KR101245280B1 - Secondary battery with differential electrode structure - Google Patents
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Abstract
본 발명의 이원화된 전극 구조를 가지는 이차전지는 서로 다른 극성의 전극 탭이 구비된 전극조립체; 해당하는 극성의 전극 탭과 연결되는 제1 및 제2 전극 리드; 상기 제1 및 제2 전극 리드의 일부가 동일면으로 평행하게 노출되도록 상기 전극 조립체를 수용하여 밀봉하는 파우치 케이스를 포함하고, 상기 파우치 케이스 밖으로 노출된 제1 및 제2 전극 리드는 서로 다른 방향으로 절곡된 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 의하면 서로 다른 방향성을 가지도록 양 전극의 구조를 이원적으로 구성하여 전극 간 접촉에 의한 전극 단락 현상을 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.A secondary battery having a binary structure of the present invention comprises an electrode assembly having electrode tabs of different polarities; First and second electrode leads connected to electrode tabs of corresponding polarities; And a pouch case for accommodating and sealing the electrode assembly such that portions of the first and second electrode leads are exposed in parallel to the same plane, wherein the first and second electrode leads exposed out of the pouch case are bent in different directions. Characterized in that it comprises a portion.
According to the present invention by providing a dual structure of the two electrodes so as to have a different direction to provide an effect that can minimize the electrode short circuit caused by the contact between the electrodes.
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전극 간 물리적 구조를 이원화된 형태로 구성하여 스웰링 현상으로 인한 전극 리드의 단락을 방지할 수 있는 안정성이 향상된 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery having improved stability capable of preventing a short circuit of an electrode lead due to a swelling phenomenon by configuring a physical structure between electrodes in a binary form.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.The secondary battery has high applicationability and high electrical density such as electric power, and is widely used for electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HVs) driven by electric driving sources as well as portable devices. It is applied.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.The secondary battery is attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of significantly reducing the use of fossil fuels is generated, but also no by-products of energy use are generated.
이차 전지(셀)는 적용 형태나 구조 등에 따라 파우치형, 캔형, 소형, 중대형 등으로 다양하게 분류될 수 있는데 이들 중 예시적으로 파우치형 이차 전지 셀을 도 1에서 도시하고 있다. 기본적 원리와 구조 등은 상호 대응될 수 있으므로 도 1에 도시된 파우치형 이차 전지를 예시적인 형태로 하여 설명하도록 한다.Secondary batteries (cells) may be classified into various types such as pouch type, can type, small size, medium to large size, etc. according to an application form or structure, and of these, an exemplary pouch type secondary battery cell is illustrated in FIG. 1. Since the basic principle and structure may correspond to each other, the pouch type secondary battery illustrated in FIG. 1 will be described as an exemplary form.
상기 도 1에 도시된 바와 같이 이차 전지(10)는 파우치 케이스(20) 및 전극집전체(30)(전극조립체로도 지칭된다)를 기본 구조로 포함하고 있으며, 상기 전극집전체(30)는 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되어 상기 양극판과 음극판 사이를 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터와 분리막 등으로 구성된다.As illustrated in FIG. 1, the
도 1에 도시된 바와 같이 상기 전극집전체(30)는 양극판에서 연장되어 형성되는 양극 탭(32)와 음극판에서 연장되어 형성되는 음극 탭(34)이 구비된다.As illustrated in FIG. 1, the electrode
상기 양극 탭(32)과 음극 탭(34)들은 일정한 방향으로 수렴된 후 해당하는 각각의 전극 리드(36, 38)와 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등의 방법으로 접합된다. 이와 같은 결합 구조를 가지는 상기 전극 리드(36, 38)는 이차 전지의 전극으로서 이차전지와 외부 적용 기기 등을 상호 전기적으로 연결하는 기능을 수행하게 된다.The
상기 전극집전체(30)가 파우치 케이스(20)에 투입된 후, 전해액이 주입되고 밀봉 공정, 에이징 공정, 화성 공정 등의 후처리 공정을 거쳐 하나의 완성된 이차 전지 셀이 된다. 실시형태에 따라 상기 파우치 케이스(20)는 상면 케이스(21)과 하면 케이스(22)로 구분되며 상기 전극 집전체(30)가 수용되는 부분이 어디에 존재하는지 등에 따라 싱글 캡 또는 더블 캡 등으로 형태로 지칭되기도 한다.After the electrode
한편, 상기 파우치 케이스의 밀봉 공정에 파우치 케이스의 상하면이 열융착될 때, 전극 리드와 겹치는 부분의 실링의 효율성을 향상시키기 위하여 앞서 상기 전극 리드(36, 38)에는 절연 테이프(33)가 부착될 수 있다. Meanwhile, when the upper and lower surfaces of the pouch case are heat-sealed during the sealing process of the pouch case, an
상기 이차 전지는 개체의 구성 순에 의하여 단위 개체인 셀(cell), 집합체인 어셈블리(assembly), 배터리(battery)(팩(pack)) 등으로 칭해지며, 이하 설명에서 달리 언급되지 않는다면, 본 설명에서의 이차 전지는 상기 개체를 구별하지 않고 통칭적으로 사용하도록 한다.The secondary battery is referred to as a unit cell (cell), an assembly assembly (assembly), a battery (pack), etc. according to the configuration order of the individual, and unless otherwise stated in the following description, the present description The secondary battery in Essence is to be used generically without distinguishing the individual.
상기와 같은 구조와 공정 등을 거쳐 제조되는 이차전지는 일반적으로 음극에 카본계 소재가 사용되며, 양극에는 리튬계 산화물, 전해액에는 유기용매 전해질이 주로 사용되고 있다.In the secondary battery manufactured through the structure and process as described above, a carbon-based material is generally used for the negative electrode, a lithium-based oxide for the positive electrode, and an organic solvent electrolyte for the electrolyte.
이러한 재질로 구성되는 상기 이차 전지는 과충전되거나 전기적 환경에 급격한 변화 등이 발생되면, 양극에서 전해액 분해 현상이 발생되고, 음극에서는 리튬 금속의 석출현상이 발생될 수 있으며, 이러한 현상이 발생하게 되면, 이차전지의 성능 저하가 초래될 수 있음은 물론, 화학 반응에 의한 발열에 의하여 가스가 발생될 수 있다.When the secondary battery composed of such a material is overcharged or a sudden change in the electrical environment occurs, electrolyte decomposition may occur at the positive electrode, and precipitation of lithium metal may occur at the negative electrode, and when such a phenomenon occurs, In addition, performance of the secondary battery may be reduced, and gas may be generated by heat generation due to a chemical reaction.
또한, 전해액에는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등의 용매를 사용하게 되는데, 이러한 용매는 고온에서 분해되어 가스 등이 발생하고 이에 의한 압력 증가로 일종의 부품현상인 스웰링(swelling) 현상이 발생하여 첨부된 도 2와 같이 이차전지가 풍선처럼 부풀어 오르는 현상이 발생된다.In addition, a solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate is used as an electrolyte, and such a solvent is decomposed at high temperature to generate gas, and a swelling phenomenon, which is a kind of component phenomenon, occurs due to an increase in pressure. As shown in FIG. 2, the secondary battery swells like a balloon.
일반적으로 파우치 케이스(20)의 모서리 부분이 상대적으로 덜 팽창하게 되므로 파우치 케이스(20)의 네 변이 오목한 형상으로 변형되는데, 이러한 형상 변형이 발생하면 양극 리드(36, 38)는 평행한 상태를 유지하지 못하고 중심 축 방향으로 기울어지면서 양 전극 리드의 이격 거리가 가까워진다.In general, since the edge portion of the
특히 이차전지의 구조와 형상적 특징에 기초할 때, 상기 양 전극 리드는 평행한 상태를 유지하므로 스웰링 현상이 발생하게 되면 특히 양 전극 리드의 말단 부위에서부터 단락 현상이 발생될 가능성이 상당히 높게 된다.In particular, based on the structure and shape of the secondary battery, the positive electrode leads are kept in a parallel state, so when a swelling phenomenon occurs, the possibility of a short circuit phenomenon from a terminal portion of the positive electrode leads is particularly high. .
스웰링되는 정도가 더 심화되면 급기야 양 전극 리드가 물리적으로 접촉되어 단락 상태(short)가 발생되면 극히 짧은 시간 동안 상당한 전류가 도통되어 이차전지에 비약적인 과열 현상이 발생될 수 있음은 물론, 부푼 상태에서 외부 충격이 가해지면 스파크 등이 발생하여 발화될 수 있어 더욱 위험할 수 있다.As the degree of swelling is further increased, when the positive and negative electrode leads are physically contacted, and a short circuit occurs, a significant current may be conducted for a very short time, resulting in a significant overheating phenomenon of the secondary battery. When an external shock is applied to, sparks may occur and ignite, which may be more dangerous.
이와 함께, 전기 차량 등 고온에서 오랜 시간 동안 구동을 유지하여야 하는 환경에서는 이러한 위험성은 더욱 높다고 할 수 있으며, 이차전지로 구성되는 배터리의 오동작은 이를 사용하는 사용자에게도 치명적인 위험요소가 될 수 있다.In addition, in an environment in which driving is required for a long time at a high temperature such as an electric vehicle, such a risk may be higher, and a malfunction of a battery configured as a secondary battery may be a fatal hazard to a user who uses the battery.
그러므로 이차전지의 스웰링 현상에 의하여 야기되는 전극 간 단락 현상을 해결하기 위하여 이차전지에 대한 구조적 개선 방안이 강구될 필요성이 크다고 할 수 있다.Therefore, in order to solve the inter-electrode short circuit caused by the swelling phenomenon of the secondary battery, it is necessary to find a structural improvement method for the secondary battery.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기 문제점 내지 필요성을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스웰링 현상으로 인한 단락 현상을 최소화하여 더욱 안정성이 향상된 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems and needs, and an object thereof is to provide a secondary battery having improved stability by minimizing a short circuit caused by a swelling phenomenon.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the embodiments of the invention. In addition, the objects and advantages of the present invention can be realized by the configuration and combination of configurations shown in the claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이원화된 전극 구조를 가지는 이차전지는 서로 다른 극성의 전극 탭이 구비된 전극조립체; 해당하는 극성의 전극 탭과 연결되는 제1 및 제2 전극 리드; 상기 제1 및 제2 전극 리드의 일부가 동일면으로 평행하게 노출되도록 상기 전극 조립체를 수용하여 밀봉하는 파우치 케이스를 포함하고, 상기 파우치 케이스 밖으로 노출된 제1 및 제2 전극 리드는 서로 다른 방향으로 절곡된 부분을 포함하여 구성된다.A secondary battery having a binary electrode structure of the present invention for achieving the above object is an electrode assembly provided with electrode tabs of different polarities; First and second electrode leads connected to electrode tabs of corresponding polarities; And a pouch case for accommodating and sealing the electrode assembly such that portions of the first and second electrode leads are exposed in parallel to the same plane, wherein the first and second electrode leads exposed out of the pouch case are bent in different directions. It is composed of the parts included.
여기에서 상기 본 발명의 상기 제1 전극 리드는 노출된 부위에 상방으로 절곡된 형상을 포함하며, 상기 제2 전극 리드는 노출된 부위에 하방으로 절곡된 형상을 포함하도록 구성될 수 있다.Here, the first electrode lead of the present invention may include a shape bent upward at the exposed portion, and the second electrode lead may be configured to include a shape bent downward at the exposed portion.
바람직하게, 상기 제1 전극 리드는 상기 상방으로 절곡된 형상에 수평방향으로 연장된 형상을 포함하며, 상기 제2 전극 리드는 상기 하방으로 절곡된 형상에 수평방향으로 연장된 형상을 포함하여 구성될 수 있다.Preferably, the first electrode lead may include a shape extending in a horizontal direction to the upwardly bent shape, and the second electrode lead may include a shape extending in a horizontal direction to the downwardly bent shape. Can be.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1 전극 리드는 상방으로 절곡된 형상이 상면에서 폴딩되어 상방향으로 층단진 형태를 이루며, 상기 제2 전극 리드는 하방으로 절곡된 형상이 하면에서 폴딩되어 하방향으로 층단진 형태를 이루도록 구성될 수 있으며, 더욱 바람직하게, 상기 제1 전극 리드의 상기 층단진 부분의 하면 또는 상기 제2 전극 리드는 상기 층단진 부분의 상면에 절연층이 형성되도록 구성할 수 있다.In addition, in the present invention, the first electrode lead is folded upwardly to form a layered form in the upper direction is folded on the upper surface, the second electrode lead is folded downward shape is folded in the lower direction It may be configured to form a layer insulation, and more preferably, the lower surface or the second electrode lead of the first electrode lead may be configured such that an insulating layer is formed on the upper surface of the layer insulation portion. .
한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 이원화된 전극 구조를 가지는 이차전지는 서로 다른 극성의 전극 탭이 구비된 전극조립체; 해당하는 극성의 전극 탭과 연결되는 제1 및 제2 전극 리드; 상기 제1 및 제2 전극 리드의 일부가 동일면으로 평행하게 노출되도록 상기 전극 조립체를 수용하여 밀봉하는 파우치 케이스를 포함하고, 상기 파우치 케이스 밖으로 노출된 제1 및 제2 전극 리드 중 하나는 상방 또는 하방으로 절곡된 부분을 포함하도록 구성될 수 있다.On the other hand, the secondary battery having a binary electrode structure according to another aspect of the present invention is an electrode assembly provided with electrode tabs of different polarities; First and second electrode leads connected to electrode tabs of corresponding polarities; And a pouch case for accommodating and sealing the electrode assembly such that portions of the first and second electrode leads are exposed in parallel to the same plane, wherein one of the first and second electrode leads exposed out of the pouch case is upward or downward. It may be configured to include a bent portion.
상기 본 발명의 이원화된 전극 구조를 가지는 이차전지는 스웰링 현상이 발생되어 전극 리드 간 물리적 이격 거리가 가까워지더라도 말단 부위의 이원화된 구조에 의하여 물리적으로 맞닿게 되는 단락 현상을 지연시킬 수 있어 전극 리드 단락에 의한 위험성을 그 만큼 최소화시킬 수 있는 효과를 창출할 수 있다.The secondary battery having the binary electrode structure of the present invention can delay the short-circuit phenomenon that is physically contacted by the binary structure of the terminal portion even if the swelling occurs and the physical separation distance between the electrode leads closer The effect of minimizing the risk of lead short circuiting can be created.
또한, 전지의 대용량화 요구에 따라 전극 구조에 대한 저항이 작아지도록 설계되는 경향성을 가지게 되는데, 이러한 경우에도 전극 리드의 폭, 두께, 너비 등의 물리적 구조를 변화시키지 않아도 단락의 가능성을 상대적으로 저하시킬 수 있어 전극 리드에 대한 구조 설계에 더욱 큰 자유도를 부여할 수 있고 이를 통해 스웰링 현상에 대한 위험성에 최적화된 전극 구조를 가지는 이차전지를 설계할 수 있다.In addition, there is a tendency that the resistance to the electrode structure is reduced according to the demand of the large capacity of the battery, even in this case, even if the physical structure such as the width, thickness, width of the electrode lead is not changed, the possibility of short circuit is relatively reduced. It is possible to give a greater degree of freedom in the design of the structure of the electrode lead, through which it is possible to design a secondary battery having an electrode structure optimized for the risk of swelling phenomenon.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일반적인 이차전지 셀의 구성을 도시한 분해 결합도,
도 2는 종래의 파우치형 이차전지에서 스웰링 현상이 발생되어 파우치 케이스가 부풀어 오른 모습을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파우치 이차전지의 구조적 특징을 설명하기 위한 평면도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이차 전지에 포함된 전극 집전체 구조를 도시한 도면,
도 5는 발명의 바람직한 실시예에 의한 이차전지의 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 이차전지의 구성을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의한 이차전지의 구성을 도시한 도면,
도 8은 스웰링 현상 발생 시 본 발명에 의한 이차전지가 단락 현상을 방지시키는 구조적 특징을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 다른 측면에 의한 실시예에 따른 이차전지의 구성을 도시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is an exploded coupling view showing the configuration of a typical secondary battery cell,
2 is a view illustrating a state in which a pouch case is swollen due to a swelling phenomenon in a conventional pouch type secondary battery;
3 is a plan view for explaining the structural features of the pouch secondary battery according to an embodiment of the present invention,
4 is a view illustrating an electrode current collector structure included in a secondary battery according to an embodiment of the present invention;
5 is a view showing the configuration of a secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention;
6 is a view showing the configuration of a secondary battery according to another preferred embodiment of the present invention;
7 is a view showing the configuration of a secondary battery according to another preferred embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a view illustrating a structural feature of preventing a short circuit phenomenon of a secondary battery according to the present invention when a swelling phenomenon occurs; FIG.
9 is a diagram illustrating a configuration of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파우치 이차전지의 구조적 특징을 설명하기 위한 평면도이며, 도 4도는 본 발명의 실시 예에 따른 이차 전지에 포함된 전극 집전체 구조를 도시한 도면이다.3 is a plan view illustrating structural features of a pouch secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating an electrode current collector structure included in a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
도면들을 참조할 때 본 발명에 따른 이원화된 전극 구조를 가지는 이차전지(100)(이하 이차전지라고 칭한다)는 파우치형의 이차전지로서 파우치 케이스(110) 내에 전극 집전체(130)가 수납된 구조를 가진다.Referring to the drawings, the
상기 전극 집전체(130)는 양극 활물질이 코팅된 양극판(131), 음극 활물질이 코팅된 음극판(132) 및 상기 양극판(131)과 음극판(132) 사이에 개재되며 상기 양극판과 음극판을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터(133)가 상호 교호되어 적층된 구조를 이룬다. The
양극 활물질과 음극 활물질은 양극판(131)과 음극판(132)의 어느 한쪽 표면 또는 양쪽 표면에 코팅될 수 있다. 인접하는 단위 개체와 단위 개체 사이에는 전기적 절연을 위한 분리막(140)이 개재된다. 상기 전극조립체(130)는 실시형태에 따라 권취형, 스택형, 스택/폴딩형 등으로 다양하게 적용될 수 있음은 물론이다.The positive electrode active material and the negative electrode active material may be coated on one or both surfaces of the
상기 양극판(131)은 알루미늄 재질이 주로 이용되는데, 스테인리스 스틸, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있으며, 이차 전지에 화학적 변화를 야기시키지 않고 높은 도전성을 가지는 재질이라면 이에 제한되지 않고 사용될 수 있다.The
상기 양극판(131)의 일부 영역에는 하나 이상의 양극 탭(135)이 구비되는데 상기 양극 탭(135)은 상기 양극판(131)이 연장되는 형태로 이루어질 수 있고, 상기 양극판(135)의 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접 등을 통하여 결합하는 형태로도 구성될 수 있으며 또한, 양극 재료를 상기 양극판(131) 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하는 방식 등의 다양한 방법에 의하여 제작될 수 있다.One or more
상기 양극판(131)에 대응되는 음극판(132)은 주로 구리 재질이 이용되는데, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이나 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.The
상기 음극판(132)은 상기 양극판(131)과 같이 표면에 미세한 요철 구조를 형성하여 활물질의 결합력이 강화되도록 구성할 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.The
상기 음극판(132) 또한 일부 영역에 하나 이상의 음극 탭(136)이 구비되며, 앞서 설명된 양극 탭(135)과 같이 상기 음극판(132)에서 연장되는 형태로 구현될 수 있음은 물론, 음극판(132) 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접하는 등의 방법으로 결합할 수도 있으며, 음극 재료를 상기 음극판(132) 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하는 방식 등으로 구현될 수 있다.The
상기 양극 탭(135) 및 음극 탭(136)은 각 극성마다 하나 이상으로 구성되어 상기 하나 이상의 전극 탭(135, 136)은 일정 방향성으로 수렴된 후, 각각에 해당 하는 리드인 양극 리드(140) 및 음극 리드(150)와 각각 전기적으로 연결된다.The
즉, 상기 양극 리드(140)와 음극 리드(150)의 일단은 상기 양극 탭(135) 및 음극 탭(136)과 결합되며, 타단은 앞서 설명된 바와 같이 전지 케이스(110)의 외부로 노출되는 형태로 구성되어, 상기 양극 리드(140) 및 음극 리드(150)는 해당 이차전지의 전지 단자로서 기능하게 된다.That is, one end of the
전극 리드와 전극 탭 간의 접합이 완료된 전극집전체(130)는 전해액 주액 공정과 실링 공정을 통해 파우치 케이스(110)에 밀봉된다. 상기 파우치 케이스(110)는 금속 박막의 상부 표면과 하부 표면이 절연성 폴리머로 라미네이트된 구조를 가진다. The electrode
상기 금속 박막은 물리적 기계 강도를 유지하기 위한 기본 골격 구조를 이루며, 외부로부터의 수분 등이 침투되는 것을 방지하고 내부에서 발생되는 열을 효과적으로 외부로 방출하기 위한 기능을 수행한다. The metal thin film forms a basic skeleton structure for maintaining physical mechanical strength, and serves to prevent penetration of moisture from the outside and to effectively release heat generated therein to the outside.
이러한 금속 박막은 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금, 철, 크롬 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있는데, 이에 한하는 것은 아니다. 상기 금속 박막을 철이 함유된 재질로 할 경우에는 기계적 강도가 강해지고, 알루미늄이 함유된 재질로 할 경우에는 유연성이 좋아진다. 일반적으로, 알루미늄 재질의 금속 박막이 바람직하게 사용된다.The metal thin film may be any one selected from an alloy of iron, carbon, chromium and manganese, an alloy of iron, chromium and nickel, aluminum, or an equivalent thereof, but is not limited thereto. When the metal thin film is made of iron-containing material, the mechanical strength is increased, and when the metal thin film is made of aluminum, flexibility is improved. In general, a metal thin film made of aluminum is preferably used.
상기 전지 케이스(110)에 전극 집전체(130)가 안착되면 하부 케이스와 상부 케이스의 주변부를 열 실링 공정을 통해 밀봉하는데, 열 실링 공정의 진행을 위해 파우치 케이스의 내면에는 열접착층으로서, 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene: CPP)과 같은 변성 폴리프로필렌, 폴리프로필렌과 부틸렌과 에틸렌 삼원 공중합체 등이 사용될 수 있다.When the electrode
상기 열접착층은 대략 30 내지 40um의 두께를 가지며, 금속 박막에 코팅 또는 라미네이팅될 수 있다. 또한 파우치 케이스(110)의 외면에는 금속 박막이 외부에 노출되는 것을 방지하고 금속 박막의 스크래치 등을 방지하기 위해 통상 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 외부층이 구비된다.The heat adhesive layer has a thickness of about 30 to 40um, and may be coated or laminated on a metal thin film. In addition, the outer surface of the
열 실링 공정의 진행 시, 이차전지의 전기화학적 기작을 위해 필요한 전해액을 주입하기 위해 하부 케이스와 상부 케이스의 주변부 중 일부, 즉 전해액 주입부를 제외하고 열 실링을 한 후 전해액 주액을 하고 전해액 주입부를 열 실링하면 파우치 케이스(110)가 최종적으로 밀봉된다.During the heat sealing process, in order to inject the electrolyte required for the electrochemical mechanism of the secondary battery, the electrolyte is injected after the heat sealing except for the part of the lower case and the periphery of the upper case, that is, the electrolyte injection part, and the electrolyte injection part is opened. When sealed, the
파우치 케이스(110)와 전극 리드(140, 150)의 접착성을 향상시키고 파우치 케이스의 내부 실링 내지 밀봉에 대한 효율성을 향상시키기 위하여 위해 전극 리드(140, 150)에는 절연 테이프(141)가 구비되는 것이 바람직하다. 절연 테이프(141)는 전극 리드(140, 150)와 파우치 케이스(110)의 접착성을 향상시키면서도 절연성이 있는 물질이라면 당업자 간에 다양한 적용예가 가능함은 물론이다.In order to improve the adhesion between the
일 예로, 상기 절연 테이프(141)는 폴리에틸렌, 폴리아세틸렌, PTFE, 나일론, 폴리이미드, 폴리에틸렌탈레프탈레이트, 폴리프로필렌, 또는 이들의 합성 물질로 이루어질 수 있다.For example, the insulating
본 발명은 스웰링 현상이 발생되더라도 양 전극 리드의 물리적 접촉에 의한 전기적 단락 현상을 효과적으로 방지하기 위한 개선된 구조에 대한 특징을 포함한다.The present invention includes features for an improved structure to effectively prevent electrical short-circuits due to physical contact of both electrode leads even when swelling occurs.
우선, 스웰링 현상이 발생되어 이차전지가 부풀게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 전극 리드(140, 150)는 그 이격 거리가 가까워져 물리적으로 닿게 되는데, 일종의 판상 형태로 구성되는 상기 전극 리드(140, 150)는 그 말단 부위부터 접촉 각도(θ)에서 물리적으로 접촉하게 된다.First, when a swelling phenomenon occurs and the secondary battery swells, as shown in FIG. 3, the electrode leads 140 and 150 are physically touched as their separation distance approaches each other. The electrode leads 140 having a kind of plate shape are formed. , 150 is in physical contact at the contact angle θ from its distal end.
상기 전극 리드(140, 150)의 길이가 a라고 가정하면, 전극 리드(140, 150)의 길이를 고려할 때, a의 길이가 길면 길수록 상기 접촉 각도(θ)는 작게 된다. 이것은 전극 리드(140, 150)가 길수록 작은 스웰링 현상에 의해서도 단락 현상이 발생될 수 있으며, 전극 리드(140, 150)의 길이가 상대적으로 짧을수록 스웰링 현상에 대한 단락 현상을 지연시킬 수 있다는 의미가 된다.Assuming that the lengths of the electrode leads 140 and 150 are a, the longer the length of a becomes, the smaller the contact angle θ becomes. The longer the electrode leads 140 and 150, the shorter a phenomenon may occur due to a smaller swelling phenomenon, and the shorter the length of the electrode leads 140 and 150, the shorter the swelling phenomenon can be delayed. It makes sense.
이차전지의 적용되는 형태나 응용 장치의 스펙 등에 따라 필요한 전기적 저항과 적절한 물리적 크기(전극의 폭(W), 전극 간의 이격 거리(D))등을 가져야 하므로 상기 스웰링 현상을 방지하거나 지연시키기 위하여 상기 전극 리드(140, 150)를 절대적 기준에서 짧게 제조할 수만은 없다.In order to prevent or delay the swelling phenomenon, it must have necessary electrical resistance and appropriate physical size (width of electrode (W), distance between electrodes (D)), etc. according to the type of secondary battery or specification of application device. The electrode leads 140 and 150 may not be manufactured short on an absolute basis.
그러므로 전극의 폭(W), 전극의 이격 거리(D), 전극의 전체 길이 등에 대한 조건이 동일하게 유지되는 상태에서 상기 전극의 길이 방향성을 서로 차등적으로 구성하도록 한다.Therefore, the lengthwise orientations of the electrodes may be differentially configured while the conditions for the width W of the electrodes, the distances D of the electrodes, the overall length of the electrodes, and the like remain the same.
이를 위하여 본 발명의 이차전지(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 파우치 케이스(110) 밖으로 노출된 양 전극 중 하나의 전극(140)은 아래 방향으로 절곡된 형상(A)을 포함하고, 또 다른 전극(150)은 이와 반대방향으로 절곡된 형상(B)를 포함하여 구성된다. To this end, the
이와 같은 구성을 통하여 전극 리드(140, 150)는 절곡되기 전과 대비하여 동일한 전기적 저항값 등의 전기적 특성값을 유지함과 동시에 상대적 길이가 짧아지고 서로 다른 방향으로 절곡되어 있는 상태이므로 스웰링 현상이 발생 시 서로 물리적으로 접촉되는 경우를 지연시킬 수 있다.Through this configuration, the electrode leads 140 and 150 maintain the same electrical characteristic values as compared to before bending, and the relative lengths of the electrode leads 140 and 150 are shortened and bent in different directions. This can delay the case of physical contact with each other.
더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 이차전지(100)의 전극 리드(140, 150)는 도 6에 도시된 바와 같이 전극 리드(140, 150)는 일차적으로 절곡된 형상을 포함하고, 그 절곡된 부위에 수평 방향으로 연장되는 형태로 이루어지도록 구성할 수 있다.In order to implement a more preferred embodiment, the electrode leads 140 and 150 of the
상기 구성은 상기 전극 리드(140, 150) 단부의 높낮이를 서로 차등적으로 구성하여 서로 단차지도록 할 수 있어 스웰링 현상에 의한 전극 단락의 가능성을 낮춤과 동시에 외부 적용 기기와의 전기적 접속 내지 연결을 더욱 효과적으로 수행할 수 있게 된다. 이와 같은 이원적인 구조를 가지도록 양 전극 리드를 차등적으로 구성함으로써 전극 간 접촉에 의한 전기적 단락 현상을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. The configuration may be configured to differentially configure the heights of the end portions of the electrode leads 140 and 150 so as to be stepped apart from each other, thereby reducing the possibility of an electrode short circuit due to a swelling phenomenon and at the same time making electrical connection or connection with an external application device. You can do it more effectively. By differentially configuring the two electrode leads to have such a dual structure, it is possible to effectively prevent the electrical short circuit caused by the contact between the electrodes.
실시형태에 따라 상기 전극 리드(140, 150)의 절곡되는 각도는 도 6에 도시된 바와 같은 수직 방향을 포함하여, 상방 또는 하방으로 서로 다른 경사 방향으로 비스듬한 각도가 되도록 구성할 수도 있다.According to the exemplary embodiment, the bent angles of the electrode leads 140 and 150 may be configured to be oblique angles in different inclined directions upwards or downwards, including a vertical direction as illustrated in FIG. 6.
이와 함께 본 발명에 의한 이차전지(100)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 전극리드 중 하나인 제1 전극리드(140)는 상방으로 절곡된 형상이 상면에서 폴딩(folding)되어 상방향으로 층단진 행태를 이루며, 반대로 또 다른 전극 리드인 제2 전극 리드(150)는 아래로 절곡된 형상이 하면에서 폴딩되어 아래 방향으로 층단진 형태를 이루도록 구성할 수도 있다.In addition, the
이러한 본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도 8과 같이 스웰링 현상이 발생하여 전극 리드(140, 150)들의 거리가 가까워지더라도 서로 단차진 형태로 어긋나게 되므로 전극 리드 접촉에 의한 단락 현상을 방지할 수 있게 된다.Such preferred embodiments of the present invention prevent the short-circuit phenomenon due to the electrode lead contact because the swelling phenomenon occurs as shown in FIG. 8, so that the distance between the electrode leads 140 and 150 is close to each other. It becomes possible.
도 8에 도시된 바와 같이 전극 리드(140, 150)가 서로 근접하는 경우, 하면으로 단층진 전극 리드(140)의 상면과 상면으로 단층진 전극 리드(150)의 하면이 제일 먼저 이격 거리가 줄어들게 되므로 물리적 접촉에 의한 전극 단락을 더욱 효과적으로 방지하기 위하여 도 7에 도시된 바와 같이 하면으로 층단진 부분의 상면 또는 상면으로 층단진 부분의 하면에는 전기적 절연체에 의한 절연층(1400, 1500)을 형성하는 것이 더욱 바람직하다.As shown in FIG. 8, when the electrode leads 140 and 150 are close to each other, the distance between the upper surface of the single-layered
앞서 상술된 본 발명의 실시예는 양 전극 리드의 높이를 차등적으로 구성하거나 서로 다른 방향으로 절곡되는 구성을 포함하고 있으며, 이는 상술된 실시예와 같이 상호 역 방향성을 가지도록 구성할 수 있음은 물론, 도 9에 도시된 바와 같이 양 전극 리드 중 하나의 전극 리드에만 구성할 수도 있다.The above-described embodiment of the present invention includes a configuration in which the heights of the both electrode leads are differentially configured or bent in different directions, which may be configured to have mutually reverse directions as in the above-described embodiment. Of course, as shown in FIG. 9, only one of the electrode leads may be configured.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.
또한, 본 발명의 설명에 있어 제1, 제2 또는 상부, 하부 또는 상하 등과 같은 표현은 상호 간의 각 구성을 상대적으로 구분하기 위하여 사용되는 도구적 개념의 용어일 뿐, 특정의 순서, 우선순위, 중요성 등을 객관적이고 물리적으로 구분하기 위하여 사용되는 용어이거나 절대적인 기준에서 물리적인 기준에서 물리적인 구성을 구분하기 위하여 사용된 용어가 아님은 자명하다.In addition, in the description of the present invention, expressions such as first, second, or upper, lower, or upper and lower sides are merely terms of a tool concept used to relatively distinguish each component from each other, and a specific order, priority, Obviously, it is not a term used to objectively and physically distinguish the importance, or a term used to distinguish the physical composition from the physical standard to the absolute standard.
100 : 파우치형 이차전지 110 : 파우치 케이스
130 : 전극 집전체 140 : 제1 전극 리드
150 : 제2 전극 리드100: pouch type secondary battery 110: pouch case
130: electrode current collector 140: first electrode lead
150: second electrode lead
Claims (10)
해당하는 극성의 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드;
상기 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드의 일부가 동일면으로 평행하게 노출되도록 상기 전극 조립체를 수용하여 밀봉하는 파우치 케이스를 포함하고,
상기 파우치 케이스 밖으로 노출된 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드는 스웰링에 의한 단락 방지를 위해 상기 제1 전극 리드는 노출된 부위에 상방으로 절곡되고 상기 상방으로 절곡된 형상에 수평방향으로 연장된 형상을 포함하며, 상기 제2 전극 리드는 노출된 부위에 하방으로 절곡되고, 상기 제2 전극 리드는 상기 하방으로 절곡된 형상에 수평방향으로 연장된 형상을 포함하며,
상기 제1 전극 리드는, 상방으로 절곡된 형상이 상면에서 폴딩되어 상방향으로 층단진 형태를 이루며,
상기 제2 전극 리드는, 하방으로 절곡된 형상이 하면에서 폴딩되어 하방향으로 층단진 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 이원화된 전극 구조를 가지는 이차전지.An electrode assembly having electrode tabs having different polarities;
First and second electrode leads connected to electrode tabs of corresponding polarities;
A pouch case for accommodating and sealing the electrode assembly such that portions of the first electrode lead and the second electrode lead are exposed in parallel to the same plane;
The first electrode lead and the second electrode lead exposed outside the pouch case may be bent upwards to the exposed portion and extended in a horizontal direction to the upwardly bent shape to prevent short circuit by swelling. The shape of the second electrode lead is bent downward to the exposed portion, the second electrode lead comprises a shape extending in the horizontal direction to the downwardly bent shape,
The first electrode lead has a shape bent upward in the upper surface to form a layered form in the upward direction,
The second electrode lead is a secondary battery having a dualized electrode structure, characterized in that the bent downward shape is folded at the bottom to form a layered down in the downward direction.
상기 제1 전극 리드의 상기 층단진 부분의 하면 또는 상기 제2 전극 리드는 상기 층단진 부분의 상면에 절연층이 형성된 것을 특징으로 하는 이원화된 전극 구조를 가지는 이차전지.The method of claim 1,
A secondary battery having a dual electrode structure, wherein an insulating layer is formed on a lower surface of the first electrode lead or the second electrode lead of the second electrode lead.
해당하는 극성의 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드;
상기 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드의 일부가 동일면으로 평행하게 노출되도록 상기 전극 조립체를 수용하여 밀봉하는 파우치 케이스를 포함하고,
상기 파우치 케이스 밖으로 노출된 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드 중 하나는 스웰링에 의한 단락방지를 위해 상기 제1 전극 리드는 노출된 부위에 상방으로 절곡되고 상기 상방으로 절곡된 형상에 수평방향으로 연장된 형상을 포함하며, 상기 제2 전극 리드는 노출된 부위에 하방으로 절곡되고, 상기 제2 전극 리드는 상기 하방으로 절곡된 형상에 수평방향으로 연장된 형상을 포함하며,
상기 절곡된 부분을 포함하는 전극 리드는, 상기 상방 또는 하방으로 절곡된 형상이 기울어진 형상으로 이루어지며,
상기 절곡된 부분을 포함하는 전극 리드는, 상방 또는 하방으로 절곡된 형상이 폴딩되어 층단진 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 이원화된 전극 구조를 가지는 이차전지.An electrode assembly having electrode tabs having different polarities;
First and second electrode leads connected to electrode tabs of corresponding polarities;
A pouch case for accommodating and sealing the electrode assembly such that portions of the first electrode lead and the second electrode lead are exposed in parallel to the same plane;
One of the first electrode lead and the second electrode lead exposed outside the pouch case may be bent upwards to the exposed part and horizontally bent in the upwardly bent shape to prevent short circuit by swelling. An extended shape, wherein the second electrode lead is bent downward to an exposed portion, and the second electrode lead includes a shape extending in a horizontal direction to the downwardly bent shape,
The electrode lead including the bent portion is formed in a shape in which the shape bent upward or downward is inclined,
The electrode lead including the bent portion, the secondary battery having a dualized electrode structure, characterized in that the shape bent upward or downward to form a layered form.
상기 층단진 부분의 상면 또는 하면에 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 이원화된 전극 구조를 가지는 이차전지.The electrode lead of claim 6, wherein the electrode lead including the bent portion includes:
The secondary battery having a dual electrode structure, characterized in that the insulating layer is formed on the upper or lower surface of the layer insulation portion.
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|---|---|---|---|
| KR1020100100433A KR101245280B1 (en) | 2010-10-14 | 2010-10-14 | Secondary battery with differential electrode structure |
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