WO2022065708A1 - 응력 완화부가 형성된 전극 탭을 포함하는 배터리 셀 - Google Patents

응력 완화부가 형성된 전극 탭을 포함하는 배터리 셀 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell including an electrode tab having a stress relief portion capable of reducing the risk of disconnection of the electrode tab by reducing stress generated in the electrode tab.
  • the types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and the like.
  • the secondary battery is a type in which an electrode assembly is built-in in a battery case, and the electrode assembly has a stacked structure of positive plate/separator/negative plate, and each of the positive and negative plates has a structure in which electrode tabs protrude.
  • the positive electrode plate and the negative electrode plate are each formed by coating an active material on a current collector of a metal foil, and the electrode tab is formed by cutting an area on the outside of the metal foil to which the active material is not applied in a predetermined pattern, or by welding or the like. It is formed by bonding to the foil.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a prior art electrode tab.
  • the conventional electrode tab 10 is connected to the electrode plate 20 and extends from the first tab part 11 and the first tab part 11 protruding from the electrode plate 20 and extending from the electrode lead. and a second tab portion 12 joined to the .
  • the stress of the electrode tab is concentrated at the corner C of the connection part between the electrode plate 20 and the electrode tab 10 , and thus there is a problem in that the risk of disconnection occurs in the connection part where the stress is concentrated increases.
  • an object of the present invention is to provide a battery cell including an electrode tab capable of reducing stress by forming a stress relief part at one end of the electrode tab.
  • the battery cell according to the present invention for achieving the above object is an electrode assembly including a plurality of electrode plates and one or more separators positioned between the plurality of electrode plates, a case in which the electrode assembly is accommodated, and protruding from the electrode plate, A battery cell including a formed electrode tab and an electrode lead bonded to the electrode tab and electrically connected to the outside, wherein the electrode tab extends from a first tab portion connected to the electrode plate and the first tab portion, and a second tab to which the electrode lead is bonded part, wherein a stress relief part for reducing stress of the electrode tab is formed on the first tab part.
  • the battery cell according to the present invention is characterized in that the stress relief portion is a connecting portion corner patterned to have a constant radius of curvature R between the first tab portion and the electrode plate.
  • the battery cell according to the present invention is characterized in that the stress relief portion is a side surface of the first tab portion cut in the shape of an arc having a constant radius of curvature (CR).
  • the battery cell according to the present invention is characterized in that the width of the first tab portion is minimized in the central portion between the electrode plate and the second tab portion.
  • the battery cell according to the present invention is characterized in that the radius of curvature (CR) of the stress relief portion is smaller than the length between the electrode plate and the second tab portion.
  • the battery cell according to the present invention is characterized in that the electrode plate includes a positive plate and a negative plate, and each of the positive plate and the negative plate is provided in plurality in the electrode assembly.
  • the battery cell according to the present invention is characterized in that the second tab portion is formed by stacking electrode tabs protruding from each of the plurality of positive plates or the plurality of negative plates.
  • the battery cell according to the present invention is characterized in that the electrode tab protruding from the positive electrode plate and the electrode tab protruding from the negative electrode plate protrude in the same direction.
  • the battery cell according to the present invention is characterized in that the electrode tab protruding from the positive electrode plate and the electrode tab protruding from the negative electrode plate protrude in a direction opposite to each other.
  • the battery cell according to the present invention is characterized in that the case is a pouch-type case.
  • the battery module according to the present invention is characterized in that it includes the battery cell according to the present invention.
  • the device according to the present invention is characterized in that it comprises a battery module according to the present invention.
  • the battery cell of the present invention has the advantage of reducing the risk of disconnection by reducing the stress generated even when an external force or the like acts on the electrode tab because the electrode tab has a stress reliever.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a prior art electrode tab.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a portion of a cross-section of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an electrode tab in which a stress relief part is formed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an electrode tab in which a stress relief part is formed according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a relationship between a radius of curvature of a stress relief portion of an electrode tab in which a stress relief portion is formed and a maximum stress value according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a relationship between a radius of curvature of a stress relief portion of an electrode tab in which a stress relief portion is formed and a maximum stress value according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a portion of a cross-section of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cell 100 of the present invention includes an electrode assembly 110, a case 120 in which the electrode assembly 110 is accommodated, an electrode tab 130, and an electrode lead ( 140).
  • the electrode assembly 110 has a structure in which a positive electrode plate/separator/negative electrode plate is alternately stacked, and in some cases, a positive electrode plate and a negative electrode plate are provided in a single number in the electrode assembly 110, but in consideration of the capacity of the battery cell 100, a plurality of It is preferable to be provided.
  • the type of the electrode assembly 110 is a jelly-roll type in which a separator is interposed between a long sheet-shaped positive plate and a negative plate coated with an active material, and a separator is sequentially interposed between a plurality of positive and negative plates of a predetermined size. It is classified into a stacked type and a stacked/folding type in which the unit cells of the stacked type are wound with a separation film.
  • the case 120 is an exterior material for accommodating the electrode assembly 110
  • the battery cell is a cylindrical battery cell in which the electrode assembly 110 is built in a cylindrical or prismatic metal can depending on the shape of the case 120, the electrode assembly ( 110) can be classified as a pouch-type battery cell embedded in a pouch-type case.
  • the pouch-type case is typically composed of a laminate sheet structure of an inner layer/metal layer/outer layer. Since the inner layer is in direct contact with the electrode assembly, it must have insulation and electrolyte resistance, and for sealing with the outside, the sealing property, that is, the sealing portion where the inner layers are thermally bonded to each other must have excellent thermal bonding strength.
  • the material of the inner layer may be selected from polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene, polyethylene acrylic acid, polybutylene, etc., polyurethane resins and polyimide resins having excellent chemical resistance and good sealing properties, but is not limited thereto, Polypropylene excellent in mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, and impact resistance and chemical resistance is the most preferable.
  • polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene, polyethylene acrylic acid, polybutylene, etc.
  • polyurethane resins and polyimide resins having excellent chemical resistance and good sealing properties, but is not limited thereto
  • Polypropylene excellent in mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, and impact resistance and chemical resistance is the most preferable.
  • the metal layer in contact with the inner layer corresponds to a barrier layer that prevents moisture or various gases from penetrating into the battery from the outside.
  • an outer layer is provided on the other side of the metal layer, and this outer layer can be made of a heat-resistant polymer with excellent tensile strength, moisture permeability and air permeation prevention properties so as to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly.
  • a heat-resistant polymer with excellent tensile strength, moisture permeability and air permeation prevention properties so as to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly.
  • nylon or polyethylene terephthalate may be used, but is not limited thereto.
  • the battery cell 100 is a pouch-type battery cell 100 embedded in the pouch-type case 120, but the battery cell 100 of the present invention is not limited thereto, and the electrode tab 130 is not limited thereto. If the battery cell 100 protrudes and extends from the electrode plate, it can be applied to any type of battery cell 100 .
  • the electrode lead 140 is bonded to the electrode tab to be electrically connected to the outside, and various known welding methods such as ultrasonic welding, resistance welding, or laser welding may be used as the bonding method.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an electrode tab in which a stress relief portion is formed according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an electrode tab in which a stress relief portion is formed according to another embodiment of the present invention.
  • the electrode tab 130 is connected to the electrode plate 150 to protrude first tab portions 131a and 131b, the first It includes second tab portions 132a and 132b extending from the tab portions 131a and 131b and to which the electrode lead 140 is bonded, and stress relief portions 133a and 133b for relieving stress applied to the electrode tab 130 . .
  • the electrode tab 130 includes a positive electrode tab protruding from the positive electrode plate of the electrode assembly 110 and a negative electrode tab extending from the negative electrode plate, and the positive electrode tab and the negative electrode tab are collected and stacked by polarity, respectively, and the stacked positive electrode tab and Each of the negative electrode tabs may be coupled by ultrasonic welding, resistance welding, laser welding, or the like.
  • the positive electrode tab and the negative electrode tab may protrude in the same direction or in a direction facing each other.
  • the positive electrode tab is biased to one side with respect to the center of the side from which the electrode tabs 130 protrude, it is preferable that the negative electrode tab is biased to the opposite side to the positive electrode tab.
  • the position is not greatly influenced by the sphere, but is generally located at the center of the protruding side.
  • the electrode tab 130 of the present invention is provided with a stress relief unit 133 for reducing stress generated by internal/external force applied to the electrode tab 130 .
  • the stress relieving unit 133a shown in FIG. 3 may be used.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a relationship between a radius of curvature of a stress relief portion of an electrode tab in which a stress relief portion is formed and a maximum stress value according to an embodiment of the present invention.
  • the radius of curvature is 4 mm. The closer it is, the lower the maximum stress value, the lowest at 4 mm, and the larger the value is 4 mm, the greater the maximum stress value.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a relationship between a radius of curvature of a stress relief portion of an electrode tab in which a stress relief portion is formed and a maximum stress value according to another embodiment of the present invention.
  • the stress relief portion 133b has a certain radius of curvature CR on the side surface of the first tab portion 131b of the electrode tab 130 . It is formed by cutting in the shape of an arc.
  • the side of the first tab portion 131b is cut so that the width of the first tab portion 131b is minimized at the central portion of the first tab portion 131b.
  • the radius of curvature CR of the stress relief part 133b is preferably smaller than the length between the electrode plate and the second tab portion 132b.
  • the maximum stress value becomes the minimum between the radius of curvature CR of 1.5 mm and 2 mm, and the radius of curvature CR As it becomes larger than this 2mm, the maximum stress value also tends to increase.
  • the maximum stress value is lower.
  • which one of the two types of stress relief parts 133a and 133b to be applied to the electrode tab 130 is determined in consideration of various conditions of the electrode assembly forming process or conditions required by the battery cell 100 to be applied. can be appropriately selected.
  • stress generated in the electrode tab 130 can be reduced, and thus the risk of disconnection of the electrode tab 130 can be reduced.
  • a battery module including the battery cell 100 having the stress relief unit 133 it is also possible to manufacture a battery module including the battery cell 100 having the stress relief unit 133 , and such a battery module may be used as a power supply source for various devices.

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Abstract

본 발명은 복수의 전극판과 복수의 전극판 사이에 위치하는 하나 이상의 분리막을 포함하는 전극조립체, 전극조립체가 수납된 케이스, 전극판으로부터 돌출 연장되어 형성된 전극 탭 및 전극 탭과 접합되어 외부와 전기적으로 연결되는 전극 리드를 포함하는 배터리 셀로서, 전극 탭은 전극판과 연결된 제1 탭부 및 제1 탭부로부터 연장되고 전극 리드가 접합되는 제2 탭부를 포함하고, 상기 제1 탭부에는 상기 전극 탭의 응력을 감소시키기 위한 응력 완화부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 셀에 관한 것이다.

Description

응력 완화부가 형성된 전극 탭을 포함하는 배터리 셀
본 출원은 2020년 9월28일자 한국 특허 출원 제2020-0125806호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극 탭에서 발생하는 응력을 감소시켜 전극 탭이 단선되는 위험을 줄일 수 있는 응력 완화부가 형성된 전극 탭을 포함하는 배터리 셀에 관한 것이다.
스마트폰, 노트북, 디지털 카메라 등 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지에 관한 기술이 활발해지고 있다. 또한, 이차 전지는 대기오염 물질을 유발하는 화석 연료의 대체 에너지원으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 및 에너지 저장 디바이스(ESS) 등에 적용되고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다.
이차전지는 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 형태이며, 전극조립체는 양극판/분리막/음극판의 적층 구조로 이루어져 있으며, 양극판 및 음극판에는 각각 전극 탭이 돌출된 구조로 형성되어 있다.
또한, 양극판 및 음극판은 각각 금속 포일의 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성되고, 전극 탭은 금속 포일의 외측에 활물질이 도포되지 않은 영역을 일정 패턴으로 절단하여 형성하거나, 용접 등의 방법으로 금속 포일에 접합하여 형성하게 된다.
이러한 전극 탭에는 이차전지를 제조하거나 사용하는 과정에서 가해지는 내/외력에 의하여 응력이 발생하게 된다.
도 1은 종래 기술의 전극 탭을 도시한 개략도이다.
도1에 도시된 바와 같이 종래의 전극 탭(10)은 전극판(20)과 연결되고 전극판(20)으로부터 돌출 연장된 제1 탭부(11) 및 제1 탭부(11)로부터 연장되고 전극 리드와 접합되는 제2 탭부(12)로 구성된다.
종래에는 상기와 같은 전극 탭을 형성할 때 전극판과의 연결부를 직각으로 절단하여 패터닝하는 방법을 사용하였다.
따라서, 전극 탭의 응력은 전극판(20)과 전극 탭(10)의 연결부 코너(C)에 집중되고, 이에 따라 응력이 집중된 연결부에서 단선이 발생할 위험이 커지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 전극 탭의 일단에 응력 완화부를 형성하여 응력을 감소시킬 수 있는 전극 탭을 포함하는 배터리 셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 셀은 복수의 전극판과 복수의 전극판 사이에 위치하는 하나 이상의 분리막을 포함하는 전극조립체, 전극조립체가 수납된 케이스, 전극판으로부터 돌출 연장되어 형성된 전극 탭 및 전극 탭과 접합되어 외부와 전기적으로 연결되는 전극 리드를 포함하는 배터리 셀로서, 전극 탭은 전극판과 연결된 제1 탭부 및 제1 탭부로부터 연장되고, 전극 리드가 접합되는 제2 탭부를 포함하고, 상기 제1 탭부에는 전극 탭의 응력을 감소시키기 위한 응력 완화부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 셀은 응력 완화부가 제1 탭부와 전극판 사이의 일정한 곡률 반경(R)을 가지도록 패터닝된 연결부 코너인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 셀은 응력 완화부가 일정한 곡률 반경(CR)을 가진 호의 형태로 커팅된 제1 탭부의 측면인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 셀은 제1 탭부가 전극판과 제2 탭부 사이의 중앙 부분에서 폭이 최소가 되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 셀은 응력 완화부의 곡률 반경(CR)이 전극판과 제2 탭부 사이의 길이보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 셀은 전극판이 양극판과 음극판을 포함하고, 양극판과 음극판 각각은 전극조립체 내에 복수로 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 셀은 제2 탭부가 복수의 양극판 또는 복수의 음극판 각각으로부터 돌출 연장된 전극 탭이 적층되어 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 셀은 양극판으로부터 돌출 연장된 전극 탭과 음극판으로부터 돌출 연장된 전극 탭이 서로 같은 방향으로 돌출된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 셀은 양극판으로부터 돌출 연장된 전극 탭과 음극판으로부터 돌출 연장된 전극 탭이 서로 마주보는 방향으로 돌출된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 셀은 케이스가 파우치형 케이스인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈은 본 발명에 따른 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 디바이스는 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배터리 셀은 전극 탭이 응력 완화부를 구비하여 전극 탭에 외력 등이 작용하더라도, 발생하는 응력을 감소시켜 단선의 위험을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술의 전극 탭을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 단면 일부를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 응력 완화부가 형성된 전극 탭을 도시한 개략도이다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 응력 완화부가 형성된 전극 탭을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 응력 완화부가 형성된 전극 탭의 응력 완화부 곡률 반경과 응력 최대값 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 응력 완화부가 형성된 전극 탭의 응력 완화부 곡률 반경과 응력 최대값 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 배터리 셀에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 단면 일부를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하여 본 발명의 배터리 셀을 살펴보면, 본 발명의 배터리 셀(100)은 전극조립체(110), 전극조립체(110)가 수납되는 케이스(120), 전극 탭(130) 및 전극 리드(140)를 포함한다.
먼저 전극조립체(110)는 양극판/분리막/음극판이 교대로 적층된 구조를 가지며, 전극조립체(110) 내에 양극판과 음극판이 단수로 구비되는 경우도 있으나, 배터리 셀(100)의 용량을 고려하여 복수로 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 전극조립체(110)의 종류는 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극판과 음극판 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형, 소정 크기의 다수의 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 및 적층형의 단위셀들을 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 분류된다.
케이스(120)는 이러한 전극조립체(110)를 수납하는 외장재로 배터리 셀은 케이스(120)의 형상에 따라 전극조립체(110)가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 배터리 셀, 전극조립체(110)가 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 배터리 셀로 분류할 수 있다.
파우치형 케이스는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다.
이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 박막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극 조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기 투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일 예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
도 2 등에서는 배터리 셀(100)이 파우치형 케이스(120)에 내장된 파우치형 배터리 셀(100)인 것을 도시하고 있으나, 본 발명의 배터리 셀(100)은 이에 한정되지 않고 전극 탭(130)이 전극판으로부터 돌출 연장된 배터리 셀(100)이면 어떤 형태의 배터리 셀(100)에도 적용 가능하다.
또한, 전극 리드(140)는 전극 탭과 접합되어 외부와 전기적으로 연결되는 것으로, 접합의 방법은 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접 등 공지의 다양한 용접 방법이 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 응력 완화부가 형성된 전극 탭을 도시한 개략도이며, 도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 응력 완화부가 형성된 전극 탭을 도시한 개략도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 전극 탭(130)에 대하여 상세하게 살펴보면, 전극 탭(130)은 전극판(150)과 연결되어 돌출 연장된 제1 탭부(131a, 131b), 제1 탭부(131a, 131b)로부터 연장되고 전극 리드(140)가 접합되는 제2 탭부(132a, 132b) 및 전극 탭(130)에 가해지는 응력을 완화시키기 위한 응력 완화부(133a, 133b)를 포함한다.
이러한 전극 탭(130)은 전극조립체(110)의 양극판으로부터 돌출 연장된 양극 탭과 음극판으로부터 돌출 연장된 음극 탭을 포함하고, 양극 탭과 음극 탭은 각각 극성별로 모아져 적층되고, 적층된 양극 탭과 음극 탭은 각각 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다.
여기서, 양극 탭과 음극 탭은 서로 같은 방향으로 돌출될 수도 있고, 서로 마주보는 방향으로 돌출될 수도 있다.
양극 탭과 음극 탭이 같은 방향으로 돌출되는 경우에는 양극 탭과 음극 탭의 간섭을 피할 수 있도록 위치하는 것이 필요하다.
예를 들면, 전극 탭(130)들이 돌출되는 측면의 중심을 기준으로 양극 탭이 일측으로 치우쳐 위치한다면 음극 탭은 양극 탭과 반대쪽으로 치우쳐 위치하는 것이 바람직하다.
한편, 서로 마주보는 방향으로 돌출되는 경우에는 그 위치에 크게 구에 받지 않으나, 돌출되는 측면의 중심에 위치하는 것이 일반적이다.
또한, 본 발명의 전극 탭(130)에는 전극 탭(130)에 가해지는 내/외력에 의하여 발생하는 응력을 감소시키기 위한 응력 완화부(133)가 구비되어 있다.
이러한 응력 완화부(133a)의 하나의 예로 도 3에 도시된 응력 완화부(133a)를 들 수 있다.
이는 전극 탭(130)에서 발생하는 응력에 취약한 전극판(150)과 전극 탭(130) 사이의 연결부 코너를 직각으로 패터닝하지 않고, 일정한 곡률 반경(R)을 가지도록 패터닝 함으로써 연결부 코너에 집중되는 응력을 완화시키는 역할을 하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 응력 완화부가 형성된 전극 탭의 응력 완화부 곡률 반경과 응력 최대값 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하여 이와 같은 응력 완화부(133a)를 구비한 경우에 곡률 반경(R)과 전극 탭(130)에 가해지는 응력(Stress)의 최대값과의 관계를 살펴보면, 곡률 반경이 4mm에 근접할수록 응력 최대값이 낮아지고, 4mm에서 최저가 되며, 4mm보다 커질수록 응력 최대값도 커지는 경향을 보인다.
즉, 응력 완화부(133a)의 곡률 반경(R)이 4mm인 경우가 응력이 최소가 됨을 볼 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 응력 완화부가 형성된 전극 탭의 응력 완화부 곡률 반경과 응력 최대값 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 4 및 도 6을 참조하여 다른 형태의 응력 완화부(133b)에 대하여 살펴보면, 응력 완화부(133b)는 전극 탭(130)의 제1 탭부(131b)의 측면에 일정한 곡률 반경(CR)을 가진 호의 형태로 커팅되어 형성된다.
즉, 제1 탭부(131b)의 중앙부분에서 제1 탭부(131b)의 폭이 최소가 되도록 측면이 커팅되어 있는 형태이다.
이와 같이 제1 탭부(131b)의 측면을 사이드 컷(side-cut) 함으로써 전극판(150)과 전극 탭(130) 사이의 연결부 코너에 집중되는 응력을 분산시키는 것이 가능하다.
다만, 제1 탭부(131b) 측면의 사이드 컷되는 깊이는 제1 탭부(131b)의 기계적 강도와 전류의 양이 도선의 면적에 비례한다는 점을 고려할 때, 응력 완화부(133b) 곡률 반경(CR)이 전극판과 제2 탭부(132b) 사이의 길이보다 작은 것이 바람직하다.
응력 완화부(133b)의 곡률 반경(CR)과 응력(Stress) 최대값과의 관계를 살펴보면, 곡률 반경(CR)이 1.5mm에서 2mm 사이에서 응력 최대값이 최소가 되며, 곡률 반경(CR)이 2mm 보다 커질수록 응력 최대값도 증가하는 경향을 보인다.
한편, 위에서 살펴본 두 실시예 중 제1 탭부(131b)의 측면에 일정 곡률 반경(CR)을 가진 호의 형태로 커팅한 응력 완화부(133b)를 가진 전극 탭(130)에서 응력 최대값이 더 낮은 것을 볼 수 있다.
그러나, 전극 탭(130)에 두 가지 형태의 응력 완화부(133a, 133b) 중 어떤 것을 적용할 것인지는 전극조립체 형성 공정의 여러 조건이나 적용하고자 하는 배터리 셀(100)에서 필요로 하는 조건들을 고려하여 적절히 선택 가능하다.
위에서 살펴본 바와 같이, 응력 완화부(133)를 형성함으로써 전극 탭(130)에서 발생하는 응력을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 전극 탭(130)이 단선되는 위험을 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 이러한 응력 완화부(133)를 구비한 배터리 셀(100)을 포함하여 배터리 모듈을 제조하는 것도 가능하며, 이와 같은 배터리 모듈을 각종 디바이스의 전원 공급원으로 사용할 수도 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
(부호의 설명)
100 : 배터리 셀
110 : 전극조립체
120 : 케이스
130 : 전극 탭
131, 131a, 131b: 제1 탭부
132, 132a, 132b : 제2 탭부
133, 133a, 133b : 응력 완화부
140 : 전극 리드
150 : 전극판

Claims (12)

  1. 복수의 전극판(150)과 상기 복수의 전극판(150) 사이에 위치하는 하나 이상의 분리막을 포함하는 전극조립체(110);
    상기 전극조립체(110)가 수납된 케이스(120);
    상기 전극판(150)으로부터 돌출 연장되어 형성된 전극 탭(130); 및
    상기 전극 탭(130)과 접합되어 외부와 전기적으로 연결되는 전극 리드(140);를 포함하는 배터리 셀(100)로서,
    상기 전극 탭(130)은 상기 전극판(150)과 연결된 제1 탭부(131) 및 상기 제1 탭부(131)로부터 연장되고, 상기 전극 리드(140)가 접합되는 제2 탭부(132)를 포함하고, 상기 제1 탭부(131)에는 상기 전극 탭(130)의 응력을 감소시키기 위한 응력 완화부(133)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 셀(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 응력 완화부(133a)는 상기 제1 탭부(131a)와 전극판(150) 사이의 일정한 곡률 반경(R)을 가지도록 패터닝된 연결부 코너인 것을 특징으로 하는 배터리 셀(100).
  3. 제1항에 있어서, 상기 응력 완화부(133b)는 일정한 곡률 반경(CR)을 가진 호의 형태로 커팅된 제1 탭부(131b)의 측면인 것을 특징으로 하는 배터리 셀(100).
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 탭부(131b)는 상기 전극판(150)과 상기 제2 탭부(132b) 사이의 중앙 부분에서 폭이 최소가 되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  5. 제3항에 있어서, 상기 응력 완화부(133b)의 곡률 반경(CR)은 상기 전극판(150)과 상기 제2 탭부(132b) 사이의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전극판(150)은 양극판과 음극판을 포함하고, 상기 양극판과 상기 음극판 각각은 상기 전극조립체 내에 복수로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 셀(100).
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 탭부(132)는 복수의 상기 양극판 또는 복수의 상기 음극판 각각으로부터 돌출 연장된 상기 전극 탭(130)이 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  8. 제7항에 있어서, 상기 양극판으로부터 돌출 연장된 전극 탭(130)과 상기 음극판으로부터 돌출 연장된 전극 탭(130)은 서로 같은 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 배터리 셀(100).
  9. 제7항에 있어서, 상기 양극판으로부터 돌출 연장된 전극 탭(130)과 상기 음극판으로부터 돌출 연장된 전극 탭(130)은 서로 마주보는 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 배터리 셀(100).
  10. 제1항에 있어서, 상기 케이스(120)는 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 배터리 셀(100).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 배터리 셀(100)을 포함하는 배터리 모듈.
  12. 제11항의 배터리 모듈을 포함하는 디바이스.
PCT/KR2021/011360 2020-09-28 2021-08-25 응력 완화부가 형성된 전극 탭을 포함하는 배터리 셀 Ceased WO2022065708A1 (ko)

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