WO2022119220A1 - 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

이차전지 및 이를 포함하는 디바이스 Download PDF

Info

Publication number
WO2022119220A1
WO2022119220A1 PCT/KR2021/017337 KR2021017337W WO2022119220A1 WO 2022119220 A1 WO2022119220 A1 WO 2022119220A1 KR 2021017337 W KR2021017337 W KR 2021017337W WO 2022119220 A1 WO2022119220 A1 WO 2022119220A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
flexible
secondary battery
electrode assembly
case
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/017337
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김연경
최형식
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to US18/036,736 priority Critical patent/US20230411807A1/en
Priority to EP21900908.1A priority patent/EP4224621A1/en
Priority to CN202180075639.4A priority patent/CN116457976A/zh
Priority to JP2023523636A priority patent/JP2023546183A/ja
Publication of WO2022119220A1 publication Critical patent/WO2022119220A1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543Terminals
    • H01M50/552Terminals characterised by their shape
    • H01M50/553Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
    • H01M50/557Plate-shaped terminals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/102Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105Pouches or flexible bags
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/172Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/178Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for pouch or flexible bag cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/183Sealing members
    • H01M50/186Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543Terminals
    • H01M50/547Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/548Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on opposite sides of the cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543Terminals
    • H01M50/562Terminals characterised by the material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574Devices or arrangements for the interruption of current
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/586Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries inside the batteries, e.g. incorrect connections of electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/59Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
    • H01M50/591Covers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/59Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
    • H01M50/595Tapes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery and a device including the same, and more particularly, to a secondary battery for preventing disconnection of an electrode tab and a device including the same.
  • lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries having advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability.
  • Secondary batteries are also classified according to the structure of an electrode assembly in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode are stacked.
  • a jelly roll-type electrode assembly having a structure in which long sheet-shaped positive and negative electrodes are wound with a separator interposed therebetween, a plurality of positive and negative electrodes cut into units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween. and stacked electrode assemblies.
  • the secondary battery is a cylindrical secondary battery in which the electrode assembly is built in a cylindrical case, a prismatic secondary battery in which the electrode assembly is built in a prismatic case, and the electrode assembly is built in a pouch-type case of a laminate sheet. It may be classified as a pouch-type secondary battery.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional pouch-type secondary battery
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1 .
  • the conventional pouch-type secondary battery 10 may be manufactured by accommodating the electrode assembly 20 inside the pouch-type battery case 30 and sealing the electrode assembly 20 .
  • the electrode assembly 20 may include electrodes and a separator disposed between the electrodes.
  • the electrodes include an electrode tab 21t, and the electrode tab 21t may be joined to the electrode lead 40 by a method such as welding. As the electrode lead 40 is exposed to the outside of the pouch-type battery case 30 , the electrode assembly 20 may be electrically connected.
  • the electrode assembly 20 may be a stacked electrode assembly in which a plurality of electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween. All of the electrode tabs 21t extending from the respective electrodes may be bonded to the electrode lead 40 .
  • the electrode assembly 20 repeats contraction and expansion as charging and discharging are repeated. As shown in FIG. 2 , the electrode assembly 20 expands in its thickness direction (a direction parallel to the z-axis). Since the electrode lead 40 included in the conventional secondary battery 10 is not flexible and is interposed between the sealed battery cases 30, the position of the electrode tabs 21t can be fixed while the electrode tabs 21t are joined. there is only At this time, when the electrode assembly 20 expands in its thickness direction (a direction parallel to the z-axis), since the electrode lead 40 is fixed, a large tension is generated in the electrode tab 21t. In particular, in the stacked electrode assembly, the outermost electrode tab 21t exerts the greatest tension when the electrode assembly 20 is expanded, and in severe cases, it may lead to disconnection.
  • An object of the present invention is to provide a secondary battery capable of reducing the tension applied to an electrode tab and preventing disconnection of the outermost electrode tab even when the electrode assembly expands, and a device including the same .
  • a secondary battery includes: an electrode assembly including electrode sheets on which electrode tabs are formed and a separator positioned between the electrode sheets; a battery case in which the electrode assembly is accommodated; and an electrode lead connected to the electrode tab and protruding to the outside of the battery case.
  • the electrode lead includes a flexible part having elasticity in a direction parallel to the protruding direction of the electrode lead, and the flexible part is located inside the battery case.
  • the flexible part may have a curved shape.
  • the flexible portion may extend in a direction parallel to the protruding direction of the electrode lead.
  • the flexible part may include at least one of gold (Au) and silver (Ag).
  • the battery case may include an upper case and a lower case, the sealing part of the upper case and the sealing part of the lower case may be heat-sealed to each other, and the flexible part may include a portion in which the sealing parts are located among the electrode leads. and the electrode assembly.
  • the electrode lead may include: a first part connected to the flexible part and the electrode tab; a second part connected to the flexible part and protruding to the outside of the battery case; and a fixing part connected to each of the first part and the second part.
  • the flexible part may include a first flexible part and a second flexible part, and the fixing part may be positioned between the first flexible part and the second flexible part.
  • the fixing part may include at least one of a glass material, a ceramic material, carbon (graphite), and an alloy material having low flexibility.
  • the fixing part may have a straight shape.
  • the electrode assembly may be a stacked electrode assembly in which the electrode sheets are stacked, and when the electrode sheets expand in a thickness direction, the flexible portion may extend in a direction perpendicular to the thickness direction.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional pouch-type secondary battery.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the cutting line A-A' of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a state in which the secondary battery of FIG. 3 is assembled.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B' of FIG.
  • FIG. 6 is a plan view of the electrode lead included in the secondary battery of FIG. 5 viewed in the -z-axis direction on the xy plane.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an expanded state of the electrode assembly with respect to the electrode assembly and the electrode lead included in the secondary battery of FIG. 5 .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an electrode assembly and an electrode lead according to a modified embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of the electrode assembly and the electrode lead of FIG. 8 viewed in the -z-axis direction on the xy plane.
  • FIG. 10 is a plan view showing an electrode lead according to another modified embodiment of the present invention.
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located “on” or “on” in the direction opposite to gravity not.
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "in cross-section” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a perspective view illustrating a state in which the secondary battery of FIG. 3 is assembled.
  • 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B' of FIG.
  • a secondary battery 100 includes an electrode assembly 200 , a battery case 300 in which the electrode assembly 200 is accommodated, and a battery case 300 . It includes electrode leads 400 and 500 protruding outward.
  • the electrode assembly 200 includes electrode sheets 210 and 220 on which electrode tabs 210t are formed, and a separator 230 positioned between the electrode sheets 210 and 220 .
  • the electrode assembly 200 according to the present embodiment may be a stacked electrode assembly, a jelly roll electrode assembly, or a stacked/folding electrode assembly, but is preferably a stacked electrode assembly.
  • the stacked electrode assembly may have a structure in which a plurality of electrode sheets 210 and 220 are stacked with a separator 230 interposed therebetween.
  • Each of the electrode sheets 210 and 220 may be formed by coating an electrode active material on an electrode current collector, and a portion of the electrode current collector may protrude to provide an electrode tab 210t.
  • the electrode sheets 210 and 220 may be divided into a positive electrode sheet and a negative electrode sheet, and a separator 230 may be interposed between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet.
  • the electrode sheet 210 may be a positive electrode sheet, and the electrode tab 210t protruding therefrom may be a positive electrode tab.
  • the other electrode sheet 220 may be a negative electrode sheet, and an electrode tab (not shown) protruding therefrom may be a negative electrode tab.
  • the electrode tab according to the present embodiment may be connected to the electrode lead.
  • electrode tabs 210t of any one polarity may be bonded to any one electrode lead 400
  • electrode tabs (not shown) having a different polarity may be bonded to another electrode lead 500 .
  • These electrode leads 400 and 500 may protrude from both ends of the battery case 300 .
  • the two electrode leads 400 and 500 protrude in opposite directions in FIGS. 3 and 4
  • One of the two electrode leads 400 and 500 may be an anode lead, and the other may be a cathode lead.
  • the battery case 300 may be a pouch-type case.
  • the battery case 300 may include an upper case 310 and a lower case 320 that are heat-sealed to each other.
  • the battery case 300 including the upper case 310 and the lower case 320 may be a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • each of the upper case 310 and the lower case 320 may include an inner resin layer for sealing, a metal layer preventing material penetration, and an outermost outer resin layer.
  • the outer resin layer may have excellent tensile strength and weather resistance compared to its thickness and electrical insulation to protect the pouch-type secondary battery 100 from the outside.
  • the outer resin layer may include a polyethylene terephthalate (PET) resin or a nylon resin.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the metal layer may prevent air, moisture, etc. from flowing into the pouch-type secondary battery 100 .
  • the metal layer may include aluminum (Al).
  • the inner resin layer may be thermally fused to each other by heat and pressure applied in a state in which the electrode assembly 200 is embedded.
  • the inner resin layer may include casted polypropylene (CPP) or polypropylene (PP).
  • Concave accommodating parts 310R and 320R in which the electrode assembly 200 can be seated may be formed in each of the upper case 310 and the lower case 320 , and the electrode assembly 200 is provided with these accommodating parts 310R. , 320R) can be accommodated.
  • Sealing parts 310S and 320S may be provided along the outer periphery of each of the receiving parts 310R and 320R of the upper case 310 and the lower case 320 .
  • the sealing part 310S of the upper case 310 and the sealing part 320S of the lower case 320 may be thermally fused to each other, and the battery case 300 may be sealed.
  • the inner resin layer of the sealing part 310S of the upper case 310 and the inner resin layer of the sealing part 320S of the lower case 320 may be heat-sealed in a state in which they face each other.
  • the upper case 310 and the lower case 320 separated from each other with the receiving part formed it may be a laminate sheet in which one side of the upper case and one side of the lower case are integrally formed, and the upper case and the The lower case may have a plate-shaped structure in which an accommodating part is formed in only one of the lower cases and the accommodating part is not formed in the other one.
  • FIG. 6 is a plan view of the electrode lead included in the secondary battery of FIG. 5 viewed in the -z-axis direction on the xy plane.
  • the electrode lead 400 according to the present embodiment has a flexible portion ( 400f, flexible part), and the flexible part 400f is located inside the battery case 300 .
  • the flexible portion 400f according to the present embodiment has a curved shape, and may extend in a direction parallel to the protrusion direction (a direction parallel to the y-axis) of the electrode lead 400 .
  • the flexible portion 400f according to the present embodiment may be compressed in a direction parallel to the protrusion direction (parallel to the y-axis) of the electrode lead 400 .
  • the flexible portion 400f is preferably made of a material having excellent ductility, malleability, elasticity, and toughness, and may include, for example, at least one of gold (Au) and silver (Ag).
  • This flexible portion 400f may be formed in the middle of the electrode lead 400, specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, electrode leads at both ends of the metal material constituting the flexible portion 400f.
  • the plate-shaped existing metal material constituting the 400 may be joined by a method such as welding. That is, for example, by welding a metal member including aluminum (Al) or copper (Cu) to both ends of a metal member including silver (Ag), the electrode lead 400 including the flexible portion 400f is formed. can be manufactured.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an expanded state of the electrode assembly with respect to the electrode assembly and the electrode lead included in the secondary battery of FIG. 5 .
  • the electrode lead 40 is not flexible, and since the position is fixed, a large tension is generated in the electrode tab 21t according to the expansion of the electrode assembly 20, The outermost electrode tab 21t has a risk of disconnection.
  • the electrode assembly 200 moves in the thickness direction (parallel to the z-axis). direction), it can extend in a direction perpendicular to the thickness direction. It may extend in a direction parallel to the axis (a direction parallel to the axis), particularly in a direction in which the electrode assembly 200 is located (the -y-axis direction).
  • the flexible portion 400f included in the electrode lead 400 is located inside the battery case 300 .
  • the sealing part 310S of the upper case 310 and the sealing part 320S of the lower case 320 are heat-sealed to each other, and the flexible part 400f is the electrode lead 400 ) of the sealing parts 310S and 320S may be located between the portion and the electrode assembly 200 .
  • the flexible portion 400f is formed on the outer portion of the electrode lead 400 that is outside the portion where the sealing portions 310S and 320S are located, since it is an outer portion of the portion fixed by the sealing portions 310S and 320S, the electrode When the assembly 200 is expanded, the tension applied to the electrode tab 210t cannot be reduced. Therefore, it is preferable that the flexible portion 400f according to the present embodiment is formed inside the battery case 300 .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an electrode assembly and an electrode lead according to a modified embodiment of the present invention.
  • 9 is a plan view of the electrode assembly and the electrode lead of FIG. 8 viewed in the -z-axis direction on the xy plane.
  • FIG. 8 corresponds to a cross-section cut along the yz plane, like the cross-section of FIG. 5 or FIG. 7 .
  • the formation of the flexible portion 400f ′ on the electrode lead 400 ′ according to the modified embodiment of the present invention is similar to that described above, but the fixing portion 430 is additionally can be formed.
  • the electrode lead 400' is connected to the flexible part 400f' and the first part 410 connected to the electrode tab 210t, the flexible part 400f', and is connected to the outside of the battery case. It may include a second portion 420 protruding to the , and a fixing portion 430 connected to each of the first portion 410 and the second portion 420 .
  • the flexible portion 400f ′ may include a first flexible portion 400f1 and a second flexible portion 400f2 .
  • the first portion 410 may be bonded to one end of each of the first flexible portion 400f1 and the second flexible portion 400f2, and the other of the first flexible portion 400f1 and the second flexible portion 400f2, respectively.
  • a second portion 420 may be bonded to the end.
  • welding joining may be used as the method of joining.
  • the fixing part 430 may be connected to each of the first part 410 and the second part 420 while being positioned between the first flexible part 400f1 and the second flexible part 400f2 .
  • the fixing part 430 may also be connected to each of the first part 410 and the second part 420 by welding or the like.
  • the fixing part 430 may include at least one of a glass material, a ceramic material, carbon (graphite), and an alloy material having low flexibility. Also, unlike the flexible portion 400f ′ having a serpentine shape, the fixed portion 430 may have a straight shape.
  • the flexible part 400f' contains a material having excellent ductility, malleability, elasticity, and toughness, the flexible part 400f' is not fixed in the process of welding the electrode tab 210t to the electrode lead 400'. Therefore, welding may not proceed smoothly. Accordingly, in this embodiment, the fixed part 430 of a straight line was provided to fix the compressed shape of the flexible part 400f'. In addition, since the fixing part 430 can maintain a constant distance between the first part 410 and the second part 420 , the flexible part 400f' is prevented from being expanded even before the electrode assembly 200 is expanded. can do. Instead, since the fixing part 430 according to the present embodiment includes a metal material with somewhat weak strength, it does not interfere with the extension of the flexible part 400f ′ while being broken according to the expansion of the electrode assembly 200 .
  • FIG. 10 is a plan view illustrating an electrode lead according to another modified embodiment of the present invention, and specifically shows the modified position of the fixing part 430 .
  • the electrode lead 400 ′′ according to the present embodiment may include a first part 410 , a second part 420 , and a fixing part 430 .
  • the fixing part 430 according to the present embodiment connects the first part 410 and the second part 420 , there is no particular limitation on the position and number of the fixing part 430 . For example, referring to FIG.
  • one flexible part 400f ′′ connected to the first part 410 and the second part 420 is formed, and the two fixing parts 430 are connected to one flexible part ( 400f ′′) may be connected to each of the first portion 410 and the second portion 420 . That is, the two fixing parts 430 may be disposed on both sides of the flexible part 400f ′′ in the x-axis direction.
  • the fixing parts 430 shown in FIG. 10 can also fix the compressed shape of the flexible part 400f ′′, and the gap between the first part 410 and the second part 420 before the electrode assembly is expanded. can be kept constant.
  • a lead film 600 may be positioned on each of the electrode leads 400 and 500 .
  • the lead film 600 may be positioned between the upper case 310 and the lower case 320 in the form of respectively surrounding the electrode leads 400 and 500 .
  • the lead film 600 may not only prevent a short circuit from occurring between the electrode leads 400 and 500 and the metal layer of the battery case 300 , but also improve sealing properties of the pouch-type battery case 300 .
  • the electrode leads 400 and 500 made of a metal material are heat-sealed to the inner resin layer of the pouch-type battery case 300, the contact resistance is rather high, and surface adhesion may be reduced.
  • the lead film 600 may include an insulating material to block the application of current from the electrode leads 400 and 500 to the pouch-type battery case 300 .
  • the lead film 600 may be formed of a film having insulation and heat sealing properties.
  • the lead film 600 may include, for example, at least one of polyimide (PI), polypropylene (PP), polyethylene (PE), and polyethylene terephthalate (PET).
  • PI polyimide
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • a plurality of secondary batteries according to the present embodiment described above may be gathered to form a battery module.
  • a battery module may be mounted together with various control and protection systems such as a battery management system (BMS) and a cooling system to form a battery pack.
  • BMS battery management system
  • a cooling system to form a battery pack.
  • the secondary battery, the battery module, or the battery pack may be applied to various devices. Specifically, it may be applied to transportation means such as electric bicycles, electric vehicles, hybrids, etc., but is not limited thereto, and may be applied to various devices capable of using a secondary battery.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극탭이 형성된 전극시트들 및 상기 전극시트들 사이에 위치한 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 전지 케이스; 및 상기 전극탭과 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출되는 전극리드를 포함한다. 상기 전극리드는, 상기 전극리드의 돌출 방향과 평행한 방향으로 신축성을 갖는 유연부(Flexible part)를 포함하며, 상기 유연부는 상기 전지 케이스의 내부에 위치한다.

Description

이차전지 및 이를 포함하는 디바이스
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 12월 1일자 한국 특허 출원 제10-2020-0165723호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전극탭의 단선을 예방하는 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
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 전력 저장장치 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 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리롤형 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체 등을 들 수 있다. 최근에는 상기 젤리롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리롤형과 스택형의 혼합 형태로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위 셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
또한, 이차전지는 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형의 케이스에 내장된 원통형 이차전지, 전극 조립체가 각형의 케이스에 내장된 각형 이차전지 및 전극 조립체가 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지에 대한 사시도이고, 도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 파우치형 이차전지(10)는, 파우치형 전지 케이스(30) 내부에 전극 조립체(20)를 수납한 뒤 밀봉하여 제조될 수 있다. 전극 조립체(20)는 전극들 및 상기 전극들 사이에 배치되는 분리막을 포함할 수 있다. 상기 전극들은 전극탭(21t)을 포함하고, 전극탭(21t)이 전극리드(40)와 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다. 전극리드(40)가 파우치형 전지 케이스(30) 외부로 노출됨에 따라 전극 조립체(20)의 전기적 연결이 이루어질 수 있다.
이때, 전극 조립체(20)는, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 전극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체일 수 있다. 각 전극들로부터 연장된 각각의 전극탭(21t)이 모두 전극리드(40)에 접합될 수 있다.
전극 조립체(20)는 충, 방전이 반복됨에 따라 수축과 팽창을 반복한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(20)는 그 두께 방향(z축과 평행한 방향)으로 팽창이 일어나게 된다. 종래의 이차전지(10)에 포함된 전극리드(40)는 유연하지 않고, 또 밀봉된 전지 케이스(30) 사이에 개재되어 있기 때문에 전극탭(21t)들이 접합된 상태에서 그 위치가 고정될 수 밖에 없다. 이때, 전극 조립체(20)가 그 두께 방향(z축과 평행한 방향)으로 팽창되면, 전극리드(40)는 고정되어 있기 때문에 전극탭(21t)에 장력이 크게 발생한다. 특히, 스택형 전극 조립체에서, 가장 바깥쪽에 위치한 전극탭(21t)은 전극 조립체(20)의 팽창 시 장력이 가장 크게 작용하기 때문에 심한 경우 단선까지 이어질 우려가 있다.
이에, 전극 조립체의 팽창 발생 시, 전극탭의 단선을 방지할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극 조립체의 팽창이 일어나더라도, 전극탭에 인가되는 장력을 줄이고, 가장 바깥쪽에 위치한 전극탭의 단선을 방지할 수 있는 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극탭이 형성된 전극시트들 및 상기 전극시트들 사이에 위치한 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 전지 케이스; 및 상기 전극탭과 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출되는 전극리드를 포함한다. 상기 전극리드는, 상기 전극리드의 돌출 방향과 평행한 방향으로 신축성을 갖는 유연부(Flexible part)를 포함하며, 상기 유연부는 상기 전지 케이스의 내부에 위치한다.
상기 유연부는 굴곡진 형태를 가질 수 있다.
상기 유연부는 상기 전극리드의 돌출 방향과 평행한 방향으로 늘어날 수 있다.
상기 유연부는 금(Au) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전지 케이스는, 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함할 수 있고, 상기 상부 케이스의 실링부와 상기 하부 케이스의 실링부가 서로 열융착할 수 있으며, 상기 유연부는, 상기 전극리드 중 상기 실링부들이 위치한 부분과 상기 전극 조립체 사이에 위치할 수 있다.
상기 전극리드는, 상기 유연부 및 상기 전극탭과 연결된 제1 부분; 상기 유연부와 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출된 제2 부분; 및 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 각각과 연결된 고정부를 포함할 수 있다.
상기 유연부는, 제1 유연부 및 제2 유연부를 포함할 수 있고, 상기 고정부는 상기 제1 유연부 및 상기 제2 유연부 사이에 위치할 수 있다.
상기 고정부는 유리 소재, 세라믹 소재, 탄소(graphite) 및 낮은 유연성을 갖는 합금 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 고정부는 일직선 형태를 가질 수 있다.
상기 전극 조립체는, 상기 전극시트들이 적층된 스택형 전극 조립체일 수 있고, 상기 전극시트들이 두께 방향으로 팽창 시 상기 유연부가 상기 두께 방향과 수직한 방향으로 늘어날 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전극리드에 유연한 부분을 형성함으로써, 전극 조립체의 팽창이 일어나더라도 전극탭에 인가되는 장력을 줄일 수 있다. 이에 따라, 가장 바깥쪽에 위치한 전극탭의 단선을 예방할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 이차전지가 조립된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 5의 이차전지에 포함된 전극리드를 xy 평면 상에서 -z축 방향으로 바라본 평면도이다.
도 7은 도 5의 이차전지에 포함된 전극 조립체 및 전극리드에 대해, 전극 조립체가 팽창된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 전극리드를 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8의 전극 조립체 및 전극리드를 xy 평면 상에서 -z축 방향으로 바라본 평면도이다.
도 10은 본 발명의 변형된 다른 일 실시예에 따른 전극리드를 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 이차전지가 조립된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 4의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는, 전극 조립체(200), 전극 조립체(200)가 수납되는 전지 케이스(300) 및 전지 케이스(300)의 외측으로 돌출되는 전극리드(400, 500)를 포함한다.
전극 조립체(200)는 전극탭(210t)이 형성된 전극시트(210, 220)들 및 전극시트(210, 220)들 사이에 위치한 분리막(230)을 포함한다. 특히, 본 실시예예 따른 전극 조립체(200)는, 스택형 전극 조립체, 젤리롤형 전극 조립체 또는 스택/폴딩형 전극 조립체일 수 있으나, 스텍형 전극 조립체인 것이 바람직하다. 구체적으로, 스택형 전극 조립체는 다수의 전극시트(210, 220)들이 분리막(230)을 사이에 두고 적층된 구조일 수 있다.
각 전극시트(210, 220)는 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성될 수 있으며, 상기 전극 집전체의 일부가 돌출되어 전극탭(210t)이 마련될 수 있다. 전극시트(210, 220)는 양극시트와 음극 시트로 구분될 수 있으며, 양극시트와 음극시트 사이에 분리막(230)이 개재될 수 있다. 일례로, 전극시트(210)가 양극시트일 수 있으며, 그로부터 돌출된 전극탭(210t)은 양극탭일 수 있다. 다른 전극시트(220)는 음극시트일 수 있고, 그로부터 돌출된 전극탭(미도시)는 음극탭일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전극탭은 전극리드와 연결될 수 있다. 일례로, 어느 한 극성의 전극탭(210t)들이 어느 하나의 전극리드(400)에 접합될 수 있고, 다른 극성의 전극탭(미도시)들이 다른 전극리드(500)에 접합될 수 있다. 이러한 전극리드(400, 500)는 전지 케이스(300)의 양 단부로부터 돌출될 수 있다. 도 3 및 도 4에는 2개의 전극리드(400, 500)가 서로 대향하는 방향으로 돌출되는 것으로 나타나 있으나, 돌출되는 방향에 특별한 제한은 없다. 즉, 이차전지(100)의 일측으로부터 서로 같은 방향으로 2개의 전극리드(400, 500)가 돌출되는 구조도 가능하다. 2개의 전극리드(400, 500) 중 하나는 양극리드일 수 있고, 다른 하나는 음극리드일 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 케이스(300)는 파우치형 케이스일 수 있다. 이러한 전지 케이스(300)는, 서로 열융착되는 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)를 포함할 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 포함하는 전지 케이스(300)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다. 구체적으로, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각은 밀봉을 위한 내측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 금속층 및 가장 바깥쪽의 외측 수지층을 포함할 수 있다.
상기 외측 수지층은 외부로부터 파우치형 이차전지(100)를 보호하기 위해 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성을 갖고 전기적 절연성을 가질 수 있다. 이러한 외측 수지층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 수지 또는 나일론(nylon) 수지를 포함할 수 있다. 상기 금속층은 공기, 습기 등이 파우치형 이차전지(100) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 금속층은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 상기 내측 수지층은 전극 조립체(200)를 내장한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 서로 열 융착될 수 있다. 이러한 내측 수지층은 무연신 폴리프로필렌(Casted PolyPropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP)를 포함할 수 있다.
상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각에 전극 조립체(200)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(310R, 320R)가 형성될 수 있고, 전극 조립체(200)가 이러한 수납부(310R, 320R)에 수납될 수 있다. 수납부(310R, 320R)를 형성하는 방법에 특별한 제한은 없으며, 가압하는 펀치를 이용한 딥 드로잉 방식이 적용될 수 있다.
상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각의 수납부(310R, 320R)의 바깥둘레를 따라 실링부(310S, 320S)가 마련될 수 있다. 상부 케이스(310)의 실링부(310S)와 하부 케이스(320)의 실링부(320S)가 서로 열 융착되어, 전지 케이스(300)가 밀봉될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상부 케이스(310)의 실링부(310S)의 내측 수지층과 하부 케이스(320)의 실링부(320S)의 내측 수지층이 서로 대면한 상태에서 열 융착될 수 있다. 한편, 도 3에는 수납부가 형성되고 서로 분리된 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 도시하였으나, 상부 케이스의 일변과 하부 케이스의 일변이 일체로 형성된 라미네이트 시트일 수 있고, 또 상부 케이스와 하부 케이스 중 어느 하나에만 수납부가 형성되고 다른 하나는 수납부가 형성되지 않는 판상형 구조일 수 있다.
이하에서는, 도 5 및 도 6 등을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따라 전극리드에 형성된 유연부에 대해 자세히 설명하도록 한다. 설명의 반복을 피하기 위해 2개의 전극리드(400, 500) 중 어느 하나의 전극리드(400)를 기준으로 설명하나, 다른 전극리드(500)에도 본 실시예에 따른 유연부의 구조가 형성될 수 있음은 물론이다.
도 6은 도 5의 이차전지에 포함된 전극리드를 xy 평면 상에서 -z축 방향으로 바라본 평면도이다.
도 3, 도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예예 따른 전극리드(400)는, 전극리드(400)의 돌출방향(y축과 평행한 방향)과 평행한 방향으로 신축성을 갖는 유연부(400f, Flexible part)를 포함하고, 유연부(400f)는 전지 케이스(300) 내부에 위치한다.
구체적으로, 본 실시예예 따른 유연부(400f)는 굴곡진 형태를 갖고 있으며, 전극리드(400)의 돌출방향(y축과 평행한 방향)과 평행한 방향으로 늘어날 수 있다. 다시 말해, 본 실시예예 따른 유연부(400f)는 전극리드(400)의 돌출방향(y축과 평행한 방향)과 평행한 방향으로 압축된 형태일 수 있다.
이러한 유연부(400f)는 연성, 전성, 탄성, 인성이 우수한 물질이 바람직하며, 일례로, 금(Au) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 유연부(400f)는 전극리드(400)의 중간에 형성될 수 있는데, 구체적으로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 유연부(400f)를 구성하는 금속 소재의 양 단부에 전극리드(400)를 구성하는 판상형의 기존 금속 소재를 용접 등의 방법으로 접합할 수 있다. 즉, 예를 들어 은(Ag)을 포함하는 금속 부재의 양 단부에 알루미늄(Al)이나 구리(Cu)을 포함하는 금속 부재를 용접함으로써, 유연부(400f)를 포함하는 전극리드(400)를 제조할 수 있다.
도 7은 도 5의 이차전지에 포함된 전극 조립체 및 전극리드에 대해, 전극 조립체가 팽창된 모습을 나타낸 단면도이다.
종래의 전극 조립체(20, 도 2 참고)는 전극리드(40)가 유연하지 않고, 그 위치가 고정되어있기 때문에 전극 조립체(20)의 팽창에 따라 전극탭(21t)에 장력이 크게 발생하고, 가장 바깥쪽에 위치한 전극탭(21t)은 단선의 위험이 있다. 반면, 도 7을 도 5 및 도 6과 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 전극리드(400)의 유연부(400f)는 신축성을 갖기 때문에 전극 조립체(200)가 두께 방향(z축과 평행한 방향)으로 팽창 시, 상기 두께 방향과 수직한 방향으로 늘어날 수 있다 다시 말해, 전극 조립체(200)의 팽창에 따라, 본 실시예예 따른 유연부(400f)는 전극리드(400)의 돌출방향(y축과 평행한 방향)과 평행한 방향, 그 중에서도 전극 조립체(200)가 위치한 방향(-y축 방향)으로 늘어날 수 있다.
유연부(400f)의 늘어남으로 인해 전극탭(210t)에 과도한 장력이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 가장 바깥쪽에 위치한 전극탭(210t)의 단선을 예방할 수 있다.
이때, 상술한 바 대로, 전극리드(400)에 포함된 유연부(400f)는 전지 케이스(300) 내부에 위치한다. 구체적으로, 도 5를 다시 참고하면, 상부 케이스(310)의 실링부(310S)와 하부 케이스(320)의 실링부(320S)가 서로 열융착하는데, 유연부(400f)는, 전극리드(400) 중 실링부(310S, 320S)들이 위치한 부분과 전극 조립체(200)의 사이에 위치할 수 있다. 유연부(400f)가 전극리드(400) 중 실링부(310S, 320S)들이 위치한 부분의 외측인 바깥 부분에 형성된다면, 실링부(310S, 320S)에 의해 고정된 부분의 바깥 부분인 것이므로, 전극 조립체(200)의 팽창 시 전극탭(210t)에 인가되는 장력을 줄일 수 없다. 따라서, 본 실시예에 따른 유연부(400f)s는 전지 케이스(300) 내부에 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 도 8 및 도 9를 참고하여, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 고정부에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 전극리드를 나타낸 단면도이다. 도 9는 도 8의 전극 조립체 및 전극리드를 xy 평면 상에서 -z축 방향으로 바라본 평면도이다. 특히, 도 8은 도 5나 도 7의 절단면과 같이, yz 평면을 따라 자른 단면에 해당한다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예예 따른 전극리드(400’)에 유연부(400f’)가 형성되는 것은 앞서 설명한 내용과 유사하나, 고정부(430)가 추가로 형성될 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 전극리드(400’)는, 유연부(400f’) 및 전극탭(210t)과 연결된 제1 부분(410), 유연부(400f’)와 연결되고 전지 케이스의 외측으로 돌출된 제2 부분(420) 및 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 각각과 연결된 고정부(430)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 유연부(400f’)는 제1 유연부(400f1) 및 제2 유연부(400f2)를 포함할 수 있다. 제1 유연부(400f1) 및 제2 유연부(400f2) 각각의 일 단부에 제1 부분(410)이 접합될 수 있고, 제1 유연부(400f1) 및 제2 유연부(400f2) 각각의 타 단부에 제2 부분(420)이 접합될 수 있다. 접합의 방법은 상술한 바 대로, 용접 접합이 이용될 수 있다.
이 때, 고정부(430)는 제1 유연부(400f1) 및 제2 유연부(400f2) 사이에 위치한 채 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 각각과 연결될 수 있다. 이때 고정부(430)도, 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 각각과 용접 등의 방법으로 연결될 수 있다.
쉽게 끊어지거나 부서질 수 있는 소재라면 특별한 제한 없이 고정부(430)에 적용될 수 있다. 일례로, 고정부(430)는 유리 소재, 세라믹 소재, 탄소(graphite) 및 낮은 유연성을 갖는 합금 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 구불구불한 형태를 갖는 유연부(400f’)와 달리 고정부(430)는 일직선 형태를 가질 수 있다.
유연부(400f’)가 연성, 전성, 탄성, 인성이 우수한 물질을 포함하기 때문에, 전극리드(400’)에 전극탭(210t)을 용접하는 과정에서 유연부(400f’)의 고정이 이루어지지 않아 용접이 원활히 진행되지 않을 수 있다. 이에 본 실시예에서는, 일직선 형태의 고정부(430)를 마련하여, 유연부(400f’)의 압축된 형태를 고정하고자 하였다. 또한, 고정부(430)가 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있기 때문에 전극 조립체(200)가 팽창되기도 전에 유연부(400f’)가 늘어나는 것을 방지할 수 있다. 대신, 본 실시예에 따른 고정부(430)는 다소 강도가 약한 금속 소재를 포함하기 때문에 전극 조립체(200)의 팽창에 따라 끊어지면서 유연부(400f’)의 늘어남을 방해하지 않는다.
한편, 도 10은 본 발명의 변형된 다른 일 실시예에 따른 전극리드를 나타낸 평면도로써, 구체적으로 변형된 고정부(430)의 위치를 나타낸다. 본 실시예에 따른 전극리드(400”)는 제1 부분(410), 제2 부분(420) 및 고정부(430)를 포함할 수 있다. 본 실시예예 따른 고정부(430)는, 제1 부분(410)과 제2 부분(420)을 연결한다면, 그 위치와 개수에 특별한 제한은 없다. 일례로, 도 10을 참고하면, 제1 부분(410)과 제2 부분(420)과 연결되는 하나의 유연부(400f”)가 형성되고, 2개의 고정부(430)가 하나의 유연부(400f”)를 사이에 두고 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 각각과 연결될 수 있다. 즉, x축 방향에서의 유연부(400f”) 양측에 2개의 고정부(430)가 배치될 수 있다. 도 10에 나타난 고정부(430)들도, 유연부(400f”)의 압축된 형태를 고정할 수 있고, 전극 조립체 팽창 이전에 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 사이의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있다.
한편, 도 3 및 도 5를 다시 참고하면, 전극리드(400, 500) 각각에 리드 필름(600)이 위치할 수 있다. 리드 필름(600)이 전극리드(400, 500) 를 각각 감싸는 형태로 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 사이에 위치할 수 있다.
이러한 리드 필름(600)은 전극리드(400, 500) 및 전지 케이스(300)의 금속층 사이에서 단락이 발생되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 파우치형 전지 케이스(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 금속 재질의 전극리드(400, 500)는 파우치형 전지 케이스(300)의 내측 수지층에 열 융착 시 접촉 저항이 다소 커 표면 밀착력이 저하될 수 있다. 하지만, 본 실시예와 같이, 리드 필름(600)이 구비되면, 이러한 밀착력 저하 현상이 방지될 수 있다. 또한, 리드 필름(600)은 절연성 재질을 포함하여, 전극리드(400, 500)에서 파우치형 전지 케이스(300)로 전류가 인가되는 것을 차단할 수 있다.
리드 필름(600)은 절연성 및 열 융착성을 갖는 필름으로 이루어질 수 있다. 리드 필름(600)은 예를 들어 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 이차전지가 여러 개로 모여 전지 모듈을 형성할 수 있다. 이러한 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 이차전지, 상기 전지 모듈 또는 상기 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
200: 전극 조립체
300: 전지 케이스
400, 500: 전극리드
400f: 유연부

Claims (11)

  1. 전극탭이 형성된 전극시트들 및 상기 전극시트들 사이에 위치한 분리막을 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되는 전지 케이스; 및
    상기 전극탭과 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출되는 전극리드를 포함하고,
    상기 전극리드는, 상기 전극리드의 돌출 방향과 평행한 방향으로 신축성을 갖는 유연부(Flexible part)를 포함하며,
    상기 유연부는 상기 전지 케이스의 내부에 위치하는 이차전지.
  2. 제1항에서,
    상기 유연부는 굴곡진 형태를 갖는 이차전지.
  3. 제1항에서,
    상기 유연부는 상기 전극리드의 돌출 방향과 평행한 방향으로 늘어날 수 있는 이차전지.
  4. 제1항에서,
    상기 유연부는 금(Au) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함하는 이차전지.
  5. 제1항에서,
    상기 전지 케이스는, 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고,
    상기 상부 케이스의 실링부와 상기 하부 케이스의 실링부가 서로 열융착하며,
    상기 유연부는, 상기 전극리드 중 상기 실링부들이 위치한 부분과 상기 전극 조립체 사이에 위치하는 이차전지.
  6. 제1항에서,
    상기 전극리드는, 상기 유연부 및 상기 전극탭과 연결된 제1 부분; 상기 유연부와 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출된 제2 부분; 및 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 각각과 연결된 고정부를 포함하는 이차전지.
  7. 제6항에서,
    상기 유연부는, 제1 유연부 및 제2 유연부를 포함하고,
    상기 고정부는 상기 제1 유연부 및 상기 제2 유연부 사이에 위치하는 이차전지.
  8. 제6항에서,
    상기 고정부는 유리 소재, 세라믹 소재, 탄소(graphite) 및 낮은 유연성을 갖는 합금 소재 중 적어도 하나를 포함하는 이차전지.
  9. 제6항에서,
    상기 고정부는 일직선 형태를 갖는 이차전지.
  10. 제1항에서,
    상기 전극 조립체는, 상기 전극시트들이 적층된 스택형 전극 조립체이고,
    상기 전극시트들이 두께 방향으로 팽창 시 상기 유연부가 상기 두께 방향과 수직한 방향으로 늘어나는 이차전지.
  11. 제1항에 따른 이차전지를 포함하는 디바이스.
PCT/KR2021/017337 2020-12-01 2021-11-24 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스 WO2022119220A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/036,736 US20230411807A1 (en) 2020-12-01 2021-11-24 Secondary Battery and Device Including the Same
EP21900908.1A EP4224621A1 (en) 2020-12-01 2021-11-24 Secondary battery and device comprising same
CN202180075639.4A CN116457976A (zh) 2020-12-01 2021-11-24 二次电池和包括该二次电池的装置
JP2023523636A JP2023546183A (ja) 2020-12-01 2021-11-24 二次電池およびそれを含むデバイス

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200165723A KR20220076835A (ko) 2020-12-01 2020-12-01 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스
KR10-2020-0165723 2020-12-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022119220A1 true WO2022119220A1 (ko) 2022-06-09

Family

ID=81854183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/017337 WO2022119220A1 (ko) 2020-12-01 2021-11-24 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230411807A1 (ko)
EP (1) EP4224621A1 (ko)
JP (1) JP2023546183A (ko)
KR (1) KR20220076835A (ko)
CN (1) CN116457976A (ko)
WO (1) WO2022119220A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0574473A (ja) * 1991-09-17 1993-03-26 Toshiba Corp 溶融炭酸塩型燃料電池の出力端子装置
JP2001229893A (ja) * 2000-02-18 2001-08-24 Ntk Powerdex Inc リチウムイオンポリマー電池の安全装置
JP2012099311A (ja) * 2010-11-01 2012-05-24 Denso Corp 組電池
JP2014229435A (ja) * 2013-05-21 2014-12-08 日産自動車株式会社 積層型電池
KR20150000547A (ko) * 2013-06-24 2015-01-05 세방전지(주) 안정성이 향상된 리튬전지의 제조장치 및 그 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0574473A (ja) * 1991-09-17 1993-03-26 Toshiba Corp 溶融炭酸塩型燃料電池の出力端子装置
JP2001229893A (ja) * 2000-02-18 2001-08-24 Ntk Powerdex Inc リチウムイオンポリマー電池の安全装置
JP2012099311A (ja) * 2010-11-01 2012-05-24 Denso Corp 組電池
JP2014229435A (ja) * 2013-05-21 2014-12-08 日産自動車株式会社 積層型電池
KR20150000547A (ko) * 2013-06-24 2015-01-05 세방전지(주) 안정성이 향상된 리튬전지의 제조장치 및 그 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023546183A (ja) 2023-11-01
KR20220076835A (ko) 2022-06-08
EP4224621A1 (en) 2023-08-09
US20230411807A1 (en) 2023-12-21
CN116457976A (zh) 2023-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010114318A2 (ko) 모듈의 구조 설계에 유연성을 가진 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩
WO2011115464A2 (ko) 파우치형 케이스 및 이를 포함하는 전지팩
WO2017043889A1 (ko) 냉각 성능이 개선된 배터리 모듈
WO2017217641A1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
WO2017061746A1 (ko) 전지 모듈
WO2017146379A1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
WO2021221300A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2013151233A1 (ko) 배터리셀
WO2012044035A2 (ko) 부식방지용 보호층을 포함하는 전극리드, 및 이를 포함하는 이차전지
WO2022149888A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022080754A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022039442A1 (ko) 단열 부재를 포함하는 배터리 모듈
WO2018030835A1 (ko) 이차 전지
WO2017039352A1 (ko) 향상된 냉각구조를 갖는 배터리 모듈
WO2022080673A1 (ko) 파우치형 이차 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2022119220A1 (ko) 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스
WO2022108145A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022102910A1 (ko) 레이저 용접법으로 회로기판과 전극 리드를 직접 접합한 배터리 팩
WO2021221310A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2018016774A1 (ko) 이차 전지 및 그 모듈
WO2019045365A1 (ko) 열전달 부재를 포함하는 파우치형 이차전지
WO2022114472A1 (ko) 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2023113122A1 (ko) 전해액 누액 검출기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2023136496A1 (ko) 안전성이 향상된 파우치형 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2022182062A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21900908

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023523636

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180075639.4

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021900908

Country of ref document: EP

Effective date: 20230505

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE