WO2024122929A1 - 파우치형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

파우치형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈 Download PDF

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WO2024122929A1
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WO
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electrode
pouch
electrode lead
lead
battery cell
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PCT/KR2023/018643
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French (fr)
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박정훈
정혜미
김수열
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/14—Primary casings; Jackets or wrappings for protecting against damage caused by external factors
    • H01M50/143—Fireproof; Explosion-proof
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
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    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members

Definitions

  • the present invention relates to secondary batteries, and more specifically, to a pouch-type battery cell that generates little heat in fast charging or high output situations and has excellent safety against thermal events, and a battery module containing the same.
  • Lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxide and carbon material as positive and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which positive and negative electrode plates coated with the positive and negative electrode active materials are disposed with a separator in between, and an exterior material, that is, a battery case, that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte.
  • lithium secondary batteries can be classified into can-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type secondary batteries in which the electrode assembly is built in a pouch of an aluminum laminate sheet.
  • Such secondary batteries can generally be manufactured through a process in which an electrolyte solution is injected while an electrode assembly is housed in an exterior material, and the exterior material is sealed.
  • pouch-type secondary batteries Compared to other types of secondary batteries, pouch-type secondary batteries have the advantages of being easy to stack, being lightweight, and having a high energy density relative to volume, so they are highly preferred when manufacturing mid- to large-sized battery modules.
  • this pouch-type secondary battery 1 may include an electrode assembly, an electrode tab, an electrode lead, and a pouch exterior material.
  • the electrode tab may include positive electrode tabs extending from positive electrode plates of the electrode assembly and negative electrode tabs extending from negative electrode plates of the electrode assembly.
  • the anode tabs and the cathode tabs may be converged in a certain direction and then joined to the corresponding electrode leads by methods such as resistance welding, ultrasonic welding, or laser welding.
  • the electrode lead is exposed to the outside of the pouch exterior material and can function as an electrode terminal of a pouch-type secondary battery.
  • electrode tabs are collectively connected to one electrode lead.
  • a structure in which multiple electrode tabs (anode tabs or cathode tabs) are connected to one electrode lead causes a bottleneck in current flow, which becomes an obstacle during high-speed charging and increases heat generation in high output situations.
  • the pouch-type battery cell generates gas inside during thermal runaway, and at this time, when the internal pressure of the pouch-type battery cell exceeds the limit pressure that the sealing portion (S) can withstand, the sealing portion (S) When opened, high-temperature gas and particles may be ejected explosively at once due to high pressure. (Here, particles refer to electrode pieces or active materials detached from the electrode assembly.) High-pressure, high-temperature gases and particles ejected from a pouch-type battery cell can cause significant thermal damage to other adjacent pouch-type battery cells or the surrounding environment. You can. Therefore, there is a need for the development of pouch-type battery cells that can prevent explosion in thermal event situations.
  • the present invention was created to solve the above technical problems, and its purpose is to provide a pouch-type battery cell with low heat generation and excellent safety against thermal events in fast charging and high output situations, and a battery module containing the same. do.
  • the pouch-type battery cell includes an electrode assembly in which positive and negative electrode plates are repeatedly arranged to face each other with a separator in between; a pouch exterior material that sealably accommodates the electrode assembly; and an electrode lead connected to a bundle of electrode tabs extending from the electrode assembly inside the pouch exterior material and protruding to the outside of the pouch exterior material, wherein the electrode leads face each other, extend in the same direction, and have the same polarity.
  • a rupture sealing member is provided with one electrode lead and a second electrode lead, and between the first electrode lead and the second electrode lead, one side is bonded to the first electrode lead and the other side is bonded to the second electrode lead. It can be included.
  • the electrode tab bundle is divided into two bundles and includes a first electrode tab bundle and a second electrode tab bundle, the first electrode tab bundle is connected to the first electrode lead, and the second electrode tab bundle is It may be configured to be connected to the second electrode lead.
  • the first electrode lead and the second electrode lead may be configured to be separated from each other.
  • the pouch exterior material includes a sealing portion formed by heat-sealing an edge, and the sealing portion includes a first lead film that bonds between the first electrode lead and the pouch exterior material, and a first lead film that bonds the second electrode lead to the pouch exterior material.
  • a second lead film to be bonded may be provided.
  • the bonding force of the rupture sealing member may be weaker than that of the first lead film or the second lead film.
  • the rupture sealing member may extend to the outside of the pouch exterior material together with the first electrode lead and the second electrode lead.
  • the rupture sealing member may be made of a material that is thermally deformed and disappears above a predetermined temperature.
  • the first electrode lead and the second electrode lead may be bonded to the outside of the pouch exterior using a conductive adhesive.
  • the rupture sealing member may include a hole through which the conductive adhesive can pass.
  • a battery module including the above-described pouch-type battery cell can be provided.
  • a pouch-type battery cell that generates little heat and has excellent safety against thermal events in a fast charging and high output situation, and a battery module including the same can be provided.
  • the present invention may have various other effects, and these will be described in each implementation configuration, or the description of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • Figure 1 is a perspective view schematically showing a pouch-type battery cell according to the prior art.
  • Figure 2 is a schematic partial cross-sectional view of a pouch-type battery cell according to the prior art.
  • Figure 3 is a schematic perspective view of a pouch-type battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram schematically showing the joint structure of an electrode lead and an electrode tab according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view of the pouch-type battery cell of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a change in state when the internal pressure of the pouch-type battery cell of FIG. 3 increases.
  • Figures 7 and 8 are partial cross-sectional views respectively showing before and after an increase in internal pressure of a pouch-type battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • Figures 9 and 10 are partial cross-sectional views respectively showing before and after an increase in internal pressure of a pouch-type battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the pouch-type battery cell 10 includes an electrode assembly 100, a pouch exterior material 200, an electrode tab bundle 300, and an electrode lead 400. and a rupture sealing member 500.
  • the electrode assembly 100 is composed of a positive electrode plate 110, a negative electrode plate 130, and a separator 120, and the positive electrode plate 110 and the negative electrode plate 130 repeatedly face each other with the separator 120 in between. It has an arranged structure.
  • the electrode assembly 100 is a stacked type, positive plate ( The positive electrode plate 110 and the negative electrode plate 130, such as a folding type in which the separator 120 is wound so that the separator 120 is positioned between the positive electrode plate 110 and the negative electrode plate 130, or a stack and folding type that combines the stack type and the folding type. Any structure may be used as long as it is repeatedly arranged with the separator 120 in between.
  • the positive electrode plate 110 may be formed by applying a positive electrode active material to a current collector plate made of aluminum (Al), and the negative electrode plate 130 may be formed by applying a negative active material to a current collector plate made of copper (Cu).
  • the positive electrode active material or the negative electrode active material may be formed by stirring granular active materials, auxiliary conductors, binders, and plasticizers with a solvent added.
  • the positive electrode plate 110 and the negative electrode plate 130 are configured in the form of plates and are spaced apart so that the plate surfaces face each other.
  • the separator 120 is interposed between the positive electrode plate 110 and the negative electrode plate 130 to prevent the positive electrode plate 110 and the negative electrode plate 130 from directly contacting each other.
  • the separator 120 is provided with a porous structure to allow charge to move between the positive electrode plate 110 and the negative electrode plate 130 during charging or discharging.
  • the pouch exterior material 200 includes an outermost outer resin layer made of an insulating material such as polyethylene terephthalate (PET) or nylon, and aluminum that maintains mechanical strength and prevents penetration of moisture and oxygen. It has a multi-layer structure in which a metal layer of the material and an internal resin layer made of a polyolefin-based material that has heat adhesive properties and serves as a sealing material are laminated.
  • PET polyethylene terephthalate
  • nylon nylon
  • aluminum that maintains mechanical strength and prevents penetration of moisture and oxygen. It has a multi-layer structure in which a metal layer of the material and an internal resin layer made of a polyolefin-based material that has heat adhesive properties and serves as a sealing material are laminated.
  • the pouch exterior material 200 can be divided into a one-piece type that folds one pouch sheet and surrounds the electrode assembly 100, and a two-piece type that surrounds the electrode assembly 100 with two pouch sheets. .
  • the one-piece type pouch exterior material 200 forms a groove by forming one area of a single pouch sheet, accommodates the electrode assembly 100 in the groove, and folds the pouch sheet to cover the electrode assembly 100. . Then, the edges of the overlapping pouch sheets, excluding the folded portion, are heat-sealed and sealed. Accordingly, the one-piece type pouch exterior material 200 has an accommodating portion 201 that accommodates the electrode assembly and a sealing portion 202 in which three sides of the outer portion of the accommodating portion 201 are sealed.
  • the two-piece type pouch exterior material 200 includes two pouch sheets, that is, an upper pouch sheet 210 and a lower pouch sheet 220.
  • the lower pouch sheet 220 is formed to form a groove, the electrode assembly 100 is accommodated in the groove, and the electrode assembly 100 is covered with the upper pouch sheet 210. Then, the overlapping edges of the upper pouch sheet 210 and the lower pouch sheet 220 are heat-sealed and sealed.
  • the two-piece type pouch exterior material 200 has an accommodating portion 201 that accommodates the electrode assembly and a sealing portion 202 in which all four sides of the outer side of the accommodating portion 201 are sealed.
  • the pouch-type battery cell 10 generally has a sealing portion 202 on at least one of the front and rear sides where the electrode lead 400 is located and the left and right sides along the width direction.
  • the part of the sealing part 202 where the electrode lead 400 protrudes is called a cell terrace, and the part where it does not is called a side wing.
  • the side wings of the pouch-type battery cell 10 are folded to reduce its volume.
  • the electrode tab includes a positive electrode tab provided in an area of the positive electrode plate 110 to which the positive electrode active material is not applied (uncoated area) and a negative electrode tab provided to an area of the negative electrode plate 130 to which the negative electrode active material is not applied (uncoated area).
  • the electrode lead 400 is connected to the electrode tab bundle 300 and protrudes to the outside of the pouch exterior material 200, and may be configured to function as an electrode terminal of the pouch-type battery cell 10.
  • the electrode lead 400 includes a first electrode lead 410 and a second electrode lead that face each other, extend in the same direction, and have the same polarity. (420) is provided. Additionally, a rupture sealing member 500 may be interposed between the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420. The rupture sealing member 500 has one side bonded to the first electrode lead 410 so that the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 are spaced apart, and the other side (opposite side) is connected to the second electrode lead. It can be conjugated to (420).
  • the electrode tabs are divided and bonded to the electrode lead 400 composed of the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420, thereby increasing the charge and discharge current.
  • Bottlenecks can be alleviated, resulting in less heat generation and improved electrical safety in fast charging and high output situations.
  • the rupture sealing member 500 is ruptured due to internal pressure, thereby discharging gas between the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420, thereby dispersing or relieving the pressure, forming a pouch-type battery cell. (10) The explosion can be prevented.
  • the pouch-type battery cell 10 has two positive electrode leads 400 that function as positive terminals, and a negative electrode lead 400 that functions as a negative terminal, as shown in FIG. 3.
  • a negative electrode lead 400 that functions as a negative terminal, as shown in FIG. 3.
  • the two positive electrode leads 400 are divided into a positive electrode lead 410 and a positive electrode lead 420
  • the two negative electrode leads 400 are divided into a negative electrode lead 410 and a positive electrode lead 420. It can be divided into a lead 410 and a negative_second electrode lead 420.
  • the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 may mean two positive electrode leads 400 or two negative electrode leads 400.
  • the electrode tab includes a positive electrode tab extending from the positive electrode plate 110 and a negative electrode tab extending from the negative electrode plate 130 among the electrode plates.
  • an electrode tab may mean a positive electrode tab or a negative electrode tab
  • the electrode tab bundle 300 may mean a positive electrode tab bundle or a negative electrode tab bundle.
  • the electrode tab bundle 300 is divided into two bundles. That is, the electrode tab bundle 300 includes a first electrode tab bundle 310 and a second electrode tab bundle 320. And the first electrode tab bundle 310 is connected to the first electrode lead 410, and the second electrode tab bundle 320 is connected to the second electrode lead 420. At this time, the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 are separated from each other at least inside the pouch exterior material 200 by the rupture sealing member 500, and each is a first electrode tab bundle ( 310) and the second electrode tab bundle 320.
  • the electrode tabs are divided into two bundles and each is bonded and connected to two electrode leads 400 of the same polarity, so that the bottleneck phenomenon in current flow can be alleviated when charging and discharging the pouch-type battery cell 10. . Therefore, the pouch-type battery cell 10 according to the present invention can significantly reduce heat generation in fast charging or high-output situations compared to conventional pouch-type battery cells (see FIGS. 1 and 2).
  • the pouch-type battery cell 10 includes a rupture sealing member 500 interposed between the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420.
  • the rupture sealing member 500 may be an adhesive resin composition.
  • the rupture sealing member 500 may be formed by curing an adhesive resin composition previously applied between the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420.
  • This rupture sealing member 500 serves to support the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 to be spaced apart from each other inside the pouch exterior material 200, and to support the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420. It may serve as a sealing material to prevent electrolyte from leaking through the gap between 410 and the second electrode lead 420.
  • the pouch exterior material 200 includes a sealing portion 202 whose edges are heat-sealed.
  • a lead film 600 may be used in the portion of the sealing portion 202 where the electrode lead 400 protrudes to increase the bonding force between the pouch exterior material 200 and the electrode lead 400.
  • the lead film 600 has a structure that surrounds the outer peripheral surface of the electrode lead 400 located in the sealing portion 202. This lead film 600 is bonded to the pouch exterior material 200 when the edge of the pouch exterior material 200 is heat-sealed, thereby providing high sealing force between the electrode lead 400 and the sealing portion 202.
  • the lead film 600 includes a first lead film 610 bonded to the first electrode lead 410 and the upper pouch sheet 210 of the pouch exterior material 200, as shown in FIG. 5, and the It includes a second electrode lead 420 and a second lead film 620 bonded to the lower pouch sheet 220 of the pouch exterior material 200.
  • the rupture sealing member 500 is connected to the first electrode lead 410 and the second electrode lead in the sealing portion 202. (420) Seal the gap between.
  • the rupture sealing member 500 may be made of a material with weaker bonding force than the first lead film 610 or the second lead film 620.
  • the rupture sealing member 500 when gas is generated inside the pouch-type battery cell 10 due to a thermal event, the internal pressure ruptures at a pressure lower than the limit pressure that the sealing portion 202 can withstand.
  • the sealing member 500 may be ruptured or separated first, opening the space between the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420. Therefore, compared to the conventional pouch-type battery cell 10 with the structure as shown in FIG. 2, gas or particles generated inside the battery cell can be discharged to the outside under lower pressure, preventing the explosion of the pouch-type battery cell 10. It can be prevented.
  • Figures 7 and 8 are partial cross-sectional views showing before and after an increase in internal pressure of the pouch-type battery cell 10 according to another embodiment of the present invention, respectively.
  • FIGS. 7 and 8 a pouch-type battery cell 10 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the same member numbers as those in the above-described embodiment indicate the same members, and redundant descriptions of the same members will be omitted and the description will focus on the differences from the above-described embodiment.
  • the rupture sealing member 500A includes the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420. ) may be configured to extend to the outside of the pouch exterior material 200. That is, the rupture sealing member 500A may be configured to extend to the outside of the sealing portion 202.
  • the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 may extend longer than the rupture sealing member 500A.
  • the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 may be used individually as electrode terminals, or may be overlapped in contact with each other and used to function as one electrode terminal, as shown in FIG. 7.
  • the rupture sealing member 500A of this embodiment may be made of a material that is thermally deformed and disappears above a predetermined temperature.
  • the rupture sealing member 500A may be thermally melted or melted and disappear.
  • the gap between the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 is further widened inside the pouch exterior material 200, and as shown in FIG. 8, the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420
  • the portion of the rupture sealing member 500A exposed to the outside of the sealing portion 202 may disappear, forming a venting space outside the sealing portion 202. Accordingly, gas or particles, etc. may be discharged to the outside of the pouch exterior material 200 (in the Y-axis direction intersecting the X-axis and Z-axis in FIG. 8) through the venting space.
  • the front ends of the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 are strongly glued and do not spread, or the front ends of the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 are integrated into the bus.
  • the venting space VS can be secured and the internal pressure of the pouch-type battery cell 10 can be relieved.
  • 9 and 10 are partial cross-sectional views showing before and after an increase in internal pressure of the pouch-type battery cell 10 according to another embodiment of the present invention, respectively.
  • the pouch-type battery cell 10 is configured such that the rupture sealing member 500B extends to the outside of the sealing portion 202 and the first electrode It may extend substantially the same as the lead 410 and the second electrode lead 420.
  • first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 exposed to the outside of the pouch exterior material 200 may be configured to conduct electricity to each other even if there is a rupture sealing member 500B between them.
  • the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 may be bonded to the outside of the pouch exterior material 200 with a conductive adhesive J1.
  • the conductive adhesive (J1) may be, for example, silver nano ink (Ag nano ink).
  • the rupture sealing member 500B may include a hole portion that can be filled with the conductive adhesive J1. That is, the hole part may be filled with conductive adhesive J1 so that the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 are fixed to each other and conduct electricity.
  • two electrode leads 400 having the same polarity can be used as one electrode lead 400.
  • the rupture sealing member 500B is thermally melted or its bonding strength is weakened and the inside of the pouch exterior material 200 , the gap between the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420 is further widened, and as shown in FIG. 10, the sealing portion 202 is formed together with the first electrode lead 410 and the second electrode lead 420.
  • the portion of the rupture sealing member 500B exposed to the outside may be opened to form a venting space VS outside the sealing portion 202. Accordingly, gas or particles, etc. may be discharged to the outside of the pouch exterior material 200 (in the Y-axis direction intersecting the X-axis and Z-axis in FIG. 10) through the venting space (VS).
  • the battery module according to the present invention includes the above-described pouch-type battery cells 10, a bus bar frame assembly for electrically connecting the pouch-type battery cells 10, and the pouch-type battery cells 10. It may be configured to include a module case with an internal space that can accommodate it. Additionally, the battery module may be provided with venting holes on at least one side of the module case for discharging gas emitted from the pouch-type battery cells 10 to the outside of the module case. It may be configured to include a module case accommodating the pouch-type battery cells 10.
  • At least one battery module according to the present invention may be applied to a battery pack. That is, the battery pack according to the present invention may include one or more of the battery modules. Additionally, the battery pack according to the present invention can be applied to automobiles such as electric vehicles. That is, the vehicle according to the present invention may include at least one battery pack according to the present invention.

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Abstract

본 발명에 따른 파우치형 배터리 셀은, 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판이 서로 마주하게 반복적으로 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 밀봉되게 수납하는 파우치 외장재; 및 상기 파우치 외장재의 내부에서 상기 전극 조립체로부터 연장된 전극탭 다발과 연결되고 상기 파우치 외장재의 외부로 돌출되는 전극 리드를 포함하고, 상기 전극 리드는 서로 대면하고 동일한 방향으로 연장되며 동일한 극성을 띄는 제1 전극 리드와 제2 전극 리드를 구비하고, 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드 사이에서, 일면은 상기 제1 전극 리드에 접합되고 타면은 상기 제2 전극 리드에 접합되는 럽쳐 실링부재를 포함한다.

Description

파우치형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고속 충전 내지 고출력 상황에서 발열이 적고, 열적 이벤트에 대한 안전성이 우수한 파우치형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 12월 05일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2022-0168017호 및 2023년 03월 20일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2023-0036123호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
각종 모바일 기기와 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(ESS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 크게 증가함에 따라, 에너지원으로서의 이차 전지에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있다. 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 니켈수소 전지 등이 많이 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.
리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 이러한 이차 전지는 대체로 전극 조립체가 외장재에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 외장재가 실링되는 과정을 통해 제조될 수 있다.
파우치형 이차 전지는, 다른 유형의 이차 전지에 비해, 적층이 용이하고 가벼우면서 부피 대비 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어, 중대형 배터리 모듈의 제작시 선호도가 높다.
이러한 파우치형 이차 전지(1)는, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 전극 조립체, 전극 탭, 전극 리드 및 파우치 외장재를 포함할 수 있다. 상기 전극탭은 전극조립체의 양극판들에서 연장되는 양극탭들과 전극 조립체의 음극판들에서 연장되는 음극탭들을 포함할 수 있다. 상기 양극탭들과 음극탭들은 일정한 방향으로 수렴된 후 대응하는 각 전극 리드와 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다. 상기 전극 리드는 파우치 외장재의 외부로 노출되어 파우치형 이차전지의 전극 단자로 기능할 수 있다.
한편, 종래의 파우치형 이차 전지는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극탭들이 일괄적으로 하나의 전극 리드에 전합되어 연결되어 있다. 이처럼 하나의 전극 리드에 다수의 전극탭들(양극탭들 또는 음극탭들)이 연결된 구조는 전류 흐름에 병목 현상이 야기되기 때문에 고속 충전시 장애가 되고, 고출력 상황에서 발열량이 증가하는 문제가 있다.
또한, 상기 파우치형 배터리 셀은 열 폭주시 내부에 가스가 발생하고 이때 파우치형 배터리 셀의 내부 압력이 실링부(S)가 견딜 수 있는 한계 압력을 초과하는 상황에 도달하면 상기 실링부(S)가 개방되면 고압에 의해 고온의 가스와 파티클 등이 일시에 폭발적으로 분출될 수 있다. (여기서 파티클은 전극 조립체에서 탈리된 전극 조각 또는 활물질 등을 의미함) 이렇게 파우치형 배터리 셀에서 분출된 고압, 고온의 가스와 파티클 등은 인접한 다른 파우치형 배터리 셀이나 주변 환경에 열적 데미지를 크게 미칠 수 있다. 따라서 열적 이벤트 상황에서, 폭발을 방지할 수 있는 파우치형 배터리 셀에 대한 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, 고속 충전 및 고출력 상황에서 발열이 적고, 열적 이벤트에 대한 안전성이 우수한 파우치형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 파우치형 배터리 셀은, 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판이 서로 마주하게 반복적으로 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 밀봉되게 수납하는 파우치 외장재; 및 상기 파우치 외장재의 내부에서 상기 전극 조립체로부터 연장된 전극탭 다발과 연결되고 상기 파우치 외장재의 외부로 돌출되는 전극 리드를 포함하고, 상기 전극 리드는 서로 대면하고 동일한 방향으로 연장되며 동일한 극성을 띄는 제1 전극 리드와 제2 전극 리드를 구비하고, 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드 사이에서, 일면은 상기 제1 전극 리드에 접합되고 타면은 상기 제2 전극 리드에 접합되는 럽쳐 실링부재를 포함할 수 있다.
상기 전극탭 다발은, 2개의 다발로 나누어져 제1 전극탭 다발과 제2 전극탭 다발을 포함하고, 상기 제1 전극탭 다발은 상기 제1 전극 리드와 연결되고, 상기 제2 전극탭 다발은 상기 제2 전극 리드에 연결되게 구성될 수 있다.
상기 파우치 외장재의 내부에서, 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드는 서로 분리되게 구성될 수 있다.
상기 파우치 외장재는 테두리가 열융착되어 형성된 실링부를 포함하고, 상기 실링부에는, 상기 제1 전극 리드와 상기 파우치 외장재 간을 접합시키는 제1 리드 필름과, 상기 제2 전극 리드와 상기 파우치 외장재 간을 접합시키는 제2 리드 필름이 구비될 수 있다.
상기 럽쳐 실링부재의 접합력은 상기 제1 리드 필름 또는 상기 제2 리드 필름의 접합력보다 약하게 마련될 수 있다.
상기 럽쳐 실링부재는, 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드와 함께 상기 파우치 외장재의 외부로 연장될 수 있다.
상기 럽쳐 실링부재는, 소정의 온도 이상에서 열 변형되어 소실되는 소재로 마련될 수 있다.
상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드는, 상기 파우치 외장재의 외부에서, 전도성 접착제로 접합될 수 있다.
상기 럽쳐 실링부재는 상기 전도성 접착제가 통과할 수 있는 통공을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 파우치형 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고속 충전 및 고출력 상황에서 발열이 적고, 열적 이벤트에 대한 안전성이 우수한 파우치형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 파우치형 배터리 셀을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 파우치형 배터리 셀의 개략적인 일 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드와 전극탭의 접합 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 파우치형 배터리 셀의 개략적인 부분 단면도이다.
도 6은 도 3의 파우치형 배터리 셀의 내압 상승시, 상태 변화를 나타낸 부분 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀의 내압 상승 전과 후를 각각 나타낸 부분 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀의 내압 상승 전과 후를 각각 나타낸 부분 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀(10)은, 전극 조립체(100), 파우치 외장재(200), 전극탭 다발(300), 전극 리드(400) 및 럽쳐 실링부재(500)를 포함한다.
상기 전극 조립체(100)는, 양극판(110), 음극판(130) 및 분리막(120)으로 구성되고, 상기 양극판(110)과 음극판(130)이 분리막(120)을 사이에 두고 서로 마주하게 반복적으로 배치된 구조를 갖는다.
즉, 상기 전극 조립체(100)는, 양극판(110)/분리막(120)/음극판(130)/분리막(120)과 같은 형태로 전극판과 분리막(120)을 순차로 적층시킨 스택형, 양극판(110)과 음극판(130) 사이에 분리막(120)이 위치하도록 분리막(120)을 권취시킨 폴딩형, 또는 스택형과 폴딩형을 조합한 스택 앤 폴딩형 등 양극판(110)과 음극판(130)이 분리막(120)을 사이에 두고 반복적으로 배치된 구조라면 어떠한 구조라도 무방하다.
상기 양극판(110)은 알루미늄(Al) 재질의 집전판에 양극 활물질이 도포되어 형성되고, 음극판(130)은 구리(Cu) 재질의 집전판에 음극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 상기 양극 활물질 또는 음극 활물질은 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성된 것일 수 있다.
상기 양극판(110)과 음극판(130)은 플레이트 형태로 구성되고 판면이 서로 마주보는 형태가 되도록 이격 배치된다. 상기 분리막(120)은 상기 양극판(110)과 음극판(130) 사이에 개재되어 양극판(110)과 음극판(130)이 서로 직접 접촉되지 않도록 한다. 상기 분리막(120)은 충전 또는 방전 시 양극판(110)과 음극판(130) 간에 전하의 이동이 가능하도록 다공성 구조로 마련된다.
상기 파우치 외장재(200)는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET)나 나일론(Nylon) 등의 절연물질로 이루어진 최외곽의 외부수지층과, 기계적 강도를 유지하고 수분 및 산소의 침투를 막아주는 알루미늄 소재의 금속층과, 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 폴리올레핀(Polyolepin)계 재료로 이루어진 내부수지층이 적층된 다층 구조를 갖는다.
상기 파우치 외장재(200)는 한장의 파우치 시트를 접어 전극 조립체(100)를 감싸는 1 피스(piece) 타입과 2장의 파우치 시트로 전극 조립체(100)를 감싸는 2 피스(piece) 타입으로 구분될 수 있다. 상기 1 피스 타입의 파우치 외장재(200)는, 한 장의 파우치 시트 중 일 영역을 포밍하여 요홈을 형성하고 상기 요홈에 전극 조립체(100)를 수납하고 상기 파우치 시트를 접어서 전극 조립체(100)를 커버한다. 그리고 접혀진 부분을 제외하고 파우치 시트가 포개진 테두리를 열 융착하여 밀봉한다. 이에 1피스 타입의 파우치 외장재(200)는 전극 조립체를 수용한 수납부(201)와 상기 수납부(201) 외곽의 3개 변이 실링된 실링부(202)를 갖는다. 한편, 상기 2 피스 타입의 파우치 외장재(200)는, 2자의 파우치 시트, 즉 상부 파우치 시트(210)와 하부 파우치 시트(220)를 포함한다. 예컨대 상기 하부 파우치 시트(220)를 포밍(forming)하여 요홈을 형성하고 상기 요홈에 전극 조립체(100)를 수납하고, 상기 상부 파우치 시트(210)로 전극 조립체(100)를 커버한다. 그리고 상부 파우치 시트(210)와 하부 파우치 시트(220)에서 상호 포개진 테두리를 열 융착하여 밀봉한다. 이에 2피스 타입의 파우치 외장재(200)는 전극 조립체를 수용한 수납부(201)와 상기 수납부(201) 외곽의 4개 변이 모두 실링된 실링부(202)를 갖는다.
따라서, 일반적으로 파우치형 배터리 셀(10)은, 전극 리드(400)가 위치하는 전,후방과 폭방향에 따른 좌측 및 우측 중 적어도 한 변에 실링부(202)를 갖는다. 특히, 상기 실링부(202) 중 전극 리드(400)가 돌출되는 부분을 셀 테라스라하고, 그렇지 않은 부분을 사이드 윙이라고 지칭하기도 한다. 참고로, 파우치형 배터리 셀(10)은 그 부피를 줄이기 위해 상기 사이드 윙을 폴딩시켜 놓는다.
상기 전극탭은 양극판(110) 중 양극 활물질이 도포되지 않은 영역(무지부)에 구비되는 양극탭 및 음극판(130) 중 음극 활물질이 도포되지 않은 영역(무지부)에 구비되는 음극탭을 포함한다. 상기 전극탭은 복수 개이고, 동일 극성의 전극탭들은 전극 조립체(100)의 일측에서 같은 방향으로 연장되고 끝단이 모아져 전극탭 다발(300)을 형성하고 전극 리드(400)에 접합되도록 구성될 수 있다.
상기 전극 리드(400)는 이러한 전극탭 다발(300)과 연결되고 파우치 외장재(200)의 외부로 돌출되어, 파우치형 배터리 셀(10)의 전극 단자로서 기능하도록 구성될 수 있다.
특히, 도 4 및 도 5를 주로 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(400)는 서로 대면하고 동일한 방향으로 연장되며 동일한 극성을 띄는 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420)를 구비한다. 또한, 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420) 사이에 럽쳐 실링부재(500)가 개재될 수 있다. 상기 럽쳐 실링부재(500)는 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420)가 이격되도록 일면은 제1 전극 리드(410)에 접합되고 타면(반대면)은 제2 전극 리드(420)에 접합될 수 있다.
이러한 본 발명의 실시 구성에 의하면, 자세히 후술하겠으나 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420)로 구성된 전극 리드(400)에 전극탭들을 나누어 접합하여 연결함으로써, 충방전 전류의 병목 현상을 완화시킬 수 있어 고속 충전 및 고출력 상황에서 발열이 적고 전기적 안전성이 향상될 수 있다. 또한, 열적 이벤트 발생시, 내압에 의해 럽쳐 실링부재(500) 부분이 파열됨으로써 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420) 사이로 가스를 토출되도록 하여 압력을 분산 내지 해소시켜 파우치형 배터리 셀(10)의 폭발을 방지할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀(10)은, 도 3과 같이, 양극 단자로 기능하는 양극 전극 리드(400)가 2개이고, 음극 단자로 기능하는 음극 전극 리드(400)가 2개로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 2개의 양극 전극 리드(400)는 양극_제1 전극 리드(410)와 양극_제2 전극 리드(420)로 구분되고, 상기 2개의 음극 전극 리드(400)는 음극_제1 전극 리드(410)와 음극_제2 전극 리드(420)로 구분될 수 있다.
상기 2개의 양극 전극 리드(400)와 상기 2개의 음극 전극 리드(400)는 구조적으로 차이가 거의 없다. 따라서 이하의 설명에서 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420)는 2개의 양극 전극 리드(400) 또는 2개의 음극 전극 리드(400)를 의미할 수 있다. 또한, 전극탭은 전극판들 중 양극판(110)에서 연장되는 양극탭과 음극판(130)에서 연장되는 음극탭을 포함한다.
양극탭들은, 도 5와 같이, 각 양극판(110)에서 연장되어 끝단이 모아져 양극탭 다발을 형성하고 양극 전극 리드(400)에 접합된다. 미도시하였으나, 음극탭들은 각 음극판(130)에서 연장되어 끝단이 모아져 음극탭 다발을 형성하고 음극 전극 리드(400)에 접합된다. 이에 이하의 설명에서 전극탭은 양극탭 또는 음극탭을 의미하고 전극탭 다발(300)은 양극탭 다발 또는 음극탭 다발을 의미할 수 있다.
다시 도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 파우치형 배터리 셀(10)에서 상기 전극탭 다발(300)은 2개의 다발로 나누어진다. 즉, 상기 전극탭 다발(300)은 제1 전극탭 다발(310)과 제2 전극탭 다발(320)을 포함한다. 그리고 상기 제1 전극탭 다발(310)은 제1 전극 리드(410)와 연결되고, 상기 제2 전극탭 다발(320)은 제2 전극 리드(420)와 연결된다. 이때 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420)는, 럽쳐 실링부재(500)에 의해 적어도 상기 파우치 외장재(200)의 내부에서 서로 분리된 상태로 각각 제1 전극탭 다발(310) 및 제2 전극탭 다발(320)과 연결되도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 전극탭들이 2 다발로 나누어져 각각 동일 극성의 2개의 전극 리드(400)에 접합되어 연결됨으로써, 파우치형 배터리 셀(10)의 충방전시, 전류 흐름에 병목 현상이 완화될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 파우치형 배터리 셀(10)은, 종래의 파우치형 배터리 셀(도 1 및 도 2 참조)에 비해, 고속 충전 또는 고출력 상황에서 발열이 현저히 감소할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 파우치형 배터리 셀(10)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420) 사이에 개재되는 럽쳐 실링부재(500)를 포함할 수 있다. 상기 럽쳐 실링부재(500)는 접착성 수지 조성물일 수 있다. 예컨대 상기 럽쳐 실링부재(500)는 미리 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420) 사이에 도포된 접착성 수지 조성물이 경화되어 형성된 것일 수 있다.
이러한 럽쳐 실링부재(500)는, 상기 파우치 외장재(200)의 내부에서, 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420)를 상호 이격되게 지지하는 역할과, 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420) 사이 틈새로 전해액 등이 누수되지 않도록 하는 실링재 역할을 할 수 있다.
파우치 외장재(200)는 전술한 바와 같이 테두리가 열융착된 실링부(202)를 구비한다. 상기 실링부(202) 중 전극 리드(400)가 돌출되는 부분에는 파우치 외장재(200)와 전극 리드(400) 간의 접합력을 높이기 위해 리드 필름(600)이 사용될 수 있다.
상기 리드 필름(600)은 실링부(202)에 위치한 전극 리드(400)의 외주면을 감싸는 구조를 가진다. 이러한 리드 필름(600)은, 파우치 외장재(200)의 테두리를 열융착시, 파우치 외장재(200)와 접합되어 상기 전극 리드(400)와 상기 실링부(202) 사이에 높은 밀봉력을 제공한다.
본 실시예에서 상기 리드 필름(600)은, 도 5와 같이, 제1 전극 리드(410)와 파우치 외장재(200)의 상부 파우치 시트(210)에 접합되는 제1 리드 필름(610)과, 상기 제2 전극 리드(420)와 상기 파우치 외장재(200)의 하부 파우치 시트(220)에 접합되는 제2 리드 필름(620)을 포함한다.
이러한 제1 리드 필름(610) 및 제2 리드 필름(620)과 함께, 상기 럽쳐 실링부재(500)는, 상기 실링부(202)에서, 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420) 사이의 틈새를 밀봉한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 럽쳐 실링부재(500)는, 상기 제1 리드 필름(610) 또는 상기 제2 리드 필름(620)보다 접합력이 약한 소재로 마련될 수 있다.
이러한 럽쳐 실링부재(500) 구성에 의하면, 열적 이벤트로 인해, 파우치형 배터리 셀(10)의 내부에 가스가 발생한 때, 내부 압력이 실링부(202)가 견딜 수 있는 한계 압력보다 낮은 압력에서 럽쳐 실링부재(500)가 먼저 파열 내지 탈리되어, 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420) 사이가 개방될 수 있다. 따라서 도 2와 같은 구조의 종래의 파우치형 배터리 셀(10)에 비해, 배터리 셀 내부에서 생성된 가스나 파티클 등이 더 낮은 압력 하에서 외부로 배출될 수 있어 파우치형 배터리 셀(10)의 폭발이 방지될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀(10)의 내압 상승 전과 후를 각각 나타낸 부분 단면도이다.
이어서 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀(10)을 설명하기로 한다. 전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
이어서, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀(10)에 있어서, 럽쳐 실링부재(500A)는 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420)와 함께 상기 파우치 외장재(200)의 외부로 연장되게 구성될 수 있다. 즉, 럽쳐 실링부재(500A)는 실링부(202)의 외측으로 연장되게 구성될 수 있다. 상기 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420)는 상기 럽쳐 실링부재(500A)보다 더 길게 연장될 수 있다. 상기 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420)는 각각 전극 단자로 개별적으로 사용되거나, 도 7과 같이, 상호 접촉하게 포개져 하나의 전극 단자로 기능하도록 사용될 수도 있다.
특히, 본 실시예의 상기 럽쳐 실링부재(500A)는, 소정의 온도 이상에서 열 변형되어 소실되는 소재로 마련될 수 있다. 이 경우, 파우치형 배터리 셀(10) 내부에 열적 이벤트가 발생하여 열과 압력이 럽쳐 실링부재(500A)에 작용하면, 상기 럽쳐 실링부재(500A)가 열 용융되거 녹아 소실될 수 있다. 그러면 파우치 외장재(200) 내부에서 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420)의 간격이 더욱 벌어지고, 도 8과 같이, 제1 전극 리드(410) 및 제2 전극 리드(420)와 함께 실링부(202)의 외측으로 노출되어 있던 럽쳐 실링부재(500A) 부분이 소실되어, 실링부(202) 바깥쪽에 벤팅 공간이 형성될 수 있다. 따라서 가스나 파티클 등이 상기 벤팅 공간을 통해 파우치 외장재(200)의 외부(도 8에서 X축과 Z축에 교차하는 Y축 방향)로 토출될 수 있다.
예를 들어 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420)의 선단부가 강하게 접착되어 벌어지지 않는 상황이거나 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420)의 선단부가 일체로 버스바(미도시) 등과 같은 전도체에 용접되어 있는 상황에서, 본 실시예의 경우, 전술한 바와 같이, 벤팅 공간(VS)이 확보될 수 있어 파우치형 배터리 셀(10)의 내압이 해소될 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀(10)의 내압 상승 전과 후를 각각 나타낸 부분 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀(10)은, 전술한 실시예들과 비교할 때, 럽쳐 실링부재(500B)가 실링부(202)의 외측으로 연장되게 구성되고 상기 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420)와 실질적으로 동일하게 연장될 수 있다.
또한, 파우치 외장재(200) 외부로 노출되어 있는 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420)가 그것들 사이에 럽쳐 실링부재(500B)가 있더라도 서로 통전 가능하게 구성될 수 있다. 이를 테면, 도 9와 같이, 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420)는, 상기 파우치 외장재(200)의 외부에서, 전도성 접착제(J1)로 접합될 수 있다. 여기서 상기 전도성 접착제(J1)는, 예컨대 은나노 잉크(Ag nano ink)일 수 있다.
또한, 상기 럽쳐 실링부재(500B)는, 상기 전도성 접착제(J1)가 채워질 수 있는 홀부를 포함할 수 있다. 즉, 상기 홀부에 전도성 접착제(J1)가 채워져 상기 제1 전극 리드(410)와 상기 제2 전극 리드(420)가 상호 고정 및 통전되게 구성될 수 있다.
따라서 본 실시예에 의하면, 동일 극성을 갖는 2개의 전극 리드(400)를 하나의 전극 리드(400)처럼 사용할 수 있다. 또한, 파우치형 배터리 셀(10) 내부에 열적 이벤트가 발생하여 열과 압력이 럽쳐 실링부재(500B)에 작용하면, 상기 럽쳐 실링부재(500B)가 열 용융되거나 접합력을 약하되면서 파우치 외장재(200) 내부에서, 제1 전극 리드(410)와 제2 전극 리드(420)의 간격이 더욱 벌어지고, 도 10과 같이, 제1 전극 리드(410) 및 제2 전극 리드(420)와 함께 실링부(202)의 외측으로 노출되어 있던 럽쳐 실링부재(500B) 부분이 오픈되어 실링부(202) 바깥쪽에 벤팅 공간(VS)이 형성될 수 있다. 따라서 가스나 파티클 등이 상기 벤팅 공간(VS)을 통해 파우치 외장재(200)의 외부(도 10에서 X축과 Z축에 교차하는 Y축 방향)로 토출될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상술한 파우치형 배터리 셀(10)들과, 상기 파우치형 배터리 셀(10)들을 전기적으로 연결하기 위한 버스바 프레임 어셈블리 및 상기 파우치형 배터리 셀(10)들을 수용할 수 있는 내부 공간을 구비한 모듈 케이스를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 배터리 모듈은 모듈 케이스의 적어도 일측에 파우치형 배터리 셀(10)들에서 분출된 가스를 모듈 케이스의 외부로 배출시키기 위한 벤팅홀들을 구비할 수 있다. 상기 파우치형 배터리 셀(10)들을 수용하는 모듈 케이스를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은 적어도 하나 이상이 배터리 팩에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 발명에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (10)

  1. 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판이 서로 마주하게 반복적으로 배치된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 밀봉되게 수납하는 파우치 외장재; 및
    상기 파우치 외장재의 내부에서 상기 전극 조립체로부터 연장된 전극탭 다발과 연결되고 상기 파우치 외장재의 외부로 돌출되는 전극 리드를 포함하고,
    상기 전극 리드는 서로 대면하고 동일한 방향으로 연장되며 동일한 극성을 띄는 제1 전극 리드와 제2 전극 리드를 구비하고,
    상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드 사이에서, 일면은 상기 제1 전극 리드에 접합되고 타면은 상기 제2 전극 리드에 접합되는 럽쳐 실링부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극탭 다발은, 2개의 다발로 나누어져 제1 전극탭 다발과 제2 전극탭 다발을 포함하고,
    상기 제1 전극탭 다발은 상기 제1 전극 리드와 연결되고, 상기 제2 전극탭 다발은 상기 제2 전극 리드에 연결된 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파우치 외장재의 내부에서, 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드는 서로 분리된 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파우치 외장재는 테두리가 열융착되어 형성된 실링부를 포함하고,
    상기 실링부에는, 상기 제1 전극 리드와 상기 파우치 외장재 간을 접합시키는 제1 리드 필름과, 상기 제2 전극 리드와 상기 파우치 외장재 간을 접합시키는 제2 리드 필름이 구비된 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 럽쳐 실링부재의 접합력은 상기 제1 리드 필름 또는 상기 제2 리드 필름의 접합력보다 약하게 마련된 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 럽쳐 실링부재는,
    상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드와 함께 상기 파우치 외장재의 외부로 연장된 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 럽쳐 실링부재는,
    소정의 온도 이상에서 열 변형되어 소실되는 소재로 마련된 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드는, 상기 파우치 외장재의 외부에서, 전도성 접착제로 접합된 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 럽쳐 실링부재는 상기 전도성 접착제가 통과할 수 있는 통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀.
  10. 제1 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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