WO2023054993A1 - 이차전지용 리드 필름 및 이를 구비하는 이차전지 - Google Patents

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WO2023054993A1
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lead
lead film
secondary battery
extinguishing agent
film
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강경수
김미나
길기문
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a lead film for a secondary battery and a secondary battery having the same.
  • This application is an application claiming priority to Korean Patent Application No. 10-2021-0131223 filed on October 1, 2021, and all contents disclosed in the specification and drawings of the application are incorporated into this application by reference.
  • 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 serves to seal the electrode lead and the case while preventing a short circuit from occurring in the electrode lead by binding to the electrode lead.
  • ignition of the battery may occur due to various causes such as a short circuit inside the secondary battery, overcharging or overdischarging, and temperature control. At this time, the temperature inside the secondary battery rises rapidly, and at the same time, a thermal propagation phenomenon in which heat is transferred to an adjacent cell occurs, and a fire may further increase.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a lead film for a secondary battery capable of minimizing fire damage when the battery overheats, and a secondary battery having the same.
  • the lead film for a secondary battery according to the present invention contains a fire extinguishing agent.
  • the lead film for a secondary battery includes an inner space, and includes a fire extinguishing agent in the inner space.
  • the inner space may be closed within the lead film.
  • a recessed portion formed to enter the lead film in an inner direction is formed, and the recessed portion is provided with a fire extinguishing agent.
  • the depression may be open toward the surface of the lead film.
  • the depression may have a rectangular shape.
  • continuity of the lead film may be maintained in the longitudinal direction, the width direction, and the thickness direction, except for the portion containing the fire extinguishing agent.
  • the extinguishing agent may be in solid, liquid or gaseous form.
  • the extinguishing agent is carbonate, hydrogen carbonate, protein foam, fluorinated protein foam, alcohol foam, aqueous film foam, synthetic surfactant foam, urea, halogen compound, phosphoric acid compound, phosphazene compound, silicate, ammonium salt, ethyl methyl imidazole, fluorine Roethers, fluoroketones, fluorocarbons, or two or more of these may be included.
  • a secondary battery according to the present invention 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 part of the outer surface of the electrode lead and interposed between the electrode lead and the sealing portion of the case, wherein the lead film contains a fire extinguishing agent.
  • the lead film may include an inner space, and contain a fire extinguishing agent in the inner space.
  • the inner space may be closed within the lead film.
  • the inner space is spaced apart from the edge of the lead film and the edge of the electrode lead.
  • a recessed portion is formed on the lead film to enter the lead film, and the recessed portion may contain an extinguishing agent.
  • the recessed part may be formed to enter the electrode lead direction, and the recessed part may be open toward the sealing part.
  • the recessed portion may be formed to enter the sealing portion, and the recessed portion may be open toward the electrode lead.
  • the depressions are spaced apart from the edge of the lead film and the edge of the electrode lead.
  • the depression may have a rectangular shape.
  • the lead film includes a first part corresponding to the sealing part and a second part not corresponding to the sealing part, and the fire extinguishing agent is applied to the first part.
  • the first part may include a third part corresponding to the electrode lead and a fourth part corresponding to the electrode lead, and the fire extinguishing agent may be included in the third part.
  • the secondary battery may be a pouch type secondary battery.
  • the lead film for a secondary battery according to the present invention can improve the safety of a battery by including a fire extinguishing agent.
  • the fire extinguishing agent is included in the lead film adjacent to the electrode lead having a large calorific value, so that the fire extinguishing agent can be rapidly operated according to the temperature rise of the battery.
  • venting occurs at the interface between the surface of the lead film where the recessed portion is open and the sealing portion of the case, and the fire extinguishing agent sealed by the sealing portion is ejected due to the venting.
  • the fire extinguishing agent sealed by the sealing portion is ejected due to the venting.
  • the fire extinguishing agent can be operated at an electrode lead portion having a very high calorific value, so that it can help to minimize fire damage when the battery is overheated.
  • the lead film for a secondary battery according to the present invention can maintain the sealing property of the battery even when the fire extinguishing agent is included.
  • the lead film for a secondary battery according to one aspect of the present invention may have sufficient pressure resistance similar to that of a conventional lead film even though the lead film contains a fire extinguishing agent. Accordingly, even if the fire extinguishing agent is included, the sealing property of the battery can be maintained.
  • FIG. 1 is a plan view of a lead film for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a II-II′ cross-sectional view of FIG. 1 .
  • FIG 3 is a plan view of a lead film for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a IV-IV′ cross-sectional view of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a diagram showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the A-A' axis of FIG. 5;
  • FIG. 7 is another cross-sectional view taken along the A-A' axis of FIG. 5;
  • FIG. 8 is a diagram showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the BB′ axis of FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a diagram showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the axis C-C' of FIG. 10;
  • FIG. 12 is an enlarged view of an electrode lead and a lead film portion in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a lead film for a secondary battery according to an aspect of the present invention is characterized in that it includes a fire extinguishing agent.
  • the extinguishing agent extinguishes or cools the battery when overheating occurs in the battery.
  • the battery may be extinguished or cooled while the extinguishing agent is ejected from the lead film.
  • any type of fire extinguishing agent commonly used for fire suppression can be used without limitation, and the principle of fire extinguishing can also be applied to suffocation fire extinguishing, cooling fire extinguishing, or fire extinguishing using both of these two principles.
  • the fire extinguishing agent may be a variety of substances in solid, liquid, or gaseous form.
  • the fire extinguishing agent is carbonate, hydrogen carbonate, protein foam, fluorinated protein foam, alcohol foam, aqueous film foam, synthetic surfactant foam, urea, halogen compound, phosphoric acid compound, phosphazene compound, silicate, ammonium salt, ethyl methyl imidazole, fluoroethers, fluoroketones, fluorocarbons, or two or more of these.
  • the carbonate or hydrogen carbonate reacts with acid and generates carbon dioxide gas, which can be digested by suffocation.
  • the protein cloth, fluorinated protein cloth, alcohol cloth, aqueous film cloth, synthetic surfactant cloth, etc. can be digested by vaporization heat and oxygen absorption function.
  • the urea generates carbon dioxide gas and ammonia by water and heat, and can be extinguished by suffocation and cooling.
  • the ammonium salt generates ammonia by heat and can be digested by cooling.
  • the halogen compound may be an evaporative liquefaction extinguishing material.
  • the fire extinguishing agent is calcium carbonate (CaCO 3 ), potassium carbonate aqueous solution, fluorine-based surfactant, sodium silicate, anhydrous sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, sodium phosphate, aluminum sulfate, chloride ammonium, ammonium nitrate, ammonium hydrogen carbonate, ammonium sulfate, ammonium dihydrogen phosphate, sonamum, halon 1211, and the like.
  • CaCO 3 calcium carbonate
  • potassium carbonate aqueous solution fluorine-based surfactant
  • sodium silicate sodium silicate
  • anhydrous sodium carbonate sodium hydrogen carbonate
  • potassium hydrogen carbonate sodium phosphate
  • aluminum sulfate aluminum sulfate
  • the fire extinguishing agent is sodium bicarbonate (NaHCO 3 ), known as first-class extinguishing powder, coated with zinc stearate or magnesium, and colored white, known as second-class extinguishing powder.
  • sodium bicarbonate (KHCO 3 ) As potassium bicarbonate (KHCO 3 ), it is moisture - proof processed with zinc stearate or magnesium and colored purple . It may contain a material colored in pink, a powder in which urea and potassium carbonate are combined, known as a fourth-class fire extinguishing powder, or two or more of these.
  • the fire extinguishing agent may include a high boiling point liquid fire extinguishing agent having a boiling point of 120 ° C to 400 ° C at normal pressure, or a low boiling point liquid fire extinguishing agent having a boiling point of 70 to 120 ° C at normal pressure.
  • the phosphoric acid compound may be trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tris(chloroethyl) phosphate, tri(dichloropropyl) phosphate, and the like.
  • the low-boiling liquid fire extinguishing agent may include fluoroethers, fluoroketones, fluorocarbons, and the like.
  • the fluorocarbons may include perfluorobutyl tetrahydrofuran, perfluorotributyl amine, perfluorotripropyl amine, perfluoromethyl decalin, perfluorodecalin, and the like.
  • the fire extinguishing agent is included in the lead film adjacent to the electrode lead having a large calorific value, so that the fire extinguishing agent can be rapidly operated according to the temperature rise of the battery.
  • the secondary battery including the lead film for secondary batteries according to the present invention even if ignition occurs, it is quickly extinguished by the discharge of the extinguishing agent, so that the temperature inside the secondary battery rises rapidly and at the same time, the thermal runaway phenomenon in which heat is transferred to adjacent cells can be prevented. This can prevent a larger fire from occurring.
  • the lead film for a secondary battery serves to seal the electrode lead and the case, mechanical strength must be sufficiently secured.
  • the lead film for a secondary battery according to one embodiment of the present invention may have sufficient pressure resistance similar to that of a conventional lead film even though the lead film contains a fire extinguishing agent. Accordingly, even if the fire extinguishing agent is included, the sealing property of the battery can be maintained.
  • FIG. 1 is a plan view of a lead film for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a II-II′ cross-sectional view of FIG. 1 .
  • a lead film for a secondary battery (1a) may have an inner space (2), and the inner space (2) includes a fire extinguishing agent (3a). can do.
  • the lead film 1a may be a rectangular sheet member having a length L1 longer than the width W1 and thickness H1, and FIG. 2 corresponds to a cross section of the lead film 1a in FIG. 1 cut along the longitudinal direction. do.
  • the thickness of the lead film means the maximum value of the distance between both surfaces of the lead film.
  • the inner space 2 may have a closed structure within the lead film 1a as shown in FIG. 2 .
  • the fire extinguishing agent 3a is buried in the lead film 1a. That is, the continuity of the lead film 1a is maintained except for the portion containing the fire extinguishing agent 3a.
  • the lead film 1a - the fire extinguishing agent 3a - the lead film 1a are arranged in the order of the lead film 1a along the longitudinal direction. Also along the thickness direction of the lead film 1a, the lead film 1a - fire extinguishing agent 3a - lead film 1a are arranged in this order.
  • the lead film 1a is arrange
  • the fire extinguishing agent 3a may not be exposed to the electrolyte, and since an area that can sufficiently contact the electrode lead is secured on the front or rear surface of the lead film 1a, it is easy to secure the confidentiality and durability of the battery. .
  • the fire extinguishing agent 3a may be ejected from the lead film 1a when the lead film 1a melts due to abnormal operation of the battery or the like.
  • the inner space 2 has a length L2 shorter than the length L1 of the lead film 1a as shown in FIGS. 1 and 2 and the thickness H1 of the lead film 1a. ), and has a width (W2) smaller than the width (W1) of the lead film (1a) to have a rectangular shape in plane and cross section, but a shape that can contain the fire extinguishing agent (3a) If so, it is not limited thereto.
  • the thickness H1 of the lead film 1a for a secondary battery may be 0.2 mm, and the inner space 2 may have a thickness H2 of 0.15 mm.
  • the inner space 2 may be disposed at a distance of 2 mm (P) from an edge of the lead film 1a for a secondary battery along the longitudinal direction.
  • the thickness H1 can be made constant. Since there is no change in the thickness of the lead film 1a, the existing sealing process can be used as it is, and process change due to the improved lead film 1a may not be required in the secondary battery manufacturing process, which is effective in terms of process management.
  • FIG. 3 is a plan view of a lead film for a secondary battery according to another embodiment of the present invention. 4 is a IV-IV′ cross-sectional view of FIG. 3 .
  • the lead film 1b for a secondary battery may have a recessed portion 4 formed to enter the lead film 1b in an inner direction,
  • the recessed portion 4 may contain an extinguishing agent 3b.
  • the lead film 1b may be a rectangular sheet member having a length L1 longer than the width W1 and thickness H1.
  • FIG. 3 corresponds to a cross section cut along the longitudinal direction of the lead film 1b.
  • the recessed portion 4 may be open toward the surface of the lead film 1b as shown in FIGS. 3 and 4 .
  • the continuity of the lead film 1b is maintained except for the portion containing the fire extinguishing agent 3a.
  • the lead film 1b - fire extinguishing agent 3b - lead film 1b are arranged in this order.
  • the lead film 1b - the fire extinguishing agent 3b are arranged in the order of the thickness direction of the lead film 1b.
  • the lead film 1b - fire extinguishing agent 3b - lead film 1b are arranged in this order.
  • the recessed portion 4 has a length L2 shorter than the length L1 of the lead film 1b, and the length of the lead film 1b It has a thickness (H2) smaller than the thickness (H1) and has a width (W2) smaller than the width (W1) of the lead film (1b) to have a rectangular shape in plane and cross section, but may contain a fire extinguishing agent (3b) It is not limited to this as long as it is possible.
  • the thickness H1 of the lead film 1b for a secondary battery may be 0.2 mm
  • the depression 4 may have a thickness H2 of 0.15 mm.
  • the depressions 4 may be disposed at a distance of 2 mm (P) from an edge of the lead film 1b for a secondary battery along the longitudinal direction.
  • P 2 mm
  • the secondary battery lead films (1a, 1b) may include polyethylene, polypropylene, polyimide, or two or more of them, and other materials widely used as lead films for secondary batteries.
  • the lead films 1a and 1b made of these materials have excellent sealing properties, so they are good for maintaining the airtightness of the battery and can also prevent leakage of the internal electrolyte solution.
  • a secondary battery may be manufactured by interposing the lead film for a secondary battery according to an embodiment of the present invention between an electrode lead and a case.
  • a secondary battery according to an embodiment of the present invention 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 part of the outer surface of the electrode lead and interposed between the electrode lead and the sealing portion of the case, wherein the lead film contains a fire extinguishing agent.
  • 5 shows a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a cross-sectional view taken along the A-A' axis of FIG. 5;
  • a secondary battery 10 includes an electrode assembly 12 to which an electrode lead 11 is attached, and a case 13 .
  • the electrode lead 11 is a type of terminal exposed to the outside and connected to an external device, and a conductive material may be used.
  • the electrode lead 11 may include a positive electrode lead and a negative electrode lead.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead may be disposed in opposite directions with respect to the length direction (X direction) of the battery, or the positive electrode lead and negative electrode lead may be disposed in the same direction with respect to the length direction of the battery. .
  • the electrode assembly 12 includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator.
  • a positive electrode plate and a negative electrode plate may be sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
  • the positive electrode plate may include a positive electrode current collector made of a thin metal plate having excellent conductivity, for example, aluminum (Al) foil, and a positive electrode active material layer coated on at least one surface thereof.
  • the positive electrode plate may include an anode made of a metal material, for example, an aluminum (Al) material, at one end.
  • the positive electrode may extend and protrude from one end of the positive electrode plate, or may be welded to one end of the positive electrode plate or bonded using a conductive adhesive.
  • the negative electrode plate may include a negative electrode current collector made of a conductive metal thin plate, for example, copper (Cu) foil, and a negative electrode active material layer coated on at least one surface thereof.
  • the negative electrode plate may include a negative electrode formed of a metal material, for example, a nickel (Ni) material, at one end. The negative electrode may extend and protrude from one end of the negative electrode plate, or may be welded to one end of the positive electrode plate or bonded using a conductive adhesive.
  • the separator may be positioned between the positive electrode plate and the negative electrode plate to electrically insulate the positive electrode plate and the negative electrode plate from each other, and may be formed in a porous film form so that lithium ions or the like may pass between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
  • a separator may include, for example, a porous membrane using polyethylene (PE), polypropylene (PP), or a composite film thereof.
  • 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 electrode assembly 12 includes a jelly-roll (wound type) electrode assembly having a structure in which long sheet-shaped positive electrodes and negative electrodes are wound with a separator interposed therebetween, and a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size through a separator. Stacked (stacked) electrode assemblies sequentially stacked in one state, bi-cells in which positive and negative electrodes in predetermined units are stacked with a separator interposed therebetween, or a stack structure in which full cells are wound /folding type electrode assemblies; and the like.
  • the case 13 serves to accommodate the electrode assembly 12 .
  • the case 13 may include an accommodating part 13a accommodating the electrode assembly 12 and a sealing part 13b formed to seal the electrode assembly 12 .
  • the sealing portion 13b may be fused along the outer circumferential surface of the accommodating portion 13a to seal the electrode assembly 12 .
  • the fusion may be thermal fusion or ultrasonic fusion, but is not particularly limited as long as the sealing portion 13b can be fused.
  • the case 13 may be provided in the form of a film having a multi-layer structure of an outer layer for external impact protection, a metal barrier layer for blocking moisture, and a sealant layer for sealing the case.
  • 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 metal barrier layer may include aluminum, copper, or the like.
  • the sealant layer may include a sealant resin and may be composed of a single layer or multiple layers.
  • the sealant resin may include polypropylene (PP), acid modified polypropylene (PPa), random polypropylene, ethylene propylene copolymer, or two or more of these.
  • the ethylene propylene copolymer may include ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene block copolymer, etc., but is not limited thereto.
  • the case 13 may be in the form of a pouch.
  • the case 13 when the case 13 is in the form of a pouch, it may include an upper pouch and a lower pouch.
  • the battery may be sealed as the upper pouch and the lower pouch are fused together on the outer circumferential surface.
  • the sealing part 13b may be sealed on four sides or three sides at the edge of the case 13 .
  • 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 5 may be referred to as a view showing the receiving part 13a of the lower pouch before covering the upper pouch.
  • the electrode lead 11 may be housed in the case 13 such that a portion thereof is exposed to the outside of the case 13 .
  • the electrode lead 11 is electrically connected to an electrode tab (not shown) included in the electrode assembly 12 and protrudes outward from the case 13 via the sealing portion 13b.
  • the lead film 14a blocks electrical contact between the case 13 and the electrode lead 11 and serves as an insulation.
  • a secondary battery 10 according to an embodiment of the present invention includes a lead film 14a.
  • the lead film 14a contains an extinguishing agent therein.
  • the lead film 14a covers a part of the outer surface of the electrode lead 11 and is interposed between the electrode lead 11 and the case 13 .
  • the lead film 14a may be interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b of the case 13 where the electrode lead 11 protrudes. Accordingly, the lead film 14a can improve sealing performance between the sealing portion 13b and the electrode lead 11 while preventing a short circuit from occurring in the electrode lead 11 during sealing.
  • FIG. 7 is another cross-sectional view taken along the A-A' axis of FIG. 5; Although FIG. 7 shows that the lead film 14a is provided on both sides of the electrode lead 11, the lead film 14a may be located on at least one side of the electrode lead 11.
  • a lead film 14a according to the present invention may be provided on one surface of the electrode lead 11, and another lead film 14a' may be provided on the other surface of the electrode lead 11. there is.
  • the lead film 14a may be positioned above the electrode lead 11, and another lead film 14a' or lead film 14a may be positioned below the electrode lead 11.
  • the electrode lead 11 is sealed with the sealing portion 13b in a state located between the lead film 14a and another lead film 14a' or between two lead films 14a, and the electrode lead 11 (11) Surrounding lead films may be connected to each other. Accordingly, the lead films 14a and 14a' may prevent side surfaces of the electrode lead 11 from being exposed to the outside, and improve sealing properties between the sealing portion 13b and the electrode lead 11 .
  • the length (L1) of the lead film (14a) may be greater than the width (LW) of the electrode lead (11).
  • the length of the lead film means the maximum value of the distance between one end and the other end of the lead film in a direction (Y-axis direction) perpendicular to the protrusion direction (X-axis direction) of the electrode lead 11 . In other words, it refers to the width of the lead film in the width direction (Y-axis direction) of the electrode lead 11.
  • the width W1 of the lead film 14a may be larger than the width SW of the sealing portion 13b but smaller than the length LL of the electrode lead 11 .
  • the width of the lead film 14a means the maximum value of the distance between one end and the other end of the lead film 14a in the protrusion direction of the electrode lead 11 . In other words, it refers to the width of the lead film in a direction orthogonal to the width direction of the electrode lead 11 .
  • the width of the sealing portion 13b means the maximum value of the distance between one end and the other end of the sealing portion 13b in the protruding direction of the electrode lead 11 .
  • the length of the electrode lead 11 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the electrode lead 11 in the projecting direction of the electrode lead 11 .
  • the lead film (14a) may protrude to the outside of the case 13, and may protrude outward from the case (13). Sealability can be improved by further protecting the protruding electrode lead 11 portion.
  • the width W1 of the lead film 14a should be smaller than the length LL of the electrode lead 11 so that the portion of the electrode lead 11 not covered with the lead film 14a can be used for electrical connection.
  • the entire width of the lead film 14 may be smaller than the width of the sealing portion 13b and smaller than the length of the electrode lead 11 .
  • the lead film 14a may not protrude outside the case 13 .
  • the entire area of the lead film 14a may correspond to the sealing portion 13b.
  • only a partial area of the lead film 14a may correspond to the sealing portion 13b.
  • the lead film 14a may have an inner space 15 , and a fire extinguishing agent 16 may be contained in the inner space 15 .
  • the lead film 14a provided with the inner space 15 is shown as being located on one side of the electrode lead 11, but the lead film 14a provided with the inner space 15 is shown in FIG. As shown, it may be located on both sides of the electrode lead 11.
  • the inner space 15 may have a closed structure within the lead film 14a. This structure has been described with reference to FIGS. 1 and 2 .
  • the fire extinguishing agent 16 may not be exposed to the electrolyte, and it may be easy to secure airtightness and durability of the battery.
  • the location of the inner space 15 can be freely selected.
  • the fire extinguishing agent 16 may be ejected from the lead film 14 when the lead film 14a melts due to abnormal operation of the battery or the like.
  • the inner space 15 may have a rectangular shape as shown in FIGS. 6 and 7, but is not limited thereto as long as it can contain the fire extinguishing agent 16.
  • the thickness H1 of the lead film 14a may be 0.2 mm, and the inner space 15 may have a thickness H2 of 0.15 mm.
  • the inner space 15 may be disposed at a distance P from an edge of the lead film 14a in the longitudinal direction.
  • the spacing P may be 2 mm.
  • the inner space 15 when the inner space 15 is located on the electrode lead 11, the inner space 15 may be disposed at a distance P' from an edge of the electrode lead 11 in the longitudinal direction.
  • the spacing P' may be 2 mm.
  • the durability and airtightness of the lead film 14a may be controlled by adjusting the position of the inner space 15 . Since the lead film for a secondary battery serves to seal the electrode lead and the case, mechanical strength must be sufficiently secured. Even if the lead film 14a contains the fire extinguishing agent 16 in the lead film 14a, it has sufficient pressure resistance like the conventional lead film through a method such as adjusting the position of the inner space 15 as described above. can Accordingly, even if the fire extinguishing agent is included, the sealing property of the battery can be maintained.
  • FIG. 8 shows a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • a secondary battery 10 includes an electrode assembly 12 to which an electrode lead 11 is attached, a case 13, and a lead film 14b.
  • the electrode lead 11 the electrode assembly 12, and the case 13, the above description is referred to.
  • the lead film 14b covers a part of the outer surface of the electrode lead 11 and is interposed between the electrode lead 11 and the case 13 .
  • the lead film 14b may be interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b of the case 13 where the electrode lead 11 protrudes.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the BB′ axis of FIG. 8 .
  • the lead film 14b may have a recessed portion 17a formed to enter the lead film 14b in an inner direction, and the recessed portion 17a may contain a fire extinguishing agent 16 can be provided.
  • the depression 17a is formed to enter in a direction toward the electrode lead 11 located below (-Z axis direction) from the position of the lead film 14b located above the electrode lead 11. it could be
  • the recessed portion 17a may be open in a direction (Z-axis direction) from the lead film 14b toward the sealing portion 13b. That is, it may be opened toward the surface of the lead film 14b.
  • the adhesive force of the interface between the lead film surrounding the electrode lead and the case is weak. Accordingly, when abnormal operation of the battery occurs, venting occurs at the interface between the lead film and the case.
  • the lead film 14b having the depression 17a is positioned on one surface of the electrode lead 11, and another lead film 14b' is provided on the other surface of the electrode lead 11.
  • the lead film 14b in which the depression 17a is formed may be positioned on both sides of the electrode lead 11 .
  • a secondary battery 10 shows a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • a secondary battery 10 according to another embodiment of the present invention includes an electrode assembly 12 to which an electrode lead 11 is attached, a case 13, and a lead film 14c.
  • the electrode lead 11, the electrode assembly 12, and the case 13, the above description is referred to.
  • the lead film 14c covers a part of the outer surface of the electrode lead 11 and is interposed between the electrode lead 11 and the case 13 .
  • the lead film 14c may be interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b of the case 13 where the electrode lead 11 protrudes.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the axis C-C' of FIG. 10;
  • the lead film 14c may have a recessed portion 17b formed to enter the lead film 14c in an inside direction (Z-axis direction), and the recessed portion 17b is A medicine (16) may be provided.
  • the recessed portion 17b may be formed to enter in a direction from the lead film 14c toward the sealing portion 13b.
  • the recessed portion 17b may be open in a direction (-Z axis direction) toward the electrode lead 11 in the lead film 14c.
  • the recessed portion 17b When the recessed portion 17b is formed to open toward the electrode lead 11, venting occurs at the interface between the electrode lead 11 and the lead film 14c, which is sealed by the electrode lead 11.
  • the fire extinguishing agent 16 is ejected due to the venting of the interface between the electrode lead 11 and the lead film 14c, so that the fire extinguishing agent can be quickly operated.
  • the recessed portion 17b faces the electrode lead 11, the fire extinguishing agent can be operated with the electrode lead portion having a very high calorific value, thereby helping to minimize fire damage when the battery is overheated.
  • the lead film 14c on which the depression 17b is formed is located on one side of the electrode lead 11, and another lead film 14c' is provided on the other side of the electrode lead 11.
  • the lead film 14c in which the depression 17b is formed may be positioned on both sides of the electrode lead 11.
  • the depressions 17a and 17b may have a rectangular shape, as shown in FIGS. 8 to 11, but are not limited thereto as long as they can contain the fire extinguishing agent 16. does not
  • the thickness H1 of the lead films 14b and 14c may be 0.2 mm, and the depressions 17a and 17b may have a thickness H2 of 0.15 mm.
  • the depressions 17a and 17b may be disposed at intervals of 2 mm (P) from edges of the lead films 14b and 14c along the longitudinal direction.
  • the depressions 17a and 17b are spaced at a distance of 2 mm (P') from the edge of the electrode lead 11 along the length direction. can be placed and placed.
  • the durability and airtightness of the lead films 14b and 14c may be controlled by adjusting the positions of the depressions 17a and 17b. Since the lead film for a secondary battery serves to seal the electrode lead and the case, mechanical strength must be sufficiently secured. Even if the lead films 14b and 14c contain the fire extinguishing agent 16 in the lead films 14b and 14c, by adjusting the position of the depressions 17a and 17b, they can have sufficient pressure resistance like conventional lead films. . Accordingly, even if the fire extinguishing agent is included, the sealing property of the battery can be maintained.
  • the thickness H1 of the lead films 14a, 14b, and 14c is constant along the longitudinal direction. Where the inner space 15 or the depressions 17a and 17b are located, the lead films 14a, 14b and 14c are partially removed in the thickness direction. Even so, it is necessary to ensure that it has sufficient mechanical rigidity.
  • the internal pressure simulation was conducted with the above conditions of thickness (H1, H2) and spacing (P, P').
  • the amount of deformation of the entire structure was analyzed assuming that gas was generated inside the pouch-type case and an internal pressure of 0.1 MPa acted from the inside of the case toward the electrode lead. At this time, the bottom of the case was fixed.
  • the maximum displacement from the inner end in the width direction of the sealing unit to the electrode lead direction was simulated as 0.05063 mm, and in the case of the present invention, the maximum displacement was simulated as 0.05766 mm.
  • the maximum displacement will increase when the fire extinguishing agent is included, but the difference in deformation amount is very insignificant even at 0.1 MPa pressure, so it can be seen that it is negligible. Therefore, in the case of the present invention, it was confirmed that it had sufficient pressure resistance like the conventional lead film.
  • FIG. 12 is an enlarged view of an electrode lead and a lead film portion in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the lead film 14 may include a first portion 100 corresponding to the sealing portion 13b and a second portion 200 that does not correspond to the sealing portion 13b. .
  • a fire extinguishing agent may be included in the first part 100 .
  • the extinguishing agent is not exposed to the electrolyte during normal operation of the battery, but the interface between the sealing part 13b and the lead film 14 is formed during abnormal operation of the battery.
  • the extinguishing agent may be ejected from the lead film 14 .
  • the lead film 14 includes the recessed portion 17, the recessed portion 17 may be formed in the first portion 100 so that the fire extinguishing agent is not exposed to the electrolyte during normal operation of the battery. .
  • a fire extinguishing agent may be included in the second portion 200.
  • the fire extinguishing agent is included in the second part 200, the fire extinguishing agent is not exposed to the electrolyte during normal operation of the battery, but when the battery operates abnormally, the lead film 14 melts and the fire extinguishing agent enters the lead film 14. can be ejected from In particular, when the lead film 14 has an internal space, the fire extinguishing agent may be contained in the second part 200 because the fire extinguishing agent is not exposed to the electrolyte even if it is not sealed by the sealing part 13b.
  • the lead film 14 may include a first portion 100 corresponding to the sealing portion 13b and a second portion 200 that does not correspond to the sealing portion 13b.
  • the first part 100 may include a third part 300 corresponding to the electrode lead 11 and a fourth part 400 not corresponding to the electrode lead 11. .
  • the lead film 14 may have a first portion 100 corresponding to the sealing portion 13b and a second portion 200 that does not correspond to the sealing portion 13b.
  • the second part 200 may include a fifth part 500 corresponding to the electrode lead 11 and a sixth part 600 not corresponding to the electrode lead 11.
  • a fire extinguishing agent may be included in the third part (300).
  • the fire extinguishing agent is located in the portion of the electrode lead 11 having a large calorific value, and it may be advantageous for the fire extinguishing agent to operate quickly according to the temperature rise of the battery.
  • a fire extinguishing agent may be included in the fourth part 400.
  • the fire extinguishing agent may be included in the fourth portion 400, it may be advantageous for the fire extinguishing agent to act quickly when separation occurs between the lead film 14 and the sealing portion 13b.
  • a fire extinguishing agent may be included in either the fifth part (500) or the sixth part (600).
  • the secondary battery may be a cylindrical, prismatic, or pouch-shaped secondary battery.
  • the secondary battery may be a pouch type secondary battery.
  • Pouch-type secondary batteries are easy to increase the volume ratio, but have a disadvantage that the pouch itself is difficult to hold the cell.
  • pouch-type secondary batteries do not have thermal stability when the temperature of the cell runs out. According to the present invention, there is an advantage in that a safety device is provided even in a pouch-type secondary battery by improving the lead film.

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Abstract

본 발명은 전지의 밀봉성을 유지하면서 안전성이 향상될 수 있는, 소화 약제를 포함하고 있는 이차전지용 리드 필름, 및 이를 구비한 이차전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이차전지용 리드 필름은 소화 약제를 포함하고 있는 것이다. 본 발명에 따르면, 발열량이 큰 전극 리드와 인접한 리드 필름에 소화 약제가 포함되어 전지의 온도 상승에 따른 소화 약제의 신속한 작동이 가능할 수 있다.

Description

이차전지용 리드 필름 및 이를 구비하는 이차전지
본 발명은 이차전지용 리드 필름 및 이를 구비하는 이차전지에 관한 것이다. 본 출원은 2021년 10월 1일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0131223호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
휴대폰, 노트북, 태블릿 PC 등의 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. 통상적으로, 리드 필름은, 이러한 전극 리드에 결착되어 전극 리드에서 쇼트가 발생하는 것을 방지하면서도, 전극 리드와 케이스를 밀봉하는 역할을 한다.
이러한 이차전지의 경우, 이차전지 내부의 단락이나 과충전이나 과방전, 온도 제어 등 다양한 원인들에 의해 전지의 발화가 발생할 수 있다. 이 때, 이차전지 내부의 온도가 급격히 올라감과 동시에 인접 셀까지 열이 전달되는 열 폭주 현상(Thermal Propagation)이 발생되어 화재가 더욱 커질 수 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지의 과열 시 화재 피해를 최소화할 수 있는 이차전지용 리드 필름 및 이를 구비한 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 이차전지용 리드 필름은 소화 약제를 포함하고 있는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 이차전지용 리드 필름이 내부 공간을 포함하고, 상기 내부 공간에 소화 약제를 포함하고 있는 것이다.
상기 내부 공간이 상기 리드 필름 내에 폐쇄되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 리드 필름 내부 방향으로 들어가도록 형성된 함몰부가 형성되어 있고, 상기 함몰부는 소화 약제를 구비하고 있는 것이다.
상기 함몰부가 상기 리드 필름의 표면을 향해 개방되어 있을 수 있다.
상기 함몰부는 직사각형 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 소화 약제가 포함된 부분을 제외하고는 상기 리드 필름의 연속성이 길이 방향, 폭 방향 및 두께 방향으로 유지될 수 있다.
상기 소화 약제가 고체, 액체, 또는 기체 형태일 수 있다.
상기 소화 약제가 탄산염, 탄산수소염, 단백포, 불화단백포, 알코올포, 수성막포, 합성계면활성제포, 요소, 할로겐 화합물, 인산 화합물, 포스파젠 화합물, 규산염, 암모늄염, 에틸 메틸 이미다졸, 플루오로에테르류, 플루오로케톤류, 플루오로카본류, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수도 있다.
본 발명에 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 케이스의 실링부 사이에 개재된 리드 필름;을 구비하고, 상기 리드 필름이 소화 약제를 포함하고 있는 것이다.
본 발명에 따른 이차전지의 일 구성에 있어서, 상기 리드 필름이 내부 공간을 포함하고, 상기 내부 공간에 소화 약제를 포함하고 있을 수 있다.
상기 내부 공간이 상기 리드 필름 내에 폐쇄되어 있을 수 있다.
상기 내부 공간은 상기 리드 필름의 가장자리와 상기 전극 리드의 가장자리로부터 간격을 두고 배치됨이 바람직하다.
본 발명에 따른 이차전지의 다른 구성에 있어서, 상기 리드 필름 상에 상기 리드 필름 내부 방향으로 들어가도록 형성된 함몰부가 형성되어 있고, 상기 함몰부는 소화 약제를 구비하고 있을 수 있다.
상기 함몰부가 상기 전극 리드 방향으로 들어가도록 형성될 수 있고, 상기 함몰부가 상기 실링부 방향을 향해 개방되어 있을 수도 있다.
상기 함몰부가 상기 실링부 방향으로 들어가도록 형성될 수 있고, 상기 함몰부가 상기 전극 리드 방향을 향해 개방되어 있을 수도 있다.
상기 함몰부는 상기 리드 필름의 가장자리와 상기 전극 리드의 가장자리로부터 간격을 두고 배치됨이 바람직하다.
상기 함몰부는 직사각형 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지의 또 다른 구성에 있어서, 상기 리드 필름이 상기 실링부에 대응하는 제1부와 상기 실링부에 대응하지 않는 부위인 제2부를 구비하고, 상기 소화 약제가 상기 제1부에 포함될 수 있다.
상기 제1부가 상기 전극 리드에 대응하는 부위인 제3부와 상기 전극 리드에 대응하지 않는 부위인 제4부를 구비하고, 상기 소화 약제가 상기 제3부에 포함될 수도 있다.
상기 이차전지가 파우치형 이차전지일 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 리드 필름은 소화 약제를 포함하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차전지용 리드 필름은 발열량이 큰 전극 리드와 인접한 리드 필름에 소화 약제가 포함되어 전지의 온도 상승에 따른 소화 약제의 신속한 작동이 가능할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지용 리드 필름은 함몰부가 개방된 부분의 리드 필름의 표면과 케이스의 실링부 사이의 계면에서 벤팅이 일어나게 되고, 실링부에 의해 밀봉되어 있던 소화 약제가 벤팅으로 인해 분출되게 되어, 소화 약제의 신속한 작동이 가능할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 이차전지용 리드 필름에서는 발열량이 매우 큰 전극 리드 부분으로 소화 약제의 작동이 가능하여, 전지의 과열 시 화재 피해를 최소화하는 데 도움이 될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 리드 필름은 소화 약제를 포함하더라도 전지의 밀봉성을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차전지용 리드 필름은 리드 필름 내에 소화 약제를 포함하고 있더라도, 종래의 리드 필름과 같은 충분한 내압성을 가질 수 있다. 이에 따라, 소화 약제를 포함하더라도 전지의 밀봉성이 유지될 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 이차전지용 리드 필름의 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II' 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시양태에 따른 이차전지용 리드 필름의 평면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV' 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지를 도시한 도이다.
도 6은 도 5의 A-A' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 7은 도 5의 A-A' 축을 따라 자른 다른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지를 도시한 도이다.
도 9는 도 8의 B-B' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시양태에 따른 이차전지를 도시한 도이다.
도 11은 도 10의 C-C' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서 전극 리드, 및 리드 필름 부분을 확대하여 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 이차전지용 리드 필름은 소화 약제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 소화 약제는 전지에서 과열 등이 발생 시, 전지를 소화 내지 냉각시킨다. 전지가 이상 작동으로 인해 고온 내지 고압인 경우, 소화 약제가 리드 필름으로부터 분출되면서 전지를 소화 내지 냉각시킬 수 있다.
상기 소화 약제로는, 통상적으로 화재 진압에 사용되는 종류의 소화 약제라면 제한 없이 사용 가능하며, 소화의 원리 또한 질식 소화, 냉각 소화 또는 이들 두 가지 원리를 모두 이용한 소화가 모두 적용 가능하다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 소화 약제는 고체, 액체, 또는 기체 형태의 다양한 물질일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 소화 약제는 탄산염, 탄산수소염, 단백포, 불화단백포, 알코올포, 수성막포, 합성계면활성제포, 요소, 할로겐 화합물, 인산 화합물, 포스파젠 화합물, 규산염, 암모늄염, 에틸 메틸 이미다졸, 플루오로에테르류, 플루오로케톤류, 플루오로카본류, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
상기 탄산염 또는 탄산수소염은 산과 반응하고 탄산가스를 발생시켜 질식에 의해 소화가 가능하다. 상기 단백포, 불화단백포, 알코올포, 수성막포, 합성계면활성제포 등은 기화열과 산소 흡수 기능에 의해 소화가 가능하다. 상기 요소는 물과 열에 의해 탄산가스와 암모니아를 발생시켜 질식과 냉각에 의한 소화가 가능하다. 상기 암모늄염은 열에 의해 암모니아를 발생시켜 냉각에 의해 소화가 가능하다. 상기 할로겐 화합물은 증발성 액화 소화 물질일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 상기 소화 약제는 탄산칼슘(CaCO3), 탄산칼륨 수용액, 불소계 계면활성제, 규산 나트륨, 무수 탄산 나트륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 인산 나트륨, 황산알루미늄, 염화암모늄, 질산암모늄, 탄산수소암모늄, 황산암모늄, 인산 이수소 암모늄, 소내일밤, 할론 1211 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 상기 소화 약제는 제1종 소화분말이라고 알려진 중탄산나트륨(NaHCO3)으로서 스테아린산아연 또는 마그네슘으로 방습가공되어 있으며 백색으로 착색되어 있는 물질, 제2종 소화분말이라고 알려진 중탄산칼륨(KHCO3)으로서 스테아린산아연 또는 마그네슘으로 방습가공되어 있으며 자색으로 착색되어 있는 물질, 제3종 소화분말이라고 알려진 제1 인산암모늄(NH4H2PO4)으로서 실리콘오일에 의해서 방습가공되어 있으며 담홍색으로 착색되어 있는 물질, 제4종 소화분말이라고 알려진 요소와 탄산칼륨이 화합된 분말, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 소화 약제는 상압에서의 비점이 120℃~400℃인 고비등점 액체 소화제, 또는 상압에서의 비점이 70~120℃인 저비점 액체 소화제 등을 포함할 수 있다.
상기 고비등점 액체 소화제는 인산 화합물, P=N 결합을 가지는 포스파젠 화합물, 에틸 메틸 이미다졸 등을 포함할 수 있다.
상기 인산 화합물은 트리메틸 포스페이트, 트리에틸 포스페이트, 트리스(클로로 에틸) 포스페이트, 트리(디클로로프로필) 포스페이트 등일 수 있다.
상기 저비점 액체 소화제는 플루오로에테르류, 플루오로케톤류, 플루오로카본류 등을 포함할 수 있다.
상기 플루오로카본류로는 퍼플루오로부틸 테트라하이드로퓨란, 퍼플루오로트리부틸 아민, 퍼플루오로트리프로필 아민, 퍼플루오로메틸 데카린, 퍼플루오로데칼린 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지용 리드 필름은 발열량이 큰 전극 리드와 인접한 리드 필름에 소화 약제가 포함되어 전지의 온도 상승에 따른 소화 약제의 신속한 작동이 가능할 수 있다. 본 발명에 따른 이차전지용 리드 필름이 포함된 이차전지에서는 발화가 발생하더라도 소화 약제 배출에 의해 신속히 진화되므로, 이차전지 내부의 온도가 급격히 올라감과 동시에 인접 셀까지 열이 전달되는 열 폭주 현상을 방지할 수 있어 더 큰 화재로 이어지는 것을 차단할 수 있다.
이차전지용 리드 필름은 전극 리드와 케이스를 밀봉하는 역할을 하므로, 기계적 강성이 충분히 확보되어야 한다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지용 리드 필름은 리드 필름 내에 소화 약제를 포함하고 있더라도, 종래의 리드 필름과 같은 충분한 내압성을 가질 수 있다. 이에 따라, 소화 약제를 포함하더라도 전지의 밀봉성이 유지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지용 리드 필름의 평면도이다. 도 2는 도 1의 II-II' 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지용 리드 필름(1a)은 내부 공간(2)을 구비할 수 있고, 상기 내부 공간(2)에 소화 약제(3a)를 포함할 수 있다.
리드 필름(1a)은 폭(W1)과 두께(H1)에 비하여 길이(L1)가 긴 장방형 시트 부재일 수 있으며, 도 2는 도 1에서 리드 필름(1a)의 길이 방향을 따라 자른 단면에 해당한다. 여기서, 상기 리드 필름의 두께는 리드 필름의 양 표면 사이의 거리의 최대값을 의미한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 내부 공간(2)은 도 2와 같이 상기 리드 필름(1a) 내에 폐쇄되어 있는 구조일 수 있다. 상기 내부 공간(2)이 리드 필름(1a) 내에 폐쇄되어 있는 경우, 소화 약제(3a)는 리드 필름(1a) 내에 파묻어진 형태가 된다. 즉, 소화 약제(3a)가 포함된 부분을 제외하고는 리드 필름(1a)의 연속성이 유지된다. 리드 필름(1a)의 길이 방향을 따라 리드 필름(1a) - 소화 약제(3a) - 리드 필름(1a)의 순으로 배치가 된다. 리드 필름(1a)의 두께 방향을 따라서도 리드 필름(1a) - 소화 약제(3a) - 리드 필름(1a)의 순으로 배치가 된다. 리드 필름(1a)의 폭 방향을 따라서도 리드 필름(1a) - 소화 약제(3a) - 리드 필름(1a)의 순으로 배치가 된다. 상기 소화 약제(3a)가 포함된 부분을 제외하고는 상기 리드 필름(1a)의 연속성이 길이 방향, 폭 방향 및 두께 방향으로 유지되는 것이다.
따라서, 소화 약제(3a)가 전해액에 노출되지 않을 수 있고, 리드 필름(1a)의 전면이나 후면에 전극 리드와 충분히 접촉할 수 있는 면적이 확보되므로 전지의 기밀성 및 내구성을 확보하기 용이할 수 있다. 내부 공간(2)이 리드 필름(1a) 내에 폐쇄되어 있는 경우, 전지의 이상 작동 등으로 인해 리드 필름(1a)이 녹는 경우에 소화 약제(3a)가 리드 필름(1a)로부터 분출될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 내부 공간(2)은 도 1 및 도 2에서와 같이 리드 필름(1a)의 길이(L1)보다 짧은 길이(L2)를 가지고 리드 필름(1a)의 두께(H1)보다 작은 두께(H2)를 가지며, 리드 필름(1a)의 폭(W1)보다 작은 폭(W2)을 가짐으로써 평면 및 단면상 직사각형 형상을 가질 수 있으나, 소화 약제(3a)를 포함할 수 있는 형상이라면 이에 한정되지는 않는다.
예컨대, 이차전지용 리드 필름(1a)의 두께(H1)가 0.2 mm이고, 상기 내부 공간(2)은 0.15 mm의 두께(H2)를 가질 수 있다. 또한, 상기 내부 공간(2)은 이차전지용 리드 필름(1a)의 길이 방향을 따르는 가장자리로부터 2 mm 간격(P)을 두고 배치될 수 있다. 이와 같이 함으로써, 상기 내부 공간(2)에 소화 약제(3a)를 포함하더라도 리드 필름(1a)의 밀봉성을 유지할 수 있다. 또한, 리드 필름(1a)은 내부에 소화 약제(3a)를 포함하고 있더라도 그 길이 방향을 따라 리드 필름(1a)의 두께(H1)가 일정하다. 리드 필름(1a) 안쪽에 내부 공간(2)을 마련해 소화 약제(3a)를 파묻은 결과 두께(H1)를 일정하게 할 수 있다. 리드 필름(1a)의 두께 변경이 없으므로 기존 실링 공정을 그대로 이용할 수 있으며 이차전지 제조 공정에서 개선된 리드 필름(1a)으로 인한 공정 변경은 필요하지 않을 수 있어 공정 관리상 효과적이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시양태에 따른 이차전지용 리드 필름의 평면도이다. 도 4는 도 3의 IV-IV' 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시양태에 따른 이차전지용 리드 필름(1b)은 상기 리드 필름(1b)의 내부 방향으로 들어가도록 형성된 함몰부(4)가 형성되어 있을 수 있고, 상기 함몰부(4)는 소화 약제(3b)를 구비할 수 있다.
리드 필름(1b)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 리드 필름(1a)과 마찬가지로 폭(W1)과 두께(H1)에 비하여 길이(L1)가 긴 장방형 시트 부재일 수 있으며, 도 4는 도 3에서 리드 필름(1b)의 길이 방향을 따라 자른 단면에 해당한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 함몰부(4)는 도 3 및 도 4에서와 같이 리드 필름(1b)의 표면을 향해 개방되어 있는 것일 수 있다. 소화 약제(3a)가 포함된 부분을 제외하고는 리드 필름(1b)의 연속성이 유지된다. 리드 필름(1b)의 길이 방향을 따라 리드 필름(1b) - 소화 약제(3b) - 리드 필름(1b)의 순으로 배치가 된다. 리드 필름(1b)의 두께 방향을 따라서는 리드 필름(1b) - 소화 약제(3b)의 순으로 배치가 된다. 리드 필름(1b)의 폭 방향을 따라서도 리드 필름(1b) - 소화 약제(3b) - 리드 필름(1b)의 순으로 배치가 된다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 함몰부(4)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 리드 필름(1b)의 길이(L1)보다 짧은 길이(L2)를 가지고 리드 필름(1b)의 두께(H1)보다 작은 두께(H2)를 가지며, 리드 필름(1b)의 폭(W1)보다 작은 폭(W2)을 가짐으로써 평면 및 단면상 직사각형 형상을 가질 수 있으나, 소화 약제(3b)를 포함할 수 있는 형상이라면 이에 한정되지는 않는다.
예컨대, 이차전지용 리드 필름(1b)의 두께(H1)가 0.2 mm이고, 상기 함몰부(4)는 0.15 mm의 두께(H2)를 가질 수 있다. 또한, 상기 함몰부(4)는 이차전지용 리드 필름(1b)의 길이 방향을 따르는 가장자리로부터 2 mm 간격(P)을 두고 배치될 수 있다. 함몰부(4)를 포함하지 않는 경우에 비하여 함몰부(4)의 면적만큼 리드 필름(1b)이 전극 리드와 접촉하는 면적이 감소하게 되지만 상기와 같이 함몰부(4)의 크기와 위치를 조절함으로써 밀봉성을 기존과 동일한 수준으로 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 이차전지용 리드 필름(1a, 1b)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있고, 이외에 이차전지용 리드 필름으로 종래 널리 사용되는 물질들을 포함할 수 있다. 이러한 소재의 리드 필름(1a, 1b)은 밀봉성이 우수하여 전지의 기밀성을 유지하기 좋고 내부 전해액의 누액 또한 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지용 리드 필름을 전극 리드와 케이스 사이에 개재하여 이차전지를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 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 케이스의 실링부 사이에 개재된 리드 필름;을 구비하고, 상기 리드 필름이 소화 약제를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지를 나타낸 것이다. 도 6은 도 5의 A-A' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지(10)는 전극 리드(11)가 부착된 전극 조립체(12), 및 케이스(13)를 구비한다.
상기 전극 리드(11)는 외부로 노출되어 외부 기기에 연결되는 일종의 단자들로서 전도성 재질이 사용될 수 있다. 전극 리드(11)는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드를 포함할 수 있다. 양극 전극 리드와 음극 전극 리드는 전지의 길이 방향(X 방향)에 대해 서로 반대 방향에 배치될 수도 있고, 또는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드가 전지의 길이 방향에 대해 서로 동일한 방향에 위치될 수도 있다.
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 양극을 포함할 수 있다. 양극은 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 니켈(Ni) 재질로 형성되는 음극을 포함할 수 있다. 음극은 음극판의 일측단으로부터 연장되어 돌출되거나 양극판의 일측단에 용접되거나 도전성 접착제를 이용하여 접합될 수 있다.
분리막은 양극판과 음극판 사이에 위치하여, 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 cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
상기 케이스(13)는 전극 조립체(12)를 수납하는 역할을 한다.
상기 케이스(13)는 전극 조립체(12)를 수납하는 수납부(13a), 및 전극 조립체(12)를 밀봉하기 위해 형성된 실링부(13b)를 구비할 수 있다. 상기 실링부(13b)는 상기 수납부(13a)의 외주면을 따라 융착하여 전극 조립체(12)를 밀봉할 수 있다. 상기 융착은 열융착, 초음파에 의한 융착 등일 수 있으나, 실링부(13b)를 융착시킬 수 있다면 크게 제한되지는 않는다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스(13)는 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.
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 케이스(13)는 파우치 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스(13)가 파우치 형태인 경우, 상부 파우치와 하부 파우치를 포함할 수 있다. 상기 케이스(13)가 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 경우, 상부 파우치와 하부 파우치가 외주면에서 융착됨에 따라 전지를 밀봉하는 구조를 가질 수 있다.
상기 실링부(13b)는 케이스(13)의 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 5는 상부 파우치를 덮기 전 하부 파우치의 수납부(13a)를 보여주는 도면이라고 할 수 있다.
상기 전극 리드(11)는 일부가 상기 케이스(13)의 외부로 노출되도록 케이스(13) 내에 수납될 수 있다. 전극 리드(11)는 전극 조립체(12)에 포함된 전극 탭(미도시됨)과 전기적으로 연결되되, 실링부(13b)를 경유하여 케이스(13)의 외측 방향으로 돌출되어 있다. 리드 필름(14a)은 케이스(13)와 전극 리드(11)간의 전기적인 접촉을 막아 절연 역할을 하게 된다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지(10)는 리드 필름(14a)을 구비한다. 상기 리드 필름(14a)은 내부에 소화 약제를 포함한다.
도 5를 참조하면, 상기 리드 필름(14a)은 상기 전극 리드(11)의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드(11)와 케이스(13) 사이에 개재된다. 예컨대, 리드 필름(14a)이 전극 리드(11)와 전극 리드(11)가 돌출된 부분의 케이스(13)의 실링부(13b) 사이에 개재될 수 있다. 이에 따라, 리드 필름(14a)은 밀봉 시 전극 리드(11)에서 쇼트가 발생하는 것을 방지하면서도, 실링부(13b)와 전극 리드(11)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 도 5의 A-A' 축을 따라 자른 다른 단면도이다. 도 7에서는 상기 리드 필름(14a)이 전극 리드(11)의 양면에 모두 구비된 것으로 도시하였으나, 리드 필름(14a)이 전극 리드(11)의 적어도 일면에 위치할 수 있다. 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이 전극 리드(11)의 일면에는 본 발명에 따른 리드 필름(14a)이 구비되고, 전극 리드(11)의 타면에는 다른 리드 필름(14a')이 구비될 수도 있다. 리드 필름(14a)은 전극 리드(11)의 상부에 위치하고 다른 리드 필름(14a')이나 리드 필름(14a)이 전극 리드(11)의 하부에 위치할 수 있다. 이 때, 전극 리드(11)는 상기 리드 필름(14a)과 다른 리드 필름(14a') 사이, 또는 2개의 리드 필름(14a) 사이에 위치한 상태에서 실링부(13b)와 함께 밀봉되어, 전극 리드(11) 주변의 리드 필름끼리는 서로 연결되어 있을 수 있다. 이에 따라, 리드 필름(14a, 14a')은 전극 리드(11)의 측면이 외부로 노출되는 것을 방지하면서도, 실링부(13b)와 전극 리드(11)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(14a)의 길이(L1)는 전극 리드(11)의 폭(LW)보다 클 수 있다. 여기서, 상기 리드 필름의 길이는 전극 리드(11)의 돌출 방향(X축 방향)과 직교하는 방향(Y축 방향)에서 리드 필름의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 바꾸어 말하면, 전극 리드(11)의 폭 방향(Y축 방향)으로의 리드 필름의 너비를 지칭한다. 이렇게 리드 필름(14a)의 길이(L1)를 전극 리드(11)의 폭(LW)보다 크게 함으로써, 리드 필름(14a)이 전극 리드(11)의 측면으로부터 더 연장되어 나와 전극 리드(11)의 측면이 외부로 노출되는 것을 방지하며 실링부(13b)와 전극 리드(11)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(14a)의 폭(W1)은 상기 실링부(13b)의 폭(SW)보다 크되, 전극 리드(11)의 길이(LL)보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 리드 필름(14a)의 폭은 전극 리드(11)의 돌출 방향에서의 리드 필름(14a)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 바꾸어 말하면, 전극 리드(11)의 폭 방향과 직교하는 방향으로의 리드 필름의 너비를 지칭한다. 실링부(13b)의 폭은 전극 리드(11)의 돌출 방향에서의 실링부(13b)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 전극 리드(11)의 길이란, 전극 리드(11)의 돌출 방향에서의 전극 리드(11)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다.
상기 리드 필름(14a)의 폭(W1)을 상기 실링부(13b)의 폭(SW)보다 크게 함으로써 리드 필름(14a)은 케이스(13) 외측으로 돌출되어 있을 수 있으며, 케이스(13) 외측으로 돌출된 전극 리드(11) 부분을 더 보호함으로써 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 리드 필름(14a)의 폭(W1)은 전극 리드(11)의 길이(LL)보다 작아야 리드 필름(14a)으로 덮이지 않은 전극 리드(11)의 부분을 전기적 연결에 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 리드 필름(14)의 폭 전체가 실링부(13b)의 폭보다 작고, 전극 리드(11)의 길이보다 작을 수 있다. 이와 같이 하는 경우 리드 필름(14a)은 케이스(13) 외측으로 돌출되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(14a)의 전체 면적이 실링부(13b)와 대응될 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 리드 필름(14a)의 일부 영역만이 실링부(13b)와 대응될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 리드 필름(14a)은 내부 공간(15)을 구비할 수 있고, 상기 내부 공간(15)에 소화 약제(16)를 포함할 수 있다.
도 6에서는 내부 공간(15)이 구비된 리드 필름(14a)이 전극 리드(11)의 일면에 위치하는 것으로 도시하였으나, 내부 공간(15)이 구비된 리드 필름(14a)이 도 7에 도시한 바와 같이 전극 리드(11)의 양면에 위치할 수도 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 내부 공간(15)은 상기 리드 필름(14a) 내에 폐쇄되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바 있다. 상기 내부 공간(15)이 리드 필름(14a) 내에 폐쇄되어 있는 경우, 소화 약제(16)가 전해액에 노출되지 않을 수 있고, 전지의 기밀성 및 내구성을 확보하기 용이할 수 있다. 또한, 상기 내부 공간(15)의 위치를 자유롭게 선정할 수 있다.
내부 공간(15)이 리드 필름(14a) 내에 폐쇄되어 있는 경우, 전지의 이상 작동 등으로 인해 리드 필름(14a)이 녹는 경우에 소화 약제(16)가 리드 필름(14)으로부터 분출될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 내부 공간(15)은 도 6 및 도 7에서와 같이 직사각형 형상을 가질 수 있으나, 소화 약제(16)를 포함할 수 있는 형상이라면 이에 한정되지는 않는다.
예컨대, 리드 필름(14a)의 두께(H1)가 0.2 mm이고, 상기 내부 공간(15)은 0.15 mm의 두께(H2)를 가질 수 있다. 또한, 상기 내부 공간(15)은 리드 필름(14a)의 길이 방향을 따르는 가장자리로부터 간격(P)을 두고 배치될 수 있다. 예를 들어 간격(P)은 2 mm일 수 있다. 또한, 상기 내부 공간(15)이 전극 리드(11) 위에 위치하는 경우, 상기 내부 공간(15)은 전극 리드(11)의 길이 방향을 따르는 가장자리로부터 간격(P')을 두고 배치될 수 있다. 예를 들어 간격(P')은 2 mm일 수 있다.
이러한 내부 공간(15)의 위치를 조절하여 리드 필름(14a)의 내구성 및 기밀성을 제어할 수 있다. 이차전지용 리드 필름은 전극 리드와 케이스를 밀봉하는 역할을 하므로, 기계적 강성이 충분히 확보되어야 한다. 리드 필름(14a)은 리드 필름(14a) 내에 소화 약제(16)를 포함하고 있더라도, 내부 공간(15)의 위치를 상기와 같이 조절하는 등의 방법을 통해 종래의 리드 필름과 같은 충분한 내압성을 가질 수 있다. 이에 따라, 소화 약제를 포함하더라도 전지의 밀봉성이 유지될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지를 나타낸 것이다.
본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지(10)는 전극 리드(11)가 부착된 전극 조립체(12), 케이스(13), 및 리드 필름(14b)을 구비한다. 상기 전극 리드(11), 전극 조립체(12), 및 케이스(13)에 대해서는 전술한 내용을 참조한다.
도 8을 참조하면, 상기 리드 필름(14b)은 상기 전극 리드(11)의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드(11)와 케이스(13) 사이에 개재된다. 예컨대, 리드 필름(14b)이 전극 리드(11)와 전극 리드(11)가 돌출된 부분의 케이스(13)의 실링부(13b) 사이에 개재될 수 있다.
도 9는 도 8의 B-B' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 9를 참조하면, 상기 리드 필름(14b)은 상기 리드 필름(14b)의 내부 방향으로 들어가도록 형성된 함몰부(17a)가 형성되어 있을 수 있고, 상기 함몰부(17a)는 소화 약제(16)를 구비할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 함몰부(17a)는 전극 리드(11)의 위쪽에 위치한 리드 필름(14b) 입장에서 아래에 위치한 전극 리드(11)를 향하는 방향(-Z축 방향)으로 들어가도록 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 함몰부(17a)는 리드 필름(14b)에서 실링부(13b)를 향하는 방향(Z축 방향)을 향해 개방되어 있을 수 있다. 즉, 리드 필름(14b)의 표면을 향해 개방되어 있을 수 있다.
일반적으로, 전극 리드를 감싸고 있는 리드 필름과 케이스 사이의 계면의 접착력이 약하다. 이에 따라, 전지의 이상 작동 등이 일어나는 경우, 리드 필름과 케이스 사이의 계면에서 벤팅이 일어난다.
상기 함몰부(17a)가 실링부(13b) 방향을 향해 개방되게 형성된 경우, 함몰부(17a)가 개방된 부분의 리드 필름(14b)의 표면과 케이스(13)의 실링부(13b) 사이의 계면에서 벤팅이 일어나게 되고, 실링부(13b)에 의해 밀봉되어 있던 소화 약제(16)가 함몰부(17a)가 개방된 부분의 리드 필름(14b)의 표면과 케이스(13)의 실링부(13b) 사이의 계면의 벤팅으로 인해 분출되게 되어, 소화 약제의 신속한 작동이 가능할 수 있다.
도 9에서는 함몰부(17a)가 형성된 리드 필름(14b)이 전극 리드(11)의 일면에 위치하는 것으로 도시하였으며, 전극 리드(11)의 타면에는 다른 리드 필름(14b')이 구비된 것을 도시하였으나, 함몰부(17a)가 형성된 리드 필름(14b)이 전극 리드(11)의 양면에 위치할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시양태에 따른 이차전지를 나타낸 것이다. 본 발명의 다른 실시양태에 따른 이차전지(10)는 전극 리드(11)가 부착된 전극 조립체(12), 케이스(13), 및 리드 필름(14c)을 구비한다. 상기 전극 리드(11), 전극 조립체(12), 및 케이스(13)에 대해서는 전술한 내용을 참조한다.
도 10을 참조하면, 상기 리드 필름(14c)은 상기 전극 리드(11)의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드(11)와 케이스(13) 사이에 개재된다. 예컨대, 리드 필름(14c)이 전극 리드(11)와 전극 리드(11)가 돌출된 부분의 케이스(13)의 실링부(13b) 사이에 개재될 수 있다.
도 11은 도 10의 C-C' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 11을 참조하면, 상기 리드 필름(14c)은 상기 리드 필름(14c) 내부 방향(Z축 방향)으로 들어가도록 형성된 함몰부(17b)가 형성되어 있을 수 있고, 상기 함몰부(17b)는 소화 약제(16)를 구비할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 함몰부(17b)는 리드 필름(14c)에서 실링부(13b)를 향하는 방향으로 들어가도록 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 함몰부(17b)는 리드 필름(14c)에서 전극 리드(11)를 향하는 방향(-Z축 방향)을 향해 개방되어 있는 것일 수 있다.
일반적으로, 열폭주가 일어날 때 전극 리드 부분의 발열량이 매우 크다. 또한, 전극 리드와 리드 필름 사이의 계면의 접착력이 약하다. 이에 따라, 전지의 이상 작동 등이 일어나는 경우, 전극 리드와 리드 필름 사이의 계면에서 벤팅이 일어난다. 즉, 전극 리드와 리드 필름이 서로 박리된다. 이에 따라, 전지의 이상 작동 등이 일어나는 경우, 전극 리드와 리드 필름 사이의 계면에서 벤팅이 일어난다.
상기 함몰부(17b)가 전극 리드(11) 방향을 향해 개방되게 형성된 경우, 전극 리드(11)와 리드 필름(14c) 사이의 계면에서 벤팅이 일어나게 되고, 전극 리드(11)에 의해 밀봉되어 있던 소화 약제(16)가 전극 리드(11)와 리드 필름(14c) 사이의 계면의 벤팅으로 인해 분출되게 되어, 소화 약제의 신속한 작동이 가능할 수 있다. 게다가, 상기 함몰부(17b)가 전극 리드(11)를 향하고 있으므로 발열량이 매우 큰 전극 리드 부분으로 소화 약제의 작동이 가능하여, 전지의 과열 시 화재 피해를 최소화하는 데 도움이 될 수 있다.
도 11에서는 함몰부(17b)가 형성된 리드 필름(14c)이 전극 리드(11)의 일면에 위치하는 것으로 도시하였으며, 전극 리드(11)의 타면에는 다른 리드 필름(14c')이 구비된 것을 도시하였으나, 함몰부(17b)가 형성된 리드 필름(14c)이 전극 리드(11)의 양면에 위치할 수도 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 함몰부(17a, 17b)는 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 직사각형 형상을 가질 수 있으나, 소화 약제(16)를 포함할 수 있는 형상이라면 이에 한정되지는 않는다.
예컨대, 리드 필름(14b, 14c)의 두께(H1)가 0.2 mm이고, 상기 함몰부(17a, 17b)는 0.15 mm의 두께(H2)를 가질 수 있다. 또한, 상기 함몰부(17a, 17b)는 리드 필름(14b, 14c)의 길이 방향을 따르는 가장자리로부터 2 mm 간격(P)을 두고 배치될 수 있다. 또한, 상기 함몰부(17a, 17b)가 전극 리드(11) 위에 위치하는 경우, 상기 함몰부(17a, 17b)는 전극 리드(11)의 길이 방향을 따르는 가장자리로부터 2 mm 간격(P')을 두고 배치될 수 있다.
이러한 함몰부(17a, 17b)의 위치를 조절하여 리드 필름(14b, 14c)의 내구성 및 기밀성을 제어할 수 있다. 이차전지용 리드 필름은 전극 리드와 케이스를 밀봉하는 역할을 하므로, 기계적 강성이 충분히 확보되어야 한다. 리드 필름(14b, 14c)은 리드 필름(14b, 14c) 내에 소화 약제(16)를 포함하고 있더라도, 함몰부(17a, 17b)의 위치를 조절함으로써 종래의 리드 필름과 같은 충분한 내압성을 가질 수 있다. 이에 따라, 소화 약제를 포함하더라도 전지의 밀봉성이 유지될 수 있다.
리드 필름(14a, 14b, 14c)은 내부에 소화 약제(16)를 포함하고 있더라도 그 길이 방향을 따라 리드 필름(14a, 14b, 14c)의 두께(H1)가 일정하다. 상기 내부 공간(15)이나 함몰부(17a, 17b)가 위치하는 곳에서는 리드 필름(14a, 14b, 14c)이 그 두께 방향에서 일부 제거되어 있는 형태가 된다. 그러하더라도 충분한 기계적 강성을 지니는지 확인할 필요가 있다. 상기와 같은 두께(H1, H2) 조건, 간격(P, P') 조건을 가지고 내압 모의 실험을 진행하였다.
파우치 형태의 케이스 내부에서 가스가 발생하여 0.1 MPa의 내압이 케이스 안쪽에서 전극 리드 방향으로 작용한다고 가정하여 전체 구조(전극 리드와 리드 필름과 케이스)에 대한 변형량을 해석하였다. 이 때 케이스 밑단은 고정하였다. 소화 약제가 포함되지 않은 비교예에서는 실링부 폭 방향의 안쪽 말단에서부터 전극 리드 방향으로의 최대 변위가 0.05063 mm로 모사되었고 본 발명의 경우에는 최대 변위가 0.05766 mm로 모사되었다. 모사 결과처럼 아무래도 소화 약제를 포함하는 경우에 최대 변위의 증가가 발생하겠지만, 0.1 MPa 압력에도 변형량 차이는 매우 미미하여 무시할 만한 수준임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 경우 종래의 리드 필름과 같은 충분한 내압성을 가짐을 확인하였다.
상기와 같이 내압이 작용할 때에 리드 필름 쪽이 받는 최대 응력에 대해서도 모의실험을 실시하였다. 소화 약제가 포함되지 않은 비교예에서는 최대 응력이 0.01603 MPa로 모사되었고 본 발명의 경우에는 최대 응력이 0.01611 MPa로 모사되었으며, 소성 변형까지는 미치지 못하는 최대 응력이었으며 큰 차이가 없음을 알 수 있었다.
이와 같이 리드 필름 안에 소화 약제를 포함시키게 하더라도 본 발명에서 제안하는 바와 같이 하는 경우에는 전지의 밀봉성을 유지할 수 있을 뿐 아니라 소화 약제의 작용에 따른 안전 장치 구현이라는 현저한 효과를 가지게 됨을 확인하였다.
도 12는 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서 전극 리드, 및 리드 필름 부분을 확대하여 나타낸 도이다.
도 12를 참조하면, 리드 필름(14)이 실링부(13b)에 대응하는 제1부(100)와 상기 실링부(13b)에 대응하지 않는 부위인 제2부(200)를 구비할 수 있다.
도 12를 참조하면, 소화 약제가 상기 제1부(100)에 포함될 수 있다. 소화 약제가 제1부(100)에 포함되는 경우, 전지의 정상 작동 시에는 소화 약제가 전해액에 노출되지 않다가, 전지의 이상 작동 시 실링부(13b)와 리드 필름(14) 사이의 계면이 벤팅되면서, 소화 약제가 리드 필름(14)으로부터 분출될 수 있다. 특히, 리드 필름(14)이 함몰부(17)를 구비하는 경우, 소화 약제가 전지의 정상 작동 시에 전해액에 노출되지 않기 위하여 제1부(100)에 함몰부(17)가 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 소화 약제가 상기 제2부(200)에 포함될 수 있다. 소화 약제가 제2부(200)에 포함되는 경우, 전지의 정상 작동 시에는 소화 약제가 전해액에 노출되지 않다가, 전지의 이상 작동 시 리드 필름(14)이 녹아 소화 약제가 리드 필름(14)으로부터 분출될 수 있다. 특히, 리드 필름(14)이 내부 공간을 구비하는 경우, 소화 약제가 실링부(13b)로 인해 밀봉되지 않아도 전해액에 노출되지 않으므로, 제2부(200)에 소화 약제가 포함될 수 있다.
도 12를 참조하면, 리드 필름(14)이 실링부(13b)에 대응하는 제1부(100)와 상기 실링부(13b)에 대응하지 않는 부위인 제2부(200)를 구비할 수 있고, 상기 제1부(100)는 상기 전극 리드(11)에 대응하는 부위인 제3부(300)와 상기 전극 리드(11)에 대응하지 않는 부위인 제4부(400)를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 리드 필름(14)이 실링부(13b)에 대응하는 제1부(100)와 상기 실링부(13b)에 대응하지 않는 부위인 제2부(200)를 구비할 수 있고, 상기 제2부(200)는 상기 전극 리드(11)에 대응하는 부위인 제5부(500)와 상기 전극 리드(11)에 대응하지 않는 부위인 제6부(600)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 소화 약제가 상기 제3부(300)에 포함될 수 있다. 소화 약제가 제3부(300)에 포함되는 경우, 발열량이 큰 전극 리드(11) 부분에 소화 약제가 위치하여, 전지의 온도 상승에 따라 소화 약제가 신속하게 작동하기 유리할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 소화 약제가 상기 제4부(400)에 포함될 수 있다. 소화 약제가 제4부(400)에 포함되는 경우, 리드 필름(14)과 실링부(13b) 사이에 박리가 일어나는 경우에 소화 약제가 신속하게 작동하기 유리할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 소화 약제가 상기 제5부(500) 또는 제6부(600)에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 이차전지는 원통형, 각형, 또는 파우치형 이차전지일 수 있다. 그 중에서도, 상기 이차전지가 파우치형 이차전지일 수 있다. 파우치형 이차전지는 용적률을 높이기 수월하나 파우치 자체가 셀을 잡아주기 어렵다는 단점이 있다. 셀의 온도가 폭주할 때 PTC나 CID가 있는 원통형 전지와 다르게 파우치형 이차전지는 이에 대한 열적 안정성이 없다. 본 발명에 따르면 리드 필름을 개선함으로써 파우치형 이차전지에서도 안전 장치가 마련된다는 이점이 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
1a, 1b: 리드 필름
2: 내부 공간
3a. 3b: 소화 약제
4: 함몰부
10: 이차전지
11: 전극 리드
12: 전극 조립체
13: 케이스
13a: 수납부
13b: 실링부
14, 14a, 14b, 14c: 리드 필름
15: 내부 공간
16: 소화 약제
17, 17a, 17b: 함몰부
100: 제1부
200: 제2부
300: 제3부
400: 제4부
500: 제5부
600: 제6부

Claims (20)

  1. 소화 약제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 리드 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지용 리드 필름이 내부 공간을 포함하고,
    상기 내부 공간에 소화 약제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 리드 필름.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내부 공간이 상기 리드 필름 내에 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 리드 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리드 필름 내부 방향으로 들어가도록 형성된 함몰부가 형성되어 있고,
    상기 함몰부는 소화 약제를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 리드 필름.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 함몰부가 상기 리드 필름의 표면을 향해 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 리드 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소화 약제가 포함된 부분을 제외하고는 상기 리드 필름의 연속성이 길이 방향, 폭 방향 및 두께 방향으로 유지되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 리드 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소화 약제가 고체, 액체, 또는 기체 형태인 것을 특징으로 하는 이차전지용 리드 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소화 약제가 탄산염, 탄산수소염, 단백포, 불화단백포, 알코올포, 수성막포, 합성계면활성제포, 요소, 할로겐 화합물, 인산 화합물, 포스파젠 화합물, 규산염, 암모늄염, 에틸 메틸 이미다졸, 플루오로에테르류, 플루오로케톤류, 플루오로카본류, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 리드 필름.
  9. 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 케이스의 실링부 사이에 개재된 리드 필름;을 구비하고,
    상기 리드 필름이 소화 약제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리드 필름이 내부 공간을 포함하고,
    상기 내부 공간에 소화 약제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내부 공간이 상기 리드 필름 내에 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 내부 공간은 상기 리드 필름의 가장자리와 상기 전극 리드의 가장자리로부터 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 리드 필름 상에 상기 리드 필름 내부 방향으로 들어가도록 형성된 함몰부가 형성되어 있고,
    상기 함몰부는 소화 약제를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 함몰부가 상기 전극 리드 방향으로 들어가도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 함몰부가 상기 실링부 방향을 향해 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 함몰부가 상기 실링부 방향으로 들어가도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 함몰부가 상기 전극 리드 방향을 향해 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 함몰부는 상기 리드 필름의 가장자리와 상기 전극 리드의 가장자리로부터 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 리드 필름이 상기 실링부에 대응하는 제1부와 상기 실링부에 대응하지 않는 부위인 제2부를 구비하고,
    상기 소화 약제가 상기 제1부에 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1부가 상기 전극 리드에 대응하는 부위인 제3부와 상기 전극 리드에 대응하지 않는 부위인 제4부를 구비하고,
    상기 소화 약제가 상기 제3부에 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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