WO2017099333A1 - 가스 흡착제가 포함되어 있는 전극 리드를 구비한 전지셀 - Google Patents

가스 흡착제가 포함되어 있는 전극 리드를 구비한 전지셀 Download PDF

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WO2017099333A1
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김석구
정승현
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell provided with an electrode lead containing a gas adsorbent.
  • lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries is high.
  • secondary batteries are classified according to the structure of an electrode assembly having a structure in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode are formed.
  • Jelly-roll type electrode assembly having a structure wound in a state where a separator is interposed, a stack type electrode assembly in which a plurality of anodes and cathodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator therebetween
  • an electrode assembly having an advanced structure which is a mixed form of the jelly-roll type and the stack type has a predetermined unit.
  • Stacked / foldable electrode having a structure in which positive and negative electrodes are sequentially wound in a state in which unit cells stacked on a separator film are stacked with a separator interposed therebetween Developed body lip.
  • the secondary battery is a cylindrical battery and a rectangular battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, and a pouch type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet. Are classified.
  • a pouch-type battery having a stacked or stacked / folding electrode assembly in a pouch-type battery case of an aluminum laminate sheet has attracted much attention due to its low manufacturing cost, small weight, and easy shape deformation. And its usage is gradually increasing.
  • FIG. 1 is a schematic view schematically showing the structure of a conventional pouch-type battery cell.
  • the battery cell 100 includes an outer periphery of the battery case 110 in a state where the electrode assembly 120 is accommodated in the accommodating part 111 of the pouch-type battery case 110 made of a laminate sheet. 112) is a sealed structure by heat fusion.
  • the electrode assembly 120 includes a positive electrode tab 121 and a negative electrode tab 122 protruding toward both outer peripheral sides facing each other, and the positive electrode tab 121 and the negative electrode tab 122 are positive lead 131, respectively. And a negative lead 132, and the positive lead 131 and the negative lead 132 are respectively connected to the positive electrode tab 121 and the negative electrode tab 122, and protrude out of the battery case 110. have.
  • the positive electrode tab 121 and the negative electrode tab 122 have the same size, and the positive electrode lead 131 and the negative electrode lead 132 have the same size.
  • a battery cell may be hot inside the battery, which may be caused by abnormal operating conditions of the battery cell, such as internal short circuits, overcharge conditions exceeding the allowed currents and voltages, exposure to high temperatures, deformation due to drops or external impacts, etc. And explosion of the battery by high pressure.
  • these internal gases contain toxic components harmful to the human body, such as carbon monoxide, causing safety problems.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • the inventors of the present application configure the gas adsorbent to be coated on the tab connection portion of the electrode lead, as described later, to rupture the battery case due to the gas generated inside the battery cell.
  • the problem of deterioration of safety due to the discharge of the gas can be prevented, and the tab connection portion of the electrode lead has a relatively large size compared to the electrode tab, thereby widening the area coated with the gas adsorbent, thereby maximizing the effect.
  • the structural stability of the battery cell can be improved, and the electrode lead and the electrode tab can be connected more easily. While reducing the overall stability of the battery cell, Thus completing the invention.
  • An electrode assembly including an electrode tab protruding toward at least one outer periphery;
  • a battery case including an accommodating part in which the electrode assembly is mounted
  • An electrode lead connected to the electrode tab for electrical connection with an external device
  • the electrode lead To include, the electrode lead,
  • a protruding extension part protruding outward from the battery case and electrically connected to an external device in an extended state from the tab connection part;
  • the tab connection portion may have a structure in which a gas adsorbent is coated.
  • the electrode lead and the electrode tab may be connected by welding, so as to maintain a stable connection state, more specifically, may be connected by ultrasonic welding or laser welding.
  • the battery case may be a pouch-type case made of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and may have a structure in which an outer periphery of the electrode assembly accommodating part is sealed by heat fusion.
  • a general pouch-type battery cell may have a weaker sealing force than a rectangular battery cell or a cylindrical battery cell, and due to gas generated therein, When the pressure inside the battery cell increases, the heat-sealed outer circumferential surface is relatively opened, and gas is easily discharged.
  • the gas adsorbent is coated on the tab connection part of the electrode lead electrically connected to the electrode tab, thereby suppressing the rupture of the battery case and the discharge of the gas due to the gas and further improving safety. have.
  • the gas adsorbent may have a structure coated on at least a part of the remaining portions except for the portion where the electrode tab is connected in the tab connection portion.
  • the gas adsorbent is coated at a portion where the electrode tab is connected at the tab connection portion, since the gas adsorbent is positioned at the interface between the tab connection portion and the electrode tab, the coupling between the tab connection portion and the electrode tab is not easy. Even after joining, the desired bonding force cannot be exerted, and may be separated by a stimulus such as an impact applied from the outside, resulting in a short circuit.
  • the gas adsorbent is coated on at least a part of the remaining portions except for the portion where the pole tab is connected in the tab connection portion, thereby solving the problem.
  • the gas adsorbent may be a structure that is coated on all of the remaining portions except for the portion where the electrode tab is connected in the tab connection portion, through this structure, it is possible to maximize the desired effect.
  • the tab connection portion may have a structure in which predetermined irregularities are formed so as to improve the bonding force with the gas adsorbent and / or the electrode tab.
  • the tab connection portion may have a structure in which a plurality of pores capable of supporting a gas adsorbent are formed.
  • the gas adsorbent may be supported on pores formed in the tab connection in addition to being coated on the surface of the tab connection, thereby maximizing the amount of gas adsorbed.
  • the amount of gas adsorbent included in the pores may range from 0.1% to 30% relative to the total amount of gas adsorbent coated on the tab connection.
  • the amount of the gas adsorbent included in the pores is less than 0.1% of the total amount of the gas adsorbent coated on the tab connection portion, the increase in the amount of gas adsorbed is excessive compared to the case where only the gas adsorbent is coated. At least, insignificant, on the contrary, if it exceeds 30%, the amount of gas adsorbent included in the tab connection becomes excessively large, rather, the mechanical rigidity of the tab connection may be deteriorated, and thus, the stable connection with the electrode tab. The structure cannot be maintained.
  • the gas generated due to decomposition of the electrolyte in the battery cell may be mostly oxygen, carbon monoxide (CO), and carbon dioxide (CO 2 ).
  • the gas adsorbent is a substance capable of easily adsorbing a gas generated in a large proportion of the inside of the battery cell and exerting a desired effect
  • the type is not particularly limited, and in detail, the gas adsorbent It may be at least one selected from the group consisting of a molecular sieve having a gas adsorption and a metal component.
  • the molecular sieve may be at least one selected from the group consisting of silica gel, carbon fiber, porous carbon material, porous metal oxide, porous gel and zeolite.
  • the porous carbon material may be at least one selected from the group consisting of carbon molecular sieve and activated carbon
  • the metal material of the porous metal oxide is made of zeolite, silica gel, alumina and molecular It may be at least one selected from the group.
  • the metal component is nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), thallium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf) , Vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W).
  • the tab connection portion may have a structure in which the length in the width direction perpendicular to the protruding direction of the electrode tab has a size larger than that of the electrode tab.
  • a pouch-type battery cell cannot exhibit sufficiently high strength due to the characteristics of the material of a battery case made of a laminate sheet, and thus cannot protect the electrode assembly stored in the battery case stably against an externally applied impact. There is a limit to exhibiting structural stability.
  • the tab connection portion of the electrode lead electrically connected to the electrode tab has a relatively large size compared to the electrode tab, thereby effectively complementing the rigidity of the outer periphery of the portion where the electrode tab protrudes. can do.
  • the tab connection portion may have a length in the width direction perpendicular to the protruding direction of the electrode tab is smaller than the width of the accommodating portion of the battery case corresponding thereto.
  • the tab connection part may have a structure having a length in a width direction perpendicular to the protruding direction of the electrode tab with a size relatively larger than that of the electrode tab, but smaller than the width of the accommodating part of the battery case.
  • At least a portion of the tab connection portion may have a structure located at the outer periphery of the heat fusion.
  • the outer circumference at which the tab connection part is positioned may be a heat fusion outer circumference at which the protruding extension portion of the electrode lead is protruded, or at least one outer circumference of both side heat fusion outer peripheries.
  • the both sides of the heat-sealed outer periphery is a heat-sealed outer periphery which is continuous at both ends of the heat-sealed outer periphery where the exudation extension is located, and the heat-sealed outer periphery positioned in the width direction perpendicular to the protruding direction of the protruding extension.
  • the tab connection part can maintain a stable state fixed to the outer periphery of the heat fusion of the battery case, and thus, the tab connection part is a battery case In the process of flow within, it is possible to effectively prevent internal short circuit or structural damage that may occur through direct contact with the electrode assembly.
  • the sealing portion is improved by improving the structural stability of the sealing portion formed by the heat fusion at the outer circumference portion.
  • Electrical connection members such as PCM mounted on the top, can exhibit the effect that it can be mounted more stably.
  • the tab connection portion may have a structure in which both ends of the width direction perpendicular to the protruding direction of the electrode tab are formed to reach the outer periphery of both sides of the battery case.
  • the tab connection part can be more stably positioned in the battery case by maintaining both sides of the width direction perpendicular to the protruding direction of the electrode tab fixed to both side heat-sealed outer peripheries of the battery case.
  • the insulating film may be interposed between the end portions of both sides of the tab connection portion and the outer circumferential edges of both sides of the battery case to improve sealing by heat fusion.
  • the electrode lead may be made of the same material as the electrode tab so as to exert a stable bonding force with the electrode tab and at the same time provide a stable electrical connection, and more specifically, without causing chemical changes in the battery.
  • the conductive material stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like on the surface of aluminum or stainless steel may be used.
  • the battery case may be formed of a heat-melt resin sealant layer on the innermost side so that the battery case may exhibit sealing property by heat fusion.
  • the portion of the tab connection portion and the battery case facing each other is made of a different material, accordingly, both ends of the tab connection portion and both sides of the battery case heat sealing Since the insulating film is interposed between the outer periphery, it is possible to improve the sealing force by thermal fusion.
  • the insulating film may be disposed between the tab connection part and the heat-sealed outer periphery so that even when a part of the tab connection part is positioned at the heat-sealed outer periphery in the direction in which the protruding extension is protruded, the sealing force due to heat welding may be improved. Of course, it can be interposed.
  • the tab connection portion may have a structure in which a length in the same direction as the protrusion direction of the electrode tab is formed in a size of 10% to 90% with respect to the protrusion length of the electrode tab.
  • the length of the tab connection portion is less than 10% of the protruding length of the electrode tab, the area where the tab connection portion and the electrode tab are connected is not sufficiently secured, and thus, the desired coupling force cannot be exhibited.
  • direct contact with the electrode assembly may cause an internal short circuit or a problem that the electrode assembly or the tab connection part is structurally damaged.
  • the electrode tab may have a structure in which the length in the width direction perpendicular to the protruding direction is the same as the width of the outer periphery of the electrode assembly corresponding thereto.
  • the electrode tab is formed by notching the uncoated portion of the electrode sheet.
  • such notching is generally performed by a punching method by a mold, and due to a step generated in the punching process, a defect may occur in which an uncoated portion, to which an electrode active material is not coated, is formed at an outer periphery of an electrode adjacent to an electrode tab. Can be.
  • the electrode tab of the battery cell according to the present invention has a structure in which the length in the width direction perpendicular to the protruding direction is the same as the width of the outer periphery of the electrode assembly corresponding to the electrode tab. Since it is formed of the uncoated non-coated portion, the defect may not occur.
  • the electrode tab is formed in a wider structure than the electrode tab of the conventional battery cell, the connection portion with the tab connection by welding can be wider, and thus, between the electrode tab and the tab connection High bonding force can be exhibited.
  • the current flowing in the charging / discharging process of the battery cell may flow through the electrode tab of a larger area, and thus, heat generated at a portion where the electrode tab and the electrode lead are connected. Minimized, it is possible to prevent deterioration of the battery cell and improve stability.
  • the electrode tab may have a structure in which electrode tabs having different polarities protrude toward the outer periphery facing each other.
  • the tab connection parts having the wide structure can be connected to the electrode tabs more easily according to the polarity without interference with each other.
  • the protruding structure of the electrode tab is not limited thereto, and in another specific example, the electrode tab may have a structure in which electrode tabs having different polarities protrude toward the same outer periphery.
  • an insulator may be interposed between tab connections of an electrode lead connected to the electrode tab.
  • the electrode lead may generally be made of the same material as that of the electrode tab. Accordingly, when the tab connection portions of the electrode leads respectively connected to the electrode tabs having different polarities are in direct contact with each other, due to a short circuit Internal short circuits may occur.
  • an insulator is interposed between the tab connecting portions of the electrode leads connected to the electrode tabs having different polarities, thereby preventing direct contact between the tab connecting portions, thereby preventing a problem.
  • the type is not limited to the insulator, and more specifically, the tab connecting portions to the surface facing each other It is a matter of course that by coating an insulating material, the same effect can be obtained.
  • an insulating film is interposed between the protruding extension of the electrode lead and the outer fusion outer periphery of the battery case, similarly between the tab connection portion and the outer fusion outer periphery of the battery case, thereby improving the sealing force due to the thermal fusion. Can be.
  • the battery cell according to the present invention has a structure including an electrode tab protruding toward at least one outer periphery, if the structure can be maintained in a stable connection state with the electrode lead in the state accommodated in the battery case,
  • the structure is not particularly limited, and in detail, may be a wound structure, a stacked structure, a stack / foldable structure, or a stack / lamination structure.
  • the battery cell according to the present invention is not particularly limited in its kind, but as a specific example, a lithium secondary battery such as a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, etc. having advantages such as high energy density, discharge voltage, output stability, and the like. Can be.
  • a lithium secondary battery such as a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, etc. having advantages such as high energy density, discharge voltage, output stability, and the like. Can be.
  • a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte.
  • the positive electrode is prepared by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder to a positive electrode current collector, followed by drying, and optionally, a filler is further added to the mixture.
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
  • the binder is a component that assists the bonding of the active material and the conductive material to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
  • the filler is optionally used as a component for inhibiting expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery.
  • the filler include olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.
  • the negative electrode is manufactured by coating and drying a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and optionally, the components as described above may optionally be further included.
  • carbon such as hardly graphitized carbon and graphite type carbon
  • Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 ⁇ x ⁇ 1; 1 ⁇ y ⁇ 3; 1 ⁇ z ⁇ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and metal oxides such as Bi 2
  • the separator and the separator are interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.
  • the pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 ⁇ m ⁇ m, thickness is generally 5 ⁇ 300 ⁇ m.
  • a separator for example, olefin polymers such as chemical resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene are used.
  • a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.
  • the separator and / or the separator may be a safety-reinforcing separator (SRS) separator of organic / inorganic composite porous.
  • SRS safety-reinforcing separator
  • the SRS separator is manufactured using inorganic particles and a binder polymer as an active layer component on a polyolefin-based separator substrate, wherein the pore structure included in the separator substrate itself and the interstitial volume between the inorganic particles as the active layer component are used. It has a uniform pore structure formed.
  • the organic / inorganic composite porous separator may exhibit excellent adhesion characteristics by controlling the content of the inorganic particles and the binder polymer, which are the active layer components in the separator, and thus may have an easy battery assembly process.
  • the inorganic particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles that can be used in the present invention are not particularly limited as long as the oxidation and / or reduction reactions do not occur in the operating voltage range of the battery to be applied (for example, 0 to 5 V on the basis of Li / Li +).
  • the inorganic particles having the ion transfer ability since the ion conductivity in the electrochemical device can be improved to improve the performance, it is preferable that the ion conductivity is as high as possible.
  • the inorganic particles have a high density, it is not only difficult to disperse during coating, but also has a problem of weight increase during battery manufacturing, and therefore, it is preferable that the density is as small as possible.
  • an inorganic material having a high dielectric constant it is possible to contribute to an increase in the degree of dissociation of an electrolyte salt such as lithium salt in the liquid electrolyte, thereby improving the ionic conductivity of the electrolyte solution.
  • the lithium salt-containing nonaqueous electrolyte solution consists of a polar organic electrolyte solution and a lithium salt.
  • a non-aqueous liquid electrolyte an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used.
  • N-methyl- 2-pyrrolidinone a propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma
  • Butyl lactone 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxorone, formamide, dimethylformamide, dioxolon , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxorone derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo Aprotic organic solvents such as nate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyroionate and eth
  • organic solid electrolytes examples include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyedgetion lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluorides, Polymers containing ionic dissociating groups and the like can be used.
  • Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.
  • the lithium salt is a good material to be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.
  • the non-aqueous electrolyte solution includes, for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, and hexaphosphate triamide.
  • halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics.
  • the present invention also provides a battery pack including at least one battery cell and a device including the battery pack, wherein the device is a mobile phone, a tablet computer, a notebook computer, a power tool, a wearable electronic device, an electric vehicle, a hybrid. It may be any one selected from the group consisting of an electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the structure of a conventional pouch-type battery cell
  • FIG. 2 is a schematic view showing the structure of a positive electrode tab and a positive electrode lead of a battery cell according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing the structure of a battery cell to which the positive electrode tab and the positive electrode lead of FIG. 2 are applied;
  • FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing the structure of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing the structure of the positive lead and the negative lead of the battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view schematically showing the structure of the positive electrode tab and the positive electrode lead of the battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the anode lead 231 includes a tab connection part 231a and a protruding extension part.
  • the tab connection portion 231a has a structure in which the length W3 in the width direction perpendicular to the protruding direction of the positive electrode tab 241 has a size larger than the width W4 of the positive electrode tab 241. 241 is joined to the center portion of the tab connection portion 231a by welding.
  • the gas adsorbent coating layer 250 is formed on both the upper and lower surfaces of the tab connection portion 231a except for the portion where the positive electrode tab 241 is connected.
  • a plurality of pores 231a ' are formed in the tab connecting portion 231a, and a portion of the gas adsorbent 251 coated on the tab connecting portion 231a is supported in the pores 231a'.
  • the gas generated inside the battery cell can be easily removed by the gas adsorbent, thereby preventing the problems of swelling and safety deterioration of the battery cell.
  • the protruding extension portion 231b has a unitary structure with the tab connecting portion 231a, and protrudes in the protruding direction of the positive electrode tab 241 at a portion of the tab connecting portion 231a corresponding to the protruding portion of the positive electrode tab 241. It is.
  • FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing the structure of a battery cell to which the positive electrode tab and the positive electrode lead of FIG. 2 are applied.
  • the battery cell 200 includes an outer periphery of the battery case 210 in a state where the electrode assembly 220 is accommodated in the accommodating part 211 of the pouch-type battery case 210 made of a laminate sheet.
  • 212a, 212b, 212c, and 212d) have a structure sealed by heat fusion.
  • the electrode assembly 220 includes a positive electrode tab 221 and a negative electrode tab 222 which protrude toward the upper and lower outer peripheries 212a and 212c facing each other.
  • the positive electrode tab 221 has a structure in which the length W4 in the width direction perpendicular to the protruding direction is smaller than the width W5 of the electrode assembly 220 having a rectangular shape, and is electrically connected to the positive electrode lead 231. have.
  • the positive lead 231 includes a tab connection part 231a and a protruding extension part 231b.
  • the tab connection part 231a is coupled to the positive electrode tab 221 by welding, and both ends of the width direction perpendicular to the protruding direction of the positive electrode tab 221 are formed at both sides of the heat-sealed outer periphery of the battery case 210 ( 212b and 212d), respectively.
  • both ends of the tab connection part 231a are positioned at both side heat-sealing outer peripheries 212b and 212d of the battery case 210, and the tab connection part 231a may be improved to improve sealing force due to heat welding.
  • Insulating films 242 and 243 are interposed between both end portions of the c) and both side heat-sealed outer peripheries 212b and 212d of the battery case 210, respectively.
  • the tab connection portion 231a has a length W6 in the same direction as the protruding direction of the positive electrode tab 221 with a size of about 60% of the protruding length W7 of the positive electrode tab 221.
  • the tab connection part 231a is stably fixed to prevent internal short circuit or structural damage due to direct contact between the tab connection part 231a and the electrode assembly 220.
  • the protruding extension part 231b is integrally formed with the tab connection part 231a and protrudes toward the upper heat-sealed outer periphery 212a of the battery case 210 corresponding to the protruding part of the positive electrode tab 221.
  • the insulation film 241 is interposed between the protruding extension 231b and the upper periphery of the upper heat fusion 212a of the battery case 210 to improve the sealing force due to the heat fusion.
  • the negative electrode tab 222 has the same structure as the width W5 of the electrode assembly 220 having a length W8 in the width direction perpendicular to the protruding direction, and is electrically connected to the negative electrode lead 232. .
  • the negative lead 232 has the remaining structure except that the protruding extension portion 232b is located adjacent to one side of the heat-sealed outer periphery 212b at the lower heat-sealed outer periphery 212c of the battery case 210. Since is the same as the anode lead 231, a detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing the structure of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the tab connection portion 331a of the positive lead 331 of the battery cell 300 has a length W9 in the width direction perpendicular to the protruding direction of the positive electrode tab 321. It has a smaller size than the width W10 of the payment part 311.
  • the tab connection part 331a of the positive electrode lead 331 is located at the upper side of the heat-sealed outer periphery 312a of the battery case 310 in which a protruding extension part 331b protrudes, and the tab connection part of the positive electrode lead 331 ( An insulating film 341 is interposed between the 331a and the protruding extension part 331b and the upper heat-sealed outer periphery 312a of the battery case 310 to improve the sealing force due to heat fusion.
  • the positive lead 331 may be stably fixed in the battery case 310.
  • FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing the structure of the positive lead and the negative lead of the battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the positive electrode tab 441 and the negative electrode tab 442 protrude in the same direction.
  • the positive electrode tab 441 is coupled to the tab connection portion 431a of the positive electrode lead 431 on the upper surface of the positive electrode lead 431, and the negative electrode tab 442 is connected to the negative electrode lead 432 on the lower surface of the negative electrode lead 432. ) Is coupled to the tab connection portion 432a.
  • the gas adsorbent coating layer is applied to the remaining portions except for the portion where the positive electrode tab 441 and the negative electrode tab 442 are connected. 450 is formed.
  • the protruding extension part 431b of the positive lead 431 has an integral structure with the tab connection part 431a, and is located at a part corresponding to the part where the positive electrode tab 441 protrudes.
  • the protruding extension portion 432b of the negative lead 432 has an integral structure with the tab connection portion 432a, and is located at a portion corresponding to the portion where the negative electrode tab 442 protrudes.
  • the tab connecting portion 431a of the positive lead 431 and the tab connecting portion 432a of the negative lead 432 have the same size, and the tab connecting portion 431a of the positive lead 431 and the tab connecting portion of the negative lead 432.
  • An insulator 460 is interposed between 432a.
  • the positive electrode tab 441 and the negative electrode tab 442 protrude in the same direction while preventing a problem such as an internal short circuit. easily applied to it, it can exhibit a desired effect.
  • the battery cell according to the present invention is configured such that the gas adsorbent is coated on the tab connection portion of the electrode lead, thereby deteriorating safety due to rupture of the battery case and discharge of the gas due to the gas generated inside the battery cell.
  • the problem can be prevented, and the tab connection portion of the electrode lead is configured to have a relatively large size compared to the electrode tab, thereby widening the area coated with the gas adsorbent, thereby maximizing the effect, and connecting the electrode lead and the electrode tab.
  • the structural stability of the battery cell can be improved, and the electrode lead and the electrode tab can be connected more easily, thereby preventing the occurrence of steps, reducing the defective rate of the product, and There is an effect that can improve the stability.

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Abstract

본 발명은 적어도 일측 외주변 쪽으로 돌출되어 있는 전극 탭을 포함하고 있는 전극조립체; 상기 전극조립체가 탑재되는 수납부를 포함하고 있는 전지케이스; 및 외부 디바이스와의 전기적 연결을 위해, 상기 전극 탭에 연결되는 전극 리드;를 포함하고 있고, 상기 전극 리드는, 상기 전극 탭에 전기적으로 연결되는 탭 연결부; 및 상기 탭 연결부로부터 연장된 상태에서, 전지케이스의 외측으로 돌출되어 외부 디바이스에 전기적으로 연결되는 돌출 연장부;를 포함하고 있으며, 상기 탭 연결부에는 가스 흡착제가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

가스 흡착제가 포함되어 있는 전극 리드를 구비한 전지셀
본 발명은 가스 흡착제가 포함되어 있는 전극 리드를 구비한 전지셀에 관한 것이다.
본 출원은 2015.12.10 일자 한국 특허 출원 제10-2015-0175545호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
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 전력저장장치 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 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 파우치형 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(100)은 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스(110)의 수납부(111)에 전극조립체(120)가 수납된 상태에서, 전지케이스(110)의 외주변(112)이 열융착에 의해 밀봉된 구조로 이루어져 있다.
전극조립체(120)는 서로 대향하는 양측 외주변 쪽으로 돌출되어 있는 양극 탭(121) 및 음극 탭(122)을 포함하고 있으며, 양극 탭(121) 및 음극 탭(122)은 각각 양극 리드(131) 및 음극 리드(132)에 연결되어 있으며, 양극 리드(131) 및 음극 리드(132)는 양극 탭(121) 및 음극 탭(122)과 각각 연결된 상태에서, 전지케이스(110)의 외부로 돌출되어 있다.
양극 탭(121)과 음극 탭(122)은 서로 동일한 크기로 이루어져 있으며, 양극 리드(131)와 음극 리드(132)는 서로 동일한 크기로 이루어져 있다.
이러한 전지셀에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 전지셀은 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지셀의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수 있다.
특히, 안전성의 문제 중 하나로, 고온의 환경에 노출되거나 또는 오작동 등에 의하여 전지셀에서 내부 단락이 발생하면, 양극 계면에서 전해액의 분해 반응이 일어나게 되고 그로 인해 가스가 다량 발생하여 결국 내압의 증가로 전지케이스가 파열되어 전지셀 외부로 배출된다.
일반적으로 이러한 내부 가스는 일산화탄소 등과 같은 인체에 해로운 유독 성분을 포함하고 있어, 안전성에 관한 문제가 유발된다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전극 리드의 탭 연결부에 가스 흡착제가 코팅되도록 구성함으로써, 전지셀 내부에서 발생하는 가스로 인한 전지케이스의 파열 및 상기 가스의 배출에 따른 안전성 저하의 문제점을 예방할 수 있으며, 전극 리드의 탭 연결부가 전극 탭에 비해 상대적으로 큰 크기를 갖도록 구성함으로써, 가스 흡착제가 코팅되는 면적을 넓혀, 상기 효과를 극대화할 수 있고, 전극 리드와 전극 탭의 연결 부위에 대한 기계적 강성을 보완함으로써, 전지셀의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 전극 리드와 전극 탭을 보다 간편하게 연결할 수 있으므로, 단차의 발생을 예방해, 제품의 불량률을 감소시키는 동시에, 전지셀의 전체적인 안정성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
적어도 일측 외주변 쪽으로 돌출되어 있는 전극 탭을 포함하고 있는 전극조립체;
상기 전극조립체가 탑재되는 수납부를 포함하고 있는 전지케이스; 및
외부 디바이스와의 전기적 연결을 위해, 상기 전극 탭에 연결되는 전극 리드;
를 포함하고 있고, 상기 전극 리드는,
상기 전극 탭에 전기적으로 연결되는 탭 연결부; 및
상기 탭 연결부로부터 연장된 상태에서, 전지케이스의 외측으로 돌출되어 외부 디바이스에 전기적으로 연결되는 돌출 연장부;
를 포함하고 있으며,
상기 탭 연결부에는 가스 흡착제가 코팅되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 전극 리드의 탭 연결부에 코팅된 가스 흡착제를 통해, 전지셀 내부에서 발생하는 가스로 인한 전지케이스의 파열 및 상기 가스의 배출에 따른 안전성 저하의 문제점을 예방할 수 있다.
여기서, 상기 전극 리드와 전극 탭은 안정적인 연결 상태를 유지할 수 있도록, 용접에 의해 연결될 수 있으며, 보다 상세하게는, 초음파 용접 또는 레이저 용접에 의해 연결될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스이고, 전극조립체 수납부의 외주변이 열융착에 의해 밀봉되는 구조일 수 있다.
앞서 설명한 바와 마찬가지로, 일반적인 파우치형 전지셀은 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스의 외주면이 열융착에 의해 밀봉되므로, 각형 전지셀 또는 원통형 전지셀에 비해 상대적인 밀봉력이 약할 수 있으며, 내부에서 발생한 가스로 인해 전지셀 내부의 압력이 상승할 경우, 상대적으로 상기 열융착 외주면이 개방되어, 가스가 배출되기 쉽다.
그러나, 본 발명에 따른 전지셀은 전극 탭에 전기적으로 연결되는 전극 리드의 탭 연결부에 가스 흡착제가 코팅됨으로써, 상기 가스로 인한 전지케이스의 파열 및 가스의 배출을 억제하고, 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 가스 흡착제는 탭 연결부에서 전극 탭이 연결되는 부위를 제외한 나머지 부위의 적어도 일부에 코팅되어 있는 구조일 수 있다.
만일, 상기 가스 흡착제가 탭 연결부에서 전극 탭이 연결되는 부위에 코팅되어 있는 경우, 상기 탭 연결부와 전극 탭 사이의 계면에는 가스 흡착제가 위치하게 되므로, 상기 탭 연결부와 전극 탭의 결합이 용이하지 않으며, 결합 이후에도, 소망하는 결합력을 발휘할 수 없어, 외부로부터 인가되는 충격과 같은 자극에 의해 분리되어, 단락을 일으킬 수 있다.
따라서, 상기 가스 흡착제는 탭 연결부에서 극 탭이 연결되는 부위를 제외한 나머지 부위의 적어도 일부에 코팅됨으로써, 상기 문제를 해결할 수 있다.
또한, 상기 가스 흡착제는 탭 연결부에서 전극 탭이 연결되는 부위를 제외한 나머지 부위 모두에 코팅되어 있는 구조일 수 있으며, 이러한 구조를 통해, 소망하는 효과를 극대화할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 탭 연결부의 표면에는 가스 흡착제 및/또는 전극 탭과의 결합력을 향상시킬 수 있도록, 소정의 요철이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 상기 탭 연결부에는 가스 흡착제가 담지될 수 있는 복수의 기공들이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 상기 가스 흡착제는 탭 연결부의 표면에 코팅되는 것 이외에, 상기 탭 연결부에 형성되어 있는 기공들에 담지될 수도 있으며, 이에 따라, 가스가 흡착되는 양을 극대화할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 기공에 포함되는 가스 흡착제의 양은 탭 연결부에 코팅되는 가스 흡착제의 전체 양에 대해 0.1% 내지 30%의 범위일 수 있다.
만일, 상기 기공에 포함되는 가스 흡착제의 양이 탭 연결부에 코팅되는 가스 흡착제의 전체 양에 대해 0.1% 미만일 경우에는, 가스 흡착제가 코팅만 되는 경우에 비해, 상기 가스가 흡착되는 양의 증가가 지나치게 적어, 무의미하며, 이와 반대로, 30%를 초과할 경우에는, 상기 탭 연결부에 포함되는 가스 흡착제의 양이 지나치게 많아지므로, 오히려 탭 연결부의 기계적 강성이 저하될 수 있으며, 나아가 전극 탭과의 안정적인 연결 구조를 유지할 수 없다.
일반적으로, 상기 전지셀의 내부에서 전해액의 분해로 인해 발생하는 가스는 대부분 산소, 일산화탄소(CO), 및 이산화탄소(CO2)일 수 있다.
이에 따라, 상기 가스 흡착제는 전지셀의 내부에서 많은 비율로 발생하는 가스를 용이하게 흡착해 소망하는 효과를 발휘할 수 있는 물질이라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 가스 흡착제는 가스 흡착성을 갖는 분자체 및 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이때, 상기 분자체는 실리카겔, 탄소섬유, 다공질성 탄소재료, 다공질성 금속산화물, 다공성 겔 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
여기서, 상기 다공질성 탄소재료는 카본 몰레큘러시브(molecular sieve) 및 활성탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 상기 다공질성 금속산화물의 금속재는 제올라이트, 실리카겔, 알루미나 및 몰레큘러시브로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 금속 성분은 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 탈륨(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 탭 연결부는 전극 탭의 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이가 전극 탭에 비해 상대적으로 큰 크기를 가진 구조일 수 있다.
일반적으로, 파우치형 전지셀은 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스의 소재의 특성상 충분히 높은 강도를 발휘할 수 없어, 외부에서 인가되는 충격에 대해, 전지케이스에 수납된 전극조립체를 안정적으로 보호할 수 없어, 소망하는 구조적 안정성을 발휘하는데 한계가 있다.
그러나, 본 발명에 따른 전지셀은 전극 탭에 전기적으로 연결되는 전극 리드의 탭 연결부가 전극 탭에 비해 상대적으로 큰 크기를 가짐으로써, 상기 전극 탭이 돌출되는 부위의 외주변에 대한 강성을 효과적으로 보완할 수 있다.
또한, 상기 구조를 통해, 가스 흡착제가 코팅되는 탭 연결부의 면적을 최대화함으로써, 전지셀 내부에서 발생하는 가스 흡착의 효과를 극대화하고, 이에 따른 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 탭 연결부는 전극 탭의 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이가 이에 대응되는 전지케이스의 수납부의 폭보다 작은 크기일 수 있다.
구체적으로, 상기 탭 연결부는 전극 탭의 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이가 전극 탭에 비해 상대적으로 큰 크기를 가진 구조로 이루어질 수 있는 반면에, 이에 대응되는 전지케이스의 수납부의 폭보다 작은 크기를 가짐으로써, 전지셀의 제조 과정에서, 보다 용이하게 전지케이스의 수납부 내에 안정적으로 위치할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 탭 연결부의 적어도 일부는 열융착 외주변에 위치하는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 탭 연결부의 일부가 위치하는 외주변은 전극 리드의 돌출 연장부가 돌출되도록 위치하는 열융착 외주변이거나, 양 측면 열융착 외주변들 중 적어도 하나의 외주변일 수 있다.
여기서, 상기 양 측면 열융착 외주변들은 상기 둘출 연장부가 위치하는 열융착 외주변의 양측 단부에 연속되어 있는 열융착 외주변으로서, 상기 돌출 연장부의 돌출 방향에 수직인 폭 방향에 위치한 열융착 외주변들을 의미한다.
따라서, 상기 탭 연결부는 전지케이스의 외주변이 열융착에 의해 밀봉되는 과정에서, 상기 전지케이스의 열융착 외주변 부위에 안정적으로 고정된 상태를 유지할 수 있으며, 이에 따라, 상기 탭 연결부가 전지케이스 내에서 유동하는 과정에서, 전극조립체와의 직접적인 접촉을 통해 발생할 수 있는 내부 단락 또는 구조적 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 탭 연결부의 일부가 돌출 연장부가 돌출되는 방향의 열융착 외주변에 위치하는 경우에는, 상기 외주변 부위에서, 열융착에 의해 형성되는 실링부에 대한 구조적 안정성을 향상시킴으로써, 상기 실링부 상에 탑재되는 PCM 등의 전기적 연결 부재들이 보다 안정적으로 탑재될 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 탭 연결부는 전극 탭의 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 양측 단부들이 전지케이스의 양 측면 열융착 외주변들에 각각 도달하는 길이로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 탭 연결부는 전극 탭의 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 양측 단부들이 전지케이스의 양 측면 열융착 외주변들에 고정된 상태를 유지함으로써, 보다 안정적으로, 전지케이스 내에 위치할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 탭 연결부의 양측 단부들과 전지케이스의 양 측면 열융착 외주변들 사이에는 열융착에 의한 밀봉성을 향상시킬 수 있도록, 절연필름이 개재되어 있는 구조일 수 있다.
일반적으로, 전극 리드는 전극 탭과 안정적인 결합력을 발휘하는 동시에, 안정적인 전기적 연결을 발휘할 수 있도록, 상기 전극 탭과 동일한 소재로 이루어질 수 있으며, 보다 상세하게는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 소재로서, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다
반면에, 상기 전지케이스는 열융착에 의한 밀봉성을 발휘할 수 있도록, 최내측이 열용융성 수지 실란트층으로 형성될 수 있다.
따라서, 전지케이스의 외주변에 대한 열융착 시, 서로 대면하게 되는탭 연결부와 전지케이스의 부위는 서로 상이한 소재로 이루어져 있으며, 이에 따라, 상기 탭 연결부의 양측 단부들과 전지케이스의 양 측면 열융착 외주변들 사이에는 절연필름이 개재됨으로써, 열융착에 의한 밀봉력을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 절연필름은 돌출 연장부가 돌출되는 방향의 열융착 외주변에 탭 연결부의 일부가 위치하는 경우에도, 열융착에 의한 밀봉력을 향상시킬 수 있도록, 상기 탭 연결부와 열융착 외주변 사이에 개재될 수 있음은 물론이다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 탭 연결부는 전극 탭의 돌출 방향과 동일한 방향의 길이가 전극 탭의 돌출 길이에 대해 10% 내지 90%의 크기로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
만일, 상기 탭 연결부의 길이가 전극 탭의 돌출 길이에 대해 10% 미만일 경우에는, 상기 탭 연결부와 전극 탭이 연결되는 넓이가 충분히 확보되지 않아, 소망하는 결합력을 발휘할 수 없으며, 이와 반대로, 90%를 초과할 경우에는, 상기 탭 연결부가 전극 탭과 연결된 후, 전극조립체와 직접적으로 접촉함으로써, 내부 단락이 발생하거나, 상기 전극조립체 또는 탭 연결부가 구조적으로 손상되는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 상기 전극 탭은 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이가 이에 대응하는 전극조립체의 외주변의 폭과 동일한 구조일 수 있다.
일반적으로, 전극 탭은 전극 시트의 무지부를 노칭하여 형성된다.
이때, 이러한 노칭은 일반적으로, 금형에 의한 타발 방식으로 수행되며, 상기 타발 과정에서 발생하는 단차로 인해, 전극 탭에 인접한 전극의 외주변에서, 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 포함되는 불량이 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 전지셀의 전극 탭은 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이가 이에 대응하는 전극조립체의 외주변의 폭과 동일한 구조로서, 상기 전극 탭이 형성된 외주변 부위는 모두 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부로 형성되므로, 상기 불량이 발생하지 않을 수 있다.
또한, 상기 전극 탭은 종래의 전지셀의 전극 탭에 비해 보다 넓은 구조로 형성되므로, 용접에 의한 탭 연결부와의 연결 부위가 보다 넓어질 수 있으며, 이에 따라, 상기 전극 탭과 탭 연결부 사이에서 보다 높은 결합력을 발휘할 수 있다.
더욱이, 상기 전극 탭 구조로 인해, 전지셀의 충방전 과정에서 흐르는 전류는 보다 넓은 면적의 전극 탭을 통해 흐를 수 있으며, 이에 따라, 상기 전극 탭과 전극 리드가 연결되는 부위에서 발생할 수 있는 열을 최소화해, 전지셀의 열화를 방지하고, 안정성을 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극 탭은 서로 상이한 극성을 가진 전극 탭들이 서로 대향하는 외주변 쪽으로 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 넓은 구조로 이루어진 탭 연결부들은 서로간의 간섭 없이, 극성에 따라 보다 용이하게 전극 탭에 각각 연결될 수 있다.
그러나, 상기 전극 탭의 돌출 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 또 다른 구체적인 예에서, 상기 전극 탭은 상이한 극성을 가진 전극 탭이 서로 동일한 외주변 쪽으로 돌출되어 있는 구조일 수도 있다.
이러한 경우에, 상기 전극 탭에 연결되는 전극 리드의 탭 연결부들 사이에는 절연체가 개재되어 있는 구조일 수 있다.
앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 전극 리드는 일반적으로 전극 탭과 동일한 소재로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 상이한 극성을 가진 전극 탭들에 각각 연결되는 전극 리드의 탭 연결부들이 서로 직접 접촉할 경우에는, 쇼트로 인해, 내부 단락이 발생할 수 있다.
이에 따라, 상기 상이한 극성을 가진 전극 탭에 연결되는 전극 리드의 탭 연결부들 사이에는 절연체가 개재됨으로써, 상기 탭 연결부들의 직접적인 접촉을 방지해, 이에 따른 문제점을 예방할 수 있다.
이때, 상기 상이한 극성을 가진 전극 탭에 연결되는 탭 연결부들 사이를 안정적으로 절연할 수 있는 구성이라면, 그 종류가 절연체에 한정되는 것은 아니며, 더욱 상세하게는, 상기 탭 연결부들이 서로 대면하는 면에 절연 물질이 코팅됨으로써, 동일한 효과를 발휘할 수도 있음은 물론이다.
또한, 상기 전극 리드의 돌출 연장부와 전지케이스의 열융착 외주변 사이에는, 탭 연결부와 전지케이스의 열융착 외주변 사이와 마찬가지로, 절연필름이 개재되어 있어, 열융착에 의한 밀봉력을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지셀은 적어도 일측 외주변 쪽으로 돌출되어있는 전극 탭을 포함하고 있는 구조로서, 전지케이스의 수납부에 수납된 상태에서, 전극 리드와 안정적인 연결 상태를 유지할 수 있는 구조라면, 그 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 권취형 구조, 스택형 구조, 스택/폴딩형 구조, 또는 스택/라미네이션 구조일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 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 ~ 0.1 임) 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.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤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, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막 및 분리필름은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
또한, 하나의 구체적인 예에서, 고에너지 밀도의 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.
상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.
이러한 유/무기 복합 다공성 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다.
또한, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.
상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
도 1은 종래의 파우치형 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 양극 탭과 양극 리드의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2의 양극 탭 및 양극 리드가 적용된 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 양극 리드 및 음극 리드의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 양극 탭과 양극 리드의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 양극 리드(231)는 탭 연결부(231a)와 돌출 연장부를 포함하고 있다.
탭 연결부(231a)는 양극 탭(241)의 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이(W3)가 양극 탭(241)의 폭(W4)에 비해 상대적으로 큰 크기를 갖는 구조로 이루어져 있으며, 양극 탭(241)은 탭 연결부(231a)의 중앙 부위에 용접에 의해 결합되어 있다.
탭 연결부(231a)의 상면 및 하면에는 양극 탭(241)이 연결되는 부위를 제외한 나머지 부위 모두에 가스 흡착제 코팅층(250)이 형성되어 있다.
탭 연결부(231a)에는 복수의 기공들(231a')이 형성되어 있으며, 기공들(231a')에는 탭 연결부(231a)에 코팅된 가스 흡착제(251)의 일부가 담지되어 있다.
따라서, 전지셀의 내부에서 발생한 가스는 가스 흡착제에 의해 용이하게 제거될 수 있으며, 이에 따른 전지셀의 스웰링 현상 및 안전성 저하의 문제를 예방할 수 있다.
돌출 연장부(231b)는 탭 연결부(231a)와 일체형 구조로 이루어져 있으며, 양극 탭(241)의 돌출 부위에 대응하는 탭 연결부(231a)의 부위에서, 양극 탭(241)의 돌출 방향으로 돌출 연장되어 있다.
도 3에는 도 2의 양극 탭 및 양극 리드가 적용된 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전지셀(200)은 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스(210)의 수납부(211)에 전극조립체(220)가 수납된 상태에서, 전지케이스(210)의 외주변(212a, 212b, 212c, 212d)이 열융착에 의해 밀봉된 구조로 이루어져 있다.
전극조립체(220)는 서로 대향하는 상측 및 하측의 외주변들(212a, 212c) 쪽으로 각각 돌출되어 있는 양극 탭(221) 및 음극 탭(222)을 포함하고 있다.
양극 탭(221)은 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이(W4)가 직사각형으로 이루어진 전극조립체(220)의 폭(W5)에 비해 작은 구조로 이루어져 있으며, 양극 리드(231)에 전기적으로 연결되어 있다.
양극 리드(231)는 탭 연결부(231a)와 돌출 연장부(231b)를 포함하고 있다.
탭 연결부(231a)는 양극 탭(221)과 용접에 의해 결합되어 있고, 양극 탭(221)의 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 양측 단부들이 전지케이스(210)의 양 측면 열융착 외주변들(212b, 212d)에 각각 도달하는 길이로 형성되어 있다.
따라서, 탭 연결부(231a)의 양측 단부들은 전지케이스(210)의 양 측면 열융착 외주변들(212b, 212d)에 각각 위치하며, 열융착에 의한 밀봉력을 향상시킬 수 있도록, 탭 연결부(231a)의 양측 단부들과 전지케이스(210)의 양 측면 열융착 외주변들(212b, 212d) 사이에는 절연필름들(242, 243)이 각각 개재되어 있다.
따라서, 양극 리드(231)에 대한 양극 탭(221)의 결합 시, 양극 리드(231)와 양극 탭(221)의 접속 위치가 어긋남으로써 발생하는 단차 및 이에 따른 문제점을 예방할 수 있다.
탭 연결부(231a)는 양극 탭(221)의 돌출 방향과 동일한 방향의 길이(W6)가 양극 탭(221)의 돌출 길이(W7)에 대해 약 60%의 크기로 형성되어 있다.
따라서, 탭 연결부(231a)는 안정적으로 고정되어, 탭 연결부(231a)와 전극조립체(220)의 직접적인 접촉에 의한 내부 단락 또는 구조적 손상을 방지할 수 있다.
돌출 연장부(231b)는 탭 연결부(231a)와 일체형으로 형성되어 있고, 양극 탭(221)의 돌출 부위에 대응하는 전지케이스(210)의 상측 열융착 외주변(212a) 부위로 돌출되어 있으며, 열융착에 의한 밀봉력을 향상시킬 수 있도록, 돌출 연장부(231b)와 전지케이스(210)의 상측 열융착 외주변(212a) 사이에는 절연필름(241)이 개재되어 있다.
음극 탭(222)은 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이(W8)가 직사각형으로 이루어진 전극조립체(220)의 폭(W5)과 동일한 구조로 이루어져 있으며, 음극 리드(232)에 전기적으로 연결되어 있다.
따라서, 넓은 면적의 음극 탭(222)을 통해, 음극 탭(222)과 음극 리드(232)의 탭 연결부(232a)의 결합 부위에서 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있다.
음극 리드(232)는 돌출 연장부(232b)가 전지케이스(210)의 하측 열융착 외주변(212c) 부위에서, 일 측면 열융착 외주변(212b) 방향으로 인접하여 위치한다는 점을 제외한 나머지 구조가 양극 리드(231)와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전지셀(300)의 양극 리드(331)의 탭 연결부(331a)는 양극 탭(321)의 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이(W9)가 전지케이스(310)의 수납부(311)의 폭(W10)보다 작은 크기로 이루어져 있다.
양극 리드(331)의 탭 연결부(331a)는 일부가 돌출 연장부(331b)가 돌출되는 전지케이스(310)의 상측 열융착 외주변(312a)에 위치하며, 양극 리드(331)의 탭 연결부(331a) 및 돌출 연장부(331b)와 전지케이스(310)의 상측 열융착 외주변(312a) 사이에는 열융착에 의한 밀봉력을 향상시킬 수 있도록, 절연필름(341)이 개재되어 있다.
따라서, 양극 리드(331)는 전지케이스(310) 내에서 안정적으로 고정된 상태를 유지할 수 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 3의 전지셀(도 3의 200)과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 양극 리드 및 음극 리드의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 양극 탭(441)과 음극 탭(442)은 동일한 방향으로 돌출되어 있다.
양극 탭(441)은 양극 리드(431)의 상면에서, 양극 리드(431)의 탭 연결부(431a)에 결합되어 있고, 음극 탭(442)은 음극 리드(432)의 하면에서, 음극 리드(432)의 탭 연결부(432a)에 결합되어 있다.
양극 리드(431)의 탭 연결부(431a) 상면 및 음극 리드(432)의 탭 연결부(432a) 하면에는 양극 탭(441) 및 음극 탭(442)이 연결되는 부위를 제외한 나머지 부위 모두에 가스 흡착제 코팅층(450)이 형성되어 있다.
양극 리드(431)의 돌출 연장부(431b)는 탭 연결부(431a)와 일체형 구조로 이루어져 있으며, 양극 탭(441)이 돌출된 부위에 대응하는 부위에 위치해 있다.
음극 리드(432)의 돌출 연장부(432b)는 탭 연결부(432a)와 일체형 구조로 이루어져 있으며, 음극 탭(442)이 돌출된 부위에 대응하는 부위에 위치해 있다.
양극 리드(431)의 탭 연결부(431a)와 음극 리드(432)의 탭 연결부(432a)는 동일한 크기로 이루어져 있으며, 양극 리드(431)의 탭 연결부(431a)와 음극 리드(432)의 탭 연결부(432a) 사이에는 절연체(460)가 개재되어 있다.
따라서, 양극 리드(431)와 음극 리드(432)는 서로 직접 접촉되지 않으므로, 이에 따른 내부 단락과 같은 문제를 예방하면서, 양극 탭(441)과 음극 탭(442)이 동일한 방향으로 돌출되어 있는 구조에도 용이하게 적용되어, 소망하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극 리드의 탭 연결부에 가스 흡착제가 코팅되도록 구성됨으로써, 전지셀 내부에서 발생하는 가스로 인한 전지케이스의 파열 및 상기 가스의 배출에 따른 안전성 저하의 문제점을 예방할 수 있으며, 전극 리드의 탭 연결부가 전극 탭에 비해 상대적으로 큰 크기를 갖도록 구성함으로써, 가스 흡착제가 코팅되는 면적을 넓혀, 상기 효과를 극대화할 수 있고, 전극 리드와 전극 탭의 연결 부위에 대한 기계적 강성을 보완함으로써, 전지셀의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 전극 리드와 전극 탭을 보다 간편하게 연결할 수 있으므로, 단차의 발생을 예방해, 제품의 불량률을 감소시키는 동시에, 전지셀의 전체적인 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (25)

  1. 적어도 일측 외주변 쪽으로 돌출되어 있는 전극 탭을 포함하고 있는 전극조립체;
    상기 전극조립체가 탑재되는 수납부를 포함하고 있는 전지케이스; 및
    외부 디바이스와의 전기적 연결을 위해, 상기 전극 탭에 연결되는 전극 리드;
    를 포함하고 있고, 상기 전극 리드는,
    상기 전극 탭에 전기적으로 연결되는 탭 연결부; 및
    상기 탭 연결부로부터 연장된 상태에서, 전지케이스의 외측으로 돌출되어 외부 디바이스에 전기적으로 연결되는 돌출 연장부;
    를 포함하고 있으며,
    상기 탭 연결부에는 가스 흡착제가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스이고, 전극조립체 수납부의 외주변이 열융착에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 흡착제는 탭 연결부에서 전극 탭이 연결되는 부위를 제외한 나머지 부위의 적어도 일부에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 흡착제는 탭 연결부에서 전극 탭이 연결되는 부위를 제외한 나머지 부위 모두에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 탭 연결부에는 가스 흡착제가 담지될 수 있는 복수의 기공들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 기공에 포함되는 가스 흡착제의 양은 탭 연결부에 코팅되는 가스 흡착제의 전체 양에 대해 0.1% 내지 30%의 범위인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 흡착제는 가스 흡착성을 갖는 분자체 및 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 분자체는 실리카겔, 탄소섬유, 다공질성 탄소재료, 다공질성 금속산화물, 다공성 겔 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 다공질성 탄소재료는 카본 몰레큘러시브(molecular sieve) 및 활성탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 다공질성 금속산화물의 금속재는 제올라이트, 실리카겔, 알루미나 및 몰레큘러시브로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 금속 성분은 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 탈륨(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 탭 연결부는 전극 탭의 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이가 전극 탭에 비해 상대적으로 큰 크기를 가진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 탭 연결부는 전극 탭의 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이가 이에 대응되는 전지케이스의 수납부의 폭보다 작은 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 탭 연결부의 적어도 일부는 열융착 외주변에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 탭 연결부는 전극 탭의 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 양측 단부들이 전지케이스의 양 측면 열융착 외주변들에 각각 도달하는 길이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 탭 연결부의 양측 단부들과 전지케이스의 양 측면 열융착 외주변들 사이에는 열융착에 의한 밀봉성을 향상시킬 수 있도록, 절연필름이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 탭 연결부는 전극 탭의 돌출 방향과 동일한 방향의 길이가 전극 탭의 돌출 길이에 대해 10% 내지 90%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 탭은 돌출 방향에 수직인 폭 방향의 길이가 이에 대응하는 전극조립체의 외주변의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 전지셀.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 탭은 서로 상이한 극성을 가진 전극 탭들이 서로 대향하는 외주변 쪽으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 탭은 상이한 극성을 가진 전극 탭이 서로 동일한 외주변 쪽으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 전극 탭에 연결되는 전극 리드의 탭 연결부들 사이에는 절연체가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  23. 제 1 항에 따른 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  24. 제 23 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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