KR101690573B1 - 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨, 이 라벨이 부착된 리튬 이차전지 및 이 리튬 이차전지를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents
리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨, 이 라벨이 부착된 리튬 이차전지 및 이 리튬 이차전지를 포함하는 전지 모듈 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되어 리튬 이차전지에서 발생되는 열 방출을 억제하지 않으면서 절연저항을 높이는 라벨을 제공하고, 이와 같은 라벨은 갖는 리튬 이차전지 및 이와 같은 리튬 이차전지로 구성되는 전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 라벨은, 전극 조립체를 수용하는 가요성 케이스; 상기 전극 조립체의 양극 전극판 및 음극 전극판에 각각 연결되고, 상기 가요성 케이스 외부로 돌출되는 양극 탭 및 음극 탭; 및 상기 가요성 케이스 내부에 수용되는 전해액을 포함하는 리튬 이차전지의 상기 가요성 케이스의 적어도 일 표면에 부착되고, 상기 라벨에는 복수의 홀이 형성된다.
본 발명에 따른 라벨은, 전극 조립체를 수용하는 가요성 케이스; 상기 전극 조립체의 양극 전극판 및 음극 전극판에 각각 연결되고, 상기 가요성 케이스 외부로 돌출되는 양극 탭 및 음극 탭; 및 상기 가요성 케이스 내부에 수용되는 전해액을 포함하는 리튬 이차전지의 상기 가요성 케이스의 적어도 일 표면에 부착되고, 상기 라벨에는 복수의 홀이 형성된다.
Description
본 발명의 실시예들은 리튬 이차전지의 케이스에 부착되기 위한 라벨, 이 라벨이 부착된 리튬 이차전지 및 이 리튬 이차전지를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높고 기억 효과가 없으며, 사용하지 않을 때에도 자연방전이 일어나는 정도가 작고, 매우 가벼워 노트북, 카메라, 핸드폰 등 소형 모바일 기기들에 많이 사용되고 있다. 이 외에도 에너지밀도가 높은 특성을 이용하여 방산업이나 자동화시스템, 그리고 자동차, 항공산업 분야에서도 점점 그 사용 빈도가 증가하는 추세이다.
소형 모바일 기기들이 디바이스 1 대당 하나 또는 서너 개의 단위전지들, 즉 리튬 이차전지를 사용함에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈 또는 전지 팩이 사용된다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 전해액(electrolytic solution)의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와, 고분자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 분류되고, 그 외형에 따라 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지로 분류될 수 있다. 그 중에서도 높은 에너지 밀도를 가질 수 있고 형태의 변형이 용이하며 무게가 가볍고 제조비가 저렴한 파우치형 전지에 대한 수요가 높다.
통상적으로 리튬 이차전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 이 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 배치되어 리튬 이온의 이동만을 가능하게 하면서 쇼트는 방지하는 분리막으로 형성되는 전극 조립체; 이 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 이 케이스 내측에 수용되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 구성된다.
파우치형 리튬 이차전지는 수지층과 금속층을 포함하는 것으로 구성된 라미네이트 시트의 가요성 케이스 내부에 전극조립체와 전해액이 밀봉되어 구성되는 것을 말하며, 가요성 케이스에 내에 밀봉되는 전극조립체는 젤리-롤형 또는 스택형의 구조로 형성될 수 있다.
한편, 고용량을 필요로하는 전기 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에서는, 복수의 단위전지들이 병렬 또는 직렬로 서로 연결되어 모듈화되고 패키징되어 사용된다. 이와 같이 단위전지를 모듈 단위로 연결할 때, 단위전지간 간섭과 통전을 피하며 안전성을 확보하기 위하여 단위전지를 수용하는, 알루미늄 등과 같은 금속으로 형성된 커버가 사용된다.
그런데, 이러한 금속재 커버는, 특히 파우치형 리튬 이차전지를 단위전지로 사용하는 경우, 파우치의 절연저항에 국부적인 파괴가 있을 때, 파우치와 커버 사이에 통전이 발생하여 단위전지의 전압이 떨어지게 되는 등 단위전지의 성능 및 나아가 전지 모듈의 성능을 악화시키는 등의 문제가 될 수 있다.
이와 같이, 전기 자동차 등과 같은 고용량을 필요로하는 중대형 디바이스용 리튬 이차전지의 절연성 파괴는 디바이스의 장비에 손상을 일으킬 수 있을뿐만 아니라, 탑승자나 작업자의 감전 등의 문제를 일으킬 수도 있다.
본 발명의 실시예들은, 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되어 리튬 이차전지에서 발생되는 열 방출을 억제하지 않으면서 절연저항을 높이는 라벨을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 상기와 같은 라벨을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 상기와 같은 리튬 이차전지로 구성되는 전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨에 있어서, 상기 리튬 이차전지는, 전극 조립체를 수용하는 가요성 케이스; 상기 전극 조립체의 양극 전극판 및 음극 전극판에 각각 연결되고, 상기 가요성 케이스 외부로 돌출되는 양극 탭 및 음극 탭; 및 상기 가요성 케이스 내부에 수용되는 전해액을 포함하고, 상기 라벨은 상기 가요성 케이스의 적어도 일 표면에 부착되고, 상기 라벨에는 복수의 홀이 형성되는, 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨이 제공된다.
상기 라벨은 화학섬유지(YUPO), PET(polyethylene phthalate) 및 PI(polyimide) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 라벨의 두께는 0.05 ~ 0.15 mm 이고, 상기 라벨의 평면 형상은 상기 리튬 이차전지의 평면 형상에 대응하게 형성될 수 있다.
상기 라벨에 형성된 상기 복수의 홀은 원형이고, 상기 복수의 홀의 직경은 20 ~ 30 mm 이고, 상기 복수의 홀의 개수는 8 ~ 12 개일 수 있다.
상기 라벨은 양 표면 중 적어도 하나의 표면에 접착층이 마련될 수 있다.
상기 양극 탭 및 상기 음극 탭 중 적어도 어느 하나의 탭이 상기 전극 조립체와 연결되는 부분에 대응 또는 인접하는 상기 라벨의 부분에서의 상기 복수의 홀의 분포 밀도는 상기 라벨의 다른 부분에서의 상기 복수의 홀의 분포 밀도보다 높을 수 있다.
상기 리튬 이차전지의 평면 형상은 사각형이고, 상기 양극 탭이 상기 전극조립체와 연결되는 부분에 대응하는 상기 사각형의 일 변은 상기 음극 탭이 상기 전극조립체와 연결되는 부분에 대응하는 상기 사각형의 일 변과 다를 수 있다.
상기 복수의 홀은 원형이고, 상기 복수의 홀 중 일부의 홀은 제 1 직경을 갖고, 상기 복수의 홀 중 다른 홀은 상기 제 1 직경보다 더 큰 제 2 직경을 가질 수 있다.
상기 제 2 직경을 갖는 상기 다른 홀은, 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭 중 적어도 어느 하나의 탭이 상기 전극 조립체와 연결되는 부분에 대응 또는 인접하는 상기 라벨의 부분에 분포될 수 있다.
상기 리튬 이차전지의 평면 형상은 사각형이고, 상기 양극 탭이 상기 전극조립체와 연결되는 부분에 대응하는 상기 사각형의 일 변은 상기 음극 탭이 상기 전극조립체와 연결되는 부분에 대응하는 상기 사각형의 일 변과 다를 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨; 양극 전극판, 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 상기 음극 전극판 사이에 배치되는 분리막이 권취 또는 적층되어 형성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 가요성 케이스; 상기 전극 조립체의 상기 양극 전극판에 연결되고, 상기 가요성 케이스 외부로 돌출되는 양극 탭; 상기 전극 조립체의 상기 음극 전극판에 연결되고, 상기 가요성 케이스 외부로 돌출되는 음극 탭; 및 상기 가요성 케이스 내부에 수용되는 전해액을 포함하고, 상기 라벨은 상기 가요성 케이스의 적어도 일 표면에 부착되는, 리튬 이차전지가 제공된다.
상기 라벨은 2 개이고, 각각 상기 가요성 케이스의 서로 대향하는 표면에 부착될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 리튬 이차전지 복수 개가 직렬 또는 병렬로 연결되는 전지 모듈이 제공된다.
상기 전지 모듈은, 상기 라벨의 표면에 부착되어 상기 리튬 이차전지에서 발생되는 열을 방출하기 위한 냉각판을 포함할 수 있다.
상기 냉각판은 구리로 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 평면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분해 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(20)는 양극 전극판, 음극 전극판 및 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 배치되는 분리막이 권취 또는 적층되어 형성되는 전극 조립체(14); 이 전극 조립체(14)를 수용하는 가요성 케이스(10); 전극 조립체(14)의 양극 전극판에 연결되고, 가요성 케이스(10) 외부로 돌출되는 양극 탭(15); 전극 조립체(14)의 음극 전극판에 연결되고, 가요성 케이스(10) 외부로 돌출되는 음극 탭(16); 가요성 케이스(10) 내부에 수용되는 전해액(도시 안됨); 및 가요성 케이스(10)의 적어도 하나의 외측 표면에 부착되고, 복수의 홀(31)이 형성되는 라벨(30)을 포함한다.
양극 전극판 및 음극 전극판은 집전체와 이 집전체의 적어도 일면에 도포되는 전극 활물질, 즉 양극 활물질 또는 음극 활물질을 포함한다. 양극 전극판의 전극 집전체로는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않고, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등이 사용될 수도 있다. 음극 전극판의 전극 집전체로는 구리 또는 구리 합금이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않고, 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등이 사용될 수도 있다.
양극 활물질로는 통상적으로 리튬함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물을 모두 사용할 수 있으며, 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
분리막은 양극 전극판 및 음극 전극판 사이의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동통로를 제공하기 위한 것으로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포 등으로 형성될 수 있다.
전극 조립체(14)를 밀봉되게 수용하는 케이스(10)는 전극 조립체(14)를 외부에서 둘러싸는 형태로 장착하며, 커버(11), 및 공간부(12)를 형성하는 몸체부(13)를 포함할 수 있다. 케이스(10)는 복수의 층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 열접착층, 고분자 수지층 및 금속층을 포함할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 30 ~ 40 ㎛의 두께를 갖고 금속층의 일 표면에 형성되는 열접착층의 재질은, 예를 들어 변성 폴리프로필렌, 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원공중합체, 아크릴계 수지 및 실리콘계 수지 등 중에서 적어도 하나가 사용될 수 있으며, 변성 폴리프로필렌으로는 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene: CPP)이 사용될 수 있다.
또한, 위 경우에 있어서, 금속층은 케이스(10)의 외부로부터 내부로의 수증기 또는 기체의 침투를 방지하며, 케이스(10) 내부의 전해액이 누출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 금속층은 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 및 알루미늄(Al) 등 중에서 적어도 하나가 사용될 수 있으며, 알루미늄을 사용하는 것이 좀더 효과적이다.
또한, 위 경우에 있어서, 케이스(10)의 외측 표면을 형성하는 고분자 수지층의 재질은, 예를 들어 폴리아미드 수지(나일론), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴계 수지 등 중에서 적어도 하나가 사용될 수 있다.
케이스(10)의 몸체부(13)에 형성되는 공간부(12)에는 전극 조립체(14)가 삽입되어 수용되고, 전해액이 수용될 수 있다. 전극 조립체(14)가 몸체부(13)의 공간부(12)에 삽입되면, 케이스(10)의 커버(11)를 닫아 몸체부(13)의 공간부(12)를 폐쇄하고, 커버(11)와 몸체부(13)의 테두리부분을 열융착하여 케이스(10)를 밀봉할 수 있다. 이때, 양극 탭(15) 및 음극 탭(16)은 케이스(10)의 외부로 돌출될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 양극 탭(15) 및 음극 탭(16)이 케이스(10)의 외부로 돌출되나, 각각의 탭(15, 16)에 리드(도시 안됨)를 연결하여 리드만 케이스(10) 외부로 돌출되게 할 수도 있으나, 이와 같은 리드 및 탭에 연결되는 다른 소자 등도 탭을 구성하는 것으로 하여 설명된다.
또한, 본 실시예에서는, 양극 탭(15) 및 음극 탭(16)이 리튬 이온전지(20)의 같은 변에서 돌출되고 있으나, 서로 다른 변에서 돌출될 수도 있으며, 또한, 탭(15, 16)의 폭이, 고용량 디바이스에서 이용되기에 적합하도록 하기 위해서 몸체부(13) 일 변의 길이의 절반 이상이 되도록 넓을 수도 있다.
또한, 본 실시예에서, 리튬 이차전지(20)의 평면 형상은 사각형이나 다른 다각형도 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(20)의 사시도이다.
도 2에도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(20)는 복수의 홀이 형성되는 라벨(30)을 포함한다. 라벨(30)은 케이스(10)의 커버(11)의 상측 표면에 부착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 라벨(30)은 케이스(10)의 몸체(13)의 하측 표면에 부착될 수도 있고, 커버(11)의 상측 표면 및 몸체(13)의 하측 표면에 부착될 수도 있으며, 필요에 따라서는 몸체(13)의 측부 표면에도 부착될 수도 있다.
이와 같이 리튬 이차전지(20)의 케이스(10)의 외측 표면에 복수의 홀이 형성되는 라벨(30)을 부착하는 경우, 리튬 이차전지(20)의 절연저항의 크기를, 라벨(30) 부착 이전의 절연저항에 비해서 수십 배 이상 키울 수 있다. 동시에, 리튬 이차전지(20)의 케이스(10)에 라벨(30)을 부착함으로 인한 리튬 이차전지의 방열 억제가 감소되어, 리튬 이차전지(20)의 최대 온도가 큰 폭으로 낮아질 수 있다.
라벨(30)에 형성되는 복수의 홀(31)은, 예를 들어 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 부채꼴, 타원, 또는 다각형 등 다양한 형상이 가능하다. 홀(31)이 원형인 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 홀(31)이 동일한 직경을 갖고, 라벨(30)에 균일하게 분포될 수 있다. 이와 같은 경우에, 원형 홀(31)의 직경을 키우고 배치되는 홀(31)의 개수를 감소시키면, 즉 대략적으로 홀(31)에 의해서 개구되는 면적을 키우면, 리튬 이차전지(20)의 케이스(10)의 일 표면의 임의의 지점과 양극 탭(15) 사이에서 측정되는 리튬 이차전지(20)의 절연저항은 감소되며, 동시에 리튬 이차전지(20)에서 발생되는 최고 온도는 낮아진다.
또한, 반대로 원형 홀(31)의 직경을 감소시키고 배치되는 홀(31)의 개수를 키우면, 즉 대략적으로 홀(31)에 의해서 개구되는 면적을 줄이면, 리튬 이차전지(20)의 절연저항은 커지고, 동시에 리튬 이차전지(20)에서 발생되는 최고 온도는 높아진다.
라벨(30)은 절연저항을 향상시킬 수 있는 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어 화학섬유지(YUPO), PET(polyethylene phthalate) 및 PI(polyimide) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
라벨(30)의 사이즈는, 라벨(30)이 부착되는 리튬 이차전지(20)의 케이스(10)의 일측 표면의 평면 사이즈와 대략 동일할 수 있으며, 두께(t; 도 3 참조)는, 예를 들어 0.05 ~ 0.15 mm 에서 선택될 수 있다. 라벨(30)의 두께가 0.05 mm 미만이면 절연저항을 악화시킬 수 있고, 0.15 mm를 초과하면, 리튬 이차전지의 방열성을 악화시킬 수 있다. 예를 들어, 라벨(30)은 리튬 이차전지(20)가 구성하는 기존의 전지 모듈(도시 안됨)의 치수 변경을 방지하도록, 0.11 mm의 두께를 가질 수 있다.
본 실시예에서는, 라벨(30)의 사이즈가 이차전지(20)의 케이스(10)의 일측 표면의 평면 사이즈와 대략 동일하나, 이보다 더 작거나 큰 경우도 가능하며, 더 작은 경우에는 2 장 이상의 라벨(30)이 부착될 수도 있다.
하기에 설명되는 표 1 및 표 2의 실험에 있어서, 표1 및 표 2에서 사용된 리튬 이차전지들(#1, #2)은 각각 가로 133.5 mm, 세로 214 mm, 두께 7.2 mm 의 사이즈(양극 탭 및 음극 탭을 제외)를 가졌다. 라벨의 사이즈는 리튬 이차전지의 케이스의 사이즈에 대응하였으며, 재질은 YUPO 이었고, 두께는 0.11 mm 이었다. 절연저항은 500V의 전압을 10초 동안 케이스에 부착된 라벨의 표면과 양극 탭에 인가하여 실온에서 측정되었다. 최고 온도는 리튬 이차전지의 중앙부 표면에서 측정되었다.
| 리튬 이차전지 #1 | 라벨 부착 유무 |
홀의 직경(mm)/개수 | 절연저항 (GOhm) | 최고 온도 (℃) | 홀에 의해서 개구되는 면적(mm2) |
| 비교예1 | 부착 않음 | 1.64 | 53.4 | ||
| 실험1 | 부착 |
(홀 없음) | 59.4 | 57.3 | 0 |
| 실험2 | 50/4 | 10.45 | 53.9 | 2500Π | |
| 실험3 | 40/6 | 20.78 | 54.2 | 2400Π | |
| 실험4 | 30/8 | 47.8 | 54.8 | 1800Π | |
| 실험5 | 20/12 | 52.6 | 54.7 | 1200Π | |
| 실험6 | 10/24 | 52.5 | 55.8 | 600Π |
| 리튬 이차전지 #2 | 라벨 유무 |
홀의 직경(mm)/개수 | 절연저항 (GOhm) | 최고 온도 (℃) | 홀에 의해서 개구되는 면적(mm2) |
| 비교예2 | 부착 않음 | 1.33 | 53.7 | ||
| 실험7 | 부착 |
(홀 없음) | 38.9 | 57.8 | 0 |
| 실험8 | 50/4 | 4.45 | 53.6 | 2500Π | |
| 실험9 | 40/6 | 6.54 | 54.4 | 2400Π | |
| 실험10 | 30/8 | 27.13 | 54.0 | 1800Π | |
| 실험11 | 20/12 | 37.4 | 54.3 | 1200Π | |
| 실험12 | 10/24 | 37.8 | 54.2 | 600Π |
표 1 및 표 2에 따르면, 라벨을 리튬 이차전지의 외측 표면에 부착하지 않은 경우에 비하여 홀이 형성된 라벨을 부착하는 경우에, 절연저항이 크게 증가하였으며, 동시에 최고 온도의 증가를 크게 감소시켰다. 즉, 홀이 없는 라벨의 경우, 최고 온도가 각각 57.3(실험1) 및 57.8 ℃(실험7) 이었으나, 홀이 형성된 라벨의 경우 53.6(실험8) ~ 55.8 ℃(실험6) 이었다.
또한, 홀이 형성된 라벨을 부착하는 경우에 있어서, 홀이 형성되지 않은 라벨이 부착되는 경우에 비교하여, 홀에 의해서 개구되는 면적이 감소함에 따라서, 즉 홀의 직경은 작아지고 홀의 개수는 증가함에 따라서, 절연저항은 대체로 소폭 감소하였고, 최고 온도도 대체로 낮아졌다. 이와 같은 관계를 이용하여, 절연저항과 최고 온도 사이에서 타협점을 찾아 적절한 홀의 직경과 개수를 설정할 수 있다. 예를 들어, 표 1 및 표 2에 따르면, 홀의 직경이 20 mm 이고 홀의 개수가 12개 일 때, 홀이 형성되지 않은 라벨을 부착하는 경우에 비하여, 최고 온도는 2.6 및 3.5 ℃ 씩 낮아졌고, 반면, 절연저항은 6.8 및 2.5 GOhm 씩 낮아져, 절연저항을 약간 감소시키면서, 최고 온도를 크게 낮출 수 있었다.
라벨(30)은 일측 표면, 또는 양측 표면 모두가 접착층(도시 안됨)을 가질 수 있다. 라벨(30)의 일측 표면이 접착층을 갖는 경우, 라벨(30)을 케이스(10)에 부착하는 것이 용이하며, 라벨(30)의 양측 표면 모두가 접착층을 갖는 경우, 라벨(30) 위에 구리 등으로 형성되는 냉각판을 부착하는 것이 용이해진다. 냉각판은 리튬 이차전지(20)에서 발생되는 열을 외부로 배출하여 리튬 이차전지(20)의 냉각에 기여할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 평면도이다.
다른 실시예에 따른 리튬 이차전지(20')는, 도 1 내지 도 3에 도시된 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(20)와 상이한 부분을 중심으로 하여 이하 설명된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 리튬 이차전지(20')는 직경이 큰 홀(31a) 및 직경이 작은 홀(30b)이 형성되는 라벨(30a)을 포함한다.
직경이 큰 홀(31a)은 리튬 이차전지(20')에서, 고온이 발생되는 양극 탭(15) 및 음극 탭(16)이 전극 조립체(14; 도 1 참조)와 연결되는 부분에 대응 또는 인접하는 라벨(30a)의 부분에 형성될 수 있다. 이와 같이 직경이 큰 홀(31a)을 고온이 발생되는 부분과 대응 또는 인접하는 라벨(30a)의 부분에 형성함으로써, 라벨(30a)이 리튬 이차전지(20')의 케이스(10; 도 1 참조)의 일 표면에 부착되더라도, 리튬 이차전지(20')에서 발생되는 열의 신속한 방출에 기여할 수 있다.
또한 또는 대안으로서, 리튬 이차전지(20')에서, 고온이 발생되는 부분에 대응 또는 인접하는 라벨(30a)의 부분에 홀의 분포 밀도(단위 면적당 홀의 개수)를 키움으로써, 리튬 이차전지(20')에서 발생되는 열의 신속한 방출에 기여할 수 있다.
본 실시예에서는, 리튬 이차전지에서 고온이 발생되는 부분으로서, 양극 탭 및 음극 탭이 전극 조립체와 연결되는 부분을 예로 들었으나, 리튬 이차전지의 내부 구성에 따라서, 고온이 발생되는 부분은 달라질 수 있으며, 이와 같은 경우에, 적외선 사진 촬영 등을 이용하여 고온이 발생되는 부분을 찾은 후, 여기에 대응 또는 인접하는 라벨의 부분에 홀의 분포 밀도를 높이고, 그리고/또는 노출하는 면적이 큰 홀을 배치함으로써, 리튬 이차전지에서 발생되는 열의 신속한 방출에 기여할 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서와 같이, 양극 탭(15) 및 음극 탭(16)이 리튬 이차전지(20')의 일 변에 모두 형성되지 않고, 각각 다른 변에 형성되는 경우, 이에 대응하여, 양극 탭(15)이 전극 조립체(14)와 연결되는 부분에 대응 또는 인접하는 라벨(30a)의 부분 및 음극 탭(16)이 전극 조립체(14)와 연결되는 부분에 대응 또는 인접하는 라벨(30a)의 부분에 각각 위에서 설명된 바와 같이, 홀의 분포 밀도를 높이고, 그리고/또는 노출하는 면적이 큰 홀을 배치할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 리튬 이차전지(20a')에서 저온(고온보다 낮은 부분)이 발생되는 부분에 대응 또는 인접하는 라벨(30a)의 부분에는, 직경이 작은 홀(31b)이 형성되고, 그리고/또는 홀(31b)의 분포 밀도가 낮을 수 있다. 이와 같이, 직경이 작은 홀(31b)을 리튬 이차전지에서 저온이 발생되는 부분에 배치하고, 그리고/또는 홀의 분포 밀도를 낮춤으로써, 리튬 이차전지(20')의 절연저항을 높게 유지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 라벨(30a)에 형성되는 홀(31a, 31b)이 원형이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 홀은 부채꼴, 타원형 또는 다각형 형상도 가능하다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 홀(31, 31a, 31b)이 형성된 라벨(30, 30a)을 포함하는 리튬 이차전지(20, 20') 복수 개는 직렬 또는 병렬로 연결되고, 예를 들어, 도시되지 않은 전지 모듈용 케이스에 함께 수용되어 전지 모듈을 구성한다.
이 경우, 전지 모듈의 리튬 이차전지(20, 20')는 적어도 일측 표면에 부착되는 홀(31, 31a, 31b)이 형성되는 절연성 라벨(30, 30a)을 포함하고 있어, 복수의 리튬 이차전지(20 20')가 서로 긴밀하게 밀착이 되더라도 높은 절연저항을 유지할 수 있을뿐만 아니라, 리튬 이차전지(20, 20')에서 발생되는 열이 원할하게 방출될 수 있으므로, 전지 모듈의 안전성이 높게 유지될 수 있다.
또한, 이와 같은 전지 모듈에서, 리튬 이차전지(20, 20')에 부착되는 라벨(30, 30a)의 양 표면에 미리 점착성 층이 마련될 수 있어, 라벨(30, 30a)이 용이하게 리튬 이차전지의 일 표면에 부착될 수 있으며, 리튬 이차전지(20, 20')에서 발생되는 열을 방출하기 위한 냉각판(도시 안됨)도 리튬 이차전지(20, 20')에 용이하게 장착될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 케이스
11: 커버
12: 공간부
13: 몸체부
14: 전극 조립체
15: 양극 탭
16: 음극 탭
20; 20': 리튬 이차전지
30; 30a: 라벨
31; 31a; 31b: 홀
11: 커버
12: 공간부
13: 몸체부
14: 전극 조립체
15: 양극 탭
16: 음극 탭
20; 20': 리튬 이차전지
30; 30a: 라벨
31; 31a; 31b: 홀
Claims (15)
- 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨에 있어서,
상기 리튬 이차전지는,
전극 조립체를 수용하는 가요성 케이스;
상기 전극 조립체의 양극 전극판 및 음극 전극판에 각각 연결되고, 상기 가요성 케이스 외부로 돌출되는 양극 탭 및 음극 탭; 및
상기 가요성 케이스 내부에 수용되는 전해액을 포함하고,
상기 라벨은 상기 가요성 케이스의 적어도 일 표면에 부착되고, 상기 라벨에는 복수의 홀이 형성되며,
상기 라벨에 형성된 상기 복수의 홀은 원형이고, 상기 복수의 홀의 직경은 20 ~ 30 mm이고, 상기 복수의 홀의 개수는 8 ~ 12 개이고,
상기 라벨의 두께는 0.05 ~ 0.15 mm 이고, 상기 라벨의 평면 형상은 상기 리튬 이차전지의 평면 형상에 대응하게 형성되는, 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨.
- 청구항 1에 있어서,
상기 라벨은 화학섬유지(YUPO), PET(polyethylene phthalate) 및 PI(polyimide) 중 어느 하나로 형성되는, 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 라벨은 양 표면 중 적어도 하나의 표면에 접착층이 마련되는, 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨.
- 청구항 1에 있어서,
상기 양극 탭 및 상기 음극 탭 중 적어도 어느 하나의 탭이 상기 전극 조립체와 연결되는 부분에 대응 또는 인접하는 상기 라벨의 부분에서의 상기 복수의 홀의 분포 밀도는 상기 라벨의 다른 부분에서의 상기 복수의 홀의 분포 밀도보다 높은, 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨.
- 청구항 6에 있어서,
상기 리튬 이차전지의 평면 형상은 사각형이고, 상기 양극 탭이 상기 전극조립체와 연결되는 부분에 대응하는 상기 사각형의 일 변은 상기 음극 탭이 상기 전극조립체와 연결되는 부분에 대응하는 상기 사각형의 일 변과 다른, 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨.
- 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 홀은 원형이고, 상기 복수의 홀 중 일부의 홀은 제 1 직경을 갖고, 상기 복수의 홀 중 다른 홀은 상기 제 1 직경보다 더 큰 제 2 직경을 갖는, 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨.
- 청구항 8에 있어서,
상기 제 2 직경을 갖는 상기 다른 홀은, 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭 중 적어도 어느 하나의 탭이 상기 전극 조립체와 연결되는 부분에 대응 또는 인접하는 상기 라벨의 부분에 분포되는, 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨.
- 청구항 9에 있어서,
상기 리튬 이차전지의 평면 형상은 사각형이고, 상기 양극 탭이 상기 전극조립체와 연결되는 부분에 대응하는 상기 사각형의 일 변은 상기 음극 탭이 상기 전극조립체와 연결되는 부분에 대응하는 상기 사각형의 일 변과 다른, 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨.
- 청구항 1 내지 청구항 2 및 청구항 5 내지 청구항 10 중 어느 하나의 청구항에 따른 리튬 이차전지의 가요성 케이스에 부착되기 위한 라벨;
양극 전극판, 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 상기 음극 전극판 사이에 배치되는 분리막이 권취 또는 적층되어 형성되는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 가요성 케이스;
상기 전극 조립체의 상기 양극 전극판에 연결되고, 상기 가요성 케이스 외부로 돌출되는 양극 탭;
상기 전극 조립체의 상기 음극 전극판에 연결되고, 상기 가요성 케이스 외부로 돌출되는 음극 탭; 및
상기 가요성 케이스 내부에 수용되는 전해액을 포함하고,
상기 라벨은 상기 가요성 케이스의 적어도 일 표면에 부착되는, 리튬 이차전지.
- 청구항 11에 있어서,
상기 라벨은 2 개이고, 각각 상기 가요성 케이스의 서로 대향하는 표면에 부착되는, 리튬 이차전지.
- 청구항 11에 따른 리튬 이차전지 복수 개가 직렬 또는 병렬로 연결되는 전지 모듈.
- 청구항 13에 있어서,
상기 전지 모듈은, 상기 라벨의 표면에 부착되어 상기 리튬 이차전지에서 발생되는 열을 방출하기 위한 냉각판을 포함하는, 전지 모듈.
- 청구항 14에 있어서,
상기 냉각판은 구리로 형성되는, 전지 모듈.
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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 |