KR101472202B1 - 이차 전지용 파우치 및 파우치형 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 조립체를 수용하는 수용부가 형성된 파우치 하부; 상기 파우치 하부를 덮는 파우치 상부; 및 상기 파우치 하부 및 파우치 상부가 서로 밀착되는 각각의 면에 실링부를 포함하고, 상기 실링부 중 적어도 하나의 면에 홀을 포함하는 파우치 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파우치는, 파우치의 실링부 의 적어도 하나의 면에 홀을 형성함으로써 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 용이하게 배출 할 수 있어 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가스 배출 시점을 앞당김으로써 세퍼레이터의 수축 및 전해액 분해 등을 방지하여 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파우치는, 파우치의 실링부 의 적어도 하나의 면에 홀을 형성함으로써 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 용이하게 배출 할 수 있어 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가스 배출 시점을 앞당김으로써 세퍼레이터의 수축 및 전해액 분해 등을 방지하여 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 파우치의 실링부에 홀을 포함하는 파우치 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로 주로 사용되어 중요성이 증가되고 있으며, 특히 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 또한, 이차 전지에 대한 수요는 급격히 증가할 것이며, 이에 따라 다양한 요구에 부합할 수 있는 전지에 대한 연구도 진행되어야 할 것이다.
특히, 리튬 이차 전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지 등 다른 이차 전지와 비교할 때 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 리튬 이차 전지는 다른 이차 전지에 비해 작동 전압이 상대적으로 높으며, 즉 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 여러 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용될 수 있다.
리튬 이차 전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 또한, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지의 경우, 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용될 수 있다. 이런 금속캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데에 어려움이 있다. 따라서, 두 전극과 세퍼레이터, 전해질을 필름으로 만들어 파우치에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
즉, 대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 에너지 밀도, 방전 전압, 안전성이 우수한 리튬 코발트 폴리머 전지와 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
통상 파우치형 폴리머 이차 전지는 전극 조립체, 전극 조립체로부터 연장되는 전극 탭들, 전극 탭들에 용접되어 있는 전극 리드 및 전극 조립체를 수용하며 고분자 수지와 알루미늄의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 외장재를 포함하고 있다.
자동차 등과 같은 중대형 장치들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 시스템이 사용된다. 그러한 중대형 전지 시스템에 단위 전지로서 많이 사용되는 파우치형 리튬 이온 폴리머 이차 전지는 소형 장치에 사용되는 동일 계열의 전지에 비해 상대적으로 크기가 크다.
이러한 이차 전지에서 주요 연구과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 일반적으로, 리튬 이차 전지는 내부 단락, 허용된 전류나 전압을 초과한 충전상태, 고온에의 노출, 낙하 등에 의한 충격 등과 같은 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발을 초래할 수 있다. 그러나, 파우치형 이차 전지는 낙하 또는 외력의 작용 등과 같은 충격시 내부 단락이 발생할 수 있다.
상기와 같은 과부하(overcharge), 고온에의 노출, 외부에서의 충격 등에 의해 이러한 파우치형 이차 전지 내부에서 가스가 발생하는 경우, 가스를 효과적으로 배출하여 이차 전지의 안전성을 확보할 필요가 있다. 또한, 고온, 고압 상태에서 가스가 배출되는 경우 음극 및 양극이 과충전된 상태로 분리막이 토출되어 내부 단락이 발생할 수 있으며, 스파크로 인한 화재가 발생할 가능성이 높다.
따라서, 전지의 내압이 일정 수준 이상으로 될 경우, 이를 해소하여 전지 내부의 가스를 효과적으로 배출하여 파열이나 폭발을 미연에 방지할 수 있는 안전 장치를 포함하는 이차 전지가 필요한 실정이다.
또한, 가스가 배출되는 시점을 앞당겨서 안전성을 확보함과 동시에, 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있는 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지에 대한 요구가 높아지고 있다.
이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 용이하게 배출할 수 있어 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가스 배출 시점을 앞당김으로써 세퍼레이터의 수축 및 전해액 분해 등을 방지하여 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있는 파우치, 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전극 조립체를 수용하는 수용부가 형성된 파우치 하부, 상기 파우치 하부를 덮는 파우치 상부, 및 상기 파우치 하부 및 파우치 상부가 서로 밀착되는 각각의 면에 실링부를 포함하고, 상기 실링부 중 적어도 하나의 면에 홀을 포함하는 파우치를 제공한다.
또한, 본 발명은 전극 조립체; 상기 전극 조립체로부터 연장되어 형성되는 전극 리드; 및 상기 파우치를 포함하는 파우치형 이차 전지를 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 파우치형 이차 전지를 포함하는 중대형 전지모듈 또는 전지팩을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파우치는, 파우치의 실링부의 적어도 하나의 면에 홀을 형성함으로써 이차 전지의 과부하(overcharge), 고온에의 노출, 외부에서의 충격 등에 의해 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 용이하게 배출 할 수 있어 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가스 배출 시점을 앞당김으로써 세퍼레이터의 수축 및 전해액 분해 등을 방지하여 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 양 방향으로 형성된 전극 리드를 포함하는 파우치형 이차 전지를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 파우치형 이차 전지의 일부분을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 단 방향으로 형성된 전극 리드를 포함하는 파우치형 이차 전지의 일부분을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 양 방향으로 형성된 전극 리드를 포함하는 파우치형 이차 전지를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 파우치형 이차 전지의 일부분을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 단 방향으로 형성된 전극 리드를 포함하는 파우치형 이차 전지의 일부분을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층, 판, 영역, 부, 부분 또는 부위 등이 각 층, 판, 영역, 부, 부분 또는 부위 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치는 전극 조립체를 수용하는 수용부가 형성된 파우치 하부; 상기 파우치 하부를 덮는 파우치 상부; 및 상기 파우치 하부 및 파우치 상부가 서로 밀착되는 각각의 면에 실링부를 포함하고, 상기 실링부 중 적어도 하나의 면에 홀을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치는 파우치의 실링부 중 적어도 하나의 면에 홀을 형성함으로써 이차 전지의 과부하(overcharge), 고온에의 노출, 외부에서의 충격 등에 의해 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 용이하게 배출 할 수 있어 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가스 배출 시점을 앞당김으로써 세퍼레이터의 수축 및 전해액 분해 등을 방지하여 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치의 실링부 상에 홀을 포함하는 파우치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치(100)는, 전극 조립체를 수용할 수 있는 수용부(122)가 형성된 파우치 하부(120), 상기 파우치 하부(120)를 덮는 파우치 상부(110), 및 상기 파우치 하부(120)와 파우치 상부(110)가 서로 밀착되는 각각의 면에 실링부(121)를 포함하고, 상기 실링부(121) 중 적어도 하나의 면에 홀(hole, 125)을 포함한다.
구체적으로 살펴보면,본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파우치(100)는 전극 조립체를 수용할 수 있으며, 상기 전극 조립체를 수용할 수 있는 수용부(122)가 형성된 파우치 하부(120) 및 파우치 하부(120)를 덮는 파우치 상부(110)로 이루어진다. 상기 파우치 하부(120) 및 파우치 상부(110)가 서로 밀착되는 각각의 면에는 실링부(121)가 형성이 되며, 예를 들어 파우치 하부(120) 및 파우치 상부(110)에 각각 4개의 면에 실링부(121)가 형성될 수 있으며, 상기 실링부(121)를 통해 파우치 하부(120) 및 파우치 상부(110)가 서로 실링될 수 있다.
파우치 하부(120) 및 파우치 상부(110)에 각각 형성된 실링부(121)는 다층막 구조일 수 있으며, 상기 다층막 구조는 적어도 3개의 층이 적층된 형태일 수 있다. 상기 3개의 층은 외부층(111), 금속층(113) 및 내부층(115)을 포함한다.
외부층(111)은 기재 및 보호층의 역할을 할 수 있으며, 즉 수용부(122)에 수용된 전극 조립체를 외부의 충격 등으로부터 1차적으로 보호하는 역할을 할 수 있다. 외부층(111)은 나일론, 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)와 같은 수지재로 형성될 수 있으나, 이와 같은 물질에 한정되는 것은 아니다.
금속층(113)은 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 침투를 방지하는 배리어층의 역할을 할 수 있다. 금속층(113)은 알루미늄과 같은 물질로 형성될 수 있으나, 이와 같은 물질에 한정되는 것은 아니다.
내부층(115)은 열융착층이라고도 하며, 열접착성을 가져 실링제 역할을 할 수 있다. 내부층(115)은 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 수지 물질로 형성될 수 있다. 내부층(115)은 변성 폴리프로필렌인 CPP(Casted Polypropylene)를 사용하여 접착층으로 작용할 수 있다. 또한, 내부층(115)은 폴리올레핀계 수지인 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체, 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로 형성될 수 있으나, 이와 같은 물질에 한정되는 것은 아니다.
상기 실링부(121)는 적어도 하나의 면에는 홀(125)을 포함하며, 상기 홀(125)은 예를 들어 펀칭에 의해 형성될 수 있다. 상기 홀(125)은 전지 제조 과정상 실링부(121)의 실링에 있어 가장 마지막으로 실링되는 면에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 홀(125)의 개수는 실링부(121)의 하나의 면 당 1 내지 3개일 수 있으며, 바람직하게는 실링에 있어 가장 마지막으로 실링되는 면에만 1 내지 3개 포함하는 것이 좋다. 상기 홀(125)의 직경은 1 mm 내지 5 mm인 것이 좋다. 만약 홀의 직경이 5 mm를 초과하는 경우 실링부의 실링 강도가 약해질 수 있으며, 상기 홀의 직경이 1 mm 미만인 경우 본 발명의 목적하는 효과를 달성하기 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파우치(100)는 홀(125)을 포함함으로써, 이차 전지 내부에서 발생되는 가스를 홀(125)이 형성된 영역을 통해 용이하게 배출할 수 있을 뿐만 아니라, 가스 배출 시점을 앞당길 수 있다.
즉, 실링부(121)에 홀(125)을 포함함으로써 전극 조립체를 수용하는 수용부(122)와 인접하는 실링부(121)의 내측에서부터 홀(125)까지의 거리(d)가 짧아지므로 외부에서의 충격 등에 의해 야기되는 가스를 상기 홀(125)이 형성된 영역을 통해 과부하(overcharge), 고온 등에 의한 문제가 발생하기 전에 빠르게 배출할 수 있다. 또한, 홀(125)의 외부(홀 주변)의 실링 강도가 상대적으로 약해짐으로써 상기 홀(125)을 포함하는 실링면을 통해 가스를 쉽게 배출할 수 있다.
그러나, 실링 강도가 상대적으로 약해진 상기 홀(125)의 외부(홀 주변)를 통해 수분이 침투될 수 있다.
상기 문제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파우치(100)는 상기 홀(125)의 내부, 또는 홀의 내부 및 외부(홀 주변)에 충진제(126)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충진제(126)는 상기 홀(125)의 내부, 또는 홀의 내부 및 외부에 도포 또는 부착될 수 있으며, 바람직하게는 홀의 내부, 및 홀의 외측으로부터 1 mm 내지 5 mm, 바람직하게는 1 mm 내지 3 mm의 두께로 홀 주변에 도포될 수 있다.
상기 충진제(126)는 수분 침투를 방지할 수 있고, 펀칭에 의해 잘려진 부분에서 외기와 차단되도록 하는 기능을 수행할 수 있는 것이면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로, 접착제, 밀봉 및 방수제 계열의 물질, 예를 들어 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴리클로로프렌, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 에폭시 계열 수지 및 실리콘 계열 수지를 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 파우치를 포함하는 파우치형 이차 전지를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파우치를 포함하는 파우치형 이차 전지를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체(201), 전극 조립체(201)로부터 연장되어 형성되는 전극 리드(235), 및 상기 파우치(200)를 포함할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 전극 조립체(201)는 파우치의 수용부(222)에 형성되고, 전극 조립체(201)로부터 연장된 전극 탭들(233)을 전기적으로 연결되는 전극 리드(235)를 포함하며, 상기 전극 리드(235)의 일부분이 파우치(200)의 외부로 연장된 후, 파우치 하부(220) 및 파우치 상부(210)가 서로 밀착하여 실링될 수 있다.
즉, 파우치의 하부(220)와 파우치 상부(210)에 각각에 형성된 실링부(250)를 통해 실링될 수 있다. 상기 실링부(250)는 예를 들면, 파우치 하부(220)에 제1 실링면(251), 제2 실링면(252), 제3 실링면(253) 및 제4 실링면(254)으로 이루어 질 수 있으며, 파우치 상부(210)도 동일하게 실링부(250)를 형성할 수 있다. 또한, 상기 실링부(250) 중 적어도 하나의 면에 홀(225)을 포함하며, 상기 홀(225)은 이차 전지 제조 과정상 실링부(250)의 실링에 있어 가장 마지막으로 실링되는 면에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전극 조립체(201)는 양극판(261), 음극판(263) 및 세퍼레이터(262)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체(201)는 스택형, 와인딩 또는 스택-앤-폴딩형 등의 다양한 구조일 수 있다.
양극판(261)은 양극 집전체와 상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함할 수 있다. 양극 집전체의 단부에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 부분에 양극 무지부가 형성된다. 양극 무지부에는 양극 탭(233)이 형성되며, 상기 양극 탭(233)과 전기적으로 연결되며 양극 집전체에 모인 전자들이 외부회로로 흘러갈 수 있도록 외부 회로와 전기적으로 연결되는 양극 리드(232)가 형성될 수 있다.
상기 양극 리드(232)는 양극판(261)로부터 일정 길이가 돌출되어 형성될 수 있으며, 상기 양극판(261)으로부터 양 방향으로 돌출되거나, 또는 단 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다.
상기 양극 집전체는 전기 전도도가 우수한 알루미늄 등으로 형성되고, 상기 양극 리드(232)는 양극 탭들(233)을 전기적으로 연결할 수 있는 소재로 이루어진 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 양극 리드(232)는 알루미늄 등의 금속 플레이트일 수 있다. 양극 리드(232)와 양극 탭(233)은 다양한 방식으로 결합될 수 있는 바, 바람직하게는 용접에 의해 더욱 안정적으로 결합될 수 있으며, 그러한 용접은, 예를 들어 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 등에 의해 수행될 수 있다.
양극 활물질층은 리튬 이온이 흡장 또는 탈리할 수 있도록 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용될 수 있으며, 일 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1 -xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들을 사용하여 형성될 수 있다. 즉, 양극 활물질층은 코발트산리튬(LiCoO2)과 같은 리튬 금속 산화물에 도전재와 바인더를 혼합하여 형성될 수 있다.
음극판(263)은 화학 반응에 의해 발생한 전자를 모으는 음극 집전체, 상기 음극 집전체의 상부에 형성된 음극 활물질층을 포함할 수 있다. 음극 집전체의 단부에는 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부가 형성될 수 있다. 음극 무지부에는 음극 탭이 형성되며, 상기 음극 탭과 전기적으로 연결되며, 음극 집전체에 모인 전자들이 외부 회로로 흘러갈 수 있도록 외부 회로와 전지적으로 연결되는 음극 리드(231)가 형성될 수 있다.
상기 음극 리드(231)는 음극판(263)으로부터 일정 길이가 돌출되어 형성될 수 있으며, 상기 음극판(263)으로부터 양 방향으로 돌출되거나, 또는 단 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다.
상기 음극 집전체는 전기전도도가 우수한 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 형성되며, 상기 음극 리드(231)는 음극 탭들을 전기적으로 연결할 수 있는 소재로 이루어진 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 음극 리드(231)는 예를 들어, 니켈로 형성될 수 있다.
음극 활물질층도 리튬 이온이 흡장, 탈리할 수 있도록 탄소(C) 계열의 물질, 규소(Si), 주석(Sn), 주석 산화물(Tin Oxide), 주석 합금 복합체(Tin Alloy Composite), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등의 물질로 형성될 수 있다. 즉, 음극 활물질층은 탄소 재료 등에 도전재, 및 바인더를 혼합하여 형성될 수 있다.
세퍼레이터(262)는 양극판(261)과 음극판(263) 사이에 개재되어 양극판(261)과 음극판(263) 사이에 발생할 수 있는 쇼트를 차단시킬 수 있으며, 세퍼레이터(262)로 인해 리튬 이온의 이동만이 가능하다.
상기 세퍼레이터(262)는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 또는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 등의 열가소성 수지로 형성될 수 있으며, 그 표면은 다공막 구조일 수 있다. 이러한 다공막 구조는, 전지 내부의 온도 상승으로 상기 열가소성 수지의 융점 근처가 되면 세퍼레이터(262)가 용융하여 동공이 막힘으로써 절연 필름이 된다. 이러한 현상을 세퍼레이터의 봉공 또는 셧다운(shut down) 현상이라고 한다. 이렇게 세퍼레이터(262)가 절연 필름으로 바뀜으로써 양극판(261)과 음극판(263) 간의 리튬 이온의 이동이 차단되고, 더 이상의 전류가 흐르지 못하게 됨으로써 전지 내부의 온도 상승이 중단된다.
또한, 도 3에서는 전극 리드(335)가 전극 조립체로부터 양 방향으로 연장된 구조를 예시하고 있으며, 도 4와 같이 전극 리드가(435) 전극 조립체로부터 단 방향으로 연장된 구조에 대해서도 본 발명이 동일하게 적용됨은 물론이다.
도 3 및 도 4를 참조로 하여 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지에서, 상기 실링부는 제1 실링면(351, 451), 제2 실링면(352, 452), 제3 실링면(353, 453) 및 제4 실링면(354, 454)으로 이루어진 4개의 실링면을 포함할 수 있다. 이때, 가장 나중에 실링되는 실링면, 예를 들면 제2 실링면(352, 452)에 홀(325. 425)이 형성될 수 있다. 또한, 제2 실링면(352, 452)의 수분 침투를 방지하기 위해 홀(325, 425)의 내부 및 외부에 전술한 바와 같은 충진제가 도포 또는 부착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파우치형 이차 전지는 예를 들어 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있으며, 제조비가 상대적으로 저렴하고, 전해질의 누액 가능성이 적으며, 전지 조립 공정이 간편한 리튬 이온 폴리머 전지가 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파우치형 이차 전지는 파우치의 실링부의 적어도 하나의 면에 홀을 포함하는 파우치를 포함함으로써 과부하(overcharge), 고온에서의 노출, 외부에서의 충격 등에 의해 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 미리 배출할 수 있도록 유도함으로써 모듈, 팩, 및 전기차 설계시 가스 배출을 효율적으로 하여 안전성이 우수하고 전지 성능이 향상된 이차 전지를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중대형 전지모듈 또는 전지팩에서, 상기 파우치형 이차전지 다수를 전기적으로 연결하여 포함할 수 있다. 상기 중대형 전지팩은 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200 : 파우치 201 : 전극 조립체
110, 210 : 파우치 상부 120, 220 : 파우치 하부
122, 222 : 파우치 수용부
121, 250 : 실링부
251, 351, 451 : 제1 실링면 252, 352, 452 : 제2 실링면
253, 353, 453 : 제3 실링면 254, 354, 454 : 제4 실링면
125, 225, 325, 425: 홀 126 : 충진제
111 : 외부층 113 : 금속층 115 : 내부층
233 : 전극 탭 235, 335, 435: 전극 리드
231: 음극 리드 232: 양극 리드
261 : 양극판 263 : 음극판
262 : 세퍼레이터
110, 210 : 파우치 상부 120, 220 : 파우치 하부
122, 222 : 파우치 수용부
121, 250 : 실링부
251, 351, 451 : 제1 실링면 252, 352, 452 : 제2 실링면
253, 353, 453 : 제3 실링면 254, 354, 454 : 제4 실링면
125, 225, 325, 425: 홀 126 : 충진제
111 : 외부층 113 : 금속층 115 : 내부층
233 : 전극 탭 235, 335, 435: 전극 리드
231: 음극 리드 232: 양극 리드
261 : 양극판 263 : 음극판
262 : 세퍼레이터
Claims (13)
- 전극 조립체를 수용하는 수용부가 형성된 파우치 하부;
상기 파우치 하부를 덮는 파우치 상부; 및
상기 파우치 하부 및 파우치 상부가 서로 밀착되는 각각의 면에 실링부를 포함하고,
상기 실링부 중 적어도 하나의 면에 홀을 포함하며,
상기 홀의 내부, 또는 홀의 내부 및 외부에 충진제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치.
- 제1항에 있어서,
상기 홀은 실링부의 실링에 있어 가장 마지막으로 실링되는 면에 형성된 것을 특징으로 하는 파우치.
- 제1항에 있어서,
상기 홀의 개수는 실링부의 하나의 면에 1 내지 3 개인 것을 특징으로 하는 파우치.
- 제1항에 있어서,
상기 홀의 직경은 1 mm 내지 5 mm인 것을 특징으로 하는 파우치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 충진제는 홀의 내부, 및 홀의 외측으로부터 1 mm 내지 5 mm의 두께로 홀의 외부에 도포되는 것을 특징으로 하는 파우치.
- 제1항에 있어서,
상기 충진제는 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴리클로로프렌, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상인 것을 특징으로 하는 파우치.
- 제7항에 있어서,
상기 충진제는 에폭시 계열 수지 및 실리콘 계열 수지를 단독으로 또는 혼합한 것을 특징으로 하는 파우치.
- 전극 조립체;
상기 전극 조립체로부터 연장되어 형성되는 전극 리드; 및
상기 제1항의 파우치를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
- 제9항에 있어서,
상기 전극 리드는 상기 전극 조립체로부터 양 방향 또는 단 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
- 제9항에 있어서,
상기 이차 전지는 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 또는 리튬 폴리머 전지인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
- 제9항의 파우치형 이차 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
- 제 12항에 있어서,
상기 중대형 전지팩은 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
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- 2013-02-28 KR KR1020130022108A patent/KR101472202B1/ko active IP Right Grant
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