KR101646381B1 - 파우치셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파우치셀에 관한 것으로, 양극, 음극, 분리막이 적층된 전지부 및, 전지부 길이방향 양측에 각각 장착되고, 방전 및 충전이 반복됨에 따라 전지부 내부에 발생하는 반응물에 의한 전지부의 팽창을 제한하는 구조물을 포함하며, 파우치형 리튬이온 배터리 셀의 전지부 부피가 팽창되는 것이 억제되는 효과가 있는 파우치셀을 제공한다.

Description

파우치셀{POUCH CELL}
본 발명은 파우치셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파우치형 리튬이온 배터리 셀 내부에, 배터리 셀의 팽창을 제한하고, 전해액을 수용하는 구조물이 장착된 파우치셀에 관한 것이다.
종래 파우치형 리튬이온 배터리 셀은 도 1에 도시된 바와 같이, 양극(1), 음극(2), 분리막(3)이 순차적으로 적층되어 이루어진 전지부(4)에 파우치(5)를 덮고 전해액을 파우치(5)에 주입하고 실링하는 구조이다.
이러한 종래 배터리 셀은, 충전과 방전이 반복됨에 따라서, 내부에 포함된 전해액이 고갈되고, 음극(2)의 길이방향 양단(7)부터 반응물(6)이 쌓이게 된다. 이는, 전지부(4) 길이방향 양단(7)의 부피팽창을 유발하게 된다. 이러한 전지부(4)의 부피팽창은 전극 간 거리를 증가시키고 이에 따른 내부 저항을 증가시켜 배터리 셀의 사용 효율이 저감되는 열화를 가속시킨다.
한편, 파우치 외장재는 150 마이크로 미터의 두께를 갖는 박막으로 배터리 셀 내부에서 발생하는 부피 팽창을 억제할 수 있는 강성이 없다. 이에 따라서, 파우치는 전지부의 부피 팽창을 막지 못한다. 또한, 전지부의 팽창은 앞서 기술한 바와 같이, 방전 및 충전시 내부 저항을 증가시켜 배터리 셀의 사용 효율을 낮추게 되며, 배터리 셀의 내구 신뢰성을 낮추게 된다.
또한, 종래의 파우치형 리튬이온 배터리 셀은, 파우치 내부에 전지부를 위치시키고, 파우치에 전해액을 주입한 후, 진공 포장하여 파우치 내부의 공기를 완전히 제거하게 된다. 이때, 파우치는 강성이 없어 형태를 유지할 수 없기 때문에 전지부가 위치한 부분을 제외한 나머지 공간은 진공 상태에서 압착되고, 전해액이 존재할 수 없게 된다.
따라서, 종래의 파우치형 리튬이온 배터리 셀은, 전지부 외에 전해액이 존재할 수 있는 추가적인 공간이 없다. 이러한 구조적 한계로 인하여, 충전 및 방전이 반복됨에 따라 전해액의 고갈이 발생 되고, 궁극적으로 배터리 사용 효율이 저감되는 배터리 셀 열화가 발생 된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2007-0027351호(2007.03.09.)
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 파우치형 리튬이온 배터리 셀의 내부에 구조물을 장착함으로써, 전지부의 부피 팽창을 억제하고, 전해액을 저장할 수 있는 공간을 추가 확보함으로써 배터리 셀의 내구 수명이 향상되는 파우치셀을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예의 파우치셀은, 양극, 음극, 분리막이 적층된 전지부 및, 전지부 길이방향 양측에 각각 장착되고, 방전 및 충전이 반복됨에 따라 전지부 내부에 발생하는 반응물에 의한 전지부의 팽창을 제한하는 구조물을 포함한다. 구조물에 전해액을 저장하는 공간부가 형성될 수 있다.
위와 같은 본 발명의 파우치셀에 따르면, 파우치형 리튬이온 배터리 셀의 전지부 부피가 팽창되는 것이 억제되는 효과가 있다.
또한, 파우치형 리튬이온 배터리 셀의 전해액 고갈이 늦춰지고 전해액 고갈로 인한 배터리 셀의 사용 효율 저감 즉, 열화가 억제되는 효과가 있다.
도 1은 종래 파우치형 배터리 셀의 요부 단면도 및 평면도,
도 2는 본 발명의 일실시예의 파우치셀의 분해 사시도,
도 3은 도 2의 파우치셀의 사시도,
도 4는 도 2의 파우치셀의 다른 사시도,
도 5은 도 2의 파우치셀에 장착된 구조물의 사시도,
도 6은 도 5의 A-A선의 사시 단면도,
도 7은 도 5의 B-B선의 단면도,
도 8은 도 5의 C-C선의 단면도,
도 9는 도 2의 파우치셀의 요부 단면도,
도 10은 도 2의 파우치셀의 다른 요부 단면도이다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 파우치셀(100)은, 양극(220), 음극(210), 분리막(230)이 적층된 전지부(200) 및, 전지부(200) 길이방향 양측에 각각 장착되고, 방전 및 충전이 반복됨에 따라 전지부(200) 내부에 발생하는 반응물(250)에 의한 전지부(200)의 팽창을 제한하는 구조물(300)을 포함한다. 또한, 구조물(300)에 추가적인 전해액(410)이 수용되는 것을 특징으로 한다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 구조물(300)은, 내측에 소정공간이 형성된 공간부(310)와, 전지부(200)의 길이방향 일단이 끼워지도록 공간부(310)로부터 돌출되게 일체로 형성된 장착부(320) 및, 전지부(200)로부터 외부로 연장되는 리드선(240)이 장착되도록 공간부(310)에 형성된 관통홀(330)을 포함한다. 구조물(300)은 전해액(410)에 대한 내화학성이 우수한 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 고분자 재질로 제작된다.
장착부(320)는, 공간부(310)로부터 돌출되게 일체로 형성되고, 내측 넓이가 전지부(200)의 폭방향 단면 넓이와 동일하게 형성된다. 본 발명의 일실시예에서 장착부(320)는, 폭방향 단면이 직사각형을 이루도록 공간부(310)로부터 돌출되게 일체로 형성되고, 장변을 이루는 장착부(320)의 두 부위(321)가 다른 두 부위(322)에 비하여 전지부(200)를 향해 더 길게 돌출된다.
공간부(310)는, 전지부(200)의 폭방향 단면 넓이와 동일한 넓이이고, 장착부(320)가 형성되는 하면(312) 및, 하면(312)과 수평을 이루고, 하면(312)과 공간을 형성하는 상면(311)을 포함한다. 상면(311)과 하면(312)은, 상면(311)과 하면(312)의 테두리에 형성된 측벽을 통해 밀폐구조를 이루게 된다.
관통홀(330)은, 상면(311) 및 하면(312)에 각각 형성되며, 본 발명의 일실시예에서는 하면(312)에 형성된 관통홀(330)의 넓이와 상면(311)에 형성된 관통홀(330)의 넓이가 동일하다.
본 발명의 파우치셀(100)은, 전지부(200)가 내장된 파우치(400)를 포함하고, 구조물(300)은 전지부(200)와 함께, 파우치(400)에 내장된다. 전지부(200)는, 양극(220)과 음극(210) 사이에 분리막(230)이 위치되도록, 양극(220), 음극(210) 및 분리막(230)이 순차적으로 적층되고, 젤리 형상으로 와인딩됨으로써 익히 알려진 젤리롤로 제작된다. 파우치(400)는, 전지부(200) 및 구조물(300)을 진공 포장함으로써, 전지부(200) 및 구조물(300)이 파우치(400)에 밀착된다. 파우치(400)에는 전해액(410)이 수용된다. 좀더 정확히는, 전지부(200) 및 구조물(300)에 형성된 공간부(310)에 전해액(410)이 수용된다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 파우치셀(100)은, 구조물(300)이 전지부(200) 길이방향 양단에 장착됨으로써, 전지부(200) 길이방향 양단을 압착하게 된다. 이로 인하여, 도 9에 도시된 바와 같이, 전해액(410) 고갈시 전지부(200) 길이방향 양단에 석출되는 반응물(250)로 인한 전지부(200) 팽창을 억제하게 된다. 전지부(200)의 팽창이 억제되기 때문에, 전지부(200) 부피 팽창에 따른 내부저항 상승 및 배터리 셀의 열화가 억제된다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 구조물(300)로 인하여 진공 실링된 파우치(400) 내부에 전해액(410)을 추가 저장할 수 있는 공간을 확보할 수 있게 된다. 이로 인하여, 전해액(410) 추가 주입이 가능하다. 종래에 비하여 많은 양의 전해액(410)이 배터리 셀 내부에 존재하게 되므로, 배터리 셀의 사용 기간이 증대된다. 그리고, 전해액(410) 고갈에 의한 배터리 셀의 열화가 억제된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 파우치셀 200: 전지부 210: 음극
220: 양극 230: 분리막 240: 리드선
250: 반응물 300: 구조물 310: 공간부
320: 장착부 330: 관통홀 400: 파우치
410: 전해액

Claims (11)

  1. 파우치셀에 있어서,
    상기 파우치셀에 장착된 전지부에 상기 전지부의 팽창을 제한하고, 추가적인 전해액을 수용하는 구조물이 구비되고,
    상기 구조물은,
    내측에 소정공간이 형성된 공간부;
    상기 전지부의 길이방향 일단이 끼워지도록 상기 공간부로부터 돌출되게 일체로 형성된 장착부; 및
    상기 전지부로부터 외부로 연장되는 리드선이 장착되도록 상기 공간부에 형성된 관통홀을 포함하는 파우치셀.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 장착부는,
    내측 넓이가 상기 전지부의 폭방향 단면 넓이와 동일한, 파우치셀.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 장착부는,
    폭방향 단면이 직사각형을 이루도록 상기 공간부로부터 돌출형성되고,
    장변을 이루는 상기 장착부의 두 부위가 다른 두 부위에 비하여 상기 전지부를 향해 더 길게 돌출된, 파우치셀.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공간부는,
    상기 전지부의 폭방향 단면 넓이와 동일한 넓이이고, 상기 장착부가 형성되는 하면; 및
    상기 하면과 수평을 이루고, 상기 하면과 공간을 형성하는 상면을 포함하는, 파우치셀.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관통홀은,
    상기 상면 및 상기 하면에 각각 형성되며,
    상기 하면에 형성된 관통홀의 넓이와 상기 상면에 형성된 관통홀의 넓이가 동일한, 파우치셀.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파우치셀은,
    상기 전지부가 내장된 파우치를 포함하고,
    상기 구조물은,
    상기 파우치 내부에 내장된, 파우치셀.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전지부는,
    양극과 음극 사이에 분리막이 위치되도록, 양극, 음극 및 분리막이 순차적으로 적층되고,
    젤리 형상으로 와인딩된, 파우치셀.
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  10. 삭제
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