KR101440096B1 - 전지용 파우치, 및 이를 포함하는 파우치형 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지용 파우치, 이를 포함하는 파우치형 전지에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 하부케이스의 모서리에 단차부를 포함하는 전지용 파우치, 및 이를 포함하는 파우치형 전지에 관한 것이다.

Description

전지용 파우치, 및 이를 포함하는 파우치형 전지{POUCH FOR BATTERY, AND POUCH TYPE BATTERY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 전지용 파우치, 이를 포함하는 파우치형 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 케이스의 모서리에 단차부를 포함하는 전지용 파우치, 및 이를 포함하는 파우치형 전지에 관한 것이다.

이차전지는 충·방전이 가능한 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해질이 함침된 상태에서 원통형 또는 각형 등의 금속 캔이나 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다. 이차 전지는 이러한 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 원통형(권취형) 내지 젤리-롤형 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형전극조립체 등으로 나누어 볼 수 있다.

상기 전지의 구조 중 원통형의 전지는 구조적 안정성이 우수하고, 라미네이트 시트 케이스를 사용한 전지는 중량이 작고 제조가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 그런데, 최근 전자기기의 소형경박화 경향과 중대형 전지팩의 중량 감소 필요성 등이 요구되면서, 라미네이트 시트를 사용하는 전지의 사용량이 급증하고 있다. 이러한 라미네이트 시트를 사용하는 전지는 케이스의 형태로 인해 종종 파우치형 전지로 불리기도 한다.

도 1에 라미네이트 시트를 전지케이스로 사용하는 하나의 파우치형 전지의 제조와 관련한 분해 사시도를 도시하였다. 도 1을 참조하면, 파우치형 전지(100)는, 파우치형 전지케이스(200)에 양극/분리막/음극으로 이루어진 전극조립체(300)를 장착한 후 전극리드(410, 420)를 전지케이스(200) 상단에 노출시킨 상태로 결합시켜 제작된다. 상기 전지케이스(200)는 전극조립체(300)을 수용할 수 있는 하부케이스(220)와 상부케이스(210)로 이루어져 있고, 하부케이스와 상부케이스가 별도로 분리되어 있거나, 일체로 되어 있는 접이식 구조로 이루어져 있다.

도 1과 같은 파우치를 사용하는 경우 상기 하부케이스의 공간, 전극조립체의 수용부(600)에 전극조립체(300)를 수용한 상태에서 상기 하부케이스의 플랜지부(223)와 상기 상부케이스의 플랜지부(213)를 접촉시켜서 밀봉하고, 전지의 조립 후 전지케이스(200)의 상부케이스(210) 및 하부케이스(220)의 플랜지부는 실링부를 형성하게 된다.

도 1과 같은 종래 형태의 파우치형 전지케이스(200)를 이용하여 전지를 제조하는 경우 파우치형 전지케이스(200)는 전극조립체가 수용되기 위한 전극조립체의 수용부(600)를 형성하는 포밍이라는 공정을 거친다. 포밍 공정을 거친 후 파우치형 전지케이스의 전극조립체의 수용부(600)에 전극조립체(300)를 고정시키고 네면의 상부 플랜지부(213, 223)을 실링하여 전지를 완성한다. 이러한 파우치형 전지 형성 과정에서는 대개 전지케이스(200) 내 전극조립체의 수용부(600)에 전극조립체(300)를 수용한 상태로 전해액을 주입, 초기 충방전에서 발생하는 가스 제거가 이루어진다. 특히, 전해액 주입이나 가스 제거는 진공이 인가되면서 이루어진다. 이 때, 전극조립체(300)는 전극조립체의 수용부(600)보다 일반적으로 작게 설계되고, 조립 과정에서 수용부 내부에 진공을 인가하여 전지를 제조하고 나면, 전극조립체(300)가 원래 설계된 정위치로부터 벗어나거나, 전극조립체(300)의 일부가 실링부에 맞닿거나 접히는 경우가 발생하며, 심한 경우 분리막이 실링부(500) 내부로 밀려들어가 함께 실링되는 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 이와 같은 경우 심하면 전지 내부에 쇼트를 일으킬 수 있으며, 특히 단면적이 넓은 중대형 전지의 경우 정위치에서 벗어난 전극조립체(300)들이 조립될 때, 치수 안정성을 해치는 원인으로 작용하기도 하였다.

종래 이러한 문제를 해결하기 위해 JP2005-174680호, JP4591656호에는 전지케이스에 단차를 가지는 가지는 전지용 파우치가 개시되고 있다. 그러나, 상기 종래 발명에서는 전지케이스 전체에 단차를 형성하기 때문에 상기 단차에 의해 전극조립체 위치가 고정되는 기능을 할 수는 없었다.

일본 특허공개 JP2005-174680호 일본 특허등록 JP4591656호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 전극 조립체의 위치를 고정하면서도, 전극 조립체가 정위치에서 벗어나더라도 전극조립체가 파우치와 같이 실링되지 않도록 하부케이스의 형태를 개선한 새로운 구조의 전지용 파우치, 이를 포함하는 파우치형 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,

저면, 하부측면부 및 하부 플랜지부를 구비하는 사각 형태의 하부케이스; 및

상기 하부케이스를 커버하는 사각 형태의 상부케이스;를 포함하고,

상기 사각 형태의 하부 케이스의 모서리부가 단차부를 포함하는 것인 전지용 파우치를 제공한다.

본 발명에 의한 전지용 파우치에 있어서, 상기 단차부는 상기 하부 케이스의 꼭지점을 중심으로 가로부와 세로부를 포함하고, 상기 하부 케이스의 모서리를 둘러싸는 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전지용 파우치에 있어서, 상기 하부케이스의 높이를 d1, 상기 저면으로부터의 상기 단차부까지의 높이를 d2 라고 하면, 0.2d1≤d2≤0.8d1 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전지용 파우치에 있어서, 상기 단차부의 가로부의 길이는 상기 하부케이스의 가로부 길이의 5 내지 20% 이고, 상기 단차부의 세로부의 길이는 상기 하부케이스의 세로부 길이의 5 내지 30 % 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전지용 파우치에 있어서, 상기 단차부의 폭은 상기 하부 플랜지부 폭의 10 내지 50% 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전지용 파우치에 있어서, 상기 단차부는 상기 저면에 대하여 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전지용 파우치에 있어서, 상기 하부측면부는 상기 저면에 대하여 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한,

양극, 음극, 분리막을 포함하는 전극조립체:

상기 전극 조립체로부터 연장된 전극탭;

상기 전극탭으로부터 연결된 전극 리드;및

상기 전극조립체, 전극탭 및 전극리드를 수용하는 본 발명에 의한 전지용 파우치;를 포함하는 파우치형 전지를 제공한다.

본 발명의 파우치형 전지에 있어서, 상기 파우치형 전지는 상호 열융착되어 실링되는 복수개의 실링 라인이 길이 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 파우치형 전지에 있어서, 상기 복수개 실링 라인 사이에 형성되는 비실링 영역은 길이 방향 중심부를 따라 복수개 형성되는 접힘 보조 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 파우치형 전지에 있어서, 상기 접힘 보조 라인은 단속적으로 연결되는 접힘선을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 파우치형 전지에 있어서, 상기 접힘선의 길이는 2 mm 이상 10 mm 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 파우치형 전지에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 본 발명에 의한 파우치형 전지를 포함하는 전지팩을 제공한다.

본 발명에 의한 전지용 파우치는 전지 제조 과정에서 전극조립체와 실링부가 접촉하는 것을 방지하여 불량을 감소시키고, 안전성을 보장하여, 이에 따라 이를 포함하는 전지용 파우치는 중대형 전지에서 모듈 조립이 용이해지며, 치수 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 종래의 대표적인 파우치형 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사시도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 단면도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 사시도이다.
도 5 내지 도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 단면도이다.

이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 하부케이스(220)의 네 모서리에 단차부(250)를 형성하는 전지용 파우치(200), 이를 포함하는 파우치형 전지(100)의 분해 사시도를, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 케이스를 이용하여 제조된 전지를 모식적으로 도시하였다. 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 본원 발명의 전지용 파우치(200)는 하부케이스(220)의 모서리에 단차부(250)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 단차부를 포함하는 하부 케이스의 모식도를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에 있어서, 상기 단차부(250)는 상기 하부 케이스의 꼭지점을 둘러싸는 가로부(L1)와 세로부(L2)를 포함하고, 상기 단차부(250)는 상기 하부 케이스의 꼭지점을 둘러싸는 형태로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 꼭지점을 둘러싸는 형태라면 상기 단차부는 사각형, 원형 등 특별히 그 형태가 제한되지는 않는다.

본 발명에 의한 하부 케이스의 꼭지점을 둘러싸는 상기 단차부의 가로부의 길이 L1 은 상기 하부케이스의 가로 길이의 5 내지 20% 이고, 상기 단차부의 세로 길이 L2는 상기 하부케이스의 세로 길이의 5 내지 30 %인 것을 특징으로 한다. 상기 단차부의 가로부와 세로부의 길이가 길어지면 단차부와 단차부 사이의 플랜지부의 길이가 줄어들어 플랜지부에 의한 전극조립체 위치 고정 효과가 감소하게 되고, 상기 단차부의 길이가 짧아지면 하부 케이스의 모서리에서 여분의 공간을 확보하는 것이 어려워진다.

도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 상기 단차부의 폭(w)은 상기 하부 플랜지부 폭의 10 내지 50% 인 것을 특징으로 한다. 상기 단차부의 폭이 상기 하부 플랜지부의 폭보다 너무 넓으면 상기 단차부 부분의 실링 강도가 약해지고, 상기 단차부의 폭이 상기 하부 플랜지부의 폭보다 너무 좁으면 하부 케이스의 모서리에서 여분의 공간을 확보하는 것이 어려워진다.

또한, 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에 있어서, 상기 하부케이스의 높이를 d1, 상기 저면으로부터의 상기 단차부까지의 높이를 d2 라고 하면, 0.2d1≤d2≤0.8d1 의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다. 상기 저면으로부터의 상기 단차부까지의 높이 d2 가 바닥부로부터 너무 높거나 낮은 위치에 형성되면 하부 케이스의 모서리에 여분의 공간을 확보하는 것이 어려워진다.

본 발명에 있어서, 상기 단차부는 상기 하부 케이스의 대향하는 모서리에 동시에 형성되는 것이 바람직하다. 도 5에 본 발명에 의한 하부 케이스에 전극 조립체의 위치가 어긋나게 놓여진 경우를 나타내었다. 도 5에서 보는 바와 같이 전극조립체가 사각형으로 형성되기 때문에, 상기 단차부가 상기 하부 케이스의 대향하는 모서리에 동시에 형성되는 것이 전극조립체의 위치가 어긋나더라도 하부 케이스의 모서리에 여분의 공간을 확보함으로써 전극조립체(300)의 모서리 등 일부가 실링부에 맞닿거나 접히는 현상을 방지하는 안전 가이드의 역할을 하게 된다.

본 발명에 의한 다른 실시예를 도 6 및 도 7에 나타내었다. 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 하부 케이스의 하부 측면부(222')는 저면부에 대해 일정 경사를 나타내는 것이 가능하다. 하부 측면부가 경사면으로 형성되는 경우 모서리 부분에 여유 공간을 더 확보할 수 있게 된다.

본 발명은 또한, 양극, 음극, 분리막을 포함하는 전극조립체(300): 상기 전극 조립체로부터 연장된 전극탭(430, 443); 상기 전극탭으로부터 연결된 전극리드(410, 420); 및 상기 전극조립체, 전극탭 및 전극리드를 수용하는 상기의 전지용 파우치를 포함하는 파우치형 전지(100)를 제공한다. 상기 전극조립체(300)는 스택형 또는 스택/폴딩형 구조일 수 있다.

본 발명에 있어서, 전지케이스(200)의 상부케이스의 플랜지부(213) 및 상기 하부케이스의 플랜지부(223)가 접하는 부분을 실런트(700)로 접착하여 전극조립체(300)를 수용부(600)에 수용한다. 상기 실런트(700)는 상부케이스(210) 및 하부케이스(220)를 서로 맞대고 가열하여 융착되면서 실링부를 형성한다. 상기 실런트(700)는 제한되지 아니하고, 예를 들어, 폴리프로필렌(CPP) 등의 폴리올레핀 수지를 이용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 상부케이스(210) 및 상기 하부케이스(220)는 고분자 필름의 외부 피복층, 금속박의 베리어층, 및 폴리올레핀 계열의 내부 실란트 층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 외부 피복층의 고분자 필름은 파우치의 기계적 강도를 유지하고, 외관을 형성하며, 외부와의 절연 기능을 하며, 5 ~ 40 ㎛ 정도의 두께를 가지며, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론일 수 있다. 금속박의 베리어층은 파우치 외부의 공기와 수분을 차단하는 역할을 하며, 20 ~ 150 ㎛ 정도의 두께를 가지며, 알루미늄 포일 일 수 있다. 내부 실란트 층은 내장한 상태에서 밀봉성을 제공하는 역할을 하며, 무연신 폴리프로필렌(CPP)으로, 30 ~ 150 ㎛ 정도일 수 있다.

본 발명에 의한 파우치를 포함하는 파우치형 전지의 일 실시예를 도 8, 도 9 에 나타내었다.

도 8, 도 9 에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 파우치를 포함하는 파우치형 전지의 상부 케이스 및 하부 케이스는 상호 열융착되어 실링되는 복수개의 실링 라인(700)이 길이 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 파우치를 포함하는 파우치형 전지는 이와 같이 상부 케이스 및 하부 케이스가 열융착되는 하부플랜지부가 복수개의 실링 라인(700)을 포함함으로써 파우치가 모서리부에 단차부를 포함하더라도 파우치형 이차전지의 실링력을 효과적으로 유지함과 동시에 파우치 플랜지부를 절곡하는 등의 전지 제조 공정에 효과적으로 적용하는 것이 가능해 진다.

또한, 본 발명에 의한 파우치를 포함하는 파우치형 전지는 도 9 에서 보는 바와 같이 상기 복수개 실링 라인 사이에 형성되는 비실링 영역을 포함하며, 상기 비실링 영역은 길이 방향 중심부를 따라 단속적으로 연속적이며, 복수개 형성되는 접힘 보조 라인을 포함하는 것이 가능하다. 본 발명에 의한 파우치를 포함하는 파우치형 전지는 이와 같은 접힘 보조 라인을 포함함으로써, 파우치형 전지 케이스의 플랜지부의 주변부를 접어서 모듈을 제조하는 경우 상기 접힘 보조 라인을 따라 절곡하도록 함으로써 상기 모서리부에 형성된 단차부의 형태에 응력을 가하지 않으면서 절곡하는 것이 가능해진다.

상기 보조 라인은 도 9 에서 보는 바와 같이 단속적으로 연결되는 접힘선(800)을 포함하고, 상기 접힘선(800)의 길이 T1 은 2 mm 이상 10 mm 이하인 것이 바람직하다. 상기 접힘선(800)의 길이가 10 mm 이상인 경우 상기 접힘 보조 라인의 형태 유지력이 떨어지고, 2 mm 이하인 경우 파우치형 전지 케이스의 플랜지부의 주변부를 절곡하는 경우 절곡이 용이하게 되는 효과가 나타나지 않는다.

본 발명에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지(100)를 다수개 포함하고 있는 고출력 대용량의 중대형 전지팩을 제공한다.

상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

1. 저면, 하부측면부 및 하부 플랜지부를 구비하는 사각 형태의 하부케이스; 및
   상기 하부케이스를 커버하는 상부케이스;를 구비하고,
   상기 사각 형태의 하부케이스의 네 곳의 꼭지점 부분만 오목하게 파인 단차부를 포함하며,
   상기 단차부는 상기 저면으로부터 상기 상부케이스를 향하여 소정거리 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 전지용 파우치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 단차부는 상기 하부 케이스의 꼭지점을 중심으로 가로부와 세로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지용 파우치.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부케이스의 높이를 d1, 상기 저면으로부터의 상기 단차부까지의 높이를 d2 라고 하면, 0.2d1≤d2≤0.8d1 관계를 만족하는 것인 전지용 파우치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 단차부의 가로부의 길이는 상기 하부케이스의 가로부 길이의 5 내지 20% 이고, 상기 단차부의 세로부의 길이는 상기 하부케이스의 세로부 길이의 5 내지 30 % 인 것을 특징으로 하는 전지용 파우치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 단차부의 폭은 상기 하부 플랜지부 폭의 10 내지 50% 인 것을 특징으로 하는 전지용 파우치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 단차부는 상기 저면에 대하여 경사지도록 형성되는 전지용 파우치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부측면부는 상기 저면에 대하여 경사지도록 형성되는 전지용 파우치.
   
9. 양극, 음극, 분리막을 포함하는 전극조립체:
   상기 전극 조립체로부터 연장된 전극탭;
   상기 전극탭으로부터 연결된 전극 리드;및
   상기 전극조립체, 전극탭 및 전극리드를 수용하는 제1항에 의한 전지용 파우치를 포함하는 파우치형 전지.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 파우치형 전지의 상부 케이스 및 하부 케이스는 상호 열융착되어 실링되는 복수개의 실링 라인이 길이 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수개 실링 라인 사이에 형성되는 비실링 영역은 길이 방향 중심부를 따라 복수개 형성되는 접힘 보조 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 접힘 보조 라인은 단속적으로 연결되는 접힘선을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 접힘선의 길이는 2 mm 이상 10 mm 이하인 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
    
14. 제 9 항에 있어서,
    상기 전지는 리튬 이차전지인 파우치형 전지.
    
15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 하나의 항에 따른 파우치형 전지를 포함하고 있는 전지팩.

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