KR101401883B1 - 안전성이 향상된 전지팩 모듈 - Google Patents

안전성이 향상된 전지팩 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR101401883B1
KR101401883B1 KR1020090020113A KR20090020113A KR101401883B1 KR 101401883 B1 KR101401883 B1 KR 101401883B1 KR 1020090020113 A KR1020090020113 A KR 1020090020113A KR 20090020113 A KR20090020113 A KR 20090020113A KR 101401883 B1 KR101401883 B1 KR 101401883B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery pack
group
polyethylene
pouch
battery
Prior art date
Application number
KR1020090020113A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100101762A (ko
Inventor
최대식
전호진
이한호
최승돈
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020090020113A priority Critical patent/KR101401883B1/ko
Publication of KR20100101762A publication Critical patent/KR20100101762A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101401883B1 publication Critical patent/KR101401883B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/121—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/131—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by physical properties, e.g. gas permeability, size or heat resistance
    • H01M50/133—Thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

본 발명은 다수의 단위 셀을 적층시켜 이루어진 전지 팩 모듈에서 상기 각각의 단위 셀의 파우치를 열전도성이 우수한 절연고분자로 코팅시켜 이를 단위 셀로 사용하여, 종래 알루미늄 커버를 사용함에 따른 단위 셀간의 전기적 연결가능성을 사전에 차단시키고, 파우치 부식을 방지하여 전지 안전성을 향상시킬 수 있다.
파우치전지*전지모듈*전지팩*열전도성*절연고분자*파우치코팅

Description

안전성이 향상된 전지팩 모듈{Battery pack module having enhanced stability}
본 발명은　다수의 파우치 타입의 전지 셀로 이루어진 전지팩 모듈에 있어서, 상기 각각의 파우치 타입의 전지 셀을 열전도성이 우수하면서도 절연특성을 가지는 고분자로 코팅된 파우치를 사용함으로써, 전지안전성을 향상시킬 수 있는 전지 팩 모듈에 관한 것이다.
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 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는데, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(BiCell) 또는 풀셀(Full Cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
또한, 전지팩은 전지셀이 케이스에 장착된 형태에 따라 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 팩 케이스를 해당 외부기기의 종류에 맞추어 설계하여야 하므로 상대적으로 고가이고 호환성이 적은 문제점을 가지고 있다. 반면에, 내장형 전지팩은 외부기기의 내부에 장착한 상태에서 외부기기의 일부를 형성하는 커버를 덮어 사용하므로 장착이 상대적으로 번거로운 단점은 있지만, 설계가 용이하고 저렴하며 호환성이 용이한 장점을 가지고 있다.
또한, 전지팩은 내장되는 전지셀의 종류에 따라 분류되기도 한다. 예를 들어, 각형 셀을 내장한 전지 팩(각형 전지팩)과 파우치형 셀을 내장한 전지팩(파우치형 전지팩)을 들 수 있다.
한편, 통상의 파우치형 전지 셀(10)을 다수개 연결하여 전지팩 모듈을 제조함에 있어, 종래에는 다음 도 1에서와 같이 알루미늄 셀 커버(20)를 이용하여 2-3개 정도의 단위 셀을 알루미늄 셀에 넣어 이를 패킹하여 전지 팩으로 이용하였다. 이는 전지가 충방전을 함에 따라 발생하는 열을 외부로 쉽게 방출시키고자 알루미늄 셀 커 버를 사용하여 셀을 덮어서 팩을 구성해왔다. 그러나, 이 경우 파우치에 결함(defect) 등이 있으면 상기 알루미늄 셀 커버에 강한 전압이 걸려 바람직하지 못하고, 가격, 구조적인 면에서 단점을 보이며 알루미늄 셀 커버 간의 절연이 불가능하여 파우치 부식 등의 문제가 발생하여 왔다.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같이 다수의 파우치형 단위 셀을 적층하여 전지팩 모듈을 구성함에 있어, 상기 단위 셀들 사이에 알루미늄 셀 커버 사용으로 인해 발생되는 전지 안전성과 같은 여러 가지 종래 기술의 문제들을 해결하고자 한 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 단위 셀을 적층하여 전지 팩 모듈을 제조함에 있어 열방출 특성과 전기절연성 등이 우수하여 파우치 부식 등의 문제를 유발시키지 않아 안전성이 우수한 전지팩 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명에서는 단위 셀을 적층하여 전지팩 모듈을 제조함에 있어, 단위 셀 간에 구성되던 알루미늄 셀 커버를 제거하고 각각의 단위 전지 셀을 열전도성이 우수한 절연고분자로 코팅된 파우치를 사용함으로써 팩을 구성하는 단위 셀 간의 전기적 연결을 사전에 차단할 수 있어 상기한 문제를 해결할 수 있게 되었다.
전지팩 제조시 알루미늄 셀 커버를 제거하고 열전도성이 우수한 절연고분자로 코팅된 파우치를 사용함으로써 기존의 열 방출의 특성을 유지하여 팩 구성시 cooling 특성이 우수하고, 알루미늄 셀을 절연고분자로 대체함으로써 전기적 연결을 차단시 켜 전지 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전지 팩 모듈은 다수의 단위 셀을 적층시켜 이루어진 전지 팩 모듈로서, 상기 각각의 단위 셀은 열전도성이 우수한 절연고분자로 코팅된 파우치를 포함함을 그 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
다음 도 2는 본 발명에 따른 전지 팩 모듈의 일례를 나타낸 것으로, 이를 참조하면, 구체적으로 도식되지 않았지만, 음극과 양극이 분리막으로 절연되어 구성된 전극조립체, 상기 전극조립체로부터 연장되어 있는 양극 및 음극 탭들, 상기 양극 및 음극 탭들에 용접되어 있는 전극리드, 및 상부 시트와 하부시트를 열융착시켜 상기 전극조립체를 수용하는 파우치 외장재로 이루어진 단위 셀(10a)이 여러 장 적층되어 구성된다.
상기 전극조립체는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(BiCell) 또는 풀셀(Full Cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.
양극 및 음극 탭들은 전극조립체의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 양극 및 음극 탭들과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스의 외부로 일부가 노출되어 있다.
상기 파우치 외장재는 일반적으로 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 전극조립체가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부를 포함하는 케이스 본체와 그러한 본체에 일체로서 연결되어 있는 덮개로 이루어져 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 구조를 가지는 단위 셀을 적층하여 전지팩 모듈을 제조함에 있어, 안전성을 향상시키기 위하여 각각의 단위셀을 구성하는 파우치 외장재를 열전도성이 우수한 절연고분자(30)로 코팅된 것을 사용하는 데 특징을 가진다.
종래에는 알루미늄을 사용하여 2-3개의 단위 셀을 포장한 다음, 이를 적층하여 전지팩을 구성하였는데, 이 경우 팩을 구성하는 셀 간에 전기적으로 연결되어, 절연저항이 깨진 셀이 알루미늄 셀 커버와 연결이 장기간 지속되어 사용되면 파우치에 부식이 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 알루미늄 셀 커버를 제거하고 절연성이 우수한 고분자로 코팅된 파우치를 사용함으로써, 팩을 구성하는 셀 간의 전기적 연결을 궁극적으로 차단할 수 있게 되어, 전지 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 열전도성이 우수한 절연고분자로는 코일 에너멜 및 열전도성 플라스틱으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 것을 사용할 수 있다.
상기 열전도성 플라스틱은 열전달 특성과 동시에 전기절연체로서의 특성을 가진 것이면 특별히 한정되지 않는 바, 구체적으로는 열가소성 또는 열경화성 수지를 단독으로 사용하거나, 또는 상기 열가소성 또는 열경화성 수지에 유/무기물을 혼합시킨 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 사용한다.
상기 열가소성, 또는 열경화성 수지의 구체적인 예를 들면, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 아로마틱 폴리아마이드, 폴리아마이드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 열방성 액정고분자, 폴리술폰, 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아릴레이트, 폴리메틸메틸아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아크릴로니트릴-부타디엔스타이렌 공중합체(PAN-PB-PS), 폴리테트라메틸렌옥사이드-1,4-부탄디올 공중합체(폴리부틸렌테레프랄레이트 탄성체), 스티렌을 포함하는 공중합체(SBR, SBS, ASA 등), 불소계수지(PVDF, PTFE, FEP 등), 폴리비닐클로라이드, 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 1 종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 열가소성 또는 열경화성 수지에 유/무기물을 혼합하는 경우에는, 상기 열가소성 또는 열경화성 수지 10 내지 95 중량부; 및 용융-결정화온도 또는 흡착-탈착온도가 상기 열가소성, 또는 열경화성 수지의 용융온도보다 낮은 무기물, 또는 유기물 5 내지 90 중량부로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 열가소성, 또는 열경화성 수지의 용융 온도보다 낮은 무기물 또는 유기물은 제올라이트 분말, 폴리트리페닐포스테이트, 결정성 파라핀 왁스, 폴리에 틸렌글리콜, 지방산, 나프탈렌, 이염화칼슘, 폴리입실론카프로락톤, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리이소부틸렌, 폴리사이클로펜텐, 폴리사이클로옥텐, 폴리사이클로도데센, 폴리이소프렌, 폴리옥시프리에필렌, 폴리옥시테트라케틸렌, 폴리옥시옥타메틸렌, 폴리옥시프로필렌, 폴리부티로락톤, 폴리발러로락톤, 폴리에틸렌아디패이드, 폴리에틸렌수버레이트, 및 폴리데카메틸아질레이드로 이루어진 군으로부터 적어도 1 종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열전도성이 우수한 절연고분자로 파우치 외장재를 도포하는 경우 그 두께는 전체 셀의 두께 변화에 가능한한 많은 변화를 주지 않는 범위 내로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들면, 수백 ㎛ 이하인 것이 바람직하나, 필요에 따라 다양하게 설계할 수 있다.
본 발명과 같이 열전도성이 우수한 절연고분자로 파우치 외장재를 도포하여 이를 단위 셀로 사용하는 경우, 다음 도 1과 2에서 볼 수 있는 바와 같이 같은 개수의 단위 셀을 연결함에도 불구하고 적층 두께를 더욱 얇게 형성할 수 있는 효과를 가진다.
한편, 본 발명에 따른 전극 조립체는 양극활물질을 포함하는 양극과, 음극활물질을 포함하는 음극, 및 분리막으로 구성된 것이다.
구체적으로 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
본 발명에 따른 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬망간 산화물(LiMnO2); 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 니켈 사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 리튬 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 복합 산화물 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하는 화합물과 혼합 사용할 수 있으며, 주로 올리빈 구조를 포함하는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
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 미 세한 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, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 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, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬 유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
또한, 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 비정질 카본 또는 정질 카본을 포함하며, 구체적으로는 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 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 양극과 음극 사이에서 상기 전극들을 절연시키는 분리막으로는 통상 알 려진 폴리올레핀계 분리막이나, 상기 올레핀계 기재에 유,무기 복합층이 형성된 복합 분리막 등을 모두 사용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해질로서, 이는 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 에지테이션 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.
파우치 외장재는 통상 열융착층/알루미뉴층(금속층)/외부층의 구조로 이루어져 있으며, 상기 열융착층과 금속층 사이, 및 상기 금속층과 외부층 사이에는 강도와 내열성 향상을 위하여 다수의 고분자층을 더 포함하기도 한다.
상기 외장재의 구체적인 구성의 예를 들면, 외부층/금속층/열융착층=Ny/Al/CPP, PET/Al/CPP, PET/Al/PET/CPP, PET/Ny/Al/CPP, PET/Ny/Al/Ny/CPP, PET/Ny/Al/Ny/PE, Ny/PE/Al/LLDPE, PET/PE/Al/PET/LDPE 또는 PET/Ny/Al/LDPE/CPP로 할 수 있다. 또한 여기서 상술한 바와 같이 금속층으로서는 알루미늄 이외의 금속을 채용할 수가 있음은 물론이다.
상기 파우치 외장재를 구성하는 금속층은 파우치 외장재의 강도 향상 외에, 수분, 산소, 빛의 진입을 막아 내용물을 보호하는 가장 중요한 역할을 담당하고 있으며, 스테인레스 또는 니켈 도금을 실시한 철 등을 재료로서 적절하게 이용할 수 있지만, 경량성, 신장성, 가격 및 가공의 용이성 면에서 알루미늄(Al)이 가장 바람직하다.
한편, 상기와 같은 파우치형 이차전지는 리튬이차전지인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 상기와 같은 파우치형 이차전지를 다수개 연결하여 고출력 대용량의 중대형 전지팩에 사용 가능하다.
도 1은 통상적인 알루미늄 커버를 사용한 전지팩 모듈이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 열전도성이 우수한 절연고분자로 도포된 파우치를 사용한 전지팩 모듈이다.

Claims (8)

  1. 다수의 단위 셀을 적층시켜 이루어진 전지 팩 모듈로서,
    상기 각각의 단위 셀은 열전도성이 우수한 절연고분자로 코팅된 파우치를 포함하고,
    상기 열전도성이 우수한 절연고분자는 에너멜 및 열전도성 플라스틱으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이며,
    상기 열전도성 플라스틱은 열가소성 또는 열경화성 수지 10 내지 95 중량부; 및 용융-결정화온도 또는 흡착-탈착온도가 상기 열가소성 또는 열경화성 수지의 용융온도보다 낮은 무기물, 또는 유기물 5 내지 90 중량부로 구성된 화합물 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 열가소성 또는 열경화성 수지는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 아로마틱 폴리아마이드, 폴리아마이드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 열방성 액정고분자, 폴리술폰, 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아릴레이트, 폴리메틸메틸아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아크릴로니트릴-부타디엔스타이렌 공중합체(PAN-PB-PS), 폴리테트라메틸렌옥사이드-1,4-부탄디올 공중합체(폴리부틸렌테레프랄레이트 탄성체), 스티렌을 포함하는 공중합체, 불소계 수지, 폴리비닐클로라이드(PVC), 및 폴리아크릴로니트릴(PAN)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩 모듈.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 용융-결정화온도 또는 흡착-탈착온도가 상기 열가소성 또는 열경화성 수지의 용융온도보다 낮은 무기물 또는 유기물은 제올라이트 분말, 폴리트리페닐포스테이트, 결정성 파라핀 왁스, 폴리에틸렌글리콜, 지방산, 나프탈렌, 이염화칼슘, 폴리입실론카프로락톤, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리이소부틸렌, 폴리사이클로펜텐, 폴리사이클로옥텐, 폴리사이클로도데센, 폴리이소프렌, 폴리옥시프리에필렌, 폴리옥시테트라케틸렌, 폴리옥시옥타메틸렌, 폴리옥시프로필렌, 폴리부티로락톤, 폴리발러로락톤, 폴리에틸렌아디패이드, 폴리에틸렌수버레이트, 및 폴리데카메틸아질레이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도성이 우수한 절연고분자의 코팅은 수 ㎛ 내지 수십 ㎛의 두께로 형성됨을 특징으로 하는 전지팩 모듈.
  8. 제 1항 및 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 모듈을 포함하고 있는 고출력 대용량의 중대형 전지팩.
KR1020090020113A 2009-03-10 2009-03-10 안전성이 향상된 전지팩 모듈 KR101401883B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090020113A KR101401883B1 (ko) 2009-03-10 2009-03-10 안전성이 향상된 전지팩 모듈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090020113A KR101401883B1 (ko) 2009-03-10 2009-03-10 안전성이 향상된 전지팩 모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100101762A KR20100101762A (ko) 2010-09-20
KR101401883B1 true KR101401883B1 (ko) 2014-05-30

Family

ID=43007096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090020113A KR101401883B1 (ko) 2009-03-10 2009-03-10 안전성이 향상된 전지팩 모듈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101401883B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170111856A (ko) * 2016-03-30 2017-10-12 주식회사 엘지화학 리튬이차전지 및 이의 제조방법
KR102034315B1 (ko) * 2018-05-17 2019-10-21 주식회사 스위스 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101898295B1 (ko) 2012-08-20 2018-09-12 에스케이이노베이션 주식회사 전지모듈 어셈블리 및 그 제조방법
JP6677671B2 (ja) 2017-03-21 2020-04-08 株式会社東芝 二次電池、電池パック、及び車両

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000285873A (ja) 1999-03-31 2000-10-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 二次電池および電池パック
KR20060034130A (ko) * 2004-10-18 2006-04-21 삼성에스디아이 주식회사 방열층이 형성된 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머전지
KR20070099066A (ko) * 2006-04-03 2007-10-09 주식회사 엘지화학 이중 온도조절 시스템의 전지팩
JP2008007647A (ja) * 2006-06-29 2008-01-17 Nec Corp 熱伝導性樹脂材料およびその成形体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000285873A (ja) 1999-03-31 2000-10-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 二次電池および電池パック
KR20060034130A (ko) * 2004-10-18 2006-04-21 삼성에스디아이 주식회사 방열층이 형성된 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머전지
KR20070099066A (ko) * 2006-04-03 2007-10-09 주식회사 엘지화학 이중 온도조절 시스템의 전지팩
JP2008007647A (ja) * 2006-06-29 2008-01-17 Nec Corp 熱伝導性樹脂材料およびその成形体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170111856A (ko) * 2016-03-30 2017-10-12 주식회사 엘지화학 리튬이차전지 및 이의 제조방법
KR102069211B1 (ko) 2016-03-30 2020-01-22 주식회사 엘지화학 리튬이차전지 및 이의 제조방법
KR102034315B1 (ko) * 2018-05-17 2019-10-21 주식회사 스위스 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100101762A (ko) 2010-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101032290B1 (ko) 파우치 및 이를 포함하는 이차전지
KR101484318B1 (ko) 이차전지용 파우치 외장재 및 파우치형 이차전지
KR101408539B1 (ko) 이차전지용 파우치 및 파우치형 이차전지
KR101822841B1 (ko) 탭-리드 결합부가 일측에 접하는 구조를 가진 전극조립체를 포함하는 전지 셀 및 이의 제조방법
KR20160123496A (ko) 전극 탭들과 전극 리드의 탭-리드 결합부가 공간부에 위치하는 전극조립체
KR101266109B1 (ko) 내부 단락을 방지할 수 있는 구조의 이차전지
KR101068618B1 (ko) 안전성이 향상된 파우치형 이차전지
KR20170013189A (ko) 안전 부재가 포함되어 있는 파우치형 이차전지
KR102018849B1 (ko) 돌출 연장부와 탭 연결부를 구비한 전극 리드를 포함하고 있는 전지셀
EP2958178B1 (en) Electrode assembly having sloped structure, and battery cell comprising same
KR101634772B1 (ko) 지그재그형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀
KR20140132528A (ko) 이차전지용 파우치 외장재 및 이를 이용한 파우치형 이차전지의 제조 방법
KR101401883B1 (ko) 안전성이 향상된 전지팩 모듈
KR101794939B1 (ko) 서로 다른 크기의 전극조립체를 포함하는 전지셀 및 그의 제조 방법
KR20170086766A (ko) 실링 외주변의 기계적 강성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
EP3726637A1 (en) Stack type electrode assembly comprising electrode with insulation layer and lithium secondary battery comprising same
KR20170049136A (ko) 충방전 시 발생하는 가스를 수용할 수 있는 잉여부를 포함하는 전지셀
KR101554141B1 (ko) 판상형 전지셀
KR20170070469A (ko) 측면 보강부재를 포함하는 전지셀
KR20160125703A (ko) 내장형 보강부재를 포함하는 파우치형 이차전지
KR20170022289A (ko) 활물질 로딩량의 구배를 가진 전극을 포함하는 전극조립체
KR102261691B1 (ko) 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전지셀
KR101798929B1 (ko) 보강용 라벨을 포함하는 전지케이스 및 이를 포함하고 있는 이차전지
KR101738542B1 (ko) 전극조립체 고정용 필름을 포함하는 전지셀
KR20150070724A (ko) 일체형 팩 케이스를 포함하는 전지팩

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170328

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180418

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 6