KR100974570B1 - 팩 외부 보호용 고강도 라벨을 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 판상형 전지셀, 상기 전지셀이 장착되는 팩 케이스, 및 상기 팩 케이스와 판상형 전지셀의 외면을 감싸는 외장 필름('라벨')을 포함하는 전지팩에 있어서, 상기 팩 케이스는 전지셀의 양면 중 적어도 1면이 개방되는 구조이고, 상기 외장 필름은 내구성을 부여하는 외부 고분자 수지층, 강도를 증가시키는 금속층, 및 전지셀 또는 팩 케이스의 외면에 부착하는 내부 피복층을 포함하는 것으로 이루어져 있으며, 상기 팩 케이스 및 전지셀에 대한 외장 필름의 결합은, 상기 팩 케이스의 적어도 일부에 외장 필름을 열융착함으로써 강화되는 것으로 구성된 전지팩을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 전지셀이 아닌 팩 케이스와의 열융착을 통해 외장 필름과 전지셀 및 팩 케이스의 결합력을 강화시키는 것을 특징으로 하는 바, 열융착시 발생하는 고온의 열에 의한 전지의 성능 저하를 유발하지 않으면서도, 금속층을 포함한 외장 필름에 의해 기계적 강도 및 표면 강성이 매우 우수하고 스크래치나 외부 충격으로부터 전지셀을 효과적으로 보호할 수 있다.

Description

팩 외부 보호용 고강도 라벨을 포함하는 전지팩 {Battery Pack Employed with Label of High Strength for Protecting the Outside of Pack}
본 발명은 고강도 팩 외부 보호용 고강도 라벨을 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 판상형 전지셀, 상기 전지셀이 장착되는 팩 케이스, 및 상기 팩 케이스와 판상형 전지셀의 외면을 감싸는 외장 필름('라벨')을 포함하는 전지팩에 있어서, 상기 팩 케이스는 전지셀의 양면 중 적어도 1면이 개방되는 구조이고, 상기 외장 필름은 내구성을 부여하는 외부 고분자 수지층, 강도를 증가시키는 금속층, 및 전지셀 또는 팩 케이스의 외면에 부착하는 내부 피복층을 포함하는 것으로 이루어져 있으며, 상기 팩 케이스 및 전지셀에 대한 외장 필름의 결합은, 상기 팩 케이스의 적어도 일부에 외장 필름을 열융착함으로써 강화되는 것으로 구성된 전지팩을 제공한다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 종류에 따라 리튬이온 전지와 리튬이온 폴리머 전지로 분류되기도 한다. 모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 특히 두께가 작은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 이차전지가 케이스에 장착된 형태에 따라 일반적으로 외장형 전지팩(hard pack)과 내장형 전지팩(inner pack)으로 분류된다. 외장형 전지팩은 그것이 장착되는 외부기기의 외형 일부를 형성하므로 사용시 외부기기에 장착하기 용이한 장점을 가지지만, 전지셀을 내장한 상태에서 케이스를 해당 외부기기의 종류에 맞추어 설계하여야 하므로 상대적으로 고가이고 호환성이 적은 문제점을 가지고 있다.
반면에, 내장형 전지팩은 외부기기의 내부에 장착한 상태에서 외부기기의 일부를 형성하는 덮개를 덮어 사용하므로, 장착이 상대적으로 번거로운 단점은 있지만, 설계가 용이하고 저렴하며 호환성의 장점을 가지고 있다.
내장형 전지팩의 본체인 전지셀로는 각형 전지와 파우치형 전지가 많이 사용된다. 각형 전지는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 전지 캔 내부에 전극조립체가 내장되어 있는 전지이며, 파우치형 전지는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스 내부에 전극조립체가 내장되어 있는 전지이다. 최근에는, 중량이 적고 가격이 저렴하며 용량 및 출력에 따라 변형이 용이한 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
도 1에는 파우치형 전지셀을 포함하고 있는 종래기술에 따른 내장형 전지팩의 분해 사시도가 각각 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(30)은, 양극, 음극 및 분리막의 전극조립체와 전해질이 밀봉된 상태로 내장되어 있는 전지셀(31), 전지셀(31)을 수납할 수 있는 내부공간을 가진 팩 케이스 본체(32)와, 팩 케이스 본체(32) 위에 결합되어 전지셀(31)을 밀봉하는 상부 덮개(33)로 이루어져 있다. 팩 케이스 본체(32)와 전지셀(31) 사이 및 상부 덮개(33)와 전지셀(31) 사이에는 각각 양면 테이프가 부착되어 있다.
전지셀(31)이 수납된 팩 케이스 본체(32)에 상부 덮개(33)를 초음파 용착법에 의해 상호 결합시킨 후 케이스(32, 33)간의 결합력을 더욱 높이고 외부의 이물질이 결합부위 또는 케이스 내부로 유입되는 것을 막기 위하여 외장 필름(35)으로 감싼다. 즉, 얇은 두께의 케이스 본체(32) 및 상부 덮개(33) 상호간의 초음파 용착은 상대적으로 결합력이 떨어지므로, 전지팩으로서 사용하기에 필요한 결합력을 확보하고 결합 부위를 통해 전지팩 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 필름상의 외장부재인 외장 필름(35)으로 전지팩의 외면을 도포하고 있다.
이와 관련하여, 도 2에는 종래의 외장 필름이 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 종래의 외장 필름(10)은 외층을 구성하는 고분자 수지층(11)과 전지셀 또는 팩 케이스와 대면하는 면에 형성된 접착층(12)으로 이루어져 있다. 고분자 수지층(11)은 전지팩의 외면을 보호하기 위한 층으로서, 주로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 필름이 사용된다. 접착층(12)은 전지셀의 외면 또는 팩 케이스의 외면과의 결합력을 제공하기 위한 층으로서, 주로 점착제가 도포된 수지층으로 이루어져 있다.
그러나, 이러한 종래의 외장 필름(10)은 표면 강성이 약하므로 전지팩의 사용 과정에서 스크래치가 발생할 수 있고, 외부 충격에 대한 기계적 강도가 낮아 물리적 충격에 의해 셀 표면에 손상을 입힐 수 있으며, 그에 따라 전지셀을 내장한 구조로 이루어진 전지팩의 안전성을 담보할 수 없다는 문제가 있다.
한편, 상기 전지팩 케이스들은 파우치형 전지셀의 취약한 기계적 강성을 보완할 수 있지만, 그로 인해 전지셀의 크기가 제한되어 전지팩의 전체적인 용량이 저하되는 단점을 가지고 있다. 더욱이, 앞서 설명한 바와 같이, 팩 케이스 본체와 상부 덮개는 초음파 용착법에 의하여 상호 결합되기 때문에, 용착되는 피접착면을 형성하기 위하여 소정의 두께로 제조되어야 하므로, 전지팩의 부피를 증가시킨다.
이에, 최근에는 전지팩의 부피를 최소화하고 전지셀의 강성을 효율적으로 보완하기 위하여, 전지셀의 외면을 모두 감싸는 박스형의 팩 케이스 대신, 측면만을 감싸는 프레임형 팩 케이스의 사용이 늘어나고 있다. 그러한 예로서, 일본 특허출원공개 제2004-165134호는 전극조립체의 수납부가 형성되어 있는 제 1 영역과, 상기 전극조립체의 노출된 일면을 덮을 수 있는 구조로 제 1 영역에서 연장되어 있는 제 2 영역, 및 제 1 영역을 재차 감싸는 구조로 제 2 영역에서 연장되어 그것의 단부가 다시 제 2 영역에 접하는 제 3 영역으로 이루어진 일체형의 파우치 케이스; 및 제 3 영역으로 제 1 영역을 재차 감싸기 전, 상기 수납부의 외면을 감싸는 구조로 전지셀에 장착되는 프레임 부재로 구성된 전지팩에 대한 기술이 개시되어 있다. 또한, 상기 출원에는 전극조립체의 수납부가 형성되어 있는 제 1 포장체, 및 전극조립체의 노출된 일면을 덮으면서 제 1 포장체를 밀봉하는 제 1 영역과 제 1 포장체의 외면을 재차 감싸는 구조로 제 1 영역에서 연장되어 있는 제 2 영역으로 이루어진 제 2 포장체를 포함하는 것으로 구성된 분리형의 파우치 케이스 등, 다양한 구조의 파우치 케이스들에 대한 기술이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 구조의 전지팩은 제 1 및 2 영역의 라미네이트 시트의 최외층과 제 3 영역의 접착층이 결합을 이루어 전지셀을 외장하는 구조인 바, 라미네이트 시트의 접착층간 결합에 비해 결합력이 약하여 포장체의 접착성이 떨어지고, 접착을 위한 열융착에 상대적으로 많은 열이 요구되고 열로 인한 전지 내 부반응 발생 및 성능 저하의 가능성이 매우 높다.
또한, 일본 특허출원공개 제2007-0058351호에는 연질 라미네이트의 전지케이스에 전극조립체를 내장하고 이를 팩 케이스에 삽입한 후, 외장층, 금속층 및 열접착층의 3층 구조 또는 외장층, 금속층, 내장층 및 열접착층으로 적층된 4층 구조를 갖는 경질 라미네이트 시트의 외장 필름을 사용하여 팩 케이스의 외면을 도포하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상기 기술에 따르면, 경질 외장 필름을 전지셀의 전면(全面)에 직접 열융착을 행함으로써 도포하는 바, 열융착시 가해지는 고온의 열로 인해 전지의 성능 저하 및 전지 내 부반응이 유발되고, 열융착되는 면적이 넓으므로 균일한 결합력을 발휘하기 어려워 표면 특성이 나쁘다는 문제가 있다. 또한, 경질 라미네이트 시트의 외장 필름은 경직성으로 인해 전지팩 외면과의 밀착성이 낮고 가공이 용이 하지 않은 문제도 있다.
따라서, 부피 효율, 기계적 강도 및 표면 특성이 우수하며, 고강도 외장 필름의 열융착시 고온의 열로 인하여 전지의 성능 저하를 유발하지 않으면서도 효과적인 결합력을 제공할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 금속층을 포함하는 고강도 외장 필름('라벨')을 팩 케이스의 일부와 열융착시킴으로써, 열융착시 고온의 열이 전지셀에 직접 가해지는 경우 유발될 수 있는 전지의 성능 저하를 유발하지 않으면서도 기계적 강도 및 표면 강성이 매우 우수하고, 스크래치나 외부 충격으로부터 전지셀을 효과적으로 보호할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 판상형 전지셀, 상기 전지셀이 장착되는 팩 케이스, 및 상기 팩 케이스와 판상형 전지셀의 외면을 감싸는 외장 필름을 포함하는 전지팩에 있어서,
상기 팩 케이스는 전지셀의 양면 중 적어도 1면이 개방되는 구조이고,
상기 외장 필름은 내구성을 부여하는 외부 고분자 수지층, 강도를 증가시키는 금속층, 및 전지셀 또는 팩 케이스의 외면에 부착하는 내부 피복층을 포함하는 것으로 이루어져 있으며,
상기 팩 케이스 및 전지셀에 대한 외장 필름의 결합은, 상기 팩 케이스의 적어도 일부에 외장 필름을 열융착함으로써 강화되는 것으로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 외장 필름을 전지셀에 직접 열융착하는 것이 아니라 팩 케이스의 적어도 일부와 열융착함으로써, 열융착시 가해지는 고온의 열이 전지셀에 직접 가해짐으로써 유발될 수 있는 다양한 전지 내 부반응 및 전지의 성능 저하가 방지될 수 있다. 또한, 금속층을 포함하는 외장 필름을 사용함으로써 기계적 강도 및 표면 강성이 우수한 전지팩을 제공하고, 스크래치나 외부 충격으로부터 전지셀을 효과적으로 보호할 수 있으며, 개방형 팩 케이스의 사용이 가능하므로 부피 효율이 높다는 장점이 있다.
본 발명에서, 상기 팩 케이스는 전지셀의 양면, 즉, 판상형 전지셀의 윗면과 아랫면 중 적어도 1면이 개방되는 구조라면 특별히 제한되지 않는다.
일반적으로, 전지셀의 윗면과 아랫면이 모두 개방되는 구조의 프레임형 팩 케이스를 사용하는 경우, 생략된 팩 케이스의 두께만큼 전지팩의 두께를 감소시킬 수 있어서, 더욱 얇고 콤팩트한 구조의 전지팩을 제조할 수 있는 잇점이 있다. 그러나, 상대적으로 기계적 강성이 낮은 전지셀의 적어도 일부가 노출됨으로써, 외부 충격에 대한 전지팩의 안전성이 저하되는 문제가 있다. 반면에, 본 발명에서와 같은 고강도 외장 필름을 사용하는 경우에는, 이러한 문제점을 효과적으로 보완하면 서 얇고 콤팩트한 구조의 전지팩을 제조할 수 있으므로 바람직하게 적용될 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 팩 케이스는 전지셀의 상단을 감싸는 구조의 상단 캡과 하단을 감싸는 구조의 하단 캡의 두 개의 부재로 이루어진 것일 수 있다. 상기 상단 캡과 하단 캡은 각각 전지셀의 상단과 하단을 감쌀 수 있도록 예를 들어, 하단 연장부가 형성되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 상기 상단 캡 또는 하단 캡의 하단 연장부와 외장 필름의 상단 또는 하단을 열융착에 의해 결합함으로써 전지셀에 직접적으로 고온의 열이 가해지는 것을 차단하여 전지의 성능 저하를 방지할 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 팩 케이스는 전지셀의 측면 부위를 감싸면서 상단 캡과 하단 캡이 일체형인 프레임 부재일 수 있다. 따라서, 외장 필름은 프레임 부재의 상단 캡 또는 하단 캡의 하단 연장부와 열융착에 의해 결합되거나, 프레임 부재의 측면 부위와 열융착에 의해 결합될 수 있다.
상기 프레임 부재는 바람직하게는 그것의 내측 상단에 그에 상응하는 외형으로 이루어진 보호회로모듈(PCM)이 장착되어 있는 구조일 수 있다. 상기 프레임 부재의 내측 상단은 프레임 부재가 전지셀에 장착될 때 전지셀의 전극단자에 대응하는 위치로서, 그곳에 형성되어 있는 PCM은 프레임 부재와 전지셀의 결합과 동시에 전지셀의 전극단자에 접할 수 있다.
상기 구조에서, 바람직하게는 상기 프레임 부재의 전면에 외부 입출력 단자가 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 상기 프레임에 장착되어 있는 PCM의 상단에 접속단자가 형성되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 전지셀의 전극단자는 그것이 돌출되어 있는 상단 실링부를 수직 절곡하고 상기 전극단자 부위를 다시 수평으로 재차 절곡하는 과정을 거쳐, 상기 PCM의 상단에 형성되어 있는 접속단자에 바로 연결될 수 있다. 이때, 상기 PCM의 접속단자와 전지셀의 전극단자는 용접 등의 별도의 접속과정을 거치지 않고 단순히 프레임 부재를 전지셀에 장착함으로써 연결될 수 있다. 또한, 상기 전지셀과 전기적으로 연결된 PCM의 외부 입출력 단자는 상기 개구를 통하여 노출될 수 있다.
결과적으로, 프레임 부재의 개구와 PCM의 접속단자는 프레임 부재의 전면과 PCM의 상단에 각각 형성되어 있고, 상기 PCM의 외부 입출력 단자는 상기 개구를 통해 외부로 노출되어 있으며, 전지셀의 전극단자를 소정의 형태로 절곡한 후 프레임 부재에 장착하는 것 만으로 전기적 접속과 조립 과정을 완료할 수 있다.
이러한 프레임 부재는, 예를 들어, 그것의 상단 내측에 PCM을 포함하는 일체형의 구조로 인서트 사출성형에 의해 제조될 수 있다. 상기 팩 케이스의 소재는 내장되어 있는 전지를 보호할 수 있는 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어, Polycarbonate(PC), Polyacrylonitrile-butadiene-styrene(ABS) 등의 고분자 수지 소재나, 스테인리스 스틸(SUS) 등의 금속 소재로 되어 있다.
본 발명에서 상기 외장 필름은, 앞서 정의한 바와 같이 내구성을 부여하는 외부 고분자 수지층, 강도를 증가시키는 금속층, 및 전지셀 또는 팩 케이스의 외면에 부착하는 내부 피복층을 포함하는 것으로 구성되어 있다.
상기 외부 고분자 수지층은 내구성을 부여하기 위해 높은 인장강도와 내후성 을 갖는 소재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polydethylene terephthalate; PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polydbuthylene terephthalate; PBT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polydethylene naphthalate; PEN) 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지 등이 있다. 이러한 소재는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서도 우수한 강도 및 인성을 가진 PET가 바람직하게 사용될 수 있다.
외부 고분자 수지층은, 경우에 따라서는, 연신처리가 행해진 열수축성 필름으로 구성될 수 있다. 이러한 열수축성 필름은 일축 연신 또는 이축 연신으로 형성될 수 있으며, 이러한 연신 처리에 의해 외장 필름은 연신방향으로 배향성 및 열 수축성을 가진다.
상기 금속층은 외장 필름의 강도를 증가시켜 내충격성 및 표면 강성을 제공하는 역할을 하며, 경우에 따라서는, 가스, 습기 등 이물질의 유입을 방지하는 차폐 기능 또는 우수한 심미성의 높은 금속광택을 부여하는 기능을 발휘할 수 있다. 이러한 금속층의 소재로는, 예를 들어, 알루미늄, 니켈, 은 등이 사용될 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 금속층의 두께는 기계적 강도, 외장 필름의 취급성 등을 손상시키지 않는 범위에서 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어 10 내지 200 ㎛ 이며, 바람직하게는 20 내지 30 ㎛이다.
상기 내부 피복층은 팩 케이스 또는 전지셀의 외면에 외장 필름을 부착시키는 층으로서, 팩 케이스와의 열융착이 가능할 수 있도록 열융착성 고분자 수지로 이루어질 수 있다.
상기 외장 필름의 총 두께는 바람직하게는 85 ~ 130 ㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 85 ~ 114 ㎛일 수 있다. 외장 필름의 두께가 너무 얇으면 소망하는 정도의 기계적 강도 향상을 발휘할 수 없고, 반대로 너무 두꺼우면 전지팩의 외면을 따라 절곡시 외장 필름의 두께로 인해 절곡이 용이하지 않거나 절곡면에서 전지팩 외면과의 밀착성 및 결합력이 낮아질 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 상기 외장 필름은 적어도 전지팩의 외면을 충분히 도포할 수 있는 길이를 가져야 하고, 예를 들어, 외장 필름의 단부가 서로 겹칠 수 있도록 팩 케이스를 장착한 전지셀의 외주면보다 긴 길이를 가질 수 있으며, 외장 필름의 단부가 겹치는 부위는 점착제 또는 접착제를 부가하여 결합시킬 수 있다.
상기 열융착 공정은 공지되어 있는 바, 예를 들어, 전지팩이 장착될 수 있는 소정의 다이에 전지팩을 고정시킨 상태에서, 열선이 내장되어 있고 열융착을 요하는 부위의 형상에 대응하는 형상을 갖는 히팅 다이(heating die)로 가압하거나, 또는 히터를 포함하는 히팅 롤(heating roll)로 해당 부위를 가압함으로써 수행될 수 있다.
본 발명에서 상기 외장 필름은 상기 정의된 바와 같이, 팩 케이스의 외면의 적어도 일부와 열융착을 수행하는 바, 열융착이 수행되지 않는 부위에서 전지팩의 외면과의 결합력은 별도의 점착제 또는 접착제를 통해 발휘될 수 있다. 예를 들 어, 전지셀의 상, 하단과 팩 케이스의 상, 하부 캡의 하단 연장부를 열융착에 의해 결합하는 경우, 열융착이 행해지지 않은 부위에서의 전지셀과 외장 필름의 결합은 전지셀의 해당 부위인 윗면, 아랫면, 또는 측면에 점착제 또는 접착제를 부가하거나, 외장 필름의 해당 부위에 내부 피복층에 점착층을 도포함으로써 달성될 수 있다. 이를 통해, 전지팩과 외장 필름 사이의 결합력을 증대시키고, 외부의 충격이나 진동이나 전지 팩의 사용 과정에서 외장 필름이 분리되거나 뒤틀리는 등의 현상을 미연에 방지할 수 있다.
상기 접착제 또는 점착제는 전지셀 또는 팩 케이스에 손상을 주지 않고 부착될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 일반적으로 감압 접착체, 감열 접착제 등이 사용될 수 있는 바, 상기 감열 접착체는 도포, 건조 후의 접착제면이 상온에서는 녹지 않고 가열에 의해 점착성이 발휘되는 접착제이고, 하나 이상의 열용융 수지 및 다양한 첨가제들의 혼합물일 수 있다.
상기 열용융 수지는 아크릴산 에스테르, 아크릴산 공중합체, 에틸렌계 공중합체, 또는 천연 고무를 주 성분으로 하고 점착 부여제를 보조 성분으로 포함할 수 있다. 상기 점착 부여제는 접착성을 향상시키고, 예를 들어, 로진(rosin)계 수지, 다이머 등의 수지산, 테르펜(terpene) 수지, 테르펜-페놀 수지, 석유 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서 로진계 수지, 테르펜계 수지가 바람직하다. 점착 부여제는 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜 사용할 수 있다.
상기 판상형 전지셀은 바람직하게는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 내장하고 양측면 실링부를 열융착에 의해 밀봉하여 제조된 파우치형 전지셀일 수 있다.
상기 라미네이트 파우치형 케이스는, 예를 들어, 고분자 필름의 외부 피복층, 금속박의 베리어층, 및 폴리올레핀 계열의 내부 실란트층으로 구성된 공지의 라미네이트 시트로 형성될 수 있다.
이러한 공지의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스를 포함하는 경우에, 수납부가 개방된 구조의 프레임 부재만으로는 소망하는 강도를 발휘할 수 없어 외부 충격에 대해 매우 취약하므로 안전성이 낮다는 문제점이 있었다. 이에, 강도가 우수한 박스형의 팩 케이스를 포함하는 경우에는 박형화가 어렵다는 문제점이 있었다. 반면에, 본 발명에서는 금속층을 포함하는 고강도 외장 필름을 사용함으로써 개방형 프레임 부재를 사용해도 충분한 기계적 강도를 발휘할 수 있으므로, 상기와 같은 문제점들을 동시에 해결할 수 있다.
상기 라미네이트 파우치형 케이스에서, 상기 외부 피복층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외측 수지층의 고분자 수지로는 연신 나일론 필름 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 베리어층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 상기 내부 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(cPP)이 사용될 수 있다.
상기 라미네이트 시트의 총 두께는 상기 외부 피복층, 금속층 및 내부 실란트층 각각의 두께를 고려하여 바람직하게는 100 내지 130 ㎛일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지케이스로 사용되는 상기 라미네이트 시트와 팩 케이스와 전지셀의 외면을 감싸는 외장 필름은 동일한 것일 수 있다. 즉, 상기 외장 필름은 공지의 파우치 케이스용 라미네이트 시트를 사용할 수 있다. 다만, 상기 외장 필름의 두께는 전지셀의 외면을 감싸는 과정에서 절곡을 용이하게 하기 위해 바람직하게는 상기 전지케이스로 사용되는 라미네이트 시트의 두께와 같거나 얇은 것을 사용할 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 파우치형 케이스의 양측면 실링부는 팩 케이스의 양 측면부를 감싸는 구조로 이루어져 있으며, 실링부의 절곡을 통한 간단한 공정으로 더욱 얇고 콤팩트한 구조의 전지팩을 제조할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 파우치형 케이스는 6.5 kgf 이상의 침상 관통력을 갖는 고강도 라미네이트 시트로 이루어진 것일 수 있다. 이러한 고강도 라미네이트 시트의 바람직한 예로는, 베리어층의 상기 금속박은 알루미늄 합금으로 이루어져 있고, 상기 외부 피복층이 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 및/또는 상기 외부 피복층의 외면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층이 구비되어 있는 시트를 들 수 있다.
상기 고강도 라미네이트 시트는 종래기술에서 물질의 유입 내지 누출을 방지하는 작용을 주요 기능으로 하던 금속박의 베리어층이 상기 차단 기능 이외에 전지 케이스의 강도를 향상시키는 기능을 가지도록 구성되어 있고 외부 피복층 또는 그것의 외면에 별도의 수지층을 더 포함함으로써 높은 강도를 갖는다. 상기 침상 관통력은 FTMS 101C 기준 측정방식으로 측정된 관통력을 의미하는 바, 종래의 라미네이트 시트형 전지케이스가 대략 5.0 kgf의 침상 관통력을 가지는 데 반하여, 상기 전지케이스는 적어도 6.5 kgf 이상, 바람직하게는 6.5 ~ 10.0 kgf, 더욱 바람직하게는 7.0 ~ 8.5 kgf의 침상 관통력을 가진다. 상기 범위의 침상 관통력은 전지의 사용시 다양한 침상부재에 의해 전지가 훼손될 수 있는 가능성에 대응하여 전지의 안전성이 보장되는 범위라 할 수 있다.
상기 고강도 외장 필름과 더불어 고강도 라미네이트 시트의 파우치형 케이스를 사용하면 상단 캡 및 하단 캡 만으로 구성된 팩 케이스를 사용하는 경우에도 박스형의 팩 케이스에 비견될 정도로 높은 기계적 강도를 가질 수 있다. 따라서, 전지팩의 부피 효율이 높고, 상대적으로 고용량인 전지를 제공할 수 있다.
상기 고강도 라미네이트 시트에서, 금속박은 물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 가지도록 구성됨으로써, 외부 피복층 또는 그것의 외면에 별도로 부가된 수지층과 함께 높은 강도를 부여한다. 강도의 증가에 기여하는 상기 베리어층은 20 ~ 150 ㎛의 두께를 가지며, 두께가 너무 얇으면 물질에 대한 차단 기능과 강도 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 가공성이 떨어지고 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다. 베리어층을 구성하는 상기 알루미늄 합금은 합금 성분에 따라 강도에 차이가 있으며, 다음의 것으로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 합금번호 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 그 중에서도 8079, 1N30, 8021 및 3004이 베리어층의 금속박으로서 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 외부 피복층의 고분자 필름은 바람직하게는 5 ~ 40 ㎛의 두께를 가지며, 너무 얇은 경우에는 소정의 강도를 제공하지 못하고, 반대로 너무 두꺼우면 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다. 본 발명에서 상기 외부 피복층의 고분자 필름은 선택적으로 PEN으로 구성될 수 있으며, PEN으로 구성되지 않는 경우에는 바람직하게는 연신 나일론 필름으로 구성될 수 있다.
외부 피복층의 외면에 PET 층이 선택적으로 부가되는 경우, 상기 PET 층은 바람직하게는 5 ~ 30 ㎛의 두께를 가지며, 너무 얇은 경우에는 부가에 따른 강도의 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다.
외부 피복층으로서의 PEN 필름의 사용과 외부 피복층 외면에 대한 PET 층의 부가가 선택적 사항이라 하더라도, 이들 중의 적어도 하나의 적용에 의해 상기 소정의 침상 관통력이 얻어질 수 있어야 한다. 또한, 이들의 동시 사용에 의해 더욱 강도가 얻어질 수도 있다.
상기 내부 실란트층은 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어져 있고 30 ~ 150 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 고강도 라미네이트 시트의 총 두께는 바람직하게는 150 ~ 180 ㎛일 수 있다.
상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조를 들 수 있다. 상기 스택형 구조의 전극조립체는 당업계에 널리 공지되어 있으므로, 본 명세서에서 그에 대한 설명은 생략한다. 상기 스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.
본 발명은 또한, 전지셀 또는 팩 케이스의 외면을 감싸는 시트 형태의 필름으로서, 내구성을 부여하는 외부 고분자 수지층, 강도를 증가시키는 금속층, 및 팩 케이스의 외면과 열융착 가능한 내부 피복층으로 이루어져 있는 이차전지용 외장 필름에 관한 것이다.
이러한 외장 필름은, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 금속층에 의해 소정의 기계적 강성을 부여함으로써 우수한 강도를 나타내고 우수한 내스크래치성 및 내구성을 발휘할 수 있다. 또한, 내부 피복층과 팩 케이스 외면이 적어도 일부에서 열융착에 의해 결합됨으로써 우수한 결합력을 발휘할 수 있는 한편, 전지셀의 성능저하를 유발하지 않는다.
상기 외장 필름의 바람직한 두께는 전지팩의 두께 및 보호용 부재로서의 역할을 고려할 때 대략 85 내지 130 ㎛일 수 있지만, 그것으로 한정되는 것은 아니다.
이러한 외장 필름을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 다양 한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 각각의 층들을 구성하는 필름, 금속박 등을 순차적으로 적층한 후 상호 접착하여 제조할 수 있으며, 그러한 접착 방법으로는 건식 라미네이션(Dry Lamination), 또는 압출 라미네이션(Extrusion Lamination) 방법들이 이용될 수 있다. 상기 건식 라미네이션 방법은 접착제를 일측 소재와 타측 소재 사이에 개재시켜 건조한 후 히팅 롤을 이용하여 그 두 소재를 상온보다 높은 온도와 압력에 의해 상호 접착시키는 방법이다. 또한, 상기 압출 라미네이션 방법은 접착제를 일측 소재와 타측 소재 사이에 개재시킨 후 프레싱 롤(Pressing Roll)을 이용하여 그 두 소재를 상온에서 일정 압력에 의해 상호 접착시키는 방법이다. 경우에 따라서는, 외부 고분자 수지층, 금속층 및 내부 피복층을 공압출에 의해 동시에 형성할 수도 있다.
이러한 외장 필름은 팩 케이스에 대한 전지셀의 고정 상태를 지지하고, 전지셀을 외부로부터 보호하는 작용을 하며, 전지팩의 구성과 사용방법, 출처 등을 표시하는 라벨의 기능도 한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 외장 필름이 모식적으로 도시되어 있다.
본 발명의 외장 필름(400)은 전지팩의 외부로 노출되는 외부 고분자 수지층(410), 팩 케이스 또는 전지셀과 대면하는 내부 피복층(420) 및 외부 고분자 수지층(410)과 내부 피복층(420)의 사이에 삽입된 금속층(430)으로 이루어져 있다.
외부 고분자 수지층(420)은 필름에 내구성을 부여하고, 외부적 충격 등으로부터 전지팩의 표면이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 높은 인장강도와 내후성을 갖는 소재로 이루어져 있다.
금속층(430)은 외장 필름(400)에 기계적 강도 및 표면 강성을 제공하며, 알루미늄, 니켈 또는 은 등의 박층 구조로 이루어질 수 있다.
내부 피복층(420)은 팩 케이스와 외장 필름(400)을 열융착에 의해 결합시킬 수 있도록 열융착이 가능한 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 경우에 따라서는, 내부 피복층(420)에서, 팩 케이스와의 열융착이 수행될 부위를 제외한 나머지 부위에는 별도의 접착층 또는 점착층(도시하지 않음)이 부가될 수 있다.
이러한 외장 필름(400)으로 전지팩의 외면을 도포하는 경우, 소정의 기계적 강도 및 표면 강성을 발휘할 수 있으므로 외부 충격이나 스크래치에 의한 전지팩의 안전성 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 수납부가 개방된 구조의 프레임 부재로 이루어진 팩 케이스 또는 상, 하부 캡으로 이루어진 팩 케이스를 사용하는 경우에도, 박스형 팩 케이스에 대응하는 정도의 기계적 강도를 발휘할 수 있으므로, 부피 효율이 높고 우수한 안전성의 전지팩을 제조할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩에 바람직하게 사용될 수 있는 예시적인 파우치형 전지의 정면도가 도시되어 있다. 도 4의 파우치형 전지는 일반적으로 사용되는 종래의 파우치형 전지와 대략 동일하므로, 본 발명의 특징적인 사항을 제외한 나머지 사항들에 대한 설명은 생략한다.
전극조립체를 내장한 상태에서 상단과 양 측면을 열융착시키면, 파우치형 전지(100)의 상단과 양 측면에는 각각 실링부(110, 120, 130)가 만들어진다. 본 발명에서는, 전지셀(100)에 프레임 부재를 장착하기에 앞서, 상단 실링부(110)를 일점 쇄선(111)를 따라 전극조립체의 수납부(140) 방향으로 수직 절곡한다. 도 5에는 그와 같이 절곡된 전지셀(100)의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 5을 참조하면, 전지케이스는 두 가지 유형의 적층 구조로 이루어져 있다. 첫 번째 유형(A)은 ONy으로 이루어진 외부 피복층(100a), 알루미늄 합금으로 이루어진 베리어층(100b) 및 CPP로 이루어진 내부 실란트층(100c)과, 외복 피복층(100a)의 외면에 PET 최외층(100d)이 피복되어 있는 구조로 이루어져 있다. 두 번째 유형(B)은 PEN으로 이루어진 외부 피복층(100e), 알루미늄 합금으로 이루어진 베리어층(100b) 및 CPP로 이루어진 내부 실란트층(100c)의 구조로 이루어져 있다. 열융착시, 케이스 본체와 커버의 각각 내부 실란트층(100c)들이 서로 융착되어 실링부를 형성한다.
다시 도 4를 참조하면, 전지셀(100)과 프레임 부재(200; 도 5 참조)의 결합력을 높이기 위하여, 프레임 부재(200)에 장착한 후 측면 실링부(120, 130)를 화살표 방향으로 수직 절곡한다. 즉, 측면 실링부(120, 130)가 프레임 부재(200)를 감싸면서 프레임 부재(200)에 대한 전지셀(100)의 장착이 달성될 수 있다.
상단 실링부(110)는 도 5에서와 같이 수직 절곡된 뒤, 도 6에서와 같이 재차 수평 절곡되므로, 이러한 절곡 과정을 용이하게 하기 위하여 상단 실링부(110)와 측면 실링부(120, 130)가 만나는 교차부(160)를 소정량 절취할 수 있다. 교차부(160)의 절취 크기는 전극조립체의 밀봉성을 손상시키지 않는 범위 내에서 결정될 수 있다.
상단 실링부(110)의 폭(w1)은 수납부(140)의 높이(h)와 같거나 그보다 크게 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 측면 실링부(120, 130)는 도 6에서와 같이 프레임 부재(200)를 감싸는 구조로 수직 절곡되므로, 측면 실링부(120, 130)의 폭(w2)은 예를 들어 종래의 파우치형 전지에서보다 프레임 부재(200)의 두께만큼 크게 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
도 5 내지 도 7에는 도 4의 전지를 사용하여 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 제조하는 과정을 모식적으로 나타낸 일련의 사시도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩은, 우선 상단 실링부(110)가 상향 수직 절곡되어 있는 전지셀(100)을, 수납부(140)의 외측면(140, 143)을 감싸는 구조로 전지셀의 윗면과 아랫면이 모두 개방되어 있고, 상단 캡(260)과 하단 캡(270)이 일체형인 구조의 프레임 부재(200)에 삽입한 후, 상단 실링부(110)에서 돌출되어 있는 전극단자(150, 152)를 프레임 부재(200)의 접속단자(210)에 접할 수 있도록 하향 수평 절곡하고, 프레임 부재(200)를 감싸는 형태로 양 측면 실링부(120, 130)를 상향 수직 절곡한 다음, 전지셀(100)의 전극단자(150, 152)와 프레임 부재(200)의 접속 단자(210)가 연결되어 있는 부위에 절연필름(300)을 부착한다. 경우에 따라는, 상단 실링부(110)의 전극단자(150, 152) 및 측면 실링부(120, 130)의 절곡 순서는 서로 뒤바뀔 수도 있다.
그런 다음, 외장 필름(400)을 PCM의 외부 입출력 단자(220) 및 테스트 포인트(230)가 형성되어 있는 프레임 부재(200)의 상단면과 그것에 대향하는 하단면을 제외한 나머지 부분을 감싸는 형태로 도포한다. 즉, 외장 필름(400)으로 전지셀(100) 및 프레임 부재(200)를 감싼 다음, 프레임 부재(200)의 상단 캡(260)과 하단 캡(270)과 접하는 외장 필름(400)의 상단(410) 및 하단(420)을 각각 열융착한다. 열융착 공정은, 예를 들어, 히팅 다이 또는 히팅 롤을 사용하여 해당 부위를 가열 및 가압함으로써 수행될 수 있다. 프레임 부재(200)의 측면(280) 역시 외장 필름(400)과 열융착될 수 있음은 물론이다.
경우에 따라는, 열융착되는 부위를 제외한 부위에서 외장 필름(400)의 결합을 위해, 외장 필름(400)의 상단(410) 및 하단(420) 부위를 제외한 다른 부위에서 내부 피복층(도 3 참조)에 접착층 또는 점착층을 도포하거나, 프레임 부재(200) 외부로 노출되는 전지셀(100)의 윗면 및/또는 아랫면에 점착제 또는 접착제를 부가하여 외장 필름(400)과 결합시킬 수 있다. 또한, 외장 필름(400)은 전지팩(500)의 외면을 충분히 감쌀 수 있는 길이를 가지고, 외장 필름(400)이 프레임 부재(200)의 외주면보다 긴 길이를 가지는 경우 프레임 부재(200)를 감싼 상태에서 단부(도시하지 않음)가 겹치는 부위를 접착제 또는 점착제로 결합할 수도 있다.
따라서, 소정의 부위에서 프레임 부재(200)와 외장 필름(400) 만을 열융착시 킴으로써, 열융착시 발생되는 고온의 열이 전지셀(100)에 영향을 주지 않으므로, 전지의 성능 저하를 최소화할 수 있다. 더욱이, 외장 필름(400)은, 금속층(도 3 참조)을 포함하고 있어서 우수한 기계적 강도 및 표면 강성을 갖는다. 이를 통해, 열융착시 가해지는 고온의 열에 의해 전지셀(100)의 성능이 저하되는 등의 문제점을 효과적으로 방지하면서 전지셀(100)과 프레임 부재(200)의 결합력을 더욱 높이고, 전지셀(100)에 존재하는 다수의 이격 공간들, 예를 들어, 측면 실링부(120, 130)와 프레임 부재(200) 사이의 이격틈으로 이물질이 유입되는 것을 방지하며, 절연필름(300)과 더불어 PCM의 접속단자(210)와 전지셀(100)의 전극단자(150, 152)를 보호하는 등의 작용을 한다.
이러한 조립과정을 통해 우수한 성능의 전지셀이 포함된 콤팩트한 슬림형 소형 전지팩이 완성된다.
이와 같이 제조된 전지팩(500)에서, 전지셀(100)의 양 측면 실링부(120, 130)는 프레임 부재(200)가 장착된 후 절곡이 행해지므로, 프레임 부재(200)가 장착되는 순간에는 수납부(140)의 외측면 하단에서 연장되어 있는 형태로 존재한다. 따라서, 프레임 부재(200)는 전지셀(100)의 위쪽에서 아래쪽 방향으로 삽입된 후, 전지셀(100)의 양 측면 실링부(120, 130) 상에 위치하게 된다.
프레임 부재(200)에는 그것의 상단 내부에 PCM(도시하지 않음)이 포함되어 있으며, 그러한 PCM의 외부 입출력 단자(220)가 노출될 수 있는 창(240)과 테스트 포인트(230)가 노출될 수 있는 홀(250)이 형성되어 있다. 또한, 프레임 부재(200)의 상단에는 PCM에 연결되어 있으며, 도 6에서와 같이, 전지셀(100)의 전극단 자(150, 152)를 수평 절곡함과 동시에 접속이 가능하도록 접속단자(210)가 형성되어 있다. 따라서, 전극단자(150, 152)와 접속단자(210)의 연결을 위한 니켈 플레이트 등의 접속부재와 이들의 연결을 위한 정교한 용접 또는 솔더링 등의 작업공정을 생략할 수 있다. 다만, 접속단자(210)에 대한 전극단자(150, 152)의 안정적인 접속 상태를 보장하기 위하여 용접 또는 솔더링 등을 행할 수 있지만, 이러한 작업은 니켈 플레이트와 단자들의 용접 및 솔더링에 비해 지극히 간단하다.
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 상단 캡 및 하단 캡으로 구성된 팩 케이스를 사용하여 제조된 전지팩의 투시 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 참고로, 본 도면에서는 설명의 편의를 위하여, 팩 케이스에 장착되는 전지셀 및 상단 캡에 형성될 수 있는 PCM 소자, 외부 입출력 단자 등의 구체적인 구성은 도 4 내지 7에서 설명하였으므로 도 8에서는 이를 생략하였다.
도 8을 참조하면, 전지팩(501)에서, 팩 케이스는 상단 캡(261)과 하단 캡(271)으로 구성되어 있고, 각각의 상단 캡(261) 및 하단 캡(271)은 전지셀의 일부를 감쌀 수 있도록 하단 연장부(262, 272)를 가지고 있다. 따라서, 전지셀이 상단 캡(261) 및 하단 캡(271)에 장착된 상태에서 외면을 외장 필름(401)로 감싸는 경우 외장 필름(401)의 내면에 위치하는 내부 피복층(도 3 참조)의 상단과 하단이 각각 상단 캡(261)의 하단 연장부(262)와 하단 캡(271)의 하단 연장부(272)와 접하게 된다. 따라서, 이러한 접촉 부위를 열융착함으로써 전지셀과 팩 케이스와의 결합력을 강화시킬 수 있다.
이러한 상단 캡(261) 및 하단 캡(271)으로 이루어진 팩 케이스를 사용하는 경우, 전지팩(501)의 기계적 강도 및 안전성을 보강하기 위해 내부에 장착되는 전지셀은 바람직하게는 6.5 kgf 이상의 침상 관통력을 갖는 고강도 라미네이트 시트의 파우치형 케이스로 제조된 것일 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
본 발명에 따른 전지팩은 금속층을 포함하는 외장 필름을 포함하고, 이러한 외장 필름이 팩 케이스의 적어도 일부에서 열융착을 통해 결합됨으로써, 전지셀의 외면과 직접적으로 열융착시 고온의 열에 의해 발생될 수 있는 전지의 성능 저하를 유발하지 않으면서도, 부피 효율이 높고, 기계적 강도 및 표면 강성이 매우 우수하며, 스크래치나 외부 충격으로부터 전지셀을 효과적으로 보호할 수 있다.
도 1은 파우치형 전지셀을 포함하고 있는 종래기술에 따른 내장형 전지팩의 분해 사시도이다;
도 2는 종래기술에 따른 외장 필름의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 외장 필름의 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩에 바람직하게 사용될 수 있는 예시적인 파우치형 전지의 정면도이다;
도 5 내지 도 7은 도 4의 전지를 사용하여 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 제조하는 과정을 모식적으로 나타낸 일련의 사시도들이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 투시 사시도이다.

Claims (13)

  1. 판상형 전지셀, 상기 전지셀이 장착되는 팩 케이스, 및 상기 팩 케이스와 판상형 전지셀의 외면을 감싸는 외장 필름을 포함하는 전지팩에 있어서,
    상기 팩 케이스는 전지셀의 양면 중 적어도 1면이 개방되는 구조이고,
    상기 외장 필름은 내구성을 부여하는 외부 고분자 수지층, 강도를 증가시키는 금속층, 및 전지셀 또는 팩 케이스의 외면에 부착하는 내부 피복층을 포함하는 것으로 이루어져 있으며,
    상기 팩 케이스 및 전지셀에 대한 외장 필름의 결합은, 상기 팩 케이스의 적어도 일부에 외장 필름을 열융착함으로써 강화되고,
    상기 판상형 전지셀은 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 내장하고 양측면 실링부를 열융착에 의해 밀봉하여 제조된 파우치형 전지셀이고, 상기 파우치형 케이스는 6.5 kgf 이상의 침상 관통력을 갖는 고강도 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 케이스는 전지셀의 상단을 감싸는 구조를 갖는 상단 캡과 하단을 감싸는 구조의 하단 캡으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 케이스는 전지셀의 측면 부위를 감싸면서 상단 캡과 하단 캡이 일체형인 구조의 프레임 부재인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 외장 필름의 두께는 85 내지 130 ㎛인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 외장 필름은 단부가 서로 겹칠 수 있도록 셀의 외주면보다 긴 길이를 갖고, 전지셀을 감싼 상태에서 단부가 겹치는 부위는 접착제 또는 점착제에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 외부 피복층/금속층/내부 실란트층을 포함하는 것으로 구성되어 있고, 총 두께가 100 내지 130 ㎛인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트와 외장 필름이 동일한 재질인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 외장 필름의 두께는 라미네이트 시트의 두께와 같거나 그 보다 작은 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 파우치형 케이스의 양측면 실링부가 팩 케이스의 양 측면부를 감싸는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 고강도 라미네이트 시트의 두께는 150 ~ 180 ㎛인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 삭제
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101790420B1 (ko) 2013-07-02 2017-10-25 쇼와 덴코 패키징 가부시키가이샤 전지용 라미네이트 외장재 및 라미네이트 전지
US11817541B2 (en) 2019-12-11 2023-11-14 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101116481B1 (ko) 2009-12-18 2012-02-27 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
KR101404707B1 (ko) * 2011-12-15 2014-06-10 주식회사 엘지화학 외부로 돌출된 전압검출용 단자를 포함하는 셀 어셈블리
KR20140004835A (ko) * 2012-07-02 2014-01-14 에스케이이노베이션 주식회사 전지팩
KR102397710B1 (ko) * 2014-09-12 2022-05-13 주식회사 아모그린텍 플렉서블 배터리 및 이를 포함하는 보조배터리
KR102455787B1 (ko) * 2014-10-10 2022-10-18 주식회사 아모그린텍 플렉서블 배터리 및 이를 포함하는 보조배터리
KR102406836B1 (ko) * 2014-10-10 2022-06-10 주식회사 아모그린텍 플렉서블 배터리, 이를 포함하는 보조배터리 및 시계줄
KR102298022B1 (ko) * 2016-11-17 2021-09-03 주식회사 엘지에너지솔루션 강화 시트를 포함하는 전지셀 및 그것을 포함하는 전지팩
KR102293514B1 (ko) * 2016-11-30 2021-08-25 주식회사 엘지화학 냉각용 라벨을 포함하고 있는 전지팩
KR102085998B1 (ko) * 2017-03-14 2020-03-06 주식회사 엘지화학 보호 필름이 부착된 파우치형 전지셀
CN218602676U (zh) * 2022-11-08 2023-03-10 欣旺达电动汽车电池有限公司 电芯及用电设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1154096A (ja) * 1997-08-06 1999-02-26 Yuasa Corp 扁平形電池
KR20060105208A (ko) * 2005-04-01 2006-10-11 주식회사 엘지화학 매우 얇은 두께의 전지팩

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1154096A (ja) * 1997-08-06 1999-02-26 Yuasa Corp 扁平形電池
KR20060105208A (ko) * 2005-04-01 2006-10-11 주식회사 엘지화학 매우 얇은 두께의 전지팩

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101790420B1 (ko) 2013-07-02 2017-10-25 쇼와 덴코 패키징 가부시키가이샤 전지용 라미네이트 외장재 및 라미네이트 전지
US11817541B2 (en) 2019-12-11 2023-11-14 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack

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