KR100449755B1

KR100449755B1 - 이차전지

Info

Publication number: KR100449755B1
Application number: KR10-2001-0064648A
Authority: KR
Inventors: 이형복
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2004-09-22
Also published as: KR20030032683A

Abstract

본 발명에 따른 이차전지는 두 개의 전극탭을 가지는 전극조립체와, 플랙시블한 외장필름으로 이루어져 상기 전극탭이 돌출되도록 전극조립체를 감싸는 것으로 실링부를 가지며 이 실링부의 일부의 가장자리가 상호간에 폭이 넓은 부분과 폭이 좁은 부분으로 이루어진 안전변부를 가진 외장필름용기를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

Description

이차전지{Secondary battery}

본 발명의 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라스틱 리튬 이온 이차 전지(plastic Li-ion secondary battery)에 관한 것이다.

통상적으로 이차 전지(secondary battery)중 리튬 이차 전지는 전자 장비 전원으로서 많이 사용되고 있는 니켈-카드늄(Ni-Cd) 전지나 니켈-수소(Ni-Mh) 전지 보다 작동 전압이 3배에 해당되고, 단위 중량당 에너지 밀도가 우수하다는 점에서 많은 연구개발이 진행되고 있다

이러한 리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬-이온 전지, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬-폴리머 전지라고 부른다.

그리고, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬-이온 전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 리튬-폴리머 전지는 안정성과 형상의 자유도가 뛰어나고, 중량이 가벼워 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 대하여 다른 어떠한 전지보다도 유리하다.

이러한 이차전지는 통상 충전조건 이상으로 과충전되거나 전극조립체의 음극판과 양극판이 쇼트되는 경우 양극판 측에서 리튬염과 유기용매가 혼합된 전해액의 분해가 일어나며 음극판 측에서는 리튬 금속이 석출되어 전지특성이 열화되고 내부단락이 발생될 수 있다. 특히 상기와 같은 과충전시에 발생된 가스에 의해 내부압력이 높아져 폭발 및 발화가능성의 위험이 내재되어 있다.

상술한 바와 같은 이차전지의 과충전과 쇼트에 따른 문제점을 해결하기 위하통상적인 캔형의 리튬 이온전지의 경우에는 내부에 안전장치가 마련되어 있는데, 이 안전장치는 셧-다운 세퍼레이터(shut-down separator)를 사용하거나 온도 상승시 전류를 차단하는 PTC 소자 또는 내부의 압력의 상승시 압력을 배출할 수 있는 안전변(safety vant)를 사용하고 있다.

그러나 상술한 바와 같은 안전장치는 과충전시 내부의 압력이 20kg/㎠ 이사인 캔형의 리튬 이온 전지에 적용할 수 있도록 되어 있으므로 구조가 복잡하며 제작이 어려운 문제점을 가지고 있다.

특히 전자의 외장재로 강판에 니켈을 도금한 캔을 사용하는 리튬 이온전지와는 단리 플라스틱 리튬 이온 이차전지의 경우에는 알루미늄 포일에 나일론(nylon), EAA(Polyethylene - co - acrylic acid), PE 필름등을 코팅한 다층막 알루미늄 용기(Aluminum pouch; 이하 외장 필름용기라 약칭함)를 사용하고 있다. 상기 용기를 스틸로 사용하는 경우에는 변형이 어렵고 적용시 응용부분에 많은 제약을 받는 반면 알루미늄 용기의 경우 연성을 가지고 있으므로 외형규격에 허용된 허용오차가 상대적으로 크다고 할 수 있다.

그러나 상술한 바와 같이 가스의 발생으로 내부의 압력의 증가시 캔형 외장재에 비하여 압력을 견딜 수 있는 힘이 약하기 때문에 상대적으로 작은 압력에도 용기가 쉽게 찢어지거나 터져 폭발의 위험성이 내재되어 있다. 특히 이때에 발생되는 가스는 가연성 가스이므로 폭발시 위험성은 배가된다.

이와 같은 문제점을 위한 폴리머 폴리머 리튬 2차 전지의 외장 필름용기의 일예가 일본 특허 공개공보 평2000-100399호에 개시되어 있다.

개시된 폴리머 리튬 2차 전지는 상호 접착되어 극판 조립체가 수용된 공간을 밀봉하는 열융착층을 구비하는 외장재에 있어서, 외장재의 일부 영역이 파단변으로 형성되는데, 이 파단변은 융착 온도를 파단변으로 형성되지 않은 영역의 융착 온도보다 낮게 하여 열융착 시킴으로써 파단변에서의 융착력을 낮게 하여, 전지의 내압이 소정값 이상으로 상승하게 되면 이 파단변이 파단될 수 있게 된 구성을 가진다.

그러나, 상기와 같이 파단변을 형성하는 경우, 파단변이 형성되는 부분만을융착 온도를 낮게 하여 융착시키는 것이 공정상 어려움이 많고, 파단압에 따른 파단변에서의 융착 결합력을 조절하기 어려워 생산성의 향상을 도모할 수 없으며 불량품의 발생율이 매우 높다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전해액의 열분해 반응으로 발생된 가스를 설정압력에서 외장 필름 용기의 일부를 파손시켜 폭발을 방지할 수 있는 이차전지를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1는 본 발명에 따른 이차 전지의 분리 사시도,

도 2는 도 1에 이차 전지의 평면도로서 안전변부를 나타내 보인 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

31; 양극판 32;음극판

40; 외장필름용기 50; 안전변부

W1: (전변부의) 넓은 폭

W1: (전변부의) 좁은 폭

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이차전지는

두 개의 전극탭을 가지는 전극조립체와,

플랙시블한 외장필름으로 이루어져 상기 전극탭이 돌출되도록 전극조립체를 감싸는 것으로 실링부를 가지며 이 실링부의 일부의 가장자리가 상호간에 폭이 넓은 부분과 폭이 좁은 부분으로 이루어진 안전변부를 가진 외장필름용기를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 안전변부는 실링부의 일측 가장자리가 길이 방향으로 파상으로 이루어지는데, 이 파상은 구형 또는 톱니파형으로 이루어질 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 폴리머 리튬 이차전지의 일 실시예를 도 1 및 도 2에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 각각의 집전체에 활물질과 첨가제로 이루어진 활물질층이 형성된 양극판(31)들과 음극판(32)들이 교호적으로 적층되고, 양극판(31)과 음극판(32)들의 사이에 설치되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터(33)와, 상기 각 양극판(31)들에 형성된 양극탭(34)들과 상기 각 음극판(32)들에 형성된 음극탭(35)을 가지는 전극조립체(30)를 포함한다.

그리고 전극조립체(30)는 플랙시블한 소재로 이루어진 외장필름용기(40)에 감싸여져 밀봉되는데, 상기 양극탭(34)와 음극탭(35)는 용기(40)의 외부로 노출되어 전지 단자로서의 역할을 하게 된다. 상기 외장필름용기(40)는 알루미늄 포일에 나일론(nylon), EAA(Polyethylene - co - acrylic acid), PE 필름등이 코팅되어 이루어진다. 상기 용기의 재료는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 소정의 인장력가지며 상기 전극조립체(30)와 절연될 수 있는 플랙시블한 재질이면 어느 것이나 가능하다.

상기 전극조립체(30)를 감싸는 외장필름용기(40)는 전극조립체(30)가 안착되는 안착부(42a)를 가지며 가장자리에 제1접합부(41)를 가진 본체부(42)와, 상기 본체부(42)로부터 연장되며 그 가장자리에 제2접합부(43)가 마련되어 상기 제1접합부(41)와 접합됨으로써 전극조립체(30)가 안착되는 안착부(42a)를 밀봉하는 커버부(44)를 포함한다.

상기 본체부(42)의 제1접합부(41)와 커버부(44)의 제2접합부(43)는 상호 접합되어 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 외장필름용기(40)의 실링부(45)를 형성하게 되는데, 이 실링부(45)에는 복수개의 넓은 접합폭(W1) 부분들과 복수개의 좁은 접합폭(W2) 부분들로 이루어진 안전변부(50)가 형성된다. 상기 안전변부(50)는 도 2에서 볼 수 있듯이, 상기 넓은 접합폭(W1) 부분들과 좁은 접합폭(W2) 부분들이 상기 실링부(45)의 길이방향을 따라 서로 교대로 반복됨으로써, 상기 실링부(45)의 적어도 일측의 가장자리가 길이 방향으로 파상을 이루도록 구비되는데, 이 파상은 구형파형 또는 톱니파형으로 이루어질 수 있다. 상기 실링부(45)를 이루는 제1,2접합부(41,43)는 전지 형상 유지를 위한 부분으로 5㎏/cm²이상의 내압을 견딜 수 있도록 설계되는데, 상기 안전변부(50)의 넓은 접합폭(W1) 부분들은 상기 설계된 내압을 견딜 수 있어야 하며, 좁은 접합폭(W2) 부분들은 설계된 압력 이하의 압력에 견딜 수 있도록 설계되나 전지의 안전에는 영향을 미치지 않아야 함은 당연하다.

상기 안전변부(50)의 형상은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 과충전 또는 쇼트의 발생으로 인하여 외장필름용기(40) 내의 압력 상승시 외장필름용기의 다른 부분보다 쉽게 파손되어 폭발을 방지 할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 이차전지는 충전시 이상으로 인하여 과충전되는 경우 양극측에서 전해액의 열분해 반응이 발생되고 이로 인하여 가스가 발생된다. 이때에 발생된 가스는 외장필름용기(40) 내부의 압력을 증가시키게 되고, 상기 외장필름용기(40) 내부의 압력이 설정압력 이상이 되면 상대적으로 압력이 낮은 안전변부(50)의 좁은 접합폭(W2) 부분들이 파손되어 외장필름용기(40) 내의 압력을 배출시키게 된다.

따라서 외장필름용기 내의 가스 압력으로 인하여 용기가 폭발하는 것을 방지할 수 있으며, 가연성가스로 인한 발화 가능성을 배재할 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 이차 전지는 실링부의 제1,2접합부의 면적 차이를 이용하여 안전변부를 만듬으로써 종래와 같이 별도의 안전변의 설치에 따른 제조공정의 복잡성과 제조단가를 줄일 수 있다.

본 발명의 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

두 개의 전극탭을 가지는 전극조립체; 및

플랙시블한 외장필름으로 이루어져 상기 전극탭이 돌출되도록 전극조립체를 감싸는 것으로, 실링부를 가지며, 이 실링부의 일부의 가장자리에 접합된 폭이 서로 다른 복수개의 넓은 접합폭 부분들과, 좁은 접합폭 부분들로 이루어진 안전변부를 가진 외장필름용기;를 포함하고,

상기 안전변부는 상기 넓은 접합폭 부분들과 상기 좁은 접합폭 부분들이 상기 실링부의 길이방향을 따라 서로 교대로 반복됨으로써, 상기 실링부의 적어도 일측 가장자리에 길이 방향으로 톱니파형 또는 구형파형의 파상을 이루도록 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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