KR20170007876A - Battery Case Having Alloy of Low Melting Point and Battery Cell Comprising the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저융점 합금을 포함하는 전지케이스 및 그것을 포함하고 있는 전지셀에 관한 것이다.The present invention relates to a battery case including a low melting point alloy and a battery cell including the same.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.In recent years, the demand for environmentally friendly alternative energy sources has become an indispensable factor for the future, as the increase in the price of energy sources due to depletion of fossil fuels and the interest in environmental pollution are amplified. Various researches on power generation technologies such as nuclear power, solar power, wind power, and tidal power have been continuing, and electric power storage devices for more efficient use of such generated energy have also been attracting much attention.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.Particularly, as technology development and demand for mobile devices increase, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing. Recently, the use of secondary batteries as a power source for electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV) In addition, the use area has been expanded for use as a power auxiliary power source through a grid, and accordingly, a lot of researches on a battery that can meet various demands have been conducted.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of the shape of a battery, there is a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery which can be applied to products such as mobile phones with a small thickness, and has advantages such as high energy density, discharge voltage, There is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries.
이중, 파우치형 전지는 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하기 때문에 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.In particular, pouch-type batteries are attracting much attention due to their advantages such as small weight, low manufacturing cost and easy shape deformation because aluminum laminate sheets are used as exterior members.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조를 나타낸 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 1 schematically shows an exploded perspective view showing a general structure of a typical conventional pouch type secondary battery.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 다수의 전극 탭들(21, 22)이 돌출되어 있는 스택형 전극조립체(20), 전극 탭들(21, 22)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극 리드(30, 31), 및 전극 리드(30, 31)의 일부가 외부로 노출되도록 스택형 전극조립체(20)를 수납 및 밀봉하는 구조의 전지케이스(40)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.1, a pouch type
전지케이스(40)는 스택형 전극조립체(20)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(41)를 포함하는 하부 케이스(42)와 그러한 하부 케이스(42)의 덮개로서 스택형 전극조립체(20)를 밀봉하는 상부 케이스(43)로 이루어져 있다. 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)는 스택형 전극조립체(20)를 내장한 상태에서 열융착되어 전지케이스(40) 외주면을 따라 실링부(도시되지 않음)를 형성한다.The
그러나, 파우치형 이차전지(10)는 전지케이스(20)의 수납부에 전극조립체(30)를 장착한 상태에서 전지케이스(20) 외주면의 접촉부위를 상호 열융착시켜 제조되는 바, 이러한 이차전지는 내부 단락, 과충전, 고온에의 노출 등의 비정상적인 작동 상태에 이르게 되면, 열융착된 밀봉부가 용융되기 전에 내부 전해액이 분해되면서 고압의 가스가 발생하게 된다. 발생된 고압 가스는 전지 케이스의 변형을 유발하고 전지의 수명을 단축시킬 수 있으며, 심각하게는 전지의 발화 내지 폭발을 초래할 수 있다. However, the pouch-type
따라서, 이러한 고압 가스 발생시 전지의 발화 내지 폭발을 방지하고 효율적으로 가스를 방출하기 위한 다양한 시도들이 행해진 바 있다. 예를 들어, 전극조립체를 내장한 라미네이트 필름의 외주부를 열융착하여 밀봉하는 전지에 있어서, 열융착되는 라미네이트 필름 외주부의 일측에 열융착 조건을 달리하거나, 열융착되는 실링부의 폭을 상대적을 작게 하는 등 가스 방출기구를 구비하는 기술을 개시하고 있다.Therefore, various attempts have been made to prevent the ignition or explosion of the battery and to discharge the gas efficiently when the high-pressure gas is generated. For example, in a battery in which an outer peripheral portion of a laminated film containing an electrode assembly is sealed by heat-sealing, a heat sealing condition is changed on one side of the outer periphery of the laminated film to be thermally fused or a width of a sealing portion to be heat- And a gas release mechanism.
그러나, 이러한 종래기술은 고압 가스를 방출하기 위하여 열융착되는 실링부의 특정 부분에 대한 밀봉력을 약화시킨 것에 불과하므로, 반복적인 충방전 과정에서 밀봉력이 약화된 특정 부분을 통한 전지셀 내부로의 수분 침투 및 전해액의 누액이 우려된다는 문제점이 있다. However, this conventional technique merely weakens the sealing force to a specific portion of the sealing portion to which the high-pressure gas is discharged in order to discharge the high-pressure gas. Therefore, in the repeated charging / discharging process, There is a problem that moisture infiltration and electrolyte leakage may occur.
따라서, 수분의 침투 및 전해액의 누액 현상을 방지하면서도 예기치 못한 상황 전개로 인해 발생할 수 있는 고압 가스를 효율적으로 방출함으로써, 전지셀의 발화 내지 폭발이 발생하는 것을 미연에 방지하여, 전지의 수명 및 안정성을 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, it is possible to prevent the battery cells from igniting or exploding by efficiently discharging the high-pressure gas that may occur due to unexpected situation development while preventing water infiltration and leakage of the electrolytic solution, There is a high need for a technique capable of ensuring the quality of the product.
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-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지케이스의 실란트층의 적어도 일부가 열융착성 수지 보다 융점이 낮은 저융점 합금의 합금 벤팅부로 이루어져 있고, 상기 합금 벤팅부가 위치하는 부위에서 라미네이트 시트의 수직 단면 형상이 최외층의 고분자 수지, 차단층의 금속, 및 합금 벤팅부의 저융점 합금이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어짐으로써, 이차전지의 내부 단락, 과충전, 고온 노출 등의 비정상적인 작동시에 전극 표면의 부반응 내지 전해액 성분 일부가 기화하는 등의 이유로 발생되는 전지셀 내부의 고압 가스를 합금 벤팅부를 통해 효율적으로 방출함으로써, 전지에 대한 발화 내지 폭발의 위험성을 미연에 차단하여 안전성을 향상시키는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments. As described later, at least a part of the sealant layer of the battery case is composed of an alloy venting portion of a low melting point alloy having a melting point lower than that of the heat- The vertical cross-sectional shape of the laminate sheet at the position where the alloy venting portion is located is a structure in which the polymer resin of the outermost layer, the metal of the barrier layer, and the low melting point alloy of the alloy venting portion are sequentially laminated, The high voltage gas inside the battery cell, which is generated due to side reaction of the electrode surface or part of the electrolyte component vaporizes during abnormal operation such as high temperature exposure, is efficiently discharged through the alloy venting portion, thereby reducing the risk of ignition or explosion of the battery It is confirmed that the safety is improved by intercepting in advance, and the present invention is completed Groups reached.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전지셀은, According to an aspect of the present invention, there is provided a battery cell comprising:
파우치형 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고, 상기 전지케이스의 외주면이 열융착 실링되어 있는 전지셀로서, A battery cell in which an electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case and an outer circumferential surface of the battery case is sealed by heat sealing,
상기 전지케이스는 고분자 수지로 이루어진 최외층, 외부 물질의 유입을 차단하는 금속으로 이루어진 차단층, 및 열융착성 수지를 포함하는 실란트층 순서로 적층되어 있는 구조의 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체 수납부를 포함하고 있으며,The battery case is composed of a laminate sheet laminated in the order of an outermost layer made of a polymer resin, a barrier layer made of a metal that blocks the inflow of foreign substances, and a sealant layer containing a heat-sealable resin, ≪ / RTI >
상기 실란트층의 적어도 일부는 열융착성 수지 보다 융점이 낮은 저융점 합금의 합금 벤팅부로 이루어져 있고, 상기 합금 벤팅부가 위치하는 부위에서 라미네이트 시트의 수직 단면 형상은 최외층의 고분자 수지, 차단층의 금속, 및 합금 벤팅부의 저융점 합금이 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.Wherein at least a part of the sealant layer is made of an alloy venting portion of a low melting point alloy having a melting point lower than that of the heat-sealable resin, and a vertical sectional shape of the laminate sheet at a position where the alloy venting portion is located is formed of a polymer resin of the outermost layer, , And a low-melting-point alloy of an alloy venting portion are sequentially stacked.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 전지케이스의 실란트층의 적어도 일부가 열융착성 수지 보다 융점이 낮은 저융점 합금의 합금 벤팅부로 이루어져 있고, 상기 합금 벤팅부가 위치하는 부위에서 라미네이트 시트의 수직 단면 형상이 최외층의 고분자 수지, 차단층의 금속, 및 합금 벤팅부의 저융점 합금이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어질 경우, 이차전지의 내부 단락, 과충전, 고온 노출 등의 비정상적인 작동시에 전극 표면의 부반응 내지 전해액 성분 일부가 기화하는 등의 이유로 발생되는 전지셀 내부의 고압 가스를 합금 벤팅부를 통해 효율적으로 방출함으로써, 전지에 대한 발화 내지 폭발의 위험성을 미연에 차단하여 안전성을 향상시키는 효과를 발휘한다.Therefore, the battery cell according to the present invention is characterized in that at least a part of the sealant layer of the battery case is made of an alloy venting portion of a low melting point alloy having a melting point lower than that of the heat-sealable resin, When the shape is a structure in which the polymer resin of the outermost layer, the metal of the barrier layer, and the low-melting-point alloy of the alloy venting portion are sequentially stacked, in the abnormal operation of the secondary battery such as internal short circuit, overcharge, It is possible to effectively discharge the high-pressure gas inside the battery cell due to side reaction or vaporization of a part of the electrolytic solution component through the alloy venting portion, thereby preventing the risk of ignition or explosion of the battery, thereby improving safety .
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 라미네이트 시트로 이루어져 있는 상부 커버 및 하부 본체를 포함하고 있을 수 있고, 상세하게는 상기 상부 커버는 평면 시트형성으로 이루어질 수 있으며, 상기 하부 본체에는 전극조립체를 수용하는 수납부가 형성되어 있을 수 있고, 상기 전지케이스는 상부 커버와 하부 본체의 각각의 일측 단부가 서로 연결되어 있는 일체형일 수 있다.In one specific example, the battery case may include an upper cover and a lower body made of a laminate sheet, and more particularly, the upper cover may be formed as a flat sheet, and the lower body includes an electrode assembly And the battery case may be integrally formed with one end of each of the upper cover and the lower body being connected to each other.
하나의 구체적인 예에서, 상기 최외층의 고분자 수지는 ONy(연신 나일론) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 차단층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있으며, 상기 실란트층의 열융착성 수지는 폴리에틸렌 수지(polyethylene), 아이오노머 수지 및 CPP(무연신 폴리프로필렌)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In one specific example, the polymer resin of the outermost layer may include at least one selected from the group consisting of ONy (stretched nylon) and polyethylene terephthalate (PET), and the blocking layer may be made of aluminum or an aluminum alloy And the heat sealable resin of the sealant layer may include at least one selected from the group consisting of polyethylene resin, ionomer resin and CPP (unleaded polypropylene).
하나의 구체적인 예에서, 상기 열융착성 수지는 용융점이 섭씨 130도 이상 내지 섭씨 180도 이하일 수 있고, 상세하게는 섭씨 160도 내지 섭씨 170도일 수 있으며, 더욱 상세하게는 섭씨 165도일 수 있다.In one specific example, the heat-sealable resin may have a melting point of from 130 degrees Celsius to 180 degrees Celsius, more specifically from 160 degrees Celsius to 170 degrees Celsius, and more specifically, 165 degrees Celsius.
한편, 종래기술의 파우치형 전지셀 분야에서, 과열 등으로 인해 전지 내부에 발생된 가스를 외부로 배출하기 위한 기술로 전지케이스의 라미네이트 시트의 상하 실란트층들 사이에 융점이 낮은 칩 모양의 합금이 삽입된 구조가 개시된 바 있다.Meanwhile, in the prior art pouch-shaped battery cell field, a technique for discharging gas generated inside the battery due to overheating to the outside, a chip-shaped alloy having a low melting point between the upper and lower sealant layers of the laminate sheet of the battery case The inserted structure has been disclosed.
그러나, 종래기술의 상하 실란트층들 사이에 융점이 낮은 칩 모양의 합금이 삽입되어 있는 구조는 가스가 배출될 수 있는 온도를 제어하기 매우 까다로운 어려운 문제점이 있다. 즉, 상하층의 실란트층들 사이에 위치한 저융점 합금이 설정된 온도에서 용융되더라도, 가스 배출이 일어나기 위해서는 결국 용융접합된 상하 실란트층들이 분리 되어야 하는 바, 예를 들어, 가스 배출이 일어나는 섭씨 127도에 가까운 융점을 가진 합금을 사용하더라도, 실란트층들이 분리가 일어날 수 있도록 가스가 다량 발생되어 전지 내압이 소정압력까지 커질 때, 가스 배출이 일어날 수 있으므로, 설정된 온도에서 가스 배출이 일어나도록 제어하기 어려운 문제점이 있다.However, in the structure in which a chip-shaped alloy having a low melting point is inserted between the upper and lower sealant layers of the prior art, it is very difficult to control the temperature at which the gas can be discharged. That is, even if the low melting point alloy located between the upper and lower sealant layers is melted at a predetermined temperature, the melt-bonded upper and lower sealant layers must be separated in order to discharge gas. For example, Even if an alloy having a melting point close to that of the sealant layer is used, gas discharge may occur when a large amount of gas is generated so that the sealant layers can be separated and the internal pressure of the cell is increased to a predetermined pressure. There is a problem.
반면에, 본 발명은 가스가 발생되는 특정 온도에서 가스 배출이 이루어질 수 있도록, 실란트층의 일부를 열융착성 수지 보다 융점이 낮은 저융점 합금의 합금 벤팅부로 대체함으로써, 가스가 발생되는 특정 온도에서 저융점 합금이 용융되고, 용융된 합금 벤팅부의 접합이 해지되면서 내부 가스의 배출이 이루어질 수 있다. 결론적으로, 본 발명의 전지셀은 종래기술 보다 온도 신뢰성이 우수하다.On the other hand, the present invention replaces a portion of the sealant layer with an alloy venting portion of a low melting point alloy having a melting point lower than that of the heat-sealable resin, so that gas can be discharged at a specific temperature at which the gas is generated. The melting point of the low melting point alloy is melted and the bonding of the melted alloy venting portion is released, so that the internal gas can be discharged. In conclusion, the battery cell of the present invention is superior in temperature reliability to the prior art.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 저융점 합금이 섭씨 94도 이상 내지 섭씨 130도 미만의 융점을 가진 합금일 수 있고, 구체적으로, 상기 저융점 합금은 원소 Bi, Pb, Si, Sn, Zn, 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 둘 이상의 원소들을 포함하고 있을 수 있다.Accordingly, the battery cell according to the present invention may be an alloy having a melting point of 94 ° C. or more and less than 130 ° C., and the low melting point alloy may be an element Bi, Pb, Si, Sn, Zn , And In may be included.
더욱 구체적으로, 상기 저융점 합금은 원소 Bi 및 Pb로 이루어져 있을 수 있고, 상기 원소 Bi : Pb의 함량 비율은 50 : 50 내지 60 : 40일 수 있으며, 더욱 상세하게는 55.5 : 44.5일 수 있고, 이때 저융점 합금의 융점은 섭씨 124도일 수 있다.More specifically, the low melting point alloy may be composed of the elements Bi and Pb, the content ratio of the element Bi: Pb may be 50:50 to 60:40, more specifically 55.5: 44.5, The melting point of the low melting point alloy may be 124 deg.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 저융점 합금은 원소 Pb, Sn 및 Bi로 이루어져 있을 수 있고, 상기 원소 Pb : Sn : Bi의 함량 비율은 25 : 25 : 50 내지 28 : 22 : 50일 수 있으며, 이때 저융점 합금의 융점은 섭씨 94도 내지 98도일 수 있다.In another specific example, the low melting point alloy may be composed of the elements Pb, Sn and Bi, and the content ratio of the element Pb: Sn: Bi may be 25: 25: 50 to 28: 22: 50 , Wherein the melting point of the low melting point alloy can be from 94 to 98 degrees Celsius.
하나의 구체적인 예에서, 상기 합금 벤팅부의 형성 면적은, 열융착 이전에 실란층을 평면상으로 보았을 때, 전극조립체 수납부의 외주면인 실링 예정부위의 전체 면적을 기준으로 50% 이상으로 형성될 수 있고, 더욱 상세하게는 전극조립체 수납부의 외주면인 실링 예정부위의 전체 면적을 기준으로 80% 내지 95%로 형성될 수 있다. 또한, 상기 합금 벤팅부는 실란트층의 외주 단부로부터 전극조립체 수납부 쪽으로 연장 형성되어 있는 구조일 수 있다.In one specific example, the forming area of the alloy venting portion may be formed to be 50% or more based on the total area of the sealing planned portion, which is the outer circumferential surface of the electrode assembly receiving portion, when the silane layer is viewed in a plan view before the heat fusion And more specifically may be formed to be 80% to 95% based on the total area of the sealing planned portion which is the outer circumferential surface of the electrode assembly receiving portion. In addition, the alloy venting portion may be formed so as to extend from the outer peripheral end of the sealant layer toward the electrode assembly receiving portion.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 합금 벤팅부는, 열융착 이전에 실란층을 평면상으로 보았을 때, 전극조립체 수납부의 외주면인 실링 예정부위의 전반에 형성되어 있는 구조일 수 있다.In another specific example, the alloy venting portion may be formed in the entirety of the sealing planned portion, which is the outer circumferential surface of the electrode assembly receiving portion, when the silane layer is viewed in a plan view before the heat fusion.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 합금 벤팅부는 전극조립체 수납부의 외주면의 전체 외주 길이의 5% 내지 30% 범위에 연속하여 형성된 구조일 수 있다. 이때, 상기 합금 벤팅부는 평면상으로 전극조립체 수납부의 외주면인 실링 예정부위의 폭 방향으로 전반에 형성되어 있는 구조일 수 있다. In another specific example, the alloy venting portion may be a structure formed continuously in a range of 5% to 30% of the entire peripheral length of the outer circumferential surface of the electrode assembly receiving portion. At this time, the alloy venting portion may be formed in a plane in the width direction of a portion to be sealed, which is an outer circumferential surface of the electrode assembly receiving portion.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 합금 벤팅부는 양극리드와 음극리드 사이에 대응하는 위치의 전지케이스의 일측 단부에 연속하여 형성되어 있는 구조일 수 있다.In another specific example, the alloy venting portion may be a structure formed continuously to one side end of the battery case at a corresponding position between the positive electrode lead and the negative electrode lead.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 합금 벤팅부는 양극리드와 음극리드가 각각 형성되어 있는 전지케이스의 일측 단부로부터 수직으로 연장되어 있는 전지케이스의 일측 단부에 위치하는 구조일 수 있다.In yet another specific example, the alloy venting portion may be located at one end of the battery case extending vertically from one end of the battery case in which the positive electrode lead and the negative electrode lead are respectively formed.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery pack comprising the battery cell.
본 발명은, 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다. 구체적으로, 디바이스는 예를 들어, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 웨어러블 전자기기, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The present invention also provides a device including the battery pack as a power source. Specifically, the device can be, for example, a mobile phone, a portable computer, a wearable electronic device, a tablet PC, a smart pad, a netbook, a LEV (Light Electronic Vehicle), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, And a storage device.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The structure and manufacturing method of such a device are well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.
이상의 설명과 같이, 본 발명의 전지셀은, 전지케이스의 실란트층의 적어도 일부가 열융착성 수지 보다 융점이 낮은 저융점 합금의 합금 벤팅부로 이루어져 있고, 상기 합금 벤팅부가 위치하는 부위에서 라미네이트 시트의 수직 단면 형상이 최외층의 고분자 수지, 차단층의 금속, 및 합금 벤팅부의 저융점 합금이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 형성 됨으로써, 이차전지의 내부 단락, 과충전, 고온 노출 등의 비정상적인 작동시에 전극 표면의 부반응 내지 전해액 성분 일부가 기화하는 등의 이유로 발생되는 전지셀 내부의 고압 가스를 합금 벤팅부를 통해 효율적으로 방출함으로써, 전지에 대한 발화 내지 폭발의 위험성을 미연에 차단하여 안전성을 향상시키는 효과를 발휘한다.As described above, in the battery cell of the present invention, at least a part of the sealant layer of the battery case is made of an alloy venting portion of a low melting point alloy having a melting point lower than that of the heat-sealable resin, and a portion of the laminate sheet The vertical cross section is formed in a structure in which the polymer resin in the outermost layer, the metal in the barrier layer, and the low melting point alloy of the alloy venting section are sequentially stacked. Thus, in the abnormal operation of the secondary battery such as internal short circuit, overcharge, It is possible to efficiently discharge the high-pressure gas inside the battery cell due to side reaction of the surface or vaporization of a part of the electrolyte components, thereby effectively preventing the ignition or explosion of the battery from being ignited, I will exert.
도 1은 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조를 나타낸 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 합금 벤팅부가 형성된 전지셀을 나타낸 모식적인 평면도이다;
도 3은 도 2의 전지셀의 일부분을 나타낸 모식적인 단면도이다;
도 4는 도 2의 전지셀을 나타낸 모식적 단면도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 합금 벤팅부가 형성된 전지셀을 나타낸 모식적인 평면도이다;
도 6은 도 5의 전지셀의 일부분을 나타낸 모식적인 단면도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀을 나타낸 모식적인 평면도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀을 나타낸 모식적인 평면도이다.1 is an exploded perspective view showing a general structure of a typical pouch type secondary battery of the related art;
2 is a schematic plan view showing a battery cell having an alloy venting part according to one embodiment of the present invention;
3 is a schematic cross-sectional view showing a part of the battery cell of FIG. 2;
4 is a schematic cross-sectional view of the battery cell of FIG. 2;
5 is a schematic plan view showing a battery cell having an alloy venting portion according to another embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a part of the battery cell of FIG. 5; FIG.
7 is a schematic plan view showing a battery cell according to another embodiment of the present invention;
8 is a schematic plan view showing a battery cell according to another embodiment of the present invention.
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, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 합금 벤팅부가 형성된 전지셀의 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 전지셀의 일부분을 나타낸 단면도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 4에는 도 2의 전지셀을 나타낸 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 2 is a schematic plan view of a battery cell having an alloy venting portion according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a portion of the battery cell of FIG. 4 schematically shows a cross-sectional view of the battery cell of Fig. 2.
도 2를 참조하면, 본 발명의 전지셀(100A)는 파우치형 전지케이스(110)에 전극조립체(도시하지 않음)가 내장되어 있고, 전지케이스(110)의 외주면이 열융착 실링되어 실링부(125)가 형성되어 있다. 2, an electrode assembly (not shown) is embedded in a pouch-
도 3을 참조하면, 이러한 전지케이스(110)는 고분자 수지로 이루어진 최외층들(130, 131), 외부 물질의 유입을 차단하는 금속으로 이루어진 차단층들(132, 133), 및 열융착성 수지(144)를 포함하는 실란트층들(134, 135) 순서로 적층되어 있는 구조의 라미네이트 시트로 이루어져 있다.3, the
이러한 실란트층들(134, 135)의 적어도 일부는 열융착성 수지(144) 보다 융점이 낮은 저융점 합금의 합금 벤팅부(200)로 이루어져 있고, 합금 벤팅부(200)가 위치하는 부위에서 라미네이트 시트의 수직 단면 형상은 최외층들(130, 131)의 고분자 수지, 차단층들(132, 133)의 금속, 및 합금 벤팅부(200)의 저융점 합금이 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가지고 있다.At least a part of the sealant layers 134 and 135 is composed of an
따라서, 본 발명의 전지셀(100A)은 이차전지의 내부 단락, 과충전, 고온 노출 등의 비정상적인 작동시, 전지의 발열 현상이 심해짐에 따라 실란트층들(134, 135) 보다 먼저 저융점 합금으로 이루어진 합금 벤팅부(200)가 용융되고, 전극 표면의 부반응 내지 전해액 성분 일부가 기화하는 등의 이유로 발생된 고압 가스의 내압에 의해 용융된 합금 벤팅부의 접합이 분리되면서 발생된 가스가 배출된다.Therefore, the
도 4를 참조하면, 전지케이스(110)는 라미네이트 시트로 이루어져 있는 상부 커버(116) 및 하부 본체(117)를 포함하고 있고, 이때 상부 커버(116)는 평면 시트형상으로 이루어져 있으며, 하부 본체(117)에는 전극조립체(220)를 수용하는 수납부(115)가 형성되어 있다.Referring to FIG. 4, the
다시 도 3을 참조하면, 도 3의 전지케이스(100)의 최외층들(130, 131)의 고분자 수지는 ONy(연신 나일론)이고, 차단층들(132, 133)은 알루미늄으로 이루어져 있으며, 실란트층들(134, 135)의 열융착성 수지는 CPP(무연신 폴리프로필렌)로 이루어져 있다. 이때, CPP(무연신 폴리프로필렌)의 용융점은 섭씨 165도이다.3, the polymer resin of the
또한, 실란트층들(134, 135)에 형성된 합금 벤팅부(200)의 저융점 합금은 원소 Bi 및 Pb로 이루어져 있고, 원소 Bi : Pb의 함량 비율은 55.5 : 44.5이며, 이러한 저융점 합금의 융점은 섭씨 124도이다.The low melting point alloy of the
도 2의 전지셀(100A)의 합금 벤팅부(200)는, 열융착 이전에 실란층(134)을 평면상으로 보았을 때, 전극조립체 수납부(115)의 외주면인 실링 예정부위(160)의 전반(Y)에 형성되어 있다.The
이러한 구조로 인해, 가스가 발생되는 특정 온도에서 저융점 합금이 용융되고, 용융된 합금 벤팅부의 접합이 분리되면서 내부 가스의 배출이 이루어질 수 있다.With this structure, the low melting point alloy is melted at a specific temperature at which the gas is generated, and the discharge of the internal gas can be performed while the bonding of the molten alloy venting portion is separated.
도 5에는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 합금 벤팅부가 형성된 전지셀을 나타낸 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 전지셀의 일부분을 나타낸 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.5 is a plan view schematically showing a battery cell having an alloy venting portion according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a portion of the battery cell of FIG. 5 have.
도 5와 도 6을 함께 참조하면, 전지셀(100B)은 합금 벤팅부(200)의 형성 면적(A1)은, 열융착 이전에 실란트층(134)을 평면상으로 보았을 때, 전극조립체 수납부(115)의 외주면인 실링 예정부위(P)의 전체 면적(A2)을 기준으로 50%로 형성되어 있고, 또한, 합금 벤팅부(200)는 실란트층들(134, 135)의 외주 단부로부터 전극조립체 수납부(115) 쪽으로 연장 형성되어 있다.5 and 6, the area A 1 of the
이때, 합금 벤팅부(200B)의 저융점 합금은 원소 Pb, Sn 및 Bi로 이루어져 있고, 원소 Pb : Sn : Bi의 함량 비율은 28 : 22 : 50이며, 이때 저융점 합금의 융점은 섭씨 100도이다.At this time, the low melting point alloy of the
도 7에는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀을 나타낸 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.7 is a plan view schematically showing a battery cell according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 전지셀(100C)의 합금 벤팅부(200C)는 전극조립체 수납부(115)의 외주면의 전체 외주 길이(S)의 5% 내지 30% 범위에 연속하여 형성되어 있고, 이때, 합금 벤팅부(200C)는 평면상으로 전극조립체 수납부(115)의 외주면인 실링 예정부위의 폭 방향(W)으로 전반에 형성되어 있으며, 또한, 합금 벤팅부(200C)는 양극리드(112)와 음극리드(113) 사이에 대응하는 위치의 전지케이스(110)의 일측 단부에 연속하여 형성되어 있다.7, the
도 8은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀을 나타낸 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.8 is a plan view schematically showing a battery cell according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 전지셀(100D)의 합금 벤팅부(200D)는 양극리드(112)와 음극리드(113)가 각각 형성되어 있는 전지케이스(110)의 일측 단부(114)로부터 수직으로 연장되어 있는 전지케이스(110)의 일측 단부(119)에 위치하고 있다.8, the
이러한 도 7 및 도 8의 전지셀들(100C, 100D)은 가스 배출이 필요한 특정 위치에 합금 벤팅부들(200C, 200D)을 형성시킴으로써, 전지셀의 작동이상으로 인해 발열이 심해질 경우, 실란트층이 용융되는 온도 보다 낮은 온도에서 합금 벤팅부가 용융됨으로써, 용융된 합금 벤팅부의 결합이 분리되면서 발생된 가스를 배출할 수 있다.The
앞서 도면을 참조하여 설명하였듯이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전지케이스의 실란트층의 적어도 일부가 열융착성 수지 보다 융점이 낮은 저융점 합금의 합금 벤팅부로 이루어져 있고, 합금 벤팅부가 위치하는 부위에서 라미네이트 시트의 수직 단면 형상이 최외층의 고분자 수지, 차단층의 금속, 및 합금 벤팅부의 저융점 합금이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어질 경우, 이차전지의 내부 단락, 과충전, 고온 노출 등의 비정상적인 작동시에 전극 표면의 부반응 내지 전해액 성분 일부가 기화하는 등의 이유로 발생되는 전지셀 내부의 고압 가스를 합금 벤팅부를 통해 효율적으로 방출함으로써, 전지에 대한 발화 내지 폭발의 위험성을 미연에 차단하여 안전성을 향상시키는 효과를 발휘한다.As described above with reference to the drawings, the battery cell according to the present invention is characterized in that at least a part of the sealant layer of the battery case is composed of an alloy venting portion of a low melting point alloy having a melting point lower than that of the heat- When the vertical cross-sectional shape of the laminate sheet is a structure in which the polymer resin of the outermost layer, the metal of the barrier layer, and the low melting point alloy of the alloy venting portion are sequentially laminated, abnormal operation such as internal short circuit, overcharging, The high voltage gas inside the battery cell, which is generated due to side reaction of the electrode surface or vaporization of a part of the electrolytic solution component, is efficiently discharged through the alloy venting portion, thereby improving the safety by preventing the ignition or explosion of the battery from occurring. Effect.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
Claims (21)
상기 전지케이스는 고분자 수지로 이루어진 최외층, 외부 물질의 유입을 차단하는 금속으로 이루어진 차단층, 및 열융착성 수지를 포함하는 실란트층 순서로 적층되어 있는 구조의 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체 수납부를 포함하고 있으며,
상기 실란트층의 적어도 일부는 열융착성 수지 보다 융점이 낮은 저융점 합금의 합금 벤팅부로 이루어져 있고, 상기 합금 벤팅부가 위치하는 부위에서 라미네이트 시트의 수직 단면 형상은 최외층의 고분자 수지, 차단층의 금속, 및 합금 벤팅부의 저융점 합금이 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전지셀.A battery cell in which an electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case and an outer circumferential surface of the battery case is sealed by heat sealing,
The battery case is composed of a laminate sheet laminated in the order of an outermost layer made of a polymer resin, a barrier layer made of a metal that blocks the inflow of foreign materials, and a sealant layer containing a heat-sealable resin, ≪ / RTI >
Wherein at least a part of the sealant layer is composed of an alloy venting portion of a low melting point alloy having a melting point lower than that of the heat-sealable resin, and the vertical sectional shape of the laminate sheet at the position where the alloy venting portion is located is a metal resin of the outermost layer, , And a low-melting-point alloy of an alloy venting portion are laminated in this order.
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