JP2023512223A - パウチ型二次電池およびそれを含む電池モジュール - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池は、分離膜が介在した状態で正極と負極が積層されている電極組立体、前記電極組立体から突出する少なくとも一つの電極タブ、および前記少なくとも一つの電極タブと連結される電極リードを含むセルアセンブリがパウチケースに収容されたパウチ型二次電池において、前記パウチケースと前記電極リードの間に位置するリードフィルムを含み、前記リードフィルムは電極組立体に遠い領域の第１シーリング部と電極組立体に近い領域の第２シーリング部を含み、前記第２シーリング部の厚さが前記第１シーリング部の厚さより厚い。
Description
［関連出願との相互引用］
本出願は２０２０年１０月１６日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１３４５６２号に基づく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すべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は２０２０年１０月１６日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１３４５６２号に基づく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すべ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およびそれを含む電池モジュールに関し、より具体的にはシーリング品質が向上したパウチ型二次電池およびそれを含む電池モジュールに関する。
最近、化石燃料の枯渇によるエネルギ源の価格上昇、環境汚染への関心が高まるにつれ、環境に優しい代替エネルギ源に対する要求が未来生活のための必要不可欠な要因になっている。そのため、原子力、太陽光、風力、潮力など多様な電力生産技術に対する研究が続いており、このように生産されたエネルギをより効率的に使用するための電力貯蔵装置に対しても多大な関心が寄せられている。
特に、モバイル機器に対する技術開発と需要増加によりエネルギ源としての二次電池の需要が急激に増加しており、それに伴い多様な要求に応える電池に対する多くの研究が進められている。
代表的には高いエネルギ密度、放電電圧、出力安定性などの長所を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池に対する需要が高い。
二次電池は電池ケースの形状によって、電極組立体が円筒型または角型の金属缶に内蔵されている円筒型電池および角型電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチケースに内蔵されているパウチ型電池に分類される。
パウチ型二次電池では高温の環境と長期のサイクル試験時に発生する多量のガスによってパウチケースと電極リードのシーリング部位でベント（ｖｅｎｔ）が発生し得る。これによって、二次電池の安全性問題が台頭している。このような安全性問題を減らすためにパウチケースと電極リードのシーリング品質を向上させる必要がある。
本発明が解決しようとする課題は、シーリング品質が向上したパウチ型電池セルおよびそれを含む二次電池を提供することにある。
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、上述した課題に限定されず本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張することができる。
本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池は、分離膜が介在した状態で正極と負極が積層されている電極組立体、前記電極組立体から突出する少なくとも一つの電極タブ、および前記少なくとも一つの電極タブと連結される電極リードを含むセルアセンブリがパウチケースに収容されたパウチ型二次電池において、前記パウチケースと前記電極リードの間に位置するリードフィルムを含み、前記リードフィルムは電極組立体に遠い領域の第１シーリング部と電極組立体に近い領域の第２シーリング部を含み、前記第２シーリング部の厚さが前記第１シーリング部の厚さより厚い。
前記リードフィルムの第２シーリング部に対応する前記パウチケース部分は、前記リードフィルムと前記パウチケースがシーリングされる部位より厚い厚さを有する電極組立体の収納によって折り曲がる折り曲げ部を有し得る。
前記リードフィルムの第２シーリング部に対応する前記パウチケース部分は、前記リードフィルムの第２シーリングと接合されていてもよい。
より具体的には、第１シーリング部および第２シーリング部が何れもパウチケースと接合されていてもよい。
前記第１シーリング部はシーリングツール（Ｓｅａｌｉｎｇ Ｔｏｏｌ）により加圧されて形成され得る。
前記パウチケースは樹脂層と金属層を含み、前記リードフィルムは第１層、第２層および第３層が順次積層された構造であり、前記第１層、前記第２層および前記第３層のうち前記第３層が前記パウチケースに最も近く位置し、前記第３層は前記パウチケースの樹脂層と同じ材料で形成され得る。
前記第３層は前記電極組立体に近い第１端部と、前記第１端部の反対側に位置する第２端部を有し、前記第１端部の厚さが前記第２端部の厚さより厚くてもよい。
前記第３層の第１端部と前記パウチケースが互いにシーリングされてシーリング部を形成し得る。
前記第３層はポリプロピレンを含み得る。
本発明の他の一実施形態による電池モジュールは前記で説明したパウチ型二次電池を含むことができる。
以下、添付する図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。
また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上任意に示したので、本発明は必ずしも示されたところに限定されない。図面で複数の層および領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。そして図面で、説明の便宜上、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」または「の上に」あるという時、これは他の部分の「すぐ上に」ある場合だけでなくその中間にまた他の部分がある場合も含む。逆にある部分が他の部分の「すぐ上に」あるという時には中間に他の部分が存在しないことを意味する。また、基準になる部分「上に」または「の上に」あるというのは基準になる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の逆方向に向かって「上に」または「の上に」位置することを意味するものではない。
また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
また、明細書全体で、「平面上」という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
図１は本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池を示す分解斜視図である。図２は図１のパウチ型二次電池が組み立てられた様子を示す斜視図である。図３は図２の切断線Ａ－Ａ’を沿って切断した断面図である。
図１ないし図３を参照すると、本実施形態によるパウチ型二次電池１００は、パウチケース３００の内部に電極組立体２００を収納した後密封して製造されることができる。電極組立体２００は正極、負極および正極と負極の間に配置される分離膜を含むことができる。電極組立体２００はスタック型電極組立体、ジェリーロール型電極組立体またはスタック／フォールディング型電極組立体であり得る。
正極および負極それぞれは電極タブ２１０ｔを含み、電極タブ２１０ｔとそれぞれ連結される電極リード２１０，２２０がパウチケース３００の外部に露出する。また、密封性と絶縁性のために電極リード２１０，２２０はそれぞれリードフィルム６００で覆われた状態でシーリング部３００Ｓに位置し得る。
パウチケース３００はラミネートシートからなっており、熱融着のための樹脂層と物質浸透防止のための金属層を含むことができる。
具体的には、図６を参照すると、上部ケース３１０と下部ケース３２０それぞれは密封のための内側樹脂層３１０ａ，３２０ａおよび物質の貫通を防止する金属層３１０ｂ，３２０ｂを含むことができる。必要に応じて上部ケース３１０と下部ケース３２０それぞれは最外側の外側樹脂層（図示せず）をさらに含むことができる。
前記外側樹脂層は外部からパウチ型二次電池１００を保護するために厚さに対して優れた引張強度と耐候性を有して電気的絶縁性を帯びる。このような外側樹脂層はポリエチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ，ＰＥＴ）樹脂またはナイロン（ｎｙｌｏｎ）樹脂を含むことができる。金属層３１０ｂ，３２０ｂは空気、湿気などがパウチ型二次電池１００の内部に流入することを防止することができる。このような金属層３１０ｂ，３２０ｂはアルミニウム（Ａｌ）を含むことができる。内側樹脂層３１０ａ，３２０ａは電極組立体２００を内蔵した状態で印加された熱と圧力によって互いに熱融着される。このような内側樹脂層は無延伸ポリプロピレン（Ｃａｓｔｅｄ ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ，ＣＰＰ）またはポリプロピレン（ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ，ＰＰ）を含むことができる。
図１ないし図３を再び参照すると、上部ケース３１０と下部ケース３２０それぞれに電極組立体２００が安着できる窪んだ形状の収納部３００ＳＴが形成される。上部ケース３１０と下部ケース３２０それぞれに対して収納部３００ＳＴの外側周囲に沿ってシーリング部３００Ｓ１，３００Ｓ２が設けられる。上部ケース３１０のシーリング部３００Ｓ１と下部ケース３２０のシーリング部３００Ｓ２が互いに熱融着してシーリング部３００Ｓを形成し、パウチケース３００が密封される。
本発明の他の実施形態で、上部ケースの一辺と下部ケースの一辺が互いに一体として連結され、残りの三辺が熱融着される形態であり得る。
一方、電極組立体２００に含まれた多数の正極および多数の負極それぞれは正極タブおよび負極タブを含むことができ、電極リード２１０，２２０が連結される。具体的には、電極リード２１０，２２０の一方は正極リードであり、他方は負極リードであり得る。上記のように電極組立体２００と連結された電極リード２１０，２２０はパウチケース３００の一端部から突出し、パウチケース３００の外部に露出する。
図４は本発明の比較例によるシーリング領域を示す図である。
図４を参照すると、比較例によるパウチ型二次電池１０に含まれたリードフィルム６０は２重の樹脂層を含む。この時、リードフィルム６０は、接着樹脂層６０ａと耐熱樹脂層６０ｂを含むことができる。更に、電極組立体に隣接する方向であるセル内側に位置するリードフィルム６０の一端部上にパウチケース３０が浮き上がっている構造が形成されることによって、リードフィルム６０とパウチケース３０の間にシーリングされていない未シーリング領域が形成される。
図５は図３のＰ領域を拡大して示す断面図である。図６は図５のシーリング領域を形成するパウチ型二次電池を具体的に示す詳細図である。
図３、図５および図６を参照すると、本実施形態によるパウチ型二次電池１００は、電極組立体２００、電極組立体２００から突出する少なくとも一つの電極タブ２１０ｔ、および少なくとも一つの電極タブ２１０ｔと連結される電極リード２１０を含むセルアセンブリがパウチケース３００に収容される構造を有する。この時、パウチケース３００と電極リード２１０の間にリードフィルム６００が形成され、電極組立体２００に近い領域のリードフィルム６００の第２シーリング部ＳＲ２の厚さが電極組立体に遠い領域のリードフィルム６００の第１シーリング部ＳＲ１の厚さより厚い。
図５に示すように、リードフィルム６００の第２シーリング部に対応するパウチケース３００部分は、リードフィルム６００とパウチケース３００がシーリングされる部位よりその厚さが厚い電極組立体２００の収納によって折り曲がる折り曲げ部を有することができる。前述した比較例とは異なり、本実施形態によれば、浮き上がっているパウチケース３００に対応するリードフィルム６００の第２シーリング部ＳＲ２厚さが厚く形成されることによって、追加的なシーリング領域を形成することができる。この時、リードフィルム６００の第２シーリング部ＳＲ２に対応するパウチケース３００部分は、リードフィルム６００の第２シーリング部ＳＲ２と接合され得る。したがって、パウチケース３００の折り曲げ部の形状に応じて、第２シーリング部ＳＲ２もその厚さが電極組立体２００方向に徐々に増加する構造であり得る。
図６を参照すると、リードフィルム６００とパウチケース３００がシーリングされているシーリング領域ＳＲは、第１シーリング部ＳＲ１および第１シーリング部ＳＲ１に対して図３の電極組立体２００に近く位置する第２シーリング部ＳＲ２すべてが該当するので、第１シーリング部ＳＲ１および第２シーリング部ＳＲ２は、いずれもパウチケース３００が接合されている。この時、第１シーリング部ＳＲ１は、シーリングツール（Ｓｅａｌｉｎｇ Ｔｏｏｌ）により加圧されて形成されることができ、第１シーリング部ＳＲ１が形成される時、熱によって溶けたリードフィルム６００の最外層６００ｃが圧力によって押されて第２シーリング部ＳＲ２を形成することができる。
本実施形態によるリードフィルム６００は、第１層６００ａ、第２層６００ｂおよび第３層６００ｃが順次積層された構造であり得る。第１層６００ａ、第２層６００ｂおよび第３層６００ｃのうち、第３層６００ｃがパウチケース３００に最も近く位置し、第３層６００ｃはパウチケース３００の内側樹脂層３１０ａと同じ材料、例えば、ポリプロピレンで形成されることができる。第３層６００ｃは接着補助層として機能をし、このように互いに接触するリードフィルム６００の第３層６００ｃとパウチケース３００の内側樹脂層３１０ａを同一物質で形成することによって、シーリングの品質を向上させることができる。
第３層６００ｃは図２の電極組立体２００に近い第１端部と、前記第１端部の反対側に位置する第２端部を有し、前記第１端部の厚さが前記第２端部の厚さより厚い。第３層６００ｃの第１端部とパウチケース３００が互いにシーリングされて第２シーリング部ＳＲ２を形成することができる。
一方、本発明の実施形態によるパウチ型二次電池は、複数個が集まって電池モジュールを構成し、このような電池モジュールは一つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされて電池パックを形成することができる。
前述した電池モジュールおよびそれを含む電池パックは多様なデバイスに適用することができる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用されるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびそれを含む電池パックを使用できる多様なデバイスに適用することが可能であり、これもまた本発明の権利範囲に属する。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
実施形態によれば、電池セルに向かうリードフィルムの内側部の厚さを増加させてパウチケースと電極リードのシーリング領域を増加させてシーリング品質を向上させることができる。
また、リードフィルムの２重層上にパウチケースと接する接着補助層を追加形成することによって、シーリング品質を向上させることができる。
本発明の効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されることができる。
１００ パウチ型二次電池
３００ パウチケース
３１０ａ，３２０ａ 内側樹脂層
６００ リードフィルム
３００ パウチケース
３１０ａ，３２０ａ 内側樹脂層
６００ リードフィルム
Claims (10)
- 分離膜が介在した状態で正極と負極が積層されている電極組立体、前記電極組立体から突出する少なくとも一つの電極タブ、および前記少なくとも一つの電極タブと連結される電極リードを含むセルアセンブリがパウチケースに収容されたパウチ型二次電池において、
前記パウチケースと前記電極リードの間に位置するリードフィルムを含み、
前記リードフィルムは前記電極組立体に遠い領域の第１シーリング部と前記電極組立体に近い領域の第２シーリング部を含み、前記第２シーリング部の厚さが前記第１シーリング部の厚さより厚い、パウチ型二次電池。 - 前記リードフィルムの前記第２シーリング部に対応する前記パウチケースの部分は、前記リードフィルムと前記パウチケースがシーリングされる部位より厚い厚さを有する前記電極組立体の収納によって折り曲がる折り曲げ部を有する、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
- 前記リードフィルムの前記第２シーリング部に対応する前記パウチケースの部分は、前記リードフィルムの前記第２シーリング部と接合されている、請求項２に記載のパウチ型二次電池。
- 前記第１シーリング部および前記第２シーリング部が何れも前記パウチケースと接合されている、請求項１～３の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
- 前記第１シーリング部はシーリングツール（Ｓｅａｌｉｎｇ Ｔｏｏｌ）により加圧されて形成される、請求項４に記載のパウチ型二次電池。
- 前記パウチケースは樹脂層と金属層を含み、
前記リードフィルムは第１層、第２層および第３層が順次積層された構造であり、
前記第１層、前記第２層および前記第３層のうち前記第３層が前記パウチケースに最も近く位置し、前記第３層は前記パウチケースの前記樹脂層と同じ材料で形成される、請求項１～５の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。 - 前記第３層は前記電極組立体に近い第１端部と、前記第１端部の反対側に位置する第２端部を有し、前記第１端部の厚さが前記第２端部の厚さより厚い、請求項６に記載のパウチ型二次電池。
- 前記第３層の前記第１端部と前記パウチケースが互いにシーリングされてシーリング部を形成する、請求項７に記載のパウチ型二次電池。
- 前記第３層はポリプロピレンを含む、請求項７または８に記載のパウチ型二次電池。
- 請求項１～９の何れか一項によるパウチ型二次電池を含む、電池モジュール。
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