KR101125611B1 - 파우치형 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1수지층, 제2수지층, 적어도 일면에 홈이 형성된 금속층을 포함하는 파우치 케이스를 가지는 파우치형 전지에 대한 것이다.

본 발명에 의하면 전지의 이상 동작시 가스를 방출시켜 전지의 안정성을 확보할 수 있고, 가스가 방출되는 위치를 정확히 예측할 수 있을 뿐 아니라, 수분에 의한 전지 성능의 퇴화를 방지할 수 있다.

안정성, 홈, 파우치

Description

파우치형 전지{Pouched-type battery}

이차 전지에서, 안정성 문제는 매우 중요하다. 이차 전지의 사용 중에 있어 내부쇼트, 허용된 전류, 전압을 초과한 충전, 고온에의 노출, 낙하 등에 의한 충격 등과 같은 전지의 비정상적인 작동으로 인하여 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지가 폭발할 수 있고 안정성의 확보를 위하여 기존의 캔으로 외부가 둘러싸인 각형 전지의 경우는 벤트를 형성시켜 발열이 일어나기 전에 가스를 이차 전지의 외부로 배기시키게 하기 위한 구조가 도입되었다.

그러나 수지층으로 둘러싸인 파우치형 전지의 경우는 라미네이트 시트로 둘러싸여 있으므로, 파우치의 일면에 홈을 형성하면, 파우치 금속층이 외부로 노출되어 부식되는 것에 의한 부반응과, 홈이 형성된 부분으로 수분이 침투하는 등의 문제로 인해 전지의 성능의 저하 문제가 생기고, 파우치의 두께가 얇아 기존의 방식으로 벤트를 형성시키면 정상적인 전지의 작동 시에도 파열될 염려가 있어 문제가 됐다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 파우치의 실링부의 일부분을 다른 부분보다 짧게 형성하여 가스 발생 등에 의한 압력이 가해지면 짧은 부분이 터지면서 가스가 분출되도록 하는 구조가 고안되었으나, 이 경우 역시 짧은 부분은 수분 등의 침투 거리가 짧아지므로 상기의 전지 성능의 저하 문제를 해결하지 못하는 문제가 여전히 존재하였다.

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

이차 전지, 특히 리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가 가능하다. 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.

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

그러나 수지층으로 둘러싸인 파우치형 전지의 경우는 라미네이트 시트로 둘러싸여 있으므로, 두께가 얇아 캔형 전지에 비해 압력을 견딜 수 있는 힘이 약해서 파우치의 일면에 홈을 형성하여 케이스 일부를 얇게 만들게 되면 안정성을 확보하기 어려웠다. 또한 얇게 만든 부분에서는 수분침투거리가 짧아지므로 의한 전지의 성능의 저하가 생기는 문제도 있었다.

또한, 용융온도가 다른 수지를 이용하여 안정성을 확보하기 위한 시도도 있으나, 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.

이러한 문제를 해결하기 위하여 파우치의 일부분을 다른 부분보다 얇게 형성하여 가스 발생 등에 의한 압력이 가해지면 얇은 부분이 터지면서 가스가 분출되도록 하는 구조가 고안되었으나, 이 경우 역시 얇은 부분은 수분 등의 침투거리 역시 짧아지므로 상기의 전지 성능의 저하 문제를 해결하지 못하는 문제가 여전히 존재하였다.

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

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전지의 안정성을 확보하면서도 수분 등에 의한 전지 성능저하를 막을 수 있는 파우치형 이차전지를 제공하고자 함이다.

본 발명에 의한 파우치형 전지는 제1수지층과, 제2수지층 및 상기 제1수지층과 상기 제2수지층 사이에 위치하는 적어도 일면에 홈이 형성된 금속층을 포함하는 파우치형 케이스와, 상기 파우치형케이스의 내부에 위치하는 전극 조립체를 포함한다.

또한, 상기 홈은 V자, U자, └┘자 형태 중 선택되는 형태일 수 있다.

또한, 상기 홈은 실링부, 전지표면부 또는 실링부에서 전지표면부를 걸쳐서 위치할 수 있다.

본 발명에 의하면 정확한 가스 방출 위치를 알 수 있어, 안정성을 확보하면서도 전지의 성능 저하를 막을 수 있다.

도 1에서 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 파우치형 이차 전지는 제1전극판과 제2전극판이 세퍼레이터를 개재하여 구비된 전극 조립체(10)와, 이 전극 조립체 가 수납되는 파우치케이스(20)를 포함한다.

또한, 상기 파우치케이스(20)는 제1수지층(21)과 제2수지층(23)의 사이에 금속층(22)이 포함되고, 상기 금속층(22)의 적어도 일면에 홈이 형성된다.

기존에는 파우치의 단면 중 일부를 얇게 구성하여 발화시작 전에 미리 가스가 전지 외부로 방출되도록 하는 방법도 시도되었으나, 이 경우 어느 부위에서 가스가 방출할 것인지를 예측하기 어려웠을 뿐 아니라, 얇아진 부분에서의 수분 등의 침투거리가 짧아짐에 따른 기밀성이 떨어져서 전지의 품질을 떨어뜨리는 문제와, 제조공정이 복잡한 문제가 있었다.

그러나, 본 발명에 의하면 도 1에서 도시한 바와 같이, 금속 층의 일부에 홈을 형성하고, 그 외부에 수지층이 형성되므로 홈이 형성된 부분의 금속층의 두께는 얇아지지만, 얇아진 금속층의 두께만큼의 수지층이 채워지므로 파우치 케이스(20)의 전체적인 두께는 홈이 형성되지 않은 통상의 파우치형 이차 전지와 다르지 않아, 기밀성이 떨어짐에 따른 성능 저하의 문제가 발생하지 않는다.

또한, 홈은 도 1에서 도시한 것과 같이 양면뿐 아니라, 도 2에서 도시한 바와 같이 일면에만 형성하여도 무방하다.

또한, 상기 홈은 도 1에서 도시한 V자 뿐 아니라, U자, └┘자 형태 등 다양한 형태로 가공이 가능하다. V자 형태의 경우 벤트 되는 위치가 가장 정밀하게 예측가능하고, 압력에 민감하며, 가공이 용이하다. 또한, └┘자 형태의 경우는 압력을 받는 부분이 V자 형태에 비해 넓어 파단이 용이하다.

또한, 상기 홈은 팩의 셀계에 따라 벤트되어야 할 위치를 결정할 수 있고, 홈은 실링부, 전지표면부 또는 실링부에서 전지표면부에 걸쳐서 위치할 수 있다.

금속층의 홈이 형성된 부분은 수지층에 의해 메꿔진다. 이에 따라 단순히 홈을 형성한 경우보다 외부에 대한 충격에 대해서는 강하며 형성된 홈 부위를 통한 수분 등의 침투의 염려가 없어 전지의 성능을 유지하면서도 안정성을 확보할 수 있다.

내부 압력이 증가하거나, 온도가 증가하면 수지층이 녹거나, 약해지게 되므로 금속층의 두께가 가장 얇은 홈이 형성된 부분으로 가스 방출이 이루어진다.

따라서, 본 발명과 같이 금속층에 홈이 형성되지 않은 경우에는, 폭발 또는 발화에 의한 위험이 있을 뿐 아니라, 그 전에 내압에 의해 가스가 방출되더라도 어느 곳에서 가스가 누출될 것인지는 예상하기 어려운데 반해, 금속층에 홈이 형성된 부분에서 가스 방출이 집중되므로 훨씬 정확하게 벤트되는 위치를 예상할 수 있다.

특히 하이브리드 전기 자동차 등에 사용되는 경우 운전자와 근접한 거리에 전지가 설치되므로 가스 방출 위치를 정확하게 알아야 하고, 급격한 발화에 따른 전지의 폭발 등에 의한 피해를 예방하는 것이 매우 중요하므로 본 발명에 의한 이차 전지는 이와 같은 이차 전지의 안정성 향상의 요구에 부합한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 파우치형 전지를 도시한 것이다.

Claims (4)

1. 제1수지층과, 제2수지층 및 상기 제1수지층과 상기 제2수지층 사이에 위치하는 금속층을 포함하는 파우치형 케이스에 있어서,

   상기 금속층의 적어도 일면에는 홈이 형성되고, 상기 홈은 제1수지층 또는 제2수지층에 의하여 채워져 표면이 평평한 파우치형 케이스와,

   상기 파우치형케이스의 내부에 위치하는 전극 조립체를 포함하는 파우치형 전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 홈은 V, U, └┘자 형태 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
3. 제1항에 있어서,

   상기 홈은 실링부에 위치, 전지표면부에 위치, 실링부에서 전지표면부에 걸쳐서 위치하는 것 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 홈은 금속층의 양면에 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.

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