한하지 않지만, 면적을 작게 하면서도 테라스부(132)의 실링력을 높일 수 있도록 사다리꼴 형상일 수 있고, 이때 긴 변이 테라스부(132)와 연결되는 것이 바람직하고, 또 파우치 케이스(100)의 전폭 방향 측면을 향해 보강부(133)를 절곡시켰을 시 상부 케이스 위로 돌출하지 않을 정도의 높이를 갖는 것이 보다 바람직하다.
실제 환경에 적용될 시, 파우치형 전지 셀에서 가스발생에 의한 응력이 집중되어 실링이 파단되기 쉬운 부위는 전극 리드(300)가 돌출한 테라스부(132)이며, 특히 전극 리드(300)와 소정 간격 이격된 가장자리가 가장 취약하다.
좀더 상세하게 설명하면, 파우치형 전지 셀의 실링부를 구성하는 날개부 폭(W1)은 테라스부 폭(W2) 대비 상대적으로 길고 전폭 방향 측면을 향해 절곡된 상태에서 고정되기 때문에 높은 실링력을 유지하는 것이 가능하다. 반면 테라스부(132)는 전극 리드가 위치하기 때문에 절곡이 불가능하고, 또 실링력을 높이기 위해 테라스부 폭(W2)을 길게 할 시에는 에너지밀도가 저하된다는 단점이 있다.
물론 전극 리드(300) 부근의 테라스부 폭(W2)도 짧지만, 리드부위는 파우형 전지 셀이 사용되는 모듈의 일반적인 구조물에 의해 지지 내지 고정되기 때문에 전극 리드(300) 부근으로 가스가 벤팅되기는 어려운 구조이다.
하지만 본 발명에서와 같이 전극 리드(300)와 이격되어 있는 테라스부의 일측 가장자리에 보강부가 구비될 시, 테라스부의 실링력을 향상시키고 결과적으로 가스 벤팅을 억제 내지 지연시킬 수 있어 전지 셀의 수명을 연장할 수 있다.
특히 파우치 케이스(100)의 전폭 방향 측면을 향해 보강부(133)를 절곡시킨 후, 후술할 고정부재(600)를 사용하여 절곡된 상태를 유지시킬 시에는 실링력이 한층 향상된다.
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<x1; 1y≤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), 폴리프로필렌(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 고정부재(600)에 관해 설명하기로 한다. 전술한 바와 같이 고정부재(600)는 보강부를 고정하기 위한 구성이다. 구체적으로, 고정부재(600)는 일면에 접착제가 도포된 띠 모양의 테이프인데, 보강부(133)를 감싸는 모양으로 위치한다. 즉, 일단은 하부 케이스(110)에 고정되는 한편 타단은 상부 케이스(120)에 고정됨으로써 보강부(132)가 절곡된 상태를 유지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지 셀에서 실링한 상태의 사시도, 도 8는 도 7에 도시한 파우치형 전지 셀의 평면도 그리고 도 9는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
전술한 본 발명의 바람직한 제1 실시예와는 보강부만 상이할 뿐 나머지 구성은 동일하므로, 이하에서는 보강부에 관해서만 설명하기로 한다.
제2 실시예에 따른 보강부는 서로 마주보는 한 쌍의 테라스부(132)에 위치하면서, 각 테라스부(132)의 양측 가장자리 부근 즉 전극 리드(300)를 사이에 두고 양측에 각각 구비된다.
다음은 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀의 제조방법에 관해 설명하기로 한다. 도 10은 본 발명에 따른 파우치형 전지 셀의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 파우치형 전지 셀의 제조방법은 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층으로 이루어진 라미네이트 시트를 소정 형상과 크기로 절단하는 제1 단계, 절단된 라미네이트 시트를 접었을 시 서로 대면하면서 위치하도록 한 쌍의 수납공간을 형성시켜 파우치 케이스를 준비하는 제2 단계, 파우치 케이스의 수납공간에 전극 조립체를 수납하는 제3 단계, 및 파우치 케이스를 접은 후 수납공간 가장자리를 열융착하여 실링부를 형성하는 제4 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 단계의 라미네이트 시트 절단시에는 보강부가 형성될 수 있도록 절단해야 함은 자명하다. 즉 제4 단계의 열융착과정에 의해 실링부가 형성되며, 이때 실링부는 파우치 케이스의 전장 방향을 따라 위치하는 날개부, 파우치 케이스의 전폭 방향을 따라 위치하는 테라스부, 및 테라스부에서 외측으로 연장된 보강부로 구성되기 때문이다.
제2 단계에서는, 열융착후 날개부의 폭이 테라스부의 폭보다 크도록 수납공간을 형성시킨다.
한편, 제4 단계 이후에는 날개부를 파우치 케이스의 전장 방향 측면을 향해 절곡하는 단계와 보강부를 파우치 케이스의 전폭 방향 측면을 향해 절곡하는 단계가 더 포함될 수 있고, 이때 이들 단계는 동시에 진행되어도 무방하다.
또 보강부를 절곡시킨 이후에는 보강부가 절곡된 상태를 유지하도록, 보강부 외측면과 파우치 케이스 외측면을 테이프로 고정하는 단계를 더 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명은 전술한 파우치형 전지 셀을 포함하는 전지 모듈일 수 있고, 또 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
133: 보강부
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: 고정부재
L1: 날개부 길이 L2: 테라스부 길이
W1: 날개부 폭 W2: 테라스부 폭
S: 수납공간
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
133: 보강부
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: 고정부재
L1: 날개부 길이 L2: 테라스부 길이
W1: 날개부 폭 W2: 테라스부 폭
S: 수납공간
Claims (14)
- 수납공간이 구비된 하부 케이스, 상기 하부 케이스 상부에 위치하는 상부 케이스, 및 상기 하부 케이스와 상부 케이스가 대면하는 가장자리에 위치하며 열융착된 3면의 실링부를 포함하는 파우치 케이스;
상기 파우치 케이스 내부에 수납되며, 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 실링부는 상기 파우치 케이스의 전장 방향을 따라 위치하는 날개부, 상기 파우치 케이스의 전폭 방향을 따라 위치하는 테라스부, 및 상기 테라스부에서 외측으로 연장되어 가스 벤팅을 억제 또는 지연시키기 위한 소정 형상과 면적을 갖는 보강부로 구성되고,
상기 날개부의 폭은 상기 테라스부의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
- 제1항에 있어서,
상기 보강부는 서로 마주보면서 위치하는 한 쌍의 테라스부 각각에 구비되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
- 제2항에 있어서,
상기 보강부는 테라스부의 가장자리 부근에 구비되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
- 제3항에 있어서,
상기 보강부는 테라스부의 양측 가장자리 부근에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
- 제3항에 있어서,
상기 보강부는 상기 전극 리드를 사이에 두고 양측에 각각 구비된 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
- 제2항에 있어서,
상기 날개부는 상기 파우치 케이스의 전장 방향 측면을 향해 절곡된 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
- 제6항에 있어서,
상기 보강부는 상기 파우치 케이스의 전폭 방향 측면을 향해 절곡된 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
- 제7항에 있어서,
상기 보강부가 절곡된 상태를 유지하도록 상기 보강부 외측면에는 고정부재가 위치하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
- 제8항에 있어서,
상기 고정부재는 일면에 접착제가 도포된 띠 모양의 테이프로서 상기 보강부를 감싸는 모양으로 위치하되, 일단은 하부 케이스에 고정되는 한편 타단은 상부 케이스에 고정되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
- 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층으로 이루어진 라미네이트 시트를 소정 형상과 크기로 절단하는 제1 단계;
절단된 라미네이트 시트를 접었을 시 서로 대면하면서 위치하도록 한 쌍의 수납공간을 형성시켜 파우치 케이스를 준비하는 제2 단계;
상기 파우치 케이스의 수납공간에 전극 조립체를 수납하는 제3 단계; 및
상기 파우치 케이스를 접은 후 수납공간 가장자리를 열융착하여 실링부를 형성하는 제4 단계;를 포함하되,
상기 실링부는 파우치 케이스의 전장 방향을 따라 위치하는 날개부, 상기 파우치 케이스의 전폭 방향을 따라 위치하는 테라스부, 및 상기 테라스부에서 외측으로 연장되어 가스 벤팅을 억제 또는 지연시키기 위한 소정 형상과 면적을 갖는 보강부로 구성되고,
상기 날개부의 폭은 상기 테라스부의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 제4 단계 이후에 상기 날개부를 상기 파우치 케이스의 전장 방향 측면을 향해 절곡하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 제4 단계 이후에 상기 보강부를 상기 파우치 케이스(100)의 전폭 방향 측면을 향해 절곡하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
- 제12항에 있어서,
상기 보강부가 절곡된 상태를 유지하도록, 상기 보강부 외측면과 파우치 케이스 외측면을 테이프로 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지 셀.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 파우치형 전지 셀을 포함하는 전지 모듈.
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|---|---|---|---|
| KR1020220113985A KR20240035036A (ko) | 2022-09-08 | 2022-09-08 | 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈 |
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|---|---|---|---|
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