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WO2017188605A1 - 규격화된 구조에 기반하여 제조 공정성이 우수하면서도 전극리드의 절연 성능이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

규격화된 구조에 기반하여 제조 공정성이 우수하면서도 전극리드의 절연 성능이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩 Download PDF

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Publication number
WO2017188605A1
WO2017188605A1 PCT/KR2017/003160 KR2017003160W WO2017188605A1 WO 2017188605 A1 WO2017188605 A1 WO 2017188605A1 KR 2017003160 W KR2017003160 W KR 2017003160W WO 2017188605 A1 WO2017188605 A1 WO 2017188605A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
battery cell
electrode
electrode leads
electrode lead
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/003160
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이현종
김동현
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
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Priority to JP2018530469A priority patent/JP6600096B2/ja
Priority to US15/754,404 priority patent/US10529959B2/en
Priority to CN201780003045.6A priority patent/CN108028415B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell and a battery pack including the same having excellent manufacturing processability and improved insulation performance of an electrode lead based on a standardized structure.
  • Lithium secondary batteries are classified into cylindrical battery cells, square battery cells, pouch-type battery cells, etc. according to their appearance, and may be classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, and the like according to the type of electrolyte.
  • pouch-type battery cells that are easy to deform, low in manufacturing cost and light in weight Attention is high.
  • a pouch-type battery cell refers to a battery in which an electrode assembly and an electrolyte are sealed inside a pouch-type case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • FIG. 1 schematically shows a structure of a battery cell including a stacked electrode assembly.
  • an electrode assembly 30 including a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte coating separator disposed therebetween is formed inside a pouch-type battery case 20.
  • Two electrode leads 40 and 41 electrically connected to the electrodes 31 and 32 are sealed to expose side by side.
  • the battery case 20 includes a case body 21 including a recess 23 having a concave shape in which the electrode assembly 30 can be seated, and a flat cover 22 integrally connected to the body 21. Consists of
  • the battery case 20 is made of a laminate sheet, and is composed of an outer resin layer 20a forming an outermost shell, a barrier metal layer 20b for preventing the penetration of materials, and an inner resin layer 20c for sealing. .
  • a plurality of positive electrode tabs 31 and a plurality of negative electrode tabs 32 are fused to each other and coupled to the electrode leads 40 and 41.
  • a heat sealer (not shown)
  • a short is generated between the heat welder and the electrode leads 40 and 41.
  • the insulating film 50 is attached to the upper and lower surfaces of the electrode leads 40 and 41 to prevent it and to secure the sealing property between the electrode leads 40 and 41 and the battery case 20.
  • a plurality of battery cells may be easily stacked and connected to leads based on a protruding electrode lead, thereby stacking and connecting a plurality of battery cells to use as a battery pack structure.
  • FIG. 2 is a schematic side view of one exemplary battery pack.
  • the battery cell 10 generally has a shape corresponding to the outer shape of the electrode assembly 30, and specifically, a flat cover of the battery case 20 forming the upper surface a of the battery cell 10 ( 22, the housing 23 is formed downward, and the housing 23 corresponding to the shape of the electrode assembly 30 forms side surfaces and a bottom surface b of the battery cell 10.
  • the pair of electrode leads 40 and 41 protrude side by side to the outside of the battery case in a straight line shape with the flat cover.
  • the electrode leads are electrically connected in a state in which a plurality of such battery cells are stacked upward with respect to the ground to form a pack structure.
  • the top surfaces a and a 'of the battery cells 10 and 10 ′ are stacked to face each other. Since the electrode leads 40 'and 41' are close to each other, there is a problem in that an insulation state between the electrode leads 40 '41 that should not be connected for the series circuit configuration is difficult to be maintained.
  • the structure that spaces the gap between the battery cells facing the upper surface (a) can be considered, but this may cause an increase in the volume of the battery pack (90).
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • an object of the present invention based on a structure in which an insulating member is added to each of the electrode leads, a structure having a high reliability for the insulation of the electrode lead, and the standardized to the above structure and excellent manufacturing process, including the same It is to provide a battery pack.
  • the battery cell according to the present invention for achieving the above object is a structure in which the outer peripheral portion of the battery case is sealed by heat fusion while the electrode assembly is mounted to the battery case of the laminate sheet with the electrolyte solution,
  • a pair of electrode leads of the electrode assembly protrude outward from the battery case, and each of the electrode leads is provided with an insulating member, and the insulating member is added to an area of 60% or more of the total area of the electrode lead protruding to the outside. It is characterized by that.
  • the battery cell according to the present invention is an insulating member is added in a relatively large area with respect to the electrode lead exposed to the outside, it is made of a high reliability structure for insulation.
  • the electrode lead of the protruding shape may be coupled by a welding method or a mechanical fastening method in contact with an electrode lead of a protective circuit board or another battery cell.
  • Part of the electrode lead is preferably exposed to the outside for the electrical connection which is a function of the electrode lead, but the exposure degree of the electrode lead should be set within a range in which the above insulation reliability can be ensured.
  • 10% to 40% of the protruding parts of the electrode lead may have a structure in which no insulating member is added.
  • the electrode leads of this structure can be electrically connected to the outside through a fairly limited area, i.e., the remaining parts without the insulating member, while the other parts are insulated with the insulating member to prevent the unwanted electrical connection of the electrode lead. You can block.
  • the battery case may be a pouch type battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • the laminate sheet may have a structure in which a resin outer layer having excellent durability is added to one surface (outer surface) of the metal barrier layer, and a heat sealable resin sealant layer is added to the other surface (inner surface).
  • the resin outer layer should have excellent resistance from the external environment, it is necessary to have a predetermined tensile strength and weather resistance.
  • PET polyethylene terephthalate
  • a stretched nylon film may be used as the polymer resin of the resin outer layer.
  • the metal barrier layer may be aluminum to exhibit a function of improving the strength of the cell case in addition to the function of preventing the inflow or leakage of foreign substances such as gas and moisture.
  • a polyolefin-based resin having heat sealability (heat adhesion), low hygroscopicity to suppress invasion of the electrolyte solution, and which is not expanded or eroded by the electrolyte solution is preferably used.
  • unstretched polypropylene (CPP) may be used.
  • polyolefin-based resins such as polypropylene have low adhesion to metals, and as a way to improve adhesion to the metal barrier layer, preferably, an additional adhesion layer is provided between the metal layer and the resin sealant layer. And blocking characteristics can be improved.
  • the material of the adhesive layer include a urethane-based material, an acryl-based material, a composition containing a thermoplastic elastomer, and the like, but are not limited thereto.
  • the battery case further includes a case body in which an accommodating part is accommodated, and a flat cover formed of a member extending from one end of the case body or independent of the case body.
  • the flat cover forms an upper surface of the battery cell, and the electrode leads protrude out of the battery case in a straight line with the flat cover.
  • the upper surface of the battery cell is made of a flat plate type, there is an advantage to ensure high numerical stability when stacked on the upper surface.
  • the battery cell has a structure in which a pair of electrode leads protrude side by side at the same outer peripheral portion of the battery case; Alternatively, the pair of electrode leads may respectively protrude from opposing outer peripheral portions of the battery case.
  • the structure in which the pair of electrode leads protrude side by side at the same outer peripheral part is advantageous in terms of space utilization because electrical connection is made through the electrode leads only at one side of the battery cell.
  • electrode leads are positioned substantially close up and down in the stacked areas between the top surfaces of the battery cells, but not all adjacent electrode leads are connected to each other.
  • the electrode leads that are not connected are required to maintain a stable state of electrical insulation, it is necessary to block the conduction between the electrode leads with an insulating material that can limit the area available for contact.
  • the battery cell of the present invention even without changing its shape or performing additional processing, insulate the rest of the insulating material so that only a very limited surface of the above-described structure, that is, the electrode lead portion protruding to the outside is exposed.
  • the added structure it should be noted that not only the electrical connection, which is an inherent function of the electrode lead, but also is standardized to satisfy the insulation required for only some electrode leads, thus providing a significant advantage in terms of manufacturing processability.
  • the insulating member may be an insulating film attached to both sides of the electrode lead.
  • the insulating film may surround a portion of the surface of the electrode lead and may protrude from the battery case together with the electrode lead, and the remaining portions except for the portion protruding with the electrode lead may be heat-sealed to the contact surface of the battery case.
  • the insulating film may protrude from the battery case in a length of 60% to 90% of the total length of the electrode lead protruding to the outside.
  • the insulating film may further include at least one polymer resin layer and an adhesive layer formed on one surface of the resin layer.
  • the polymer resin layer is not particularly limited as long as it has a material having insulation and heat sealability (heat adhesion), and in detail, the polymer resin layer is excellent in insulation and heat sealability and has low hygroscopicity to suppress invasion of electrolyte solution, and is expanded by electrolyte solution. Or non-eroded polypropylene film (CPP) -based resins may be used.
  • CPP polypropylene film
  • the polymer resin layer may have a thickness of 45 to 100 micrometers. If the thickness of the film member is too thin, it is not preferable because the physical properties of the resin become small. On the contrary, if the thickness of the film member is too thick, the tension may be large when the heat shrinkage may weaken the adhesive strength.
  • an embossing structure may be formed on the other surface where the adhesive layer is not formed.
  • the embossing structure may have a structure in which a plurality of protrusions integral with the polymer resin layer are formed on the surface, and the protrusions may maintain a distance between the electrode lead and the external object as much as the size of the protrusions when contacting with an external object.
  • the insulating film has a structure that further prevents unwanted contact of the electrode lead based on the embossed structure.
  • the protrusion height of the protrusions may be 100% to 1000% of the thickness of the polymer resin layer.
  • the spacing maintenance effect cannot be achieved in less than 100% of the above ranges, and if it exceeds 1000% of the above ranges, the protruding form of the protrusions on the polymer resin layer is not maintained, which is not preferable.
  • the embossing structure may be formed only on the remaining polymer resin layer except for the portion where they are heat-sealed, so that the degree of thermal fusion between the insulating film and the battery case is not reduced.
  • the contact surface of the battery case Except the heat-sealed portion it may be a structure formed on the portion protruding to the outside with the electrode lead.
  • the protrusions forming the embossed structure may be the same as the material forming the polymer resin layer.
  • the adhesive layer is not particularly limited as a material that provides adhesiveness without reacting with the electrolyte solution inside the battery cell, and may be formed of, for example, an acrylic resin.
  • the electrode lead may be electrically connected to the outside through the remaining portion to which the insulating film is not added, and the outside refers to an object that can be electrically interacted with, such as a protective circuit board and an electrode lead of the battery cell.
  • the battery cell the battery cell
  • the battery cell is not particularly limited in its kind, but as a specific example, a lithium ion (Li-ion) secondary battery, a lithium polymer (Li-polymer) having the advantages of high energy density, discharge voltage, output stability, etc. ) A secondary battery, or a lithium secondary battery such as a lithium-ion polymer secondary battery.
  • a lithium ion (Li-ion) secondary battery Li-ion
  • Li-polymer lithium polymer having the advantages of high energy density, discharge voltage, output stability, etc.
  • a secondary battery or a lithium secondary battery such as a lithium-ion polymer secondary battery.
  • a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte.
  • the positive electrode is manufactured by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder on a positive electrode current collector and / or an extension current collector, and then drying the composition, and optionally adding a filler to the mixture. do.
  • the positive electrode current collector and / or the extension current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 micrometers.
  • the positive electrode current collector and the extension current collector are not particularly limited as long as they have high conductivity without causing chemical change in the battery.
  • stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like on the surface of the stainless steel may be used.
  • the positive electrode current collector and the extension current collector may form fine irregularities on the surface thereof to increase adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
  • the binder is a component that assists the bonding of the active material and the conductive material to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
  • the filler is optionally used as a component for inhibiting expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery.
  • the filler include olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.
  • the negative electrode is manufactured by coating and drying a negative electrode active material on a negative electrode current collector and / or an extension current collector, and optionally, the components as described above may be further included if necessary.
  • the negative electrode current collector and / or the extension current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 micrometers.
  • Such a negative electrode current collector and / or an extension current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery.
  • copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like on the surface of copper or stainless steel, aluminum-cadmium alloy, and the like can be used.
  • fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
  • carbon such as hardly graphitized carbon and graphite type carbon
  • Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 ⁇ x ⁇ 1; 1 ⁇ y ⁇ 3; 1 ⁇ z ⁇ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and metal oxides such as Bi 2
  • the separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.
  • the pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 micrometers, the thickness is generally from 5 to 300 micrometers.
  • olefin polymers such as chemical resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene are used.
  • a solid electrolyte such as a polymer
  • the solid electrolyte may also serve as a separator.
  • the electrolyte may be a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte, and consists of a non-aqueous electrolyte and a lithium salt.
  • nonaqueous electrolyte nonaqueous organic solvents, organic solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, and the like are used, but not limited thereto.
  • non-aqueous organic solvent examples include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and gamma Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxorone, formamide, dimethylformamide, dioxolon , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxorone derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo Aprotic organic solvents such as nate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyroionate and ethyl propionate can be
  • organic solid electrolytes examples include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyedgetion lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluorides, Polymers containing ionic dissociating groups and the like can be used.
  • Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.
  • the lithium salt is a good material to be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.
  • pyridine triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, Nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride and the like may be added.
  • pyridine triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide
  • Nitrobenzene derivatives sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyr
  • a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics, and FEC (Fluoro-Ethylene) may be further included. Carbonate), PRS (Propene sultone) may be further included.
  • lithium salts such as LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2, and the like, may be prepared by cyclic carbonate of EC or PC, which is a highly dielectric solvent, and DEC, DMC, or EMC, which are low viscosity solvents.
  • Lithium salt-containing non-aqueous electrolytes can be prepared by adding them to a mixed solvent of linear carbonates.
  • the present invention also provides a battery pack including the battery cell.
  • the battery pack according to the present invention is a battery pack in which n battery cells (n ⁇ 2) are connected in series and / or in parallel.
  • the battery cells are stacked upward with respect to the ground with electrode leads of different battery cells positioned up and down side by side,
  • At least one pair of the battery cells is stacked in such a manner that the top surfaces thereof face each other, and among the electrode leads of the battery cells stacked in the shape where the top surfaces face each other, electrode leads which are not connected to each other are attached to each of the electrode leads.
  • the insulating state is maintained by the insulating films.
  • the battery pack according to the present invention has a structure in which an insulating film has a structure of substantially limiting contact conduction of the electrode leads, and among the electrode leads which are inevitably adjacent to each other by being stacked in a form in which the top surfaces face each other, the battery pack contacts each other for a circuit configuration.
  • the electrical current between the electrode leads that should not be naturally blocked by the insulating film the insulating film does not completely block the contact current of the electrode lead, so that the electrical connection structure through the part of the electrode lead that can be energized. Is configured to be achieved.
  • Such a structure is also not limited to some electrode leads to be insulated as described above, although the electrical structure is also desired through an electrode lead portion not insulated with an insulating film, even though the structure is standardized. It is to be understood that only some electrode leads may be considered to provide excellent manufacturing processability compared to a battery pack in which the shape of the lead or the electrical connection structure is modified or an insulation material is added.
  • the present invention also provides a device including at least one battery pack.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a battery cell according to the prior art
  • FIG. 2 is a schematic view of a battery pack according to the prior art
  • 3 and 4 are schematic views of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic view of a portion A in FIG. 4; FIG.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing modified examples of electrode leads
  • FIG. 7 is a schematic view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a battery cell according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a side schematic view of the battery cell of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic diagram in which a vertical cross section of the portion A of FIG. 4 is enlarged.
  • the battery cell 100 is an electrolyte (not shown) in which the positive electrode lead 102 and the negative electrode lead 104 of the electrode assembly 120 protrude outward from the battery case 110 through an outer peripheral portion thereof. It is mounted to the battery case 110, and the outer peripheral portion of the battery case 110 is heat-sealed to form an electrode assembly 120 is sealed from the outside.
  • the positive lead 102 and the negative lead 104 is protruded side by side at the same outer peripheral portion of the battery case 110, the battery cell 100, the positive lead 102 and the negative lead 104 is electrically Since this is connected to, it has an advantage in terms of space utilization.
  • the battery case 110 is formed of a case body 112 in which an accommodating part for accommodating the electrode assembly 120 is formed, and a member extending from one end of the case body 112 or independent of the case body 112. It consists of a flat cover 114.
  • the flat cover 114 forms a top surface of the battery cell 100
  • the case body 112 forms a bottom surface of the battery cell
  • the electrode leads 102 and 104 have a flat cover 114, that is, the top surface of the battery cell. And protrude outward from the battery case 110 in a straight line shape in cross section.
  • This structure has a flat top surface, and provides high numerical stability when stacked on the top surface of the battery cell 100.
  • the insulating films 132 and 134 are partially positioned inside the outer circumferential portion of the battery case 110 while the insulating films 132 and 134 are attached to the electrode leads 102 and 104, and the insulating films 132 and 134 disposed on the inner surface thereof are Heat-sealed together with the outer circumferential portion, the remaining insulating films 132 and 134 are protruded from the battery case 110 together with the electrode leads (102, 104).
  • the insulating films 132 and 134 are added to the leads so that approximately 80% of the area is insulated based on the areas of the anode lead 102 and the cathode lead 104 protruding to the outside.
  • the insulating films 132 and 134 protrude from the battery case 110 with a length L2 of approximately 90% of the total length L1 of each of the leads protruding to the outside.
  • the anode lead 102 and the cathode lead 104 are insulated from most of their protruding surfaces by the insulating films 132 and 134, so that the area of electricity that can be contacted due to contact is considerably limited.
  • the insulating films 132 and 134 are not added to the ends of the leads 102 and 104 and some of the surfaces adjacent thereto, so that the electrical connection can be achieved through this limited portion.
  • the electrode leads 102 and 104 may have a shape in which only the remaining portion 102a to which the insulating film 132a is not added is bent perpendicularly to the protruding direction, or the insulating film 132b. Electrical connection can be achieved by welding, soldering, or mechanical fastening in a state of being deformed into a vertically bent shape (bb) together with), and in order to block the contact, the remaining electrode to which the insulating film 132c is not added
  • the region 102c of the leads 102 and 104 and the insulating film 132c may have a straight line shape in cross section.
  • the electrode leads 102 and 104 are not separated from each other, or the electrode leads 102 and 104 which are in contact with each other to form an electrical connection are separated. Since the 132 and 134 are standardized in the same form, the insulation leads can be secured at all the electrode leads 102 and 104, but may be electrically energized in some cases.
  • the battery cell 100 illustrated in FIGS. 3 to 5 has a shape in which first surfaces of the battery cells 100 and electrode leads 102 and 104 are perpendicular to each other in cross section, and second, electrode leads 102. , 104 is a structure protruding side by side in the same outer peripheral area, when a plurality of such battery cells are stacked, as shown in the battery pack shown in Figure 2, the electrode leads (102, 104) of different battery cells 100 Although it should not be in contact, the distance between the electrode leads 102 and 104 is very close and easy to contact.
  • the conductive films of the insulating films 132 and 134 may have the electrode leads 102 and 104 without a separate insulating material. Based on the extremely limited structure of the structure, the insulation of the electrode leads 102 and 104 is stably secured, and the remaining portions of the electrode leads 102 and 104 are not deformed as necessary, as shown in FIG. It should be noted that electrical connections can be achieved in the desired form.
  • the battery pack has a second battery cell 320 having the same shape as the first battery cell 100 and the first battery cell 100 shown in FIGS. 3 to 5. ) To a fourth battery cell 340.
  • the battery packs are all connected in series from the first battery cell 100 to the fourth battery cell 340 in a state of being sequentially stacked upward with respect to the ground.
  • the second battery cell 320 is the first battery cell in a state in which electrode leads 102, 104, 322, and 324 of each other are positioned up and down. It is laminated on the lower surface of 100.
  • the second battery cell 320 and the third battery cell 330 are positioned in parallel with the electrode leads 322, 324, 332, and 334 of the third battery cell 330 and the second battery cell. It is laminated on the upper surface of 320.
  • the third battery cell 330 and the fourth battery cell 340 are in the state in which the electrode leads 332, 334, 342, 344 of the third battery cell 340 is positioned up and down next to the third battery cell ( 330 is laminated on the bottom surface.
  • the battery cells 100, 320, 330, and 340 that face each other are alternately arranged so that the electrode leads are positioned at relative polarities so that all of the same type of battery cells 100, 320, 330, and 340 are connected in series. To make it possible.
  • the positive lead 102 of the first battery cell 100 is maintained to protrude to the outside, the negative lead 104 of the first battery cell 100 is a second battery It is electrically and physically coupled to the anode lead 322 of the cell 320. Therefore, these battery cells 100 and 320 are connected in series.
  • the negative lead 324 of the second battery cell 320 is electrically and physically coupled to the positive lead 332 of the third battery cell 330. Therefore, these battery cells 320 and 330 are connected in series.
  • the negative lead 334 of the third battery cell 330 is electrically and physically coupled to the positive lead 342 of the fourth battery cell 340, and the negative lead 344 of the fourth battery cell 340 is It maintains the shape protruding to the outside. Therefore, all battery cells 100, 320, 330, and 340 are connected in series.
  • the top surface of the second battery cell 320 and the third battery cell 330 is stacked in a form facing each other for the series connection between the electrode leads (322, 324, 332, 334), Accordingly, the electrode leads 322, 324, 332, and 334 positioned up and down side by side are easily in close contact with each other.
  • the remaining portions except for a very small portion for the electrical connection are completely insulated by the insulating film (132, 134 of Figs. 3 to 5), so that these electrode leads are not short-circuited even if they are in contact.
  • the battery cells can be stably connected through the modified structure of the electrode lead shown in FIG. 6 while the insulation is basically secured with the above structure.
  • the battery pack 300 is not limited to some electrode leads 322 and 334 in which the structures of the insulating films 132 and 134 have to be insulatively applied to all electrode leads.
  • the electrical connection structure can also be configured in a desired form, considering only some electrode leads, the shape of the lead or the electrical connection Compared to a battery pack in which the structure is modified or an insulation material is added, excellent manufacturing processability can be provided.
  • the battery pack structure of the present invention is not limited to the number of battery cells, the battery cell stack structure, and the connection structure between the electrode leads shown in FIG. 7.
  • Figure 8 is a schematic diagram of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the battery cell 200 is the same as the structure of FIGS. 3 to 5 except that an outer surface of the insulating film 234 is formed of an embossing structure 236.
  • the embossing structure 236 is a structure in which a plurality of protrusions are integrally formed in the polymer resin layer forming the outer layer of the insulating film 234, and when the protrusions come into contact with an external object, the electrode leads 204 and the outside are as large as the protrusions. It maintains the distance between objects.
  • the battery cell 200 has a structure capable of more stably preventing unwanted contact or energization of the electrode lead 204.
  • an insulating material is added to the remaining portion so that only a very limited surface is exposed among the electrode lead portions that protrude to the outside. Based on the structure, it is standardized to ensure not only high reliability for insulation but also insulation required for only some electrode leads, which can provide a significant advantage in terms of manufacturing processability.
  • the battery pack according to the present invention has a structure in which an insulating film has a structure of significantly limiting contact conduction of electrode leads, and among the electrode leads inevitably adjacent to each other by being stacked in a form in which the upper surfaces face each other, for contact with each other for a circuit configuration.
  • the electrical current between the electrode leads that should not be naturally blocked by the insulating film the insulating film does not completely block the contact current of the electrode lead, so that the electrical connection structure through the part of the electrode lead that can be energized. Is configured to be achieved.

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Abstract

본 발명은 전극조립체가 전해액과 함께 라미네이트 시트의 전지케이스에 장착된 상태로 전지케이스의 외주 부위가 열융착으로 밀봉되어 있는 전지셀로서, 상기 전극조립체의 전극리드 한 쌍이 전지케이스로부터 외향 돌출되어 있고, 상기 전극리드들 각각에는 절연성 부재가 부가되어 있으며, 상기 절연성 부재는 외부로 돌출되어 있는 전극리드의 총 면적 대비 60% 이상의 면적에 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

규격화된 구조에 기반하여 제조 공정성이 우수하면서도 전극리드의 절연 성능이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
본 출원은 2016.04.25자 한국 특허 출원 제 10-2016-0050383 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 규격화된 구조에 기반하여 제조 공정성이 우수하면서도 전극리드의 절연 성능이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 분류되며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 한다.
모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지와 파우치형 전지셀에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히, 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지셀에 대한 관심이 높은 실정이다.
일반적으로, 파우치형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 것으로 구성된 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 전극조립체와 전해질이 밀봉되어 있는 전지를 지칭한다.
도 1에는 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(10)은, 파우치형 전지케이스(20) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 고체 전해질 코팅 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 그것의 양극 및 음극 탭들(31, 32)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드(40, 41)가 나란히 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일체로서 연결되어 있는 평판형 커버(22)로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외각을 이루는 외측 수지층(20a), 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층(20b), 및 밀봉을 위한 내측 수지층(20c)으로 구성되어 있다.
스택형 전극조립체(30)는 다수의 양극 탭들(31)과 다수의 음극 탭들(32)이 각각 융착되어 전극리드(40, 41)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(21)의 상단부(24)와 커버(22)의 상단부가 열융착기(도시하지 않음)에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극리드(40, 41) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극리드(40, 41)와 전지케이스(20)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극리드(40, 41)의 상하면에 절연 필름(50)이 부착된다.
이러한 전지셀은 전반적으로 판상형 구조이므로 다수를 적층 하기 용이하고 돌출된 구조의 전극리드에 기반하여 리드간 결합이 간편하여, 복수의 전지셀을 적층하고 연결하여 전지팩 구조로 이용하기도 한다.
이와 관련하여, 도 2에는 하나의 예시적인 전지팩의 측면 모식도가 도시되어 있다.
먼저 전지셀(10)은 전반적으로 전극조립체(30)의 외형과 대응되는 형상으로 이루어져 있으며, 구체적으로, 전지셀(10)의 상면(a)을 형성하는 전지케이스(20)의 평판형 커버(22)를 기준으로 수납부(23)가 하향 형성되어 있고, 전극조립체(30)의 형상에 대응하는 수납부(23)가 전지셀(10)의 측면들과 하면(b)을 형성하며, 한 쌍의 전극리드들(40, 41)은 평판형 커버와 단면상으로 직선을 이루는 형태로 전지케이스 외측으로 나란히 돌출되어 있다. 이러한 전지셀들 복수개가 지면에 대해 상향으로 적층된 상태로 전극리드들이 전기적으로 연결되어 하나의 팩 구조를 형성한다.
도 2에서와 같이, 전지셀들을 직렬로 연결한 구조에서는 전지셀들(10, 10')의 상면들(a, a')이 대면한 상태로 적층된 전지셀들(10, 10')의 전극리드들(40', 41')이 근접하기 때문에, 직렬 회로 구성을 위해 연결되지 말아야 할 전극리드들(40' 41) 간 절연 상태가 유지되기 어려운 문제점이 있다.
이에, 상면(a)이 대면하는 전지셀들 간 간격을 이격시키는 구조를 고려할 수 있으나 이는 전지팩(90)의 체적이 증가를 유발할 수 있다.
이와는 달리 부가적으로 전극리드들(40' 41)간 접촉 방지를 위한 절연 시트나 패드와 같은 부재(92)를 장착하는 경우, 이로 인한 비용 증가 뿐만 아니라 장착 공정이 추가되어 전반적인 제조 공정을 복잡하게 할 수 있다.
또한, 단지 상기한 절연을 위해 일부 전지셀들의 구조를 변경하더라도, 변경된 전지셀을 제조하기 위한 설비가 별도로 추가되어야 하는 바, 상기한 제조 공정 측면에서 비효율적이다.
따라서, 제조 공정성을 저해하지 않는 범위로 규격화되면서도, 전극리드의 절연에 대한 신뢰성이 높은 구조의 전지셀과 이로 구성된 전지팩에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전극리드 각각에 절연성 부재가 부가되어 있는 구조에 기반하여 전극리드의 절연에 대한 신뢰성이 높은 구조이면서도, 상기 구조로 규격화되어 제조 공정성이 우수한 전지셀과 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은 전극조립체가 전해액과 함께 라미네이트 시트의 전지케이스에 장착된 상태로 전지케이스의 외주 부위가 열융착으로 밀봉되어 있는 구조로서,
상기 전극조립체의 전극리드 한 쌍이 전지케이스로부터 외향 돌출되어 있고, 상기 전극리드들 각각에는 절연성 부재가 부가되어 있으며, 상기 절연성 부재는 외부로 돌출되어 있는 전극리드의 총 면적 대비 60% 이상의 면적에 부가되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은 외부로 노출되어 있는 전극리드에 대해 상대적으로 넓은 면적에서 절연성 부재가 부가되어 있는 바, 절연에 대한 신뢰성이 높은 구조로 이루어져 있다.
본 발명에서 상기 돌출된 형태의 전극리드는 보호회로기판이나 또 다른 전지셀의 전극리드와 접촉하는 형태로 용접 방식 또는 기계적 체결 방식에 의해 결합될 수 있다.
상기 전극리드 본연의 기능인 전기적 연결을 위해서는 전극리드의 일부는 외부로 노출되는 것이 바람직하되, 전극리드의 노출 정도는 상기한 절연 신뢰성 또한 담보될 수 있는 범위에서 설정되어야 하며, 이에, 본 발명에서는 상기 전극리드에서 외부로 돌출된 부위 중, 10% 내지 40%에는 절연성 부재가 부가되지 않은 구조일 수 있다.
이러한 구조의 전극리드는 상당히 제한적인 부위, 즉, 절연성 부재가 부가되지 않은 나머지 부위를 통해 외부와 전기적으로 연결될 수 있는 동시에, 이를 제외한 부위가 절연성 부재로 절연되어 전극리드의 소망하지 않는 전기적 연결을 차단할 수 있다.
상기 범위 중, 10% 미만에서는 전극리드에 대한 용접이나 기계적 체결이 용이하지 않으며, 상기 범위 중, 40%를 초과하는 경우에는 전극리드 절연에 대한 신뢰성을 확보할 수 없는 바, 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스일 수 있다.
상기 라미네이트 시트는, 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 수지 외곽층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 사용될 수 있다.
상기 금속 차단층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 셀 케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 실란트층의 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, 상세하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.
일반적으로 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 수지는 금속과의 접착력이 낮으므로, 상기 금속 차단층과의 접착력을 향상시키기 위한 방안으로서, 바람직하게는 상기 금속층과 수지 실란트층 사이에 접착층을 추가로 포함하여 접착력 및 차단 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 접착층의 소재로는, 예를 들어, 우레탄(urethane)계 물질, 아크릴(acryl)계 물질, 열가소성 일래스토머(elastomer)를 함유하는 조성물 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 전지케이스는 또한, 전극조립체가 수용되는 수납부가 형성되어 있는 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 일측 단부로부터 연장되어 있거나 케이스 본체에 대해 독립적인 부재로 이루어진 평판형 커버로 구성되어 있으며,
상기 평판형 커버는 전지셀의 상면을 형성하고, 상기 전극리드들은 평판형 커버와 단면상으로 직선을 이루는 형태로 전지케이스 외측으로 돌출되어 있다.
이러한 구조에서는 전지셀 상면이 평판형으로 이루어져 있어, 상면으로의 적층 시, 높은 수치 안정성을 담보할 수 있는 장점이 있다.
상기 전지셀은, 한 쌍의 전극리드들이 전지케이스의 동일한 외주 부위에서 나란히 돌출된 구조; 또는 한 쌍의 전극리드들이 전지케이스의 대향하는 외주 부위들에서 각각 돌출된 구조;일 수 있다.
특히, 상기 한 쌍의 전극리드들이 동일한 외주부위에서 나란히 돌출된 구조는 전지셀 일측에서만 전극리드들을 통한 전기적 연결이 이루어지므로, 공간 활용 측면에서 유리한 점이 있다.
다만, 상기한 구조들은 복수의 전지셀들이 적층되는 경우, 전지셀의 상면간 적층된 부위에서는 전극리드가 상하로 상당히 근접하게 위치되는 반면에, 인접된 모든 전극리드들이 서로 연결되는 것은 아니다.
따라서, 연결되지 않는 전극리드들은 전기적 절연 상태가 안정적으로 유지되는 것이 필수이므로, 접촉에 따른 통전 가능 면적을 제한할 수 있는 절연 물질로 전극리드간 통전을 차단시켜야 한다.
다만, 전기적 접촉이 차단되어야 하는 전극리드들은 극히 일부에 해당되므로, 이를 고려하여 전지셀의 형상을 변경하거나 추가적인 가공들을 수행하는 것은 제조 단가와 제조 시간 측면에서 불리한 점이 있다.
이에 본 발명의 전지셀은, 그것의 형상을 변경하거나 추가적인 가공들을 수행하지 않더라도, 상술한 구조, 즉, 외부로 돌출된 전극리드 부위 중, 매우 제한적인 표면만 노출되도록, 나머지 부위에 절연성 물질이 부가된 구조에 기반하여, 전극리드 본연의 기능인 전기적 연결이 가능할 뿐만 아니라, 일부 전극리드에만 요구되는 절연성을 만족하도록 규격화되어 있어, 제조 공정성 측면에서 상당한 이점을 제공하는 것에 주목해야 한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 절연성 부재는 전극리드의 양면에 부착되는 절연 필름일 수 있다.
상기 절연 필름은 전극리드 표면 일부를 감싸는 구조로 전극리드와 함께 전지케이스로부터 외부로 돌출될 수 있으며, 전극리드와 함께 돌출된 부위를 제외한 나머지 부위가 전지케이스의 접촉면에 열융착될 수 있다.
상기 절연 필름은 외부로 돌출되어 있는 전극리드의 총 길이 대비 60% 내지 90%의 길이로 전지케이스로부터 돌출되어 있을 수 있다.
상기 범위 중 60% 미만에서는 전극리드 절연에 대한 신뢰성을 확보할 수 없는 바, 바람직하지 않고, 상기 범위 중 90%를 초과하는 경우에는 전극리드에 대한 용접이나 기계적 체결이 용이하지 않아 바람직하지 않다.
상기 절연 필름은 또한, 하나 이상의 고분자 수지층과 상기 수지층의 일면에 형성되어 있는 접착층을 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지층은 절연성과 열융착성(열접착성)을 가진 소재라면 특별히 한정되지 않으며, 상세하게는 절연성과 열융착성이 뛰어나고 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)계 수지가 사용될 수 있다.
상기 고분자 수지층의 두께는 45 내지 100 마이크로미터로 형성될 수 있다. 상기 필름부재의 두께가 너무 얇은 경우에는 수지 물성이 작아지므로 바람직하지 않고, 반대로 너무 두꺼운 경우에는 열 수축시 텐션이 크게 작용하여 부착 강도를 약화시킬 수 있으므로 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 고분자 수지층에서, 접착층이 형성되지 않은 타면에는 엠보싱(embossing) 구조가 형성되어 있을 수 있다.
이러한 엠보싱 구조는 고분자 수지층과 일체인 복수의 돌기들이 표면에 형성된 구조일 수 있으며, 상기 돌기들은 외부 물체와의 접촉 시, 돌기들의 크기 만큼 전극리드와 상기 외부 물체간 간격을 유지시킬 수 있다.
즉, 상기 절연 필름은 엠보싱 구조에 기반하여 전극리드의 소망하지 않는 접촉을 추가로 방지하는 구조로 이루어져 있다.
이를 위해 상기 돌기들의 돌출 높이는 고분자 수지층의 두께 대비 100% 내지 1000%일 수 있다. 상기 범위 중 100% 미만에서는 간격 유지 효과를 달성할 수 없으며, 상기 범위 중 1000%를 초과하는 경우에는 고분자 수지층 상에서 돌기의 돌출된 형태가 유지되지 않는 바, 바람직하지 않다.
상기 엠보싱 구조는 절연 필름과 전지케이스간 열융착 정도가 저하되지 않도록, 이들이 열융착되는 부위를 제외한 나머지 고분자 수지층 상에만 형성되어 있을 수 있으며, 상세하게는 고분자 수지층에서, 전지케이스의 접촉면에 열융착되는 부위를 제외하고, 전극리드와 함께 외부로 돌출되어 있는 부위에 형성된 구조일 수 있다.
상기 엠보싱 구조를 형성하는 돌기는 고분자 수지층을 구성하는 소재와 동일할 수 있다.
상기 접착층은 전지셀 내부의 전해액과 반응하지 않으면서도 접착성을 제공하는 소재로서 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 아크릴계 수지로 구성될 수 있다.
상기 전극리드는 절연 필름이 부가되지 않은 나머지 부위를 통해 외부와 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 외부란, 보호회로기판, 전지셀의 전극리드 등과 같이 전기적으로 상호작용할 수 있는 물체를 의미한다.
여기서, 상기 전지셀은,
(a) 절연 필름이 부가되지 않은 나머지 부위만 전극리드의 돌출 방향에 대해 수직으로 절곡된 형상;
(b) 전극리드가 절연 필름과 함께 수직으로 절곡되어 있는 형상; 및
(c) 절연 필름이 부가되지 않은 나머지 전극리드 부위와 절연 필름이 단면상으로 직선을 이루는 형상;에서 선택되는 하나 이상의 형상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 포함하는 전지팩을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 전지팩은 상기 전지셀 n개(n≥2)가 직렬 및/또는 병렬 연결되어 있는 전지팩으로서,
서로 다른 전지셀의 전극리드들이 상하 나란히 위치한 상태로 전지셀들이 지면에 대해 상향으로 적층되어 있고,
상기 전지셀들 중, 적어도 한 쌍은 상면들이 상호 대면하는 형태로 적층되어 있으며, 상기 상면들이 대면하는 형태로 적층된 전지셀들의 전극리드들 중, 서로 연결되지 않는 전극리드들은 전극리드 각각에 부착된 절연 필름들에 의해 절연 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전지팩은, 절연 필름이 전극리드의 접촉 통전을 상당히 제한하는 구조로 이루어진 바, 상면들이 대면하는 형태로 적층되어 필연적으로 근접하는 전극리드들 중, 회로 구성을 위해 서로 접촉되지 말아야 할 전극리드들 간 통전이 상기 절연 필름에 의해 자연히 차단되면서도, 절연 필름이 전극리드의 접촉 통전은 완전히 차단하는 것은 아니므로, 통전이 가능한 전극리드의 일부분을 통해 소망하는 형태로 전기 연결 구조가 달성되도록 구성되어 있다.
이러한 구조는 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 절연성이 담보되어야 하는 일부 전극리드에 국한되지 않고 전체 구조로 규격화되어 있음에도 불구하고, 절연 필름으로 절연되지 않은 전극리드 부위를 통해 소망하는 형태로 전기 연결 구조 역시 구성할 수 있는 바, 일부 전극리드만을 고려하여 리드의 형태나 전기 연결 구조가 변형되거나 절연 물질이 추가된 전지팩과 비교하여, 우수한 제조 공정성을 제공할 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 2는 종래 기술에 따른 전지팩의 모식도이다;
도 3 및 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 모식도들이다;
도 5는 도 4에서 A부위를 확대한 모식도이다;
도 6은 전극리드들의 변형 예들이 도시된 모식도이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전지셀에 대한 측면 모식도가 도시되어 있다. 또한, 도 5에는 도 4의 A부위에 대한 수직 단면이 확대된 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지셀(100)은 전극조립체(120)의 양극리드(102)와 음극리드(104)가 외주 부위를 통해 전지케이스(110)로부터 외향 돌출된 상태로 전해액(도시하지 않음)과 함께 전지케이스(110)에 장착되어 있으며, 전지케이스(110)의 외주 부위들이 열융착되어 전극조립체(120)가 외부로부터 밀봉된 구조로 이루어져 있다.
여기서, 양극리드(102)와 음극리드(104)는 전지케이스(110)의 동일한 외주 부위에서 나란히 돌출되어 있으며, 전지셀(100)은 일측에서만 양극리드(102)와 음극리드(104)가 전기적으로 연결되므로, 공간 활용 측면에서 이점을 가진다.
전지케이스(110)는 전극조립체(120)가 수용되는 수납부가 형성되어 있는 케이스 본체(112)와, 케이스 본체(112)의 일측 단부로부터 연장되어 있거나 케이스 본체(112)에 대해 독립적인 부재로 이루어진 평판형 커버(114)로 구성되어 있다.
평판형 커버(114)는 전지셀(100)의 상면을 형성하고, 케이스 본체(112)는 전지셀 하면을 형성하며, 전극리드(102, 104)들은 평판형 커버(114), 즉 전지셀 상면과 단면상으로 직선을 이루는 형태로 전지케이스(110) 외측으로 돌출되어 있다.
이러한 구조는 상면이 평판형으로 이루어져 있어, 전지셀(100) 상면으로의 적층 시, 높은 수치 안정성을 제공한다.
한편, 절연 필름들(132, 134)은 전극리드들(102, 104)에 부착된 상태에서 일부가 전지케이스(110)의 외주 부위 내면 위치하며, 내면에 위치한 절연 필름들(132, 134)은 외주 부위와 함께 열융착되어 있으며, 이를 제외한 나머지 절연 필름들(132, 134)은 전극리드들(102, 104)과 함께 전지케이스(110)로부터 외부로 돌출되어 있다.
여기서, 절연 필름들(132, 134)은 외부로 돌출되어 있는 양극리드(102)와 음극리드(104) 각각의 면적을 기준으로 대략 80%의 면적이 절연되도록 리드 각각에 부가되어 있다. 또한 절연 필름(132, 134)은 외부로 돌출되어 있는 리드들 각각의 총 길이(L1) 대비 대략 90%의 길이(L2)로 전지케이스(110)로부터 돌출되어 있다.
따라서, 양극리드(102)와 음극리드(104)는 이들의 돌출된 대부분의 표면이 절연 필름(132, 134)에 의해 절연되어, 접촉에 따른 통전 가능 면적이 상당히 제한된다.
그러나, 이들 리드(102, 104)의 단부 및 이에 인접한 일부 표면에는 절연 필름(132, 134)이 부가되어 있지 않아 외부로 노출되어 있으며, 이 제한적인 부위를 통해 전기적 연결을 달성할 수 있다.
구체적으로, 전극리드(102, 104)는 도 6에서와 같이, 절연 필름(132a)이 부가되지 않은 나머지 부위(102a)만 돌출 방향에 대해 수직으로 절곡된 형상(aa), 또는 절연 필름(132b)과 함께 수직으로 절곡되어 있는 형상(bb)으로 변형된 상태로 용접, 솔더링 또는 기계적 체결에 의해 전기적 연결을 달성할 수 있으며, 접촉을 차단하기 위하여, 절연 필름(132c)이 부가되지 않은 나머지 전극리드(102, 104) 부위(102c)와 절연 필름(132c)이 단면상으로 직선을 이루는 형상(cc)을 유지할 수도 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀(100)은, 전기적 접촉이 차단되어야 하거나, 접촉되어 전기적 연결을 구성하는 전극리드(102, 104)를 별도로 구분하지 않고, 전극리드(102, 104)와 절연 필름(132, 134)들이 동일한 형태로 규격화 되어 있어, 모든 전극리드(102, 104)에서 절연 담보가 가능하면서도, 경우에 따라 통전이 가능한 구조로 이루어져 있다,
이는 절연과 통전이 필요한 전극리드(102, 104)에 대응하여 절연 필름(132, 134) 또는 전극리드(102, 104)의 형태를 변형시킨 전지셀(100)과 비교하여 제조 공정성 측면에서 상당한 이점을 제공할 수 있음을 이해해야 한다.
특히, 도 3 내지 도 5에 도시된 전지셀(100)은, 첫째, 전지셀(100)의 상면과 전극리드(102, 104)가 단면상으로 수직을 이루는 형상이고, 둘째, 전극리드들(102, 104) 이 동일한 외주 부위에서 나란히 돌출된 구조인 바, 이러한 전지셀들이 다수 적층될 경우 도 2에 도시된 전지팩에서와 같이, 서로 다른 전지셀(100)들의 전극리드(102, 104)들이 접촉되지 말아야 함에도 불구하고 전극리드(102, 104)간 거리가 매우 근접되어 접촉되기 용이하다.
이에, 본 발명에서는 상기 구조의 전지셀(100)에서, 별도의 절연 물질 없이도 절연 필름들(132, 134)이 전극리드들(102, 104)의 통전 가능 부위가 전극리드들(102, 104)의 극히 일부로 한정된 구조에 기반하여, 전극리드들(102, 104)의 절연성을 안정적으로 담보하는 동시에, 필요에 따라서 한정되지 않은 전극리드들(102, 104)의 나머지 부위를 도 6에서와 같이 변형시켜 소망하는 형태로 전기적 연결을 달성할 수 있음에 주목해야 한다.
특히, 상기 본 발명에 따른 전지셀의 실시 형태는 하기 도 7에 도시된 전지팩에서 그 효과가 더욱 명확하게 입증된다.
이에 도 7을 도 3 내지 도 6과 함께 참조하면, 전지팩은 도 3 내지 도 5에 도시된 제 1 전지셀(100) 및 제 1 전지셀(100)과 동일한 형상의 제 2 전지셀(320) 내지 제 4 전지셀(340)을 포함한다.
전지팩은 제 1 전지셀(100)로부터 제 4 전지셀(340)까지 지면에 대해 상향으로 순차 적층된 상태로 모두 직렬 연결되어 있다.
구체적으로 제 1 전지셀(100)과 제 2 전지셀(320)은 서로의 전극리드들(102, 104, 322, 324)이 상하 나란히 위치한 상태로 제 2 전지셀(320)이 제 1 전지셀(100)의 하면에 적층되어 있다.
이와는 달리, 제 2 전지셀(320)과 제 3 전지셀(330)은 서로의 전극리드(322, 324, 332, 334)가 상하 나란히 위치한 상태로 제 3 전지셀(330)이 제 2 전지셀(320)의 상면에 적층되어 있다.
또한, 제 3 전지셀(330)과 제 4 전지셀(340)은 서로의 전극리드(332, 334, 342, 344)가 상하 나란히 위치한 상태로 제 4 전지셀(340)이 제 3 전지셀(330)의 하면에 적층되어 있다.
이처럼 전지셀들(100, 320, 330, 340)이 대면한 면이 교번 배열되는 것은 전극리드들이 서로 상대 극성에 위치하여 동일한 형태의 전지셀들(100, 320, 330, 340)이 모두 직렬 연결 되도록 하기 위함이다.
이들의 전기 연결 구조를 설명하면, 제 1 전지셀(100)의 양극리드(102)는 외부로 돌출된 형태를 유지하고 있으며, 제 1 전지셀(100)의 음극리드(104)는 제 2 전지셀(320)의 양극리드(322)와 전기적 및 물리적으로 결합되어 있다. 따라서, 이들 전지셀(100, 320)은 직렬 연결되어 있다.
제 2 전지셀(320)의 음극리드(324)는 제 3 전지셀(330)의 양극리드(332)와 전기적 및 물리적으로 결합되어 있다. 따라서, 이들 전지셀(320, 330)은 직렬 연결되어 있다.
제 3 전지셀(330)의 음극리드(334)는 제 4 전지셀(340)의 양극리드(342)와 전기적 및 물리적으로 결합되어 있고, 제 4 전지셀(340)의 음극리드(344)는 외부로 돌출된 형태를 유지하고 있다. 따라서, 모든 전지셀들(100, 320, 330, 340)은 직렬 연결되어 있다.
다만, 이러한 구조에서, 제 2 전지셀(320)과 제 3 전지셀(330)은 전극리드들(322, 324, 332, 334) 간 직렬 연결을 위해 상면들이 서로 대면한 형태로 적층 되어 있으며, 그에 따라 상하 나란히 위치하는 전극리드들(322, 324, 332, 334) 이 서로 상당히 근접되어 접촉되기 용이하다.
이와 같은 근접은 제 2 전지셀(320)의 음극리드(324)와 제 3 전지셀(330)의 양극리드(332)에서는 문제되지 않지만, 제 2 전지셀(320)의 양극리드(322)와 제 3 전지셀(330)의 음극리드(334)가 접촉되어 통전될 경우, 전지팩(330)은 단락된다.
이에, 본 발명에서는 전기 연결을 위한 극히 일부분을 제외한 나머지 부위가 절연 필름(도 3 내지 도 5의 132, 134)에 의해 완전히 절연되어 있어, 이들 전극리드들이 접촉되더라도 단락되지 않는다.
또한, 이와 같은 구조로 절연성이 기본적으로 담보되면서도 도 6에 도시된 전극리드의 변형 구조를 통해 전지셀들이 안정적으로 연결될 수 있음에 주목해야 한다.
다시 말해, 본 발명에 따른 전지팩(300)은 상기 절연 필름(132, 134)의 구조가 절연성이 담보되어야 하는 일부 전극리드들(322, 334)에 국한되지 않고 모든 전극리드들에 동일하게 적용되도록 규격화되어 있음에도 불구하고, 절연 필름(132, 134)으로 절연되지 않은 전극리드 부위를 통해, 소망하는 형태로 전기 연결 구조 역시 구성할 수 있는 바, 일부 전극리드만을 고려하여 리드의 형태나 전기 연결 구조가 변형되거나 절연 물질이 추가된 전지팩과 비교하여, 우수한 제조 공정성을 제공할 수 있다.
도 7은 하나의 예시적 구조로서, 본 발명의 전지팩 구조가 도 7에 도시된 전지셀 개수와 전지셀 적층 구조 및 전극리드간 연결구조로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 전지셀(200)은 절연 필름(234)의 외면이 엠보싱 구조(236)로 이루어진 점을 제외하면 도 3 내지 도 5의 구조와 동일하다.
이러한 엠보싱 구조(236)는 절연 필름(234)의 외층을 이루는 고분자 수지층에 일체로 복수의 돌기들이 형성된 구조로서, 돌기들이 외부 물체와의 접촉 시, 돌기들의 크기 만큼 전극리드(204)와 외부 물체간 간격을 유지시키는 역할을 한다.
즉, 전지셀(200)은 전극리드(204)에 대한 소망하지 않는 접촉이나 통전을 더욱 안정적으로 방지할 수 있는 구조로 이루어져 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 그것의 형상을 변경하거나 추가적인 가공들을 수행하지 않더라도, 외부로 돌출된 전극리드 부위 중, 매우 제한적인 표면만 노출되도록, 나머지 부위에 절연성 물질이 부가된 구조에 기반하여, 절연에 대한 높은 신뢰성 뿐만 아니라, 일부 전극리드에만 요구되는 절연성이 담보될 수 있도록 규격화되어 있어, 제조 공정성 측면에서 상당한 이점을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지팩은, 절연 필름이 전극리드의 접촉 통전을 상당히 제한하는 구조로 이루어진 바, 상면들이 대면하는 형태로 적층되어 필연적으로 근접하는 전극리드들 중, 회로 구성을 위해 서로 접촉되지 말아야 할 전극리드들 간 통전이 상기 절연 필름에 의해 자연히 차단되면서도, 절연 필름이 전극리드의 접촉 통전은 완전히 차단하는 것은 아니므로, 통전이 가능한 전극리드의 일부분을 통해 소망하는 형태로 전기 연결 구조가 달성되도록 구성되어 있다.

Claims (15)

  1. 전극조립체가 전해액과 함께 라미네이트 시트의 전지케이스에 장착된 상태로 전지케이스의 외주 부위가 열융착으로 밀봉되어 있는 전지셀로서,
    상기 전극조립체의 전극리드 한 쌍이 전지케이스로부터 외향 돌출되어 있고, 상기 전극리드들 각각에는 절연성 부재가 부가되어 있으며, 상기 절연성 부재는 외부로 돌출되어 있는 전극리드의 총 면적 대비 60% 이상의 면적에 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는, 전극조립체가 수용되는 수납부가 형성되어 있는 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 일측 단부로부터 연장되어 있거나 케이스 본체에 대해 독립적인 부재로 이루어진 평판형 커버로 구성되어 있으며,
    상기 평판형 커버는 전지셀의 상면을 형성하고, 상기 전극리드들은 평판형 커버와 단면상으로 직선을 이루는 형태로 전지케이스 외측으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 부재는 전극리드의 양면에 부착되는 절연 필름인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 절연 필름은 전극리드 표면 일부를 감싸는 구조로 전극리드와 함께 전지케이스로부터 외부로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 절연 필름은 외부로 돌출되어 있는 전극리드의 총 길이 대비 60% 내지 90%의 길이로 전지케이스로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 절연 필름은 전극리드와 함께 돌출된 부위를 제외한 나머지 부위가 전지케이스의 접촉면에 열융착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 절연 필름은 하나 이상의 고분자 수지층과 상기 수지층의 일면에 형성되어 있는 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 고분자 수지층에서, 접착층이 형성되지 않은 타면에는 엠보싱(embossing) 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 엠보싱 구조는 고분자 수지층과 일체인 복수의 돌기들이 표면에 형성된 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 돌기들은 외부 물체와의 접촉 시, 전극리드와 상기 외부 물체간 간격을 유지시키는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 전극리드는 절연 필름이 부가되지 않은 나머지 부위를 통해 외부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 11 항에 있어서,
    (a) 절연 필름이 부가되지 않은 나머지 부위만 전극리드의 돌출 방향에 대해 수직으로 절곡된 형상;
    (b) 전극리드가 절연 필름과 함께 수직으로 절곡되어 있는 형상; 및
    (c) 절연 필름이 부가되지 않은 나머지 전극리드 부위와 절연 필름이 단면상으로 직선을 이루는 형상;
    에서 선택되는 하나 이상의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은,
    한 쌍의 전극리드들이 전지케이스의 동일한 외주 부위에서 나란히 돌출된 구조; 또는
    한 쌍의 전극리드들이 전지케이스의 대향하는 외주 부위들에서 각각 돌출된 구조;
    인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 전지셀 n개(n≥2)가 직렬 및/또는 병렬 연결되어 있는 전지팩으로서,
    서로 다른 전지셀의 전극리드들이 상하 나란히 위치한 상태로 전지셀들이 지면에 대해 상향으로 적층되어 있고,
    상기 전지셀들 중, 적어도 한 쌍은 상면들이 상호 대면하는 형태로 적층되어 있으며, 상기 상면들이 대면하는 형태로 적층된 전지셀들의 전극리드들 중, 서로 연결되지 않는 전극리드들은 전극리드 각각에 부착된 절연 필름들에 의해 절연 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 따른 전지팩을 하나 이상 포함하는 디바이스.
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