KR102236056B1 - 과충전 방지부재를 가지는 배터리 셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과충전 방지부재를 가지는 배터리 셀에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다양한 요인으로 발생되는 배터리 셀 내의 압력에 의한 폭발을 방지하는 보호부재를 포함한 배터리 셀에 관한 것이다.

Description

과충전 방지부재를 가지는 배터리 셀{BATTERY CELL FOR PREVENTING OVERCHARGE}
본 발명은 과충전 방지부재를 가지는 배터리 셀에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다양한 요인으로 발생되는 배터리 셀 내의 압력에 의한 폭발을 방지하는 보호부재를 포함한 배터리 셀에 관한 것이다.
배터리를 구성하는 단위전지로서의 파우치형 리튬 이차전지는 유연성을 가져 그 형상이 비교적 자유로우며 무게가 가볍고 안전성도 우수하여 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 전자기기 전원으로 수요가 증가하고 있다.
또한, 상기 이차전지의 형태는 전지케이스의 형상에 따라 구분되는데, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 경우에는 원통형 전지 및 각형 전지로 분류되고, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 경우에는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 전지케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 삽입된 분리막 구조로 이루어져 충/방전이 가능하고, 전극 조립체의 형태는 전극 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극, 분리막 및 음극을 순차적으로 적층하여 권취한 젤리-롤형과, 전극 활물질이 도포된 소정 크기의 양극, 분리막 및 음극을 순차적으로 다수 개 적층한 스택형으로 분류된다.
한편, 상기 배터리 셀은 장시간 동안 고온 저장되거나 충전기나 전방 제어 회로 등의 고장으로 인한 과충전, 과방전 또는 내부 단락과 같은 이상 상황이 발생되는 경우, 전해질의 부반응에 기인한 스웰링 현상으로 부풀게 된다.
상기 스웰링 현상은 파우치 외장재의 부피를 증가시키고 파우치 외장재의 실링 영역의 접착력을 약화시켜 파우치 외장재의 실링 영역을 통해 전해액을 누출시키거나 전해질의 부 반응의 가속화로 인하여 파우치 외장재의 내부를 고온 및 고압 환경으로 만들어 전지 셀을 발화 또는 폭발시킨다.
이러한 문제를 방지하기 위하여 폭발 방지부재를 포함한 배터리 셀을 형성하는데, 종래의 배터리 셀은 도 1을 참고하여 설명한다.
도 1은 종래의 폭발방지부재를 포함한 배터리 셀의 상세 구조도이다.
도 1을 참고하면, 종래의 배터리 셀은 전극 조립체 및 홈이 구비된 리드부를 포함하여 구성되어 스웰링 현상이 발생되는 경우, 홈 구성부가 파단되어 배터리 셀의 결합이 해제되는 구조이다.
그러나 배터리 셀의 리드부에 홈이 있는 경우, 홈이 없을 때 대비 리드부의 저항이 높아지게 되고, 리드부의 저항이 높아지게 되면 그만큼의 출력 손실이 발생되는 문제가 발생된다.
따라서 배터리 셀의 출력손실이 발생되지 않으며, 내부에서 발생되는 압력으로부터의 폭발을 방지하는 기술 개발이 요구된다.
KR 2017-0021102 A
본 발명은 배터리 셀의 출력에 영향을 주지 않으며, 배터리 셀 내부에 발생되는 압력으로 인한 폭발을 방지하는 배터리 셀을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 셀은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하며 상부 외장재와 하부 외장재로 구성되는 셀 외장재, 상기 전극 조립체에서 상기 상부 외장재와 하부 외장재의 사이로 연장되어 상기 셀 외장재 외부로 인출되는 리드부 및 상기 리드부의 상/하단에 위치하며 과충전 시 리드부를 컷팅하여 절단시키는 절단부를 포함하여 구성된다.
상기 절단부(140)는, 상기 전극 조립체 방향에 위치하며 상기 상부 외장재에 부착되고, 제1 칼날을 수용하는 프레임을 포함하는 제1 커터부(141), 상기 제1 커터부의 전극 조립체 반대방향에 위치하며 상기 하부 외장재에 부착되고, 제2 칼날을 수용하는 프레임을 포함하는 제2 커터부(142) 및 상기 제2 커터부의 전극 조립체 반대방향에 위치하며 상기 상부 외장재에 부착되고, 제3 칼날을 수용하는 프레임을 포함하는 제3 커터부(143)를 포함하여 구성되어, 과충전 시 배터리 셀이 팽창하여 상기 상부 외장재와 하부 외장재의 간격이 벌어짐에 따라 상기 리드부를 절단하도록 구성된다.
상기 제1 커터부의 제1 칼날 및 제3 커터부의 제3 칼날은, 각각 제1 커터부 및 제3 커터부의 프레임의 하단부에 형성되어 절단부 구성 시 상기 리드부 하부에 위치한다.
상기 제2 커터부의 제2 칼날은 상기 제2 커터부의 프레임의 상단부에 형성되어 절단부 구성 시 상기 리드부 상부에 위치한다.
상기 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부의 각 칼날은, 일측에서 타측으로 비스듬히 기울어지는 형태로 형성된다.
상기 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부의 각 칼날은, 상기 리드부가 위치하는 수용공간을 가지도록 배치된다.
상기 수용공간은, 과충전 시 발생되는 압력 값에 따라 결정된다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법은 과충전 시 발생되는 내압으로부터 배터리 셀을 보호하는 절단부가 포함된 배터리 셀을 제조하는 방법에 있어서, 전극 공정을 통해 전극 조립체를 생성하는 전극 조립체 생성단계, 상기 전극 조립체 생성단계에서 생성된 전극 조립체를 상기 절단부가 구비된 셀 외장재에 수용하는 셀 외장재 형성단계 및 상기 셀 외장재 형성단계에서 형성된 셀 외장재 내에 전해액을 주입시키고, 셀 외장재를 밀봉하는 셀 조립 완성단계를 포함하여 구성된다.
상기 셀 외장재 형성단계는, 셀 외장재에 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부를 부착시키는 절단부 부착단계, 상기 절단부 부착단계에서 부착된 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부의 위치를 조정시키는 위치 조정단계 및 상기 위치 조정단계에서 조정되어 생성된 수용공간에 상기 전극 조립체에 연결된 리드부를 위치시키는 리드부 위치단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 과충전 방지부재를 가지는 배터리 셀은 리드부를 컷팅하여 절단시키는 절단부를 구비하여 추가적인 제어없이 간단하게 배터리 셀 보호수행이 가능하며, 리드부와는 별도로 구성되어 리드부의 기능에는 영향이 미치지 않도록 한다.
도 1은 종래의 폭발방지부재를 포함한 배터리 셀의 상세 구조도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 상면 구조도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 측면 구조도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 내 절단부의 구조도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 내 절단부 칼날의 구조도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 내 증가하는 압력에 의한 절단부의 작동 매커니즘을 설명하는 개략도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀과 종래의 과충전 방지부재가 구비되지 않은 배터리 셀의 비교 그래프.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 제조방법의 순서도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 제조방법 중 셀 외장재 형성단계의 순서도.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
<실시 예 1>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀은 배터리 셀 내에 소정 압력 이상으로 부푸는 경우, 리드부를 컷팅하여 절단시키는 절단부를 구성하여 복잡한 작동 구성없이 간단히 배터리 셀의 폭발을 방지할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 상면 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 측면 구조도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀(100)은 전극 조립체(110), 전극 조립체(110)를 수용하며 상부 외장재와 하부 외장재로 구성되는 셀 외장재(120), 전극 조립체(110)에서 상기 상부 외장재와 하부 외장재의 사이로 연장되어 셀 외장재(120) 외부로 인출되는 리드부(130) 및 리드부(130)의 상/하단에 위치하며 과충전 시 리드부를 컷팅하여 절단시키는 절단부(140)를 포함하여 구성된다.
또한, 배터리 셀은 전해액이 포함됨에 따라 배터리 셀의 반복적인 충전 및 방전 동안에 전극 조립체와 전해액이 접촉하여 전극 조립체의 음극 또는 양극으로 리튬 이온을 전달하는 매개체 역할을 수행한다.
이러한 배터리 셀(100)에 대한 구성은 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
상기 전극 조립체(110)는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 삽입된 분리막 구조로 이루어져 전극 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극, 분리막 및 음극을 순차적으로 적층하여 권취한 젤리-롤 형태와 전극 활물질이 도포된 소정 크기의 양극, 분리막 및 음극을 순차적으로 다수 개 적층한 스택 형태로 생성될 수 있다. 여기서 음극 활물질은 탄소계 화합물로 이루어지고, 양극 활물질은 리튬계 금속 화합물로 이루어진다.
또한, 상기 셀 외장재(120)는 금속 박층과, 금속 박층을 샌드 위치의 구조로 둘러싸는 폴리머 박층으로 형성되어 상부 외장재와 하부 외장재로 구성되고, 상기 전지 조립체(110)와 전해액을 수용하고 가장 자리의 실링 영역을 통해 실링 부재와 열 융착하여 밀봉된다.
여기서 상기 실링 부재는 상기 리드부(130)와 교차하는 셀 외장재의 실링 영역에서 리드부(130)를 둘러싸서 융착시킴에 따라 파우치 외장재의 밀봉 특성을 향상시킨다.
또한, 상기 셀 외장재(120)는 상기 절단부(140)가 위치할 수 있도록 소정 너비의 부착부가 형성될 수 있다. 이는 상기 절단부(140)가 소정의 공간이 보장될 수 있도록 한다.
상기 리드부(130)는 상기 전극 조립체(110)에서 상기 상부 외장재와 하부 외장재의 사이로 연장되어 셀 외장재(120) 외부로 인출되는 구성으로서, 전극 조립체의 탭(131), 실링 부재(132) 및 배터리 셀 리드(133)로 구성된다.
상기 전극 조립체의 탭(131)은 전극 조립체(110)의 내부에서 전극 조립체와 전기적으로 접속하는 구성으로서, 전극 조립체의 구성이 젤리 롤 형태인 경우에는 하나의 탭으로 구성되고, 스택 형태인 경우에는 복수개의 탭을 중첩시켜 하나의 형태로 형성한다.
또한, 상기 실링 부재(132)는 열 융착 특성을 갖는 폴리올레핀 또는 변성된 폴리올레핀과 같은 수지 조성물로 이루어진 하부 필름과 상부 필름으로 이루어진다.
따라서 실링 부재(132)는 상부 필름과 하부 필름에 의해 배터리 셀 리드(133)를 둘러싸며 접착제 또는 열 융착을 배터리 셀 리드(133)에 접합된다. 여기서 상기 실링 부재(132)는 상기 배터리 셀 리드(133)과 서로 긴밀하게 접합되므로 상기 셀 외장재(120)의 접합 계면을 통해 외부로부터 유입되는 수분 침투를 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀 리드(133)는 금속 물질로 이루어져 상기 전극 조립체(110)로부터 일 방향에 또는 양 방향에 두 개 위치되며 충방전 전류의 전기적 경로를 제공한다.
또한, 상기 전극 조립체의 탭(131)과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있도록 한다.
한편, 상기 절단부(140)는 도 4를 들어 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 내 절단부의 구조도이다.
도 4를 참고하면, 상기 절단부(140)는 상기 리드부의 상/하단에 위치하며 과충전 시 리드부를 컷팅하여 절단시키는 구성으로서, 사각 프레임으로 형성된 제1 커터부(141), 제2 커터부(142) 및 제3 커터부(143)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 커터부(141)는 상기 전극 조립체 방향에 위치하며 상기 상부 외장재에 부착되고, 제1 칼날을 수용하는 프레임을 포함한다.
또한, 상기 제2 커터부(142)는 상기 제1 커터부(141)의 전극 조립체 반대방향에 위치하며 상기 하부 외장재에 부착되고, 제2 칼날을 수용하는 프레임을 포함한다.
또한, 상기 제3 커터부(142)는 상기 제2 커터부의 전극 조립체 반대방향에 위치하며 상기 상부 외장재에 부착되고, 제3 칼날을 수용하는 프레임을 포함한다.
여기서 상기 제1 커터부(141), 제2 커터부(142) 및 제3 커터부(143)는 상 호 근접하게 위치할 수 있도록 각 프레임에 미세한 요철부를 더 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 커터부(141)의 제1 칼날 및 제3 커터부(143)의 제3 칼날은, 각각 제1 커터부 및 제3 커터부의 프레임의 하단부에 형성되어 절단부 구성 시 상기 리드부 하부에 위치한다.
또한, 상기 제2 커터부(142)의 제2 칼날은 상기 제2 커터부의 프레임의 상단부에 형성되어 절단부 구성 시 상기 리드부 상부에 위치한다.
여기서 부착되는 제1 커터부(141) 및 제3 커터부(143)의 위치는 제2 커터부의 위치와 상호 교환되어 칼날의 위치도 변경함에 따라 셀 외장재에 부착될 수 있다.
또한, 상기 제1 커터부(141), 제2 커터부(142) 및 제3 커터부(143)의 각 칼날은 일측에서 타측으로 비스듬히 기울어지는 형태로 형성되어 상기 리드부(130)의 수용공간이 확보 될 수 있도록 한다.
또한, 상기 리드부(130) 배치 시 제1,2,3 칼날이 만나는 부위는 소정의 수용공간을 형성하는데, 이러한 수용공간은 과충전과 같은 이상상태 발생 시 이로 인해 발생되는 압력 값에 따라 결정된다. 이는 일반적인 반응에서 살짝 부풀어오르는 것으로 인하여 상기 리드부(130)가 파단되는 것을 방지하고자 위함이다.
또한, 상기 절단부(140)에서 사용되는 칼날을 도 5를 들어 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 내 절단부 칼날의 구조도이다.
도 5를 참고하면, 도 5-(a)는 하나의 칼날을 확대한 모습이며, 도 5-(b)는 측면에서 바라보는 절단부의 칼날의 모습이다. 여기서 상기 절단부(140)의 칼날은 끝만 뾰족하고 날카로운 형태이며 끝 단 외에는 일반적인 사각 형태로 형성된다.
또한, 상기 칼날은 세라믹계열의 재질을 사용하여 충/방전 시 배터리 셀 내에 작용되는 화학반응에는 영향이 미치지 않도록 한다.
또한, 도 5-(b)에서와 같이 절단부가 형성됨에 따라 리드부 절단이 용이하게 수행될 수 있다.
한편, 절단부(140)의 작동 매커니즘은 도 6을 들어 더욱 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 내 증가하는 압력에 의한 절단부의 작동 매커니즘을 설명하는 개략도이다.
도 6에서의 좌측은 본 배터리 셀(100)의 측면부의 구조도이고, 우측은 전극조립체 방향에서 바라본 전극조립체(110)와 절단부(140)의 구조도이다.
도 6을 참고하면, 우선 6-(a)는 일반적인 상태에서의 리드부(130)와 절단부(140)의 모습이다. 일반적인 상태에서는 우측의 그림과 같이 리드부(130)에 절단부(140)의 칼날이 닿지 않는 소정의 수용공간을 가지는 형태로 형성된다.
만약 배터리 셀 내에 과충전 및 기타 이상상태로 인하여 내부에 가스가 급격하게 발생하는 경우, 내부에 발생되는 가스로 인하여 자동으로 셀 외장재(120)도 부풀어져 6-(b)와 같이 상기 절단부(140)도 서서히 해체되고, 상기 리드부(130)도 절단부(140)와 접촉된다.
그런 후, 6-(c)와 같이 가스가 더 생성되어 상기 셀 외장재(120)가 더 벌어짐에 따라 상기 절단부(140)도 완전히 해체되어 상기 리드부(130)는 절단된다.
또한, 이러한 절단부(140)의 작용으로 인한 효과는 도 7에서 상세하게 볼 수 있는데, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀과 종래의 과충전 방지부재가 구비되지 않은 배터리 셀의 비교 그래프이다. 여기서 그래프 상 실선은 전압을 의미하는 것이고, 폭이 긴 점선은 온도를 의미한다.
도 7을 참고하면, 배터리 셀에 과충전을 진행시키는 경우, 일정범위 이상부터는 급격히 전압이 상승되고, 온도도 갑작스럽게 상승되어 과충전 방지부재가 구비되지 않은 종래의 배터리 셀에서는 폭발이 발생되지만, 본 발명의 과충전 방지부재가 구비된 배터리 셀에서는 온도가 서서히 오르면서 내부 압력도 커짐에 따라 상기 절단부(140)가 상기 리드부(130)를 절단하여 배터리 셀의 폭발을 방지할 수 있다.
<실시 예 2>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법은 셀 외장재에 절단부를 부착하고, 부착된 절단부의 적정 위치에 전극 조립체의 리드부를 위치시켜 과충전 방지부재를 포함한 배터리 셀을 제작하는 방법은 충/방전에 방해되지 않으면서 과충전 시 발생되는 내압으로부터의 폭발을 방지한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 제조방법의 순서도이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 제조방법은 우선, 전극 공정을 통해 전극 조립체를 생성하고(전극 조립체 생성단계: S810), 생성된 전극 조립체를 절단부가 구비된 셀 외장재에 수용한다(셀 외장재 형성단계: S820).
그 후, 셀 외장재 내에 전해액을 주입시키고, 셀 외장재를 밀봉한다(셀 조립 완성단계: S830).
상기 배터리 셀 제조방법의 공정은 조립공정으로서, 일반적인 배터리 셀의 제조 공정은 전극, 조립, 활성화 등 크게 3개 공정으로 나뉘며, 전극공정은 양극과 음극을 만드는데 재료를 적당한 비율로 섞어(믹싱ㆍMixing), 양극은 알루미늄, 음극은 동박(Copper foil)으로 코팅(coating)하고, 롤 프레스(Roll Press)를 통해 일정한 두께로 압착해 평평하게 만든 뒤, 전극 사이즈에 맞게 자르는 슬리팅(slitting) 공정이 수행된다.
또한, 조립공정은 양극, 분리막 및 음극 순서로 둘둘 마는 와인딩(winding) 과정 및 양극, 분리막 및 음극을 반복하여 적층시키는 적층(stacking) 과정을 수행하고, 알루미늄 필름 포장재로 포장한 뒤, 전해질을 투입하고 진공상태로 밀봉하는 공정으로서, 본 발명에서 수행하는 제조방법의 공정이다.
마지막 활성화(formation) 공정은 조립된 배터리 셀의 충/방전을 반복하면서 배터리 셀을 활성화시키고, 활성화 시 배터리 셀에 발생된 가스를 배출시키는 탈기(degassing) 과정을 수행한 후, 최종적인 배터리 셀이 완성된다.
또한, 상기 배터리 셀의 제조방법의 각 단계는 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
상기 전극 조립체 생성단계(S810)는 전극 공정을 통해 전극 조립체를 생성하는 단계로서, 상기 전극 공정에 대해 서술한 방법으로 전극 조립체를 생성한다.
또한, 상기 셀 외장재 형성단계(S820)는 상기 전극 조립체 생성단계에서 생성된 전극 조립체를 상기 절단부가 구비된 셀 외장재에 수용하는 단계로서, 도 9를 이용하여 좀 더 상세하게 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 제조방법 중 셀 외장재 형성단계의 순서도이다.
도 9를 참고하면, 상기 셀 외장재 형성단계(S820)는 셀 외장재에 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부를 부착시키고(절단부 부착단계: S821), 부착된 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부의 위치를 조정시킨다(위치 조정단계: S822).
그런 후, 상기 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부의 위치가 조정되어 생성된 수용공간에 상기 전극 조립체에 연결된 리드부를 위치시킨다(리드부 위치단계: S823).
상기 절단부 부착단계(S821)는 셀 외장재에 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부를 부착시키는 단계로서, 이미 이전에 상기 절단부를 부착시키는 부착부가 형성된 셀 외장재가 생성된 것을 전재로 한다.
이에 따라 일단, 제1 커터부는 전극 조립체 방향으로 상기 셀 외장재의 상부 외장재에 부착한 후, 제1 커터부의 전극 조립체 반대방향으로 제2 커터부를 셀 외장재의 하부 외장재에 부착한다.
마지막으로 제3 커터부는 제2 커터부의 전극 조립체 반대방향으로 셀 외장재의 상부 외장재에 부착한다.
또한, 상기 위치 조정단계(S822)는 상기 셀 외장재에 부착된 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부의 위치를 조정시키는 단계로서, 이는 각 커터부가 셀 외장재 일측에만 부착됨에 따라 각 커터부의 위치가 잘못된 위치에 형성될 수 있다.
또한, 각 커터부의 칼날이 조정됨에 따라 리드부가 손상 없이 위치할 수 있는 소정의 수용공간이 확보될 수 있도록 한다.
또한, 상기 리드부 위치단계(S823)는 상기 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부의 위치가 조정되어 생성된 수용공간에 상기 전극 조립체에 연결된 리드부를 위치시키는 단계로서, 이 단계 전에 전극 조립체에 리드부를 접합시키는 단계를 미리 수행하는 것을 전재로 한다.
또한, 상기 셀 조립 완성단계(S830)는 상기 셀 외장재 형성단계에서 형성된 셀 외장재 내에 전해액을 주입시키고, 셀 외장재를 밀봉하는 단계로서, 일부분을 제외한 셀 외장재를 열 융착시킨 뒤 전해액을 주입하거나 전체 면을 융착시킨 뒤 일부 주입구를 형성하여 전해액을 주입한 후 재융착시킬 수 있다.
또한, 이후 활성화(formation) 공정에서 조립된 배터리 셀의 충/방전을 반복하면서 배터리 셀을 활성화시키고, 활성화 시 배터리 셀에 발생된 가스를 배출시키는 과정을 수행하는데, 이 단계에서 상기 절단부가 작동되지 않도록 상기 리드부와 절단부 간의 공간이 소정 범위 이상으로 확보될 수 있도록 한다.
100: 배터리 셀
110: 전극 조립체
120: 셀 외장재
130: 리드부
131: 전극 조립체의 탭
132: 실링 부재
133: 배터리 셀 리드
140: 절단부
141: 제1 커터부
142: 제2 커터부
143: 제3 커터부

Claims (9)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며 상부 외장재와 하부 외장재로 구성되는 셀 외장재;
    상기 전극 조립체에서 상기 상부 외장재와 하부 외장재의 사이로 연장되어 상기 셀 외장재 외부로 인출되는 리드부; 및
    상기 리드부의 상/하단에 위치하며 과충전 시 리드부를 컷팅하여 절단시키는 절단부;를 포함하고,
    상기 절단부는,
    상기 전극 조립체 방향에 위치하며 상기 상부 외장재에 부착되고, 제1 칼날을 수용하는 프레임을 포함하는 제1 커터부;
    상기 제1 커터부의 전극 조립체 반대방향에 위치하며 상기 하부 외장재에 부착되고, 제2 칼날을 수용하는 프레임을 포함하는 제2 커터부; 및
    상기 제2 커터부의 전극 조립체 반대방향에 위치하며 상기 상부 외장재에 부착되고, 제3 칼날을 수용하는 프레임을 포함하는 제3 커터부;를 포함하여 구성되어,
    과충전 시 배터리 셀이 팽창하여 상기 상부 외장재와 하부 외장재의 간격이 벌어짐에 따라 상기 리드부를 절단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 커터부의 제1 칼날 및 제3 커터부의 제3 칼날은, 각각 제1 커터부 및 제3 커터부의 프레임의 하단부에 형성되어 절단부 구성 시 상기 리드부 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 커터부의 제2 칼날은 상기 제2 커터부의 프레임의 상단부에 형성되어 절단부 구성 시 상기 리드부 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부의 각 칼날은, 일측에서 타측으로 비스듬히 기울어지는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부의 각 칼날은, 상기 리드부가 위치하는 수용공간을 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 수용공간은, 과충전 시 발생되는 압력 값에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  8. 과충전 시 발생되는 내압으로부터 배터리 셀을 보호하는 절단부가 포함된 배터리 셀을 제조하는 방법에 있어서,
    전극 공정을 통해 전극 조립체를 생성하는 전극 조립체 생성단계;
    상기 전극 조립체 생성단계에서 생성된 전극 조립체를 상기 절단부가 구비된 셀 외장재에 수용하는 셀 외장재 형성단계; 및
    상기 셀 외장재 형성단계에서 형성된 셀 외장재 내에 전해액을 주입시키고, 셀 외장재를 밀봉하는 셀 조립 완성단계;를 포함하고,
    상기 셀 외장재 형성단계는,
    셀 외장재에 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부를 부착시키는 절단부 부착단계;
    상기 절단부 부착단계에서 부착된 제1 커터부, 제2 커터부 및 제3 커터부의 위치를 조정시키는 위치 조정단계; 및
    상기 위치 조정단계에서 조정되어 생성된 수용공간에 상기 전극 조립체에 연결된 리드부를 위치시키는 리드부 위치단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 제조 방법.
  9. 삭제
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