KR20220121748A - 전지셀, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 전극조립체가 수납부에 장착되고, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지케이스, 상기 전극조립체에 포함된 전극 탭과 전기적으로 연결되고, 상기 실링부를 경유하여 상기 전지케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드, 상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름, 및 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이의 일부 영역에 형성된 게터부를 포함하고, 상기 게터부는 상기 전지케이스의 외부를 향하는 제1 단부 및 상기 전지케이스의 내부를 향하는 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부는 상기 리드 필름에 의해서는 덮여 있고, 상기 전지케이스에 의해서는 덮이지 않는다.

Description

전지셀, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전지 모듈 {BATTERY CELL, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND BATTERY MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지셀, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전지셀 내부에서 발생된 가스를 외부로 방출하면서도, 외부로부터의 수분 침투는 최소화할 수 있는 전지셀, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
이러한 이차 전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 여기서, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중에서도, 특히 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조 비용, 작은 중량, 용이한 변형 형태 등을 이유로 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1은 종래의 전지셀의 상면도이다. 도 2는 도 1에서 a-a' 축을 따라 자른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지셀(10) 전극조립체(11)가 수납부(21)에 장착되고, 외주변이 열융착에 의해 밀봉된 구조의 실링부(25)를 포함하는 전지케이스(20)를 포함한다. 여기서, 실링부(25)를 경유하여 전지케이스(20)의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드(30)를 포함하며, 전극 리드(30)의 상하부와 실링부(25) 사이에는 리드 필름(40)이 위치한다.
그러나, 최근 전지셀의 에너지 밀도가 증가함에 따라, 전지셀 내부에서 발생하는 가스량 또한 증가되는 문제가 있다. 종래의 전지셀(10)의 경우, 전지셀 내부에서 발생된 가스가 배출될 수 있는 부품이 포함되어 있지 않아, 전지셀은 가스 발생으로 인해 벤팅 현상이 발생될 수 있다. 이와 더불어, 벤팅 현상에 의해 손상된 전지셀은 수분이 내부로 침투할 수 있어, 부반응이 발생될 수 있고, 전지 성능 저하 및 추가적인 가스 발생 또한 초래되는 문제가 있다. 이에 따라, 전지셀 내부에서 발생된 가스를 외부로 방출하면서도, 외부로부터의 수분 침투는 최소화할 수 있는 전지셀을 개발할 필요성이 높아지고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지셀 내부에 발생된 가스를 외부로 방출하면서도, 외부로부터의 수분 침투는 최소화할 수 있는 전지셀, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 전극조립체가 수납부에 장착되고, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지케이스, 상기 전극조립체에 포함된 전극 탭과 전기적으로 연결되고, 상기 실링부를 경유하여 상기 전지케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드, 상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름, 및 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이의 일부 영역에 형성된 게터부를 포함하고, 상기 게터부는 상기 전지케이스의 외부를 향하는 제1 단부 및 상기 전지케이스의 내부를 향하는 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부는 상기 리드 필름에 의해서는 덮여 있고, 상기 실링부에 의해서는 덮이지 않는다.
상기 제2 단부는 상기 리드 필름에 의해서 덮이지 않고, 상기 실링부와 중첩하지 않을 수 있다.
상기 게터부는 상기 전극 리드 바로 위에 형성되고, 상기 리드 필름은 상기 게터부를 사이에 두고 상기 전극 리드 상에 배치될 수 있다.
상기 게터부 상에 위치하는 리드 필름의 두께가 100 내지 300 ㎛일 수 있다.
상기 리드 필름은 상기 전극 리드와 직접 접하는 제1 리드 필름 및 상기 게터부를 사이에 두고 상기 제1 리드 필름 상부에 배치되는 제2 리드 필름을 포함할 수 있다.
상기 제2 리드 필름의 두께가 100 내지 300 ㎛일 수 있다.
상기 게터부는 CaO, LiCl, Ca, Ba, 및 BaO로부터 선택되는 적어도 하나의 흡습 물질을 포함할 수 있다.
상기 게터부는, 올레핀계 고분자, 아크릴계 고분자, 불소계 고분자로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 바인더 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 리드 필름은 폴리올레핀 계열의 물질을 포함할 수 있다.
상기 리드 필름은 상기 전극 리드의 상부, 상기 전극 리드의 하부 및 상기의 전극 리드의 상부와 하부를 연결하는 측면을 모두 감쌀 수 있다.
상기 게터부의 두께가 50 내지 150 ㎛일 수 있다.
상기 게터부의 가스 투과도(permeability)가 1.6 e5 내지 1.6 e7 barrer일 수 있다.
상기 게터부의 제1 단부가 실링부의 외측에서 노출되는 면적이 게터부의 제2 단부가 실링부의 내측에서 노출되는 면적보다 클 수 있다.
상기 제1 단부와 상기 리드 필름의 최외측 단부 사이의 폭이 2 mm 이상일 수 있다.
상기 리드 필름의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer일 수 있다.
상기 리드 필름의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀의 제조 방법은, 전극조립체 및 상기 전극조립체에 포함된 전극 탭과 전기적으로 연결된 전극 리드를 준비하는 단계, 상기 전극 리드가 전지케이스의 외측 방향으로 돌출되도록 상기 전극조립체를 상기 전지케이스의 수납부에 장착하는 단계, 및 상기 전지케이스의 외주변을 밀봉하여 실링부를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 전극 리드를 준비하는 단계는, 상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하도록 리드 필름을 상기 전극 리드에 부착하는 단계, 및 상기 전극 리드 상에 게터 수지를 코팅하여 게터부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 게터부는 상기 전지케이스의 외부를 향하는 제1 단부 및 상기 전지케이스의 내부를 향하는 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부는 상기 리드 필름에 의해서는 덮여 있고, 상기 실링부에 의해서는 덮이지 않는다.
상기 게터 수지는 CaO, LiCl, Ca, Ba, BaO로부터 선택되는 적어도 하나의 흡습 물질, 및 올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 불소계 수지로부터 선택되는 적어도 일종을 포함하는 바인더를 포함할 수 있다.
상기 제2 단부는 상기 리드 필름에 의해서 덮이지 않고, 상기 실링부와 중첩하지 않을 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 상술한 전지셀을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 외부로 가스를 배출하면서도, 외부로부터의 수분과 반응하여 전지셀 내부로 수분 침투를 최소화하는 게터부를 구비한 전지셀, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하여, 전지셀 내부에 발생된 가스를 외부로 방출하면서도, 외부로부터의 수분 침투는 최소화할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지셀의 상면도이다.
도 2는 도 1에서 a-a' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 상면도이다.
도 4는 도 3에서 b-b' 축을 따라 자른 단면도이다.
도 5a 내지 5e는 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 전지셀의 일부 상면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 전지셀(100)에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 파우치 전지셀(100)의 양측면 중 일측면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 타측면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 상면도이다. 도 4는 도 3에서 b-b' 축을 따라 자른 단면도이다. 도 5a 내지 5e는 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 전지셀의 일부 상면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지셀(100)은 전지케이스(200), 전극 리드(300), 및 리드 필름(400)을 포함한다.
전지케이스(200)는 전극조립체(110)가 수납부(210)에 장착되고, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부(250)를 포함한다. 상기 실링부(250)는 열 또는 레이저 등에 의해 밀봉될 수 있다. 전지케이스(200)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다. 보다 구체적으로, 전지케이스(200)는 라미네이트 시트로 이루어져 있되, 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 및 밀봉을 위한 내측 수지층으로 구성될 수 있다.
또한, 전극조립체(110)는 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 또는 복합형(스택/폴딩형)의 구조로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 전극조립체(110)는 양극, 음극, 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어질 수 있다.
전극 리드(300)는 전극조립체(110)에 포함된 전극 탭(미도시됨)과 전기적으로 연결되고, 실링부(250)를 경유하여 전지케이스(200)의 외측 방향으로 돌출되어 있다. 또한, 리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 실링부(250)에 대응되는 부분에 위치한다. 이에 따라, 리드 필름(400)은 열융착 시 전극 리드(300)에서 쇼트가 발생하는 것을 방지하면서도, 실링부(250)와 전극 리드(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
전극 리드(300) 상에는 적어도 일부 영역에 형성된 게터(getter)부(500)를 포함한다. 게터부(500)는 전극 리드(300)와 실링부(250) 사이의 영역에 형성될 수 있다. 게터부(500)는 전지케이스(200)의 외측을 향하는 제1 단부(510)와 전지케이스(200)의 내부를 향하는 제2 단부(520)를 포함한다. 이 때, 제1 단부(510)는 리드 필름(400)에 의해 덮여 있는 동시에, 실링부(250)에 의해서는 덮이지 않고 노출되도록 구성된다. 이에 의해, 제1 단부(510)를 통해 전지셀 내부에서 발생한 가스가 외부로 방출될 수 있다.
또한, 제2 단부(520)는 전지케이스(200)의 내부에 위치하면서(즉, 전지케이스(200)에 의해 덮이면서) 리드 필름(400)에 의해서는 덮이지 않고, 동시에 실링부(250)와 중첩하지 않도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 전지셀 내부에서 발생한 가스가 제2 단부(520)를 통해 게터부(500)를 지나 실링부(250)에 의해 덮이지 않는 부분, 즉 제1 단부(510)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 게터부(500)의 가스 투과도(permeability)가 1.6 e5 내지 1.6 e7 barrer, 또는 1 e6 내지 3 e6 barrer일 수 있다. 예컨대, 상기 게터부(500)의 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 게터부(500)의 두께가 50 내지 150 ㎛일 수 있다. 상기 게터부(500)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지케이스(200) 내부의 가스가 외부로 배출되기 더욱 용이할 수 있다.
이러한 게터부(500)는 리드 필름(400)을 이루는 소재 대비하여 녹는점이 높은 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 게터부(500)는 전지케이스(200) 내에 포함되는 전해액에 반응하지 않는 소재로 이루어질 수 있다. 일 예로, 게터부(500)는 올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 불소계 수지 중 적어도 일종을 포함하는 바인더를 포함할 수 있다. 상기 올레핀계 수지는 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 불소계 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 및 폴리비닐리덴 플로라이드(Polyvinylidene fluoride)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
또한, 게터부(500)는 흡습 물질을 포함하여, 가스 투과도는 높이되 수분 침투도는 최소화할 수 있다. 일 예로, 상기 흡습 물질은 산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 칼슘(Ca), 바륨(Ba) 등일 수 있되, 이에 한정되는 것은 아니며 물(H2O)과 반응하는 물질이라면 사용될 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 외부로부터 리드 필름(400)이 전지케이스(200), 특히 실링부(250)에 의해 덮이지 않는 부분을 통해 수분이 침투한다 하더라도, 게터부(500)의 흡습 물질과 반응하여 제거되기 때문에, 전지케이스(200) 내부로 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
아울러 게터부(500)는, 상술의 바인더 및/또는 흡습 물질을 포함하는 게터 수지를 공지의 코팅 방법에 의해 전극 리드(300) 상에 코팅하는 것에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 잉크젯 프린팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 블레이드 코팅 등의 코팅 방법에 의해 형성될 수 있다. 이에 의해 원하는 형태로 다양하게 변형하여 게터부(500)를 형성할 수 있으며, 아울러 전극 리드(300) 상에 코팅을 통해 게터부(500)를 형성한 후 이를 전지케이스(200) 밀봉시 결합하는 것에 의해 게터부(500)를 용이하게 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 게터부(500)에 유입된 가스는 게터부(500)의 제1 단부 상의 리드 필름(400)을 거쳐 Z축 방향을 따라 배출될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 게터부(500)의 제1 단부가 실링부(250)의 외측에서 노출되는 면적이 게터부(500)의 제2 단부가 실링부(250)의 내측에서 노출되는 면적보다 클 수 있다. 가스 배출량은 가스 배출 면적과 압력에 비례하는데, 전지케이스(200) 내측의 압력이 전지케이스(200) 외측의 압력보다 크므로, 제1 단부가 실링부(250)의 외측에서 노출되는 면적이 제2 단부가 실링부(250)의 내측에서 노출되는 면적보다 큰 경우 전지케이스(200) 내부에서 발생한 가스가 외부로 배출되기 더욱 용이할 수 있다. 여기서, 상기 “실링부의 외측”은 전지케이스의 외측 방향의 실링부의 단부보다 전지케이스의 외측의 영역을 지칭하고, 상기 “실링부의 내측”은 전지케이스 내부 방향의 실링부 단부보다 전지케이스의 내부의 영역을 지칭한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 제1 단부가 실링부(250)의 외측에서 노출되는 면적이 40 내지 80 mm2일 수 있다. 이는 60℃에서 내부 압력 1 기압 기준으로, 가스가 하루에 약 0.5 내지 3 cc 배출될 수 있는 크기이다. 또한, 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g일 수 있는 크기이다.
도 4를 참조하면, 상기 게터부(500) 상에 위치하는 리드 필름(400)의 두께(H)가 100 내지 300 ㎛, 또는 100 내지 200 ㎛일 수 있다. 게터부(500) 상에 위치하는 리드 필름(400)의 두께(H)가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지케이스(200) 내부의 가스가 외부로 배출되기 더욱 용이할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 단부와 상기 리드 필름의 최외측 단부 사이의 폭(W)이 2 mm 이상, 또는 2 mm 내지 3 mm일 수 있다. 상기 제1 단부와 상기 리드 필름의 최외측 단부 사이의 폭(W)이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지케이스(200) 내부에서 발생한 가스가 외부로 배출되는 과정에서 리드 필름(400)이 찢어지는 현상을 방지하기 더욱 용이할 수 있다.
한편 리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 상부, 전극 리드(300)의 하부에 위치하고, 이들을 연결하여 전극 리드(300)의 측면을 모두 감싸도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 리드 필름(400)은 전극 리드(300)의 측면이 외부로 노출되는 것을 방지하면서도, 실링부(250)와 전극 리드(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer, 또는 30 내지 40 barrer일 수 있다. 예컨대, 상기 리드 필름(400)의 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다. 또한, 리드 필름(400)의 두께 200 ㎛ 기준으로 가스 투과도가 60℃에서 전술한 범위를 만족할 수 있다. 상기 리드 필름(400)의 가스 투과도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지셀 내부에서 발생하는 가스가 배출되기 더욱 효과적일 수 있다.
본 명세서에서, 가스 투과도는 ASTM F2476-20으로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g, 또는 0.02 내지 0.04 g, 또는 0.06 g 또는 0.15 g일 수 있다. 상기 리드 필름(400)의 수분 침투량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 리드 필름(400)으로부터 유입되는 수분의 침투를 방지하기 더욱 효과적일 수 있다.
상기 리드 필름(400)의 수분 침투량은 ASTM F 1249 방식을 채택하여 측정할 수 있다. 이 때, MCOON사에서 공식인증된 장비를 사용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)이 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer이면서 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g일 수 있다. 상기 리드 필름(400)의 가스 투과도 및 수분 침투량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 배출하면서 외부로부터의 수분 침투를 방지하기 더욱 효과적일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 리드 필름(400)이 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 리드 필름(400)이 전술한 가스 투과도 및/또는 수분 침투량 값을 만족하는 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 리드 필름(400)이 폴리프로필렌을 포함하면서 상기 리드 필름(400)의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer일 수 있다. 또한, 수분 침투량이 0.06 g 내지 0.15 g일 수 있다. 이 경우, 이차전지의 내부에서 발생하는 가스가 배출되기 더욱 효과적이면서 외부로부터의 수분 침투를 방지하기에도 용이할 수 있다.
또한 리드 필름(400)은 상술한 소재로 이루어져, 전지셀(100)의 기밀성을 유지할 수 있고, 내부 전해액의 누액 또한 방지할 수 있다.
게터부(500)의 형상은 전지케이스(200) 외측으로 노출되어 실링부(250)에 의해 덮이지 않는 게터부의 제1 단부가, 리드 필름(400)에 의해 덮이도록 형성된다면 특별히 한정되지 않는다. 이에 따라, 공정 환경을 고려하여 내구성 및 기밀성을 제어하도록 게터부(500)의 형상을 적절하게 변경할 수 있다.
도 5a 내지 5e에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예의 변형례에서는, 게터부(500)의 형상을 다양하게 변형하여 형성할 수 있다. 즉, 도 5a에서와 같은 스트라이프 형상의 게터부(501), 도 5b에서와 같이 외측의 길이가 더 길게 형성된 게터부(502), 도 5c에서와 같은 반원형 게터부(503), 도 5d와 같은 다리형 게터부(504), 및 도 5e와 같이 넓은 면적에 형성된 게터부(505) 등 다양한 형상의 게터부를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 “외측”은 실링부에 의해 덮이지 않은 게터부 부분을 지칭하고, “외측의 길이”는 전극 리드(300)의 돌출 방향과 직교하는 방향에서의 게터부(502)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 지칭한다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀의 단면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는 리드 필름(400)이 전극 리드(300) 바로 위에 형성된 제1 리드 필름(410)과, 게터부(500)를 사이에 두고 제1 리드 필름(410) 상에 형성된 제2 리드 필름(420)을 포함한다. 이러한 구성은, 이미 제1 리드 필름(410)이 형성된 전극 리드(300) 상에, 게터부(500)를 도포한 후 제2 리드 필름(420)을 형성하여 얻을 수 있다. 따라서 종래 이미 제1 리드 필름(410)이 부착되어 제조된 전극 리드(300)에도 간단하게 게터부(500)를 적용하는 것이 가능하다.
도 6을 참조하면, 상기 제2 리드 필름(420)의 두께(H)가 100 내지 300 ㎛, 또는 100 내지 200 ㎛일 수 있다. 상기 제2 리드 필름(420)의 두께(H)가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지케이스(200) 내부의 가스가 외부로 배출되기 더욱 용이할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예들에 의하면 전지케이스(200)의 밀봉력을 유지하면서, 전지케이스(200) 내부에서 발생한 가스를 외부로 용이하게 방출할 수 있다. 특히, 이 때 가스가 배출되는 통로를 통해 외부로부터 수분이 침투하더라도, 이를 게터부(500)에 의해 바로 제거할 수 있는 바, 전지케이스(200) 내부로의 수분 침투도 용이하게 방지할 수 있다. 또한, 전극 리드(300) 상에 게터 수지를 코팅하는 간단한 공정만으로도 게터부(500)의 구현이 가능하다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 전지셀을 포함한다. 한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수도 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
100: 전지셀
110: 전극조립체
200: 전지케이스
210: 수납부
250: 실링부
300: 전극 리드
400: 리드 필름
410: 제1 리드 필름
420: 제2 리드 필름
500, 501, 502, 503, 504, 505: 게터부
510: 제1 단부
520: 제2 단부

Claims (20)

  1. 전극조립체가 수납부에 장착되고, 외주변이 밀봉된 구조의 실링부를 포함하는 전지케이스;
    상기 전극조립체에 포함된 전극 탭과 전기적으로 연결되고, 상기 실링부를 경유하여 상기 전지케이스의 외측 방향으로 돌출되어 있는 전극 리드;
    상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하는 리드 필름; 및
    상기 전극 리드와 상기 실링부 사이의 일부 영역에 형성된 게터부를 포함하고,
    상기 게터부는 상기 전지케이스의 외부를 향하는 제1 단부 및 상기 전지케이스의 내부를 향하는 제2 단부를 포함하고,
    상기 제1 단부는 상기 리드 필름에 의해서는 덮여 있고, 상기 실링부에 의해서는 덮이지 않는 전지셀.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 단부는 상기 리드 필름에 의해서 덮이지 않고, 상기 실링부와 중첩하지 않는 전지셀.
  3. 제1항에서,
    상기 게터부는 상기 전극 리드 바로 위에 형성되고, 상기 리드 필름은 상기 게터부를 사이에 두고 상기 전극 리드 상에 배치되는 전지셀.
  4. 제3항에서,
    상기 게터부 상에 위치하는 리드 필름의 두께가 100 내지 300 ㎛인 전지셀.
  5. 제1항에서,
    상기 리드 필름은 상기 전극 리드와 직접 접하는 제1 리드 필름 및 상기 게터부를 사이에 두고 상기 제1 리드 필름 상부에 배치되는 제2 리드 필름을 포함하는 전지셀.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 리드 필름의 두께가 100 내지 300 ㎛인 전지셀.
  7. 제1항에서,
    상기 게터부는 산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba)으로부터 선택되는 적어도 하나의 흡습 물질을 포함하는 전지셀.
  8. 제7항에서,
    상기 게터부는, 올레핀계 고분자, 아크릴계 고분자, 불소계 고분자로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 바인더 물질을 더 포함하는 전지셀.
  9. 제1항에서,
    상기 리드 필름은 폴리올레핀 계열의 물질을 포함하는 전지셀.
  10. 제1항에서,
    상기 리드 필름은 상기 전극 리드의 상부, 상기 전극 리드의 하부 및 상기의 전극 리드의 상부와 하부를 연결하는 측면을 모두 감싸는 전지셀.
  11. 제1항에서,
    상기 게터부의 두께가 50 내지 150 ㎛인 전지셀.
  12. 제1항에서,
    상기 게터부의 가스 투과도(permeability)가 1.6 e5 내지 1.6 e7 barrer인 전지셀.
  13. 제1항에서,
    상기 게터부의 제1 단부가 실링부의 외측에서 노출되는 면적이 게터부의 제2 단부가 실링부의 내측에서 노출되는 면적보다 큰 전지셀.
  14. 제1항에서,
    상기 제1 단부와 상기 리드 필름의 최외측 단부 사이의 폭이 2 mm 이상인 전지셀.
  15. 제1항에서,
    상기 리드 필름의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 20 내지 60 barrer인 전지셀.
  16. 제1항에서,
    상기 리드 필름의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g인 전지셀.
  17. 전극조립체 및 상기 전극조립체에 포함된 전극 탭과 전기적으로 연결된 전극 리드를 준비하는 단계,
    상기 전극 리드가 전지케이스의 외측 방향으로 돌출되도록 상기 전극조립체를 상기 전지케이스의 수납부에 장착하는 단계, 및
    상기 전지케이스의 외주변을 밀봉하여 실링부를 형성하는 단계를 포함하는 전지셀의 제조 방법으로서,
    상기 전극 리드를 준비하는 단계는,
    상기 전극 리드의 상부 및 하부 중 적어도 하나에서, 상기 실링부에 대응되는 부분에 위치하도록 리드 필름을 상기 전극 리드에 부착하는 단계, 및
    상기 전극 리드 상에 게터 수지를 코팅하여 게터부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 게터부는 상기 전지케이스의 외부를 향하는 제1 단부 및 상기 전지케이스의 내부를 향하는 제2 단부를 포함하고,
    상기 제1 단부는 상기 리드 필름에 의해서는 덮여 있고, 상기 실링부에 의해서는 덮이지 않는 전지셀의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 게터 수지는
    산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO), 염화리튬(LiCl), 실리카(SiO2), 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba)으로부터 선택되는 적어도 하나의 흡습 물질, 및
    올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 불소계 수지로부터 선택되는 적어도 일종을 포함하는 바인더를 포함하는 전지셀의 제조 방법.
  19. 제17항에서,
    상기 제2 단부는 상기 리드 필름에 의해서 덮이지 않고, 상기 실링부와 중첩하지 않는 전지셀의 제조 방법.
  20. 제1항에 따른 전지셀을 포함하는 전지 모듈.
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