WO2023282631A1 - 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

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WO2023282631A1
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lead
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김상훈
강민형
유형균
임훈희
황수지
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell and a battery module including the same, and more particularly, to a battery cell with improved gas discharge performance and a battery module including the same.
  • secondary batteries are of great interest as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles as well as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, laptops, and wearable devices.
  • these secondary batteries are classified into cylindrical batteries and prismatic batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case made of an aluminum laminate sheet.
  • the electrode assembly built into the battery case is a power generating device capable of charging and discharging, consisting of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode. It is classified into a jelly-roll type wound with a separator interposed and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked in a state in which a separator is interposed.
  • the pouch-type battery having a structure in which a stacked or stacked/folding type electrode assembly is embedded in a pouch-type battery case of an aluminum laminate sheet is gradually being used due to low manufacturing cost, small weight, and easy deformation shape. It is increasing.
  • FIG. 1 is a top view of a conventional battery cell.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the a-a' axis in FIG. 1 .
  • the conventional battery cell 10 is a battery case including an electrode assembly 11 mounted in a housing 21 and a sealing unit 25 having a sealed outer periphery ( 20) included.
  • the battery cell 10 is electrically connected to the electrode tab 15 included in the electrode assembly 11, and the electrode lead protrudes outward of the battery case 20 via the sealing portion 25 ( 30), and a lead film 40 is positioned between the upper and lower portions of the electrode lead 30 and the sealing portion 25.
  • An object to be solved by the present invention is to provide a battery cell with improved gas discharge performance and a battery module including the same.
  • a battery cell includes a battery case including a sealing portion having a structure in which an electrode assembly is mounted in an accommodating portion and the outer periphery is sealed; an electrode lead electrically connected to an electrode tab included in the electrode assembly and protruding outward from the battery case via the sealing part; and a lead film disposed at at least one of upper and lower portions of the electrode lead and corresponding to the sealing part, a gas discharge guide part inserted into the lead film, and the sealing part on the gas discharge guide part.
  • It may include a first sealing part positioned and a second sealing part positioned on both sides of the first sealing part, and based on a protruding direction of the electrode lead, a width of the first sealing part may be smaller than a width of the second sealing part.
  • a length of the first sealing part may be greater than a length of the gas discharge inducing part.
  • the gas discharge guide part may be located at the center of the first sealing part.
  • the first sealing part may have a pattern indented with respect to the second sealing part.
  • the first sealing part may have a pattern indented toward an outer direction based on the inside of the sealing part.
  • a storage extension may be positioned between the first sealing portion and the storage portion.
  • an end of the accommodating extension part may be located outside an end of the accommodating part.
  • the gas discharge guide portion may extend along a protruding direction of the electrode lead, and an end portion of the gas discharge guide portion adjacent to an outer side of the battery case may be wrapped with the lead film.
  • An end of the gas discharge guide part adjacent to the inside of the battery case may be exposed inside the battery case.
  • a gas discharge path may be formed at an interface between the gas discharge guide part and the lead film.
  • An adhesive force between the gas discharge guide part and the lead film may be smaller than an adhesive force between the lead film and the electrode lead or between the lead film and the sealing part.
  • the gas discharge guide part may be a film layer made of at least one of polyimide and polyethylene terephthalate.
  • the gas discharge guide part may be a coating layer made of liquid resin.
  • the gas discharge inducer is a getter material including at least one of calcium oxide (CaO), lithium chloride (LiCl), silica (SiO 2 ), barium oxide (BaO), barium (Ba), and calcium (Ca). may further include.
  • the gas discharge guide part may be positioned on the electrode lead, and an adhesive layer may be formed between the gas discharge guide part and the electrode lead.
  • An adhesive force between the gas discharge induction part and the lead film may be smaller than an adhesive force between the adhesive layer and the gas discharge induction part and an adhesive force between the adhesive layer and the electrode lead.
  • the adhesive layer may be made of an adhesive tape or an adhesive binder.
  • Gas permeability of the lead film may be 20 to 60 barrer at 60°C.
  • Moisture permeation of the lead film may be 0.02 g to 0.2 g for 10 years at 25° C. and 50% RH.
  • Gas permeability of the gas discharge guide part may be 40 barrer or more at 60°C.
  • a battery module according to another embodiment of the present invention includes the battery cell described above.
  • the present invention provides a battery cell and a battery module including the battery cell having a relatively small length of the sealing portion located on the gas discharge induction unit, so that gas discharge performance can be improved.
  • a gas discharge path can be formed at the interface between the gas discharge induction unit and the lead film, so that the gas in the battery cell can be effectively discharged to the outside while the manufacturing process is relatively easy.
  • the sealing unit includes a first sealing unit and a second sealing unit, and the sealing strength between the lead film and the sealing unit is lowered by making the widths of the first sealing unit and the second sealing unit different, thereby lowering the pressure resistance
  • the lead film can be easily separated from the gas discharge guide portion by internal pressure, and a gas discharge path can be easily formed between the gas discharge guide portion and the lead film.
  • a portion that is not sealed by the first sealing portion may be formed on the lead film, so that the portion may directly come into contact with the internal gas when the internal pressure rises. Therefore, the lead film can be more easily peeled off from the gas discharge guide portion by the internal pressure.
  • the gas discharge performance of the gas discharge guide portion and the durability and airtightness of the lead film may be controlled by adjusting the shape of the gas discharge guide portion.
  • the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
  • the gas permeability and moisture penetration of the lead film within a predetermined range, it may be more effective to prevent moisture penetration from the outside while discharging gas generated inside the battery cell.
  • 1 is a top view of a conventional battery cell.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the a-a′ axis in FIG. 1;
  • FIG 3 is a top view of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4(a) is an enlarged view of the dotted-dashed line area of FIG. 3
  • FIG. 4(b) is an enlarged view of the dotted-dash line area of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the battery cell of FIG. 4 (a) taken along the axis A-A' of FIG. 3;
  • FIG. 7 is an enlarged view of the two-dot chain line area of FIG. 5 .
  • FIG. 8 and 9 are diagrams illustrating a gas discharge path formed between the interface of the lead film of FIG. 7 and the gas discharge induction unit.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a gas discharge path of FIG. 9 .
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the A-A′ axis of FIG. 3 in a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an enlarged view of the dotted-dashed line region of FIG. 11 .
  • 13 and 14 are diagrams illustrating a gas discharge path formed between the interface of the lead film of FIG. 12 and the gas discharge induction unit.
  • FIG. 15 is an enlarged view of a dotted-dashed line region of FIG. 1 according to a comparative example.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the a-a′ axis of FIG. 1 according to a comparative example.
  • FIG. 17 is an enlarged view of the dotted-dotted line area of FIG. 16 .
  • planar image it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-sectional image”, it means when a cross section of the target part cut vertically is viewed from the side.
  • a battery cell according to an embodiment of the present invention will be described. However, this will be described based on one end of the battery cell, but is not necessarily limited thereto, and may be described with the same or similar content even in the case of the opposite end of the battery cell.
  • FIG 3 is a top view of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cell 100 includes a sealing portion 250 having a structure in which the electrode assembly 110 is mounted in the housing portion 210 and the outer periphery is sealed.
  • a battery case 200 comprising; an electrode lead 300 electrically connected to the electrode tab 150 included in the electrode assembly 110 and protruding outward of the battery case 200 via the sealing portion 250; and a lead film 400 positioned at a portion corresponding to the sealing portion 250 in at least one of the upper and lower portions of the electrode lead 300 .
  • the battery cell 100 has a long side in the direction along the X-axis, a short side in the direction along the Y-axis, and a smaller thickness than the length of the X-axis or Y-axis in the Z-axis direction, so that it can be a substantially rectangular plate-shaped cell there is.
  • An electrode lead 300 may be formed on a short side of the battery cell 100 .
  • This battery cell 100 is an efficient structure for increasing energy density by stacking several battery cells 100 face-to-face by integrating them in the Z-axis direction.
  • the battery case 200 may be a laminate sheet including a resin layer and a metal layer. More specifically, the battery case 200 is made of a laminate sheet and may be composed of an outer resin layer constituting the outermost shell, a barrier metal layer preventing penetration of materials, and an inner resin layer for sealing.
  • the electrode assembly 110 may have a structure of a jelly-roll type (winding type), a stack type (lamination type), or a combination type (stack/folding type). More specifically, the electrode assembly 110 may include an anode, a cathode, and a separator disposed between them.
  • the electrode lead 300 is electrically connected to the electrode tab 150 included in the electrode assembly 110 and protrudes outward from the battery case 200 via the sealing portion 250 .
  • the lead film 400 is located at a portion corresponding to the sealing portion 250 in at least one of the upper and lower portions of the electrode lead 300 . Accordingly, the lead film 400 prevents a short circuit from occurring in the electrode lead 300 during thermal fusion or press fusion together with the sealing portion 250, and sealability between the sealing portion 250 and the electrode lead 300. can improve
  • the lead film 400 may have a wider width than the electrode lead 300 .
  • the width of the lead film 400 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the lead film 400 in a direction (Y-axis direction) perpendicular to the protrusion direction (X-axis direction) of the electrode lead 300.
  • the width of the electrode lead 300 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the electrode lead 300 in a direction orthogonal to the protrusion direction of the electrode lead 300 .
  • the lead film 400 may have a length greater than the length of the sealing portion 250 based on the protruding direction of the electrode lead 300 and a length smaller than the length of the electrode lead 300 .
  • the length of the lead film 400 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the lead film 400 in the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the length of the sealing part 250 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the sealing part 250 in the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the length of the electrode lead 300 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the electrode lead 300 in the protruding direction of the electrode lead 300 . Accordingly, the lead film 400 may prevent the side surface of the electrode lead 300 from being exposed to the outside without interfering with the electrical connection of the electrode lead 300 .
  • FIG. 4(a) is an enlarged view of the dotted-dashed line area of FIG. 3
  • FIG. 4(b) is an enlarged view of the dotted-dash line area of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention.
  • the gas discharge induction unit 450 is inserted into the lead film 400, and the sealing unit 250 includes a first sealing unit 251 positioned on the gas discharge induction unit 450 and It includes second sealing parts 255 located on both sides of the first sealing part 251 .
  • the second sealing part 255 may be located in a part where the gas discharge guide part 450 is not located. More specifically, the first sealing part 251 and the second sealing part 255 may be integrated with each other.
  • the width D1 of the first sealing portion 251 may be smaller than the width D2 of the second sealing portion 255 .
  • the width of the first sealing portion 251 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the first sealing portion 251 in the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the width of the second sealing portion 255 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the second sealing portion 255 in the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the width (D1) of the surface of the first sealing portion 251 in contact with the lead film 400 may be smaller than the width (D2) of the surface of the second sealing portion 255 in contact with the lead film 400. there is. That is, based on the protruding direction of the electrode lead 300 , at least a portion of a portion of the lead film 400 where the gas discharge inducing portion 450 is located may not be covered by the first sealing portion 251 .
  • the length L1 of the first sealing part 251 is greater than the length L2 of the gas discharge guide part 450.
  • the length of the first sealing part 251 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the first sealing part 251 in a direction orthogonal to the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the length of the second sealing part 255 means the maximum value of the distance between one end and the other end of the second sealing part 255 in a direction orthogonal to the protruding direction of the electrode lead 300 .
  • the gas discharge guide part 450 may be located at the center of the first sealing part 251 .
  • the location of the gas discharge induction unit 450 is not limited thereto, and is included in the present embodiment as long as it is located within the first sealing unit 251 .
  • the length of the first sealing portion 251 may be adjusted according to a gas discharge degree of a gas discharge path described later while maintaining the sealing property of the battery cell 100 .
  • the battery cell 100 has a width D1 of the first sealing portion 251 positioned on the gas discharge guide portion 450 based on the protruding direction of the electrode lead 300. ) is formed relatively small, so at least a part of the lead film 400 positioned on the gas discharge inducing part 450 may not be sealed by the first sealing part 251 . In other words, a portion of the lead film 400 that is not sealed by the first sealing portion 251 may be exposed.
  • the portion of the lead film 400 that is not sealed by the first sealing part 251 lowers the sealing strength of the sealing part 250, so that when the internal pressure rises, the lead film 400 discharges gas due to the internal pressure. It can be easily separated from the guide part 450 , and a gas discharge path can be easily formed between the gas discharge guide part 450 and the lead film 400 .
  • the first sealing part 251 may have a recessed pattern based on the second sealing part 255 .
  • the first sealing part 251 may have a pattern indented toward the outside with respect to the inside of the sealing part 250. there is.
  • the first sealing portion 251 covers the outside of the sealing portion 250. As a reference, it may have a pattern indented toward the inside.
  • the sealing part 250 may include a recessed part 250A in the first sealing part 251 .
  • the first sealing portion in the sealing portion 250 is recessed toward the outside with respect to the inside of the sealing portion 250, and the sealing portion ( 250) may have all patterns indented toward the inside with respect to the outside.
  • the sealing unit 250 has a pattern indented into the second sealing unit 251, so that the first sealing unit is formed on the lead film 400.
  • a portion that is not sealed by the portion 251 may be formed. That is, by lowering the sealing strength between the lead film 400 and the sealing portion 250, the lead film 400 can be easily separated from the gas discharge guide portion 450 by the internal pressure when the internal pressure rises, and the gas discharge A gas discharge path may be easily formed between the induction part 450 and the lead film 400 .
  • the sealing part 250 may have a pattern of the first sealing part 251 as shown in FIG. 4(a), so that the lead film 400 is not sealed by the first sealing part 251.
  • the part may come into direct contact with the internal gas when the internal pressure rises. That is, the lead film 400 may be more easily peeled off from the gas discharge guide part 450 by the internal pressure.
  • the pattern of the sealing portion 250 is not limited thereto, and some of the sealing portion 250 has an unsealed portion, so that a portion of the lead film 400 positioned on the gas discharge induction portion 450 is formed. Any pattern that allows is exposed may be included in this embodiment.
  • FIG. 4 (a) is a cross-sectional view of the battery cell of FIG. 4 (a) taken along the axis A-A' of FIG. 3;
  • the battery case 200 may further include a storage extension 210A. More specifically, in the battery case 200 , the accommodating extension 210A may be positioned between the first sealing part 251 and the accommodating part 210 . In other words, the accommodating extension 210A may be an area that extends in a direction in which the electrode lead 300 protrudes with respect to the accommodating part 210 and is connected to an end of the first sealing part 251 .
  • an end of the accommodating extension 210A may be positioned outside the end of the accommodating part 210 based on the outside of the battery case 200 .
  • the end of the accommodating part 210 is connected to the end of the second sealing part 255, and the end of the accommodating extension part 210A is the first sealing part ( 251) is connected to the end.
  • the end of the extension part 210A is the receiving part. It may be located outside the end of (210).
  • an inclined angle of the extension housing 210A with respect to the lead film 400 may be smaller than an inclined angle of the housing part 210 .
  • the battery cell 100 includes the accommodating extension 210A having a length relatively longer than the length of the side of the accommodating unit 210, and the lead film 400 and the accommodating extension.
  • the lead film 400 can be separated from the gas discharge guide part 450 by internal pressure, and a gas discharge path is easily formed between the gas discharge guide part 450 and the lead film 400. It can be.
  • the gas discharge guide 450 may extend along the protruding direction of the electrode lead 300 . More specifically, in the gas discharge induction unit 450 , an end of the gas discharge induction unit 450 adjacent to the outside of the battery case 200 may be wrapped with a lead film 400 . In other words, the end of the gas discharge guide part 450 adjacent to the outside of the battery case 200 may not be exposed to the outside of the battery case 200 .
  • an end of the gas discharge guide part 450 adjacent to the inside of the battery case 200 may be exposed inside the battery case 200 .
  • the end of the gas discharge guide part 450 adjacent to the inside of the battery case 200 is located on the same vertical line as the end of the lead film 400, or is located on the same vertical line as the end of the lead film 400, the battery case 200 It can be located inside.
  • one end of the gas discharge guide part 450 adjacent to the outside of the battery case 200 is not exposed to the outside of the battery case 200, so that the lead film 400 and the sealing portion The sealing force of the battery case 200 by 250 can be improved.
  • the end of the gas discharge induction unit 450 adjacent to the inside of the battery case 200 is exposed to the inside of the battery case 200, and the gas discharge formed by the gas discharge induction unit 450 is exposed. The path allows the gas generated in the battery cell 100 to be easily introduced and effectively discharged to the outside.
  • the lead film 400 on the upper surface of the gas discharge guide part 450 may have a thickness (height in the H and Z-axis directions) of 100 ⁇ m to 300 ⁇ m, or 100 ⁇ m to 200 ⁇ m. .
  • the width W of the lead film 400 surrounding the front surface of the gas discharge guide part 450 is 2 mm or more, or 2 mm to 3 mm.
  • the lead film 400 can be prevented from tearing as much as possible while the gas generated inside the battery case 200 is discharged to the outside.
  • the thickness (D) of the gas discharge guide portion 450 may be 50 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • gas inside the battery case 200 may be more easily discharged to the outside.
  • 6 shows various shapes of the gas discharge guide part.
  • the gas discharge induction unit 450 may be formed in a predetermined pattern to discharge gas inside the battery case 200 .
  • the gas discharge induction unit 450 may have a rectangular shape extending along the protruding direction of the electrode lead 300 as shown in FIG. 4 .
  • the gas discharge inducing unit 450 may have various shapes such as a circular shape as shown in FIG. 6 (a), an elliptical shape as shown in FIG.
  • the gas discharge induction unit 450 is formed in the first gas discharge induction unit 450a extending along the protrusion direction of the electrode lead 300 and in the protrusion direction of the electrode lead 300 as shown in (c) of FIG. 6 .
  • a second gas discharge guide part 450b extending in a vertical direction may be included.
  • the first gas discharge guide part 450a and the second gas discharge guide part 450b may be connected to each other.
  • the second gas discharge inducing part 450b is located inside the lead film 400 to the outside of the sealing part 250 based on the sealing part 250 as shown in (c) of FIG. As shown in (d), it may be located on the outside of the lead film 400 to the inside of the sealing part 250 based on the sealing part 250 .
  • the second gas discharge inducing part 450b may be located both outside the lead film 400 and inside the lead film 400 based on the sealing part 250 as shown in (e) of FIG. 6 .
  • the shape of the gas discharge induction unit 450 is not limited to the above description, and may be inserted into the lead film 400 in an appropriate shape.
  • the gas discharge performance of the gas discharge induction unit 450 and durability and airtightness of the lead film 400 may be controlled by adjusting the shape of the gas discharge induction unit 450 inserted into the lead film 400 .
  • the shape of the gas discharge induction unit 450 it is possible to simplify the manufacturing process and reduce costs.
  • only one gas discharge inducing unit 450 may be included in the lead film 400 as shown in FIG. 4 .
  • a plurality of gas discharge induction units 450 may be inserted into the lead film 400 and may be spaced apart from each other.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the two-dot chain line area of FIG. 5 .
  • 8 and 9 are diagrams illustrating a gas discharge path formed between the interface of the lead film of FIG. 7 and the gas discharge induction unit.
  • 10 is a perspective view illustrating a gas discharge path of FIG. 9 .
  • gas movement paths are indicated by dotted line arrows.
  • a gas discharge path may be formed at an interface between the gas discharge induction unit 450 and the lead film 400 . More specifically, as shown in FIG. 7 , portions of the lead film 400 that are not sealed by the first sealing portion 251 may be pressurized by internal gas when the internal pressure of the battery cell 100 increases. A portion of the lead film 400 that is not sealed by the first sealing portion 251 can move in the direction of the thick arrow in FIG. 7 even with a small internal pressure. After that, as shown in FIG. 8 , the interface between the lead film 400 and the gas discharge guide 450 is separated from each other, so that the peeled portion 400A of the lead film 400 may be positioned adjacent to the storage extension portion 210A.
  • the gap between the lead film 400 and the gas discharge induction unit 450 At least some of the interfaces may be spaced apart from each other.
  • the gas discharge path may refer to a space in which at least a part of an interface between the gas discharge induction unit 450 and the lead film 400 is spaced apart from each other due to the pressure of the gas generated in the battery case 200. there is. That is, as shown in the direction of the dotted line arrow in FIG. 9 , the gas discharge path means a path through which gas is introduced into and discharged from the space spaced apart from each other at the interface between the gas discharge induction unit 450 and the lead film 400 .
  • the adhesive force between the gas discharge guide part 450 and the lead film 400 may be smaller than the adhesive force between the lead film 400 and the electrode lead 300 or the adhesive force between the lead film 400 and the sealing part 250. there is. More specifically, when the pressure inside the battery case 200 increases due to the gas generated in the battery cell 100, the adhesive force of the interface between the gas discharge guide part 450 and the lead film 400 is increased by the lead film ( 400) and other components, as shown in FIGS. 8 and 9, at least a part of the interface between the gas discharge induction unit 450 and the lead film 400 has the pressure of the gas generated in the battery cell 100. can be separated from each other by
  • the gas discharge induction unit 450 and the lead film 400 are separated while the gas discharge induction unit 450 and the lead film 400 are separated.
  • the gas inside the battery cell 100 may flow into the gas discharge passage formed at the interface between the lead films 400, and the gas moves along the gas discharge passage and is finally discharged through the lead film 400. It can be. Gas introduced into the gas discharge passage may be discharged toward the outside according to a pressure difference with the outside.
  • a portion of the lead film 400 positioned on the gas discharge induction unit 450 includes a portion that is not sealed by the first sealing unit 251, so that the internal pressure is relatively low. Even in the case, the lead film 400 can be easily peeled off from the gas discharge guide part 450 . That is, the present embodiment has the advantage that the gas discharge path can be easily formed, and thus the gas discharge performance can be further improved.
  • the gas discharge guide part 450 is made of at least one of polyimide (PI) and polyethylene terephthalate (PET). It may be a film layer. As another example, the gas discharge guide part 450 may be a coating layer made of liquid resin.
  • the shape of the gas discharge induction unit 450 or the material constituting the same is not limited thereto, and the adhesive strength of the interface between the gas discharge induction unit 450 and the lead film 400 is not limited to that between the lead film 400 and other components. Any shape or material capable of lowering the adhesive force may be included in this embodiment.
  • the battery cell according to the present embodiment discharges gas at the interface between the gas discharge induction unit 450 and the lead film 400 through a relatively low adhesive force between the gas discharge induction unit 450 and the lead film 400. Since a path can be formed, the gas in the battery cell 100 can be effectively discharged to the outside while the manufacturing process is relatively easy.
  • one end of the gas discharge inducing part 450 may be located inside the inner surface of the sealing part 250 .
  • the inner surface of the sealing part 250 means the end of the sealing part 250 adjacent to the inside of the battery case 200, and is located inside the inner surface of the sealing part 250 means that the seal It means that it is located in the inner direction of the battery case 200 than the inner surface of the part 250.
  • the other end of the gas discharge inducing part 450 may be positioned outside the outer surface of the sealing part 250 .
  • the outer surface of the sealing part 250 means the end of the sealing part 250 adjacent to the outside of the battery case 200, and is located outside the outer surface of the sealing part 250 means that the seal It means that it is located in the outer direction of the battery case 200 than the outer surface of the portion 250.
  • a gap P is provided between the outer surface of the sealing part 250 and the other end of the gas discharge inducing part 450 .
  • the gas flowing into the gas discharge induction unit 450 may be more easily discharged to the outside.
  • the gas flowing into the gas discharge induction unit 450 may be more easily discharged to the outside.
  • the gas generated inside the battery cell 100 is discharged toward the gas discharge induction unit 450, and the gas introduced into the gas discharge induction unit 450 is easily discharged toward the outside as shown in FIG. can
  • external discharge of gas generated inside the battery cell 100 may also be increased.
  • gas generated inside the battery case 200 can be easily discharged to the outside of the gas discharge induction unit 450 while being easily introduced into the gas discharge induction unit 450 .
  • the gas flowing into the gas discharge guide 450 may be particularly easily discharged along the Z-axis direction through the lead film 400 on the gas discharge guide 450 .
  • the gas flowing into the gas discharge induction unit 450 flows between the other end of the gas discharge induction unit 450 and the sealing unit.
  • the portion of the lead film 400 between the outer surfaces of the 250 may be discharged along the Z-axis direction.
  • the thickness H of the lead film 400 on the upper surface of the gas discharge induction unit 450 may be 100 ⁇ m to 300 ⁇ m, based on the protruding direction of the electrode lead 300, the gas discharge induction unit
  • the width W of the lead film 400 surrounding the entire surface of the lead film 450 may be 2 mm or more, or 2 mm to 3 mm.
  • the gas discharge inducing unit 450 may further include a material having a function of absorbing or adsorbing moisture introduced from the outside or hydrofluoric acid generated from the inside.
  • the gas discharge guide 450 may further include a getter material.
  • the getter material may refer to a material capable of vacuum exhausting by using an action in which gas is adsorbed by a chemically activated metal film.
  • the getter material may include at least one of calcium oxide (CaO), lithium chloride (LiCl), silica (SiO 2 ), barium oxide (BaO), barium (Ba), and calcium (Ca).
  • the getter material may have a structure of a metal organic framework (MOF).
  • MOF metal organic framework
  • the getter material is not limited thereto, and may include all types of materials generally classified as getter materials.
  • the gas discharge induction unit 450 further includes a material capable of absorbing or adsorbing moisture or hydrofluoric acid, so that the gas discharge induction unit 450 moves from the outside of the battery cell 100 to the inside of the battery cell 100. It is possible to more easily discharge the gas generated inside the battery cell 100 to the outside while being able to more minimize the infiltration of moisture or hydrofluoric acid.
  • gas permeability of the gas discharge guide part 450 may be 40 barrer or more at 60°C.
  • the carbon dioxide permeability of the gas discharge guide part 450 may satisfy the aforementioned range.
  • the gas discharge induction unit 450 may include at least one of polyolefin-based, fluorine-based, and porous ceramic-based materials that satisfy the aforementioned gas permeability value.
  • the polyolefin-based material may include at least one material selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyvinyldifluoride (PVDF).
  • the fluorine-based material may include at least one material selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride.
  • the gas permeability of the lead film 400 may be 20 to 60 barrer or 30 to 40 barrer at 60°C.
  • the carbon dioxide permeability of the lead film 400 may satisfy the aforementioned range.
  • gas permeability may satisfy the aforementioned range at 60° C. When the gas permeability of the lead film 400 satisfies the aforementioned range, gas generated inside the battery cell may be more effectively discharged.
  • gas permeability can be measured according to ASTM F2476-20.
  • the moisture permeation amount of the lead film 400 may be 0.02 g to 0.2 g, or 0.02 g to 0.04 g, or 0.06 g or 0.15 g at 25° C. and 50% RH for 10 years.
  • the moisture permeation amount of the lead film 400 satisfies the above-described range, it may be more effective to prevent moisture from permeating the lead film 400 .
  • the lead film 400 may have a gas permeability of 20 to 60 barrer at 60 °C and a water permeability of 0.02 g to 0.2 g at 25 °C and 50% RH for 10 years.
  • gas permeability and moisture permeability of the lead film 400 satisfy the aforementioned ranges, it may be more effective to prevent moisture penetration from the outside while discharging gas generated inside the battery cell 100 .
  • the moisture permeation amount of the lead film 400 may be measured by adopting the ASTM F 1249 method. At this time, it can be measured using equipment officially certified by MCOON.
  • the lead film 400 may be made of an adhesive composition made of at least one of a polyolefin-based material, epoxy, and polyvinyl chloride (PVC).
  • the polyolefin-based material may be polyethylene (PE) or polypropylene (PP).
  • the lead film 400 may be made of polyethylene, polypropylene, or the like that satisfies the aforementioned gas permeability and/or moisture permeability values.
  • the lead film 400 is made of the above-described material, airtightness of the battery cell 100 can be maintained, and leakage of the internal electrolyte solution can also be prevented.
  • the battery cell according to the present embodiment can be described in the same way as the battery cell 100 described above, and the battery cell 100 and the gas discharge induction unit 450 inserted into the lead film 400 It focuses on the parts where there are differences.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the A-A′ axis of FIG. 3 in a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the gas discharge induction unit 450' may be positioned on the electrode lead 300'. More specifically, a separate lead film 400' may not be positioned between the gas discharge inducing unit 450' and the electrode lead 300'. That is, the gas discharge guide 450' may be inserted into one side of the lead film 400' adjacent to the electrode lead 300' and positioned adjacent to the electrode lead 300'.
  • the present embodiment may have a structure in which the lead film 400' covers the outer surface of the gas discharge induction unit 450' after the gas discharge induction unit 450' is attached or fixed on the electrode lead 300'.
  • the thickness of the lead film 400' surrounding the gas discharge induction unit 450' may also be relatively reduced, resulting in manufacturing cost. While this is reduced, there is an advantage in that the manufacturing process is easy.
  • an adhesive layer 470' may be formed between the gas discharge guide part 450' and the electrode lead 300'.
  • the adhesive layer 470' may extend along an interface between the gas discharge induction unit 450' and the electrode lead 300'.
  • the adhesive layer 470' may be formed on all or part of the interface between the gas discharge induction unit 450' and the electrode lead 300'.
  • the adhesive layer 470' may be formed of an adhesive tape or an adhesive binder. However, it is not limited thereto, and any material having adhesive performance capable of fixing the gas discharge guide 450' and the electrode lead 300' to each other may be applied without limitation.
  • the gas discharge guide 450' can be stably fixed to the electrode lead 300' by the adhesive layer 470'. That is, an adhesive layer 470' having a relatively high adhesive strength is formed between the gas discharge induction unit 450' and the electrode lead 300', so that peeling due to an increase in internal pressure of the battery cell 100 can be prevented. , The sealing strength of the battery cell 100 can also be further improved.
  • FIG. 12 is an enlarged view of the dotted-dashed line region of FIG. 11 .
  • 13 and 14 are diagrams illustrating a gas discharge path formed between the interface of the lead film of FIG. 12 and the gas discharge induction unit. In FIGS. 13 and 14 , gas movement paths are indicated by dotted line arrows.
  • a gas discharge path may be formed at an interface between the gas discharge induction unit 450' and the lead film 400'.
  • the gas discharge induction unit 450' is located adjacent to the electrode lead 300', and the adhesive layer is between the gas discharge induction unit 450' and the electrode lead 300'. 470' is formed, a gas discharge path may not be formed at the interface between the gas discharge induction unit 450' and the electrode lead 300'.
  • the adhesive force between the gas discharge induction part 450' and the lead film 400' is the adhesive force between the adhesive layer 470' and the gas discharge induction part 450' and/or the adhesive layer 470'. ) and the electrode lead 300'.
  • the adhesive strength of the interface between the gas discharge induction unit 450' and the lead film 400' is different from that of the lead film 400'. Since the adhesive force between elements is relatively small, the portion of the lead film 400 that is not sealed by the first sealing portion 251 can move in the direction of the thick arrow in FIG. 12 even with a small internal pressure. Therefore, as shown in FIG. 13 , at least some of the interfaces between the gas discharge guide 450' and the lead film 400' may be spaced apart from each other due to internal pressure of the battery cell 100.
  • the adhesive strength of the interface between the gas discharge induction unit 450' and the lead film 400' is the adhesive strength between the gas discharge induction unit 450' and/or the adhesive layer 470' and the electrode lead ( 300'), it is possible to prevent the interface between the gas discharge guide part 450' and the electrode lead 400' from being peeled off when the internal pressure of the battery cell 100 increases.
  • the battery cell ( 100) can increase the sealing strength.
  • the vent pressure when the gas generated in the battery cell 100 is discharged to the outside can be higher, and safety can be further improved.
  • the present embodiment together with the peeling portion 400A' of the lead film 400, the adhesive force between the gas discharge inducing portion 450' and/or the adhesive layer 470' and the electrode lead 300' Due to the high adhesion, the interface between the lead film 400' and the gas discharge guide 450' may be more easily separated even at a relatively low internal pressure. That is, the present embodiment has an advantage in that the gas discharge path can be formed more easily, and thus the gas discharge performance can be further improved.
  • the battery cell according to the comparative example of the present invention will be mainly described. In the case of a comparative example, it will be described in comparison with the embodiment according to FIGS. 3 to 10, but the embodiment according to FIGS. 11 to 14 can be compared and described in the same way.
  • FIG. 15 is an enlarged view of a dotted-dashed line region of FIG. 1 according to a comparative example.
  • 16 is a cross-sectional view taken along the a-a′ axis of FIG. 1 according to a comparative example.
  • FIG. 17 is an enlarged view of the dotted-dotted line area of FIG. 16 .
  • FIG. 15 to 17 it relates to a battery cell 10 according to a comparative example, except for a configuration in which a gas discharge induction unit 45 is included in the comparative example, as in the present embodiment, FIG. 1 and FIG. It can be described in the same way as the battery cell 10 of 2.
  • the gas discharge induction unit 45 will be mainly described.
  • a sealing portion 25 is formed on the lead film 40 where the gas discharge induction portion 45 is located, and FIGS. 3 to 10 Otherwise, regardless of the location of the sealing portion 25, the sealing portion 25 has a constant width. Accordingly, all of the lead films 40 positioned on the gas discharge guide part 45 may be sealed by the sealing part 25 .
  • the lead film 40 positioned on the gas discharge induction unit 45 is all sealed by the sealing unit 25, so that the relative At a low internal pressure, it may be difficult for the interface between the lead film 40 and the gas discharge guide 45 to be separated by the gas inside the battery cell 10 . That is, in the case of the battery cell 10 according to the comparative example, in order to form a gas discharge path between the interface between the lead film 40 and the gas discharge induction unit 45, a relatively high internal pressure may be required. Gas discharge performance and safety of the battery cell 10 may be deteriorated.
  • the width D1 of the first sealing portion 251 positioned on the gas discharge inducing portion 450 is the second sealing portion.
  • a portion of the lead film 400 positioned on the gas discharge guide portion 450 that is smaller than the width D2 of the portion 255 and not sealed by the first sealing portion 251 is included. That is, unlike the comparative example, in this embodiment, the portion of the lead film 400 that is not sealed by the first sealing portion 251 is in direct contact with the gas in the battery cell 100, so that the lead film ( 400) can be easily separated from the gas discharge guide part 450. That is, the present embodiment has an advantage in that the gas discharge path can be formed more easily, and thus the gas discharge performance can be further improved.
  • a battery module according to another embodiment of the present invention includes the battery cell described above. Meanwhile, one or more of the battery modules according to the present embodiment may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the battery module described above and the battery pack including the battery module may be applied to various devices. Such devices may be applied to means of transportation such as electric bicycles, electric vehicles, hybrid vehicles, etc., but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices capable of using a battery module and a battery pack including the same, which is also applicable to the present invention. Belongs to the scope of the right of invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 전극조립체가 수납부에 장착되고, 외주변이 밀봉되어 있는 구조의 실링부를 포함하는 전지케이스; 상기 전극조립체에 포함된 전극탭과 전기적으로 연결되고, 상기 실링부를 경유하여 상기 전지케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드; 및 상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름을 포함하고, 상기 리드 필름에 가스 배출 유도부가 삽입되어 있고, 상기 실링부는 상기 가스 배출 유도부 상에 위치하는 제1 실링부와 상기 제1 실링부의 양측에 위치하는 제2 실링부를 포함하고, 상기 전극 리드의 돌출 방향을 기준으로, 상기 제1 실링부의 폭은 상기 제2 실링부의 폭보다 작을 수 있다.

Description

전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
본 발명은 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가스 배출 성능이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다. 본 출원은 2021년 7월 6일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0088728호 및 2022년 7월 4일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2022-0081996호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
이러한 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 여기서, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중에서도, 특히 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조 비용, 작은 중량, 용이한 변형 형태 등을 이유로 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1은 종래의 전지셀의 상면도이다. 도 2는 도 1에서 a-a' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지셀(10)은 전극조립체(11)가 수납부(21)에 장착되고, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부(25)를 포함하는 전지케이스(20)를 포함한다. 또한, 전지셀(10)은 전극조립체(11)에 포함된 전극탭(15)과 전기적으로 연결되고, 실링부(25)를 경유하여 전지케이스(20)의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드(30)를 포함하며, 전극 리드(30)의 상하부와 실링부(25) 사이에는 리드 필름(40)이 위치한다.
그러나, 최근 전지셀의 에너지 밀도가 증가함에 따라, 전지셀 내부에서 발생하는 가스량 또한 증가되는 문제가 있다. 종래의 전지셀(10)의 경우, 전지셀 내부에서 발생된 가스가 배출될 수 있는 부품이 포함되어 있지 않아, 장기 보관시 가스 발생으로 인해 전지케이스(20)가 터지는 벤팅 현상이 발생될 수 있다. 이와 더불어, 벤팅 현상에 의해 손상된 전지셀은 수분이 내부로 침투할 수 있어, 부반응이 발생될 수 있고, 전지 성능 저하 및 추가적인 가스 발생 또한 초래되는 문제가 있다. 이에 따라, 전지셀 내부에서 발생된 가스의 외부 배출량이 향상된 전지셀을 개발할 필요성이 높아지고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 가스 배출 성능이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 전극조립체가 수납부에 장착되고, 외주변이 밀봉되어 있는 구조의 실링부를 포함하는 전지케이스; 상기 전극조립체에 포함된 전극탭과 전기적으로 연결되고, 상기 실링부를 경유하여 상기 전지케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드; 및 상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름을 포함하고, 상기 리드 필름에 가스 배출 유도부가 삽입되어 있고, 상기 실링부는 상기 가스 배출 유도부 상에 위치하는 제1 실링부와 상기 제1 실링부의 양측에 위치하는 제2 실링부를 포함하고, 상기 전극 리드의 돌출 방향을 기준으로, 상기 제1 실링부의 폭은 상기 제2 실링부의 폭보다 작을 수 있다.
상기 전극 리드의 돌출 방향에 수직인 방향을 기준으로, 상기 제1 실링부의 길이는 상기 가스 배출 유도부의 길이보다 클 수 있다.
상기 가스 배출 유도부는 상기 제1 실링부의 중심에 위치할 수 있다.
상기 제1 실링부는 상기 제2 실링부를 기준으로 만입되어 있는 패턴을 가질 수 있다.
상기 제1 실링부는 상기 실링부의 내측을 기준으로 외측 방향을 향해 만입되어 있는 패턴을 가질 수 있다.
상기 제1 실링부와 상기 수납부 사이에 수납 연장부가 위치할 수 있다.
상기 전지케이스 외측을 기준으로, 상기 수납 연장부의 단부는 상기 수납부의 단부보다 외측에 위치할 수 있다.
상기 가스 배출 유도부는 상기 전극 리드의 돌출 방향을 따라 연장되어 있고, 상기 전지케이스의 외측에 인접한 상기 가스 배출 유도부의 단부는 상기 리드 필름으로 감싸져 있을 수 있다.
상기 전지케이스의 내측에 인접한 상기 가스 배출 유도부의 단부는 상기 전지케이스 내부에 노출되어 있을 수 있다.
상기 가스 배출 유도부와 상기 리드 필름 사이의 계면에 가스 배출 경로가 형성될 수 있다.
상기 가스 배출 유도부와 상기 리드 필름 사이의 접착력은 상기 리드 필름과 전극 리드 사이의 접착력 또는 상기 리드 필름과 상기 실링부 사이의 접착력보다 작을 수 있다.
상기 가스 배출 유도부는 폴리이미드 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 적어도 하나로 이루어진 필름층일 수 있다.
상기 가스 배출 유도부는 액상 레진으로 이루어진 코팅층일 수 있다.
상기 가스 배출 유도부는 산화칼슘(CaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 산화 바륨(BaO), 바륨(Ba), 및 칼슘(Ca) 중 적어도 하나를 포함하는 게터(getter) 소재를 더 포함할 수 있다.
상기 가스 배출 유도부는 상기 전극 리드 상에 위치하고, 상기 가스 배출 유도부와 상기 전극 리드 사이에 접착층이 형성되어 있을 수 있다.
상기 가스 배출 유도부와 상기 리드 필름 사이의 접착력은 상기 접착층과 상기 가스 배출 유도부 사이의 접착력 및 상기 접착층과 상기 전극 리드 사이의 접착력보다 작을 수 있다.
상기 접착층은 접착성 테이프 또는 접착성 바인더로 이루어질 수 있다.
상기 리드 필름의 가스 투과도(permeability)는 60℃에서 20 내지 60 barrer일 수 있다.
상기 리드 필름의 수분 침투량은 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 g 내지 0.2 g일 수 있다.
상기 가스 배출 유도부의 가스 투과도는 60℃에서 40 barrer 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 전지셀을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 가스 배출 유도부 상에 위치한 실링부의 길이가 상대적으로 작은 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하여, 가스 배출 성능이 향상될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 가스 배출 유도부와 리드 필름 사이의 계면에 가스 배출 경로를 형성할 수 있어, 상대적으로 제조 공정이 용이하면서도 전지셀 내 가스가 효과적으로 외부를 향해 배출될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 실링부는 제1 실링부와 제2 실링부를 포함하고, 제1 실링부와 제2 실링부의 폭을 다르게 함으로써 리드 필름과 실링부 사이의 실링 강도를 낮아지게 하여, 내압 상승 시 리드 필름이 내부 압력에 의해 가스 배출 유도부로부터 쉽게 박리될 수 있고, 가스 배출 유도부와 리드 필름 사이에 가스 배출 경로가 용이하게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 리드 필름 상에는 제1 실링부에 의해 실링되지 않는 부분이 형성될 수 있어, 해당 부분은 내압 상승 시 내부 기체와 직접 접할 수 있다. 따라서, 리드 필름이 내부 압력에 의해 가스 배출 유도부로부터 보다 용이하게 박리될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 가스 배출 유도부의 형상을 조절하여, 가스 배출 유도부의 가스 배출 성능 및 리드 필름의 내구성 및 기밀성을 제어할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 가스 배출 유도부의 형상을 달리하여, 제조 공정을 간이하게 하고, 비용적으로 절감할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 리드 필름의 가스 투과도 및 수분 침투량을 소정 범위로 함으로써, 전지셀의 내부에서 발생하는 가스를 배출하면서 외부로부터의 수분 침투를 방지하기에 더욱 효과적일 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지셀의 상면도이다.
도 2는 도 1에서 a-a’ 축을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 상면도이다.
도 4(a)는 도 3의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 4(b)는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도 3의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4(a)의 전지셀에서 도 3의 A-A' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 가스 배출 유도부의 다양한 형상을 도시한다.
도 7은 도 5의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 7의 리드 필름과 가스 배출 유도부의 계면 사이에 형성된 가스 배출 경로를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 가스 배출 경로를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀에서, 도 3의 A-A' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 도 11의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 13 및 도 14는 도 12의 리드 필름과 가스 배출 유도부의 계면 사이에 형성된 가스 배출 경로를 나타낸 도면이다.
도 15는 비교예에 따른 도 1의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 16은 비교예에 따른 도 1의 a-a'축을 따라 자른 단면도이다.
도 17은 도 16의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전지셀에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전지셀의 일 단부를 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 전지셀의 반대 단부인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 상면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀(100)은, 전극조립체(110)가 수납부(210)에 장착되고, 외주변이 밀봉되어 있는 구조의 실링부(250)를 포함하는 전지케이스(200); 전극조립체(110)에 포함된 전극탭(150)과 전기적으로 연결되고, 실링부(250)를 경유하여 전지케이스(200)의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드(300); 및 전극 리드(300)의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 실링부(250)에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름(400)을 포함한다. 예를 들어, 전지셀(100)은 X축을 따르는 방향에 장변을 가지고 Y축을 따르는 방향에 단변을 가지며 Z축 방향으로는 X축이나 Y축 길이에 비해 작은 두께를 가짐으로써, 대략 직사각형 판상형 셀일 수 있다. 전지셀(100)의 단변측에 전극 리드(300)가 형성되어 있을 수 있다. 이러한 전지셀(100)은 Z축 방향으로 집적하여 여러 개의 전지셀(100)을 면대면 적층하여 에너지 밀도를 높이기에 효율적인 구조이다.
전지케이스(200)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다. 보다 구체적으로, 전지케이스(200)는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 및 밀봉을 위한 내측 수지층으로 구성될 수 있다.
전극조립체(110)는 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 또는 복합형(스택/폴딩형)의 구조로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 전극조립체(110)는 양극, 음극, 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어질 수 있다.
전극 리드(300)는 전극조립체(110)에 포함된 전극탭(150)과 전기적으로 연결되고, 실링부(250)를 경유하여 전지케이스(200)의 외측 방향으로 돌출되어 있다. 또한, 리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 실링부(250)에 대응되는 부분에 위치한다. 이에 따라, 리드 필름(400)은 실링부(250)와 함께 열 융착 또는 프레스 융착 시 전극 리드(300)에서 쇼트가 발생하는 것을 방지하면서도, 실링부(250)와 전극 리드(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 리드 필름(400)은 전극 리드(300) 보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 여기서, 리드 필름(400)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향(X축 방향)과 직교하는 방향(Y축 방향)에서 리드 필름(400)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미하고, 전극 리드(300)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서 전극 리드(300)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다.
리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로 실링부(250)의 길이보다 큰 길이를 가지고, 전극 리드(300)의 길이보다 작은 길이를 가질 수 있다. 여기서, 리드 필름(400)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향에서의 리드 필름(400)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 실링부(250)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향에서의 실링부(250)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 전극 리드(300)의 길이란, 전극 리드(300)의 돌출 방향에서의 전극 리드(300)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 이에 따라, 리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 전기적 연결을 방해하지 않으면서도, 전극 리드(300)의 측면이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다.
도 4(a)는 도 3의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 4(b)는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도 3의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 리드 필름(400)에 가스 배출 유도부(450)가 삽입되어 있고, 실링부(250)는 가스 배출 유도부(450) 상에 위치하는 제1 실링부(251)와 제1 실링부(251)의 양측에 위치하는 제2 실링부(255)를 포함한다. 다르게 말하면, 제2 실링부(255)는 가스 배출 유도부(450)가 위치하지 않은 부분에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 실링부(251)와 상기 제2 실링부(255)는 서로 일체화되어 있을 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로, 제1 실링부(251)의 폭(D1)은 제2 실링부(255)의 폭(D2)보다 작을 수 있다. 여기서, 제1 실링부(251)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향에서의 제1 실링부(251)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 제2 실링부(255)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향에서의 제2 실링부(255)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 보다 구체적으로, 제1 실링부(251)에서 리드 필름(400)과 접하는 면의 폭(D1)은 제2 실링부(255)에서 리드 필름(400)과 접하는 면의 폭(D2)보다 작을 수 있다. 즉, 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로, 리드 필름(400)에서 가스 배출 유도부(450)가 위치한 부분 중 적어도 일부는 제1 실링부(251)에 의해 커버되지 않을 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 전극 리드(300)의 돌출 방향에 수직인 방향을 기준으로, 제1 실링부(251)의 길이(L1)는 가스 배출 유도부(450)의 길이(L2)보다 클 수 있다. 여기서, 제1 실링부(251)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서의 제1 실링부(251)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 제2 실링부(255)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서의 제2 실링부(255)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다. 다르게 말하면, 전극 리드(300)의 돌출 방향에 수직인 방향을 기준으로, 리드 필름(400)에서 가스 배출 유도부(450)가 위치한 부분 중 적어도 일부는 제1 실링부(251)에 의해 커버되지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 가스 배출 유도부(450)는 제1 실링부(251)의 중심에 위치할 수 있다. 다만, 가스 배출 유도부(450)의 위치는 이에 한정되지 아니하고, 제1 실링부(251) 내에 위치하는 것이라면 본 실시예에 포함된다.
여기서, 제1 실링부(251)의 길이는 전지셀(100)의 밀봉성을 유지하면서도, 후술되는 가스 배출 경로의 가스 배출 정도에 따라 조절될 수 있다.
이상의 구성에 의해, 본 실시예에 따른 전지셀(100)은, 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로, 가스 배출 유도부(450) 상에 위치하는 제1 실링부(251)의 폭(D1)이 상대적으로 작게 형성되어 있어, 가스 배출 유도부(450) 상에 위치하는 리드 필름(400) 중 적어도 일부는 제1 실링부(251)에 의해 실링되어 있지 않을 수 있다. 다르게 말하면, 리드 필름(400)에서 제1 실링부(251)에 의해 실링되지 않은 부분이 노출되어 있을 수 있다.
즉, 리드 필름(400)에서 제1 실링부(251)에 의해 실링되지 않은 부분은 실링부(250)의 실링 강도가 낮아지게 하여, 내압 상승 시 리드 필름(400)이 내부 압력에 의해 가스 배출 유도부(450)로부터 쉽게 박리될 수 있고, 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이에 가스 배출 경로가 용이하게 형성될 수 있다.
또한, 도 4와 같이, 실링부(250)에서 제1 실링부(251)는 제2 실링부(255)를 기준으로 만입되어 있는 패턴을 가질 수 있다. 일 예로, 도 3 및 도 4(a)와 같이, 실링부(250)에서, 제1 실링부(251)는 실링부(250)의 내측을 기준으로 외측 방향을 향해 만입되어 있는 패턴을 가질 수 있다. 다른 일 예로, 도 4(b)와 같이, 도 3 및 도 4(a)에 형성된 제1 실링부(251)와는 반대 방향으로서, 제1 실링부(251)는 실링부(250)의 외측을 기준으로 내측 방향을 향해 만입되어 있는 패턴을 가질 수 있다. 이 경우, 실링부(250)는 제1 실링부(251)에 만입부(250A)를 포함할 수 있다. 또한, 다른 일 예로, 도 4(a) 및 (b)와 같이, 실링부(250)에서 제1 실링부는 실링부(250)의 내측을 기준으로 외측 방향을 향해 만입되어 있는 패턴 및 실링부(250)의 외측을 기준으로 내측 방향을 향해 만입되어 있는 패턴을 모두 가질 수 있다.
이에 따라, 상술한 바와 같이, 실링부(250)는 제2 실링부(255)와 달리 제2 실링부(251)에 만입되어 있는 패턴이 형성되어 있어, 리드 필름(400) 상에 제1 실링부(251)에 의해 실링되지 않는 부분이 형성될 수 있다. 즉, 리드 필름(400)과 실링부(250) 사이의 실링 강도를 낮아지게 하여, 내압 상승 시 리드 필름(400)이 내부 압력에 의해 가스 배출 유도부(450)로부터 쉽게 박리될 수 있고, 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이에 가스 배출 경로가 용이하게 형성될 수 있다.
보다 바람직하게는, 실링부(250)는 도 4(a)와 같은 제1 실링부(251)의 패턴을 가질 수 있어, 리드 필름(400)에서 제1 실링부(251)에 의해 실링되지 않은 부분은 내압 상승 시 내부 기체와 직접 접할 수 있다. 즉, 리드 필름(400)이 내부 압력에 의해 가스 배출 유도부(450)로부터 보다 용이하게 박리될 수 있다.
다만, 실링부(250)의 패턴은 이에 한정되는 것은 아니며, 실링부(250) 중 일부가 실링되지 않는 부분이 형성되어 있어, 가스 배출 유도부(450) 상에 위치하는 리드 필름(400) 중 일부가 노출되어 있게 하는 패턴이라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
이하에서는 도 4(a)의 전지셀을 기준으로 설명한다. 도 5는 도 4(a)의 전지셀에서 도 3의 A-A' 축을 따라 자른 단면도이다.
또한, 도 3, 도 4(a), 및 도 5를 참조하면, 전지케이스(200)는 수납 연장부(210A)를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 전지케이스(200)에서, 수납 연장부(210A)는 제1 실링부(251)와 수납부(210) 사이에 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 수납 연장부(210A)는 수납부(210)를 기준으로 전극 리드(300)가 돌출되어 있는 방향으로 연장되어, 제1 실링부(251)의 단부와 연결되어 있는 영역일 수 있다.
또한, 전지케이스(200)에서, 전지케이스(200)의 외측을 기준으로, 수납 연장부(210A)의 단부는 수납부(210)의 단부보다 외측에 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 전지케이스(200)의 내측을 기준으로, 수납부(210)의 단부는 제2 실링부(255)의 단부와 연결되어 있고, 수납연장부(210A)의 단부는 제1 실링부(251)의 단부와 연결되어 있다. 이 경우, 전지케이스(200) 내측을 기준으로, 제1 실링부(251)의 단부가 제2 실링부(255)의 단부보다 외측에 위치함에 따라, 수납 연장부(210A)의 단부는 수납부(210)의 단부보다 외측에 위치할 수 있다. 이 때, 리드 필름(400)을 기준으로, 수납 연장부(210A)가 기울어진 각도는 수납부(210)가 기울어진 각도보다 작을 수 있다.
이상의 구성에 의해, 본 실시예에 따른 전지셀(100)은, 수납부(210)의 측면 길이보다 상대적으로 긴 길이의 수납 연장부(210A)를 포함하여, 리드 필름(400)과 수납 연장부(210A) 사이의 공간에서 리드 필름(400)이 내부 압력에 의해 가스 배출 유도부(450)로부터 박리될 수 있고, 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이에 가스 배출 경로가 용이하게 형성될 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5를 참조하면, 가스 배출 유도부(450)는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 가스 배출 유도부(450)에서, 전지케이스(200)의 외측에 인접한 가스 배출 유도부(450)의 단부는 리드 필름(400)으로 감싸져 있을 수 있다. 다르게 말하면, 전지케이스(200)의 외측에 인접한 가스 배출 유도부(450)의 단부는 전지케이스(200) 외부로 노출되어 있지 않을 수 있다.
또한, 전지케이스(200)의 내측에 인접한 가스 배출 유도부(450)의 단부는 전지케이스(200) 내부에 노출되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 전지케이스(200)의 내측에 인접한 가스 배출 유도부(450)의 단부는 리드 필름(400)의 단부와 동일한 수직선 상에 위치하거나, 리드 필름(400)의 단부에 비해 전지케이스(200) 내측에 위치할 수 있다.
이에 따라, 리드 필름(400)에서, 전지케이스(200)의 외측에 인접한 가스 배출 유도부(450)의 일 단부는 전지케이스(200)의 외측에 노출되어 있지 않아, 리드 필름(400)과 실링부(250)에 의한 전지케이스(200)의 밀봉력이 향상될 수 있다. 이와 더불어, 리드 필름(400)에서, 전지케이스(200)의 내측에 인접한 가스 배출 유도부(450)의 단부가 전지케이스(200) 내측에 노출되어 있어, 가스 배출 유도부(450)에 의해 형성된 가스 배출 경로는 전지셀(100) 내에서 발생된 가스가 용이하게 유입되고, 외부를 향해 효과적으로 배출될 수 있다.
도 5를 더 참조하면, 가스 배출 유도부(450)의 상면에 있는 리드 필름(400)의 두께(H, Z축 방향으로의 높이)는 100 ㎛ 내지 300 ㎛, 또는 100 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다. 리드 필름(400)의 두께(H)가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지케이스(200) 내부의 가스가 외부로 배출되기 더욱 용이할 수 있다.
또한 도 5를 참조하면, 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로, 가스 배출 유도부(450)의 전면을 감싸는 리드 필름(400)의 폭(W)은 2 mm 이상, 또는 2 mm 내지 3 mm일 수 있다. 리드 필름(400)의 폭(W)이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지케이스(200) 내부에서 발생한 가스가 외부로 배출되는 과정에서 리드 필름(400)이 되도록이면 찢어지지 않도록 할 수 있다.
또한, 상기 가스 배출 유도부(450)의 두께(D)는 50 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다. 상기 가스 배출 유도부(450)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지케이스(200) 내부의 가스가 외부로 배출되기 더욱 용이할 수 있다. 도 6은 가스 배출 유도부의 다양한 형상을 도시한다. 가스 배출 유도부(450)는 전지케이스(200) 내부의 가스를 배출하기 위하여 소정 패턴으로 형성될 수 있다.
일 예로, 가스 배출 유도부(450)는 도 4와 같이, 전극 리드(300)의 돌출 방향을 따라 연장되어 있는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 가스 배출 유도부(450)는 도 6의 (a)와 같이 원형, 도 6의 (b)와 같이 타원형, 그밖에 선형, 곡선형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다.
다른 일 예로, 가스 배출 유도부(450)는 도 6의 (c)와 같이 전극 리드(300)의 돌출 방향을 따라 연장되어 있는 제1 가스 배출 유도부(450a)와 전극 리드(300)의 돌출 방향에 수직인 방향으로 연장되어 있는 제2 가스 배출 유도부(450b)를 포함할 수 있다. 특히, 상기 제1 가스 배출 유도부(450a)와 상기 제2 가스 배출 유도부(450b)는 서로 연결되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 제2 가스 배출 유도부(450b)는 도 6의 (c)와 같이 실링부(250)를 기준으로 실링부(250)의 외측으로 리드 필름(400)의 내측에 위치하거나, 도 6의 (d)와 같이 실링부(250)를 기준으로 실링부(250)의 내측으로 리드 필름(400)의 외측에 위치할 수 있다. 또는, 상기 제2 가스 배출 유도부(450b)는 도 6의 (e)와 같이 실링부(250)를 기준으로 리드 필름(400)의 외측과 리드 필름(400)의 내측에 모두 위치할 수 있다. 다만, 가스 배출 유도부(450)의 형상은 상술한 내용에 한정되지 않으며, 리드 필름(400)에 적절한 형상으로 삽입되어 있을 수 있다.
이에 따라, 리드 필름(400)에 삽입되어 있는 가스 배출 유도부(450)의 형상을 조절하여, 가스 배출 유도부(450)의 가스 배출 성능 및 리드 필름(400)의 내구성 및 기밀성을 제어할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 가스 배출 유도부(450)의 형상을 달리하여, 제조 공정을 간이하게 하고, 비용적으로 절감할 수 있다.
일 예로, 가스 배출 유도부(450)는 도 4와 같이 리드 필름(400)에 하나만 포함되어 있을 수 있다. 다른 일 예로, 가스 배출 유도부(450)는 리드 필름(400) 내에 복수 개 삽입되어 있고, 서로 이격되어 위치할 수도 있다.
이에 따라, 리드 필름(400)에 삽입되어 있는 가스 배출 유도부(450)의 개수를 조절하여, 가스 배출 유도부(450)의 가스 배출 성능 및 리드 필름(400)의 내구성 및 기밀성을 제어할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 가스 배출 유도부(450)의 개수를 최소화하여, 제조 공정을 간이하게 하고, 비용적으로 절감할 수 있다. 도 7은 도 5의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 8 및 도 9는 도 7의 리드 필름과 가스 배출 유도부의 계면 사이에 형성된 가스 배출 경로를 나타낸 도면이다. 도 10은 도 9의 가스 배출 경로를 나타내는 사시도이다. 도 8 및 도 10에서 가스의 이동 경로는 점선 화살표로 나타내었다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 실시예에서, 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 계면에 가스 배출 경로가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 7과 같이, 리드 필름(400)에서 제1 실링부(251)에 의해 실링되지 않은 부분은 전지셀(100) 내압 상승 시 내부 기체에 의해 가압될 수 있다. 리드 필름(400)에서 제1 실링부(251)에 의해 실링되지 않은 부분은 작은 내압으로도 도 7의 굵은 화살표 방향으로 이동할 수 있게 된다. 이후 도 8과 같이, 리드 필름(400)과 가스 배출 유도부(450)의 계면이 서로 박리되어, 리드 필름(400)의 박리 부분(400A)은 수납 연장부(210A)와 인접하게 위치할 수 있다
이후, 리드 필름(400)의 박리 부분(400A)과 가스 배출 유도부(450)의 계면에 추가적으로 압력이 가해짐에 따라, 도 9와 같이, 리드 필름(400)과 가스 배출 유도부(450) 사이의 계면 중 적어도 일부가 서로 이격되게 될 수 있다. 이와 같이, 상기 가스 배출 경로는, 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 계면 중 적어도 일부가 전지케이스(200)에서 발생된 가스의 압력에 의해 서로 이격되어 있는 공간을 의미할 수 있다. 즉, 도 9의 점선 화살표 방향과 같이, 상기 가스 배출 경로는 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 계면에서 서로 이격되어 있는 공간으로 가스가 유입 및 외부로 배출되는 경로를 의미할 수 있다.
여기서, 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 접착력은 리드 필름(400)과 전극 리드(300) 사이의 접착력 또는 리드 필름(400)과 실링부(250) 사이의 접착력보다 작을 수 있다. 보다 구체적으로, 전지셀(100) 내에서 발생된 가스에 의해 전지케이스(200) 내부의 압력이 상승하는 경우, 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 계면의 접착력은 리드 필름(400)과 다른 구성 요소 사이의 접착력보다 상대적으로 낮아, 도 8 및 9와 같이 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 계면 중 적어도 일부는 전지셀(100)에서 발생된 가스의 압력에 의해 서로 이격될 수 있다.
즉, 본 실시예는 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 상대적으로 낮은 접착력으로 인해, 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이가 박리되면서 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 계면에 형성된 상기 가스 배출 통로에 전지셀(100) 내부의 가스가 유입될 수 있고, 이러한 가스 배출 통로를 따라 가스가 이동하여 최종적으로는 리드 필름(400)을 거쳐 배출될 수 있다. 상기 가스 배출 통로에 유입된 가스는 외부와의 압력 차이에 따라 외부를 향해 배출될 수 있다.
이와 더불어, 본 실시예는 도 10과 같이, 가스 배출 유도부(450) 상에 위치하는 리드 필름(400)에서 제1 실링부(251)에 의해 실링되지 않은 부분이 포함되어 있어, 상대적으로 낮은 내압에서도 리드 필름(400)은 가스 배출 유도부(450)로부터 용이하게 박리될 수 있다. 즉, 본 실시예는 상기 가스 배출 경로 또한 용이하게 형성될 수 있어, 가스 배출 성능 또한 보다 향상될 수 있는 이점이 있다.
다만, 상기 가스 배출 경로는 도 9와 같이 가스 배출 유도부(450)의 상면과 리드 필름(400) 사이의 계면 중 적어도 일부가 이격되어 있는 경우 뿐 아니라, 가스 배출 유도부(450)의 하면과 리드 필름(400) 사이의 계면 중 적어도 일부도 함께 이격되어 있는 경우도 본 실시예에 포함될 수 있다.일 예로, 가스 배출 유도부(450)는 폴리이미드(PI) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 적어도 하나로 이루어진 필름층일 수 있다. 다른 일 예로, 가스 배출 유도부(450)는 액상 레진으로 이루어진 코팅층일 수 있다. 다만, 가스 배출 유도부(450)의 형태 혹은 이를 구성하는 물질은 이에 한정된 것은 아니며, 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 계면의 접착력이 리드 필름(400)과 다른 구성 요소 사이의 접착력보다 상대적으로 낮게 할 수 있는 형태 혹은 물질이라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지셀은, 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 상대적으로 낮은 접착력을 통해 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 계면에 가스 배출 경로를 형성할 수 있어, 상대적으로 제조 공정이 용이하면서도 전지셀(100) 내 가스가 효과적으로 외부를 향해 배출될 수 있다.
또한 도 4와 도 5를 다시 참조하면, 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로, 가스 배출 유도부(450)의 일단부는 실링부(250)의 내측면보다 내측에 위치할 수 있다. 본 명세서에서, 상기 실링부(250)의 내측면이란, 전지케이스(200)의 내부와 인접한 실링부(250)의 단부를 의미하고, 실링부(250)의 내측면보다 내측에 위치한다는 것은 실링부(250)의 내측면보다 전지케이스(200) 내부 방향에 위치한다는 것을 의미한다. 가스 배출 유도부(450)의 일단부가 실링부(250)의 내측면보다 내측에 위치하는 경우, 실링부(250)에 의해 간섭받지 않아, 가스 배출 유도부(450)에 가스가 유입되기 보다 용이할 수 있다.
또한, 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로, 가스 배출 유도부(450)의 타단부는 실링부(250)의 외측면보다 외측에 위치할 수 있다. 본 명세서에서, 상기 실링부(250)의 외측면이란, 전지케이스(200)의 외부와 인접한 실링부(250)의 단부를 의미하고, 실링부(250)의 외측면보다 외측에 위치한다는 것은 실링부(250)의 외측면보다 전지케이스(200) 외부 방향에 위치한다는 것을 의미한다. 예를 들면, 실링부(250)의 외측면과 가스 배출 유도부(450)의 타단부 사이에 간격(P)을 두는 것이다. 이와 같이 가스 배출 유도부(450)의 타단부가 실링부(250)의 외측면보다 외측에 위치하는 경우, 가스 배출 유도부(450)에 유입된 가스가 외부로 배출되기 보다 용이할 수 있다. 예컨대, 가스 배출 유도부(450)의 타단부가 실링부(250)에 의해 간섭받지 않아, 가스 배출 유도부(450)에 유입된 가스가 외부로 배출되기 보다 용이할 수 있다.
이에 따라, 전지셀(100) 내부에서 발생된 가스는 가스 배출 유도부(450)를 향해 배출되고, 가스 배출 유도부(450)에 유입된 가스는 도 9에 도시한 바와 같이 외부를 향해 용이하게 배출될 수 있다. 또한, 전지셀(100) 내부에서 발생된 가스의 외부 배출량 또한 증가될 수 있다. 이와 같이 하여, 전지케이스(200) 내부에서 발생된 가스가 가스 배출 유도부(450) 내로 용이하게 유입되면서도 가스 배출 유도부(450) 외부로 더욱 용이하게 배출될 수 있다.
뿐만 아니라, 도 9에 도시한 바와 같이, 가스 배출 유도부(450)에 유입된 가스는 가스 배출 유도부(450) 상의 리드 필름(400)을 거쳐 Z축 방향을 따라 배출되기가 특히 용이할 수 있다. 예컨대, 가스 배출 유도부(450)의 타단부는 실링부(250)의 외측면보다 외측에 위치하는 경우, 가스 배출 유도부(450)에 유입된 가스는 가스 배출 유도부(450)의 타단부와 실링부(250)의 외측면 사이의 리드 필름(400) 부분에서 Z축 방향을 따라 배출될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 가스 배출 유도부(450)의 상면에 있는 리드 필름(400)의 두께(H)는 100 ㎛ 내지 300 ㎛일 수 있고, 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로, 가스 배출 유도부(450)의 전면을 감싸는 리드 필름(400)의 폭(W)은 2 mm 이상, 또는 2 mm 내지 3 mm일 수 있다. 상기와 같이 가스 배출 유도부(450)의 타단부를 실링부(250)의 외측면보다 외측에 위치하게 하는 경우 가스는 리드 필름(400) 중에서도 상대적으로 얇은 부분인 Z축 방향에 놓인 부분을 통해 배출될 수 있는 것이다. 따라서, 가스 배출이 더욱 용이하다. 뿐만 아니라, 가스 배출이 일어날 때 가스 배출 경로를 실링부(250)가 전부 막게 되면 가스 배출이 원활하지 않으므로, 예로 든 바와 같이 실링부(250)의 외측면과 가스 배출 유도부(450)의 타단부 사이에 간격(P)을 둠으로써 가스 배출을 원활하게 하는 효과가 있다.
또한, 가스 배출 유도부(450)는 외부에서 유입되는 수분 또는 내부에서 발생된 불산을 흡수 또는 흡착 기능을 가지는 물질을 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 가스 배출 유도부(450)는 게터(getter) 소재를 더 포함할 수 있다. 여기서, 게터(Getter) 소재란 화학적으로 활성화된 금속막에 의하여 기체가 흡착되는 작용을 이용하여 진공배기를 할 수 있는 소재를 의미할 수 있다. 일 예로, 상기 게터 소재는, 산화칼슘(CaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 산화 바륨(BaO), 바륨(Ba), 및 칼슘(Ca) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 일 예로, 상기 게터 소재는 금속유기골격체(MOF, Metal Organic Framework)의 구조를 가질 수 있다. 다만, 상기 게터 소재는 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 게터 소재로 분류되는 모든 종류의 소재가 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 가스 배출 유도부(450)는 수분 또는 불산을 흡수 또는 흡착 가능한 물질을 더 포함하여, 가스 배출 유도부(450)는 전지셀(100) 외부에서 전지셀(100) 내부로 유입되는 수분 또는 불산의 침투도를 보다 최소화할 수 있으면서도, 전지셀(100) 내부에서 발생된 가스를 외부로 보다 용이하게 배출시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 가스 배출 유도부(450)의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 40 barrer 이상일 수 있다. 예컨대, 상기 가스 배출 유도부(450)의 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다.
예를 들어, 가스 배출 유도부(450)는 전술한 가스 투과도 값을 만족하도록 하는 폴리올레핀 계열, 불소 계열, 및 다공성 세라믹 계열 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 계열 물질은, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 불소 계열 물질은 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 및 폴리비닐리덴 플로라이드(Polyvinylidene fluoride)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)의 가스 투과도가 60℃에서 20 내지 60 barrer, 또는 30 내지 40 barrer일 수 있다. 예컨대, 상기 리드 필름(400)의 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다. 또한, 리드 필름(400)의 두께(H) 200 ㎛ 기준으로 가스 투과도가 60℃에서 전술한 범위를 만족할 수 있다. 상기 리드 필름(400)의 가스 투과도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지셀의 내부에서 발생하는 가스가 배출되기 더욱 효과적일 수 있다.
본 명세서에서, 가스 투과도는 ASTM F2476-20으로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 g 내지 0.2 g, 또는 0.02 g 내지 0.04 g, 또는 0.06 g 또는 0.15 g일 수 있다. 상기 리드 필름(400)의 수분 침투량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 리드 필름(400)으로부터 유입되는 수분의 침투를 방지하기 더욱 효과적일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)이 가스 투과도가 60℃에서 20 내지 60 barrer이면서 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 g 내지 0.2 g일 수 있다. 상기 리드 필름(400)의 가스 투과도 및 수분 침투량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지셀(100)의 내부에서 발생하는 가스를 배출하면서 외부로부터의 수분 침투를 방지하기 더욱 효과적일 수 있다.
상기 리드 필름(400)의 수분 침투량은 ASTM F 1249 방식을 채택하여 측정할 수 있다. 이 때, MCOON사에서 공식인증된 장비를 사용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)은 폴리올레핀 계열의 소재, 에폭시, 및 폴리염화비닐(PVC) 중 적어도 하나로 이루어진 접착 조성물로 이루어질 수 있다. 상기 폴리올레핀 계열의 소재는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등일 수 있다. 예컨대, 상기 리드 필름(400)은 전술한 가스 투과도 및/또는 수분 침투량 값을 만족하는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등일 수 있다.
또한, 리드 필름(400)은 상술한 소재로 이루어져, 전지셀(100)의 기밀성을 유지할 수 있고, 내부 전해액의 누액 또한 방지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀에 대해 설명한다. 다만, 본 실시예에 따른 전지셀, 앞서 상술한 전지셀(100)과 대부분 동일하게 설명될 수 있고, 리드 필름(400)에 삽입되어 있는 가스 배출 유도부(450)에 대하여 전지셀(100)과 차이점이 있는 부분을 중심으로 설명한다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀에서, 도 3의 A-A' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 3 및 도 11을 참조하면, 본 실시예는 도 5와 달리, 가스 배출 유도부(450')가 전극 리드(300') 상에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 가스 배출 유도부(450')와 전극 리드(300') 사이에는 별도의 리드 필름(400')이 위치하지 않을 수 있다. 즉, 가스 배출 유도부(450')는 전극 리드(300')와 인접한 리드 필름(400')의 일면 내에 삽입되어 있고, 전극 리드(300')와 인접하게 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 본 실시예는 가스 배출 유도부(450')가 전극 리드(300') 상에 부착 또는 고정한 후에 가스 배출 유도부(450')의 외면을 리드 필름(400')이 감싸는 구조일 수 있다.
이에 따라, 가스 배출 유도부(450')가 전극 리드(300')와 인접하게 위치함에 따라, 가스 배출 유도부(450')를 감싸는 리드 필름(400')의 두께 또한 상대적으로 줄어들 수 있어, 제조 비용이 절감되면서 제조 공정이 용이하다는 이점이 있다.
또한, 가스 배출 유도부(450')와 전극 리드(300') 사이에 접착층(470')이 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 접착층(470')은 가스 배출 유도부(450')와 전극 리드(300') 사이의 계면을 따라 연장되어 있을 수 있다. 이 때, 접착층(470')은 가스 배출 유도부(450')와 전극 리드(300') 사이의 계면 전체 혹은 일부에 형성되어 있을 수 있다.
일 예로, 접착층(470')은 접착성 테이프 또는 접착성 바인더로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 가스 배출 유도부(450')와 전극 리드(300') 사이를 서로 고정시킬 수 있는 접착 성능을 가진 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
이에 따라, 가스 배출 유도부(450')는 접착층(470')에 의해 전극 리드(300')에 안정적으로 고정될 수 있다. 즉, 가스 배출 유도부(450')와 전극 리드(300') 사이는 상대적으로 높은 접착력을 가지는 접착층(470')이 형성되어 있어, 전지셀(100)의 내압 상승에 따른 박리를 방지할 수 있고, 전지셀(100)의 실링 강도또한 보다 향상될 수 있다.
도 12는 도 11의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 13 및 도 14는 도 12의 리드 필름과 가스 배출 유도부의 계면 사이에 형성된 가스 배출 경로를 나타낸 도면이다. 도 13 및 도 14에서 가스의 이동 경로는 점선 화살표로 나타내었다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 실시예는 도 7 내지 도 10과 유사하게, 가스 배출 유도부(450')와 리드 필름(400') 사이의 계면에 대해서는 가스 배출 경로가 형성될 수 있다. 다만, 본 실시예는 도 7 내지 도 10과 달리, 가스 배출 유도부(450')가 전극 리드(300')에 인접하게 위치하고, 가스 배출 유도부(450')와 전극 리드(300') 사이에 접착층(470')이 형성되어 있어, 가스 배출 유도부(450')와 전극 리드(300') 사이의 계면에 대해서는 가스 배출 경로가 형성되지 않을 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에서, 가스 배출 유도부(450')와 리드 필름(400')사이의 접착력은 접착층(470')과 가스 배출 유도부(450') 사이의 접착력 및/또는 접착층(470')과 전극 리드(300') 사이의 접착력보다 작을 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에서 전지셀(100) 내부의 압력이 상승하는 경우, 가스 배출 유도부(450')와 리드 필름(400') 사이의 계면의 접착력은 리드 필름(400')과 다른 구성 요소 사이의 접착력보다 상대적으로 작아, 리드 필름(400)에서 제1 실링부(251)에 의해 실링되지 않은 부분은 작은 내압으로도 도 12의 굵은 화살표 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 도 13과 같이 가스 배출 유도부(450')와 리드 필름(400') 사이의 계면 중 적어도 일부는 전지셀(100) 내부 압력에 의해 서로 이격될 수 있다.
이와 더불어, 본 실시예에서, 가스 배출 유도부(450')와 리드 필름(400') 사이의 계면의 접착력은 가스 배출 유도부(450') 사이의 접착력 및/또는 접착층(470')과 전극 리드(300') 사이의 접착력보다 작아, 전지셀(100) 내부 압력 증가 시 가스 배출 유도부(450')와 전극 리드(400') 사이의 계면이 박리되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 본 실시예는 가스 배출 유도부(450')와 리드 필름(400') 사이의 계면에 대해서만 박리되어 가스 배출 경로를 형성할 수 있어, 가스 배출 경로에 의한 가스 배출 성능을 유지하면서도 전지셀(100)의 실링 강도를 높일 수 있다. 또한, 높은 실링 강도에 따라, 전지셀(100) 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트(vent) 압력 또한 보다 높아질 수 있고, 안전성 또한 보다 향상될 수 있다.
이와 더불어, 본 실시예는, 리드 필름(400)의 박리 부분(400A')과 함께, 가스 배출 유도부(450') 사이의 접착력 및/또는 접착층(470')과 전극 리드(300') 사이의 높은 접착력으로 인해, 상대적으로 낮은 내압에서도 리드 필름(400')과 가스 배출 유도부(450')의 계면이 보다 용이하게 박리될 수 있다. 즉, 본 실시예는 상기 가스 배출 경로 또한 보다 용이하게 형성될 수 있어, 가스 배출 성능 또한 보다 향상될 수 있는 이점이 있다.이하에서는, 본 발명의 비교예에 따른 전지셀을 중심으로 설명한다. 비교예의 경우, 도 3 내지 도 10에 따른 실시예와 비교하여 설명될 것이나, 도 11 내지 도 14에 따른 실시예의 경우에도 동일하게 비교하여 설명될 수 있다.
도 15는 비교예에 따른 도 1의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 16은 비교예에 따른 도 1의 a-a'축을 따라 자른 단면도이다. 도 17은 도 16의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 비교예에 따른 전지셀(10)에 관한 것으로, 비교예는 본 실시예와 같이 가스 배출 유도부(45)가 포함되어 있는 구성을 제외하고는, 도 1 및 도 2의 전지셀(10)과 동일하게 설명될 수 있다. 이하에서는, 가스 배출 유도부(45)를 중심으로 설명한다.
도 15 및 도 17을 참조하면, 비교예에 따른 전지셀(10)은 가스 배출 유도부(45)가 위치한 리드 필름(40) 상에 실링부(25)가 형성되어 있고, 도 3 내지 도 10과 달리 실링부(25)의 위치에 상관없이 실링부(25)의 폭이 일정하게 형성되어 있다. 이에 따라, 가스 배출 유도부(45) 상에 위치하는 리드 필름(40)은 모두 실링부(25)에 의해 실링되어 있을 수 있다.
도 17을 참조하면, 비교예에 따른 전지셀(10)은 상술한 바와 같이, 가스 배출 유도부(45) 상에 위치하는 리드 필름(40)이 모두 실링부(25)에 의해 실링되어 있어, 상대적으로 낮은 내압에서는 전지셀(10) 내부의 가스에 의해 리드 필름(40)과 가스 배출 유도부(45) 사이의 계면이 박리되기 어려울 수 있다. 즉, 비교예에 따른 전지셀(10)의 경우, 리드 필름(40)과 가스 배출 유도부(45) 사이의 계면 사이에 가스 배출 경로를 형성하기 위해, 상대적으로 높은 내압이 요구될 수 있고, 이에 따른 전지셀(10)의 가스 배출 성능 및 안전성은 저하될 수 있다.
이와 달리, 도 3 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지셀(100)은, 가스 배출 유도부(450) 상에 위치하는 제1 실링부(251)의 폭(D1)이 제2 실링부(255)의 폭(D2)보다 작아, 가스 배출 유도부(450) 상에 위치하는 리드 필름(400)에서 제1 실링부(251)에 의해 실링되지 않은 부분이 포함되어 있다. 즉, 비교예와 달리, 본 실시예는 리드 필름(400)에서 제1 실링부(251)에 의해 실링되지 않은 부분이 전지셀(100) 내 가스와 직접 접하여, 상대적으로 낮은 내압에서도 리드 필름(400)이 가스 배출 유도부(450)로부터 용이하게 박리될 수 있다. 즉, 본 실시예는 상기 가스 배출 경로가 보다 용이하게 형성될 수 있어, 가스 배출 성능 또한 보다 향상될 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 전지셀을 포함한다. 한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수도 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 전지셀
110: 전극조립체
200: 전지케이스
210: 수납부
250: 실링부
300: 전극 리드
400: 리드 필름
450: 가스 배출 유도부

Claims (21)

  1. 전극조립체가 수납부에 장착되고, 외주변이 밀봉되어 있는 구조의 실링부를 포함하는 전지케이스;
    상기 전극조립체에 포함된 전극탭과 전기적으로 연결되고, 상기 실링부를 경유하여 상기 전지케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드; 및
    상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름을 포함하고,
    상기 리드 필름에 가스 배출 유도부가 삽입되어 있고,
    상기 실링부는 상기 가스 배출 유도부 상에 위치하는 제1 실링부와 상기 제1 실링부의 양측에 위치하는 제2 실링부를 포함하고,
    상기 전극 리드의 돌출 방향을 기준으로, 상기 제1 실링부의 폭은 상기 제2 실링부의 폭보다 작은 전지셀.
  2. 제1항에서,
    상기 전극 리드의 돌출 방향에 수직인 방향을 기준으로, 상기 제1 실링부의 길이는 상기 가스 배출 유도부의 길이보다 큰 전지셀.
  3. 제2항에서,
    상기 가스 배출 유도부는 상기 제1 실링부의 중심에 위치하는 전지셀.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 실링부는 상기 제2 실링부를 기준으로 만입되어 있는 패턴을 가지는 전지셀.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 실링부는 상기 실링부의 내측을 기준으로 외측 방향을 향해 만입되어 있는 패턴을 가지는 전지셀.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 실링부와 상기 수납부 사이에 수납 연장부가 위치하는 전지셀.
  7. 제6항에서,
    상기 전지케이스 외측을 기준으로, 상기 수납 연장부의 단부는 상기 수납부의 단부보다 외측에 위치하는 전지셀.
  8. 제1항에서,
    상기 가스 배출 유도부는 상기 전극 리드의 돌출 방향을 따라 연장되어 있고, 상기 전지케이스의 외측에 인접한 상기 가스 배출 유도부의 단부는 상기 리드 필름으로 감싸져 있는 전지셀.
  9. 제8항에서,
    상기 전지케이스의 내측에 인접한 상기 가스 배출 유도부의 단부는 상기 전지케이스 내부에 노출되어 있는 전지셀.
  10. 제1항에서,
    상기 가스 배출 유도부와 상기 리드 필름 사이의 계면에 가스 배출 경로가 형성되는 전지셀.
  11. 제10항에서,
    상기 가스 배출 유도부와 상기 리드 필름 사이의 접착력은 상기 리드 필름과 전극 리드 사이의 접착력 또는 상기 리드 필름과 상기 실링부 사이의 접착력보다 작은 전지셀.
  12. 제11항에서,
    상기 가스 배출 유도부는 폴리이미드 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 적어도 하나로 이루어진 필름층인 전지셀.
  13. 제11항에서,
    상기 가스 배출 유도부는 액상 레진으로 이루어진 코팅층인 전지셀.
  14. 제11항에서,
    상기 가스 배출 유도부는 산화칼슘(CaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 산화 바륨(BaO), 바륨(Ba), 및 칼슘(Ca) 중 적어도 하나를 포함하는 게터(getter) 소재를 더 포함하는 전지셀.
  15. 제1항에서,
    상기 가스 배출 유도부는 상기 전극 리드 상에 위치하고, 상기 가스 배출 유도부와 상기 전극 리드 사이에 접착층이 형성되어 있는 전지셀.
  16. 제15항에서,
    상기 가스 배출 유도부와 상기 리드 필름 사이의 접착력은 상기 접착층과 상기 가스 배출 유도부 사이의 접착력 및 상기 접착층과 상기 전극 리드 사이의 접착력 중 적어도 어느 하나보다 작은 전지셀.
  17. 제15항에서,
    상기 접착층은 접착성 테이프 또는 접착성 바인더로 이루어지는 전지셀.
  18. 제1항에서,
    상기 리드 필름의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer인 전지셀.
  19. 제1항에서,
    상기 리드 필름의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 g 내지 0.2 g인 전지셀.
  20. 제1항에서,
    상기 가스 배출 유도부의 가스 투과도가 60℃에서 40 barrer 이상인 전지셀.
  21. 제1항에 따른 전지셀을 포함하는 전지 모듈.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4604441B2 (ja) * 2002-07-18 2011-01-05 日本電気株式会社 フィルム外装電池及びその製造方法
KR20140041057A (ko) * 2012-09-27 2014-04-04 주식회사 엘지화학 파우치형 이차전지
KR20140087773A (ko) * 2012-12-31 2014-07-09 주식회사 엘지화학 안정성이 향상된 파우치형 이차전지
KR20170027150A (ko) * 2015-09-01 2017-03-09 주식회사 엘지화학 전지셀 및 그의 제조방법
KR20190028200A (ko) * 2017-09-08 2019-03-18 주식회사 엘지화학 벤팅 가스를 이용하여 커넥터를 파단시키는 구조를 갖는 배터리 모듈
KR20210088728A (ko) 2018-12-05 2021-07-14 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨 핵 코어-내 적용을 위한 중성자 차폐부를 갖는 전자기기 외장
KR20220081996A (ko) 2019-10-15 2022-06-16 발레오 비젼 광학 시스템

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4604441B2 (ja) * 2002-07-18 2011-01-05 日本電気株式会社 フィルム外装電池及びその製造方法
KR20140041057A (ko) * 2012-09-27 2014-04-04 주식회사 엘지화학 파우치형 이차전지
KR20140087773A (ko) * 2012-12-31 2014-07-09 주식회사 엘지화학 안정성이 향상된 파우치형 이차전지
KR20170027150A (ko) * 2015-09-01 2017-03-09 주식회사 엘지화학 전지셀 및 그의 제조방법
KR20190028200A (ko) * 2017-09-08 2019-03-18 주식회사 엘지화학 벤팅 가스를 이용하여 커넥터를 파단시키는 구조를 갖는 배터리 모듈
KR20210088728A (ko) 2018-12-05 2021-07-14 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨 핵 코어-내 적용을 위한 중성자 차폐부를 갖는 전자기기 외장
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