KR101831252B1 - 이차 전지용 파우치 외장재 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지 - Google Patents

이차 전지용 파우치 외장재 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수분 침투가 효과적으로 차단될 수 있는 파우치 외장재 및 이를포함하는 파우치형 이차 전지에 대한 것이다. 특히, 본 발명에 의하면, 상부 파우치와 하부 파우치의 실링부에서 접착 계면 사이로 수분이 침투하는 것이 효과적으로 차단될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 수분 침투로 인한 이차 전지의 성능 저하 및 열화 현상 등이 발생하는 것을 방지하고, 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

이차 전지용 파우치 외장재 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지 {A pouch for a secondary battery and a pouch type secondary battery comprising the same}
본 발명은 이차 전지를 제조하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수분 침투가 효과적으로 차단될 수 있는 파우치 외장재 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지에 대한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. 일반적으로 이러한 이차 전지는 외장이나 적용 형태에 따라 캔형 이차 전지와 파우치형 이차 전지로 구분될 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이며, 도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 파우치형 이차 전지는, 양극 탭(21) 및 음극 탭(22)이 구비된 전극 조립체(20)와 상기 전극 조립체(20)를 수용하는 파우치 외장재(10)로 이루어지는 것이 일반적이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 파우치 외장재(10)는, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)로 구성될 수 있으며, 이러한 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)로 형성된 내부 공간에 전극 조립체(20) 및 전해액이 수용된다. 그리고, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)는, 내부 공간을 밀폐시키기 위해 외주면에 실링부가 형성되고, 이러한 실링부가 서로 접착(실링)된다.
이러한 파우치 외장재(10)는, 전극 조립체(20)와 전해액 등 내부 구성요소를 보호하고, 전극 조립체(20)와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 알루미늄 등 금속 박막이 포함된 형태로 구성된다. 그리고, 이러한 금속 박막은 전극 조립체(20) 및 전해액과 같은 이차 전지 내부의 구성요소나 이차 전지 외부의 다른 구성요소와의 전기적 절연성을 확보하기 위해, 절연물질로 형성된 절연층 사이에 개재된다.
도 3은 도 2의 A-A' 선에 대한 단면도이고, 도 4는 도 3의 B 부분에 대한 부분 확대도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)는 각각 외부 절연층(11a, 12a), 금속층(11b, 12b) 및 내부 절연층(11c, 12c)으로 구성된다. 그리고, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)의 내부 공간을 밀폐하기 위해, 상부 파우치(11)의 실링부와 하부 파우치(12)의 실링부는 서로 열융착 등에 의해 접착된다. 이처럼, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)는 실링부에서 서로 접착되기 때문에, 상부 파우치의 내부 절연층(11c)과 하부 파우치의 내부 절연층(12c)은 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)과 같이 열융착에 의해 접착성이 좋은 물질로 형성되는 것이 일반적이다.
그런데, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)가 실링부에서 서로 접착된다 하더라도 이차 전지의 밀폐성을 완전하게 확보하기가 쉽지 않다. 특히, 폴리프로필렌과 같은 접착성 고분자는 수분 침투에 취약한 경향이 있어서, 종래 파우치형 이차 전지의 경우 상부 파우치의 내부 절연층(11c)과 하부 파우치의 내부 절연층(12c) 사이로 수분이 침투할 수 있는 문제가 있다.
이차 전지 내부로 수분이 침투되는 경우, 이차 전지가 손상되는 것은 물론, 이차 전지의 안전성을 해할 수 있다. 더욱이, 리튬이온 이차 전지는, 탄산에스테르 등의 비수 용제에 전해질 및 첨가제를 용해시킨 전해액을 이용하고 있으며, 전해질로는 전도성, 전위창, 금속과의 상호작용 등의 측면에서 양호한 특성을 갖는 불화물계 전해질이 사용되는 경우가 많다. 그러나, 이들 불화물에는 가수분해에 의해 불화수소를 유리시키는 성질이 있으며, 발생한 불화수소가 전극재의 용해나 집전체의 부식 등을 일으켜 전지 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 수분은 부반응을 일으켜 전지의 열화를 촉진시켜 수명을 감소시키고, 가스를 발생시켜 폭발 등을 일으킬 수도 있다.
더욱이, 최근에는 많은 수의 이차 전지를 전기적으로 연결하여 중대형 배터리 팩을 구성하는 경우가 많은데, 이 경우 일부 이차 전지에서 발생하는 성능의 하락은 중대형 배터리 팩 전체의 성능 하락을 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 파우치 외장재의 실링부 접착 계면 사이로 수분이 침투하는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 파우치 외장재 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 파우치형 이차 전지를 제공한다. 상기 이차 전지는, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층되어 있는 전극 조립체; 상기 전극 조립체로부터 연장되는 전극 탭; 및 상기 전극 조립체를 수납할 수 있도록 내부에 빈 공간이 형성되고, 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 파우치 외장재;를 포함하며, 여기에서, 상기 파우치 외장재는 상기 상부 파우치 및 하부 파우치의 각 테두리 부분에 실링부를 가지며, 상기 상부 파우치 및 하부 파우치의 실링부가 서로 결착되어 파우치 외장재가 밀봉되고, 상기 파우치 외장재는 실링부 접착 단면의 적어도 일부 또는 전부가 외부로 노출되지 않도록 실링부 중 소정 폭을 갖는 외주면 부분과 접착 단면을 금속 보강 테이프 부재로 피복하여 마감된 마감 처리부를 포함한다.
여기에서, 상기 금속 보강 테이프 부재는 보강 금속층, 상기 보강 금속층의 일측면에형성된 외부 보호층 및 상기 보강 금속층의 타측면에 형성된 접착층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 보강 금속층은 상기 금속 보강 테이프 부재에 삽입되어 보강 금속층이 상기 테이프 부재의 외부로 노출되지 않을 수 있다.
여기에서, 상기 외부 보호층은 보강 금속층의 일측면에 형성되며 절연 특성을 갖는 고분자 수지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연 특성을 갖는 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 나일론, 염화 비닐, 폴리이미드 및 폴리페닐렌설파이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 보강 금속층은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 스테인레스 스틸(SUS) 및 이 중 둘 이상을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 보강 금속층은 두께가 1㎛ 내지 100㎛의 범위인 것이다.
또한, 상기 접착층은 감압성 점착 성분 또는 열융착성 고분자 수지를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 감압성 점착 성분은 아크릴계 점착성 화합물, 고무계 점착성화합물, 실리콘계 점착성 화합물 및 비닐 에테르계 점착성 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 접착층은 수분 차단제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수분 차단제는 금속분말, 금속산화물, 금속염 및 오산화인(P2O5)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수분 반응성 흡착제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수분 차단제는 접착층 100 중량부 대비 10 내지 80 중량부의 양으로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명은, (S1)양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층되어 있는 전극 조립체를 준비하는 단계; (S2)상기 파우치와 하부 파우치를 포함하며, 상기 전극 조립체를 수납할 수 있도록 내부에 빈 공간이 형성된 파우치 외장재를 준비하는 단계; (S3)상기 파우치 외장재에 상기 전극 조립체를 수납하고 상기 상부 및 하부 파우치의 테두리에 형성된 실링부를 서로 융착하여 상기 파우치 외장재를 밀봉하는 단계; 및 (S4) 상기 실링부의 접착 단면의 적어도 일부 또는 전부가 외부로 노출되지 않도록 실링부의 말단부를 금속 보강 테이프 부재로 피복하여 마감 처리하는 단계; 를 포함하는 파우치형 이차 전지 제조 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 마감 처리는 금속 보강 테이프 부재의 일측 길이 단부가 상부 파우치의 실링부 외주면에 부착되고 상기 테이프 부재가 접착 단면을 따라 절곡되어 테이프 부재가 접착 단면에 부착되고 상기 테이프 부재의 타측 길이 단부가 하부 파우치의 실링부 외주면에 부착되는 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 금속 보강 테이프 부재의 폭은 상기 테이프 부재가 부착되는 상부 및 하부 파우치의 외주면의 폭 및 접착 단면의 폭의 합보다 넓을 수 있다.
또한, 상기 금속 보강 테이프 부재의 보강 금속층은 접착 단면의 폭보다 넓으며 접착 단면을 피복하는 방식으로 부착될 수 있다.
본 발명에 따라 외부로부터 내부로 수분이 침투하는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 파우치형 이차 전지가 제공된다. 본 발명에 따르면 금속 보강 테이프로 실링부 접착 단면을 마감 처리함으로써 상부 파우치와 하부 파우치의 실링부에서 접착된 내부 절연층을 통해 수분이 전지 내부로 침투하는 것이 효과적으로 차단될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 수분 침투로 인한 이차 전지의 성능 저하 및 열화 현상 등이 발생하는 것이 방지되고, 이차 전지의 안전성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 마감 처리에 의해서 상부 파우치나 하부 파우치의 금속층이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 금속층의 노출로 인한 이차 전지의 절연성 파괴를 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 선에 대한 단면도이다.
도 4는 도 3의 B 부분에 대한 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 사시도이다.
도 6 및 7은 금속 보강 테이프 부재의 구성을 도시한 단면도이다.
도 8은 도 5의 A 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 9는 도 5의 B-B' 선에 대한 단면도이다.
도 10은 9의 B 부분을 확대하여 도시한 것이다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 중 실링부에 금속 보강 테이프 부재(300)가 구비된 것을 도시한 것이다. 상기 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는, 파우치 외장재(100) 및 금속 보강 테이프 부재(300)를 포함한다.
상기 파우치 외장재(100)는, 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)를 포함한다. 이러한 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)에는 오목하게 들어간 형태의 내부 공간이 형성되어, 이러한 내부 공간에 전극 조립체(200) 및 전해액을 수납한다.
그리고, 파우치 외장재(100)는, 상하부 파우치의 실링부(S)가 서로 접착됨으로써 밀봉 상태를 유지할 수 있다. 즉, 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)는 각각 테두리에 실링부(S)를 구비하고, 테두리 내측으로 형성된 수납 공간에 전극 조립체(200) 및 전해액을 수납한 후, 이러한 실링부(S)가 서로 접착(실링)된다. 이때 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)의 실링부(S) 접착은, 열융착 등의 방식으로 이루어질 수 있다.
한편, 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)는, 각각 외부 절연층(111, 121), 금속층(112, 122) 및 내부 절연층(113, 123)으로 구성될 수 있으며, 각각 외부 절연층, 금속층, 내부 절연층이 순차적으로 라미네이트되어 형성된다.
여기서, 외부 절연층(111, 121)은, 이차 전지와 외부와의 절연성을 확보하기 위한 것으로서, 절연 특성을 갖는 동시에 전해액에 대한 비반응성 소재이면 특별히 제한되지 않는다. 이러한 특성을 만족하는 소재로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 나일론, 염화 비닐, 폴리이미드, 폴리페닐렌설파이드 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 또는 나일론 또는 이 둘의 혼합물을 포함하는 것이다.
상기 금속층(112, 122)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn) 및 이 중 둘 이상을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속층은 상기 금속 중 바람직하게는 알루미늄인 것이다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 내부 절연층(113, 123)은, 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)의 실링 시, 상호간 접착되어 파우치 외장재의 밀봉을 확보한다. 상기 내부 절연층은 열융착에 의한 상호간 결착을 달성할 수 있는 열융착성 고분자 수지를 포함한다. 상기 열융착성 고분자 수지는 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 수지, 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 수지, 이들의 랜덤 공중합체, 프로필렌, 부틸렌 및 에틸렌의 삼원 공중합체 등의 폴리올레핀 수지를 1종 이상 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 내부 절연층은 폴리프로필렌계 단독 중합체, 폴리프로필렌계 공중합체 및 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene, cPP)과 같은 폴리프로필렌계 수지를 1종 이상 포함한다. 그러나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 금속 보강 테이프 부재(300)는 파우치 외장재의 실링부 절단면이 외부로 노출되지 않도록 실링부의 접착 단면을 피복하는 것으로서 소정의 폭을 갖는 마감 테이프와 같은 형태로 준비될 수 있다. 본 명세서에서 상기 용어 접착 단면은 또한, 접착 단면은 파우치의 절단면을 의미하는 것으로 사용된다.
도 6은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 금속 보강 테이프 부재의 사시도 및 이의 단면도(A-A')를 도시한 것이다. 상기 도 6을 참조하면 상기 금속 보강 테이프 부재(300)는 보강 금속층(320), 금속층의 일측면에 형성된 외부 보호층(310) 및 상기 금속층의 타측면에 형성된 접착층(330)을 포함한다.
상기 보강 금속층(320)은 테이프 부재의 내구성을 높이고 및 전지 내부로 수분유입이 차단되는 효과를 극대화하기 위해 구비되는 것이다. 상기 금속층(320)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 스테인레스 스틸(SUS) 및 이 중 둘 이상을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 기계적 강도와 유연성 및 가공성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 바람직하게는 상기 금속층은 알루미늄(Al) 및/또는 스테인레스 스틸(SUS)인 것이다.
상기 보강 금속층은 두께가 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 또는 20 ㎛ 내지 80 ㎛ 또는 20 ㎛ 내지 50 ㎛의 금속박인 것이 바람직하다. 상기 두께가 전술한 범위를 지나치게 초과하는 경우에는 가공성이 저하되어 외력에 의한 변형으로 절단되어 수분 차단효과가 상쇄될 수 있다. 한편, 상기 금속층의 두께가 전술한 범위에 미치지 못하는 경우에는 금속층의 내구성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 보강 금속층(320)의 일측면에는 외부 보호층(310)이 구비된다. 상기 외부 보호층은 절연 상태를 유지하고 보강 금속층의 표면이 외부로 노출되지 않도록 금속층 표면을 피복한다. 상기 외부 보호층에는 상부 또는 하부 파우치의 외부 절연층에 사용되는 재료를 사용할 수 있다. 즉, 상기 외부 보호층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 수지 또는 나일론(nylon) 수지 등의 절연물질을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 보강 금속층의 타측면에는 접착층(330)이 구비된다. 상기 접착층은 실링부 접착 단면을 피복하고 금속 보강 테이프 부재(300)와 실링부(S) 사이의 밀접한 접착력을 제공한다.
상기 접착층은 접착력 제공을 위해 감압성 점착 성분이나 내부 절연층에 사용되는 열융착성 고분자 수지를 포함할 수 있다.
상기 감압성 점착 성분은 비제한적인 예로서 아크릴계 점착성 화합물, 고무계 점착성화합물, 실리콘계 점착성 화합물 및 비닐 에테르계 점착성 화합물을 포함할 수 있다. 접착층으로 이러한 감압성 접착 성분을 이용할 수 있으므로 금속 보강 테이프 부재를 실링부에 접착하는 경우 일정 정도의 압력을 가하는 간단한 공정만으로 실링부 접착 단부에 상기 테이프 부재에 의한 피복을 형성할 수 있어 공정 효율 측면에서 잇점이 있다.
상기 아크릴계 점착성 화합물의 비제한적인 예로는 부틸 아크릴레이트, 이소노닐 아크릴레이트, 2－에틸 헥실 아크릴레이트 등의 아크릴산 에스테르계 모노머의 단독 집합체 또는 공중합체, 혹은 이러한 아크릴산 에스테르계 모노머와 아크릴산, 아크릴산 2－히드록시 에틸, 초산비닐 등의 다른 모노머와의 공중합체 등이 이 있다. 또한, 상기 고무계 점착성 화합물의 비제한적인 예로는 합성 폴리이소프렌 고무, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 천연 고무, 폴리이소부티렌, 폴리부텐 등이 있다.
상기 열융착 고분자 수지의 비제한적인 예로는 폴리에틸렌(poly ethylene, PE) 수지, 폴리프로필렌(poly propylene, PP) 수지, 이들의 랜덤 공중합체, 프로필렌, 부틸렌 및 에틸렌의 삼원 공중합체 등이 있으며, 이 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 그러나 특별히 이에 한정되는 것은 아니며 실링부와 금속 보강 테이프 부재의 사이에 접착력을 제공할 수 있는 성질의 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 접착층으로 열융착 고분자 수지를 사용하는 경우에는, 금속 보강 테이프 부재로 파우치 외장재와 동일한 재료를 사용하는 것이 가능하므로 금속 보강 테이프 부재를 준비하는데 별도의 제조 라인이 필요하지 않고 상기 파우치 외장재의 재료를 적절하게 재단하여 사용할 수 있어 공정상 편의성을 도모할 수 있다. 그리고, 상기 접착층이 열융착성 고분자 수지를 포함하는 경우에는 열융착에 의한 접착력을 형성하기 위해 금속재 보장 테이프 부재가 구비된 부분에 대한 열간 압연 공정이 수행될 필요가 있다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 금속 보강 테이프 부재(300)는 보강 금속층이 상기 부재의 내부로 삽입된 형태로 구성될 수 있다. 도 7은 보강 금속층이 외부로 노출되지 않도록 구성된 테이프 부재의 분해도를 도시한 것이다. 이를 참조하면 상기 보강 테이프 부재는 상기 외부 보호층과 접착층의 폭 및 길이를 상기 보강 금속층의 폭 및 길이보다 넓은 것으로 준비하고 상기 보강 금속층이 상기 외부 보호층 및 접착층의 내측면에 위치하도록 하여 상기 보강 금속층 전체가 상기 외부 보호층 및 접착층으로 피복되고 외부로 노출되지 않도록 구성된다.
전술한 바와 같이 보강 금속층이 내부로 삽입되어 외부로 노출되지 않은 형태의 금속 보강 테이프 부재는 절연성이 향상되므로 상기 보강 금속층과 전극 탭과의 전기적인 간섭이 발생되지 않는다. 도 8은 도 5의 A 부분을 확대한 것이며 점선 부분은 삽입된 보강 금속층을 나타낸다. 이를 참조하면 테이프 부재의 말단이 전극 탭과 접촉되더라도 보강 금속층이 전극 탭과 물리적으로 접촉하지 않으므로 전기적인 간섭이 발생될 우려가 없다.
도 9은 도 5의 B-B’단면을 확대한 것이다. 도 9을 참조하면 실링부의 접착 단면(Sa)이 금속 보강 테이프 부재(300)로 피복되어 접착 단면이 외부로 노출되지 않도록 마감처리 되어 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 금속 보강 테이프 부재(300)는 이의 일측 길이단부가 실링부의 일측 외주면에 부착되고 실링부의 접착 단면을 따라 절곡되어 이의 타측 길이단부가 실링부의 타측 외주면에 부착되는 방식으로 실링부의 접착 단면에 부착될 수 있다. 본 발명에 있어서, 외주면은 실링부의 최외각에서 내측 방향으로 소정의 폭을 갖는 파우치 외장재의 평면상 테두리 부분을 지칭한다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 금속 보강 테이프 부재의 폭은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 마감 테이프가 실링부 전부 또는 적어도 실링부 폭의 절반 이상 피복되도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 삭이 금속 보강 테이프 부재의 폭은 상부 및 하부 파우치의 외주면의 폭 및 접착 단면의 폭의 합과 같거나 이보다 넓게 준비한다. 특히, 금속층이 내부에 삽입된 테이프 부재의 경우에는 보강 금속층의 폭이 외부 보호층이나 접착층의 폭에 비해 좁더라도 보강 금속층의 폭이 접착 단면보다 넓어 적어도 접착 단면을 전부 피복할 수 있도록 부착되는 것이 바람직하다. 도 10은 도 9의 B 부분을 확대한 것으로서 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 테이프 부재의 부착 상태를 예시적으로 도시한 것이다. 이를 참조하면 실링부 폭의 절반 이상 테이프 부재가 부착되어 있으며, 보강 금속층(320)이 접착 단면의 전면을 피복하고 금속층의 길이 단부의 일부가 절곡되어 상부 및 하부 외주면의 일부를 피복하고 있다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 접착층은 선택적으로 수분 차단제를 추가로 포함할 수 있다. 접착층 내에 수분 차단제를 추가로 포함함으로써 수분 차단 효과를 극대화한 테이프 부재를 제공할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「수분 차단제」는 물리적 또는 화학적 반응 등을 통해, 외부로부터 유입되는 수분 또는 습기를 흡착 또는 제거하거나, 외부로부터 유입되는 수분 또는 습기의 이동 통로를 방해하여 수분 또는 습기를 차단할 수 있는 성분을 총칭하는 의미로 사용될 수 있다. 상기 수분 차단제로는, 예를 들면, 수분 반응성 흡착제 또는 물리적 차단제가 사용될 수 있으며, 그 혼합물도 사용 가능하다.
상기 수분 반응성 흡착제는 접착층 내부로 유입된 습기, 수분 또는 산소 등과 화학적으로 반응하여 수분, 습기 또는 산소 등을 흡착한다. 상기 물리적 차단제는 봉지 구조로 침투하는 수분 또는 습기의 이동 경로를 길게 하여 그 침투를 억제할 수 있고, 경화성 수지의 매트릭스 구조 및 수분 반응성 흡착제 등과의 상호 작용을 통해 수분 및 습기에 대한 차단성을 극대화할 수 있다.
수분 반응성 흡착제의 구체적인 종류는 수분과 화학적으로 반응할 수 있는 흡착제라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 수분 반응성 흡착제로는 알루미나 등의 금속분말; 알칼리토금속 산화물 또는 유기금속산화물 등의 금속산화물; 금속염; 또는 오산화인(P2O5) 등의 일종 또는 이종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
상기에서 금속산화물의 예로는, 산화리튬(Li2O), 산화나트륨(Na2O), 산화바륨(BaO), 산화칼슘(CaO) 또는 산화마그네슘(MgO) 등을 들 수 있고, 금속염의 예로는, 황산리튬(Li2SO4), 또는 황산니켈(NiSO4) 등과 같은 황산염; 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네슘(MgCl2), 염화스트론튬(SrCl2), 염화이트륨(YCl3), 또는 요오드화마그네슘(MgI2) 등과 같은 금속할로겐화물; 또는 과염소산바륨(Ba(ClO4)2) 또는 과염소산마그네슘(Mg(ClO4)2) 등과 같은 금속염소산염 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 접착층내에서 상기 수분 차단제가 균일하게 분산되어 있는 것이 좋다. 특히 수분 반응성 흡착제의 경우, 공기 중의 수분과 반응하여 서로 뭉치는 현상(aggregation)이 쉽게 발생할 수 있기 때문에, 수분 반응성 흡착제를 접착층을 형성하는 수지 조성물 내에 균일하고, 적당한 크기로 분산하여 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 접착층은, 상기 수분 반응성 흡착제를 접착층 100 중량부에 대하여, 10 내지 80 중량부 또는 10 중량부 내지 50 중량부 또는 10 중량부 내지 30중량부의 함양으로 포함할 수 있다. 수분 반응성 흡착제의 함량을 상기 범위로 제어하여, 예를 들면, 접착 필름을 수분 등에 민감한 소자 또는 장치의 봉지에 사용하는 경우, 소자 또는 장치에 손상을 가하지 않는 범위 내에서 수분 차단 특성을 극대화할 수 있다. 본 명세서에서는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 단위 「중량부」는 각 성분간의 중량 비율을 의미한다.
한편, 본 발명에 따른 상기 파우치형 이차 전지는 하기의 순서로 제조될 수 있다. 우선, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층되어 있는 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수납할 수 있도록 내부에 빈 공간이 형성된 파우치 외장재를 준비한다. 다음으로 상기 파우치 외장재에 상기 전극 조립체를 수납하고 상기 상부 및 하부 파우치의 테두리에 형성된 실링부를 서로 융착하여 상기 파우치 외장재를 밀봉한다. 이후, 상기 실링부의 접착 단면의 적어도 일부 또는 전부가 외부로 노출되지 않도록 실링부의 말단부를 금속재 보강 테이프 부재로 피복하여 마감 처리한다.
본 발명에 있어서, 상기 전극 조립체(200)는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성된다. 이때, 전극 조립체(200)는 하나의 양극판 및 하나의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 권취된 구조를 갖거나, 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있다. 그리고, 이러한 양극판과 음극판은 각각 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성될 수 있는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.
한편, 전극 조립체(200)에는, 전극판에 슬러리가 도포되지 않은 무지부가 존재할 수 있으며, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭이 구비될 수 있다. 즉, 전극 조립체(200)의 양극판에는 양극 탭(210)이 부착되고, 전극 조립체(200)의 음극판에는 음극 탭(220)이 부착될 수 있다. 그리고, 이러한 양극 탭(210)과 음극 탭(220)은, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 파우치 외장재(100)의 외부로 돌출되어 양극 단자 및 음극 단자를 형성할 수 있다. 다만, 이러한 양극 탭(210) 및 음극 탭(220)은 파우치 외장재(100)의 외부로 직접 노출되지 않고, 양극 리드 및 음극 리드와 같은 다른 구성요소에 연결되어, 이러한 양극 리드 및 음극 리드가 파우치 외장재(100)의 외부로 노출되도록 할 수도 있다.
또한 본 발명은 상기 파우치형 이차 전지를 둘 이상 포함하는 배터리 팩을제공한다. 상기 배터리 팩은, 상술한 파우치형 이차 전지를 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 수분흡착물질을 포함하는 내부 절연층을 갖는 파우치형 이차 전지를 하나 또는 그 이상 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 배터리 팩은 이러한 이차 전지 이외에도, BMS(Battery Management System)와 같은 이차 전지의 충방전을 제어하기 위한 여러 보호 장치들을 더 포함할 수 있다.
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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 파우치 외장재
110: 상부 파우치
120: 하부 파우치
200: 전극 조립체
210: 양극 탭
220: 음극 탭
300: 금속 보강 테이프 부재
310: 외부 보호층
320: 보강 금속층
330: 접착층
S: 실링부

Claims (16)

  1. 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층되어 있는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체로부터 연장되는 전극 탭; 및
    상기 전극 조립체를 수납할 수 있도록 내부에 빈 공간이 형성되고, 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 파우치 외장재;를 포함하며,
    여기에서, 상기 파우치 외장재는 상기 상부 파우치 및 하부 파우치의 각 테두리 부분에 실링부를 가지며, 상기 상부 파우치 및 하부 파우치의 실링부가 서로 결착되어 파우치 외장재가 밀봉되고,
    상기 파우치 외장재는 실링부 접착 단면의 적어도 일부 또는 전부가 외부로 노출되지 않도록 실링부 중 소정 폭을 갖는 외주면 부분과 접착 단면을 금속 보강 테이프 부재로 피복하여 마감된 마감 처리부를 포함하며,
    상기 금속 보강 테이프 부재는 보강 금속층, 상기 보강 금속층의 일측면에형성된 외부 보호층 및 상기 보강 금속층의 타측면에 형성된 접착층을 포함하고,
    상기 보강 금속층은 상기 금속 보강 테이프 부재에 삽입되어 보강 금속층이 상기 테이프 부재의 외부로 노출되지 않으며,
    상기 접착층은 열융착성 고분자 수지를 포함하고,
    상기 접착층은 수분 차단제를 더 포함하며,
    상기 테이프 부재의 말단이 전극 탭과 접촉되더라도 보강 금속층은 전극 탭과 물리적으로 접촉하지 않아 전기적인 간섭이 발생할 우려가 없는 것인, 파우치형 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부 보호층은 보강 금속층의 일측면에 형성되며 절연 특성을 갖는 고분자 수지를 포함하는 것인, 파우치형 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연 특성을 갖는 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 나일론, 염화 비닐, 폴리이미드 및 폴리페닐렌설파이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인, 파우치형 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보강 금속층은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 스테인레스 스틸(SUS) 및 이 중 둘 이상을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인, 파우치형 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보강 금속층은 두께가 1㎛ 내지 100㎛인 것인, 파우치형 이차 전지.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수분 차단제는 금속분말, 금속산화물, 금속염 및 오산화인(P2O5)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수분 반응성 흡착제인 것인, 파우치형 이차 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 수분 차단제는 접착층 100 중량부 대비 10 내지 80 중량부의 양으로포함되는 것인, 파우치형 이차 전지.
  13. (S1)양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층되어 있는 전극 조립체를 준비하는 단계;
    (S2)상부 파우치와 하부 파우치를 포함하며, 상기 전극 조립체를 수납할 수 있도록 내부에 빈 공간이 형성된 파우치 외장재를 준비하는 단계;
    (S3)상기 파우치 외장재에 상기 전극 조립체를 수납하고 상기 상부 및 하부 파우치의 테두리에 형성된 실링부를 서로 융착하여 상기 파우치 외장재를 밀봉하는 단계; 및
    (S4) 상기 실링부의 접착 단면의 적어도 일부 또는 전부가 외부로 노출되지 않도록 실링부의 말단부를 금속 보강 테이프 부재로 피복하여 마감 처리하는 단계;
    를 포함하는 파우치형 이차 전지 제조 방법이며, 상기 파우치형 이차 전지는 제1항에 따른 것인, 파우치형 이차 전지의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 마감 처리는 금속 보강 테이프 부재의 일측 길이 단부가 상부 파우치의 실링부 외주면에 부착되고 상기 테이프 부재가 접착 단면을 따라 절곡되어 테이프 부재가 접착 단면에 부착되고 상기 테이프 부재의 타측 길이 단부가 하부 파우치의 실링부 외주면에 부착되는 방식으로 수행되는 것인, 파우치형 이차 전지의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 금속 보강 테이프 부재의 폭은 상기 테이프 부재가 부착되는 상부 및 하부 파우치의 외주면의 폭 및 접착 단면의 폭의 합보다 넓은 것인, 파우치형 이차 전지의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 금속 보강 테이프 부재의 보강 금속층은 접착 단면의 폭보다 넓으며 접착 단면을 피복하는 방식으로 부착되는 것인, 파우치형 이차 전지의 제조 방법.
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