WO2022164182A2 - 전지셀 및 전지셀 제조 장치 - Google Patents

전지셀 및 전지셀 제조 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell and an apparatus for manufacturing a battery cell, and more particularly, to a battery cell and an apparatus for manufacturing a battery cell with improved external emission of gas generated inside the battery cell.
  • secondary batteries are of great interest not only as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, notebooks, and wearable devices, but also as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • these secondary batteries are classified into cylindrical batteries and prismatic batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet.
  • the electrode assembly built into the battery case is a power generating element that can be charged and discharged by having a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a separator between the positive electrode and the negative electrode of a long sheet type coated with an active material. It is classified into a jelly-roll type, which is wound therebetween, and a stack type, in which a plurality of positive and negative electrodes are interposed in a separator and sequentially stacked.
  • a pouch-type battery having a structure in which a stack-type or stack/folding-type electrode assembly is embedded in a pouch-type battery case of an aluminum laminate sheet is used gradually for reasons of low manufacturing cost, small weight, easy deformation, etc. is increasing
  • FIG. 1 is a top view of a conventional battery cell.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the axis a-a' in FIG. 1 . 1 and 2, the conventional battery cell 10, the electrode assembly 11 is mounted in the receiving portion 21, the battery case 20 including a sealing portion 25 of the outer periphery is sealed structure. ) is included.
  • it includes an electrode lead 30 protruding outward of the battery case 20 via the sealing part 25 , and a lead film 40 between the upper and lower parts of the electrode lead 30 and the sealing part 25 . ) is located.
  • An object of the present invention is to provide a battery cell and an apparatus for manufacturing a battery cell in which the external emission of gas generated inside the battery cell is improved.
  • a battery cell includes: a battery case in which an electrode assembly is mounted in a receiving unit, the battery case including a sealing unit having a sealed outer periphery; an electrode lead electrically connected to the electrode tab included in the electrode assembly and protruding outwardly of the battery case via the sealing part; and a lead film positioned at a portion corresponding to the sealing part in at least one of the upper part and the lower part of the electrode lead, wherein the lead film has a recessed part recessed in an inner direction of the battery case, and the recessed part is formed.
  • the part is open toward the outside of the battery case, and the sealing part located on the gas inlet part of the recessed part has a recessed sealing part recessed from the inside to the outside of the battery case, and the recessed sealing part is the gas inlet part on a plane does not overlap with at least part of
  • a gas inlet portion of the depression may be exposed inside the battery case.
  • the recessed part may include a first recessed part and a second recessed part, and the first recessed part may extend along a protruding direction of the electrode lead, and the second recessed part may extend along a longitudinal direction of the sealing part.
  • One end of the first recessed part may be open toward the outside of the battery case, and the other end of the first recessed part may communicate with the second recessed part.
  • the recessed sealing part may be located on the second recessed part.
  • the recessed sealing part may extend along a longitudinal direction of the second recessed part.
  • the length of the recessed sealing part may be equal to or greater than the length of the second recessed part.
  • a width of the recessed sealing portion may be equal to or greater than a width of the second recessed portion.
  • the lead film may have a gas permeability of 20 to 60 barrer at 60°C.
  • the moisture penetration amount of the lead film may be 0.02 to 0.2 g for 10 years at 25 °C, 50 %RH.
  • the lead film may include a polyolefin-based material.
  • a ventilation layer may be inserted into the depression, and the ventilation layer may include a material having a higher air permeability than the lead film.
  • the thickness of the ventilation layer may be 50 to 150 ⁇ m.
  • the gas permeability of the ventilation layer may be 1.6 e 5 to 1.6 e 7 barrer.
  • the ventilation layer may include a polyolefin-based resin, a fluorine-based resin, a natural material, a glass fiber, a ceramic fiber, a metal fiber, or two or more of these.
  • the lead film and the electrode tab may be spaced apart from each other.
  • the lead film may further include an inner layer covering at least one surface of the inner surface of the depression.
  • the material constituting the inner layer may have a higher melting point than the material constituting the lead film, and may not react to the electrolyte.
  • the inner layer may include at least one of a polyolefin-based material, a fluorine-based material, and a porous ceramic-based material.
  • the width of the lead film surrounding the rear surface of the depression may be 2 mm or more.
  • the thickness of the lead film surrounding the upper surface of the depression may be 100 to 300 ⁇ m.
  • the battery cell manufacturing apparatus is an apparatus for manufacturing the above-described battery cell, and includes a first sealing surface and a first sealing tool having an indentation surface formed thereon, and the indentation surface is the Seals the battery case on at least a part of the gas inlet portion of the depression, and the first sealing surface seals the battery case on the depression except for a region sealed by the indentation surface.
  • the first sealing tool may include a first sealing surface, an indentation surface, and a first inclined surface.
  • the battery cell manufacturing apparatus may further include a second sealing tool having a second sealing surface formed thereon, and the second sealing surface may seal the battery case except for a region on the depression.
  • the second sealing tool may include a second sealing surface and a second inclined surface.
  • a length of the first sealing surface may be shorter than a length of the second sealing surface.
  • a length of the first sealing surface may extend in a longitudinal direction of the depression.
  • a width of the first sealing surface may extend along a width direction of the depression.
  • the first sealing tool and the second sealing tool may be integrated with each other.
  • the present invention provides a battery cell including an electrode lead with a lead film attached thereto, which is recessed inward and is opened toward the outside of the battery case, and an apparatus for manufacturing such a battery cell, the battery External emission of gas generated inside the cell can be improved.
  • the sealing portion located on the gas inlet portion of the depression is indented from the inside to the outside of the battery case, and the indented sealing portion does not overlap with at least a portion of the gas inlet portion on a plane surface.
  • 1 is a top view of a conventional battery cell.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the axis a-a' in FIG. 1 .
  • FIG 3 is a top view of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of an electrode lead included in the battery cell of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the c-c' axis in FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the axis d-d' in FIG. 4 .
  • FIG. 7 is an enlarged view of an electrode lead portion in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the axis b-b′ of FIG. 3 .
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the axis b-b ⁇ of FIG. 3 in another embodiment of the present invention.
  • 10 is a cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • 10A is a cross-sectional view of the first sealing tool 1000 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10B is a cross-sectional view of the first sealing tool 1000 according to another embodiment of the present invention.
  • 11 is a cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • 11A is a cross-sectional view of the second sealing tool 2000 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11B is a cross-sectional view of the second sealing tool 2000 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the axis b1-b1' in FIG. 7 in a battery cell manufactured by the battery cell manufacturing apparatus of FIG. 10(b).
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the axis b2-b2' in FIG. 7 in the battery cell manufactured by the battery cell manufacturing apparatus of FIG. 11(b).
  • planar view it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-section”, it means when the cross-section obtained by cutting the target part vertically is viewed from the side.
  • the pouch battery cell 100 according to an embodiment of the present invention will be described. However, here, the description will be made based on one side of both sides of the pouch battery cell 100 , but the description is not necessarily limited thereto, and the same or similar contents may be described in the case of the other side.
  • FIG 3 is a top view of the battery cell according to the present embodiment.
  • the battery cell 100 includes a battery case 200 , an electrode lead 300 , and a lead film 400 .
  • the battery case 200 includes a sealing part 250 having a structure in which the electrode assembly 110 is mounted on the receiving part 210 and the outer periphery is sealed.
  • the sealing part 25 may be sealed by heat or laser.
  • the battery case 200 may be a laminate sheet including a resin layer and a metal layer. More specifically, the battery case 200 is made of a laminate sheet, and may be composed of an outer resin layer forming the outermost layer, a barrier metal layer preventing penetration of a material, and an inner resin layer for sealing.
  • the electrode assembly 110 may have a jelly-roll type (winding type), a stack type (laminated type), or a composite type (stack/folding type) structure. More specifically, the electrode assembly 110 may include an anode, a cathode, and a separator disposed therebetween.
  • the electrode lead 300 and the lead film 400 will be mainly described.
  • FIG. 4 is a perspective view of an electrode lead included in the battery cell of FIG. 3 .
  • the electrode lead 300 is electrically connected to the electrode tab 115 included in the electrode assembly 110 , and passes through the sealing part 250 in the outer direction of the battery case 200 . is protruding into
  • the lead film 400 is positioned at a portion corresponding to the sealing part 250 in at least one of the upper and lower portions of the electrode lead 300 . Accordingly, the lead film 400 may prevent a short circuit from occurring in the electrode lead 300 during sealing, while improving sealing properties between the sealing part 250 and the electrode lead 300 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the c-c' axis in FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the axis d-d' in FIG. 4 .
  • the lead film 400 has a recessed portion 450 recessed in the inner direction of the battery case 200 , and the recessed portion 450 is directed toward the outside of the battery case 200 . It is open.
  • the recessed part 450 may have an inner surface of the recessed part 450 closed based on the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the lead film 400 may further include an inner layer 410 covering at least one of the inner surfaces of the recessed portion 450 .
  • the inner layer 410 in the depression 450 may cover the entire surface of the lead film 400 . That is, the inner layer 410 may be formed on the entire inner surface of the recessed portion 450 excluding the open surface.
  • the recessed part 450 is not sealed by the inner layer 410 . state can be preserved.
  • the inner layer 410 may cover an upper surface or a lower surface of the inner surfaces of the recessed part 450 . That is, the recessed portion 450 may have an inner layer 410 formed on at least one of the upper and lower surfaces facing each other.
  • the inner layer 410 formed in the depression 450 may be minimized, and the depression 450 may be maintained in an unsealed state by the inner layer 410 .
  • the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
  • the inner layer 410 may be made of a material having a higher melting point than the material constituting the lead film 400 .
  • the inner layer 410 may be made of a material that does not react with the electrolyte contained in the battery case 200 . Accordingly, the inner layer 410 is made of the above-described material, and without a separate reaction with the electrolyte, thermal fusion, thermal deformation, etc. do not occur during the sealing process, so that the recessed portion 450 can be kept blank. .
  • the gas generated in the battery case 200 may be easily discharged to the outside.
  • the thickness of the inner layer 410 may be 100 ⁇ m or less.
  • the gas permeability (permeability) of the inner layer 410 may be 40 barrer or more.
  • the carbon dioxide permeability of the inner layer 410 may satisfy the above-described range.
  • the lead film 400 may include a polyolefin-based material
  • the inner layer 410 may include at least one of a polyolefin-based material, a fluorine-based material, and a porous ceramic-based material.
  • the inner layer 410 may include at least one of a polyolefin-based material, a fluorine-based material, and a porous ceramic-based material satisfying the above-described gas permeability value.
  • the polyolefin-based material may include at least one material selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyvinyldifluoride (PVDF).
  • the fluorine-based material may include at least one material selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride.
  • the inner layer 410 includes a getter material, gas permeability can be increased while water permeability can be minimized.
  • the getter material may be calcium oxide (CaO), barium oxide (BaO), lithium chloride (LiCl), silica (SiO 2 ), etc., but is not limited thereto, and reacts with water (H 2 O). Any material can be used.
  • the inner layer 410 may include an adhesive material between the lead film 400 and the inner layer 410 or may be extruded together with the lead film 400 to adhere to the lead film 400 .
  • the adhesive material may include an acrylic type.
  • the gas permeability of the inner layer 410 may be 40 barrer or more.
  • the lead film 400 includes a first lead film and a second lead film, the first lead film is located on the electrode lead 300 , and the second lead film is It may be located under the electrode lead 300 .
  • the electrode lead 300 is sealed together with the sealing part 250 in a state located between the first lead film and the second lead film, so that the first lead film and the second lead film are connected to each other.
  • the lead film 400 may prevent the side surface of the electrode lead 300 from being exposed to the outside, while improving the sealing properties of the sealing part 250 and the electrode lead 300 .
  • the depression 450 may be located in at least one of the first lead film and the second lead film. More specifically, in the lead film 400 , the depression 450 is formed in the first lead film or the second lead film based on the electrode lead 300 , or the depression 450 is formed in the electrode lead ( 300) may be formed on both the first lead film and the second lead film.
  • the number of the depressions 450 is not limited to the above description, and may be formed in an appropriate number in the lead film 400 .
  • the manufacturing process may be simplified and cost may be reduced.
  • the gas permeability (permeability) of the lead film 400 is 20 to 60 barrer, or 30 to 40 at 60 °C It can be a barrer.
  • the carbon dioxide permeability of the lead film 400 may satisfy the above-described range.
  • the gas permeability based on the thickness of the lead film 400 200 ⁇ m may satisfy the above-described range at 60 °C. When the gas permeability of the lead film 400 satisfies the above-described range, it may be more effective to discharge the gas generated inside the secondary battery.
  • gas permeability may be measured by ASTM F2476-20.
  • the moisture penetration amount of the lead film 400 may be 0.02 to 0.2 g, or 0.02 to 0.04 g, or 0.06 g or 0.15 g for 10 years at 25° C. and 50 %RH.
  • the moisture penetration amount of the lead film 400 satisfies the aforementioned range, it may be more effective to prevent penetration of moisture flowing from the lead film 400 .
  • the moisture penetration amount can be measured by adopting the ASTM F 1249 method. At this time, it can be measured using equipment officially certified by MCOON.
  • the lead film 400 may have a gas permeability (permeability) of 20 to 60 barrer at 60 °C and a moisture penetration amount of 0.02 to 0.2 g at 25 °C, 50 %RH for 10 years.
  • gas permeability and moisture penetration amount of the lead film 400 satisfy the above-described ranges, it may be more effective to prevent moisture penetration from the outside while discharging the gas generated inside the secondary battery.
  • the lead film 400 may include a polyolefin-based resin.
  • the lead film 400 may include a polyolefin-based resin satisfying the above-described gas permeability and/or moisture permeation value.
  • the polyolefin-based resin may include at least one material selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyvinyldifluoride (PVDF).
  • PVDF polyvinyldifluoride
  • the gas permeability of the lead film 400 may be 20 to 60 barrer at 60°C.
  • the moisture penetration amount may be 0.06 g to 0.15 g. In this case, the gas generated inside the secondary battery may be more effectively discharged, and it may be easy to prevent the penetration of moisture from the outside.
  • the lead film 400 is made of the above-described material, it is possible to maintain the airtightness of the battery cell 100, it is also possible to prevent leakage of the internal electrolyte.
  • FIG. 7 is an enlarged view of an electrode lead portion in another embodiment of the present invention.
  • a recessed sealing part 250H is formed inside the sealing part 250 .
  • the recessed sealing part 250H is recessed from the inside of the battery case 200 to the outside. More specifically, the recessed sealing part 250H is recessed from the inside of the receiving part 210 to the outside.
  • the recessed sealing portion 250H is located on the gas inlet portion of the recessed portion 450 .
  • At least a portion of the gas inlet portion and the sealing portion 250 do not overlap on a plane.
  • the battery case 200 when at least a portion of the gas inlet portion and the sealing portion 250 do not overlap on a plane, when the battery case 200 is viewed from above, it means that at least a portion of the gas inlet portion and the sealing portion 250 do not overlap. do.
  • the recessed sealing part 250H is located on the gas inlet part of the recessed part 450 , interference between the gas inflow part of the recessed part 450 and the sealing part 250 in the lead film 400 can be avoided, so that the battery It may be easy for the gas inside the case 200 to flow into the depression 450 .
  • the recessed part 450 may include a first recessed part 451 and a second recessed part 455 , and the first recessed part 451 aligns the protruding direction of the electrode lead 300 . may extend along, and the second recessed part 455 may extend along the longitudinal direction of the sealing part 250 .
  • the longitudinal direction of the sealing part 250 refers to a direction perpendicular to the protrusion direction of the electrode lead 300 .
  • the shape of the depression 450 is not limited to the above description, and may be formed in an appropriate shape within the lead film 400 .
  • one end of the first recessed part 451 may be opened toward the outside of the battery case 200 , and the other end of the first recessed part 451 may communicate with the second recessed part 455 .
  • the first recessed part 451 and the second recessed part 455 may be integrated with each other. That is, the second recessed part 455 may serve as a gas inlet through which gas generated in the battery case 200 is introduced, and the first recessed part 451 may be introduced into the second recessed part 455 . It can serve as a gas outlet through which the exhausted gas is discharged to the outside.
  • the recessed sealing part 250H may be positioned on the second recessed part 455 .
  • the recessed sealing part 250H may also be positioned on the boundary line between the first recessed part 451 and the second recessed part 455 .
  • the recessed sealing part 250H may extend along the longitudinal direction of the second recessed part 455 .
  • the length of the second recessed part 455 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the second recessed part 455 in a direction orthogonal to the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the length of the recessed sealing portion 250H may be equal to or greater than the length of the second recessed portion 455 .
  • the length of the recessed sealing part 250H means the maximum value of the distance between one end and the other end of the recessed sealing part 250H in a direction orthogonal to the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the width of the recessed sealing portion 250H may be equal to or greater than the width of the second recessed portion 455 .
  • the width of the second recessed part 455 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the second recessed part 455 in the protruding direction of the electrode lead 300
  • the recessed sealing part 250H means the maximum value of the distance between one end and the other end of the recessed sealing part 250H in the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the size of the recessed sealing portion 250H is not limited to the above description, and may be formed in an appropriate size in the lead film 400 .
  • the lead film 400 on the second recessed portion 455 in the lead film 400 may not contact the sealing portion 250 .
  • a portion of the lead film 400 in which the second recessed portion 455 is positioned may avoid interference with the sealing portion 250 .
  • the second depression 455 may be exposed inside the battery case 200 . Since the second recessed part 455 serves as a gas inlet through which the gas generated in the battery case 200 is introduced, the second recessed part 455 in the lead film 400 is formed inside the battery case 200 . Since the area exposed to the battery is increased, gas can be smoothly introduced into the second recessed part 455 from the inside of the battery case 200 .
  • the depression 450 may be formed at various positions with respect to the electrode lead 300 .
  • the depression 450 may be positioned on the electrode lead 300 . More specifically, the depression 450 may be formed at a position corresponding to the center of the electrode lead 300 .
  • the length of the lead film 400 may be greater than the width of the electrode lead 300 , and the recessed portion 450 is formed between the end of the electrode lead 300 and the lead film 400 .
  • the length of the lead film 400 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the lead film 400 in a direction orthogonal to the protruding direction of the electrode lead 300
  • the width of the electrode lead 300 is It means the maximum value of the distance between one end and the other end of the electrode lead 300 in a direction orthogonal to the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the depression 450 may be formed at a position avoiding the electrode lead 300 .
  • the position of the depression 450 is not limited to the above description, and may be formed at an appropriate position within the lead film 400 .
  • the size of the recessed part 450 may be adjusted according to the position of the recessed part 450 , thereby simplifying the manufacturing process and reducing the cost.
  • the lead film 400 and the electrode tab 115 may be spaced apart from each other with respect to the electrode lead 300 . Since the lead film 400 on the recessed end of the recessed part 450 does not come into contact with the sealing part 250, the width of the lead film 400 can be designed shorter than that of the prior art, so that the lead film 400 and the electrode tab ( 115) may be sufficiently spaced apart.
  • the width of the lead film 400 refers to the maximum value of the distance between one end and the other end of the lead film in the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the axis b-b′ of FIG. 3 .
  • the gas generated inside the battery cell 100 may be discharged toward the depression 450 of the lead film 400 .
  • the internal pressure of the battery cell 100 is higher than the internal pressure of the depression 450 , and the resulting pressure difference may act as a driving force of the gas.
  • the depression 450 is opened toward the outside, so that the pressure inside the depression 450 may be the same as the pressure outside.
  • the gas generated inside the battery cell 100 may be discharged toward the depression 450 , and the gas introduced into the depression 450 may be easily discharged toward the outside.
  • the external discharge amount of the gas generated inside the battery cell 100 may also be increased.
  • the recessed part 450 is recessed in the inner direction of the battery case 200 and is opened toward the outside of the battery case 200 , the recessed part 450 is not exposed to the electrolyte inside the battery case 200 . There is an advantage that can also secure the airtightness and durability of the pouch.
  • the recessed end of the recessed part 450 may serve as a gas inlet through which the gas generated in the battery case 200 is introduced, and the recessed part opened toward the outside of the battery case 200 ( The end of the 450 may serve as a gas outlet through which the gas introduced into the depression 450 is discharged to the outside.
  • the thickness H of the lead film 400 surrounding the upper surface of the depression 450 may be 100 to 300 ⁇ m, or 100 to 200 ⁇ m.
  • the lead film 400 surrounding the upper surface of the depression 450 refers to the lead film 400 between the depression 450 and the electrode lead 300 .
  • the width W of the lead film 400 surrounding the rear surface of the depression 450 may be 2 mm or more, or 2 mm to 3 mm. have.
  • the width of the lead film 400 surrounding the rear surface of the recessed part 450 is the maximum value of the distance between the recessed end of the recessed part 450 and the inner end of the battery case 200 of the lead film 400 . it means.
  • the width W of the lead film 400 surrounding the rear surface of the recessed part 450 satisfies the above-described range, the gas generated inside the battery case 200 flows into the recessed part 450 in the lead It may be easier to prevent the film 400 from tearing.
  • gas inflow from the inside of the battery case 200 into the recessed part 450 is It may be obstructed by the sealing part 250 . Accordingly, there is a problem in that the amount of gas flowing into the depression 450 is greatly reduced.
  • gas inside the battery case 200 may be introduced into the recessed part 450 by gas permeation on the lead film on the upper surface of the recessed end of the recessed part 450 , the recessed part 450 . ), when the lead film on the upper surface of the recessed end is in contact with the sealing part 250 , gas inflow from the inside of the battery case 200 into the recessed part 450 may be hindered by the sealing part 250 .
  • the recessed sealing part 250H is positioned on the gas inlet part of the recessed part 450 to prevent interference between the gas inflow part of the recessed part 450 and the sealing part 250 in the lead film 400 . can be avoided
  • the gas inlet portion of the depression 450 may be exposed inside the battery case 200 .
  • the inside of the battery case 200 means a space in the inner direction of the battery case 200 rather than the inner end of the battery case of the sealing part 250 . That is, in the lead film 400 , the area in which the gas inlet portion of the recessed part 450 is exposed inside the battery case 200 increases, so that the gas inflow from the inside of the battery case 200 into the recessed part 450 is increased. can be performed smoothly.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the axis b-b ⁇ of FIG. 3 in another embodiment of the present invention.
  • the ventilation layer 500 may be inserted into the depression 450 .
  • the ventilation layer 500 includes a material having a higher air permeability than the lead film 400 . Higher air permeability may mean that when the gas having a predetermined pressure is transmitted in one direction, the amount of the transmitted gas is relatively larger.
  • the ventilation layer 500 has high ventilation even if the gas generated inside the battery case 200 and introduced into the depression 450 does not exceed a predetermined pressure. may be discharged to the outside of the battery case 200 by the , it may be easier to discharge the gas inside the battery to the outside of the battery.
  • the ventilation layer 500 may include a material that is more porous than the lead film 400 . That is, the ventilation layer 500 may include a material having a higher ratio of pores per unit volume than the lead film 400 .
  • the gas permeability (permeability) of the ventilation layer 500 may be 1.6 e 5 to 1.6 e 7 barrer, or 1 e 6 to 3 e 6 barrer.
  • the carbon dioxide permeability of the ventilation layer 500 may satisfy the above-described range.
  • the ventilation layer 500 is made of a polyolefin-based resin, a fluorine-based resin, a natural material, a glass fiber, a ceramic fiber, and a metal fiber. It may include one or more materials selected from the group.
  • the ventilation layer 500 may be a polyolefin-based resin, a fluorine-based resin, a natural material, a glass fiber, a ceramic fiber, and a metal fiber that satisfies the above-described gas permeability value. It may include one or more materials selected from the group consisting of.
  • the polyolefin-based resin may include at least one material selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyvinyldifluoride (PVDF).
  • the fluorine-based resin may include at least one material selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, and the natural material is selected from the group consisting of cotton and wool. It may include one or more materials.
  • the thickness of the ventilation layer 500 may be 50 to 150 ⁇ m, or 50 to 100 ⁇ m.
  • the gas inside the battery case 200 may be more easily discharged to the outside of the battery case 200 .
  • 10 is a cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • 10A is a cross-sectional view of the first sealing tool 1000 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10B is a cross-sectional view of the first sealing tool 1000 according to another embodiment of the present invention.
  • the battery cell manufacturing apparatus is an apparatus for manufacturing the battery cell 100 , and a first sealing surface 1050 , and a first indentation surface 1050H are formed.
  • 1 includes a sealing tool 1000 .
  • the indentation surface 1050H seals the battery case 200 on at least a portion of the gas inlet portion of the depression 450 . Accordingly, the recessed sealing portion 250H may be formed.
  • the first sealing surface 1050 seals the battery case 200 on the recessed portion 450 excluding the area sealed by the indentation surface 1050H.
  • the recessed sealing part 250H is formed by the recessed surface 1050H.
  • the shape of the indentation surface 1050H is not limited thereto, and may have a structure indented in a rectangular or semicircular shape of a size capable of maintaining the sealability of the battery case 200 .
  • the length of the first sealing surface 1050 may extend along the longitudinal direction of the depression 450 . However, it does not extend to the gas inlet portion of the depression 450 .
  • the length of the first sealing surface 1050 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the first sealing surface 1050 in the protruding direction of the electrode lead 300 , and the length of the depression 450 .
  • the direction means the maximum value of the distance between one end and the other end of the depression 450 in the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the width of the first sealing surface 1050 may extend along the width direction of the depression 450 .
  • the width of the first sealing surface 1050 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the first sealing surface 1050 in a direction orthogonal to the protruding direction of the electrode lead 300
  • the width of 450 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the depression 450 in a direction perpendicular to the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the width of the first sealing surface 1050 may be the same as or greater than the width of the depression 450 .
  • the first sealing tool 1000 may include a first sealing surface 1050 , an indentation surface 1050H, and a first inclined surface 1010 .
  • the indentation surface 1050H may be formed as an inclined surface like the first inclined surface 1010 , but the inclination angle of the indentation surface 1050H may be smaller than the inclination angle of the first inclined surface 1010 .
  • 11 is a cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • 11A is a cross-sectional view of the second sealing tool 2000 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11B is a cross-sectional view of the second sealing tool 2000 according to another embodiment of the present invention.
  • the apparatus for manufacturing a battery cell according to the present embodiment may further include a second sealing tool 2000 having a second sealing surface 2050 formed thereon.
  • the second sealing surface 2050 seals the battery case 200 except for a region on the depression 450 . Accordingly, even if the recessed part 450 is located in the lead film 400 , the portion of the lead film 400 where the recessed part 450 is not located and the sealing part 250 may be sealed to each other, so that the second sealing The sealing force of the battery case 200 may be improved by the tool 2000 .
  • the length of the first sealing surface 1050 may be shorter than the length of the second sealing surface 2050. That is, the length of the sealing part 250 formed by the first sealing surface 1050 may be shorter than the length of the sealing part 250 formed by the second sealing surface 2050 . Accordingly, since the sealing part 250 is not located on the gas inlet portion of the recessed part 450 , gas may be smoothly introduced into the recessed part 450 from the inside of the battery case 200 .
  • the second sealing tool 2000 may include a second sealing surface 2050 and a second inclined surface 2010 .
  • the inclination angle of the first inclined surface 1010 and the inclination angle of the second inclined surface 2010 may be the same or similar to each other. Accordingly, the inclination angles of the outer surfaces of the accommodating part 210 in which the first inclined surface 1010 and the second inclined surface 2010 are in contact with each other may be the same or similar to each other.
  • the first sealing tool 1000 and the second sealing tool 2000 may be integrated with each other.
  • the first sealing tool 1000 and the pair of second sealing tools 2000 may be integrated, and the first sealing tool 1000 may be positioned between the pair of second sealing tools 2000 .
  • the pair of second sealing tools 2000 may have the same width or different widths.
  • the first sealing tool 1000 and the second sealing tool 2000 are integrated, thereby simplifying the manufacturing process of the battery cell 100 and reducing the cost. can do.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the axis b1-b1' in FIG. 7 in a battery cell manufactured by the battery cell manufacturing apparatus of FIG. 10(b).
  • the first sealing tool 1000 may include a first upper sealing tool 1100 and a first lower sealing tool 1200 .
  • the first upper sealing tool 1100 has a first upper inclined surface 1110 , a first upper sealing surface 1150 , and an upper indentation surface 1150H
  • the first lower sealing tool 1200 has a first 1 A lower inclined surface 1210 , a first lower sealing surface 1250 , and a lower indentation surface 1250H are formed.
  • the first upper sealing tool 1100 is located above the sealing part 250
  • the first lower sealing tool 1200 is located below it.
  • the description is based on the first upper sealing tool 1100 , but the same description may be applied to the case of the first lower sealing tool 1200 .
  • the upper indentation surface 1150H may be located on at least a portion of the gas inlet portion of the depression 450 , and the first upper sealing surface 1150 is the It may be located on the battery case 200 on the recessed portion 450 excluding the area sealed by the upper indentation surface 1150H. That is, the upper indentation surface 1150H may be in contact with the outer surface of the accommodating part 210 to form the indentation sealing part 250H on the lead film in which the gas inlet part of the depression part 450 is located. Also, the first upper sealing surface 1150 may contact the sealing part 250 to seal the battery case 200 .
  • the length of the first upper sealing surface 1150 is the first recessed part 451 .
  • the length of the upper indentation surface 1150H may extend along the width direction of the second recessed portion 455 .
  • the length of the first upper sealing surface 1150 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the first upper sealing surface 1150 based on the protruding direction of the electrode lead 300
  • the first recessed portion means the maximum value of the distance between one end and the other end of the first recessed portion 451 based on the protruding direction of the electrode lead 300
  • the length of 451 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the first recessed portion 451 based on the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the length of the upper indentation surface 1150H means the maximum value of the distance between one end and the other end of the upper indentation surface 1150H based on the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the widths of the first upper sealing surface 1150 and the upper indentation surface 1150H may extend along the longitudinal direction of the second recessed portion 455 .
  • the width of the first upper sealing surface 1150 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the first upper sealing surface 1150 in a direction orthogonal to the protrusion direction of the electrode lead 300
  • the upper The width of the indentation surface 1150H means the maximum value of the distance between one end and the other end of the upper indentation surface 1150H in a direction orthogonal to the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the recessed sealing part 250H may be formed on a portion of the recessed part 450 where the gas is introduced by the first sealing tool 1000 . Accordingly, gas may be smoothly introduced into the recess 450 from the inside of the battery case 200 .
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the axis b2-b2' in FIG. 7 in the battery cell manufactured by the battery cell manufacturing apparatus of FIG. 11(b).
  • the second sealing tool 2000 may include a second upper sealing tool 2100 and a second lower sealing tool 2200 .
  • the second upper sealing tool 2100 has a second upper inclined surface 2110 and a second upper sealing surface 2150 formed thereon
  • the second lower sealing tool 2200 has a second lower inclined surface 2210 and a second upper sealing surface 2150 .
  • the lower sealing surface 2250 is formed. here.
  • the second upper sealing tool 2100 is located above the sealing part 250
  • the second lower sealing tool 2200 is located below it.
  • the description will be made based on the second upper sealing tool 2100 , but the same description may also be applied to the second lower sealing tool 2200 .
  • the second upper sealing surface 2150 may be positioned on a portion of the sealing part 250 where the recessed part 450 is not located. That is, in the second sealing tool 2000 , the second sealing surface 2050 is positioned on the battery case 200 excluding the region on the recessed portion 450 with respect to the lead film 400 , and the lead film 400 is And the sealing part 250 may be sealed.
  • the sealing part 250 may be sealed to each other, so that the second sealing The sealing force of the battery case 200 may be improved by the tool 2000 .
  • a battery module according to another embodiment of the present invention includes the battery cells described above. Meanwhile, one or more battery modules according to the present embodiment may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the above-described battery module and battery pack including the same may be applied to various devices.
  • a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same. belong to the scope of the invention.

Landscapes

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 전극조립체가 수납부에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지 케이스; 상기 전극조립체에 포함된 전극 탭과 전기적으로 연결되되, 상기 실링부를 경유하여 상기 전지 케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드; 및 상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름을 포함하고, 상기 리드 필름은 상기 전지 케이스의 내측 방향으로 만입된 함몰부가 형성되어 있고, 상기 함몰부는 상기 전지 케이스의 외부를 향해 개방되어 있고, 상기 함몰부의 가스 유입 부분 상에 위치하는 실링부는 전지 케이스의 내측에서 외측 방향으로 만입된 만입 실링부를 구비하고, 상기 만입 실링부는 평면 상에서 상기 가스 유입 부분의 적어도 일부와 중첩되지 않는다.

Description

전지셀 및 전지셀 제조 장치
본 출원은 2021년 1월 28일에 출원된 한국특허출원 제10-2021-0012231호에 기초한 우선권을 주장한다.
본 발명은 전지셀 및 전지셀 제조 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전지셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상된 전지셀 및 전지셀 제조 장치 에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
이러한 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 여기서, 전지 케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중에서도, 특히 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조 비용, 작은 중량, 용이한 변형 형태 등을 이유로 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1은 종래의 전지셀의 상면도이다. 도 2는 도 1에서 a-a' 축을 따라 자른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지셀(10) 전극조립체(11)가 수납부(21)에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부(25)를 포함하는 전지 케이스(20)를 포함한다. 여기서, 실링부(25)를 경유하여 전지 케이스(20)의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드(30)를 포함하며, 전극 리드(30)의 상하부와 실링부(25) 사이에는 리드 필름(40)이 위치한다.
그러나, 최근 전지셀의 에너지 밀도가 증가함에 따라, 전지셀 내부에서 발생하는 가스량 또한 증가되는 문제가 있다. 종래의 전지셀(10)의 경우, 전지셀 내부에서 발생된 가스가 배출될 수 있는 부품이 포함되어 있지 않아, 전지셀은 가스 발생으로 인해 벤팅 현상이 발생될 수 있다. 이와 더불어, 벤팅 현상에 의해 손상된 전지셀은 수분이 내부로 침투할 수 있어, 부반응이 발생될 수 있고, 전지 성능 저하 및 추가적인 가스 발생 또한 초래되는 문제가 있다. 이에 따라, 전지셀 내부에서 발생된 가스의 외부 배출량이 향상된 전지셀을 개발할 필요성이 높아지고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상된 전지셀 및 전지셀 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 전극조립체가 수납부에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지 케이스; 상기 전극조립체에 포함된 전극 탭과 전기적으로 연결되되, 상기 실링부를 경유하여 상기 전지 케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드; 및 상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름을 포함하고, 상기 리드 필름은 상기 전지 케이스의 내측 방향으로 만입된 함몰부가 형성되어 있고, 상기 함몰부는 상기 전지 케이스의 외부를 향해 개방되어 있고, 상기 함몰부의 가스 유입 부분 상에 위치하는 실링부는 전지 케이스의 내측에서 외측 방향으로 만입된 만입 실링부를 구비하고, 상기 만입 실링부는 평면 상에서 상기 가스 유입 부분의 적어도 일부와 중첩되지 않는다.
상기 함몰부의 가스 유입 부분이 상기 전지 케이스 내부에 노출되어 있을 수 있다.
상기 함몰부는 제1 함몰부 및 제2 함몰부를 포함할 수 있고, 상기 제1 함몰부는 상기 전극 리드의 돌출 방향을 따라 연장되어 있을 수 있고, 상기 제2 함몰부는 상기 실링부의 길이 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 제1 함몰부의 일 단부는 상기 전지 케이스의 외부를 향해 개방되어 있을 수 있고, 상기 제1 함몰부의 타 단부는 상기 제2 함몰부와 연통할 수 있다.
상기 만입 실링부가 상기 제2 함몰부 상에 위치할 수 있다.
상기 만입 실링부가 상기 제2 함몰부의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다.
상기 만입 실링부의 길이는 상기 제2 함몰부의 길이와 동일하거나 이보다 클 수 있다.
상기 만입 실링부의 폭은 상기 제2 함몰부의 폭과 동일하거나 이보다 클 수 있다.
상기 리드 필름의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer일 수 있다.
상기 리드 필름의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g일 수 있다.
상기 리드 필름이 폴리올레핀 계열의 물질을 포함할 수 있다.
상기 함몰부 내에 통기층이 삽입되어 있을 수 있고, 상기 통기층은 상기 리드 필름보다 통기도가 높은 소재를 포함할 수 있다.
상기 통기층의 두께가 50 내지 150 ㎛일 수 있다.
상기 통기층의 가스 투과도(permeability)가 1.6 e5 내지 1.6 e7 barrer일 수 있다.
상기 통기층이 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지, 불소계 수지, 천연 소재, 유리 섬유(glass fiber), 세라믹 섬유(ceramic fiber), 금속 섬유(metal fiber), 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
상기 리드 필름과 상기 전극 탭은 서로 이격되어 있을 수 있다.
상기 리드 필름은 함몰부 내면 중 적어도 일면을 덮는 내부층을 더 포함할 수 있다.
상기 내부층을 이루는 소재는, 상기 리드 필름을 이루는 소재 대비하여 녹는점이 높고, 전해액에 반응하지 않을 수 있다.
상기 내부층은 폴리올레핀 계열, 불소 계열, 및 다공성 세라믹 계열 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 전극 리드의 돌출 방향을 기준으로, 상기 함몰부의 후면을 감싸는 리드 필름의 폭이 2 mm 이상일 수 있다.
상기 함몰부의 상면을 감싸는 리드 필름의 두께가 100 내지 300 ㎛일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 제조 장치는, 상술한 전지셀을 제조하는 장치로서, 제1 실링면, 및 만입면이 형성되어 있는 제1 실링툴을 포함하고, 상기 만입면은 상기 함몰부의 가스 유입 부분의 적어도 일부 상의 전지 케이스를 실링하고, 상기 제1 실링면은 상기 만입면에 의해 실링되는 영역을 제외한 함몰부 상의 전지 케이스를 실링한다.
상기 제1 실링툴이 제1 실링면, 만입면, 및 제1 경사면을 포함할 수 있다.
상기 전지셀 제조 장치는 제2 실링면이 형성되어 있는 제2 실링툴을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 실링면이 상기 함몰부 상의 영역을 제외한 전지 케이스를 실링할 수 있다.
상기 제2 실링툴이 제2 실링면, 및 제2 경사면을 포함할 수 있다.
상기 제1 실링면의 길이는 상기 제2 실링면의 길이보다 짧을 수 있다.
상기 제1 실링면의 길이는 상기 함몰부의 길이 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 제1 실링면의 폭은 상기 함몰부의 폭 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 제1 실링툴과 상기 제2 실링툴은 서로 일체화되어 있을 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 내측 방향으로 만입되고 전지케이스의 외부를 향해 개방되어 있는 함몰부가 형성된 리드 필름이 부착된 전극 리드를 포함하는 전지셀 및 이러한 전지셀의 제조 장치를 제공하여, 전지셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상될 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면, 본 발명은 상기 함몰부의 가스 유입 부분 상에 위치하는 실링부가 전지 케이스의 내측에서 외측 방향으로 만입되고, 평면 상에서 상기 가스 유입 부분의 적어도 일부와 중첩되지 않는 만입 실링부를 구비하여, 전지셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지셀의 상면도이다.
도 2는 도 1에서 a-a' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 상면도이다.
도 4는 도 3의 전지셀에 포함된 전극 리드의 사시도이다.
도 5는 도 4에서 c-c' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 4에서 d-d' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시양태에서 전극 리드 부분을 확대한 도면이다.
도 8은 도 3의 b-b` 축을 따라 자른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에서 도 3의 b-b` 축을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 단면도이다. 도 10(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 실링툴(1000)의 단면도이고, 도 10(b)는 본 발명의 또 다른 실시예예 따른 제1 실링툴(1000)의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 단면도이다. 도 11(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 실링툴(2000)의 단면도이고, 도 11(b)는 본 발명의 다른 실시예예 따른 제2 실링툴(2000)의 단면도이다.
도 12는 도 10(b)의 전지셀 제조 장치에 의해 제조되는 전지셀에서, 도 7에서 b1-b1' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 13은 도 11(b)의 전지셀 제조 장치에 의해 제조되는 전지셀에서, 도 7에서 b2-b2' 축을 따라 자른 단면도이다.
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 구성 요소에 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 도 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 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 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.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 파우치 전지셀(100)에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 파우치 전지셀(100)의 양측면 중 일측면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 타측면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 전지셀의 상면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지셀(100)은 전지 케이스(200), 전극 리드(300), 및 리드 필름(400)을 포함한다.
전지 케이스(200)는 전극조립체(110)가 수납부(210)에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부(250)를 포함한다. 상기 실링부(25)는 열 또는 레이저 등에 의해 밀봉될 수 있다. 전지 케이스(200)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다. 보다 구체적으로, 전지 케이스(200)는 라미네이트 시트로 이루어져 있되, 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 및 밀봉을 위한 내측 수지층으로 구성될 수 있다.
또한, 전극조립체(110)는 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 또는 복합형(스택/폴딩형)의 구조로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 전극조립체(110)는 양극, 음극, 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어질 수 있다.
이하에서는, 전극 리드(300) 및 리드 필름(400)을 중심으로 설명한다.
도 4는 도 3의 전지셀에 포함된 전극 리드의 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 리드(300)는 전극조립체(110)에 포함된 전극 탭(115)과 전기적으로 연결되되, 실링부(250)를 경유하여 전지 케이스(200)의 외측 방향으로 돌출되어 있다. 또한, 리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 실링부(250)에 대응되는 부분에 위치한다. 이에 따라, 리드 필름(400)은 밀봉 시 전극 리드(300)에서 쇼트가 발생하는 것을 방지하면서도, 실링부(250)와 전극 리드(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 도 4에서 c-c' 축을 따라 자른 단면도이다. 도 6은 도 4에서 d-d' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 리드 필름(400)은 전지 케이스(200)의 내측 방향으로 만입된 함몰부(450)가 형성되어 있으며, 함몰부(450)는 전지 케이스(200) 외부를 향해 개방되어 있다. 또한, 함몰부(450)는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로 함몰부(450)의 내면이 폐쇄되어 있을 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6을 참조하면, 리드 필름(400)은 함몰부(450)의 내면 중 적어도 일면을 덮는 내부층(410)을 더 포함할 수 있다.
일 예로, 도 5(a) 및 도 6(a)를 참조하면, 함몰부(450) 내에서 내부층(410)은 리드 필름(400)의 표면 전체를 덮을 수 있다. 즉, 함몰부(450)는 개방되어 있는 면을 제외한 내면 전체에 내부층(410)이 형성되어 있을 수 있다.
이에 따라, 리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 상하부 중 적어도 어느 하나에 위치한 상태에서 실링부(250)와 함께 밀봉되더라도, 내부층(410)에 의해 함몰부(450)가 밀봉되지 않은 상태로 보존될 수 있다.
다른 일 예로, 도 5(b) 및 도 6(b)를 참조하면, 내부층(410)은 함몰부(450)의 내면 중 상면 또는 하면을 덮을 수 있다. 즉, 함몰부(450)는 서로 대면하는 상면 및 하면 중 적어도 일면에 내부층(410)이 형성되어 있을 수 있다.
이에 따라, 리드 필름(400)은 함몰부(450) 내에 형성되는 내부층(410)을 최소화하면서도, 내부층(410)에 의해 함몰부(450)가 밀봉되지 않은 상태로 보존될 수 있다. 또한, 제조 공정을 간이하게 하고, 비용적으로 절감할 수 있다.
보다 구체적으로, 내부층(410)은 리드 필름(400)을 이루는 소재 대비하여 녹는점이 높은 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 내부층(410)은 전지 케이스(200) 내에 포함되는 전해액에 반응하지 않는 소재로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 내부층(410)은 상술한 소재로 이루어져, 전해액과 별도의 반응을 하지 않으면서, 밀봉 과정에서 열융착, 열변형 등이 발생되지 않아 함몰부(450)가 공란으로 유지될 수 있다. 또한, 전지 케이스(200) 내 발생되는 가스가 외부로 용이하게 배출될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 내부층(410)의 두께는 100 ㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 내부층(410)의 가스 투과도(permeability)가 40 barrer 이상일 수 있다. 예컨대, 상기 내부층(410)의 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다.
일 예로, 리드 필름(400)은 폴리올레핀 계열의 물질을 포함하고, 내부층(410)은 폴리올레핀 계열, 불소 계열, 및 다공성 세라믹 계열 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 내부층(410)은 전술한 가스 투과도 값을 만족하는 폴리올레핀 계열, 불소 계열, 및 다공성 세라믹 계열 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 계열 물질은, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 불소 계열 물질은 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 및 폴리비닐리덴 플로라이드(Polyvinylidene fluoride)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 또한, 내부층(410)은 게터(getter) 물질을 포함하여, 가스 투과도는 높이되 수분 침투도는 최소화할 수 있다. 일 예로, 상기 게터(getter) 물질은 산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2) 등일 수 있되, 이에 한정되는 것은 아니며 물(H2O)과 반응하는 물질이라면 사용될 수 있다.
상기 내부층(410)은 상기 리드 필름(400)과 내부층(410) 사이에 접착소재를 구비하거나 리드 필름(400)과 함께 압출되어 리드 필름(400)과 접착할 수 있다. 상기 접착소재는 아크릴 계열을 포함할 수 있다. 특히, 상기 내부층(410)이 리드 필름(400)과 함께 압출되는 경우, 내부층(410)의 가스 투과도가 40 barrer 이상일 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 리드 필름(400)은 제1 리드 필름 및 제2 리드 필름을 포함하고, 상기 제1 리드 필름은 전극 리드(300)의 상부에 위치하고, 상기 제2 리드 필름은 전극 리드(300)의 하부에 위치할 수 있다. 이 때, 전극 리드(300)는 상기 제1 리드 필름과 상기 제2 리드 필름 사이에 위치한 상태에서 실링부(250)와 함께 밀봉되어, 상기 제1 리드 필름과 상기 제2 리드 필름은 서로 연결되어 있을 수 있다.
이에 따라, 리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 측면이 외부로 노출되는 것을 방지하면서도, 실링부(250)와 전극 리드(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
일 예로, 리드 필름(400)에서, 함몰부(450)는 상기 제1 리드 필름과 상기 제2 리드 필름 중 적어도 하나에 함몰부(450)가 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 리드 필름(400)에서, 함몰부(450)는 전극 리드(300)를 기준으로 상기 제1 리드 필름 또는 상기 제2 리드 필름에 형성되어 있거나, 함몰부(450)는 전극 리드(300)를 기준으로 상기 제1 리드 필름 및 상기 제2 리드 필름에 모두 형성되어 있을 수 있다. 다만, 함몰부(450)의 개수는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 리드 필름(400) 내에서 적절한 개수로 형성되어 있을 수 있다.
이에 따라, 리드 필름(400)에 형성되어 있는 함몰부(450)의 개수를 조절하여, 리드 필름(400)의 내구성 및 기밀성을 제어할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 함몰부(450)의 개수를 최소화하여, 제조 공정을 간이하게 하고, 비용적으로 절감할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer, 또는 30 내지 40 barrer일 수 있다. 예컨대, 상기 리드 필름(400)의 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다. 또한, 리드 필름(400)의 두께 200 ㎛ 기준으로 가스 투과도가 60℃에서 전술한 범위를 만족할 수 있다. 상기 리드 필름(400)의 가스 투과도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 이차전지의 내부에서 발생하는 가스가 배출되기 더욱 효과적일 수 있다.
본 명세서에서, 가스 투과도는 ASTM F2476-20으로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g, 또는 0.02 내지 0.04 g, 또는 0.06 g 또는 0.15 g일 수 있다. 상기 리드 필름(400)의 수분 침투량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 리드 필름(400)으로부터 유입되는 수분의 침투를 방지하기 더욱 효과적일 수 있다.
본 명세서에서, 수분 침투량은 ASTM F 1249 방식을 채택하여 측정할 수 있다. 이 때, MCOON사에서 공식인증된 장비를 사용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)이 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer이면서 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g일 수 있다. 상기 리드 필름(400)의 가스 투과도 및 수분 침투량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 배출하면서 외부로부터의 수분 침투를 방지하기 더욱 효과적일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)이 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 리드 필름(400)이 전술한 가스 투과도 및/또는 수분 침투량 값을 만족하는 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 리드 필름(400)이 폴리프로필렌을 포함하면서 상기 리드 필름(400)의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer일 수 있다. 또한, 수분 침투량이 0.06 g 내지 0.15 g일 수 있다. 이 경우, 이차전지의 내부에서 발생하는 가스가 배출되기 더욱 효과적이면서 외부로부터의 수분 침투를 방지하기에도 용이할 수 있다.
또한 리드 필름(400)은 상술한 소재로 이루어져, 전지셀(100)의 기밀성을 유지할 수 있고, 내부 전해액의 누액 또한 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시양태에서 전극 리드 부분을 확대한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀(100)에서, 실링부(250)의 내측에 만입 실링부(250H)가 형성되어 있다. 여기서, 만입 실링부(250H)는 전지 케이스(200)의 내측에서 외측 방향으로 만입되어 있다. 보다 구체적으로, 만입 실링부(250H)는 수납부(210)의 내측에서 외측 방향으로 만입되어 있다.
또한, 만입 실링부(250H)는 함몰부(450)의 가스 유입 부분 상에 위치한다.
도 7을 참조하면, 평면 상에서 상기 가스 유입 부분의 적어도 일부와 실링부(250)가 중첩되지 않는다. 여기서, 평면 상에서 가스 유입 부분의 적어도 일부와 실링부(250)가 중첩되지 않는다는 것은, 전지 케이스(200)를 위에서 보았을 때, 가스 유입 부분의 적어도 일부와 실링부(250)가 중첩되지 않음을 의미한다. 만입 실링부(250H)가 함몰부(450)의 가스 유입 부분 상에 위치함에 따라 리드 필름(400)에서 함몰부(450)의 가스 유입 부분과 실링부(250)와의 간섭을 회피할 수 있어 전지 케이스(200) 내부의 가스가 함몰부(450)로 유입되는 것이 용이할 수 있다.
도 7을 참조하면, 함몰부(450)는 제1 함몰부(451) 및 제2 함몰부(455)를 포함할 수 있고, 제1 함몰부(451)는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 따라 연장되어 있을 수 있고, 제2 함몰부(455)는 실링부(250)의 길이 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 여기서, 실링부(250)의 길이 방향이란, 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향을 지칭한다.
다만, 함몰부(450)의 형상은 상술한 내용에 한정되지 않으며, 리드 필름(400) 내에서 적절한 형상으로 형성되어 있을 수 있다.
여기서, 제1 함몰부(451)의 일 단부는 전지 케이스(200)의 외부를 향해 개방되어 있되, 제1 함몰부(451)의 타 단부는 제2 함몰부(455)와 연통할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 함몰부(451) 및 제2 함몰부(455)는 서로 일체화되어 있을 수 있다. 즉, 제2 함몰부(455)는 전지 케이스(200) 내에서 발생된 가스가 유입되는 가스 유입구의 역할을 수행할 수 있고, 제1 함몰부(451)는 제2 함몰부(455)로 유입된 가스가 외부로 배출되는 가스 배출구의 역할을 수행할 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 만입 실링부(250H)는 제2 함몰부(455) 상에 위치할 수 있다. 다른 일 예로, 만입 실링부(250H)는 제1 함몰부(451)와 제2 함몰부(455)의 경계선 상에도 위치할 수 있다.
보다 구체적으로, 만입 실링부(250H)는 제2 함몰부(455)의 길이 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 제2 함몰부(455)의 길이란, 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서의 제2 함몰부(455)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 또한, 만입 실링부(250H)의 길이는 제2 함몰부(455)의 길이와 동일하거나 이보다 클 수 있다. 여기서, 만입 실링부(250H)의 길이란, 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서의 만입 실링부(250H)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다.
또한, 만입 실링부(250H)의 폭은 제2 함몰부(455)의 폭과 동일하거나 이보다 클 수 있다. 여기서, 상기 제2 함몰부(455)의 폭이란, 전극 리드(300)의 돌출 방향에서의 제2 함몰부(455)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미하고, 만입 실링부(250H)의 폭이란 전극 리드(300)의 돌출 방향에서의 만입 실링부(250H)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 다만, 만입 실링부(250H)의 크기는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 리드 필름(400) 내에서 적절한 크기로 형성되어 있을 수 있다.
이에 따라, 리드 필름(400)에서 제2 함몰부(455) 상의 리드 필름(400)은 실링부(250)와 접하지 않을 수 있다. 다시 말하면, 리드 필름(400)에서 제2 함몰부(455)가 위치하는 부분은 실링부(250)와의 간섭을 회피할 수 있다. 이에 따라, 제2 함몰부(455)가 전지 케이스(200) 내부에 노출되어 있을 수 있다. 제2 함몰부(455)가 전지 케이스(200) 내에서 발생된 가스가 유입되는 가스 유입구의 역할을 수행하므로, 리드 필름(400)에서 제2 함몰부(455)가 전지 케이스(200)의 내부에 노출되어 있는 면적이 커져, 전지 케이스(200)의 내부로부터 제2 함몰부(455)로 가스 유입이 원활하게 수행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 리드 필름(400)에서, 함몰부(450)는 전극 리드(300)를 기준으로 다양한 위치에 형성되어 있을 수 있다.
일 예로, 도 7(a)와 같이, 리드 필름(400)에서, 함몰부(450)는 전극 리드(300) 상에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 함몰부(450)는 전극 리드(300)의 중심부와 대응되는 위치에 형성되어 있을 수 있다.
다른 일 예로, 도 7(b)와 같이, 리드 필름(400)의 길이는 전극 리드(300) 폭 보다 클 수 있고, 함몰부(450)는 전극 리드(300)의 단부와 리드 필름(400)의 단부 사이에 위치할 수 있다. 여기서, 리드 필름(400)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서 리드 필름(400)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미하고, 전극 리드(300)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서 전극 리드(300)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 다르게 말하면, 리드 필름(400)에서, 함몰부(450)는 전극 리드(300)를 회피한 위치에 형성되어 있을 수 있다. 다만, 함몰부(450)의 위치는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 리드 필름(400) 내에서 적절한 위치에 형성되어 있을 수 있다.
이에 따라, 리드 필름(400)에 형성되어 있는 함몰부(450)의 위치를 조절하여, 리드 필름(400)의 내구성 및 기밀성을 제어할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 함몰부(450)의 위치에 따라, 함몰부(450)의 크기를 조절하여, 제조 공정을 간이하게 하고, 비용적으로 절감할 수 있다.
또한, 도 3 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따르면, 전극 리드(300)를 기준으로, 리드 필름(400)과 전극 탭(115)은 서로 이격되어 있을 수 있다. 함몰부(450)의 만입된 단부 상의 리드 필름(400)이 실링부(250)와 접하지 않아 리드 필름(400)의 폭을 종래보다 짧게 고안할 수 있어, 리드 필름(400)과 전극 탭(115) 사이의 거리가 충분히 이격되어 있을 수 있다. 여기서, 리드 필름(400)의 폭이란, 전극 리드(300)의 돌출 방향에서의 리드 필름의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭한다.
이에 따라, 리드 필름(400)과 전극 탭(115)이 서로 겹쳐서 단차가 발생되는 것을 방지할 수 있고, 이러한 단차로 인해 접착 성능 불량이 유발되는 것과 높은 압력에서 전지셀(100)이 손상되는 것 또한 방지할 수 있다.
도 8은 도 3의 b-b` 축을 따라 자른 단면도이다.
도 8을 참조하면, 전지셀(100) 내부에서 발생된 가스는 리드 필름(400)의 함몰부(450)를 향해 배출될 수 있다. 여기서, 전지셀(100)의 내부의 압력은 함몰부(450) 내부의 압력보다 높고, 이에 따른 압력 차이가 가스의 추진력(driving force)으로 작용할 수 있다. 여기서, 함몰부(450)는 외부를 향해 개방되어 있어, 함몰부(450) 내부의 압력은 외부의 압력과 동일할 수 있다.
이에 따라, 전지셀(100) 내부에서 발생된 가스는 함몰부(450)를 향해 배출되고, 함몰부(450)에 유입된 가스는 외부를 향해 용이하게 배출될 수 있다. 또한, 전지셀(100) 내부에서 발생된 가스의 외부 배출량 또한 증가될 수 있다.
또한, 함몰부(450)가 전지 케이스(200)의 내측 방향으로 만입되고 전지 케이스(200)의 외부를 향해 개방되어 있어, 함몰부(450)가 전지 케이스(200) 내부의 전해액에 노출되지 않을 수 있고, 파우치의 기밀성 및 내구성 또한 확보할 수 있는 이점이 있다.
이 때, 함몰부(450)의 만입된 단부는 전지 케이스(200) 내에서 발생된 가스가 유입되는 가스 유입구의 역할을 수행할 수 있고, 전지 케이스(200)의 외부를 향해 개방된 함몰부(450)의 단부는 함몰부(450)로 유입된 가스가 외부로 배출되는 가스 배출구의 역할을 수행할 수 있다.
도 8을 참조하면, 함몰부(450)의 상면을 감싸는 리드 필름(400)의 두께(H)가 100 내지 300 ㎛, 또는 100 내지 200 ㎛일 수 있다. 본 명세서에서, 함몰부(450)의 상면을 감싸는 리드 필름(400)의 두께(H)가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지 케이스(200) 내부의 가스가 함몰부(450)로 유입되기 더욱 용이할 수 있다. 본 명세서에서, 함몰부(450)의 상면을 감싸는 리드 필름(400)이란, 함몰부(450)와 전극 리드(300) 사이의 리드 필름(400)을 지칭한다.
도 8을 참조하면, 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로, 함몰부(450)의 후면을 감싸는 리드 필름(400)의 폭(W)이 2 mm 이상, 또는 2 mm 내지 3 mm 일 수 있다. 여기서, 상기 함몰부(450)의 후면을 감싸는 리드 필름(400)의 폭은 함몰부(450)의 만입된 단부와 리드 필름(400)의 전지 케이스(200)의 내측 단부 사이 거리의 최대값을 의미한다. 상기 함몰부(450)의 후면을 감싸는 리드 필름(400)의 폭(W)이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지 케이스(200) 내부에서 발생한 가스가 함몰부(450)로 유입되는 과정에서 리드 필름(400)이 찢어지는 현상을 방지하기 더욱 용이할 수 있다.
전지 케이스(200) 내에서 발생된 가스가 함몰부(450)로 유입될 때에 가스 유입 부분 상에 실링부(250)가 접하는 경우, 전지 케이스(200) 내부로부터 함몰부(450)로의 가스 유입이 실링부(250)에 의해 방해받을 수 있다. 이에 따라, 함몰부(450)로 유입되는 가스량이 크게 줄어드는 문제가 있다. 예컨대, 리드 필름(400)에서 함몰부(450)의 만입된 단부 상면의 리드 필름 상에서 가스 투과에 의해 전지 케이스(200) 내부의 가스가 함몰부(450)로 유입될 수 있는데, 함몰부(450)의 만입된 단부 상면의 리드 필름이 실링부(250)와 접하는 경우, 전지 케이스(200) 내부로부터 함몰부(450)로의 가스 유입이 실링부(250)에 의해 방해받을 수 있다.
도 8을 참조하면, 만입 실링부(250H)가 함몰부(450)의 가스 유입 부분 상에 위치하여 리드 필름(400)에서 함몰부(450)의 가스 유입 부분과 실링부(250)와의 간섭을 회피할 수 있다.
또한, 리드 필름(400)에서 함몰부(450)의 가스 유입 부분이 전지 케이스(200) 내부에 노출되어 있을 수 있다. 본 명세서에서, 전지 케이스(200) 내부란, 실링부(250)의 전지 케이스 내측 단부보다 전지 케이스(200)의 내측 방향의 공간을 의미하는 것이다. 즉, 리드 필름(400)에서 함몰부(450)의 가스 유입 부분이 전지 케이스(200)의 내부에 노출되어 있는 면적이 커져, 전지 케이스(200)의 내부로부터 함몰부(450)로 가스 유입이 원활하게 수행될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에서 도 3의 b-b` 축을 따라 자른 단면도이다.
도 9를 참조하면, 함몰부(450) 내에 통기층(500)이 삽입되어 있을 수 있다. 상기 통기층(500)은 상기 리드 필름(400)보다 통기도가 높은 소재를 포함한다. 통기도가 더 높다는 것은, 소정의 압력을 갖는 가스가 일 방향으로 투과될 때, 투과되는 가스의 양이 상대적으로 더 많은 것을 의미할 수 있다. 함몰부(450) 내에 통기층(500)이 삽입되어 있는 경우, 전지 케이스(200) 내부에서 발생하여 함몰부(450)로 유입된 가스가 소정 압력 이상이 되지 않아도 통기성이 높은 통기층(500)에 의해 전지 케이스(200) 외부로 배출될 수 있어 전지 내부의 가스를 전지 외부로 배출하기 더욱 용이할 수 있다.
일례로, 상기 통기층(500)은 상기 리드 필름(400)에 비해 다공성인 소재를 포함할 수 있다. 즉, 통기층(500)은 리드 필름(400)보다 단위 부피당 기공의 비율이 높은 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 통기층(500)의 가스 투과도(permeability)가 1.6 e5 내지 1.6 e7 barrer, 또는 1 e6 내지 3 e6 barrer일 수 있다. 예컨대, 상기 통기층(500)의 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 통기층(500)은 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지, 불소계 수지, 천연 소재, 유리 섬유(glass fiber), 세라믹 섬유(ceramic fiber) 및 금속 섬유(metal fiber)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 통기층(500)은 전술한 가스 투과도 값을 만족하는 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지, 불소계 수지, 천연 소재, 유리 섬유(glass fiber), 세라믹 섬유(ceramic fiber) 및 금속 섬유(metal fiber)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 불소계 수지는, 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 및 폴리비닐리덴 플로라이드(Polyvinylidene fluoride)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있으며, 상기 천연 소재는 cotton 및 wool으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 통기층(500)의 두께가 50 내지 150 ㎛, 또는 50 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 통기층(500)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지 케이스(200) 내부의 가스가 전지 케이스(200) 외부로 배출되기 더욱 용이할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 단면도이다. 도 10(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 실링툴(1000)의 단면도이고, 도 10(b)는 본 발명의 또 다른 실시예예 따른 제1 실링툴(1000)의 단면도이다.
도 10(a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지셀 제조 장치는, 전지셀(100)을 제조하는 장치로서, 제1 실링면(1050), 및 만입면(1050H)이 형성되어 있는 제1 실링툴(1000)을 포함한다.
상기 만입면(1050H)은 상기 함몰부(450)의 가스 유입 부분의 적어도 일부 상의 전지 케이스(200)를 실링한다. 이에 따라, 만입 실링부(250H)가 형성될 수 있다.
상기 제1 실링면(1050)은 상기 만입면(1050H)에 의해 실링되는 영역을 제외한 함몰부(450) 상의 전지 케이스(200)를 실링한다.
상기 제1 실링툴(1000)을 이용하면, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 밀봉성 혹은 접착 성능을 유지하면서도, 만입면(1050H)에 의해 만입 실링부(250H)를 형성할 수 있다. 상기 만입면(1050H)의 형상은 이에 한정되지 아니하고, 전지 케이스(200)의 밀봉성이 유지될 수 있는 크기의 사각형 또는 반원형의 형상 등으로 만입된 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 실링면(1050)의 길이는 상기 함몰부(450)의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 단, 함몰부(450)의 가스 유입 부분까지는 연장되지 않는다. 여기서, 제1 실링면(1050)의 길이란, 전극 리드(300) 돌출 방향에서의 제1 실링면(1050)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미하고, 함몰부(450)의 길이 방향이란, 전극 리드(300)의 돌출 방향에서의 함몰부(450)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다.
또한, 상기 제1 실링면(1050)의 폭은 상기 함몰부(450)의 폭 방향을 따라 연장될 수 있다. 여기서, 제1 실링면(1050)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서의 제1 실링면(1050)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미하고, 상기 함몰부(450)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서의 함몰부(450)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 상기 제1 실링면(1050)의 폭은 상기 함몰부(450)의 폭과 동일하거나 클 수 있다.
도 10(b)를 참조하면, 제1 실링툴(1000)이 제1 실링면(1050), 만입면(1050H), 및 제1 경사면(1010)을 포함할 수 있다.
도 10(b)를 참조하면, 만입면(1050H)은 제1 경사면(1010)과 같이 경사진 면으로 형성될 수 있되, 만입면(1050H)의 경사각은 제1 경사면(1010)의 경사각보다 작을 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 단면도이다. 도 11(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 실링툴(2000)의 단면도이고, 도 11(b)는 본 발명의 다른 실시예예 따른 제2 실링툴(2000)의 단면도이다.
도 11(a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지셀 제조 장치는, 제2 실링면(2050)이 형성되어 있는 제2 실링툴(2000)을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 실링면(2050)은 상기 함몰부(450) 상의 영역을 제외한 전지 케이스(200)를 실링한다. 이에 따라, 리드 필름(400) 내에 함몰부(450)가 위치하더라도, 함몰부(450)가 위치하지 않은 리드 필름(400) 부분과 실링부(250)가 서로 밀봉되어 있을 수 있어, 제2 실링툴(2000)에 의해 전지 케이스(200)의 밀봉력이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 실링면(1050)의 길이는 상기 제2 실링면(2050)의 길이보다 짧을 수 있다. 즉, 제1 실링면(1050)에 의해 형성되는 실링부(250)의 길이가 제2 실링면(2050)에 의해 형성되는 실링부(250)의 길이보다 짧을 수 있다. 이에 따라, 함몰부(450)의 가스 유입 부분 상에 실링부(250)가 위치하지 않아, 전지 케이스(200)의 내부로부터 함몰부(450)로 가스 유입이 원활하게 수행될 수 있다.
도 11(b)를 참조하면, 제2 실링툴(2000)이 제2 실링면(2050), 및 제2 경사면(2010)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 경사면(1010)의 경사각과 상기 제2 경사면(2010)의 경사각은 서로 동일하거나 유사할 수 있다. 이에 따라, 제1 경사면(1010)과 제2 경사면(2010)이 각각 접하는 수납부(210)의 외측면의 경사각이 서로 동일하거나 유사할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 실링툴(1000)과 제2 실링툴(2000)은 서로 일체화되어 있을 수 있다. 일 예로, 제1 실링툴(1000) 및 한 쌍의 제2 실링툴(2000)이 일체화되어 있되, 제1 실링툴(1000)은 한 쌍의 제2 실링툴(2000) 사이에 위치할 수 있다. 여기서, 함몰부(450)의 위치에 따라, 한 쌍의 제2 실링툴(2000)은 서로 동일한 폭을 가지거나, 상이한 폭을 가질 수 있다.
이에 따라, 함몰부(450)의 위치에 따라, 제1 실링툴(1000) 및 제2 실링툴(2000)이 일체화되어 있어, 전지셀(100)의 제조 공정을 간이하게 하고, 비용적으로 절감할 수 있다.
도 12는 도 10(b)의 전지셀 제조 장치에 의해 제조되는 전지셀에서, 도 7에서 b1-b1' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 10(b) 및 도 12를 참조하면, 제1 실링툴(1000)은 제1 상부 실링툴(1100) 및 제1 하부 실링툴(1200)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 상부 실링툴(1100)은 제1 상부 경사면(1110), 제1 상부 실링면(1150), 및 상부 만입면(1150H)이 형성되어 있고, 제1 하부 실링툴(1200)은 제1 하부 경사면(1210), 제1 하부 실링면(1250), 및 하부 만입면(1250H)이 형성되어 있다. 여기서. 제1 상부 실링툴(1100)은 실링부(250)를 기준으로 상부에 위치하고, 제1 하부 실링툴(1200)은 하부에 위치한다. 여기서, 제1 상부 실링툴(1100)을 기준으로 설명하되, 제1 하부 실링툴(1200)의 경우에도 동일하게 설명될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 상부 실링툴(1100)에서, 상부 만입면(1150H)은 함몰부(450)의 가스 유입 부분의 적어도 일부 상에 위치할 수 있고, 제1 상부 실링면(1150)은 상기 상부 만입면(1150H)에 의해 실링되는 영역을 제외한 함몰부(450) 상의 전지 케이스(200) 상에 위치할 수 있다. 즉, 상부 만입면(1150H)은 수납부(210)의 외측면과 접하여, 함몰부(450)의 가스 유입 부분이 위치하는 리드 필름 상에 만입 실링부(250H)를 형성할 수 있다. 또한, 제1 상부 실링면(1150)이 실링부(250)에 접하여, 전지 케이스(200)를 밀봉시킬 수 있다.
일 예로, 도 7과 같이 함몰부(450)는 제1 함몰부(451) 및 제2 함몰부(455)를 포함하는 경우, 제1 상부 실링면(1150)의 길이는 제1 함몰부(451)의 길이 방향을 따라 연장되어 있을 수 있고, 상부 만입면(1150H)의 길이는 제2 함몰부(455)의 폭 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 여기서, 제1 상부 실링면(1150)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로 제1 상부 실링면(1150)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미하고, 제1 함몰부(451)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로 제1 함몰부(451)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 또한, 상부 만입면(1150H)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로 상부 만입면(1150H)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다.
또한, 제1 상부 실링면(1150) 및 상부 만입면(1150H)의 폭은 제2 함몰부(455)의 길이 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 여기서, 제1 상부 실링면(1150)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서의 제1 상부 실링면(1150)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미하고, 상부 만입면(1150H)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서의 상부 만입면(1150H)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 제조 장치에서, 제1 실링툴(1000)에 의해, 함몰부(450)의 가스 유입 위치하는 부분 상에 만입 실링부(250H)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 전지 케이스(200) 내부로부터 함몰부(450)로의 가스 유입이 원활하게 수행될 수 있다.
도 13은 도 11(b)의 전지셀 제조 장치에 의해 제조되는 전지셀에서, 도 7에서 b2-b2' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 11(b) 및 도 13을 참조하면, 제2 실링툴(2000)은 제2 상부 실링툴(2100) 및 제2 하부 실링툴(2200)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 상부 실링툴(2100)은 제2 상부 경사면(2110) 및 제2 상부 실링면(2150)이 형성되어 있고, 제2 하부 실링툴(2200)은 제2 하부 경사면(2210) 및 제2 하부 실링면(2250)이 형성되어 있다. 여기서. 제2 상부 실링툴(2100)은 실링부(250)를 기준으로 상부에 위치하고, 제2 하부 실링툴(2200)은 하부에 위치한다. 여기서, 제2 상부 실링툴(2100)을 기준으로 설명하되, 제2 하부 실링툴(2200)의 경우에도 동일하게 설명될 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 상부 실링툴(2100)에서, 제2 상부 실링면(2150)은 실링부(250)에서 함몰부(450)가 위치하지 않는 부분 상에 위치할 수 있다. 즉, 제2 실링툴(2000)은 리드 필름(400)을 기준으로 함몰부(450) 상의 영역을 제외한 전지 케이스(200) 상에 제2 실링면(2050)이 위치하여, 리드 필름(400)과 실링부(250)가 밀봉될 수 있다.
이에 따라, 리드 필름(400) 내에 함몰부(450)가 위치하더라도, 함몰부(450)가 위치하지 않은 리드 필름(400) 부분과 실링부(250)가 서로 밀봉되어 있을 수 있어, 제2 실링툴(2000)에 의해 전지 케이스(200)의 밀봉력이 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 전지셀을 포함한다. 한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수도 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (29)

  1. 전극조립체가 수납부에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지 케이스;
    상기 전극조립체에 포함된 전극 탭과 전기적으로 연결되되, 상기 실링부를 경유하여 상기 전지 케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드; 및
    상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름을 포함하고,
    상기 리드 필름은 상기 전지 케이스의 내측 방향으로 만입된 함몰부가 형성되어 있고,
    상기 함몰부는 상기 전지 케이스의 외부를 향해 개방되어 있고,
    상기 함몰부의 가스 유입 부분 상에 위치하는 실링부는 전지 케이스의 내측에서 외측 방향으로 만입된 만입 실링부를 구비하고,
    상기 만입 실링부는 평면 상에서 상기 가스 유입 부분의 적어도 일부와 중첩되지 않는 전지셀.
  2. 제1항에서,
    상기 함몰부의 가스 유입 부분이 상기 전지 케이스 내부에 노출되어 있는 전지셀.
  3. 제1항에서,
    상기 함몰부는 제1 함몰부 및 제2 함몰부를 포함하고,
    상기 제1 함몰부는 상기 전극 리드의 돌출 방향을 따라 연장되어 있고,
    상기 제2 함몰부는 상기 실링부의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 전지셀.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 함몰부의 일 단부는 상기 전지 케이스의 외부를 향해 개방되어 있되, 상기 제1 함몰부의 타 단부는 상기 제2 함몰부와 연통하는 전지셀.
  5. 제3항에서,
    상기 만입 실링부가 상기 제2 함몰부 상에 위치하는 전지셀.
  6. 제5항에서,
    상기 만입 실링부가 상기 제2 함몰부의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 전지셀.
  7. 제6항에서,
    상기 만입 실링부의 길이는 상기 제2 함몰부의 길이와 동일하거나 이보다 큰 전지셀.
  8. 제5항에서,
    상기 만입 실링부의 폭은 상기 제2 함몰부의 폭과 동일하거나 이보다 큰 전지셀.
  9. 제1항에서,
    상기 리드 필름의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer인 전지셀.
  10. 제1항에서,
    상기 리드 필름의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g인 전지셀.
  11. 제1항에서,
    상기 리드 필름은 폴리올레핀 계열의 물질을 포함하는 전지셀.
  12. 제1항에서,
    상기 함몰부 내에 통기층이 삽입되어 있고,
    상기 통기층은 상기 리드 필름보다 통기도가 높은 소재를 포함하는 전지셀.
  13. 제12항에서,
    상기 통기층의 두께가 50 내지 150 ㎛인 전지셀.
  14. 제12항에서,
    상기 통기층의 가스 투과도(permeability)가 1.6 e5 내지 1.6 e7 barrer인 전지셀.
  15. 제12항에서,
    상기 통기층이 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지, 불소계 수지, 천연 소재, 유리 섬유(glass fiber), 세라믹 섬유(ceramic fiber), 금속 섬유(metal fiber), 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 전지셀.
  16. 제1항에서,
    상기 리드 필름과 상기 전극 탭은 서로 이격되어 있는 전지셀.
  17. 제1항에서,
    상기 리드 필름은 함몰부 내면 중 적어도 일면을 덮는 내부층을 더 포함하는 전지셀.
  18. 제17항에서,
    상기 내부층을 이루는 소재는, 상기 리드 필름을 이루는 소재 대비하여 녹는점이 높고, 전해액에 반응하지 않는 전지셀.
  19. 제18항에서,
    상기 내부층은 폴리올레핀 계열, 불소 계열, 및 다공성 세라믹 계열 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 전지셀.
  20. 제1항에서,
    상기 전극 리드의 돌출 방향을 기준으로,
    상기 함몰부의 후면을 감싸는 리드 필름의 폭이 2 mm 이상인 전지셀.
  21. 제1항에서,
    상기 함몰부의 상면을 감싸는 리드 필름의 두께가 100 내지 300 ㎛인 전지셀.
  22. 제1항에 따른 전지셀을 제조하는 장치로서,
    제1 실링면, 및 만입면이 형성되어 있는 제1 실링툴을 포함하고,
    상기 만입면은 상기 함몰부의 가스 유입 부분의 적어도 일부 상의 전지 케이스를 실링하고,
    상기 제1 실링면은 상기 만입면에 의해 실링되는 영역을 제외한 함몰부 상의 전지 케이스를 실링하는 전지셀 제조 장치.
  23. 제22항에서,
    상기 제1 실링툴이 제1 실링면, 만입면, 및 제1 경사면을 포함하는 전지셀 제조 장치.
  24. 제22항에서,
    상기 전지셀 제조 장치는 제2 실링면이 형성되어 있는 제2 실링툴을 더 포함하고,
    상기 제2 실링면이 상기 함몰부 상의 영역을 제외한 전지 케이스를 실링하는 전지셀 제조 장치.
  25. 제24항에서,
    상기 제2 실링툴이 제2 실링면, 및 제2 경사면을 포함하는 전지셀 제조 장치.
  26. 제24항에서,
    상기 제1 실링면의 길이는 상기 제2 실링면의 길이보다 짧은 전지셀 제조 장치.
  27. 제22항에서,
    상기 제1 실링면의 길이는 상기 함몰부의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 전지셀 제조 장치.
  28. 제22항에서,
    상기 제1 실링면의 폭은 상기 함몰부의 폭 방향을 따라 연장되어 있는 전지셀 제조 장치.
  29. 제24항에서,
    상기 제1 실링툴과 상기 제2 실링툴은 서로 일체화되어 있는 전지셀 제조 장치.
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