KR20140146936A - 안전성이 향상된 전지셀 및 그의 제조방법 - Google Patents

안전성이 향상된 전지셀 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리드부를 절연 물질로 피복시키고 보호회로모듈에 용접시키는 과정에서 보호회로모듈에 접해있는 절연 물질만이 제거되도록 함으로써 안전성을 더욱 향상시킨 전지셀 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

안전성이 향상된 전지셀 및 그의 제조방법 {Battery cell with improved safety and method of manufacturing the same}
본 발명은 안전성이 향상된 전지셀 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 보호회로모듈에 리드부가 실장되어 있는 전지셀에 있어서 보호회로모듈과 접하는 부분을 제외한 리드부 부분이 절연 물질로 피복되어 있어 리드부 쇼트가 방지됨으로 인해 안전성이 더욱 향상된 전지셀 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원 또는 보조 전력장치 등으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 보조 전력장치 또는 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈이 사용된다.
전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
중대형 전지 시스템에 단위전지로서 많이 사용되는 파우치형 전지는 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않다. 때문에, 다수의 단위전지들을 직렬 또는 병렬로 연결하는 카트리지 및 보호회로모듈에 내장하고 이러한 카트리지 다수 개를 전기적으로 연결한 2차 전지 모듈이 사용되고 있다.
그러나, 이러한 2차전지 카트리지 모듈을 사용할 때 발생하는 문제 가운데 하나로 카트리지 및 보호회로모듈의 과충전으로 인한 단위전지의 부풀림 현상을 들 수 있다. 부풀림 현상은 단위전지 내부에서 가스가 발생되어 나타나는 현상으로, 부풀림 현상이 과도하게 일어나면 리드부 쇼트 및 폭발 위험까지 놓이게 된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로, 전지셀, 특히 폴리머 전지셀에서 단위전지가 부풀더라도 리드부 쇼트 발생이 억제되도록 함으로써 전지셀의 안전성을 확보하고자 한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 보호회로모듈에 리드부 일면이 접해있는 구조의 전지셀에 있어서, 리드부가 절연 물질로 피복되어 있되, 단, 리드부와 보호회로모듈이 접해 있는 부분에는 절연 물질이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 전지셀이 제공된다.
상기 절연 물질은 우레탄, 테프론, 실리콘 글래스 및 에폭시로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 절연 물질은 테이프 형태일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 전지셀이 둘 이상 적층되어 있는 전지모듈이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 보호회로모듈에 리드부 일면이 접해있는 구조의 전지셀의 제조방법에 있어서, 리드부에 절연 물질을 피복시키는 단계, 상기 리드부를 전지셀에 실장시키는 단계 및 상기 리드부를 보호회로모듈에 용접시키는 단계를 포함하는 전지셀의 제조 방법이 제공된다.
절연 물질을 리드부 전체에 피복할 수 있다.
절연 물질을 보호회로모듈에 접하는 부분을 제외한 리드부 전체에 피복할 수 있다.
우레탄, 테프론, 실리콘 글래스 및 에폭시로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 절연 물질을 리드부에 피복할 수 있다.
상기 피복은 롤 코팅(roll coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 닥터 블레이드 코팅(doctor blade coating), 슬롯 다이 코팅(slot die coating), 슬러리 코팅(slurry coating) 및 압출 코팅(extrusion coating)으로 구성된 군으로부터 선택된 방법에 의해 수행될 수 있다.
우레탄, 테프론, 실리콘 글래스 및 에폭시로부터 선택된 절연 물질은 테이핑에 의해 리드부에 피복될 수 있다.
본 발명에서 리드부는 모듈의 물리적 변형이 일어나더라도 리드부 쇼트가 방지되므로 향상된 안전성을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 전지에서 리드부를 보호회로모듈에 용접하기 전의 양태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전지에서 리드부를 보호회로모듈에 용접한 후의 양태를 개략적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 도면에 기재된 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.
본 발명의 일 양태에 따르면, 보호회로모듈에 리드부 일면이 접해있는 구조의 전지셀에 있어서, 리드부가 절연 물질로 피복되어 있되, 단, 리드부와 보호회로모듈이 접해 있는 부분에는 절연 물질이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 전지셀이 제공된다.
전지셀에서 양극탭 리드부(또는 양극 단자)와 음극탭 리드부(또는 음극 단자)는 각각 전지셀의 일측 단부에 위치하는 구조로 적층되어 있으며, 상기 리드부의 일 단면은 보호회로모듈에 접하게 된다.
리드부는 당업계에서 사용되는 통상적인 소재라면 특별히 제한되지 않고 다양한 소재로부터 형성될 수 있으며, 단, 용접에 의해 용융되지 않아야 한다. 예컨대, 구리, 알루미늄, 니켈-구리 및 구리-알루미늄으로부터 제조될 수 있다.
절연 물질로 피복되는 리드부 부위는 전지가 부풀더라도 쇼트 발생이 일어나지 않도록 해야 하므로, 완성된 전지셀에서 보호회로모듈에 접하는 부분을 제외한 리드부 전체가 절연 물질로 피복되어 있는 것이 바람직하다.
절연 물질은 우레탄, 테프론, 실리콘 글래스 및 에폭시로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
리드부에 피복되는 절연 물질 코팅의 두께는 리드부 쇼트를 방지할 수 있고 용접 공정에서 용융 제거될 수 있다면, 특별히 한정되지 않는다.
보호회로모듈은 당업계에서 통상적으로 사용되는 도체로 제조될 수 있다.
상기 전지셀은 1개 이상 적층되어 전지모듈을 구성할 수 있다. 본 발명에 따른 전지모듈은 전체적으로 콤팩트한 구조를 가지며, 예를 들어, 3개, 4개, 6개, 8개, 9개, 10개 등의 전지셀들 또는 셀 모듈들로 전지모듈로 구성될 수 있다.
전술한 본 발명만의 독특한 구성 이외의 전지셀 및 전지모듈 구조는 당업계에서 통상적으로 사용되는 전지셀 및 전지모듈과 동일, 유사할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 전지셀은 외주면 단부 부위에 열융착에 의한 실링부가 형성되어 있는 통상적인 판상형 전지셀일 수 있다. 하나의 바람직한 예에서, 본 발명의 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 열융착을 위한 내부 수지층, 차단성 금속층, 및 우수한 내구성의 외부 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 가벼운 중량의 파우치형 전지일 수 있다.
본 발명의 전지셀은 충방전이 가능한 이차전지라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 리튬 이차전지, 니켈-수소(Ni-MH) 이차전지, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 이차전지 등을 들 수 있다.
상기 전극조립체는 충방전이 가능할 수 있도록 양극과 음극으로 구성되어 있으며, 예를 들어, 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조로서 젤리-롤 방식, 스택형 방식, 또는 스택-폴딩형 방식으로 이루어져 있다. 상기 전극조립체의 양극과 음극은 그것의 전극 탭이 별도의 리드에 접속되어 전지의 외부로 돌출된 형태이다.
또한, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 보호회로모듈에 리드부 일면이 접해있는 구조의 전지셀은 리드부에 절연 물질을 피복시키는 단계, 상기 리드부를 전지셀에 실장시키는 단계 및 상기 리드부를 보호회로모듈에 용접시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 제조방법을 도면을 참조하여 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 리드부(2) 전체를 절연 물질(3)로 피복하고, 보호회로모듈(6)에 접하도록 조립한다. 보호회로모듈(6)은 단위 전지셀(4)의 카트리지(5)와 연결되어 있으며, 단위 전지셀(4)이 복수개 적층되어 전지모듈(1)을 구성할 수 있다. 보호회로모듈(6)에는 도 1에 도시된 바와 같이 절연체(7)가 포함될 수 있다.
리드부(2) 중 보호회로모듈(6)과 접하는 부분을 제외하고 절연 물질(3)로 피복하는 방법도 본 발명에 포함되나, 제조 공정 편의 등을 위해 리드부(2) 전체를 절연 물질(3)로 피복할 수 있다.
리드부(2)에 피복되는 절연 물질(3)은 우레탄, 테프론, 실리콘 글래스 및 에폭시로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 절연 물질이 슬러리 형태인 경우에 코팅은 롤 코팅(roll coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 닥터 블레이드 코팅(doctor blade coating), 슬롯 다이 코팅(slot die coating), 슬러리 코팅(slurry coating) 및 압출 코팅(extrusion coating) 등의 방법에 의해 이루어질 수 있으나, 코팅 방법이 상기에 한정되는 것은 아니다.
상기 절연 물질이 테이프 형태인 경우에는 테이프를 리드부에 테이핑 처리하여 리드부를 절연 처리할 수 있다.
이어서, 용접 공정을 통해 리드부(2)를 보호회로모듈(6)에 용접시킨다. 이 과정에서, 리드부(2) 전체에 절연 물질(3)이 피복되어 리드부(2)와 보호회로모듈(6) 사이에 절연 물질이 개재되어 있다고 하더라도, 보호회로모듈(6)과 접해있는 리드부(2) 절연 물질(3)이 용융 제거되어, 도 2에 도시된 양태로 된다. 따라서, 리드부(2)의 절연 물질(3) 피복으로 인한 모듈 성능 저하는 발생하지 않는다.
용접 방법은 절연 물질의 용융 제거에 적합하다면 특별히 제한되지 않으며, 비제한적인 예로 레이저 용접, 초음파 용접, 플라즈마 용접, 전자빔 용접, 아크 용접 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전지모듈은 단위체로 사용되어서 고출력 대용량의 전지팩으로 제조될 수 있다. 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 사용될 수 있으며, 전지팩을 전원으로 사용하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
1: 전지모듈
2: 리드부
3: 리드부 절연물질
4: 단위 전지셀
5: 카트리지
6: 보호회로모듈
7: 절연체

Claims (10)

  1. 보호회로모듈에 리드부 일면이 접해있는 구조의 전지셀에 있어서, 리드부가 절연 물질로 피복되어 있되, 단, 리드부와 보호회로모듈이 접해 있는 부분에는 절연 물질이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 물질은 우레탄, 테프론, 실리콘 글래스 및 에폭시로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연 물질은 테이프 형태인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항의 전지셀이 둘 이상 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 보호회로모듈에 리드부 일면이 접해있는 구조의 전지셀의 제조방법에 있어서,
    리드부에 절연 물질을 피복시키는 단계,
    상기 리드부를 전지모듈에 실장시키는 단계, 및
    상기 리드부를 보호회로모듈에 용접시키는 단계를 포함하는 전지셀의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연 물질을 리드부 전체에 피복하는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 절연 물질을 보호회로모듈에 접하는 부분을 제외한 리드부 전체에 피복하는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    우레탄, 테프론, 실리콘 글래스 및 에폭시로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 절연 물질을 리드부에 코팅하는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 피복은 롤 코팅(roll coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 닥터 블레이드 코팅(doctor blade coating), 슬롯 다이 코팅(slot die coating), 슬러리 코팅(slurry coating) 및 압출 코팅(extrusion coating)으로 구성된 군으로부터 선택된 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    우레탄, 테프론, 실리콘 글래스 및 에폭시로부터 선택된 절연 물질은 테이핑에 의해 리드부에 피복되는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조 방법.
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