KR100890161B1 - 안전성이 향상된 파우치형 전지 - Google Patents

안전성이 향상된 파우치형 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전소자가 안착되는 파우치형 전지 케이스의 수납부 내측 상단에 발전소자를 고정하기 위한 도출부가 형성되어 있는 파우치형 전지를 제공하는 바, 이러한 전지는 낙하 또는 전지 상부에 가해지는 외부 충격 등에 의해 외력이 가해지더라도 수납 공간에서 발전소자의 이동이 억제되어 전극 단자와 발전소자의 접촉으로 인하 내부 단락을 방지함으로써, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

안전성이 향상된 파우치형 전지 {Pouch-typed Battery of Improved Stability}
도 1은 일반적인 스택형 발전소자를 포함하고 있는 파우치형 전지의 분해 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지를 조립한 상태에서의 평면 투시도이다;
도 3은 도 1의 전지에서 전지 케이스 내측과 발전소자의 상단면 사이의 이격 공간에서 전극 탭들과 전극 리드의 구성 상태를 보여주는 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 스택형 발전소자를 포함하고 있는 파우치형 전지의 분해 사시도이다;
도 5는 도 4의 전지를 조립한 상태에서의 평면 투시도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
100, 101: 파우치형 전지
200, 201: 전지 케이스
230, 231: 수납부
240, 241: 돌출부
300: 발전소자
400, 410: 전극 리드
500: 절연필름
본 발명은 안전성이 향상된 파우치형 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 파우치형 전지 케이스의 수납부 내측 상단에 발전소자를 수납 공간에 고정하기 위한 돌출부가 형성되어 있어서, 전지가 낙하되거나 또는 전지에 외부 충격이 가해져 발전소자가 이동함으로써 전극 단자와 발전소자의 접촉에 의한 내부 단락을 방지할 수 있는 전지를 제공한다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지와 같은 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상 태, 고온에의 노출, 낙하 등에 의한 충격과 같은 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발을 초래할 수 있다. 그러한 하나의 경우로서, 이차전지는 낙하 또는 외력의 작용 등과 같은 충격시, 내부 단락이 발생할 가능성이 존재한다.
도 1에는 스택형 발전소자를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전지를 조립한 상태의 평면 투시도가 도시되어 있다.
우선 도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(100)는, 파우치형 전지 케이스(200) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 고체 전해질 코팅 분리막으로 이루어진 발전소자(300)가 그것의 양극 및 음극 탭들(302, 304)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드(400, 410)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지 케이스(200)는 알루미늄 라미네이트 시트와 같은 연포장재로 되어 있으며, 발전소자(300)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(230)를 포함하는 케이스 본체(210)와 그러한 본체(210)에 일체로서 연결되어 있는 덮개(220)로 이루어져 있다. 전지 케이스(200)의 수납부(230)는 발전소자(300)가 안착될 수 있도록 판상의 라미네이트 시트를, 예를 들어, 그에 대응하는 형상이 각인되어 있는 금형에서 성형함으로써 형성될 수 있다.
파우치형 이차전지(100)에 사용되는 발전소자(300)는, 도 1에서와 같은 스택형 구조 이외에 젤리롤형 구조도 가능하다. 스택형 발전소자(300)는 다수의 양극 탭들(310)과 다수의 음극 탭들(320)이 각각 융착되어 전극리드(400, 410)에 함께 결합되어 있고, 전극리드(400, 410)에는 전지 케이스(200)과의 전기적 절연성과 밀봉성을 확보하기 위하여 절연필름(500)이 상하면에 부착된다.
이와 같은 파우치형 이차전지(100)의 큰 단점은, 전지 케이스(200)가 강도가 약한 연포장재로 되어 있음으로 인해 외부 충격에 의해 쉽게 변형될 수 있다는 점과, 케이스(200)에 장착된 발전소자(300)의 고정성이 떨어진다는 점이다. 따라서, 전지가 낙하되거나 또는 외부 충격을 받을 경우, 발전소자(300)가 움직이게 되며, 그로 인해 전지 상부의 전극 탭(302, 304) 또는 전극 리드(400, 410)가 발전소자(300)의 반대 전극과 접촉되어 단락이 유발될 수 있다.
이와 관련하여, 도 2를 참조하면, 케이스(200) 내측 상부는 다수의 양극 탭들(310)과 다수의 음극 탭들(320)이 각각 융착되어 전극리드(400, 410)에 함께 결합될 수 있는 공간을 제공하기 위하여 발전소자(300)로부터 이격되어 있다. 따라서, 발전소자(300)가 전지 케이스(200)의 수납부(230)에 안착된 상태에서, 발전소자(230)의 양측 상단(a, b)은 전지 케이스(200)의 내측 상단면으로부터 일정한 거리(w) 만큼 이격되어 있다. 이로 인해, 낙하 또는 외부충격에 의해 발전소자(300)는 상기 이격 거리(w)만큼 상부로 이동할 수 있다.
이러한 현상을 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3에는 스택형 발전소자를 포함하고 있는 이차전지에서 양극 탭들이 밀집된 형태로 융착되어 양극 리드에 연결되어 있는 케이스 내측 상부의 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 발전소자(300)의 양극 집전체(310)로부터 연장되어 돌출되어 있는 다수의 양극 탭들(302)은, 예를 들어, 초음파 용접, 레이저 용접, 스폿 용접, 납땜 등에 의해 일체로 결합된 융착부(322)의 형태로 양극 리드(400)에 결합된다. 그러한 양극 리드(400)는 양극 탭 융착부(322)가 결합되는 반대편 단부가 외부로 노출된 상태로 전지 케이스(200)에 의해 밀봉된다. 다수의 양극 탭들(302)이 일체로 결합되어 융착부(322)를 형성함으로 인해, 전지 케이스(200)의 내측 상부는 발전소자(300)의 상단면으로부터 일정한 거리만큼 이격되어 있고, 융착부(322)의 양극 탭들(302)은 V 자 형상을 이룬다.
따라서, 전지가 그것의 상단, 즉, 양극 리드(400) 쪽으로 낙하되는 경우에, 발전소자(300)가 케이스(200)의 내측 상단으로 이동되어 내부 단락을 유발할 수 있다. 즉, 양극 탭(302) 또는 양극 리드(400)가 발전소자(300)의 음극 집전체 또는 활물질과 접촉될 수 있다. 이러한 현상은 전지에 가해진 물리적 충격으로 인해 케이스(200)가 변형되어 발전소자(300)가 이동되는 경우에도 마찬가지이다.
이와 관련하여, 한국 특허출원공개 제2003-95519호에서는 리튬 이차 전지용 크루드 셀의 전극 탭 처리방법에 있어서, 리드와 탭부재가 연결된 융착부에 전극 탭을 에워싸도록 내열성 및 내화학성이 우수한 폴리이미드 또는 폴리프로필렌으로 구성된 필름 형태의 절연 테이프를 아크릴계 또는 실리콘계 접착제를 이용하여 부착시킴으로써, 리드와 탭부재가 외장재의 금속부분을 손상시킴으로써 발생되는 단락을 방지하기 위한 방법에 대해 개시하고 있다. 그러나 이러한 구성은, 절연테이프의 위치가 외장재의 실링부에 놓이기 때문에 탭과 외장재 사이의 단락은 방지할 수 있지만, 전지 내부의 단락은 방지할 수 없는 단점을 가지고 있으며, 또한 아크릴계 또는 실리콘계의 접착제를 사용하여 접착하기 때문에 전해액이 닿으면서 접착력이 떨어지는 단점이 있다.
한국 특허출원공개 제2003-66959호에서도 스택형 폴리머 전지에서, 전극 탭이 그것과 극성을 달리하는 극판과 단락되는 것을 방지하기 위한 수단으로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 비정질 폴리이미드 계열의 고분자 수지로 구성된 필름형태 또는 액상형태의 절연부재가 상기 전극 탭 상에 접착 또는 적하하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 경우, 절연부재가 도포되는 부분이 극판으로부터 돌출된 탭의 일부분이기 때문에 완벽한 단락의 방지가 확보될 수 없으며, 외부 충격에 대한 전지의 안전성 확보 측면에서도 한계가 있다.
또한, 한국 특허출원공개 제1999-78101호에서는 젤리롤형 발전소자의 각형 리튬 이온전지에서, 전극 활물질이 도포되지 않은 부분의 금속면 및 금속면에 부착되어 있는 탭의 표면을 폴리이미드(캡톤) 및 폴리프로필렌의 고분자 물질로 오버코팅 함으로써 금속호일의 이상 발열이 분리막에 전달되는 것을 방지하여, 전극 활물질이 직접 접촉하고 있는 분리막이 먼저 단락을 일으켜 이온의 흐름을 차단하여 전지의 안정성을 확보하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 기술은 각형 전지에서 젤리롤형 발전소자의 전극 탭이 분리막에 접촉되는 것을 방지하기 위한 구성이며, 파우치형 전지에 적용될 수 없고, 또한 앞서 설명한 바와 같이 파우치형 전지의 문제점을 해결할 수 없다.
한국 특허출원공개 제2004-26544호에서는 파우치형 이차전지에서, 외부로 돌 출된 전극 탭과 외장재간의 밀봉상태를 양호하게 유지하고 전극 탭과 외장재간의 단락을 효과적으로 방지하며 접착 테이프가 한꺼번에 녹는 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 천연고무, 합성고무 등의 절연부재를 접착 테이프를 사용하여 파우치 케이스의 상, 하부를 밀봉하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 접착 테이프는 전해액이 닿으면서 접착력이 떨어지는 단점이 있으며, 탭과 외장재 사이의 단락은 방지할 수 있지만, 전지 내부의 단락은 방지할 수 없는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 파우치형 전지에 있어서, 보다 효율적인 방법으로 전지의 안전성을 담보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 파우치형 전지에서 발전소자가 안착되는 수납부의 내측 상단에 돌출부를 형성할 경우, 전지의 낙하 또는 외부의 물질적 충격의 인가에 의해 발전소자가 이동하는 것을 억제하고, 그에 따라 발전소자의 이동에 의한 전극 탭 또는 전극 리드와 발전소자의 접촉, 즉, 내부 단락을 방지할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 파우치형 전지는 발전소자가 안착되는 파우치형 전 지 케이스의 수납부 내측 상단에 발전소자를 고정하기 위한 도출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 파우치형 이차전지는 발전소자가 수납부 내측 상단의 돌출부에 의해 수납 공간내에 안정적으로 고정되므로, 전지의 낙하 또는 외부 충격의 인가에 의해 발전소자가 이동될 가능성을 줄이고, 그에 따라 전극 탭 또는 전극 리드(이하에서, 때때로 전극 단자 로 약칭하기도 함)가 발전소자와 접촉하는 것을 방지함으로써, 내부 단락을 방지할 수 있다.
상기 파우치형 전지 케이스는 일반적으로 수납부가 형성되어 있는 케이스 본체와 그러한 본체에 일체로서 형성되어 있는 덮개로 이루어져 있다. 경우에 따라서는, 본체와 덮개에 각각 수납부가 형성되어 있고, 본체와 덮개를 결합시켰을 때 각각의 수납부에 의해 만들어지는 수납 공간이 발전소자의 두께에 상응하는 크기를 전지 케이스도 사용 가능하다. 이와 같이 본체와 덮개에 각각 수납부를 가지고 있는 파우치형 전지 케이스는 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/3312호에 개시되어 있으며, 이는 참조로서 본 발명에 합체된다.
수납부에 형성되는 상기 돌출부의 위치는 전극 탭이 전극 리드와 결합되는 부위를 제외한 수납부의 내측 상단 어느 곳이라도 무방하고, 돌출부의 크기와 개수 또한 발전소자를 수납부에 고정하기 위한 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
일반적으로 전지에서, 분리막은 양극과 음극의 접촉에 의한 단락을 방지하기 위하여 이들 전극보다 크게 제작되고, 양극은 충방전시 음극에서 간헐적으로 발생하는 리튬 이온 석출현상을 고려하여 음극보다 약간 작게 제작되므로, 발전소자에 서 구성 요소들의 크기는 양극 < 음극 < 분리막의 순으로 이루어진다. 이러한 크기의 차이는, 전지의 낙하 또는 외력의 작용에 의해, 발전소자 상단에서 전극 단자가 접촉하는 구성 요소들의 순서와도 일치한다. 따라서, 전극 단자는 그것이 양극 탭 또는 음극 탭인 것에 관계없이 양극 보다는 음극의 상단에 먼저 접촉할 가능성이 높다. 이러한 점을 고려할 때, 전극 단자가 음극 탭인 경우 발전소자의 음극과 우선적으로 접촉하므로 단락이 일어나지 않지만, 전극 단자가 양극 탭인 경우 음극과의 우선적인 접촉에 의해 단락이 일어날 가능성이 높다. 따라서, 상기 수납부 내측 상단의 돌출부는 적어도 양극 주변에 형성되는 것이 바람직하다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 돌출부는 수납부 내측 상단의 양측부에 대칭적으로 형성되어 발전소자의 균형잡힌 고정을 행할 수 있다.
수납부에 안착되는 발전소자는 스택형 구조 또는 젤리롤형 구조일 수 있다. 그 중 스택형 발전소자는 다수의 전극 탭들을 융착하여 전극 리드에 결합시키므로, 수납부의 내측 상부에서 전극 탭들이 발전소자와 접촉할 가능성이 상대적으로 높다. 따라서, 본 발명에 따른 구조는 스택형 발전소자를 포함하는 파우치형 전지에서 특히 바람직하다. 그러한 스택형 발전소자는, 다수의 양극과 음극을 그 사이에 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층시킨 전극 조립체로서, 여기에는 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-82059호에 개시되어 있는 스택킹/폴딩(stacking & folding)형 발전소자도 포함된다.
본 발명에 따른 파우치형 전지는 다양한 종류의 전지들에 사용될 수 있으며, 바람직하게는 리튬 이차전지에 사용될 수 있다.
리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 도전제는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 결착제는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 결착제의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당 해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 재료는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 음극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지 테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2) 2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의 해 한정되는 것은 아니다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 파우치형 전지(101)은 덮개(221)가 본체(211)에 일체로 형성되어 있는 파우치형 케이스(201)와 발전소자(300)로 이루어져 있다. 발전소자(300)가 안착되는 수납부(231)는 케이스 본체(211)에 형성되어 이고, 수납부(231)의 내측 상단 양측부에는 한 쌍의 돌출부들(240, 242)이 형성되어 있다. 발전소자(300)는 양극/분리막/음극의 스택형 전극 조립체로 이루어져 있고, 상단에는 양극 및 음극으로부터 연장된 다수의 전극 탭들(302, 304)이 상호 융착되어 전극 리드(400, 410)에 결합되어 있다. 전극 리드(400, 410)의 상부와 하부에는 절연필름(500)이 부착되어 있어서, 조립된 상태에서 전지 케이스(200)와의 전기적 절연과 밀봉성을 담보한다.
발전소자(300)가 케이스(201)의 수납부(231)에 안착되었을 때, 발전소자(300)의 양측 상단부(a, b)는 돌출부(240, 242)의 하단과 밀착되게 된다.
도 5에는 도 4에서 발전소자(300)를 케이스(200)의 수납부(231)에 안착시킨 상태에서 케이스 덮개(221)를 덮어 본체(211)에 융착시켰을 때의 평면 투시도가 도시되어 있다.
도 4와 도 5를 함께 참조하면, 케이스 본체(211)의 수납부(231)에 발전소자(300)를 안착시키고, 케이스 덮개(221)를 덮어 케이스 본체(211)과의 접촉부위(빗금 부분)를 가열가압하여 융착시킨 후, 융착 부위 중 케이스 양측면부를 접으면 도 5에서와 같은 형상이 얻어진다.
발전소자(300)의 양측 상단부(a, b)는 수납부(231)의 돌출부(240, 242)에 의해 가압되므로, 발전소자(300)는 수납부(231)에 안정적으로 고정된다. 따라서, 전지(101)가 낙하되거나 또는 전지(101)에 외부 충격이 인가되더라도, 발전소자(300)는 수납부(231) 내에서 거의 움직이지 않으며, 따라서 발전소자(300)가 전극 탭(302, 304) 또는 전극 리드(400, 410)와 접촉되지 않는다.
이상, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따르면, 파우치형 전지는 낙하 또는 전지 상부에 가해지는 외부 충격 등에 의해 외력이 가해지더라도 수납 공간에서 발전소자의 이동이 억제되어 전극 단자가 발전소자와 접촉하는 방지함으로써, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 발전소자가 파우치형 전지 케이스의 수납부에 안착되는 구조의 파우치형 리튬 이차전지로서,
    전지의 낙하 또는 외부의 물질적 충격의 인가에 의해 발전소자가 파우치형 전지 케이스에서 이동하는 것을 억제하여 내부 단락을 방지하기 위한 돌출부가, 발전소자의 전극 탭이 전극 리드와 결합되는 부위를 제외한 위치에서, 상기 수납부의 내측 상단의 양 측부에 대칭적으로 형성되어 있고,
    상기 발전소자가 수납부에 안착될 때, 발전소자의 양측 상단부가 상기 돌출부의 하단과 밀착되는 구조인 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 파우치형 전지 케이스는 수납부가 형성되어 있는 케이스 본체와 그러한 본체에 일체로서 형성되어 있는 덮개로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 파우치형 전지 케이스는 본체와 덮개에 각각 수납부가 형성되어 있고, 본체와 덮개를 결합시켰을 때 각각의 수납부에 의해 만들어지는 수납 공간이 발전소자의 두께에 상응하는 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 발전소자는 스택형 또는 젤리롤형 발전소자인 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 발전소자는 스택형 발전소자인 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지.
  8. 삭제
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