WO2022225355A1 - 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈 Download PDF

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WO2022225355A1
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adhesive layer
battery cell
lead
lead film
battery
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임훈희
김상훈
강민형
송대웅
유형균
황수지
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell and a battery module including the same, and more particularly, to a battery cell in which penetration of moisture flowing into the battery cell is suppressed while the external emission of gas generated inside the battery cell is improved, and the battery cell including the same It relates to a battery module that does.
  • secondary batteries are of great interest not only as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, laptops, and wearable devices, but also as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • 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
  • An object of the present invention is to provide a battery cell and a battery module including the same in which penetration of moisture flowing into the battery cell is suppressed while 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 an outer periphery sealed; and an electrode lead electrically connected to the electrode tab included in the electrode assembly, the electrode lead 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 includes a first adhesive layer and a second adhesive layer, wherein the first adhesive layer and the A moisture-removing layer is positioned between the second adhesive layers, and the moisture-removing layer includes a getter material.
  • the getter material may include at least one of calcium oxide (CaO), lithium chloride (LiCl), silica (SiO 2 ), barium oxide (BaO), barium (Ba), and calcium (Ca).
  • the getter material may have a structure of a metal organic framework (MOF).
  • MOF metal organic framework
  • the moisture removal layer may further include a polyolefin-based resin.
  • the moisture removal layer may further include polypropylene.
  • the moisture removal layer may have a thickness of 60 ⁇ m or more.
  • the moisture removal layer may include 0.01 wt% to 80 wt% of the getter material based on the total weight of the moisture removal layer.
  • the first adhesive layer may include a polyolefin-based resin.
  • the first adhesive layer may include polypropylene treated with maleic anhydride (MAH).
  • MAH maleic anhydride
  • a gas permeability of the first adhesive layer may be 20 to 60 barrer at 60°C.
  • the thickness of the first adhesive layer may be 60 ⁇ m or more.
  • the second adhesive layer may include a polyolefin-based resin.
  • a gas permeability of the second adhesive layer may be 20 to 60 barrer at 60°C.
  • the thickness of the second adhesive layer may be 60 ⁇ m or more.
  • the first adhesive layer may be adhered to the outer surface of the electrode lead, and the second adhesive layer may be adhered to the inner surface of the sealing part.
  • the lead film may include a first lead film and a second lead film, the first lead film may be positioned above the electrode lead, and the second lead film may be positioned under the electrode lead.
  • An end of the first adhesive layer included in the first lead film and an end of the first adhesive layer included in the second lead film may be in contact with each other.
  • a battery module according to another embodiment of the present invention includes the battery cells described above.
  • the present invention provides a battery cell including an electrode lead to which a lead film of a multilayer structure is attached, and a battery module including the same, so that external emission of gas generated inside the battery cell is improved, and the battery cell The penetration of moisture flowing into the interior can be suppressed.
  • FIG. 1 is a top view of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of an electrode lead and a lead film included in the battery cell of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the electrode lead and the lead film of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a lead film included in the battery cell of FIG. 1 .
  • 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.
  • FIG. 1 is a top view of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • 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 in the receiving part 210 and the outer periphery is sealed.
  • the sealing part 250 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 include 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 structure of a jelly-roll type (winding type), a stack type (stacking type), or a complex type (stacking/folding type). 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. 2 is a perspective view of an electrode lead and a lead film included in the battery cell of FIG. 1 .
  • 3 is an exploded perspective view of the electrode lead and the lead film of FIG. 2 .
  • 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 outward 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 thermal fusion, while improving sealing properties between the sealing part 250 and the electrode lead 300 .
  • the lead film 400 may have a wider width than the electrode lead 300 .
  • the lead film 400 may have a length greater than the length of the sealing part 250 , but may have a length smaller than the length of the electrode lead 300 . Accordingly, the lead film 400 may prevent the side surface of the electrode lead 300 from being exposed to the outside without interfering with the electrical connection of the electrode lead 300 .
  • 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 400 based on a direction perpendicular to the protrusion direction of the electrode lead 300
  • the electrode lead The width of 300 refers to the maximum value of the distance between one end and the other end of the electrode lead 300 based on a direction perpendicular to the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the length of the lead film 400 refers to the maximum value of the distance between one end and the other end of the lead film 400 based on the protruding direction of the electrode lead 300
  • the length of the sealing part 250 is the electrode lead Refers to the maximum value of the distance between one end and the other end of the sealing part 250 based on the projection direction of 300
  • the length of the electrode lead 300 refers to the maximum value of the distance between one end and the other end of the electrode lead 300 based on the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the lead film 400 includes a first lead film 401 and a second lead film 402 , and the first lead film 401 is disposed on the electrode lead 300 . and the second lead film 402 may be positioned under the electrode lead 300 .
  • the electrode lead 300 may be fused together with the sealing part 250 in a state positioned between the first lead film 401 and the second lead film 402 .
  • the first lead film 401 and/or the second lead film 402 may be fused together with the sealing part 250 by heat or laser.
  • both ends of the first lead film 401 and both ends of the second lead film 402 may be in contact with each other, respectively. In other words, as shown in FIG.
  • both ends of the first lead film 401 and both ends of the second lead film 402 may be integrated with each other, respectively.
  • both ends of the first lead film 401 and both ends of the second lead film 402 may be fused by heat or laser to be integrated with 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 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a lead film included in the battery cell of FIG. 1 .
  • the lead film 400 may include a first adhesive layer 410 , a moisture removal layer 420 , and a second adhesive layer 430 .
  • the moisture removal layer 420 may be positioned between the first adhesive layer 410 and the second adhesive layer 430 .
  • the lead film 400 may have a multilayer structure in which the first adhesive layer 410 , the moisture removal layer 420 , and the second adhesive layer 430 are stacked in this order.
  • the first adhesive layer 410 may be adhered to the outer surface of the electrode lead 300
  • the second adhesive layer 430 may be adhered to the inner surface of the sealing unit 250 . That is, the first adhesive layer 410 may include a material that is easily adhered to the electrode lead 300
  • the second adhesive layer 430 includes a material that is easily adhered to the sealing unit 250 . can do.
  • each of the first adhesive layer 410 and the second adhesive layer 430 may include a polyolefin-based resin.
  • the polyolefin-based resin may include polypropylene, polyethylene, polyvinyldifluoride (PVDF), or two or more of these.
  • the first adhesive layer 410 may include polypropylene treated with maleic anhydride (MAH). Accordingly, the first adhesive layer 410 may be easier to adhere to the electrode lead 300 made of a metal material, and when the internal pressure of the battery cell 100 increases, the first adhesive layer 410 and the electrode lead 300 . It may be easier to prevent the interface between them from peeling off.
  • the gas permeability of the first adhesive layer 410 may be 20 to 60 barrer, or 30 to 40 barrer at 60°C.
  • the carbon dioxide permeability of the first adhesive layer 410 may satisfy the above-described range.
  • gas permeability may satisfy the above-described range at 60° C. based on a thickness of 200 ⁇ m of the first adhesive layer 410 .
  • the gas permeability of the first adhesive layer 410 satisfies the above-described range, it may be more effective to discharge the gas generated inside the battery cell.
  • the gas permeability of the second adhesive layer 430 may be 20 to 60 barrer, or 30 to 40 barrer at 60°C.
  • the carbon dioxide permeability of the second adhesive layer 430 may satisfy the above-described range.
  • gas permeability may satisfy the above-described range at 60° C. based on a thickness of 200 ⁇ m of the second adhesive layer 430 .
  • gas permeability may be measured by ASTM F2476-20.
  • the lead film 400 when the lead film 400 includes the first lead film 401 and the second lead film 402 , the first adhesive layer included in the first lead film 401 .
  • An end of the 410 and an end of the first adhesive layer 410 included in the second lead film 402 may contact each other.
  • both ends of the first lead film 401 and both ends of the second lead film 402 are fused to each other, respectively, the first adhesive layer 410 of the first lead film 401 .
  • An end of the second lead film 402 and an end of the first adhesive layer 410 of the second lead film 402 may be integrated with 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 thickness of the first adhesive layer 410 may be 60 ⁇ m or more. When the thickness of the first adhesive layer 410 satisfies the aforementioned range, it may be easier to prevent film deformation from occurring during the manufacturing process.
  • the thickness of the second adhesive layer 430 may be 60 ⁇ m or more. When the thickness of the second adhesive layer 430 satisfies the above-described range, it may be easier to prevent film deformation from occurring during the manufacturing process.
  • the moisture removal layer 420 may include a getter material.
  • the getter material may refer to a material capable of evacuating a gas using the action of adsorbing gas by the chemically activated metal film.
  • the getter material may include at least one of calcium oxide (CaO), lithium chloride (LiCl), silica (SiO 2 ), barium oxide (BaO), barium (Ba), and calcium (Ca).
  • the getter material may have a structure of a metal organic framework (MOF).
  • MOF metal organic framework
  • the getter material is not limited thereto, and may include all kinds of materials generally classified as getter materials.
  • the moisture removal layer 420 includes a getter material to minimize the moisture penetration of moisture flowing into the battery cell 100 from the outside of the battery cell 100 , but due to the high gas permeability, the battery The gas generated inside the cell 100 may be easily discharged to the outside.
  • the moisture removal layer 420 may include a polyolefin-based resin in addition to the getter material.
  • the polyolefin-based resin may include polypropylene, polyethylene, polyvinyldifluoride (PVDF), or two or more of these.
  • the moisture removal layer 420 may include 0.01 wt% to 80 wt%, or 30 wt% to 70 wt% of the getter material based on the total weight of the moisture removal layer 420 . Accordingly, the moisture removal layer 420 adjusts the content of the getter material within the above-described range, so that the moisture permeability of moisture flowing into the battery cell 100 from the outside of the battery cell 100 and the battery cell 100 . It may be easier to adjust the gas permeability through which the gas generated inside is discharged to the outside according to the purpose of the lead film 400 .
  • the internal pressure of the cell 100 increases, it may be easier to prevent a problem in which the interface between the moisture removal layer 420 and the first adhesive layer 410 or the second adhesive layer 430 may be peeled off. It may be easier to prevent a problem of deterioration of quality due to damage such as deformation of the film during the manufacturing process.
  • the thickness of the moisture removal layer 420 may be 60 ⁇ m or more. When the thickness of the moisture removal layer 420 satisfies the aforementioned range, it may be easier to prevent film deformation from occurring during the manufacturing process.
  • the 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.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀은, 전극 조립체가 수납부에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지 케이스; 및 상기 전극 조립체에 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 제1 접착층 및 제2 접착층을 포함하되, 상기 제1 접착층과 상기 제2 접착층 사이에 수분 제거층이 위치하고, 상기 수분 제거층은 게터 물질을 포함한다.

Description

전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
본 출원은 2021년 4월 21일에 출원된 한국특허출원 제10-2021-0051923호에 기초한 우선권을 주장한다.
본 발명은 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전지 셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상되면서, 전지 셀 내부에 유입되는 수분의 침투가 억제되는 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 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 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 여기서, 전지케이스에 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 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조 비용, 작은 중량, 용이한 변형 형태 등을 이유로 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
그러나, 최근 전지 셀의 에너지 밀도가 증가함에 따라, 전지 셀 내부에서 발생하는 가스량 또한 증가되는 문제가 있다. 특히, 전지 셀 내부에서 발생된 가스가 용이하게 배출되지 않는 경우, 전지 셀은 가스 발생으로 인해 벤팅 현상이 발생될 수 있다. 다만, 전지 셀이 가스 배출을 위해 별도의 벤팅부를 포함하는 경우에도, 상기 벤팅부를 통해 수분이 전지 셀 내부로 침투할 수 있어, 이에 따른 부반응으로 인해 전지 셀의 전지 성능 저하 및 추가적인 가스 발생 또한 초래되는 문제가 있다. 이에 따라, 전지 셀 내부에서 발생된 가스의 외부 배출량이 향상되면서도, 전지 셀 외부의 수분이 내부로 침투되는 것이 방지되는 전지 셀을 개발할 필요성이 높아지고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지 셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상되면서, 전지 셀 내부에 유입되는 수분의 침투가 억제되는 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 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 전지 셀은, 전극 조립체가 수납부에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지 케이스; 및 상기 전극 조립체에 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 제1 접착층 및 제2 접착층을 포함하되, 상기 제1 접착층과 상기 제2 접착층 사이에 수분 제거층이 위치하고, 상기 수분 제거층은 게터 물질을 포함한다.
상기 게터 물질은 산화칼슘(CaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 산화 바륨(BaO), 바륨(Ba), 및 칼슘(Ca) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 게터 물질은 금속유기골격체(MOF, Metal Organic Framework)의 구조를 가질 수 있다.
상기 수분 제거층이 폴리올레핀계 수지를 더 포함할 수 있다.
상기 수분 제거층이 폴리프로필렌을 더 포함할 수 있다.
상기 수분 제거층의 두께가 60 ㎛ 이상일 수 있다.
상기 수분 제거층은 상기 수분 제거층의 전체 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 80 중량%의 상기 게터 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 접착층이 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다.
상기 제1 접착층은 산무수물(MAH, Maleic anhydride)이 처리되어 있는 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
상기 제1 접착층의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer일 수 있다.
상기 제1 접착층의 두께가 60 ㎛ 이상일 수 있다.
상기 제2 접착층이 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다.
상기 제2 접착층의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer일 수 있다.
상기 제2 접착층의 두께가 60 ㎛ 이상일 수 있다.
상기 제1 접착층은 상기 전극 리드의 외면과 접착되고, 상기 제2 접착층은 상기 실링부의 내면과 접착할 수 있다.
상기 리드 필름은 제1 리드 필름 및 제2 리드 필름을 포함하고, 상기 제1 리드 필름은 상기 전극 리드의 상부에 위치하고, 상기 제2 리드 필름은 상기 전극 리드의 하부에 위치할 수 있다.
상기 제1 리드 필름에 포함된 상기 제1 접착층의 단부와 상기 제2 리드 필름에 포함된 상기 제1 접착층의 단부가 서로 접할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 전지 셀을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 다층 구조의 리드필름이 부착된 전극 리드를 포함하는 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하여, 전지 셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상되고, 전지 셀 내부에 유입되는 수분의 침투가 억제될 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 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 상면도이다.
도 2는 도 1의 전지 셀에 포함된 전극 리드 및 리드 필름의 사시도이다.
도 3은 도 2의 전극 리드 및 리드 필름의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 전지 셀에 포함된 리드 필름의 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 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, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 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 전지 모듈에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전지 모듈의 전후면 중 전면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 후면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 상면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 셀(100)은 전지 케이스(200), 전극 리드(300), 및 리드 필름(400)을 포함한다.
전지 케이스(200)는 전극 조립체(110)가 수납부(210)에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부(250)를 포함한다. 상기 실링부(250)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 수지층을 포함할 수 있다.
또한, 전극 조립체(110)는 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 또는 복합형(스택/폴딩형)의 구조를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체(110)는 양극, 음극, 이들 사이에 배치되는 분리막을 포함할 수 있다.
이하에서는, 전극 리드(300) 및 리드 필름(400)을 중심으로 설명한다.
도 2는 도 1의 전지 셀에 포함된 전극 리드 및 리드 필름의 사시도이다. 도 3은 도 2의 전극 리드 및 리드 필름의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전극 리드(300)는 전극 조립체(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 열융착 시 전극 리드(300)에서 쇼트가 발생하는 것을 방지하면서도, 실링부(250)와 전극 리드(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
또한, 리드 필름(400)은 전극 리드(300) 보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 리드 필름(400)은 실링부(250)의 길이보다 큰 길이를 가지되, 전극 리드(300)의 길이보다 작은 길이를 가질 수 있다. 이에 따라, 리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 전기적 연결을 방해하지 않으면서도, 전극 리드(300)의 측면이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 본 명세서에서, 상기 리드 필름(400)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향과 수직인 방향을 기준으로 리드 필름(400)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭하고, 상기 전극 리드(300)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향과 수직인 방향을 기준으로 전극 리드(300)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭한다. 상기 리드 필름(400)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로 리드 필름(400)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭하고, 상기 실링부(250)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로 실링부(250)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭한다. 상기 전극 리드(300)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로 전극 리드(300)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 리드 필름(400)은 제1 리드 필름(401) 및 제2 리드 필름(402)을 포함하고, 제1 리드 필름(401)은 전극 리드(300)의 상부에 위치하고, 제2 리드 필름(402)은 전극 리드(300)의 하부에 위치할 수 있다. 이 때, 전극 리드(300)는 제1 리드 필름(401)과 제2 리드 필름(402) 사이에 위치한 상태에서 실링부(250)와 함께 융착될 수 있다. 열 또는 레이저 등에 의해 제1 리드 필름(401) 및/또는 제2 리드 필름(402)이 실링부(250)와 함께 융착될 수 있다. 여기서, 제1 리드 필름(401)의 양 단부와 제2 리드 필름(402)의 양 단부는 서로 각각 접할 수 있다. 다르게 말하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 리드 필름(401)의 양단부와 제2 리드 필름(402)의 양단부는 서로 각각 일체화되어 있을 수 있다. 예컨대, 제1 리드 필름(401)의 양단부와 상기 제2 리드 필름(402)의 양단부는 열 또는 레이저 등으로 인해 융착되어 서로 일체화되어 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.
이하에서는, 리드 필름(400)에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 4는 도 1의 전지 셀에 포함된 리드 필름의 단면도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 리드 필름(400)은 제1 접착층(410), 수분 제거층(420), 및 제2 접착층(430)을 포함할 수 있다. 여기서, 수분 제거층(420)은 제1 접착층(410)과 제2 접착층(430) 사이에 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 리드 필름(400)은 제1 접착층(410), 수분 제거층(420), 및 제2 접착층(430) 순으로 적층되어 있는 다층 구조를 가질 수 있다.
또한, 도 1 및 도 4를 참조하면, 제1 접착층(410)은 전극 리드(300)의 외면과 접착되고, 제2 접착층(430)은 실링부(250)의 내면과 접착할 수 있다. 즉, 제1 접착층(410)은 전극 리드(300)와 접착이 용이하게 수행되는 물질을 포함할 수 있고, 제2 접착층(430)은 실링부(250)와 접착이 용이하게 수행되는 물질을 포함할 수 있다.
일 예로, 제1 접착층(410), 및 제2 접착층(430)은 각각 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF), 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 접착층(410)은 산무수물(MAH, Maleic anhydride)이 처리되어 있는 폴리프로필렌을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 접착층(410)은 금속 물질로 구성되는 전극 리드(300)와 접착하기 보다 용이할 수 있고, 전지 셀(100)의 내압 상승 시 제1 접착층(410)과 전극 리드(300) 사이의 계면이 박리되는 것을 방지하기 보다 용이할 수 있다.
상기 제1 접착층(410)의 가스 투과도(permeability)는 60℃에서 20 내지 60 barrer, 또는 30 내지 40 barrer일 수 있다. 예컨대, 제1 접착층(410)의 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다. 또한, 제1 접착층(410)의 두께 200 ㎛ 기준으로 가스 투과도가 60℃에서 전술한 범위를 만족할 수 있다. 상기 제1 접착층(410)의 가스 투과도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지셀 내부에서 발생하는 가스가 배출되기 더욱 효과적일 수 있다.
상기 제2 접착층(430)의 가스 투과도(permeability)는 60℃에서 20 내지 60 barrer, 또는 30 내지 40 barrer일 수 있다. 예컨대, 제2 접착층(430)의 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다. 또한, 제2 접착층(430)의 두께 200 ㎛ 기준으로 가스 투과도가 60℃에서 전술한 범위를 만족할 수 있다. 상기 제2 접착층(430)의 가스 투과도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지셀 내부에서 발생하는 가스가 배출되기 더욱 효과적일 수 있다.
본 명세서에서, 가스 투과도는 ASTM F2476-20으로 측정할 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 리드 필름(400)은 제1 리드 필름(401) 및 제2 리드 필름(402)을 포함하는 경우, 제1 리드 필름(401)에 포함된 제1 접착층(410)의 단부와 제2 리드 필름(402)에 포함된 제1 접착층(410)의 단부가 서로 접할 수 있다. 다르게 말하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 리드 필름(401)의 양단부와 제2 리드 필름(402)의 양단부는 서로 각각 융착되되, 제1 리드 필름(401)의 제1 접착층(410)의 단부와 제2 리드 필름(402)의 제1 접착층(410)의 단부가 서로 일체화되어 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.
상기 제1 접착층(410)의 두께는 60 ㎛ 이상일 수 있다. 상기 제1 접착층(410)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 제조 공정 상에서 필름 변형이 발생하는 것을 방지하기 보다 용이할 수 있다.
상기 제2 접착층(430)의 두께는 60 ㎛ 이상일 수 있다. 상기 제2 접착층(430)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 제조 공정 상에서 필름 변형이 발생하는 것을 방지하기 보다 용이할 수 있다.
또한, 수분 제거층(420)은 게터(getter) 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 게터 물질이란 화학적으로 활성화된 금속막에 의하여 기체가 흡착되는 작용을 이용하여 진공배기를 할 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 일 예로, 상기 게터 물질은 산화칼슘(CaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 산화 바륨(BaO), 바륨(Ba), 및 칼슘(Ca) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 일 예로, 상기 게터 물질은 금속유기골격체(MOF, Metal Organic Framework)의 구조를 가질 수 있다. 다만, 상기 게터 물질은 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 게터 물질로 분류되는 모든 종류의 물질을 포함할 수 있다.
이에 따라, 수분 제거층(420)은 게터 물질이 포함되어, 전지 셀(100) 외부에서 전지 셀(100) 내부로 유입되는 수분의 수분 침투도를 최소화할 수 있으면서도, 가스 투과도가 높은 점으로 인해 전지 셀(100) 내부에서 발생된 가스가 외부로 용이하게 배출될 수 있다.
수분 제거층(420)은 게터 물질 이외에도 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF), 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
또한, 수분 제거층(420)은 수분 제거층(420)의 전체 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 80 중량%, 또는 30 중량% 내지 70 중량%의 상기 게터 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 수분 제거층(420)은 상술한 범위 내로 상기 게터 물질의 함량을 조절하여, 전지 셀(100) 외부에서 전지 셀(100) 내부로 유입되는 수분의 수분 침투도 및 전지 셀(100) 내부에서 발생된 가스가 외부로 배출되는 가스 투과도를 리드 필름(400)의 용도에 맞게 조절하기 보다 용이할 수 있다. 또한, 전지 셀(100) 외부에서 전지 셀(100) 내부로 유입되는 수분 침투를 방지하기 더욱 용이할 수 있고, 제1 접착층(410) 및 제2 접착층(430)과의 접착력이 저하되어, 전지 셀(100)의 내압 상승 시 수분 제거층(420)과 제1 접착층(410) 또는 제2 접착층(430) 사이의 계면이 박리될 수 있는 문제를 방지하기 보다 용이할 수 있다. 제조 공정 상에서 필름 변형 등의 손상이 발생되어, 품질이 저하되는 문제를 방지하기에도 보다 용이할 수 있다.
상기 수분 제거층(420)의 두께는 60 ㎛ 이상일 수 있다. 상기 수분 제거층(420)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 제조 공정 상에서 필름 변형이 발생하는 것을 방지하기 보다 용이할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 전지 셀을 포함한다. 한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수도 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 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 전지 팩을 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 (18)

  1. 전극 조립체가 수납부에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지 케이스; 및
    상기 전극 조립체에 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 제1 접착층 및 제2 접착층을 포함하되, 상기 제1 접착층과 상기 제2 접착층 사이에 수분 제거층이 위치하고,
    상기 수분 제거층은 게터 물질을 포함하는 전지 셀.
  2. 제1항에서,
    상기 게터 물질은 산화칼슘(CaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 산화 바륨(BaO), 바륨(Ba), 및 칼슘(Ca) 중 적어도 하나를 포함하는 전지 셀.
  3. 제1항에서,
    상기 게터 물질은 금속유기골격체(MOF, Metal Organic Framework)의 구조를 가지는 전지 셀.
  4. 제1항에서,
    상기 수분 제거층이 폴리올레핀계 수지를 더 포함하는 전지 셀.
  5. 제1항에서,
    상기 수분 제거층이 폴리프로필렌을 더 포함하는 전지 셀.
  6. 제1항에서,
    상기 수분 제거층의 두께가 60 ㎛ 이상인 전지 셀.
  7. 제4항에서,
    상기 수분 제거층은 상기 수분 제거층의 전체 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 80 중량%의 상기 게터 물질을 포함하는 전지 셀.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 접착층이 폴리올레핀계 수지를 포함하는 전지 셀.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 접착층은 산무수물(MAH, Maleic anhydride)이 처리되어 있는 폴리프로필렌을 포함하는 전지 셀.
  10. 제1항에서,
    상기 제1 접착층의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer인 전지 셀.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 접착층의 두께가 60 ㎛ 이상인 전지 셀.
  12. 제1항에서,
    상기 제2 접착층이 폴리올레핀계 수지를 포함하는 전지 셀.
  13. 제1항에서,
    상기 제2 접착층의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer인 전지 셀.
  14. 제1항에서,
    상기 제2 접착층의 두께가 60 ㎛ 이상인 전지 셀.
  15. 제1항에서,
    상기 제1 접착층은 상기 전극 리드의 외면과 접착되고,
    상기 제2 접착층은 상기 실링부의 내면과 접착하는 전지 셀.
  16. 제1항에서,
    상기 리드 필름은 제1 리드 필름 및 제2 리드 필름을 포함하고,
    상기 제1 리드 필름은 상기 전극 리드의 상부에 위치하고,
    상기 제2 리드 필름은 상기 전극 리드의 하부에 위치하는 전지 셀.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 리드 필름에 포함된 상기 제1 접착층의 단부와 상기 제2 리드 필름에 포함된 상기 제1 접착층의 단부가 서로 접하는 전지 셀.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 전지 셀을 포함하는 전지 모듈.
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