WO2026023969A1 - 전지 셀 및 그 제조 방법 - Google Patents

전지 셀 및 그 제조 방법

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WO2026023969A1
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case
end cover
inner cell
cell
battery cell
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조규상
김영순
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LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
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Publication date
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    • 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 battery cell including an electrode assembly and a pouch-shaped outer packaging material and a method for manufacturing the same.
  • Secondary batteries that can be recharged and discharged are suitable for use as built-in battery cells because replacement of the battery cells is unnecessary. As the stability of secondary batteries is rapidly improving and their capacity is increasing, they are being applied to various devices.
  • secondary batteries are not only widely used as energy sources for multifunctional small products such as wireless mobile devices or wearable devices worn on the body, but are also used as energy sources or energy storage systems (ESS) for electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are presented as alternatives to existing gasoline and diesel vehicles that cause air pollution.
  • ESS energy storage systems
  • battery modules comprising multiple battery cells or battery packs comprising multiple battery modules are being used.
  • secondary batteries are increasingly used as large-capacity, high-output energy sources, ensuring their safety is becoming a significant concern.
  • battery cells can be categorized into prismatic, pouch, and cylindrical types based on their shape.
  • pouch-type cells offer the advantages of being relatively lightweight, offering high energy density, and allowing for a variety of designs.
  • their thinness and lightness make them vulnerable to external impacts, increasing the risk of fire.
  • prismatic cells while relatively heavy, offer the advantages of being resistant to external impacts and efficient at dissipating heat.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery cell that can be manufactured using a pouch-type battery cell and has improved safety, and a method for manufacturing the same.
  • a battery cell may include an inner cell in which an electrode assembly is accommodated in a pouch-shaped outer material; a case that accommodates the inner cell and has higher rigidity than the outer material; an end cover that covers an end of the case and has an insulating material; and a pad that is in close contact with and elastically deforms between the inner surface of the case and the outer surface of the inner cell.
  • the electrode leads of the inner cell may extend toward the end of the case and protrude outward from the end cover.
  • the above pad can be attached to the outer surface of the inner cell.
  • the above pads may be provided in pairs arranged on both sides in the thickness direction of the inner cell.
  • a groove through which the electrode lead of the inner cell passes may be formed in the end cover.
  • the end cover may include a first end cover covering a portion of an end of the case; and a second end cover covering another portion of an end of the case and in contact with the first end cover.
  • the electrode lead of the inner cell may protrude outside the case through a space between the first end cover and the second end cover.
  • At least one of the first end cover or the second end cover may have a groove formed through which the electrode lead passes.
  • the case may include a base portion located on one side of the inner cell in the thickness direction; a pair of side portions facing each other in the width direction of the inner cell and connected to the base portion; and a cover portion facing the base portion with the inner cell interposed therebetween and connecting the pair of side portions.
  • a method for manufacturing a battery cell may include the steps of: preparing an inner cell in which an electrode assembly is accommodated in a pouch-shaped outer material; attaching a pad having an elastically deformable material to an outer surface of the inner cell; and accommodating the inner cell with the pad attached in a case assembly.
  • the case assembly may include a case that accommodates the inner cell, has higher rigidity than the outer material, and is separable into a case body and a case cover; and an end cover that covers an end of the case and has an insulating material.
  • the step of accommodating the inner cell in the case assembly may include the steps of assembling a first end cover to the case body; accommodating the inner cell in the case body, wherein the electrode lead of the inner cell protrudes outwardly from the first end cover; assembling a second end cover to the first end cover and/or the case body, wherein the electrode lead protrudes outwardly through a gap between the first end cover and the second end cover; and coupling the case cover to the case body.
  • the safety of the battery cell can be increased and the risk of fire can be reduced by a case having high rigidity and a pad capable of shock absorption.
  • assembly of the battery cell can be facilitated by end covers that insulate the electrode leads.
  • configurations according to preferred embodiments of the present invention may include effects that can be easily predicted by those skilled in the art.
  • Figure 1 is a perspective view of a pouch-type battery cell.
  • Figure 2 is a perspective view of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is an exploded perspective view of the battery cell illustrated in Figure 2.
  • Figure 4 is a drawing showing a state in which the pad illustrated in Figure 3 is separated from the inner cell.
  • FIG. 5 is a flowchart of a battery cell manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a specific flowchart of step S30 illustrated in Figure 5.
  • each component of a secondary battery according to one embodiment of the present invention is schematically illustrated, and the size of the component or the thickness of the line may be expressed somewhat exaggerated for the convenience of understanding.
  • Figure 1 is a perspective view of a pouch-type battery cell.
  • a pouch-type battery cell (100) may include an electrode assembly (110), a pouch-type outer material (120), and an electrode lead (130).
  • the electrode assembly (110) may be formed by alternately interposing a positive electrode and a negative electrode with a separator therebetween. That is, the electrode assembly (110) may include a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed therebetween to mutually insulate the positive electrode and the negative electrode.
  • the electrode assembly (110) may be of a stack type, a jelly roll type, a stack and folding type, etc., but is not limited thereto.
  • the electrode assembly (110) may include an electrode tab connected to an electrode lead (130).
  • the electrode tab may be formed by cutting the non-conductive portions of the positive and negative electrodes, or by connecting a separate conductive member to the non-conductive portion.
  • the electrode lead (130) can be connected to the electrode assembly (110), more specifically, to the electrode tab.
  • the electrode lead (130) can protrude to the outside of the pouch-shaped outer material (120).
  • a pair of electrode leads (130) can be provided that are electrically connected to the positive and negative electrodes.
  • a pair of electrode leads (130) can protrude to both sides with respect to the electric length direction of the pouch-shaped battery cell (100).
  • the present invention is not limited thereto, and it is of course possible for a pair of electrode leads (130) to protrude in the same direction while being parallel to each other.
  • the pouch-shaped outer shell (120) can accommodate the electrode assembly (110).
  • the pouch-shaped outer shell (120) can be manufactured by forming a laminate sheet, and the laminate sheet can include a first resin layer (e.g., polypropylene) positioned at the outermost side on one side, a second resin layer (e.g., polyethylene terephthalate) positioned at the outermost side on the other side, and a metal layer (e.g., aluminum) positioned between the first resin layer and the second resin layer.
  • a first resin layer e.g., polypropylene
  • second resin layer e.g., polyethylene terephthalate
  • a metal layer e.g., aluminum
  • the pouch-shaped battery cell (100) Due to the configuration of the pouch-shaped outer shell (120), the pouch-shaped battery cell (100) is relatively light and has a high energy density, but has the disadvantages of being vulnerable to external impact and having a high risk of fire.
  • the present invention provides a battery cell (10) that can overcome these disadvantages, and will be described in detail below.
  • FIG. 2 is a perspective view of a battery cell according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the battery cell illustrated in FIG. 2
  • FIG. 4 is a drawing illustrating a state in which the pad illustrated in FIG. 3 is separated from the inner cell.
  • a battery cell (10) may include an inner cell (100), a case (200), an end cover (300), and a pad (400).
  • the inner cell (100) can accommodate an electrode assembly (110) in a pouch-shaped outer material (120). That is, the inner cell (100) can be a pouch-shaped battery cell (100) described above, and the description thereof is cited.
  • the case (200) accommodates the inner cell (100) and may have higher rigidity than the inner cell (100).
  • a single inner cell (100) may be accommodated in the case (200).
  • the battery cell (10) may replace a conventional pouch-type battery cell.
  • a plurality of inner cells (100) may also be accommodated.
  • the case (200) may be made of a metal material. That is, the case (200) may be manufactured by processing and fastening a metal plate. The thickness of the metal plate forming the case (200) may be thicker than the thickness of the laminate sheet forming the pouch-shaped outer material (120) of the inner cell (100).
  • the case (200) Since the case (200) has relatively high rigidity, it can protect the inner cell (100) from external impact. In addition, in the event of a fire or other incident due to abnormal operation of the inner cell (100), it can delay or prevent the spread of flames and gases.
  • case (200) may be surface-treated with a metal (e.g., aluminum) that has corrosion resistance against electrolyte.
  • a metal e.g., aluminum
  • the case (200) may have a shape corresponding to the inner cell (100). More specifically, the case (200) may have a predetermined thickness parallel to the thickness direction of the inner cell (100) (the direction parallel to the Z-axis of FIG. 3), a predetermined width parallel to the width direction of the inner cell (100) (the direction parallel to the X-axis of FIG. 3), and a predetermined length parallel to the length direction of the inner cell (100) (the direction parallel to the Y-axis of FIG. 3).
  • the thickness dimension, width dimension, and length dimension of the case (200) may increase in that order.
  • the case (200) may have a shape that surrounds the inner cell (100). An opening may be formed at both ends of the case (200) to be covered by an end cover (300) to be described later.
  • the case (200) may include a base portion (210), a pair of side portions (220), and a cover portion (230).
  • the base portion (210) can be located on one side of the inner cell (100) in the thickness direction (in the direction parallel to the Z-axis of FIG. 3).
  • a pair of side portions (220) can be connected to the base portion (210) while facing each other in the width direction of the inner cell (100) (the direction parallel to the X-axis in FIG. 3).
  • the cover part (230) faces the base part (210) with the inner cell (100) in between, and can connect a pair of side parts (220).
  • the base portion (210) and the cover portion (230) may be plate-shaped facing the inner cell (100) in the thickness direction.
  • the side portion (220) may be plate-shaped facing the inner cell (100) in the width direction. Based on the directions shown in FIGS. 2 and 3, the base portion (210) may define the bottom surface of the case (200), the side portion (220) may define the side surface of the case (200), and the cover portion (230) may define the top surface of the case (200).
  • the base portion (210), a pair of side portions (220), and the cover portion (230) may be formed as separate components, but are not limited thereto, and at least some of them may be formed as a single, integrally connected configuration.
  • the case (200) may be configured to be separable from the case body (201) and the case cover (202). That is, the case body (201) and the case cover (202) may be separably fastened to each other.
  • the case body (201) may include a base portion (210), a pair of side portions (220), and a portion of the cover portion (230), and the case cover (202) may include another portion from the base portion (210), a pair of side portions (220), and the cover portion (230).
  • the case body (201) may include a base portion (210) and a pair of side portions (220), and the case cover (202) may include a cover portion (230).
  • case body (201) and the case cover (202) are detachably fastened to each other, thereby facilitating the insertion of the inner cell (100) into the case (200), and facilitating the assembly of the end cover (300) described later.
  • the end cover (300) can cover an end of the case (200). More specifically, an opening can be formed at the longitudinal end of the case (200), and the end cover (300) can cover the opening.
  • a pair of end covers (300) may be provided to cover both ends of the case (200).
  • Each end cover (300) may have an insulating material.
  • the end cover (300) may include a polymer resin material such as polypropylene. Accordingly, the end cover (300) may insulate the electrode lead (130) of the inner cell (100) from the case (200).
  • each end cover (300) may include a first end cover (310) that covers a portion of an end of the case (200) and a second end cover (320) that covers another portion of the end of the case (200).
  • the first end cover (310) and the second end cover (320) may be in contact with each other.
  • the first end cover (310) and the second end cover (320) may be arranged along the thickness direction of the inner cell (100).
  • the first end cover (310) and the second end cover (320) may be formed to be long in the width direction of the inner cell (100).
  • first end cover (310) and the second end cover (320) can together cover the opening formed at the end of the case (200).
  • the electrode lead (130) of the inner cell (100) can protrude to the outside of the case (200) through the space between the first end cover (310) and the second end cover (320). Accordingly, the electrode lead (130) can be connected to an external load located outside the case (200). In addition, assembly of the inner cell (100) and the end cover (300) can be facilitated.
  • a groove (310a) (320a) through which the electrode lead (120) of the inner cell (100) passes may be formed in the end cover (300). More specifically, a groove (310a) (320a) through which the electrode lead (130) passes may be formed in at least one of the first end cover (310) and the second end cover (320). For example, a first groove (310a) may be formed in the first end cover (310), and a second groove (320a) may be formed in the second end cover (320). The first groove (310a) and the second groove (320a) may face each other and form a hole through which the electrode lead (130) passes together. However, the present invention is not limited thereto, and it is also possible to form only one of the first groove (310a) and the second groove (320a).
  • the pad (400) is in close contact between the inner surface of the case (200) and the outer surface of the inner cell (100) and can be elastically deformed.
  • the pad (400) may be a foam pad made of a material capable of elastic deformation, such as polyurethane.
  • the pad (400) when the inner cell (100) swells, the pad (400) can be compressed between the inner surface of the case (200) and the outer surface of the inner cell (100). Therefore, the pad (400) can suppress swelling of the inner cell (100). In addition, the pad (400) can protect the inner cell (100) from external impact.
  • the size of the pad (400) may be the same as or similar to the size of the electrode assembly (110) of the inner cell (100).
  • the pad (400) may be attached to the outer surface of the inner cell (100), more specifically, to the outer surface of the outer material (120). That is, an adhesive layer may be provided between the pad (400) and the outer material (120).
  • a pair of pads (400) may be provided on both sides of the inner cell (100) in the thickness direction.
  • pads (400) may be attached to both sides of the inner cell (100).
  • the battery cell (10) can ensure safety against external impact and has the advantage of reducing the risk of fire.
  • FIG. 5 is a flowchart of a battery cell manufacturing method according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a specific flowchart of step S30 illustrated in FIG. 5.
  • a battery cell manufacturing method may include a step (S10) of preparing an inner cell (100) in which an electrode assembly (110) is accommodated in a pouch-shaped outer material (120), a step (S20) of attaching a pad (400) having an elastically deformable material to an outer surface of the inner cell (100), and a step (S30) of accommodating the inner cell (100) to which the pad (400) is attached in a case assembly.
  • the case assembly may include a case (200) and an end cover (300). That is, the case (200) and the end cover (300) assembled together may constitute a case assembly.
  • the step (S10) of preparing the inner cell (100) may be the same as that for manufacturing a conventional pouch-type battery cell. That is, there is an advantage in that production facilities for manufacturing a conventional pouch-type battery cell can be used as is.
  • the pad (400) can be attached to both sides of the inner cell (100) in the thickness direction.
  • the inner cell (100) and the pad (400) can be easily accommodated in the case assembly.
  • the step (S30) of accommodating the inner cell (100) with the pad (400) attached to the case assembly may include the step (S31) of assembling the first end cover (310) to the case body (201), the step (S32) of accommodating the inner cell (100) to the case body (201), the step (S33) of assembling the second end cover (320) to the first end cover (310) and/or the case body (201), and the step (S34) of joining the case cover (202) to the case body (201).
  • the first end cover (310) can be assembled to the end of the case body (201).
  • the electrode lead (130) of the inner cell (100) may protrude outwardly from the first end cover (310). More specifically, a part of the electrode lead (130) may be positioned on the first groove (310a) formed in the first end cover (310), and another part may protrude outwardly from the first end cover (310).
  • the pad (400) attached to one surface of the inner cell (100) may come into contact with the inner surface of the base portion (210) of the case body (201).
  • the electrode lead (130) may protrude outwardly through a space between the first end cover (310) and the second end cover (320). More specifically, the electrode lead (130) may protrude outwardly through the first groove (310a) and/or the second groove (320a). In addition, the first end cover (310) and the second end cover (320) may be arranged to be in contact with each other.
  • the pad (400) attached to the other surface of the inner cell (100) can come into contact with the inner surface of the cover portion (230) of the case cover (202).
  • the inner cell (100) can be easily accommodated within the case assembly. That is, there is an advantage in that the battery cell (100) can be easily manufactured using an existing pouch-type battery cell.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전지 셀은, 전극 조립체가 파우치형 외장재에 수용되는 이너 셀; 상기 이너 셀을 수용하고 상기 외장재보다 높은 강성을 갖는 케이스; 상기 케이스의 단부를 커버하며 절연 재질을 갖는 엔드 커버; 및 상기 케이스의 내면과 상기 이너 셀의 외면의 사이에 밀착되며 탄성 변형되는 패드를 포함할 수 있다.

Description

전지 셀 및 그 제조 방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2024년 7월 23일자 한국특허출원 제10-2024-0097194호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 전극 조립체 및 파우치형 외장재를 포함하는 전지 셀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는 전지셀의 교체가 불필요하기 때문에 내장형 전지셀로 사용하기에 적절하며, 이차전지의 안정성 향상과 용량 증가가 빠르게 이루어지고 있는 바, 다양한 디바이스에 적용되고 있다.
예를 들어, 이차전지는, 다기능 소형 제품인 와이어리스 모바일 기기(wireless mobile device) 또는 신체에 착용하는 웨어러블 기기(wearable device)의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 대기오염을 유발하는 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량에 대한 대안으로 제시되는 전기자동차와 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원이나 전력저장장치(ESS)로도 사용되고 있다.
특히, 이차 전지를 대용량 및 고출력의 에너지원으로 사용하기 위해, 복수개의 전지 셀을 포함하는 전지 모듈이나, 상기 전지 모듈을 복수개 포함하는 전지팩이 사용되고 있다. 이와 같이, 이차 전지가 대용량 및 고출력의 에너지원으로 사용됨에 따라 이차전지의 안전성을 확보하는 문제가 중요한 관심 대상이 되고 있다.
한편, 전지 셀은 그 형태에 따라, 각형, 파우치형, 원통형 타입으로 구분될 수 있다. 그 중, 파우치형 전지 셀은 상대적으로 가볍고 에너지 밀도가 높으며 다양한 디자인이 가능하다는 장점이 있다. 다만, 파우치형 전지 셀은 얇고 가벼운 만큼 외부 충격에 약해 화재 위험성이 높다. 반대로, 각형 전지 셀은 상대적으로 배터리 무게가 무거우나, 외부 충격에 강하고 열 방출에 효율적이라는 장점이 있다.
이처럼 각 타입의 전지 셀은 장단점이 있으므로, 생산 라인을 다변화하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 파우치형 전지 셀을 활용하여 제조 가능하며 안전성이 향상된 전지 셀 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전지 셀은, 전극 조립체가 파우치형 외장재에 수용되는 이너 셀; 상기 이너 셀을 수용하고 상기 외장재보다 높은 강성을 갖는 케이스; 상기 케이스의 단부를 커버하며 절연 재질을 갖는 엔드 커버; 및 상기 케이스의 내면과 상기 이너 셀의 외면의 사이에 밀착되며 탄성 변형되는 패드를 포함할 수 있다.
상기 이너 셀의 전극 리드는 상기 케이스의 단부 쪽으로 연장되며 상기 엔드 커버보다 외측으로 돌출될 수 있다.
상기 패드는 상기 이너 셀의 외면에 부착될 수 있다.
상기 패드는, 상기 이너 셀의 두께 방향 양측에 배치되는 한 쌍이 구비될 수 있다.
상기 엔드 커버에는, 상기 이너 셀의 전극 리드가 통과하는 홈이 형성될 수 있다.
상기 엔드 커버는, 상기 케이스의 단부의 일부를 커버하는 제1엔드 커버; 및 상기 케이스의 단부의 다른 일부를 커버하며 상기 제1엔드 커버와 접하는 제2엔드 커버를 포함할 수 있다. 상기 이너 셀의 전극 리드는, 상기 제1엔드 커버 및 제2엔드 커버의 사이를 통해 상기 케이스의 외부로 돌출될 수 있다.
상기 제1엔드 커버 또는 제2엔드 커버 중 적어도 하나에는, 상기 전극 리드가 통과하는 홈이 형성될 수 있다.
상기 케이스에는, 단일의 이너 셀이 수용될 수 있다.
상기 케이스는, 상기 이너 셀의 두께 방향 일측에 위치한 베이스부; 상기 이너 셀의 폭 방향에 대해 서로 마주보며 상기 베이스부에 연결된 한 쌍의 사이드부; 및 상기 이너 셀을 사이에 두고 상기 베이스부를 마주보며, 상기 한 쌍의 사이드부를 연결하는 커버부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법은, 전극 조립체가 파우치형 외장재에 수용되는 이너 셀을 준비하는 단계; 탄성 변형 가능한 재질을 갖는 패드를 상기 이너 셀의 외면에 부착하는 단계; 및 상기 패드가 부착된 상기 이너 셀을 케이스 어셈블리에 수용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 케이스 어셈블리는, 상기 이너 셀을 수용하고 상기 외장재보다 높은 강성을 가지며, 케이스 바디 및 케이스 커버로 분리 가능한 케이스; 및 상기 케이스의 단부를 커버하며 절연 재질을 갖는 엔드 커버를 포함할 수 있다.
상기 이너 셀을 상기 케이스 어셈블리에 수용하는 단계는, 상기 케이스 바디에 제1엔드 커버를 조립하는 단계; 상기 이너 셀을 상기 케이스 바디에 수용하며, 이 때 상기 이너 셀의 전극 리드는 상기 제1엔드 커버보다 외측으로 돌출되는 단계; 제2엔드 커버를 상기 제1엔드 커버 및/또는 상기 케이스 바디에 조립하며, 이 때 상기 전극 리드는 상기 제1엔드 커버와 제2엔드 커버의 사이를 통해 외측으로 돌출되는 단계; 및 케이스 커버를 상기 케이스 바디에 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 높은 강성의 케이스 및 충격 흡수가 가능한 패드에 의해, 전지셀의 안전성이 높고 화재 위험성이 낮아질 수 있다.
또한, 전극 리드가 절연되는 엔드 커버에 의해 전지 셀의 조립이 용이할 수 있다.
또한, 파우치형 전지셀인 이너 셀을 포함하므로, 기존 파우치형 전지셀의 생산 라인을 그대로 사용 가능한 이점이 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 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전지 셀의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 패드를 이너 셀로부터 분리시킨 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀 제조 방법의 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 S30 단계의 구체적인 순서도이다.
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.
도면 상에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 각 구성요소가 개략적으로 도시되었으며, 구성요소의 크기나 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다.
도 1은 파우치형 전지 셀의 사시도이다.
파우치형 전지 셀(100)은, 전극 조립체(110), 파우치형 외장재(120) 및 전극 리드(130)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)는 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 교대로 개재되어 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(110)는 양극과, 음극과, 양극 및 음극을 상호 절연시키기 위해 사이에 개재되는 분리막을 포함할 수 있다. 전극 조립체(110)는 스택형, 젤리롤형, 스택 앤 폴딩형 등이 있으며, 이는 제한되지 않는다.
전극 조립체(110)는 전극 리드(130)와 연결되는 전극 탭을 포함할 수 있다. 상기 전극 탭은 양극 및 음극의 무지부가 재단되어 형성되거나, 별도의 도전부재가 상기 무지부에 연결되어 형성될 수 있다.
전극 리드(130)는 전극 조립체(110), 좀 더 상세히는 전극 탭과 연결될 수 있다. 전극 리드(130)는 파우치형 외장재(120)의 외부로 돌출될 수 있다. 전극 리드(130)는 양극 및 음극과 전기적으로 연결되는 한 쌍이 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극 리드(130)는 파우치형 전지 셀(100)의 전장 방향에 대해 양측으로 돌출될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 전극 리드(130)가 서로 나란하게 동일 방향으로 돌출되는 것도 가능함은 물론이다.
파우치형 외장재(120)는 전극 조립체(110)를 수용할 수 있다. 파우치형 외장재(120)는 라미네이트 시트를 성형함으로써 제조될 수 있으며, 상기 라미네이트 시트는, 일측 최외곽에 위치하는 제1수지층(예를 들어, Polypropylene)과, 타측 최외곽에 위치하는 제2수지층(예를 들어, polyethylene terephthalate)과, 상기 제1수지층 및 제2수지층의 사이에 위치하는 금속층(예를 들어, Aluminium)을 포함할 수 있다.
이러한 파우치형 외장재(120)의 구성에 의해, 이러한 파우치형 전지 셀(100)은 상대적으로 가볍고 에너지 밀도가 높으나, 외부 충격에 취약하고 화재 위험성이 높은 단점을 갖는다. 본 발명에서는 이러한 단점을 보완할 수 있는 전지 셀(10)을 제공하고자 하며, 이하에서 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 전지 셀의 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 패드를 이너 셀로부터 분리시킨 상태를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀(10)은, 이너 셀(100), 케이스(200), 엔드 커버(300) 및 패드(400)를 포함할 수 있다.
이너 셀(100)은 전극 조립체(110)가 파우치형 외장재(120)에 수용될 수 있다. 즉, 이너 셀(100)은 앞서 설명한 파우치형 전지셀(100)일 수 있으며, 그에 대한 설명을 원용한다.
케이스(200)는 이너 셀(100)을 수용하며, 이너 셀(100)보다 높은 강성을 가질 수 있다. 바람직하게는 케이스(200)에 단일의 이너 셀(100)이 수용될 수 있다. 따라서, 전지 셀(10)은 기존의 파우치형 전지셀을 대체할 수 있다. 다만, 필요에 따라서는 복수개의 이너 셀(100)이 수용되는 것도 가능하다.
예를 들어, 케이스(200)는 금속 재질을 가질 수 있다. 즉, 케이스(200)는 금속판을 가공 및 체결하여 제조될 수 있다. 케이스(200)를 이루는 금속판의 두께는, 이너 셀(100)의 파우치형 외장재(120)를 이루는 라미네이트 시트의 두께보다 두꺼울 수 있다.
케이스(200)가 상대적으로 높은 강성을 가지므로, 외부 충격으로부터 이너 셀(100)을 보호할 수 있다. 또한, 이너 셀(100)의 비정상 동작으로 인한 화재 등의 발생시에, 화염 및 가스의 확산을 지연시키거나 방지할 수 있다.
또한, 케이스(200)에는 전해질에 대한 내부식성을 갖는 금속(예를 들어, 알루미늄)이 표면 처리될 수 있다.
케이스(200)는 이너 셀(100)과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 케이스(200)는, 이너 셀(100)의 두께 방향(도 3의 Z축과 나란한 방향)과 나란한 소정의 두께를 가지고, 이너 셀(100)의 폭 방향(도 3의 X축과 나란한 방향)과 나란한 소정의 폭을 가지고, 이너 셀(100)의 길이 방향(도 3의 Y축과 나란한 방향)과 나란한 소정의 길이를 가질 수 있다. 케이스(200)의 두께 치수, 폭 치수 및 길이 치수 순으로 커질 수 있다.
케이스(200)는 이너 셀(100)을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 케이스(200)의 양 단부에는 후술할 엔드 커버(300)에 의해 커버되는 개구가 형성될 수 있다.
좀 더 상세히, 케이스(200)는, 베이스부(210), 한 쌍의 사이드부(220) 및 커버부(230)를 포함할 수 있다.
베이스부(210)는 이너 셀(100)의 두께 방향(도 3의 Z축과 나란한 방향) 일측에 위치할 수 있다.
한 쌍의 사이드부(220)는 이너 셀(100)의 폭 방향(도 3의 X축과 나란한 방향)에 대해 서로 마주보며 베이스부(210)에 연결될 수 있다.
커버부(230)는 이너 셀(100)을 사이에 두고 베이스부(210)를 마주보며, 한 쌍의 사이드부(220)를 연결할 수 있다.
베이스부(210) 및 커버부(230)는 이너 셀(100)을 두께 방향으로 마주보는 판형일 수 있다. 사이드부(220)는 이너 셀(100)을 폭 방향으로 마주보는 판형일 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 방향을 기준으로, 베이스부(210)는 케이스(200)의 저면부를 정의하고, 사이드부(220)는 케이스(200)의 측면을 정의하고, 커버부(230)는 케이스(200)의 상면을 정의할 수 있다.
베이스부(210), 한 쌍의 사이드부(220) 및 커버부(230)는 서로 별개의 구성으로서 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 그 중 적어도 일부가 일체로 연결된 구성인 것도 가능하다.
케이스(200)는 케이스 바디(201) 및 케이스 커버(202)로 분리 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 케이스 바디(201)와 케이스 커버(202)는 서로 분리 가능하게 체결될 수 있다. 케이스 바디(201)는, 베이스부(210), 한 쌍의 사이드부(220) 및 커버부(230) 중 일부를 포함할 수 있고, 케이스 커버(202)는, 베이스부(210), 한 쌍의 사이드부(220) 및 커버부(230) 중 다른 일부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스 바디(201)는, 베이스부(210) 및 한 쌍의 사이드부(220)를 포함할 수 있고, 케이스 커버(202)는 커버부(230)를 포함할 수 있다.
이처럼 케이스 바디(201) 및 케이스 커버(202)가 서로 분리 가능하게 체결됨으로써, 케이스(200)에 대한 이너 셀(100)의 삽입이 원활해지고, 후술할 엔드 커버(300)의 조립이 용이해질 수 있다.
한편, 엔드 커버(300)는 케이스(200)의 단부를 커버할 수 있다. 좀 더 상세히 케이스(200)의 길이 방향 단부에는 개구가 형성될 수 있고, 엔드 커버(300)는 상기 개구를 커버할 수 있다.
엔드 커버(300)는 케이스(200)의 양 단부를 커버하는 한 쌍이 구비될 수 있다. 각 엔드 커버(300)는 절연 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 엔드 커버(300)는 폴리프로필렌 등과 같은 고분자 수지 재질을 포함할 수 있다. 따라서, 엔드 커버(300)는 이너 셀(100)의 전극 리드(130)를 케이스(200)와 절연시킬 수 있다.
좀 더 상세히, 각 엔드 커버(300)는, 케이스(200)의 단부의 일부를 커버하는 제1엔드 커버(310)와, 케이스(200)의 단부의 다른 일부를 커버하는 제2엔드 커버(320)를 포함할 수 있다. 제1엔드 커버(310)와 제2엔드 커버(320)는 서로 접할 수 있다. 제1엔드 커버(310) 및 제2엔드 커버(320)는 이너 셀(100)의 두께 방향을 따라 배치될 수 있다. 제1엔드 커버(310) 및 제2엔드 커버(320)는 이너 셀(100)의 폭 방향으로 길게 형성될 수 있다.
즉, 제1엔드 커버(310) 및 제2엔드 커버(320)는 케이스(200)의 단부에 형성된 개구를 함께 커버할 수 있다.
이너 셀(100)의 전극 리드(130)는, 제1엔드 커버(310) 및 제2엔드 커버(320)의 사이를 통해 케이스(200)의 외부로 돌출될 수 있다. 따라서, 전극 리드(130)는, 케이스(200)의 외부에 위치하는 외부 부하에 연결될 수 있다. 또한, 이너 셀(100)과 엔드 커버(300)의 조립이 용이해질 수 있다.
엔드 커버(300)에는, 이너 셀(100)의 전극 리드(120)가 통과하는 홈(310a)(320a)이 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 제1엔드 커버(310) 또는 제2엔드 커버(320) 중 적어도 하나에는, 전극 리드(130)가 통과하는 홈(310a)(320a)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1엔드 커버(310)에는 제1홈(310a)이 형성되고, 제2엔드 커버(320)에는 제2홈(320a)이 형성될 수 있다. 제1홈(310a)과 제2홈(320a)은 서로 마주보며 전극 리드(130)가 통과하는 홀을 함께 형성할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 제1홈(310a) 또는 제2홈(320a) 중 어느 하나만 형성되는 것도 가능하다.
한편, 패드(400)는, 케이스(200)의 내면과 이너 셀(100)의 외면의 사이에 밀착되며 탄성 변형될 수 있다. 패드(400)는 폴리 우레탄 등과 같이 탄성 변형이 가능한 소재로 이루어진 폼 패드일수 있다.
좀 더 상세히, 이너 셀(100)이 스웰링되면, 패드(400)는 케이스(200)의 내면과 이너 셀(100)의 외면 사이에서 압착될 수 있다. 따라서, 패드(400)는 이너 셀(100)의 스웰링을 억제할 수 있다. 또한, 패드(400)는 외부의 충격으로부터 이너 셀(100)을 보호할 수 있다.
패드(400)의 크기는 이너 셀(100)의 전극 조립체(110)의 크기와 동일하거나 유사할 수 있다. 패드(400)는 이너 셀(100)의 외면, 좀 더 상세히는 외장재(120)의 외면에 부착될 수 있다. 즉, 패드(400)와 외장재(120)의 사이에는 접착층이 구비될 수 있다.
패드(400)는 이너 셀(100)의 두께 방향 양측에 배치되는 한 쌍이 구비될 수 있다. 좀 더 상세히, 이너 셀(100)의 양면에는 패드(400)가 부착될 수 있다.
상술한 전지 셀(10)의 구성에 의해, 전지 셀(10)은 외부 충격에 대해서 안전성을 확보할 수 있으며, 화재의 위험성도 낮아지는 이점이 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀 제조 방법의 순서도이고, 도 6은 도 5에 도시된 S30 단계의 구체적인 순서도이다.
이하, 앞서 설명한 전지 셀(100)의 제조 방법을 본 발명의 다른 실시예로서 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀 제조 방법(이하, '제조 방법')은, 전극 조립체(110)가 파우치형 외장재(120)에 수용되는 이너 셀(100)을 준비하는 단계(S10), 탄성 변형 가능한 재질을 갖는 패드(400)를 이너 셀(100)의 외면에 부착하는 단계(S20), 패드(400)가 부착된 이너 셀(100)을 케이스 어셈블리에 수용하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. 상기 케이스 어셈블리는, 케이스(200) 및 엔드 커버(300)를 포함할 수 있다. 즉, 서로 조립된 케이스(200) 및 엔드 커버(300)는 케이스 어셈블리를 구성할 수 있다.
이너 셀(100)을 준비하는 단계(S10)는, 기존의 파우치형 전지셀을 제조하는 것과 동일할 수 있다. 즉, 기존의 파우치형 전지셀을 제조하기 위한 생산 설비를 그대로 사용할 수 있는 이점이 있다.
패드(400)를 이너 셀(100)에 부착하는 단계(S20) 시, 이너 셀(100)의 두께 방향 양면에는 패드(400)가 부착될 수 있다. 이로써, 이너 셀(100) 및 패드(400)를 케이스 어셈블리에 용이하게 수용시킬 수 있다.
패드(400)가 부착된 이너 셀(100)을 케이스 어셈블리에 수용하는 단계(S30)는, 케이스 바디(201)에 제1엔드 커버(310)를 조립하는 단계(S31)와, 이너 셀(100)을 케이스 바디(201)에 수용하는 단계(S32)와, 제2엔드 커버(320)를 제1엔드 커버(310) 및/또는 케이스 바디(201)에 조립하는 단계(S33)와, 케이스 커버(202)를 케이스 바디(201)에 결합하는 단계(S34)를 포함할 수 있다.
케이스 바디(201)에 제1엔드 커버(310)를 조립하는 단계(S31) 시, 제1엔드 커버(310)를 케이스 바디(201)의 단부에 조립할 수 있다.
이너 셀(100)을 케이스 바디(201)에 수용하는 단계(S32) 시, 이너 셀(100)의 전극 리드(130)는 제1엔드 커버(310)보다 외측으로 돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 전극 리드(130)의 일부는 제1엔드 커버(310)에 형성된 제1홈(310a) 상에 위치하고, 다른 일부는 제1엔드 커버(310)보다 외측으로 돌출될 수 있다. 또한, 이너 셀(100)의 일면에 부착된 패드(400)는, 케이스 바디(201)의 베이스부(210)의 내면에 접할 수 있다.
제2엔드 커버(320)를 제1엔드 커버(310) 및/또는 케이스 바디(201)에 조립하는 단계(S33) 시, 전극 리드(130)는 제1엔드 커버(310)와 제2엔드 커버(320)의 사이를 통해 외측으로 돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 전극 리드(130)는 제1홈(310a) 및/또는 제2홈(320a)을 통과하여 외측으로 돌출될 수 있다. 또한, 제1엔드 커버(310) 및 제2엔드 커버(320)는 서로 접하도록 배치될 수 있다.
케이스 커버(202)를 케이스 바디(201)에 결합하는 단계(S34) 시, 이너 셀(100)의 타면에 부착된 패드(400)는, 케이스 커버(202)의 커버부(230)의 내면에 접할 수 있다.
이러한 일련의 과정에 의해, 이너 셀(100)을 케이스 어셈블리 내에 용이하게 수용할 수 있다. 즉, 기존의 파우치형 전지셀을 활용하여 전지셀(100)의 제조가 용이하게 가능한 이점이 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]
10: 전지 셀
100: 이너 셀
110: 전극 조립체
120: 파우치형 외장재
130: 전극 리드
200: 케이스
201: 케이스 바디
202: 케이스 커버
210: 베이스부
220: 사이드부
230: 커버부
300: 엔드 커버
310: 제1엔드 커버
320: 제2엔드 커버
400: 패드

Claims (11)

  1. 전극 조립체가 파우치형 외장재에 수용되는 이너 셀;
    상기 이너 셀을 수용하고 상기 외장재보다 높은 강성을 갖는 케이스;
    상기 케이스의 단부를 커버하며 절연 재질을 갖는 엔드 커버; 및
    상기 케이스의 내면과 상기 이너 셀의 외면의 사이에 밀착되며 탄성 변형되는 패드를 포함하는 전지 셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이너 셀의 전극 리드는 상기 케이스의 단부 쪽으로 연장되며 상기 엔드 커버보다 외측으로 돌출된 전지 셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 패드는 상기 이너 셀의 외면에 부착된 전지 셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 패드는, 상기 이너 셀의 두께 방향 양측에 배치되는 한 쌍이 구비된 전지 셀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드 커버에는, 상기 이너 셀의 전극 리드가 통과하는 홈이 형성된 전지 셀.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드 커버는,
    상기 케이스의 단부의 일부를 커버하는 제1엔드 커버; 및
    상기 케이스의 단부의 다른 일부를 커버하며 상기 제1엔드 커버와 접하는 제2엔드 커버를 포함하고,
    상기 이너 셀의 전극 리드는, 상기 제1엔드 커버 및 제2엔드 커버의 사이를 통해 상기 케이스의 외부로 돌출되는 전지 셀.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1엔드 커버 또는 제2엔드 커버 중 적어도 하나에는, 상기 전극 리드가 통과하는 홈이 형성된 전지 셀.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스에는, 단일의 이너 셀이 수용되는 전지 셀.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는,
    상기 이너 셀의 두께 방향 일측에 위치한 베이스부;
    상기 이너 셀의 폭 방향에 대해 서로 마주보며 상기 베이스부에 연결된 한 쌍의 사이드부; 및
    상기 이너 셀을 사이에 두고 상기 베이스부를 마주보며, 상기 한 쌍의 사이드부를 연결하는 커버부를 포함하는 전지 셀.
  10. 전극 조립체가 파우치형 외장재에 수용되는 이너 셀을 준비하는 단계;
    탄성 변형 가능한 재질을 갖는 패드를 상기 이너 셀의 외면에 부착하는 단계; 및
    상기 패드가 부착된 상기 이너 셀을 케이스 어셈블리에 수용하는 단계를 포함하고,
    상기 케이스 어셈블리는,
    상기 이너 셀을 수용하고 상기 외장재보다 높은 강성을 가지며, 케이스 바디 및 케이스 커버로 분리 가능한 케이스; 및
    상기 케이스의 단부를 커버하며 절연 재질을 갖는 엔드 커버를 포함하는, 전지 셀 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 이너 셀을 상기 케이스 어셈블리에 수용하는 단계는,
    상기 케이스 바디에 제1엔드 커버를 조립하는 단계;
    상기 이너 셀을 상기 케이스 바디에 수용하며, 이 때 상기 이너 셀의 전극 리드는 상기 제1엔드 커버보다 외측으로 돌출되는 단계;
    제2엔드 커버를 상기 제1엔드 커버 및/또는 상기 케이스 바디에 조립하며, 이 때 상기 전극 리드는 상기 제1엔드 커버와 제2엔드 커버의 사이를 통해 외측으로 돌출되는 단계; 및
    케이스 커버를 상기 케이스 바디에 결합하는 단계를 포함하는, 전지 셀 제조 방법.
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