KR101082498B1 - 파우치형 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파우치형 전지에 있어서, 일부분의 제1수지층, 제2수지층 및 금속층 전체의 두께가 다른 부위보다 얇게 형성된 벤팅부를 가지는 파우치형 전지에 대한 것이다.

파우치, 이차 전지, 안정성

Description

파우치형 전지{Pouched-type battery}

본 발명은 안정성이 향상된 파우치형 전지에 대한 것이다.

이차 전지 중에서, 리튬 이차 전지는 니켈 카드뮴 전지 및 니켈 수소전지에 비하여 부피 대비 에너지 밀도와 전압이 높고, 전지의 무게는 니켈카드뮴 전지와 니켈 수소 전지에 비하여 1/2 정도밖에 안된다. 게다가 종래의 니켈 카드뮴 전지 및 니켈 수소 전지에 비하여 전압이 더 많은 충방전이 가능하며, 환경친화적이므로 차세대 고성능 전지로 많은 관심을 받고 있다.

이러한 이차 전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 일반적으로는 원통형 또는 각형의 이차전지가 제조되고 있다. 최근에는 다양한 형상으로 제조가 가능하고 안정성이 우수할 뿐 아니라 무게가 가벼워서 휴대용 전자기기의 슬림화 경량화에 있어 유리한 유연성을 지닌 소재로 제조된 파우치형 이차 전지가 각광을 받고 있다.

그러나, 리튬 이차전지는 폭발 등의 위험성이 있어 안전성을 확보하는 것이 큰 관건이 되고 있다.

안정성의 확보를 위하여 기존의 캔으로 외부가 둘러 싸인 각형 전지의 경우 는 벤트를 형성하여 발열이 일어나기 전에 가스를 이차 전지의 외부로 배기시키게 하기 위한 구조가 도입되었다.

그러나, 얇은 층으로 둘러싸인 파우치형 전지의 경우 캔형 전지에 비해 압력을 견딜 수 있는 힘이 약해서 파우치의 일면에 홈을 형성하면 정상적인 작동상태에서도 파손의 염려가 있어 안정성을 확보하기 어려웠다.

이에 따라 용융온도가 다른 수지를 이용하여 안정성을 확보하기 위한 시도가 있었으나, 이 경우 역시 다른 수지가 개재된 부분의 접합강도가 떨어짐에 따라 전지가 정상적인 작동상태에 있는 경우에도 실드된 부분이 개방되는 불량이 생기는 문제가 있고, 제조공정이 복잡하며 제조단가를 높이게 되는 문제가 있었다.

하이브리드 전기 자동차의 개발과 함께 파우치형 전지의 안정성 확보는 매우 중요한 쟁점으로 떠오르고 있다. 따라서, 안정성을 확보할 수 있는 파우치형 전지의 개발이 절실히 요구된다.

본 발명에 해결하고자 하는 과제는 파우치형 전지의 이상 동작시 가스가 방출되도록 하여 폭발, 발화 등에 의한 위험을 줄인 안정성이 향상된 파우치형 전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 파우치형 전지는 제1수지층과, 제2수지층 및 상기 제1수지층과 상기 제2수지층 사이에 위치하는 금속층을 포함하는 파우치형 케이스와, 상기 파우치형 케이스의 내부에 위치하는 전극 조립체를 포함하고, 상기 파우치형 케이스의 일부분에 상기 금속층, 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층 전체의 두께가 다른 부분보다 두께가 얇은 벤팅부를 가진다.

또한, 상기 벤팅부는 원, 사각형, 직선, ㄴ자, ㄷ자 모양 중에서 선택되는 모양을 가질 수 있다.

또한, 상기 직선이나 ㄴ자 모양을 가지는 벤팅부는 모서리에 위치할 수 있다.

또한, 상기 벤팅부의 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층은 벤팅부 이외의 제1수지층 및 제2수지층보다 열수축율이 높은재질 및/또는 용융점은 낮은 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 벤팅부의 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층은 서로 다른 열수축 율을 가지는 수지로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의한 파우치형 전지는, 제1수지층과, 제2수지층 및 상기 제1수지층과 상기 제2수지층 사이에 위치하는 금속층을 포함하는 파우치형 케이스와, 상기 파우치형 케이스의 내부에 위치하는 전극 조립체를 포함하고, 상기 파우치형 케이스의 일부분에 두께가 다른 부분보다 두께가 얇고, 제1수지층 및 제2수지층만으로 이루어진 벤팅부를 가진다.

또한, 상기 벤팅부는 원, 사각형, 직선, ㄷ자, ㄴ자 모양 중에서 선택되는 모양을 가질 수 있다.

또한, 상기 직선이나 ㄴ자 모양을 가지는 벤팅부는 모서리에 위치할 수 있다.

또한, 상기 벤팅부의 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층은 벤팅부 이외의 제1수지층 및 제2수지층보다 열수축율이 높은재질 및/또는 용융점은 낮은 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 벤팅부의 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층은 서로 다른 열수축율을 가지는 수지로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면 파우치형 전지의 이상 동작시 폭발, 발화를 방지하여 파우치형 전지의 안정성을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명에 의한 파우치형 전지는 도 1에서 도시한 바와 같이,파우치 케이스(20)와 젤리롤 형태의 전극조립체(11)와 이 전극조립체의 해당 양극판과 음극판으로부터 외측으로 각각 뻗는 탭(12)과, 각 해당 탭에 용접된 후 단자필름(도시되지 않음)에 의해 감겨지는 리이드(13)를 포함한다. 전극조립체(11)는 캐소드, 애노드 및 세퍼레이터를 포함한다. 전극 조립체는 캐소드와 애노드 사이에 세퍼레이터를 삽입하고 이를 권취하여 형성한 것이다.

상기 파우치 케이스(20)는 제1수지층(21), 제2수지층(23), 금속층(22)로 이루어지며, 상기 파우치 케이스의 일부분에는 다른 부분보다 두께가 얇은 벤팅부(24)를 포함한다.

도 2는 도 1의 파우치형 전지의 단면을 도시한 것인데, 벤팅부(24)에서 제1수지층, 제2수지층 및 금속층의 두께가 얇게 형성된다. 제1수지층, 제2수지층, 금속층 모두의 두께가 얇아지도록 할 수 있고, 도 3에서와 같이 제1수지층 및 제2수지층의 두께만 얇게 할 수도 있다. 또한, 도 4에서 도시한 바와 같이 금속층의 두께만을 얇게 구성할 수도 있다. 즉, 필요에 따라 제1수지층, 제2수지층, 금속층 중 선택하여 두께를 얇게 함으로써 제조공정을 단축할 수 있다.

본 발명에 의한 벤팅부는 도 7에서 도시한 직선형으로 구성될 수도 있지만, 도 5에서 도시한 바와 같은 사각형, 도 6에서의 ㄷ자 등으로 구성될 수 있다.

구조에 의해 벤팅부의 기능은 크게 영향이 없으나, 정사각형이나, 원형 모양이 전지의 이상동작으로 전지가 부풀었을 때 모든 방향으로 쉽게 힘을 받을 수 있 어 유리하다. 또한, 이 경우 초기에 벤팅되는 면적이 작더라도 이상 동작시 가스가 분출되면서 벤팅부가 파열되면 사각형 벤팅부 안쪽의 파우치 케이스도 같이 떨어져 나갈 수 있으므로 가스의 빠른 방출이 가능하다. 또한 외부의 충격에 대해서도 안정적이다.

도 6에서 도시한 것과 같이, 벤팅부는 ㄷ자 형태를 가질 수도 있는데, 이 경우도 벤팅부가 차지하는 공간은 작아, 외부의 충격에 안정적이고, 가스가 분출되면서 파열된 ㄷ자형 벤팅부가 위로 젖혀지면서 가스의 원활한 방출이 가능하므로 내압을 신속히 해소할 수 있어 전지의 안정성 향상이 증대된다.

ㄴ자 형이나, 직선형을 가지는 벤팅부의 경우, 도 7 및 도 8에서 도시한 바와 같이 전지가 부풀었을 때 상대적으로 힘이 많이 가해지는 모서리에 위치시키는 것이 바람직하다.

상기 벤팅부(24)는 벤팅부가 형성되지 않은 제1수지층 및 제2수지층에 비하여 용융점이 낮거나 열수축이 큰 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우 고온에서는 벤팅부의 수지가 다른 부위보다 빠르게 용융되어 벤팅을 유도하고, 고열과 기체 발생에 의해 전지가 크게 부풀었을 때 벤팅부의 열수축이 큰 수지 부위가 수축하게 되면 고압 상태의 전지내부에서 벤팅부가 쉽게 파열될 수 있으므로 보다 빠르게 벤트를 유도할 수 있어 높은 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 제1수지층과 제2수지층의 열수축률이 상이하도록 구성할 수도 있는데, 두 수지층의 열 수축률의 차이로 인하여 열 수축률이 큰 수지층이 빨리 파열되므로 신속하게 벤트를 유도할 수 있다.

또한, 벤팅부만 국부적으로 금속층을 제외하고, 제1수지층 및 제2수지층만으로 이루어지도록 구성할 수 있는데, 이 경우 벤트가 더 용이하다.

도 1은 일반적인 파우치형 전지를 도시한 것이다.

도 2 내지 도 7은 본 발명에 의한 벤팅부를 포함하는 파우치형 전지를 도시한 것이다.

Claims (12)

1. 제1수지층과, 제2수지층 및 상기 제1수지층과 상기 제2수지층 사이에 위치하는 금속층을 포함하는 파우치형 케이스와, 상기 파우치형 케이스의 내부에 위치하는 전극 조립체를 포함하고,

   상기 파우치형 케이스의 일부분에 상기 금속층, 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층 전체의 두께가 다른 부분보다 두께가 얇은 벤팅부를 가지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
2. 제1항에 있어서, 상기 벤팅부는 원, 사각형, 직선, ㄷ자, ㄴ자 모양 중에서 선택되는 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
3. 제2항에 있어서, 상기 직선이나 ㄴ자 모양을 가지는 벤팅부는 전지의 모서리에 위치하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
4. 제1항에 있어서, 상기 벤팅부의 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층은 벤팅부 이외의 제1수지층 및 제2수지층보다 열수축율이 높은재질 또는 용융점은 낮은 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
5. 제1항에 있어서, 상기 벤팅부의 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층은 서로 다른 열수축율을 가지는 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
6. 제1수지층과, 제2수지층 및 상기 제1수지층과 상기 제2수지층 사이에 위치하는 금속층을 포함하는 파우치형 케이스와, 상기 파우치형 케이스의 내부에 위치하는 전극 조립체를 포함하고,

   상기 파우치형 케이스의 일부분에 두께가 다른 부분보다 두께가 얇고, 제1수지층 및 제2수지층만으로 이루어진 벤팅부를 가지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
7. 제6항에 있어서, 상기 벤팅부는 원, 사각형, 직선, ㄷ자, ㄴ자 모양 중에서 선택되는 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
8. 제7항에 있어서, 상기 직선이나 ㄴ자 모양을 가지는 벤팅부는 모서리에 위치 하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
9. 제6항에 있어서, 상기 벤팅부의 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층은 벤팅부 이외의 제1수지층 및 제2수지층보다 열수축율이 높은재질 또는 용융점은 낮은 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
10. 제6항에 있어서, 상기 벤팅부의 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층은 서로 다른 열수축율을 가지는 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
11. 제1항에 있어서, 상기 벤팅부의 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층은 벤팅부 이외의 제1수지층 및 제2수지층보다 열수축율이 높고 용융점은 낮은 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
12. 제6항에 있어서, 상기 벤팅부의 상기 제1수지층 및 상기 제2수지층은 벤팅부 이외의 제1수지층 및 제2수지층보다 열수축율이 높고 용융점은 낮은 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.

Images