KR100573093B1 - 파우치형 리튬 이온 이차전지 - Google Patents

Abstract

양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 적층되며 상기 양극판들과 연결된 양극탭 및 상기 음극판들과 연결된 음극탭을 가지는 전극조립체와, 상기 전극조립체를 감싸며 플랙시블한 포일로 이루어지며 상기 전극조립체를 감싸 밀봉하는 용기와, 상기 용기의 일측에 설치되어 내부의 설정압력 이상시 압력을 배출하는 안전변을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

파우치형 리튬 이온 이차전지

본 발명의 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우치형 리튬 이온 이차 전지(Pouch type 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) 전지보다 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 설출되어 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 위해 통상적인 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/㎠ 이상인 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 달리 파우치형 리튬 이온 이차전지의 경우에는 알루미늄 포일에 나일론(nylon), EAA(Polyethylene - co - acrylic acid), PE 필름등을 코팅한 다층막 알루미늄 파우치 용기(Aluminum pouch)를 사용하고 있다. 상기 용기를 스틸로 사용하는 경우에는 변형이 어렵고 적용시 응용부분에 많은 제약을 받는 반면 알루미늄 용기의 경우 연성을 가지고 있으므로 외형규격에 허용된 허용호차가 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.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 전해액의 열분해 반응으로 발생된 가스를 설정압력에서 분사시킴으로써 폭발을 방지할 수 있는 파우치형 리튬 이온 이차전지를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 리튬 이온 이차전지는 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 적층되며 상기 양극판들과 연결된 양극탭 및 상기 음극판들과 연결된 음극탭을 가지는 전극조립체와, 상기 전극조립체를 감싸며 플랙시블한 포일로 이루어지며 상기 전극조립체를 감싸 밀봉하는 용기와, 상기 용기의 일측에 설치되어 내부의 설정압력 이상시 압력을 배출하는 안전변을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 안전변은 용기 일부분의 두께가 얇게 형성된 노치부를 포함하여 이루어진다.

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

본 발명에 따른 리튬 이온 이차전지의 일 실시예를 도 1에 나타내 보였다.

도시된 바와 같이 각각의 집전체에 활물질과 접가제로 이루어진 활물질층이 형성된 양극판(31)들과 음극판(32)들과 음극판들과 양극판들의 상에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터(33)와, 상기 각 양극판(31)들을 상호 연결하는 양극탭(34)과 상기 각 음극판(32)들을 연결하는 음극탭(35)을 가지는 전극조립체(30)을 구비한다. 그리고 상기 전극조립체(30)는 플랙시블한 소재로 이루어진 용기(40)에 감싸여져 밀봉되는데, 상기 양극탭(34)와 음극탭(35)는 용기(40)의 외부로 노출되어 전지 단자로서의 역할을 하게 된다. 상기 용기(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 전극조립체와 절연될 수 있는 플랙시블한 재질이면 어느것이나 가능하다.

이러한 용기에는 전해액의 과충전 또는 쇼트 발생시 전해액의 열분해 방전으로 발생된 가스를 설정된 압력에서 방출하는 안전변(50)이 설치된다.

상기 안전변(50)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 용기를 이루는 알루미늄 포일의 일측에 두께가 상대적으로 얇게 형성된 노치부(51)로서 이루어진다. 상기 안전변(50)을 이루는 노치부는 링형상으로 형성되는데, 그 깊이는 용기 두께의 2/3를 넘지 않도록 함이 바람직하다. 예컨데, 상기 용기(40)를 이루는 포일의 두께가 0.2mm 인 경우 노치부(51)의 깊이는 0.12mm로 함이 바람직하다. 여기에서 상기 노치부(51)의 깊이는 균일하게 형성하지 않고 일측이 타측에 비하여 깊게 형성되도록 하여 초기 파손이 상대적으로 깊은 부위로부터 이루어질 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 노치부(51)는 상술한 링형의 형상에 의해 한정되지 않고 소정의 압력에 의해 파손될 수 있는 형상이면 어느것이나 가능하다. 예컨대 노치부가 십자형 또는 방사상으로 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 플라스틱 리튬 이온 이차전지는 충전시 이상으로 인하여 전지가 과충전되는 경우 양극측에서 전해액의 열분해 반응이 발생되고 이로 인하여 가스가 발생된다. 이때에 발생된 가스는 용기(40) 내부의 압력을 증가시키게 되고, 용기 내부의 압력이 설정압력 이상이 되면 용기에 이와 일체로 형성된 노치부(51)가 파손되어 가스를 외부로 방출하게 된다.

따라서 용기내의 가스 압력으로 인하여 용기가 폭발하는 것을 방지할 수 있으며, 이로인한 발화 가능성을 배재할 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 리튬 이온 이차 전지의 용기에 노치부를 형성하여 안전변을 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.

도 1는 본 발명에 따른 이처 전지의 일부 절제 사시도,

도 2은 도 1에 도시된 A-A선 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

31; 양극판 32;음극판

40; 용기 50; 안전변

51; 노치부

Claims (2)

1. 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 적층되며 상기 양극판들과 연결된 양극탭 및 상기 음극판들과 연결된 음극탭을 가지는 전극조립체와,

   상기 전극조립체를 감싸며 플랙시블한 포일로 이루어지며 상기 전극조립체를 감싸 밀봉하는 용기와,

   상기 용기의 일측에 설치되어 내부의 설정압력 이상시 압력을 배출하는 안전변을 포함하고,

   상기 용기는 알루미늄 포일의 양면에 플라스틱 필름이 코팅되어 이루어지며,

   상기 안전변은 상기 알루미늄 포일의 일측에 두께가 상대적으로 얇게 형성된 노치부를 포함하고,

   상기 노치부가 형성된 알루미늄 포일의 면에 코팅된 플라스틱 필름은 상기 노치부에 의해 관통되어 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이온 이차전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 노치부는 링형으로 형성되고, 그 깊이가 부위에 따라 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이온 이차전지.