JP7049550B2 - パウチ型二次電池及び二次電池用パウチ - Google Patents

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Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、２０１８年８月２９日付韓国特許出願第１０－２０１８－０１０１９５０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、パウチ型二次電池及び二次電池用パウチに関し、より詳細には、鋭いネイル（Ｎａｉｌ）等が貫通しても、発熱速度を減少させて熱を容易に外部へ放出し、爆発の危険性を軽減するパウチ型二次電池及び二次電池用パウチに関する。
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、ＰＤＡ、Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ、Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ及び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貯蔵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。
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、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、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。
図１は、従来の電極組立体１０にネイル２が接近する様子を示した概略図であり、図２は、従来の電極組立体１０にネイル２が貫通した様子を示した概略図である。
一方、電極組立体１０を製造するために、先ず、正極活物質１０１２スラリーを正極集電体１０１１に塗布し、負極活物質１０２２スラリーを負極集電体１０２１に塗布して正極１０１と負極１０２を製造する。そして、前記製造された正極１０１及び負極１０２の間に分離膜１０３を介在して互いに積層することで、図１に示された通り、電極組立体１０を製造する。図１には、正極１０１、負極１０２、分離膜１０３が一つずつ積層された一つのユニットセルだけが示されているが、電極組立体１０はこれに制限されず、複数のユニットセルがさらに積層され形成されてよい。
電極組立体１０がケースに収容されてシーリングされれば、二次電池１が製造される。ところが、このような二次電池１が実際に用いられる途中、外部との衝突によって事故が発生し得る。例えば、鋭い物体が二次電池１を貫通し、前記正極１０１と負極１０２が直接接触することで短絡（Ｓｈｏｒｔ）が発生し得る。このような短絡は、短い時間に速い速度で多量のガス生成、高温上昇等をもたらすことができ、ひいては大きい爆発が発生して大型事故につながることもある。
したがって、二次電池１が実際に用いられる前に、図１及び図２に示された通り、安全性実験の一つとしてネイル（Ｎａｉｌ）２を貫通させて爆発危険性を判断するネイル２貫通実験を行う。
ところが、一般的にこのようなネイル２貫通実験を行うと、正極集電体１０１１と負極活物質１０２２が接触する時に最も高い温度に速く到逹し、大きい爆発が発生し得る。よって、正極集電体１０１１と負極活物質１０２２の接触が最も危ない接触として知られている。さらに、もし、電極組立体１０の最外側に正極１０１が積層されていれば、図２に示された通り、正極集電体１０１１と負極活物質１０２２の間が最も近接しているため、大きい爆発が発生する可能性が非常に高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、鋭いネイル（Ｎａｉｌ）等が貫通しても、発熱速度を減少させて熱を容易に外部へ放出し、爆発の危険性を軽減するパウチ型二次電池及び二次電池用パウチ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、分離膜、負極が積層されて形成される電極組立体と、前記電極組立体を収納するパウチとを含み、前記パウチは、第１ポリマーで製造され、最外層に形成される表面保護層；第２ポリマーで製造され、最内層に形成されるシーラント層；第１金属で製造され、前記表面保護層及び前記シーラント層の間に積層されるガスバリア層；及び第２金属で製造され、前記表面保護層及び前記シーラント層の間に積層され、前記電極組立体の前記負極と連結される金属ホイル層を含む。
また、前記金属ホイル層は、前記負極から延在する負極リードと連結されることで前記負極と連結されてよい。
また、前記表面保護層、前記シーラント層及び前記ガスバリア層は、前記負極リードが存在する領域と対応する特定領域において、一部が除去されてよい。
また、前記負極リードは、前記特定領域を介して露出される前記金属ホイル層と溶接して連結されてよい。
また、前記ガスバリア層及び前記金属ホイル層の間には、互いに絶縁する絶縁層がさらに含まれてよい。
また、前記金属ホイル層は、前記ガスバリア層とクラッド圧延（ｃｌａｄ－ｒｏｌｌｅｄ）されてよい。
また、前記第１ポリマーは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含んでよい。
また、前記第１金属は、アルミニウムを含んでよい。
また、前記第２金属は、前記負極の負極集電体に含まれる金属と同じ種類の金属を含んでよい。
また、前記第２金属は、銅を含んでよい。
また、前記第２ポリマーは、ポリプロピレンを含んでよい。
前記課題を解決するための本発明の実施形態による二次電池用パウチは、正極、分離膜、負極が積層されて形成される電極組立体を収納するパウチ型二次電池において、第１ポリマーで製造され、最外層に形成される表面保護層と、第２ポリマーで製造され、最内層に形成されるシーラント層と、第１金属で製造され、前記表面保護層及び前記シーラント層の間に積層されるガスバリア層と、第２金属に製造され、前記表面保護層及び前記シーラント層の間に積層される金属ホイル層とを含み、特定領域において前記表面保護層、前記シーラント層及び前記ガスバリア層の一部が除去され、前記金属ホイル層が外部に露出される。
また、前記特定領域は、前記負極から延在する負極リードが存在する領域と対応し得る。
また、前記負極リードは、前記特定領域を介して露出される前記金属ホイル層と溶接して連結されてよい。
また、前記ガスバリア層及び前記金属ホイル層の間には、互いに絶縁する絶縁層がさらに含まれてよい。
また、前記金属ホイル層は、前記ガスバリア層とクラッド圧延（ｃｌａｄ－ｒｏｌｌｅｄ）されてよい。
本発明は、さらに、前記パウチ型二次電池を単位電池として含む電池モジュール及び前記電池モジュールを含む電池パックを提供し、前記電池パックを含むデバイスを提供する。
前記デバイスは、コンピューター、ノートパソコン、スマートフォン、携帯電話、タブレットＰＣ、ウェアラブル電子機器、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）又は電力貯蔵装置等が挙げられるが、これに限定されるのではない。
前記電池モジュール及びデバイスの構造及びそれらの製作方法は、当業界において公知されているため、本明細書では詳しい説明を省略する。
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。
二次電池に鋭いネイルが貫通しても、最も危ない正極集電体と負極活物質が短絡される前に、金属ホイル層と正極活物質の短絡が先に誘導されることで、発熱速度を減少させて熱を容易に外部へ放出し、爆発の危険性を軽減することができる。
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。
従来の電極組立体にネイルが接近する様子を示した概略図である。 従来の電極組立体にネイルが貫通した様子を示した概略図である。 本発明の一実施形態による二次電池の組立図である。 本発明の一実施形態によるパウチの一部断面図である。 本発明の一実施形態による金属ホイル層と負極リードが連結される様子を詳しく示した組立図である。 本発明の一実施形態による二次電池にネイルが接近する様子を示した概略図である。 本発明の一実施形態による二次電池にネイルが貫通した様子を示した概略図である。 本発明の他の実施形態によるパウチの一部断面図である。
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下で開示す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で具現されてよい。但し、本実施形態は、本発明の開示を完全にし、本発明が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。また、明細書の全体にかけて同一参照符号は、同一構成要素を指称する。
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、本発明が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で用いられてよい。また、一般的に用いられる辞書に定義されている用語は、明らかに特別に定義されていない限り、理想的に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、文句で特別に言及しない限り、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（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）』は、言及された構成要素の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、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。
図３は、本発明の一実施形態による二次電池１の組立図である。
本発明の一実施形態による二次電池１を製造するために、先ず、正極活物質１０１２スラリーを正極集電体１０１１に塗布し、負極活物質１０２２スラリーを負極集電体１０２１に塗布して正極１０１と負極１０２を製造する。そして、これを分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）１０３の両側に積層することで所定形状の電極組立体１０を形成する。そして、電池ケースに電極組立体１０を収納し、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３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１０１及び負極１０２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の内部と外部の間に電子が移動できる経路となる。電極組立体１０の電極集電体は、電極活物質１０１２、１０２２スラリーが塗布された部分と活物質１０１２、１０２２スラリーが塗布されていない末端部分、すなわち、非塗布部で構成される。そして、電極タブ１１は、非塗布部を裁断して形成されるか非塗布部に別途の導電部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。そして、電極リード１２の一部は、絶縁部１４で周りが包囲される。絶縁部１４は、パウチ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１３４に限定されて位置し、電極リード１２をパウチ１３に接着させる。そして、電極組立体１０から生成される電気が電極リード１２を介してパウチ１３に流れることを防止し、パウチ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の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、厚さが比較的薄い絶縁テープが多く用いられるが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁できるものであれば多様な部材が用いられてよい。但し、本発明の一実施形態によれば、絶縁部１４は、電極リード１２のうち正極リード１２１の周りにのみ包囲され、負極リード１２２の周りには包囲されないのが好ましい。
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１０１１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１０２１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等の銅を含む金属材質であってよい。そして、パウチ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。そして、本発明の一実施形態によれば、負極リード１２２は、パウチ１３の内部に含まれた金属ホイル層１３５４とも連結される。これ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１３型二次電池１において、電池ケースは、軟性の材質で製造されたパウチ１３である。以下、電池ケースは、パウチ１３であるものと説明する。そして、パウチ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。このようなパウチ１３は、図３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が設けられたコップ部１３３が形成され、上部パウチ１３１は、前記電極組立体１０がパウチ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３に示された通り上部パウチ１３１にも収容空間１３３１が設けられたコップ部１３３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３に示された通り一側が互いに連結され製造されてよいが、これに制限されず、互いに分離して別途製造される等、多様に製造されてよい。
パウチ１３の上部パウチ１３１と下部パウチ１３２が互いに当接した後、枠に形成されたシーリング部１３４がシーリングされる。このとき、本発明の一実施形態によれば、パウチ１３のシーリング部１３４のうち一部の特定領域１３４１では、一部の層が除去され金属ホイル層１３５４が露出される。よって、負極リード１２２が金属ホイル層１３５４と容易に溶接して連結され得る。これに対する詳しい説明は後述する。
このように、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、特に、正極リード１２１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の枠に形成されたシーリング部１３４がシーリングされれば、二次電池１が製造される。
図４は、本発明の一実施形態によるパウチ１３の一部断面図である。
本発明の一実施形態によれば、二次電池１に鋭いネイル２等が貫通しても、 発熱速度を減少させて熱を容易に外部へ放出し、爆発の危険性を軽減することができる。このために本発明の一実施形態による二次電池１は、正極１０１、分離膜１０３、負極１０２が積層されて形成される電極組立体１０と、前記電極組立体１０を収納するパウチ１３とを含み、前記パウチ１３は、第１ポリマーで製造され、最外層に形成される表面保護層１３５２と、第２ポリマーで製造され、最内層に形成されるシーラント層１３５３と、第１金属で製造され、前記表面保護層１３５２及び前記シーラント層１３５３の間に積層されるガスバリア層１３５１と、第２金属で製造され、前記表面保護層１３５２及び前記シーラント層１３５３の間に積層され、前記電極組立体１０の前記負極１０２と連結される金属ホイル層１３５４とを含む。そして、前記パウチ１３は、特定領域１３４１において前記表面保護層１３５２、前記シーラント層１３５３及び前記ガスバリア層１３５１の一部が除去され、前記金属ホイル層１３５４が外部に露出される。
パウチ１３は、パウチフィルム１３５をドローイング（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形して製造される。すなわち、パウチフィルム１３５をポンチ等で延伸してコップ部１３３を形成することで製造される。本発明の一実施形態によれば、このようなパウチフィルム１３５は、図４に示された通り、ガスバリア層（Ｇａｓ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ）１３５１、表面保護層（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）１３５２、シーラント層（Ｓｅａｌａｎｔ Ｌａｙｅｒ）１３５３及び金属ホイル層（Ｍｅｔａｌ Ｆｏｉｌ Ｌａｙｅｒ）１３５４を含む。
ガスバリア層１３５１は、パウチ１３の機械的強度を確保して、二次電池１の外部のガス又は水分等の出入りを遮断し、電解液の漏れを防止する。一般的にガスバリア層１３５１は、第１金属で製造され、第１金属は、アルミニウムを含んでよい。アルミニウムは、所定水準以上の機械的強度を確保しながらも、重さが軽く、電極組立体１０と電解液による電気化学的性質に対する補完及び放熱性等を確保できる。但し、これに制限されず、多様な材質がガスバリア層１３５１に含まれてよい。例えば、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）でなる群から選択される１種又は２種以上の混合物であってよい。このとき、前記ガスバリア層１３５１を鉄が含有された材質で製造する場合には機械的強度が向上し、アルミニウムが含有された材質で製造する場合には柔軟性が向上するため、それぞれの特性を考慮して用いられ得る。
表面保護層１３５２は、第１ポリマーで製造され、最外層に位置して外部との摩擦及び衝突から二次電池１を保護しつつ、電極組立体１０を外部から電気的に絶縁する。ここで最外層とは、前記ガスバリア層１３５１を基準に電極組立体１０が位置する方向の反対方向に向かう時、最後に位置する層である。このような表面保護層１３５２を製造する第１ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン、及びガラス繊維でなる群から選択された一つ以上の物質でなってよい。特に、主に耐磨耗性及び耐熱性を有するナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリマーが用いられる。そして、表面保護層１３５２は、いずれか一つの物質でなる単一膜構造を有するか、２個以上の物質がそれぞれ層を成して形成された複合膜構造を有してもよい。
シーラント層１３５３は、第２ポリマーで製造され、最内層に位置して電極組立体１０と直接的に接触する。ここで最内層とは、前記ガスバリア層１３５１を基準に電極組立体１０が位置する方向に向かう時、最後に位置する層である。パウチ１３型パウチ１３は、前記のような積層構造のパウチフィルム１３５を、ポンチ等を用いてドローイング（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形すると、一部が延伸され袋状の収容空間１３３１を含むコップ部１３３を形成しつつ製造される。そして、このような収容空間１３３１に電極組立体１０が内部に収容されれば、電解液を注入する。その後、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１３４に熱圧着すると、シーラント層１３５３同士で接着されることでパウチ１３がシーリングされる。このとき、シーラント層１３５３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、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１３５３同士で接着されたシーリング部１３４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１３５３を製造する第２ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン、及びガラス繊維でなる群から選択された一つ以上の物質でなってよい。特に、主にポリプロピレン（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。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１３５３を製造するのに主に用いられる。さらに、無延伸ポリプロピレン（Ｃａｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）又は酸変性ポリプロピレン（Ａｃｉｄ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）又はポリプロピレン－ブチレン－エチレン三元共重合体で構成されてもよい。ここで、酸変性ポリプロピレンは、ＭＡＨ ＰＰ（マルレイックアン
ハイドライドポリプロピレン）であってよい。また、シーラント層１３５３は、いずれか一つの物質でなる単一膜構造を有するか、２個以上の物質がそれぞれ層を成して形成された複合膜構造を有してよい。
金属ホイル層１３５４は、ガスバリア層１３５１のように、表面保護層１３５２及びシーラント層１３５３の間に積層され、電極組立体１０の負極１０２と連結される。それにより、金属ホイル層１３５４は負の極性を帯び、ネイル２が貫通しても金属ホイル層１３５４と正極活物質１０１２の短絡を先に誘導することで、爆発の危険性を軽減させることができる。このために、金属ホイル層１３５４は第２金属で製造され、このような第２金属は、負極集電体１０２１に含まれる金属と同種類の金属を含む。例えば、負極集電体１０２１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を含んでよい。このような金属ホイル層１３５４は、ガスバリア層１３５１と互いに位置が変わってよい。すなわち、金属ホイル層１３５４は、図４に示された通り、ガスバリア層１３５１より上方に位置してもよいが、これに制限されず、ガスバリア層１３５１より下方に位置してもよい。もし、金属ホイル層１３５４がガスバリア層１３５１より下方に位置すれば、金属ホイル層１３５４と正極活物質１０１２との距離がさらに近くなるため、ネイル２が貫通する時に金属ホイル層１３５４と正極活物質１０１２が一層容易に接触され得る。但し、金属ホイル層１３５４は負極１０２と連結されるため、負の極性を帯びる。したがって、本発明の一実施形態によれば、ガスバリア層１３５１まで極性を帯びることを防止するために、金属ホイル層１３５４とガスバリア層１３５１の間には、これらを互いに絶縁する絶縁層１３５５がさらに積層されてよい。このような絶縁層１３５５は、電気がよく通らない非伝導性の不導体で製造される。以下、図４に示された通り、金属ホイル層１３５４がガスバリア層１３５１より上方に位置したものと説明する。
図５は、本発明の一実施形態による金属ホイル層１３５４と負極リード１２２が連結される様子を詳しく示した組立図である。
前述した通り、金属ホイル層１３５４は、電極組立体１０の負極１０２、特に負極１０２から延在する負極リード１２２と連結される。具体的に、パウチ１３の枠に形成されたシーリング部１３４中、負極リード１２２が存在する領域と対応する特定領域１３４１では、表面保護層１３５２、シーラント層１３５３及びガスバリア層１３５１等が除去される。それにより、金属ホイル層１３５４が外部に露出され得る。そして、前記負極リード１２２は、パウチ１３で前記特定領域１３４１を介して露出された金属ホイル層１３５４と接触する。そして、レーザ溶接又は超音波溶接等を用いて容易に溶接され、負極リード１２２と金属ホイル層１３５４が互いに連結され得る。
金属ホイル層１３５４と負極リード１２２がレーザ溶接等で容易に溶接されるためには、特定領域１３４１において金属ホイル層１３５４が内側だけでなく外側にも露出されるのが好ましい。よって、前記特定領域１３４１では、表面保護層１３５２も除去されるのが好ましい。しかし、表面保護層１３５２は、金属ホイル層１３５４を基準に外側に存在するため、金属ホイル層１３５４と負極リード１２２が連結されることを邪魔しない。よって、表面保護層１３５２を除去することなく負極リード１２２と金属ホイル層１３５４を溶接できれば、特定領域１３４１からシーラント層１３５３及びガスバリア層１３５１だけが除去され、表面保護層１３５２は除去されない。
図５には、下部パウチ１３２のシーリング部１３４にのみ金属ホイル層１３５４が露出され負極リード１２２と連結されるものと示されている。しかし、前述した通り、上部パウチ１３１と下部パウチ１３２は、互いに分離して別途製造されるか、一側が互いに連結され製造されてもフォールディングしつつ金属ホイル層１３５４が一部切断され得る。このような多様な理由で、上部パウチ１３１の金属ホイル層１３５４と下部パウチ１３２の金属ホイル層１３５４は互いに電気的に断絶され得る。ところで、もし負極リード１２２が下部パウチ１３２の金属ホイル層１３５４にのみ連結されると、上部パウチ１３１側からネイル２が貫通する時に爆発の危険性を軽減させることができない。よって、本発明の一実施形態によれば、図１に示された通り、下部パウチ１３２だけでなく、上部パウチ１３１も負極リード１２２と対応する領域で表面保護層１３５２等が除去され、金属ホイル層１３５４が露出される。そして、負極リード１２２は、上面及び下面でそれぞれ金属ホイル層１３５４と連結される。
一方、前記負極リード１２２と対応する領域で表面保護層１３５２等が除去されるため、パウチ１３のシーリング部１３４の前記特定領域１３４１には段差が形成される。しかし、正極リード１２１の周辺は絶縁部１４で包囲される一方、負極リード１２２の周辺は絶縁部１４で包囲されていない。よって、負極リード１２２が金属ホイル層１３５４に直接溶接され連結されても、正極リード１２１と負極リード１２２の間のシーリング厚さの偏差が大きくない。しかし、例えば、負極リード１２２と対応する領域で多くの層が除去されるか、絶縁部１４が正極リード１２１の周辺を包囲しない等の場合には、負極リード１２２が金属ホイル層１３５４に直接溶接されれば、正極リード１２１と負極リード１２２の間のシーリング厚さに大きい偏差が形成される場合が発生し得る。よって、このような場合には、負極リード１２２の厚さを正極リード１２１より厚く形成するか、負極リード１２２から金属ホイル層１３５４に向かって一部分が突出する突出部を形成することで、前記偏差を減少させることができる。
図６は、本発明の一実施形態による二次電池１にネイル２が接近する様子を示した概略図であり、図７は、本発明の一実施形態による二次電池１にネイル２が貫通した様子を示した概略図である。
このように、パウチ１３には金属ホイル層１３５４が含まれ、負極リード１２２が前記金属ホイル層１３５４と連結されることで、金属ホイル層１３５４は負の極性を帯びる。よって、図６及び図７に示された通り、二次電池１に鋭いネイル２が貫通しても、金属ホイル層１３５４と正極活物質１０１２が先に接触する。すなわち、最も危ない正極集電体１０１１と負極活物質１０２２が短絡される前に、金属ホイル層１３５４と正極活物質１０１２の短絡が先に誘導される。それにより、発熱速度を減少させることができる。
また、金属ホイル層１３５４は、パウチ１３の内部に、全体にかけて積層されている。すなわち、電極組立体１０に比べ相対的に表面積が広く、外側に位置する。よって、金属ホイル層１３５４と正極活物質１０１２が短絡され金属ホイル層１３５４の温度が上昇しても、電極組立体１０内部で短絡され温度が上昇することに比べ、熱を外部に放出することが容易である。よって、爆発の危険性を軽減させることができる。
図８は、本発明の他の実施例によるパウチ１３の一部断面図である。
本発明の一実施形態によれば、パウチフィルム１３５に含まれた金属ホイル層１３５４とガスバリア層１３５１は別途の層である。そして、ガスバリア層１３５１まで極性を帯びることを防止するために、金属ホイル層１３５４とガスバリア層１３５１の間には、これらを互いに絶縁する絶縁層１３５５がさらに積層されてよい。よって、金属ホイル層１３５４とガスバリア層１３５１は互いに連結されない。
しかし、ガスバリア層１３５１を製造する第１金属は、前述した通りアルミニウムであってよい。このようなアルミニウムは、重さが軽く、水又は酸素に対して耐食性が強い長所がある一方、塩分等に対する耐塩水性が弱いという短所がある。したがって、パウチ１３の老朽化又は製品の初期不良等によってシーラント層１３５３が一部破損されれば、アルミニウムがパウチ１３内の電解液と接触して腐食され得る。
本発明の他の実施形態によれば、パウチフィルム１３５ａに含まれたガスバリア層１３５１ａと、金属ホイル層１３５４ａが互いに重なった状態でクラッド（Ｃｌａｄ）圧延して機械的に接着されることで、クラッド圧延層１３５６ａが形成され得る。クラッド（Ｃｌａｄ）とは、複数の多様な金属を共に結合し、各金属の長所のみを取った金属圧延工法である。このとき、図８に示された通り、ガスバリア層１３５１ａの第１金属が金属ホイル層１３５４ａの第２金属より上方に位置するのが好ましい。
前述した通り、第２金属は銅であってよい。このような銅は、アルミニウムに比べ耐塩水性が強い。よって、ガスバリア層１３５１ａと金属ホイル層１３５４がクラッド圧延すれば、シーラント層１３５３が一部破損されても、ガスバリア層１３５１が電解液によって腐食されることを防止できる。
本発明が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に他の具体的な形態で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、前記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって表わされ、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その均等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
２ ネイル
１０ 電極組立体
１１ 電極タブ
１２ 電極リード
１３ パウチ
１４ 絶縁部
１０１ 正極
１０２ 負極
１０３ 分離膜
１１１ 正極タブ
１１２ 負極タブ
１２１ 正極リード
１２２ 負極リード
１３１ 上部パウチ
１３２ 下部パウチ
１３３ コップ部
１３４ シーリング部
１３５ パウチフィルム
１３５ａ パウチフィルム
１０１１ 正極集電体
１０１２ 正極活物質
１０２１ 負極集電体
１０２２ 負極活物質
１３３１ 収容空間
１３４１ 特定領域
１３５１ ガスバリア層
１３５１ａ ガスバリア層
１３５２ 表面保護層
１３５３ シーラント層
１３５４，１３５４ａ 金属ホイル層
１３５５ 絶縁層
１３５６ａ クラッド圧延層

Claims (19)

  1. 正極、分離膜、負極が積層されて形成される電極組立体と、
    前記電極組立体を収納するパウチとを含み、
    前記パウチは、
    第１ポリマーで製造され、最外層に形成される表面保護層と、
    第２ポリマーで製造され、最内層に形成されるシーラント層と、
    第１金属で製造され、前記表面保護層及び前記シーラント層の間に積層されるガスバリア層と、
    第２金属で製造され、前記表面保護層及び前記シーラント層の間に積層される金属ホイル層とを含み、
    前記金属ホイル層の内側に位置する前記シーラント層及び前記ガスバリア層の一部が除去されて前記金属ホイル層が外部に露出された特定領域において、前記金属ホイル層が前記電極組立体の前記負極から延在する負極リードと連結されているパウチ型二次電池。
  2. 前記特定領域において、前記表面保護層も一部が除去される、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  3. 前記負極リードは、
    前記特定領域を介して露出される前記金属ホイル層と溶接され連結される、請求項２に記載のパウチ型二次電池。
  4. 前記ガスバリア層及び前記金属ホイル層の間には、互いに絶縁する絶縁層がさらに含まれる、請求項１～３の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
  5. 前記金属ホイル層は、
    前記ガスバリア層とクラッド圧延（ｃｌａｄ－ｒｏｌｌｅｄ）される、請求項１～３の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
  6. 前記第１ポリマーは、
    ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む、請求項１～５の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
  7. 前記第１金属は、
    アルミニウムを含む、請求項１～６の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
  8. 前記第２金属は、
    前記負極の負極集電体に含まれる金属と同種類の金属を含む、請求項１～７の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
  9. 前記第２金属は、
    銅を含む、請求項８に記載のパウチ型二次電池。
  10. 前記第２ポリマーは、
    ポリプロピレンを含む、請求項１～９の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
  11. 正極、分離膜、負極が積層されて形成される電極組立体を収納するパウチ型二次電池において、
    第１ポリマーで製造され、最外層に形成される表面保護層と、
    第２ポリマーで製造され、最内層に形成されるシーラント層と、
    第１金属で製造され、前記表面保護層及び前記シーラント層の間に積層されるガスバリア層と、
    第２金属で製造され、前記表面保護層及び前記シーラント層の間に積層される金属ホイル層とを含み、
    特定領域において前記金属ホイル層の内側に位置する前記シーラント層及び前記ガスバリア層の一部が除去され、前記金属ホイル層が外部に露出される、二次電池用パウチ。
  12. 前記特定領域は、
    前記負極から延在する負極リードが存在する領域と対応する、請求項１１に記載の二次電池用パウチ。
  13. 前記負極リードは、
    前記特定領域を介して露出される前記金属ホイル層と溶接され連結される、請求項１２に記載の二次電池用パウチ。
  14. 前記ガスバリア層及び前記金属ホイル層の間には、互いに絶縁する絶縁層がさらに含まれる、請求項１１～１３の何れか一項に記載の二次電池用パウチ。
  15. 前記金属ホイル層は、
    前記ガスバリア層とクラッド圧延（ｃｌａｄ－ｒｏｌｌｅｄ）される、請求項１１～１３の何れか一項に記載の二次電池用パウチ。
  16. 請求項１～１０の何れか一項に記載のパウチ型二次電池を単位電池として含む電池モジュール。
  17. 請求項１６に記載の電池モジュールを含む電池パック。
  18. 請求項１７に記載の電池パックを含むデバイス。
  19. 前記デバイスは、
    コンピューター、ノートパソコン、スマートフォン、携帯電話、タブレットＰＣ、ウェアラブル電子機器、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）又は電力貯蔵装置である、請求項１８に記載のデバイス。
JP2020519971A 2018-08-29 2019-07-02 パウチ型二次電池及び二次電池用パウチ Active JP7049550B2 (ja)

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