JP2020524376A - パウチ型二次電池 - Google Patents

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Abstract

前記課題を解決するための本発明の実施形態によるパウチ型二次電池は、正極及び負極を含む電極と分離膜が交互に積層される電極組立体と、前記電極組立体を収容する電池ケースと、前記電極と連結され前記電極組立体の一側から突出する電極タブと、一端が前記電極タブと連結される第１電極リードと、一端が前記第１電極リードの他端と連結され、他端が前記電池ケースの外部に突出する第２電極リードと、前記第１及び第２の電極リードを互いに連結する連結部と、前記第１及び第２の電極リードの一部を覆って融着され、前記第１及び第２の電極リードを前記電池ケースに接着させる絶縁部と、前記第１電極リードの一面の特定位置に形成され、前記第１電極リードと前記絶縁部の間の融着を防止する融着防止部とを含む。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年１１月２３日付韓国特許出願第１０−２０１７−０１５７５２６号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、パウチ型二次電池に関し、より詳細には、２段の電極リードが互いに脱着する電池ケースの内部圧力を使用者が容易に調節でき、前記内部圧力が調節されれば一定に維持されるパウチ型二次電池に関する。
物質の物理的反応や化学的反応を介して電気エネルギーを生成させ外部に電源を供給するようになる電池（ｃｅｌｌ、ｂａｔｔｅｒｙ）は、各種電気電子機器で取り囲まれている生活環境によって、建物に供給される交流電源を獲得できない場合や直流電源が必要な場合に用いるようになる。
このような電池のうち、化学的反応を利用する化学電池である一次電池と二次電池が一般的に多く用いられているが、一次電池は乾電池と通称されるものであって、消耗性電池である。一方、二次電池は、電流と物質の間の酸化還元過程を多数回繰り返し可能な素材を用いて製造される再充電式電池である。一般的に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池等がある。このような二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ−ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯ゲーム装置（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、動力工具（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）及びＥ−バイク（Ｅ−ｂｉｋｅ）等の小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が要求される大型製品と、余剰電力や再生可能エネルギーを保存する電力貯蔵装置と、バックアップ用電力貯蔵装置にも適用され用いられている。
リチウム二次電池は、一般的に正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）、分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）及び負極（Ａｎｏｄｅ）が積層され形成される。そして、これらの材料は、電池寿命、充電／放電容量、温度特性及び安定性等を考慮し選択される。リチウムイオンが正極のリチウム金属酸化物から負極の黒鉛電極へ挿入（Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）及び脱離（Ｄｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）する過程が繰り返されることで、リチウム二次電池の充電／放電が行われる。
一般的に、正極／分離膜／負極の３層構造、又は正極／分離膜／負極／分離膜／正極又は負極／分離膜／正極／分離膜／負極の５層構造で積層された単位セルが集まり、一つの電極組立体となる。そして、このような電極組立体は、特定のケースに収容される。
二次電池は、電極組立体を収容するケースの材質によって、パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）及び缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）等に分類される。パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）は、形態が一定でない軟性のポリマー材質で製造されたパウチに電極組立体を収容する。そして、缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）は、形態が一定の金属又はプラスチック等の材質で製造されたケースに電極組立体を収容する。
一方、二次電池は、外部衝撃による内部短絡、過充電、過放電等による発熱と、これによる電解質分解、熱暴走現象等の様々な問題によって安全性低下の恐れがある。特に、二次電池の爆発には、様々な原因があるが、電解質分解によって二次電池内部のガス圧力の増加も一つの原因になる。
具体的に、二次電池を繰り返し充電／放電すると、電解質と電極活物質による電気化学的反応によりガスが発生する。このとき、発生したガスは、二次電池の内部圧力を上昇させ、部品間の結合力の弱化、二次電池のケース破損、保護回路の早期作動、電極の変形、内部短絡、爆発等の問題を発生させる。よって、缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）の二次電池の場合には、ＣＩＤフィルタ及び安全ベントのような保護部材が設けられ、ケースの内部の圧力が増加すれば電気的連結を物理的に遮断した。しかし、従来のパウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）の二次電池の場合には、このような保護部材が十分に設けられていない。
最近には、パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）の二次電池において、複数の電極リードを２段に形成し、ケースが膨脹すると複数の電極リードが互いに脱着して連結を遮断する等、電気的連結を物理的に遮断する技術が提案された。ところで、従来には、前記複数の電極リードが脱着する電池ケースの内部の圧力を調節することができなかった。すなわち、同一のモデルの二次電池において同一に内部圧力が増加しても、電流が遮断される内部圧力が一定でなく、これを使用者が調節することもまた容易ではないため、安全性の信頼度を常に一定に確保できないという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、２段の電極リードが互いに脱着する電池ケースの内部圧力を使用者が容易に調節でき、前記内部圧力が調節されれば一定に維持されるパウチ型二次電池を提供することである。
本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていない他の課題は、以下の記載から当業者において明確に理解され得る。
前記課題を解決するための本発明の実施形態によるパウチ型二次電池は、正極及び負極を含む電極と分離膜が交互に積層される電極組立体と、前記電極組立体を収容する電池ケースと、前記電極と連結され前記電極組立体の一側から突出する電極タブと、一端が前記電極タブと連結される第１電極リードと、一端が前記第１電極リードの他端と連結され、他端が前記電池ケースの外部に突出する第２電極リードと、前記第１及び第２の電極リードを互いに連結する連結部と、前記第１及び第２の電極リードの一部を覆って融着され、前記第１及び第２の電極リードを前記電池ケースに接着させる絶縁部と、前記第１電極リードの一面の特定位置に形成され、前記第１電極リードと前記絶縁部の間の融着を防止する融着防止部とを含む。
また、前記融着防止部は、前記連結部の一側から前記電池ケースの内側に向かう方向に形成されてよい。
また、前記融着防止部は、前記特定位置に摩耗工程を行うことで形成されてよい。
また、前記融着防止部は、前記特定位置に表面処理を行わないことで形成されてよい。
また、前記融着防止部は、前記特定位置に第１テープを付着し表面処理を行ってから前記第１テープを剥離して形成されてよい。
また、前記絶縁部は、酸処理されたポリオレフィン系樹脂を含んでよい。
また、前記ポリオレフィン系樹脂は、ポリプロピレンを含んでよい。
また、前記融着防止部は、前記特定位置に第２テープを付着して形成されてよい。
また、前記第２テープは、酸処理されていないノーマルポリプロピレンを含んでよい。
また、前記融着防止部は、前記特定位置に対応される前記絶縁部の位置にフィルムを付着して形成されてよい。
また、前記フィルムは、酸処理されていないノーマルポリプロピレンを含んでよい。
また、前記第１電極リードの前記特定位置又は前記絶縁部と前記融着防止部の間の接着力は、前記第１又は第２の電極リードと前記連結部の間の接着力より弱くてよい。
また、前記連結部は、導電材を含む伝導性ポリマーで製造されてよい。
また、前記連結部は、厚さが１から５００μｍであってよい。
また、前記絶縁部は、前記第１及び第２の電極リードが前記連結部を介して連結された部分を覆ってよい。
本発明のその他具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
本発明の実施形態によれば、少なくとも次のような効果がある。
第１電極リードの一面の特定位置に融着防止部を形成し、融着防止部の長さを調節することで、第１及び第２の電極リードが脱着する内部圧力を調節でき、前記内部圧力が調節されれば一定に維持され得る。
本発明による効果は、以上で例示された内容によって制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。
本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池の組立図である。 図１のパウチ型二次電池の組み立てが完了した様子の斜視図である。 本発明の一実施形態による電池ケースの断面図である。 本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池の体積が膨張した様子を示した斜視図である。 複数の電極リードを含む従来のパウチ型二次電池を、図２のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。 複数の電極リードを含む従来のパウチ型二次電池の体積が膨張した時、図２のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。 本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池を、図２のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。 本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池の体積が膨張した時、図２のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。 図７に示された本発明の一実施形態による第１電極リード、第２電極リード及び連結部を拡大した拡大図である。 図８に示された本発明の一実施形態による第１電極リード、第２電極リード及び連結部を拡大した拡大図である。 図７に対応する本発明の他の実施形態による第１電極リード、第２電極リード及び連結部を拡大した拡大図である。 図７に対応する本発明のまた他の実施形態による第１電極リード、第２電極リード及び連結部を拡大した拡大図である。
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、図面と共に、詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になるはずである。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるのではなく、互いに異なる多様な形態に具現されてよく、ただ、本実施形態は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に伝えるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書の全体にかけて同一の参照符号は、同一の構成要素を指す。
他の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に共通的に理解される意味に用いられ得るはずである。また、一般的に用いられる辞書に定義されている用語は、明らかに特に定義されていない限り、理想的又は過度に解釈されない。
本明細書で用いられた用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、文章で特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で用いられる『含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）』及び／又は『含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）』は、言及された構成要素以外に一つ以上の他の構成要素の存在又は追加を排除しない。
以下、図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池１の組立図であり、図２は、図１のパウチ型二次電池１の組み立てが完了した様子の斜視図である。
一般的にリチウム二次電池を製造する過程は、先ず、電極活物質とバインダー及び可塑剤を混合したスラリーを正極集電体及び負極集電体に塗布して正極板と負極板を製造し、これを分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）と交互に積層することで所定形状の電極組立体１０を形成した後、電極組立体１０を電池ケース１３に挿入し電解液を注入してからシーリングする。
電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０は、図１に示された通り、電極タブ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｔａｂ）１１を含む。電極タブ１１は、電極組立体１０の正極及び負極とそれぞれ連結され、電極組立体１０の外部に突出しており、電極組立体１０の内部と外部との間に電子が移動できる経路になる。電極組立体１０の集電体は、電極活物質が塗布された部分と電極活物質が塗布されていない末端部分、すなわち、非塗布部からなる。そして、電極タブ１１は、非塗布部を裁断して形成されるか、又は非塗布部に別途の導電材を超音波溶接等で連結して形成されてもよい。このような電極タブ１１は、図１に示された通り、電極組立体１０の一側から同一の方向に並んで突出してもよいが、これに制限されず、それぞれ異なる方向に突出してもよい。
電極組立体１０の電極タブ１１には、電極リード（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｌｅａｄ）１２がスポット（Ｓｐｏｔ）溶接等で連結される。本発明の一実施形態による電極リード１２は、複数に形成される。そして、複数の電極リード１２のうち、第１電極リード１２３０（図５に示される）は電極組立体１０の電極タブ１１と連結され、第２電極リード１２４０（図５に示される）は電池ケース（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃａｓｅ）１３の外部に突出する。第１及び第２の電極リード１２３０、１２４０に対する詳しい説明は後述する。そして、電極リード１２の一部は、絶縁部１４で周りが覆われる。絶縁部１４は、電池ケース１３の上部パウチ１３１と下部パウチ１３２が熱融着するシーリング部に限定されて位置し、電池ケース１３に接着される。また、電極組立体１０から生成される電気が電極リード１２を介して電池ケース１３に流れることを防止し、電池ケース１３のシーリングを維持する。よって、このような絶縁部１４は、電気がよく通らない非伝導性を有する不導体で製造される。一般的に絶縁部１４としては、電極リード１２に付着しやすく、厚さが比較的に薄い絶縁テープを多く用いるが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁できれば多様な部材を用いてよい。
電極リード１２は、正極タブ１１１及び負極タブ１１２の形成位置によって互いに同一の方向に延長されてもよく、互いに反対方向に延長されてもよい。正極リード１２１及び負極リード１２２は、互いにその材質が異なってよい。すなわち、正極リード１２１は正極集電体と同一のアルミニウム（Ａｌ）材質であり、負極リード１２２は負極集電体と同一の銅（Ｃｕ）材質又はニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅材質であってよい。そして、電池ケース１３の外部に突出した電極リード１２の一部分は端子部となり、外部端子と電気的に連結される。
パウチ型二次電池１において、電池ケース１３は、軟性の材質で製造されたパウチである。以下、電池ケース１３は、パウチであるものと説明する。そして、電池ケース１３は、電極リード１２の一部、すなわち端子部が露出されるように電極組立体１０を収容してシーリングされる。このような電池ケース１３は、図１に示された通り、上部パウチ１３１と下部パウチ１３２を含む。下部パウチ１３２には、電極組立体１０を収容できる収容空間１３３１が設けられ、上部パウチ１３１は、前記電極組立体１０が電池ケース１３の外部に離脱しないように前記収容空間１３３１を上部でカバーする。このとき、図１に示された通り上部パウチ１３１にも収容空間１３３１が形成され、電極組立体１０を上部で収容してもよい。
上部パウチ１３１と下部パウチ１３２は、図１に示された通り互いに分離され別途製造されてよいが、これに制限されず、一側が互いに連結され製造される等、多様に製造されてよい。
電極組立体１０の電極タブ１１に電極リード１２が連結され、電極リード１２の一部分に絶縁部１４が形成されれば、下部パウチ１３２に設けられた収容空間１３３１に電極組立体１０が収容され、上部パウチ１３１が前記収容空間１３３１を上部でカバーする。そして、内部に電解液を注入し上部パウチ１３１と下部パウチ１３２の縁に形成されたシーリング部がシーリングされれば、図２に示された通り二次電池１が製造される。
図３は、本発明の一実施形態による電池ケース１３の断面図である。
本発明の一実施形態による電池ケース１３は、軟性の材質で製造されたパウチである。一般的に電極組立体１０を収容する電池ケース１３は、図３に示された通り、ガスバリア層（Ｇａｓ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ）２１、表面保護層（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）２２及びシーラント層（Ｓｅａｌａｎｔ Ｌａｙｅｒ）２３を含む。ガスバリア層２１は、ガスの出入りを遮断するものであり、金属を含み、主にアルミニウム薄膜（Ａｌ Ｆｏｉｌ）が用いられる。表面保護層２２は、最外層に位置して外部との摩擦及び衝突がよく発生するため、主に耐磨耗性及び耐熱性を有するナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂又はＰＥＴ等のポリマーが用いられる。そして、シーラント層２３は、最内層に位置して電極組立体１０と直接的に接触し、主にポリプロピレン（ＰＰ）等のポリマーが用いられる。
パウチ型電池ケース１３は、前記のような積層構造のフィルムが袋状に加工されて製造され、電極組立体１０が内部に収容されれば電解液を注入する。その後に上部パウチ１３１と下部パウチ１３２を互いに接触させ、シーリング部に熱圧着させれば、シーラント層２３同士で接着されることで電池ケース１３がシーリングされる。このとき、シーラント層２３は、電極組立体１０と直接的に接触するため、絶縁性を有しなければならず、また電解液とも接触するため、耐食性を有しなければならない。また、内部を完全に密閉して内部及び外部間の物質移動を遮断しなければならないため、高いシーリング性を有しなければならない。すなわち、シーラント層２３同士で接着されたシーリング部は、優れた熱接着強度を有しなければならない。一般的にこのようなシーラント層２３には、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン系樹脂が用いられる。特に、ポリプロピレン（ＰＰ）は、引張強度、剛性、表面硬度、耐磨耗性、耐熱性等の機械的物性と耐食性等の化学的物性に優れ、シーラント層２３の製造に主に用いられる。
図４は、本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池１の体積が膨張した様子を示した斜視図である。
一方、一般的に電極組立体１０では、酸化及び還元反応によって充電及び放電される。よって、二次電池１を繰り返し充電／放電すれば、電解質と電極活物質による電気化学的反応によって多少のガスが発生するが、電極組立体１０の内部の異常反応による過充電又はショート等の理由で非正常的により多いガスが発生することもある。このとき、前記パウチ型電池ケース１３は、各層のいずれも軟性の材質を有するため、前記発生したガスは二次電池１の内部圧力を上昇させ、図４示された通りパウチ型二次電池１の体積が膨張する。
図５は、複数の電極リード１２を含む従来のパウチ型二次電池を、図２のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。
前述の通り、電池ケース１３の内部でガスが発生すれば、二次電池１の内部圧力を上昇させて部品間の結合力の弱化、二次電池１のケース破損、保護回路の早期作動、電極の変形、内部短絡、爆発等の問題を発生させる。これを解決するために、パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）の二次電池１において複数の電極リード１２３０、１２４０を２段に形成し、電池ケース１３が膨張すれば複数の電極リード１２３０、１２４０が互いに脱着して連結を遮断する等、電気的連結を物理的に遮断してよい。ここで、脱着とは、吸着又は付着したものが離れるということを意味する。
具体的に、図５に示された通り、二次電池は、複数の電極リード１２、すなわち、第１電極リード１２３０及び第２電極リード１２４０を含む。そして、第１電極リード１２３０の他端と第２電極リード１２４０の一端は、それぞれ一面が連結部１５を介して接着されることで互いに連結される。このとき、第１及び第２の電極リード１２３０、１２４０は、互いに異なる平面上に位置して上下面が互いに連結されるのが好ましい。
図６は、複数の電極リード１２を含む従来のパウチ型二次電池の体積が膨張した時、図２のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。
電池ケース１３の内部でガスが発生し、二次電池１の体積が膨張すれば、第１電極リード１２３０と第２電極リード１２４０に印加される斥力の大きさが増加する。そして、図６に示された通り、第１及び第２の電極リード１２３０、１２４０は、結局互いに脱着する。よって、電気的連結が遮断され、電気がこれ以上流れなくなる。
ところが、従来には、このような複数の電極リード１２３０、１２４０が脱着する電池ケースの内部の圧力が一定でなかった。具体的に、同一のモデルの二次電池１であれば、電池ケース１３の規格、第１及び第２の電極リード１２３０、１２４０の規格と位置等が全て同一である。しかし、シーリング工程を行う時、第１及び第２の電極リード１２３０、１２４０を周りで覆う絶縁部１４は、軟性の材質で製造されたフィルムの形態を有する。ところが、第１及び第２の電極リード１２３０、１２４０が脱着する時、第１電極リード１２３０に付着されていた絶縁部１４も脱着する。このとき、フィルムの形態を有する絶縁部１４が第１電極リード１２３０に付着される長さを一定に維持するのが容易ではなかった。すなわち、絶縁部１４と第１電極リード１２３０との接着力が一定でなかった。これにより電流が遮断される内部圧力も一定でなく、これを使用者が調節することもまた容易ではないため、安全性の信頼度を常に一定に確保できないという問題があった。
図７は、本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池１を、図２のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。
本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池１は、図７に示された通り、複数の電極リード１２、すなわち、電極組立体１０の電極タブ１１と連結される第１電極リード１２３及び電池ケース１３の外部に突出する第２電極リード１２４を含む。このとき、第１電極リード１２３は、一端が電極タブ１１と連結され、他端が第２電極リード１２４と連結される。そして、第２電極リード１２４は、一端が第１電極リード１２３の他端と連結され、他端が電池ケース１３の外部に突出する。そして、第１電極リード１２３の他端と第２電極リード１２４の一端は、それぞれ一面が連結部１５を介して接着されることで互いに連結される。
電池ケース１３が正常の時には、第１及び第２の電極リード１２３、１２４が互いに安定的に連結されなければならず、電池ケース１３が膨張すれば、第１及び第２の電極リード１２３、１２４は互いに容易に脱着しなければならない。したがって、第１及び第２の電極リード１２３、１２４は、同一の平面上に位置して側面が連結されるよりは、互いに異なる平面上に位置して上下面が互いに連結されるのが好ましい。
第１及び第２の電極リード１２３、１２４を互いに連結する連結部１５は、伝導性を有する薄いフィルム形態であるのが好ましい。特に、連結部１５の厚さは１から５００μｍで非常に薄いのが好ましい。これにより、第１及び第２の電極リード１２３、１２４が段差を形成しても、段差の大きさが過度に大きくならず、電極組立体１０から生成された電気を容易に外部へ放出できる。このために、連結部１５は、導電材を含むポリマーであるのが好ましい。
導電材は、天然又は人造等の黒鉛と、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラックと、炭素繊維又は金属繊維等の導電性繊維と、フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル、金、銀、銅の粉末等の金属粉末と、１種の金属上に異種の金属でコーティングされたＣｏｒｅ／Ｓｈｅｌｌ構造を有する粉末と、酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカーと、酸化チタン等の導電性金属酸化物と、ポリフェニレン誘導体等の導電性素材等のうち少なくとも一つが用いられてよい。
前記ポリマーは、熱硬化性高分子樹脂として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ＥＰＤＭ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）樹脂、ＣＰＥ（Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）樹脂、シリコン、ポリウレタン、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂及び不飽和エステル樹脂、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ、ｐｏｌｙａｍｉｄｅのうち少なくとも一つを含み、アクリル樹脂が最も好ましい。
一方、前述の通り、電極リード１２の一部は絶縁部１４で周りが覆われる。そして、絶縁部１４を介して電極リードが電池ケースに接着される。上部パウチ１３１と下部パウチ１３２がシーリングされる過程において、電極リード１２と接触する部分は相対的に圧力が高いため、電池ケース１３のシーラント層２３が破損される可能性が高い。このようなシーラント層２３は、前述の通り、電極組立体１０と直接的に接触するため絶縁性を有する。しかし、シーラント層２３が破損されれば、電極リード１２を介して電池ケース１３に電気が流れ得る。特に、電池ケース１３のガスバリア層２１は、アルミニウムのような金属で製造されるため、シーラント層２３が少しでも破損されガスバリア層２１が露出されれば、電極リード１２と接触して電気が容易に流れ得る。
したがって、絶縁部１４は、電気がよく通らない非伝導性を有した不導体で製造される。また、絶縁部１４は、高い機械的強度と耐熱性を有する。このため、絶縁部１４には、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン系樹脂が含まれてよい。特に、ポリプロピレン（ＰＰ）は、引張強度、剛性、表面硬度、耐磨耗性、耐熱性等の機械的物性と耐食性等の化学的物性に優れ、絶縁部１４の製造に主に用いられる。さらに、絶縁部１４の接着力を向上させるために、酸処理されたポリプロピレンを含んでもよい。例えば、酸処理されたポリプロピレンとノーマルポリプロピレンを混合してもよく、ポリエチレンをさらに混合してもよく、単に酸処理されたポリプロピレンのみを含んでもよい。ここで、酸処理されたポリプロピレンは、ＭＡＨ ＰＰ（無水マレイン酸ポリプロピレン）であってよい。
また、上部パウチ１３１と下部パウチ１３２が熱融着される時、絶縁部１４は形態を維持し、シーラント層が一部破損されガスバリア層２１が露出されても、電極リード１２とガスバリア層２１の接触を遮断する。それにより、電極組立体１０から生成される電気が電極リード１２を介して電池ケース１３に流れることを防止する。そして、絶縁部１４は、高い接着性を有する。よって、電池ケース１３の上部パウチ１３１と下部パウチ１３２が熱融着されるシーリング部に限定して位置し、電極リード１２を電池ケース１３に接着させる。このような絶縁部１４は、高分子樹脂であって、電気絶縁性を有する熱可塑性、熱硬化性、光硬化性の樹脂のうち、少なくとも一つでなってよい。一般的に、絶縁部１４としては、電極リード１２に付着しやすく、厚さが比較的薄い絶縁テープを多く用いるが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁できれば多様な部材を用いてよい。
図７に示された通り、絶縁部１４は、第１電極リード１２３、連結部１５及び第２電極リード１２４を全て覆う。もし、第１電極リード１２３又は連結部１５を覆わなければ、電池ケース１３が膨張しても第１電極リード１２３と第２電極リード１２４に斥力を印加できないからである。斥力に対する詳しい説明は後述する。
本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池１は、図７に示された通り、融着防止部１６をさらに含んでよい。融着防止部１６は、第１電極リード１２３の一面の特定位置に形成され、第１電極リード１２３と絶縁部１４との融着を防止する。融着防止部１６に対する詳しい説明は後述する。
図８は、本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池１の体積が膨張した時、図２のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。
前述の通り、パウチ型電池ケース１３の内部で圧力が増加すれは、パウチ型二次電池１の体積が膨張する。これにより、図８に示された通り、電池ケース１３の外壁が外側に向かって移動する。このとき、電池ケース１３の外壁の上壁及び下壁は、側壁より面積が広く、シーリングされていないため、軟性がより大きい。よって、電池ケース１３の上壁は上方に、下壁は下方に移動する傾向が大きい。
二次電池１の体積が膨張すれば、図８に示された通り、電池ケース１３の外壁が外側に向かって移動しつつ、絶縁部１４を介して第１電極リード１２３と第２電極リード１２４に斥力を印加する。よって、電池ケース１３の内部圧力が漸次増加すれば、電池ケース１３の外壁が移動しようとする力がより大きくなり、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４に印加される斥力の大きさもより増加する。第１電極リード１２３と第２電極リード１２４との接着力より前記斥力の大きさが大きくなれば、図８に示された通り、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４は、結局脱着する。よって、電気的連結が遮断され電気がこれ以上通らなくなる。但し、このとき、第１又は第２の電極リード１２３、１２４と連結部１５との接着力は、第１電極リード１２３の他面と絶縁部１４又たは第２電極リード１２４と絶縁部１４との接着力より弱い。これにより、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４に斥力が印加されれば、第１電極リード１２３の他面又は第２電極リード１２４と絶縁部１４との接着力は維持されて電池ケース１３のシーリングが維持され、第１及び第２の電極リード１２３、１２４が互いに脱着する。但し、第１電極リード１２３の第３位置１２３３と絶縁部１４との接着力は、第１又は第２の電極リード１２３、１２４と連結部１５との接着力より弱い。これに対する詳しい説明は後述する。
図９は、図７に示された本発明の一実施形態による第１電極リード１２３、第２電極リード１２４及び連結部１５を拡大した拡大図であり、図１０は、図８に示された本発明の一実施形態による第１電極リード１２３、第２電極リード１２４及び連結部１５を拡大した拡大図である。
本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池１は、図９に示された通り、融着防止部１６をさらに含む。前述の通り、絶縁部１４は電池ケース１３の上部パウチ１３１と下部パウチ１３２が熱融着されるシーリング部に限定して位置する。そして、シーリング部がシーリングされれば、絶縁部１４も共に熱融着され、第１電極リード１２３及び第２電極リード１２４に付着される。このとき、融着防止部１６は、第１電極リード１２３の一面の特定位置に形成され、第１電極リード１２３と絶縁部１４との融着を防止する。それにより、電池ケース１３が膨張して、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４が互いに脱着すれば、図１０に示された通り、融着防止部１６によって第１電極リード１２３の一面と絶縁部１４も互いに脱着する。このとき、融着防止部１６の長さ（Ｌ）を調節することで、第１及び第２の電極リード１２３、１２４が脱着する内部圧力を調節できる。
本発明の一実施形態によれば、融着防止部１６は、別途の部材として存在せずに、第１電極リード１２３の一面の特定位置を指称する。ここで、前記第１電極リード１２３の一面は、第１電極リード１２３の多くの面のうち、連結部１５及び第２電極リード１２４に向かう面である。
このような第１電極リード１２３の一面は、連結部１５が付着される第１位置１２３１、前記第１位置１２３１から電池ケース１３の内側方向に位置する第２位置１２３２、前記第２位置１２３２から電池ケース１３の内側方向に位置する第３位置１２３３を含む。すなわち、第１から第３の位置１２３３は、図９に示された通り、前記一面において並んで配置される。そして、融着防止部１６は、第２位置１２３２に形成され、絶縁部１４は、第３位置１２３３に付着されるのが好ましい。但し、これに制限されず、融着防止部１６が第３位置１２３３に形成され、絶縁部１４が第２位置１２３２に付着されてもよい。よって、融着防止部１６は、第１電極リード１２３において連結部１５が付着される面と同一の面に、そして、連結部１５の一側から電池ケース１３の内側に向かう方向に形成される。
融着防止部１６は、第１電極リード１２３と絶縁部１４との融着を防止する。具体的に、第１電極リード１２３の第２位置１２３２又は絶縁部１４と融着防止部１６との接着力は、第１電極リード１２３の第３位置１２３３と絶縁部１４との接着力より弱い。第１電極リード１２３の第３位置１２３３にも表面処理が行われ、絶縁部１４には酸処理に行われるからである。但し、電池ケース１３が膨張すれば、実際には、第１電極リード１２３の第２位置１２３２又は絶縁部１４と融着防止部１６との脱着と、第１電極リード１２３の第３位置１２３３と絶縁部１４との脱着が、ほぼ同時に発生し得る。
そして、第１電極リード１２３の第３位置１２３３と絶縁部１４との接着力は、第１又は第２の電極リード１２３、１２４と連結部１５との接着力より弱い。これにより、電池ケース１３が膨張すれば、第１電極リード１２３の第３位置１２３３と絶縁部１４が先に脱着し、第１又は第２の電極リード１２３、１２４と連結部１５は相対的に遅く脱着してよい。
また、前述の通り、第１又は第２の電極リード１２３、１２４と連結部１５との接着力は、第１電極リード１２３の他面と絶縁部１４、又は第２電極リード１２４と絶縁部１４との接着力より弱い。これにより、電池ケース１３が膨張すれば、第１電極リード１２３の他面又は第２電極リード１２４と絶縁部１４との接着力は維持され、電池ケース１３のシーリングが維持される。
すなわち、第１電極リード１２３の他面と絶縁部１４、第１又は第２の電極リード１２３、１２４と連結部１５、第１電極リード１２３の第３位置１２３３と絶縁部１４、及び、第１電極リード１２３の第２位置１２３２又は絶縁部１４と融着防止部１６との順に接着力が漸次弱くなる。このため、電池ケース１３が膨張すれば、第１電極リード１２３の第２位置１２３２又は絶縁部１４と融着防止部１６との脱着と、第１電極リード１２３の第３位置１２３３と絶縁部１４との脱着が、ほぼ同時に発生する。そして、最終的には第１電極リード１２３の第１位置１２３１と連結部１５が脱着することで、第１及び第２の電極リード１２３、１２４が互いに脱着し得る。
このとき、融着防止部１６の長さ（Ｌ）を調節することで、第１及び第２の電極リード１２３、１２４が脱着する内部圧力を調節できる。例えば、融着防止部１６の長さ（Ｌ）を相対的に短く形成すれば、第１電極リード１２３の第３位置１２３３と絶縁部１４との面積が増加し接着力も増加するため、第１及び第２の電極リード１２３、１２４が脱着する内部圧力が増加する。一方、融着防止部１６の長さ（Ｌ）を相対的に長く形成すれば、第１電極リード１２３の第３位置１２３３と絶縁部１４との面積が減少し接着力も減少するため、第１及び第２の電極リード１２３、１２４が脱着する内部圧力が減少する。そして、同一の規格及びモデルの二次電池１において、第１及び第２の電極リード１２３、１２４が脱着する内部圧力を常に一定に調節できる。このような長さ（Ｌ）は、１から４ｍｍであるのが好ましいが、これに制限されず、多様な長さ（Ｌ）を有してよい。
融着防止部１６を形成するためには、第１電極リード１２３の一面と絶縁部１４との接着力を顕著に低下させるか、除去しなければならない。しかし、一般的に電極リード１２３と絶縁部１４が付着するためには、電極リード１２３は金属の表面に表面処理を行わなければならず、絶縁部１４は酸処理されなければならない。よって、融着防止部１６を形成するためには、前記の二つのうち少なくとも一つの条件を除去しなければならない。以下、融着防止部１６を形成する多様な実施形態を説明する。
前述の通り、本発明の一実施形態によれば、融着防止部１６は別途の部材として存在しない。このため、第１電極リード１２３を製造する時に金属に表面処理を行った後、第２位置１２３２にはサンドペーパーのような研磨材又はグラインダーのような研磨装置を用いて研磨してよい。
具体的に、電極リード１２は金属材質で製造される。すなわち、前述の通り、正極リード１２１は正極集電体と同一のアルミニウム（Ａｌ）材質であり、負極リード１２２は負極集電体と同一の銅（Ｃｕ）材質又はニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅材質であってよい。但し、これに制限されず、正極リード１２１及び負極リード１２２は、それぞれ正極集電体及び負極集電体と異なる材質で製造されてよい。さらに、電極リード１２は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）等、電極タブ１１及び外部端子と電気的に連結できれば、多様な材質で製造されてよい。
前記金属に表面処理が行われれば、表面処理層が形成される。表面処理層は、新水性を有するため、電極リード１２と絶縁部１４が容易に付着できる。すなわち、表面処理層と絶縁部１４との接着力が優秀である。しかし、このような接着力は、第１及び第２の電極リード１２３、１２４が互いに脱着する時、ここに抵抗する力として作用する。よって、電極リード１２と絶縁部１４との接着力が強いほど、第１及び第２の電極リード１２３、１２４が脱着する電池ケース１３の内部圧力も上昇する。
また、表面処理層が形成されれば、電池ケース１３のシーラント層２３と熱融着され接着された後、二次電池１の内部及び外部の刺激による腐食又は剥離等の欠陷が発生することを防止することもできる。そして、金属に表面処理を行う方法によって表面処理層の物理的、化学的性質が異なるため、絶縁部１４との接着強度、耐電解液性等の性能が異なり得る。
このように、電極リード１２の表面処理を行うために、一般的にクロム（Ｃｒ）を用いてよい。クロムを用いて金属の表面に被膜が形成されれば、絶縁部１４との優れた接着性及び耐電解液性を有する。但し、人体及び環境に有害であるため、ＲｏＨＳの規制を受けその使用が制限されている。これにより、最近には、クロムの代わりに、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート、Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリアクリルアミド（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）を用いるか、酸素（Ｏ２）、アンモニア（ＮＨ３）、アルゴン（Ａｒ）等のガスでプラズマ放電を起こすプラズマ処理方法等が提示されている。但し、これに制限されず、電極リード１２に表面処理ができれば多様な方法が用いられてよい。
本発明の一実施形態によれば、電極リード１２に表面処理を行って表面処理層が生成された後、第１電極リード１２３の一面の第２位置１２３２にサンドペーパーのような研磨材又はグラインダーのような研磨装置を用いて研磨してよい。このように、第２位置１２３２で表面処理層が研磨され除去されれば、融着防止部１６が形成され、熱融着にも絶縁部１４との接着力が弱化され得る。
第２位置１２３２を研磨する方法以外にも他の方法を用いてもよい。本発明の一実施形態の変形例によれば、第１電極リード１２３の第２位置１２３２に先ず第１テープを付着するテーピング作業を行ってよい。その後、前述の表面処理を行えば、第１電極リード１２３の第２位置１２３２を除いた他の位置に表面処理層が形成される。そして、前記付着した第１テープを剥離し除去すれば、第２位置１２３２にのみ表面処理層が形成されないため、融着防止部１６が形成され得る。ここで、第１テープは、表面処理を行う間に腐食又は変形されてはならない。このため、耐食性及び耐磨耗性に優れた材質で製造されるのが好ましい。
図１１は、図７に対応する本発明の他の実施形態による第１電極リード１２３、第２電極リード１２４及び連結部１５を拡大した拡大図である。
本発明の一実施形態による融着防止部１６は、別途の部材として存在せずに、第１電極リード１２３の一面の特定位置を指称する。一方、本発明の他の実施形態による融着防止部１６ａは、図１１に示された通り、別途の部材として存在する。以下、本発明の他の実施形態による融着防止部１６ａに対して説明する。但し、前述の本発明の一実施形態による融着防止部１６と重複する内容に対する説明は省略する。
本発明の他の実施形態による融着防止部１６ａも、第１電極リード１２３の第２位置１２３２に形成されてよい。これのためには、第１電極リード１２３を製造する時に表面処理を行ってから、第１電極リード１２３の第２位置１２３２に第２テープを付着するテーピング作業を行ってよい。その後、連結部１５を用いて第１電極リード１２３と第２電極リード１２４を連結し、第１及び第２の電極リード１２３、１２４を覆った絶縁部１４ａを融着する。そうすれば、図１１に示された通り、前記付着した第２テープが、本発明の他の実施形態による融着防止部１６ａになる。一方、融着防止部１６ａは、厚さが非常に薄いのが好ましく、大略２０から５０μｍであってよい。
前述の通り、絶縁部１４ａには、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン系樹脂が含まれてよく、特に、酸処理されたポリプロピレンを含んでもよい。ここで、酸処理されたポリプロピレンは、ＭＡＨ ＰＰ（無水マレイン酸ポリプロピレン）であってよい。このような酸処理されたポリプロピレンは、熱融着時に接着力が向上され電極リード１２に付着され得る。しかし、酸処理されていないノーマルポリプロピレンは、熱融着しても電極リード１２に付着されない。前記融着防止部１６ａになる第２テープは、前記第１テープと異なり、付着された後に剥離されないため、絶縁部１４ａが熱融着される時、第２テープも共に熱融着される。よって、第２テープは、熱融着されても電極リード１２に付着されない、酸処理されていないポリオレフィン系樹脂、特に、ノーマルポリプロピレンで製造されるのが好ましい。
図１２は、図７に対応する本発明のまた他の実施形態による第１電極リード１２３、第２電極リード１２４及び連結部１５を拡大した拡大図である。
本発明のまた他の実施形態による融着防止部１６ｂも、本発明の他の実施形態による融着防止部１６ａのように、別途の部材として存在する。以下、本発明のまた他の実施形態による融着防止部１６ｂに対して説明する。但し、前述の本発明の一実施形態及び他の実施形態による融着防止部１６、１６ａと重複する内容に対する説明は省略する。
前述の本発明の他の実施形態による融着防止部１６ａは、第１電極リード１２３の第２位置１２３２に第２テープを付着して形成されてよい。一方、本発明のまた他の実施形態による融着防止部１６ｂは、第１電極リード１２３ではなく、絶縁部１４ｂの特定位置に付着されてもよい。ここで、絶縁部１４ｂの特定位置は、第１電極リード１２３の第２位置１２３２に対応される位置である。すなわち、融着防止部１６ｂが絶縁部１４ｂに付着された後に絶縁部１４ｂを融着すると、融着防止部１６ｂが第１電極リード１２３の第２位置１２３２に接触する位置を指称する。
そして、融着防止部１６ｂも付着された後に剥離されないため、絶縁部１４ｂが熱融着される時共に熱融着される。よって、融着防止部１６ｂは、熱融着されても電極リード１２に付着されない、酸処理されていないポリオレフィン系樹脂、特に、ノーマルポリプロピレンで製造されるのが好ましい。但し、フィルムの形態に製造され得るため、前記本発明の他の実施形態による融着防止部１６ａより厚さが厚くてもよく、大略５０から２００μｍであってよい。
但し、これに制限されず、ポリプロピレンを酸処理して絶縁部１４を製造する時、絶縁部１４の一部分のみを酸処理しないことができれば、前記融着防止部１６ｂは別途の部材として存在せず、前記酸処理されていない絶縁部１４の一部分が融着防止部１６ｂになることもできる。
本発明の属する技術分野の通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須的特徴を変更せずとも、他の具体的な形態に実施され得ることを理解できるはずである。そのため、以上で記述した実施形態は全ての面において例示的なものであり、限定的ではないものとして理解しなければならない。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって表され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その均等の概念から導出される多様な実施形態が本発明の範囲に含まれるものとして解釈されなければならない。
１ 二次電池１０
電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）
１１ 電極タブ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｔａｂ）
１２ 電極リード（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｌｅａｄ）
１３ 電池ケース（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃａｓｅ）
１３ 電池ケース
１４ 絶縁部
１４ａ 絶縁部
１４ｂ 絶縁部
１５ 連結部
１６ 融着防止部
１６ａ 融着防止部
１６ｂ 融着防止部
２１ ガスバリア層（Ｇａｓ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ）
２２ 表面保護層（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）
２３ シーラント層（Ｓｅａｌａｎｔ Ｌａｙｅｒ）
１１１ 正極タブ
１１２ 負極タブ
１２１ 正極リード
１２２ 負極リード
１２３ 第１電極リード
１２４ 第２電極リード
１３１ 上部パウチ
１３２ 下部パウチ
１２３０ 第１電極リード
１２３１ 第１位置
１２３２ 第２位置
１２３３ 第３位置
１２４０ 第２電極リード
１３３１ 収容空間

Claims (15)

  1. 正極及び負極を含む電極と分離膜が交互に積層される電極組立体と、
    前記電極組立体を収容する電池ケースと、
    前記電極と連結され前記電極組立体の一側から突出する電極タブと、
    一端が前記電極タブと連結される第１電極リードと、
    一端が前記第１電極リードの他端と連結され、他端が前記電池ケースの外部に突出する第２電極リードと、
    前記第１及び第２の電極リードを互いに連結する連結部と、
    前記第１及び第２の電極リードの一部を覆って融着され、前記第１及び第２の電極リードを前記電池ケースに接着させる絶縁部と、
    前記第１電極リードの一面の特定位置に形成され、前記第１電極リードと前記絶縁部の間の融着を防止する融着防止部とを含む、パウチ型二次電池。
  2. 前記融着防止部は、
    前記連結部の一側から前記電池ケースの内側に向かう方向に形成される、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  3. 前記融着防止部は、
    前記特定位置に摩耗工程を行うことで形成される、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  4. 前記融着防止部は、
    前記特定位置に表面処理を行わないことで形成される、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  5. 前記融着防止部は、
    前記特定位置に第１テープを付着し表面処理を行ってから前記第１テープを剥離して形成される、請求項４に記載のパウチ型二次電池。
  6. 前記絶縁部は、
    酸処理されたポリオレフィン系樹脂を含む、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  7. 前記ポリオレフィン系樹脂は、
    ポリプロピレンを含む、請求項６に記載のパウチ型二次電池。
  8. 前記融着防止部は、
    前記特定位置に第２テープを付着して形成される、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  9. 前記第２テープは、
    酸処理されていないノーマルポリプロピレンを含む、請求項８に記載のパウチ型二次電池。
  10. 前記融着防止部は、
    前記特定位置に対応される前記絶縁部の位置にフィルムを付着して形成される、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  11. 前記フィルムは、
    酸処理されていないノーマルポリプロピレンを含む、請求項１０に記載のパウチ型二次電池。
  12. 前記第１電極リードの前記特定位置又は前記絶縁部と前記融着防止部の間の接着力は、
    前記第１又は第２の電極リードと前記連結部の間の接着力より弱い、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  13. 前記連結部は、
    導電材を含む伝導性ポリマーで製造される、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  14. 前記連結部は、
    厚さが１から５００μｍである、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  15. 前記絶縁部は、
    前記第１及び第２の電極リードが前記連結部を介して連結された部分を覆う、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
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