KR101183530B1 - Battery Cell of Novel Structure and Battery Pack Employed with the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직 단면상으로 원형인 둘 또는 그 이상의 젤리-롤형 전극조립체들을 포함하고 있는 전지셀로서, 시트형 전지케이스 상에 각각의 젤리-롤형 전극조립체가 장착될 수 있는 수납부들이 형성되어 있고, 상기 수납부들에 전기적으로 연결된 다수의 젤리-롤형 전극조립체들이 장착된 상태에서 전지케이스의 타측 부위가 수납부의 외주면에 결합되어 전해액의 밀봉을 이루는 구조의 전지셀을 제공한다.The present invention relates to a battery cell including two or more jelly-roll electrode assemblies that are circular in a vertical cross section, and includes receiving parts on which a sheet-shaped battery case can be mounted, wherein each jelly-roll electrode assembly is mounted. The other side of the battery case is coupled to the outer circumferential surface of the housing in a state where a plurality of jelly-roll type electrode assemblies electrically connected to the housings are mounted to provide a battery cell having a structure of sealing an electrolyte solution.
Description
본 발명은 신규한 구조의 전지셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수직 단면상으로 원형인 둘 또는 그 이상의 젤리-롤형 전극조립체들을 포함하고 있는 전지셀로서, 시트형 전지케이스 상에 각각의 젤리-롤형 전극조립체가 장착될 수 있는 수납부들이 형성되어 있고, 상기 수납부들에 전기적으로 연결된 다수의 젤리-롤형 전극조립체들이 장착된 상태에서 전지케이스의 타측 부위가 수납부의 외주면에 결합되어 전해액의 밀봉을 이루는 구조의 전지셀에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cell having a novel structure, and more particularly, a battery cell comprising two or more jelly-roll electrode assemblies circular in a vertical cross-section, each jelly-roll type on a sheet-like battery case Receiving parts to which the electrode assembly can be mounted are formed, and a plurality of jelly-roll type electrode assemblies electrically connected to the accommodating parts are mounted, and the other side of the battery case is coupled to the outer circumferential surface of the accommodating part to seal the electrolyte. The present invention relates to a battery cell having a structure.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing.
이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 1 개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(portable DVD), 소형 PC, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 고출력 및 고용량으로 이루어진 이차전지 팩의 사용이 요구된다.The secondary battery may be used in the form of a single battery, or in the form of a battery pack in which a plurality of unit cells are electrically connected, depending on the type of external equipment in which the secondary battery is used. For example, a small device such as a mobile phone can operate for a predetermined period of time with the output and capacity of one battery, while a medium or large size such as a notebook computer, a portable DVD, a small PC, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or the like. Large devices require the use of secondary battery packs of high power and high capacity.
이러한 이차전지 팩은 다수의 단위전지들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결한 코어 팩에 보호회로 등을 접속함으로써 제조된다. 단위전지로서 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스 바 등의 접속부재에 의해 연결하여 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 육면체 구조의 입체형 이차전지 팩을 제조하는 경우에는 각형 또는 파우치형 전지가 단위전지로서 유리하다.The secondary battery pack is manufactured by connecting a protection circuit or the like to a core pack in which a plurality of unit cells are arranged in series and / or in parallel. In the case of using a square or pouch type battery as a unit cell, the wide surfaces thereof may be stacked to face each other, and then the electrode terminals may be easily connected by connecting members such as bus bars. Therefore, in the case of manufacturing a three-dimensional secondary battery pack having a hexahedral structure, a square or pouch type battery is advantageous as a unit cell.
반면에, 원통형 전지는 일반적으로 각형 및 파우치형 전지보다 큰 전기용량을 가지지만, 원통형 전지의 외형적 특성상 적층구조로의 배열이 용이하지 않다. 그러나, 이차전지 팩의 형상이 전체적으로 선형 또는 판상형 구조일 때 각형 또는 파우치형 보다 구조적으로 잇점이 있다. On the other hand, the cylindrical battery generally has a larger capacitance than the square and pouch cells, but due to the external characteristics of the cylindrical battery is not easy to arrange in a laminated structure. However, when the shape of the secondary battery pack has a linear or plate-like structure as a whole, there is a structural advantage over the square or pouch type.
따라서, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 소형 PC 등의 경우에는 다수의 원통형 전지들을 병렬 및 직렬방식으로 연결한 이차전지 팩이 많이 사용되고 있다. 그러한 이차전지 팩에 사용되는 코어 팩 구조로서, 예를 들어, 2P(병렬)-3S(직렬)의 선형 구조, 2P-3S의 판상형 구조, 2P-4S의 선형 구조, 2P-4S의 판상형 구조 등이 사용되고 있다.Therefore, in the case of a notebook computer, a portable DVD, a small PC, etc., a secondary battery pack in which a plurality of cylindrical batteries are connected in parallel and in series is used. As the core pack structure used in such a secondary battery pack, for example, a linear structure of 2P (parallel) -3S (serial), a plate structure of 2P-3S, a linear structure of 2P-4S, a plate structure of 2P-4S, and the like. Is being used.
병렬방식의 연결 구조는, 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 배향한 상태 에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 그것의 측면방향으로 인접하게 배열하고, 접속부재로 용접함으로써 달성된다. 이러한 병렬방식의 원통형 전지들을 "뱅크(bank)"로 칭하기도 한다.A parallel connection structure is achieved by arranging two or more cylindrical cells adjacent in their lateral directions with the electrode terminals oriented in the same direction, and welding them with the connecting member. Such parallel cylindrical cells are also referred to as "banks".
직렬방식의 연결구조는, 서로 반대 극성의 전극단자들이 연속되도록 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 길게 배열하거나, 또는 전극단자들이 서로 반대 방향을 향하도록 배열한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 용접함으로써 달성된다.In series connection structure, two or more cylindrical cells are arranged in a lateral direction while two or more cylindrical cells are arranged long so that electrode terminals of opposite polarity are continuous or the electrode terminals are arranged in opposite directions. Arranged adjacent to each other, the welding is performed by the connecting member.
이러한 원통형 전지들의 전기적 연결에는 일반적으로 니켈 플레이트 등과 같은 얇은 접속부재(예를 들어, 금속 플레이트)를 사용하여 스팟 용접을 행하고 있다.In the electrical connection of such cylindrical cells, spot welding is generally performed using a thin connecting member (for example, a metal plate) such as a nickel plate.
도 1에는 스팟 용접에 의한 전기적 연결작업을 완료한 상태에서 2P-3S의 판상형 구조의 이차전지 팩을 구성한 상태에서의 모식도가 도시되어 있다. 도 1은 이해의 편의를 위하여 그러한 2P-3S의 판상형 구조의 이차전지 팩의 결합 관계를 분해도로서 표시하였다.FIG. 1 is a schematic view showing a state in which a secondary battery pack having a plate-like structure of 2P-3S is completed in an electrical connection work by spot welding. Figure 1 shows the coupling relationship of the secondary battery pack of the plate-like structure of 2P-3S for convenience of understanding as an exploded view.
도 1에서와 같이, 각각 병렬로 연결된 전지들(20, 21)의 3 개의 전지 쌍들은 금속 플레이트(30)를 통해 직렬로 연결되어, 코어 팩(10)을 형성한다.As in FIG. 1, three cell pairs of
도 2에는 조립이 완성된 상태의 이차전지 팩(50)의 모식도가 도시되어 있다. 설명의 편의를 위하여 팩 케이스는 생략하였다.2 shows a schematic diagram of the
도 2에서 보는 바와 같이, 각각의 전지들(20, 21)은 금속 플레이트(30)에 연결된 양극 도선(60)과 음극 도선(70) 및 FPCB(80)를 통해 보호회로 모듈(90)에 연 결되어 있다. 금속 플레이트(30)에 대한 보호회로 모듈(90)의 전기적 연결은 주로 솔더링에 의해 행해진다.As shown in FIG. 2, each of the
노트북 컴퓨터는 기존의 데스크 탑 컴퓨터에 비해 휴대하기가 편리하고 이동하기 용이한 점이 최대 장점이라 할 수 있으며, 이러한 휴대성을 향상시키기 위해서는 전지가 고용량을 가지면서도 작은 크기, 가벼운 무게를 가지는 것이 필수적이다.A notebook computer is the biggest advantage in that it is more convenient to carry and move than a conventional desktop computer. In order to improve such portability, it is essential that the battery has a high capacity but a small size and light weight. .
그러나, 도 1 및 도 2에서와 같이, 일반적으로 노트북 컴퓨터용 전지팩은 젤리-롤형 전극조립체가 원통형 캔에 수납된 원통형 이차전지 다수 개를 전기적으로 연결하고, 보호회로소자 등을 탑재한 상태에서 팩 케이스에 장착한 구조로 이루어져 있어서, 다수의 부품을 필요로 하기 때문에 전지팩 내부가 복잡하고, 무거우며, 크기가 커지는 문제점이 있다. 더욱이 이러한 복잡한 구조는 제조 원가를 상승시키고 고장이 빈번하게 발생되는 원인으로 작용하게 된다. However, as shown in FIGS. 1 and 2, a battery pack for a notebook computer generally has a jelly-roll type electrode assembly electrically connected to a plurality of cylindrical secondary batteries housed in a cylindrical can, and a protective circuit element is mounted thereon. Since the structure is mounted on the pack case, a large number of parts are required, and thus the inside of the battery pack is complicated, heavy, and large in size. Moreover, this complicated structure increases manufacturing costs and causes frequent failures.
따라서, 전지의 용량을 유지하면서도 보다 심플하고 가벼운 구조의 전지셀 또는 전지팩에 관한 기술의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop a technology related to a battery cell or a battery pack having a simpler and lighter structure while maintaining the capacity of the battery.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 젤리-롤형 전극조립체를 사용하는 전지셀의 중량 및 크기를 최소화할 수 있고, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재(e.g. 접속부재)들을 사용하지 않고도 간단한 조립방법에 의해 제조할 수 있는 전지셀을 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention is to minimize the weight and size of a battery cell using a jelly-roll type electrode assembly, and a simple assembly method without using a plurality of members (eg connecting members) for mechanical fastening and electrical connection. It is to provide a battery cell that can be produced by.
본 발명의 또 다른 목적은 젤리-롤형 전극조립체를 단위체로 사용하여 소망하는 출력과 용량으로 제조되는 중대형 전지팩을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a medium-large battery pack manufactured using a jelly-roll type electrode assembly as a unit at a desired output and capacity.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은, 수직 단면상으로 원형인 둘 또는 그 이상의 젤리-롤형 전극조립체들을 포함하고 있는 전지셀로서, 시트형 전지케이스 상에 각각의 젤리-롤형 전극조립체가 장착될 수 있는 수납부들이 형성되어 있고, 상기 수납부들에 전기적으로 연결된 다수의 젤리-롤형 전극조립체들이 장착된 상태에서 전지케이스의 타측 부위가 수납부의 외주면에 결합되어 전해액의 밀봉을 이루는 구조로 구성되어 있다.A battery cell according to the present invention for achieving this object is a battery cell including two or more jelly-roll electrode assemblies circular in a vertical cross-section, each jelly-roll electrode assembly is mounted on a sheet battery case The other parts of the battery case are coupled to the outer circumferential surface of the accommodating part in a state in which the accommodating parts are formed and the plurality of jelly-roll type electrode assemblies electrically connected to the accommodating parts are mounted to form a structure of sealing the electrolyte solution. It is.
즉, 젤리-롤형 전극조립체가 각형 캔 또는 원통형 캔에 내장되어 독립적인 전지를 이루고 이를 다수 개 연결하여 팩 케이스에 장착하는 구조와는 달리, 본 발명에 따른 전지셀은 전기적으로 연결된 다수의 젤리-롤형 전극조립체를 시트형 전지케이스의 수납부에 직접 안정적으로 수납 및 밀봉함으로써, 종래 구조와 동일한 용량을 가지면서, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 고용량의 전지셀을 간단한 조립방법에 의해 제조할 수 있다. 이러한 구조는 전지셀의 중량 및 크기의 증가를 최소화할 수 있고, 조립 과정을 현저히 단축시 킬 수 있다.That is, unlike the structure in which the jelly-roll type electrode assembly is built in a rectangular can or a cylindrical can to form an independent battery, and a plurality of them are connected to a pack case, the battery cell according to the present invention is electrically connected to a plurality of jelly- By stably storing and sealing the roll-shaped electrode assembly directly in the receiving part of the sheet-shaped battery case, a simple assembly method of assembling a high capacity battery cell without having to use a plurality of members for mechanical fastening and electrical connection while having the same capacity as the conventional structure. It can manufacture by. This structure can minimize the increase in the weight and size of the battery cell, it can significantly shorten the assembly process.
또한, 본 발명에 따른 전지셀은 별도의 팩 케이스를 사용하지 않으므로 내장용 전지팩으로 사용할 수 있고, 전지케이스의 수납부들은 젤리-롤형 전극조립체 사이즈에 따라 다양한 크기로 제조되므로 소망하는 전지 용량에 따라 다양한 크기의 전지셀을 용이하게 제조할 수 있다.In addition, since the battery cell according to the present invention does not use a separate pack case, it can be used as a built-in battery pack, and the storage parts of the battery case are manufactured in various sizes according to the size of the jelly-roll type electrode assembly, so that the desired battery capacity Accordingly, battery cells of various sizes can be easily manufactured.
본 발명에서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 구조로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스로 구성될 수 있다.In the present invention, the battery case may be made of a laminate structure comprising a resin layer and a metal layer, preferably, may be composed of a pouch-type case of an aluminum laminate sheet.
구체적으로, 상기 전지케이스는 우수한 밀봉력 및 안전성을 확보하기 위하여, 외부 피복층, 금속 차단층 및 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 구조로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 금속 차단층을 중심으로 그것의 상부와 하부에 외부 피복층과 내부 실란트층이 각각 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 시트로 이루어질 수 있다.In detail, the battery case may be formed of a laminate structure in which an outer coating layer, a metal blocking layer, and an inner sealant layer are sequentially stacked in order to secure excellent sealing force and safety. It can be composed of a composite sheet characterized in that the outer coating layer and the inner sealant layer are attached to the upper and lower portions thereof, respectively.
상기 외부 피복층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외부 피복층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름 등의 고분자 수지가 바람직하게 사용될 수 있다.Since the outer coating layer should have excellent resistance from the external environment, it is necessary to have a predetermined tensile strength and weather resistance. In such aspect, the outer coating layer may preferably be polymer resin such as polyethylene terephthalate (PET) and stretched nylon film.
상기 금속 차단층은 가스, 습기 등의 이물질이 유입되거나 누출되는 것을 방지하는 역할을 하며, 그것 이외에도 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능도 발휘한다. 이러한 금속 차단층은 바람직하게 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 등을 포 함하는 것으로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 상기 금속 차단층은 알루미늄 금속을 포함하는 것으로 구성되었지만, 최근에 알루미늄과 더불어 그에 버금가는 물성을 나타내는 구리를 포함하기도 한다.The metal blocking layer serves to prevent foreign substances such as gas and moisture from entering or leaking, and in addition to this, also serves to improve the strength of the battery case. Such metal barrier layers may preferably comprise aluminum, aluminum alloys, copper, and the like. In general, the metal barrier layer is composed of an aluminum metal, but recently includes a copper exhibiting properties comparable to that of aluminum.
상기 내측 수지층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.As the polymer resin of the inner resin layer, a polyolefin-based resin having heat sealability (heat adhesiveness), low hygroscopicity to suppress invasion of the electrolyte solution, and not expanded or eroded by the electrolyte solution is preferably used. More preferably unstretched polypropylene (CPP) may be used.
상기 전지케이스는 다수의 젤리-롤형 전극조립체들을 효율적으로 수납시킬 수 있는 형태라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 1 단위의 시트형 부재로 이루어져 있고, 일측 부위에 수직 단면상으로 반원형의 수납부들(a)이 형성되어 있으며, 그에 대응하는 위치에서 타측 부위에 또 다른 반원형의 수납부들(b)이 형성되어 있어서, 전지셀의 제조과정에서 전지케이스를 절곡할 때, 상기 수납부(a)와 수납부(b)에 의해 수직 단면상으로 원형의 수납부가 형성되는 구조로 이루어질 수 있다.The battery case is not particularly limited as long as it can efficiently store a plurality of jelly-roll type electrode assemblies. For example, the battery case includes a sheet-shaped member of one unit, and has semi-circular accommodating portions in a vertical cross section at one side (a). ) And another semi-circular accommodating portion (b) is formed at the other side at the corresponding position, so that the accommodating portion (a) and the accommodating portion are bent when the battery case is bent in the manufacturing process of the battery cell. By (b) it may be made of a structure in which a circular receiving portion is formed on a vertical cross section.
따라서, 시트형 부재의 일측 부위에 형성된 반원형의 수납부(a) 상에 전기적으로 연결된 젤리-롤형 전극조립체를 탑재한 후, 전지케이스를 절곡하여 반원형의 타측 수납부(b)를 덮어 밀봉함으로써, 젤리-롤형 전극조립체를 수직 단면상으로 원형의 수납부 내부에 안정적으로 장착할 수 있다.Therefore, after mounting the jelly-roll type electrode assembly electrically connected to the semi-circular accommodating portion (a) formed on one side portion of the sheet-like member, the battery case is bent to cover and seal the other semi-circular accommodating portion (b). The roll-shaped electrode assembly can be stably mounted inside the circular accommodating portion in a vertical cross section.
또 다른 예로서, 전지케이스는 2 단위의 시트형 부재로 이루어질 수 있으며, 이 경우 상기 시트형 부재를 구성하는 하부 케이스(A)와 상부 케이스(B)에는 수직 단면상으로 반원형의 수납부들(a, b)이 형성되어 있어서, 전지셀의 제조과정에서 상하부 케이스들(A, B)을 포갤 때, 상기 수납부(a)와 수납부(b)에 의해 수직 단면상으로 원형의 수납부가 형성되는 구조로 이루어질 수 있다.As another example, the battery case may be formed of a sheet-like member of two units, and in this case, the lower case A and the upper case B constituting the sheet-like member may have semicircular accommodating portions a and b in a vertical cross section. Is formed, when the upper and lower cases (A, B) in the manufacturing process of the battery cell, it can be made of a structure in which a circular housing is formed in a vertical cross-section by the housing (a) and the housing (b) have.
일반적으로, 상기 수납부들은 전지셀 전체의 크기를 최소화 시키고, 젤리-롤형 전극조립체들 간에 전기적 연결을 용이하게 하는 구조로 배열되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 수납부들은 젤리-롤형 전극조립체들이 병렬 및 직렬로 배열될 수 있도록 횡 방향과 종 방향에서 연속적으로 형성된 구조로 이루어질 수 있다. In general, the receiving parts are preferably arranged in a structure that minimizes the size of the entire battery cell and facilitates electrical connection between the jelly-roll type electrode assemblies. Therefore, the accommodating parts may have a structure continuously formed in the transverse direction and the longitudinal direction so that the jelly-roll electrode assemblies may be arranged in parallel and in series.
이러한 구조에서, 젤리-롤형 전극조립체들이 직렬로 연결되는 수납부들은 상호 연통되어 있는 구조로 이루어지므로, 별도의 접속부재를 사용하지 않고도 각각의 젤리-롤형 전극조립체를 전기적으로 용이하게 연결할 수 있다.In such a structure, since the receiving parts in which the jelly-roll type electrode assemblies are connected in series are formed in a mutually communicating structure, each jelly-roll type electrode assembly can be easily electrically connected without using a separate connecting member.
경우에 따라서는, 젤리-롤형 전극조립체들이 직렬로 연결되는 수납부들 사이에는 전극조립체의 전극리드들을 장착하기 위한 걸림턱이 형성될 수 있다. 즉, 상기 걸림턱은 젤리-롤형 전극조립체에서 연장된 전극리드들의 연결부위를 소망하는 위치에 고정시키는 역할을 수행하므로, 전극리드들이 외부 충격 또는 진동에 의해 정위치로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있으며, 외력에 의해 젤리-롤형 전극조립체가 수납부 내에서 움직이는 것을 방지할 수 있다. In some cases, a latching jaw for mounting the electrode leads of the electrode assembly may be formed between the accommodating parts in which the jelly-roll type electrode assemblies are connected in series. That is, the locking jaw serves to fix the connecting portions of the electrode leads extending from the jelly-roll type electrode assembly to a desired position, thereby preventing the electrode leads from being separated from their positions by external shock or vibration. In addition, it is possible to prevent the jelly-roll type electrode assembly from moving in the housing by the external force.
한편, 상기 젤리-롤형 전극조립체들은 그것의 양측 단부로부터 연장된 전극리드들이 상호 연결되어 전기적으로 접속될 수 있다. 이러한 구조에서, 상기 전극리드들의 결합 부위가 위치할 수 있도록, 종 방향으로 배열된 수납부들 사이에는 전지케이스들이 결합되는 잉여부가 존재할 수 있다. 이 경우, 잉여부에 보호회로, 센싱부재 등과 같은 여러 종류의 부재들을 장착할 수 있으므로, 전지셀 내부 공간의 활용을 극대화할 수 있다. On the other hand, the jelly-roll type electrode assemblies may be electrically connected with the electrode leads extending from both ends thereof. In such a structure, there may be an excess portion in which the battery cases are coupled between the storage portions arranged in the longitudinal direction so that the coupling portions of the electrode leads may be positioned. In this case, various types of members, such as a protection circuit and a sensing member, may be mounted on the surplus portion, thereby maximizing utilization of the internal space of the battery cell.
상기 전지케이스를 결합하는 방법은 밀봉성이 보장되는 방법이면 특별한 제한은 없으나, 일 예로, 열융착에 의해 달성됨으로써 전지케이스의 밀봉성을 더욱 향상시킬 수 있다. The method of combining the battery case is not particularly limited as long as it is a method of ensuring sealing property. For example, the battery case may be further improved by sealing the battery case.
본 발명은 전지셀은 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 하나의 구체적인 예에서,The present invention can be produced by a battery cell in a variety of ways, in one specific example,
(a) 상기 전극조립체에 대략 일치하는 크기의 수납부들이 일측 또는 양측에 형성되어 있는 상부 및/또는 하부 라미네이트 시트에 전극조립체를 장착하는 단계;(a) mounting the electrode assembly on an upper and / or lower laminate sheet having receiving portions of approximately the same size as the electrode assembly formed on one or both sides;
(b) 상기 상부 및 하부 라미네이트 시트의 4 변 중 3 변을 실링하는 단계; (b) sealing three of the four sides of the upper and lower laminate sheets;
(c) (b) 단계에서 미실링된 부위(미실링부)를 통해 전해액을 주입하는 단계; 및(c) injecting an electrolyte through the unsealed portion (unsealed portion) in step (b); And
(d) 상기 미실링부를 실링하여 전지셀을 완성하는 단계;(d) sealing the unsealed portion to complete a battery cell;
를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.It may be prepared by a method comprising a.
따라서, 완성된 전지셀에서 전극조립체를 수납 및 밀봉하는 전지케이스는, 젤리-롤형 전극조립체에 대응하는 구조의 수납부들과, 상기 수납부들의 외주면을 따라 형성되어 있는 결합부위(실링부)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 실링부는, 수납부에 밀착되도록 절곡되어 있고, 실링부들의 교차 부위는 모따기 되어 있을 수 있다. 이러한 모따기 부위에 의해, 실링부들이 교차되는 모서리 부분에서 실링부들이 중복되어 겹쳐지는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the battery case for accommodating and sealing the electrode assembly in the completed battery cell includes a receiving portion having a structure corresponding to the jelly-roll type electrode assembly, and a coupling portion (sealing portion) formed along the outer circumferential surface of the receiving portions. can do. In this case, the sealing part may be bent to be in close contact with the receiving part, and the crossing portion of the sealing parts may be chamfered. By this chamfering portion, it is possible to prevent the overlapping of the sealing portions at the corner portion where the sealing portions cross.
본 발명에 따른 전지셀은 전체적으로 콤팩트한 구조를 가지며, 많은 수의 부재들을 사용하지 않고도 안정적인 구조와 전기적 접속을 이룰 수 있다. 또한, 소정의 단위들, 예를 들어, 4개, 6개, 8개, 10개 등의 젤리-롤형 전극조립체들로 전지셀을 구성함으로써, 젤리-롤형 전극조립체를 필요한 수만큼 한정된 공간내에 효과적으로 장착할 수 있다.The battery cell according to the present invention has a compact structure as a whole, and can make an electrical connection with a stable structure without using a large number of members. In addition, by configuring the battery cell with predetermined units, for example, 4, 6, 8, 10 jelly-roll-type electrode assemblies, the jelly-roll-type electrode assembly can be effectively in a limited space as necessary I can attach it.
따라서, 본 발명은 또한 상기 전지셀과, 상기 전지셀의 작동을 제어하는 보호회로모듈(PCM)을 포함하는 구조로 구성되는 전지팩을 제공한다.Accordingly, the present invention also provides a battery pack having a structure including the battery cell and a protection circuit module (PCM) for controlling the operation of the battery cell.
일반적으로, 다수의 전지셀들로 구성되는 전지모듈에서는 안전성 및 작동 효율성을 고려하여, 전압과 온도를 측정하여 이를 제어하는 것이 필요하다. 특히, 전압은 적어도 전지셀 별로 또는 전지셀의 전기적 연결부위 별로 측정하는 것이 필요하다. 따라서, 상기 PCM은 젤리-롤형 전극조립체들 사이의 전기적 결합 부위에서 전압을 측정하는 센싱부를 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 센싱부재는 그것의 용도에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어, 전압 검출부재 또는 온도 검출부재일 수 있다.In general, in the battery module composed of a plurality of battery cells, in consideration of safety and operating efficiency, it is necessary to control this by measuring the voltage and temperature. In particular, the voltage needs to be measured at least for each battery cell or for each electrical connection portion of the battery cell. Therefore, the PCM may include a sensing unit for measuring a voltage at an electrical coupling site between the jelly-roll type electrode assemblies, in which case the sensing member may vary depending on its use, for example, voltage detection Member or temperature detection member.
본 발명에 따른 전지팩은 콤팩트한 구조가 요구되는 여러 종류의 디바이스들에 전원으로 널리 사용될 수 있으며, 특히 콤팩트한 구조와 함께 고용량을 필요로 하는 노트북 컴퓨터의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있다.The battery pack according to the present invention may be widely used as a power source for various types of devices requiring a compact structure, and particularly, may be preferably used as a power source for a notebook computer that requires a high capacity with a compact structure.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, the scope of the present invention is not limited thereto.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지에서 젤리-롤형 전극조립체들이 배열된 구조의 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 젤리-롤형 전극조립체들이 전지케이스에 수납되는 구조의 모식도가 도시되어 있다.FIG. 3 is a schematic diagram of a structure in which jelly-roll electrode assemblies are arranged in a battery according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic diagram of a structure in which the jelly-roll electrode assemblies of FIG. 3 are housed in a battery case. Is shown.
우선 도 3을 참조하면, 양극시트와 음극시트 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 전극조립체들(110, 120, 130) 6 개가 2P-3S 구조로 배열되어 있고, 이들의 양측 단부로부터 연장된 전극리드들(122)은 스팟 용접에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 별도의 접속부재를 사용하지 않고도, 젤리-롤형 전극조립체들(110, 120, 130)이 전기적 연결을 이루고 있다.First, referring to FIG. 3, six jelly-
이러한 전극조립체들(110, 120, 130)을 전지케이스에 탑재하는 구조가 본 발명의 하나의 실시예로서 도 4에 도시되어 있으며, 이러한 도 4를 참조하면, 전지케이스(200)는 하부 케이스(210)와 상부 케이스(220)가 연속되어 있는 1 단위의 시트형 부재로서, 하부 케이스(210)에는 수직 단면상으로 반원형의 수납부들(212, 214)이 형성되어 있고, 그에 대응하는 위치의 상부 케이스(220)에는 또 다른 반원형의 수납부들(222)이 형성되어 있다.A structure for mounting the
이들 수납부들(212, 214, 222)은 종방향으로 전기적으로 연결된 젤리-롤형 전극조립체(100)를 병렬 및 직렬로 배열할 수 있도록 횡 방향(W) 및 종 방향(L)으로 연속되어 있고, 하부 케이스(210)의 수납부들(212, 214) 사이에는 걸림턱(216)이 형성되어 있어서 전극조립체들(110, 120, 130)의 전극리드들(122)을 안정적으로 장착할 수 있다.These
하부 케이스(210)의 수납부들(212, 214) 상에 종방향(L)으로 전기적으로 연결된 젤리-롤형 전극조립체(100)를 탑재한 후, 전지케이스(200)의 하부 케이스(210)와 상부 케이스(220)의 경계면을 따라 절곡 및 밀봉하여 전지셀을 완성한다. 이 때, 하부 케이스(210)와 상부 케이스(220)는 서로 대응하여 포개지므로 전지케이스(200)에는 수직 단면상 원형의 수납부가 형성된다.After mounting the jelly-roll
도 5에는 젤리-롤형 전극조립체가 전지케이스에 수납된 구조에서 전극리드가 상호 연결된 부분을 부분 확대한 구조의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 5 schematically illustrates a vertical cross-sectional view of a structure in which a jelly-roll type electrode assembly is partially enlarged in a structure in which an electrode lead is interconnected in a structure in which a jelly-roll type electrode assembly is accommodated in a battery case.
도 5를 참조하면, 젤리-롤형 전극조립체들(120, 130)이 직렬로 연결되는 수납부들 사이의 부위(230)는 각각의 젤리-롤형 전극조립체들(120, 130)을 전기적으로 연결하기 위해 상호 연통되어 있고, 전극조립체(130)의 음극리드(132)와 전극조립체(120)의 양극리드(122)는 스팟 용접에 의해 전기적으로 직렬 연결되어 있다.Referring to FIG. 5, the
전지케이스(200)의 하부 케이스(210) 및 상부 케이스(220)는 ONy(연신 나일론 필름)으로 이루어진 외부 피복층(210a), 알루미늄으로 이루어진 금속 차단층(210b) 및 CPP(무연신 폴리프로필렌 필름)로 이루어진 내부 실란트층(210c)으로 구성되어 있고, 내부 실란트층(210c)의 테두리에는 핫멜트층(도시되지 않음)이 코팅되어 있어서, 하부 케이스(210)의 상단면과 상부 케이스(220)의 하단면이 열융착기(도시하지 않음)로부터의 열과 압력에 의해 밀착 고정되어 있다.The
도 6 내지 도 8에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 제조과정이 모식적으로 도시되어 있다.6 to 8 schematically show a battery pack manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
우선, 도 6은 전지케이스(200) 내부에 젤리-롤형 전극조립체들(110, 120, 130)을 수납한 후 밀봉한 구조로서, 전지케이스(200)의 상부 케이스와 하부 케이스가 접하는 경계면을 따라 절곡하고, 전지케이스(200)의 수납부에 전해액을 주입한 후, 각각의 수납부들을 제외한 실링부들(240, 242, 244)을 열융착에 의해 밀봉한 구조로 이루어져 있다.First, FIG. 6 is a structure in which the jelly-
이러한 실링부들(240, 242, 244)의 교차 부위는 소정 크기로 모따기(250)되어 있고, 각각의 실링부들(240, 242, 244)을 전지케이스(200)의 수납부 방향으로 도 7에서와 같이 절곡 및 밀착하는 경우, 각각의 실링부들(240, 242, 244)이 중복 교차되는 부위를 최소함으로써 절곡을 용이하게 할 수 있다. Intersecting portions of the sealing
또한, 전지케이스(200)의 종방향으로 배열된 수납부들 사이에 형성된잉여부(310)에 PCM(300)을 장착하여 전지팩을 완성시킨 구조가 도 8에 도시되어 있다.In addition, a structure in which the battery pack is completed by mounting the
도 8을 참조하면, PCM(300)은 젤리-롤형 전극조립체들(110, 120, 130)들의 전극리드들과 전기적으로 연결되어 있고(연결구조는 설명의 편의상 도시하지 않음), 전지케이스(200)의 잉여부(310)에 장착되므로 PCM(300) 장착을 위한 별도의 추가 공간을 필요로 하지 않는다.Referring to FIG. 8, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전기적으로 연결된 다수의 젤리-롤형 전극조립체들을 직접 전지케이스에 수납하여 밀봉함으로써, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 다수의 부재들을 사용하지 않고도 간단한 조립방법 에 의해 고용량의 전지셀을 제조할 수 있으므로 전지셀의 중량 및 크기 증가를 최소화할 수 있고, 조립 과정을 크게 감소시킬 수 있다.As described above, the battery cell according to the present invention is a simple assembly without using a plurality of members for mechanical fastening and electrical connection by receiving and sealing a plurality of electrically connected jelly-roll electrode assembly directly in the battery case Since a battery cell of high capacity can be manufactured by the method, an increase in weight and size of the battery cell can be minimized and the assembly process can be greatly reduced.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
도 1은 원통형 전지들로 2P-3S의 판상형 구조의 이차전지 팩을 구성한 상태의 모식도가 도시되어 있다; 1 is a schematic view showing a state of constituting a secondary battery pack having a plate-like structure of 2P-3S with cylindrical batteries;
도 2는 종래기술에 따라 제작된 전지팩의 모식도이다;2 is a schematic view of a battery pack manufactured according to the prior art;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지에서 젤리-롤형 전극조립체들이 2P-3S 구조로 배열된 구조의 모식도이다;3 is a schematic diagram of a structure in which jelly-roll type electrode assemblies are arranged in a 2P-3S structure in a battery according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 도 3의 젤리-롤형 전극조립체들이 전지케이스에 수납되는 구조의 모식도이다;4 is a schematic diagram of a structure in which the jelly-roll type electrode assemblies of FIG. 3 are housed in a battery case according to one embodiment of the present invention;
도 5는 젤리-롤형 전극조립체가 전지케이스에 수납된 구조에서 전극리드가 상호 연결된 부분을 부분 확대한 수직 단면도이다;5 is a vertical cross-sectional view partially enlarged a portion where electrode leads are interconnected in a structure in which a jelly-roll type electrode assembly is accommodated in a battery case;
도 6 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩 제조과정의 모식도들이다.6 to 8 are schematic views of a battery pack manufacturing process according to another embodiment of the present invention.
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