WO2018216930A1 - 이차전지 및 그러한 이차전지의 제조방법 - Google Patents

이차전지 및 그러한 이차전지의 제조방법 Download PDF

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WO2018216930A1
WO2018216930A1 PCT/KR2018/005326 KR2018005326W WO2018216930A1 WO 2018216930 A1 WO2018216930 A1 WO 2018216930A1 KR 2018005326 W KR2018005326 W KR 2018005326W WO 2018216930 A1 WO2018216930 A1 WO 2018216930A1
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notch
secondary battery
electrode
tab
thickness
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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; 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 may be formed in a direction intersecting with a direction from the electrode assembly toward the outer protrusion, and the inner connection part may be located at one side of the notch part and bonded to the electrode tab, and And a tab non-joining region located on the other side of the notch and integrally connected to the outer protrusion, and having the structure in which the internal connection portion is bent around the notch portion such that the tab junction region and the tab non-joining region face each other.
  • a secondary battery is provided.
  • the notch part may include a first notch part and a second notch part spaced apart from each other, and the internal connection part may have a structure in which the first notch part and the second notch part are bent about an axis.
  • the internal connection part may be opposite to each other in a direction in which the first notch part and the second notch part are bent in an axis.
  • the electrode lead may have a shape of one (1) when the internal connection portion is extended along the notch portion.
  • 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 vary depending on location.
  • the first notch may be formed closer to the electrode assembly than the second notch, and the thickness of the first notch may be thinner than the thickness of the second notch.
  • the first notch may be formed closer to the electrode assembly than the second notch, and the thickness of the second notch may be thinner than the thickness of the first notch.
  • the notch part may have a thinner thickness toward both directions in which the notch part is formed based on a predetermined point of the notch part.
  • the notch part may have a thicker thickness toward both directions in which the notch part is formed based on a 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 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 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.
  • 5 (a) to 5 (c) are side cross-sectional views illustrating shapes of notches formed on one or both surfaces of an internal connection part of a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 6 (a) to 6 (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 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 an electrode when the internal voltage of the secondary battery increases in the secondary battery according to an embodiment of the present invention. It is a side sectional view which shows the structure in which the connection structure of a lead and an electrode tab is broken.
  • 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 the other part may protrude outside the exterior member 20.
  • 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 20.
  • the notch having a relatively thin thickness is formed in the electrode lead 40 of the secondary battery 10 according to the exemplary embodiment of the present invention, compared to other regions of the electrode lead 40. 48 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 crossing the direction toward the outer protrusion 42 in the electrode assembly 30, as shown in FIGS. 1 to 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 notch 48 may be formed in plural. That is, as shown in FIGS. 1 to 3, the notch part 48 may include a first notch part 48a and a second notch part 48b. 1 to 3, the first notch part 48a and the second notch part 48b as the notch part relatively close to the electrode tab 32 as the notch part relatively close to the electrode tab 32 among the plurality of notch parts. Is shown. However, the number of notches 48 is not limited thereto. That is, three or more notches 48 may be formed. In addition, the plurality of notches 48 may be formed to be parallel to the width w1 of the outer protrusion 42.
  • the internal connection portion 44 of the electrode lead 40 may also be divided into a region electrically connected to the electrode tab 32 and a region not electrically connected thereto. 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. In FIG. 1, the tab junction region 44a formed at one side of the first notch 48a and the other side of the first notch 48b and the tab junction region 44a bonded to the electrode tab 32 are connected to the insulating portion 46. Tab unbonded area 44b is shown.
  • the criterion for distinguishing the tab junction region 44a from the tab non-junction region 44b is that the notch portion relatively closest to the electrode tab 32 among the plurality of notch portions 48a and 48b (see FIGS. 1 to 3).
  • the first notch 48a may be formed on one side 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 and 3, the internal connection portion 44 is bent about the first notch portion 48a such that the tab bonding region 44a and the tab non-bonding region 44b of the internal connection portion 44 face each other. And the inner connecting portion 44 has a structure bent about the second notch portion 48b such that the outer protrusion 42 and the insulating portion 46 face each other with the tab non-joint region 44b. have.
  • the electrode lead when the notch portion is formed in a direction crossing the direction toward the outer protrusion in the electrode assembly and at the same time the electrode lead has a shape bent around the plurality of notches, the electrode when the withstand voltage rise of the secondary battery The cutting of the lead may be made more quickly, and at the same time, the internal space utilization of the secondary battery may be increased.
  • the electrode lead 40 may have a shape of one (1) when the internal connection portion 44 is extended with the notches 48a and 48b as the axis. That is, as shown in FIG. 1, the external protrusion 42, the insulating part 46, and the internal connection part 44 may be sequentially formed in the electrode lead 40 in one direction.
  • the internal connection portion 44 may be bent in a zigzag shape. That is, as illustrated in FIGS. 2 and 3, the internal connection portions 44 may be opposite in directions in which the first notches 48a and the second notches 48b are bent in an axis.
  • the thickness of each notch may be different from each other.
  • the thickness of the notch portion relatively close to the electrode tab 32 may be the notch portion relatively far from the electrode tab 32 (the second furnace referring to the drawing). Thinner than the tooth 48b).
  • breakage of the notch portion relatively close to the electrode tab may occur quickly. Breakage occurs first in the notch portion relatively close to the electrode tab, and then breakage occurs in the notch portion relatively far from the electrode tab, thereby reliably blocking abnormal current flowing through the electrode lead.
  • the notch portion relatively far from the electrode tab 32 (the second notch portion 48b when referring to the drawing) is relatively close to the notch portion (not shown in the drawing) and the first furnace. It may be thinner than the thickness of the tooth 48a).
  • the notch part is cut by the force of the gas.
  • the tab notched region 44a and the tab unbonded region 44b of the inner connection portion are separated by cutting the first notch portion 48a, and the inner portion is cut by the second notched portion 48b.
  • the tab unbonded region 44b and the insulator 46 of the connection are separated, whereby the electrode tab 32 can be completely electrically separated from the outer protrusion 42 connected to the external device. As a result, abnormal current flowing through the electrode lead 40 may be blocked, and thus battery safety may be improved.
  • 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.
  • 'folded' may be a concept included in 'bent'.
  • the notch part 48 may be formed as long as the width w2 of the internal connection part 44.
  • the electrode lead 40 may be completely cut when the internal voltage of the secondary battery 10 rises.
  • 5 (a) to 5 (c) are side cross-sectional views illustrating shapes of notches formed on one or both surfaces of an internal connection part of a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the notch 48 may have a shape indented on only one surface of both surfaces of the internal connection portion. More specifically, as shown in FIG. 5 (a), the notch part 48 may have a shape indented only in the lower surface of both surfaces of the internal connection part, and as shown in FIG. 5 (b), the notch part ( 48 may have a shape indented only in the upper surface of both sides of the internal connection. Alternatively, as shown in FIG. 5C, the notch part 48 may have a shape indented on both surfaces of the internal connection part.
  • 6 (a) to 6 (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 part 48 may have a variable thickness along the length direction of the notch part 48.
  • the notch 48 may have a thicker thickness in one direction and a thinner thickness in the other direction.
  • the notch part 48 may have a thicker thickness toward both directions in which the notch part 48 is formed based on a predetermined point.
  • the notch 48 may have a thinner thickness in both directions in which the notch 48 is formed based on a predetermined point.
  • 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 25일자 한국특허출원 제10-2017-0064899호에 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; 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 방향과 교차하는 방향으로 형성되고, 상기 내부 연결부는, 상기 노치부의 일측편에 위치되어 상기 전극 탭에 접합되는 탭 접합 영역, 및 상기 노치부의 타측편에 위치되고 상기 외부 돌출부에 일체로 연결된 탭 미접합 영역을 포함하고, 상기 탭 접합 영역과 상기 탭 미접합 영역이 마주보도록 상기 노치부를 축으로 상기 내부 연결부가 절곡된 구조를 갖는 이차전지가 제공된다.
상기 노치부는 서로 이격된 제1 노치부 및 제2 노치부를 포함하고, 상기 내부 연결부는, 상기 제1 노치부 및 상기 제2 노치부를 축으로 절곡된 구조를 가질 수 있다.
상기 내부 연결부는, 상기 제1 노치부 및 상기 제2 노치부를 축으로 절곡되는 방향이 서로 반대 방향일 수 있다.
상기 전극 리드는, 상기 노치부를 축으로 상기 내부 연결부를 펼쳤을 때 일(1)자 형상을 가질 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 위치에 따라 가변적일 수 있다.
상기 제1 노치부는 상기 제2 노치부보다 상기 전극 조립체와 가깝도록 형성되고, 상기 제1 노치부의 두께는 상기 제2 노치부의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 제1 노치부는 상기 제2 노치부보다 상기 전극 조립체와 가깝도록 형성되고, 상기 제2 노치부의 두께는 상기 제1 노치부의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 노치부는, 상기 노치부의 일정 지점을 기준으로 상기 노치부가 형성되는 양 방향으로 갈수록 얇은 두께를 가질 수 있다.
상기 노치부는, 상기 노치부의 일정 지점을 기준으로 상기 노치부가 형성되는 양 방향으로 갈수록 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 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 이차전지의 내압 증가시 전극 리드와 전극 탭의 연결 구조가 파단되는 모습을 도시한 측단면도이다.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 내부 연결부의 일면 또는 양면에 형성되는 노치부의 형상을 도시한 측단면도이다.
도 6(a) 내지 도 6(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 측단면도이고, 도 4는 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)을 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(20) 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 외장재(20)와 마주보는 영역에도 구비될 수 있다.
한편, 도 1, 도 2에 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 내지 도 3에 도시된 바와 같이 전극 조립체(30)에서 외부 돌출부(42)를 향하는 방향과 교차하는 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 내지 도 3을 참고하면, 노치부(48)는 복수로 형성될 수 있다. 즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 노치부(48)는 제1 노치부(48a) 및 제2 노치부(48b)를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3에서는 복수의 노치부 중 전극 탭(32)과 상대적으로 가까운 노치부로서 제1 노치부(48a) 및 전극 탭(32)과 상대적으로 가까운 노치부로서 제2 노치부(48b)가 도시되어 있다. 그러나, 노치부(48)의 개수는 이에 제한되지 않는다. 즉, 노치부(48)는 세개 이상 형성될 수도 있다. 또한, 복수의 노치부(48)는 외부 돌출부(42)의 폭(w1) 방향과 나란하게 형성될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 리드(40)의 내부 연결부(44)도 전극 탭(32)과 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. 도 1에는 제1 노치부(48a)의 일측에 형성되며 전극 탭(32)에 접합되는 탭 접합 영역(44a) 및 제1 노치부(48b)의 타측에 형성되며 절연부(46)에 연결되는 탭 미접합 영역(44b)가 도시되어 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 복수의 노치부(48a, 48b) 중 전극 탭(32)과 상대적으로 가장 가까운 노치부(도 1 내지 도 3의 경우, 제1 노치부(48a))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 및 도 3에서는 내부 연결부(44)의 탭 접합 영역(44a)과 탭 미접합 영역(44b)가 서로 마주보도록 내부 연결부(44)가 제1 노치부(48a)를 축으로 절곡된 구조를 갖고, 외부 돌출부(42) 및 절연부(46)가 탭 미접합 영역(44b)과 서로 마주보도록 내부 연결부(44)가 제2 노치부(48b)를 축으로 절곡된 구조를 갖는 경우가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예와 같이, 노치부가 전극 조립체에서 외부 돌출부를 향하는 방향과 교차하는 방향으로 형성되면서 동시에 전극 리드가 복수의 노치부를 중심으로 절곡된 형상을 갖는 경우, 이차전지의 내압 상승시 전극 리드의 절단이 보다 신속하게 이루어지면서 동시에 이차전지의 내부 공간 활용도가 증대될 수 있다.
전극 리드(40)는 복수의 노치부(48a, 48b)를 축으로 내부 연결부(44)를 펼쳤을 때 일(1)자 형상을 가질 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 전극 리드(40)에는 일방향으로 외부 돌출부(42), 절연부(46) 및 내부 연결부(44)가 순차적으로 형성될 수 있다.
복수의 노치부(48a, 48b)가 형성된 경우 내부 연결부(44)는 지그재그 형태로 절곡될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 내부 연결부(44)는 제1 노치부(48a) 및 제2 노치부(48b)를 축으로 절곡되는 방향이 서로 반대일 수 있다.
한편, 노치부가 복수로 형성된 경우 각각의 노치부의 두께는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 전극 탭(32)과 상대적으로 가까운 노치부(도면을 참고하면 제1 노치부(48a))의 두께는 전극 탭(32)과 상대적으로 먼 노치부(도면을 참고하면 제2 노치부(48b))의 두께보다 얇을 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, 복수의 노치부 중 전극 탭과 가장 가까운 노치부가 먼저 파단될 필요가 있다. 이차전지의 내압이 가장 먼저, 또한 가장 급격하게 변하는 영역은 전극 조립체 주변 영역이기 때문이다.
따라서, 전극 탭과 상대적으로 가까운 노치부의 두께가 전극 탭과 상대적으로 먼 노치부의 두께보다 얇은 경우 이차전지의 내압이 상승하였을 때, 전극 탭과 상대적으로 가까운 노치부의 파단이 신속하게 일어날 수 있다. 전극 탭과 상대적으로 가까운 노치부에서 먼저 파단이 발생한 후 전극 탭과 상대적으로 먼 노치부에서도 파단이 발생함으로써 전극 리드를 통해 흐르는 이상 전류를 확실하게 차단할 수 있다.
그러나, 이와 달리 전극 탭(32)과 상대적으로 먼 노치부(도면을 참고하면 제2 노치부(48b))의 두께가 전극 탭(32)과 상대적으로 가까운 노치부(도면을 참고하면 제1 노치부(48a))의 두께보다 얇을 수도 있다.
이 경우, 이차전지의 내압 상승시 전극 탭과 상대적으로 먼 노치부에서의 파단과 전극 탭과 상대적으로 가까운 노치부에서의 파단이 동시에 또는 비슷한 시기에 일어날 수 있을 뿐만 아니라, 이차전지의 내압이 정상 범위임에도 노치부(특히, 전극 탭과 상대적으로 가까운 노치부)에서 파단이 쉽게 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 4에서는 이차전지 내부의 단락 현상 등으로 이차전지 내부에 가스가 발생한 경우 가스의 힘으로 노치부가 절단되는 모습이 도시되고 있다. 특히, 도 4를 참고하면, 제1 노치부(48a)가 절단됨으로써 내부 연결부의 탭 접합 영역(44a)과 탭 미접합 영역(44b)이 분리되고, 제2 노치부(48b)가 절단됨으로써 내부 연결부의 탭 미접합 영역(44b)과 절연부(46)가 분리되고, 그에 따라 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 향상될 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.
한편, 도 1을 참고하면, 노치부(48)는 내부 연결부(44)의 폭(w2)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.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 내부 연결부의 일면 또는 양면에 형성되는 노치부의 형상을 도시한 측단면도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)에 도시된 바와 같이 노치부(48)는 내부 연결부의 양면 중 일면에만 만입된 형상을 가질 수 있다. 보다 상세하게는, 도 5(a)에 도시된 바와 같이 노치부(48)는 내부 연결부의 양면 중 하부면에만 만입된 형상을 가질 수 있고, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 노치부(48)는 내부 연결부의 양면 중 상부면에만 만입된 형상을 가질 수 있다. 또는, 도 5(c)에 도시된 바와 같이 노치부(48)는 내부 연결부의 양면에 만입된 형상을 가질 수도 있다.
도 6(a) 내지 도 6(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 노치부가 노치부의 길이 방향을 따라 가변적인 두께를 갖는 경우를 도시한 측단면도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)에 도시된 바와 같이 노치부(48)는 노치부(48)의 길이 방향을 따라 가변적인 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 노치부(48)는 일 방향으로 갈수록 두꺼운 두께를 갖고 타 방향으로 갈수록 얇은 두께를 가질 수 있다.
도 6(b)에 도시된 바와 같이 노치부(48)는 일정 지점을 기준으로 노치부(48)가 형성되는 양 방향으로 갈수록 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이와 달리, 노치부(48)는 일정 지점을 기준으로 노치부(48)가 형성되는 양 방향으로 갈수록 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; 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 방향과 교차하는 방향으로 형성되고,
    상기 내부 연결부는,
    상기 노치부의 일측편에 위치되어 상기 전극 탭에 접합되는 탭 접합 영역, 및 상기 노치부의 타측편에 위치되고 상기 외부 돌출부에 일체로 연결된 탭 미접합 영역을 포함하고, 상기 탭 접합 영역과 상기 탭 미접합 영역이 마주보도록 상기 노치부를 축으로 상기 내부 연결부가 절곡된 구조를 갖는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 노치부는 서로 이격된 제1 노치부 및 제2 노치부를 포함하고,
    상기 내부 연결부는,
    상기 제1 노치부 및 상기 제2 노치부를 축으로 절곡된 구조를 갖는 이차전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 내부 연결부는,
    상기 제1 노치부 및 상기 제2 노치부를 축으로 절곡되는 방향이 서로 반대 방향인 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 리드는,
    상기 노치부를 축으로 상기 내부 연결부를 펼쳤을 때 일(1)자 형상을 갖는 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 위치에 따라 가변적인 이차전지.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 노치부는 상기 제2 노치부보다 상기 전극 조립체와 가깝도록 형성되고,
    상기 제1 노치부의 두께는 상기 제2 노치부의 두께보다 얇은 이차전지.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 노치부는 상기 제2 노치부보다 상기 전극 조립체와 가깝도록 형성되고,
    상기 제2 노치부의 두께는 상기 제1 노치부의 두께보다 얇은 이차전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 노치부는,
    상기 노치부의 일정 지점을 기준으로 상기 노치부가 형성되는 양 방향으로 갈수록 얇은 두께를 갖는 이차전지.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 노치부는,
    상기 노치부의 일정 지점을 기준으로 상기 노치부가 형성되는 양 방향으로 갈수록 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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