JP2013546136A - パウチおよびパウチ型二次電池 - Google Patents
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Abstract
本発明は、内部空間が形成された収容部と、前記収容部の開口された部分を閉鎖するカバー部とが一体に形成されているパウチおよびパウチ型二次電池に関し、前記収容部とカバー部との境界面周囲には折り曲げ延長部が形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、収容部とカバー部とが一体に形成されているパウチにおいて、パウチを組み立てる際にカバー部を折り曲げた後、収容部との接触面にシール処理を施すことで内部を密閉するが、この際、収容部とカバー部との境界面周囲に折り曲げ延長部をさらに設け、これをシールすることにより、パウチが密封された後に前記境界面を介して外部の水分が浸透することを最小化することができる。
本発明によれば、収容部とカバー部とが一体に形成されているパウチにおいて、パウチを組み立てる際にカバー部を折り曲げた後、収容部との接触面にシール処理を施すことで内部を密閉するが、この際、収容部とカバー部との境界面周囲に折り曲げ延長部をさらに設け、これをシールすることにより、パウチが密封された後に前記境界面を介して外部の水分が浸透することを最小化することができる。
Description
本発明は、韓国特許庁に2011年6月22日に出願された、韓国出願番号第10-2011-0060545号に対し優先権を主張し、本韓国出願の全般的な内容はここに参照として併合される。
本発明は、パウチ型二次電池に水分が浸透して電池の性能が低下することを防止するためのパウチおよびこれを含むパウチ型二次電池に関する。
通常、電池は、分離膜（separator）によって互いに分離される正極（cathode or positive electrode）および負極（anode or negative electrode）と、前記二つの電極間のイオン伝達を可能にする電解質と、を含んで電気エネルギーを供給することができる。
このような電池は、一度使用した後に廃棄する一次電池（一般電池）と、充電により再使用が可能な二次電池と、に分けられる。
近年、携帯電話、ノートパソコン、PDAなどの携帯用電子機器の普及により再充電が可能で、小型化および大容量化が可能な二次電池の需要量が急増しており、これによって二次電池の性能が徐々に改善されて大量生産されている。
二次電池としては、ニッケル-カドミウム電池、ニッケル-メタルハイドライド電池、ニッケル-水素電池、リチウム二次電池などが挙げられる。このうち、リチウム二次電池は、作動電圧が3.6V以上で、携帯用電子機器の電源として使用されるか、数個を直列連結して高出力のハイブリッド自動車に使用されるが、ニッケル-カドミウム電池やニッケル-メタルハイドライド電池に比べて作動電圧が3倍高く、単位重量当たりエネルギー密度の特性にも優れており、使用が急速に増加している。
リチウム二次電池は、電解質の種類によって、液体電解質を使用するリチウムイオン電池と、高分子電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池とに分けられる。また、リチウムイオンポリマー電池は、高分子電解質の種類によって、電解液が全く含有されていない全固体型リチウムイオンポリマー電池と、電解液を含有しているゲル型高分子電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池とに分けられる。
液体電解質を使用するリチウムイオン電池は、ほとんどの場合、円筒形や角形の金属缶を容器として溶接密封した形態で使用される。このような金属缶を容器として使用する缶型二次電池は、形態が固定されているためこれを電源として使用する電気製品のデザインを制約するという欠点があり、体積を減少させることが困難である。したがって、二つの電極、分離膜、および電解質をフィルムで製造したパウチに入れて密封して使用するパウチ型二次電池が開発されて使用されている。
通常使用されているリチウムイオンポリマー電池のパウチは、図1に示すように、熱接着性を有してシール材の役割をする内部層であるポリオレフィン系樹脂層（Polyolefin Layer）、機械的強度を維持する基材および水分と酸素のバリア層としての役割をする金属層であるアルミニウム層（AL/Aluminum Layer）、基材および保護層として作用する外部層（通常、ナイロン層）が順に積層された多層膜構造で構成されている。ポリオレフィン系樹脂層としてよく使用されるものとしてはCPP（Casted Polypropylene）が挙げられる。
パウチは、収容部11が形成された下部ケース10と、これを覆う上部ケース20とに大別され、前記収容部に内蔵される電極組立体は、正極および負極と、分離膜が積層されて巻き取られてなる。各電極からは端子が引き出され、端子にはシール部と重なる部分にテープが付着される。
パウチ型二次電池は、形態に融通性を持たせることができ、より小さい体積および質量で同じ容量の二次電池を実現することができるという利点がある。しかし、缶型二次電池とは異なり、パウチ型二次電池は、軟質のパウチを容器として使用するため機械的強度が弱く、密封の信頼性が低くなる可能性がある。そのため、漏液の問題が発生し得る電解液使用のリチウムイオン二次電池よりは、ゲル型リチウムイオンポリマー電池や全固体型リチウムイオンポリマー電池に主に使用される。
しかし、パウチ型二次電池においても高い容量の電池を形成するために、相対的に小さいサイズのパウチに、より多い容量を持たせるように電極と電解質を含ませなければならない。また、電池の容量や収容機能と直接関係のないパウチ周辺のシール部を徐々に減らすようにする要求が発生する。
パウチのシール部の幅を減らせば、より大きい容量の電極組立体を内部に収容することができ、容量と直接関係のないシール部自体は減らすことができる。したがって、同じパウチで、より高い容量の二次電池を形成することができる。しかし、シール部の幅の減少に伴い絶対的なシール面積が減少することでパウチの密封信頼性が低下するため問題になる。
パウチ形態のリチウム二次電池において、外装材のシールは非常に重要な課題であるが、パウチの特性上、高分子からなるシール部に水分が浸透する問題が発生する。外部から水分などの異物が浸透すると、電極組立体、端子、および外装材の腐食を促進するか、電極活物質にも損傷を与えるなど、性能の低下をもたらす。
また、電池の使用時間が長くなるほど外部からの水分浸透は電池の性能を長期的に低下させる要因となるため、これに対する対策が至急である。
本発明は、このような問題点を解決するためのものであり、収容部と一体に形成されたカバー部を折り曲げて収容部の内部に収納された電極組立体を密封する際に、パウチの折り曲げられた部分を介して水分が浸透することを防止することを目的とする。
また、本発明は、電池の異常発生時にパウチ内部に存在する有害物質の排出方向を制御することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明は、内部空間が形成された収容部と、前記収容部の開口された部分を閉鎖するカバー部とが一体に形成されており、前記収容部とカバー部との境界面周囲には折り曲げ延長部が形成されているパウチを提供する。
前記収容部は、底面と、前記底面の四方からそれぞれ上方に折り曲げられた上向き折り曲げ面と、を含むことを特徴とする。
前記折り曲げ延長部の長さは、前記収容部とカバー部との折り曲げ線から前記収容部の開口された部分までの距離の10%以上であることを特徴とする。
前記折り曲げ延長部は、収容部とカバー部との結合時にシール処理が施されることを特徴とする。
前記シール処理は、前記折り曲げ延長部領域の50%以上シール処理が施されることを特徴とする。
前記パウチは断面状長方形（reactangular cross section：矩形(横)断面）をなしており、前記収容部とカバー部は長い辺で連結されることを特徴とする。
前記収容部とカバー部との境界面には折り曲げ線が形成されていることを特徴とする。
前記パウチは、カバー部と収容部の両方に電極組立体を収容するための凹凸が形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、正極活物質がコーティングされた正極、負極活物質がコーティングされた負極、および前記正極と負極との間に介在された分離膜が設けられている電極組立体と、前記電極組立体が収納されるように内部空間が形成された収容部と、前記収容部の開口された部分を閉鎖するカバー部とが一体に形成されているパウチと、を含み、前記収容部とカバー部との境界面周囲には折り曲げ延長部が形成されているパウチ型二次電池を提供する。
本発明によれば、収容部とカバー部とが一体に形成されているパウチにおいて、パウチを組み立てる際にカバー部を折り曲げた後、収容部との接触面にシール処理を施すことで内部を密閉するが、この際、収容部とカバー部との境界面に折り曲げ延長部をさらに設け、これをシールすることにより、パウチが密封された後に前記境界面を介して外部の水分が浸透することを防止することができる。
以下、本発明に係るパウチおよびパウチ型二次電池について詳細に説明する。
図2および図3に示すように、本発明のパウチは、電極組立体100の厚さおよび面積に対応する内部空間が形成された収容部210と、この収容部210の上側の開口された部分を閉鎖するカバー部220とが一体に形成されている。
収容部210は、底面211と、この底面211の四方からそれぞれ上方に折り曲げられた上向き折り曲げ面212と、を含み、底面211と上向き折り曲げ面212は、それぞれ所定の面積と厚さを有する板状からなる。このように構成された収容部210は、断面が略『┗┛』状の上側が開放された筐体からなっており、その内部空間に電極組立体100が収納される。
また、収容部210とカバー部220が覆われる何れか一部にはフランジ213が延長形成され、このフランジ（flange）213は熱融着などの方法で固定されてパウチ内部を密封する。
カバー部220は、収容部210の一端に一体に延長形成される板状からなっており、カバー部220と収容部210の折り曲げ線230周囲には所定長さの折り曲げ延長部240がさらに設けられる。パウチを組み立てる際に、折り曲げ延長部240は、図3のようにフランジ213の反対方向に所定長さ突出する。
これにより、収容部210を閉鎖するためにカバー部220を折り曲げる場合、従来は収容部とカバー部の折り曲げ線を介して外部の水分が浸透することがあったが、本発明のようにその折り曲げ線230周囲に所定長さの折り曲げ延長部240を形成すればこれを防止することができる。
一具体例において、前記折り曲げ延長部の長さは、前記収容部とカバー部との折り曲げ線から前記収容部の開口された部分までの距離の10%以上、詳細には30%以上、さらに詳細には30〜70%であってもよい。
さらに、水分の浸透をさらに防止するために所定長さ突出した折り曲げ延長部240にシール処理を施すことが好ましい。具体的に、前記折り曲げ延長部領域の50%以上、詳細には75%以上、さらに詳細には100%をシール処理することにより、水分浸透をさらに効果的に防止し、パウチ内部の有害物質の排出方向をさらに容易に調節することができる。ここで、折り曲げ延長部領域のうち収容部とカバー部の折り曲げ線に当接する部分、および収容部の開口された部分に当接する部分のうち少なくとも一つの部分には必ずシール処理を施すことが、密封による水分浸透防止および排出方向調節という面において好ましい。
なお、本発明に係る一実施形態において、前記パウチは、図4に示すように、収容部とカバー部の両方に電極組立体を収納するための凹凸が形成されたものであってもよい。この場合にも、図4のように、前記折り曲げ延長部240およびフランジ213を含むことは言うまでもない。
このように構成されたパウチ内に電極組立体を収容して組み立てる過程について説明すると次のとおりである。
まず、パウチは、電極組立体100が収納されるほどの空間を確保するために電極組立体100の厚さおよび面積に対応して凹状に窪んだ収容部210を備える。収容部210の縁部には、パウチのカバー部220との接合のためのフランジ213が設けられる。
次に、電極組立体100がパウチの収容部210内に位置すると、収容部210の一縁部に収容部210から一体に延長して形成されたカバー部220がフランジ213方向に折り曲げられて収容部210を閉鎖する。
この際、従来は収容部とカバー部との境界面、すなわち、図面における電極組立体の右側上端の辺に対応する位置に一字型の折り曲げ線が形成される。折り曲げ線は、一字型のプレス（しかし、必ずしもこれに限定されるものではない）によってスロット（slot）が形成されるように適した圧力で加圧される。この際、前記プレス作業時に折り曲げ線にピンホールが形成される恐れがあり、これによって外部の水分が浸透する恐れが高くなる。
しかし、本発明では、収容部210とカバー部220との境界面、すなわち、折り曲げ線付近に折り曲げ延長部240を形成し、これにシール処理を施すことで、ピンホールが生じる場合にも外部からの水分浸透を著しく減少させることができる。
一方、本発明に適用されるパウチは、横断面が正方形、長方形（rectangular：矩形）などの角形をなすが、電池の異常作動に伴う内部発熱および膨張などによってパウチが破断して有害物質がパウチ外部に流出することがある。
この際、断面が正方形をなすパウチは、全ての方向に膨張力が同様に発生するが、断面が長方形をなすパウチは、通常、短軸(横手)の辺より長軸（長手）の辺に高い膨張力が加えられる。したがって、パウチの破断も長軸の辺から引き起こされ、電池の有害物質もまた長軸の辺を介して排出される。
つまり、本発明に適用されるパウチの断面が長方形をなす場合、収容部とカバー部との連結部分が長軸の辺のうち何れか一つになれば、他の長軸の辺を介して有害物質が流出するため、このような点を鑑みて有害物質の流出方向を任意に制御することもできる。
また、本発明は、パウチ型二次電池を提供する。
図3または図4に示すように、本発明のパウチ型二次電池は、正極、負極および分離膜を備えた電極組立体100と、この電極組立体100を包むパウチ200と、を含む。
正極は正極集電体上に正極活物質が一部塗布されたものであり、正極集電体は、通常3〜500μｍの厚さに形成される。このような正極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発しないとともに高い導電性を有するものであれば特に制限されず、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理を施したものなどが使用されることができる。正極集電体は、その表面に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔体、発泡体、不織布体などの様々な形態が可能である。
正極集電体の端部には、正極活物質が塗布されていない正極無地部が形成される。正極無地部には、正極集電体に集まった電子が外部回路に流れるように外部回路と電気的に連結される正極端子が形成される。正極端子は、通常、正極無地部に超音波溶接で溶接され、正極端子が正極無地部に溶接された後には正極端子の離脱を防止するためにテープが付着される。
また、負極は、負極集電体上に負極活物質を塗布、乾燥して製作され、負極集電体は通常3〜500μｍの厚さで製造される。このような負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発しないとともに導電性を有するものであれば特に制限されず、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理を施したもの、アルミニウム-カドミウム合金などが使用されることができる。負極集電体もまたその表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の接着力を高めることもできる。
パウチは、上述した電極組立体を安定的に収容するために金属層と樹脂層のラミネートシートからなっており、その構成について既に言及したため詳細な説明は省略する。
一方、パウチの外部には電極組立体と電気的に連結される正極リードおよび負極リードが所定量突出する。
すなわち、二つの電極リードは電極組立体の各極板から延長した電極端子と溶接などの方法で電気的に連結されており、その一部がパウチの外部に露出している。
正極リードと負極リードは、パウチにおいて互いに反対方向に位置していてもよく、同じ方向に並んで位置していてもよい。
100 電極組立体
200 パウチ
210 収容部
211、211' 底面
212、212' 上向き折り曲げ面
213 フランジ
220 カバー部
230 折り曲げ線
240 折り曲げ延長部
200 パウチ
210 収容部
211、211' 底面
212、212' 上向き折り曲げ面
213 フランジ
220 カバー部
230 折り曲げ線
240 折り曲げ延長部
Claims (12)
- パウチであって、
内部空間が形成された収容部と、前記収容部の開口された部分を閉鎖するカバー部とが一体に形成されてなるものであり、
前記収容部と前記カバー部との境界面周囲には折り曲げ延長部が形成されてなることを特徴とする、パウチ。 - 前記収容部が、
底面と、
前記底面の四方からそれぞれ上方に折り曲げられた上向き折り曲げ面とを備えてなることを特徴とする、請求項１に記載のパウチ。 - 前記折り曲げ延長部の長さが、前記収容部とカバー部との折り曲げ線から前記収容部の開口された部分までの距離の１０％以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のパウチ。
- 前記折り曲げ延長部が、収容部とカバー部との結合時にシール処理が施されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のパウチ。
- 前記折り曲げ延長部領域の５０％以上がシール処理されてなることを特徴とする、請求項４に記載のパウチ。
- 前記パウチが断面状長方形をなしており、
前記収容部と前記カバー部が長軸の辺で連結されてなることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のパウチ。 - 前記収容部と前記カバー部との境界面に、折り曲げ線が形成されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載のパウチ。
- パウチ型二次電池であって、
正極活物質がコーティングされた正極と、負極活物質がコーティングされた負極と、及び前記正極と前記負極との間に介在された分離膜とを備えた電極組立体と、
前記電極組立体が収納されるように内部空間が形成された収容部と、前記収容部の開口された部分を閉鎖するカバー部とが一体に形成されているパウチとを備えてなり、
前記収容部と前記カバー部との境界面周囲に、折り曲げ延長部が形成されていることを特徴とする、パウチ型二次電池。 - 前記収容部が、
底面と、及び
前記底面の四方からそれぞれ上方に折り曲げられた上向き折り曲げ面とを備えてなることを特徴とする、請求項８に記載のパウチ型二次電池。 - 前記折り曲げ延長部が、前記収容部と前記カバー部との結合時にシール処理が施されることを特徴とする、請求項８又は９に記載のパウチ型二次電池。
- 前記パウチが断面状長方形をなしており、
前記収容部と前記カバー部が、長軸の辺で連結されることを特徴とする、請求項８〜１０の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。 - 前記収容部と前記カバー部との境界面に、折り曲げ線が形成されていることを特徴とする、請求項８〜１１の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
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