WO2023282632A1 - 전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치 - Google Patents

전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2023282632A1
WO2023282632A1 PCT/KR2022/009786 KR2022009786W WO2023282632A1 WO 2023282632 A1 WO2023282632 A1 WO 2023282632A1 KR 2022009786 W KR2022009786 W KR 2022009786W WO 2023282632 A1 WO2023282632 A1 WO 2023282632A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas discharge
battery cell
sealing
lead
lead film
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/009786
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
송대웅
김상훈
강민형
유형균
임훈희
황수지
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020220081997A external-priority patent/KR102657917B1/ko
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to EP22837984.8A priority Critical patent/EP4243175A1/en
Priority to US18/035,667 priority patent/US20230411769A1/en
Priority to CN202280007213.XA priority patent/CN116368674A/zh
Priority to JP2023532411A priority patent/JP2023551270A/ja
Publication of WO2023282632A1 publication Critical patent/WO2023282632A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/178—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for pouch or flexible bag cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/131—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by physical properties, e.g. gas permeability, size or heat resistance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/548—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on opposite sides of the cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/552—Terminals characterised by their shape
    • H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
    • H01M50/555—Window-shaped terminals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell and a battery cell manufacturing apparatus for manufacturing the same, and more specifically, to a battery cell with improved sealing strength and safety while increasing the external emission of gas generated inside the battery cell, and manufacturing a battery cell for manufacturing the same It's about the device.
  • This application claims priority to Korean Patent Application No. 10-2021-0088727 filed on July 6, 2021 and Korean Patent Application No. 10-2022-0081997 filed on July 4, 2022 , All contents disclosed in the specification and drawings of the corresponding application are incorporated into this application by reference.
  • 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 external discharge of gas generated inside the battery cell and a battery cell manufacturing apparatus for manufacturing the same, while sealing strength and safety are increased.
  • 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 outwardly of the battery case via the sealing part; and a lead film located at a portion corresponding to the sealing portion in at least one of upper and lower portions of the electrode lead, wherein the lead film has a first stepped portion protruding in a direction opposite to a direction toward the electrode lead.
  • the sealing part includes a second stepped part surrounding an outer surface of the first stepped part, and a gas discharge guide part is inserted into the first stepped part.
  • the first step of the first step and the second step of the second step may each have a size corresponding to a height of the gas discharge guide.
  • the first step and the second step may have the same size as each other.
  • the gas discharge guide part may be located on the center of the electrode lead based on the width direction of the lead film.
  • 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 at least one of an adhesive force between the lead film and the electrode lead and an adhesive force 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 thickness of the second stepped portion may be formed uniformly.
  • 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.
  • An apparatus for manufacturing a battery cell manufactures the battery cell described above, and includes a sealing tool for sealing the sealing part, the electrode lead, and the lead film together, and the sealing tool includes the And a third stepped portion formed concavely in an opposite direction to the direction facing the sealing portion, the third stepped portion surrounds an outer surface of the first stepped portion, and is disposed between the third stepped portion and an outer surface of the first stepped portion. 2
  • the step part is located.
  • the first step of the first step, the second step of the second step, and the third step of the third step may each have a size corresponding to the height of the gas discharge guide.
  • the first step to the third step may have the same size as each other.
  • the present invention provides a battery cell in which a step portion is formed in a lead film and a sealing portion, respectively, and a battery cell manufacturing apparatus for manufacturing the battery cell manufacturing apparatus, so that sealing strength and safety are increased, while gas generated inside the battery cell is provided. of external emissions 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 portion is also formed with a second stepped portion corresponding to the first stepped portion, thereby preventing sealing between the sealing portion and the lead film.
  • Strength can be improved.
  • the vent pressure when the gas generated in the battery cell is discharged to the outside can also be increased, and safety can also be improved.
  • 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.
  • a battery cell manufacturing apparatus capable of manufacturing a battery cell in which a first stepped portion is formed on a lead film and a second stepped portion is formed at a position corresponding to the sealing portion and the first stepped portion.
  • a battery cell manufacturing apparatus since a battery cell can be manufactured without forming a fruit ring part on a sealing part, it is possible to prevent a decrease in sealing strength between the fruit ring part and the lead film when the fruit ring part is formed. can As the sealing strength between the sealing part and the lead film can be maintained high, the vent pressure when the gas generated in the battery cell is discharged to the outside can also be increased, and the battery cell can be manufactured with improved safety. do.
  • 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 is an enlarged view of the dotted-dashed line region of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the BB′ axis of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the A-A' axis of FIG. 3;
  • FIG. 8 is an enlarged view of the dotted-dot chain line area of FIG. 6 .
  • FIG. 9 is a view showing a gas discharge path formed between the interface of the lead film of FIG. 8 and the gas discharge induction unit.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the BB′ axis of FIG. 4 in a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the battery cell having the cross section of FIG. 10 taken along the A-A′ axis of FIG. 3 .
  • FIG. 12 is an enlarged view of the dotted-dashed line region of FIG. 11 .
  • FIG. 13 is a view showing a gas discharge path formed between the interface of the lead film of FIG. 12 and the gas discharge induction unit.
  • FIG. 14 is a view showing a battery cell manufacturing apparatus and a battery cell manufactured through the same according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a view showing a battery cell manufacturing apparatus according to a comparative example and a battery cell manufactured through the same.
  • 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.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the dotted-dashed line region of FIG. 3 .
  • the battery cell 100 according to an embodiment of the present invention, the electrode assembly 110 is mounted in the housing 210, the sealing portion of the structure in which the outer periphery is sealed ( 250) including a battery case 200; an electrode lead 300 electrically connected to the electrode tab 115 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 115 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. 5 is a cross-sectional view taken along the BB′ axis in FIG. 4 .
  • the lead film 400 includes a first stepped portion 400p protruding in a direction opposite to the direction toward the electrode lead 300, and the gas inside the first stepped portion 400p.
  • the discharge guide part 450 is inserted.
  • the first stepped portion 400p may refer to a portion protruding in a direction opposite to a direction toward the electrode lead 300 based on a surface where the lead film 400 and the sealing portion 250 come into contact. More specifically, the first stepped portion 400p may refer to a portion protruding in a direction opposite to a direction toward the electrode lead 300 on a position where the gas discharge inducing portion 450 is inserted.
  • the first stepped portion 400p is a portion where a step is generated between a portion where the gas discharge guide portion 450 is inserted and a portion where the gas discharge guide portion 450 is not inserted. can mean
  • the sealing portion 250 includes a second stepped portion 250p surrounding an outer surface of the first stepped portion 400p.
  • the second stepped portion 250p may refer to a portion protruding along the protruding direction of the first stepped portion 400p based on a surface where the lead film 400 and the sealing portion 250 come into contact. More specifically, the second stepped portion 250p may refer to a portion protruding along a protruding direction of the first stepped portion 400p on a position where the first stepped portion 400p is formed.
  • the second stepped portion 250p is a portion where a step occurs between a portion where the first stepped portion 400p is formed and a portion where the first stepped portion 400p is not formed. can mean
  • the sealing portion 250 is also provided at a position corresponding to the first stepped portion 400p. Since the two stepped portions 250p are formed, sealing strength between the sealing portion 250 and the lead film 400 may be improved. In addition, according to the high sealing strength between the sealing part 250 and the lead film 400, the vent pressure when the gas generated in the battery cell 100 is discharged to the outside can also be increased, and safety is also improved. can be improved
  • the first step d1 of the first step portion 400p and the second step d2 of the second step portion 250p are not limited in size. However, it may have a size corresponding to the thickness (D, height in the Z-axis direction) of the gas discharge guide part 450. More specifically, each of the first step d2 and the second step d2 may be equal to, greater than, or smaller than the thickness D of the gas discharge guide part 450 . For example, each of the first step d1 and the second step d2 may have the same size as the thickness D of the gas discharge guide part 450 . As another example, the first step d1 and the second step d2 may have a size of 50% to 150% of the thickness D of the gas discharge guide part 450 .
  • the first stepped portion 400p on the lead film 400 and the second stepped portion 250p of the sealing portion 250 correspond to the thickness D of the gas discharge guide portion 450.
  • the first step d1 of the first step portion 400p and the second step d2 of the second step portion 250p have the same size and thickness of the gas discharge guide portion 450, respectively. It may be the same as (D).
  • the sealing strength between the sealing part 250 and the lead film 400 and the vent pressure when the gas generated in the battery cell 100 is discharged to the outside can be higher, and safety is also improved. can be further improved.
  • the second level difference d2 has a size larger or smaller than the first level difference d1
  • an unsealed portion occurs between the lead film 400 and the sealing portion 250, or an over-ringed portion occurs.
  • the sealing strength between the sealing part 250 and the lead film 400 and the vent pressure when the gas generated in the battery cell 100 is discharged to the outside may be lowered, and safety may also be lowered.
  • the thickness of the second stepped part 250p may be formed uniformly. More specifically, in the sealing part 250 , the thickness of the second stepped part 250p may cover the outer surface of the lead film 400 with the same thickness. In other words, in the sealing part 250, the outer surface of the first stepped part 400p may be covered with the same thickness as the thickness of the second stepped part 250p.
  • the sealing portion 250 can cover the outer surface of the lead film 400 with a uniform thickness. , the sealing strength between the sealing part 250 and the lead film 400 and the change rate of the thickness of the sealing part 250 before and after sealing may be maintained uniformly. That is, a portion of relatively weak sealing strength between the sealing portion 250 and the lead film 400 can be minimized, so that the vent pressure when the gas generated in the battery cell 100 is discharged to the outside can also be increased. , safety can also be improved.
  • the thickness (D) of the gas discharge guide part 450 may be 50 ⁇ m to 150 ⁇ m. When the thickness of the gas discharge guide part 450 satisfies the aforementioned range, gas inside the battery case 200 may be more easily discharged to the outside.
  • the gas discharge guide 450 may be positioned on the electrode lead 300 . More specifically, the gas discharge guide part 450 may be located on the center of the electrode lead 300 based on the width direction of the lead film 400 . In other words, the first stepped portion 400p and the second stepped portion 250p are located on the center of the electrode lead 300 based on the width direction of the lead film 400, and the gas discharge guide portion 450 is the first step portion 400p. It may be inserted into the stepped portion 400p.
  • the gas discharge induction unit 450 may have a relatively large area, and the gas discharge induction unit 450 The amount of gas discharged by the can also be effectively increased.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the A-A' axis of FIG. 3;
  • the gas discharge guide part 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 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.
  • FIG. 7 shows various shapes of the gas discharge guiding portion.
  • 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. 7 (a), an elliptical shape as shown in FIG.
  • the gas discharge induction unit 450 is a first gas discharge induction unit 450a extending along the protrusion direction of the electrode lead 300 and the protrusion direction of the electrode lead 300, as shown in (c) of FIG.
  • 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 positioned both outside the lead film 400 and inside the lead film 400 based on the sealing part 250 as shown in (e) of FIG. 7 .
  • 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.
  • the gas discharge performance of the gas discharge induction unit 450 and the durability and airtightness of the lead film 400 may be controlled by adjusting the number of gas discharge induction units 450 inserted into the lead film 400 .
  • the manufacturing process can be simplified and costs can be reduced.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the dotted-dot chain line area of FIG. 6 .
  • FIG. 9 is a view showing a gas discharge path formed between the interface of the lead film of FIG. 8 and the gas discharge induction unit. In FIG. 9 , a gas movement path is indicated by a dotted line arrow.
  • 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. 9 , in the gas discharge path, at least a part of the interface between the gas discharge guide part 450 and the lead film 400 is spaced apart from each other by the pressure of the gas generated from the battery case 200. can mean space. 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 . can
  • the adhesive force between the gas discharge guide part 450 and the lead film 400 is greater than the adhesive force between the lead film 400 and the electrode lead 300 and/or the adhesive force between the lead film 400 and the sealing part 250.
  • 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 FIG. 9, at least a part of the interface between the gas discharge guide part 450 and the lead film 400 is formed by the pressure of the gas generated in the battery cell 100. may be separated from each other.
  • 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.
  • the interface between the upper surface of the gas discharge guide part 450 and the lead film 400 and the interface between the lower surface of the gas discharge guide part 450 and the lead film 400 are all spaced apart. It may also include a case where the interface between the upper surface of the gas discharge induction unit 450 and the lead film 400 or the interface between the lower surface of the gas discharge induction unit 450 and the lead film 400 is spaced apart from each other. there is.
  • the gas discharge guide part 450 may be a film layer made of at least one of polyimide (PI) and polyethylene terephthalate (PET).
  • 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.
  • the permeability of inflowing moisture or hydrofluoric acid can be further minimized.
  • the gas discharge guide part 450 may have gas permeability of 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. 10 is a cross-sectional view taken along the BB′ axis of FIG. 4 in a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • a gas discharge inducing unit 450' may be positioned on an 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 inducing portion 450' may be inserted into the first stepped portion 400p' of the lead film 400' 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. 11 is a cross-sectional view of the battery cell having the cross section of FIG. 10 taken along the A-A′ axis of FIG. 3 .
  • FIG. 12 is an enlarged view of the dotted-dashed line region of FIG. 11 .
  • FIG. 13 is a view showing a gas discharge path formed between the interface of the lead film of FIG. 12 and the gas discharge induction unit. In FIG. 13 , a gas movement path is indicated by a dotted line arrow.
  • 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 guide part 450' is located adjacent to the electrode lead 300', and the adhesive layer is between the gas discharge guide part 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'.
  • at least some of the interfaces between the gas discharge induction part 450' and the lead film 400' may be spaced apart from each other due to the internal pressure of the battery cell 100 because the adhesive force between the elements is relatively smaller than that of the elements.
  • 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 sealing strength in the present embodiment, only the interface between the gas discharge guide 450' and the lead film 400' can be separated to form a gas discharge path, and 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 may be higher, and safety may be further improved.
  • FIG. 14 is a view showing a battery cell manufacturing apparatus and a battery cell manufactured through the same according to another embodiment of the present invention.
  • the battery cell manufacturing apparatus manufactures a battery cell 100 and seals the sealing part 250, the electrode lead 300, and the lead film 400 together. It includes a sealing tool 1000 that does.
  • the sealing tool 1000 may seal the sealing part 250 , the electrode lead 300 , and the lead film 400 by thermal fusion or press fusion.
  • the sealing tool 1000 includes a third step portion 1000r concavely formed in the opposite direction to the direction facing the sealing portion 250, and the third step portion 1000r is formed by the first step portion 400p.
  • a second stepped portion 250p may be positioned between the outer surface of the third stepped portion 1000r and the first stepped portion 400p. More specifically, the sealing tool 1000 is shown in FIG. 14(b) as the third stepped portion 1000r presses the sealing portion 250 with respect to the long-extended sealing portion 250 as shown in FIG. 14(a). ), the second stepped portion 250p may be formed between the first stepped portion 400p and the third stepped portion 1000r.
  • the third stepped portion 1000r may refer to a portion formed concavely in a direction opposite to the direction of facing the sealing portion 250 based on a surface where the sealing tool 1000 and the sealing portion 250 come into contact. . More specifically, based on the position where the first stepped portion 400p is formed in the lead film 400, the third stepped portion 1000r is concavely formed in a direction opposite to the direction facing the sealing portion 250. part can mean. In other words, in the sealing tool 1000, the third stepped portion 1000r is a portion where a step occurs between a portion where the first stepped portion 400p is formed and a portion where the first stepped portion 400p is not formed. can mean
  • the sealing strength between the sealing portion 250 and the lead film 400 may be improved.
  • the vent pressure when the gas generated in the battery cell 100 is discharged to the outside can be increased, and safety can also be improved. there is.
  • the first step d1 to the third step d3 may have the same size as each other.
  • the third level difference d3 may have a size of 50% to 150% of the thickness D of the gas discharge guide part 450 .
  • the third step 1000r of the sealing tool 1000 may have a size corresponding to the thickness D of the gas discharge inducing part 450, so that the first stepped part 400p is mutually It may have a similar size, and the second stepped portion 250p of the sealing portion 250 may also have a similar size to that of the first stepped portion 400p. That is, the thickness of the second stepped portion 250p of the sealing portion 250 may be uniformly formed along the outer surface of the first stepped portion 400p, thereby sealing the gap between the sealing portion 250 and the lead film 400. Strength and thickness change rate before and after sealing of the sealing unit 250 may be maintained uniformly. In addition, the sealing strength between the lead films 400 and the vent pressure when the gas generated in the battery cell 100 is discharged to the outside can be increased, and safety can also be improved.
  • the first step d1 to the third step d3 may have the same size and have the same thickness D as the gas discharge guide part 450 .
  • the sealing strength between the sealing part 250 and the lead film 400 and the vent pressure when the gas generated in the battery cell 100 is discharged to the outside can be higher, and safety is also improved. can be further improved.
  • FIG. 15 is a battery cell manufacturing apparatus according to a comparative example and manufactured through the same It is a drawing showing a battery cell.
  • the battery cell manufacturing apparatus according to the comparative example is the same as the battery cell manufacturing apparatus 1000 described above, except that the sealing tool 1001 does not include the third stepped portion 1000r. can be explained
  • the fruit ring portion 250a may be formed on the sealing portion 250.
  • the sealing tool 1001 has steps having the same height at each position despite the fact that the first step portions 400p are formed in the lead film 400 . At this time, the sealing tool 1001 applies a higher pressure to the portion of the sealing portion 250 facing the portion protruding by the first stepped portion 400p. Accordingly, in the sealing portion 250, as shown in FIG. 15(b), an fruit ring portion 250a having a relatively thin thickness may be formed at a portion facing the first stepped portion 400p.
  • the sealing tool 1001 having a step of the same height without considering the height protruding by the first step portion 400p formed on the lead film 400
  • sealing strength between the fruit ring part 250a and the lead film 400 may be reduced.
  • the vent pressure when the gas generated in the battery cell is discharged to the outside may be lowered, and safety may also be lowered.
  • the sealing tool 1000 is a third stepped portion 1000r considering the height protruded by the first stepped portion 400p formed on the lead film 400.
  • the false ring portion 250a may not be formed on the sealing portion 250, and the sealing strength and safety between the sealing portion 250 and the lead film 400 are also improved. It can be.
  • 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.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 전극조립체가 수납부에 장착되고, 외주변이 밀봉되어 있는 구조의 실링부를 포함하는 전지케이스; 상기 전극조립체에 포함된 전극 탭과 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 필름은 상기 전극 리드를 향하는 방향의 반대 방향으로 돌출되어 있는 제1 단차부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 제1 단차부의 외면을 감싸는 제2 단차부를 포함하고, 상기 제1 단차부 내에 가스 배출 유도부가 삽입되어 있다.

Description

전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치
본 발명은 전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실링 강도 및 안전성이 높아지면서도, 전지셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상된 전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치에 관한 것이다. 본 출원은 2021년 7월 6일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0088727호 및 2022년 7월 4일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2022-0081997호에 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, 장기보관시 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, 실링 강도 및 안전성이 높아지면서도, 전지셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상된 전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 전극조립체가 수납부에 장착되고, 외주변이 밀봉되어 있는 구조의 실링부를 포함하는 전지케이스; 상기 전극조립체에 포함된 전극 탭과 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 필름은 상기 전극 리드를 향하는 방향의 반대 방향으로 돌출되어 있는 제1 단차부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 제1 단차부의 외면을 감싸는 제2 단차부를 포함하고, 상기 제1 단차부 내에 가스 배출 유도부가 삽입되어 있다.
상기 제1 단차부의 제1 단차 및 상기 제2 단차부의 제2 단차는 각각 상기 가스 배출 유도부의 높이와 대응되는 크기를 가질 수 있다.
상기 제1 단차와 상기 제2 단차는 서로 동일한 크기를 가질 수 있다.
상기 가스 배출 유도부는 상기 리드 필름의 폭 방향을 기준으로 상기 전극 리드의 중심부 상에 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 및 상기 리드 필름과 상기 실링부 사이의 접착력중 적어도 하나보다 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 제2 단차부의 두께는 균일하게 형성되어 있을 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 전지셀 제조 장치는 상기에서 설명한 전지셀을 제조하고, 상기 실링부, 상기 전극 리드, 및 상기 리드 필름을 함께 실링하는 실링툴을 포함하고, 상기 실링툴은 상기 실링부와 대면하는 방향의 반대 방향으로 오목하게 형성된 제3 단차부를 포함하고, 상기 제3 단차부는 상기 제1 단차부의 외면을 감싸고, 상기 제3 단차부와 상기 제1 단차부의 외면 사이에 상기 제2 단차부가 위치한다.
상기 제1 단차부의 제1 단차, 상기 제2 단차부의 제2 단차, 및 상기 제3 단차부의 제3 단차는 각각 상기 가스 배출 유도부의 높이와 대응되는 크기를 가질 수 있다.
상기 제1 단차 내지 상기 제3 단차는 서로 동일한 크기를 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 리드 필름 및 실링부에 각각 단차부가 형성되어 있는 전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치를 제공하여, 실링 강도 및 안전성이 높아지면서도, 전지셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 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, 리드 필름 상에 제1 단차부가 형성되어 있음에도 불구하고, 실링부 또한 제1 단차부에 대응되는 위치에 제2 단차부가 형성되어 있어, 실링부와 리드 필름 사이의 실링 강도가 향상될 수 있다. 이와 더불어, 실링부와 리드 필름 사이의 높은 실링 강도에 따라, 전지셀 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트(vent) 압력 또한 높아질 수 있고, 안전성 또한 향상될 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 또 다른 측면에 따르면, 리드 필름 상에 제1 단차부가 형성되어 있고 실링부 또한 제1 단차부에 대응되는 위치에 제2 단차부가 형성되어 있는 전지셀을 제조할 수 있는 전지셀 제조 장치가 제공될 수 있다. 이러한 전지셀 제조 장치에 의하면, 실링부 상에 과실링부를 형성함이 없이 전지셀을 제조할 수 있으므로, 과실링부가 형성될 때 과실링부와 리드 필름과의 사이의 실링 강도가 저하하는 것을 방지할 수 있다. 실링부와 리드 필름 사이의 실링 강도를 높게 유지할 수 있음에 따라, 전지셀 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트 압력 또한 높아질 수 있고, 안전성 또한 향상될 수 있는 전지셀을 제조할 수 있게 된다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지셀의 상면도이다.
도 2는 도 1에서 a-a' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 상면도이다.
도 4는 도 3의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 B-B' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 3의 A-A' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 7은 가스 배출 유도부의 다양한 형상을 도시한다.
도 8은 도 6의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 리드 필름과 가스 배출 유도부의 계면 사이에 형성된 가스 배출 경로를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀에서, 도 4의 B-B' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 11은 도 10의 단면을 가지는 전지셀에서, 도 3의 A-A' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 도 11의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 리드 필름과 가스 배출 유도부의 계면 사이에 형성된 가스 배출 경로를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 제조 장치 및 이를 통해 제조된 전지셀을 나타내는 도면이다.
도 15는 비교예에 따른 전지셀 제조 장치 및 이를 통해 제조된 전지셀을 나타내는 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 4는 도 3의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 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 전극 탭(115)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 전극 탭(115)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 3 및 도 4를 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 5는 도 4에서 B-B' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 리드 필름(400)은 전극 리드(300)를 향하는 방향의 반대 방향으로 돌출되어 있는 제1 단차부(400p)를 포함하고, 제1 단차부(400p) 내에 가스 배출 유도부(450)가 삽입되어 있다.
여기서, 제1 단차부(400p)는 리드 필름(400)과 실링부(250)가 접하는 면을 기준으로, 전극 리드(300)를 향하는 방향의 반대 방향으로 돌출되어 있는 부분을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 단차부(400p)는 가스 배출 유도부(450)가 삽입되어 있는 위치 상에서 전극 리드(300)를 향하는 방향의 반대 방향으로 돌출되어 있는 부분을 의미할 수 있다. 다르게 말하면, 리드 필름(400)에서, 제1 단차부(400p)는 가스 배출 유도부(450)가 삽입되어 있는 부분과 가스 배출 유도부(450)가 삽입되어 있지 않은 부분 사이에 단차가 발생된 부분을 의미할 수 있다.
또한, 실링부(250)는 제1 단차부(400p)의 외면을 감싸는 제2 단차부(250p)를 포함한다. 여기서, 제2 단차부(250p)는 리드 필름(400)과 실링부(250)가 접하는 면을 기준으로, 제1 단차부(400p)의 돌출 방향을 따라 돌출되어 있는 부분을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 단차부(250p)는 제1 단차부(400p)가 형성된 위치 상에서 제1 단차부(400p)의 돌출 방향을 따라 돌출되어 있는 부분을 의미할 수 있다. 다르게 말하면, 실링부(250)에서, 제2 단차부(250p)는 제1 단차부(400p)가 형성된 부분과 제1 단차부(400p)가 형성되어 있지 않은 부분 사이에 단차가 발생된 부분을 의미할 수 있다.
이상의 구성에 따라, 본 실시예에서, 리드 필름(400) 상에 제1 단차부(400p)가 형성되어 있음에도 불구하고, 실링부(250) 또한 제1 단차부(400p)에 대응되는 위치에 제2 단차부(250p)가 형성되어 있어, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 실링 강도가 향상될 수 있다. 이와 더불어, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 높은 실링 강도에 따라, 전지셀(100) 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트(vent) 압력 또한 높아질 수 있고, 안전성 또한 향상될 수 있다.
또한, 리드 필름(400) 및 실링부(250)에서, 제1 단차부(400p)의 제1 단차(d1) 및 제2 단차부(250p)의 제2 단차(d2)는 크기에 제한을 두지는 않으나, 가스 배출 유도부(450)의 두께(D, Z축 방향으로의 높이)와 대응되는 크기를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 단차(d2) 및 제2 단차(d2)는 각각 가스 배출 유도부(450)의 두께(D)와 동일하거나 이보다 크거나 작을 수 있다. 일 예로, 제1 단차(d1)와 제2 단차(d2)는 각각 가스 배출 유도부(450)의 두께(D)와 동일한 크기를 가질 수 있다. 다른 일 예로, 제1 단차(d1)와 제2 단차(d2)는 가스 배출 유도부(450)의 두께(D) 대비 50% 내지 150%의 크기를 가질 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 리드 필름(400) 상에 제1 단차부(400p)와 실링부(250)의 제2 단차부(250p)는 가스 배출 유도부(450)의 두께(D)와 대응되는 크기를 가질 수 있어, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 실링 강도 및 전지셀(100) 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트 압력 또한 높아질 수 있고, 안전성 또한 향상될 수 있다.
보다 바람직하게는, 제1 단차부(400p)의 제1 단차(d1) 및 제2 단차부(250p)의 제2 단차(d2)는 서로 동일한 크기를 가지고, 각각 가스 배출 유도부(450)의 두께(D)와 동일할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 실링 강도 및 전지셀(100) 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트 압력 또한 보다 높아질 수 있고, 안전성 또한 보다 향상될 수 있다.
이와 달리, 제2 단차(d2)가 제1 단차(d1)보다 크거나 작은 크기를 가지는 경우, 리드 필름(400)과 실링부(250) 사이에 미실링되는 부분이 발생하거나 과실링되는 부분이 발생되어, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 실링 강도 및 전지셀(100) 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트 압력이 낮아질 수 있고, 안전성 또한 저하될 수 있다.
또한, 실링부(250)에서, 제2 단차부(250p)의 두께는 균일하게 형성되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 실링부(250)에서, 제2 단차부(250p)의 두께는 동일한 두께로 리드 필름(400)의 외면을 감쌀 수 있다. 다르게 말하면, 실링부(250)에서, 제2 단차부(250p)의 두께는 동일한 두께로 제1 단차부(400p)의 외면을 감쌀 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 리드 필름(400) 상에 제1 단차부(400p)가 형성되어 있음에도 불구하고, 실링부(250)는 리드 필름(400)의 외면을 균일한 두께로 감쌀 수 있어, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 실링 강도 및 실링부(250)의 실링 전후의 두께 변화율이 균일하게 유지될 수 있다. 즉, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이에 실링 강도가 상대적으로 약한 부분을 최소화할 수 있어, 전지셀(100) 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트 압력 또한 높아질 수 있고, 안전성 또한 향상될 수 있다.
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 4 및 도 5를 참조하면, 가스 배출 유도부(450)는 전극 리드(300) 상에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 가스 배출 유도부(450)는 리드 필름(400)의 폭 방향을 기준으로 전극 리드(300)의 중심부 상에 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 제1 단차부(400p) 및 제2 단차부(250p)는 리드 필름(400)의 폭 방향을 기준으로 전극 리드(300)의 중심부 상에 위치하고, 가스 배출 유도부(450)는 제1 단차부(400p) 내에 삽입되어 있을 수 있다.
이에 따라, 리드 필름(400)에서, 가스 배출 유도부(450)는 전극 리드(300) 상에 위치함에 따라, 가스 배출 유도부(450)는 상대적으로 넓은 면적을 가질 수 있고, 가스 배출 유도부(450)에 의해 배출되는 가스의 배출량 또한 효과적으로 높일 수 있다.
도 6은 도 3의 A-A' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 4 및 도 6을 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 6을 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 6을 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, 도 7은 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 7의 (a)와 같이 원형, 도 7의 (b)와 같이 타원형, 그밖에 선형, 곡선형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다.
다른 일 예로, 가스 배출 유도부(450)는 도 7의 (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 7의 (c)와 같이 실링부(250)를 기준으로 실링부(250)의 외측으로 리드 필름(400)의 내측에 위치하거나, 도 7의 (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 7의 (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 8은 도 6의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 9는 도 8의 리드 필름과 가스 배출 유도부의 계면 사이에 형성된 가스 배출 경로를 나타낸 도면이다. 도 9에서 가스의 이동 경로는 점선 화살표로 나타내었다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에서, 가스 배출 유도부(450)와 리드 필름(400) 사이의 계면에 가스 배출 경로가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 9와 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 및/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 작아, 도 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.
다만, 상기 가스 배출 경로는 도 9와 같이 가스 배출 유도부(450)의 상면과 리드 필름(400) 사이의 계면 및 가스 배출 유도부(450)의 하면과 리드 필름(400) 사이의 계면이 모두가 이격되어 있는 경우뿐 아니라, 가스 배출 유도부(450)의 상면과 리드 필름(400) 사이의 계면 또는 가스 배출 유도부(450)의 하면과 리드 필름(400) 사이의 계면이 이격되어 있는 경우 또한 포함할 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 6을 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 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 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀에서, 도 4의 B-B' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 10을 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 리드 필름(400')의 제1 단차부(400p') 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 11은 도 10의 단면을 가지는 전지셀에서, 도 3의 A-A' 축을 따라 자른 단면도이다. 도 12는 도 11의 이점쇄선 영역을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 13은 도 12의 리드 필름과 가스 배출 유도부의 계면 사이에 형성된 가스 배출 경로를 나타낸 도면이다. 도 13에서 가스의 이동 경로는 점선 화살표로 나타내었다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 실시예는 도 6 내지 도 9와 유사하게, 가스 배출 유도부(450')와 리드 필름(400') 사이의 계면에 대해서는 가스 배출 경로가 형성될 수 있다. 다만, 본 실시예는 도 6 내지 도 9와 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, 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 압력 또한 보다 높아질 수 있고, 안전성 또한 보다 향상될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 제조 장치 및 이를 통해 제조된 전지셀을 중심으로 설명한다. 본 실시예의 경우, 도 3 내지 도 9에 따른 실시예를 기준으로 설명될 것이나, 도 10 내지 도 13에 따른 실시예의 경우에도 동일하게 설명될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 제조 장치 및 이를 통해 제조된 전지셀을 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 제조 장치는 전지셀(100)을 제조하고, 실링부(250), 전극 리드(300), 및 리드 필름(400)을 함께 실링하는 실링툴(1000)을 포함한다. 여기서, 실링툴(1000)은 실링부(250), 전극 리드(300), 및 리드 필름(400)을 열 융착 또는 프레스 융착에 의해 실링할 수 있다.
또한, 실링툴(1000)은 실링부(250)와 대면하는 방향의 반대 방향으로 오목하게 형성된 제3 단차부(1000r)를 포함하고, 제3 단차부(1000r)는 제1 단차부(400p)의 외면을 감싸고, 제3 단차부(1000r)와 제1 단차부(400p)의 외면 사이에 제2 단차부(250p)가 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 실링툴(1000)은 도 14(a)와 같이 길게 연장되어 있는 실링부(250)에 대해, 제3 단차부(1000r)가 실링부(250)를 가압함에 따라 도 14(b)와 같이 제1 단차부(400p)와 제3 단차부(1000r) 사이에 제2 단차부(250p)를 형성할 수 있다.
여기서, 제3 단차부(1000r)는 실링툴(1000)과 실링부(250)가 접하는 면을 기준으로, 실링부(250)와 대면하는 방향의 반대 방향으로 오목하게 형성된 부분을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 리드 필름(400)에서 제1 단차부(400p)가 형성되어 있는 위치를 기준으로, 제3 단차부(1000r)는 실링부(250)와 대면하는 방향의 반대 방향으로 오목하게 형성된 부분을 의미할 수 있다. 다르게 말하면, 실링툴(1000)에서, 제3 단차부(1000r)는 제1 단차부(400p)가 형성된 부분과 제1 단차부(400p)가 형성되어 있지 않은 부분 사이에 단차가 발생된 부분을 의미할 수 있다.
이상의 구성에 따라, 본 실시예에서, 리드 필름(400) 상에 제1 단차부(400p)가 형성되어 있음에도 불구하고, 실링툴(1000)의 제3 단차부(1000r)는 제1 단차부(400p)에 대응되는 위치에 제2 단차부(250p)를 형성시킬 수 있어, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 실링 강도가 향상시킬 수 있다. 이와 더불어, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 높은 실링 강도에 따라, 전지셀(100) 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트 압력 또한 높아질 수 있고, 안전성 또한 향상될 수 있다.
또한, 도 5 및 도 14를 참조하면, 실링툴(1000)에서, 제3 단차부(1000r)의 제3 단차(d3)는 제1 단차(d1) 및 제2 단차(d2)와 함께 각각 가스 배출 유도부(450)의 두께(D)와 대응되는 크기를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 단차(d3)는 가스 배출 유도부(450)와 동일하거나 이보다 크거나 작을 수 있다. 일 예로, 제1 단차(d1) 내지 제3 단차(d3)는 서로 동일한 크기를 가질 수 있다. 다른 일 예로, 제3 단차(d3)는 가스 배출 유도부(450)의 두께(D) 대비 50% 내지 150%의 크기를 가질 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 실링툴(1000)의 제3 단차(1000r)는 가스 배출 유도부(450)의 두께(D)와 대응되는 크기를 가질 수 있어, 제1 단차부(400p)와 서로 유사한 크기를 가질 수 있고, 실링부(250)의 제2 단차부(250p) 또한 제1 단차부(400p)와 서로 유사한 크기를 가질 수 있다. 즉, 실링부(250)의 제2 단차부(250p)의 두께가 제1 단차부(400p)의 외면을 따라 균일하게 형성될 수 있어, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 실링 강도 및 실링부(250)의 실링 전후의 두께 변화율이 균일하게 유지될 수 있다. 또한, 리드 필름(400) 사이의 실링 강도 및 전지셀(100) 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트 압력 또한 높아질 수 있고, 안전성 또한 향상될 수 있다.
보다 바람직하게는, 제1 단차(d1) 내지 제3 단차(d3)는 서로 동일한 크기를 가지고, 각각 가스 배출 유도부(450)의 두께(D)와 동일할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 실링 강도 및 전지셀(100) 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트 압력 또한 보다 높아질 수 있고, 안전성 또한 보다 향상될 수 있다.
이와 달리, 제3 단차(d3)가 제1 단차(d1)보다 크거나 작은 크기를 가지는 경우, 실링부(250)의 제2 단차(d2)의 두께가 균일하게 형성되지 않을 수 있다. 특히, 실링부(250)를 지나치게 높은 압력으로 가하여 두께가 얇아지거나, 실링부(250)를 지나치게 낮은 압력으로 가하여 미실링된 영역이 발생될 수 있어, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 실링 강도 및 전지셀(100) 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트 압력이 낮아질 수 있고, 안전성 또한 저하될 수 있다.도 15는 비교예에 따른 전지셀 제조 장치 및 이를 통해 제조된 전지셀을 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 비교예에 따른 전지셀 제조 장치는, 실링툴(1001)이 제3 단차부(1000r)를 포함하지 않는 점을 제외하고, 앞서 설명한 전지셀 제조 장치(1000)와 동일하게 설명될 수 있다.
도 15를 참조하면, 비교예에 따른 전지셀 제조 장치에서, 실링툴(1001)에 제1 단차부(400p)와 대응되는 위치에 제3 단차부(1000r)가 형성되지 않은 경우에는, 도 15(b)와 같이 실링부(250)에 과실링부(250a)가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 15(a)와 같이, 실링툴(1001)은 리드 필름(400)에 제1 단차부(400p)가 형성되어 있음에도 불구하고 위치별로 동일한 높이를 가지는 단차를 가진다. 이 때, 실링툴(1001)은 제1 단차부(400p)에 의해 돌출되어 있는 부분과 대면하는 실링부(250) 부분에 보다 높은 압력을 가하게 된다. 이에 따라, 실링부(250)는 도 15(b)와 같이, 제1 단차부(400p)와 대면하는 부분에 상대적으로 얇은 두께를 가지는 과실링부(250a)가 형성될 수 있다.
이에 따라, 비교예에 따른 전지셀 제조 장치와 같이, 리드 필름(400)에 형성된 제1 단차부(400p)에 의해 돌출되어 있는 높이를 고려하지 않고, 동일한 높이의 단차를 가지는 실링툴(1001)은, 실링부(250) 상에 과실링부(250a)를 형성하여, 과실링부(250a)와 리드 필름(400) 사이의 실링 강도는 저하될 수 있다. 이와 더불어, 과실링부(250a)와 리드 필름(400) 사이의 약한 실링 강도로 인해, 전지셀 내 발생된 가스가 외부로 배출될 때의 벤트 압력이 낮아질 수 있고, 안전성 또한 저하될 수 있다.
이와 달리, 본 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 경우, 실링툴(1000)은 리드 필름(400)에 형성된 제1 단차부(400p)에 의해 돌출되어 있는 높이를 고려한 제3 단차부(1000r)를 포함함에 따라, 도 14(b)과 같은 과실링부(250a)가 실링부(250) 상에 형성되지 않을 수 있고, 실링부(250)와 리드 필름(400) 사이의 실링 강도 및 안전성 또한 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 전지셀을 포함한다. 한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수도 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 전지셀
110: 전극조립체
200: 전지케이스
210: 수납부
250: 실링부
300: 전극 리드
400: 리드 필름
450: 가스 배출 유도부
1000: 전지셀 제조 장치

Claims (21)

  1. 전극조립체가 수납부에 장착되고, 외주변이 밀봉되어 있는 구조의 실링부를 포함하는 전지케이스;
    상기 전극조립체에 포함된 전극 탭과 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 필름은 상기 전극 리드를 향하는 방향의 반대 방향으로 돌출되어 있는 제1 단차부를 포함하고,
    상기 실링부는 상기 제1 단차부의 외면을 감싸는 제2 단차부를 포함하고,
    상기 제1 단차부 내에 가스 배출 유도부가 삽입되어 있는 전지셀.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 단차부의 제1 단차 및 상기 제2 단차부의 제2 단차는 각각 상기 가스 배출 유도부의 높이와 대응되는 크기를 가지는 전지셀.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 단차와 상기 제2 단차는 서로 동일한 크기를 가지는 전지셀.
  4. 제1항에서,
    상기 가스 배출 유도부는 상기 리드 필름의 폭 방향을 기준으로 상기 전극 리드의 중심부 상에 위치하는 전지셀.
  5. 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.
  6. 제5항에서,
    상기 전지케이스의 내측에 인접한 상기 가스 배출 유도부의 단부는 상기 전지케이스 내부에 노출되어 있는 전지셀.
  7. 제1항에서,
    상기 가스 배출 유도부와 상기 리드 필름 사이의 계면에 가스 배출 경로가 형성되는 전지셀.
  8. 제7항에서,
    상기 가스 배출 유도부와 상기 리드 필름 사이의 접착력은 상기 리드 필름과 전극 리드 사이의 접착력 및 상기 리드 필름과 상기 실링부 사이의 접착력 중 적어도 하나 보다 작은 전지셀.
  9. 제8항에서,
    상기 가스 배출 유도부는 폴리이미드 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 적어도 하나로 이루어진 필름층인 전지셀.
  10. 제8항에서,
    상기 가스 배출 유도부는 액상 레진으로 이루어진 코팅층인 전지셀.
  11. 제8항에서,
    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.
  12. 제1항에서,
    상기 제2 단차부의 두께는 균일하게 형성되어 있는 전지셀.
  13. 제1항에서,
    상기 가스 배출 유도부는 상기 전극 리드 상에 위치하고, 상기 가스 배출 유도부와 상기 전극 리드 사이에 접착층이 형성되어 있는 전지셀.
  14. 제13항에서,
    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.
  15. 제14항에서,
    상기 접착층은 접착성 테이프 또는 접착성 바인더로 이루어지는 전지셀.
  16. 제1항에서,
    상기 리드 필름의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer인 전지셀.
  17. 제1항에서,
    상기 리드 필름의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 g 내지 0.2 g인 전지셀.
  18. 제1항에서,
    상기 가스 배출 유도부의 가스 투과도가 60℃에서 40 barrer 이상인 전지셀.
  19. 제1항의 전지셀을 제조하는 전지셀 제조 장치로서,
    상기 실링부, 상기 전극 리드, 및 상기 리드 필름을 함께 실링하는 실링툴을 포함하고,
    상기 실링툴은 상기 실링부와 대면하는 방향의 반대 방향으로 오목하게 형성된 제3 단차부를 포함하고,
    상기 제3 단차부는 상기 제1 단차부의 외면을 감싸고, 상기 제3 단차부와 상기 제1 단차부의 외면 사이에 상기 제2 단차부가 위치하는 전지셀 제조 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 제1 단차부의 제1 단차, 상기 제2 단차부의 제2 단차, 및 상기 제3 단차부의 제3 단차는 각각 상기 가스 배출 유도부의 높이와 대응되는 크기를 가지는 전지셀 제조 장치.
  21. 제20항에서,
    상기 제1 단차 내지 상기 제3 단차는 서로 동일한 크기를 가지는 전지셀 제조 장치.
PCT/KR2022/009786 2021-07-06 2022-07-06 전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치 WO2023282632A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22837984.8A EP4243175A1 (en) 2021-07-06 2022-07-06 Battery cell and battery cell manufacturing apparatus for manufacturing same
US18/035,667 US20230411769A1 (en) 2021-07-06 2022-07-06 Battery Cell And Battery Cell Manufacturing Apparatus For Manufacturing Same
CN202280007213.XA CN116368674A (zh) 2021-07-06 2022-07-06 电池单元及用于制造其的电池单元制造设备
JP2023532411A JP2023551270A (ja) 2021-07-06 2022-07-06 電池セル及びそれを製造する電池セル製造装置

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210088727 2021-07-06
KR10-2021-0088727 2021-07-06
KR1020220081997A KR102657917B1 (ko) 2021-07-06 2022-07-04 전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치
KR10-2022-0081997 2022-07-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023282632A1 true WO2023282632A1 (ko) 2023-01-12

Family

ID=84800824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/009786 WO2023282632A1 (ko) 2021-07-06 2022-07-06 전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230411769A1 (ko)
EP (1) EP4243175A1 (ko)
JP (1) JP2023551270A (ko)
CN (1) CN116368674A (ko)
WO (1) WO2023282632A1 (ko)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140129600A (ko) * 2013-04-30 2014-11-07 주식회사 엘지화학 이차전지 및 이에 적용되는 이차전지용 부품
KR20170027150A (ko) * 2015-09-01 2017-03-09 주식회사 엘지화학 전지셀 및 그의 제조방법
KR20180095982A (ko) * 2017-02-20 2018-08-29 주식회사 엘지화학 열팽창성 층을 도입한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법
US20190036180A1 (en) * 2017-07-31 2019-01-31 Pellion Technologies Getter for use with electrochemical cells, devices including the getter, and method of forming same
KR101947149B1 (ko) * 2015-12-16 2019-02-13 주식회사 엘지화학 가압과 열 인가 면적이 증대된 전지케이스의 밀봉 장치
KR20210025407A (ko) * 2019-08-27 2021-03-09 주식회사 엘지화학 이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지 제조 방법
KR20210088727A (ko) 2018-12-04 2021-07-14 씨엠씨 머티리얼즈, 인코포레이티드 금속 cmp를 위한 조성물 및 방법
KR20220081997A (ko) 2019-10-22 2022-06-16 마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨 디스럽션 중에 애플리케이션에 자동화된 사용자 입력을 제공하는 기법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140129600A (ko) * 2013-04-30 2014-11-07 주식회사 엘지화학 이차전지 및 이에 적용되는 이차전지용 부품
KR20170027150A (ko) * 2015-09-01 2017-03-09 주식회사 엘지화학 전지셀 및 그의 제조방법
KR101947149B1 (ko) * 2015-12-16 2019-02-13 주식회사 엘지화학 가압과 열 인가 면적이 증대된 전지케이스의 밀봉 장치
KR20180095982A (ko) * 2017-02-20 2018-08-29 주식회사 엘지화학 열팽창성 층을 도입한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법
US20190036180A1 (en) * 2017-07-31 2019-01-31 Pellion Technologies Getter for use with electrochemical cells, devices including the getter, and method of forming same
KR20210088727A (ko) 2018-12-04 2021-07-14 씨엠씨 머티리얼즈, 인코포레이티드 금속 cmp를 위한 조성물 및 방법
KR20210025407A (ko) * 2019-08-27 2021-03-09 주식회사 엘지화학 이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지 제조 방법
KR20220081997A (ko) 2019-10-22 2022-06-16 마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨 디스럽션 중에 애플리케이션에 자동화된 사용자 입력을 제공하는 기법

Also Published As

Publication number Publication date
EP4243175A1 (en) 2023-09-13
CN116368674A (zh) 2023-06-30
JP2023551270A (ja) 2023-12-07
US20230411769A1 (en) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022191612A1 (ko) 전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치
WO2022182210A1 (ko) 전지셀, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2022124802A1 (ko) 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2022191613A1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2022169146A1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2022164182A2 (ko) 전지셀 및 전지셀 제조 장치
WO2022149960A1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2023282632A1 (ko) 전지셀 및 이를 제조하는 전지셀 제조 장치
WO2022231277A1 (ko) 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2022225355A1 (ko) 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2023282631A1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2022250429A1 (ko) 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2023282634A1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2022080834A1 (ko) 전지 케이스 실링 장치 및 이를 이용하여 제조되는 이차 전지
WO2021085917A1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
WO2022031065A1 (ko) 이차전지
WO2021141311A1 (ko) 이차전지 제조장치 및 이차전지 제조방법
WO2022010237A1 (ko) 이차전지
WO2023153673A1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2022149959A1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2023140707A1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2023214644A1 (ko) 가스 배출 부재 및 이를 구비한 이차전지
WO2022098063A1 (ko) 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2023054946A1 (ko) 이차전지
WO2023101278A1 (ko) 파우치형 전지 및 파우치형 전지의 실링장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22837984

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023532411

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202317038107

Country of ref document: IN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022837984

Country of ref document: EP

Effective date: 20230608

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE