WO2024117876A1 - 이차 전지 - Google Patents

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WO2024117876A1
WO2024117876A1 PCT/KR2023/019726 KR2023019726W WO2024117876A1 WO 2024117876 A1 WO2024117876 A1 WO 2024117876A1 KR 2023019726 W KR2023019726 W KR 2023019726W WO 2024117876 A1 WO2024117876 A1 WO 2024117876A1
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WO
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frame
secondary battery
electrode assembly
area
folding
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PCT/KR2023/019726
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English (en)
French (fr)
Inventor
정현옥
천용호
이종민
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • 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
    • H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • 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
    • H01M50/176—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/184—Sealing members characterised by their shape or structure
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • 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
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • H01M50/367—Internal gas exhaust passages forming part of the battery cover or case; Double cover vent systems
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery including an electrode assembly and an exterior sheet.
  • types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries. These secondary batteries are used not only for small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, portable game devices, power tools, and e-bikes, but also for large products requiring high output such as electric vehicles and hybrid vehicles, as well as for surplus power generation. It is also applied and used in power storage devices that store power or renewable energy and backup power storage devices.
  • the electrode active material slurry is first applied to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to manufacture the positive and negative electrodes, and then an electrode assembly of a predetermined shape is formed by interposing a separator on both sides. form Then, the electrode assembly is stored in the battery case, and the electrolyte is injected and sealed.
  • Secondary batteries are classified into pouch type and can type, etc., depending on the material of the case that accommodates the electrode assembly.
  • the pouch type accommodates the electrode assembly in a pouch made of flexible polymer material.
  • the can type accommodates the electrode assembly in a case made of materials such as metal or plastic.
  • a pouch-type battery case is manufactured by performing press processing on a flexible laminate sheet to form a cup portion. Then, when the cup portion is formed, the electrode assembly is stored inside the cup portion and the sides are sealed to manufacture a secondary battery.
  • drawing forming is performed by inserting a laminated sheet into a forming device such as a press equipment and applying pressure to the laminated sheet with a punch to stretch the laminated sheet.
  • a portion of the sealing portion is double side folded (DSF) to form a wing folding portion.
  • DSF double side folded
  • One problem that the present invention seeks to solve is to provide a secondary battery that has no thickness restrictions on the electrode assembly and does not require separate cup molding.
  • a secondary battery includes an electrode assembly; a frame surrounding the electrode assembly to accommodate the electrode assembly and having an insulating material; and a pair of exterior sheets sealed with the frame on both sides of the frame to cover the electrode assembly.
  • a groove facing the outside of the frame may be formed in the frame to increase the sealing area between the exterior sheet and the frame.
  • the height of the electrode assembly may correspond to the height of the frame.
  • the groove may extend along the frame.
  • the groove may be formed of a plurality of lines parallel to each other.
  • An opening through which an electrode lead connected to the electrode assembly passes may be formed in the frame.
  • An insulating member surrounding a portion of the electrode lead may be sealed between the pair of exterior sheets on the outside of the opening.
  • At least one vent hole located on a side different from the side where the opening is formed may be formed in the frame.
  • the frame includes an inner peripheral surface facing the electrode assembly; an outer circumferential surface located on the opposite side of the inner circumferential surface; And it may include a connection surface connecting the inner circumferential surface and the outer circumferential surface.
  • a thickness between the outer circumferential surface and the inner circumferential surface may be smaller than the height of the frame.
  • the exterior sheet includes a cover area that covers the electrode assembly; and an edge area located around the cover area and sealed with the connection surface.
  • the cover area and edge area may form the same plane.
  • At least one of the pair of exterior sheets may further include a folding area that is folded at the edge area and sealed with the outer peripheral surface.
  • the folding areas of the pair of exterior sheets may not overlap each other.
  • At least one vent hole covered by the folding area may be formed in the frame.
  • the exterior sheet may further include a sealing area connected to the edge area, and the sealing areas of the pair of exterior sheets may be sealed to each other.
  • An opening through which an electrode lead connected to the electrode assembly passes is formed in the frame, and the sealing area may cover the opening.
  • the sealing area of at least one of the pair of exterior sheets includes a first folding portion folded from the edge area toward the outer peripheral surface; and a second folding part folded from the first folding part in a direction opposite to the folding direction of the first folding part.
  • the first folding part may be sealed on the outer circumferential surface.
  • a large sealing area between the frame and the exterior sheet can be secured, thereby strengthening the sealing force between the frame and the exterior sheet.
  • the exterior quality of the secondary battery can be improved.
  • vent holes can be formed in the frame, it is possible to design more freely with regard to the formation location, size, number, etc. of the vent holes. As a result, gases and flames generated by fires in secondary batteries can be vented to the intended location and direction, and the spread of flames or thermal runaway between secondary batteries can be delayed.
  • Figure 1 is a perspective view showing the appearance of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1.
  • Figure 4 is a cross-sectional view taken along line B-B' in Figure 1.
  • Figure 5 is a plan view of a frame according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a side view of a frame according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a partial cross-sectional view taken along line C-C' of Figure 5.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the exterior of a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a line A-A' of FIG. 1. This is a cross-sectional view
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 1.
  • the secondary battery 1 includes an electrode assembly 10, a frame 20 surrounding the electrode assembly 10 to accommodate the electrode assembly 10, and the electrode assembly 10. ) may include a pair of exterior sheets 30 that are sealed with the frame 20 on both sides of the frame 20 to cover the area.
  • the electrode assembly 10 may include an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode plate and the cathode plate to insulate them.
  • the type of electrode assembly 10 is not limited.
  • the electrode assembly 10 may be a stacked electrode assembly in which an anode and a cathode are alternately stacked with a separator in between.
  • the electrode assembly 10 may be a jelly roll-type electrode assembly in which a sheet-shaped anode and a cathode are wound together with a separator in between.
  • the electrode assembly 10 may be provided with an electrode tab protruding in the direction of its overall length.
  • the electrode tab may include a positive electrode tab connected to the positive electrode and a negative electrode tab connected to the negative electrode.
  • the electrode lead 12 may be connected to the electrode assembly 10.
  • the electrode lead 12 may be connected to the electrode tab of the electrode assembly 10.
  • electrode leads 12 may be welded to the electrode tabs.
  • a pair of electrode leads 12 may be provided, and the pair of electrode leads 12 may include a positive electrode lead connected to the positive electrode tab and a negative electrode lead connected to the negative electrode tab.
  • the insulating member 13 may surround a portion of the electrode lead 12.
  • the insulating member 13 may include an insulating tape.
  • the insulating member 13 may insulate the electrode lead 12 and the exterior sheet 30.
  • a pair of electrode leads 12 may extend parallel to each other from one end of the electrode assembly 10. However, it is not limited to this, and it is also possible for a pair of electrode leads 12 to extend in opposite directions from both ends of the electrode assembly 10.
  • the frame 20 may have an insulating material.
  • the frame 20 may be made of plastic. As a result, the electrode assembly 10 and the frame 20 can maintain insulation.
  • the frame 20 may have higher rigidity than the exterior sheet 30.
  • the frame 20 may have a closed loop shape extending along the circumference of the electrode assembly 10 . That is, the frame 20 may form an internal space in which the electrode assembly 10 is accommodated, and the internal space is located on both sides with respect to the height direction (for example, the direction parallel to the Z-axis direction) of the electrode assembly 10. can be opened as
  • the frame 20 may have a substantially square frame shape.
  • the frame 20 has a pair of long sides parallel to the full-length direction of the electrode assembly 10 (e.g., a direction parallel to the Y axis) and a pair of long sides parallel to the full-width direction of the electrode assembly 10 (e.g., It may include a pair of short sides parallel to the X-axis (direction parallel to the X-axis). That is, the frame 20 may include four sides.
  • the frame 20 is preferably formed as a single piece, but is not limited thereto.
  • the height of the electrode assembly 10 and the height h of the frame 20 may correspond to each other.
  • the height of the electrode assembly 10 and the height h of the frame 20 may be the same or similar to each other.
  • the cross section of the frame 20 may have a square shape.
  • the frame 20 has an inner peripheral surface 21 facing the electrode assembly 10, an outer peripheral surface 22 located on the opposite side of the inner peripheral surface 21, and an inner peripheral surface 21. And it may include a connection surface 23 connecting the outer circumferential surface 22.
  • the connection surface 21 may be the top and bottom surfaces of the frame 20.
  • the thickness (t) between the inner peripheral surface 21 and the outer peripheral surface 22 of the frame 20 may be smaller than the height (h) of the frame 20. That is, the cross section of the frame 20 may be approximately rectangular in shape, elongating vertically. As a result, the volume unnecessarily occupied by the frame 20 can be reduced, and the lowering of the energy density of the secondary battery 1 due to the frame 20 can be minimized.
  • An opening 24 through which the electrode lead 12 passes may be formed in the frame 20 .
  • the opening 24 may be formed penetrating from the inner peripheral surface 21 to the outer peripheral surface 22 of the frame 20.
  • the opening portion 24 may be open to one side (eg, the lower side) in the height direction of the frame 20, but is not limited thereto.
  • a pair of electrode leads 12 may pass through a single opening 24. However, it is not limited to this, and of course, it is also possible to form a pair of openings 24 spaced apart from each other in the frame 20 to allow the pair of electrode leads 12 to pass through.
  • the opening portion 24 is located on one of the four sides of the frame 20. It can be formed in either one.
  • the openings 24 may be formed on both sides of the four sides of the frame 20 that face each other.
  • the insulating member 13 surrounding a portion of the electrode lead 12 may be sealed between a pair of exterior sheets 30 on the outside of the opening portion 24.
  • a pair of exterior sheets 30 may be sealed to each other on the outside of the side where the open portion 24 is formed among the four sides of the frame 20, and some of them may be sealed with the insulating member 13. You can.
  • the exterior sheet 30 may be heat-sealed to the frame 20 on both sides in the height direction of the frame 20.
  • a pair of exterior sheets 30 may be provided.
  • the pair of exterior sheets 30 includes a first exterior sheet 30a sealed on one side (e.g., upper side) of the frame 20, and a first exterior sheet 30a sealed on the other side (e.g., lower side) of the frame 20. ) may include a second exterior sheet 30b that is sealed.
  • the exterior sheet 30 may be a laminated sheet including a first resin layer 41, a second resin layer 42, and a metal layer 43.
  • the first resin layer 41 may be the outermost layer of the exterior sheet 30.
  • the first resin layer 41 can protect the secondary battery 1 from friction and collision with the outside and electrically insulate the electrode assembly 10 from the outside.
  • the first resin layer 41 may include polyethylene terephthalate (PET).
  • the second resin layer 42 may be the innermost layer of the exterior sheet 30.
  • the second resin layer 42 may be sealed to the frame 20 and may be in contact with or adjacent to the electrode assembly 10 . Therefore, the second resin layer 42 must have insulating properties and must have corrosion resistance because it is in contact with the electrolyte.
  • the second resin layer 42 and the frame 20 must have excellent thermal bonding strength.
  • the second resin layer 42 may include polypropylene (PP) or polyethylene (PE).
  • the metal layer 43 may be located between the first resin layer 41 and the second resin layer 42.
  • the metal layer 43 secures the mechanical strength of the exterior sheet 30, blocks gas or moisture from entering and exiting the secondary battery 1, and prevents electrolyte leakage.
  • the metal layer 43 may include aluminum (AL) or stainless steel (STS).
  • each layer 41, 42, and 43 of the exterior sheet 30 is not limited to the above example and may be appropriately selected.
  • the laminate sheet is drawn and molded to form a cup portion in which the electrode assembly is accommodated.
  • the cup portion is not formed in the exterior sheet 30 according to an embodiment of the present invention. Accordingly, there is no need for a molding process for the cup portion, there is no risk of cracks occurring because the laminated sheet is not stretched, there are no thickness restrictions on the electrode assembly 10, and the external quality of the secondary battery 1 is improved.
  • each exterior sheet 30 has a cover area 31 that covers the electrode assembly 10, and an edge area located around the cover area 31 and sealed with the connection surface 23 of the frame 20. (32) may be included.
  • the cover area 31 and the edge area 32 may form the same plane.
  • the cover area 31 and the edge area 32 may be formed to be flat.
  • the cover area 31 may overlap the electrode assembly 10 in the height direction of the secondary battery 1.
  • the cover area 31 may cover an open area in the frame 20 .
  • the cover area 31 may be in contact with or adjacent to the electrode assembly 10 .
  • the edge area 32 may extend from the cover area 31 .
  • the edge area 32 may overlap the frame 20 in the height direction of the secondary battery 1.
  • the edge area 32 may be bonded and sealed to the frame 20, more specifically, the connection surface 23.
  • At least one of the pair of exterior sheets 30 may further include a folding area 33 that is folded at the edge area 32 and sealed with the outer peripheral surface 22 of the frame 20.
  • the folding area 33 may be folded from the edge area 32 toward the outer peripheral surface 22 of the frame 20.
  • the folding area 33 may be folded at approximately 90 degrees with respect to the edge area 32 . Therefore, compared to the case where the sealing part of the conventional secondary battery pouch is folded close to 180 degrees by double side folding (DSF), the risk of the innermost layer of the laminate sheet, that is, the second resin layer 42, being broken can be reduced. there is.
  • the folding area 33 may be sealed by being joined to the frame 20, more specifically, the outer peripheral surface 22.
  • the sealing strength between the exterior sheet 30 and the frame 20 can be significantly increased while hardly reducing the energy density of the secondary battery 1.
  • the folding area 33 may be folded around a portion of the edge area 32 .
  • the folding area 33 may be folded and sealed toward the outer peripheral surface 22 of the side of the frame 20 where the open portion 24 is not formed.
  • the folding area 33 is formed on at least one of the remaining three sides of the frame 20. It can be folded toward and sealed.
  • the folding area 33 can be folded and sealed toward at least one of the remaining two sides of the frame 20. there is.
  • each exterior sheet 30 includes a folding area 33
  • the folding areas 33 of a pair of exterior sheets 30 may not overlap each other.
  • the folding area 33 of the first exterior sheet 30a may be sealed to a portion of the upper portion of the outer peripheral surface 22 of the frame 20, and the folding area 33 of the second exterior sheet 30b may be sealed. ) may be sealed on a portion of the lower side of the outer peripheral surface 22 of the frame 20. That is, the end of the folding area 33 of the first exterior sheet 30a and the end of the folding area 33 of the second exterior sheet 30b may be at a predetermined distance from each other or may be in contact with each other. As a result, the exterior sheet 30 does not need to be made unnecessarily large, thereby reducing manufacturing costs.
  • the folding area 33 of the first exterior sheet 30a and the folding area 33 of the second exterior sheet 30b may overlap and seal each other.
  • Each exterior sheet 30 may further include a sealing area 34 connected to the edge area 32.
  • the folding area 33 may be folded around a portion of the edge area 32, and the sealing area 34 may be connected to another portion of the perimeter of the edge area 32.
  • the sealing area 34 may be formed to correspond to a side of the frame 20 where the open portion 24 is formed.
  • the sealing area 34 may be formed to correspond to the one side.
  • the sealing area 34 may be formed to correspond to the two sides.
  • the sealing areas 34 of the pair of exterior sheets 30 may be sealed to each other.
  • the electrode lead 12 may protrude outward through a space between the sealing areas 34 of the pair of exterior sheets 30 .
  • the insulating member 13 attached to the electrode lead 12 may be sealed between the sealing areas 34 of the pair of exterior sheets 30.
  • At least one sealing area 34 of the pair of exterior sheets 30 may be folded twice.
  • at least one sealing area 34 of the pair of exterior sheets 30 includes a first folding portion 34a folded from the edge area 32 toward the outer peripheral surface 22 of the frame 20. ) and a second folding part 34b folded from the first folding part 34a in a direction opposite to the folding direction of the first folding part 34a.
  • the sealing area 34 of the pair of exterior sheets 30 may each be folded twice.
  • the sum of the heights of the first folding portions 34a of the pair of sealing areas 34 may correspond to the height of the frame 20.
  • the second folding portions 34b of the pair of sealing areas 34 may be sealed to each other.
  • the electrode lead 12 may protrude outward through the pair of second folding portions 34b, and the insulating member 13 may be sealed between the pair of second folding portions 34b. there is.
  • the sealing area 34 of the first exterior sheet 30a is folded twice, and the sealing area 34 of the second exterior sheet 30b is folded into the edge area 32. It can be formed flat and on the same plane.
  • the height of the first folding portion 34a of the sealing area 34 of the first exterior sheet 30a may correspond to the height of the frame 20.
  • the second folding portion 34b of the sealing area 34 of the first exterior sheet 30a may be sealed with the sealing area 34 of the second exterior sheet 30b.
  • the electrode lead 12 may protrude outward through the second folding portion 34b of the first exterior sheet 30a and the sealing area 34 of the second exterior sheet 30b, and the insulating member 13 ) can be sealed between the second folding portion 34b of the first exterior sheet 30a and the sealing area 34 of the second exterior sheet 30b.
  • the sealing area 34 may cover the opening 24 formed in the frame 20.
  • the first folding portion 34a of the sealing area 34 may be sealed with the outer peripheral surface 22 of the frame 20.
  • the sealing force between the exterior sheet 30 and the frame 20 can be further strengthened.
  • FIG. 5 is a plan view of a frame according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a side view of a frame according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view taken along line C-C' of FIG. 5.
  • a groove 25 facing the outside of the frame 20' may be formed to increase the sealing area with the exterior sheet 30.
  • the groove 25 may extend along the frame 20'.
  • the groove 25 may extend along the circumferential direction of the frame 20'.
  • the groove 25 may be formed obliquely to form a predetermined angle with the extension direction of the frame 20'.
  • the groove 25 may be formed of a plurality of lines parallel to each other.
  • the portion between the plurality of protrusions can be interpreted as a groove 25.
  • the groove 25 may face the outside of the frame 20'.
  • the groove 25 may be formed on the connecting surface 23 and/or the outer peripheral surface 22 of the frame. Accordingly, the exterior sheet 30 can easily cover the groove 25 facing the outside of the frame 20' from the outside.
  • the groove 25 may be formed on the connection surface 23 of the frame 20'.
  • the groove 25 formed in the connection surface 23 may be sealed with the edge area 32 of the exterior sheet 30.
  • the groove 25 may be formed on the outer peripheral surface 22 of the frame 20'.
  • the groove 25 formed on the outer peripheral surface 22 may be sealed with the folding area 33 of the exterior sheet 30 or with the first folding portion 34a of the sealing area 34.
  • the sealing force between the frame 20 and the exterior sheet 30 can be further strengthened.
  • At least one vent hole 26 may be formed in the frame 20' located on a side different from the side where the opening 24 (see FIG. 2) is formed.
  • the vent hole 26 may be formed penetrating from the inner peripheral surface 21 to the outer peripheral surface 22 of the frame 20.
  • the vent hole 26 may be covered by the folding area 33 of the exterior sheet 30.
  • the peripheral portion of the vent hole 26 may be sealed with the folding area 33 of the exterior sheet 30. Accordingly, during normal operation of the secondary battery 1, the vent hole 26 may be blocked.
  • the internal pressure of the secondary battery 1 increases due to the gas, and the sealing around the vent hole 26 takes priority. It can be released. Accordingly, the gas can be easily vented to the outside of the secondary battery 1 through the vent hole 26.
  • the portion of the folding area 33 of the exterior sheet 30 that is sealed around the vent hole 26 may include a weakly sealed portion or an unsealed portion.
  • the sealing area can be reduced by reducing the gap between the end of the folding area 33 and the vent hole 26. It is not limited to this, and is not limited as long as the sealing around the vent hole 26 can be released preferentially.
  • vent hole 26 By forming the vent hole 26 on a side different from the side on which the opening 24 (see FIG. 2) is formed, venting of gas and flame containing dust toward the electrode lead 12 can be delayed. As a result, it is possible to prevent fire from spreading or thermal runaway from occurring in a battery module or battery pack containing a plurality of secondary batteries 1.
  • Electrode lead 13 Insulating member
  • vent hole 30 exterior sheet

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하도록 상기 전극 조립체의 둘레를 둘러싸며 절연 재질을 갖는 프레임; 및 상기 전극 조립체를 커버하도록 상기 프레임의 양측에서 상기 프레임과 실링되는 한 쌍의 외장 시트를 포함할 수 있다. 상기 프레임에는, 상기 외장 시트와 상기 프레임 사이의 실링 면적이 증가하도록, 상기 프레임의 외부를 향하는 홈이 형성될 수 있다.

Description

이차 전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2022년 12월 05일자 한국특허출원 제10-2022-0166857호 및 2023년11월 30일자 한국특허출원 제10-2023-0170861호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 전극 조립체 및 외장 시트를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이러한 이차 전지를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 분리막(Separator)의 양 측에 개재함으로써 소정 형상의 전극 조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해질 주입 후 실링한다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 유연한 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
일반적으로 파우치형 전지 케이스는 유연성을 가지는 라미네이트 시트에 프레스 가공을 수행하여 컵부를 형성함으로써 제조된다. 그리고, 컵부가 형성되면 상기 컵부의 내부에 전극 조립체를 수납하고 사이드를 실링하여 이차 전지를 제조한다.
이러한 프레스 가공 중에서 드로잉(Drawing) 성형은 프레스 장비와 같은 성형 장치에 라미네이트 시트를 삽입하고 펀치로 라미네이트 시트에 압력을 인가하여, 라미네이트 시트를을 연신시킴으로써 수행된다.
그러나, 전극 조립체가 두꺼워질수록 라미네이트 시트에 성형되는 컵부의 깊이가 깊어지므로, 컵부의 과도한 연신으로 인해 라미네이트 시트, 특히 컵부의 코너에 크랙이 발생할 우려가 있으며, 크랙에 의해 라미네이트 시트의 금속층이 노출되어 전지의 수명을 저하시키는 문제점이 있었다. 즉, 종래에는 컵부의 깊이에 제한이 있어 전극 조립체의 두께를 증가시키는데 한계가 있었다.
또한, 라미네이트 시트에서 컵부 주변의 테라스끼리 실링하여 실링부를 형성하고, 이차 전지의 에너지 밀도를 높이기 위해 상기 실링부의 일부를 DSF(Double Side Folding)하여 윙 폴딩부를 형성한다. 그러나 실링부의 면적을 증가시키는데 제한이 있고, 상기 윙 폴딩부에서 라미네이트 시트의 최내각 수지층이 깨지는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 전극 조립체의 두께 제약이 없고 별도의 컵부 성형이 불필요한 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하도록 상기 전극 조립체의 둘레를 둘러싸며 절연 재질을 갖는 프레임; 및 상기 전극 조립체를 커버하도록 상기 프레임의 양측에서 상기 프레임과 실링되는 한 쌍의 외장 시트를 포함할 수 있다. 상기 프레임에는, 상기 외장 시트와 상기 프레임 사이의 실링 면적이 증가하도록, 상기 프레임의 외부를 향하는 홈이 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체의 높이와 상기 프레임의 높이는 서로 대응될 수 있다.
상기 홈은, 상기 프레임을 따라 연장될 수 있다.
상기 홈은 서로 나란한 복수개의 라인으로 형성될 수 있다.
상기 프레임에는 상기 전극 조립체에 연결된 전극 리드가 통과하는 개방부가 형성될 수 있다.
상기 전극 리드의 일부를 감싸는 절연 부재는 상기 개방부의 외측에서 상기 한 쌍의 외장 시트의 사이에 실링될 수 있다.
상기 프레임에는, 상기 개방부가 형성된 변과 다른 변에 위치한 적어도 하나의 벤트홀이 형성될 수 있다.
상기 프레임은, 상기 전극 조립체를 마주보는 내둘레면; 상기 내둘레면의 반대편에 위치한 외둘레면; 및 상기 내둘레면과 외둘레면을 연결하는 연결면을 포함할 수 있다.
상기 외둘레면과 상기 내둘레면 사이의 두께는, 상기 프레임의 높이보다 작을 수 있다.
상기 외장 시트는, 상기 전극 조립체를 커버하는 커버 영역; 및 상기 커버 영역의 둘레에 위치하며 상기 연결면과 실링되는 가장자리 영역을 포함할 수 있다.
상기 커버 영역 및 가장자리 영역은 동일 평면을 이룰 수 있다.
상기 한 쌍의 외장 시트 중 적어도 하나는, 상기 가장자리 영역에서 폴딩되어 상기 외둘레면과 실링되는 폴딩 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 외장 시트의 상기 폴딩 영역은 서로 비 중첩될 수 있다.
상기 프레임에는, 상기 폴딩 영역에 의해 커버되는 적어도 하나의 벤트홀이 형성될 수 있다.
상기 외장 시트는, 상기 가장자리 영역에 연결된 실링 영역을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 외장 시트의 상기 실링 영역은 서로 실링될 수 있다.
상기 프레임에는, 상기 전극 조립체에 연결된 전극 리드가 통과하는 개방부가 형성되고, 상기 실링 영역은 상기 개방부를 커버할 수 있다.
상기 한 쌍의 외장 시트 중 적어도 하나의 상기 실링 영역은, 상기 가장자리 영역에서 상기 외둘레면을 향해 폴딩된 제1폴딩부; 및 상기 제1폴딩부에서 상기 제1폴딩부의 폴딩 방향과 반대 방향으로 폴딩된 제2폴딩부를 포함할 수 있다.
상기 제1폴딩부는 상기 외둘레면에 실링될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 외장 시트에 컵부를 성형할 필요가 없으므로 외장 시트에 크랙이 발생할 우려가 없으며, 전극 조립체의 두께 제약이 없는 이점이 있다.
또한, 프레임과 외장 시트 사이의 실링 면적을 넓게 확보할 수 있어, 프레임과 외장 시트 사이의 실링력을 강화할 수 있다.
또한, 이차 전지의 외관 품질이 높아질 수 있다.
또한, 실링부를 DSF하여 윙 폴딩부를 형성할 필요가 없으므로, 외장 시트의 최내각 수지층이 깨질 우려가 없다.
또한, 프레임에 벤트홀을 형성할 수 있으므로, 벤트홀의 형성 위치, 크기, 개수 등과 관련하여 보다 자유로이 설계 가능하다. 이로써 이차 전지 내 화재 등에 의해 발생한 가스 및 화염을 의도한 위치 및 방향으로 벤팅시킬 수 있고, 이차 전지들 간 화염이 번지거나 열폭주가 발생하는 것을 지연시킬 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 외관이 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A'에 대한 단면도이다.
도 4는 도 1의 B-B'에 대한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임의 측면도이다.
도 7은 도 5의 C-C'에 대한 부분 단면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 외관이 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 A-A'에 대한 단면도이고, 도 4는 도 1의 B-B'에 대한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는, 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)를 수용하도록 전극 조립체(10)의 둘레를 둘러싸는 프레임(20)과, 전극 조립체(10)를 커버하도록 프레임(20)의 양측에서 프레임(20)과 실링되는 한 쌍의 외장 시트(30)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(10)는, 양극, 음극, 이들을 절연하기 위해 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막을 포함할 수 있다.
전극 조립체(10)의 종류는 한정되지 않는다. 일 예로, 전극 조립체(10)는 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 스택형 전극조립체일 수 있다. 다른 예로, 전극 조립체(10)는 시트형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 함께 권취된 젤리롤 형 전극조립체일 수 있다.
전극 조립체(10)에는 그 전장 방향으로 돌출된 전극탭이 구비될 수 있다. 상기 전극탭은 양극에 연결된 양극탭과, 음극에 연결된 음극탭을 포함할 수 있다.
전극 리드(12)는 전극 조립체(10)와 연결될 수 있다. 좀 더 상세히, 전극 리드(12)는 전극 조립체(10)의 상기 전극 탭에 연결될 수 있다. 예를 들어, 전극 리드(12)는 상기 전극 탭에 용접될 수 있다. 전극 리드(12)는 한 쌍이 구비될 수 있으며, 한 쌍의 전극 리드(12)는 양극탭에 연결된 양극 리드와, 음극탭에 연결된 음극 리드를 포함할 수 있다.
절연 부재(13)는 전극 리드(12)의 일부를 감쌀 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(13)는 절연 테이프를 포함할 수 있다. 절연 부재(13)는 전극 리드(12)와 외장 시트(30)를 절연시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극 리드(12)는 전극 조립체(10)의 일 단부에서 서로 나란하게 연장될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 전극 리드(12)가 전극 조립체(10)의 양 단부에서 서로 반대 방향으로 연장되는 것도 가능하다.
프레임(20)은 절연 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 프레임(20)은 플라스틱 재질을 가질 수 있다. 이로써, 전극 조립체(10)과 프레임(20)이 절연을 유지할 수 있다.
프레임(20)은, 외장 시트(30)보다 높은 강성을 가질 수 있다.
프레임(20)은 전극 조립체(10)의 둘레를 따라 연장되는 폐루프 형상을 가질 수 있다. 즉, 프레임(20)은 전극 조립체(10)가 수용되는 내부 공간을 형성할 수 있으며, 상기 내부 공간은 전극 조립체(10)의 높이 방향(예를 들어, Z축 방향과 나란한 방향)에 대해 양측으로 개방될 수 있다.
프레임(20)은 대략 사각 프레임 형상을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 프레임(20)은, 전극 조립체(10)의 전장 방향(예를 들어, Y축과 나란한 방향)과 나란한 한 쌍의 장변과, 전극 조립체(10)의 전폭 방향(예를 들어, X축과 나란한 방향)과 나란한 한 쌍의 단변을 포함할 수 있다. 즉, 프레임(20)은 4개의 변을 포함할 수 있다.
프레임(20)은 일체로 형성됨이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
전극 조립체(10)의 높이와 프레임(20)의 높이(h)는 서로 대응될 수 있다. 좀 더 상세히, 전극 조립체(10)의 높이와 프레임(20)의 높이(h)는 서로 동일하거나 유사할 수 있다.
프레임(20)의 단면은 사각 형상을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 프레임(20)은, 전극 조립체(10)를 마주보는 내둘레면(21)과, 내둘레면(21)의 반대편에 위치한 외둘레면(22)과, 내둘레면(21) 및 외둘레면(22)을 연결하는 연결면(23)을 포함할 수 있다. 상기 연결면(21)은 프레임(20)의 상면 및 저면일 수 있다.
프레임(20)에서 내둘레면(21)과 외둘레면(22) 사이의 두께(t)는, 프레임(20)의 높이(h)보다 작을 수 있다. 즉, 프레임(20)의 단면은 대략 상하로 긴 직사각형 형상일 수 있다. 이로써, 프레임(20)이 불필요하게 차지하는 부피를 줄일 수 있고, 프레임(20)에 의해 이차 전지(1)의 에너지 밀도가 낮아지는 것을 최소화할 수 있다.
프레임(20)에는 전극 리드(12)가 통과하는 개방부(24)가 형성될 수 있다. 개방부(24)는 프레임(20)의 내둘레면(21)부터 외둘레면(22)으로 관통 형성될 수 있다. 개방부(24)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 프레임(20)의 높이 방향 일측(예를 들어, 하측)에 대해 개방될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한 쌍의 전극 리드(12)는 단일의 개방부(24)를 통과할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 프레임(20)에 한 쌍의 전극 리드(12)가 통과하도록 서로 이격된 한 쌍의 개방부(24)가 형성되는 것도 가능함은 물론이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극 리드(12)가 전극 조립체(10)의 일 단부에서 서로 나란하게 연장되는 경우, 개방부(24)는 프레임(20)의 4개의 변 중 어느 하나에 형성될 수 있다.
반면, 전극 리드(12)가 전극 조립체(10)의 양 단부에서 서로 반대 방향으로 연장되는 경우, 개방부(24)는 프레임(20)의 4개의 변 중 서로 마주보는 양 변에 형성될 수 있다.
전극 리드(12)의 일부를 감싸는 절연 부재(13)는 개방부(24)의 외측에서 한 쌍의 외장 시트(30)의 사이에 실링될 수 있다. 좀 더 상세히, 한 쌍의 외장 시트(30)는 프레임(20)의 4개의 변 중 개방부(24)가 형성된 변의 외측에서 서로 실링될 수 있으며, 그 중 일부는 절연 부재(13)와 실링될 수 있다.
외장 시트(30)는, 프레임(20)의 높이 방향 양측에서 프레임(20)에 열융착 실링될 수 있다. 외장 시트(30)는 한 쌍이 구비될 수 있다. 좀 더 상세히, 한 쌍의 외장 시트(30)는 프레임(20)의 일측(예를 들어, 상측)에서 실링되는 제1외장 시트(30a)와, 프레임(20)의 타측(예를 들어, 하측)에서 실링되는 제2외장 시트(30b)를 포함할 수 있다.
외장 시트(30)는 제1수지층(41), 제2수지층(42) 및 금속층(43)을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다.
제1수지층(41)은 외장 시트(30)의 최외각 층일 수 있다. 제1수지층(41)은 외부와의 마찰 및 충돌로부터 이차 전지(1)를 보호하면서, 전극 조립체(10)를 외부로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다. 예를 들어, 제1수지층(41)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 재질을 포함할 수 있다.
제2수지층(42)은 외장 시트(30)의 최내각 층일 수 있다. 제2수지층(42)은 프레임(20)에 실링될 수 있고, 전극 조립체(10)와 접촉하거나 인접할 수 있다. 따라서 제2수지층(42)은 절연성을 가져야 하며, 전해질과도 접촉하므로 내식성을 가져야 한다. 또한, 내부를 완전히 밀폐하여 내부 및 외부간의 물질 이동을 차단해야 하므로, 높은 실링성을 가져야 한다. 즉, 제2수지층(42)과 프레임(20)은 우수한 열 접착 강도를 가져야 한다. 예를 들어, 제2수지층(42)은 폴리 프로필렌(Polypropylene, PP) 또는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 재질을 포함할 수 있다.
금속층(43)은 제1수지층(41)과 제2수지층(42)의 사이에 위치할 수 있다. 금속층(43)은 외장 시트(30)의 기계적 강도를 확보하고, 이차 전지(1) 외부의 가스 또는 수분 등의 출입을 차단하며, 전해질의 누수를 방지할 수 있다. 예를 들어, 금속층(43)은 알루미늄(Aluminium, AL) 재질 또는 스테인리스강(Stainless steel, STS) 재질을 포함할 수 있다.
다만, 외장 시트(30)의 각 층(41)(42)(43)의 재질은 상기 예시에 한정되지 않고 적절하게 선택될 수 있다.
일반적인 이차전지용 파우치의 경우, 상기 라미네이트 시트를 드로잉 성형하여 전극 조립체가 수용되는 컵부를 성형한다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 외장 시트(30)에는 컵부가 형성되지 않는다. 따라서, 컵부의 성형 공정이 불필요하고, 라미네이트 시트가 연신되지 않으므로 크랙이 발생할 우려가 없고, 전극 조립체(10)의 두께 제약이 없으며, 이차 전지(1)의 외관 품질이 향상되는 이점을 갖는다.
한편, 각 외장 시트(30)는, 전극 조립체(10)를 커버하는 커버 영역(31)과, 커버 영역(31)의 둘레에 위치하며 프레임(20)의 연결면(23)과 실링되는 가장자리 영역(32)을 포함할 수 있다.
커버 영역(31) 및 가장자리 영역(32)은 동일 평면을 이룰 수 있다. 커버 영역(31) 및 가장자리 영역(32)은 평평하게 형성될 수 있다.
커버 영역(31)은, 이차 전지(1)의 높이 방향에 대해 전극 조립체(10)와 중첩될 수 있다. 커버 영역(31)은 프레임(20)에서 개방된 영역을 커버할 수 있다. 커버 영역(31)은 전극 조립체(10)와 접하거나 인접할 수 있다.
가장자리 영역(32)은 커버 영역(31)에서 확장될 수 있다. 가장자리 영역(32)은, 이차 전지(1)의 높이 방향에 대해 프레임(20)과 중첩될 수 있다. 가장자리 영역(32)은 프레임(20), 좀 더 상세히는 연결면(23)에 접합되어 실링될 수 있다.
한 쌍의 외장 시트(30) 중 적어도 하나는, 가장자리 영역(32)에서 폴딩되어 프레임(20)의 외둘레면(22)과 실링되는 폴딩 영역(33)을 더 포함할 수 있다.
폴딩 영역(33)은 가장자리 영역(32)에서 프레임(20)의 외둘레면(22)을 향해 폴딩될 수 있다. 폴딩 영역(33)은 가장자리 영역(32)에 대해 대략 90도로 폴딩될 수 있다. 따라서, 종래의 이차 전지용 파우치의 실링부가 DSF(Double Side Folding)에 의해 180도에 가깝게 폴딩되는 경우와 비교하여, 라미네이트 시트의 최내각층, 즉 제2수지층(42)이 깨질 우려를 줄일 수 있다.
폴딩 영역(33)은 프레임(20), 좀 더 상세히는 외둘레면(22)에 접합되어 실링될 수 있다. 이로써, 이차 전지(1)의 에너지 밀도를 거의 감소시키지 않으면서도 외장 시트(30)와 프레임(20) 간 실링 강도가 현저히 높아질 수 있다.
폴딩 영역(33)은 가장자리 영역(32)의 둘레 중 일부에서 폴딩될 수 있다. 좀 더 상세히, 폴딩 영역(33)은 프레임(20)에서 개방부(24)가 미형성된 변의 외둘레면(22)을 향해 폴딩되어 실링될 수 있다.
일례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 프레임(20)의 4개의 변 중 어느 하나에 개방부(24)가 형성된 경우, 폴딩 영역(33)은 프레임(20)의 나머지 3개의 변 중 적어도 하나를 향해 폴딩되어 실링될 수 있다.
다른 예로, 프레임(20)의 4개의 변 중 2개의 변에 개방부(24)가 형성된 경우, 폴딩 영역(33)은 프레임(20)의 나머지 2개의 변 중 적어도 하나를 향해 폴딩되어 실링될 수 있다.
각 외장 시트(30)가 폴딩 영역(33)을 포함하는 경우, 한 쌍의 외장 시트(30)의 폴딩 영역(33)은 서로 비 중첩될 수 있다. 좀 더 상세히, 제1외장 시트(30a)의 폴딩 영역(33)은 프레임(20)의 외둘레면(22)의 상측 일부에 실링될 수 있고, 제2외장 시트(30b)의 폴딩 영역(33)은 프레임(20)의 외둘레면(22)의 하측 일부에 실링될 수 있다. 즉, 제1외장 시트(30a)의 폴딩 영역(33)의 끝단과, 제2외장 시트(30b)의 폴딩 영역(33)의 끝단은 서로 소정의 간격을 이루거나, 서로 맞닿을 수 있다. 이로써, 외장 시트(30)가 불필요하게 크게 형성될 필요가 없어 제조 단가를 절감할 수 있다.
다만 필요에 따라서는, 제1외장 시트(30a)의 폴딩 영역(33)과, 제2외장 시트(30b)의 폴딩 영역(33)이 일부 중첩되어 서로 실링되는 것도 가능할 것이다.
각 외장 시트(30)는, 가장자리 영역(32)에 연결된 실링 영역(34)을 더 포함할 수 있다.
각 외장 시트(30)에서 폴딩 영역(33)은 가장자리 영역(32)의 둘레 중 일부에서 폴딩되고, 실링 영역(34)은 가장자리 영역(32)의 둘레 중 다른 일부에 연결될 수 있다. 좀 더 상세히, 실링 영역(34)은 프레임(20)에서 개방부(24)가 형성된 변에 대응되게 형성될 수 있다.
일례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 프레임(20)의 4개의 변 중 1개의 변에 개방부(24)가 형성된 경우, 실링 영역(34)은 상기 1개의 변에 대응되게 형성될 수 있다.
다른 예로, 프레임(20)의 4개의 변 중 2개의 변에 개방부(24)가 형성된 경우, 실링 영역(34)은 상기 2개의 변에 대응되게 형성될 수 있다.
한 쌍의 외장 시트(30)의 실링 영역(34)은 서로 실링될 수 있다. 전극 리드(12)는 한 쌍의 외장 시트(30)의 실링 영역(34)의 사이를 통해 외측으로 돌출될 수 있다. 전극 리드(12)에 부착된 절연 부재(13)는, 한 쌍의 외장 시트(30)의 실링 영역(34)의 사이에 실링될 수 있다.
한 쌍의 외장 시트(30) 중 적어도 하나의 실링 영역(34)은 2회 폴딩될 수 있다. 좀 더 상세히, 한 쌍의 외장 시트(30) 중 적어도 하나의 실링 영역(34)은, 가장자리 영역(32)에서 프레임(20)의 외둘레면(22)을 향해 폴딩된 제1폴딩부(34a)와, 상기 제1폴딩부(34a)에서 상기 제1폴딩부(34a)의 폴딩 방향과 반대 방향으로 폴딩된 제2폴딩부(34b)를 포함할 수 있다.
일례로, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 외장 시트(30)의 실링 영역(34)은 각각 2회 폴딩될 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 실링 영역(34)의 제1폴딩부(34a)의 높이를 합한 값이 프레임(20)의 높이와 대응될 수 있다. 또한, 한 쌍의 실링 영역(34)의 제2폴딩부(34b)끼리 실링될 수 있다. 전극 리드(12)는 한 쌍의 제2폴딩부(34b)의 사이를 통해 외측으로 돌출될 수 있고, 절연 부재(13)는, 한 쌍의 제2폴딩부(34b)의 사이에 실링될 수 있다.
다른 예로, 한 쌍의 외장 시트(30) 중 제1외장 시트(30a)의 실링 영역(34)은 2회 폴딩되고, 제2외장 시트(30b)의 실링 영역(34)은 가장자리 영역(32)과 동일 평면을 이루며 평평하게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1외장 시트(30a)의 실링 영역(34)의 제1폴딩부(34a)의 높이는 프레임(20)의 높이와 대응될 수 있다. 또한, 제1외장 시트(30a)의 실링 영역(34)의 제2폴딩부(34b)는, 제2외장 시트(30b)의 실링 영역(34)과 실링될 수 있다. 전극 리드(12)는 제1외장 시트(30a)의 제2폴딩부(34b)와 제2외장 시트(30b)의 실링 영역(34)의 사이를 통해 외측으로 돌출될 수 있고, 절연 부재(13)는, 제1외장 시트(30a)의 제2폴딩부(34b)와 제2외장 시트(30b)의 실링 영역(34) 사이에 실링될 수 있다.
실링 영역(34), 좀 더 상세히는 제1폴딩부(34a)는 프레임(20)에 형성된 개방부(24)를 커버할 수 있다.
실링 영역(34)의 제1폴딩부(34a)는 프레임(20)의 외둘레면(22)과 실링될 수 있다. 이로써, 외장 시트(30)와 프레임(20) 간 실링력이 더욱 강화될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임의 측면도이고, 도 7은 도 5의 C-C'에 대한 부분 단면도이다.
이하, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 원용하고 차이첨을 중심으로 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 프레임(20')에는, 외장 시트(30)와의 실링 면적이 증가하도록, 프레임(20')의 외부를 향하는 홈(25)이 형성될 수 있다.
상기 홈(25)은 프레임(20')을 따라 연장될 수 있다. 좀 더 상세히, 상기 홈(25)은 프레임(20')의 둘레 방향을 따라 연장될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 홈(25)이 프레임(20')의 연장 방향과 소정의 각도를 이루도록 비스듬하게 형성되는 것도 가능할 것이다.
상기 홈(25)은 서로 나란한 복수개의 라인으로 형성될 수 있다.
프레임(20')에 복수개의 돌기가 형성되는 경우에도, 상기 복수개의 돌기의 사이 부분을 홈(25)으로 해석할 수 있다.
홈(25)은, 프레임(20')의 외부를 향할 수 있다. 좀 더 상세히, 홈(25)은 프레임의 연결면(23) 및/또는 외둘레면(22)에 형성될 수 있다. 이로써, 외장 시트(30)는 프레임(20')의 외부를 향하는 홈(25)을 외측에서 용이하게 커버할 수 있다.
홈(25)은 프레임(20')의 연결면(23)에 형성될 수 있다. 연결면(23)에 형성된 홈(25)은 외장 시트(30)의 가장자리 영역(32)과 실링될 수 있다.
홈(25)은 프레임(20')의 외둘레면(22)에 형성될 수 있다. 외둘레면(22)에 형성된 홈(25)은 외장 시트(30)의 폴딩 영역(33)과 실링되거나, 실링 영역(34)의 제1폴딩부(34a)와 실링될 수 있다.
홈(25)에 의해 실링 면적이 증가하므로, 프레임(20)과 외장 시트(30) 사이의 실링력이 더욱 강화될 수 있다.
한편, 프레임(20')에는, 개방부(24)(도 2 참조)가 형성된 변과 다른 변에 위치한 적어도 하나의 벤트홀(26)이 형성될 수 있다.
벤트홀(26)은 프레임(20)의 내둘레면(21)에서 외둘레면(22)까지 관통 형성될 수 있다. 벤트홀(26)은 외장 시트(30)의 폴딩 영역(33)에 의해 커버될 수 있다.
프레임(20)의 외둘레면(22) 중 벤트홀(26)의 주변부는 외장 시트(30)의 폴딩 영역(33)과 실링될 수 있다. 따라서, 이차 전지(1)의 정상 동작시에는 벤트홀(26)이 막힌 상태일 수 있다.
반면 이차 전지(1)의 이상 동작에 의해 전극 조립체(10)에서 화재 및 가스가 발생하면, 상기 가스에 의해 이차 전지(1)의 내압이 높아지고, 벤트홀(26)의 주변부의 실링이 우선적으로 해제될 수 있다. 이로써, 상기 가스가 벤트홀(26)을 통해 이차 전지(1)의 외부로 용이하게 벤팅될 수 있다.
이를 위해, 외장 시트(30)의 폴딩 영역(33) 중 벤트홀(26)의 주변부에 실링된 부분은 약실링부 또는 미실링부를 포함할 수 있다. 또는 상기 폴딩 영역(33)의 끝단과 벤트홀(26) 사이의 간격을 작게 하여 실링 면적을 줄일 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 벤트홀(26)의 주변부의 실링이 우선적으로 해제될 수 있는 구성이라면 제한되지 않는다.
개방부(24)(도 2 참조)가 형성된 변과 다른 변에 벤트홀(26)이 형성됨으로써, 전극 리드(12) 측으로 분진을 포함하는 가스 및 화염이 벤팅되는 것을 지연시킬 수 있다. 이로써, 이차 전지(1)를 복수개 포함하는 전지 모듈이나 전지 팩에서 화재가 번지거나 열폭주가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
1: 이차 전지 10: 전극 조립체
12: 전극 리드 13: 절연 부재
20: 프레임 21: 내둘레면
22: 외둘레면 23: 연결면
24: 개방부 25: 홈
26: 벤트홀 30: 외장 시트
31: 커버 영역 32: 가장자리 영역
33: 폴딩 영역 34: 실링 영역
41: 제1수지층 42: 제2수지층
43: 금속층

Claims (18)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하도록 상기 전극 조립체의 둘레를 둘러싸며 절연 재질을 갖는 프레임; 및
    상기 전극 조립체를 커버하도록 상기 프레임의 양측에서 상기 프레임과 실링되는 한 쌍의 외장 시트를 포함하고,
    상기 프레임에는, 상기 외장 시트와 상기 프레임 사이의 실링 면적이 증가하도록, 상기 프레임의 외부를 향하는 홈이 형성된 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 높이와 상기 프레임의 높이는 서로 대응되는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈은, 상기 프레임을 따라 연장되는 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 홈은 서로 나란한 복수개의 라인으로 형성되는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임에는 상기 전극 조립체에 연결된 전극 리드가 통과하는 개방부가 형성되는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전극 리드의 일부를 감싸는 절연 부재는 상기 개방부의 외측에서 상기 한 쌍의 외장 시트의 사이에 실링되는 이차 전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 프레임에는, 상기 개방부가 형성된 변과 다른 변에 위치한 적어도 하나의 벤트홀이 형성되는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임은,
    상기 전극 조립체를 마주보는 내둘레면;
    상기 내둘레면의 반대편에 위치한 외둘레면; 및
    상기 내둘레면과 외둘레면을 연결하는 연결면을 포함하는 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 외둘레면과 상기 내둘레면 사이의 두께는, 상기 프레임의 높이보다 작은 이차 전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 외장 시트는,
    상기 전극 조립체를 커버하는 커버 영역; 및
    상기 커버 영역의 둘레에 위치하며 상기 연결면과 실링되는 가장자리 영역을 포함하는 이차 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 커버 영역 및 가장자리 영역은 동일 평면을 이루는 이차 전지.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 외장 시트 중 적어도 하나는,
    상기 가장자리 영역에서 폴딩되어 상기 외둘레면과 실링되는 폴딩 영역을 더 포함하는 이차 전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 외장 시트의 상기 폴딩 영역은 서로 비 중첩되는 이차 전지.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 프레임에는, 상기 폴딩 영역에 의해 커버되는 적어도 하나의 벤트홀이 형성된 이차 전지.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 외장 시트는, 상기 가장자리 영역에 연결된 실링 영역을 더 포함하고,
    상기 한 쌍의 외장 시트의 상기 실링 영역은 서로 실링되는 이차 전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 프레임에는, 상기 전극 조립체에 연결된 전극 리드가 통과하는 개방부가 형성되고,
    상기 실링 영역은 상기 개방부를 커버하는 이차 전지.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 외장 시트 중 적어도 하나의 상기 실링 영역은,
    상기 가장자리 영역에서 상기 외둘레면을 향해 폴딩된 제1폴딩부; 및
    상기 제1폴딩부에서 상기 제1폴딩부의 폴딩 방향과 반대 방향으로 폴딩된 제2폴딩부를 포함하는 이차 전지.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1폴딩부는 상기 외둘레면에 실링되는 이차 전지.
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