KR100601547B1 - 파우치형 이차 전지 - Google Patents

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KR100601547B1
KR100601547B1 KR1020040078189A KR20040078189A KR100601547B1 KR 100601547 B1 KR100601547 B1 KR 100601547B1 KR 1020040078189 A KR1020040078189 A KR 1020040078189A KR 20040078189 A KR20040078189 A KR 20040078189A KR 100601547 B1 KR100601547 B1 KR 100601547B1
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Abstract

본 발명은 파우치형 이차 전지에 관한 것으로서, 제1 전극, 제2 전극 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 및 파우치 케이스를 포함하는 파우치형 이차 전지에 있어서, 상기 파우치 케이스는, 케이스 커버; 및 상기 전극조립체가 수용되는 공간부와, 상기 공간부의 입구 주변을 따라 밀봉부가 형성되어 있는 케이스 본체를 포함하며, 상기 밀봉부 중 측면 밀봉부의 폭은 상기 공간부의 깊이보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

파우치형 이차 전지{Pouch type secondary battery}
도 1은 종래의 파우치형 이차 전지를 나타낸 사시도.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 평면도.
도 2b는 도 2a에 나타낸 파우치형 이차 전지의 사시도.
도 3a, 4a, 5 및 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 평면도.
도 3b는 도 3a에 나타낸 파우치형 이차 전지의 사시도.
도 4b는 도 4a에 나타낸 파우치형 이차 전지의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 전극조립체 115: 제1 전극탭
116: 제2 전극탭 117: 보호 테이프
120: 파우치 케이스 122: 케이스 커버
124: 케이스 본체 124a: 측면 밀봉부
124b: 상단 밀봉부 125: 공간부
본 발명은 파우치형 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지가 과충전되거나 고온에서 노출되었을 경우에 전지 내부에서 발생되는 가스를 원활하게 방출시킬 수 있으며, 전지 팩 작업성을 향상시킬 수 있는 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화가 급속하게 진전됨에 따라서 이들의 구동 전원으로서 사용되는 전지의 소형화 및 고용량화에 대한 필요성이 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로서, 휴대용 전자 기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속하게 신장되고 있는 추세이다.
리튬 이차 전지는 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입(intercalation)/탈리(deintercalation)될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기 에너지를 생성한다. 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 가역적인 삽입/탈리 가능한 물질을 양극과 음극의 활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조한다.
이차 전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 전극조립체를 수용하고 있는 케이스의 외관에 따라서 원통형 알루미늄 캔을 사용하는 원통형 전지, 각형의 알루미늄 캔을 사용하는 각형 전지 및 박판의 파우치 케이스에 수납되는 파우치형 전지로 구분할 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차 전지를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차 전지는 전극조립체(10)와 상기 전극조립체(10)를 감싸서 밀봉하는 파우치 케이스(20)를 구비하여 이루어진다. 상기 전극조립체(10)는 제1 전극(12)과 제2 전극(14)과 그 사이에 세퍼레이터(14)를 개재하여 적층 또는 젤리롤(jelly-roll)형으로 권취되어 형성된다. 상기 전극조립체(10)의 각 전극판의 일측으로부터 연장된 제1 전극탭(15)과 제2 전극탭(16)은 그 표면에 보호 테이프(17)가 접착되어 파우치 케이스(20)의 외부로 일부 돌출되게 설치된다.
상기 파우치 케이스(20)는 케이스 커버(22)와, 전극조립체(10)가 수용될 수 있는 공간부(25)가 형성된 케이스 본체(22)를 포함한다. 상기 케이스 커버(22) 및 케이스 본체(24)는 적어도 일변이 일체로 접하여 있다. 상기 케이스 본체(24)에는 상기 전극조립체가 수용되는 공간부(25)가 형성되어 있으며, 상기 케이스 커버(22)가 일체로 접하여 있는 일 변을 제외하고 상기 공간부(25)의 3변을 따라서 측면 밀봉부(24a)와 상단 밀봉부(24b)가 형성되어 있다.
상기 전극조립체(10)가 상기 케이스 본체(22)의 공간부(25)에 수용된 다음에 케이스 본체(24)와 케이스 커버(22)를 밀착시킨 상태에서 상기 측면 밀봉부(24a)와 상단 밀봉부(24b)를 열융착하여 케이스 본체(20)를 밀폐시킨다.
상기와 같은 파우치형 이차 전지가 전지 팩에 패키징될 때에 부피를 줄이도록 하기 위하여 제1 전극탭(15)과 제2 전극탭(16)이 돌출되는 상단 밀봉부(24b)를 제외한 측면 밀봉부(24a)는 케이스 본체(22)의 측면을 향하여 접혀지게 된다. 근래에 휴대용 전자 기기의 구조가 사용자의 요구에 따라 라운드 형태의 디자인으로 변화됨에 따라서 라운드 형태의 전지 팩에 파우치형 이차 전지를 장착할 때 접혀진 측면 밀봉부(24a)의 모서리가 찍힘이나 긁힘을 유발하는 등 전지 팩 작업공정의 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
한편, 파우치형 이차 전지는 과충전이나 고온에서 노출될 경우에 전해액과 극판의 활물질층간의 반응 또는 전해액, 활물질층 자체의 분해 반응으로 인하여 파우치 케이스(20) 내부에 가스가 발생하여 전지 내부의 압력 및 온도가 상승하게 되고, 전지의 발화 또는 폭발을 유발할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 파우치 케이스의 측면 밀봉부의 폭을 조절하여 전지가 과충전되거나 고온에서 노출되었을 경우에 전지 내부에서 발생되는 가스를 원활하게 방출시킬 수 있으며, 전지 팩 공정 작업성을 향상시킬 수 있는 파우치형 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제1 전극, 제2 전극 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 및 파우치 케이스를 포함하는 파우치형 이차 전지에 있어서, 상기 파우치 케이스는,
케이스 커버; 및 상기 전극조립체가 수용되는 공간부와, 상기 공간부의 입구 주변을 따라 밀봉부가 형성되어 있는 케이스 본체를 포함하며,
상기 밀봉부 중 측면 밀봉부의 폭은 상기 공간부의 깊이보다 2/3 이하 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 측면 밀봉부의 폭은 상기 공간부의 깊이의 2/3 이내인 것이 바람직하 다.
또한 상기 측면 밀봉부의 하단 모서리부는 라운딩 처리되거나 45°각도로 커팅될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 평면도이다. 도 2b는 도 2a에 나타낸 파우치형 이차 전지의 사시도이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 파우치형 이차 전지는 전극조립체(110)와 상기 전극조립체가 수납되는 파우치 케이스(120)를 포함하여 형성된다. 도면에는 도시되어 있지 않으나 상기 전극조립체(110)는 제1 전극과 제2 전극과 그 사이에 세퍼레이터를 개재하여 권취된 젤리롤(jelly-roll) 형태로 구비되거나, 이들이 적층된 적층형 전극조립체로 구비될 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 서로 극성을 달리하며, 양극 또는 음극으로 사용될 수 있다. 상기 제1 전극 및 제2 전극은 집전체와 상기 집전체의 적어도 일면에 도포되는 전극 활물질, 즉 양극 활물질 또는 음극 활물질을 포함한다.
상기 제1 전극 또는 제2 전극이 양극으로 사용되는 경우, 전극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다. 상기 제1 전극 또는 제2 전극이 음극으로 사용되는 경우, 전극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시 킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 구리 또는 구리 합금이 바람직하다.
상기 양극 활물질로는 통상적으로 리튬함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물을 모두 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, 또는 LiNi1-x-yCoxMyO 2(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다. 상기 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다. 상기 세퍼레이터는 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동통로를 제공하는 것으로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포와 같은 공지된 것을 사용할 수 있다.
상기 전극조립체(110)의 제1 전극 및 제2 전극에는 각각 제1 전극탭(15) 및 제2 전극탭(16)이 레이저용접, 초음파용접, 저항용접과 같은 용접이나 도전성 접착제에 의하여 통전가능하도록 부착되어 있다. 이들 전극탭(15, 16)은 전극조립체(10)가 권취되는 방향과 수직한 방향으로 전극조립체(10)로부터 돌출되도록 형성되어 있다.
상기 전극조립체(110)는 내부에 공간부(125)가 있는 파우치 케이스(120)에 수납된다. 상기 파우치 케이스(120)는 파우치 외장재를 프레스 성형하여 전극조립체(110)가 수용될 수 있는 오목한 공간부(125)가 형성된 케이스 본체(124)와, 상기 케이스 본체(124)를 덮어 상기 공간부(125)를 밀봉하는 케이스 커버(122)로 이루어 진다. 상기 케이스 커버(122)는 그 일측이 상기 케이스 본체(124)로부터 연장되어 형성되고, 상기 케이스 본체(124)에는 상기 케이스 커버(122)와의 접합을 위한 밀봉부(124a, 124b)가 상기 공간부(125)의 입구 주변을 따라 형성되어 있다. 상기 케이스 커버(122)는 상기 밀봉부(124a, 124b)에 접합되어 상기 공간부(125)를 밀봉하게 된다. 이처럼, 상기 케이스 커버(122)의 일측변이 상기 케이스 본체(124)에 일체로 연결됨에 따라 상기 밀봉부는 상기 공간부(125)의 3변 가장자리를 따라서 2개의 측면 밀봉부(124a)와 1개의 상단 밀봉부(124b)로 형성될 수 있다.
상기 밀봉부(124a, 124b) 중 상기 케이스 본체(124)와 케이스 커버(122)가 연결되어 있는 변과 반대편에 위치한 상단 밀봉부(124b)를 통해서 상기 전극조립체(110)의 제1 전극탭(115)과 제2 전극탭(116)이 인출된다. 상기 전극탭(115, 116)에는 절연성 소재로 만들어진 보호 테이프(117)가 부착되어 전극 간의 단락을 방지한다. 상기 상단 밀봉부(124b)를 중심으로 양측에 위치한 측면 밀봉부(124a)는 전지 팩에 패키징될 때에 부피를 줄이기 위해서 밀봉 후에 상기 케이스 본체(124)의 측면을 향해 접혀지게 된다.
상기와 같은 파우치형 이차 전지에 있어서, 본 발명에 따르면, 상기 케이스 본체(124)의 측면 밀봉부(124a)의 폭(d)은 상기 케이스 본체(124)의 공간부(125)의 인입 깊이(h)보다 작게 형성된다. 상기 측면 밀봉부(124a)의 폭(d)이 상기 공간부(125)의 깊이(h)의 2/3 이내로 이루어 지는 것이 바람직하다. 상기 측면 밀봉부(124a)의 폭(d)의 최소 길이는 상기 측면 밀봉부(124a)의 접합강도 등을 고려하여 적절한 값으로 선택될 수 있다. 도 2b에 도시되어 있듯이, 본 발명에 따라 형성된 측면 밀봉부(124a)가 상기 케이스 본체(124)의 측면을 향해 접혀졌을 때, 접혀진 측면 밀봉부(124a)는 상기 케이스 본체(124)의 공간부 너머로 돌출되지 않는다. 따라서 파우치형 이차 전지가 차지하는 부피를 줄일 수 있으며, 파우치형 이차 전지가 전지 팩에 장착될 때에 상기 측면 밀봉부(124a)의 하단 모서리부로 인한 찍힘이나 긁힘이 방지되므로 전지 팩 작업성이 향상된다.
또한 상기 측면 밀봉부(124a)의 밀봉 폭이 감소됨에 따라서, 전지가 과충전 되거나 고온에서 노출되었을 경우에 전지 내에서 전해액 등의 분해로 발생되는 가스가 측면 밀봉부(124a)를 통하여 보다 원활하게 방출될 수 있으며, 이에 따라 전지의 폭발 및 발화를 방지할 수 있다.
도 3a, 4a, 5 및 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 평면도를 나타낸다. 도 3b 및 4b는 각각 도 3a 및 4a에 나타낸 파우치형 이차 전지의 사시도이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 상기 측면 밀봉부(124a)의 하단 모서리부(124a')는 라운드로 형성될 수 있다. 상기 측면 밀봉부(124a)의 하단 모서리부(124a')가 라운딩 처리되면, 밀봉 후 상기 케이스 본체(124)의 측면을 향해 접혀지는 상기 측면 밀봉부(124a)의 하단 모서리부(124a')가 매끄러운 곡선 형상을 이루어 전지 팩 작업 공정에서 발생하는 긁힘이나 찍힘이 줄어들 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 측면 밀봉부(124a)의 하단 모서리부(124a')는 45°각도로 커팅될 수 있다. 상기 하단 모서리부(124a')가 커팅되는 경우에도 모서리부의 경사가 완만해져 전지 팩 작업 공정에서 발생하는 긁힘이나 찍 힘이 줄어들 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 측면 밀봉부(124a)의 하단 모서리부(124a')뿐만 아니라 상기 측면 밀봉부(124a)의 상단 모서리부(124b')도 라운딩 처리되거나 45°각도로 커팅될 수 있다.
한편, 상기와 같은 파우치형 이차 전지의 파우치 케이스(120)는 열접착층과 금속박층과 폴리머층을 적층시킨 시트 형상의 외장재로 이루어질 수 있다. 상기 열접착층은 케이스 본체(124)에 대하여 최내층을 이루며, 그 재질로는 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene: CPP)과 같은 변성 폴리프로필렌, 폴리프로필렌과 부틸렌과 에틸렌 삼원공중합체 등이 사용될 수 있다. 상기 케이스 본체(124)와 상기 케이스 커버(122)를 밀착시킨 상태에서 상기 밀봉부(124a, 124b)를 열융착시키면, 상기 밀봉부(124a, 124b)의 열접착층들이 서로 접착되어 파우치 케이스가 밀봉된다. 상기 파우치 외장재의 금속박층은 알루미늄이 사용될 수 있으며, 수분 침투 방지와 전해액 누출을 방지하는 역할을 한다. 상기 파우치 외장재의 외측면을 이루는 폴리머층은 금속박층을 보호하는 역할을 하며, 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 등과 같은 수지재로 이루어진다. 또한 상기 금속박층과 상기 폴리머층 사이에 열접착층을 더 개재시킨 외장재가 사용될 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따라 파우치 케이스의 측면 밀봉부의 폭이 조절된 파우치 케이스를 포함하는 파우치형 이차 전지는 전지가 과충전되거나 고온에서 노출되었을 경우에 전지 내부에서 발생되는 가스를 원활하게 방출시킬 수 있으며, 전지 팩 작업성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 제1 전극, 제2 전극 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 및 파우치 케이스를 포함하는 파우치형 이차 전지에 있어서,
    상기 파우치 케이스는,
    케이스 커버; 및
    상기 전극조립체가 수용되는 공간부와, 상기 공간부의 입구 주변을 따라 형성되는 밀봉부가 구비된 케이스 본체를 포함하며,
    상기 밀봉부 중 측면 밀봉부의 폭은 상기 공간부의 깊이보다 2/3 이하 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 밀봉부의 폭은 상기 공간부의 깊이의 2/3 이내인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 밀봉부의 하단 모서리부는 라운딩 처리되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 밀봉부의 하단 모서리부는 45°각도로 커팅되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 측면 밀봉부의 상단 모서리부는 라운딩 처리되거나 45°각도로 커팅되는 것을 특징으로 파우치형 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스 커버와 상기 케이스 본체는 일측변이 접합되어 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 파우치 케이스는 열접착층과 금속박층과 폴리머층을 적층시킨 시트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 열접착층은 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene)인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 열접착층은 폴리프로필렌과 부틸렌과 에틸렌 삼원공중합체인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 금속박층은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 폴리머층은 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 금속박층과 폴리머층 사이에 열접착층이 더 개재되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
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