KR101722662B1 - 파우치형 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파우치형 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극탭이 접합된 전극 조립체; 상기 전극탭의 일부가 외부로 돌출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치; 및 상기 전극탭과 상기 파우치가 교차되는 부위에 상기 전극탭을 감싸는 절연 테이프를 포함하며, 상기 절연 테이프는 그 너비가 상기 전극탭의 너비 보다 넓게 형성되고, 상기 절연 테이프의 파우치와 겹치지 않는 부분은 양 끝단과 전극탭 사이를 전극탭의 길이방향으로 파우치까지 절개되어 형성된 파우치 접합부를 포함하고, 상기 파우치 접합부는 파우치쪽으로 접혀 파우치에 접합됨으로써, 절연성 및 밀봉의 신뢰성이 우수하며, 이와 동시에 파우치 외부에 노출된 절연 테이프의 면적을 감소시켜 전지 제조시 절연 테이프에 의한 간섭을 최소화할 수 있는 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.

Description

파우치형 이차 전지{Pouch-Type Secondary Battery}
본 발명은 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차 전지는 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 전자 장비 전원으로서 많이 사용되고 있는 니켈-카드늄 (Ni-Cd) 전지나, 니켈-수소(Ni-MH) 전지보다 작동전압이 세 배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 우수하다는 점에서 많은 연구 개발이 진행되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라 부른다.
일반적인 리튬 이온 전지는, 다공성의 양극 집전체 및 음극 집전체와 세퍼레이터가 서로 번갈아 가며 겹쳐 진 형태로 이루어진 전극 조립체와, 상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 셀 외장재로 이루어져 있다. 이러 한 배터리 셀은, 셀 외장재의 형태에 따라 캔(can)형 배터리 셀 혹은 파우치(pouch)형 배터리 셀로 구분되기도 한다.
최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 것이다.
파우치형 이차 전지는 소정 전류를 생성하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 감싸서 밀봉하는 파우치를 구비하여 이루어진다. 전극 조립체는 그 일측으로부터 연장된 전극탭에 외부와의 전기적 통로 역할을 하는 리이드가 연결되며, 상기 리이드는 그 표면으로 전극 테이프가 접착되어 파우치의 외부로 일부 돌출되게 설치된다.
파우치와 전극탭의 리이드간에는 밀봉이 완벽하기 이루어지지 않는 경우, 절연성이 저하될 수 있으며, 파우치의 안정성이 저하되고, 이에 따라, 발생된 틈으로 외부 수분이 유입되거나, 내부 전해질이 유출될 우려가 있어, 파우치와의 밀봉성을 향상시키기 위한 접속 기술의 개발이 요구 되고 있다.
본 발명은 전극의 절연성 및 밀봉의 신뢰성이 뛰어난 파우치형 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 전극탭이 접합된 전극 조립체;
상기 전극탭의 일부가 외부로 돌출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치; 및
상기 전극탭과 상기 파우치가 교차되는 부위에 상기 전극탭을 감싸는 절연 테이프를 포함하며,
상기 절연 테이프는 그 너비가 상기 전극탭의 너비 보다 넓게 형성되고,
상기 절연 테이프의 파우치와 겹치지 않는 부분은 양 끝단과 전극탭 사이를 전극탭의 길이 방향으로 파우치까지 절개되어 형성된 파우치 접합부를 포함하고,
상기 파우치 접합부는 파우치쪽으로 접혀 파우치에 접합되는, 파우치형 이차 전지.
2. 위 1에 있어서, 상기 파우치 접합부는 상부 접합부 및 하부 접합부를 포함하고, 상기 접합부는 파우치 상부에 접합되며, 상기 하부 접합부는 파우치 하부에 접합되는, 파우치형 이차 전지.
3. 위 1에 있어서, 상기 파우치 접합부는 접착제 또는 열융착으로 파우치에 접합되는, 파우치형 이차 전지.
4. 위 1에 있어서, 상기 절연 테이프의 파우치와 겹치는 부분은 양 끝단으로 갈수록 두께가 작아지는, 파우치형 이차 전지.
5. 위 1에 있어서, 상기 절연 테이프의 파우치와 겹치는 부분은 양 끝단으로 갈수록 두께가 작아지는 적어도 하나의 단차를 구비하는, 파우치형 이차 전지.
6. 위 1에 있어서, 상기 절연 테이프는 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나로 형성되는, 파우치형 이차 전지.
본 발명의 파우치형 이차 전지는 특정 구조의 절연 테이프를 구비함으로써, 절연성 및 밀봉의 신뢰성이 뛰어나다.
본 발명의 파우치형 이차 전지는 파우치 외부에 노출된 절연 테이프의 면적을 감소시켜 전지 제조시 절연 테이프에 의한 간섭을 최소화하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 공정 상의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 따른 파우치 전극탭과 절연 테이프의 위치 관계를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 파우치와 겹치는 부분(220)의 끝단의 단면도를 나타낸 것이다.
본 발명은 파우치형 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극탭이 접합된 전극 조립체; 상기 전극탭의 일부가 외부로 돌출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치; 및 상기 전극탭과 상기 파우치가 교차되는 부위에 상기 전극탭을 감싸는 절연 테이프를 포함하며, 상기 절연 테이프는 그 너비가 상기 전극탭의 너비 보다 넓게 형성되고, 상기 절연 테이프의 파우치와 겹치지 않는 부분은 양 끝단과 전극탭 사이를 전극탭의 길이방향으로 파우치까지 절개되어 형성된 파우치 접합부를 포함하고, 상기 파우치 접합부는 파우치쪽으로 접혀 파우치에 접합됨으로써, 절연성 및 밀봉의 신뢰성이 우수하며, 이와 동시에 파우치 외부에 노출된 절연 테이프의 면적을 감소시켜 전지 제조시 절연 테이프에 의한 간섭을 최소화할 수 있는 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 과정을 나타낸 도면이다. 도 1의 (a)는 절연 테이프(200)가 파우치에 접합되기 이전의 구조를 나타낸 것이며, 도 1의 (b)는 절연 테이프(200)가 파우치(300)에 접합된 후의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는 전극탭(100)이 접합된 전극 조립체, 상기 전극탭(100)의 일부가 외부로 돌출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치(300) 및 상기 전극탭(100)과 상기 파우치(300)가 교차되는 부위에 상기 전극탭을 감싸는 절연 테이프(200: 210, 220 포함)를 구비한다.
상기 절연 테이프(200)는 파우치(300) 외부로 돌출된 전극탭(100)과 파우치(300) 사이를 밀봉하고, 이들의 전기적 단락을 방지하기 위한 것으로서, 본 발명은 특정 구조의 절연 테이프(200)를 사용함으로써, 절연성 및 밀봉의 신뢰성이 우수하며, 이와 동시에 파우치 외부에 노출된 절연 테이프의 면적을 감소시켜 전지 제조시 절연 테이프에 의한 간섭을 최소화하여 생산 효율을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 절연 테이프(200)는 전극탭(100)을 감싸도록 형성되는 바, 상기 절연 테이프(200)의 단면 너비는 전극탭(100)의 단면의 너비 보다 넓게 형성된다.
또한, 상기 절연 테이프(200)는 파우치(300) 전극탭(100)의 교차 지점에서 형성되는 바, 상기 절연 테이프(200)의 일부는 파우치와 겹치도록 파우치 내부로 형성되며(220), 다른 일부는 파우치와 겹치지 않도록 파우치 외부로 형성된다(210).
상기 절연 테이프(200)의 파우치와 겹치지 않는 부분(210)은 양 끝단과 전극탭(100) 사이를 전극탭(100)의 길이 방향으로 파우치(300)까지 절개되어 형성된 파우치 접합부를 포함하며, 상기 파우치 접합부(210a, 210b)는 파우치 쪽으로 접혀 파우치에 접합되게 된다(도 1의 (b)).
상기 파우치 접합부는 전극탭(100)의 양측에 각각 하나씩 형성될 수 있으며, 이 경우, 전극탭(100) 우측의 파우치 접합부 및 전극탭(100) 좌측의 파우치 접합부는 각각 파우치의 방향(상부 및/또는 하부)으로 접혀져 접합되게 된다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 파우치 접합부는 양끝단에 각각 상부 접합부(210a) 및 하부 접합부(210b)를 포함하는 것일 수 있으며, 이 경우, 양 끝단에 형성된 상부 접합부(210a)는 각각 파우치 상부에 접합되며, 양 끝단에 형성된 하부 접합부(210b)는 각각 파우치 하부에 접합되게 된다(도 1의 (b)).
절연 테이프(200)의 양 끝단과 전극탭(100) 사이를 전극탭의 길이 방향으로 파우치와 만나는 지점까지 절개하여 형성된 상기 상부 접합부(210a) 및 하부 접합부(210b)는 상기 파우치와 겹쳐지지 않는 부분(210)을 그 두께 방향으로 파우치(300)까지 절개하여 형성한 것일 수 있으며, 또는 전극탭(100)의 상부와 하부에 각각 2장의 절연 테이프(200)를 사용하여 형성된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 절연 테이프(200)는 전극탭(100)을 감싸도록 형성되는 바, 상기 파우치 접합부(210a, 210b)는 파우치와 겹치지 않는 부분(210)의 양끝단에서 전극탭(100)을 감싸는 부분을 제외한 부분을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극탭과 절연테이프의 위치 관계를 도시한 도면으로서, 이를 참고하면, 본 발명에 따른 절연 테이프(200)는 파우치와 겹치지 않는 부분(210)과 파우치와 겹치는 부분(220)의 너비가 서로 상이하며, 파우치와 겹치는 부분(220)의 너비가 파우치와 겹치지 않는 부분(210)의 너비보다 넓게 형성된다.
본 발명에서, 상기 파우치 접합부(210a, 210b)를 파우치(300)에 접합하는 공정은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 접착제를 사용한 것일 수 있으며, 열융착에 의한 것일 수도 있다.
본 발명은 상기 절연 테이프(200) 및 파우치(300)가 전술한 구조로 서로 접합됨에 따라, 전극탭(100)과 파우치(300)간의 절연성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 파우치 접합부(210a, 210b)로 인해 이중으로 밀봉되게 되어 밀봉의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 파우치 외부에 노출된 절연 테이프의 면적을 감소시켜 전지 제조시 절연 테이프에 의한 간섭을 최소화하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 파우치와 겹치는 부분(220)의 끝단의 단면도를 나타낸 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 절연 테이프(200)는 양 끝단으로 갈수록 그 두께가 점점 작아지는 구조일 수 있으며, 특히, 파우치와 겹치는 부분(220)은 양 끝단으로 갈수록 두께가 점점 작아지거나(도 3의 (a)), 또는 두께가 작아지면서 적어도 하나의 단차를 구비하는 것(도 3의 (b))일 수 있다.
본 발명에서 파우치와 겹치는 부분(220)의 끝단이 상기와 같이 형성되는 경우, 파우치(300)와의 밀봉의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있는 것으로 판단된다.
본 발명에 따른 상기 절연 테이프는 그 기능을 수행하며, 전술한 구조로 형성되기 용이한 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체는 이차 전지에 적용되는 통상적인 구조로서, 양극판, 음극판, 이들을 절연하기 위해 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막 및 양극판 및 음극판 각각에 전기적으로 연결된 전극탭을 포함할 수 있다.
이들은 양극판, 분리막, 음극판이 순차로 배치되어 일방향으로 와인딩 되거나, 다수장의 양극판, 분리막, 음극판이 반복적으로 적층된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양극판 및 음극판에는 각각 양극 활물질과 음극 활물질이 코팅되어 있다.
상기 양극 활물질은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 본 발명이 리튬 이차 전지인 경우, 상기 양극 활물질은 리튬 계열의 활물질이며, 구체적으로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4,V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 리튬 망간 복합 산화물; 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 활물질은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬과 다른 원소의 합금, 규소 또는 주석 등이 사용될 수 있다. 비결정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF) 등이 있다. 결정질 탄소로는 흑연계 재료가 있으며, 구체적으로는 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등이 있다. 리튬과 합금을 이루는 다른 원소로는 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분리막은 소재는 절연 물질이라면 특별히 한정되지 않으며, 양극과 음극 사이에 이온이 통화할 수 있도록 다공성 막으로 구성되는 것이 바람직하며, 예를 들면, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 구체적으로 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 름이나 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 또는 폴리비닐리덴 플로라이드 헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoridehexafluoropropylene) 공중합체 등의 고분자 필름일 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는 다수 결합되어 전지 팩으로 사용될 수 있다. 상기 전지 팩은 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등의 전기차; 이-바이크(E-bike) 또는 이-스쿠터(Escooter) 등의 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 및 전기 상용차 등의 중대형 디바이스 전원으로 사용 가능하다.
100 : 전극탭
200 : 절연 테이프
300 : 파우치

Claims (6)

  1. 전극탭이 접합된 전극 조립체;
    상기 전극탭의 일부가 외부로 돌출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치; 및
    상기 전극탭과 상기 파우치가 교차되는 부위에 상기 전극탭을 감싸는 절연 테이프를 포함하며,
    상기 절연 테이프는 그 너비가 상기 전극탭의 너비 보다 넓게 형성되고,
    상기 절연 테이프는 상기 파우치 내부에 배치된 제1 부분, 및 상기 제1 부분과 일체로 형성되어 파우치 외부로 노출되며 상기 제1 부분보다 너비가 작은 제2 부분을 포함하고,
    상기 제2 부분은 상기 절연 테이프의 상기 파우치 및 상기 전극탭과 겹치지 않는 부분을 상기 전극탭의 길이 방향으로 파우치까지 절개함으로써 형성된 파우치 접합부에 의해 정의되며,
    상기 파우치 접합부는 상기 파우치쪽으로 접혀 상기 파우치에 접합되는, 파우치형 이차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 파우치 접합부는 상부 접합부 및 하부 접합부를 포함하고, 상기 상부 접합부는 파우치 상부에 접합되며, 상기 하부 접합부는 파우치 하부에 접합되는, 파우치형 이차 전지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 파우치 접합부는 접착제 또는 열융착으로 파우치에 접합되는, 파우치형 이차 전지.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 절연 테이프의 파우치와 겹치는 부분은 양 끝단으로 갈수록 두께가 작아지는, 파우치형 이차 전지.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 절연 테이프의 파우치와 겹치는 부분은 양 끝단으로 갈수록 두께가 작아지는 적어도 하나의 단차를 구비하는, 파우치형 이차 전지.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 절연 테이프는 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나로 형성되는, 파우치형 이차 전지.
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