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KR20160144325A - 전극 리드 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

전극 리드 및 이를 포함하는 이차 전지 Download PDF

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KR20160144325A
KR20160144325A KR1020160070306A KR20160070306A KR20160144325A KR 20160144325 A KR20160144325 A KR 20160144325A KR 1020160070306 A KR1020160070306 A KR 1020160070306A KR 20160070306 A KR20160070306 A KR 20160070306A KR 20160144325 A KR20160144325 A KR 20160144325A
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lead
pouch
secondary battery
rim
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KR1020160070306A
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김동현
김진영
정기수
정원석
최승돈
황원필
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주식회사 엘지화학
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Priority to US15/557,029 priority patent/US10700321B2/en
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Abstract

본 발명은 이차 전지 내부에서 가스 발생 시 안전성이 확보될 수 있도록 하는 전극 리드를 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 전극 리드는, 파우치 외장재의 외주부가 실링되고 중앙 부분에 전극 조립체가 수납된 형태로 구성된 파우치형 이차 전지의 전극 리드로서, 적어도 일부분이, 전기 전도성 재질로 구성되고, 상기 전극 조립체의 전극 탭과 접촉하며, 상기 파우치 외장재의 실링부에 개재되는 내측 리드; 및 상기 내측 리드보다 외측에 배치되며, 적어도 일부분이, 전기 전도성 재질로 구성되고, 외부 장치와 접속될 수 있는 외부 단자를 제공하며, 상기 파우치 외장재의 실링부에 개재되고, 상기 내측 리드와 부분적으로 접촉하되 상기 파우치형 이차 전지의 내압 증가 시 상기 내측 리드와의 접촉 부분이 분리되게 구성된 외측 리드를 포함한다.

Description

전극 리드 및 이를 포함하는 이차 전지{Electrode lead and secondary battery including the same}
본 발명은 전지 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차 전지의 내압 증가 시, 안전성이 향상될 수 있도록 구조가 개선된 전극 리드 및 이를 포함하는 이차 전지와 배터리 팩에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 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.
일반적으로 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.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 배터리 팩에 대해서는, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 파우치형 이차 전지는 적층이 용이하고 무게가 가볍다는 등의 장점으로 인해 더욱 널리 이용되는 추세에 있다.
파우치형 이차 전지는 일반적으로 전극 조립체가 파우치 외장재에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 파우치 외장재가 실링되는 과정을 통해 제조될 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이며, 도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체(20)와 상기 전극 조립체(20)를 수용하는 파우치 외장재(30)로 이루어질 수 있다.
여기서, 전극 조립체(20)는, 양극판과 음극판, 그리고 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 기본 구조로 가지며, 파우치 외장재(30)에 형성된 내부 공간(I)에 수용될 수 있다. 이때, 파우치 외장재(30)는 상부 파우치(31)와 하부 파우치(32)로 형성될 수 있으며, 이러한 상부 파우치(31)와 하부 파우치(32)의 외주면에는 실링부(S)가 구비되어 이러한 실링부(S)가 서로 접착됨으로써 전극 조립체(20)가 수용된 내부 공간(I)은 밀폐될 수 있다.
여기서, 양극판과 음극판으로부터는, 각각 하나 이상의 양극 탭(21)과 음극 탭(22)이 연장될 수 있다. 그리고, 이러한 양극 탭(21)과 음극 탭(22)은 각각 플레이트 형태의 전극 리드(10), 즉 플레이트 형태의 양극 리드(11) 및 플레이트 형태의 음극 리드(12)와 결합될 수 있다. 그리고, 양극 리드(11)와 음극 리드(12)의 일부는 파우치 외장재(30)의 외부로 노출됨으로써 이차 전지의 외부 구성, 이를테면 다른 이차 전지나 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있도록 전극 단자를 제공할 수 있다.
이러한 이차 전지에 대하여 부각되고 있는 가장 중요한 문제 중 하나가 안전성 확보이다. 이차 전지의 안전성이 제대로 확보되지 않는다면, 전지의 손상은 물론, 감전이나 화재, 폭발과 같은 사고로 이어질 수 있어, 인명 및 재산 피해를 초래할 수 있다.
특히, 이차 전지는, 과충전이나 과방전, 단락 등과 같은 다양한 이유로 내부에서 가스가 발생할 수 있다. 예를 들어, 리튬 이차 전지의 경우, 과충전 과정에서 전해액이 분해되며 많은 양의 가스가 발생할 수 있다. 이처럼, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하면, 내부 압력이 증가하여 이차 전지의 스웰링(swelling) 현상이 일어날 수 있다. 그리고, 이러한 스웰링 현상은, 이차 전지의 손상을 가져오는 것은 물론, 폭발이나 발화 등으로까지 이어질 수 있어 더욱 문제가 될 수 있다. 특히, 이차 전지가 폭발이나 발화하는 경우, 이차 전지가 적용된 장치가 파손될 수 있고, 더욱이 이를 사용하는 사용자를 해치는 심각한 결과를 초래할 수 있다. 뿐만 아니라, 이차 전지 외장재의 파손으로 이차 전지 내부의 전해액이 유출되면, 단락이나 감전과 같은 문제를 발생시킬 수도 있다. 더욱이, 배터리로 구동되는 하이브리드 차량이나 전기 자동차, 전력 저장 장치 등의 경우, 출력과 용량이 매우 크기 때문에 이러한 내부 가스 발생으로 인한 피해는 더욱 심각해질 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이차 전지 내부에서 가스 발생 시 안전성이 확보될 수 있도록 하는 전극 리드 및 이를 포함하는 이차 전지와 배터리 팩, 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 리드는, 파우치 외장재의 외주부가 실링되고 중앙 부분에 전극 조립체가 수납된 형태로 구성된 파우치형 이차 전지의 전극 리드로서, 적어도 일부분이, 전기 전도성 재질로 구성되고, 상기 전극 조립체의 전극 탭과 접촉하며, 상기 파우치 외장재의 실링부에 개재되는 내측 리드; 및 상기 내측 리드보다 외측에 배치되며, 적어도 일부분이, 전기 전도성 재질로 구성되고, 외부 장치와 접속될 수 있는 외부 단자를 제공하며, 상기 파우치 외장재의 실링부에 개재되고, 상기 내측 리드와 부분적으로 접촉하되 상기 파우치형 이차 전지의 내압 증가 시 일부분의 형태가 변형되어 상기 내측 리드와의 접촉 부분이 분리되게 구성된 외측 리드를 포함한다.
여기서, 상기 내측 리드는, 전기 전도성 재질로 구성되고 상기 전극 조립체의 전극 탭과 접촉 가능하도록 구성된 탭 접촉부, 전기 전도성 재질의 판상 형태로 구성되고 상기 탭 접촉부의 외측에서 상기 탭 접촉부와 전기적으로 연결된 내측 접촉부, 및 상기 내측 접촉부의 테두리를 따라 위치하며 상기 파우치 외장재의 실링부 내부에 개재되도록 구성된 내측 테두리부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 외측 리드는, 전기 전도성 재질의 판상 형태로 구성되고 적어도 일부분이 상기 내측 접촉부에 접촉되며 상기 파우치형 이차 전지의 내압 증가 시 상기 내측 접촉부와 분리 가능하게 구성된 외측 접촉부, 상기 외측 접촉부와 전기적으로 연결되고 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되어 상기 외부 장치가 접속되는 단자부, 및 상기 외측 접촉부의 테두리를 따라 위치하며 상기 파우치 외장재의 실링부 내부에 개재되어 상기 실링부에 접촉 고정되도록 구성된 외측 테두리부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 외측 접촉부는, 적어도 일부분이 내측 방향으로 벤딩되어 상기 내측 접촉부와 부분적으로 접촉될 수 있다.
또한, 상기 외측 접촉부는, 벤딩된 부분의 내측 단부가 평평한 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 내측 접촉부는 내외 방향으로 관통된 형태의 결합홀이 형성되고, 상기 외측 접촉부는 상기 결합홀의 외주연을 따라 상기 내측 접촉부에 접촉될 수 있다.
또한, 상기 파우치형 이차 전지의 내압 증가 시, 상기 단자부 및 상기 외측 테두리부의 위치는 고정된 상태에서, 상기 외측 접촉부가 외측 방향으로 이동하여 상기 내측 접촉부와 분리될 수 있다.
또한, 상기 외측 리드는, 상기 외측 테두리부의 외측 단부에 위치하여 상기 외측 접촉부의 외측을 커버하고 상기 외측 접촉부에서 소정 거리 이격되게 배치되어 상기 외측 접촉부와의 사이에 빈 공간을 형성하는 외측 커버부를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 외측 커버부는, 내외 방향으로 관통된 형태의 외측 관통홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 내측 테두리부 및 상기 외측 테두리부는, 타원형 링 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 내측 접촉부는, 상기 외측 접촉부와의 접촉 부분 외부에 내외 방향으로 관통된 형태의 내측 관통홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 외측 접촉부는, 상기 내측 접촉부와의 접촉 부분 외부에 노치가 하나 이상 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 리드는, 전기 절연성 재질로 구성되고, 링 형태로 형성되어 상기 내측 리드의 테두리와 상기 외측 리드의 테두리 사이에 배치됨으로써 상기 내측 리드의 테두리와 상기 외측 리드의 테두리 사이를 전기적으로 절연시키는 절연 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 내측 리드와 상기 외측 리드는, 상호 접촉 부분이 용접될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 리드는, 상기 내측 리드 및 상기 외측 리드와 상기 파우치 외장재의 실링부 사이에 개재되어 상기 내측 리드 및 상기 외측 리드와 상기 파우치 외장재의 실링부를 접착시키는 실링 필름을 더 포함할 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는, 본 발명에 따른 전극 리드를 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 이차 전지를 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하여 내압이 증가하는 경우, 내측 리드와 외측 리드의 전기적 연결이 차단될 수 있다. 따라서, 추가적인 가스 발생을 막고, 사용자의 감전이나 이차 전지의 폭발, 화재 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이차 전지와 연결된 외부 장치로의 전류 흐름을 차단하여 외부 장치의 손상을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 내측 리드와 외측 리드의 전기적 연결이 끊어지는 상황에서도 내측 리드 및 외측 리드는 모두 파우치 외장재의 실링부에 그대로 위치하여 자리를 유지할 수 있고, 파우치 외장재의 실링부 밖으로 이탈되지 않을 수 있다. 따라서, 외측 리드 등이 파우치 외장재의 실링부를 벗어남으로써 배터리 팩의 다른 구성요소가 파손되거나 내부 단락 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지 내부에서 발생된 가스가 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 내압 증가로 인한 손상, 폭발이나 발화 등을 예방할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래의 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는, 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는, 도 3의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드의 구성을 개략적으로 나타내는 확대 사시도이다.
도 6은, 도 5의 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 7은, 도 5의 A1-A1'선에 대한 상단면도이다.
도 8은, 도 5의 A2-A2'선에 대한 정단면도이다.
도 9는, 도 5의 좌측면도이다.
도 10은, 도 5의 우측면도이다.
도 11은, 내압 증가에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드가 변형되는 형태를 개략적으로 나타내는 상단면도이다.
도 12는, 내압 증가에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드가 변형되는 형태를 개략적으로 나타내는 정단면도이다.
도 13은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 리드의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 다른 이차 전지는, 전극 조립체(200), 파우치 외장재(300), 전극 탭(400) 및 전극 리드(100)를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체(200)는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(200)는 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 상호 교대로 적층된 상태로 파우치 외장재(300)에 수납되거나, 하나의 양극판 및 하나의 음극판이 권취된 상태로 파우치 외장재(300)에 수납될 수 있다.
전극 조립체(200)의 전극판들은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 그리고, 각각의 전극판들에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있고, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭(400)이 형성될 수 있다.
상기 파우치 외장재(300)는, 오목한 형태의 내부 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간에 전극 조립체(200) 및 전해액이 수납될 수 있다. 특히, 상기 파우치 외장재(300)는 폴리머 재질의 외부 절연층과 내부 접착층, 그리고 외부 절연층과 내부 접착층 사이에 개재된 금속층을 구비할 수 있다. 여기서, 파우치 외장재(300)의 금속층의 재질로는 알루미늄이 이용될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 파우치 외장재(300)는, 상부 파우치(310)와 하부 파우치(320)로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(200)가 수납될 수 있는 내부 공간은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 파우치(310)와 하부 파우치(320)의 중앙 부분 모두에 형성되거나, 상부 파우치(310) 및 하부 파우치(320) 중 어느 하나의 중앙 부분에만 형성될 수 있다. 그리고, 상부 파우치(310)나 하부 파우치(320)의 수납 공간에 전극 조립체(200)가 수납되면, 상부 파우치(310)의 외주부에 형성된 실링부(S)와 하부 파우치(320)의 외주부에 형성된 실링부(S)는 상호 대면되는 형태로 내측에 위치한 접착층이 열융착 등에 의해 서로 접착되어, 내부 공간이 밀폐되도록 할 수 있다.
상기 전극 탭(400)은, 금속 등의 전기 전도성 재질로 구성되고, 전극 조립체(200)로부터 돌출된 형태로 연장 형성될 수 있다. 그리고, 전극 탭(400)에는, 양극 탭 및 음극 탭이 포함될 수 있다. 여기서, 양극 탭은 양극판의 무지부에서 연장되게 구비될 수 있으며, 음극 탭은 음극판의 무지부에서 연장되게 구비될 수 있다. 이러한 전극 탭(400)은, 플레이트 형태로 형성될 수 있는데, 전극판이 절취된 형태 또는 전극판에 별도의 금속판이 부착된 형태 등으로 형성될 수 있다.
또한, 양극 탭과 음극 탭은 이차 전지에 각각 하나씩 구비될 수 있으나, 둘 이상 구비될 수도 있다. 예를 들어, 이차 전지의 전극 조립체(200)에 양극판과 음극판이 각각 1개만 포함된 경우, 양극 탭과 음극 탭은 각각 1개씩 포함될 수 있다. 또는, 이 경우, 양극 탭과 음극 탭은 각각 다수 포함될 수 있다. 한편, 이차 전지의 전극 조립체(200)에 양극판과 음극판이 각각 다수 포함된 경우, 양극 탭과 음극 탭 역시 다수 포함될 수 있으며, 이때 1개의 전극판마다 각각 전극 탭(400)이 구비될 수 있다.
상기 전극 리드(100)는, 이차 전지를 외부의 다른 이차 전지 또는 다른 장치와 전기적으로 연결시키는 구성요소이다. 예를 들어, 배터리 모듈 내에서 복수의 이차 전지는 버스바를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있는데, 이 경우 전극 리드(100)는 버스바에 직접 접촉하도록 구성될 수 있다. 이처럼, 전극 리드(100)는 이차 전지 내외부 간 전기적 연결을 담당할 수 있기 때문에, 적어도 일부가 금속과 같은 전기 전도성 재질로 구성될 수 있다.
상기 전극 리드(100)는, 양극 리드 및 음극 리드를 포함할 수 있으며, 각각 파우치 외장재(300)의 내측에서 파우치 외장재(300)의 외측까지 연장되는 형태로 파우치 외장재(300)의 실링부에 개재될 수 있다. 그리고, 상기 전극 리드(100)는, 일단, 즉 내측 단부가 파우치 외장재(300)의 내부에 위치하여 전극 조립체(200)에서 연장 형성된 전극 탭(400)과 연결될 수 있다.
여기서, 전극 탭(400)과 전극 리드(100)의 연결은 서로 직접 접촉됨으로써 이루어질 수 있다. 그리고, 이러한 접촉 상태의 안정적인 유지를 위해 전극 탭(400)과 전극 리드(100)의 접촉 부분은 용접에 의해 고정될 수 있다. 한편, 이차 전지에는 다수의 양극 탭과 다수의 음극 탭이 포함될 수 있는데, 이 경우, 다수의 양극 탭은 서로 겹쳐진 상태로 1개의 양극 리드에 접촉될 수 있고, 다수의 음극 탭은 서로 겹쳐진 상태로 1개의 음극 리드에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 전극 리드(100)의 타단은 파우치 외장재(300)의 외부로 노출되게 구성될 수 있다. 따라서, 전극 리드(100)의 일단은 내측 단부로서 파우치 외장재(300)의 내부에 위치하여 전극 탭(400)과 연결되고, 전극 리드(100)의 타단은 외측 단부로서 파우치 외장재(300)의 외부에 위치하여 버스바 등과 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 확대 사시도이고, 도 6은 도 5의 구성에 대한 분리 사시도이다. 또한, 도 7은 도 5의 A1-A1'선에 대한 상단면도이고, 도 8은 도 5의 A2-A2'선에 대한 정단면도이다. 또한, 도 9는 도 5의 좌측면도이고, 도 10은 도 5의 우측면도이다.
도 5 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지의 전극 리드(100)는, 내측 리드(110) 및 외측 리드(120)를 포함한다.
상기 내측 리드(110)는, 적어도 일부분이 전기 전도성 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 내측 리드(110)는, 전체적으로 동일한 금속 재질, 이를테면 구리나 알루미늄으로 구성될 수 있다. 이처럼, 내측 리드(110)가 전체적으로 동일한 금속 재질로 구성되는 경우, 내측 리드(110)가 보다 용이하게 제조될 수 있다.
또한, 상기 내측 리드(110)는, 전극 리드(100)에서 내측에 위치하여, 적어도 일부분이 전극 조립체(200)에 구비된 전극 탭(400)과 접촉하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구성에서, 내측 리드(110)는 좌측 단부가 다수의 전극 탭(400)과 직접 접촉될 수 있다.
또한, 상기 내측 리드(110)는, 적어도 일부분이 파우치 외장재(300)의 실링부에 개재될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4의 구성에서, 내측 리드(110)의 우측 단부가 상부 파우치(310)의 실링부와 하부 파우치(320)의 실링부 사이에 개재된 상태에서 상부 파우치(310)와 하부 파우치(320)의 실링부는 실링됨으로써, 내측 리드(110)는 파우치 외장재(300)의 실링부 내부에 개재될 수 있다.
한편, 본 명세서에서, 특별한 설명이 없는 한, 내측 방향은 이차 전지의 내부 방향, 즉 전극 조립체(200) 방향을 의미하고, 외측 방향은 이차 전지의 외부 방향을 의미한다.
바람직하게는, 상기 내측 리드(110)는, 탭 접촉부(111), 내측 접촉부(112) 및 내측 테두리부(113)를 구비할 수 있다.
상기 탭 접촉부(111)는, 전극 조립체(200)의 전극 탭(400)과 직접 접촉되는 구성요소로서, 전극 탭(400)과 전류를 주고받도록 전기 전도성 재질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 탭 접촉부(111)는, 전극 탭(400)과 접촉이 가능함은 물론, 접촉이 용이한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 탭 접촉부(111)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 평평한 플레이트 형태로 구성되어, 평평한 표면에 하나 이상의 전극 탭(400)이 쉽게 안착되도록 구성될 수 있다. 이때, 탭 접촉부(111)에 안착된 전극 탭(400)은, 용접 등의 방식으로 탭 접촉부(111)에 접촉 고정될 수 있다.
상기 내측 접촉부(112)는, 탭 접촉부(111)보다 외측에 위치하며, 탭 접촉부(111)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 내측 접촉부(112)는, 탭 접촉부(111)와 외측 리드(120) 사이에서 전류를 주고받기 위해, 적어도 일부분이 금속 등의 전기 전도성 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 내측 접촉부(112)는, 판상 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 내측 접촉부(112)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 타원형 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상기 내측 접촉부(112)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 지면에 수직한 형태로 구성될 수 있다. 특히, 탭 접촉부(111)는 지면에 평행한 플레이트 형태로 구성될 수 있는데, 내측 접촉부(112)의 평면과 탭 접촉부(111)의 평면은 서로 직교하는 형태로 구성될 수 있다.
상기 내측 테두리부(113)는, 링 형태로 구성되어 내측 접촉부(112)의 테두리를 따라 위치할 수 있다. 예를 들어, 내측 접촉부(112)가 타원판 형태로 구성된 경우, 내측 테두리부(113)는 타원판의 테두리, 즉 타원의 외주연을 따라 위치하는 타원형 링 형태로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 내측 테두리부(113)는, 파우치 외장재(300)의 실링부 내부에 개재될 수 있다. 특히, 상기 내측 테두리부(113)는, 외주면이 평평한 곡면을 이루도록 구성되어, 이러한 외주면에 대하여 전체적으로 파우치 외장재(300)의 실링부, 즉 상부 파우치(310)의 실링부 하부면과 하부 파우치(320)의 실링부 상부면이 부착될 수 있다.
상기 내측 리드(110)의 여러 구성 요소, 즉 탭 접촉부(111), 내측 접촉부(112) 및 내측 테두리부(113)는, 모두 동일한 재질로 구성될 수 있다. 이 경우, 탭 접촉부(111), 내측 접촉부(112) 및 내측 테두리부(113)를 일체형으로 구성할 수 있게 되어, 내측 리드(110)의 제조가 보다 용이해질 수 있다. 또한, 이 경우, 탭 접촉부(111)와 내측 접촉부(112) 사이의 전기적 연결 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
상기 외측 리드(120)는, 내측 리드(110)보다 외측에 배치되며, 내측 리드(110)와 마찬가지로 적어도 일부분이 전기 전도성 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 외측 리드(120)는, 전체적으로 동일한 금속 재질, 이를테면 구리나 알루미늄으로 구성될 수 있다. 외측 리드(120)가 전체적으로 동일한 금속 재질로 구성되는 경우, 외측 리드(120)가 보다 용이하게 제조될 수 있다.
상기 외측 리드(120)는, 적어도 일부분이 외부 장치와 접속될 수 있는 외부 단자를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4의 구성에서, 외측 리드(120)의 우측 단부에는 버스바와 같은 외부 장치가 접속될 수 있다.
상기 외측 리드(120)는, 적어도 일부분이 파우치 외장재(300)의 실링부에 개재될 수 있다. 즉, 상기 외측 리드(120)는, 내측 리드(110)와 함께 일부분이 파우치 외장재(300)의 실링부에 개재될 수 있다.
또한, 상기 외측 리드(120)는, 내측 리드(110)와 부분적으로 접촉하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6 및 도 7의 구성에서, 외측 리드(120)의 좌측 단부는 내측 리드(110)와 접촉될 수 있다. 그리고, 파우치형 이차 전지의 내부에서 가스 등이 발생함으로 인해 내압이 증가하는 경우, 이러한 외측 리드(120)와 내측 리드(110)의 접촉 부분은 분리될 수 있다.
특히, 상기 외측 리드(120)는, 이차 전지의 내압 증가 시, 일부분의 형태가 변형됨으로써, 내측 리드(110)와의 접촉 상태가 해제될 수 있다. 즉, 상기 외측 리드(120)는, 이차 전지의 내압이 증가하는 경우, 전체적인 형태, 이를테면 외형은 유지한 채, 일부분의 형태, 이를테면 내부 형태만 변형되도록 구성됨으로써, 내측 리드(110)와의 전기적 연결 상태가 해제되도록 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 외측 리드(120)는, 외측 접촉부(121), 단자부(122) 및 외측 테두리부(123)를 구비할 수 있다.
상기 외측 접촉부(121)는, 적어도 일부분이 내측 리드(110), 특히 내측 리드(110)의 내측 접촉부(112)에 접촉되어 내측 리드(110)와 전류를 주고 받을 수 있다. 따라서, 상기 외측 접촉부(121)는, 금속과 같은 전기 전도성 재질로 구성될 수 있다.
상기 외측 접촉부(121)는, 판상 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 외측 접촉부(121)는 타원형 금속판 형태로 구성될 수 있다. 이처럼 외측 접촉부(121)가 판상 형태로 구성되는 경우, 내측 접촉부(112)와 접촉이 잘 이루어질 수 있어, 내측 접촉부(112)와의 전기적 연결이 보다 안정적으로 유지될 수 있다.
특히, 상기 외측 접촉부(121)는, 파우치형 이차 전지의 내압 증가 시, 내측 접촉부(112)와 분리 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 상기 외측 접촉부(121)는, 보통 상태에서는 내측 접촉부(112)와 접촉된 상태로 구성되어 전기적 에너지를 주고 받음으로써, 전극 리드(100)는 정상적으로 기능할 수 있게 된다. 하지만, 상기 외측 접촉부(121)는, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하여 이차 전지의 내압이 증가하는 이상 상태에서는, 내측 접촉부(112)와 분리되어 그 접촉 상태가 해제될 수 있다. 따라서, 이러한 접촉 상태의 해제로 인해, 내측 접촉부(112)와 외측 접촉부(121) 사이의 전기적 연결은 더 이상 유지되지 않고 전극 리드(100)는 정상적으로 기능할 수 없게 된다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 과충전이나 비정상적인 사용 등으로 인해 이차 전지 내부에서 가스가 발생한 경우, 내측 리드(110)와 외측 리드(120) 사이의 전기적 연결이 차단됨으로써, 이차 전지는 더 이상 충방전될 수 없게 된다. 따라서, 이러한 이상 상황에서는 이차 전지의 기능이 정지되므로, 가스의 추가 발생, 전해액의 누설, 폭발, 발화, 누전 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 이차 전지의 안전성이 보다 향상될 수 있다.
상기 단자부(122)는, 전기 전도성 재질로 구성되어 외측 접촉부(121)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 단자부(122)는, 파우치 외장재(300)의 외부로 노출되어 이차 전지의 단자로서 기능할 수 있다. 즉, 상기 단자부(122)는, 파우치형 이차 전지의 외부 구성요소가 전기적으로 연결되기 위해 접속되는 영역을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 단자부(122)에는, 다른 이차 전지의 단자부(122)에 접속된 버스바가 직접 접촉될 수 있다.
상기 단자부(122)는, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 버스바와 같은 외부 구성요소가 용이하게 접촉될 수 있도록 판상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 단자부(122)는, 탭 접촉부(111)와 유사하게, 수평 방향으로 평평하게 눕혀진 금속판 형태로 구성될 수 있다.
상기 외측 테두리부(123)는, 링 형태로 구성되어 외측 접촉부(121)의 테두리를 따라 위치할 수 있다. 예를 들어, 외측 접촉부(121)가 타원판 형태로 구성된 경우, 외측 테두리부(123)는 타원판의 외주연을 따라 배치된 타원형 링 형태로 구성될 수 있다.
상기 외측 테두리부(123)는, 파우치 외장재(300)의 실링부 내부에 개재되어 실링부에 접촉 고정될 수 있다. 특히, 상기 외측 테두리부(123)는, 외주면이 평평한 곡면 형태로 구성되어, 이러한 외주면에 파우치 외장재(300)의 실링부가 전체적으로 부착될 수 있다.
상기 외측 테두리부(123)는, 상부 파우치(310)와 하부 파우치(320)에 모두 접촉 고정될 수 있다. 즉, 상기 외측 테두리부(123)의 상부는, 상부 파우치(310)의 실링부 하면에 접촉 고정되고, 상기 외측 테두리부(123)의 하부는, 하부 파우치(320)의 실링부 상면에 접촉 고정될 수 있다.
특히, 이러한 외측 테두리부(123)와 상부 파우치(310) 및 하부 파우치(320)의 접촉 고정 상태는, 이차 전지 내부에서 가스가 발생함으로써, 내측 리드(110)와 외측 리드(120) 사이의 전기적 연결이 차단된 경우에도 그대로 유지될 수 있다. 즉, 이차 전지 내부에서 가스가 발생할 때, 내측 접촉부(112)와 외측 접촉부(121) 사이가 물리적으로 분리됨으로써, 내측 리드(110)와 외측 리드(120) 사이의 전기적 연결이 차단되되, 외측 테두리부(123)는, 상부 파우치(310)와 하부 파우치(320) 사이에 그대로 밀착 고정될 수 있다.
뿐만 아니라, 이차 전지 내부에서 가스 발생 시, 상부 파우치(310) 및 하부 파우치(320)와의 접촉 고정 상태가 유지되는 것은, 내측 테두리부(113)에 대해서도 적용될 수 있다. 즉, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하여 내측 리드(110)와 외측 리드(120) 사이의 연결이 차단될 때, 내측 테두리부(113)와 상부 파우치(310) 및 하부 파우치(320) 사이의 접촉 고정 상태는, 그대로 유지될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지의 내압이 증가할 때, 외측 리드(120)와 내측 리드(110) 사이의 전기적 연결은 차단되면서도, 외측 리드(120)와 내측 리드(110)의 위치는 그대로 고정될 수 있다. 그러므로, 내측 리드(110)나 외측 리드(120)의 이탈로 인해, 이차 전지 외부의 다른 구성 요소 등이 파손되거나 전기적 단락 등의 문제가 발생하는 것을 차단할 수 있다.
상기 외측 테두리부(123)는, 상기 내측 테두리부(113)와 유사한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 외측 테두리부(123)와 상기 내측 테두리부(113)는, 동일한 장반경 및 단반경을 갖는 타원형 링 형태로 구성될 수 있다.
특히, 이처럼 외측 테두리부(123)와 내측 테두리부(113)가 타원형 링 형태로 구성되는 실시예에 의하면, 외측 리드(120) 및 내측 리드(110)와 파우치 외장재(300) 사이의 실링이 보다 잘 이루어질 수 있다. 즉, 외측 테두리부(123) 및 내측 테두리부(113)는, 각각 외측 리드(120) 및 내측 리드(110)에서 파우치 외장재(300)와 접촉하여 파우치 외장재(300)에 의해 감싸지는 부분일 수 있는데, 이러한 외측 테두리부(123)와 내측 테두리부(113)가 타원 형태로 형성되는 경우, 파우치 외장재(300)가 보다 긴밀하게 부착될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 전극 리드(100)와 파우치 외장재(300) 사이에 틈이 생겨 내부의 전해액이 누설되거나 외부의 수분이나 이물질이 침투하는 등의 문제가 예방될 수 있다.
상기 외측 리드(120)의 여러 구성 요소, 즉 외측 접촉부(121), 단자부(122) 및 외측 테두리부(123)는, 동일한 한 종류의 재질로 구성될 수 있다. 이 경우, 외측 접촉부(121), 단자부(122) 및 외측 테두리부(123)를 일체형으로 구성할 수 있어, 외측 리드(120)의 제조가 보다 용이해질 수 있다. 또한, 이 경우, 외측 접촉부(121)와 단자부(122) 사이의 전기적 연결 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같은 전극 리드(100) 구성에 있어서, 방전 전류는, 탭 접촉부(111), 내측 접촉부(112), 외측 접촉부(121), 외측 테두리부(123) 및 단자부(122)의 순서로, 전극 조립체(200) 측에서 부하 측으로 이동할 수 있다. 또한, 충전 전류는, 단자부(122), 외측 테두리부(123), 외측 접촉부(121), 내측 접촉부(112) 및 탭 접촉부(111)의 순서로, 충전 장치에서 전극 조립체(200) 측으로 이동할 수 있다. 여기서, 내측 접촉부(112)와 탭 접촉부(111) 사이의 전기적 경로에, 내측 테두리부(113)가 삽입될 수도 있다. 또한, 외측 접촉부(121)와 단자부(122) 사이의 전기적 경로에, 외측 테두리부(123)가 생략될 수도 있다.
하지만, 가스 등이 발생하여 내압이 증가하는 이상 상황 발생 시, 내측 접촉부(112)와 외측 접촉부(121) 사이의 연결이 끊어지므로, 전극 리드(100)로는 더 이상 전류가 흐를 수 없게 되어, 이차 전지의 충방전 동작은 정지되므로, 안전성이 확보될 수 있다.
이러한 구성에 있어서, 상기 외측 접촉부(121)는, 적어도 일부분이 내측 리드(110) 방향으로 벤딩되어 내측 접촉부(112)와 부분적으로 접촉되게 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 외측 접촉부(121)는, 적어도 일부분이 좌측 방향으로 벤딩되게 구성될 수 있다. 특히, 외측 접촉부(121)는, 플레이트 형태로 구성될 수 있는데, 중앙 부분이 내측 방향으로 벤딩될 수 있다. 그리고, 이와 같이 벤딩된 중앙 부분의 적어도 일부가 내측 접촉부(112)와 직접 접촉할 수 있다.
여기서, 상기 외측 접촉부(121)는, 벤딩된 부분의 내측 단부가 평평한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 외측 접촉부(121)의 좌측 단부는 평평한 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 외측 접촉부(121)의 좌측 단부는, 도 9에 도시된 바와 같이, 타원형 판 형태로 구성될 수 있다. 이처럼, 내측 단부가 평평한 형태로 구성되는 경우, 외측 접촉부(121)의 내측 단부와 내측 접촉부(112) 사이가 보다 안정적으로 접촉될 수 있다.
바람직하게는, 상기 내측 접촉부(112)는, 적어도 일부분에 내외 방향으로 관통된 형태의 결합홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 내측 접촉부(112)는, 도 6에서 H1으로 표시된 바와 같은 홀이 형성될 수 있다.
이 경우, 외측 접촉부(121)는, 결합홀의 테두리 부분을 따라 내측 접촉부(112)에 접촉될 수 있다. 예를 들어, 상기 내측 접촉부(112)는, 타원 형태의 결합홀(H1)이 중앙 부분에 형성될 수 있다. 그리고, 외측 접촉부(121)는, 내측 단부가 이러한 결합홀(H1)과 동일하거나 유사한 타원 형태로 형성될 수 있다. 이때, 외측 접촉부(121)의 내측 단부는, 결합홀(H1)의 크기와 동일하거나 그보다 크게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 구성에서, 외측 접촉부(121)에서 평평하게 형성된 내측 단부의 상하 길이는, 내측 접촉부(112)의 결합홀(H1)의 상하 길이보다 다소 길게 구성될 수 있다. 그리고, 이 경우, 외측 접촉부(121)의 내측 단부는, 도 7에서 B로 표시된 부분과 같이, 내측 접촉부(112)의 결합홀에서 내측 접촉부(112)와 접촉될 수 있다. 이 경우, 외측 접촉부(121)는, B로 표시된 부분과 같은 접촉 부분을 통해 내측 접촉부(112)와 전기적 에너지를 주고 받을 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 외측 접촉부(121)는, 파우치형 이차 전지의 내압 증가 시, 외측 방향으로 이동하여 내측 접촉부(112)와 분리되게 구성될 수 있다. 이때, 상기 단자부(122) 및 상기 외측 테두리부(123)의 위치는 고정된 상태를 그대로 유지할 수 있다. 이에 대해서는, 도 11 및 도 12를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 11은 내압 증가에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(100)가 변형되는 형태를 개략적으로 나타내는 상단면도이고, 도 12는 내압 증가에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(100)가 변형되는 형태를 개략적으로 나타내는 정단면도이다. 여기서, 도 11은 도 7의 구성에 대한 내압 증가에 따른 변형 형태이고, 도 12는 도 8의 구성에 대한 내압 증가에 따른 변형 형태라 할 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 이차 전지의 내부에서 가스가 발생하여 내압이 증가하면, 내측 방향인 좌측 방향에서 우측 방향으로 압력이 가해질 수 있다. 이 경우, 내측 리드(110)와 외측 리드(120)는 서로 접촉된 부분이 분리될 수 있다. 즉, 이차 전지의 내압이 증가하는 경우, 외측 접촉부(121)를 외측 방향으로 이동시키고자 하는 힘이 발생할 수 있다. 이때, 외측 접촉부(121)를 외측 방향으로 이동시키고자 하는 힘이 일정 수준 이상이 되어 외측 접촉부(121)가 도면에서 화살표 C로 표시된 바와 같이 외측 방향으로 이동하면, 외측 접촉부(121)와 내측 접촉부(112)는 서로 분리될 수 있다. 그리고 이로 인해, 내측 접촉부(112)와 외측 접촉부(121)의 전기적 연결 상태는 서로 해제되어, 내측 리드(110)와 외측 리드(120) 사이에는 더 이상 충방전 전류가 흐르지 못하게 될 수 있다.
이때, 상기 단자부(122) 및 상기 외측 테두리부(123)의 위치 및/또는 형태는 그대로 유지될 수 있다. 예를 들어, 이차 전지의 내압 증가 시, 외측 접촉부(121)는 외측 방향으로 이동되어 내측 접촉부(112)와 분리된다 하더라도, 단자부(122) 및 외측 테두리부(123)는 위치를 그대로 유지할 수 있다.
여기서, 외측 접촉부(121)와 내측 접촉부(112) 사이를 분리시킬 수 있는 힘의 크기는, 이차 전지의 형태나 크기, 용도, 성능 등에 따라 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 외측 접촉부(121)는, 이차 전지의 내압이 1.5 atm 이상일 경우에 외측 방향으로 이동하여, 내측 접촉부(112)와 분리되게 구성될 수 있다.
한편, 이차 전지의 내압 증가 시 외측 접촉부(121)로 압력이 제대로 인가되도록 하기 위해서는, 외측 접촉부(121)의 내측 공간과 외측 공간은 서로 밀폐되도록 구성되는 것이 좋다. 즉, 내측 리드(110)와 외측 리드(120)에는 중공이 형성될 수 있는데, 이러한 중공은 외측 접촉부(121)에 의해 막혀지는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 내측 리드(110)는 내측 테두리부(113)에 의해 외곽이 둘러싸인 형태로 내측 중공이 형성되고, 외측 리드(120)는 외측 테두리부(123)에 의해 외곽이 둘러싸인 형태로 외측 중공이 형성될 수 있다. 그리고, 내측 중공과 외측 중공 사이에는 외측 접촉부(121)가 위치하여, 이들 사이의 유체의 유출입이 차단될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 이차 전지 내부에서 발생된 가스는, 온전히 외측 접촉부(121)에 힘을 가할 수 있게 되므로, 내압 증가 시 외측 접촉부(121)가 외측 방향으로 쉽게 이동되어 내측 접촉부(112)와 분리될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 외측 리드(120)는, 여러 도면에 도시된 바와 같이, 외측 커버부(124)를 더 포함할 수 있다.
상기 외측 커버부(124)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 외측 테두리부(123)의 외측 단부에 위치하여 외측 접촉부(121)의 외측을 커버할 수 있다. 특히, 상기 외측 커버부(124)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 외부에서 내부 방향으로 외측 리드(120)를 바라볼 때, 외측 접촉부(121)가 외부로 노출되지 않도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 외측 커버부(124)는, 외측 접촉부(121)의 외표면을 보호하여 외측 접촉부(121)로 수분이나 이물질, 충격 등이 전달되는 것을 차단할 수 있다.
상기 외측 커버부(124)는, 외부에서 수평 방향으로 바라볼 때 외측 테두리부(123)의 내부 공간에 위치할 수 있다. 예를 들어, 외측 테두리부(123)가 타원형 링 형태로 형성된 경우, 상기 외측 커버부(124)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 타원판 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 외측 테두리부(123)는, 외측 접촉부(121)의 외주부는 물론이고, 외측 커버부(124)의 외주부도 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다.
상기 외측 커버부(124)는, 외측 리드(120)의 형태를 유지하고 강성을 보강할 수 있다. 예를 들어, 상기 외측 커버부(124)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 외측 접촉부(121)보다 두꺼운 플레이트 형태로 구성되어, 외측 테두리부(123)를 지지할 수 있다. 따라서, 상기 외측 커버부(124)는, 외측 리드(120)의 전체적인 형태가 유지될 수 있도록 하여, 이차 전지의 사용 중에는 물론이고, 내압 증가로 외측 접촉부(121)가 내측 접촉부(112)에서 분리된 경우에도, 외측 리드(120)의 외형에는 큰 변화가 없도록 할 수 있다. 따라서, 외측 리드(120)의 이탈로 인한 단락이나 부품 손상 등의 문제를 예방할 수 있다.
상기 외측 커버부(124)는, 외측 접촉부(121)와 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 구성에서, 외측 커버부(124)는 외측 접촉부(121)에서 우측 방향으로 소정 거리 이격된 형태로 배치될 수 있다. 따라서, 외측 커버부(124)와 외측 접촉부(121) 사이에는 빈 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 빈 공간은, 외측 접촉부(121)의 외측 방향 이동을 보장하여, 이차 전지의 내압 증가 시, 외측 접촉부(121)가 내측 접촉부(112)로부터 분리되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 외측 커버부(124)는, 외측 관통홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 10에서 H2로 표시된 바와 같이, 외측 커버부(124)에는 내외 방향으로 관통된 형태의 외측 관통홀이 형성될 수 있다. 이 경우, 이차 전지 외부의 기체는, 이러한 외측 관통홀(H2)을 통해 외측 리드(120)의 중공으로 유입될 수 있다. 따라서, 외측 리드(120)의 중공, 즉 도 7에서 외측 접촉부(121)의 우측 부분은 대기압 상태로 유지될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지의 내압 증가 시 외측 접촉부(121)와 내측 접촉부(112)의 분리가 적정하게 이루어지도록 할 수 있다. 예를 들어, 외측 접촉부(121)의 외측 부분의 압력이 지나치게 높다면, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하여 외측 접촉부(121)의 내측 부분의 압력이 높아지더라도 외측 접촉부(121)는 외측 방향으로 제대로 이동하지 못할 수 있다. 반면, 외측 접촉부(121)의 외측 부분의 압력이 지나치게 낮다면, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하지 않은 경우에도 외측 접촉부(121)는 외측 방향으로 이동하여 이차 전지의 사용이 어렵게 될 수 있다. 하지만, 상기 실시예와 같이 외측 관통홀(H2)을 통해 외측 접촉부(121)의 외측 부분이 대기압 상태로 유지되는 경우, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하여 외측 접촉부(121)의 내외측간 압력차가 일정 수준 이상이 될 때 외측 접촉부(121)는 외측 방향으로 이동하여 내측 접촉부(112)로부터 분리될 수 있다. 즉, 상기 실시예의 경우, 적정 내압 수준에서 외측 접촉부(121)와 내측 접촉부(112) 분리되도록 하는 구성이 용이하게 설계될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 내측 접촉부(112)는, 내측 관통홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 9에서 H3로 표시된 바와 같이, 내측 접촉부(112)에는 좌우 방향, 즉 내외 방향으로 관통된 형태의 내측 관통홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 내측 관통홀(H3)을 통해 내측 접촉부(112) 내측 공간의 가스는 내측 접촉부(112) 외측 공간으로 유입될 수 있다. 더욱이, 내측 접촉부(112)는, 도 7에 도시된 바와 같이 내측 테두리부(113)의 내측 단부에 위치할 수 있는데, 이러한 내측 관통홀(H3)을 통해 이차 전지 내부의 가스는 내측 리드(110)의 중공으로 유입될 수 있다. 그리고, 이와 같이 내측 리드(110)의 중공으로 유입된 가스는 외측 접촉부(121)를 외측 방향으로 가압할 수 있다. 특히, 외측 접촉부(121)는, 외측 테두리부(123)의 내측 단부에 위치하여 내측 방향으로 중앙 부분이 돌출되게 형성될 수 있는데, 내측 관통홀(H3)을 통해 내측 리드(110)의 중공으로 유입된 가스는, 외측 테두리부(123)의 돌출된 부분의 측면을 외측 방향으로 가압할 수 있다. 그리고, 이러한 측면 가압은 외측 접촉부(121)가 내측 접촉부(112)로부터 잘 분리되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 외측 접촉부(121)는, 내측 접촉부(112)와의 접촉 부분 외부에 노치가 하나 이상 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 구성에서, 외측 접촉부(121)는, N으로 표시된 바와 같이 하나 이상의 노치가 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지의 내압 증가 시, 노치(N)로 인해 외측 접촉부(121)는 외측 방향으로 보다 쉽게 이동될 수 있다. 따라서, 이차 전지 내부에서 가스 발생 시, 외측 접촉부(121)는 내측 접촉부(112)로부터 보다 쉽게 분리될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 외측 접촉부(121)가 외측 방향으로 이동할 때, 노치(N) 부분이 파단될 수 있다. 따라서, 이차 전지 내부에서 발생된 가스는, 이러한 노치(N)의 파단된 부분을 통해 외부로 배출될 수 있다. 더욱이, 상기와 같이 외측 커버부(124)에 외측 관통홀(H2)이 형성된 경우에는, 노치(N)의 파단된 부분을 통해 배출된 가스가 외측 관통홀(H2)을 거쳐 이차 전지의 외부로 배출될 수 있다.
그리고, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지의 내압 증가 시, 노치(N)로 인해 이차 전지의 이동 내지 변형 형태가 유도될 수 있다. 즉, 이차 전지 내외부 간 압력차가 발생하면, 외측 접촉부(121)는 노치가 형성된 부분에서 먼저 변형되기 쉬우므로, 이차 전지의 변형 위치나 형태가 예측되거나 정해질 수 있다. 따라서, 내측 접촉부(112)와 외측 접촉부(121)를 분리시키는 구성이 용이하게 달성될 수 있고, 노치의 파단된 부분을 통한 가스 배출 경로도 용이하게 설계될 수 있다.
상기 노치(N)는, 외측 접촉부(121)의 외측 표면에 위치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8의 구성에서, 노치(N)는 외측 접촉부(121)의 우측 표면에 형성될 수 있다. 이차 전지의 내압 증가 시, 노치(N)는 외측 방향으로 이동하므로, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 외측 접촉부(121)의 외측 방향 이동이 보다 용이해질 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 외측 접촉부(121)가 이동할 때, 노치(N) 부분이 더욱 쉽게 파단될 수 있어, 가스의 배출이 보다 잘 이루어질 수 있다.
또한, 이러한 노치(N)는, 외측 접촉부(121)에서 내측 접촉부(112)의 접촉 고정 부분보다 외측에 위치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 실시예에서, 노치(N)는, 외측 접촉부(121)에서 B로 표시된 내측 접촉부(112)와의 접촉 부분보다 상부 또는 하부에 위치하도록 구성될 수 있다. 즉, 도 9의 실시예와 같이, 외측 접촉부(121)가 중앙 부분이 타원형으로 구성되어 타원의 원주 부분이 내측 접촉부(112)와 접촉 고정될 때, 노치는 외측 접촉부(121)의 중앙 타원의 외부에 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지의 내압 증가 시, 외측 접촉부(121)와 내측 접촉부(112)의 접촉 고정 부분(B)이 안정적으로 분리되도록 할 수 있다. 즉, 도 7의 실시예에서 2개의 B 부분 사이, 즉 외측 접촉부(121)의 내측 단부에 압력이 인가되면, 이러한 외측 접촉부(121)의 내측 단부는, 도 11에 도시된 바와 같이, 쉽게 변형되지 않고 평평한 형태로 외측 방향으로 이동하며, 내측 단부의 외부에 위치하는 노치가 변형될 수 있다. 따라서, 외측 접촉부(121)와 내측 접촉부(112)의 분리가 보다 안정적으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전극 리드(100)는, 여러 도면에 도시된 바와 같이, 절연 부재(130)를 더 포함할 수 있다.
상기 절연 부재(130)는, 전기 절연성 재질로 구성되며, 내측 리드(110)와 외측 리드(120) 사이에 개재되어, 이들 사이가 특정 부분을 제외하고는 전기적으로 절연되도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 절연 부재(130)는, 링 형태로 형성되어, 내측 리드(110)의 테두리와 외측 리드(120)의 테두리 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 절연 부재(130)는, 내측 리드(110)의 테두리와 외측 리드(120)의 테두리 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
보다 구체적인 실시예로, 상기 절연 부재(130)는, 수평 방향으로 내측 테두리부(113)와 외측 테두리부(123) 사이에 개재될 수 있다. 이때, 절연 부재(130)는, 내측 테두리부(113) 및 외측 테두리부(123)와 유사한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 내측 테두리부(113)와 외측 테두리부(123)가 타원 형태로 형성된 경우, 상기 절연 부재(130)는 내측 테두리부(113) 및 외측 테두리부(123)와 동일한 장반경 및 단반경을 갖는 타원 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 전극 리드(100)에서 절연 부재(130) 부분이 돌출되거나 오목하게 형성되지 않으므로, 이러한 절연 부재(130)로 인해, 전극 리드(100)와 파우치 외장재(300) 사이의 실링성이 약화되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 절연 부재(130)가 포함된 실시예에 의하면, 특정 부분을 제외하고는 내측 리드(110)와 외측 리드(120) 사이가 절연되도록 하는 구성이 용이하게 달성될 수 있다. 특히, 이차 전지의 내압 증가 시, 내측 리드(110)와 외측 리드(120) 사이의 분리 구성이 보다 용이하게 달성될 수 있다. 예를 들어, 정상적인 상태에서는 내측 리드(110)와 외측 리드(120)는 내측 접촉부(112) 및 외측 접촉부(121)의 접촉을 통해 서로 전기적 연결 상태가 유지되도록 할 수 있는데, 절연 부재(130)가 구비된 경우, 이러한 내측 접촉부(112)와 외측 접촉부(121) 사이의 접촉 부분 이외에는 서로 접촉되지 않도록 할 수 있다.
따라서, 이차 전지의 내압이 증가하는 이상 상태에서, 내측 접촉부(112)와 외측 접촉부(121)가 분리되기만 하면, 내측 리드(110)와 외측 리드(120) 사이의 전기적 연결 상태가 해제되도록 할 수 있다. 이 경우, 외측 접촉부(121)의 형태만 변형될 뿐, 내측 리드(110)와 외측 리드(120)는 동일한 위치에 그대로 있게 되며, 내측 리드(110)와 외측 리드(120)의 절연 상태가 형성될 수 있다. 따라서, 내측 접촉부(112)와 외측 접촉부(121)를 분리시키기 위해 외측 리드(120)가 전체적으로 내측 리드(110)로부터 이탈될 필요가 없으며, 이탈된 외측 리드(120)로 인해 이차 전지 외부의 다른 구성 요소 등이 파손되거나 전기적으로 단락되는 등의 문제가 발생하지 않을 수 있다.
또한, 상기와 같이 절연 부재(130)가 내측 리드(110)와 외측 리드(120) 사이에 포함되면, 내측 리드(110)와 외측 리드(120)가 보다 쉽게 제조될 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(130)로 인해 내측 테두리부(113)와 외측 테두리부(123)는 서로 절연될 수 있으므로, 내측 테두리부(113)와 외측 테두리부(123)는 금속과 같은 전기 전도성이 있는 물질로 구성될 수 있다. 특히, 이 경우, 내측 리드(110)와 외측 리드(120)를 전체적으로 동일한 금속 재질로 형성할 수 있으므로, 내측 리드(110)와 외측 리드(120)가 보다 간단하게 제조될 수 있고, 강성이 일정 수준 이상 확보될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(100)에 있어서, 내측 리드(110)와 외측 리드(120)는, 상호 접촉 부분이 용접될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 실시예에서, 내측 접촉부(112)와 외측 접촉부(121)는, B로 표시된 부분에서 서로 용접 고정될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 내측 리드(110)와 외측 리드(120)의 접촉 구성이 안정적으로 유지되어, 정상적인 상황에서 전극 리드(100)가 전기적으로 단선되는 문제를 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시예에 의하면, 이차 전지의 내압이 일정 수준 이상으로 도달한 경우에만, 내측 리드(110)와 외측 리드(120)가 분리되도록 할 뿐, 이차 전지의 내부에서 가스가 발생하지 않거나 이차 전지에 약간의 충격이 가해진 경우, 내측 리드(110)와 외측 리드(120)가 분리되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 이차 전지에 대한 기능이 의도치 않게 정지되는 문제를 예방할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(100)는, 실링 필름을 더 포함할 수 있다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 13을 참조하면, 상기 실링 필름(500)은, 내측 리드(110) 및 외측 리드(120)의 상부 및 하부에 구비될 수 있다. 특히, 상기 실링 필름(500)은, 내측 리드(110)의 내측 테두리부(113)의 외면과 외측 리드(120)의 외측 테두리부(123)의 외면에 부착될 수 있다. 또한, 실링 필름(500)은 2개 구비되어, 1개는 전극 리드(100)의 상부에 구비되고, 나머지 1개는 전극 리드(100)의 하부에 구비될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 전극 리드(100)가 이차 전지에 조립될 때, 내측 리드(110) 및 외측 리드(120)가 파우치 외장재(300)의 내부면에 잘 부착되도록 함으로써, 전극 리드(100)와 파우치 외장재(300) 사이에 틈이 생기지 않도록 할 수 있다. 특히, 전극 리드(100)에서 내측 테두리부(113) 및 외측 테두리부(123)는 파우치 외장재(300)와 직접 접촉할 수 있는데, 이러한 내측 테두리부(113) 및 외측 테두리부(123)는 금속 재질로 구성될 수 있다. 반면, 파우치 외장재(300)의 내부 접착층은 폴리머 재질로 구성될 수 있으므로, 내측 테두리부(113) 및 외측 테두리부(123)와 파우치 외장재(300) 사이가 제대로 부착되지 못할 수 있다. 하지만, 상기 실시예와 같이, 실링 필름(500)이 내측 테두리부(113)와 외측 테두리부(123)의 표면에 부착된 구성에 의하면, 전극 리드(100)와 파우치 외장재(300)의 실링성이 안정적으로 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는, 상술한 본 발명에 따른 전극 리드(100)를 하나 이상 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 이차 전지는, 상술한 전극 리드(100)를 양극 리드 및/또는 음극 리드로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 이차 전지를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 전극 리드(100)가 장착된 이차 전지를 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 이차 전지는 하나 또는 그 이상 포함될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이차 전지를 적층하는데 이용되는 카트리지, 이러한 이차 전지 및 카트리지를 수용하는 팩 케이스, 이차 전지 간 전기적 연결을 위한 버스바, BMS(Battery Management System)나 퓨즈, 릴레이와 같이 이차 전지의 충방전 동작을 제어하고 보호하는 전장품, 및/또는 배터리 팩 내외부로 냉각용 유체를 유출입시키기 위한 덕트 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전극 리드(100)가 적용된 이차 전지는, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 리드(100)가 적용된 이차 전지는, 전력 저장 장치에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전력 저장 장치는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 이러한 전력 저장 장치는, 전력 수급 조절을 위한 스마트 그리드 시스템이나 전기 자동차의 충전소 등 전력을 저장하기 위한 여러 분야 및 장소에 적용될 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 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 상대적인 위치를 나타내는 것으로서 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100: 전극 리드
110: 내측 리드
111: 탭 접촉부, 112: 내측 접촉부, 113: 내측 테두리부
120: 외측 리드
121: 외측 접촉부, 122: 단자부, 123: 외측 테두리부, 124: 외측 커버부
130: 절연 부재
200: 전극 조립체
300: 파우치 외장재
310: 상부 파우치, 320: 하부 파우치
400: 전극 탭
500: 실링 필름

Claims (18)

  1. 파우치 외장재의 외주부가 실링되고 중앙 부분에 전극 조립체가 수납된 형태로 구성된 파우치형 이차 전지의 전극 리드에 있어서,
    적어도 일부분이, 전기 전도성 재질로 구성되고, 상기 전극 조립체의 전극 탭과 접촉하며, 상기 파우치 외장재의 실링부에 개재되는 내측 리드; 및
    상기 내측 리드보다 외측에 배치되며, 적어도 일부분이, 전기 전도성 재질로 구성되고, 외부 장치와 접속될 수 있는 외부 단자를 제공하며, 상기 파우치 외장재의 실링부에 개재되고, 상기 내측 리드와 부분적으로 접촉하되 상기 파우치형 이차 전지의 내압 증가 시 일부분의 형태가 변형되어 상기 내측 리드와의 접촉 부분이 분리되게 구성된 외측 리드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내측 리드는, 전기 전도성 재질로 구성되고 상기 전극 조립체의 전극 탭과 접촉 가능하도록 구성된 탭 접촉부, 전기 전도성 재질의 판상 형태로 구성되고 상기 탭 접촉부의 외측에서 상기 탭 접촉부와 전기적으로 연결된 내측 접촉부, 및 상기 내측 접촉부의 테두리를 따라 위치하며 상기 파우치 외장재의 실링부 내부에 개재되도록 구성된 내측 테두리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외측 리드는, 전기 전도성 재질의 판상 형태로 구성되고 적어도 일부분이 상기 내측 접촉부에 접촉되며 상기 파우치형 이차 전지의 내압 증가 시 상기 내측 접촉부와 분리 가능하게 구성된 외측 접촉부, 상기 외측 접촉부와 전기적으로 연결되고 상기 파우치 외장재의 외부로 노출되어 상기 외부 장치가 접속되는 단자부, 및 상기 외측 접촉부의 테두리를 따라 위치하며 상기 파우치 외장재의 실링부 내부에 개재되어 상기 실링부에 접촉 고정되도록 구성된 외측 테두리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 외측 접촉부는, 적어도 일부분이 내측 방향으로 벤딩되어 상기 내측 접촉부와 부분적으로 접촉되는 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외측 접촉부는, 벤딩된 부분의 내측 단부가 평평한 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 내측 접촉부는 내외 방향으로 관통된 형태의 결합홀이 형성되고,
    상기 외측 접촉부는 상기 결합홀의 외주연을 따라 상기 내측 접촉부에 접촉된 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 파우치형 이차 전지의 내압 증가 시, 상기 단자부 및 상기 외측 테두리부의 위치는 고정된 상태에서, 상기 외측 접촉부가 외측 방향으로 이동하여 상기 내측 접촉부와 분리되는 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 외측 리드는, 상기 외측 테두리부의 외측 단부에 위치하여 상기 외측 접촉부의 외측을 커버하고 상기 외측 접촉부에서 소정 거리 이격되게 배치되어 상기 외측 접촉부와의 사이에 빈 공간을 형성하는 외측 커버부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 외측 커버부는, 내외 방향으로 관통된 형태의 외측 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 내측 테두리부 및 상기 외측 테두리부는, 타원형 링 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 내측 접촉부는, 상기 외측 접촉부와의 접촉 부분 외부에 내외 방향으로 관통된 형태의 내측 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 외측 접촉부는, 상기 내측 접촉부와의 접촉 부분 외부에 노치가 하나 이상 형성된 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  13. 제1항에 있어서,
    전기 절연성 재질로 구성되고, 링 형태로 형성되어 상기 내측 리드의 테두리와 상기 외측 리드의 테두리 사이에 배치됨으로써 상기 내측 리드의 테두리와 상기 외측 리드의 테두리 사이를 전기적으로 절연시키는 절연 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 내측 리드와 상기 외측 리드는, 상호 접촉 부분이 용접된 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 내측 리드 및 상기 외측 리드와 상기 파우치 외장재의 실링부 사이에 개재되어 상기 내측 리드 및 상기 외측 리드와 상기 파우치 외장재의 실링부를 접착시키는 실링 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 리드.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 전극 리드를 포함하는 파우치형 이차 전지.
  17. 제16항에 따른 파우치형 이차 전지를 포함하는 배터리 팩.
  18. 제17항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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