KR100624977B1 - 파우치형 리튬 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 조립체와 보호 회로를 전기적으로 연결하는 접속 리드가 양성 온도 소자의 역할을 동시에 수행함으로써, 안정성이 향상된 파우치형 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 파우치 외장재; 상기 전극 조립체의 충ㆍ방전을 제어하는 보호 회로 기판; 및 상부 도전막, 하부 도전막 및 상기 상하부 도전막의 사이에 개재되는 양성 온도 소자 재료층을 포함하고, 상기 보호회로기판과 상기 전극 조립체를 전기적으로 연결하며, 온도 상승시 회로를 차단하는 접속리드를 구비하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
파우치형 리튬 이차 전지, 양성 온도 소자, 접속 리드

Description

파우치형 리튬 이차 전지{Pouch Type Li Secondary Battery}
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 파우치 외장재가 밀봉되기 전의 상태를 도시한 사시도.
도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 파우치 외장재가 밀봉된 후의 상태를 도시한 사시도.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 접속 리드를 설명하기 위한 분해 사시도.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 접속 리드를 설명하기 위한 단면도.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
100; 파우치형 리튬 이차 전지 110; 전극 조립체
111; 제 1 전극판 112; 제 2 전극판
113; 세퍼레이터 114; 제 1 전극 탭
115; 제 2 전극 탭 116; 절연 테이프
120; 파우치 외장재 121; 하면
121a; 공간 122; 상면
123; 접합부 130; 보호 회로 기판
140, 145, 200; 접속 리드 200a; 상부 도전막
200b; 양성 온도 소자 재료층 200c; 하부 도전막
본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극 조립체와 보호 회로를 전기적으로 연결하는 접속 리드가 양성 온도 소자의 역할을 동시에 수행함으로써, 안정성이 향상된 파우치형 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정기간동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로 상기 리튬 이차 전지 중 상기 파우치형 리튬 이차 전지는 파우치 외장재가 통상 금속 포일층과 이를 덮는 합성 수지층의 다층막으로 구성되는데 이를 사용할 경우에는 금속 캔을 사용하는 원통형 또는 각형 리튬 이차 전지보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있어, 리튬 이차 전지의 경량화는 파우치형 리튬 이차 전지 방향으로 발전하여 왔다.
이러한 파우치형 리튬 이차 전지는 양극ㆍ음극 전극판과 상기 양극ㆍ음극 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 다수회 권취된 형태의 전극 조립체가 파우치 외장재에 수용되며, 상기 파우치 외장재의 일 측면의 외부로 양극 탭 및 음극 탭이 돌출되어 보호 회로 모듈과 연결된다.
상기 보호 회로 모듈(PCM; protecting circuit module)은 일반적으로 인쇄 회로 기판(PCB, Printed Circuit Board) 상에 다양한 보호 회로 및 양성 온도 소자를 구비하는 구조로 이루어진다.
그러나, 상기 양성 온도 소자가 보호 회로 모듈에 장착되어 있음으로 인하여, 상기 양성 온도 소자의 반응 속도가 느린 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 양성 온도 소자의 반응 속도가 느린 경우, 상기 리튬 이차 전지의 폭발의 위험성이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 전극 조립체와 보호 회로를 전기적으로 연결하는 접속 리드가 양성 온도 소자의 역할을 동시에 수행함으로써, 안정성이 향상된 파우치형 리튬 이차 전지를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 파우치 외장재; 상기 전극 조립체의 충ㆍ방전을 제어하는 보호 회로 기판; 및 상부 도전막, 하부 도전막 및 상기 상하부 도전막의 사이에 개재되는 양성 온도 소자 재료층을 포함하고, 상기 보호회로기판과 상기 전극 조립체를 전기적으로 연결하며, 온도 상승시 회로를 차단하는 접속리드를 구비하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 파우치 외장재와; 상기 전극 조립체의 충ㆍ방전을 제어하는 보호 회로 기판과; 상기 보호 회로 기판과 상기 전극 조립체를 전기적으로 연결하며, 양성 온도 소자와 일체화되고, 온도 상승시 회로를 차단하는 접속 리드를 구비하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 상부 도전막 및 하부 도전막 중 어느 하나는 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되며, 상기 상부 도전막 및 하부 도전막 중 다른 하나는 상기 보호 회로 기판과 전기적으로 연결되며, 상기 상부 도전막 및 하부 도전막 중 적어도 하나는 L 자형으로 이루어진다.
또한, 상기 상부 도전막 및 하부 도전막은 니켈(Ni)로 이루어진다.
또한, 상기 양성 온도 소자 재료층의 두께는 0.3㎜ 이하이며, 상기 양성 온도 소자 재료층은 스티렌부타디엔고무(SBR, Styrene Butadiene Rubber)에 카본이 분산된 형태로 이루어질 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 파우치 외장재가 밀봉되기 전의 상태를 도시한 사시도이며, 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 파우치 외장재가 밀봉된 후의 상태를 도시한 사시도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지(100)는 전극 조립체(110)와, 상기 전극 조립체(110)를 수용하는 파우치 외장재(120)와, 상기 전극 조립체(110)의 충ㆍ방전을 제어하기 위한 보호 회로 기판(130)과, 상기 전극 조립체(110)와 상기 보호 회로 모듈(130)을 전기적으로 연결시 켜주며, 양성 온도 소자의 역할을 동시에 수행하는 접속 리드(140, 145)를 구비하는 구조로 이루어진다.
상기 전극 조립체(110)는 양극 활물질 및 음극 활물질 중 어느 하나, 예를 들면, 양극 활물질이 코팅된 제 1 전극판(111), 양극 활물질 및 음극 활물질 중 다른 하나, 예를 들면, 음극 활물질이 코팅된 제 2 전극판(112), 상기 제 1 전극판(111) 및 제 2 전극판(112) 사이에 위치하여 상기 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(112)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(113)로 이루어진다. 또한, 상기 제 1 전극판(111)에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 상부로 일정 길이 돌출되어 양극 탭으로 작용하는 제 1 전극 탭(114)이 접합되어 있다. 상기 제 2 전극판(112)에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 이루어지며, 하부로 일정 길이 돌출되어 음극 탭으로 작용하는 제 2 전극 탭(115)이 접합되어 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 1 전극 탭(114) 및 제 2 전극 탭(115)과 상기 파우치 외장재(120) 사이의 단락을 방지하기 위한 절연 테이프(116)를 더 구비할 수도 있다.
이때, 상기 양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다. 음극 활물질는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다. 또한, 일반적으로 상기 양극 전극판은 알루미늄(Al) 재질, 음극 전극판은 구리(Cu) 재질을 사용하며, 상기 세퍼레이터는 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 파우치 외장재(120)는 상기 전극 조립체(110)가 수용되는 공간(121a)이 형성된 하면(121)과, 상기 공간(121a)이 형성된 하면(121)을 커버하는 상면(122)으로 이루어진다. 상기 하면(121)의 공간(121a) 가장자리는 상기 파우치 외장재(120)에 상기 전극 조립체(110)를 수용한 후, 접합하여 밀봉하는 접합부(123)이다. 또한, 상기 전극 조립체(110)를 수용하기 위한 공간(121a)은 프레스(press) 가공 등을 통하여 형성된다. 또한, 상기 파우치 외장재(120)는 상기 하면(121)의 공간(121a)에 상기 전극 조립체(110)를 수용한 후, 상면(122)을 덮고 접합하여 밀봉한다.
상기 전극 조립체(110)의 제 1 전극 탭(114) 및 제 2 전극 탭(115)은 상기 파우치 외장재(120) 접합부(123)의 어느 일측면을 통하여 외부로 인출되며, 이러한, 제 1 전극 탭(114) 및 제 2 전극 탭(115)은 제 1 접속 리드(140) 및 제 2 접속 리드(145)를 통하여 보호 회로 모듈(130)과 전기적으로 연결된다.
상기 보호 회로 모듈(130)은 상기 전극 조립체(110)의 충ㆍ방전 및 오작동을 제어하기 위한 것으로, 예를 들면, 상기 전극 조립체(110)로부터 과 전류가 흘렀을 때, 상기 과전류를 차단하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 보호 회로 모듈(130)은 도면 상에는 도시하지 않았으나, 일반적으로 다양한 보호 회로를 구비하는 구조로 이루어진다.
상기 접속 리드(140, 145)는 상기 전극 조립체(110)의 제 1 전극 탭(114) 및 제 2 전극 탭(115)을 상기 보호 회로 모듈(130)과 전기적으로 연결시켜 주는 제 1 접속 리드(140) 및 제 2 접속 리드(145)로 이루어지며, 상기 제 1 접속 리드(140) 및 제 2 접속 리드(145) 중 적어도 어느 하나, 예를 들면, 음극 탭으로 작용하는 상기 제 2 전극 탭(115)과 전기적으로 연결되는 제 2 접속 리드(145)는 양성 온도 소자의 역할을 동시에 수행한다.
상기 제 1 접속 리드(140) 및 제 2 접속 리드(145)의 일단이 상기 제 1 전극 탭(114) 및 제 2 전극 탭(115)의 끝단에 용접되어 결합되며, 상기 제 1 접속 리드(140) 및 제 2 접속 리드(145)의 타단이 상기 보호 회로 모듈(130)에 접합되어 상기 제 1 전극 탭(114) 및 제 2 전극 탭(115)을 상기 보호 회로 모듈(130)과 전기적으로 연결시켜 준다. 이때, 상기 제 1 접속 리드(140) 및 제 2 접속 리드(145)는 일반적으로 'L'자 형상으로 이루어지나, 본 발명에서 그 형상을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 접속 리드(140, 145)를 통하여 상기 전극 탭(114, 115) 및 보호 회로 기판(130)을 전기적으로 연결한 후에는 도 1b에서와 같이, 상기 제 1 전극 탭(114) 및 제 2 전극 탭(115)과 상기 제 1 접속 리드(140) 및 제 2 접속 리드(145)를 접어 상기 보호 회로 기판(130)을 상기 파우치 외장재(120) 접합부 중 상기 제 1 전극 탭(114) 및 제 2 전극 탭(115)이 인출된 부분 위로 위치시킨다.
한편, 도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 접속 리드를 설명하기 위한 분해 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 접속 리드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지의 접속 리드(200)는 양성 온도 소자와 일체화된 구조로 이루어진다.
이때, 상기 접속 리드(200)는 상부 도전막(200a), 하부 도전막(200b) 및 상기 상부 도전막(200a)과 하부 도전막 (200c)사이에 개재된 양성 온도 소자 재료층(200b)을 구비하는 구조로 이루어진다.
여기서 접속리드는 상기와 같이 상부 도전막과 하부 도전막의 사이에 양성 온도 소자 재료층이 개재되는 형태 이외에도, 보호회로기판과 전극 조립체를 전기적으로 접속하는 기능과 함께 양성 온도 소자와 일체화되는 형태로 이루어져 온도 상승시 회로를 차단하는 기능을 갖는 구성이면 본 발명의 기술 사상에 포함된다고 보아야 할 것이다.
상기 상부 도전막(200a) 및 하부 도전막(200c) 중 어느 하나, 예를 들면, 상기 상부 도전막(200a)은 도 1에 도시된 파우치형 리튬 이차 전지(100)의 전극 탭(114, 115) 및 상기 보호 회로 기판(130) 중 어느 하나, 예를 들면, 상기 보호 회로 기판(130)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 상부 도전막(200a) 및 하부 도전막(200c) 중 다른 하나, 예를 들면, 상기 하부 도전막(200c)은 도 1에 도시된 파우치형 리튬 이차 전지(100)의 상기 전극 탭(114, 115) 및 상기 보호 회로 기판(130) 중 어느 하나, 예를 들면, 음극 탭으로 작용하는 제 2 전극 탭(115)과 전기적으로 연결된다.
상기 상부 도전막(200a) 및 하부 도전막(200c) 중 적어도 하나, 예를 들면, 상기 보호 회로 기판(130)과 전기적으로 연결되는 상부 도전막(200a)은 L 자형으로 이루어지나, 본 발명에서 그 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 상부 도전막(200a) 및 하부 도전막(200c)은 니켈(Ni), 니켈 합금(Ni alloy) 및 이들의 등가물로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 양성 온도 소자 재료층(200b)은 고분자 복합물로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 스티렌부타디엔고무(SBR, Styrene Butadiene Rubber)에 카본이 분산 된 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 양성 온도 소자 재료층(200b)의 두께는 0.3㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이는 상기 양성 온도 소자 재료층(200b)의 두께가 0.3㎜ 이상으로 두꺼운 경우, 상기 보호 회로 기판(130)이 상기 파우치 외장재(120) 접합부 중 상기 제 1 전극 탭(114) 및 제 2 전극 탭(115)이 인출된 부분 위로 위치할 때, 상기 보호 회로 기판(130)이 높게 위치하게 되어, 상기 파우치형 리튬 이차 전지(100)를 하드 케이스에 내장ㆍ결합하여 하드 팩 전지를 형성하는 경우에 상기 파우치형 리튬 이차 전지(100)가 상기 하드 케이스에 내장ㆍ결합이 잘 안될 수 있기 때문이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지(100)는 상기 전극 조립체(110)와 보호 회로 기판(130)을 전기적으로 연결하는 접속 리드(140, 145, 200)가 양성 온도 소자의 역할을 수행함으로써, 종래의 상기 양성 온도 소자가 보호 회로 기판에 장착되어 있는 경우에 비하여 양성 온도 소자의 반응 속도가 향상된다. 또한, 양성 온도 소자의 반응 속도가 향상됨으로써, 파우치형 리튬 이차 전지(100)의 폭발의 위험성이 감소한다.
즉, 상기 접속 리드(140, 145, 200)가 양성 온도 소자와 일체화됨으로써, 상기 파우치형 리튬 이차 전지(100)의 온도 상승에 따른 회로의 차단을 보다 빠른 시간에 이루어지게 하며, 이로 인해 상기 파우치형 리튬 이차 전지(100)의 안정성이 향상된다. 따라서, 상기한 파우치형 리튬 이차 전지(100)를 구비하는 배터리 팩의 폭발 등의 위험성이 감소한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 전극 조립체와 보호 회로를 전기적으로 연결하는 접속 리드가 양성 온도 소자의 역할을 동시에 수행함으로써, 안정성이 향상된 파우치형 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 파우치 외장재;
    상기 전극 조립체의 충ㆍ방전을 제어하는 보호 회로 기판; 및
    상부 도전막, 하부 도전막 및 상기 상하부 도전막의 사이에 개재되는 양성 온도 소자 재료층을 포함하고, 상기 보호회로기판과 상기 전극 조립체를 전기적으로 연결하며, 온도 상승시 회로를 차단하는 접속리드를 구비하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 도전막 및 하부 도전막 중 어느 하나는 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되며,
    상기 상부 도전막 및 하부 도전막 중 다른 하나는 상기 보호 회로 기판과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 도전막 및 하부 도전막 중 적어도 하나는 L 자형인 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 도전막 및 하부 도전막은 니켈(Ni)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 양성 온도 소자 재료층의 두께는 0.3㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 양성 온도 소자 재료층은 스티렌부타디엔고무(SBR, Styrene Butadiene Rubber)에 카본이 분산된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
  8. 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와;
    상기 전극 조립체를 수용하기 위한 공간을 구비하는 파우치 외장재와;
    상기 전극 조립체의 충ㆍ방전을 제어하는 보호 회로 기판과;
    상기 보호 회로 기판과 상기 전극 조립체를 전기적으로 연결하며, 양성 온도 소자와 일체화되고, 온도 상승시 회로를 차단하는 접속 리드를 구비하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
  9. 삭제
  10. 삭제
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