WO2018208043A1 - 이차전지 및 그러한 이차전지의 제조방법 - Google Patents

이차전지 및 그러한 이차전지의 제조방법 Download PDF

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secondary battery
electrode
tab
electrode lead
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김상훈
김용
최용수
유형균
황수지
김나윤
강민형
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery and a method for manufacturing the secondary battery, and has a structure that can stop the operation of the secondary battery when the pressure inside the secondary battery increases, the secondary battery and the manufacture of such a secondary battery is improved safety It is about a method.
  • a secondary battery capable of repeatedly charging and discharging generally has a structure in which an electrode assembly made of an electrode and a separator is accommodated in an exterior material.
  • an electrode lead protruding from the electrode assembly may be formed in the secondary battery to form an electrode lead electrically connecting the electrode tab to an external electronic device.
  • the secondary battery may generate a gas inside when the use environment or an external impact, etc. may increase the internal pressure (internal pressure).
  • internal pressure internal pressure
  • the performance of the secondary battery may not be properly exhibited.
  • fire or explosion may occur in the secondary battery. Therefore, in view of the safety of the secondary battery, it is necessary to provide a safety device in the secondary battery in case the internal pressure of the secondary battery exceeds a certain level.
  • the problem to be solved by the present invention is to stop the operation of the secondary battery by cutting off the current when the withstand voltage of the secondary battery occurs, thereby preventing the fire or explosion of the secondary battery due to the increased internal pressure of the secondary battery to improve the safety of the secondary battery It is to let.
  • an electrode assembly comprising an electrode tab; An exterior member accommodating the electrode assembly; An electrode lead electrically connected to the electrode tab; It includes, The electrode lead, The outer protrusion protruding to the outside of the packaging material; An internal connection part located inside the exterior material; An insulation portion formed between the outer protrusion and the inner connection portion; And a notch portion formed in the internal connection portion and having a thickness relatively thinner than that of other regions of the electrode lead.
  • the notch part includes a tab bonding region formed in a direction from the electrode assembly toward the outer protrusion, and the inner connection part is located on one side of the notch part and bonded to the electrode tab.
  • the secondary battery having a structure in which the tab bonding region and the tab non-bonding region are bent in the notch portion in an axial direction to face each other is provided.
  • the electrode lead may have a L-shape when the internal connection part is extended along the notch part.
  • the notch may be formed by the length of the width of the internal connection.
  • At least some of the electrode tabs may be provided between the tab bonding region and the tab non-bonding region.
  • the notch may have a shape indented only on one surface of both surfaces of the internal connection part.
  • the notch portion may have a shape indented on both sides of the internal connection portion.
  • the thickness of the notch may be variable along the length direction of the notch.
  • the notch portion may have a thinner thickness as it is closer to the electrode assembly.
  • the notch may have a thinner thickness as it is closer to the outer protrusion.
  • the notch part may have a thinner thickness as the electrode assembly is closer to the electrode assembly based on a predetermined point of the notch part, and may have a thinner thickness as it is closer to the outer protrusion based on the predetermined point of the notch part.
  • the notch part may have a thicker thickness as the electrode assembly is closer to the electrode assembly based on a predetermined point of the notch part, and may have a thicker thickness as it is closer to the outer protrusion based on the predetermined point of the notch part.
  • the breaking strength of the conductive material may be less than the breaking strength of the electrode lead.
  • the current is interrupted to stop the operation of the secondary battery, thereby preventing the fire or explosion of the secondary battery due to the increased internal pressure of the secondary battery, thereby improving the safety of the secondary battery.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a structure of an electrode lead of a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view illustrating a structure of an electrode lead of a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a first side cross-sectional view illustrating a connection structure of an electrode lead and an electrode tab in a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a second side cross-sectional view taken along line A-A of FIG.
  • FIG. 5 is a side cross-sectional view illustrating a structure in which a connection structure of an electrode lead and an electrode tab is broken when an internal voltage of the secondary battery increases in a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • 6 (a) to 6 (c) are side cross-sectional views illustrating shapes of notches formed on one or both surfaces of an internal connection part of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 7 (a) to 7 (b) are side cross-sectional views illustrating a case in which the notch portion has a variable thickness in the longitudinal direction of the notch portion according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view showing the structure of the electrode lead of the secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a side cross-sectional view showing the structure of the electrode lead of the secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a first side cross-sectional view illustrating a connection structure of an electrode lead and an electrode tab in a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cutaway view taken along the AA direction of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view illustrating a connection structure of an electrode lead and an electrode tab in a secondary battery.
  • FIG. 5 is a side cross-sectional view illustrating a structure in which a connection structure of an electrode lead and an electrode tab is broken when an internal voltage of the secondary battery increases in a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 10 includes an electrode assembly 30 including an electrode and a separator, an electrode tab 32 protruding from the electrode assembly 30, and an electrode assembly ( 30 may include an exterior member 20 for receiving the electrode tab 32.
  • the exterior material 20 may be a pouch.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention may be a pouch type secondary battery.
  • the secondary battery 10 may include an electrode lead 40 that electrically connects the electrode assembly 30 and an external device that requires electric power such as an electronic device.
  • the electrode lead 40 may be electrically connected to the electrode tab 32 protruding from the electrode assembly 30.
  • the electrode leads 40 of the secondary battery 10 may be provided in the exterior member 20, and others may protrude outside the exterior member. That is, the electrode lead 40 includes an external protrusion 42 protruding outside the exterior material 20, an internal connection part 44 located inside the exterior material 20, and an external protrusion 42 and the internal connection part 44. It may include an insulating portion 46 formed between and facing the exterior material 20 (see FIG. 3).
  • the insulating film 50 for electrically blocking the inside of the secondary battery and the outside of the secondary battery except the electrode lead 40 is disposed between the insulating part 46 and the exterior material 20. It may be provided. Meanwhile, as illustrated in FIG. 3, the insulating film 50 may be provided in an area of the internal connection portion 44 facing the exterior material.
  • the electrode lead 40 of the secondary battery 10 has a relatively thin thickness than other regions of the electrode lead 40.
  • the notched part 48 which has it can be formed.
  • the notch 48 may be formed in the inner connection 44 as shown in FIG. 1.
  • the notch 48 may be formed in a direction from the electrode assembly 30 toward the outer protrusion 42 as shown in FIGS. 1 and 3.
  • the electrode lead when the notch portion is formed in the electrode lead of the secondary battery, the electrode lead may be cut around the notch portion when the internal pressure of the secondary battery increases.
  • the electrode assembly (or the electrode tab) and the external devices such as the electronic device, which are electrically connected to each other through the electrode lead are electrically blocked to block the operation of the secondary battery.
  • the internal voltage of the secondary battery may be prevented from rising to block the risk of fire or explosion of the secondary battery.
  • the internal connection portion 44 of the electrode lead 40 may also be divided into regions that are electrically connected to the electrode tabs and regions that are not. That is, as shown in FIGS. 1 and 3, the electrode lead 40 is formed at one side of the notch part 48 with respect to the notch part 48 and is bonded to the electrode tab 32. And a tab unbonded region 44b formed at the other side of the notch 48 and connected to the insulating portion 46. However, this does not mean that the entirety of the tab bonding region 44a is bonded to the electrode tab 32, and some of the tab bonding regions 44a may be bonded to the electrode tab 32. That is, the criterion for distinguishing the tab junction region 44a from the tab non-junction region 44b may be formed on one side of the notched portion 48 or on the other side opposite to one side.
  • the electrode lead 40 of the secondary battery 10 may have a bent structure. That is, the electrode lead 40 may have a structure bent around the notch part 48. 2 to 4 show that the electrode lead 40 has a structure bent around the notch 48 so that the tab junction region 44a and the tab non-junction region 44b of the internal connection portion 44 face each other. Doing.
  • the cutting of the electrode lead is more rapid when the internal pressure of the secondary battery rises. At the same time, the internal space utilization of the secondary battery may be increased.
  • the notch portion is formed in the vertical direction of the direction toward the outer protrusion in the electrode assembly, unlike the embodiment of the present invention, since the notch portion is relatively far from the electrode assembly, cutting of the electrode lead at the notch portion is made efficiently. It can be hard to lose.
  • one side of the notch portion is relatively adjacent to the electrode assembly, so that cutting occurs at one side of the notch portion efficiently.
  • the other side of the notch part is further spaced apart from the electrode assembly in this case, since the cutting of the notch part can be extended from one side of the notch part to the other side of the notch part, once the cutting is started on one side of the notch part, the cutting of the electrode lead is effectively performed. Can be done (see FIG. 5).
  • the notch 48 is cut by the force of the gas.
  • the tab bonding region 44a to which the electrode tab 32 is bonded and the tab non-bonding region 44b to which the electrode tab 32 is not bonded are separated, so that the electrode tab 32 is externally connected. It can be completely electrically disconnected from the outer protrusion 42 connected to the device. As a result, abnormal current flowing through the electrode lead 40 can be cut off, and thus battery safety can be achieved.
  • an area occupied by the electrode lead in the internal space of the secondary battery may be minimized, thereby increasing the internal space utilization of the secondary battery.
  • the expression “bent” may be replaced with the expression “folded”.
  • “bent” may mean that the electrode lead is folded about the notch, and “folding” means that the electrode lead is folded around the notch but close to 180 degrees so that the tab junction region and the tab are not folded. It may mean that the junction regions face each other. That is, 'folded' may be a concept included in 'bent'.
  • the electrode lead 40 may have an L shape when the internal connection portion 44 bent about the notch part 48 is unfolded (it may be L-shaped in alphabet).
  • the tab bonding region 44a may be understood to have a shape protruding from the outer protrusion 42, the insulating portion 46, and the tab non-bonding region 44b.
  • the outer protrusion 42 and the insulator 46 have a shape that protrudes from the inner connection 44.
  • the notch 48 may be formed by the length of the width w of the internal connection 44.
  • the electrode lead 40 may be completely cut when the internal voltage of the secondary battery 10 rises.
  • the electrode tabs 32 may be provided between the tab bonding region 44a and the tab non-bonding region 44b. In this case, the electrode tab 32 may be in contact with the tab bonding region 44a and may not be in contact with the tab non-bonding region 44b.
  • the electrode lead 40 and the electrode tab 32 are electrically connected to each other even when the notch 48 is cut due to an increase in the internal pressure of the secondary battery 10. This is because the problem may continue to be connected.
  • 6 (a) to 6 (c) are side cross-sectional views illustrating enlarged shapes of notches formed on one or both surfaces of an internal connection part of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the notches 48a to 48c may have a shape indented on only one surface of both surfaces of the internal connection part. More specifically, as shown in FIG. 6 (a), the notch 48a may have a shape indented only in the lower surface of both surfaces of the internal connection portion, and as shown in FIG. 48b) may have a shape indented only in the upper surface of both surfaces of the internal connection portion. Alternatively, as shown in FIG. 6C, the notch part 48c may have a shape indented on both surfaces of the internal connection part.
  • 7 (a) to 7 (b) are side cross-sectional views illustrating a case in which the notch portion has a variable thickness in the longitudinal direction of the notch portion according to an embodiment of the present invention.
  • the notch 48 may have a variable thickness along the length of the notch 48.
  • the notch 48 may have a thinner thickness as it approaches the electrode assembly.
  • the notch part 48 has a thinner thickness as the notch part 48 is closer to the electrode assembly, when the internal pressure of the secondary battery (particularly, the periphery of the electrode assembly) increases, cutting of the electrode lead due to breakage of the notch part may occur.
  • the notch may have a thinner thickness as it is closer to the outer protrusion. When the notch is closer to the outer protrusion, the thinner the thickness, the longer the breakage of the notch is evenly distributed over the entire area of the notch when the internal pressure of the secondary battery increases, so that the cutting of the electrode lead is completed in a short time. May occur.
  • the notch part 48 has a thicker thickness as the electrode assembly is closer to the electrode assembly based on a predetermined point of the notch part 48, and based on the predetermined point of the notch part 48.
  • the notch 48 may have a thinner thickness as the electrode assembly is closer to the electrode assembly based on a predetermined point of the notch 48, and may be thinner as it is closer to the external protrusion based on a predetermined point of the notch 48. May have
  • the electrode lead when the internal pressure of the secondary battery increases due to the notch part formed on the electrode lead, the electrode lead may be efficiently cut, thereby improving safety of the secondary battery.
  • the electrical resistance may increase relatively in the notched portion. This may mean that the power consumption is not only relatively high in the electrode lead, particularly the notch, but also the temperature may be relatively increased in the notch.
  • a conductive material having electrical conductivity may be applied to at least part of the surface of the notch.
  • a conductive material may be applied to the surface of the notch so that the overall thickness of the electrode lead is constant.

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Abstract

이차전지가 개시된다. 본 발명에 따르면, 이차전지의 내압 발생시 전류를 차단하여 이차전지의 작동을 멈춤으로써, 이차전지의 내압 상승으로 인한 이차전지의 화재 또는 폭발을 방지하여 이차전지의 안전성이 향상될 수 있다.

Description

이차전지 및 그러한 이차전지의 제조방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2017년 5월 12일자 한국특허출원 제10-2017-0059554호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지 및 그러한 이차전지의 제조방법에 관한 것으로서, 이차전지 내부의 압력이 증가하는 경우 이차전지의 작동을 중단할 수 있는 구조를 가짐으로써 안전성이 향상되는 이차전지 및 그러한 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)는 전극과 분리막으로 제조된 전극 조립체(electrode assembly)가 외장재 내부에 수용된 구조를 갖는 것이 일반적이다. 특히, 이차전지에는 전극 조립체로부터 돌출된 전극 탭이 전극 탭와 외부의 전자기기를 전기적으로 연결하는 전극 단자(electrode lead)가 형성될 수 있다.
한편, 이차전지는 사용 환경 또는 외부의 충격 등이 발생하는 경우 내부에 가스가 발생하여 내압(internal pressure)이 상승할 수 있다. 이차전지의 내압에 상승하게 되면 이차전지의 성능이 제대로 발휘될 수 없고, 특히, 이차전지의 내압이 일정 이상을 초과하게 되면 이차전지에 화재 또는 폭발이 발생할 수 있다. 따라서, 이차전지의 안전성 측면에서 이차전지의 내압이 일정 이상을 초과하는 경우를 대비한 안전 장치가 이차전지에 구비될 필요가 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이차전지의 내압 발생시 전류를 차단하여 이차전지의 작동을 멈춤으로써, 이차전지의 내압 상승으로 인한 이차전지의 화재 또는 폭발을 방지하여 이차전지의 안전성을 향상시키는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 탭을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 외장재; 상기 전극 탭과 전기적으로 연결되는 전극 리드; 를 포함하고, 상기 전극 리드는, 상기 외장재의 외부에 돌출되는 외부 돌출부; 상기 외장재의 내부에 위치하는 내부 연결부; 상기 외부 돌출부와 상기 내부 연결부 사이에 형성되는 절연부; 및 상기 내부 연결부에 형성되고, 상기 전극 리드의 다른 영역에 비해 상대적으로 얇은 두께를 갖는 노치부; 를 포함하고, 상기 노치부는, 상기 전극 조립체에서 상기 외부 돌출부를 향하는 방향으로 형성되고, 상기 내부 연결부는, 상기 노치부의 일측편에 위치되어 상기 전극 탭에 접합되는 탭 접합 영역; 및 상기 노치부의 타측편에 위치되고 상기 절연부에 연결되는 탭 미접합 영역; 을 포함하고, 상기 탭 접합 영역과 상기 탭 미접합 영역은 서로 마주보도록 상기 노치부를 축으로 절곡된 구조를 갖는 이차전지가 제공된다.
상기 전극 리드는, 상기 노치부를 축으로 상기 내부 연결부를 펼쳤을 때 ㄱ자 형상을 가질 수 있다.
상기 노치부는 상기 내부 연결부의 폭의 길이만큼 형성될 수 있다.
상기 전극 탭 중 적어도 일부는 상기 탭 접합 영역과 상기 탭 미접합 영역 사이에 구비될 수 있다.
상기 노치부는 상기 내부 연결부의 양면 중 일면에만 만입된 형상을 가질 수 있다.
상기 노치부는 상기 내부 연결부의 양면에 만입된 형상을 가질 수 있다.
상기 노치부의 두께는 상기 노치부의 길이 방향을 따라 가변적일 수 있다.
상기 노치부는, 상기 전극 조립체와 가까울수록 얇은 두께를 가질 수 있다.
상기 노치부는, 상기 외부 돌출부와 가까울수록 얇은 두께를 가질 수 있다.
상기 노치부는, 상기 노치부의 일정 지점을 기준으로 상기 전극 조립체와 가까울수록 얇은 두께를 갖고, 상기 노치부의 상기 일정 지점을 기준으로 상기 외부 돌출부와 가까울수록 얇은 두께를 가질 수 있다.
상기 노치부는, 상기 노치부의 일정 지점을 기준으로 상기 전극 조립체와 가까울수록 두꺼운 두께를 갖고, 상기 노치부의 상기 일정 지점을 기준으로 상기 외부 돌출부와 가까울수록 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
상기 노치부의 표면 중 적어도 일부에 도포되며 전기 전도성을 갖는 전도성 물질; 을 더 포함할 수 있다.
상기 전도성 물질의 파단 강도(rupture strength)는 상기 전극 리드의 파단 강도보다 작을 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지의 내압 발생시 전류를 차단하여 이차전지의 작동을 멈춤으로써, 이차전지의 내압 상승으로 인한 이차전지의 화재 또는 폭발을 방지하여 이차전지의 안전성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전극 리드의 구조를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전극 리드의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 리드와 전극 탭의 연결 구조를 도시한 제1 측단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 선에 의한 제2 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 이차전지의 내압 증가시 전극 리드와 전극 탭의 연결 구조가 파단되는 모습을 도시한 측단면도이다.
도 6(a) 내지 도 6(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 내부 연결부의 일면 또는 양면에 형성되는 노치부의 형상을 도시한 측단면도이다.
도 7(a) 내지 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 노치부가 노치부의 길이 방향을 따라 가변적인 두께를 갖는 경우를 도시한 측단면도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전극 리드의 구조를 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전극 리드의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 리드와 전극 탭의 연결 구조를 도시한 제1 측단면도이고, 도 4는 도 3의 A-A 방향으로 잘랐을 때 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 리드와 전극 탭의 연결 구조를 도시한 제2 측단면도이다.
또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 이차전지의 내압 증가시 전극 리드와 전극 탭의 연결 구조가 파단되는 모습을 도시한 측단면도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(10)는 전극과 분리막을 포함하는 전극 조립체(30), 전극 조립체(30)로부터 돌출된 전극 탭(32), 및 전극 조립체(30)와 전극 탭(32)를 수용하는 외장재(20)를 포함할 수 있다. 이때, 외장재(20)는 파우치일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 파우치형 이차전지일 수 있다.
계속해서, 도 3을 참고하면, 이차전지(10)는 전극 조립체(30)와 전자 기기 등의 전력을 필요로 하는 외부 장치를 전기적으로 연결하는 전극 리드(40)를 포함할 수 있다. 이때, 전극 리드(40)는 전극 조립체(30)로부터 돌출된 전극 탭(32)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(10)의 전극 리드(40) 중 일부는 외장재(20) 내부에 구비될 수 있고, 다른 일부는 외장재 외부에 돌출될 수 있다. 즉, 전극 리드(40)는 외장재(20)의 외부에 돌출되는 외부 돌출부(42), 외장재(20)의 내부에 위치하는 내부 연결부(44), 및 외부 돌출부(42)와 내부 연결부(44) 사이에 형성되며 외장재(20, 도 3 참고)와 마주보는 절연부(46)를 포함할 수 있다. 이때, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 절연부(46)와 외장재(20) 사이에는 전극 리드(40)를 제외하고 이차전지 내부와 이차전지 외부를 전기적으로 차단하기 위한 절연 필름(50)이 구비될 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같이 절연 필름(50)은 내부 연결부(44) 중 외장재와 마주보는 영역에도 구비될 수 있다.
한편, 도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(10)의 전극 리드(40)에는 전극 리드(40)의 다른 영역에 비해 상대적으로 얇은 두께를 갖는 노치부(48)가 형성될 수 있다. 노치부(48)는 도 1에 도시된 바와 같이 내부 연결부(44)에 형성될 수 있다. 또한, 노치부(48)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 전극 조립체(30)에서 외부 돌출부(42)를 향하는 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차전지의 전극 리드에 노치부가 형성됨으로써, 이차전지의 내압이 증가하는 경우 노치부를 중심으로 전극 리드가 절단될 수 있다. 이 경우, 전극 리드를 통해 서로 전기적으로 연결되었던 전극 조립체(또는, 전극 탭)와 전자 기기 등의 외부 장치가 전기적으로 차단됨으로써 이차전지의 작동을 차단하게 된다. 이로써, 이차전지의 내압 상승을 방지하여 이차전지의 화재 또는 폭발 위험성을 차단하게 된다.
계속해서 도 1 및 도 3을 참고하면, 전극 리드(40)의 내부 연결부(44)도 전극 탭과 전기적으로 연결되는 영역과 그렇지 않은 영역으로 나뉠 수 있다. 즉, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 전극 리드(40)는 노치부(48)를 기준으로 노치부(48)의 일측에 형성되며 전극 탭(32)에 접합되는 탭 접합 영역(44a), 및 노치부(48)의 타측에 형성되며 절연부(46)에 연결되는 탭 미접합 영역(44b)을 포함할 수 있다. 그렇지만, 탭 접합 영역(44a) 전체가 전극 탭(32)과 접합되는 것을 의미하는 것은 아니며, 탭 접합 영역(44a) 중 일부가 전극 탭(32)과 접합될 수 있다. 즉, 탭 접합 영역(44a)과 탭 미접합 영역(44b)을 구분하는 기준은 노치부(48)를 기준으로 일측에 형성되는지 또는 일측의 반대편인 타측에 형성되는지 여부일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(10)의 전극 리드(40)는 절곡된 구조를 가질 수 있다. 즉, 전극 리드(40)는 노치부(48)를 중심으로 절곡된 구조를 가질 수 있다. 도 2 내지 4에서는 전극 리드(40)는 내부 연결부(44)의 탭 접합 영역(44a)과 탭 미접합 영역(44b)가 서로 마주보도록 노치부(48)를 중심으로 절곡된 구조를 갖는 것을 도시하고 있다.
본 발명의 일 실시예와 같이, 노치부가 전극 조립체에서 외부 돌출부를 향하는 방향으로 형성되면서 동시에 전극 리드가 노치부를 중심으로 절곡된 형상을 갖는 경우, 이차전지의 내압 상승시 전극 리드의 절단이 보다 신속하게 이루어지면서 동시에 이차전지의 내부 공간 활용도가 증대될 수 있다.
기본적으로, 이차전지 내부의 단락 현상 등이 발생하는 경우 이차전지 내부에 수용된 전극 조립체의 온도가 상승하게 되고, 그에 따라, 이차전지 내부의 가스가 발생하여 이차전지의 내압이 상승하게 된다. 따라서, 전극 리드의 절단이 신속하게 이루어지기 위해서는, 노치부가 전극 조립체와 가까울 필요가 있다. 이차전지의 내압이 가장 먼저, 또한 가장 급격하게 변하는 영역은 전극 조립체 주변 영역이기 때문이다.
따라서, 노치부가 본 발명의 일 실시예와 달리 전극 조립체에서 외부 돌출부를 향하는 방향의 수직 방향으로 형성되는 경우에는 노치부가 상대적으로 전극 조립체로부터 멀어지게 되므로, 노치부에서 전극 리드의 절단이 효율적으로 이루어지기 어려울 수 있다.
반면, 본 발명의 일 실시예와 같이 노치부가 전극 조립체에서 외부 돌출부를 향하는 방향으로 형성되는 경우에는 상대적으로 노치부의 일측이 전극 조립체와 인접하게 되어, 노치부의 일측에서 절단이 효율적으로 일어나게 된다. 비록, 이 경우 노치부의 타측은 전극 조립체와 더 이격되긴 하지만, 노치부의 일측에서 일단 절단이 시작된 이상 노치부의 절단은 노치부의 일측에서 노치부의 타측으로 확대될 수 있으므로 결과적으로 전극 리드의 절단이 효율적으로 이루어질 수 있다(도 5 참조).
도 5에서는 이차전지 내부의 단락 현상 등으로 이차전지 내부에 가스가 발생한 경우 가스의 힘으로 노치부(48)가 절단되는 모습이 도시되고 있다. 노치부가 절단될 경우 전극 탭(32)이 접합된 탭 접합 영역(44a)과 전극 탭(32)이 접합되어 있지 않은 탭 미접합 영역(44b)이 분리되고, 그에 따라서 전극 탭(32)이 외부 장치에 연결된 외부 돌출부(42)와 전기적으로 완전히 분리될 수 있다. 그 결과 전극 리드(40)를 통해 흐르는 이상 전류가 차단될 수 있어 전지의 안전성이 도모될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 같이 전극 리드가 노치부를 중심으로 절곡된 구조를 갖는 경우 이차전지의 내부 공간에서 전극 리드가 차지하는 면적이 최소화되므로 이차전지의 내부 공간 활용도가 증대될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 '절곡된다'라는 표현은 '폴딩된다'라는 표현으로 대체될 수 있다. 이때, '절곡된다'는 것은 전극 리드가 노치부를 중심으로 접힌다는 것을 의미할 수 있고, '폴딩된다'는 것은 전극 리드가 노치부를 중심으로 접히되 180도에 가깝게 접힘으로써 탭 접합 영역과 탭 미접합 영역이 서로 마주보는 것을 의미할 수 있다. 즉, '폴딩된다'라는 것은'절곡된다'라는 것에 포함되는 개념일 수 있다.
계속해서, 도 1을 참고하면, 전극 리드(40)는 노치부(48)를 축으로 절곡된 내부 연결부(44)를 펼쳤을 때 ㄱ자 형상을 가질 수 있다(알파벳으로는 L자 형상일 수 있다). 이때, 탭 접합 영역(44a)는 외부 돌출부(42), 절연부(46) 및 탭 미접합 영역(44b)로부터 돌출된 형상을 갖는 것으로 이해할 수 있다. 또는, 외부 돌출부(42) 및 절연부(46)가 내부 연결부(44)로부터 돌출된 형상을 갖는 것으로 이해될 수도 있다.
또한, 노치부(48)는 내부 연결부(44)의 폭(w)의 길이만큼 형성될 수 있다. 노치부(48)가 내부 연결부(44)의 폭의 길이만큼 형성되는 경우 이차전지(10)의 내압 상승시 전극 리드(40)의 절단이 완전하게 이루어질 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 전극 탭(32) 중 적어도 일부는 탭 접합 영역(44a)과 탭 미접합 영역(44b) 사이에 구비될 수 있다. 이때, 전극 탭(32)은 탭 접합 영역(44a)과는 접촉하면서, 탭 미접합 영역(44b)과는 접촉하지 않을 수 있다. 전극 탭(32)이 탭 미접합 영역(44b)과 접촉하는 경우에는 이차전지(10)의 내압 상승으로 노치부(48)가 절단되는 경우에도 전극 리드(40)와 전극 탭(32)이 전기적으로 계속 연결되는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
도 6(a) 내지 도 6(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 내부 연결부의 일면 또는 양면에 형성되는 노치부의 형상을 확대 도시한 측단면도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)에 도시된 바와 같이 노치부(48a 내지 48c)는 내부 연결부의 양면 중 일면에만 만입된 형상을 가질 수 있다. 보다 상세하게는, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 노치부(48a)는 내부 연결부의 양면 중 하부면에만 만입된 형상을 가질 수 있고, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 노치부(48b)는 내부 연결부의 양면 중 상부면에만 만입된 형상을 가질 수 있다. 또는, 도 6(c)에 도시된 바와 같이 노치부(48c)는 내부 연결부의 양면에 만입된 형상을 가질 수도 있다.
도 7(a) 내지 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 노치부가 노치부의 길이 방향을 따라 가변적인 두께를 갖는 경우를 도시한 측단면도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)에 도시된 바와 같이 노치부(48)는 노치부(48)의 길이 방향을 따라 가변적인 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 노치부(48)는 전극 조립체와 가까울수록 얇은 두께를 가질 수 있다. 노치부(48)가 전극 조립체와 가까울수록 얇은 두께를 갖는 경우 이차전지(특히, 전극 조립체 주변)의 내압이 상승하는 경우 노치부의 파단에 의한 전극 리드의 절단이 빨리 시작되는 효과가 발생할 수 있다. 이와 달리 노치부는 외부 돌출부와 가까울수록 얇은 두께를 가질 수도 있다. 노치부가 외부 돌출부와 가까울수록 얇은 두께를 갖는 경우에는 이차전지의 내압이 상승하는 경우 노치부의 파단이 발생하는 시간이 노치부의 전 영역에 걸쳐 고르게 소요되므로 전극 리드의 절단이 짧은 시간에 완전하게 이루어지는 효과가 발생할 수 있다.
한편, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 노치부(48)는 노치부(48)의 일정 지점을 기준으로 전극 조립체와 가까울수록 두꺼운 두께를 갖고, 노치부(48)의 일정 지점을 기준으로 외부 돌출부와 가까울수록 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 또는, 이와 달리 노치부(48)는 노치부(48)의 일정 지점을 기준으로 전극 조립체와 가까울수록 얇은 두께를 갖고, 노치부(48)의 일정 지점을 기준으로 외부 돌출부와 가까울수록 얇은 두께를 가질 수도 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 리드에 노치부가 형성됨으로써 이차전지의 내압이 상승하는 경우 전극 리드의 절단이 효율적으로 이루어짐으로써 이차전지의 안전성이 향상될 수 있다. 그러나, 노치부에서는 전극 리드의 두께가 상대적으로 얇으므로 노치부에서는 상대적으로 전기 저항이 증가할 수 있다. 이는 전극 리드, 특히, 노치부에서 전력 소모가 상대적으로 크게 발생할 뿐만 아니라 노치부에서 온도가 상대적으로 크게 상승할 수 있음을 의미할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 노치부의 표면 중 적어도 일부에는 전기 전도성을 갖는 전도성 물질이 도포될 수 있다. 예를 들어, 전극 리드의 전체적인 두께가 일정하도록 노치부의 표면에 전도성 물질이 도포될 수 있다. 노치부의 표면 중 적어도 일부에 전도성 물질을 도포함으로써, 노치부에서 전기 저항이 증가하는 문제점을 해결할 수 있다. 그러나, 이때에도 이차전지 내압 상승시 노치부에서의 파단은 여전히 효율적으로 일어날 필요가 있으므로, 전극 리드를 구성하는 물질의 강도에 비해 전도성 물질의 강도는 상대적으로 약한 물질일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 전도성 물질의 파단 강도(rupture strength)는 전극 리드의 파단 강도보다 작을 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

Claims (13)

  1. 전극 탭을 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 외장재;
    상기 전극 탭과 전기적으로 연결되는 전극 리드; 를 포함하고,
    상기 전극 리드는,
    상기 외장재의 외부에 돌출되는 외부 돌출부;
    상기 외장재의 내부에 위치하는 내부 연결부;
    상기 외부 돌출부와 상기 내부 연결부 사이에 형성되는 절연부; 및
    상기 내부 연결부에 형성되고, 상기 전극 리드의 다른 영역에 비해 상대적으로 얇은 두께를 갖는 노치부; 를 포함하고,
    상기 노치부는,
    상기 전극 조립체에서 상기 외부 돌출부를 향하는 방향으로 형성되고,
    상기 내부 연결부는,
    상기 노치부의 일측편에 위치되어 상기 전극 탭에 접합되는 탭 접합 영역; 및
    상기 노치부의 타측편에 위치되고 상기 절연부에 연결되는 탭 미접합 영역; 을 포함하고,
    상기 탭 접합 영역과 상기 탭 미접합 영역은 서로 마주보도록 상기 노치부를 축으로 절곡된 구조를 갖는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 리드는,
    상기 노치부를 축으로 상기 내부 연결부를 펼쳤을 때 ㄱ자 형상을 갖는 이차전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 노치부는 상기 내부 연결부의 폭의 길이만큼 형성되는 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 탭 중 적어도 일부는 상기 탭 접합 영역과 상기 탭 미접합 영역 사이에 구비되는 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 노치부는 상기 내부 연결부의 양면 중 일면에만 만입된 형상을 갖는 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 노치부는 상기 내부 연결부의 양면에 만입된 형상을 갖는 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 노치부의 두께는 상기 노치부의 길이 방향을 따라 가변적인 이차전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 노치부는,
    상기 전극 조립체와 가까울수록 얇은 두께를 갖는 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 노치부는,
    상기 외부 돌출부와 가까울수록 얇은 두께를 갖는 이차전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 노치부는,
    상기 노치부의 일정 지점을 기준으로 상기 전극 조립체와 가까울수록 얇은 두께를 갖고,
    상기 노치부의 상기 일정 지점을 기준으로 상기 외부 돌출부와 가까울수록 얇은 두께를 갖는 이차전지.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 노치부는,
    상기 노치부의 일정 지점을 기준으로 상기 전극 조립체와 가까울수록 두꺼운 두께를 갖고,
    상기 노치부의 상기 일정 지점을 기준으로 상기 외부 돌출부와 가까울수록 두꺼운 두께를 갖는 이차전지.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 노치부의 표면 중 적어도 일부에 도포되며 전기 전도성을 갖는 전도성 물질; 을 더 포함하는 이차전지.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전도성 물질의 파단 강도(rupture strength)는 상기 전극 리드의 파단 강도보다 작은 이차전지.
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