KR100670427B1 - 파우치형 리튬 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파우치 베어셀 하면에서 연장된 하단부를 이용하여 외부 충격에 약한 하면을 보호할 수 있는 파우치형 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 파우치형 리튬 이차 전지는 제 1 전극 탭이 부착된 제 1 전극판, 제 2 전극 탭이 부착된 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와; 전면과, 전극 조립체 수용부를 가지는 후면으로 하부 접철부에 의해 구분되며, 상기 전면과 후면이 밀착되어 가장자리부를 갖는 파우치 케이스로 이루어지며, 상기 파우치 케이스의 하부의 일측에서 연장되어 상기 전극 조립체 수용부 하단에서 상기 접철부까지는 상기 전면과 후면이 융착되지 못하고 겹치는 하단부가 구비됨을 특징으로 한다.
Description
도 1은 종래의 파우치형 리튬 이차 전지의 일예에서 파우치가 밀봉되기 전의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 종래의 파우치형 리튬 이차 전지의 베어 셀 상태에서 파우치 케이스의 홈의 저면이 상부방향으로 향한 상태를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 리튬 이차전지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 3의 파우치형 리튬 이차 전지의 베어 셀 상태에서 파우치 케이스의 홈의 저면이 상부방향으로 향한 상태를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 따른 파우치 베어셀의 하단부가 홈이 형성된 방향으로 접힌 상태를 보여주는 일부 단면도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
100 : 파우치 베어셀 20, 120 : 파우치 케이스
21, 121 : 전면 22, 122 : 후면
23, 123 : 홈 25 : 가장자리부
130 : 전극 조립체 131 : 제 1 전극판
133: 세퍼레이터 135 : 제 2 전극판
137: 제 1 전극탭 138 : 제 2 전극탭
139: 절연 테이프 225: 세변의 가장자리부
227: 하단부
본 발명은 파우치형 리튬 이차 전지에 관한 것으로서 보다 상세하게는 파우치 베어셀 하면에서 연장된 하단부를 이용하여 외부 충격에 약한 하면을 보호할 수 있는 파우치형 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이차 전지는 리튬과 수분의 반응성 때문에 비수성 전해질을 사용한다. 이 전해질은 리튬염을 함유하는 고체 폴리머이거나, 리튬염이 유기 용매에서 해리된 액상일 수 있다. 리튬 이차 전지를 전해질 종류에 따라 구분해 보면, 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속전지와 리튬 이온전지, 그리고 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다.
완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에는 유기 전해액의 누출문제가 없고, 유기 전해액을 함유하는 겔형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에도 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 비교할 때 전해액의 누출 문제는 간이한 형태로 방지될 수 있다. 가령, 리튬 이온 폴리머 전지는 금속 포일과 이 포일을 덮는 하나 이상의 폴리머 막으로 구성된 다층막 파우치를 리튬 이온 전지의 금속캔(can) 대신 사용할 수 있다.
다층막 파우치를 사용할 경우에는 금속캔을 사용할 때보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있다. 다층막 파우치에서 포일을 이루는 금속으로 통상 알루미늄이 이용된다. 파우치막 내층을 이루는 폴리머막은 전해질로부터 금속 포일을 보호함과 아울러, 양극과 음극, 그리고 전극 탭들 사이의 단락을 방지한다.
도 1은 종래의 파우치형 리튬 이차 전지의 일예에서 파우치가 밀봉되기 전의 상태를 나타내는 사시도이고, 도 2는 종래의 파우치형 리튬 이차 전지의 베어 셀 상태에서 파우치 케이스의 홈의 저면이 상부방향으로 향한 상태를 나타내는 평면도이다.
종래의 파우치형 리튬 이차전지는 전극 조립체(30), 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스(20)를 구비하여 이루어진다.
도 1을 참조하여 파우치형 리튬 이차 전지의 일반적 형성 방법을 살펴보면, 우선, 직방형 파우치막을 중간을 접철하여 파우치 케이스(20)의 전면(21) 및 후면(22)을 이룬다. 후면(20)에는 프레스(press)가공 등을 통해 전극 조립체(30)가 수용될 수 있는 홈(23)이 형성된다.
통상의 전극 조립체(30)는 양극(31), 세퍼레이터(33), 음극(35)의 순서로 적층된 다층막을 와형으로 권취하여 젤리 롤(Jelly Roll)로 형성한다. 젤리 롤을 권취 형성할 때 양극과 음극의 단락을 막기 위해 롤(roll)의 외부로 드러나는 전극면 혹은 내부 전극면에는 세퍼레이터가 덧붙여진다. 형성된 젤리 롤은 파우치 케이스 후면(22)의 홈(23)에 놓여지고 가장자리부(25)를 밀착시킨 상태에서 가열 가압하여 파우치 밀봉을 실시하여 베어 셀 전지를 형성한다.
전극 조립체(30)의 양극(31)과 음극(35)을 파우치 외부와 전기적으로 연결하기 위해 양극(31) 및 음극(35)의 일측에는 전극 탭(37, 38) 혹은 전극 리드가 형성된다. 이들 전극 탭(37, 38)은 젤리 롤이 권취되는 방향과 수직방향으로 젤리 롤에서 돌출되도록 형성하고, 파우치의 밀봉되는 한 변을 통과하여 인출된다.
파우치 밀봉 과정에서 파우치 내면의 폴리머막과 전극 탭(37, 38)을 이루는 금속 사이의 접착을 강화하기 위해 폴리머막 표면에 특정 성분을 함유시키거나, 밀봉 전 전극 탭(37, 38)이 파우치(20) 사이의 단락을 방지하기 위한 절연 테이프(39)를 더 구비할 수도 있다.
파우치 밀봉이 이루어져 형성된 베어 셀(bare cell)에 도시되지 않은 보호 회로 모듈(PCM:protecting circuit moudule)이나 PTC(positve temperature coefficient)같은 부속품 혹은 구조체가 부착되어 코어 팩(core pack)이 형성된다.
그리고, 코어 팩을 하드 케이스에 내장하여 결합시키면 완성된 하드 팩 전지가 형성된다. 하드 케이스는 그 내측에 별도의 회로나 도전체부 없이 폴리 프로필렌 수지 등을 이용하여 형성할 수 있으나, 전지가 사용되는 기기의 특성에 따라 하드 케이스 내부에 별도의 부속회로 기타 도전체부를 가지는 경우가 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전면(21)과 홈(23)을 포함하는 후면(22)이 밀착된 파우치 케이스(20)의 주변에 플랜지처럼 형성된 가장자리부(25)가 융착된다.
한편, 파우치형 리튬 이차 전지의 전극탭(37,38)이 인출되는 방향을 "상부"방향으로 가정한다.
전면(21)과 후면(22)이 융착된 파우치 케이스의 가장자리부(25)는 코어 팩 상태를 형성하면서 가장자리부(25)가 접히는 가공이 이루어진다.
파우치 베어 셀에서 코어 팩 형성시, 특히 파우치 케이스(20)의 양측부 방향에 형성된 가장자리부(25)를 접을때 파우치 케이스(20)의 하부와 연결된 모서리가 본래의 모양에서 깨지는 현상이 일어난다. 이는 파우치 베어셀의 하부면에 별도의 보호수단이 없어 열융착으로 경화된 가장자리부(25)가 접힐때 자연스럽게 접히지 않아 하부와 연결된 모서리를 변형시킨다. 파우치 베어셀은 외부 압력, 충격, 낙하등에 의해 하부 모서리가 함몰될 수 있는데, 상기와 같이 깨짐 현상이 발생한 파우치 베어 셀의 하부 모서리는 외부 압력, 충격, 낙하등에 의해 더욱더 쉽게 함몰될 수 있다. 이 경우, 전극 조립체 하단부에서 전극보다 조금 튀어나온 세퍼레이터가 부분적으로 손상될 수 있다. 이렇게 손상된 세퍼레이터는 전극들의 단락(short)을 발생시켜 이차 전지의 파괴 또는 폭발을 유발할 수 있는 문제점이 발생 된다. 또한, 종래의 파우치형 리튬 이차 전지는 파우치 베어셀의 하부를 핫 멜트 수지로 몰딩할때 발생하는 외열 및 외압에 의해 파우치 베어셀의 하면이 손상될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 파우치 베어셀 하면에서 연장된 하단부를 이용하여 외부 충격에 약한 하면을 보호할 수 있는 파우치형 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본발명의 실시예에 따른 파우치형 리튬 이차 전지는 제 1 전극 탭이 부착된 제 1 전극판, 제 2 전극 탭이 부착된 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와; 전면과, 전극 조립체 수용부를 가지는 후면으로 하부 접철부에 의해 구분되며, 상기 전면과 후면이 밀착되어 가장자리부를 갖는 파우치 케이스로 이루어지며, 상기 파우치 케이스의 하부의 일측에서 연장되어 상기 전극 조립체 수용부 하단에서 상기 접철부까지는 상기 전면과 후면이 융착되지 못하고 겹치는 하단부가 구비됨을 특징으로 한다.
상기 하단부의 폭은 상기 파우치 케이스 두께의 50% 내지 100%로 이루어져, 2mm 내지 3mm의 폭으로 이루어질 수 있다.
상기 전극탭이 인출되지 않는 파우치 케이스의 마주보는 가장자리부는 상기 전면과 후면이 융착되어 상기 전극 조립체 수용부가 형성된 방향과 반대되는방향으로 접힐 수 있다.
상기 파우치 케이스의 하부에서 연장되어 형성된 하단부는 상기 전극 조립체 수용부가 형성된 방향으로 접힐 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 리튬 이차전지를 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 도 3의 파우치형 리튬 이차 전지의 베어 셀 상태에서 파우치 케이스의 홈의 저면이 상부방향으로 향한 상태를 나타내는 평면도이고, 도 5는 본 발명의 따른 파우치 베어셀의 하단부가 홈이 형성된 방향으로 접힌 상태를 보여주는 일부 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 베어 셀(100)은 제 1 전극 탭(137)이 부착된 제 1 전극판(131), 제 2 전극 탭(138)이 부착된 제 2 전극판(135) 및 상기 제 1 전극판(131) 및 제 2 전극판(135) 사이에 위치하는 세퍼레이터(133)를 구비하는 전극 조립체(130)와; 전면(121)과, 홈(123)을 가지는 후면(122)으로 하부 접철부에 의해 구분되며, 상기 전면(121)과 후면(122)이 밀착되어 가장자리부를 갖는 파우치 케이스를 구비하여 이루어지며, 전극탭(137, 138)이 인출된 상부방향의 반대측 방향인 하부방향에 파우치 베어셀(100)의 하면의 일측에서 연장되어 소정의 폭을 갖는 하단부(227)를 구비한다.
전극 조립체(130)는 양극 활물질 및 음극 활물질 중 어느 하나, 예를 들면, 양극 활물질이 코팅된 제 1 전극판(131), 양극 활물질 및 음극 활물질 중 다른 하나, 예를 들면, 음극 활물질이 코팅된 제 2 전극판(135), 제 1 전극판(131) 및 제 2 전극판(135) 사이에 위치하여 제 1 전극판 (131)과 제 2 전극판(135)의 단락(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세페레이터(133)로 이루어진다. 또한, 제 1 전극판 (131)에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 일정 길이 돌출되어 양극 탭으로 작용하는 제 1 전극탭(137)이 접합되어 있다. 제 2 전극판(135)에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 이루어지며, 일정 길이 돌출되어 음극 탭으로 작용하는 제 2 전극 탭(138)이 접합되어 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 제 1 전극 탭(137) 및 제 2 전극 탭(138)과 파 우치 케이스(120)의 사이의 단락을 방지하기 위한 절연 테이프(139)를 더 구비할 수도 있다. 또한, 상기 제 1 전극 탭(137) 및 제 2 전극 탭 (138)은 파우치 케이스(120)의 어느 일측면을 통하여 외부로 인출되며, 이러한, 제 1 전극 탭(137) 및 제 2 전극 탭 (138)은 보호 회로 모듈(미도시)과 전기적으로 연결된다. 더불어 전극 조립체(130)의 상·하부에는 전극 조립체(130)가 파우치 케이스(120)와 접촉하는 것을 방지하기 위해 상·하부 절연 플레이트(미도시)가 더 부착될 수도 있다.
또한, 양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1 -X CoXO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다. 음극 활물질은 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 양극 전극판은 알루미늄(Al) 재질, 음극 전극판은 구리(Cu) 재질을 사용하며, 세퍼레이터는 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.
한편, 본 발명에서는 파우치형 리튬 이차전지의 제 1 전극 탭(137) 및 제 2 전극 탭(138)이 인출되는 방향을 "상부" 방향으로 가정한다.
파우치 케이스(120)는 파우치막의 중간을 접철하여 전면(121)과, 전극 조립체를 수용하기 위한 홈(123)을 갖는 후면(122)이 밀봉되어 이루어진다.
파우치 케이스(120)는 그 재질이 알루미늄(Al)과 같은 금속재로 이루어진 심 부와, 심부의 상부면 상에 형성된 열융착층과, 심부의 하부면 상에 형성된 절연막으로 이루어진다. 열융착층은 폴리머 수지인 변성 폴리프로필렌, 예컨대 CPP(Casted Poly propylene)를 사용하여 접착층으로 작용하며, 절연막은 나일론(nylon)이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 형성되어 있을 수 있으나, 여기서 파우치 케이스(120)의 구조 및 재질을 한정하는 것은 아니다.
파우치 케이스(120)의 하부의 일측에서 길게 연장된 하단부(227)는 홈(123) 하단에서 하부 접철부까지는 전면(121)과 후면(122)이 융착되지 못하고 겹쳐 이루어진다. 자세히 설명하면, 홈(123)의 네변의 가장자리부 중 파우치 베어셀의 하부방향에 위치하는 한변의 가장자리부, 즉 하단부(227)만 제외하고, 파우치 베어셀(100)의 상부방향과 양측방향에 위치하는 세변의 가장자리부(225)만 열 융착이 된다. 전면(121)과 후면(122)이 융착되어 형성된 세변의 가장자리부(225)는 도 4에서 빗금친 부분으로 나타내었다. 한편, 파우치형 리튬 이차 전지중, 파우치 하부 접철부 위치가 정확하지 못하여 파우치의 하부에 가장자리부를 가진 파우치형 리튬 이차 전지가 존재하는 경우를 생각할 수 있다. 그러나 이런 경우, 하부 가장자리의 폭이 매우 작아 파우치 베어셀의 하부면에 절곡되기 어려울 뿐더러 절곡 되더라도 파우치 베어셀의 하부면을 외열, 외압으로부터 충분히 보호하기 어려운 문제점이 있다.
파우치 베어셀(100)이 코어 팩으로 형성되기 위해, 파우치 베어 셀(100)의 양측방향에 위치하여 마주보는 두변의 가장자리부는 홈(123)이 형성된 방향에 반대되는 방향으로 접혀진 후, 열 융착이 되지 않은 상태의 하단부(227)가, 도 5에 도 시된 바와 같이, 홈(123)이 형성된 방향으로 접힌다. 이렇게 파우치 베어셀(100)의 양측방향에 위치하고 전면(121)과 후면(122)가 융착되어 이루어진 두변의 가장자리부가 홈(123)이 형성된 방향과 반대되는 방향으로 접히고, 전면(121)과 후면(122)이 융착되지 않고 겹쳐 이루어진 하단부(227)가 홈(123)이 형성된 방향으로 접힘으로써 하부 모서리에 발생하는 깨짐 현상이 방지될 수 있다. 이는, 하단부(227)가 융착되지 않은 상태이면 유연하기 때문이다. 이에 따라, 하단부(227)가 파우치 베어셀(100)의 하면에 자연스럽게 접어 올려지므로 하부 모서리가 깨지지 않고 깔끔한 모양을 가질 수 있다. 하단부(227)의 폭은 파우치 베어셀(100)의 하면을 보호할 수 있도록 상기 파우치 케이스 두께의 50% 내지 100%로 이루어진다. 여기서, 하단부(227)의 폭은 2mm 내지 3mm 로 이루어질 수 있다.
이러한 구성을 갖는 파우치 베어 셀(100)에 보호 회로 모듈을 장착하고 상·하부에 몰딩을 하여 전지팩을 구성한다. 파우치 베어셀(100)의 하단부(227)는 파우치 베어셀의 하부를 핫멜트 수지로 몰딩할 때 발생하는 열과 압력을 완충시키는 역할을 한다.
이렇게 파우치 베어셀(100)의 하면 일측에서 길게 연장되어 형성된 하단부(227)가 파우치 베어셀(100)의 하면으로 접혀 외부의 충격으로부터 취약한 파우치 베어셀의 하면을 보호하는 스페이서의 역할을 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차 전지는 파우치 베어셀의 하면에서 길게 연장된 하단부를 구비하여 코어팩 형성시 열융착 되지 않은 상 태로 전극 조립체를 수용하기 위한 홈이 형성된 방향으로 자연스럽게 파우치 베어셀의 하면에 접어 올려 하부 모서리에 발생하는 깨짐 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차 전지는 하단부가 파우치 베어셀의 하면을 덮음으로써 전지팩을 형성하기 위해 핫 멜트 수지로 하부를 몰딩할 시 발생하는 외열·외압을 완화시킬 수 있어 파우치 베어셀의 하면을 보호할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
Claims (5)
- 제 1 전극 탭이 부착된 제 1 전극판, 제 2 전극 탭이 부착된 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와,전면과, 전극 조립체 수용부를 가지는 후면으로 하부 접철부에 의해 구분되며, 상기 전면과 후면이 밀착되어 가장자리부를 갖는 파우치 케이스로 이루어지며,상기 파우치 케이스의 하부의 일측에서 연장되어 상기 전극 조립체 수용부 하단에서 상기 접철부까지는 상기 전면과 후면이 융착되지 못하고 겹치는 하단부가 구비됨을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 하단부의 폭은 상기 파우치 케이스 두께의 50% 내지 100%로 이루어짐을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
- 제 2항에 있어서,상기 하단부는 2mm 내지 3mm의 폭으로 이루어짐을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 전극탭이 인출되지 않는 파우치 케이스의 마주보는 가장자리부는 상기 전면과 후면이 융착되어 상기 전극 조립체 수용부가 형성된 방향과 반대되는방향으로 접힘을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
- 제 1항 또는 제 4항에 있어서,상기 파우치 케이스의 하부에서 연장되어 형성된 하단부는 상기 전극 조립체 수용부가 형성된 방향으로 접힘을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차 전지.
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| CN112582715A (zh) * | 2019-09-30 | 2021-03-30 | Sk新技术株式会社 | 电池单元的袋壳折叠装置和方法 |
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2005
- 2005-11-29 KR KR1020050115041A patent/KR100670427B1/ko active IP Right Grant
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