JP2023532678A - シーリング部ベンティング調節手段を含むパウチ型電池セル - Google Patents
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Abstract
本発明は、電極組立体と、前記電極組立体を収納するパウチ型電池ケースと、前記電極組立体から延び、一部が前記パウチ型電池ケースの外部に突出した電極リードとを含み、前記パウチ型電池ケースの外周辺にはシーリング部が形成されており、前記シーリング部のうち前記電極リードが突出する位置にはベンティング調節手段が装着されており、前記ベンティング調節手段は、前記パウチ型電池ケースの内部ガス圧力に応じて前記ベンティング調節手段が装着されたシーリング部の開閉を調節する、パウチ型電池セルに関するものである。
Description
本出願は２０２１年６月２日付の韓国許出願第２０２１－００７１５８５号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国許出願の文献に開示されたすべての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明はシーリング部ベンティング調節手段を含むパウチ型電池セルに関するものである。具体的には、パウチ型電池セルのシーリング部に、パウチ型電池セルの内部圧力によってガスの排出を調節することができるベンティング調節手段を含むパウチ型電池セルに関するものである。
二次電池には、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。前記二次電池単位セルの作動電圧は約２．０Ｖ～５．０Ｖである。これより高い出力電圧が要求される場合、複数の単位セルを直列に連結したセルアセンブリーを構成することができる。出力電圧及び容量を考慮して前記セルアセンブリーを直列及び／または並列に連結したバッテリーモジュールを構成することもでき、複数の前記バッテリーモジュールを用いてバッテリーパックを製作することができる。
二次電池は、電池ケースの形状によって、円筒型、角型、パウチ型などに区分することができる。そのうちでも、高集積度に積層されることができ、重量当たりエネルギー密度が高く、安価であり、変形が容易なパウチ型二次電池が高い関心を集めている。パウチ型電池セルは電池ケースがラミネートシートからなる電池セルを意味し、前記電池ケースの内部に電極組立体が内蔵される構造を有する。
パウチ型電池セルは、充放電などの使用過程で電池セルの内部でガスが発生してパウチ型電池ケースが膨張及び爆発する危険がある。
前記のような危険を防止するために、特許文献１は、図１及び図２に示すように、電池ケース２０のシーリング部２１にメインガス放出管５０及び補助ガス放出管６０を備えることで、電池セルの内部で発生したガスを速かに外部に排出することができる電池セルを開示している。
特許文献１の電池セルはメインガス放出管５０をシーリング部に位置させてシーリングする段階によって製造され、ガス放出の際にはシーリング部２１の一部を切開することによって露出されたメインガス放出管５０の一部を通してガスを外部に放出させ、完全に放出させた後には、露出されたメインガス放出管５０の一部を再び熱融着してシーリングしなければならないので、工程が複雑であり、生産性が低下する問題がある。
本発明は前記のような問題点を解決するためのものであり、パウチ型電池セルの電極リードが突出したシーリング部にベンティング調節手段を装着することで、電池セルの内部で発生したガスの圧力に応じてベンティングを調節することができるパウチ型電池セルを提供することを目的とする。
前記のような目的を達成するための本発明は、電極組立体と、前記電極組立体を収納するパウチ型電池ケースと、前記電極組立体から延び、一部が前記パウチ型電池ケースの外部に突出した電極リードとを含み、前記パウチ型電池ケースの外周辺にはシーリング部が形成されており、前記シーリング部のうち前記電極リードが突出する位置にはベンティング調節手段が装着されており、前記ベンティング調節手段は、前記パウチ型電池ケースの内部ガス圧力に応じて前記ベンティング調節手段が装着されたシーリング部の開閉を調節する、パウチ型電池セルを提供する。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記ベンティング調節手段は前記シーリング部にクリップの形態として装着されることができる。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記ベンティング調節手段が装着されるシーリング部は、他のシーリング部より弱く融着することができる。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記ベンティング調節手段は、外側の本体部と、前記パウチ型電池ケースと直接接する内側の弾性部とを含むことができる。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記弾性部は、前記電池セルの内部圧力によって変形可能な弾性材料を含み、前記本体部は、前記電池セルの内部圧力によって変形しない材料を含むことができる。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記ベンティング調節手段は、前記電極リードが貫通して挿入される電極リード挿入口をさらに含むことができる。
また、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記電極リードは正極リードと負極リードとからなり、前記正極リードと負極リードとは互いに反対方向に突出するかまたは同じ方向に突出することができる。
また、本発明は、１）電極組立体を製造する段階と、２）前記電極組立体に電極リードを接合する段階と、３）前記電極リードが接合された前記電極組立体をパウチ型電池ケースに収納する段階と、４）前記パウチ型電池ケースの外周辺のうち電解液を注入する外周辺を除いて残った外周辺をシーリングする段階と、５）前記パウチ型電池ケースのシーリング部のうち前記電極リードが突出する位置にベンティング調節手段を装着する段階とを含むパウチ型電池セルの製造方法であって、前記ベンティング調節手段は、前記パウチ型電池ケースの内部ガス圧力に応じて前記ベンティング調節手段が装着されたシーリング部の開閉を調節する、パウチ型電池セルの製造方法を提供する。
また、本発明によるパウチ型電池セルの製造方法において、シーリングする段階では、前記ベンティング調節手段が装着されるシーリング部を他のシーリング部より弱く融着することができる。
また、本発明によるパウチ型電池セルの製造方法において、前記ベンティング調節手段は、外側の本体部と、前記パウチ型電池ケースと直接接する内側の弾性部とを含むことができる。
また、本発明によるパウチ型電池セルの製造方法において、前記ベンティング調節手段を装着する段階の後、電解液を注入する段階と、前記電解液注入部をシーリングする段階とをさらに含むことができる。
また、本発明は、前記パウチ型電池セルを含む電池パックを提供することができる。
また、本発明は前記課題を解決するための手段を多様に組み合わせた形態としても提供することができる。
本発明のパウチ型電池セルは、シーリング部にベンティング調節手段を装着することで、パウチ型電池セルの内部のガス発生によって内部圧力が高くなれば自動でベンティングを誘導することができるので、電池セルの膨張による爆発などを防止することができる利点がある。
また、本発明のパウチ型電池セルは、ベンティングの後に内部圧力が低くなればベンティング調節手段がシーリング部を再び閉めることで、ベンティングの後にも電池セルを使用することができる利点がある。
また、本発明のパウチ型電池セルは、製造の際にベンティングのための別の手段を形成する複雑な工程が不要であるので、製造工程が簡素化する利点がある。
以下、添付図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただし、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
また、構成要素を限定するか付け加えて具体化する説明は、特別な制限がない限り、すべての発明に適用可能であり、特定の発明に限定されない。
また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって単数で表示したものは、別に言及しない限り、複数の場合も含む。
また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって「または」は、別に言及しない限り、「及び」を含むものである。したがって、「ＡまたはＢを含む」はＡを含むか、Ｂを含むか、Ａ及びＢの両者を含む３種の場合を意味する。
また、すべての数値範囲は、明確に除くという記載がない限り、両端の値とその間のすべての中間値とを含む。
以下、本発明によるパウチ型電池セルについて添付図面を参照して説明する。
図３は本発明の一実施例によるベンティング調節手段を含むパウチ型電池セルを示す平面図である。
図３を参照して本発明のパウチ型電池セル１００を説明すると、パウチ型電池セル１００は、電極組立体１１０、前記電極組立体１１０を収納する電池ケース１２０、電極組立体１１０に接合され、一部が電池ケース１２０の外部に突出する電極リード１３０、及びベンティング調節手段１４０を含む。
まず、電極組立体１１０は、長いシート状の正極及び負極の間に分離膜が介在されてから巻き取られる構造を有するゼリーロール型組立体、長方形の正極及び負極が分離膜を挟んでいる状態で積層される構造のスタック型組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻き取られるスタックフォルディング型組立体、または電池セルが分離膜を間に挟んでいる状態で積層されて互いに付着されるラミネーションスタック型組立体などからなることができるが、これに限定されない。
このような電極組立体１１０はパウチ型電池ケース１２０に収納される。
パウチ型電池ケース１２０は、通常に、内部層／金属層／外部層のラミネートシート構造を有している。内部層は電極組立体と直接的に接触するので、絶縁性及び耐電解液性を有しなければならなく、また外部に対する密閉のために、シーリング性、すなわち内部層同士熱接着されたシーリング部位は優れた熱接着強度を有しなければならない。このような内部層の材料としては、耐化学性に優れながらもシーリング性がよいポリプロピレン、ポリエチレン、酢酸ポリエチレン、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリイミド樹脂から選択されることができるが、これに限定されず、引張強度、剛性、表面硬度、耐衝撃強度などの機械的物性及び耐化学性に優れたポリプロピレンが最も好ましい。
内部層と接している金属層は外部から水分や各種のガスが電池の内部に浸透することを防止するバリア層に相当し、このような金属層の好適な材料としては、軽いながらも成形性に優れたアルミニウム薄膜を使うことができる。
そして、金属層の他側面には外部層が備えられる。このような外部層は、電極組立体を保護しながら耐熱性及び耐化学性を確保することができるように、引張強度、透湿防止性及び空気透過防止性に優れた耐熱性ポリマーを使うことができ、一例としてナイロンまたはポリエチレンテレフタレートを使うことができるが、これに限定されない。
このような電池ケース１２０の外周辺には、電極組立体１１０の収納の後、電池ケース１２０の密封のためのシーリング部１２１が形成される。
また、パウチ型電池セル１００は、正極リード及び負極リードの一対からなる電極リード１３０を含むことが一般的である。
このような電極リード１３０は電極組立体１１０のタブと溶接などの方法で接合され、電池ケース１２０に収納されるとき、一部が電池ケース１２０の外部に突出して他の電池セルまたは装置と電気的に連結される。
一方、正極リードと負極リードとが突出する方向は多様な形態を有することができるが、正極リードと負極リードとが反対方向に突出する形態、または正極リードと負極リードとが同一方向に突出する形態を有するように形成されることが一般的である。図３は非制限的な例示として正極リードと負極リードとが互いに反対方向にまたは相異なる方向に突出する形態を示している。
また、電極リード１３０と電池ケース１２０との間のシーリング性を高めるためにリードフィルムを使うこともできるが、これに限定されない。
図４は本発明の一実施例によるベンティング調節手段の斜視図である。
図４を参照して本発明のベンティング調節手段１４０について説明すると、ベンティング調節手段１４０は電池ケース１２０のシーリング部１２１に装着されるものであり、特にシーリング部１２１のうち電極リード１３０が突出する部分に装着されることができる。
このようなベンティング調節手段１４０は、本体部１４１、弾性部１４２、及び電極リード挿入口１４３を含む。
まず、本体部１４１はベンティング調節手段１４０の外部骨格を形成する部分であり、電池セル１００の内部圧力が高くなってベンティング調節手段１４０の装着されたシーリング部１２１が開いても形状の変形がないように、一定の強度以上を有する材料を含み、強度、成形性などを考慮すると、金属材料から形成されることが好ましいが、これに限定されず、多様な材料が適用可能である。
次に、弾性部１４２は前記本体部１４１の内側に位置して電池ケース１２０と接触する部分であり、電池セル１００の内部圧力が一定値以上に高くなると、ベンティング調節手段１４０の装着されたシーリング部１２１が開くように変形する弾性を有する材料を含む。
このような弾性材料の種類としては、公知の多様なゴム及び高分子材料などを使うことができる。
そして、電極リード挿入口１４３は、ベンティング調節手段１４０を電池セル１００に装着するとき、電極リード１３０が挿入される貫通口である。
図３及び図４には、ベンティング調節手段１４０がパウチ型電池セル１００の４側面のうち電極リード１３０が突出する側面全体に配置されるものとして示されているが、これに限定されるものではない。本発明によるベンティング調節手段はパウチ型電池ケースがシーリングされるどの部分にも適用可能である。また、シーリングされる面全体に配置されず、シーリング部の一部にのみ配置可能であり、さらに電極リード挿入口自体がない構成も可能である。
図５は図３のＢ－Ｂ’線に沿った断面を示す断面図であり、図６は図５のパウチ型電池セルにおいて、ベンティングが発生するときの形状を概略的に示す断面図である。
図５及び図６を参照してベンティング調節手段１４０の動作原理について説明すると、電池セル１００の内部圧力が一定値以下の場合には、図５に示すように、シーリング部１２１は閉まった状態を維持し、電池セル１００の内部圧力が一定値以上の場合には、図６に示すように、シーリング部１２１が開いた状態になり、内部のガスが外部に排出される。
このように、ガスがある程度排出されて内部圧力が一定値以下に低くなれば、シーリング部１２１は再び閉まった状態になる。
すなわち、弾性部１４２の復元力より内部圧力が高くなれば、シーリング部１２１が開くのに伴ってベンティングが発生し、弾性部１４２の復元力より内部圧力が低くなれば、シーリング部１２１が閉まることになる原理でベンティングを調節する。
したがって、弾性部１４２を形成する材料の種類及び厚さによってベンティングが発生する圧力を適宜調節することができる。
一方、図５及び図６には、シーリング部端部１２１ａと弾性部内側面１４２ａとが一定の間隔で離隔しているものとして示されているが、図５及び図６とは違い、シーリング部端部１２１ａと弾性部内側面１４２ａとが接する形態も可能である。
この場合にも、ベンティング調節手段１４０の側面を通してガスが排出可能であるからである。
図７は本発明の他の実施例によるベンティング調節手段を含むパウチ型電池セルの断面図である。
図７のベンティング調節手段１５０も、本体部１５１、弾性部１５２、及び電極リード挿入口（図示せず）を含む。前述したベンティング調節手段１４０との相違点は、弾性部１５２が電池ケース１２０と接する面全体に形成されている点である。
このように弾性部１５２が形成されることで、ベンティング調節手段１５０の装着の際や装着の後に本体部１５１によって電池ケース１２０が損傷する可能性を防止することができる利点がある。
一方、本発明のベンティング調節手段１４０、１５０を備えたパウチ型電池セル１００を製造する方法を説明すると、１）電極及び分離膜を用いて電極組立体１１０を製造する段階と、２）電極組立体１１０に電極リード１３０を接合する段階と、３）電極リード１３０が接合された前記電極組立体１１０をパウチ型電池ケース１２０に収納する段階と、４）電池ケース１２０の外周辺のうち電解液を注入する外周辺を除いて残った外周辺をシーリングする段階と、５）電池ケース１２０のシーリング部１２１のうち前記電極リード１３０が突出する部分にベンティング調節手段１４０、１５０を装着する段階とを含む。
次いで、ベンティング調節手段１４０、１５０を装着する段階の後、電解液を注入する段階及び前記電解液注入部をシーリングする段階をさらに含む。
ここで、外周辺をシーリングする方法としては一般的に熱融着法を使う。電解液を注入する外周辺を除いて残った外周辺をシーリングする段階でシーリングされる外周辺を同じ融着強度でシーリングすることもできるが、ガスの排出をベンティング調節手段１４０、１５０が装着された方向に誘導するために、電極リード１３０が突出した方向のシーリング部１２１を他側のシーリング部１２１より弱く融着することが好ましい。
すなわち、ベンティング調節手段１４０、１５０が装着されたシーリング部１２１の融着強度は、ベンティング調節手段１４０、１５０を開ける内部圧力より低い圧力で分離されることができる範囲内で設定することが好ましい。
もちろん、すべてのシーリング部１２１を同じ融着強度でシーリングし、その後、ベンティング調節手段１４０、１５０が装着されたシーリング部１２１を除いて残ったシーリング部１２１の接合強度を別の方法で上昇させることで、ベンティング調節手段１４０、１５０が装着されたシーリング部１２１の接合強度が相対的に弱くなるように形成することも可能である。
ただし、この場合にも、シーリング部１２１の接合強度は、前述したように、ベンティング調節手段１４０、１５０を開ける内部圧力より低い圧力で分離されることができる範囲内で設定することが好ましい。
以上で本発明の内容の特定部分を詳細に記述したが、このような具体的技術は、当該分野で通常の知識を有する者に対して単に好適な実施様態に該当しているだけであり、これによって本発明の範囲が限定されるものではなく、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であるというのは当業者に明らかなものであり、このような変形及び修正も添付の特許請求の範囲に属するものであるというのは言うまでもない。
１００ 電池セル
１０、１１０ 電極組立体
１１ 電極タブ
２０、１２０ 電池ケース
２１、１２１ シーリング部
１２１ａ シーリング部端部
３０、１３０ 電極リード
４０ リードフィルム
５０ メインガス放出管
６０ 補助ガス放出管
１４０、１５０ ベンティング調節手段
１４１、１５１ 本体部
１４２、１５２ 弾性部
１４２ａ 弾性部内側面
１４３ 電極リード挿入口
１０、１１０ 電極組立体
１１ 電極タブ
２０、１２０ 電池ケース
２１、１２１ シーリング部
１２１ａ シーリング部端部
３０、１３０ 電極リード
４０ リードフィルム
５０ メインガス放出管
６０ 補助ガス放出管
１４０、１５０ ベンティング調節手段
１４１、１５１ 本体部
１４２、１５２ 弾性部
１４２ａ 弾性部内側面
１４３ 電極リード挿入口
Claims (13)
- 電極組立体と、
前記電極組立体を収納するパウチ型電池ケースと、
前記電極組立体から延び、一部が前記パウチ型電池ケースの外部に突出した電極リードと、を含むパウチ型電池セルであって、
前記パウチ型電池ケースの外周辺にはシーリング部が形成されており、
前記シーリング部のうち前記電極リードが突出する位置にはベンティング調節手段が装着されており、
前記ベンティング調節手段は、前記パウチ型電池ケースの内部ガス圧力に応じて前記ベンティング調節手段が装着されたシーリング部の開閉を調節する、パウチ型電池セル。 - 前記ベンティング調節手段は前記シーリング部にクリップの形態として装着されている、請求項１に記載のパウチ型電池セル。
- 前記ベンティング調節手段が装着されるシーリング部は、他のシーリング部より弱く融着している、請求項１に記載のパウチ型電池セル。
- 前記ベンティング調節手段は、外側の本体部と、前記パウチ型電池ケースと直接接する内側の弾性部とを含む、請求項１に記載のパウチ型電池セル。
- 前記弾性部は、前記電池セルの内部圧力によって変形可能な弾性材料を含み、前記本体部は、前記電池セルの内部圧力によって変形しない材料を含む、請求項４に記載のパウチ型電池セル。
- 前記ベンティング調節手段は、前記電極リードが貫通して挿入される電極リード挿入口をさらに含む、請求項４に記載のパウチ型電池セル。
- 前記電極リードは正極リードと負極リードとからなり、前記正極リードと負極リードとは互いに反対方向に突出している、請求項１に記載のパウチ型電池セル。
- 前記電極リードは正極リードと負極リードとからなり、前記正極リードと負極リードとは同じ方向に突出している、請求項１に記載のパウチ型電池セル。
- １）電極組立体を製造する段階と、
２）前記電極組立体に電極リードを接合する段階と、
３）前記電極リードが接合された前記電極組立体をパウチ型電池ケースに収納する段階と、
４）前記パウチ型電池ケースの外周辺のうち電解液を注入する外周辺を除いて残った外周辺をシーリングする段階と、
５）前記パウチ型電池ケースのシーリング部のうち前記電極リードが突出する位置にベンティング調節手段を装着する段階と、
を含むパウチ型電池セルの製造方法であって、
前記ベンティング調節手段は、前記パウチ型電池ケースの内部ガス圧力に応じて前記ベンティング調節手段が装着されたシーリング部の開閉を調節する、パウチ型電池セルの製造方法。 - シーリングする段階において、前記ベンティング調節手段が装着されるシーリング部は他のシーリング部より弱く融着される、請求項９に記載のパウチ型電池セルの製造方法。
- 前記ベンティング調節手段は、外側の本体部と、前記パウチ型電池ケースと直接接する内側の弾性部とを含む、請求項９に記載のパウチ型電池セルの製造方法。
- 前記ベンティング調節手段を装着する段階の後、電解液を注入する段階と、前記電解液の注入部をシーリングする段階とをさらに含む、請求項９に記載のパウチ型電池セルの製造方法。
- 請求項１～８のいずれか一項に記載のパウチ型電池セルを含む、電池パック。
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|---|---|---|---|
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| PCT/KR2022/007859 WO2022255822A1 (ko) | 2021-06-02 | 2022-06-02 | 실링부 벤팅 조절 수단을 포함하는 파우치형 전지셀 |
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