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KR20220147048A - 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈 Download PDF

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Publication number
KR20220147048A
KR20220147048A KR1020220051687A KR20220051687A KR20220147048A KR 20220147048 A KR20220147048 A KR 20220147048A KR 1020220051687 A KR1020220051687 A KR 1020220051687A KR 20220051687 A KR20220051687 A KR 20220051687A KR 20220147048 A KR20220147048 A KR 20220147048A
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KR
South Korea
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gas discharge
layer
discharge unit
battery cell
sealing
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Application number
KR1020220051687A
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English (en)
Inventor
임훈희
김상훈
강민형
송대웅
유형균
황수지
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀은, 전극 조립체가 수납부에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지 케이스; 및 상기 실링부에 삽입되되, 상기 실링부와 함께 융착되는 가스 배출부를 포함하고, 상기 가스 배출부는 제1 층 및 제2 층을 포함하되, 제1 경계선을 기준으로 접힌 구조를 가지고, 상기 가스 배출부는 상기 전지 케이스 내부를 향해 개방되어 있고, 상기 제1 층은 상기 가스 배출부의 외면이 되어, 상기 제1 층과 상기 실링부가 서로 접한다.

Description

전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈 {BATTERY CELL AND BATTERY MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전지 셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상되면서, 전지 셀 내부에 유입되는 수분의 침투를 억제하는 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
이러한 이차 전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 여기서, 전지케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중에서도, 특히 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조 비용, 작은 중량, 용이한 변형 형태 등을 이유로 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
그러나, 최근 전지 셀의 에너지 밀도가 증가함에 따라, 전지 셀 내부에서 발생하는 가스량 또한 증가되는 문제가 있다. 특히, 전지 셀 내부에서 발생된 가스가 용이하게 배출되지 않는 경우, 전지 셀은 가스 발생으로 인해 벤팅 현상이 발생될 수 있다. 다만, 전지 셀이 가스 배출을 위해 별도의 벤팅부를 포함하는 경우에도, 상기 벤팅부를 통해 수분이 전지 셀 내부로 침투할 수 있어, 이에 따른 부반응으로 인해 전지 셀의 전지 성능 저하 및 추가적인 가스 발생 또한 초래되는 문제가 있다. 이에 따라, 전지 셀 내부에서 발생된 가스의 외부 배출량이 향상되면서도, 전지 셀 외부의 수분이 내부로 침투되는 것이 방지되는 전지 셀을 개발할 필요성이 높아지고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지 셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상되면서, 전지 셀 내부에 유입되는 수분의 침투가 억제되는 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀은, 전극 조립체가 수납부에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지 케이스; 및 상기 실링부에 삽입되되, 상기 실링부와 함께 융착되는 가스 배출부를 포함하고, 상기 가스 배출부는 제1 층 및 제2 층을 포함하되, 제1 경계선을 기준으로 접힌 구조를 가지고, 상기 가스 배출부는 상기 전지 케이스 내부를 향해 개방되어 있고, 상기 제1 층은 상기 가스 배출부의 외면이 되어, 상기 제1 층과 상기 실링부가 서로 접한다.
상기 제1 경계선은 상기 가스 배출부의 폭 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 가스 배출부에서, 상기 제1 경계선을 기준으로 양단에 위치한 제1 단부 및 제2 단부가 각각 제2 경계선을 기준으로 상기 가스 배출부의 내측을 향해 접혀 있을 수 있다.
상기 제2 경계선은 상기 제1 경계선을 교차하는 대각 방향일 수 있다.
상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 상기 실링부의 내측에 인접하게 위치할 수 있다.
상기 가스 배출부의 중심부에 형성된 제3 단부는 상기 실링부의 외측에 돌출되어 있을 수 있다.
상기 제2 경계선에 의해 접힌 상기 가스 배출부의 외측 단부인 제4 단부는 상기 실링부 상에 위치할 수 있다.
상기 전극 조립체에 포함된 전극 탭과 전기적으로 연결되되, 상기 실링부를 경유하여 상기 전지 케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드; 및 상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름을 포함하고, 상기 실링부 중 상기 전극 리드가 위치하는 않는 모서리에 상기 가스 배출부가 위치할 수 있다.
상기 제1 층은 폴리올레핀 계열의 소재, 에폭시, 및 폴리염화비닐(PVC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 층은 불소 계열의 소재를 포함할 수 있다.
상기 가스 배출부는 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에 위치하는 수분 흡수층을 더 포함할 수 있다.
상기 수분 흡수층은 게터(getter) 소재를 포함할 수 있다.
상기 게터 소재는 산화칼슘(CaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 산화 바륨(BaO), 바륨(Ba), 및 칼슘(Ca) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 게터 소재는 금속유기골격체(MOF, Metal Organic Framework)의 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 전지 셀을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 다층 구조를 가지되, 소정의 경계선을 기준으로 접혀 있는 구조의 가스 배출부를 포함하는 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하여, 전지 셀 내부에 발생된 가스의 외부 배출량이 향상되고, 전지 셀 내부에 유입되는 수분의 침투가 억제될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 가스 배출부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 가스 배출부의 접혀 있는 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 a-a' 축을 따라 자른 단면 중 일부를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 b-b' 축을 따라 자른 단면 중 일부를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스 배출부의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀은(100), 전극 조립체(110)가 수납부(210)에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부(250)를 포함하는 전지 케이스(200); 및 실링부(250)에 삽입되되, 실링부(250)와 함께 융착되는 가스 배출부(500)를 포함한다. 상기 실링부(250)는 열 또는 레이저 등에 의해 밀봉될 수 있다. 또한, 상기 실링부(250)와 가스 배출부(500)는 열 또는 레이저 등에 의해 융착될 수 있다.
전지 케이스(200)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다. 보다 구체적으로, 전지 케이스(200)는 라미네이트 시트로 이루어져 있되, 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 및 밀봉을 위한 내측 수지층으로 구성될 수 있다.
전극 조립체(110)는 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 또는 복합형(스택/폴딩형)의 구조로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체(110)는 양극, 음극, 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어질 수 있다.
전극 리드(300)는 전극 조립체(110)에 포함된 전극 탭(미도시됨)과 전기적으로 연결되되, 실링부(250)를 경유하여 전지 케이스(200)의 외측 방향으로 돌출되어 있다. 또한, 리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 실링부(250)에 대응되는 부분에 위치한다. 이에 따라, 리드 필름(400)은 융착 시 전극 리드(300)에서 쇼트가 발생하는 것을 방지하면서도, 실링부(250)와 전극 리드(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
리드 필름(400)은 전극 리드(300) 보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 리드 필름(400)은 실링부(250)의 길이보다 큰 길이를 가지되, 전극 리드(300)의 길이보다 작은 길이를 가질 수 있다. 이에 따라, 리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 전기적 연결을 방해하지 않으면서도, 전극 리드(300)의 측면이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 본 명세서에서, 상기 리드 필름(400)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향과 수직인 방향을 기준으로 리드 필름(400)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭하고, 상기 전극 리드(300)의 폭은 전극 리드(300)의 돌출 방향과 수직인 방향을 기준으로 전극 리드(300)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭한다. 상기 리드 필름(400)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로 리드 필름(400)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭하고, 실링부(250)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로 실링부(250)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭한다. 전극 리드(300)의 길이는 전극 리드(300)의 돌출 방향을 기준으로 전극 리드(300)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭한다.,
가스 배출부(500)는 실링부(250) 중 적어도 일부에 삽입되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1과 같이, 가스 배출부(500)는 실링부(250)에서 전극 리드(300)가 위치하지 않는 외주변에 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 가스 배출부(500)는 전극 조립체(110)의 측면에 인접한 실링부(250)에 삽입되어 있을 수 있다. 이에 따라, 가스 배출부(500)는 전극 리드(300)의 전기적 연결을 방해하지 않으면서도, 가스 배출부(500)에 의한 가스 배출 경로를 충분히 확보할 수 있다.
다른 일 예로, 도면에 구체적으로 도시하지는 않았으나, 가스 배출부(500)는 실링부(250)에서 전극 리드(300)가 위치하는 외주변에 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 가스 배출부(500)는 전극 리드(300)와 동일한 외주변에 위치하되, 전극 리드(300)와 이격되어 위치할 수 있다. 이에 따라, 가스 배출부(500)는 전극 리드(300)와 동일한 방향으로 돌출되어 있어, 전지 셀(100)의 공간 효율성을 보다 높일 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 가스 배출부(500)에 대해서 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 도 1의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1의 가스 배출부의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4는 도 1의 가스 배출부의 접혀 있는 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 가스 배출부(500)는 제1 층(510) 및 제2 층(550)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 가스 배출부(500)는 제1 층(510) 및 제2 층(550)이 적층되어 있는 필름으로 이루어질 수 있다.
여기서, 제1 층(510)은 융착에 의해 접착이 가능한 접착층일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 층(510)은 폴리올레핀 계열의 소재, 에폭시, 및 폴리염화비닐(PVC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 폴리올레핀 계열의 소재는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등일 수 있다.
또한, 제2 층(550)은 융착에 의해 접착이 불가능한 비접착층일 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 층(550)은 불소 계열의 소재를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 불소 계열의 소재는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리메틸펜텐(TPX) 등일 수 있다.
이에 따라, 도 2 및 4와 같이, 가스 배출부(500)는 제1 층(510)이 가스 배출부(500)의 외면이 되도록 접혀 있는 구조를 가져, 제1 층(510)은 실링부(250)와 함께 융착되어 서로 접착되어 있을 수 있다. 이와 달리, 제2 층(550)은 가스 배출부(500)의 내면이 되도록 접혀 있되, 서로 대면하는 제2 층(550)이 서로 융착되지 않아, 가스 배출부(500)의 내부는 가스 배출 통로가 될 수 있다.
상기 제2층(550)은 상기 제1층(510)과 제2층(550) 사이에 접착소재를 구비하거나 제1층(510)과 함께 압출될 수 있다. 상기 접착소재는 아크릴 계열을 포함할 수 있다.
전지 내부에서 가스가 발생하여 전지 내부의 압력이 증가하면서, 서로 대면하고 있는 제2층(550) 간의 계면으로 가스가 유입되어 제2층(550) 간에 공간이 형성될 수 있다. 이렇게 유입된 가스로 인해 가스 배출부(500) 내부의 공간과 전지 외부와의 압력 차이가 발생할 수 있어, 이러한 압력 차이가 가스의 추진력(driving force)으로 작용하여 가스 배출부(500) 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있다.
본 명세서에서, 가스 투과도는 ASTM F2476-20으로 측정할 수 있다.
상기 제2층(550)의 가스 투과도는 60℃에서 1.6 e5 내지 1.6 e7 barrer일 수 있다. 예컨대, 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다. 또한, 제2층(550)의 두께 200 ㎛ 기준으로 가스 투과도가 60℃에서 전술한 범위를 만족할 수 있다. 상기 제2층(550)의 가스 투과도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지셀 내부에서 발생하는 가스가 배출되기 더욱 효과적일 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 4(a)는 제1 층(510) 및 제2 층(550)이 적층되어 있는 필름의 상면을 기준으로, 가스 배출부(500)가 접히는 경계선을 표시한 도면이다. 도 4(b)는 가스 배출부(500)가 도 4(a)의 경계선을 따라 접혀 있는 구조를 나타내는 도면이다. 다만, 도 4에서는 제1 층(510)을 중심으로 도시되어 있으나, 도 4(a)의 하면에 위치하는 제2 층(550)이 생략되어 있으며, 도 4(b)의 가스 배출부(500) 내면에 위치하는 제2 층(550)이 생략되어 있다.
도 2 및 도 4(a)를 참조하면, 가스 배출부(500)는 제1 경계선(A-A')을 기준으로 접힌 구조를 가질 수 있다. 제1 경계선(A-A')은 가스 배출부(500)의 폭 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 본 명세서에서, 상기 가스 배출부(500)의 폭 방향은 실링부(250)의 길이 방향을 지칭한다. 보다 구체적으로, 도 4(a)와 같이, 제1 경계선(A-A')은 수평 방향을 기준으로 제1 층(510) 및 제2 층(550)이 적층되어 있는 필름의 중심선일 수 있다.
이에 따라, 가스 배출부(500)는 제1 경계선(A-A')을 기준으로 접혀 있어, 제1 층(510)이 가스 배출부(500)의 상하면을 형성할 수 있다. 즉, 가스 배출부(500)의 상하면에 위치한 제1 층(510)으로 인해 가스 배출부(500)와 실링부(250) 사이의 실링 정도가 향상될 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 가스 배출부(500)는 제1 경계선(A-A')을 기준으로 양단에 위치한 제1 단부(500a) 및 제2 단부(500b)가 각각 제2 경계선(B1-B1', B2-B2')을 기준으로 가스 배출부(500)의 내측을 향해 접혀 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4(a)와 같이, 제2 경계선(B1-B1', B2-B2')은 제1 경계선(A-A')을 교차하는 대각 방향일 수 있다.
또한, 가스 배출부(500)에서 제1 단부(500a) 및 제2 단부(500b)는 실링부(250) 내에 위치할 수 있다. 일 예로, 도 2와 같이, 가스 배출부(500)에서, 제1 단부(500a) 및 제2 단부(500b)는 실링부(250)의 내측에 인접하게 위치할 수 있다. 상기 실링부(250)의 내측은 실링부(250)의 단부 중 전극 조립체에 가까운 단부를 지칭한다.
또한, 가스 배출부(500)는 제2 경계선(B1-B1', B2-B2')의 각도를 조절하여, 제1 단부(500a) 및 제2 단부(500b)의 위치를 조절할 수 있다. 예컨대, 제2 경계선(B1-B1', B2-B2')의 각도가 45° 미만일 수 있다. 상기 제2 경계선(B1-B1', B2-B2')의 각도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 가스 이동 통로를 확보하기 보다 용이할 수 있다.
또한, 가스 배출부(500)는 실링부(250)에 삽입되는 위치에 따라, 제1 단부(500a) 및 제2 단부(500b)의 위치를 조절할 수 있다. 도 2를 참조하면, 상기 제2 경계선에 의해 접힌 상기 가스 배출부의 외측 단부인 제4 단부(500d)가 실링부(250) 상에 위치할 수 있다. 즉, 제4 단부(500d)가 실링부(250)의 외측과 내측 사이에 위치할 수 있다. 여기서, 실링부(250)의 외측은 실링부(250)의 단부 중 전지 외부 방향의 단부를 지칭한다. 제4 단부(500d)가 실링부(250) 상에 위치하는 경우, 가스 배출부(500)를 실링부(250) 상에 고정시키기 더욱 용이할 수 있다.
이에 따라, 가스 배출부(500)는 제2 경계선(B1-B1', B2-B2')을 기준으로 접혀 있어, 제1 층(510)이 가스 배출부(500)의 측면을 형성할 수 있다. 즉, 가스 배출부(500)의 양측면에 위치한 제1 층으로 인해 가스 배출부(500)와 실링부(250) 사이의 실링 정도가 더욱 향상될 수 있다.
이와 더불어, 제2 층(550)이 외부에 노출되지 않게 할 수 있어, 전지 셀(100) 외부의 수분이 내부로 침투되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 본 발명의 가스 배출부(500)는 소정의 경계선으로 접혀 있는 구조를 가지는 점에서, 상대적으로 제조 공정 또한 용이할 수 있다.
상기 제1층(510)의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g, 또는 0.02 내지 0.04 g, 또는 0.06 g 또는 0.15 g일 수 있다. 상기 제1층(510)의 수분 침투량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 가스 배출부(500)로부터 유입되는 수분의 침투를 방지하기 더욱 효과적일 수 있다.
본 명세서에서, 수분 침투량은 ASTM F 1249 방식을 채택하여 측정할 수 있다. 이 때, MCOON사에서 공식인증된 장비를 사용하여 측정할 수 있다.
다만, 본 발명의 가스 배출부(500)가 도 4와 같이 접히는 구조 이외에도 제2 층(550)이 외부로 노출되지 않을 수 있는 방식으로 접히는 구조라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
도 5는 도 2의 a-a' 축을 따라 자른 단면 중 일부를 나타내는 도면이다. 도 6은 도 2의 b-b' 축을 따라 자른 단면 중 일부를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에서, 가스 배출부(500)는 전지 케이스(200) 내부를 향해 개방되어 있고, 제1 층(510)은 가스 배출부(500)의 외면이 되어, 제1 층(510)과 실링부(250)가 서로 접할 수 있다. 또한, 제2 층(550)은 가스 배출부(500)의 내면이 되되, 제2 층(550) 사이에 가스 배출 통로(570)가 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 가스 배출부(500)는 제2 층(550) 사이에 형성된 가스 배출 통로(570)에 전지 셀(100) 내부의 가스가 유입될 수 있고, 가스 배출 통로(570)에 유입된 가스는 외부와의 압력 차이에 따라 외부를 향해 배출될 수 있다.
가스 배출부(500)의 중심부에 형성된 제3 단부(500c)는 실링부(250)의 외측에 돌출되어 있을 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 제3 단부(500c)의 위치에 따라 가스 배출 통로(570)에 유입된 가스의 배출 정도를 조절할 수 있다. 일 예로, 제3 단부(500c)가 실링부(250)의 외측에 인접하게 위치하는 경우, 가스 배출 통로(570)에 유입된 가스가 외부로 배출될 수 있는 면적이 상대적으로 작아져, 가스 배출 통로(570)에 유입된 가스의 배출 정도가 줄어들 수 있다. 다른 일 예로, 제3 단부(500c)가 실링부(250)의 외측에 이격되어 위치하는 경우, 가스 배출 통로(570)에 유입된 가스가 외부로 배출될 수 있는 면적이 상대적으로 커져, 가스 배출 통로(570)에 유입된 가스의 배출 정도가 늘어날 수 있다.
가스 배출 통로(570)에 유입된 가스가 외부로 배출될 수 있는 면적에 따라 가스 배출부(500)의 두께가 달라질 수 있다. 가스 배출부(500)의 두께는 가스 투과 효율과 실링 특성을 동시에 고려하여 결정될 수 있다. 예컨대, 가스 배출 통로(570)에 유입된 가스가 외부로 배출될 수 있는 면적이 작은 경우, 가스 배출부(500)가 실링부(250)와 융착될 수 있을 정도의 두께를 가지면서 가스 배출부(500)의 두께가 얇은 것이 가스 배출에 있어 더욱 유리할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 제1층(510)의 두께는 10 내지 50 ㎛일 수 있다. 상기 제1층(510)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 실링부(250)와 융착되기 용이하면서 전지셀 내부에서 발생하는 가스를 배출하기 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 제2층(550)의 두께는 100 내지 300 ㎛일 수 있다. 상기 제2층(550)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지셀 내부에서 발생하는 가스를 배출하기 더욱 용이할 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에서, 가스 배출부(500)는 도 6과 같이 제1 단부(500a) 및 제2 단부(500b)가 가스 배출부(500)의 내측을 향해 접혀 있을 수 있다. 다만, 도 6에서는 가스 배출부(500)의 구조를 과장하여 표현하였으나, 가스 배출부(500)는 상하부가 융착되어, 가스 배출부(500)의 외면에 위치한 제1 층(510)이 서로 접하여 있거나, 제1 층(510) 사이에 실링부(250) 중 일부가 유입되어 있을 수 있다.
이에 따라, 가스 배출부(500)의 양측면은 제1 층(510)을 외면으로 하여, 실링부(250)와 가스 배출부(500) 사이의 실링 정도를 향상시킬 수 있다. 이와 더불어, 제2 층(550)이 외부에 노출되지 않게 할 수 있어, 전지 셀(100) 외부의 수분이 내부로 침투되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 가스 배출부(500)의 내면에 형성된 제2 층(550)의 면적도 상대적으로 커질 수 있어, 가스 배출 통로(570)에 유입된 가스의 배출량 또한 증가될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스 배출부의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 가스 배출부(600)는 제1 층(610), 제2 층(650), 및 수분 흡수층(690)을 포함할 수 있다. 여기서, 수분 흡수층(690)은 제1 층(610)과 제2 층(650) 사이에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 가스 배출부(600)는 제1 층(610), 수분 흡수층(690), 및 제2 층(650)이 적층되어 있는 필름으로 이루어질 수 있다.
여기서, 제1 층(610) 및 제2 층(650)은 앞서 도 1 내지 도 6에서 설명된 내용과 동일하게 설명될 수 있는 바, 이하에서는 수분 흡수층(690)에 대해서만 상세히 설명한다.
수분 흡수층(690)은 수분 흡착 기능을 가지는 층일 수 있다. 보다 구체적으로, 수분 흡수층(690)은 게터(getter) 소재를 포함할 수 있다. 여기서, 게터(Getter) 소재란 화학적으로 활성화된 금속막에 의하여 기체가 흡착되는 작용을 이용하여 진공배기를 할 수 있는 소재를 의미할 수 있다. 일 예로, 상기 게터 소재는 산화칼슘(CaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 산화 바륨(BaO), 바륨(Ba), 및 칼슘(Ca) 중 적어도 하나일 수 있다. 다른 일 예로, 상기 게터 소재는 금속유기골격체(MOF, Metal Organic Framework)의 구조를 가질 수 있다. 다만, 상기 게터 소재는 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 게터 소재로 분류되는 모든 종류의 소재가 포함할 수 있다.
이에 따라, 도 4 및 7과 같이, 수분 흡수층(690)이 제1 층(610)과 제2 층(650) 사이에 위치하여, 가스 배출부(500)는 전지 셀(100) 외부에서 전지 셀(100) 내부로 유입되는 수분의 수분 침투도를 보다 최소화할 수 있으면서도, 가스 투과도가 높은 점으로 인해 전지 셀(100) 내부에서 발생된 가스가 외부로 보다 용이하게 배출될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 전지 셀을 포함한다. 한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수도 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
100: 전지 셀
110: 전극 조립체
200: 전지 케이스
210: 수납부
250: 실링부
300: 전극 리드
400: 리드 필름
500, 600: 가스 배출부
510, 610: 제1 층
550, 650: 제2 층
500a: 제1 단부
500b: 제2 단부
500c: 제3 단부
500d: 제4 단부
570: 가스 배출 통로
690: 수분 흡수층

Claims (15)

  1. 전극 조립체가 수납부에 장착되되, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지 케이스; 및
    상기 실링부에 삽입되되, 상기 실링부와 함께 융착되는 가스 배출부를 포함하고,
    상기 가스 배출부는 제1 층 및 제2 층을 포함하되, 제1 경계선을 기준으로 접힌 구조를 가지고,
    상기 가스 배출부는 상기 전지 케이스 내부를 향해 개방되어 있고,
    상기 제1 층은 상기 가스 배출부의 외면이 되어, 상기 제1 층과 상기 실링부가 서로 접하는 전지 셀.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 경계선은 상기 가스 배출부의 폭 방향을 따라 연장되어 있는 전지 셀.
  3. 제2항에서,
    상기 가스 배출부에서, 상기 제1 경계선을 기준으로 양단에 위치한 제1 단부 및 제2 단부가 각각 제2 경계선을 기준으로 상기 가스 배출부의 내측을 향해 접혀 있는 전지 셀.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 경계선은 상기 제1 경계선을 교차하는 대각 방향인 전지 셀.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 상기 실링부의 내측과 인접하게 위치한 전지 셀.
  6. 제1항에서,
    상기 가스 배출부의 중심부에 형성된 제3 단부는 상기 실링부의 외측에 돌출되어 있는 전지 셀.
  7. 제4항에서,
    상기 제2 경계선에 의해 접힌 상기 가스 배출부의 외측 단부인 제4 단부는 상기 실링부 상에 위치하는 전지 셀.
  8. 제1항에서,
    상기 전극 조립체에 포함된 전극 탭과 전기적으로 연결되되, 상기 실링부를 경유하여 상기 전지 케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드; 및
    상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름을 포함하고,
    상기 실링부 중 상기 전극 리드가 위치하는 않는 모서리에 상기 가스 배출부가 위치하는 전지 셀.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 층은 폴리올레핀 계열의 소재, 에폭시, 및 폴리염화비닐(PVC) 중 적어도 하나를 포함하는 전지 셀.
  10. 제1항에서,
    상기 제2 층은 불소 계열의 소재를 포함하는 전지 셀.
  11. 제1항에서,
    상기 가스 배출부는 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에 위치하는 수분 흡수층을 더 포함하는 전지 셀.
  12. 제11항에서,
    상기 수분 흡수층은 게터(getter) 소재를 포함하는 전지 셀.
  13. 제12항에서,
    상기 게터 소재는 산화칼슘(CaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 산화 바륨(BaO), 바륨(Ba), 및 칼슘(Ca) 중 적어도 하나를 포함하는 전지 셀.
  14. 제12항에서,
    상기 게터 소재는 금속유기골격체(MOF, Metal Organic Framework)의 구조를 가지는 전지 셀.
  15. 제1항에 따른 전지 셀을 포함하는 전지 모듈.
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