WO2023054946A1 - 이차전지 - Google Patents

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WO2023054946A1
WO2023054946A1 PCT/KR2022/013824 KR2022013824W WO2023054946A1 WO 2023054946 A1 WO2023054946 A1 WO 2023054946A1 KR 2022013824 W KR2022013824 W KR 2022013824W WO 2023054946 A1 WO2023054946 A1 WO 2023054946A1
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lead
lead film
secondary battery
electrode
width
Prior art date
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PCT/KR2022/013824
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French (fr)
Inventor
강경수
이재호
임훈희
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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Priority to JP2023551225A priority patent/JP2024508131A/ja
Priority to CN202280013946.4A priority patent/CN116888812A/zh
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery with improved safety.
  • the secondary battery is an eco-friendly battery technology that can be used repeatedly through charging and discharging and does not use harmful substances such as lead, nickel, and cadmium. It forms the core of the new growth engine industry.
  • lithium secondary batteries are most widely used as a power source for mobile IT, which is closely related to human life, and recently, their utilization continues to expand as a power source for electric vehicles and a power storage device for renewable energy.
  • a secondary battery consists of a positive electrode, a negative electrode, a separator separating them, an electrolyte that transfers lithium ions through the separator, a case accommodating them, and an electrode lead that allows current to flow out of the case.
  • a lead film may be further included, and the lead film serves to seal the electrode lead and the case while preventing a short circuit between the electrode lead and the case by being bound to the electrode lead.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a secondary battery with improved safety.
  • a secondary battery according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes an electrode assembly to which an electrode lead is attached; a case accommodating the electrode assembly; a sealing portion formed to seal the electrode assembly in the case; and a lead film covering a portion of an outer surface of the electrode lead and interposed between the electrode lead and the sealing portion. Including, in the lead film, at least a portion of the edge portion facing the electrode assembly has a non-flat shape.
  • a radius of curvature of the edge portion facing the electrode assembly may be approximately 50 mm to 200 mm.
  • the lead film may have a convex shape with a central portion along a second direction perpendicular to the first direction extending the electrode lead in a direction away from the electrode assembly.
  • a width of the lead film along the first direction may be approximately 20% to 150% of a width of the sealing portion along the first direction.
  • the lead film may have a convex shape with a central portion along a second direction perpendicular to the first direction extending the electrode lead in a direction toward the electrode assembly.
  • a width of the lead film along the first direction may be approximately 20% to 150% of a width of the sealing portion along the first direction.
  • the lead film may include a first lead film positioned relatively close to the electrode assembly; and a second lead film positioned relatively far from the electrode assembly.
  • the first lead film and the second lead film may be spaced apart from each other.
  • the first lead film may have a convex shape with a center portion along a second direction perpendicular to the first direction extending the electrode lead in a direction toward the electrode assembly.
  • a width of the first lead film along the first direction may be approximately 10% to 40% of a width of the sealing portion along the first direction.
  • a width of the interface between the first lead film and the sealing part along the first direction may be approximately 10% to 40% of a width of the sealing part along the first direction.
  • the second lead film may have a central portion along a second direction perpendicular to the first direction extending the electrode lead, and may have a convex shape in a direction away from the electrode assembly.
  • a width of the second lead film along the first direction may be approximately 10% to 40% of a width of the sealing portion along the first direction.
  • a width of an interface between the second lead film and the sealing part along the first direction may be approximately 10% to 40% of a width of the sealing part along the first direction.
  • the interface between the first lead film and the sealing part is primarily broken, and the gap between the second lead film and the sealing part is broken.
  • the interface of may be configured to be broken secondarily.
  • a distance between the first lead film and the second lead film may be approximately 10% to 80% of a width of the sealing part.
  • the planar shape of the lead film may be a closed loop shape with an empty center.
  • a first portion facing the electrode assembly has a convex shape in a direction toward the electrode assembly, and a second portion positioned opposite the first portion has a convex shape in a direction away from the electrode assembly.
  • the first part may have a convex shape in a direction in which a central portion along a second direction perpendicular to the first direction extending the electrode lead faces the electrode assembly, and the second part may have a convex shape of the electrode lead.
  • a central portion along a second direction perpendicular to the first direction, which is an extension direction, may have a convex shape in a direction away from the electrode assembly.
  • the interface between the lead film and the sealing part is primarily broken in the first region where the first part and the sealing part are bonded, and the second part and the sealing part are bonded. In the second region, an interface between the lead film and the sealing part may be secondarily broken.
  • a distance between the first area and the second area along the extension direction of the electrode lead may be approximately 10% to 80% of a width of the sealing portion along the extension direction of the electrode lead.
  • a total width of the lead film in a direction parallel to the extension direction of the electrode lead may be approximately 50% to 150% of a width of the sealing portion in a direction parallel to the extension direction of the electrode lead.
  • a width of the first region in an extension direction of the electrode lead may be approximately 10% to 40% of a width of the sealing portion in an extension direction of the electrode lead.
  • a width of the second region in an extension direction of the electrode lead may be approximately 10% to 40% of a width of the sealing portion in an extension direction of the electrode lead.
  • the secondary battery may be a pouch type secondary battery.
  • the contact area between the electrode lead and the lead film is increased, so that the sealing property of the battery can be secured.
  • the secondary battery according to one embodiment of the present invention may have improved rigidity against internal pressure, so safety may be improved.
  • FIG. 1 is a diagram showing an electrode lead, a lead film, and a sealing portion of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • An inorganic coating layer may be provided on the surface of the separator.
  • the inorganic coating layer may have a structure in which inorganic particles are bonded to each other by a binder to form an interstitial volume between the particles.
  • the case includes an accommodating portion 13a accommodating the electrode assembly 12 and a sealing portion 13b formed to seal the electrode assembly 12 .
  • the outer layer is other polyester-based films such as poly(ethylene terephthalate) (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, co-polyester, polycarbonate, nylon, etc. It may include, and may be composed of a single layer or multiple layers.
  • PET poly(ethylene terephthalate)
  • PET polybutylene terephthalate
  • polyethylene naphthalate polybutylene naphthalate
  • co-polyester polycarbonate
  • nylon nylon
  • the sealant layer may include a sealant resin and may be composed of a single layer or multiple layers.
  • the sealant resin includes polypropylene (PP), acid modified polypropylene (PPa), random polypropylene, ethylene propylene copolymer, or two or more of these can do.
  • the ethylene propylene copolymer may include ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene block copolymer, etc., but is not limited thereto.
  • the case when the case is in the form of a pouch, it may include an upper pouch and a lower pouch.
  • the case when the case includes an upper pouch and a lower pouch, outer circumferential surfaces of the upper pouch and the lower pouch are fused to each other by heat and pressure, thereby sealing the battery.
  • the sealing part 13b may be sealed on four sides or three sides at the edge of the case.
  • the boundary surface of the upper pouch and the lower pouch is bent so that the electrode assembly accommodating parts 13a formed in the upper pouch and the lower pouch are overlapped. It means a structure in which the edges of the remaining three sides are sealed except for the bent part in
  • the electrode lead 11 may be housed in a case such that a portion thereof is exposed to the outside of the case.
  • the lead film 14 covers a part of the outer surface of the electrode lead 11 and is interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b of the case where the electrode lead 11 protrudes.
  • the lead film 14 may be positioned on at least one surface of the electrode lead 11 .
  • the lead film 14 is interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b of the case where the electrode lead protrudes to help the electrode lead 11 and the sealing portion 13b of the case. .
  • the sealing of the battery occurs on the surface where the lead film 14 comes into contact with the sealing portion 13b.
  • a portion of an edge portion facing the electrode assembly 12 has a non-flat shape.
  • the contact area between the lead film 14 and the electrode lead 11 is large.
  • the contact area between the lead film 14 and the electrode lead 11 is increased compared to a conventional secondary battery having an edge portion facing the electrode assembly 12 having a flat structure. Accordingly, since the adhesive strength between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b increases, the sealing strength between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b may increase. As the sealing strength between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b increases, the stiffness of the battery against internal pressure may increase.
  • the contact area between the lead film 14 and the sealing portion 13b can also be large.
  • the contact area between the lead film 14 and the sealing portion 13b may be increased compared to a conventional secondary battery having a flat edge portion of the lead film 14 facing the electrode assembly 12 . Accordingly, since the adhesive strength between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b increases, the sealing strength between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b may increase. As the sealing strength between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b increases, the stiffness of the battery against internal pressure may increase.
  • the edge portion facing the electrode assembly 12 in the lead film 14 may have a radius of curvature ranging from about 50 mm to about 200 mm.
  • the radius of curvature of the edge portion satisfies the aforementioned range, the contact area between the lead film 14 and the electrode lead 11 can be increased while the contact area between the lead film 14 and the sealing portion 13b. can also be easily increased.
  • the lead film 14 may have a convex shape in a direction away from the electrode assembly 12 at a central portion along a second direction substantially perpendicular to the first direction, which is the extending direction of the electrode lead 11 .
  • the lead film 14 may have a substantially arcuate shape convex in an outer direction of the case.
  • FIG. 2 is a diagram showing electrode leads, lead films, and sealing parts of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the lead film 14 has a central portion along a second direction substantially perpendicular to the first direction, which is the extending direction of the electrode lead 11, having a convex shape in a direction toward the electrode assembly 12.
  • the lead film 14 may have a substantially arcuate shape convex in an outer direction of the case.
  • the width h of the lead film 14 along the first direction is the sealing portion 13b along the first direction.
  • the width (d) may be approximately 20% to 150% compared to the width (d).
  • the lead film 14 includes the first lead film 14a and the second lead film 14b
  • the lead film 14 is formed during swelling of the battery.
  • the sealing part 13b are primarily broken, and then the interface between the second lead film 14b and the sealing part 13b is broken secondarily.
  • the first lead film 14a is located in the inner direction of the case than the second lead film 14b, so when the swelling phenomenon occurs, the first lead film 14a It may break before the second lead film 14b.
  • the first lead film 14a may be located at an end of the sealing part in the case inner direction.
  • the radius of curvature of the second lead film 14b may be approximately 50 mm to 200 mm.
  • the contact area between the second lead film 14b and the electrode lead 11 and the second lead film 14b and the sealing portion 13b It may be easy to increase the contact area between them. In addition, it may be easier to control the rupture timing of the interface between the second lead film 14b and the sealing part 13b.
  • the width h2 of the second lead film 14b along the first direction is greater than the width d of the sealing part 13b along the first direction. It may be approximately 10% to 40%.
  • the width h2 of the second lead film 14b satisfies the aforementioned range, the contact area between the second lead film 14b and the electrode lead 11 and the second lead film 14b and the sealing portion ( 13b), it may be easy to increase the contact area between them, and it may be easy to secure sufficient sealing strength during normal operation of the battery.
  • the width of the interface between the first lead film 14a and the sealing part 13b along the first direction, where the fracture occurs is approximately equal to the width d of the sealing part 13b. It may be 10% to 40%.
  • the width of the interface between the first lead film 14a and the sealing portion 13b satisfies the aforementioned range, it is possible to secure sufficient sealing strength during normal operation of the battery, and when swelling occurs. breakage may occur easily.
  • the width of the interface between the second lead film 14b and the sealing part 13b along the first direction, where the fracture occurs is approximately equal to the width d of the sealing part 13b. It may be 10% to 40%.
  • the width of the interface between the second lead film 14b and the sealing portion 13b satisfies the aforementioned range, it is possible to secure sufficient sealing strength during normal operation of the battery, and when swelling occurs. breakage may occur easily.
  • the lead film 14 may have a substantially donut shape.
  • the lead film 14 may have a first portion facing the electrode assembly 12 that is convex in a direction toward the electrode assembly 12, and a second portion opposite to the first portion may have a convex shape.
  • the portion may have a convex shape in a direction away from the electrode assembly 12 .
  • the first portion may have a convex shape in a direction in which a center portion along a second direction substantially perpendicular to the first direction extending the electrode lead 11 faces the electrode assembly 12 .
  • the second part may have a convex shape in a direction away from the electrode assembly 12 at a central portion along a second direction substantially perpendicular to the first direction, which is the extending direction of the electrode lead 11 .
  • the second region (B) may be located at the end of the sealing portion in the outer direction of the case.
  • the distance between the first region A and the second region B along the extension direction of the electrode lead 11 is the sealing portion 13b along the extension direction of the electrode lead 11 It may be approximately 10% to 80% of the width d.
  • the distance between the first area (A) and the second area (B) refers to the closest distance among the distances between the first area (A) and the second area (B).
  • the radius of curvature of the lead film 14 having a closed loop shape may be approximately 50 mm to 200 mm.
  • the contact area between the lead film 14 and the electrode lead 11 in the first region A and the lead film 14 It may be easy to increase the contact area between the sealing parts 13b.
  • the contact area between the lead film 14 and the electrode lead 11 and the contact area between the lead film 14 and the sealing portion 13b may be easily increased in the second region (B). It may be easier to control the rupture timing of the first region (A) and/or the second region (B).
  • the width (h) of the entire lead film 14 in a direction parallel to the extension direction of the electrode lead 11 is the width (h) of the sealing portion 13b in a direction parallel to the extension direction of the electrode lead 11. It may be approximately 50% to 150% compared to the width (d).
  • the entire width of the lead film 14 satisfies the aforementioned range, the contact area between the lead film 14 and the electrode lead 11 may increase, while the lead film 14 and the sealing portion 13b It may be easier to increase the contact area between them.
  • the width h1 of the first portion of the closed-loop lead film 14 facing the electrode assembly 12 along the first direction is the sealing portion 13b along the first direction.
  • the width h1 may be approximately 10% to 40% compared to the width of.
  • the width h2 of the second portion of the closed-loop lead film 14 located opposite the first portion along the first direction is the sealing portion 13b along the first direction.
  • the width h2 may be approximately 10% to 40% compared to the width of.
  • the width of the first region A in the extension direction of the electrode lead 11 is approximately 10% of the width d of the sealing portion 13b in the extension direction of the electrode lead 11. to 40%.
  • the width of the first region (A) satisfies the aforementioned range, it is possible to secure sufficient sealing strength during normal operation of the battery, and it is possible to easily break it when swelling occurs.
  • the width of the second region B in the extension direction of the electrode lead 11 is approximately 10% of the width d of the sealing portion 13b in the extension direction of the electrode lead 11. to 40%.
  • the width of the second region (B) satisfies the aforementioned range, it is possible to ensure sufficient sealing strength during normal operation of the battery, and breakage may occur easily when the internal pressure of the secondary battery increases.
  • the secondary battery may be a cylindrical, prismatic, or pouch-shaped secondary battery. Among them, the secondary battery may be a pouch type secondary battery.
  • the strength of the pouch case is weak, and as it has various shapes, it tends to be more vulnerable to internal pressure. Accordingly, when the secondary battery according to one embodiment of the present invention is a pouch-type secondary battery, it may be more advantageous in terms of safety.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 상기 케이스에 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부; 및 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재된 리드 필름; 을 포함하고, 상기 리드 필름에 있어서, 상기 전극 조립체와 대면하는 엣지부의 적어도 일부 영역은 플랫하지 않은 형태를 갖는다.

Description

이차전지
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안전성이 개선된 이차전지에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 10월 01일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2021-0131224호 및 2022년 08월 10일자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2022-0099996 호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
휴대폰, 노트북, 태블릿 PC등의 모바일 IT 기기는 현대 생활에 밀접한 관계를 맺고 있으며, IT 산업 시장의 성장과 함께 핵심 부품인 이차전지에 대한 수요도 급증하고 있다. 상기 이차전지는 충방전을 통해 반복사용이 가능하며 납, 니켈, 카드뮴 등의 유해물질을 사용하지 않는 친환경 전지 기술로서, 가벼우면서도 작은 체적으로 많은 에너지를 저장할 수 있는 높은 에너지 밀도를 가지는 장점으로 미래 신(新)성장 동력 산업의 핵심을 이루고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 인류의 생활과 밀접한 모바일 IT의 전력원으로 가장 널리 사용되고 있을 뿐만 아니라 최근에는 전기자동차의 동력원 및 신재생 에너지의 전력 저장 장치로서 활용도를 계속적으로 넓히고 있다.
일반적으로 이차전지는 양극, 음극 및 이를 분리하는 분리막(Separator), 상기 분리막을 통해서 리튬 이온을 전달하는 전해액(Electrolyte), 이들을 수납하는 케이스 및 케이스 밖으로 전류의 통로가 되도록 하는 전극 리드로 구성된다. 또한, 리드 필름을 더 포함할 수 있는데, 리드 필름은 전극 리드에 결착되어 전극 리드와 케이스 간의 쇼트가 발생하는 것을 방지하면서, 전극 리드와 케이스를 밀봉하는 역할을 한다.
이러한 이차전지의 경우, 전지의 작동 등으로 인해 발생하는 가스 등으로 인한 내압에 취약한 경향이 있어, 이러한 내압에 충분한 강성을 가지는 이차전지의 개발이 필요한 실정이다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 안전성이 개선된 이차전지를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 상기 케이스에 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부; 및 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재된 리드 필름; 을 포함하고, 상기 리드 필름에 있어서, 상기 전극 조립체와 대면하는 엣지부의 적어도 일부 영역은 플랫하지 않은 형태를 갖는다.
상기 리드 필름에 있어서, 상기 전극 조립체와 대면하는 상기 엣지부의 곡률 반경은 대략 50 mm 내지 200 mm 일 수 있다.
상기 리드 필름은, 상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체로부터 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
상기 리드 필름의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 대략 20% 내지 150% 일 수 있다.
상기 리드 필름은, 상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
상기 리드 필름의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 대략 20% 내지 150% 일 수 있다.
상기 리드 필름은, 상대적으로 상기 전극 조립체와 가깝게 위치하는 제1 리드 필름; 및 상대적으로 상기 전극 조립체와 멀게 위치하는 제2 리드 필름; 을 포함할 수 있다.
상기 제1 리드 필름과 상기 제2 리드 필름은 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 리드 필름은, 상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 리드 필름의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 대략 10% 내지 40% 일 수 있다.
상기 제1 리드 필름과 상기 실링부 사이의 계면의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 대략 10% 내지 40% 일 수 있다.
상기 제2 리드 필름은, 상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체와 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
상기 제2 리드 필름의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 대략 10% 내지 40% 일 수 있다.
상기 제2 리드 필름과 상기 실링부 사이의 계면의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 대략 10% 내지 40% 일 수 있다.
상기 제1 리드 필름 및 상기 제2 리드 필름은, 상기 이차전지의 내압 증가 시에 상기 제1 리드 필름과 상기 실링부 사이의 계면이 1차적으로 파단되고, 상기 제2 리드 필름과 상기 실링부 사이의 계면이 2차적으로 파단되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 리드 필름과 제2 리드 필름 사이의 거리가 상기 실링부 폭의 대략 10% 내지 80% 일 수 있다.
상기 리드 필름의 평면 형상은, 중심부가 비어 있는 폐루프 형상일 수 있다.
상기 리드 필름은, 상기 전극 조립체와 대면하는 제1 부분이 상기 전극 조립체를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가지며, 상기 제1 부분과 반대편에 위치하는 제2 부분이 상기 전극 조립체와 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 부분은, 상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있으며, 상기 제2 부분은, 상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체와 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
상기 리드 필름은, 상기 이차전지의 내압 증가 시에 상기 제1 부분과 실링부가 접합된 제1 영역에서 리드 필름과 실링부 사이의 계면이 1차적으로 파단되고, 상기 제2 부분과 실링부가 접합된 제2 영역에서 리드 필름과 실링부 사이의 계면이 2차적으로 파단되도록 구성될 수 있다.
상기 전극 리드의 연장 방향을 따른 상기 제1 영역과 제2 영역 사이의 거리가 상기 전극 리드의 연장 방향을 따른 상기 실링부 폭의 대략 10% 내지 80%일 수 있다.
상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 상기 리드 필름의 전체의 폭이 상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 실링부의 폭 대비 대략 50% 내지 150% 일 수 있다.
상기 전극 리드의 연장 방향으로의 상기 제1 영역의 폭은 상기 전극 리드의 연장 방향으로의 상기 실링부의 폭 대비 대략 10% 내지 40% 일 수 있다.
상기 전극 리드의 연장 방향으로의 상기 제2 영역의 폭은 상기 전극 리드의 연장 방향으로의 상기 실링부의 폭 대비 대략 10% 내지 40% 일 수 있다.
상기 이차전지는 파우치형 이차전지일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는 전극 리드 및 리드 필름 간의 접촉면적이 증가하여 전지의 밀봉성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는 내압에 대한 강성이 향상될 수 있어 안전성이 향상될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부 부분을 나타낸 도이다.
도 2는, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부 부분을 나타낸 도이다.
도 3은, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부 부분을 나타낸 도이다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부 부분을 나타낸 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는, 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 상기 케이스에 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부; 및 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재된 리드 필름;을 포함하고, 상기 리드 필름에 있어서, 상기 전극 조립체와 대면하는 엣지부의 적어도 일부 영역은 플랫하지 않은 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부 부분을 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지(10)는 전극 리드(11)가 부착된 전극 조립체(12) 및 케이스를 구비한다.
상기 전극 조립체(12)는 양극판, 음극판 및 분리막을 포함한다. 전극 조립체(12)는 분리막이 개재된 상태에서 양극판과 음극판이 순차적으로 적층될 수 있다.
양극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와 그 적어도 일면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 양극판은 일측단에 금속 재질, 이를테면 알루미늄(Al) 재질로 이루어진 양극탭을 포함할 수 있다. 양극탭은 양극판의 일측단으로부터 연장되어 돌출되거나 양극판의 일측단에 용접되거나 도전성 접착제를 이용하여 접합될 수 있다.
음극판은 전도성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 적어도 일면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 음극판은 일측단에 금속 재질, 이를테면 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 형성되는 음극탭을 포함할 수 있다. 음극탭은 음극판의 일측단으로부터 연장되어 돌출되거나 양극판의 일측단에 용접되거나 도전성 접착제를 이용하여 접합될 수 있다.
분리막은 양극판과 음극판 사이에 개재되어, 양극판과 음극판을 서로 전기적으로 절연시키며, 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온 등이 서로 통과될 수 있도록 다공성 막 형태로 형성될 수 있다. 이러한 분리막은, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 또는 폴리프로필렌(PP), 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성 막을 포함할 수 있다.
분리막의 표면에는 무기물 코팅층이 구비될 수 있다. 무기물 코팅층은 무기물 입자들이 바인더에 의해 서로 결합되어 입자들 사이에 기공 구조(interstitial volume)을 형성한 구조를 가질 수 있다.
전극 조립체(12)로는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀 셀(Full dell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
상기 케이스는 전극 조립체(12)를 수납하는 수납부(13a), 및 상기 전극 조립체(12)를 밀봉하기 위해 형성된 실링부(13b)를 포함한다.
상기 실링부(13b)는 상기 전극 조립체(12)를 밀봉하기 위해, 예컨대 상기 수납부(13a)의 외주면을 따라 융착하는 부분을 지칭하는 것으로, 상기 융착은 열융착, 초음파에 의한 융착 등일 수 있으나, 실링부를 융착시킬 수 있다면 크게 제한되지는 않는다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스는 외부 충격 보호를 위한 외층, 수분을 차단하는 금속 배리어층, 및 케이스를 실링하는 실란트층의 다층 구조의 필름 형태로 구비될 수 있다.
상기 외층은, 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(Poly(ethylene terephthalate); PET), 폴리부틸렌테레프타레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 공중합 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 나일론 등 기타 폴리에스터계 필름을 포함할 수 있고, 단일층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
상기 금속 배리어층은, 알루미늄, 구리 등을 포함할 수 있다.
상기 실란트층은 실란트 수지를 포함할 수 있고, 단일층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지는 폴리프로필렌(PP), 산 변성 폴리프로필렌(Acid modified polypropylene; PPa), 랜덤 폴리프로필렌(random polypropylene), 에틸렌 프로필렌 공중합체, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다. 상기 에틸렌 프로필렌 공중합체는 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스는 파우치 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스가 파우치 형태인 경우, 상부 파우치와 하부 파우치를 포함할 수 있다. 상기 케이스가 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 경우, 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면이 열과 압력에 의해 상호 융착됨으로써 전지를 밀봉할 수 있다.
상기 케이스가 파우치 형태인 경우, 상기 실링부(13b)는 케이스의 테두리에서 4면 실링 또는 3면 실링될 수 있다. 3면 실링 구조는, 상부 파우치와 하부 파우치가 하나의 파우치 시트에 포밍된 후 상부 파우치 및 하부 파우치의 경계면을 절곡시켜 상부 파우치 및 하부 파우치에 형성된 상기 전극 조립체 수납부(13a)들이 포개지도록 한 상태에서 절곡부를 제외한 나머지 3면의 테두리를 실링한 구조를 의미한다.
도 1을 참조하면, 상기 전극 리드(11)는 일부가 상기 케이스의 외부로 노출되도록 케이스 내에 수납될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지(10)는 리드 필름(14)을 구비한다.
상기 리드 필름(14)은 상기 전극 리드(11)의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드(11)와 전극 리드(11)가 돌출된 부분의 케이스의 실링부(13b) 사이에 개재된다. 상기 리드 필름(14)은 전극 리드(11)의 적어도 일면에 위치할 수 있다. 상기 리드 필름(14)은 상기 전극 리드(11)와 전극 리드가 돌출된 부분의 케이스의 실링부(13b) 사이에 개재되어 전극 리드(11)와 상기 케이스의 실링부(13b)의 결착을 돕는다. 상기 리드 필름(14)이 실링부(13b)와 맞닿는 면에서 전지의 실링이 일어나게 된다.
도 1을 참조하면, 상기 리드 필름(14)에 있어서, 전극 조립체(12)와 대면하는 엣지부의 일부 영역은 플랫(flat) 하지 않은 형태를 갖는다. 리드 필름(14)이 이러한 형태를 갖는 경우, 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적이 크다. 특히, 리드 필름(14)에 있어서, 전극 조립체(12)와 대면하는 엣지부가 플랫한 구조를 가지는 종래 이차전지에 비해 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적이 증가한다. 이에 따라, 전극 리드(11)와 실링부(13b)의 사이의 접착 강도가 증가하여 전극 리드(11)와 실링부(13b) 사이의 실링 강도가 증가할 수 있다. 전극 리드(11)와 실링부(13b) 사이의 실링 강도가 증가함에 따라 전지의 내압에 대한 강성이 증가할 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 따르면, 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적도 클 수 있다. 특히, 리드 필름(14)에 있어서 전극 조립체(12)와 대면하는 엣지부가 플랫한 구조를 가지는 종래 이차전지에 비해 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 증가할 수 있다. 이에 따라, 전극 리드(11)와 실링부(13b)의 사이의 접착 강도가 증가하여 전극 리드(11)와 실링부(13b) 사이의 실링 강도가 증가할 수 있다. 전극 리드(11)와 실링부(13b) 사이의 실링 강도가 증가함에 따라 전지의 내압에 대한 강성이 증가할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 이러한 구성에 따르면, 전지 내부에서 발생하는 내압에 대해 리드 필름(14) 전체에 고른 압력 전달이 가능하다. 이에 따라, 내압이 리드 필름(14) 전체에 균일하게 분산되어 전지의 내압에 대한 강성이 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(14)에 있어서 전극 조립체(12)와 대면하는 엣지부는 대략 50 mm 내지 200 mm 범위의 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 엣지부의 곡률 반경이 전술한 범위를 만족하는 경우, 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적이 증가할 수 있으면서, 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적도 증가하기 용이할 수 있다.
한편, 상기 리드 필름(14)은, 전극 리드(11)의 연장 방향인 제1 방향과 대략 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 전극 조립체(12)로부터 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 필름(14)은, 케이스의 외부 방향으로 볼록한 대략 아치형일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 제1 방향을 따른 리드 필름(14)의 폭(h)은 제1 방향을 따른 실링부(13b)의 폭(d) 대비 대략 20% 내지 150%일 수 있다. 리드 필름(14)의 폭(h)이 전술한 범위를 만족하는 경우, 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적이 증가할 수 있으면서, 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적도 증가하기 더욱 용이할 수 있다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부 부분을 나타낸 도이다.
도 2를 참조하면, 상기 리드 필름(14)은, 전극 리드(11)의 연장 방향인 제1 방향과 대략 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 전극 조립체(12)를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 필름(14)은, 케이스의 외부 방향으로 볼록한 대략 아치형일 수 있다.
이 경우에도, 상기 리드 필름(14)이 도 1에 도시된 형태를 갖는 경우와 유사하게, 상기 제1 방향을 따른 리드 필름(14)의 폭(h)은 제1 방향을 따른 실링부(13b)의 폭(d) 대비 대략 20% 내지 150%일 수 있다. 리드 필름(14)의 폭(h)이 전술한 범위를 만족하는 경우, 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적이 증가할 수 있으면서, 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적도 증가하기 더욱 용이할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부 부분을 나타낸 도이다.
도 3을 참조하면, 상기 리드 필름(14)은, 상대적으로 전극 조립체(12)와 가깝게 위치하는 제1 리드 필름(14a)과 상대적으로 전극 조립체(12)와 멀게 위치하는 제2 리드 필름(14b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 리드 필름(14a)과 제2 리드 필름(14b)은 서로 이격되어 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 리드 필름(14a)은, 전극 리드(11)의 연장 방향인 제1 방향과 대략 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 전극 조립체(12)를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 리드 필름(14a)은 전극 조립체(12)를 향하는 방향으로 볼록한 대략 아치형일 수 있다.
도 3에서는 상기 제1 리드 필름(14a)의 형상이 전극 조립체(12)가 수납된 방향으로 볼록한 대략 아치형인 것으로 도시하였으나, 상기 제1 리드 필름(14a)의 형상이 이에 국한된 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 제1 리드 필름(14a)의 형상이 케이스 외부 방향으로 볼록한 대략 아치형일 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제2 리드 필름(14b)은, 전극 리드(11)의 연장 방향인 제1 방향과 대략 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 전극 조립체(12)와 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 리드 필름(14b)은, 전극 조립체(12)로부터 멀어지는 방향으로 볼록한 대략 아치형일 수 있다.
도 3에서는 상기 제2 리드 필름(14b)의 형상이 케이스 외부 방향으로 볼록한 대략 아치형인 것으로 도시하였으나, 상기 제2 리드 필름(14b)의 형상이 이에 국한된 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 제2 리드 필름(14b)의 형상이 전극 조립체(12)가 수납된 방향으로 볼록한 대략 아치형일 수 있다.
이차전지의 경우, 내압의 증가로 인해 전지가 부풀어 오르는 스웰링(swelling) 현상이 일어날 수 있는데 이는 전지의 안전성에 영향을 미친다. 스웰링 현상이 일어나는 경우, 접착력이 다소 약한 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 계면에서 파단이 일어날 수 있다.
상기 리드 필름(14)이 상기 제1 리드 필름(14a)과 제2 리드 필름(14b)을 포함하는 경우, 리드 필름(14)은 전지의 스웰링(swelling) 시에 상기 제1 리드 필름(14a)과 실링부(13b) 사이의 계면이 1차적으로 파단된 후에, 상기 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b) 사이의 계면이 2차적으로 파단되도록 구성될 수 있다.
스웰링 현상이 일어나는 경우, 상기 제1 리드 필름(14a)은 상기 제2 리드 필름(14b)보다 케이스의 내부 방향에 위치하여, 스웰링 현상이 발생하는 경우, 상기 제1 리드 필름(14a)이 상기 제2 리드 필름(14b)보다 먼저 파단될 수 있다.
스웰링 현상 발생 시 케이스 내부 방향의 실링부(13b)에서 가장 많은 압력을 받는다. 상기 제1 리드 필름(14a)이 상기 제2 리드 필름(14b)보다 케이스의 내부 방향에 위치함에 따라 케이스 내부 방향의 실링부에 위치하는 상기 제1 리드 필름(14a)과 실링부(13b) 사이의 계면에서 우선적으로 파단이 발생하여 스웰링 압력을 조절하기 용이할 수 있다. 이에 따라, 스웰링 압력의 증가를 방지하여 전지의 안전성이 개선될 수 있다.
상기 제1 리드 필름(14a)과 실링부(13b) 사이의 계면에서 우선적으로 파단이 발생한 후에도, 스웰링 압력이 증가하는 경우, 상기 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b) 사이의 계면에서 파단이 발생함에 따라 스웰링 압력의 증가를 추가적으로 방지할 수 있다.
상기 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b) 사이의 계면이 파단되면 전지 내부의 압력을 외부로 배출할 수 있어, 스웰링 압력을 조절하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 리드 필름(14a) 및/또는 제2 리드 필름(14b)과 연결되는 센서부(미도시) 및 제어부(미도시)를 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 센서부는 스웰링 압력을 측정하여 제어부에 이를 전달하고, 상기 제어부는 특정한 압력 임계치를 초과하는 경우, 제1 리드 필름(14a) 및/또는 제2 리드 필름(14b)에서 파단이 이루어지게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 리드 필름(14a)이 케이스 내부 방향의 실링부 단부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제2 리드 필름(14b)이 케이스 외부 방향의 실링부 단부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 제1 리드 필름(14a)과 제2 리드 필름(14b) 사이의 거리가 실링부(13b) 폭(d)의 대략 10% 내지 80%일 수 있다. 여기서, 상기 제1 리드 필름(14a)과 제2 리드 필름(14b) 사이의 거리는 제1 리드 필름(14a)이 케이스 외부 방향과 가장 가까운 단부와 제2 리드 필름(14b)이 케이스 내부 방향과 가장 가까운 단부 사이의 거리를 지칭한다. 제1 리드 필름(14a)과 제2 리드 필름(14b) 사이의 거리가 전술한 범위를 만족하는 경우, 제1 리드 필름(14a)과 실링부(13b) 사이의 계면과 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b) 사이의 계면의 파단시기를 조절하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 리드 필름(14a)의 곡률 반경이 대략 50 mm 내지 200 mm일 수 있다. 상기 제1 리드 필름(14a)의 곡률 반경이 전술한 범위를 만족하는 경우, 제1 리드 필름(14a)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적과 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 증가하기 용이할 수 있다. 또한, 제1 리드 필름(14a)과 실링부(13b) 사이의 계면의 파단시기를 조절하기 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제2 리드 필름(14b)의 곡률 반경이 대략 50 mm 내지 200 mm일 수 있다. 상기 제2 리드 필름(14b)의 곡률 반경이 전술한 범위를 만족하는 경우, 제2 리드 필름(14b)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적과 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 증가하기 용이할 수 있다. 또한, 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b) 사이의 계면의 파단시기를 조절하기 더욱 용이할 수 있다.
도 3을 참조하면, 전극 리드(11)의 연장 방향인 제1 방향을 따른 제1 리드 필름(14a)의 폭(h1)이 상기 제1 방향을 따른 실링부(13b)의 폭(d) 대비 대략 10% 내지 40%일 수 있다. 제1 리드 필름(14a)의 폭(h1)이 전술한 범위를 만족하는 경우, 제1 리드 필름(14a)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적 및 제1 리드 필름(14a)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 증가하기 용이할 수 있고, 전지의 정상 작동 시에 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 용이할 수 있다.
도 3을 참조하면, 전극 리드(11)의 연장 방향인 제1 방향을 따른 제2 리드 필름(14b)의 폭(h2)이 상기 제1 방향을 따른 실링부(13b)의 폭(d) 대비 대략 10% 내지 40%일 수 있다. 제2 리드 필름(14b)의 폭(h2)이 전술한 범위를 만족하는 경우, 제2 리드 필름(14b)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적 및 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 증가하기 용이할 수 있고, 전지의 정상 작동 시에 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 파단이 발생하는 상기 제1 리드 필름(14a)과 실링부(13b) 사이의 계면의 상기 제1 방향을 따른 폭은 실링부(13b)의 폭(d) 대비 대략 10% 내지 40%일 수 있다. 상기 제1 리드 필름(14a)과 실링부(13b) 사이의 계면의 폭이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 가능하면서, 스웰링 현상 발생 시에 파단이 일어나기 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 파단이 발생하는 상기 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b) 사이의 계면의 상기 제1 방향을 따른 폭은 실링부(13b)의 폭(d) 대비 대략 10% 내지 40%일 수 있다. 상기 제2 리드 필름(14b)과 실링부(13b) 사이의 계면의 폭이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 가능하면서, 스웰링 현상 발생 시에 파단이 일어나기 용이할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 전극 리드, 리드 필름, 및 실링부 부분을 나타낸 도이다.
도 4를 참조하면, 리드 필름(14)의 평면 형상은 중심부가 비어 있는 폐루프 형상일 수 있다. 리드 필름(14)이 이러한 폐루프 형상을 갖는 경우, 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적이 크고, 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 커지기 더욱 용이할 수 있다. 또한, 내압이 리드 필름(14) 전체에 균일하게 분산되어 전지의 내압에 대한 강성이 증가하기 더욱 용이할 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 필름(14)은 대략 도넛 형상일 수 있다. 다른 측면에서, 상기 리드 필름(14)은, 전극 조립체(12)와 대면하는 제1 부분이 전극 조립체(12)를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있고, 제1 부분과 반대편에 위치하는 제2 부분이 전극 조립체(12)와 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다. 상기 제1 부분은, 전극 리드(11)의 연장 방향인 제1 방향과 대략 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 전극 조립체(12)를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다. 상기 제2 부분은, 전극 리드(11)의 연장 방향인 제1 방향과 대략 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 전극 조립체(12)와 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(14)은, 이차전지의 내압 증가 시에 제1 영역(A)의 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 계면이 1차적으로 파단된 후에, 제2 영역(B)의 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 계면이 2차적으로 파단될 수 있다.
여기서, 상기 제1 영역(A)은 상대적으로 전극 조립체(12)가 수납된 방향과 가깝게 위치하는 상기 도넛 형상의 리드 필름(14) 부분과 실링부(13b)가 대응하는 영역을 지칭한다. 상기 제2 영역(B)은 상대적으로 전극 조립체(12)가 수납된 방향과 멀게 위치하는 상기 도넛 형상의 리드 필름(14) 부분과 실링부(13b)가 대응하는 영역을 지칭한다.
이차전지의 내압이 증가함에 따라 가장 많은 압력을 받는 부위인 케이스의 내부 측 방향에 위치하는 상기 제1 영역(A)의 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 계면에서 우선적으로 파단이 발생하여 스웰링 압력을 조절하기 용이할 수 있다. 이에 따라, 스웰링 압력의 증가를 방지하여 전지의 안전성이 개선될 수 있다.
상기 제1 영역(A)의 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 계면에서 우선적으로 파단이 발생한 후에도, 스웰링 압력이 증가하는 경우, 상기 제2 영역(B)의 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 계면에서 파단이 발생함에 따라 스웰링 압력의 증가를 추가적으로 방지할 수 있다.
상기 제2 영역(B)의 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 계면에서 파단이 일어나면 전지 내부의 압력을 외부로 배출할 수 있어, 스웰링 압력을 조절하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 영역(A) 및/또는 제2 영역(B)과 연결되는 센서부(미도시) 및 제어부(미도시)를 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 센서부는 스웰링 압력을 측정하여 제어부에 이를 전달하고, 상기 제어부는 특정한 압력 임계치를 초과하는 경우, 제1 영역(A) 및/또는 제2 영역(B)에서 파단이 이루어지게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1 영역(A)이 케이스 내부 방향의 실링부 단부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제2 영역(B)이 케이스 외부 방향의 실링부 단부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 전극 리드(11)의 연장 방향을 따른 제1 영역(A)과 제2 영역(B) 사이의 거리가 전극 리드(11)의 연장 방향을 따른 실링부(13b) 폭(d)의 대략 10% 내지 80%일 수 있다. 여기서, 상기 제1 영역(A)과 제2 영역(B) 사이의 거리는 제1 영역(A)과 제2 영역(B) 사이의 거리 중 가장 가까운 거리를 지칭한다. 제1 영역(A)과 제2 영역(B) 사이의 거리가 전술한 범위를 만족하는 경우, 제1 영역(A)과 제2 영역(B) 사이의 파단시기를 조절하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 폐루프 형태를 갖는 리드 필름(14)의 곡률 반경이 대략 50 mm 내지 200 mm일 수 있다. 상기 도넛 형상의 리드 필름(14)의 곡률 반경이 전술한 범위를 만족하는 경우, 제1 영역(A)에서 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적과 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 증가하기 용이할 수 있다. 또한, 제2 영역(B)에서 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적과 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 증가하기 용이할 수 있다. 제1 영역(A) 및/또는 제2 영역(B)의 파단시기를 조절하는 것도 더욱 용이할 수 있다.
도 4를 참조하면, 전극 리드(11)의 연장 방향과 나란한 방향으로의 리드 필름(14) 전체의 폭(h)이 전극 리드(11)의 연장 방향과 나란한 방향으로의 실링부(13b)의 폭(d) 대비 대략 50% 내지 150%일 수 있다. 상기 리드 필름(14) 전체의 폭이 전술한 범위를 만족하는 경우, 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적이 증가할 수 있으면서, 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적도 증가하기 더욱 용이할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 폐루프 형태의 리드 필름(14) 중 전극 조립체(12)와 대면하는 제1 부분의 상기 제1 방향을 따른 폭(h1)은 상기 제1 방향을 따른 실링부(13b)의 폭 대비 대략 10% 내지 40%일 수 있다. 상기 폭(h1)이 전술한 범위를 만족하는 경우, 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적 및 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 증가하기 용이할 수 있고, 전지의 정상 작동 시에 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 용이할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 폐루프 형태의 리드 필름(14) 중 제1 부분과 반대편에 위치하는 제2 부분의 상기 제1 방향을 따른 폭(h2)은 상기 제1 방향을 따른 실링부(13b)의 폭 대비 대략 10% 내지 40%일 수 있다. 상기 폭(h2)이 전술한 범위를 만족하는 경우, 리드 필름(14)과 전극 리드(11) 사이의 접촉면적 및 리드 필름(14a)과 실링부(13b) 사이의 접촉면적이 증가하기 용이할 수 있고, 전지의 정상 작동 시에 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 용이할 수 있다.
도 4를 참조하면, 전극 리드(11)의 연장 방향으로의 상기 제1 영역(A)의 폭은 전극 리드(11)의 연장 방향으로의 실링부(13b)의 폭(d) 대비 대략 10% 내지 40%일 수 있다. 제1 영역 (A)의 너비가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 가능하면서, 스웰링 현상 발생 시에 파단이 일어나기 용이할 수 있다.
도 4를 참조하면, 전극 리드(11)의 연장 방향으로의 상기 제2 영역(B)의 폭은 전극 리드(11)의 연장 방향으로의 실링부(13b)의 폭(d) 대비 대략 10% 내지 40%일 수 있다. 제2 영역 (B)의 너비가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에는 충분한 강도의 실링 강도의 확보가 가능하면서, 이차전지의 내압 증가 시에 파단이 일어나기 용이할 수 있다.
상기 이차전지는 원통형, 각형, 또는 파우치형 이차전지일 수 있다. 그 중에서도, 상기 이차전지가 파우치형 이차전지일 수 있다.
파우치형 이차전지의 경우, 파우치 케이스의 강도가 약하고, 다양한 형상을 지님에 따라 내압에 더욱 취약한 경향이 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지가 파우치형 이차전지인 경우, 안전성 측면에서 더욱 유리할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
[도면참조부호의 설명]
10: 이차전지
11: 전극 리드
12: 전극 조립체
13a: 수납부
13b: 실링부
14: 리드 필름
14a: 제1 리드 필름
14b: 제2 리드 필름
A: 제1 영역
B: 제2 영역

Claims (25)

  1. 전극 리드가 부착된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 케이스;
    상기 케이스에 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부; 및
    상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재된 리드 필름;
    을 포함하고,
    상기 리드 필름에 있어서, 상기 전극 조립체와 대면하는 엣지부의 적어도 일부 영역은 플랫하지 않은 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드 필름에 있어서, 상기 전극 조립체와 대면하는 상기 엣지부의 곡률 반경은 50 mm 내지 200 mm인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리드 필름은, 상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체로부터 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리드 필름의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 20% 내지 150%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리드 필름은, 상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 리드 필름의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 20% 내지 150%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 리드 필름은,
    상대적으로 상기 전극 조립체와 가깝게 위치하는 제1 리드 필름; 및
    상대적으로 상기 전극 조립체와 멀게 위치하는 제2 리드 필름;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름과 상기 제2 리드 필름은 서로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름은,
    상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 10% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름과 상기 실링부 사이의 계면의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 10% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2 리드 필름은,
    상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체와 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 리드 필름의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 10% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 리드 필름과 상기 실링부 사이의 계면의 상기 제1 방향을 따른 폭은 상기 실링부의 상기 제1 방향을 따른 폭 대비 10% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름 및 상기 제2 리드 필름은,
    상기 이차전지의 내압 증가 시에 상기 제1 리드 필름과 상기 실링부 사이의 계면이 1차적으로 파단되고, 상기 제2 리드 필름과 상기 실링부 사이의 계면이 2차적으로 파단되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 제1 리드 필름과 제2 리드 필름 사이의 거리가 상기 실링부 폭의 10% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 리드 필름의 평면 형상은,
    중심부가 비어 있는 폐루프 형상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 리드 필름은,
    상기 전극 조립체와 대면하는 제1 부분이 상기 전극 조립체를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가지며, 상기 제1 부분과 반대편에 위치하는 제2 부분이 상기 전극 조립체와 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 부분은, 상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가지며,
    상기 제2 부분은, 상기 전극 리드의 연장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따른 중심부가 상기 전극 조립체와 멀어지는 방향으로 볼록한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 리드 필름은,
    상기 이차전지의 내압 증가 시에 상기 제1 부분과 실링부가 접합된 제1 영역에서 리드 필름과 실링부 사이의 계면이 1차적으로 파단되고, 상기 제2 부분과 실링부가 접합된 제2 영역에서 리드 필름과 실링부 사이의 계면이 2차적으로 파단되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전극 리드의 연장 방향을 따른 상기 제1 영역과 제2 영역 사이의 거리가 상기 전극 리드의 연장 방향을 따른 상기 실링부 폭의 10% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 상기 리드 필름의 전체의 폭이 상기 전극 리드의 연장 방향과 나란한 방향으로의 실링부의 폭 대비 50% 내지 150%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 전극 리드의 연장 방향으로의 상기 제1 영역의 폭은 상기 전극 리드의 연장 방향으로의 상기 실링부의 폭 대비 10% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 전극 리드의 연장 방향으로의 상기 제2 영역의 폭은 상기 전극 리드의 연장 방향으로의 상기 실링부의 폭 대비 10% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지가 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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